KR20030056905A - Method for manufacturing isolation of semiconductor device - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 반도체 소자의 격리막 제조에 관한 것으로 특히, 액티브 영역의 에지 부분에 전기장이 집중되는 현상을 방지할 수 있는 반도체 소자의 격리막 제조방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to the fabrication of a separator for a semiconductor device, and more particularly, to a method for fabricating a separator of a semiconductor device capable of preventing a phenomenon in which an electric field is concentrated at an edge portion of an active region.
일반적으로 반도체 소자가 점차로 고집적화 됨에 따라 그에 따른 여러 가지 방법 중 소자 격리영역과 소자 형성영역 즉, 활성영역의 크기를 축소하는 방법들이 제안되고 있다.In general, as semiconductor devices are increasingly integrated, methods for reducing the size of device isolation regions and device formation regions, that is, active regions, have been proposed.
상기와 같은 소자 격리영역의 형성기술로는 로코스(LOCOS : Local Oxidation of Silicon) 공정을 사용하였다.As a technology for forming the device isolation region as described above, a LOCOS (Local Oxidation of Silicon) process was used.
이러한 로코스 공정을 이용한 격리영역 형성공정은 그 공정이 간단하고 재현성이 우수하다는 장점이 있어 많이 사용되고 있다.The isolation region forming process using the LOCOS process has been widely used because of its advantages that the process is simple and excellent in reproducibility.
그러나, 소자가 점차로 고집적화에 따라 로코스 공정으로 격리영역을 형성하는 경우 로코스로 형성된 격리산화막의 특징인 활성영역으로 확장되는 격리산화막 에지부의 버즈빅(Bird's Beak) 발생 때문에 활성영역의 면적이 축소되어 64MB급 이상의 디램(DRAM : Dynamic Random Access Memory) 소자에서 사용하기에는 적합하지 못한 것으로 알려져 있다.However, when the device forms an isolation region by the LOCOS process as the device is gradually integrated, the area of the active region is reduced due to the occurrence of Bird's Beak at the edge of the isolation oxide that extends to the active region which is characteristic of the isolation oxide formed by LOCOS. It is not suitable for use in DRAMs of more than 64MB.
그래서, 일반적인 로코스를 이용한 격리영역의 형성방법에는 버즈빅의 생성을 방지하거나 또는 버즈빅을 제거하여 격리영역을 축소하고 활성영역을 늘리는 등의 어드밴스드 로코스(Advanced LOCOS) 공정이 제안되어 64MB 또는 256MB급 디램의 제조공정에서 사용되었다.Therefore, the method of forming an isolation region using a conventional LOCOS has been proposed an advanced LOCOS process such as preventing the generation of buzz big or removing the buzz big to reduce the isolation area and increase the active area. It was used in the manufacturing process of 256MB DRAM.
그러나, 이러한 어드밴스드 로코스를 사용한 격리영역의 형성공정도 Giga급 이상의 디램에서는 격리영역이 차지하는 면적이 크다는 문제점과 로코스 공정으로 형성되는 필드 산화막이 실리콘 기판과의 계면에서 형성되면서 실리콘 기판의 농도가 필드 산화막과 결합으로 인해 낮아지게 되어 결과적으로 누설전류가 발생하는등의 문제점이 발생하여 격리영역의 특성이 나빠지므로 기가 디램급 이상의 격리영역 형성방법으로 격리영역의 두께 조절이 용이하고 격리 효과를 높일 수 있는 트랜치(Trench)를 이용한 격리영역 형성방법이 제안되었다.However, in the process of forming the isolation region using the advanced advanced process, the area occupied by the isolation region is large in the DRAM of Giga class or higher, and the concentration of the silicon substrate increases as the field oxide film formed by the LOCOS process is formed at the interface with the silicon substrate. Due to the combination with the field oxide film, it is lowered, and as a result, problems such as leakage current are generated, resulting in deterioration of the characteristics of the isolation region. A method of forming an isolation region using a trench can be proposed.
이하, 종래 기술에 따른 반도체 소자의 격리막 제조방법을 첨부된 도면을 참조하여 설명하기로 한다.Hereinafter, a method of manufacturing a separator of a semiconductor device according to the prior art will be described with reference to the accompanying drawings.
도 1a 내지 도 1f는 종래의 반도체 소자의 격리막 제조방법을 설명하기 위한 공정 단면도이다.1A to 1F are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a separator of a conventional semiconductor device.
도 1a에 도시한 바와 같이, 종래의 반도체 소자의 격리막 제조방법은 반도체 기판(1) 상에 패드 산화막(2)과 질화막(3)을 차례로 증착한다.As shown in FIG. 1A, in the conventional method for manufacturing an isolation film of a semiconductor device, a pad oxide film 2 and a nitride film 3 are sequentially deposited on a semiconductor substrate 1.
이때, 상기 패드 산화막(2)은 140Å의 두께로 형성하고, 상기 질화막(3)은 1000Å의 두께로 형성한다.In this case, the pad oxide film 2 is formed to a thickness of 140 kPa and the nitride film 3 is formed to a thickness of 1000 kPa.
이어, 이어 도 1b에 도시한 바와 같이, 상기 질화막(3)의 전면에 감광물질을 도포한 후, 노광 및 현상공정을 통해 설정된 임계치수(Critical Dimention)에 따라 감광물질을 패터닝하여 액티브(Active) 영역과 필드(Field) 영역이 정의된 감광막 패턴(도시하지 않음)을 형성한다.Subsequently, as shown in FIG. 1B, after the photosensitive material is coated on the entire surface of the nitride film 3, the photosensitive material is patterned according to a critical dimension set through an exposure and developing process to be active. A photoresist pattern (not shown) defining a region and a field region is formed.
그리고, 상기 감광막 패턴을 마스크로 사용하여 상기 질화막과 산화막을 선택적으로 제거하여 질화막 패턴(3)과 산화막 패턴(2)을 형성한다.Then, the nitride film and the oxide film are selectively removed using the photosensitive film pattern as a mask to form the nitride film pattern 3 and the oxide film pattern 2.
또한, 상기 감광막 패턴을 마스크로 이용하여 건식식각(Dry Etch)을 통해 필드 영역에 해당하는 상기 반도체 기판(1)을 선택적으로 제거하여 3500Å의 깊이를 갖는 트랜치(Trench)를 형성한다.Further, by using the photoresist pattern as a mask, the semiconductor substrate 1 corresponding to the field region is selectively removed through dry etching to form a trench having a depth of 3500 μs.
이어, 도 1c에 도시한 바와 같이, 상기 트랜치를 포함한 전면에 HDP(High Density Plasma) 산화막(4)을 증착한다.Subsequently, as illustrated in FIG. 1C, an HDP (High Density Plasma) oxide film 4 is deposited on the entire surface including the trench.
이때, 상기 HDP 산화막(4)은 화학기상 증착법(CVD : Chemical Vapor Peposition)을 이용하여 증착한다.At this time, the HDP oxide film 4 is deposited using a chemical vapor deposition (CVD).
그리고, 도 1d에 도시한 바와 같이, 상기 HDP 산화막(6)이 증착된 반도체 기판(1)의 전면에 화학적 기계적 연마법(Chemical Mechancal Polishing : CMP) 공정을 실시하여 상기 질화막 패턴(3)이 노출되도록 반도체 기판(1)의 표면을 평탄화시키는 동시에 상기 트랜치에 STI(Shallow Trench Isolation)(4a)를 형성한다.As illustrated in FIG. 1D, a chemical mechanical polishing (CMP) process is performed on the entire surface of the semiconductor substrate 1 on which the HDP oxide film 6 is deposited, thereby exposing the nitride film pattern 3. The surface of the semiconductor substrate 1 is planarized so as to form a shallow trench isolation (STI) 4a in the trench.
이어, 도 1e에 도시한 바와 같이, 상기 질화막 패턴(3)을 습식식각(Wet Etch)으로 제거한 후, 상기 반도체 기판(1)에 전세 공정을 실시하여 산화막 패턴(2) 및 공정중에 발생한 이물질들을 제거함으로써 소자 격리영역인 STI 공정을 완료한다.Subsequently, as illustrated in FIG. 1E, the nitride film pattern 3 is removed by wet etching, and then the semiconductor substrate 1 is subjected to a charter process to remove the oxide film pattern 2 and foreign substances generated during the process. This completes the STI process, the device isolation region.
그리고, 도 1f에 도시한 바와 같이, 전면에 불산(HF)를 이용한 클리닝 공정을 진행한 후, 상기 반도체 기판(1)의 액티브 영역에 폴리실리콘(5)을 증착한다.As shown in FIG. 1F, after the cleaning process using hydrofluoric acid (HF) is performed on the entire surface, polysilicon 5 is deposited on the active region of the semiconductor substrate 1.
이어, 게이트 전극, 소오스 및 드레인 영역을 형성하고, 상기 게이트 전극과 소오스 및 드레인 영역에 비트라인 콘택(Bitline Contact)과 노드 콘택(Node Contact)을 형성한다.Subsequently, a gate electrode, a source and a drain region are formed, and a bitline contact and a node contact are formed in the gate electrode and the source and drain regions.
상기와 같은 종래의 반도체 소자의 격리막 제조방법은 다음과 같은 문제점이 있다.The conventional method of manufacturing a separator of a semiconductor device as described above has the following problems.
질화막을 에칭 스톱층으로 이용하여 소자 격리용 절연막이 증착된 반도체 기판을 화학적 기계 연마 공정으로 평탄화하는 경우에 액티브 영역의 질화막과 필드 영역의 소자 격리용 절연막간의 연마비 차이로 인하여 소자 격리용 절연막의 모서리 영역(가)에 디슁(Dishing)이 발생한다.In the case where the nitride substrate is used as an etch stop layer and the semiconductor substrate on which the device isolation insulating film is deposited is planarized by a chemical mechanical polishing process, due to the difference in the polishing ratio between the nitride film in the active region and the device isolation insulating film in the field region, Dicing occurs in the corner area.
이에 따라, 소자 격리용 절연막의 모서리 영역에서 전류 누설이 발생하며, 액티브 영역의 에지 부분에 집중되는 전기장으로 인한 험프 현상 및 INWE(Inverse Narrow Width Effect)를 초래하여 소자의 전기적 특성을 악화시킨다.As a result, current leakage occurs in the corner region of the device isolation insulating layer, resulting in a hump phenomenon and an inverse narrow width effect (INWE) due to an electric field concentrated in the edge portion of the active region, thereby deteriorating the electrical characteristics of the device.
본 발명은 이와 같은 종래 기술의 반도체 소자의 격리막 제조방법의 문제를 해결하기 위한 것으로, 반도체 기판 상의 필드 영역에 도핑된 폴리실리콘층을 형성하고 액티브 영역에 SEG막을 형성함으로써, 액티브 영역의 에지 부분에 전기장이 집중되는 현상을 방지하여 소자의 전기적 특성을 향상시키는 데 적당한 반도체 소자의 격리막 제조방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention solves the problem of the conventional method of manufacturing an isolation film of a semiconductor device, and by forming a doped polysilicon layer in a field region on a semiconductor substrate and forming an SEG film in the active region, It is an object of the present invention to provide a method for manufacturing a separator of a semiconductor device suitable for improving the electrical characteristics of the device by preventing the electric field from being concentrated.
도 1a 내지 도 1f는 종래의 반도체 소자의 격리막 제조방법을 설명하기 위한 공정 단면도1A to 1F are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a separator of a conventional semiconductor device.
도 2a 내지 도 2f는 본 발명에 의한 반도체 소자의 격리막 제조방법을 설명하기 위한 공정 단면도2A to 2F are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a separator of a semiconductor device according to the present invention.
도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명Explanation of symbols for the main parts of the drawings
21 : 반도체 기판 22 : 패드 산화막21 semiconductor substrate 22 pad oxide film
23 : 도핑된 폴리실리콘층 24 : 산화막23 doped polysilicon layer 24 oxide film
25 : SEG막 26 : 게이트 산화막25: SEG film 26: gate oxide film
27 : 폴리실리콘27: polysilicon
이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 반도체 소자의 격리막 제조방법은 제 1 영역과 제 2 영역으로 정의된 반도체 기판 상에 패드 산화막, 도핑된 폴리실리콘층을 차례로 형성하는 단계; 제 1 영역의 반도체 기판이 노출되도록 패드 산화막, 도핑된 폴리실리콘층을 선택적으로 제거하여 트렌치를 형성하는 단계; 전면에 산화막을 형성하는 단계; 제 1 영역의 반도체 기판 상에 형성된 산화막을 제거하는 단계; 상기 트렌치에 실리콘층을 형성하는 단계를 포함함을 특징으로 한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a method of fabricating an isolation layer of a semiconductor device, the method comprising: sequentially forming a pad oxide layer and a doped polysilicon layer on a semiconductor substrate defined by a first region and a second region; Selectively removing the pad oxide layer and the doped polysilicon layer to expose the semiconductor substrate in the first region to form a trench; Forming an oxide film on the entire surface; Removing the oxide film formed on the semiconductor substrate of the first region; And forming a silicon layer in the trench.
이하, 본 발명의 반도체 소자의 격리막 제조방법을 첨부된 도면을 참조하여 설명하기로 한다.Hereinafter, a method of manufacturing a separator of a semiconductor device of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
도 2a 내지 도 2f는 본 발명에 의한 반도체 소자의 격리막 제조방법을 설명하기 위한 공정 단면도이다.2A to 2F are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing an isolation film of a semiconductor device according to the present invention.
도 2a에 도시한 바와 같이, 반도체 기판(21)을 실리콘(Si)이 노출되도록 세정한 후, 상기 반도체 기판(21)의 전면에 패드 산화막(22)을 형성한다.As shown in FIG. 2A, after the semiconductor substrate 21 is cleaned to expose silicon (Si), a pad oxide film 22 is formed on the entire surface of the semiconductor substrate 21.
이때, 상기 패드 산화막(22)은 500Å의 두께로 형성한다.In this case, the pad oxide film 22 is formed to a thickness of 500 kPa.
그리고, 상기 패드 산화막(22) 상에 고농도의 N형 불순물이 도핑된 폴리실리콘(N+ Poly silicon)(23)을 4000Å의 두께로 증착한다.In addition, polysilicon (N + Poly silicon) 23 doped with a high concentration of N-type impurities is deposited on the pad oxide layer 22 to a thickness of 4000 kPa.
이어, 도 2b에 도시한 바와 같이, 상기 도핑된 폴리실리콘층(23) 상에 감광물질을 도포한 후, 노광 및 현상공정으로 감광물질을 패터닝하여 액티브 영역과 필드 영역이 정의된 감광막 패턴(도시하지 않음)을 형성한다.Subsequently, as shown in FIG. 2B, after the photosensitive material is coated on the doped polysilicon layer 23, the photosensitive material is patterned by an exposure and development process to define an active region and a field region. Not).
그리고, 상기 감광막 패턴을 마스크로 이용하여 액티브 영역의 상기 도핑된 폴리실리콘층(23) 및 패드 산화막(22)을 선택적으로 제거하여 트렌치를 형성한다.The trench is formed by selectively removing the doped polysilicon layer 23 and the pad oxide layer 22 in the active region using the photoresist pattern as a mask.
이때, 상기 패드 산화막(22)이 완전히 제거되어 액티브 영역의 반도체 기판(21)의 표면이 노출되도록 식각공정을 진행한다.At this time, the pad oxide layer 22 is completely removed to perform an etching process to expose the surface of the semiconductor substrate 21 in the active region.
이후, 도 2c에 도시한 바와 같이, 산소(O2)가 주입된 산화막 생성로 내에서 열처리하여 상기 도핑된 폴리실리콘층(23)과 노출된 반도체 기판(21)에 산화막(24)을 성장시킨다.Thereafter, as illustrated in FIG. 2C, an oxide film 24 is grown on the doped polysilicon layer 23 and the exposed semiconductor substrate 21 by heat treatment in an oxide film generator in which oxygen (O 2 ) is injected. .
이때, 상기 도핑된 폴리실리콘층(23)에 형성되는 산화막(24)은 상기 노출된 반도체 기판(21)에 형성되는 산화막(24)에 비해 산화율(Oxidation rate)이 5배 이상 높다.At this time, the oxide film 24 formed on the doped polysilicon layer 23 has an oxidation rate of 5 times higher than that of the oxide film 24 formed on the exposed semiconductor substrate 21.
따라서, 인(P)이 고농도로 도핑된 폴리실리콘층(23)에 700Å의 두께로 산화막(24)을 형성하면 반도체 기판(21)에는 약 150Å의 두께로 산화막(24)이 형성된다.Therefore, when the oxide film 24 is formed in the polysilicon layer 23 doped with phosphorus (P) at a concentration of 700 kPa, the oxide film 24 is formed in the semiconductor substrate 21 at a thickness of about 150 kPa.
이어, 도 2d에 도시한 바와 같이, 트렌치 내의 반도체 기판(21)에 형성된 산화막(24)을 제거하기 위해 불산(HF)을 이용하여 상기 산화막(24)의 일정 두께를 제거하는데, 이때 200Å의 두께를 제거하기 위한 공정조건으로 진행한다.Subsequently, as shown in FIG. 2D, in order to remove the oxide film 24 formed on the semiconductor substrate 21 in the trench, a predetermined thickness of the oxide film 24 is removed using hydrofluoric acid (HF), where the thickness of 200 μs is obtained. Proceed to process conditions to remove.
따라서, 트렌치 내의 반도체 기판(21)에 형성된 산화막(24)은 제거되고, 상기 도핑된 폴리실리콘층(23)에 형성된 산화막(24)은 500Å의 두께로 남게 된다.Thus, the oxide film 24 formed on the semiconductor substrate 21 in the trench is removed, and the oxide film 24 formed on the doped polysilicon layer 23 is left to a thickness of 500 kPa.
그리고, 도 2e에 도시한 바와 같이, 상기 노출된 반도체 기판(21)의 표면으로부터 상기 트렌치 패턴을 매립할 수 있도록 SEG(Silicon Epitaxial Growth)막(25)을 성장시킨다.As illustrated in FIG. 2E, a silicon epitaxial growth (SEG) film 25 is grown to fill the trench pattern from the exposed surface of the semiconductor substrate 21.
여기서, 실리콘(Si)에서 성장하는 상기 SEG막(25)은 상기 도핑된 폴리실리콘층(23)이 산화막(24)에 의해 둘러싸여져 있으므로 반도체 기판(21)에서만 성장하게 된다.Here, the SEG film 25 growing in silicon (Si) is grown only on the semiconductor substrate 21 because the doped polysilicon layer 23 is surrounded by the oxide film 24.
이때, 상기 SEG막(25)은 상기 도핑된 폴리실리콘층(23) 상에 형성된 산화막(24) 상부와 500Å의 단차를 갖도록 낮게 성장시킨다.At this time, the SEG film 25 is grown low so as to have a step of 500 와 with an upper portion of the oxide film 24 formed on the doped polysilicon layer 23.
이후, 도 2f에 도시한 바와 같이, 세정 공정을 실시하여 공정 중에 발생한이물질들을 제거한 후, 전면에 게이트 산화막(26)을 형성한다.Thereafter, as illustrated in FIG. 2F, a cleaning process is performed to remove foreign substances generated during the process, and then a gate oxide layer 26 is formed on the entire surface.
그리고, 상기 게이트 산화막(27) 상에 게이트 전극 형성을 위해 폴리실리콘(27)을 증착한다.Then, polysilicon 27 is deposited on the gate oxide layer 27 to form a gate electrode.
상기와 같은 본 발명의 반도체 소자의 격리막 제조방법은 다음과 같은 효과가 있다.The manufacturing method of the separator of the semiconductor device of the present invention as described above has the following effects.
반도체 기판 상의 필드 영역에 도핑된 폴리실리콘층을 형성하고 액티브 영역에 SEG막을 형성함으로써, 액티브 영역의 에지 부분에 전기장이 집중되는 현상을 방지하여 소자의 전기적 특성을 악화시키는 STI의 험프 현상을 방지할 수 있다.By forming a doped polysilicon layer in the field region on the semiconductor substrate and forming an SEG film in the active region, it is possible to prevent the electric field from being concentrated in the edge portion of the active region, thereby preventing the hump phenomenon of the STI, which deteriorates the electrical characteristics of the device. Can be.
또한, 반도체 기판을 식각하여 트렌치를 형성하는 공정과 트렌치에 매립된 절연막을 연마하는 화학적 기계적 연마 공정이 요구되지 않으므로 공정을 간소화할 수 있다.In addition, since the process of etching the semiconductor substrate to form the trench and the chemical mechanical polishing process of polishing the insulating film embedded in the trench are not required, the process can be simplified.
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