KR100752169B1 - 고전압용 반도체 트랜지스터 소자 및 그 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 고전압용 반도체 트랜지스터 소자 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 트렌치 구조를 형성하기 위한 식각을 이용하여, 고농도 영역인 소스 및 드레인 영역의 수평 위치를 상이하게 형성함으로써, 전류 흐름 경로가 굴곡을 이루도록 하여 소자 크기의 감소 및 내압의 증가를 달성할 수 있는 고전압용 반도체 트랜지스터 소자 및 그 제조방법에 관한 것이다.
본 발명에 따른 반도체 트랜지스터 소자는, 제1 도전형 불순물로 이루어진 기판, 상기 기판상의 중앙부에 형성된 게이트 산화막으로 이루어진 게이트 폴리, 상기 기판의 한 측 표면에 제2 도전형 불순물을 저농도로 도핑하여 형성된 LDD 영역, 상기 LDD 영역 가장자리에 상기 제2 도전형 불순물을 고농도로 도핑하여 형성된 드레인 영역 및 상기 기판의 다른 한 측 표면에 상기 제2 도전형 불순물을 고농도로 도핑하여 형성된 소스 영역을 포함하되, 상기 기판의 최상부 표면과 상기 드레인 영역의 표면은 그 수직 위치가 서로 단차를 갖도록 형성되는 것이다.
모스 트랜지스터, LDD, 트렌치, 내압

Description

고전압용 반도체 트랜지스터 소자 및 그 제조방법{HIGH VOLTAGE SEMICONDUCTOR TRANSISTOR DEVICE AND MANUFACTURING METHOD THEREOF}
도 1은 종래 기술에 따른 반도체 트랜지스터 소자의 구조를 도시하는 단면도이고,
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 트랜지스터 소자의 구조를 도시하는 단면도이고,
도 3a 내지 도 3d는 본 발명의 실시예에 따른 트랜지스터 소자의 제조과정을 도시하는 단면도이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
21 : P형 기판 22 : LDD 영역
23 : 드레인 영역 24 : 소스 영역
25 : 게이트 산화막 26 : 게이트 폴리층
27 : 스페이서층
본 발명은 고전압용 반도체 트랜지스터 소자 및 그 제조방법에 관한 것으로 서, 더욱 상세하게는 트렌치 구조를 형성하기 위한 식각을 이용하여, 고농도 영역인 소스 및 드레인 영역의 수평 위치를 상이하게 형성함으로써, 전류 흐름 경로가 굴곡을 이루도록 하여 소자 크기의 감소 및 내압의 증가를 달성할 수 있는 고전압용 반도체 트랜지스터 소자 및 그 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로, 실리콘 등을 이용한 고전압용 반도체 트랜지스터는 전력용 트랜지스터의 일종으로서, 고전압 동작이 필요한 표시장치, 서보모터, 액추에이터의 구동 IC 등에 주로 사용된다. 이러한 고전압용 반도체 트랜지스터로서는, 높은 항복전압(breakdown voltage)을 얻기 위하여 LDMOS(Lateral Diffused MOS) 또는 LDD(Lightly Doped Drain) 구조가 주로 채택되고 있다.
도 1은 종래 기술에 따른 반도체 트랜지스터 소자의 단면도로서, LDD 구조를 채택하고 있는 반도체 트랜지스터 소자의 일례를 도시한 것이다.
도 1을 참조하면, 실리콘(Si) 등으로 이루어진 P형 기판(11)의 한쪽에는, 저농도(N-) 도핑에 의해 LDD 영역(12)이 소정의 깊이로 형성되어 있고, LDD 영역(12)과 P형 기판(11)의 다른 한쪽에는 고농도(N+) 도핑에 의한 드레인 및 소스 영역(13, 14)이 표면으로부터 소정의 깊이로 형성되어 있다. 게이트 폴리층(16)은 게이트 산화막(15)에 의해 드레인 및 소스 영역(13, 14)과 절연되어 있으며, 드레인 영역(13), 소스 영역(14) 및 게이트 폴리층(16)에는, 드레인 전극(D), 소스 전극(S) 및 게이트 전극(G)이 각각 형성되어 있다.
상술한 바와 같이 구성되는 종래 기술에 따른 반도체 트랜지스터 소자를 고 전압용으로 설계할 경우에는, 높은 항복전압을 얻는 것이 가장 중요한 요소이다. 이와 같이 높은 항복전압을 얻기 위한 요소는 게이트 폴리층(16)의 에지와 드레인 영역(13) 사이의 간격 즉, 도 1의 "DR"로 표시된 길이가 게이트 폴리층(16)의 에지와 드레인 영역(13) 사이의 간격이다.
도 1에서, F는 고전압 전계(electric field)의 발생 위치를 나타낸 것이고, 화살표는 게이트 전극(G)에 전원이 인가될 경우에 형성되는 채널층의 전류 흐름 경로를 나타낸 것이다.
높은 항복전압을 얻기 위해서는 DR이 커져야 하며, 이것은 필연적으로 소자의 셀 크기를 증가시킨다. 또한, 위와 같이 LDD 영역(12)의 표면으로 전류가 흐르는 구조에서는, 소자의 사용기간이 증가할수록 항복전압이 변하는 문제가 필연적으로 발생한다.
본 발명의 목적은 상기한 문제점을 감안하여 안출한 것으로서, 새로운 마스크나 특별한 추가 공정 없이도 동일한 항복전압을 가지는 더 작은 크기를 설계할 수 있고, 항복전압이 변하는 문제를 해결할 수 있는 고전압용 반도체 트랜지스터 소자 및 그 제조방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일실시 예에 따른 반도체 트랜지스터 소자의 일 특징은, 제1 도전형 불순물로 이루어진 기판, 상기 기판상의 중앙부에 형성된 게이트 산화막으로 이루어진 게이트 폴리, 상기 기판의 한 측 표면에 제2 도전형 불순물을 저농도로 도핑하여 형성된 LDD 영역, 상기 LDD 영역 가장자리에 상기 제2 도전형 불순물을 고농도로 도핑하여 형성된 드레인 영역 및 상기 기판의 다른 한 측 표면에 상기 제2 도전형 불순물을 고농도로 도핑하여 형성된 소스 영역을 포함하되, 상기 기판의 상부 표면과 상기 드레인 영역의 표면은 그 수직 위치가 서로 단차를 갖도록 형성되는 것이다.
또한, 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일실시 예에 따른 반도체 트랜지스터 소자 제조 방법의 일 특징은, 제1 도전형의 불순물로 이루어진 기판의 한 측에 저농도 도핑을 실시하여 LDD 영역을 형성한 후, 상기 기판 전면에 게이트 산화막 및 게이트 폴리층을 차례로 적층하는 단계, 상기 기판 상부에 게이트 전극 패터닝을 위한 마스크를 이용하여 상기 게이트 폴리층을 1차 식각하는 단계, 상기 1차 식각 후, 상기 기판 상부에 남겨진 게이트 폴리층을 마스크로 이용하여 상기 게이트 산화막, 상기 게이트 산화막 하부의 기판 및 LDD 영역을 2차 식각하는 단계, 상기 기판의 양측에 고농도 도핑을 실시하여 최상부 면이 서로 단차를 갖는 드레인 영역과 소스 영역을 형성하는 단계 및 상기 게이트 산화막 및 상기 게이트 폴리층의 양측 벽면에 스페이서를 형성하는 단계를 포함하는 것이다.
보다 바람직하게, 상기 제1 도전형은 P형이고, 상기 제2 도전형은 N형이다.
삭제
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면에 의거하여 상세하게 설명한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 트랜지스터 소자의 구조를 도시하는 단면도이고, 도 3a 내지 도 3d는 본 발명의 실시예에 따른 트랜지스터 소자의 제조과정을 도시하는 공정도이다.
도 2를 참조하면, 실리콘 등의 P형의 불순물로 이루어진 P형 기판(21)이 구비되어 있다. 본 발명에 따른 반도체 트랜지스터 소자는 기판이 P형인 NMOS 트랜지스터인 것으로 상정하였으나, 본 발명의 기술적 범위는 여기에 한정되지 않는다.
P형 기판(21)의 우측에는, 저농도(N-) 도핑에 의해 P형 기판(21)의 표면으로부터 소정 깊이에 도달하도록 LDD 영역(22)이 형성되어 있고, 또한, 고농도(N+) 도핑에 의해 LDD 영역(22)의 우측 표면으로부터 소정 깊이에 도달하도록 고농도 드레인 영역(23)이 형성되어 있다. 여기서, P형 기판(21)의 최상부 표면과 드레인 영역(23)의 표면은 그 수직 위치가 서로 상이하게 형성되어 있다. P형 기판(21)의 좌측에는, 고농도(N+) 도핑에 의해 P형 기판(21)의 표면으로부터 소정 깊이에 도달하도록 고농도 소스 영역(24)이 형성되어 있다. P형 기판(21)의 중앙부 표면에는 게이트 산화막(25)이 형성되어 있고, 그 위에는 게이트 폴리층(26)이 형성되어 있다.
한편, 드레인 영역(23), 소스 영역(24) 및 게이트 폴리층(26) 상에는 드레인 전극(D), 소스 전극(S) 및 게이트 전극(G)이 각각 형성되어 있다. 게이트 산화막(25) 및 게이트 폴리층(26)의 좌우에는 스페이서층(27)이 형성되어 있다.
상술한 바와 같은 트랜지스터 구조에서는, 게이트 전극(G)에 전원이 인가되면, 소스 영역(24)으로부터 드레인 영역(23)을 향하는 채널층이 형성된다. 즉, 도 2의 화살표 A로 표시한 바와 같이, 채널층이 소스 영역(24)의 표면으로부터 드레인 영역(23)의 표면을 향해 형성된다. P형 기판(21)의 표면과 드레인 영역(23)의 표면은 서로 상이한 수직 위치에 존재하도록 형성되므로, 형성되는 채널층은 도 2에 도시된 바와 같이 필연적으로 굴곡을 가지게 된다.
이에 따라, 종래의 기술에 따른 트랜지스터 소자와 비교하면, 동일한 길이의 전류 흐름 경로를 확보하기 위한 게이트 폴리층의 에지와 드레인 영역 사이의 거리는 본 발명의 트랜지스터 소자에서 더욱 감소될 수 있다. 이로 인해, 본 발명에 따른 트랜지스터 소자는 종래의 트랜지스터 소자에 비해 더 작은 소자 크기를 가진다. 또한, 전류 흐름 경로의 굴곡으로 인하여 고전압의 전계 생성 지역이 변경되므로, 항복전압이 변하는 문제가 경감될 수 있다.
다음으로, 도 3a 내지 도 3d를 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 반도체 트랜지스터 소자의 제조방법에 대해 설명한다.
먼저, 도 3a를 참조하면, P형 불순물로 이루어진 P형 기판(21)이 준비되어 있고, P형 기판(21)의 좌측 상부에는 그 표면으로부터 저농도 도핑에 의해 LDD 영역(22)이 소정의 깊이로 형성된다. 다음으로, 전체 표면에는 게이트 산화막(25)과 게이트 폴리층(26)이 순차적으로 적층된다.
이 상태에서, 도 3b에 도시한 바와 같이, 게이트 전극의 패터닝(patterning)을 위한 마스크를 이용하여 게이트 폴리층(26)을 식각한다. 다음으로, 도 3c에 도시한 바와 같이, 남겨진 게이트 폴리층(26)을 마스크로 하여 게이트 산화막(25) 뿐만 아니라, 그 하부의 P형 기판(21) 또는 LDD 영역(22)의 소정의 깊이까지 다시 식각한다.
그 다음으로, 도 3d에 도시한 바와 같이, 게이트 산화막(25) 및 게이트 폴리층(26)의 좌우 측벽을 둘러싸는 스페이서층을 형성한 다음 LDD 영역(22)과 P형 기판(21)에 대해 고농도(N+) 도핑을 행하여 드레인 영역(23)과 소스 영역(24)을 각각 형성한다. 이상과 같은 공정의 수행을 통해, 도 2에 도시된 바와 같은 본 발명에 따른 반도체 트랜지스터 소자를 제조할 수 있다.
이상에서 몇 가지 실시예를 들어 본 발명을 더욱 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 반드시 이러한 실시예로 국한되는 것이 아니고 본 발명의 기술사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양하게 변형실시될 수 있다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 반도체 트렌지스터 소자 및 그 제조방법은 트렌치 구조를 형성하기 위한 식각을 이용하여, 고농도 영역인 소스 및 드레인 영역의 수평 위치를 상이하게 형성함으로써, 전류 흐름 경로가 굴곡을 이루도록 하여 소자 크기의 감소 및 내압의 증가를 달성할 수 있는 효과가 있다.

Claims (3)

  1. 제1 도전형 불순물로 이루어진 기판;
    상기 기판상의 중앙부에 형성된 게이트 산화막으로 이루어진 게이트 폴리;
    상기 기판의 한 측 표면에 제2 도전형 불순물을 저농도로 도핑하여 형성된 LDD 영역;
    상기 LDD 영역 가장자리에 상기 제2 도전형 불순물을 고농도로 도핑하여 형성된 드레인 영역; 및
    상기 기판의 다른 한 측 표면에 상기 제2 도전형 불순물을 고농도로 도핑하여 형성된 소스 영역을 포함하되,
    상기 기판의 상부 표면과 상기 드레인 영역의 최상부 표면은 그 수직 위치가 서로 단차를 갖도록 형성되는 것을 특징으로 하는 반도체 트랜지스터 소자.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 도전형은 P형이고, 상기 제2 도전형은 N형인 것을 특징으로 하는 반도체 트랜지스터 소자.
  3. 제1 도전형의 불순물로 이루어진 기판의 한 측에 저농도 도핑을 실시하여 LDD 영역을 형성한 후, 상기 기판 전면에 게이트 산화막 및 게이트 폴리층을 차례로 적층하는 단계;
    상기 기판 상부에 게이트 전극 패터닝을 위한 마스크를 이용하여 상기 게이트 폴리층을 1차 식각하는 단계;
    상기 1차 식각 후, 상기 기판 상부에 남겨진 게이트 폴리층을 마스크로 이용하여 상기 게이트 산화막, 상기 게이트 산화막 하부의 기판 및 LDD 영역을 2차 식각하는 단계;
    상기 기판의 양측에 고농도 도핑을 실시하여 최상부 표면이 서로 단차를 갖는 드레인 영역과 소스 영역을 형성하는 단계; 및
    상기 게이트 산화막 및 상기 게이트 폴리층의 양측 벽면에 스페이서를 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 트랜지스터 소자의 제조방법.
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