KR20060105894A - Method for fabricating semiconductor device - Google Patents
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Abstract
본 발명은 반도체 소자의 제조방법에 관한 것으로, 셀 영역(cell region)에 필드영역을 정의하기 위한 하드마스크막 및 패드 질화막 식각 공정시 키 영역(key region)에 정렬키를 형성하고, 상기 정렬키를 제외한 키 영역에 주변영역(peri region)과 동일한 깊이로 트렌치를 형성하여 키 영역과 셀 영역의 트렌치 깊이를 다르게 형성 한 다음, 셀 영역의 CMP 타겟 두께를 줄이기 위한 리버스 액티브 마스크(reverse active mask) 공정시 키 영역을 함께 오픈시키어 셀 영역의 절연막을 리세스(recess)시키기 위한 공정시 키 영역의 정렬키를 노출시킨다. 따라서, 정렬키를 노출시키기 위한 키 오픈 마스크(key open mask) 공정 및 식각 공정을 생략할 수 있으므로 공정을 단순화시킬 수 있고 반도체 소자의 생산성을 향상시킬 수 있다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method of manufacturing a semiconductor device, wherein an alignment key is formed in a key region during a hard mask film and a pad nitride film etching process for defining a field region in a cell region, and the alignment key A trench active layer is formed at the same depth as the peri region in the key region except for to form a trench depth of the key region and the cell region differently, and then a reverse active mask for reducing the CMP target thickness of the cell region. The key region is opened together during the process to expose the alignment key of the key region during the process to recess the insulating film of the cell region. Therefore, the key open mask process and the etching process for exposing the alignment key can be omitted, thereby simplifying the process and improving the productivity of the semiconductor device.
키 영역, 리버스 액티브 마스크, 키 오픈 마스크 Key area, reverse active mask, key open mask
Description
도 1a 내지 도 1g는 본 발명의 실시예에 따른 반도체 소자의 제조공정 단면도1A to 1G are cross-sectional views illustrating a manufacturing process of a semiconductor device according to an embodiment of the present invention.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for the main parts of the drawings>
10 : 반도체 기판 11 : 패드 질화막10
12 : 하드마스크막 13 : 정렬키12: hard mask film 13: alignment key
14 : 제 1 트렌치 15 : 제 2 트렌치14: first trench 15: second trench
16 : 제 3 트렌치 17 : 갭필 절연막16: third trench 17: gap fill insulating film
18 : 마스크 18: mask
본 발명은 반도체 소자의 제조방법에 관한 것으로, 특히 리버스 액티브 마스크(reverse active mask)와 키 오픈 마스크(key open mask)를 병합하여 공정을 단순화하고 생산성을 향상시키기 위한 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 method of manufacturing a semiconductor device for simplifying a process and improving productivity by merging a reverse active mask and a key open mask. .
일반적으로 반도체 소자는 개개의 회로 패턴을 전기적으로 분리하기 위한 소자분리영역을 포함한다. 특히, 반도체 소자가 고집적화되고 미세화되어감에 따라 각 개별 소자의 크기를 축소시키는 것뿐만 아니라 소자분리영역의 축소에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 그 이유는 소자분리영역의 형성은 모든 반도체 소자의 제조 초기 단계로서, 활성 영역의 크기 및 후공정 단계의 공정 마진을 좌우하기 때문이다. In general, semiconductor devices include device isolation regions for electrically separating individual circuit patterns. In particular, as semiconductor devices are highly integrated and miniaturized, research on not only the size of each individual device but also the size of the device isolation region has been actively conducted. The reason for this is that the formation of device isolation regions is an initial stage of manufacturing all semiconductor devices, and depends on the size of the active region and the process margin of the post-processing stage.
최근까지 반도체 소자의 제조에 널리 이용되는 로코스(LOCOS) 소자분리방법은 비교적 넓은 면적의 소자분리영역을 형성하므로 반도체 소자가 고집적화되어감에 따라 그 한계점에 이르렀다. 이에 따라, 고집적화된 반도체 소자의 소자분리에 적합한 기술로 기판 일부에 대한 식각으로 트렌치(trench)를 형성하고, 상기 트렌치를 매립한 다음 CMP(Chemical Mechanical Polishing) 방법을 이용하여 상부면을 평탄화시키어 소자를 분리하는 트렌치 소자분리방법이 제안되었다.Until recently, the LOCOS device isolation method, which is widely used in the manufacture of semiconductor devices, forms a device isolation region having a relatively large area, and thus has reached its limit as semiconductor devices are highly integrated. Accordingly, a technique suitable for device isolation of highly integrated semiconductor devices is to form a trench by etching a portion of the substrate, fill the trench, and then planarize the top surface by using a chemical mechanical polishing (CMP) method. A trench device isolation method has been proposed to separate the.
한편, 반도체 소자 중 플래쉬 메모리 소자와 같이 고전압을 필요로 하는 반도체 소자에서는 데이터가 저장되는 셀 영역(cell region)과 더불어 고전압 회로가 형성될 주변영역(peri region)을 포함하며, 주변영역이 셀 영역에 비하여 넓어야 한다는 특성과 더불어 주변영역의 소자분리막이 셀 영역의 소자분리막보다 폭과 깊이 면에서 커야 한다는 특성을 가지고 있다. 이러한 특성을 만족시키기 위해서 주변영역의 소자분리막을 셀 영역의 소자분리막보다 깊게 형성하는 듀얼 트렌치 아이솔레이션(dual trench isolation) 구조가 도입되었다.On the other hand, semiconductor devices that require high voltage, such as flash memory devices, include a cell region in which data is stored and a peri region in which a high voltage circuit is to be formed, and the peripheral region is a cell region. In addition, the device isolation film in the peripheral area should be larger in width and depth than the device isolation film in the cell area. In order to satisfy these characteristics, a dual trench isolation structure in which a device isolation film in a peripheral region is formed deeper than a device isolation film in a cell region is introduced.
듀얼 트렌치 아이솔레이션 구조에서는 셀 영역이 주변영역에 비하여 트렌치 매립 후 CMP 공정의 타겟(target) 두께가 두껍기 때문에 CMP 공정의 균일성이 떨어지게 되는 문제가 발생된다. 이에, 셀 영역을 오픈하는 리버스 액티브 마스크(reverse active mask)를 이용하여 셀 영역의 CMP 타겟 두께를 낮추는 방법을 사용하고 있다.In the dual trench isolation structure, since the cell region has a thicker target thickness of the CMP process after the trench filling than the peripheral region, the uniformity of the CMP process is reduced. Accordingly, a method of reducing the thickness of the CMP target of the cell region is used by using a reverse active mask that opens the cell region.
한편, 트렌치 소자분리기술은 반도체 소자가 고집적화되어 얕은 트렌치 소자분리, STI 공정시 평탄화가 완벽하게 되어 게이트 마스크 공정에서 스크라이브 라인(scribe lane)의 정렬키(alignment key)를 읽어내지 못하게 되는 문제점이 있다. 이를 해결하기 위하여, 종래 기술에서는 별도로 정렬키가 형성되는 키 영역을 오픈하는 키 오픈 마스크(key open mask)를 이용하여 식각공정을 추가로 실시하고 있다.On the other hand, the trench isolation technology has a problem that the semiconductor device is highly integrated, so that the shallow trench isolation and perfect planarization during the STI process cannot read the alignment key of the scribe lane in the gate mask process. . In order to solve this problem, in the related art, an etching process is further performed by using a key open mask that opens a key region in which an alignment key is separately formed.
그로 인하여, 리버스 액티브 마스크와 키 오픈 마스크라는 두 개의 마스크를 이용하여 공정을 진행함으로써 공정단계를 증가시켜 반도체 소자의 생산성을 저하시키는 문제점이 있다.Therefore, there is a problem in that the process is increased by using two masks, a reverse active mask and a key open mask, thereby increasing the process steps and lowering the productivity of the semiconductor device.
따라서, 본 발명은 전술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로써, 마스크 공정 및 식각 공정 수를 줄일 수 있는 반도체 소자의 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.Accordingly, an object of the present invention is to provide a method for manufacturing a semiconductor device capable of reducing the number of mask processes and etching processes, which are devised to solve the above-described problems of the prior art.
본 발명의 다른 목적은 공정을 단순화시키고 생산성을 향상시키는데 있다.Another object of the present invention is to simplify the process and improve productivity.
본 발명에 따른 반도체 소자의 제조방법은 (a)셀 영역과 주변영역과 키 영역을 갖는 반도체 기판상에 패드 질화막과 하드마스크막을 형성하는 단계와, (b)상기 하드마스크막과 패드 질화막을 선택 식각하여 상기 셀 영역에서는 필드 부분의 반도체 기판을 노출시키고 상기 키 영역에는 정렬키를 형성하는 단계와, (c)상기 주변영역의 액티브 부분과 상기 셀 영역과 상기 정렬키를 덮는 제 1 마스크를 형성하는 단계와, (d)상기 제 1 마스크를 이용하여 상기 하드마스크막과 패드 질화막과 반도체 기판을 식각하여 제 1 트렌치를 형성하고 상기 제 1 마스크를 제거하는 단계와, (e)상기 하드마스크를 마스크로 반도체 기판을 식각하여 상기 셀 영역에는 제 2 트렌치를 형성하고, 상기 주변영역과 상기 키 영역에는 상기 제 2 트렌치보다 깊은 깊이를 갖는 제 3 트렌치를 형성하는 단계와, (f)전면에 상기 제 2, 제 3 트렌치를 매립하는 갭필 절연막을 형성하는 단계와, (g)상기 셀 영역과 상기 키 영역의 갭필 절연막을 리세스시키어 상기 정렬키를 노출시키는 단계와, (h)전면을 평탄화하는 단계를 포함한다.A method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention includes the steps of (a) forming a pad nitride film and a hard mask film on a semiconductor substrate having a cell region, a peripheral region and a key region, and (b) selecting the hard mask film and the pad nitride film. Etching to expose the semiconductor substrate of the field portion in the cell region and forming an alignment key in the key region; and (c) forming a first mask covering the active portion of the peripheral region, the cell region, and the alignment key. (D) etching the hard mask layer, the pad nitride layer, and the semiconductor substrate using the first mask to form a first trench, and removing the first mask; and (e) removing the hard mask. Etching a semiconductor substrate with a mask to form a second trench in the cell region, and a third trench having a depth deeper than the second trench in the peripheral region and the key region Forming a tooth; (f) forming a gap fill insulating film filling the second and third trenches on the front surface; and (g) recessing the gap fill insulating film between the cell region and the key region to form the alignment key. Exposing and (h) planarizing the entire surface.
바람직하게, 상기 (g) 단계는 상기 셀 영역 및 키 영역을 노출하는 제 2 마스크를 형성하는 단계와, 상기 제 2 마스크를 이용하여 상기 셀 영역에 형성된 절연막의 표면 높이가 상기 주변영역에 형성된 절연막의 표면 높이와 동일하게 되도록 상기 셀 영역 및 키 영역의 절연막을 리세스시키는 단계와, 상기 제 2 마스크를 제거하는 단계를 포함하여 이루어짐을 특징으로 한다.Preferably, the step (g) includes forming a second mask exposing the cell region and the key region, and using the second mask to form a surface height of the insulating layer formed in the cell region in the peripheral region. And recessing the insulating films of the cell region and the key region to be equal to the surface height of the substrate, and removing the second mask.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하기로 한 다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 본 발명의 범위가 다음에 상술하는 실시예에 한정되는 것은 아니다. 단지 본 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명의 범위는 본원의 특허 청구 범위에 의해서 이해되어야 한다. Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments disclosed below, but may be implemented in various forms, and the scope of the present invention is not limited to the embodiments described below. Only this embodiment is provided to complete the disclosure of the present invention and to fully inform those skilled in the art, the scope of the present invention should be understood by the claims of the present application.
도 1a 내지 도 1g는 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 소자의 제조공정 단면도이다.1A to 1G are cross-sectional views illustrating a process of manufacturing a semiconductor device in accordance with an embodiment of the present invention.
먼저, 셀 영역(cell region)과 주변영역(peri region)과 키 영역(key region)을 포함하는 반도체 기판(10)상에 패드 질화막(11)과 하드마스크막(12)을 형성한다.First, a
그런 다음, 사진 식각 공정으로 상기 하드마스크막(12)과 패드 질화막(11)을 선택 식각하여 상기 셀 영역을 필드 부분과 액티브 부분으로 구분하고, 상기 키 영역에는 패드 질화막(11)과 하드마스크막(12)의 적층막으로 이루어진 정렬키(13)를 형성한다.Then, the
이때, 상기 셀 영역에서 패드 질화막(11)과 하드마스크막(12)이 남아있는 부분이 액티브 부분이고, 패드 질화막(11)과 하드마스크막(12)이 제거된 부분이 필드 부분이다.In this case, a portion where the
그런 다음, 도 1b에 도시하는 바와 같이 전면에 포토레지스트(PR)를 도포하고, 상기 셀 영역과 상기 주변영역의 액티브 부분과 상기 정렬키(13) 및 그에 인접한 키 영역상에 남도록 노광 및 현상 공정으로 상기 포토레지스트(PR)를 패터닝한 다.Then, a photoresist PR is applied to the entire surface as shown in FIG. 1B, and an exposure and development process is carried out so as to remain on the active portion of the cell region and the peripheral region, the
그런 다음, 도 1c에 도시하는 바와 같이 상기 포토레지스트(PR)를 마스크로 상기 하드마스크막(12)과 패드 질화막(11)과 반도체 기판(10)을 식각하여 상기 주변영역 및 키 영역에 제 1 트렌치(14)를 형성한 후, 상기 포토레지스트(PR)를 제거한다.Next, as shown in FIG. 1C, the
이때, 상기 제 1 트렌치(14)의 깊이는 주변영역에 형성될 트렌치 깊이와 셀 영역에 형성될 트렌치 깊이의 차이에 해당되는 수치로, 약 1700Å으로 형성하는 것이 좋다.At this time, the depth of the
이어서, 도 1d에 도시하는 바와 같이 상기 하드마스크막(12)을 마스크로 반도체 기판(10)을 일정깊이 식각하여 셀 영역에는 제 2 트렌치(15)를 형성하고, 주변영역 및 키 영역에는 상기 제 2 트렌치(15)보다 제 1 트렌치(14)만큼 깊은 깊이를 갖는 제 3 트렌치(16)를 형성한다. 상기 일정깊이는 셀 영역에 형성되는 제 2 트렌치(15)에 깊이에 해당되는 깊이로, 약 2000Å 정도가 좋다. Subsequently, as shown in FIG. 1D, the
그런 다음, 도 1e에 도시하는 바와 같이 상기 제 2, 제 3 트렌치(15)(16)가 완전히 매립되도록 전면에 갭필 절연막(17)을 증착한다. Then, as shown in FIG. 1E, the gap fill
상기 갭필 절연막(17)으로는 HDP(High Density Plasma), HARP(High Aspect Ratio planarization), O3-TEOS(Tetra Ethyl Ortho Silicate), SOG, CVD(Sipn On Glass Chemical Vapor Deposition) 산화막, APCVD(Atmospheric Pressure CVD) 산화막 중 어느 하나를 사용한다.The gap
이때, 상기 제 2 트렌치(15)와 제 3 트렌치(16)의 깊이 차이로 인하여 도면 에 나타난 바와 같이 셀 영역의 반도체 기판(10) 표면상에는 두꺼운 두께의 갭필 절연막(17)이 형성되는 반면, 주변영역과 키 영역의 반도체 기판(10) 표면상에는 상대적으로 얇은 두께의 갭필 절연막(17)이 형성되게 된다. 이러한 셀 영역과 주변영역의 갭필 절연막(17) 두께 차이는 이후 실시하는 CMP 공정의 불균일성을 초래하게 되는 원인이 된다.At this time, due to the difference in depth between the
이러한 CMP 공정의 불균일성 문제를 해소하고 아울러 키 영역의 정렬키가 드러날 수 있도록 상기 셀 영역 및 키 영역을 오픈하는 마스크(18)를 형성한다. 상기 마스크(18)는 CMP 공정의 평탄화를 위한 리버스 액티브 마스크(reverse active mask)와 정렬키 오픈을 위한 키 오픈 마스크(key open mask)가 병합된 것으로, 주변영역상에 형성한다.The
그런 다음, 도 1f에 도시하는 바와 같이 상기 셀 영역의 CMP 타겟 두께가 주변영역의 CMP 타겟 두께와 동일하게 되도록 상기 마스크(18)를 이용한 식각 공정으로 상기 셀 영역과 키 영역의 갭필 절연막(17)을 리세스(recess)시킨다. Then, as shown in FIG. 1F, the gap fill
이때, 상기 키 영역의 갭필 절연막(17) 두께가 셀 영역의 갭필 절연막(17) 두께보다 얇기 때문에 상기 정렬키(13)가 노출되게 된다. In this case, since the thickness of the gap fill insulating
이후, 상기 마스크(18)를 제거하고, 도 1g에 도시하는 바와 같이 상기 하드마스크막(12)을 타겟으로 하는 CMP 공정으로 상기 갭필 절연막(17)을 식각하여 상기 제 2, 제 3 트렌치(15)(16) 내에 소자분리막(17a)을 형성한다.Thereafter, the
이상으로 본 발명의 실시예에 따른 반도체 소자 제조를 완료한다.This completes the manufacture of the semiconductor device according to the embodiment of the present invention.
따라서, 본 발명은 다음과 같은 효과가 있다.Therefore, the present invention has the following effects.
첫째, 리버스 액티브 마스크와 키 오픈 마스크를 병합하여 마스크 공정을 줄일 수 있다.First, the mask process can be reduced by merging a reverse active mask and a key open mask.
둘째, 셀 영역과 주변영역의 CMP 타겟 두께를 맞추기 위한 식각 공정시 정렬키가 오픈되어 정렬키 오픈을 위한 별도의 식각 공정을 실시하지 않아도 되므로, 식각 공정수를 줄일 수 있다.Second, since the alignment key is opened during the etching process for matching the CMP target thickness of the cell region and the surrounding region, the separate etching process for opening the alignment key does not have to be performed, thereby reducing the number of etching processes.
셋째, 마스크 공정 및 식각 공정을 줄일 수 있으므로 TAT(Turn Around Time)를 개선시킬 수 있고, 생산원가를 절감시킬 수 있다.Third, since the mask process and the etching process can be reduced, TAT (Turn Around Time) can be improved and production cost can be reduced.
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KR1020050027705A KR20060105894A (en) | 2005-04-01 | 2005-04-01 | Method for fabricating semiconductor device |
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KR1020050027705A KR20060105894A (en) | 2005-04-01 | 2005-04-01 | Method for fabricating semiconductor device |
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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KR101042256B1 (en) * | 2008-11-20 | 2011-06-17 | 주식회사 동부하이텍 | Method of manufacturing a semiconductor device |
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2005
- 2005-04-01 KR KR1020050027705A patent/KR20060105894A/en not_active Application Discontinuation
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KR101042256B1 (en) * | 2008-11-20 | 2011-06-17 | 주식회사 동부하이텍 | Method of manufacturing a semiconductor device |
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