KR19990084622A - Semiconductor device manufacturing method - Google Patents

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KR19990084622A
KR19990084622A KR1019980016526A KR19980016526A KR19990084622A KR 19990084622 A KR19990084622 A KR 19990084622A KR 1019980016526 A KR1019980016526 A KR 1019980016526A KR 19980016526 A KR19980016526 A KR 19980016526A KR 19990084622 A KR19990084622 A KR 19990084622A
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film
oxide film
forming
trench
usg
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KR1019980016526A
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Inventor
고장만
박주한
조준호
Original Assignee
윤종용
삼성전자 주식회사
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Abstract

본 발명에 의한 반도체 소자 제조방법은, 반도체 기판의 표면이 소정 부분 노출되도록, 상기 기판 상의 활성영역에 패드 산화막과 산화방지막 및 감광막 패턴을 순차적으로 형성하는 공정과; 열처리 공정을 이용하여 상기 감광막 패턴을 상기 산화방지막과 상기 패드 산화막의 측벽에 플로우시키는 공정과; 열처리 공정에 의해 플로우된 상기 감광막 패턴을 마스크로 이용하여 상기 기판의 표면 노출부를 소정 두께 식각하여 트랜치를 형성하는 공정과; 상기 트랜치 내부의 계면을 따라 절연막을 형성하는 공정과; 상기 트랜치 내부를 포함한 상기 산화방지막 상에 제 1 및 제 2 USG를 순차적으로 형성하는 공정과; 상기 산화방지막의 표면이 노출될 때까지 상기 제 1 및 제 2 USG를 CMP 처리하는 공정; 및 활성영역의 상기 산화방지막과 상기 패드 산화막을 제거하는 공정으로 이루어져, STI의 양 에지부를 활성영역의 기판 표면보다 높게 가져가는 것이 가능하게 되므로, 활성영역과 비활성영역의 경계면에서 발생되는 반도체 소자의 특성 열화(예컨대, 강한 전계 집중으로 인한 게이트 절연막의 열화와 잔존 폴리실리콘으로 인한 반도체 소자의 원하지 않는 특성 유발)를 막을 수 있게 된다.A semiconductor device manufacturing method according to the present invention comprises the steps of sequentially forming a pad oxide film, an anti-oxidation film and a photoresist pattern in an active region on the substrate so that a predetermined portion of the surface of the semiconductor substrate is exposed; Flowing the photoresist pattern on sidewalls of the anti-oxidation film and the pad oxide film using a heat treatment process; Forming a trench by etching a surface exposed portion of the substrate by using the photoresist pattern flowed by the heat treatment process as a mask; Forming an insulating film along an interface in the trench; Sequentially forming a first and a second USG on the antioxidant film including the inside of the trench; CMP treating the first and second USGs until the surface of the antioxidant film is exposed; And removing the anti-oxidation layer and the pad oxide layer in the active region, and thus it is possible to bring both edge portions of the STI higher than the surface of the substrate in the active region, so that the semiconductor device is generated at the interface between the active region and the inactive region. It is possible to prevent the deterioration of characteristics (for example, deterioration of the gate insulating film due to strong electric field concentration and inducing unwanted characteristics of the semiconductor device due to remaining polysilicon).

Description

반도체 소자 제조방법Semiconductor device manufacturing method

본 발명은 반도체 소자 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 STI(shallow trench isolation)의 안정된 프로파일(profile) 확보를 통하여 별도의 공정 추가없이도 활성영역과 비활성영역의 경계면에서 발생되는 반도체 소자의 특성 열화를 막을 수 있도록 한 반도체 소자 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device, and more particularly, through the securing of a stable profile of shallow trench isolation (STI), deterioration of characteristics of the semiconductor device generated at the interface between the active region and the inactive region without additional process. It relates to a semiconductor device manufacturing method to prevent the.

반도체 소자의 고집적화가 진행됨에 따라 소자 제조시 미세 패턴이 요구되어졌고, 트랜지스터의 채널 길이(channel length)와 소자분리(isolation)를 위한 필드 산화막의 폭(width) 또한 줄어들게 되었다. 이에 따라, 소자분리(isolation) 방법도 로커스(LOCOS) 방법, 모디파이드 로커스(MODIFIED LOCOS) 방법, TI(trench isolation) 방법 등과 같은 다양한 기술들이 개발되게 되었다.As semiconductor devices have been highly integrated, fine patterns have been required in fabricating devices, and channel widths of transistors and widths of field oxide films for isolation are also reduced. Accordingly, various techniques such as an isolation method, a LOCOS method, a modified LOCOS method, a trench isolation method, and the like have been developed.

도 1 내지 도 6에는 본 발명과 직접적으로 관련되는 TI 기술을 적용한 종래 반도체 소자의 소자분리방법을 도시한 공정수순도가 제시되어 있다. 이를 참조하여 그 제조방법을 개략적으로 살펴보면 다음과 같다.1 to 6 show a process flowchart showing a device isolation method of a conventional semiconductor device to which TI technology directly related to the present invention is applied. Referring to this, the manufacturing method is briefly described as follows.

제 1 단계로서, 도 1에 도시된 바와 같이 반도체 기판(예컨대, 실리콘 기판)(10) 상에 패드 산화막(12)과 질화막 재질의 산화방지막(14) 및 CVD 산화막(18)을 순차적으로 형성하고, 그 위에 비활성영역의 CVD 산화막(16) 표면이 노출되도록 감광막 패턴(18)을 형성한다.As a first step, as shown in FIG. 1, a pad oxide film 12, an anti-oxidation film 14 of nitride material, and a CVD oxide film 18 are sequentially formed on a semiconductor substrate (eg, a silicon substrate) 10. The photoresist pattern 18 is formed thereon so that the surface of the CVD oxide film 16 in the inactive region is exposed.

제 2 단계로서, 도 2에 도시된 바와 같이 상기 감광막 패턴(18)을 마스크로 이용하여 비활성영역의 기판(10) 표면이 노출되도록 CVD 산화막(16)과 산화방지막(14) 및 패드 산화막(12)을 순차적으로 식각하고, 감광막 패턴(18)을 제거하여 능동소자가 형성될 활성영역에만 CVD 산화막(16)과 산화방지막(14) 및 패드 산화막(12)을 남긴다. 이어, 남겨진 CVD 산화막(16)과 산화방지막(14)을 마스크로 이용하여 기판(10)의 표면 노출부를 소정 두께 식각처리하여 트랜치(t)를 형성한다.As a second step, as shown in FIG. 2, the CVD oxide film 16, the antioxidant film 14, and the pad oxide film 12 are exposed so that the surface of the substrate 10 in the inactive region is exposed using the photoresist pattern 18 as a mask. ) Is sequentially etched and the photoresist pattern 18 is removed to leave the CVD oxide film 16, the antioxidant film 14, and the pad oxide film 12 only in the active region where the active device is to be formed. Subsequently, the surface exposed portion of the substrate 10 is etched by a predetermined thickness using the remaining CVD oxide film 16 and the antioxidant film 14 as a mask to form a trench t.

제 3 단계로서, 도 3에 도시된 바와 같이 트랜치(t) 내부 계면을 따라 열산화막 재질의 절연막(20)을 형성하고, 이를 NH3분위기하에서 플라즈마처리하여 트랜치(t) 내부를 갭 필(gap fill)하기에 좋은 환경조건으로 만들어 준다. 이어, 트랜치(t) 내부가 완전하게 채워지도록 상기 트랜치(t)를 포함한 결과물 전면에 O3-TEOS 재질의 제 1 USG(undoped silicate glass)(22a)와 PE-TEOS 재질의 제 2 USG(22b)를 순차적으로 형성하고, 열처리 공정을 진행하여 제 1 및 제 2 USG(22a),(22b)를 경화시켜 준다. 이와 같이, 막질 증착 공정을 진행한 것은 O3-TEOS 재질의 제 1 USG(22a)가 PE-TEOS 재질의 제 2 USG(22b)보다 갭 필 능력이 우수하기 때문이다.As a third step, as shown in FIG. 3, an insulating film 20 made of a thermal oxide film is formed along the inner surface of the trench t, and a plasma treatment is performed under an NH 3 atmosphere to form a gap fill in the trench t. It makes a good environmental condition to fill. Subsequently, a first USG (undoped silicate glass) 22a made of O 3 -TEOS and a second USG made of PE-TEOS are formed on the entire surface of the resultant including the trench (t) to completely fill the inside of the trench (t). ) Are sequentially formed and the heat treatment process is performed to cure the first and second USGs 22a and 22b. As described above, the film deposition process is performed because the first USG 22a of the O 3 -TEOS material has a better gap fill capability than the second USG 22b of the PE-TEOS material.

제 4 단계로서, 도 4에 도시된 바와 같이 제 2 USG(22b) 상에 제 1 감광막(미 도시)을 형성하고, 광식각 공정을 이용하여 비활성영역에만 제 1 감광막이 잔존되도록 식각 공정을 진행한 다음, 이를 소정 온도에서 리플로우(reflow)시켜 제 1 감광막에 의해 평탄화가 이루어지도록 한다. 이어, 리플로우된 제 1 감광막을 포함한 제 2 USG(22b) 상에 제 2 감광막(미 도시)을 형성하고, 상기 제 1 및 제 2 감광막과 상기 제 1 및 제 2 USG(22a),(22b)를 동시에 에치백한다. 이때의 에치백은 도 4에 도시된 바와 같이 산화방지막(14) 상에 소정 두께의 CVD 산화막(16)이 잔존될 때까지만 실시한다.As a fourth step, as shown in FIG. 4, a first photoresist film (not shown) is formed on the second USG 22b and an etching process is performed such that the first photoresist film remains only in an inactive region by using a photoetch process. Then, it is reflowed at a predetermined temperature to be planarized by the first photosensitive film. Subsequently, a second photoresist film (not shown) is formed on the second USG 22b including the reflowed first photoresist film, and the first and second photoresist films and the first and second USGs 22a and 22b are formed. Etch back at the same time. The etch back at this time is carried out only until the CVD oxide film 16 having a predetermined thickness remains on the antioxidant film 14 as shown in FIG.

제 5 단계로서, 도 5에 도시된 바와 같이 산화방지막(14)의 표면이 노출될 때까지 에치백 처리된 제 1 USG(22a)와 CVD 산화막(16)을 다시 CMP 처리하여, 트랜치(t) 내부에는 절연막(20)과 제 1 USG(22a)로 이루어진 STI(24)를 형성하고, 기판(10) 상의 활성영역에는 소정 두께의 산화방지막(14)과 패드 산화막(12)을 남겨 둔다.As a fifth step, as shown in FIG. 5, the first USG 22a and the CVD oxide film 16, which are etched back, are subjected to CMP again until the surface of the antioxidant film 14 is exposed, thereby forming a trench (t). An STI 24 made of an insulating film 20 and a first USG 22a is formed therein, and an anti-oxidation film 14 and a pad oxide film 12 having a predetermined thickness are left in an active region on the substrate 10.

제 6 단계로서, 도 6에 도시된 바와 같이 활성영역의 산화방지막(14)과 패드 산화막(12)을 순차적으로 제거하고, 기판(10) 상의 활성영역에 버퍼 산화막(미 도시)을 형성한 다음, 웰(well) 형성용 이온주입 공정 및 문턱전압(Vth) 조절용 이온주입 공정을 실시한 뒤, 상기 버퍼 산화막을 제거한다. 이어, 버퍼 산화막이 제거된 부분에 다시 게이트 절연막(26)을 형성하고, STI(24)를 포함한 게이트 절연막(26) 상에 폴리실리콘막(28)을 형성하므로써, 소자분리공정을 완료한다.As a sixth step, as shown in FIG. 6, the antioxidant layer 14 and the pad oxide layer 12 of the active region are sequentially removed, and a buffer oxide layer (not shown) is formed in the active region on the substrate 10. After performing the ion implantation process for forming a well and the ion implantation process for adjusting the threshold voltage (Vth), the buffer oxide layer is removed. Subsequently, the gate insulating film 26 is formed again in the portion where the buffer oxide film is removed, and the polysilicon film 28 is formed on the gate insulating film 26 including the STI 24, thereby completing the device isolation process.

그러나, 상기와 같이 소자분리공정을 진행할 경우에는 공정 진행이 완료된 이후에 다음과 같은 두가지의 문제가 발생하게 된다.However, when the device separation process proceeds as described above, the following two problems occur after the process progress is completed.

첫째, 도 6의 Ⅰ 부분에서 알 수 있듯이 STI(24)의 양 에지부와 기판(10) 사이에 오목한 형상의 골이 형성되어져, 활성영역과 비활성영역의 경계면에서 STI(24)가 활성영역의 기판 표면보다 높이가 낮아지는 현상이 발생된다. 이러한 현상은 트랜치(t)를 형성하기 위한 기판(10) 식각시에 기판을 이루는 실리콘이 마스킹 역할을 하는 CVD 산화막(16)의 안쪽으로까지 치고 들어가 식각되기 때문에 발생하는 것으로, 트랜치(t) 내부 계면을 따라 열산화막(20)을 성장시켜 주는 과정에서 더욱 심화된다. 이와 같이 활성영역과 비활성영역의 경계면에서 STI(24)가 활성영역의 기판(10) 표면보다 높이가 낮아질 경우, 게이트 전극을 형성하기 위한 폴리실리콘막 식각 공정 진행시 이 부분에 폴리실리콘이 일부 잔존되는 현상이 발생되어져 이로 인해 원하지 않는 특성이 유발되는 등의 불량이 발생하게 된다.First, as shown in part I of FIG. 6, a concave valley is formed between both edge portions of the STI 24 and the substrate 10, so that the STI 24 is formed at the interface between the active and inactive regions. The phenomenon that the height is lower than the substrate surface occurs. This phenomenon occurs because silicon constituting the substrate is etched into the inside of the CVD oxide film 16 which acts as a mask when etching the substrate 10 to form the trench t. It is further intensified in the process of growing the thermal oxide film 20 along the interface. As such, when the STI 24 becomes lower than the surface of the substrate 10 of the active region at the interface between the active region and the inactive region, some polysilicon remains in this portion during the process of etching the polysilicon film to form the gate electrode. This phenomenon occurs, which causes a defect such as causing unwanted characteristics.

둘째, 공정 진행이 완료된 상태에서 실리콘 기판(10) 프로파일(profile)의 탑(top)부위가 라운드(round) 형상을 가지지 못하고 각진 형상을 가지게 되므로, 이후 게이트 절연막(26) 성장시 이 부분의 게이트 절연막 두께가 다른 부분보다 얇게 형성되게 된다. 이와 같이 어느 특정 부위(도면 상에서 화살표로 표시된 부분)의 게이트 절연막 두께가 상대적으로 얇아질 경우, 이 부분에 강한 전계가 집중적으로 걸리는 현상이 발생되어져 게이트 절연막이 열화되는 불량이 초래되므로, 이에 대한 개선책이 시급하게 요구되고 있다.Second, since the top portion of the profile of the silicon substrate 10 profile does not have a round shape and has an angular shape in the state where the process is completed, the gate of this portion is later grown when the gate insulating layer 26 is grown. The insulating film thickness is made thinner than other portions. As described above, when the thickness of the gate insulating film of a specific portion (part indicated by the arrow in the drawing) becomes relatively thin, a phenomenon in which a strong electric field is concentrated on this portion is generated, resulting in a defect that deteriorates the gate insulating film. This is urgently required.

이에 본 발명의 목적은, 반도체 소자의 STI 형성시 활성영역과 비활성영역의 경계면에서 STI를 활성영역의 기판 표면보다 높게 가져갈 수 있도록 공정을 변경해 주므로써, 활성영역과 비활성영역의 경계면에서 발생되는 반도체 소자의 특성 열화를 방지할 수 있도록 하여 반도체 소자의 신뢰성을 향상시킬 수 있도록 한 반도체 소자 제조방법을 제공함에 있다.Accordingly, an object of the present invention is to change the process to bring the STI higher than the substrate surface of the active region at the interface between the active region and the inactive region when forming the STI of the semiconductor device, thereby generating the semiconductor at the interface between the active region and the inactive region. The present invention provides a method for manufacturing a semiconductor device, which can prevent deterioration of device characteristics, thereby improving reliability of the semiconductor device.

도 1 내지 도 6은 종래 반도체 소자의 소자분리방법을 도시한 공정수순도,1 to 6 is a process flowchart showing a device isolation method of a conventional semiconductor device,

도 7 내지 도 14는 본 발명에 의한 반도체 소자의 소자분리방법을 도시한 공정수순도이다.7 to 14 are process flowcharts illustrating a device isolation method of a semiconductor device according to the present invention.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명에서는, 반도체 기판의 표면이 소정 부분 노출되도록, 상기 기판 상의 활성영역에 패드 산화막과 산화방지막 및 감광막 패턴을 순차적으로 형성하는 공정과; 열처리 공정을 이용하여 상기 감광막 패턴을 상기 산화방지막과 상기 패드 산화막의 측벽에 플로우시키는 공정과; 열처리 공정에 의해 플로우된 상기 감광막 패턴을 마스크로 이용하여 상기 기판의 표면 노출부를 소정 두께 식각하여 트랜치를 형성하는 공정과; 상기 트랜치 내부의 계면을 따라 절연막을 형성하는 공정과; 상기 트랜치 내부를 포함한 상기 산화방지막 상에 제 1 및 제 2 USG를 순차적으로 형성하는 공정과; 상기 산화방지막의 표면이 노출될 때까지 상기 제 1 및 제 2 USG를 CMP 처리하는 공정; 및 활성영역의 상기 산화방지막과 상기 패드 산화막을 제거하는 공정으로 이루어진 반도체 소자 제조방법이 제공된다.In order to achieve the above object, the present invention includes the steps of sequentially forming a pad oxide film, an anti-oxidation film and a photoresist pattern in the active region on the substrate so that the surface of the semiconductor substrate is exposed to a predetermined portion; Flowing the photoresist pattern on sidewalls of the anti-oxidation film and the pad oxide film using a heat treatment process; Forming a trench by etching a surface exposed portion of the substrate by using the photoresist pattern flowed by the heat treatment process as a mask; Forming an insulating film along an interface in the trench; Sequentially forming a first and a second USG on the antioxidant film including the inside of the trench; CMP treating the first and second USGs until the surface of the antioxidant film is exposed; And removing the anti-oxidation layer and the pad oxide layer in the active region.

상기와 같이 공정을 진행할 경우, 활성영역과 비활성영역의 경계면에서 STI를 활성영역의 기판 표면보다 높게 가져갈 수 있게 되므로, 강한 전계 집중으로 인해 야기되는 게이트 절연막의 열화와 게이트 전극 형성시 폴리실리콘막의 잔존으로 인해 야기되는 원하지 않는 특성 유발 등과 같은 형태의 불량 발생을 막을 수 있게 된다.In the process as described above, since the STI can be brought higher than the surface of the active region at the interface between the active and inactive regions, deterioration of the gate insulating film caused by strong electric field concentration and the remaining of the polysilicon film during the formation of the gate electrode. It is possible to prevent the occurrence of defects, such as causing unwanted characteristics caused by.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 상세히 설명한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described in detail a preferred embodiment of the present invention.

도 7 내지 도 14은 TI 기술을 적용한 본 발명에 의한 반도체 소자의 소자분리방법을 도시한 공정수순도를 나타낸 것으로, 이를 참조하여 그 제조방법을 구체적으로 살펴보면 다음과 같다.7 to 14 illustrate a process flowchart showing a device isolation method of a semiconductor device according to the present invention to which TI technology is applied. A manufacturing method thereof will be described below with reference to the drawings.

제 1 단계로서, 도 7에 도시된 바와 같이 반도체 기판(예컨대, 실리콘 기판)(100) 상에 패드 산화막(102)과 질화막(104a)을 순차적으로 형성한 다음, 상기 질화막(104a)을 산화시켜 그 표면에만 선택적으로 얇은 두께의 산화질화막(예컨대, SiON)(104b)을 형성한다. 그 결과, 질화막(104a)과 산화질화막(104b) 적층 구조의 산화방지막(104)이 형성된다. 이와 같이, 산화방지막(104)을 적층 구조로 가져간 것은 질화막(104a)만으로 산화방지막을 형성할 경우 이후 광식각 공정 진행시 질화막(104a)의 난반사로 인해 소망하는 미세 패턴을 형성하기 어렵기 때문이다. 이어, 비활성영역의 산화방지막(104) 표면이 노출되도록 상기 산화방지막(104) 상에 감광막 패턴(106)을 형성하고, 이를 마스크로 이용하여 비활성영역의 기판(100) 표면이 노출되도록 산화방지막(104)과 패드 산화막(102)을 식각한다. 이 경우, 산화방지막(104)으로는 질화막(104a)과 산화질화막(104b)의 적층 구조외에 다결정실리콘이나 비정질실리콘도 적용 가능하다.As a first step, as shown in FIG. 7, a pad oxide film 102 and a nitride film 104a are sequentially formed on a semiconductor substrate (eg, a silicon substrate) 100, and then the nitride film 104a is oxidized. A thin thickness oxynitride film (e.g., SiON) 104b is selectively formed only on the surface thereof. As a result, an antioxidant film 104 having a stacked structure of the nitride film 104a and the oxynitride film 104b is formed. As such, the reason why the anti-oxidation film 104 is formed in a stacked structure is that when the anti-oxidation film is formed only by the nitride film 104a, it is difficult to form a desired fine pattern due to the diffuse reflection of the nitride film 104a during the photoetching process. . Subsequently, a photoresist pattern 106 is formed on the antioxidant film 104 so that the surface of the antioxidant film 104 in the inactive region is exposed. 104 and the pad oxide film 102 are etched. In this case, in addition to the laminated structure of the nitride film 104a and the oxynitride film 104b, the polycrystalline silicon and the amorphous silicon can be applied as the antioxidant film 104.

제 2 단계로서, 도 8에 도시된 바와 같이 열처리 공정을 이용하여 감광막 패턴(106)을 플로우(flow)시켜, 산화방지막(104)과 패드 산화막(102)의 측벽에도 감광막 패턴(106)이 소정 폭 존재하도록 한다.As a second step, as shown in FIG. 8, the photoresist pattern 106 is flowed using a heat treatment process, so that the photoresist pattern 106 is also defined on the sidewalls of the antioxidant film 104 and the pad oxide film 102. To be present.

제 3 단계로서, 도 9에 도시된 바와 같이 열처리 공정에 의해 플로우된 감광막 패턴(106)을 마스크로 이용하여 기판(100)의 표면 노출부를 소정 두께 식각처리하여 트랜치(t)를 형성한다.As a third step, as illustrated in FIG. 9, the surface exposed portion of the substrate 100 is etched by a predetermined thickness using a photosensitive film pattern 106 flowed by a heat treatment process as a mask to form a trench t.

제 4 단계로서, 도 10에 도시된 바와 같이 트랜치(t) 내부 계면을 따라 얇은 두께의 절연막(108)을 형성하고, 이를 NH3분위기하에서 플라즈마처리하여 트랜치(t) 내부를 갭 필(gap fill)하기에 좋은 환경조건으로 만들어 준다. 이어, 트랜치(t) 내부가 완전하게 채워지도록 상기 트랜치(t)를 포함한 결과물 전면에 4000 ~ 7000Å의 두께를 갖는 O3-TEOS 재질의 제 1 USG(110a)와 1000 ~ 6000Å의 두께를 갖는 PE-TEOS 재질의 제 2 USG(110b)를 순차적으로 형성하고, 고온의 N2가스 분위기하에서 이를 열처리하여 상기 제 1 및 제 2 USG(110a),(110b)를 경화시켜 준다. 이와 같이, O3-TEOS 재질의 제 1 USG(118a)를 먼저 형성해 준 것은 PE-TEOS 재질의 제 2 USG(118b)에 비해 상기 제 1 USG(110a)가 갭 필 능력이 우수하기 때문이다.As a fourth step, as shown in FIG. 10, a thin insulating film 108 is formed along the inner surface of the trench t, and plasma-processed in an NH 3 atmosphere to form a gap fill in the trench t. Make it a good environmental condition. Then, the first USG (110a) of the O 3 -TEOS material having a thickness of 4000 ~ 7000Å and the PE having a thickness of 1000 ~ 6000Å in front of the resultant including the trench (t) to completely fill the inside of the trench (t) A second USG 110b of TEOS is sequentially formed and heat-treated in a high temperature N 2 gas atmosphere to cure the first and second USGs 110a and 110b. As such, the first USG 118a of the O 3 -TEOS material is formed first because the first USG 110a has a better gap fill capability than the second USG 118b of the PE-TEOS material.

이때, 절연막(108)으로는 주로, 열산화막이나 CVD 산화막 혹은 산화질화막이 사용된다. 따라서, CVD 산화막을 이용하여 절연막을 형성하고자 할 경우에는 CVD 방법으로 트랜치(t) 내부의 계면을 따라 얇은 두께의 산화막을 형성한 뒤, NH3가스를 이용하여 플라즈마 처리하거나 혹은 N2가스 분위기하에서 열처리해 주는 방식으로 공정을 진행해 주면 되고, 반면 산화질화막을 이용하여 절연막을 형성하고자 할 경우에는 열산화 공정을 이용하여 트랜치(t) 내부의 계면을 따라 소정 두께의 열산화막을 형성한 뒤, N2가스 분위기하에서 소정 시간 동안 어닐 처리후 연속적으로 N2O가스를 공급하여 상기 열산화막을 산화질화막화하는 방식으로 공정을 진행해 주면 된다.At this time, a thermal oxide film, a CVD oxide film, or an oxynitride film is mainly used as the insulating film 108. Therefore, when the insulating film is to be formed using the CVD oxide film, a thin oxide film is formed along the interface inside the trench t by the CVD method, and then plasma-processed using NH 3 gas or under an N 2 gas atmosphere. The process may be performed by heat treatment. On the other hand, when an insulating film is formed using an oxynitride film, a thermal oxide film having a predetermined thickness is formed along the interface inside the trench t using a thermal oxidation process, and then N After the annealing treatment for a predetermined time in a two- gas atmosphere, the process may be performed by supplying N 2 O gas continuously to oxidize the thermal oxide film.

제 5 단계로서, 도 11에 도시된 바와 같이 제 2 USG(110b) 상에 제 1 감광막(미 도시)을 형성하고, 광식각 공정을 이용하여 비활성영역에만 제 1 감광막이 잔존되도록 식각 공정을 진행한 다음, 이를 소정 온도에서 리플로우시켜 제 1 감광막에 의해 평탄화가 이루어지도록 한다. 이어, 리플로우된 제 1 감광막을 포함한 제 2 USG(110b) 상에 제 2 감광막(미 도시)을 형성하고, 상기 제 1 및 제 2 감광막과 상기 제 1 및 제 2 USG(110a),(110b)를 동시에 에치백한다. 이때의 에치백은 도 11에 도시된 바와 같이 산화방지막(104) 상에 소정 두께의 제 1 USG(110a)가 잔존될 때까지만 실시한다.As a fifth step, as shown in FIG. 11, a first photoresist film (not shown) is formed on the second USG 110b and an etching process is performed such that the first photoresist film remains only in an inactive region using a photoetch process. Then, it is reflowed at a predetermined temperature to be planarized by the first photosensitive film. Subsequently, a second photoresist film (not shown) is formed on the second USG 110b including the reflowed first photoresist film, and the first and second photoresist films and the first and second USGs 110a and 110b are formed. Etch back at the same time. At this time, the etch back is performed only until the first USG 110a having a predetermined thickness remains on the antioxidant film 104 as shown in FIG. 11.

제 6 단계로서, 도 12에 도시된 바와 같이 산화방지막(104)의 표면이 노출될 때까지 제 1 USG(110a)를 CMP 처리하여, 트랜치(t) 내부에는 절연막(108)과 제 1 USG(110a)로 이루어진 STI(112)를 형성하고, 기판(100) 상의 활성영역에는 소정 두께의 산화방지막(104)과 패드 산화막(102)을 남겨 둔다.As a sixth step, as shown in FIG. 12, the first USG 110a is subjected to CMP treatment until the surface of the antioxidant film 104 is exposed, so that the insulating film 108 and the first USG ( An STI 112 formed of 110a is formed, and an oxide film 104 and a pad oxide film 102 having a predetermined thickness are left in the active region on the substrate 100.

제 7 단계로서, 도 13에 도시된 바와 같이 활성영역의 기판(100) 표면이 노출되도록 산화방지막(104)과 패드 산화막(102)을 순차적으로 제거한다.As a seventh step, as shown in FIG. 13, the antioxidant film 104 and the pad oxide film 102 are sequentially removed to expose the surface of the substrate 100 in the active region.

제 8 단계로서, 도 14에 도시된 바와 같이 기판(100)의 표면 노출부에 버퍼 산화막(미 도시)을 형성하고, 웰 형성용 이온주입 공정 및 문턱전압 조절용 이온주입 공정을 실시한 뒤, 상기 버퍼 산화막을 제거한다. 이어, 버퍼 산화막이 제거된 부분에 다시 게이트 절연막(114)을 형성하고, STI(112)를 포함한 게이트 절연막(114) 상에 폴리실리콘막(116)을 형성하므로써, 소자분리공정을 완료한다.As an eighth step, as shown in FIG. 14, a buffer oxide film (not shown) is formed on an exposed surface of the substrate 100, a well forming ion implantation process and a threshold voltage adjustment ion implantation process are performed, and then the buffer is formed. Remove the oxide film. Subsequently, the gate insulating film 114 is formed again in the portion where the buffer oxide film is removed, and the polysilicon film 116 is formed on the gate insulating film 114 including the STI 112, thereby completing the device isolation process.

이와 같이 소자분리공정을 진행할 경우, 제 2 단계에서 알 수 있듯이 열처리 공정에 의해 플로우된 감광막 패턴(106)을 마스크로 이용하여 기판(100)의 식각 공정이 진행되므로, 트랜치(t) 형성시 기판(100)을 이루는 실리콘이 산화방지막(104) 하부를 치고 들어와 식각되는 현상이 발생하지 않게 되어, 최종적으로 만들어지는 STI(112)의 양 에지부와 기판(100) 사이에 오목한 형상의 골이 형성되는 불량이 발생하지 않게 된다. 그 결과, 능동소자가 형성되는 활성영역과 STI(112)가 형성되는 비활성영역의 경계면에서 발생되는 반도체 소자의 특성 열화를 막을 수 있게 된다.As described above, when the device isolation process is performed, the etching process of the substrate 100 is performed by using the photosensitive film pattern 106 flowed by the heat treatment process as a mask, as shown in the second step. The silicon forming the (100) hits the lower portion of the anti-oxidation film 104 so that the etching does not occur, and a concave valley is formed between the edges of the STI 112 and the substrate 100 which are finally made. The defective product does not occur. As a result, it is possible to prevent the deterioration of characteristics of the semiconductor device generated at the interface between the active region where the active element is formed and the inactive region where the STI 112 is formed.

한편, 본 발명의 일 변형예로서 STI(112) 형성 공정은 제 5 단계에서 제시된 상기 제 1 및 제 2 감광막과 상기 제 1 및 제 2 USG(110a),(110b)의 에치백 공정 적용없이 제 1 및 제 2 USG(110a),(110b)의 증착 공정이 완료된 직후에 곧 바로 고온의 N2분위기하에서 열처리를 실시하고, 이 상태에서 산화방지막(104)의 표면이 노출될 때까지 제 1 및 제 2 USG(110a),(110b)를 CMP 처리해 주는 방식으로 공정을 진행할 수도 있는데, 이 경우 역시 상기에 언급된 효과는 동일하게 적용된다.On the other hand, as a modification of the present invention, the STI 112 forming process may be performed without applying the etch back process of the first and second photoresist layers and the first and second USGs 110a and 110b. Immediately after the deposition process of the first and second USGs 110a and 110b is completed, heat treatment is performed immediately under a high temperature N 2 atmosphere, in which the first and second surfaces are exposed until the surface of the antioxidant film 104 is exposed. The process may be proceeded by CMP treatment of the second USGs 110a and 110b. In this case, the above-mentioned effects are equally applied.

이상에서 살펴본 바와 같이 본 발명에 의하면, 공정 변경을 통하여 STI의 양 에지부를 활성영역의 기판 표면보다 높게 가져가는 것이 가능하게 되므로, 1) 활성영역과 비활성영역의 경계면에서 게이트 절연막의 두께가 다른 부분에 비하여 상대적으로 얇아지는 현상이 발생하지 않게 되어 강한 전계 집중으로 인한 게이트 절연막의 열화를 방지할 수 있게 되고, 2) 이후 게이트 전극을 형성하기 위한 폴리실리콘막 식각 공정을 진행하더라도 활성영역과 비활성영역의 경계면에서 폴리실리콘이 잔존되는 현상이 발생하지 않게 되어 잔존 폴리실리콘으로 인한 원하지 않는 특성 유발을 막을 수 있게 된다.As described above, according to the present invention, it is possible to bring both edge portions of the STI higher than the substrate surface of the active region through the process change, and thus, 1) the thickness of the gate insulating layer is different at the interface between the active region and the inactive region. Compared to this, the thinning of the gate insulating film is prevented due to the strong electric field concentration, and 2) the active region and the inactive region even after the polysilicon film etching process for forming the gate electrode is performed. The phenomenon that the polysilicon remains at the interface of the does not occur, thereby preventing unwanted characteristics caused by the remaining polysilicon.

Claims (11)

반도체 기판의 표면이 소정 부분 노출되도록, 상기 기판 상의 활성영역에 패드 산화막과 산화방지막 및 감광막 패턴을 순차적으로 형성하는 공정과;Sequentially forming a pad oxide film, an anti-oxidation film, and a photoresist pattern in an active region on the substrate so that a surface of the semiconductor substrate is partially exposed; 열처리 공정을 이용하여 상기 감광막 패턴을 상기 산화방지막과 상기 패드 산화막의 측벽에 플로우시키는 공정과;Flowing the photoresist pattern on sidewalls of the anti-oxidation film and the pad oxide film using a heat treatment process; 열처리 공정에 의해 플로우된 상기 감광막 패턴을 마스크로 이용하여 상기 기판의 표면 노출부를 소정 두께 식각하여 트랜치를 형성하는 공정과;Forming a trench by etching a surface exposed portion of the substrate by using the photoresist pattern flowed by the heat treatment process as a mask; 상기 트랜치 내부의 계면을 따라 절연막을 형성하는 공정과;Forming an insulating film along an interface in the trench; 상기 트랜치 내부를 포함한 상기 산화방지막 상에 제 1 및 제 2 USG를 순차적으로 형성하는 공정과;Sequentially forming a first and a second USG on the antioxidant film including the inside of the trench; 상기 산화방지막의 표면이 노출될 때까지 상기 제 1 및 제 2 USG를 CMP 처리하는 공정; 및CMP treating the first and second USGs until the surface of the antioxidant film is exposed; And 활성영역의 상기 산화방지막과 상기 패드 산화막을 제거하는 공정으로 이루어진 것을 특징으로 하는 반도체 소자 제조방법.Removing the anti-oxidation film and the pad oxide film in the active region. 제 1항에 있어서, 상기 산화방지막은 질화막과 산화질화막의 적층 구조로 형성하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자 제조방법.The method of claim 1, wherein the anti-oxidation film is formed in a stacked structure of a nitride film and an oxynitride film. 제 1항에 있어서, 상기 절연막은 열산화막, CVD 산화막, 산화질화막중 선택된 어느 하나로 형성하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자 제조방법.The method of claim 1, wherein the insulating layer is formed of any one selected from a thermal oxide film, a CVD oxide film, and an oxynitride film. 제 3항에 있어서, 상기 절연막이 CVD 산화막으로 형성된 경우, 상기 절연막은 CVD 방법을 이용하여 상기 트랜치 내부의 계면을 따라 산화막을 형성하는 공정 및 NH3가스를 이용하여 상기 산화막을 플라즈마 처리하는 공정을 거쳐 형성하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자 제조방법.4. The method of claim 3, wherein when the insulating film is formed of a CVD oxide film, the insulating film is formed by forming a oxide film along an interface inside the trench using a CVD method and plasma treating the oxide film using NH 3 gas. Forming through a semiconductor device manufacturing method characterized by. 제 3항에 있어서, 상기 절연막이 CVD 산화막으로 형성된 경우, 상기 절연막은 CVD 방법을 이용하여 상기 트랜치 내부의 계면을 따라 산화막을 형성하는 공정 및 N2가스 분위기하에서 열처리하는 공정을 거쳐 형성하는 것을 특징으로 하는 특징으로 하는 반도체 소자 제조방법.4. The method of claim 3, wherein when the insulating film is formed of a CVD oxide film, the insulating film is formed through a process of forming an oxide film along an interface inside the trench by using a CVD method and a heat treatment under an N 2 gas atmosphere. A semiconductor device manufacturing method characterized by. 제 3항에 있어서, 상기 절연막이 산화질화막으로 형성된 경우, 상기 절연막은 열산화 공정을 이용하여 상기 트랜치 내부의 계면을 따라 열산화막을 형성하는 공정 및 N2가스 분위기하에서 소정 시간 동안 어닐 처리후 연속적으로 N2O 가스를 공급하여 상기 열산화막을 산화질화막화하는 공정을 거쳐 형성하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자 제조방법.4. The method of claim 3, wherein when the insulating film is formed of an oxynitride film, the insulating film is thermally oxidized to form a thermal oxide film along an interface inside the trench, and continuously after annealing for a predetermined time in an N 2 gas atmosphere. Supplying N 2 O gas to oxidize the thermal oxide film to form an oxynitride film. 제 1항에 있어서, 상기 산화방지막은 다결정실리콘이나 비정질실리콘으로 형성하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자 제조방법.The method of claim 1, wherein the anti-oxidation film is formed of polycrystalline silicon or amorphous silicon. 제 1항에 있어서, 상기 제 1 및 제 2 USG 형성후, 고온의 N2분위기하에서 열처리하는 공정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자 제조방법.The method of claim 1, further comprising heat treatment under a high temperature N 2 atmosphere after the formation of the first and second USGs. 제 1항에 있어서, 상기 제 1 USG는 4000 ~ 7000Å 두께의 O3-TEOS로 형성하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자 제조방법.The method of claim 1, wherein the first USG is formed of O 3 -TEOS having a thickness of 4000 to 7000 μs. 제 1항에 있어서, 상기 제 2 USG는 1000 ~ 6000Å 두께의 PE-TEOS로 형성하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자 제조방법.The method of claim 1, wherein the second USG is formed of PE-TEOS having a thickness of 1000 to 6000 μs. 제 1항에 있어서, 상기 제 1 및 제 2 USG 형성후, 상기 제 2 USG 상의 비활성영역에만 선택적으로 제 1 감광막을 형성하고, 이를 리플로우하는 공정과; 리플로우된 상기 제 1 감광막과 상기 제 2 USG 상에 제 2 감광막을 형성하는 공정과; 상기 산화방지막 상에 상기 제 1 USG가 소정 두께 잔존될 때까지 상기 제 1 및 제 2 감광막과 상기 제 1 및 제 2 USG를 에치백하는 공정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자 제조방법.The method of claim 1, further comprising: after forming the first and second USGs, selectively forming a first photoresist film only on an inactive region on the second USG, and reflowing the first photoresist film; Forming a second photoresist film on the reflowed first photoresist film and the second USG; And etching back the first and second photoresist film and the first and second USG until the first USG remains a predetermined thickness on the antioxidant film.
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KR100408862B1 (en) * 2001-06-29 2003-12-06 주식회사 하이닉스반도체 Method of forming a isolation layer in a semiconductor device

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