KR100979711B1 - Method for gapfill in semiconductor device - Google Patents
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Abstract
본 발명은 트렌치 갭필공정시 공극의 발생을 억제하고, 열팽창계수 차이에 의한 트렌치 주변부의 변위 등의 결함을 억제할 수 있는 반도체장치의 트렌치 갭필 방법을 제공하기 위한 것으로, 본 발명의 트렌치 갭필 방법은 패드막을 식각장벽으로 실리콘기판의 일측을 식각하여 제1트렌치를 형성하는 단계; 상기 패드막을 리세스시키는 단계; 상기 제1트렌치의 측벽 및 상기 패드막의 측벽에 스페이서를 형성하는 단계; 상기 제1트렌치의 내부를 갭필하는 폴리실리콘막을 형성하는 단계; 상기 실리콘기판의 타측에 상기 제1트렌치보다 얕은 제2트렌치를 형성하는 단계; 및 상기 제2트렌치를 갭필하는 산화막을 형성하는 단계를 포함하며, 상술한 본 발명은패드질화막의 풀백공정 및 스페이서 공정에 의해 트렌치의 입구를 넓혀주므로써 공극없이 깊은 트렌치를 갭필할 수 있고, 또한, 갭필물질로 폴리실리콘막을 사용하므로써 열팽창계수 차이가 거의 없기 때문에 트렌치 주변에서의 변위 등의 결함을 방지할 수 있다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention provides a trench gapfill method of a semiconductor device capable of suppressing the generation of voids during a trench gapfill process and suppressing defects such as displacement of the trench periphery due to a difference in thermal expansion coefficient. Forming a first trench by etching one side of the silicon substrate using the pad layer as an etch barrier; Recessing the pad layer; Forming a spacer on sidewalls of the first trench and sidewalls of the pad layer; Forming a polysilicon film gap-filling the inside of the first trench; Forming a second trench shallower than the first trench on the other side of the silicon substrate; And forming an oxide film gap-filling the second trench, and the present invention described above can gap fill a deep trench without voids by widening the inlet of the trench by a pull back process and a spacer process of the pad nitride film. By using a polysilicon film as a gap fill material, there is almost no difference in coefficient of thermal expansion, so defects such as displacement around the trench can be prevented.
트렌치, 고전압소자, 결함, 갭필, 폴리실리콘막 Trench, High Voltage Device, Defect, Gap Fill, Polysilicon Film
Description
본 발명은 반도체장치 제조 방법에 관한 것으로, 특히 트렌치 갭필방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor device manufacturing method, and more particularly, to a trench gap fill method.
깊은 트렌치 분리(Deep Trench Isolation; DTI) 공정은 수 ㎛ 이상의 깊이를 갖는 트렌치를 형성하고, 트렌치 내부를 산화막 등의 절연물질로 갭필하여 절연시키는 방법이다.Deep Trench Isolation (DTI) is a method of forming a trench having a depth of several μm or more and gap-insulating the inside of the trench with an insulating material such as an oxide film.
집적화가 진행됨에 따라 깊은 트렌치의 깊이보다 폭이 더 빨리 감소하고 있으며, 이에 따라 트렌치 내부를 공극(Void)없이 갭필하는 것이 힘들어지고 있다.As the integration progresses, the width decreases faster than the depth of the deep trench, which makes it difficult to gapfill the inside of the trench without voids.
도 1a 내지 도 1d는 종래기술에 따른 반도체장치의 트렌치갭필 방법을 도시한 공정 단면도이다.1A to 1D are cross-sectional views illustrating a trench gap fill method of a semiconductor device according to the related art.
도 1a에 도시된 바와 같이, 실리콘기판(11) 상에 패드산화막(12)과 패드질화막(13)을 형성한 후, DTI 공정을 진행한다. 예컨대, 하드마스크막(14)을 식각장벽 으로 패드질화막(13)과 패드산화막(12)을 식각한 후, 실리콘기판(11)을 식각하여 제1트렌치(15)를 형성한다. 제1트렌치(15)는 깊은 트렌치이다.As shown in FIG. 1A, after the
도 1b에 도시된 바와 같이, STI 공정을 위한 포토레지스트(16)를 형성한 후 식각공정을 진행하여 제2트렌치(17)를 형성한다.As shown in FIG. 1B, after forming the
도 1c에 도시된 바와 같이, 포토레지스트(16)를 제거한 후에 제1 및 제2트렌치를 갭필하는 산화막(19)을 증착한다. 산화막(19) 증착전에 라이너산화막(18)을 형성할 수 있다.As shown in FIG. 1C, after removing the
도 1d에 도시된 바와 같이, 산화막(19)을 평탄화시킨 후 패드질화막을 제거한다. 이에 따라, 제1트렌치를 갭필하는 소자분리막(20A)과 제2트렌치를 갭필하는 소자분리막(20B)이 형성된다.As shown in FIG. 1D, after the planarization of the
그러나, 종래기술은 STI 공정을 위해 도포되는 포토레지스트(16)가 깊이가 깊은 제1트렌치 내부에도 도포되기 때문에, 포토레지스트를 제거한 후에도 제1트렌치 내부에 포토레지스트잔류물이 잔존하게 된다. 이처럼 잔존하는 포토레지스트잔류물은 후속공정을 오염시킨다.However, in the prior art, since the
또한, 종래기술은 깊은 제1트렌치의 높은 종횡비로 인해 공극(Void, 도면부호 'A' 참조)이 발생되는 것을 피할 수 없다. 이러한 공극은 후속 평탄화공정 및 세정공정 등에 의해 노출되게 되어 공극내에 포토레지스트나 게이트도전막 등이 잔존하게 되어 누설전류 및 결함의 원인이 된다.Further, the prior art cannot avoid the generation of voids (see reference 'A') due to the high aspect ratio of the deep first trench. These voids are exposed by a subsequent planarization process, a cleaning process, etc., so that a photoresist, a gate conductive film, etc. remain in the voids, which causes leakage currents and defects.
또한, 종래기술은 갭필물질로 사용되는 산화막과 실리콘기판간의 열팽창계수 차이로 인해 후속 열공정들에서 트렌치 주변에 스트레인(Strain)이 크게 발생되어 변위(Disloation) 등의 결함을 발생시킨다.In addition, in the related art, due to a difference in thermal expansion coefficient between an oxide film and a silicon substrate used as a gapfill material, strain is largely generated around the trench in subsequent thermal processes, thereby causing defects such as displacement.
본 발명은 상기한 종래기술의 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로서, 트렌치 갭필공정시 공극의 발생을 억제할 수 있는 반도체장치의 트렌치 갭필 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above problems of the prior art, and an object thereof is to provide a trench gap fill method of a semiconductor device capable of suppressing the generation of voids during a trench gap fill process.
또한, 본 발명의 다른 목적은 열팽창계수 차이에 의한 트렌치 주변부의 변위 등의 결함을 억제할 수 있는 반도체장치의 트렌치 갭필 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.Another object of the present invention is to provide a trench gap fill method of a semiconductor device capable of suppressing defects such as displacement of trench peripheral portions due to differences in thermal expansion coefficients.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 트렌치 갭필 방법은 패드막을 식각장벽으로 제1실리콘막을 식각하여 트렌치를 형성하는 단계; 상기 패드막을 리세스(Recess)시키는 단계; 상기 트렌치의 측벽 및 상기 패드막의 측벽에 스페이서를 형성하는 단계; 상기 트렌치의 내부를 갭필하는 제2실리콘막을 형성하는 단계; 상기 제2실리콘막의 표면을 리세스시키는 단계; 및 상기 리세스된 제2실리콘막 상부에 산화막을 갭필하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.The trench gapfill method of the present invention for achieving the above object comprises the steps of forming a trench by etching the first silicon film using the pad film as an etch barrier; Recessing the pad layer; Forming a spacer on sidewalls of the trench and sidewalls of the pad layer; Forming a second silicon film gap-filling the inside of the trench; Recessing a surface of the second silicon film; And gap-filling an oxide film on the recessed second silicon film.
또한, 본 발명의 트렌치 갭필 방법은 패드막을 식각장벽으로 실리콘기판의 일측을 식각하여 제1트렌치를 형성하는 단계; 상기 패드막을 리세스시키는 단계; 상기 제1트렌치의 측벽 및 상기 패드막의 측벽에 스페이서를 형성하는 단계; 상기 제1트렌치의 내부를 갭필하는 폴리실리콘막을 형성하는 단계; 상기 실리콘기판의 타측에 상기 제1트렌치보다 얕은 제2트렌치를 형성하면서, 상기 제1 트렌치 내부에 갭필된 폴리실리콘 막의 일부를 리세스하는 단계; 및 상기 제1 트렌치 및 상기 제2 트렌치를 갭필하는 산화막을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.In addition, the trench gapfill method of the present invention comprises the steps of forming a first trench by etching one side of the silicon substrate using the pad layer as an etch barrier; Recessing the pad layer; Forming a spacer on sidewalls of the first trench and sidewalls of the pad layer; Forming a polysilicon film gap-filling the inside of the first trench; Recessing a portion of the polysilicon film gap-filled in the first trench while forming a second trench shallower than the first trench on the other side of the silicon substrate; And forming an oxide film gap-filling the first trench and the second trench.
상술한 본 발명에 따르면, 깊은 트렌치를 갭필한 후에 STI를 위한 포토공정을 진행하기 때문에 포토레지스트가 잔존하는 것을 방지할 수 있다. According to the present invention described above, since the photo process for STI is performed after gap trenching the deep trench, photoresist can be prevented from remaining.
또한, 패드질화막의 풀백공정 및 스페이서 공정에 의해 트렌치의 입구를 넓혀주므로써 공극없이 깊은 트렌치를 갭필할 수 있다.In addition, by widening the trench inlet by the pull back process and the spacer process of the pad nitride film, a deep trench can be gap-filled without voids.
또한, 갭필물질로 폴리실리콘막을 사용하므로써 열팽창계수 차이가 거의 없기 때문에 트렌치 주변에서의 변위 등의 결함을 방지할 수 있다.In addition, by using the polysilicon film as the gap fill material, there is almost no difference in coefficient of thermal expansion, so that defects such as displacement around the trench can be prevented.
또한, 소자분리막으로 사용된 폴리실리콘막 상부에 산화막을 갭필하므로써 후속의 이온주입공정시 폴리실리콘막이 도핑되는 것을 방지할 수 있다.In addition, since the oxide film is gap-filled on the polysilicon film used as the device isolation film, the polysilicon film may be prevented from being doped during the subsequent ion implantation process.
이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위하여, 본 발명의 가장 바람직한 실시예를 첨부 도면을 참조하여 설명하기로 한다.DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings in order to facilitate a person skilled in the art to easily carry out the technical idea of the present invention. .
도 2a 내지 도 2h는 본 발명의 제1실시예에 따른 트렌치 갭필 방법을 도시한 공정 단면도이다.2A to 2H are cross-sectional views illustrating a trench gapfill method according to a first embodiment of the present invention.
도 2a에 도시된 바와 같이, 제1실리콘막(21) 상에 패드산화막(22)과 패드질 화막(23)을 형성한다. 제1실리콘막(21)은 깊은 트렌치(Deep Trench)가 형성되는 영역이 정의되어 있을 수 있다. 패드산화막(22)은 패드질화막(23)의 응력완화용 물질이다. 제1실리콘막(21)은 불순물이 도핑된 실리콘기판을 포함한다.As shown in FIG. 2A, a
이어서, 트렌치를 위한 포토 공정 및 식각 공정을 진행하여 제1실리콘막(21)에 트렌치(24)를 형성한다. 트렌치(24)를 형성하는 순서는 포토레지스트패턴(도시 생략)을 식각장벽으로 패드질화막(23)과 패드산화막(22)을 식각하고, 연속해서 패드질화막(23)을 식각장벽으로 제1실리콘막(21)을 식각하는 순서로 진행한다. 포토레지스트패턴의 부족한 식각마진을 확보하기 위해 산화막과 같은 하드마스크막(Hardmask)을 적용할 수도 있다.Next, a
트렌치(24)는 고전압 반도체장치의 소자간 분리를 위한 트렌치로 사용되며, 이에 따라 깊은 트렌치라고도 일컫는다.The
도 2b에 도시된 바와 같이, 패드막을 리세스시키는 풀백(Pullback) 공정을 진행한다. 패드막의 리세스는 패드질화막만 진행할 수도 있고, 패드산화막까지 진행할 수도 있다. 이하, 패드질화막만 리세스시킨 경우라 가정한다.As shown in FIG. 2B, a pullback process for recessing the pad film is performed. The recess of the pad film may proceed only to the pad nitride film or to the pad oxide film. Hereinafter, it is assumed that only the pad nitride film is recessed.
이에 따라, 표면두께 및 측벽두께가 감소된 패드질화막(23A)이 잔류하고, 트렌치(24)의 어깨부에서는 패드질화막(23A)이 리세스된다(도면부호 'R' 참조).As a result, the
패드질화막의 풀백 공정은 습식식각(Wet etch) 방법을 적용하는데, 예컨대, 식각용액을 이용한 딥(Dip) 방식을 적용한다. 식각용액으로는 인산(H3PO4) 용액을 이용한다.The pull back process of the pad nitride layer uses a wet etching method, for example, a dip method using an etching solution. Phosphoric acid (H 3 PO 4 ) solution is used as an etching solution.
상술한 바에 따르면, 패드질화막(23A)의 풀백공정에 의해 트렌치(24)의 입구가 넓어지는 효과를 갖는다. 이처럼, 트렌치(24)의 입구가 넓어지면 트렌치(24)의 종횡비가 감소하게 되어 후속 트렌치 갭필 공정시 공극없이 갭필이 가능하다.According to the above, the inlet of the
도 2c에 도시된 바와 같이, 전면에 산화막을 증착한 후 건식 식각하여 스페이서(25)를 형성한다. 스페이서(25)는 트렌치(24)의 측벽과 패드질화막(23A)의 측벽을 덮는 형태가 된다. 스페이서(25)는 500∼3000Å의 두께를 갖는다.As illustrated in FIG. 2C, an oxide film is deposited on the entire surface and then dry-etched to form the
도 2d에 도시된 바와 같이, 산소분위기에서 어닐 공정을 진행한다. 이러한 어닐공정에 의해 전술한 건식식각시 발생된 손상(Damage)을 제거할 수 있고, 아울러 스페이서(25)가 치밀화된다.As shown in FIG. 2d, an annealing process is performed in an oxygen atmosphere. By such an annealing process, the damage generated during the dry etching described above can be removed, and the
특히, 어닐공정이 산소분위기에서 진행됨에 따라 트렌치(24)의 바닥면 및 측벽면이 산화될 수 있다. 이에 따라 트렌치(24)의 바닥면과 측벽면에 측벽산화막(26)이 성장될 수 있다. 여기서, 트렌치(24)의 바닥면은 어닐공정에 직접적으로 노출됨에 따라 트렌치(24)의 바닥면에서 성장되는 두께가 측벽면에서 성장되는 두께보다 더 두껍게 성장된다.In particular, as the annealing process proceeds in an oxygen atmosphere, the bottom and sidewall surfaces of the
도 2e에 도시된 바와 같이, 트렌치(24)의 내부를 갭필하는 제2실리콘막(27)을 형성한다. 트렌치(24)의 내부를 갭필하는 형태로 형성하기 위해 트렌치(24)를 갭필할때까지 전면에 제2실리콘막(27)을 증착한 후 패드질화막(23A)이 노출될때까지 화학기계적연마(Chemical Mechanical Poishing; CMP) 공정으로 평탄화한다. 제2실리콘막(27) 증착시 패드질화막(23A)의 풀백공정에 의해 트렌치(24)의 입구가 넓어진 상태이므로, 공극없이 갭필이 가능하다. As shown in FIG. 2E, a
제2실리콘막(27)은 제1실리콘막(21)과 다르게 불순물이 도핑되지 않은 언도우프드(Undoped) 폴리실리콘막이다. 통상적으로 폴리실리콘막은 불순물이 도핑되지 않으면 절연성질을 갖는다. 폴리실리콘막을 갭필막으로 사용하면 제1실리콘막(21)과의 열팽창계수 차이가 없기 때문에 후속 열공정에서 트렌치 주변에 응력(Stress)이 발생하지 않는다. 참고로, 산화막의 열팽창계수는 5.6×10-7/K이나, 폴리실리콘막은 약 2.6×10-6/K이다.Unlike the
도 2f에 도시된 바와 같이, 제2실리콘막(27)의 표면을 리세스시킨다. 제2실리콘막(27)의 리세스공정은 건식식각을 이용한다. 이와 같은 제2실리콘막의 리세스후에는 제2실리콘막(27A) 상부에 홈이 형성될 수 있다.As shown in FIG. 2F, the surface of the
도 2g에 도시된 바와 같이, 리세스된 제2실리콘막(27A)의 표면에 라이너산화막(Liner oxide, 28)을 형성한다. 라이너산화막(28)은 산화공정에 의해 형성될 수 있다.As shown in FIG. 2G, a
이어서, 라이너산화막(28) 상에 제2실리콘막(27A)의 상부를 갭필하는 갭필산화막(29)을 형성한 후 패드질화막(23A)이 노출될 때까지 화학기계적연마공정(Chemical Mechanical Polishing : CMP)을 실시하여 갭필산화막(29)을 평탄화한다. 여기서, 갭필산화막(29)은 실리콘산화막(SiO2) 계열이나 PSOG(Polysilasane Spin On Glass)를 포함할 수 있다.Subsequently, after forming the gap
도 2h에 도시된 바와 같이, 인산용액을 이용하여 패드질화막(23A)을 제거한다. As shown in FIG. 2H, the
패드질화막(23A)이 제거된 후의 결과를 살펴보면, 트렌치(24) 내부에 매립되는 소자분리막은 스페이서(25), 측벽산화막(26), 라이너산화막(28) 및 갭필산화막(29)을 포함하고, 이들 산화막들에 의해 에워싸이는 제2실리콘막(27A)을 포함한다.Looking at the result after the
상술한 제1실시예에 따르면, 갭필물질로 폴리실리콘막인 제2실리콘막(27A)을 사용함에 따라 트렌치 주변에서 응력에 의한 결함이 발생되는 것을 방지할 수 있다. 또한, 제2실리콘막(27A)이 갭필산화막(29)에 의해 외부로 노출되지 않으므로 후속 이온주입공정에 의해 제2실리콘막(27A)이 도핑되는 것을 방지할 수 있다. 또한, 풀백공정 및 스페이서에 의해 공극없이 트렌치 갭필이 가능하다.According to the first embodiment described above, by using the
도 2i는 본 발명의 제1실시예에 따른 트렌치 갭필 구조를 도시한 도면으로서, 깊은 트렌치(24)는 산화막(200)의 내부에 제2실리콘막(27A)이 위치하는 구조가 된다. 여기서, 산화막(200)은 도 2h에서 제2실리콘막(27A)을 에워싸고 있는 물질들이 모두 산화막이기 때문이다. 즉, 도 2h의 패드산화막(22), 스페이서(25), 측벽산화막(26), 라이너산화막(28) 및 갭필산화막(29)이 모두 산화막이므로, 산화막(200) 내부에 제2실리콘막(27A)이 위치하는 구조가 된다.FIG. 2I illustrates a trench gapfill structure according to the first exemplary embodiment of the present invention. The
도 3a 내지 도 3h는 본 발명의 제2실시예에 따른 트렌치 갭필 방법을 도시한 공정 단면도이다.3A to 3H are cross-sectional views illustrating a trench gapfill method according to a second exemplary embodiment of the present invention.
도 3a에 도시된 바와 같이, 반도체기판(31) 상에 패드산화막(32)과 패드질화막(33)을 형성한다. 반도체기판(31)은 제1트렌치영역(DTI)과 제2트렌치영역(STI)이 정의되어 있다. 제1트렌치영역은 깊은 트렌치(Deep Trench)가 형성되는 영역이고, 제2트렌치영역은 얕은 트렌치(Shallow Trench)가 형성되는 영역이다. 반도체기판(31)은 실리콘기판을 포함하고, 불순물이 도핑되어 있다. 깊은 트렌치는 1㎛ 이상의 깊이를 갖고, 얕은 트렌치는 0.5㎛이하의 깊이를 갖는다.As shown in FIG. 3A, a
이어서, 제1트렌치를 위한 포토 공정 및 식각 공정을 진행하여 반도체기판(31)에 제1트렌치(34)를 형성한다. 제1트렌치(34)를 형성하는 순서는 포토레지스트패턴(도시 생략)을 식각장벽으로 패드질화막(33)과 패드산화막(32)을 식각하고, 연속해서 패드질화막(33)을 식각장벽으로 반도체기판(31)을 식각하는 순서로 진행한다. 포토레지스트패턴의 부족한 식각마진을 확보하기 위해 산화막과 같은 하드마스크막(Hardmask)을 적용할 수도 있다.Subsequently, a photo trench and an etching process for the first trenches are performed to form the
제1트렌치(34)는 고전압 반도체장치의 소자간 분리를 위한 트렌치로 사용되며, 이에 따라 깊은 트렌치라고도 일컫는다.The
도 3b에 도시된 바와 같이, 패드질화막(33)을 리세스시키는 풀백(Pullback) 공정을 진행한다. 이에 따라, 표면두께 및 측벽두께가 감소된 패드질화막(33A)이 잔류하고, 제1트렌치(34)의 어깨부에서는 패드질화막(33A)이 리세스된다(도면부호 'R' 참조).As shown in FIG. 3B, a pullback process of recessing the
패드질화막의 풀백 공정은 습식식각(Wet etch) 방법을 적용하는데, 예컨대, 식각용액을 이용한 딥(Dip) 방식을 적용한다. 식각용액으로는 인산(H3PO4) 용액을 이용한다.The pull back process of the pad nitride layer uses a wet etching method, for example, a dip method using an etching solution. Phosphoric acid (H 3 PO 4 ) solution is used as an etching solution.
상술한 바에 따르면, 패드질화막(33A)의 풀백공정에 의해 제1트렌치(34)의 입구가 넓어지는 효과를 갖는다. 이처럼, 제1트렌치(34)의 입구가 넓어지면 제1트렌치(34)의 종횡비가 감소하게 되어 후속 트렌치 갭필 공정시 공극없이 갭필이 가능하다.According to the above, the inlet of the
도 3c에 도시된 바와 같이, 전면에 절연막을 증착한 후 건식 식각하여 스페이서(35)를 형성한다. 이때, 스페이서(35)는 산화막을 증착한 후 건식식각하여 형성한다. 스페이서(35)는 제1트렌치(34)의 측벽과 패드질화막(33A)의 측벽을 덮는 형태가 된다. 스페이서(35)는 500∼3000Å의 두께를 갖는다.As shown in FIG. 3C, the insulating layer is deposited on the entire surface and then dry-etched to form the
도 3d에 도시된 바와 같이, 산소분위기에서 어닐 공정을 진행한다. 이러한 어닐공정에 의해 전술한 건식식각시 발생된 손상(Damage)을 제거할 수 있고, 아울러 스페이서(35)가 치밀화된다.As shown in FIG. 3d, an annealing process is performed in an oxygen atmosphere. By the annealing process, the damage generated during the dry etching described above can be removed, and the
특히, 어닐공정이 산소분위기에서 진행됨에 따라 제1트렌치(34)의 바닥면 및 측벽면이 산화될 수 있다. 이에 따라 제1트렌치(34)의 바닥면과 측벽면에 측벽산화막(36)이 성장될 수 있다. 여기서, 제1트렌치(34)의 바닥면은 어닐공정에 직접적으로 노출됨에 따라 제1트렌치(34)의 바닥면에서 성장되는 두께가 측벽면에서 성장되는 두께보다 더 두껍게 성장된다.In particular, as the annealing process is performed in an oxygen atmosphere, the bottom and sidewall surfaces of the
도 3e에 도시된 바와 같이, 제1트렌치(34)의 내부를 갭필하는 폴리실리콘막(37)을 형성한다. 제1트렌치(34)의 내부를 갭필하는 형태로 형성하기 위해 제1트렌치(34)를 갭필할때까지 전면에 폴리실리콘막(37)을 증착한 후 패드질화막(33A)이 노출될때까지 화학기계적연마(Chemical Mechanical Poishing; CMP) 공정으로 평탄화한다. 폴리실리콘막(37) 증착시 패드질화막(33A)의 풀백공정에 의해 제1트렌 치(34)의 입구가 넓어진 상태이므로, 공극없이 갭필이 가능하다. 통상적으로 폴리실리콘막은 불순물이 도핑되지 않으면 절연성질을 갖는다. 폴리실리콘막(37)을 갭필막으로 사용하면 반도체기판(31)과의 열팽창계수 차이가 없기 때문에 후속 열공정에서 트렌치 주변에 응력(Stress)이 발생하지 않는다.As shown in FIG. 3E, a
도 3f에 도시된 바와 같이, STI(Shallow Trench Isolation) 포토 및 식각공정을 진행하여 제2트렌치(38)를 형성한다. 예컨대, 포토레지스트패턴(도시 생략)을 식각장벽으로 패드질화막과 패드산화막을 식각한 후, 패드질화막을 식각장벽으로 반도체기판을 식각하여 제2트렌치(38)를 형성한다. 제2트렌치(38)는 제1트렌치(34)보다 깊이가 얕다.As shown in FIG. 3F, the
제2트렌치(38) 형성시에 제1트렌치(34)를 갭필하고 있는 폴리실리콘막(37)이 일정 깊이 리세스되고, 이에 따라 폴리실리콘막(37A) 위에 일정 깊이의 홈이 형성될 수 있다. When the
이와 같이 깊은 제1트렌치(34)를 갭필한 후에 STI를 위한 포토공정을 진행하기 때문에 포토레지스트가 잔존하는 것을 방지할 수 있다. After the deep
도 3g에 도시된 바와 같이, 측벽산화공정을 진행하여 제2트렌치(38)의 바닥면 및 측벽면에 라이너산화막(39)을 형성한다. 이때, 폴리실리콘막(37A)이 측벽산화공정에 노출되므로 폴리실리콘막(37A)의 표면에도 라이너산화막(39)이 형성될 수 있다. 라이너산화막(39)은 100∼3000Å 두께로 형성할 수 있다.As shown in FIG. 3G, a sidewall oxidation process is performed to form a
이어서, 제2트렌치(38)를 갭필할때까지 전면에 갭필산화막(40)을 형성한다. 갭필산화막(40)은 고밀도플라즈마산화막(High Density Plasma Oxide)과 같은 실리 콘산화막(SiO2) 계열이나 PSOG(Polysilasane Spin On Glass)를 포함할 수 있다.Next, the gap fill oxide film 40 is formed on the entire surface until the
이어서, 패드질화막(33A)의 표면이 노출될때까지 화학기계적연마공정(Chemical Mechanical Polishing : CMP)을 실시하여 갭필산화막(40)을 평탄화한다. Subsequently, the chemical mechanical polishing process (CMP) is performed until the surface of the
도 3h에 도시된 바와 같이, 패드질화막(33A)을 제거한다. As shown in FIG. 3H, the
따라서, 갭필산화막(40B)은 제2트렌치(38)를 갭필하고, 아울러 폴리실리콘막(37A) 위에도 갭필산화막막(40A)이 갭필된다.Accordingly, the gap
위와 같이 고전압 반도체장치의 소자간 분리를 위한 트렌치로 사용되는 제1트렌치(34)는 측벽산화막(36), 스페이서(35), 라이너산화막(39)과 갭필산화막(40A)을 포함한다. 결국, 폴리실리콘막(37A)은 산화막들에 의해 에워싸여 제1트렌치(34) 내부에 위치하는 구조가 된다.As described above, the
상술한 제2실시예에 따르면, 갭필물질로 폴리실리콘막(37A)을 사용함에 따라 트렌치 주변에서 응력에 의한 결함이 발생되는 것을 방지할 수 있다. 또한, 폴리실리콘막(37A)이 갭필산화막(40A)에 의해 외부로 노출되지 않으므로 후속 이온주입공정에 의해 폴리실리콘막(37A)이 도핑되는 것을 방지할 수 있다. 또한, 풀백공정 및 스페이서에 의해 공극없이 트렌치 갭필이 가능하다.According to the second embodiment described above, by using the
도 3i는 본 발명의 제2실시예에 따른 트렌치 갭필 구조를 도시한 도면이다.3I illustrates a trench gapfill structure according to a second embodiment of the present invention.
도 3i를 참조하면, 깊은 제1트렌치(34)에서는 산화막(300)의 내부에 폴리실리콘막(37A)이 위치하는 구조가 된다. 얕은 제2트렌치(38) 내부에는 산화막(301)만 존재한다. Referring to FIG. 3I, in the deep
산화막(300)은 도 3h에서 폴리실리콘막(37A)을 에워싸고 있는 물질들이 모두 산화막이기 때문이다. 즉, 도 3h의 패드산화막(32), 스페이서(35), 측벽산화막(36), 라이너산화막(38) 및 갭필산화막(40A)이 모두 산화막이므로, 산화막(300) 내부에 폴리실리콘막(37A)이 위치하는 구조가 된다.This is because the
이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.The present invention described above is not limited to the above-described embodiments and the accompanying drawings, and various substitutions, modifications, and changes are possible in the art without departing from the technical spirit of the present invention. It will be clear to those of ordinary knowledge.
도 1a 내지 도 1d는 종래기술에 따른 반도체장치의 트렌치갭필 방법을 도시한 공정 단면도.1A to 1D are cross-sectional views illustrating a trench gap fill method of a semiconductor device according to the related art.
도 2a 내지 도 2h는 본 발명의 제1실시예에 따른 트렌치 갭필 방법을 도시한 공정 단면도.2A to 2H are cross-sectional views illustrating a trench gapfill method according to a first embodiment of the present invention.
도 2i는 본 발명의 제1실시예에 따른 트렌치 갭필 구조를 도시한 도면.FIG. 2I illustrates a trench gapfill structure according to a first embodiment of the present invention. FIG.
도 3a 내지 도 3h는 본 발명의 제2실시예에 따른 트렌치 갭필 방법을 도시한 공정 단면도.3A to 3H are cross-sectional views illustrating a trench gapfill method according to a second embodiment of the present invention.
도 3i는 본 발명의 제1실시예에 따른 트렌치 갭필 구조를 도시한 도면.3I illustrates a trench gapfill structure according to a first embodiment of the present invention.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for the main parts of the drawings
31 : 반도체기판 32 : 패드산화막31
33A : 패드질화막 34 : 제1트렌치33A: pad nitride film 34: first trench
35 : 스페이서 36 : 측벽산화막35
37A : 폴리실리콘막 38 : 제2트렌치37A: polysilicon film 38: second trench
39 : 라이넝산화막 40A, 40B : 갭필산화막39:
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