KR19980060855A - 반도체의 소자의 소자분리 방법 - Google Patents

반도체의 소자의 소자분리 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 반도체 소자의 소자분리 방법에 관한 것으로, 트랜치 형성을 위한 하부 질화막 식각시 그 측벽에 다량의 폴리머를 형성시키고, 상기 폴리머를 식각 장벽으로 사용하여 트랜치 입구부에 단차가 형성되도록 함으로써, 트랜치 내부의 산화막 충진을 용이하게 함과 아울러, 이후 공정에서의 활성영역과 필드영역의 토포그라피를 완화시킴으로써 소자 특성을 향상시켜 반도체 소자의 제조공정수율 및 신뢰성을 향상시킬 수 있다.

Description

반도체의 소자의 소자분리 방법
본 발명은 반도체 소자의 소자 분리 방법에 관한 것으로, 특히 트랜치를 이용한 소자분리 공정에서 트랜치의 프로파일(Profile)을 개선시킴에 의해 반도체 소자의 제조공정 수율 및 신뢰성을 향상시킬 수 있는 반도체 소자의 소자분리 방법에 관한 것이다.
일반적으로 고집적 반도체의 소자의 제조공정으로 트랜치를 이용한 소자분리 공정이 사용되고 있다.
상기 종래 기술에 따라 트랜치를 이용한 소자분리를 위한 공정 단계를 도 1a 내지 도 1d에 도시하였다.
도 1a를 참조하면, 반도체 기판(11) 상부에 패드 산화막(12)과, 질화막(13)을 차례로 소정두께 만큼 형성하고, 상기 질화막(13) 상부에 소자분리 마스크(14)를 형성한다.
도 1b를 참조하면, 상기 소자분리 마스크(14)를 사용하여 하부의 질화막(13), 패드 산화막(12)을 차례로 식각한 후, 하부의 노출된 반도체 기판(11)을 소정깊이만큼 식각하여 트랜치(15)를 형성한다.
도 1c를 참조하면, 상부의 소자분리 마스크(14)를 제거한다.
상기와 같이 트랜치를 이용한 종래의 소자분리 공정에 있어서, 주요 핵심기술은 트랜치 형성을 위한 반도체 기판(11)을 식각하는 공정과, 상기 형성된 트랜치(15) 내부에 소자분리용 산화막을 충진(refill)시키는 공정 그리고 증착된 산화막을 평탄화시키는 연마공정(CMP ; Chemical-Mechanical Polishing) 등이다.
특히 상기의 주요 공정중 식각공정에 의해 형성된 트랜치의 프로파일은 이후 공정인 산화막 충진 공정에 영향을 줄 뿐 아니라, 소자의 특성에 관계되는 중요한 인자이다.
그러나 종래의 기술에 따른 트랜치 형성공정은 질화막과 반도체 기판을 바로 식각하며, 트랜치 하부면을 라운드(Round) 처리해 주는 것이 통례였고, 이 경우 산화막의 충진이 어려워질 뿐만 아니라 이후의 공정에서 소자의 활성영역과 필드영역 사이에 형성되는 날카로운 에지(Edge)와 높은 단차(Topography)의 형성에 의해 소자의 특성이 저하되어 반도체 소자의 제조공정 수율 및 신뢰성을 저하시키게 되는 문제점이 있다.
따라서 본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위하여 질화막 식각시 폴리머(polymer)를 형성시키고, 상기 폴리머를 식각 장벽으로 사용하여 트랜치 입구부에 단이 진 형상으로 형성함에 의해 소자분리 산화막의 충진을 용이하게 함과 아울러,이후 공정에서의 활성영역과 필드영역의 토포그라피(Topography)를 완화시켜 소자 특성을 향상시키는 반도체 소자의 소자분리 방법을 제공함에 그 목적이 있다.
도 1a 내지 도 1d는 종래 기술에 따른 반도체 소자의 소자분리 공정도
도 2a 내지 도 2d는 본 발명의 기술에 따른 반도체 소자의 소자분리 공정도
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*
11, 21 : 반도체 기판12, 22 : 패드 산화막
13, 23 : 질화막14, 34 : 소자분리 마스크
15, 26 : 트랜치25 : 폴리머
27 : 단차부
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명에서는;
반도체 기판 상부에 패드 산화막과 질화막을 소정두께만큼 차례로 형성하는 단계와;
소자분리 마스크를 사용하여 상기 질화막과 패드 산화막을 식각하여 소자분리를 위한 피식각층 형성시 식각된 질화막의 양 측벽에 다량의 폴리머를 형성하는 단계와;
상기 폴리머를 식각장벽으로 하여 노출된 반도체 기판을 식각하여 소정 깊이의 트랜치를 형성하는 단계와;
상부의 소자분리 마스크와 폴리머를 제거하는 단계와;
세정공정을 실시하여 트랜치 프로파일을 완성하는 단계로 구성되는 반도체 소자의 소자분리 방법을 제공한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 적합한 실시예에 대한 상세한 설명을 하기로 한다.
도 2a 내지 도 2d는 본 발명의 방법에 따른 반도체 소자의 소자분리 공정단계를 도시한 단면도이다.
도 2a를 참조하면, 반도체 기판(21)에 패드 산화막(22)과 질화막(23)을 각각 30~300Å과 1000~3000Å의 두께로 연이어 증착하고, 상기 질화막 상부에 포토레지스트를 증착한 후 마스크 작업을 거쳐 소자분리 마스크(24)를 형성한다.
도 2b를 참조하면, 상기 소자분리 마스크(24)를 사용하여 하부의 질화막(23)을 식각할 시 식각된 질화막(23)의 양 측벽에 다량의 폴리머(25)를 형성시킨다.
상기 식각된 형성된 폴리머(25)는 그 두께가 얇지만, 식각장비의 파워(Power), 식각챔버내의 압력, 그리고 식각시의 가스 농도 등을 조절함에 의해 폴리머의 두께를 200Å 이상으로 형성할 수 있다.
이때 상기 사용되는 식각가스로는 CHF3/CF4를 사용한다.
예컨대 상기 폴리머의 형성을 위한 식각챔버내의 식각조건을 압력 10~30mT, 파워 400~600W, 식각가스비(CHF3/CF4)를 1 이상으로 하여 식각함으로써 원하는 폴리머의 두께를 얻을 수 있다.
도 2c를 참조하면, 상기 도 2b의 상태, 즉 식각된 질화막(23)의 양측벽에 폴리머(25)가 형성된 상태에서 트랜치 식각을 한다.
이때 반도체 기판(21)의 상부 즉 트랜치(26)의 입구부에는 단차부(27)가 형성되어지며, 상기 단차의 두께(a)는 50~500Å로 하고, 트랜치(26)의 깊이는 2000~5000Å 정도로 한다.
도 2d를 참조하면, 상부의 소자분리 마스크(24)를 제거하고 습식세정 공정을 거쳐 최종 트랜치 형성을 완료한다.
이상 상술한 바와 같이 본 발명에 따른 반도체 소자의 소자분리 공정은 트랜치 형성을 위한 하부 질화막 식각시 그 측벽에 다량의 폴리머를 형성시키고, 상기 폴리머를 식각 장벽으로 사용하여 트랜치 입구부에 단이 진 형상으로 형성함으로써, 트랜치 내부의 산화막 충진을 용이하게 함과 아울러, 이후 공정에서의 활성영역과 필드영역의 토포그라피를 완화시켜 소자 특성을 향상시켜 반도체 소자의 제조공정 수율 및 신뢰성을 향상시킬 수 있다.

Claims (5)

  1. 반도체 기판 상부에 패드 산화막과 질화막을 소정두께만큼 차례로 형성하는 단계와;
    소자분리 마스크를 사용하여 상기 질화막과 패드 산화막을 식각하여 소자분리를 위한 피식각층 형성시 식각된 질화막의 양 측벽에 다량의 폴리머를 형성하는 단계와;
    상기 폴리머를 식각장벽으로 하여 노출된 반도체 기판을 식각하여 소정 깊이의 트랜치를 형성하는 단계와;
    상부의 소자분리 마스크와 폴리머를 제거하는 단계와;
    세정공정을 실시하여 트랜치 프로파일을 완성하는 단계로 구성되는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 소자분리 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 트랜치 입구에 형성되는 단차의 두께는 50~500Å인 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 소자분리 방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 폴리머 형성을 위한 식각조건으로 사용되는 식각가스의 식각비나 압력을 조절하여 형성하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 소자분리 방법.
  4. 제3항에 있어서, 상기 식각시 사용되는 가스는 CHF3, CF4인 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 소자분리 방법.
  5. 제1항에 있어서, 상기 폴리머의 형성을 위한 식각챔버내의 식각조건을 압력 10~30mT, 파워 400~600W, 식각가스비(CHF3/CF4)를 1 이상으로 하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 소자분리 방법.
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