KR100494647B1 - 얕은 트렌치 소자분리구조 형성방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 실리콘기판상에 제1절연막과 제1질화막을 차례로 형성하는 단계와 트렌치 형성을 위한 소정의 패턴을 이용하여 상기 제1질화막과 제1절연막을 선택적으로 식각하고, 이에 따라 노출되는 기판을 소정깊이로 식각하여 트렌치를 형성하는 단계, 식각된 기판 표면에 제2절연층을 형성하는 단계, 상기 제1질화막을 수평방향으로 약간 리세스되도록 식각하는 단계, 상기 트렌치 내부를 포함한 기판 전면에 제2질화막과 제3절연층을 차례로 형성하는 단계, 상기 트렌치가 매립되도록 기판 전면에 제4절연층을 형성하는 단계, 상기 제1질화막이 노출될 때까지 CMP공정을 진행하는 단계, 상기 제1질화막을 제거하는 단계 및 후속 세정공정을 진행하여 STI구조를 완성하는 단계를 포함하여 이루어지는 STI구조 형성방법을 제공한다.본 발명에 의하면, STI 라이너 질화막을 사용할 때 발생하는 깊은 모트를 제거할 수 있다. 이에 따라 모트 부분에 폴리실리콘과 같은 도전층이 남게 되어 발생하는 불량이 개선되므로 수율을 크게 향상시킬 수 있다.

Description

얕은 트렌치 소자분리구조 형성방법{Method for forming shallow trench isolation structure}

본 발명은 STI(shallow trench isolation) 구조 형성방법에 관한 것으로, 특히 STI 상부 모서리부분의 모트(moat) 발생을 억제/방지하기 위한 STI 구조 형성방법에 관한 것이다.

반도체 메모리소자가 고집적화되어 감에 따라 소자분리에 STI기술을 사용하고 있다. 이러한 STI기술은 소자분리에는 용이하지만 STI구조의 상부 모서리 부분에 도1에 나타낸 것과 같이 모트(M)가 발생하여 워드라인 형성시 이 부분에 불량이 발생할 수 있다. 즉, 워드라인 패턴 형성시 모트부분에 도핑된 폴리실리콘이나 금속 등의 전계물질이 남아 비트라인 또는 커패시터와 단락 등의 불량을 유발시킬 수 있으며, 문턱전압을 낮추는 불량을 일으킬 수 있다.

이러한 불량이 발생하는 근본원인은 STI공정에 리프레쉬(refresh)를 향상시키기 위해 사용하는 라이너 질화막(liner nitride)이다. 이 라이너 질화막이 모트를 크게 만든다. 이 현상을 설명하면 다음과 같다.

도2a에 나타낸 바와 같이 실리콘기판(11)에 패드산화막(12)과 패드질화막(13)을 차례로 형성한 후, 소정의 트렌치형성을 위한 패턴으로 패터닝한 다음, 노출된 기판을 소정깊이로 식각하여 트렌치를 형성한 후, 트렌치 내부를 포함한 기판 전면에 라이너 질화막(14)을 형성한다. 이어서 도2b와 같이 라이너 질화막(14)상에 라이너 산화막(15)을 형성한 다음, 트렌치가 매립되도록 기판 전면에 산화막(16)을 형성한다. 이어서 도2c와 같이 상기 산화막(16)이 트렌치 내부에만 남도록 CMP를 실시한 후, 도2d와 같이 패드질화막(13)을 습식식각에 의해 제거한다. 이때, 패드질화막의 습식식각 진행시 라이너 질화막(14)도 같이 식각되어 후속 세정시 그 틈으로 화학물질이 침투하여 도2e에 나타낸 바와 같이 더 깊은 모트를 발생시키게 된다.

본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위한 것으로써, STI구조에 라이너 질화막을 사용할때 발생되는 깊은 모트를 개선할 수 있는 STI구조 형성방법을 제공하는데 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 STI구조 형성방법은, 실리콘기판상에 제1절연막과 제1질화막을 차례로 형성하는 단계와 트렌치 형성을 위한 소정의 패턴을 이용하여 상기 제1질화막과 제1절연막을 선택적으로 식각하고, 이에 따라 노출되는 기판을 소정깊이로 식각하여 트렌치를 형성하는 단계, 식각된 기판 표면에 제2절연층을 형성하는 단계, 상기 제1질화막을 수평방향으로 약간 리세스되도록 식각하는 단계, 상기 트렌치 내부를 포함한 기판 전면에 제2질화막과 제3절연층을 차례로 형성하는 단계, 상기 트렌치가 매립되도록 기판 전면에 제4절연층을 형성하는 단계, 상기 제1질화막이 노출될 때까지 CMP공정을 진행하는 단계, 상기 제1질화막을 제거하는 단계 및 후속 세정공정을 진행하여 STI구조를 완성하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위하여, 본 발명의 가장 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명하기로 한다.

본 발명은 상술한 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 라이너 질화막 증착전에 패드질화막을 리세스시킨 다음, 라이너 질화막을 도3b에 나타낸 바와 같이 종래(도3a 참조)에 비해 각이 지게 증착한다. 이와 같이 각이 지게 라이너 질화막을 증착하면 동일한 시간에 패드질화막 식각시 기존공정 대비 모트를 개선시킬 수 있다. 즉, 패드질화막 식각시 기본적으로 과도식각률(최소 30% 이상)을 주고 있는데, 이 과도식각률에 따라 라이너 질화막이 식각되기 때문에 그 만큼 모트가 심하게 발생할 수 있다. 본 발명은 이러한 점을 감안아혀 패드질화막을 미리 리세스시키고 라이너 질화막을 증착하여 패드질화막 식각시 도3b에 나타낸 바와 같이 화학물질 침투 경로를 길게 하여 모트를 개선할 수 있도록 한 것이다.

도4a 내지 도4j를 참조하여 본 발명에 의한 STI구조 형성방법을 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

먼저, 도4a에 나타낸 바와 같이 실리콘기판(1)상에 제1절연막(2)을 형성하고, 그위에 질화막(3)과 같은 마스크층을 형성한다.

이어서 도4b에 나타낸 바와 같이 트렌치 형성을 위한 소정의 패턴(4)을 이용하여 그 하부의 질화막(3)을 식각하고, 계속해서 도4c에 나타낸 바와 같이 제1절연층을 식각하고 그에 따라 노출되는 기판을 소정깊이로 식각하여 트렌치를 형성한다.

다음에 도4d에 나타낸 바와 같이 제2절연층(5)을 형성한다.

도4e에 나타낸 바와 같이 상기 질화막(3)을 H₃PO₄등으로 약간 리세스되도록 식각한 후, 도4f에 나타낸 바와 같이 라이너 질화막(6)과 제3절연층(7)을 차례로 증착한다.

이어서 도4g에 나타낸 바와 같이 트렌치가 매립되도록 기판 전면에 제4절연층(8)을 형성한 후, 도4h에 나타낸 바와 같이 상기 질화막(3)이 노출될때까지 CMP공정을 진행한 다음, 도4i에 나타낸 바와 같이 H₃PO₄ 등의 식각제를 이용하여 질화막(3)을 제거한다.

다음에 후속 세정공정을 진행하면 도4j에 나타낸 바와 같은 STI구조가 완성된다.

본 발명과 종래기술과의 가장 큰 차이점은 STI 라이너 질화막을 사용할 때 발생하는 깊은 모트를 제거할 수 있다는 것이다. 모트가 깊으면 이 부분에 폴리실리콘과 같은 도전층이 남게 되며 이러한 불량은 게이트와 비트라인의 단락을 유발하여 수율을 저하시키게 된다. 본 발명은 이러한 불량을 개선하여 수율 향상에 크게 기여할 수 있을 것으로 기대된다.

본 발명의 기술 사상은 상기 바람직한 실시예에 따라 구체적으로 기술되었으나, 상기한 실시예는 그 설명을 위한 것이며 그 제한을 위한 것이 아님을 주의하여야 한다. 또한, 본 발명의 기술 분야의 통상의 전문가라면 본 발명의 기술 사상의 범위내에서 다양한 실시예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다.

본 발명에 의하면, STI 라이너 질화막을 사용할 때 발생하는 깊은 모트를 제거할 수 있다. 이에 따라 모트 부분에 폴리실리콘과 같은 도전층이 남게 되어 발생하는 불량이 개선되므로 수율을 크게 향상시킬 수 있다.

도1은 종래기술에 의한 STI 구조 형성시의 문제점을 도시한 도면,

도2a 내지 도2e는 종래기술에 의한 STI 형성방법을 공정순서에 따라 나타낸 단면도,

도3a 및 도3b는 본 발명과 종래기술을 비교하여 나타낸 도면,

도4a 내지 도4j는 본 발명에 의한 STI구조 형성방법을 공정순서에 따라 나타낸 단면도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1,11 : 실리콘기판 2 : 제1절연막

3 : 제1질화막 4 : 포토레지스트 패턴

5 : 제2절연막 6,14 : 제2질화막(라이너 질화막)

7 : 제3절연막 8 : 제4절연막

12 : 패드산화막 13 : 패드질화막

15 : 라이너 산화막 16 : 트렌치 매립 산화막

Claims (3)

1. 실리콘기판상에 제1절연막과 제1질화막을 차례로 형성하는 단계;

   트렌치 형성을 위한 소정의 패턴을 이용하여 상기 제1질화막과 제1절연막을 선택적으로 식각하고, 이에 따라 노출되는 기판을 소정깊이로 식각하여 트렌치를 형성하는 단계;

   식각된 기판 표면에 제2절연층을 형성하는 단계;

   상기 제1질화막을 수평방향으로 리세스되도록 식각하는 단계;

   상기 트렌치 내부를 포함한 기판 전면에 제2질화막과 제3절연층을 차례로 형성하는 단계;

   상기 트렌치가 매립되도록 기판 전면에 제4절연층을 형성하는 단계;

   상기 제1질화막이 노출될 때까지 CMP공정을 진행하는 단계;

   상기 제1질화막을 제거하는 단계; 및

   후속 세정공정을 진행하여 STI구조를 완성하는 단계를 포함하여 이루어지는 STI구조 형성방법.
2. 제1항에 있어서,

   상기 제1질화막을 리세스시키기 위한 식각공정시 H₃PO₄를 사용하는 것을 특징으로 하는 STI구조 형성방법.
3. 제1항에 있어서,

   상기 제1질화막을 제거하는 식각공정시 H₃PO₄를 사용하는 것을 특징으로 하는 STI구조 형성방법.