KR100464382B1 - Isolation method for manufacturing semiconductor device - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 반도체 장치의 소자 분리 방법에 관한 것으로, 특히 실리콘의 국부산화(LOCal Oxidation of Silicon; 이하 LOCOS 라 한다)법에 의하여 필드산화막을 형성한 후 불순물 이온을 주입하여 소자분리를 강화하는 반도체 장치의 소자 분리 방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a device isolation method of a semiconductor device. In particular, a semiconductor device for enhancing device isolation by implanting impurity ions after forming a field oxide film by a LOCal Oxidation of Silicon (LOCOS) method. It relates to a device isolation method of.
DRAM 소자는 스위치의 역할을 하는 트랜지스터를 이용하여 커패시터에 전하를 축적하거나 커패시터로부터 전하를 방출하여 그 기억상태를 표시하는 소자이다. DRAM을 사용하는 시스템에서는 커패시터의 스토리지 전극과 플레이트 전극사이의 유전막의 불완전성에 따른 전하의 누설(leakage) 및 소오스/ 드레인 영역과 반도체 기판 사이에서의 접합(junction) 형성 등에 의한 전하의 누설때문에, DRAM에 저장된 데이터를 계속 유지하기 위하여 반드시 일정한 주기마다 DRAM을 리프레쉬(refresh)시켜야 한다. A DRAM device uses a transistor serving as a switch to accumulate charge in a capacitor or to discharge charge from a capacitor to display a memory state thereof. In a system using a DRAM, the DRAM is leaked due to the leakage of charge due to the incompleteness of the dielectric film between the storage electrode and the plate electrode of the capacitor and the formation of a junction between the source / drain region and the semiconductor substrate. The DRAM must be refreshed at regular intervals to maintain the data stored in the memory.
그런데, DRAM을 포함한 반도체 소자의 집적도가 증가함에 따라 인접한 기본 셀 사이의 전기적 절연성을 확실히 보장하여야 할 필요가 있다. 이러한 필요성을 만족시키기 위하여, 반도체기판 상에 반도체 소자를 형성하기 전에 반도체기판 상에 반도체 소자가 형성되는 활성영역과 반도체 소자가 형성되지 않는 비활성영역을 구분한 후, 비활성영역에 소자분리용 필드산화막을 형성한다.However, as the degree of integration of semiconductor devices including DRAMs increases, there is a need to ensure electrical insulation between adjacent basic cells. In order to satisfy this necessity, before forming a semiconductor device on a semiconductor substrate, an active region where a semiconductor device is formed on a semiconductor substrate and an inactive region where a semiconductor device is not formed are divided, and then a field oxide film for device isolation in the inactive region. To form.
예를 들면, LOCOS법에 의하여 필드산화막을 형성한 후 그 아래에 소오스/ 드레인 영역의 도핑 타잎과 반대되는 불순물 이온을 주입하여 소자분리를 강화하는 방식이 대표적이다. 그러나, 이러한 소자분리 강화를 위한 이온주입 공정은, 도핑된 고농도의 불순물 이온과 커패시터와 접속된 소오스/ 드레인 영역과의 사이에 접합을 형성함과 아울러 접합의 공핍층내에 실리콘 결정결함을 유발시킴으로써 커패시터에 축적된 전하를 소실시키는 누설현상을 유발시켜 DRAM의 리프레쉬 특성을 저하시키는 공정으로 잘 알려져 있다. For example, a method of strengthening device isolation by forming a field oxide film by the LOCOS method and then implanting impurity ions opposite to the doping type of the source / drain regions under the LOCOS method. However, the ion implantation process for strengthening device isolation enhances the capacitor by forming a junction between the doped high concentration of impurity ions and the source / drain region connected to the capacitor and inducing a silicon crystal defect in the depletion layer of the junction. It is well known as a process of reducing the refresh characteristics of a DRAM by causing a leakage phenomenon that loses the charge accumulated in the memory.
도 1은 이러한 소자분리를 강화하기 위한 이온주입 공정에 의하여 DRAM의 리프레쉬 특성이 저하되는 현상을 설명하기 위한 단면도이다.FIG. 1 is a cross-sectional view illustrating a phenomenon in which a refresh characteristic of a DRAM is degraded by an ion implantation process for enhancing device isolation.
도면부호 100은 반도체 기판을, 1은 패드산화막을, 3은 소자분리를 위한 필드산화막을, 5는 트랜지스터의 소오스/ 드레인 영역을, 7은 소자분리를 강화하기 위하여 이온주입된 불순물 이온의 투영비정(projected range) Rp 의 궤적을 나타낸다.
반도체 기판에 불순물 이온을 주입하였을 때 반도체 기판의 표면으로부터 특정한 침투깊이를 중심으로 불순물 이온의 농도는 가우스 분포를 이루는데, 이 가우스 분포의 꼭지점을 반도체 기판의 표면으로부터의 평균적인 침투깊이를 나타내는 투영비정 Rp라 한다.When impurity ions are implanted into a semiconductor substrate, the concentration of impurity ions is a Gaussian distribution centering on a specific penetration depth from the surface of the semiconductor substrate, and a projection representing the average penetration depth from the surface of the semiconductor substrate at the vertex of the Gaussian distribution. It is referred to non-integer R p.
기존의 방식에 따라 LOCOS법에 의하여 소자분리를 위한 필드산화막(3)을 형성한 후 반도체 기판(100)에 7˚정도 경사지게 소자분리 강화를 위한 불순물을 이온주입하면, 도 1에 나타난 것처럼 불순물 이온의 투영비정(projected range) Rp의 궤적(7)이 필드산화막(3)과 소오스/ 드레인 영역(5)과의 경계부분에 가깝게 위치한다. 이는 필드산화막(3)의 하부에 고농도로 주입된 불순물 이온이 소오스/ 드레인 영역(5)에 가깝게 위치하는 것을 의미한다. 그런데, 이 필드산화막(3)과 소오스/ 드레인 영역(5)과의 경계부분은, 필드산화막(3) 형성시 실리콘의 단위격자의 부피와 실리콘 산화물의 단위격자의 부피 차이에서 비롯되는 부피팽창으로 인한 잔류 스트레스(stress)와 불순물 이온주입시 발생하는 실리콘의 격자결함으로 인하여 커패시터에 축적된 전하가 쉽게 누설되는 취약한 부분이다. 따라서, 기존의 소자분리를 강화하기 위한 이온주입 공정은 접합누설(junction leakage)을 많이 발생시켜 DRAM의 리프레쉬 특성을 저하시키는 문제점이 있다.After forming the
따라서, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 필드산화막과 소오스/ 드레인 사이의 누설전류에 의한 리프레쉬 특성의 저하를 방지할 수 있는 반도체 장치의 소자 분리 방법을 제공하는 데 있다.Accordingly, an object of the present invention is to provide a device isolation method of a semiconductor device capable of preventing a decrease in refresh characteristics due to leakage current between a field oxide film and a source / drain.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여 본 발명은, (a) 제1도전형의 반도체기판 상에 패드산화막을 형성하는 단계; (b) 상기 패드산화막 상에 비활성영역을 한정하는 산화방지막 패턴을 형성하는 단계; (c) 상기 비활성영역의 제1도전형의 반도체기판을 산화시켜 필드산화막을 형성하는 단계; (d) 상기 산화방지막 패턴을 제거하는 단계; 및 (e) 상기 제1도전형의 반도체기판의 전면에, 제1도전형의 불순물 이온을 반도체기판에 수직한 가상선에 대하여 일정한 각도로 경사지게 이온주입하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 장치의 소자 분리 방법을 제공한다.The present invention to achieve the above technical problem, (a) forming a pad oxide film on a semiconductor substrate of the first conductivity type; (b) forming an anti-oxidation film pattern defining an inactive region on the pad oxide film; (c) oxidizing the first conductive semiconductor substrate in the inactive region to form a field oxide film; (d) removing the antioxidant pattern; And (e) implanting the first conductive impurity ions at an angle to the front surface of the first conductive semiconductor substrate at an angle with respect to an imaginary line perpendicular to the semiconductor substrate. It provides a method of device separation.
상기 (e)단계의 일정한 각도는 10°∼ 60°인 것이 바람직하다.The constant angle of step (e) is preferably 10 ° to 60 °.
한편, 상기 (e)단계 이후, 상기 가상선에 대하여 상기 (e)단계의 이온주입방향과 반대방향에서 일정한 각도로 경사지게 제1도전형의 불순물을 이온주입하는 단계를 더 포함할 수 있는 데, 이때의 일정한 각도도 10°∼ 60°인 것이 바람직하며, 상기 가상선에 대하여 상기 (e)단계에서의 이온주입방향과 대칭되도록 하는 것이 더욱 바람직하다.On the other hand, after the step (e), it may further comprise the step of ion implantation of impurities of the first conductivity type inclined at a predetermined angle in the direction opposite to the ion implantation direction of the step (e) with respect to the imaginary line, The constant angle at this time is also preferably 10 ° to 60 °, more preferably symmetrical with the ion implantation direction in step (e) with respect to the virtual line.
본 발명에 따른 반도체 장치의 소자 분리 방법은 접합누설(junction leakage) 발생에 매우 취약한 부분인 필드산화막의 양 가장자리(edge)와 소오스/ 드레인 영역과의 경계부분으로부터 고농도의 불순물 이온을 멀리 분포시킴으로써, 접합누설의 발생을 감소시켜 DRAM의 리프레쉬 특성을 향상시킨다.The device isolation method of the semiconductor device according to the present invention distributes a high concentration of impurity ions away from a boundary between a field edge and a source / drain region of a field oxide film, which is a very vulnerable to junction leakage. Reduce the occurrence of junction leakage to improve the refresh characteristics of the DRAM.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 첨부한 도 2 내지 도 4를 참조하여 상세히 설명한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to FIGS. 2 to 4.
도 2는 반도체 기판 상에 패드산화막(2)과 실리콘질화막 패턴(4)을 형성하는 단계를 설명하기 위한 단면도이다.2 is a cross-sectional view for explaining a step of forming a
구체적으로 설명하면, 제1도전형의 반도체 기판(200), 예를 들면 P형 실리콘기판 상에 100Å ∼ 200Å 정도의 패드산화막(2)을 형성하고, 그위에 산화방지막, 예를 들면 실리콘질화막을 1000Å ∼ 2000 Å 정도의 두께로 형성한다. 이어서, 상기 실리콘질화막을 패터닝하여 비활성영역을 한정하는 실리콘질화막 패턴(4)을 형성한다. 이때, 상기 실리콘질화막 패턴(4)에 의하여 노출되는 부분은 비활성영역이 되는 부분이며, 상기 실리콘질화막 패턴(4)에 의하여 노출되지 않는 영역은 기본 셀이 형성되는 활성영역이 되는 부분이다. In detail, a
도 3은 소자분리를 위한 필드산화막(6)을 형성한 후, 소자분리를 강화하기 위한 불순물 이온을 주입하는 단계를 설명하기 위한 단면도이다.3 is a cross-sectional view for explaining a step of implanting impurity ions for enhancing device isolation after forming the
구체적으로 설명하면, 상기 실리콘질화막 패턴(4)이 형성된 반도체 기판(200)을 1050℃ 정도의 온도에서 열산화시켜 필드산화막(6)을 형성한다. 이때, 실리콘질화막 패턴(4)의 하부에 위치하는 기판은 산화되지 않고 후공정에서 활성영역이 된다. Specifically, the
이어서, 소자분리를 강화하기 위하여 상기 필드산화막(6)이 형성된 반도체 기판(200)의 전면에, 상기 반도체 기판(200)의 도전형과 같은 도전형의 불순물, 예를 들면 붕소(boron) 이온을 1차로 이온주입한다. 이때, 상기 1차 이온주입의 방향은 상기 반도체 기판(200)에 수직한 가상선에 대하여 10°∼ 60°의 각도를 이루도록 하고, 붕소이온의 도우즈는 5.0×1011 ∼ 1.0×1013/cm3 정도가 되도록 하며, 붕소이온의 이온주입 에너지는 포물선 형태를 보이는 투영비정(projected range) Rp 의 궤적의 꼭지점이 필드산화막(6)의 바로 아래에 형성될 수 있도록 조절한다. 계속하여, 상기 가상선에 대하여 상기 1차 이온주입 방향과 대칭되는 방향에서 붕소 이온을 2차 이온주입하는 데, 이때의 붕소이온의 도우즈 및 이온주입 에너지는 1차 이온주입과 동일하게 한다. 이로써, 반도체 장치의 소자분리가 완성된다.Subsequently, in order to enhance device isolation, an impurity of a conductivity type, such as boron ions, such as a conductivity type of the
도 4는 상기 소자분리를 강화하기 위한 불순물 이온 주입 공정에 의하여 도핑된 불순물 이온의 반도체 기판내에서의 분포형태를 투영비정(projected range) Rp 의 궤적(8)으로 나타낸 단면도이다.FIG. 4 is a cross-sectional view showing the
구체적으로 설명하면, 상기한 바와 같이 10°∼ 60°정도의 경사를 주어 불순물 이온을 주입하면, 도 1에서 설명한 것과 달리 투영비정(projected range) Rp 의 궤적(8)이 필드산화막(6)의 하부에서는 포물선의 형태로 좁게 중앙부분에 치우쳐 형성되고, 활성영역에서는 직선의 형태로 소오스/ 드레인 영역(10)으로부터 멀리 떨어져 깊게 형성된다. 이에 따라, 접합누설(junction leakage) 발생에 매우 취약한 부분인 필드산화막(6)과 소오스/ 드레인 영역과의 경계부분으로부터 고농도의 불순물 이온이 멀리 분포한다. 따라서, 본 발명에 따른 소자 분리 방법은 접합누설(junction leakage) 발생을 감소시킴으로써 DRAM의 리프레쉬 특성을 향상시킨다.Specifically, as described above, when impurity ions are implanted with an inclination of about 10 ° to 60 °, the
계속하여, 도시하지는 아니 하였지만 활성영역상에 게이트와 소오스/ 드레인 영역과 커패시터를 형성한 후, 각각의 소자를 구동하기 위한 인터콘넥션을 형성하여 DRAM 반도체 장치를 완성한다. Subsequently, although not shown, a gate, a source / drain region, and a capacitor are formed on the active region, and then interconnections for driving respective elements are formed to complete the DRAM semiconductor device.
상기한 바와 같이, 본 발명에 따른 반도체 장치의 소자분리방법은 접합누설(junction leakage) 발생에 매우 취약한 부분인 필드산화막과 소오스/ 드레인 영역과의 경계부분으로부터 고농도의 불순물이온을 멀리 분포시킴으로써, 접합누설의 발생을 감소시켜 DRAM의 리프레쉬 특성을 향상시킨다. 이에 따라, 커패시터로부터 누설된 전하를 보충하기 위한 리프레쉬 주기를 증가시켜도 되므로 DRAM의 전력소모를 감소시키는 장점이 있다. As described above, the device isolation method of the semiconductor device according to the present invention distributes a high concentration of impurity ions away from a boundary portion between a field oxide film and a source / drain region, which are very susceptible to junction leakage. By reducing the occurrence of leakage to improve the refresh characteristics of the DRAM. Accordingly, the refresh period for replenishing the charge leaked from the capacitor may be increased, thereby reducing the power consumption of the DRAM.
이상, 본 발명을 구체적인 실시예를 들어 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 이에 한정되지 않고, 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러 가지 변형이 가능하다. The present invention has been described in detail with reference to specific embodiments, but the present invention is not limited thereto, and various modifications may be made by those skilled in the art within the scope of the technical idea of the present invention.
도 1은 종래의 기술에 의한 반도체 장치의 소자 분리 방법의 문제점을 설명하기 위한 단면도이다. 1 is a cross-sectional view illustrating a problem of a device isolation method of a semiconductor device according to the prior art.
도 2 내지 도 4은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 반도체 장치의 소자 분리 방법을 설명하기 위하여 공정 순서에 따라 도시한 단면도들이다.2 to 4 are cross-sectional views illustrating a device isolation method of a semiconductor device in accordance with a preferred embodiment of the present invention according to a process sequence.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for the main parts of the drawings>
2 : 패드산화막 4 : 실리콘질화막 패턴2: pad oxide film 4: silicon nitride film pattern
6 : 필드산화막 8 : 이온주입된 불순물 이온의 투영비 정(projected range) Rp의 궤적 10 : 소오스/ 드레인 영역6
200 : 반도체 기판200: semiconductor substrate
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1997
- 1997-05-20 KR KR1019970019551A patent/KR100464382B1/en not_active IP Right Cessation
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Legal Events
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E902 | Notification of reason for refusal | ||
E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
GRNT | Written decision to grant | ||
LAPS | Lapse due to unpaid annual fee |