[go: up one dir, main page]
More Web Proxy on the site http://driver.im/

KR101446331B1 - 반도체 소자의 제조 방법 - Google Patents

반도체 소자의 제조 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR101446331B1
KR101446331B1 KR1020080013008A KR20080013008A KR101446331B1 KR 101446331 B1 KR101446331 B1 KR 101446331B1 KR 1020080013008 A KR1020080013008 A KR 1020080013008A KR 20080013008 A KR20080013008 A KR 20080013008A KR 101446331 B1 KR101446331 B1 KR 101446331B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
trenches
film
forming
region
substrate
Prior art date
Application number
KR1020080013008A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20090087643A (ko
Inventor
신동운
박태서
최시영
홍수진
김미진
Original Assignee
삼성전자주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 삼성전자주식회사 filed Critical 삼성전자주식회사
Priority to KR1020080013008A priority Critical patent/KR101446331B1/ko
Priority to US12/133,772 priority patent/US7785985B2/en
Publication of KR20090087643A publication Critical patent/KR20090087643A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101446331B1 publication Critical patent/KR101446331B1/ko

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/70Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components formed in or on a common substrate or of parts thereof; Manufacture of integrated circuit devices or of parts thereof
    • H01L21/77Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components or integrated circuits formed in, or on, a common substrate
    • H01L21/78Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components or integrated circuits formed in, or on, a common substrate with subsequent division of the substrate into plural individual devices
    • H01L21/82Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components or integrated circuits formed in, or on, a common substrate with subsequent division of the substrate into plural individual devices to produce devices, e.g. integrated circuits, each consisting of a plurality of components
    • H01L21/822Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components or integrated circuits formed in, or on, a common substrate with subsequent division of the substrate into plural individual devices to produce devices, e.g. integrated circuits, each consisting of a plurality of components the substrate being a semiconductor, using silicon technology
    • H01L21/8232Field-effect technology
    • H01L21/8234MIS technology, i.e. integration processes of field effect transistors of the conductor-insulator-semiconductor type
    • H01L21/823481MIS technology, i.e. integration processes of field effect transistors of the conductor-insulator-semiconductor type isolation region manufacturing related aspects, e.g. to avoid interaction of isolation region with adjacent structure
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/26Bombardment with radiation
    • H01L21/263Bombardment with radiation with high-energy radiation
    • H01L21/265Bombardment with radiation with high-energy radiation producing ion implantation
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/70Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components formed in or on a common substrate or of parts thereof; Manufacture of integrated circuit devices or of parts thereof
    • H01L21/71Manufacture of specific parts of devices defined in group H01L21/70
    • H01L21/76Making of isolation regions between components
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/70Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components formed in or on a common substrate or of parts thereof; Manufacture of integrated circuit devices or of parts thereof
    • H01L21/71Manufacture of specific parts of devices defined in group H01L21/70
    • H01L21/76Making of isolation regions between components
    • H01L21/762Dielectric regions, e.g. EPIC dielectric isolation, LOCOS; Trench refilling techniques, SOI technology, use of channel stoppers
    • H01L21/76224Dielectric regions, e.g. EPIC dielectric isolation, LOCOS; Trench refilling techniques, SOI technology, use of channel stoppers using trench refilling with dielectric materials
    • H01L21/76229Concurrent filling of a plurality of trenches having a different trench shape or dimension, e.g. rectangular and V-shaped trenches, wide and narrow trenches, shallow and deep trenches
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/70Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components formed in or on a common substrate or of parts thereof; Manufacture of integrated circuit devices or of parts thereof
    • H01L21/77Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components or integrated circuits formed in, or on, a common substrate
    • H01L21/78Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components or integrated circuits formed in, or on, a common substrate with subsequent division of the substrate into plural individual devices
    • H01L21/82Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components or integrated circuits formed in, or on, a common substrate with subsequent division of the substrate into plural individual devices to produce devices, e.g. integrated circuits, each consisting of a plurality of components
    • H01L21/822Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components or integrated circuits formed in, or on, a common substrate with subsequent division of the substrate into plural individual devices to produce devices, e.g. integrated circuits, each consisting of a plurality of components the substrate being a semiconductor, using silicon technology
    • H01L21/8232Field-effect technology
    • H01L21/8234MIS technology, i.e. integration processes of field effect transistors of the conductor-insulator-semiconductor type
    • H01L21/823437MIS technology, i.e. integration processes of field effect transistors of the conductor-insulator-semiconductor type with a particular manufacturing method of the gate conductors, e.g. particular materials, shapes
    • H01L21/823456MIS technology, i.e. integration processes of field effect transistors of the conductor-insulator-semiconductor type with a particular manufacturing method of the gate conductors, e.g. particular materials, shapes gate conductors with different shapes, lengths or dimensions
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/02Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers
    • H01L27/04Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers the substrate being a semiconductor body
    • H01L27/08Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers the substrate being a semiconductor body including only semiconductor components of a single kind
    • H01L27/085Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers the substrate being a semiconductor body including only semiconductor components of a single kind including field-effect components only
    • H01L27/088Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers the substrate being a semiconductor body including only semiconductor components of a single kind including field-effect components only the components being field-effect transistors with insulated gate
    • H01L27/092Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers the substrate being a semiconductor body including only semiconductor components of a single kind including field-effect components only the components being field-effect transistors with insulated gate complementary MIS field-effect transistors
    • H01L27/0921Means for preventing a bipolar, e.g. thyristor, action between the different transistor regions, e.g. Latchup prevention
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10BELECTRONIC MEMORY DEVICES
    • H10B12/00Dynamic random access memory [DRAM] devices
    • H10B12/50Peripheral circuit region structures

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • High Energy & Nuclear Physics (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Toxicology (AREA)
  • Element Separation (AREA)

Abstract

본 발명은 소자 분리막 내의 질산화막을 트랜지스터의 특성에 따라 선택적으로 형성하여, 핫전자 유기 펀치 쓰루 현상을 방지하고 소자의 동작 특성을 향상시킬 수 있는 반도체 소자의 제조방법을 제공한다. 본 발명의 일부 실시예들에 따른 반도체 소자의 제조방법은, 기판을 제공하는 단계; 상기 기판에 제1 트렌치들 및 제2 트렌치들을 형성하는 단계; 상기 제1 트렌치들 및 상기 제2 트렌치들의 표면에 산화막을 형성하는 단계; 플라즈마 이온 침지 주입(PIII)을 이용하여, 상기 제2 트렌치들의 상에 산질화막을 형성하는 단계; 상기 제1 트렌치들 및 상기 제2 트렌치들 내에 매립 절연막을 형성하는 단계; 및 상기 매립 절연막을 평탄화하여 상기 제1 트렌치들에 제1 소자 분리막을 형성하고, 상기 제2 트렌치들에 제2 소자 분리막을 형성하는 단계를 포함한다.
소자 분리막, 플라즈마 이온 침지 주입(Plasma ion immersion implantation, PIII), p-MOS, n-MOS, 핫전자 유기 펀치 쓰루(HEIP)

Description

반도체 소자의 제조 방법{Method of manufacturing semiconductor device}
본 발명은 반도체 소자의 제조 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 핫전자 유기 펀치 쓰루 현상을 방지하고 소자의 동작 특성을 개선할 수 있는 반도체 소자의 제조 방법에 관한 것이다.
일반적으로 반도체 장치는 단위 소자들이 형성되는 활성 영역과 이들을 분리하는 소자 분리 영역으로 구분할 수 있다. 소자 분리 영역은 반도체 장치의 전체 면적에서 차지하는 비율이 크므로, 반도체 장치의 고집적화를 위하여는 소자 분리 영역의 축소가 필요하다. 또한, 소자들의 원활한 동작을 위하여, 소자들 사이의 간섭을 배제하고 접합 캐패시턴스를 감소할 수 있는 구조를 갖는 소자 분리 영역이 요구된다. 이러한 반도체 소자의 소자 분리막으로서 과거에는 로코스(LOCOS) 산화막이 이용되었으나, 현재는 좁은 폭을 가지면서도 우수한 소자 분리 특성을 가지는 얕은 트렌치형 소자 분리막(shallow trench isolation, STI)이 광범위하게 채용되고 있다. 도 1은 종래 기술에 따른 STI형 소자분리막을 포함하는 반도체 소자를 개략적으로 도시하는 단면도이다.
도 1을 참조하면, 기판(1) 상에 소자 분리막(2)이 형성되어 있다. 소자 분 리막(2) 사이에는 소오스/드레인 영역 및 채널 영역을 포함하는 활성 영역(3) 이 형성되어 있고, 활성 영역(3) 상에는 게이트 구조물(9)이 형성되어 있다. 이러한 소자 분리막(2)은 절연층으로 충진되어 각각의 소자들을 전기적으로 분리한다. 또한, 도시된 바와 같이, 반도체 소자의 리프레시(refresh) 특성을 개선하기 위하여, 소자 분리막(2)의 측벽에는 실리콘 산화막(4)과 실리콘 질화막(6)이 형성되는 것이 일반적이다. 또한, 소자 분리막(2)의 남은 영역은 SOG(spin-on-glass)와 같은 갭필(gap fill)물질을 포함하는 매립막(8)에 의하여 충진된다.
그러나, 실리콘 질화막(6)은 전자들을 트랩하는 특성이 있으므로, 실리콘 산화막(4)과 실리콘 질화막(6)의 경계면에 전자들이 트랩되고, 이에 따라 소자 분리막(2) 외측의 기판(1) 내의 영역에는 상기 트랩된 전자들에 의하여 홀(hole)이 집중된다. 이를 핫전자 유기 펀치 쓰루(hot electron induced punch through, HEIP)라고 부른다. 이러한 HEIP에 의하여 게이트에 전압이 인가되지 않은 상태에서도 전류가 흐르게 되고, 이에 따라 문턱 전압을 감소시키고 누설전류를 증가시키게 되며, 결과적으로 소자의 불량을 유발하게 된다. 이러한 HEIP 현상은 홀이 주캐리어이고 Vpp가 높은 전압으로 인가되는 p-MOS에서 특히 문제되며, 특히 오프 전류 특성이 열화된다. 이러한 문제점을 해결하는 방법 중에 하나는 실리콘 질화막에 전자가 트랩되지 않도록, p-MOS를 위한 소자 분리막에 질화막을 제거하는 것이다. 그러나, 질화막을 제거하기 위하여 식각 공정을 이용하면, 다른 막들을 손상할 우려가 있다
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 소자 분리막 내의 질산화막을 트랜지스터의 특성에 따라 선택적으로 형성하여, 핫전자 유기 펀치 쓰루 현상을 방지하고 소자의 동작 특성을 향상시킬 수 있는 반도체 소자의 제조방법을 제공하는 것이다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 반도체 소자의 제조방법은, 기판을 제공하는 단계; 상기 기판에 제1 트렌치들 및 제2 트렌치들을 형성하는 단계; 상기 제1 트렌치들 및 상기 제2 트렌치들의 표면에 산화막을 형성하는 단계; 플라즈마 이온 침지 주입(Plasma ion immersion implantation, PIII)을 이용하여, 상기 제2 트렌치들 상에 산질화막을 형성하는 단계; 상기 제1 트렌치들 및 상기 제2 트렌치들 내에 매립 절연막을 형성하는 단계; 및 상기 매립 절연막을 평탄화하여 상기 제1 트렌치들에 제1 소자 분리막을 형성하고, 상기 제2 트렌치들에 제2 소자 분리막을 형성하는 단계를 포함한다.
본 발명의 일부 실시예들에 있어서, 상기 산질화막을 형성하는 단계는, 상기 기판 상에 상기 제2 트렌치들을 노출시키는 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계; 상기 플라즈마 이온 침지 주입을 이용하여 상기 노출된 제2 트렌치들의 표면에 형성된 상기 산화막을 질화처리하여 상기 산질화막을 형성하는 단계; 및 상기 포토레지스트 패턴을 제거하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일부 실시예들에 있어서, 상기 플라즈마 이온 침지 주입은 10℃ 내지 200℃의 범위의 온도에서 수행될 수 있다. 상기 산질화막은 단일층이거나 또는 산화막과 질화막이 적층된 복합층일 수 있다. 또한, 상기 산질화막 내의 질소의 농도는 그 두께에 대하여 균일하거나 또는 변화할 수 있다. 또한, 상기 산질화막을 형성하는 단계 이후에, 상기 기판 상의 결과물에 대해 비활성 분위기에서 열처리하는 단계를 더 포함할 수 있다
본 발명의 일부 실시예들에 있어서, 상기 제1 소자 분리막들 사이의 상기 기판 상의 영역은 p-MOS 트랜지스터가 형성되는 p-MOS 영역을 포함하고, 상기 제2 소자 분리막들 사이의 상기 기판 상의 영역은 n-MOS 트랜지스터가 형성되는 n-MOS 영역을 포함할 수 있다.
본 발명의 일부 실시예들에 있어서, 상기 제2 트렌치들의 일부는 제3 트렌치들을 포함하고, 상기 제3 트렌치들은 그 표면에 형성된 상기 산화막의 일부가 질화처리되어 상기 산질화막이 형성되고, 상기 제3 트렌치들에 제3 소자 분리막들을 형성할 수 있다. 또한, 상기 제1 소자 분리막들과 상기 제3 소자 분리막들의 상기 산화막이 형성된 영역 사이의 상기 기판 상의 영역은 p-MOS 트랜지스터가 형성되는 p-MOS 영역을 포함하고, 상기 제2 소자 분리막들과 상기 제3 소자 분리막들의 상기 산질화막이 형성된 영역 사이의 상기 기판 상의 영역은 n-MOS 트랜지스터가 형성되는 n-MOS 영역을 포함할 수 있다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 반도체 소자의 제조방법은, 셀 영역과 주변 영역이 정의된 기판을 제공하는 단계; 상기 주변 영역 상에 제 1 주변 영역 트렌치들 및 제2 주변 영역 트렌치들을 형성하는 단계; 상기 셀 영역 상에 셀 영역 트렌치들을 형성하는 단계; 상기 제1 주변 영역 트렌치들, 상기 제2 주변 영역 트렌치들, 및 상기 셀 영역 트렌치들의 표면에 산화막을 형성하는 단계; 플라즈마 이온 침지 주입을 이용하여, 상기 제2 주변 영역 트렌치들 및 상기 셀 영역 트렌치들 상에 산질화막을 형성하는 단계; 상기 제1 주변 영역 트렌치들, 상기 제2 주변 영역 트렌치들 및 상기 셀 영역 트렌치들 내에 매립 절연막을 형성하는 단계; 및 상기 매립 절연막을 평탄화하여 상기 제1 주변 영역 트렌치들에 제1 주변 영역 소자 분리막을 형성하고, 상기 제2 주변 영역 트렌치들에 제2 주변 영역 소자 분리막을 형성하고, 상기 셀 영역 트렌치들에 셀 영역 소자 분리막을 형성하는 단계를 포함한다.
본 발명의 일부 실시예들에 있어서, 상기 제1 주변 영역 트렌치들 및 상기 제2 주변 영역 트렌치들의 크기는 상기 셀 영역 트렌치들의 크기에 비하여 클 수 있다.
본 발명의 일부 실시예들에 있어서, 상기 산질화막을 형성하는 단계는, 상기 기판 상에 상기 제2 주변 영역 트렌치들 및 상기 셀 영역 트렌치들을 노출시키는 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계; 상기 플라즈마 이온 침지 주입을 이용하여, 상기 노출된 제2 트렌치들 및 상기 노출된 셀 영역 트렌치들의 표면에 형성된 상기 산화막을 질화처리하여 상기 산질화막을 형성하는 단계; 및 상기 포토레지스트 패턴을 제거하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일부 실시예들에 있어서, 상기 플라즈마 이온 침지 주입은 10℃ 내지 200℃의 범위의 온도에서 수행될 수 있다. 상기 산질화막은 단일층이거나 또는 산화막과 질화막이 적층된 복합층일 수 있다. 또한, 상기 산질화막이 단일층인 경우, 상기 산질화막 내의 질소의 농도는 그 두께에 대하여 균일하거나 또는 변화할 수 있다. 또한, 상기 산질화막을 형성하는 단계와 상기 매립 절연막을 형성하는 단계 사이에, 상기 기판 상의 결과물에 대해 비활성 분위기에서 열처리하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일부 실시예들에 있어서, 상기 제1 주변 영역 소자 분리막들 사이의 상기 기판 상의 영역은 p-MOS 트랜지스터가 형성되는 p-MOS 영역을 포함하고, 상기 제2 주변 영역 소자 분리막들 사이의 상기 기판 상의 영역은 n-MOS 트랜지스터가 형성되는 n-MOS 영역을 포함하고, 상기 셀 영역 소자 분리막들 사이의 상기 기판 상의 영역은 n-MOS 트랜지스터가 형성되는 n-MOS 영역을 포함할 수 있다
본 발명의 일부 실시예들에 있어서, 상기 제2 주변 영역 트렌치들의 일부는 제3 주변 영역 트렌치들을 포함하고, 상기 제3 트렌치들은 그 표면에 형성된 상기 산화막의 일부가 질화처리되어 상기 산질화막이 형성되고, 상기 제3 트렌치들에 제3 소자 분리막들을 형성할 수 있다. 또한, 상기 제1 주변 영역 소자 분리막들과 상기 제3 주변 영역 소자 분리막들의 상기 산화막이 형성된 영역 사이의 상기 기판 상의 영역은 p-MOS 트랜지스터가 형성되는 p-MOS 영역을 포함하고, 상기 주변 영역 제2 소자 분리막들과 상기 제3 주변 영역 소자 분리막들의 상기 산질화막이 형성된 영역 사이의 상기 기판 상의 영역은 n-MOS 트랜지스터가 형성되는 n-MOS 영역을 포함할 수 있다.
본 발명의 일부 실시예들에 있어서, 상기 기판 상에 패드 절연막을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 반도체 소자의 제조방법은, 일부의 소자분리막, 예를 들어 p-MOS 트랜지스터의 형성을 위한 기판 내의 활성 영역을 정의하는 소자분리막이 그 표면에 질화막 또는 산질화막을 포함하지 않으므로, 전하트랩을 방지할 수 있다. 이에 따라 셀의 리프레시 특성을 감소하지 않으면서도 핫전자 유기 펀치 쓰루(hot electron induced punch through, HEIP)를 방지할 수 있고, 소자의 신뢰성을 향상시킬 수 있다. 또한, 소자 분리막 내에 질화막을 n-MOS 영역에 대하여만 선택적으로 형성함으로서, n-MOS 및 p-MOS 모두 전하 이동도와 온-전류 이득을 높일 수 있다.
또한, 산질화막은 저온 공정에서 형성되므로, 상대적으로 간단하고 저렴한 포토레지스트 패터닝 기술을 사용할 수 있고, 또한 고온 공정에 의한 소자의 열화를 감소할 수 있다.
또한, 본 발명의 선택적인 산질화막의 형성은 통상적인 질화막 식각에 의하지 않고, 선택적인 증착에 의하여 구현되므로, 식각에 의한 다른 막들의 손상을 방지할 수 있다. 예를 들어, pMOS의 패드 절연막이 질화막 식각 중에 손상될 수 있으며, 이에 따라 nMOS와 pMOS의 패드 절연막의 높이가 차이가 생길 수 있고, 이에 따라 후속되는 평탄화 공정, 예를 들어 CMP 공정의 수행이 원활하지 않을 우려가 있다. 또한, 식각보다 증착에 의하여 선택적인 산질화막을 형성하므로, 공정을 상 대적으로 단순하게 할 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
본 발명의 실시예들은 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이며, 하기 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다. 오히려 이들 실시예들은 본 개시를 더욱 충실하고 완전하게 하고, 당업자에게 본 발명의 사상을 완전하게 전달하기 위하여 제공되는 것이다. 또한, 도면에서 각 층의 두께나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장된 것이다.
명세서 전체에 걸쳐서 막, 영역, 또는 기판등과 같은 하나의 구성요소가 다른 구성요소 "상에", "연결되어", 또는 "커플링되어" 위치한다고 언급할 때는, 상기 하나의 구성요소가 직접적으로 다른 구성요소 "상에", "연결되어", 또는 "커플링되어" 접촉하거나, 그 사이에 개재되는 또 다른 구성요소들이 존재할 수 있다고 해석될 수 있다. 반면에, 하나의 구성요소가 다른 구성요소 "직접적으로 상에", "직접 연결되어", 또는 "직접 커플링되어" 위치한다고 언급할 때는, 그 사이에 개재되는 다른 구성요소들이 존재하지 않는다고 해석된다. 동일한 부호는 동일한 요소를 지칭한다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 용어 "및/또는"은 해당 열거된 항목 중 어느 하나 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다.
본 명세서에서 제 1, 제 2 등의 용어가 다양한 부재, 부품, 영역, 층들 및/ 또는 부분들을 설명하기 위하여 사용되지만, 이들 부재, 부품, 영역, 층들 및/또는 부분들은 이들 용어에 의해 한정되어서는 안됨은 자명하다. 이들 용어는 하나의 부재, 부품, 영역, 층 또는 부분을 다른 영역, 층 또는 부분과 구별하기 위하여만 사용된다. 따라서, 이하 상술할 제 1 부재, 부품, 영역, 층 또는 부분은 본 발명의 가르침으로부터 벗어나지 않고서도 제 2 부재, 부품, 영역, 층 또는 부분을 지칭할 수 있다.
또한, "상의" 또는 "위의" 및 "하의" 또는 "아래의"와 같은 상대적인 용어들은 도면들에서 도해되는 것처럼 다른 요소들에 대한 어떤 요소들의 관계를 기술하기 위해 여기에서 사용될 수 있다. 상대적 용어들은 도면들에서 묘사되는 방향에 추가하여 소자의 다른 방향들을 포함하는 것을 의도한다고 이해될 수 있다. 예를 들어, 도면들에서 소자가 뒤집어 진다면(turned over), 다른 요소들의 상부의 면 상에 존재하는 것으로 묘사되는 요소들은 상기 다른 요소들의 하부의 면 상에 방향을 가지게 된다. 그러므로, 예로써 든 "상의"라는 용어는, 도면의 특정한 방향에 의존하여 "하의" 및 "상의" 방향 모두를 포함할 수 있다. 소자가 다른 방향으로 향한다면(다른 방향에 대하여 90도 회전), 본 명세서에 사용되는 상대적인 설명들은 이에 따라 해석될 수 있다.
본 명세서에서 사용된 용어는 특정 실시예를 설명하기 위하여 사용되며, 본 발명을 제한하기 위한 것이 아니다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 단수 형태는 문맥상 다른 경우를 분명히 지적하는 것이 아니라면, 복수의 형태를 포함할 수 있다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 경우 "포함한다(comprise)" 및/또는 "포함하 는(comprising)"은 언급한 형상들, 숫자, 단계, 동작, 부재, 요소 및/또는 이들 그룹의 존재를 특정하는 것이며, 하나 이상의 다른 형상, 숫자, 동작, 부재, 요소 및/또는 그룹들의 존재 또는 부가를 배제하는 것이 아니다.
통상적으로, 반도체 메모리 소자는 셀 어레이 영역의 트랜지스터와 이를 구동 및 제어하기 위한 코어 회로 영역/주변 회로 영역의 트랜지스터를 가질 수 있으며, 각 회로 영역은 요구되는 집적도에 따라 서로 다른 디자인룰이 적용될 수 있으므로, 각 회로 영역에 형성되는 트랜지스터들은 그 재료 및 구조가 서로 상이할 수 있다. 본 명세서에서는 상기 코어 회로 영역/주변 회로 영역을 주변 영역(100)으로 칭하기로 하고, 상기 셀 어레이 영역을 셀 영역(200)으로 칭하기로 한다. 또한, 본 명세서에서는 얕은 트렌치형 소자 분리막(shallow trench isolation, STI)을 소자 분리막으로 간결하게 칭하기로 한다.
도 2a 내지 도 2g는 본 발명의 일부 실시예들에 따른 STI(shallow trench isolation) 소자분리막을 포함하는 반도체 소자의 제조방법을 공정 순서에 따라 도시하는 단면도들이다.
도 2a를 참조하면, 기판(10)을 제공한다. 기판(10)은 도시된 바와 같이 주변 영역(100)과 셀 영역(200)이 정의될 수 있다. 이하에서는, 본 발명의 간결하고 명료한 설명을 위하여 본 발명에 따른 반도체 소자의 제조방법의 일 예로서 주변 영역(100)과 셀 영역(200)이 정의된 기판(10)을 사용하는 경우를 설명하기로 한다. 그러나, 이는 예시적이며, 본 발명은 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
이어서, 기판(10)의 주변 영역(100)과 셀 영역(200)에 제1 내지 제3 주변 영 역 트렌치들(110a, 110b, 110c) 및 셀 영역 트렌치들(210)를 각각 형성한다. 제1 내지 제3 주변 영역 트렌치들(110a, 110b, 110c)과 셀 영역 트렌치들(210)은 동시에 형성되거나 또는 별개의 공정을 수행하여 형성될 수 있다. 제1 내지 제3 주변 영역 트렌치들(110a, 110b, 110c) 및 셀 영역 트렌치들(210)은 통상적인 식각 방법, 예를 들어 포토레지스트 마스크 또는 하드 마스크를 사용할 수 있고, 습식 식각 또는 건식 식각을 수행하여 형성할 수 있다. 제1 내지 제3 주변 영역 트렌치들(110a, 110b, 110c)과 셀 영역 트렌치들(210)을 형성하기 위한 식각 방법은, 예를 들어 반응성 이온 식각(reactive ion etching, RIE) 또는 플라즈마 식각과 같은 이방성 식각이나 경사 식각이 있으나, 이는 예시적이며, 본 발명은 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 또한, 제1 내지 제3 주변 영역 트렌치들(110a, 110b, 110c)는 그 표면에 형성되는 층의 구조에 따른 구분을 위한 것이며, 그 형상이나 크기가 이에 한정되는 것은 아니다. 즉, 제1 내지 제3 주변 영역 트렌치들(110a, 110b, 110c)은 서로 동일하거나 또는 다른 형상이나 크기를 가질 수 있다. 또한, 예를 들어 제1 주변 영역 트렌치들(110a) 내에서도 그 형상이나 크기가 모두 동일하거나 또는 다를 수 있다. 이는 제2 주변 영역 트렌치들(110b), 제3 주변 영역 트렌치들(110c)과 셀 영역 트렌치들(210)에도 동일하게 적용된다. 제1 내지 제3 주변 영역 트렌치들(110a, 110b, 110c)의 크기는 셀 영역 트렌치들(210)의 크기에 비하여 클 수 있다. 여기에서, 상기 크기는 상기 트렌치들의 폭 및/또는 깊이를 의미한다.
도 2b를 참조하면, 제1 내지 제3 주변 영역 트렌치들(110a, 110b, 110c) 및 셀 영역 트렌치들(210)의 표면에 산화막(120, 220)을 형성한다. 본 명세서에서, 제1 내지 제3 주변 영역 트렌치들(110a, 110b, 110c) 및 셀 영역 트렌치들(210)의 표면은 트렌치의 내측 벽면 및 바닥면을 포함하는 것을 의미한다. 산화막(120, 220)은 제1 내지 제3 주변 영역 트렌치들(110a, 110b, 110c) 및 셀 영역 트렌치들(210)의 표면에 동시에 형성되거나 또는 별개의 공정을 수행하여 형성될 수 있다. 또한, 산화막(120, 220)의 폭이나 재질은 제1 내지 제3 주변 영역 트렌치들(110a, 110b, 110c) 및 셀 영역 트렌치들(210)에 대하여 동일하거나 또는 다를 수 있다. 산화막(120, 220)은, 통상적인 측벽 산화막과 MTO(mid temperature oxide)막의 복합막일 수 있다. 상기 MTO막은 후속 공정에서 산질화막(150, 250)을 형성하기 위한 막일 수 있다. 산화막(120, 220)은 실리콘 산화막일 수 있으나, 이에 반드시 한정되는 것은 아니다. 또한, 산화막(120, 220)은 실란계 가스(silane-based gas), 예를 들어 SiH4, Si2Cl2H2, SiH6, Si2H6, Si3H8 또는 이들의 혼합 가스를 이용하여 형성할 수 있으며, O2, N2, Ar, He 또는 이들의 혼합 가스를 함께 이용하여 형성할 수 있다. 또한, 산화막(120, 220)은 열산화법, 급속 열산화법(rapid thermal oxidation, RTO), 또는 화학기상 증착법(chemical vapor deposition, CVD)에 의하여 형성될 수 있다. 그러나 기재한 바와 같은 산화막(120, 220)을 위한 산화막의 종류는 예시적이며, 본 발명은 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 이러한 산화막(120, 220)은 제1 내지 제3 주변 영역 트렌치들(110a, 110b, 110c) 및 셀 영역 트렌치들(210)의 측벽의 결함을 제거할 수 있다.
또한, 선택적으로, 기판(10) 상에 패드 절연막(112, 212)을 더 형성할 수 있다, 패드 절연막(112, 212)은 산화막(120, 220)을 형성하기 전이나 또는 형성한 후에 형성될 수 있다. 패드 절연막(112, 212)은 실리콘 산화막, 실리콘 질화막, 또는 실리콘 산질화막일 수 있고, 또는 이들의 복합층으로 형성될 수 있다. 도 2b에 도시된 바와 같이 기판(10) 상에 산화막(120, 220)과 패드 절연막(112, 212)이 순차적으로 형성되어 적층된 경우에는, 이후에 공정에서 패드 절연막(112, 212)이 산화막(120, 220)의 손상을 방지할 수 있으며, 이에 따라 산화막(120, 220)의 일부를 게이트 절연막으로서 사용할 수 있다. 또한, 패드 절연막(112, 212)은 후속되는 평탄화 공정, 예를 들어 화학적 기계적 연마 (chemical-mechanical polishing, CMP) 공정에서 평탄화 저지막으로 사용될 수 있다.
도 2c와 도 2d를 참조하면, 산화막(120, 220)의 일부 영역, 예를 들어, 플라즈마 이온 침지 주입(Plasma ion immersion implantation, PIII)을 이용하여 제2 주변 영역 트렌치들(110b) 및 셀 영역 트렌치들(210) 상에 산질화막(150, 250)을 형성한다. 상기 플라즈마 이온 침지 주입 증착법에 대해서는 하기에 상세하게 설명하기로 한다.
이하에서는 산질화막(150, 250)을 형성하는 방법을 예시적으로 설명하기로 한다.
도 2c를 참조하면, 기판(10)의 전면, 즉 산화막(120, 220)이 형성되거나, 또는 산화막(120, 220) 및 패드 절연막(112, 212)이 형성된 기판(10) 상에 포토레지스트막(미도시)을 형성한다. 상기 포토레지스트막을 패터닝하여, 제2 주변 영역 트렌치들(110b) 및 셀 영역 트렌치들(210)을 노출시키는 포토레지스트 패턴(130)을 형성한다. 상기 포토레지스트막을 패터닝하는 방법은 본 기술 분야에 알려진 통상적인 기술을 사용할 수 있다. 이에 따라, 포토레지스트 패턴(130)은 제1 주변 영역 트렌치들(110a)을 외부로부터 차단한다.
도 2d를 참조하면, 제2 주변 영역 트렌치들(110b) 및 셀 영역 트렌치들(210)의 표면에 형성되어 포토레지스트 패턴(130)에 의하여 노출된 산화막(120, 220) 상을 플라즈마 이온 침지 주입을 이용하여 선택적으로 질화처리하여 산질화막(150, 250)을 형성한다. 산질화막(150, 250)은 실리콘 산질화막(SiON)일 수 있으나, 이에 반드시 한정되는 것은 아니다. 또한, 산질화막(150, 250)은 단일층이거나 또는 산화막과 질화막이 적층된 복합층일 수 있다. 산질화막(150, 250) 내의 질소의 농도는 그 두께에 대하여 균일하거나 또는 변화할 수 있다. 예를 들어 산질화막(150, 250)의 표면으로부터 기판(10)을 향하는 방향으로 산질화막(150, 250) 내의 질소의 농도가 점진적으로 증가하거나 또는 감소 할 수 있다. 또한, 산화막(120, 220)과 산질화막(150, 250)이 구분되어 형성되는 것으로 도시되어 있으나, 이는 예시적이며, 본 발명은 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 산화막(120, 220)과 산질화막(150, 250)이 하나의 층일 수 있다.
예를 들어, 산질화막(150, 250)은 PECVD(Plasma enhanced CVD), 또는 라디칼 질화법으로 형성될 수 있고, 공정 조건은 0.01 내지 10 Torr 범위의 압력, 질소계 반응 가스, 예를 들어, N2, NO, N2O 또는 NH3의 질소계 반응 가스 중 하나 또는 그 이상을 이용하거나, 상기 하나 또는 그 이상의 질소계 반응 가스와 SiH4, Si2Cl2H2, SiH6, Si2H6, Si3H8으로 구성된 군으로부터 선택된 하나 또는 그 이상의 소스 가스의 혼합 가스를 이용하여 형성할 수 있으며, 또한 Ar, He 등의 분위기에서 수행될 수 있다. 그러나, 이는 예시적이며, 본 발명은 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
또한, 상기 플라즈마 이온 침지 주입은 10℃ 내지 200℃의 범위의 온도에서 수행될 수 있다. 그러나, 상기 플라즈마 이온 침지 주입은 예시적이며, 저온, 예를 들어 10℃ 내지 200℃의 범위의 온도에서 수행되어 산화막 또는 산질화막을 형성할 수 있는 모든 방법을 포함할 수 있다. 따라서, 본 발명은 산질화막(150, 250)을 저온에서 형성하므로, 포토레지스트 패턴(130, 230)을 증착 마스크로서 사용할 수 있다.
도 2e를 참조하면, 포토레지스트 패턴(130)을 통상적인 방법, 예를 들어 애싱(ashing) 또는 스트립(strip)을 이용하여 제거한다. 또한, 선택적으로 포토레지스트 패턴(130)을 제거하는 단계를 수행하기 전에, 건식식각을 이용하여 포토레지스트 패턴(130) 상에 형성된 질화막(미도시)을 제거하는 단계를 수행할 수 있다.
산질화막(150, 250)을 형성하는 단계를 수행한 후에, 기판(10) 상의 결과물, 즉 산화막(120, 250) 및 산질화막(150, 250)을 예를 들어 헬륨 또는 아르곤과 같은 비활성 가스를 포함하는 비활성 분위기에서 열처리하는 단계를 더 포함할 수 있다.
이하에서는, 제3 주변 영역 트렌치들(110c) 내에 형성되는 산질화막(150)에 대하여 설명하기로 한다. 제2 주변 영역 트렌치들(110b)과 유사하게, 제3 주변 영 역 트렌치들(110c)의 표면에 형성되어 노출된 산화막(120) 상에 상기 플라즈마 이온 침지 주입을 이용하여 선택적으로 산질화막(150)을 형성할 수 있다. 그러나, 제3 주변 영역 트렌치들(110c)의 경우에는 제2 주변 영역 트렌치들(110b)과는 달리 그 표면에 형성된 산화막(120)의 일부가 상기 포토레지스트 패턴에 의하여 노출된다. 이에 따라 도 2d에 도시된 바와 같이, 제3 주변 영역 트렌치들(110c)은 일부는 그 표면 상에 산화막(120) 및 산질화막(150)이 형성되고, 다른 일부는 상기 포토레지스트 패턴에 의하여 차단되므로 그 상에 산화막(120) 만이 존재한다. 이와 같이 그 표면 상에 비대칭적으로 형성된 막 구조를 가지는 제3 주변 영역 트렌치들(110c)의 형성 여부는 선택적이다.
도 2f를 참조하면, 제1 내지 제3 주변 영역 트렌치들(110a, 110b, 110c) 및 상기 셀 영역 트렌치들(210) 내에 매립 절연막(160, 260)을 형성한다. 매립 절연막(160, 260)은 산화막일 수 있고, 예를 들어 SOG(spin-on-glass), 또는 USG(undoped silica glass)일 수 있다. 또한, 매립 절연막(160, 260)은 HDP-CVD(high density plasma CVD), O3-TEOS APCVD(atmosphere pressure CVD), O3-TEOS Sub-APCVD, ALCVD(Atomic layer CVD) 또는 MLCVD(molecular layer CVD) 방식을 이용하여 형성할 수 있다.
도 2g를 참조하면, 매립 절연막(160, 260)을, 예를 들어 화학적 기계적 연마 (chemical-mechanical polishing, CMP) 또는 에치백(etch-back)으로 평탄화하여 제1 내지 제3 주변 영역 트렌치들(110a, 110b, 110c) 및 상기 셀 영역 트렌치들(210) 에 각각 제1 내지 제3 주변 영역 소자 분리막들(170a, 170b, 170c) 및 셀 영역 소자 분리막들(270)을 형성한다. 이어서, 제1 내지 제3 주변 영역 소자 분리막들(170a, 170b, 170c) 사이의 기판(10) 상의 영역에 주변 영역 게이트 구조물(180)을 형성한다. 또한, 셀 영역 소자 분리막(270) 사이의 기판(10) 상의 영역에 셀 영역 게이트 구조물(280)을 형성한다. 주변 영역 게이트 구조물(180) 및/또는 셀 영역 게이트 구조물(280)은 통상적인 트랜지스터일 수 있으며, 또한 통상적인 SRAM 또는 DRAM 소자의 트랜지스터이거나, 또는 플래시 메모리 소자의 트랜지스터일 수 있다.
제1 주변 영역 소자 분리막들(170a) 사이의 기판(10) 상의 영역은 p-MOS 트랜지스터가 형성되는 p-MOS 영역을 포함할 수 있고, 제2 주변 영역 소자 분리막들(170b) 사이의 기판(10) 상의 영역은 n-MOS 트랜지스터가 형성되는 n-MOS 영역을 포함할 수 있다. 또한, 셀 영역 소자 분리막들(270) 사이의 기판(10) 상의 영역은 n-MOS 트랜지스터가 형성되는 n-MOS 영역을 포함할 수 있다. 또한, 제3 주변 영역 소자 분리막들(170c)을 포함하는 경우에는, 제1 주변 영역 소자 분리막들(170a)과 제3 주변 영역 소자 분리막들(170c)의 산질화막(150)이 형성되지 아니한 영역 사이의 기판(10) 상의 영역은 p-MOS 트랜지스터가 형성되는 p-MOS 영역을 포함할 수 있다. 또한, 제2 주변 영역 소자 분리막들(170b)과 제3 주변 영역 소자 분리막들(170c)의 산화막(120) 및 산질화막(150)이 모두 형성된 영역 사이의 기판(10) 상의 영역은 n-MOS 트랜지스터가 형성되는 n-MOS 영역을 포함할 수 있다. 즉, p-MOS 트랜지스터의 형성을 위한 기판(10) 내의 활성 영역을 정의하는 소자분리막들, 즉 제1 주변 영역 소자 분리막들(170a)은 산질화막(150)이 형성되지 않으며, 이에 따라 산화막(120) 만을 포함한다. 반면, n-MOS 트랜지스터의 형성을 위한 기판(10) 내의 활성 영역을 정의하는 소자분리막들, 즉 제2 주변 영역 소자 분리막들(170b) 또는 셀 영역 소자 분리막들(270)은 산화막(120, 220)과 산질화막(150, 250)이 모두 형성된다. 또한, 제3 주변 영역 소자 분리막들(170c)과 같이 그 표면 일부에 산질화막(150)을 가지는 비대칭형 막 구조를 포함하는 경우에는, 제3 주변 영역 소자 분리막들(170c) 내의 산화막(120)이 모두 형성된 영역에 인접하여 p-MOS 트랜지스터의 형성을 위한 기판(10) 내의 활성 영역을 정의되고, 반면 제3 주변 영역 소자 분리막들(170c) 내의 산화막(120) 및 산질화막(150)이 모두 형성된 영역에 인접하여 n-MOS 트랜지스터의 형성을 위한 기판(10) 내의 활성 영역을 정의된다.
상술한 바와 같은 구조물은 다음과 같은 치수를 가질 수 있다. 먼저, 제1 내지 제3 주변 영역 트렌치들(110a, 110b, 110c)과 셀 영역 트렌치들(210)은 1000Å 내지 3000Å의 깊이를 가질 수 있다. 패드 절연막(112, 212)은 50Å 내지 1000Å의 두께를 가질 수 있다. 산화막(120, 220)은 50Å 내지 200Å의 두께를 가질 수 있다. 산질화막(150, 250)은 50Å 내지 100Å의 두께를 가질 수 있다. 매립 절연막(160, 260)은 3000Å 내지 6000Å의 두께를 가질 수 있다. 그러나, 상술한 치수들은 예시적이며, 본 발명은 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
결과적으로, 소자 분리막 내에 산질화막을 n-MOS 영역에 대하여만 선택적으로 형성함으로서, p-MOS 에서의 전하트랩을 방지할 수 있다.
이하에서는, 플라즈마 이온 침지 주입을 상세하게 설명하기로 한다. 상기 플라즈마 이온 침지 주입은 플라즈마 상태의 이온이 외부에서 인가된 바이어스 또는 플라즈마 자체의 바이어스(self-bias)에 의해 에너지를 얻어 기판으로 가속되어 이온을 주입하는 방법이다. 이러한 플라즈마 이온 침지 주입을 이용하여 막을 증착할 수도 있으며, 이를 플라즈마 이온 침지 주입 증착법(Plasma ion immersion implantation and deposition, PIIID)이라 부른다. 이러한, 플라즈마 이온 침지 주입법 또는 플라즈마 이온 침지 주입 증착법은 증착에 의한 막의 형성여부에 따라 분류하는 명명법으로서 기본적인 원리는 동일하고, 통상적인 이온 주입과 플라즈마 활성 CVD(PECVD)의 중간 형태라고 볼 수 있고, 일반적인 PECVD로는 증착할 수 없는 상(phase) 또는 막질을 형성하는 것이 가능하다. 특히, 상온에서도 치밀한 구조의 막을 형성하는 것이 가능하다. 즉, 고온에서 사용할 수 없는 포토레지스트 마스크를 사용하여 증착 등의 공정을 수행할 수 있다.
도 3은 본 발명의 일부 실시예들에 따른 소자분리막을 형성하기 위하여 사용하는 플라즈마 이온 침지 주입 장치를 개략적으로 도시한다.
도 3을 참조하면, 상기 플라즈마 이온 침지 주입 증착 장치는 챔버(500) 내에 소스 전극(540) 및 캐소드 전극(510)을 구비하고, 상기 전극들 사이에 위치한 플레이튼(platen, 520) 상에 기판(530)이 마련된다. 소스 가스는 플라즈마(550) 상태로 여기되고, 여기된 플라즈마(550) 내의 이온들을 기판(530)에 주입한다. 이때, 캐소드 전극(510)에 바이어스(bias) 전압을 인가하면, 플라즈마 내의 이온들이 가속될 수 있다. 이에 따라, 주입을 원하는 이온들을 한꺼번에 기판(530)의 전면에 주입할 수 있다. 도면에서, d는 쉬스(sheath) 간격이다. 소스 가스로서 증착 성 가스를 사용하면, 통상적인 이온 주입이 아닌 막의 증착이 가능하다. 또한, 소스 가스로서 질소를 포함하는 가스를 사용하면, 상온 플라즈마 질화를 할 수 있다. 즉, 고온에서 사용할 수 없는 포토레지스트 마스크를 사용하여 질화 공정을 수행할 수 있다. 플라즈마 소스의 출력은, 예를 들어 0 내지 3000 W의 범위일 수 있고, 또한 캐소드 전극(510)의 바이어스는, 예를 들어 0 내지 10 kV 의 범위일 수 있다.
도 4a 및 도 4b는 각각 플라즈마 활성 CVD(PECVD)와 플라즈마 이온 침지 주입 증착을 이용하여 저온 증착된 막의 표면을 보여주는 사진들이다.
도 4a 및 도 4b를 참조하면, PECVD를 이용하여 형성한 막의 표면(A)에 비하여, 플라즈마 이온 침지 주입 증착을 이용하여 형성한 막의 표면(B)이 더 치밀하다. 이와 같은 치밀한 막은, 플라즈마 이온 침지 주입 증착 시에 소스 가스의 유량, 플라즈마 소스의 출력 및 캐소드 전극(20)의 인가 바이어스를 최적화하여 형성할 수 있다. 따라서, 종래의 PECVD와는 달리, 플라즈마 이온 침지 주입 증착은 저온에서도 치밀한 구조를 가지는 막을 형성할 수 있다.
도 5는 본 발명의 일부 실시예들에 따른 STI 소자 분리막을 포함하는 반도체 소자의 온-전류(on current)에 대한 오프-전류(off current)의 변화를 보여주는 그래프이다. 도 3에는 pMOS의 경우만이 도시되어 있다. 통상적으로 소자의 온-전류는 기준 오프-전류 값에서의 값을 의미한다. 즉, 동일한 기준 오프-전류 값에서의 온 -전류 값이 클수록, 온-전류 값의 증가가 있음을 의미한다. 도 3에는 기준 오프-전류 값이 또한 도시되어 있다.
도 5를 참조하면, 비교예와 같이 p-MOS 영역의 소자 분리막 내에 라이 너(liner) 질화막을 포함하는 경우에 비하여, 소자 분리막 내에 라이너 질화막(또는 산질화막)을 n-MOS 영역에 대하여만 선택적으로 형성하고 p-MOS 영역에 대하여는 형성하지 않은 본 발명의 경우는 p-MOS의 온-전류 이득이 증가하였다. 이러한 증가는 전하 이동도의 증가에 기인하며, 소자의 온-전류 향상에 따라 신호 전달 지연 시간이 단축되므고, 결과적으로 소자의 성능이 개선될 수 있다. 라이너 질화막을 제거한 경우에는 압축 응력의 증가로 p-MOS의 온-전류가 20% 가량 증가하였으며, 라이너 질화막을 개재한 경우에는 인장 응력의 증가로 n-MOS의 온-전류가 9% 가량 증가하였다. 따라서, p-MOS 트랜지스터와 n-MOS 트랜지스터에 대하여 라이너 질화막을 선택적으로 형성한다면, 양 트랜지스터의 특성을 함께 증가할 수 있다.
도 6은 본 발명의 일부 실시예들에 따른 STI 소자 분리막을 포함하는 반도체 소자의 게이트-소오스 전압에 대한 드레인 전류의 변화를 보여주는 그래프이다.
도 6을 참조하면, 비교예와 같이 p-MOS 영역의 소자 분리막 내에 라이너 질화막을 포함하는 경우에는 스트레스 인가 후에는 게이트-소오스전압에 대한 드레인의 오프-전류가 스트레스 인가 전에 비하여 증가하였고, 이는 HEIP에 의하여 소자가 열화되었음을 의미한다. 그러나, 본 발명에 따라 p-MOS 영역의 소자 분리막 내에 라이너 질화막(또는 산질화막)을 형성하지 않은 경우에는, 스트레스 인가 전과 인가 후의 드레인의 오프-전류의 변화가 거의 나타나지 않았으며, 소자의 신뢰성이 증가되었음을 의미한다.
라이너 질화막을 통상적인 건식 식각에 의하여 제거하는 경우에는, 건식 식각은 그 특성 상 이방성 식각이므로 라이너 질화막을 균일하게 식각하기 어려우며, 반면 라이너 질화막을 통상적인 습식 식각에 의하여 제거한다면, 습식 식각은 인산 스트립에 의하여 고온에서 수행되므로 마스크로써 포토레지스트를 사용할 수 없다. 또한, 위의 경우 모두 pMOS의 패드 절연막(112)이 상술한 질화막 식각 중에 손상될 수 있으며, 이에 따라 nMOS와 pMOS의 패드 절연막(112)의 높이가 차이가 생길 수 있고, 이에 따라 후속되는 평탄화 공정, 예를 들어 CMP 공정의 수행이 원활하지 않을 우려가 있다. 그러나, 본 발명은 라이너 질화막의 기능을 가지는 산질화막을 식각 공정에 의하지 않고 증착 공정에 의하여 선택적으로 형성하므로, 산질화막의 균일도를 높일 수 있고, 저온 공정이 가능하므로 마스크로써 포토레지스트를 사용할 수 있으며, 식각에 의하여 발생할 수 있는 다른 막들의 손상을 방지할 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명이 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것은, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.
도 1은 종래의 STI 소자분리막을 포함하는 반도체 소자를 개략적으로 도시하는 단면도이다.
도 2a 내지 도 2g는 본 발명의 일부 실시예들에 따른 STI 소자분리막을 포함하는 반도체 소자의 제조방법을 공정 순서에 따라 도시하는 단면도들이다.
도 3은 본 발명의 일부 실시예들에 따른 소자분리막을 형성하기 위하여 사용하는 플라즈마 이온 침지 주입 증착 장치를 개략적으로 도시한 것이다.
도 4a 및 도 4b는 각각 플라즈마 활성 CVD(PECVD)와 플라즈마 이온 침지 주입 증착을 이용하여 저온 증착된 막의 표면을 보여주는 사진들이다.
도 5는 본 발명의 일부 실시예들에 따른 STI 소자 분리막을 포함하는 반도체 소자의 온 전류에 대한 오프 전류의 변화를 보여주는 그래프이다.
도 6은 본 발명의 일부 실시예들에 따른 STI 소자 분리막을 포함하는 반도체 소자의 게이트-소오스 전압에 대한 드레인 전류의 변화를 보여주는 그래프이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *
10: 기판,
100: 주변 영역
200: 셀영역
110a, 110b, 110c, 210: 트렌치
112, 212: 패드 절연막
120, 220: 산화막
130: 포토레지스트 패턴
150, 250: 질화막
160, 260: 매립 절연막
170a : 주변 영역 p-MOS의 소자 분리막
170b : 주변 영역 n-MOS의 소자 분리막
170c : 주변 영역 n-MOS와 p-MOS 사이의 소자 분리막
270 : 셀 영역의 소자 분리막
180, 280: 게이트 구조물
500: 플라즈마 이온 침지 주입 챔버
510: 캐소드 전극
520: 플레이튼
530: 기판
540: 소스 전극
550; 플라즈마

Claims (20)

  1. 기판을 제공하는 단계;
    상기 기판에 제1 트렌치들, 제2 트렌치들, 및 상기 제2 트렌치들의 일부에 형성되는 제3 트렌치들을 형성하는 단계;
    상기 제1 트렌치들, 상기 제2 트렌치들, 및 상기 제3 트렌치들의 표면에 산화막을 형성하는 단계;
    플라즈마 이온 침지 주입(Plasma ion immersion implantation, PIII)을 이용하여, 상기 제3 트렌치들은 그 표면에 형성된 상기 산화막의 일부가 질화처리되어 산질화막을 형성하는 단계;
    상기 제1 트렌치들, 상기 제2 트렌치들, 및 상기 제3 트렌치들 내에 매립 절연막을 형성하는 단계; 및
    상기 매립 절연막을 평탄화하여 상기 제1 트렌치들에 제1 소자 분리막을 형성하고, 상기 제2 트렌치들에 제2 소자 분리막을 형성하고, 상기 제3 트렌치들에 제3 소자 분리막을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 제조 방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 산질화막을 형성하는 단계는,
    상기 기판 상에 상기 제2 트렌치들을 노출시키는 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계;
    상기 플라즈마 이온 침지 주입을 이용하여 상기 노출된 제2 트렌치들의 표면에 형성된 상기 산화막을 질화처리하여 상기 산질화막을 형성하는 단계; 및
    상기 포토레지스트 패턴을 제거하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 제조 방법.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 플라즈마 이온 침지 주입은 10℃ 내지 200℃의 범위의 온도에서 수행되는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 제조 방법.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 산질화막은 단일층이거나 또는 산화막과 질화막이 적층된 복합층인 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 제조 방법.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 산질화막 내의 질소의 농도는 그 두께에 대하여 균일하거나 또는 변화하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 제조 방법.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 산질화막을 형성하는 단계를 수행한 후에,
    상기 기판 상의 결과물에 대해 비활성 분위기에서 열처리하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 제조 방법.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 제1 소자 분리막들 사이의 상기 기판 상의 영역은 p-MOS 트랜지스터가 형성되는 p-MOS 영역을 포함하고,
    상기 제2 소자 분리막들 사이의 상기 기판 상의 영역은 n-MOS 트랜지스터가 형성되는 n-MOS 영역을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 제조 방법.
  8. 삭제
  9. 제 1 항에 있어서, 상기 제1 소자 분리막들과 상기 제3 소자 분리막들의 상기 산화막이 형성된 영역 사이의 상기 기판 상의 영역은 p-MOS 트랜지스터가 형성되는 p-MOS 영역을 포함하고,
    상기 제2 소자 분리막들과 상기 제3 소자 분리막들의 상기 산질화막이 형성된 영역 사이의 상기 기판 상의 영역은 n-MOS 트랜지스터가 형성되는 n-MOS 영역을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 제조 방법.
  10. 삭제
  11. 삭제
  12. 삭제
  13. 삭제
  14. 삭제
  15. 삭제
  16. 삭제
  17. 삭제
  18. 삭제
  19. 삭제
  20. 삭제
KR1020080013008A 2008-02-13 2008-02-13 반도체 소자의 제조 방법 KR101446331B1 (ko)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020080013008A KR101446331B1 (ko) 2008-02-13 2008-02-13 반도체 소자의 제조 방법
US12/133,772 US7785985B2 (en) 2008-02-13 2008-06-05 Methods of manufacturing semiconductor devices

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020080013008A KR101446331B1 (ko) 2008-02-13 2008-02-13 반도체 소자의 제조 방법

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20090087643A KR20090087643A (ko) 2009-08-18
KR101446331B1 true KR101446331B1 (ko) 2014-10-02

Family

ID=40939232

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020080013008A KR101446331B1 (ko) 2008-02-13 2008-02-13 반도체 소자의 제조 방법

Country Status (2)

Country Link
US (1) US7785985B2 (ko)
KR (1) KR101446331B1 (ko)

Families Citing this family (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100929720B1 (ko) * 2007-12-03 2009-12-03 주식회사 동부하이텍 반도체 소자의 소자 분리막 형성 방법
KR101003494B1 (ko) * 2008-04-10 2010-12-30 주식회사 하이닉스반도체 메모리 소자의 소자분리 구조 및 형성 방법
KR20110003191A (ko) * 2009-07-03 2011-01-11 삼성전자주식회사 소자 분리막 및 반도체 소자의 형성 방법
KR101062849B1 (ko) 2009-10-30 2011-09-07 주식회사 하이닉스반도체 반도체 장치 및 그 제조 방법
JP5675331B2 (ja) * 2010-12-27 2015-02-25 東京エレクトロン株式会社 トレンチの埋め込み方法
KR20120089128A (ko) * 2011-02-01 2012-08-09 삼성전자주식회사 반도체 소자
KR20140108982A (ko) * 2013-03-04 2014-09-15 삼성전자주식회사 메모리 장치 및 그 제조 방법
US9006080B2 (en) * 2013-03-12 2015-04-14 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. Varied STI liners for isolation structures in image sensing devices
US9419134B2 (en) * 2014-01-13 2016-08-16 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. Strain enhancement for FinFETs
CN105448914B (zh) * 2014-08-28 2019-12-03 中芯国际集成电路制造(上海)有限公司 半导体结构及其形成方法
CN108666312B (zh) * 2017-03-30 2021-05-04 联华电子股份有限公司 具有嵌入闪存存储器的动态随机存储器元件及其制作方法
FR3070221B1 (fr) * 2017-08-16 2020-05-15 Stmicroelectronics (Rousset) Sas Transistors mos en parallele
FR3070222A1 (fr) 2017-08-16 2019-02-22 Stmicroelectronics (Rousset) Sas Puce comprenant deux transistors mos en parallele
TWI831954B (zh) * 2020-03-30 2024-02-11 華邦電子股份有限公司 半導體隔離結構及其形成方法

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20020045656A (ko) * 2000-12-09 2002-06-20 윤종용 얕은 트렌치 아이솔레이션 구조를 갖는 반도체 디바이스및 그 제조방법
KR20020057373A (ko) * 2001-01-04 2002-07-11 윤종용 쉘로우 트렌치 소자분리막을 구비하는 반도체 소자 및 그제조방법
US20040212035A1 (en) * 2003-04-25 2004-10-28 Yee-Chia Yeo Strained-channel transistor and methods of manufacture

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH08203884A (ja) * 1995-01-31 1996-08-09 Mitsubishi Electric Corp オキシナイトライド膜およびその形成方法ならびにそのオキシナイトライド膜を用いた素子分離酸化膜の形成方法
JP2005159211A (ja) 2003-11-28 2005-06-16 Matsushita Electric Ind Co Ltd 半導体装置およびその製造方法
KR20070049340A (ko) 2005-11-08 2007-05-11 주식회사 하이닉스반도체 반도체 소자의 소자분리막 형성방법
KR100729911B1 (ko) 2006-01-02 2007-06-18 주식회사 하이닉스반도체 반도체 소자의 제조방법

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20020045656A (ko) * 2000-12-09 2002-06-20 윤종용 얕은 트렌치 아이솔레이션 구조를 갖는 반도체 디바이스및 그 제조방법
KR20020057373A (ko) * 2001-01-04 2002-07-11 윤종용 쉘로우 트렌치 소자분리막을 구비하는 반도체 소자 및 그제조방법
US20040212035A1 (en) * 2003-04-25 2004-10-28 Yee-Chia Yeo Strained-channel transistor and methods of manufacture

Also Published As

Publication number Publication date
US7785985B2 (en) 2010-08-31
KR20090087643A (ko) 2009-08-18
US20090203188A1 (en) 2009-08-13

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101446331B1 (ko) 반도체 소자의 제조 방법
KR101481574B1 (ko) 반도체 소자의 제조 방법
US6486039B2 (en) Method of fabricating a trench isolation structure having sidewall oxide layers with different thicknesses
US7601609B2 (en) Method for manufacturing device isolation film of semiconductor device
KR100354119B1 (ko) 0.05마이크로미터 모스 디바이스용 처치가능-스페이서대머신-게이트 공정
US20020028555A1 (en) Mosfet with high dielectric constant gate insulator and minimum overlap capacitance
US6897104B2 (en) Semiconductor device and method for manufacturing thereof
US9129823B2 (en) Silicon recess ETCH and epitaxial deposit for shallow trench isolation (STI)
JP2004095918A (ja) 半導体記憶装置及び半導体装置の製造方法
US6924542B2 (en) Trench isolation without grooving
KR100550196B1 (ko) 원자 산소 산화를 채용하여 게이트 활성화를 향상시키는방법
US20070029616A1 (en) Semiconductor integrated circuit device and method of fabricating the same
JP2006080529A (ja) Seg膜により拡張した接合領域を有する半導体素子及びその製造方法
US6964911B2 (en) Method for forming a semiconductor device having isolation regions
KR100541680B1 (ko) 반도체 소자의 소자분리막 형성방법
KR100425462B1 (ko) Soi 상의 반도체 장치 및 그의 제조방법
JPH1174508A (ja) 半導体装置及びその製造方法
JP2007324391A (ja) 半導体装置及びその製造方法
US6821904B2 (en) Method of blocking nitrogen from thick gate oxide during dual gate CMP
KR100648194B1 (ko) 반도체 장치의 제조 방법
US7391098B2 (en) Semiconductor substrate, semiconductor device and method of manufacturing the same
US6803277B1 (en) Method of forming gate electrode in flash memory device
US20090111240A1 (en) Method of manufacturing semiconductor device
KR20000039029A (ko) 이중 라이너를 구비한 트렌치 격리 형성 방법
KR20050003533A (ko) 반도체 소자의 게이트 형성방법

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20180831

Year of fee payment: 5

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20190830

Year of fee payment: 6