KR100321174B1 - Method of forming isolation layer in semiconductor device - Google Patents

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Abstract

본 발명은 STI형 소자분리막 형성방법에 관한 것으로서, 특히 이 방법은 반도체기판 상부에 순차적으로 패드 Ta2O5막과 폴리실리콘막을 순차 적층하고, 소자분리 마스크를 이용한 사진 및 식각 공정으로 폴리실리콘막과 패드 Ta2O5막을 패터닝한 후에 기판을 소정 깊이로 식각하여 트렌치를 형성하고, 트렌치가 형성된 기판에 희생 산화막을 형성하고 이를 제거한 후에, 결과물에 라이너 산화막을 형성하고, 트렌치 내부에 갭필 산화막을 채워넣고 이를 화학적기계적연마한 후에, 소자분리막과 기판 표면의 단차를 줄이기 위해 갭필 산화막 및 라이너 산화막을 소정 두께로 습식 식각하고, 패드 Ta2O5막과 폴리실리콘막 패턴을 제거하여 기판에 산화막으로 이루어진 소자분리막을 형성한다. 그러므로, 본 발명은 실리콘 산화막(SiO2)에 비해 식각 내성이 우수한 Ta2O5에 의해 갭필 산화막 연마공정 이후 실시되는 습식 식각 및 폴리실리콘 제거 공정시 식각 용액으로부터 기판 표면을 안전하게 보호할 수 있다.The present invention relates to a method for forming an STI type device isolation film, and in particular, the method sequentially deposits a pad Ta 2 O 5 film and a polysilicon film on a semiconductor substrate in sequence, and uses a photolithography and etching process using a device isolation mask. After the pad Ta 2 O 5 film is patterned, the substrate is etched to a predetermined depth to form a trench, a sacrificial oxide film is formed on and removed from the trenched substrate, and then a liner oxide film is formed on the resultant, and a gap fill oxide film is formed inside the trench. After filling and chemical mechanical polishing, the gap fill oxide and the liner oxide are wet etched to a predetermined thickness to reduce the step difference between the device isolation film and the substrate surface, and the pad Ta 2 O 5 film and the polysilicon film pattern are removed to form an oxide film on the substrate. A device isolation film is formed. Therefore, the present invention can safely protect the surface of the substrate from the etching solution during the wet etching and polysilicon removal process performed after the gapfill oxide film polishing process by Ta 2 O 5 having excellent etching resistance compared to the silicon oxide film (SiO 2 ).

Description

반도체장치의 소자분리막 형성방법{Method of forming isolation layer in semiconductor device}Method of forming isolation layer in semiconductor device

본 발명은 반도체장치의 소자분리막 형성방법에 관한 것으로서, 특히 트렌치구조의 소자분리막 제조 공정시 마스크층인 질화막을 폴리실리콘막으로 대체할 경우 활성 영역의 표면 피트 결함을 억제하는 반도체장치의 소자분리막 형성방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method of forming a device isolation film of a semiconductor device, and more particularly, to forming a device isolation film of a semiconductor device that suppresses surface pit defects in an active region when a nitride film, which is a mask layer, is replaced with a polysilicon film during a trench isolation device manufacturing process. It is about a method.

최근 반도체장치의 제조기술의 발달과 메모리소자의 응용분야가 확장되어 감에 따라 대용량의 메모리소자의 개발이 진척되고 있는데, 이러한 메모리소자의 대용량화는 각 세대마다 2배로 진행하는 미세공정기술을 기본으로 한 메모리셀 연구에 의해 추진되어 오고 있다. 특히 소자간을 분리하는 소자분리막의 축소는 메모리소자의 미세화 기술에 있어서 중요한 항목중의 하나로 대두되고 있다.Recently, as the development of semiconductor device manufacturing technology and the application of memory devices have been expanded, the development of large-capacity memory devices has been progressed. It has been promoted by a memory cell study. In particular, the reduction of the device isolation film that separates the devices has emerged as one of the important items in the technology of miniaturization of memory devices.

종래의 소자분리기술로는 반도체기판상에 두꺼운 산화막을 선택적으로 성장시켜 소자분리막을 형성하는 로커스(LOCal Oxidation of Silicon: 이하 LOCOS라 함) 기술이 최근까지 주종을 이루었다. 그러나, LOCOS 기술은 소자분리막의 측면확산 및 버즈비크(bird's beak)에 의해 소자분리영역의 폭을 감소시킬 수 없었다. 그러므로, 소자설계치수가 서브미크론(submicron) 이하로 줄어드는 대용량의 메모리소자에 있어서는 LOCOS 기술의 적용이 불가능하기 때문에 새로운 소자분리 기술이 필요하게 되었다.Conventional device isolation technology has mainly been a LOCal Oxidation of Silicon (LOCOS) technology to selectively grow a thick oxide film on the semiconductor substrate to form a device isolation film. However, the LOCOS technique cannot reduce the width of the isolation region due to side diffusion and bird's beak of the isolation layer. Therefore, a new device isolation technology is needed because the LOCOS technology cannot be applied to a large-capacity memory device whose device design dimension is reduced to submicron or less.

이에 따라, 새로운 소자분리기술의 필요성과 식각(etching) 기술의 발달로 반도체기판에 폭 1Å이하, 깊이가 수십 내지 수백Å 정도의 트렌치를 형성하여 소자간을 전기적으로 분리할 수 있는 트렌치(trench) 소자분리 기술이 나오게 되었다. 이 트렌치 소자분리기술은 종래의 LOCOS 기술에 비해 80%에 가까운 소자분리영역의 축소가 가능해졌다.As a result, a trench capable of electrically separating devices by forming trenches having a width of about 1Å or less and a depth of several tens to hundreds of Å on a semiconductor substrate due to the necessity of a new device isolation technology and the development of etching technology. Device isolation technology has emerged. This trench device isolation technology allows for a reduction in device isolation area close to 80% compared to conventional LOCOS technology.

더욱이, 최근에는 웨이퍼기판에 가해지는 스트레스를 크게 줄이면서 트렌치 소자분리막의 문제점을 개선한 STI(Shallow Trench Isolation) 공정이 등장하게 되었다. 이 STI 공정은 반도체기판에 일정한 깊이를 갖는 트렌치를 형성하고 이 트렌치에 화학기상증착법으로 산화막을 증착하고서 화학적기계적연마(Chemical Mechanical Polishing) 공정으로 불필요한 산화막을 식각하여 소자분리막을 형성하는 기술이다.Moreover, recently, the STI (Shallow Trench Isolation) process, which greatly reduces the stress applied to the wafer substrate and improves the problem of the trench isolation layer, has emerged. The STI process is a technique for forming a device isolation film by forming a trench having a predetermined depth in a semiconductor substrate, depositing an oxide film on the trench by chemical vapor deposition, and etching an unnecessary oxide film by a chemical mechanical polishing process.

그런데, 통상의 STI 공정은 기판내에 트렌치를 형성하기 위한 마스크 패턴으로서 실리콘산화막(SiO2)과 질화막(SiN)을 적층해서 사용하고 있다. 그러나, 상기 질화막은 제조 공정시 발생하는 기판 하부로의 응력을 충분히 소화할 수 없다는 문제점이 있었다.In the conventional STI process, a silicon oxide film (SiO 2 ) and a nitride film (SiN) are stacked and used as a mask pattern for forming a trench in a substrate. However, the nitride film has a problem that it can not sufficiently digest the stress to the lower substrate generated during the manufacturing process.

이를 위해서, 개선된 STI 기술은 트렌치 마스크 패턴으로서 질화막 대신에 하부에 가해지는 응력을 줄일 수 있는 폴리실리콘을 이용하고 있다.To this end, the improved STI technology uses polysilicon as a trench mask pattern that can reduce the stress applied to the bottom instead of the nitride film.

그러나, 폴리실리콘막을 마스크층으로 이용시 폴리실리콘의 결정립때문에 이후 진행되는 습식 식각 공정(갭필 산화막을 연마한 후에 잔여 폴리실리콘막의 두께가 낮은 상태에서 활성 영역과 필드 영역의 단차를 줄이기 위해 트렌치 부위의 산화막을 셀로우 딥(shallow dip)하는 공정)에서 결정립을 통해 식각액이 흘러 하부의 패드 산화막을 식각시킨다는 단점이 있었다.However, when the polysilicon film is used as a mask layer, a subsequent wet etching process is performed due to the crystal grains of the polysilicon (the oxide film of the trench portion to reduce the step difference between the active region and the field region in the state where the thickness of the remaining polysilicon film is low after polishing the gapfill oxide film). In the process of shallow dip, the etching liquid flows through the grains to etch the pad oxide layer under the etching.

이렇게 패드 산화막의 국부적 식각이 발생하게 되면, 이후 폴리실리콘 제거시 패드 산화막이 존재하지 않는 부분에서 폴리실리콘의 식각액이 투입되어 기판표면에 피트(pit) 결함을 발생하게 된다. 이러한 기판 결함은 희생 산화막 공정으로도 완전히 제거되지 않고 이후 게이트 산화막 성장에도 영향을 미쳐 반도체 제조 공정의 신뢰성 및 수율을 저하시키게 된다.When the local etching of the pad oxide film occurs, the polysilicon etching solution is introduced at a portion where the pad oxide film does not exist when polysilicon is removed, thereby causing a pit defect on the surface of the substrate. Such substrate defects are not completely removed even by the sacrificial oxide process, but also affect the gate oxide growth afterward, thereby reducing the reliability and yield of the semiconductor manufacturing process.

본 발명의 목적은 STI 제조 공정시 마스크 패턴으로서 폴리실리콘을 이용할 경우 실리콘 산화막(SiO2)에 비해 식각 내성이 우수한 Ta2O5를 사용함으로써 습식 식각 공정과 폴리실리콘 제거 공정시 기판 표면 피트 결함을 방지하여 반도체 제조 공정의 수율 및 신뢰성을 높일 수 있는 반도체장치의 소자분리막 형성방법을 제공하는데 있다.An object of the present invention is to use the Ta 2 O 5 etch resistance compared to the silicon oxide film (SiO 2 ) when using polysilicon as a mask pattern in the STI manufacturing process to eliminate the substrate surface pit defects during the wet etching process and polysilicon removal process The present invention provides a method of forming a device isolation film of a semiconductor device, which can prevent and increase yield and reliability of a semiconductor manufacturing process.

도 1 내지 도 7은 본 발명에 따른 트렌치 제조시 Ta2O5마스크 패턴을 이용한 반도체장치의 STI형 소자분리막 형성방법을 설명하기 위한 공정 순서도.1 to 7 are process flowcharts illustrating a method for forming an STI device isolation layer of a semiconductor device using a Ta 2 O 5 mask pattern during trench manufacture according to the present invention.

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

10: 실리콘 기판 12: 패드 Ta2O510: silicon substrate 12: pad Ta 2 O 5 film

14: 폴리실리콘막 16: 포토레지스트 패턴14: polysilicon film 16: photoresist pattern

18: 트렌치 20: 라이너 산화막18: trench 20: liner oxide film

22: 갭필 산화막 ISO: 기판의 소자분리 영역22: gap fill oxide ISO: device isolation region of substrate

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 반도체기판에 소자의 활성 영역 및 분리 영역을 정의하기 위한 트렌치 구조의 소자분리막을 형성함에 있어서, 반도체기판 상부에 순차적으로 패드 Ta2O5막과 폴리실리콘막을 순차 적층한 후에 소자분리 마스크를 이용한 사진 및 식각 공정을 진행하여 적층된 폴리실리콘막과 패드 Ta2O5막을 패터닝해서, 이후 소자분리 영역이 될 기판 부위를 개방하는 단계와, 패터닝된 폴리실리콘막과 패드 Ta2O5막에 의해 드러난 기판을 소정 깊이로 식각하여 트렌치를 형성하는 단계와, 산화 공정을 진행하여 트렌치가 형성된 기판에 희생 산화막을 형성한 후에 이를 제거하는 단계와, 트렌치가 형성된 결과물에 라이너 산화막을 형성하는 단계와, 트렌치 내부에 갭필 산화막을 채워넣고 이를 화학적기계적연마하는 단계와, 패드 Ta2O5막과 폴리실리콘막 패턴을 제거하여 기판에 산화막으로 이루어진 소자분리막을 형성하는 단계를 포함한다.In order to achieve the above object, according to the present invention, in forming a device isolation film having a trench structure for defining an active region and an isolation region of a device on a semiconductor substrate, a pad Ta 2 O 5 film and a polysilicon film are sequentially formed on the semiconductor substrate. After stacking, the photolithography and etching process using the device isolation mask is performed to pattern the stacked polysilicon film and the pad Ta 2 O 5 film, and then to open the substrate region to be the device isolation region, and then the patterned polysilicon film and Etching the substrate exposed by the pad Ta 2 O 5 film to a predetermined depth to form a trench, and performing an oxidation process to form and then remove the sacrificial oxide film on the trench-formed substrate, and to remove the trench. Forming a liner oxide layer, filling a gapfill oxide layer in the trench, and chemically polishing it , The pad Ta 2 O 5 film and removing the polysilicon film pattern comprises: forming a device isolation film on a substrate made of an oxide film.

본 발명의 제조 방법에 있어서, 상기 패드 Ta2O5막의 두께는 50∼200Å이고, 그 증착 공정은 화학기상증착법을 이용하되, Ta2O5막을 증착한 후에 고온 열처리 공정을 추가 실시한다. 상기 고온 열처리 공정은 800∼1050℃에서 10초∼100분간 O2또는 O3분위기에서 진행하고, 추가적으로 N2O 가스를 공급할 수 있다.In the production method of the present invention, the thickness of the pad Ta 2 O 5 film is 50 ~ 200Å, the deposition process is using a chemical vapor deposition method, after the Ta 2 O 5 film is deposited, a high temperature heat treatment step is further performed. The high temperature heat treatment may be performed at 800 to 1050 ° C. for 10 seconds to 100 minutes in an O 2 or O 3 atmosphere, and may further supply N 2 O gas.

본 발명의 제조 방법에 있어서, 상기 패드 Ta2O5막을 증착하기전에, 이후 Ta2O5막의 용이한 제거를 위해 기판 상부에 산화막을 추가 형성하는 것이 바람직하다.In the manufacturing method of the present invention, before depositing the pad Ta 2 O 5 film, it is preferable to further form an oxide film on the substrate for easy removal of the Ta 2 O 5 film thereafter.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 상세하게 설명하고자 한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1 내지 도 7은 본 발명에 따른 트렌치 제조시 Ta2O5마스크 패턴을 이용한 반도체장치의 STI형 소자분리막 형성방법을 설명하기 위한 공정 순서도이다.1 to 7 are process flowcharts illustrating a method of forming an STI type device isolation film of a semiconductor device using a Ta 2 O 5 mask pattern when manufacturing a trench according to the present invention.

이를 참조하면, 본 발명의 STI형 소자분리막 제조 공정은 다음과 같다.Referring to this, the manufacturing process of the STI type device isolation film of the present invention is as follows.

우선, 도 1에 도시된 바와 같이, 반도체기판으로서 실리콘기판(10)에 이후증착될 폴리실리콘막의 스트레스 완화, 기판의 식각 결함을 방지하기 위해 50∼200Å정도의 패드 Ta2O5막(12)을 증착한다. 여기서, 패드 Ta2O5막(12)의 증착은 화학기상증착법을 이용하되, 저압 또는 플라즈마 및 금속 유기 화학기상증착 챔버에서 실시하도록 한다. 그리고, 패드 Ta2O5막(12)을 증착한 후에 Ta2O5막내의 공공을 줄이기 위해 고온 열처리 공정을 추가 실시할 수 있다. 이는 800∼1050℃에서 10초∼100분간 O2또는 O3분위기에서 진행하고, 추가적으로 N2O 가스를 공급할 수도 있다.First, as shown in FIG. 1, a pad Ta 2 O 5 film 12 having a thickness of about 50 to about 200 kPa in order to alleviate stress of a polysilicon film to be subsequently deposited on a silicon substrate 10 as a semiconductor substrate and to prevent etching defects of the substrate. Deposit. Here, the deposition of the pad Ta 2 O 5 film 12 uses chemical vapor deposition, but is performed in a low pressure or plasma and metal organic chemical vapor deposition chamber. Then, after depositing a pad Ta 2 O 5 film 12 may be subjected to additional high temperature heat treatment step to reduce the public of Ta 2 O 5 film. This proceeds in an O 2 or O 3 atmosphere at 800 to 1050 ° C. for 10 seconds to 100 minutes, and may further supply N 2 O gas.

그리고, 상기 패드 Ta2O5막(12) 상부에 소자분리 영역을 정의하기 위한 식각 마스크 패턴이며 이후 갭필 산화막 화학적기계적연마시 식각 정지용으로 사용되는 폴리실리콘막(14)을 500∼4000Å 두께로 증착한다. 이때, 폴리실리콘막(14)은 비정질 또는 결정질 실리콘막을 단독으로 사용할 수 있으며 비정질과 결정질 실리콘막의 비율을 1∼9:1 비율로 해서 사용할 수도 있다.In addition, a polysilicon film 14 is deposited on the pad Ta 2 O 5 film 12 to define a device isolation region, and then a polysilicon film 14, which is used for stopping etching during gap-mechanical oxidation and chemical mechanical polishing, is deposited to a thickness of 500 to 4000 kPa. do. In this case, the polysilicon film 14 may be an amorphous or crystalline silicon film alone, or may be used in a ratio of 1 to 9: 1 with an amorphous and crystalline silicon film.

한편, 도면에 도시되지는 않았지만, 상기 폴리실리콘막(14) 상부에 용이한 사진 공정을 진행하기 위하여 하드 마스크로서 실리콘질산화막(SiON)을 추가 증착할 수도 있다.Although not shown in the drawings, a silicon nitride oxide layer (SiON) may be further deposited as a hard mask in order to perform an easy photographing process on the polysilicon layer 14.

그 다음, 도 2에 도시된 바와 같이, 소자분리 마스크를 이용한 사진 공정을 실시하여 상기 폴리실리콘막(14) 상부에 포토레지스트 패턴(16)을 형성한다.Next, as shown in FIG. 2, a photoresist using a device isolation mask is performed to form a photoresist pattern 16 on the polysilicon layer 14.

그 다음, 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 결과물에 식각 공정을 실시하여 포토레지스트 패턴(16)에 맞추어 적층된 폴리실리콘막(14)과 패드 Ta2O5막(12)을 패터닝해서, 이후 소자분리 영역이 될 기판 부위를 개방한다.Next, as shown in FIG. 3, the resultant is subjected to an etching process to pattern the polysilicon film 14 and the pad Ta 2 O 5 film 12 stacked in accordance with the photoresist pattern 16. The substrate portion to be an isolation region is opened.

그리고, 패터닝된 폴리실리콘막(14')과 패드 Ta2O5막(12')에 의해 드러난 기판을 소정 깊이, 예컨대 1500∼7000Å정도 식각하여 트렌치(18)를 형성한다. 도면 부호 M은 식각된 폴리실리콘막(14')과 패드 Ta2O5막(12')으로 이루어진 패턴을 정의한 것이다.Then, the trench 18 is formed by etching the substrate exposed by the patterned polysilicon film 14 'and the pad Ta 2 O 5 film 12' by a predetermined depth, for example, about 1500 to 7000 GPa. Reference numeral M defines a pattern composed of an etched polysilicon film 14 'and a pad Ta 2 O 5 film 12'.

그 다음, 도면에 도시되지는 않았지만, 트렌치(18) 형성을 위한 식각 공정시 발생하는 기판 손상을 제거하면서 트렌치 모서리를 완만하게 하기 위하여 희생 산화 공정을 실시한다. 예를 들면, 산화 공정(800∼1200℃ 온도)을 진행하여 트렌치(18)가 형성된 기판(10)에 희생 산화막(미도시)을 50∼500Å정도 형성한 후에 이 식각 공정으로 이 막을 제거한다.Next, although not shown in the figure, a sacrificial oxidation process is performed to smooth the trench edges while eliminating substrate damage that occurs during the etching process to form the trench 18. For example, a sacrificial oxide film (not shown) is formed on the substrate 10 having the trench 18 formed thereon by an oxidation process (temperature of 800 to 1200 ° C), and then the film is removed by this etching process.

그 다음, 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 결과물에 산화 공정을 실시하여 이후 트렌치로 매립될 갭필 산화막과 기판 사이의 라이너 산화막(20)을 20∼150Å정도 형성한다. 이때, 라이너 산화막(20)으로는 실리콘 산화막(SiO2) 또는 Ta2O5를 사용하도록 한다. 만약 Ta2O5을 사용할 경우 덴서피케이션 어닐(densification anneal)로 식각 내성을 높일 수 있다. 이 어닐 공정은 800∼1050℃의 온도에서 진행하되, 반응가스로서 O2, N2O, O2/O3를 단독으로 사용하거나 혼합 가스를 사용하는 것이다.Next, as shown in FIG. 4, the resultant is subjected to an oxidation process to form a liner oxide film 20 between the gap fill oxide film and the substrate to be buried in a trench about 20 to 150 kPa. In this case, a silicon oxide film (SiO 2 ) or Ta 2 O 5 may be used as the liner oxide film 20. If Ta 2 O 5 is used, the etching resistance can be improved by densification anneal. This annealing process is carried out at a temperature of 800 to 1050 ° C., but using O 2 , N 2 O, O 2 / O 3 alone or a mixed gas as a reaction gas.

그 다음, 도 5에 도시된 바와 같이, 고밀도 플라즈마 방식을 이용하여 상기 결과물에 갭필 산화막(22)을 3500∼700Å정도 증착하여 트렌치(18) 내부에 이를 채워넣는다. 이때, 갭필 산화막(22)은 O3-TEOS(Tetra Ethyl Ortho Silicate) 또는 HDP(High Density Plasma) 등의 갭필 특성이 양호한 물질을 사용한다.Next, as shown in FIG. 5, the gap fill oxide film 22 is deposited on the resultant by using a high density plasma method, and fills it into the trench 18. In this case, the gapfill oxide layer 22 may be formed of a material having good gapfill characteristics such as O 3 -TEOS (Tetra Ethyl Ortho Silicate) or HDP (High Density Plasma).

그리고, 갭필 산화막(22)의 밀도를 높이기 위하여 950∼1200℃에서 어닐 공정을 실시한다.In order to increase the density of the gap fill oxide film 22, an annealing process is performed at 950 to 1200 占 폚.

그 다음, 도 6에 도시된 바와 같이, 상기 결과물을 CMP(Chemical Mechanical Polishing) 공정으로 평탄화하고, HF 또는 BOE를 이용한 세정 공정을 실시하여 이후 소자 분리막의 높이가 실리콘 기판에 대해 150∼500Å정도 높아지도록(단차가 적도록) 결과물을 식각한다. 즉, 갭필 산화막(22')을 화학적기계적연마한 후에 잔여 폴리실리콘막(14')의 두께가 낮은 상태에서 활성 영역과 소자분리영역의 단차를 줄이기 위해 트렌치 부위의 평탄화된 라이너 산화막(20')과 갭필 산화막(22')을 셀로우 딥(shallow dip)할 때 폴리실리콘막 패턴(14')의 결정립을 통과하는 산화용 식각액이 Ta2O5막(12')으로 흐를 경우 식각액에 대한 Ta2O5막의 식각 내성이 크므로 식각 용액으로부터 기판 손상을 방지할 수 있다.Next, as shown in FIG. 6, the resultant is planarized by a chemical mechanical polishing (CMP) process, and a cleaning process using HF or BOE is performed to increase the height of the device isolation layer to about 150 to 500 kPa with respect to the silicon substrate. Etch the result so that there is little step That is, the planarized liner oxide film 20 'of the trench portion is reduced in order to reduce the step difference between the active region and the device isolation region in the state where the thickness of the remaining polysilicon film 14' is low after the chemical mechanical polishing of the gapfill oxide film 22 '. And Ta etch to the etch solution when the oxide etch solution passing through the crystal grains of the polysilicon film pattern 14 ′ flows into the Ta 2 O 5 film 12 ′ when shallow dips the gapfill oxide film 22 ′. Since the etching resistance of the 2 O 5 film is large, it is possible to prevent substrate damage from the etching solution.

이하, 표 1은 습식 식각 공정시 열 산화막과 Ta2O5막의 식각 내성을 비교한 것이다.Hereinafter, Table 1 compares the etching resistance of the thermal oxide film and the Ta 2 O 5 film during the wet etching process.

식각액Etchant 열산화막(Å/sec)Thermal Oxidation Film (Å / sec) Ta2O5막(Å/sec)Ta 2 O 5 film (Å / sec) DI : HF = 5:1DI: HF = 5: 1 1010 0.1250.125 DI : HF = 50: 1DI: HF = 50: 1 1One 0.01250.0125

이를 참조하면, 본 발명의 소자분리용 마스크 패턴의 Ta2O5막(12')이 산화막(SiO2)에 비해 식각 내성이 양호함을 알 수 있다.Referring to this, it can be seen that the Ta 2 O 5 film 12 ′ of the device isolation mask pattern of the present invention has better etching resistance than the oxide film (SiO 2 ).

그 다음, 도 7에 도시된 바와 같이, 상기 폴리실리콘막 패턴(14')을 제거하하고, 패드 Ta2O5막(12')을 제거하여 기판에 산화막(20',22')으로 이루어진 소자분리막(ISO)을 형성한다. 이때, 폴리실리콘막 패턴(14') 제거시 식각 용액으로부터 기판 표면을 Ta2O5막(12')이 보호하기 때문에 기판 표면의 피트 결함 발생을 억제한다.Next, as shown in FIG. 7, the polysilicon layer pattern 14 ′ is removed, and the pad Ta 2 O 5 layer 12 ′ is removed to form oxide layers 20 ′ and 22 ′ on the substrate. An isolation layer ISO is formed. At this time, since the Ta 2 O 5 film 12 ′ protects the substrate surface from the etching solution when the polysilicon layer pattern 14 ′ is removed, occurrence of pit defects on the substrate surface is suppressed.

본 발명의 제조 방법에 있어서, 상기 패드 Ta2O5막(12)을 증착하기전에, 이후 Ta2O5막의 용이한 제거를 위해 기판(10)과 패드 Ta2O5막(12)사이에 산화막을 추가 형성할 수도 있다.Between the manufacturing method of the present invention, the pad Ta 2 O 5 prior to depositing the film 12, after the Ta 2 O 5 film is easy to remove the substrate 10 and the pad Ta 2 O 5 film 12 An oxide film may be further formed.

상술한 바와 같이, 본 발명은 STI형 소자분리 공정시 마스크 패턴으로서 폴리실리콘을 사용할 경우 기판과 폴리실리콘막 사이에 실리콘산화막(SiO2)에 비해 식각 내성이 좋은 Ta2O5막을 패드막으로 사용함으로써 이후 갭필 산화막 화학적기계적화학적기계적연마 공정을 실시한 후에 소자분리막과 기판 표면의 단차를 낮추기 위해 실시되는 습식 식각 공정과 폴리실리콘막 제거 과정에서 발생되는 기판의 표면결함을 방지한다.As described above, in the present invention, when polysilicon is used as a mask pattern in an STI type device isolation process, a Ta 2 O 5 film having better etching resistance than a silicon oxide film (SiO 2 ) is used as a pad film between a substrate and a polysilicon film. This prevents the surface defects of the substrate generated during the wet etching process and the polysilicon film removal process performed after the gapfill oxide chemical mechanical chemical chemical mechanical polishing process to reduce the step between the device isolation film and the substrate surface.

그러므로, 본 발명은 반도체 제조 공정의 수율 및 신뢰성을 크게 향상시킬 수 있다.Therefore, the present invention can greatly improve the yield and reliability of the semiconductor manufacturing process.

Claims (6)

반도체기판에 소자의 활성 영역 및 분리 영역을 정의하기 위한 트렌치 구조의 소자분리막을 형성함에 있어서,In forming a device isolation film having a trench structure to define an active region and an isolation region of a device on a semiconductor substrate, 반도체기판 상부에 순차적으로 패드 Ta2O5막과 폴리실리콘막을 순차 적층한 후에 소자분리 마스크를 이용한 사진 및 식각 공정을 진행하여 상기 적층된 폴리실리콘막과 패드 Ta2O5막을 패터닝해서, 이후 소자분리 영역이 될 기판 부위를 개방하는 단계;After sequentially stacking the pad Ta 2 O 5 film and the polysilicon film on the semiconductor substrate, the photolithography and etching process using the device isolation mask was performed to pattern the stacked polysilicon film and the pad Ta 2 O 5 film, and then Opening a substrate portion to be a separation region; 상기 패터닝된 폴리실리콘막과 패드 Ta2O5막에 의해 드러난 기판을 소정 깊이로 식각하여 트렌치를 형성하는 단계;Etching the substrate exposed by the patterned polysilicon film and the pad Ta 2 O 5 film to a predetermined depth to form a trench; 산화 공정을 진행하여 상기 트렌치가 형성된 기판에 희생 산화막을 형성한 후에 이를 제거하는 단계;Performing an oxidation process to form a sacrificial oxide film on the trenched substrate and then removing the sacrificial oxide film; 상기 트렌치가 형성된 결과물에 라이너 산화막을 형성하는 단계;Forming a liner oxide layer on the resultant trench; 상기 트렌치 내부에 갭필 산화막을 채워넣고 이를 화학적기계적연마하는 단계; 및Filling a gapfill oxide layer into the trench and chemically polishing it; And 상기 패드 Ta2O5막과 폴리실리콘막 패턴을 제거하여 기판에 산화막으로 이루어진 소자분리막을 형성하는 단계를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 반도체장치의 소자분리막 형성방법.And removing the pad Ta 2 O 5 film and the polysilicon film pattern to form a device isolation film formed of an oxide film on a substrate. 제 1항에 있어서, 상기 패드 Ta2O5막의 두께는 50∼200Å인 것을 특징으로 하는 반도체장치의 소자분리막 형성방법.The method of claim 1, wherein the thickness of the pad Ta 2 O 5 film is 50 to 200 kPa. 제 1항에 있어서, 상기 패드 Ta2O5막의 증착 공정은 화학기상증착법을 이용하고 Ta2O5막을 증착한 후에 고온 열처리 공정을 추가 실시하는 것을 특징으로 하는 반도체장치의 소자분리막 형성방법.The method of claim 1, wherein the pad Ta 2 O 5 film is deposited using a chemical vapor deposition method, and after the Ta 2 O 5 film is deposited, a high temperature heat treatment step is further performed. 제 3항에 있어서, 상기 고온 열처리 공정은 800∼1050℃에서 10초∼100분간 O2또는 O3분위기에서 진행하는 것을 특징으로 하는 반도체장치의 소자분리막 형성방법.The method of claim 3, wherein the high temperature heat treatment is performed at 800 to 1050 ° C. for 10 seconds to 100 minutes in an O 2 or O 3 atmosphere. 제 4항에 있어서, 상기 고온 열처리 공정시 N2O 가스를 추가 공급하는 것을 특징으로 하는 반도체장치의 소자분리막 형성방법.The method of claim 4, wherein the N 2 O gas is additionally supplied during the high temperature heat treatment process. 제 1항에 있어서, 상기 패드 Ta2O5막을 증착하기전에, 이후 Ta2O5막의 용이한 제거를 위해 상기 기판 상부에 산화막을 추가 형성하는 것을 특징으로 하는 반도체장치의 소자분리막 형성방법.The method of claim 1, further comprising, before depositing the pad Ta 2 O 5 film, further forming an oxide film on the substrate for easy removal of the Ta 2 O 5 film.
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