KR20040049660A - 반도체소자의 소자분리막 형성방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 반도체소자의 소자분리막 형성방법에 관한 것으로,
트렌치형 소자분리막 형성공정시 실시되는 트렌치 식각공정시 트렌치의 측벽 및 저부가 이루는 각에 의하여 유발되는 전기장의 집중으로 인해 반도체소자의 전기적 특성이 열화되는 현상을 방지하기 위하여,
트렌치 식각공정시 RF 전력이나 RF 바이어스를 단계적으로 감소시키며 실시하는 RF 바이어스 스텝 다운 기술로 트렌치의 측벽과 저부가 만나는 부분이 라운딩 되어 반도체소자의 전기적 특성을 향상시키고 그에 따른 반도체소자의 특성 및 신뢰성을 향상시킬 수 있는 기술이다.
Description
본 발명은 반도체소자의 소자분리막 형성방법에 관한 것으로, 특히 트렌치형 소자분리막의 형성공정시 실시되는 식각공정으로 트렌치의 저부와 측벽이 이루는각이 적어져 직각 또는 예각으로 유발되는 현상으로 인한 유발되는 누설전류을 감소시킬 수 있도록 하는 기술에 관한 것이다
고집적화라는 관점에서 소자의 집적도를 높이기 위해서는 각각의 소자 디맨젼 ( dimension ) 을 축소하는 것과, 소자간에 존재하는 분리영역 ( isolation region ) 의 폭과 면적을 축소하는 것이 필요하며, 이 축소정도가 셀의 크기를 좌우한다는 점에서 소자분리기술이 메모리 셀 사이즈 ( memory cell size ) 를 결정하는 기술이라고 할 수 있다.
소자분리절연막을 제조하는 종래기술로는 절연물 분리방식의 로코스 ( LOCOS : LOCal Oxidation of Silicon, 이하에서 LOCOS 라 함 ) 방법, 실리콘기판상부에 산화막, 다결정실리콘층, 질화막순으로 적층한 구조의 피.비.엘. ( Poly - Buffed LOCOS, 이하에서 PBL 이라 함 ) 방법, 기판에 홈을 형성한 후에 절연물질로 매립하는 트렌치 ( trench ) 방법 등이 있다.
도 1 및 도 2 는 종래기술에 따른 반도체소자의 소자분리막 형성방법을 도시한 단면도와 그에 따라 형성된 사진을 도시한다.
도 1을 참조하면, 반도체기판(11) 상부에 패드산화막(13)을 형성하고, 상기 패드산화막(13) 상부에 질화막(15)을 형성한다.
그리고, 소자분리마스크를 이용한 식각공정으로 상기 질화막(15)과 패드산화막(13) 및 일정두께의 반도체기판(11)을 식각하여 상기 반도체기판(11)에 트렌치(17)를 형성한다.
이때, 상기 식각공정은 200 ∼ 400 와트의 RF 전력과 10∼20 mTorr 의 압력을 갖는 조건에서 Cl2, HBr, O2 의 조합 가스를 이용하여 실시하되, Cl2 또는 HBr에서 발생되는 할로겐 계 래디컬 ( halogen species radical ) 의 화학적 반응과 플라즈마 내에 존재하는 양이온의 충격 효과를 중첩적으로 나타내며 진행된다.
상기 트렌치(17)의 단면 프로파일은 상기 두 팩터 ( factor ), 즉 래디컬 재반응 ( radical reaction ) 및 이온 충격 ( ion bombardment ) 이 어떻게 조절되는가에 따라 결정된다.
상기 식각공정의 경우 구조적인 특징상 상기 트렌치(17)의 측벽과 저부가 교차하는 영역(A)에서의 지오메트리 ( geometry ) 효과에 의해 야기되는 전기장의 집중 현상이 유발되어 이온 충격의 증가 현상을 완전히 제거하기 어렵다. 이로 인하여, 깍아진 면의 바텀 프로파일 ( faceted bottom profile ) 이 유발되거나 인버스리 라운디드 프로파일 ( inversely rounded profile ) 이 유발되어 소자의 전기적 특성이 열화된다. 이때, 상기 인버스트 라운디드 프로파일은 마이크로 트렌치 현상이라 하기도 한다.
후속공정으로 상기 트렌치(17)를 매립하는 평탄화된 절연막(도시안됨)으로 소자분리막(도시안됨)을 형성한다.
도 2를 참조하면, 상기 도 1 과 같이 트렌치의 저부와 측벽이 만나는 부분(A)가 각을 이루고 있음을 알 수 있다.
상기한 바와 같이 종래기술에 따른 반도체소자의 소자분리막 형성방법은, 트렌치를 형성하기 위한 건식 식각 공정시 트렌치의 저부와 측벽이 각을 이루며 형성되되, 심한 경우 마이크로 트렌치를 형성하여 전기장의 집중으로 인한 누설전류가유발되어 반도체소자의 특성 및 신뢰성이 저하되는 문제점이 있다.
본 발명의 상기한 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여, RF 바이어스 스텝 다운 ( RF bias step down ) 기술을 이용하여 라운딩 바텀 프로파일 ( rounding bottom profile ) 을 형성함으로써 전기장의 집중 현상을 방지하고 그에 따른 누설전류의 발생을 방지하여 반도체소자의 특성 및 신뢰성을 향상시키는 반도체소자의 소자분리막 형성방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
도 1 은 종래기술에 따른 반도체소자의 소자분리막 형성방법을 도시한 단면도.
도 2 는 종래기술에 따라 형성된 반도체소자의 소자분리막을 도시한 사진.
도 3 은 본 발명의 실시예에 따른 반도체소자의 소자분리막 형성방법을 도시한 단면도.
도 4 는 본 발명의 실시예에 따라 형성된 반도체소자의 소자분리막을 도시한 사진.
< 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 >
11,21 : 반도체기판13,23 : 패드산화막
15,25 : 질화막17,27 : 트렌치
이상의 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 반도체소자의 소자분리막 형성방법은,
반도체기판의 활성영역 상에 패드산화막 및 질화막의 적층구조를 형성하는 공정과,
소자분리 마스크를 이용한 사진식각공정으로 상기 질화막, 패드산화막 및 일정두께의 반도체기판을 식각하여 트렌치를 형성하되,
RF 바이어스 또는 RF 전력을 단계적으로 감소시켜 식각함으로써 트렌치의 저부와 측벽이 만나는 부분이 라운딩된 트렌치를 형성하는 공정을 포함하는 것과,
상기 RF 바이어스를 이용한 식각공정은, ICP 타입의 건식 식각 장비를 이용하는 경우 100 ∼ 1000 와트의 바텀 바이어스 ( bottom bias ) 조건으로 식각공정을 시작하고 소정 시간 간격으로 RF 바이어스 값을 일정 값만큼 감소시켜 실시하는 것과,
상기 RF 바이어스를 이용한 식각공정은, Cl2를 식각가스로 사용하여 실시하거나 HBr 및 Ar 의 혼합가스를 사용하여 실시하는 것과,
상기 RF 전력을 이용한 식각공정은, 200 ∼ 400 와트의 RF 전력과 10∼20 mTorr 의 압력을 갖는 조건에서 1차 식각하고 일정시간 후에 100 ∼ 300 와트 정도로 감소시켜서 2차 식각하는 것을 특징으로 한다.
또한, 이상의 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 반도체소자의 소자분리막 형성밥법은,
반도체기판의 활성영역 상에 패드산화막 및 질화막의 적층구조를 형성하는 공정과,
소자분리 마스크를 이용한 사진식각공정으로 상기 질화막, 패드산화막 및 일정두께의 반도체기판을 다단계로 식각하여 트렌치를 형성하되,
최초식각공정에서의 RF 바이어스를 동일하게 하고 식각 챔버의 압력을 증가시키거나 동일 압력에서 RF 바이어스를 감소시키는 2가지 기술을 조합하여 반도체 기판을 식각함으로써 트렌치의 저부와 측벽이 만나는 부분이 라운딩된 트렌치를 형성하는 공정을 포함하는 것과,
상기 RF 바이어스를 이용한 식각공정은,
ICP 타입의 건식 식각 장비를 이용하는 경우 100 ∼ 1000 와트의 바텀 바이어스 ( bottom bias ) 조건으로 식각공정을 시작하고 소정 시간 간격으로 RF 바이어스 값을 일정 값만큼 감소시켜 실시하는 것과,
상기 RF 바이어스를 이용한 식각공정은, Cl2를 식각가스로 사용하여 실시하거나 HBr 및 Ar 의 혼합가스를 사용하여 실시하는 것을 특징으로 한다.
한편, 본 발명의 원리는,
소자분리를 위한 트렌치 식각공정시 RF 바이어스를 단계적으로 감소시키며 건식 식각공정을 실시하거나,
동일 RF 바이어스에서 챔버 압력을 증가시킴으로써
트렌치 저부 및 측벽이 연결되는 부분이 라운딩되어 전기장의 집중으로 인한 소자의 전기적 특성 열화를 방지하고 그에 따른 소자의 특성 및 신뢰성을 향상시키는 기술에 관한 것이다.
이하, 첨부된 도면을 참고로 하여 본 발명을 상세히 설명하기로 한다.
도 3 및 도 4 는 본 발명의 실시예에 따른 반도체소자의 소자분리막 형성방법을 도시한 단면도이다.
도 3 을 참조하면, 반도체기판(21) 상부에 패드산화막(23)을 형성하고, 상기 패드산화막(23) 상부에 질화막(25)을 형성한다.
그리고, 소자분리마스크를 이용한 식각공정으로 상기 질화막(25)과 패드산화막(23) 및 일정두께의 반도체기판(21)을 식각하여 상기 반도체기판(21)에 트렌치(27)를 형성한다.
이때, 상기 식각공정은 RF 바이어스 또는 RF 전력을 감소시키면서 실시한다.
상기 RF 바이어스를 이용한 식각공정은, ICP 타입의 건식 식각 장비를 이용하는 경우 100 ∼ 1000 와트의 바텀 바이어스 ( bottom bias ) 조건으로 식각공정을 시작하고 일정 시간 이후에 최초 RF 바이어스 값보다 작은 값에서 추가적으로반도체기판을 식각한 다음, 다시 감소된 RF 바이어스 값에서 식각을 진행하는 공정을 반복하여 진행한다.
상기 RF 바이어스를 이용한 식각공정은, Cl2를 식각가스로 사용하여 실시하거나 HBr 및 Ar 의 혼합가스를 사용하여 실시한다.
상기 RF 전력을 이용한 식각공정은, RF 전력 및 챔버 압력 조건을 단일 조건이 아니라 2 단계 이상의 조건에서 건식 플라즈마 식각공정으로 실시한다.
첫째 단계는, 통상의 종래 기술과 비슷한 수준인 200 ∼ 400 와트의 RF 전력과 10∼20 mTorr 의 압력을 갖는 조건에서 실시한다.
둘째 단계는, 일정시간 후에 100 ∼ 300 와트 정도로 감소시켜서 일정시간 반도체 기판을 식각하고, RF 전력을 더욱 감소시켜 반도체 기판을 식각하여 트렌치를 형성한다.
상기한 트렌치 식각공정은, 지오메트리 효과에 의한 전기장 집중 현상을 최소화시킴과 동시에 래디컬 재반응에 의한 측벽 보호 효과를 향상시킬 수 있어 트렌치(27)의 측벽 및 저부가 만나는 부분(B)이 라운딩되어 형성된다.
도 4 를 참조하면, 상기 도 3 과 같이 트렌치의 저부와 측벽이 만나는 부분(C)이 라운딩 되어 전기장의 집중 현상을 방지함으로써 소자의 전기적 특성 열화를 방지할 수 있음을 알 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 반도체소자의 소자분리막 형성방법은, RF 바이어스를 단계적으로 감소시켜 식각하거나 동일 RF 바이어스에서 챔버 압력을 증가시켜 식각함으로써 트렌치의 저부 및 측벽이 만나는 부분을 라운딩 되도록 하여 소자의 전기적 특성 열화를 방지하고 그에 따른 반도체소자의 특성 및 신뢰성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
Claims (7)
- 반도체기판의 활성영역 상에 패드산화막 및 질화막의 적층구조를 형성하는 공정과,소자분리 마스크를 이용한 사진식각공정으로 상기 질화막, 패드산화막 및 일정두께의 반도체기판을 식각하여 트렌치를 형성하되,RF 바이어스 또는 RF 전력을 단계적으로 감소시켜 식각함으로써 트렌치의 저부와 측벽이 만나는 부분이 라운딩된 트렌치를 형성하는 공정을 포함하는 반도체소자의 소자분리막 형성방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 RF 바이어스를 이용한 식각공정은, ICP 타입의 건식 식각 장비를 이용하는 경우 100 ∼ 1000 와트의 바텀 바이어스 ( bottom bias ) 조건으로 식각공정을 시작하고 소정 시간 간격으로 RF 바이어스 값을 일정 값만큼 감소시켜 반도체기판을 식각하는 것을 특징으로 하는 반도체소자의 소자분리막 형성방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 RF 바이어스를 이용한 식각공정은, Cl2를 식각가스로 사용하여 실시하거나 HBr 및 Ar 의 혼합가스를 사용하여 실시하는 것을 특징으로 하는 반도체소자의 소자분리막 형성방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 RF 전력을 이용한 식각공정은, 200 ∼ 400 와트의 RF 전력과 10∼20 mTorr 의 압력을 갖는 조건에서 1차 식각하고 일정시간 후에 100 ∼ 300 와트로 감소시켜서 2차 식각하는 것을 특징으로 하는 반도체소자의 소자분리막 형성방법.
- 반도체기판의 활성영역 상에 패드산화막 및 질화막의 적층구조를 형성하는 공정과,소자분리 마스크를 이용한 사진식각공정으로 상기 질화막, 패드산화막 및 일정두께의 반도체기판을 다단계로 식각하여 트렌치를 형성하되,최초식각공정에서의 RF 바이어스를 동일하게 하고 식각 챔버의 압력을 증가시키거나 동일 압력에서 RF 바이어스를 감소시키는 2가지 기술을 조합하여 반도체 기판을 식각함으로써 트렌치의 저부와 측벽이 만나는 부분이 라운딩된 트렌치를 형성하는 공정을 포함하는 반도체소자의 소자분리막 형성방법.
- 제 5 항에 있어서,상기 RF 바이어스를 이용한 식각공정은,ICP 타입의 건식 식각 장비를 이용하는 경우 100 ∼ 1000 와트의 바텀 바이어스 ( bottom bias ) 조건으로 식각공정을 시작하고 소정 시간 간격으로 RF 바이어스 값을 일정 값만큼 감소시켜 반도체기판을 식각하는 것을 특징으로 하는반도체소자의 소자분리막 형성방법.
- 제 5 항에 있어서,상기 RF 바이어스를 이용한 식각공정은, Cl2를 식각가스로 사용하여 실시하거나 HBr 및 Ar 의 혼합가스를 사용하여 실시하는 것을 특징으로 하는 반도체소자의 소자분리막 형성방법.
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