KR19990004902A

KR19990004902A - Device Separating Method of Semiconductor Device

Info

Publication number: KR19990004902A
Application number: KR1019970029062A
Authority: KR
Inventors: 박동수; 최병대; 홍병섭
Original assignee: 김영환; 현대전자산업 주식회사
Priority date: 1997-06-30
Filing date: 1997-06-30
Publication date: 1999-01-25

Abstract

1. 청구범위에 기재된 발명이 속한 기술분야1. TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION

반도체 장치의 소자 분리막 형성 방법.A device isolation film formation method for a semiconductor device.

2. 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제2. Technical problem to be solved by the invention

반도체 장치의 소자 분리막 형성에 있어서, 단차가 심하지 않고, 소자 형성 영역의 면적을 감소시키지 않을 수 있는 산화막 및 그 형성 방법을 제공하고자 함.In forming a device isolation film of a semiconductor device, it is desired to provide an oxide film and a method of forming the same, which are not severely stepped and may not reduce the area of the device formation region.

3. 발명의 해결 방법의 요지3. Summary of the Solution of the Invention

반도체 기판 상에 산화 방지막을 형성하는 단계; 소자 분리 마스크를 사용하여 상기 산화 방지막을 선택 식각하고, 계속해서 노출된 상기 반도체 기판을 식각 하여 소정 깊이를 갖는 트렌치를 형성하는 단계; 상기 트렌치 측벽에 산화 방지 스페이서를 형서 하는 단계; 및 상기 트렌치 내부의 노출된 반도체 기판에 열 공정을 실시하여 소자 분리막을 형성하여 상기 트렌치를 매립하는 단계를 포함하여 이루어지는 반도체 장치의 제조 방법.Forming an anti-oxidation film on the semiconductor substrate; Selectively etching the antioxidant layer using a device isolation mask, and subsequently etching the exposed semiconductor substrate to form a trench having a predetermined depth; Forming an anti-oxidation spacer on the trench sidewalls; And forming a device isolation layer by performing a thermal process on the exposed semiconductor substrate inside the trench to fill the trench.

4. 발명의 중요한 용도4. Important uses of the invention

반도체 장치 제조 공정 중 소자 분리막 형성 공정에 이용됨.It is used in the process of forming device isolation film in the semiconductor device manufacturing process

Description

Device Separating Method of Semiconductor Device

본 발명은 반도체 장치의 제조 공정에 관한 것으로, 특히 반도체 제조 공정중 소자들의 상호 전기적 절연을 위한 반도체 장치의 소자 분리막 형성 방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a manufacturing process of a semiconductor device, and more particularly, to a method of forming an isolation layer of a semiconductor device for mutual electrical insulation of devices during a semiconductor manufacturing process.

일반적으로, 절연(Isolation) 기술은 집적 소자를 구성하는 개별 소자를 전기적 및 구조적으로 분리시켜, 소자가 인접한 소자의 영향을 받지 않고 그 주어진 기능을 제대로 수행할 수 있도록, 집적 소자 제조시 부여하는 기술이다. 고밀도 또는 고집적화라는 관점에서 소자의 집적도를 높이기 위해서는 각각의 소자의 면적을 축소하는 것도 필요한 동시에 소자와 소자 사이에 존재하는 절연 영역의 폭 및 면적을 축소하는 것도 필요하다. 이 축소 정도가 셀 크기를 좌우한다는 점에서, 소자 분리 기술은 메모리 셀 크기를 결정하는 요소 중의 하나이다. 여러 가지 종류의 집적 회로가 각기 다른 절연 조건을 요구하였기에 다양한 절연 기술이 개발되어 왔다. 즉 각 절연 기술이 나타내는 특징이 각기 달라 각 소자의 용도에 따라 절연 특징이 선택되어 이용되어 왔다. 초기의 절연 기술은 바이폴라 집적회로에서 사용되던 PN접합 절연 방법이고, 오늘날은 1970년경에 필립스사에서 발표한 LOCOS(LOCal Oxidation of Isolation;이하 로코스라 함)가 모스 트랜지스터에서 사용되는 추세이다.In general, isolation technology is a technique that is imparted in the fabrication of integrated devices to electrically and structurally separate the individual elements that make up the integrated device so that the device can perform its given functions without being affected by adjacent devices. to be. In order to increase the degree of integration of the device from the viewpoint of high density or high integration, it is necessary to reduce the area of each device and at the same time reduce the width and the area of the insulating region between the device and the device. Device isolation techniques are one of the factors that determine memory cell size, in that the degree of shrinkage determines the cell size. Various isolation technologies have been developed because different types of integrated circuits required different isolation conditions. In other words, the characteristics of each insulation technology are different, and insulation characteristics are selected and used according to the use of each device. Early isolation technology was the PN junction isolation method used in bipolar integrated circuits, and today, the LOCOS (LOCal Oxidation of Isolation) announced by Philips around 1970 is being used in MOS transistors.

도1은 종래 기술에서 사용되는 열산화 방식으로 형성된 로코스를 구비하는 반도체 장치의 단면도로서, 도면 부호 11은 실리콘 기판이고, 도면 부호 12는 새부리 모양의 로코스를 각각 나타낸다. 또한 도면 부호 A는 소위 말하는 새부리(Birds beak)로서, L_bb(length bird's beak)를 나타낸다.1 is a cross-sectional view of a semiconductor device having a locos formed by a thermal oxidation method used in the prior art, wherein reference numeral 11 denotes a silicon substrate, and reference numeral 12 denotes a beak-shaped locos, respectively. Reference numeral A denotes a so-called Birds beak, which represents L _bb (length bird's beak).

도1에 도시된 바와 같이, 실리콘 기판(11)상에 확산 방지용 마스크(도시되지 않음)를 이용한 열산화 방법으로 로코스(12)를 형성한다. 이때 소자 형성 영역의 폴리 실리콘이 횡방향으로 산화되어 새부리 모양의 산화막(A)을 형성한다. 이러한 종래의 로코스를 갖는 새부리 모양의 산화막이 소자 형성 영역의 면적을 줄어들게 하여, 소자가 고집적화되면서 큰 문제점으로 대두되고 있다. 또 다른 종래의 로코스의 문제점은 실리콘 기판의 표면을 기준으로 하여 상부와 하부로 형성되는 산화막의 비율이 일정하다는 것이다. 이에 단차가 심하게 되는 문제점이 따른다.As shown in FIG. 1, the LOCOS 12 is formed on the silicon substrate 11 by a thermal oxidation method using a diffusion preventing mask (not shown). At this time, the polysilicon in the element formation region is oxidized in the transverse direction to form a beak-shaped oxide film A. Such a beak-shaped oxide film having a locus of the related art reduces the area of the element formation region, which is a big problem as the device is highly integrated. Another problem of the conventional LOCOS is that the ratio of oxide films formed on the top and bottom of the silicon substrate is constant. This is accompanied by a problem that the step is severe.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 본 발명은, 반도체 소자의 소자 분리막 형성시, 단차가 심하지 않고, 소자 형성 영역의 면적을 감소시키지 않을 수 있는 소자 분리막의 형성 방법을 제공함을 그 목적으로 한다.Disclosure of Invention The present invention devised to solve the above problems is to provide a method of forming a device isolation film which does not have a severe step and does not reduce the area of the device formation region when forming a device isolation film of a semiconductor device. .

도1는 종래의 로코스 형성을 나타내는 공정 단면도,1 is a cross-sectional view showing a conventional LOCOS formation;

도 2A 내지 도2D는 본 발명의 일실시예에 따른 반도체 장치의 소자 영역의 로코스 형성 방법을 나타내는 공정 단면도.2A to 2D are cross-sectional views illustrating a method for forming a locus in a device region of a semiconductor device according to example embodiments.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for the main parts of the drawings

21 : 실리콘 기판21: silicon substrate

22 : 산화막22: oxide film

23 : 질화막23: nitride film

24 : 스페이서24: spacer

25 : 로코스25: Locos

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 반도체 장치의 제조 방법은, 반도체 기판 상에 산화 방지막을 형성하는 단계; 소자 분리 마스크를 사용하여 상기 산화 방지막을 선택 식각하고, 계속해서 노출된 상기 반도체 기판을 식각 하여 소정 깊이를 갖는 트렌치를 형성하는 단계; 상기 트렌치 측벽에 산화 방지 스페이서를 형서 하는 단계; 및 상기 트렌치 내부의 노출된 반도체 기판에 열 공정을 실시하여 소자 분리막을 형성하여 상기 트렌치를 매립하는 단계를 포함하여 이루어진다.In order to achieve the above object, the semiconductor device manufacturing method of the present invention comprises the steps of forming an anti-oxidation film on a semiconductor substrate; Selectively etching the antioxidant layer using a device isolation mask, and subsequently etching the exposed semiconductor substrate to form a trench having a predetermined depth; Forming an anti-oxidation spacer on the trench sidewalls; And forming a device isolation layer by performing a thermal process on the exposed semiconductor substrate inside the trench to fill the trench.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described in detail the present invention.

도2A 내지 도2D는 본 발명의 일실시예에 따른 소자 분리막을 구비한 반도체 장치의 소자 분리막 형성 공정 단면도이다.2A to 2D are cross-sectional views of a device isolation film forming process of a semiconductor device having a device isolation film according to an embodiment of the present invention.

먼저, 도2A에 도시된 바와 같이 실리콘 기판(21) 위에 물질 상호간의 응력을 완화시키기 위한 패드 산화막(22)을 전면 형성하고, 산소 등의 이온이 실리콘 기판(21)으로 확산되는 것을 억제시키는 선택적 산화 식각마스크용 질화막(23)을 형성한다.First, as shown in FIG. 2A, an entire surface of the pad oxide film 22 for alleviating stress between materials is formed on the silicon substrate 21, and selective for suppressing diffusion of ions such as oxygen into the silicon substrate 21. FIG. The nitride film 23 for an etch mask is formed.

다음으로, 도2B에 도시된 바와 같이, 소자 분리 마스크를 이용하여 질화막(23)과 패드 산화막(22)을 차례로 식각 하여 제거한다. 계속해서, 종래 로코스 형성의 방법과는 상이하게 실리콘 기판(21)에 소정의 깊이를 갖는 트렌치를 형성한다. 이때 형성되는 트렌치의 깊이는 500Å이상으로 형성한다.Next, as shown in FIG. 2B, the nitride film 23 and the pad oxide film 22 are sequentially etched and removed using the device isolation mask. Subsequently, a trench having a predetermined depth is formed in the silicon substrate 21 differently from the conventional method of forming a locus. At this time, the depth of the trench is formed to be 500Å or more.

여기서 실리콘 기판(21)에 트렌치를 형성할 때 실리콘 기판(21)의 식각은 질소 가스로 이루어지는데, 질소가스와 실리콘 기판(21)의 실리콘과의 반응으로 형성되는 합성물(Polymer)이 기 형성된 트렌치 바닥 표면에 잔존할 수도 있다. 이러한 합성물을 완전히 제거하지 않고 로코스를 형성하게 되면, 로코스의 형성에 지장을 주게 된다.Here, when the trench is formed in the silicon substrate 21, the etching of the silicon substrate 21 is made of nitrogen gas, and a trench in which a polymer formed by a reaction between nitrogen gas and silicon of the silicon substrate 21 is formed. May remain on the floor surface. If locose is formed without completely removing such a compound, it will interfere with the formation of locose.

이러한 문제점을 해결하기 위하여 좀더 개선된 방안으로, 트렌치 내부에 산화막을 형성하기도 한다. 이때 이러한 합성물의 반응을 유도할수 있는 1000℃ 이상의 온도에서 산화 공정을 실시하고, 이때 형성되는 산화막은 200Å 내지 500Å의 두께를 갖도록 형성한다. 산화막 형성후, 합성물을 함유하고 있는 산화막을 제거하는 세척 공정을 실시하여 합성물을 함께 제거하도록 한다.In order to solve this problem, an oxide film may be formed inside the trench. At this time, the oxidation process is performed at a temperature of 1000 ° C. or higher to induce the reaction of the composite, and the oxide film formed at this time is formed to have a thickness of 200 kPa to 500 kPa. After the oxide film is formed, a cleaning process for removing the oxide film containing the compound is performed to remove the compound together.

계속해서, 도2C에 도시된 바와 같이, 전체 구조 상부에 산화가 용이하게 되지 않는 막으로 예를 들면 질화막(도면에는 도시되지 않음)을 형성하고, 질화막(23)이 노출될 때까지 질화막을 비등방성 전면 식각 하여 기 형성된 트렌치 측벽에 스페이서(24)를 형성한다. 이때 트렌치 바닥은 실리콘 기판(21)이 노출되도록 한다. 경우에 따라서, 스페이서(24) 형성시 산화되지 않는 막으로 질화 산화막이나 Ta₂O₅등의 물질을 사용할 수도 있다.Subsequently, as shown in Fig. 2C, a nitride film (not shown in the figure) is formed, for example, as a film that is not easily oxidized over the entire structure, and the nitride film is unloaded until the nitride film 23 is exposed. Isotropic front etching is performed to form spacers 24 on the preformed trench sidewalls. At this time, the trench bottom exposes the silicon substrate 21. In some cases, a nitride oxide film or a material such as Ta ₂ O ₅ may be used as the film that does not oxidize when the spacer 24 is formed.

마지막으로, 도2D에 도시된 바와 같이, 열 공정으로 로코스(25)를 성장시키고, 실리콘 기판(21)위의 질화막(23)을 제거한다.Finally, as shown in FIG. 2D, the LOCOS 25 is grown by a thermal process, and the nitride film 23 on the silicon substrate 21 is removed.

전술한 바와 같은 방법으로 형성된 로코스는, 실리콘 기판 내에 형성되는 트렌치의 측벽이 완전히 질화막으로 덮이는 구조를 형성함으로 인하여 측벽을 통한 산화가 일어나지 않아 종래 기술에 비해 로코스가 갖는 면적을 축소 시킬 수 있다.The LOCOS formed by the above-described method has a structure in which the sidewalls of the trenches formed in the silicon substrate are completely covered with a nitride film, so that oxidation through the sidewalls does not occur, thereby reducing the area of the LOCOS compared to the prior art. .

이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명이 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능함이 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에게 있어 명백할 것이다.The present invention described above is not limited to the above-described embodiment and the accompanying drawings, and various substitutions, modifications, and changes are possible within the scope of the present invention without departing from the technical idea. It will be evident to those who have knowledge of.

상기와 같이 이루어지는 본 발명은, 반도체 장치의 소자 분리막 형성에 있어서, 실리콘 기판에 트렌치를 형성하고 기 형성된 트렌치 측벽을 산화 방지용 스페이서로 감싸는 구조를 형성하여, 종래의 로코스 형성 공정에 비하여 소자 형성 영역을 확보하기가 용이하고, 초기 단차를 줄인다. 또한 로코스 하부를 통한 전기적 열화를 방지하게 된다.According to the present invention as described above, in forming a device isolation film of a semiconductor device, a trench is formed in a silicon substrate and a structure is formed in which a preformed trench sidewall is wrapped with an anti-oxidation spacer, thereby forming an element formation region as compared with a conventional LOCOS forming process. It is easy to secure, and reduces the initial step. It also prevents electrical degradation through the lower locos.

Claims

Forming an anti-oxidation film on the semiconductor substrate;

Selectively etching the antioxidant layer using a device isolation mask, and subsequently etching the exposed semiconductor substrate to form a trench having a predetermined depth;

Forming an anti-oxidation spacer on the trench sidewalls; And

Filling the trench by performing a thermal process on an exposed semiconductor substrate in the trench to form an isolation layer;

Method for manufacturing a semiconductor device comprising a.

The method of claim 1,

Before forming the antioxidant film

And forming a pad oxide film for contacting said semiconductor substrate with said antioxidant film.

The method of claim 1,

After forming the trench,

Forming an oxide film on the exposed semiconductor substrate in the trench; And

Cleaning and removing the oxide film

The manufacturing method of the semiconductor device which further contains.

The method of claim 3,

And the oxide film is formed at a temperature of at least 1000 ° C.

The method of claim 4, wherein

And the oxide film is formed to have a thickness of 200 kPa to 500 kPa.

The method of claim 1,

The anti-oxidation film includes a nitride film.

The method of claim 1,

And the anti-oxidation spacer comprises at least one of a nitride film, an oxynitride film or Ta ₂ O ₅ .

The method of claim 1,

And removing the antioxidant film after forming the device isolation film.