KR100248811B1 - Manufacturing method of semiconductor device - Google Patents
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Abstract
1. 청구범위에 기재된 발명이 속한 기술분야1. TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
반도체 장치 제조 방법.Semiconductor device manufacturing method.
2. 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제2. Technical problem to be solved by the invention
논리 회로부와 디램 셀을 하나의 칩에 형성하는 공정시, 논리 회로부와 디램 셀의 성능을 최대한 유지하고, 단차를 줄일 수 있는 반도체 장치 제조 방법을 제공함을 그 목적으로 한다.An object of the present invention is to provide a method of manufacturing a semiconductor device capable of maintaining the maximum performance of a logic circuit unit and a DRAM cell and reducing a step in forming the logic circuit unit and the DRAM cell on one chip.
3. 발명의 해결 방법의 요지3. Summary of the Solution of the Invention
반도체 장치의 형성시, SOI공정을 이용하여 웨이퍼의 상/하부에 집적회로(논리 회로부와 디램 셀)를 형성하여 집적도를 높일 수 있다.In forming a semiconductor device, an integrated circuit (a logic circuit unit and a DRAM cell) may be formed on the top and bottom of a wafer by using an SOI process to increase the degree of integration.
4. 발명의 중요한 용도4. Important uses of the invention
반도체 장치 제조 공정에 이용됨.Used in semiconductor device manufacturing process.
Description
본 발명은 반도체 장치의 제조 공정에 관한 것으로, 특히 SOI(Silicon on insulator) 기판을 사용하여 서로 다른 종류의 집적회로를 하나의 기판에 제조하는 반도체 소자 제조 공정에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor device manufacturing process, and more particularly, to a semiconductor device manufacturing process for fabricating different types of integrated circuits on a single substrate using a silicon on insulator (SOI) substrate.
일반적인 SOI 기술은 사파이어 등의 절연막 상에 1㎛ 이하의 두께를 갖는 단결정 실리콘 박막 상의 기술이다. 소자들이 절연막 상에 형성됨으로, CMOS의 경우 랫치업 문제를 개선하고, 기생 커패시턴스를 줄이고 소자의 고집적화를 유도할수 있는 기술이다.A general SOI technique is a technique on a single crystal silicon thin film having a thickness of 1 μm or less on an insulating film such as sapphire. Since the devices are formed on the insulating film, CMOS technology can improve the latchup problem, reduce parasitic capacitance, and induce high integration of the device.
도 1a 내지 도1g는 일반적인 SOI 기판을 갖는 반도체 소자 제조 공정 단면도로서, 일반적인 SOI공정을 간략히 설명한다.1A to 1G are cross-sectional views of a semiconductor device manufacturing process having a general SOI substrate, to briefly describe a general SOI process.
먼저, 도1a에 도시된 바와 같이, 매몰 절연막(11)상에 n형 불순물로 도핑된 단결정 실리콘 박막(12)을 형성한다.First, as shown in FIG. 1A, a single crystal silicon
다음으로, 도1b에 도시된 바와 같이, 실리콘 박막(12)을 식각하여 절연막(11)이 노출되도록 하고, 이에 각각 절연되는 n형의 단결정 실리콘 섬(islands)을 형성한다.Next, as shown in FIG. 1B, the silicon
다음으로, 도1c에 도시된 바와 같이, p형 단결정 실리콘 섬 형성을 위한 마스크(도시되지 않음)로 포토레지스트 패턴(101)을 형성하고, 이온 주입 장벽으로 하여 붕소 등의 p형 불순물을 이온 주입하여 p형 단결정 실리콘 섬(13)을 형성한다.Next, as shown in FIG. 1C, the
다음으로, 도1d에 도시된 바와 같이, 기 형성된 n형 및 p형 단결정 실리콘섬(12,13)상에, 게이트 산화막과 폴리 실리콘막을 형성하여 게이트 전극(14)을 패터닝한다.Next, as shown in FIG. 1D, a gate oxide film and a polysilicon film are formed on the previously formed n-type and p-type single
다음으로, 도1e 및 도1f에 도시된 바와 같이, 먼저 사용된 p형 단결정 실리콘 섬 형성을 위한 마스크(도시되지 않음)를 이용하여 p형 단결정 실리콘 섬(13)에 n채널 형성을 위한 소스/드레인(15)을 형성하고, n형 단결정 실리콘 섬(12)에 p채널 형성을 위한 소스/드레인(16)을 형성한다.Next, as shown in Figs. 1E and 1F, a source for n-channel formation in the p-type single
마지막으로, 도1g에 도시된 바와 같이, 실리콘 산화막(17)을 전체적으로 형성한후 식각공정으로 금속 콘택을 형성하고, 금속 배선(18) 공정을 실시한다.Finally, as shown in FIG. 1G, the
최근 집적회로 제조시, 디램(DRAM)과 논리(Logic)회로부를 하나의 칩안에 구현하는 기술이 사용된다. 이러한 방식으로 제조되는 칩의 장점을 성능면과 기능면으로 대별하여 설명하면, 전자의 경우는 디램과 논리 회로부를 연결하는 버스의 폭을 넓히는 것이 가능하여 밴드 폭이 1G byte/s를 넘는 고성능 칩의 제작이 가능하고, 후자의 경우에는 종래 하드웨어적으로 처리하였던 주문형 반도체 등을 이러한 칩내에서는 소프트웨어적으로 처리 가능하여 범용성을 확보할 수 있는 장점이 있다.Recently, in the manufacture of integrated circuits, a technique for implementing DRAM and logic circuits in one chip is used. The advantages of the chips manufactured in this way are explained in terms of performance and functional aspects. In the former case, the width of the bus connecting the DRAM and the logic circuit portion can be widened, so that a high-performance chip having a band width exceeding 1G byte / s can be obtained. In the latter case, custom semiconductors, etc., which have been conventionally processed by hardware, can be processed by software in such a chip, thereby ensuring the versatility.
종래에는 디램(DRAM)과 논리(Logic)회로부를 하나의 칩안에 구현하기 위하여 웨이퍼 상부에만 소자를 형성하였다. 이에 디램 형성 공정과 논리 회로부 형성 공정중, 선택적으로 공정 순서를 지정해야 하고, 디램(DRAM)과 논리(Logic)회로부는 집적도, 설계 환경, 비용 등에 따라 서로 장단점을 가지게 되는데, 최종적으로는 디램과 논리 회로부중 어느 하나의 성능을 각각 따로 만들었을 때 보다 희생하여 최적점을 갖는 공정을 사용하여야만 한다.Conventionally, devices are formed only on the wafer in order to implement DRAM and logic circuits in one chip. Therefore, during the DRAM forming process and the logic circuit forming process, the process order must be specified selectively. The DRAM and logic circuit parts have advantages and disadvantages depending on the degree of integration, the design environment, and the cost. You should use the process that has the best point at the expense of the performance of any one of the logic circuits separately.
또한 디램과 논리 회로부 사이의 단차 문제에 의한 금속 배선 공정과 사진 식각 공정상 문제점이 유발된다.In addition, problems in the metal wiring process and the photolithography process are caused by the step difference between the DRAM and the logic circuit.
전술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 본 발명은, 논리 회로부와 디램 셀을 하나의 칩에 형성하는 공정시, 논리 회로부와 디램 셀의 성능을 최대한 유지하고, 또한 공정 단차를 줄일 수 있는 반도체 장치 제조 방법을 제공함을 그 목적으로 한다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention devised to solve the above-mentioned problems is a semiconductor that can maintain the performance of the logic circuit portion and the DRAM cell to the maximum and reduce the process step in the process of forming the logic circuit portion and the DRAM cell on one chip. It is an object of the present invention to provide a method for manufacturing a device.
도 1a 내지 도1g는 일반적인 SOI 기판을 갖는 반도체 소자 제조 공정 단면도,1A to 1G are cross-sectional views of a semiconductor device manufacturing process having a general SOI substrate,
도 2a 내지 도2f는 본 발명의 일실시예에 따른 반도체 소자 제조 공정 단면도,2A through 2F are cross-sectional views of a semiconductor device manufacturing process, according to an embodiment of the present invention;
도 3a 내지 도3g는 본 발명의 다른 일실시예에 따른 반도체 소자 제조 공정 단면도.3A to 3G are cross-sectional views of a semiconductor device manufacturing process in accordance with another embodiment of the present invention.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명.* Description of symbols for the main parts of the drawings.
31, 38 : 실리콘 기판 36 : DRAM셀부31, 38: silicon substrate 36: DRAM cell portion
32 : 매몰 산화막 37 : 산화막32: buried oxide film 37: oxide film
33 : 단결정 실리콘막 39 : 논리 회로부33: single crystal silicon film 39: logic circuit portion
34 : 포토레지스트34: photoresist
35 : 폴리 실리콘35: polysilicon
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 반도체 장치 제조 방법은, 제1반도체 기판 상에 매몰 산화막, 제1실리콘 박막을 차례로 형성하는 단계; 상기 실리콘 박막 상에 제1집적회로를 형성하는 단계; 전체 구조 상부에 평탄화 공정을 실시한 후 제2반도체 기판을 형성하는 단계; 상기 제2반도체 기판이 형성된 웨이퍼를 전/후면을 교체시키고, 상기 제1반도체 기판을 전면 식각하여 제2실리콘 박막으로 형성하는 단계; 및 상기 제2실리콘 박막 상에 제2집적회로를 형성하는 단계를 포함하여 이루어진다.In order to achieve the above object, the semiconductor device manufacturing method of the present invention comprises the steps of: forming a buried oxide film, a first silicon thin film on the first semiconductor substrate; Forming a first integrated circuit on the silicon thin film; Forming a second semiconductor substrate after performing a planarization process on the entire structure; Replacing the front and rear surfaces of the wafer on which the second semiconductor substrate is formed, and etching the entire surface of the first semiconductor substrate to form a second silicon thin film; And forming a second integrated circuit on the second silicon thin film.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described in detail the present invention.
도 2a 내지 도2f는 본 발명의 일실시예에 따른 반도체 소자 제조 공정 단면도로서, 먼저, 도 2a에 도시된 바와 같이, 제1 실리콘 기판(21)상에 매몰 산화막(22), 단결정 실리콘막을 차례로 적층한다. 종래의 SOI기술로 단결정 실리콘막 상에 워드라인, 비트 라인, 커패시터 전하 저장 전극을 형성한후 절연막으로 절연되는 DRAM셀부(23)를 형성한다.2A through 2F are cross-sectional views of a semiconductor device fabrication process according to an embodiment of the present invention. First, as shown in FIG. 2A, the buried
다음으로, 도 2b에 도시된 바와 같이, 셀 영역과 주변 회로 지역간의 단차를 줄이는 산화막(24)을 형성한후 화학-기계 연마법으로 소자의 평탄화 공정을 실시한다Next, as shown in FIG. 2B, the
다음으로, 도2c에 도시된 바와 같이, 전체 구조 상부에 지지 기판으로 사용될 제2실리콘 기판(25)을 형성하고, 전술한 바와 같은 공정이 진행된 웨이퍼를 아래/위가 바뀌도록 하여 제1실리콘 기판(21)을 위로 향하게 한다.Next, as shown in FIG. 2C, the first silicon substrate is formed by forming a
다음으로, 도2d에 도시된 바와 같이, 최상부에 위치하는 제1실리콘 기판(21)을 화학-기계 연마법으로 제1실리콘 기판(21)을 적정 두께를 갖도록 식각한다.Next, as shown in FIG. 2D, the
다음으로, 도2e에 도시된 바와 같이, 제1실리콘 기판(21)의 단결정 실리콘 층위에 논리 회로부(26)를 형성하고, 층간절연막을 형성한다.Next, as shown in Fig. 2E, the
도 3a 내지 도3g는 본 발명의 다른 일실시예에 따른 반도체 소자 제조 공정 단면도로서, 먼저, 도 3a에 도시된 바와 같이, 제1 실리콘 기판(31)상에 매몰 산화막(32), 단결정 실리콘막(33)을 차례로 적층한다.3A to 3G are cross-sectional views of a semiconductor device fabrication process according to another embodiment of the present invention. First, as shown in FIG. 3A, an oxide buried
다음으로, 도 3b에 도시된 바와 같이, 단결정 실리콘막(33)상에 포토레지스트 패턴(34)을 형성한다.Next, as shown in FIG. 3B, a
다음으로, 도3c에 도시된 바와 같이, 포토레지스트 패턴(34)을 식각 장벽으로 하여 단결정 실리콘막(33), 매몰 산화막(32)을 식각하고, 실리콘 기판(31)을 부분 식각하여 트렌치를 형성한다. 전체 구조 상부에 폴리 실리콘막(35)을 형성하면서 기 형성된 트렌치를 완전히 매립한다.Next, as shown in FIG. 3C, the single
다음으로, 도3d에 도시된 바와 같이, 단결정 실리콘막(33)상에 형성된 폴리 실리콘막(35)을 화학-기계 연마법에 의해 단결정 실리콘막(33)위의 폴리 실리콘막(35)을 모두 제거하여 기 형성된 트렌치 내부에만 폴리 실리콘(35)이 잔류되도록 한다.Next, as shown in FIG. 3D, the
다음으로, 도3e에 도시된 바와 같이, 종래의 SOI기술로 단결정 실리콘막(33)상에 워드라인, 비트 라인, 커패시터 전하 저장 전극을 형성한후 절연막으로 절연되는 DRAM셀부(36)를 형성한다. 다음으로, 셀 영역과 주변 회로 지역간의 단차를 줄이는 산화막(37)을 형성한후 화학-기계 연마법으로 소자의 평탄화 공정을 실시한다.Next, as shown in FIG. 3E, a word line, a bit line, and a capacitor charge storage electrode are formed on the single
다음으로, 도3f에 도시된 바와 같이, 전체 구조 상부에 지지 기판으로 사용될 제2실리콘 기판(38)을 형성하고, 전술한 바와 같은 공정이 진행된 웨이퍼를 아래/위가 바뀌도록 하여 제1실리콘 기판(31)을 위로 향하게 한다.Next, as shown in FIG. 3F, the first silicon substrate is formed by forming a
다음으로, 도3g에 도시된 바와 같이, 최상부에 위치하는 제1실리콘 기판(31)을 화학-기계 연마법으로 제1실리콘 기판(31)을 식각하는데, 기 형성된 폴리 실리콘(35)이 노출되는 시점을 식각 정지점으로 하여 실시한다. 제1실리콘 기판(31)의 단결정 실리콘층 위에 논리 회로부(39)를 형성하고, 층간절연막을 형성한다.Next, as illustrated in FIG. 3G, the
전술한 바와 같이 이루어지는 본 발명은 서로 다른 종류의 집적 회로를 하나의 웨이퍼 상/하부에 형성하여, 각 집적회로 고유의 공정으로 형성이 가능하다. 이에 집적회로를 혼재시키기 위한 새로운 공정 개발이 불필요하며 디램과 논리 회로부 사이의 단차 문제 등을 극복할 수 있다. 또한 다른 실시예에 사용한 폴리 실리콘으로 매립된 트렌치를 사용함으로 하여 후속 공정시 화학-기계 연마 공정시 정지층으로 작용하여 제1실리콘 기판의 두께 제어가 쉬워진다.According to the present invention made as described above, different types of integrated circuits may be formed on and under one wafer, and may be formed by a process unique to each integrated circuit. Therefore, it is not necessary to develop a new process for mixing integrated circuits, and it is possible to overcome a step problem between the DRAM and the logic circuit unit. In addition, the use of trenches embedded in polysilicon used in other embodiments facilitates thickness control of the first silicon substrate by acting as a stop layer during the chemical-mechanical polishing process in subsequent processes.
이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명이 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능함이 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진자에게 있어 명백할 것이다.The present invention described above is not limited to the above-described embodiment and the accompanying drawings, and various substitutions, modifications, and changes are possible in the art without departing from the spirit of the present invention. It will be evident to those who have knowledge of.
상기와 같이 이루어지는 본 발명은, 논리 회로부와 디램 셀을 하나의 칩에 형성하는 공정시, 각 집적 회로(논리 회로부와 디램 셀)를 웨이퍼의 상/하부에 형성하여, 각 공정을 완전히 별도로 진행할 수 있으므로, 각 집적회로의 장점을 유지할 수 있다. 또한 집적회로를 다층으로 형성함으로 이에 칩 전체의 면적이 줄어들어 집적도를 향상시킨다.According to the present invention as described above, in the process of forming the logic circuit portion and the DRAM cell on one chip, each integrated circuit (logical circuit portion and the DRAM cell) is formed on the upper and lower portions of the wafer, and each process can be performed completely separately. Therefore, the advantages of each integrated circuit can be maintained. In addition, by forming an integrated circuit in a multi-layer, thereby reducing the area of the entire chip to improve the degree of integration.
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- 1997-07-16 KR KR1019970033357A patent/KR100248811B1/en not_active IP Right Cessation
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