KR100903455B1 - 반도체 소자의 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 반도체 소자의 제조 방법에 관한 것으로서, 해결하고자 하는 기술적 과제는 폴리 실리콘 에칭 공정 시, 폴리 실리콘에 잔류하는 스트링거(stringer)를 제거하는 데 있다.
이를 위해 본 발명은 상부에 제1절연막이 형성된 반도체 기판을 준비하고, 제1절연막을 마스크로 하여 트렌치를 형성하는 트렌치 형성 단계와, 트렌치의 내부 표면에 게이트 절연막을 형성하고, 트렌치를 폴리 실리콘으로 매립하여, 게이트 절연막 상부에 폴리 실리콘을 형성하는 폴리 실리콘 형성단계와, 기판 상부의 폴리 실리콘을 에칭하는 폴리 실리콘 에칭 단계와, 기판의 제1절연막 및 폴리 실리콘 상부에 제2절연막을 형성하는 제2절연막 형성단계와, 제2절연막을 에칭하는 제2절연막 에칭단계를 포함하는 반도체 소자의 제조 방법을 개시한다.
트렌치, 폴리 실리콘, 폴리 스트링거, 절연막, 산화

Description

반도체 소자의 제조 방법{Manufacturing Method of Semiconductor Device}
본 발명은 반도체 소자의 제조 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게 설명하면, 폴리 실리콘 에칭 공정 시, 폴리 실리콘에 잔류하는 스트링거를 제거할 수 있는 반도체 소자의 제조 방법에 관한 것이다.
종래의 반도체 소자에 있어서, 트렌치에 게이트 전극이 형성되는 반도체 소자의 제조방법은 트렌치 내부에 게이트 산화막이 형성되고, 그 다음에 도핑된 폴리 실리콘이 채워진다. 상기 폴리 실리콘이 증착된 후에는 그 상부에 감광막으로 소정 패턴이 형성되고, 패턴화된 감광막을 사용한 식각 공정을 수행하여 게이트 전극을 형성한다.
이때, 게이트 전극으로서 폴리 실리콘을 증착한 후, 불필요한 영역의 폴리 실리콘을 제거하는 폴리 실리콘 에칭 공정을 진행하게 되는데, 상기 불필요한 폴리 실리콘이 완벽히 제거되지 않고 잔류하여 스트링거를 형성하는 경우가 있다. 이러한 폴리 실리콘 스트링거는 후공정에서 오염됨으로 동작할 뿐만 아니라, 에칭 용액을 필터링하는 필터 등을 받아 각종 불량을 야기하는 문제가 있다.
한편, 이를 해결하기 위해 폴리 실리콘 에칭 공정 시, 이방성(unisotropic) 에칭 공정 방식을 이용하여 패턴 현상에 따라 에칭 공정을 한 후, 등방성 (isotropic) 에칭 공정 방식을 진행하여, 폴리 실리콘의 측벽에 남아 있는 폴리 실리콘의 스트링거(stringer)를 제거하였다. 그럼에도 불구하고 등방성 에칭 공정 방식으로도 측벽의 스트링거가 완전히 제거되지 않고 남아 있어서, 이어지는 절연막 에칭 단계에서 떨어져 나와 각종 불량을 야기하는 문제가 있다.
본 발명은 상술한 종래의 문제점을 극복하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 폴리 실리콘 에칭 공정 시, 폴리 실리콘의 측벽에 잔류하는 스트링거를 제거할 수 있는 반도체 소자의 제조 방법을 제공하는 데 있다.
이러한 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 반도체 소자의 제조 방법은 상부에 제1절연막이 형성된 반도체 기판을 준비하고, 상기 제1절연막을 마스크로 하여 상기 트렌치를 형성하는 트렌치 형성 단계와, 상기 트렌치의 내부 표면에 게이트 절연막을 형성하고, 상기 트렌치를 폴리 실리콘으로 매립하여, 상기 게이트 절연막 상부에 폴리 실리콘을 형성하는 폴리 실리콘 형성단계와, 상기 기판 상부의 상기 폴리 실리콘을 에칭하는 폴리 실리콘 에칭 단계와, 상기 기판의 제1절연막 및 폴리 실리콘 상부에 제2절연막을 형성하는 제2절연막 형성단계와, 상기 제2절연막을 에칭하는 제2절연막 에칭단계를 포함할 수 있다.
상기 폴리 실리콘 에칭단계에서, 상기 폴리 실리콘은 상부가 '∪' 자 형상으 로 에칭 형성될 수 있다.
상기 제2절연막 형성단계에서, 상기 제2절연막은 에칭된 상기 폴리 실리콘의 양측 상단 영역의 두께보다 1~3배 두꺼운 두께로 형성되도록 할 수 있다.
상기 제2절연막 형성단계에서, 상기 폴리 실리콘 에칭 후, 상기 폴리 실리콘의 양측 상단 영역을 상기 제2절연막으로 산화시켜 동일한 물질로 형성되도록 할 수 있다.
상기 제2절연막 형성단계에서, 상기 제2절연막은 건식 산화(dry oxidation)법 또는 습식 산화(wet oxida tion)법을 이용하여 형성할 수 있다.
상기한 바와 같이하여 본 발명에 따른 반도체 소자의 제조 방법은 게이트 절연막 상부에 형성된 폴리 실리콘 에칭 후, 에칭된 폴리 실리콘의 상부에 산화막을 증착하여, 상기 폴리 실리콘의 양측 상단에 발생되는 스트링거를 함께 산화시킴으로써, 폴리 실리콘에 잔류하는 스트링거를 완벽히 제거할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 반도체 소자의 제조방법을 나타낸 순서도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 반도체 소자의 제조 방법은 기판 준비단계(S1)와, 트렌치 형성단계(S2)와, 게이트 절연막 형성단계(S3)와, 폴리 실리콘 형성단계(S4)와, 폴리 실리콘 에칭단계(S5)와, 제2절연막 형성단계(S6)와, 제2절연막 에칭단계(S7)를 포함한다.
도 2a 내지 도 2g는 본 발명의 일실시예에 따른 반도체 소자의 제조 방법을 나타낸 단면도이다.
먼저, 도 2a를 참조하면, 기판 준비단계(S1)는 상부에 제1절연막(20)이 형성된 반도체 기판(10)을 준비하는 단계이다. 상기 기판 준비단계(S1)에서, 통상의 반도체 기판인 상기 기판(10)은 상부에 소정 두께의 제1절연막(20)이 형성된다. 여기서, 제1절연막(20)은 반도체가 산소와 반응해서 생성하는 엷은 막으로 이루어질 수 있다. 이러한, 기판(10) 상부에 형성되는 제1절연막(20)은 실리콘 산화막으로 형성된다. 이와 같은, 제1절연막(20)은 열산화(thermal oxidation) 방식 또는 화학 기상 증착(Chemical Vapor Deposition; CVD)법을 이용하여 기판(10) 상부에 형성된다.
다음, 도 2b를 참조하면, 트렌치 형성단계(S2)는 상기 기판(10)이 노출되도록 트렌치(30)를 형성하는 단계이다. 상기 트렌치 형성단계(S2)에서, 트렌치(30)는 제1절연막(20)이 형성된 기판 (10)의 일부가 노출되도록 식각 형성된다. 이러한 트렌치(30)는 대략 사각 형상의 홈으로 이루어질 수 있지만, 본 발명에서 한정된 것은 아니다. 즉, 대략 평평한 바닥 표면과 상기 바닥 표면에서 상기 기판(10)의 상부 방향으로 꺾여진 측면으로 이루어져 있다.
다음, 도 2c를 참조하면, 게이트 절연막 형성단계(S3)는 상기 트렌치(30)의 내벽에 게이트 절연막(40)을 형성하는 단계이다. 상기 게이트 절연막 형성단계(S3)에서, 게이트 절연막(40)은 상기 트렌치 (30) 내부 표면을 따라 소정 두께로 형성 된다. 이와 같은, 게이트 절연막(40)은 화학 기상 증착(Chemical Vapor Deposi tion; CVD)법에 의해 상기 트렌치(30) 내부 표면을 따라 형성되어 이루어져 있다.
다음, 도 2d를 참조하면, 폴리 실리콘 형성단계(S4)는 상기 트렌치(30)의 게이트 절연막(40)과 상기 제1절연막(20) 상부에 폴리 실리콘(50)을 형성하는 단계이다. 상기 폴리 실리콘 형성단계(S4)에서, 폴리 실리콘(50)은 트렌치(30)의 내부 표면에 형성된 게이트 절연막(40)에 넓은 면적으로 증착되어 있다. 즉, 트렌치(30)의 내부 표면에 형성된 게이트 절연막(40) 전체에 폴리 실리콘(50)이 증착되어 있다. 이러한, 폴리 실리콘(50)은 상기 트렌치(30)를 매립하여, 제1절연막(20) 상부에 형성된다. 이때, 폴리 실리콘(50)이 증착되는 트렌치(30)의 너비를 고려하여, 폴리 실리콘(50)을 증착시킬 수 있다. 이와 같은, 폴리 실리콘(50)은 화학 기상 증착(Chemical Vapor Deposition; CVD)법에 의해 트렌치(30)를 매립하여, 제1절연막(20) 상부에 증착된다.
다음, 도 2e를 참조하면, 폴리 실리콘 에칭단계(S5)는 폴리 실리콘(50)을 에칭하는 단계이다. 상기 폴리 실리콘 에칭단계(S6)에서, 폴리 실리콘(50)은 상기 트렌치(30) 내부의 소정 영역을 제외한 나머지 영역을 에칭 공정으로 에칭하여 제거된다. 이와 같이하여, 상기 폴리 실리콘(50)은 트렌치(30) 내부에 위치하여, 게이트 전극이 된다. 즉, 폴리 실리콘(50)은 게이트 전극을 구성하는 물질이다. 여기서, 트렌치(30) 내부에 형성되는 게이트 전극은 상부 표면이 에칭되며, 양측 상단 영역으로 폴리 실리콘 스트링거(51)가 형성된다. 이때, 상기 폴리 실리콘(50)의 상부가 '∪' 자 형상으로 에칭된다. 이후, 상기 트렌치(30)를 매립하고 있는 상기 소 정의 폴리 실리콘(50)이 게이트를 형성한다.
다음, 도 2f를 참조하면, 제2절연막 형성단계(S6)는 상기 제1절연막 (20)과 상기 폴리 실리콘(50)이 에칭되어 형성된 게이트 전극에 대응하여 소정 두께의 제2절연막(70)이 형성되는 단계이다. 상기 제2절연막 형성단계(S6)에서 제2절연막(70)은 상기 기판(10)의 제1절연막(20) 및 상기 게이트 전극을 이루는 폴리 실리콘(50)의 표면 상부를 따라 형성될 수 있다. 이러한, 제2절연막(70)은 기체의 종류에 따라 실리콘 산화막으로 이루어질 수 있다. 이와 같은, 제2절연막(70)은 산화 반응에 사용되는 기체의 종류에 따라 반응 기체로 순수한 산소를 사용하는 건식 산화(dry oxidation)법 또는 산소와 수증기의 혼합물을 사용하는 습식 산화(wet oxidation)법으로 산화시킬 수 있다. 이때, 상기 제2절연막(70)은 상기 폴리 실리콘(50)을 에칭하여, 형성된 폴리 스트링거(51) 두께에 비해, 1~3배 정도 바람직하기로는 2배 정도로 폴리 실로콘(50)을 형성시킬 수 있다. 예를 들어, 상기 제3절연막(70)은 제1절연막(20) 및 트렌치(30)의 폴리 실리콘(50) 상부에 증착하는데, 이때 제2절연막(70)의 두께를 4㎛로 형성하고자 한다면, 2㎛는 폴리 실리콘(50)에 흡수하여 산화되고, 나머지 2㎛는 외부에 그대로 증착되어 남아있을 수 있다. 여기서, 제2절연막(70)이 폴리 스트링거(51)보다 1배 미만일 경우에는, 폴리 스트링거(51)의 두께가 제2절연막(70) 보다 두꺼워서 소정의 폴리 스트링거(51)가 남아있을 수도 있기 때문에, 제2절연막(70)으로부터 산화되는 효과가 떨어져 제2절연막(70)과 동일한 성질로 변환하기 어려울 수 있다. 또한, 제2절연막(70)이 폴리 스트링거(51)보다 3배 이상일 경우에는 제조 공정에 있어서, 불필요한 제조 비용이 낭비될 뿐만 아니 라, 제조 소요시간이 낭비될 수 있다.
따라서, 상기 폴리 스트링거(51)의 두께보다 최소 2배 이상 형성시켜, 동일한 성질의 물질로 변환 시킬 수 있다. 또한, 폴리 실리콘(50)의 양측 종단 구간에 발생하는 폴리 스트링거(51)를 산화시켜 동일한 산화막으로 변화시킴으로써, 폴리 스트링거(51)에 의해 먼지 등의 미세 입자(particle)가 발생되는 것을 방지할 수 있다.
마지막으로, 도 2g를 참조하면, 제2절연막 에칭단계(S7)는 제2절연막(70)을 에칭하여 제거하고 동시에, 상기 제1절연막(20)을 에칭하여 제거하는 단계이다. 상기 제2절연막 에칭단계(S7)에서, 제2절연막(70) 및 제1절연막(20)은 건식 에칭(dry etch) 방식 또는 습식 에칭(wet etch) 방식을 이용하여 순차적으로 에칭하여 제거된다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 반도체 소자의 제조 방법을 나타낸 순서도이다.
도 2a 내지 도 2h는 본 발명의 일실시예에 따른 반도체 소자의 제조 방법을 나타낸 단면도이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
10 : 기판 20 : 제1절연막
30 : 트렌치 40 : 게이트 절연막
50 : 폴리 실리콘 51 : 폴리 스트링거
70 : 제2절연막

Claims (5)

  1. 상부에 제1절연막이 형성된 반도체 기판을 준비하고, 상기 제1절연막을 마스크로 하여 트렌치를 형성하는 트렌치 형성 단계;
    상기 트렌치의 내부 표면에 게이트 절연막을 형성하고, 상기 트렌치를 폴리 실리콘으로 매립하여, 상기 게이트 절연막 상부에 폴리 실리콘을 형성하는 폴리 실리콘 형성단계;
    상기 반도체 기판 상부의 상기 폴리 실리콘을 에칭하는 폴리 실리콘 에칭 단계;
    상기 반도체 기판의 제1절연막 및 폴리 실리콘 상부에 제2절연막을 형성하는 제2절연막 형성단계; 및,
    상기 제2절연막을 에칭하는 제2절연막 에칭단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 제조 방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 폴리 실리콘 에칭단계에서,
    상기 폴리 실리콘은 상부가 '∪' 자 형상으로 에칭 형성됨을 특징으로 하는 반도체 소자의 제조 방법.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 제2절연막 형성단계에서,
    상기 제2절연막은 에칭된 상기 폴리 실리콘의 양측 상단 영역의 두께보다 1~3배 두꺼운 두께로 형성되도록 함을 특징으로 하는 반도체 소자의 제조 방법.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 제2절연막 형성단계에서,
    상기 폴리 실리콘 에칭 후, 상기 폴리 실리콘의 양측 상단 영역을 상기 제2절연막으로 산화시켜 동일한 물질로 형성되도록 함을 특징으로 하는 반도체 소자의 제조 방법.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 제2절연막 형성단계에서,
    상기 제2절연막은 건식 산화(dry oxidation)법 또는 습식 산화(wet oxida tion)법을 이용하여 형성함을 특징으로 하는 반도체 소자의 제조 방법.
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