KR100237757B1 - Method of forming a device isolation film of semiconductor device - Google Patents

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안희복
김천수
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김영환
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Abstract

1. 청구범위에 기재된 발명이 속한 기술 분야1. TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION

반도체 장치의 형성 방법.Method of forming a semiconductor device.

2. 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제2. Technical problem to be solved by the invention

국부 산화막 하부에 형성되는 채널 정지 영역의 횡방향으로의 확산을 방지할 수 있고, 또한 소스 및 드레인의 확산층의 농도 변화를 방지하여 소자 특성 파라미터인 문턱 전압이 상승하는 것을 방지하고자 함.It is possible to prevent the diffusion of the channel stop region formed in the lower portion of the local oxide film in the lateral direction, and to prevent a change in the concentration of the diffusion layers of the source and the drain to prevent the threshold voltage which is a device characteristic parameter from rising.

3. 발명의 해결 방법의 요지3. Summary of the Solution of the Invention

국부 산화막 형성시 반응 촉매 물질을 첨가하여 국부 산화막의 성장 속도를 빠르게 하고자 함.It is intended to increase the growth rate of the local oxide film by adding the reaction catalyst material when forming the local oxide film.

4. 발명의 중요한 용도4. Important uses of the invention

반도체 장치 제조 공정에 이용됨.Used in semiconductor device manufacturing process.

Description

반도체 장치의 소자분리막 형성 방법Method of forming device isolation film in semiconductor device

본 발명은 반도체 장치의 제조 공정에 관한 것으로, 특히 소자분리막 하부의 기판에 주입된 불순물(채널 스탑 불순물)이 활성 영역으로 확산되는 것을 방지하는 반도체 장치의 소자분리막 형성 방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a manufacturing process of a semiconductor device, and more particularly, to a method of forming a device isolation film of a semiconductor device which prevents diffusion of impurities (channel stop impurities) injected into a substrate under a device isolation film into an active region.

일반적으로, 소자 분리(Isolation) 기술은 집적 소자를 구성하는 개별 소자를 전기적 및 구조적으로 분리시켜, 소자가 인접한 소자의 영향을 받지 않고 그 주어진 기능을 제대로 수행할 수 있도록, 집적 소자 제조시 부여하는 기술이다. 고밀도 또는 고집적화라는 관점에서 소자의 집적도를 높이기 위해서는 각각의 소자의 면적을 축소하는 것도 필요한 동시에 소자와 소자 사이에 존재하는 소자 분리 영역의 폭 및 면적을 축소하는 것도 필요하다. 이 축소 정도가 셀 크기를 좌우한다는 점에서, 소자 분리 기술은 메모리 셀 크기를 결정하는 요소 중의 하나이다. 여러 가지 종류의 집적 회로가 각기 다소 다른 소자 분리 조건을 요구하였기에 다양한 소자 분리 기술이 개발되어 왔다. 즉 각 소자 분리 기술이 나타내는 특징이 각기 달라 각 소자의 용도에 따라 소자 분리 특징이 선택되어 이용되어 왔다. 초기의 소자 분리 기술은 바이폴라 집적회로에서 사용되던 PN접합 분리 방법이고, 오늘날은 1970년경에 필립스사에서 발표한 LOCOS(LOCal Oxidation of Isolation)가 모스 트랜지스터에서 사용되는 추세이다.In general, device isolation technology provides the electrical and structural separation of the individual devices that make up an integrated device so that the device can perform its given functions without being affected by adjacent devices. Technology. In order to increase the density of devices in terms of high density or high integration, it is necessary to reduce the area of each device, and at the same time, it is necessary to reduce the width and area of the device isolation region existing between the device and the device. Device isolation techniques are one of the factors that determine memory cell size, in that the degree of shrinkage determines the cell size. Since different types of integrated circuits require somewhat different device isolation conditions, various device isolation techniques have been developed. That is, the characteristics of each element isolation technology are different, and element isolation characteristics have been selected and used according to the use of each element. Early device isolation techniques were PN junction isolation methods used in bipolar integrated circuits, and today, the LOCOS (LOCal Oxidation of Isolation) announced by Philips around 1970 is being used in MOS transistors.

일반적인 설명이지만 좀더 추가하면, 반도체는 진성반도체와 외인성 반도체로 나뉘며 진성반도체는 불순물이 함유되지 않는 순수한 결정이며, 외인성 반도체는 여러 가지 부수적인 목적을 달성하기 위하여 고의로 불순물을 첨가한 반도체를 말한다. 여기서 외인성 반도체는 첨가되는 불순물에 따라 N형 및 P형으로 분류되는데, N형 반도체는 전류 캐리어중 홀(HOLE)보다 상대적으로 많은 전자를 갖게 하기 위하여 원소 주기율표의 5가 원소, 예를 들면 인(P),비소(As) 등이 첨가되고, 반대로 P형 반도체는 전류 캐리어중 전자 보다 상대적으로 많은 홀을 갖게 하기 위하여 원소 주기율표의 3가 원소 ,예를 들면 붕소(B),갈륨(In)등이 첨가된다.In general description, but further added, semiconductors are divided into intrinsic semiconductors and exogenous semiconductors, and intrinsic semiconductors are pure crystals containing no impurities, and exogenous semiconductors are semiconductors intentionally added with impurities to accomplish various additional purposes. Exogenous semiconductors are classified into N-type and P-type according to the added impurities. N-type semiconductors have a pentavalent element in the periodic table of elements, for example, phosphorus ((P), in order to have more electrons than holes (HOLE) in the current carrier. P), arsenic (As), and the like are added, whereas P-type semiconductors have trivalent elements in the periodic table of elements, for example, boron (B), gallium (In), etc. in order to have more holes than electrons in current carriers. Is added.

도1A 내지 도1D는 종래의 국부 산화막 형성을 나타내는 공정 단면도이다.1A to 1D are cross-sectional views showing a conventional formation of a localized oxide film.

먼저, 도1A에 도시된 바와 같이, 실리콘 기판(11)상에 예를 들면 P형 웰 실리콘 기판 상에 질화막으로 인한 스트레스 방지를 위해 패드 산화막(12)과 질화막(13)을 차례로 적층한다.First, as shown in FIG. 1A, the pad oxide film 12 and the nitride film 13 are sequentially stacked on the silicon substrate 11, for example, on a P-type well silicon substrate to prevent stress due to the nitride film.

다음으로, 도1B에 도시된 바와 같이, 소자 분리 마스크(14)를 이용한 식각공정으로 질화막(13)과 산화막(12)을 식각 하여 국부 산화막이 형성될 부위의 P형 실리콘 기판(11)이 노출되게 한다.Next, as shown in FIG. 1B, the P-type silicon substrate 11 of the portion where the local oxide film is to be formed is exposed by etching the nitride film 13 and the oxide film 12 by an etching process using the device isolation mask 14. To be.

다음으로, 도1C에 도시된 바와 같이, 소자들간의 절연을 확실하게 하기 위하여 노출된 P형 실리콘 기판(!1)에 채널 스탑 이온 주입을 실시한다. 예를 들어 P형 실리콘 기판(11)에 형성되는 N채널의 채널 스탑 이온 주입 영역(16)의 형성을 위하여 국부 산화막 형성하기 전에 P형 실리콘 기판에 P+영역을 형성한다. 이러한 채널 스탑 이온 주입 영역(16) 형성을 위하여 BF2를 소스로 한다.Next, as shown in Fig. 1C, channel stop ion implantation is performed on the exposed P-type silicon substrate (! 1) to ensure insulation between the elements. For example, in order to form the N-channel channel stop ion implantation region 16 formed on the P-type silicon substrate 11, a P + region is formed on the P-type silicon substrate before the local oxide film is formed. BF 2 is used as a source to form the channel stop ion implantation region 16.

마지막으로, 도1D에 도시된 바와 같이, 소자 분리 마스크 패턴(14)을 제거하고 산소 및 수소이온 가스를 반응 시켜 950℃의 온도에서 열 공정 하여 채널 스탑 이온 주입 영역(16)상부에 국부 산화막(15)을 형성한다.Finally, as shown in FIG. 1D, the device isolation mask pattern 14 is removed, and oxygen and hydrogen ion gas are reacted and thermally processed at a temperature of 950 ° C. to form a local oxide film on the channel stop ion implantation region 16. 15).

그런데, 여기서 열 공정 하는 동안 채널 스탑 이온 주입 영역(16)의 BF2불순물이 횡방향으로 확산되면서 소자 형성 영역의 캐리어 농도에 영향을 준다. 이에 소자 특성 중의 하나인 문턱 전압을 상승시키는 문제점이 수반되고 있다. 즉, 소자 분리 영역이 아닌 활성 영역으로 채널 스탑 불순물이 확산되어 활성 영역 상에 형성되는 트랜지스터의 문턱 전압을 상승시키게 되는 문제점이 있다.However, the BF 2 impurities in the channel stop ion implantation region 16 are laterally diffused during the thermal process, thereby affecting the carrier concentration of the device formation region. This entails the problem of raising the threshold voltage, which is one of the device characteristics. That is, there is a problem in that the channel stop impurities are diffused into the active region instead of the device isolation region to increase the threshold voltage of the transistor formed on the active region.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 본 발명은, 반도체 장치의 소자 분리막 형성시, 국부 산화막 하부에 형성되는 채널 스탑 불순물의 횡방향으로의 확산을 방지하여, 소스 및 드레인 확산층의 농도 변화를 방지하여 소자 특성 파라미터인 문턱 전압이 상승하는 것을 방지할 수 있는 반도체 장치의 소자 분리막 형성 방법을 제공함을 그 목적으로 한다.The present invention, which is devised to solve the above problems, prevents the diffusion of the channel stop impurities formed in the lower portion of the local oxide film in the lateral direction when forming the device isolation layer of the semiconductor device, thereby preventing the concentration change of the source and drain diffusion layers. It is an object of the present invention to provide a device isolation film forming method of a semiconductor device which can prevent the threshold voltage which is a device characteristic parameter from rising.

도1A 내지 도1D는 종래의 국부 산화막 형성을 나타내는 공정 단면도,1A to 1D are cross-sectional views showing a conventional local oxide film formation;

도 2A 내지 도2D는 본 발명의 일실시예에 따른 반도체 장치의 소자 영역의 절연막 제조 방법을 나타내는 공정 단면도.2A to 2D are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing an insulating film in a device region of a semiconductor device according to an embodiment of the present invention.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for the main parts of the drawings

21 : 실리콘 기판 22 : 패드 산화막21 silicon substrate 22 pad oxide film

23 : 질화막 24 : 소자 분리 마스크 패턴23 nitride film 24 device isolation mask pattern

25 : 국부 산화막 26 : 채널 스탑 영역25 local oxide layer 26 channel stop region

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 반도체 장치의 제조 방법은, 채널 스탑 불순물의 측면 확산 방지를 위한 반도체 장치 제조 방법에 있어서, 반도체 기판상에 질화막을 형성하고, 소자 분리 마스크를 이용하여 상기 반도체 기판이 노출된 질화막 패턴을 형성하는 단계; 상기 노출된 반도체 기판에 채널 스탑 영역 형성을 위한 불순물과 상기 반도체 기판의 산화를 위한 불순물을 주입하는 단계; 및 열산화 공정으로 소자분리막을 형성하는 단계를 포함하여 이루어진다.In order to achieve the above object, the semiconductor device manufacturing method of the present invention, in the semiconductor device manufacturing method for preventing side diffusion of channel stop impurities, forming a nitride film on a semiconductor substrate, using a device isolation mask Forming a nitride film pattern on which the semiconductor substrate is exposed; Implanting impurities for forming a channel stop region and impurities for oxidizing the semiconductor substrate into the exposed semiconductor substrate; And forming a device isolation film by a thermal oxidation process.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described in detail the present invention.

도2A 내지 도2D는 본 발명의 일실시예에 따른 반도체 장치의 국부 산화막 형성 공정을 나타내는 단면도이다.2A through 2D are cross-sectional views illustrating a process of forming a local oxide film of a semiconductor device according to an embodiment of the present invention.

먼저, 도2A에 도시된 바와 같이, 실리콘 기판 상에 예를 들면 P형 웰(21) 실리콘 기판 상에 스트레스를 방지하기 위한 패드 산화막(22)과 질화막(23)을 차례로 적층한다.First, as shown in FIG. 2A, a pad oxide film 22 and a nitride film 23 for preventing stress are sequentially stacked on a silicon substrate, for example, on a P-type well 21 silicon substrate.

다음으로, 도2B에 도시된 바와 같이, 소자 분리 마스크(24)를 이용한 식각공정으로 질화막(23), 산화막(22)을 식각 하여 국부 산화막이 형성될 부위의 P형 실리콘 기판(21)이 노출되게 한다.Next, as shown in FIG. 2B, the P-type silicon substrate 21 is exposed by etching the nitride film 23 and the oxide film 22 by an etching process using the device isolation mask 24 to form a local oxide film. To be.

다음으로, 도2C에 도시된 바와 같이, 채널 스탑 이온 주입을 실시하는데, 본 발명에서는 채널 스탑 이온 주입과 동시에 국부 산화막 형성을 활성화시키는 불순물을 같이 주입한다. 예를 들어 P형 실리콘 기판(21)에 형성되는 N채널의 채널 스탑 이온 주입 영역(26)의 형성을 위하여 소자 분리 영역의 P형 실리콘 기판에 P+영역을 형성하는데, 여기서 채널 스탑 이온 주입 영역(26) 형성을 위하여 BF2를 주입함과 동시에, 산화막 형성을 활성화시키는 물질로 예를 들면, 염소(Cl) 함께 이온 주입 공정 한다. 이러한 채널 스탑 이온 주입 영역(26) 형성시 염소의 첨가는 같은 공정 조건하에서도 국부 산화막의 형성시간을 줄이고, 이에 열 공정시 횡방향으로 성장하는 채널 스탑 이온 주입 영역의 면적을 축소시킨다. 즉, 채널 스탑 불순물이 국부 산화막 형성을 위한 열 공정시 활성 영역으로 확산되는 것을 방지한다.Next, as shown in FIG. 2C, channel stop ion implantation is performed. In the present invention, impurities simultaneously activating local oxide film formation are implanted simultaneously with channel stop ion implantation. For example, to form an N-channel channel stop ion implantation region 26 formed on the P-type silicon substrate 21, a P + region is formed on the P-type silicon substrate of the device isolation region, where the channel stop ion implantation region is formed. (26) BF 2 is injected for formation and an ion implantation process is performed with chlorine (Cl), for example, as a substance for activating oxide film formation. The addition of chlorine in the formation of the channel stop ion implantation region 26 reduces the formation time of the local oxide film even under the same process conditions, thereby reducing the area of the channel stop ion implantation region growing laterally during the thermal process. That is, the channel stop impurities are prevented from diffusing into the active region during the thermal process for forming the local oxide layer.

여기서, 채널 스탑 이온 주입 공정은 도즈(DOSE)량을 1.0E13 내지 1.0E14로 하고, 60 내지 80KeV의 에너지로 실시한다.In the channel stop ion implantation step, the dose amount is 1.0E13 to 1.0E14, and is performed at an energy of 60 to 80 KeV.

마지막으로, 도2D에 도시된 바와 같이, 소자 분리 마스크 패턴(24)을 제거하고 산소, 수소 및 염소를 포함하는 분위기에서 반응시켜 800℃ 내지 1000℃의 온도에서 열 공정하면 채널 스탑 이온 주입 영역(26)상에 국부 산화막(25)이 형성된다.Finally, as shown in FIG. 2D, the device isolation mask pattern 24 is removed and reacted in an atmosphere containing oxygen, hydrogen, and chlorine, and thermally processed at a temperature of 800 ° C to 1000 ° C. A local oxide film 25 is formed on 26.

이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명이 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능함이 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에게 있어 명백할 것이다.The present invention described above is not limited to the above-described embodiment and the accompanying drawings, and various substitutions, modifications, and changes are possible within the scope of the present invention without departing from the technical idea. It will be evident to those who have knowledge of.

상기와 같이 이루어지는 본 발명은, 반도체 장치의 소자분리막 형성 공정시 채널 스탑 영역을 형성하고 국부 산화막을 형성함에 있어서, 채널 스탑 영역의 형성을 위한 이온 주입 공정시 산화막 형성의 촉매제인 염소를 첨가하여 이온 주입 공정을 함으로, 이로 인하여 채널 스탑 영역의 횡방향으로의 확산을 방지할 수 있고, 또한 소스 및 드레인의 확산층의 농도 변화를 방지하여 소자 특성 파라미터인 문턱 전압이 상승하는 것을 방지할 수 있다.According to the present invention, the channel stop region is formed during the device isolation film formation process of the semiconductor device and the local oxide film is formed. In the ion implantation process for forming the channel stop region, chlorine, which is a catalyst for the formation of the oxide film, is added to the ion. By performing the implantation process, it is possible to prevent the diffusion in the channel stop region in the lateral direction, and also to prevent the change in the concentration of the diffusion layers of the source and the drain to prevent the threshold voltage which is an element characteristic parameter from rising.

Claims (6)

채널 스탑 불순물의 측면 확산 방지를 위한 반도체 장치 제조 방법에 있어서,A semiconductor device manufacturing method for preventing side diffusion of channel stop impurities, 반도체 기판 상에 질화막을 형성하고, 소자 분리 마스크를 이용하여 상기 반도체 기판이 노출된 질화막 패턴을 형성하는 단계;Forming a nitride film on the semiconductor substrate and forming a nitride film pattern on which the semiconductor substrate is exposed using an isolation mask; 상기 노출된 반도체 기판에 채널 스탑 영역 형성을 위한 불순물과 상기 반도체 기판의 산화를 위한 불순물을 주입하는 단계; 및Implanting impurities for forming a channel stop region and impurities for oxidizing the semiconductor substrate into the exposed semiconductor substrate; And 열산화 공정으로 소자분리막을 형성하는 단계Forming an isolation layer by a thermal oxidation process 를 포함하여 이루어지는 반도체 장치의 제조 방법.Method for manufacturing a semiconductor device comprising a. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 채널 스탑 영역 형성을 위한 불순물은The impurities for forming the channel stop region are 상기 반도체 기판과 동일한 전도형의 불순물로 형성하는 반도체 장치의 제조 방법.A manufacturing method of a semiconductor device formed of an impurity of the same conductivity type as that of the semiconductor substrate. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 반도체 기판은 실리콘 기판이며, 상기 산화막 형성 촉매 물질은 염소를 포함하여 이루어지는 반도체 장치의 제조 방법.The semiconductor substrate is a silicon substrate, and the oxide film formation catalyst material comprises chlorine. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 열산화 공정은 산소, 수소, 및 염소를 포함하는 가스 분위기와 800내지 1000℃의 온도 하에서 이루어지는 반도체 장치의 제조 방법.The thermal oxidation step is a method for manufacturing a semiconductor device, which is performed under a gas atmosphere containing oxygen, hydrogen, and chlorine and a temperature of 800 to 1000 ° C. 제2항에 있어서,The method of claim 2, 상기 채널 스탑 영역 형성을 위한 불순물은 BF2을 포함하여 이루어지는 반도체 장치의 제조 방법.The impurity for forming the channel stop region comprises BF 2 . 제4항에 있어서,The method of claim 4, wherein 상기 채널 스탑 영역 형성을 위한 불순물은 60KeV 내지 80KeV의 전기장으로, 1.0E13 내지 1.0E14의 불순물 양으로 이루어지는 반도체 장치의 제조 방법.The impurity for forming the channel stop region is an electric field of 60 KeV to 80 KeV, the impurity amount of 1.0E13 to 1.0E14.
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