KR940005720B1 - Manufacturing method for elements segregation of semiconductor device - Google Patents

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Abstract

The method is for isolating N/P-channel device in an integrated circuit (IC). The method comprises the steps of: (a) removing netrogenous layer on a field region; (b) forming a netrogenous thin film and thermal oxide layer sequentially; (c) forming thermal oxide spacer on both sides of the field region; (d) removing the netrogenous thin film, pad oxide layer on field region and etching silicon substrate; (e) removing the thermal oxide layer spacer, forming a damage cure oxide layer and forming a netrogenous spacer; and (f) oxidizing the field region.

Description

반도체 장치의 소자분리 제조방법Device Separation Manufacturing Method of Semiconductor Device

제1a도에서 제1e도는 종래의 소자분리방법으로 필드영역에 스페이서를 이용한 얕은 트랜치 후 LOCOS 소자분리를 행하는 OSELO-Ⅱ구조의 형성 공정 순서 단면도이고1A to 1E are sectional views of a process of forming an OSELO-II structure in which a LOCOS device is separated after a shallow trench using a spacer in a field region by a conventional device isolation method.

제2a도에서 제2e도는 본 발명의 방법에 의해 종래의 OSELO-Ⅱ구조의 단점을 개선하는 소자분리 형성 공정 순서 단면도이다.2A to 2E are cross-sectional views of a device isolation formation process that ameliorates the disadvantages of conventional OSELO-II structures by the method of the present invention.

본 발명은 반도체 장치의 제조방법에 관한 것으로 특히 소자분리특성을 개선하고 불순물의 측면 확산을 줄여줄 수 있는 소자분리방법에 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 device isolation method capable of improving device isolation characteristics and reducing side diffusion of impurities.

반도체 장치의 집적기술이 향상되어 초고집적화됨에 따라 동일기판위에 N/P-channel 소자의 전기적 분리가 주요 문제로 대두되고 있다. 기존의 LOCOS(Local Oxidation of Silicon) 기술이 버즈비크(Bird's beak) 현상으로 소자분리폭이 1μm가 한계로 인식됨에 따라 작은 면적으로 소자를 효과적으로 분리시킬 수 있는 트랜치(Trench)구조가 이용되기도 하는데 이 트랜치 구조에서는 분리를 위한 산화막 형태가 매우 양호하지만 기판 실리콘층의 트랜치 에칭(Etching)에 의해 기판실리콘에 결정결함을 유발하여 액티브 소자 동작조건에서 결함을 통해 누설전류가 증가되어 소자의 전기적 특성을 열화시키며, 또한 변형된 LOCOS 분리구조는 어떠한 형태로 변형되는 버퍼층(Buffer Layer)이 사용되며, 이로 인해 필드영역의 열산화시 버퍼층 하부의 버퍼As the integration technology of semiconductor devices has been improved and highly integrated, the electrical separation of N / P-channel devices on the same substrate has become a major problem. As the local localization of silicon (LOCOS) technology is recognized as a bird's beak phenomenon, the limit of device isolation is limited to 1μm, a trench structure that can effectively separate devices with a small area is used. In the trench structure, the oxide film for isolation is very good, but the trench etching of the substrate silicon layer causes crystal defects in the substrate silicon, which increases the leakage current through the defect in the active device operating conditions, thereby degrading the electrical characteristics of the device In addition, the modified LOCOS isolation structure uses a buffer layer that is transformed into any shape, and thus, a buffer under the buffer layer during thermal oxidation of the field region.

이처럼 상기 트랜치 또는 변형된 LOCOS 소자분리방법이 많은 문제를 내포하고 있으나 이들 방법을 이용하여 분리특성을 개선시킨 소자분리방법이 활발히 연구되고 있는데 예를들면, 첨부한 제1도에 도시된 종래 기술은 "IEEE Transistor Electron Device, July 1988, p893"에 개재된 OSELO-Ⅱ 소자분리방법으로써, 상기 기술을 첨부된 도면을 참조하여 살펴보면, 얕은 트랜치 후의 LOCOS 소자분리방법을 근간으로 하고 있음을 알 수가 있다.As described above, the trench or modified LOCOS device isolation method has many problems. However, the device isolation method having improved isolation characteristics using these methods has been actively studied. For example, the prior art shown in FIG. As an OSELO-II device isolation method described in "IEEE Transistor Electron Device, July 1988, p893", referring to the accompanying drawings, it can be seen that based on the LOCOS device isolation method after a shallow trench.

즉, 실리콘기판(100)위에 버퍼산화막(11) 및 버퍼질화막(12)을 순차로 적층 침적한 후 필드영역이 개구된 버퍼층 패턴(1P)을 형성한 후(제1a도), 질화박막(thin nitride)(13) 및 고온열산화막(14)을 순차로 적층 침적한다(제1b도).That is, after the buffer oxide film 11 and the buffer nitride film 12 are sequentially deposited and deposited on the silicon substrate 100, a buffer layer pattern 1P having an open field region is formed (FIG. 1a), and the thin nitride film (thin) The nitride 13 and the high temperature thermal oxide film 14 are sequentially deposited (FIG. 1B).

이어서, 상기 고온열산화막(14)을 건식에칭법으로 전면을 에치백(Etch back)하여 버퍼층 패턴(1P) 측면에 스페이서(14')를 만들고, 이 스페이서(14')를 마스크로하여 스페이서로 가려지지 않은 질화박막(13) 및 필드영역의 기판실리콘(100)을 차례로 에칭하면 요구되는 깊이의 좁은 트랜치(15)를 기판실리콘(100)에 형성시킬 수 있다(제1c도). 그다음 고온열산화막 스페이서(14')를 제거하고(제1d도), 필드영역의 트랜치 기판실리콘을 산화하여 분리산화막(16)을 형성시킨다(제1e도). 이러한 구조를 이용하면 버퍼층 패턴 측벽에 L자 형태로 놓여있는 질화박막에 의하여 버퍼산화막의 측면 산화가 저지되어 버즈비크를 줄이고, 스페이서에 의한 폭만큼 채널저지 이온의 측면 확산 여유를 가지게 되므로 필드영역이내로 채널저지 이온층을 한정시켜 액티브영역을 크게 하고자 하는Subsequently, the entire surface of the high temperature thermal oxide film 14 is etched back by dry etching to form a spacer 14 'on the side of the buffer layer pattern 1P, and the spacer 14' is used as a mask. Etching the unshielded thin film 13 and the substrate silicon 100 in the field region in turn can form a narrow trench 15 of the required depth in the substrate silicon 100 (FIG. 1C). Then, the high temperature thermal oxide spacer 14 'is removed (FIG. 1d), and the trench substrate silicon in the field region is oxidized to form a separation oxide film 16 (FIG. 1E). Using this structure, the sidewall oxidation of the buffer oxide film is prevented by the nitride film placed in the L-shape on the sidewalls of the buffer layer pattern, thereby reducing the Burj beak and having the side diffusion margin of the channel blocking ions by the width of the spacer. To limit the channel blocking ion layer to increase the active area

그러나, 상기 OSELO-Ⅱ 기술은 L-자형의 질화박막을 형성하기 위해 스페이서를 마스크로 하여 질화박막을 에칭하게 되면 필드영역의 기판실리콘 계면이 곧바로 에칭손상을 받게되며, L-자형태의 질화박막이 곧바로 기판실리콘과 접촉되어 두층 사이의 인터페이스(interface)영역에 손상 및 강제력(stress)이 발생되는 문제가 있다.However, in the OSELO-II technology, when the nitride thin film is etched using the spacer as a mask to form the L-shaped nitride film, the substrate silicon interface in the field region is immediately damaged, and the L-shaped nitride film is formed. There is a problem in that contact with the substrate silicon immediately causes damage and stress in the interface region between the two layers.

따라서, 본 발명에서는 상기한 종래 기술의 문제를 해결하기 위하여 L-자형의 질화박막과 필드영역의 기판실리콘 사이에 버퍼산화막을 위치시켜 산화공정시 실리콘의 손상 및 강제력을 제거시키는 방법을 제공하고자 하며, 또 한편으로는 얕은 트랜치 측벽에 질화막 스페이서를 형성시켜 산화공정시 측면산화를 방지하면서 수직산화를 증대시킬 수 있는 소자분리방법에 제공에 그 목적이 있다.Accordingly, the present invention is to provide a method for removing the damage and forcing of silicon during the oxidation process by placing a buffer oxide film between the L-shaped thin nitride film and the substrate silicon of the field region in order to solve the above problems of the prior art. On the other hand, an object of the present invention is to provide a device isolation method capable of increasing vertical oxidation while forming a nitride spacer on a shallow trench sidewall to prevent lateral oxidation during an oxidation process.

상술한 본 발명의 목적을 달성하기 위한 소자분리 제조공정에 있어서, 기판실리콘위에 있는 버퍼층에서 필드영역위의 버퍼질화막을 제거하는 공정 ; 상기 결과물 전면에 질화박막, 고온열산화막을 순차로 적층 침적하는 공정 ; 및 고온열산화 스페이서를 필드영역 양옆에 형성시키는 공정 ; 상기 결과물을 이용하여 질화박막을 제거한 다음, 필드영역위의 패드산화막을 제거하고, 계속해서 기판실리콘을 트랜치 에칭시키는 공정 ; 이어서 상기 고온열산화막 스페이서를 제거하고 트랜치 내벽에 박막의 데미지 큐어 산화막(Damage cure Oxide)을 성장시킨 다음, 계속해서 트랜치 측벽에 질화막 스페이서를 형성시키는 공정 ; 및 필드영역을 산화시키는 공정을 구비하여 이루어진 것을 특징으로 한다.In the device isolation fabrication process for achieving the above object of the present invention, a step of removing the buffer nitride film on the field region from the buffer layer on the substrate silicon; Stacking and sequentially depositing a thin nitride film and a high temperature thermal oxide film on the entire surface of the resultant product; And forming a high temperature thermal oxidation spacer on both sides of the field region; Removing the thin nitride film by using the resultant, removing the pad oxide film on the field region, and subsequently trench etching the substrate silicon; Subsequently removing the high temperature thermal oxide spacers, growing a damage cure oxide film of thin films on the inner walls of the trenches, and subsequently forming nitride spacers on the trench sidewalls; And oxidizing the field region.

이하, 첨부된 도면 제2도를 참조하여 상술한 본 발명의 공정을 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, the process of the present invention described above with reference to the accompanying drawings, Figure 2 will be described in detail.

먼저, 제2a도를 참조하면, n/p형의 기판실리콘, 또는 통상의 방법으로 웰(Well)이 형성된 기판실리콘(200)위에 버퍼산화막(21), 버퍼질화막(22)을 순차로 적층 형성한 다음, 전형의 사진식각공정으로 필드영역의 상기 버퍼질화막(22)을 제거하여 버퍼산화막(21)을 노출시킨다.First, referring to FIG. 2A, a buffer oxide film 21 and a buffer nitride film 22 are sequentially stacked on an n / p substrate silicon or a substrate silicon 200 in which a well is formed. Then, the buffer nitride film 22 in the field region is removed by a typical photolithography process to expose the buffer oxide film 21.

이어서, 제2b도를 보면, 상기 결과물위에 질화박막(23) 및 고온산화막(24)을 순차로 적층 침적시킨다.Subsequently, in FIG. 2B, the nitride nitride film 23 and the high temperature oxide film 24 are sequentially deposited and deposited on the resultant product.

그다음, 제2c도를 참조하면 상기 질화박막(23)을 최종점(End Point)으로 하여 상기 고온산화막(24)을 이방성식각으로 에치백(Etch back)하면 필드영역 양끝의 질화박막(23) 측벽에 스페이서(24')가 형성되며, 이 고온산화막 스페이서(24')에 의해 덮여 있지 않는 질화박막(23)을 건식 또는 습식 에칭하면 액티브영역에는 버퍼층 패턴 상단부의 버퍼질화막(22) 그리고, 필드영역에는 스페이서에 의해 가려지 있지 않은 버퍼 산화막(21)이 노출되게 된다.Next, referring to FIG. 2C, when the high temperature oxide film 24 is etched back by anisotropic etching using the nitride film 23 as an end point, sidewalls of the nitride film 23 at both ends of the field region are etched. A spacer 24 'is formed in the wafer, and the dry or wet etching of the nitride film 23 which is not covered by the high temperature oxide film spacer 24' is performed in the active region. The buffer oxide film 21, which is not covered by the spacer, is exposed.

이어서, 상기의 스페이서(24')를 이용하여 필드영역의 버퍼산화막(21)을 에칭한 다음, 계속해서 기판실리콘(200)에 얕은 트랜치(25)를 이방성 에칭시킨다.Subsequently, the buffer oxide film 21 in the field region is etched using the spacer 24 ', and then the shallow trench 25 is subsequently anisotropically etched into the substrate silicon 200.

그다음, 제2d도를 참조하면, 상기 고온열산화막 스페이서를 제거시킨 다음, 상기 트랜치(25) 내벽에 실리콘 결정결함을 보상하기 위한 박막의 데미지 큐어 산화막(26)을 성장시킨 다음, 이어서 상기 결과물 전면에 질화막을 침적하여 이방성 에칭하므로서 트랜치 측벽에 질화막 스페이서(27)를 형성할 수 있다.Next, referring to FIG. 2d, the high temperature thermal oxide spacers are removed, and then a thin film of the damage cure oxide layer 26 is grown on the inner wall of the trench 25 to compensate for silicon crystal defects, and then the entire front surface of the resultant. The nitride film spacers 27 can be formed on the trench sidewalls by depositing a nitride film on the substrate and anisotropic etching.

그다음 상기 결과물을 이용하여 필드영역을 산화시키게 되면 분리산화막(28)이 형성되어 본 발명의 소자분리가 이루어진 형상을 제2e도에 보이고 있다.Then, when the field region is oxidized using the result, a separation oxide film 28 is formed, and the shape of device isolation according to the present invention is shown in FIG. 2E.

상기와 같은 본 발명에 의하면 종래의 OSELO-Ⅱ 구조의 문제점 중에서 기판실According to the present invention as described above, the substrate chamber in the problems of the conventional OSELO-II structure

본 발명은 상기 실시예에 한하지 않으며 본 발명의 기술적 사상내에서 수많은 변형이 동분야에 통상의 지식을 가진자에 의해 실시가능함은 명백하다.The present invention is not limited to the above embodiments, and it is apparent that numerous modifications can be made by those skilled in the art within the technical idea of the present invention.

Claims (6)

반도체 장치의 LOCOS 소자분리방법에 있어서, 기판실리콘위에 있는 버퍼층에서 필드영역위의 버퍼질화막을 제거하는 공정 ; 상기 결과물 전면에 질화박막, 고온열산화막을 순차로 적층 침적하는 공정 ; 및 고온열산화 스페이서를 필드영역 양옆에 형성시키는 공정 ; 상기 결과물을 이용하여 질화박막을 제거한 다음, 필드영역위의 패드산화막을 제거하고, 계속해서 기판실리콘을 트랜치 에칭시키는 공정 ; 이어서 상기 고온 열산화막 스페이서를 제거하고 트랜치 내벽에 박막의 데미지 큐어 산화막(Damage cure Oxide)을 성장시킨 다음, 계속해서 트랜치 측벽에 질화막 스페이서를 형성시키는 공정 ; 및 필드영역을 산화시키는 공정을 구비하여 이루어진 것을 특징으로 하는 반도체 장치의 제조방법.A LOCOS device isolation method of a semiconductor device, comprising: removing a buffer nitride film over a field region from a buffer layer over a substrate silicon; Stacking and sequentially depositing a thin nitride film and a high temperature thermal oxide film on the entire surface of the resultant product; And forming a high temperature thermal oxidation spacer on both sides of the field region; Removing the thin nitride film by using the resultant, removing the pad oxide film on the field region, and subsequently trench etching the substrate silicon; Subsequently removing the high temperature thermal oxide spacers, growing a damage cure oxide film of thin film on the inner wall of the trench, and subsequently forming a nitride spacer on the trench sidewalls; And a step of oxidizing the field region. 제1항에 있어서, 상기 버퍼층은 버퍼산화막 버퍼질화막이 순차로 적층 침적되어서 이루어진 것을 특징으로 하는 반도체 장치의 제조방법.The method of claim 1, wherein the buffer layer is formed by sequentially depositing a buffer oxide film and a buffer nitride film. 제1항에 있어서, 상기 고온열산화막 스페이서는 상기 질화박막을 최종점으로 하고 이방성식각법인 전면 에치백 공정에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 반도체 장치의 제조방법.The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the high temperature thermal oxide film spacer is formed by a front etch back process using an anisotropic etching method with the thin nitride film as an end point. 제1항 내지 제3항의 어느 한 항에 있어서, 고온열산화막 스페이서에 의해 덮여지지 않은 버퍼층 패턴상부와 필드영역의 질화박막을 건식 또는 습식에 침하여 제거시키The nitride film of the upper portion of the buffer layer pattern and the field region not covered by the high temperature thermal oxide spacers is subjected to dry or wet removal. 제1항에 있어서, 상기 고온열산화막 스페이서 제거후, 기판전면에 질화박막을 침적한 다음 이방성식각법인 전면 에치백 공정으로 얕은 트랜치 측벽에 질화막 스페이서를 형성시키는 것을 특징으로 하는 반도체 장치의 제조방법.The method of claim 1, wherein after the high temperature thermal oxide spacer is removed, a nitride film is deposited on the entire surface of the substrate, and the nitride film spacer is formed on the shallow trench sidewalls by a front etch back process using an anisotropic etching method. 제5항에 있어서, 상기 고온열산화막은 습식 식각공정에 의해 제거되는 것을 특징으로 하는 반도체 장치의 제조방법.The method of claim 5, wherein the high temperature thermal oxide film is removed by a wet etching process.
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