KR20070066471A - Semiconductor device and method for manufacturing the same - Google Patents
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Abstract
Description
도 1은 종래기술에 따른 DDD 구조를 갖는 NMOSFET 소자를 도시한 단면도.1 is a cross-sectional view showing an NMOSFET device having a DDD structure according to the prior art.
도 2는 종래기술에 따른 옵셋 STI 구조를 갖는 NMOSFET 소자의 평면도.2 is a plan view of an NMOSFET device having an offset STI structure according to the prior art.
도 3은 도 2에 도시된 I-I' 절취선을 따라 NMOSFET 소자의 단면구조를 도시한 단면도.3 is a cross-sectional view showing a cross-sectional structure of the NMOSFET device along the line II ′ shown in FIG. 2.
도 4는 실제 게이트 산화막의 씨닝 현상을 나타낸 SEM(Scanning Electron Microscope) 사진.Figure 4 is a SEM (Scanning Electron Microscope) photo showing the thinning phenomenon of the actual gate oxide film.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 NMOSFET 소자를 도시한 평면도.5 is a plan view illustrating an NMOSFET device in accordance with an embodiment of the present invention.
도 6은 도 5에 도시된 I-I' 절취선을 따라 NMOSFET 소자의 단면구조를 도시한 단면도.FIG. 6 is a cross-sectional view illustrating a cross-sectional structure of the NMOSFET device along the line II ′ shown in FIG. 5. FIG.
도 7은 도 6에 도시된 NMOSFET 소자의 동작특성을 설명하기 위해 도시한 단면도.FIG. 7 is a cross-sectional view for explaining the operating characteristics of the NMOSFET device shown in FIG. 6;
도 8a 내지 도 8m은 본 발명의 실시예에 따른 NMOSFET 소자 제조방법을 도시한 공정단면도.8A through 8M are cross-sectional views illustrating a method of fabricating an NMOSFET device in accordance with an embodiment of the present invention.
도 9는 게이트 전극의 변형을 도시한 단면도.9 is a sectional view showing a deformation of the gate electrode.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명><Description of the symbols for the main parts of the drawings>
100 : 기판100: substrate
101 : 스크린 산화막101: screen oxide
102, 106, 112, 121, 124, 128 : 포토레지스트 패턴102, 106, 112, 121, 124, 128: photoresist pattern
103, 107, 129 : 이온주입공정103, 107, 129: ion implantation process
105 : 고전압 P웰 영역105: high voltage P well region
109 : N- 드리프트 영역109: N - drift region
110 : 패드 산화막110: pad oxide film
111 : 패드 질화막111: pad nitride film
113, 122 : 식각공정113, 122: etching process
115 : 트렌치115: trench
117 : STI 소자분리막117: STI device isolation layer
119 : 게이트 산화막119: gate oxide film
120 : 폴리 실리콘막120: polysilicon film
123 : 게이트 전극123: gate electrode
125 : 소오스/드레인 이온주입공정125 source / drain ion implantation process
127a, 127b : 소오스 및 드레인 영역127a and 127b: source and drain regions
130 : P+ 접합영역130: P + junction area
131 : 층간 절연막131: interlayer insulating film
132a, 132b : 소오스 패드 및 드레인 패드132a, 132b: Source pads and drain pads
132c : 바디 패드132c: Body Pads
132d : 게이트 패드132d: Gate Pad
본 발명은 반도체 소자에 관한 것으로, 특히 STI(Shallow Trench Isolation) 소자분리막을 갖는 MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor) 소자 및 그 제조방법에 관한 것이다. The present invention relates to a semiconductor device, and more particularly to a MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor) device having a shallow trench isolation (STI) device isolation film and a method of manufacturing the same.
반도체 집적회로에는 고전압을 사용하는 외부 시스템을 직접 제어하기 위하여 고전압이 직접 인가되는 고전압 제어용 소자가 형성된다. 이러한 고전압 제어용 소자는 높은 항복전압(Breakdown voltage, BV)을 필요로 하는 회로에서도 요구된다.In the semiconductor integrated circuit, a high voltage control element to which a high voltage is directly applied is formed to directly control an external system using a high voltage. Such high voltage control devices are also required in circuits requiring a high breakdown voltage (BV).
고전압 제어용 소자로는 전력 소비가 작은 CMOS 소자가 보편적으로 널리 사용되고 있다. CMOS 소자는 PMOS(P-type MOS) 트랜지스터와 NMOS(N-type MOS) 트랜지스터로 이루어지며, 각 트랜지스터는 높은 항복전압을 얻기 위해 소오스(Source) 영역 및 드레인(Drain) 영역의 하부에 소오스 영역 및 드레인 영역과 동일한 도전형으로 저농도 영역을 갖는 이중 확산 드레인(Double Diffused Drain; 이하, DDD라 함) 구조를 갖는다.As a device for high voltage control, a CMOS device with low power consumption is widely used. The CMOS device is composed of a P-type MOS (PMOS) transistor and an N-type (MOS) transistor, each transistor having a source region and a drain region below the source region and the drain region to obtain a high breakdown voltage. It has the same conductivity type as the drain region and has a double diffusion drain (hereinafter referred to as DDD) structure having a low concentration region.
이하, 도 1을 참조하여 종래기술에 따른 DDD 구조를 갖는 MOSFET 소자를 설명하기로 한다. 도 1은 DDD 구조를 갖는 NMOSFET 소자를 일례로 도시한 단면도이다.Hereinafter, a MOSFET device having a DDD structure according to the prior art will be described with reference to FIG. 1. 1 is a cross-sectional view showing an example of an NMOSFET device having a DDD structure.
도 1에 도시된 바와 같이, 종래기술에 따른 DDD 구조를 갖는 NMOFET 소자는 P형 또는 N형 반도체 기판(10) 내에 형성된 고전압 P- 웰 영역(HPWELL)과, P- 웰 영역(HPWELL) 내의 일정 영역에 형성된 N- 드리프트(drift) 영역(11)과, N- 드리프트 영역(11) 사이의 기판(10) 상에 형성된 게이트 전극(14)과, 게이트 전극(14)으로 인해 노출된 N- 드리프트 영역(11) 내에 각각 형성된 N+ 소오스 영역(15a) 및 N+ 드레인 영역(15b)으로 이루어진다. 한편, 게이트 전극(14)은 게이트 산화막(12) 및 폴리 실리콘막(13)으로 이루어진다.As shown in FIG. 1, an NMOFET device having a DDD structure according to the prior art includes a high voltage P - well region HPWELL formed in a P-type or N-
이러한 구조를 갖는 종래기술에 따른 NMOSFET 소자에서는 동작을 위해 게이트 전극(14)과 드레인 영역(15b)에 각각 고전압(VPP)을 인가하는 경우 게이트 전극(14)과 기판(10) 간 또는 드레인 영역(15b)과 기판(10) 간에 높은 전기장(Electric field)이 형성된다. 즉, 드레인 영역(15b)과 게이트 전극(14)이 인접한 부위('A' 부위 참조)에 높은 전기장이 형성되어 항복전압이 저하되는 문제가 발생한다. 이러한 현상은 NMOSFET 소자 뿐만 아니라, PMOSFET 소자에서도 동일하게 발생하게 된다.In the conventional NMOSFET device having such a structure, when a high voltage V PP is applied to the
이에 따라, DDD 구조를 갖는 MOSFET 소자에서 발생하는 항복전압의 저하를 방지하기 위하여 0.25㎛급 이하의 기술(Technology)에서는 옵셋-STI(Offset-Shallow Trench Isolation) 구조를 갖는 MOSFET 소자가 제안되었다. Accordingly, in order to prevent a breakdown of breakdown voltage occurring in a MOSFET device having a DDD structure, a MOSFET device having an offset-Shallow Trench Isolation (STI) structure has been proposed in a technology of 0.25 μm or less.
도 2는 종래기술에 따른 옵셋 STI 구조를 갖는 NMOSFET 소자의 평면도이고, 도 3은 도 2에 도시된 I-I' 절취선을 따라 NMOSFET 소자의 단면구조를 도시한 단면도이다.2 is a plan view of an NMOSFET device having an offset STI structure according to the prior art, and FIG. 3 is a cross-sectional view illustrating a cross-sectional structure of the NMOSFET device along the line II ′ shown in FIG. 2.
도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 종래기술에 따른 옵셋 STI 구조를 갖는 NMOSFET 소자는 도 1에 도시된 DDD 구조를 갖는 NMOSFET 소자에서 게이트 전극(26)과 소오스 영역(27a) 및 드레인 영역(27b) 사이의 기판(20) 내에 소자분리막(23)이 더 형성된 구조를 갖는다. 소자분리막(23)은 소자 동작시 게이트 산화막(24)의 양측에 가해지는 높은 전기장을 분산시켜 이 부위에서 전기장에 의한 스트레스(Stress)를 완화시키기 위해 형성된다. 참고로, 전기장에 의한 전기적인 스트레스는 게이트 산화막(24)의 두께가 증가할수록 감소하게 된다. 또한, 소자분리막(23)은 통상 N- 드리프트(22) 영역을 형성한 후 STI 공정을 실시하여 형성한다.As shown in FIG. 2 and FIG. 3, the NMOSFET device having the offset STI structure according to the related art is used in the NMOSFET device having the DDD structure shown in FIG. 1. The
그러나, STI 특성상 STI 구조를 갖는 소자분리막(23)의 양측 모서리 부분에서는 모트가 발생된다. 이에 따라, 종래에는 게이트 산화막(24)과 소자분리막(23)이 중첩(Overlap)되는 부위('E' 부위 참조), 즉 모트 발생영역과 대응되는 영역에서의 게이트 산화막(24) 두께가 채널 영역에 대응되는 영역에서의 게이트 산화막(24) 두께에 비하여 상대적으로 얇아지는 씨닝(thinning) 현상이 발생하게 된다. However, due to the STI characteristics, the mott is generated at both corners of the
이러한 게이트 산화막(24)의 씨닝 현상은 도 4를 통해서도 확인할 수 있다. 도 4는 실제 게이트 산화막의 씨닝 현상을 나타낸 SEM(Scanning Electron Microscope) 사진으로, 도 4를 참조하면 STI 구조를 갖는 소자분리막(23)의 양측 모서리 부분과 대응되는 영역의 게이트 산화막(24)이 채널 영역과 대응되는 영역의 게이트 산화막(24)보다 현저히 얇게 형성되는 것을 알 수 있다.The thinning phenomenon of the
이처럼, 게이트 산화막(24)의 씨닝 현상이 발생하게 되면, 게이트 산화막(24)의 두께가 얇아지는 부분, 즉 STI 구조의 소자분리막(23) 양측 모서리 부분과 대응되는 영역에서 항복전압이 낮아지게 된다.As described above, when the thinning phenomenon of the
한편, 도 2 및 도 3에 도시된 도면부호 중 미설명된 '21'은 고전압 P웰영역(HPWELL)이고, '27c'는 고전압 P웰영역에 전압을 인가하기 위한 P+ 접합영역이고, '25'는 게이트 전극(26)을 이루는 폴리 실리콘막이고, '28'은 층간절연막이고, '29a'는 소오스 영역(27a)과 접속된 소오스 패드이고, '29b'는 드레인 영역(27b)과 접속된 드레이 패드이며, '29c'는 P+ 접항영역(27c)과 접속된 바디 패드(Body pad)이다. Meanwhile, '21', which is not described among the reference numerals shown in FIGS. 2 and 3, is a high voltage P well region HPWELL, and 27c is a P + junction region for applying a voltage to the high voltage P well region. 25 'is a polysilicon film forming the
따라서, 본 발명은 상기한 종래기술의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, STI 구조를 갖는 소자분리막과 게이트 산화막이 중첩되는 영역에서 항복전압이 저하되는 것을 억제할 수 있는 반도체 소자 및 그 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.Accordingly, the present invention has been made to solve the above-mentioned problems of the prior art, and a semiconductor device and a method of manufacturing the same, which can suppress the breakdown voltage from being lowered in the region where the device isolation film having the STI structure and the gate oxide film overlap. The purpose is to provide.
상기 목적을 달성하기 위한 일측면에 따른 본 발명은, 기판 내에 형성된 웰 영역과, 액티브 영역과 필드 영역을 정의하기 위해 상기 웰 영역 내에 형성된 STI 소자분리막과, 액티브 영역에 대응되는 상기 웰 영역 내에 형성된 드리프트 영역과, 상기 드리프트 영역과 중첩되지 않도록 상기 드리프트 영역 사이의 상기 기판 상에 형성된 게이트 전극과, 상기 게이트 전극과 일정 거리 이격되어 상기 드리프트 영역 내에 형성된 소오스/드레인 영역과, 상기 게이트 전극을 덮도록 상기 기판 상 전면에 형성된 절연막과, 상기 소오스/드레인 영역과 상기 게이트 전극 사이의 상기 드리프트 영역과 중첩되도록 상기 절연막 상에 형성되고, 상기 게이트 전극과 전기적으로 접속된 게이트 패드를 포함하는 반도체 소자를 제공한다.According to an aspect of the present invention, a well region formed in a substrate, an STI device isolation layer formed in the well region to define an active region and a field region, and formed in the well region corresponding to the active region A drift region, a gate electrode formed on the substrate between the drift region so as not to overlap the drift region, a source / drain region formed in the drift region spaced apart from the gate electrode by a predetermined distance, and covering the gate electrode A semiconductor device comprising: an insulating film formed on an entire surface of the substrate; and a gate pad formed on the insulating film so as to overlap the drift region between the source / drain area and the gate electrode and electrically connected to the gate electrode. do.
또한, 상기 목적을 달성하기 위한 다른 측면에 따른 본 발명은, 기판 내에 웰 영역을 형성하는 단계와, 상기 웰 영역 내에 드리프트 영역을 형성하는 단계와, 상기 웰 영역 내에 액티브 영역과 필드 영역을 정의하기 위한 STI 소자분리막을 형성하는 단계와, 상기 드리프트 영역과 중첩되지 않도록 상기 드리프트 영역 사이의 상기 기판 상에 게이트 전극을 형성하는 단계와, 상기 게이트 전극과 일정 거리 이격되도록 상기 드리프트 영역 내에 소오스/드레인 영역을 형성하는 단계와, 상기 게이트 전극을 덮도록 상기 기판 상 전면에 절연막을 증착하는 단계와, 상기 절연막을 선택적으로 식각하여 상기 소오스/드레인 영역을 노출시키는 컨택홀을 형성하는 단계와, 상기 컨택홀이 매립되도록 금속층을 증착하는 단계와, 상기 금속층을 식각하여 상기 소오스/드레인 영역과 접속된 소오스/드레인 패드와, 상기 소오스/ 드레인 패드와 분리되어 상기 소오스/드레인 영역과 상기 게이트 전극 사이의 상기 드리프트 영역과 중첩되도록 상기 절연막 상에 게이트 패드를 형성하는 단계와, 상기 게이트 패드와 상기 게이트 전극을 접속시키는 단계를 포함하는 반도체 소자 제조방법을 제공한다. In addition, according to another aspect of the present invention, there is provided a method of forming a well region in a substrate, forming a drift region in the well region, and defining an active region and a field region in the well region. Forming an STI device isolation film for forming the gate electrode; forming a gate electrode on the substrate between the drift region so as not to overlap the drift region; and source / drain regions within the drift region to be spaced apart from the gate electrode by a predetermined distance Forming an insulating film on the entire surface of the substrate to cover the gate electrode, selectively etching the insulating film to form a contact hole exposing the source / drain region, and forming the contact hole; Depositing a metal layer to fill the gap; and etching the metal layer to bury the source. Forming a gate pad on the insulating layer so as to overlap a source / drain pad connected to the drain / drain region and the source / drain pad so as to overlap the drift region between the source / drain region and the gate electrode; It provides a method of manufacturing a semiconductor device comprising the step of connecting the gate pad and the gate electrode.
이하, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위하여, 본 발명의 가장 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 설명한다. 또한, 도면들에 있어서, 층 및 영역들의 두께는 명확성을 기하기 위하여 과장되어진 것이며, 층이 다른 층 또는 기판 "상"에 있다고 언급되어지는 경우에 그것은 다른 층 또는 기판 상에 직접 형성될 수 있거나, 또는 그들 사이에 제3의 층이 개재될 수도 있다. 또한 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호로 표시된 부분은 동일한 구성요소들을 나타낸다. DETAILED DESCRIPTION Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art may easily implement the technical idea of the present invention. In addition, in the drawings, the thicknesses of layers and regions are exaggerated for clarity, and in the case where the layers are said to be "on" another layer or substrate, they may be formed directly on another layer or substrate or Or a third layer may be interposed therebetween. In addition, the same reference numerals throughout the specification represent the same components.
실시예Example
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 반도체 소자의 평면도이고, 도 6은 도 5에 도시된 I-I' 절취선을 따라 도시된 단면도이다. 여기서는, 설명의 편의를 위해 일례로 NMOSFET 소자를 도시하였으나, 이는 PMOSFET 또는 CMOSFET 소자에도 충분히 적용 가능하다.5 is a plan view of a semiconductor device according to an exemplary embodiment of the present invention, and FIG. 6 is a cross-sectional view taken along the line II ′ of FIG. 5. Here, an NMOSFET device is shown as an example for convenience of description, but this is also sufficiently applicable to a PMOSFET or a CMOSFET device.
도 5 및 도 6을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 NMOSFET 소자는 액티브 영역(A)과 필드 영역을 정의하기 위해 웰 영역(105) 내에 형성된 STI 구조를 갖는 소자분리막(117; 이하, STI 소자분리막이라 함)과, 액티브 영역(A)과 대응되는 웰 영역(105) 내에 형성된 N- 드리프트 영역(109)과, N- 드리프트 영역(109)과 중첩되지 않도록 웰 영역(105) 상에 형성된 게이트 전극(123)을 포함한다. 즉, N- 드리프트 영역(109) 내에는 STI 소자분리막(117)이 형성되지 않는다.5 and 6, an NMOSFET device according to an embodiment of the present invention is an isolation layer 117 (hereinafter, STI) having an STI structure formed in the
전술한 바와 같이, 도 3에 도시된 옵셋-STI 구조를 갖는 MOSFET 소자에서는 게이트 산화막(119)의 양측이 드리프트 영역(22) 내에 형성된 STI 소자분리막(26)과 일부 중첩되어 형성됨에 따라 게이트 산화막(119)의 양측이 상대적으로 얇아지는 씨닝 현상이 발생하여 게이트 산화막(119)의 양측에서 항복전압이 저하되는 문제가 발생하였다. As described above, in the MOSFET device having the offset-STI structure shown in FIG. 3, both sides of the
따라서, 본 발명의 실시예에서는 게이트 산화막(119) 저부의 기판(100) 내에는 STI 소자분리막(117)이 형성되지 않도록 하기 위하여, N- 드리프트 영역(109) 내에는 STI 소자분리막(117)이 형성되지 않는다. 그리고, 이러한 N- 드리프트 영역(109)과 중첩되지 않도록 N- 드리프트 영역(109) 사이의 기판(100) 상에 게이트 전극(123)이 형성된다. Therefore, in the embodiment of the present invention, in order to prevent the STI
이를 통해, STI 소자분리막(117)과 게이트 산화막(119)이 중첩되는 영역에서 항복전압이 저하되는 것을 억제할 수 있다.As a result, it is possible to suppress the breakdown voltage from decreasing in the region where the STI
또한, 본 발명의 실시예에 따른 NMOSFET 소자는 소오스 및 드레인 영역 (127a, 127b)과 게이트 전극(123) 사이의 웰 영역(105) 내에 형성된 N- 드리프트 영역(109)과 각각 중첩되도록 층간 절연막(Inter Layer Dielectric; ILD, 131) 상에 형성된 두 개의 게이트 패드(132d)를 더 구비한다. In addition, NMOSFET device according to an embodiment of the present invention, the source and drain regions (127a, 127b) and the gate electrode (123) N formed in the
게이트 패드(132d)는 게이트 컨택(140)을 통해 게이트 전극(123)과 전기적으로 접속되어 게이트 전극으로 기능한다. 이에 따라, 게이트 패드(132d)의 하부에 형성된 층간 절연막(131)은 도 3에 도시된 옵셋-STI 구조를 갖는 MOSFET 소자에서 게이트 전극(24)과 소오스/드레인 영역(25a/25b) 사이에 형성된 소자분리막(26)과 동일한 기능을 수행한다. The
이때, 층간 절연막(131)은 산화막 계열의 물질로 형성되고, 게이트 패드(132d)는 게이트 전극(123)과 동일한 폭(Width)으로 형성된다.In this case, the
전술한 바와 같이, 도 3에 도시된 옵셋-STI 구조를 갖는 MOSFET 소자에서는 소자분리막(26)이 소자 동작시 게이트 산화막(22)의 양측에 가해지는 높은 전기장을 분산시켜 이 부위에서 전기장에 의한 스트레스를 완화시키며, 이러한 전기장에 의한 전기적 스트레스는 게이트 산화막(22)의 두께가 증가할 수록 감소하게 된다.As described above, in the MOSFET device having the offset-STI structure shown in FIG. 3, the
따라서, 본 발명의 실시예에서는 도 3에 도시된 옵셋-STI 구조를 갖는 MOSFET 소자에서 전기장에 기인한 스트레스를 완화시키기 위해 소자분리막(26)을 형성하는 대신에 층간 절연막(131)을 이용한다. Therefore, in the exemplary embodiment of the present invention, the
이에 따라, 도 7에 도시된 바와 같이 게이트 전극(123)의 양측에서의 산화막 두께(T)는 층간 절연막(131)의 두께에 따라 결정된다. 전술한 바와 같이, 전기장이 집중된 부위, 즉 게이트 산화막(119) 양측의 산화막의 두께가 두꺼울 수록 전기장에 기인한 스트레스는 더욱 분산, 완화된다.Accordingly, as illustrated in FIG. 7, the oxide film thickness T at both sides of the
이와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 MOSFET 소자에서는 층간 절연막(131)을 이용하여 게이트 산화막(119)의 양측으로 집중되는 전기장을 분산시킨다. 이것이 가능한 이유는, 게이트 전극(123) 양측의 N- 드리프트 영역(109)과 중첩되도록 층간 절연막(131) 상에 게이트 패드(132d)를 형성한 후, 이 게이트 패드(132d)를 게이트 컨택(140)을 통해 게이트 전극(123)과 전기적으로 접속시키기 때문이다. 이로써, 소자 동작시 게이트 패드(132d)가 게이트 전극(123)의 일부로 기능하게 되고, 결국 게이트 패드(132d)와 N- 드리프트 영역(109)의 사이에 개재된 층간 절연막(131)이 게이트 산화막(119)의 일부가 되어 전기장이 집중되는 게이트 산화막(119) 양측의 두께가 증가한 구조를 갖게 된다.As described above, in the MOSFET device according to the exemplary embodiment, the electric field concentrated on both sides of the
한편, 본 발명에서 층간 절연막(131)이 게이트 산화막(119)의 일부처럼 기능한다 하더라도, 궁극적으로 채널영역은 게이트 산화막(119) 하부의 고전압 P웰 영역(105, HPWELL)에 형성되기 때문에 기본적인 소자 특성에는 전혀 영향을 미치지 않는다.On the other hand, even if the
이러한 구조를 통해 본 발명의 실시예에서는 다음과 같은 효과들을 얻을 수 있다. Through this structure, the following effects can be obtained in the embodiment of the present invention.
먼저, STI 소자분리막(117)을 갖는 MOSFET에서 게이트 산화막(119) 양측에서 항복전압이 감소하는 현상을 방지할 수 있다. 이는, 게이트 산화막(119) 양측과 중 첩되는 부분의 STI 소자분리막(117)을 제거하기 때문이다.First, a phenomenon in which the breakdown voltage decreases on both sides of the
다음으로, 옵셋-STI 구조를 갖는 MOSFET 소자에서 얻을 수 있는 전기장 스트레스 분산 및 완화 효과를 얻을 수 있다. 이는, 전술한 바와 같이 층간 절연막(131)을 통해 옵셋-STI 구조에서 전기장 집중을 분산 및 완화시키기 때문이다.Next, the electric field stress dispersion and relaxation effects obtained in the MOSFET device having the offset-STI structure can be obtained. This is because, as described above, the electric field concentration is dispersed and relaxed in the offset-STI structure through the interlayer insulating
또한, 후술하는 제조방법을 통해 설명되는 사항으로서, 본 발명에서는 소오스 패드(132a), 드레인 패드(132b) 및 바디 패드(132c)를 형성하기 위한 금속배선 형성공정시 게이트 패드(132d)를 함께 형성함에 따라 별도의 추가 공정 없이 마스크 공정의 변경을 통해 공정을 진행할 수 있다. 따라서, 그만큼 제조공정이 용이하다.In addition, as described below through the manufacturing method, in the present invention, the
한편, 상기한 게이트 전극(123)은 도 9에 도시된 바와 같이, N- 드리프트 영역(109)과 중첩되지 않도록 N- 드리프트 영역(109) 사이의 기판(100) 상에 형성된 게이트 산화막(119)과, 게이트 산화막(119)의 양측으로부터 일정 거리 이격되도록 게이트 산화막 상에 형성된 폴리 실리콘막(120)으로 이루어질 수 있다.Meanwhile, the
이는, 전기장에 의한 스트레스가 집중되고 항복전압이 낮이지는 부위인 게이트 산화막(119)의 양측부에 게이트 전도막으로 기능하는 폴리 실리콘막(120)이 형성되지 않도록 하는 것이다. 이를 통해, 폴리 실리콘막(120)이 STI 소자분리막과 중첩될 수 있는 가능성을 미연에 제거하여 TDDB(Time Dependent Dielectric Breakdown) 및 GOI(Gate Oxide Integrity) 특성을 개선시킬 수 있다.This prevents the
이하에서는, 도 8a 내지 도 8m을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 MOSFET 소자의 제조방법을 설명하기로 한다. 여기서는, 도 6에 도시된 바와 같이 NMOSFET 소자의 제조방법을 예로 들어 설명하기로 한다.Hereinafter, a method of manufacturing a MOSFET device according to an exemplary embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 8A to 8M. Here, the manufacturing method of the NMOSFET device will be described as an example as shown in FIG.
먼저, 도 8a에 도시된 바와 같이, N형 또는 P형으로 도핑된 기판(100) 상의 전면에 스크린 산화막(screen oxide, 101)을 형성한다. 스크린 산화막(101)은 후속 웰 및 드리프트 영역을 형성하기 위한 확산(Diffusion)공정(또는, 이온주입공정)시 노출된 기판(100)의 상부 표면이 손상되는 것을 방지한다. 이때, 스크린 산화막(101)은 습식 또는 건식산화공정을 이용하여 산화 실리콘막(SiO2)으로 형성한다. 예컨대, O2 기체를 이용한 열산화공정으로 형성한다.First, as shown in FIG. 8A, a
이어서, 스크린 산화막(101) 상에 포토레지스트(미도시)를 도포한 후, 포토 마스크(미도시)를 이용한 노광 및 현상공정을 실시하여 포토레지스트 패턴(102)을 형성한다. 그런 다음, 포토레지스트 패턴(102)을 이용한 P형 이온주입공정(103)을 실시하여 3족물질인 보론(B)과 같은 P형 불순물 이온을 기판(100) 내에 주입한다.Subsequently, after the photoresist (not shown) is applied onto the
이어서, 도 8b에 도시된 바와 같이, 스트립(strip) 공정을 실시하여 포토레지스트 패턴(102, 도 8a 참조)을 제거한다. Subsequently, as shown in FIG. 8B, a strip process is performed to remove the photoresist pattern 102 (see FIG. 8A).
이어서, 드라이브 인(drive in) 공정을 실시하여 기판(100) 내에 주입된 P형 불순물 이온을 확산시켜 고전압 P웰 영역(105, HPWELL)을 형성한다.Subsequently, a drive in process is performed to diffuse the P-type impurity ions implanted into the
이어서, 도 8c에 도시된 바와 같이, 포토마스크 공정을 실시하여 스크린 산화막(101) 상에 고전압 P웰 영역(105)의 일부가 오픈된 구조의 포토레지스트 패턴(106)을 형성한다. 여기서, 포토레지스트 패턴(106)을 통해 노출되는 영역은 NMOS 소자의 N- 드리프트 영역이 형성될 영역이다.Subsequently, as shown in FIG. 8C, a photomask process is performed to form a
이어서, 포토레지스트 패턴(106)을 이용한 N형 이온주입공정(107)을 실시하여 5족 물질인 비소(As) 또는 인(P)과 같은 N형 불순물 이온을 노출된 P웰 영역(105) 내에 주입한다.Subsequently, an N-type
이어서, 도 8d에 도시된 바와 같이, 스트립 공정을 통해 포토레지스트 패턴(106, 도 8d 참조)을 제거한 후, 드라이브 인 공정을 실시하여 기판(100) 내에 주입된 N형 불순물 이온을 확산시켜 N- 드리프트 영역(109)을 형성한다.Subsequently, as shown in FIG. 8D, after removing the photoresist pattern 106 (see FIG. 8D) through a strip process, a drive-in process is performed to diffuse the N - type impurity ions implanted into the
이어서, 도 8e에 도시된 바와 같이, 습식식각공정을 실시하여 스크린 산화막(101, 도 8d 참조)을 제거한다. 이때, 습식식각공정의 공정시간을 조절하여 기판(100) 상부 표면이 손상되지 않는 범위 내에서 선택적으로 스크린 산화막(101)을 제거한다.Subsequently, as shown in FIG. 8E, a wet etching process is performed to remove the screen oxide film 101 (see FIG. 8D). In this case, the
이어서, 산화공정을 실시하여 기판(100) 상 전면에 패드 산화막(110)을 형성한다. 여기서, 패드 산화막(110)은 후속 소자분리막 형성공정시 마스크로 사용된다. 산화공정은 습식 또는 건식산화공정으로 실시한다.Subsequently, an oxidation process is performed to form a
이어서, 패드 산화막(110) 상에 패드 질화막(111)을 증착한다. 이때, 패드 질화막(111)은 LPCVD(Low Pressure Chemical Vapor Deposition) 방식을 이용하여 Si3N4막으로 형성한다. 여기서, 패드 질화막(111)은 후속 소자분리막 형성공정시 기판(100)의 표면을 보호하기 위한 마스크로 기능한다.Subsequently, a
이어서, 도 8f에 도시된 바와 같이, 포토 마스크공정을 실시하여 필드 영역 이 오픈된 구조의 포토레지스트 패턴(112)을 형성한다.Subsequently, as shown in FIG. 8F, a photomask process is performed to form a
이어서, 포토레지스트 패턴(112)을 이용한 ,STI 식각공정(113)을 실시하여 노출된 패드 질화막(111), 패드 산화막(110) 및 기판(100)의 일부를 식각한다. 이로써, 필드 영역의 기판(100) 내에 복수의 트렌치(115)가 각각 형성된다.Subsequently, a part of the exposed
이어서, 도 8g에 도시된 바와 같이, 스트립 공정을 실시하여 포토레지스트 패턴(112)을 제거한 후, 트렌치(115, 도 8f 참조)가 매립되도록 패드 질화막(111) 상의 전면에 고밀도의 HDP(High Density Plasma) 산화막을 증착한다.Subsequently, as shown in FIG. 8G, after the strip process is performed to remove the
이어서, CMP(Chemical Mechanical Polishing) 공정을 실시하여 트렌치(115)를 매립시키는 소자분리막(117)을 형성한다.Subsequently, a CMP (Chemical Mechanical Polishing) process is performed to form the
이어서, 도 8h에 도시된 바와 같이, 습식식각공정을 실시하여 패드 질화막(111, 도 8g 참조)을 제거한다. 이때, 습식식각공정은 인산(H3PO4)용액을 이용하여 실시한다.Subsequently, as shown in FIG. 8H, a wet etching process is performed to remove the pad nitride layer 111 (see FIG. 8G). At this time, the wet etching process is performed using a phosphoric acid (H 3 PO 4 ) solution.
이어서, 습식식각공정을 실시하여 패드 산화막(111)을 제거한다. 이때, 습식식각공정은 DHF(Diluted HF)용액 또는 BOE(Buffered Oxide Etchant, HF와 NH4F가 100:1 또는 300:1로 혼합된 용액)용액을 이용하여 실시한다. 이러한, 패드 산화막(111) 제거시에는 기판(100) 상부로 돌출된 소자분리막(117)도 함께 제거된다.Subsequently, a wet etching process is performed to remove the
이어서, 도 8i에 도시된 바와 같이, 산화공정을 실시하여 기판(100) 상에 게이트 산화막(119)을 형성한다. 이때, 산화공정은 건식 또는 습식산화공정으로 실시한다.Subsequently, as illustrated in FIG. 8I, an oxidation process is performed to form a
이어서, 게이트 산화막(119) 상에 게이트 전도막으로 사용될 폴리 실리콘막(120)을 증착한다. 이때, 폴리 실리콘막(120)은 언도프트(Undoped) 또는 도프트(Doped) 실리콘막으로 형성한다. 언도프트 실리콘막은 LPCVD 방식으로 SiH4 또는 Si2H6를 이용하여 형성한다. 한편, 도프트 실리콘막은 LPCVD 방식으로 SiH4와 PH3 또는 Si2H6와 PH3를 이용하여 형성한다.Subsequently, a
이어서, 도 8j에 도시된 바와 같이, 포토 마스크공정을 실시하여 포토레지스트 패턴(121)을 형성한다. 여기서, 포토레지스트 패턴(121)은 게이트 전극을 정의하기 위한 마스크이다.Subsequently, as shown in FIG. 8J, a photomask process is performed to form the
이어서, 포토레지스트 패턴(121)을 식각마스크로 이용한 식각공정(122)을 실시하여 폴리 실리콘막(120) 및 게이트 산화막(119)을 순차적으로 식각한다. 이로써, N- 드리프트 영역(109) 사이의 기판(100) 상에 게이트 전극(123)이 형성된다.Next, an
이어서, 도 8k에 도시된 바와 같이, 스트립 공정을 실시하여 포토레지스트 패턴(121, 도 8j 참조)을 제거한다. Subsequently, as shown in FIG. 8K, a strip process is performed to remove the photoresist pattern 121 (see FIG. 8J).
이어서, 포토 마스크공정을 실시하여 포토레지스트 패턴(124)을 형성한다. 여기서, 포토레지스트 패턴(124)은 소오스/드레인 영역을 정의하기 위한 마스크이다.Next, a
이어서, 포토레지스트 패턴(124)을 이용한 소오스/드레인 이온주입공정(125)을 실시하여 게이트 전극(123)과 일정 거리 이격되도록 노출된 N- 드리프트 영역 (109) 내에 각각 소오스 및 드레인 영역(127a, 127b)을 형성한다. 여기서, 소오스/드레인 이온주입공정(125)은 5족 물질인 인과 비소와 같은 N형 불순물 이온을 주입하여 실시한다.Subsequently, the source / drain
이어서, 도 8l에 도시된 바와 같이, 스트립 공정을 실시하여 포토레지스트 패턴(124, 도 8k 참조)을 제거한다.Subsequently, as shown in FIG. 8L, a strip process is performed to remove the photoresist pattern 124 (see FIG. 8K).
이어서, 포토 마스크공정을 실시하여 포토레지스트 패턴(128)을 형성한다. 여기서, 포토레지스트 패턴(128)은 바디패드와 접속되는 P+ 접합영역을 정의하기 위한 마스크이다.Next, a
이어서, 포토레지스트 패턴(128)을 마스크로 이용한 이온주입공정(129)을 실시하여 노출된 고전압 P웰 영역(105) 내에 P+ 접합영역(130)을 형성한다. P+ 접합영역(130)은 고전압 P웰 영역(105)에 전압을 인가하기 위해 형성한다.Subsequently, an
이어서, 도 8m에 도시된 바와 같이, 스트립 공정을 실시하여 포토레지스트 패턴(128, 도 8l 참조)을 제거한다.Subsequently, as shown in FIG. 8M, a strip process is performed to remove the photoresist pattern 128 (see FIG. 8L).
이어서, 게이트 전극(123)을 덮도록 기판(100) 상 전면에 층간 절연막(131)을 증착한다. 이때, 층간 절연막(131)은 산화막 계열의 물질로 형성한다. 예컨대, HDP(High Density Plasma) 산화막, BPSG(Boron Phosphorus Silicate Glass)막, PSG(Phosphorus Silicate Glass)막, PETEOS(Plasma Enhanced Tetra Ethyle Ortho Silicate)막, PECVD(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition)막, USG(Un-doped Silicate Glass)막, FSG(Fluorinated Silicate Glass)막, CDO(Carbon Doped Oxide) 막 및 OSG(Organic Silicate Glass)막 중 어느 하나를 이용하여 단층막 또는 이들이 적층된 적층막으로 형성한다.Subsequently, an
이어서, CMP 공정을 실시하여 층간 절연막(131)을 평탄화할 수도 있다.Subsequently, the
이어서, 포토 마스크공정을 실시하여 포토레지스트 패턴(미도시)을 형성한다. 그런 다음, 포토레지스트 패턴을 이용한 식각공정을 실시하여 N+ 소오스 및 드레인 영역(127a, 127b)과 P+ 접합영역(130)이 각각 노출되도록 층간 절연막(131)을 식각한다. 이로써, 층간 절연막(131) 내애 복수의 컨택홀(Contact hole, 미도시)이 형성된다.Subsequently, a photo mask process is performed to form a photoresist pattern (not shown). Next, an etching process using a photoresist pattern is performed to etch the interlayer insulating
이어서, 스트립 공정을 실시하여 포토레지스트 패턴을 제거한 후, 복수의 컨택홀이 매립되도록 금속층(미도시)을 증착한다. 이때, 금속층은 Al, W, Cu, Pt, Ti, TiN, 주 Ta 및 TaN의 일군에서 선택된 어느 하나를 사용할 수 있다.Subsequently, a strip process is performed to remove the photoresist pattern, and then a metal layer (not shown) is deposited to fill the plurality of contact holes. At this time, the metal layer may be any one selected from the group of Al, W, Cu, Pt, Ti, TiN, main Ta and TaN.
이어서, 포토 마스크 공정을 실시하여 포토레지스트 패턴(미도시)을 형성한 후, 이를 이용한 식각공정을 실시하여 금속층을 식각한다. 그런 다음, 스트립 공정을 실시하여 포토레지스트 패턴을 제거한다.Subsequently, after forming a photoresist pattern (not shown) by performing a photo mask process, an etching process using the same is used to etch the metal layer. Then, a strip process is performed to remove the photoresist pattern.
이로써, N+ 소오스 영역(127a)과 접속된 소오스 패드(132a), NMOSFET 소자의 게이트 전극의 일부로 기능하는 게이트 패드(132d), N+ 드레인 영역(127b)과 접속된 드레인 패드(132b), P+ 접합영역(130)과 접속된 바디 패드(132c)가 각각 형성된다.Thus, the
여기서, 게이트 패드(132d)는 층간 절연막(131)을 통해 게이트 전극(123)의 양측으로 노출되는 N- 드리프트 영역(109)과 중첩되도록 형성한다.The
본 발명의 기술 사상은 상기 바람직한 실시예에 따라 구체적으로 기술되었으나, 상기한 실시예는 그 설명을 위한 것이며 그 제한을 위한 것이 아님을 주의하여야 한다. 또한, 본 발명의 기술 분야의 통상의 전문가라면 본 발명의 기술 사상의 범위 내에서 다양한 실시 예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다. Although the technical idea of the present invention has been described in detail according to the above 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.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 의하면, 다음과 같은 여러가지 효과들을 얻을 수 있다.As described above, according to the present invention, the following various effects can be obtained.
첫째, STI 소자분리막을 갖는 MOSFET 소자에서 게이트 산화막 양측에서 항복전압이 감소하는 현상을 방지할 수 있다. First, in a MOSFET device having an STI device isolation film, it is possible to prevent the breakdown voltage from decreasing on both sides of the gate oxide film.
둘째, 옵셋-STI 구조를 갖는 MOSFET 소자에서 얻을 수 있는 전기장 스트레스 분산 및 완화 효과를 얻을 수 있다. Second, the field stress dispersion and relaxation effects obtained in MOSFET devices with an offset-STI structure can be obtained.
셋째, 금속배선 형성공정시 게이트 패드를 함께 형성함에 따라 별도의 추가 공정 없이 마스크 공정의 변경을 통해 공정을 진행할 수 있다. 따라서, 그만큼 제조공정이 용이하다.Third, as the gate pads are formed together during the metallization forming process, the process may be performed by changing the mask process without any additional process. Therefore, the manufacturing process is easy by that much.
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