KR930010986B1 - 반도체장치의 제조방법 - Google Patents
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Abstract
내용 없음.
Description
제1a∼f도는 본 발명의 일실시예 방법의 주요한 공정을 나타낸 단면도.
제2도는 본 발명에 따른 마스크 후퇴량과 원형화량의 관계를 나타낸 곡선.
제3도는 트렌치의 코너원형을 불량에 따라 발생하는 결정결함을 설명하기 위한 단면도.
제4a∼d도는 각각 종래의 트렌치의 모서리를 둥글게 하는 방법의 주요한 공정을 순차로 나타낸 단면도이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1 : 실리콘 지지기판 2 : 절연막
3 : 실리콘기판 4, 10 : 산화막
5 : 트렌치 6, 7 : 모서리
8 : 측산화막(側酸化膜) 9 : 다결정 실리콘층
11 : 소자영역
[산업상의 이용분야]
본 발명은 집적회로에 있어서 각각의 소자간을 절연분리하는 반도체장치의 제조방법에 관한 것이다.
[종래의 기술 및 그 문제점]
집적회로에 있어서 각각의 소자간을 절연분리하는 것으로는 LOCOS법으로 처리된 피일드산화막이 알려져 있지만, 이 밖에 지지기판과 이 지지기판상의 절연층을 매개해서 접착된 반도체기판상에 상기 절연층에 이르는 홈(트렌치)을 설치하고, 그 홈내벽이 산화된 간격의 홈에 유전체를 매립한, 일본국 특허공고 소59-181814호 혹은 특허공고 소61-598542호에 기재되어 있는 바와 같은 산화막 접착 웨이퍼와 트렌치를 조합한 완전 유전체 분리구조를 이용하는 것이 있다.
이와 같은 소자분리 기술에서는 트렌치의 모서리부분을 둥글게 하는 기술이 필수적으로 되는데, 이러한 것은 트렌치의 모서리를 둥글게 하지 않으면 제조공정 도중에 지지기판상의 절연층과 반도체기판, 예를들면 SiO2와 Si의 팽창계수의 차이에 의해 산화성장 공정에서 트렌치의 모서리에 응력집중이 생기게 되고, 그 결과 응력에 비례하여 실리콘결정의 전위밀도(轉位密度)가 높아져서 그 트렌치의 모서리에 결정결함이 발생할 우려가 있기 때문이다.
여기서, 트렌치의 모서리를 둥글게 하는 것(이하, 모서리원형화라 칭함)에 관한 종래예로서, 1988년 10월의 응용물리학회에서 발표된 POST(Perfect Oxidation Shallow Trench)의 모서리원형과 방법을 제4도(a)~(d)에 나타낸 단면도를 참조하여 설명한다.
우선, 제4도(a)에 나타낸 바와 같이, 실리콘 반도체기판(11)상에 산화막(12), 질화막(13), 산화막(14)을 순차로 형성한 후, 소정 형상으로 패터닝하고, 이것을 마스크로 하여 RIE(Reactive Ion Etching)등으로 기판(11)에 트렌치(15)를 형성한다.
그리고, 제4도(b)에 나타낸 바와 같이, 희석 HF 용액으로 상기 마스크로서 이용한 산화막(12,14)을 수백 옹스트롬(Å) 에칭하여 트렌치(15)에서의 실리콘 반도체기판(11)의 모서리(16)를 노출시킨다.
다음에, 제4도(c)에 나타낸 바와 같이, 산화막(12)을 마스크로 하여 CDE(Chemical Dry Etching)법, 예를들면 CF4+O2분위기중의 플라즈마에칭으로 기판(11)의 모서리(16)를 제거한다.
이어, 제4도(d)에 나타낸 바와 같이, 상기 산화막(12), 질화막(13), 산화막(14)을 제거하고, 트렌치(15)의 측벽을 포함한 전면을 산화하여 산화막(17)을 형성하고 모서리(16)를 둥글게 한다.
이와 같은 모서리원형과 방법에 있어서 모서리가 둥글게 되는 상태를 제어하는 주요한 파라미터는 상기 제4도(b)에 나타낸 공정에서 희석 HF에 의한 마스크재료, 즉 산화막(12 : SiO2)의 후퇴량과, 그후의 공정인 상기 제14도(c)에 나타낸 공정에서의 CDE에 의한 모서리(16 ; Si)의 에칭량인데, 이 경우에, 마스크 재료의 후퇴량이 500Å 정도, CDE에 의한 에칭량이 1000Å 정도인 조건에서 모서리원형화가 이루어지게 된다.
그런데, 상기 완전유전체 분리구조에는 지지기판상의 절연층을 매개해서 적층된 반도체기판상에 상기 절연층에 이르는 트렌치가 설치되어 있고, 이 트렌치의 내벽을 산화시키는 경우, 절연층 즉 산화막과 밀착되는 반도체기판의 모서리부분이 상부와 저부에 존재하게 된다. 이 때문에 상부모서리와 저부모서리에 상기 그 둥글게 되는 상태를 제어하는 파라미터가 크게 의존하게 된다.
그러나, 상술한 방법에 의해 마스크재료의 후퇴량이 500Å 정도이고, CDE에 의한 에칭량이 1000Å 정도인 조건을 이용하여 원하는 완전 유전체 분리구조를 구성하더라도 상부모서리는 하여간 저부모서리에 대해서는 원형화를 이루기가 어렵게 된다. 그 결과 트렌치의 저부(低部)모서리에 응력집중이 일어나서 실리콘결정의 전위밀도(轉位密度)가 높아지게 됨으로써 그 트렌치의 저부모서리에 결정 결함이 발생하게 된다.
[발명이 해결하려고 하는 과제]
이와 같이 종래의 트렌치의 원형화장소가 상부모서리만인 제조방법을 트렌치의 원형화장소가 상부모서리와 저부모서리에 존재하는 소자 분리에 응용하게 되면 특히 저부모서리를 둥글게 하는 것이 어려워져서 기판에 결정 결함이 발생하기 쉽다는 결점이 있었다.
[발명의 목적]
본 발명은 상기와 같은 사정을 고려해서 이루어진 것으로, 모서리에서의 결정결함의 발생을 억제하여 신뢰성이 높은 반도체장치의 제조방법을 제공함에 그 목적이 있다.
[발명의 구성]
상기 목적을 실현하기 위한 본 발명에 따른 반도체장치의 제조방법은 제1의 반도체기판의 표면상에 제1의 절연층을 매개해서 제2의 반도체기판을 접착하는 공정과, 상기 제2의 반도체기판의 표면상에 제2의 절연층을 형성하는 공정, 상기 제2의 절연층을 패터닝하여 개구부를 갖춘 마스크를 형성하는 공정, 상기 마스크를 이용하여 상기 제2의 반도체기판을 에칭하고 상기 제1의 절연층에 이르는 홈부를 형성하는 공정, 상기 제2의 절연층으로 이루어진 마스크를 에칭하여 상기 개구부의 형상을 크게 함과 더불어 상기 홈부에서 노출되어 있는 상기 제1의 절연층을 동시에 에칭하여 상기 홈부에 접하는 상기 제2의 반도체기판의 상부 및 저부의 각부를 노출시키는 공정, 등방성에칭기술로 상기 제2의 반도체기판의 상부 및 저부의 각부를 에칭해서 원호형상으로 움푹패이는 것을 양각부에 형성하는 공정 및, 열산화법으로 상기 홈부에서 노출되어 있는 상기 제2의 반도체기판 표면을 산화시켜 홈부의 내벽부에 상기 제1의 절연층과 접속되는 제3의 절연층을 형성하여 상기 제2의 반도체기판을 상기 홈부로 절연 분리하는 공정으로부터 구성되어, 상기 제2의 절연층으로 이루어진 마스크를 에칭해서 상기 개구부의 형상을 크게 할 때의 에칭량 및 상기 제2의 반도체기판의 상부 및 저부의 각이진 부분을 에칭할 때의 에칭량을 소정의 에칭량으로 정하도록 되어 있다.
[작용]
본 발명에서는 모서리가 둥글게 되도록 제어하는 주요한 파라미터에 착안하여, 그 파라미터를 소정의 범위로 한정함으로써, 상부모서리와 저부모서리 모두를 적당한 원형으로 만들어 그 부분에 결정결함이 발생하는 것을 막게 된다.
[실시예]
이하, 도면을 참조해서 본 발명을 실시예에 의거 설명한다.
제1도(a)~(f)는 본 발명에 따른 반도체장치의 제조방법을 공정순으로 나타낸 단면도이다.
우선, 제1도(a)에 나타낸 바와 같이, 실리콘 지지기판(1)상에 열산화법 등으로 절연막(2)을 1.5㎛ 정도 형성하고 그 위에 20㎛ 정도의 실리콘기판(3)을 접착한다. 그 후에 실리콘기판(3)상에 열산화법 등에 의해 형성된 산화막(4)을 소정 형상으로 패터닝하고 이것을 마스크로 하여 RIE(Reactive Ion Etching)기술로 폭 2㎛ 정도, 깊이 20㎛ 정도의 트렌치(5)를 기판(3)을 매개해서 절연막(2)에 이르도록 형성한다.
그리고, 제1도(b)에 나타낸 바와 같이, 희석한 HF 용액에 담가서 마스크로서 이용한 산화막(4)을 에칭시켜 후퇴시키게 되는데, 이때 실리콘 산화막인 절연막(2)도 동시에 에칭되어 실리콘기판(3)의 상부 및 저부모서리(6,7)가 노출되게 된다.
다음에, 제1도(c)에 나타낸 바와 같이, CDE(Chemical Dry Etching) 기술로 실리콘을 등방적(等方的)으로 에칭해서 실리콘기판(3)의 노출되어 있는 모서리(6,7)를 제거한다.
이어, 제1도(d)에 나타낸 바와 같이, 1050℃의 산화 분위기중에서 150분간 열산화처리를 실행하여 트렌치(5)의 측벽에 8000Å 정도의 측산화막(側酸化膜 ; 8)을 형성하게 되는 바, 이에 따라 모서리(6,7)가 둥글어지게 된다.
다음에, 제1도(e)에 나타낸 바와 같이, 감압 CVD법으로 다결정 실리콘층(9)을 1.8㎛ 정도 퇴적함으로써 트렌치(5)의 내부를 다결정 실리콘층(9)으로 매립하고, 제1도(f)에 나타낸 바와 같이 트렌치(5) 내부의 다결정 실리콘층(9)이 남도록 CDE 기술을 이용하여 표면상을 에칭한다. 그 후에, 1050℃의 산화 분위기중에서 150분간 열산화처리하여 다결정 실리콘층(9)의 상부에 산화막(10)을 퇴적함으로써, 절연 분리된 각각의 소자영역을 형성하게 된다.
상기 실시예 방법에 의하면 상술한 모서리가 둥글게 되는 상태를 제어하는 주요한 파라미터, 즉 여기서는 제1도(b)의 공정의 희석한 HF로 산화막(4)을 후퇴시킬 때의 마스크 후퇴량 및, 제1도(c)의 공정의 CDE에 의한 모서리(6,7)의 둥글게 되는 양(원형화량)에 본 발명의 반도체장치의 신뢰성이 크게 의존하게 된다.
즉, 제2도의 마스크 후퇴량-원형화량 관계도로 나타낸 바와 같이, 측산화막을 상기 실시예와 마찬가지로 8000Å 형성한 것으로 하고, 마스크 후퇴화량을 X, 원형량을 Y로 한다면, 대략 X>3000Å이면서 Y≥2000Å의 영역에서 결함이 발생하지 않음을 판단할 수 있다. 그 이외의 영역에서는 제3도에 나타낸 바와 같이, 상기 제1도(d)의 공정과 마찬가지로 해서 트렌치(5)의 측벽에 8000Å 정도의 측산화막(8)을 형성하면 저부의 모서리(7)가 둥글게 되지 않고 그곳에 결정결함부(12)가 발생할 가능성이 커지게 됨으로써, 반도체장치의 신뢰성의 저하가 초래되게 된다.
따라서, 트렌치의 모서리를 둥글게 하기 위해서는 상기 마스크 후퇴량 및 원형화량이 주요한 파라미터로 되고, 또 상술한 조건을 무시할 수 없게 된다.
[발명의 효과]
이상 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면 트렌치의 모서리에 결정결함이 발생되는 것을 억제하여 신뢰성이 높은 반도체장치의 제조방법을 제공할 수 있다.
Claims (2)
- 제1의 반도체기판(1)의 표면상에 제1의 절연층(2)을 매개해서 제2의 반도체기판(3)을 접착하는 공정과, 상기 제2의 반도체기판(3)의 표면상에 제2의 절연층(4)을 형성하는 공정, 상기 제2의 절연층(4)을 패터닝해서 개구부를 갖춘 마스크를 형성하는 공정, 상기 마스크를 이용해서 상기 제2의 반도체기판(3)을 에칭하여 상기 제1의 절연층(2)에 이르는 홈부(5)를 형성하는 공정, 상기 제2의 절연층(4)으로 이루어진 마스크를 에칭하여 상기 개구부의 형상을 크게 함과 더불어 상기 홈부(5)에서 노출되어 있는 상기 제1의 절연층(2)을 동시에 에칭하여 그 홈부(5)에 접하는 상기 제2의 반도체기판(3)의 상부 및 저부의 각이진 부분(6,7)을 노출시키는 공정, 등방성 에칭기술로 상기 제2의 반도체기판(3)의 상부 및 저부의 각이진 부분(6,7)을 에칭하여 그 양 각이진 부분(6,7)이 원호형상으로 움푹 파여지게 형성하는 공정 및, 열산화법으로 상기 홈부(5)에서 노출되어 있는 상기 제2의 반도체기판(3) 표면을 산화시켜 그 홈부(5)의 내벽부에 상기 제1의 절연층(2)과 접하는 제3의 절연층(8)을 형성하여 상기 제2의 반도체기판(3)을 상기 홈부(5)로 절연 분리하는 공정을 구비하여 구성된 것을 특징으로 하는 반도체 장치의 제조방법.
- 제1항에 있어서, 상기 제2의 절연층(4)으로 이루어진 마스크를 에칭하여 상기 개구부의 형상을 크게 할 때의 에칭량이 3000Å 보다도 크고, 또 상기 제2의 반도체기판의 상부 및 저부의 각이진 부분(6,7)을 에칭할 때의 에칭량이 2000Å 전후인 것을 특징으로 하는 반도체장치의 제조방법.
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