KR100909806B1 - Device Separation Method of Semiconductor Devices - Google Patents
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Abstract
본 발명은 LOI 공정 적용시 안정적으로 소자분리영역의 폭을 제어할 수 있는 반도체 소자의 소자분리방법을 제공하기 위한 것으로, 이를 위해 본 발명은 기판 상에 상기 기판의 일부를 노출시키는 제1 개구부를 갖는 제1 절연막을 형성하는 단계와, 상기 제1 개구부를 매립하는 제1 실리콘층을 형성하는 단계와, 상기 제1 실리콘층을 포함한 상기 제1 절연막 상에 상기 제1 실리콘층을 포함한 상기 제1 절연막의 일부를 노출시키는 제2 개구부를 갖는 제2 절연막을 형성하는 단계와, 상기 제2 개구부를 매립하는 제2 실리콘층을 형성하는 단계와, 상기 제1 및 제2 절연막을 The present invention is to provide a device isolation method of a semiconductor device that can stably control the width of the device isolation region when applying the LOI process, the present invention provides a first opening for exposing a portion of the substrate on the substrate Forming a first insulating film having a first insulating layer, forming a first silicon layer filling the first opening, and forming the first insulating film including the first silicon layer on the first insulating film including the first silicon layer Forming a second insulating film having a second opening that exposes a portion of the insulating film, forming a second silicon layer filling the second opening, and forming the first and second insulating films
제거하는 단계를 포함하는 반도체 소자의 소자분리방법을 제공한다. It provides a device separation method of a semiconductor device comprising the step of removing.
Description
도 1a 및 도 1b는 종래기술에 따른 LOI 공정을 설명하기 위해 도시한 공정단면도.1A and 1B are cross-sectional views illustrating a LOI process according to the prior art.
도 2a 내지 도 2g는 본 발명의 실시예에 따른 반도체 소자의 소자분리방법을 설명하기 위하여 도시한 공정단면도.2A to 2G are cross-sectional views illustrating a method of separating devices of semiconductor devices in accordance with an embodiment of the present invention.
〈도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명〉<Explanation of symbols for main parts of drawing>
10 : 실리콘 기판 11 : 제1 절연막10
12 : 제1 포토레지스트 패턴 13 : 제1 개구부12: first photoresist pattern 13: first opening
14 : 제1 실리콘층 15 : 제2 절연막14: first silicon layer 15: second insulating film
16 : 제2 포토레지스트 패턴 17 : 제2 개구부16: second photoresist pattern 17: second opening
18 : 제2 실리콘층 19 : 실리콘층 구조물18: second silicon layer 19: silicon layer structure
본 발명은 반도체 소자 제조 기술에 관한 것으로, 특히 디램(DRAM) 소자 의 소자분리방법 중 LOI(Local Oxidation Isolation) 방법에 관한 것이다. BACKGROUND OF THE
최근에는, 디램(DRAM) 소자의 리프레시(refersh) 특성 향상 및 문턱전압의 안정화를 위하여 LOI(Local Oxidation Isolation) 공정에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 이러한 LOI 공정은 기생 캐패시턴스(parasitic capacitance)를 감소시키고 펀치(punch) 특성을 개선시켜 리프레시 특성을 향상시키는 효과를 얻고 있다. 이하에서는, 도면을 참조하여 이와 같이 각광받고 있는 LOI 공정에 대해 간략히 설명하기로 한다.Recently, researches on LOI (Local Oxidation Isolation) processes have been actively conducted to improve the refresh characteristics of DRAM devices and to stabilize threshold voltages. This LOI process has been achieved to reduce the parasitic capacitance (parasitic capacitance) and improve the punch (punch) characteristics to improve the refresh characteristics. Hereinafter, with reference to the drawings will be briefly described in the spotlight LOI process.
도 1a 및 도 1b는 종래기술에 따른 LOI 공정을 설명하기 위해 도시한 공정단면도이다.1A and 1B are cross-sectional views illustrating a conventional LOI process.
먼저, 도 1a에 도시된 바와 같이, 실리콘 기판(1) 내에 일정 깊이의 제1 개구부(미도시)를 형성한다. 그런 다음, 산화공정(oxidation)을 실시하여 제1 개구부를 포함한 기판(1) 상부면 단차를 따라 산화막(미도시)을 형성한다. 이후, 에치백(etch-back)과 같은 식각공정을 통해 제1 개구부의 내측벽에 산화막 스페이서(3)를 형성한다.First, as shown in FIG. 1A, a first opening (not shown) having a predetermined depth is formed in the
이어서, 도 1b에 도시된 바와 같이, 산화막 스페이서(3)를 마스크로 이용한 습식식각공정(5)을 실시하여 제1 개구부보다 넓은 폭(D)을 갖는 제2 개구부(7)를 형성한다. 이로써, 반도체 소자의 소자분리영역(F)과 활성영역(A)이 정의된다. Subsequently, as shown in FIG. 1B, a
이후에는, 도면에 도시하진 않았지만, 제1 및 제2 개구부를 매립하는 소자분 리용 절연막을 증착하여 상부보다 하부 폭이 더 넓은 소자분리막을 형성한다.Subsequently, although not shown in the drawing, an isolation layer for device isolation filling the first and second openings is deposited to form a device isolation film having a lower width than the upper portion.
그러나, 이러한 종래기술에 따른 LOI 공정에서는 소자분리영역(F)의 폭을 넓히기 위해 별도의 습식식각공정을 필요로 하게 되는데, 이러한 습식식각공정시에는 습식식각 특성상 제2 개구부의 폭(D)을 적절히 조절하는데 어려움이 따르게 된다. 즉, 소자분리영역(F)을 안정적으로 정의하기 어렵다는 문제가 있다.However, in the LOI process according to the related art, a separate wet etching process is required to widen the width of the device isolation region F. In the wet etching process, the width D of the second opening may be changed due to the wet etching characteristic. Difficulties in adjusting properly will be involved. That is, there is a problem that it is difficult to stably define the device isolation region F.
따라서, 본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, LOI 공정 적용시 안정적으로 소자분리영역의 폭을 제어할 수 있는 반도체 소자의 소자분리방법을 제공하는데 그 목적이 있다. Accordingly, an object of the present invention is to provide a device isolation method for a semiconductor device capable of stably controlling the width of the device isolation region when the LOI process is applied.
상기한 목적을 달성하기 위한 일측면에 따른 본 발명은, 기판 상에 상기 기판의 일부를 노출시키는 제1 개구부를 갖는 제1 절연막을 형성하는 단계와, 상기 제1 개구부를 매립하는 제1 실리콘층을 형성하는 단계와, 상기 제1 실리콘층을 포함한 상기 제1 절연막 상에 상기 제1 실리콘층을 포함한 상기 제1 절연막의 일부를 노출시키는 제2 개구부를 갖는 제2 절연막을 형성하는 단계와, 상기 제2 개구부를 매립하는 제2 실리콘층을 형성하는 단계와, 상기 제1 및 제2 절연막을 제거하는 단계를 포함하는 반도체 소자의 소자분리방법을 제공한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a method of forming a first insulating film having a first opening that exposes a portion of the substrate on a substrate, and a first silicon layer that fills the first opening. Forming a second insulating film having a second opening that exposes a portion of the first insulating film including the first silicon layer on the first insulating film including the first silicon layer; A method of separating a semiconductor device includes forming a second silicon layer filling a second opening, and removing the first and second insulating layers.
본 발명은 LOI 구조를 형성하기 위한 절연막, 예컨대 산화막을 실리콘 기판 상에 증착한 후 이를 식각하고, 이러한 절연막의 식각으로 인해 노출된 영역에 선택적 에피택셜 성장법(SEG) 및 ELO 공정을 차례로 적용하여 실리콘 기판과 함께 LOI 구조를 제공하는 실리콘층을 형성함으로써, 기존에서와 같이 LOI 구조를 형성하기 위한 별도의 습식식각공정을 필요로 하지 않게 된다. 따라서, 소자분리영역의 폭을 용이하게 조절할 수 있고, 안정적으로 제어할 수 있게 된다. The present invention is to deposit an insulating film, such as an oxide film to form a LOI structure on a silicon substrate and then etch it, and then apply selective epitaxial growth (SEG) and ELO processes sequentially to the areas exposed by the etching of the insulating film. By forming the silicon layer providing the LOI structure with the silicon substrate, it does not require a separate wet etching process to form the LOI structure as conventionally. Therefore, the width of the device isolation region can be easily adjusted and can be controlled stably.
이하, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위하여, 본 발명의 가장 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 설명한다. 또한, 도면들에 있어서, 층 및 영역들의 두께는 명확성을 기하기 위하여 과장되어진 것이며, 층이 다른 층 또는 기판 "상"에 있다고 언급되어지는 경우에 그것은 다른 층 또는 기판 상에 직접 형성될 수 있거나, 또는 그들 사이에 제3의 층이 개재될 수도 있다. 또한 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호로 표시된 부분은 동일한 구성요소들을 나타낸다. DETAILED DESCRIPTION Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art may easily implement the technical idea of the present invention. In addition, in the drawings, the thicknesses of layers and regions are exaggerated for clarity, and in the case where the layers are said to be "on" another layer or substrate, they may be formed directly on another layer or substrate or Or a third layer may be interposed therebetween. In addition, the same reference numerals throughout the specification represent the same components.
실시예Example
도 2a 내지 도 2g는 본 발명의 실시예에 따른 반도체 소자의 소자분리방법을 설명하기 위하여 도시한 공정단면도이다.2A through 2G are cross-sectional views illustrating a device isolation method of a semiconductor device in accordance with an embodiment of the present invention.
먼저, 도 2a에 도시된 바와 같이, 실리콘 기판(10) 상에 제1 절연막(11)으로 산화막을 증착한다. 바람직하게, 산화막은 500~1000Å의 두께로 증착한다.First, as shown in FIG. 2A, an oxide film is deposited on the
이어서, 제1 절연막(11) 상에 소정의 제1 포토레지스트 패턴(12)을 형성한 다. 예컨대, 포토레지스트(미도시)를 도포한 후 포토마스크(미도시)를 이용한 노광 및 현상공정을 실시하여 제1 포토레지스트 패턴(12)을 형성한다.Subsequently, a predetermined first
이어서, 제1 포토레지스트 패턴(12)을 마스크(mask)로 이용한 식각공정을 실시하여 제1 절연막(11)의 일부를 식각한다. 이로써, 실리콘 기판(10)의 일부를 노출시키는 제1 개구부(13)가 형성된다. 예컨대, 식각공정시에는 식각 가스로 CxFy(x, y는 자연수)/O2/Ar 혼합가스를 사용한다. 이때, 식각 가스의 유량은 다음과 같이 조절하는 것이 바람직하다. 즉, CxFy 가스의 유량은 15~25sccm으로 하고, O2 가스의 유량은 15~25sccm으로 하며, Ar 가스의 유량은 500~800sccm으로 한다.Subsequently, an etching process using the first
이어서, 도 2b에 도시된 바와 같이, 스트립(strip) 공정을 실시하여 제1 포토레지스트 패턴(12, 도 2a 참조)을 제거한다. Subsequently, as shown in FIG. 2B, a strip process is performed to remove the first photoresist pattern 12 (see FIG. 2A).
이어서, 선택적 에피택셜 성장(SEG, Selective Epitaxial Growth)법을 이용하여 제1 개구부(13)를 매립하는 제1 실리콘층(14)을 형성한다. Subsequently, the
이어서, 도 2c에 도시된 바와 같이, 제1 실리콘층(14)을 포함한 제1 절연막(11) 상에 제2 절연막(15)을 증착한다. 제2 절연막(15)은 제1 절연막과 식각선택비가 없는 산화막을 증착하여 형성한다.Subsequently, as shown in FIG. 2C, the second
이어서, 도 2d에 도시된 바와 같이, 제2 절연막(15) 상에 소정의 제2 포토레지스트 패턴(16)을 형성한다. 바람직하게, 제2 포토레지스트 패턴(16)은 제1 포토레지스트 패턴(12)보다 넓은 오픈 영역을 갖도록 형성한다. Subsequently, as illustrated in FIG. 2D, a predetermined second
이어서, 제2 포토레지스트 패턴(12)을 마스크로 이용한 식각공정을 실시하여 제2 절연막(15)을 식각한다. 이로써, 제1 실리콘층(14)을 포함한 제1 절연막(11)의 일부를 노출시키는 제2 개구부(17)가 형성된다. 이로써, 제2 개구부(17)는 제1 개구부(13)보다 그 폭이 크게 형성된다. 예컨대, 식각공정시에는 식각 가스로 CxFy(x, y는 자연수)/O2/Ar 혼합가스를 사용한다. 이때, 식각 가스의 유량은 다음과 같이 조절하는 것이 바람직하다. 즉, CxFy 가스의 유량은 15~25sccm으로 하고, O2 가스의 유량은 15~25sccm으로 하며, Ar 가스의 유량은 500~800sccm으로 한다.Subsequently, an etching process using the second
이어서, 도 2e에 도시된 바와 같이, ELO(Epitaxial Lateral Overgrowth) 공정을 실시하여 제2 개구부(17)를 매립시키는 제2 실리콘층(18)을 형성한다.Subsequently, as shown in FIG. 2E, an epitaxial lateral overgrowth (ELO) process is performed to form a
이어서, 도 2f에 도시된 바와 같이, 화학적기계적연마(CMP, Chemical Mechanical Polishing) 공정을 실시하여 제2 실리콘층(18)을 연마한다. 바람직하게, 제2 절연막(15)을 연마 정지막으로 하여 제2 실리콘층(18)을 연마한다.Subsequently, as illustrated in FIG. 2F, the
이어서, 도 2g에 도시된 바와 같이, 습식식각공정을 실시하여 실리콘층과의 식각선택비를 갖는 산화막만을 선택적으로 제거한다. 이로써, 산화막으로 이루어진 제1 및 제2 절연막(11, 15)이 선택적으로 제거되면서, LOI 구조를 제공해주는 실리콘층 구조물(19)이 완성된다.Subsequently, as shown in FIG. 2G, a wet etching process is performed to selectively remove only the oxide film having an etching selectivity with the silicon layer. As a result, the first and second insulating
본 발명의 기술 사상은 바람직한 실시예들에서 구체적으로 기술되었으나, 상기한 실시예들은 그 설명을 위한 것이며 그 제한을 위한 것이 아님을 주의하여야 한다. 또한, 본 발명의 기술 분야의 통상의 전문가라면 본 발명의 기술 사상의 범위 내에서 다양한 실시예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다. Although the technical spirit of the present invention has been described in detail in the preferred embodiments, it should be noted that the above-described embodiments are for the purpose of description and not of limitation. In addition, those skilled in the art will understand that various embodiments are possible within the scope of the technical idea of the present invention.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 의하면, LOI 구조를 형성하기 위한 절연막을 실리콘 기판 상에 증착한 후 이를 식각하고, 이러한 절연막의 식각으로 인해 노출된 영역에 선택적 에피택셜 성장법(SEG) 및 ELO 공정을 차례로 적용하여 실리콘 기판과 함께 LOI 구조를 제공하는 실리콘층을 형성함으로써, 기존에서와 같이 LOI 구조를 형성하기 위한 별도의 습식식각공정을 필요로 하지 않게 된다. 따라서, 소자분리영역의 폭을 용이하게 조절할 수 있고, 안정적으로 제어할 수 있게 된다. As described above, according to the present invention, an insulating film for forming an LOI structure is deposited on a silicon substrate and then etched, and the selective epitaxial growth method (SEG) and the ELO are exposed in the areas exposed by the etching of the insulating film. By sequentially applying the processes to form a silicon layer providing a LOI structure with the silicon substrate, it does not require a separate wet etching process to form the LOI structure as conventionally. Therefore, the width of the device isolation region can be easily adjusted and can be controlled stably.
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