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KR100861311B1 - Method of manufacturing isolation layer for semiconductor device - Google Patents

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KR100861311B1
KR100861311B1 KR1020070091790A KR20070091790A KR100861311B1 KR 100861311 B1 KR100861311 B1 KR 100861311B1 KR 1020070091790 A KR1020070091790 A KR 1020070091790A KR 20070091790 A KR20070091790 A KR 20070091790A KR 100861311 B1 KR100861311 B1 KR 100861311B1
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trench
semiconductor device
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KR1020070091790A
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박창수
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주식회사 하이닉스반도체
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Abstract

A method for forming an isolation layer of a semiconductor device is provided to reduce parasitic capacitance of a sidewall oxide layer by implanting SiCOH into a dielectric film. A hard mask pattern(108) is formed on a semiconductor substrate(102). A trench(T) is formed in the substrate by using the hard mask pattern. A dielectric film(110) is formed in the trench. The dielectric film is firstly baked. A rirst annealing process is performed to the baked dielectric film. A hydrocarbon based compound, such as SiCOH is implanted into the dielectric film. Then, the dielectric film is secondly annealed. The dielectric film is compound of a PZT(Poly Silazane) film.

Description

반도체 소자의 소자분리막 형성방법{METHOD OF MANUFACTURING ISOLATION LAYER FOR SEMICONDUCTOR DEVICE}METHODS OF MANUFACTURING ISOLATION LAYER FOR SEMICONDUCTOR DEVICE}

본 발명은 반도체 소자의 소자분리막 형성방법에 관한 것으로, 보다 자세하게는, 소자분리막의 특성을 향상시킬 수 있는 반도체 소자의 소자분리막 형성방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method of forming a device isolation film of a semiconductor device, and more particularly, to a method of forming a device isolation film of a semiconductor device capable of improving the characteristics of the device isolation film.

반도체 기술의 진보와 더불어, 반도체 소자의 고속화 및 고집적화가 급속하게 진행되고 있고, 이에 수반해서 패턴의 미세화 및 패턴 사이즈의 고정밀화에 대한 요구가 점점 높아지고 있다. 이러한 요구는 소자 영역에 형성되는 패턴은 물론 상대적으로 넓은 영역을 차지하는 소자분리막에도 적용된다. With the progress of semiconductor technology, the speed and the high integration of semiconductor devices are progressing rapidly, and with this, the demand for the refinement | miniaturization of a pattern and the high precision of a pattern size is increasing. This requirement applies not only to patterns formed in device regions, but also to device isolation films that occupy a relatively large area.

기판의 활성 영역을 정의하는 소자분리막의 형성시 상기 소자분리막을 형성하기 위한 트렌치를 매립하는 방법으로 HDP(high density plasma) 산화막을 이용하여 DED(deposition-etch-deposition) 또는 DEDED(deposition-etch-deposition-etch-deposition) 방법을 주로 사용해 왔다. 그러나, 반도체 소자의 집적도가 증가함에 따라 디자인 룰은 감소하여 액티브 영역의 크기는 점점 감소되고 있으며, 또한 소자의 전기적 특성을 위하여 트렌치의 깊이가 점점 깊어짐에 따라 종횡비가 증 가하면서 트렌치 갭-필(gap-fill) 문제가 발생하게 되었다.When the device isolation layer defining the active region of the substrate is formed, a trench for forming the device isolation layer is embedded to form a deposition-etch-deposition (DED) or deposition-etch-deposition using a high density plasma (HDP) oxide film. deposition-etch-deposition) methods have been used. However, as the degree of integration of semiconductor devices increases, the design rules decrease, and the size of the active area decreases. Also, as the depth of the trench increases for the electrical characteristics of the device, the aspect ratio increases, and the trench gap-fill ( gap-fill) problem.

따라서, 상기 언급한 트렌치의 갭-필 문제를 해결하기 위해, HARP(High aspect ratio process)나 PDL(Pulsed deposition layer)의 방식을 사용하여 트렌치의 매립이 이루어지고 있는데, 상기와 같은 HARP나 PDL 방식은 등각형의 증착방식이라는 한계가 있으므로 트렌치의 매립 모양이 일정한 경사를 가지고 있어야 한다는 단점이 생기게 된다. Therefore, in order to solve the gap-fill problem of the above-mentioned trenches, the trench is buried using a method of a high aspect ratio process (HARP) or a pulsed deposition layer (PDL), and the HARP or PDL method as described above. Because of the limitation of the silver conformal deposition method, there is a disadvantage that the buried shape of the trench should have a certain slope.

이에 현재는, 트렌치의 하단부를 매립특성이 우수한 SOD(Spin-On Dielectric)막으로 증착한 다음, 상기 SOD막 상에 상기 트렌치를 완전 매립하도록 HDP(High Density Plasma)막을 증착하여 상기 SOD막과 HDP막의 적층막으로 이루어진 소자분리막을 형성하는 방법이 제안된 바 있으며, 상기 소자분리막을 SOD막과 HDP막의 적층막 구조로 형성하면, 종횡비(aspect ratio)가 큰 트렌치의 하단부를 매립특성이 우수한 SOD막으로 형성함으로써 보이드의 발생 없이 막을 매립할 수 있으며, 후속 공정시 노출되는 트렌치의 상단부를 식각속도가 비교적 느린 HDP막으로 형성함으로써 후속으로 수행되는 세정 공정시 유발되는 소자분리막의 신뢰성 열화를 방지할 수 있는 장점이 있다.At this time, the lower end of the trench is deposited with a spin-on dielectric (SOD) film having excellent embedding characteristics, and then a high density plasma (HDP) film is deposited on the SOD film to completely fill the trench. A method of forming a device isolation film made of a laminated film of a film has been proposed. When the device isolation film is formed as a stacked film structure of an SOD film and an HDP film, an SOD film having excellent embedding characteristics in a lower portion of a trench having a high aspect ratio is excellent. The film can be buried without generating voids, and the upper end portion of the trench exposed during the subsequent process can be formed into a HDP film having a relatively low etching rate, thereby preventing deterioration of reliability of the device isolation film caused during the subsequent cleaning process. There is an advantage.

그러나, 향후 50nm 이하 또는 트렌치의 종횡비가 3 이상을 갖는 반도체 소자에서는, 상기와 같은 SOD막 및 HDP막의 적층구조 또는 HDP 단일막의 적용이 불가능하여, 3.2 정도의 유전상수 값(K)을 갖는 실리콘 산화막보다 유전상수 값이 더 낮은 2.9 이하의 유전상수 값(K)을 갖는 저유전막을 스핀 코팅(Spin Coating)방식으로 매립하고 열 처리하여 소자분리막용 절연막으로 사용하고 있는 추세이다.However, in the future, in semiconductor devices having 50 nm or less or a trench aspect ratio of 3 or more, a silicon oxide film having a dielectric constant value (K) of about 3.2 cannot be applied because the stacked structure of the SOD film and the HDP film as described above or the HDP single film cannot be applied. A low dielectric film having a dielectric constant (K) of 2.9 or lower, which is lower than the dielectric constant, is embedded in a spin coating method and thermally treated to be used as an insulating film for device isolation films.

그러나, 상기와 같은 저유전막의 한 종류인 HSQ(Hydrogen Silsequioxane)막을 이용하여 트렌치를 매립하여 열 처리할 경우, 도 1에 도시된 바와 같이, 트렌치 내에 기공(Pore)들이 형성되는데, 상기와 같은 기공들로 인해 후속 공정을 위한 습식 세정 중 노출된 트렌치 부분에서 급격한 식각이 발생하게 된다. However, when heat treatment is performed by embedding a trench using an HSQ (Hydrogen Silsequioxane) film, which is one of the above-described low dielectric films, pores are formed in the trench, as shown in FIG. This causes rapid etching in the exposed trench portions during the wet cleaning for subsequent processing.

한편, 상기와 같은 기공들로 인한 노출된 트렌치 부분의 급격한 식각을 방지하기 위해 습식(H2O/O2) 및 건식으로 다단계의 열 처리를 수행하나, 이 경우, 저유전막의 두께 및 하부 트렌치 깊이에 따라 단단한 막질의 실리콘 산화막의 그 형성 두께가 달라지므로 이러한 상태로 습식 식각을 수행할 경우 제거 속도가 불균일하게 된다. On the other hand, in order to prevent the rapid etching of the exposed trench portion due to the pores as described above, a multi-step heat treatment is performed by wet (H 2 O / O 2 ) and dry, in this case, the thickness of the low dielectric film and the lower trench Since the formation thickness of the silicon oxide film having a hard film quality varies depending on the depth, when wet etching is performed in this state, the removal rate is uneven.

또한, 상기와 같은 불균일한 식각 속도를 개선하기 위해 다단계의 열 처리 횟수를 증가시켜도 일정 두께의 상부 층만 계속 치밀해지거나 또는 산화됨에 따라서, 터널링 산화막(Tunneling Oxide) 또는 패드 질화막까지 산화가 발생되어 실리콘 표면의 보호 기능을 저하시키게 된다.In addition, in order to improve the non-uniform etching rate as described above, even if the number of multi-step heat treatments is increased, only the upper layer of a certain thickness continues to be dense or oxidized, so that oxidation occurs to the tunneling oxide or the pad nitride film, resulting in silicon. It will lower the protective function of the surface.

결과적으로, 커플링 현상으로 인해 소자분리막의 특성을 감소시켜, 그에 따른 후속의 게이트 특성을 열화시키게 된다. As a result, the coupling phenomenon reduces the characteristics of the device isolation film, thereby degrading subsequent gate characteristics.

본 발명은 커플링 현상을 최소화시킬 수 있는 반도체 소자의 소자분리막 형성방법을 제공한다.The present invention provides a method of forming a device isolation layer of a semiconductor device capable of minimizing a coupling phenomenon.

또한, 본 발명은 상기와 같이 커플링 현상을 최소화시켜 소자분리막 및 후속의 게이트 특성을 향상시킬 수 있는 반도체 소자의 소자분리막 형성방법을 제공한다.In addition, the present invention provides a device isolation film forming method of a semiconductor device capable of improving the device isolation film and subsequent gate characteristics by minimizing the coupling phenomenon as described above.

본 발명에 따른 반도체 소자의 소자분리막 형성방법은, 반도체 기판 상에 하드마스크 패턴을 형성하는 단계; 상기 하드마스크 패턴을 마스크 패턴으로 이용하여 반도체 기판 내에 트렌치를 형성하는 단계; 상기 트렌치 내에 저유전막을 도포하는 단계; 상기 저유전막을 1차 베이킹하는 단계; 상기 1차 베이킹된 저유전막을 1차 어닐링하는 단계; 상기 1차 어닐링된 저유전막 내에 탄화수소 계열의 화합물을 주입하는 단계; 및 상기 탄화수소 계열의 화합물이 주입된 저유전막을 2차 어닐링하는 단계;를 포함한다.A method of forming a device isolation film of a semiconductor device according to the present invention includes forming a hard mask pattern on a semiconductor substrate; Forming a trench in a semiconductor substrate using the hard mask pattern as a mask pattern; Applying a low dielectric film in the trench; First baking the low dielectric film; Primary annealing the first baked low dielectric film; Injecting a hydrocarbon-based compound into the first annealed low dielectric film; And second annealing the low dielectric film in which the hydrocarbon compound is injected.

반도체 기판 내에 트렌치를 형성하는 단계와, 상기 트렌치 내에 저유전막을 도포하는 단계 사이에, 상기 트렌치를 포함한 반도체 기판 상에 측벽산화막, 선형질화막 및 선형산화막을 차례로 형성하는 단계;를 더 포함한다.And sequentially forming a sidewall oxide film, a linear nitride film, and a linear oxide film on the semiconductor substrate including the trench between forming a trench in the semiconductor substrate and applying a low dielectric film in the trench.

상기 저유전막은 PSZ(Poly Silazane)막으로 형성한다.The low dielectric film is formed of a polysilazane (PSZ) film.

상기 1차 베이킹하는 단계는, 150∼350℃의 온도에서 H2O 및 O2의 비가 5~10:95~100인 습식 분위기로 1∼29분 동안 수행한다.The first baking step is performed for 1 to 29 minutes in a wet atmosphere in which the ratio of H 2 O and O 2 is 5 to 10:95 to 100 at a temperature of 150 to 350 ° C.

상기 1차 어닐링하는 단계는, 700∼900℃의 온도에서 1∼59분 동안 수행한다.The first annealing is performed at a temperature of 700 to 900 ° C. for 1 to 59 minutes.

상기 1차 어닐링하는 단계와, 상기 화합물을 주입하는 단계 사이에, 상기 반도체 기판 상에 상기 트렌치만을 노출시키는 마스크패턴을 형성하는 단계;를 더 포함한다.And forming a mask pattern exposing only the trench on the semiconductor substrate between the first annealing and the step of injecting the compound.

상기 1차 어닐링하는 단계와, 상기 화합물을 주입하는 단계 사이에, 상기 저유전막을 하드마스크 패턴이 노출될 때까지 CMP(Chemical Mechanical Polishing)하는 단계;를 더 포함한다.And performing chemical mechanical polishing (CMP) of the low dielectric layer until the hard mask pattern is exposed between the first annealing and the step of injecting the compound.

상기 탄화수소 계열의 화합물은, CnH2n +2(n≥1, 단 n은 정수)로 형성한다.The hydrocarbon compound is formed of C n H 2n +2 (n ≧ 1, where n is an integer).

상기 2차 어닐링하는 단계는, 700∼900℃의 온도 및 산소 분위기에서 건식으로 수행한다.The secondary annealing step is carried out dry at a temperature of 700 ~ 900 ℃ and oxygen atmosphere.

상기 2차 어닐링하는 단계는, 급속 어닐링(Rapid Thermal Annealing) 공정으로 수행한다.The secondary annealing may be performed by a rapid thermal annealing process.

상기 급속 어닐링 공정은 900∼1000℃의 온도에서 산소 및 수소의 분위기로 수행한다.The rapid annealing process is carried out in an atmosphere of oxygen and hydrogen at a temperature of 900 ~ 1000 ℃.

상기 2차 어닐링하는 단계 후, 상기 2차 어닐링이 수행된 저유전막에 대해 3차 어닐링을 수행하는 단계;를 더 포함한다.After the secondary annealing, performing the third annealing on the low dielectric film in which the second annealing is performed.

상기 3차 어닐링은, 700∼900℃의 온도 및 산소의 분위기에서 건식으로 수행한다.The tertiary annealing is carried out dry at a temperature of 700 to 900 ° C and an atmosphere of oxygen.

상기 2차 어닐링하는 단계 후, 상기 저유전막을 도포하는 단계 내지 2차 어닐링하는 단계를 적어도 2∼5회 이상 반복 수행한다.After the second annealing, the step of applying the low dielectric film to the second annealing is repeated at least two to five times.

상기 2차 어닐링하는 단계 후, 상기 하드마스크 패턴을 제거하는 단계;를 더 포함한다.After the secondary annealing, removing the hard mask pattern further comprises.

본 발명은 SiCOH 물질로 이루어진 저유전막으로 트렌치를 매립하여 반도체 소자의 소자분리막을 구성함으로써, 상기 SiCOH 물질에 의해 종래의 실리콘 산화막 만을 적용시 발생하는 커플링 현상을 최소화할 수 있으며, 그에 따른 트렌치 내의 측벽 산화막의 기생 용량을 감소시킬 수 있다.The present invention forms a device isolation film of a semiconductor device by filling a trench with a low dielectric film made of a SiCOH material, thereby minimizing a coupling phenomenon generated when only a conventional silicon oxide film is applied by the SiCOH material. The parasitic capacitance of the sidewall oxide film can be reduced.

또한, 본 발명은 상기 SiCOH 물질 형성시 상기 저유전막 내에 같이 형성된 기공에 의해 상기 측벽 산화막의 기생 용량을 더욱 감소시킬 수 있다.In addition, the present invention may further reduce the parasitic capacitance of the sidewall oxide film by the pores formed in the low dielectric film when forming the SiCOH material.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 트렌치 내의 측벽 산화막의 기생 용량을 감소시킬 수 있으므로, 소자분리막 및 후속의 게이트 특성을 향상시킬 수 있다.Therefore, the present invention can reduce the parasitic capacitance of the sidewall oxide film in the trench as described above, thereby improving the device isolation film and subsequent gate characteristics.

본 발명은 반도체 기판 내에 트렌치를 형성하고, 상기 트렌치를 저유전막으로 매립하도록 형성한 다음, 상기 저유전막에 대해 적어도 2번 이상의 열 처리 및 탄화수소 계열의 화합물 주입 공정을 차례로 수행하여 상기 저유전막 내에 SiCOH 물질을 형성한다.According to the present invention, a trench is formed in a semiconductor substrate, and the trench is formed to be filled with a low dielectric layer, and then, at least two heat treatments and a hydrocarbon-based compound injection process are sequentially performed on the low dielectric layer. Form a substance.

이렇게 하면, 종래의 실리콘 산화막과 같은 절연막으로 트렌치를 매립하여 구성하는 종래의 반도체 소자의 소자분리막과 달리, 상기와 같이 SiCOH 물질과 같은 저유전막으로 트렌치를 매립하여 반도체 소자의 소자분리막을 구성함으로써, 상기 SiCOH 물질에 의해 종래의 실리콘 산화막 만을 적용시 발생하는 커플링 현상을 최소화할 수 있으며, 그에 따른 트렌치 내의 측벽 산화막의 기생 용량을 감소시킬 수 있다.In this case, unlike the device isolation film of the conventional semiconductor device formed by filling the trench with an insulating film, such as a conventional silicon oxide film, by forming a device isolation film of the semiconductor device by filling the trench with a low dielectric film, such as SiCOH material as described above, By the SiCOH material, the coupling phenomenon occurring when only the conventional silicon oxide layer is applied may be minimized, thereby reducing the parasitic capacitance of the sidewall oxide layer in the trench.

또한, 상기 SiCOH 물질 형성시 상기 저유전막 내에 같이 형성된 기공에 의해 상기 측벽 산화막의 기생 용량을 더욱 감소시킬 수 있다.In addition, when the SiCOH material is formed, the parasitic capacitance of the sidewall oxide layer may be further reduced by pores formed in the low dielectric layer.

따라서, 상기와 같은 트렌치 내의 측벽 산화막의 기생 용량을 감소시킬 수 있으므로, 소자분리막 및 후속의 게이트 특성을 향상시킬 수 있다.Therefore, since the parasitic capacitance of the sidewall oxide film in the trench can be reduced, the device isolation film and subsequent gate characteristics can be improved.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명하도록 한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described in detail a preferred embodiment of the present invention.

도 2a 내지 도 2g는 본 발명의 실시예에 따른 반도체 소자의 소자분리막 형성방법을 설명하기 위한 공정별 단면도로서, 이를 설명하면 다음과 같다.2A to 2G are cross-sectional views illustrating processes of forming a device isolation film of a semiconductor device according to an embodiment of the present invention.

도 2a를 참조하면, 반도체 기판(102) 상에 패드산화막(106) 및 패드질화막(106)으로 이루어진 하드마스크(108)를 형성하고, 상기 하드마스크(108)를 식각마스크로 이용하여 상기 반도체 기판(102) 내에 트렌치(T)를 형성한다.Referring to FIG. 2A, a hard mask 108 including a pad oxide film 106 and a pad nitride film 106 is formed on a semiconductor substrate 102, and the semiconductor substrate is formed by using the hard mask 108 as an etching mask. A trench T is formed in 102.

그런다음, 상기 트렌치(T)측벽 및 저면에 건식 산화 방식으로 측벽산화막(103)을 형성하고, 상기 측벽산화막(103)이 형성된 트렌치(T) 표면을 포함한 패드질화막(106) 상에 선형질화막(105) 및 선형산화막(107)을 차례로 형성한다.Then, the sidewall oxide film 103 is formed on the sidewalls and bottom of the trench T by a dry oxidation method, and the linear nitride film 106 is formed on the pad nitride film 106 including the trench T surface on which the sidewall oxide film 103 is formed. 105 and a linear oxide film 107 are formed in this order.

도 2b를 참조하면, 상기 선형산화막(107)이 형성된 트렌치(T) 표면을 포함한 반도체 기판(102) 상에 상기 트렌치(T)를 매립하도록 PSZ(Poly Silazane)막과 같은 물질로 이루어진 저유전막(110)을 도포한다. 그런다음, 상기 저유전막(110), 선형산화막(107) 및 선형질화막(105)을 CMP(Chemical Mechanical Polishing) 공정으로 평탄화한다.Referring to FIG. 2B, a low dielectric film made of a material such as a polysilazane (PSZ) film is embedded to fill the trench T on a semiconductor substrate 102 including a trench T surface on which the linear oxide film 107 is formed. 110) is applied. Thereafter, the low dielectric film 110, the linear oxide film 107, and the linear nitride film 105 are planarized by a chemical mechanical polishing (CMP) process.

이때, 상기 저유전막(110) 도포시, 후속에서 질소와 수소를 치환할 수 있는 트렌치(T)의 최대 침투 깊이를 고려하여 그 두께에 적당하도록 도포하는 것이 바람직하다.At this time, when applying the low dielectric film 110, it is preferable to consider the maximum penetration depth of the trench (T) that can replace the nitrogen and hydrogen in the subsequent coating to suit the thickness.

도 2c를 참조하면, 상기 저유전막(110) 내의 솔벤트와 같은 불순물을 제거하기 위해 상기 저유전막(110)에 대해 베이킹(112) 공정을 수행한다. Referring to FIG. 2C, a baking 112 process is performed on the low dielectric layer 110 to remove impurities such as solvent in the low dielectric layer 110.

상기 베이킹(112) 공정은 150∼350℃ 정도의 온도에서 H2O 및 O2의 비가 5:95 또는 10:90인 습식 분위기로 1∼29분 정도의 시간 동안 수행한다.The baking 112 process is performed at a temperature of about 150 to 350 ° C. for about 1 to 29 minutes in a wet atmosphere having a ratio of H 2 O and O 2 5:95 or 10:90.

도 2d를 참조하면, 상기 베이킹 공정이 수행되어 불순물이 제거된 저유전막(110)에 대해 반도체 기판(102) 내의 질소와 수소가 실리콘 산화막으로 치환되도록 1차 어닐링(116) 공정을 수행한다.Referring to FIG. 2D, the first annealing process 116 is performed to replace nitrogen and hydrogen in the semiconductor substrate 102 with the silicon oxide layer with respect to the low dielectric layer 110 from which impurities are removed by performing the baking process.

상기 1차 어닐링(116) 공정은 700∼900℃ 정도의 온도에서 1∼59분 정도의 시간 동안 수행하는 것이 바람직하다.The first annealing process 116 is preferably carried out for about 1 to 59 minutes at a temperature of about 700 ~ 900 ℃.

그런다음, 상기 기판 결과물을 CMP 공정으로 평탄화시킨다. The substrate output is then planarized by a CMP process.

도 2e를 참조하면, 상기 1차 어닐링 공정이 수행되어 내부에 실리콘 산화막이 형성된 저유전막(110) 내에 CH4, C2H6 및 C3H8 중 어느 하나의 물질로 이루어진 탄화수소 계열의 화합물(118)을 주입한다.Referring to FIG. 2E, a hydrocarbon-based compound composed of any one of CH 4 , C 2 H 6 and C 3 H 8 in the low dielectric film 110 in which the first annealing process is performed to form a silicon oxide film ( 118).

이때, 상기 탄화수소 계열의 화합물(118)을 상기 저유전막(110) 내에 주입시, 상기 탄화수소 계열의 화합물(118)을 주입하기 위한 이온 주입 에너지를 단계적으로 증가 또는 감소시켜 트렌치(T) 내의 깊이에 따라 균일하게 주입될 수 있도록 한다.In this case, when the hydrocarbon-based compound 118 is injected into the low dielectric layer 110, ion implantation energy for injecting the hydrocarbon-based compound 118 may be increased or decreased step by step to a depth in the trench T. To be uniformly injected.

한편, 상기와 같은 탄화수소 계열의 화합물(118)을 상기 저유전막(110) 내에 주입시, 상기 하드마스크(108)의 두께만으로 상기 화합물(118)에 대한 마스크로서의 조절이 용이하지 않을 경우, 상기 트렌치(T)를 제외한 패드 질화막(106) 상에 감광막 패턴을 형성하여 상기 탄화수소 계열의 화합물(118) 주입을 위한 마스크로 사용할 수 있다.On the other hand, when the hydrocarbon-based compound 118 is injected into the low dielectric layer 110, the trench may not be easily controlled as a mask for the compound 118 only by the thickness of the hard mask 108. A photosensitive film pattern may be formed on the pad nitride film 106 except for (T) to be used as a mask for injecting the hydrocarbon-based compound 118.

도 2f를 참조하면, 상기 탄화수소 계열의 화합물(118)이 주입된 저유전막(110)에 대해 상기 저유전막(110) 내에 실리콘과 산소 및 탄소와 수소의 공유 결합으로 이루어진 SiCOH 물질이 형성되도록 2차 어닐링 공정(122)을 수행한다.Referring to FIG. 2F, the SiCOH material formed of a covalent bond of silicon, oxygen, carbon, and hydrogen is formed in the low dielectric layer 110 with respect to the low dielectric layer 110 into which the hydrocarbon compound 118 is injected. Annealing process 122 is performed.

상기 2차 어닐링(122) 공정은, 700∼900℃ 정도의 온도 및 산소 분위기에서 건식으로 수행하거나, 또는, 900∼1000℃ 정도의 온도 및 산소 및 수소의 분위기에서 급속 어닐링(Rapid Thermal Annealing) 공정으로 수행한다.The secondary annealing 122 process is performed dry in a temperature and oxygen atmosphere of about 700 ~ 900 ℃, or rapid thermal annealing (Rapid Thermal Annealing) process in a temperature of about 900 ~ 1000 ℃ and oxygen and hydrogen To do it.

이때, 상기 2차 어닐링 공정(122) 수행 시, 상기 반도체 기판(102)의 저유전막(110) 내에는 상기 탄화수소 계열의 화합물(118) 주입시 그 데미지(Damage)에 의해 상기 저유전막(110) 내에는 기공(Pore : 120)이 형성된다.In this case, when the secondary annealing process 122 is performed, the low dielectric film 110 may be damaged by the damage when the hydrocarbon compound 118 is injected into the low dielectric film 110 of the semiconductor substrate 102. Pores 120 are formed in the pores.

도 2g를 참조하면, 상기 SiCOH막이 형성된 저유전막(110) 및 하드마스크를 상기 반도체 기판(102)이 노출될 때까지 CMP 공정으로 제거하여 본 발명의 실시예에 따른 반도체 소자의 소자분리막(100)을 완성한다.Referring to FIG. 2G, the low-k dielectric layer 110 and the hard mask on which the SiCOH film is formed are removed by a CMP process until the semiconductor substrate 102 is exposed, and the device isolation layer 100 of the semiconductor device according to the embodiment of the present invention is removed. To complete.

한편, 상기 트렌치 내에 매립되는 저유전막과 트렌치의 깊이의 합이 질소와 수소를 치환할 수 있는 트렌치의 최대 침투 깊이보다 큰 경우에는 트렌치 내의 특정 깊이 이하에만 저유전막을 형성함과 아울러, 패턴의 크기 및 밀도가 다른 부분에서 동시에 평탄화가 가능하도록 상기 질소와 수소를 치환할 수 있는 트렌치의 최대 침투 깊이를 고려하여 전술한 본 발명의 실시예에서의 상기 저유전막 도포 공정, 상기 저유전막의 1차 베이킹 공정, 상기 1차 베이킹된 저유전막을 1차 어닐링하는 공정, 상기 1차 어닐링된 저유전막 내에 탄화수소 계열의 화합물을 주입하는 공정 및 상기 이온 주입된 저유전막을 2차 어닐링하는 공정을 적어도 2∼5의 단계를 반복할 수 있다.On the other hand, when the sum of the depths of the low dielectric film and the trench embedded in the trench is larger than the maximum penetration depth of the trench capable of substituting nitrogen and hydrogen, the low dielectric film is formed only at a specific depth within the trench and the size of the pattern And the low dielectric film coating process in the above-described embodiment of the present invention in consideration of the maximum penetration depth of the trench capable of substituting nitrogen and hydrogen so as to simultaneously planarize at different densities, and the first baking of the low dielectric film. At least 2 to 5, a step of first annealing the first baked low dielectric film, a step of injecting a hydrocarbon compound into the first annealed low dielectric film, and a second annealing of the ion implanted low dielectric film. You can repeat the steps.

이후, 도시하지는 않았지만, 상기와 같이 트렌치 내에 저유전막 형성 후, CMP 공정으로 패드질화막을 제거하면, 트렌치 표면 및 상부에 위치한 저유전막은 습식 세정 및 식각에 의해 수분을 다량 포함하고 있어 후속의 게이트 형성시, 게이트 산화막 형성 전 세정을 실시함에 따라 트렌치의 식각 속도가 크게 증가하여 소자분리막의 손실을 유발할 수 있으므로, 이를 방지하기 위해 패드질화막 제거 후, 700∼900℃ 정도의 온도 및 산소의 분위기에서 건식으로 어닐링 공정을 수행할 수 있다.Thereafter, although not shown, after the low dielectric film is formed in the trench as described above, when the pad nitride film is removed by the CMP process, the low dielectric film positioned on the trench surface and the upper part contains a large amount of moisture by wet cleaning and etching, and thus subsequent gate formation. During the gate oxide film cleaning, the etching rate of the trench may be greatly increased to cause the loss of the device isolation film. Therefore, after the pad nitride film is removed, it is dried at a temperature of about 700 to 900 ° C. and an oxygen atmosphere to prevent this. The annealing process can be performed.

전술한 바와 같이 본 발명은, 저유전막으로 트렌치를 매립하고 상기 저유전막 내에 SiCOH 물질을 형성하여 반도체 소자의 소자분리막을 구성함으로써, 상기 SiCOH 물질에 의해 종래에서의 실리콘 산화막 만을 적용시 발생하는 커플링 현상을 최소화할 수 있으며, 그에 따른 트렌치 내의 측벽 산화막의 기생 용량을 감소시킬 수 있다.As described above, the present invention provides a device isolation film of a semiconductor device by filling a trench with a low dielectric film and forming a SiCOH material in the low dielectric film to form a device isolation film of a semiconductor device. The phenomenon can be minimized, thereby reducing the parasitic capacitance of the sidewall oxide film in the trench.

또한, 상기 SiCOH 물질 형성시, 그 데미지에 의해 형성된 기공에 의해 상기 측벽 산화막의 기생 용량을 더욱 감소시킬 수 있다.In addition, when the SiCOH material is formed, the parasitic capacitance of the sidewall oxide layer may be further reduced by the pores formed by the damage.

따라서, 상기와 같은 트렌치 내의 측벽 산화막의 기생 용량을 감소시킬 수 있으므로, 소자분리막 및 후속의 게이트 특성을 향상시킬 수 있다.Therefore, since the parasitic capacitance of the sidewall oxide film in the trench can be reduced, the device isolation film and subsequent gate characteristics can be improved.

이상, 전술한 본 발명의 실시예들에서는 특정 실시예에 관련하고 도시하고 설명하였지만, 본 발명이 그에 한정되는 것은 아니며, 이하의 특허청구의 범위는 본 발명의 정신과 분야를 이탈하지 않는 한도 내에서 본 발명이 다양하게 개조 및 변형될 수 있다는 것을 당 업계에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 알 수 있다.In the above-described embodiments of the present invention, the present invention has been described and described with reference to specific embodiments, but the present invention is not limited thereto, and the scope of the following claims is not limited to the scope of the present invention. It will be readily apparent to those skilled in the art that the present invention may be variously modified and modified.

도 1은 종래의 문제점을 나타낸 사진.1 is a photograph showing a conventional problem.

도 2a 내지 도 2g는 본 발명의 실시예에 따른 반도체 소자의 소자분리막 형성방법을 설명하기 위한 공정별 단면도.2A to 2G are cross-sectional views of processes for describing a method of forming an isolation layer in a semiconductor device in accordance with an embodiment of the present invention.

Claims (15)

반도체 기판 상에 하드마스크 패턴을 형성하는 단계;Forming a hard mask pattern on the semiconductor substrate; 상기 하드마스크 패턴을 마스크 패턴으로 이용하여 반도체 기판 내에 트렌치를 형성하는 단계;Forming a trench in a semiconductor substrate using the hard mask pattern as a mask pattern; 상기 트렌치 내에 저유전막을 도포하는 단계;Applying a low dielectric film in the trench; 상기 저유전막을 1차 베이킹하는 단계;First baking the low dielectric film; 상기 1차 베이킹된 저유전막을 1차 어닐링하는 단계;Primary annealing the first baked low dielectric film; 상기 1차 어닐링된 저유전막 내에 탄화수소 계열의 화합물을 주입하는 단계; 및Injecting a hydrocarbon-based compound into the first annealed low dielectric film; And 상기 탄화수소 계열의 화합물이 주입된 저유전막을 2차 어닐링하는 단계;Second annealing the low dielectric film in which the hydrocarbon compound is injected; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 소자분리막 형성방법.Device isolation film forming method of a semiconductor device comprising a. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 반도체 기판 내에 트렌치를 형성하는 단계와, 상기 트렌치 내에 저유전막을 도포하는 단계 사이에,Between forming a trench in the semiconductor substrate and applying a low dielectric film in the trench, 상기 트렌치를 포함한 반도체 기판 상에 측벽산화막, 선형질화막 및 선형산화막을 차례로 형성하는 단계;Sequentially forming a sidewall oxide film, a linear nitride film, and a linear oxide film on the semiconductor substrate including the trench; 를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 소자분리막 형성방법.Device isolation film forming method of a semiconductor device characterized in that it further comprises. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 저유전막은 PSZ(Poly Silazane)막으로 형성하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 소자분리막 형성방법.The low dielectric film is a method of forming a device isolation film of a semiconductor device, characterized in that formed by a PSZ (Poly Silazane) film. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 1차 베이킹하는 단계는,The first baking step, 150∼350℃의 온도에서 H2O 및 O2의 비가 5~10:95~100인 습식 분위기로 1∼29분 동안 수행하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 소자분리막 형성방법.A method of forming a device isolation film for a semiconductor device, characterized in that performed for 1 to 29 minutes in a wet atmosphere in which the ratio of H 2 O and O 2 is 5 to 10:95 to 100 at a temperature of 150 to 350 ° C. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 1차 어닐링하는 단계는, The first annealing step, 700∼900℃의 온도에서 1∼59분 동안 수행하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 소자분리막 형성방법.A device isolation film forming method of a semiconductor device, characterized in that performed for 1 to 59 minutes at a temperature of 700 ~ 900 ℃. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 1차 어닐링하는 단계와, 상기 화합물을 주입하는 단계 사이에, Between the first annealing step and the step of injecting the compound, 상기 반도체 기판 상에 상기 트렌치만을 노출시키는 마스크패턴을 형성하는 단계;Forming a mask pattern exposing only the trench on the semiconductor substrate; 를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 소자분리막 형성방법.Device isolation film forming method of a semiconductor device characterized in that it further comprises. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 1차 어닐링하는 단계와, 상기 화합물을 주입하는 단계 사이에, Between the first annealing step and the step of injecting the compound, 상기 저유전막을 하드마스크 패턴이 노출될 때까지 CMP(Chemical Mechanical Polishing)하는 단계;Chemical mechanical polishing (CMP) the low-k dielectric until the hard mask pattern is exposed; 를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 소자분리막 형성방법.Device isolation film forming method of a semiconductor device characterized in that it further comprises. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 탄화수소 계열의 화합물은,The hydrocarbon compound is, CnH2n +2(n≥1, 단 n은 정수)로 형성하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 소자분리막 형성방법.C n H 2n +2 (n ≧ 1, where n is an integer). 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 2차 어닐링하는 단계는,The second annealing step, 700∼900℃의 온도 및 산소 분위기에서 건식으로 수행하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 소자분리막 형성방법.A method of forming an isolation film in a semiconductor device, characterized in that it is carried out dry at a temperature of 700 to 900 ° C. and an oxygen atmosphere. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 2차 어닐링하는 단계는,The second annealing step, 급속 어닐링(Rapid Thermal Annealing) 공정으로 수행하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 소자분리막 형성방법.A method of forming a device isolation film for a semiconductor device, characterized in that it is carried out by a rapid thermal annealing process. 제 10 항에 있어서,The method of claim 10, 상기 급속 어닐링 공정은 900∼1000℃의 온도에서 산소 및 수소의 분위기로 수행하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 소자분리막 형성방법.The rapid annealing process is a device isolation film forming method of a semiconductor device, characterized in that carried out in an atmosphere of oxygen and hydrogen at a temperature of 900 ~ 1000 ℃. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 2차 어닐링하는 단계 후, After the secondary annealing, 상기 2차 어닐링이 수행된 저유전막에 대해 3차 어닐링을 수행하는 단계;Performing tertiary annealing on the low dielectric film on which the secondary annealing is performed; 를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 소자분리막 형성방법.Device isolation film forming method of a semiconductor device characterized in that it further comprises. 제 12 항에 있어서,The method of claim 12, 상기 3차 어닐링은, The third annealing, 700∼900℃의 온도 및 산소의 분위기에서 건식으로 수행하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 소자분리막 형성방법.A method of forming a device isolation film for a semiconductor device, characterized in that it is carried out dry in a temperature of 700 to 900 ℃ and oxygen. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 2차 어닐링하는 단계 후, After the secondary annealing, 상기 저유전막을 도포하는 단계 내지 2차 어닐링하는 단계를 적어도 2∼5회 이상 반복 수행하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 소자분리막 형성방법.And applying the low dielectric film to the second annealing step at least two to five times. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 2차 어닐링하는 단계 후,After the secondary annealing, 상기 하드마스크 패턴을 제거하는 단계;Removing the hard mask pattern; 를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 소자분리막 형성방법.Device isolation film forming method of a semiconductor device characterized in that it further comprises.
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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR100562236B1 (en) 2003-06-03 2006-03-22 인터내셔널 비지네스 머신즈 코포레이션 Filling high aspect ratio isolation structures with polysilazane based material
KR20060126933A (en) * 2003-10-10 2006-12-11 동경 엘렉트론 주식회사 Method and system for treating a dielectric film
KR20070087373A (en) * 2006-02-23 2007-08-28 주식회사 하이닉스반도체 Method for forming isolation of semiconductor device

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100562236B1 (en) 2003-06-03 2006-03-22 인터내셔널 비지네스 머신즈 코포레이션 Filling high aspect ratio isolation structures with polysilazane based material
KR20060126933A (en) * 2003-10-10 2006-12-11 동경 엘렉트론 주식회사 Method and system for treating a dielectric film
KR20070087373A (en) * 2006-02-23 2007-08-28 주식회사 하이닉스반도체 Method for forming isolation of semiconductor device

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