KR100528797B1 - 반도체 소자의 소자분리막 형성 방법 - Google Patents

반도체 소자의 소자분리막 형성 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 반도체 소자의 소자 분리막 형성방법에 관한 것으로 특히, STI(Shallow Trench Isolation) 방법을 이용하는 반도체 소자의 소자 분리막 형성방법에 관한 것이다.
종래 STI 공정을 이용하여 소자 분리막을 형성할 경우 반도체 소자의 고집적화로 인하여 이웃하는 엑티브 영역 간의 경로 또한 감소되어 엑티브 영역간 누설 전류가 증가하는 문제점이 발생한다.
상기한 문제점을 해소하기 위하여 본 발명은 2 차에 걸친 트렌치 식각과 소자 분리용 산화막을 2 차에 걸쳐 형성하여 실리콘 기판에 매립되는 소자 분리 영역을 보다 넓게 형성한다. 따라서, 실리콘 기판에 매립되는 소자 분리 영역이 넓어짐에 따라 엑티브 영역간에 누설 전류 경로가 길어져 누설 전류 증가를 방지 할 수 있다.

Description

반도체 소자의 소자 분리막 형성방법{Method of forming an isolation film in a semiconductor device}
본 발명은 반도체 소자의 소자 분리막 형성방법에 관한 것으로 특히, STI방법을 이용하는 반도체 소자의 소자 분리막 형성방법에 관한 것이다.
일반적으로 반도체 DRAM 소자의 고집적화로 인하여 미세 패턴을 형성하는데 고난이 도의 기술이 필요로 한다.
종래 반도체 소자의 소자 분리막 형성방법 중 버즈 빅(Bird's beak) 문제가 있는 LOCOS 방식에서 상기 문제를 해결 할 수 있는 공정으로 STI(Shallow Trench Isolation) 공정을 많이 이용하고 있다.
반도체 소자의 소자 분리막 형성방법 중 종래 STI 공정을 적용한 도 1을 참조하여 설명하면 다음과 같다.
도 1은 실리콘 기판(20) 내에 접합부(12) 및 소자분리용 산화막(11)이 형성된 상태의 소자의 단면도이다. 이때 도 1에 도시된 바와 같이 반도체 소자의 고집적화로 인하여 이웃하는 엑티브 영역 간의 경로(13)가 감소되어 엑티브 영역간 누설 전류가 증가하는 문제점이 발생한다.
누설 전류 증가를 방지하기 위하여 트렌치 식각 깊이를 증가 시켜 매립되는 소자분리영역을 넓혀야 하지만 소자 분리용 산화막 매립공정에서 완전히 매립하지 못하는 문제가 발생되어 트렌치 식각 깊이를 증가시키지 못한다.
따라서, 상술한 문제점이 해소 되도록 본 발명은 2 차에 걸친 트렌치 식각과 소자 분리용 산화막을 2 차에 걸쳐 형성하여 실리콘 기판에 매립되는 소자 분리 영역을 보다 넓게 형성한다. 따라서, 실리콘 기판에 매립되는 소자 분리 영역이 넓어짐에 따라 엑티브 영역 간에 누설 전류 경로가 길어져 누설 전류 증가를 방지 할 수 있는 반도체 소자의 소자 분리막 형성방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 실리콘 기판 상에 제 1 산화막 및 제 1 질화막을 순차적으로 형성한 후 감광막 패턴을 이용한 식각공정으로 소자 분리막이 형성될 부분의 상기 제 1 질화막 및 제 1 산화막을 순차적으로 제거하는 단계와, 상기 감광막 패턴을 식각 마스크로 이용하여 노출된 상기 실리콘 기판을 1 차 트렌치 식각한 후 상기 감광막 패턴을 제거하는 단계와, 전체 상부면에 제 2 질화막을 형성한 후 2 차 트렌치 식각하여 상기 실리콘 기판이 노출되는 단계와, 상기 2차 트렌치 식각 영역인 노출된 실리콘 기판에 산화공정으로 산화층을 형성한 후 상기 2 차 트렌치 식각 영역이 매립 되도록 전체상부면에 소자 분리용 제 2 산화막을 증착하는 단계와, 화학적 기계적 연마공정으로 상기 제 1 질화막이 노출 될 때까지 상기 제 2 산화막을 제거하는 단계와, 상기 제 1 산화막이 노출 되도록 상기 제 1 및 2 질화막을 식각공정으로 제거하여 상기 산화층 및 제 2 산화막이 소자 분리영역이 되는 단계와, 이온 주입 공정을 실시하여 상기 실리콘 기판에 접합부를 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 2a 내지 도 2i는 본 발명에 따른 반도체 소자의 소자 분리막 형성방법을 설명하기 위한 소자의 단면도이다.
도 2a는 실리콘기판(1) 상에 제 1 산화막(2) 및 제 1 질화막(3)을 순차적으로 형성한 후 감광막 패턴(4)을 이용한 건식 식각 공정으로 소자 분리막이 형성될 부분의 제 1 산화막(2) 및 제 2 질화막(3)을 제거한 상태의 단면도이다.
도 2b는 감광막 패턴(4)을 마스크로 이용한 건식 식각 공정으로 접합부(Junction) 보다 충분히 깊게 노출된 실리콘 기판(1)을 1차 트렌치(Trench) 식각 공정을 실시한 후 감광막 패턴(4)을 제거한 상태의 단면도이다.
도 2c는 전체 상부면에 제 2 질화막(5)을 5 내지 50Å 두께로 형성한 상태의 단면도로서, 제 2 질화막(5)을 얇게 형성하는 이유는 실리콘 기판(1) 식각시 식각정도를 높이기 위함이다.
도 2d는 패터닝된 제 1 및 2 질화막(3 및 5)을 식각 마스크로 이용한 건식 식각방법으로 실리콘 기판(1)을 2 차 트렌치(Trench) 식각한 상태의 단면도로서, 이때 질화막과 실리콘 기판과의 식각선택비가 우수한 식각액을 사용하여 제 1 질화막(3)이 식각되는 것을 최소화한다.
도 2e는 노출된 실리콘 기판(1)을 산화공정으로 산화층(6)을 형성한 상태의 단면도로서, 이때 제 1 및 2 질화막(3 및 5)은 산화 방지막 역할을 하며, 산화층(6)은 소자 활동영역간 거리가 가장 가까운 곳에서 산화층이 서로 겹치지 않고 접합지역에 영향이 없는 정도로 형성한다.
도 2f는 소자 분리막을 형성하기 위하여 제 2 산화막(7)을 전체 상부면에 증착하여 트렌치 식각된 부분을 매립한 상태의 단면도로서, 제 2 산화막(7)은 열공정시 팽창 계수가 적고, 습식식각 선택비가 우수한 물질을 사용하며 고밀도 플라즈마 화학기상증착 (HDP CVD)용 산화막 물질을 이용한다.
도 2g는 화학적 기계적 연마공정으로 제 2 산화막(7)을 제거한 상태의 단면도이다. 이때 제 2 산화막(7) 제거 공정은 제 1 질화막(3)이 노출될 때까지 하며 화학적 기계적 연마공정의 균일도에 이해 일부 제 2 산화막(7)이 잔존 할 수 있다. 도 2g에서는 제 2 산화막(7)이 완전히 제거되지 않는 것으로 도시하였다.
도 2h를 참조하면, 제 1 질화막(3) 상부에 잔존하는 제 2 산화막(7)을 HF용액-HF + H2O 또는 BOE-NH4F + HF 용액을 이용하여 도 2h의 (8) 과 같이 완전히 제거한 후 인산용액(H3PO4 + H2O)을 이용한 식각공정으로 제 1 산화막(2)이 노출 되도록 제 1 및 2 질화막(3 및 5)을 제거한다. 상기한 제 1 질화막(3) 상부의 제 2 산화막(7)은 상기 인산 용액으로 제거되지 않기 때문에 산화막 제거용액(HF용액-HF + H2O 또는 BOE-NH4F + HF 용액)을 이용한다.
도 2i는 워드 라인 형성 후 이온 주입 공정으로 접합부(9)를 형성한 상태의 단면도로서, 소자 엑티브 영역 간 소자 분리막인 산화층(6) 및 제 2 산화막(7)의 아래부분이 넓어지고, 접합지역을 감싸는 모양을 하게 되어 엑티브 영역 간 누설 전류 경로(10)가 길어져 종래 누설 전류의 증가를 방지할 수 있다.
상술한 바와 같이 본 발명은 2 차에 걸친 트렌치 식각과 소자 분리용 산화막을 2 차에 걸쳐 형성하여 실리콘 기판에 매립되는 소자 분리 영역을 보다 넓게 형성한다. 따라서, 실리콘 기판에 매립되는 소자 분리 영역이 넓어짐에 따라 엑티브 영역 간에 누설 전류 경로가 길어져 누설 전류 증가를 방지 할 수 있다.
도 1은 종래 반도체 소자의 소자 분리막 형성방법을 설명하기 위한 소자의 단면도.
도 2a 및 2i는 본 발명에 따른 반도체 소자의 소자 분리막 형성방법을 설명하기 위한 소자의 단면도.
〈도면의 주요 부분에 대한 부호 설명〉
1 및 20: 실리콘 기판 2 : 제 1 산화막
3 : 제 1 질화막 4 : 감광막 패턴
5 : 제 2 질화막 6 :산화층
7 : 제 2 산화막 9 및 12 : 접합부
11 : 산화막

Claims (4)

  1. 실리콘 기판 상에 제 1 산화막 및 제 1 질화막을 순차적으로 형성한 후 감광막 패턴을 이용한 식각공정으로 소자 분리막이 형성될 부분의 상기 제 1 질화막 및 제 1 산화막을 순차적으로 제거하는 단계와,
    상기 감광막 패턴을 식각 마스크로 이용하여 노출된 상기 실리콘 기판을 1 차 트렌치 식각한 후 상기 감광막 패턴을 제거하는 단계와,
    전체 상부면에 제 2 질화막을 형성한 후 2 차 트렌치 식각하여 상기 실리콘 기판이 노출되는 단계와,
    상기 2차 트렌치 식각 영역인 노출된 실리콘 기판에 산화공정으로 산화층을 형성한 후 상기 2 차 트렌치 식각 영역이 매립 되도록 전체상부면에 소자 분리용 제 2 산화막을 증착하는 단계와,
    화학적 기계적 연마공정으로 상기 제 1 질화막이 노출 될 때까지 상기 제 2 산화막을 제거하는 단계와,
    상기 제 1 산화막이 노출 되도록 상기 제 1 및 2 질화막을 식각공정으로 제거하여 상기 산화층 및 제 2 산화막이 소자 분리영역이 되는 단계와,
    이온 주입 공정을 실시하여 상기 실리콘 기판에 접합부를 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 소자분리막 형성방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    제 2 질화막은 5 내지 50Å 두께로 형성하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 소자 분리막 형성방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 산화막을 제거하기 위한 화학적 기계적 연마공정 후 잔존 제 2 산화막을 완전히 제거하기 위하여 HF용액-HF + H2O 또는 BOE-NH4F + HF 용액을 사용하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 소자 분리막 형성방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 및 2 질화막 식각공정은 인산용액(H3PO4 + H2O)을 이용한 습식 식각 방법으로 실시하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 소자 분리막 형성방법.
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