KR960012643B1 - Method for forming the element isolation film of the semiconductor element - Google Patents

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Abstract

The method of manufacturing isolation film of semiconductor device comprises the steps of : stacking a pad oxide film(2), a polycrystal silicone(3) and a silicone nitrided film(4) on a silicon substrate(1); forming a narrow groove(5) and a wide groove(6) by etching the polycrystal silicone(3) after etching the silicone nitrided film(4) of the exposed region; and forming a narrow and a wide isolation oxide film(7,8) by oxidizing the polycrystal silicone(3) and the silicone substrate(1) below the grooves(5,6), and removing the silicone nitrided film(4), the polycrystal silicone(3) and the pad oxide film(2).

Description

반도체소자의 소자분리막 제조방법Device Separation Method of Semiconductor Device

제1도는 내지 제3도는 종래기술의 실시예에 의해 반도체소자의 소자분리막 제조공정을 도시한 단면도.1 to 3 are cross-sectional views showing a device isolation film manufacturing process of a semiconductor device according to an embodiment of the prior art.

제4A도 내지 제4D도는 본 발명의 실시예에 의해 반도체소자의 소자분리막 제조공정을 도시한 단면도.4A to 4D are cross-sectional views showing a device isolation film manufacturing process of a semiconductor device according to an embodiment of the present invention.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for main parts of the drawings

1, 11 : 실리콘기판,2, 12 : 패드산화막,1, 11: silicon substrate, 2, 12: pad oxide film,

3, 13 : 다결정실리콘,4, 14 : 실리콘질화막,3, 13 polycrystalline silicon, 4, 14 silicon nitride film,

5, 15 : 소폭의 홈,6, 16 : 광폭의 홈,5, 15: narrow groove, 6, 16: wide groove,

7, 8, 17, 18 : 소자분리산화막.7, 8, 17, 18: device isolation oxide film.

본 발명은 반도체소자의 소자분리막 제조방법에 관한 것으로, 반도체소자의 집적도가 높아지면서 소자분리막의 폭이 점점 좁아지게 되어서, 소자 분리막의 폭이 좁은 부분과 넓은 부부의 산화막의 성장두께가 차이를 보인다. 따라서, 피비엘(PBL : poly buffered LOCOS, 이하에서 PBL이라 함) 구조에서 소자분리막 형성용 마스크를 이용하여 상층부로부터 다결정실리콘까지 제거할때, 상기 좁은 부분과 넓은 부분의 다결정 실리콘에 식각두께에 차이를 두어 제거한 후 산화막을 성장시켜, 상기 두부분의 소자분리막의 두께가 비슷하게함으로써 소자분리영역이 좁은 곳에서 소자분리막이 얇아지는 것을 방지하여 소자의 신뢰도를 높이는 기술이다.The present invention relates to a method for manufacturing a device isolation film of a semiconductor device, and as the degree of integration of semiconductor devices increases, the width of the device isolation film becomes narrower, so that the growth thicknesses of the narrow width of the device isolation film and the oxide of the wide couple are different. . Therefore, when removing from the upper layer to the polysilicon using a device isolation film forming mask in the PBI (poly buffered LOCOS (PBL) structure), the etching thickness difference in the narrow and wide polycrystalline silicon After the removal, the oxide film is grown to increase the reliability of the device by preventing the device isolation film from thinning at a narrow device isolation region by increasing the thickness of the two device isolation films.

고집적화라는 관점에서 소자의 집적도를 높이기 위해서는 각각의 소자의 디맨젼(dimension)을 축소하는 것과, 소자간에 존재하는 분리영역(solation region)의 폭과 면적을 면적을 축소하는 것이 필요하며, 이 축소정도가 셀의 크기를 좌우한다는 점에서 소자분리기술이 메모리 셀 사이즈(memory cell size)를 결정하는 기술이라고 할 수 있다.In order to increase the integration of devices in terms of high integration, it is necessary to reduce the dimension of each device and to reduce the area of the width and area of the isolation region existing between the devices. The device isolation technique is a technique for determining the memory cell size in that the size of the cell determines the size of the cell.

소자분리막을 제조하는 종래기술로서는 로코스(LOCOS : LOCal Oxidation of Silicon, 이하에서 LOCOS라 함)방법, 실리콘기판위에 산화막, 다결정실리콘층, 질화막순으로 적층한 구조의 PBL방법, 기판에 홈을 형성한 후에 절연물질로 매립하는 트렌치(trench)방법등이 있다.Conventional techniques for manufacturing device isolation films include the LOCOS (LOCOS: LOCOS) method, the PBL method in which an oxide film, a polycrystalline silicon layer, and a nitride film are laminated on a silicon substrate, and grooves are formed in the substrate. Afterwards, there is a trench method for embedding with an insulating material.

상기 PBL을 사용하는 경우, 필드산화시에 산소의 측면확산에 의하여 버즈빅이 발생한다. 특히 고집적화 되었을때, 소자분리영역이 폭이 작은 부분과 넓은 부분의 산화막 성장두께가 일정하지 못하기 때문에 타기 법에 비해 신뢰성을 약화시킬 수 있다.In the case of using the above-mentioned PBL, buzz big is generated by side diffusion of oxygen during field oxidation. Particularly, when the density is high, the device isolation region may have a smaller width and a smaller thickness of the oxide film, so that the reliability of the device isolation region may be weaker than that of other methods.

종래기술에 의한 반도체소자의 소자분리막 제조방법의 실시예를 제1도 내지 제3도에 상세히 설명하기로 한다.An embodiment of a device isolation film manufacturing method of a semiconductor device according to the prior art will be described in detail with reference to FIGS. 1 to 3.

제1도는 실리콘기판(11)의 상부에 패드산화막(12), 다결정실리콘(13) 및 실리콘질화막(14)을 차례대로 적층하여 PBL 구조를 형성한 것을 도시한 단면도이다.FIG. 1 is a cross-sectional view illustrating a PBL structure formed by sequentially stacking a pad oxide film 12, a polycrystalline silicon 13, and a silicon nitride film 14 on the silicon substrate 11. FIG.

제2도는 상기 PBL 구조에 소자분리막 형성용 마스크를 사용하고 노출된 지역의 실리콘질화막(14)와 다결정실리콘(13)을 식각하여 소폭의 홈(15)과 광폭의 홈(16)을 형성한 것을 도시한 단면도이다.2 shows that a small groove 15 and a wide groove 16 are formed by etching the silicon nitride film 14 and the polycrystalline silicon 13 in an exposed region by using a mask for forming an isolation layer in the PBL structure. It is sectional drawing.

제3도는 열 산화공정으로 상기 홈(15, 16) 저부의 실리콘기판(11)에 소자 분리산화막(17, 18)을 형성한 것을 도시한 단면도이다. 소폭이 홈(15)에 형성된 소자분리산화막(17)은 실제적으로 소자분리산화막(17)의 응력때문에 하부의 실리콘기판(11)이 산화되지 못하여 두께가 얇게 형성되지만, 광폭의 홈(16)에 형성된 소자분리산화막(18)은 충분하게 폭이 넓어서 하부의 실리콘기판(11)이 두껍게 산화되어 두께가 큰 소자분리산화막(18)로 형성된다. 그로인하여 상기 소자분리산화막(17, 18) 사이에 단차가 발생된다.3 is a cross-sectional view illustrating the formation of device isolation oxide films 17 and 18 on the silicon substrate 11 at the bottom of the grooves 15 and 16 by a thermal oxidation process. Although the device isolation oxide film 17 formed in the groove 15 has a small thickness, the silicon substrate 11 in the lower portion cannot be oxidized due to the stress of the device isolation oxide film 17, but the thickness is thin. The formed device isolation oxide film 18 is sufficiently wide so that the lower silicon substrate 11 is thickly oxidized to form a large device isolation oxide film 18. As a result, a step is generated between the device isolation oxide layers 17 and 18.

상기한 바와 같이 실리콘기판에 형성된 소자분리산화막 사이에 단차가 형성되어, 콘택을 형성하기 위해 식각할때 에스펙트비(aspect raito)가 커서 식각공정에 어려움이 있고, 워드라인과 비트라인의 쇼트, 워드라인이나 비트라인과 전하저장용 전극과의 쇼트, 단차에 의한 라인의 단락 또는 저항의 증가등의 문제로 인하여 실제 공정마진이 매우 적다.As described above, a step is formed between the device isolation oxide layers formed on the silicon substrate, and the etching rate is large when etching to form a contact, so that the etching process is difficult. Due to problems such as short between word line or bit line and charge storage electrode, short circuit of line due to step difference or increase of resistance, actual process margin is very small.

따라서, 본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 소폭의 소자분리막과 광폭의 소자분리막이 형성되는 부분의 패드산화막 상부에 남아있는 다결정실리콘의 두께를 다르게 한 상태에서 산화공정으로 소자분리산화막을 형성하여 소폭과 광폭의 소자분리산화막의 두께가 비슷하도록 소자분리막을 제조하는데 그 목적이 있다.Therefore, in order to solve the above problem, the device isolation oxide film is formed by an oxidation process in a state where the thickness of the polycrystalline silicon remaining on the upper portion of the pad oxide film in which the small device isolation film and the wide device isolation film are formed is different. An object of the present invention is to fabricate a device isolation film such that the thickness of the device isolation oxide film is small and wide.

본 발명은 다결정실리콘이 단결정실리콘(실리콘기판)보다 산화속도가 빠른점을 이용하여 소폭의 소자분리산화막이 형성되는 곳에는 다결정실리콘의 두께를 두껍게 남겨놓고, 광폭의 소자분리산화막이 형성되는 곳에는 다결정 실리콘의 두께를 얇게 남겨 놓아서 산화공정시 산화속도를 비슷하게 하는 것이다.In the present invention, the polysilicon has a thicker thickness of the polysilicon in a place where a small device isolation oxide film is formed by using a point in which the polysilicon is faster than the single crystal silicon (silicon substrate), and the polycrystalline silicon is formed in a wide device isolation oxide film. The thickness of the silicon is left thin so that the oxidation rate is similar during the oxidation process.

상기한 목적을 이루기위한 본 발명의 특징은, 실리콘기판의 상부에 패드산화막, 다결정실리콘막 및 실리콘질화막을 적층하는 공정과, 소폭의 소자 분리막 형성용 마스크를 사용하여 노출된지역의 실리콘질화막을 식각한 후, 그 화부의 다결정실리콘의 작은 두께를 식각하여 소폭의 홈을 형성하는 공정과, 광폭의 소자분리막 형성용 마스크를 사용하여 노출된 지역의 실리콘질화막을 식각한 후, 그 하부의 다결정실리콘의 많은 두께를 식각하여 광폭의 홈을 형성하는 공정과, 산화 공정으로 상기 홈 하부의 다결정실리콘과 실리콘 기판을 산화시켜 소폭과 광폭의 소자분리산화막을 함께 형성한 다음, 남아 있는 실리콘질화막, 다결정실리콘, 패드산화막을 제거하는 공정을 포함하는데 있다.A feature of the present invention for achieving the above object is a process of laminating a pad oxide film, a polysilicon film and a silicon nitride film on top of a silicon substrate, and etching a silicon nitride film in an exposed region by using a mask for forming a small device isolation film. After that, the small thickness of the polysilicon of the etched portion is etched to form a narrow groove, and the silicon nitride film of the exposed region is etched by using a wide element isolation film forming mask, and then the polysilicon underneath Etching a large thickness to form a wide groove, and oxidizing the polycrystalline silicon and the silicon substrate under the groove to form a small and wide device isolation oxide film together, and then remaining silicon nitride film, polycrystalline silicon, It includes a step of removing the pad oxide film.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명인 반도체소자의 소자분리막 제조방법을 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, a device isolation film manufacturing method of a semiconductor device of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

제4A도 내지 제4D도는 본 발명의 의해 소자분리막을 제조하는 공정단계를 도시한 단면도이다.4A to 4D are sectional views showing the process steps of manufacturing the device isolation film according to the present invention.

제4A도는 실리콘기판(1) 위에 패드산화막(2), 다결정실리콘(3) 및 실리콘질화막(4)을 적층하여 PBL 구조로 형성한 것을 도시한 단면도이다.FIG. 4A is a cross-sectional view showing that the pad oxide film 2, the polycrystalline silicon 3, and the silicon nitride film 4 are stacked and formed on the silicon substrate 1 in a PBL structure.

제4B도는 예를들어 셀지역에 소폭의 소자분리막을 형성하기 위해 소자분리막 형성용 마스크(도시안됨)를 이용하여 실리콘질화막(4)과 그 하부에 있는 다결정실리콘(3)의 일정두께(총두께의 약 20-40%)를 식각하여 소폭의 홈(5)을 형성한 단면도이다. 여기서, 다결정실리콘(3)의 일정두께를 남겨놓으면, 소자분리막 형성시 산화의 초기에 측면확산이 적게 일어나 버즈빅의 성장이 적게 일어나고, 소자분리막이 빠르게 성장하게 된다.4B shows a predetermined thickness (total thickness) of the silicon nitride film 4 and the polycrystalline silicon 3 underneath, for example, using a device isolation film forming mask (not shown) to form a small device isolation film in a cell region. Is about 20-40%) to form a narrow groove (5). Here, if the predetermined thickness of the polysilicon 3 is left, less side diffusion occurs at the initial stage of oxidation when the device isolation film is formed, so that the growth of the Buzzvik occurs less, and the device isolation film grows faster.

제4C도는 예를들어 주변회로지역에 광폭의 소자분리막을 형성하기 위해 소자분리막 형성용 마스크를 이용하여 실리콘질화막(4)과, 다결정실리콘(3)을 그 하부에 있는 다결정실리콘(3)의 일정두께(총두께의 약 70-90%)를 식각하여 광폭의 홈(6)을 형성한 단면도이다. 참고로, 광폭의 홈(6)을 소폭의 홈(5)보다 먼저 형성할 수도 있다.4C shows, for example, the silicon nitride film 4 and the polysilicon 3 underneath the polysilicon 3 underneath by using a device isolation film forming mask to form a wide device isolation film in the peripheral circuit area. It is sectional drawing which formed the groove | channel 6 of wide width by etching thickness (about 70-90% of total thickness). For reference, the wide groove 6 may be formed before the narrow groove 5.

제4D도는 산화공정으로 상기 소폭의 홈(5)과 광폭의 홈(6)의 하부의 다결정실리콘(3)과 실리콘기판(1)에 소자분리산화막(7, 8)을 각각 형성하고 남아있는 실리콘질화막(4), 다결정실리콘(3), 패드산화막(2)을 제거한 것을 도시한 단면도이다. 여기서, 소폭의 홈(5)에 형성되는 소자분리산화막(7)은 남아있는 다결정실리콘(3)에 의해 빠르게 성장되고, 광폭의 홈(6)에 형성되는 소자분리산화막(8)은 실리콘기판인 다결정실리콘에서 성장되므로 다결정실리콘에서 보다 성장속도가 상대적으로 낮다. 그로인하여, 광폭의 홈과 소폭의 홈에 형성되는 소자분리막의 두께는 거의 비슷하게 형성된다.In FIG. 4D, silicon oxides 7 and 8 formed on the polycrystalline silicon 3 and the silicon substrate 1 under the narrow grooves 5 and the wide grooves 6 are formed by the oxidation process, respectively. It is sectional drawing which shows the removal of the nitride film 4, the polycrystalline silicon 3, and the pad oxide film 2. Here, the device isolation oxide film 7 formed in the narrow grooves 5 is rapidly grown by the remaining polycrystalline silicon 3, and the device isolation oxide film 8 formed in the wide grooves 6 is a silicon substrate. Growth in polycrystalline silicon is relatively slower than in polycrystalline silicon. Therefore, the thicknesses of the device isolation films formed in the wide grooves and the narrow grooves are almost similar.

상기한 바와 같이 본 발명에 의하면, 소폭의 소자분리산화막과 광폭의 소자분리산화막의 두께가 거의 비슷하게 형성되어 후속공정을 용이하게 하며, 버즈빅 성장을 억제함으로써 집적도를 높일 수 있다.As described above, according to the present invention, the thicknesses of the small device isolation oxide film and the wide device isolation oxide film are almost the same, thereby facilitating the subsequent process, and increasing the degree of integration by suppressing the growth of the buzz big.

Claims (4)

반도체소자의 소자분리막 제조방법에 있어서, 실리콘기판의 상부에 패드산화막, 다결정실리콘막 및 실리콘질화막을 적층하는 공정과, 소폭의 소자분리막 형성용 마스크를 사용하여 노출된 지역의 실리콘 질화막을 삭각한 후, 그 하부의 다결정실리콘을 식각하여 소폭의 홈을 형성하는 공정과, 광폭의 소자분리막 형성된 마스크를 사용하여 노출된 지역의 실리콘질화막을 식각한 후, 그 하부의 다결정실리콘을 식각하여 광폭의 홈을 형성하는 공정과, 산화 공정으로 상기 홈 하부의 다결정실리콘과 실리콘기판을 산화시켜 소폭과 광폭의 소자분리산화막을 함께 형성한 다음, 남아있는 실리콘질화막, 다결정실리콘, 패드산화막을 제거하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체소자의 소자분리막 제조방법.In the method of manufacturing a device isolation film of a semiconductor device, a step of laminating a pad oxide film, a polysilicon film and a silicon nitride film on a silicon substrate, and using a small mask for forming a device isolation film, and then cutting the silicon nitride film in the exposed area And etching the polysilicon underneath to form a narrow groove, and etching the silicon nitride film in the exposed area by using a mask formed with a wide element isolation film, and then etching the polysilicon underneath to form the wide groove. And forming a small and wide device isolation oxide film by oxidizing the polycrystalline silicon and the silicon substrate under the groove by an oxidation process, and then removing the remaining silicon nitride film, polycrystalline silicon, and pad oxide film. Device isolation film manufacturing method of a semiconductor device, characterized in that. 제1항에 있어서, 상기 공정에서 광폭의 홈을 먼저 형성하고 소폭의 홈을 형성하는 것을 포함하는 반도체소자의 소자분리막 제조방법.The method of claim 1, wherein a wide groove is formed first and a small groove is formed in the process. 제1항에 있어서, 상기 소폭의 홈을 형성할때, 다결정실리콘을 다결정실리콘의 총두께에 대하여 20-40%를 식각하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 소자분리막 제조방법.The method of claim 1, wherein, when the narrow grooves are formed, polysilicon is etched from 20 to 40% of the total thickness of the polysilicon. 제1항에 있어서, 상기 광폭의 홈을 형성할때, 다결정실리콘을 다결정실리콘의 총두께에 대하여 70-90%를 식각하는 것을 특징으로 하는 반도체소자의 소자분리막 제조방법.The method of claim 1, wherein the polysilicon is etched at 70-90% of the total thickness of the polysilicon when the wide groove is formed.
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