KR960013780B1 - Semiconductor device and the manufacturing method of device isolation - Google Patents
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Abstract
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Description
제1도는 이 발명에 의한 반도체장치의 구성을 표시하는 단면도.1 is a cross-sectional view showing the configuration of a semiconductor device according to the present invention.
제2도는 이 발명에 의한 소자분리용 반도체장치의 다른 구성을 표시하는 단면도.2 is a cross-sectional view showing another configuration of the device for separating semiconductor devices according to the present invention.
제3도(a)는 분리임계치를 설명하기 위한 개략도.Figure 3 (a) is a schematic diagram for explaining the separation threshold.
제3도(b)는 전압과 전류간의 관계를 표시하는 그래프.3 (b) is a graph showing the relationship between voltage and current.
제4도(a)는 분리내압을 설명하기 위한 개략도.Figure 4 (a) is a schematic diagram for explaining the breakdown voltage.
제4도(b)는 전압과 전류간의 관계를 표시하는 그래프.4 (b) is a graph showing the relationship between voltage and current.
제5도는 (a)LOCOS 구조, (b)종래구조, (c)이 실시예의 분리임계치를 비교하기 위한 도면.5 is a diagram for comparing (a) the LOCOS structure, (b) the conventional structure, and (c) the separation threshold of this embodiment.
제6도는 분리내압을 (a)LOCOS 구조, (b)종래구조, (c)이 실시예로 비교하기 위한 도면.Figure 6 is a diagram for comparing the breakdown voltage (a) LOCOS structure, (b) conventional structure, (c) in the examples.
제7도는 실리콘에 대한 에칭율이 레지스트에 대한 에칭율과 같은 에칭용 시약의 혼합비를 설정하는 그래프.7 is a graph in which the etch rate for silicon sets the mixing ratio of etching reagents such as the etch rate for resist.
제8도∼제18도는 이 발명에 의한 반도체장치의 제조방법을 각 공정별로 순차 표시한 단면도.8 to 18 are cross-sectional views sequentially showing a method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention for each step.
제19도는 붕소를 소정의 에너지와 농도로 기판에 주입할때 기판내의 농도분포를 표시하는 그래프.19 is a graph showing the concentration distribution in a substrate when boron is injected into the substrate at a predetermined energy and concentration.
제20도∼제34도는 이 발명에 의한CMOS트랜지스터의 제조방법을 각 공정별로 순차 표시한 단면도.20 to 34 are cross-sectional views sequentially showing a method of manufacturing a CMOS transistor according to the present invention for each step.
제35도는 종래의 반도체장치의 단면도.35 is a sectional view of a conventional semiconductor device.
제36도∼제40도는 종래의 반도체장치의 제조방법을 각 공정별로 순차 표시한 단면도.36 to 40 are cross-sectional views sequentially showing a conventional method for manufacturing a semiconductor device for each step.
제41도∼제52도는 종래의 CMOS트랜지스터의 제조방법을 각 공정별로 순차 표시한 단면도.41 to 52 are cross-sectional views sequentially showing a conventional method for manufacturing a CMOS transistor for each step.
제53도는 종래의 반도체장치의 구조에서 열처리시의 불순물의 확산을 표시하는 개략도.Fig. 53 is a schematic diagram showing the diffusion of impurities during heat treatment in the structure of a conventional semiconductor device.
제54도는 협소채널의 종래의 반도체장치 구조에서 불순물확산영역의 중첩으로 인한 농도상승을 표시하는 개략도.54 is a schematic diagram showing an increase in concentration due to overlapping impurity diffusion regions in a conventional semiconductor device structure of narrow channels.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for main parts of the drawings
1,13 : 반도체기판 2,4,11,12,14,16,23 : 산화막1,13: semiconductor substrate 2,4,11,12,14,16,23: oxide film
3,15,21 : 반도체층 5,17,22,24,25,27,91 : 레지스터 마스크3,15,21: semiconductor layer 5,17,22,24,25,27,91: resist mask
6,8,10 : 홈 8a : 불순물확산영역6,8,10: Groove 8a: Impurity Diffusion Area
1a,35 : p형 불순물영역 26 : n형 불순물영역1a, 35 p-type impurity region 26 n-type impurity region
이 발명은 소자분리용 반도체장치 및 그 제조방법에 관한 것으로 특히 소자분리구조로 된 MOS트랜지스터의 구성과 그 제조방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor device for device isolation and a method for manufacturing the same, and more particularly, to a configuration of a MOS transistor having a device isolation structure and a method for manufacturing the same.
하나의 기판상에 다수의 MOS트랜지스터가 형성된 반도체장치의 분리영역구조는 일본국 특개소 63-170927 호 공보에 개시되어 있다.The isolation region structure of a semiconductor device in which a plurality of MOS transistors are formed on one substrate is disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 63-170927.
이 공보에 개시된 분리영역구조를 제35도를 참조하여 아래에 설명한다.The isolation region structure disclosed in this publication is described below with reference to FIG.
반도체장치의 분리구조에 있어서, p형 반도체기판(30)의 표면으로부터 약 1∼2㎛의 깊이로 홈(31)이 형성되어 있다. 10∼10㎝의 p+형 확산층(36)이 형성되어 채널스토퍼의 역할을 하고 있다. 또 p+형 확산층(36)도 펀치스루(punch through)현상을 방지하는 역할을 하고 있다. 한편, p+반도체층(35)의 상면에는 약 1000∼2000Å 두께로 산화막(38)이 형성되고 이 산화막(38)아 형성된 영역이외의 p형 반도체기판(30)의 표면에는 게이트산화막(39)이 형성되어 있다. 다음은 분리구조를 적용한 MOS트랜지스터의 구조를 설명한다.In the separation structure of the semiconductor device, the groove 31 is formed at a depth of about 1 to 2 탆 from the surface of the p-type semiconductor substrate 30. A p + type diffusion layer 36 of 10 to 10 cm is formed to serve as a channel stopper. In addition, the p + type diffusion layer 36 also plays a role of preventing punch through phenomenon. On the other hand, an oxide film 38 is formed on the upper surface of the p + semiconductor layer 35 to a thickness of about 1000 to 2000 micrometers, and the gate oxide film 39 is formed on the surface of the p-type semiconductor substrate 30 other than the region where the oxide film 38 is formed. Is formed. The following describes the structure of the MOS transistor with the isolation structure.
상술한 분리구조의 게이트산화막(39)상에 게이트전극(40)이 형성되어 있다.The gate electrode 40 is formed on the gate oxide film 39 of the above-described isolation structure.
n+형 불순물영역의 소스/드레인영역(41)이 게이트전극(40)의 양측에소정깊이로 형성되어 있다. 게이트전국(40)이 홈(31)상방의 충간절연층(42)아래로 뻗어서 형성되어 있다.Source / drain regions 41 of n + type impurity regions are formed at predetermined depths on both sides of the gate electrode 40. The gate station 40 extends below the interlayer insulating layer 42 above the groove 31.
다음은 분리구조의 제조방법을 제36도∼제40도를 참조하여 설명한다.Next, a manufacturing method of the separation structure will be described with reference to FIGS. 36 to 40. FIG.
제36도에서 p형 반도체기판(30)상에 두께 약300Å의 얇은 열산화막(32)을 형성하고 또 CVD방법에 의하여 질소막(33)을 에칭하여 약1∼2㎛깊이의 홈(31)을 형성한다.In FIG. 36, a thin thermal oxide film 32 having a thickness of about 300 microseconds is formed on the p-type semiconductor substrate 30, and the nitrogen film 33 is etched by the CVD method to etch a groove 31 having a depth of about 1 to 2 탆. To form.
제37도에서 홈(31)의 측벽부에 열산화막(43)을 비교적 두껍게 형성한후 홈(31)저부의 열산화막(34)은 이방성에칭으로 제거하여 반도체기판(30)을 노출시킨다.In FIG. 37, the thermal oxide film 43 is formed relatively thick on the sidewalls of the groove 31, and then the thermal oxide film 34 at the bottom of the groove 31 is removed by anisotropic etching to expose the semiconductor substrate 30.
이때, 트랜지스터 형성영역은 마스크역할을 하는 질소막(33)으로 피복되어 있으므로 에칭되지 않는다.At this time, since the transistor formation region is covered with the nitrogen film 33 serving as a mask, it is not etched.
그후 홈(31)을 포함하는 기판전면에 다결정실리폰(35)을 약 1∼2㎞로 성장시킨다.Thereafter, the polysilicon 35 is grown to about 1 to 2 km on the front surface of the substrate including the groove 31.
다음에, 제38도에서, 기판과 같은 p도전형의 불순물을 이온주입 또는 기상도핑에 의하여 다결정실리콘(35)에 도달하는 깊이까지 열처리로 확산시킨다.Next, in FIG. 38, a p-conducting impurity such as a substrate is diffused by heat treatment to a depth reaching the polycrystalline silicon 35 by ion implantation or vapor phase doping.
이렇게 하여 홈(31)의 저면부 아래의 반도체기판(30)중에 체널스토퍼로서p+형 확산층(36)을 형성한다. 이때, 트랜지스터 형성영역은 질소막(33)으로 피복되어 있으므로 불순물이 이 영역으로 확산되지 않는다. 또, 홈(31)의 측변에 있어서는 열산화막(34)으로 피복되어 있으므로 여기에 물순물이 확산되지 않는다.In this way, a p + type diffusion layer 36 is formed in the semiconductor substrate 30 under the bottom of the groove 31 as a channel stopper. At this time, since the transistor formation region is covered with the nitrogen film 33, impurities do not diffuse into this region. Moreover, since the side surface of the groove | channel 31 is coat | covered with the thermal oxidation film 34, water impurities do not diffuse here.
그후 다결정실리콘(35)의 표면을 균일하게 하기 위하여 반도체기판상에 포토레지스트막(37)을 형성한다. 다음에, 포토레지스트막(37)과 불순물을 확산한 다결정실리콘(35)을 질소막(33)의 표면이 노출될때까지 이방성에칭에 의하여 제거한다.Thereafter, a photoresist film 37 is formed on the semiconductor substrate in order to make the surface of the polysilicon 35 uniform. Next, the photoresist film 37 and the polysilicon 35 in which the impurities are diffused are removed by anisotropic etching until the surface of the nitrogen film 33 is exposed.
이와같이 하여 제39도에 표시한 바와 같이 다결정실리콘(35)을 홈(31)내에 충전한 구조가 완성된다. 그후 반도체기판(30)을 열산화하고 홈(31)에 충전한 다결정실리콘의 표면에 두께 약1000Å∼2000Å의 비교적 얇은 산화막(38)을 형성한다.Thus, as shown in FIG. 39, the structure which filled the polysilicon 35 in the groove | channel 31 is completed. Thereafter, the semiconductor substrate 30 is thermally oxidized to form a relatively thin oxide film 38 having a thickness of about 1000 GPa to 2000 GPa on the surface of the polysilicon filled in the groove 31.
다음 질소막(33)과 열산화막(32)을 제거하여 게이트산화막(39)을 형성한다(제40도).Next, the nitrogen oxide film 33 and the thermal oxide film 32 are removed to form a gate oxide film 39 (FIG. 40).
분리구조는 이렇게 하여 완성된다.The separation structure is thus completed.
다음에, 제40도에 표시한 분리구조가 형성된후, 게이트전극(40)을 소정의 형상으로 패터닝하여 소스/드레인영역(41)을 형성한다.Next, after the isolation structure shown in FIG. 40 is formed, the gate electrode 40 is patterned into a predetermined shape to form the source / drain region 41.
그후 충간절연막(42)을 성장시켜 소정위치에 접촉공을 뚫고 금속배선(43)을 한다.Thereafter, the interlayer insulating film 42 is grown to drill a contact hole at a predetermined position, and the metal wiring 43 is formed.
이와같이 하여 제35도에 표시하는 MOS트랜지스터가 완성된다.In this way, the MOS transistor shown in FIG. 35 is completed.
다음은 반도체장치의 소자분리구조를 사용한 CMOS트랜지스터의 제조방법을 제41도∼제52도에 의하여 설명한다. 제41도에서, p형 반도체기판(5)의 우측반의 표면을 레지스트막(52)로 피복한후 인(P)을 500KeV-1.5MeV로 1×1012∼1×1015㎝-2의 조건하에서 p형 반도체기판(51)의 좌측반의 영역의 소정깊이지 주입하고 온도 800∼1200℃에서 20분∼10시간의 열처리를 하여 n형 불순물확산영역(3)을 형성한다.Next, a method of manufacturing a CMOS transistor using an element isolation structure of a semiconductor device will be described with reference to FIGS. 41 to 52. FIG. In FIG. 41, the surface of the right half of the p-type semiconductor substrate 5 is coated with a resist film 52, and phosphorus (P) is 500KeV-1.5MeV in a condition of 1 × 10 12 to 1 × 10 15 cm -2 . The n-type impurity diffusion region 3 is then formed by implanting a predetermined depth in the region on the left half of the p-type semiconductor substrate 51 at a temperature of 800 to 1200 캜 for 20 minutes to 10 hours.
다음에, 제42도에서 레지스트막(52)을 제거한후 p형 반도체기판(51)의 n형 불순물확산영역(53)의 표면을 페지스트막(54)으로 피복한다.Next, after removing the resist film 52 in FIG. 42, the surface of the n-type impurity diffusion region 53 of the p-type semiconductor substrate 51 is covered with the resist film 54. Next, as shown in FIG.
그다음, p형 반도체기판(51)의 우측반의 영역에 붕소(B)를 200KeV-1MeV로 1×1012∼1×1015㎝-2의 조건으로 주입하고, 온도 800∼1200℃에서 20분∼10시간의 열처리를 하여 p형 불순물 확산영역(55)을 형성한다. 다음에, 제43도에서, 레지스트막(54)을 제거한후 n형 불순물확산영역(53) 및 p형 불순물확산영역(55)의 표면상에 약300Å두께의 얇은 산화막(56)을 형성하고 CVD방법을 사용하여 산화막(56)상에 질소막(57)을 성장시킨다.Subsequently, boron (B) is injected into the region of the right half of the p-type semiconductor substrate 51 at 200 × eV −1 MeV under the conditions of 1 × 10 12 to 1 × 10 15 cm -2 and 20 minutes to a temperature of 800 to 1200 ° C. The p-type impurity diffusion region 55 is formed by heat treatment for 10 hours. Next, in FIG. 43, after removing the resist film 54, a thin oxide film 56 having a thickness of about 300 microseconds is formed on the surfaces of the n-type impurity diffusion region 53 and the p-type impurity diffusion region 55, followed by CVD. The nitrogen film 57 is grown on the oxide film 56 using the method.
그후 레지스트막(58)을 질소막(57)상에 도포하여 패터닝한다.Thereafter, the resist film 58 is applied and patterned on the nitrogen film 57.
이 제리스트막(58)을 마스크로 하여 소자분리영역이 될 질소막(57), 산소막(56) n형 불순물확산영역(53) 및 p형 불순물확산영역(55)을 약 1∼2㎛의 깊이까지 에칭하여서 홈(59)(60)을 제44도와 같이 형성한다. 다음에, 제45도에서, 레지스트막(58)을 제거한후 열산화막(61)(62)이 홈(59)(60)의 내측에 비교적 두껍게 형성된후 홈(59)(60)의 저면부에 열산화막(61)(62)을 이방성 에칭에 의하여 제거하고 반도체기판(51)을 노출시킨다.Using the zelist film 58 as a mask, the nitrogen film 57, the oxygen film 56, the n-type impurity diffusion region 53 and the p-type impurity diffusion region 55, which are to be device isolation regions, are about 1 to 2 mu m. The grooves 59 and 60 are formed as shown in FIG. 44 by etching to the depth of. Next, in FIG. 45, after removing the resist film 58, the thermal oxide films 61 and 62 are formed relatively thick inside the grooves 59 and 60, and then the bottom surface of the grooves 59 and 60 are removed. The thermal oxide films 61 and 62 are removed by anisotropic etching and the semiconductor substrate 51 is exposed.
이때 n형 불순물확산영역(53) 및 p형 불순물확산영역(55)은 마스크역할을 하는 질소막(57)으로 피복되어 있으므로 에칭되지 않는다.At this time, since the n-type impurity diffusion region 53 and the p-type impurity diffusion region 55 are covered with the nitrogen film 57 serving as a mask, they are not etched.
그후 제46도와 같이 홈(59)(60)을 포함한 반도체기판(51)의 전면에 다결정실리콘(70)을 약 1∼2㎛로 성장시킨다. 다음에, 제47도에서, p형 불순물확산영역(55)상방의 다결정실리콘(70)의 표면의 영역을 다시 레지스트막(63)으로 피복하고 그후 n형 불순물확산영역(53)상방의 다결정실리콘(70)에 인(P)을 100KeV로 1×1012∼1×1016㎝-2조건하에서 주입한다.Thereafter, as shown in FIG. 46, the polysilicon 70 is grown to about 1 to 2 mu m on the entire surface of the semiconductor substrate 51 including the grooves 59 and 60. As shown in FIG. Next, in FIG. 47, the region of the surface of the polysilicon 70 above the p-type impurity diffusion region 55 is again covered with a resist film 63, and then the polycrystalline silicon above the n-type impurity diffusion region 53 is next. Phosphorus (P) is injected into 70 at 100 KeV under 1 × 10 12 to 1 × 10 16 cm -2 .
다음에, 레지스트막(63)을 제거한후 제48도와 같이 고농도의 n+형 불순물확산영역(70a)의 상면에 레지스트막(64)을 형성한다.Next, after removing the resist film 63, a resist film 64 is formed on the upper surface of the high concentration n + type impurity diffusion region 70a as shown in FIG.
상술한 바와 같은 방법으로 p형 불순물확산영역(55)상방의 다결정실리콘(70)에 붕소(B)를 500KeV로 1×1012∼1×1015㎝-2의 조건하에서 주입한다.In the same manner as described above, boron (B) is injected into the polycrystalline silicon 70 above the p-type impurity diffusion region 55 at 500 x KeV under the conditions of 1 × 10 12 to 1 × 10 15 cm -2 .
다음에, 레지스트막(64)를 제거한후 제49도와 같이, n+형 불순물확산영역(70a) 및 p+형 불순물확산영역(70b)의 표면에 포토레지스트막(65)을 도포하여 이들 표면을 균일화한다.After removing the resist film 64, the photoresist film 65 is applied to the surfaces of the n + type impurity diffusion region 70a and the p + type impurity diffusion region 70b as shown in FIG. Equalize.
그후, 제50도에서, 포토레지스트막(65), n+형 불순물확산영역(70a) 및 p+형 불순물확산영역(70b)을 에칭으로 제거하여 질소막(57)을 노출시키고, 온도 800∼1200℃의 조건하에 20분∼10시간을 열처리하여 n+형 불순물확산영역(70a) 및 p+형 불순물확산영역(70b)의 불순물이 각각 홈(59)(60)의 저부로부터 기판(51)으로 확산된다.Then, in FIG. 50, the photoresist film 65, the n + type impurity diffusion region 70a and the p + type impurity diffusion region 70b are removed by etching to expose the nitrogen film 57, and the temperature is 800 to 800. The heat treatment is performed for 20 minutes to 10 hours under the condition of 1200 占 폚 so that impurities in the n + type impurity diffusion region 70a and the p + type impurity diffusion region 70b are respectively removed from the bottoms of the grooves 59 and 60. To spread.
이결과 n+형 불순물확산영역(70a)과 p+형 불순물확산영역(70b)이 홈(59)(60)내부에 각각 충전되고 이들 홈의 저부에 채널 스토퍼로서 역할하는 n+확산층(53)과 p+확산층(55)이 존재하는 구조를 형성한다. 제51도에서, 반도체기판(51)이 열산화하고 홈(59)(60)에 충전된 n+형 불순물확산영역(70a) 및 p+형 불순물확산영역(70b)의 표면상에 비교적 얇은 산화막(66)(67)(약1000∼2000Å)을 형성한다. 그후 질소막(57)과 열산화막(56)을 제거한후 게이트산화막(68)을 형성한다. 이와같이 하여 CMOS에 사용되는 분리구조가 완성된다.As a result, the n + -type impurity diffusion region 70a and the p + -type impurity diffusion region 70b are respectively filled in the grooves 59 and 60, and the n + diffusion layer 53 serving as a channel stopper at the bottom of these grooves. And p + diffusion layer 55 is formed. In FIG. 51, a relatively thin oxide film is formed on the surfaces of the n + type impurity diffusion region 70a and the p + type impurity diffusion region 70b in which the semiconductor substrate 51 is thermally oxidized and filled in the grooves 59 and 60. (66) (67) (about 1000-2000 micrometers) are formed. Thereafter, the nitrogen film 57 and the thermal oxide film 56 are removed, and then a gate oxide film 68 is formed. In this way, the separation structure used for the CMOS is completed.
그후 게이트산화막(80)을 퇴적하여 게이트전극(81)을 형성하고, 사진제판기술에 의하여 게이트전극(81)을 소정의 형상으로 에칭한다.Thereafter, the gate oxide film 80 is deposited to form the gate electrode 81, and the gate electrode 81 is etched into a predetermined shape by photolithography.
그후, 소스/드레인영역(82)(83)을 각각 기판내에 형성한다.Thereafter, source / drain regions 82 and 83 are formed in the substrate, respectively.
다음에 층간산화막(84)은 기판상전면에 퇴적하며, 소스/드레인영역(82)(83)에 도달하는 접촉공(85)은 사진 제판기술에 의하여 개구한다.The interlayer oxide film 84 is then deposited on the entire surface on the substrate, and the contact holes 85 reaching the source / drain regions 82 and 83 are opened by the photolithography technique.
스퍼터링에 의하여 알루미늄(86)을 퇴적하고 이 알루미늄(86)을 사진제판기술을 사용하여 에칭하여 제52도와 같은 CMOS트랜지스터를 완성한다.Aluminum 86 is deposited by sputtering, and the aluminum 86 is etched using photolithography to complete a CMOS transistor as shown in FIG.
그러나 상기 반도체장치의 구조는 아래와 같은 문제점이 있다.However, the structure of the semiconductor device has the following problems.
첫째, 제53도에 표시한 바와 같이 홈의 저부에 형성되는 채널스토퍼영역을 형성하는데 필요한 열처리에 있어서, 불순물농도가 1020∼1022㎤정도로 높기 때문에, 불순물이 광범위하게 기판으로 확산되어 기판표면근방의 불순물농도가 상승하므로 임계전압이 상승된다.First, as shown in FIG. 53, in the heat treatment necessary for forming the channel stopper region formed at the bottom of the groove, the impurity concentration is high, such as 10 20 to 10 22 cm 3, so that impurities diffuse into the substrate extensively and the surface of the substrate As the impurity concentration in the vicinity rises, the threshold voltage rises.
제54도(a)(b)에 표시한 바와 같이, 분리폭이 좁으면 상방의 분리영역으로부터의 불순물이 서로 중첩되어 농도가 상승하기 쉬우며 이 현상은 좁은 채널에 더욱 현저히 나타난다.As shown in Fig. 54 (a) and (b), when the separation width is narrow, the impurities from the upper separation region overlap each other, whereby the concentration tends to rise, and this phenomenon is more remarkable in the narrow channel.
또 실리콘과 붕소의 원자반경이 다르므로 기판에 결함이 발생하기 쉽고, 이에 따라 리크전류가 발생하게 된다.In addition, since the atomic radius of silicon and boron is different, defects are likely to occur in the substrate, thereby causing leakage current.
둘째, 상기 반도체장치의 구조를 CMOS구조로 사용시 제조공정수가 극히 많게 되며 각 공정에서 신뢰성을 확보하여야 한다. 그러므로 제품의 신뢰성향상, 비용의 저하 및 생산성의 향상을 방해하게 된다. 이 발명의 한 목적은 채널스토퍼영역을 필요로 하지 않는 홈의 형상에 분리구조가 있는 소자분리용 반도체장치를 제공하는데 있다.Second, when the semiconductor device structure is used as a CMOS structure, the number of manufacturing processes becomes extremely large and reliability must be secured in each process. Therefore, the reliability of the product, the cost reduction and the improvement of productivity are prevented. One object of the present invention is to provide a device separation semiconductor device having a separation structure in the shape of a groove that does not require a channel stopper region.
이 발명의 다른 목적은 최대 불순물농도의 영역이 기판의 소정깊이에 위치하도록 불순물을 주입하여 기판으로 환산시키는 소자분리용 반도체장치의 제조방법을 제공하는데 있다.Another object of the present invention is to provide a method of fabricating a semiconductor device for device isolation, in which an impurity is injected into a substrate so that a region of maximum impurity concentration is located at a predetermined depth of the substrate.
상기 목적을 달성하기 위하여, 이 발명의 제1발명에 의한 소자분리용 반도체장치는 주표면으로부터 소정깊이에 걸쳐 주표면에 대략 평행으로 제1도전형 불순물의 최대불순물농도대역이 있다. 또 반도체기판은 주표면과 최대 불순물농도대역간에는 저불순물농도를 가진다.In order to achieve the above object, the element isolation semiconductor device according to the first invention of the present invention has a maximum impurity concentration band of the first conductive type impurity approximately parallel to the main surface over a predetermined depth from the main surface. The semiconductor substrate also has a low impurity concentration between the main surface and the maximum impurity concentration band.
분리용 홈에는 주표면에서 최대 불순물농도대역으로 뻗은 측벽이 있으며 분리용 홈은 분리재료로 충전된다. 이 소자분리용 반도체장치에서, 균일한 p+고농도영역이 분리영역의 저부에 실질적으로 형성되므로 분리임계치에 영향을 주지 않으며, 또 분리내압 즉 펀치스루 내성에 있어서도 균일한 p+고농도영역에 의하여 소스/드레인영역으로부터의 공핍층(depletion layer)에 접합되지 않고 펀치스루현상을 효과적으로 억제할수 있다.The separation groove has sidewalls extending from the main surface to the maximum impurity concentration band, and the separation groove is filled with the separation material. In this device isolation semiconductor device, since a uniform p + high concentration region is formed substantially at the bottom of the isolation region, it does not affect the separation threshold value, and the source is maintained by a uniform p + high concentration region even in the breakdown voltage, that is, punch-through resistance. The punch-through phenomenon can be effectively suppressed without being bonded to the depletion layer from the / drain region.
이 발명의 제2발명에 의한 소자분리용 반도체장치는 상기 목적을 달성하기 위하여 표면에서 깊이방향의 소정깊이에 불순물농도가 최대로 되는 제1도전형 불순물영역이 있는 반도체기판과, 반도체기판의 표면으로부터 제1도전형의 불순물영역내 소정깊이로 형성된 홈과, 이 홈내의 측벽과 간격을 두고 설치되고 그 저부만이 상기 반도체기판의 제1도전형 불순물영역과 접촉하여, 상기 제1도전형의 불순물영역과 거의 동일한 불순물농도의 불순물확산영역과, 불순물확산영역의 상면과 반도체기판의 표면을 피복하는 동시에 홈의 내부측벽과 불순물확산영역간의 간격을 충전하는 산화막을 포함한다.The semiconductor device for device isolation according to the second aspect of the present invention is a semiconductor substrate having a first conductive impurity region having a maximum impurity concentration at a predetermined depth in a depth direction from a surface thereof, and a surface of a semiconductor substrate. A groove formed at a predetermined depth in the impurity region of the first conductive type, and spaced apart from the sidewalls in the groove, and only a bottom thereof contacts the first conductive type impurity region of the semiconductor substrate, An impurity diffusion region having an impurity concentration almost equal to that of the impurity region, and an oxide film covering the upper surface of the impurity diffusion region and the surface of the semiconductor substrate and filling the gap between the inner side wall of the groove and the impurity diffusion region.
소자분리용 반도체장치에 의하면, 먼저, 홈내에 설치된 분리재료로서 산화막이 홈의 측벽부에 형성된다. 홈의 측벽에 형성된 산화막내부에는 반도체층이 설치된다.According to the element isolation semiconductor device, first, an oxide film is formed in the sidewall portion of the groove as a separation material provided in the groove. A semiconductor layer is provided in the oxide film formed on the sidewall of the groove.
이렇게 하여 분리재료와 반도체기판의 열팽창계수의 차를 해소할 수 있다.In this way, the difference in thermal expansion coefficient between the separation material and the semiconductor substrate can be eliminated.
이는 분리재료로의 균열발생을 방지하고, 따라서 리크전류의 발생을 방지할 수 있다.This prevents the occurrence of cracks in the separation material and, therefore, prevents the occurrence of leak current.
또 p+의 고불순물영역이 분리영역의 저부에 실질적으로 대략 균일하게 형성되므로 분리임계치는 영향을 받지 않는다. 또한 분리내압 즉 펀치스루 내성에 대하여도 균일하게 p+의 고불순물영역으로 인하여 소스/드레인영역으로부터의 공핍층이 뻗는 일이 없으며 따라서 펀치스루를 효과적으로 억제할 수 있다.In addition, since the high impurity region of p + is formed substantially substantially uniformly at the bottom of the separation region, the separation threshold is not affected. In addition, even with respect to the breakdown voltage, that is, punchthrough resistance, the depletion layer from the source / drain region does not extend due to the high impurity region of p + , and thus punchthrough can be effectively suppressed.
상술한 발명을 달성하기 위하여 이 발명의 제1발명에 의한 소자분리용 반도체장치의 제조방법에 의하면, 반도체기판의 주표면에서 소정깊이로 홈을 형성한다.In order to achieve the above-described invention, according to the method for manufacturing a device for semiconductor device separation according to the first aspect of the present invention, grooves are formed at a predetermined depth on the main surface of the semiconductor substrate.
이 홈내에 분리재료를 형성한다. 최대불순물농도대역이 대략 주표면에 평행으로 소정깊이에 존재하도록 불순물이 도입된다. 최대불순물농도대역과 주표면간에는 저 불순물농도가 존재하고 홈깊이는 최대 불순물 농도대역까지 뻗는다.A separation material is formed in this groove. Impurities are introduced such that the maximum impurity concentration band is at a predetermined depth approximately parallel to the main surface. There is a low impurity concentration between the maximum impurity concentration band and the main surface, and the groove depth extends to the maximum impurity concentration band.
이 발명의 제2발명에 의한 소자분리용 반도체장치의 제조방법은, 상기 목적을 달성하기 위하여 반도체기판에 소정깊이의 홈을 형성하는 공정과, 홈의 저면을 제외한 내막에 산화막을 형성하는 공정과, 홈내에 반도체층을 퇴적하는 공정과 상기 반도체기판 및 반도체층으로 제1도전형의 불순물을 홈의 저부깊이에 최대가 되도록 주입하고 확산시키는 공정을 포함한다.According to a second aspect of the present invention, there is provided a method of fabricating a semiconductor device for device isolation, comprising the steps of: forming a groove having a predetermined depth in a semiconductor substrate; and forming an oxide film in an inner film except for the bottom of the groove; And depositing a semiconductor layer in the groove and implanting and diffusing impurities of the first conductivity type to the bottom depth of the groove to the semiconductor substrate and the semiconductor layer.
이 제조방법에 의하면 불순물주입 공정수를 감소시킬 수 있으며, 이에 따라 레지스트막을 형성하는 공정수로 감소된다. 그러므로 반도체장치의 제조공정을 줄일 수 있다.According to this manufacturing method, the number of impurity implantation steps can be reduced, thereby reducing the number of steps for forming a resist film. Therefore, the manufacturing process of the semiconductor device can be reduced.
다음은 이 발명에 의한 반도체장치 및 제조방법을 제1도∼제18도에 의하여 설명한다.Next, a semiconductor device and a manufacturing method according to the present invention will be described with reference to FIGS.
제1도에서, 반도체장치의 구조는, 표면으로부터 예컨대 1.7㎛ 또는 2.8㎛ 또는 4.0㎛ 깊이에 불순물영역의 농도가 최대로 되는 제1도전형의 p형의 불순물영역(la)을 가지는 반도체기판(1)과 반도체기판(1)의 p형 불순물영역(la)의 표면으로부터 p형 불순물영역(la)내의 약 0.3∼1.0㎛깊이에 걸쳐서 형성된 홈(6)을 구비한다.In FIG. 1, the structure of a semiconductor device is a semiconductor substrate having a p-type impurity region la of the first conductivity type in which the concentration of the impurity region is maximized from the surface, for example, at a depth of 1.7 µm or 2.8 µm or 4.0 µm. 1) and a groove 6 formed from the surface of the p-type impurity region la of the semiconductor substrate 1 over a depth of about 0.3 to 1.0 mu m in the p-type impurity region la.
홈(6)내부에는 내부측벽과 간격을 두고 설치되고 홈(6)의 저면만이 반도체기판(1)과 접촉하며 불순물영역(la)가 거의 같은 농도의 p형 불순물확산영역(8a)과 홈(6)의 내부측벽과 p형 불순물확산영역(8a)간의 공간을 충전하는 동시에 불순물확산영역(8a)의 상면과 반도체기판(1)의 표면을 피복하는 산화막(11)으로 구성되어 있다.The inside of the groove 6 is spaced apart from the inner side wall, and only the bottom surface of the groove 6 is in contact with the semiconductor substrate 1, and the impurity region la has the same concentration as the p-type impurity diffusion region 8a and the groove. It is composed of an oxide film 11 which fills the space between the inner side wall of (6) and the p-type impurity diffusion region 8a and covers the upper surface of the impurity diffusion region 8a and the surface of the semiconductor substrate 1.
제2도에 의하여 다른 구성을 설명한다. 이 구성에서, 홈(6)의 내부는 산화막으로 전부 충전된다. 그러나 이 구성에서는 반도체기판(1)과 산화막(11)간의 열팽창계수차가 크므로 열처리 공정중 산화막에 균열이 발생한다.2, another configuration will be described. In this configuration, the inside of the groove 6 is entirely filled with an oxide film. However, in this configuration, since the thermal expansion coefficient difference between the semiconductor substrate 1 and the oxide film 11 is large, cracks occur in the oxide film during the heat treatment process.
이 산화막에 균열이 발생하면 반도체기판에 리크전류가 발생하여 소자분리능력을 저하시킨다.If a crack occurs in the oxide film, a leakage current is generated in the semiconductor substrate, thereby degrading device isolation capability.
그러므로 제1도와 같이 홈내에 반도체층을 설치하여서 열팽창계수차를 해소하는 구성이 바람직하다. 다음은 제1도의 구성을 설명한다.Therefore, as shown in FIG. 1, it is preferable to provide a semiconductor layer in the groove to eliminate thermal expansion coefficient aberration. The following describes the configuration of FIG.
트랜지스터의 형성영역에는 산화막(11)의 상면에 게이트전극(7)이 형성되고, 이 게이트전극(7)의 양측불순물영역(la)에 n+형 불순물영역의 소스/드레인영역(9)(10)이 소정깊이에 형성된다.The gate electrode 7 is formed on the upper surface of the oxide film 11 in the region where the transistor is formed, and the source / drain regions 9 and 10 of the n + type impurity region are formed in both impurity regions la of the gate electrode 7. ) Is formed at a predetermined depth.
다음은 분리능력을 설명한다. 분리능력에 관하여는 “분리임계치”와“분리내압”을 공히 고찰하여야 한다. 제3도(a)(b)에서, 분리임계치는 게이트전압을 몇 V로 하면 좌우의 소스/드레인영역(100)(101)이 도통하는가를 전류 Id를 모니터함으로써 판별하고 있다.The following describes the separability. As regards separability, the “separation threshold” and “separation pressure” should be considered. In Fig. 3 (a) and (b), the separation threshold value is determined by monitoring the current I d to determine the conduction of the left and right source / drain regions 100 and 101 when the gate voltage is set to V. FIG.
제4도(a)(b)에서, 분리내압은 한쪽의 소스/드레인영역(100)(101)에 몇 V를 인가하면 인접한 소스/드레인영역(100)(101)이 도통하거나 접합파괴하는가를 전압 Vd와 전류 Id간의 관계로 표시하고 있다. LOCOS구조, 종래구조 및 이 실시예의 구조의 분리능력에 대하여 “분리임계치”DHK“분리내압”을 비교한다. 각“분리임계치”를 비교할때, 제5도(a)(b)(c)를 참조하여 LOCOS구조에 있어서는 소자(100)(101)간 경로(L)가 짧고 또 경로(L)전역에서 도면중 X표의 영역이 반전할 가능성이 있기 때문에 도통하기 쉽다는 것을 알 수 있다.In Fig. 4 (a) and (b), the breakdown voltage is determined by how much V is applied to one source / drain region 100 and 101, and adjacent source / drain regions 100 and 101 conduct or bond fracture. The relationship between the voltage V d and the current I d is indicated. The separation threshold of the LOCOS structure, the conventional structure and the structure of this embodiment is compared with the "separation threshold" DHK "separate withstand voltage". When comparing the respective “separated thresholds”, the path L between the elements 100 and 101 is short in the LOCOS structure with reference to FIGS. 5A, 5B, and 5C. It turns out that it is easy to conduct because the area of the X mark is likely to be reversed.
또 종래구조에 있어서는, 소자(100)(101)간 경로가 길고 홈 측벽부 도면중 X표의 영역은 반전이 발생하지 않으므로 쉽게 도통되지 않는다.In the conventional structure, the path between the elements 100 and 101 is long, and the region of the X table in the groove side wall portion drawing does not easily conduct because inversion does not occur.
또, 이 실시예의 구조에서는 종래구조와 같이 소자(100)(101)간의 경로가 길고 홈의 측벽부의 도면중 X표 영역에서 반전하지 않으므로 쉽게 도통되지 않는다.In addition, in the structure of this embodiment, the path between the elements 100 and 101 is long as in the conventional structure, and does not invert easily in the X-marked area in the drawing of the side wall of the groove, so that it is not easily conducted.
또 고농도의 p+층(103)이 홈저부에 형성되므로, 가령 반전층이 형성된다 하더라도 도통이 불가능하기 때문에 분리능력을 충분히 향상시킬 수 있다.In addition, since the high concentration p + layer 103 is formed at the bottom of the groove, even if the inversion layer is formed, the conduction is impossible, so that the separation ability can be sufficiently improved.
다음에 “분리내압”을 비교할때 제6도(a)(b)(c)를 참조하여 LOCOS구조에 있어서는 소자(100)(101)간 경로(L)가 상술한 바와 같이 짧으므로 펀치스루 현상이 발생하기 쉽다.Next, when comparing “separation breakdown voltage”, in the LOCOS structure, the path L between the elements 100 and 101 is short as described above, referring to FIG. 6 (a) (b) (c). This is easy to occur.
종래구조에서는 고농도층(102)이 1개소에만 있으므로, 기판의 깊은 부분에서 공핍층이 도통되어 펀치스루현상을 일으킬 가능성이 있다.In the conventional structure, since there is only one high concentration layer 102, there is a possibility that the depletion layer is conducted in the deep portion of the substrate, causing punch-through phenomenon.
그러나 이 실시예의 구조에서는, 홈저부에 최대불순물농도를 이루도록 불순물주입에너지를 선택함으로써 기판저부에 p+층(103)을 실질적으로 형성할 수 있다.However, in the structure of this embodiment, the p + layer 103 can be substantially formed at the bottom of the substrate by selecting impurity injection energy to achieve the maximum impurity concentration at the bottom of the groove.
이결과 소스/드레인영역으로부터의 공핍층은 도통하기 위하여 p+층(110)을 가로지르지 않으면 안되므로 펀치스루 현상을 효율적으로 억제할 수 있다.As a result, the depletion layer from the source / drain region must cross the p + layer 110 in order to conduct, so that the punch-through phenomenon can be effectively suppressed.
nMOS트랜지스터에 상기 구조를 사용함으로써 분리영역저부에 채널스토퍼영역을 설치하는 일 없이 소자분리를 할 수 있다.By using the above structure for the nMOS transistor, device isolation can be performed without providing a channel stopper region at the bottom of the isolation region.
상기 구조의 반도체장치의 제조방법에 있어서, 제8도를 참조하여, 반도체기판(1) 표면상에 열산화법을 사용하여 SIO2의 제1산화막(2)을 약300Å의 두께로 형성한다.In the method for manufacturing a semiconductor device having the above structure, referring to FIG. 8, a first oxide film 2 of SIO 2 is formed on the surface of the semiconductor substrate 1 by a thickness of about 300 kV using a thermal oxidation method.
이 제1산화막(2)의 표면상에 CVD방법을 사용하여 폴리실리콘으로된 제1반도체층(3)을 약500∼2000Å의 두께로 형성한후 제1반도체층(3)의 표면상에 열산화법을 사용하여 SIO2의 제2산화막(4)을 약300Å의 두께로 형성한다.The first semiconductor layer 3 made of polysilicon was formed on the surface of the first oxide film 2 using a CVD method to a thickness of about 500 to 2000 GPa, and then heat was formed on the surface of the first semiconductor layer 3. By using the oxidation method, the second oxide film 4 of SIO 2 is formed to a thickness of about 300 GPa.
제9도에서, 제2산화막(4)의 표면상에 소정패턴의 레지스트막(5)은 형성되고 제10도와 같이 이 레지스트막(5)을 마스크로 하여 약0.3∼1.0㎛깊이의 홈(6)을 이방성에칭에 의하여 형성한다. 홈(6)이 형성된후 제11도에서 레지스트막(5)를 제거하고 홈(6)내부표면에 열산화법에 의하여 산화막을 형성한다. 이때 제1반도체층(3)은 더욱 산화되고 제2산화막(4)은 두껍게 된다. 홈(6)의 측면부에서 제2산화막(4)과 제1산화막(2)가 일체로 된다.In FIG. 9, a resist pattern 5 of a predetermined pattern is formed on the surface of the second oxide film 4, and the groove 6 having a depth of about 0.3 to 1.0 mu m is formed using the resist film 5 as a mask as shown in FIG. ) Is formed by anisotropic etching. After the groove 6 is formed, the resist film 5 is removed in FIG. 11, and an oxide film is formed on the inner surface of the groove 6 by thermal oxidation. At this time, the first semiconductor layer 3 is further oxidized and the second oxide film 4 is thickened. The second oxide film 4 and the first oxide film 2 are integrated at the side surface of the groove 6.
이와같이 형성된 산화막을 이후 산화막(11)이라 한다.The oxide film thus formed is hereinafter referred to as oxide film 11.
다음에 제12도에서, 홈(6)저면부의 산화막(11)을 이방성에칭함으로써 반도체기판(1)을 노출시킨다. 그후 제13도에서, 홈(6)내부 및 산화막(11)의 표면상에 에피타키셜(epitaxial)성장에 의하여 SICL4, SIHCL3, SIH2CL2, SIH4등의 가스를 사용하여 성장온도 약 700℃∼1200℃의 범위에서 성장속도 0.2∼1.4㎛/min 제2반도체층(8)을 형성한다.Next, in FIG. 12, the semiconductor substrate 1 is exposed by anisotropic etching the oxide film 11 on the bottom of the groove 6. Then, in FIG. 13, the growth temperature using the gas such as SICL 4 , SIHCL 3 , SIH 2 CL 2 , SIH 4 by epitaxial growth on the inside of the groove 6 and on the surface of the oxide film 11. The second semiconductor layer 8 is formed with a growth rate of 0.2 to 1.4 mu m / min in the range of about 700 deg.
또, 제14도 및 제15도에서 반도체층(8)의 표면을 균일하게 하기 위하여 반도체층(8)의 표면에 레지스트막(91)을 평탄하게 형성하고 소정깊이까지 에칭한다.14 and 15, in order to make the surface of the semiconductor layer 8 uniform, a resist film 91 is formed flat on the surface of the semiconductor layer 8 and etched to a predetermined depth.
이 에칭은 제7도와 같이 CCL4와 O2의 혼합가스의 실리콘에 대한 에치율(etch rate)과 레지스트에 대한 에치율을 합쳐서 하고 있다.This etching is performed by adding the etch rate for silicon and the resist for the mixed gas of CCL 4 and O 2 to silicon as shown in FIG.
제16도에서, 반도체층(8)은 반도체기판(1)의 표면보다도 더 깊게 열산화되어 산화막(12)을 형성한다. 산화막(11)과 산화막(12)은 반도체층(3)의 표면이 노출될때까지 에칭한다.In FIG. 16, the semiconductor layer 8 is thermally oxidized deeper than the surface of the semiconductor substrate 1 to form the oxide film 12. In FIG. The oxide film 11 and the oxide film 12 are etched until the surface of the semiconductor layer 3 is exposed.
그후, 제17도와 같이 노출된 반도체층(3)만을 에칭으로 제거한다.Thereafter, only the exposed semiconductor layer 3 is removed by etching as shown in FIG.
다음에, 제18도에서, 제1도전형의 불순물 예를 들면 붕소(B)를 200KeV∼1MeV 1×1012∼1×1015㎝-2의 범위내의 일정에너지치로 반도체기판(1)과 제2반도체층(8)에 동시에 주입과 활성화 한다. 예를들면 붕소가 1Mev, 2Mev 및 3MeV이며 2×1013㎝-2주입량 조건하에서 기판에 주입한 경우 제19도에 표시한 바와 같이 불순물농도는 각각 대략 1.7(㎛) 2.8(㎛) 및 4.0(㎛)깊이에서 최대가 된다. 이결과, 기판저부의 불순물농도를 최대화 할 수 있다.Next, in FIG. 18, the semiconductor substrate 1 and the first conductive type impurity, for example, boron (B), have a constant energy value within the range of 200 KeV to 1MeV 1 × 10 12 to 1 × 10 15 cm -2 . It simultaneously injects and activates the 2 semiconductor layer 8. For example, when boron is 1Mev, 2Mev, and 3MeV, and implanted into a substrate under a 2 × 10 13 cm −2 injection amount condition, as shown in FIG. 19, impurity concentrations are approximately 1.7 (μm) 2.8 (μm) and 4.0 ( Maximum at depth). As a result, the impurity concentration at the bottom of the substrate can be maximized.
반도체층(8)은 불순물확산영역(8a)을 형성한다. 이렇게 하여 이 실시예에 의한 반도체장치의 분리영역이 완성된다.The semiconductor layer 8 forms an impurity diffusion region 8a. In this way, the separation region of the semiconductor device according to this embodiment is completed.
상술한 바와같이 채널스토퍼 없는 분리구조를 사용함으로써 불순물영역의 주입공정수가 감소된다. 그러므로 레지스트막을 형성하는 공정수를 감소할 수 있으며 따라서 제조공정을 단축시킬 수 있다. 다음은 반도체장치의 분리영역을 사용한 CMOS트랜지스터의 제조방법을 제20도∼제34도를 참조하여 설명한다.As described above, the number of implantation steps in the impurity region is reduced by using the separation structure without the channel stopper. Therefore, the number of steps for forming the resist film can be reduced, and thus the manufacturing process can be shortened. Next, a method of manufacturing a CMOS transistor using an isolation region of a semiconductor device will be described with reference to FIGS.
제20도에서, 반도체기판(13)표면상에 열산화법을 사용하여 SIO2의 제1산화막(14)을 약30Å의 두께로 형성한다. 이 제1산화막(14)표면상에 CVD방법을 사용하여 폴리실리콘으로 된 제1반도체층(15)을 약500∼2000Å두께로 형성한다.In FIG. 20, the first oxide film 14 of SIO 2 is formed on the surface of the semiconductor substrate 13 to a thickness of about 30 [mu] s. On the surface of the first oxide film 14, a first semiconductor layer 15 made of polysilicon is formed to a thickness of about 500 to 2000 microseconds by the CVD method.
그후 이 제1반도체층(15)표면에 SIO2의 제2산화막(16)을 약300Å의 두께로 형성한다.Thereafter, a second oxide film 16 of SIO 2 is formed on the surface of the first semiconductor layer 15 to a thickness of about 300 GPa.
제21도에서, 제2산화막(16)표면에 분리홈을 형성하기 위한 패턴을 가진 레지스트막(17)을 형성한다. 그후, 제20도에서 이 레지스트막(17)을 마스크로 하고 이방성에칭에 의하여 깊이 약0.3∼1.0㎛의 홈(18)(19)을 형성한다.In FIG. 21, a resist film 17 having a pattern for forming a separation groove on the surface of the second oxide film 16 is formed. Thereafter, in Fig. 20, the resist film 17 is used as a mask, and grooves 18 and 19 having a depth of about 0.3 to 1.0 mu m are formed by anisotropic etching.
다음에, 제23도 및 제24도에 레지스트막(17)을 제거한후 홈(18)(19)의 내부표면에 산화막을 형성한다. 이때 제1반도체층(15)가 산화되고 제2산화막(16)이 두꺼워진다.Next, after the resist film 17 is removed in FIGS. 23 and 24, an oxide film is formed on the inner surface of the grooves 18 and 19. At this time, the first semiconductor layer 15 is oxidized and the second oxide layer 16 is thickened.
또, 홈(18)(19)의 측면부 있어서, 제2산화막(16)과 제1산화막(14)가 일체로 된다. 이렇게 하여 형성된 산화막을 이후 산화막(2)이라 한다.In the side portions of the grooves 18 and 19, the second oxide film 16 and the first oxide film 14 are integrated. The oxide film thus formed is hereinafter referred to as oxide film 2.
제25도에서, 홈(18)(19)의 저면부의 산화막(20)은 이방성에칭으로 제거되어 반도체기판(13)이 노출된다. 그후, 제26도에서, 홈(18)(19)의 내부와 산화막(20)의 표면상에 에피타키셜 성장에 의하여 SICL4, SIHCL3, SIH2CL2, 및 SIH4등의 가스를 사용하여 약0.2∼1.5㎛/min의 성장속도와 700℃∼1200℃범위의 성장온도로 제2반도체층(21)을 약0.1㎛두께로 형성한다.In FIG. 25, the oxide film 20 of the bottom portion of the grooves 18 and 19 is removed by anisotropic etching to expose the semiconductor substrate 13. Then, in FIG. 26, gases such as SICL 4 , SIHCL 3 , SIH 2 CL 2 , and SIH 4 are used by epitaxial growth on the inside of the grooves 18 and 19 and on the surface of the oxide film 20. The second semiconductor layer 21 is formed to a thickness of about 0.1 탆 at a growth rate of about 0.2 to 1.5 탆 / min and a growth temperature in the range of 700 to 1200 캜.
반도체층(21)의 표면을 균일하게 하기 위하여 제27도 및 제28도에서 반도체층(21)표면에 레지스트막(22)을 평탄하게 형성하고 소정깊이까지 에칭한다.In order to make the surface of the semiconductor layer 21 uniform, the resist film 22 is formed flat on the surface of the semiconductor layer 21 in FIGS. 27 and 28 and etched to a predetermined depth.
이 에칭에서 반도체기판(21)에칭용 CCL4와 레지스트막(22)에칭용 O2를 혼합함으로써 양자의 에칭율을 합치고 있다. 제29도에서, 반도체층(21)내 불순물은 반도체기판(1)의 표면으로부터 깊이 열확산하여 산화막(23)을 형성한다.In this etching, the etching rates of both are combined by mixing CCL 4 for etching the semiconductor substrate 21 and O 2 for etching the resist film 22. In FIG. 29, impurities in the semiconductor layer 21 are thermally diffused deep from the surface of the semiconductor substrate 1 to form the oxide film 23.
산화막(20)과, 산화막(23)은 반도체층(15)의 표면이 노출될때까지 에칭한다.The oxide film 20 and the oxide film 23 are etched until the surface of the semiconductor layer 15 is exposed.
그후, 제20도에서 노출된 반도체층(15)만을 에칭으로 제거한다.Thereafter, only the semiconductor layer 15 exposed in FIG. 20 is removed by etching.
다음에, 제31도에서, 산화막(20)의 우측반의 표면에 레지스트막(20)을 형성하고 이 레지스트막(25)을 마스크로 하여, 좌측반의 반도체기판(13)의 소정의 깊이까지 인(P)을 500KeV∼11.5MeV범위의 일정에너지치와 1×1012∼1×1015㎝-2범위의 일정주입량을 주입하고 온도800∼1200℃에서 20분∼10시간 열확산을 실시하여 불순물농도가 기판저부에서 최대로 되는 n형 불순물환산영역(26)을 형성한다.Next, in FIG. 31, a resist film 20 is formed on the surface of the right half of the oxide film 20, and the resist film 25 is used as a mask, and the phosphor film is formed to a predetermined depth of the semiconductor substrate 13 on the left half. P) is injected with a constant energy value in the range of 500 KeV to 11.5 MeV and a constant injection amount in the range of 1 × 10 12 to 1 × 10 15 cm -2, and thermally diffuses at a temperature of 800 to 1200 ° C for 20 minutes to 10 hours. An n-type impurity conversion region 26 is formed at the bottom of the substrate to the maximum.
이때 인(P)을 홈(18)내에 형성된 제2반도체층(21)에도 동시에 주입확산함으로써 n형 불순물확산층(21a)를 형성한다. 다음에, 제32도에서, 산화막(20)의 좌측반의 표면에 상기와 갚은 방법으로 레지스트막(27)을 형성하고, 이 레지스트막(27)을 마스크로 하여 붕소(B)를 우측반의 반도체기판(13)의 소정깊이까지 주입하여 확산시키고 p형 불순물확산영역(28)을 형성한다.At this time, the n-type impurity diffusion layer 21a is formed by simultaneously implanting and diffusing phosphorus (P) into the second semiconductor layer 21 formed in the groove 18. Next, in FIG. 32, a resist film 27 is formed on the surface of the left half of the oxide film 20 by the method described above, and boron (B) is used as the mask on the right half of the semiconductor substrate. It is implanted and diffused to a predetermined depth of (13) to form a p-type impurity diffusion region 28.
동시에 200KeV∼2MeV범위의 각 일정치와 1×1012∼1×1015㎝-2의 조건하에서 붕소(B)를 홈(19)내에 형성된 제2반도체장치(21)에 주입하고 800∼1200℃의 온도에서 20분∼10시간 열확산을 함으로써 기판저부에 불순물농도가 최대로 되는 p형 불순물확산층(21b)을 형성한다.At the same time, boron (B) is injected into the second semiconductor device 21 formed in the grooves 19 at a constant value in the range of 200 KeV to 2 MeV and 1 × 10 12 to 1 × 10 15 cm −2 , and then 800 to 1200 ° C. By thermal diffusion at a temperature of 20 minutes to 10 hours, a p-type impurity diffusion layer 21b is formed at the bottom of the substrate with a maximum impurity concentration.
그후, 레지스트막(27)을 제거함으로써 제33도와 같이 CMOS트랜지스터에 사용되는 분리영역이 완성된다. 그후 게이트산화막(11)을 퇴적하고 게이트전극(7)을 형성한다.Thereafter, by removing the resist film 27, the isolation region used for the CMOS transistor is completed as shown in FIG. Thereafter, the gate oxide film 11 is deposited and the gate electrode 7 is formed.
게이트전극(7)은 사진제판기술을 사용하여 소정형상으로 에칭한다.The gate electrode 7 is etched into a predetermined shape using a photolithography technique.
그후 각 웰에는 소스/드레인영역(9)(10)을 형성한다. 다음에 기판상전면에 층간산화막(24)을 퇴적한다. 그후, 소스/드레인영역(9)(10)에 도달하는 접촉공(24a)은 사진제판기술로 개구한다. 알루미늄층(29)는 스퍼터링에 의하여 퇴적하고 사진제판기술에 의하여 에칭한다.Source / drain regions 9 and 10 are then formed in each well. Next, an interlayer oxide film 24 is deposited on the front surface of the substrate. Thereafter, the contact hole 24a reaching the source / drain regions 9 and 10 is opened by the photolithography technique. The aluminum layer 29 is deposited by sputtering and etched by photolithography.
이와같이 하여 제34도와 같이 CMOS트랜지스터가 완성된다.In this way, the CMOS transistor is completed as shown in FIG.
상기 실시예에서, 홈내에 형성된 제2반도체층에 있어서 p형 불순물확산영역을 형성하기 위하여 에피타키셜층을 형성하였으나, 이대신 텅스텐(W)으로 된 금속재료를 퇴적시켜도 된다.In the above embodiment, the epitaxial layer is formed to form the p-type impurity diffusion region in the second semiconductor layer formed in the groove, but instead, a metal material made of tungsten (W) may be deposited.
이경우는 혼합가스 Wf6및 SiH4또는 Wf6및 H2를 약 400∼1000℃범위의 온도에서 CVD법을 사용한다. 제2반도체층을 텅스텐(W)으로 형성할때는 불순물은 이 층에 확산되지 않고 반도체기판에만 확산되는 것으로 된다.In this case, the CVD method is used for the mixed gases Wf 6 and SiH 4 or Wf 6 and H 2 at a temperature in the range of about 400 to 1000 ° C. When the second semiconductor layer is formed of tungsten (W), impurities do not diffuse in this layer but diffuse only in the semiconductor substrate.
상기와 같이 채널스토퍼가 없는 분리구조를 갖춘 CMOS트랜지스터에서는, 불순물의 주입공정수가 감소됨으로써 레지스트막 형성공정수는 반으로 감소시켜 제조공정을 감소시킬 수 있다.As described above, in the CMOS transistor having the isolation structure without the channel stopper, the number of impurity implantation steps can be reduced, so that the number of resist film formation steps can be reduced by half, thereby reducing the manufacturing process.
이 발명에 의한 실시예에서, 종래의 경우 홈저부에 설치되어 있는 채널스토퍼영역을 설치하지 않으므로 제조공정의 단축이 가능하다.In the embodiment according to the present invention, since the channel stopper region provided in the groove bottom is not provided in the related art, the manufacturing process can be shortened.
특히 이 실시예에 의한 구조의 반도체장치를 CMOS트랜지스터에서 사용하면 제조공정을 크게 단축가능하여 제품의 신뢰도를 증대시키고 비용을 경감한다.In particular, when the semiconductor device having the structure according to this embodiment is used in a CMOS transistor, the manufacturing process can be greatly shortened, thereby increasing the reliability of the product and reducing the cost.
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