KR100713343B1 - 소자 분리막 형성 공정에서의 미세 파티클 검출 및 제거방법 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 소자 분리막 형성 공정에서의 미세 파티클 검출 및 제거 방법은, 실리콘 기판에 소자 분리막을 형성하는 단계와, 소자 분리막이 형성된 실리콘 기판 상에 미세 파티클 검출용막을 형성하는 단계와, 미세 파티클 검출용막을 식각 공정으로 제거하는 단계와, 식각 공정 후 검사 공정을 통해 미세 파티클의 검출 유무를 판단하는 단계와, 판단 결과, 미세 파티클이 검출된 경우 미세 파티클을 세정 공정으로 제거하는 단계를 포함한다.

이와 같이, 본 발명은 소자 분리막을 형성한 후 미세 파티클 검출용막을 형성하여 미세 파티클이 존재하는 경우 이의 크기를 검사 공정으로 충분히 검출할 수 있는 정도의 크기로 팽창시킴으로서, 미세 파티클의 조기 검출이 가능하여 이후 공정의 신뢰성을 높일 수 있을뿐만 아니라 전반적인 반도체 수율을 높일 수 있는 효과가 있다.

반도체, STI, 파티클

Description

소자 분리막 형성 공정에서의 미세 파티클 검출 및 제거 방법{METHOD FOR DETECTING AND REMOVING A SMALL PARTICLE IN A PROCESS OF FORMING ISOLATED LAYER}

도 1a 내지 도 1c는 종래 기술에 의한 반도체 장치의 STI형 소자 분리막 제조 공정을 설명하기 위한 공정 단면도이며,

도 2a 내지 도 2e는 본 발명에 따라 반도체 장치의 STI형 소자 분리막 제조 공정을 설명하기 위한 공정 단면도이다.

본 발명은 소자 분리막 형성 방법에 관한 것으로, 특히 소자 분리막 형성 공정에서의 미세 파티클 검출 및 제거 방법에 관한 것이다.

최근 반도체 장치의 제조 기술의 발달과 메모리 소자의 응용 분야가 확장되어 감에 따라 대용량의 메모리 소자 개발이 진척되고 있는데, 이러한 메모리 소자의 대용량화는 각 세대마다 2배로 진행하는 미세공정기술을 기본으로 한 메모리 셀 연구에 의해 추진되어 오고 있다. 특히 소자간을 분리하는 소자분리막의 축소는 메모리 소자의 미세화 기술에 있어서 중요한 항목중의 하나로 대두되고 있다.

종래의 소자 분리 기술로는 반도체 기판 상에 두께운 산화막을 선택적으로 성장시켜 소자 분리막을 형성하는 로커스(LCOS : Local Oxidation of Silicon) 기술이 최근까지 주종을 이루었다. 그러나, 상기 LOCOS 기술은 소자 분리막의 측면 확산 및 버즈비크(bird's beak)에 의해 소자 분리영역의 폭을 감소시킬 수 없었다. 따라서 소자 설계치수가 서브 마크론 이하로 줄어드는 대용량의 메모리 소자에 있어서는 LOCOS 기술의 적용이 불가능하기 때문에 새로운 소자 분리 기술이 필요하게 되었다.

이에 따라, 새로운 소자 분리 기술의 필요성과 식각 기술의 발달로 반도체 기판에 폭 1Å이하, 깊이가 수십 내지 수백 Å 정도의 트렌치를 형성하여 소자간을 전기적으로 분리할 수 있는 트렌치 구조의 소자 분리 기술이 나오게 되었다. 이 트렌치를 이용한 소자 분리 기술은 종래의 LOCOS 기술에 비해 80%에 가까운 소자 분리영역의 축소가 가능해졌다.

더욱이, 최근에는 웨이퍼 기판에 가해지는 스트레스를 크게 줄이면서 트렌치 소자 분리막의 문제점을 개선한 STI(Shallow Trench Isolation) 공정이 등장하게 되었다. 이 STI 공정은 반도체 기판에 일정한 깊이를 갖는 트렌치를 형성하고 이 트렌치에 화학기상증착법으로 산화막을 증착하고서 화학적기계적 연마(Chemical Mechanical Polishing) 공정으로 불필요한 산화막을 식각하여 소자 분리막을 형성하는 기술이다.

그런데, STI 공정은 접합 누설 전류 특성이 양호해지도록 트렌치 내부면에 존재하는 식각 손상을 제거해야만 한다. 이에, 트렌치 식각 후 고온 열처리, 희생 산화막의 처리 공정으로 식각 손상을 제거하며 부가적으로 식각된 트렌치 프로 파일을 완만하게 형성시켜 모서리 부분에 집중될 수 있는 스트레스의 집중을 방지한다.

도 1a 내지 도 1c는 종래 기술에 의한 반도체 장치의 STI형 소자 분리막 제조 공정을 설명하기 위한 공정 단면도이다.

이를 참조하면, 종래 STI형 소자 분리 방법은, 우선 도 1a에 도시된 바와 같이 반도체 기판으로서 실리콘 기판(100)에 패드 산화막(102)을 150Å, 그 위에 질화막(104)을 1500Å 정도 적층한 후 소자 분리 영역을 확보하기 위한 마스크 및 식각 공정을 실시하여 질화막(104) 및 패드 산화막(102)을 패터닝한다. 그 다음 패터닝된 질화막(104) 및 패드 산화막(102)을 마스크로 삼아 개방된 기판(100) 표면에 소정 깊의 트렌치를 형성한다. 이어서, 트렌치 식각 시 발생되는 기판 손상을 희생 산화막을 1500Å 정도 형성하고, 다시 이를 제거한다. 다시 고밀도 플라즈마 방식을 이용하여 트렌치 내부를 충분히 매립할 정도의 두께로 갭필 산화막(106)을 증착한다. 그리고, 화학적 기계적 연마 공정을 실시하여 트렌치 영역이 갭필 산화막(106)을 질화막(104) 표면까지 연마한다.

그 다음, 도 1b에 도시된 바와 같이, 인산용액으로 질화막(104)을 제거 한 후, HF 용액으로 패드 산화막(102)을 제거함으로서 STI형 소자 분리막(ISO)을 완성한다.

그리고 나서, 도 1c에 도시된 바와 같이, 게이트 도전막을 형성한 후 게이트 도전막을 식각함으로서 소자 분리막(ISO)에 의해서 형성된 소자 영역에 게이트 전극(108)을 형성한다.

한편, 이와 같은 STI 공정을 진행하는 장비 내에는 필터를 구비하고 있는데, 이러한 필터에 이상이 발생할 경우 미세한 파티클(P)이, 도 1b에 도시된 바와 같이, 실리콘 기판(100) 상에 다량 발생된다. 상기 미세한 파티클(P)은 그 크기가 너무 작고 색깔이 투명하여 이후 공정 진행 전에 검사 장비로 검출이 불가능하고, 많은 공정이 흐른 뒤, 즉 게이트 전극(108)을 형성한 다음, 게이트 전극(108) 형성을 위해 증착된 게이트 도전막에 의해 미세한 파티클(P)의 주위에, 도 1c에 도시된 바와 같이, 사이트 웰(110)이 형성될 때 장비로 검출되고 있다.

이와 같이 미세한 파티클(P)이 조기에 검출되지 않기 때문에 이후 많은 공정을 진행한 실리콘 기판들이 미세한 파티클(P)에 의해 손상을 받는 경우가 빈번하게 발생되고 있다.

본 발명의 목적은 이와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 소자 분리막을 형성한 후 미세한 파티클이 검사 장비로 검출될 수 있는 크기를 갖도록 질화막을 증착하여 미세한 파티클을 검출함으로서, 미세한 파티클의 발생 원인을 제거할 수 있을 뿐만 아니라 미세한 파티클을 조기에 발견하여 제거할 수 있는 소자 분리막 형성 공정에서의 미세 파티클 검출 및 제거 방법을 제공하는데 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, a) 실리콘 기판에 소자 분리막을 형성하는 단계와, b) 상기 소자 분리막이 형성된 실리콘 기판 상에 미세 파티클 검출용막을 형성하는 단계와, c) 상기 미세 파티클 검출용막을 식각 공정으로 제거하는 단계와, d) 상기 식각 공정 후 검사 공정을 통해 미세 파티클의 검출 유무를 판단하는 단계와, e) 상기 판단 결과, 상기 미세 파티클이 검출된 경우 상기 미세 파티클을 세정 공정으로 제거하는 단계를 포함한다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 바람직한 실시 예에 대하여 상세히 설명한다.

도 2a 내지 도 2e는 본 발명에 따라 반도체 장치의 STI형 소자 분리막 제조 공정을 설명하기 위한 공정 단면도이다.

도 2a를 참조하면, STI형 소자 분리 방법은, 우선 반도체 기판으로서 실리콘 기판(200)에 패드 산화막(202)을 150Å, 그 위에 질화막(204)을 1500Å 정도 적층한 후 소자 분리 영역을 확보하기 위한 마스크 및 식각 공정을 실시하여 질화막(204) 및 패드 산화막(202)을 패터닝한다. 그 다음 패터닝된 질화막(204) 및 패드 산화막(202)을 마스크로 삼아 개방된 기판(200) 표면에 소정 깊의 트렌치를 형성한다. 이어서, 트렌치 식각 시 발생되는 기판 손상을 희생 산화막을 1500Å 정도 형성하고, 다시 이를 제거한다. 다시 고밀도 플라즈마 방식을 이용하여 트렌치 내부를 충분히 매립할 정도의 두께로 갭필 산화막(206)을 증착한다. 그리고, 화학적 기계적 연마 공정을 실시하여 트렌치 영역이 갭필 산화막(206)을 질화막(204) 표면까지 연마한다.

그 다음, 도 2b에 도시된 바와 같이, 인산용액을 이용하여 질화막(204) 및 패드 신화막(202)을 제거함으로서 STI형 소자 분리막(ISO)을 완성한다.

그리고 나서, 도 2c에 도시된 바와 같이, 미세 파티클 검출용막(208)을 형성한다. 이때, 미세 파티클 검출용막(208)은 박막의 나이트라이드막으로서 대략 300Å정도의 두께를 갖고 STI형 소자 분리막(ISO)이 형성된 실리콘 기판(200) 상에 형성된다. 여기서, 미세 파티클 검출용막(208)은 실리콘 기판(200) 상에 미세 파티클(P)이 존재하는 경우 미세 파티클의 크기를 검출할 수 있는 정도의 크기로 팽창시켜준다. 이러한 미세 파티클은 장비 내 필터의 이상에 따라 발생된다.

이후, 도 2d에 도시된 바와 같이, 미세 파티클 검출용막(208)을 습식 식각 공정으로 제거하는데, 여기서 미세 파티클(P)이 존재하는 경우 미세 파티클(P) 위에 형성된 미세 파티클 검출용막(208)은 평면 위에 증착된 미세 파티클 검출용막(208)과 달리 습식 식각 후 모두 제거되지 않으며, 미세 파티클(P)이 존재하지 않는 경우 습식 식각 공정으로 미세 파티클 검출용막(208)은 완전히 제거될 것이다. 이에 따라 미세 파티클(P)의 크기가 검사 장비로 검출될 수 있는 크기로 팽창되는 것을 알 수 있다.

그런 다음, 도 2e에 도시된 바와 같이, 검사 공정을 통해 미세 파티클(P)을 검출하고, 이를 SC-1(Standard Cleaning-1) 용액을 이용한 세정 공정으로 미세 파티클(P)과 그 주변에 증착된 미세 파티클 검출용막(208)을 제거한다.

여기서, 미세 파티클 검출용막(208)을 습식 식각하여 제거하는 장비의 경우 SC-1 배스가 같이 존재하기 때문에 미세 파티클 검출용막(208)을 제거하는 습식 식각 공정, 검사 공정 및 SC-1 세정 공정은 동시에 인 시츄(In Situ) 공정으로 진행된다.

본 발명에 따르면, STI형 소자 분리막을 형성한 후 미세 파티클 검출용막을 형성하여 미세 파티클이 존재하는 경우 이의 크기를 검사 공정으로 충분히 검출할 수 있는 정도의 크기로 팽창시킴으로서, 미세 파티클의 조기 검출이 가능하다.

본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시 예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위내에 있게 된다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명은 STI형 소자 분리막을 형성한 후 미세 파티클 검출용막을 형성하여 미세 파티클이 존재하는 경우 이의 크기를 검사 공정으로 충분히 검출할 수 있는 정도의 크기로 팽창시킴으로서, 미세 파티클의 조기 검출이 가능하여 이후 공정의 신뢰성을 높일 수 있을뿐만 아니라 전반적인 반도체 수율을 높일 수 있는 효과가 있다.

Claims (5)

1. a) 실리콘 기판에 소자 분리막을 형성하는 단계와,

   b) 상기 소자 분리막이 형성된 실리콘 기판 상에 미세 파티클 검출용막을 형성하는 단계와,

   c) 상기 미세 파티클 검출용막을 식각 공정으로 제거하는 단계와,

   d) 상기 식각 공정 후 검사 공정을 통해 미세 파티클의 검출 유무를 판단하는 단계와,

   e) 상기 판단 결과, 상기 미세 파티클이 검출된 경우 상기 미세 파티클을 세정 공정으로 제거하는 단계

   를 포함하는 소자 분리막 형성 공정에서의 미세 파티클 검출 및 제거 방법.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 식각 공정은, 습식 식각 공정인 것을 특징으로 하는 소자 분리막 형성 공정에서의 미세 파티클 검출 및 제거 방법.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 미세 파티클 검출용막은, 박막의 나이트라이드막인 것을 특징으로 하는 소자 분리막 형성 공정에서의 미세 파티클 검출 및 제거 방법.
4. 제 3 항에 있어서,

   상기 나이트라이드막은, 300Å의 두께로 증착되는 것을 특징으로 하는 소자 분리막 형성 공정에서의 미세 파티클 검출 및 제거 방법.
5. 제 1 항에 있어서,

   상기 c, d, e 단계는, 인시츄 공정으로 진행되는 것을 특징으로 하는 소자 분리막 형성 공정에서의 미세 파티클 검출 및 제거 방법.

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