KR100446285B1 - Method for forming trench isolation region having round-shaped profile formed at upper corner of trench - Google Patents

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KR100446285B1 KR1019970054197A KR19970054197A KR100446285B1 KR 100446285 B1 KR100446285 B1 KR 100446285B1 KR 1019970054197 A KR1019970054197 A KR 1019970054197A KR 19970054197 A KR19970054197 A KR 19970054197A KR 100446285 B1 KR100446285 B1 KR 100446285B1
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Abstract

PURPOSE: A method for forming a trench isolation region is provided to prevent thinning effect of a gate oxide and concentration of electric field to an upper corner of a trench by forming the upper corner of the trench with a round shape. CONSTITUTION: A pad oxide layer pattern(30'), a nitride layer pattern(50'), and an oxide layer pattern are stacked on a semiconductor substrate(10). A trench is formed on the semiconductor substrate. A part of the pad oxide layer pattern and the oxide layer pattern are selectively etched to form a recess on the pad oxide layer pattern and remove the oxide layer pattern. A sidewall oxide layer is formed on the inside of the trench. The trench is buried and an insulating layer is formed on the semiconductor substrate.

Description

라운드 모양의 상부 코너를 가지는 트렌치 소자분리영역 형성방법Method for forming trench isolation region with rounded top corner

본 발명은 반도체 장치의 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하기로는 트렌치 상부 코너에서 라운드(round)진 프로파일을 얻을 수 있는 트렌치 소자분리영역 형성방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device, and more particularly, to a method of forming a trench isolation region capable of obtaining a rounded profile at an upper corner of a trench.

일반적으로 반도체 장치의 제조에 널리 이용되는 LOCOS 소자분리방법(LOCal Oxidation of Silicon; 이하 LOCOS)은 활성 영역 사이의 반도체 기판 표면을 산화함으로써 소자를 분리하는 것인데, 256M DRAM(Dynamic Random Access Memory) 이상의 고집적화되는 반도체 장치에 있어서는 소자분리의 폭(width)이 감소함에 따라 펀치-쓰루(Punch-Through) 전류가 흐르는 문제점을 지니고 있다.In general, LOCOS, which is widely used in the manufacture of semiconductor devices, is used to separate devices by oxidizing the surface of a semiconductor substrate between active regions, and is highly integrated with 256M dynamic random access memory (DRAM). In the semiconductor device, a punch-through current flows as the width of device isolation decreases.

상기 LOCOS 방법의 펀치-쓰루 전류의 문제점을 해결하기 위하여 트렌치를 이용한 소자분리방법이 제안된 바 있다. 트렌치 소자분리방법은 활성 영역 사이에 트렌치를 형성하여 트렌치를 절연물질로 매립함으로써 소자를 분리하는 것인데, 같은 소자분리 폭에서도 효과적인 소자분리 깊이(Effective Isolation Lengh)를 가질 수 있어 점차 그 중요성이 증대되고 있다. 특히, STI(Shallow Trench Isolation)기술은 화학기계적 연마(CMP) 기술과 결합하면서 그 중요성이 더욱 커지고 있다.In order to solve the problem of the punch-through current of the LOCOS method, a device isolation method using a trench has been proposed. The trench isolation method separates devices by forming trenches between active regions and filling trenches with insulating material.Effective isolation depth can be obtained even at the same device isolation width. have. In particular, STI (Shallow Trench Isolation) technology is becoming more important as it is combined with chemical mechanical polishing (CMP) technology.

통상의 트렌치 소자분리방법은 다음과 같다. 먼저 반도체 기판상에 소정 두께의 패드 산화막, 실리콘 질화막 및 고온 산화막(High Temparature Oxide:HTO)을 증착한 후, 이를 패터닝하여 마스크 패턴을 형성한 다음, 상기 패턴을 마스크로 사용하여 반도체 기판에 트렌치를 형성한다. 트렌치의 식각 후, 그 내부를 산화하고 트렌치의 내부를 절연물질로 채운 후, 화학기계적 연마 공정(Chemical Mechanical Polishing: 이하 CMP)을 행하여 질화막 패턴을 노출시킨다. 이어서, 질화막 패턴 및 패드 산화막을 제거하여 소자분리막을 완성한다.A typical trench device isolation method is as follows. First, a pad oxide film, a silicon nitride film, and a high temperature oxide film (HTO) having a predetermined thickness are deposited on the semiconductor substrate, and then patterned to form a mask pattern. Then, the trench is formed in the semiconductor substrate using the pattern as a mask. Form. After the trench is etched, the inside of the trench is oxidized and the inside of the trench is filled with an insulating material, followed by chemical mechanical polishing (CMP) to expose the nitride film pattern. Subsequently, the device isolation film is completed by removing the nitride film pattern and the pad oxide film.

이하, 도면을 참조하여, 상기한 종래 방법의 문제점을 설명한다. 도 1은 상기 종래의 방법에 의하여 트렌치의 내부에 산화막이 형성되어 있는 단계를 도시한 단면도이다. 도 1을 참조하면, 반도체 기판(1)상에 패드 산화막 패턴(3), 질화막 패턴(5), 고온 산화막 패턴(7)으로 이루어진 마스크 패턴이 형성되어 있고, 트렌치(t)의 내부에는 얇은 산화막(9)이 형성되어 있다.Hereinafter, with reference to the drawings, the problem of the above-described conventional method will be described. 1 is a cross-sectional view showing a step in which an oxide film is formed inside a trench by the conventional method. Referring to FIG. 1, a mask pattern including a pad oxide film pattern 3, a nitride film pattern 5, and a high temperature oxide film pattern 7 is formed on a semiconductor substrate 1, and a thin oxide film is formed inside the trench t. (9) is formed.

도 1로부터 알 수 있듯이, 소자의 활성 영역과 비활성 영역의 경계가 되는 상기 트렌치(t)의 상부 코너(u)에는 산화막(9)의 형성이 용이하지 않아 산화막이 보다 얇게 형성된다. 이에 따라 후속되는 CMP 공정 및 잔여 마스크 패턴(3, 5) 제거 공정을 거친 후의 트렌치 상부 코너(u)는 낱카로운 프로파일(sharp profile)을 가지게 된다.As can be seen from FIG. 1, the oxide film 9 is not easily formed in the upper corner u of the trench t, which is the boundary between the active area and the inactive area of the device, so that the oxide film is formed thinner. As a result, the trench upper corner u after the subsequent CMP process and the residual mask pattern 3 and 5 removal process has a sharp profile.

도 2는 상기의 종래 방법에 의하여 트렌치의 내부에 산화막을 형성한 후의 단면 SEM 사진으로서, 트렌치의 상부 코너가 날카로운 프로파일을 가지는 것을 알 수 있다.2 is a cross-sectional SEM photograph after the oxide film is formed inside the trench by the conventional method, and it can be seen that the upper corner of the trench has a sharp profile.

이러한 상태에서 활성 영역에 게이트 산화막을 형성하기 위한 산화 공정을 진행하면, 상기 트렌치 상부 코너(u)에서는 게이트 산화막이 얇아지는 현상(gate oxide thining)이 나타나고, 전류-전압(I-V) 곡선에서 비정상적인 험프(hump)가 생기거나, 오프(OFF) 상태의 누설전류가 증가할 수 있으며, 역협폭 채널효과(Reverse Narrow Channel Effect)나 게이트 산화막의 열화가 발생할 수 있다. 구체적으로, 게이트 전압을 인가하면 상기 u 지점과 인접하는 채널 영역에 전계가 집중되므로 낮은 게이트 전압에서도 쉽게 반전(inversion)되어 소오스/드레인 사이에 흐르는 전류를 증가시키게 된다. 따라서, 트랜지스터의 문턱 전압이 낮아지는 효과 즉, 역협폭 채널 효과가 발생하여 소자 특성을 열화시키게 된다.In this state, when the oxidation process for forming the gate oxide film is formed in the active region, gate oxide thinning occurs at the upper corner u of the trench, and an abnormal hump in the current-voltage (IV) curve is observed. A hump may occur or leakage current in an OFF state may increase, and a reverse narrow channel effect or a deterioration of a gate oxide layer may occur. Specifically, when the gate voltage is applied, the electric field is concentrated in the channel region adjacent to the u point, and thus is easily inverted even at a low gate voltage to increase the current flowing between the source and the drain. Therefore, an effect of lowering the threshold voltage of the transistor, that is, an inverse narrow channel effect occurs, thereby degrading device characteristics.

한편, 상기 종래의 트렌치 소자분리방법에 따르면, 트렌치의 식각 후에 식각 마스크로 사용된 산화막 패턴(7)이 질화막 패턴(5)위에 잔존하므로, 산화막 패턴(7)의 두께가 웨이퍼 내에서 상당히 불균일하게 될 뿐만 아니라 웨이퍼 별로도 편차(variation)가 심하게 된다. 따라서, 후속 공정으로 트렌치의 갭을 채우고 CMP 공정을 행하게 되면, 패턴(7)의 두께가 불균일할 경우 CMP 공정 후 필드 산화막의 높이를 조절할 수 없으며, 이 경우 소자의 전기적 특성에 편차가 생기는 문제점이 있다.On the other hand, according to the conventional trench device isolation method, since the oxide film pattern 7 used as the etching mask remains on the nitride film pattern 5 after the trench is etched, the thickness of the oxide film pattern 7 is very unevenly in the wafer. In addition, the variation is severe for each wafer. Therefore, when the gap of the trench is filled in the subsequent process and the CMP process is performed, if the thickness of the pattern 7 is non-uniform, the height of the field oxide film cannot be adjusted after the CMP process, and in this case, there is a problem in that the electrical characteristics of the device are varied. have.

본 발명이 이루고자 하는 과제는, 그 측벽의 상부가 라운드(round) 모양을 가지는 트렌치 소자분리영역 형성방법을 제공하는데 있다.An object of the present invention is to provide a method for forming a trench isolation region in which an upper portion of a sidewall of the sidewall has a round shape.

도 1은 종래 기술에 의한 트렌치 소자분리의 문제점을 설명하기 위해 도시한 단면도이다.1 is a cross-sectional view illustrating a problem of trench isolation according to the prior art.

도 2는 종래 기술에 의해 트렌치 내부에 산화막을 형성한 경우의 단면 SEM 사진이다.2 is a cross-sectional SEM photograph when an oxide film is formed inside a trench by the prior art.

도 3 내지 도 10은 본 발명의 제1 실시예에 의한 트렌치 소자분리영역 형성방법을 공정 순서대로 도시한 단면도들이다.3 to 10 are cross-sectional views sequentially illustrating a method of forming a trench isolation region according to a first embodiment of the present invention.

도 11 내지 도 15는 본 발명의 제2 실시예에 의한 트렌치 소자분리영역 형성방법을 공정 순서대로 도시한 단면도들이다.11 to 15 are cross-sectional views sequentially illustrating a method of forming a trench isolation region according to a second embodiment of the present invention.

도 16은 본 발명에 의해 반도체 기판상의 패드 산화막 패턴을 리세스(recess)한 경우의 단면 SEM 사진이다.Fig. 16 is a cross-sectional SEM photograph when the pad oxide film pattern on the semiconductor substrate is recessed according to the present invention.

도 17은 본 발명에 의해 트렌치 내부에 산화막을 형성한 경우의 단면 SEM 사진이다.17 is a cross-sectional SEM photograph in the case where an oxide film is formed in the trench according to the present invention.

상기 과제를 이루기 위하여 본 발명에서는, 패드 산화막 패턴, 질화막 패턴 및 산화막 패턴이 차례로 적층되어 있는 반도체 기판에 트렌치를 형성한 다음, 상기 패드 산화막 패턴의 소정부분 및 산화막 패턴을 선택적으로 식각하여, 패드 산화막 패턴에 리세스(recess)를 형성하고 산화막 패턴을 제거한다. 상기 트렌치의 내부에 측벽 산화막을 형성한다. 이때, 상기 리세스 내부에까지 측벽 산화막이 형성되므로 트렌치 상부 코너가 라운드 모양을 띠게 된다. 이어, 상기 트렌치를 매립하고 상기 기판상에 소정두께를 갖는 절연층을 형성한다.In order to achieve the above object, in the present invention, a trench is formed in a semiconductor substrate in which a pad oxide film pattern, a nitride film pattern, and an oxide film pattern are sequentially stacked, and then a predetermined portion of the pad oxide film pattern and the oxide film pattern are selectively etched to form a pad oxide film. A recess is formed in the pattern and the oxide film pattern is removed. A sidewall oxide film is formed in the trench. At this time, since the sidewall oxide film is formed inside the recess, the upper corner of the trench is rounded. Subsequently, the trench is filled with an insulating layer having a predetermined thickness on the substrate.

본 발명에 있어서, 상기 패드 산화막 및 산화막 패턴을 선택적 식각하는 단계는, 산화물만을 선택적으로 식각하는 에쳔트를 사용하여 습식 식각하는데, 패드 산화막 패턴이 50 내지 300Å 리세스(recess)되도록 실시하는 것이 바람직하다.In the present invention, the step of selectively etching the pad oxide film and the oxide pattern, wet etching using an etchant that selectively etches only oxide, it is preferable to perform so that the pad oxide film pattern is recessed (50 to 300Å). Do.

본 발명의 일실시예에서는, 상기 산화막 패턴 대신 포토레지스트 패턴을 트렌치 식각 마스크로 사용한다. 이와 같이 질화막 패턴 위에 산화막이 없더라도 트렌치 식각 후에 패드 산화막을 리세스시켜 트렌치 상부 코너의 라운드 프로파일을 얻을 수 있다.In an embodiment of the present invention, a photoresist pattern is used as a trench etching mask instead of the oxide layer pattern. As such, even if there is no oxide layer on the nitride layer pattern, the pad oxide layer may be recessed after the trench etching to obtain a round profile of the upper corner of the trench.

본 발명에 의한 트렌치 소자분리영역 형성방법에 의하면, 패드 산화막 패턴에 리세스(recess)를 형성함으로써, 이후 상기 트렌치의 내부에 산화막 형성시 상부 코너에까지 산화막을 균일한 두께로 형성할 수 있으며, 상기 트렌치 측벽의 상부에서 라운드 프로파일을 얻을 수 있다. 또한, 패드 산화막 패턴의 리세스(recess) 공정에서, 질화막 패턴상에 잔존하는 산화막 패턴도 함께 제거되어, 표면이 균일화됨으로 인하여 후속 공정에서 필드 산화막의 높이를 균일화할 수 있다.According to the method of forming a trench device isolation region according to the present invention, by forming a recess in a pad oxide layer pattern, an oxide layer may be formed to a uniform thickness up to an upper corner when an oxide layer is formed in the trench. A round profile can be obtained at the top of the trench sidewalls. In addition, in the recess process of the pad oxide film pattern, the oxide film pattern remaining on the nitride film pattern is also removed to uniformize the height of the field oxide film in a subsequent process because the surface is uniform.

이하, 본 발명의 실시예에 의한 소자분리영역 형성방법을 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.Hereinafter, a method of forming an isolation region according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

실시예1Example 1

도 3 내지 도 10은 본 발명의 제1 실시예에 의한 반도체 장치의 트렌치(Trench) 소자분리영역 형성방법을 설명하기 위해 도시한 단면도들이다.3 to 10 are cross-sectional views illustrating a method of forming a trench device isolation region in a semiconductor device according to a first embodiment of the present invention.

도 3을 참조하면, 먼저 반도체 기판(10) 상에 패드 산화막(30)을 성장시키고, 그 위에 실리콘 질화막(50)을 증착한다. 이어서, 질화막(50) 위에 트렌치 식각 마스크를 형성하기 위하여 산화막(70), 예컨대 고온산화막(HTO)을 형성한다. 상기 산화막(70)상에 포토레지스트를 도포한 다음, 노광 및 현상하여 반도체 기판(10) 상에 포토레지스트 패턴(도시되지않음)을 형성한다.Referring to FIG. 3, a pad oxide film 30 is first grown on a semiconductor substrate 10, and a silicon nitride film 50 is deposited thereon. Subsequently, an oxide film 70, for example, a high temperature oxide film HTO, is formed on the nitride film 50 to form a trench etching mask. A photoresist is applied on the oxide film 70 and then exposed and developed to form a photoresist pattern (not shown) on the semiconductor substrate 10.

상기 패드 산화막(30)은 50∼300Å 두께로 형성하는데, 이는 상기 질화막(50) 증착시 상기 반도체 기판(10)이 받는 스트레스(stress)에 대해 버퍼(buffer) 역할을 한다.The pad oxide layer 30 is formed to have a thickness of 50 to 300 Å, which serves as a buffer against stress that the semiconductor substrate 10 receives when the nitride layer 50 is deposited.

상기 질화막(50)은 1000∼2000Å 두께로 형성하는데, 이는 후속 공정에서 트렌치를 형성한 후 트렌치에 절연 물질을 매립하기 위해 반도체 기판 전면에 절연 물질을 증착한 후, 화학기계적 연마(CMP) 공정을 진행할 때 연마 저지층 역할을 하기 위한 것이다.The nitride film 50 is formed to have a thickness of 1000 to 2000 microns, which is formed in a subsequent process, and after the insulating material is deposited on the entire surface of the semiconductor substrate to fill the insulating material in the trench, a chemical mechanical polishing (CMP) process is performed. It is intended to serve as an abrasive barrier layer when advancing.

상기 산화막(70)은 트렌치를 형성하기 위해 반도체 기판을 식각할 때 마스크 역할을 하기 위한 것으로서, 그 형성방법으로는 높은 온도하에서 산소, 수증기와 같은 산화성가스로 실리콘 질화막 패턴의 내부를 산화하거나, 또는 플라즈마를 사용하여 실리콘 질화막 패턴의 내부을 산화하는 방법이 있다. 이때, 플라즈마를 사용하여 형성된 산화막은 습식 식각율이 고온산화막에 비해 우월하므로 후속 공정에서 패드 산화막의 부분 식각 공정시 완전히 제거되는 장점이 있다.The oxide layer 70 serves as a mask when etching the semiconductor substrate to form a trench, and the method of oxidizing the inside of the silicon nitride layer pattern with an oxidizing gas such as oxygen or water vapor at a high temperature, or There is a method of oxidizing the inside of the silicon nitride film pattern using plasma. In this case, the oxide film formed using the plasma has an advantage that the wet etch rate is superior to that of the high temperature oxide film and thus is completely removed during the partial etching process of the pad oxide film in a subsequent process.

도 4를 참조하면, 상기 포토레지스트 패턴(도시되지않음)을 식각 마스크로 하여 산화막(70), 질화막(50) 및 패드 산화막(30)을 차례로 식각함으로써 마스크로 사용될 패드 산화막 패턴(30'), 질화막 패턴(50') 및 산화막 패턴(70')을 형성한 후, 포토레지스트 패턴을 제거한다.Referring to FIG. 4, the oxide film 70, the nitride film 50, and the pad oxide film 30 are sequentially etched using the photoresist pattern (not shown) as an etch mask, so as to be used as a mask. After the nitride film pattern 50 'and the oxide film pattern 70' are formed, the photoresist pattern is removed.

도 5를 참조하면, 상기 산화막 패턴(70'), 질화막 패턴(50') 및 패드 산화막 패턴(30')을 마스크로 사용하여 상기 반도체 기판(10)을 건식 식각하여 트렌치(t)를 형성한다. 상기 건식 식각 공정은 Cl2와 HBr의 혼합 가스를 사용한다.Referring to FIG. 5, a trench t is formed by dry etching the semiconductor substrate 10 using the oxide layer pattern 70 ′, the nitride layer pattern 50 ′, and the pad oxide layer pattern 30 ′ as a mask. . The dry etching process uses a mixed gas of Cl 2 and HBr.

도 6을 참조하면, 상기 트렌치 상부 코너(u)의 패드 산화막 패턴(30')의 일부를 선택적으로 식각하여, 패드 산화막 패턴(30')을 상기 질화막 패턴(50')에 대해 리세스(recess)시킨다.Referring to FIG. 6, a portion of the pad oxide layer pattern 30 ′ of the trench upper corner u is selectively etched to recess the pad oxide layer pattern 30 ′ with respect to the nitride layer pattern 50 ′. )

상기 산화막만을 선택적으로 식각할 수 있는 에쳔트로는 NH4OH와 HF의 혼합 용액 또는 HF 용액 등을 사용하며, 식각율에 따라 혼합 비율을 조절할 수 있다.As an etchant capable of selectively etching only the oxide film, a mixture solution of NH 4 OH and HF or an HF solution may be used, and the mixing ratio may be adjusted according to the etching rate.

또한, 상기 에쳔트로 패드 산화막 패턴(30')의 일정량을 습식 식각하는 과정에서, 질화막 패턴(50')의 상부에 잔존하는 산화막 패턴(70')이 함께 제거되어 이후, 필드 산화막의 두께가 균일하게 된다.In addition, in the process of wet etching a predetermined amount of the pad oxide layer pattern 30 ′ with the etchant, the oxide layer pattern 70 ′ remaining on the nitride layer pattern 50 ′ is removed together, and thus the thickness of the field oxide layer is uniform. Done.

상기 산화막 패턴(70')을 플라즈마 화학 기상증착법을 사용하여 형성할 수도 있다. 이러한 플라즈마 산화막은 고온 산화막보다 습식 식각율이 높아서, 식각과정에서 완전히 제거된다. 그 결과 화학기계 연마 공정전 산화막의 균일도는 트렌치의 갭을 메우는 물질의 균일도와 동일한 수준을 얻을 수 있다.The oxide film pattern 70 'may be formed using a plasma chemical vapor deposition method. The plasma oxide film has a higher wet etching rate than the high temperature oxide film, and is thus completely removed during the etching process. As a result, the uniformity of the oxide film before the chemical mechanical polishing process can be obtained at the same level as that of the material filling the gap of the trench.

도 7을 참조하면, 트렌치(t)의 내부에 측벽 산화막(90)을 얇게 형성한다. 이는 상기 트렌치 영역(t)의 형성을 위한 식각 과정에서 손상받은 부분을 치유하기 위한 것으로, 예를 들면 열산화법에 의하여 트렌치의 내부에 측벽 산화막(90)을 형성한다. 이때, 패드 산화막 패턴(30')에 리세스가 형성되어 있으므로, 리세스로 인하여 노출된 반도체 기판에까지 산화막을 형성할 수 있어 그 결과 트렌치 내부의 측벽 산화막(90)의 두께는 트렌치의 상부 코너(u)에 이르기까지 일정하게 되며, 트렌치의 탑 코너에 라운드 프로파일이 형성된다.Referring to FIG. 7, the sidewall oxide film 90 is thinly formed in the trench t. This is to heal the damaged portion during the etching process for forming the trench region t. For example, the sidewall oxide layer 90 is formed in the trench by thermal oxidation. In this case, since the recess is formed in the pad oxide layer pattern 30 ′, the oxide layer may be formed even on the semiconductor substrate exposed by the recess. As a result, the thickness of the sidewall oxide layer 90 inside the trench may be formed in the upper corner of the trench. up to u), a round profile is formed at the top corner of the trench.

도 8을 참조하면, 예컨대 화학기상증착방법(Chemical Vapor Deposition)으로 상기 트렌치(t)를 채우고 상기 질화막 패턴(50') 위에 소정두께를 가지도록 산화막(110)을 형성한다.Referring to FIG. 8, the oxide film 110 is formed to fill the trench t by a chemical vapor deposition method and to have a predetermined thickness on the nitride film pattern 50 ′.

도 9를 참조하면, 상기 질화막 패턴(50')이 노출될때까지 화학 기계적 연마(Chemical Mechanical Polishing; CMP)공정을 이용하여 평탄화한다.Referring to FIG. 9, planarization is performed using a chemical mechanical polishing (CMP) process until the nitride film pattern 50 ′ is exposed.

도 10을 참조하면, 상기 질화막 패턴(50')을 인산과 같은 에쳔트(etchant)를 사용하여 습식식각으로 제거하고, 희생산화공정을 통해 희생산화막(도시되지 않음)을 형성한 다음, 완충 산화막 식각 용액(Buffered Oxide Echant:BOE)이나 불산(HF)과 같은 산화막 에쳔트를 사용하여 상기 패드산화막 패턴(30')을 제거함으로써 소자분리막(110')을 얻는다.Referring to FIG. 10, the nitride film pattern 50 ′ is removed by wet etching using an etchant such as phosphoric acid, a sacrificial oxide film (not shown) is formed through a sacrificial oxidation process, and a buffer oxide film. The device isolation layer 110 ′ is obtained by removing the pad oxide layer pattern 30 ′ using an oxide film etchant such as an etched solution (BOE) or hydrofluoric acid (HF).

상기와 같은 본 발명의 트렌치 소자분리방법에 의해 제조된 반도체 소자에서는 활성 영역과 비활성 영역의 경계가 되는 상기 트렌치(t)의 상부 코너(u)는 라운드(round) 모양을 하게 된다.In the semiconductor device manufactured by the trench isolation method of the present invention as described above, the upper corner u of the trench t, which is a boundary between the active region and the inactive region, has a round shape.

도 16은 도 6과 같이 본 발명의 방법에 따라 트렌치를 형성한 후, NH4OH 용액 또는 HF 용액으로 1분간 패드 산화막 패턴을 리세스(recess)한 경우의 단면 SEM 사진이다. 이로부터, 트렌치 상부의 패드 산화막 패턴이 150Å 정도 리세스(recess) 되어있음을 확인할 수 있다.FIG. 16 is a cross-sectional SEM photograph when the trench is formed in accordance with the method of the present invention as shown in FIG. 6 and then the pad oxide layer pattern is recessed with NH 4 OH solution or HF solution for 1 minute. From this, it can be seen that the pad oxide film pattern in the upper portion of the trench is recessed by about 150 Å.

도 17은 도 7과 같이 본 발명의 방법에 따라 패드 산화막 패턴이 리세스(recess)된 웨이퍼의 트렌치 내부에 측벽 산화막을 형성한 후의 SEM 사진이다. 트렌치의 상부 코너가 라운드(round) 모양으로 형성되었음을 볼 수 있다.FIG. 17 is a SEM photograph after the sidewall oxide film is formed in the trench of the wafer where the pad oxide pattern is recessed according to the method of the present invention as shown in FIG. 7. It can be seen that the upper corner of the trench is formed in a round shape.

실시예 2Example 2

제2 실시예는 질화막 증착후, 산화막을 형성하는 대신 포토레지스트막을 도포한다는 점에 있어서 제1 실시예와 차이가 있다.The second embodiment differs from the first embodiment in that a photoresist film is applied instead of an oxide film after nitride film deposition.

도11 내지 도 15는 본 발명의 제2 실시예에 의한 반도체 장치의 트렌치 소자분리영역 형성방법을 설명하기 위해 도시한 단면도들이다.11 to 15 are cross-sectional views illustrating a method of forming a trench isolation region in a semiconductor device according to a second embodiment of the present invention.

도 11을 참조하면, 먼저 반도체 기판(100) 상에 패드 산화막(300)을 성장시키고, 그 위에 질화막(500)을 증착한다. 이어서, 질화막(500) 위에 포토레지스트(1300)를 도포한다.Referring to FIG. 11, a pad oxide film 300 is first grown on a semiconductor substrate 100, and a nitride film 500 is deposited thereon. Next, the photoresist 1300 is coated on the nitride film 500.

상기 패드 산화막(300)은 50∼300Å 두께로 형성하는데, 이는 상기 질화막(500) 증착시 상기 반도체 기판(100)이 받는 스트레스(stress)에 대해 버퍼(buffer) 역할을 한다.The pad oxide layer 300 is formed to have a thickness of 50 to 300 占 이는, which serves as a buffer against stress that the semiconductor substrate 100 receives when the nitride layer 500 is deposited.

상기 질화막(500)은 1000∼2000Å 두께로 형성하는데, 이는 후속 공정에서 트렌치를 형성한 후 트렌치에 절연 물질을 매립하기 위해 반도체 기판 전면에 절연 물질을 증착한 후, 화학기계적 연마(CMP) 공정을 진행할 때 연마 저지층 역할을 하기 위한 것이다.The nitride film 500 is formed to have a thickness of 1000 to 2000 microns, which is formed in a subsequent process, and after the insulating material is deposited on the entire surface of the semiconductor substrate to fill the trench with a trench, a chemical mechanical polishing (CMP) process is performed. It is intended to serve as an abrasive barrier layer when advancing.

상기 포토레지스트(1300)는 5000∼15000Å 두께로 형성하는데, 이는 질화막(500)과 패드 산화막(300)의 패턴을 형성할 때와 트렌치를 형성하기 위해 반도체 기판을 식각할 때 각각 마스크 역할을 한다.The photoresist 1300 is formed to a thickness of 5000 to 15000 Å, which serves as a mask when forming a pattern of the nitride film 500 and the pad oxide film 300 and when etching a semiconductor substrate to form a trench.

도 12를 참조하면, 상기 포토레지스트를 노광 및 현상하여 포토레지스트 패턴(1300')을 형성하고, 이를 마스크 패턴으로 하여 반도체 기판(100)이 노출되도록 패드 산화막(300) 및 질화막(500)을 식각하여 패드 산화막 패턴(300') 및 질화막 패턴(500')을 형성한다.Referring to FIG. 12, the photoresist is exposed and developed to form a photoresist pattern 1300 ′, and the pad oxide film 300 and the nitride film 500 are etched to expose the semiconductor substrate 100 using the photoresist pattern as a mask pattern. The pad oxide film pattern 300 'and the nitride film pattern 500' are thus formed.

도 13을 참조하면, 상기 포토레지스트 패턴(1300')을 식각 마스크로 하여 반도체 기판을 건식 식각하여 트렌치(t)를 형성한다. 상기 건식 식각 공정은 Cl2와 HBr의 혼합 가스를 사용할 수 있다.Referring to FIG. 13, a trench t is formed by dry etching a semiconductor substrate using the photoresist pattern 1300 ′ as an etching mask. The dry etching process may use a mixed gas of Cl 2 and HBr.

도 14를 참조하면, 포토레지스트 패턴(1300')을 제거한다. 상기 포토레지스트 패턴(1300')은 이후에 리세스 형성 단계 이후에 제거하여도 무방하고, 또는 이후 CMP 공정에서 제거되어도 무방하다.Referring to FIG. 14, the photoresist pattern 1300 ′ is removed. The photoresist pattern 1300 ′ may be removed after the recess forming step, or may be removed after the CMP process.

도 15를 참조하면, 상기 트렌치(t) 상부 코너 부위의 패드 산화막 패턴(300')의 일부를 선택적으로 식각하여, 패드 산화막 패턴(300')을 상기 질화막 패턴(500')에 대해 리세스(recess)시킨다.Referring to FIG. 15, a portion of the pad oxide layer pattern 300 ′ of the upper portion of the trench t may be selectively etched to recess the pad oxide layer pattern 300 ′ with respect to the nitride layer pattern 500 ′. recess).

상기 패드 산화막만을 선택적으로 식각할 수 있는 에쳔트로는 NH4OH와 HF의 혼합 용액 또는 HF용액 등이 있다.An etchant capable of selectively etching only the pad oxide layer may be a mixed solution of NH 4 OH and HF or an HF solution.

이후 공정은 실시예 1과 동일하게 하여 도 16과 같은 소자분리막을 얻는다.Subsequently, the same process as in Example 1 was carried out to obtain a device isolation film as shown in FIG.

이상, 설명된 바와 같이 본 발명의 바람직한 실시예들에 의하면, 트렌치의 식각 후 패드 산화막 패턴에 리세스를 형성한 다음, 트렌치의 내부에 산화막을 형성함으로써, 트렌치 상부 코너를 라운드(round)지게 형성할 수 있고, 그 결과 게이트 산화막이 얇아지는 현상(gate oxide thinnig) 및 상기 트렌치 상부 코너에 전계가 집중되는 현상이 나타나지 않는 장점이 있다.As described above, according to the exemplary embodiments of the present invention, after the trench is etched, a recess is formed in the pad oxide layer pattern, and then an oxide layer is formed in the trench to round the upper corner of the trench. As a result, the gate oxide thinning and the concentration of the electric field in the upper corners of the trench do not appear.

또한, 트렌치의 식각 후 패드 산화막 패턴에 리세스를 형성하는 과정에서 질화막 상부에 잔존하는 트렌치 식각 마스크 패턴을 완전히 제거함으로써 후속 공정에서 필드 산화막의 높이를 균일화할 수 있는 장점이 있다.In addition, in the process of forming a recess in the pad oxide layer pattern after etching the trench, the trench etch mask pattern remaining on the upper portion of the nitride layer may be completely removed to uniformize the height of the field oxide layer in a subsequent process.

이상, 본 발명을 바람직한 실시예를 들어 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않고, 많은 변형이 본 발명의 기술적 사상내에서 당분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 가능함은 명백하다.In the above, the present invention has been described in detail with reference to preferred embodiments, but the present invention is not limited to the above embodiments, and it is apparent that many modifications are possible by those skilled in the art within the technical idea of the present invention. Do.

Claims (16)

패드 산화막 패턴, 질화막 패턴 및 산화막 패턴이 차례로 적층되어 있는 반도체 기판에 트렌치를 형성하는 단계;Forming a trench in a semiconductor substrate in which a pad oxide film pattern, a nitride film pattern, and an oxide film pattern are sequentially stacked; 상기 패드 산화막 패턴의 소정부분 및 상기 산화막 패턴을 선택적으로 식각하여, 상기 패드 산화막 패턴에 리세스(recess)를 형성하고 상기 산화막 패턴을 제거하는 단계;Selectively etching a predetermined portion of the pad oxide layer pattern and the oxide layer pattern to form a recess in the pad oxide layer pattern and to remove the oxide layer pattern; 상기 트렌치의 내부에 측벽 산화막을 형성하는 단계; 및Forming a sidewall oxide film in the trench; And 상기 트렌치를 매립하고 상기 반도체 기판상에 소정두께를 갖는 절연층을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 트렌치 소자분리영역 형성방법.And filling the trench and forming an insulating layer having a predetermined thickness on the semiconductor substrate. 제1항에 있어서, 상기 트렌치를 형성하는 단계는,The method of claim 1, wherein the forming of the trench comprises: 반도체 기판상에 패드 산화막, 질화막, 산화막을 차례로 적층한 후 이를 패터닝하여 반도체 기판의 소정 영역을 노출시키는 단계; 및Stacking a pad oxide film, a nitride film, and an oxide film on the semiconductor substrate in sequence, and then patterning the same to expose a predetermined region of the semiconductor substrate; And 상기 노출된 반도체 기판을 소정 깊이 건식식각하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 트렌치 소자분리영역 형성방법.And etching the exposed semiconductor substrate to a predetermined depth. 제2항에 있어서, 상기 산화막이 고온 산화막(HTO)으로 이루어진 것을 특징으로 하는 하는 트렌치 소자분리영역 형성방법.The method of claim 2, wherein the oxide layer comprises a high temperature oxide layer (HTO). 제2항에 있어서, 상기 산화막이 플라즈마 산화막으로 이루어진 것을 특징으로 하는 트렌치 소자분리영역 형성방법.The method of claim 2, wherein the oxide film is a plasma oxide film. 제1항에 있어서, 상기 선택적 식각이 NH4OH와 HF의 혼합 용액 또는 HF 용액을 에쳔트로 사용하는 습식식각인 것을 특징으로 하는 트렌치 소자분리영역 형성방법.The method of claim 1, wherein the selective etching is wet etching using a mixed solution of NH 4 OH and HF or an HF solution as an etchant. 제1항에 있어서, 상기 선택적 식각이 상기 패드 산화막 패턴을 50 내지 300Å 리세스(recess) 되도록 식각하는 것을 특징으로 하는 트렌치 소자분리영역 형성방법.The method of claim 1, wherein the selective etching is performed to etch the pad oxide layer pattern 50 to 300 산화. 제1항에 있어서, 상기 측벽 산화막은 두께가 일정하게 형성되는 것을 특징으로 하는 트렌치 소자분리영역 형성방법.The method of claim 1, wherein the sidewall oxide layer has a constant thickness. 제1항에 있어서, 상기 측벽 산화막은 열산화법으로 형성되는 것을 특징으로 하는 트렌치 소자분리영역 형성방법.The method of claim 1, wherein the sidewall oxide layer is formed by thermal oxidation. 패드 산화막 패턴, 질화막 패턴 및 포토레지스트 패턴이 차례로 적층되어 있는 반도체 기판에 트렌치를 형성하는 단계;Forming a trench in a semiconductor substrate in which a pad oxide film pattern, a nitride film pattern, and a photoresist pattern are sequentially stacked; 상기 패드 산화막 패턴에 리세스(recess)를 형성하는 단계;Forming a recess in the pad oxide layer pattern; 상기 트렌치의 내부에 측벽 산화막을 형성하는 단계; 및Forming a sidewall oxide film in the trench; And 상기 트렌치를 매립하고 상기 기판상에 소정두께를 갖는 절연층을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 트렌치 소자분리영역 형성방법.And filling the trench and forming an insulating layer having a predetermined thickness on the substrate. 제9항에 있어서, 상기 트렌치를 형성하는 단계는,The method of claim 9, wherein the forming of the trench comprises: 반도체 기판상에 패드 산화막, 질화막, 포토레지스트막을 차례로 적층한 후 이를 패터닝하여 반도체 기판의 소정 영역을 노출시키는 단계; 및Stacking a pad oxide film, a nitride film, and a photoresist film on the semiconductor substrate in sequence, and then patterning the same to expose a predetermined region of the semiconductor substrate; And 상기 노출된 반도체 기판을 건식 식각하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 트렌치 소자분리영역 형성방법.And etching the exposed semiconductor substrate by dry etching. 제9항에 있어서, 상기 리세스는 NH4OH와 HF의 혼합 용액 또는 HF 용액을 에쳔트로 사용하여 습식식각하여 형성되는 것을 특징으로 하는 트렌치 소자분리영역 형성방법.The method of claim 9, wherein the recess is formed by wet etching using a mixed solution of NH 4 OH and HF or an HF solution as an etchant. 제9항에 있어서, 상기 리세스의 길이는 50 내지 300Å인 것을 특징으로 하는 트렌치 소자분리영역 형성방법.10. The method of claim 9, wherein the length of the recess is 50 to 300 micrometers. 제9항에 있어서, 상기 트렌치를 형성하는 단계 이후에 상기 포토레지스트 패턴을 제거하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 트렌치 소자분리영역 형성방법.10. The method of claim 9, further comprising removing the photoresist pattern after forming the trench. 제9항에 있어서, 상기 리세스를 형성하는 단계 이후에 상기 포토레지스트 패턴을 제거하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 트렌치 소자분리영역 형성방법.10. The method of claim 9, further comprising removing the photoresist pattern after forming the recess. 제9항에 있어서, 상기 측벽 산화막은 두께가 일정한 것을 특징으로 하는 트렌치 소자분리영역 형성방법.The method of claim 9, wherein the sidewall oxide layer has a constant thickness. 제9항에 있어서, 상기 측벽 산화막은 열산화법으로 형성되는 것을 특징으로 하는 트렌치 소자분리영역 형성방법.10. The method of claim 9, wherein the sidewall oxide film is formed by thermal oxidation.
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