KR20010067447A - Semiconductor device having a low k material within a shallow trench isolation and a method of manufacture - Google Patents

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KR20010067447A
KR20010067447A KR1020000078612A KR20000078612A KR20010067447A KR 20010067447 A KR20010067447 A KR 20010067447A KR 1020000078612 A KR1020000078612 A KR 1020000078612A KR 20000078612 A KR20000078612 A KR 20000078612A KR 20010067447 A KR20010067447 A KR 20010067447A
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치얀이-펭
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루센트 테크놀러지스 인크
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Abstract

PURPOSE: To provide a semiconductor deice possessed of an original insulation structure. CONSTITUTION: A semiconductor device (100) may include a substrate (110) where an insulation opening 210 is provided, a dielectric layer (310) of silicon oxide or the like formed inside the insulation opening (210), and a material (410) which is low in dielectric properties (K) and formed on the dielectric layer (310) and inside the insulation opening (210) to form an insulation structure (510) of the semiconductor device (100). The relative permittivity of material low in dielectric properties may be lower than that of a dielectric layer. Spin-on- glass material, carbonate, silk or other materials of low K can be used as the above material of low K.

Description

얕은 트렌치 격리내에 저 K 물질을 갖는 반도체 장치 및 제조 방법{SEMICONDUCTOR DEVICE HAVING A LOW K MATERIAL WITHIN A SHALLOW TRENCH ISOLATION AND A METHOD OF MANUFACTURE}TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION A semiconductor device having a low temperature material in a shallow trench isolation and a manufacturing method.

본 발명은 일반적으로 반도체 장치, 특히 얕은 트렌치 격리 구조(shallowtrench isolation structure)내에 증착된 저 K 물질을 갖는 반도체 장치와 그 장치를 제조하는 방법에 관한 것이다.FIELD OF THE INVENTION The present invention relates generally to semiconductor devices, in particular semiconductor devices having low K materials deposited in shallow trench isolation structures, and methods of manufacturing the devices.

집적 회로는 현재 잘 알려져 있고 다양한 기술 분야에서 널리 사용된다. 최근 10년 동안에, 동작 속도와 집적(packing) 밀도가 실질적으로 증가한 반면에 장치 사이즈는 극적으로 감소하여 왔다. 증가된 집적 밀도와 장치 사이즈 감소가 결합됨으로써 반도체 제조 산업에 이전에 관심을 두지 않았던 새로운 문제점이 제기되어 왔다. 그 중 하나는 동일한 반도체 웨이퍼 기판상에 위치하는 트랜지스터 장치 사이에 격리 구조를 형성하여 장치 사이에 전기적인 격리를 제공하는 것과 관련 있다. 일반적으로 격리 프로세스란 용어의 다양한 기술이 집적 회로에서 장치를 격리시키기 위해 개발되어 왔다.Integrated circuits are now well known and widely used in various technical fields. In recent decades, device speeds have been dramatically reduced while operating speeds and packing densities have increased substantially. The combination of increased integration density and reduced device size has raised new challenges that have not previously been of concern to the semiconductor manufacturing industry. One of them involves forming an isolation structure between transistor devices located on the same semiconductor wafer substrate to provide electrical isolation between the devices. In general, various techniques of the term isolation process have been developed to isolate devices in integrated circuits.

그 중 하나는 실리콘의 국부적 산화(local oxidation of silicon : LOCOS)인데, 실리콘 질화물(Si3N4) 필름이 필드 산화물 구조가 형성되는 반도체 기판의 선택된 영역을 격리시키는데 사용된다. 이 격리 기술은 초고밀도 집적(Very Large-Scale Integrated : VLSI) 회로의 격리 기술로서 널리 사용되어 왔다. 이 기술이 보다 큰 서브미크론(submicron) 장치에 매우 유용하고 널리 사용되지만, 더 작은 현재의 서브미크론 기술은 증가된 집적 밀도로 인해 공간적인 (geographical) 한계에 직면해 왔다.One of them is local oxidation of silicon (LOCOS), in which silicon nitride (Si 3 N 4 ) films are used to isolate selected areas of the semiconductor substrate on which field oxide structures are formed. This isolation technology has been widely used as isolation technology for Very Large-Scale Integrated (VLSI) circuits. Although this technique is very useful and widely used for larger submicron devices, smaller current submicron techniques have faced geographical limitations due to increased integration density.

LOCOS 프로세스와 연관된 한계를 극복하기 위해, 반도체 제조 산업에서 얕은 트렌치 격리(STI)로 알려진 선택적 격리 프로세스가 고안되어졌다. 이 특정한 프로세스는 반도체 기판상의 표면부를 덜 필요로 하는 격리 구조를 제공한다. 그러나, 이 프로세스조차도 증가된 집적 밀도에 있어서 한계에 직면하여 왔다.To overcome the limitations associated with LOCOS processes, an optional isolation process, known as shallow trench isolation (STI), has been devised in the semiconductor manufacturing industry. This particular process provides an isolation structure that requires less surface portion on the semiconductor substrate. However, even this process has faced limitations in increased integration density.

그 중 하나는 커패시턴스를 감소시키면서 동시에 임계 전압을 유지 또는 증가시키는 것에 관한 것이다. 잘 알려진 바와 같이, 장치 오작동을 발생시킬 수 있는 트랜지스터 장치 사이의 의사 도전 채널(spurious conductive channels)의 형성(즉, 전류 누설)을 최소화하기 위해 트랜지스터 장치와 연관된 격리 물질의 높은 임계 전압을 유지하는 것이 매우 바람직하다. 사실, 그런 전류 누설이 발생하지 않는 것을 보장하기 위해 그 격리 구조의 임계 전압을 증가시키는 것이 훨씬 더 바람직하다.One of them relates to maintaining or increasing a threshold voltage while simultaneously reducing capacitance. As is well known, maintaining a high threshold voltage of the isolation material associated with a transistor device to minimize the formation of spurious conductive channels (i.e. current leakage) between transistor devices, which can cause device malfunction. Very preferred. In fact, it is even more desirable to increase the threshold voltage of the isolation structure to ensure that no such current leakage occurs.

격리 구조의 임계 전압을 원하는 수준으로 유지하기 위해, 증가된 집적 밀도를 고려해 볼 때, 현재의 폭을 유지하면서 구조의 깊이를 증가시키는 것이 필요하다. 이와달리, 현재의 깊이를 유지하고 폭을 증가시킬 수도 있다. 그러나, 이러한 옵션 모두는 상이한 이유로 바람직하지 않다. 깊이를 증가시키면 결과적인 피쳐(feature)의 종횡비(aspect ratio)가 높아져 구조내에 빈틈을 야기시킬 수 있기 때문에 바람직하지 않다. 이러한 빈틈은 실리콘 이산화물로 구조를 완전히 채우는데 어려움이 있기 때문이다. 폭을 증가시키는 것은 폭이 클수록 더 많이 표면부를 차지해서 트랜지스터 집적 밀도를 감소시키기 때문에 마찬가지로 바람직하지 않다.In order to maintain the threshold voltage of the isolation structure at a desired level, considering the increased integration density, it is necessary to increase the depth of the structure while maintaining the current width. Alternatively, you can maintain the current depth and increase the width. However, all of these options are undesirable for different reasons. Increasing the depth is undesirable because it can increase the aspect ratio of the resulting feature and cause gaps in the structure. This gap is due to the difficulty of completely filling the structure with silicon dioxide. Increasing the width is likewise undesirable because larger widths occupy more surface area and reduce transistor integration density.

커패시턴스는 또한 격리 구조에 있어서 주요한 관심사이다. 트랜지스터의 스위칭 속도에 악 영향을 주지 않으면서 기생 커패시턴스를 최소화하기 위해 낮은 결합 커패시턴스를 갖는 격리 구조가 매우 바람직하다. 전술한 바와 같이, 증가된 성능 요구에 비추어 또한 전류 누설을 최소화하기 위해 격리 구조의 임계 전압을 유지하는 것이 매우 바람직하며, 격리 구조의 임계 전압을 증가시키는 것이 좀 더 바람직하다. 그러나, 불행히도 임계 전압을 증가시키는 것은 커패시턴스에서의 대응하는 증가를 야기한다. 따라서 현재의 기술 상태로는, 전술한 이유로 원하는 임계 전압을 달성하는 것이 어려울뿐만 아니라, 원하는 임계 전압을 달성한다해도 이것은 격리 구조의 커패시턴스를 바람직하지 않게 증가시킬 수 있다.Capacitance is also a major concern for isolation structures. An isolation structure with low coupling capacitance is highly desirable to minimize parasitic capacitance without adversely affecting the switching speed of the transistor. As noted above, it is highly desirable to maintain the threshold voltage of the isolation structure in order to minimize current leakage and also to increase the threshold voltage of the isolation structure in light of the increased performance requirements. Unfortunately, increasing the threshold voltage causes a corresponding increase in capacitance. Thus, in the state of the art, not only is it difficult to achieve the desired threshold voltage for the reasons described above, but even if the desired threshold voltage is achieved, this may undesirably increase the capacitance of the isolation structure.

따라서, 종래 기술의 구조 및 프로세스와 연관된 불리한 점을 피하는 격리 구조와 그러한 격리 구조를 형성하기 위한 프로세스가 반도체 제조 분야에서 필요하다.Thus, there is a need in the field of semiconductor manufacturing for isolation structures that avoid the disadvantages associated with prior art structures and processes and processes for forming such isolation structures.

전술한 종래 기술의 결점을 해결(address)하기 위해, 본 발명은 고유한 격리 구조를 갖는 반도체 장치를 제공한다. 바람직한 실시예에 있어서, 반도체 장치는 기판내에 형성된 격리 개구(opening)를 갖는 기판, 격리 개구내에 형성된 실리콘 이산화물 같은 유전체 층, 및 반도체 장치에 격리 구조를 형성하기 위해 격리 개구내에 그리고 유전체 층상에 형성된 저 유전체 (K) 물질을 포함한다. 바람직한 실시예에 있어서, 저 K 물질은 유전체 층의 유전체 상수 미만의 유전체 상수를 갖는다. 저 K 물질은 스핀 온 글래스 물질(spin on glass material), 흑(black) 다이아몬드, 실크, 또는 다른 유사한 저 K 물질일 수도 있다.In order to address the above-mentioned drawbacks of the prior art, the present invention provides a semiconductor device having a unique isolation structure. In a preferred embodiment, a semiconductor device comprises a substrate having an isolation opening formed in the substrate, a dielectric layer such as silicon dioxide formed in the isolation opening, and in and on the isolation opening to form an isolation structure in the semiconductor device. Low dielectric (K) material formed. In a preferred embodiment, the low K material has a dielectric constant less than the dielectric constant of the dielectric layer. The low K material may be a spin on glass material, black diamond, silk, or other similar low K material.

따라서, 본 발명은 넓은 영역에 걸쳐서 낮은 커패시턴스에서 원하는 수준의 임계 전압을 제공하는 저 K 물질로부터 형성되고 전류 누설과 기생 커패시턴스를 최소로 갖는 고유한 격리 구조를 제공한다.Thus, the present invention provides a unique isolation structure formed from low K material that provides a desired level of threshold voltage at low capacitance over a large area and with minimal current leakage and parasitic capacitance.

도 1은 중간 제조 단계에서 본 발명에 따른 반도체 장치의 단면도,1 is a cross-sectional view of a semiconductor device according to the present invention in an intermediate manufacturing step,

도 2는 격리 개구의 형성이 후속하는 도 1의 반도체 장치의 단면도,2 is a cross-sectional view of the semiconductor device of FIG. 1 followed by formation of an isolation opening;

도 3은 격리 개구내에 유전체 층의 형성이 후속하는 도 2의 반도체 장치의 단면도,3 is a cross-sectional view of the semiconductor device of FIG. 2 followed by the formation of a dielectric layer in the isolation opening;

도 4는 격리 개구내에 저 K 유전체 물질의 형성이 후속하는 도 3의 반도체 장치의 단면도,4 is a cross-sectional view of the semiconductor device of FIG. 3 followed by the formation of a low K dielectric material in an isolation opening;

도 5는 평탄화 프로세스가 후속하는 도 4의 반도체 장치의 단면도,5 is a cross-sectional view of the semiconductor device of FIG. 4 followed by a planarization process;

도 6은 격리 구조 사이에 형성된 트랜지스터 구조의 단면도.6 is a sectional view of a transistor structure formed between isolation structures.

격리 개구의 깊이는 설계, 프로세스 및 질적(quality) 파라미터에 따라서 변할 수 있다. 그러나, 한가지 유리한 실시예에 있어서, 격리 개구는 대략 300nm의 깊이를 갖는다. 폭은 또한 변할 수 있으나 대략 0.2㎛에서 0.4㎛의 범위의 폭이 바람직하다. 본 발명의 또다른 측면에 있어서, 격리 구조는 대략 26V의 임계 전압을 갖는다. 그러나, 임계 전압은 또한 설계 파라미터에 따라서 변할 수 있다. 앞서 간단히 논의된 바와 같이, 커패시턴스는 격리 구조에 있어서 중요한 인자이다. 본 발명이 제공하는 격리 구조에 있어서도, 커패시턴스는 동등하게 중요하다. 커패시턴스는 가능한 낮고, 높은 스위칭 속도를 갖는 것이 바람직하다. 따라서, 하나의 특정한 실시예에 있어서, 격리 구조는 대략 4.87 nF/cm2의 커패시턴스를 갖는다. 이 커패시턴스는 설계 파라미터에 따라서 보다 높거나 낮을 수 있다.The depth of the isolation opening may vary depending on the design, process and quality parameters. However, in one advantageous embodiment, the isolation openings have a depth of approximately 300 nm. The width may also vary but a width in the range of approximately 0.2 μm to 0.4 μm is preferred. In another aspect of the invention, the isolation structure has a threshold voltage of approximately 26V. However, the threshold voltage can also vary depending on the design parameters. As discussed briefly above, capacitance is an important factor in the isolation structure. In the isolation structure provided by the present invention, capacitance is equally important. It is desirable for the capacitance to be as low as possible and to have a high switching speed. Thus, in one specific embodiment, the isolation structure has a capacitance of approximately 4.87 nF / cm 2 . This capacitance can be higher or lower depending on the design parameters.

유전체 층과 저 K 물질의 두께 모두는 상술한 격리 개구의 선택된 깊이에 따라서 변할 수 있다. 그러나, 본 발명의 바람직한 실시예에 있어서 유전체 층의 두께는 대략 20nm이고, 또다른 실시예에 있어서 저 K 물질의 두께는 대략 280nm이다.Both the thickness of the dielectric layer and the low K material can vary depending on the selected depth of the isolation openings described above. However, in a preferred embodiment of the present invention the thickness of the dielectric layer is approximately 20 nm, and in another embodiment the thickness of the low K material is approximately 280 nm.

본 발명의 또다른 측면에 있어서, 반도체 장치는 또한 한 쌍의 격리 구조 사이에 형성된 트랜지스터 구조를 포함한다. CMOS 장치일 수도 있는 트랜지스터는 터브(tub) 영역 내에 형성된 게이트 영역, 및 소스/드레인 영역 같은 통상의 피쳐를 포함할 수도 있다. 고유한 격리 구조는 트랜지스터 구조의 양 측면상에 형성되고 결합된 트랜지스터 구조 사이에 전기적인 격리를 제공한다. 하나의 바람직한 실시예에 있어서, 격리 구조는 반도체 웨이퍼상에 통상적으로 형성되어온 에피텍셜 (epitaxial) 층내에 형성된다.In another aspect of the invention, the semiconductor device also includes a transistor structure formed between a pair of isolation structures. Transistors, which may be CMOS devices, may include conventional features such as gate regions formed in the tub regions, and source / drain regions. Inherent isolation structures provide electrical isolation between transistor structures formed and coupled on both sides of the transistor structure. In one preferred embodiment, the isolation structure is formed in an epitaxial layer that has been conventionally formed on a semiconductor wafer.

또다른 실시예에 있어서, 본 발명은 상술한 격리 구조를 갖는 반도체 장치를 제조하는 방법을 제공한다. 본 발명의 이런 특정한 측면에 있어서, 본 방법은 반도체 장치의 기판내에 격리 개구를 형성하고, 격리 개구내에 유전체 층을 형성하고, 또한 반도체 장치에 격리 구조를 형성하기 위해 격리 개구내에 그리고 유전체 층상에 저 유전체 (K) 물질을 형성하는 것을 포함한다.In yet another embodiment, the present invention provides a method of manufacturing a semiconductor device having the isolation structure described above. In this particular aspect of the invention, the method comprises forming an isolation opening in a substrate of a semiconductor device, forming a dielectric layer in the isolation opening, and also in the isolation opening and on the dielectric layer to form an isolation structure in the semiconductor device. Forming a low dielectric (K) material.

당업자들이 이하의 본 발명의 구성을 더욱 잘 이해하도록 본 발명의 바람직한 또한 다른 특징들을 다소 넓게 상술하였다. 본 발명의 청구항의 주제를 형성하는 본 발명의 추가적인 특징이 이하에서 설명될 것이다. 당업자라면 본 발명과 동일한 목적을 수행하는 또다른 구조를 설계하고 수정하는 기초로서 본 발명의 개시된 개념과 특정한 실시예를 쉽게 사용할 수 있다는 것을 이해해야 한다. 당업자라면 또한 그러한 동등한 구성이 본 발명의 사상과 범주를 벗어나지 않는다는 것을 이해해야 한다.The preferred and other features of the present invention have been described somewhat broadly so that those skilled in the art will better understand the construction of the invention that follows. Additional features of the invention, which form the subject of the claims of the invention, will be described below. Those skilled in the art should understand that the disclosed concepts and specific embodiments of the present invention can be readily used as a basis for designing and modifying other structures for carrying out the same purposes as the present invention. Those skilled in the art should also understand that such equivalent constructions do not depart from the spirit and scope of the present invention.

먼저 도 1을 참조하면, 중간 제조 단계에서의 본 발명에 따른 반도체 장치(100)의 단면도가 도시되어 있다. 반도체 장치(100)는 통상의 반도체기판(110)상에 형성된다. 통상적으로 형성되는 에피텍셜 층(120)이 반도체 기판(110)상에 위치한다. 물론, 에피텍셜 층(120)은 원하는 트랜지스터 설계에 따라서 상이한 불순물(dopant)로 도핑(dope)될 수 있다. 본 특정한 실시예가 에피텍셜 층(120)을 포함하지만, 다른 실시예는 에피텍셜 층(120)을 포함하지 않을 수도 있다는 것을 이해해야 한다. 통상적으로 형성되는 패드(pad) 산화물 층(130)과 질화물 층(140)은 에피텍셜 층(120)상에 위치한다. 패드 산화물 층(130)과 질화물 층(140)은 이하에서 설명할 격리 프로세스를 개선시키는 에칭 마스크(etching masks)로서 역할한다. 통상적으로 형성되고 현상되는 포토리지스트 층(150)이 또한 도시되어 있다. 포토리지스트 층(150)의 일부는 후에 격리 개구가 형성되어질 에칭 가이드 개구(etch guide opening : 160)를 형성하기 위해 제거되어졌다.Referring first to FIG. 1, there is shown a cross-sectional view of a semiconductor device 100 in accordance with the present invention at an intermediate stage of manufacture. The semiconductor device 100 is formed on a conventional semiconductor substrate 110. An epitaxial layer 120 that is typically formed is located on the semiconductor substrate 110. Of course, epitaxial layer 120 may be doped with different dopants depending on the desired transistor design. While this particular embodiment includes epitaxial layer 120, it should be understood that other embodiments may not include epitaxial layer 120. A pad oxide layer 130 and a nitride layer 140 that are typically formed are located on the epitaxial layer 120. Pad oxide layer 130 and nitride layer 140 serve as etching masks to improve the isolation process described below. Also shown is a photoresist layer 150 that is typically formed and developed. Part of the photoresist layer 150 was removed to form an etch guide opening 160 where an isolation opening would later be formed.

도 2를 참조하면, 격리 개구(210)의 형성이 후속하는 도 1의 반도체 장치(100)의 단면도가 도시되어 있다. 격리 개구(210)는 통상의 에칭 기술로 형성된다. 도시된 바와 같이, 격리 개구(210)는 에피텍셜 층(120)의 터브 영역내로 형성된다. 그러나, 본 발명과 연관된 이점 때문에, 격리 개구(210)의 사이즈는 종래 기술의 격리 구조에서 필요로하는 높은 임계 전압을 얻기 위해 증가될 필요가 없다는 것에 유의해야 한다. 사실, 격리 개구(210)의 폭은 현재에도 격리 개구를 깊게 하지 않고도 훨씬 작아질 수 있어서, 통상의 격리 프로세스와 연관된 문제점을 피할 수도 있다. 격리 개구(210)의 폭이 더 작게 제조될 수 있다해도, 본 발명이 제공하는 이점 때문에 임계 전압은 여전히 동일하거나 또는 증가될 수 있다. 예를 들어 하나의 실시예에서 격리 개구(210)의 폭은 대략 0.2㎛에서 0.4㎛의 범위일 수있으며, 깊이는 대략 300nm일 수 있다.Referring to FIG. 2, a cross-sectional view of the semiconductor device 100 of FIG. 1 is followed by the formation of the isolation opening 210. Isolation openings 210 are formed by conventional etching techniques. As shown, the isolation opening 210 is formed into the tub region of the epitaxial layer 120. However, due to the advantages associated with the present invention, it should be noted that the size of the isolation opening 210 need not be increased to obtain the high threshold voltages required by the isolation structure of the prior art. In fact, the width of the isolation opening 210 can still be much smaller now without deepening the isolation opening, thereby avoiding the problems associated with conventional isolation processes. Although the width of the isolation opening 210 can be made smaller, the threshold voltage can still be the same or increased because of the advantages provided by the present invention. For example, in one embodiment the width of the isolation opening 210 may range from approximately 0.2 μm to 0.4 μm and the depth may be approximately 300 nm.

도 3은 격리 개구(210)내에 유전체 층(310)의 형성이 후속하는 도 2의 반도체 장치(100)의 단면도이다. 유전체 층(310)은 바람직하게 대략 4.4의 높은 유전체 상수를 갖는 실리콘 이산화물이다. 유전체 층(310)은 후에 증착되어 채워질 물질에 대한 스트레스 릴리프(stress relief)를 제공하며, 이는 다시 전류 누설을 최소화한다.3 is a cross-sectional view of the semiconductor device 100 of FIG. 2 followed by the formation of a dielectric layer 310 in the isolation opening 210. Dielectric layer 310 is preferably silicon dioxide having a high dielectric constant of approximately 4.4. Dielectric layer 310 provides stress relief for the material to be deposited and filled later, which again minimizes current leakage.

도 4를 참조하면, 격리 개구(210)내에 저 K 유전체 물질(410)의 형성이 후속하는 도 3의 반도체 장치(100)의 단면도가 도시되어 있다. 본 발명의 목적을 위해서, 저 K는 대략 4.4 미만의 임의의 유전체 상수로 규정된다. 그러나, 저 K 유전체 물질(410)은 대략 2.1의 유전체 상수를 갖는 것이 더욱 바람직하다. 저 K 유전체 물질(410)은 스핀 온 글래스 물질일 수도 있다. 그러나, 이와 다른 실시예에서는 흑 다이아몬드, 실크 또는 저 K를 갖는 다른 유사 물질이 또한 사용될 수 있다. 한가지 실시예에 있어서, 저 K 물질은 280nm의 두께를 갖는다. 실리콘 이산화물 같은 고 K 물질 대신에 격리 개구(210)내에 저 K 물질을 사용하는 것은 예기치 않았던 실질적으로 개선된 결과를 보여주어 왔다.Referring to FIG. 4, a cross-sectional view of the semiconductor device 100 of FIG. 3 is shown followed by the formation of a low K dielectric material 410 in the isolation opening 210. For the purposes of the present invention, low K is defined as any dielectric constant of less than approximately 4.4. However, it is more preferred that the low K dielectric material 410 has a dielectric constant of approximately 2.1. The low K dielectric material 410 may be a spin on glass material. However, in other embodiments black diamond, silk or other similar materials having a low K may also be used. In one embodiment, the low K material has a thickness of 280 nm. The use of low K materials in isolation openings 210 instead of high K materials such as silicon dioxide has shown unexpectedly improved results.

도 5를 간단히 참조하면, 평탄화(planarization) 프로세스가 후속하는 도 4의 반도체 장치(100)의 단면도가 도시되어 있다. 저 K 물질(410)의 증착에 후속하여, 반도체 장치는 통상의 화학적/기계적 프로세스에 의해 평탄화되는데, 도 5에 도시된 바와 같이 격리 구조(510)가 결과적으로 완료된다.Referring briefly to FIG. 5, there is shown a cross-sectional view of the semiconductor device 100 of FIG. 4 followed by a planarization process. Following deposition of the low K material 410, the semiconductor device is planarized by a conventional chemical / mechanical process, with the isolation structure 510 eventually completed as shown in FIG.

평탄화 프로세스에 후속하여, 도 6에 도시된 바와 같은 트랜지스터구조(600)가 통상의 프로세스에 의해 형성된다. 트랜지스터 구조(600)는 바람직하게는 금속 산화물 반도체(Metal Oxide Semiconductor : MOS)이거나, 더욱 바람직하게는 상보형 금속 산화물 반도체(Complementary Metal Oxide Semiconductor : CMOS)이다. 예시적인 실시예에 있어서, 트랜지스터 구조(600)는 소스 및 드레인 영역(640)과 접촉하는 게이트 산화물(630)상에 형성된 게이트(620)를 포함한다. 격리 구조(510)는 MOS 장치를 구성하는 결합된 트랜지스터 구조로부터 트랜지스터 구조(600)를 격리시킨다. 예를 들어, MOS 장치가 CMOS 장치라면, 트랜지스터 구조(600)는 p-type인 한편 결합 트랜지스터 구조는 n-type이어서 , npn CMOS 장치를 형성할 수 있다. 그러나, 이와 달리 트랜지스터 구조(600)는 n-type인 한편 결합 트랜지스터 구조는 p-type이어서, pnp CMOS 장치를 형성할 수 있다. 후속 도시를 위해, 도 6은 또한 유전체 층(650)내에 형성된 접촉 개구(660)를 갖는 유전체 층(650)을 도시한다. 당업자라면 MOS 장치를 완성시키는 방법을 이해할 것이다.Following the planarization process, transistor structure 600 as shown in FIG. 6 is formed by a conventional process. Transistor structure 600 is preferably a metal oxide semiconductor (MOS), or more preferably a complementary metal oxide semiconductor (CMOS). In an exemplary embodiment, transistor structure 600 includes a gate 620 formed over gate oxide 630 in contact with source and drain regions 640. Isolation structure 510 isolates transistor structure 600 from the coupled transistor structure that makes up the MOS device. For example, if the MOS device is a CMOS device, transistor structure 600 is p-type while coupled transistor structure is n-type, thereby forming an npn CMOS device. Alternatively, however, transistor structure 600 is n-type while coupled transistor structure is p-type, thus forming a pnp CMOS device. For subsequent illustration, FIG. 6 also shows a dielectric layer 650 having contact openings 660 formed in dielectric layer 650. Those skilled in the art will understand how to complete a MOS device.

본 발명이 제공하는 한가지 실시예에 있어서, 격리 구조(510)는 대략 0.4㎛ 의 폭과 대략 300nm의 깊이를 갖게 형성된다. 실리콘 이산화물의 20nm 층은 통상적으로 격리 개구(210)내에 증착되고, 대략 2.1의 저 K를 갖는 스핀 온 글래스 물질의 증착이 후속한다. 임계 전압과 커패시턴스의 테스트가 본 격리 구조(510)에 동등한 치수(dimension)를 갖는 통상의 격리 구조 및 본 격리 구조(510)에 대해 수행되었는데, 통상의 격리 구조는 고 K 유전체 물질인 실리콘 이산화물로 채워졌다. 종래 격리 구조의 임계 전압은 15V인 반면에 본 발명이 제공하는 격리 구조(510)는 대략 26V로 대략 76%의 임계 전압 개선을 나타낸다. 커패시턴스가 또한 측정된다.종래의 격리 구조는 8.63nF/cm2의 결합 커패시턴스를 갖는 반면에 본 발명이 제공하는 격리 구조(510)는 대략 4.87nF/cm2의 커패시턴스를 가져서 대략 56%의 결합 커패시턴스 개선을 나타낸다. 상술한 비교로부터, 본 발명이 제공하는 격리 구조(510)는 종래의 격리 구조에 비해 우수하고 예기치 않은 결과를 보여준다는 것이 명백하다.In one embodiment provided by the present invention, isolation structure 510 is formed having a width of approximately 0.4 μm and a depth of approximately 300 nm. A 20 nm layer of silicon dioxide is typically deposited in isolation opening 210, followed by deposition of spin on glass material having a low K of approximately 2.1. Testing of the threshold voltage and capacitance was performed on the conventional isolation structure and the present isolation structure 510 having dimensions equivalent to the present isolation structure 510, which is made of silicon dioxide, a high K dielectric material. Filled up. The threshold voltage of the conventional isolation structure is 15V, while the isolation structure 510 provided by the present invention exhibits a threshold voltage improvement of approximately 76% at approximately 26V. Capacitance is also measured. The conventional isolation structure has a coupling capacitance of 8.63 nF / cm 2 , while the isolation structure 510 provided by the present invention has a capacitance of approximately 4.87 nF / cm 2 , resulting in approximately 56% coupling capacitance. Indicates an improvement. From the above-mentioned comparison, it is clear that the isolation structure 510 provided by the present invention shows better and unexpected results than the conventional isolation structure.

또한, 전술한 것으로부터 본 발명이 격리 구조의 깊이 또는 폭을 증가시키지 않고 높은 임계 전압, 최소 전류 누설과 최소 기생 커패시턴스의 낮은 결합 커패시턴스를 갖는 반도체 장치를 제공한다는 것이 명백하다.It is also clear from the foregoing that the present invention provides a semiconductor device having a low combined capacitance of high threshold voltage, minimum current leakage and minimum parasitic capacitance without increasing the depth or width of the isolation structure.

본 발명이 상세히 설명되었지만, 당업자라면 본 발명의 사상과 범주를 벗어나지 않고 본 발명을 다양하게 변경, 대체 및 수정할 수 있다는 것을 이해해야 한다.Although the present invention has been described in detail, those skilled in the art should understand that various changes, substitutions and modifications can be made without departing from the spirit and scope of the invention.

본 발명은 고유한 격리 구조를 갖는 반도체 장치와 제조 방법을 제공하여 종래 기술에 비해 임계 전압과 결합 임피던스에서 개선된 결과를 제공한다.The present invention provides a semiconductor device and a fabrication method having a unique isolation structure to provide improved results in threshold voltage and coupling impedance compared to the prior art.

Claims (28)

반도체 장치에 있어서,In a semiconductor device, 기판내에 형성되는 격리 개구(an isolation opening)를 갖는 상기 기판과,The substrate having an isolation opening formed in the substrate, 상기 격리 개구내에 형성되는 유전체 층(a dielectric layer)과,A dielectric layer formed in said isolation opening, 상기 반도체 장치에 격리 구조를 형성하기 위해 상기 격리 개구내에 그리고 상기 유전체 층상에 형성되는 저 유전체 (K) 물질을 포함하는A low dielectric (K) material formed in the isolation opening and on the dielectric layer to form an isolation structure in the semiconductor device 반도체 장치.Semiconductor device. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 저 K 물질은 상기 유전체 층의 유전체 상수 미만의 유전체 상수를 갖는The low K material has a dielectric constant less than the dielectric constant of the dielectric layer. 반도체 장치.Semiconductor device. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 유전체 층은 실리콘 이산화물을 포함하는 반도체 장치.And the dielectric layer comprises silicon dioxide. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 저 K 물질은 스핀 온 글래스 물질(a spin on glass material)을 포함하는 반도체 장치.And the low K material comprises a spin on glass material. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 저 K 물질은 흑(black) 다이아몬드 또는 실크(silk)인 반도체 장치.And the low K material is black diamond or silk. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 격리 개구는 깊이가 대략 300nm인 반도체 장치.And the isolation opening is approximately 300 nm deep. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 격리 개구는 폭이 대략 0.2㎛에서 0.4㎛의 범위인 반도체 장치.And the isolation opening has a width in a range of approximately 0.2 μm to 0.4 μm. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 격리 구조는 대략 26V의 임계 전압을 갖는 반도체 장치.And the isolation structure has a threshold voltage of approximately 26V. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 격리 구조는 대략 4.87nF/cm2의 커패시턴스를 갖는 반도체 장치.The isolation structure has a capacitance of approximately 4.87 nF / cm 2 . 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 반도체 층의 두께는 대략 20nm인 반도체 장치.And the thickness of the semiconductor layer is approximately 20 nm. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 저 K 물질의 두께는 대략 280nm인 반도체 장치.And wherein said low K material is approximately 280 nm thick. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 한 쌍의 상기 격리 구조 사이에서 형성되는 트랜지스터 구조를 더 포함하는Further comprising a transistor structure formed between a pair of said isolation structures 반도체 장치.Semiconductor device. 제 12 항에 있어서,The method of claim 12, 상기 트랜지스터 구조는 CMOS 장치의 트랜지스터를 형성하는 반도체 장치.And the transistor structure forms a transistor of a CMOS device. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 기판은 반도체 웨이퍼상에 형성되는 에피텍셜 층(an epitaxial layer)인 반도체 장치.And the substrate is an epitaxial layer formed on the semiconductor wafer. 반도체 장치를 제조하는 방법에 있어서,In the method of manufacturing a semiconductor device, 상기 반도체 장치의 기판내에 격리 개구를 형성하는 단계와,Forming an isolation opening in a substrate of the semiconductor device; 상기 격리 개구내에 유전체 층을 형성하는 단계와,Forming a dielectric layer in the isolation opening; 상기 반도체 장치에 격리 구조를 형성하기 위해 상기 격리 개구내에 그리고 상기 유전체 층상에 저 유전체 (K) 물질을 형성하는 단계를 포함하는Forming a low dielectric (K) material in the isolation opening and on the dielectric layer to form an isolation structure in the semiconductor device. 반도체 장치 제조 방법.Semiconductor device manufacturing method. 제 15 항에 있어서,The method of claim 15, 상기 저 K 유전체 물질을 형성하는 단계는 상기 유전체 층의 유전체 상수 미만의 유전체 상수를 갖는 저 K 유전체 물질을 형성하는 단계를 포함하는 반도체 장치 제조 방법.Forming the low K dielectric material comprises forming a low K dielectric material having a dielectric constant less than the dielectric constant of the dielectric layer. 제 15 항에 있어서,The method of claim 15, 상기 유전체 층을 형성하는 단계는 실리콘 이산화물 층을 형성하는 단계를 포함하는 반도체 장치 제조 방법.Forming the dielectric layer comprises forming a silicon dioxide layer. 제 15 항에 있어서,The method of claim 15, 상기 저 K 물질을 형성하는 단계는 스핀 온 글래스 물질을 형성하는 단계를 포함하는 반도체 장치 제조 방법.Forming the low K material comprises forming a spin on glass material. 제 15 항에 있어서,The method of claim 15, 상기 저 K 물질을 형성하는 단계는 흑 다이아몬드 또는 실크를 형성하는 단계를 포함하는 반도체 장치 제조 방법.Forming the low K material comprises forming black diamond or silk. 제 15 항에 있어서,The method of claim 15, 격리 개구를 형성하는 단계는 상기 격리 개구를 대략 300nm의 깊이로 형성하는 단계를 포함하는 반도체 장치 제조 방법.Forming an isolation opening comprises forming the isolation opening to a depth of approximately 300 nm. 제 15 항에 있어서,The method of claim 15, 상기 격리 개구를 형성하는 단계는 상기 격리 개구를 대략 0.2㎛에서 0.4㎛의 범위의 폭으로 형성하는 단계를 포함하는 반도체 장치 제조 방법.Forming the isolation opening comprises forming the isolation opening in a width in the range of approximately 0.2 μm to 0.4 μm. 제 15 항에 있어서,The method of claim 15, 격리 구조를 형성하는 단계는 대략 26V의 임계 전압을 갖는 상기 격리 구조를 형성하는 단계를 포함하는 반도체 장치 제조 방법.Forming an isolation structure comprises forming the isolation structure having a threshold voltage of approximately 26V. 제 15 항에 있어서,The method of claim 15, 격리 구조를 형성하는 단계는 대략 4.87nF/cm2의 커패시턴스를 갖는 상기 격리 구조를 형성하는 단계를 포함하는 반도체 장치 제조 방법.Forming an isolation structure comprises forming the isolation structure having a capacitance of approximately 4.87 nF / cm 2 . 제 15 항에 있어서,The method of claim 15, 유전체 층을 형성하는 단계는 유전체 층을 대략 20nm의 두께로 형성하는 단계를 포함하는 반도체 장치 제조 방법.Forming the dielectric layer comprises forming the dielectric layer to a thickness of approximately 20 nm. 제 15 항에 있어서,The method of claim 15, 저 유전체 물질을 형성하는 단계는 저 유전체 물질을 대략 280nm의 두께로 형성하는 단계를 포함하는 반도체 장치 제조 방법.Forming the low dielectric material comprises forming the low dielectric material to a thickness of approximately 280 nm. 제 15 항에 있어서,The method of claim 15, 한 쌍의 상기 격리 구조 사이에 트랜지스터 구조를 형성하는 단계를 더 포함하는 반도체 장치 제조 방법.Forming a transistor structure between the pair of isolation structures. 제 26 항에 있어서,The method of claim 26, 상기 트랜지스터 구조를 형성하는 단계는 CMOS 장치의 트랜지스터를 형성하는 반도체 장치 제조 방법.Forming the transistor structure forms a transistor of a CMOS device. 제 15 항에 있어서,The method of claim 15, 기판을 형성하는 단계는 상기 반도체 웨이퍼상에 에피텍셜 층을 형성하는 단계를 포함하는 반도체 장치 제조 방법.Forming a substrate includes forming an epitaxial layer on the semiconductor wafer.
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