KR19990004565A - Manufacturing method of semiconductor device - Google Patents

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KR19990004565A KR1019970028692A KR19970028692A KR19990004565A KR 19990004565 A KR19990004565 A KR 19990004565A KR 1019970028692 A KR1019970028692 A KR 1019970028692A KR 19970028692 A KR19970028692 A KR 19970028692A KR 19990004565 A KR19990004565 A KR 19990004565A
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polysilicon
semiconductor device
manufacturing
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이정호
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김영환
현대전자산업 주식회사
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Abstract

본 발명은 반도체 소자의 제조방법에 관한 것으로, 반도체 기판상에 산화막을 증착하고 건식식각으로 필드영역에 해당하는 산화막만 남긴 상태에서 상기 산화막 주위에 폴리실리콘 스페이서 막을 형성하여 액티브 영역에 형성되는 실리콘 에피택시 층이 산화막에 바로 노출되지 않고 폴리실리콘과 만나게 하여 폴리실리콘으로 하여금 응력 완충역할을 하게 함으로 실리콘 에피택시층에서 발생하는 누설전류를 감소시켜 반도체 소자의 제조수율 및 신뢰성을 향상시킬 수 있는 방법이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device, wherein a silicon epitaxial layer is formed in an active region by depositing an oxide layer on a semiconductor substrate and forming a polysilicon spacer layer around the oxide layer while leaving only the oxide layer corresponding to the field region by dry etching. It is a method that improves the yield and reliability of semiconductor devices by reducing the leakage current generated in the silicon epitaxy layer by allowing the taxi layer to meet polysilicon without being directly exposed to the oxide film, thereby causing the polysilicon to act as a stress buffer. .

Description

반도체 소자의 제조방법Manufacturing method of semiconductor device

본 발명은 반도체 소자의 제조방법에 관한 것으로, 특히 반도체 소자 제조공정 중 선택적 실리콘 에피택시(selective silicon epitaxy) 방법에 의한 반도체 소자의 소자분리 공정시, 선택적 에피택시에 의해 성장한 액티브 영역의 측벽에 가해지는 응력을 폴리실리콘 스페이서가 완충역할을 하게 함으로써, 실리콘 에피택시층에서 발생하는 누설전류를 감소시켜 반도체 소자의 제조수율 및 신뢰성을 향상시킬 수 있는 반도체 소자의 제조방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device, and in particular, to a sidewall of an active region grown by selective epitaxy during a device isolation process of a semiconductor device by a selective silicon epitaxy method during a semiconductor device manufacturing process. The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device capable of improving the production yield and reliability of a semiconductor device by reducing the leakage current generated in the silicon epitaxy layer by causing the polysilicon spacer to buffer the losing stress.

선택적 에피택시 방법에 의한 종래의 소자 분리 기술에 대해 첨부도면을 참조하면 살펴보면 다음과 같다.Referring to the accompanying drawings, a conventional device isolation technique using a selective epitaxy method is as follows.

도 1a 내지 도 1c 는 종래 기술에 따른 소자분리 공정단계를 도시한 단면도이다.1A to 1C are cross-sectional views illustrating a device isolation process step according to the prior art.

먼저, 반도체 기판(11) 상부에 산화막(12)을 형성한다.(도 1a)First, an oxide film 12 is formed over the semiconductor substrate 11 (FIG. 1A).

다음 포토/식각 공정으로 통해 상기 산화막(12)을 식각하여 필드 영역에만 상기 산화막(12)이 남도록 한다. 이때, 식각은 건식식각으로 한다.(도 1b)Next, the oxide film 12 is etched through the photo / etch process so that the oxide film 12 remains only in the field region. At this time, the etching is a dry etching (Fig. 1b).

다음 상기 반도체 기판(11)의 노출된 부위에 선택적 실리콘 에피택시층(13)을 형성한다.(도 1c)Next, the selective silicon epitaxy layer 13 is formed on the exposed portion of the semiconductor substrate 11 (FIG. 1C).

상부면을 CMP(Chemical Mechanical Polishing) 법으로 평탄화시킨다. (도 1d)The upper surface is planarized by CMP (Chemical Mechanical Polishing). (FIG. 1D)

상기와 같은 공정으로 이뤄지는 종래의 소자분리 기술에 있어서, 선택적 실리콘 에피택시 공정이 고온 예컨데, 약 850℃ 에서 이루어지므로 선택적 실리콘 에피택시층(13)이 형성된 후, 냉각시 실리콘과 산화막(12)의 열팽창 계수 차이에 의해 에피택시층(13)의 측벽에 응력이 집중되어 결축 에피택시층 측벽에 전위(dislocation) 및 결함이 형성되어 누설전류 증가의 원인이 되므로 결국 반도체 소자의 전기적 특성을 열화시키게 되는 문제점이 있다.In the conventional device isolation technology made of the above-described process, the selective silicon epitaxy process is performed at a high temperature, for example, at about 850 ° C., so that after the selective silicon epitaxy layer 13 is formed, the silicon and the oxide film 12 are cooled. The stress is concentrated on the sidewall of the epitaxy layer 13 due to the difference in coefficient of thermal expansion, so that dislocations and defects are formed on the sidewall of the epitaxy layer, which causes an increase in leakage current, thereby deteriorating the electrical characteristics of the semiconductor device. There is a problem.

따라서 본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위하여 산화막 형성과 건식식각 후에 폴리실리콘층을 형성하고 이를 다시 건식식각하여 폴리실리콘 스페이서를 형성시켜서 단결정인 실리콘 에피택시층과 산화막이 직접 만났을 때에 비해 열팽창계수의 차이를 줄여서 결함발생을 최소화함으로써, 반도체 소자의 전기적 특성과 제조공정 수율 및 신뢰성을 향상시킬 수 있는 반도체 소자의 제조방법을 제공함에 그 목적이 있다.Accordingly, in order to solve the above problems, the present invention forms a polysilicon layer after oxide film formation and dry etching, and dry-etches it again to form a polysilicon spacer, so that the thermal expansion coefficient of the single crystal silicon epitaxial layer and the oxide film are directly met. It is an object of the present invention to provide a method for manufacturing a semiconductor device capable of improving the electrical characteristics, manufacturing process yield, and reliability of the semiconductor device by minimizing defects by minimizing defects.

도 1a 내지 도 1d 는 종래 기술에 따른 소자분리 공정단계를 도시한 단면도1A to 1D are cross-sectional views illustrating a device isolation process step according to the prior art.

도 2a 내지 도 2f 는 본 발명의 기술에 따른 소자분리 공정단계를 도시한 단면도2A through 2F are cross-sectional views illustrating device isolation process steps in accordance with the present invention

도 3a 와 도 3b 는 본 발명의 기술에 따라 폴리실리콘 스페이서막이 응력을 완화시키는 원리를 설명하기 위한 단면도3A and 3B are cross-sectional views for explaining the principle of the stress relaxation of the polysilicon spacer film according to the technique of the present invention

도면의 주요 부분에 대한 설명Description of the main parts of the drawing

11,21 : 반도체 기판 12,22 : 산화막11,21 semiconductor substrate 12,22 oxide film

13,23 : 선택적 실리콘 에피택시층 24 : 폴리실리콘막13,23: selective silicon epitaxy layer 24: polysilicon film

25 : 폴리실리콘 스페이서 26 : 폴리실리콘 내의 단결정25 polysilicon spacer 26 single crystal in polysilicon

27 : 입계27: grain boundary

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 방법은,The method of the present invention for achieving the above object,

반도체 기판산에 산화막을 소정두께로 형성하는 단계와,Forming an oxide film to a predetermined thickness on the semiconductor substrate acid;

포토/식각 공정으로 상기 산화막을 식각하여 필드 영역에만 상기 산화막이 남도록 하는 단계와,Etching the oxide film by a photo / etch process so that the oxide film remains only in a field region;

전체구조 상부에 소정두께의 폴리실리콘 층을 형성하는 단계와,Forming a polysilicon layer having a predetermined thickness on the entire structure;

다음 상기 폴리실리콘 층을 식각하여 상기 식각된 산화막의 양측벽에 폴리실리콘 스페이서를 형성하는 단계와,Etching the polysilicon layer to form polysilicon spacers on both sidewalls of the etched oxide layer;

반도체 기판의 노출된 부위에 선택적 실리콘 에피택시층을 형성하는 단계와,Forming a selective silicon epitaxy layer on the exposed portion of the semiconductor substrate,

상부면을 평탄화시키는 단계로 구성되는 것을 특징으로 한다.And planarizing the top surface.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 적합한 실시예에 대한 상세한 설명을 하기로 한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 2a 내지 도 2f 는 본 발명의 기술에 따른 소자분리 공정단계를 도시한 단면도이다.2A through 2F are cross-sectional views illustrating device isolation process steps according to the technology of the present invention.

먼저, 반도체 기판(21) 상부에 산화막(22)을 소정두께로 형성한다. 이때 상기 산화막(22)의 두께는 3000-10,000Å 로 하고, 열적인 방법 또는 화학기상증착법(CVD 법)에 의해 형성한다.(도 2a)First, an oxide film 22 is formed on the semiconductor substrate 21 to have a predetermined thickness. At this time, the thickness of the oxide film 22 is set to 3000-10,000 kPa, and is formed by a thermal method or a chemical vapor deposition method (CVD method) (FIG. 2A).

다음 포토/식각 공정으로 상기 산화막(22)을 식각하여 필드 영역에만 상기 산화막(22)이 남도록 한다. 이때, 식각은 건식식각으로 한다. (도 2b)Next, the oxide film 22 is etched by the photo / etch process so that the oxide film 22 remains only in the field region. At this time, the etching is a dry etching. (FIG. 2B)

다음 전체구조 상부에 폴리실리콘을 LPCVD(Low Pressure CVD) 혹은 PECVD 법으로 증착하여 폴리실리콘층(24)을 50-500Å 의 두께로 형성한다. (도 2c)Next, polysilicon is deposited on the entire structure by low pressure CVD (LPCVD) or PECVD to form a polysilicon layer 24 having a thickness of 50-500 Å. (FIG. 2C)

다음 상기 폴리실리콘(24)을 건식식각하여 식각된 산화막(22)의 양측벽에 폴리실리콘 스페이서(25)를 형성한다.(도 2d)Next, the polysilicon 24 is dry-etched to form polysilicon spacers 25 on both sidewalls of the etched oxide film 22 (FIG. 2D).

반도체 기판(21)의 노출된 부위에 선택적 실리콘 에피택시층(23)을 형성한다.An optional silicon epitaxy layer 23 is formed on the exposed portion of the semiconductor substrate 21.

상기 선택적 실리콘 에피택시층(23)은 UHV-CVD(Ultra High Vacuum - CVD) 또는 LP-CVD법에 의해 형성하며, 또한 에피택시층(23)의 높이는 3,000-12,000Å 로 한다.(도 2e)The selective silicon epitaxy layer 23 is formed by UHV-CVD (Ultra High Vacuum-CVD) or LP-CVD, and the height of the epitaxy layer 23 is set to 3,000-12,000 kPa (FIG. 2E).

상부면을 CMP 공정으로 평탄화 시킨다.(도 2f)The top surface is planarized by the CMP process (Fig. 2f).

도 3a 와 도 3b 는 본 발명의 기술에 따라 폴리실리콘 스페이서막이 응력을 완화시키는 원리를 설명하기 위한 단면도이다.3A and 3B are cross-sectional views for explaining the principle of the stress relief of the polysilicon spacer film according to the technique of the present invention.

도 3a 는 실리콘 단결정인 에피택시층(24)을 도시한 것으로서, 이 층이 직접 산화막(22)과 만나면 단결정내에서는 원자들이 같은 방향성을 갖고 있기 때문에 실리콘과 산화막의 열팽창계수의 차이가 냉각시 100% 단결정 실리콘 에피택시 층(23)에 전달되어 큰 응력을 발생시키게 된다. 그러나 도 3b 에 도시된 바와같이, 폴리실리콘 스페이서 막(25)은 서로 무질서하게 배향하는 수많은 단결정(26)이 입계(27)를 경계로 하여 이루어진 집합체이므로 상기 폴리실리콘 스페이서 막(25)이 산화막(22)과 단결정인 실리콘 에피택시층(23)에 삽입되면 냉각시 발생하는 큰 열팽창 계수의 차이를 서로 다른 방향성을 갖는 작은 단결정(26)들이 3차원적으로 발생하는 응력을 상쇄시켜서 완충시키는 역할을 하게 된다. 결과적으로 실리콘 에피택시층(23)에 전달되는 응력을 최소화시켜 누설전류를 감소시켜 주게 된다.3A shows an epitaxial layer 24 which is a silicon single crystal. When the layer meets the oxide film 22 directly, atoms in the single crystal have the same directionality, so the difference in thermal expansion coefficient between silicon and the oxide film is 100 upon cooling. It is transferred to the% single crystal silicon epitaxy layer 23 to generate a large stress. However, as shown in FIG. 3B, since the polysilicon spacer film 25 is an aggregate composed of a number of single crystals 26 which are disorderly oriented with each other at the boundary of the grain boundary 27, the polysilicon spacer film 25 is formed of an oxide film ( 22) and the single crystal silicon epitaxy layer 23, the small single crystals 26 having different directionality to offset the difference in the large coefficient of thermal expansion generated during cooling to compensate for the three-dimensional generated stress to buffer Done. As a result, the stress transmitted to the silicon epitaxy layer 23 is minimized to reduce the leakage current.

이상 상술한 바와같이, 본 발명의 방법은 반도체 기판상에 산화막을 증착하고, 건식식각으로 필드영역에 해당하는 산화막만 남긴 상태에서 상기 산화막 주위에 폴리실리콘 스페이서 막을 형성하여 액티브 영역에 형성되는 실리콘 에피택시 층이 산화막에 바로 노출되지 않고 폴리실리콘과 만나게 하여 폴리실리콘으로 하여금 응력완충 역할을 하게 함으로써 실리콘 에피택시층에서 발생하는 누설전류를 감소시켜 반도체 소자의 제조수율 및 신뢰성을 향상시킬 수 있다.As described above, in the method of the present invention, a silicon epitaxial layer is formed on an active region by depositing an oxide film on a semiconductor substrate and forming a polysilicon spacer film around the oxide film while leaving only the oxide film corresponding to the field region by dry etching. By allowing the taxi layer to meet the polysilicon without being directly exposed to the oxide film, thereby making the polysilicon act as a stress buffer, the leakage current generated in the silicon epitaxy layer can be reduced to improve the manufacturing yield and reliability of the semiconductor device.

Claims (7)

반도체 기판상에 산화막을 소정두께로 형성하는 단계와, 포토/식각 공정으로 상기 산화막을 식각하여 필드 영역에만 상기 산화막이 남도록 하는 단계와, 전체구조 상부에 소정두께의 폴리실리콘 층을 형성하는 단계와, 다음 상기 폴리실리콘 층을 식각하여 상기 식각된 산화막의 양측벽에 폴리실리콘 스페이서를 형성하는 단계와, 반도체 기판의 노출된 부위에 선택적 실리콘 에피택시층을 형성하는 단계와, 상부면을 평탄화시키는 단계로 구성되는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 제조방법.Forming an oxide film to a predetermined thickness on a semiconductor substrate, etching the oxide film by a photo / etch process so that the oxide film remains only in a field region, and forming a polysilicon layer having a predetermined thickness on the entire structure; And etching the polysilicon layer to form polysilicon spacers on both sidewalls of the etched oxide film, forming a selective silicon epitaxy layer on exposed portions of the semiconductor substrate, and planarizing the top surface. Method for manufacturing a semiconductor device, characterized in that consisting of. 제 1 항에 있어서, 상기 산화막은 열적인 방법 도는 CVD 법에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 제조방법.The method of claim 1, wherein the oxide film is formed by a thermal method or a CVD method. 제 1 항에 있어서, 상기 산화막의 두께는 3,000-10,000Å 로 하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 제조방법.The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the oxide film has a thickness of 3,000-10,000 kPa. 제 1 항에 있어서, 상기 폴리실리콘은 LPCVD 혹은 PECVD 법으로 증착하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 제조방법.The method of claim 1, wherein the polysilicon is deposited by LPCVD or PECVD. 제 1 항에 있어서, 상기 폴리실리콘 층의 두께는 50-500Å 로 하는것을 특징으로 하는 반도체 소자의 제조방법.The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the polysilicon layer has a thickness of 50-500 GPa. 제 1 항에 있어서, 상기 선택적 실리콘 에피택시층은 UHV-CVD 또는 LP-CVD 법에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 제조방법.The method of claim 1, wherein the selective silicon epitaxy layer is formed by UHV-CVD or LP-CVD. 제 1 항에 있어서, 상기 선택적 실리콘 에피택시층의 높이를 3,000-12,000Å 로 하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 제조방법.The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the height of said selective silicon epitaxy layer is 3,000-12,000 kPa.
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KR100351454B1 (en) * 1999-12-31 2002-09-09 주식회사 하이닉스반도체 Method for fabricating semiconductor device using Selective Epitaxial Growth of silicon process

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