KR100682181B1 - Method for forming isolation film of semiconductor device - Google Patents
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Abstract
본 발명은 반도체 소자의 소자분리막 형성 방법에 관한 것으로, 반도체 기판의 주변 회로 영역에서 발생하는 HEIP(Hot Electron Induced Punch Through) 현상을 방지하기 위하여, 본 발명은 주변 회로 영역의 소자분리막을 형성하는데 있어서, 트렌치 내에 측벽 산화막 및 라이너 질화막을 형성한 후 반도체 기판 전면에 폴리실리콘층을 형성하고 트렌치 상부의 라이너 질화막을 제거함으로써 트렌치 상부에서 발생할 수 있는 HEIP 특성을 완화하고, 트렌치 내에 잔류하게 되는 폴리실리콘층을 산화 및 볼륨 팽창시켜 제 1 갭필 산화막을 형성한 후 트렌치 매립용 제 2 갭필 산화막을 형성하여 상기 트렌치의 갭필 특성을 향상시킬 수 있는 반도체 소자의 소자분리막 형성 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method of forming a device isolation film of a semiconductor device, in order to prevent the Hot Electron Induced Punch Through (HEIP) phenomenon occurring in the peripheral circuit region of the semiconductor substrate, the present invention is to form a device isolation film of the peripheral circuit region After forming the sidewall oxide film and the liner nitride film in the trench, the polysilicon layer is formed on the entire surface of the semiconductor substrate, and the liner nitride film on the trench is removed to alleviate the HEIP characteristics that may occur in the trench, and the polysilicon layer remains in the trench. The present invention relates to a method of forming a device isolation film of a semiconductor device capable of improving a gap fill characteristic of a trench by forming a first gap fill oxide film by oxidizing and volume expanding the first gap fill oxide film and then forming a second gap fill oxide film for trench filling.
Description
도 1a 내지 도 1d는 종래 기술에 따른 반도체 소자의 소자분리막 형성 방법을 도시한 단면도들. 1A to 1D are cross-sectional views illustrating a method of forming a device isolation film of a semiconductor device according to the prior art.
도 2a 내지 도 2e는 본 발명에 따른 반도체 소자의 소자분리막 형성 방법을 도시한 단면도들. 2A through 2E are cross-sectional views illustrating a method of forming an isolation layer in a semiconductor device according to the present invention.
본 발명은 반도체 소자의 소자분리막 형성 방법에 관한 것으로, 반도체 기판의 주변 회로 영역에서 발생하는 HEIP(Hot Electron Induced Punch Through) 현상을 방지하기 위하여, 본 발명은 주변 회로 영역의 소자분리막을 형성하는데 있어서, 트렌치 내에 측벽 산화막 및 라이너 질화막을 형성한 후 반도체 기판 전면에 폴리실리콘층을 형성하고 트렌치 상부의 라이너 질화막을 제거함으로써 트렌치 상부에서 발생할 수 있는 HEIP 특성을 완화하고, 트렌치 내에 잔류하게 되는 폴리실리콘층을 산화 및 볼륨 팽창시켜 제 1 갭필 산화막을 형성한 후 트렌치 매립용 제 2 갭필 산화막을 형성하여 상기 트렌치의 갭필 특성을 향상시킬 수 있는 반도체 소자의 소자분리막 형성 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method of forming a device isolation film of a semiconductor device, in order to prevent the Hot Electron Induced Punch Through (HEIP) phenomenon occurring in the peripheral circuit region of the semiconductor substrate, the present invention is to form a device isolation film of the peripheral circuit region After forming the sidewall oxide film and the liner nitride film in the trench, the polysilicon layer is formed on the entire surface of the semiconductor substrate, and the liner nitride film on the trench is removed to alleviate the HEIP characteristics that may occur in the trench, and the polysilicon layer remains in the trench. The present invention relates to a method of forming a device isolation film of a semiconductor device capable of improving a gap fill characteristic of a trench by forming a first gap fill oxide film by oxidizing and volume expanding the first gap fill oxide film and then forming a second gap fill oxide film for trench filling.
종래 기술에 따른 반도체 소자의 소자분리막 형성 방법에서, 주변 회로 영역의 소자분리막 형성시 반도체 기판 트렌치 경계면의 결정 결함을 방지하기 위하여 측벽 산화막을 형성한다. 다음에 소자분리용 HDP 산화막을 형성한다. 여기서, 상기 소자분리용 HDP 산화막은 후속 열공정에서 부피가 팽창되면서 상기 반도체 기판에 컴프레스 스트레스(Compress stress)를 주어 접합 누설전류(Junction leakage)를 발생시키며, 반도체 소자의 전기적 특성을 열화시키는 문제점이 있다. 따라서, 측벽 산화막 및 HDP 산화막 사이에 라이너 질화막을 형성하여 누설전류 문제를 해결하였다.In the method of forming a device isolation film of a semiconductor device according to the related art, a sidewall oxide film is formed to prevent crystal defects in a semiconductor substrate trench interface when forming a device isolation film in a peripheral circuit region. Next, an HDP oxide film for device isolation is formed. In this case, the device separation HDP oxide film expands in a subsequent thermal process to give a compression stress to the semiconductor substrate to generate junction leakage, and deteriorate electrical characteristics of the semiconductor device. There is this. Accordingly, a liner nitride film is formed between the sidewall oxide film and the HDP oxide film to solve the leakage current problem.
도 1a 내지 도 1d는 종래 기술에 따른 반도체 소자의 소자분리막 형성 방법을 도시한 단면도들이다. 1A to 1D are cross-sectional views illustrating a method of forming an isolation layer in a semiconductor device according to the prior art.
도 1a를 참조하면, 반도체 기판(10)의 주변 회로 영역 상부에 패드 산화막(20) 및 패드 질화막(30)을 순차적으로 형성한다. 다음에는, 소자분리영역을 정의하는 마스크로 트렌치(40)를 형성하고, 트렌치(40)의 측벽에 측벽 산화막(50)을 형성한다.Referring to FIG. 1A, the
도 1b를 참조하면, 트렌치(40)를 포함한 반도체 기판(10)의 전체 표면에 라이너 질화막(60)을 형성한다.Referring to FIG. 1B, a
도 1c를 참조하면, 라이너 질화막(60) 상부에 라이너 산화막(80)을 순차적으로 형성한다. Referring to FIG. 1C, the
도 1d를 참조하면, 트렌치(40)를 매립하는 HDP 산화막(90)을 형성한다. 다음 에 평탄화 식각 공정을 수행하여 반도체 소자의 소자분리막을 형성한다. Referring to FIG. 1D, an
상술한 바와 같이, 측벽 산화막 및 HDP 산화막 사이에 라이너 질화막을 추가하여 누설전류 문제는 어느 정도 해결 가능하게 되었으나, 반도체 소자가 고집적화 되면서 측벽 산화막과 라이너 질화막 사이에 핫 일렉트론(Hot Electron)이 쉽게 형성되고, 채널 쇼트닝(Channel Shortening) 현상 및 핫 캐리어(Hot Carrier) 현상이 발생되어 PMOS 트랜지스터의 누설전류 특성을 악화시키며 스탠 바이 전류(Stand by current)가 증가하는 문제 및 HEIP(Hot Electron Induced Punch Through)가 심화되는 문제가 발생한다. As described above, the leakage current problem can be solved to some extent by adding a liner nitride film between the sidewall oxide film and the HDP oxide film. However, as the semiconductor device is highly integrated, hot electrons are easily formed between the sidewall oxide film and the liner nitride film. , Channel Shortening and Hot Carrier phenomenon deteriorate the leakage current characteristics of PMOS transistors, increase stand-by current, and Hot Electron Induced Punch Through (HEIP) Problems intensify.
또한, 트렌치의 폭이 점점 좁아지면서 갭필 특성이 저하되고 HDP 산화막 매립 시 매립 공정이 정상적으로 수행되지 못하고 트렌치 내에 보이드가 발생하는 등의 문제가 발생하였다. In addition, as the width of the trench is gradually narrowed, the gapfill property is deteriorated, and when the HDP oxide is buried, the filling process is not normally performed and voids occur in the trench.
상기 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명은 주변 회로 영역의 소자분리막을 형성하는데 있어서, 트렌치 내에 측벽 산화막 및 라이너 질화막을 형성한 후 반도체 기판 전면에 폴리실리콘층을 형성하고 트렌치 상부의 라이너 질화막을 제거함으로써 트렌치 상부에서 발생할 수 있는 HEIP 특성을 완화하고, 트렌치 내에 잔류하게 되는 폴리실리콘층을 산화 및 볼륨 팽창시켜 제 1 갭필 산화막을 형성한 후 트렌치 매립용 제 2 갭필 산화막을 형성하여 상기 트렌치의 갭필 특성을 향상시킬 수 있는 반도체 소자의 소자분리막 형성 방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.In order to solve the above problems, the present invention is to form a device isolation film in the peripheral circuit region, by forming a sidewall oxide film and a liner nitride film in the trench, and then forming a polysilicon layer on the entire surface of the semiconductor substrate and removing the liner nitride film on the trench The first gap fill oxide layer is formed by oxidizing and volume-expanding the polysilicon layer remaining in the trench, and forming a second gap fill oxide layer in the trench to form gap gap characteristics of the trench. It is an object of the present invention to provide a method for forming a device isolation film of a semiconductor device which can be improved.
이상의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 반도체 소자의 소자분리막 형성 방법은,Device isolation film forming method of a semiconductor device according to the present invention for achieving the above object,
반도체 기판에 패드 산화막 및 패드 질화막을 순차적으로 형성하는 단계와,Sequentially forming a pad oxide film and a pad nitride film on the semiconductor substrate;
상기 패드 질화막, 패드 산화막 및 소정 두께의 반도체 기판을 식각하여 소자분리 영역에 트렌치를 형성하는 단계와,Etching the pad nitride film, the pad oxide film, and the semiconductor substrate having a predetermined thickness to form a trench in an isolation region;
상기 트렌치를 포함하는 전면에 측벽 산화막을 형성하는 단계와,Forming a sidewall oxide film on the entire surface including the trench;
상기 측벽 산화막 표면에 라이너 질화막 및 폴리실리콘층을 일정 두께 형성하는 단계와,Forming a liner nitride film and a polysilicon layer on the sidewall oxide film at a predetermined thickness;
전면 식각 공정으로 상기 트렌치 내부의 측벽 산화막이 소정 부분 노출될 때까지 상기 폴리실리콘층 및 라이너 질화막을 식각하는 단계와,
어닐링 공정으로 상기 트렌치 내부의 폴리실리콘층을 산화시켜 제 1 갭필 산화막을 형성하는 단계와,Etching the polysilicon layer and the liner nitride layer until the sidewall oxide layer inside the trench is partially exposed by an entire surface etching process;
Oxidizing the polysilicon layer in the trench to form a first gap fill oxide layer by an annealing process;
상기 트렌치를 매립하는 제 2 갭필 산화막을 형성하여 소자분리막을 완성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이하에서는 본 발명의 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다. And forming a second gapfill oxide film filling the trench to complete the device isolation film.
Hereinafter, with reference to the accompanying drawings an embodiment of the present invention will be described in detail.
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도 2a를 참조하면, 셀 영역(미도시)과 주변 회로 영역을 구비한 반도체 기판(100) 전면에 패드 산화막(120) 및 패드 질화막(130)을 순차적으로 형성한 후 주변 회로 영역의 소자분리 영역을 정의하는 감광막 패턴(미도시)을 식각 마스크로 패드 질화막(130), 패드 산화막(120) 및 소정 두께의 반도체 기판(100)을 식각하여 트렌치(140)를 형성한다. 다음에는, 감광막 패턴(미도시)을 제거하고, 트렌치(140)를 포함하는 반도체 기판(100) 전면에 측벽 산화막(150)을 형성한다. 이때, 측벽 산화막(150)은 20 ~ 50Å의 두께로 형성하는 것이 바람직하다.Referring to FIG. 2A, a
도 2b를 참조하면, 측벽 산화막(150) 표면에 라이너 질화막(160)을 형성한다. 여기서, 라이너 질화막(160)은 후속의 공정에서 트렌치(140)를 매립하는 산화막이 팽창하여 트렌치(140) 측벽에 가하는 스트레스를 완화하고, 상기 스트레스에 의해 발생하는 누설전류를 감소시킨다.Referring to FIG. 2B, a
도 2c를 참조하면, 라이너 질화막(160) 상부에 폴리실리콘층(170)을 형성한다.
여기서, 폴리실리콘층(170)의 두께는 20 ~ 50Å으로 형성하는 것이 바람직하다. Referring to FIG. 2C, a
Here, the thickness of the
도 2d를 참조하면, 전면 식각 공정을 수행하여 트렌치(140) 내부의 측벽 산화막이 소정 부분 노출 될 때까지 폴리실리콘층(170) 및 라이너 질화막(160)을 식각한다. 여기서, 트렌치(140) 상부에 라이너 질화막(160)을 제거함으로써, 트렌치(140) 상부에서 발생할 수 있는 HEIP 특성을 개선할 수 있다.Referring to FIG. 2D, the
도 2e를 참조하면, 어닐링 공정을 수행하여 트렌치(140) 내 잔류하는 폴리실리콘층(170)을 산화 및 볼륨 팽창시켜 트렌치(140) 내에 제 1 갭필 산화막(180)을 형성한다. 다음에는, 트렌치(140)를 매립하는 제 2 갭필 산화막(190)을 형성한 후 CMP 공정으로 반도체 기판(100)을 노출시켜 소자분리막을 완성한다.Referring to FIG. 2E, an annealing process is performed to oxidize and volume expand the
상술한 바와 같이, 본 발명은 폴리실리콘층을 형성하고 트렌치 상부의 라이너 질화막을 제거함으로써 트렌치 내에서 발생할 수 있는 HEIP 특성을 완화하고, 트렌치 내에 잔류하게 되는 폴리실리콘층을 산화 및 볼륨 팽창시켜 제 1 갭필 산화막을 형성한 후 트렌치 매립용 제 2 갭필 산화막을 형성하여 상기 트렌치의 갭필 특성을 향상시킬 수 있다.As described above, the present invention forms a polysilicon layer and removes the liner nitride layer on the trench to mitigate HEIP characteristics that may occur in the trench, and to oxidize and volume expand the polysilicon layer remaining in the trench to form a first layer. After forming the gapfill oxide layer, a second gapfill oxide layer for filling the trench may be formed to improve gap fill characteristics of the trench.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명은 주변 회로 영역의 소자분리막을 형성하는데 있어서, 트렌치 내에 측벽 산화막 및 라이너 질화막을 형성한 후 반도체 기판 전면에 폴리실리콘층을 형성하고 트렌치 상부의 라이너 질화막을 제거함으로써 트렌치 상부에서 발생할 수 있는 HEIP 특성을 완화하고, 트렌치 내에 잔류하게 되는 폴리실리콘층을 산화 및 볼륨 팽창시켜 제 1 갭필 산화막을 형성한 후 트렌치 매립용 제 2 갭필 산화막을 형성하여 상기 트렌치의 갭필 특성을 향상시킬 수 있다. 따라서, 주변회로 영역의 소자분리막을 안정적으로 형성하고, 고집적 고속의 반도체 소자 형성 공정에 있어서 시간과 비용을 절감하고 생산 수율을 증가시킬 수 있는 효과를 제공한다.As described above, according to the present invention, in forming the device isolation film of the peripheral circuit region, after forming the sidewall oxide film and the liner nitride film in the trench, a polysilicon layer is formed on the entire surface of the semiconductor substrate and the trench is removed by removing the liner nitride film on the trench. The first gap fill oxide film is formed by oxidizing and volume-expanding the polysilicon layer remaining in the trench, and forming a second gap fill oxide film for trench filling, thereby improving the gap fill property of the trench. You can. Therefore, it is possible to stably form the device isolation film in the peripheral circuit area, and to reduce the time and cost and increase the production yield in the process of forming a highly integrated high speed semiconductor device.
아울러 본 발명의 바람직한 실시예는 예시의 목적을 위한 것으로, 당업자라면 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상과 범위를 통해 다양한 수정, 변경, 대체 및 부가가 가능할 것이며, 이러한 수정 변경 등은 이하의 특허청구범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.In addition, a preferred embodiment of the present invention is for the purpose of illustration, those skilled in the art will be able to various modifications, changes, substitutions and additions through the spirit and scope of the appended claims, such modifications and changes are the following claims It should be seen as belonging to a range.
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