KR20090096215A - Method for manufacturing the semiconductor device - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 반도체 소자의 제조 방법에 관한 것이다. 특히, 반도체 소자의 소자분리막 형성 방법에 관한 것이다. The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device. In particular, it relates to a method for forming a device isolation film of a semiconductor device.
반도체 소자의 고속화, 고집적화가 진행됨에 따라, 패턴에 대한 미세화의 필요성이 점점 높아지고 있으며, 패턴의 치수도 고정밀화가 요구되고 있다. 이는 반도체 소자에 있어서, 넓은 영역을 차지하는 소자분리 영역에도 적용된다.As high speed and high integration of semiconductor devices progress, the necessity of miniaturization of a pattern becomes increasingly high, and the dimension of a pattern is also required for high precision. This also applies to the device isolation region that occupies a wide area in the semiconductor device.
현재에는 좁은 폭을 가지면서, 우수한 소자분리 특성을 갖는 STI(Shallow Trench Isolation) 구조가 제안되었으며, 이러한 STI구조의 소자분리에서 리프레시 특성 개선을 위해 라이너 질화막(Liner Nitride)을 적용하고 있다.Currently, a shallow trench isolation (STI) structure having a narrow width and excellent device isolation characteristics has been proposed, and a liner nitride layer (Liner Nitride) is applied to improve the refresh characteristics in device isolation of the STI structure.
또한, 반도체 소자의 동작 전류를 증가시키기 위해서, 소자에 기계적 응력(Stress)을 가하여 채널 영역에 응력을 조절하는 방법이 제안되었다. 즉, 채널영역에 일정한 응력이 형성되면 캐리어(Carrier)들의 이동성(Mobility)이 영향을 받게 되는데, 이러한 특성을 이용하여 소자의 동작전류를 향상시키는 것이다. 특히, NMOS영역에 인장응력(Tensile Strain)이 형성되는 전자 캐리어(Electron Carrier) 들의 이동성이 향상되고, PMOS영역에 압축응력(Compressive Strain)이 형성되면 정공 캐리어(Hole Carrier)들의 이동성이 향상된다.In addition, in order to increase the operating current of the semiconductor device, a method of controlling the stress in the channel region by applying a mechanical stress to the device has been proposed. That is, when a constant stress is formed in the channel region, the mobility of carriers is affected. This characteristic is used to improve the operating current of the device. In particular, the mobility of the electron carriers in which the tensile stress is formed in the NMOS region is improved, and when the compressive stress is formed in the PMOS region, the mobility of the hole carriers is improved.
이와 같이, 반도체 기판을 식각하여 트렌치를 형성하고, 트렌치 표면을 따라 측벽 산화막 및 라이너 질화막을 형성한 후 상기 라이너 질화막이 형성된 트렌치를 산화막으로 매립하여 소자분리막을 형성한다. As described above, the semiconductor substrate is etched to form a trench, a sidewall oxide film and a liner nitride film are formed along the trench surface, and the trench in which the liner nitride film is formed is filled with the oxide film to form a device isolation film.
그러나, 상기와 같은 방법으로 소자분리막을 형성하는 경우 PMOS 영역의 소자분리막에서 반도체 기판으로 인가되는 압축응력이 상기 라이너 질화막에 의해 완충되는 문제가 있다. 또한, 측벽 산화막과 라이너 질화막 사이의 계면에 트랩 전하(Trap Charge)가 형성되어, 양이온을 트렌치 측벽에 축적시키며, PMOS 소자의 소스/드레인에서의 누설 전류 특성을 악화시키는 문제가 있다. However, when the device isolation film is formed by the above method, there is a problem that the compressive stress applied to the semiconductor substrate from the device isolation film in the PMOS region is buffered by the liner nitride film. In addition, trap charge is formed at the interface between the sidewall oxide film and the liner nitride film, accumulating cations on the trench sidewalls, and there is a problem of deteriorating leakage current characteristics in the source / drain of the PMOS device.
상기와 같은 문제점을 극복하기 위해 PMOS 영역의 소자분리막에 형성된 라이너 질화막을 선택적으로 제거하는 방법이 제안되었다. In order to overcome the above problems, a method of selectively removing the liner nitride film formed in the device isolation film of the PMOS region has been proposed.
도 1a 내지 도 1d는 종래 기술에 따른 반도체 소자의 제조 방법을 도시한 단면도이다. 1A to 1D are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a semiconductor device according to the prior art.
도 1a를 참조하면, PMOS 영역 및 NMOS 영역이 정의된 반도체 기판(100) 상부에 소자분리영역을 오픈시키는 패드 산화막(미도시) 및 패드 질화막(미도시)을 형성하고, 상기 패드 질화막(미도시)을 배리어로 반도체 기판(100)을 식각하여 트렌치(105)를 형성한다. 이때, 트렌치(105)는 2500 ~ 3500Å의 깊이로 식각된다.Referring to FIG. 1A, a pad oxide layer (not shown) and a pad nitride layer (not shown) are formed on the
다음에, 트렌치(105)를 포함하는 전체 표면에 측벽 산화막(미도시) 및 라이너 질화막(110)을 증착한다. 이때, 라이너 질화막(110)은 트렌치(105) 식각 공정 시 발생되는 기판의 데미지(Damage)가 후속 열 공정에 의해 산화(Oxidation)되는 것을 방지하기 위해 형성하는 것이 바람직하다.Next, a sidewall oxide film (not shown) and a
도 1b 및 도 1c를 참조하면, 라이너 질화막(110)이 증착된 반도체 기판(100) 상부에 감광막(미도시)을 형성하고, 노광 및 현상 공정을 수행하여 상기 PMOS 영역을 오픈시키는 감광막 패턴(120)을 형성한다. 1B and 1C, a photoresist layer (not shown) is formed on the
다음에, 감광막 패턴(120)을 배리어로 상기 PMOS 영역의 라이너 질화막(110)을 선택적으로 제거한다. Next, the
이때, 트렌치(105)에 의한 단차로 인해 상기 감광막(미도시)이 완전히 노광 및 현상되지 않아 상기 PMOS 영역 상에 감광막 레지듀(Residue)가 발생하게 되며, 이는 감광막 패턴(120)을 배리어로 라이너 질화막(110)을 제거하는 공정 시 라이너 질화막(110)이 완전히 제거되지 못하는 문제점이 있다. At this time, the photoresist (not shown) is not completely exposed and developed due to the step by the
도 1d를 참조하면, 산화막으로 트렌치(105)를 매립하여 소자분리막(125)을 형성한다. Referring to FIG. 1D, the
상술한 종래 기술에 따른 반도체 소자의 제조 방법에서, 트렌치의 단차에 의해 상기 PMOS 영역 상에 감광막 레지듀가 발생하며, 이는 라이너 질화막을 제거하는 공정 시 제거되어야 할 질화막이 완전히 제거되지 못하게 하여 소자의 특성을 저하시키는 문제점이 있다.In the above-described method for manufacturing a semiconductor device according to the related art, a photoresist film residue is generated on the PMOS region due to the step difference of the trench, which prevents the nitride film to be removed completely from the process of removing the liner nitride film. There is a problem of deteriorating characteristics.
본 발명은 트렌치를 매립하며 평탄화된 절연막을 형성하고, 상기 절연막 상부에 감광막 패턴을 형성함으로써, 상기 감광막 패턴 형성을 위한 노광 및 현상 공정 시 트렌치의 단차로 인해 감광막 레지듀가 발생하는 것을 방지하고, 감광막 레지듀를 방지하여 후속 공정 시 PMOS 영역의 라이너 질화막을 완전히 제거할 수 있도록 하는 반도체 소자의 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다. The present invention forms a planarized insulating film by filling a trench, and forms a photosensitive film pattern on the insulating film, thereby preventing photoresist residue from occurring due to a step difference in the trench during exposure and development processes for forming the photosensitive film pattern. An object of the present invention is to provide a method for manufacturing a semiconductor device that prevents the photoresist film residue to completely remove the liner nitride film of the PMOS region in a subsequent process.
본 발명에 따른 반도체 소자의 제조 방법은 Method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention
반도체 기판을 식각하여 단차를 형성하는 단계와,Etching the semiconductor substrate to form a step;
상기 단차를 포함하는 상기 반도체 기판 전체 표면에 질화막을 증착하는 단계와,Depositing a nitride film on the entire surface of the semiconductor substrate including the step;
상기 단차를 포함하는 상기 반도체 기판 전체 상부에 제 1 절연막을 형성하는 단계와,Forming a first insulating film over the entire semiconductor substrate including the step;
상기 제 1 절연막 상부에 감광막 패턴을 형성하는 단계와,Forming a photoresist pattern on the first insulating layer;
상기 감광막 패턴을 배리어로 상기 제 1 절연막을 식각하는 단계와,Etching the first insulating layer using the photoresist pattern as a barrier;
상기 감광막 패턴 및 상기 식각된 제 1 절연막을 배리어로 상기 질화막을 제거하는 단계와,Removing the nitride layer using the photoresist pattern and the etched first insulating layer as a barrier;
상기 감광막 패턴을 제거하는 단계와,Removing the photoresist pattern;
상기 식각된 제 1 절연막을 포함하는 전체 상부에 상기 제 1 절연막과 동일 한 제 2 절연막을 형성한 후 평탄화시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하고, And forming a second insulating film that is the same as the first insulating film over the entire surface including the etched first insulating film, and then planarizing the same.
상기 제 1 절연막은 산화막인 것과,The first insulating film is an oxide film,
상기 제 1 절연막을 식각하는 공정은 습식으로 진행하는 것과,The process of etching the first insulating film is performed by a wet process,
상기 질화막을 제거하는 공정은 건식으로 진행하는 것을 특징으로 한다. The process of removing the nitride film is characterized in that it proceeds dry.
또한, 본 발명에 따른 다른 실시예에 따른 반도체 소자의 제조 방법은 In addition, a method of manufacturing a semiconductor device according to another embodiment of the present invention
NMOS 영역 및 PMOS 영역으로 정의된 반도체 기판을 식각하여 소자분리용 트렌치를 형성하는 단계와,Etching the semiconductor substrate defined by the NMOS region and the PMOS region to form a trench for device isolation;
상기 트렌치를 포함하는 전체 표면에 라이너 질화막을 증착하는 단계와,Depositing a liner nitride film over the entire surface including the trench;
상기 라이너 질화막이 증착된 반도체 기판 전체 상부에 제 1 산화막을 형성하는 단계와,Forming a first oxide film over the entire semiconductor substrate on which the liner nitride film is deposited;
상기 제 1 산화막 상부에 PMOS 영역을 오픈시키는 감광막 패턴을 형성하는 단계와,Forming a photoresist pattern on the first oxide layer to open a PMOS region;
상기 감광막 패턴을 배리어로 상기 제 1 산화막을 식각하는 단계와,Etching the first oxide film using the photoresist pattern as a barrier;
상기 감광막 패턴 및 식각된 제 1 산화막을 배리어로 상기 라이너 질화막을 제거하는 단계와,Removing the liner nitride layer using the photoresist pattern and the etched first oxide layer as a barrier;
상기 감광막 패턴을 제거하는 단계와,Removing the photoresist pattern;
상기 트렌치를 매립하는 제 2 산화막을 추가 증착하여 소자분리막을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하고, And depositing a second oxide film filling the trench to form an isolation layer.
상기 제 1 산화막을 식각하는 공정은 습식으로 진행하는 것과,The step of etching the first oxide film is to proceed in the wet,
상기 라이너 질화막을 제거하는 공정은 건식으로 진행하는 것을 특징으로 한 다.The process of removing the liner nitride film is characterized in that it proceeds dry.
본 발명에 따른 반도체 소자의 제조 방법은 트렌치를 매립하며 평탄화된 절연막을 형성하고, 상기 절연막 상부에 감광막 패턴을 형성함으로써, 상기 감광막 패턴 형성을 위한 노광 및 현상 공정 시 트렌치의 단차로 인해 감광막 레지듀가 발생하는 것을 방지하고, 감광막 레지듀를 방지하여 후속 공정 시 PMOS 영역의 라이너 질화막을 완전히 제거하여 소자의 특성을 향상시키는 효과가 있다. The method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention includes forming a planarized insulating film by filling a trench, and forming a photosensitive film pattern on the insulating film, so that the photoresist film residue may be formed due to a step difference in the exposure and development process for forming the photosensitive film pattern. Can be prevented from occurring, and the photoresist resist can be prevented to completely remove the liner nitride film of the PMOS region in a subsequent process, thereby improving the characteristics of the device.
아울러 본 발명의 바람직한 실시예는 예시의 목적을 위한 것으로, 당업자라면 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상과 범위를 통해 다양한 수정, 변경, 대체 및 부가가 가능할 것이며, 이러한 수정 변경 등은 이하의 특허청구범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.In addition, a preferred embodiment of the present invention is for the purpose of illustration, those skilled in the art will be able to various modifications, changes, substitutions and additions through the spirit and scope of the appended claims, such modifications and changes are the following claims It should be seen as belonging to a range.
이하에서는 본 발명의 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings an embodiment of the present invention will be described in detail.
도 2a 내지 도 2f는 본 발명에 따른 반도체 소자의 제조 방법을 도시한 것이다. 2A to 2F illustrate a method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention.
도 2a를 참조하면, PMOS 영역 및 NMOS 영역이 정의된 반도체 기판(200) 상부에 소자분리영역을 오픈시키는 패드 산화막(미도시) 및 패드 질화막(미도시)을 형성한다. Referring to FIG. 2A, a pad oxide layer (not shown) and a pad nitride layer (not shown) are formed on the
다음에, 상기 패드 질화막(미도시) 및 패드 산화막(미도시)을 배리어로 반도 체 기판(200)을 식각하여 트렌치(205)를 형성한다. 이때, 트렌치(205)는 STI(Shallow Trench Isolation) 구조를 형성하기 위한 것이다.Next, the
그 다음에, 트렌치(205)를 포함하는 반도체 기판(200) 전체 표면에 측벽 산화막(미도시) 및 라이너 질화막(210)을 증착한다. Next, a sidewall oxide film (not shown) and a
도 2b를 참조하면, 라이너 질화막(210)이 증착된 반도체 기판(200) 전체 상부에 제 1 절연막(220)을 형성한다. 이때, 제 1 절연막(220)은 트렌치(205)가 완전히 매립되어 트렌치(205)로 인한 단차가 제거되도록 하며, 제 1 절연막(220)을 형성하여 감광막 패턴이 형성될 영역이 평탄해지도록 한다. Referring to FIG. 2B, the first insulating
또한, 제 1 절연막(220)은 활성영역 간의 절연물질로 사용되는 산화계열의 물질인 것이 바람직하다. In addition, the first insulating
도 2c를 참조하면, 평탄화된 제 1 절연막(220) 상부에 감광막(미도시)을 형성한다. Referring to FIG. 2C, a photosensitive film (not shown) is formed on the planarized first insulating
다음에, 상기 감광막(미도시)에 대한 노광 및 현상 공정을 수행하여 상기 PMOS 영역을 오픈시키는 감광막 패턴(230)을 형성한다. Next, an exposure and development process is performed on the photoresist (not shown) to form a
이때, 트렌치(205)로 인한 단차가 매립된 제 1 절연막(220) 상부에 상기 감광막(미도시)이 형성된 상태에서 노광 및 현상 공정이 진행되었기 때문에, 상기 단차로 인해 노광 및 현상 공정이 균일하지 않게 진행되어 상기 PMOS 영역 상에 감광막 레지듀(Photoresist Residue)가 발생하는 것을 방지할 수 있다.In this case, since the exposure and development processes are performed in a state where the photoresist film (not shown) is formed on the first insulating
도 2d를 참조하면, 감광막 패턴(230)을 배리어로 제 1 절연막(220)을 식각하여 상기 PMOS 영역의 라이너 질화막(210)을 노출시킨다.Referring to FIG. 2D, the first insulating
이때, 제 1 절연막(220)의 식각은 HF 용액을 이용한 습식 식각(Wet Etch)으로 진행하며, 이는 감광막 패턴(230)에는 영향을 주지 않고, 제 1 절연막(220)만을 제거할 수 있다.In this case, the etching of the first insulating
다음에, 감광막 패턴(230) 및 상기 식각된 제 1 절연막(220)을 배리어로 노출된 라이너 질화막(210)을 제거한다. Next, the
여기서, 상기 제거되는 라이너 질화막(210)은 상기 PMOS 영역에 형성된 라이너 질화막(210)인 것이 바람직하며, 라이너 질화막(210)의 제거는 건식 식각(Dry Etch)으로 진행하는 것이 바람직하다.The
그 다음, 감광막 패턴(230)을 제거한다.Next, the
도 2e 및 도 2f를 참조하면, 상기 식각된 제 1 절연막(220)을 포함하는 전체 상부에 상기 식각된 제 1 절연막(220)과 동일한 물질인 제 2 절연막(225)을 추가 증착한다.2E and 2F, a second insulating
다음에, 상기 패드 질화막(미도시)이 노출될때까지 CMP(Chemical Mechanical Polishing) 공정을 수행한다. Next, a CMP (Chemical Mechanical Polishing) process is performed until the pad nitride film (not shown) is exposed.
그 다음, 상기 패드 질화막(미도시) 및 패드 산화막(미도시)을 제거하여 트렌치(205)가 매립된 소자분리막(235)을 형성한다.The pad nitride layer (not shown) and the pad oxide layer (not shown) are then removed to form the
상기와 같이 트렌치(205)를 형성한 후 트렌치(205)로 인한 단차가 제거되도록 전체 상부에 평탄화된 절연막(220)을 형성하고, 상기 평탄화된 절연막(220) 상부에 감광막 패턴(230)을 형성함으로써, 단차에 의한 감광막 레지듀의 발생을 방지하고, 이로 인해 후속 공정 시 PMOS 영역의 라이너 질화막(210)이 완전히 제거될 수 있게 된다. After the
도 1a 내지 도 1d는 종래 기술에 따른 반도체 소자의 제조 방법을 도시한 단면도.1A to 1D are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a semiconductor device according to the prior art.
도 2a 내지 도 2f는 본 발명에 따른 반도체 소자의 제조 방법을 도시한 단면도.2A to 2F are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a semiconductor device in accordance with the present invention.
< 도면의 주요 부분에 대한 부호 설명 ><Explanation of Signs of Major Parts of Drawings>
200 : 반도체 기판 205 : 트렌치200
210 : 라이너 질화막 220 : 제 1 절연막210: liner nitride film 220: first insulating film
230 : 감광막 패턴 225 : 제 2 절연막230
235 : 소자 분리막235 device isolation layer
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