KR101606930B1 - 반도체소자 및 그 제조방법 - Google Patents

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Abstract

실시예에 따른 반도체소자는 기판에 소자분리막에 의해 정의된 활성영역; 상기 활성영역에 형성된 제2 도전형 웰; 상기 제2 도전형 웰의 일측에 형성된 확장된 드레인; 상기 제2 도전형 웰과 상기 확장된 드레인 상에 형성된 게이트 전극; 상기 게이트 전극 양측에 형성된 소스와 드레인;을 포함하며, 상기 게이트 전극 하측의 상기 제2 도전형 웰의 모서리 부분이 확장된 영역을 포함하는 것을 특징으로 한다.
반도체소자, 험프

Description

반도체소자 및 그 제조방법{Semiconductor and Method for Manufacturing the same}
실시예는 반도체소자 및 그 제조방법에 관한 것이다.
반도체 소자의 크기가 감소함에 따라 서브 뜨레쉬홀드 리키지(sub-threshold leakage)가 증가하는 경향이 있으며 이를 험프(hump) 현상 이라고도 한다. Hump 현상은 활성(active)지역과 소자분리막(STI) 코너(corner)지역이 특성이 다른 두 개의 MOSFET처럼, 즉 STI corner 쪽 채널(Channel)에서의 문턱전압이 낮아 반도체소자의 문턱전압 이하에서 높은 누설전류를 야기시키는 것으로, 이를 방지하고자 여러 가지 방법이 발명 고안 되었다.
예를 들면, 트렌치 측벽에 보론(boron)을 이온주입 하여 hump 현상을 방지 하는 방법, 활성영역(active)과 STI 지역이 만나는 부분의 라운딩특성을 향상시켜 hump 현상을 방지 하는 방법 등이 있다.
이러한 종래기술을 이용하여 hump 특성을 방지 할 수 있으나, 이로한 종래의 방법들을 이용할 경우 추가적인 공정 단계의 도입으로 인한 비용 증가를 유발하게 되거나 또는 소자의 면적이 증가하게 되는 단점이 존재한다.
실시예는 비대칭 채널 프로파일(Asymmetric Channel profile)을 갖는 반도체 MOS 소자의 구조에서 게이트나 액티브 영역 자체의 변경 없이 채널 프로파일(Channel profile)의 구조를 변형시켜 hump 현상을 방지 할 수 있는 반도체소자 및 그 제조방법을 제공하고자 한다.
실시예에 따른 반도체소자는 기판에 소자분리막에 의해 정의된 활성영역; 상기 활성영역에 형성된 제2 도전형 웰; 상기 제2 도전형 웰의 일측에 형성된 확장된 드레인; 상기 제2 도전형 웰과 상기 확장된 드레인 상에 형성된 게이트 전극; 상기 게이트 전극 양측에 형성된 소스와 드레인;을 포함하며, 상기 게이트 전극 하측의 상기 제2 도전형 웰의 모서리 부분이 확장된 영역을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 실시예에 따른 반도체소자의 제조방법은 기판에 소자분리막에 의해 활성영역을 정의하는 단계; 상기 활성영역에 제2 도전형 웰을 형성하는 단계; 상기 제2 도전형 웰의 일측에 확장된 드레인을 형성하는 단계; 상기 제2 도전형 웰과 상기 확장된 드레인 상에 게이트 전극을 형성하는 단계; 상기 게이트 전극 양측에 소스와 드레인을 형성하는 단계;를 포함하며, 상기 게이트 전극 하측의 상기 제2 도전형 웰의 모서리 부분이 확장된 영역을 포함하는 것을 특징으로 한다.
실시예에 따른 반도체소자 및 그 제조방법에 의하면, 기존의 비대칭 채널 프 로파일(Asymmetric Channel profile)을 갖는 고전압(high voltage) MOS 소자 구조에서 문턱 전압을 제어하기 위한 마스크(mask) 구조만을 변경하여 hump 현상을 방지 할 수 있다.
실시예에 의하면, 다른 특성의 열화 없이, 그리고 추가적인 공정 도입으로 인한 비용의 증가 없이 hump 현상을 방지할 수 있는 이점이 있다.
이하, 실시예에 따른 반도체소자 및 그 제조방법을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
실시예의 설명에 있어서, 각 층의 "상/아래(on/under)"에 형성되는 것으로 기재되는 경우에 있어, 상/아래는 직접(directly)와 또는 다른 층을 개재하여(indirectly) 형성되는 것을 모두 포함한다.
(실시예)
도 1은 실시예에 따른 반도체소자의 평면도이다.
실시예에 따른 반도체소자는 기판에 소자분리막(105)에 의해 정의된 활성영역; 상기 활성영역에 형성된 제2 도전형 웰(110); 상기 제2 도전형 웰(110)의 일측에 형성된 확장된 드레인(120); 상기 제2 도전형 웰(110)과 상기 확장된 드레인(120) 상에 형성된 게이트 전극(140); 상기 게이트 전극(140) 양측에 형성된 소스(132)와 드레인(134);을 포함하며, 상기 게이트 전극(140) 하측의 상기 제2 도전형 웰(110)의 모서리 부분이 확장된 영역(E)을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 제2 도전형 웰의 모서리 부분이 확장된 영역(E)은 상기 게이트 전 극(140) 하측의 상기 제2 도전형 웰(110)과 상기 소자분리막(105)의 경계 부분에 제2 도전형 웰의 모서리 부분이 확장된 영역이 형성되는 것을 특징으로 한다.
실시예에 따른 반도체소자 및 그 제조방법에 의하면, 기존의 비대칭 채널 프로파일(Asymmetric Channel profile)을 갖는 고전압(high voltage) MOS 소자 구조에서 문턱 전압을 제어하기 위한 마스크(mask) 구조만을 변경하여 hump 현상을 방지 할 수 있다.
실시예에 의하면, 다른 특성의 열화 없이, 그리고 추가적인 공정 도입으로 인한 비용의 증가 없이 hump 현상을 방지할 수 있는 이점이 있다.
이하, 도 1을 참조하여 실시예에 따른 반도체소자의 제조방법을 설명한다.
우선, 기판에 소자분리막(105)에 의해 활성영역을 정의한다. 상기 소자분리막(105)은 STI, LCOS 등일 수 있다.
이후, 상기 활성영역에 제2 도전형 웰(110)을 형성한다. 예를 들어, 활성영역에 이온주입에 의해 P형 웰 또는 Vt 이온주입영역 등을 형성할 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 실시예는 NMOS를 기준으로 설명하나 이에 한정되는 것은 아니다.
이후, 상기 제2 도전형 웰(110)의 일측에 확장된 드레인(exetended drain)(120)을 형성한다.
이후, 상기 제2 도전형 웰(110)과 상기 확장된 드레인(120) 상에 게이트 전극(140)을 형성한다. 상기 게이트 전극(140)은 게이트 절연층과 게이트를 포함할 수 있다.
실시예에서 상기 게이트 전극(140)은 상기 제2 도전형 웰(110) 및 상기 확장된 드레인(120)과 오버랩(overlap)되도록 형성될 수 있다.
이후, 상기 게이트 전극(140) 양측에 소스(132)와 드레인(134)을 형성할 수 있다.
실시예는 상기 제2 도전형 웰(110)에서 상기 게이트 전극(140) 하측의 상기 제2 도전형 웰의 모서리 부분이 확장된 영역(E)을 포함할 수 있다.
실시예에서 상기 제2 도전형 웰의 모서리 부분이 확장된 영역(E)은 상기 게이트 전극(140) 하측의 상기 제2 도전형 웰(110)과 상기 소자분리막(105)의 경계 부분에 제2 도전형 웰의 모서리 부분이 확장된 영역(E)이 형성될 수 있다.
또한, 상기 제2 도전형 웰(110)의 모서리 부분이 확장된 영역(E)은 폭(width) 방향을 기준으로 상기 게이트 채널의 코너(corner) 영역의 상기 제2 도전형 웰(110)이 상기 소자분리막(105)의 에지를 따라 일부 돌출될 수 있다.
이후, 상기 소스(132) 일측의 제2 도전형 웰(110)에 고농도 영역(136)을 형성할 수 있다. 이후, 컨택공정이 진행될 수 있다.
실시예에 따른 반도체소자 및 그 제조방법에 의하면, 기존의 비대칭 채널 프로파일(Asymmetric Channel profile)을 갖는 고전압(high voltage) MOS 소자 구조에서 문턱 전압을 제어하기 위한 마스크(mask) 구조만을 변경하여 hump 현상을 방지 할 수 있다.
실시예에 의하면, 다른 특성의 열화 없이, 그리고 추가적인 공정 도입으로 인한 비용의 증가 없이 hump 현상을 방지할 수 있는 이점이 있다.
실시예는 고전압(high voltage) NMOS 구조로서 문턱전압(threshold voltage)를 조절 하면서 확장된 드레인(extended drain)과 제2 도전형 웰(110)인 p-well 영역이 근접하여 항복전압 특성이 열화되는 것을 방지하기 위하여 p-well mask가 소스영역과 소스영역으로부터 일정영역의 채널(Channel)부분과 오버랩(overlap) 될 수 있다.
결국 소스(source)에서 드레인(134)에 이르는 채널(Channel) 영역에서 채널프로파일(Channel profile)은 비대칭 채널 프로파일(Asymmetric Channel profile)을 가지게 되고 그러한 Asymmetric Channel profile은 소스(source) 단 쪽에서의 문턱전압과 드레인 단 쪽에서의 항복 전압이라는 두 특성을 확보할 수 있게 해준다.
한편, 소스 쪽으로부터 오버랩되는 P-well은 채널(Channel) 영역에서 약 0.5~2.0 ㎛ 정도 오버랩 되도록 일부분만 형성될 수 있는데, 이온 주입되는 에지(edge)가 소스로부터 가까움으로 인해 채널(Channel)을 따라 길이(length) 방향에서 그래디언트 프로파일(Gradient profile)을 가지는 문제가 발생할 수 있다.
이러한 Gradient profile의 특성은 활성영역(active)과 소자분리막(STI, LOCOS) 지역이 만나는 위치에서의 segregation 등의 이유로 인하여 폭(width) 방향에서의 센터(center)와 에지(edge) 영역 사이에 문턱 전압차이가 심해질 수 있고 Hump에 취약해 질 수가 있다.
이에 실시예는 소스(source) 단에서 채널(Channel)의 농도를 국부적으로 조절하여 문턱전압을 조절하는 소자로서, 상기 Gradient profile에 따른 문제점을 해 결하기 위해 제2 도전형 웰(110), 예를 들어 p-well 구조를 소자의 코너(corner) 부분에서만 돌출하도록 확장함으로서 코너(corner) 부분에서 채널(Channel) 농도가 낮아지는 현상을 개선 할 수 있다.
실시예에 따라 이러한 코너(corner) 부분에서만의 확장된 영역(E)을 형성하는 것은 소자의 문턱전압이나 황복전압에 영향을 주지 않음으로 추가적인 공정변화를 야기키지 않는다. 실시예와 같이 p-well 부분의 코너(corner) 부분에서만 확장하는 방법은 추가적인 공정 도입 없이 마스크(mask) 구조만 변경하여 hump 현상을 방지할 수 있는 이점이 있다.
실시예는 고전압 반도체소자로서, MOS FET 등이 될 수 있는데, 문턱전압을 제어하는 제2 도전형 웰(well) 또는 vt 이온주입 마스크가 게이트(gate)와 일정 부분 오버랩(overlap) 되는 구조로 형성할 수 있고, 이때 채널(channel)의 폭 코너(width corner) 부분의 제2 도전형 웰(well) 또는 vt 이온주입영역이 소자분리막, 예를 들어 STI의 코너 에지(corner edge)를 따라 일정부분 돌출된 형태로 형성될 수 있다.
또한, 실시예에 의하면 문턱전압을 조절하는 Vt 또는 제2 도전형 웰(110)의 도핑 프로파일(doping profile)이 게이트 길이(length) 방향으로 비대칭(asymmetric) 할 뿐만 아니라 소자분리막 코너(corner) 근처에서 더 크게 비대칭(asymmetric)하여 2차원 구조의 문턱 전압 조절 채널 프로파일(channel profile)을 갖는 MOS 소자의 구조를 제공할 수 있다.
또한, 실시예는 문턱전압 제어용 마스크의 돌출된 확장영역 부분이 채널 폭(channel width) 방향으로 활성영역(active)과 0.1 ㎛ 이상 오버랩될 수 있다. 예를 들어, 약 0.2~1.0㎛ 오버랩(overlap) 될 수 있다.
또한, 실시예는 문턱전압 제어용 마스크의 돌출된 부분이 채널 길이(channel length) 방향으로 활성영역(active)과 0.1 ㎛ 이상 오버랩될 수 있다. 예를 들어, 약 0.2~1.0㎛ 오버랩(overlap) 될 수 있다.
또한, 실시예는 MOS소자의 문턱전압과 항복전압을 조절하기 위하여 채널 길이(channel length) 방향에서 non-uniform한 채널 프로파일(channel profile)을 가질 수 있다.
또한, 실시예는 소스(source)단 쪽의 채널 도핑 프로파일(channel doping profile)이 드레인(drain)단 쪽의 채널 도핑 프로파일(channel doping profile) 보다 높은 도핑 농도(doping density)를 가질 수 있다.
또한, 실시예는 MOS 소자의 문턱전압과 항복전압 및 hump 특성을 조절하기 위하여 채널 길이(channel length) 방향 및 폭(width) 방향으로 일정 부분에 걸쳐 non-uniform한 채널 프로파일(channel profile)을 가질 수 있다.
실시예에 따른 반도체소자 및 그 제조방법에 의하면, 기존의 비대칭 채널 프로파일(Asymmetric Channel profile)을 갖는 고전압(high voltage) MOS 소자 구조에서 문턱 전압을 제어하기 위한 마스크(mask) 구조만을 변경하여 hump 현상을 방지 할 수 있다.
실시예에 의하면, 다른 특성의 열화 없이, 그리고 추가적인 공정 도입으로 인한 비용의 증가 없이 hump 현상을 방지할 수 있는 이점이 있다.
본 발명은 기재된 실시예 및 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 청구항의 권리범위에 속하는 범위 안에서 다양한 다른 실시예가 가능하다.
도 1은 실시예에 따른 반도체소자의 평면도.

Claims (10)

  1. 기판에 소자분리막에 의해 정의된 활성영역;
    상기 활성영역에 형성된 제2 도전형 웰;
    상기 제2 도전형 웰의 일측으로부터 소정 간격 이격되도록 형성된 확장된 드레인;
    상기 제2 도전형 웰과 상기 확장된 드레인 사이에서 상기 기판 상에 형성되며 상기 제2 도전형 웰의 일부 및 상기 확장된 드레인의 일부와 오버랩(overlap)되는 게이트 전극; 및
    상기 게이트 전극의 양측에서 상기 제2 도전형 웰 및 상기 확장된 드레인에 각각 형성된 소스와 드레인을 포함하며,
    상기 게이트 전극 하측의 게이트 채널 영역의 폭(width) 방향으로 위치된 상기 제2 도전형 웰의 모서리 부분들이 상기 소스에서 상기 드레인을 향하는 방향으로 돌출된 것을 특징으로 하는 반도체 소자.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 소스 일측의 제2 도전형 웰에 형성된 고농도 영역을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체소자.
  5. 삭제
  6. 기판에 소자분리막에 의해 활성영역을 정의하는 단계;
    상기 활성영역에 제2 도전형 웰을 형성하는 단계;
    상기 제2 도전형 웰의 일측으로부터 소정 간격 이격되도록 확장된 드레인을 형성하는 단계;
    상기 제2 도전형 웰의 일부 및 상기 확장된 드레인의 일부와 오버랩되도록 상기 제2 도전형 웰과 상기 확장된 드레인 사이에서 상기 기판 상에 게이트 전극을 형성하는 단계; 및
    상기 게이트 전극 양측에서 상기 제2 도전형 웰 및 상기 확장된 드레인에 각각 소스와 드레인을 형성하는 단계를 포함하며,
    상기 게이트 전극 하측의 게이트 채널 영역의 폭 방향으로 위치된 상기 제2 도전형 웰의 모서리 부분들이 상기 소스에서 상기 드레인을 향하는 방향으로 돌출되도록 형성되는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 제조 방법.
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 제6항에 있어서,
    상기 소스와 상기 드레인을 형성하는 단계 이후에,
    상기 소스 일측의 제2 도전형 웰에 고농도 영역을 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 제조방법.
  10. 삭제
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