KR100632053B1 - Method for manufacturing device isolation film of semiconductor device - Google Patents
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Abstract
본 발명은 반도체 장치의 소자 분리막의 형성 공정에서 진행되는 세정 공정에서 원하지 않게 발생하는 소자 분리막의 손실을 방지하기 위하여 포토 레지스터를 사용하는 공정을 포함하는 반도체 제조 방법에 관한 것이다. 본 발명에 따른 반도체 장치의 소자 분리막 제조 방법은, 패드산화막 및 패드질화막을 이용하여 기판에 트랜치를 형성하는 단계, 트랜치를 포함한 기판 전면에 갭필 산화막을 형성하는 단계, 갭필 산화막을 평탄화하여 소자 분리막을 형성하는 단계, 패드질화막 및 패드 산화막을 제거하는 단계, 반도체 장치의 문턱 전압을 조정하기 위한 이온 주입 단계, 소자 분리막 상에 소자 분리막에 대응하는 마스크층을 형성하는 단계, 소자 분리막을 포함한 기판을 세정하는 단계를 포함한다. 본 발명에 따르면, 반도체 장치의 제조 공정에서 소자 분리막의 형성 공정에서 진행되는 세정 공정 등에서 원하지 않게 발생하는 소자 분리막의 손실을 방지하여, 반도체 소자 간의 분리 특성을 강화하여 누설전류를 억제하고 소자 특성을 향상시키는 효과가 있다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor manufacturing method including a step of using a photoresist to prevent loss of an element isolation film that is undesirably generated in a cleaning process performed in the process of forming an element isolation film of a semiconductor device. A device isolation film manufacturing method of a semiconductor device according to the present invention includes forming a trench on a substrate using a pad oxide film and a pad nitride film, forming a gap fill oxide film on the entire surface of the substrate including the trench, and planarizing the gap fill oxide film to form a device isolation film. Forming, removing the pad nitride film and the pad oxide film, ion implantation for adjusting the threshold voltage of the semiconductor device, forming a mask layer corresponding to the device isolation film on the device isolation film, and cleaning the substrate including the device isolation film. It includes a step. According to the present invention, it is possible to prevent the loss of the device isolation film that is undesirably generated in the cleaning process performed in the process of forming the device isolation film in the manufacturing process of the semiconductor device, to enhance the separation characteristics between the semiconductor devices to suppress leakage current and improve the device characteristics. It is effective to improve.
Description
도 1a 내지 도 1e는 종래기술에 따른 반도체 장치의 소자 분리막의 제조 공정을 나타내는 단면도,1A to 1E are cross-sectional views illustrating a manufacturing process of a device isolation film of a semiconductor device according to the prior art;
도 2a 및 도 2b는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 포토 레지스터를 이용한 세정 공정을 나타내는 단면도이다.2A and 2B are cross-sectional views illustrating a cleaning process using a photoresist according to a preferred embodiment of the present invention.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명><Description of the symbols for the main parts of the drawings>
110: 실리콘 기판 120: 패드 산화막110: silicon substrate 120: pad oxide film
130: 실리콘 질화막 140: 포토 레지스터 패턴130: silicon nitride film 140: photoresist pattern
150: 갭필 산화막 160: 소자 분리막150: gap fill oxide film 160: device isolation film
170: 자연 산화막 180: 포토 레지스터 패턴170: natural oxide film 180: photoresist pattern
본 발명은 반도체 제조 방법에 관한 것으로, 특히 반도체 장치의 소자 분리막의 형성 공정에서 진행되는 세정 공정에서 원하지 않게 발생하는 소자 분리막의 손실을 방지하기 위하여 포토 레지스터를 사용하는 공정을 포함하는 반도체 장치의 제조 방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor, and more particularly, to manufacturing a semiconductor device including a step of using a photoresist to prevent the loss of the device isolation film that is undesired in the cleaning process performed in the process of forming the device isolation film of the semiconductor device. It is about a method.
일반적으로 실리콘 웨이퍼에 형성되는 반도체 장치는 개개의 회로 패턴들을 전기적으로 분리하기 위한 소자 분리 영역을 포함한다. 특히 반도체가 고집적화되고 미세화되어감에 따라 각 개별 소자의 크기를 축소시키는 것 뿐만 아니라 소자 분리 영역의 축소에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 최근에, 고집적화된 반도체 장치의 소자 분리에 적합한 기술로는 트랜치를 이용한 소자 분리 방법, 예컨대 샬로우 트랜치 분리 방법(shallow trench isolation: 이하 STI라고 함)이 제안되었다.In general, semiconductor devices formed on silicon wafers include device isolation regions for electrically separating individual circuit patterns. In particular, as semiconductors become highly integrated and miniaturized, research on not only the size of each individual device but also the size of the device isolation region is actively conducted. Recently, a device isolation method using a trench, such as a shallow trench isolation method (hereinafter referred to as STI), has been proposed as a technique suitable for device isolation of a highly integrated semiconductor device.
도 1a 내지 도 1e는 종래의 반도체 장치의 소자 분리막 형성 방법을 설명하기 위한 단면도이다. 1A to 1E are cross-sectional views illustrating a method of forming a device isolation film of a conventional semiconductor device.
종래 기술에 따른 반도체 장치의 소자 분리막 형성 방법은, 먼저, 도 1a에 도시된 바와 같이, 실리콘 기판(110) 상에 버퍼 역할을 하는 패드 산화막(120)과 산화를 억제하는 실리콘 질화막(130)을 순차적으로 형성한 다음, 실리콘 질화막(130)의 상부에 소자 분리 영역이 정의된 포토 레지스터 패턴(140)을 형성한다.In the method of forming a device isolation film of a semiconductor device according to the related art, first, as shown in FIG. 1A, a
다음으로, 도 1b에 도시된 바와 같이, 포토 레지스터 패턴(140)을 마스크로 하여, 실리콘 질화막(130), 패드 산화막(120) 및 실리콘 기판(110)을 소정 깊이 만큼 식각하여, 샬로우 트랜치(ST)를 형성한다.Next, as illustrated in FIG. 1B, the
이 후, 포토 레지스터 패턴(140)을 제거하고, PECVD(plasma enhanced chemical vapor deposition) 방법으로 기판 전면에 트랜치(ST) 내를 매립하는 갭필 산화막(150)을 형성하고, 도 1c에 도시된 바와 같이, 갭필 산화막(150)을 화학기계연마하여 소자 분리막(160)을 형성한다. 이후, 예를 들어 H3PO4 용액과 같은 습식 화학물질(wet chemical)을 이용하여 실리콘 질화막(130) 및 패드 산화막(120)을 습식 제거한다.Thereafter, the photoresist pattern 140 is removed, and a gap
이어서, 도면에 도시되지 않았지만, 실리콘 질화막(130) 및 패드 산화막(120)을 차례로 제거한 후, 문턱 전압을 조정하기 위한 이온 주입 공정을 진행하기 전에, 실리콘 기판(110)의 액티브 영역 및 소자 분리막(160) 상부에 스크린 산화막을 형성한다. 그런 다음, 이온 주입 공정을 진행한 후, 상기 스크린 산화막을 제거하고, 실리콘 기판(110)의 액티브 영역 상에 게이트 절연막을 형성하기 전에, 예를 들어 HF 용액을 이용하여 액티브 영역 상에 잔류하는 자연 산화막 및 불순물을 제거한다. Subsequently, although not shown in the drawing, the
여기서, 도 1b에 도시된 바와 같이 PECVD 방법으로 증착되는 갭필 산화막(150)은, 소자 분리막(160)의 형성 후 형성되는 게이트 절연막(gate oxide)에 사용되는 열적 방법으로 증착된 열 산화막 보다 막질 특성이 견고하지 않아서, 습식 화학물질(wet chemical)에 대한 식각률이 상당히 높기 때문에 쉽게 식각되어 손실이 심하게 발생한다. 특히, 실리콘 질화막(130) 및 패드 산화막(120)을 제거하기 위해서 사용되는 습식 화학물질에 의한 세정 공정, 게이트 절연막의 형성 전에 불산 (HF)을 이용한 자연 산화막 등에 대한 습식 세정 공정 등에서, 소자 분리막(160)에는 쉽게 손실이 발생된다.Here, as shown in FIG. 1B, the gap
예를 들어, 도 1d에 도시된 바와 같이, 소자 분리막(160)이 형성된 후에 소자 분리막(160)을 포함한 실리콘 기판(110) 상에 자연 산화막(170)이 형성될 수 있다. 이 때, 자연 산화막(170)을 제거하기 위하여 HF를 이용한 세정 공정을 수행하면, 도 1e에 도시된 바와 같이, 자연 산화막(170) 뿐만 아니라, 소자 분리막(160)의 일부분이 제거되는 현상이 발생될 수 있다.For example, as shown in FIG. 1D, after the
이러한 습식 화학 물질에 의한 소자 분리막의 손실은 반도체 소자 간의 분리 특성을 약화시켜 누설 전류를 증가시켜 IDDQ 테스트 등에서 결함을 일으키는 원인이 될 수 있다. The loss of the device isolation layer due to the wet chemical may weaken the separation characteristics between the semiconductor devices and increase leakage current, which may cause defects in the IDDQ test.
본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 반도체 장치의 소자 분리막의 형성 공정에서 진행되는 세정 공정 등에서 원하지 않게 발생하는 소자 분리막의 손실을 방지하기 위한 반도체 장치의 제조 방법을 제공하는데 있다.The present invention is to solve the above problems of the prior art, the object of the present invention is to manufacture a semiconductor device for preventing the loss of the device isolation film that occurs undesired in the cleaning process, such as in the process of forming the device isolation film of the semiconductor device To provide a method.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 반도체 장치의 소자 분리막 제조 방법은, 패드산화막 및 패드질화막을 이용하여 기판에 트랜치를 형성하는 단계, 상기 트랜치를 포함한 상기 기판 전면에 갭필 산화막을 형성하는 단계, 상기 갭필 산화막을 평탄화하여 소자 분리막을 형성하는 단계, 상기 패드질화막 및 패드 산화막 을 제거하는 단계, 상기 반도체 장치의 문턱 전압을 조정하기 위한 이온 주입 단계, 상기 소자 분리막 상에 상기 소자 분리막에 대응하는 제 1 마스크층을 형성하는 단계, 상기 소자 분리막을 포함한 기판을 세정하는 단계를 포함한다.
According to an aspect of the present invention, there is provided a device isolation film manufacturing method of a semiconductor device, the method comprising: forming a trench in a substrate using a pad oxide film and a pad nitride film, forming a gap fill oxide film on the entire surface of the substrate including the trench; Forming a device isolation layer by planarizing the gapfill oxide layer, removing the pad nitride layer and the pad oxide layer, implanting an ion to adjust the threshold voltage of the semiconductor device, and forming a device isolation layer on the device isolation layer. Forming a mask layer, and cleaning the substrate including the device isolation layer.
본 발명의 상기 및 기타 목적과 여러 가지 장점은 이 기술분야에 숙련된 사람들에 의해 첨부된 도면을 참조하여 하기에 기술되는 본 발명의 바람직한 실시 예로부터 더욱 명확하게 될 것이다.The above and other objects and various advantages of the present invention will become more apparent from the preferred embodiments of the present invention described below with reference to the accompanying drawings by those skilled in the art.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 고안의 바람직한 실시 예에 대하여 상세하게 설명한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 반도체 장치의 소자 분리막의 형성 방법은, 먼저, 도 1a에 도시된 바와 같이, 실리콘 기판(110) 상에 버퍼 역할을 하는 패드 산화막(120)과 산화를 억제하는 실리콘 질화막(130)을 순차적으로 형성한 다음, 실리콘 질화막(130)의 상부에 소자 분리 영역이 정의된 포토 레지스터 패턴(140)을 형성한다.In the method of forming a device isolation film of a semiconductor device according to an exemplary embodiment of the present invention, first, as shown in FIG. 1A, a
다음으로, 도 1b에 도시된 바와 같이, 포토 레지스터 패턴(140)을 마스크로 하여, 실리콘 질화막(130), 패드 산화막(120) 및 실리콘 기판(110)을 소정 깊이 만큼 식각하여, 샬로우 트랜치(ST)를 형성한다.Next, as illustrated in FIG. 1B, the
이 후, 포토 레지스터 패턴(140)을 제거하고, PECVD 방법으로 기판 전면에 트랜치(ST) 내를 매립하는 갭필 산화막(150)을 형성하고, 도 1c에 도시된 바와 같 이, 갭필 산화막(150)을 화학기계 연마하여 소자 분리막(160)을 형성한다. 이후, 예를 들어 H3PO4 용액과 같은 습식 화학물질(wet chemical)을 이용하여 실리콘 질화막(130) 및 패드 산화막(120)을 습식 제거한다.Thereafter, the photoresist pattern 140 is removed, and a gap
이어서, 도면에 도시되지 않았지만, 실리콘 질화막(130) 및 패드 산화막(120)을 차례로 제거한 후, 문턱 전압을 조정하기 위한 이온 주입 공정을 진행하기 전에, 실리콘 기판(110)의 액티브 영역 및 소자 분리막(160) 상부에 스크린 산화막을 형성한다. 그런 다음, 이온 주입 공정을 진행한 후, 상기 스크린 산화막을 제거하고, 실리콘 기판(110)의 액티브 영역 상에 게이트 절연막을 형성하기 전에, 예를 들어 HF 용액을 이용하여 액티브 영역 상에 잔류하는 자연 산화막 및 불순물을 제거한다. Subsequently, although not shown in the drawing, the
본 발명의 바람직한 실시예에서는, 도 2a에 도시된 바와 같이, 소자 분리막(160)을 포함한 실리콘 기판(110)의 액티브 영역 상에 잔류하는 자연 산화막(170)을 제거하기 전에, 자연 산화막(170)의 소자 분리막(160)에 대응되는 부분 위에 포토 레지스터 패턴(180)을 형성한다. 포토 레지스터 패턴(180)은 트랜치(ST) 형성에 사용되었던 포토 레지스터 패턴(140)의 형성에 사용되었던 마스크를 반전함으로써 쉽게 형성할 수 있다.In a preferred embodiment of the present invention, as shown in FIG. 2A, before removing the
다음으로, 자연 산화막(170) 상에 포토 레지스터 패턴(180)이 형성된 상태에서 HF 용액을 이용하여 자연 산화막(170)과 포토 레지스터 패턴(180)을 제거한다. Next, in the state where the
이렇게, 자연 산화막(170) 상에 포토 레지스터 패턴(180)을 형성함으로써, 도 2b에 도시된 바와 같이, 자연 산화막(170)을 제거하기 위한 습식 식각 공정에서 소자 분리막(160)이 손실되는 것을 방지할 수 있다.As such, by forming the
본 실시예에서는, 소자 분리막(160)을 포함한 실리콘 기판(110)의 액티브 영역 상에 잔류하는 자연 산화막(170)을 제거하기 전에, 소자 분리막(160)을 보호하기 위한 포토 레지스터 패턴(180)을 형성하는 공정을 수행함을 설명하였지만, 이러한 과정은 실리콘 질화막(130) 및 패드 산화막(120)을 습식 제거하기 전에 수행할 수도 있다. 이 때 사용되는 포토 레지스터 패턴은, 앞서 설명한 바와 같이, 트랜치(ST) 형성에 사용되었던 포토 레지스터 패턴(140)의 형성에 사용되었던 마스크를 반전함으로써 쉽게 형성할 수 있다.In the present embodiment, before removing the
즉, H3PO4 용액과 같은 습식 화학물질(wet chemical)을 이용하여 실리콘 질화막(130) 및 패드 산화막(120)을 제거하기 전에, 소자 분리막(160) 상에 그에 대응하는 포토 레지스터 패턴을 형성함으로써, 습식 식각 과정에서 소자 분리막(160)이 손실되는 것을 방지할 수 있다.That is, before removing the
상기한 본 발명에 따르면, 반도체 장치의 소자 분리막의 형성 공정에서 진행되는 세정 공정 등에서 원하지 않게 발생하는 소자 분리막의 손실을 방지하여, 반도체 소자 간의 분리 특성을 강화하여 누설전류를 억제하고 소자 특성을 향상시키는 효과가 있다.According to the present invention described above, the loss of the device isolation film that is undesirably generated in the cleaning process performed in the process of forming the device isolation film of the semiconductor device is prevented, thereby enhancing the separation characteristics between semiconductor devices to suppress leakage current and improve device characteristics. It is effective to let.
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