KR960012246B1 - Method for forming a semiconductor device - Google Patents

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KR960012246B1
KR960012246B1 KR1019910016738A KR910016738A KR960012246B1 KR 960012246 B1 KR960012246 B1 KR 960012246B1 KR 1019910016738 A KR1019910016738 A KR 1019910016738A KR 910016738 A KR910016738 A KR 910016738A KR 960012246 B1 KR960012246 B1 KR 960012246B1
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trench
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KR1019910016738A
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겐지 히라카와
Original Assignee
가부시기가이샤 도시바
아오이 죠이치
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Description

반도체 장치의 소자간 분리 영역의 형성 방법Method of forming isolation region between elements of semiconductor device

제1도는 완전 유전체 분리법을 사용한 종래의 npn 바이폴라 트랜지스터의 단면도.1 is a cross-sectional view of a conventional npn bipolar transistor using a full dielectric isolation method.

제2도의 (a),(b) 및 (c)는 종래의 소자간 분리 영역의 형성 단계를 나타내는 단면도.(A), (b) and (c) of FIG. 2 are sectional drawing which shows the formation process of the isolation region between elements conventionally.

제3도의 (a)∼(e)는 본 발명의 소자간 분리 영역의 형성 단계를 나타내는 단면도.(A)-(e) of FIG. 3 is sectional drawing which shows the formation process of the isolation | separation area | region between elements of this invention.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for main parts of the drawings

101,201,301 : 반도체 기판 102,105,202,302 : 절연막101,201,301: semiconductor substrate 102,105,202,302: insulating film

103,203,303 : n+형 매입층 104,204,304 : n형 콜렉터 영역103,203,303: n + type buried layer 104,204,304: n type collector region

205,305 : 레지스트 또는 실리콘 산화막205,305: resist or silicon oxide film

206,306 : 이방성 에칭에 의한 홈(트렌치)206,306: groove (trench) by anisotropic etching

107,108,207,310 : 실리콘 산화막 208,308 : 트렌치 상부 코너부107,108,207,310: silicon oxide film 208,308: upper corner of trench

209,309 : 트렌치 하부 코너부 210 : 트렌치 하부 코너부에서 발생한 결정결함209,309: lower trench corner 210: crystal defect occurring at lower trench corner

106,311 : 다결정 실리콘막 110 : p+형 그래프트 베이스영역106,311 polycrystalline silicon film 110: p + type graft base region

112 : n+에미터 영역 113 : 에미터전극112 n + emitter region 113 emitter electrode

114 : 베이스 전극 115 : 콜렉터 전극114: base electrode 115: collector electrode

본 발명은 고속동작 회로 및 고내압 회로 등에 사용하는 반도체 집적회로 장치의 소자간 분리 영역의 형성 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for forming an isolation region between elements of a semiconductor integrated circuit device for use in high speed operation circuits, high breakdown voltage circuits, and the like.

절연막상에 반도체층을 형성하고, 이 반도체층에 디바이스를 형성하는 완전 유전체 분리 기술은 기생용량의 저감에 의한 고속동작, 고내압화, 또는 그외에 래치업(Latch Up)을 발생하지 않는다는 높은 신뢰성 등의 이점이 있다.A complete dielectric separation technique in which a semiconductor layer is formed on an insulating film and a device is formed on the semiconductor layer has high reliability such as high speed operation due to reduction of parasitic capacitance, high breakdown voltage, or high latch up. There is an advantage.

제1도는 완전 유전체 분리 기술을 이용한 고속 바이폴라(Bipolar) 집적회로의 예이다. 콜렉터 영역이 되는 n층(104) 및 n+층(103)은 기판(101)과는 절연막(102)으로 분리되고 인접 소자와는 트렌치 아이솔레이숀(Trench Isolation)의 절연막(105)으로 분리되어 통상의 pn 접합에 의하여 분리된 경우보다 콜렉터와 기판간의 기생용량이 대폭 저감되고 회로 동작이 고속화된다.1 is an example of a fast bipolar integrated circuit using a full dielectric isolation technique. The n layer 104 and the n + layer 103 serving as the collector region are separated from the substrate 101 by the insulating film 102, and are separated from the adjacent elements by the insulating film 105 of the trench isolation. The parasitic capacitance between the collector and the substrate is significantly reduced and the circuit operation is faster than when separated by the pn junction.

제2도의 (a)∼(c)는 완전 유전체 분리 기술을 사용한 상기 고속 바이폴라형 트랜지스터의 트렌치 아이솔레이숀 부분의 형성 단계를 나타낸 단면도이다. 우선 실리콘 절연막(202)상에 n+층(203)과 n층(204)을 포함한 실리콘층을 제2도의 (a)와 같이 형성한다. 이 형성 방법으로는 실리콘 절연막(202)과 실리콘층을 친수성 처리한 후, 접착·열처리하는 방법(일본 특공소 62-27040호 공보), 레이저 또는 전자 비임에 의한 용융 재결정법 및 O+이온을 주입하여 산화막층을 형성하는 방법 등이 있다.2A to 2C are cross-sectional views showing the step of forming the trench isolation portion of the fast bipolar transistor using the full dielectric isolation technique. First, a silicon layer including an n + layer 203 and an n layer 204 is formed on the silicon insulating film 202 as shown in FIG. The formation method is a method of performing hydrophilic treatment on the silicon insulating film 202 and the silicon layer, followed by bonding and heat treatment (JP-A-62-27040), melt recrystallization by laser or electron beam, and implantation of O + ions. To form an oxide film layer.

다음에 통상의 리소그래피(Lithography)법에 의하여 패터닝한 레지스트(Resist) 또는 실리콘 산화막(205)을 마스크로하여 CBrF3등의 가스를 사용한 반응성 이온 에칭등에 의하여 이방성의 홈(206)을 제2도의 (b)에 도시된 바와 같이 형성한다. 다음에 열산화함으로써 트렌치 내벽에 실리콘 산화막(207)을 형성한다(제2도의 (c) 참조).Next, the anisotropic groove 206 is formed by the reactive ion etching using a gas such as CBrF 3 using a resist or a silicon oxide film 205 patterned by a conventional lithography method as a mask. Form as shown in b). Next, by thermal oxidation, a silicon oxide film 207 is formed on the inner wall of the trench (see FIG. 2C).

트렌치 코너부(208,209)는 산화시에 큰 응력이 가해져서 산화막의 박막화를 야기하며, 나아가서는 결정결함 발생의 원인이 된다. 이에 대한 대책으로서 화학적 드라이 에칭으로 상부 코너 볼록부(208)를 깎아내어 둥글게 하는 방법이 있다. 그러나, 이때 하부 코너부(209)는 둥글게 되지 않는다. 한편, 하부 코너부(209)에서 발생한 결함은 45°경사의 상방향으로 성장하여 표면에 도달할 가능성이 커지므로 소자의 수율을 대폭 저감시킨다. 본 발명은 이와 같은 문제점을 해소하기 위한 것으로, 절연막상에 형성된 단결정 반도체층 내에서 이루어지는 소자간 분리를 위해 트렌치 아이솔레이숀을 사용한 경우의 트렌치 내벽에서의 산화막의 형성방법에 관한 것이며, 트렌치 하부 코너부에서 소자 표면 방향으로 발달하는 결정결함을 방지하는 것을 목적으로 한다.Trench corner portions 208 and 209 are subjected to large stresses during oxidation, resulting in thinning of the oxide film, and thus causing crystal defects. As a countermeasure, there is a method of cutting off and rounding the upper corner convex portion 208 by chemical dry etching. However, the lower corner portion 209 is not rounded at this time. On the other hand, the defect generated in the lower corner portion 209 grows in the upward direction of the inclination of 45 °, so that the probability of reaching the surface is increased, which greatly reduces the yield of the device. The present invention is to solve such a problem, and relates to a method of forming an oxide film in the trench inner wall when the trench isolation is used for the isolation between devices formed in the single crystal semiconductor layer formed on the insulating film, the trench lower corner The purpose is to prevent crystal defects from developing toward the surface of the device.

본 발명에 따른 반도체 장치의 소자간 분리 영역의 형성 방법은 절연막상에 형성되어 있는 단결정 반도체층에 이방성 에칭을 이용하여 절연막에 도달하는 홈을 형성하는 단계와, 웨트 또는 드라이 에칭을 이용하여 상기 이방성 에칭 과정에서의 폴리머 및 손상층을 제거하는 단계와, 감압기상 성장법을 이용하여 상기 홈내에 다결정 반도체막을 형성하는 단계와, 열산화법을 이용하여 상기 다결정 반도체막과 이에 접하는 단결정반도체층을 산화시킴으로써 산화막을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하고 있다.A method of forming an isolation region between elements of a semiconductor device according to the present invention includes forming a groove reaching an insulating film by using anisotropic etching in a single crystal semiconductor layer formed on the insulating film, and using the wet or dry etching. Removing the polymer and the damage layer during the etching process, forming a polycrystalline semiconductor film in the groove by using a reduced pressure gas phase growth method, and oxidizing the polycrystalline semiconductor film and the single crystal semiconductor layer in contact with each other by thermal oxidation. And forming an oxide film.

절연막상에 형성되어 있는 단결정 반도체층에 형성되는 트렌치 아이솔레이숀의 내벽에 절연막을 형성할때, 미리 감압기상 성장법에 의하여 다결정 반도체막을 퇴적하여 코너를 둥글게 한 후, 열산화막을 형성함으로써 절연막에 접한 트렌치 하부 코너부에서 표면으로 발달하는 결정결함을 방지한다.When the insulating film is formed on the inner wall of the trench isolation formed on the single crystal semiconductor layer formed on the insulating film, the corners are rounded by depositing the polycrystalline semiconductor film by a reduced pressure vapor phase growth method in advance, and then a thermal oxide film is formed on the insulating film. Prevents crystal defects that develop into the surface from the adjacent lower corner of the trench.

(실시예)(Example)

본 발명의 실시예로서 npn형 바이폴라 트랜지스터의 소자간 분리 영역의 형성 단계를 제3도의 단면도에 따라 설명한다.As an embodiment of the present invention, a step of forming an isolation region between elements of an npn type bipolar transistor will be described with reference to the cross-sectional view of FIG.

먼저 제3도의 (a)에 도시된 바와 같이 실리콘 산화막등의 절연막(302)상에 콜렉터 전극 인출용의 n+영역(303)과 n 영역(304)을 포함하는 단결정 반도체층을 형성한다. 이 형성 방법은 종래예로 제시한 바와 같이 웨이퍼 접착 기술에 의한 방법, 레이저 또는 전자 비임에 의한 용융 재결정법, O+이온 주입에 의한 산화막 형성 방법 등의 단결정 반도제층(303,304)의 결정의 완전성을 저하시키지 않는 방법이면 가능하다.First, as shown in FIG. 3A, a single crystal semiconductor layer including n + region 303 and n region 304 for extracting collector electrodes is formed on an insulating film 302 such as a silicon oxide film. This formation method, as shown in the prior art, completes the crystallinity of the single crystal semiconductor layers 303 and 304 such as a wafer bonding technique, a melt recrystallization method by a laser or electron beam, and an oxide film formation method by O + ion implantation. If it does not reduce, it is possible.

다음에 통상의 리소그래피법에 의하여 패터닝한 레지스트 또는 실리콘 산화막(305)을 마스크로 하여 CBrF3등의 가스를 사용한 반응성 이온 에칭법 등에 의하여 소자간 분리 영역으로서 제3도의 (b)에 도시한 바와 같이 절연막(302)까지 도달하는 홈(306)을 형성한다. 웨트 또는 드라이 에칭에 의하여 폴리머 및 손상층을 제거한 후, 감압기상 성장법에 의하여 다결정 실리콘막(307)을 1000Å에서 2000Å정도로 퇴적한다(제3도의 (c) 참조). 이때, 다결정 실리콘막은 상부 코너부(308) 뿐만 아니라 하부 코너부(309)에 곡률을 갖고 퇴적되며, 상부 코너부(308)와 하부 코너부(309)는 제3도의 (c) 및 (d)에 점선의 동그라미로 표시되어 있다.Next, as shown in FIG. 3 (b) as an isolation region between elements by a reactive ion etching method using a gas such as CBrF 3 as a mask using a resist or silicon oxide film 305 patterned by a conventional lithography method as a mask. The groove 306 reaching the insulating film 302 is formed. After the polymer and the damage layer are removed by wet or dry etching, the polycrystalline silicon film 307 is deposited from about 1000 mW to about 2000 mW by the reduced pressure gas phase growth method (see FIG. 3C). At this time, the polycrystalline silicon film is deposited with curvature not only at the upper corner portion 308 but also at the lower corner portion 309, and the upper corner portion 308 and the lower corner portion 309 are formed in FIGS. 3C and 3D. Is indicated by a dotted circle.

또한 900℃에서 1000℃정도의 온도로 수소 연소법에 의하여 1000Å 이상의 열산화막(310)을 형성한다(제3도의 (d) 참조). 이때 하부 코너부(309) 및 상부 코너부(308)에는 곡률을 갖는 실리콘 산화막이 형성되므로, 특히 하부 코너부(309)에서 웨이퍼 표면으로 발달하는 결정결함을 방지할 수 있고, 소자의 수율을 대폭 상승시킬 수 있다. 또 감압 기상 성장법에 의해 다결정 실리콘막등(311)을 메워넣고, 이것을 산화 실리콘막(312)으로 덮어 소자간 분리 영역을 완성한다(제3도의 (e) 참조).Further, a thermal oxidation film 310 of 1000 kPa or more is formed by a hydrogen combustion method at a temperature of about 900 ° C to 1000 ° C (see (d) of FIG. 3). At this time, since the silicon oxide film having a curvature is formed in the lower corner portion 309 and the upper corner portion 308, it is possible to prevent crystal defects that develop from the lower corner portion 309 to the wafer surface, and to significantly improve the yield of the device. Can be raised. In addition, the polycrystalline silicon film 311 and the like are filled by the vacuum vapor deposition method, and this is covered with the silicon oxide film 312 to complete the isolation region between the elements (see FIG. 3E).

이상의 설명으로 명백한 바와 같이 본 발명의 완전 유전체 분리에 사용하는 트렌치 아이솔레이숀 형성 방법은 하부 절연막에 접하는 코너부를 둥글게 형성하므로, 종래 이 코너부에서 발생하기 쉬웠던 결정결함을 방지할 수 있다. 이 결정결함은 반도체층의 표면 방향으로 발달하는 것으로서, 종래 소자 수율을 저하시키는 증대 원인이 되었으나 이것을 대폭적으로 개선할 수 있다.As is apparent from the above description, the trench isolation formation method used for the complete dielectric separation of the present invention forms a rounded corner portion in contact with the lower insulating film, so that crystal defects, which have occurred easily at this corner portion, can be prevented. This crystal defect develops in the surface direction of the semiconductor layer, which has been a cause of increase in conventional device yield, but can be greatly improved.

Claims (1)

절연막(302)상에 형성되어 있는 단결정 반도체층(303,304)에 이방성 에칭을 이용하여 상기 절연막(302)까지 도달하는 홈(306)을 형성하는 단계와 ; 웨트 또는 드라이 에칭을 이용하여 상기 이방성 에칭과정에서의 폴리머와 손상층을 제거하는 단계와 ; 감압기상 성장법을 이용하여 상기 홈(306)내에 다결정 반도체막(307)을 형성하는 단계와 ; 열산화법을 이용하여 상기 다결정 반도체막(307)과 이에 접하는 단결정 반도체층(303,304)을 산화시킴으로써 산화막(310)을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 장치의 소자간 분리 영역의 형성 방법.Forming grooves 306 reaching the insulating film 302 by anisotropic etching in the single crystal semiconductor layers 303 and 304 formed on the insulating film 302; Removing the polymer and the damage layer during the anisotropic etching process using wet or dry etching; Forming a polycrystalline semiconductor film 307 in the groove 306 by using a reduced pressure gas phase growth method; Forming an oxide film (310) by oxidizing the polycrystalline semiconductor film (307) and the single crystal semiconductor layer (303,304) in contact with it by thermal oxidation.
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