KR20040069401A - Method for protecting loss of isolation layer in semiconductor device - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 반도체 소자의 제조방법에 관한 것으로, 특히 트렌치 소자분리막(isolation layer)의 상부에 캡핑(capping) 질화막을 적용하여 후속공정에서 발생하는 필드산화막의 손상을 방지함으로서 소자의 특성을 향상시킨 반도체 소자의 제조방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method of manufacturing a semiconductor device, and more particularly, to a semiconductor device having improved characteristics of a device by applying a capping nitride film on an isolation layer to prevent damage to a field oxide film generated in a subsequent process. It relates to a method for manufacturing a device.
반도체 소자를 제조하는 경우, 소자를 전기적으로 분리시키기 위하여 소자분리막을 형성한다. 이러한 소자분리막을 형성하는 방법으로는 통상적으로 열산화막을 이용한 국부적 산화방법(Local Oxidation of Silicon : LOCOS)과 집적도에 유리한 트렌치(trench) 구조를 이용한 얕은 트렌치 소자분리막 형성방법(Shallow Trench Isolation : STI)이 많이 적용되고 있다.When fabricating a semiconductor device, an element isolation film is formed to electrically isolate the device. As a method of forming such a device isolation layer, a local trench method using a thermal oxide film (Local Oxidation of Silicon: LOCOS) and a shallow trench isolation method (STI) using a trench structure which is advantageous for integration are used. This is applied a lot.
트렌치 소자분리(shallow trench isolation, STI) 공정은 반도체 소자의 디자인 룰(design rule)의 감소에 따른 필드 산화막의 열화와 같은 공정의 불안정 요인과, 버즈비크(bird's beak)에 따른 활성 영역의 감소와 같은 문제점을 근본적으로 해결할 수 있는 소자분리 공정으로 부각되고 있으며, 1G DRAM 또는 4G DRAM급 이상의 초고집적 반도체 소자 제조 공정에의 적용이 유망한 기술이다.The trench trench isolation (STI) process is a process instability factor such as deterioration of the field oxide film due to the reduction of design rules of the semiconductor device, and the reduction of the active area due to the bird's beak. It is emerging as a device isolation process that can fundamentally solve the same problem, and it is a promising technology to be applied to an ultra-high density semiconductor device manufacturing process of 1G DRAM or 4G DRAM level.
도1a 내지 도1f를 참조하여 종래기술에 따른 트렌치 소자분리막 형성공정을 살펴본다. 먼저, 도1a에 도시된 바와같이 기판(11) 상에 표면산화막(12)과 표면질화막(13)을 적층하여 형성한다. 다음으로 표면질화막(13) 상에 감광막(14)을 형성하고 이를 패터닝하여 표면질화막(13)의 일정표면을 노출시킨다.A process of forming a trench isolation layer according to the prior art will be described with reference to FIGS. 1A to 1F. First, as shown in FIG. 1A, a surface oxide film 12 and a surface nitride film 13 are stacked on a substrate 11. Next, a photoresist film 14 is formed on the surface nitride film 13 and patterned to expose a predetermined surface of the surface nitride film 13.
이렇게 패터닝된 감광막(14)을 이용하여, 노출된 표면질화막(14)과 표면산화막(13)을 차례로 식각하여 기판(11)의 표면을 노출시킨다, 다음으로, 감광막(14)과 표면질화막(13)을 식각배리어로 이용하여 기판(11)을 일정깊이 식각하여 트렌치 구조를 형성한다(STI 식각).Using the patterned photosensitive film 14, the exposed surface nitride film 14 and the surface oxide film 13 are sequentially etched to expose the surface of the substrate 11. Next, the photosensitive film 14 and the surface nitride film 13 are exposed. ) Is used as an etching barrier to form a trench structure by etching the substrate 11 to a predetermined depth (STI etching).
다음으로 감광막(14)을 제거한 후, 도1b에 도시된 바와같이 STI 식각공정에서 생성된 미세 트렌치(micro trench)와 플라즈마 식각으로 인한 기판손상을 보상하기 위하여 트렌치 구조의 측벽 및 저면에 열산화막(15)을 형성한다.Next, after removing the photoresist layer 14, a thermal oxide layer on the sidewalls and the bottom surface of the trench structure is used to compensate for substrate damage due to micro trenches and plasma etching generated in the STI etching process as shown in FIG. 1B. 15).
다음으로 도1c에 도시된 바와같이 활성영역과 필드영역으로 소자를 분리하기 위해 트렌치 구조를 소자분리막으로 매립하는데, 최근에는 단차피복성의 우수한 고밀도 플라즈마(High Density Plasma : HDP)산화막(16)이 소자분리막으로 많이 사용되고 있다. 소자분리막으로 HDP 산화막을 사용하는 경우, 트렌치 구조를 HDP 산화막(16)으로 매립한 후, HDP 산화막(16)의 치밀도를 높이기 위한 열공정을 수행한다.Next, as shown in FIG. 1C, a trench structure is embedded with an isolation layer to separate the device into an active region and a field region. In recent years, an excellent high density plasma (HDP) oxide film 16 having a stepped coating is used. It is widely used as a separator. When the HDP oxide film is used as the device isolation film, the trench structure is filled with the HDP oxide film 16, and then a thermal process for increasing the density of the HDP oxide film 16 is performed.
HDP 산화막(16)은 트렌치 구조를 매립하며 형성될 뿐만 아니라, 활성영역상에도 두텁게 증착되므로, 적절한 마스크를 이용한 식각공정을 진행하여 활성영역상에 두텁게 형성된 HDP 산화막을 제거하여 단차를 감소시킨다.Since the HDP oxide layer 16 is not only formed by filling the trench structure, but also thickly deposited on the active region, an etching process using an appropriate mask is performed to remove the HDP oxide layer formed on the active region, thereby reducing the step difference.
이후에, 화학기계연마(Chemical Vapor Polishing : CMP)를 적용하여 안정한 소자분리막(16)을 형성하는데, 이때 표면질화막(13)이 화학기계연마의 식각정지층으로 작용한다. 즉, 표면질화막(13)이 노출될때까지 화학기계연마를 수행하여 도1c에 도시된 바와같이 HDP 산화막(16)의 표면을 평탄화시킨다.Subsequently, chemical vapor deposition (CMP) is applied to form a stable device isolation film 16, wherein the surface nitride film 13 serves as an etch stop layer of chemical mechanical polishing. That is, chemical mechanical polishing is performed until the surface nitride film 13 is exposed to planarize the surface of the HDP oxide film 16 as shown in FIG. 1C.
다음으로 도1d에 도시된 바와같이, CMP 공정에서 식각정지층으로 사용된 표면질화막(13)을 인산을 이용한 습식식각법으로 제거한다. 다음으로 게이트 형성공정을 수행하기 위하여, 남아있는 표면산화막(12)을 HF를 이용한 습식식각법으로 제거한다.Next, as illustrated in FIG. 1D, the surface nitride film 13 used as the etch stop layer in the CMP process is removed by a wet etching method using phosphoric acid. Next, in order to perform the gate forming process, the remaining surface oxide film 12 is removed by a wet etching method using HF.
이와같은 공정을 진행한 후에, 소자를 형성하기 위한 일련의 이온주입공정을 진행하고, 그 후에 게이트전극을 형성하기 위한 공정이 진행된다. 즉, 표면산화막이 제거된 기판(11) 상에 게이트절연막(17)을 형성하고 게이트절연막(17) 상에 게이트 폴리실리콘(18)을 적층하여 형성한 후에, 마스크를 이용한 식각공정을 진행하여 게이트 전극을 패터닝한다. 도1e는 게이트절연막(17)과 게이트 폴리실리콘(18)으로 이루어진 게이트전극이 기판 상에 형성된 모습을 도시한 도면이다.After such a process, a series of ion implantation processes for forming an element are performed, and then a process for forming a gate electrode is performed. That is, after forming the gate insulating film 17 on the substrate 11 from which the surface oxide film has been removed and laminating the gate polysilicon 18 on the gate insulating film 17, the etching process using a mask is performed to perform the gate Pattern the electrode. FIG. 1E is a view showing a gate electrode formed of a gate insulating film 17 and a gate polysilicon 18 formed on a substrate.
종래에는 이와같이 게이트전극을 패터닝하기 위한 식각공정에서, 소자분리막이 형성된 필드영역도 식각공정에 노출되므로, 트렌치 구조에 매립된 소자분리막(16)도 역시 식각이 되는 단점이 있었다.Conventionally, in the etching process for patterning the gate electrode, since the field region in which the device isolation film is formed is also exposed to the etching process, the device isolation film 16 embedded in the trench structure also has the disadvantage of being etched.
이와같이 게이트전극을 형성한 이후에 일련의 이온주입공정이 진행되며, 이후에 게이트전극의 양 측벽에 스페이서를 형성하는 공정이 진행된다. 스페이서는 도1f에 도시된 바와같이, 스페이서용 산화막(19)과 스페이서용 질화막(20)을 게이트전극을 포함한 기판(11) 상에 차례로 적층하여 형성한 이후에, 블랭킷(blanket) 건식식각을 수행하여 게이트 전극의 양 측벽에 스페이서를 형성한다.After forming the gate electrode as described above, a series of ion implantation processes are performed, and then a process of forming spacers on both sidewalls of the gate electrode is performed. As shown in FIG. 1F, the spacer oxide layer 19 and the spacer nitride layer 20 are sequentially stacked on the substrate 11 including the gate electrode, and then blanket dry etching is performed. Thus, spacers are formed on both sidewalls of the gate electrode.
종래에는 이러한 블랭킷 건식식각도 소자분리막이 형성된 필드영역이 노출된 상태에서 진행되므로, 트렌치 구조를 매립하고 있는 소자분리막(16) 역시 같이 식각이 되어, 소자분리막(16)이 손실되는 단점이 있었다.In the related art, since the field region in which the blanket dry etching device isolation layer is formed is exposed, the device isolation layer 16 filling the trench structure is also etched and the device isolation layer 16 is lost.
이와같이 스페이서를 형성한 이후에, 소스/드레인 영역을 형성하기 위한 이온주입공정이 진행되며, 다음으로 실리사이드를 형성하기 위한 공정이 수행된다.After forming the spacers as described above, an ion implantation process for forming source / drain regions is performed, followed by a process for forming silicide.
반도체 소자에서는 실리사이드가 형성되어야할 영역이 있는 반면에, 실리사이드가 형성되지 말아야할 영역이 있다. 따라서 이와같이 선택적으로 실리사이드를 형성하기 위해서는 먼저, 실리사이드 방지막을 전체 구조상에 형성한 이후에, 실리사이드가 형성될 영역에 존재하는 실리사이드 방지막만을 선택적으로 제거한 이후에 실리사이드 형성공정을 수행하면 선택적으로 실리사이드를 형성할 수 있다.In semiconductor devices, there are regions in which silicides are to be formed, while in the semiconductor devices, there are regions in which silicides should not be formed. Therefore, in order to selectively form the silicide, the silicide forming process may be selectively performed by first forming the silicide barrier layer on the entire structure, and then selectively removing only the silicide barrier layer existing in the region where the silicide is to be formed. Can be.
이러한 실리사이드 방지막을 선택적으로 제거하는 식각공정 역시, 블랭킷 건식식각으로 진행되며, 필드영역이 노출된 상태에서 진행된다. 따라서, 이 경우에도 트렌치 구조를 매립한 HDP 산화막이 같이 식각되어 손실되어 버리는 단점이 있었다.The etching process for selectively removing the silicide prevention layer is also performed by blanket dry etching, and the field region is exposed. Therefore, even in this case, there is a disadvantage in that the HDP oxide film having the trench structure embedded is etched and lost.
전술한 바와같은 식각공정 이외에도 여러 공정단계에서 필수적으로 수행되는 세정공정에서도 트렌치 구조를 매립한 HDP 산화막이 손실되는 경우가 많기 때문에 이를 방지할 방법이 요구되고 있다.In addition to the etching process described above, in the cleaning process performed essentially in various process steps, since the HDP oxide embedded with the trench structure is often lost, a method of preventing the same is required.
소자분리막으로 사용된 HDP 산화막이 손실되는 경우에는 필드영역과 활성영역사이의 경계면에서 누설전류가 발생하여 소자의 특성을 열화시키는 단점이 있었으며, 또는 실리사이드 형성시에 필드영역과 활성영역사이의 경계면에서는 실리사이드가 얇게 형성되는 단점이 있었다. 또한, 콘택식각공정에서 콘택이 필드영역의 아래로 치고들어와 활성영역에 나쁜영향을 미치기도 하였다.When the HDP oxide film used as the device isolation film is lost, a leakage current occurs at the interface between the field region and the active region, thereby degrading the characteristics of the device, or at the interface between the field region and the active region when silicide is formed. There was a disadvantage that the silicide was formed thin. In addition, in the contact etching process, the contact hits the field area and adversely affects the active area.
본 발명은 상기한 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 트렌치 소자분리막의 상부에 캡핑질화막을 형성하여 후속공정에서 입게되는 소자분리막의 손실을 최소화하여 소자특성의 열화를 방지한 반도체 소자 제조방법을 제공함을 목적으로 한다.The present invention is to solve the above problems, to provide a semiconductor device manufacturing method that prevents the deterioration of device characteristics by forming a capping nitride film on the trench device isolation film to minimize the loss of the device isolation film in a subsequent process. For the purpose.
도1a 내지 도1f는 종래기술에 따른 반도체 소자의 제조공정을 도시한 공정단면도,1A to 1F are cross-sectional views illustrating a manufacturing process of a semiconductor device according to the prior art;
도2a 내지 도2j는 본 발명의 일실시예에 따른 반도체 소자의 제조공정을 도시한 공정단면도.2A through 2J are cross-sectional views illustrating a process of manufacturing a semiconductor device in accordance with an embodiment of the present invention.
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명** Description of the symbols for the main parts of the drawings *
21 : 기판 22 : 표면산화막21 substrate 22 surface oxide film
23 : 표면질화막 24 : 제 1 마스크23 surface nitride film 24 first mask
25 : 열산화막 26 : HDP 산화막25: thermal oxide film 26: HDP oxide film
27 : 캡핑질화막 28 : 제 2 마스크27 capping nitride film 28 second mask
29 : 게이트 절연막 30 : 게이트전극29 gate insulating film 30 gate electrode
31 : 스페이서용 산화막 32 : 스페이서용 질화막31 oxide film for spacer 32 nitride film for spacer
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 필드영역의 반도체 기판을 일부깊이 식각하여 트렌치를 형성하는 단계; 상기 트렌치 내부에 소자분리막으로서 산화막 계열의 막을 매립하는 단계; 후속공정에서 상기 소자분리막의 손상되는 것을 방지하기 위하여 상기 소자분리막 상에만 캡핑질화막을 형성하는 단계; 후속공정을 진행하는 단계; 및 상기 캡핑질화막을 제거하는 단계를 포함하여 이루어진다.The present invention for achieving the above object, the step of forming a trench by etching a portion of the semiconductor substrate in the field region deep; Filling an oxide-based film as an isolation layer in the trench; Forming a capping nitride film only on the device isolation film in order to prevent damage to the device isolation film in a subsequent process; Proceeding to a subsequent process; And removing the capping nitride film.
또한, 본 발명은 필드영역의 반도체 기판을 일부깊이 식각하여 트렌치를 형성하는 단계; 상기 트렌치 내부에 소자분리막으로서 산화막 계열의 막을 매립하는 단계; 후속공정에서 상기 소자분리막의 손상되는 것을 방지하기 위하여 상기 소자분리막 상에만 캡핑질화막을 형성하는 단계; 활성영역의 상기 반도체 기판 상에 게이트 전극을 패터닝하는 단계; 상기 게이트 전극의 양 측벽에 스페이서를 형성하는 단계; 상기 반도체 기판 상의 일정영역에 실리사이드막을 형성하는 단계; 및 상기 캡핑질화막을 제거하는 단계를 포함하여 이루어진다.In addition, the present invention may include forming a trench by partially etching the semiconductor substrate in the field region; Filling an oxide-based film as an isolation layer in the trench; Forming a capping nitride film only on the device isolation film in order to prevent damage to the device isolation film in a subsequent process; Patterning a gate electrode on the semiconductor substrate in an active region; Forming spacers on both sidewalls of the gate electrode; Forming a silicide film in a predetermined region on the semiconductor substrate; And removing the capping nitride film.
본 발명은 트렌치 소자분리막의 상부에 캡핑질화막을 적용하여 후속 식각공정이나 세정공정에서 발생하는 소자분리막의 손실을 최소화함으로써 소자특성의 열화를 방지한 발명이다.The present invention prevents deterioration of device characteristics by applying a capping nitride layer on the trench isolation layer to minimize the loss of the isolation layer in a subsequent etching or cleaning process.
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 첨부된 도면을 참조하여 설명한다.Hereinafter, the most preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art can easily implement the technical idea of the present invention.
도2a 내지 도2j는 본 발명의 일실시예에 따른 반도체 소자의 제조공정을 도시한 공정단면도로서, 이를 참조하여 본 발명의 일실시예에 따른 반도체 소자의 제조방법을 설명한다.2A through 2J are cross-sectional views illustrating a process of fabricating a semiconductor device in accordance with an embodiment of the present invention. A method of manufacturing a semiconductor device in accordance with an embodiment of the present invention will be described with reference thereto.
도2a를 참조하면, 먼저 기판(21) 상에 표면산화막(22)을 100Å 정도의 두께로 증착한 이후에, 후속 CMP공정에서 식각정지막의 역할을 하게 될 표면질화막(23)을 2000Å 정도의 두께로 표면산화막(22) 상에 적층하여 형성한다.Referring to FIG. 2A, first, the surface oxide film 22 is deposited on the substrate 21 to a thickness of about 100 GPa, and then the surface nitride film 23 to serve as an etch stop layer in a subsequent CMP process is about 2000 GPa. It is formed by laminating on the surface oxide film 22.
다음으로 표면질화막(23) 상에 감광막(24)을 도포하고 이를 패터닝하여 표면질화막(23)의 일정표면을 노출시키는 제 1 마스크(24)를 형성한다. 감광막(24)으로는 양성(positive) 감광막이 사용되며, 감광막(24)을 패터닝하는데 사용된 레티클(reticle)은 후속공정에서도 사용되는데 이에 대해서는 후술한다.Next, the photoresist film 24 is coated on the surface nitride film 23 and patterned to form a first mask 24 exposing a predetermined surface of the surface nitride film 23. A positive photoresist film is used as the photoresist film 24, and a reticle used to pattern the photoresist film 24 is also used in a subsequent process, which will be described later.
이와같이 패터닝된 제 1 마스크(24)을 이용하여, 노출된 표면질화막(24)과 표면산화막(23)을 차례로 식각하여 기판(21)의 일정표면을 노출시킨다. 다음으로 제 1 마스크(24)와 표면질화막(23)을 식각배리어로 이용하여 기판(21)을 일정깊이 식각하여 트렌치 구조를 형성한다(STI 식각). 이어서 제 1 마스크(24)는 제거한다.By using the patterned first mask 24, the exposed surface nitride film 24 and the surface oxide film 23 are sequentially etched to expose a predetermined surface of the substrate 21. Next, using the first mask 24 and the surface nitride film 23 as an etching barrier, the substrate 21 is etched to a certain depth to form a trench structure (STI etching). The first mask 24 is then removed.
다음으로 도2b에 도시된 바와같이, 습식식각법을 이용하여 표면산화막(22)을100Å 정도 리세스(recess) 시킨 후, 인산을 이용한 습식식각법으로 표면질화막 (23)을 500Å 정도 리세스 시킨다.Next, as shown in FIG. 2B, the surface oxide film 22 is recessed by about 100 kPa using the wet etching method, and the surface nitride film 23 is recessed by about 500 kPa by the wet etching method using phosphoric acid. .
이와같이 표면산화막(22)과 표면질화막(23)을 리세스시키는 이유는, 활성영역과 필드영역의 경계면을 소자분리막으로 커버(cover)하여 줌으로써 활성영역과 필드영역의 경계면에서 발생하는 문제점들을 더욱 효과적으로 해결하기 위해서이며 표면산화막(22)과 표면질화막(23)을 리세스 시키지 않고 종래와 같이 형성하여도 무방하다.The reason why the surface oxide film 22 and the surface nitride film 23 are recessed is that the interface between the active area and the field area is covered with an isolation layer to effectively solve the problems occurring at the interface between the active area and the field area. In order to solve the problem, the surface oxide film 22 and the surface nitride film 23 may be formed as in the prior art without recess.
이어서, STI 식각공정에서 생성된 미세 트렌치(micro trench)와 플라즈마 식각으로 인한 손상을 보상하기 위하여 트렌치 구조의 측벽 및 저면에 열산화막(25)을 형성한다.Subsequently, a thermal oxide layer 25 is formed on the sidewalls and the bottom of the trench structure to compensate for damage due to micro trenches and plasma etching generated in the STI etching process.
다음으로, 활성영역과 필드영역으로 소자를 분리하기 위해, 트렌치 구조를 고밀도 플라즈마(High Density Plasma : HDP) 산화막(26)으로 매립한 후, HDP 산화막(26)의 치밀도를 높이기 위한 열공정을 수행한다. HDP 산화막(26)은 트렌치 구조를 매립할 뿐만아니라, 활성영역상에도 두텁게 증착되므로, 적절한 마스크를 이용한 식각공정을 진행하여 활성영역상에 두텁게 형성된 HDP 산화막을 제거하여 단차를 감소시킨다.Next, in order to separate the device into the active region and the field region, the trench structure is embedded with a high density plasma (HDP) oxide layer 26, and then a thermal process for increasing the density of the HDP oxide layer 26 is performed. Perform. Since the HDP oxide layer 26 not only fills the trench structure but is also thickly deposited on the active region, an etching process using an appropriate mask is performed to remove the HDP oxide layer formed on the active region, thereby reducing the step difference.
이후에, 화학기계연마(Chemical Vapor Polishing : CMP)를 적용하여 안정한 소자분리막(26)을 형성하는데, 이때 표면질화막(23)이 화학기계연마의 식각정지층으로 작용한다. 즉, 표면질화막(23)이 600Å 정도 남을때 까지 화학기계연마를 수행하여 HDP 산화막(26)의 표면을 평탄화시킨다.Subsequently, chemical vapor deposition (CMP) is applied to form a stable device isolation layer 26, wherein the surface nitride layer 23 serves as an etch stop layer of chemical mechanical polishing. That is, the surface of the HDP oxide film 26 is planarized by performing chemical mechanical polishing until the surface nitride film 23 remains about 600 kPa.
본 발명의 일실시예에서는 트렌치 구조를 매립하는 소자분리막으로 HDP 산화막이 사용되었으나, 그 이외에도 다른 종류의 산화막이 소자분리막으로 사용될 수도 있다. 다음으로 도2d에 도시된 바와같이, CMP 공정에서 식각정지층으로 사용된 표면질화막(13)을 인산을 이용한 습식식각법으로 제거한다.In one embodiment of the present invention, an HDP oxide film is used as a device isolation film to fill a trench structure, but other types of oxide films may be used as the device isolation film. Next, as shown in Figure 2d, the surface nitride film 13 used as an etch stop layer in the CMP process is removed by a wet etching method using phosphoric acid.
이어서, 도2e에 도시된 바와같이 HDP 산화막(26)을 포함하는 전체 구조상에 캡핑질화막(27)을 400 ∼ 600Å의 두께로 형성한다. 다음으로, 전체 구조상에 형성된 캡핑질화막(27) 상에 네가티브(negative) 포토레지스트(28)를 도포한다.Subsequently, as shown in FIG. 2E, a capping nitride film 27 is formed to a thickness of 400 to 600 kPa on the entire structure including the HDP oxide film 26. As shown in FIG. Next, a negative photoresist 28 is applied onto the capping nitride film 27 formed on the entire structure.
네가티브 포토레지스트는 캡핑질화막(27)을 선택적으로 제거하기 위한 제 2 마스크를 형성하는데 사용되며, 네가티브 포토레지스트는 필드영역에 형성된 HDP 산화막(26)만을 덮은 제 2 마스크(28)로 패터닝된다. 즉, 네가티브 포토레지스트는 노광된 부분만이 잔존하며, 노광되지 않은 부분은 제거되는 성질을 가지므로, 도2a의 감광막(24)을 패터닝하는데 사용한 레티클(reticle)을 그대로 이용하여, 필드영역 상에 형성된 네가티브 포토레지스트만 노광하여 잔존시키고, 활성영역 상에 형성된 네가티브 포토레지스트는 제거한다.The negative photoresist is used to form a second mask for selectively removing the capping nitride film 27, and the negative photoresist is patterned with a second mask 28 covering only the HDP oxide film 26 formed in the field region. That is, since the negative photoresist has a property of remaining only the exposed portion and removing the unexposed portion, the negative photoresist is used on the field region by using the reticle used to pattern the photoresist film 24 of FIG. 2A as it is. Only the negative photoresist formed is exposed by exposure, and the negative photoresist formed on the active region is removed.
이어서, 도2e에 도시된 바와같이 남아 있는 제 2 마스크(28)를 이용한 습식식각법을 적용하여 캡핑질화막(27)을 선택적으로 제거하면, 도2f에 도시된 바와같이 제 2 마스크(28)로 덮혀있는 캡핑질화막(27)을 제외하고, 활성영역 상에 형성된 나머지 캡핑질화막(27)은 제거된다. 다음으로 남아있는 제 2 마스크(28)는 제거한다.Subsequently, the capping nitride layer 27 is selectively removed by applying a wet etching method using the remaining second mask 28 as shown in FIG. 2E. Then, as shown in FIG. 2F, the capping nitride layer 27 is removed. Except for the covered capping nitride layer 27, the remaining capping nitride layer 27 formed on the active region is removed. Next, the remaining second mask 28 is removed.
다음으로 게이트 형성공정을 수행하기 위하여, 기판 상에 남아있는 표면산화막(22)을 HF를 이용한 습식식각법으로 제거한다. 이와같이 표면산화막(22)까지 제거된 모습을 도2f에 도시하였다.Next, in order to perform the gate forming process, the surface oxide film 22 remaining on the substrate is removed by a wet etching method using HF. The removal of the surface oxide film 22 in this manner is illustrated in FIG. 2F.
이와같은 공정을 진행한 후에, 소자를 형성하기 위한 일련의 이온주입공정을 진행하고, 그 후에 게이트전극을 형성하기 위한 공정이 진행된다. 즉, 활성영역 상에 게이트절연막(29)을 형성하고, 게이트절연막(29)을 포함하는 전체 구조상에 게이트 폴리실리콘(30)을 적층하여 형성한다. 이때, 게이트 폴리실리콘(30)은 필드영역에 위치한 캡핑질화막(27)의 상부에도 형성된다.After such a process, a series of ion implantation processes for forming an element are performed, and then a process for forming a gate electrode is performed. That is, the gate insulating film 29 is formed on the active region, and the gate polysilicon 30 is laminated on the entire structure including the gate insulating film 29. In this case, the gate polysilicon 30 is also formed on the capping nitride layer 27 located in the field region.
이와같이 게이트 폴리실리콘을 형성한 후에, 마스크를 이용한 식각공정을 진행하여 게이트 전극을 패터닝한다. 도2e는 게이트절연막(27)과 게이트 폴리실리콘 (28)으로 이루어진 게이트전극이 기판상에 형성된 모습을 도시한 도면이다.After the gate polysilicon is formed in this manner, an etching process using a mask is performed to pattern the gate electrode. FIG. 2E shows a state in which a gate electrode composed of a gate insulating film 27 and a gate polysilicon 28 is formed on a substrate.
종래에는 게이트전극을 패터닝하기 위한 식각공정에서, 필드부분도 노출이 되므로, 트렌치 구조에 매립된 HDP 산화막(26)도 역시 식각이 되는 단점이 있었으나, 본 발명의 일실시예에서는 HDP 산화막(26) 상에 캡핑질화막(27)이 형성되어 있으므로 HDP 산화막(26)의 손실을 방지할 수 있다.Conventionally, in the etching process for patterning the gate electrode, since the field portion is also exposed, the HDP oxide layer 26 embedded in the trench structure also has the disadvantage of being etched, but in one embodiment of the present invention, the HDP oxide layer 26 is used. Since the capping nitride film 27 is formed on it, the loss of the HDP oxide film 26 can be prevented.
즉, 필드영역에 형성된 게이트 폴리실리콘은 게이트 패터닝을 위한 식각공정시에 제거되며, 캡핑질화막(27)에서 식각이 멈춘다. 이는 게이트 폴리실리콘(30)과 캡핑질화막(27)의 식각선택비가 높기때문이며, 필드영역에 형성된 게이트 폴리실리콘(30)이 식각되다가 캡핑질화막(27)을 만나면 자연히 식각이 멈춘다. 도2g는 이와같이 게이트 전극이 패터닝된 모습을 도시한 도면이다.That is, the gate polysilicon formed in the field region is removed during the etching process for gate patterning, and the etching stops at the capping nitride layer 27. This is because the etching selectivity of the gate polysilicon 30 and the capping nitride layer 27 is high, and when the gate polysilicon 30 formed in the field region is etched, the etching stops naturally. FIG. 2G illustrates the gate electrode patterned in this manner. FIG.
이와같이 게이트전극을 형성한 이후에 일련의 이온주입공정이 진행되며, 이후에 게이트전극의 양 측벽에 스페이서를 형성하는 공정이 진행된다. 스페이서는 스페이서용 산화막과 스페이서용 질화막을 게이트전극을 포함한 기판 상에 차례로 적층하여 형성한 이후에, 블랭킷 건식식각을 수행하여 게이트 전극의 양 측벽에 스페이서를 형성한다.After forming the gate electrode as described above, a series of ion implantation processes are performed, and then a process of forming spacers on both sidewalls of the gate electrode is performed. The spacer is formed by sequentially stacking a spacer oxide film and a spacer nitride film on a substrate including a gate electrode, and then performing blanket dry etching to form spacers on both sidewalls of the gate electrode.
이를 상술하면 다음과 같다. 먼저, 도2h에 도시된 바와같이 게이트전극 (29,30)을 포함하는 기판(21) 상에 스페이서용 산화막(31)을 150Å 정도의 두께로 형성한다. 이때, 필드영역의 최상부에는 캡핑질화막(27)이 형성되어 있기 때문에, 스페이서용 산화막(31)은 캡핑질화막(27) 상에는 형성되지 못하고, 활성영역 상에만 형성된다.This will be described below. First, as shown in FIG. 2H, a spacer oxide film 31 is formed on the substrate 21 including the gate electrodes 29 and 30 to a thickness of about 150 Å. At this time, since the capping nitride film 27 is formed at the top of the field region, the spacer oxide film 31 is not formed on the capping nitride film 27 but is formed only on the active region.
다음으로 도2i에 도시된 바와같이 캡핑질화막(27)의 상부와 스페이서용 산화막(31)의 상부에 스페이서용 질화막(32)을 800Å 정도의 두께로 형성한다. 이때, 캡핑질화막(27)과 스페이서용 질화막(32)은 같은 질화막 계열의 막이므로, 캡핑질화막(27)의 상부에 스페이서용 질화막(32)이 형성될 수 있다.Next, as shown in FIG. 2I, a spacer nitride film 32 is formed on the upper portion of the capping nitride film 27 and the spacer oxide film 31 to a thickness of about 800 mm 3. In this case, since the capping nitride layer 27 and the spacer nitride layer 32 are formed of the same nitride layer, the spacer nitride layer 32 may be formed on the capping nitride layer 27.
캡핑질화막(27)은 처음부터 400 ∼ 600Å 정도의 두꺼운 두께로 형성되었으므로, 여러 후속공정이 진행되는 동안, 소자분리막(26)을 보호하느라 캡핑질화막(27)이 어느정도 식각되어 두께가 감소하더라도 200Å 이상의 두께는 갖고 있다.Since the capping nitride film 27 is formed to have a thick thickness of about 400 to 600 micrometers from the beginning, the capping nitride film 27 is etched to some extent while protecting the device isolation layer 26 during various subsequent processes. It has a thickness.
이와같이 200Å 이상의 두께를 갖고 있는 캡핑질화막(27) 상부에 800Å의 두께를 갖고 있는 스페이서용 질화막(32)을 형성하게 되면, 필드영역에는 총 1000Å 이상의 두께를 갖는 질화막이 형성되어 있게 된다. 이를 도2i에 도시하였다.As such, when the nitride nitride film 32 for spacers having a thickness of 800 GPa is formed on the capping nitride film 27 having a thickness of 200 GPa or more, a nitride film having a total thickness of 1000 GPa or more is formed in the field region. This is shown in Fig. 2i.
다음으로 스페이서를 형성하기 위한 블랭킷 건식식각을 실시한다. 이러한 블랭킷 건식식각을 통해, 활성영역에서는 스페이서용 질화막(32)과 스페이서용 산화막(31)이 제거되어, 게이트 전극의 측벽에 도2j에 도시된 바와같이 스페이서가 형성된다.Next, a blanket dry etching for forming a spacer is performed. Through the blanket dry etching, the spacer nitride film 32 and the spacer oxide film 31 are removed in the active region, thereby forming a spacer on the sidewall of the gate electrode as shown in FIG. 2J.
종래에는 이러한 블랭킷 건식식각도 필드부분이 노출된 상태에서 진행되므로, HDP 산화막(26)이 손실되는 단점이 있었으나, 본 발명의 일실시예에서는 필드영역 상에 질화막이 1000Å 이상의 두께로 형성되어 있으므로, 필드영역에 형성된 스페이서용 질화막(32)이 모두 식각되어 제거되더라도, 200Å 이상의 질화막이 필드영역에 남아 있게되며, 이와같이 잔존한 질화막이 블랭킷 건식식각으로부터 HDP 산화막(26)을 보호해준다.In the related art, since the blanket dry etching field part is exposed, the HDP oxide layer 26 is lost. However, in the exemplary embodiment of the present invention, since the nitride layer is formed to have a thickness of 1000 μm or more on the field region, Even if all of the spacer nitride films 32 formed in the field region are etched and removed, 200 nm or more of the nitride film remains in the field region. Thus, the remaining nitride layer protects the HDP oxide layer 26 from the blanket dry etching.
즉, 블랭킷 건식식각을 통해 활성영역에서 스페이서용 산화막(31)이 식각되는 동안, 필드영역에 잔존한 질화막은 그 선택비가 높으므로 식각이 잘 되지않아, 트렌치 구조를 매립하고 있는 HDP 산화막(26)을 보호해 준다.That is, while the spacer oxide film 31 in the active region is etched through the blanket dry etching, the nitride film remaining in the field region has a high selectivity, so the etching is not easy, and the HDP oxide layer 26 filling the trench structure is not etched. Protects.
이와같이 스페이서를 형성한 이후에, 소스/드레인 영역을 형성하기 위한 이온주입공정이 진행되며, 다음으로 실리사이드를 형성하기 위한 공정이 수행된다.After forming the spacers as described above, an ion implantation process for forming source / drain regions is performed, followed by a process for forming silicide.
반도체 소자에서는 실리사이드가 형성되어야할 영역이 있는 반면에, 실리사이드가 형성되지 말아야할 영역이 있다. 따라서 이와같이 선택적으로 실리사이드를 형성하기 위해서는 먼저, 산화막 계열인 실리사이드 방지막(미도시)을 전체 구조상에 1000Å 정도의 두께로 형성하고, 실리사이드가 형성될 영역에 존재하는 실리사이드 방지막만을 선택적으로 제거한 후에 실리사이드 형성공정이 수행된다.In semiconductor devices, there are regions in which silicides are to be formed, while in the semiconductor devices, there are regions in which silicides should not be formed. Therefore, in order to selectively form the silicide in this manner, a silicide prevention layer (not shown), which is an oxide-based layer, is first formed to a thickness of about 1000 상 에 on the entire structure, and only the silicide prevention layer existing in the region where silicide is to be formed is selectively removed, This is done.
실리사이드 방지막 역시 산화막 계열이므로, 캡핑질화막이 잔존하고 있는 필드영역에는 실리사이드 방지막이 형성되지 않으며, 활성영역에만 실리사이드 방지막이 형성된다.Since the silicide prevention film is also an oxide film series, the silicide prevention film is not formed in the field region where the capping nitride film remains, and the silicide prevention film is formed only in the active region.
이러한 실리사이드 방지막을 선택적으로 제거하는 식각공정 역시, 블랭킷 건식식각으로 진행되는데, 필드영역 상부에 존재하고 있는 캡핑질화막은 이와같은 블랭킷 건식식각공정으로부터 소자분리막(26)을 보호해 준다.The etching process for selectively removing the silicide prevention layer also proceeds to a blanket dry etching, and the capping nitride layer existing on the field region protects the device isolation layer 26 from the blanket dry etching process.
전술한 바와같은 식각공정 이외에도 여러 공정단계에서 필수적으로 수행되는 세정공정에서도, 트렌치에 매립된 소자분리막(26)을 덮고 있는 캡핑질화막(27)의 존재로 인해 소자분리막(26)이 손실되는 것을 방지할 수 있다.In addition to the etching process described above, in the cleaning process performed essentially in various process steps, the device isolation layer 26 is prevented from being lost due to the presence of the capping nitride layer 27 covering the device isolation layer 26 embedded in the trench. can do.
본 발명의 일실시예에서는 게이트전극 패터닝 공정, 스페이서 형성공정, 실리사이드 형성공정을 예로 들었지만, 그 이외에도 소자분리막에 손실을 입힐 만한 공정이 모두 진행된 이후에, 필드영역에 형성된 캡핑질화막을 습식식각으로 제거한다.In the exemplary embodiment of the present invention, the gate electrode patterning process, the spacer forming process, and the silicide forming process are exemplified. In addition, the capping nitride film formed in the field region is removed by wet etching after all the processes that cause damage to the device isolation film are performed. do.
본 발명에 따르면, 트렌치 소자분리막의 상부에 캡핑질화막을 적용함으로써, 소자분리막의 손실을 방지하여 반도체 소자의 특성을 향상시킬 수 있으며, 또한 필드영역과 활성영역의 경계에 해당하는, 트렌치 구조의 상부 끝단을 소자분리막으로 커버하여 줌으로써 소자특성의 향상에 기여할 수 있다.According to the present invention, by applying a capping nitride layer on the trench isolation layer, the loss of the isolation layer can be prevented to improve the characteristics of the semiconductor device, and also corresponds to the boundary between the field region and the active region. Covering the end with the device isolation film can contribute to the improvement of device characteristics.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명이 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능함이 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.As described above, the present invention is not limited to the above-described embodiments and the accompanying drawings, and the present invention may be variously substituted, modified, and changed without departing from the spirit of the present invention. It will be apparent to those of ordinary skill in Esau.
상기와 같이 이루어지는 본 발명은, 여러공정에서 발생할 수 있는 트렌치 소자분리막의 손실을 방지할 수 있어 반도체 소자의 특성저하를 방지할 수 있는 효과가 있다.The present invention as described above can prevent the loss of the trench device isolation film that can occur in a number of processes has the effect of preventing the deterioration of the characteristics of the semiconductor device.
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