(구성)
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의하면, 반도체 장치의 소자 격리를 위한 얕은 트렌치 격리 공정은, 반도체 기판 상에 형성된 패드 산화막, 트렌치 마스크 질화막 그리고 상기 반도체 기판을 식각하여 트렌치를 형성하는 단계와, 상기 트렌치의 양측벽 및 바닥 상에 트렌치 라이너 질화막을 형성하는 단계와, 상기 트렌치를 부분적으로 채우도록 제 1 트렌치 필링 절연막을 형성하는 단계와, 질화막에 대해 선택적인 인산 스트립 공정을 수행하여 상기 트렌치 마스크 질화막과 상기 트렌치 라이너 질화막을 분리하는 단계와, 상기 트렌치를 완전히 채우도록 제 2 트렌치 필링 절연막을 형성하고 상기 트렌치 마스크 질화막의 상부가 나타날 때 까지 평탄화하는 단계와, 그리고 상기 트렌치 마스크 질화막을 제거하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 트렌치를 부분적으로 채우도록 상기 제 1 트렌치 필링 절연막을 형성하는 단계는, 상기 트렌치 라이너 질화막 상에 상기 제 1 트렌치 필링 절연막을 형성하는 단계와 그리고 상기 제 1 트렌치 필링 절연막의 상부가 상기 반도체 기판의 상부 보다 높게 되도록 상기 제 1 트렌치 필링 절연막을 부분적으로 제거하는 단계를 포함하며, 상기 제 1 트렌치 필링 절연막은 상기 반도체 기판 보다 약 200 옹그스트롬 내지 400 옹그스트롬 정도 더 높은 것을 특징으로 한다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 질화막에 대한 선택적인 인산 스트립 공정은, 최소한 상기 제 1 트렌치 필링 절연막 상부 가장자리에서 측벽을 따라 형성된 상기 트렌치 라이너 및 트렌치 마스크 질화막을 식각하여 상기 열산화막 및 상기 패드 산화막을 노출시키는 리세스를 형성하고 이로 인해 상기 트렌치 라이너 질화막 및 상기 트렌치 마스크 질화막을 분리하되, 상기 식각된 트렌치 라이너 질화막의 상부는 최소한 상기 반도체 기판의 상부와 동일한 높이를 가지는 것을 특징으로 한다.
(작용)
상술한 바와 같은 본 발명의 트렌치 격리 형성 방법에 따르면, 트렌치 필링 단계는 제 1 절연막 증착, 상기 제 1 절연막의 일부 제거 그리고 제 2 절연막 증착으로 이루어 지며, 제 2 절연막 증착전에 질화막에 대한 선택적 제거 공정이 진행되어 트렌치 마스크 질화막 및 라이너 질화막이 분리된다. 즉 트렌치 마스크 질화막 및 트렌치 라이너 질화막이 트렌치 필링 단계에서 서로 분리되기 때문에 후속 트렌치 마스크 질화막 제거시 트렌치 라인 질화막이 덴트되는 것을 방지할 수 있다.
(실시예)
이하, 도2a 내지 도2i를 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 도 2a를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 트렌치 격리 형성 방법은, 먼저, 반도체 기판(1000) 상에 패드 산화막(120), 마스크 질화막(140) 그리고 마스크 산화막(160)이 차례로 형성된다. 상기 패드 산화막(120)은 약 110 옹그스트롬 정도의 두께를 갖도록 형성되고, 상기 마스크 질화막(140)은 약 1,000 옹그스트롬 내지 1,500 옹그스트롬의 두께를 갖도록 형성된다. 상기 마스크 질화막(140)은 실리콘 질화막(silicon nitride layer-Si3N4), 실리콘 산화 질화막(silicon oxynitride layer-SiOXNY:X와 Y는 각각 자연수) 등으로 형성된다. 상기 마스크 산화막(160)은 고온산화막(HTO: high temperature oxide)으로 약 1,000 옹그스트롬 정도의 두께를 가지도록 형성된다.
그리고 나서, 이 분야에서 잘 알려진 사진 식각(photolithography) 공정에 의해, 상기 마스크 산화막(160), 마스크 질화막(140) 및 상기 패드 산화막(120)이 식각되어 트렌치 영역이 정의된 트렌치 마스크(170)가 형성된다. 다음, 상기 트렌치 마스크(170)를 사용하여 상기 반도체 기판(100)이 식각되어 도 2b에 나타난 바와 같이 트렌치(180)가 형성된다. 이때 상기 트렌치 양측의 반도체 기판은 활성영역이 된다. 상기 트렌치(180)는 약 2,300 옹그스트롬 내지 2,700 옹그스트롬의 범위 내의 깊이를 갖도록 형성된다.
다음, 도 2c에 나타난 바와 같이, 상기 트렌치(180) 형성을 위한 상기 반도체 기판(100)의 식각 공정에서 발생된 손상을 제거하기 위해 열적 산화 공정에 의해 열산화막(200)이 상기 트렌치(180)의 바닥 및 양측벽 상에 형성된다. 상기 열산화막(200)은 예를 들면 실리콘 산화막으로서 약 110 옹그스트롬의 두께를 갖도록 형성된다. 다음, 스트레스에의한 결정 결함을 방지하기 위해 상기 트렌치 마스크(170)를 포함하여 상기 열산화막(200) 상에 트렌치 라이너 질화막(220)이 형성된다. 상기 트렌치 라이너 질화막(220)은 예를 들면, 실리콘 질화막 또는 실리콘 산화 질화막 등으로 형성된다. 상기 트렌치 라이너 질화막(220)은 상기 트렌치(180) 내벽의 산화를 방지함으로써, 후속 산화 공정에서 상기 트렌치(180) 내벽에 가해지는 스트레스를 완충하는 버퍼막으로서 기능을 한다.
다음 공정은 소자 격리를 위해 상기 트렌치(180)를 절연막으로 채우는 공정으로 도 2d 내지 도 2g에 개략적으로 나타나 있다. 본 발명에 따르면, 상기 트렌치(180)는 두 단계의 절연막 증착공정으로 진행되며, 상기 두 단계 증착 공정 사이에 상기 트렌치 마스크 질화막(140a)과 트렌치 라이너 질화막(220)을 분리하기 위한 식각 공정이 진행된다.
이하에서 구체적으로 살펴본다. 먼저 필링(filling) 특성이 좋은 제 1 트렌치 필링막이 상기 트렌치 라이너(220) 상에 증착되고 부분적으로 식각되어 도 2 d에 나타난 바와 같이 식각된 상부가 상기 반도체 기판의 상부 보다 약간 위에 위치하도록 제 1 트렌치 필링막(240a)이 형성된다. 바람직하게는 약 200 옹그스트롬 내지 400 옹그스트롬 정도 높게 되도록 한다. 상기 제 1 트렌치 필링막으로 예를 들면, 고밀도플라즈마 산화막(HDP oxide:high density plasma oxide), 도핑되지 않은 산화막(USG:undoped silicate glass) 등이 증착된다.
다음 상기 트렌치 마스크 질화막(140a)과 상기 트렌치 라이너 질화막(220)을 분리하기위한 질화막에 대한 선택적 제거 공정이 진행된다. 이는 후속 트렌치 마스크 질화막(140a) 인산 스트립 공정시 상기 마스크 질화막(140a)에 연결된 트렌치 라이너 질화막(220)을 따라 인산이 침투하여 식각하는 것을 방지하기 위함이다. 상기 분리공정은 인산을 사용하는 습식식각으로 두 질화막이 완전히 분리될 수 있도록 식각량이 결정되어 지며 도 2e의 참조번호 250으로 표시된 원 내부에 에 나타난 바와 같이, 두 질화막이 선택적으로 제거되어 활성영역과 트렌치와의 경계에 리세스 영역이 형성되고 마스크 질화막(140b)과 라이너 질화막(220a)은 서로 분리된다.
도시된 바와 같이 상기 질화막에 대한 습식 식각으로 상기 트렌치 마스크(140a)는 활성영역 방향으로 식각되어 지며 상기 라이너 질화막(220)은 상기 제 1 트렌치 필링막(240a)의 측벽을 따라 하부로 식각되어 두 질화막이 분리되어 진다. 상기 제 1 트렌치 필링막(240a)이 상기 활성영역 보다 높게 형성되어 있기 때문에(상술한 바와 같이 약 200 옹그스트롬 내지 400 옹그스트롬), 상기 트렌치 라이너 질화막(220)에 대한 하부 방향으로의 식각 마진이 충분하게 되며 식각된 트렌치 라이너 질화막(220a)의 상부는 최소한 활성영역 높이 이상이 된다.
상기 리세스 부분은 후속 제 2 트렌치 필링막으로 채워지게 되고 상기 리세스에 의해 노출된 패드 산화막(120a) 및 열산화막(200)과 더불어 후속 질화막(140b) 스트립 공정시 식각용액인 인산이 침투하는 것을 방지한다.
다음 공정은 선택적인 공정으로, 제 2 트렌치 필링막을 증착하기 전에 산화막에 습식 공정을 통해 상기 트렌치 측벽에 형성된 상기 리세스를 확장시킬 수 있다(도 2f). 이는 상기 제 2 트렌치 필링막 증착시 상기 리세스를 따라 보이드가 발생되지 않도록 하기 위함이다. 그러나 보이드 발생의 문제가 없다면 상기 습식 공정은 진행하지 않아도 무방하다.
도 2g를 참조하면, 평탄화를 위한 제 2 트렌치 필링막이 상기 도 2f에 나타난 구조 상에 형성된다. 그리고 나서 화학적 기계적 연막(CMP:chemical mechanical polishing) 공정을 통해 상기 마스크 질화막(140a)의 상부가 나타날 때 까지 평탄화 되어 도 2g에 나타난 바와 같이 평탄화된 제 2 트렌치 필링막(260a)이 형성된다. 상기 제 2 트렌치 필링막(260a)은 산화막으로 형성되며, 바람직하게는 상기 제 1 트렌치 필링막과 동일한 막으로 형성된다.
도 2h는 평탄화 공정후, 습식 식각 공정을 통해 상기 트렌치 필링막(260b)의 일정량을 식각하는 공정과 상기 마스크 질화막(140b) 제거를 위한 인산 스트립 공정을 진행한 상태에서의 반도체 기판의 수직 단면이다. 상기 트렌치 필링막(260a)의 습식 식각은 상기 트렌치 마스크 질화막(140b)에 대한 스트립 공정 후부터 게이트 폴리 증착 전까지 이루어지는 각종 습식 공정에 의해 소모되는 산화막의 총 식각량을 고려하여 그 식각량을 결정한다. 도시된 바와 같이 상기 트렌치 라이너 질화막(220a)을 상기 트렌치 필링막(260a)이 감싸고 있어서 상기 마스크 질화막(140b) 스트립 공정에 의한 트렌치 라이너 질화막(220a)의 소모가 젼혀 없다.
도 2i는 상기 마스크 질화막(140b)에 대한 스트립 공정후 게이트 폴리 증착 전까지의 후속 공정이 진행된 상태의 반도체 기판의 수직 단면도이다. 상기 라이너 질화막(220a) 소모에 의한 트렌치 측벽 산화막(열산화막)의 노출이 없어 게이트 폴리 증착전까지의 각종 습식 공정에서 트렌치 측벽 산화막의 소모에 의한 덴트(dent)가 전혀 발생되지 않는다.
후속 공정으로 통상적인 게이트 산화막 성장 및 게이트 폴리 증착 공정 등이 진행된다.
바람직한 실시예에 의거하여 본 발명이 기술되었지만, 본 발명의 범위는 여기에 한정되는 것은 아니다. 오히려, 다양한 변형 및 비슷한 배열들도 포함한다. 따라서 본 발명의 청구범위의 진정한 범위 및 사상은 상기 변형 및 비슷한 배열을 포함할 수 있도록 가장 넓게 해석되어야 한다.