KR19990004595A - 반도체 소자의 소자분리 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 반도체 소자의 소자분리 방법에 관한 것으로, 산화막이 성장되기로 예정된 실리콘 기판의 소정 부분에 산소 원자를 미리 투입시켜 후속 열처리 공정을 통해 산화막을 형성함으로써, 산화막을 형성시키는데 필요한 에너지를 줄여 측면으로 산화막이 성장하는 버즈빅 현상을 줄이도록 하고, 이로써 산화막이 형성될 부분의 크기를 미리 작게 할 필요가 없게 되므로 패턴을 형성시키는 공정에서의 공정 마진을 늘릴 수 있으며, 또한 산화막이 형성되는 부분이 넓은 부분과 좁은 부분사이에서 발생하는 단차를 줄일 수 있으며, 또한 실리콘 기판 상부로 돌출되는 산화막의 두께가 얇아져 부분적으로 더 평탄한 상태에서 후속 공정을 진행할 수 있어 반도체 소자의 제조수율 및 신뢰성을 향상시킬 수 있다.

Description

반도체 소자의 소자분리 방법

본 발명은 반도체 소자의 소자분리 방법에 관한 것으로, 특히 산화막이 성장될 부분에 미리 임플란테이션 공정을 시행한 후 후속 열처리공정을 통해 산화막을 성장시킴으로써 단차 및 버즈빅 현상을 줄이면서 원하는 두께의 산화막을 형성함에 의해 반도체 소자의 제조수율 및 신뢰성을 향상시킬 수 있는 반도체 소자의 소자분리 방법에 관한 것이다.

일반적으로 소자분리막은 반도체 소자 제조 공정 중 절연막을 형성시켜 트랜지스터의 활성영역(active area) 분리(isolation) 시키는 공정에 사용된다.

종래의 일반적인 소자분리 공정에 대해 첨부 도면을 참조하여 살펴보기로 한다.

도 1A 내지 도 1D 는 종래의 기술에 따른 반도체 소자의 소자분리 공정 단계를 도시한 단면도이다.

종래의 일반적인 소자분리 공정은 다음과 같이 진행된다.

먼저, 실리콘 기판(11) 상부에 희생 질화막 즉, 측면 산화막 성장 억제막(12)을 소정두께로 형성한 다음, 상기 희생 질화막(12)의 상부에 소자 분리 포토레지스트 패턴(13)을 형성한다.(도 1A 참조)

다음 상기 포토레지스트 패턴(13)을 식각 마스크로 하여 하부의 측면 산화막 성장 억제막(12)을 식각한다.(도 1B 참조)

그후 소자분리를 위한 산화막(14)을 형성한다.(도 1C 참조)

산화막 성장 억제막을 제거한다. (도 1D 참조)

상기와 같은 종래의 소자 분리 기술에 있어서는, 실리콘 기판(11)위에 포토레지스트로 패턴(13)을 형성한 후, 그 기판을 산화시킬 수 있는 기체(산소 포함)를 흘리면서 열을 가해 표면으로부터 산화막이 생기게 되고 일정시간의 공정 동안에 원하는 두께의 필드 산화막(14)을 얻게 된다.

즉, 상기와 같은 공정에서는 산화막(14)이 위 아래로 만이 아니라 측면으로도 성장하여 포토 레지스트로 형성된 패턴(13) 아래로 파고들게 되는 버즈빅(birds beak) 현상이 발생하여 원하지 않는 형상의 필드 산화막(14)을 얻게 된다.

상기의 문제를 해결하기 위한 종래의 공정에서는, 산화막의 성장을 방해할 수 있는 막을 포토레지스트 패턴의 하부에 미리 만들어 원하지 않는 산화막을 줄이는 방법을 이용한다.

그러나 패턴의 크기가 작아짐에 따라 상기한 방법에도 한계가 있어 이와 같은 공정을 시행할 경우, 미리 산화막이 성장될 부분의 크기를 작게 한 후 시행하는데, 여기에는 고집적화에 따라 작아진 패턴의 크기보다 더 작게 패턴을 만들어야 하는 또 다른 어려움이 발생한다.

또한, 상기와 같은 방법으로 산화막을 만들 경우 포토레지스트가 없는 부분이 넓은 지역에서와 좁은 지역에서 성장하는 산화막의 두께가 다르게 되어 좁은 지역을 일정한 두께 이상이 되게 할 때, 넓은 지역에서 산화막이 많이 성장하게 되고, 그 두께 차이가 후속 공정에서 단차로 작용하게 되는 문제점이 있다.

한편, 상기에서 기술한 문제점을 해결하기 위해서는 산화막 형성 열공정을 적게 진행 시키면서 원하는 두께의 산화막을 얻어야 하며, 패턴 밀도에 따라 다른 정도로 산화 막을 성장시킬 수 있어야 한다.

따라서 종래의 방법으로 산화막을 성장시킬 때 필요한 에너지는 크게 두가지로 볼 수 있는 데, 첫째는 산소와 실리콘을 결합시킬 때 사용되는 활성에너지이고, 둘째로 산화막이 성장하기 시작한 후 계속 산화막을 형성시키기 위해 산소 원자가 산화막을 확산(diffusion)을 통해 통과하는데 필요한 에너지이다.

참고로, 임플란테이션 공정으로 물질을 주입시킬때는 항상 표면에서 어느정도 안쪽부분에서 가장 큰 밀도를 나타내므로 열공정시 이부분에서 먼저 산화막이 형성되어 성장하게 된다.

따라서 본 발명은 상기한 종래의 기술에서의 제반 문제점을 감안하여 산화막이 성장될 부분에 산소 원자를 미리 투입시켜 후속 열처리 공정을 통한 산화막 형성시, 확산을 위해 필요한 에너지를 줄임으로써 온도를 낮추거나 또는 같은 온도에서라도 적은 시간내에 공정을 마칠 수 있도록 하여 측면으로의 산화막 성장을 억제시켜 반도체 소자의 제조수율 및 신뢰성을 향상시킬 수 있는 반도체 소자의 소자분리 방법을 제공함에 그 목적이 있다.

도 1A 내지 도 1D 는 종래의 기술에 따른 반도체 소자의 소자분리 공정단계를 도시한 단면도

도 2A 내지 도 2G 는 본 발명의 기술에 따른 반도체 소자의 소자분리 공정 단계를 도시한 단면도

도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

11,21 : 실리콘 기판 12,22 : 희생 질화막

13,23,24 : 포트레지스트 패턴 14,27 : 필드 산화막

25,26 : 성장된 산화막

상기 목적을 달성하기 위해 본 발명은, 실리콘 기판 상부에 소정 두께의 희생 질화막을 형성한 후, 그 상부에 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계와, 상기 포토레지스트 패턴을 이용하여 그 하부의 희생 질화막을 식각한 후 포토레지스트 패턴을 제거하는 단계와, 산화막이 성장하기로 예정된 실리콘 기판의 소정 부위중 상기 희생 질화막이 없는 부분의 크기가 큰 부분의 상부에 레지스트 패턴을 형성시키는 단계와, 산소 임플란테이션 공정을 시행하여 미리 산소를 주입시키는 단계와, 후속 열공정을 진행하여 필드 산화막을 성장시키는 단계로 구성되는 것을 특징으로 한다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 대한 상세한 설명을 하기로 한다.

도 2A 내지 도 2G 는 본 발명의 방법에 따른 반도체 소자의 소자분리 공정 단계를 도시한 단면도이다.

도 2A 를 참조하면, 실리콘 기판(21)위에 희생 질화막 즉, 측면 산화막 성장 억제막(22)을 성장시킨 후, 포토레지스트 패턴(23)을 형성시킨다.

도 2B 를 참조하면, 상기 포토레지스트 패턴(23)을 이용하여 희생 산화막(22)을 식각하고 포토레지스트 패턴(23)을 제거한다.

도 2C 를 참조하면, 산화막이 성장할 부분 즉, 희생 산화막(22)이 없는 부분의 크기가 큰 부분에 레지스트 패턴(24)을 형성시킨다.

도 2D 를 참조하면, 산소 임플란테이션 공정을 시행하여 산화막이 성장할 부분의 크기가 작은 부분에 미리 산소를 주입시킨다.

도 2E 를 참조하면, 열공정을 진행시키면 실리콘 기판(21) 표면에서 산화막(25)이 형성되어 성장하고, 미리 산소가 주입된 부분에서도 산화막이 형성되어 성장된다.

도 2F 를 참조하면, 실리콘 기판(21) 표면에서부터 성장한 산화막(25)과 미리 산소가 주입된 부분에서 성장한 산화막(26)이 서로 만나 하나의 산화막(27)을 형성한다.

이 때 기존 공정보다 낮은 온도 또는 같은 온도라 하더라도 보다 적은 시간내에 원하는 두께의 산화막(27)을 얻을 수 있다.

도 2G 를 참조하면, 측면 산화막 성장 억제막(22)을 제거하여 버즈빅 현상이 적고 단차도 적은 절연 산화막(27)을 얻는다.

한편, 상기에서 산소를 주입할 시, 산소를 원자 상태에서 가속하여 주입시키도록 하며, 또한 산소 주입후 상기 후속 열처리 공정 대신 다른 에너지 예컨데, 플라즈마나 빛과 같은 에너지를 이용하여 산화막을 성장시킬 수도 있다.

아울러, 상기 산소를 임프란테이션 할 시, 서로 다른 깊이로 2회 이상 시행한 후 후속 공정을 통해 소정 두께의 산화막을 형성할 수도 있으며, 또한 상기 산소 주입시 다른 물질과의 화합물 형태로 주입되도록 할 수 있다.

이상 상술한 바와같이 본 발명의 방법에 따라, 산화막이 성장될 부분에 산소 원자를 미리 투입시켜 후속 열처리 공정을 통해 산화막을 형성함으로써, 산화막을 형성시키는데 필요한 에너지를 줄여 측면으로 산화막이 성장하는 버즈빅 현상을 줄일 수 있으며, 이로 인해 산화막이 형성될 부분의 크기를 미리 작게 할 필요가 없게 되므로 패턴을 형성시키는 공정에서의 공정 마진을 늘릴 수 있으며, 또한 산화막이 형성되는 부분이 넓은 부분과 좁은 부분사이에서 발생하는 단차를 줄일 수 있으며, 또한 실리콘 기판 상부로 돌출되는 산화막의 두께가 얇아져 부분적으로 더 평탄한 상태에서 후속 공정을 진행할 수 있어 반도체 소자의 제조수율 및 신뢰성을 향상시킬 수 있다.

Claims (5)

1. 실리콘 기판 상부에 소정 두께의 희생 질화막을 형성한 후, 그 상부에 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계와,

   상기 포토레지스트 패턴을 이용하여 그 하부의 희생 질화막을 식각한 후 포토레지스트 패턴을 제거하는 단계와,

   산화막이 성장하기로 예정된 실리콘 기판의 소정 부위중 상기 희생 질화막이 없는 부분의 크기가 큰 부분의 상부에 레지스트 패턴을 형성시키는 단계와,

   산소 임플란테이션 공정을 시행하여 산소를 주입시키는 단계와,

   후속 열공정을 진행하여 필드 산화막을 성장시키는 단계로 구성되는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 소자분리 방법.
2. 제 1항에 있어서, 산화막이 성장할 분분의 크기가 작은 부분에만 산소 임플란테이션 공정을 시행하여 미리 산소를 주입하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 소자분리 방법.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 산소를 주입할 시, 산소를 원자 상태에서 가속하여 주입시키는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 소자분리 방법.
4. 제 1 항에 있어서, 상기 후속 열처리 공정 대신 플라즈마나 빛과 같은 에너지원을 이용하여 산화막을 성장시키는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 소자분리 방법.
5. 제 1 항에 있어서, 상기 산소를 임플란테이션 할 시, 서로 다른 깊이로 2회 이상 시행한 후 후속 공정을 통해 소정 두께의 산화막을 형성하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 소자분리 방법.