KR100642397B1 - Method for forming the isolation layer - Google Patents

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Abstract

본 발명은 서로 다른 종횡비를 가지는 트렌치 매립 공정 시, 보이드와 같은 매립 불량 또는 트렌치를 표면을 보호하는 보호막의 손실 없이 서로 다른 종횡비를 가지는 트렌치를 안전하게 매립하여 소자의 특성을 향상시키도록 하는 소자 분리막 제조 방법에 관한 것이다.The present invention provides a device isolation layer to safely fill trenches having different aspect ratios without improving a buried defect such as voids or loss of a protective film protecting the surface during trench filling processes having different aspect ratios, thereby improving device characteristics. It is about a method.

이는 반도체 기판에 서로 다른 종횡비를 가지는 복수의 트렌치를 형성하는 단계와, 상기 트렌치가 형성된 결과물 전면에 단차 피복성이 우수한 물질을 증착하여 보호막을 형성하는 단계와, 상기 보호막 위에 순수 다공성 절연막을 증착하되, 높은 종횡비를 가지는 트렌치는 전부 매립하는 동시에 낮은 종횡비를 가지는 트렌치는 일부분만 매립하는 단계와, 상기 순수 다공성 절연막 상부 표면에 일정 깊이만큼 불순물을 주입한 다음 열처리하여 비순수 다공성 절연막으로 변환시키는 단계와, 상기 변환된 비순수 다공성 절연막을 제거하는 단계 및 상기 비순수 다공성 절연막이 제거된 결과물 전면에 갭필 절연막을 증착하여 트렌치를 매립하는 단계를 포함한다.The method may include forming a plurality of trenches having different aspect ratios on a semiconductor substrate, depositing a material having excellent step coverage on the entire surface of the trench formed resultant, and forming a protective film, and depositing a pure porous insulating film on the protective film. Filling the trenches having a high aspect ratio with all of the trenches having a low aspect ratio, and filling a portion of the trench having a low aspect ratio, injecting impurities to the upper surface of the pure porous insulating film to a predetermined depth, and then converting the trenches into a non-pure porous insulating film; Removing the converted non-pure porous insulating film and depositing a gapfill insulating film on the entire surface of the resultant from which the non-pure porous insulating film is removed.

소자분리막, 종횡비, 매립불량, 보이드, 다공성절연막Device Separation Membrane, Aspect Ratio, Poor Landfill, Void, Porous Insulation Membrane

Description

소자 분리막 제조 방법{Method for forming the isolation layer} Method for forming the device isolation layer {Method for forming the isolation layer}             

도 1a 내지 도 1c는 종래 기술에 따른 소자 분리막 제조 방법을 순차적으로 나타낸 공정 단면도이다.1A to 1C are cross-sectional views sequentially illustrating a method of manufacturing a device isolation layer according to the prior art.

도 2a 내지 도 2g는 본 발명의 일 실시예에 따른 소자 분리막 제조 방법을 순차적으로 나타낸 공정 단면도이다.2A to 2G are cross-sectional views sequentially illustrating a method of manufacturing a device isolation layer according to an embodiment of the present invention.

- 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 -   -Explanation of symbols for the main parts of the drawings-

100 : 반도체 기판 110 : 트렌치100 semiconductor substrate 110 trench

120 : 보호막 130 : 갭필 절연막120: protective film 130: gap fill insulating film

140 : 순수 다공성 절연막 150 : 비순수 다공성 절연막
140: pure porous insulating film 150: non-pure porous insulating film

본 발명은 소자 분리막 제조 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 서로 다른 종횡비를 가지는 트렌치를 매립 불량 및 트렌치 표면을 보호하기 위한 보호막 손상 없이 안전하게 매립하도록 하여 소자의 특성 및 신뢰성을 향상시키는 소자 분 리막 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method of manufacturing a device isolation layer, and more particularly, to manufacture a device isolation layer to improve the characteristics and reliability of the device by allowing the buried trenches having different aspect ratios to be safely buried without damaging the buried defect and damage to the protective film for protecting the trench surface It is about a method.

일반적으로, 반도체 기판 상에 트랜지스터와 커패시터 등을 형성하는 공정에 있어서는, 실리콘기판에 전기적으로 통전이 가능한 활성영역과 전기적으로 통전되는 것을 방지하고 소자를 서로 분리하도록 하는 소자 분리막을 형성하게 된다.In general, in the process of forming a transistor, a capacitor, and the like on a semiconductor substrate, an isolation layer for forming a device isolation film for preventing a device from being electrically connected to an active region that is electrically conductive to the silicon substrate and separating the devices from each other.

상기 소자 분리막은 최근 반도체 기판에 일정한 깊이를 갖는 트렌치를 형성하고 나서, 이 트렌치에 갭필 산화막을 증착시킨 후, 화학기계적 연마공정으로 이 갭필 산화막의 불필요한 부분을 연마하는 STI(shallow trench isolation) 공정을 통해 주로 형성하고 있다. 이때, 갭필 산화막으로는 막질이 치밀하여 후속 세정 공정에 대한 안정성이 우수한 HDP(고밀도 플라즈마) 산화막을 주로 사용한다.The device isolation film has recently formed a trench having a constant depth in a semiconductor substrate, and then deposited a gapfill oxide film in the trench, followed by a shallow trench isolation (STI) process in which an unnecessary portion of the gapfill oxide film is polished by a chemical mechanical polishing process. Mainly formed through. At this time, as the gap fill oxide film, an HDP (high density plasma) oxide film having high film quality and excellent stability to a subsequent cleaning process is mainly used.

한편, 이와 같은 소자 분리막을 형성하기 위한 트렌치는 하나의 반도체 기판 내에서 패턴의 밀도가 높은 영역뿐만 아니라 패턴의 밀도가 낮은 영역에 동시에 공존하고 있다. 즉, 소자가 고집적화됨에 따라 패턴의 밀도가 높은 영역에 위치하는 트렌치는 높은 종횡비를 가지는 반면에 패턴의 밀도가 낮은 영역에 위치하는 트렌치는 낮은 종횡비를 가진다.On the other hand, the trench for forming such a device isolation film coexists not only in the high density region of the pattern but also in the low density region of the pattern in one semiconductor substrate. That is, as the device is highly integrated, trenches located in areas where the density of the pattern is high have a high aspect ratio, while trenches located in areas where the pattern is low density have a low aspect ratio.

이에 따라, 종래 기술에 따른 소자 분리막 제조 방법을 이용하게 되면, 상기 트렌치의 서로 다른 종횡비에 의해 트렌치 매립 공정 시, 패턴의 밀도가 높은 영역에 위치하는 트렌치의 경우에는 종횡비가 높기 때문에 보이드(void)와 같은 매립 불량이 발생하고, 패턴의 밀도가 낮은 영역에 위치하는 트렌치의 경우에는 종횡비가 낮기 때문에 트렌치의 표면을 보호하고 있는 보호막의 일부분이 손실되는 문제가 있다. Accordingly, when the device isolation layer manufacturing method according to the related art is used, the trenches located in regions where the pattern density is high during the trench filling process due to the different aspect ratios of the trenches have high aspect ratios, and thus voids. Such a buried defect occurs, and in the case of a trench located in a region having a low density of patterns, a portion of the protective film protecting the surface of the trench is lost because the aspect ratio is low.                         

이하, 첨부한 도면을 참고로 하여, 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings, it will be described in detail the problems of the prior art as described above.

도 1a 내지 도 1c는 종래 기술에 따른 소자 분리막 제조 방법을 순차적으로 나타낸 공정 단면도이다.1A to 1C are cross-sectional views sequentially illustrating a method of manufacturing a device isolation layer according to the prior art.

우선, 도 1a에 도시한 바와 같이, 패턴의 밀도가 높은 영역(A)과 낮은 영역(B)으로 구분되어 있는 반도체 기판(100)에 통상의 트렌치 형성 공정을 진행하여 복수의 트렌치(110)를 형성한다. 이때, 상기 트렌치(110)는 패턴의 밀도가 높은 영역(A)에서 높은 종횡비(세로/가로 비)를 가지게 형성되는 반면 패턴의 밀도가 낮은 영역(B)에서는 낮은 종횡비를 가지게 형성된다.First, as shown in FIG. 1A, a conventional trench forming process is performed on a semiconductor substrate 100 which is divided into a region A and a region B having a high density of patterns, thereby forming a plurality of trenches 110. Form. In this case, the trench 110 is formed to have a high aspect ratio (vertical / horizontal ratio) in the region A where the pattern is high, while having a low aspect ratio in the region B where the pattern is low.

그 다음, 도시하지는 않았지만, 상기 트렌치(110)가 형성된 결과물에 소자 성능을 향상시키기 위한 산화 공정, 세정 공정 및 라이너 산화막 및 라이너 질화막 형성 공정 등을 진행할 수 있다.Next, although not shown, an oxidation process, a cleaning process, and a liner oxide film and a liner nitride film forming process may be performed to improve device performance on the resultant formed trench 110.

이어서, 도 1b에 도시한 바와 같이, 상기 트렌치(110)가 형성된 결과물 전면에 단차 피복성이 우수한 절연물을 이용하여 보호막(120)을 형성한다. 이때, 단차 피복성이 우수한 절연물은 저압 TEOS 공정과, 오존/TEOS 공정 및 ALD(단원자 증착) 공정 등을 이용하여 형성하는 것이 바람직하다. 이때, 상기 보호막(120)은 패턴 밀도가 높은 영역(A)에 위치하는 트렌치(100)를 매립하기 위해 최대한 얇은 두께를 가지도록 형성해야 한다.Subsequently, as shown in FIG. 1B, the passivation layer 120 is formed on the entire surface of the resultant in which the trench 110 is formed by using an insulating material having excellent step coverage. At this time, it is preferable to form an insulator having excellent step coverage by using a low pressure TEOS process, an ozone / TEOS process, an ALD process, and the like. In this case, the passivation layer 120 should be formed to have a thickness as thin as possible to fill the trench 100 located in the region A having a high pattern density.

그리고 나서, 도 1c에 도시한 바와 같이, 상기 보호막(120)이 형성된 결과물 전면에 갭필 절연물로 HDP 산화막(130)을 증착하여 트렌치(110)를 매립한다. Then, as shown in FIG. 1C, the trench 110 is buried by depositing the HDP oxide layer 130 with a gapfill insulating material on the entire surface of the resultant film on which the passivation layer 120 is formed.                         

그러나, 이때 상기 HDP 산화막은 막질이 치밀하여 후속 세정 공정에 대한 안정성은 가지는 장점이 있는 반면에, 매립 특성이 우수하지 않기 때문에 높은 종횡비를 가지는 즉, 패턴 밀도가 높은 영역(A)에 위치하는 트렌치(110) 내부에 매립 시, 보이드와 같은 매립 불량이 발생하는 문제가 있다.However, at this time, the HDP oxide film has the advantage that the film quality is dense and stability for the subsequent cleaning process, while the buried characteristics are not excellent, so the trench having a high aspect ratio, that is, a region having a high pattern density (A) When buried inside 110, there is a problem that a buried defect such as a void occurs.

또한, 화학기상증착법을 이용하여 트렌치(110)를 HDP 산화막으로 매립 공정 시, 패턴 밀도가 낮은 영역(B)에 위치하는 종횡비가 낮은 트렌치(110)의 경우에는 트렌치(110)의 표면을 보호하고 있던 보호막이 손실되는 문제가 있다.
In addition, when the trench 110 is buried in the HDP oxide layer using a chemical vapor deposition method, in the case of the trench 110 having a low aspect ratio located in a region B having a low pattern density, the surface of the trench 110 is protected. There is a problem that the protective film was lost.

본 발명의 목적은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 서로 다른 종횡비를 가지는 트렌치 매립 공정 시, 우선, 다공성 절연막으로 서로 다른 종횡비를 가지는 트렌치의 종횡비를 매립 공정에 유리하도록 낮추는 동시에 측벽을 보호한 다음, 막질이 우수한 절연막을 매립함으로써, 보이드와 같은 매립 불량 또는 트렌치를 표면을 보호하는 보호막의 손실을 방지하여 소자의 신뢰성을 향상시키도록 하는 소자 분리막 제조 방법에 관한 것이다.
SUMMARY OF THE INVENTION In order to solve the problems described above, an object of the present invention is to protect the sidewalls while lowering the aspect ratio of trenches having different aspect ratios to the buried process in a trench filling process having different aspect ratios. By embedding an insulating film having excellent film quality, the present invention relates to a device isolation film manufacturing method for improving the reliability of devices by preventing buried defects such as voids or loss of a protective film protecting the surface of the trench.

상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명은 반도체 기판에 서로 다른 종횡비를 가지는 복수의 트렌치를 형성하는 단계와, 상기 트렌치가 형성된 결과물 전면에 단차 피복성이 우수한 물질을 증착하여 보호막을 형성하는 단계와, 상기 보호막 위에 순수 다공성 절연막을 증착하되, 높은 종횡비를 가지는 트렌치는 전부 매립하는 동시에 낮은 종횡비를 가지는 트렌치는 일부분만 매립하는 단계와, 상기 순수 다공성 절연막 상부 표면에 일정 깊이만큼 불순물을 주입한 다음 열처리하여 비순수 다공성 절연막으로 변환시키는 단계와, 상기 변환된 비순수 다공성 절연막을 제거하는 단계 및 상기 비순수 다공성 절연막이 제거된 결과물 전면에 갭필 절연막을 증착하여 트렌치를 매립하는 단계를 포함하는 소자 분리막 제조 방법을 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention comprises the steps of forming a plurality of trenches having different aspect ratios on the semiconductor substrate, and forming a protective film by depositing a material having excellent step coverage on the entire surface of the trench formed result; Depositing a pure porous insulating film on the passivation layer, but filling all trenches having a high aspect ratio and filling a portion of the trench having a low aspect ratio; Converting the non-pure porous insulating film, removing the converted non-pure porous insulating film, and depositing a gapfill insulating film on the entire surface of the product from which the non-pure porous insulating film is removed to fill a trench. To provide.

여기서, 상기 보호막은 저압 TEOS 공정과 오존/TEOS 공정 및 ALD 공정 중 적어도 어느 하나를 선택하여 3㎚~30㎚의 두께로 형성하는 것이 바람직하다.Here, the protective film is preferably formed to a thickness of 3nm ~ 30nm by selecting at least one of the low-pressure TEOS process, ozone / TEOS process and ALD process.

또한, 상기 다공성 절연막은 규산염 유리로 SOG 공정, 과수/Silane 공정, 오존/TEOS 공정 및 ALD 공정 중 적어도 어느 하나의 공정을 선택하여 형성하는 것이 바람직하다.In addition, the porous insulating film may be formed by selecting at least one of SOG process, fruit tree / Silane process, ozone / TEOS process, and ALD process as silicate glass.

또한, 상기 불순물은 3족 이온, 5족 이온, 불소 이온 및 수소 이온의 각각이나 이들 중 둘 이상의 혼합물 또는 화합물을 사용하고, 농도는 0.1~50mol%로 사용하는 것이 바람직하다. In addition, it is preferable to use each impurity of a Group 3 ion, a Group 5 ion, a fluorine ion, and a hydrogen ion, or a mixture or a compound of two or more thereof, and the concentration is 0.1-50 mol%.

또한, 상기 비순수 다공성 절연막은 상기 높은 종횡비를 가지는 트렌치의 깊이를 기준으로 트렌치 상부에서 하부로 5%~70%의 두께를 가지도록 형성하며, 종횡비가 낮은 곳은 측벽을 제외한 모든 부분에 형성하는 것이 바람직하다.In addition, the non-pure porous insulating layer is formed to have a thickness of 5% to 70% from the upper portion of the trench to the lower portion of the trench based on the depth of the trench having a high aspect ratio, and the low aspect ratio is formed on all portions except the sidewalls. It is preferable.

상기 비순수 다공성 절연막을 제거하는 단계는 식각 화합물로 플루오르화수소산(HF), 플루오르화암모늄(NH4F), 질산(HNO3), 염산(HCl), 초산(CH3COOH) 및 강알칼리 용액의 각각이나 이들 중 둘 이상의 화합물을 사용하는 것이 바람직하다. The removing of the non-pure porous insulating film may be performed by etching each of or two of hydrofluoric acid (HF), ammonium fluoride (NH4F), nitric acid (HNO3), hydrochloric acid (HCl), acetic acid (CH3COOH), and a strong alkali solution. It is preferable to use the above compound.                     

이하 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다. 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 붙였다.Hereinafter, exemplary 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 present invention. In the drawings, the thickness of layers, films, panels, regions, etc., are exaggerated for clarity. Like parts are designated by like reference numerals throughout the specification.

이제 본 발명의 실시예에 따른 소자 분리막 제조 방법에 대하여 도면을 참고로 하여 상세하게 설명한다.Now, a device isolation method according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 2a 내지 도 2g는 본 발명의 실시예에 따른 소자 분리막 제조 방법을 설명하기 위해 순차적으로 나타낸 공정 단면도이다.2A to 2G are cross-sectional views sequentially illustrating a method of manufacturing a device isolation layer according to an exemplary embodiment of the present invention.

우선, 도 2a에 도시한 바와 같이, 패턴의 밀도가 높은 영역(A)과 낮은 영역(B)으로 구분되어 있는 반도체 기판(100)에 통상의 트렌치 형성 공정을 진행하여 복수의 트렌치(110)를 형성한다. 이때, 상기 트렌치(110)는 패턴의 밀도가 높은 영역(A)에서 높은 종횡비(세로/가로 비)를 가지게 형성되는 반면 패턴의 밀도가 낮은 영역(B)에서는 낮은 종횡비를 가지게 형성된다.First, as shown in FIG. 2A, a conventional trench forming process is performed on a semiconductor substrate 100 that is divided into a region A and a region B having a high density of patterns, thereby forming a plurality of trenches 110. Form. In this case, the trench 110 is formed to have a high aspect ratio (vertical / horizontal ratio) in the region A where the pattern is high, while having a low aspect ratio in the region B where the pattern is low.

그 다음, 도시하지는 않았지만, 상기 트렌치(110)가 형성된 결과물에 소자 성능을 향상시키기 위한 산화 공정, 세정 공정 및 라이너 산화막 및 라이너 질화막 형성 공정 등을 진행할 수 있다.Next, although not shown, an oxidation process, a cleaning process, and a liner oxide film and a liner nitride film forming process may be performed to improve device performance on the resultant formed trench 110.

이어서, 도 2b에 도시한 바와 같이, 상기 트렌치(110)가 형성된 결과물 전면에 단차 피복성이 우수한 절연물을 이용하여 보호막(120)을 형성한다. 이때, 상기 보호막(120)은 패턴 밀도가 높은 영역(A)에 위치하는 트렌치(100)를 매립하기 위해 최대한 얇은 두께를 가지도록 형성하는 것이 바람직하기 때문에, 본 발명에서는 이때, 단차 피복성이 우수한 절연물로 저압 TEOS 공정과, 오존/TEOS 공정 및 ALD(단원자 증착) 공정 등을 이용하여 3㎚~30㎚의 두께로 형성한다.Subsequently, as shown in FIG. 2B, the protective film 120 is formed on the entire surface of the resultant in which the trench 110 is formed by using an insulating material having excellent step coverage. At this time, the protective film 120 is preferably formed to have a thickness as thin as possible in order to fill the trench 100 located in the region (A) having a high pattern density, in the present invention, the step coverage is excellent The insulating material is formed to a thickness of 3 nm to 30 nm by using a low pressure TEOS process, an ozone / TEOS process, an ALD process, and the like.

그리고, 도 2c에 도시한 바와 같이, 상기 보호막(120)이 형성된 결과물 전면에 순수 다공성 절연막(140)을 형성하되, 패턴 밀도가 높은 영역(A)의 높은 종횡비를 가지는 트렌치(110)는 전부 매립하는 동시에 패턴 밀도가 낮은 영역(B)의 낮은 종횡비를 가지는 트렌치(110)는 일부분만 매립한다. 이때, 순수 다공성 절연막(140)은 규산염 유리로 SOG 공정, 과수/Silane 공정, 오존/TEOS 공정 및 ALD 공정 중 적어도 어느 하나의 공정을 선택하여 형성한다.As shown in FIG. 2C, the pure porous insulating layer 140 is formed on the entire surface of the resultant layer on which the protective layer 120 is formed, and the trenches 110 having the high aspect ratio of the region A having a high pattern density are all buried. At the same time, only a portion of the trench 110 having a low aspect ratio of the region B having a low pattern density is embedded. In this case, the pure porous insulating layer 140 is formed by selecting at least one of SOG process, fruit tree / Silane process, ozone / TEOS process, and ALD process as silicate glass.

이어서, 도 2d에 도시한 바와 같이, 상기 순수 다공성 절연막(140) 상부 표면에 일정 깊이만큼 불순물을 주입한다. 이때, 상기 불순물은 3족 이온, 5족 이온, 불소 이온 및 수소 이온의 각각이나 이들 중 둘 이상의 혼합물 또는 화합물을 사용한다. 또한, 상기 불순물의 농도는 0.1~50mol%로 사용하는 것이 바람직하며, 불순물의 주입 깊이는 상기 패턴 밀도가 높은 영역(A)에 위치하는 높은 종횡비를 가지는 트렌치(110)의 깊이를 기준으로 트렌치(110) 상부에서 하부로 5%~70%의 깊이를 가지도록 주입한다.Subsequently, as illustrated in FIG. 2D, impurities are implanted to a predetermined depth into the upper surface of the pure porous insulating layer 140. In this case, the impurity uses a mixture or compound of each of Group 3 ions, Group 5 ions, fluorine ions and hydrogen ions or two or more of them. In addition, the concentration of the impurity is preferably used at 0.1 to 50 mol%, and the implantation depth of the impurity is based on the depth of the trench 110 having a high aspect ratio located in the region A having a high pattern density. 110) Inject to have depth of 5% ~ 70% from top to bottom.

여기서, 미설명한 도면 부호 140a는 불순물이 주입된 순수 다공성 절연막을 가리킨다.Here, reference numeral 140a, which has not been described, refers to a pure porous insulating film in which impurities are injected.

그 다음, 도 2e에 도시한 바와 같이, 상기 불순물이 주입된 순수 다공성 절연막(140)에 열처리 공정을 진행하여 불순물이 주입된 순수 다공성 절연막을 비순 수 다공성 절연막(150)으로 변화시킨다.Next, as shown in FIG. 2E, the pure porous insulating layer 140 in which the impurities are injected is subjected to a heat treatment process to change the pure porous insulating layer in which the impurities are injected into the non-pure porous insulating layer 150.

그리고, 상기 비순수 다공성 절연막(150)을 제거하게 되면, 도 2f에 도시한 바와 같이, 패턴 밀도가 높은 영역(A)의 높은 종횡비를 갖는 트렌치(110) 내부에는 트렌치 전체 높이에 대해 30%~95% 만큼 순수 다공성 절연막(140)이 잔류되어 있으며, 패턴 밀도가 낮은 영역(B)의 낮은 종횡비를 갖는 트렌치(110) 내부에는 트렌치 측벽 부분에만 순수 다공성 절연막(140)이 잔류되어 있다. When the non-pure porous insulating layer 150 is removed, as shown in FIG. 2F, the trench 110 having the high aspect ratio of the region A having a high pattern density is 30% to the total height of the trench. The pure porous insulating layer 140 remains as much as 95%, and the pure porous insulating layer 140 remains only in the trench sidewalls in the trench 110 having the low aspect ratio of the region B having a low pattern density.

한편, 상기 비순수 다공성 절연막 제거 공정 시, 식각 화합물로는 플루오르화수소산(HF), 플루오르화암모늄(NH4F), 질산(HNO3), 염산(HCl), 초산(CH3COOH) 및 강알칼리 용액의 각각이나 이들 중 둘 이상의 화합물을 사용하는 것이 바람직하며, 이때, 화합물의 경우에는 순수 다공성 절연막의 경우, 플루오르화수소산에 대한 식각 속도가 매우 빠르기 때문에 비순수 다공성 절연막 하부에 위치하는 순수 다공성 절연막과의 비순수 다공성 절연막과의 선택비를 고려하여야 한다.Meanwhile, in the removal process of the non-pure porous insulating film, as an etching compound, each of hydrofluoric acid (HF), ammonium fluoride (NH4F), nitric acid (HNO3), hydrochloric acid (HCl), acetic acid (CH3COOH), and a strong alkali solution It is preferable to use two or more compounds, and in this case, in the case of the pure porous insulating film, since the etching rate for hydrofluoric acid is very fast, the non-porous porosity with the pure porous insulating film located under the non-pure porous insulating film Consideration should be given to the selectivity of the insulating film.

또한, 상기 순수 다공성 절연막과 비순수 다공성 절연막의 선택비는 불순물의 화학종 및 농도로 조절이 가능하며, 비순수 다공성 절연막의 제거 두께 또한 불술물의 주입 에너지 변화에 의해 조절 가능하다.In addition, the selection ratio of the pure porous insulating film and the non-pure porous insulating film can be controlled by the species and concentration of the impurity, the removal thickness of the non-pure porous insulating film can also be adjusted by the change in the injection energy of the impurities.

이와 같이, 본 발명은 높은 종횡비를 갖는 트렌치(110)의 경우에는 하부 일부분에 순수 다공성 절연막(140)을 잔류시켜 종횡비를 낮게 만드는 동시에, 낮은 종횡비를 갖는 트렌치(110)의 경우에는 트렌치(110) 측벽에 순수 다공성 절연막(140)을 잔류 시켜 보호막(120)을 보호한다.As described above, the present invention maintains the pure porous insulating layer 140 in the lower portion of the trench 110 having a high aspect ratio, thereby lowering the aspect ratio, and in the case of the trench 110 having a low aspect ratio, the trench 110. The protection layer 120 is protected by leaving the pure porous insulating layer 140 on the sidewall.

그런 다음, 도 2g에 도시한 바와 같이, 상기 비순수 다공성 절연막이 제거된 결과물 전면에 갭필 산화막(150)을 증착하여 패턴 밀도가 높은 영역(A)과 패턴 밀도가 낮은 영역(B)에 위치하는 트렌치(110)를 모두 매립한다.Then, as shown in FIG. 2G, the gapfill oxide film 150 is deposited on the entire surface of the resultant material from which the non-pure porous insulating film is removed, and thus, the gapfill oxide film 150 is positioned in the region A having a high pattern density and the region B having a low pattern density. The trenches 110 are all buried.

이때, 상기 갭필 절연막(150)은 막질이 치밀하여 후속 세정 공정에 대한 안정성은 가지는 HDP 절연막, PE-TEOS 절연막, 플라즈마 Silane 절연막, 저압 TEOS 절연막 중 적어도 어느 하나를 이용하여 형성하는 것이 바람직하다.In this case, the gap fill insulating layer 150 is formed of at least one of an HDP insulating film, a PE-TEOS insulating film, a plasma Silane insulating film, and a low pressure TEOS insulating film having dense film quality and stability to a subsequent cleaning process.

앞서 설명한 바와 같이, 본 발명은 높은 종횡비를 가지는 트렌치와 낮은 종횡비를 가지는 트렌치 모두 낮은 종횡비를 가지게 되어 갭필 절연막의 매립이 용이하다. 또한, 트렌치의 하부에만 순수 다공성 절연막이 존재하고, 상부에는 막질이 치밀한 갭필 산화막이 위치하고 있기 때문에, 트렌치의 응력을 감소시키는 동시에 후속의 평탄화 공정 및 세정 공정으로부터 갭필 절연막이 손실되는 것을 방지한다. As described above, in the present invention, both the trench having a high aspect ratio and the trench having a low aspect ratio have a low aspect ratio, so that the gap fill insulating film is easily embedded. In addition, since the pure porous insulating film exists only in the lower portion of the trench, and the gap fill oxide film having a high film quality is located on the upper portion of the trench, the stress of the trench is reduced and the gap fill insulating film is prevented from being lost from subsequent planarization and cleaning processes.

이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
Although the preferred embodiments of the present invention have been described in detail above, the scope of the present invention is not limited thereto, and various modifications and improvements of those skilled in the art using the basic concepts of the present invention defined in the following claims are also provided. It belongs to the scope of right.

상기한 바와 같이 본 발명은 서로 다른 종횡비를 가지는 트렌치 매립 공정 시, 동시에 같이 진행하더라도 보이드와 같은 매립 불량 및 보호막의 손실을 최소화 할 수 있다. As described above, the present invention can minimize the defects of embedding such as voids and the loss of the protective film even when the same process is performed at the same time during the trench filling process having different aspect ratios.

또한, 본 발명은 트렌치의 하부는 다공성 절연막으로 매립하고 상부는 막질 이 치밀한 갭필 절연막으로 매립하기 때문에 트렌치에 가해지는 응력을 감소시킬 있는 동시에 후속 평탄화 공정 및 세정 공정에서 매립막이 손실되는 것을 방지하고, 그에 따라 반도체 소자의 문턱 전압, 누설 전류 등과 같은 특성을 안정화시킬 수 있다.In addition, the present invention reduces the stress applied to the trench since the lower portion of the trench is filled with a porous insulating film and the upper portion is filled with a dense gap fill insulating film, and at the same time, the loss of the buried film is prevented in subsequent planarization and cleaning processes. As a result, characteristics such as a threshold voltage and a leakage current of the semiconductor device can be stabilized.

Claims (10)

반도체 기판에 서로 다른 종횡비를 가지는 복수의 트렌치를 형성하는 단계와,Forming a plurality of trenches having different aspect ratios in the semiconductor substrate, 상기 트렌치가 형성된 결과물 전면에 단차 피복성이 우수한 물질을 증착하여 보호막을 형성하는 단계와,Forming a protective film by depositing a material having excellent step coverage on the entire surface of the resultant trench; 상기 보호막 위에 순수 다공성 절연막을 증착하되, 높은 종횡비를 가지는 트렌치는 전부 매립하는 동시에 낮은 종횡비를 가지는 트렌치는 일부분만 매립하는 단계와,Depositing a pure porous insulating film on the passivation layer, wherein all trenches having a high aspect ratio are buried and at least a portion of the trench having a low aspect ratio is buried; 상기 순수 다공성 절연막 상부 표면에 일정 깊이만큼 불순물을 주입한 다음 열처리하여 일부를 비순수 다공성 절연막으로 변환시키는 단계와,Injecting impurities into the upper surface of the pure porous insulating film to a predetermined depth and then performing heat treatment to convert a portion of the pure porous insulating film into a non-pure porous insulating film; 상기 변환된 비순수 다공성 절연막을 제거하는 단계 및 Removing the converted non-pure porous insulating film and 상기 비순수 다공성 절연막이 제거된 결과물 전면에 갭필 절연막을 증착하여 트렌치를 매립하는 단계를 포함하는 소자 분리막 제조 방법.And depositing a gapfill insulating film on the entire surface of the resultant product from which the non-pure porous insulating film is removed. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 보호막은 저압 TEOS 공정과 오존/TEOS 공정 및 ALD 공정 중 적어도 어느 하나를 선택하여 형성하는 소자 분리막 제조 방법.The protective layer is formed by selecting at least one of a low pressure TEOS process, ozone / TEOS process and ALD process. 제2항에 있어서,The method of claim 2, 상기 보호막은 3㎚~30㎚의 두께로 형성하는 소자 분리막 제조 방법.The protective film is a device isolation film manufacturing method to form a thickness of 3nm ~ 30nm. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 다공성 절연막은 규산염 유리를 이용하여 형성하는 소자 분리막 제조 방법.The porous insulating layer is formed using a silicate glass. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 다공성 절연막은 SOG 공정, 과수/Silane 공정, 오존/TEOS 공정 및 ALD 공정 중 적어도 어느 하나의 공정을 선택하여 형성하는 소자 분리막 제조 방법.The porous insulation layer is formed by selecting at least one of the SOG process, fruit tree / Silane process, ozone / TEOS process and ALD process. 제1항에 있어서, The method of claim 1, 상기 불순물은 3족 이온, 5족 이온, 불소 이온 및 수소 이온의 각각이나 이들 중 둘 이상의 혼합물 또는 화합물을 사용하는 소자 분리막 제조 방법.The impurity is a device separation membrane manufacturing method using a group 3 ions, Group 5 ions, fluorine ions and hydrogen ions each, or a mixture or compound of two or more thereof. 제1항에 있어서, The method of claim 1, 상기 불순물의 농도는 0.1~50mol%로 사용하는 소자 분리막 제조 방법.The impurity concentration is 0.1 ~ 50mol% device separation membrane manufacturing method using. 제1항에 있어서, The method of claim 1, 상기 비순수 다공성 절연막은 상기 높은 종횡비를 가지는 트렌치의 깊이를 기준으로 트렌치 상부에서 하부로 5%~70%의 두께를 가지도록 형성하며, 종횡비가 낮은 곳은 측벽을 제외한 모든 부분에 형성하는 소자 분리막 제조 방법.The non-pure porous insulating layer is formed to have a thickness of 5% to 70% from the upper part of the trench to the lower part of the trench based on the depth of the trench having the high aspect ratio, and the device isolation layer is formed in all parts except the sidewall where the aspect ratio is low. Manufacturing method. 제1항에 있어서, The method of claim 1, 상기 비순수 다공성 절연막을 제거하는 단계는 식각 화합물로 플루오르화수소산(HF), 플루오르화암모늄(NH4F), 질산(HNO3), 염산(HCl), 초산(CH3COOH) 및 강알칼리 용액의 각각이나 이들 중 둘 이상의 화합물을 사용하는 소자 분리막 제조 방법.The removing of the non-pure porous insulating film may be performed by etching each of or two of hydrofluoric acid (HF), ammonium fluoride (NH4F), nitric acid (HNO3), hydrochloric acid (HCl), acetic acid (CH3COOH), and a strong alkali solution. The device isolation film manufacturing method using the above compound. 제1항에 있어서, The method of claim 1, 상기 갭필 절연막은 HDP 절연막, PE-TEOS 절연막, 플라즈마 Silane 절연막, 저압 TEOS 절연막 중 적어도 어느 하나로 형성하는 소자 분리막 제조 방법.The gap fill insulating film is formed of at least one of the HDP insulating film, PE-TEOS insulating film, plasma silane insulating film, low-pressure TEOS insulating film.
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