KR20040010445A - Structure and fabricating method of high-voltage MOS transistor - Google Patents

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Abstract

PURPOSE: A structure of a high-voltage MOS transistor and a fabricating method thereof are provided to obtain a gate induced breakdown voltage of a high level by forming a field buffer layer on both sides of a bottom side of a gate electrode. CONSTITUTION: A structure of a high-voltage MOS transistor includes the first conductive type semiconductor substrate, an isolation layer, a gate electrode, a field buffer layer, the second conductive type low-density source/drain region(210), and the second conductive type high-density source/drain region(220). The isolation layer is formed on the first conductive type semiconductor substrate. The gate electrode is formed by inserting a gate insulating layer between the isolation layers. The field buffer layer is formed on both sides of a bottom side of the gate electrode. The second conductive type low-density source/drain region(210) is formed around the field buffer layer. The second conductive type high-density source/drain region(220) is formed by using the gate electrode and the field buffer layer as masks.

Description

고전압 모오스 트랜지스터의 구조 및 그 제조방법 {Structure and fabricating method of high-voltage MOS transistor}Structure of high voltage MOS transistor and manufacturing method thereof {Structure and fabricating method of high-voltage MOS transistor}

본 발명은 고전압 모오스(Metal Oxide Semiconductor; MOS) 트랜지스터(transistor)의 구조 및 그 제조방법에 관한 것으로, 보다 자세하게는 게이트 전극의 하부 양측에 전계 완화용 분리막을 형성함으로써 높은 수준의 게이트 유도 항복전압(gate induced breakdown voltage; 이하 'GIBV'라 한다)을 갖는 트랜지스터를 제조하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a structure of a high voltage metal oxide semiconductor (MOS) transistor and a method of manufacturing the same. A method of manufacturing a transistor having a gate induced breakdown voltage (hereinafter referred to as 'GIBV').

비휘발성(non-volatile) 메모리 장치는 한번 데이터를 입력하면 전원의 유,무에 관계없이 그 상태를 유지할 수 있고 또한 데이터의 프로그램(program),소거(erase) 그리고 읽기(read)가 가능한 제품으로서, 이러한 비휘발성 메모리 장치의 제품은 PROM(programmable ROM), EPROM(erasable PROM), 및 EEPROM(electrically EPROM)으로 분류할 수 있다. 이 중에서 전기적 방법으로 데이터를 프로그램 및 소거할 수 있는 플래쉬 EEPROM에 대한 수요가 증가하고 있는 추세이다. 플래쉬 EEPROM 메모리 장치는 회로 보드로부터 제거하지 않으면서 고속으로 전기적 소거가 가능한 EEPROM의 진보된 형태로서, 메모리 셀(cell) 구조가 간단하여 단위 메모리당 제조 원가가 싸고 데이터를 보존하기 위한 리프레쉬(refresh) 기능이 불필요하다는 장점이 있다.A non-volatile memory device is a product that can maintain its state with or without power once it is inputted and can also program, erase, and read data. The nonvolatile memory device may be classified into a programmable ROM (PROM), an erasable PROM (EPROM), and an electrically EPROM (EEPROM). Among them, the demand for flash EEPROM that can program and erase data by electric method is increasing. Flash EEPROM memory devices are an advanced form of EEPROM that can be electrically erased at high speed without removing them from the circuit board.The memory cell structure is simple, so the manufacturing cost per unit memory is low and the data is refreshed to preserve data. The advantage is that no function is required.

플래쉬 EEPROM 장치에 있어서, 외부의 주변 회로에 의해 동작되는 메모리 셀은 플로팅 게이트(floating gate)와 컨트롤 게이트(control gate)가 적층된 게이트 구조를 갖는다. 상기 메모리 셀의 프로그램 동작은 F-N 터널링(Fowler-Nordheim tunneling) 또는 열전자 주입(hot electron injection)에 의해 채널 내의 열전자 일부가 터널(tunnel) 산화막(또는 게이트 산화막)을 통해 플로팅 게이트에 주입됨으로써 이루어진다. 이러한 프로그램 동작을 수행하기 위하여 일반적으로, 벌크(bulk) 기판에 0V가 인가되고 셀 어레이(array)의 워드라인(word line)으로 제공되는 컨트롤 게이트에 20V 이상의 고전압이 인가된다. 이 때, 터널 산화막의 양단에 10MV/cm 이상의 전압이 유기되어 전자가 기판으로부터 상기 플로팅 게이트에 주입된다. 한편, 메모리 셀의 소거 동작은 컨트롤 게이트에 0V를 인가하고 벌크 기판에 -20V를 인가하여 컨트롤 게이트와 기판 사이의 전압 차에 의해 상기 플로팅 게이트에 주입된 전자를 기판으로 방출시킴으로써 이루어진다.In a flash EEPROM device, a memory cell operated by an external peripheral circuit has a gate structure in which a floating gate and a control gate are stacked. The program operation of the memory cell is performed by injecting a part of hot electrons in a channel into a floating gate through a tunnel oxide film (or a gate oxide film) by F-N tunneling or hot electron injection. In order to perform such a program operation, 0V is generally applied to a bulk substrate and a high voltage of 20V or more is applied to a control gate provided as a word line of a cell array. At this time, a voltage of 10 MV / cm or more is induced at both ends of the tunnel oxide film, and electrons are injected from the substrate to the floating gate. Meanwhile, the erase operation of the memory cell is performed by applying 0V to the control gate and -20V to the bulk substrate to release electrons injected into the floating gate to the substrate by the voltage difference between the control gate and the substrate.

따라서, 상기한 플래쉬 EEPROM 장치에서는 메모리 셀을 구동시키기 위한 외부회로가 존재하여야 하며, 이러한 회로는 주로 20V 이상의 고전압 접합 항복 전압(junction breakdown voltage)을 갖는 모오스 트랜지스터로 구성된다. 상기 모오스 트랜지스터에 의해 형성된 고전압은 금속과 같은 전도체로 이루어진 도선을 따라 컨트롤 게이트로 사용되는 셀 어레이의 워드라인에 전달되어 상기 셀을 프로그램시킨다. 그러므로, 전술한 바와 같이 고전압 접합 항복 전압을 형성하고 이를 워드라인에 전달시키는 모오스 트랜지스터를 제조하는 공정이 매우 중요하다. 이러한 모오스 트랜지스터는 통상적으로 고전압 트랜지스터로 불리우며, 저전압 트랜지스터와는 다르게 차별화한 영역에 형성한다.Therefore, in the flash EEPROM device, an external circuit for driving a memory cell must exist, and the circuit is mainly composed of a MOS transistor having a high voltage junction breakdown voltage of 20V or more. The high voltage formed by the MOS transistor is transferred to a word line of a cell array used as a control gate along a lead made of a conductor such as a metal to program the cell. Therefore, as described above, a process of manufacturing a MOS transistor that forms a high voltage junction breakdown voltage and transfers it to a word line is very important. Such MOS transistors are commonly referred to as high voltage transistors and are formed in different regions from low voltage transistors.

또한 LDI(LCD Driver IC) 제품과 같은 전력 소자(power device) 제품들은 소자 구동시 로직회로(logic circuit)를 구동하기 위한 로우 전압(low voltage) 동작과 LCD 패널(panel)을 구동하기 위한 하이 전압(high voltage) 동작을 모두 필요로 한다. 따라서 LCD 구동 소자들도 플래쉬 EEPROM 장치와 같이 20V 이상의 고전압 접합 항복 전압을 갖는 모오스 트랜지스터로 구성되어야 한다.In addition, power device products, such as LCD Driver IC (LDI) products, have a low voltage operation for driving logic circuits and high voltages for driving LCD panels. It requires both high voltage operation. Therefore, LCD driving devices must also be composed of MOS transistors having high voltage junction breakdown voltages of 20V or more like flash EEPROM devices.

도 1은 종래의 이중 확산 드레인(double diffused drain; 이하 'DDD'라 한다) 접합 구조를 갖는 고전압 모오스 트랜지스터의 단면도이다.1 is a cross-sectional view of a high voltage MOS transistor having a conventional double diffused drain (hereinafter referred to as 'DDD') junction structure.

도 1을 참조하면, 종래의 DDD 구조를 갖는 고전압 모오스 트랜지스터는 p형 반도체 기판(10)의 상부에 게이트 산화막(11)을 개재하여 불순물이 도핑된 폴리실리콘층(12)과 텅스텐 실리사이드층(13)이 적층된 폴리사이드(polycide) 구조로 형성된 게이트 전극을 구비한다. 상기 게이트 전극(12, 13)을 사이에 두고 상기기판(10)의 표면에 n_소오스/드레인 영역(14)과 n+소오스/드레인 영역(16)이 형성된다. 상기 n_소오스/드레인 영역은 n+소오스/드레인 영역을 완전히 감싸면서 상기 게이트 전극에 오버랩되어 형성된다. 여기서, 미설명 부호 15는 상기 n+소오스/드레인 영역을 형성하기 위해 제공되는 측벽 스페이서(spacer) 산화막을 나타낸다.Referring to FIG. 1, a conventional high-voltage MOS transistor having a DDD structure includes a polysilicon layer 12 and a tungsten silicide layer 13 doped with impurities through a gate oxide film 11 on the p-type semiconductor substrate 10. ) Has a gate electrode formed of a stacked polycide structure. Sandwiching the gate electrode (12, 13) _ the n source / drain region 14 and the n + source / drain region 16 to the surface of the substrate 10 is formed. The n_ source / drain region overlaps the gate electrode while completely encapsulating the n + source / drain region. Here, reference numeral 15 denotes a sidewall spacer oxide film provided to form the n + source / drain region.

상술한 DDD 접합 구조를 갖는 고전압 모오스 트랜지스터는, n_소오스/드레인 영역이 n+소오스/드레인 영역과 게이트 전극 사이에 인가되는 전계(electric field)를 완화시키는 역할을 한다. 따라서, 높은 수준의 게이트 유도 항복 전압과 펀치쓰루우(punch-through) 특성을 얻을 수 있다. 그러나, DDD 접합 구조를 형성하기 위해서는 n_불순물의 이온주입 단계와 상기 n_불순물을 깊게 확산시키기 위한 고온, 장시간의 열처리 단계가 필요할 뿐만 아니라, 높은 GIBV 값을 얻기 위하여 게이트 산화막의 두께를 증가시켜야 한다. 이와 같은 고온, 장시간의 열처리와 두꺼운 게이트 산화막은 모오스 트랜지스터의 성능을 저하시키게 된다.A high voltage having the aforementioned DDD transistor Mohs junction structure serves to relieve the electric field (electric field) be applied between the, _ n source / drain regions are n + source / drain region and the gate electrode. Thus, a high level of gate induced breakdown voltage and punch-through characteristics can be obtained. However, in order to form the DDD junction structure n _ wherein the ion implantation step of an impurity n _ high temperature for a deep diffusion of impurities, as well as require a heat treatment for a long time, to increase the thickness of the gate oxide film in order to obtain high GIBV value do. Such high temperature, long heat treatment and thick gate oxide film degrade the performance of the MOS transistor.

도 2는 종래의 마스크 저농도 드레인(mask lightly doped drain; 이하 'MLDD'라 한다) 접합 구조를 갖는 고전압 모오스 트랜지스터의 단면도이다.2 is a cross-sectional view of a high voltage MOS transistor having a conventional mask lightly doped drain (hereinafter referred to as MLDD) junction structure.

도 2를 참조하면, 종래의 MLDD 구조를 갖는 고전압 모오스 트랜지스터는 p형 반도체 기판(20)의 상부에 게이트 산화막(21)을 개재하여 불순물이 도핑된 폴리실리콘층(22)과 텅스텐 실리사이드층(23)이 적층된 폴리사이드 구조로 형성된 게이트전극을 구비한다. 보다 자세하게는, 상기 게이트 전극(22, 23)을 사이에 두고 상기 기판의 표면에 n_소오스/드레인 영역(24)과 n+소오스/드레인 영역(26)이 형성된다. 상기 n_소오스/드레인 영역은 n+소오스/드레인 영역에 비해 채널 쪽으로 충분히 길게 형성되어 n+소오스/드레인 영역과 게이트 전극 사이에 인가되는 전계를 완화시키는 역할을 한다. 여기서, n+소오스/드레인 영역은 포토레지스트를 마스크로하여 형성된다. 또한 여기서, 미설명 부호 25는 로직(logic)용 n+소오스/드레인 영역을 형성하기 위해 제공되는 측벽 스페이서를 나타낸다.Referring to FIG. 2, a conventional high voltage MOS transistor having an MLDD structure includes a polysilicon layer 22 and a tungsten silicide layer 23 doped with impurities through a gate oxide film 21 on the p-type semiconductor substrate 20. ) And a gate electrode formed of a stacked polyside structure. More specifically, the gate electrodes 22 and 23 across the surface of said substrate n _ source / drain region 24 and n + source / drain region 26 to be formed. _ The n source / drain regions is fully formed long toward the channel than the n + source / drain regions serves to reduce the electric field to be applied between the n + source / drain region and the gate electrode. Here, n + source / drain regions are formed using photoresist as a mask. Here, reference numeral 25 denotes sidewall spacers provided to form n + source / drain regions for logic.

그러나, 상술한 MLDD 접합 구조를 갖는 고전압 모오스 트랜지스터에 의하면, 높은 GIBV 값을 얻기 위하여 n_소오스/드레인 영역의 길이를 충분히 길게 형성하여야 하며 게이트 산화막의 두께를 증가시켜야 한다. 이것은 모오스 트랜지스터의 면적의 증가 및 전류구동 능력의 저하를 나타내는 문제점을 가지고 있다. 또한 채널과 n+소오스/드레인 영역사이에 충분한 이격거리를 주기 위한 포토레지스트 공정시, 마스크(mask) 얼라인(align) 작업의 오차에 기인하는 오류가 발생할 문제점이 있다.However, to be formed according to the high-voltage transistor having a Mohs MLDD junction structure described above, a sufficiently long length of the n _ source / drain regions in order to obtain high GIBV value, and to increase the thickness of the gate oxide film. This has a problem of increasing the area of the MOS transistor and decreasing the current driving capability. In addition, in the photoresist process to provide a sufficient separation distance between the channel and the n + source / drain region, an error due to an error in mask alignment may occur.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 게이트 전극의 하부 양측에 전계 완화용 분리막을 형성함으로써 높은 수준의 게이트 유도 항복전압을 갖는 트랜지스터의 구조 및 그 제조방법을 제공함에 본 발명의 목적이 있다.Accordingly, the present invention is to solve the above problems of the prior art, to provide a structure and a method of manufacturing a transistor having a high level of gate induced breakdown voltage by forming an electric field relaxation separator on the lower side of the gate electrode. There is an object of the present invention.

도 1, 도 2는 종래기술에 의한 고전압 모오스 트랜지스터의 단면도.1 and 2 are cross-sectional views of a high voltage MOS transistor according to the prior art.

도 3a 내지 도 3e는 본 발명에 의한 고전압 모오스 트랜지스터의 제조 방법의 공정 단면도.3A to 3E are cross-sectional views of a method of manufacturing a high voltage MOS transistor according to the present invention.

본 발명의 상기 목적은 제 1 도전형의 반도체 기판; 상기 반도체 기판에 일정거리 이격되어 형성된 소자 분리막: 상기 소자 분리막 사이에 게이트 절연막을 게재해 형성된 게이트 전극; 상기 게이트 전극의 하부 양측에 형성된 전계 완화 분리막; 상기 게이트 전극을 마스크로 하여 상기 전계 완화 분리막을 감싸면서 형성된 제 2 도전형의 저농도 소오스/드레인 영역; 및 상기 게이트 전극과 전계 완화 분리막을 마스크로 하여 형성된 제 2 도전형의 고농도 소오스/드레인 영역을 포함하여 이루어진 고전압 모오스 트랜지스터의 구조에 의해 달성된다.The object of the present invention is a semiconductor substrate of the first conductivity type; An isolation layer formed over the semiconductor substrate by a predetermined distance: a gate electrode formed by disposing a gate insulation layer between the isolation layers; Field relaxed separators formed on both sides of the lower portion of the gate electrode; A low concentration source / drain region of a second conductivity type formed around the field relaxation separator with the gate electrode as a mask; And a high concentration source / drain region of a second conductivity type formed using the gate electrode and the field relaxation separator as a mask.

또한 본 발명의 상기 목적은 제 1 도전형의 반도체 기판상에 제 1 절연막 및 제 2 절연막을 적층하고 패터닝하는 단계; 상기 패터닝된 제 1 절연막 및 제 2 절연막을 식각 마스크로 소자 분리 트렌치 및 전계 완화 트렌치를 형성하는 단계; 상기 각각의 트렌치에 절연막을 갭필하고 평탄화하여 소자 분리막과 전계 완화 분리막을 형성하는 단계; 상기 제 2 절연막과 제 1 절연막을 제거하는 단계; 상기 기판상에 게이트 절연막과 제 1 도전체를 적층하고, 상기 제 1 도전체를 패터닝하여 게이트 전극을 형성하는 단계; 상기 게이트 전극을 마스크로 하여 제 2 도전형의 불순물을 주입하여 저농도 소오스/드레인 영역을 형성하는 단계; 및 상기 게이트 전극과 전계 완화분리막을 마스크로 하여 제 2 도전형의 불순물을 주입하여 고농도 소오스/드레인 영역을 형성하는 단계를 포함하여 이루어짐을 특징으로 하는 고전압 모오스 트랜지스터의 제조방법에 의해 달성된다.In addition, the object of the present invention comprises the steps of stacking and patterning the first insulating film and the second insulating film on a semiconductor substrate of the first conductivity type; Forming a device isolation trench and a field relaxation trench using the patterned first insulating film and the second insulating film as an etch mask; Gap-filling and planarizing an insulating film in each of the trenches to form a device isolation layer and an electric field relaxation separator; Removing the second insulating film and the first insulating film; Stacking a gate insulating film and a first conductor on the substrate, and patterning the first conductor to form a gate electrode; Implanting impurities of a second conductivity type using the gate electrode as a mask to form a low concentration source / drain region; And implanting impurities of a second conductivity type using the gate electrode and the field relaxation separator as a mask to form a high concentration source / drain region.

본 발명의 상기 목적과 기술적 구성 및 그에 따른 작용효과에 관한 자세한 사항은 본 발명의 바람직한 실시예를 도시하고 있는 도면을 참조한 이하 상세한 설명에 의해 보다 명확하게 이해될 것이다.Details of the above object and technical configuration of the present invention and the effects thereof according to the present invention will be more clearly understood by the following detailed description with reference to the drawings showing preferred embodiments of the present invention.

먼저, 도 3a는 제 1 도전형의 반도체 기판상에 제 1, 제 2 절연막을 적층하고 패터닝하는 단계를 보여주는 단면도이다. 보다 자세하게는, 제 1 도전형 반도체 기판(100)의 상부 전면에 버퍼용 제 1 절연막(110)과 식각 정지막용 제 2 절연막(120)을 순차적으로 적층한다. 바람직하게는 상기 버퍼용 제 1 절연막으로 실리콘 산화막을 그리고 상기 식각 정지막용 제 2 절연막으로 질화막을 사용한다. 이후 소자 분리 영역과 전계 완화 영역을 형성하기 위한 사진식각(photolithography, 130) 공정을 진행한다.First, FIG. 3A is a cross-sectional view illustrating a process of stacking and patterning first and second insulating films on a first conductive semiconductor substrate. In more detail, the first insulating film 110 for the buffer and the second insulating film 120 for the etch stop film are sequentially stacked on the entire upper surface of the first conductive semiconductor substrate 100. Preferably, a silicon oxide film is used as the buffer first insulating film and a nitride film is used as the second insulating film for the etch stop film. Thereafter, a photolithography (130) process is performed to form the device isolation region and the field relaxation region.

다음, 도 3b는 소자 분리 트렌치(trench, 150)와 전계 완화 트렌치(160)를 형성하는 단계를 보여주는 단면도이다. 소자 분리 영역과 전계 완화 영역이 패터닝(patterning)된 반도체 기판에 포토레지스트(photoresist) 공정을 행하여 상기 소자 분리 영역만을 노출시킨다. 이후 노출된 소자 분리 영역을 식각하여 제 1 두께의 소자 분리 트렌치를 형성한다. 이후 상기 포토레지스트를 제거하고 상기 패터닝된 제 1, 제 2 절연막을 식각 마스크(mask)로 하여 상기 제 1 두께의 소자 분리 트렌치를 제 2 두께만큼 추가로 식각을 진행한다. 동시에 상기 패터닝된 제 1,제 2 절연막을 식각 마스크로 하여 제 2 두께의 전계 완화 트렌치를 형성한다. 즉 소자 분리 트렌치는 제 1 두께와 제 2 두께를 더한 만큼의 깊이를 가지고, 전계 완화 트렌치는 제 2 두께의 깊이를 가진다. 바람직하게는 상기 소자 분리 트렌치는 1000 내지 5000Å의 깊이를 가지고, 컨벤셔널 트렌치(conventional STI) 또는 자기정렬 트렌치(self alingned-STI; SA-STI)로 형성됨을 특징으로 한다. 또한 전계 완화 트렌치는 50 내지 5000Å의 깊이와 100 내지 50000Å의 폭을 가지고 형성됨을 특징으로 한다.Next, FIG. 3B is a cross-sectional view illustrating the steps of forming the device isolation trench 150 and the field relaxation trench 160. A photoresist process is performed on the semiconductor substrate on which the device isolation region and the field relaxation region are patterned to expose only the device isolation region. The exposed device isolation regions are then etched to form device isolation trenches of a first thickness. Thereafter, the photoresist is removed and the device isolation trench of the first thickness is further etched by the second thickness using the patterned first and second insulating layers as an etching mask. At the same time, using the patterned first and second insulating layers as an etch mask, a field relaxation trench having a second thickness is formed. That is, the device isolation trench has a depth equal to the first thickness plus the second thickness, and the field relaxation trench has a depth of the second thickness. Preferably, the device isolation trench has a depth of 1000 to 5000 microns and is formed of a conventional trench (STI) or a self-aligned trench (SA-STI). In addition, the field relaxation trench is characterized in that it is formed having a depth of 50 to 5000Å and a width of 100 to 50000Å.

다음, 도 3c는 상기 소자 분리 트렌치와 전계 완화 트렌치를 갭필(gap-fill)하고 평탄화하는 단계를 보여주는 단면도이다. 먼저 상기 소정의 깊이를 가지고 형성된 소자 분리 트렌치 및 전계 완화 트렌치의 내벽에 라이너(liner) 산화막(170)을 형성한다. 상기 라이너 산화막은 열산화(thermal oxidation) 공정에 의해 형성된다. 이후 상기 라이너 산화막이 형성된 각각의 트렌치를 소정의 절연물질로 충진하여 소자 분리막(180)과 전계 완화 분리막을 형성한다. 바람직하게는, 상기의 절연물질로 유동성이 있어 단차 피복성이 우수한 TEOS(tetraethylorthosilicate)와 같은 물질을 사용한다. 이후 상기 식각 정지막용 제 2 절연막이 나타날 때까지 화학기계적 평탄화(Chemical Mechanical Polish; CMP) 공정을 진행하여 상기 반도체 기판을 평탄화한다.Next, FIG. 3C is a cross-sectional view illustrating a step of gap-filling and planarizing the device isolation trench and the field relaxation trench. First, a liner oxide layer 170 is formed on an inner wall of the device isolation trench and the field relaxation trench formed to have the predetermined depth. The liner oxide film is formed by a thermal oxidation process. Thereafter, each trench in which the liner oxide layer is formed is filled with a predetermined insulating material to form the device isolation layer 180 and the field relaxation separator. Preferably, a material such as TEOS (tetraethylorthosilicate) having flowability as the insulating material and having excellent step coverage is used. Thereafter, the semiconductor substrate is planarized by performing a chemical mechanical polish (CMP) process until the second insulating layer for the etch stop layer appears.

이후 상기 평탄화가 완료된 반도체 기판의 상부에 잔류하는 제 2 절연막과 제 1 절연막을 제거한다. 상기 제 1, 제 2 절연막의 제거는 습식식각으로 이루어지고, 식각이 완료된 반도체 기판의 상부는 소자 분리 절연막과 전계 완화 절연막이위로 볼록한 형상을 가지게 된다.Thereafter, the second insulating film and the first insulating film remaining on the semiconductor substrate on which the planarization is completed are removed. The first and second insulating layers are removed by wet etching, and the upper portion of the semiconductor substrate on which the etching is completed has a convex shape between the device isolation insulating film and the field relaxation insulating film.

다음, 도 3d는 게이트 전극을 형성한 단계를 보여주는 단면도이다. 먼저 상기 제 1, 제 2 절연막이 제거된 반도체 기판의 상부 전면에 게이트 전극용 절연막(190)과 소정의 도전체(200)를 순차적으로 적층한다. 이후 사진 식각공정을 통해 게이트 전극이 형성될 영역을 패터닝하고 식각을 진행하여 게이트 전극을 형성한다. 바람직하게는, 상기 게이트 전극은 불순물이 도핑된 폴리(poly) 실리콘층과 금속 실리사이드(silicide)층이 적층된 폴리사이드 구조로 형성된다. 여기에서 상기 게이트 전극의 하부면 양측에는 상기 전계 완화 분리막이 위치한다.3D is a cross-sectional view showing a step of forming a gate electrode. First, an insulating film 190 for a gate electrode and a predetermined conductor 200 are sequentially stacked on the entire upper surface of the semiconductor substrate from which the first and second insulating films are removed. Subsequently, a region in which the gate electrode is to be formed is patterned through a photolithography process and etching is performed to form a gate electrode. Preferably, the gate electrode is formed of a polyside structure in which a polysilicon layer doped with impurities and a metal silicide layer are stacked. The field relaxation separator is positioned on both sides of the lower surface of the gate electrode.

한편 상기 게이트 전극의 측벽에는 산화막 스페이서(spacer)가 추가로 형성될 수 있고, 상기 스페이서의 추가로 인해 상기 게이트 전극은 살리사이드(salicide) 구조로 형성될 수 있다. 상기 산화막 스페이서는 게이트 전극의 도전체와 향후 형성될 소오스/드레인 영역과의 전류 누설을 방지하기 위한 절연막 역할을 한다.An oxide spacer may be further formed on the sidewall of the gate electrode, and the gate electrode may be formed in a salicide structure due to the addition of the spacer. The oxide spacer serves as an insulating layer for preventing current leakage between a conductor of the gate electrode and a source / drain region to be formed in the future.

다음, 도 3e는 소오스/드레인 영역을 형성한 단계를 보여주는 단면도이다. 상기 전계 완화 분리막을 구비하여 형성된 게이트 전극과 소자 분리막을 마스크(mask)로 하여 반도체 기판과 반대인 제 2 도전형 불순물을 저농도(210)로 주입한다. 상기 주입된 저농도의 제 2 도전형 불순물은 전계 완화 분리막을 감싸면서 게이트 전극 하부의 양측면에 형성된다. 이후 상기 게이트 전극과 전계 완화 분리막 그리고 소자 분리막을 마스크로 하여 제 2 도전형 불순물을 고농도(220)로 주입한다. 상기 주입된 고농도의 제 2 도전형 불순물 영역과 저농도의 제 2 도전형불순물 영역이 소오스/드레인 영역이 된다.3E is a cross sectional view showing a step of forming a source / drain region. A second conductivity type impurity opposite to the semiconductor substrate is implanted at a low concentration 210 using the gate electrode and the device isolation layer provided with the field relaxation separator as a mask. The implanted low-concentration second conductivity type impurities are formed on both side surfaces of the lower portion of the gate electrode while surrounding the field relaxation separator. Thereafter, a second conductivity type impurity is implanted at a high concentration 220 using the gate electrode, the field relaxation separator, and the device isolation layer as a mask. The implanted high concentration second conductivity type impurity region and low concentration second conductivity type impurity region become source / drain regions.

상세히 설명된 본 발명에 의하여 본 발명의 특징부를 포함하는 변화들 및 변형들이 당해 기술 분야에서 숙련된 보통의 사람들에게 명백히 쉬워질 것임이 자명하다. 본 발명의 그러한 변형들의 범위는 본 발명의 특징부를 포함하는 당해 기술 분야에 숙련된 통상의 지식을 가진 자들의 범위 내에 있으며, 그러한 변형들은 본 발명의 청구항의 범위 내에 있는 것으로 간주된다.It will be apparent that changes and modifications incorporating features of the invention will be readily apparent to those skilled in the art by the invention described in detail. It is intended that the scope of such modifications of the invention be within the scope of those of ordinary skill in the art including the features of the invention, and such modifications are considered to be within the scope of the claims of the invention.

따라서, 본 발명의 고전압 모오스 트랜지스터의 구조 및 그 제조방법은 게이트 전극의 하부 양측에 전계 완화용 분리막을 형성함으로써 높은 수준의 게이트 유도 항복전압을 갖는 트랜지스터를 제조할 수 있는 효과가 있다.Therefore, the structure of the high voltage MOS transistor of the present invention and the method of manufacturing the same have an effect of manufacturing a transistor having a high level of gate induced breakdown voltage by forming an electric field relaxation separator on both lower sides of the gate electrode.

즉, 고농도의 소오스/드레인 영역과 게이트 전극에 인가된 고전압이 충분히 두꺼운 전계 완화 분리막에 걸리기 때문에 게이트 절연막의 두께를 증가시키지 않고도 높은 게이트 유도 항복전압을 얻을 수 있다.That is, a high gate induced breakdown voltage can be obtained without increasing the thickness of the gate insulating film because a high concentration source / drain region and a high voltage applied to the gate electrode are caught by a sufficiently thick field relaxation separator.

Claims (9)

고전압 모오스 트랜지스터의 구조에 있어서,In the structure of the high voltage MOS transistor, 제 1 도전형의 반도체 기판;A semiconductor substrate of a first conductivity type; 상기 반도체 기판에 일정거리 이격되어 형성된 소자 분리막:An isolation layer formed on the semiconductor substrate at a predetermined distance from the semiconductor substrate; 상기 소자 분리막 사이에 게이트 절연막을 게재해 형성된 게이트 전극;A gate electrode formed by interposing a gate insulating film between the device isolation layers; 상기 게이트 전극의 하부 양측에 형성된 전계 완화 분리막;Field relaxed separators formed on both sides of the lower portion of the gate electrode; 상기 게이트 전극을 마스크로 하여 상기 전계 완화 분리막을 감싸면서 형성된 제 2 도전형의 저농도 소오스/드레인 영역; 및A low concentration source / drain region of a second conductivity type formed around the field relaxation separator with the gate electrode as a mask; And 상기 게이트 전극과 전계 완화 분리막을 마스크로 하여 형성된 제 2 도전형의 고농도 소오스/드레인 영역High concentration source / drain regions of a second conductivity type formed using the gate electrode and the field relaxation separator as a mask 을 포함하여 이루어진 고전압 모오스 트랜지스터의 구조.The structure of the high voltage MOS transistor comprising a. 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 전계완화 분리막의 두께가 소자 분리막의 두께보다 얇은 것을 특징으로 하는 고전압 모오스 트랜지스터의 구조.The structure of the high voltage MOS transistor, characterized in that the thickness of the field relaxation separator is thinner than the thickness of the device separator. 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 전계 완화 분리막은 100 내지 50000Å의 폭과, 50 내지 5000Å의 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 고전압 모오스 트랜지스터의 구조.The field relaxation separator has a width of 100 to 50000 kW and a thickness of 50 to 5000 kW. 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 소자 분리막은 컨벤셔널 트렌치 또는 자기정렬 트렌치로 형성됨을 특징으로 하는 고전압 모오스 트랜지스터의 구조.The device isolation layer is formed of a conventional trench or a self-aligned trench structure of a high voltage MOS transistor. 고전압 모오스 트랜지스터의 제조방법에 있어서,In the manufacturing method of a high voltage MOS transistor, 제 1 도전형의 반도체 기판상에 제 1 절연막 및 제 2 절연막을 적층하고 패터닝하는 단계;Stacking and patterning a first insulating film and a second insulating film on a first conductive semiconductor substrate; 상기 패터닝된 제 1 절연막 및 제 2 절연막을 식각 마스크로 소자 분리 트렌치 및 전계 완화 트렌치를 형성하는 단계;Forming a device isolation trench and a field relaxation trench using the patterned first insulating film and the second insulating film as an etch mask; 상기 각각의 트렌치에 절연막을 갭필하고 평탄화하여 소자 분리막과 전계 완화 분리막을 형성하는 단계;Gap-filling and planarizing an insulating film in each of the trenches to form a device isolation layer and an electric field relaxation separator; 상기 제 2 절연막과 제 1 절연막을 제거하는 단계;Removing the second insulating film and the first insulating film; 상기 기판상에 게이트 절연막과 제 1 도전체를 적층하고, 상기 제 1 도전체를 패터닝하여 게이트 전극을 형성하는 단계;Stacking a gate insulating film and a first conductor on the substrate, and patterning the first conductor to form a gate electrode; 상기 게이트 전극을 마스크로 하여 제 2 도전형의 불순물을 주입하여 저농도소오스/드레인 영역을 형성하는 단계; 및Implanting impurities of a second conductivity type using the gate electrode as a mask to form a low concentration source / drain region; And 상기 게이트 전극과 전계 완화 분리막을 마스크로 하여 제 2 도전형의 불순물을 주입하여 고농도 소오스/드레인 영역을 형성하는 단계Implanting impurities of a second conductivity type using the gate electrode and the field relaxation separator as a mask to form a high concentration source / drain region 를 포함하여 이루어짐을 특징으로 하는 고전압 모오스 트랜지스터의 제조방법.Method of manufacturing a high voltage MOS transistor, characterized in that comprises a. 제 5항에 있어서,The method of claim 5, 상기 게이트 전극 형성시 게이트 전극의 측벽에 산화막 스페이서를 형성하는 공정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고전압 모오스 트랜지스터의 제조방법.And forming an oxide spacer on sidewalls of the gate electrode when the gate electrode is formed. 제 5항에 있어서,The method of claim 5, 상기 제 1 절연막 및 제 2 절연막은 각각 버퍼막과 식각 정지막으로 작용하는 것을 특징으로 하는 고전압 모오스 트랜지스터의 제조방법.And the first insulating film and the second insulating film serve as buffer films and etch stop films, respectively. 제 5항에 있어서,The method of claim 5, 상기 소자 분리 트렌치 및 전계 완화 트렌치를 형성하는 단계는Forming the device isolation trench and the field relaxation trench 소자 분리 영역만을 개방하는 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계;Forming a photoresist pattern that only opens the device isolation region; 상기 개방된 소자 분리 영역만을 식각하여 제 1 깊이의 소자 분리 트렌치를 형성하는 단계;Etching only the open device isolation region to form a device isolation trench of a first depth; 상기 포토레지스트 패턴을 제거하고 제 2 깊이의 전계 완화 트렌치를 형성하는 단계; 및Removing the photoresist pattern and forming a field relaxed trench of a second depth; And 상기 제 1 깊이의 소자 분리 트렌치를 제 2 깊이만큼 더 식각하는 단계Further etching the device isolation trench of the first depth by a second depth 를 포함하여 이루어짐을 특징으로 하는 고전압 모오스 트랜지스터의 제조방법.Method of manufacturing a high voltage MOS transistor, characterized in that comprises a. 제 5항에 있어서,The method of claim 5, 상기 트렌치에 형성된 절연막을 평탄화하는 단계는 CMP 공정을 이용하여 제 2 절연막이 나타날 때까지 진행됨을 특징으로 하는 고전압 모오스 트랜지스터의 제조방법.And planarizing the insulating film formed in the trench is performed until the second insulating film is formed by using a CMP process.
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KR100940625B1 (en) * 2007-08-31 2010-02-05 주식회사 동부하이텍 LCD Driver IC and Method for Manufacturing the same

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