KR910009740B1 - Manufacturing method of self-aligned bipolar transistor using oxide film - Google Patents
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Abstract
Description
제1도는 종래의 자기 정합된 바이폴라 트랜지스터의 단면도.1 is a cross-sectional view of a conventional self-matched bipolar transistor.
제2a-j도는 본 발명에 따른 자기 정합된 NPN트랜지스터의 제조공정도.Figure 2a-j is a process chart of the self-aligned NPN transistor according to the present invention.
본 발명은 반도체장치의 제조방법에 관한 것으로, 특히 자기 정합(Self-Align)된 바이폴라 트랜지스터의 제조방법에 관한 것이다. 일반직인 바이폴라 트랜지스터의 동작 속도와 잡음에 대한 면역 특성향상을 위해서는 베이스 영역의 저항 Rb를 축소시켜야 한다. 통상적인 바이폴라 트랜지스터에서 베이스 저항 Rb는 에미터 영역 하부의 활성 베이스영역(Active Base Region 또는 Intrinsic Base Region)의 저항 R1과 에미터 영역의 에지(Edge)부분과 벌크 베이스 영역(Bulk Base Region 또는 Extrinsic Base Region)외 접촉 영역으로부터의 벌크 베이스영역의 저항 R2으로 이루어지게 된다.The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device, and more particularly, to a method for manufacturing a self-aligned bipolar transistor. To improve the operation speed and noise immunity of the general bipolar transistor, the resistance of the base region Rb should be reduced. In a conventional bipolar transistor, the base resistance Rb is the resistance R1 of the active base region (Active Base or Intrinsic Base Region) below the emitter region, the edge portion of the emitter region and the bulk base region (Bulk Base Region or Extrinsic Base). Resistance R2 of the bulk base region from the contact region outside the region).
상기 저항 R1이나 활성 베이스 영역의 면적은 차단주파수나 이득등 트랜지스터의 특성과 밀접한 관계가 있으므로 저항 R1은 변경하기 어려우므로 베이스 저항 Rb을 줄이려면 벌크 베이스 영역의 저항 R2을 줄여야 한다.Since the area of the resistor R1 or the active base region is closely related to the characteristics of the transistor such as a cutoff frequency or a gain, the resistor R1 is difficult to change.
종래에 베이스 영역의 저항을 감소시키기 위해 벌크 베이스 영역에 고농도 불순물을 확산시킨 경우 베이스 영역은 에미터 영역 하부의 활성베이스 영역인 저농도 영역 a와 고농도 불순물 확산층의 벌크 베이스 영역인 b로 나뉘어지며 영역 a의 저항은 고저항인 저항 R1, 영역 b의 저항은 저저항인 저항 R2가 된다.Conventionally, when a high concentration of impurities are diffused into the bulk base region to reduce the resistance of the base region, the base region is divided into a low concentration region a, an active base region under the emitter region, and a bulk base region b, a high concentration impurity diffusion layer, and a region a. The resistance of the resistor R1 is a high resistance resistor, and the resistance of the region b is a low resistance resistor R2.
따라서 저항 R2을 줄여주므로 직렬로 연결된 저항 R1과 저항 R2의 합인 전체 베이스 저항 Rb는 줄어들게 된다.This reduces the resistance R2, which reduces the total base resistance Rb, which is the sum of the resistors R1 and R2 connected in series.
상기에서와 같이 영역 a와 영역 b를 형성할때는 2차에 걸친 이온주입 공정을 주로 사용하는데 이때 영역 b는 에미터 축퇴(Degradation)현상이 일어나지 않으면서 최대한 에미터 영역에 가깝게 하는 것이 바람직하다. 만일 상기 영역 b가 에미터 영역에서 멀어지면 고저항의 상기 영역 a가 확장되어 저항 R1이 증가하게 되고, 고농도인 영역 b가 반대 도전형의 고농도 에미터영역에 가까와져서 겹치게 되면 축퇴되어 누설전류가 커지게 되어 특성이 나빠지게 된다.As described above, when the regions a and b are formed, a second ion implantation process is mainly used. In this case, the region b is preferably as close to the emitter region as possible without emitter degeneration. If the region b moves away from the emitter region, the region a of high resistance expands to increase the resistance R1, and if the region b of high concentration approaches and overlaps the high concentration emitter region of the opposite conductivity type, it degenerates and leaks. It becomes larger and worsens.
벌크 베이스영역이 에미터 영역과 최대한 가까우면서 축퇴현상이 일어나지 않고 베이스 저항 Rb가 감소되도록 하기 위해서 자기 정합방식을 사용하는데, 제1도는 종래의 자기정합 방식을 이용한 NPN트랜지스터의 단면도를 도시한 것이다.In order to make the bulk base region as close to the emitter region as possible, degeneracy does not occur and the base resistance Rb is reduced. FIG. 1 shows a cross-sectional view of an NPN transistor using a conventional self-matching scheme.
제1도를 참조하며 p형 실리콘 기판상(10)에 n형 실리콘 에피택셜층(11)(Epitaxial layer)이 형성되어 에피택셜층(11)과 기판(10) 사이에 고농도 N+매몰층(12)이 형성되어 있다.Referring to FIG. 1, an n-type silicon epitaxial layer 11 is formed on a p-type silicon substrate 10 to form a high concentration N + buried
타 소자영역과 필드산화막(14)으로 이격되고 또한 에미터 및 베이스영역은 콜렉터영역과 필드산화막(14)으로 이격되어 있다.The other element region and the
또한 P+벌크 베이스(16) 영역에 둘러싸인 P-액티브 베이스 영역(18)이 있고 액티브 베이스내에 고농도 N+에미터영역 (20)이 있다. 이 N+에미터영역 (20)은 내부접속으로 사용되는 도핑된 다결정 실리콘(22a)에 의한 확산으로 형성된 것이다.There is also a P-active base region 18 surrounded by a P + bulk base 16 region and a high concentration N + emitter region 20 in the active base. This N + emitter region 20 is formed by diffusion by the doped polycrystalline silicon 22a used for internal connection.
또한 N+매몰층(12)과 연결된 N+싱크영역(13)상에는 다결정 실리콘(22b)이 형성되어 있고 절연막(24)로 덮힌 기판상에 다결정 실리콘(22a)영역과 접속되게 에미터전극(26)이, P+벌크 베이스영역과 접속되게 베이스전극(27)이, 다결정 실리콘(22b)영역과 접속되게 콜렉터전극(28)이 형성되어 있다.In addition, the polycrystalline silicon 22b is formed on the N +
상기 도면에 도시한 바와 같이 다결정 실리콘(22a)을 내부접속(Interconnection)으로 하여 형성된 얕은 정션(Shallow Junction) 에미터(20)와 P+벌크 베이스영역(16)이 서로 접촉해서 정션이 형성되어 있다. 이 때문에 고농도층의 접촉으로 발생되는 에미터와 베이스 사이에 정션 브레이크다운 전압(Junction Breakdown Voltage)의 감소 및 정션 누설전류(Junction Leakage Current)를 야기시키는 결과를 낳는다.As shown in the figure, the junction is formed by contacting the shallow junction emitter 20 and the P + bulk base region 16 formed by using the polycrystalline silicon 22a as an interconnection. This results in a decrease in junction breakdown voltage and a junction leakage current between the emitter and the base caused by the contact of the high concentration layer.
또한 다결정 실리콘을 내부 접속으로 하여 에미터를 형성시켜 주기 때문에 다결정 실리콘과 실리콘 사이에 존재할 수 있는 얇은 산화막 때문에 직류 전류증폭률 hFE제어가 어렵고 다결정 실리콘을 사용함으로써 공정이 복잡해지고 불안정하게 되는 단점이 있었다.In addition, since the emitter is formed by the internal connection of polycrystalline silicon, the thin oxide film that may exist between the polycrystalline silicon and the silicon makes it difficult to control the DC current amplification factor hFE, and the use of polycrystalline silicon makes the process complicated and unstable.
따라서 본 발명의 목적은 간단한 공정으로 에미터와 베이스간의 브레이크 다운전압 감소를 방지하고 누설 전류를 감소시키며 에미터와 베이스를 동시에 자기정합시키는 바이폴라 트랜지스터 제조방법을 제공함에 있다.Accordingly, it is an object of the present invention to provide a bipolar transistor manufacturing method which prevents the breakdown voltage between the emitter and the base, reduces the leakage current, and simultaneously self-matches the emitter and the base in a simple process.
이하 본 발명을 첨투한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings of the present invention will be described in detail.
제2a-j도는 본 발명에 따른 NPN트랜지스터의 제조공정의 단면도를 순서대로 도시한 것이다.2A-J show cross-sectional views of the manufacturing process of the NPN transistor according to the present invention in order.
출발물질은 비저항이 15-20Ω·cm이고 <100>의 결정구조를 같는 p형 실리콘웨이퍼이다.The starting material is a p-type silicon wafer having a specific resistance of 15-20 Ω · cm and having a crystal structure of <100>.
먼저 제2a도를 참조하면 상기 기판(31)위에 통상의 산화공정(Oxidation) 및 사진 식각공정 (Photolithographic Process)으로 매몰층형성을 위한 패턴을 형성하고 고농도 비소이온을 확산하여 N+매몰층(32)을 형성하며, 그위에 통상의 액상 에피택시(Liguid Phase Epitaxy)방법 또는 기상 에피택시(Vapor Phase Epitaxy)방법으로 N형의 에피택셜층(Epitaxial layer)(33)을 성장시키고, 통상의 확산공정으로 인을 확산하여 N+콜렉터(34)를 형성한 후 기판상부 전면에 질화막을 침적하고 액티브영역(Active region)(30a)(30b)을 제외한 영역의 질화막을 제거하여 산화공정을 진행하여 필드산화막(35)을 형성하고 액티브영역 (30a) (30b)상의 질화막을 제거한 것이다.First, referring to FIG. 2A, a pattern for forming an investment layer is formed on the
그다음 기판상에 얇은 산화막(36)을 형성하고 제 1 베이스(Interinsic Base)영역을 형성하기 위해 통상의 사진공정(Photolithography)으로 포토레지스트 패턴(37)을 형성한 후 상기 포토레지스트 패턴(37)을 이온 주입마스크로하여 3×1013ions/㎠-7×1013ions/㎠의 도우즈로 붕소이온 주입을 하여 제1p형이온 주입영역(38)을 형성하면 제2b도와 같다.Then, a
그다음 기판상의 포토레지스트 패턴(37)을 제거하고 기판전면에 Si3N4의 질화막(39)을 1500-2000Å두께로 침적(Deposition)하면 제2c도와 같다. 그다음 상기 질화막(39)상에 에미터영역을 형성하기 위하여 통상의 사진공정으로 포토레지스트 패턴(40)을 형성하고 상기 포토레지스트 패턴(40)을 식각 마스크로 하여 에미터영역이 형성될 부분을 제외한 액티브영역(30a)의 질화막(39)과 산화막(36)을 식각하면 제2d도와 같다. 그다음 상기 기판상의 포토 레지스터패턴(40)을 제거하고 기판 전면에 SiO2의 산화막(41)을 5000-8000Å두께로 침적(Deposition)하면 제2e도와 같다.Then, the
그다음 통상의 에치백(Etch Back)공정으로 상기 질화막(39)상에 500-1000Å정도의 산화막이 남도록 식각한 후 제2베이스(Extrinsic base)형성을 위하여 1×1015-3×1015ions/㎠의 도우즈를 붕소 이온 주입을 하여 제2p형 이온 주입영역(42)을 형성하면 제2f도와 같다.Then, by etching a 500-1000 공정 oxide layer on the
이때 에미터영역상의 질화막(39)위에 약 500-1000Å정도의 산화막이 남도록 식각하면 상기 질화막(39)의 측벽에 산화막 스페이서(Spacer)(41a) 형성되며 이는 제 2 베이스의 이온주입시 마스킹 역할 및 에미터와 자기정합이 된다.At this time, when the oxide film of about 500-1000Å is left on the
그 다음 산화막을 3000-4000Å 식각하여 기판상에 남아있는 산화막을 모두 제거한 후 열처리하면 상기 제1 및 제2p형 이온주입 영역 (38) (45)이 활성화되어 제1 및 제2베이스영역 (43) (44)이 형성되고 상기 노출된 제2베이스영역(44)상에는 2000-2500Å정도의 산화막(45)이 제2g도와 같이 형성된다.Then, the oxide film is etched at 3000-4000Å to remove all the oxide film remaining on the substrate, and then heat-treated to activate the first and second p-type
그다음 에미터영역을 만들기 위하여 상기 기판상의 질화막(39)을 모두 제거하고 4×1015-9×1015ions/㎠의 도우즈로 비소이온 주입을 하여 제1베이스(43) 표면에 n형 이온주입영역(46)을 형성하면 제 2h도와 같다. 그다음 상기 기판상에 SiO2의 산화막(47)을 2000-3000Å두께로 침적하면 상기 n형 이온주입영역(46)이 활성화되어 N+에미터영역(49)이 제2i도와 같이 형성된다.Then, the
그다음 통상의 사진식각 공정으로 에미터, 베이스 및 콜렉터 전극을 형성하기 위하여 콘택(Contact)을 형성하고 기판상에 TiN막(49)과 금속층(50)을 동시에 침적하고 통상의 사진식각 공정으로 에미터 전극(51), 베이스전극(52), 콜렉터전극(53)을 형성한 후 얼로이(Alloy)공정을 하면 제2j도와 같이 NPN트랜지스터가 형성된다.Then, a contact is formed to form an emitter, a base, and a collector electrode by a conventional photolithography process, and a
제9j도의 영역(60)은 제2i도의 산화막(35)(45)(47)이 합쳐진 산화막 영역이다.The
이 공정에서는 TiN막은 얕은 정션을 이루는 에미터 및 베이스영역으로 금속층이 확산되어 스파이크 현상 또는 브레이크 다운전압을 낮추는 것을 방지하기 위하여 형성된 것이며 통상의 실리사이드막을 이용하여 형성할 수도 있다.In this step, the TiN film is formed to prevent the diffusion of the metal layer into the emitter and the base region forming the shallow junction to lower the spike phenomenon or the breakdown voltage. The TiN film may be formed using a conventional silicide film.
상기에서는 NPN트랜지스터를 실시예로 설명하였으나 본 발명의 사상에 벗어남이 없이 다르게 형성할 수도 있음은 이 분야의 통상의 지식을 가진자는 쉽게 알 수 있을 것이다.In the above description of the NPN transistor as an embodiment, it can be easily understood by those of ordinary skill in the art that the present invention can be formed differently without departing from the spirit of the present invention.
상술한 바와 같이 본 발명은 산화막 스페이서를 이용하여 트랜지스터의 에미터와 베이스를 동시에 자기정합 시킴으로써 고농도 에미터영역과 고농도 제2베이스영역이 형성될 때 두 영역 사이의 단락을 방지하여 에미터와 베이스간의 누설전류를 감소시킬 수 있고 내압(Breakdown)감소를 방지하며 소자의 크기를 줄일 수 있다. 또한 본 발명은 실리콘 기판과 금속의 계면에 TiN막을 이용하므로써 접촉저항을 감소시키고 금속의 스파이크를 방지하며 제2 베이스-마스크층이 줄어든다.As described above, the present invention simultaneously self-aligns the emitter and the base of the transistor using an oxide spacer to prevent a short circuit between the two areas when a high emitter region and a high concentration second base region are formed. It can reduce leakage current, prevent breakdown, and reduce device size. In addition, the present invention reduces the contact resistance, prevents metal spikes, and reduces the second base-mask layer by using the TiN film at the interface between the silicon substrate and the metal.
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