KR100256254B1 - Semiconductor element and manufacturing method having element isolation layer - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 반도체소자에 관한 것으로, 특히 접합 하부로 확장된 소자분리절연막을 갖는 반도체소자 및 그 제조방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor device, and more particularly, to a semiconductor device having a device isolation insulating film extended under a junction and a method of manufacturing the same.
잘 알려진 바와 같이, 반도체 소자가 점차 고집적화 되어감에 따라 소자 특성 향상을 위하여 SOI(Silicon on insulator) 기판을 사용하고 있다. SOI 기판은 기판 지지역할을 하는 제1실리콘층과 활성영역을 제공하는 제2실리콘층을 구비하며, 그 사이에 매몰산화막을 갖는다.As is well known, as semiconductor devices are increasingly integrated, silicon on insulator (SOI) substrates are used to improve device characteristics. The SOI substrate has a first silicon layer serving as the substrate region and a second silicon layer providing the active region, with an buried oxide film therebetween.
도 1은 종래의 반도체소자 구조를 나타내는 단면도로서, 제1실리콘층(11)과 매몰산화막(12) 및 제2실리콘층(13)으로 이루어진 SOI 기판 상에 LOCOS(local oxidation)방법 등의 소자분리 공정에 의해 소자분리절연막(14)을 형성하여 활성영역을 정의한 후, 활성영역을 게이트(15)와 소스/드레인 접합(16)을 형성한 상태로서, 이러한 종래의 반도체소자는 소스/드레인 접합 커패시턴스(source/drain junction capacitance)가 크며 펀치스루(punch through)현상과 차단된 매몰산화막(12)에 의한 열 발생을 방출함에 있어서의 어려움과 실리콘 기판의 플로팅(floating)을 위해 소자분리절연막(14)을 매몰산화막(12)과 떨어지도록(도면부호 17) 형성하여야 한다는 단점이 있다.FIG. 1 is a cross-sectional view illustrating a conventional semiconductor device structure, in which a device such as a local oxidation (LOCOS) method is isolated on an SOI substrate including a
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 플로팅 바디 이펙트(floating body effect)를 없앨 수 있고, 소스/드레인 접합 커패시턴스를 감소시키며, 펀치스루 현상을 방지할 수 있고 소스/드레인 접합에서 발생한 열을 방출할 수 있는, 반도체 소자 및 그 제조 방법을 제공하는데 목적이 있다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above problems, and can eliminate floating body effects, reduce source / drain junction capacitance, prevent punch-through and occur in source / drain junctions. It is an object of the present invention to provide a semiconductor device and a method for manufacturing the same, which can emit heat.
도 1은 종래의 반도체소자 구조를 나타내는 단면도.1 is a cross-sectional view showing a conventional semiconductor device structure.
도 2a 내지 도 2h는 본 발명의 일실시예에 따른 반도체소자 제조 공정도.2A through 2H are diagrams illustrating a semiconductor device manufacturing process according to an embodiment of the present invention.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for main parts of the drawings
201, 208 : 반도체기판 202 : 패드 산화막201 and 208: semiconductor substrate 202: pad oxide film
203 : 질화막 204, 206 : 트렌치203:
205 : 산화막스페이서 207 : 소자분리 산화막205: oxide film spacer 207: device isolation oxide film
210 : 게이트 211 : 소스/드레인 접합210: gate 211: source / drain junction
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 반도체소자는, 반도체 기판; 각각 서로 고립되어 국부적으로 상기 반도체 기판 표면으로부터 일정 깊이로 형성되어 그 사이에 위치한 상기 반도체기판 영역에 채널을 유기하기 위한 소스 및 드레인 접합; 상기 채널을 유기하기 위한 상기 반도체 기판 영역 상에 형성된 게이트; 및 상기 게이트 및 상기 소스 및 드레인 접합으로 이루어진 트랜지스터를 타 소자와 분리하기 위하여 상기 소스 및 드레인 접합의 각 외측에 국부적으로 형성되며 상기 소스 및 드레인 접합의 하부까지 확장되어 형성된 소자분리절연막을 포함하여 이루어진다.The semiconductor device of the present invention for achieving the above object is a semiconductor substrate; Source and drain junctions each isolated from one another and locally formed to a predetermined depth from the surface of the semiconductor substrate to induce channels in the semiconductor substrate region located therebetween; A gate formed on said semiconductor substrate region for inducing said channel; And a device isolation insulating film formed locally on each outer side of the source and drain junctions and extending to a lower portion of the source and drain junctions to separate the gate and the transistor including the source and drain junctions from other devices. .
또한 본 발명의 반도체소자 제조 방법은, 제1 반도체기판을 선택적으로 식각하여 그 상부를 넓고 그 하부는 좁은 T형 트렌치를 형성하는 단계; 상기 트렌치내를 매립한 소자분리절연막을 형성하는 단계; 전면에 제2 반도체기판을 본딩하는 단계; 상기 소자분리절연막의 탑 표면이 노출되도록 상기 제1 반도체기판 뒷면을 연마하는 단계; 및 상기 연마된 제1 반도체기판 뒷면에 게이트와 소스/드레인 접합을 형성하는 단계를 포함하여 이루어진다.In addition, the method of manufacturing a semiconductor device of the present invention comprises the steps of selectively etching the first semiconductor substrate to form a wide T-type trench in the upper portion and the lower portion; Forming a device isolation insulating film filling the trench; Bonding a second semiconductor substrate to the front surface; Polishing a back surface of the first semiconductor substrate to expose the top surface of the device isolation insulating film; And forming a gate and a source / drain junction on the back side of the polished first semiconductor substrate.
이하, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위하여, 본 발명의 가장 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조로 하여 설명하기로 한다.DETAILED DESCRIPTION Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art may easily implement the technical idea of the present invention. Shall be.
도 2h는 본 발명의 일실시예에 따른 반도체 소자 구조를 나타내는 단면도로서, 본 발명의 반도체 소자에서, 소스 및 드레인 접합(211)이 각각 서로 고립되어 국부적으로 상기 반도체 기판 표면으로부터 일정 깊이로 형성되어 그 사이에 위치한 상기 반도체기판에 영역에서 채널을 유기한다. 게이트(210)는 상기 채널을 유기하기 위한 상기 반도체 기판 영역 상에 형성된다. 소자분리절연막(207)은 상기 게이트(210) 및 상기 소스 및 드레인 접합(211)으로 이루어진 트랜지스터를 타 소자(트랜지스터)와 분리하기 위하여 상기 소스 및 드레인 접합의 각 외측에서 국부적으로 형성된다. 그리고, 소자분리절연막(207)은 상기 소스 및 드레인 접합의 하부까지 확장되어 형성되며 상기 채널을 유기하기 위한 상기 반도체 기판 영역의 하부(도면의 212)에서 서로 분리된다. 또한 상기 소자분리절연막의 확장 부위는 상기 소스 및 드레인 접합(211) 하부와 맞닿는다. 기술되지 않은 기타 도면부호는 이후의 제조 공정 설명에서 구체적으로 언급될 것이다.2H is a cross-sectional view showing a semiconductor device structure according to an embodiment of the present invention, in which the source and
본 발명을 종래기술(도 1)과 비교하여 본다면 본 발명은 소자분리를 위한 산화막(207)이 소스/드레인 접합(211)의 아래까지 확장되어 있으므로, 소스/드레인의 접합 커패시턴스(junction capacitance)가 줄어든다. 또한, 벌크 펀치스루(bulk punch-through)도 막을 수 있다.When comparing the present invention with the prior art (FIG. 1), in the present invention, since the
그리고 종래와 같은 매몰산화막은 반도체기판을 플로팅(floating)할 수가 없어서 소자분리절연막을 매몰산화막과 일정 간격으로 띄워야 하는(도 1의 17) 단점이 있으나, 본 발명에서는 이웃하는 소자분리절연막이 서로 분리되어 있으므로, 이 분리된 영역(212)으로 반도체기판을 플로팅(floating)할 수 있으므로 플로팅 바디 이펙트(floating body effect)를 없앨 수 있다. 또한 이 분리된 영역(212)으로 소자구동시 발생되는 열을 방출할 수 있으므로 소자 신뢰성을 향상시킬 수 있다.In addition, the conventional buried oxide film has a disadvantage in that it is not possible to float the semiconductor substrate, so that the device isolation insulating film must be spaced apart from the investment oxide film (17 in FIG. 1). However, in the present invention, adjacent device isolation insulating films are separated from each other. Since the semiconductor substrate can be floated into the
도 2a 내지 도 2h는 본 발명의 일실시예에 따른 반도체소자 제조 공정도이다.2A to 2H are diagrams illustrating a semiconductor device manufacturing process according to an embodiment of the present invention.
도 2a를 참조하면, 반도체기판(201)위에 패드산화막(202)과 질화막(203)을 증착하고, 마스크 작업을 통해 소자분리영역의 상기 질화막, 패드산화막 및 반도체기판의 일부두께를 각각 식각하여 1차 트렌치(trench)(204)를 형성한다.Referring to FIG. 2A, a
이어서, 도 2b와 같이 상기 식각에 의해 형성된 수직구조 측벽에 산화막스페이서(205)를 형성시키고, 도 2c 와 같이 산화막스페이서(205)와 질화막(203)을 마스크로하여 다시 반도체기판(201)을 일부두께로 식각하여 2차 트렌치(206)를 형성한다.Next, as shown in FIG. 2B, an
계속해서, 도 2d와 같이 전체구조 상부에 소자분리용 산화막(207)을 증착한 다음, 도 2e와 같이 반도체기판(201)의 탑 표면이 노출되어 1차 및 2차 트렌치 내부에만 산화막(207, 205)이 매립되도록 전면 식각을 실시한다. 예컨대 질화막이 노출될때까지 연마(polishing)하고, 질화막과 패드산화막을 식각하는 방법을 사용한다.Subsequently, as shown in FIG. 2D, the
산화막스페이서(205)는 소자분리를 위한 산화막(207)과 같이 소자분리 절연막을 이루므로, 이하부터는 산화막스페이서(205)를 따로 언급하지 않고, 그리고 도면에 도시하지 않고 산화막(207)에 포함시켜 설명하기로 한다.Since the
계속해서, 도 2f와 같이 또다른 반도체기판(208)을 본딩(bonding)공정을 통하여 접합시킨 다음, 도 2g와 같이 반도체기판(201)의 뒷면을 산화막(207)이 노출될때까지 연마한다.Subsequently, another
끝으로, 도 2h는 연마된 반도체기판(201) 상에 게이트(210)와 소스/드레인 접합(211)을 형성한 상태이다.Lastly, FIG. 2H shows a
본 실시예에서, T형 트렌치를 형성하는 방법은 여러 가지가 있을 수 있다. 예컨대 서로 다른 사이즈를 갖는 두 번의 마스크 공정을 통해 산화막스페이서(도 2b의 205) 없이 T형 트렌치를 형성할 수 있다.In this embodiment, there may be a variety of methods for forming the T-type trench. For example, a T-type trench may be formed without using an oxide spacer (205 in FIG. 2B) through two mask processes having different sizes.
또한, n채널 모스트랜지스터와 p채널 모스트랜지스터를 갖는 CMOS를 제조하기 위해서는 도 2f 의 상태에서 반도체기판(208)에 이온주입에 의해 N웰 및 P웰을 각각 형성할 수 있고, 다른 방법으로는 본딩하기 전에 미리 이온주입에 의해 N웰 및 P웰을 각각 반도체기판(208)에 형성한 다음 이 반도체기판을 본딩하는 방법이 있다.In addition, in order to fabricate a CMOS having an n-channel morph transistor and a p-channel morph transistor, N wells and P wells may be formed by ion implantation into the
본 발명의 기술 사상은 상기 바람직한 실시예에 따라 구체적으로 기술되었으나, 상기한 실시예는 그 설명을 위한 것이며 그 제한을 위한 것이 아님을 주의하여야 한다. 또한, 본 발명의 기술 분야의 통상의 전문가라면 본 발명의 기술 사상의 범위내에서 다양한 실시예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다.Although the technical idea of the present invention has been described in detail according to the above preferred embodiment, it should be noted that the above-described embodiment is for the purpose of description and not of limitation. In addition, those skilled in the art will understand that various embodiments are possible within the scope of the technical idea of the present invention.
본 발명은 종래기술의 단점으로 지적되던 플로팅 바디 이펙트(floating body effect)를 없앨 수 있고 소스/드레인 접합 커패시턴스(source/drain junction capacitance)를 줄이며 펀치스루(punch through)현상을 막을 수 있으며 차단된 소스/드레인 아래의 산화막에 의한 열 발생을 방출할 수 있다.The present invention can eliminate the floating body effect, which has been pointed out as a disadvantage of the prior art, can reduce the source / drain junction capacitance, prevent the punch through phenomenon, and the blocked source It is possible to release heat generation by the oxide film under / drain.
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