KR19990057423A - 반도체 소자의 소자 분리막 형성 방법 - Google Patents

Abstract

1. 청구범위에 기재된 발명이 속한 기술분야

본 발명은 반도체 소자의 소자 분리막 형성 방법에 관한 것이다.

2. 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제

종래의 소자 분리막 형성 방법에서 발생되는 버즈빅 현상을 방지하고자 한다.

3. 발명의 해결 방법의 요지

본 발명은 패드 산화막 성장후 실리콘 기판을 쉘로우 트랜치(Shallow Trench)하고 버퍼 폴리 실리콘으로 패드 산화막을 실링(sealing)함으로서, 버즈빅 현상을 방지한다.

4. 발명의 중요한 용도

버즈빅 현상을 방지하고자 하는 모든 반도체 소자.

Description

반도체 소자의 소자 분리막 형성 방법

본 발명은 반도체 소자의 소자 분리막 형성 방법에 관한 것이다.

일반적으로 소자 분리 기술이란 집적소자를 구성하는 개별소자를 전기적 및 구조적으로 서로 분리시켜, 각 소자가 인접한 소자의 간섭을 받지 않고 독자적으로 그 주어진 기능을 수행할 수 있도록 하는데 필요한 기능을 집적소자 제조시 부여하는 기술이다. 고밀도 또는 고집적화라는 관점에서 소자의 집적도를 높이기 위해서는 개개의 소자의 영역(Dimension)을 축소하는 것도 필요한 동시에 소자와 소자 사이에 존재하는 소자분리 영역의 폭 및 면적을 축소하는 것이 필요하다. 이 축소정도가 셀 사이즈(Cell Size)를 좌우한다는 점에서 소자분리 기술이 메모리 셀 사이즈를 결정하는 기술 중의 하나라고 말해도 과언이 아니다. 그래서 오늘날까지 많은 연구가 되어 왔다.

도 1(a) 내지 (d)는 종래의 소자 분리막 형성 방법을 나타낸 단면도이다.

도 1(a)는 실리콘 기판(1)상에 열처리에 의한 패드 산화막(2)을 성장시킨 후, 언도프드(undoped) 폴리 실리콘(3) 및 질화막과 같은 층간 절연막(4)을 저압 화학 기상 증착 공정(LP CVD)을 통해 순차적으로 성장시킨 상태를 나타낸 단면도로서, 상기 패드 산화막(2)은 액티브 영역의 스트레스에 의한 결점(defect) 방지를 위해 100∼250Å 정도 성장시킨다. 또한 언도프드 폴리 실리콘(3)은 600∼650℃, SiH₄가스 분위기의 저압 화학 기상 증착 공정에서 500Å 정도 성장시키며, 층간 절연막(4)은 750∼850℃, SiH₂Cl₂/NH₃가스 분위기의 저압 화학 기상 증착 공정에서 1500∼2000Å 정도 성장시킨다.

도 1(b)는 액티브 영역과 필드 산화막의 소자 분리 영역을 형성하기 위해, 실리콘 기판(1)의 일부분이 노출되도록 상기 전체 구조의 선택된 부분의 질화막(4), 언도프드 폴리 실리콘(3) 및 패드 산화막(2)을 마스크 패턴을 이용한 식각을 통해 필드 산화막 형성 영역을 정의한 상태를 나타낸 단면도이다.

도 1(c)는 소자 분리를 위해 필드 산화막(5)을 1100℃에서 3000∼3500Å 정도 성장시킨 상태를 나타낸 단면도이다.

도 1(d)는 필드 산화막(5)을 성장 시킨 후, 질화막(4)은 인산(H₃PO₄)을 사용하여 제거하고, 언도프트 폴리 실리콘(3)은 드라이 식각을 통해 제거한 상태의 단면도이다.

이와 같이 패드 산화막/질화막층에 의한 소자분리 방법은 측면 산화(Lateral Oxidation)에 의한 버즈빅(Bird's Beak) 현상으로 액티브 영역이 작아지므로, 고집적 소자에서 요구되는 액티브 영역을 확보하기 위해 중간에 폴리 크리스탈 실리콘을 적용한 폴리 실리콘 버퍼드 로커스(PBL) 소자분리 방법이 일반화되고 있다. 그러나 버퍼드 폴리 실리콘 적용에 따른 롱(long), 더블 버즈빅 현상으로 인해 디자인 룰이 0.3㎛ 이하인 소자 분리 공정에는 적용하기가 어렵게 되었다.

따라서, 본 발명은 패드 산화막 성장후, 실리콘 기판을 쉘로우 트랜치(Shallow Trench)하고 버퍼 폴리 실리콘으로 패드 산화막을 실링(sealing)함으로서, 필드 산화막 성장시 발생되는 버즈빅 억제가 가능하여 액티브 영역의 확보가 용이하고 좁은 필드 영역에서의 필드 산화막 씬닝(thinning) 현상도 줄이는데 그 목적이 있다.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 액티브 영역 형성시 스트레스에 의한 결함을 방지하기 위해 실리콘 기판상에 열처리를 통해 패드 산화막을 성장시키는 단계와, 상기 실리콘 기판의 선택된 부분에 감광막을 제 1 마스크 패턴으로 이용한 패터닝으로 얇은 트랜치를 형성하는 단계와, 상기 감광막을 제거한 후, BOE 용액을 이용한 클리닝 공정으로 상기 패드 산화막 및 상기 실리콘 기판의 식각된 부분에 계단형 프로필을 형성하는 단계와, 언도프드 폴리 실리콘 및 층간 절연막을 저압 화학 기상 증착 공정을 통해 순차적으로 증착시키는 단계와, 상기 언도프드 폴리 실리콘의 일부분이 노출되도록 상기 층간 절연막 및 상기 언도프드 폴리 실리콘의 선택된 부분에 제 2 마스크 패턴을 이용한 패터닝으로 필드 산화막이 성장할 영역을 정의하는 단계와, 소자 분리를 위해 필드 산화막을 열처리에 의해 성장시키는 단계와, 상기 층간 절연막, 언도프트 폴리 실리콘 및 패드 산화막은 식각을 통해 제거하는 단계로 이루어진 것을 특징으로 한다.

도 1(a) 내지 (d)는 종래의 소자 분리막 형성 방법을 나타낸 단면도.

도 2(a) 내지 (g)는 본 발명에 따른 소자 분리막 형성 방법을 나타낸 단면도.

〈도면의 주요 부분에 대한 부호 설명〉

1 및 11 : 실리콘 기판 2 및 12 : 패드 산화막

3 및 15 : 언도프드 폴리 실리콘 4 및 16: 층간 절연막(질화막)

5 및 17 : 필드 산화막 13 : 감광막

14 : 트랜치

도 2(a) 내지 (g)는 본 발명에 따른 소자 분리막 형성 방법을 나타낸 단면도이다.

도 2(a)는 실리콘 기판(11) 상에 열처리를 통해 패드 산화막(12)을 성장시킨 상태를 나타낸 단면도로서, 상기 패드 산화막(12)은 액티브 영역 형성시 스트레스에 의한 결함을 방지하기 위해 100∼150Å 정도 성장시킨다.

도 2(b)는 실리콘 기판(11)의 선택된 부분에 제 1 마스크 패턴을 이용한 식각을 통해 300∼500Å 정도의 얇은 트랜치(trench)(14)를 형성한 상태를 나타낸 단면도이다.

도 2(c)는 감광막(13)을 제거한 후, BOE 용액을 이용한 클리닝 공정으로 패드 산화막(12)과 실리콘 기판(11)의 식각된 부분에 계단형 프로필(profile)을 형성한 상태를 나타낸 단면도로서, 이때 클리닝 공정은 5∼10초 정도 실시한다.

도 2(d)는 계단형 프로필을 형성한 후, 언도프드 폴리 실리콘(15) 및 층간 절연막(16)을 저압 화학 기상 증착 공정을 통해 순차적으로 증착시킨 상태를 나타낸 단면도로서, 상기 언도프드 폴리 실리콘(15)은 600∼650℃, SiH₄가스 분위기의 저압 화학 기상 증착 공정에서 400∼500Å 정도 증착시키며, 층간 절연막(16)은 질화막 등을 사용하며, 750∼850℃, SiH₂Cl₂/NH₃가스 분위기, 0.3∼0.35torr의 저압 화학 기상 증착 공정에서 1500∼2000Å 정도 성장시킨다. 또한 언도프드 폴리 실리콘(15) 대신에 500∼530℃, SiH₄또는 Si₂H₆가스 분위기, 0.2∼0.4Torr의 저압 화학 기상 증착 공정에서 400∼500Å 정도로 비정질 실리콘을 증착할 수 있다.

도 2(e)는 언도프드 폴리 실리콘(15)의 일부분이 노출되도록 층간 절연막(16) 및 언도프드 폴리 실리콘(15)의 선택된 부분에 제 2 마스크 패턴을 이용한 식각을 통해 필드 산화막이 성장할 영역을 정의한 상태를 나타낸 단면도로서, 이때 식각 공정시 언도프드 폴리 실리콘(15)은 200∼300Å 정도 잔류시킨다. 상기 잔류된 폴리 실리콘층은 버즈빅 형성 경로가 되는 패드 산화막(12)을 실링(sealing) 한다.

도 2(f)는 소자 분리를 위해 필드 산화막(17)을 1000∼1100℃에서 2500∼3000Å 정도 성장시킨 상태를 나타낸 단면도로서, 필드 산화막(17) 형성 전의 클리닝 공정에서 NH₄OH 만을 적용하거나 H₂SO₄+ HF + 80℃ NH₄OH를 적용할 수 있다.

도 2(g)는 필드 산화막(17)을 성장 시킨 후, 층간 절연막(16)은 인산(H₃PO₄)을 사용하여 제거하고, 언도프트 폴리 실리콘(15) 및 패드 산화막(12)은 드라이 식각을 통해 제거한 상태의 단면도이다.

이와 같은 공정을 통해 종래의 문제점인 버즈빅 현상을 줄임으로서 양호한 상태의 액티브 영역을 확보할 수 있으며, 필드 산화막 씬닝 현상도 방지할 수 있다.

상술한 바와 같이 본 발명에 의하면 버즈빅 현상을 억제하여 후속 공정에서 마진 확보가 가능함으로 고집적 소자에의 적용이 가능하며, 넓은 액티브 영역 확보를 통한 제품 특성 향상 및 수율 증대에 탁월한 효과가 있다.

Claims (10)

1. 실리콘 기판상에 열처리를 통해 패드 산화막을 성장시키는 단계와,

   상기 실리콘 기판의 선택된 부분에 감광막을 제 1 마스크 패턴으로 이용한 패터닝으로 얇은 트랜치를 형성하는 단계와,

   상기 감광막을 제거한 후, BOE 용액을 이용한 클리닝 공정으로 상기 패드 산화막 및 상기 실리콘 기판의 식각된 부분에 계단형 프로필을 형성하는 단계와,

   상기 결과물상에 언도프드 폴리 실리콘 및 층간 절연막을 저압 화학 기상 증착 공정을 통해 순차적으로 증착시키는 단계와,

   상기 언도프드 폴리 실리콘의 일부분이 노출되도록 상기 층간 절연막 및 상기 언도프드 폴리 실리콘의 선택된 부분에 제 2 마스크 패턴을 이용한 패터닝으로 필드 산화막이 성장할 영역을 정의하는 단계와,

   소자 분리를 위해 필드 산화막을 열처리에 의해 성장시키는 단계와,

   상기 층간 절연막, 언도프트 폴리 실리콘 및 패드 산화막은 식각을 통해 제거하는 단계로 이루어진 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 소자 분리막 형성 방법.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 트랜치의 깊이는 300 내지 500Å 정도인 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 소자 분리막 형성 방법.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 클리닝 공정은 5 내지 10초 정도 실시하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 소자 분리막 형성 방법.
4. 제 1 항에 있어서, 상기 언도프드 폴리 실리콘은 600 내지 650℃, SiH₄가스 분위기의 저압 화학 기상 증착 공정에서 400 내지 500Å 정도 증착시키는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 소자 분리막 형성 방법.
5. 제 4 항에 있어서, 상기 언도프드 폴리 실리콘은 200 내지 300Å 정도 잔류시키는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 소자 분리막 형성 방법.
6. 제 5 항에 있어서, 상기 잔류된 폴리 실리콘층은 버즈빅 형성 경로가 되는 상기 패드 산화막을 실링 하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 소자 분리막 형성 방법.
7. 제 1 항에 있어서, 상기 층간 절연막은 750 내지 850℃, SiH₂Cl₂/NH₃가스 분위기, 0.3 내지 0.35torr의 저압 화학 기상 증착 공정에서 1500 내지 2000Å 정도 성장시키는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 소자 분리막 형성 방법.
8. 제 1 항에 있어서, 언도프드 폴리 실리콘 대용으로 500 내지 530℃, SiH₄및 Si₂H₆중 어느 하나의 가스 분위기, 0.2 내지 0.4Torr의 저압 화학 기상 증착 공정에서 400 내지 500Å 정도로 비정질 실리콘을 증착할 수 있는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 소자 분리막 형성 방법.
9. 제 1 항에 있어서, 상기 필드 산화막은 1000 내지 1100℃에서 2500 내지 3000Å 정도 성장시키는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 소자 분리막 형성 방법.
10. 제 1 항에 있어서, 상기 필드 산화막 형성 전의 클리닝 공정은 NH₄OH 및 H₂SO₄+ HF + 80℃ NH₄OH 중 어느 하나에서 실시하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 소자 분리막 형성 방법.