KR100400277B1 - 반도체소자의 소자분리막 형성방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 반도체소자의 소자분리막 형성방법에 관한 것으로,

패드절연막이 구비되는 반도체기판 상부에 오거닉 반사방지막을 적층하는 공정과, 상기 오거닉 반사방지막과 패드절연막을 식각하되, 시간의 변화에 따른 변동 유량 엠.에프.씨. ( Mass Flow Controller, 이하에서 MFC 라 함 ) 를 사용하여 산소가스를 제공하며 실시하여 수직한 식각면이 구비되는 공정과, 상기 오거닉 반사방지막을 제거하는 공정과, 상기 패드절연막을 마스크로하여 상기 반도체기판을 식각하여 트렌치를 형성하는 공정으로 공정을 단축시킬 수 있고 예정된 크기의 트렌치를 형성함으로써 반도체소자의 생산성 및 수율을 향상시킬 수 있는 기술이다.

Description

반도체소자의 소자분리막 형성방법{A method for forming a field oxide of a semiconductor device}

본 발명은 반도체소자의 소자분리막 형성방법에 관한 것으로, 특히 트렌치형 소자분리막 형성공정시 패드절연막으로 사용되는 질화막을 수직하게 식각할 수 있도록 하고 공정시간을 감소시켜 쓰루풋 ( through put ) 을 향상시킬 수 있는 기술에 관한 것이다.

고집적화라는 관점에서 소자의 집적도를 높이기 위해서는 각각의 소자 디맨젼 ( dimension ) 을 축소하는 것과, 소자간에 존재하는 분리영역 ( isolation region ) 의 폭과 면적을 축소하는 것이 필요하며, 이 축소정도가 셀의 크기를 좌우한다는 점에서 소자분리기술이 메모리 셀 사이즈 ( memory cell size ) 를 결정하는 기술이라고 할 수 있다.

소자분리막을 제조하는 종래기술로는 절연물 분리방식의 로코스 ( LOCOS : LOCal Oxidation of Silicon, 이하에서 LOCOS 라 함 ) 방법, 반도체기판 상부에 산화막, 다결정실리콘층, 질화막순으로 적층한 구조의 피.비.엘. ( Poly - Buffed LOCOS, 이하에서 PBL 이라 함 ) 방법, 기판에 홈을 형성한 후에 절연물질로 매립하는 트렌치 ( trench ) 방법 등이 있다.

그러나, 상기 LOCOS 방법으로 소자분리막을 미세화할 때 공정상 또는 전기적인 문제가 발생한다. 그중의 하나는, 소자분리막만으로는 전기적으로 소자를 완전히 분리할 수 없다는 것이다.

그래서, 소자분리막을 형성하는 산화공정 직전 또는 이후에 고농도의 B 또는 BF₂이온을 소자분리막의 하부에 이온주입시켜 격리효과를 보상해 주는데, 이 공정을 N 채널 필드 임플란트 ( N - channel field implant ) 공정, 즉 채널스토퍼 ( channel stopper ) 형성공정이라고 한다.

이때, 채널스토퍼로 사용되는 B 또는 BF₂는 소자분리산화공정중에 또는 기타 열처리공정시에 활성영역으로 측면확산하여 활성영역이 좁아지며, 활성트랜지스터의 문턱전압 ( threshold voltage ) 을 높이는 내로우 ( narrow ) 채널 효과를 일으키고, 소오스/드레인을 향해 측면확산하여 N⁺접합과 중첩되면서 일어나는 N⁺접합 브레이크다운 전압 ( breakdown voltage ) 의 감소나 접합누출의 증대등의 문제를 일으키며, 소자분리막의 형성후에 채널스톱 불순물을 주입할 경우에는 고에너지의 이온주입을 하기 때문에 소자분리절연막의 끝부분이 손상되어 게이트 산화막의 열화를 가져올 수 있다. 그리고, 소자분리막의 상층부는 기판과 단차를 형성하여 후속공정의 진행시 어려움이 있다.

그리고, 상기 PBL 을 사용하는 경우, 필드산화시에 산소의 측면확산에 의하여 버즈빅이 발생한다. 즉, 활성영역이 작아져 활성영역을 효과적으로 활용하지 못하며, 필드산화막의 두께가 두껍기 때문에 단차가 형성되어 후속공정에 어려움을 준다. 그리고, 기판상부의 다결정실리콘층으로 인하여 필드산화시 기판내부로 형성되는 소자분리막이 타기법에 비하여 상대적으로 작기 때문에 타기법에 비해 신뢰성을 약화시킬 수 있다.

이상에서 설명한 LOCOS 방법과 PBL 방법은 반도체기판 상부로 볼록한 소자분리막을 형성하여 단차를 갖게 됨으로써 후속공정을 어렵게 하는 단점이 있다.

이러한 단점을 해결하기 위하여, 반도체기판을 식각하여 트렌치를 형성하고 상기 트렌치를 매립한 다음, CMP 방법을 이용하여 상부면을 평탄화시키고 후속공정을 평탄화시킴으로써 후속공정을 용이하게 실시할 수 있도록 하였다.

도 1a 내지 도 1f 는 종래기술에 따른 반도체소자의 소자분리막 형성방법을도시한 단면도이다.

먼저, 반도체기판(11) 상부에 패드산화막(13), 패드질화막(15)을 적층한다.

그리고, 상기 패드질화막(15) 상부에 오거닉 반사방지막 ( organic ARC )(17)을 일정두께 형성한다.

이때, 상기 오거닉 반사방지막(17)은 상기 감광막의 패터닝을 용이하게 하기 위하여 감광막 하부에 형성하는 것이다.

그 다음, 상기 오거닉 반사방지막(17) 상부에 감광막패턴(19)을 형성한다. 이때, 상기 감광막패턴(19)은 소자분리마스크(도시안됨)를 이용한 노광 및 현상공정으로 도포된 감광막을 패터닝하여 형성한 것이다. (도 1a)

그리고, 상기 감광막패턴(19)을 마스크로하여 상기 오거닉 반사방지막(17)을 식각한다. (도 1b)

후속공정으로 실시되는 상기 오거닉 반사방지막(17)의 과도식각공정시 상기 패드질화막(15)이 경사식각된다. (도 1c)

그 다음, 상기 감광막패턴(19)을 마스크로하여 상기 패드질화막(15)과 패드산화막(13)을 식각한다.

이때, 상기 패드질화막(15)이 경사식각된 형태를 가지고 있어 그 하부로 식각되는 남아있는 패드질화막(15)과 패드산화막(13) 역시 경사지게 식각된다. (도 1d)

그 다음, 상기 감광막패턴(19)과 오거닉 반사방지막(17)을 제거한다.

이때, 상기 오거닉 반사방지막(17)의 식각공정은 산소가스를 이용하여 실시한다. (도 1e)

그 다음, 상기 패드질화막(15)과 패드산화막(13)을 마스크로하여 상기 반도체기판(11)을 식각하여 트렌치(21)를 형성한다. (도 1f)

후속공정으로 상기 패드질화막(15)과 패드산화막(13)을 제거하고 상기 트렌치(21)을 매립하여 소자분리막을 형성한다.

이상에서 설명한 바와같이 종래기술에 따른 반도체소자의 소자분리막 형성방법은, 상기 오거닉 반사방지막과 패드절연막의 식각공정으로 공정을 세분화하여 진행함으로써 상기 두 개의 식각공정 사이에 안정화 단계를 첨가하는 등의 이유로 공정시간이 길어지는 문제가 발생한다. 그리고, 상기 오거닉 반사방지막의 식각단계에서 수반되는 과도식각으로 인하여 경사를 갖는 트렌치를 형성하게 되어 씨.디. ( critical demension, 이하 CD 이라 함 ) 조절이 어려워 지는 문제점이 발생된다.

본 발명은 상기한 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여, 공정을 단순화시키고 CD 조절이 용이하도록 변동 MFC를 이용하여 트렌치를 형성하고 후속공정으로 예정된 크기의 소자분리막을 형성함으로써 반도체소자의 생산성 및 수율을 향상시킬 수 있는 반도체소자의 소자분리막 형성방법을 제공하는데 그 목적이 있다

도 1a 내지 도 1f 는 종래기술에 따른 반도체소자의 소자분리막 형성방법을 도시한 단면도.

도 2a 내지 도 2e 는 본 발명에 따른 반도체소자의 소자분리막 형성방법을 도시한 단면도.

< 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 >

11,31 : 반도체기판 13,33 : 패드산화막

15,35 : 패드질화막 17,37 : 오거닉 반사방지막

19,39 : 감광막패턴 21,41 : 트렌치

이상의 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 반도체소자의 소자분리막 형성방법은,패드절연막이 구비되는 반도체기판 상부에 오거닉 반사방지막을 적층하는 공정과,상기 오거닉 반사방지막과 패드절연막을 순차적으로 식각하되, 시간의 변화에 따른 변동 유량 MFC를 사용하여 산소가스를 제어하되, 상기 오거닉 반사방지막이 50 ∼ 100 퍼센트 식각까지는 산소가스를 3 ∼ 50 sccm 으로 흘려주며 실시하고, 150 ∼ 200 퍼센트 과식각될때까지 상기 산소가스 유량을 서서히 감소시켜 0 sccm 이 되도록 하여 수직한 식각면이 구비되는 공정과,상기 오거닉 반사방지막을 제거하는 공정과,

상기 패드절연막을 마스크로하여 상기 반도체기판을 식각하여 트렌치를 형성하는 공정을 포함하는 것을 특징으로한다.

한편, 본 발명의 원리는 다음과 같다.

종래기술에서 문제가 되던 오거닉 반사방지막와 패드질화막 및 패드산화막의 식각공정을 한번의 식각공정으로 실시하는 것을 근간으로 하며, 이때, 사용되는 산소가스 유량을 시간에 따라 변화하는 변동 MFC를 통해 조절하며 실시하는 발명으로서,

오거닉 반사방지막과 패드질화막 및 패드산화막을 식각할 때 다른 식각조건은 동일하게 하고 산소가스 유량을 변화시킴으로써 오거닉 반사방지막과 패드절연막을 동시에 식각하여 공정시간을 감축시킬 수 있으며 상기 오거닉 반사방지막에 대한 과도식각단계를 생략하여 패드질화막의 경사식각을 방지할 수 있도록 하는 것이다.

이하, 첨부된 도면을 참고로 하여 본 발명을 상세히 설명하기로 한다.

도 2a 내지 도 2e 는 본 발명의 실시예에 따른 반도체소자의 소자분리막 형성방법을 도시한 단면도이다.

먼저, 반도체기판(31) 상부에 패드산화막(33)과 패드질화막(35)을 각각 일정두께 형성한다.

이때, 상기 패드산화막(33)은 30 ∼ 200 Å 정도의 두께로 형성하고, 상기 패드질화막(35)은 500 ∼ 3000 Å 정도의 두께로 형성한다.

그 다음 상기 패드질화막(35) 상부에 오거닉 반사방지막(37)을 증착한다.

그리고, 상기 오거닉 반사방지막(37) 상부에 감광막패턴(39)을 형성한다.

이때, 상기 감광막패턴(39)은 소자분리마스크(도시안됨)를 이용한 노광 및 현상공정으로 도포된 감광막을 패터닝하여 형성한다. (도 2a)

그 다음, 상기 감광막패턴(39)을 마스크로하여 상기 오거닉 반사방지막(37), 패드질화막(35) 및 패드산화막(33)을 순차적으로 식각한다.

이때, 상기 식각공정은, 시간의 변화에 따른 유량 변동 MFC를 사용하여 산소가스를 공급하며 실시하되, 그외 다른 조건은 종래와 같은 조건으로 하여 실시함으로써 수직한 패드절연막(33,35)의 측벽을 형성한다.

그리고, 상기 오거닉 반사방지막(37)이 50 ∼ 100 퍼센트 식각될때에는 산소가스를 3 ∼ 50 sccm 으로 동일하게 흘려주며 공급하며, 상기 오거닉 반사방지막(37)이 150 ∼ 200 퍼센트까지 과식각될때에는 상기 산소가스 유량을 서서히 감소시켜 0 sccm 이 되도록 하여 실시한다. (도 2b, 도 2c)

그 다음, 상기 감광막패턴(39)과 오거닉 반사방지막(37)을 제거한다. (도 2d)

그리고, 상기 패드질화막(35) 및 패드산화막(33)을 마스크로하여 상기 반도체기판(31)을 식각하여 예정된 크기의 트렌치(41)를 형성한다. (도 2e)

후속공정으로 상기 트렌치(41)를 매립하는 절연막으로 소자분리막을 형성한다.

이상에서 설명한 바와같이 본 발명에 따른 반도체소자의 소자분리막 형성방법은, 상기 패드절연막 상부에 오거닉 반사방지막을 형성하고 이들을 한번의 공정으로 식각하여 식각면이 수직하도록 함으로써 예정된 크기의 소자분리막을 형성할 수 있도록 하여 반도체소자의 생산성 및 수율을 향상시키는 효과를 제공한다.

Claims (2)

1. 패드절연막이 구비되는 반도체기판 상부에 오거닉 반사방지막을 적층하는 공정과,

   상기 오거닉 반사방지막과 패드절연막을 순차적으로 식각하되, 시간의 변화에 따른 변동 유량 MFC를 사용하여 산소가스를 제어하되, 상기 오거닉 반사방지막이 50 ∼ 100 퍼센트 식각까지는 산소가스를 3 ∼ 50 sccm 으로 흘려주며 실시하고, 150 ∼ 200 퍼센트 과식각될때까지 상기 산소가스 유량을 서서히 감소시켜 0 sccm 이 되도록 하여 수직한 식각면이 구비되는 공정과,

   상기 오거닉 반사방지막을 제거하는 공정과,

   상기 패드절연막을 마스크로하여 상기 반도체기판을 식각하여 트렌치를 형성하는 공정을 포함하는 반도체소자의 소자분리막 형성방법.
2. 삭제