KR20060067443A - Method for forming isolation of semiconductor device - Google Patents
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Abstract
본 발명은 모우트(moat)의 발생을 방지할 수 있는 반도체 소자의 소자분리막 형성방법에 관한 것이다. 본 발명에 따른 반도체 소자의 소자분리막 형성방법은, 반도체 기판 상에 패드 산화막을 형성하는 단계; 상기 패드산화막 상에 고온산화막(HTO)을 형성하는 단계; 상기 고온산화막 상에 패드질화막을 형성하는 단계; 상기 패드질화막, 고온산화막, 패드산화막 및 기판을 식각하여 트렌치를 형성하는 단계; 상기 트렌치를 매립절연막으로 매립하는 단계; 상기 패드질화막이 드러나도록 매립절연막을 CMP하는 단계: 상기 패드질화막을 제거하는 단계; 상기 고온산화막과 패드산화막을 제거함과 동시에 액티브 영역보다 높게 배치된 매립절연막 부분을 제거하는 단계;를 포함한다.The present invention relates to a method of forming a device isolation film of a semiconductor device capable of preventing the generation of moats. A device isolation film forming method of a semiconductor device according to the present invention includes forming a pad oxide film on a semiconductor substrate; Forming a high temperature oxide film (HTO) on the pad oxide film; Forming a pad nitride film on the high temperature oxide film; Etching the pad nitride film, the high temperature oxide film, the pad oxide film, and the substrate to form a trench; Filling the trench with a buried insulating film; CMPing the buried insulating film to expose the pad nitride film: removing the pad nitride film; And removing the buried insulating film portion disposed higher than the active region while removing the high temperature oxide film and the pad oxide film.
Description
도 1은 종래기술에 따른 반도체 소자의 소자분리막 형성시 문제점을 설명하기 위한 단면도.1 is a cross-sectional view illustrating a problem in forming a device isolation film of a semiconductor device according to the prior art.
도 2a 내지 도 2d는 본 발명의 실시예에 따른 반도체 소자의 소자분리막 형성방법을 설명하기 위한 공정 단면도.2A to 2D are cross-sectional views illustrating a method of forming a device isolation film of a semiconductor device in accordance with an embodiment of the present invention.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *Explanation of symbols on the main parts of the drawings
20: 기판 21: 패드산화막20: substrate 21: pad oxide film
22: 고온산화막 23: 패드질화막22: high temperature oxide film 23: pad nitride film
24: 트렌치 25: 매립절연막24: trench 25: buried insulation film
본 발명은 반도체 소자의 제조방법에 관한 것으로, 특히, 모우트(moat)의 발생을 방지할 수 있는 반도체 소자의 소자분리막 형성방법에 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 a method for forming a device isolation film of a semiconductor device capable of preventing generation of moats.
반도체 기술의 진보와 더불어, 반도체 소자의 고속화, 고집적화가 급속하게 진행되고 있고, 이에 수반해서, 패턴의 미세화 및 패턴 칫수의 고정밀화에 대한 요 구가 점점 높아지고 있다. 이러한 요구는 소자 영역에 형성되는 패턴은 물론, 상대적으로 넓은 영역을 차지하는 소자분리막에도 적용된다. 즉, 고집적 소자로 갈수록 소자영역의 폭이 감소되고 있는 추세에서, 상대적으로 소자 영역의 폭을 증가시키기 위해서는 소자분리 영역의 폭을 감소시켜야만 하기 때문이다.With the advance of semiconductor technology, the speed and the high integration of semiconductor elements are progressing rapidly, and with this, the demand for refinement | miniaturization of a pattern and high precision of a pattern dimension is increasing. This requirement applies not only to patterns formed in device regions, but also to device isolation films that occupy a relatively large area. That is, since the width of the device region is decreasing toward the higher integration device, it is necessary to decrease the width of the device isolation region in order to relatively increase the width of the device region.
현재 대부분의 반도체 소자는 작은 폭을 가지면서 우수한 소자분리 특성을 갖는 STI(Shallow trench Isolation) 공정을 이용하여 소자분리막을 형성하고 있다.Currently, most semiconductor devices form a device isolation layer using a shallow trench isolation (STI) process having a small width and excellent device isolation characteristics.
상기 STI 기술을 이용한 종래의 소자분리막 형성방법을 간략하게 설명하면 다음과 같다.The conventional device isolation film forming method using the STI technology will be briefly described as follows.
실리콘 기판 상에 패드산화막과 패드질화막을 차례로 형성한 상태에서, 공지의 리소그라피 공정에 따라 패드질화막을 식각한 후, 상기 패드질화막이 제거되어 노출된 패드산화막 부분 및 그 하부의 실리콘 기판 부분을 식각하여 트렌치를 형성한다. 그런다음, 상기 트렌치가 완전 매립되도록 산화막을 증착한 상태에서 상기 산화막을 CMP하고, 이어, 상기 패드질화막을 제거하여 트렌치형의 소자분리막을 형성한다.After the pad oxide film and the pad nitride film are sequentially formed on the silicon substrate, the pad nitride film is etched according to a known lithography process, and then the pad nitride film is removed to etch the exposed pad oxide film portion and the lower silicon substrate portion. Form a trench. Then, the oxide film is CMP while the oxide film is deposited so as to completely fill the trench, and then the pad nitride film is removed to form a trench type device isolation film.
그러나, 100㎚ 이하급 소자의 소자분리막 형성 공정에서 산화막 CMP후 패드 질화막을 제거하고 나면, 도 1에 도시한 바와 같이, 액티브와 소자분리막 경계면에서 산화막(15)이 과도하게 식각되는 현상이 발생한다. 이를 모우트(15a)라고 한다. 도면부호 10은 기판, 16은 게이트 산화막, 17은 폴리실리콘이다.However, after the pad nitride film is removed after the oxide film CMP in the device isolation film forming process of the 100 nm or less device, as shown in FIG. 1, an excessive etching of the
이러한 모우트(15a)의 발생은 소자의 전기적 특성에 악영향을 미친다. 즉, 게이트 폴리(17) 증착 공정에서 모우트(15a) 내에 폴리실리콘이 증착됨에 따라, 폴리 랩 어라운드(wrap-around)가 발생하여 서브스레숄드(subthreshold) 영역에서 작용하는 모스펫(MOSFET)의 누설전류를 증가시키고 리버스-내로우-위스-이펙트(Reverse-narrow-width-effect)를 증가시킨다. 또한, 모우트(15a)의 깊이가 깊을수록 문턱전압이 감소하고 모스펫의 전기적 폭(electrical field width)이 감소한다. The generation of the
이러한 모우트(15a)는 소자가 작아짐에 따라 모스펫에서 차지하는 면적이 상대적으로 증가하게 되어 소자개발에 큰 어려움을 초래한다.As the
따라서, 본 발명은 종래기술의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 액티브 영역과 소자분리간 경계 지역에서 모우트(moat)가 발생되는 것을 방지할 수 있는 반도체 소자의 소자분리막 형성방법을 제공함에 있다.Therefore, the present invention has been made to solve the problems of the prior art, an object of the present invention is to form a device isolation film of a semiconductor device capable of preventing the occurrence of moat in the boundary region between the active region and device isolation In providing a method.
또한, 본 발명의 다른 목적은 모우트 발생을 방지함으로써, 소자특성을 향상시킬 수 있는 반도체 소자의 소자분리막 형성방법을 제공함에 있다.In addition, another object of the present invention is to provide a method of forming a device isolation film of a semiconductor device that can improve the device characteristics by preventing the occurrence of moat.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 반도체 소자의 소자분리막 형성방법은, 반도체 기판 상에 패드 산화막을 형성하는 단계; 상기 패드산화막 상에 고온산화막(HTO)을 형성하는 단계; 상기 고온산화막 상에 패드질화막을 형성하는 단계; 상기 패드질화막, 고온산화막, 패드산화막 및 기판을 식각하여 트렌치를 형성하는 단계; 상기 트렌치를 매립절연막으로 매립하는 단계; 상기 패드질화막 이 드러나도록 매립절연막을 CMP하는 단계: 상기 패드질화막을 제거하는 단계; 상기 고온산화막과 패드산화막을 제거함과 동시에 액티브 영역보다 높게 배치된 매립절연막 부분을 제거하는 단계;를 포함한다.Method for forming a device isolation film of a semiconductor device according to the present invention for achieving the above object comprises the steps of forming a pad oxide film on a semiconductor substrate; Forming a high temperature oxide film (HTO) on the pad oxide film; Forming a pad nitride film on the high temperature oxide film; Etching the pad nitride film, the high temperature oxide film, the pad oxide film, and the substrate to form a trench; Filling the trench with a buried insulating film; CMPing the buried insulating film to expose the pad nitride film: removing the pad nitride film; And removing the buried insulating film portion disposed higher than the active region while removing the high temperature oxide film and the pad oxide film.
상기 패드산화막과 HTO막은 각각 100∼150Å과 300∼400Å의 두께로 증착한다.The pad oxide film and the HTO film were deposited to a thickness of 100 to 150 GPa and 300 to 400 GPa, respectively.
상기 HTO막은 800∼850℃의 온도 및 0.1∼0.3Torr의 압력에서 dichlorosilane(SiH2Cl2)의 유량을 9∼11cc, N2O의 유량을 90∼110cc를 사용하여 증착한다.The HTO film is deposited using a flow rate of dichlorosilane (
상기 HTO막 증착후 질소분위기 및 1000∼1100℃의 온도에서 30분 이상 어닐링을 수행한다.After deposition of the HTO film, annealing is performed for 30 minutes or more at a nitrogen atmosphere and a temperature of 1000 to 1100 ° C.
상기 패드질화막은 100∼150Å의 두께로 증착한다.The pad nitride film is deposited to a thickness of 100 to 150 GPa.
상기 패드질화막, 고온산화막, 패드산화막 및 기판을 식각하여 트렌치를 형성하는 단계는 CxFy계 가스, CxFyHz계 가스, NF3, SF6 및 CF3Cl 가스로 구성된 그룹으로 부터 선택되는 어느 하나의 가스를 사용하여 수행한다.Forming the trench by etching the pad nitride film, the high temperature oxide film, the pad oxide film, and the substrate is performed using any one gas selected from the group consisting of CxFy-based gas, CxFyHz-based gas, NF3, SF6, and CF3Cl gas. .
상기 식각은 주식각 가스에 H2 또는 O2 가스를 첨가하여 수행한다.The etching is performed by adding H2 or O2 gas to the stock angle gas.
상기 트렌치를 매립절연막으로 매립하는 단계는 고밀도 화학 기상 증착법(HDP-CVD) 방식을 이용하여 SiO2막으로 수행한다.The step of filling the trench with a buried insulating film is performed as a
상기 매립절연막을 CMP하는 단계는 1차로 실리카 슬러리만 사용하여 매립절연막 형성시 발생된 단차를 500Å 이하로 낮춘 다음 2차로 산화막 CMP용 고선택비 슬러리를 사용하여 디싱이 발생하지 않도록 수행한다. The CMP of the buried insulating film is primarily performed by using only a silica slurry to reduce the step difference generated when forming the buried insulating film to 500 mW or less and secondly to prevent dishing by using a high selectivity slurry for oxide CMP.
상기 고온산화막과 패드산화막을 제거함과 동시에 액티브 영역보다 높게 배치된 매립절연막 부분을 제거하는 단계는 50:1 HF 용액, 300:1 BOE 용액 및 이들의 혼합용액을 사용하여 수행한다.The step of removing the high temperature oxide film and the pad oxide film and the portion of the buried insulating film disposed higher than the active region is performed using a 50: 1 HF solution, a 300: 1 BOE solution, and a mixed solution thereof.
(실시예)(Example)
이하, 첨부한 도면을 참고하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상술하기로 한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 2a 내지 도 2d는 본 발명의 실시예에 따른 반도체 소자의 소자분리막 형성방법을 설명하기 위한 공정 단면도이다.2A through 2D are cross-sectional views illustrating a method of forming a device isolation film of a semiconductor device in accordance with an embodiment of the present invention.
도 2a를 참조하면, 반도체 기판(20) 상에 100∼150Å의 두께로 패드 산화막(21)을 형성한다. 이어서, 상기 패드산화막(21) 상에 300∼400Å의 두께로 고온산화막(HTO, 22)을 증착한다. 상기 고온산화막(22)은 800∼850℃의 온도 및 0.1∼0.3Torr의 압력에서 dichlorosilane(SiH2Cl2)의 유량을 9∼11cc, N2O의 유량을 90∼110cc로 하여 증착한다. 상기 고온산화막(22) 증착후 증착균일도를 향상시키기 위해 질소분위기 및 1000∼1100℃의 온도에서 30분 이상 어닐링을 수행한다. 이어서, 상기 고온산화막(22) 상에 100∼150Å의 두께로 패드질화막(23)을 증착한다. Referring to FIG. 2A, the
그런다음, 공지의 리소그라피 공정에 따라 패드질화막(23)을 식각한 후, 상기 패드질화막(23)이 제거되어 노출된 고온산화막(22), 패드산화막(21) 부분 및 그 하부의 기판(20) 부분을 식각하여 트렌치(24)를 형성한다. 이때, CxFy계 가스, CxFyHz계 가스, NF3, SF6 또는 CF3Cl 가스를 사용하여 식각을 진행하며, 주식각 가스에 H2 또는 O2 가스를 첨가할 수 있다.
Then, after etching the
도 2b를 참조하면, 상기 트렌치(24)를 매립절연막(25)으로 매립한다. 이때, 매립절연막(25)으로서는 트렌치 매립 특성이 우수한 HDP-CVD 산화막을 이용한다.Referring to FIG. 2B, the
도 2c를 참조하면, 상기 패드질화막이 드러나도록 매립절연막(25)을 CMP한다. 이때, 상기 매립절연막(25) CMP는 1차로 산화막 CMP용 저선택비 슬러리인 실리카 슬러리만 사용하여 매립절연막 형성시 발생된 단차를 500Å 이하로 낮춘 다음 2차로 산화막 CMP용 고선택비 슬러리를 사용하여 디싱이 발생하지 않도록 수행한다. 그런다음, 패드질화막을 제거한다.Referring to FIG. 2C, the buried
도 2d를 참조하면, 고온산화막(22)과 패드산화막(21)을 제거함과 동시에 액티브 영역보다 높게 배치된 매립절연막(25) 부분을 제거하여 소자분리막을 형성한다. 이때, 50:1 HF 용액, 300:1 BOE 용액 및 이들의 혼합용액을 사용하여 상기 막들을 제거한다.Referring to FIG. 2D, a device isolation film is formed by removing the high
이후, 게이트 산화막(26)과 게이트 폴리(27)를 형성하고, 이들을 패터닝하여 게이트를 형성한다. 여기서, 모우트가 발생되지 않음으로, 소자특성을 향상시킬 수 있다.Thereafter, the
표 1은 에천트(etchant)에 따른 3종류의 산화막의 습식 식각 속도를 비교한 표이다.Table 1 is a table comparing wet etching rates of three kinds of oxide films according to etchant.
(표 1)Table 1
여기서, 고온산화막의 식각속도가 패드산화막의 식각속도 보다 크고 HDP 산 화막의 식각속도보다 작으므로, 액티브 위의 고온산화막과 HDP 산화막을 동시에 식각할 수 있다. 따라서, HDP산화막의 과도한 식각을 억제하여 모우트의 발생을 방지할 수 있다. Here, since the etching rate of the high temperature oxide film is larger than the etching rate of the pad oxide film and smaller than that of the HDP oxide film, the high temperature oxide film and the HDP oxide film on the active layer can be simultaneously etched. Accordingly, excessive etching of the HDP oxide film can be suppressed to prevent the occurrence of moats.
이때, 액티브 보다 높게 배치된 HDP-CVD 산화막이 모두 제거되는 동안 고온산화막과 패드산화막이 모두 제거되어야 하므로 사용될 에천트의 종류에 따라 패드질화막, 고온산화막 및 패드산화막의 두께를 적절하게 조절하여야 한다. At this time, since both the high temperature oxide film and the pad oxide film are to be removed while all the HDP-CVD oxide films disposed higher than the active are removed, the thickness of the pad nitride film, the high temperature oxide film and the pad oxide film should be appropriately adjusted according to the type of etchant to be used.
이상에서와 같이, 본 발명은 패드산화막과 패드질화막 사이에 고온산화막을 증착함으로써, HDP 산화막의 과도한 식각을 억제하여 소자분리막 가장자리 부분에서의 모우트 발생을 방지할 수 있다. 또한, 모우트 발생을 방지함으로써, 소자분리 특성을 향상시켜 우수한 소자특성을 확보할 수 있다.As described above, according to the present invention, by depositing a high temperature oxide film between the pad oxide film and the pad nitride film, excessive etching of the HDP oxide film can be suppressed to prevent the occurrence of moat at the edge of the device isolation film. In addition, by preventing the occurrence of the moat, it is possible to improve the device isolation characteristics to ensure excellent device characteristics.
본 발명을 특정의 바람직한 실시예에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명이 그에 한정되는 것은 아니고 이하의 특허청구의 범위에 의해 마련되는 본 발명의 정신이나 분야를 일탈하지 않는 한도 내에서 본 발명이 다양하게 개조 및 변화될 수 있다는 것을 당 업계에서 통상의 지식을 가진 자는 용이하게 알 수 있다.While the present invention has been illustrated and described with reference to certain preferred embodiments, the invention is not limited thereto, and the invention is not limited to the spirit or field of the invention as defined by the following claims. It will be readily apparent to one of ordinary skill in the art that various modifications and variations can be made.
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