KR100671667B1 - Method of forming an isolation layer in a semiconductor device - Google Patents
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Abstract
본 발명은 반도체 소자의 소자 분리막 형성 방법에 관한 것으로, 반도체 기판 상부에 패드 산화막 및 질화막을 형성하는 단계와, 상기 질화막 및 상기 패드 산화막의 소정 영역을 식각한 후 상기 반도체 기판을 소정 깊이로 식각하여 트렌치를 형성하는 단계와, 상기 트렌치가 매립되도록 산화막을 형성하는 단계와, 상기 산화막을 연마한 후 상기 질화막을 제거하는 단계와, 상기 산화막과 경계를 이루는 상기 반도체 기판의 모서리를 산화시키는 단계와, 상기 산화된 반도체 기판의 모서리를 식각하는 단계를 포함함으로써 액티브 영역과 소자 분리막의 경계에 발생되는 모우트를 제거할 수 있어 워드라인을 형성하기 위한 공정을 실시할 때 폴리실리콘이 잔류하지 않아 워드라인 브리지로 인한 소자의 불량을 방지할 수 있는 반도체 소자의 소자 분리막 형성 방법이 제시된다.
The present invention relates to a method for forming a device isolation layer of a semiconductor device, the method comprising: forming a pad oxide film and a nitride film on an upper surface of a semiconductor substrate, etching a predetermined region of the nitride film and the pad oxide film, and then etching the semiconductor substrate to a predetermined depth; Forming a trench, forming an oxide film to fill the trench, removing the nitride film after polishing the oxide film, oxidizing an edge of the semiconductor substrate bordering the oxide film; Etching the edges of the oxidized semiconductor substrate to remove the motes generated at the boundary between the active region and the device isolation layer so that the polysilicon does not remain when the process for forming the word line is performed. Device isolation film of semiconductor device to prevent device defects caused by bridge Formation methods are presented.
소자 분리막, 모우트, 액티브 모서리 산화, 모서리 식각Device Isolation, Moments, Active Edge Oxidation, Edge Etching
Description
도 1(a) 내지 도 1(d)는 본 발명에 따른 반도체 소자의 소자 분리막 형성 방법을 설명하기 위해 순서적으로 도시한 소자의 단면도.
1 (a) to 1 (d) are cross-sectional views of devices sequentially shown to explain a method of forming a device isolation film of a semiconductor device according to the present invention.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for main parts of the drawings>
11 : 반도체 기판 12 : 패드 산화막11 semiconductor substrate 12 pad oxide film
13 : 질화막 14 : 산화막13
15 : 소자 분리막 16 : 산화 영역
15
본 발명은 반도체 소자의 소자 분리막 형성 방법에 관한 것으로, 특히 소자 분리막과 경계를 이루는 액티브 영역의 반도체 기판 모서리를 산화시킨 후 식각함 으로써 액티브 영역과 소자 분리막의 경계에 발생되는 모우트를 제거할 수 있어 워드라인 브리지로 인한 소자의 불량을 방지할 수 있는 반도체 소자의 소자 분리막 형성 방법에 관한 것이다.
The present invention relates to a method of forming a device isolation layer of a semiconductor device, and in particular, by oxidizing and etching edges of a semiconductor substrate in an active region that forms a boundary with the device isolation layer, it is possible to remove a moat generated at the boundary between the active region and the device isolation layer. The present invention relates to a method of forming a device isolation layer of a semiconductor device capable of preventing device defects caused by word line bridges.
일반적인 반도체 소자의 소자 분리막 형성 공정을 설명하면 다음과 같다. 반도체 기판 상부에 패드 산화막 및 질화막을 형성한 후 액티브 영역과 소자 분리 영역을 확정하기 위해 소자 분리 마스크를 이용한 리소그라피 공정 및 식각 공정으로 질화막 및 패드 산화막의 소정 영역을 식각하고, 노출된 반도체 기판을 소정 깊이로 식각하여 트렌치를 형성한다. 그리고, 트렌치 내부에 라이너 산화막을 형성한 후 트렌치가 매립되도록 산화막을 형성한다. 산화막용 슬러리를 이용한 CMP 공정으로 산화막 및 라이너 산화막을 연마하여 질화막이 노출되도록 한 후 질화막을 제거하여 소자 분리막을 형성한다. 이렇게 질화막을 제거한 후에는 소자 분리막이 액티브 영역보다 높거나 동일한 높이를 갖게 된다.A device isolation film forming process of a general semiconductor device will be described below. After forming a pad oxide film and a nitride film on the semiconductor substrate, a predetermined region of the nitride film and the pad oxide film is etched by a lithography process and an etching process using an element isolation mask to determine the active region and the device isolation region, and then expose the exposed semiconductor substrate. Etch to depth to form trenches. After the liner oxide film is formed in the trench, the oxide film is formed to fill the trench. In the CMP process using the oxide film slurry, the oxide film and the liner oxide film are polished to expose the nitride film, and then the nitride film is removed to form a device isolation film. After the nitride film is removed in this manner, the device isolation layer has a height higher than or equal to the active region.
그런데, 질화막을 노출시키기 위한 연마 공정에서 상대적으로 패턴 밀도가 낮은 지역의 질화막 손실이 크게 되며, 이후 세정 공정을 실시하면 액티브 영역과 소자 분리막 경계 부근의 산화막 손실이 커짐에 따라 소자 분리막 높이에 따라 조금씩 다른 형상을 갖는 모우트(moat)가 형성된다. 이와 같이 형성된 모우트는 후속 워드라인 패터닝시 폴리실리콘이 잔류하게 되는 원인이 되고, 폴리실리콘 잔류물에 의해 워드라인간 브리지가 발생하게 되어 소자의 불량을 유발시킨다.
However, in the polishing process for exposing the nitride film, the nitride film loss in the region having a relatively low pattern density becomes large, and when the cleaning process is performed later, the oxide film loss near the boundary between the active region and the device isolation layer increases little by little depending on the height of the device isolation layer. Moats having different shapes are formed. The formed moiety causes polysilicon to remain during subsequent wordline patterning, and bridges between wordlines are caused by polysilicon residues, causing device failure.
본 발명의 목적은 모우트가 발생되지 않아 워드라인을 형성할 때 폴리실리콘이 잔류하지 않아 소자의 불량을 방지할 수 있는 반도체 소자의 소자 분리막 형성 방법을 제공하는데 있다.An object of the present invention is to provide a method for forming a device isolation layer of a semiconductor device that can prevent the failure of the device because the polysilicon does not remain when forming a word line because no moat occurs.
본 발명의 다른 목적은 소자 분리막과 경계를 이루는 액티브 영역의 반도체 기판 모서리를 산화시킨 후 식각함으로써 액티브 영역과 소자 분리막의 경계에 발생되는 모우트를 제거할 수 있어 워드라인을 형성하기 위한 공정을 실시할 때 폴리실리콘이 잔류하지 않아 워드라인 브리지로 인한 소자의 불량을 방지할 수 있는 반도체 소자의 소자 분리막 형성 방법을 제공하는데 있다.
Another object of the present invention is to oxidize the edges of the semiconductor substrate of the active region bordering the device isolation layer and to etch the corners of the active region to remove the moun generated at the boundary between the active region and the device isolation layer to form a word line. The present invention provides a method of forming a device isolation layer of a semiconductor device in which polysilicon does not remain and thus prevents device defects due to a word line bridge.
본 발명에 따른 반도체 소자의 소자 분리막 형성 방법은 반도체 기판 상부에 패드 산화막 및 질화막을 형성하는 단계와, 상기 질화막 및 상기 패드 산화막의 소정 영역을 식각한 후 상기 반도체 기판을 소정 깊이로 식각하여 트렌치를 형성하는 단계와, 상기 트렌치가 매립되도록 산화막을 형성하는 단계와, 상기 산화막을 연마한 후 상기 질화막을 제거하는 단계와, 상기 산화막과 경계를 이루는 상기 반도체 기판의 모서리를 산화시키는 단계와, 상기 산화된 반도체 기판의 모서리를 식각하는 단계를 포함한다.The method of forming a device isolation layer of a semiconductor device according to the present invention includes forming a pad oxide film and a nitride film on an upper portion of the semiconductor substrate, etching a predetermined region of the nitride film and the pad oxide film, and then etching the semiconductor substrate to a predetermined depth. Forming an oxide film, forming an oxide film to fill the trench, removing the nitride film after polishing the oxide film, oxidizing an edge of the semiconductor substrate bordering the oxide film, and oxidizing the oxide film. Etching the edges of the semiconductor substrate.
상기 산화막의 연마 공정은 50 내지 300㎚ 크기의 실리카 또는 알루미나 입자가 첨가된 pH 8∼11로 유지되는 산화막용 슬러리를 이용하여 실시한다. The polishing step of the oxide film is carried out using an oxide film slurry maintained at a pH of 8 to 11 to which silica or alumina particles having a size of 50 to 300 nm are added.
상기 산화막을 연마한 후 희석된 HF 또는 NH4F와 혼합된 산화막 식각제를 이용하여 상기 반도체 기판 상부에 잔류하는 상기 산화막을 제거하는 단계를 더 포함한다.The method may further include removing the oxide layer remaining on the semiconductor substrate by using an oxide etchant mixed with diluted HF or NH 4 F after polishing the oxide layer.
상기 질화막의 제거 공정은 120 내지 180℃의 고온 인산 용액을 이용하여 실시한다.The removal process of the said nitride film is performed using the high temperature phosphoric acid solution of 120-180 degreeC.
상기 반도체 기판의 산화 공정은 40 내지 80℃로 유지되는 SC-1 용액, 메가소닉(megasonic)이 가능한 장치에서의 SC-1 용액을 이용하여 실시한다.Oxidation of the semiconductor substrate is carried out using an SC-1 solution maintained at 40 to 80 ° C., an SC-1 solution in a megasonic capable apparatus.
상기 반도체 기판의 산화 공정은 실리콘 산화제를 이용하여 실시한다.Oxidation of the semiconductor substrate is performed using a silicon oxidant.
상기 실리콘 산화제는 10:1 내지 300:1로 제조된 H2O-H2O2 용액을 포함한다. The silicon oxidant includes a H 2 OH 2 O 2 solution prepared from 10: 1 to 300: 1.
상기 반도체 기판의 모서리 식각 공정은 습식 식각제 또는 건식 식각제를 이용하여 실시한다.The edge etching process of the semiconductor substrate is performed using a wet etchant or a dry etchant.
상기 습식 식각제는 5:1 내지 300:1로 희석된 H2O-HF 용액, HF-NH4F 용액을 포함한다.The wet etchant includes a H 2 O—HF solution, HF-NH 4 F solution diluted to 5: 1 to 300: 1.
상기 건식 식각제는 CF4+O2, CHF3, C2F6, C3F8를 포함한다.The dry etchant includes CF 4 + O 2 , CHF 3 , C 2 F 6 , C 3 F 8 .
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예를 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described an embodiment of the present invention;
도 1(a) 내지 도 1(c)는 본 발명에 따른 반도체 소자의 소자 분리막 형성 방 법을 설명하기 위해 순서적으로 도시한 소자의 단면도이다.1 (a) to 1 (c) are cross-sectional views of devices sequentially shown to explain a method of forming a device isolation film of a semiconductor device according to the present invention.
도 1(a)를 참조하면, 반도체 기판(11) 상부에 패드 산화막(12) 및 질화막(13)을 형성한다. 액티브 영역과 소자 분리 영역을 확정하기 위한 소자 분리 마스크를 이용한 리소그라피 공정 및 식각 공정으로 질화막(13) 및 패드 산화막(12)의 소정 영역을 식각하고, 노출된 반도체 기판(11)을 소정 깊이로 식각하여 트렌치를 형성한다. 그리고, 트렌치 내부에 라이너 산화막(도시안됨)을 형성한 후 트렌치가 매립되도록 산화막(14)을 형성한다.Referring to FIG. 1A, a pad oxide film 12 and a nitride film 13 are formed on a
도 1(b)를 참조하면, 50∼300㎚ 크기의 실리카 또는 알루미나 입자가 첨가된 pH 8∼11로 유지되는 산화막용 슬러리를 이용한 CMP 공정으로 산화막(14) 및 라이너 산화막(도시안됨)을 연마하여 질화막(13)이 노출되도록 한다. 희석된 HF 또는 NH4F와 혼합된 산화막 식각제를 이용하여 패턴 밀도가 넓은 액티브 영역의 잔류 산화막을 제거한다. 그리고, 120∼180℃의 고온 인산 용액을 이용하여 질화막(13)을 제거하여 소자 분리막(15)을 형성한다. 그런데, 이러한 공정에 의해 액티브 영역과 소자 분리 영역의 경계 지역에 소자 분리막(15)의 과잉 손실로 인한 모우트(A)가 발생된다.Referring to FIG. 1 (b), the
도 1(c)를 참조하면, 40∼80℃로 유지되는 SC-1 용액, 메가소닉(megasonic)이 가능한 장치에서의 SC-1 용액 또는 희석비가 10:1∼300:1로 제조된 H2O-H2O2
용액과 같은 실리콘 산화제를 이용하여 소자 분리막(15)과 경계를 이루는 액티브 영역의 반도체 기판(11) 모서리를 산화시킨다(16).
Referring to Figure 1 (c), the SC-1 solution maintained at 40 to 80 ℃, the SC-1 solution or a dilution ratio in the megasonic capable apparatus (H 2 prepared from 10: 1 to 300: 1) A silicon oxidant such as an OH 2 O 2 solution is used to oxidize an edge of the
도 1(d)를 참조하면, 5:1∼300:1로 희석된 H2O-HF 용액, 60%의 HF과 40%의 NH4F가 혼합된 용액과 같은 습식 식각제 또는 CF4+O2, CHF3, C2F6, C3F8과 같은 건식 식각제를 이용하여 산화된 반도체 기판(11)과 소자 분리막(15)의 모서리를 식각한다. 상기에서, CF4와 O2의 혼합비는 9:1로 설정할 수 있다. 이에 의해 완화된 액티브 영역와 소자 분리막의 경계 형상을 얻을 수 있다. 이후 게이트 산화막, 폴리실리콘막 또는 확산 방지막, 실리사이드막 또는 텅스텐막, 완충용 산화막 및 마스크 질화막 등의 워드라인 배선막을 형성하고 마스크 공정 및 식각 공정으로 패터닝하여 워드라인을 형성한다. 이렇게 하면 모우트가 제거되기 때문에 폴리실리콘이 잔류하지 않게 되며, 따라서 워드라인 브리지로 인한 소자의 불량을 방지할 수 있다.Referring to FIG. 1 (d), a wet etchant such as H 2 O—HF solution diluted from 5: 1 to 300: 1, a solution containing 60% HF and 40% NH 4 F or CF 4 + The edges of the oxidized
상술한 바와 같이 본 발명에 의하면, 소자 분리막과 경계를 이루는 액티브 영역의 반도체 기판 모서리를 산화시킨 후 식각함으로써 액티브 영역과 소자 분리막의 경계에 발생되는 모우트를 제거할 수 있어 워드라인을 형성하기 위한 공정을 실시할 때 폴리실리콘이 잔류하지 않아 워드라인 브리지로 인한 소자의 불량을 방지할 수 있다.As described above, according to the present invention, by oxidizing and etching the edge of the semiconductor substrate of the active region bordering the device isolation layer, it is possible to remove the moat generated at the boundary between the active region and the device isolation layer to form a word line. Polysilicon does not remain during the process to prevent device failure due to wordline bridges.
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