KR100857575B1

KR100857575B1 - Method for forming the Isolation Layer of Semiconductor Device

Info

Publication number: KR100857575B1
Application number: KR1020020034888A
Authority: KR
Inventors: 백운석
Original assignee: 매그나칩 반도체 유한회사
Priority date: 2002-06-21
Filing date: 2002-06-21
Publication date: 2008-09-09
Also published as: KR20030097494A

Abstract

본 발명은 반도체소자의 소자분리막 제조방법에 관한 것으로, 특히 소자분리막 제조방법 중 트렌치 형성방법에 있어서, 트렌치 형성영역을 정의하기 위한 패턴 형성 시, 하부 실리콘기판에 슬로프가 형성되도록 과도 식각하여 패턴을 형성한 후, 패턴 측벽에 스페이서를 형성하여 그 스페이서를 마스크로 에칭공정을 진행하여 실리콘 기판 내에 형성되는 트렌치의 양끝이 라운딩되게 형성함으로서, 반도체소자의 리프레쉬 특성을 개선하여 반도체소자의 특성 및 신뢰성을 향상시킬 수 있는 기술이다.
The present invention relates to a method of manufacturing a device isolation film of a semiconductor device, and in particular, in the trench formation method of the device isolation film manufacturing method, the pattern is formed by excessive etching so that a slope is formed on the lower silicon substrate when the pattern for defining the trench formation region is formed. After the formation, spacers are formed on the sidewalls of the pattern, and the spacers are etched with a mask to form both ends of the trenches formed in the silicon substrate, thereby improving the refresh characteristics of the semiconductor devices, thereby improving the characteristics and reliability of the semiconductor devices. It is a technology that can be improved.

소자분리막, 라운딩, 트렌치Device Isolation, Rounding, Trench

Description

Method for forming the isolation layer of a semiconductor device {Method for forming the Isolation Layer of Semiconductor Device}

도 1은 종래 반도체소자의 소자분리막 제조방법에 의해 형성된 트렌치의 문제점을 설명하기 위해 나타낸 단면도이다.1 is a cross-sectional view illustrating a problem of a trench formed by a device isolation film manufacturing method of a conventional semiconductor device.

도 2a 내지 도 2f는 본 발명의 실시예에 따른 반도체소자의 소자분리막 제조방법을 설명하기 위해 순차적으로 나타낸 단면도이다.
2A through 2F are cross-sectional views sequentially illustrating a method of manufacturing a device isolation film of a semiconductor device according to an embodiment of the present invention.

-- 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 -- -Explanation of symbols for the main parts of the drawing-

100 : 실리콘기판 110 : 다층패드100: silicon substrate 110: multilayer pad

110' : 다층패드 패턴 120 : 감광막 패턴110 ': multilayer pad pattern 120: photoresist pattern

130 : 스페이서 140 : 트렌치130: spacer 140: trench

150 : 희생산화막 160 : 소자분리막
150: sacrificial oxide film 160: device isolation film

본 발명은 반도체소자의 소자분리막 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 트렌치 형성영역을 정의하기 위한 패턴 형성 시, 하부 실리콘기판에 슬로프가 형성되도록 과도 식각하여 패턴을 형성한 후, 패턴 측벽에 스페이서를 형성하여 그 스페이서를 마스크로 에칭공정을 진행하여 실리콘 기판 내에 양끝이 라운딩된 트렌치를 형성함으로서, 반도체소자의 리프레쉬 특성을 개선하도록 하는 반도체소자의 소자분리막 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method of manufacturing a device isolation film of a semiconductor device, and more particularly, in forming a pattern for defining a trench formation region, after forming a pattern by over-etching so that a slope is formed on the lower silicon substrate, the spacer on the pattern sidewall The present invention relates to a method of fabricating a device isolation film for a semiconductor device, by forming a trench having both edges rounded in a silicon substrate by performing an etching process using the spacer as a mask, thereby improving refresh characteristics of the semiconductor device.

일반적으로, 실리콘기판 상에 트렌지스터와 커패시터등을 형성하기 위하여 실리콘기판에는 전기적으로 통전이 가능한 활성영역과 전기적으로 통전되는 것을 방지하고 소자를 서로 분리하도록 하는 소자분리영역을 형성하게 된다. In general, in order to form transistors, capacitors, and the like on a silicon substrate, an silicon isolation region is formed in the silicon substrate to prevent electrically conduction from an electrically conductable active region and to separate devices from each other.

이와 같이, 실리콘기판에 일정한 깊이를 갖는 트렌치를 형성하고서 이 트렌치에 산화막을 증착시킨 후 화학기계적연마공정으로 이 산화막의 불필요한 부분을 식각하므로 소자분리영역을 반도체 기판에 형성시키는 STI(Shallow Trench Isolation)공정이 최근에 많이 이용되고 있다. As such, a trench having a predetermined depth is formed on the silicon substrate, and an oxide film is deposited on the trench, and a chemical mechanical polishing process etches an unnecessary portion of the oxide film, thereby forming an isolation region on the semiconductor substrate. The process has been used a lot lately.

종래의 반도체장치에서 트렌치를 형성하여 소자분리막을 형성하는 상태를 개략적으로 설명하면, 실리콘 기판 상에 소정의 두께를 갖고서 절연을 하도록 패드산화막을 적층하고, 그 위에 상,하층간에 보호 역할을 하는 질화막을 적층하고서, 그 위에 감광막을 도포한 후, 노광 및 식각공정을 진행하여 트렌치를 형성한다. In the semiconductor device according to the related art, a trench is formed to form a device isolation layer. In this case, a pad oxide film is stacked on the silicon substrate to be insulated with a predetermined thickness, and a nitride film acts as a protective layer between the upper and lower layers. After laminating and applying a photosensitive film thereon, an exposure and etching process is performed to form a trench.

그리고, 상기 트렌치가 형성된 부분에 전계효과(Field Effect) 집중으로 인한 누설전류를 방지하기 위하여 트렌치의 내벽면을 산화 성장시켜 트렌치산화막을 형성한 후, 상기 트렌치 내부에 HDP 산화막을 이용하여 매립한 후, 화학기계적 연 마공정을 진행하여 평탄화 한다.In addition, in order to prevent leakage current due to concentration of field effects in the trench formed portion, an inner wall of the trench is oxidized and grown to form a trench oxide film, and then embedded in the trench by using an HDP oxide film. In addition, the chemical mechanical polishing process is performed to flatten.

그런데, 상기와 같은 종래 기술을 이용하게 되면, 도 1에 도시된 바와 같이,트렌치(40) 식각 시, 트렌치 내벽면에 발생되는 데미지를 제거하기 위해 트렌치(40)의 내벽면을 산화 성장시켜 트렌치산화막(50)을 형성한다. 이때, 트렌치산화막(50)을 형성하기 전보다는 트렌치(40) 양끝이 라운딩되나 "A"에 도시된 바와 같이 라운딩 효과가 크지 않아서 라운딩처리로 인해 예상되는 효과에 비해 나타나는 효과가 미약한 문제점이 있었다.
However, when using the conventional technology as described above, as shown in Figure 1, during the etching of the trench 40, in order to remove the damage generated on the inner wall of the trench to oxidize the inner wall surface of the trench 40 to trench An oxide film 50 is formed. At this time, both ends of the trench 40 are rounded than before the trench oxide film 50 is formed, but the rounding effect is not large as shown in "A". .

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 본 발명은 반도체소자의 소자분리막 제조방법 중 트렌치 형성방법에 있어서, 트렌치 형성영역을 정의하기 위한 패턴 형성 시, 하부 실리콘기판에 슬로프가 형성되도록 과도 식각하여 패턴을 형성한 후, 패턴 측벽에 스페이서를 형성하여 그 스페이서를 마스크로 에칭공정을 진행하여 실리콘 기판 내에 형성되는 트렌치의 양끝이 라운딩되게 형성함으로서, 반도체소자의 리프레쉬 특성을 개선하도록 하는 반도체소자의 소자분리막 제조방법을 제공하는 것이 목적이다.
The present invention has been made to solve the above problems, the present invention in the trench forming method of the device isolation film manufacturing method of a semiconductor device, when forming a pattern for defining the trench forming region, the slope is formed on the lower silicon substrate After excessive etching to form a pattern, a spacer is formed on the sidewall of the pattern and the spacer is etched with a mask to form both ends of the trench formed in the silicon substrate to be rounded, thereby improving the refresh characteristics of the semiconductor device. An object of the present invention is to provide a device isolation film manufacturing method for a semiconductor device.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 실리콘기판 상에 다층패드를 형성하는 단계와, 다층패드 상에, 트렌치가 형성될 영역의 다층패드를 노출시키는 감광막 패턴을 형성하는 단계와, CF₄, CHF₃, O₂ 및 Ar 의 혼합가스를 식각 가스로 사용하여, 실리콘기판에 슬로프가 형성되도록 다층패드를 과도식각하여 다층패드 패턴을 형성하는 단계와, 감광막 패턴을 제거하는 단계와, 다층패드 패턴의 측벽에 스페이서를 형성하는 단계와, 다층패드 패턴 및 스페이서를 식각마스크로 실리콘기판에 트렌치를 형성하는 단계와, 스페이서를 습식식각으로 제거하는 단계와, 트렌치 측벽에 희생산화막을 형성하는 단계, 및 트렌치 내에 갭필산화막을 증착하여 소자분리막을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체소자의 소자분리막 제조방법을 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention provides a method for forming a multilayer pad on a silicon substrate, forming a photoresist pattern on the multilayer pad to expose the multilayer pad in a region where a trench is to be formed, and CF ₄ , CHF. _Using a mixed gas of ₃ , O ₂ and Ar as an etching gas, forming a multilayer pad pattern by excessively etching the multilayer pad so that a slope is formed on the silicon substrate, removing the photoresist pattern, and Forming a spacer on the sidewall, forming a trench in the silicon substrate using the multilayer pad pattern and the spacer as an etch mask, removing the spacer by wet etching, forming a sacrificial oxide film on the trench sidewall, and forming the trench. It provides a device isolation film manufacturing method of a semiconductor device comprising the step of forming a device isolation film by depositing a gap-fill oxide film therein The.

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이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 상세히 설명하고자 한다. Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 2a 내지 도 2f는 본 발명에 따른 반도체소자의 소자분리막 형성방법을 설 명하기 위해 순차적으로 나타낸 단면도이다.2A through 2F are cross-sectional views sequentially illustrating a method of forming a device isolation film of a semiconductor device according to the present invention.

도 2a에 도시된 바와 같이, 실리콘기판(100) 상에 패드산화막(112)과 패드질화막(114)이 순차적으로 적층하여 다층패드(110)를 형성하고, 그 위에 감광막을 도포한 후, 노광 및 식각공정을 진행하여 감광막 패턴(120)을 형성한다.As shown in FIG. 2A, the pad oxide film 112 and the pad nitride film 114 are sequentially stacked on the silicon substrate 100 to form a multilayer pad 110, and then a photoresist film is applied thereon. The etching process is performed to form the photoresist pattern 120.

이때, 상기 패드질화막(114)은 후속 트렌치 식각공정 시, 식각 마스크로 사용할 수 있으며, 혹은 후속 공정인 화학기계적연마 공정에서 식각정지막으로 사용된다.In this case, the pad nitride layer 114 may be used as an etching mask in a subsequent trench etching process, or may be used as an etch stop layer in a subsequent chemical mechanical polishing process.

또한, 상기 패드질화막을 1000 ~ 1500Å 두께로 증착하여 방지한다. In addition, the pad nitride film is prevented by depositing a thickness of 1000 ~ 1500Å.

그리고, 도 2b에 도시된 바와 같이, 상기 감광막 패턴(미도시함)을 식각 마스크로 CF₄, CHF₃와 O₂ 및 Ar 가스를 이용해서 실리콘기판(100)을 과도식각하여 다층패드 패턴(110')을 형성하되, 상기 실리콘기판(100) 과도식각시, 하부 실리콘기판(100)이 400 ~ 600Å 정도 손실되게 식각하여 실리콘기판(100)에 "B"와 같은 슬로프(slppe)가 형성되게 한다. 그 후, 상기 감광막 패턴(미도시함)을 제거한다.As shown in FIG. 2B, the silicon substrate 100 is excessively etched using CF ₄ , CHF ₃ , O _2, and Ar gas as an etch mask using the photoresist pattern (not shown). '), But when the silicon substrate 100 is excessively etched, the lower silicon substrate 100 is etched so as to lose about 400 ~ 600Å so that a slope such as "B" is formed on the silicon substrate 100. . Thereafter, the photoresist pattern (not shown) is removed.

이어, 도 2c에 도시된 바와 같이, 상기 결과물 전면에 습식식각에 쉽게 제거되는 BPSG, PSG 또는 USG 계열의 산화막(미도시함)을 300 ~ 500Å 두께로 증착한 후, 식각공정을 진행하여 다층패드 패턴(110') 측벽에 산화막으로 이루어진 스페이서(130)를 형성한다.Then, as shown in Figure 2c, after depositing a BPSG, PSG or USG-based oxide film (not shown) of 300 ~ 500Å thickness easily removed in the wet etching on the entire surface of the result, the etching process proceeds to the multilayer pad A spacer 130 made of an oxide film is formed on the sidewall of the pattern 110 ′.

그리고, 도 2d에 도시된 바와 같이, 상기 스페이서(130)를 식각마스크로 트렌치 형성을 위한 식각공정을 진행하여 실리콘기판(100) 내에 트렌치(140)를 형성한다. As shown in FIG. 2D, the trench 130 is etched to form the trench using the spacer 130 as an etch mask to form the trench 140 in the silicon substrate 100.

그 후, 도 2e에 도시된 바와 같이, 상기 스페이서(미도시함)를 습식식각으로 제거한 후, 트렌치(140) 측벽에 옥시데이션 공정을 진행하여 희생산화막(150)을 형성함으로서, 상기 트렌치(140) 형성을 위한 식각 공정 시 발생된 트렌치(140) 측벽 데미지(damage)를 제거하고 트렌치(140) 양끝 영역을 라운딩되도록 형성한다.Thereafter, as shown in FIG. 2E, the spacer (not shown) is removed by wet etching, and then the sacrificial oxide layer 150 is formed by oxidizing the sidewalls of the trench 140 to form the sacrificial oxide layer 150. In order to remove the damage to the sidewalls of the trench 140 generated during the etching process, the trench 140 may be formed to round both ends of the trench 140.

이어서, 도 2f에 도시된 바와 같이, 상기 트렌치를 갭필 산화막(미도시함)을 증착하여 매립한 후, 패드질화막 상부까지 화학기계적연마 공정을 진행하여 결과물을 평탄화 한 후, 인산 용액을 이용하여 패드질화막을 제거하여 소자분리막(160)을 형성한다.
Subsequently, as shown in FIG. 2F, the trench is deposited and filled with a gapfill oxide film (not shown), and then a chemical mechanical polishing process is performed to the upper portion of the pad nitride film to planarize the resultant pad, and then using a phosphoric acid solution pad. The nitride film is removed to form the device isolation layer 160.

따라서, 상기한 바와 같이, 본 발명에 따른 반도체소자의 소자분리막 제조방법을 이용하게 되면, 트렌치 형성영역을 정의하기 위한 패턴 형성 시, 하부 실리콘기판에 슬로프가 형성되도록 과도 식각하여 패턴을 형성한 후, 패턴 측벽에 스페이서를 형성하여 그 스페이서를 마스크로 에칭공정을 진행하여 실리콘 기판 내에 형성되는 트렌치의 양끝이 라운딩되게 형성함으로서, 반도체소자의 리프레쉬 특성을 개선하여 반도체소자의 특성 및 신뢰성을 향상시키도록 한다.Therefore, as described above, when the device isolation film manufacturing method of the semiconductor device according to the present invention is used, when the pattern for defining the trench formation region is formed, the substrate is excessively etched so that the slope is formed on the lower silicon substrate. And forming spacers on the sidewalls of the pattern and etching the spacers with a mask so that both ends of the trenches formed in the silicon substrate are rounded, thereby improving the refresh characteristics of the semiconductor device and improving the characteristics and reliability of the semiconductor device. do.

Claims

Forming a multilayer pad on a silicon substrate;

Forming a photoresist pattern on the multilayer pad to expose the multilayer pad in a region where a trench is to be formed;

Using a mixed gas of CF ₄ , CHF ₃ , O _2, and Ar as an etching gas, over-etching the multilayer pad to form a slope on the silicon substrate to form a multilayer pad pattern;

Removing the photoresist pattern;

Forming a spacer on sidewalls of the multilayer pad pattern;

Forming a trench in the silicon substrate using the multilayer pad pattern and the spacer as an etch mask;

Removing the spacers by wet etching;

Forming a sacrificial oxide film on the sidewalls of the trench; And

And forming a device isolation film by depositing a gap-fill oxide film in the trench.

The method of claim 1, wherein the multilayer pad is formed by sequentially depositing a pad oxide film and a pad nitride film.

delete

The method of claim 1, wherein in the forming of the multilayer pad pattern,

And over-etching the silicon substrate so as to lose 400 to 600 Hz.

The method of claim 1, wherein the spacer,

Method for manufacturing a device isolation film of a semiconductor device, characterized in that to form a thickness of 300 ~ 500G using BPSG, PSG or USG series oxide film.