KR920010828B1 - Process for manufacturing semiconductor integrated circuit device - Google Patents
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Abstract
내용 없음.No content.
Description
제1도, 제2도, 제4도 내지 제6도 및 제8도 내지 제16도는 바이폴라형 반도체 집적회로 장치의 제조공정을 도시한 단면도.1, 2, 4 through 6 and 8 through 16 are cross-sectional views showing the manufacturing process of a bipolar semiconductor integrated circuit device.
제3도는 제조공정 도중의 바이폴라형 반도체 집적회로 장치의 평면도.3 is a plan view of a bipolar semiconductor integrated circuit device during a manufacturing process.
제7도는 제5도의 단면도.7 is a cross-sectional view of FIG.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for the main parts of the drawings
1 : 기판 2 : 매입층1 substrate 2 embedding layer
3 : 에피택셜층 4 : 실리콘 산화막3: epitaxial layer 4: silicon oxide film
5 : 실리콘질화막 6 : 필드산화막5: silicon nitride film 6: field oxide film
7 : U 홈 10 : 분리용 산화막7: U groove 10: Separation oxide film
24 : 반도체 본체 27 : 포토레지스트막24
본 발명은 반도체 기술에 관한 것으로, 특히 반도체 집적회로장치에서 소자분리영역을 형성하는데 이용하여 유효한 소자 분리기술에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE
반도체 집적회로 장치에 있어서, 소자간의 분리법으로서는 확산층을 이용한 PN접합 분리법과 기판표면의 선택산화막을 이용한 산화막 분리법이 실행되고 있다.In the semiconductor integrated circuit device, as the separation method between elements, a PN junction separation method using a diffusion layer and an oxide film separation method using a selective oxide film on the substrate surface are performed.
그런데, 이들의 분리법에서는 소자분리영역의 폭이 비교적 넓어지므로, 소자를 미세화하여 감에따라 소자분리영역의 점유비율이 점차 증가하게 된다.However, in these separation methods, the width of the device isolation region becomes relatively wider, so that the proportion of the device isolation region gradually increases as the device becomes smaller.
이것은 LSI(Large Scale Integrated)의 고밀도화를 도모하는데 장애가 된다. 그래서, 본 출원인은 U홈 분리법이라 하는 분리기술을 제안하였다. 이 U홈 분리법에서는 소자의 활성영역 사이의 분리영역으로 되는 부분을 깍아서 U자 형상(이하 U홈이라 한다)을 형성한다. 이 U홈의 내측에 실리콘 산화막을 형성한 후 U홈의 중간을 폴리실리콘으로 채운다. 이것에 의하여 소자분리영역을 형성한다.This is an obstacle to achieving high density of large scale integrated (LSI). Thus, the present applicant has proposed a separation technique called the U-groove separation method. In this U-groove separation method, U-shaped shapes (hereinafter referred to as U-grooves) are formed by cutting out portions that become separation regions between active regions of the device. After the silicon oxide film is formed inside the U groove, the middle of the U groove is filled with polysilicon. This forms an element isolation region.
상술한 것은, 예를들면 “NIKKEI ELECTRONICS”1982년3월29일, No.287, PP.90∼101에 기술되어 있다.The above is described, for example, in "NIKKEI ELECTRONICS", March 29, 1982, No. 287, pp. 90-101.
바이폴라 트랜지스터는 바이폴라형 반도체 집적회로장치를 구성하는데 있어서 주된 소자이지만, 이것을 반도체 기판상에 고밀도로 배치하기 위해서는 상술의 U홈에 의하여 서로 분리할 필요가 있다.Bipolar transistors are the main elements in the construction of bipolar semiconductor integrated circuit devices, but in order to arrange them on a semiconductor substrate with high density, it is necessary to separate them from each other by the above-described U-groove.
한편, 바이폴라 트랜지스터의 크기를 작게 하기 위하여, 콜렉터 접속영역인 N+형 반도체 영역과 P+형 베이스 영역 사이를 절연물로 분리할 필요가 있다.On the other hand, in order to reduce the size of the bipolar transistor, it is necessary to separate between the N + type semiconductor region and the P + type base region, which are collector connection regions, with an insulator.
이 두가지 점을 동시에 만족시키고자 할때, 본 발명자의 검토에 의하면 다음의 문제점이 생긴다.In order to satisfy these two points at the same time, the present inventors have the following problems.
각 트랜지스터의 분리에 깊은 U홈을 사용하고, 베이스 영역과 콜렉터영역과의 분리에 얕은 U홈을 사용하였을때 제조공정이 복잡하게 되고, 또 콜렉터 저항의 증가에 의한 스위칭속도의 저하가 생기게 된다.When a deep U groove is used to separate each transistor and a shallow U groove is used to separate the base region and the collector region, the manufacturing process becomes complicated, and the switching speed decreases due to the increase of the collector resistance.
각 트랜지스터의 분리에 U홈을 사용하고, 베이스 영역과 콜렉터영역과의 분리에 필드산화막을 사용하였을때, 필드산화막내의 버드 비프(bird beak) 때문에 베이스 영역과 콜렉터영역 사이의 PN접합에서 항복전압이 저하한다.When the U-groove is used to separate each transistor and the field oxide film is used to separate the base region and the collector region, the breakdown voltage is increased at the PN junction between the base region and the collector region due to the bird beak in the field oxide film. Lowers.
본 발명의 목적은 바이폴라형 반도체집적회로장치의 집적도를 그 전기적 특성을 손상하지 않으면서 향상시키는데 있다.An object of the present invention is to improve the degree of integration of a bipolar semiconductor integrated circuit device without compromising its electrical characteristics.
본 발명의 다른 목적은 반도체 본체에 형성되는 반도체 소자의 전기적 특성을 향상시키는데 있다.Another object of the present invention is to improve electrical characteristics of a semiconductor device formed in a semiconductor body.
본 발명의 또 다른 목적은 제조공정을 증가시키지 않고 콜렉터 접촉 영역인 반도체영역과 베이스영역사이에 서로를 충분히 분리할 수 있는 반도체 집적회로장치의 제조공정을 제공하는데 있다.It is still another object of the present invention to provide a manufacturing process of a semiconductor integrated circuit device capable of sufficiently separating each other between a semiconductor region and a base region, which are collector contact regions, without increasing the manufacturing process.
본 발명의 상기 및 그 밖의 목적과 새로운 특징은 본 명세서의 기술 및 첨부도면으로 명확하게 될 것이다.The above and other objects and novel features of the present invention will become apparent from the description and the accompanying drawings.
본 출원에서 개시되는 발명중 대표적인 것의 개요를 간단히 설명하면 다음과같다.Brief descriptions of representative ones of the inventions disclosed in the present application are as follows.
U홈 분리영역에 의하여 소자 사이의 분리가 실행된 바이폴라형 반도체 집적회로장치에 있어서, 분리용의 U홈내에서 실리콘산화막을 형성함과 동시에 콜렉터 접촉영역인 반도체영역과 베이스영역 사이에서 분리용산화막을 형성한다. 이로 인하여 분리용 산화막을 형성하는 공정을 따로 마련할 필요가 없다. 또, 형성된 분리용 산화막 N+형 매입층에 도달하지 않으면서 그 양단부에 있어 U홈 분리영역의 경계부에 있어서도 충분한 두께를 갖는다.In a bipolar semiconductor integrated circuit device in which separation between devices is performed by a U groove isolation region, a silicon oxide film is formed in the separation U groove and a separation oxide film is formed between the semiconductor region and the base region, which are collector contact regions. Form. For this reason, there is no need to provide a separate process for forming the separation oxide film. Moreover, it has sufficient thickness also in the boundary part of a U groove isolation | separation area | region at both ends, without reaching the formed separation oxide film N + type embedding layer.
제1도 내지 제16도는 본 발명의 바이폴라형 반도체 집적회로장치에 적용하였을때의 실시예를 제조공정순서에 따라 도시한 것이다.1 to 16 show an embodiment when applied to the bipolar semiconductor integrated circuit device of the present invention according to the manufacturing process sequence.
본 실시예에서는 우선, 반도체본체(24)를 마련한다.In this embodiment, first, the
P형 단결정 실리콘으로 되는 반도체 기판(1)위에 형성된 실리콘 산화막의 적당한 위치에 매입층을 형성하기 위한 구멍을 뚫는다. 이 실리콘 산화막을 마스크로사용하여, N형 불순물이 기판(1)위로 열확산하여 부분적으로 N+형 매입층(2)가 형성된다. 실리콘 산화막을 제거한 후, 기판(1)위에 기상성장법에 의하여 N-형 에피택셜층(3)을 성장시킨다. 이것에 의하여 반도체 본체(24)가 얻어진다.Holes for forming the buried layer are formed at appropriate positions of the silicon oxide film formed on the
반도체 본체(24)의 주표면상에 실리콘 산화막(SiO2막) (4)와 실리콘 질화막(Si3O4막)(5)를 형성한다.A silicon oxide film (SiO 2 film) 4 and a silicon nitride film (Si 3 O 4 film) 5 are formed on the main surface of the semiconductor
칩 주변의 밴선영역으로 되는 부분의 실리콘 질화막(5)를 제거한다. 이 실리콘 질화막(5)를 마스크로 사용하여, 통상의 아이소플레이너(isoplanar)기술에 의하여 기판(1)의 주변을 깎은 후 열산화를 형성하여 제1도에 도시한 바와 같이 두께 1㎛∼1.2㎛의 필드산화막(6)을 형성한다. 필드산화막(6)이 두꺼우므로, 배선영역상에 배설되는 배선용량을 감소시킬 수 있다.The silicon nitride film 5 in the portion that becomes the band area around the chip is removed. Using the silicon nitride film 5 as a mask, the periphery of the
실리콘 질화막(5)를 제거한후 다시 기판 전체에 걸쳐 실리콘 질화막(25)를 형성한다.After the silicon nitride film 5 is removed, the
분리영역이 형성되는 부분 즉, 바이폴라 트랜지스터의 주위, 각 트랜지스터의 베이스영역과 콜렉터 접촉영역 사이에 있는 영역의 실리콘 질화막(25)를 에칭에 의하여 제거한다. 실리콘 질화막(25)를 마스크로 사용하여, 반도체 본체(24)의 표면을 선택적으로 열산화한다.The
이결과, 분리영역이 형성되는 부분에 두께 3000~3500Å의 실리콘 산화막(26a),(26b)가 제2도에 도시한 바와 같이 형성된다. 분리영역, 베이스영역, 콜렉터 접촉영역, 베이스영역과 콜렉터 접촉영역 사이의 분리영역은 실리콘 질화막(25)에 의하여 그 경계가 규정된다.As a result,
베이스 영역과 콜렉터 접촉영역 사이에 있는 영역위를 포토레지스트막(27)로 덮은 후, 노출하고 있는 산화막(26a)를 습식 에칭으로 제거한다. 베이스영역과 콜렉터 접촉영역 사이의 실리콘 산화막(26b)는 그대로 나아서 반도체 본체(24)의 에칭과 이온주입의 마스크로서 사용된다. 포토레지스트막(27)을 제거한후, 하이드라진을 사용한 에칭에 의하여 홈의 입구가 제3도, 제4도와 같이 점점 뾰족하게 형성된다. 실리콘 산화막(26b)는 하이드라진에 의하여 에칭되지 않는다. 실리콘 산화막(2b)의 제거후, 반도체 본체(24)의 표면이 충분히 뾰족하게 되었을때, 하이드라진에 의한 에칭을 생략할 수 있다.After covering the region between the base region and the collector contact region with the
실리콘 질화막(25)와 실리콘 산화막(26b)를 마스크로서
사용한 드라이에칭에 의하여, 기판(1)까지 도달하는 깊이가 4㎛인 U홈(7)을 제5도에 도시한 바와 같이 형성한다. 실리콘 산화막(26b)도 에칭에 의하여 약 2000Å의 두께가 감소한다.By the used dry etching, the
실리콘 질화막(25)와 실리콘 산화막(26b)를 마스크로서 사용하여, U홈(7)의 아래 부분에 붕소등의 이온을 주입한다. 그후 열처리에 의하여 P+형 채널 스토퍼(8)을 제6도에 도시한 바와 같이 형성한다. 실리콘 산화막(26b)가 형성되어 있는 영역의 반도체 본체(24) 표면으로 붕소는 도입되지 않는다. 베이스영역과 콜렉터 영역 사이의 PN 접합의 항복전압은 붕소가 도입됨으로써 높아진다. 실리콘 산화막(26b)의 두께가 약1000Å 정도이면 붕소가 반도체 본체(24)에 도입 되는 것을 방지할 수 있다.Using the
실리콘 질화막(25)를 마스크로 사용하여 반도체 본체(24)의 표면을 열산화 한다. 이로인하여 U홈(7)내에 실리콘 산화막(9)가 약 6000Å의 두께로 형성된다.The surface of the semiconductor
이때, 베이스영역과 콜렉터 접촉영역 사이의 질화막(25)가 제거되어 있기 때문에, 이 부분에 7000Å∼8000Å정도의 비교적 두꺼운 분리용 산화막 (10)이 형성된다. 산소가 실리콘 산화막(26b)를 통하여 반도체본체(24)의 표면에 도달하므로 실리콘 산화막은 두꺼워진다.At this time, since the
실리콘 산화막(10)은 실리콘 산화막(26b)의 두께 만큼 실리콘 산화막(9)보다 두껍다.The
이 상태를 제7도, 제8도, 제9도에 도시한다.This state is shown in FIG. 7, FIG. 8, and FIG.
여기서 제8도, 제9도는 각각 제7도의 B-B선 및 C-C선에 따른 도면을 표시한다. 또, 제7도에 있어서 2점 쇄선(21a), (21b) 및 (21c)는 후에 형성되는 접촉구멍 위치를 표시한다.Here, FIG. 8 and FIG. 9 show the drawings along the B-B line and the C-C line of FIG. 7, respectively. In FIG. 7, the dashed-dotted
제9도에 도시한 바와 같이, 실리콘 산화막(10)의 끝부분은 실리콘 산화막(9)와 연속이면서 대략 동일 두께로 형성된다. 이 때문에, 베이스영역과 콜렉터 접촉영역이 서로 확실히 분리된다. 또, U홈(7)과 실리콘 산화막(10)의 경계에서 결정 결함의 원인이 되는 응력 집중은 발생하지 않는다.As shown in FIG. 9, the end portion of the
반도체 본체(24)위의 전체에 CVD 등에 의하여 실리콘 질화막을 퇴적한다. 이로 인해 제10도와 같이 U홈(7)의 산화막(9)의 내측에서 실리콘 질화막(11)이 형성된다.A silicon nitride film is deposited over the semiconductor
반도체 본체(24) 위의 전체에 폴리실리콘을 CVD로 두껍게 퇴적하여 U홈(7)에 폴리실리콘을 채운다.Polysilicon is thickly deposited on the whole of the semiconductor
기판표면의 폴리실리콘층을 드라이에칭으로 제거하여 그 표면을 평탄화한다. 그 결과, 제11도와 같이 U홈(7)내의 폴리실리콘(12)가 남는다.The polysilicon layer on the substrate surface is removed by dry etching to planarize the surface. As a result, the
실리콘 질화막(25)을 마스크로 사용하여, U홈내의 폴리실리콘(12)의 표면을 열산화하는 것에 의하여 폴리실리콘(12)위에 두께 6000Å의 실리콘 산화막(13)을 형성한다. 그후 제12도와 같이 콜렉터 접촉영역 위의 실리콘 질화막(25)를 제거한다. 실리콘 질화막(25)를 마스크로 사용하여, N형 불순물을 주입하고, 열확산하여, 콜렉터 접촉영역인 N+반도체영역(14)를 형성한다.By using the
실리콘 산화막(13)을 마스크로 사용하여 실리콘 질화막(25)를 제거한 후, 반도체 본체(24)의 주면 전체에 베이스 영역을 형성하도록 P형 불순물을 주입한다. 반도체 본체(24)위에 다시 실리콘 질화막(15)를 형성한 후, 열처리를 하여 베이스영역인 P+형 반도체영역(16)을 형성한다. 다음에 제13도에 도시한 바와 같이 에미터 영역으로 되는 부분의 실리콘 질화막(15)을 제거한다.After the
에미터 영역으로 되는 부분의 표면의 산화막(4)를 에칭으로 제거한 후 반도체 본체(24)위의 전체에 CVD로 폴리실리콘을 엷게 퇴적시킨다. 이 폴리실리콘층에 비소와 같은 N형 불순물을 주입한후, 열처리를 하여 폴리실리콘층에서의 확산으로 에미터 영역인 N+형 반도체영역(18)을 형성한다. 포토리도그래피에 의하여 제14도에 도시한 바와 같이 에미터영역(18)위에 폴리실리콘전극(19)가 남는다.The oxide film 4 on the surface of the portion that becomes the emitter region is removed by etching, and polysilicon is lightly deposited on the
상술한 경우, 폴리실리콘층에서의 확산에 의하여 에미터영역(18)을 형성하고 있지만, 폴리실리콘의 퇴적전에 에미터영역의 형성을 위한 이온주입과 열처리를 해도된다. 또, 폴리실리콘의 퇴적 전의 이온주입 및 확산과 폴리실리콘에서의 확산에 의하여 에미터영역을 형성해도 된다.In the above-described case, the
반도체 본체(24)위에 PSG(Phospho silicate glass)막을 CVD로 형성하여, 층간 절연막(20)으로 한다.A PSG (Phospho silicate glass) film is formed on the
포토레지스트막막을 마스크로 사용하여, 제15도에 도시한 바와 같이 접촉구멍(21a) 내지 (12c)를 에칭으로 형성하여 베이스영역, 에미터영역 및 콜렉터영역을 형성한다.Using the photoresist film as a mask, the contact holes 21a to 12c are formed by etching as shown in FIG. 15 to form a base region, an emitter region and a collector region.
반도체 본체(24)위의 전면에 알루미늄 등의 배선재료를 증착한 후, 포토리도그래피로 알루미늄 전극(21a) 내지 (22c) 및 알루미늄 배선을 형성한다. SiO2막과 같은 최종 표면 안정화막(23)을 제16도에 도시한 바와 같이 형성한다.After depositing a wiring material such as aluminum on the entire surface of the semiconductor
제16도에 1개의 바이폴라 트랜지스터만이 표시되어 있다. 이 도면에서는 우측단에 형성된 다른 트랜지스터를 생략하고 에픽택셜층(3)을 표시하고 있다.Only one bipolar transistor is shown in FIG. In this figure, the
이것은 제12도 내지 제15도에 있어서도 마찬가지이다.This also applies to FIGS. 12 to 15.
본 실시예에 있어서, U홈(7) 분리영역내의 실리콘 산화막(9)의 형성과 동시에, 콜렉터 접촉영역(14)와 베이스영역(16) 사이에 분리용 산화막(10)이 형성된다.In this embodiment, the
그러므로 분리용 산화막(10)을 형성하기 위한 공정은 불필요하게 된다. 그리고, 콜렉터 접촉영역(14)와 베이스영역(16) 사이가 얕은 U홈에 의하여 분리될때, U홈은 2공정으로 나누어서 깍아줄 필요가 있지만, 본 실시예에 의하면 U홈(7)을 1공정으로 형성할 수 있으므로 공정히 간단하게 된다.Therefore, the process for forming the
분리용 산화막(10)이 실리콘 산화막(9)의 동시에 형성되기 때문에 분리용 산화막(10)이 제9도에 도시한 바와 같이 중앙부에서 양단부까지 대략 균일한 두께로 된다. 한편, 실리콘 산화막(9)와 분리용 산화막(10)을 별도의 공정으로 형성하였을대 산화막(10)의 양단부와 U홈 분리영역(7) 사이의 경계부가 얇게 되어, 베이스영역과 콜렉터영역 사이의 접합 항복 전압이 저하한다.Since the
본 실시예에 의하여 항복전압이 저하하는 일 없이 충분한 항복 전압이 얻어진다.In this embodiment, a sufficient breakdown voltage is obtained without lowering the breakdown voltage.
또, 산화막(10)의 두께는 U홈 형상 분리영역의 두께보다 제어하기 쉬우므로 트랜지스터의 전기적 특성의 불균형이 적어진다. U홈 분리영역에 의하여 콜렉터 접촉영역(14)와 베이스영역(16) 사이를 분리할때 다음과 같은 단점이 생긴다. 즉, U홈이 에피텍셜층(3)을 관통하여 매입층(2)에 도달하면 콜렉터 저항이 증가하고, 한편 U홈이 얕으면 베이스영역과 콜렉터영역 사이의 접합 항복전압이 저하한다. 그러나 본 실시예에 의하면 트랜지스터의 전기적 특성이 향상한다.In addition, since the thickness of the
본 실시예에서 트랜지스터가 형성되어 있지 않은 영역에는 두꺼운 필드산화막(6)이 형성된다. 이 두꺼운 필드산화막(6)위에 예를 들면 배선층이 형성된다.In the present embodiment, the thick
따라서, 필드산화막(6)에 마련된 영역은 배선 채널로 사용된다. 폴리실리콘전극(19)를 형성하지 않으므로 직접 기판의 주면에 N형 불순물을 주입하여 에미터영역(18)을 형성해도 된다. 또, 콜렉터 접촉영역을 베이스영역, 에미터영역의 형성후에 형성해도 된다.Therefore, the region provided in the
또, 배선영역의 필드산화막(6)을 분리용 산화막(10)의 형성과 같도록 U홈 내의 실리콘 산화막(9)의 형성시와 동시에 형성해도 된다.The
분리용의 U홈내에서 산화막(절연물)의 형성과 동시에, 분리용 산화막(분리용 절연막)이 콜렉터 접촉영역과 베이스영역 사이에 마련된다. 이 결과 콜렉터 접촉영역과 베이스영역 사이의 분리용산화막(분리용 절연막)의 두께가 중앙부에 양단부까지 거의 균일하게 되고, 베이스영역과 콜렉터영역 사이가 완전히 분리되며, 분리용 산화막(분리용 절연막)의 두께가 거의 일정하다. 따라서, 트랜지스터의 특성이 향상되는 효과가 있다. 또, 콜렉터 접촉영역과 베이스영역 사이이 분리용 산화막을 형성하는 공정을 별도로 마련할 필요가 없으므로 공정이 간단하게 된다.Simultaneously with the formation of the oxide film (insulation material) in the separation U groove, a separation oxide film (separation insulating film) is provided between the collector contact region and the base region. As a result, the thickness of the separation oxide film (separation insulating film) between the collector contact region and the base region becomes almost uniform at both ends in the center, and the base region and the collector region are completely separated, and the separation oxide film (separation insulating film) The thickness is almost constant. Therefore, there is an effect that the characteristics of the transistor are improved. In addition, since the process of forming the separation oxide film between the collector contact region and the base region need not be provided separately, the process is simplified.
이상 본 발명자에 의해서 이루어진 발명을 상기 실시예에 따라 구체적으로 설명했지만, 본 발명은 상시 실시예에 한정되는 것은 아니고, 그 요지를 이탈하지 않는 범위에서 여러가지로 변경 가능한 것은 물론이다.As mentioned above, although the invention made by this inventor was demonstrated concretely according to the said Example, this invention is not limited to an Example at all, Of course, it can change variously in the range which does not deviate from the summary.
예를 들면, 본 실시예에 있어서 배선 영역에 마련된 필드 산화막은 아이소플레이너 기술에 의하여 형성되는 것에 한정되지 않으며 반도체 표면을 에칭하는 일 없이 선택적으로 산화하여 얻는 산화막이라도 된다. 필드절연막의 바로 밑에 P+형 매입층을 형성할 수도 있다. 또, 필드절연막을 없이하여도 좋다.For example, in this embodiment, the field oxide film provided in the wiring region is not limited to that formed by an isoplaner technique, and may be an oxide film obtained by selectively oxidizing without etching the semiconductor surface. A P + type buried layer may be formed directly under the field insulating film. In addition, the field insulating film may be omitted.
이상의 설명에서는 주로 본 발명자에 의하여 발명된 발명을 배경으로한 이용분야인 바이폴라형 반도체 집적회로 장치에 적용한 것에 대하여 설명하였다. 본 발명은 상술의 예에 한정되는 것은 아니고, 반도체 기판의 주면에 분리영역을 필요로 하는 반도체 장치에 이용할 수도 있다.In the above description, the application of the present invention to the bipolar semiconductor integrated circuit device, which is the field of use based on the invention invented by the present inventors, has been described. This invention is not limited to the above-mentioned example, It can also be used for the semiconductor device which requires a separation area in the main surface of a semiconductor substrate.
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