KR100240881B1 - 모오스 트랜지스터 및 그의 제조 방법 - Google Patents

모오스 트랜지스터 및 그의 제조 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 핫캐리어효과 및 소오스/드레인의 저항을 감소시켜 전류 구동력을 최대화할 수 있는 모오스 트랜지스터 및 그의 제조 방법에 관한 것으로, 반도체 기판, 소자분리영역, 트렌치, 게이트 절연막, 제1 및 제2저농도 불순물 영역, 게이트 전극, 게이트 스페이서 및 제1 및 제2고농도 불순물 영역을 포함한다. 상기 트렌치는 기판의 활성 영역의 모오스 트랜지스터의 채널 영역이 일부 식각되어 형성된다. 상기 트렌치를 채우면서 기판상에 게이트 전극이 형성된다. 제1 및 제2저농도 불순물 영역은 트렌치 양측의 활성 영역에 형성되어 게이트 전극과 오버랩된다. 상기 제1 및 제2고농도 불순물 영역은 상기 게이트 전극과 오버랩되지 않고 상기 제1 및 제2저농도 불순물 영역에 형성된다.

Description

모오스 트랜지스터 및 그의 제조 방법(a MOS transistor and method of fabricating the same)
본 발명은 모오스 트랜지스터 및 그의 제조 방법에 관한 것으로, 좀 더 구체적으로는, 핫캐리어효과 및 소오스/드레인의 저항을 감소시켜 전류 구동력ㅇ르 최대화하는 모오스 트랜지스터 및 그의 제조 방법에 관한 것이다.
드라이버 IC(driver Integrated Circuit)는 액정표시장치(Liquid Crystal Display)와 마이컴(micom), 그리고 여러 산업 분야에서 기기를 구동시키기 위ㅎ나 출력 드라이버 IC에 광범위하게 사용되고 있다.
모오스 트랜지스터는 이와 같은 드라이버 IC용으로서 가장 일반적으로 사용되는 소자인데, 모오스 트랜지스터가 드라이버 IC용 소자로 사용되기 위해서는 높은 내압(high breakdown voltage)과 높은 구동 전류(high driver current), 그리고 낮은 동작 저항(low on state resistance)이 필수적으로 요구된다.
제1a 내지 d도에는 상술한 바와 같은 종래 드라이버 IC용 모오스 트랜지스터의 제조 방법이 순차적으로 도시되어 있다.
먼저, 제1a도를 참조하면, 반도체 기판(10)상에 패드산화막(12)을 형성하고, 이어, 상기 패드산화막(12)상에 활성영역(a)과 비활성영역(b)을 정의하여 질화막 패턴(14)을 형성한다.
다음, 제1b도에 있어서, 상기 질화막 패턴(14)을 마스크로 사용하고, 상기 패드산화막(12)을 산화(oxidation)하여 필드산화막(16)을 형성한 후, 상기 질화막 패턴(14) 및 상기 필드산화막(16)사이의 활성영역(a)상의 패드산화막을 제거한다.
그리고, 상기 반도체 기판(10)의 활성영역(a)의 소오스 및 드레인이 형성될 영역을 정의하여 저농도의 n-형 불순물 이온을 주입하여 n-형 소오스/드레인 영역(18a, 18b)을 형성한다.
이어서, 이 기술 분야에서 잘 알려진 포토리소그라피(photolithography)기술을 수행하여 상기 반도체 기판(10)의 활성영역(a)상에 제1c도에 도시된 바와 같이 게이트 산화막(20) 및 게이트 전극(22)을 형성한다.
마지막으로, 상기 반도체 기판(10)의 활성영역의 소오스/드레인이 형성될 영역에 고농도의 n+형 불순물 이온을 주입한 후, 후속 열공정을 거치면 제1d도에 도시된 바와 같이 n-형 소오스/드레인 영역(18a, 18b)과, 상기 n-형 소오스/드레인 영역(18a, 18b)내의 n+형 소오스/드레인 영역(24a, 24b)이 형성된다.
그러나, 상기한 바와같은 모오스 트랜지스터에 의하면, 상기 n+형 소오스/드레인 영역(24a, 24b)을 감싸고 있는 n-형 소오스/드레인 영역(18a, 18b)의 접합깊이(junction depth)가 그다지 깊지 않고, 또한 n-형 소오스/드레인 영역(18a, 18b)의 접합 곡률(junction curvature)이 작기 때문에 낮은 전압 레벨에서 브레이크다운(breakdown)을 일으키는 문제점이 발생된다.
또한, 소오스/드레인 영역의 저항이 지나치게 크기 때문에 드라이버 IC용 모오스 트랜지스터로서 전류 구동력을 최대화할 수 없는 문제점이 발생된다.
상술한 문제점을 해결하기 위해 제안된 본 발명은, 핫캐리어효과 및 소오스/드레인의 저항을 감소시켜 전류 구동력을 최대화할 수 있는 모오스 트랜지스터 및 그의 제조 방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.
제1a 내지 d도는 종래 모오스 트랜지스터의 제조 방법을 순차저긍로 보여주는 공정도.
제2도는 본 발명의 실시예에 따른 모오스 트랜지스터의 구조를 개략적으로 보여주는 단면도.
제3a 내지 d도는 제2도 본 발명의 실시예에 따른 모오스 트랜지스터의 제조 방법을 순차적으로 보여주는 도면.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
10 : 반도체 기판 12 : 패드산화막
14 : 질화막 패턴 16 : 필드산화막
17 : 게이트 산화막 18a : n-소오스 영역
18b : n-드레인 영역 19 : 게이트 전극
21 : 게이트 스페이서 24a : n+ 소오스 영역
24b : n+ 드레인 영역
[구성]
상술한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의하면, 모오스 트랜지스터는,
[작용]
이와 같은 장치 및 제조 방법에 의해서, n-형 소오스/드레인 영역의 접합 곡률을 확보할 수 있기 때문에 낮은 전압 레벨에서의 브레이크 다운을 방지할 수 있다.
또한, 확장된 게이트 전극이 n-형 소오스/드레인 영역과 오버랩되므로 핫캐리어효과를 감소시킬 수 있고, 소오스/드레인의 저항이 감소하기 때문에 모오스 트랜지스터의 전류 구동력을 최대화할 수 있다.
[실시예]
이하, 본 발명의 실시예를 첨부 도면 제2도 및 제3도에 의거해서 상세히 설명한다.
제2도 및 제3도에 있어서, 제1a 내지 d도에 도시된 모오스 트랜지스터의 구성요소와 동일한 기능을 수행하는 구성 요소에 대해서는 동일한 참조 번호를 병기한다.
제2도에는 본 발명의 실시예를 따른 모오스 트랜지스터의 구조가 개략적으로 도시되어 있다.
제2도를 참조하면, 본 발명의 실사예에 따른 모오스 트랜지스터는, 반도체 기판(10)과, 상기 반도체 기판(10)상에 활성영역(a)과 비활성영역(b)을 정의하여 형성된 소자분리영역(16)과, 상기 반도체 기판(10)은 상기 활성영역(a)의 모오스 트랜지스터의 채널 영역(c)이 소정의 두께로 식각되어 트렌치(15)가 형성되고, 상기 트렌치(15)를 포함하여 상기 활성영역(a)상에 형성된 게이트 절연막(17)과, 상기 트렌치(15)의 일측 활성영역(a)내에 형성된 n-형 제1저농도 불순물 영역(18a)과, 상기 트렌치(15)의 타측 활성영역(a)내에 형성된 n-형 제2저농도 불순물 영역(18b)과, 상기 트렌치(15)를 충전하면서 상기 활성영역(a)상에 형성되어 있되, 그 양단이 상기 n-형 제1저농도 불순물 영역(18a) 및 n-형 제2저농도 불순물 영역(18b)과 일부분이 오버랩되도록 형성된 게이트 전극(19)과, 상기 게이트 전극(19)의 상부와 측면에 형성된 게이트 스페이서(21)와, 상기 n-형 제1저농도 불순물 영역(18a)내에 형성되어 있되, 상기 게이트 전극(19)과 오버랩되지 않도록 상기 트렌치(15)와 소정의 거리를 두고 형성된 n+형 제1고농도 불순물 여역(24a)과, 상기 n-형 제2저농도 불순물 영역(18b)내에 형성되어 있되, 상기 게이트 전극(19)과 오버랩되지 않도록 상기 트렌치(125)와 소정의 거리를 두고 형성된 n+형 제2고농도 불순물 영역(24b)을 포함하는 구조를 갖는다.
여기에서, 상기 n-형 제1저농도 불순물 영역(18a)과 상기 n+형 제1고농도 불순물 영역(24a)은 소오스 영역이고, 상기 n-형 제2저농도 불순물 영역(18b)과 상기 n+형 제2고농도 불순물 영역(24b)은 드레인 영역이다. 또한, 상기 n-형 제1 및 제2불순물 영역(18a, 18b), 그리고 상기 트렌치(15)는 약 0.5-1.0㎛ 범위내의 깊이로 형성된다.
제3a 내지 d도에는 본 발명의 실시예에 따른 모오스 트랜지스터의 제조 방법이 순차적으로 도시되어 있다.
제3a 내지 d도를 참조하면 상술한 바와 같은 구조를 갖는 모오스 트랜지스터의 제조 방법은 다음과 같다.
먼저, 제3a도를 참조하면, 반도체 기판(10)상에 패드산화막(12)을 사이에 두고 활성영역(a)과 비활성영역(b)을 정의하여 질화막 패턴(14)을 형성한다.
다음, 제3b도에 있어서, 상기 질화막 패턴(14)을 마스크로 사용하고, 상기 질화막 패턴(14)양단의 패드산화막(12)의 LOCOS 공정을 수행하여 필드산화막(16)을 형성한다.
이어서, 상기 반도체 기판(10)의 활성영역(a)에서 모오스 트랜지스터의 채널(c)의 형성될 영역의 반도체 기판(10)을 소정의 두께로 식각하여 트렌치(15)르 형성한다. 이때, 상기 트렌치(15)는 약 0.5-1.0㎛ 범위내의 깊이로 형성된다.
그리고, 상기 트렌치(15)를 포함하여 상기 활성영역(a)상에 게이트 절연막(17)을 형성한 후, 상기 트렌치(15)를 충전하여 상기 게이트 절연막(17)상에 게이트 전극(19)을 형성하되, 이 게이트 전극의 양단이 상기 트렌치(15)양측의 활성영역과 소정 부분 오버랩(overlap)되도록 형성한다.
이어서, 제3c도에 도시된 바와 같이, 상기 게이트 전극(19)의 일측의 상기 활성영역(a)내에 n-형 불순물 이온을 주입하여 n-형 저농도 소오스 영역(18a)을 형성한다.
동시에, 상기 게이트 전극(19)의 타측의 상기 활성여역(a)내에 마찬가지로 n-형 불순물 이온을 주입하여 n-형 저농도 드레인 영역(18b)을 형성한다. 그리고, 상기 게이트 전극(19)의 상부 표면을 포함하여 양측벽에 게이트 스페이서(21)를 형성한다. 상기 게이트 스페이서는 산화막이 사용된다.
여기에서, 상기 n-형 불순물 이온은 인(phosporus)이 사용되고, 이는 약 50-180keV 범위내에서 주입되며, 또한 상기 n-형 불순물 이온은 3.0E12-1.0E13ions/㎠ 범위내에 농도를 갖는다. 그리고, 상기 n-형 저농도 소으스 및 드레인 영역(18a, 18b)은 약 0.5-1.0㎛ 범위내의 깊이로 형성된다.
마지막으로, 상기 n-형 저농도 소오스 영역(18a)내에 n+형 불순물 이온을 주입하여 n+형 고농도 소오스 영역(24a)을 형성하고, 동시에, 상기 n-형 저농도 드레인 영역(18b)내에 마찬가지로, n+형 불순물 이온을 주입하여 n+형 고농도 드레인 영역(24b)을 형성하면, 제3d도에 도시된 바와 같은 모오스 트랜지스터가 형성된다.
이때, 상기 n+형 불순물 이온은 비소(arsenic)가 사용되고, 이는 약 40-100keV 범위내에서 주입되며, 또한 상기 n+형 불순물 이온은 약 2.0E15-6.0E15ions/㎠ 범위내에 농도를 갖다.
상술한 바와 같이, 게이트 전극이 트렌치 형태로 형성되므로서 소오스 드레인 영역과의 접촉 면적이 증가하여 숏 채널 효과 및 핫 캐리어 효과를 줄일 수 있고, 브레이크 다운 전압을 높여 전류 구동 능력을 향상시킬 수 있다.
상술한 바와 같은 모오스 트랜지스터 및 그의 제조 방법에 있어서, 게이트 전극이 트렌치 형태로 형성되므로서 숏 채널 효과를 줄일 수 있다.
또한, 확장된 게이트 전극이 n-형 소오스/드레인 영역과 오버랩되어 트랜지스터 동작 마진을 확보함과 동시에 브레이크 다운 전압이 높아져 전류 구동력을 최대화할 수 있다.

Claims (18)

  1. 반도체 기판(10)과; 상기 반도체 기판(10)상에 상기 활성영역(a)과 비활성영역(b)을 정의하기 위해 형성된 소자분리영역(16)과; 상기 반도체 기판(10)은 상기 활성영역(a)의 모오스 트랜지스터의 채널 영역(c)이 일부 식각되어 트렌치(15)가 형성되고, 상기 트렌치(15)를 포함하여 상기 활성영역(a)상에 형성된 게이트 절연막(17)과; 상기 트렌치(15)의 일측 활성영역(a)내에 형성된 n-형 제1저농도 불순물 영역(18a)과; 상기 트렌치(15)의 타측 활성영역(a)내에 형성된 n-형 제2저농도 불순물 영역(18b)과; 상기 트렌치를 채우면서 양끝이 상기 n-형 제1 및 제2저농도 불순물 영역과 일부분이 오버랩된 게이트 전극(19)과; 상기 게이트 전극 상부 및 양측에 형성된 게이트 스페이서(21)와; 상기 n-형 제1저농도 불순물 영역(18a)내에 형성되어 있되, 상기 게이트 전극(19)과 오버랩되지 않도록 상기 트렌치(15)와 거리를 두고 형성된 n+형 제1고농도 불순물 영역(24a)과; 그리고 상기 n-형 제2저농도 불순물 영역(18b)내에 형성되어 있되, 상기 게이트 전극(19)고 오버랩되지 않도록 상기 트렌치(15)와 거리를 두고 형성된 n+형 제2고농도 불순물 영역(24b)을 포함하는 모오스 트랜지스터.
  2. 제1항에 있어서, 상기 n-형 제1저농도 불순물 영역(18a)과 상기 n+형 제1고농도 불순물 영역(24a)은 소오스 영역인 모오스 트랜지스터.
  3. 제1항에 있어서, 상기 n-형 제2저농도 불순물 영역(18b)과 상기 n+형 제2고농도 불순물 영역(24b)은 드레인 영역인 모오스 트랜지스터.
  4. 제1항에 있어서, 상기 n-형 제1 및 제2불순물 영역(18a, 18b)은 0.5-1.0㎛ 범위내의 깊이로 형성되는 모오스 트랜지스터.
  5. 제1항에 있어서, 상기 트렌치(15)는 0.5-1.0㎛ 범위내의 깊이로 형성되는 모오스 트랜지스터.
  6. 제1항에 있어서, 상기 게이트 절연막(17)은 500-1500Å 범위내에 형성되는 모오스 트랜지스터.
  7. 반도체 기판(10)의 활성영역(a)과 비활성영역(b)을 정의하여 필드산화막(16)을 형성하는 공정과; 상기 반도체 기판(10)의 활성영역(a)의 모오스 트랜지스터의 채널 영역(c)을 일부 식각하여 트렌치(15)를 형성하는 공정과; 상기 트렌치(15)를 포함하여 상기 활성영역(a)상에 게이트 절연막(17)을 형성하는 공정과; 상기 트렌치(15)를 충전하여 상기 게이트 절연막(17)상에 게이트 전극(19)을 형성하는 공정과; 상기 게이트 전극(19)의 양측에 상기 활성영역(a)내에 n-형 불순물 이온을 주입하여 제1 및 제2저농도 불순물 영역(18a, 18b)을 형성하는 공정과; 상기 게이트 전극(19)의 상부 및 양측벽에 게이트 스페이서(21)를 형성하는 공정과; 그리고 상기 n-형 제1 및 제2저농도 불순물 영역(18a, 18b)내에 n+형 불순물 이온을 주입하여 제1 및 제2고농도 불순물 영역(24a, 24b)을 형성하는 공정을 포함하는 모오스 트랜지스터 제조 방법.
  8. 제7항에 있어서, 상기 n-형 제1저농도 불순물 영역(18a)과 상기 n+형 제1고농도 불순물 영역(24a)은 소오스 영역인 모오스 트랜지스터 제조 방법.
  9. 제7항에 있어서, 상기 n-형 제2저농도 불순물 영역(18b)과 상기 n+형 제2고농도 불순물 영역(24b)은 드레인 영역인 모오스 트랜지스터 제조 방법.
  10. 제7항에 있어서, 상기 n-형 불순물 이온은 인을 사용하는 모오스 트랜지스터 제조 방법.
  11. 제7항에 있어서, 상기 n-형 불순물 이온은 50-180keV 범위내에서 주입되는 모오스 트랜지스터 제조 방법.
  12. 제7항에 있어서, 상기 n-형 불순물 이온은 3.0E12-1.0E13 ions/㎠ 범위내의 농도를 갖는 모오스 트랜지스터 제조 방법.
  13. 제7항에 있어서, 상기 n-형 제1 및 제2불순물 영역(18a, 18b)은 0.5-1.0㎛ 범위내의 깊이로 형성되는 모오스 트랜지스터 제조 방법.
  14. 제7항에 있어서, 상기 n+형 불순물 이온은 비소를 사용하는 모오스 트랜지스터 제조 방법.
  15. 제7항에 있어서, 상기 n+형 불순물 이온은 40-100keV 범위내에서 주입되는 모오스 트랜지스터 제조 방법.
  16. 제7항에 있어서, 상기 n+형 불순물 이온은 2.0E15-6.0E15 ions/㎠ 범위내의 농도를 갖는 모오스 트랜지스터 제조 방법.
  17. 제7항에 있어서, 상기 트렌치(15)는 0.5-1.0㎛ 범위내의 깊이로 형성되는 모오스 트랜지스터 제조 방법.
  18. 제7항에 있어서, 상기 게이트 절연막(17)은 500-1500Å 범위내에서 형성되는 모오스 트랜지스터 제조 방법.
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