KR20000003965A - Dry cleaning method for trench - Google Patents

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KR20000003965A
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dry cleaning
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inorganic polymer
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KR1019980025273A
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정의삼
이병석
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김영환
현대전자산업 주식회사
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Abstract

PURPOSE: When fabricating a semiconductor element in a semiconductor technique, dry cleaning method for trench is provided to effectively clean the restricted internal part of the trench and to reduce the processing costs and time. CONSTITUTION: A dry cleaning method for trench includes the step of removing an inorganic polymer(23) formed in the internal part of the trench by use of NH3 and O3 gases when etching the trench. NH3 gas acts for NH4OH solution in a conventional wet cleaning process, and O3 gas acts for H2O2 solution. Using further the inactive gas such as Ar, He or N2 carrier gas improves uniformity being a disadvantage in a dry etching operation.

Description

트렌치 건식 세정 방법Trench dry cleaning method

본 발명은 반도체 기술에 관한 것으로, 특히 반도체 소자 제조시 트렌치 건식 세정 방법에 것이다.TECHNICAL FIELD The present invention relates to semiconductor technology, and more particularly to a trench dry cleaning method in the manufacture of semiconductor devices.

반도체 소자의 고집적화에 따라 작은 면적에 많은 종류의 구조를 형성하기 위하여 기판 상에 적층시키는 구조는 셀(cell) 영역과 주변 영역의 단차에 따른 전체적인 토폴로지(topology)가 심화되어 그 한계에 도달하였으며, 이를 해결하고자 기판을 식각하여 기판 내에 일부 구조를 형성함으로서 전체적인 토폴로지를 완화시키는 트렌치 기술이 널리 사용되고 있다. 현재, 트렌치 구조가 적용되고 있는 공정은 트렌치형 소자 분리 공정, 트렌치 캐패시터 형성 공정 등이다.In order to form many kinds of structures in a small area according to the high integration of semiconductor devices, the structure of stacking on the substrate has reached its limit as the overall topology is increased according to the step difference between the cell region and the peripheral region. In order to solve this problem, trenches are widely used to alleviate the overall topology by etching the substrate to form some structures in the substrate. At present, the process to which the trench structure is applied is a trench type element isolation process and a trench capacitor formation process.

첨부된 도면 도 1a 내지 도 1c는 종래기술에 따른 트렌치 건식 세정 공정을 도시한 것으로, 이하 이를 참조하여 종래의 공정 및 그 문제점을 살펴본다.1A to 1C illustrate a trench dry cleaning process according to the prior art, the following describes a conventional process and its problems.

우선, 도 1a는 실리콘 기판(10) 상에 차례로 적층된 패드 산화막(11) 및 질화막(12)으로 이루어진 트렌치 마스크 패턴을 사용하여 실리콘 기판(10)을 건식 식각하여 트렌치를 형성한 상태를 나타낸 것으로, 도시된 바와 같이 트렌치 내부에 무기 폴리머(inorganic polymer)(13)가 형성된다.First, FIG. 1A illustrates a state in which a trench is formed by dry etching a silicon substrate 10 using a trench mask pattern including a pad oxide film 11 and a nitride film 12 sequentially stacked on the silicon substrate 10. As shown, an inorganic polymer 13 is formed in the trench.

다음으로, 도 1b는 NH4OH 및 H2O2혼합용액(14)에 디핑(dipping)하여 세정을 실시하는 상태를 나타낸 것으로, 트렌치 크기가 작아짐에 따라 화학제의 표면 장력 등으로 인하여 NH4OH 및 H2O2혼합용액(14)이 콘택홀 하부까지 침투하지 못하는 현상이 발생한다.Next, Fig. 1b is due to such as NH 4 OH and H 2 O 2 illustrates a state in which embodiment the cleaning by dipping (dipping) to a mixed solution 14, the surface tension of the chemical agent in accordance with the trench size smaller NH 4 The OH and H 2 O 2 mixed solution 14 does not penetrate to the bottom of the contact hole occurs.

이어서, 도 1c는 세정 완료후 트렌치 내부에 부분적으로 세정이 이루어지지 않아 무기 폴리머(13)가 잔류하게 됨으로써 공정 불량을 유발한 상태를 나타낸 것이다.Subsequently, FIG. 1C illustrates a state in which a process defect is caused by the inorganic polymer 13 remaining after the cleaning is not partially performed in the trench after the cleaning is completed.

이와 같이 좁아진 트렌치를 습식 세정은 화학제의 표면 장력 등에 의한 공정 불량의 가능성을 배제할 수 없으며, 이러한 공정 불량은 소자의 불량으로 이어져 수율의 저하를 유발하게 된다.Wet cleaning of the narrowed trench can not exclude the possibility of process failure due to the surface tension of the chemical, and such process failure leads to a defect of the device, leading to a decrease in yield.

이러한 문제점을 해결하기 위하여 계면활성제를 첨가하여 사용하는 등 다양한 방법이 고려되고 있으나, 그 개선 효과는 크지 않다. 또한 습식 공정은 공정시간 증가 및 공정단가 증가의 요인이 되며, 근본적으로 파티클의 문제를 해결하기 어렵다.In order to solve this problem, various methods such as the use of a surfactant have been added, but the improvement effect is not great. In addition, the wet process is a factor of the increase of the process time and the increase of the unit cost, it is difficult to fundamentally solve the problem of particles.

본 발명은 공정단가 및 공정시간을 감축하면서, 좁아진 트렌치 내부 세정을 효율적으로 실시할 수 있는 트렌치 건식 세정 방법을 제공하고자 한다.The present invention is to provide a trench dry cleaning method that can efficiently perform narrowed trench internal cleaning while reducing process cost and processing time.

도 1a 내지 도 1c는 종래기술에 따른 트렌치 건식 세정 공정도.1A-1C are trench dry cleaning process diagrams according to the prior art.

도 2a 내지 도 2c는 본 발명의 일 실시예에 따른 트렌치 건식 세정 공정도.2A-2C are trench dry cleaning process diagrams in accordance with one embodiment of the present invention.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for the main parts of the drawings

20 : 실리콘 기판20: silicon substrate

21 : 패드 산화막21: pad oxide film

22 : 질화막22: nitride film

23 : 무기 폴리머23: inorganic polymer

상기의 기술적 과제를 달성하기 위하여 본 발명으로부터 제공되는 특징적인 트렌치 건식 세정 방법은 반도체 기판을 선택 식각하여 트렌치를 형성하는 단계와, NH3가스 및 O3가스를 사용하여 상기 트렌치 내부의 무기 폴리머를 제거하는 단계를 포함하여 이루어진다.In order to achieve the above technical problem, a characteristic trench dry cleaning method provided by the present invention includes selectively etching a semiconductor substrate to form a trench, and using an NH 3 gas and an O 3 gas to form an inorganic polymer inside the trench. It comprises the step of removing.

본 발명은 트렌치 식각시 트렌치 내부에 발생한 무기 폴리머를 NH3및 O3가스를 사용하여 제거하는 기술이다. 여기서, NH3가스가 종래의 습식 세정 공정에서의 NH4OH 용액의 역할을 수행하며, O3가스가 H2O2용액의 역할을 대신하도록 하였다. 이때, Ar, He 등의 불활성 가스 또는 N2캐리어 가스를 더 사용함으로써 건식 식각에서의 취약점인 균일도를 개선할 수 있다.The present invention is a technique for removing the inorganic polymer generated in the trench during the trench etching using NH 3 and O 3 gas. Here, NH 3 gas serves as a NH 4 OH solution in the conventional wet cleaning process, and O 3 gas is to take the role of H 2 O 2 solution. At this time, by using an inert gas such as Ar, He or N 2 carrier gas further can improve the uniformity, which is a weak point in dry etching.

이하, 본 발명이 속한 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 바람직한 실시예를 소개한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be introduced so that those skilled in the art may easily implement the present invention.

첨부된 도면 도 2a 내지 도 2c는 본 발명의 일 실시예에 따른 트렌치 건식 세정 공정을 도시한 것으로, 이하 이를 참조하여 그 공정을 살펴본다.2A to 2C illustrate a trench dry cleaning process according to an exemplary embodiment of the present invention. Hereinafter, the process will be described with reference to the accompanying drawings.

우선, 도 2a에 도시된 바와 같이 실리콘 기판(20) 상에 차례로 적층된 패드 산화막(21) 및 질화막(22)으로 이루어진 트렌치 마스크 패턴을 사용하여 실리콘 기판(20)을 건식 식각하여 트렌치를 형성한다. 이때, 도시된 바와 같이 트렌치 내부에 무기 폴리머(inorganic polymer)(23)가 형성된다.First, as illustrated in FIG. 2A, a trench is formed by dry etching the silicon substrate 20 using a trench mask pattern including a pad oxide film 21 and a nitride film 22 sequentially stacked on the silicon substrate 20. . At this time, an inorganic polymer 23 is formed in the trench as shown.

다음으로, 도 2b에 도시된 바와 같이 NH3, O3, Ar 가스의 혼합 가스를 사용하여 무기 폴리머(23)를 제거한다. 이때, Ar 가스를 대신하여 He 등의 불활성 가스 또는 N2가스를 사용할 수 있다.Next, as shown in FIG. 2B, the inorganic polymer 23 is removed using a mixed gas of NH 3 , O 3 , and Ar gas. In this case, an inert gas such as He or an N 2 gas may be used instead of the Ar gas.

도 2c는 상기의 건식 세정 공정을 통해 트렌치 내의 무기 폴리머(23)가 완전히 제거된 상태를 나타낸 것이다.2C shows a state in which the inorganic polymer 23 in the trench is completely removed through the dry cleaning process.

이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.The present invention described above is not limited to the above-described embodiments and the accompanying drawings, and various substitutions, modifications, and changes can be made in the art without departing from the technical spirit of the present invention. It will be apparent to those of ordinary knowledge.

예를 들어, 전술한 일 실시예에서는 NH3, O3, Ar 가스의 혼합 가스를 사용한 일단계의 건식 세정 공정을 일례로 설명하였으나, 본 발명의 기술적 원리는 이를 다단계의 공정으로 나누어 진행하는 경우에도 적용할 수 있다.For example, in the above-described embodiment, the dry cleaning process of one step using a mixed gas of NH 3 , O 3 , and Ar gas has been described as an example, but the technical principle of the present invention divides it into a multi-step process. Applicable to

전술한 본 발명은 종래의 습식 세정을 건식 세정으로 바꿈으로서, 습식 세정에서 발생하는 공정 불량을 감소시키는 효과가 있으며, 공정시간 및 공정단가를 절감하여 반도체 소자 제조 단가를 감소시키는 효과가 있다. 또한, 본 발명은 습식 세정을 사용하지 않기 때문에 세정에 의한 파티클 유발 가능성을 현저히 저감시키는 효과가 있다.The present invention described above has the effect of reducing the process defects generated in the wet cleaning by changing the conventional wet cleaning to dry cleaning, and has the effect of reducing the manufacturing cost of the semiconductor device by reducing the process time and cost. In addition, since the present invention does not use wet cleaning, there is an effect of significantly reducing the possibility of particle generation by cleaning.

Claims (4)

반도체 기판을 선택 식각하여 트렌치를 형성하는 단계와,Selectively etching the semiconductor substrate to form a trench; NH3가스 및 O3가스를 사용하여 상기 트렌치 내부의 무기 폴리머를 제거하는 단계Removing inorganic polymer inside the trench using NH 3 gas and O 3 gas 를 포함하여 이루어진 트렌치 건식 세정 방법.Trench dry cleaning method comprising a. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 무기 폴리머를 제거하는 단계가,Removing the inorganic polymer, 상기 NH3가스를 사용하여 상기 트렌치 내부를 세정하는 단계와,Cleaning the inside of the trench using the NH 3 gas; 상기 O3가스를 사용하여 상기 트렌치 내부를 세정하는 단계를 포함하여 이루어진 트렌치 건식 세정 방법.And cleaning the inside of the trench using the O 3 gas. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 무기 폴리머를 제거하는 단계에서, 불활성 가스를 더 사용하는 것을 특징으로 하는 트렌치 건식 세정 방법.In the step of removing the inorganic polymer, the trench dry cleaning method characterized in that it further uses an inert gas. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 무기 폴리머를 제거하는 단계에서, N2가스를 더 사용하는 것을 특징으로 하는 트렌치 건식 세정 방법.In the step of removing the inorganic polymer, a trench dry cleaning method, characterized in that further using N 2 gas.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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US9631746B2 (en) 2012-01-20 2017-04-25 Anvil International, Llc Coupling with tongue and groove

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