KR19990060946A - Device Separator Formation Method of Semiconductor Device - Google Patents
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Abstract
본 발명은 트렌치형 소자 분리막의 액티브 영역과 필드 영역의 경계면의 표면을 보다 효과적으로 라운딩 시켜, 반도체 소자의 특성을 향상시킬 수 있는 반도체 소자의 소자 분리막 형성방법을 개시한다.The present invention discloses a method of forming a device isolation film of a semiconductor device capable of more effectively rounding the surface of an interface between an active region and a field region of a trench type isolation film to improve characteristics of the semiconductor device.
본 발명에 따른 트렌치형 소자 분리막은 다음과 같이 형성된다. 먼저, 반도체 기판 상에 패드 산화막, 질화막 및 질화막에 대한 소정의 식각 저지막을 순차적으로 형성되고, 기판의 액티브 예정 영역을 마스킹함과 더불어 필드 영역이 형성될 부분의 기판이 노출되도록 식각 저지막, 질화막 및 패드 산화막이 패터닝된다. 그런 다음, 식각 저지막, 질화막 및 패드 산화막의 노출된 양 측벽에 스페이서가 형성되고, 스페이서 및 노출된 기판이 식각되어, 소정 깊이의 트렌치가 형성된다. 그 후, 트렌치에 매립되도록 상기 기판 전면에 절연막을 형성되고, 절연막 및 식각저지막이 질화막이 노출되도록 식각되어 평탄화된다. 그런 다음, 질화막 및 패드 산화막이 제거되고, 절연막이 기판이 노출되도록 제거되어 기판이 평탄화됨과 더불어 트렌치형 소자 분리막이 완성된다.The trench type isolation layer according to the present invention is formed as follows. First, predetermined etch stop films for the pad oxide film, the nitride film, and the nitride film are sequentially formed on the semiconductor substrate, and the etch stop film and the nitride film are exposed so as to mask the active predetermined region of the substrate and to expose the substrate where the field region is to be formed. And the pad oxide film is patterned. Then, spacers are formed on both exposed sidewalls of the etch stop layer, the nitride layer, and the pad oxide layer, and the spacers and the exposed substrate are etched to form trenches of a predetermined depth. Thereafter, an insulating film is formed on the entire surface of the substrate to be filled in the trench, and the insulating film and the etch stop film are etched and planarized to expose the nitride film. Then, the nitride film and the pad oxide film are removed, the insulating film is removed so that the substrate is exposed, the substrate is planarized, and the trench type isolation film is completed.
Description
본 발명은 반도체 소자의 제조방법에 관한 것으로, 특히 트렌치형 소자 분리막의 형성방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method of manufacturing a semiconductor device, and more particularly, to a method of forming a trench type isolation film.
소자 분리(ISOLATION) 기술이란 집적 소자를 구성하는 개별 소자를 전기적 및 구조적으로 서로 분리시켜, 각 소자가 인접한 소자의 간섭을 받지 않고 주어진 기능을 독자적으로 수행할 수 있도록 하는데 필요한 기능을 집적 소자 제조시 부여하는 기술이다. 이러한 소자 분리 방법으로서 반도체 장치의 고집적화, 고속화 경향에 대응하여, 트렌치 기술을 이용한 트렌치형 소자 분리막이 대두되었다. 그러나, 이 트렌치형 소자 분리막은 액티브 영역과 필드 영역의 경계면이, 샤프(shparp)한 프로파일(profile)로 인하여, 경계면에 전계가 집중된다. 이에 따라, 트랜지스터의 특성이 저하된다.ISOLATION technology is an integrated device fabrication function that separates the individual devices constituting the integrated device from each other electrically and structurally so that each device can independently perform a given function without interference from adjacent devices. It is a technique to grant. As a device isolation method, a trench type device isolation film using a trench technology has emerged in response to the trend of high integration and high speed of semiconductor devices. However, in the trench type isolation layer, an electric field is concentrated at the interface due to the sharp profile of the interface between the active region and the field region. As a result, the characteristics of the transistor are deteriorated.
이에 대하여, 종래에는 액티브 영역과 필드 영역의 경계면이 완만한 프로파일을 갖도록 경계면의 표면을 라운딩 산화(rounding oxidation) 시켰다. 이러한, 종래의 라운딩 산화를 이용한 반도체 소자의 트렌치형 소자 분리막의 형성방법을 도 1A 내지 도 1D를 참조하여 설명한다.In contrast, conventionally, the surface of the boundary surface is rounded oxidation so that the interface between the active region and the field region has a gentle profile. A method of forming a trench type isolation layer of a semiconductor device using the conventional rounding oxidation will be described with reference to FIGS. 1A to 1D.
먼저, 도 1A에 도시된 바와 같이, 반도체 기판(1) 상에 패드 산화막(2), 질화막(3)이 순차적으로 형성되고, 질화막(3) 상에 소정의 마스크 패턴(4)이 형성된다. 그런 다음, 마스크 패턴(4)을 이용한 식각 공정에 의해, 질화막(3) 및 패드 산화막(2)이 식각되어, 기판(1)이 소정 부분 노출된다.First, as shown in FIG. 1A, a pad oxide film 2 and a nitride film 3 are sequentially formed on the semiconductor substrate 1, and a predetermined mask pattern 4 is formed on the nitride film 3. Then, by the etching process using the mask pattern 4, the nitride film 3 and the pad oxide film 2 are etched, and the substrate 1 is partially exposed.
도 1B에 도시된 바와 같이, 노출된 기판(1)이 소정 깊이만큼 식각되어, 트렌치(5)가 형성된다. 그런 다음, 공지된 방법에 의해, 마스크 패턴(4)이 제거되고, 패드 산화막(2)이 소정의 폭만큼 습식 식각된다.As shown in FIG. 1B, the exposed substrate 1 is etched by a predetermined depth to form the trench 5. Then, the mask pattern 4 is removed by the known method, and the pad oxide film 2 is wet etched by a predetermined width.
도 1C에 도시된 바와 같이, 트렌치(5)의 수직 경계면의 표면이 라운딩 산화된후, 습식 식각에 의해, 산화된 부분이 제거된다. 이에 따라, 트렌치(5)의 수직 경계면의 표면이 라운딩되어 완만해진다. 그런 다음, 트렌치(5)에 매립되도록 기판 전면에 산화막(6)이 증착된 후, 질화막(3)이 노출되도록 에치백되어, 표면이 평탄화된다.As shown in FIG. 1C, after the surface of the vertical interface of the trench 5 is rounded and oxidized, the wetted portions are removed by wet etching. As a result, the surface of the vertical boundary surface of the trench 5 is rounded and smoothed. Then, an oxide film 6 is deposited on the entire surface of the substrate so as to be embedded in the trench 5, and then etched back so that the nitride film 3 is exposed, thereby making the surface flat.
도 1D에 도시된 바와 같이, 질화막(3) 및 패드 산화막(2)이 제거되고, 소정의 평탄화 공정에 의해, 트렌치형 소자 분리막(7)이 형성된다.As shown in FIG. 1D, the nitride film 3 and the pad oxide film 2 are removed, and a trench type device isolation film 7 is formed by a predetermined planarization process.
즉, 트렌치형 소자 분리막(7)의 경계면의 표면이 완만한 경사를 갖게 됨에 따라, 액티브 영역과 필드 영역의 경계에서 전계가 집중되는 현상이 방지된다.That is, as the surface of the boundary surface of the trench type isolation layer 7 has a gentle slope, the phenomenon in which the electric field is concentrated at the boundary between the active region and the field region is prevented.
그러나, 상기한 라운딩 산화 공정만으로 액티브 영역과 필드 영역의 경계면을 완전히 라운딩 시키기에는 한계가 있기 때문에, 여분의 마스크로 이용하여 트렌치의 측벽에 이온 주입을 실시한 후, 라운딩 산화를 실시하지만, 이러한 방법 역시, 경계면을 완전히 라운딩 시키기기 어렵다.However, there is a limit to completely rounding the boundary between the active area and the field area only by the above rounding oxidation process. Thus, after the ion implantation is performed on the sidewall of the trench using an extra mask, the rounding oxidation is performed. As a result, it is difficult to round the boundary completely.
이에 본 발명은 상기한 문제점을 감안하여 창출된 것으로서, 트렌치형 소자 분리막의 액티브 영역과 필드 영역의 경계면의 표면을 보다 효고적으로 라운딩 시켜, 반도체 소자의 특성을 향상시킬 수 있는 반도체 소자의 소자 분리막 형성방법을 제공함에 그 목적이 있다.Accordingly, the present invention has been made in view of the above-mentioned problems, and the device isolation film of the semiconductor device can improve the characteristics of the semiconductor device by more effectively rounding the surface of the interface between the active region and the field region of the trench type device isolation film. The purpose is to provide a formation method.
도 1a 내지 도 1d는 종래의 반도체 소자의 트렌치형 소자 분리막 형성방법을 나타낸 단면도.1A to 1D are cross-sectional views illustrating a method of forming a trench type isolation layer in a conventional semiconductor device.
도 2a 내지 도 2g는 본 발명의 실시예에 따른 반도체 소자의 트렌치형 소자 분리막 형성방법을 나타낸 단면도.2A to 2G are cross-sectional views illustrating a method of forming a trench type isolation layer in a semiconductor device according to an embodiment of the present invention.
(도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명)(Explanation of symbols for the main parts of the drawing)
11 : 반도체 기판 12 : 패드 산화막11 semiconductor substrate 12 pad oxide film
13 : 질화막 14 : 식각 저지용 산화막13: nitride film 14: etch stop oxide film
15 : 마스크 패턴 16 : 스페이서15: mask pattern 16: spacer
17 : 트렌치 18 : 산화막17: trench 18: oxide film
19 : 소자 분리막19: device separator
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 반도체 소자의 트렌치형 소자 분리막은 다음과 같이 형성된다. 먼저, 반도체 기판 상에 패드 산화막, 질화막 및 질화막에 대한 소정의 식각 저지막을 순차적으로 형성되고, 기판의 액티브 예정 영역을 마스킹함과 더불어 필드 영역이 형성될 부분의 기판이 노출되도록 식각 저지막, 질화막 및 패드 산화막이 패터닝된다. 그런 다음, 식각 저지막, 질화막 및 패드 산화막의 노출된 양 측벽에 스페이서가 형성되고, 스페이서 및 노출된 기판이 식각되어, 소정 깊이의 트렌치가 형성된다. 그 후, 트렌치에 매립되도록 상기 기판 전면에 절연막을 형성되고, 절연막 및 식각저지막이 질화막이 노출되도록 식각되어 평탄화된다. 그런 다음, 질화막 및 패드 산화막이 제거되고, 절연막이 기판이 노출되도록 제거되어 기판이 평탄화됨과 더불어 트렌치형 소자 분리막이 완성된다.A trench type isolation layer of a semiconductor device according to the present invention for achieving the above object is formed as follows. First, predetermined etch stop films for the pad oxide film, the nitride film, and the nitride film are sequentially formed on the semiconductor substrate, and the etch stop film and the nitride film are exposed so as to mask the active predetermined region of the substrate and to expose the substrate where the field region is to be formed. And the pad oxide film is patterned. Then, spacers are formed on both exposed sidewalls of the etch stop layer, the nitride layer, and the pad oxide layer, and the spacers and the exposed substrate are etched to form trenches of a predetermined depth. Thereafter, an insulating film is formed on the entire surface of the substrate to be filled in the trench, and the insulating film and the etch stop film are etched and planarized to expose the nitride film. Then, the nitride film and the pad oxide film are removed, the insulating film is removed so that the substrate is exposed, the substrate is planarized, and the trench type isolation film is completed.
상기한 본 발명에 의하면, 트렌치가 액티브 영역과 필드 영역의 경계면 표면이 스페이서의 형태로 식각됨에 따라, 경게면의 표면이 완만하게 라운딩된, 트렌치형 소자 분리막이 형성된다.According to the present invention described above, as the trench surface of the interface between the active region and the field region is etched in the form of a spacer, a trench type isolation layer having a smoothly rounded surface of the warp surface is formed.
(실시예)(Example)
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
도 2a 내지 도 2g는 본 발명의 실시예에 따른 반도체 소자의 트렌치형 소자 분리막 형성방법을 나타낸 단면도이다.2A to 2G are cross-sectional views illustrating a method of forming a trench type isolation layer in a semiconductor device according to an embodiment of the present invention.
도 2a에 도시된 바와 같이, 반도체 기판(11) 상에 패드 산화막(12)이 형성되고, 패드 산화막(12) 상에 이후 평탄화 공정 시 식각 저지막으로 작용하기 위하여, 질화막(13)이 형성된다. 질화막(13) 상에, 이후, 트렌치 식각시 액티브 영역의 질화막을 보호하기 위하여, 소정의 식각 저지용 산화막(14)이 형성된다. 그런 다음, 식각 저지용 산화막(14) 상에 필드 영역이 형성될 영역을 노출시키는 마스크 패턴(15)이 형성된다.As shown in FIG. 2A, a pad oxide layer 12 is formed on the semiconductor substrate 11, and a nitride layer 13 is formed on the pad oxide layer 12 to act as an etch stop layer in a subsequent planarization process. . On the nitride film 13, a predetermined etching preventing oxide film 14 is then formed to protect the nitride film of the active region during the trench etching. Then, a mask pattern 15 is formed on the etch stop oxide film 14 to expose the region where the field region is to be formed.
도 2b에 도시된 바와 같이, 마스크 패턴(15)을 이용한 식각 공정에 의해, 식각 저지용 산화막(14), 질화막(13) 및 패드 산화막(12)이 식각되어, 필드 영역이 형성될 부분의 기판(11)이 노출된다.As shown in FIG. 2B, the etching stop oxide film 14, the nitride film 13, and the pad oxide film 12 are etched by the etching process using the mask pattern 15 to form a field region. (11) is exposed.
도 2c에 도시된 바와 같이, 공지된 방법에 의해 마스크 패턴(15)이 제거되고, 패드 산화막(12)의 소정의 폭만큼 습식식각되어 제거된다. 그런 다음, 상기 식각 부위가 매립되도록 기판 전면에 폴리실리콘막 또는 질화막이 두껍게 증착되고, 건식식각된다. 이에 따라, 상기 식각 부의 양 측벽, 즉 패드 산화막(12), 질화막(13) 및 식각 저지용 산화막(14)의 노출된 양 측벽에 폴리실리콘막 또는 질화막으로 이루어진 스페이서(16)가 형성된다.As shown in Fig. 2C, the mask pattern 15 is removed by a known method, and wet-etched by a predetermined width of the pad oxide film 12 to remove it. Then, a polysilicon film or a nitride film is thickly deposited on the entire surface of the substrate so that the etching portion is embedded, and dry etching is performed. Accordingly, spacers 16 including polysilicon films or nitride films are formed on both sidewalls of the etched portion, that is, the exposed sidewalls of the pad oxide film 12, the nitride film 13, and the etch stop oxide film 14.
도 2d에 도시된 바와 같이, 스페이서(16) 및 스페이서(16)의 사이에 노출된 기판(11)이 동시에 식각됨으로써, 액티브 영역과 필드 영역의 경계면 표면이 스페이서(16)의 토폴로지를 따라 식각되고, 노출된 기판(11)은 소정의 깊이만큼 식각되어, 완만하게 라운딩된 트렌치(17)가 형성된다.As shown in FIG. 2D, the spacers 16 and the substrate 11 exposed between the spacers 16 are simultaneously etched such that the interface surfaces of the active and field regions are etched along the topology of the spacers 16. The exposed substrate 11 is etched to a predetermined depth to form a gently rounded trench 17.
도 2e에 도시된 바와 같이, 트렌치(17)에 매립되도록 도 2D의 구조 상에 산화막(18)이 증착된다. 그런 다음, 도 2f에 도시된 바와 같이, 산화막(18) 및 하부의 식각 저지용 산화막(14)이 에치백되어 질화막(13)이 노출됨과 더불어, 표면이 평탄해진다.As shown in FIG. 2E, an oxide film 18 is deposited on the structure of FIG. 2D to be embedded in the trench 17. Then, as illustrated in FIG. 2F, the oxide film 18 and the etch stop oxide film 14 at the lower portion are etched back to expose the nitride film 13, and the surface is flat.
도 2g에 도시된 바와 같디, 질화막(13) 및 패드 산화막(12)이 제거되고, 소정의 평탄화 공정에 의해, 기판이 평탄화 됨과 더불어 트렌치형 소자 분리막(19)이 완성된다.As shown in FIG. 2G, the nitride film 13 and the pad oxide film 12 are removed, and the substrate is planarized by the predetermined planarization process, and the trench type isolation film 19 is completed.
상기 실시예에 의하면, 완만한 토폴로지를 갖는 스페이서를 이용하여, 기판에 트렌치가 형성됨에 따라, 액티브 영역과 필드 영역의 수직 경계면의 표면이 완만하게 라운딩된다. 따라서, 액티브 영역과 필드 영역의 경계면에서 전계가 집중되는 것이 효과적으로 방지될 수 있으므로, 반도체 소자의 신뢰성이 향상된다.According to the above embodiment, as the trench is formed in the substrate using a spacer having a gentle topology, the surface of the vertical interface between the active area and the field area is smoothly rounded. Therefore, concentration of the electric field at the interface between the active region and the field region can be effectively prevented, so that the reliability of the semiconductor element is improved.
또한, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않고, 본 발명의 기술적 요지를 벗어나지 않는 범위내에서 다양하게 변형시켜 실시할 수 있다.In addition, this invention is not limited to the said Example, It can variously deform and implement within the range which does not deviate from the technical summary of this invention.
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KR1019970081193A KR19990060946A (en) | 1997-12-31 | 1997-12-31 | Device Separator Formation Method of Semiconductor Device |
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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KR100475047B1 (en) * | 1998-09-22 | 2005-05-27 | 삼성전자주식회사 | Device Separation Method of Semiconductor Device |
-
1997
- 1997-12-31 KR KR1019970081193A patent/KR19990060946A/en not_active Application Discontinuation
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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KR100475047B1 (en) * | 1998-09-22 | 2005-05-27 | 삼성전자주식회사 | Device Separation Method of Semiconductor Device |
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