KR101015532B1 - Semiconductor device and method for manufacturing the same - Google Patents
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Abstract
반도체 소자 및 그 제조 방법이 제공된다. 상기 반도체 소자는 고전압용 소자가 형성될 제1 영역과 저전압용 소자가 형성될 제2 영역으로 정의되는 기판, 상기 제1 영역의 기판 내에 형성되는 제1 도전형 매몰층, 상기 제1 도전형 매몰층 상부의 제1 영역의 기판 내에 형성되는 제1 도전형 드리프트 영역, 상기 제1 도전형 매몰층과 이격되어 상기 제1 도전형 드리프트 영역 내의 일 영역에 형성되는 제2 도전형 바디, 및 상기 제1 도전형 바디를 관통하여 상기 제1 도전형 드리프트 영역의 일부 영역까지 확장되어 형성되며 하부로 갈수록 폭이 좁아지는 계단형 구조의 트랜치 폴리 게이트 패턴을 포함한다.A semiconductor device and a method of manufacturing the same are provided. The semiconductor device may include a substrate defined as a first region in which a high voltage element is to be formed and a second region in which a low voltage element is to be formed, a first conductive buried layer formed in the substrate of the first region, and the first conductive buried. A first conductivity type drift region formed in the substrate in the first region above the layer, a second conductivity type body formed in one region in the first conductivity type drift region spaced apart from the first conductivity type buried layer, and the first A trench poly gate pattern having a stepped structure is formed to extend through a first conductive body to a part of the first conductive drift region and become narrower toward a lower portion thereof.
트랜치 MOSFET(Trench MOSFET). Trench MOSFET.
Description
본 발명은 반도체 소자에 관한 것으로, 보다 상세하게는 수직 트랜치형 트랜지스터 및 그 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a semiconductor device, and more particularly, to a vertical trench transistor and a method of manufacturing the same.
반도체 소자의 집적도가 증가함에 따라 트랜지스터의 채널 길이도 동시에 매우 짧아지고 있다. 상기 채널 길이가 짧아짐에 따라 트랜지스터의 문턱 전압이 급격히 낮아지는 이른바, 숏채널 효과(short channel effect)가 문제된다. 또한 상기 채널 길이가 짧아짐에 따라 소스와 드레인 사이의 펀치쓰루(punchthrough) 특성을 개선하기 위해서는 더 많은 채널 이온의 주입이 요구된다.As the degree of integration of semiconductor devices increases, the channel lengths of transistors also become very short. As the channel length becomes shorter, a so-called short channel effect, in which the threshold voltage of the transistor is sharply lowered, becomes a problem. In addition, as the channel length becomes shorter, more channel ions need to be implanted to improve punchthrough characteristics between the source and the drain.
이러한 쇼채널 효과를 개선하기 위하여 수직 트랜치 트랜지스터가 사용되며, 이러한 수직 트랜치 트랜지스터는 고전압용 소자로 이용될 수 있다.In order to improve the show channel effect, a vertical trench transistor is used, and the vertical trench transistor can be used as a high voltage device.
수직 트랜치 트랜지스터는 N 드리프트 영역(N-Drift region) 및 P형 바디(P-type Body))가 형성된 실리콘 기판, 실리콘 기판에 형성된 트랜치(trench), 트랜치 내에 형성된 게이트 폴리, 상기 게이트 폴리 주변의 기판 표면에 불순물이 주입되어 형성된 소스를 포함한다. 상기 수직 트랜치 트랜지스터는 상기 기판 표면에 형 성된 소스와 기판 내부에 형성된 상기 N 드리프트 영역 사이에 채널이 수직하게 형성됨으로써 채널 길이가 늘어날 수 있다. 이때 N 드리프트 영역은 드레인에 해당한다.The vertical trench transistor includes a silicon substrate having an N-drift region and a P-type body, a trench formed in the silicon substrate, a gate poly formed in the trench, and a substrate around the gate poly. It includes a source formed by implanting impurities into the surface. The channel length of the vertical trench transistor may be increased by vertically forming a channel between the source formed on the substrate surface and the N drift region formed inside the substrate. At this time, the N drift region corresponds to a drain.
이러한 수직 트랜치 트랜지스터(Vertical Trench MOSFET)의 드레인-소스 사이의 브레이크 다운 전압(Break down voltage)을 향상시키기 위해서는 상기 N 드리프트 영역의 농도를 낮추거나 상기 N 드리프트 영역의 깊이(depth)를 증가시켜야 한다. 여기서 상기 N 드리프트 영역의 깊이(depth)는 상기 P형 바디와 상기 N 드리프트 영역의 경계선으로부터 상기 N 드리프트 영역의 최하부까지의 깊이를 말한다.In order to improve the break down voltage between the drain and the source of the vertical trench transistor, the concentration of the N drift region must be decreased or the depth of the N drift region must be increased. Herein, the depth of the N drift region refers to the depth from the boundary between the P-type body and the N drift region to the bottom of the N drift region.
그러나 수직 트랜치 트랜지스터(Vertical Trench MOSFET)의 드레인-소스 사이의 브레이크 다운 전압(Break down voltage)을 향상시키기 위하여 상기 N 드리프트 영역의 농도를 낮추거나 상기 N 드리프트 영역의 깊이(depth)를 증가시키는 경우 상기 N 드리프트 영역의 저항이 증가하는 문제점이 있다.However, when the concentration of the N drift region is decreased or the depth of the N drift region is increased in order to improve the break down voltage between the drain and the source of the vertical trench transistor. There is a problem that the resistance of the N drift region is increased.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 저항의 증가없이 드레인-소스 사이의 브레이크 다운 전압(Break down voltage)을 향상시킬 수 있는 반도체 소자 및 그 제조 방법을 제공하는데 있다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in an effort to provide a semiconductor device capable of improving a break down voltage between a drain and a source without increasing a resistance, and a method of manufacturing the same.
상기와 같은 과제를 달성하기 위한 본 발명의 실시 예에 따른 반도체 소자는 고전압용 소자가 형성될 제1 영역과 저전압용 소자가 형성될 제2 영역으로 정의되 는 기판, 상기 제1 영역의 기판 내에 형성되는 제1 도전형 매몰층, 상기 제1 도전형 매몰층 상부의 제1 영역의 기판 내에 형성되는 제1 도전형 드리프트 영역, 상기 제1 도전형 매몰층과 이격되어 상기 제1 도전형 드리프트 영역 내의 일 영역에 형성되는 제2 도전형 바디, 및 상기 제1 도전형 바디를 관통하여 상기 제1 도전형 드리프트 영역의 일부 영역까지 확장되어 형성되며 하부로 갈수록 폭이 좁아지는 계단형 구조의 트랜치 폴리 게이트 패턴을 포함한다.A semiconductor device according to an embodiment of the present invention for achieving the above object is a substrate defined by a first region in which a high voltage element is to be formed and a second region in which a low voltage element is to be formed, and within the substrate of the first region. A first conductive buried layer formed, a first conductive drift region formed in a substrate of a first region above the first conductive buried layer, and the first conductive drift region spaced apart from the first conductive buried layer A second conductive body formed in one region of the inside, and a stepped trench poly that extends to a portion of the first conductive drift region through the first conductive body and becomes narrower toward the bottom It includes a gate pattern.
상기와 같은 과제를 달성하기 위한 본 발명의 실시 예에 따른 반도체 소자의 제조 방법은 고전압용 소자가 형성될 제1 영역과 저전압용 소자가 형성될 제2 영역이 정의되는 반도체 기판 상에 산화막을 형성하는 단계, 산화막이 형성된 반도체 기판에 선택적으로 제1 도전형 불순물을 주입하여 상기 반도체 기판 내의 일 영역에 N형 매몰층(N-type Buried Layer)을 형성하는 단계, 상기 제1영역의 반도체 기판 전면에 제1 도전형 불순물 이온을 주입하여 상기 N형 매몰층 상의 반도체 기판 내에 제1 도전형 드리프트 영역을 형성하는 단계, 상기 제1 도전형 드리프트 영역 내에 제2 도전형 불순물 이온을 선택적으로 주입하여 제2 도전형 바디를 형성하는 단계, 및 상기 제2 도전형 바디를 관통하여 상기 제1 도전형 드리프트 영역의 일부 영역까지 확장되어 형성되며, 하부로 갈수록 폭이 좁아지는 계단형 구조의 트랜치 폴리 게이트 패턴을 형성하는 단계를 포함한다.According to an embodiment of the present disclosure, an oxide film is formed on a semiconductor substrate on which a first region in which a high voltage element is to be formed and a second region in which a low voltage element is to be defined are defined. Forming an N-type buried layer in one region of the semiconductor substrate by selectively implanting a first conductivity type impurity into a semiconductor substrate on which an oxide film is formed; Implanting first conductivity type impurity ions into the semiconductor substrate on the N-type buried layer, and selectively implanting second conductivity type impurity ions into the first conductivity type drift region Forming a second conductivity type body and extending through a portion of the first conductivity type drift region through the second conductivity type body, Parts and increasing comprises the step of forming the trench poly gate pattern of the step-like structure in which the narrower width.
본 발명의 실시 예에 따른 반도체 소자 및 그 제조 방법은 드리프트 영역의 저항의 증가없이 드레인-소스 사이의 브레이크 다운 전압(Break down voltage)을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.The semiconductor device and the method of manufacturing the same according to the embodiment of the present invention have the effect of improving the breakdown voltage between the drain and the source without increasing the resistance of the drift region.
이하, 본 발명의 기술적 과제 및 특징들은 첨부된 도면 및 실시 예들에 대한 설명을 통하여 명백하게 드러나게 될 것이다. 본 발명을 구체적으로 살펴보면 다음과 같다.Hereinafter, the technical objects and features of the present invention will be apparent from the description of the accompanying drawings and the embodiments. Looking at the present invention in detail.
도 1a는 본 발명의 실시 예에 따른 반도체 소자(100)의 단면도를 나타낸다. 도 1a를 참조하면, 상기 반도체 소자(100)는 기판(101), 제1 도전형 매몰층(105), 제1 도전형 드리프트 영역(120), 제2 도전형 바디(125), 제1 도전형 딥웰(122), 계단형의 트랜치(미도시), 게이트 산화막(135), 계단형의 트랜치 폴리 게이트 패턴(140), 필드 산화막(145), 제1 도전형 불순물 영역들(170, 171,172,192), 및 제2 도전형 불순물 영역들(176,178,179)을 포함한다.1A is a sectional view of a
이때, 상기 기판(101)은 고전압용 소자가 형성될 영역(이하 "A영역"이라 한다.)과 저전압용 소자가 형성될 영역(이하 "B영역" 이라 한다.)으로 정의될 수 있다.In this case, the
상기 제1 도전형 매몰층(105)은 A영역의 기판(101) 내에 형성된다. 예컨대, 상기 제1 도전형 매몰층(105)은 N형 매몰층(N type buried layer)일 수 있으며, 상기 기판(101)의 하부 영역에 형성될 수 있다.The first conductive buried
상기 제1 도전형 드리프트 영역(120)은 상기 매몰층(105) 상의 기판(101) 내에 형성된다. 상기 제2 도전형 바디(125)는 상기 매몰층(105)과 이격되어 상기 제1 도전형 드리프트 영역(120) 내의 일 영역에 형성된다.The first conductivity
상기 제1 도전형 딥웰(122)은 상기 제2 도전형 바디(125)와 이격되어 상기 제1 도전형 드리프트 영역(120) 내에 형성되며, 상기 매몰층(105)과 접촉되도록 상기 기판(101) 표면에서부터 상기 매몰층(105)까지 수직 방향으로 확장되어 형성된다.The first conductivity type
상기 계단형의 트랜치는 상기 제1 도전형 바디를 관통하여 상기 제1 도전형 드리프트 영역(120)의 일부 영역까지 확장되어 형성된다. 상기 계단형의 트랜치는 하부로 갈수록 트랜치의 폭이 좁아지는 계단형 구조를 갖는다.The stepped trench extends through a portion of the first conductivity
예컨대, 상기 계단형의 트랜치는 상기 제1 도전형 바디(125)를 관통하는 제1 트랜치 및 상기 제1 도전형 드리프트 영역(120) 내에 형성되는 제2 트랜치를 포함할 수 있다. 이때 상기 제2 트랜치의 폭은 상기 제1 트랜치의 폭보다 좁다. 여기서 상기 제1 트랜치는 상기 제1 도전형 바디(125)를 관통하여 상기 제1 도전형 드리프트 영역(120)으로 일부 확장되어 형성될 수 있다.For example, the stepped trench may include a first trench penetrating the first
본 발명의 실시 예에서는 제1 트랜치 및 제2 트랜치를 포함하는 계단형의 트랜치 구조를 나타내었지만, 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정하는 것은 아니며, 폭이 서로 다른 다수의 트랜치들을 포함하는 계단형 트랜치 구조를 가질 수 있다.According to the embodiment of the present invention, the stepped trench structure including the first trench and the second trench is illustrated, but the technical concept of the present invention is not limited thereto, and the stepped trench including a plurality of trenches having different widths. It may have a structure.
게이트 산화막(135)은 상기 계단형의 트랜치 내부 표면에 형성된다. 예컨대, 상기 게이트 산화막(135)은 상기 계단형의 트랜치의 측벽 및 바닥 표면을 따라 형성될 수 있다.A
상기 계단형의 트랜치 폴리 게이트 패턴(140)은 상기 게이트 산화막(135)이 형성된 계단형의 트랜치 내부를 채우도록 형성된다. 상기 필드 산화막(145)은 소자 분리를 위하여 상기 계단형의 트랜치 폴리 게이트 패턴(140)이 형성된 기판(101)에 형성된다. The stepped trench
상기 제1 도전형 불순물 영역들(170, 171,172,192)은 상기 트랜치형 폴리 게이트 패턴(140)에 인접한 제2 도전형 바디(125)의 일 영역들, 및 상기 제1 도전형 딥웰 영역(122) 내에 형성된다. 상기 제2 도전형 불순물 영역들(176,178,179)은 상기 제2 도전형 바디(125)의 다른 영역들에 형성된다.The first conductivity
또한 상기 반도체 소자(100)는 상기 기판(101)의 B 영역 내에 형성된 제1 도전형 웰(139; 예컨대, N형 웰), 상기 제1 도전형 웰(139)과 이격되어 상기 기판(101)의 B 영역 내에 형성된 제2 도전형 웰(137; 예컨대, P형 웰), 상기 제1 도전형 웰(139) 상부에 형성된 제1 게이트 패턴(164), 상기 제2 도전형 웰(137) 상부에 형성된 제2 게이트 패턴(162), 상기 제1 게이트 패턴(164) 양측의 인접한 제1 도전형 웰(139) 내부에 형성된 제2 도전형 영역(185, 187), 및 상기 제2 게이트 패턴(162) 양측의 인접한 제2 도전형 웰(137) 내부에 형성된 제1 도전형 영역(184,186)을 더 포함할 수 있다.In addition, the
도 1b는 도 1a에 도시된 반도체 소자의 드레인-소스 사이의 브레이크 다운 전압 향상을 설명하기 위한 단면도를 나타낸다. 도 1b를 참조하면, 계단형의 트랜치 폴리 게이트 패턴(140)에는 게이트 전압(VG)이 인가되고, 제1 도전형 불순물 영역들(170, 171,172,192) 및 제2 도전형 불순물 영역들(176,178,179)에는 소스 전압(VS)이 인가되고, 제1 도전형 드리프트 영역(120)에는 드레인 전압(VD)이 인가된다.FIG. 1B is a cross-sectional view for describing breakdown voltage improvement between a drain and a source of the semiconductor device illustrated in FIG. 1A. Referring to FIG. 1B, a gate voltage VG is applied to the stepped trench
상기 계단형의 트랜치 폴리 게이트 패턴(140), 상기 제1 도전형 불순물 영역들(170, 171,172,192), 및 상기 제2 도전형 불순물 영역들(176,178,179)에 그라운드 전압이 인가되고 상기 제1 도전형 드리프트 영역(120)에는 드레인 전압(VD)이 인가될 때, 상기 제2 도전형 바디(125)에 형성되는 폴리 게이트 주변에는 홀이 모이게 되고 상기 제1 도전형 드리프트 영역(120)에 형성된 폴리 게이트 주변에는 전자가 모이게 된다. Ground voltage is applied to the stepped trench
상기 제1 도전형 드리프트 영역(120)과 상기 제2 도전형 바디(120) 사이의 경계면 주위에 공핍층이 형성된다. 즉 상기 제1 도전형 드리프트 영역(120)까지 확장되어 공핍층이 넓게 형성되어 전계를 완화하여 드레인-소스 사이의 브레이크 다운 전압을 향상시킬 수 있다.A depletion layer is formed around the interface between the first conductivity
상기 드레인-소스 사이의 브레이크 다운 전압을 향상시키기 위해서 상기 제1 도전형 드리프트 영역의 불순물 농도를 낮추지 않고도 드레인-소스 사이의 브레이크 다운 전압을 향상시킬 수 있다. 불순물 농도를 높여 상기 제1 도전형 드리프트 영역의 저항이 증가하는 문제점이 해소될 수 있다. In order to improve the breakdown voltage between the drain and the source, the breakdown voltage between the drain and the source may be improved without lowering the impurity concentration of the first conductivity type drift region. The problem that the resistance of the first conductivity type drift region is increased by increasing the impurity concentration may be solved.
상기 트랜치형 폴리 게이트 패턴(140)은 상기 제1 도전형 드리프트 영역(120) 내의 폴리 게이트가 상기 제2 도전형 바디(125) 내의 폴리 게이트의 폭보다 좁은 계단형의 구조를 갖는다. 이로 인하여 상기 상기 제1 도전형 드리프트 영역(120)과 상기 제2 도전형 바디(125) 사이의 경계 영역의 폴리 게이트 패턴 부분에 전계가 집중되어 손상되는 것을 방지할 수 있는 효과가 있다.The trench
도 2a 내지 도 2k는 본 발명의 실시 예에 따른 반도체 소자의 제조 방법을 나타낸다. 먼저 도 2a에 도시된 바와 같이, 반도체 기판(200)에 산화막(210)을 형성한다. 이때 상기 반도체 기판(200)은 고전압용 소자가 형성될 영역(A)과 저전압용 소자가 형성될 영역(B)이 정의될 수 있다.2A to 2K illustrate a method of manufacturing a semiconductor device according to an embodiment of the present invention. First, as shown in FIG. 2A, an
산화막(210)이 형성된 반도체 기판(예컨대, P형 기판, 200)에 선택적으로 제1 도전형(예컨대, N형) 불순물을 주입하여 상기 반도체 기판(200) 내의 일 영역에 N형 매몰층(N-type Buried Layer, 205)을 형성한다. A first conductive type (eg N-type) impurity is selectively injected into a semiconductor substrate (eg, P-type substrate) 200 on which the
예컨대, A영역은 개방하고, B영역은 덮는 포토레지스트 패턴(미도시)을 이용하여 상기 A영역의 반도체 기판(200) 내부의 일 영역에 N형 불순물 이온을 주입하여 상기 N형 매몰층(205)을 형성할 수 있다.For example, the N-type buried
이어서 상기 A영역의 반도체 기판(200) 내에 선택적으로 제1 도전형 불순물(예컨대 N+ 이온)을 주입하여 제1 도핑된 영역(212)을 형성한다.Subsequently, a first
다음으로 도 2b에 도시된 바와 같이, A영역의 반도체 기판(200) 전면에 제1 도전형 불순물 이온(예컨대, N- 이온)을 주입하여 제2 도핑된 영역을 형성한다.Next, as illustrated in FIG. 2B, a first conductive impurity ion (eg, N− ion) is implanted into the entire surface of the
이어서 고온의 어닐링(annealing) 공정을 수행하여 상기 제1 도핑된 영역에 주입된 불순물을 확산시켜 딥웰 영역(Deep Well region, 222)을 형성하고, 상기 제2 도핑된 영역에 주입된 불순물을 확산시켜 상기 N형 매몰층(205) 상의 반도체 기판(200) 내에 N-드리프트 영역(220)을 형성한다. 이때 상기 딥웰 영역(222)은 상기 반도체 기판(200) 표면에서부터 상기 N형 매몰층(205)과 접촉하도록 확산된다.Subsequently, a high temperature annealing process is performed to diffuse impurities implanted into the first doped region to form a
다음으로 도 2c에 도시된 바와 같이, 상기 N-드리프트 영역(220) 내에 제2 도전형 불순물 이온(예컨대, P형 이온)을 선택적으로 주입하여 제2 도전형 바 디(225, 예컨대, P형 바디)를 형성한다. 상기 P형 바디(225)는 상기 딥웰 영역(Deep Well region, 222)과 오버랩(overlap)되지 않도록 형성된다.Next, as shown in FIG. 2C, a second conductive type impurity ion (eg, P-type ion) is selectively implanted into the N-
다음으로 도 2d에 도시된 바와 같이, A 영역 및 B 영역 상에 형성된 산화막(210) 상에 제1 질화막 패턴(230)을 형성한다. 상기 제1 질화막 패턴(230)은 소자 격리를 위한 필드 옥사이드(Field Oxide) 형성을 위하여 사용된다.Next, as shown in FIG. 2D, the first
예컨대, 상기 산화막(210) 상에 질화막을 증착한 후 포토리쏘그라피(Photolithography) 공정을 수행하여 증착된 질화막 상에 포토레지스트 패턴(photoresist pattern, 미도시)을 형성하고, 형성된 포토레지스트 패턴을 식각 마스크(etch mask)로 이용하여 상기 질화막을 식각하여 상기 제1 질화막 패턴(230)을 형성한 후 상기 포토레지스트 패턴은 제거한다.For example, after depositing a nitride film on the
다음으로 도 2e에 도시된 바와 같이, 상기 제1 질화막 패턴(230)에 의해 노출된 산화막에 대하여 열적 산화 공정을 수행하여 A영역 및 B영역에 필드 옥사이드(235)를 형성한다. 상기 필드 옥사이드(235) 형성 완료 후 상기 제1 질화막 패턴(230)을 제거한다.Next, as shown in FIG. 2E, the
이어서, 상기 B영역의 반도체 기판(200) 내에 선택적으로 불순물 이온을 주입하여 제1 도전형 웰(239) 및 제2 도전형 웰(237)을 형성한다. 여기서 제1 도전형 웰(239)은 N형 웰 이고, 제2 도전형 웰(237)은 P형 웰일 수 있다.Subsequently, impurity ions are selectively implanted into the
다음으로 도 2f에 도시된 바와 같이, 필드 옥사이드(235)가 형성된 반도체 기판(200) 전면에 질화막(240)을 증착한다.Next, as illustrated in FIG. 2F, the
다음으로 도 2g에 도시된 바와 같이, 포토리쏘그라피 공정을 수행하여 포토 레지스트 패턴(미도시)을 형성하고, 상기 포토레지스트 패턴을 식각 마스크로 이용하여 상기 질화막(240)을 식각하여 제2 질화막 패턴(240-1)을 형성한다. 이때 상기 제2 질화막 패턴(240-1)은 A영역의 반도체 기판(200)에 트랜치를 형성하기 위하여 상기 P형 바디(225) 상부에 형성된 산화막(210)의 일부를 노출시키도록 패터닝될 수 있다. 이어서 상기 제2 질화막 패턴(240-1)을 식각 마스크로 이용하여 노출된 산화막(210)을 식각하여 반도체 기판(200) 일부를 노출시킨다.Next, as shown in FIG. 2G, a photoresist pattern is formed by performing a photolithography process, and the
다음으로 도 2h에 도시된 바와 같이, 상기 제2 질화막 패턴(240-1)을 식각 마스크(etch mask)로 이용하여 상기 노출된 A영역의 반도체 기판(200)을 식각하여 상기 P형 바디(225)를 관통하여 상기 N 드리프트 영역(220)을 노출시키는 제1 트랜치(251, 252)를 형성한다. 이때 상기 제1 트랜치(251, 252)는 상기 P형 바디(225)를 관통하여 상기 N 드리프트 영역(220)이 일부 식각되도록 형성될 수 있다.Next, as shown in FIG. 2H, the
이어서 상기 제2 질화막 패턴(240-1)이 형성된 반도체 기판(200) 전면에 질화막을 추가적으로 증착하여 상기 제1 트랜치(252, 254) 내부 표면에 질화막을 형성한다. 예컨대, 상기 제1 트랜치(251, 252)가 형성된 반도체 기판(200) 표면에 질화막을 증착하여 상기 제1 트랜치(251, 252)의 측벽 및 바닥 표면에 질화막을 형성할 수 있다. 상기 제1 트랜치(251, 252) 내부에 상기 질화막을 증착하기 전에 상기 제1 트랜치(251, 252) 형성을 위한 식각 공정에 의한 반도체 기판(200)의 손상을 복구하기 위하여 열산화 공정이 수행될 수 있다.Subsequently, a nitride film is further deposited on the entire surface of the
상기 제2 질화막 패턴(240-1)이 형성된 반도체 기판(200) 표면에 추가적으로 증착된 질화막을 에치백하여 상기 제1 트랜치(251, 252)의 바닥에 형성된 질화막을 식각하여 제거한다. 즉 상기 에치백 공정에 의하여 상기 제1 트랜치(251,252)의 측벽에 형성된 질화막은 잔류하지만, 상기 제1 트랜치(251, 252)의 바닥에 형성된 질화막은 제거되어 상기 N-드리프트 영역(220)이 노출된다. 여기서 상기 에치백 공정 수행 후 잔류하는 질화막을 제3 질화막 패턴(255)이라 한다.The nitride film additionally deposited on the surface of the
다음으로 도 2i에 도시된 바와 같이, 상기 제3 질화막 패턴(255)을 식각 마스크로 이용하여 상기 노출된 N-드리프트 영역(220)을 식각하여 제2 트랜치(253, 254)를 형성한다. 이때 상기 제2 트랜치(253, 254)는 상기 제1 트랜치(251, 252)보다 작은 폭을 갖는다. 상기 제2 트랜치(253, 254)는 상기 N-드리프트 영역(220) 내에 형성되며 상기 N형 매몰층(205)을 노출시키지 않도록 형성된다.Next, as illustrated in FIG. 2I, the
따라서 상기 반도체 기판(200) 내에는 상기 P형 바디(225)를 관통하는 제1 트랜치(251,252) 및 상기 N 드리프트 영역(220) 내에 형성되는 제2 트랜치(253,254)를 포함하는 계단형의 트랜치가 형성될 수 있다.Accordingly, a stepped trench including a
본 발명의 실시 예에서는 제1 트랜치(251,252) 및 제2 트랜치(253,254)를 포함하는 2단계의 계단형의 트랜치 구조를 형성하는 것을 예로 들었지만, 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정하는 것은 아니며, 하부로 갈수록 폭이 좁아지는 다수의 트랜치들을 포함하는 구조를 형성할 수 있다.In the exemplary embodiment of the present invention, the formation of a two-stage stepped trench structure including the
다음으로 도 2j에 도시된 바와 같이, 상기 반도체 기판(200) 상에 잔류하는 제3 질화막 패턴(255)을 습식 식각을 이용하여 제거한다. 상기 제3 질화막 패턴(255)을 습식 식각을 통하여 제거하기 전에 상기 제2 트랜치(253, 254) 형성을 위한 식각 공정에 의한 반도체 기판(200)의 손상을 복구하기 위하여 열산화 공정이 수행될 수 있다.Next, as shown in FIG. 2J, the third
이어서 열산화 공정을 수행하여 상기 계단형의 트랜치 내부 표면에 게이트 산화막(260)을 형성시킨다. 즉 상기 제1 트랜치(251,252) 및 제2 트랜치(253,254)의 측벽 및 바닥 표면에 상기 게이트 산화막(260)이 형성될 수 있다Subsequently, a thermal oxidation process is performed to form the
그리고 상기 게이트 산화막(260)이 형성된 계단형의 트랜치 내부에 게이트 폴리(gate poly)를 채워 고전압용 게이트 패턴, 즉 트랜치형 폴리 게이트 패턴(261)을 형성한다. 이때 B영역의 반도체 기판에는 저전압용 게이트 패턴(262,264)이 상기 트랜치형 폴리 게이트 패턴(261)과 동시에 형성될 수 있다.In addition, a gate poly layer is formed in the stepped trench in which the
예컨대, 상기 반도체 기판 전면(A 및 B 영역)에 상기 제1 트랜치(251,252) 및 제2 트랜치(253,254)가 채워지도록 게이트 폴리(미도시)를 증착하고, 증착된 게이트 폴리 상에 포토리쏘그라피 공정을 통하여 포토레지스트 패턴(미도시)을 형성한다. 상기 포토레지스트 패턴은 A영역에서는 고전압용 게이트 패턴(261)을 형성하도록 패터닝되고, B영역에서는 저전압용 게이트 패턴(262,264)을 형성하도록 패터닝될 수 있다. For example, a gate poly (not shown) is deposited to fill the
그리고 상기 포토레지스트 패턴을 식각 마스크로 이용하여 상기 게이트 폴리를 식각하여 A영역에는 트랜치형 폴리 게이트 패턴(261)을 형성함과 동시에 B영역에서는 저전압용 게이트 패턴(262,264)을 형성할 수 있다. 이때 상기 저전압용 게이트 패턴(262, 264)은 제1 도전형 웰(239) 및 제2 도전형 웰(237) 상에 형성될 수 있다.The gate poly may be etched using the photoresist pattern as an etch mask to form trench-type
여기서 상기 제1 트랜치(251,252) 부분에 형성된 폴리 게이트 패턴을 제1 폴 리 게이트 패턴(265)이라 하고, 상기 제2 트랜치(253,254) 부분에 형성된 폴리 게이트 패턴을 제2 폴리 게이트 패턴(267)이라고 한다.The poly gate patterns formed on the
상기 제2 트랜치(253,254)의 폭이 상기 제1 트랜치(251,252)의 폭보다 작기 때문에 상기 제1 폴리 게이트 패턴(265)과 상기 제2 폴리 게이트 패턴(267)은 계단형의 형상을 갖는다. 즉 상기 제2 폴리 게이트 패턴(267)의 폭이 상기 제1 폴리 게이트 패턴(265)의 폭보다 작다.Since the widths of the
상기 제1 폴리 게이트 패턴(265)은 상기 P형 바디(225)를 관통하여 형성되고, 상기 제2 폴리 게이트 패턴(267)은 상기 N-드리프트 영역(220) 내에 형성될 수 있다. 또한 제1 폴리 게이트 패턴(265)은 상기 P형 바디(225)를 관통하여 상기 N-드리프트 영역(220)까지 일부 확장되어 형성될 수 있고, 상기 제2 폴리 게이트 패턴(267)은 상기 N-드리프트 영역(220) 내에 형성될 수 있다.The first
다음으로 도 2k에 도시된 바와 같이 상기 트랜치형 폴리 게이트 패턴(261)에 인접한 P형 바디(225)의 일 영역들 및 상기 B영역의 제2 도전형 웰(237) 내에 제1 도전형 불순물 이온(예컨대, N+ 이온)을 동시에 주입하여 제1 도전형 불순물 영역들(270,271,272, 284,286)을 형성한다.Next, as shown in FIG. 2K, first conductive impurity ions in one regions of the P-
상기 P형 바디(225)의 다른 영역들, 상기 딥웰 영역(222), 및 상기 B영역의 제1 도전형 웰(239) 내에 동시에 제2 도전형 불순물 이온(예컨대, P+)을 주입하여 제2 도전형 불순물 영역들(276, 278, 273, 282, 285, 287)을 형성한다.A second conductivity type impurity ion (eg, P +) is simultaneously implanted into other regions of the P-
이상에서 설명한 본 발명은 상술한 실시 예 및 첨부된 도면에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변 형 및 변경이 가능하다는 것이 본 발명이 속하는 기술분야에서 종래의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다. 따라서, 본 발명의 기술적 범위는 명세서의 상세한 설명에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허 청구의 범위에 의해 정하여져야만 할 것이다.The present invention described above is not limited to the above-described embodiments and the accompanying drawings, and various substitutions, modifications, and changes are possible in the art without departing from the technical spirit of the present invention. It will be apparent to those skilled in the art. Therefore, the technical scope of the present invention should not be limited to the contents described in the detailed description of the specification but should be defined by the claims.
도 1a는 본 발명의 실시 예에 따른 반도체 소자의 단면도를 나타낸다. 1A is a cross-sectional view of a semiconductor device according to an embodiment of the present invention.
도 1b는 도 1a에 도시된 반도체 소자의 드레인-소스 사이의 브레이크 다운 전압 향상을 설명하기 위한 단면도를 나타낸다. FIG. 1B is a cross-sectional view for describing breakdown voltage improvement between a drain and a source of the semiconductor device illustrated in FIG. 1A.
도 2a 내지 도 2k는 본 발명의 실시 예에 따른 반도체 소자의 제조 방법을 나타낸다.2A to 2K illustrate a method of manufacturing a semiconductor device according to an embodiment of the present invention.
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Citations (3)
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KR20000015166A (en) * | 1998-08-27 | 2000-03-15 | 정선종 | Improved ligbt power device |
JP2000174265A (en) * | 1998-12-02 | 2000-06-23 | Matsushita Electric Works Ltd | Vertical power mosfet and its manufacture |
KR20050071528A (en) * | 2002-09-29 | 2005-07-07 | 어드밴스드 아날로직 테크놀로지스 인코퍼레이티드 | A modular bipolar―cmos―dmos analog integrated circuit and power transistor technology |
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2008
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KR20050071528A (en) * | 2002-09-29 | 2005-07-07 | 어드밴스드 아날로직 테크놀로지스 인코퍼레이티드 | A modular bipolar―cmos―dmos analog integrated circuit and power transistor technology |
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