KR0175368B1 - Method of fabricating high voltage and low voltage transistor instantaneously - Google Patents
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Abstract
하나의 반도체 기판 위에 트랜지스터의 내압이 서로 다른 소자들을 집적시키기 위한 상보성(Complementary) 바이폴라 공정을 구현하였다. 이중 에피택셜층을 이용하고 매몰층에 확산도가 다른 이온 소스들을 선택적으로 사용함으로써, 고전압 및 저전압 NPN 트랜지스터와 수직 PNP 트랜지스터를 동시에 제조하는 것이 가능하다. 즉, 소자의 크기는 동일하지만 서로 내압이 다른 소자를 함께 제작할 수 있다.A complementary bipolar process for integrating devices with different breakdown voltages of transistors is implemented on a semiconductor substrate. By using a double epitaxial layer and selectively using ion sources with different diffusivities in the buried layer, it is possible to simultaneously manufacture high voltage and low voltage NPN transistors and vertical PNP transistors. That is, devices having the same size but different breakdown voltages can be manufactured together.
Description
제1도는 종래 기술에 따라 제조된 트랜지스터 구조의 단면도.1 is a cross-sectional view of a transistor structure manufactured according to the prior art.
제2도의 (a)-(c)는 본 발명에 따라 제조된 트랜지스터 구조의 단면도.(A)-(c) of FIG. 2 are cross-sectional views of a transistor structure manufactured according to the present invention.
제3도의 (a)-(c)는 본 발명에 따라 제조된 트랜지스터의 공정 순서를 나타낸 단면도이다.(A)-(c) of FIG. 3 is sectional drawing which shows the process sequence of the transistor manufactured by this invention.
본 발명은 고전압 및 저전압 트랜지스터를 동시에 형성하는 반도체 제조 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게 말하자면 하나의 웨이퍼 기판내에 내압이 범위에 따라 고.중.저전압의 트랜지스터를 함께 형성할 수 있는 상보성(Complementary) 바이폴라 반도체 제조 방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor manufacturing method for simultaneously forming a high voltage and a low voltage transistor. More specifically, the present invention relates to a complementary bipolar that can form a high, medium, and low voltage transistor in a single wafer substrate according to a range. A semiconductor manufacturing method.
통상 회로에서 스위칭 또는 증폭 기능을 수행하는 바이폴라(Bipolar) 트랜지스터는 에미터(Emitter), 베이스(Base), 및 콜렉터(Collector) 영역 상호간에 전기적 접속으로 이루어지는 PN 접합(junction)으로 구성되어 있는데, 소자의 제조 방법은 P 도전형의 기판에 고농도의 N+ 매몰층(Buried layer)을 형성하고 저농도의 N- 도전형의 에피택셜층(Epitaxial layer)을 적층시킨 다음 여기에 베이스 영역, 에미터(콜렉터)영역을 형성시키는 기본 구조로 이루어져 있다. 이러한 구조로 이루어진 에피택셜-베이스 수직(Vertical) PNP 트랜지스터와 NPN 트랜지스터가 제1도에 도시되어 있다.In general, bipolar transistors that perform switching or amplification functions in a circuit are composed of a PN junction made of electrical connections between emitter, base, and collector regions. The manufacturing method of the present invention is to form a high concentration of the N + buried layer (Puried layer) on a P conductivity type substrate, a low concentration of the epitaxial layer of the N- conductivity type (Layer) and then to the base region, emitter (collector) It consists of a basic structure that forms an area. An epitaxial-based vertical PNP transistor and an NPN transistor having this structure are shown in FIG.
그런데, 이러한 종래기술은 하나의 웨이퍼 기판에 트랜지스터의 내압(BVceo)이 다양한 제품을 함께 설계할 경우, 공정 파라미터를 맞출 수 없는 단점이 있었다. 또한, VPNP 트랜지스터에서는 내압의 정도에 따라 기판으로 전류가 빠져나가는 문제점이 있다.However, such a conventional technology has a disadvantage in that process parameters cannot be matched when various products having a breakdown voltage (BVceo) of a transistor are designed on a single wafer substrate. In addition, the VPNP transistor has a problem that the current flows out to the substrate depending on the degree of breakdown voltage.
따라서, 본 발명의 목적은 상기한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 하나의 반도체 기판 위에 내압이 다양한 소자들 즉, 고.중.저전압 트랜지스터를 동시에 제조할 수 있는 상보성 바이폴라 반도체 제조 방법을 제공하는 데 있다.Accordingly, an object of the present invention is to solve the problems of the prior art as described above, complementary bipolar semiconductor capable of simultaneously manufacturing a variety of devices with a high breakdown voltage, that is, a high, medium, low voltage transistor on one semiconductor substrate It is to provide a manufacturing method.
또한, 본 발명의 다른 목적은 이중(double) 에피택셜 공정을 사용함으로써 VPNP 트랜지스터에서 기판으로의 누설전류를 방지할 수 있는 상보성 바이폴라 반도체 제조 방법을 제공하는 데 있다.Another object of the present invention is to provide a method of manufacturing a complementary bipolar semiconductor capable of preventing leakage current from a VPNP transistor to a substrate by using a double epitaxial process.
상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은, P 도전형의 기판에 마스킹 옥사이드(Masking oxide)로서, 7,000-8,000Å의 초기 산화막을 성장시키고 첫번째 마스크로서 패턴을 형성한 다음 NNBL 이온 주입을 하고 매몰층 확산을 실시하는 제1공정,In order to achieve the above object, the present invention, as the masking oxide (Masking oxide) on the P-conductive substrate, growing an initial oxide layer of 7,000-8,000 Å and forming a pattern as the first mask, and then implanted NNBL ion implanted and buried A first step of performing layer diffusion,
산화막을 전면 제거하고 1차 에피택셜층을 성장시키는 제2공정, 고농도의 매몰층 N+BL 패턴을 형성시키고 비소로 이온 주입하고,In the second step of removing the entire oxide film and growing the first epitaxial layer, a high buried layer N + BL pattern is formed and ion implanted into arsenic,
고농도의 P+ 도전형의 보텀(P+BTM) 패턴을 형성시키고 붕소의 이온 주입을 실시한 후 동시에 확산시키는 제3공정,A third step of forming a high concentration P + conductive bottom (P + BTM) pattern, implanting boron and then simultaneously diffusing;
2차 에피택셜층을 성장시키는 제4공정,A fourth process of growing a second epitaxial layer,
고농도의 N+ 싱크(Sink), 고농도의 P+ 아이솔레이션(ISO), 및 저농도의 N-터브(N-TUB) 패턴을 각각 형성하고 이온 주입을 실시한 후 이 세 영역을 동시에 확산시키는 제5공정,A fifth step of forming a high concentration of N + sink, a high concentration of P + isolation (ISO), and a low concentration of N-tub (N-TUB) pattern and diffusing these three regions simultaneously after ion implantation;
그리고 일반적인 바이폴라 공정 순서에 따라서 P- 내인성(intrinsic) 베이스 영역을 형성하고 P+ 외인성(extrinsic) 베이스 영역을 형성한 다음 N+ Emitter 영역을 형성시키는 제6공정으로 이루어짐을 특징으로 하는 고전압 및 저전압 트랜지스터를 동시에 형성하는 반도체 제조 방법을 제공한다.And a sixth step of forming a P- intrinsic base region, a P + extrinsic base region, and then forming an N + emitter region according to a general bipolar process sequence. It provides a semiconductor manufacturing method to be formed.
이하, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위하여, 본 발명의 가장 바람직한 실시예를 첨부한 도면에 따라 상세히 설명한다.DETAILED DESCRIPTION Hereinafter, the most preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art can easily practice the present invention.
제2도는 본 발명에 따라 제조된 트랜지스터 구조의 단면도이다. 여기서 제2도(a)는 제3도(a)의 NNBL 영역에 비소만을 사용하여 공정을 진행하였을 경우 형성된 구조로서 20은 저전압의 NPN 트랜지스터, 21은 고전압의 NPN 트랜지스터, 그리고 22는 수직 PNP 트랜지스터의 구조를 각각 나타내고 있다. 그리고 제2도(b)는 NNBL 영역에 비소(실선으로 표시되어 있음) 또는 인(점선으로 표시되어 있음)을 이중으로 이온 주입하여 형성시킨 구조를 보여주고 있다. 또한, 제2도(c)는 NNBL 영역에 인만을 이온 주입하여 공정을 진행하였을 경우 형성된 구조를 나타낸다.2 is a cross sectional view of a transistor structure fabricated in accordance with the present invention. FIG. 2 (a) is a structure formed when arsenic is used in the NNBL region of FIG. 3 (a), where 20 is a low voltage NPN transistor, 21 is a high voltage NPN transistor, and 22 is a vertical PNP transistor. Each structure is shown. FIG. 2 (b) shows a structure formed by double ion implantation of arsenic (indicated by a solid line) or phosphorus (indicated by a dotted line) in the NNBL region. In addition, FIG. 2C shows a structure formed when a process is performed by ion implanting only phosphorus into the NNBL region.
상기한 바와 같이, 하나의 반도체 기판 위에 사용자가 원하는 용도에 따라 적당한 NPN 트랜지스터를 선택할 수 있는 데 이것은 비소(Arsenic)와 인(Phosphorus)의 확산속도가 다른 것을 이용한 것이다. 즉, 인의 확산도(Diffusivity)가 비소의 확산도보다 상당히 크기 때문이다. 공정상의 관점으로는 매몰층 확산 후 베이스층 형성시 베이스 영역으로 아웃-확산(Outdiffusion)되는 정도의 차이를 이용한 것이다.As described above, an appropriate NPN transistor can be selected according to a user's desired application on one semiconductor substrate by using a different diffusion rate of Arsenic and Phosphorus. That is, the diffusivity of phosphorus is considerably larger than that of arsenic. From the process point of view, the difference in the degree of out-diffusion to the base region when the base layer is formed after diffusion of the buried layer is used.
상기한 구조를 갖는 트랜지스터의 제조 방법을 제3도에 따라 상세히 기술한다.A method of manufacturing a transistor having the above structure will be described in detail with reference to FIG.
먼저 제3도(a)에서 보는 바와 같이, P 도전형의 기판(30)에 마스킹 옥사이드(Masking oxide)로서 7,000-8,000Å의 초기 산화막을 성장시키고 첫번째 마스크로서 패턴을 형성한 다음 NNBL(31) 이온 주입을 하고 매몰층 확산을 실시한다. 여기서 실선은 이온 주입의 소스로서 비소(As)를 사용한 경우를 나타내고, 점선은 소스로서 인(P)을 사용한 경우의 프로파일을 나타낸다. NNBL층을 형성시킨 다음 제3도(b)에서 보는 바와 같이, 산화막을 전면 제거하고 1차 에피택셜층(32)을 성장시킨다.First, as shown in FIG. 3 (a), an initial oxide layer of 7,000-8,000 kPa is grown as a masking oxide on the P-conductive substrate 30, and a pattern is formed as the first mask, followed by NNBL 31. Ion implantation is performed, and buried layer diffusion is performed. Here, the solid line shows the case where arsenic (As) is used as a source of ion implantation, and the dotted line shows the profile when phosphorus (P) is used as a source. After forming the NNBL layer, as shown in FIG. 3 (b), the entire oxide layer is removed and the primary epitaxial layer 32 is grown.
그다음 제3도(c)에서 보는 바와 같이, 고농도의 매몰층 N+BL(33) 패턴을 형성시키고 비로소 이온주입하고, 고농도의 P+ 도전형의 보텀(P+BTM)(34) 패턴을 형성시키고 붕소의 이온 주입을 실시한 후 동시에 확산시킨다. 이때 아이솔레이션(Isolatio) 부분과 VPNP 트랜지스터의 콜렉터 및 NPN 트랜지스터의 콜렉터 영역이 함께 형성된다.Then, as shown in FIG. 3 (c), a high concentration of buried layer N + BL (33) pattern is formed and ion implantation is performed to form a high concentration of P + conductive bottom (P + BTM) 34 pattern. Ion implantation of boron is performed and then diffused simultaneously. At this time, the isolation portion, the collector of the VPNP transistor and the collector region of the NPN transistor are formed together.
그리고, 2차 에피택셜층(35)을 성장시키면 제3도(d)와 같이 된다.When the secondary epitaxial layer 35 is grown, it is shown in FIG. 3 (d).
그다음 제3도(e)에서 보는 바와 같이, 고농도의 N+ 싱크(Sink)(36), 고농도의 P+ 아이솔레이션(ISO)(37), 및 저농도의 N-터브(N-TUB)(38) 패턴을 각각 형성하고 이온 주입을 실시한 후 이 세 영역을 동시에 확산시킨다. 그러면 싱크영역(36)과 N+BL 영역(33)이 서로 맞붙게 되고 ISO 영역(37)과 P+BTM 영역(34)이 맞붙게 되어 서로 완전히 분리된다. 한편, VPNP 트랜지스터의 베이스인 N-TUB(38)이 함께 형성된다.Next, as shown in FIG. 3E, a high concentration of N + sink 36, a high concentration of P + isolation (ISO) 37, and a low concentration of N-TUB 38 are shown. After forming and ion implantation, these three regions are simultaneously diffused. Then, the sink region 36 and the N + BL region 33 are bonded to each other, and the ISO region 37 and the P + BTM region 34 are bonded to each other and completely separated from each other. On the other hand, the N-TUB 38, which is the base of the VPNP transistor, is formed together.
그다음 일반적인 바이폴라 공정 순서에 따라서 P- 내인성(intrinsic)베이스 영역(39)을 형성하고 P+ 외인성(extrinsic) 베이스(VPNP 트랜지스터의 경우에는 Emitter) 영역(40)을 형성한다. 그리고 최종으로 N+ Emitter(VPNP 트랜지스터의 경우에는 베이스 콘택) 영역(41)을 형성시킨다.(제3도(f) 참조)The P-intrinsic base region 39 is then formed in accordance with the general bipolar process sequence, and the P + extrinsic base (emitter region 40 in the case of a VPNP transistor) is formed. Finally, an N + emitter (base contact in the case of a VPNP transistor) region 41 is formed (see FIG. 3 (f)).
상기한 제조공정으로 제조된 본 발명의 바이폴라 트랜지스터는 소자의 제반 특성 즉, 내압이 다양한 트랜지스터를 소스 이온의 선택으로 하나의 반도체 기판 위에 형성시킬 수 있는 효과가 있다.The bipolar transistor of the present invention manufactured by the above-described manufacturing process has an effect of forming a transistor having various characteristics, that is, a breakdown voltage, on one semiconductor substrate by selecting source ions.
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