KR20010026741A - Chemical mechanical polishing method for polishing with a high selectivity - Google Patents

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Abstract

PURPOSE: A chemical mechanical polishing(CMP) method for high selective polishing is provided to remarkably shorten the time taken for an entire CMP process while easily performing the CMP process of a high selectivity, by greatly reducing time delay in polishing an upper surface with a high selectivity polishing agent. CONSTITUTION: A chemical mechanical polishing(CMP) process is firstly performed with a non ceria-based polishing agent to polish an embossed surface on a filling oxide layer. A CMP process is secondly performed regarding the filling oxide layer from which the embossed upper surface is eliminated, with a high selectivity polishing agent to stop polishing in a polishing stop layer.

Description

고선택성의 연마를 위한 화학 기계적 연마방법{Chemical mechanical polishing method for polishing with a high selectivity}Chemical mechanical polishing method for polishing with a high selectivity

본 발명은 반도체소자 제조공정 중 평탄화방법의 하나인 화학 기계적 연마방법에 관한 것으로, 특히 고선택성의 연마를 위한 화학 기계적 연마방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a chemical mechanical polishing method, which is one of the planarization methods in a semiconductor device manufacturing process, and more particularly, to a chemical mechanical polishing method for highly selective polishing.

일반적으로 웨이퍼 상에 다수의 패턴화된 물질층을 적층하여 제조되는 반도체 소자는 각 물질층의 패턴 유무에 따라 단차 즉, 높낮이의 차가 발생한다. 이 단차는 적층하는 물질층 수의 증가, 패턴의 미세화, 소자의 집적도의 증가에 따라 증가하는데, 이 단차는 각각의 제조공정에서 불량을 일으키는 요인이 되고, 배선의 전기적 특성을 열화시키는 요인이 되므로, 반도체 소자의 제조공정에서 평탄화 기술은 점점 중요하게 된다.In general, a semiconductor device manufactured by stacking a plurality of patterned material layers on a wafer generates a step, that is, a height difference depending on whether each material layer is patterned. This step increases with the increase in the number of layers of material to be laminated, the pattern miniaturization, and the increase in device integration. This step causes defects in each manufacturing process and deteriorates the electrical characteristics of the wiring. In the semiconductor device manufacturing process, planarization technology becomes increasingly important.

웨이퍼 표면의 단차를 평탄화하는 기술로서 화학기계적연마(CMP: Chemical Mechanical Polishing)가 잘 알려져 있다. 이러한 화학기계적 연마 공정은 반도체 소자 제조시에 글로벌한(global) 평탄화공정으로서 연마패드와 슬러리를 이용하는 기계적인 방법과 슬러리 용액의 화학적 성분을 이용하는 화학적인 방법을 병합하여 웨이퍼의 표면을 기계적, 화학적으로 연마하는 공정이다.Chemical mechanical polishing (CMP) is well known as a technique for flattening the level of the wafer surface. This chemical mechanical polishing process is a global planarization process in the manufacture of semiconductor devices by combining mechanical methods using polishing pads and slurries and chemical methods using chemical components of slurry solutions to mechanically and chemically process wafer surfaces. It is a process of polishing.

이러한 CMP 공정은 STI(Shallow Trench Isolation) 등과 같은 트렌치형소자분리공정에도 적용된다. 트랜치형 소자분리공정에서는, 반도체 기판을 식각하여 트렌치를 형성하고, 여기에 산화막 등과 같은 절연물질을 매립한 후 CMP 공정을 거쳐 소자분리막을 형성한다.The CMP process is also applied to trench type isolation processes such as shallow trench isolation (STI). In the trench type isolation process, a semiconductor substrate is etched to form a trench, an insulating material such as an oxide film is embedded therein, and a device isolation film is formed through a CMP process.

이하에, 도 1 내지 도 4를 참조로 하여 종래의 CMP 방법을 적용한 트렌치형 소자분리공정에 대하여 설명하겠다.Hereinafter, a trench type device isolation process to which the conventional CMP method is applied will be described with reference to FIGS. 1 to 4.

도 1을 참조하면, 반도체기판(10) 상에 활성영역(active region) 및 비활성영역(field region)을 정의하기 위한 사진공정을 진행한다.Referring to FIG. 1, a photo process for defining an active region and a field region on a semiconductor substrate 10 is performed.

즉, 반도체기판(1) 상에 100~300Å 두께의 패드산화막(3)을 형성한다. 상기 패드산화막(3)이 형성된 상기 기판(1)의 전면을 반도체 개별소자들이 형성되는 활성영역과 상기 반도체 개별소자들을 서로 전기적으로 분리시키기 위한 비활성영역들로 구분한다.That is, the pad oxide film 3 having a thickness of 100 to 300 Å is formed on the semiconductor substrate 1. The entire surface of the substrate 1 on which the pad oxide film 3 is formed is divided into an active region where semiconductor individual elements are formed and an inactive region for electrically separating the semiconductor individual elements from each other.

상기 패드산화막(3)이 형성된 반도체기판(1)에 활성영역을 제외한 비활성영역들을 노출시키도록 포토레지스트 패턴(PR)을 형성한다. 이 포토레지스트 패턴(PR)을 식각마스크로 하여 패드산화막(3)이 형성된 반도체기판(1)을 이방성 식각함으로써 제 1 및 제 2 트렌치들(T1 및 T2)을 형성한다.The photoresist pattern PR is formed on the semiconductor substrate 1 on which the pad oxide layer 3 is formed to expose inactive regions other than the active region. The first and second trenches T1 and T2 are formed by anisotropically etching the semiconductor substrate 1 on which the pad oxide film 3 is formed using the photoresist pattern PR as an etching mask.

여기서, 제 1 트렌치(T1)는 셀영역과 같이 반도체 개별소자들의 밀도가 높은 영역에 소자분리막을 형성히기 위한 트렌치로서 상대적으로 좁은 영역에 형성되고, 제 2 트렌치(T2)는 주변회로영역이나 코어(core)영역과 같이 반도체 개별소자들의 밀도가 상기 셀영역에 비해 상대적으로 낮은 영역에 소자분리막을 형성하기 위한 트렌치로서 상대적으로 넓은 영역에 형성된다.Here, the first trenches T1 are trenches for forming device isolation layers in areas of high density of individual semiconductor devices, such as cell regions, and are formed in relatively narrow regions, and the second trenches T2 are formed in peripheral circuit regions or cores. Like the core region, the semiconductor individual elements are formed in a relatively wide region as a trench for forming an isolation layer in a region where the density of the individual semiconductor elements is relatively lower than that of the cell region.

도 2를 참조하면, 상기 포토레지스트 패턴(PR)을 제거한 후, 상기 트렌치(T1, T2)가 형성된 결과물을 열산화시키어 트렌치(T1, T2)의 측벽 및 바닥에 열산화막(5)을 형성한다.Referring to FIG. 2, after removing the photoresist pattern PR, thermally oxidize a resultant product in which the trenches T1 and T2 are formed to form a thermal oxide film 5 on sidewalls and bottoms of the trenches T1 and T2. .

상기 열산화막(5)이 형성된 결과물 전면에 박막의 질화막(7)을 50~500Å 정도의 두께로 형성한다. 이 때, 질화막(7)의 두께가 50Å 이하로 얇게 형성되는 경우에는 후속하는 CMP 공정에서 질화막이 정지층으로서의 역할을 잘 할 수 없는 반면에, 질화막(7)의 두께가 500Å 이상으로 두껍게 형성되는 경우에는 질화막 자체의 강한 내부 스트레스로 인하여 기판 실리콘스트레스를 유발할 수 있으며 후속하는 CMP 공정후 진행되는 인산 습식식각시간을 길게하여 식각표면의 불균일성을 유발하게 된다.The nitride film 7 of the thin film is formed on the entire surface of the resultant product in which the thermal oxide film 5 is formed to a thickness of about 50 to 500 kPa. At this time, when the thickness of the nitride film 7 is formed to be thinner than 50 GPa, the nitride film may not play a role as a stop layer in the subsequent CMP process, while the thickness of the nitride film 7 is formed to be thicker than 500 GPa. In this case, due to the strong internal stress of the nitride film itself, it may cause the substrate silicon stress, and the phosphate wet etching time after the subsequent CMP process is prolonged to cause the non-uniformity of the etching surface.

그 다음, 상기 박막의 질화막(7)이 형성된 기판 전면에 트렌치(T1,T2)를 채우는 절연체막, 예컨데 매몰특성이 우수한 산화막(SiO2)(9)을 형성한다.Next, an insulator film filling the trenches T1 and T2 is formed on the entire substrate on which the thin film nitride film 7 is formed, for example, an oxide film (SiO 2 ) 9 having excellent investment characteristics.

도 3을 참조하면, 상기 산화막(9)에 대하여 종래의 CMP 방법을 적용한다. 이 CMP 방법에 의하면, 상기 박막의 질화막(7)이 노출될 때 까지 계속하여 상기 산화막(9)을 SiN에 비하여 SiO2의 선택비가 높은 연마제를 이용하여 화학 기계적 연마한다. 질화막(7)이 100~300Å 정도의 두께의 박막인 경우 정지층으로 사용할 수 있기 위하여 선택성이 높은 산화세륨 (Ceria: CeO2) 계열의 슬러리를 사용한다.Referring to FIG. 3, a conventional CMP method is applied to the oxide film 9. According to this CMP method, the oxide film 9 is continuously chemically polished using an abrasive having a higher selectivity of SiO 2 than SiN until the nitride film 7 of the thin film is exposed. In the case where the nitride film 7 is a thin film having a thickness of about 100 to 300 mW, a cerium oxide (Ceria: CeO 2 ) -based slurry having high selectivity is used in order to be used as a stop layer.

이 박막의 질화막(SiN)(7)은, 후속하는 산화공정에서 트렌치 측벽산화를 차단하는 역할, 고선택성의 CMP공정에서 정지층으로서의 역할을 한다. 따라서, CMP 공정은 상기 박막의 질화막(SiN)(7)에 의하여 더 이상 깊이 진행되지 않고 자동으로 정지된다.The thin film nitride film (SiN) 7 serves to block trench sidewall oxidation in a subsequent oxidation process and serves as a stop layer in a highly selective CMP process. Therefore, the CMP process is automatically stopped without further progressing by the nitride film (SiN) 7 of the thin film.

도 4를 참조하면, 상기 CMP 공정후 노출된 질화막(7) 및 열산화막(5)을 인산용액 및 B.O.E.(Buffered Oxide Etchant)로 습식식각한 후, 희생산화막(도시하지 않음)을 성장시켜 다시 습식식각함으로써 소자분리막(9a, 9b)을 완성한다.Referring to FIG. 4, the nitride film 7 and the thermal oxide film 5 exposed after the CMP process are wet-etched with a phosphate solution and a buffered oxide etchant (BOE), and then a sacrificial oxide film (not shown) is grown to wet again. By etching, the device isolation layers 9a and 9b are completed.

상기한 바와 같은 트렌치형 소자분리방법에 따르면, CMP 공정시 상기한 바와 같은 박막의 질화막을 정지층으로 사용하기 위하여 연마제로서 고선택성의 산화세륨 계열의 슬러리를 사용하고 있다.According to the trench type isolation method as described above, in order to use the nitride film of the thin film as the stop layer in the CMP process, a highly selective cerium oxide-based slurry is used as an abrasive.

이 때, 고선택성의 세리어 계열의 슬러리는 산화막:질화막의 선택비가 10:1 정도로 우수하기는 하지만, 평탄화가 되지 않은 상태의 증착 산화막의 상부 엠보싱 표면에 대한 연마율이 매우 저조하여 세리어 계열의 슬러리에 의한 CMP 공정에 소요되는 시간이 매우 길어지는 문제점이 있다.At this time, although the selectivity of the oxide-to-nitride film was excellent in the selectivity of the oxide film to the nitride film of about 10: 1, the polishing rate on the upper embossing surface of the deposited oxide film in the unplanarized state was very low. There is a problem that the time required for the CMP process by the slurry of very long.

이와 같은 저조한 연마 제거율은 쓰루풋(throughput) 저하를 유발하며, 또한 산화세륨 CMP 공정 비용을 상승시킨다.This poor polishing removal rate results in lower throughput and also increases the cost of the cerium oxide CMP process.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 고선택성의 연마제를 사용하면서도 연마율이 우수한 화학기계적 연마방법을 제공하고자 하는 것이다.The technical problem to be achieved by the present invention is to provide a chemical mechanical polishing method having excellent polishing rate while using a highly selective abrasive.

도 1 내지 도 4는 종래의 CMP 방법을 적용한 트렌치형 소자분리공정을 설명하기 위해 도시한 단면도들이다.1 to 4 are cross-sectional views illustrating a trench type device isolation process using a conventional CMP method.

도 5 내지 도 8는 본 발명에 따른 CMP 방법을 적용한 트렌치형 소자분리공정을 설명하기 위해 도시한 단면도들이다.5 to 8 are cross-sectional views illustrating a trench type device isolation process using the CMP method according to the present invention.

< 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 ><Explanation of symbols for the main parts of the drawings>

11 : 반도체기판, 15 : 열산화막, 17 : 실리콘질화막 19 : CVD 산화막11 semiconductor substrate, 15 thermal oxide film, 17 silicon nitride film 19 CVD oxide film

상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 고선택성이 연마를 위한 화학기계적 연마방법은, 반도체 기판 상에 형성된 트렌치, 상기 트렌치의 상부에 형성된 박막의 연마정지층, 및 상기 트렌치를 충전하기 위하여 상기 연마정지층의 상부에 증착 형성되며 상기 트렌치를 충전하는 충전산화막으로 형성된 반도체 기판의 패턴 구조물에 대한 상기 충전산화막의 소정의 부분을 연마하여 제거하기 위한 화학 기계적 연마방법에 있어서,In order to achieve the above technical problem, the chemical mechanical polishing method for high selectivity polishing according to the present invention, the trench formed on the semiconductor substrate, the polishing stop layer of the thin film formed on top of the trench, and to fill the trench In the chemical mechanical polishing method for depositing and removing a predetermined portion of the filling oxide film on the pattern structure of the semiconductor substrate formed on the polishing stop layer and formed of a filling oxide film filling the trench,

a) 상기 충전산화막 상부의 올록 볼록한 엠보싱 형태의 표면을 평평하게 연마하기 위하여 비 세리어 계열의 연마제로 화학 기계적 연마하는 1차 연마 단계; 및a) a first polishing step of chemical mechanical polishing with a non-ceramic abrasive to smoothly polish the convex embossed surface on the filling oxide film; And

b) 상기 엠보싱 형태의 상부표면이 제거된 상기 충전산화막을 상기 연마정지층에서 연마를 자동으로 정지시킬 수 있도록 하기 위하여 산화막에 대한 고선택성의 연마제로 화학 기계적 연마하는 2차 연마 단계;를 포함하여 구성된 화학 기계적 연마 방법을 제공한다.b) a secondary polishing step of chemically mechanically polishing the charged oxide film from which the upper surface of the embossed shape is removed, with a highly selective polishing agent for the oxide film so as to automatically stop polishing in the polishing stop layer. It provides a configured chemical mechanical polishing method.

상기 화학 기계적 연마방법에서, 상기 정지층의 성분은 실리콘 질화막, 보론 질화막, 폴리실리콘막을 포함한다.In the chemical mechanical polishing method, components of the stop layer include a silicon nitride film, a boron nitride film, and a polysilicon film.

상기 고선택성의 연마제로는 세리어 계열의 슬러리를 사용한다.As the highly selective abrasive, a ceria-based slurry is used.

본 발명에 따른 고선택성의 연마를 위한 화학 기계적 연마 방법에 의하면, 트렌치 상부에 형성된 충전산화막에 대한 연마공정시 올록 볼록한 엠보싱 형태의 상부표면에 대하여 비 세리어 계열의 연마제로 1차 연마하고, 상기 엠보싱 형태의 상부표면이 제거된 상기 충전산화막에 대하여 고선택성의 연마제로 2차 연마하는 두 단계 공정을 거친다.According to the chemical mechanical polishing method for high selectivity polishing according to the present invention, in the polishing process for the filling oxide film formed on the trench, the first surface is polished with a non-ceramic abrasive on the convex embossed upper surface, and A two-step process of secondary polishing is performed on the packed oxide film from which the upper surface of the embossed shape is removed with a highly selective abrasive.

상기의 비 세리어 계열의 1차 연마에 의하여 충전 산화막 상부의 엠보싱 표면에서의 연마시간을 대폭 단축시킬 수 있게 되었을 뿐만 아니라, 고선택성의 연마제에 의한 2차 연마에 의하여 상기 연마정지층에서 연마를 자동으로 정지시킬 수 있게 된다. 따라서, 고선택성 연마제에 의한 상부표면 연마시 시간지연을 대폭 절감할 수 있게 되어, 전체 CMP공정에 소요되는 시간이 대폭 단축되면서 동시에 고선택성의 CMP공정을 원활히 달성할 수 있게 된다.The above non-seria series primary polishing not only makes it possible to greatly reduce the polishing time on the embossed surface of the upper portion of the filling oxide film, but also to perform polishing in the polishing stop layer by secondary polishing with a highly selective abrasive. It can be stopped automatically. Therefore, it is possible to greatly reduce the time delay when polishing the upper surface by the highly selective abrasive, it is possible to significantly reduce the time required for the entire CMP process and at the same time smoothly achieve a high selectivity CMP process.

이하, 도 5 내지 도 8을 참조로 하여 본 발명의 CMP 방법을 적용한 트렌치형 소자분리공정에 대하여 상세히 설명하겠다.Hereinafter, a trench type device isolation process to which the CMP method of the present invention is applied will be described in detail with reference to FIGS. 5 to 8.

도 5을 참조하면, 반도체 기판(10) 상에 제 1 및 제 2 트렌치들(T1 및 T2)을 형성한다. 여기서, 제 1 트렌치(T1) 들은 셀영역과 같이 반도체 개별소자들의 밀도가 높은 영역에 형성되는 트랜치로서 상대적으로 좁게 형성되고, 제 2 트렌치(T2)는 주변회로영역이나 코어(core)영역과 같이 반도체 개별소자들의 밀도가 상기 셀영역에 비해 상대적으로 낮은 영역에 형성되는 트렌치로서 상대적으로 넓게 형성된다.Referring to FIG. 5, first and second trenches T1 and T2 are formed on the semiconductor substrate 10. Here, the first trenches T1 are trenches formed in regions of high density of individual semiconductor devices, such as cell regions, and are relatively narrow, and the second trenches T2 are formed like peripheral circuit regions or core regions. The trenches are formed in regions where the density of the individual semiconductor elements is relatively lower than that of the cell region.

상기 트렌치들(T1, T2)을 형성하는 방법은 종래의 기술에 제시된 방법과 동일하다.The method of forming the trenches T1 and T2 is the same as that described in the prior art.

즉, 상기 반도체기판(10)을, 반도체 개별소자들이 형성되는 활성영역과 상기 반도체 개별소자들을 서로 전기적으로 분리시키는 영역인 비활성영역들로 구분한 후, 마스크패턴을 이용하여 상기 반도체기판(10)의 비활성영역을 이방성 식각함으로써 제 1 및 제 2 트렌치들(T1 및 T2)을 형성한다.That is, the semiconductor substrate 10 is divided into an active region in which semiconductor individual elements are formed and an inactive region, which is an area in which the semiconductor individual elements are electrically separated from each other, and then the semiconductor substrate 10 is formed by using a mask pattern. The first and second trenches T1 and T2 are formed by anisotropically etching the inactive region of.

상기의 제 1 및 제 2 트렌치들(T1 및 T2)을 형성한 후, 마스크 패턴을 제거하고, 이 기판(10) 전면에 30~500Å 정도 두께의 얇은 열산화막(15)을 형성한다. 이 열산화막(15)은, 트렌치 식각시 표면 손상을 치유하는 역할, 반도체 기판(10)의 실리콘 표면에 안정된 Si-O2결합을 형성시켜 표면을 통한 누설전류를 방지하는 역할, 트렌치 바닥면의 코너를 산화에 의하여 곡면화시켜 스트레스의 집중을 방지하는 역할 등을 위하여 형성하는 것이다.After the first and second trenches T1 and T2 are formed, a mask pattern is removed, and a thin thermal oxide film 15 having a thickness of about 30 to 500 kPa is formed on the entire surface of the substrate 10. The thermal oxide film 15 serves to heal surface damage during trench etching, to form a stable Si-O 2 bond on the silicon surface of the semiconductor substrate 10 to prevent leakage current through the surface, and The corner is curved by oxidation to form a role for preventing the concentration of stress.

상기한 바와 같이 트렌치들(T1, T2)를 형성한 후, 상기 열산화막(15) 상부 전면에 연마정지층으로서 실리콘질화막(SiN) (17)을 50~500Å 정도 두께로 증착형성한다. 이 실리콘질화막(17)은, 후속하는 산화공정에서 트렌치 측벽산화를 차단하는 역할, 고선택비의 CMP공정에서 CMP 정지층의 역할을 한다. 상기 실리콘질화막(SiN)이 상기 두께보다 더욱 두껍게 형성되는 경우 산화차단막으로서의 역할과 CMP 정지층으로서의 역할이 향상되나, 두꺼워질 경우 내부 스트레스가 강한 실리콘질화막(SiN)이 기판의 Si에 스트레스를 발생시킬 수 있으며, CMP 공정 후 인산의 습식식각시간을 길게 하여 식각되는 정도의 불균일성을 발생시킬 수 있다.After forming the trenches T1 and T2 as described above, a silicon nitride film (SiN) 17 is deposited to a thickness of about 50 to 500 kPa as a polishing stop layer on the entire upper surface of the thermal oxide film 15. The silicon nitride film 17 serves to block trench sidewall oxidation in a subsequent oxidation process and serves as a CMP stop layer in a high selectivity CMP process. When the silicon nitride layer (SiN) is formed thicker than the thickness, the role of the oxide barrier layer and the CMP stop layer is improved, but when the silicon nitride layer (SiN) is thickened, a silicon nitride layer (SiN) having a strong internal stress may cause stress on the Si of the substrate After the CMP process, the wet etching time of phosphoric acid may be lengthened to generate non-uniformity.

다음, 상기 트렌치들(T1, T2)이 형성된 결과물 전면에 화학기상증착(CVD: Chemical Vapor Deposition)에 의한 산화막을 형성한 후, N2또는 Ar 등의 비활성 가스 분위기에서 900~1190℃의 온도로 1시간 정도 열처리함으로써 고밀도화(densification)된 CVD 산화막(19)을 형성한다.Next, an oxide film formed by chemical vapor deposition (CVD) is formed on the entire surface of the trenches T1 and T2 formed thereon, and then heated to a temperature of 900 to 1190 ° C. in an inert gas atmosphere such as N 2 or Ar. The heat treatment is performed for about 1 hour to form a densified CVD oxide film 19.

여기서 산화막으로는 TEOS(Tetra Ethyl Ortho Silicate)를 이용한 USG(Undoped Silicate Glass), HDP(High Density Plasma)에 의한 산화막, 고온 USG(500℃ 정도) 등과 같은 트렌치 충전능력이 좋은 CVD 산화막을 사용하여 제 1 및 제2 트렌치(T1, T2)가 충분히 채워질 정도로 증착한다.Here, the oxide film may be formed using an CVD oxide film having high trench filling ability, such as USG (Undoped Silicate Glass) using TEOS (Tetra Ethyl Ortho Silicate), HDP (High Density Plasma), and high temperature USG (about 500 ° C). The first and second trenches T1 and T2 are deposited to a sufficient degree.

또한, 고밀도화 공정은, 상기 방법 외에 습식산화(wet oxidation) 분위기 또는 건식 산화(dry oxidation) 분위기 등에서 수분 내지 수시간 범위 내에서 실시할 수도 있다.In addition to the above method, the densification step may be performed in a wet oxidation atmosphere or a dry oxidation atmosphere within a few minutes to several hours.

이 때, 도 5에 도시된 바와 같이, 셀영역과 같이 반도체 개별소자들의 밀도가 높은 영역에 형성되는 제 1 트렌치(T1) 들의 상부에 형성된 CVD 산화막은 충전두께가 두껍고 그 상부표면이 올록볼록한 엠보싱상태로 형성되게 된다. 반면에, 주변회로영역이나 코어(core)영역과 같이 반도체 개별소자들의 밀도가 상기 셀영역에 비해 상대적으로 낮은 영역에 형성되는 제 2 트렌치(T2) 들의 상부에 형성된 CVD 산화막은 충전두께가 얇고 그 상부표면이 비교적 평탄한 상태로 형성된다.At this time, as shown in FIG. 5, the CVD oxide film formed on the upper portions of the first trenches T1 formed in the high density regions of the semiconductor individual devices, such as the cell region, has a thick filling thickness and embossed upper surface thereof. It will be formed in a state. On the other hand, the CVD oxide film formed on the upper portions of the second trenches T2 formed in the region where the density of the individual semiconductor elements, such as the peripheral circuit region or the core region, is lower than that of the cell region, has a thin filling thickness. The upper surface is formed in a relatively flat state.

도 6 및 도 7을 참조하면, 상기한 CVD산화막(19)에 대하여 본 발명의 CMP 방법을 적용한다.6 and 7, the CMP method of the present invention is applied to the CVD oxide film 19 described above.

도 6에서는 상기 제 1 트렌치(T1) 상부에 형성된 CVD 산화막(19) 상부의 올록 볼록한 엠보싱 형태의 표면을 평평하게 연마하기 위하여 비 세리어 계열의 연마제로 화학 기계적 연마하는 1차 CMP 단계를 실시한다.In FIG. 6, a first CMP step of performing chemical mechanical polishing with a non-ceramic abrasive is performed to flatly polish the convex embossed surface on the CVD oxide film 19 formed on the first trench T1. .

비 세리어 계열의 연마제로는 실리카(Silica) 계열의 슬러리를 사용한다. 이러한 실리카 계열의 슬러리의 CVD 산화막에 대한 연마제거율은 블랭킷 연마제거율(blanket rate)에 비하여 비슷한 정도의 범위이거나 그 이상이다.Silica-based slurry is used as the non-ceramic abrasive. The removal rate of the silica-based slurry on the CVD oxide film is in a range similar to or greater than that of the blanket removal rate.

따라서, 매우 빠른 연마속도로 연마공정을 진행할 수 있다. 이러한 실리카 계열의 슬러리는 산화막:질화막의 선택비가 4:1 정도로 낮지만, 1차 CMP 단계는 CVD 산화막(19)의 상부를 연마하는 단계이므로 선택비와 무관한 단계이다. 참고로 블랭킷 연마제거율(blanket rate)이란 하부에 패턴이 형성되어 있지 않은 산화막에 대한 CMP 공정의 연마제거율을 의미한다.Therefore, the polishing process can be performed at a very high polishing rate. The silica-based slurry has a low selectivity ratio of oxide to nitride of about 4: 1, but the first CMP step is a step irrelevant to the selectivity because the first CMP step is to polish the upper portion of the CVD oxide film 19. For reference, a blanket polishing rate means a polishing removal rate of a CMP process with respect to an oxide film having no pattern formed thereon.

다음, 도 7에서는 상기 엠보싱 형태의 상부표면이 제거된 상기 CVD 산화막(19)을 연마하여 상기 실리콘질화막(SiN)(17)이 드러날 때 연마를 자동으로 정지시킬 수 있도록 하기 위하여 산화막에 대한 고선택성의 연마제로 화학 기계적 연마하는 2차 CMP 단계를 실시한다.Next, in FIG. 7, the CVD oxide film 19 having the upper surface of the embossed shape removed is polished so that the polishing can be automatically stopped when the silicon nitride film (SiN) 17 is exposed. A second CMP step of chemical mechanical polishing with a polishing agent is carried out.

고선택성의 연마제로서 세리어(Ceria: CeO2) 계열의 슬러리를 사용하며, 산화막:질화막의 선택비로서 10:1 정도의 고선택비를 확보하는 것이 가능하다.As a highly selective abrasive, a cerium (Ceria: CeO 2 ) -based slurry is used, and a high selectivity of about 10: 1 can be secured as a selectivity of an oxide film and a nitride film.

참고로, 이 세리어 계열의 슬러리를 사용하는 CMP 공정은, 실리콘 질화막(SiON), 보론 질화막, 폴리실리콘, 기판의 Si에 대하여도 선택성이 높으므로 트랜치 형성에 적합하다.For reference, the CMP process using the ceria-based slurry is suitable for trench formation because of its high selectivity with respect to silicon nitride film (SiON), boron nitride film, polysilicon and Si of the substrate.

이리하여 2차 CMP 단계를 거친 후에는, 트렌치(T1, T2) 내의 산화막은 실리콘질화막(17)에 의하여 CMP 공정이 정지된다.Thus, after the second CMP step, the oxide film in the trenches T1 and T2 is stopped by the silicon nitride film 17.

2차 CMP 단계 후 노출된 질화막(17) 및 열산화막(15)을 인산용액 및 B.O.E.로 습식식각한 후, 희생산화막(도시하지 않음)을 성장시켜 다시 습식식각함으로써 소자분리막(19a, 19b)을 완성한다.After the second CMP step, the exposed nitride film 17 and the thermal oxide film 15 are wet-etched with a phosphate solution and BOE, and then, after the sacrificial oxide film (not shown) is grown and wet-etched again, the device isolation films 19a and 19b are removed. Complete

본 발명은 상기 실시예들에 한정되지 않고 당업자의 수준에서 그 변형 및 개량이 가능하다.The present invention is not limited to the above embodiments, and modifications and improvements are possible at the level of those skilled in the art.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 고 선택성의 연마를 위한 화학 기계적 연마 방법에 의하면, 트렌치 상부에 형성된 충전산화막에 대한 연마공정시 올록 볼록한 엠보싱 형태의 상부표면에 대하여 비 세리어 계열의 연마제로 1차 연마하고, 상기 엠보싱 형태의 상부표면이 제거된 상기 충전산화막에 대하여 고선택성의 연마제로 2차 연마하는 두 단계 공정을 거친다.As described above, according to the chemical mechanical polishing method for high-selectivity polishing according to the present invention, a non-ceramic abrasive may be used for the upper surface of the convex embossed form during the polishing process for the filling oxide film formed on the trench. Secondary polishing is carried out by secondary polishing with a highly selective abrasive on the packed oxide film from which the upper surface of the embossed shape is removed.

상기의 비 세리어 계열의 1차 연마에 의하여 충전 산화막 상부의 엠보싱 표면에서의 연마시간을 대폭 단축시킬 수 있게 되었을 뿐만 아니라, 고선택성의 연마제에 의한 2차 연마에 의하여 상기 연마정지층에서 연마를 자동으로 정지시킬 수 있게 된다. 따라서, 고선택성 연마제에 의한 상부표면 연마시 시간지연을 대폭 절감할 수 있게 되어, 전체 CMP공정에 소요되는 시간이 대폭 단축되면서 동시에 고선택성의 CMP공정을 원활히 달성할 수 있게 된다.The above non-seria series primary polishing not only makes it possible to greatly reduce the polishing time on the embossed surface of the upper portion of the filling oxide film, but also to perform polishing in the polishing stop layer by secondary polishing with a highly selective abrasive. It can be stopped automatically. Therefore, it is possible to greatly reduce the time delay when polishing the upper surface by the highly selective abrasive, it is possible to significantly reduce the time required for the entire CMP process and at the same time smoothly achieve a high selectivity CMP process.

Claims (3)

반도체 기판 상에 형성된 트렌치, 상기 트렌치의 상부에 형성된 박막의 연마정지층, 및 상기 트렌치를 충전하기 위하여 상기 연마정지층의 상부에 증착 형성되며 상기 트렌치를 충전하는 충전산화막으로 형성된 반도체 기판의 패턴 구조물에 대한 상기 충전산화막의 소정의 부분을 연마하여 제거하기 위한 화학 기계적 연마방법에 있어서,A pattern structure of a semiconductor substrate formed of a trench formed on a semiconductor substrate, a polishing stop layer of a thin film formed on top of the trench, and a deposited oxide film formed on the polishing stop layer to fill the trench and filling the trench. In the chemical mechanical polishing method for polishing and removing a predetermined portion of the packed oxide film for a) 상기 충전산화막 상부의 올록 볼록한 엠보싱 형태의 표면을 평평하게 연마하기 위하여 비 세리어 계열의 연마제로 화학 기계적 연마하는 1차 연마 단계; 및a) a first polishing step of chemical mechanical polishing with a non-ceramic abrasive to smoothly polish the convex embossed surface on the filling oxide film; And b) 상기 엠보싱 형태의 상부표면이 제거된 상기 충전산화막을 상기 연마정지층에서 연마를 자동으로 정지시킬 수 있도록 하기 위하여 산화막에 대한 고선택성의 연마제로 화학 기계적 연마하는 2차 연마 단계;를 포함함을 특징으로 하는 고선택성의 연마를 위한 화학 기계적 연마 방법.b) a secondary polishing step of chemically mechanically polishing the charged oxide film from which the upper surface of the embossed shape is removed, with a highly selective polishing agent for the oxide film so as to automatically stop polishing in the polishing stop layer. Chemical mechanical polishing method for high selectivity polishing, characterized in that. 제1항에 있어서, 상기 화학 기계적 연마방법에서, 상기 연마정지층의 성분은 실리콘 질화막, 보론 질화막, 폴리실리콘막을 포함함을 특징으로 하는 고선택성의 연마를 위한 화학 기계적 연마 방법.The chemical mechanical polishing method of claim 1, wherein the polishing stop layer comprises a silicon nitride film, a boron nitride film, and a polysilicon film. 제1항에 있어서, 상기 화학 기계적 연마방법에서, 상기 고선택성의 연마제로는 세리어(Ceria) 계열의 슬러리를 사용함을 특징으로 하는 고선택성의 연마를 위한 화학 기계적 연마 방법.The method of claim 1, wherein in the chemical mechanical polishing method, Ceria-based slurry is used as the highly selective abrasive.
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