KR100533966B1 - Isolation by trench type and method for manufacturing the same - Google Patents

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Abstract

본 발명은 트렌치의 바닥과 측벽에서의 산화량 차이에 따른 트렌치 매립 불량을 방지하는데 적합한 트렌치 구조의 소자분리막 및 그 제조 방법을 제공하기 위한 것으로, 본 발명의 소자분리막은 실리콘 기판 내에 형성된 트렌치, 상기 트렌치의 바닥 및 측벽에 원자층증착법(ALD)으로 증착된 제1측벽산화막, 상기 제1측벽산화막 상에 퍼니스산화(Furnace oxidation) 방식으로 형성된 제2측벽산화막, 상기 제2측벽산화막 표면 상에 형성된 라이너질화막, 상기 라이너질화막 표면 상에 형성된 라이너산화막, 및 상기 라이너산화막 표면 상에 상기 트렌치가 매립되도록 형성되는 절연막을 포함하므로써, 제2측벽산화막전에 미리 얇고 균일한 두께로 제1측벽산화막을 형성해주어 퍼니스산화시에 트렌치의 측벽 및 바닥에서 산화량 차이가 없도록 제2측벽산화막을 균일하게 형성하여 트렌치의 매립이 용이해지는 효과가 있다.The present invention provides a device isolation film having a trench structure and a method of manufacturing the same. The device isolation film of the present invention is a trench formed in a silicon substrate. A first sidewall oxide film deposited on the bottom and sidewalls of the trench by ALD, a second sidewall oxide film formed on the first sidewall oxide film by a furnace oxidation method, and formed on the surface of the second sidewall oxide film. By including a liner nitride film, a liner oxide film formed on the surface of the liner nitride film, and an insulating film formed so as to fill the trench on the surface of the liner oxide film, the first side wall oxide film is formed in advance in a thin and uniform thickness before the second side wall oxide film. When the furnace is oxidized, the second side wall oxide film is equalized so that there is no difference in the amount of oxidation at the side walls and the bottom of the trench. Formed by the effect it becomes easily buried in the trench.

Description

트렌치 구조의 소자분리막 및 그 제조 방법{ISOLATION BY TRENCH TYPE AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME} Device isolation film with trench structure and manufacturing method thereof {ISOLATION BY TRENCH TYPE AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME}

본 발명은 반도체 소자의 제조 방법에 관한 것으로, 특히 트렌치 구조의 소자분리막을 갖는 반도체 소자의 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device, and more particularly to a method for manufacturing a semiconductor device having a device isolation film of a trench structure.

반도체 기술의 진보와 더불어 더 나아가서는 반도체 소자의 고속화, 고집적화가 진행되고 있다. 이에 수반해서 패턴에 대한 미세화의 필요성이 점점 높아지고 있으며, 패턴의 치수도 고정밀화가 요구되고 있다. 이는 반도체 소자에 있어서, 넓은 영역을 차지하는 소자 분리 영역에도 적용된다.In addition to the advancement of semiconductor technology, high speed and high integration of semiconductor devices is progressing. In connection with this, the necessity of refinement | miniaturization of a pattern becomes increasingly high, and the dimension of a pattern is also required for high precision. This also applies to device isolation regions that occupy a wide area in semiconductor devices.

반도체 소자의 소자분리막으로는 로코스(LOCOS) 산화막이 대부분 이용되었다. 그러나, 로코스 방식의 소자 분리막은 그 가장자리 부분에 새부리 형상의 버즈빅이 발생하여, 활성영역의 면적을 감소시키면서 누설전류를 발생시키는 단점을 갖는다.LOCOS oxide films are mostly used as device isolation films of semiconductor devices. However, the LOCOS isolation layer has a drawback in which a bird-shaped bird's beak is generated at an edge thereof, thereby generating a leakage current while reducing the area of the active region.

현재에는 좁은 폭을 가지면서, 우수한 소자 분리 특성을 갖는 STI(shallow trench isolation) 구조가 제안되었다.At present, a shallow trench isolation (STI) structure having a narrow width and excellent device isolation characteristics has been proposed.

도 1a 및 도 1b는 종래 기술에 따른 STI 구조의 소자분리막 제조 방법을 도시한 공정 단면도이다.1A and 1B are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a device isolation film having an STI structure according to the prior art.

도 1a에 도시된 바와 같이, 실리콘 기판(11)의 상부에 소자분리영역을 노출시키기 위한 다층 패드(12)를 형성한다. 이때, 다층 패드(12)는 패드산화막(12a)과 패드질화막(12b)의 적층막이다. As shown in FIG. 1A, a multilayer pad 12 is formed on the silicon substrate 11 to expose the device isolation region. At this time, the multilayer pad 12 is a laminated film of the pad oxide film 12a and the pad nitride film 12b.

이어서, 다층 패드(12)를 식각마스크로 이용하여 노출된 실리콘 기판(11)을 설정된 깊이로 식각하여 실리콘 기판(11) 내에 트렌치(13)를 형성한다. 이때, 트렌치(13)의 바닥은 평평하지만, 트렌치의 측벽은 경사를 갖고 형성된다. 즉, 트렌치(13)을 형성하는 실리콘기판(11)의 표면이 서로 다른 방향성을 갖고 있다.Next, the trench 13 is formed in the silicon substrate 11 by etching the exposed silicon substrate 11 to a predetermined depth using the multilayer pad 12 as an etching mask. At this time, the bottom of the trench 13 is flat, but the sidewalls of the trench are inclined. In other words, the surfaces of the silicon substrates 11 forming the trenches 13 have different orientations.

상기한 트렌치(13)를 형성하기 위한 식각 공정은 예를 들어, 플라즈마 가스를 이용한 건식식각 방식이 이용된다. 이때, 트렌치(13)를 형성하기 위한 건식 식각 공정으로 인하여, 트렌치(13)의 측벽에 실리콘 격자 결함(defect) 및 데미지(damage)가 발생될 수 있다. As an etching process for forming the trench 13, a dry etching method using plasma gas is used, for example. In this case, due to the dry etching process for forming the trench 13, silicon lattice defects and damage may occur on the sidewalls of the trench 13.

이러한 실리콘 격자 결함 및 데미지를 감소시키기 위하여, 도 1b에 도시된 바와 같이, 측벽산화(Wall oxidation) 공정을 진행하여 트렌치(13)의 바닥 및 측벽에 측벽산화막(14)을 형성한다.In order to reduce such silicon lattice defects and damage, as shown in FIG. 1B, a wall oxidation process is performed to form sidewall oxide films 14 on the bottom and sidewalls of the trench 13.

후속 공정으로, 측벽산화막(14) 상에 고밀도플라즈마산화막(HDP Oxide)과 같은 절연막으로 트렌치(13)을 매립시키고, 일련의 화학적기계적연마 및 다층 패드(12)의 제거과정을 거쳐 STI 구조의 소자분리막을 형성한다.In a subsequent process, the trench 13 is buried in an insulating film such as HDP oxide on the sidewall oxide film 14, and a series of chemical mechanical polishing and removal of the multilayer pad 12 are performed to form an STI device. A separator is formed.

그러나, 종래 기술은 반도체소자가 고집적화됨에 따른 높은 종횡비(Aspect ratio)로 인해 트렌치(13)의 매립이 어려운 문제가 있다. 특히, 트렌치(13)의 매립이 어려운 것은 트렌치(13) 형성후 실시하는 측벽산화 공정에서 초래되는 균일도 불량때문이다. 일반적으로, 측벽산화는 트렌치 식각후 진행되며, 트렌치 식각후 노출된 실리콘기판 표면의 방향성 차이에 의해 산화되는 정도가 달라지는 것으로 알려져 있다. 특히, 소자의 크기가 감소할수록 트렌치식각 후 측벽부의 산화량이 상대적으로 커서 트렌치의 공간(space)이 좁아지게 되어 트렌치 매립이 어렵다.However, the prior art has a problem that the filling of the trench 13 is difficult due to the high aspect ratio as the semiconductor device is highly integrated. In particular, the filling of the trench 13 is difficult because of poor uniformity caused by the sidewall oxidation process performed after the trench 13 is formed. In general, sidewall oxidation is performed after the trench etching, and the degree of oxidation is known to be changed by the difference in the orientation of the exposed silicon substrate surface after the trench etching. In particular, as the size of the device decreases, the oxidation amount of the sidewall portion after the trench is relatively large, so that the space of the trench is narrowed, making it difficult to fill the trench.

도 1b를 참조하면, 종래 기술은 측벽산화시 퍼니스 산화(Furnace oxidation) 방식을 이용하는데, 트렌치(13) 바닥부의 산화량(t2)에 비해 측벽의 산화량(t1)이 2배 정도 더 많다.Referring to FIG. 1B, the prior art uses a furnace oxidation method for sidewall oxidation, and the oxidation amount t1 of the sidewalls is about twice as large as the oxidation amount t2 of the bottom of the trench 13.

또한, 트렌치(13)의 바닥을 기준으로 측벽산화를 진행함에 따라, 바닥부 및 측벽의 산화량 차이에 의해 측벽의 산화량이 원하지 않게 기준에 비해 2배 정도 두껍게 형성되는 문제가 있다.In addition, as the sidewall oxidation is performed based on the bottom of the trench 13, there is a problem that the amount of oxidation of the sidewall is undesirably two times thicker than the reference due to the difference in the amount of oxidation of the bottom portion and the sidewall.

도 2는 종래기술에 따른 퍼니스 산화후의 결과를 도시한 도면으로서, 퍼니스산화후에 트렌치의 바닥에 비해 트렌치의 측벽에서 산화량 정도가 훨씬 큼을 알 수 있다. 또한, 도 2에서 트렌치의 탑(Top) 부분에서 측벽에 비해 더 두껍게 측벽산화막이 형성되는데, 이는 퍼니스산화방식이 건식산화이기 때문이며, 건식산화는 습식산화에 비해 트렌치의 측벽보다 트렌치의 탑부분을 더 산화시키는 특성이 있다.Figure 2 shows the results after the furnace oxidation according to the prior art, it can be seen that the oxidation amount in the side wall of the trench is much larger than the bottom of the trench after the furnace oxidation. In addition, in FIG. 2, the sidewall oxide layer is formed thicker than the sidewall at the top portion of the trench because the furnace oxidation method is dry oxidation, and the dry oxidation is more effective than the sidewalls of the trench. There is further oxidizing property.

본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로, 트렌치의 바닥과 측벽에서의 산화량 차이에 따른 트렌치 매립 불량을 방지하는데 적합한 트렌치 구조의 소자분리막 및 그 제조 방법을 제공하는데 그 목적이 있다. The present invention has been proposed to solve the above problems of the prior art, to provide a trench isolation device isolation film and a method of manufacturing the same suitable for preventing the trench buried due to the difference in the amount of oxidation in the bottom and sidewalls of the trench There is this.

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상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 소자분리막은 실리콘 기판 내에 형성된 트렌치, 상기 트렌치의 바닥 및 측벽에 원자층증착법으로 증착된 제1측벽산화막, 상기 제1측벽산화막 상에 퍼니스산화방식으로 형성된 제2측벽산화막, 상기 제2측벽산화막 표면 상에 형성된 라이너질화막, 상기 라이너질화막 표면 상에 형성된 라이너산화막, 및 상기 라이너산화막 표면 상에 상기 트렌치가 매립되도록 형성되는 절연막을 포함하는 것을 특징으로 하며, 상기 제1측벽산화막은 원자층증착법으로 증착한 실리콘산화막인 것을 특징으로 한다.The device isolation film of the present invention for achieving the above object is a trench formed in a silicon substrate, a first side wall oxide film deposited by atomic layer deposition on the bottom and sidewalls of the trench, a second oxide formed on the first side wall oxide film by a furnace oxidation method And a sidewall oxide film, a liner nitride film formed on the surface of the second side wall oxide film, a liner oxide film formed on the surface of the liner nitride film, and an insulating film formed so as to fill the trench on the surface of the liner oxide film. The one side wall oxide film is a silicon oxide film deposited by atomic layer deposition.

그리고, 본 발명의 소자분리막의 제조 방법은 실리콘 기판 내에 트렌치를 형성하는 단계, 상기 트렌치의 바닥 및 측벽에 원자층증착법을 이용하여 측벽산화막을 증착하는 단계, 상기 측벽산화막과 상기 트렌치간 증착계면에 발생된 격자불일치 및 스트레스를 해소하기 위해 열처리하는 단계, 상기 측벽산화막 표면 상에 라이너질화막을 형성하는 단계, 상기 라이너질화막 표면 상에 라이너산화막을 형성하는 단계, 상기 라이너산화막 표면 상에 상기 트렌치가 매립되도록 절연막을 형성하는 단계, 및 상기 절연막을 평탄화시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.The method of manufacturing a device isolation film of the present invention includes forming a trench in a silicon substrate, depositing a sidewall oxide film on the bottom and sidewalls of the trench by using an atomic layer deposition method, and depositing a sidewall oxide film on the deposition interface between the sidewall oxide film and the trench. Heat treatment to relieve generated lattice mismatch and stress, forming a liner nitride film on the sidewall oxide film surface, forming a liner oxide film on the liner nitride film surface, and filling the trench on the liner oxide film surface And forming an insulating film so as to planarize the insulating film.

또한, 본 발명의 소자분리막 제조 방법은 실리콘 기판 내에 트렌치를 형성하는 단계, 상기 트렌치의 바닥 및 측벽에 원자층증착법을 이용하여 제1측벽산화막을 증착하는 단계, 상기 제1측벽산화막 상에 퍼니스산화방식을 이용하여 제2측벽산화막을 형성하는 단계, 상기 제1측벽산화막과 상기 트렌치간 증착계면에 발생된 격자불일치 및 스트레스를 해소하기 위해 열처리하는 단계, 상기 제2측벽산화막 표면 상에 라이너질화막을 형성하는 단계, 상기 라이너질화막 표면 상에 라이너산화막을 형성하는 단계, 상기 라이너산화막 표면 상에 상기 트렌치가 매립되도록 절연막을 형성하는 단계, 및 상기 절연막을 평탄화시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.In addition, the method of manufacturing a device isolation film of the present invention comprises the steps of forming a trench in a silicon substrate, depositing a first sidewall oxide film using an atomic layer deposition method on the bottom and sidewalls of the trench, furnace oxidation on the first sidewall oxide film Forming a second sidewall oxide film using a method, heat-treating to remove lattice mismatch and stress generated in the deposition interface between the first sidewall oxide film and the trench, and forming a liner nitride film on the surface of the second sidewall oxide film Forming a liner oxide film on the liner nitride film surface, forming an insulating film to fill the trench on the liner oxide film surface, and planarizing the insulating film.

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 첨부 도면을 참조하여 설명하기로 한다.Hereinafter, the most preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art may easily implement the technical idea of the present invention. .

도 3은 본 발명의 제1실시예에 따른 트렌치구조의 소자분리막을 도시한 도면이다.3 is a view illustrating a device isolation film having a trench structure according to a first embodiment of the present invention.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 반도체 소자를 도시한 구조 단면도이다.3 is a cross-sectional view illustrating a semiconductor device in accordance with an embodiment of the present invention.

도 3에 도시된 바와 같이, 메모리소자가 형성될 셀영역과 그 밖의 회로소자가 형성될 주변영역을 포함하는 실리콘 기판(21), 실리콘 기판(21) 내에 형성된 트렌치(24)에 매립된 소자분리막(100)으로 구성된다.As shown in FIG. 3, a device isolation film embedded in a silicon substrate 21 including a cell region in which a memory element is to be formed and a peripheral region in which other circuit elements are formed, and a trench 24 formed in the silicon substrate 21. It consists of 100.

여기서, 소자분리막(100)은 실리콘 기판(21) 내에 형성된 트렌치(24), 트렌치(24)의 바닥 및 측벽에 증착된 측벽산화막(25), 측벽산화막(25) 표면 상에 형성된 라이너질화막(26), 라이너질화막(26) 표면 상에 형성된 라이너산화막(27) 및 라이너산화막(27) 표면 상에 트렌치(24)가 매립되도록 형성되는 고밀도플라즈마산화막(28)으로 구성된다.Here, the device isolation layer 100 may include a trench 24 formed in the silicon substrate 21, a sidewall oxide film 25 deposited on the bottom and sidewalls of the trench 24, and a liner nitride film 26 formed on the sidewall oxide film 25. ), A liner oxide film 27 formed on the surface of the liner nitride film 26 and a high density plasma oxide film 28 formed so as to fill the trench 24 on the surface of the liner oxide film 27.

도 3에서, 측벽산화막(25)은 트렌치(24)의 바닥 및 측벽상에 원자층증착법(Atomic Layer Deposition; ALD)을 이용하여 증착한 실리콘산화막(SiO2)으로, 그 두께는 20Å∼50Å이다. 원자층증착법에 대해서는 후술하기로 한다.In FIG. 3, the sidewall oxide film 25 is a silicon oxide film (SiO 2 ) deposited using atomic layer deposition (ALD) on the bottom and sidewalls of the trench 24, and has a thickness of 20 μm to 50 μm. . The atomic layer deposition method will be described later.

그리고, 라이너질화막(26)은 실리콘 기판(21)과 고밀도플라즈마산화막(28) 사이에 열팽창 계수 차이로 인하여 발생되는 스트레스를 완충시키는 역할을 하며, 또한 활성영역에 발생되는 디펙트들이 트렌치(24) 내부로 확산되는 것을 차단하는 역할을 한다. 이러한 라이너질화막(26)으로는 실리콘질화막(Si3N4)이 이용될 수 있으며, 50Å∼100Å의 두께로 형성된다.In addition, the liner nitride layer 26 buffers stress generated due to a difference in thermal expansion coefficient between the silicon substrate 21 and the high density plasma oxide layer 28, and defects generated in the active region are formed in the trench 24. It serves to block the spread inside. A silicon nitride film (Si 3 N 4 ) may be used as the liner nitride film 26, and is formed to have a thickness of 50 μs to 100 μs.

그리고, 라이너산화막(27)은 고밀도플라즈마산화막(28)의 증착시 발생하는 플라즈마데미지(plasma damage)와 산소 가스에 의한 라이너질화막(26)의 식각 및 산화를 방지하는 버퍼층 역할을 한다.The liner oxide layer 27 serves as a buffer layer that prevents etching and oxidation of the liner nitride layer 26 by plasma damage and oxygen gas generated during the deposition of the high density plasma oxide layer 28.

상기한 바에 따르면, 소자분리막(100)을 구성하는 측벽산화막(25)이 얇은 두께로 균일하게 증착할 수 있는 원자층증착법을 이용하여 증착한 것이므로, 트렌치(24)의 바닥 및 측벽에서 균일한 두께를 갖고, 이로써 고밀도플라즈마산화막(28)의 트렌치(24)로의 매립이 용이하다.According to the above, since the sidewall oxide film 25 constituting the device isolation film 100 is deposited using an atomic layer deposition method that can be uniformly deposited in a thin thickness, a uniform thickness at the bottom and sidewalls of the trench 24. This makes it easy to bury the high density plasma oxide film 28 in the trench 24.

도 4a 내지 도 4e는 도 3에 도시된 소자분리막의 제조 방법을 도시한 공정 단면도이다.4A to 4E are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing the device isolation film shown in FIG. 3.

도 4a에 도시된 바와 같이, 실리콘 기판(21) 상에 패드산화막(22)과 패드질화막(23)을 순차적으로 적층한다. 여기서, 실리콘 기판(21)은 소정의 불순물을 포함한 실리콘 기판이며, 패드산화막(22)은 패드질화막(23) 증착시에 실리콘기판(21)에 가해지는 스트레스를 완충시키기 위한 것으로 50Å∼150Å 두께로 형성하고, 패드질화막(23)은 후속 화학적기계적연마공정시 연마정지막으로 사용하기 위한 것으로 500Å∼1000Å 두께로 형성한다. As shown in FIG. 4A, the pad oxide film 22 and the pad nitride film 23 are sequentially stacked on the silicon substrate 21. Here, the silicon substrate 21 is a silicon substrate containing predetermined impurities, and the pad oxide film 22 is for buffering the stress applied to the silicon substrate 21 when the pad nitride film 23 is deposited. The pad nitride film 23 is formed to have a thickness of 500 kPa to 1000 kPa for use as a polishing stop film in a subsequent chemical mechanical polishing process.

다음에, 실리콘 기판(21)의 소자분리 예정영역이 노출되도록 패드질화막(23) 및 패드산화막(22)을 공지의 포토리소그라피 공정을 이용하여 식각하여, 소자분리용 다층 패드를 형성한다. Next, the pad nitride film 23 and the pad oxide film 22 are etched using a well-known photolithography process so that the device isolation region of the silicon substrate 21 is exposed, thereby forming a device separation multilayer pad.

다음으로, 다층패드, 바람직하게는 패드질화막(23)을 마스크로 하여, 실리콘기판(21)을 2000Å∼2500Å의 깊이로 식각하여 트렌치(24)를 형성한다.Next, the trench 24 is formed by etching the silicon substrate 21 to a depth of 2000 GPa to 2500 GPa by using the multilayer pad, preferably the pad nitride film 23 as a mask.

상기한 트렌치(24)를 형성하기 위한 건식 식각 공정으로 인하여, 트렌치(24)의 측벽에 실리콘 격자 결함(defect) 및 데미지(damage)가 발생될 수 있다. 이러한 실리콘 격자 결함 및 데미지를 감소시키기 위하여, 측벽산화(Wall oxidation) 공정을 진행하는데, 제1실시예는 측벽산화방법으로 퍼니스산화를 적용하지 않고 원자층증착법(Atomic Layer Deposition; ALD)을 이용하여 측벽산화막(25)을 증착한다.Due to the dry etching process for forming the trench 24, silicon lattice defects and damage may occur on the sidewalls of the trench 24. In order to reduce such silicon lattice defects and damage, a wall oxidation process is performed. The first embodiment uses atomic layer deposition (ALD) without using furnace oxidation as a sidewall oxidation method. The side wall oxide film 25 is deposited.

도 4b에 도시된 바와 같이, 측벽산화공정으로서 트렌치(24) 표면 상에 원자층증착법(ALD)을 이용하여 측벽산화막(25)을 형성한다.As shown in FIG. 4B, a sidewall oxide film 25 is formed on the surface of the trench 24 using atomic layer deposition (ALD) as a sidewall oxidation process.

이때, 측벽산화막(25)은 실리콘산화막(SiO2)로, 이를 형성하기 위한 원자층증착 공정시, 실리콘소스로 SiH4를 이용하며, 반응가스로는 O2를 이용하고, 퍼지가스로는 아르곤(Ar) 가스를 이용한다.At this time, the sidewall oxide film 25 is a silicon oxide film (SiO 2 ), and in the atomic layer deposition process for forming it, SiH 4 is used as the silicon source, O 2 is used as the reaction gas, and argon (Ar is used as the purge gas. ) Use gas.

자세히 살펴보면, 먼저 SiH4 가스를 공급하여 트렌치(24) 표면에 SiH4를 흡착시킨 후에, 아르곤 가스를 공급하여 미반응한 SiH4를 퍼지시킨다. 그 다음에, 산소(O2) 가스를 공급하여 흡착된 SiH4와 O2의 반응을 유도하므로써 트렌치(24)의 바닥 및 측벽에 원자층 단위의 SiO2를 증착한다. 이어서, SiH4와 O2의 반응부산물인 수소(2H2)를 제거하기 위해 아르곤 가스를 공급하여 퍼지시킨다. 이와 같은 일련의 SiH4 공급, 퍼지, O2 공급 및 퍼지로 이루어진 증착사이클을 1사이클로 설정하고, 요구되는 두께로 증착하기 위해 여러 사이클을 반복진행한다.In detail, first, SiH 4 gas is supplied to adsorb SiH 4 to the surface of the trench 24, and then argon gas is supplied to purge unreacted SiH 4 . Then, SiO 2 is deposited on the bottom and sidewalls of the trench 24 by supplying oxygen (O 2 ) gas to induce a reaction between the adsorbed SiH 4 and O 2 . Subsequently, argon gas is supplied and purged to remove hydrogen (2H 2 ), which is a reaction by-product of SiH 4 and O 2 . The deposition cycle consisting of such a series of SiH 4 feed, purge, O 2 feed and purge is set to 1 cycle, and several cycles are repeated to deposit to the required thickness.

상기한 원자층증착법(ALD)에 의해 형성되는 측벽산화막(25)은 5Å∼10Å 정도의 두께이며, 원자층증착법(ALD)은 원자층단위로 측벽산화막(25)을 증착할 수 있으므로 단차피복성(Step coverage)이 우수하다. 즉, 트렌치(24)의 바닥 및 측벽에서 측벽산화막(25)이 균일한 두께로 형성된다.The sidewall oxide film 25 formed by the atomic layer deposition method (ALD) has a thickness of about 5 kPa to 10 kPa, and the atomic layer deposition method (ALD) can deposit the sidewall oxide film 25 in atomic layer units. (Step coverage) is excellent. That is, the sidewall oxide film 25 is formed to have a uniform thickness at the bottom and sidewalls of the trench 24.

또한, 원자층증착법(ALD)은 화학기상증착법 또는 열성장법에 비해 비교적 저온공정이 가능한 증착법으로 알려져 있으므로, 측벽산화막(25)은 원자층증착법으로 증착할 때 300℃∼500℃ 범위에서 증착가능하다.In addition, since ALD is known to be a relatively low temperature deposition method compared to chemical vapor deposition or thermal growth method, the sidewall oxide film 25 can be deposited in the range of 300 ° C to 500 ° C when deposited by atomic layer deposition. .

또한, 원자층증착법을 이용하면 불순물이 적은 고품질의 측벽산화막(25)을 얻을 수 있다.In addition, by using the atomic layer deposition method, a high quality sidewall oxide film 25 having few impurities can be obtained.

상기한 바와 같이, 원자층증착법을 이용하여 증착한 측벽산화막(25)은 트렌치(24)의 바닥 및 측벽에서 균일한 두께로 얇게 형성하기 때문에, 후속 고밀도플라즈마산화막으로 트렌치(24)를 매립하기가 용이하다.As described above, since the sidewall oxide film 25 deposited using the atomic layer deposition method is thinly formed at a uniform thickness at the bottom and the sidewall of the trench 24, it is difficult to fill the trench 24 with a subsequent high density plasma oxide film. It is easy.

도 4c에 도시된 바와 같이, 실리콘기판(21)과 측벽산화막(25)간의 스트레스 및 증착방식에 따른 격자(lattice)간 불일치(dislocation)를 제거하기 위해 후속 열처리를 진행한다.As shown in FIG. 4C, a subsequent heat treatment is performed to remove the stress between the silicon substrate 21 and the sidewall oxide layer 25 and the dislocation between lattices due to the deposition method.

이때, 후속 열처리는 1000℃∼1100℃ 범위에서 진행한다.At this time, the subsequent heat treatment proceeds in the range of 1000 ° C to 1100 ° C.

이와 같이, 후속 열처리를 1000℃∼1100℃ 범위에서 진행하면 트렌치(24)의 측벽에 발생된 실리콘 격자 결함 및 데미지도 치유할 수 있다.As such, when the subsequent heat treatment is performed in the range of 1000 ° C. to 1100 ° C., the silicon lattice defects and damage generated on the sidewalls of the trench 24 may be cured.

도 4d에 도시된 바와 같이, 측벽산화막(25)이 형성된 실리콘기판(21) 상부에 화학기상증착법(CVD)을 이용하여 라이너질화막(liner nitride, 26)과 라이너산화막(liner oxide, 27)을 차례대로 형성한다. As shown in FIG. 4D, the liner nitride layer 26 and the liner oxide layer 27 are sequentially formed by chemical vapor deposition (CVD) on the silicon substrate 21 on which the sidewall oxide layer 25 is formed. To form.

여기서, 라이너질화막(26)은 실리콘 기판(21)과 이후 트렌치(24) 내부에 매립되어질 고밀도플라즈마산화막 사이에 열팽창 계수 차이로 인하여 발생되는 스트레스를 완충시키는 역할을 하며, 활성영역에 발생되는 디펙트(defect)가 트렌치(24) 내부로 확산되는 것을 차단하는 역할을 한다. 이러한 라이너질화막(26)으로는 실리콘질화막(Si3N4)이 이용될 수 있으며, 20Å∼100Å의 두께로 형성된다. 그리고, 라이너산화막(27)은 후속 공정으로 트렌치(24)를 매립하기 위해 진행되는 고밀도플라즈마산화막(HDP Oxide)의 증착시 발생하는 플라즈마데미지(plasma damage)와 산소 가스에 의한 라이너질화막(26)의 식각 및 산화를 방지하는 버퍼층 역할을 한다. 이때, 라이너산화막(27)은 20Å∼100Å의 두께로 형성된다.Here, the liner nitride film 26 serves to buffer the stress generated due to the difference in thermal expansion coefficient between the silicon substrate 21 and the high density plasma oxide film to be embedded in the trench 24, and the defect generated in the active region. (defect) serves to block the diffusion into the trench (24). A silicon nitride film (Si 3 N 4 ) may be used as the liner nitride film 26, and is formed to a thickness of 20 μm to 100 μm. In addition, the liner oxide layer 27 may be formed in the liner nitride layer 26 by plasma damage and oxygen gas generated during deposition of a high density plasma oxide layer (HDP Oxide). It acts as a buffer layer to prevent etching and oxidation. At this time, the liner oxide film 27 is formed to a thickness of 20 kPa to 100 kPa.

그 다음, 실리콘기판(21) 상부에 트렌치(24)가 충분히 매립되도록 4000Å∼5000Å의 두께로 절연막, 예컨대, 고밀도플라즈마산화막(28)을 형성한다. 이때, 고밀도플라즈마산화막(28)은 실리콘소스와 산소가스를 이용한 플라즈마증착법, 바람직하게는 플라즈마를 이용한 화학기상증착법(CVD)을 이용한다.Next, an insulating film, for example, a high density plasma oxide film 28, is formed to a thickness of 4000 kPa to 5000 kPa so that the trench 24 is sufficiently buried in the upper portion of the silicon substrate 21. At this time, the high-density plasma oxide film 28 uses a plasma deposition method using a silicon source and oxygen gas, preferably a chemical vapor deposition method (CVD) using a plasma.

도 4e에 도시된 바와 같이, 고밀도플라즈마산화막(28)을 패드질화막(23)의 표면이 노출될때까지 화학적기계적연마(CMP)한다. 이에 따라, 트렌치(24) 내에 고밀도플라즈마산화막(28)이 매립되어 STI 구조의 소자분리막(100)이 완성된다. As shown in FIG. 4E, the high-density plasma oxide film 28 is subjected to chemical mechanical polishing (CMP) until the surface of the pad nitride film 23 is exposed. Accordingly, the high density plasma oxide film 28 is embedded in the trench 24 to complete the device isolation film 100 having the STI structure.

후속 공정으로, 소자분리막(100)의 단차를 제거하기 위한 추가 식각을 진행한 후에, 패드질화막(23)을 제거하기 위해 인산용액(H3PO4)을 이용한 세정공정을 진행하고, 잔류하는 패드산화막(22)을 제거하기 위해 HF 또는 BOE 용액을 이용한 세정공정을 진행한다.In the subsequent process, after further etching to remove the step of the device isolation film 100, the cleaning process using a phosphate solution (H 3 PO 4 ) to remove the pad nitride film 23, the remaining pad In order to remove the oxide film 22, a cleaning process using an HF or BOE solution is performed.

상기한 제1실시예에서는 측벽산화막(25)을 원자층증착법으로 형성하고, 이후 후속 열처리를 통해 측벽산화막(25)과 실리콘기판(21)간 증착계면의 스트레스 및 증착방식에 따른 격자간 불일치를 제거하고 있다.In the first embodiment, the sidewall oxide film 25 is formed by atomic layer deposition, and thereafter, the lattice mismatch between the sidewall oxide film 25 and the silicon substrate 21 and the lattice inconsistency according to the deposition method are determined by subsequent heat treatment. It is being removed.

하지만, 후속 열처리만으로는 측벽산화막(25)과 실리콘기판(21)간 증착계면의 스트레스 및 증착방식에 따른 격자간 불일치를 완전히 제거하기 어렵기 때문에 다음의 제2실시예와 같은 방법을 제안한다.However, it is difficult to completely eliminate the stress of the deposition interface between the sidewall oxide film 25 and the silicon substrate 21 and the lattice mismatch due to the deposition method only by the subsequent heat treatment.

도 5는 본 발명의 제2실시예에 따른 트렌치 구조의 소자분리막을 도시한 도면이다.5 is a view illustrating a device isolation film having a trench structure according to a second embodiment of the present invention.

도 5에 도시된 바와 같이, 메모리소자가 형성될 셀영역과 그 밖의 회로소자가 형성될 주변영역을 포함하는 실리콘 기판(31), 실리콘 기판(31) 내에 형성된 트렌치(34)에 매립된 소자분리막(200)으로 구성된다.As shown in FIG. 5, a device isolation film embedded in a silicon substrate 31 including a cell region in which a memory element is to be formed and a peripheral region in which other circuit elements are formed, and a trench 34 formed in the silicon substrate 31. It consists of 200.

여기서, 소자분리막(200)은 실리콘 기판(31) 내에 형성된 트렌치(34), 트렌치(34)의 바닥 및 측벽에 증착된 제1측벽산화막(35), 제1측벽산화막(35) 상에 형성된 제2측벽산화막(36), 제2측벽산화막(36) 표면 상에 형성된 라이너질화막(37), 라이너질화막(37) 표면 상에 형성된 라이너산화막(38) 및 라이너산화막(38) 표면 상에 트렌치(34)가 매립되도록 형성되는 고밀도플라즈마산화막(39)으로 구성된다.Here, the isolation layer 200 may include a trench 34 formed in the silicon substrate 31, a first sidewall oxide layer 35 and a first sidewall oxide layer 35 deposited on the bottom and sidewalls of the trench 34. Trench 34 on the surface of the liner nitride film 37 formed on the surface of the second side wall oxide film 36, the second side wall oxide film 36, the liner oxide film 38 and the liner oxide film 38 formed on the surface of the liner nitride film 37. ) Is composed of a high density plasma oxide film 39 formed to be embedded.

도 5에서, 제1측벽산화막(35)은 트렌치(34)의 바닥 및 측벽상에 원자층증착법(Atomic Layer Deposition; ALD)을 이용하여 증착한 실리콘산화막(SiO2)이고, 제2측벽산화막(36)은 퍼니스산화 방식으로 측벽산화시킨 실리콘산화막(SiO2)이다. 여기서, 총 측벽산화막의 두께가 20Å∼50Å이라고 가정하면, 제1측벽산화막(35)은 5Å∼10Å 정도의 두께이고, 제2측벽산화막(36)은 15Å∼40Å 두께이다.In FIG. 5, the first sidewall oxide film 35 is a silicon oxide film (SiO 2 ) deposited on the bottom and sidewalls of the trench 34 using atomic layer deposition (ALD), and the second sidewall oxide film ( 36 is a silicon oxide film (SiO 2 ) which is sidewall oxidized by furnace oxidation. Here, assuming that the total sidewall oxide film has a thickness of 20 kPa to 50 kPa, the first side wall oxide film 35 is about 5 kPa to 10 kPa, and the second side wall oxide film 36 is 15 kPa to 40 kPa.

그리고, 라이너질화막(37)은 실리콘 기판(31)과 고밀도플라즈마산화막(38) 사이에 열팽창 계수 차이로 인하여 발생되는 스트레스를 완충시키는 역할을 하며, 또한 활성영역에 발생되는 디펙트들이 트렌치(34) 내부로 확산되는 것을 차단하는 역할을 한다. 이러한 라이너질화막(37)으로는 실리콘질화막(Si3N4)이 이용될 수 있으며, 50Å∼100Å의 두께로 형성된다.In addition, the liner nitride film 37 serves to buffer stress generated due to the difference in thermal expansion coefficient between the silicon substrate 31 and the high density plasma oxide film 38, and the defects generated in the active region may be formed in the trench 34. It serves to block the spread inside. A silicon nitride film (Si 3 N 4 ) may be used as the liner nitride film 37, and is formed to have a thickness of 50 μs to 100 μs.

그리고, 라이너산화막(38)은 고밀도플라즈마산화막(39)의 증착시 발생하는 플라즈마데미지(plasma damage)와 산소 가스에 의한 라이너질화막(37)의 식각 및 산화를 방지하는 버퍼층 역할을 한다.The liner oxide layer 38 serves as a buffer layer to prevent etching and oxidation of the liner nitride layer 37 by plasma damage and oxygen gas generated during the deposition of the high density plasma oxide layer 39.

상기한 바에 따르면, 소자분리막(200)을 구성하는 측벽산화막을 원자층증착법으로 증착한 제1측벽산화막(35)과 퍼니스산화방식으로 산화시킨 제2측벽산화막(36)으로 구성하고 있다. As described above, the sidewall oxide film constituting the device isolation film 200 is composed of the first sidewall oxide film 35 deposited by the atomic layer deposition method and the second sidewall oxide film 36 oxidized by the furnace oxidation method.

이와 같이, 트렌치(34)에 직접 접하는 제1측벽산화막(35)을 원자층증착법을 이용하여 균일한 두께로 증착하므로써, 제2측벽산화막(36) 형성을 위한 퍼니스산화방식 적용시 트렌치의 바닥 및 측벽에서의 산화량 차이가 없고, 이로써 고밀도플라즈마산화막(39)의 트렌치(34)로의 매립이 용이하다.As such, by depositing the first sidewall oxide layer 35 directly in contact with the trench 34 to a uniform thickness by using the atomic layer deposition method, the bottom of the trench and the bottom side of the trench when applying the furnace oxidation method for forming the second sidewall oxide layer 36 are formed. There is no difference in the amount of oxidation at the sidewalls, whereby the high density plasma oxide film 39 is easily embedded in the trench 34.

특히, 후술하겠지만, 퍼니스산화방식을 이용한 제2측벽산화막(36)을 형성해주므로써 제1측벽산화막(35)과 실리콘기판(31)간 증착계면의 스트레스를 일부분 해소시킬 수 있다.In particular, as will be described later, by forming the second side wall oxide film 36 using the furnace oxidation method, the stress of the deposition interface between the first side wall oxide film 35 and the silicon substrate 31 can be partially eliminated.

도 6a 내지 도 6f는 도 5에 도시된 소자분리막의 제조 방법을 도시한 공정 단면도이다.6A through 6F are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing the device isolation film illustrated in FIG. 5.

도 6a에 도시된 바와 같이, 실리콘 기판(31) 상에 패드산화막(32)과 패드질화막(33)을 순차적으로 적층한다. 여기서, 실리콘 기판(31)은 소정의 불순물을 포함한 실리콘 기판이며, 패드산화막(32)은 패드질화막(33) 증착시에 실리콘기판(31)에 가해지는 스트레스를 완충시키기 위한 것으로 50Å∼150Å 두께로 형성하고, 패드질화막(33)은 후속 화학적기계적연마공정시 연마정지막으로 사용하기 위한 것으로 500Å∼1000Å 두께로 형성한다. As shown in FIG. 6A, the pad oxide film 32 and the pad nitride film 33 are sequentially stacked on the silicon substrate 31. Here, the silicon substrate 31 is a silicon substrate containing predetermined impurities, and the pad oxide film 32 is for buffering the stress applied to the silicon substrate 31 when the pad nitride film 33 is deposited. The pad nitride film 33 is formed to have a thickness of 500 kPa to 1000 kPa for use as a polishing stop film in a subsequent chemical mechanical polishing process.

다음에, 실리콘 기판(31)의 소자분리 예정영역이 노출되도록 패드질화막(33) 및 패드산화막(32)을 공지의 포토리소그라피 공정을 이용하여 식각하여, 소자분리용 다층 패드를 형성한다. Next, the pad nitride film 33 and the pad oxide film 32 are etched using a well-known photolithography process so that the device isolation region of the silicon substrate 31 is exposed, thereby forming a multi-layer pad for device isolation.

다음으로, 다층패드, 바람직하게는 패드질화막(33)을 마스크로 하여, 실리콘기판(31)을 2000Å∼2500Å의 깊이로 식각하여 트렌치(34)를 형성한다.Next, using the multilayer pad, preferably the pad nitride film 33, as a mask, the trench 34 is formed by etching the silicon substrate 31 to a depth of 2000 Å to 2500 Å.

상기한 트렌치(34)를 형성하기 위한 건식 식각 공정으로 인하여, 트렌치(34)의 측벽에 실리콘 격자 결함(defect) 및 데미지(damage)가 발생될 수 있다. 이러한 실리콘 격자 결함 및 데미지를 감소시키기 위하여, 측벽산화(Wall oxidation) 공정을 진행하는데, 본 발명은 1차 측벽산화방법으로 원자층증착법(Atomic Layer Deposition; ALD)을 이용하여 제1실리콘산화막을 증착하고, 이후 2차 측벽산화방법으로 퍼니스산화방식을 이용하여 제2실리콘산화막을 형성한다.Due to the dry etching process for forming the trench 34, silicon lattice defects and damage may occur on the sidewalls of the trench 34. In order to reduce such silicon lattice defects and damages, a wall oxidation process is performed, and the present invention is a method of depositing a first silicon oxide film using atomic layer deposition (ALD) as a primary sidewall oxidation method. Subsequently, a second silicon oxide film is formed by using a furnace oxidation method as a secondary sidewall oxidation method.

도 6b에 도시된 바와 같이, 1차 측벽산화공정으로서 트렌치(34) 표면 상에 원자층증착법(ALD)을 이용하여 제1측벽산화막(35)을 형성한다.As shown in FIG. 6B, the first sidewall oxide layer 35 is formed on the surface of the trench 34 using the atomic layer deposition method ALD as the primary sidewall oxidation process.

이때, 제1측벽산화막(35)은 실리콘산화막(SiO2)로, 이를 형성하기 위한 원자층증착 공정시, 실리콘소스로 SiH4를 이용하며, 반응가스로는 O2를 이용하고, 퍼지가스로는 아르곤(Ar) 가스를 이용한다.At this time, the first side wall oxide film 35 is a silicon oxide film (SiO 2 ), and in the atomic layer deposition process for forming it, SiH 4 is used as the silicon source, O 2 is used as the reaction gas, and argon is used as the purge gas. (Ar) gas is used.

자세히 살펴보면, 먼저 SiH4 가스를 공급하여 트렌치(33) 표면에 SiH4를 흡착시킨 후에, 아르곤 가스를 공급하여 미반응한 SiH4를 퍼지시킨다. 그 다음에, 산소(O2) 가스를 공급하여 흡착된 SiH4와 O2의 반응을 유도하므로써 트렌치(33)의 바닥 및 측벽에 원자층 단위의 SiO2를 증착한다. 이어서, SiH4와 O2의 반응부산물인 수소(2H2)를 제거하기 위해 아르곤 가스를 공급하여 퍼지시킨다. 이와 같은 일련의 SiH4 공급, 퍼지, O2 공급 및 퍼지로 이루어진 증착사이클을 1사이클로 설정하고, 요구되는 두께로 증착하기 위해 여러 사이클을 반복진행한다.In detail, first, SiH 4 gas is supplied to adsorb SiH 4 to the surface of the trench 33, and then argon gas is supplied to purge unreacted SiH 4 . Subsequently, SiO 2 in atomic layer units is deposited on the bottom and sidewalls of the trench 33 by supplying oxygen (O 2 ) gas to induce a reaction between the adsorbed SiH 4 and O 2 . Subsequently, argon gas is supplied and purged to remove hydrogen (2H 2 ), which is a reaction by-product of SiH 4 and O 2 . The deposition cycle consisting of such a series of SiH 4 feed, purge, O 2 feed and purge is set to 1 cycle, and several cycles are repeated to deposit to the required thickness.

상기한 원자층증착법(ALD)에 의해 형성되는 제1측벽산화막(35)은 5Å∼10Å 정도의 두께이며, 원자층증착법(ALD)은 원자층단위로 제1측벽산화막(35)을 증착할 수 있으므로 단차피복성(Step coverage)이 우수하다. 즉, 트렌치(34)의 바닥 및 측벽에서 제1측벽산화막(35)이 균일한 두께로 형성된다.The first sidewall oxide film 35 formed by the atomic layer deposition method (ALD) has a thickness of about 5 kPa to about 10 kPa, and the atomic layer deposition method (ALD) can deposit the first sidewall oxide film 35 on an atomic layer basis. Therefore, step coverage is excellent. That is, the first sidewall oxide film 35 is formed to have a uniform thickness at the bottom and sidewalls of the trench 34.

또한, 원자층증착법(ALD)은 화학기상증착법 또는 열성장법에 비해 비교적 저온공정이 가능한 증착법으로 알려져 있으므로, 제1측벽산화막(35)은 원자층증착법으로 증착할 때 300℃∼500℃ 범위에서 증착가능하다.Also, since ALD is known as a vapor deposition method capable of relatively low temperature process compared to chemical vapor deposition or thermal growth, the first sidewall oxide film 35 is deposited in the range of 300 ° C. to 500 ° C. when deposited by atomic layer deposition. It is possible.

또한, 원자층증착법을 이용하면 불순물이 적은 고품질의 제1측벽산화막(35)을 얻을 수 있다.In addition, by using the atomic layer deposition method, it is possible to obtain a high quality first sidewall oxide film 35 having few impurities.

상기한 바와 같이, 원자층증착법을 이용하여 증착한 제1측벽산화막(35)은 트렌치(34)의 표면을 모두 덮으므로, 후속 퍼니스산화를 진행하여도 트렌치(34) 표면의 방향성 차이에 따른 산화량의 불균일 현상이 발생하지 않는다. 이는 후술하기로 한다.As described above, since the first sidewall oxide film 35 deposited by using the atomic layer deposition method covers the entire surface of the trench 34, the oxidation according to the difference in the direction of the trench 34 surface even after the subsequent furnace oxidation is performed. The amount of nonuniformity does not occur. This will be described later.

도 6c에 도시된 바와 같이, 퍼니스 산화(Furnace oxidation) 방식을 이용하여 제2측벽산화막(36)을 형성한다. 이때, 퍼니스 산화방식은 건식산화(Dry oxidation) 방식이며, 산화온도는 800℃∼900℃이다. 그리고, 총 요구되는 측벽산화막의 두께가 20Å∼50Å 두께라고 가정하면, 제1측벽산화막(35)이 5Å∼10Å 정도의 두께로 형성되었으므로 제2측벽산화막(36)의 두께는 15Å∼40Å이다.As shown in FIG. 6C, the second sidewall oxide layer 36 is formed by using a furnace oxidation method. At this time, the furnace oxidation method is a dry oxidation method, the oxidation temperature is 800 ℃ to 900 ℃. Assuming that the total thickness of the sidewall oxide film required is 20 kPa to 50 kPa, since the first side wall oxide film 35 is formed to have a thickness of about 5 kPa to 10 kPa, the thickness of the second side wall oxide film 36 is 15 kPa to 40 kPa.

상술한 바와 같은 퍼니스 산화방식을 이용하여 제2측벽산화막(36)을 형성하는 경우, 제1측벽산화막(35)이 트렌치(34) 표면을 덮고 있는 상태에서 퍼니스 산화가 진행되므로 실리콘기판(31) 표면의 방향성 차이에 따른 산화량 차이가 없다. 즉, 퍼니스산화가 진행되는 표면이 실리콘기판(31) 표면이 아니라 제1측벽산화막(35)이므로 트렌치(34)의 바닥 및 측벽에서 형성되는 제2측벽산화막(36)의 두께를 균일하게 할 수 있다.When the second side wall oxide film 36 is formed by using the furnace oxidation method as described above, the furnace substrate is oxidized while the first side wall oxide film 35 covers the trench 34 surface, so that the silicon substrate 31 is formed. There is no difference in the amount of oxidation due to the difference in the orientation of the surface. That is, since the surface where the furnace oxidation proceeds is not the surface of the silicon substrate 31 but the first side wall oxide film 35, the thickness of the second side wall oxide film 36 formed on the bottom and sidewalls of the trench 34 can be uniform. have.

또한, 퍼니스산화방식이 비교적 고온(800℃∼900℃)에서 진행하므로, 제1측벽산화막(35) 증착시에 발생하는 증착계면의 스트레스, 즉 실리콘기판(31)과 제1측벽산화막(35)간의 스트레스를 일부분 해소시킬 수 있다.In addition, since the furnace oxidation method proceeds at a relatively high temperature (800 ° C to 900 ° C), the stress of the deposition interface generated during deposition of the first sidewall oxide film 35, that is, the silicon substrate 31 and the first sidewall oxide film 35 Can partially relieve liver stress.

또한, 제1측벽산화막(35) 없이 퍼니스산화만을 적용하여 측벽산화를 진행하면 트렌치(34) 표면의 실리콘기판(31)의 손실을 유발하여 결국 활성영역의 크기 감소를 초래하지만, 제1측벽산화막(35) 증착후에 퍼니스 산화를 진행하면 활성영역의 크기 감소를 억제할 수 있다.In addition, proceeding with sidewall oxidation by applying only furnace oxidation without the first sidewall oxide layer 35 causes loss of the silicon substrate 31 on the surface of the trench 34, resulting in a decrease in the size of the active region. (35) Reduction of the size of the active region can be suppressed by carrying out furnace oxidation after deposition.

마지막으로, 제1측벽산화막(35) 형성후에 퍼니스산화를 진행하면, 트렌치(34)의 바닥과 측벽은 물론 탑부분에서도 두께 차이가 없이 균일하기 때문에 트렌치(34)의 공간이 퍼니스산화만으로 진행한 경우에 비해 넓어 후속 공정에서 트렌치(34)의 매립이 용이하다.Finally, when the furnace oxidation is performed after the formation of the first sidewall oxide film 35, the space of the trench 34 proceeds solely by furnace oxidation because the thickness of the trench 34 is uniform without difference in thickness at the top and the bottom and sidewalls of the trench 34. Wider than the case, the trench 34 may be easily buried in a subsequent process.

상기한 퍼니스산화를 통해 실질적으로 트렌치(34)의 측벽에 발생된 실리콘 격자 결함 및 데미지가 치유된다.Through the furnace oxidation, the silicon lattice defects and damage generated on the sidewalls of the trench 34 are substantially healed.

도 6d에 도시된 바와 같이, 실리콘기판(31)과 제1측벽산화막(35)간의 스트레스 및 증착방식에 따른 격자(lattice)간 불일치(dislocation)를 완전히 제거하기 위해 후속 열처리를 진행한다.As shown in FIG. 6D, a subsequent heat treatment is performed to completely remove the stress between the silicon substrate 31 and the first sidewall oxide layer 35 and the dislocation between lattices due to the deposition method.

이때, 후속 열처리는 1000℃∼1100℃ 범위에서 진행한다.At this time, the subsequent heat treatment proceeds in the range of 1000 ° C to 1100 ° C.

이와 같이, 후속 열처리를 1000℃∼1100℃ 범위에서 진행하므로 후속 열처리전 공정인 퍼니스산화를 900℃ 이하의 온도에서 적용할 수 있다.As such, since the subsequent heat treatment is performed in the range of 1000 ° C. to 1100 ° C., furnace oxidation, which is a process before the subsequent heat treatment, may be applied at a temperature of 900 ° C. or less.

도 6e에 도시된 바와 같이, 제1측벽산화막(35)과 제2측벽산화막(36)이 형성된 실리콘기판(31) 상부에 화학기상증착법(CVD)을 이용하여 라이너질화막(liner nitride, 37)과 라이너산화막(liner oxide, 38)을 차례대로 형성한다. As shown in FIG. 6E, a liner nitride layer 37 is formed on the silicon substrate 31 on which the first sidewall oxide layer 35 and the second sidewall oxide layer 36 are formed using chemical vapor deposition (CVD). A liner oxide 38 is formed in this order.

여기서, 라이너질화막(37)은 실리콘 기판(31)과 이후 트렌치(34) 내부에 매립되어질 고밀도플라즈마산화막 사이에 열팽창 계수 차이로 인하여 발생되는 스트레스를 완충시키는 역할을 하며, 활성영역에 발생되는 디펙트(defect)가 트렌치(34) 내부로 확산되는 것을 차단하는 역할을 한다. 이러한 라이너질화막(37)으로는 실리콘질화막(Si3N4)이 이용될 수 있으며, 20Å∼100Å의 두께로 형성된다. 그리고, 라이너산화막(38)은 후속 공정으로 트렌치(34)를 매립하기 위해 진행되는 고밀도플라즈마산화막(HDP Oxide)의 증착시 발생하는 플라즈마데미지(plasma damage)와 산소 가스에 의한 라이너질화막(37)의 식각 및 산화를 방지하는 버퍼층 역할을 한다. 이때, 라이너산화막(38)은 20Å∼100Å의 두께로 형성된다.Here, the liner nitride film 37 serves to buffer stress generated due to the difference in thermal expansion coefficient between the silicon substrate 31 and the high density plasma oxide film to be embedded in the trench 34, and the defect generated in the active region. (defect) serves to block the diffusion into the trench (34). A silicon nitride film (Si 3 N 4 ) may be used as the liner nitride film 37, and is formed to have a thickness of 20 μs to 100 μs. In addition, the liner oxide film 38 is a plasma damage generated during the deposition of a high density plasma oxide film (HDP Oxide) proceeds to fill the trench 34 in a subsequent process and the liner nitride film 37 by oxygen gas. It acts as a buffer layer to prevent etching and oxidation. At this time, the liner oxide film 38 is formed to a thickness of 20 kPa to 100 kPa.

그 다음, 실리콘기판(31) 상부에 트렌치(34)가 충분히 매립되도록 4000Å∼5000Å의 두께로 절연막, 예컨대 고밀도플라즈마산화막(39)을 형성한다. 이때, 고밀도플라즈마산화막(39)은 실리콘소스와 산소가스를 이용한 플라즈마증착법, 바람직하게는 플라즈마를 이용한 화학기상증착법(CVD)을 이용한다.Next, an insulating film, for example, a high density plasma oxide film 39, is formed to a thickness of 4000 kPa to 5000 kPa so that the trench 34 is sufficiently filled in the upper portion of the silicon substrate 31. At this time, the high-density plasma oxide film 39 uses a plasma deposition method using a silicon source and oxygen gas, preferably a chemical vapor deposition method (CVD) using a plasma.

도 6f에 도시된 바와 같이, 고밀도플라즈마산화막(39)을 패드질화막(33)의 표면이 노출될때까지 화학적기계적연마(CMP)한다. 이에 따라, 트렌치(34) 내에 고밀도플라즈마산화막(39)이 매립되어 STI 구조의 소자분리막(200)이 완성된다. As shown in FIG. 6F, the high density plasma oxide film 39 is subjected to chemical mechanical polishing (CMP) until the surface of the pad nitride film 33 is exposed. Accordingly, the high density plasma oxide film 39 is embedded in the trench 34 to complete the device isolation film 200 having the STI structure.

후속 공정으로, 소자분리막(200)의 단차를 제거하기 위한 추가 식각을 진행한 후에, 패드질화막(33)을 제거하기 위해 인산용액(H3PO4)을 이용한 세정공정을 진행하고, 잔류하는 패드산화막(32)을 제거하기 위해 HF 또는 BOE 용액을 이용한 세정공정을 진행한다.In a subsequent process, after further etching to remove the step of the device isolation film 200, the cleaning process using a phosphate solution (H 3 PO 4 ) to remove the pad nitride film 33, and the remaining pad In order to remove the oxide film 32, a cleaning process using an HF or BOE solution is performed.

상기한 바와 같이 제2실시예는 제1실시예와 다르게, 원자층증착법을 이용하여 제1측벽산화막(35)을 형성한 후에 추가로 퍼니스산화방식을 이용하여 제2측벽산화막(36)을 형성해줄뿐만 아니라, 후속 열처리까지 진행하므로써 실리콘기판(31)과 제1측벽산화막(35)간의 스트레스 및 증착방식에 따른 격자간 불일치를 완전히 제거할 수 있다.As described above, in the second embodiment, unlike the first embodiment, after forming the first sidewall oxide layer 35 using the atomic layer deposition method, the second sidewall oxide layer 36 is further formed by using the furnace oxidation method. In addition, by performing the subsequent heat treatment, the stress between the silicon substrate 31 and the first side wall oxide layer 35 and the mismatch between lattice due to the deposition method can be completely eliminated.

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 범위 내에서 다양한 실시예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다.Although the technical idea of the present invention has been described in detail according to the above preferred embodiment, it should be noted that the above-described embodiment is for the purpose of description and not of limitation. In addition, those skilled in the art will understand that various embodiments are possible within the scope of the technical idea of the present invention.

상술한 본 발명은 측벽산화막으로 얇은 두께로 균일하게 증착이 가능한 원자층증착법을 이용하여 측벽산화막을 형성하므로써 트렌치의 매립이 용이한 효과가 있다.The present invention described above has an effect of easily filling the trench by forming the sidewall oxide film by using the atomic layer deposition method capable of uniformly depositing the thin film with the sidewall oxide film.

또한, 본 발명은 원자층증착법으로 제1측벽산화막을 형성한 후 퍼니스산화방식으로 제2측벽산화막을 형성하므로써, 제2측벽산화막 형성시 트렌치의 바닥 및 측벽에서의 산화량 차이가 없어 측벽산화막의 두께를 균일하게 형성할 수 있으므로 트렌치의 매립이 용이한 효과가 있다.In addition, since the first side wall oxide film is formed by atomic layer deposition and the second side wall oxide film is formed by the furnace oxidation method, there is no difference in the amount of oxidation at the bottom and sidewalls of the trench when forming the second side wall oxide film. Since the thickness can be formed uniformly, the trench can be easily buried.

또한, 본 발명은 제1측벽산화막을 원자층증착법으로 형성한후에 퍼니스산화방식을 적용하므로 활성영역의 손실을 방지할 수 있는 효과가 있다.In addition, since the furnace oxidation method is applied after the first sidewall oxide film is formed by the atomic layer deposition method, the loss of the active region can be prevented.

또한, 본 발명은 트렌치의 바닥 및 측벽에서 측벽산화막의 두께가 균일하므로 퍼니스산화방식으로만 진행된 경우에 비해 트렌치의 공간이 넓어 트렌치 매립이 유리한 효과가 있다. In addition, in the present invention, since the thickness of the sidewall oxide film is uniform at the bottom and sidewalls of the trench, the trench space is wider than the case where only the furnace oxidation is performed, so that the trench filling is advantageous.

도 1a 및 도 1b는 종래 기술에 따른 STI 구조의 소자분리막 제조 방법을 도시한 공정 단면도,1A and 1B are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a device isolation film having an STI structure according to the prior art;

도 2는 종래기술에 따른 퍼니스 산화후의 결과를 도시한 도면,2 shows the results after furnace oxidation according to the prior art;

도 3은 본 발명의 제1실시예에 따른 트렌치 구조의 소자분리막을 도시한 도면,3 is a view illustrating a device isolation film having a trench structure according to a first embodiment of the present invention;

도 4a 내지 도 4e는 도 3에 도시된 소자분리막의 제조 방법을 도시한 공정 단면도,4A to 4E are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing the device isolation film shown in FIG. 3;

도 5는 본 발명의 제2실시예에 따른 트렌치 구조의 소자분리막을 도시한 도면,5 is a view illustrating a device isolation film having a trench structure according to a second embodiment of the present invention;

도 6a 내지 도 6f는 도 5에 도시된 소자분리막의 제조 방법을 도시한 공정 단면도.6A to 6F are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing the device isolation film illustrated in FIG. 5.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for the main parts of the drawings

31 : 실리콘 기판 32 : 패드산화막31 silicon substrate 32 pad oxide film

33 : 패드질화막 34 : 트렌치33: pad nitride film 34: trench

35 : 제1측벽산화막(ALD-SiO2) 36 : 제2측벽산화막(퍼니스산화-SiO2)35: first side wall oxide film (ALD-SiO 2 ) 36: second side wall oxide film (furnace oxide-SiO 2 )

37 : 라이너질화막 38 : 라이너산화막37: liner nitride film 38: liner oxide film

39 : 고밀도플라즈마산화막39: high density plasma oxide film

Claims (14)

삭제delete 삭제delete 삭제delete 실리콘 기판 내에 형성된 트렌치;Trenches formed in the silicon substrate; 상기 트렌치의 바닥 및 측벽에 원자층증착법으로 증착된 제1측벽산화막;A first sidewall oxide film deposited on the bottom and sidewalls of the trench by atomic layer deposition; 상기 제1측벽산화막 상에 퍼니스산화방식으로 형성된 제2측벽산화막;A second side wall oxide film formed on the first side wall oxide film by a furnace oxidation method; 상기 제2측벽산화막 표면 상에 형성된 라이너질화막;A liner nitride film formed on the surface of the second sidewall oxide film; 상기 라이너질화막 표면 상에 형성된 라이너산화막; 및 A liner oxide film formed on the surface of the liner nitride film; And 상기 라이너산화막 표면 상에 상기 트렌치가 매립되도록 형성되는 절연막An insulating layer formed to fill the trench on the liner oxide layer surface 을 포함하는 반도체소자의 소자분리막.Device isolation film of a semiconductor device comprising a. 제4항에 있어서,The method of claim 4, wherein 상기 제1측벽산화막은,The first side wall oxide film, 원자층증착법으로 증착된 실리콘산화막을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체소자의 소자분리막.A device isolation film of a semiconductor device comprising a silicon oxide film deposited by atomic layer deposition. 제4항에 있어서,The method of claim 4, wherein 상기 제1측벽산화막은 5Å∼10Å 두께이고, 상기 제2측벽산화막은 15Å∼40Å 두께인 것을 특징으로 하는 반도체소자의 소자분리막.Wherein the first sidewall oxide film is 5 Å to 10 Å thick and the second side wall oxide film is 15 Å to 40 Å thick. 실리콘 기판 내에 트렌치를 형성하는 단계;Forming a trench in the silicon substrate; 상기 트렌치의 바닥 및 측벽에 원자층증착법을 이용하여 측벽산화막을 증착하는 단계;Depositing a sidewall oxide film on the bottom and sidewalls of the trench using atomic layer deposition; 상기 측벽산화막과 상기 트렌치간 증착계면에 발생된 격자불일치 및 스트레스를 해소하기 위해 열처리하는 단계;Thermally treating the sidewall oxide layer and the trench to eliminate lattice mismatch and stress generated in the deposition interface; 상기 측벽산화막 표면 상에 라이너질화막을 형성하는 단계;Forming a liner nitride film on the sidewall oxide film surface; 상기 라이너질화막 표면 상에 라이너산화막을 형성하는 단계;Forming a liner oxide film on the surface of the liner nitride film; 상기 라이너산화막 표면 상에 상기 트렌치가 매립되도록 절연막을 형성하는 단계; 및Forming an insulating layer on the surface of the liner oxide to fill the trench; And 상기 절연막을 평탄화시키는 단계Planarizing the insulating film 를 포함하는 반도체소자의 소자분리막 제조 방법.Device isolation film manufacturing method of a semiconductor device comprising a. 제7항에 있어서,The method of claim 7, wherein 상기 측벽산화막을 증착하는 단계는,Depositing the sidewall oxide film, SiH4 가스를 공급하여 상기 트렌치 표면에 SiH4를 흡착시키는 단계;Supplying SiH 4 gas to adsorb SiH 4 on the trench surface; 아르곤 가스를 공급하여 미반응한 상기 SiH4를 퍼지시키는 단계;Supplying argon gas to purge the unreacted SiH 4 ; 산소 가스를 공급하여 흡착된 상기 SiH4와 상기 산소의 반응을 유도하여 상기 트렌치의 바닥 및 측벽에 원자층 단위의 SiO2를 증착하는 단계; 및Supplying oxygen gas to induce a reaction between the adsorbed SiH 4 and the oxygen to deposit SiO 2 in atomic layers on the bottom and sidewalls of the trench; And 상기 SiH4와 산소의 반응부산물을 제거하기 위해 아르곤 가스를 공급하여 퍼지시키는 단계를 1사이클로 하고,In order to remove the reaction by-products of the SiH 4 and oxygen, argon gas is supplied and purged as one cycle, 상기 사이클을 반복진행하는 것을 특징으로 하는 반도체소자의 소자분리막 제조 방법.Method for manufacturing a device isolation film of a semiconductor device, characterized in that for repeating the cycle. 제7항에 있어서,The method of claim 7, wherein 상기 열처리하는 단계는,The heat treatment step, 1000℃∼1100℃ 범위에서 진행하는 것을 특징으로 하는 반도체소자의 소자분리막 제조 방법.A device isolation film manufacturing method for a semiconductor device, characterized in that it proceeds in the range of 1000 ℃ to 1100 ℃. 실리콘 기판 내에 트렌치를 형성하는 단계;Forming a trench in the silicon substrate; 상기 트렌치의 바닥 및 측벽에 원자층증착법을 이용하여 제1측벽산화막을 증착하는 단계;Depositing a first sidewall oxide film on the bottom and sidewalls of the trench using atomic layer deposition; 상기 제1측벽산화막 상에 퍼니스산화방식을 이용하여 제2측벽산화막을 형성하는 단계;Forming a second sidewall oxide film on the first sidewall oxide film using a furnace oxidation method; 상기 제1측벽산화막과 상기 트렌치간 증착계면에 발생된 격자불일치 및 스트레스를 해소하기 위해 열처리하는 단계;Heat-treating the first side wall oxide layer and the trench to eliminate lattice mismatch and stress generated at the deposition interface; 상기 제2측벽산화막 표면 상에 라이너질화막을 형성하는 단계;Forming a liner nitride film on the surface of the second sidewall oxide film; 상기 라이너질화막 표면 상에 라이너산화막을 형성하는 단계;Forming a liner oxide film on the surface of the liner nitride film; 상기 라이너산화막 표면 상에 상기 트렌치가 매립되도록 절연막을 형성하는 단계; 및Forming an insulating layer on the surface of the liner oxide to fill the trench; And 상기 절연막을 평탄화시키는 단계Planarizing the insulating film 를 포함하는 반도체소자의 소자분리막 제조 방법.Device isolation film manufacturing method of a semiconductor device comprising a. 제10항에 있어서,The method of claim 10, 상기 제1측벽산화막을 증착하는 단계는,Depositing the first side wall oxide film, SiH4 가스를 공급하여 상기 트렌치 표면에 SiH4를 흡착시키는 단계;Supplying SiH 4 gas to adsorb SiH 4 on the trench surface; 아르곤 가스를 공급하여 미반응한 상기 SiH4를 퍼지시키는 단계;Supplying argon gas to purge the unreacted SiH 4 ; 산소 가스를 공급하여 흡착된 상기 SiH4와 상기 산소의 반응을 유도하여 상기 트렌치의 바닥 및 측벽에 원자층 단위의 SiO2를 증착하는 단계; 및Supplying oxygen gas to induce a reaction between the adsorbed SiH 4 and the oxygen to deposit SiO 2 in atomic layers on the bottom and sidewalls of the trench; And 상기 SiH4와 산소의 반응부산물을 제거하기 위해 아르곤 가스를 공급하여 퍼지시키는 단계를 1사이클로 하고,In order to remove the reaction by-products of the SiH 4 and oxygen, argon gas is supplied and purged as one cycle, 상기 사이클을 반복진행하는 것을 특징으로 하는 반도체소자의 소자분리막 제조 방법.Method for manufacturing a device isolation film of a semiconductor device, characterized in that for repeating the cycle. 제10항에 있어서,The method of claim 10, 상기 제2측벽산화막은,The second side wall oxide film, 퍼니스산화방식으로 800℃∼900℃ 온도에서 건식산화시켜 형성하는 것을 특징으로 하는 반도체소자의 소자분리막 제조 방법.A method of manufacturing a device isolation film for a semiconductor device, characterized in that it is formed by dry oxidation at a temperature of 800 ℃ to 900 ℃ by furnace oxidation method. 제10항에 있어서,The method of claim 10, 상기 열처리하는 단계는,The heat treatment step, 1000℃∼1100℃ 범위에서 진행하는 것을 특징으로 하는 반도체소자의 소자분리막 제조 방법.A device isolation film manufacturing method for a semiconductor device, characterized in that it proceeds in the range of 1000 ℃ to 1100 ℃. 제10항에 있어서,The method of claim 10, 상기 제1측벽산화막은 5Å∼10Å 두께로 증착하고, 상기 제2측벽산화막은 15Å∼40Å 두께로 형성하는 것을 특징으로 하는 반도체소자의 소자분리막 제조 방법.Wherein the first sidewall oxide film is deposited at a thickness of 5 kV to 10 kV and the second side wall oxide film is formed at a thickness of 15 kV to 40 kV.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR102247767B1 (en) * 2019-12-31 2021-05-03 포항공과대학교 산학협력단 Silicon carbide trench mosfet with uniform thickness of trench oxidation layer and manufacturing method thereof

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