KR100818425B1 - 반도체 디스플레이 소자의 셀로우 트렌치 소자분리막 제조방법 - Google Patents

반도체 디스플레이 소자의 셀로우 트렌치 소자분리막 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 반도체 디스플레이 소자의 셀로우 트렌치 소자분리막 제조 방법에 관한 것으로, 특히 반도체 기판에 실리콘 산화막을 기설정된 두께로 형성하고, 실리콘 산화막이 형성된 반도체 기판을 세정하고, 반도체 기판내에 웰 이온 주입을 수행하여 웰을 형성하고, 실리콘 산화막 상부에 실리콘 질화막을 형성하고, 실리콘 질화막 및 산화막을 패터닝하고 기판을 소정 깊이로 식각하여 트렌치를 형성하고, 트렌치에 갭필 절연막을 형성하고 이를 평탄화하여 셀로우 트렌치 소자분리막을 형성한 후에, 실리콘 질화막 및 실리콘 산화막을 제거한다. 그러므로, 본 발명은 셀로우 트렌치 소자분리막 제조 공정까지 실리콘 산화막 제조 공정을 1차례만 수행함으로써 산화막 제조 공정 및 산화막 제거 공정 횟수를 줄일 수 있어 제조 수율을 향상시킬 수 있다.
셀로우 트렌치 소자분리막, 실리콘 산화막, 웰 이온 주입

Description

반도체 디스플레이 소자의 셀로우 트렌치 소자분리막 제조 방법{METHOD FOR MANUFACTURING A SHALLOW TRENCH ISOLATION LAYER OF THE SEMICONDUCTOR DISPLAY DEVICE}
도 1은 종래 기술에 의한 반도체 디스플레이 소자의 셀로우 트렌치 소자분리막 제조 방법을 나타낸 흐름도,
도 2a 내지 도 2f는 종래 기술에 의한 반도체 디스플레이 소자의 셀로우 트렌치 소자분리막의 제조 공정을 나타낸 공정 순서도,
도 3은 본 발명에 따른 반도체 디스플레이 소자의 셀로우 트렌치 소자분리막 제조 방법을 나타낸 흐름도,
도 4a 내지 도 4f는 본 발명에 따른 반도체 디스플레이 소자의 셀로우 트렌치 소자분리막의 제조 공정을 나타낸 공정 순서도.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
100 : 실리콘 기판 102 : 실리콘 산화막
104 : 웰 106 : 실리콘 질화막
108 : 트렌치 110 : 셀로우 트렌치 소자분리막
본 발명은 반도체 디스플레이 소자의 제조 방법에 관한 것으로서, 특히 LCD 등의 반도체 디스플레이 소자에서 소자간 분리를 위한 셀로우 트렌치 소자분리막(STI : Shallow Trench Isolation) 제조 공정시 형성되는 산화막 제조 공정을 단순화할 수 있는 반도체 디스플레이 소자의 셀로우 트렌치 소자분리막 제조 방법에 관한 것이다.
반도체 소자의 제조기술이 발달됨에 따라 반도체 소자의 집적도또한 증가하여 반도체 소자의 미세화가 진행되고 있다. 반도체 소자의 미세화 기술에 있어서, 소자를 집적화하기 위하여 소자 사이를 분리하는 소자분리막의 축소 기술이 중요한 항목중의 하나로 대두되었다.
종래의 소자분리기술로는 반도체기판상에 두꺼운 산화막을 선택적으로 성장시켜 소자분리막을 형성하는 로커스(LOCOS : LOCal Oxidation of Silicon) 기술이 있다. 로커스 소자분리막은 산화막 성장시 기판 측면으로 성장되기 때문에 소자분리막의 폭을 감소시키는데 한계가 있었다. 따라서 고집적 반도체 소자에서는 LOCOS 소자분리막보다는 소자분리막 폭을 줄일 수 있는 셀로우 트렌치 소자분리막(STI)이 주로 사용되고 있다.
도 1은 종래 기술에 의한 반도체 디스플레이 소자의 셀로우 트렌치 소자분리막 제조 방법을 나타낸 흐름도이다. 도 2a 내지 도 2f는 종래 기술에 의한 반도체 디스플레이 소자의 셀로우 트렌치 소자분리막의 제조 공정을 나타낸 공정 순서도이다.
이들 도면들을 참조하면, 종래 기술에 의한 반도체 디스플레이 소자의 셀로우 트렌치 소자분리막 제조 공정은 다음과 같이 진행된다.
우선 도 2a에 도시된 바와 같이, 반도체 기판으로서 실리콘 기판(10)에 습식 또는 건식 산화 공정으로 제 1실리콘 산화막(SiO2)(12)을 약 200Å정도 증착하고, 이를 습식 식각 또는 세정 등의 공정으로 제 1실리콘 산화막(12)을 제거한다.(S10∼S12)
도 2b에 도시된 바와 같이, 기판(10)에 습식 또는 건식 산화 공정으로 제 2실리콘 산화막(14)을 약 380Å 정도 증착하고, n형 또는 p형 도펀트(예를 들어, P, B 등)를 이온 주입하여 기판(10) 내 깊게 웰(well))(16)을 형성한다. 그리고 BOE(Buffered Oxide Etch) 등의 습식 식각 또는 세정 등의 공정으로 제 2실리콘 산화막(14)을 제거한다.(S14∼S18)
계속해서 도 2c에 도시된 바와 같이, 기판(10)에 열산화 공정으로 패드(pad) 산화막(18)을 100Å∼200Å 성장시키고, 그 위에 마스크로서 실리콘 질화막(Si3N4)(20)을 1500Å∼2000Å 증착한다.(S20∼S22)
그리고 도 2d에 도시된 바와 같이, 셀로우 트렌치 소자분리막의 마스크 패턴을 이용한 사진 및 식각 공정을 진행하여 실리콘 질화막(20) 및 패드 산화막(18)을 패터닝(20a, 18a)하여 반도체 소자의 소자분리 영역(isolation region)이 되는 기판(10)을 소정 깊이, 예컨대 3000Å∼5000Å로 식각하여 트렌치(22)를 형성한다.
이어서 도 2e에 도시된 바와 같이, 상기 결과물의 트렌치가 매립되도록 갭필 절연막으로서 실리콘 산화막(SiO2) 또는 TEOS(tetraetylorthosilicate)를 증착한다. 실리콘 질화막 패턴(20a)이 드러날 때까지 갭필 절연막을 화학적기계적연마(CMP : Chemical Mechanical Polishing)로 식각하여 그 표면을 평탄화하여 셀로우 트렌치 소자 분리막(24)을 형성한다.(S24)
도 2f에 도시된 바와 같이, 인산 용액 등으로 실리콘 질화막 패턴을 제거하고 패드 산화막 패턴을 제거하여 셀로우 트렌치 소자분리막 제조 공정을 완료한다.(S26)
그런데, 이와 같이 종래 기술에 의해 고전압(예를 들어, 18V)을 사용하는 반도체 디스플레이 소자의 셀로우 트렌치 소자분리막을 제조하는 공정에서 제 1 및 제 2산화막 형성 및 제거시 몇 가지 문제점이 발생하게 된다.
웰 이온 주입시 실리콘 기판 표면 노출에 따른 실리콘 피트가 발생하고, 산화 공정에 따라 웰의 도펀트 이온 소모와 그에 따른 문턱 전압 변동이 발생하게 된다. 그리고, 산화막 제거를 위한 습식 식각시 표면 MCLT(Minority Carrier Life Time)이 저하된다.
또한, 셀로우 트렌치 소자분리막을 제조하는 공정까지 총 3번의 산화막 제조 공정과 산화막 제거 공정이 요구되므로 제조 공정 수와 이로 인한 제조 원가가 높아지는 문제점이 있다.
본 발명의 목적은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 셀로우 트렌치 소자분리막 제조 공정까지 실리콘 산화막 제조 공정을 1차례만 수행함으로써 산화막 제조 공정 및 산화막 제거 공정 횟수를 줄일 수 있어 제조 수율을 향상시킬 수 있는 반도체 디스플레이 소자의 셀로우 트렌치 소자분리막 제조 방법을 제공하는데 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 반도체 디스플레이 소자의 셀로우 트렌치 소자분리막을 형성하는 방법에 있어서, 반도체 기판에 실리콘 산화막을 기설정된 두께로 형성하는 단계와, 실리콘 산화막이 형성된 반도체 기판을 세정하는 단계와, 반도체 기판내에 웰 이온 주입을 수행하여 웰을 형성하는 단계와, 실리콘 산화막 상부에 실리콘 질화막을 형성하는 단계와, 실리콘 질화막 및 산화막을 패터닝하고 기판을 소정 깊이로 식각하여 트렌치를 형성하는 단계와, 트렌치에 갭필 절연막을 형성하고 이를 평탄화하여 셀로우 트렌치 소자분리막을 형성하는 단계와, 실리콘 질화막 및 실리콘 산화막을 제거하는 단계를 포함한다.
이하, 본 발명의 가장 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 더욱 상세히 설명하기로 한다.
도 3은 본 발명에 따른 반도체 디스플레이 소자의 셀로우 트렌치 소자분리막 제조 방법을 나타낸 흐름도이다.
도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 반도체 디스플레이 소자의 셀로우 트렌치 소자분리막 제조 방법은 다음과 같이 진행된다.
우선, 반도체 기판에 실리콘 산화막(SiO2)을 기설정된 두께로 형성한다.(S100)
실리콘 산화막이 있는 반도체 기판을 세정하고, 반도체 기판내에 웰 이온 주입을 수행하여 웰을 형성한다.(S102)
반도체 기판에 형성된 실리콘 산화막을 그대로 패드 산화막으로 이용하고, 실리콘 산화막 상부에 실리콘 질화막(Si3N4)을 형성한다.(S104∼S106)
실리콘 질화막 및 실리콘 산화막을 패터닝하고 기판을 소정 깊이로 식각하여 트렌치를 형성한 후에, 트렌치에 갭필 절연막을 형성하고 이를 평탄화하여 셀로우 트렌치 소자분리막을 형성한다.(S108)
이후, 반도체 기판에 있는 실리콘 질화막 및 실리콘 산화막을 제거한다.(S110)
도 4a 내지 도 4f는 본 발명에 따른 반도체 디스플레이 소자의 셀로우 트렌치 소자분리막의 제조 공정을 나타낸 공정 순서도이다.
도 4a 내지 도 4f를 참조하면, 본 발명의 반도체 디스플레이 소자의 셀로우 트렌치 소자분리막의 제조 공정의 일 예는 다음과 같이 진행된다.
우선 도 4a에 도시된 바와 같이, 반도체 기판으로서 실리콘 기판(100)에 습식 또는 건식 산화 공정으로 실리콘 산화막(SiO2)(102)을 약 100Å∼200Å정도 증착한다.
그리고 웰 이온 주입 공정을 진행하기에 앞서, 세정 공정을 실시한다. 이 때, SC1을 약 5분간 공급하여 기판(100)에 있는 불순물을 제거한다.
도 4b에 도시된 바와 같이, 실리콘 산화막(102)이 있는 기판에 n형 또는 p형 도펀트(예를 들어, P, B 등)를 이온 주입하여 기판(100)의 깊은 웰(104)을 형성한다. 예를 들어, N2 도펀트 이온을 이온 주입하여 웰(104)을 형성한다.
그리고 웰 이온 주입후, BOE와 같은 세정 공정을 생략하고, 종래 패드 산화막 공정도 생략한다.
도 4c에 도시된 바와 같이, 실리콘 기판(100)에 형성된 실리콘 산화막(102)을 그대로 패드 산화막으로 이용하고, 실리콘 산화막(102) 상부에 실리콘 질화막(Si3N4)(106)을 화학기상증착(CVD) 공정 등으로 1500Å∼2000Å 증착한다.
그리고 도 4d에 도시된 바와 같이, 셀로우 트렌치 소자분리막의 마스크 패턴을 이용한 사진 및 식각 공정을 진행하여 실리콘 질화막(106) 및 실리콘 산화막(102)을 패터닝(106a, 102a)하여 반도체 소자의 소자분리 영역이 되는 기판(100)을 소정 깊이, 예컨대 3000Å∼5000Å로 식각하여 트렌치(108)를 형성한다.
이어서 도 4e에 도시된 바와 같이, 상기 결과물의 트렌치가 매립되도록 갭필 절연막으로서 실리콘 산화막(SiO2) 또는 TEOS(tetraetylorthosilicate)를 증착한다. 이때 갭필 절연막은 예를 들어, HDP CVD(High Density Plasma Chemical Vapor Deposition) 증착, PE-CVD(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition) 증착, AP-CVD(Atmospheric Pressure Chemical Vapor Deposition) 증착 등으로 형성한다.
그리고 실리콘 질화막 패턴(106a)이 드러날 때까지 갭필 절연막을 화학적기 계적연마(CMP)로 식각하여 그 표면을 평탄화하여 셀로우 트렌치 소자 분리막(110)을 형성한다.
그리고나서 도 4f에 도시된 바와 같이, 인산 용액 등으로 실리콘 질화막 패턴을 제거하고 패드 산화막 패턴을 제거하여 실리콘 기판(100)에 셀로우 트렌치 소자분리막(110)을 완성한다.
그러므로, 본 발명은 셀로우 트렌치 소자분리막을 제조하기 전까지 실리콘 산화막 형성 공정이 1회로 단축되며 실리콘 산화막 제거 공정이 생략되므로 전체 제조 공정 수를 줄 일 수 있다.
이상 상술한 바와 같이, 본 발명은 셀로우 트렌치 소자분리막을 제조하기 전까지 실리콘 산화막 형성 공정을 1회로 단축하여 실리콘 산화막 제거 공정을 생략할 수 있으므로 전체 제조 공정 수를 줄 일 수 있다.
이에 따라 본 발명은 고전압(예를 들어, 18V) 구동 소자를 갖는 반도체 디스플레이 소자에서 셀로우 트렌치 소자분리막을 형성하기 전까지 실리콘 산화막 제조 공정을 최소한으로 줄일 수 있어 웰의 도펀트 이온 소모와 그에 따른 문턱 전압 변동 발생, 그리고, 산화막 제거를 위한 식각 문제를 미연에 방지할 수 있는 효과가 있다.
한편, 본 발명은 상술한 실시예에 국한되는 것이 아니라 후술되는 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상과 범주내에서 당업자에 의해 여러 가지 변형이 가능하다.

Claims (3)

  1. 반도체 디스플레이 소자의 셀로우 트렌치 소자분리막을 형성하는 방법에 있어서,
    반도체 기판에 산화막을 기설정된 두께로 형성하는 단계와,
    상기 산화막이 형성된 반도체 기판을 세정하는 단계와,
    상기 반도체 기판내에 웰 이온 주입을 수행하여 웰을 형성하는 단계와,
    상기 산화막 상부에 실리콘 질화막을 형성하는 단계와,
    상기 실리콘 질화막 및 산화막을 패터닝하고 상기 기판을 소정 깊이로 식각하여 트렌치를 형성하는 단계와,
    상기 트렌치에 갭필 절연막을 형성하고 이를 평탄화하여 셀로우 트렌치 소자분리막을 형성하는 단계와,
    상기 실리콘 질화막 및 산화막을 제거하는 단계
    를 포함하는 반도체 디스플레이 소자의 셀로우 트렌치 소자분리막 제조 방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 산화막은, 100Å∼200Å 두께인 것을 특징으로 하는 반도체 디스플레이 소자의 셀로우 트렌치 소자분리막 제조 방법.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 세정은, SC1 용액으로 수행하는 것을 특징으로 하는 반도체 디스플레이 소자의 셀로우 트렌치 소자분리막 제조 방법.
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