KR100745056B1 - 반도체소자의 소자분리막 형성방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 반도체소자의 소자분리막 형성방법에 관한 것으로, 특히 패드 질화막이 적층된 실리콘 기판 상에 트렌치 식각 후, 상기 실리콘기판 하부에 이온 주입하여 실리콘기판 하부를 비정질막으로 변환시킴으로써, 후속 트렌치 측벽과 하부에 희생산화막 형성 시, 희생산화막의 성장속도를 균일하게 하여 희생산화막 성장속도 차이에 의한 스트레스를 최소화할 수 있는 것을 특징으로 하여 반도체 소자의 전기적 특성을 향상시킬 수 있는 매우 유용하고 효과적인 장점을 지닌 발명에 관한 것이다.

소자분리막, 트렌치, 리프레쉬

Description

반도체소자의 소자분리막 형성방법{Method for forming the Isolation Layer of Semiconductor Device}

도 1 내지 도 4는 본 발명에 따른 반도체소자의 소자분리막 형성방법을 설명하기 위해 순차적으로 나타낸 단면도이다.

-- 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 --

100 : 실리콘기판 110 : 패드산화막

120 : 패드질화막 130 : 감광막

140 : 트렌치 형성 영역 145 : 트렌치

150 : 이온주입 160 : 희생산화막

170 : 산화막

본 발명은 반도체소자의 소자분리막 형성방법에 관한 것으로, 특히 패드 질 화막이 적층된 실리콘 기판 상에 트렌치 식각 후, 상기 실리콘기판 하부에 이온 주입하여 실리콘기판 하부를 비정질막으로 변환시킴으로써, 후속 트렌치 측벽과 하부에 희생산화막 형성 시, 희생산화막의 성장속도를 균일하게 하여 희생산화막 성장속도 차이에 의한 스트레스를 최소화하도록 하는 반도체소자의 소자분리막 형성방법에 관한 것이다.

일반적으로, 실리콘기판 상에 트렌지스터와 커패시터등을 형성하기 위하여 실리콘기판에는 전기적으로 통전이 가능한 활성영역과 전기적으로 통전되는 것을 방지하고 소자를 서로 분리하도록 하는 소자분리영역을 형성하게 된다.

이와 같이, 실리콘기판에 일정한 깊이를 갖는 트렌치를 형성하고서 이 트렌치에 산화막을 증착시킨 후 화학기계적연마공정으로 이 산화막의 불필요한 부분을 식각하므로 소자분리영역을 반도체 기판에 형성시키는 STI(Shallow Trench Isolation)공정이 최근에 많이 이용되고 있다.

종래의 반도체장치에서 트렌치를 형성하여 소자분리막을 형성하는 상태를 개략적으로 설명하면, 실리콘 기판 상에 소정의 두께를 갖고서 절연을 하도록 패드산화막을 적층하고, 그 위에 상,하층간에 보호 역할을 하는 질화막을 적층하고서, 그 위에 감광막을 도포하여서 식각공정을 통하여 트렌치를 형성한다.

그리고, 상기 트렌치가 형성된 부분에 전계효과(Field Effect) 집중으로 인한 누설전류를 방지하기 위하여 트렌치의 내벽면을 산화 성장시켜 트렌치산화막을 형성한 후 소자분리막의 측면부분에 발생되는 모트(Moat)를 방지하기 위하여 라이너산화막(Liner Oxidation)으로 트렌치의 내벽면에 재차 형성하도록 한다.

그런데, 상기와 같은 종래 기술을 이용하게 되면, 상기 희생산화막 형성 시, 트렌치 하부는 희생산화막이 느리게 성장되는 반면 트렌치 측벽의 희생산화막 속도는 빨라 형성된 희생산화막의 두께가 불균일 함으로써, 상기 트렌치 하부와 측벽에 서로 다른 스트레스가 인가되어 반도체 소자의 리프레쉬 특성이 열화되는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 패드 질화막이 적층된 실리콘 기판 상에 트렌치 식각 후, 상기 실리콘기판 하부에 이온 주입하여 실리콘기판 하부를 비정질막으로 변환시킴으로써, 후속 트렌치 측벽과 하부에 희생산화막 형성 시, 희생산화막의 성장속도를 균일하게 하여 희생산화막 성장속도 차이에 의한 스트레스를 최소화하도록 하여 반도체소자의 리프레쉬 특성을 향상시키는 것이 목적이다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 실리콘 기판상에 패드산화막과 패드질화막 및 감광막을 순차적으로 적층한 후 트렌치가 형성될 부위를 마스킹식각 공정을 진행하여 트렌치를 형성하는 단계와; 상기 결과물 상에 감광막을 마스크로 하여 이온주입을 한 후, 트렌치 영역의 노출된 실리콘표면을 희생산화시켜 희생산화막을 형성하는 단계와; 상기 희생산화막을 제거한 후, 산화막을 적층하여 트렌치 를 매립하는 단계를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 반도체소자의 소자분리막 형성방법을 제공한다.

본 발명은 상기 이온주입시에는, 0.5~100 keV의 주입 에너지로 O₂ 가스를 포함하는 소스 가스를 사용해 이온을 주입하는 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 상세히 설명하고자 한다.

도 1 내지 도 4는 본 발명에 따른 반도체소자의 소자분리막 형성방법을 설명하기 위해 순차적으로 나타낸 단면도이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 실리콘기판(100) 상에 패드산화막(110)과 패드질화막(120)을 순차적으로 적층한 후, 상기 패드질화막(120) 상부에 트렌치가 형성되도록 감광막(130)을 적층한다.하여 트렌치 형성 영역(140)을 만든다.

그리고, 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 감광막(130)을 마스크로 식각공정을 실시하여 트렌치(145)를 형성한 후, 상기 결과물 상에 다시 감광막(130)을 마스크로 하여 이온주입(150)을 한다.

이때, 상기 감광막(130)을 제거한 후, 패드질화막(120)을 마스크로 하여 이온주입(150) 할 수 있다.

또한, 상기 이온주입시에는, 0.5~100 keV의 주입 에너지로 O₂ 가스를 포함하는 소스 가스를 사용해, 1E+10 ~ 1E+16 ions/㎠ 으로 이온을 주입하여 트렌치(145) 하부를 비정질막으로 변환시킨다.

그리고, 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 트렌치(145) 영역의 노출된 실리콘표면에 대해 O₂를 이용한 건식산화 처리를 진행하여 희생산화막(160)을 형성한다. 이때, 700~1100℃ 온도의 가열로를 이용하여 50~400Å 두께로 산화시켜 상기 희생산화막(160)을 형성한다.

이때, 상기 이온 주입(미도시함) 후, 급속열처리 공정(RTP : Rapid Thermal Process)으로 550~1150℃의 온도에서 N₂, Ar, NH₃, 및 O₂ 가스를 1~20slm 사용하여 5~200sec 동안 열처리하는 단계를 더 실시할 수 있다.

계속하여, 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 희생산화막(160)을 제거한 후, 산화막(170)을 적층하여 트렌치(미도시함)를 매립하여 소자분리막을 형성한다.

따라서, 상기한 바와 같이, 본 발명에 따른 반도체소자의 소자분리막 형성방법을 이용하게 되면, 패드 질화막이 적층된 실리콘 기판 상에 트렌치 식각 후, 상기 실리콘기판 하부에 이온 주입하여 실리콘기판 하부를 비정질막으로 변환시킴으로써, 후속 트렌치 측벽과 하부에 희생산화막 형성 시, 희생산화막의 성장속도를 균일하게 하여 희생산화막 성장속도 차이에 의한 스트레스를 최소화하도록 하여 반도체소자의 리프레쉬 특성의 열화를 방지하도록 하는 매우 유용하고 효과적인 발명 이다.

Claims (7)

1. 실리콘 기판상에 패드산화막과 패드질화막 및 감광막을 순차적으로 적층한 후 트렌치가 형성될 부위를 마스킹식각 공정을 진행하여 트렌치를 형성하는 단계와;

   상기 결과물 상에 감광막을 마스크로 하여 이온주입을 한 후, 트렌치 영역의 노출된 실리콘표면을 희생산화시켜 희생산화막을 형성하는 단계와;

   상기 희생산화막을 제거한 후, 산화막을 적층하여 트렌치를 매립하는 단계를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 반도체소자의 소자분리막 형성방법.
2. 제 1항에 있어서, 상기 이온주입 시, 감광막을 제거한 후, 상기 패드질화막을 마스크로 사용하는 것을 특징으로 하는 반도체소자의 소자분리막 형성방법.
3. 제 1항에 있어서, 상기 이온주입시에는, 0.5~100 keV의 주입 에너지로 O₂ 가스를 포함하는 소스 가스를 사용해 이온을 주입하는 반도체소자의 소자분리막 형성방법.
4. 제 1항에 있어서, 상기 이온주입 시, 주입되는 이온의 양은 1E+10 ~ 1E+16 ions/㎠ 으로 하여 주입하는 것을 특징으로 하는 반도체소자의 소자분리막 형성방법.
5. 제 1항에 있어서, 상기 희생산화막 형성 시, 가열로를 이용하여 700~1100℃의 온도에서 50~400Å의 두께로 형성하는 것을 특징으로 하는 반도체소자의 소자분리막 형성방법.
6. 제 1항에 있어서, 상기 이온 주입 후, 550~1150℃의 온도에서 N₂, Ar, NH₃, 및 O₂ 가스를 1~20slm 사용하여 5~200sec 동안 열처리하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체소자의 소자분리막 형성방법.
7. 제 1항 또는 제 5항에 있어서, 상기 희생산화막 형성시에는, O₂를 이용한 건식산화 처리를 통하여 형성하는 반도체소자의 소자분리막 형성방법.

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