KR20040008618A - Method for isolation in semiconductor device using trench structure - Google Patents

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Abstract

PURPOSE: A trench isolation method of a semiconductor device is provided to be capable of preventing moat and INWE(Inverse Narrow Width Effect). CONSTITUTION: A trench mask pattern is formed on a semiconductor substrate(31). A spacer is formed at sidewalls of the trench mask pattern. A trench(37) is formed by etching the substrate using the spacer and the mask pattern. After removing the spacer, an INWE compensation layer(38) is formed by implanting dopants. An oxide liner(39) is formed on the trench. A nitride liner(40b) is formed on the oxide liner. An isolation layer(41) is formed in the trench. After planarizing the isolation layer, the trench mask pattern is removed.

Description

트렌치구조를 이용한 반도체소자의 소자분리 방법{Method for isolation in semiconductor device using trench structure}Device isolation method of semiconductor device using trench structure {Method for isolation in semiconductor device using trench structure}

본 발명은 반도체 소자의 제조 방법에 관한 것으로, 특히 소자분리(Isolation; ISO) 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 an isolation (ISO) method.

최근에 반도체소자의 집적도가 증가함에 따라 디자인 룰이 감소하고, 따라서 반도체소자와 반도체소자를 분리하는 소자분리막의 크기도 같은 스케일(scale)만큼 축소되어 통상의 LOCOS(Local Oxidation of Silicon) 방법은 그 적용이 한계에 이르게 되었다.In recent years, as the integration degree of semiconductor devices increases, the design rule decreases. Accordingly, the size of the device isolation film separating the semiconductor devices from the semiconductor devices is also reduced by the same scale, so that the conventional LOCOS method is known. Application has reached its limit.

이를 해결하기 위해 STI(Shallow Trench Isolation) 방법이 제안되었으며, STI 방법은 최소 소자분리 피치(pitch), 더욱 평탄한 표면, 래치업 면역성(latch-up immunity) 증대를 제공하기 위해 필수적인 요소가 되었다.To solve this problem, the Shallow Trench Isolation (STI) method has been proposed, and the STI method has become an essential element to provide minimum device isolation pitch, a flatter surface, and increased latch-up immunity.

일반적인 STI 방법은 먼저 반도체기판상에 패드산화막과 패드질화막을 증착하고, 소자분리마스크 과정 및 식각과정을 통해 트렌치를 형성한 후, 트렌치 측벽을 산화시킨다. 이때, 트렌치 측벽을 산화시키는 이유는 트렌치 식각 과정중 측벽에 발생될 수 있는 결함을 제거하기 위함이다. 다음으로, 트렌치 식각 이후 형성된 트렌치 내부를 산화물(이하 '필드산화막'이라 약칭함)로 갭필(Gap-fill)한 후 화학적기계적연마(Chemical Mechanical Polishing; CMP)로 평탄화한다. 그 다음, 활성영역이 형성된 위치의 패드질화막을 제거하는 일련의 과정을 거치면서 소자와 소자사이의 분리가 이루어진다.A typical STI method first deposits a pad oxide film and a pad nitride film on a semiconductor substrate, forms a trench through a device isolation mask process and an etching process, and then oxidizes the trench sidewalls. At this time, the reason for oxidizing the trench sidewall is to remove defects that may occur in the sidewalls during the trench etching process. Next, the inside of the trench formed after the trench etching is gap-filled with an oxide (hereinafter referred to as 'field oxide film') and then planarized by chemical mechanical polishing (CMP). Then, the separation between the device and the device is performed while going through a series of processes to remove the pad nitride film in the position where the active region is formed.

도 1은 일반적인 STI 방법에 의한 소자 분리 방법을 개략적으로 도시한 도면이다.1 is a view schematically showing a device isolation method by a general STI method.

도 1을 참조하면, 반도체기판(11)을 식각하여 트렌치(12)를 형성하고, 트렌치(12)에 필드산화막(13)을 채우며, 반도체기판의 활성영역상에 게이트산화막(14)을 형성하고, 게이트산화막(14)상에 게이트전극(15)을 형성한다. 그리고, 반도체기판(11)의 활성영역에 p형 불순물인 보론을 이온주입하여 채널영역(16)을 형성한다.Referring to FIG. 1, the trench 12 is formed by etching the semiconductor substrate 11, the field oxide layer 13 is filled in the trench 12, and the gate oxide layer 14 is formed on the active region of the semiconductor substrate. The gate electrode 15 is formed on the gate oxide film 14. The channel region 16 is formed by ion implanting boron, which is a p-type impurity, into the active region of the semiconductor substrate 11.

그러나, STI 방법을 통해 소자간 분리를 이루는 경우, nMOSFET는 LOCOS 방법과는 반대로 채널폭이 감소함에 따라 문턱전압이 감소하는 역협폭효과(Inverse Narrow Width Effect; INWE)가 나타나게 된다. 이는 도 1에 도시된 바와 같이, STI 방법을 적용하는 경우, 버드빅이 없고 활성영역도 거의 수직에 가깝게 형성되어 게이트전계의 프린지 효과(fringe effect)(도 1의 'F')의 증가가 나타나기 때문이다.However, when the devices are separated through the STI method, the nMOSFET exhibits an inverse narrow width effect (INWE) in which the threshold voltage decreases as the channel width decreases in contrast to the LOCOS method. As shown in FIG. 1, when the STI method is applied, there is no Budvik and the active region is formed almost vertically, resulting in an increase in the fringe effect ('F' in FIG. 1) of the gate electric field. Because.

또한, 활성영역 모서리 부근에서의 게이트산화막의 얇아짐이 초래되어 문턱전압의 감소와 함께 전계 집중에 의한 게이트산화막의 특성 열화가 발생된다.In addition, thinning of the gate oxide film near the edges of the active region results in a decrease in threshold voltage and deterioration of characteristics of the gate oxide film due to electric field concentration.

더욱이, 이러한 nMOSFET에서의 역협폭효과 현상은 p웰 및 문터전압제어용으로 주입된 채널이온주입 도펀트인 보론(Boron; B)의 필드산화막(13)내로의 세그리게이션(segregation)(도 1의 'S')에 의해 더욱 심화되는 문제가 있다.In addition, the phenomenon of inverse narrowing effect in the nMOSFET is caused by the segmentation into the field oxide layer 13 of boron (B), which is a channel ion implantation dopant implanted for p well and moon voltage control (FIG. There is a problem that is further deepened by S ').

이를 보상하기 위해 채널이온주입 도펀트인 보론의 주입량을 증가시킬 경우 접합누설전류가 증가하게 되어 대기(Stand-by) 상태의 전력 증가와 특히 DRAM에서는 리프레시 특성 열화를 피할 수 없다. 더욱이 STI 구조에 대한 문턱전압의 변화는 소자 특성을 정확하게 제어하여 균일도를 확보하는데 있어서도 심각한 문제가 된다.To compensate for this, increasing the injection amount of boron, a channel ion implantation dopant, increases the junction leakage current, which inevitably leads to an increase in standby power and deterioration of refresh characteristics in DRAM. In addition, the change of the threshold voltage for the STI structure is a serious problem in ensuring uniformity by accurately controlling device characteristics.

STI 방법의 또다른 문제점은 STI 를 형성하는데 있어서, 도 2에 도시된 바와 같이, 필드산화막(22)과 반도체기판(21)의 활성영역(21a)간의 단차가 형성될 수 있다는 점이다. 이로 인해 패드질화막 제거후 진행되는 패드산화막 제거 및 세정을 비롯하여 문턱전압 주입 스크린산화막을 위한 전세정(pre-cleaning), 게이트산화막 전세정과 같은 세정 공정에서 활성영역과 필드산화막 경계의 모서리 부근에서 '모우트(Moat)'라고 하는 필드산화막 손실(도 2의 'M')이 발생한다. 이 경우에도 게이트전계의 프린지효과 증가에 의한 문턱전압 감소와 함께 게이트 형성중 폴리실리콘막과 같은 도전물질을 증착하고 식각할 때 필드산화막 측벽에 도전물질의 잔막이 잔류할 우려가 있다. 도전물질인 잔막은 이웃하는 게이트전극간에 숏트를 유발할 가능성이 있다.Another problem of the STI method is that in forming the STI, as shown in FIG. 2, a step may be formed between the field oxide film 22 and the active region 21a of the semiconductor substrate 21. As a result, in the cleaning processes such as pad oxide removal and cleaning performed after pad nitride removal, pre-cleaning for threshold voltage injection screen oxide, and pre-cleaning of gate oxide, the `` moor '' near the edge of the active region and field oxide boundary A field oxide film loss ('M' in FIG. 2) called 'Moat' occurs. Even in this case, there is a possibility that the remaining film of the conductive material may remain on the sidewalls of the field oxide film when the conductive material such as the polysilicon film is deposited and etched while the gate is formed and the threshold voltage is reduced due to the increased fringe effect of the gate electric field. The remaining film, which is a conductive material, may cause a short between neighboring gate electrodes.

본 발명은 상기한 종래기술의 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로, 역협폭효과 및 모우트 현상을 동시에 방지하는데 적합한 반도체소자의 소자분리 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention has been made to solve the above problems of the prior art, an object of the present invention is to provide a device separation method of a semiconductor device suitable for preventing the inverse narrow effect and the moat phenomenon at the same time.

도 1은 일반적인 STI 방법에 의한 소자 분리 방법을 개략적으로 도시한 도면,1 is a view schematically showing a device isolation method by a general STI method,

도 2는 종래기술에 따른 모우트 현상을 도시한 도면,2 is a diagram illustrating a moat phenomenon according to the prior art;

도 3a 내지 도 3i는 본 발명의 제1 실시예에 따른 반도체소자의 소자분리 방법을 도시한 공정 단면도,3A to 3I are cross-sectional views illustrating a device isolation method of a semiconductor device in accordance with a first embodiment of the present invention;

도 4a 내지 도 4i는 본 발명의 제2 실시예에 따른 반도체소자의 소자분리 방법을 도시한 공정 단면도.4A to 4I are cross-sectional views illustrating a device isolation method of a semiconductor device in accordance with a second embodiment of the present invention.

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

31 : 반도체기판 32 : 패드산화막31 semiconductor substrate 32 pad oxide film

33 : 패드질화막 35 : 식각스톱층33: pad nitride film 35: etching stop layer

36 : 질화막스페이서 37 : 트렌치36: nitride spacer 37: trench

38 : 역협폭효과보상층 39 : 산화막라이너38: inverse narrow effect compensation layer 39: oxide film liner

40 : 질화막라이너 41 : 필드산화막40: nitride film liner 41: field oxide film

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 반도체소자의 소자 분리 방법은 반도체기판상에 설정된 값보다 작게 활성영역을 정의하는 마스크층을 형성하는 단계, 상기 마스크층의 측벽에 스페이서를 형성하는 단계, 상기 마스크층과 상기 스페이서를 식각마스크로 상기 반도체기판을 식각하여 트렌치를 형성하는 단계, 상기 스페이서를 제거하여 상기 트렌치의 어깨부를 노출시키는 단계, 상기 마스크층을 마스크로 도펀트를 이온주입하여 역협폭효과보상층을 형성하는 단계, 상기 트렌치의 전영역과 상기 트렌치의 어깨부에 걸치는 산화막라이너를 형성하는 단계, 상기 산화막라이너를 포함한 전면에 질화막라이너를 형성하는 단계, 상기 트렌치를 채울때까지 상기 질화막라이너상에 필드산화막을 형성하는 단계, 상기 마스크층의 표면이 드러날때까지 상기 필드산화막을 평탄화하는 단계, 및 상기 마스크층을 제거하는 단계를 포함함을 특징으로 한다.The device isolation method of the semiconductor device of the present invention for achieving the above object is to form a mask layer defining an active region smaller than a value set on a semiconductor substrate, forming a spacer on the sidewall of the mask layer, the mask Forming a trench by etching the semiconductor substrate using an etch mask with a layer and the spacer; exposing the shoulder portion of the trench by removing the spacer; and implanting a dopant with the mask layer as a mask to inverse narrow effect compensation layer Forming an oxide film liner covering the entire region of the trench and the shoulder portion of the trench; forming a nitride film liner on the entire surface including the oxide film liner; and forming the nitride film liner on the nitride film liner until the trench is filled. Forming a field oxide layer until the surface of the mask layer is exposed Characterized in that it comprises the step of flattening the group field oxide film, and removing the mask layer.

또한, 본 발명의 반도체소자의 소자분리 방법은 반도체기판상에 설정된 값보다 작게 활성영역을 정의하는 마스크층을 형성하는 단계, 상기 마스크층의 측벽에 스페이서를 형성하는 단계, 상기 마스크층과 상기 스페이서를 식각마스크로 상기 반도체기판을 식각하여 트렌치를 형성하는 단계, 상기 스페이서를 제거하여 상기 트렌치의 어깨부를 노출시키는 단계, 상기 노출된 트렌치를 포함한 전면에 도펀트 부화층을 형성하는 단계, 상기 도펀트 부화층내 도펀트를 상기 트렌치 및 상기 트렌치의 어깨부측으로 드라이브인시켜 역협폭효과보상층을 형성하는 단계, 상기 도펀트 부화층상에 질화막라이너를 형성하는 단계, 상기 트렌치를 채울때까지 상기 질화막라이너상에 필드산화막을 형성하는 단계, 상기 마스크층의 표면이 드러날때까지 상기 필드산화막을 평탄화하는 단계, 및 상기 마스크층을 제거하는 단계를 포함함을 특징으로 한다.In addition, the device isolation method of the semiconductor device of the present invention comprises the steps of forming a mask layer defining an active region smaller than a value set on a semiconductor substrate, forming a spacer on the sidewall of the mask layer, the mask layer and the spacer Forming a trench by etching the semiconductor substrate with an etch mask, exposing the shoulder of the trench by removing the spacer, forming a dopant incubation layer on the entire surface including the exposed trench, and in the dopant incubation layer Forming a reverse narrowing effect compensation layer by driving a dopant toward the trench and the shoulder portion of the trench, forming a nitride film liner on the dopant hatching layer, and forming a field oxide film on the nitride film liner until the trench is filled. Forming the field acid until the surface of the mask layer is exposed; Planarizing the film, and removing the mask layer.

이하, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위하여, 본 발명의 가장 바람직한 실시예를 첨부 도면을 참조하여 설명하기로 한다.Hereinafter, the preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art may easily implement the technical idea of the present invention. .

도 3a 내지 도 3i는 본 발명의 제1 실시예에 따른 반도체소자의 소자 분리 방법을 도시한 공정 단면도이다.3A to 3I are cross-sectional views illustrating a device isolation method of a semiconductor device in accordance with a first embodiment of the present invention.

도 3a에 도시된 바와 같이, 반도체기판(31)상에 패드산화막(32)을 형성한다. 여기서, 패드산화막(32)은 활성영역이 형성될 영역의 계면 보호 및 후속 패드질화막의 스트레스를 완충시키기 위한 버퍼층(buffer layer) 역할과 화학적기계적연마(CMP)의 스톱층(stop layer) 역할을 수행한다.As shown in FIG. 3A, a pad oxide film 32 is formed on the semiconductor substrate 31. Here, the pad oxide layer 32 serves as a buffer layer and a stop layer for chemical mechanical polishing (CMP) to protect the interface of the region where the active region is to be formed and to buffer the stress of the subsequent pad nitride layer. do.

다음에, 패드산화막(32)상에 패드질화막(33)을 형성한 후, 포토리소그래피 과정을 통해 패드질화막(33)상에 활성영역과 필드영역을 구분하기 위한 소자분리 마스크(34)를 형성한다. 이때, 소자분리마스크(34)에 의해 정의되는 활성영역(x2)의 크기는 실제 구현해야 할 활성영역(x1)보다 작게 정의한다.Next, after the pad nitride layer 33 is formed on the pad oxide layer 32, a device isolation mask 34 is formed on the pad nitride layer 33 to distinguish the active region from the field region through the photolithography process. . In this case, the size of the active region x 2 defined by the device isolation mask 34 is smaller than the active region x 1 to be actually implemented.

다음으로, 소자분리마스크(34)를 식각마스크로 패드질화막(33)과 패드산화막(32)을 순차 패터닝한다. 여기서, 패터닝된 패드산화막(32)과 패드질화막(33)의 적층물은 후속 트렌치 형성을 위한 식각마스크로 이용한다.Next, the pad isolation layer 33 and the pad oxide layer 32 are sequentially patterned using the device isolation mask 34 as an etching mask. Here, the laminate of the patterned pad oxide layer 32 and the pad nitride layer 33 is used as an etching mask for subsequent trench formation.

도 3b에 도시된 바와 같이, 소자분리마스크(34)를 제거한 후, 전면에 식각스톱층(35)과 질화막(도시 생략)을 차례로 형성한다. 그리고, 질화막을 수직 식각하여 질화막스페이서(36)를 형성한다. 이때, 질화막스페이서(36)와 식각스톱층(35)을 합한 두께는 실제 구현해야 할 활성영역의 크기와 소자분리마스크와의 차이가 된다.As shown in FIG. 3B, after the device isolation mask 34 is removed, an etch stop layer 35 and a nitride film (not shown) are sequentially formed on the entire surface. The nitride film is vertically etched to form a nitride film spacer 36. At this time, the thickness of the nitride film spacer 36 and the etch stop layer 35 becomes a difference between the size of the active region to be actually implemented and the device isolation mask.

여기서, 식각스톱층(35)은 질화막스페이서(36)를 형성하기 위한 질화막의 수직 식각시 선택비를 갖는 물질로서 산화막이나 폴리실리콘막을 이용할 수 있으나, 바람직하게는 후속 잔류물 제거과정이 불필요한 산화막이 적당하다. 한편, 식각스톱층(35)을 이용하는 이유는 후속 질화막스페이서(36)의 제거시 패드질화막(33)도 동시에 식각되어 활성영역의 크기가 변경되는 것을 방지하기 위함이다.Here, the etch stop layer 35 may use an oxide film or a polysilicon film as a material having a selectivity in the vertical etching of the nitride film for forming the nitride film spacer 36, but preferably an oxide film that does not require a subsequent residue removal process may be used. It is suitable. On the other hand, the reason why the etch stop layer 35 is used is to prevent the pad nitride layer 33 from being etched at the same time when the subsequent nitride layer spacer 36 is removed to change the size of the active region.

도 3c에 도시된 바와 같이, 질화막스페이서(36)와 패드질화막(33)을 식각마스크로 질화막스페이서(36) 형성후 노출된 반도체기판(31)을 식각하여 트렌치(37)를 형성한다.As illustrated in FIG. 3C, the trench 37 is formed by etching the exposed semiconductor substrate 31 after forming the nitride film spacer 36 using the nitride film spacer 36 and the pad nitride film 33 as an etch mask.

이때, 질화막스페이서(36)에 덮이지 않은 식각스톱층(35)도 동시에 식각되어 제거된다. 결국, 패드질화막(33) 상부와 반도체기판(31)상부의 식각스톱층(35)이 제거되어 질화막스페이서(36)에 접하는 부분만 L자 형태로 잔류한다. 이하, 잔류하는 식각스톱층을 'L자형 식각스톱층(35a)'이라 한다.At this time, the etch stop layer 35 not covered by the nitride film spacer 36 is also etched and removed. As a result, the etch stop layer 35 over the pad nitride film 33 and the upper portion of the semiconductor substrate 31 is removed, so that only the portion in contact with the nitride film spacer 36 remains in an L shape. Hereinafter, the remaining etch stop layer is referred to as an 'L-shaped etch stop layer 35a'.

도 3d에 도시된 바와 같이, 질화막스페이서(36)를 습식 식각을 통해 제거한다. 이때, 패드질화막(33)도 소정 두께만큼 제거되어 리트랙트(retract)된 패드질화막(33a)이 잔류한다.As shown in FIG. 3D, the nitride film spacer 36 is removed through wet etching. At this time, the pad nitride film 33 is also removed by a predetermined thickness so that the retracted pad nitride film 33a remains.

다음으로, 식각스톱층(35)을 제거한다.Next, the etch stop layer 35 is removed.

도 3e에 도시된 바와 같이, 리트랙트된 패드질화막(33a)을 마스크로 전면에 p형 불순물인 보론(B) 또는 이불화보론(BF2)을 이온주입하여 트렌치(37)의 바닥 및 측벽, 그리고 활성영역의 모서리에 이르는 역협폭효과보상층(38)을 형성한다.As shown in FIG. 3E, the bottom and sidewalls of the trench 37 are ion-implanted with p-type impurities boron (B) or boron difluoride (BF 2 ) in front of the retracted pad nitride film 33a using a mask; An inverse narrow effect compensation layer 38 is formed to reach the edge of the active region.

이때, 역협폭효과보상층(38)을 형성하기 위한 이온주입은 틸트각(tilt angle)을 주면서 이루어지거나 또는 틸트각없이 수직으로 이루어진다.In this case, the ion implantation for forming the inverse narrow effect compensation layer 38 is performed while giving a tilt angle or vertically without a tilt angle.

도 3f에 도시된 바와 같이, 트렌치(37) 형성 및 보론(B) 또는 이불화보론(BF2)의 이온주입시 발생된 격자손상을 보상시켜주기 위해 열산화 공정을 수행하여 트렌치(37)의 측벽 및 바닥, 그리고 활성영역의 모서리상에 산화막 라이너(39)을 형성한 후, 전면에 질화막 라이너(40)를 형성한다.As shown in FIG. 3F, the thermal oxidation process is performed to compensate for the lattice damage generated during the formation of the trench 37 and the ion implantation of boron (B) or boron difluoride (BF 2 ). After the oxide liner 39 is formed on the sidewalls and the bottom and the edges of the active region, the nitride liner 40 is formed on the entire surface.

이때, 산화막 라이너(38)는 역협폭효과보상층(38)이 존재하는 트렌치의 어깨부를 지나 패드산화막(32)과 만나는 곳까지 연장한다.At this time, the oxide liner 38 extends beyond the shoulder portion of the trench where the inverse narrow effect compensation layer 38 exists to meet the pad oxide layer 32.

도 3g에 도시된 바와 같이, 질화막 라이너(40)를 포함한 전면에 필드산화막(41)이 될 산화물을 형성한 후, 산화물의 밀도를 높이기 위해 어닐링 공정을 수행한다. 여기서, 필드산화막(41)으로 이용하는 산화물은 공지된 고밀도플라즈마산화막(High Density Plasma oxide)을 이용한다.As shown in FIG. 3G, after forming an oxide to be the field oxide film 41 on the entire surface including the nitride film liner 40, an annealing process is performed to increase the density of the oxide. As the oxide used as the field oxide film 41, a known high density plasma oxide film is used.

다음에, 패드질화막(33a)의 상부가 노출될 때까지 웨이퍼를 평탄화하기 위해 화학적기계적연마(CMP)를 실시하여 필드산화막(41)을 평탄화시킨다. 이때, 외부적으로 계단 모양으로 된 트렌치의 어깨부로 인해, 필드산화막(41)의 상부는 돌출부(41a)로 형상화되며, 돌출부(41a)를 갖는 필드산화막(41)을 화학적기계적연마후잔류하는 질화막라이너(40a)가 에워싸고 있다. 따라서, 패드질화막(33a)의 에지는 트렌치(37)의 외부에 위치한다.Next, chemical mechanical polishing (CMP) is performed to planarize the wafer until the top of the pad nitride film 33a is exposed to planarize the field oxide film 41. At this time, due to the shoulder portion of the trench stepped externally, the upper portion of the field oxide film 41 is formed into a protrusion 41a, the nitride film remaining after the chemical mechanical polishing of the field oxide film 41 having the protrusion 41a The liner 40a is enclosed. Therefore, the edge of the pad nitride film 33a is located outside the trench 37.

도 3h에 도시된 바와 같이, 패드질화막(33a)을 제거하기 위한 습식식각을 실시한다. 이때, 패드질화막(33a)에 인접한 질화막 라이너(40a)도 동시에 제거되지만, 필드산화막(41) 아래의 질화막 라이너(40a)까지는 습식식각용액이 미치지 않으므로 필드산화막(41) 아래에는 질화막라이너(40b)가 잔류한다.As shown in FIG. 3H, wet etching is performed to remove the pad nitride layer 33a. At this time, the nitride film liner 40a adjacent to the pad nitride film 33a is also removed at the same time. However, since the wet etching solution does not reach the nitride film liner 40a under the field oxide film 41, the nitride film liner 40b is disposed below the field oxide film 41. Remains.

만약, 습식식각 용액이 필드산화막(41) 아래의 질화막 라이너(40b)까지 도달한다고 하더라도, 질화막 라이너(40b)가 필드산화막(41)의 돌출부(41a) 아래에서 측면으로 연장되고 있기 때문에, 습식식각용액이 질화막 라이너(40b)의 상부 에지부에 도달할 때까지 돌출부(41a) 아래에서 측면으로 투과하는데 시간이 걸린다. 따라서, 패드질화막(33a) 제거 공정이 완료되면, 습식식각용액의 투과는 질화막 라이너(40b)의 상부 에지에 못미치는 지점에서 중지한다.Even if the wet etching solution reaches the nitride film liner 40b below the field oxide film 41, since the nitride film liner 40b extends laterally under the protrusion 41a of the field oxide film 41, the wet etching solution is wet. It takes time to penetrate laterally under the protrusion 41a until the solution reaches the upper edge of the nitride film liner 40b. Therefore, when the pad nitride film 33a removal process is completed, the penetration of the wet etching solution stops at a point shorter than the upper edge of the nitride film liner 40b.

다음으로, 도 3i에 도시된 바와 같이, 웨이퍼가 실질적으로 평탄한 표면을 달성할때까지 패드산화막(32)과 반도체기판(31)의 표면 위에 놓여 있는 필드산화막(41) 부분을 제거하는 추가 습식식각 공정을 진행한다. 이러한 추가 습식식각 결과, 역협폭효과보상층(38)과 반도체기판(31)의 활성영역은 외부에 노출되고, 평탄한 표면을 갖는 필드산화막(41)을 질화막라이너(40c), 산화막라이너(39a)가 에워싸고 있다.Next, as shown in FIG. 3I, additional wet etching is performed to remove portions of the field oxide film 41 lying on the surface of the pad oxide film 32 and the semiconductor substrate 31 until the wafer achieves a substantially flat surface. Proceed with the process. As a result of this additional wet etching, the active regions of the inverse narrow effect compensation layer 38 and the semiconductor substrate 31 are exposed to the outside, and the field oxide film 41 having the flat surface is formed of the nitride film liner 40c and the oxide film liner 39a. Is surrounded.

후속 공정으로, 채널영역, 게이트산화막, 게이트전극, 소스 및 드레인영역을 형성하기 위해 공지된 반도체소자 제조 공정이 진행된다.In a subsequent process, a known semiconductor device manufacturing process is performed to form a channel region, a gate oxide film, a gate electrode, a source and a drain region.

전술한 실시예에 따르면, 도 3h에서 잔류하는 질화막라이너(40b)는 활성영역과의 단차를 줄이기 위해 필드산화막(41)의 습식과정을 추가하거나 세정단계에서의 활성영역과 필드산화막(41) 경계부근의 산화막손실로 인한 모우트 현상을 방지한다.According to the embodiment described above, the nitride film liner 40b remaining in FIG. 3H adds a wet process of the field oxide film 41 or reduces the boundary between the active area and the field oxide film 41 in the cleaning step to reduce the step with the active area. It prevents the moat phenomenon caused by the loss of oxide film in the vicinity.

도 4a 내지 도 4i는 본 발명의 제2 실시예에 따른 반도체소자의 소자 분리 방법을 도시한 공정 단면도이다.4A to 4I are cross-sectional views illustrating a device isolation method of a semiconductor device in accordance with a second embodiment of the present invention.

도 4a에 도시된 바와 같이, 반도체기판(51)상에 패드산화막(52)을 형성한다. 여기서, 패드산화막(52)은 활성영역이 형성될 영역의 계면 보호 및 후속 패드질화막의 스트레스를 완충시키기 위한 버퍼층 역할과 화학적기계적연마(CMP)의 스톱층 역할을 수행한다.As shown in FIG. 4A, a pad oxide film 52 is formed on the semiconductor substrate 51. Here, the pad oxide layer 52 serves as a buffer layer for buffering the interface of the region where the active region is to be formed and for buffering the stress of the subsequent pad nitride layer and as a stop layer for chemical mechanical polishing (CMP).

다음에, 패드산화막(52)상에 패드질화막(53)을 형성한 후, 포토리소그래피 과정을 통해 패드질화막(53)상에 활성영역과 필드영역을 구분하기 위한 소자분리 마스크(54)를 형성한다. 이때, 소자분리마스크(54)에 의해 정의되는 활성영역(x2)의 크기는 실제 구현해야 할 활성영역(x1)보다 작게 정의한다.Next, after the pad nitride film 53 is formed on the pad oxide film 52, a device isolation mask 54 is formed on the pad nitride film 53 to distinguish the active region from the field region through the photolithography process. . At this time, the size of the active region x 2 defined by the device isolation mask 54 is smaller than the active region x 1 to be actually implemented.

다음으로, 소자분리마스크(54)를 식각마스크로 패드질화막(53)과 패드산화막(52)을 순차 패터닝한다. 여기서, 패터닝된 패드산화막(52)과 패드질화막(53)의 적층물은 후속 트렌치 형성을 위한 식각마스크로 이용한다.Next, the pad isolation layer 53 and the pad oxide layer 52 are sequentially patterned using the device isolation mask 54 as an etching mask. Here, the laminate of the patterned pad oxide layer 52 and the pad nitride layer 53 is used as an etching mask for subsequent trench formation.

도 4b에 도시된 바와 같이, 소자분리마스크(54)를 제거한 후, 전면에 식각스톱층(55)과 질화막(도시 생략)을 차례로 형성한다. 그리고, 질화막을 수직 식각하여 질화막스페이서(56)를 형성한다. 이때, 질화막스페이서(56)와 식각스톱층(55)을 합한 두께는 실제 구현해야 할 활성영역의 크기와 소자분리마스크와의 차이가 된다.As shown in FIG. 4B, after removing the device isolation mask 54, an etch stop layer 55 and a nitride film (not shown) are sequentially formed on the entire surface. The nitride film is vertically etched to form a nitride film spacer 56. In this case, the thickness of the nitride layer spacer 56 and the etch stop layer 55 is a difference between the size of the active region to be actually implemented and the device isolation mask.

여기서, 식각스톱층(55)은 질화막스페이서(56)를 형성하기 위한 질화막의 수직 식각시 선택비를 갖는 물질로서 산화막이나 폴리실리콘막을 이용할 수 있으나, 바람직하게는 후속 잔류물 제거과정이 불필요한 산화막이 적당하다. 한편, 식각스톱층(55)을 이용하는 이유는 후속 질화막스페이서(56)의 제거시 패드질화막(53)도 동시에 식각되어 활성영역의 크기가 변경되는 것을 방지하기 위함이다.Here, the etch stop layer 55 may use an oxide film or a polysilicon film as a material having a selectivity in the vertical etching of the nitride film for forming the nitride film spacer 56, but an oxide film that does not require a subsequent residue removal process may be used. It is suitable. On the other hand, the reason why the etch stop layer 55 is used is to prevent the pad nitride film 53 from being etched at the same time when the subsequent nitride film spacer 56 is removed to change the size of the active region.

도 4c에 도시된 바와 같이, 질화막스페이서(56)와 패드질화막(53)을 식각마스크로 질화막스페이서(56) 형성후 노출된 반도체기판(51)을 식각하여 트렌치(57)를 형성한다.As shown in FIG. 4C, the trench 57 is formed by etching the exposed semiconductor substrate 51 after forming the nitride film spacer 56 with the nitride film spacer 56 and the pad nitride film 53 as an etch mask.

이때, 질화막스페이서(56)에 덮이지 않은 식각스톱층(55)도 동시에 식각되어 제거된다. 결국, 패드질화막(53) 상부와 반도체기판(51)상부의 식각스톱층(55)이 제거되어 질화막스페이서(56)에 접하는 부분만 L자 형태로 잔류한다. 이하, 잔류하는 식각스톱층을 'L자형 식각스톱층(55a)'이라 한다.At this time, the etch stop layer 55 not covered by the nitride film spacer 56 is also etched and removed. As a result, the etch stop layer 55 above the pad nitride film 53 and the upper portion of the semiconductor substrate 51 is removed, and only a portion of the pad nitride film 53 contacting the nitride film spacer 56 remains in an L shape. Hereinafter, the remaining etch stop layer is referred to as an 'L-shaped etch stop layer 55a'.

도 4d에 도시된 바와 같이, 질화막스페이서(56)를 습식 식각을 통해 제거한다. 이때, 질화막스페이서(56) 제거후 트렌치(57)의 어깨부가 노출되며, 패드질화막(53)도 소정 두께만큼 제거되어 리트랙트된 패드질화막(53a)이 잔류한다.As shown in FIG. 4D, the nitride film spacer 56 is removed through wet etching. At this time, the shoulder portion of the trench 57 is exposed after the nitride film spacer 56 is removed, and the pad nitride film 53 is also removed by a predetermined thickness so that the retracted pad nitride film 53a remains.

다음으로, 식각스톱층(55)을 제거한다.Next, the etch stop layer 55 is removed.

도 4e에 도시된 바와 같이, 트렌치(57) 형성 및 질화막스페이서(56) 제거후트렌치의 측벽 손실을 제거하기 위해 산화 또는 세정 공정을 수행한다. 도 5e에서는 산화공정을 수행한 후, 형성된 산화막라이너(58)를 도시하고 있다.As shown in FIG. 4E, an oxidation or cleaning process is performed to eliminate sidewall loss of the trench after trench 57 formation and removal of nitride film spacer 56. In FIG. 5E, the oxide film liner 58 formed after the oxidation process is illustrated.

다음으로, 산화막라이너(58)가 형성된 트렌치를 채울때까지 반도체기판(51)의 전면에 BSG(Boro-silicate glass)막(59)을 얇게 증착한 후 드라이브인 과정을 수행한다.Next, a BSG (Boro-silicate glass) film 59 is thinly deposited on the entire surface of the semiconductor substrate 51 until the oxide liner 58 has a trench formed therein, and then a drive-in process is performed.

이때, BSG막(59)은 보론이 다량 함유된 도펀트 부화층(dopant rich layer)으로서, 이러한 도펀트 부화층은 후속 열을 수반한 드라이브인(drive-in)을 통해 도펀트 주입 공정이 가능하다. 즉, 열을 수반한 드라이브인을 통해 BSG막(59)내의 보론을 트렌치의 바닥 및 측벽으로 셀프도핑(Self-doping)시킴과 아울러, 활성영역의 모서리까지 확산시켜 역협폭효과보상층(60)을 형성한다.In this case, the BSG film 59 is a dopant rich layer containing a large amount of boron. The dopant enrichment layer may be a dopant implantation process through a drive-in with subsequent heat. That is, the self-doping boron in the BSG film 59 through the heat-induced drive-in to the bottom and sidewalls of the trench, and also diffused to the edge of the active region to inverse narrow effect compensation layer 60 To form.

상술한 BSG막(59)을 적용하면 이온주입과정이 불필요하기 때문에 이온주입에 따른 격자손상을 방지할 수 있다.Applying the BSG film 59 described above can prevent the lattice damage due to ion implantation because the ion implantation process is unnecessary.

도 4f에 도시된 바와 같이, BSG막(59)을 포함한 전면에 질화막 라이너(61)를 형성한다. 다음에, 질화막 라이너(61)를 포함한 전면에 필드산화막(62)이 될 산화물을 형성한 후, 산화물의 밀도를 높이기 위해 어닐링 공정을 수행한다. 여기서, 필드산화막(62)으로 이용하는 산화물은 공지된 고밀도플라즈마산화막을 이용한다.As shown in FIG. 4F, a nitride film liner 61 is formed on the entire surface including the BSG film 59. Next, after the oxide to be the field oxide film 62 is formed on the entire surface including the nitride film liner 61, an annealing process is performed to increase the density of the oxide. The oxide used for the field oxide film 62 is a well-known high density plasma oxide film.

도 4g에 도시된 바와 같이, 패드질화막(53a)의 상부가 노출될 때까지 웨이퍼를 평탄화하기 위해 화학적기계적연마(CMP)를 실시하여 필드산화막(62)을 평탄화시킨다. 이때, 외부적으로 계단 모양으로 된 트렌치의 어깨부로 인해, 필드산화막(62)의 상부는 돌출부(62a)로 형상화되며, 돌출부(62a)를 갖는 필드산화막(62)을 화학적기계적연마후 잔류하는 질화막라이너(61a)와 BSG막(59a)이 에워싸고 있다. 따라서, 패드질화막(53a)의 에지는 트렌치의 외부에 위치한다.As shown in FIG. 4G, the field oxide film 62 is planarized by chemical mechanical polishing (CMP) to planarize the wafer until the top of the pad nitride film 53a is exposed. At this time, due to the externally stepped shoulder of the trench, the upper portion of the field oxide film 62 is formed into a protrusion 62a, and the nitride film remaining after the chemical mechanical polishing of the field oxide film 62 having the protrusion 62a. The liner 61a and the BSG film 59a are surrounded. Therefore, the edge of the pad nitride film 53a is located outside the trench.

도 4h에 도시된 바와 같이, 패드질화막(53a)을 제거하기 위한 습식식각을 실시한다. 이때, 패드질화막(53a)에 인접한 질화막 라이너(61a)도 동시에 제거되지만, 필드산화막(62) 아래의 질화막 라이너(61b)까지는 습식식각용액이 미치지 않으므로 필드산화막(62) 아래에는 질화막라이너(61b)가 잔류한다.As shown in FIG. 4H, wet etching is performed to remove the pad nitride film 53a. At this time, the nitride film liner 61a adjacent to the pad nitride film 53a is also removed at the same time. However, since the wet etching solution does not reach the nitride film liner 61b under the field oxide film 62, the nitride film liner 61b is disposed below the field oxide film 62. Remains.

만약, 습식식각 용액이 필드산화막(62) 아래의 질화막 라이너(61b)까지 도달한다고 하더라도, 질화막 라이너(61b)가 필드산화막(62)의 돌출부(62a) 아래에서 측면으로 연장되고 있기 때문에, 습식식각용액이 질화막 라이너(61b)의 상부 에지부에 도달할 때까지 돌출부(62a) 아래에서 측면으로 투과하는데 시간이 걸린다. 따라서, 패드질화막(53a) 제거 공정이 완료되면, 습식식각용액의 투과는 질화막 라이너(61b)의 상부 에지에 못미치는 지점에서 중지한다.Even if the wet etching solution reaches the nitride liner 61b below the field oxide film 62, the wet liner 61b extends laterally under the protrusion 62a of the field oxide film 62. It takes time to penetrate laterally under the projection 62a until the solution reaches the upper edge of the nitride film liner 61b. Therefore, when the pad nitride film 53a removal process is completed, the penetration of the wet etching solution stops at a point shorter than the upper edge of the nitride film liner 61b.

다음으로, 도 4i에 도시된 바와 같이, 웨이퍼가 실질적으로 평탄한 표면을 달성할때까지 패드산화막(52)과 반도체기판(51)의 표면 위에 놓여 있는 필드산화막(62) 부분을 제거하는 추가 습식식각 공정을 진행한다. 이러한 추가 습식식각 결과, 역협폭효과보상층(60)과 반도체기판(51)의 활성영역은 외부에 노출되고, 평탄한 표면을 갖는 필드산화막(62)을 질화막라이너(61c), BSG막(59b), 산화막라이너(58a)가 에워싸고 있다.Next, as shown in FIG. 4I, an additional wet etching process removes portions of the field oxide film 62 lying on the surface of the pad oxide film 52 and the semiconductor substrate 51 until the wafer achieves a substantially flat surface. Proceed with the process. As a result of the additional wet etching, the active regions of the inverse narrow effect compensation layer 60 and the semiconductor substrate 51 are exposed to the outside, and the field oxide film 62 having the flat surface is formed of the nitride film liner 61c and the BSG film 59b. The oxide film liner 58a is surrounded.

후속 공정으로, 채널영역, 게이트산화막, 게이트전극, 소스 및 드레인영역을 형성하기 위해 공지된 반도체소자 제조 공정이 진행된다.In a subsequent process, a known semiconductor device manufacturing process is performed to form a channel region, a gate oxide film, a gate electrode, a source and a drain region.

전술한 실시예에 따르면, 도 4h에서 잔류하는 질화막라이너(61b)는 활성영역과의 단차를 줄이기 위해 필드산화막(62)의 습식과정을 추가하거나 세정단계에서의 활성영역과 필드산화막(62) 경계부근의 산화막손실로 인한 모우트 현상을 방지한다. 아울러, 질화막라이너(61b)는 BSG막(59b) 도입에 따른 BSG막(59b)내 보론이 필드산화막(62)으로 역확산하는 것도 방지한다.According to the above-described embodiment, the nitride film liner 61b remaining in FIG. 4H adds a wet process of the field oxide film 62 to reduce the step with the active area, or boundary between the active area and the field oxide film 62 in the cleaning step. It prevents the moat phenomenon caused by the loss of oxide film in the vicinity. In addition, the nitride film liner 61b prevents the back diffusion of boron in the BSG film 59b due to the introduction of the BSG film 59b into the field oxide film 62.

본 발명의 기술 사상은 상기 바람직한 실시예에 따라 구체적으로 기술되었으나, 상기한 실시예는 그 설명을 위한 것이며 그 제한을 위한 것이 아님을 주의하여야 한다. 또한, 본 발명의 기술 분야의 통상의 전문가라면 본 발명의 기술 사상의 범위 내에서 다양한 실시예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다.Although the technical idea of the present invention has been described in detail according to the above preferred embodiment, it should be noted that the above-described embodiment is for the purpose of description and not of limitation. In addition, those skilled in the art will understand that various embodiments are possible within the scope of the technical idea of the present invention.

상술한 본 발명은 마스크공정의 추가없이 역협폭효과를 보상하기 위한 이온주입 공정이 가능하고, 틸트각을 주면서 이온주입하지 않고도 트렌치의 측벽 및 필드산화막과의 경계면에 효과적으로 이온주입할 수 있는 효과가 있다.The present invention described above is capable of ion implantation to compensate for the inverse narrowing effect without the addition of a mask process, and the effect of ion implantation on the interface between the trench sidewall and the field oxide layer without the ion implantation while giving a tilt angle is effective. have.

그리고, 질화막 라이너를 활성영역까지 수평으로 확장할 수 있으므로 후속 식각과정이나 세정과정에서 활성영역과 필드산화막의 경계부근에서 산화막이 손실되는 것을 방지할 수 있는 효과가 있다.In addition, since the nitride liner can be extended horizontally to the active region, the oxide layer can be prevented from being lost near the boundary between the active region and the field oxide layer during the subsequent etching or cleaning process.

Claims (8)

반도체기판상에 설정된 값보다 작게 활성영역을 정의하는 마스크층을 형성하는 단계;Forming a mask layer defining an active region smaller than a value set on the semiconductor substrate; 상기 마스크층의 측벽에 스페이서를 형성하는 단계;Forming a spacer on sidewalls of the mask layer; 상기 마스크층과 상기 스페이서를 식각마스크로 상기 반도체기판을 식각하여 트렌치를 형성하는 단계;Etching the semiconductor substrate using the mask layer and the spacer as an etch mask to form a trench; 상기 스페이서를 제거하여 상기 트렌치의 어깨부를 노출시키는 단계;Removing the spacer to expose a shoulder portion of the trench; 상기 마스크층을 마스크로 도펀트를 이온주입하여 역협폭효과보상층을 형성하는 단계;Ion implanting a dopant using the mask layer as a mask to form an inverse narrow effect compensation layer; 상기 트렌치의 전영역과 상기 트렌치의 어깨부에 걸치는 산화막라이너를 형성하는 단계;Forming an oxide liner covering the entire region of the trench and the shoulder portion of the trench; 상기 산화막라이너를 포함한 전면에 질화막라이너를 형성하는 단계;Forming a nitride film liner on the entire surface including the oxide film liner; 상기 트렌치를 채울때까지 상기 질화막라이너상에 필드산화막을 형성하는 단계;Forming a field oxide film on the nitride film liner until the trench is filled; 상기 마스크층의 표면이 드러날때까지 상기 필드산화막을 평탄화하는 단계; 및Planarizing the field oxide layer until the surface of the mask layer is exposed; And 상기 마스크층을 제거하는 단계Removing the mask layer 를 포함함을 특징으로 하는 반도체소자의 소자분리 방법.Device isolation method of a semiconductor device comprising a. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 역협폭효과보상층을 형성하는 단계는,Forming the inverse narrow effect compensation layer, 상기 도펀트를 틸트각을 주면서 이온주입하거나 또는 수직으로 이온주입하는 것을 특징으로 하는 반도체소자의 소자분리 방법.Ion implantation of the dopant while giving a tilt angle or ion implantation method of the semiconductor device, characterized in that the. 제2항에 있어서,The method of claim 2, 상기 도펀트는 보론 또는 이불화보론인 것을 특징으로 하는 반도체소자의 소자분리 방법.And the dopant is boron or boron difluoride. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 스페이서는 질화막인 것을 특징으로 하는 반도체소자의 소자분리 방법.And the spacer is a nitride film. 반도체기판상에 설정된 값보다 작게 활성영역을 정의하는 마스크층을 형성하는 단계;Forming a mask layer defining an active region smaller than a value set on the semiconductor substrate; 상기 마스크층의 측벽에 스페이서를 형성하는 단계;Forming a spacer on sidewalls of the mask layer; 상기 마스크층과 상기 스페이서를 식각마스크로 상기 반도체기판을 식각하여트렌치를 형성하는 단계;Forming a trench by etching the semiconductor substrate using the mask layer and the spacer as an etch mask; 상기 스페이서를 제거하여 상기 트렌치의 어깨부를 노출시키는 단계;Removing the spacer to expose a shoulder portion of the trench; 상기 노출된 트렌치를 포함한 전면에 도펀트 부화층을 형성하는 단계;Forming a dopant enrichment layer on the entire surface including the exposed trenches; 상기 도펀트 부화층내 도펀트를 상기 트렌치 및 상기 트렌치의 어깨부측으로 드라이브인시켜 역협폭효과보상층을 형성하는 단계;Driving a dopant in the dopant hatching layer toward the trench and the shoulder portion to form an inverse narrow effect compensation layer; 상기 도펀트 부화층상에 질화막라이너를 형성하는 단계;Forming a nitride film liner on the dopant enrichment layer; 상기 트렌치를 채울때까지 상기 질화막라이너상에 필드산화막을 형성하는 단계;Forming a field oxide film on the nitride film liner until the trench is filled; 상기 마스크층의 표면이 드러날때까지 상기 필드산화막을 평탄화하는 단계; 및Planarizing the field oxide layer until the surface of the mask layer is exposed; And 상기 마스크층을 제거하는 단계Removing the mask layer 를 포함함을 특징으로 하는 반도체소자의 소자분리 방법.Device isolation method of a semiconductor device comprising a. 제5항에 있어서,The method of claim 5, 상기 도펀트 부화층을 형성하기 전에,Before forming the dopant enrichment layer, 상기 트렌치의 측벽을 산화시키는 단계를 더 포함함을 특징으로 하는 반도체소자의 소자분리 방법.And oxidizing the sidewalls of the trench. 제5항에 있어서,The method of claim 5, 상기 도펀트 부화층을 형성하기 전에,Before forming the dopant enrichment layer, 상기 트렌치의 측벽을 세정하는 단계를 더 포함함을 특징으로 하는 반도체소자의 소자분리 방법.And cleaning the sidewalls of the trench. 제5항에 있어서,The method of claim 5, 상기 도펀트 부화층은, BSG막인 것을 특징으로 하는 반도체소자의 소자분리 방법.And the dopant enrichment layer is a BSG film.
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KR100719719B1 (en) * 2006-06-28 2007-05-18 주식회사 하이닉스반도체 Method of manufacturing a semiconductor device
KR100811369B1 (en) * 2007-03-30 2008-03-07 주식회사 하이닉스반도체 Method for forming semiconductor device
KR101108263B1 (en) * 2009-12-04 2012-01-31 성균관대학교산학협력단 Dental floss holder

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