KR100824919B1 - Transistor of a semiconductor device and method of manufacturing thereof - Google Patents
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Abstract
Description
도 1a 및 도 1b는 종래 기술에 따른 반도체 소자의 트랜지스터 구조를 설명하기 위한 소자의 단면도 및 레이아웃도이다.1A and 1B are a cross-sectional view and a layout view of a device for explaining a transistor structure of a semiconductor device according to the prior art.
도 2는 종래 기술에 따른 반도체 소자의 고전압 트랜지스터의 BVDSS 특성을 설명하기 위한 그래프이다.2 is a graph illustrating BVDSS characteristics of a high voltage transistor of a semiconductor device according to the related art.
도 3 내지 도 5b는 본 발명의 일실시 예에 따른 반도체 소자의 트랜지스터 제조 방법을 설명하기 위한 소자의 단면도 및 레이아웃도이다.3 to 5B are cross-sectional views and layout views of devices for describing a method of manufacturing a transistor of a semiconductor device according to an embodiment of the present invention.
<도면의 주요 부분에 대한 부호 설명><Description of the symbols for the main parts of the drawings>
100 : 반도체 기판 102 : 소자 분리막100
104 : 게이트 산화막 106 : 게이트 도전막104: gate oxide film 106: gate conductive film
108 : 이온 주입 마스크 110 : 소스 영역108: ion implantation mask 110: source region
112 : 드레인 영역 114 : 층간 절연막112
116 : 소스 콘택 118 : 드레인 콘택116: source contact 118: drain contact
본 발명은 반도체 소자의 트랜지스터 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 특히 고전압 트랜지스터 및 그 제조 방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a transistor of a semiconductor device and a method of manufacturing the same, and more particularly to a high voltage transistor and a method of manufacturing the same.
낸드 플래시 메모리 소자는 파울러 노드하임 터널링(FN-tunneling) 방식으로 프로그램 동작 및 소거 동작을 한다. 즉, 게이트와 기판 사이에 전위차를 발생시켜 전자의 이동을 발생시킨다. 효과적인 FN 터널링을 발생시키기 위해 20V의 고전압이 사용되고, 이러한 고전압을 생성하여 셀 영역까지 운반하기 위해서는 접합부(junction)의 파괴전압(breakdown voltage)이 20V 이상 견딜 수 있는 트랜지스터가 필요하다.The NAND flash memory device performs program operation and erase operation using a Fowler-Nordheim tunneling (FN-tunneling) method. That is, a potential difference is generated between the gate and the substrate to generate the movement of electrons. A high voltage of 20V is used to generate effective FN tunneling, and a transistor capable of withstanding 20V or more of breakdown voltage of a junction is required to generate such a high voltage and transport it to the cell region.
도 1a 및 도 1b는 종래 기술에 따른 반도체 소자의 고전압 트랜지스터의 레이아웃도 및 단면도이다.1A and 1B are a layout view and a cross-sectional view of a high voltage transistor of a semiconductor device according to the prior art.
도 1a 및 도 1b를 참조하면, P 타입 또는 N 타입으로 도핑된 반도체 기판(10)위에 게이트 산화막(12)과 게이트 도전막(15)이 순차적으로 적층된 게이트 패턴을 기준으로 양쪽으로 대칭적인 소스/드레인 영역(11)과 소스/드레인 영역(11)과 각각 연결된 콘택(13, 14)으로 구성된다. Referring to FIGS. 1A and 1B, a symmetrical source is formed on both sides of a gate pattern in which a
도 2는 종래 기술에 따른 반도체 소자의 고전압 트랜지스터의 BVDSS 특성을 설명하기 위한 그래프이다.2 is a graph illustrating BVDSS characteristics of a high voltage transistor of a semiconductor device according to the related art.
도 1과 같이 구성된 고전압 트랜지스터는 소스/드레인 영역에 반복적인 고전압이 인가되어 정션 영역에 브레이크 다운(breakdown) 현상이 발생한다. 이는 높은 드레인 전압에 의해 발생하게 되며, 게이트와 드레인 영역이 중첩되는 부분에서 반도체 기판 표면에 전기적 필드가 강하게 일어나게 되고, 드레인에 의해 생성되는 차지는 게이트 산화막에 부분적으로 트랩핑된다. 이러한 상태는 게이트 산화막에 스트레스를 주게 되어 드레인 전압에 의해 GIDL(Gate Induced Drain leakage)의 효과에 의한 터널링 전류를 증가시킨다. 따라서 지속적으로 고전압에 견디지 못하고 낮은 전압에 소자가 파괴되어 고전압 트랜지스터로서의 역할을 못하게 된다.In the high voltage transistor configured as shown in FIG. 1, a repetitive high voltage is applied to the source / drain region to generate a breakdown phenomenon in the junction region. This is caused by a high drain voltage, the electric field is strongly generated on the surface of the semiconductor substrate in the overlapping portion of the gate and drain region, and the charge generated by the drain is partially trapped in the gate oxide film. This state stresses the gate oxide layer and increases the tunneling current due to the effect of gate induced drain leakage (GIDL) by the drain voltage. As a result, they cannot sustain high voltage and the device is destroyed at a low voltage, thereby preventing them from serving as a high voltage transistor.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이온 주입 마스크를 이용하여 소스 및 드레인 영역과 소자 분리막 영역을 이격시켜 계면에서 발생하기 쉬운 누설 전류를 방지하고, 드레인 콘택을 드레인 영역의 중앙 부분에서 게이트 쪽과 먼 곳에 형성함으로써 게이트에 의한 드레인 누설 전류를 억제할 수 있는 반도체 소자의 트랜지스터 및 제조 방법을 제공하는 데 있다. The technical problem to be achieved by the present invention is to separate the source and drain regions and the device isolation region using an ion implantation mask to prevent leakage current easily occurring at the interface, the drain contact is located far from the gate side from the central portion of the drain region The present invention provides a transistor and a manufacturing method for a semiconductor device capable of suppressing the drain leakage current caused by the gate.
본 발명의 일실시 예에 따른 반도체 소자의 트랜지스터는 소자 분리 영역과 활성 영역으로 구분되는 반도체 기판의 상기 소자 분리 영역에 형성된 소자 분리막과, 상기 활성 영역의 소정 영역에 형성된 게이트 패턴과, 상기 게이트 패턴과 인접한 상기 활성 영역의 양방향에 형성된 소스 및 드레인 영역과, 상기 소스 및 드레인 영역의 표면에 각각 연결된 소스 및 드레인 콘택을 포함하며, 상기 소스 및 드레인 영역은 상기 소자 분리막의 계면과 이격되어 있고, 상기 드레인 콘택은 상기 게이트 패턴과 거리가 상기 드레인 영역의 가장 자리와의 거리보다 멀다.A transistor of a semiconductor device according to an embodiment of the present invention may include an isolation layer formed in the isolation region of a semiconductor substrate divided into an isolation region and an active region, a gate pattern formed in a predetermined region of the active region, and the gate pattern Source and drain regions formed in both directions of the active region adjacent to the source and source and drain contacts respectively connected to surfaces of the source and drain regions, wherein the source and drain regions are spaced apart from an interface of the device isolation layer. The drain contact is farther from the gate pattern than the edge of the drain region.
상기 드레인 영역의 크기는 상기 소스 영역의 크기보다 1.5 내지 2배 크며, 상기 드레인 콘택과 상기 게이트 패턴과 거리는 0.7 내지 1㎛이고, 상기 드레인 콘택과 상기 드레인 영역의 가장자리 간의 거리는 0.2 내지 0.3㎛이다.A size of the drain region is 1.5 to 2 times larger than a size of the source region, a distance between the drain contact and the gate pattern is 0.7 to 1 μm, and a distance between the drain contact and an edge of the drain region is 0.2 to 0.3 μm.
본 발명의 일실시 예에 따른 반도체 소자의 트랜지스터의 제조 방법은 소자 분리 영역과 활성 영역으로 정의되는 반도체 기판의 상기 소자 분리 영역에 소자 분리막을 형성하는 단계와, 상기 소자 분리막을 포함한 전체 구조 상에 게이트 산화막 및 게이트 도전막을 순차적으로 형성하는 단계와, 식각 공정을 진행하여 상기 활성 영역의 소정 영역에 상기 게이트 산화막 및 상기 게이트 도전막을 잔류시켜 게이트 패턴을 형성하는 단계와, 이온 주입 마스크를 이용한 이온 주입을 실시하여 상기 게이트 패턴과 인접한 상기 활성 영역 상에 소스 및 드레인 영역을 형성하되, 상기 소스 및 드레인 영역은 상기 소자 분리막과 이격되도록 형성하는 단계와, 상기 소스 및 드레인 영역을 포함한 전체 구조 상에 층간 절연막을 형성하는 단계, 및 상기 소스 및 드레인 영역의 일부분이 각각 노출되는 콘택홀을 형성하고 이를 도전물질로 채워 소스 및 드레인 콘택 플러그를 형성하되, 상기 드레인 콘택과 상기 게이트 패턴간의 거리는 상기 드레인 콘택 플러그와 상기 드레인 영역의 가장 자리와의 거리 보다 멀도록 형성하는 단계를 포함한다.In the method of manufacturing a transistor of a semiconductor device according to an embodiment of the present invention, forming a device isolation film in the device isolation region of the semiconductor substrate defined by the device isolation region and the active region, and on the entire structure including the device isolation film Sequentially forming a gate oxide film and a gate conductive film, performing an etching process to form a gate pattern by remaining the gate oxide film and the gate conductive film in a predetermined region of the active region, and ion implantation using an ion implantation mask Forming a source and a drain region on the active region adjacent to the gate pattern, wherein the source and the drain region are spaced apart from the device isolation layer, and interlayer on the entire structure including the source and drain region. Forming an insulating film, and said source and drain Forming a contact hole through which a portion of the phosphorus region is exposed, and filling the conductive hole with a conductive material to form a source and a drain contact plug, wherein a distance between the drain contact and the gate pattern is a distance between an edge of the drain contact plug and the drain region. Forming further away.
상기 이온 주입 공정 후 상기 층간 절연막을 형성하기 전에 열처리 공정을 실시하는 것을 더 포함하며, 상기 열처리 공정은 급속 열처리 공정으로 800 내지 1000℃의 온도로 실시한다.The method may further include performing a heat treatment process after the ion implantation process and before forming the interlayer insulating film. The heat treatment process may be performed at a temperature of 800 to 1000 ° C. in a rapid heat treatment process.
상기 드레인 영역의 크기는 상기 소스 영역의 크기보다 1.5 내지 2배 크게 형성하며, 상기 드레인 콘택 플러그와 상기 게이트 패턴과 거리는 0.7 내지 1㎛이고, 상기 드레인 콘택 플러그와 상기 드레인 영역의 가장 자리 간의 거리는 0.2 내지 0.3㎛이다.The drain region is formed to have a size 1.5 to 2 times larger than that of the source region, the distance between the drain contact plug and the gate pattern is 0.7 to 1 μm, and the distance between the edge of the drain contact plug and the drain region is 0.2. To 0.3 µm.
상기 이온 주입 공정은 불순물을 1E12 내지 1E13 atoms/㎠ 정도의 도우즈(dose)로 실시하고, 상기 게이트 산화막은 300 내지 500Å의 두께로 형성한다.In the ion implantation step, impurities are dosed at a dose of about 1E12 to 1E13 atoms / cm 2, and the gate oxide film is formed to a thickness of 300 to 500 kPa.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시 예는 본 발명의 개시가 완전하도록 통상의 지식을 가진자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. As those skilled in the art would realize, the described embodiments may be modified in various different ways, all without departing from the spirit or scope of the present invention. It is provided to inform you.
도 3 내지 도 5b는 본 발명의 일실시 예에 따른 반도체 소자의 트랜지스터 제조 방법을 설명하기 위한 소자의 단면도 및 레이아웃도이다.3 to 5B are cross-sectional views and layout views of devices for describing a method of manufacturing a transistor of a semiconductor device according to an embodiment of the present invention.
도 3을 참조하면, 반도체 기판(100)의 소자 분리 영역에 소자 분리 공정을 진행하여 소자 분리막(102)을 형성한다. 이 후, 소자 분리막(102)을 포함한 전체 구조 상에 게이트 산화막(104), 및 게이트 도전막(106)을 순차적으로 형성한다. 게이트 산화막(104)은 300 내지 500Å의 두께로 형성하는 것이 바람직하다. 이후, 게이트 식각 공정을 진행하여 소자 분리막(102)이 형성되지 않은 활성 영역 상의 소 정 영역에만 게이트 산화막(102)와 게이트 도전막(106)이 잔류하도록 하여 게이트 패턴을 형성한다.Referring to FIG. 3, an element isolation process is performed in an element isolation region of the
도 4를 참조하면, 이온 주입 공정을 실시하기 위한 이온 주입 마스크(108)를 형성한다. 이때 이온 주입 마스크(108)는 후속 이온 주입 공정을 실시하여 형성되는 영역이 소자 분리막(102)과 이격되도록 한다. 즉, 노출된 반도체 기판(100)의 활성 영역 중 소자 분리막(102)과 인접한 반도체 기판(100)이 노출되지 않도록 이온 주입 마스크(108)를 형성한다.Referring to FIG. 4, an
이 후 이온 주입 공정을 실시하여 노출된 반도체 기판(100)의 활성 영역에 소스 영역(110) 및 드레인 영역(112)을 형성한다. 이 후 열처리 공정을 진행하여 소스 영역(110) 및 드레인 영역(112)을 확산시킨다. 확산된 소스 영역(110) 및 드레인 영역(112)이 소자 분리막(102)의 계면과 접촉하지 않도록 이온 주입 마스크(108)를 통하여 이격거리를 조절할 수 있다. 또한 드레인 영역(112)이 소스 영역(110)보다 크도록 형성한다. 이는 높은 드레인 전압에 의해 발생하는 브레이크 다운 현상을 방지하기 위하여 브레이크 다운 전압을 증가시키기 위함이다. 드레인 영역(112)의 크기는 소스 영역(110)의 크기 보다 1.5 내지 2배 크도록 형성하는 것이 바람직하다. 이온 주입 공정은 불순물을 1E12 내지 1E13 atoms/㎠ 정도의 도우즈(dose)로 실시하는 것이 바람직하다. 열처리 공정은 급속 열처리 방법을 이용하여 800 내지 1000℃의 온도로 실시하는 것이 바람직하다.Thereafter, an ion implantation process is performed to form the
소자 분리막(102)의 계면과 소스 영역(110) 및 드레인 영역(112)의 계면이 서로 이격되어 이으므로 이들의 접촉면에서 쉽게 발생하는 누설 전류를 방지할 수 있다. 즉, BVDSS 특성을 개선 시킬 수 있다.Since the interface of the
도 5a를 참조하면, 이온 주입 마스크를 제거한 후, 소스 영역(110) 및 드레인 영역(112)을 포함하는 전체 구조 상에 층간 절연막(114)을 형성한다. 층간 절연막(114)은 산화막으로 형성하는 것이 바람직하다. 이 후, 콘택홀을 형성하기 위한 식각 공정을 진행하여 소스 영역(110) 및 드레인 영역(112)의 일정 부분이 노출되는 소스 콘택홀 및 드레인 콘택홀을 형성한다. 이때 소스 콘택홀은 소스 영역(110)의 중앙 부분이 노출되도록 형성하고, 드레인 콘택홀은 드레인 영역(112) 중 게이트 패턴(102, 104)과 일정 거리(B) 떨어진 영역이 노출되도록 형성한다. 이 후, 소스 콘택홀 및 드레인 콘택홀을 도전막으로 채워 소스 콘택(116) 및 드레인 콘택(118)을 형성한다. 소스 콘택(116)과 게이트 패턴(104, 106) 간의 거리는 0.2 내지 0.3㎛이고, 드레인 콘택(118)과 게이트 패턴(104, 106) 간의 거리는 0.7 내지 1㎛인 것이 바람직하다. 드레인 누설 전류(GIDL)는 콘택과 게이트간의 거리가 멀 수록 감소한다. 따라서 드레인 콘택(118)을 게이트 패턴(104, 106)과 멀게 형성하여 드레인 누설 전류를 감소시킨다.Referring to FIG. 5A, after removing the ion implantation mask, an
도 5b를 참조하면, 드레인 콘택(118)이 게이트 도전막(106)이 일정 거리(B) 떨어지도록 형성되어 있다.Referring to FIG. 5B, the
소자 분리 영역(102)과 소스 및 드레인 영역(110 및 112)을 이격시켜 형성함으로써 계면에서 발생하는 누설 전류를 방지할 수 있고, 드레인 영역(112)과 연결되는 드레인 콘택(118)을 게이트 패턴(104, 106) 최대한 멀게 형성함으로써 GIDL 특성을 개선시켜 신뢰성이 높은 반도체 소자의 고전압 트랜지스터를 형성할 수 있 다.By forming the
본 발명의 기술 사상은 상기 바람직한 실시 예에 따라 구체적으로 기술되었으나, 상기한 실시 예는 그 설명을 위한 것이며, 그 제한을 위한 것이 아님을 주지하여야 한다. 또한, 본 발명의 기술 분야에서 통상의 전문가라면 본 발명의 기술 사상의 범위 내에서 다양한 실시 예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다. Although the technical spirit of the present invention has been described in detail according to the above-described 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 발명의 일실시 예에 따르면, 이온 주입 마스크를 이용하여 소스 및 드레인 영역과 소자 분리막 영역을 이격시켜 계면에서 발생하기 쉬운 누설 전류를 방지하고, 드레인 콘택을 드레인 영역의 중앙 부분에서 게이트 쪽과 먼 곳에 형성함으로써 게이트에 의한 드레인 누설 전류를 억제할 수 있다. According to an embodiment of the present invention, an ion implantation mask is used to separate the source and drain regions from the device isolation region to prevent leakage current that is likely to occur at the interface, and the drain contact is far from the gate side at the center of the drain region. Formation at this point can suppress the drain leakage current caused by the gate.
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KR1020060121579A KR100824919B1 (en) | 2006-12-04 | 2006-12-04 | Transistor of a semiconductor device and method of manufacturing thereof |
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Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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2006
- 2006-12-04 KR KR1020060121579A patent/KR100824919B1/en not_active IP Right Cessation
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