KR100632000B1 - Method for forming gate insulation layer of high voltage device - Google Patents
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Abstract
Description
도 1은 종래의 문제점을 설명하기 위한 사진.1 is a photograph for explaining the conventional problem.
도 2는 종래의 다른 고전압소자의 게이트절연막 형성방법을 설명하기 위한 공정단면도.Figure 2 is a process cross-sectional view for explaining a method of forming a gate insulating film of another conventional high voltage device.
도 3a 내지 도 3i는 본 발명의 제 1실시예에 따른 고전압 소자의 게이트절연막 형성방법을 설명하기 위한 공정별 단면도.3A to 3I are cross-sectional views illustrating processes of forming a gate insulating film of a high voltage device according to a first embodiment of the present invention.
도 4a 내지 도 4g는 본 발명의 제 2실시예에 따른 고전압 소자의 게이트절연막 형성방법을 설명하기 위한 공정별 단면도.4A through 4G are cross-sectional views illustrating processes of forming a gate insulating film of a high voltage device according to a second exemplary embodiment of the present invention.
본 발명은 고전압소자의 제조방법에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는, STI공정에 의한 소자분리막이 구비된 고전압소자에서 게이트절연막을 형성하는 데 있어서 신뢰성을 향상시킬 수 있는 고전압소자의 게이트절연막 형성방법에 관한 것이다. The present invention relates to a method of manufacturing a high voltage device, and more particularly, to a method of forming a gate insulating film of a high voltage device capable of improving reliability in forming a gate insulating film in a high voltage device having a device isolation film by an STI process. It is about.
기존의 LOCOS 격리방식을 이용한 고전압 모스펫(MOSFET) 제조에서는 STI 구조의 격리를 적용할 때 주요 특성으로 발생하는 험프(HUMP) 특성이 발생되지 않았다. 그러나, 공정 기술의 발달과 IC 집적도 증가로 인해 0.25㎛급 이하의 로직 제조에 STI 기법이 적용되므로, 험프(HUMP) 발생을 방지하기 위한 방안이 필요하다. In the manufacture of high voltage MOSFETs using the LOCOS isolation method, the HUMP characteristic, which is the main characteristic when applying the isolation of the STI structure, is not generated. However, due to the development of process technology and increased IC integration, the STI technique is applied to the manufacture of logics of 0.25 μm or less, and therefore, a method for preventing Hump (HUMP) generation is needed.
이러한 기술 발전에 따라, 기본적인 로직 제조에 더하여 고전압 모스펫을 병합하는 과정에서 저전압 모스펫과 고전압 모스펫과의 구조적인 차이에 의하여 각각의 게이트 절연막을 형성하는 과정에서 하기의 문제점이 발생하고 있다.According to the development of the technology, the following problems occur in the process of forming each gate insulating film due to the structural difference between the low voltage MOSFET and the high voltage MOSFET in the process of merging the high voltage MOSFET in addition to the basic logic manufacturing.
저전압 소자의 게이트절연막으로는 40Å 이하의 얇은 열적 웨트(wet) 방식에 의한 산화막을 이용하는데, 이 경우, 매우 얇은 산화막 증착에 의하여 소자분리막 측벽부와 여기에 인접하는 평탄한 액티브영역에서의 두께 차이가 발생된다. As the gate insulating film of the low voltage device, an oxide film by a thin thermal wet method of 40 kW or less is used. In this case, the thickness difference between the sidewall of the device isolation film and the flat active region adjacent thereto is very thin due to the deposition of a very thin oxide film. Is generated.
고전압 소자의 게이트절연막으로는 습식 산화 방법에 의한 산화막을 이용하여 왔다. 고전압 소자를 결정짓는 동작전압 조건에 따라 증착되는 막의 두께가 다르나, 통상적으로는 수백 내지 수천 Å의 막이 형성되어야 한다.
그러나, 매우 얇은 산화막을 적용하는 저전압 소자와는 다르게 고전압 소자의 게이트절연막으로 열적 웨트 방식에 의한 산화막을 사용할 경우, 실리콘 손실로 인하여 저전압 소자 영역의 소자특성을 변화시키거나, 도 1에 도시된 바와 같이, 소자분리막 측벽 코너부의 산화막이 평탄한 액티브영역 보다 얇게 성장되고, 동시에, 과도한 산화막 형성에 의한 소자분리막 코너부에 산화막 또는 기판의 스트레스가 높게 발생되어 소자의 신뢰성을 저하시키게 된다. As the gate insulating film of the high voltage device, an oxide film by a wet oxidation method has been used. Although the thickness of the deposited film is different depending on the operating voltage condition that determines the high voltage device, typically a film of hundreds to thousands of kHz should be formed.
However, unlike the low voltage device to which the very thin oxide film is applied, when the oxide film by the thermal wet method is used as the gate insulating film of the high voltage device, the device characteristics of the low voltage device region are changed due to silicon loss, or as shown in FIG. Similarly, the oxide film on the sidewall corner portion of the device isolation film grows thinner than the flat active region, and at the same time, the stress of the oxide film or the substrate is generated at the corner of the device isolation film due to excessive oxide film formation, thereby degrading the reliability of the device.
이에, 소자분리막 코너부의 이상 산화 현상을 개선하기 위해서, 종래의 다른 고전압 소자의 게이트절연막으로, 도 2에 도시된 바와 같이, 습식 산화 방법에 의한 제 1산화막(5)을 형성하고 나서, 그 위에 HLD(High pressure Low temperature Deposition)산화막(6)을 증착 및 어닐처리를 실시한 이중 막 구조를 사용하였다. 여기서, 어닐처리 공정은 HLD산화막(6)을 형성한 후에 진행되는 전세정 등의 공정들에 의해 HLD산화막(6)의 과도한 손실을 방지하기 위한 것으로서, 고온에서 장시간 진행된다.
도 1에서, 미설명된 도면부호 1은 반도체기판을, 2는 소자분리막을, 7은 이중 막 구조의 게이트절연막을, 8은 게이트전극을 각각 나타낸 것이다. 또한, 미설명된 Ⅰ은 저전압소자영역을, Ⅲ은 고전압소자영역을, 그리고, Ⅱ는 이들 간의 중간(midium)전압 소자영역을 각각 나타낸 것이다.Thus, in order to improve the abnormal oxidation phenomenon of the corner portion of the device isolation film, as shown in FIG. 2, the
In FIG. 1,
그러나, 이러한 고온에서의 장시간에 걸친 어닐처리에 의하여 이미 형성된 소자분리막의 스트레스 등 소자의 리키지(leakage) 특성 단점이 부각되고 있다. 이에, 고전압 소자용 게이트절연막의 이상구조 제거와 고온 공정에 대한 최적의 공정조건이 필요하게 되었다. However, drawbacks of the leakage characteristics of the device, such as the stress of the device isolation film already formed by the annealing treatment for a long time at such a high temperature has been highlighted. Therefore, it is necessary to remove the abnormal structure of the gate insulating film for the high voltage device and to optimize the processing conditions for the high temperature process.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 저온의 어닐 공정을 이용하여 고전압 소자의 게이트절연막으로 사용되는 HLD산화막의 손실을 최소화할 수 있는 고전압소자의 게이트절연막 형성방법을 제공함에 있다. Accordingly, the present invention has been made to solve the above conventional problems, an object of the present invention is to use a high temperature annealing process to minimize the loss of the HLD oxide film used as the gate insulating film of the high voltage device high voltage device A method of forming a gate insulating film is provided.
상기와 같은 목적을 달성하고자, 본 발명은, STI 공정에 의한 소자분리막이 구비된 고전압소자의 게이트절연막 형성방법에 있어서, 반도체기판 상에 습식 산화 방식에 의한 제 1산화막을 형성하는 단계와, 상기 제 1산화막 상에 HLD 방식에 의한 제 2산화막을 형성하는 단계와, 상기 제 2산화막 상에 질화막을 형성하는 단계와, 상기 질화막과 제 2산화막 및 제 1산화막을 패터닝하는 단계를 포함하는 고전압소자의 게이트절연막 형성방법을 제공한다. In order to achieve the above object, the present invention provides a method for forming a gate insulating film of a high voltage device having a device isolation film by an STI process, the method comprising: forming a first oxide film by a wet oxidation method on a semiconductor substrate; Forming a second oxide film by an HLD method on the first oxide film, forming a nitride film on the second oxide film, and patterning the nitride film, the second oxide film, and the first oxide film. A method of forming a gate insulating film is provided.
상기 제 1산화막은 800~900℃ 온도에서 습식산화하여 형성한다.The first oxide film is formed by wet oxidation at a temperature of 800 ~ 900 ℃.
상기 제 1산화막은 150Å 두께로 형성한다.The first oxide film is formed to a thickness of 150Å.
상기 제 2산화막은 400Å 두께로 형성한다.The second oxide film is formed to be 400 Å thick.
또한, 상기와 같은 목적을 달성하고자, 본 발명은, STI 공정에 의한 소자분리막이 구비된 고전압소자의 게이트절연막 형성방법에 있어서, 반도체기판 상에 습식 산화 방식에 의한 제 1산화막을 형성하는 단계와, 상기 제 1산화막 상에 HLD 방식에 의한 제 2산화막을 형성하는 단계와, 상기 제 2산화막 상에 다결정실리콘막을 형성하는 단계와, 상기 다결정실리콘막 전부를 습식 산화하여 희생산화막을 형성하는 단계와, 상기 희생산화막, 제 2산화막, 제 1산화막을 패터닝하는 단계를 포함하는 고전압소자의 게이트절연막 형성방법을 제공한다. In addition, in order to achieve the above object, the present invention, in the method of forming a gate insulating film of a high voltage device equipped with a device isolation film by the STI process, the step of forming a first oxide film by a wet oxidation method on a semiconductor substrate; Forming a second oxide film by an HLD method on the first oxide film, forming a polysilicon film on the second oxide film, and wet oxidizing all of the polycrystalline silicon film to form a sacrificial oxide film; And patterning the sacrificial oxide layer, the second oxide layer, and the first oxide layer.
(실시예) (Example)
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명하도록 한다. Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 3a 내지 도 3i는 본 발명의 제 1실시예에 따른 고전압 소자의 게이트절연막 형성방법을 설명하기 위한 공정별 단면도이다. 3A to 3I are cross-sectional views illustrating processes for forming a gate insulating film of a high voltage device according to a first exemplary embodiment of the present invention.
도 3a에 도시된 바와 같이, 저전압소자영역(Ⅳ), 고전압소자영역(Ⅵ) 및 이들간의 중간(midium)전압 소자영역(Ⅴ)이 각각 구비된 반도체기판(11)을 마련한다. 이어서, 상기 기판(11)에 공지의 STI 공정을 통해 소자분리막(13)을 형성하고 나서, 웰 형성용 이온주입 공정을 실시하여 고전압소자영역(Ⅵ)에 각각 고전압 P형 웰(HPW)(15) 및 고전압 N형 웰(HNW)(17)를 형성한다. 그런다음, 상기 고전압 P형 웰(HPW)(15) 및 고전압 N형 웰(HNW)(17)이 구비된 기판 전면에 습식 산화 방식에 의한 제 1산화막(19)을 형성한다. 이때, 제 1산화막(19)은 800~900℃ 온도에서 습식산화하여 150Å 두께로 형성한다.As shown in FIG. 3A, a
도 3b에 도시된 바와 같이, 제 1산화막(19) 상에 HLD방식에 의한 제 2산화막(21)을 형성한다. 이때, 제 2산화막(21)은 400Å 두께 이상 되도록 형성하며, 증착 후 어닐공정을 진행한다. As shown in FIG. 3B, the
도 3c에 도시된 바와 같이, 제 2산화막(21) 위에 질화막(24)을 형성한다.As shown in FIG. 3C, the
도 3d에 도시된 바와 같이, 제 1감광막패턴(41)을 이용하여 질화막(24), 제2산화막(21) 및 제 1산화막(19)을 선택적으로 식각하여 고전압소자영역(Ⅵ)을 제외한 나머지 영역들(Ⅳ)(Ⅴ)을 오픈시킨다. As shown in FIG. 3D, the
도 3e에 도시된 바와 같이, 제 1감광막패턴을 제거하고 나서, 영역(Ⅳ)(Ⅴ) 위에 얇은 제 3산화막(25)을 형성한다. 이후, 영역(Ⅳ)(Ⅴ)에 웰 형성용 이온주입을 실시하여 각각의 P웰(27)(31) 및 N웰(29)(33)을 형성한다.As shown in FIG. 3E, after removing the first photoresist pattern, a thin
도 3f에 도시된 바와 같이, 제 2감광막패턴(43)을 이용하여 저전압소자영역(Ⅳ)을 선택적으로 오픈시킨 후, 제 3산화막을 식각하여 기판 표면을 노출시킨다. 도 3f에서 미설명된 도면부호 26은 식각 후 중간전압소자영역(Ⅴ)에 잔류된 제 3산화막을 나타낸 것이다.As shown in FIG. 3F, after the low voltage device region IV is selectively opened using the second photoresist pattern 43, the third oxide film is etched to expose the substrate surface. Reference numeral 26, which is not described in FIG. 3F, shows a third oxide film remaining in the intermediate voltage device region V after etching.
도 3g에 도시된 바와 같이, 제 2감광막패턴을 제거하고 나서, 저전압소자영역(Ⅳ)에 제 3산화막보다 상대적으로 얇은 제 4산화막(35)을 형성한다.As shown in FIG. 3G, after the second photoresist pattern is removed, a fourth oxide film 35 that is relatively thinner than the third oxide film is formed in the low voltage device region IV.
도 3h에 도시된 바와 같이, 제 4산화막(35)을 포함한 기판 전면에 게이트전극 형성용 다결정실리콘막(37)을 형성한다.As shown in FIG. 3H, a polysilicon film 37 for forming a gate electrode is formed on the entire surface of the substrate including the fourth oxide film 35.
도 3i에 도시된 바와 같이, 상기 다결정실리콘막(37), 제 4산화막(35), 제 3산화막(26), 질화막(24), 제 2산화막(21), 제 1산화막(19)을 식각하여 각각의 영역에 게이트절연막(39) 및 게이트전극(38)을 형성한다. 이때, 고전압소자영역(Ⅵ)에서 게이트절연막(39)은 습식 산화 방식에 의한 제 1산화막(19)-HLD 방식에 의한 제 2산화막(21)-질화막(24)의 3중 적층 구조로 구성된다.As shown in FIG. 3I, the polysilicon layer 37, the fourth oxide layer 35, the third oxide layer 26, the
도 4a 내지 도 4g는 본 발명의 제 2실시예에 따른 고전압 소자의 게이트절연막 형성방법을 설명하기 위한 공정별 단면도이다.4A through 4G are cross-sectional views illustrating processes of forming a gate insulating film of a high voltage device according to a second exemplary embodiment of the present invention.
도 4a에 도시된 바와 같이, 저전압소자영역(Ⅳ), 고전압소자영역(Ⅵ) 및 이들 간의 중간(midium)전압 소자영역(Ⅴ)이 각각 구비된 반도체기판(51)을 마련한다. 이어, 상기 기판(51)에 공지의 STI 공정을 통해 소자분리막(53)을 형성하고 나서, 웰 형성용 이온주입 공정을 실시하여 고전압소자영역(Ⅵ)에 각각 고전압 P형 웰(HPW)(55) 및 고전압 N형 웰(HNW)(57)를 형성한다. 그런다음, 상기 고전압 P형 웰(HPW)(55) 및 고전압 N형 웰(HNW)(57)이 구비된 기판 전면에 습식 산화 방식에 의한 제 1산화막(59)을 형성한다. 이때, 제 1산화막(59)은 800~900℃ 온도에서 열적 습식산화하여 150Å 두께로 형성한다. 이후, 제 1산화막(59) 위에 HLD 방식에 의한 제 2산화막(61)을 형성하고 나서, 제 2산화막(61) 상에 다결정실리콘막(63)을 100Å 두께로 형성한다.As shown in FIG. 4A, a
도 4b에 도시된 바와 같이, 제 1감광막패턴(81)을 마스크로 하여 상기 막들을 선택적으로 식각하여 (Ⅳ)(Ⅴ)영역들을 오픈시킨다. 도 4b에서 미설명된 도면부호 60은 식각 후 잔류된 제1산화막을, 도면부호 62는 식각 후 잔류된 제 2산화막을, 그리고, 도면부호 64는 식각 후 잔류된 다결정실리콘막을 각각 나타낸 것이다.As shown in FIG. 4B, the films are selectively etched using the first photoresist pattern 81 as a mask to open (IV) (V) regions. In FIG. 4B, reference numeral 60 denotes a first oxide film remaining after etching,
도 4c에 도시된 바와 같이, 제 1감광막패턴을 제거하고 나서, (Ⅳ)(Ⅴ)영역들에 열적 습식 산화공정을 진행하여 얇은 제 3산화막(65)을 형성한다. 이때, 상기 제 3산화막(65)이 형성되는 동안에 다결정실리콘막은 전부 희생산화된다. As shown in FIG. 4C, after the first photoresist layer pattern is removed, a thermal wet oxidation process is performed on the regions (IV) (V) to form a thin third oxide layer 65. At this time, the polysilicon film is completely sacrificially oxidized while the third oxide film 65 is formed.
한편, 도 4c에서 미설명된 도면부호 64a는 희생 산화막을 나타낸 것이다. On the other hand, reference numeral 64a, which is not described in Figure 4c represents a sacrificial oxide film.
도 4d에 도시된 바와 같이, 제 2감광막패턴(83)을 마스크로 하여 (Ⅳ)영역의 제 3산화막을 선택적으로 제거한다. 도 4d에서 미설명된 도면부호 66은 영역(Ⅴ)에 잔류된 제 3산화막을 나타낸 것이다. As shown in FIG. 4D, the third oxide film in region (IV) is selectively removed using the second photosensitive film pattern 83 as a mask. Reference numeral 66, which is not described in FIG. 4D, indicates the third oxide film remaining in the region (V).
도 4e에 도시된 바와 같이, 제 2감광막패턴을 제거하고 나서, 영역(Ⅳ)에 제 3산화막보다 상대적으로 얇은 제 4산화막(67)을 형성한다. 이후, 영역(Ⅳ)(Ⅴ)에 웰 형성용 이온주입을 실시하여 각각의 P웰(PW) 및 N웰(NW)을 형성한다.As shown in FIG. 4E, after the second photoresist pattern is removed, a fourth oxide film 67 is formed in the region IV, which is relatively thinner than the third oxide film. Thereafter, well formation ion implantation is performed in regions (IV) and (V) to form respective P wells PW and N wells NW.
도 4f에 도시된 바와 같이, 제 4산화막(67)을 포함한 기판 전면에 게이트전극 형성용 다결정실리콘막(69)을 형성한다.As shown in FIG. 4F, a polysilicon film 69 for forming a gate electrode is formed on the entire surface of the substrate including the fourth oxide film 67.
도 4g에 도시된 바와 같이, 상기 막들을 식각하여 각각의 게이트절연막 및 게이트전극을 형성한다. 이때, 고전압소자영역(Ⅵ)에서 게이트절연막(71)은 습식 산화 방식에 의한 제 1산화막-HLD 방식에 의한 제 2산화막-질화막의 3중 적층 구조로 구성된다.As shown in FIG. 4G, the films are etched to form respective gate insulating films and gate electrodes. At this time, in the high voltage device region VI, the
본 발명의 제 2실시예에서는 열적 습식산화막이 전후처리 공정에 의한 손실이 매우 낮다는 것을 이용한 것으로서, HLD산화막 위에 다결정실리콘막을 형성하고 다결정실리콘막 전부를 열적 습식산화 방식에 의해 희생산화막을 형성한 것이다. 따라서, 희생산화막은 HDL산화막을 블로킹(blocking)하는 역할을 하므로 후속진행되는 전후 세정에 의한 HLD산화막의 손실을 최소화할 수 있다. In the second embodiment of the present invention, the thermal wet oxide film has a very low loss due to the post-treatment process, wherein the polycrystalline silicon film is formed on the HLD oxide film, and the entire sacrificial oxide film is formed by the thermal wet oxidation method. will be. Therefore, since the sacrificial oxide film serves to block the HDL oxide film, it is possible to minimize the loss of the HLD oxide film due to subsequent back and forth cleaning.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 게이트절연막으로서 열적 습식산화막-HLD산화막-질화막을 차례로 형성함으로써, 질화막이 베리어층 역할을 하므로 후속의 전후세정 공정 시 HLD산화막의 손실을 최소화할 수 있다. 따라서, 게이트절연막의 두께 제어가 용이하여 소자의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.As described above, since the thermal wet oxide film-HLD oxide film-nitride film is sequentially formed as the gate insulating film according to the present invention, since the nitride film serves as a barrier layer, the loss of the HLD oxide film can be minimized during the subsequent back and forth cleaning process. Therefore, the thickness of the gate insulating film can be easily controlled to improve the reliability of the device.
또한, 본 발명에 따른 게이트절연막으로서 습식산화막-HLD산화막-(다결정실리콘막을 희생산화시킨) 희생산화막을 차례로 형성함으로써, 희생산화막이 HDL산화막을 블로킹하는 역할을 하므로 후속진행되는 전후 세정에 의한 HLD산화막의 손실을 최소화할 수 있다. 따라서, 신뢰성이 높은 고전압 소자의 게이트절연막을 형성할 수 있으며, 또한 기존의 스트레스 문제를 해결할 수 있다.In addition, by forming a wet oxide film-HLD oxide film-sacrificial oxide film (sacred-oxidized polysilicon film) as a gate insulating film according to the present invention, the sacrificial oxide film blocks HDL oxide film, so that the HLD oxide film by the back and forth cleaning that is subsequently performed Loss can be minimized. Therefore, a highly reliable gate insulating film of a high voltage device can be formed and the existing stress problem can be solved.
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