KR0130374B1 - 티에프디(tfd) 반도체 소자의 제조방법 - Google Patents
티에프디(tfd) 반도체 소자의 제조방법Info
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Abstract
본 발명은 반도체 소자의 제조방법에 관한 것으로, 특히 방전경로를 벌크(Bulk) 내부에 형성하여 ESD(Electro Static Discharge) 방전능력을 향상시키는데 적당하도록 한 TFD(Thick Field Device) 반도체 소자의 제조방법에 관한 것이다.
이와같은 본 발명의 TFD 반도체 소자의 제조방법은 p형 반도체기판의 채널영역에 선택적으로 채널이온 주입을 실시하는 공정과, 상기의 채널여역이외의 반도체 기판 표면에 두꺼운 필드산화막(Thick Field Oxide)을 형성하는 공정과, 채널영역 양측에 일정구간 필드 산화막이 존재하도록 필드산화막을 선택적으로 제거하고 고농도 n형 이온주입 공정을 실시하여 에미터 및 콜렉터 불순물 확산영역을 형성하는 공정과, 전면에 절연막을 증착하고 상기 에미터 및 콜렉터 불순물 확산영역에 콘택홀을 형성하는 공정과, 상기 콘택홀을 통해 에미터 및 콜렉터 불순물 확산영역에 연결되도록 메탈 전극을 형성하는 공정을 포함하여 구성됨을 특징으로 한다.
Description
제1도 (a) 내지 (e)는 일반적인 ESD 보호회로의 구성도.
제2도 (a) 내지 (g)는 종래의 TFD 반도체 소자의 공정단면도.
제3도 (a) 내지 (e)는 본 발명의 TFD 반도체 소자의 공정단면도.
제4도 (a) 내지 (e)는 본 발명의 다른 실시예를 나타낸 TFD 반도체 소자의 공정 단면도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
21 : p형 반도체기판 22 : 초기산화막
23, 27 : 포토레지스트 24 : 버퍼산화막
25 : 질화막 26 : 필드산화막
28 : 에미터 불순물확산영역 29 : 콜렉터 불순물확산영역
30 : 고온저압증착(HLD)산화막 31 : BPSG층
32,33 : 메탈전극
본 발명은 반도체 소자의 제조방법에 관한 것으로, 특히 방전경로를 벌크(Bulk) 내부에 형성하여 ESD(Electro Static Discharge)방전능력을 향상시키는데 적당하도록 한 TFD(Thick Field Device) 반도체 소자의 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로 ESD(Electro Static Discharge)에 의한 디바이스의 파괴는 소자의 열화에 의한 배선막과 산화막의 파괴를 들 수 있는데, ESD에 의한 디바이스 파괴를 줄이기 위해 디바이스에 대전하는 ESD를 내부 셀에는 영향을 주지않고 순차적으로 방전시키기 위해 적절한 보호회로를 개설한다.
ESD 보호회로는 외부(사람, 기계장치) 및 주변회로에서 발생하는 ESD로부터 내부셀을 보호하기 위하여 반도체 칩 설계시에 구성하는 것으로 일반적인 ESD 보호회로의 구성도를 나타낸 제1도 (a) 내지 (e)에서와 같이 PN 접합의 다이오드를 사용하여 구성하는 방법과, MOS 트랜지스터 또는 필드 산화 디바이스(Thick Field Device)를 사용하여 보호회로를 구성하는 방법등이 있다.
이하, 첨부된 도면을 참고하여 종래의 TFD 반도체 소자의 제조방법을 설명하면 다음과 같다.
제2도 (a) 내지 (g)는 종래의 TFD 반도체 소자의 공정 단면도이다.
먼저, 제2도 (a)에서와 같이 P형 반도체 기판(1)상에 후공정에서 기판의 계면에 가해지는 스트레스를 줄이기 위해 초기산화막(2)을 210Å~250Å 정도의 두께로 형성하고 상기의 초기산화막(2) 전면에 질화막(3)을 1400±140Å 정도의 두께로 증착한다.
이어, 제2도 (b)에서와 같이 상기의 질화막(3)상에 포토레지스트(4)를 도포하고 노광 및 현상공정으로 패터닝하여 필드영역상의 질화막(3)을 제거한후, 필드영역에 이온 주입을 실시하여 필드영역의 절연성을 증가시키고 주입되는 이온의 농도를 높혀 임계전압(Threshold Voltage)값을 증가시킨다.
그리고 제2도 (c)에서와 같이, 필드 이온 주입시 마스크로 사용했던 포토레지스트(4)를 제거하고 질화막(3)을 마스크로 산화 공정을 실시하여 일정 두께의 필드산화막(5)을 형성한다.
이어, 제1도 (d)에서와 같이 상기 필드산화막(5)을 마스크로 하여 엑티브 영역에 n형 불순물 이온주입(As+, 80KeV, 4.5×1015atoms/㎠)을 실시하여 에미터 불순물 확산영역(6)과 콜렉터 불순물 확산영역(7)을 형성한다.
그리고 제2도의 (e)에서와 같이 전면에 고온 저압 증착산화막(High Temperature Low Pressure Deposition : HLD)(8)을 6000Å 정도의 두께로 형성하고 제1도 (f)에서와 같이 상기의 고온 저압 증착산화막(8)사에 평탄화용 보호막(BPSG)(9)을 7000Å 정도의 두께로 형성하여 절연막을 형성한다.
이어, 제2도 (g)에서와 같이 액티브 영역사의 평탄화용 보호막(BPSG)(9), 고온 저압증착산화막(8)의 절연막을 일정 넓이 선택적으로 식각하여 콘택 개구부를 형성한후, 전면에 메탈전극(10)(11)을 형성하기 위한 135Å~165Å 두께의 Mosix와 6750Å~8250Å 두께의 Al을 증착한 후 필드영역상의 금속층을 제거하고 합금화 공정을 시행하여 메탈전극(10)(11)을 형성한다.
상기와 같이 구성된 종래의 TFD 반도체 소자는 필드산화막의 폭이 3~4㎛(베이스의 실효폭)이고 필드산화막의 양측 p형 반도체기판(1)내에 형성된 불순물 확산영역(6)(7)이 콜렉터 불순물 확산영역(7)은 입력 패드(Input pad)에 연결되고 에미터 불순물 확산영역(7)은 Vcc 및 Vss 단자에 연결되어 상기의 TFD 반도체 소자에 ESD가 대전되면 에미터 및 콜렉터 불순물 확산영역(6)(7)과 p형 반도체기판(1)사이에 브레이크 다운 전류가 흐르게 되고 p형 반도체 기판(1)에 인가되는 ON 전압에 의해 소자가 스냅 백(Snap Back) 상태로 들어가 ESD를 방전하게 된다.
그러나 상기와 같은 TFD 반도체 소자는 디바이스에 ESD가 대전되어 ON되었을때 필드산화막이 형성된 기판의 계면에 집중적으로 전류의 흐름이 생겨 열화에 의한 소자의 파괴로 누설전류(Leakage Current)가 발생하는 문제점이 있었다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로써, ESD 방전경로를 벌크(Bulk) 내부에 형성하는 방법으로 디바이스에 대전하는 ESD의 방전능력을 향상시킨 TFD 반도체 소자를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 TFD 반도체 소자의 제조방법을 첨부된 도면을 참고하여 설명하면 다음과 같다.
제3도 (a) 내지 (e)는 본 발명의 TFD 반도체 소자의 공정단면도이고, 제4도 (a) 내지 (e)는 본 발명의 다른 실시예를 나타낸 TFD 반도체 소자의 공정단면도이다. 먼저 제3도 (a)에서와 같이, p형 반도체기판(21)의 초기산화막(22)상에 포토레지스트(23)를 도포하고 노광 및 현상 고정으로 채널영역상의 포토레지스트(23)만 제거되도록 패터닝하고 상기의 패터닝되어진 포토레지스트(23)을 마스크로 하여 노출된 p형 반도체 기판(21)에 BF2 +불순물 이온을 80KeV 에너지로 4.0×1013atoms/㎠의 농도로 이온 주입(Ion Implantation)을 실시한다.
이어, 제3도 (b)에서와 같이 상기의 포토레지스트(23) 및 초기산화막(22)을 제거하고 전면에 210Å~250Å 정도의 두께로 버퍼산화막(24)를 형성하고 전면에 1400±140Å 정도의 두께로 질화막(25)을 형성하고 상기의 질화막(25)을 채널영역상에만 남도록 제거한다.
그리고 제3도 (c)에서와 같이, 상기의 질화막(25)을 마스크로 하여 채널영역 이외의 p형 반도체 기판(21)에 두꺼운 필드산화막(Thick Field Oxide)(26)을 5000±600Å의 두께로 형성한다.
이어, 제3도 (d)에서와 같이, 상기의 공정에서 마스크로 사용된 질화막(25)을 제거하고 전면에 포토레지스트(27)를 도포하고 노광 및 현상 공정으로 후공정에서 불순물 이온 주입을 할 부분만 제거되도록 패터닝하여 노출된 필드산화막(26)을 제거하고 As+불순물 이온을 80KeV 에너지로 4.5×1015atoms/㎠의 농도로 이온 주입을 실시하여 에미터 및 콜렉터 불순물 확산영역(28)(29)을 형성한다.
그리고, 제3도 (e)에서와 같이, 상기 공정에서 마스크로 사용된 포토레지스트(27)를 제거하고 전면에 고온 저압증착(High Temperature Low Pressure Deposition : HLD) 산화막(30)을 5500Å~7500Å 정도의 두께로 BPSG(Boron Phosphorus Silicate Glass)층(31)을 형성하여 절연막을 형성한다.
그리고, 에미터 및 콜렉터 불순물 확산영역(28)(29)상의 고온 저압 증착(HLD) 산화막(30)과 BPSG층(31)의 절연막을 선택적으로 제거하여 콘택 개구부를 형성하고 전면에 150±15Å 두께의 Mosix와 7500±750Å 두께의 Al을 차례로 증착하고 에미터 및 콜렉터 불순물 확산영역(28)(29)상에만 남도록 선택적으로 식각한후 합금화공정(450℃, N2/H2, 20Min)을 시행하여 메탈전극(33)(32)을 형성한다.
그리고 제4도 (a) 내지 (e)는 본 발명의 다른 실시예를 나타낸 것으로, 에미터 및 콜렉터 불순물 확산영역(28)(29)을 형성하기 위한 이온 주입공정을 실시하기 전에 노출된 p형 반도체기판(21)을 일정부분 식각하여 트렌치(Trench)구조를 갖게 한 것이다.
상기와 같은 공정으로 제조된 본 발명의 TFD 반도체 소자는 ESD가 대전되었을때 서지(Surge) 전류가 p형 반도체 기판으로 유입되어 에미터 불순물 확산영역과 콜렉터 불순물 확산영역이 NPN 바이폴라 트랜지스터의 동작으로 들어가 대전된 ESD를 방전하게 된다.
p형 반도체 기판의 베이스 실효폭은 2~3㎛로써 콜렉터에 서지(Surge) 전류가 인가되지 않으면 NPN 바이폴라 트랜지스터는 OFF 상태로 남게 된다.
상기와 같은 동작을 하는 본 발명의 TFD 반도체 디바이스는 종래의 TFD 반도체 디바이스와 같이 전류의 흐름이 필드 산화막의 계면에 집중되지 않고, 필드 산화막을 식각하여 에미터 및 콜렉터 불순물 확산영역이 형성하는 방법으로 전류의 흐름이 벌크(Bulk) 내부에서 이루어져 반도체 기판의 계면 열화에 의한 소자 파괴를 줄일 수 있다.
그러므로 본 발명의 TFD 반도체 소자를 사용하여 ESD 보호회로를 구성할 경우 작은 레이 아웃(Layout) 면적으로 뛰어난 ESD 방전능력을 갖게하는 효과가 있다.
Claims (5)
- p형 반도체기판의 채널영역에 선택적으로 채널이온 주입을 실시하는 공정과, 상기의 채널영역이외의 반도체 기판 표면에 두꺼운 필드산화막(Thick Field Oxide)을 형성하는 공정과, 채널영역 양측에 일정구간 필드 산화막이 존재하도록 필드산화막을 선택적으로 제거하고 고농도 n형 이온주입 공정을 실시하여 에미터 및 콜렉터 불순물 확산영역을 형성하는 공정과, 전면에 절연막을 증착하고 장기 에미터 및 콜렉터 불순물 확산영역에 콘택홀을 형성하는 공정과, 상기 콘택홀을 통해 에미터 및 콜렉터 불순물 확산영역에 연결되도록 메탈 전극을 형성하는 공정을 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 TFD 반도체 소자의 제조방법.
- 제1항에 있어서, 에미터 및 콜렉터 불순물 확산영역을 형성하기 위한 이온 주입 공정을 실시하기 전에 노출된 기판에 트렌치(Trench)를 형성하는 공정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 TFD 반도체 소자의 제조방법.
- 제1항에 있어서, 채널영역의 채널이온주입은 BF2 +불순물 이온을 80KeV 에너지로 4.0×1013atoms/㎠의 농도로 실시하는 것을 특징으로 하는 TFD 반도체 소자의 제조방법.
- 제1항에 있어서, 필드 산화막은 5000±600Å 정도의 두께로 형성하는 것을 특징으로 하는 TFD 반도체 소자의 제조방법.
- 제1항에 있어서, 에미터 및 콜렉터 불순물 확산영역을 형성하기 위한 이온주입은 As+불순물 이온을 80KeV 에너지로 1∼6.5×1015atoms/㎠의 농도로 실시되는 것을 특징으로 하는 TFD 반도체 소자의 제조방법.
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