KR19990086618A - How to form a trench - Google Patents
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Abstract
본 발명은 실리콘 기판상에 소자간 분리 목적의 트랜치를 형성하는 방법에 관한 것으로서, 트랜치 내측면에 라이너 산화막, 실리콘 기판상에 패드 산화막을 형성한 후에 트랜치 산화물을 적층하고, 적층된 트랜치 산화물을 실리콘 기판상에 적층되어 있는 질화막 부위까지 제거한다. 이후, 이 실리콘 산화물들을 서로 다른 온도로 어닐링하므로써 실리콘 산화물의 스트래인과 결함을 감소시켜 에칭 속도를 감속시키므로써 실리콘 기판의 패드 산화막의 에칭시에 트랜치 측면의 실리콘 산화물이 동시에 에칭되는 것을 방지한다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for forming a trench for isolation between devices on a silicon substrate, wherein a trench oxide is formed after forming a liner oxide film on a trench inner side and a pad oxide film on a silicon substrate, and forming a stacked oxide oxide The nitride film portion stacked on the substrate is removed. Then, by annealing these silicon oxides at different temperatures, the strain and defects of the silicon oxide are reduced to reduce the etching rate, thereby preventing the silicon oxide on the trench side from being etched simultaneously during the etching of the pad oxide film of the silicon substrate. .
Description
본 발명은 반도체 제조 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 반도체 기판상에 트랜치를 형성하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor, and more particularly, to a method for forming a trench on a semiconductor substrate.
반도체 집적 회로의 제작시에 반도체 기판을 반도체 소자및 기판이 연결되는 소자 영역(active region)과, 이 소자 영역과 다른 소자 영역을 필드 산화 유전 물질등으로 분리하는 공정이 필요하다.In the fabrication of a semiconductor integrated circuit, a process of separating a semiconductor substrate into an active region where a semiconductor element and the substrate are connected, and a region different from the device region by a field oxide dielectric material is required.
필드 산화 유전 물질은 일반적으로 실리콘 산화막을 의미한다. 비록 다양한 필드 산화막 형성 방법이 개발되고 제시되고 있으나, 일반적으로 LOCOS(Localized oxidation of Silicon) 방법이 널리 사용되고 있다. LOCOS방법에서는 질화 실리콘막을 마스크로 하여 반도체 기판의 소자 영역을 마스킹하고, 필드 산화 영역은 열산화 방식등에 의하여 필드 유전 영역으로 형성된다. 이러한 LOCOS 방식은 공정이 간단하다는 효과가 있으나, 최종 생산된 반도체의 효율이 저하된다는 문제가 있다.Field oxide dielectric material generally means silicon oxide film. Although various field oxide film formation methods have been developed and proposed, in general, LOCOS (Localized oxidation of Silicon) method is widely used. In the LOCOS method, an element region of a semiconductor substrate is masked using a silicon nitride film as a mask, and a field oxide region is formed as a field dielectric region by a thermal oxidation method or the like. This LOCOS method has the effect of simple process, but there is a problem that the efficiency of the final produced semiconductor is reduced.
LOCOS방식에서의 효율 저하의 가장 큰 이유중의 하나는 버드 빅(bird beak) 현상, 즉 필드 산화 영역이 마스킹용의 질화 실리콘막 하부로 침투하므로써 사용가능한 소자 영역을 축소시키는 것이다. 필드 산화막을 형성하는데 부닫치는 다른 문제는 소자 영역의 에지에서의 이탈에 의해 유기된 응력(stress)및 인접 필드층과의 상대적인 비평탄화등을 유발한다는 것이다. 소자 영역에서의 비평탄화 영역은 게이트 산화막의 열화 즉, 잔여 영역에 대한 전도층 형성을 어렵게 하는 원인이 된다. 이러한 문제를 해결하기 위한 방법이 제시되고 있으나, 제시된 방법을 행하는데에는 상당히 복잡한 공정및 가격 상승을 유발한다는 문제가 있다.One of the biggest reasons for the efficiency deterioration in the LOCOS method is a bird beak phenomenon, i.e., a field oxide region penetrates under the masking silicon nitride film, thereby reducing the usable device region. Another problem encountered in forming field oxide films is that stresses induced by deviations from the edges of the device regions and relative unplanarization with adjacent field layers are caused. The unplanarized region in the element region causes deterioration of the gate oxide film, that is, the formation of a conductive layer for the remaining region becomes difficult. Although a method for solving such a problem has been proposed, there is a problem in that the proposed method causes a complicated process and a price increase.
이러한 문제를 해결하기 위하여 다른 분리 방법 즉, 트랜치(Trench) 분리 방법이 제안되고 있다.In order to solve this problem, another separation method, that is, a trench separation method, has been proposed.
트랜치 분리 방법은 도 1a에 도시된 바와 같이 패드 산화막(1)및 질화막(2)이 형성되어 있는 실리콘 기판(3)의 소정 영역을 소정 깊이 이상 에칭하여 트랜치(4)를 형성하고, 트랜치 내부 측면에 라이너 산화막(Liner Oxide)(5)을 형성한 후에 실리콘 산화물등을 트랜치(4) 내부에 퇴적하여 소자 영역간을 분리하는 방법이다. 이러한 트랜치 분리 방법은 LOCOS방법에 비하여 집적화가 용이하며 버드 빅 현상이 발생하지 않는다는 장점이 있어 각광받고 있다.In the trench isolation method, as shown in FIG. 1A, a trench 4 is formed by etching a predetermined area of the silicon substrate 3 on which the pad oxide film 1 and the nitride film 2 are formed, by a predetermined depth or more, and forming the trench inner side surface. After forming a liner oxide 5 in the silicon oxide, silicon oxide or the like is deposited in the trench 4 to separate device regions. Compared to the LOCOS method, such a trench isolation method is easy to integrate and does not generate a bird big phenomenon.
한편, 트랜치 분리 방법에 의하여 소자 영역을 분리한 후, 분리된 소자 영역들의 질화막및 패드 산화막을 제거하여야 할 필요가 있으며, 이 경우 트랜치내의 실리콘 산화물들의 에칭 속도가 라이너 산화막에 비하여 빨라 트랜치 측면의 산화막과 라이너 산화막및 게이트 산화막간의 접합이 불완전하게 되는 문제가 있었다. 즉, 도 1b에 도시된 바와 같이 패드 산화막을 애칭하는 경우에 통상 등방성을 갖는 습식 에칭을 행하고, 화학적 기상증착(Chemical Vapor Deposition)방법등에 의하여 형성되는 트랜치(4)내 산화물(5)의 에칭 속도가 패드 산화막(1)에 비하여 빠르게 진행되는 바, 도 1c에서와 같이 트랜치(4)의 측면이 깊이 에칭되면서 라이너 산화막(5)이 동시에 에칭되된다. 여기서, 도 1c는 도 1b의 부분(A)을 상세히 도시한 상세 단면도이다.On the other hand, after the device region is separated by the trench isolation method, it is necessary to remove the nitride film and the pad oxide film of the separated device regions. In this case, the etching rate of the silicon oxides in the trench is faster than that of the liner oxide film. There is a problem that the bonding between the liner oxide film and the gate oxide film is incomplete. That is, in the case of nicking the pad oxide film as shown in FIG. 1B, the etching rate of the oxide 5 in the trench 4, which is usually formed by isotropic wet etching and is formed by a chemical vapor deposition method, or the like. Is faster than the pad oxide film 1, the liner oxide film 5 is etched at the same time as the side of the trench 4 is deeply etched as shown in FIG. Here, FIG. 1C is a detailed cross-sectional view detailing part A of FIG. 1B.
또한, 이러한 상황에서 게이트 산화막등을 실리콘 기판상에 적층하면 도 1d에 도시된 바와 같이 에칭된 트랜치(4)의 측면에 적층되는 게이트 산화막(6)은 실리콘 기판(3)의 상단에 형성되는 것에 비히여 얇게 적층되는 바, 트랜치(4)측면의 라이너 산화막(5)과 게이트 산화막(6)간의 접합이 불완전하여 접합 누설(Junction Leakage)이 발생할 염려가 있다는 문제가 있었다.In this situation, when the gate oxide film and the like are stacked on the silicon substrate, the gate oxide film 6 stacked on the side of the etched trench 4 as shown in FIG. 1D is formed on the top of the silicon substrate 3. In addition, since the thin layer is laminated, the junction between the liner oxide film 5 on the side of the trench 4 and the gate oxide film 6 is incomplete, which may cause junction leakage.
이러한 문제를 해결하기 위하여 트랜치내(4)의 실리콘 산화물을 어닐링(Annealing)하는 방법이 제시되었다. 즉, 어닐링을 통하여 실리콘 산화물의 스트래인과 결함을 감소시키므로써 에칭 속도를 늦출 수 있어 상술한 문제를 해결할 수 있다. 이를 위하여 종래에는 900내지 1000℃에서 30내지 40분간 실리콘 산화물을 어닐링하였으나, 이러한 종래의 방법을 통하여도 트랜치내 실리콘 산화물의 에칭 속도가 빨라 트랜치(4)측면과 라이너 산화막(5)간의 접합이 불완전하게 되는 것을 효과적으로 방지하지 못하고 있다.In order to solve this problem, a method of annealing the silicon oxide in the trench 4 has been proposed. In other words, by reducing the strain and defects of the silicon oxide through the annealing it is possible to slow down the etching rate to solve the above problems. For this purpose, the silicon oxide was annealed at 900 to 1000 ° C. for 30 to 40 minutes. However, through the conventional method, the etching rate of the silicon oxide in the trench is high, resulting in incomplete bonding between the side of the trench 4 and the liner oxide film 5. It doesn't effectively prevent things from happening.
본 발명은 이러한 문제를 해결하기 위하여 안출한 것으로서, 본 발명의 목적은 라이너 산화막및 게이트 산화막과 접촉하는 트랜치내의 실리콘 산화물의 에칭 속도를 저감시킬 수 있는 트랜치 형성 방법을 제공하는데 있다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve such a problem, and an object of the present invention is to provide a trench formation method capable of reducing the etching rate of silicon oxide in the trench in contact with the liner oxide film and the gate oxide film.
이러한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 실리콘 기판에 트랜치를 형성하는 방법으로서, 실리콘 기판상에 실리콘 산화막인 패드 산화막과 질화막을 적층하는 단계와; 패드 산화막, 질화막및 실리콘 기판의 소정 부위를 에칭하여 트랜치를 형성하는 단계와; 트랜치 내측에 실리콘 산화막인 라이너 산화막을 형성하고, 상기 실리콘 기판상에 실리콘 산화물을 적층하는 단계와; 적층된 실리콘 산화물을 상기 질화막 부위까지 제거하는 단계와; 실리콘 산화물이 상기 질화막 부위까지 제거된 실리콘 기판을 서로 다른 온도로 순차적으로 어닐링하는 단계와; 질화막및 상기 패드 산화막을 상기 실리콘 기판으로부터 제거하는 단계를 구비한다.In order to achieve the above object, the present invention provides a method for forming a trench in a silicon substrate, comprising the steps of: laminating a pad oxide film and a nitride film which is a silicon oxide film on a silicon substrate; Etching the pad oxide film, the nitride film, and predetermined portions of the silicon substrate to form a trench; Forming a liner oxide film which is a silicon oxide film inside the trench, and depositing silicon oxide on the silicon substrate; Removing the stacked silicon oxide to the nitride film portion; Sequentially annealing the silicon substrate from which silicon oxide has been removed to the nitride film portion at different temperatures; And removing the nitride film and the pad oxide film from the silicon substrate.
도 1a는 트랜치가 형성된 실리콘 기판의 단면도,1A is a cross-sectional view of a silicon substrate with a trench formed therein;
도 1b는 도 1a의 실리콘 기판에서 질화막및 패드 산화막을 제거한 상태를 도시한 단면도,1B is a cross-sectional view illustrating a state in which a nitride film and a pad oxide film are removed from the silicon substrate of FIG. 1A;
도 1c는 도 1b의 부분(A)에 대한 상세 단면도,1C is a detailed cross-sectional view of portion A of FIG. 1B,
도 1d는 도 1c의 실리콘 기판에 게이트 산화막을 적층한 상태의 상세 단면도,1D is a detailed cross-sectional view of a state in which a gate oxide film is laminated on the silicon substrate of FIG. 1C;
도 2a 내지 f는 본 발명에 따른 트랜치 형성 공정을 도시한 단면도,2a to f are cross-sectional views showing the trench forming process according to the present invention,
도 2g는 도 2e의 부분(B)에 대한 상세 단면도,FIG. 2G is a detailed cross-sectional view of portion B of FIG. 2E;
도 2h는 도 2f의 부분(C)에 대한 상세 단면도,FIG. 2H is a detailed cross sectional view of the portion C of FIG. 2F;
도 3은 본 발명에 따른 트랜치 형성 방법의 수행시 필요한 어닐링 공정을 도시한 도면.3 is a view showing an annealing process required when performing a trench forming method according to the present invention.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명><Description of the symbols for the main parts of the drawings>
10 : 실리콘 기판 20 : 패드 산화막10 silicon substrate 20 pad oxide film
30 : 질화막 40 : 라이너 산화막30 nitride film 40 liner oxide film
50 : 트랜치 산화막50: trench oxide
이하, 본 발명의 일실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 2a 내지 도 2f는 본 발명에 따른 트랜치 형성 방법의 공정을 도시한 단면도이다.2A to 2F are cross-sectional views showing the process of the trench forming method according to the present invention.
본 발명은 도 2a에 도시한 바와 같이 실리콘 기판(10)상에 패드 산화막(20)을 형성하므로써 개시된다. 패드 산화막(20)은 열산화 방법등에 의한 실리콘 산화막으로 형성할 수 있다. 여기서 패드 산화막(20)은 완충용으로서 패드 산화막(20)상부에는 도시된 바와 같이 저압에서의 화학적 기상 증착등에 의한 질화막(30)이 적층되며 이 질화막(30)은 마스크로서 작용하게 된다.The present invention is disclosed by forming a pad oxide film 20 on a silicon substrate 10 as shown in FIG. 2A. The pad oxide film 20 can be formed of a silicon oxide film by a thermal oxidation method or the like. In this case, the pad oxide film 20 is used as a buffer, and a nitride film 30 is deposited on the pad oxide film 20 by chemical vapor deposition at low pressure, as shown, and the nitride film 30 acts as a mask.
그리고, 사진 에칭 방법등에 의하여 실리콘(10)의 소정 부분을 도 2b와 같이 에칭므로써 트랜치를 형성한다. 이 후, 트랜치의 내측면에 실리콘 산화막 즉, 라이너 산화막(40)을 적층한 후에 실리콘 산화물(50)을 화학적 기상 증착(Chemical Vapor Deposition)방법등에 의하여 실리콘 기판(10)상에 증착한다. 여기서, 실리콘 산화물(50)은 화학적 기상 증착법에 의한 것이며, 라이너 산화막(40)은 열산화 방법등에 의한 것인 바, 라이너 산화막(40)의 밀집도가 실리콘 산화물(50)에 비하여 높은 상태가 될 것이다.Then, a trench is formed by etching a predetermined portion of the silicon 10 by a photo etching method or the like as shown in FIG. 2B. Thereafter, after the silicon oxide film, that is, the liner oxide film 40 is laminated on the inner side of the trench, the silicon oxide 50 is deposited on the silicon substrate 10 by a chemical vapor deposition method or the like. Here, the silicon oxide 50 is by chemical vapor deposition, the liner oxide film 40 is by thermal oxidation, etc., the density of the liner oxide film 40 will be higher than that of the silicon oxide 50. .
이후, 도 2c에서와 같이 사진 식각 방법등을 통하여 트랜치가 형성된 실리콘 기판(10)상부에 적층되어 있는 실리콘 산화물(50)외의 실리콘 산화물 즉, 질화막(30)상단에 적층되어 있는 실리콘 산화물들을 제거하고, CMP(Chemical Mechanical Polishing)에 의하여 실리콘 산화물(50)을 폴리슁하므로써 도 2d에서와 같이 실리콘 산화물(50)은 질화막(30)과 근사한 높이를 갖게 된다.Thereafter, as illustrated in FIG. 2C, silicon oxides other than silicon oxide 50 stacked on the silicon substrate 10 where the trench is formed, that is, silicon oxide stacked on the nitride film 30, are removed by a photolithography method. By polishing the silicon oxide 50 by CMP (Chemical Mechanical Polishing), the silicon oxide 50 has a height close to that of the nitride film 30 as shown in FIG. 2D.
이후, 불순물 주입등의 필요에 따라 도 2e에서와 같이 습식 에칭 방법등을 통하여 패드 산화막(20), 질화 실리콘층(30)을 순차적으로 소거한 후에 도 2f에서와 같이 게이트 산화막(60)을 형성할 수 있다.Subsequently, the pad oxide film 20 and the silicon nitride layer 30 are sequentially erased through a wet etching method or the like as shown in FIG. 2E according to the necessity of impurity implantation or the like, and then the gate oxide film 60 is formed as shown in FIG. can do.
그러나, 상술한 바와 같이 패드 산화막(20)및 질화막(30)막을 에칭하는 공정 즉, 도 2e공정을 행하는 경우에는 도 1b에 도시된 바와 같이 트랜치의 일측면이 동시에 에칭되는 문제가 발생한다.However, when the pad oxide film 20 and the nitride film 30 are etched as described above, that is, when the process of FIG. 2E is performed, as shown in FIG. 1B, one side of the trench is simultaneously etched.
이를 방지하기 위하여 본 발명에서는 패드 산화막(20)및 질화막(30)을 에칭하기 전에 트랜치내의 실리콘 산화물(50)에 대하여 도 3에 도시된 바와 같은 2 단계의 어닐링 공정을 행하도록 하였다.In order to prevent this, in the present invention, before etching the pad oxide film 20 and the nitride film 30, the silicon oxide 50 in the trench is subjected to a two-step annealing process as shown in FIG.
즉, 상온에서 가열을 개시하여 900∼1000℃까지 상승시키며, 이 온도를 30내지 40분간 유지시킨 후에 상온까지 하강시킨다. 여기까지를 본 명세서에서는 1차 어닐링이라 칭하였다. 1차 어닐링을 수행 후 소정 시간이 경과한 후에 다시 가열을 개시하여 1100∼1150℃까지 상승시키고, 이 온도를 15내지 60초동안 유지한 후에 상온까지 하강시킨다. 이와 같이 1차 어닐링의 수행 후에 행하는 어닐링을 본 명세서에서는 2 차 어닐링이라 칭하였다.That is, heating is started at room temperature, and the temperature is raised to 900 to 1000 ° C. After maintaining this temperature for 30 to 40 minutes, the temperature is lowered to room temperature. Up to this point, in the present specification, it is referred to as primary annealing. After a predetermined time elapses after performing the primary annealing, heating is started again, and the temperature is raised to 1100 to 1150 ° C, and the temperature is maintained for 15 to 60 seconds and then lowered to room temperature. Thus, the annealing performed after performing the primary annealing is referred to herein as the secondary annealing.
표 1에 종래의 어닐링 방법에 의하여 실리콘 산화물(50)이 에칭되는 두께와 1차 및 2차 어닐링 후에 에칭되는 두께를 도시하였다.Table 1 shows the thickness of the silicon oxide 50 etched by the conventional annealing method and the thickness etched after the primary and secondary annealing.
상술한 표 1에서 알 수 있는 바와 같이 본 발명의 실리콘 산화물(50)의 에칭 속도가 저하되므로써 도 2g에 도시된 바와 같이 에칭에 의하여 트랜치 측면과 라이너 산화막(40)이 패드 산화막(20)과 함게 에칭되는 경우를 방지할 수 있게 된다. 여기서, 도 2g는 도 2e에 도시된 부분(B)의 상세 단면도이다.As can be seen in Table 1, the etching rate of the silicon oxide 50 of the present invention is lowered, and as shown in FIG. 2G, the trench side surfaces and the liner oxide film 40 are together with the pad oxide film 20 by etching. It becomes possible to prevent the case of etching. Here, FIG. 2G is a detailed sectional view of the portion B shown in FIG. 2E.
또한, 패드 산화막(20)이 제거된 상태에서 도 2f에서와 같이 실리콘 기판(10)상에 게이트 산화막(60)을 적층하는 경우도 상술한 바와 같이 트랜치 측면및 라이너 산화막(40)이 에칭되어 있지 않는 상태인 바, 도 2h(도 2f에 도시된 부분(C)의 상세 단면도)와 같이 게이트 산화막(60)이 얇게 적층되는 현상을 방지하므로 라이너 산화막(40)과의 접합이 용이한 상태가 된다.In the case where the gate oxide film 60 is laminated on the silicon substrate 10 as shown in FIG. 2F with the pad oxide film 20 removed, the trench sidewalls and the liner oxide film 40 are not etched as described above. In this case, as shown in FIG. 2H (detailed cross-sectional view of the portion C shown in FIG. 2F), the gate oxide film 60 is prevented from being laminated thinly, and thus the bonding with the liner oxide film 40 is easy. .
이와 같이 본 발명은 트랜치 측면과 라이너 산화막및 게이트 산화막간의 접합이 에칭에 의하여 불완전하게 되어 생성되는 접합 누설을 방지할 수 있다는 효과가 있다.As described above, the present invention has an effect that the junction between the trench side surface, the liner oxide film, and the gate oxide film is incompletely formed by etching, thereby preventing junction leakage.
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KR1019980019702A KR100285579B1 (en) | 1998-05-29 | 1998-05-29 | Method for forming trench |
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Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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KR100325620B1 (en) * | 1999-12-31 | 2002-02-25 | 황인길 | Method for forming shallow trench isolation |
KR100379549B1 (en) * | 2000-12-30 | 2003-04-10 | 주식회사 하이닉스반도체 | Method for fabricating semiconductor device |
-
1998
- 1998-05-29 KR KR1019980019702A patent/KR100285579B1/en not_active IP Right Cessation
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