DE19830161B4

DE19830161B4 - Verfahren zur Herstellung einer Induktionsspule einer Halbleitereinrichtung

Info

Publication number: DE19830161B4
Application number: DE19830161A
Authority: DE
Inventors: Jae Il Ju
Original assignee: LG Semicon Co Ltd
Current assignee: MagnaChip Semiconductor Ltd
Priority date: 1997-09-29
Filing date: 1998-07-06
Publication date: 2004-07-22
Anticipated expiration: 2018-07-07
Also published as: US6015742A; JP3015781B2; DE19830161A1; KR19990027353A; JPH11111926A; KR100268906B1

Abstract

Verfahren zur Herstellung einer Induktionsspule einer Halbleitereinrichtung, mit folgenden Schritten:
– auf ein Halbleitersubstrat (30) wird zunächst ein Oxidfilm (31) aufgebracht und darauf ein erster Fotolackfilm (32), der anschließend selektiv strukturiert wird;
– es werden Verunreinigungsdiffusionsbereiche (33) unterhalb der Oberfläche des Halbleitersubstrats (30) gebildet, und zwar unter Verwendung des strukturierten ersten Fotolackfilms (32) als Maske;
– Bildung einer Nitridschicht (34) auf dem Oxidfilm (31) und selektives Entfernen der Nitridschicht (34) über eine vorbestimmte Breite, um eine Ausnehmung zu bilden, die in Längsrichtung der Spule gesehen den mittleren Teil der jeweiligen Verunreinigungsdiffusionsbereiche (33) kreuzt, wobei die so strukturierte Nitridschicht (34) als Maske für den Oxidationsprozeß verwendet wird, sowie Durchführen eines Oxidationsprozesses zwecks Bildung einer Spulenkernschicht (35);
– Aufbringen eines zweiten Fotolackfilms (36) auf die gesamte Oberfläche der so erhaltenen Struktur einschließlich der Spulenkernschicht (35) sowie Strukturierung des zweiten Fotolackfilms (36) und anschließendes selektives Entfernen des Oxidfilms...

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung einer Induktionsspule einer Halbleitereinrichtung gemäß dem Anspruch 1.

Aus der TW 308 741 A ist bereits ein Verfahren zur Herstellung einer Induktionsspule einer Halbleitereinrichtung mit folgenden Schritten bekannt: Bildung von Verunreinigungsdiffusionsbereichen mit vorbestimmter Diffusionstiefe und einem vorbestimmten Abstand voneinander angeordnet unterhalb der Oberfläche eines Halbleitersubstrats; selektives Oxidieren des Halbleitersubstrats in einer Richtung, die die Verunreinigungsdiffusionsbereiche kreuzt, um eine Spulenkernschicht zu erhalten; und Bildung einer leitfähigen Schicht auf der gesamten Oberfläche des Substrats einschließlich der Spulenkernschicht sowie selektives Strukturieren der leitfähigen Schicht zwecks Bildung einer Mehrzahl von leitfähigen Musterschichten, von denen jede eines der Enden eines Verunreinigungsdiffusionsbereichs mit einem gegenüberliegenden Ende eines benachbarten Verunreinigungsdiffusionsbereichs verbindet.

Aus der US 5,372,5967 ist es bereits bekannt, zur Herstellung der Wicklung einer Induktionsspule Polysilicium als leitfähiges Material zu verwenden.

Darüber hinaus ist es aus der US 3,290,758 auch bekannt, Verunreinigungsdiffusionsbereiche durch Implantation von Verunreinigungsionen eines Leitungsyps zu erzeugen, der entgegengesetzt zum Leitungstyp des Halbleitersubstrats ist. Dabei können die Verunreinigungsdiffusionsbereiche auch eine identische, rechteckige Form mit einer Hauptachse und einer Nebenachse aufweisen, wobei die Polysilicium-Musterschichten dieselbe Breite wie die Verunreinigungsdiffusionsbereiche aufweisen, und wobei die Polysilicium-Musterschichten gegenüber der Hauptachse der jeweiligen Verunreinigungsdiffusionsbereiche um einen Winkel von 45° gedreht sind.

Ein weiteres konventionelles Verfahren zur Herstellung eines Induktors wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert.

Die 1 zeigt den Aufbau einer herkömmlichen Induktionsspule, während die 2A und 2B den Aufbau weiterer konventioneller Induktionsspulen bzw. Induktoren verdeutlichen.

Entsprechend der 1 umfaßt der dreidimensionale Aufbau einer herkömmlichen Drosselspule als separate Einrichtung einen Kern und eine um den Kern herumgewickelte Spule ( US 3,988,764 ).

Die 2A und 2B zeigen die Induktionsspule nach 1, realisiert in einem Siliciumkörper. Die Drosselspule umfaßt den Siliciumkörper 1, eine Mehrzahl von zylindrischen Diffusionsschichten 2, die einen zum Siliciumkörper 1 entgegengesetzten Leitungstyp aufweisen und den Siliciumkörper 1 durchdringen, eine Mehrzahl von Bodenverbindungsschichten 3, die jeweils zwei einander gegenüberliegende Diffusionsschichten 2 miteinander verbinden und am Boden des Siliciumkörpers 1 angeordnet sind, und obere Verbindungsschichten 4, die jeweils diagonal eine von zwei Diffusionsschichten 2, die mit einer Bodenverbindungsschicht 3 miteinander verbunden sind, mit einer von zwei benachbarten Diffusionsschichten 2 verbinden, die durch eine andere der Bodenverbindungsschichten 3 miteinander verbunden sind. Ein derartiger konventioneller Induktor, der elektrisch mit weiteren elektrischen Schaltungen in Verbindung stehen kann, arbeitet als Induktionsspule.

Da beim konventionellen Verfahren ein Ätzprozeß zur Herstellung eines tiefen Grabens, ein epitaktischer Aufwachsprozeß, ein Rekristallisationsprozeß und ein Hochtemperaturprozeß ausgeführt werden müssen, ist es ausgesprochen kompliziert und unpraktisch, so daß es sich nicht zur Anwendung bei der Massenproduktion eignet, um etwa ULSI-Chips (Ultra Large Scaled Integrated Chips) herzustellen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein weiteres Verfahren zur Herstellung einer Induktionsspule anzugeben, dessen Prozeßschritte sich in Verbindung mit Prozeßschritten zur Herstellung einer Halbleitereinrichtung durchführen lassen, um eine Induktionsspule im selben Substrat herstellen zu können, auf welchem auch die Halbleitereinrichtung ausgebildet wird.

Die Lösung der gestellten Aufgabe ist dem Anspruch 1 zu entnehmen. Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung findet sich im Unteranspruch 2.

Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnung im einzelnen erläutert. Es zeigen:
1 den Aufbau einer konventionellen Induktionsspule;
2A und 2B den Aufbau weiterer konventioneller Induktionsspulen;
3A und 3B ein Layout einer Induktionsspule nach der Erfindung sowie einen Querschnitt durch ihren Aufbau; und
4A bis 4P Querschnittsansichten und Draufsichten einer erfindungsgemäßen Induktionsspule in unterschiedlichen Herstellungsschritten, jeweils gesehen entlang der Linien I-I', II-II' und III-III' in 3A.
Nachfolgend wird auf ein Ausführungsbeispiel der Erfindung Bezug genommen.
Die 3A und 3B zeigen jeweils ein Layout einer erfindungsgemäßen Induktionsspule und deren Querschnittsansicht. Dagegen stellen die 4A bis 4P Querschnittsansichten links und jeweils rechts Draufsichten auf die erfindungsgemäße Induktionsspule in unterschiedlichen Herstellungsschritten dar, und zwar entlang der Linien I-I', II-II' und III-III' von 3A. Im einzelnen sind die 4A bis 4G Querschnittsansichten entlang der Linie I-I' von 3A, die 4H bis 4N Querschnittsansichten entlang der Linie II-II' von 3A, und die 4O bis 4P Querschnittsansichten entlang der Linie III-III' von 3A, so daß sich durch sie die Herstellungsschritte der erfindungsgemäßen Einrichtung, gesehen unter verschiedenen Winkeln, verdeutlichen lassen. Dabei werden die Prozeßschritte gemäß den 4A bis 4P der Reihe nach durchgeführt.
In Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung wird zur Bildung einer Induktionsspule mit hoher Qualität ein aus einem Oxidfilm bestehender Kern auf dem selben Substrat hergestellt, auf dem auch eine Halbleitereinrichtung ausgebildet werden soll.
Entsprechend der 4A wird zunächst ein Halbleitersubstrat 30 eines ersten Leitungstyps bereitgestellt, und es wird darauf ein Oxidfilm 31 ausgebildet, wie der 4B zu entnehmen ist.
Gemäß den 4C und 4D wird der Oxidfilm 31 mit einem ersten Fotolackfilm 32 bedeckt, der anschließend auf photolithographischem Wege strukturiert wird, um dort entfernt zu werden, wo eine Induktionsspulenschicht zu liegen kommen soll. Der Bereich, in welchem der Fotolackfilm entfernt wird, ist in Längenrichtung der Spule bzw. Längsrichtung der Spule in eine Mehrzahl von Teilbereichen mit der selben Größe unterteilt. Der gesamte Bereich ist rechteckförmig ausgebildet. Seine Länge (Längsrichtung der Induktionsspule) ist zweimal so lang wie seine Breite.
Mit anderen Worten wird ein rechteckförmiger Bereich ausgewählt, in dessen Längsrichtung kleinere rechteckförmige Teilbereiche liegen, die senkrecht zur Längsrichtung des Hauptbereichs verlaufen und in vorbestimmtem Abstand voneinander angeordnet sind. In diesen Teilbereichen wird der erste Fotolackfilm 32 entfernt.
Danach wird der auf diese Weise strukturierte erste Fotolackfilm 32 als Maske verwendet, um Ionen des zweiten Leitungstyps (P-Ionen oder B-Ionen) in das Halbleitersubstrat 30 zu implantieren, so daß auf diese Weise die in 4D gezeigten Verunreinigungsdiffusionsbereiche 33 erhalten werden. Sie sind streifenförmig ausgebildet und erstrecken sich mit ihrer Längsrichtung senkrecht zur Spulenlängsrichtung. Man kann sagen, daß die Diffusionsverunreinigungsbereiche eine Art Streifengitter bilden. Dies ist in 4D rechts zu erkennen.
Entsprechend der 4E wird der verbleibende erste Fotolackfilm 32 entfernt, und es wird ein Nitridfilm 34 auf den Oxidfilm 31 aufgebracht.
Die 4F zeigt, daß der Nitridfilm 34 selektiv entfernt wird, um einen Bereich für einen Spulenkern zu öffnen. Dabei dient dieser Nitridfilm 34 auch als Feldoxid-Maskenschicht zur Bildung von Einrichtungs-Isolationsbereichen, die als Isolationsschichten von Transistoren verwendet werden. Der Bereich, in welchem die Nitridschicht 34 entfernt worden ist, kreuzt etwa die Mitte der Verunreinigungsdiffusionsbereiche 33. Mit anderen Worten erstreckt sich dieser Bereich, in welchem die Nitridschicht 34 entfernt worden ist, in Längsrichtung der Induktionsspule.
Die 4G und 4H lassen erkennen, daß der strukturierte Nitridfilm 34 als Maske dient, und zwar in einem nachfolgenden Feldoxidationsprozeß, um in diesem Prozeß eine Spulenkernschicht 35 aus einem Oxidfilm zu bilden.
Entsprechend den 4I und 4J wird der Nitridfilm 34 anschließend entfernt, und die gesamte so erhaltene Struktur wird von einem zweiten Fotolackfilm 36 abgedeckt.
Sodann wird gemäß 4K der Fotolackfilm 36 bereichsweise entfernt, und zwar über eine Breite, die größer ist als die Breite der Kernschicht 35, und oberhalb der durch Unterteilung erhaltenen Verunreinigungsdiffusionsbereiche 33. Die Ausnehmung im Fotolackfilm 36 ist rechteckförmig und erstreckt sich in Längsrichtung der geplanten Induktionsspule.
Gemäß 4L dient jetzt der strukturierte zweite Fotolackfilm 36 als Maske, um den unterhalb der Maske freiliegenden Oxidfilm 31 zu entfernen, und zwar soweit, daß die Kanten der Verunreinigungsdiffusionsbereiche 33 freigelegt werden. Dabei wird zwar auch die Spulenkernschicht 35 zum Teil entfernt, allerdings nur so wenig, daß die Form der Spulenkernschicht 35 dadurch praktisch nicht beeinflußt wird.
Entsprechend der 4N wird sodann der zweite Fotolackfilm 36 entfernt, und es wird eine stark dotierte Polysiliciumschicht 37 auf die gesamte Oberfläche der so erhaltenen Struktur aufgebracht, also auf den Oxidfilm 31, auf die Spulenkernschicht 35 und auch auf die oben freiliegenden Kanten der Verunreinigungsdiffusionsbereiche 33. Danach wird ein dritter Fotolackfilm 38 auf die gesamte Oberfläche der so erhaltenen Struktur aufgebracht, also auf die Polysiliciumschicht 37, wie die 4N erkennen läßt.
In einem weiteren Schritt gemäß 4O wird der dritte Fotolackfilm 38 selektiv entfernt, um eine Maske zu bilden. Die durch den verbleibenden Teil des dritten Fotolackfilms 38 gebildete Maske liegt oberhalb der Verunreinigungsdiffusionsbereiche 33 und weist eine deren Länge entsprechende Breite auf. Die Maske 38 erstreckt sich über alle Verunreinigungsdiffusionsbereiche 33. Dabei wird die Maske 38 weiterhin so strukturiert, daß sie in Form diagonaler Streifen unter ca. 45° ± 15° zur Längsrichtung der Spule gesehen stehenbleibt. Diese Streifen sind rechts in 4O mit dem Bezugszeichen 38a versehen. Es können auch noch senkrecht zur Spulenlängsrichtung stehende Streifen 38b des dritten Fotolackfilms 38 stehenbleiben, um später Anschlüsse aus dem Material der Schicht 37 zur Verfügung zu stellen.
Entsprechend der 4P wird die freiliegende Polysiliciumschicht 37 unter Verwendung des strukturierten dritten Fotolackfilms 38 als Ätzmaske weggeätzt, um auf diese Weise eine Musterschicht 39 aus Polysilicium zu erhalten. Die Polysilicium-Musterschicht 39 dient zur Verbindung der Verunreinigungsdiffusionsbereiche 33 untereinander, die unterhalb der Spulenkernschicht 35 liegen. Genauer gesagt verbinden die diagonalen Streifen der Polysilicium-Musterschicht 39 einander gegenüberliegende Enden von benachbarten Verunreinigungsdiffusionsbereichen 33 derart, daß die streifenförmigen Polysilicium-Muster 39 zusammen mit den Verunreinigungsdiffusionsbereichen 33 eine Spulenwicklung ergeben, die um die Spulenkernschicht 35 herumgeführt bzw. herumgewickelt ist. Die jeweiligen Enden der Induktionsspule können ebenfalls durch Polysiliciumbereiche der Schicht 37 gebildet sein und senkrecht zur Längsrichtung der Spule verlaufen.
Gemäß der Erfindung wird eine Spulenkernschicht aus einem Oxid verwendet, die von einer Spule umgeben ist, die aus den Verunreinigungsdiffusionsschichten und den streifenförmigen Polysiliciumschichten besteht. Durch Modifikation einer Feldoxidmaske läßt sich somit eine Induktionsspule auf dem selben Substrat ausbilden, auf dem auch eine Halbleitereinrichtung hergestellt werden soll. Der Prozeß zur Bildung der Induktionsspule kann somit in Verbindung mit dem Prozeß zur Herstellung von Transistoren in Zellenbereichen durchgeführt werden.
Das Verfahren zur Herstellung einer Induktionsspule in einer Halbleitereinrichtung weist einige Vorteile auf. Da sich die Induktionsspule in einfa cher Weise durch Hinzufügen einiger Prozeßschritte zum Prozeß der Herstellung von MOS Transistoren und bipolaren Transistoren herstellen läßt, läßt sie sich auf dem selben Substrat ausbilden wie die genannten Transistoren oder MOS Kondensatoren, so daß es nicht mehr erforderlich ist, die Spule außerhalb eines Chips vorzusehen. Das Verfahren nach der Erfindung kann zum Zwecke der Massenproduktion eingesetzt werden und führt zu einer Verminderung von Kosten im Materialbereich und im Bereich von Karten mit integrierten Schaltungen. Da ferner die Spulenkernschicht durch die Verunreinigungsdiffusionsschichten und die streifenförmigen Polysiliciumschichten spulenartig umgeben ist, wird eine Induktionsspule mit hoher Betriebszuverlässigkeit erhalten.

Claims

Verfahren zur Herstellung einer Induktionsspule einer Halbleitereinrichtung, mit folgenden Schritten: – auf ein Halbleitersubstrat (30) wird zunächst ein Oxidfilm (31) aufgebracht und darauf ein erster Fotolackfilm (32), der anschließend selektiv strukturiert wird; – es werden Verunreinigungsdiffusionsbereiche (33) unterhalb der Oberfläche des Halbleitersubstrats (30) gebildet, und zwar unter Verwendung des strukturierten ersten Fotolackfilms (32) als Maske; – Bildung einer Nitridschicht (34) auf dem Oxidfilm (31) und selektives Entfernen der Nitridschicht (34) über eine vorbestimmte Breite, um eine Ausnehmung zu bilden, die in Längsrichtung der Spule gesehen den mittleren Teil der jeweiligen Verunreinigungsdiffusionsbereiche (33) kreuzt, wobei die so strukturierte Nitridschicht (34) als Maske für den Oxidationsprozeß verwendet wird, sowie Durchführen eines Oxidationsprozesses zwecks Bildung einer Spulenkernschicht (35); – Aufbringen eines zweiten Fotolackfilms (36) auf die gesamte Oberfläche der so erhaltenen Struktur einschließlich der Spulenkernschicht (35) sowie Strukturierung des zweiten Fotolackfilms (36) und anschließendes selektives Entfernen des Oxidfilms (31) unter Verwendung des strukturierten zweiten Fotolackfilms (36) als Maske über eine Breite, die größer ist als die Breite der Spulenkernschicht (35), zwecks Freilegung der Endbereiche der jeweiligen Verunreinigungsdiffusionsbereiche (33); – Entfernen des zweiten Fotolackfilms (36) und Bildung einer stark dotierten Polysiliciumschicht (37) sowie daraufliegend eines dritten Fotolackfilms (38) auf der gesamten Oberfläche der so erhaltenen Struktur; und – selektive Strukturierung des dritten Fotolackfilms (38) und anschließendes selektives Ätzen der freigelegten Polysiliciumschicht (37) unter Verwendung des strukturierten dritten Fotolackfilms (38) als Maske, um auf diese Weise Polysilicium-Musterschichten (39) zu erhalten, wobei jede der Polysilicium-Musterschichten (39) mit einem Ende von einem der Verunreinigungsdiffusionsbereiche (33), die unterhalb der Spulenkernschicht (35) liegen, und mit einem gegenüberliegenden Ende eines benachbarten Verunreinigungsdiffusionsbereichs (33) verbunden ist.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Bereiche, in welchen der erste Fotolackfilm (32) entfernt worden ist, eine identische rechteckige Form aufweisen, wobei diese Bereiche in vorbestimmtem Abstand voneinander in Längsrichtung des gesamten Bereichs einer Induktionsspule angeordnet sind, und daß die Länge einer jeden rechteckigen Form größer ist als das Zweifache ihrer Breite in Parallelrichtung bezüglich der Längenrichtung des gesamten Bereichs der Induktionsspule.