KR100567878B1 - 반도체소자의 트렌치 소자분리막 형성 방법 - Google Patents

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Abstract

STI 하부의 기판을 통해서 인접한 소자들 간의 상호 도펀트 확산을 방지하기 위한 반도체소자의 트렌치형 소자분리막 형성 방법이 개시되어 있는 바, 본 발명의 소자분리 방법은, 반도체기판의 소자분리 영역에 트렌치를 형성하는 단계와, 트렌치 하부의 반도체기판 내에 인접한 소자들간의 상호 도펀트 확산을 방지하기 위한 배리어막을 형성하는 단계와, 트렌치 내에 소자분리 절연막을 형성하는 단계를 포함하고, 바람직하게, 본 발명에서 배리어막을 형성하는 단계는, 트렌치 하부의 반도체기판 내에 질소 이온주입을 실시하는 단계와, 열공정에 의해 질소 이온주입 영역을 질화막으로 형성하는 단계로 실시한다.
반도체소자, STI, 도펀트, 확산배리어, 질소이온주입

Description

반도체소자의 트렌치 소자분리막 형성 방법{SHALLOW TRENCH ISOLATION IN SEMICONDUCTOR DEVICE}
도 1 내지 도 4는 본 발명에 따른 소자분리막 형성 방법을 설명하기 위한 공정 단면도.
＜도면의 주요부분에 대한 부호의 설명＞
200 : 실리콘기판 201 : 패드 산화막
202 : 패드 질화막 203 : 트렌치
204 : 질소이온주입영역 205 : 라이너 산화막
206 : 실리콘 질화막
본 발명은 반도체 소자의 소자분리 기술에 관한 것으로, 특히 트렌치형 소자분리 방법에 관한 것이다.
잘 알려진 바와 같이, 반도체 집적회로 제조 시 트랜지스터 등과 같은 개별 소자들 사이를 물질적, 전기적으로 분리하기 위하여 소자분리 기술을 사용한다.
소자분리 방법으로서 가장 널리 알려진 방법은 로코스(Local Oxidation of Silicon; LOCOS) 기술과, STI(Shallow Trench Isolation) 기술이다.
로코스 공정은 소자가 형성될 활성영역의 기판 상에 질화막 마스크패턴을 형성하고 이를 마스크로 하여 실리콘기판을 열산화시키는 방법으로서 비교적 면적이 크고 경계면에 발생되는 버즈빅(bird's beak) 등의 문제로 인하여 고집적 소자에 적용하는데 한계가 있다.
따라서, 최근 고집적 메모리 소자 등에서는 기판에 얕은 깊이의 트렌치를 형성하고 이 트렌치에 산화막을 매립시켜 소자분리 영역을 형성하는 STI 기술을 적용하고 있다.
STI 공정을 구체적으로 살펴보면, 실리콘기판 상에 패드 절연막을 증착한 후, 소자분리 마스크 및 식각 공정으로 패드 절연막과 기판을 식각하여 트렌치를 형성한다. 이어서, 트렌치 측벽에 소자의 특성 개선을 목적으로 라이너 절연막을 형성한 다음, 라이너 절연막이 형성된 트렌치를 완전히 매립하도록 기판 전면 상에 소자분리 절연막을 갭-필(gap fill)한다. 이후, 패드 절연막 표면이 노출되도록 소자분리 절연막을 화학기계연마(CMP)한 다음, 패드 절연막을 제거함으로써 STI 공정은 완료된다.
그런데, 반도체소자가 점차 고집적화됨에 따라 소자분리 영역의 스페이스(space)가 점차적으로 감소되어 80nm 테크놀러지에서는 0.12㎛ 까지 감소되는 실정인 바, 이러한 소자분리 영역의 스페이스 감소는 STI의 하부에서 발생되는 인접한 소자들 간의 상호 도펀트(dopant) 확산을 방지하는데 한계가 있다.
본 발명은 상술한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로서, STI 하부의 기판을 통해 인접한 소자간의 상호 도펀트 확산을 방지할 수 있는 반도체소자의 트렌치형 소자분리막 그 형성 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 소자분리 방법은, 반도체기판의 소자분리영역에 트렌치를 형성하는 단계와 상기 트렌치 하부의 상기 반도체기판 내에 인접한 소자들간의 상호 도펀트 확산을 방지하기 위한 배리어막을 형성하는 단계와, 상기 트렌치 내에 소자분리 절연막을 형성하는 단계를 포함한다.
바람직하게, 본 발명에서 상기 배리어막을 형성하는 단계는, 상기 트렌치 하부의 상기 반도체기판 내에 질소 이온주입을 실시하는 단계와, 열공정에 의해 상기 질소이온주입영역을 질화막으로 형성하는 단계로 실시한다.
또한, 상기 트렌치를 형성하는 단계는, 상기 반도체 기판 상에 소자분리 영역에서 오픈부를 갖는 패드 절연막을 형성하는 단계와, 상기 오픈부에 의해 드러난 상기 반도체기판을 식각하여 상기 트렌치를 형성하는 단계를 포함하며, 이에 연속해서 상기 배리어막을 형성하는 단계는, 상기 패드 절연막을 이온주입 마스크로 하여 상기 트렌치 하부의 상기 반도체기판에 질소 이온주입을 실시하는 단계와, 열 산화 공정으로 상기 트렌치에 라이너 산화막을 형성하고 상기 질소 이온주입된 영역에 질화막을 형성하는 단계를 포함한다.
또한 본 발명의 트렌치형 소자분리막은 반도체기판의 형성된 트렌치와 상기 트렌치 내에 매립된 소자분리 절연막과, 상기 소자분리 절연막 하부의 상기 반도체 기판에 형성된 도펀트 확산 배리어를 포함하며, 바람직하게 상기 배리어는 질화막인 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 바람직한 실시 예를 도면을 참조하여 설명하기로 한다.
도 1 내지 도 4는 본 발명에 따른 소자분리막 형성방법을 설명하기 위한 공정 단면도이다.
먼저, 도 1을 참조하면, 실리콘기판(200)에 패드 절연막으로서 패드 산화막(201) 및 패드 질화막(202)을 순차적으로 증착한다.
여기서, 실리콘기판(100)은 화합물반도체, 에피택셜층 등의 반도체기판이 될 수 있다.
그리고, 패드 산화막(201)은 패드 질화막(202)이 기판에 직접 증착될 때 발생되는 스트레스를 방지하기 위한 버퍼층으로서, 원치 않을 경우 패드 산화막의 생략이 가능하다.
패드 질화막(202)은 후속 화학기계연마시에 연마 정지층으로서 작용하는 바, 연마정지용으로 질화막 이외에 산화 질화막 등의 절연막 사용이 가능하다.
이어서, 도 2를 참조하면 소자분리마스크 및 식각 공정을 통해 소자분리영역의 패드 절연막을 오픈시키고 트렌치(203)를 형성한다.
이어서, 도 3에 도시된 바와 같이 질소 이온주입을 실시하여 트렌치 하부의 실리콘기판에 질소 이온주입 영역(204)을 형성한다.
질소 이온주입시 패드 질화막(202)과 산화막(201)이 마스킹 기능을 하여 오픈된 트렌치 바닥의 실리콘기판에만 선택적 이온주입이 되도록 한다. 이를 위해서는 패드 질화막이 연마 정지층의 기능 이외에 이온주입 마스크로서 충분한 역할을 하도록 그 두께를 조절한다. 그 두께는 소자의 테크놀러지에 따라 달라질 것이다.
이어서, 도 4는 열 산화(thermal oxidation)에 의해 라이너 산화막(205)을 형성하고, 이때의 열 공정에 의해 질소 이온주입영역(204)은 실리콘 질화막(206)이 된다.
실리콘 질화막(206)은 STI 하부의 기판을 통해서 인접한 소자들 간의 상호 도펀트들이 확산되는 것을 방지하는 배리어층 기능을 한다.
도면에 도시하지는 않았지만 이후, 트렌치(203)를 갭필(gap-fill)하는 소자분리 절연막, 예컨대 산화막을 증착하고, 패드 질화막(202) 표면이 노출되도록 소자분리 절연막을 화학기계연마(CMP)한 다음, 패드 질화막(202)을 제거한다. 이에 의해 STI의 형성이 완료된다.
본 발명의 기술 사상은 상기 바람직한 실시 예에 따라 구체적으로 기술되었으나, 상기한 실시 예는 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 실시 예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다.
본 발명은 고집적화 소자 제조시 STI 하부에 배리어를 형성함으로써, STI 하 부의 기판을 통해서 인접한 소자들 간의 상호 도펀트 확산을 방지하여 준다.
또한, 본 발명은 배리어막을 질소 이온주입 공정만을 추가되어 형성할 수 있는 일련의 제조 공정을 제공함으로써, 단순화된 공정으로 소자의 특성 및 제조 수율을 향상시키는 효과가 있다.

Claims (7)

  1. 반도체 소자의 트렌치형 소자분리 절연막 형성방법으로서,
    반도체기판의 소자분리영역에 트렌치를 형성하는 단계와,
    상기 트렌치 하부의 상기 반도체 기판 내에 질소 이온주입을 실시하는 단계와,
    열공정에 의해 상기 질소 이온주입 영역을 질화막으로 형성하여 상기 트렌치 하부의 인접한 반도체 소자들간 상호 도펀트 확산을 방지하는 배리어막으로 형성하는 단계와,
    상기 트렌치 내에 소자분리 절연막을 형성하는 단계
    를 포함하는 반도체소자의 트렌치형 소자분리 방법.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 트렌치를 형성하는 단계는,
    상기 반도체 기판 상에 소자분리영역에서 오픈부를 갖는 패드 절연막을 형성하는 단계와,
    상기 오픈부에 의해 드러난 상기 반도체기판을 식각하여 상기 트렌치를 형성 하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체소자의 트렌치형 소자분리 방법.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 배리어막을 형성하는 단계는,
    상기 패드 절연막을 이온주입 마스크로 하여 상기 트렌치 하부의 상기 반도체기판에 질소 이온주입을 실시하는 단계와,
    열 산화 공정으로 상기 트렌치에 라이너 산화막을 형성하고 상기 질소 이온주입된 영역에 질화막을 형성하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체소자의 트렌치형 소자분리 방법.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 소자분리 절연막을 형성하는 단계는,
    상기 라이너 산화막이 형성된 트렌치를 갭-필하도록 상기 소자분리 절연막을 증착하는 단계와,
    상기 패드 절연막을 연마 정지층으로 하여 화학기계연마하는 단계와,
    상기 패드 절연막을 제거하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 반도체소자의 트렌치형 소자분리 방법.
  6. 삭제
  7. 삭제
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