KR100583954B1 - Method of Fabricating Semiconductor Device Having Trench Plug Pattern - Google Patents
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Abstract
트랜치 플러그 패턴을 갖는 반도체 장치의 제조방법을 제공한다. 이 방법은 트랜치의 측벽을 이용해서 활성영역의 폭을 증가하여 반도체 장치의 퍼포먼스를 향상시킨다. 이를 위해서, 상기 방법은 반도체 기판의 소정영역에 트랜치를 형성하는 것을 포함한다. 상기 트랜치는 활성영역을 고립시킨다. 다음으로, 상기 트랜치에 트랜치 플러그를 형성하고, 상기 트랜치 플러그를 부분 식각해서 트랜치 플러그 패턴을 형성하여 트랜치 측벽의 상부측을 노출시킨다. 이를 통해서, 상기 반도체 장치들은 주어진 디자인 룰 내에서 증가된 활성영역을 구비되어져서 그 장치의 전류 구동능력을 배가시킬 수 있다.A method of manufacturing a semiconductor device having a trench plug pattern is provided. This method uses the sidewalls of the trench to increase the width of the active region to improve the performance of the semiconductor device. To this end, the method includes forming a trench in a predetermined region of the semiconductor substrate. The trench isolates the active region. Next, a trench plug is formed in the trench, and the trench plug is partially etched to form a trench plug pattern to expose the upper side of the trench sidewall. Through this, the semiconductor devices can be provided with an increased active area within a given design rule to double the current driving capability of the device.
트랜치, 트랜치 플러그, 활성영역, 트랜치 플러그 패턴.Trench, trench plug, active area, trench plug pattern.
Description
도 1 은 본 발명에 따른 반도체 장치의 배치도.1 is a layout view of a semiconductor device according to the present invention.
도 2, 도 4, 도 6, 도 8, 도 10, 도 12, 도 14, 도 16, 도 18, 도 20, 도 22 는 도 1 의 절단선 Ⅰ-Ⅰ' 를 따라서 취한 본 발명에 따른 반도체 장치의 제조방법을 설명해 주는 단면도들.2, 4, 6, 8, 10, 12, 14, 16, 18, 20, and 22 show a semiconductor according to the present invention taken along the cutting line I-I 'of FIG. Sectional views illustrating the manufacturing method of the device.
도 3, 도 5, 도 7, 도 9, 도 11, 도 13, 도 15, 도 17, 도 19, 도 21, 도 23 은 도 1 의 절단선 Ⅱ-Ⅱ' 를 따라서 취한 본 발명에 따른 반도체 장치의 제조방법을 설명해 주는 단면도들.3, 5, 7, 7, 9, 11, 13, 15, 17, 19, 21, and 23 show a semiconductor according to the present invention taken along the cut line II-II 'of FIG. Sectional views illustrating the manufacturing method of the device.
본 발명은 반도체 장치의 제조방법에 관한 것으로서, 상세하게는 트랜치 플러그 패턴을 갖는 반도체 장치의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method of manufacturing a semiconductor device, and more particularly, to a method of manufacturing a semiconductor device having a trench plug pattern.
일반적으로, 반도체 장치는 개별 소자들을 반도체 기판의 활성영역들에 집적해서 사용자의 정보를 저장하거나 저장된 정보를 사용자로 하여금 읽게 해주는 장치이다. 상기 개별 소자들은 트랜지스터, 커패시터 등을 일컫는다. 상기 트랜지스 터는 게이트 및 게이트에 오버랩되는 소오스/ 드레인 정션을 포함해서 형성되고, 상기 활성영역들은 얇은 트랜치 절연막(Shallow Trench Isolation Film) 또는 트랜치 플러그 패턴으로 고립되도록 형성된다.In general, semiconductor devices are devices in which individual devices are integrated into active regions of a semiconductor substrate to store user information or allow the user to read the stored information. The individual devices refer to transistors, capacitors, and the like. The transistor includes a gate and a source / drain junction overlapping the gate, and the active regions are formed to be isolated by a thin trench insulation film or a trench plug pattern.
그러나, 상기 반도체 장치는 디자인 룰이 축소됨에 따라서 이전보다 작은 면적의 활성영역 및 작은 크기의 개별 소자들을 갖게된다. 상기 활성영역 및 커패시터는 패드 플러그로 연결되는데. 상기 커패시터는 활성영역의 작은 면적으로 인해서 정해진 시간동안 전하의 저장능력이 떨어진다. 이는 디자인 룰이 축소되기 이전보다 패드 플러그 및 활성영역의 접촉저항이 증가되었기 때문이다.However, as the design rule is reduced, the semiconductor device has smaller areas of active area and smaller elements than before. The active region and the capacitor are connected by a pad plug. The capacitor has a low storage capacity for a predetermined time due to the small area of the active region. This is because the contact resistance of the pad plug and the active area is increased than before the design rule is reduced.
또한, 상기 트랜지스터는 게이트가 활성영역에 형성되어 소오스 및 드레인 정션들 사이를 흐르는 전하의 흐름을 통제하는데, 상기 게이트는 활성영역의 작아진 면적때문에 게이트의 폭이 작아져서 사용자가 원하는 전류 구동능력을 나타내지 못한다.In addition, the transistor has a gate formed in the active region to control the flow of charge flowing between the source and drain junctions. The gate has a smaller gate width due to the smaller area of the active region, so that the current driving capability desired by the user is reduced. Not shown.
결론적으로, 작은 면적의 활성영역을 갖는 반도체 장치는 주어진 디자인 룰 내에서 그 장치의 퍼포먼스를 증가시키기 위한 공정적인 해결 방안을 갖는 것이 필요되어진다.In conclusion, semiconductor devices having a small area of active area need to have a fair solution for increasing the performance of the device within a given design rule.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 활성영역의 폭을 증가시킬 수 있는 트랜치 플러그 패턴을 갖는 반도체 장치의 제조방법을 제공하는데 있다.An object of the present invention is to provide a method of manufacturing a semiconductor device having a trench plug pattern that can increase the width of the active region.
상기 기술적 과제를 해결하기 위해서, 본 발명은 트랜치 플러그 패턴을 갖는 반도체 장치의 제조방법을 제공한다.In order to solve the above technical problem, the present invention provides a method of manufacturing a semiconductor device having a trench plug pattern.
이 방법은 반도체 기판을 준비하는 것을 포함한다. 상기 반도체 기판의 소정영역에 트랜치를 형성하는데, 상기 트랜치는 활성영역을 고립시킨다. 다음으로, 상기 트랜치를 채우는 트랜치 플러그를 형성하고, 상기 트랜치 플러그에 식각 공정을 수행해서 트랜치 플러그 패턴을 형성한다. 이때에, 상기 트랜치 플러그 패턴은 상기 트랜치의 측벽의 상부측을 노출시키도록 형성한다.The method includes preparing a semiconductor substrate. A trench is formed in a predetermined region of the semiconductor substrate, and the trench isolates the active region. Next, a trench plug filling the trench is formed, and an etching process is performed on the trench plug to form a trench plug pattern. At this time, the trench plug pattern is formed to expose the upper side of the side wall of the trench.
도 1 은 본 발명에 따른 반도체 장치의 배치도이고, 도 2, 도 4, 도 6, 도 8, 도 10, 도 12, 도 14, 도 16, 도 18, 도 20, 도 22 는 도 1 의 절단선 Ⅰ-Ⅰ' 를 따라서 취한 본 발명에 따른 반도체 장치의 제조방법을 설명해 주는 단면도들이다. 1 is a layout view of a semiconductor device according to the present invention, and FIGS. 2, 4, 6, 8, 10, 12, 14, 16, 18, 20, and 22 are cutouts of FIG. 1. Sectional drawing explaining the manufacturing method of the semiconductor device which concerns on this invention taken along the line II '.
또한, 도 3, 도 5, 도 7, 도 9, 도 11, 도 13, 도 15, 도 17, 도 19, 도 21, 도 23 은 도 1 의 절단선 Ⅱ-Ⅱ' 를 따라서 취한 본 발명에 따른 반도체 장치의 제조방법을 설명해 주는 단면도들이다.3, 5, 7, 7, 9, 11, 13, 15, 17, 19, 21, and 23 are taken along the cut line II-II 'of FIG. Cross-sectional views for explaining a method of manufacturing a semiconductor device according to the.
도 1 내지 도 5 를 참조하면, 반도체 기판(10) 상에 보호막(20) 및 마스크 막(30)을 형성하고, 그 기판(10)의 소정영역에 포토레지스트 패턴(40)을 형성한다. 이때에, 상기 포토레지스트 패턴은 도 1 의 활성영역(15)을 정의한다. 상기 포토레지스트 패턴(40)을 식각 마스크로 사용해서 마스크 막(30) 및 보호막(20)을 차례로 식각하여 마스크 막 패턴(35) 및 보호막 패턴(25)을 형성한다. 상기 마스크 막(30)은 보호막(20)과 다른 식각률을 갖는 절연막인 질화막으로 형성하고, 상기 보호막(20)은 산화막으로 형성하는 것이 바람직하다. 상기 반도체 기판은 P 형의 도전성을 갖는다.1 to 5, the
도 1, 도 6 내지 도 9 를 참조하면, 상기 반도체 기판(10)으로부터 포토레지스트 패턴(40)을 제거하고, 상기 마스크 막 패턴(35)을 식각 마스크로 사용해서 반도체 기판(10)을 소정 깊이로 식각하여 트랜치(16)를 형성한다. 그리고, 상기 트랜치(16)를 갖는 반도체 기판 상에 트랜치 플러그 막(50)을 형성한다. 상기 트랜치 플러그 막(50)은 트랜치(16)를 채우고 동시에 마스크 막 패턴(35)의 상면으로부터 그 기판(10)의 상부로 소정 두께가 되도록 형성한다. 이어서, 상기 트랜치 플러그 막(50)을 갖는 반도체 기판 상에 평탄화 공정을 수행하여 마스크 막 패턴(35)의 상면을 노출시켜서 트랜치 플러그(53)를 형성한다. 상기 트랜치 플러그 막(50)은 고밀도 플라즈마 막(High Density Plasma Layer)으로 형성하고, 상기 평탄화 공정은 화학 기계적 연마(CMP) 또는 에칭 백(Etching Back)으로 수행하는 것이 바람직하다.1 and 6 to 9, the
도 1, 도 10 내지 도 15 을 참조하면, 상기 트랜치 플러그(53)를 갖는 반도체 기판 상에 식각공정을 수행하는데, 상기 식각공정은 마스크 막 패턴(35)을 식각 저지막으로 사용해서 트랜치 플러그(53)를 부분 식각하여 트랜치(16) 내에 트랜치 플러그 패턴(56)을 형성한다. 이때에, 상기 트랜치 플러그 패턴(56)은 트랜치(16) 측벽의 상부측을 노출시켜서 그 패턴(56)의 상면이 반도체 기판(10)의 상면보다 낮게 위치되어진다.Referring to FIGS. 1 and 10 to 15, an etching process is performed on a semiconductor substrate having the
다음으로, 상기 트랜치 플러그 패턴(56) 및 마스크 패턴을 이온 주입 마스크로 사용해서 노출된 트랜치(16) 측벽에 이온 주입공정을 실시하여 활성영역(15)의 상면 및 트랜치(16) 측벽이 만나는 교차점들 주위에 필드 억제 확산영역들(A, B, C, D)을 형성한다. 상기 필드 억제 확산영역들(A, B, C, D)은 반도체 장치가 구동하는 동안 그 부위들의 전하들이 기하학적인 3D 효과(Three Dimension Effect)의 영향을 받아서 생긴 전기장의 집중 현상(Crowding Phenomenon)을 완화해주는 역할을 한다. 상기 필드 억제 확산영역들(A, B, C, D)은 P 형의 도전성을 갖는다.Next, using the
또한, 상기 트랜치(16) 측벽의 상부측을 노출시키는 방법은 마스크 막 패턴(35)을 식각 마스크로 사용해서 도 8 및 도 9 의 트랜치 플러그(53)를 반도체 기판(10)의 상면까지 식각하여 도 12 및 도 13 의 트랜치 플러그 패턴(59)을 형성하는 것과, 상기 트랜치 플러그 패턴(59)을 식각 마스크로 사용해서 마스크 막 패턴(35)을 제거하는 것과, 상기 트랜치 플러그 패턴(59)을 성장 저지막으로 해서 반도체 기판(10)의 활성영역(15)에 도 14 및 도 15 의 에피텍셜 막(15-1)을 형성하는 것을 포함할 수도 있다. In addition, a method of exposing the upper side of the sidewalls of the
상기 에피텍셜 막(15-1)을 형성한 후, 상기 활성영역(15)을 갖는 반도체 기판 상에 도 14 및 도 15 의 포토레지스트 패턴(45)을 형성하고, 상기 포토레지스트 패턴(45) 및 트랜치 플러그 패턴(59)을 이온 주입 마스크로 사용해서 노출된 에피텍셜 막(15-1)의 측벽에 이온 주입공정을 실시하여 에피텍셜 막(15-1)의 상면 및 그 막의 측벽이 만나는 교차점들 주위에 필드 억제 확산영역들(A, B, C, D)을 형성한다. 상기 필드 억제 확산영역들(A, B, C, D)을 갖는 에피텍셜 막은 이후로 도 10 및 도 11 의 활성영역(15)의 역할을 한다. 이때에, 상기 에피텍셜 막(15-1)은 반도체 기판(10)과 함께 트랜치(16)의 측벽을 형성하고, 상기 트랜치 플러그 패턴(59)의 상면은 에피텍셜 막(15-1)의 상면보다 낮게 위치된다.After the epitaxial layer 15-1 is formed, the
도 1, 도 16 내지 도 23 를 참조하면, 상기 반도체 기판(10)으로부터 마스크 막 패턴(35) 및 보호막 패턴(25)을 제거하고, 상기 반도체 기판(10)에 이온 주입공정을 실시해서 그 기판(10)의 상면으로부터 아래를 향하여 소정 깊이로 채널 확산영역(Channel Junction, E)을 형성한다. 상기 채널 확산영역(E)은 P 형의 도전성을 갖는다. 상기 채널 확산영역(E)은 필드 억제 확산영역들(A, B, C, D)과 동일한 타입의 이온들을 갖으며, 상기 채널 확산영역(E) 및 필드 억제 확산영역들(A, B, C, D)의 형성은 활성영역(15)의 전기적 특성을 결정짓는다. 따라서, 상기 채널 확산영역(E) 및 필드 억제 확산영역들(A, B, C, D)을 갖는 반도체 장치는 도 1 의 포토레지스트 패턴(40)이 정의한 면적에 노출된 트랜치(16) 측벽의 면적을 더해서 형성된 활성영역(15)을 갖는다. 상기 채널 확산영역(E) 및 필드 억제 확산영역들(A, B, C, D)을 갖는 반도체 기판 상에 게이트 산화막(60) 및 게이트 막(70)을 형성하는데, 상기 게이트 막(70)은 도전막으로 형성하는 것이 바람직하다. 상기 게이트 막(70)은 N 형의 도전성을 갖는다.Referring to FIGS. 1 and 16 to 23, the
상기 게이트 막(70)을 갖는 반도체 기판 상에 공지의 포토공정으로 형성된 포토레지스트 패턴들을 식각 마스크로 사용해서 그 막을 식각하여 도 18 의 게이트 배선(75)들 및 게이트 산화막 패턴(65)들을 형성한다. 상기 게이트 배선(75)들은 활성영역(15)을 가로질러서 달리고 서로에 대해서 평행하게 배치되도록 형성한다. 이때에, 상기 게이트 배선(75)들은 게이트 산화막 패턴(65)을 통해서 채널 확산영역(E) 및 필드 억제 확산영역들(A, B)에 전기적으로 접촉되어서 그 배선(75)들의 폭이 증가되는데, 이는 게이트 배선(75)들의 전류 구동능력이 노출된 트랜치 측벽만큼 향상됨을 의미한다.Using the photoresist patterns formed by a known photo process on the semiconductor substrate having the
상기 게이트 배선(75)들을 갖는 반도체 기판 상에 도 20 및 도 21 의 패드 절연막(80)을 형성하고, 상기 패드 절연막(80)을 관통하고 동시에 게이트 배선(75)들 사이의 소정영역에 도 23 의 패드 홀(90)들을 형성한다. 이때에, 상기 패드 홀(90)들은 게이트 배선(75)들 사이의 채널 확산영역(E)을 갖는 활성영역뿐만 아니라 필드 억제 확산영역들(C, D)을 갖는 활성영역도 노출시킨다. 상기 패드 홀(90)들을 갖는 반도체 기판 상에 그 홀들을 채우는 도 23 의 패드 플러그(100)들을 형성한다. 상기 패드 플러그(100)들은 N 형의 도전성을 갖는다. 상기 패드 플러그(100)들은 패드 홀(90)들을 통해서 채널 확산영역(E) 및 필드 억제 확산영역들(C, D)을 갖는 활성영역 상에 접촉되어서 채널 확산영역(E)을 갖는 활성영역에만 접촉되었을 때대비 낮은 접촉저항을 보이는데, 이는 게이트 배선(75)들을 통과한 반도체 기판(10) 내의 전하들을 패드 플러그(100)를 통해서 원활하게 흐르도록 해준다. 상기 패드 플러그(100)들은 도핑된 폴리실리콘 막이기 때문에 그 막으로부터 도핑된 이온들이 반도체 기판(10)으로 확산되어 채널 확산영역(E) 및 필드 억제 확산영역들(C, D)과 만나서 컨팬세이션되며, 상기 폴리실리콘 막은 채널 확산영역(E) 및 필드 억제 확산영역들(C, D)과 다른 타입의 이온들을 갖는다.A
상술한 바와 같이, 본 발명은 트렌치 플러그 패턴을 사용해서 트랜치 측벽을 노출시켜서 활성영역의 면적을 극대화시킨 것이다. 이를 통해서, 상기 트랜치 플러그 패턴을 갖는 반도체 장치는 활성영역의 면적을 증가시켜서 그 장치의 퍼포먼스를 배가시킬수 있다.As described above, the present invention maximizes the area of the active region by exposing the trench sidewalls using a trench plug pattern. As a result, the semiconductor device having the trench plug pattern may increase the area of the active region to double the performance of the device.
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KR20010046153A (en) * | 1999-11-10 | 2001-06-05 | 박종섭 | Method of manufacturing trench type isolation layer in semiconductor device |
KR20010109638A (en) * | 2000-05-31 | 2001-12-12 | 박종섭 | Method for forming isolation layer in semiconductor device |
KR20020053565A (en) * | 2000-12-27 | 2002-07-05 | 박종섭 | Method for forming isolation layer in semiconductor device |
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- 2003-11-14 KR KR1020030080740A patent/KR100583954B1/en not_active IP Right Cessation
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