KR20060123816A - Method for forming device isolation of semiconductor device - Google Patents
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Abstract
Description
도 1a 내지 도 1e는 종래 방법에 따라 반도체 기판 상에 소자 분리막을 형성하는 과정을 나타내는 공정 순서도,1A to 1E are process flowcharts illustrating a process of forming an isolation layer on a semiconductor substrate according to a conventional method;
도 2a 내지 도 2g는 본 발명의 일 실시 예에 따라 반도체 기판 상에 소자 분리막을 형성하는 과정을 나타내는 공정 순서도.2A to 2G are process flowcharts illustrating a process of forming an isolation layer on a semiconductor substrate in accordance with an embodiment of the present invention.
본 발명은 반도체 소자를 제조하는 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 반도체 기판 상에 형성되는 다수의 소자간을 전기적으로 분리하는데 이용되는 소자 분리막을 형성하는데 적합한 반도체 소자의 소자 분리막 형성 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device, and more particularly, to a method of forming a device isolation film of a semiconductor device suitable for forming a device isolation film used for electrically separating a plurality of devices formed on a semiconductor substrate. .
잘 알려진 바와 같이, 반도체 소자에는 트랜지스터, 커패시터 등의 단위 소자들이 반도체 소자의 용량에 따라 제한된 다수 개(예를 들면, 수천 내지 수십 억 등)가 집적되는데, 이러한 반도체 소자들은 독립적인 동작 특성을 위해 전기적으로 분리(또는 격리)하는 것이 필요하다.As is well known, semiconductor devices have a large number of unit devices, such as transistors and capacitors, limited by the capacity of the semiconductor device (eg, thousands to billions), which are integrated for independent operation. It is necessary to isolate (or isolate) electrically.
따라서, 이러한 반도체 소자들 간의 전기적인 분리를 위한 방법으로서, 실리 콘 기판을 리세스(recess)하고 필드 산화막을 성장시키는 실리콘 부분 산화(LOCOS : LOCal Oxidation of Silicon)와 실리콘 기판을 수직 방향으로 식각하여 절연 물질로 매립하는 섀로우 트렌치 분리막(STI : Shallow Trench Isolation)이 잘 알려져 있다.Accordingly, as a method for electrical separation between such semiconductor devices, a silicon substrate (LOCOS: LOCal Oxidation of Silicon) that recesses the silicon substrate and grows a field oxide layer and the silicon substrate is etched in a vertical direction. Shallow Trench Isolation (STI), which is embedded with an insulating material, is well known.
이 중에서 섀로우 트렌치 분리막 방법은 반응성 이온 식각, 플라즈마 식각 등과 같은 건식 식각법을 사용하여 좁고 깊은 섀로우 트렌치를 형성하고, 그 속에 절연막을 갭필하는 방법으로서, 절연막이 채워진 트렌치 표면을 평탄하게 하므로 소자 분리 영역이 차지하는 면적을 줄여 미세화에 유리한 방법이다.Among them, the shallow trench isolation method is a method of forming narrow and deep shallow trenches by using dry etching methods such as reactive ion etching and plasma etching, and gap fill the insulating film therein. It is an advantageous method for miniaturization by reducing the area occupied by the separation region.
도 1a 내지 도 1e는 종래 방법에 따라 반도체 기판 상에 소자 분리막을 형성하는 과정을 나타내는 공정 순서도로서, 이들 도면을 참조하여 종래 방법에 따른 소자 분리막 형성 방법을 설명한다.1A to 1E are process flowcharts illustrating a process of forming a device isolation film on a semiconductor substrate according to a conventional method, and a method of forming a device isolation film according to a conventional method will be described with reference to these drawings.
도 1a를 참조하면, 도전형 불순물(즉, P-type)로 도핑된 실리콘 기판(100) 위에 패드 산화막(102)을 형성하며, 패드 산화막(102) 상에 섀로우 트렌치 패턴막으로서 패드 질화막(104)을 순서대로 증착한다. 예를 들면, 패드 산화막(102)은 대략 40 Å 두께로 형성하고, 패드 질화막(104)은 대략 1000Å 두께로 형성한다.Referring to FIG. 1A, a
그리고, 사진 및 건식 식각 공정을 수행하여 소자 분리 영역을 정의하도록 포토레지스트 패턴(106)에 따라 패드 질화막(104)에서부터 실리콘 기판(100)의 소정 깊이까지 예를 들면, 3500 Å - 4500 Å 정도를 식각하여 도 1b에 도시한 바와 같이 섀로우 트렌치(108)를 형성한다. 여기에서, 습식 또는 건식 식각 공정을 통해 섀로우 트렌치(108) 표면에 산화막을 형성할 수 있고, 이러한 산화막은 섀로우 트 렌치(108) 측면 및 바닥에 균일하게 대략 40 Å 두께로 형성한다.In order to define a device isolation region by performing a photolithography and a dry etching process, for example, 3500 Å to 4500 Å from the
다음에, 포토레지스트 패턴(106)을 제거한 후 도 1c에 도시한 바와 같이 CVD를 이용하는 증착 공정을 수행함으로써, 트렌치(108) 내부를 완전히 갭필(gap-fill)할 수 있는 절연 물질(110)로서 산화막을 실리콘 기판(100) 상에 증착한다. 여기에서, 증착 공정은 예를 들면, PE-CVD(플라즈마 화학 기상 증착 : Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition), HDP-CVD(고밀도 플라즈마 화학 기상 증착 : High Density Plasma Chemical Vapor Deposition) 등의 방법을 이용하여 수행한다.Next, by removing the
그리고, CMP(Chemical Mechanical Polishing) 공정을 수행하여 섀로우 트렌치(108)가 형성되지 않은 실리콘 기판(100)의 패드 질화막(104) 상부가 드러나도록 도 1d에 도시한 바와 같이 절연 물질(110)을 평탄하게 제거한다.As shown in FIG. 1D, the
마지막으로, 습식 식각 공정을 통해 패드 질화막(104) 및 패드 산화막(102)을 제거하는 공정을 차례대로 수행함으로써, 도 2e에 도시한 바와 같이 실리콘 기판(100) 내체 절연 물질로 매립된 소자 분리막으로서 섀로우 트렌치 분리막(110a)을 형성한다.Finally, as the device isolation layer embedded with the internal insulating material of the
하지만, 상술한 종래 방법에 따라 소자 분리막을 형성할 경우 패드 질화막을 제거할 때, 습식 식각 공정을 수행하면서 도 1e에 도시한 바와 같이 트렌치 상단 가장자리가 침식되어 모트(moat)가 발생하고, 이로 인해 트랜지스터의 전류-전압 그래프 상 가장자리의 트랜지스터가 먼저 턴온되는 험프(hump) 현상 및 트랜지스터의 문턱 전압이 낮아지는 INWE(Inverse Narrow Width Effect) 현상을 유발하여 반도체 소자와 트렌치의 전기적인 특성을 열화시키는 문제점이 있었다.However, in the case of forming the device isolation layer according to the conventional method described above, when the pad nitride layer is removed, a trench upper edge is eroded as shown in FIG. 1E while performing a wet etching process, thereby causing a moat. Deterioration of the electrical characteristics of semiconductor devices and trenches by inducing a hump phenomenon in which the transistor at the edge of the current-voltage graph of the transistor turns on first and an inverse narrow width effect (INWE) phenomenon in which the threshold voltage of the transistor is lowered There was this.
따라서, 본 발명은, 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 반도체 소자의 소자 분리막 형성 과정에서 CH3F를 이용한 건식 식각 공정으로 패드 질화막을 제거하여 모트 발생을 방지할 수 있는 반도체 소자의 소자 분리막 형성 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.Accordingly, the present invention is to solve the problems of the prior art, a device isolation film of a semiconductor device that can prevent the generation of the mott by removing the pad nitride film by a dry etching process using CH3F in the device isolation film forming process of the semiconductor device. The purpose is to provide a formation method.
본 발명의 다른 목적은, 반도체 소자의 소자 분리막 형성 과정에서 모트 발생으로 인한 험프 현상 및 INWE 현상을 방지할 수 있는 반도체 소자의 소자 분리막 형성 방법을 제공하는데 있다.Another object of the present invention is to provide a method of forming a device isolation layer of a semiconductor device capable of preventing the Hump phenomenon and the INWE phenomenon caused by the generation of the mott during the device isolation layer formation process of the semiconductor device.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 반도체 소자의 소자 분리막을 형성하는 방법으로서, 실리콘 기판 상에 패드 산화막, 패드 질화막을 순차 증착하는 과정과, 상기 실리콘 기판의 소정 영역에 트렌치를 형성한 후에, 절연 물질을 갭필하는 과정과, 상기 절연 물질을 상기 패드 질화막이 드러나도록 평탄화하는 과정과, 제 1 건식 식각 공정을 통해 상기 패드 질화막 상부에 생성된 산화막을 제거하는 과정과, 제 2 건식 식각 공정을 통해 상기 패드 산화막 및 상기 패드 질화막을 제거하는 과정을 포함하는 반도체 소자의 소자 분리막 형성 방법을 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention is a method of forming a device isolation film of a semiconductor device, the process of sequentially depositing a pad oxide film, a pad nitride film on a silicon substrate, and after forming a trench in a predetermined region of the silicon substrate, Gap-filling the insulating material, planarizing the insulating material to expose the pad nitride film, removing the oxide film formed on the pad nitride film through a first dry etching process, and performing a second dry etching process. The method provides a device isolation film forming method of a semiconductor device, the method including removing the pad oxide film and the pad nitride film through the same.
본 발명의 상기 및 기타 목적과 여러 가지 장점은 이 기술분야에 숙련된 사람들에 의해 첨부된 도면을 참조하여 하기에 기술되는 본 발명의 바람직한 실시 예로부터 더욱 명확하게 될 것이다.The above and other objects and various advantages of the present invention will become more apparent from the preferred embodiments of the present invention described below with reference to the accompanying drawings by those skilled in the art.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 상세하 게 설명한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
본 발명의 핵심 기술요지는, 반도체 소자의 소자 분리막 형성 과정에서 새로우 트렌치 분리막 형성에 이용된 패드 산화막 및 패드 질화막을 습식 식각 공정을 통해 제거하는 종래 방법과는 달리, 실리콘 기판 상에 패드 산화막, 패드 질화막을 순차 증착하고, 실리콘 기판의 소정 영역에 트렌치를 형성한 후에, 절연 물질을 갭필하며, 절연 물질을 패드 질화막이 드러나도록 평탄화한 후에, 제 1 건식 식각 공정을 통해 패드 질화막 상부에 생성된 산화막을 제거하고, 제 2 건식 식각 공정을 통해 패드 질화막 및 패드 질화막을 제거한다는 것으로, 이러한 기술적 수단을 통해 본 발명에서 목적으로 하는 바를 쉽게 달성할 수 있다.The core technology of the present invention is different from the conventional method of removing the pad oxide film and the pad nitride film, which are used to form a new trench separator in the process of forming a device isolation layer of a semiconductor device, by a wet etching process. After sequentially depositing a nitride film, forming a trench in a predetermined region of the silicon substrate, gap insulating the material, and planarizing the insulating material to expose the pad nitride film, and then forming an oxide film on the pad nitride film through the first dry etching process. By removing and removing the pad nitride film and the pad nitride film through the second dry etching process, it is possible to easily achieve the object of the present invention through this technical means.
도 2a 내지 도 2g는 본 발명의 일 실시 예에 따라 반도체 기판 상에 소자 분리막을 형성하는 과정을 나타내는 공정 순서도로서, 이들 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시 예에 따른 소자 분리막 형성 방법을 설명한다.2A to 2G are process flowcharts illustrating a process of forming an isolation layer on a semiconductor substrate according to an embodiment of the present disclosure. A method of forming the isolation layer according to an embodiment of the present disclosure will be described with reference to these drawings. .
도 2a를 참조하면, 도전형 불순물(즉, P-type)로 도핑된 실리콘 기판(200) 위에 패드 산화막(202)을 형성하며, 패드 산화막(202) 상에 섀로우 트렌치 패턴막으로서 패드 질화막(204)을 순서대로 증착한다.Referring to FIG. 2A, a
그리고, 사진 및 건식 식각 공정을 수행하여 소자 분리 영역을 정의하도록 포토레지스트 패턴(206)에 따라 패드 질화막(204)에서부터 실리콘 기판(200)의 소정 깊이까지 식각하여 도 2b에 도시한 바와 같이 섀로우 트렌치(208)를 형성한다. 여기에서, 습식 또는 건식 식각 공정을 통해 섀로우 트렌치(208) 표면에 산화막을 형성할 수 있다.Then, the wafer is etched from the
다음에, 포토레지스트 패턴(206)을 제거한 후 도 2c에 도시한 바와 같이 CVD를 이용하는 증착 공정을 수행함으로써, 트렌치(208) 내부를 완전히 갭필(gap-fill)할 수 있는 절연 물질(210)로서 산화막을 실리콘 기판(200) 상에 증착한다. 여기에서, 증착 공정은 예를 들면, PE-CVD(플라즈마 화학 기상 증착 : Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition), HDP-CVD(고밀도 플라즈마 화학 기상 증착 : High Density Plasma Chemical Vapor Deposition) 등의 방법을 이용하여 수행한다.Next, by removing the
그리고, CMP(Chemical Mechanical Polishing) 공정을 수행하여 섀로우 트렌치(208)가 형성되지 않은 실리콘 기판(200)의 패드 질화막(204) 상부가 드러나도록 도 2d에 도시한 바와 같이 절연 물질(210)을 평탄하게 제거한다. 이 때, 도 2d에는 도시하지 않았지만 패드 질화막(204) 상부면에 자연 산화막이 생성될 수 있다.As shown in FIG. 2D, the
다음에, 도 2e에 도시한 바와 같이 제 1 건식 식각 공정을 통해 패드 질화막(204) 표면에 형성 가능한 산화막(도시 생략함)을 제거한다. 여기에서, 제 1 건식 식각 공정은, CH3F, CF4, O2, Ar을 포함하는 혼합 가스를 이용하여 수행되는데, 140 mT - 160 mT의 압력, 200 W - 400 W의 소스 전원, 100 W - 200 W의 바이어스 전원, 10 sccm - 30 sccm의 CH3F, 10 sccm - 20 sccm의 CF4, 30 sccm - 70 sccm의 O2, 100 sccm - 400 sccm의 Ar으로 수행되고, CF4에 대한 CH3F의 비율을 1.5 이하로 하며, 식각 선택비는 5 미만이 되도록 한다.Next, as illustrated in FIG. 2E, an oxide film (not shown) that may be formed on the surface of the
마지막으로, 도 2f에 도시한 바와 같이 제 2 건식 식각 공정을 통해 패드 질화막(204) 및 패드 산화막(202)을 제거함으로써, 도 2g에 도시한 바와 같이 실리콘 기판(200) 내체 절연 물질로 매립된 소자 분리막으로서 섀로우 트렌치 분리막(210a)을 형성한다. 여기에서, 제 2 건식 식각 공정은, CH3F, CF4, O2, Ar을 포함하는 혼합 가스를 이용하여 수행되는데, 140 mT - 160 mT의 압력, 200 W - 400 W의 소스 전원, 0 W - 200 W의 바이어스 전원, 20 sccm - 30 sccm의 CH3F, 10 sccm - 20 sccm의 CF4, 150 sccm - 250 sccm의 O2, 100 sccm - 400 sccm의 Ar으로 수행되고, CF4에 대한 CH3F의 비율을 2 이상으로 하여 수행된다.Finally, as shown in FIG. 2F, the
따라서, 반도체 소자의 소자 분리막 형성 과정에서 제 1 건식 식각 공정 및 제 2 건식 식각 공정을 이용하여 패드 질화막 및 패드 산화막을 제거함으로써, 모트 발생을 방지하는 소자 분리막을 형성할 수 있다.Accordingly, by removing the pad nitride layer and the pad oxide layer by using the first dry etching process and the second dry etching process, the device isolation layer may be formed to prevent mott generation.
이상 설명한 바와 같이 본 발명은, 반도체 소자의 소자 분리막 형성 과정에서 습식 식각 공정을 이용하여 실리콘 기판 상에 형성된 패드 산화막 및 패드 질화막을 제거하는 종래 방법과는 달리, 실리콘 기판 상에 패드 산화막, 패드 질화막을 순차 증착하고, 실리콘 기판의 소정 영역에 트렌치를 형성한 후에, 절연 물질을 갭필하며, 절연 물질을 패드 질화막이 드러나도록 평탄화한 후에, 제 1 건식 식각 공정을 통해 패드 질화막 상부에 생성된 산화막을 제거하고, 제 2 건식 식각 공정을 통해 패드 질화막 및 패드 질화막을 제거함으로써, 반도체 소자의 소자 분리막 형성 과정에서 건식 식각 공정을 수행하여 패드 산화막 및 패드 질화막을 제거하므로 모트 발생을 방지할 수 있다.As described above, the present invention, unlike the conventional method of removing the pad oxide film and the pad nitride film formed on the silicon substrate by using a wet etching process in the process of forming a device isolation layer of the semiconductor device, the pad oxide film, the pad nitride film on the silicon substrate After sequentially depositing the trenches, forming trenches in a predetermined region of the silicon substrate, gap-filling the insulating material, and planarizing the insulating material to expose the pad nitride film, and then forming an oxide film formed on the pad nitride film through the first dry etching process. By removing the pad nitride layer and the pad nitride layer through the second dry etching process, the pad oxide layer and the pad nitride layer are removed by performing the dry etching process in the process of forming the device isolation layer of the semiconductor device, thereby preventing the generation of motes.
또한, 반도체 소자의 소자 분리막 형성 과정에서 건식 식각 공정을 수행하여 패드 질화막 상부에 생성 가능한 산화막을 제거하고, 험프 발생 및 INWE 현상을 미연에 방지하는 반도체 소자의 소자 분리막을 형성할 수 있다.In addition, a dry etching process may be performed in the process of forming a device isolation layer of the semiconductor device to remove an oxide film that may be formed on the pad nitride layer, and to form a device isolation layer of the semiconductor device to prevent hump generation and INWE.
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KR101053647B1 (en) * | 2009-12-29 | 2011-08-02 | 주식회사 하이닉스반도체 | Semiconductor device manufacturing method |
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2005
- 2005-05-30 KR KR1020050045396A patent/KR100688687B1/en not_active IP Right Cessation
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