KR19990062507A - Method of forming isolation film for semiconductor device - Google Patents

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Abstract

본 발명은 소자들간의 격리막 형성시, 불활성이온을 이용하여 소자격리막의 하부면이 타원형을 갖도록 형성함으로써 소자격리 특성을 향상시키는데 적당한 반도체소자의 격리방법에 관한 것으로서, 반도체 기판상에 산화방지막의 패턴을 형성하는 공정과, 상기 산화방지막의 패턴을 마스크로하여 상기 기판을 식각하여 트렌치를 형성하는 공정과, 상기 트렌치의 하면에 산화속도를 촉진하는 불순물 이온을 주입하는 공정과, 열산화 공정을 실시하여 상기 트렌치내에 필드산화막을 형성하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 한다.The present invention relates to a method of isolating a semiconductor device suitable for improving device isolation characteristics by forming the lower surface of the device isolation film to have an ellipse using an inert ion when forming the isolation film between the devices, the pattern of the antioxidant film on the semiconductor substrate Forming a trench by etching the substrate using a pattern of the anti-oxidation film as a mask, implanting impurity ions that promote an oxidation rate into a lower surface of the trench, and performing a thermal oxidation process To form a field oxide film in the trench.

Description

반도체소자의 격리막 형성방법Method of forming isolation film for semiconductor device

본 발명은 반도체소자에 관한 것으로서, 특히 미세소자간의 전기적 격리에 적당하도록 한 반도체소자의 격리막 형성방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to semiconductor devices, and more particularly, to a method for forming an isolation film of a semiconductor device suitable for electrical isolation between micro devices.

일반적으로 소자간의 전기적 격리방법으로 가장 널리사용되고 있는 방법중의 하나는 선택산화공정(LOCOS)이다.In general, one of the most widely used methods of electrical isolation between devices is the selective oxidation process (LOCOS).

하지만 이러한 LOCOS공정은 설계기준 0.2㎛이하의 공정에서는 거의 사용하지 못하고 있는 실정이다.However, this LOCOS process is rarely used in the process of 0.2㎛ less than the design criteria.

통상, 소자격리방법에는 컨벤셔널 LOCOS방법, NSL(Nitride Sidewall LOCOS)방법, 그리고 트랜치 아이솔레이션(Trench Isolation)방법등이 있다.In general, device isolation methods include a conventional LOCOS method, a NIDE (Nitride Sidewall LOCOS) method, and a trench isolation method.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 종래기술에 따른 반도체소자의 격리막 형성방법을 설명하기로 한다.Hereinafter, an isolation layer forming method of a semiconductor device according to the related art will be described with reference to the accompanying drawings.

한편, 도 1a 내지 1f는 종래 NSL(Nitride sidewall LOCOS)방법을 설명하기 위한 공정단면도이다.1A to 1F are cross-sectional views illustrating a conventional NSL (Nitride sidewall LOCOS) method.

먼저, NSL방법은 전술한 컨벤셔널 LOCOS방법과 공정이 유사하며 다만, 필드산화막을 형성하기 이전에 기판을 소정깊이로 식각하고 사이드월을 형성한다는 점에서 차이가 있다.First, the NSL method is similar to the conventional LOCOS method described above, except that the substrate is etched to a predetermined depth and a sidewall is formed before the field oxide film is formed.

즉, 도 1a에 도시한 바와같이 반도체기판(11)상에 초기산화막(12)을 성장시킨 후, 상기 초기산화막(12)상에 제 1 실리콘질화막(13)을 증착한다.That is, after the initial oxide film 12 is grown on the semiconductor substrate 11 as shown in FIG. 1A, the first silicon nitride film 13 is deposited on the initial oxide film 12.

이후, 도 1b에 도시한 바와같이 액티브마스크(14)를 이용하여 실제로 소자가 만들어지는 액티브영역과 소자간의 전기적 절연역할을 하는 필드영역을 정의한다.Subsequently, as shown in FIG. 1B, the active mask 14 is used to define a field region that serves as an electrical insulation between the active region where the device is actually formed and the device.

이어, 도 1c에 도시한 바와같이 상기 액티브마스크(14)를 이용한 식각공정으로 상기 제 1 실리콘질화막(13)을 선택적으로 제거한다.Subsequently, as illustrated in FIG. 1C, the first silicon nitride layer 13 is selectively removed by an etching process using the active mask 14.

그리고 상기 제 1 실리콘질화막(13)을 마스크로 이용하여 문턱전압(VT)조절용 이온주입을 실시한다.And using the first silicon nitride film 13 as a mask to perform ion implantation for adjusting a threshold voltage (V T).

이어, 도 1d에 도시한 바와같이 상기 제 1 실리콘질화막(13)을 포함한 반도체기판(11)전면에 제 2 실리콘질화막(15)을 증착한다.Next, as shown in FIG. 1D, a second silicon nitride film 15 is deposited on the entire surface of the semiconductor substrate 11 including the first silicon nitride film 13.

그리고 도 1e에 도시한 바와같이 에치백공정을 이용하여 상기 제 2 실리콘질화막(15)을 식각하면 상기 제 1 실리콘질화막(13)의 양측면에 사이드월(15a)이 형성된다.As shown in FIG. 1E, when the second silicon nitride layer 15 is etched by using an etch back process, sidewalls 15a are formed on both side surfaces of the first silicon nitride layer 13.

이어, 상기 사이드월(15a)을 마스크로 이용한 식각공정으로 반도체기판(11)의 표면을 소정깊이로 식각하여 트랜치(16)를 형성한 후, 도 1f에 도시한 바와같이 고온의 퍼니스내에서 열처리하여 선택적으로 필드산화막(17)을 성장시키면 종래 NSL공정이 완료된다.Subsequently, the trench 16 is formed by etching the surface of the semiconductor substrate 11 to a predetermined depth by an etching process using the sidewalls 15a as a mask, and then heat-treating in a high-temperature furnace as shown in FIG. 1F. By selectively growing the field oxide film 17, the conventional NSL process is completed.

한편, 도 2a 내지 2e는 종래기술에 따른 트랜치 아이솔레이션방법을 설명하기 위한 공정단면도이다.2A to 2E are cross-sectional views illustrating a trench isolation method according to the related art.

도 2a에 도시한 바와같이 반도체기판(21)상에 초기산화막(22)을 성장시키고, 상기 초기산화막(22)상에 실리콘질화막(23)을 증각한다.As shown in FIG. 2A, an initial oxide film 22 is grown on the semiconductor substrate 21, and a silicon nitride film 23 is amplified on the initial oxide film 22.

도 2b에 도시한 바와같이 액티브마스크(도면에 도시하지 않음)를 이용한 식각공정으로 상기 실리콘질화막(23)과 초기산화막(22)을 선택적으로 제거하여 반도체기판(21)을 선택적으로 노출시킨다.As shown in FIG. 2B, the silicon nitride film 23 and the initial oxide film 22 are selectively removed by an etching process using an active mask (not shown) to selectively expose the semiconductor substrate 21.

이후, 도 2c에 도시한 바와같이 상기 실리콘질화막(23)을 마스크로 이용한 식각공정으로 상기 노출된 반도체기판(21)의 표면을 소정깊이로 식각하여 트랜치(24)를 형성한다.Thereafter, as illustrated in FIG. 2C, a trench 24 is formed by etching the surface of the exposed semiconductor substrate 21 to a predetermined depth by an etching process using the silicon nitride layer 23 as a mask.

이어, 도 2d에 도시한 바와같이 상기 트랜치(24)를 포함한 반도체기판(21)전면에 절연막(25)을 증착한다.Next, as shown in FIG. 2D, an insulating film 25 is deposited on the entire surface of the semiconductor substrate 21 including the trench 24.

그리고 CMP공정으로 불필요한 절연막(25)을 제거하여 상기 필드산화막(25a)을 형성하면 종래기술에 따른 트랜치 아이솔레이션 공정이 완료된다.When the unnecessary oxide layer 25 is removed by the CMP process to form the field oxide layer 25a, the trench isolation process according to the prior art is completed.

그러나 상기와 같은 종래 반도체소자의 격리막 형성방법은 다음과 같은 문제점이 있었다.However, the method of forming a separator of the conventional semiconductor device as described above has the following problems.

첫째, 종래 컨벤셔널 LOCOS공정을 이용할 경우, 소자간 격리영역의 폭이 1㎛이하가 되면 필드산화막의 두께가 얇아지는 현상(thinning현상)이 발생하게 되고, 0.5㎛이하가 되면 thinning현상이 심각해져 버즈-빅(bird's beak)에 의한 액티브영역의 감소 등에 의해 미세소자에서는 적용이 불가능하다.First, when the conventional LOCOS process is used, the thickness of the field oxide film becomes thinner (thinning phenomenon) when the width of the isolation region between devices is less than 1 μm, and when the thickness is less than 0.5 μm, the thinning phenomenon becomes serious. It is not applicable to micro devices due to the reduction of the active area due to the bird's beak.

둘째, NSL방법을 이용할 경우, 버즈-빅 측면에서는 유리하지만 반도체기판을 식각하여 필드산화막을 형성하게 되면 필드산화막의 하부가 라운딩되지 않고 첨예한 부분이 생기게 된다.Second, the NSL method is advantageous in the buzz-big side, but when the semiconductor substrate is etched to form the field oxide film, the lower portion of the field oxide film is not rounded and a sharp portion is formed.

따라서 상기 첨예한 부분에서 스트레스가 증가하게 되고 결국 누설전류가 증가하게 되어 소자특성에 악영향을 미치는 요인으로 작용하게 된다.Therefore, the stress is increased in the sharp portion and eventually the leakage current increases to act as a factor that adversely affects the device characteristics.

또한, 필드산화막의 thinning현상도 발생되므로 기판의 표면에서 내부로의 산화막 성장량이 부족하여 아이솔레이션 특성이 불안정해진다.In addition, the thinning phenomenon of the field oxide film also occurs, so that the amount of oxide film growth from the surface of the substrate to the inside is insufficient, resulting in unstable isolation characteristics.

셋째, 트랜치 아이솔레이션을 이용할 경우, 컨벤셔널에 LOCOS에 비하여 소자격리특성을 개선시킬 수는 있지만 트랜치 형성 및 트랜치내에 절연막을 매립시키는데 어려움이 있다.Third, when trench isolation is used, device isolation characteristics can be improved in comparison with LOCOS, but it is difficult to form trenches and fill insulating films in trenches.

또한, CMP공정을 적용함에 따라 미세한 입자(particle)들이 발생하게 되고, 공정이 복잡해지며 이로인해 TAT(Turn Around Time) 및 COST가 증가하게 된다.In addition, as the CMP process is applied, fine particles are generated, and the process becomes complicated, thereby increasing TAT (Turn Around Time) and COST.

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로서, 소자간의 격리특성을 개선시켜 고집적 반도체소자를 구현하는데 적당한 반도체소자의 격리방법을 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention has been made to solve the above problems, and an object thereof is to provide a method for isolating semiconductor devices suitable for implementing highly integrated semiconductor devices by improving isolation characteristics between devices.

도 1a 내지 1f는 종래기술에 따른 NSL(Nitride Sidewall LOCOS)방법을 설명하기 위한 공정단면도1A to 1F are cross-sectional views illustrating a method of Nitride Sidewall LOCOS according to the related art.

도 2a 내지 2e는 종래기술에 따른 트랜치 아이솔레이션방법을 설명하기 위한 공정단면도2A through 2E are cross-sectional views illustrating a trench isolation method according to the related art.

도 3a 내지 3h는 본 발명의 반도체소자 격리막 형성방법을 설명하기 위한 공정단면도3A to 3H are cross-sectional views illustrating a method of forming a semiconductor device isolation film according to the present invention.

도 4a 내지 4f는 본 발명의 다른 실시예에 따른 반도체소자 격리막 형성방법을 설명하기 위한 공정단면도4A through 4F are cross-sectional views illustrating a method of forming a semiconductor device isolation film in accordance with another embodiment of the present invention.

도면의 주요부분에 대한 부호의 설명Explanation of symbols for main parts of the drawings

30,40 : 반도체기판 37,47 : 필드산화막30,40: semiconductor substrate 37,47: field oxide film

32a,43a : 산화방지 패턴 34,44 : 트렌치32a, 43a: Antioxidation pattern 34,44: Trench

35 : 열산화막 36,46 : 불순물층35: thermal oxide film 36,46: impurity layer

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 반도체소자의 격리막 형성방법은 반도체 기판상에 산화방지막의 패턴을 형성하는 공정과, 상기 산화방지막의 패턴을 마스크로하여 상기 기판을 식각하여 트렌치를 형성하는 공정과, 상기 트렌치의 하면에 산화속도를 촉진하는 불순물 이온을 주입하는 공정과, 열산화 공정을 실시하여 상기 트렌치내에 필드산화막을 형성하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 한다.The isolation layer forming method of a semiconductor device according to the present invention for achieving the above object is a step of forming a pattern of an antioxidant film on a semiconductor substrate, and etching the substrate using a pattern of the antioxidant film as a mask to form a trench And a step of implanting impurity ions which accelerate the oxidation rate into the lower surface of the trench, and performing a thermal oxidation process to form a field oxide film in the trench.

이하, 본 발명에 따른 반도체소자의 격리막 형성방법을 첨부된 도면을 참조하여 설명하기로 한다.Hereinafter, a method of forming an isolation layer of a semiconductor device according to the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.

도 3a 내지 3h는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 반도체소자의 격리막 형성방법을 설명하기 위한 공정단면도이다.3A through 3H are cross-sectional views illustrating a method of forming an isolation layer of a semiconductor device in accordance with a first embodiment of the present invention.

도 3a에 도시한 바와같이 반도체기판(30)상에 제 1 절연층(31)을 형성하고, 제 1 절연층(31)상에 제 2 절연층(32)과 제 3 절연층(33)을 차례로 형성한다.As shown in FIG. 3A, the first insulating layer 31 is formed on the semiconductor substrate 30, and the second insulating layer 32 and the third insulating layer 33 are formed on the first insulating layer 31. Form in turn.

이때 제 1, 제 3 절연층(31,33)의 물질은 실리콘 산화막이고, 제 2 절연층(32)의 물질은 실리콘질화막로써, 제 2 절연층(32)은 액티브 영역을 마스킹하기 위한 마스크층으로 사용되고, 제 3 절연층(33)은 이후 공정에서 질화막 측벽을 형성할 경우, 제 2 절연층(32)과의 식각선택비를 조절하기 위해 사용된다.In this case, the material of the first and third insulating layers 31 and 33 is a silicon oxide film, the material of the second insulating layer 32 is a silicon nitride film, and the second insulating layer 32 is a mask layer for masking an active region. The third insulating layer 33 is used to adjust the etching selectivity with the second insulating layer 32 when forming the nitride film sidewalls in a subsequent process.

이어, 상기 제 3 절연층(33)상에 포토레지스트(PR3)를 도포한 후 패터닝하여 소자격리영역을 정의한다.Subsequently, the device isolation region is defined by applying and patterning photoresist PR3 on the third insulating layer 33.

통상, 실리콘 기판상에 소자를 형성하기 위한 많은 공정을 행함으로써, 결정방향에 따라 실리콘 결정체의 구조가 결정된다.Usually, by performing many steps for forming an element on a silicon substrate, the structure of the silicon crystal is determined in accordance with the crystal direction.

예를들어, 실리콘 결정체의 결정방향이 111일 경우, 다른 다른 방향의 경우에 비해 원자의 표면밀도가 높고, 실리콘의 장력도 다른 방향에서보다 더 크며, 다른 방향에서 보다 111방향의 결정체에서 실리콘의 산화속도가 더 빠르다.For example, when the crystal direction of the silicon crystal is 111, the surface density of the atom is higher than in the other directions, the silicon tension is greater than in the other direction, and the crystal direction of the silicon in the 111 direction is higher than in the other direction. The oxidation rate is faster.

모오스(MOS)소자에서는 통상 100방향의 실리콘 기판을 사용한다.In a MOS device, a silicon substrate in 100 directions is usually used.

도 3b에 도시한 바와같이 상기 패터닝된 포토레지스트(PR3)를 마스크로 이용한 식각공정으로 상기 제 3, 제 2, 제 1 절연층(33,32,31)을 차례로 식각하여 액티브 영역을 마스킹하는 산화방지 패턴(32a)과 패드산화막(31a)을 형성한다.As shown in FIG. 3B, an oxidation process of masking the active region by sequentially etching the third, second, and first insulating layers 33, 32, and 31 is performed by an etching process using the patterned photoresist PR3 as a mask. The prevention pattern 32a and the pad oxide film 31a are formed.

산화방지 패턴(32a)에 의해 기판의 액티브 영역은 마스킹되고, 산화방지 패턴(32a)의 측면부위가 노출된다.The active region of the substrate is masked by the antioxidant pattern 32a, and the side portions of the antioxidant pattern 32a are exposed.

도 3c에 도시한 바와같이 상기 노출된 기판(30)을 포함한 산화방지 패턴(32a)상에 실리콘 질화막으로 이루어진 제 4 절연층(도시하지 않음)을 화학기상 증착법으로 증착하고, 에치백하면, 상기 패드 산화막(31a)와 산화방지 패턴(32a)의 측면에 실리콘 질화막으로 된 측벽(33a)이 형성된다.As illustrated in FIG. 3C, a fourth insulating layer (not shown) made of a silicon nitride film (not shown) is deposited on the anti-oxidation pattern 32a including the exposed substrate 30 by chemical vapor deposition and etched back. Sidewalls 33a made of a silicon nitride film are formed on the side surfaces of the pad oxide film 31a and the antioxidant pattern 32a.

이때, 상기 측벽(33a)을 형성하기 위한 제 4 절연층의 에치백시, 실리콘 산화막인 제 3 절연층(33)이 제 2 절연층(32)상에 덮여 있으므로 제 2 절연층(32)은 식각되지 않는다.At this time, during the etch back of the fourth insulating layer for forming the sidewall 33a, the third insulating layer 33, which is a silicon oxide film, is covered on the second insulating layer 32. It is not etched.

이어, 도 3d에 도시한 바와 같이, 측벽(33a)을 마스크로 이용한 식각공정으로 기판을 비등방성 식각하여 하면(floor)은 100방향, 측면은 111방향을 갖는 트랜치(34)를 형성한다.Subsequently, as shown in FIG. 3D, the substrate is anisotropically etched by an etching process using the sidewall 33a as a mask to form a trench 34 having a bottom surface in a 100 direction and a side surface in a 111 direction.

이때, 기판(30)의 식각 깊이는 형성하고자 하는 필드 산화막의 두께의 거의 절반정도의 깊이로 조절한다.At this time, the etching depth of the substrate 30 is adjusted to a depth of about half of the thickness of the field oxide film to be formed.

이때, 111)방향의 실리콘의 평면은 100방향의 평면보다 더 조밀하고, 식각율은 더 낮다.At this time, the plane of silicon in the 111) direction is denser than the plane in the 100 direction, and the etching rate is lower.

기판을 식각시 습식식각할 경우, 23wt%의 KOH와, 13wt%의 CH3CHOH CH3를 혼합하여 에천트로 사용한다.When wet etching the substrate, 23 wt% of KOH and 13 wt% of CH 3 CHOH CH 3 are used as an etchant.

이와 같은 에천트를 이용하여 식각할 경우, 식각율은 100이 111방향보다 더 크다.When etching using such an etchant, the etching rate is greater than 100 in the 111 direction.

만일, 건식식각을 할 경우에는 더블 플라즈마 식각장치를 사용한다.In case of dry etching, double plasma etching device is used.

이어, 도 3e에 도시한 바와같이 산화분위기에서 상기 트랜치(34)의 양측면과 하면에 열산화막(35)을 성장시킨다.Subsequently, as shown in FIG. 3E, a thermal oxide film 35 is grown on both side surfaces and a bottom surface of the trench 34 in an oxidizing atmosphere.

이때, 트랜치(34)의 측면과 밑면은 서로 다른 방향성을 가지므로 측면의 산화막(35) 성장속도가 밑면에 비해 더 빠르다.At this time, the side surface and the bottom surface of the trench 34 have different directions, and thus the growth rate of the oxide layer 35 on the side surface is faster than the bottom surface.

따라서, 밑면의 열산화막(35)두께보다 측면의 열산화막(35)의 두께가 더 두껍게 성장된다.Therefore, the thickness of the thermal oxide film 35 on the side surface grows thicker than the thickness of the thermal oxide film 35 on the bottom surface.

산화막 성장율 측면에서 보면, 트렌치(34)의 하면은 100방향이고, 측면은 111방향이므로 낮은 온도에서의 산화막 성장율은 측면이 하면보다 대략 67%정도 크다.In terms of oxide growth rate, since the lower surface of the trench 34 is 100 directions and the side surface is 111 direction, the oxide film growth rate at a lower temperature is approximately 67% larger than that of the lower surface.

따라서, 성장된 열산화막은 100방향의 표면에서보다 111방향에서 더 큰 기울기를 갖는다.Thus, the grown thermal oxide film has a larger slope in the 111 direction than at the surface in the 100 direction.

이어, 도 3f에 도시한 바와 같이, 하면의 산화속도를 촉진하는 불순물 이온, 예컨대 불활성 이온(F) 또는 게르마늄(Ge)이온을 주입하여 고농도로 도핑된 불순물층(36)을 형성한다.Next, as shown in FIG. 3F, an impurity layer 36 doped with high concentration is formed by implanting impurity ions, such as inert ions (F) or germanium (Ge) ions, which promote the oxidation rate of the lower surface.

이때, 트렌치(34)의 측면에도 약간의 불순물이 도핑된다(도시되지 않음).At this time, some impurities are also doped in the side surface of the trench 34 (not shown).

여기서, 111방향의 측면에서의 경사각은 100방향의 트랜치 하면에 대해 55°의 경사를 갖는다.Here, the inclination angle at the side surface in the 111 direction has an inclination of 55 ° with respect to the trench lower surface in the 100 direction.

이후에 산화공정을 실시하는 동안 경사진 측벽의 상부종단은 점차적으로 인접한 측벽의 하부로 이동하게 된다.During the oxidation process, the upper end of the inclined side wall gradually moves to the lower side of the adjacent side wall.

이어서, 도 3g에 도시한 바와 같이, 상기 트렌치(34)내의 열산화막(35)을 제거한다.Next, as shown in FIG. 3G, the thermal oxide film 35 in the trench 34 is removed.

열산화막(35)을 제거하는 공정은 측벽(33a)과, 실리콘 기판(30)과, 패드 산화막(31a)과의 식각선택비를 갖는 에천트를 사용한 습식식각 공정으로 손쉽게 제거할 수 있다.The process of removing the thermal oxide film 35 can be easily removed by a wet etching process using an etchant having an etch selectivity with the sidewall 33a, the silicon substrate 30, and the pad oxide film 31a.

도 3h에 도시한 바와 같이, 산화 분위기에서 900~1100℃의 온도에서 2~4시간동안 열성장시켜 두께가 200~1000nm가 되는 필드산화막(37)을 성장시킨다.As shown in FIG. 3H, a field oxide film 37 having a thickness of 200 to 1000 nm is grown by thermal growth for 2 to 4 hours at a temperature of 900 to 1100 ° C. in an oxidizing atmosphere.

여기서, 상기 3h에서와 같이, 열산화막(35)을 제거한 후에 실리콘 기판으로부터 필드산화막을 성장시키는 공정 이외에 상기 열산화막(35)을 제거하지 않고 그대로 열산화 공정을 실시하는 공정이 적용할 수 있다.Here, as in the above 3h, a process of performing a thermal oxidation process without removing the thermal oxide film 35 may be applied in addition to the process of growing a field oxide film from a silicon substrate after removing the thermal oxide film 35.

본 발명에서와 같이, 측벽(33a)이 존재하고, 산화속도를 촉진하는 불순물을 주입함에 따라 측벽 근처의 트렌치(34)의 측면에서는 산화되는 속도가 느리므로 액티브영역으로 필드산화막이 잠식해 들어가는 것을 효과적으로 방지할 수가 있어 버즈-빅의 발생을 방지한다.As in the present invention, since the sidewall 33a is present and the impurities that promote the oxidation rate are injected, the oxidation rate is slow at the side of the trench 34 near the sidewall, so that the field oxide film erodes into the active region. Effectively prevents the occurrence of buzz-big.

트렌치의 측면에서의 산화속도와 하면에서의 산화속도가 차이가 나므로 버즈-헤드가 발생하는 것도 방지한다.The rate of oxidation at the side of the trench is different from that at the bottom of the trench to prevent the occurrence of buzz-heads.

이와 같이, 필드 산화막(37)을 성장시킨 후, 산화방지 패턴(32a)과 패드 산화막(31a)을 제거하여 액티브영역을 노출시킨다.In this manner, after the field oxide film 37 is grown, the anti-oxidation pattern 32a and the pad oxide film 31a are removed to expose the active region.

상기 절연층들의 제거는 등방성 습식식각에 의해 손쉽게 제거할 수 있다.Removal of the insulating layers can be easily removed by isotropic wet etching.

한편, 도 4a 내지 4f는 본 발명의 반도체소자의 격리방법에 따른 제 2 실시예를 설명하기 위한 공정단면도이다.4A to 4F are cross-sectional views illustrating a second embodiment of the semiconductor device isolation method.

도 4a에 도시한 바와같이 반도체기판(40)상에 제 1 절연층(41)을 형성하고, 제 1 절연층(41)상에 제 2 절연층(42)과 제 3 절연층(43)을 차례로 형성한다.As shown in FIG. 4A, the first insulating layer 41 is formed on the semiconductor substrate 40, and the second insulating layer 42 and the third insulating layer 43 are formed on the first insulating layer 41. Form in turn.

이때 제 1, 제 3 절연층(41,43)의 물질은 실리콘 산화막이고, 제 2 절연층(42)의 물질은 실리콘질화막로써, 제 2 절연층(42)은 액티브 영역을 마스킹하기 위한 마스크층으로 사용되고, 제 3 절연층(43)은 이후 공정에서 질화막 측벽을 형성할 경우, 제 2 절연층(42)과의 식각선택비를 조절하기 위해 사용된다.At this time, the material of the first and third insulating layers 41 and 43 is a silicon oxide film, the material of the second insulating layer 42 is a silicon nitride film, and the second insulating layer 42 is a mask layer for masking an active region. The third insulating layer 43 is used to adjust the etching selectivity with the second insulating layer 42 when forming the nitride film sidewalls in a subsequent process.

이어, 상기 제 3 절연층(43)상에 포토레지스트(PR4)를 도포한 후 패터닝하여 소자격리영역을 정의한다.Subsequently, the device isolation region is defined by applying and patterning photoresist PR4 on the third insulating layer 43.

도 4b에 도시한 바와같이 상기 패터닝된 포토레지스트(PR4)를 마스크로 이용한 식각공정으로 상기 제 3, 제 2, 제 1 절연층(43,42,41)을 차례로 식각하여 액티브 영역을 마스킹하는 산화방지 패턴(42a)과 패드 산화막(41a)을 형성한다.As shown in FIG. 4B, an oxidation process of masking the active region is performed by sequentially etching the third, second, and first insulating layers 43, 42, and 41 by an etching process using the patterned photoresist PR4 as a mask. The prevention pattern 42a and the pad oxide film 41a are formed.

산화방지 패턴(42a)에 의해 기판의 액티브 영역은 마스킹되고, 산화방지 패턴(42a)의 측면부위가 노출된다.The active region of the substrate is masked by the antioxidant pattern 42a, and the side portions of the antioxidant pattern 42a are exposed.

도 4c에 도시한 바와같이 상기 노출된 기판(40)을 포함한 산화방지 패턴(32a)상에 실리콘 질화막으로 이루어진 제 4 절연층(도시하지 않음)을 화학기상 증착법으로 증착하고, 에치백하면, 상기 패드 산화막(41a)과 산화방지 패턴(42a)의 측면에 실리콘 질화막으로 된 측벽(43a)이 형성된다.As shown in FIG. 4C, a fourth insulating layer (not shown) made of a silicon nitride film (not shown) is deposited on the anti-oxidation pattern 32a including the exposed substrate 40 by chemical vapor deposition, and etched back. Sidewalls 43a made of a silicon nitride film are formed on the side surfaces of the pad oxide film 41a and the anti-oxidation pattern 42a.

이때, 상기 측벽(43a)을 형성하기 위한 제 4 절연층의 에치백시, 실리콘 산화막인 제 3 절연층(43)이 제 2 절연층(42)상에 덮여 있으므로 제 2 절연층(42)은 식각되지 않는다.At this time, during the etch back of the fourth insulating layer for forming the sidewall 43a, the third insulating layer 43, which is a silicon oxide film, is covered on the second insulating layer 42. It is not etched.

도 4d에 도시한 바와 같이, 기판(40)을 비등방성 식각하여 수평한 하면과 상기 하면에 대해 수직한 측면을 갖는 트렌치(44)를 형성한다.As shown in FIG. 4D, the substrate 40 is anisotropically etched to form a trench 44 having a horizontal bottom surface and a side surface perpendicular to the bottom surface.

이때, 트렌치(44)의 깊이는 요구되는 필드 산화막의 두께의 절반정도의 깊이를 유지한다.At this time, the depth of the trench 44 is maintained at about half the depth of the required thickness of the field oxide film.

도 4e에 도시한 바와 같이, 낮은 에너지로 불활성 이온 또는 게르마늄 이온을 트렌치(44)내로 주입한다. 따라서, 트렌치(44)의 하면 바로 아래에는 고농도로 도핑된 불순물층(46)이 형성된다.As shown in FIG. 4E, inert ions or germanium ions are implanted into the trench 44 with low energy. Therefore, a doped impurity layer 46 is formed at a high concentration directly below the lower surface of the trench 44.

하면에 주입된 불순물층(46)은 열산화 공정시 산화막의 성장속도를 촉진시킨다.The impurity layer 46 implanted in the lower surface promotes the growth rate of the oxide film during the thermal oxidation process.

도 4f에 도시한 바와 같이, 산화 분위기에서 900~1100℃의 온도에서 2~4시간동안 열성장시켜 두께가 200~1000nm가 되는 필드산화막(47)을 성장시킨다.As shown in FIG. 4F, the field oxide film 47 having a thickness of 200 to 1000 nm is grown by thermal growth for 2 to 4 hours at a temperature of 900 to 1100 ° C. in an oxidizing atmosphere.

본 발명에서와 같이, 측벽(43a)이 존재하고, 산화속도를 촉진하는 불순물을 주입함에 따라 측벽 근처의 트렌치(44)의 측면에서는 산화되는 속도가 느리므로 액티브영역으로 필드산화막이 잠식해 들어가는 것을 효과적으로 방지할 수가 있어 버즈-빅의 발생을 방지한다.As in the present invention, since the sidewall 43a is present and the impurities that promote the oxidation rate are injected, the oxidation rate is slow at the side of the trench 44 near the sidewall, so that the field oxide film is encroached into the active region. Effectively prevents the occurrence of buzz-big.

트렌치의 측면에서의 산화속도와 하면에서의 산화속도가 차이가 나므로 버즈-헤드가 발생하는 것도 방지한다.The rate of oxidation at the side of the trench is different from that at the bottom of the trench to prevent the occurrence of buzz-heads.

이와 같이, 필드 산화막(47)을 성장시킨 후, 산화방지 패턴(43a)과 패드 산하막(41a)을 제거하여 액티브영역을 노출시킨다.In this manner, after the field oxide film 47 is grown, the anti-oxidation pattern 43a and the pad underlayer film 41a are removed to expose the active region.

상기 절연층들의 제거는 등방성 습식식각에 의해 손쉽게 제거할 수 있다.Removal of the insulating layers can be easily removed by isotropic wet etching.

이상 상술한 바와같이 본 발명의 반도체소자 격리막 형성방법은 소자격리막의 불균일한 산화를 방지하므로 고집적화에 따른 미세소자에 있어서도 소자간의 격리특성을 개선시킨다.As described above, the method of forming the semiconductor device isolation film of the present invention prevents non-uniform oxidation of the device isolation film, thereby improving the isolation characteristics between devices even in a fine device due to high integration.

Claims (4)

반도체 기판상에 산화방지막의 패턴을 형성하는 공정과,Forming a pattern of an antioxidant film on the semiconductor substrate, 상기 산화방지막의 패턴을 마스크로하여 상기 기판을 식각하여 트렌치를 형성하는 공정과,Etching the substrate by using the pattern of the antioxidant film as a mask to form a trench; 상기 트렌치의 하면에 산화속도를 촉진하는 불순물 이온을 주입하는 공정과,Implanting impurity ions that promote an oxidation rate into a lower surface of the trench; 열산화 공정을 실시하여 상기 트렌치내에 필드산화막을 형성하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 격리막 형성방법.And forming a field oxide film in said trench by performing a thermal oxidation process. 제 1 항에 있어서, 상기 불순물 이온을 주입하는 공정전에 상기 트렌치의 표면에 절연막을 형성하는 공정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 격리막 형성방법.The method of claim 1, further comprising forming an insulating film on a surface of the trench before the implanting the impurity ions. 제 1 항에 있어서, 상기 산화방지막 패턴을 형성하는 공정은,The method of claim 1, wherein the forming of the antioxidant layer pattern is performed. 상기 반도체 기판상에 제 1 질화막과 상기 제 1 질화막상에 산화막을 형성하는 공정과,Forming an oxide film on the first nitride film and the first nitride film on the semiconductor substrate; 상기 제 1 질화막 및 상기 산화막을 패터닝하는 공정과,Patterning the first nitride film and the oxide film; 상기 질화막, 상기 산화막 및 상기 기판상에 제 2 질화막을 형성하는 공정과,Forming a second nitride film on the nitride film, the oxide film, and the substrate; 상기 제 2 질화막을 이방성식각하여 상기 제 1 질화막 패턴의 측면에 제 2 질화막으로 구성된 측벽 스페이서를 형성하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 격리막 형성방법.And anisotropically etching the second nitride film to form sidewall spacers formed of a second nitride film on a side surface of the first nitride film pattern. 제 1 항에 있어서, 상기 불순물 이온은 불활성 이온 이거나 또는 게르마늄 이온인 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 격리막 형성방법.The method of claim 1, wherein the impurity ions are inert ions or germanium ions.
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