KR20040008727A - Method for forming isolation film in semiconductor device - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 반도체 소자의 소자분리막 형성방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 HDP CVD 산화막 증착시 발생하는 보이드(void) 현상을 방지할 수 있는 반도체 소자의 소자분리막 형성방법이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method of forming a device isolation film of a semiconductor device, and more particularly, to a method of forming a device isolation film of a semiconductor device capable of preventing voids occurring during deposition of an HDP CVD oxide film.
일반적으로, 실리콘 기판에 형성되는 반도체 소자는 개개의 회로 패턴을 전기적으로 분리하기 위한 소자분리막을 포함한다. 특히 반도체 소자가 고집적화 되고 미세화 되어감에 따라 각 개별 소자의 크기를 축소시키는 것뿐만 아니라 소자 분리막의 축소에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.In general, a semiconductor element formed on a silicon substrate includes an element isolation film for electrically separating individual circuit patterns. In particular, as semiconductor devices become highly integrated and miniaturized, research on the reduction of device isolation layers as well as the size of each individual device is being actively conducted.
고집적화된 반도체 장치의 소자 분리에 적합한 기술로는 트렌치를 이용한 소자분리방법, 예컨대 섈로우 트렌치 분리방법(Shallow Trench Isolation: 이하, STI)이 제안되었다.As a technique suitable for device isolation of highly integrated semiconductor devices, a device isolation method using trenches, such as a shallow trench isolation method (STI), has been proposed.
종래 기술에 따른 반도체 소자의 소자분리막 형성방법을 개략적으로 설명하면 다음과 같다.A device isolation film forming method of a semiconductor device according to the prior art will be described as follows.
종래 기술에 따른 반도체 소자의 소자분리막 형성방법은, 먼저 포토리소그래피 공정기술을 이용한 마스크 공정 및 식각 공정으로 실리콘 기판을 선택적으로 제거하여 트렌치(trench)를 형성한다. 다음으로, 상기 트렌치(trench)를 고밀도 플라즈마 화하기상증착 산화막(HDP CVD Oxide)으로 매립하여 소자분리막을 완성하는 것이다.In the method of forming a device isolation layer of a semiconductor device according to the prior art, first, a silicon substrate is selectively removed by a mask process and an etching process using a photolithography process technology to form a trench. Next, the trench is filled with a high density plasma vapor deposition oxide (HDP CVD Oxide) to complete the device isolation film.
그러나, 종래 기술에 따른 반도체 소자의 소자분리막 형성방법에 있어서는 다음과 같은 문제점이 있었다.However, the method of forming a device isolation film of a semiconductor device according to the prior art has the following problems.
종래 기술에 있어서는 소자의 전기적 특성을 향상시키기 위해서 갭 필 능력이 우수한 HDP CVD 산화막을 사용하고 있다. 그러나, 소자가 집적화, 소형화가 되면서 HDP CVD 산화막 증착중에 보우잉(bowing) 현상에 의하여 원료의 확산이 방해되고 재증착(redeposition)이 증가하면서 보이드(void)의 형성을 피할 수 없게 되었다.In the prior art, an HDP CVD oxide film having excellent gap fill capability is used to improve the electrical characteristics of the device. However, as devices are integrated and miniaturized, the bowing phenomenon during HDP CVD oxide film deposition prevents the diffusion of raw materials and increases the redeposition, thereby making void formation unavoidable.
이러한 보이드 형성으로 말미암아 후속 공정 진행시 셀(cell)간의 브릿지(bridge)가 생기는 등 소자의 신뢰성이 떨어지는 문제점이 있었다.Due to such void formation, there is a problem in that the reliability of the device is deteriorated, such as a bridge between cells during a subsequent process.
이에 본 발명은 상기한 종래 기술상의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 에치백 배리어(etchback barrier)를 포함하여 보잉(bowing)을 완화할 수 있는 에치백(etchback) 공정을 도입함으로써 보이드 발생을 억제할 수 있는 반도체 소자의 소자분리막 형성방법을 제공함에 있다.Accordingly, the present invention has been made to solve the above-mentioned problems in the prior art, an object of the present invention is to introduce an etchback process that can mitigate bowing including an etchback barrier. The present invention provides a device isolation film forming method of a semiconductor device capable of suppressing void generation.
도 1 내지 도 7은 본 발명에 따른 반도체 소자의 소자분리막 형성방법을 도시한 공정별 단면도.1 to 7 are cross-sectional views illustrating processes of forming an isolation layer of a semiconductor device in accordance with the present invention.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *Explanation of symbols on the main parts of the drawings
100; 반도체 기판110; 패드 산화막100; Semiconductor substrate 110; Pad oxide
120; 질화막130; 트렌치120; Nitride film 130; Trench
140,140a; 제1갭필물질층150; 소정의 물질140,140a; A first gap fill material layer 150; Certain substances
160; 제2갭필물질층170; 소자분리막160; A second gap fill material layer 170; Device Separator
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 반도체 소자의 소자분리막 형성방법은, 반도체 기판상에 패드 산화막과 질화막을 형성하는 단계; 상기 질화막과 패드 산화막 및 기판을 선택적으로 제거하여 트렌치를 형성하는 단계; 상기 트렌치를 매립하도록 상기 기판 전면상에 제1갭필물질층을 보우잉(bowing)이 발생될 때까지 형성하는 단계; 상기 제1갭필물질층상의 보우잉 영역을 소정의 물질로 매립하는 단계; 상기 소정의 물질을 에치백 배리어로 하는 에치백 공정으로 상기 제1갭필물질층을 일부 제거하는 단계; 상기 일부 제거된 제1갭필물질층상에 제2갭필물질층을 형성하는 단계; 및 상기 질화막이 노출되도록 상기 제2갭필물질층 및 제1갭필물질층을 화학기계적 연마로 평탄화하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.A device isolation film forming method of a semiconductor device according to the present invention for achieving the above object comprises the steps of: forming a pad oxide film and a nitride film on a semiconductor substrate; Selectively removing the nitride film, the pad oxide film, and the substrate to form a trench; Forming a first gap fill material layer on the entire surface of the substrate to fill the trench until bowing occurs; Filling the bowing area on the first gapfill material layer with a predetermined material; Partially removing the first gap fill material layer by an etch back process using the predetermined material as an etch back barrier; Forming a second gap fill material layer on the partially removed first gap fill material layer; And planarizing the second gap fill material layer and the first gap fill material layer by chemical mechanical polishing so that the nitride film is exposed.
본 발명에 의하면, 에치백 배리어를 포함한 에치백 공정을 도입함으로써 HDP CVD 공정에서 발생할 수 있는 보이드의 형성을 억제할 수 있게 된다.According to the present invention, by introducing an etch back process including an etch back barrier, it is possible to suppress the formation of voids that may occur in the HDP CVD process.
이하, 본 발명에 따른 반도체 소자의 소자분리막 형성방법을 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.Hereinafter, a method of forming a device isolation film of a semiconductor device according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1 내지 도 7은 본 발명에 따른 반도체 소자의 소자분리막 형성방법을 도시한 공정별 단면도이다.1 to 7 are cross-sectional views illustrating processes of forming an isolation layer of a semiconductor device according to the present invention.
본 발명에 따른 반도체 소자의 소자분리막 형성방법은, 도 1에 도시된 바와 같이, 반도체 기판(100)상에 패드 산화막(110)과 질화막(120)을 순차로 형성한다.In the method of forming a device isolation film of a semiconductor device according to the present invention, as illustrated in FIG. 1, a pad oxide film 110 and a nitride film 120 are sequentially formed on a semiconductor substrate 100.
이어서, 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 질화막(120)과 패드 산화막(110) 및 기판(100)을 선택적으로 제거하여 패터닝된 질화막(120a)과 패드 산화막(110a)을 관통하고 상기 기판(100)내의 일정 깊이를 가진 트렌치(130)를 형성한다.Subsequently, as shown in FIG. 2, the nitride film 120, the pad oxide film 110, and the substrate 100 are selectively removed to penetrate the patterned nitride film 120a and the pad oxide film 110a and the substrate 100. To form a trench 130 with a predetermined depth.
다음으로, 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 트렌치(130)를 매립할 정도로 상기 기판(100) 전면상에 제1갭필물질층(140)을 형성하는데, 상기 트렌치(130) 부분에 입구가 좁아지는 형태의 보우잉(A)이 형성될때까지 진행한다.Next, as shown in FIG. 3, the first gap fill material layer 140 is formed on the entire surface of the substrate 100 to fill the trench 130, and the inlet is narrow in the trench 130. The bowing proceeds until the bowing A is formed.
그다음, 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 제1갭필물질층(140)상의 보우잉(A) 형성 영역을 소정의 물질(150)로 매립하여 상기 보우잉(A) 형성 영역 아래까지 함몰되게 한다.Next, as shown in FIG. 4, the bowing (A) forming region on the first gap fill material layer 140 is buried with a predetermined material 150 to be recessed down to the bowing (A) forming region. .
상기 소정의 물질의 예로는 포토레지스트(PR) 또는 액상법으로 코팅되는 비전도성막을 들 수 있다.Examples of the predetermined material include a non-conductive film coated by a photoresist (PR) or a liquid phase method.
이어서, 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 소정의 물질(150)을 에치백 배리어로 하고 상기 소정의 물질(150)과 제1갭필물질층(140)과의 선택비를 이용한 에치백(etchback) 공정으로 상기 제1갭필물질층(140)을 일부 제거한다.Subsequently, as shown in FIG. 5, an etchback using the selectivity of the predetermined material 150 and the first gap fill material layer 140 as the etchback barrier is performed. The first gap fill material layer 140 is partially removed by the process.
그결과, 개선된 프로파일(profile)을 갖는 제1갭필물질층(140a)에는 입구가 좁은 형태의 보우잉(A) 형성 영역이 입구가 상대적으로 넓은 형태를 지닌 개선된보우잉(B) 영역으로 변하게 된다.As a result, the first gap fill material layer 140a having the improved profile has a narrow opening in which the bowing (A) forming region is formed into an improved bowing (B) region having a relatively wide opening. Will change.
그다음, 도 6에 도시된 바와 같이, 잔류된 소정의 물질을 제거한 후에 상기 제1갭필물질층(140a)상에 제2갭필물질층(160)을 형성한다. 그결과, 보이드 형성 없이 상기 트렌치(130)를 갭필 물질로 매립할 수 있다.Next, as shown in FIG. 6, after removing the remaining predetermined material, a second gap fill material layer 160 is formed on the first gap fill material layer 140a. As a result, the trench 130 may be filled with a gapfill material without forming voids.
이어서, 도 7에 도시된 바와 같이, 상기 제2갭필물질층(160)과 제1갭필물질층(140a)을 상기 질화막(120a)이 노출되도록 화학기계적 연마로 펑탄화하여 소자분리막(170)을 완성한다.Subsequently, as shown in FIG. 7, the device isolation layer 170 is formed by puncturing the second gap fill material layer 160 and the first gap fill material layer 140a by chemical mechanical polishing to expose the nitride film 120a. Complete
상기 소자분리막(170)은 상기 제1갭필물질층(140a)과 제2갭필물질층(160)으로 이루어지는 바, 상기 제1갭필물질층(140a)과 제2갭필물질층(160)은 동일한 물리적 특성 및 화학적 특성을 나타내기 위하여는 동일물질, 예를 들어, 갭필 특성이 우수한 HDP CVD 산화막으로 형성하는 것이 바람직하다 할 것이다.The isolation layer 170 is formed of the first gap fill material layer 140a and the second gap fill material layer 160, and the first gap fill material layer 140a and the second gap fill material layer 160 have the same physical structure. In order to exhibit properties and chemical properties, it may be desirable to form the same material, for example, an HDP CVD oxide film having excellent gap fill properties.
또한, 상기 제1갭필물질층(140a)과 제2갭필물질층(160)은 화학기상증착법을 이용하여 형성할 수 있고, 또는 물리기상증착법이나 액상코팅법을 이용하여 형성할 수 있다.In addition, the first gap fill material layer 140a and the second gap fill material layer 160 may be formed using a chemical vapor deposition method, or may be formed using a physical vapor deposition method or a liquid coating method.
본 발명의 원리와 정신에 위배되지 않는 범위에서 여러 실시예는 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명할 뿐만 아니라 용이하게 실시할 수 있다. 따라서, 본원에 첨부된 특허청구범위는 이미 상술된 것에 한정되지 않으며, 하기 특허청구범위는 당해 발명에 내재되어 있는 특허성 있는 신규한 모든 사항을 포함하며, 아울러 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해서 균등하게 처리되는 모든 특징을 포함한다.Various embodiments can be easily implemented as well as self-explanatory to those skilled in the art without departing from the principles and spirit of the present invention. Accordingly, the claims appended hereto are not limited to those already described above, and the following claims are intended to cover all of the novel and patented matters inherent in the invention, and are also common in the art to which the invention pertains. Includes all features that are processed evenly by the knowledgeable.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 반도체 소자의 소자분리막 형성방법에 따른면, 에치백 배리어를 포함한 에치백 공정을 도입함으로써 HDP CVD 공정에서 발생할 수 있는 보이드의 형성을 억제할 수 있게 되어 소자의 특성을 개선시킬 수 있는 효과가 있다.As described above, according to the method of forming a device isolation film of a semiconductor device according to the present invention, by introducing an etch back process including an etch back barrier, it is possible to suppress the formation of voids that may occur in the HDP CVD process. There is an effect that can improve the characteristics.
또한, 소자의 특성을 향상시키기 위한 트렌치 깊이나 프로파일 등의 조절에 대한 마진을 확보할 수 있는 효과가 있다.In addition, there is an effect that can secure a margin for the adjustment of the trench depth or profile for improving the characteristics of the device.
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KR100557563B1 (en) * | 2004-06-01 | 2006-03-03 | 주식회사 하이닉스반도체 | Method for forming isolation film of semiconductor device |
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2002
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