KR20010037322A - A method of forming a trench isolation in a semiconductor device - Google Patents

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Abstract

PURPOSE: A method for forming a trench isolation of a semiconductor device is provided to prevent a recess or dent of a liner nitride layer formed in a trench for anti-oxidation. CONSTITUTION: In the method, a pad oxide layer(120b), a mask nitride layer(140b) and a mask oxide layer overlying thereon are formed in sequence on a semiconductor substrate(100) and then etched with a part of the substrate(100) to form a trench. After a thermal oxide layer(200a) is formed in the trench, the liner nitride layer(220a) is formed thereon. The trench is then half filled with the first insulating layer(240b). Thereafter, the mask nitride layer(140b) and the liner nitride layer(220a) are separated from each other by a selective strip process with phosphoric acid. The trench is then fully filled with the second insulating layer(260a). Next, the second insulating layer(260a) is planarized until the mask nitride layer(140b) is exposed, and then the mask nitride layer(140b) is removed.

Description

반도체 장치의 트렌치 격리 형성 방법{A METHOD OF FORMING A TRENCH ISOLATION IN A SEMICONDUCTOR DEVICE}A method of forming trench isolation in semiconductor devices {A METHOD OF FORMING A TRENCH ISOLATION IN A SEMICONDUCTOR DEVICE}

본 발명은 반도체 장치 제조 방법에 관한 것으로, 좀 더 구체적으로는 트렌치 내의 라이너 질화막의 덴트 현상을 방지함으로써 , 트렌치 격리의 절연 특성을 향상시키는 트렌치 격리 형성 방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device, and more particularly, to a trench isolation formation method for improving the insulation characteristics of trench isolation by preventing dent phenomenon of the liner nitride film in the trench.

반도체 기판 상에 형성되는 소자의 격리를 위한 기술은 소자 구성의 가장 기본이 되는 트랜지스터 특성이나 소자의 신뢰성과 밀접한 관계를 갖는다. 그러므로, 효과적인 소자 격리 기술의 필요성은 소자의 발전과 함께 그 중요성이 두각 되어 지고 있다. 소자 격리가 적절치 못하면 누설 전류를 야기하며 이는 반도체 칩에 공급되는 전원(power)의 막대한 소실로 나타난다. 또한, 래치업(latch-up)을 상승시켜 반도체 기능의 일시적 또는 영구적 손상을 초래한다. 더 나아가서, 노이즈 마진(noise margin)의 열화(degradation), 전압 이동(voltage shift), 또는 누화(crosstalk)로 이어진다.Techniques for isolation of devices formed on semiconductor substrates have a close relationship with transistor characteristics and device reliability, which are the basis of device configuration. Therefore, the necessity of effective device isolation technology is growing in importance with the development of devices. Inadequate device isolation can result in leakage currents, which are manifested in massive loss of power to the semiconductor chip. It also raises latch-up, causing temporary or permanent damage to semiconductor functions. Furthermore, this leads to degradation of the noise margin, voltage shift, or crosstalk.

반도체 기판의 소자 영역을 격리 시키는 방법으로 종래에는 국부적 실리콘 산화(local oxidation of silicon 이하 ″LOCOS″라 한다) 방법이 사용되었다. 전형적인 LOCOS 구조는 패턴화된 실리콘 질화막과 패드 산화막(상기 실리콘 질화막에 의한 스트레스를 완화시키기 위해 사용된다)을 사용하여 하부의 상기 활성 역을 마스크 하여 격리 영역에 이온 주입을 하고, 그리고 나서 두꺼운 필드 산화막을 국부적으로 형성하므로써 구현된다.As a method of isolating the device region of the semiconductor substrate, a conventional method of local oxidation of silicon (hereinafter referred to as "LOCOS") has been used. A typical LOCOS structure uses a patterned silicon nitride film and a pad oxide film (used to relieve stress caused by the silicon nitride film) to mask the active region at the bottom to implant ions into the isolation region and then to a thick field oxide film. Implemented by locally forming

상술한 LOCOS 구조에서는 그 구현 과정에 따른 몇 가지 근본적인 문제점이 발생된다. 즉 상기 실리콘 질화막 마스크 하부의 실리콘의 측면방향으로의 산화는 필드 산화막의 에지(edge) 부분이 새의 부리 형상을 갖게 하고(소위 bird's beak), 채널 정지 도펀트(channel stop dopants)의 측면 확산은 상기 도펀트가 상기 활성 소자 영역을 잠식하게 하며, 그 결과 소정의 채널 폭보다 좁은 물리적 채널(physical channel)을 형성하게 한다. 상기 두 가지 문제점으로 인해 감소된 채널 부분은 초고집적 반도체(VLSI)를 제조할 경우에 있어서, 더욱더 상황을 어렵게 한다. 즉, 문턱 전압(threshold voltage)을 증가시키고, 전류를 흐르게 하는 능력(current driving capability)을 감소시킨다. 상술한 LOCOS법이 여러 가지 단점을 야기함에 따라, 얕은 트렌치를 사용하여 소자를 분리하는 방법이 발전되었다. 이른바, 얕은 트렌치 격리(이하 ″STI″라 한다) 방법이 널리 사용되고 있다. 이러한 STI법에 의한 소자의 격리는 일반적으로 다음과 같다. 질화막 마스크를 사용하여 반도체 기판을 식각하여 트렌치를 형성하는 단계; 소자 격리막인 CVD막으로 상기 트렌치를 채우는 단계; 상기 CVD막을 평탄화 식각하는 단계; 그리고 상기 질화막 마스크를 스트립하는 단계를 포함한다.In the above-described LOCOS structure, some fundamental problems occur according to the implementation process. That is, the oxidation of the silicon under the silicon nitride mask in the lateral direction causes the edge portion of the field oxide film to have a bird beak shape (so-called bird's beak), and the side diffusion of channel stop dopants is Dopants can erode the active device regions, resulting in the formation of a physical channel narrower than a predetermined channel width. The reduced channel portion due to the two problems makes the situation even more difficult when manufacturing a highly integrated semiconductor (VLSI). That is, it increases the threshold voltage and reduces the current driving capability. As the LOCOS method described above causes various disadvantages, a method of separating devices using shallow trenches has been developed. So-called shallow trench isolation (hereinafter referred to as "STI") methods are widely used. The isolation of the device by this STI method is generally as follows. Etching the semiconductor substrate using the nitride film mask to form a trench; Filling the trench with a CVD film, which is a device isolation film; Planarization etching the CVD film; And stripping the nitride mask.

그러나, 이러한 STI법에서는, 트렌치 내부에 채워지는 소자 격리 물질에 의한 스트레스가 트렌치 내벽에 가해진다. 이러한 스트레스는 트렌치 측벽 또는 활성영역에 얕은 구멍(shallow pit)을 발생시키며, 이로 인해 반도체 기판의 활성 영역에서 누설 전류 증가를 야기하며, 이는 트렌치 격리의 절연 특성을 저하시킨다. 잘 알려진 바와 같이, 상기의 스트레스는 CVD막 증착 과정 또는 그것의 어닐링 과정에 의한 열적 부담(heat budget)에 의해 생기거나, 또는 후속 산화공정시 산소의 확산에 의한 부피 팽창에 의해 야기된다.However, in this STI method, stress due to an element isolation material filled in the trench is applied to the trench inner wall. This stress creates shallow pit in the trench sidewalls or active region, resulting in increased leakage current in the active region of the semiconductor substrate, which degrades the isolation characteristics of the trench isolation. As is well known, the stress is caused by a heat budget by CVD film deposition or its annealing process, or by volume expansion due to diffusion of oxygen in subsequent oxidation processes.

이에 대한 해결책으로 후속 산화 공정에 의한 스트레스 증가를 막아주기 위해 트렌치 측벽 산화막과 트렌치 절연 물질막 사이에 산소 확산 장벽막으로 질화막을 형성해주는 공정이 도입되어 널리 사용되고 있다.As a solution to this, a process of forming a nitride film as an oxygen diffusion barrier film between the trench sidewall oxide film and the trench insulating material film to prevent an increase in stress caused by a subsequent oxidation process has been widely used.

그러나, 이러한 산화방지 질화막의 도입으로 스트레스 문제는 해결되었지만 도 1에 나타난 바와 같은 새로운 문제를 야기한다. 즉 산화방지 라이너 질화막을 사용할 경우 최종 소자 격리 프로파일을 살펴보면 참조번호 18로 표시된 바와같이 활성영역과 소자 격리 경계를 따라 움푹 패인 골(이하에서 덴트(dent)라 한다)이 발생한다. 이러한 덴트가 발생하는 원인으로 트렌치 식각 마스크로 사용하는 막질과 산화방지 트렌치 라이너가 동일 막질인 질화막으로 이루어져 있다는 사실을 들 수 있다. 다음으로 트렌치 절연 물질에 대한 평탄화 공정후 균일도(uniformity) 불량에 따른 잔존하는 질화막의 두께 산포가 발생한다는 사실이다.However, the introduction of such an antioxidant nitride film solves the stress problem but causes a new problem as shown in FIG. 1. In other words, when using the anti-oxidation liner nitride film, the final device isolation profile, as indicated by reference numeral 18, causes a dent (hereinafter referred to as a dent) along the active region and the device isolation boundary. The reason for the occurrence of such dents is that the film used as the trench etching mask and the antioxidant trench liner are made of a nitride film having the same film quality. Next, after the planarization process for the trench insulating material, the thickness distribution of the remaining nitride film due to the uniformity defect occurs.

즉 트렌치 절연 물질에 대한 CMP(chemical mechanical polishing)후 마스크 질화막 제거를 위한 스트립 공정은 균일도 불량을 인해 충분한 과식각을 필요로 하는데, 이로 인해 잔존하는 질화막의 두께가 더 낮은 곳에서는 마스크 질화막과 연결된 라이너 질화막이 트렌치 측벽을 따라 같이 제거되어 측벽 산화막을 노출시키고 이렇게 노출된 산화막은 후속 습식 세정 공정등에서 소모되어 덴트를 형성하게 된다.In other words, the strip process for removing the mask nitride after chemical mechanical polishing (CMP) of the trench insulating material requires sufficient overetching due to poor uniformity, which results in a liner connected to the mask nitride where the remaining thickness of the nitride is lower. The nitride film is removed along the trench sidewalls to expose the sidewall oxide film, which is then consumed in subsequent wet cleaning processes to form dents.

이러한 덴트 발생은 게이트 문턱전압 저하와 게이트 산화막 열화 등 디바이스 특성에 직접적인 영향을 미치게 된다.This dent generation directly affects device characteristics such as a gate threshold voltage drop and a gate oxide film deterioration.

따라서, 트렌치 내의 산화 방지용 질화막이 리세스 되는 것을 방지하는 한편 스트레스 특성을 향상시키는 트렌치 격리의 절연특성을 향상시키는 새로운 방법이 절실히 필요로 된다.Therefore, there is an urgent need for a new method of improving the insulating properties of trench isolation, which prevents the oxidation nitride film in the trench from being recessed and improves the stress properties.

본 발명은 상술한 제반 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로서, 트렌치 내의 산화 방지 질화막이 리세스 되는 것을 방지하는 트렌치 격리 형성 방법을 제공함에 그 목적이 있다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been proposed to solve the above-mentioned problems, and an object thereof is to provide a trench isolation formation method for preventing an oxidation-resistant nitride film in a trench from being recessed.

도 1은 종래의 발명에 따른 트렌치 격리 형성 방법에 있어서 발생되는 트렌치 라이너 질화막의 덴트 현상을 개략적으로 나타내는 단면도; 그리고,1 is a cross-sectional view schematically showing the dent phenomenon of the trench liner nitride film generated in the trench isolation formation method according to the conventional invention; And,

도 2a 내지 도 2i는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 트렌치 격리 형성 방법의 공정들을 순차적으로 보여주는 흐름도이다.2A-2I are flow diagrams showing in sequence the processes of a trench isolation formation method in accordance with a preferred embodiment of the present invention.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for the main parts of the drawings

100 : 반도체 기판 120 : 패드 산화막100 semiconductor substrate 120 pad oxide film

140 : 마스크 질화막 160 : 마스크 산화막140: mask nitride film 160: mask oxide film

180 : 트렌치 200 : 열산화막180: trench 200: thermal oxide film

220 : 라이너 질화막 240 : 제 1 트렌치 필링 절연막220: liner nitride film 240: first trench filling insulating film

260 : 제 2 트렌치 필링 절연막260: second trench filling insulating film

(구성)(Configuration)

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의하면, 반도체 장치의 소자 격리를 위한 얕은 트렌치 격리 공정은, 반도체 기판 상에 형성된 패드 산화막, 트렌치 마스크 질화막 그리고 상기 반도체 기판을 식각하여 트렌치를 형성하는 단계와, 상기 트렌치의 양측벽 및 바닥 상에 트렌치 라이너 질화막을 형성하는 단계와, 상기 트렌치를 부분적으로 채우도록 제 1 트렌치 필링 절연막을 형성하는 단계와, 질화막에 대해 선택적인 인산 스트립 공정을 수행하여 상기 트렌치 마스크 질화막과 상기 트렌치 라이너 질화막을 분리하는 단계와, 상기 트렌치를 완전히 채우도록 제 2 트렌치 필링 절연막을 형성하고 상기 트렌치 마스크 질화막의 상부가 나타날 때 까지 평탄화하는 단계와, 그리고 상기 트렌치 마스크 질화막을 제거하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.According to the present invention for achieving the above object, the shallow trench isolation process for device isolation of the semiconductor device comprises the steps of forming a trench by etching the pad oxide film, the trench mask nitride film and the semiconductor substrate formed on the semiconductor substrate, Forming a trench liner nitride film on both sidewalls and bottoms of the trench, forming a first trench filling insulating film to partially fill the trench, and performing a selective phosphoric acid strip process on the nitride film to form the trench mask Separating the nitride film and the trench liner nitride film, forming a second trench filling insulating film to completely fill the trench, and planarizing until the top of the trench mask nitride film appears, and removing the trench mask nitride film Consists of including It is characterized by.

본 발명의 실시예에 있어서, 상기 트렌치를 부분적으로 채우도록 상기 제 1 트렌치 필링 절연막을 형성하는 단계는, 상기 트렌치 라이너 질화막 상에 상기 제 1 트렌치 필링 절연막을 형성하는 단계와 그리고 상기 제 1 트렌치 필링 절연막의 상부가 상기 반도체 기판의 상부 보다 높게 되도록 상기 제 1 트렌치 필링 절연막을 부분적으로 제거하는 단계를 포함하며, 상기 제 1 트렌치 필링 절연막은 상기 반도체 기판 보다 약 200 옹그스트롬 내지 400 옹그스트롬 정도 더 높은 것을 특징으로 한다.In an embodiment of the present disclosure, the forming of the first trench filling insulating film to partially fill the trench may include forming the first trench filling insulating film on the trench liner nitride layer and the first trench filling. Partially removing the first trench filling insulation layer such that an upper portion of the insulating layer is higher than an upper portion of the semiconductor substrate, wherein the first trench filling insulation layer is about 200 Angstroms to 400 Angstroms higher than the semiconductor substrate. It is characterized by.

본 발명의 실시예에 있어서, 상기 질화막에 대한 선택적인 인산 스트립 공정은, 최소한 상기 제 1 트렌치 필링 절연막 상부 가장자리에서 측벽을 따라 형성된 상기 트렌치 라이너 및 트렌치 마스크 질화막을 식각하여 상기 열산화막 및 상기 패드 산화막을 노출시키는 리세스를 형성하고 이로 인해 상기 트렌치 라이너 질화막 및 상기 트렌치 마스크 질화막을 분리하되, 상기 식각된 트렌치 라이너 질화막의 상부는 최소한 상기 반도체 기판의 상부와 동일한 높이를 가지는 것을 특징으로 한다.In an embodiment of the present invention, the selective phosphate strip process for the nitride film may include etching the trench liner and trench mask nitride film formed along a sidewall at least at an upper edge of the first trench peeling insulating film to form the thermal oxide film and the pad oxide film. And forming a recess to expose the trench liner, thereby separating the trench liner nitride layer and the trench mask nitride layer, wherein an upper portion of the etched trench liner nitride layer has at least the same height as an upper portion of the semiconductor substrate.

(작용)(Action)

상술한 바와 같은 본 발명의 트렌치 격리 형성 방법에 따르면, 트렌치 필링 단계는 제 1 절연막 증착, 상기 제 1 절연막의 일부 제거 그리고 제 2 절연막 증착으로 이루어 지며, 제 2 절연막 증착전에 질화막에 대한 선택적 제거 공정이 진행되어 트렌치 마스크 질화막 및 라이너 질화막이 분리된다. 즉 트렌치 마스크 질화막 및 트렌치 라이너 질화막이 트렌치 필링 단계에서 서로 분리되기 때문에 후속 트렌치 마스크 질화막 제거시 트렌치 라인 질화막이 덴트되는 것을 방지할 수 있다.According to the trench isolation forming method of the present invention as described above, the trench filling step consists of depositing a first insulating film, removing a portion of the first insulating film and depositing a second insulating film, and selectively removing a nitride film before depositing the second insulating film. This proceeds to separate the trench mask nitride film and the liner nitride film. That is, since the trench mask nitride film and the trench liner nitride film are separated from each other in the trench filling step, the trench line nitride film may be prevented from denting when the subsequent trench mask nitride film is removed.

(실시예)(Example)

이하, 도2a 내지 도2i를 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 도 2a를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 트렌치 격리 형성 방법은, 먼저, 반도체 기판(1000) 상에 패드 산화막(120), 마스크 질화막(140) 그리고 마스크 산화막(160)이 차례로 형성된다. 상기 패드 산화막(120)은 약 110 옹그스트롬 정도의 두께를 갖도록 형성되고, 상기 마스크 질화막(140)은 약 1,000 옹그스트롬 내지 1,500 옹그스트롬의 두께를 갖도록 형성된다. 상기 마스크 질화막(140)은 실리콘 질화막(silicon nitride layer-Si3N4), 실리콘 산화 질화막(silicon oxynitride layer-SiOXNY:X와 Y는 각각 자연수) 등으로 형성된다. 상기 마스크 산화막(160)은 고온산화막(HTO: high temperature oxide)으로 약 1,000 옹그스트롬 정도의 두께를 가지도록 형성된다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to FIGS. 2A to 2I. Referring to FIG. 2A, in the trench isolation formation method according to the exemplary embodiment of the present invention, a pad oxide film 120, a mask nitride film 140, and a mask oxide film 160 are sequentially formed on a semiconductor substrate 1000. The pad oxide layer 120 is formed to have a thickness of about 110 Angstroms, and the mask nitride layer 140 is formed to have a thickness of about 1,000 Angstroms to 1,500 Angstroms. The mask nitride layer 140 may be formed of a silicon nitride layer (Si 3 N 4 ), a silicon oxynitride layer (SiO X N Y : X and Y are natural numbers). The mask oxide layer 160 is a high temperature oxide (HTO) and is formed to have a thickness of about 1,000 Angstroms.

그리고 나서, 이 분야에서 잘 알려진 사진 식각(photolithography) 공정에 의해, 상기 마스크 산화막(160), 마스크 질화막(140) 및 상기 패드 산화막(120)이 식각되어 트렌치 영역이 정의된 트렌치 마스크(170)가 형성된다. 다음, 상기 트렌치 마스크(170)를 사용하여 상기 반도체 기판(100)이 식각되어 도 2b에 나타난 바와 같이 트렌치(180)가 형성된다. 이때 상기 트렌치 양측의 반도체 기판은 활성영역이 된다. 상기 트렌치(180)는 약 2,300 옹그스트롬 내지 2,700 옹그스트롬의 범위 내의 깊이를 갖도록 형성된다.Then, a trench mask 170 in which the mask oxide layer 160, the mask nitride layer 140, and the pad oxide layer 120 are etched to define a trench region is formed by a photolithography process well known in the art. Is formed. Next, the semiconductor substrate 100 is etched using the trench mask 170 to form the trench 180 as shown in FIG. 2B. At this time, the semiconductor substrates on both sides of the trench become active regions. The trench 180 is formed to have a depth within a range of about 2,300 Angstroms to 2,700 Angstroms.

다음, 도 2c에 나타난 바와 같이, 상기 트렌치(180) 형성을 위한 상기 반도체 기판(100)의 식각 공정에서 발생된 손상을 제거하기 위해 열적 산화 공정에 의해 열산화막(200)이 상기 트렌치(180)의 바닥 및 양측벽 상에 형성된다. 상기 열산화막(200)은 예를 들면 실리콘 산화막으로서 약 110 옹그스트롬의 두께를 갖도록 형성된다. 다음, 스트레스에의한 결정 결함을 방지하기 위해 상기 트렌치 마스크(170)를 포함하여 상기 열산화막(200) 상에 트렌치 라이너 질화막(220)이 형성된다. 상기 트렌치 라이너 질화막(220)은 예를 들면, 실리콘 질화막 또는 실리콘 산화 질화막 등으로 형성된다. 상기 트렌치 라이너 질화막(220)은 상기 트렌치(180) 내벽의 산화를 방지함으로써, 후속 산화 공정에서 상기 트렌치(180) 내벽에 가해지는 스트레스를 완충하는 버퍼막으로서 기능을 한다.Next, as shown in FIG. 2C, the thermal oxide film 200 is thermally etched by the thermal oxidation process to remove damage generated in the etching process of the semiconductor substrate 100 for forming the trench 180. It is formed on the bottom and both side walls of the. The thermal oxide film 200 is formed to have a thickness of about 110 Angstroms, for example, as a silicon oxide film. Next, a trench liner nitride layer 220 is formed on the thermal oxide layer 200 including the trench mask 170 to prevent crystal defects caused by stress. The trench liner nitride film 220 may be formed of, for example, a silicon nitride film or a silicon oxynitride film. The trench liner nitride film 220 prevents oxidation of the inner wall of the trench 180, thereby functioning as a buffer layer to buffer stress applied to the inner wall of the trench 180 in a subsequent oxidation process.

다음 공정은 소자 격리를 위해 상기 트렌치(180)를 절연막으로 채우는 공정으로 도 2d 내지 도 2g에 개략적으로 나타나 있다. 본 발명에 따르면, 상기 트렌치(180)는 두 단계의 절연막 증착공정으로 진행되며, 상기 두 단계 증착 공정 사이에 상기 트렌치 마스크 질화막(140a)과 트렌치 라이너 질화막(220)을 분리하기 위한 식각 공정이 진행된다.The next process is the process of filling the trench 180 with an insulating film for device isolation, as shown schematically in FIGS. 2D-2G. According to the present invention, the trench 180 proceeds with an insulating film deposition process in two steps, and an etching process for separating the trench mask nitride film 140a and the trench liner nitride film 220 proceeds between the two deposition processes. do.

이하에서 구체적으로 살펴본다. 먼저 필링(filling) 특성이 좋은 제 1 트렌치 필링막이 상기 트렌치 라이너(220) 상에 증착되고 부분적으로 식각되어 도 2 d에 나타난 바와 같이 식각된 상부가 상기 반도체 기판의 상부 보다 약간 위에 위치하도록 제 1 트렌치 필링막(240a)이 형성된다. 바람직하게는 약 200 옹그스트롬 내지 400 옹그스트롬 정도 높게 되도록 한다. 상기 제 1 트렌치 필링막으로 예를 들면, 고밀도플라즈마 산화막(HDP oxide:high density plasma oxide), 도핑되지 않은 산화막(USG:undoped silicate glass) 등이 증착된다.It looks at in detail below. First, a first trench filling layer having good filling characteristics is deposited on the trench liner 220 and partially etched so that the etched top is slightly above the top of the semiconductor substrate as shown in FIG. 2D. The trench filling film 240a is formed. Preferably from about 200 angstrom to 400 angstrom high. For example, a high density plasma oxide (HDP oxide), an undoped silicate glass (USG), or the like is deposited as the first trench filling layer.

다음 상기 트렌치 마스크 질화막(140a)과 상기 트렌치 라이너 질화막(220)을 분리하기위한 질화막에 대한 선택적 제거 공정이 진행된다. 이는 후속 트렌치 마스크 질화막(140a) 인산 스트립 공정시 상기 마스크 질화막(140a)에 연결된 트렌치 라이너 질화막(220)을 따라 인산이 침투하여 식각하는 것을 방지하기 위함이다. 상기 분리공정은 인산을 사용하는 습식식각으로 두 질화막이 완전히 분리될 수 있도록 식각량이 결정되어 지며 도 2e의 참조번호 250으로 표시된 원 내부에 에 나타난 바와 같이, 두 질화막이 선택적으로 제거되어 활성영역과 트렌치와의 경계에 리세스 영역이 형성되고 마스크 질화막(140b)과 라이너 질화막(220a)은 서로 분리된다.Next, a selective removal process for the nitride film for separating the trench mask nitride film 140a and the trench liner nitride film 220 is performed. This is to prevent phosphoric acid from penetrating and etching along the trench liner nitride film 220 connected to the mask nitride film 140a during the subsequent trench mask nitride film 140a phosphate strip process. In the separation process, the etching amount is determined so that the two nitride layers can be completely separated by wet etching using phosphoric acid. As shown in the circle indicated by reference numeral 250 of FIG. 2E, the two nitride layers are selectively removed to form an active region. A recess region is formed at the boundary with the trench, and the mask nitride film 140b and the liner nitride film 220a are separated from each other.

도시된 바와 같이 상기 질화막에 대한 습식 식각으로 상기 트렌치 마스크(140a)는 활성영역 방향으로 식각되어 지며 상기 라이너 질화막(220)은 상기 제 1 트렌치 필링막(240a)의 측벽을 따라 하부로 식각되어 두 질화막이 분리되어 진다. 상기 제 1 트렌치 필링막(240a)이 상기 활성영역 보다 높게 형성되어 있기 때문에(상술한 바와 같이 약 200 옹그스트롬 내지 400 옹그스트롬), 상기 트렌치 라이너 질화막(220)에 대한 하부 방향으로의 식각 마진이 충분하게 되며 식각된 트렌치 라이너 질화막(220a)의 상부는 최소한 활성영역 높이 이상이 된다.As shown, the trench mask 140a is etched in the direction of the active region by the wet etching of the nitride layer, and the liner nitride layer 220 is etched downward along the sidewall of the first trench filling layer 240a. The nitride film is separated. Since the first trench filling film 240a is formed higher than the active region (about 200 angstroms to 400 angstroms as described above), the etching margin in the downward direction with respect to the trench liner nitride film 220 is increased. The upper portion of the etched trench liner nitride layer 220a is at least the height of the active region.

상기 리세스 부분은 후속 제 2 트렌치 필링막으로 채워지게 되고 상기 리세스에 의해 노출된 패드 산화막(120a) 및 열산화막(200)과 더불어 후속 질화막(140b) 스트립 공정시 식각용액인 인산이 침투하는 것을 방지한다.The recess portion may be filled with a subsequent second trench filling layer, and the phosphoric acid, which is an etching solution, may be penetrated during the subsequent stripping process of the nitride layer 140b along with the pad oxide layer 120a and the thermal oxide layer 200 exposed by the recess. To prevent them.

다음 공정은 선택적인 공정으로, 제 2 트렌치 필링막을 증착하기 전에 산화막에 습식 공정을 통해 상기 트렌치 측벽에 형성된 상기 리세스를 확장시킬 수 있다(도 2f). 이는 상기 제 2 트렌치 필링막 증착시 상기 리세스를 따라 보이드가 발생되지 않도록 하기 위함이다. 그러나 보이드 발생의 문제가 없다면 상기 습식 공정은 진행하지 않아도 무방하다.The next process is an optional process, in which the recesses formed in the trench sidewalls may be expanded through a wet process on the oxide layer prior to depositing the second trench fill layer (FIG. 2F). This is to prevent voids from occurring along the recess when the second trench fill layer is deposited. However, if there is no problem of void generation, the wet process may not proceed.

도 2g를 참조하면, 평탄화를 위한 제 2 트렌치 필링막이 상기 도 2f에 나타난 구조 상에 형성된다. 그리고 나서 화학적 기계적 연막(CMP:chemical mechanical polishing) 공정을 통해 상기 마스크 질화막(140a)의 상부가 나타날 때 까지 평탄화 되어 도 2g에 나타난 바와 같이 평탄화된 제 2 트렌치 필링막(260a)이 형성된다. 상기 제 2 트렌치 필링막(260a)은 산화막으로 형성되며, 바람직하게는 상기 제 1 트렌치 필링막과 동일한 막으로 형성된다.Referring to FIG. 2G, a second trench filling film for planarization is formed on the structure shown in FIG. 2F. Then, a planarized second trench peeling layer 260a is formed through a chemical mechanical polishing (CMP) process until the upper portion of the mask nitride layer 140a appears, as shown in FIG. 2G. The second trench filling film 260a is formed of an oxide film, and preferably, the second trench filling film 260a is formed of the same film as the first trench filling film.

도 2h는 평탄화 공정후, 습식 식각 공정을 통해 상기 트렌치 필링막(260b)의 일정량을 식각하는 공정과 상기 마스크 질화막(140b) 제거를 위한 인산 스트립 공정을 진행한 상태에서의 반도체 기판의 수직 단면이다. 상기 트렌치 필링막(260a)의 습식 식각은 상기 트렌치 마스크 질화막(140b)에 대한 스트립 공정 후부터 게이트 폴리 증착 전까지 이루어지는 각종 습식 공정에 의해 소모되는 산화막의 총 식각량을 고려하여 그 식각량을 결정한다. 도시된 바와 같이 상기 트렌치 라이너 질화막(220a)을 상기 트렌치 필링막(260a)이 감싸고 있어서 상기 마스크 질화막(140b) 스트립 공정에 의한 트렌치 라이너 질화막(220a)의 소모가 젼혀 없다.FIG. 2H is a vertical cross-sectional view of a semiconductor substrate in a state in which a predetermined amount of the trench filling film 260b is etched through a wet etching process and a phosphate strip process for removing the mask nitride film 140b is performed. . The wet etching of the trench filling layer 260a is determined in consideration of the total etching amount of the oxide film consumed by various wet processes formed after the strip process for the trench mask nitride layer 140b and before the gate poly deposition. As illustrated, the trench fill layer 260a surrounds the trench liner nitride layer 220a, so that the trench liner nitride layer 220a is not consumed by the mask nitride layer 140b stripping process.

도 2i는 상기 마스크 질화막(140b)에 대한 스트립 공정후 게이트 폴리 증착 전까지의 후속 공정이 진행된 상태의 반도체 기판의 수직 단면도이다. 상기 라이너 질화막(220a) 소모에 의한 트렌치 측벽 산화막(열산화막)의 노출이 없어 게이트 폴리 증착전까지의 각종 습식 공정에서 트렌치 측벽 산화막의 소모에 의한 덴트(dent)가 전혀 발생되지 않는다.FIG. 2I is a vertical cross-sectional view of the semiconductor substrate in a state in which a subsequent process is performed after the strip process and before the gate poly deposition is performed on the mask nitride layer 140b. There is no exposure of the trench sidewall oxide film (thermal oxide film) due to the consumption of the liner nitride film 220a, and thus, no dent occurs due to the consumption of the trench sidewall oxide film in various wet processes until the gate poly deposition.

후속 공정으로 통상적인 게이트 산화막 성장 및 게이트 폴리 증착 공정 등이 진행된다.Subsequent processes include conventional gate oxide film growth and gate poly deposition processes.

바람직한 실시예에 의거하여 본 발명이 기술되었지만, 본 발명의 범위는 여기에 한정되는 것은 아니다. 오히려, 다양한 변형 및 비슷한 배열들도 포함한다. 따라서 본 발명의 청구범위의 진정한 범위 및 사상은 상기 변형 및 비슷한 배열을 포함할 수 있도록 가장 넓게 해석되어야 한다.Although the present invention has been described with reference to preferred embodiments, the scope of the present invention is not limited thereto. Rather, various modifications and similar arrangements are included. Therefore, the true scope and spirit of the claims of the present invention should be interpreted broadly to encompass such modifications and similar arrangements.

본 발명은 반도체 장치의 소자 격리를 위한 트렌치 형성에 관한 것으로서, 트렌치 필링 단계가 제 1 절연막 증착, 상기 제 1 절연막의 일부 제거 그리고 제 2 절연막 증착으로 이루어 지며, 제 2 절연막 증착전에 질화막에 대한 선택적 제거 공정이 진행되어 트렌치 마스크 질화막 및 라이너 질화막이 분리되기 때문에 후속 트렌치 마스크 질화막 제거시 트렌치 라이너 질화막이 덴트되는 것을 방지할 수 있다.The present invention relates to trench formation for device isolation of a semiconductor device, wherein the trench filling step consists of depositing a first insulating film, removing a portion of the first insulating film, and depositing a second insulating film. Since the removal process proceeds to separate the trench mask nitride film and the liner nitride film, it is possible to prevent the trench liner nitride film from denting during the subsequent trench mask nitride film removal.

Claims (3)

반도체 장치의 소자 격리를 위한 얕은 트렌치 격리 공정에 있어서,In a shallow trench isolation process for device isolation of semiconductor devices, 반도체 기판 상에 형성된 패드 산화막, 트렌치 마스크 질화막 그리고 상기 반도체 기판을 식각하여 트렌치를 형성하는 단계와;Etching the pad oxide film, the trench mask nitride film and the semiconductor substrate formed on the semiconductor substrate to form a trench; 상기 트렌치의 양측벽 및 바닥 상에 트렌치 라이너 질화막을 형성하는 단계와;Forming a trench liner nitride film on both sidewalls and bottoms of the trench; 상기 트렌치를 부분적으로 채우도록 제 1 트렌치 필링 절연막을 형성하는 단계와;Forming a first trench filling insulating film to partially fill the trench; 질화막에 대해 선택적인 인산 스트립 공정을 수행하여 상기 트렌치 마스크 질화막과 상기 트렌치 라이너 질화막을 분리하는 단계와;Performing a selective phosphate strip process on the nitride film to separate the trench mask nitride film and the trench liner nitride film; 상기 트렌치를 완전히 채우도록 제 2 트렌치 필링 절연막을 형성하고 상기 트렌치 마스크 질화막의 상부가 나타날 때 까지 평탄화하는 단계와; 그리고Forming a second trench filling insulating film to completely fill the trench and planarizing until an upper portion of the trench mask nitride film appears; And 상기 트렌치 마스크 질화막을 제거하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 반도체 장치의 트렌치 격리 형성 방법.Removing the trench mask nitride film. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 트렌치를 부분적으로 채우도록 상기 제 1 트렌치 필링 절연막을 형성하는 단계는,The step of forming the first trench filling insulating film to partially fill the trench, 상기 트렌치 라이너 질화막 상에 상기 제 1 트렌치 필링 절연막을 형성하는 단계와; 그리고Forming the first trench filling insulating film on the trench liner nitride film; And 상기 제 1 트렌치 필링 절연막의 상부가 상기 반도체 기판의 상부 보다 높게 되도록 상기 제 1 트렌치 필링 절연막을 부분적으로 제거하는 단계를 포함하되,Partially removing the first trench filling insulation layer such that an upper portion of the first trench filling insulation layer is higher than an upper portion of the semiconductor substrate; 상기 제 1 트렌치 필링 절연막은 상기 반도체 기판 보다 약 200 옹그스트롬 내지 400 옹그스트롬 정도 더 높은 것을 특징으로 하는 반도체 장치의 트렌치 격리 형성 방법.And the first trench filling insulating film is about 200 angstroms to 400 angstroms higher than the semiconductor substrate. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 질화막에 대한 선택적인 인산 스트립 공정은, 최소한 상기 제 1 트렌치 필링 절연막 상부 가장자리에서 측벽을 따라 형성된 상기 트렌치 라이너 및 트렌치 마스크 질화막을 식각하여 상기 열산화막 및 상기 패드 산화막을 노출시키는 리세스를 형성하고 이로 인해 상기 트렌치 라이너 질화막 및 상기 트렌치 마스크 질화막을 분리하되, 상기 식각된 트렌치 라이너 질화막의 상부는 최소한 상기 반도체 기판의 상부와 동일한 높이를 가진는 것을 특징으로 하는 반도체 장치의 트렌치 격리 형성 방법.An optional phosphate strip process for the nitride film may form a recess that exposes the thermal oxide film and the pad oxide film by etching the trench liner and trench mask nitride film formed along a sidewall at least at the upper edge of the first trench filling insulating film. Therefore, the trench liner nitride layer and the trench mask nitride layer are separated, and the upper portion of the etched trench liner nitride layer has at least the same height as the upper portion of the semiconductor substrate.
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KR100820334B1 (en) * 2006-12-29 2008-04-08 주원산기 주식회사 Food garbage remove bucket automatic washing method and the device

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