KR20080025041A - Trench metal oxide semiconductor field effect transistor - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 금속 산화막 반도체 전계 효과 트랜지스터(MOSFET)에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 트렌치 게이트 구조(trench gate geometry)를 가지는 수직 MOSFET 장치에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to metal oxide semiconductor field effect transistors (MOSFETs), and more particularly to vertical MOSFET devices having trench gate geometry.
도 1에 관해 언급하면, 종래 기술에 따른 줄무늬가 있는(striped) 트렌치 금속 산화막 반도체 전계 효과 트랜지스터(TMOSFET)(100)의 단면 투시도가 나타나 있다. 줄무늬가 있는 TMOSFET(100)은 복수의 소스 접촉부(source contacts)(110), 복수의 소스 영역(115), 복수의 게이트 영역(120), 복수의 게이트 절연체 영역(125), 복수의 바디 영역(body region)(130), 드레인 영역(135, 140) 및 드레인 접촉부(145)를 포함한다. 드레인 영역(135, 140)은 선택적으로 제1드레인부(140) 및 제2드레인부(135)를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 1, a cross-sectional perspective view of a striped trench metal oxide semiconductor field effect transistor (TMOSFET) 100 according to the prior art is shown. The striped TMOSFET 100 includes a plurality of
바디 영역(130)은 드레인 영역(135, 140) 상부에 배치된다. 소스 영역(115), 게이트 영역(120) 및 게이트 절연체 영역(125)은 바디 영역(130) 내에 배치된다. 게이트 영역(120) 및 게이트 절연체 영역(125)은 평행하게 길게 된(parallel-elongated) 구조로 형성된다. 게이트 절연체 영역(125)은 게이트 영역(12)을 둘러 싼다. 따라서, 게이트 영역(120)은 게이트 절연체 영역(125)에 의해 주위 영역과 전기적으로 격리된다(isolated). 게이트 영역(120)은 결합되어 장치(100)의 공통 게이트를 형성한다. 소스 영역(115)은 게이트 절연체 영역(125)의 주위를 따라 평행하게 길게 된 구조로 형성된다. 소스 영역(115)은 소스 접촉부(110)에 의해 결합되어 장치(100)의 공통 소스를 형성한다. 복수의 각각의 소스 접촉부(110)로 도시되었지만, 소스 접촉부(110)는 모든 소스 영역(115)을 결합하는 단일 도전층으로써 실행될 수도 있다. 소스 접촉부(110)는 또한 소스 영역(115)을 바디 영역(130)과 결합시킨다.The
소스 영역(115)과 드레인 영역(110)은 인 또는 비소가 도프된(doped) 실리콘과 같이, 대량으로(heavily) n-도프된(N+) 반도체이다. 바디 영역(130)은 붕소가 도프된 실리콘과 같이, p-도프된(P) 반도체이다. 게이트 영역(120)은 인이 도프된 폴리실리콘과 같이, 대량으로 n-도프된(N+) 반도체이다. 게이트 절연체 영역(125)은 이산화 실리콘과 같은, 절연체일 수 있다.The
소스 영역(115)에 대한 게이트 영역(120)의 포텐셜이 장치의 역치 전압 이상으로 증가하면, 도전성 채널이 게이트 절연체 영역(125)의 주위를 따라 바디 영역(130)에 유도된다. 그러면 줄무늬가 있는 TMOSFET(100)은 드레인 영역(140)과 소스 영역(115) 사이에 전류를 전도할 것이다. 따라서, 장치는 온(on) 상태가 된다. If the potential of the
게이트 영역(120)의 포텐셜이 역치 전압 아래로 감소하면, 채널은 더 이상 유도되지 않는다. 결과적으로, 드레인 영역(140)과 소스 영역(115) 사이에 인가된 전압 포텐셜은 그 사이에 전류를 유도하지 않을 것이다. 따라서, 장치(100)는 오 프(off) 상태가 되고 바디 영역(130)과 드레인 영역(140)에 의해 형성된 접합이 소스와 드레인에 걸쳐 인가된 전압을 유지한다. If the potential of the
드레인 영역(135, 140)이 제1드레인부(140) 상부에 배치된 제2드레인부(135)를 포함한다면, 드레인 영역의 제2부(135)는 인 또는 비소가 도프된 실리콘과 같은, 소량으로(lightly) n-도프된(N-) 반도체이고, 드레인 영역의 제1부(140)는 인 또는 비소가 도프된 실리콘과 같은, 대량으로 n-도프된(N+) 반도체이다. 소량으로 n-도프된(N-) 드레인 영역의 제2부(135)는 바디 영역(130)과 드레인 영역의 제2부(135) 양자 내부로 확장하는 디플리션(depletion) 영역을 초래하고, 따라서 펀치 스루(punch through) 효과를 감소시킨다. 따라서, 소량으로 n-도프된(N-) 드레인 영역의 제2부(135)는 줄무늬가 있는 TMOSFET(100)의 브레이크다운(breakdown) 전압을 증가시키도록 작용한다.If the
줄무늬가 있는 TMOSFET(100)의 채널 폭은 복수의 소스 영역(115)의 길이의 함수이다. 따라서, 줄무늬가 있는 TMOSFET(100)은 길이의 비율로 큰 채널 폭을 제공한다. 따라서, 줄무늬가 있는 TMOSFET은 펄스폭 변조(PWM) 전압 레귤레이터에서 스위칭 소자와 같은, 전력 MOSFET 어플리케이션을 위해 유용하게 사용될 수 있다.The channel width of the striped TMOSFET 100 is a function of the length of the plurality of
도 2에 관해 언급하면, 종래기술에 따른 폐쇄 셀(closed cell) 트렌치 금속 산화막 반도체 전계 효과 트랜지스터(TMOSFET)(200)의 단면 투시도를 나타낸다. 폐쇄 셀 TMOSFET(200)은 복수의 소스 접촉부(210), 복수의 소스 영역(215), 게이트 영역(220), 게이트 절연체 영역(225), 복수의 바디 영역(230), 드레인 영역(235, 240) 및 드레인 접촉부(245)를 포함하여 구성된다. 드레인 영역(235, 240)은 선택 적으로 제1드레인부(240) 및 제2드레인부(235)를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 2, there is shown a cross-sectional perspective view of a closed cell trench metal oxide semiconductor field effect transistor (TMOSFET) 200 according to the prior art. The closed cell TMOSFET 200 includes a plurality of source contacts 210, a plurality of source regions 215, a gate region 220, a gate insulator region 225, a plurality of body regions 230, and drain regions 235 and 240. ) And a drain contact 245. The drain regions 235 and 240 may optionally include a first drain portion 240 and a second drain portion 235.
바디 영역(230), 소스 영역(215), 게이트 영역(220) 및 게이트 절연체 영역(225)은 드레인 영역(235, 240) 상부에 배치된다. 게이트 영역(220)의 제1부 및 게이트 절연체 영역(225)은 실질적으로 평행하게 길게 된 구조(221)로 형성된다. 게이트 영역(220)의 제2부와 게이트 절연체 영역(225)은 실질적으로 수직-평행하게 길게 된 구조(222)로 형성된다. 게이트 영역(220)의 제1 및 제2부는 모두 상호 연결되며 복수의 셀을 형성한다. 바디 영역(230)은 게이트 영역(220)에 의해 형성된 복수의 셀 내에 배치된다.The body region 230, the source region 215, the gate region 220, and the gate insulator region 225 are disposed on the drain regions 235 and 240. The first portion of the gate region 220 and the gate insulator region 225 are formed of a structure 221 extending substantially parallel. The second portion of the gate region 220 and the gate insulator region 225 are formed of a structure 222 that extends substantially vertically-parallel. The first and second portions of the gate region 220 are both interconnected to form a plurality of cells. The body region 230 is disposed in the plurality of cells formed by the gate region 220.
게이트 절연체 영역(225)은 게이트 영역(220)을 둘러싼다. 따라서, 게이트 영역(220)은 게이트 절연체 영역(225)에 의해 주위의 영역과 전기적으로 격리된다. 소스 영역(215)은 게이트 절연체 영역(225)의 주위를 따라 복수의 셀에 형성된다.Gate insulator region 225 surrounds gate region 220. Thus, the gate region 220 is electrically isolated from the surrounding region by the gate insulator region 225. Source region 215 is formed in the plurality of cells along the periphery of gate insulator region 225.
소스 영역(215)은 소스 접촉부(210)에 의해 결합되어 장치(200)의 공통 소스를 형성한다. 복수의 개별적인 소스 접촉부(210)가 도시되었지만, 소스 접촉부(210)는 복수의 소스 영역(215)을 각각 결합하는 복수의 도전성 스트립, 모든 소스 영역(215)을 결합하는 단일 도전층, 등으로서 실시될 수도 있을 것이다. 소스 접촉부(210)는 또는 소스 영역(215)을 바디 영역(230)으로 결합시킨다.Source region 215 is joined by source contact 210 to form a common source of device 200. Although a plurality of individual source contacts 210 are shown, the source contacts 210 may be implemented as a plurality of conductive strips coupling each of the plurality of source regions 215, a single conductive layer coupling all the source regions 215, and the like. It could be. Source contact 210 also couples source region 215 to body region 230.
소스 영역(215)과 드레인 영역(240)은 인 또는 비소로 도프된 실리콘과 같이, 대량으로 n-도프된(+N) 반도체이다. 바디 영역(230)은 붕소로 도프된 실리콘과 같이 p-도프된(P) 반도체이다. 게이트 영역(220)는 인으로 도프된 폴리실리콘과 같이 대량으로 n-도프된(N+) 반도체이다. 게이트 절연체 영역(225)은 이산화 실리콘 과 같은 절연체일 수 있다.The source region 215 and the drain region 240 are largely n-doped (+ N) semiconductors, such as silicon doped with phosphorus or arsenic. Body region 230 is a p-doped (P) semiconductor, such as silicon doped with boron. Gate region 220 is a large n-doped (N +) semiconductor, such as polysilicon doped with phosphorus. Gate insulator region 225 may be an insulator such as silicon dioxide.
소스 영역(215)에 대한 게이트 영역(220)의 포텐셜이 장치(200)의 역치 전압 이상 증가하면, 바디 영역(230)에 게이트 절연체 영역(25)의 주위를 따라서 도전성 채널이 유도된다. 장치(200)는 드레인 영역(240)과 소스 영역(215) 간에 전류를 전도할 것이다. 따라서, 장치(200)는 온 상태가 된다.When the potential of the gate region 220 relative to the source region 215 increases above the threshold voltage of the device 200, a conductive channel is induced in the body region 230 along the periphery of the gate insulator region 25. Device 200 will conduct current between drain region 240 and source region 215. Thus, the device 200 is turned on.
게이트 영역(220)의 포텔셜이 역치 전압 이하로 감소하면, 채널은 더 이상 유도되지 않는다. 결과적으로, 드레인 영역(240)과 소스 영역(215) 사이에 인가된 전압 포텐셜은 그 사이에 흐르는 전류를 야기하지 않는다. 따라서, 장치는 오프 상태가 되고 바디 영역(230)과 드레인 영역(240) 사이의 접합이 소스와 드레인에 걸쳐 인가된 전압을 유지한다.If the potential of gate region 220 decreases below the threshold voltage, the channel is no longer induced. As a result, the voltage potential applied between the drain region 240 and the source region 215 does not cause a current flowing therebetween. Thus, the device is turned off and the junction between body region 230 and drain region 240 maintains the applied voltage across the source and drain.
만약 드레인 영역(235, 240)이 제1부(240) 상부에 배치된 제2부(235)를 포함하여 구성된다면, 드레인 영역의 제2부(235)는 인 또는 비소가 도프된 실리콘처럼 소량으로 n-도프된(N-) 반도체이고, 드레인 영역의 제1부(240)는 인이 도프된 실리콘처럼 대량으로 n-도프된(N+) 반도체이다. 소량으로 n-도프된(N-) 드레인 영역의 제2부(235)는 바디 영역(230) 및 드레인 영역의 제2부(235) 양자로 확장되는 디플리션 영역을 초래하고, 따라서 펀치 스루 효과를 감소시킨다. 따라서, 소량으로 n-도프된(N-) 드레인 영역의 제2부(235)는 폐쇄 셀 TMOSFET(200)의 브레이크다운 전압을 증가시키도록 작용한다.If the drain regions 235 and 240 include a second portion 235 disposed above the first portion 240, the second portion 235 of the drain region may be a small amount, such as silicon doped with phosphorous or arsenic. N-doped (N−) semiconductor, and the first portion 240 of the drain region is a semiconductor n-doped (N +) in bulk, such as phosphorus-doped silicon. The second portion 235 of the n-doped (N-) drain region in small amounts results in a depletion region extending into both the body region 230 and the second portion 235 of the drain region, thus punch-through Reduce the effect. Thus, the second portion 235 of the small n-doped (N-) drain region acts to increase the breakdown voltage of the closed cell TMOSFET 200.
폐쇄 셀 TMOSFET(200)의 채널 폭은 소스 영역(215)의 넓이의 합의 함수이다. EK라서, 폐쇄 셀 TMOSFET(200) 구조는 줄무늬가 있는 TMOSFET(100)과 비교할 때, 채널 영역의 폭을 유리하게 증가시킨다. 따라서, 폐쇄 셀 TMOSFET(200)은 줄무늬가 있는 TMOSFET(100)과 비교할 때 상대적으로 저채널 저항(low channel resistance)(즉, 온 저항(on resistance))을 가진다. 저채널 저항은 줄무늬가 있는 TMOSFET(100)과 비교할 때 폐쇄 셀 TMOSFET(200)에 방산되는 파워를 감소시킨다.The channel width of the closed cell TMOSFET 200 is a function of the sum of the widths of the source regions 215. As an EK, the closed cell TMOSFET 200 structure advantageously increases the width of the channel region when compared to the striped
유사하게, 폐쇄 셀 TMOSFET(220)의 게이트 대 드레인 캐패시턴스(gate-to-drain capacitance)는 게이트 영역(220)의 하부와 드레인 영역(240)간에 오버랩되는 영역의 함수이다. 따라서, 폐쇄 셀 TMOSFET(200) 구조는 줄무늬가 있는 TMOSFET(100)과 비교할 때, 높은 게이트 대 드레인 캐패시턴스가 발생한다. 상대적으로 높은 게이트 대 드레인 캐패시턴스는 줄무늬가 있는 TMOSFET(100)과 비교할 때, 폐쇄 셀 TMOSFET(200)의 스위칭 스피드를 제한한다.Similarly, the gate-to-drain capacitance of the closed cell TMOSFET 220 is a function of the overlap between the bottom of the gate region 220 and the drain region 240. Thus, the closed cell TMOSFET 200 structure produces a high gate-to-drain capacitance when compared to the striped
따라서, 여기에서 기술되는 실시예는 게이트와 드레인 영역이 동일 측변에 있는 반면 소스 영역은 반대편에 배치된 트렌치 금속-산화막-반도체 전계 효과 트렌지스터(TMOSFET)를 제공한다. 본 발명의 실시예는 줄무늬가 있는 또는 폐쇄 셀 TMOSFET과 실질적으로 동일한 온 저항을 가지는 줄무늬가 있는 또는 폐쇄 셀 TMOSFET을 제공한다. 또한, 본 발명의 실시예는 실시예는 낮은 게이트-대-드레인 캐패시턴스를 가지는 줄무늬가 있는 또는 폐쇄 셀 TMOSFET을 제공한다.Thus, the embodiment described herein provides a trench metal-oxide-semiconductor field effect transistor (TMOSFET) in which the gate and drain regions are on the same side, while the source region is disposed opposite. Embodiments of the present invention provide a striped or closed cell TMOSFET having an on resistance substantially the same as a striped or closed cell TMOSFET. In addition, embodiments of the present invention provide a striped or closed cell TMOSFET with low gate-to-drain capacitance.
또한 본 발명의 실시예는 소스 영역, 소스 영역 위에 배치된 바디 영역, 바디 영역 위에 배치된 드리프트 영역, 드리프트 영역 위에 배치된 드레인 영역을 포함하여 구성된 줄무늬가 있는 또는 폐쇄 셀 TMOSFET이 제공된다. 게이트 영역은 소스 영역 위의 바디 영역 근처에 배치된다. 게이트 절연체 영역은 게이트 영역을 소스 영역, 바디 영역, 드리프트 영역 및 드레인 영역으로부터 전기적으로 격리한다. 바디 영겨은 소스 영역과 전기적으로 결합된다.Embodiments of the present invention also provide a striped or closed cell TMOSFET comprising a source region, a body region disposed over the source region, a drift region disposed over the body region, a drain region disposed over the drift region. The gate region is disposed near the body region above the source region. The gate insulator region electrically isolates the gate region from the source region, the body region, the drift region and the drain region. The body young bran is electrically coupled with the source region.
본 발명읫 실시예는 또한 줄무늬가 있는 또는 폐쇄 셀 TMOSFET의 제작 방법을 제공한다. 제작 방법은 P-도프된 애피텍셜 실리콘은 N-도프된 실리콘 기판 위에 성장하고, N-도프된 에피택셜 실리콘을 P-도프된 실리콘층에 성장하는 것을 포함한다. 에피택셜 증착된 실리콘층과 기판의 일부는 선택적으로 에칭되어 트렌치 세트를 형성한다. 트렌치 근처의 실리콘은 산화되어 게이트 산화 영역을 형성한다. 트렌치의 제1부는 폴리실리콘으로 채워지고 나머지 부분은 유전체로 채워진다. n-타입 불순물이 주입되어 드리프트 영역과 게이트 영역을 형성한다. p-타입 불순물이 주입되어 N-채널 MOSFET의 바디 영역을 형성한다.The present invention also provides a method of fabricating a striped or closed cell TMOSFET. The fabrication method includes growing P-doped epitaxial silicon onto an N-doped silicon substrate and growing N-doped epitaxial silicon into a P-doped silicon layer. The epitaxially deposited silicon layer and a portion of the substrate are selectively etched to form a trench set. Silicon near the trench is oxidized to form a gate oxide region. The first portion of the trench is filled with polysilicon and the remainder is filled with a dielectric. n-type impurities are implanted to form the drift region and the gate region. P-type impurities are implanted to form the body region of the N-channel MOSFET.
본 발명은 첨부되는 도면에서 그 예를 도시하지만, 이에 한정되는 것은 아니며, 유사한 참조번호는 유사한 소자를 뜻하는 것이다.The present invention shows an example in the accompanying drawings, but is not limited thereto, and like reference numerals refer to like elements.
도 1은 종래 기술에 따른 줄무늬가 있는 트렌치 금속 산화막 반도체 전계 효과 트랜지스터(TMOSFET)의 단면 투시도이다.1 is a cross-sectional perspective view of a striped trench metal oxide semiconductor field effect transistor (TMOSFET) according to the prior art.
도 2는 종래 기술에 따른 폐쇄 셀 트렌치 금속 산화막 반도체 전계 효과 트랜지스터(TMOSFET)의 단면 투시도이다.2 is a cross-sectional perspective view of a closed cell trench metal oxide semiconductor field effect transistor (TMOSFET) according to the prior art.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 줄무늬가 있는 셀 트렌치 금속 산화막 반도체 전계 효과 트랜지스터(TMOSFET)의 단면 투시도이다.3 is a cross-sectional perspective view of a striped cell trench metal oxide semiconductor field effect transistor (TMOSFET) in accordance with one embodiment of the present invention.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 또 다른 줄무늬가 있는 셀 트렌치 금속 산화막 반도체 전계 효과 트랜지스터(TMOSFET)의 단면 투시도이다.4 is a cross-sectional perspective view of yet another striped cell trench metal oxide semiconductor field effect transistor (TMOSFET) in accordance with one embodiment of the present invention.
도 5a-5d는 본 발명의 일실시예에 따른 줄무늬가 있는 셀 트렌치 금속 산화막 반도체 전계 효과 트랜지스터(TMOSFET)의 제조 방법의 플로우 다이어그램(flow diagram)이다. 5A-5D are flow diagrams of a method of fabricating a striped cell trench metal oxide semiconductor field effect transistor (TMOSFET) in accordance with one embodiment of the present invention.
도 6a-6o는 본 발명의 일실시예에 따른 줄무늬가 있는 셀 트렌치 금속 산화막 반도체 전계 효과 트랜지스터(TMOSFET)의 다양한 제작 단계의 단면 투시도이다.6A-6O are cross-sectional perspective views of various stages of fabrication of a striped cell trench metal oxide semiconductor field effect transistor (TMOSFET) in accordance with one embodiment of the present invention.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 폐쇄 셀 트렌치 금속 산화막 반도체 전계 효과 트랜지스터(TMOSFET)의 단면 투시도이다.7 is a cross-sectional perspective view of a closed cell trench metal oxide semiconductor field effect transistor (TMOSFET) in accordance with one embodiment of the present invention.
도 8a-8d는 본 발명의 일실시예에 따른 폐쇄 셀 트렌치 금속 산화막 반도체 전계 효과 트랜지스터(TMOSFET)의 제작 방법의 플로우 다이어그램이다.8A-8D are flow diagrams of a method of fabricating a closed cell trench metal oxide semiconductor field effect transistor (TMOSFET) in accordance with one embodiment of the present invention.
도 9a-9o는 본 발명의 일실시예에 따른 폐쇄 셀 트렌치 금속 산화막 반도체 전계 효과 트랜지스터(TMOSFET)의 다양한 제작 단계의 단면 평면도이다.9A-9O are cross-sectional plan views of various fabrication steps of a closed cell trench metal oxide semiconductor field effect transistor (TMOSFET) in accordance with one embodiment of the present invention.
도 10a-10d는 본 발명의 다른 실시예에 따른 폐쇄 셀 트렌치 금속 산화막 반도체 전계 효과 트랜지스터(TMOSFET)의 제작 방법의 플로우 다이어그램이다.10A-10D are flow diagrams of a method of fabricating a closed cell trench metal oxide semiconductor field effect transistor (TMOSFET) in accordance with another embodiment of the present invention.
도 11a-11n은 본 발명의 다른 실시예에 따른 폐쇄 셀 트렌치 금속 산화막 반도체 전계 효과 트랜지스터(TMOSFET)의 다양한 제작 단계의 단면 평면도이다.11A-11N are cross-sectional plan views of various fabrication steps of a closed cell trench metal oxide semiconductor field effect transistor (TMOSFET) in accordance with another embodiment of the present invention.
본 발명의 일실시예에 대하여 첨부되는 도면을 참조로 상세히 설명할 것이다. 본 발명을 이들 실시예와 결합하여 설명하겠지만, 본 발명이 이들 실시예에 한정되는 것은 아니다. 이에 반하여, 본 발명은 첨부되는 청구항에 의해 정의되는 발명의 범위 내에 포함될 수 있는 변형예, 수정예, 및 등가물에 미칠 것이다. 또한, 다음 본 발명의 상세한 설명에서, 본 발명의 완전한 이해를 제공하기 위해 다수의 상세한 설명이 전개된다. 그러나, 본 발명은 이들 상세한 설명 없이 실행될 수 있을 것이다. 다른 예에서, 주지의 방법, 절차, 구성요소 및 회로는 본 발명을 불필요하게 모호하게 하지 않게 하기 위해 상세히 기술되지 않을 것이다.An embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. Although the present invention will be described in conjunction with these examples, the present invention is not limited to these examples. On the contrary, the invention is intended to cover modifications, variations, and equivalents that may be included within the scope of the invention as defined by the appended claims. In addition, in the following detailed description of the invention, numerous details are set forth in order to provide a thorough understanding of the present invention. However, the present invention may be practiced without these details. In other instances, well-known methods, procedures, components and circuits will not be described in detail in order not to unnecessarily obscure the present invention.
이제 도 3을 참조로 하면, 본 발명의 일실시예에 따른 줄무늬가 있는 셀 트렌치 금속 산화막 반도체 전계 효과 트랜지스터(TMOSFET)(300)의 단면 투시도가 도시되어 있다. 줄무늬가 있는 셀 TMOSFET(300)은 소스 접촉부(310), 소스 영역(315), 복수의 게이트 영역(320), 복수의 게이트 절연체 영역(325), 복수의 바디 영역(330), 복수의 드리프트(drift) 영역(335), 복수의 드레인 영역(340) 및 드레인 접촉부(345)를 포함하여 구성된다. 줄무늬가 있는 셀 TMOSFET(300)은 또한 제1소스-바디 접촉 영역(350), 제2소스-바디 접촉 영역(355), 및 소스-바디 접촉 절연체 영역(360)을 포함하여 구성될 수 있다.Referring now to FIG. 3, a cross-sectional perspective view of a striped cell trench metal oxide semiconductor field effect transistor (TMOSFET) 300 is shown in accordance with an embodiment of the present invention. The
복수의 게이트 영역(320), 복수의 게이트 절연체 영역(325), 복수의 바디 영역(330), 복수의 드리프트 영역(335) 및 복수의 드레인 영역(340)은 소스 영역(315) 상부에 배치된다. 게이트 영역(320) 및 게이트 절연체 영역(325)은 실질적 으로 평행하게 길게 되는 구조로 형성된다. 바디 영역(330)은 소스 영역(315)의 상부에 게이트 영역(320) 및 게이트 절연체 영역(325)에 의해 형성되는 평행하게 길게 된 구조 사이에 배치된다. 드레인 영역(340)은 드리프트 영역(335)의 상부에 게이트 영역(320)과 게이트 절연체 영역(325)에 의해 형성되는 평행하게 길게 된 구조 사이에 배치된다.The plurality of
게이트 영역(320)은 대응하는 게이트 절연체 영역(325)에 의해 둘러싸인다. 따라서, 게이트 영역(320)은 게이트 절연체 영역(325)에 의해 둘러싸인 영역(즉, 소스 영역(315), 바디 영역(330), 드리프트 영역(335), 드레인 영역(340) 및 드레인 접촉부(345))으로부터 전기적으로 격리된다. 도시되지는 않았지만, 게이트 영역(320)은 서로(즉, 게이트 접촉부에 의해 장치의 주변부 영역에서) 상호교차된다. 복수의 드레인 영역(340)은 드레인 접촉부(345)에 의해 장치의 공통 드레인을 형성한다. 상기 설명으로부터, 본 발명의 줄무늬가 있는 TMOSFET(300)은 실질적으로 동일 측에 게이트 영역(320)과 드레인 영역(340)을 가진다.
일실시예에서, 소스 영역(315)과 드레인 영역(340)은 인 또는 비소가 도프된 실리콘과 같이, 대량으로 n-도프된(N+) 반도체일 수 있다. 바디 영역(330)은 붕소로 도프된 실리콘과 같이, p-도프된(P) 반도체일 수 있다. 드리프트 영역은 인 또는 비소로 도프된 실리콘과 같이, 소량으로 n-도프된(N-) 반도체일 수 있다. 게이트 영역(320)은 인 또는 비소로 도프된 폴리실리콘 또는 붕소로 도프된 폴리실리콘과 같이, 대량으로 n-도프된(N+) 또는 p-도프된(P+) 반도체일 수 있다. 게이트 절연체 영역(325)은 이산화 실리콘과 같은, 산화물일 수 있다.In one embodiment, the
또 다른 실시예에서, 소스 영역(315) 및 드레인 영역(340)은 붕소로 도프된 실리콘과 같이, 대량으로 p-도프된(P+) 반도체일 수 있다. 바디 영역(330)은 인 또는 비소가 도프된 실리콘과 같이, 소량으로 n-도프된(N-) 반도체일 수 있다. 드리프트 영역은 붕소가 도프된 실리콘과 같이, 소량으로 p-도프된(P-) 반도체일 수 있다. 게이트 영역(320)은 인 또는 비소가 도프된 폴리실리콘, 또는 붕소가 도프된 폴리실리콘과 같이, 대량으로 n-도프된(N+) 또는 p-도프된(P) 반도체일 수 있다. 게이트 절연체 영역(325)은 이산화 실리콘과 같은 산화물일 수 있다.In another embodiment,
바디 영역(330)은 소스 영역(315)에 전기적으로 결합된다. 일실시예에서, 바디 영역(330)은 제1 및 제2 소스-바디 접촉 영역(350, 355)에 의해 소스 영역(315)으로 결합된다. 제2소스-바디 결합 영역(355)은 텅스텐 실리사이드와 같은, 실리사이드이다. 제1소스-바디 접촉 영역(350)은 붕소가 도프된 실리콘과 같은, 대량으로 p-도프된(P+) 반도체이다. 소스-바디 접촉 영역(350, 355)은 소스-바디 절연체 영역(360)에 의해 둘러싸인 영역(즉, 드리프트 영역(335))으로부터 전기적으로 격리된다. 일실시예에서, 소스-바디 접촉 절연체 영역(360)은 이산화 실리콘 등과 같은, 산화물일 수 있다. 또 다른 실시예에서, 소스-바디 접촉 절연체 영역(360)은 p-도프된 폴리실리콘, 질화 실리콘 등일 수 있다.
소스 영역(315)에 대한 게이트 영역(320)의 포텐셜이 장치(300)의 역치 전압 이상으로 증가하면, 게이트 절연체 영역(325)의 주위를 따라 바디 영역(330)에 도전성 채널이 유도된다. 이후 장치(300)는 복수의 드레인 영역(340)과 소스 영역(315) 사이에 전류를 전도할 것이다. 따라서, 장치(300)는 온 상태에 있다. 복수 의 게이트 영역(302)의 포텐셜이 역치 전압 이하로 감소하면, 채널은 더 이상 유도되지 않는다. 결과적으로, 복수의 드레인 영역(340)과 소스 영역(315) 간에 인가된 전압 포텐셜은 그 사이에 유도된 전류를 발생시키지 않는다. 따라서, 장치(300)는 오프 상태가 되고 바디 영역(330)과 드리프트 영역(335)의 접합부가 소스 영역(315)과 드레인 영역(340)에 걸쳐 인가된 전압을 유지한다.When the potential of the
채널의 폭은 드레인 영역(340)의 길이의 합의 함수이다. 따라서, 채널 영역의 폭은 실질적으로 종래의 줄무늬가 있는 셀 TMOSFET(100)과 동일하다. 따라서, 장치(300)의 온 저항(Rds-on)은 종래의 줄무늬가 있는 셀 TMOSFET(100)과 실질적으로 동일하다. The width of the channel is a function of the sum of the lengths of the
동래의 줄무늬가 있는 셀 TMOSFET(100)에서, 리드 와이어(lead wire)는 다이(die)에서의 소스를 외부 장치에 연결하는데 사용된다. 소스 와이어 리드는 종래의 줄무늬가 있는 셀 TMOSFET(100)에서 소스의 유효 인덕턴스를 증가시킨다. 본 발명의 줄무늬가 있는 셀 TMOSFET(300)의 소스는 PCB 또는 종래의 줄무늬가 있는 셀 TMOSFET에 직접 연결될 수 있다(즉, 소스 접촉부가 다이의 하부까지 미치거나 또는 PCB 등에웨이브 접합 연결될 수도 있다). 소스의 와이어 리드는 제거될 수도 있고, 따라서 유효 인덕턴스는 감소된다.In the same
본 발명의 줄무늬가 있는 셀 TMOSFET(300)은 게이트 영역(320)이 드레인 영역(340)에 오버랩되지 않도록 제작될 수 있다. 따라서 게이트 영역(320)과 드레인 영역(340)의 분리도가 증가된다. 따라서, 게이트 대 드레인 캐패시턴스(Cgd)는 종래의 줄무늬가 있는 셀 TMOSFET(100)과 비교할 때 실질적으로 감소될 수 있다. 예 를 들어, 일실시예에서 게이트 영역은 바디 영역을 실질적으로 오버랩하고 드리프트 영역 또는 드레인 영역은 실질적으로 오버랩하지 않는다.The
부가적으로, 본 발명의 줄무늬가 있는 셀 TMOSFET(300)은 소스 영역(315)과 게이트 영역(320)이 오버랩하는 결과로서 상대적으로 큰 게이트 대 소스 커패시턴스(Cgs)를 가진다. 따라서, 본 발명의 줄무늬가 있는 셀 TMOSFET(300)의 게이트 대 소스 캐패시턴스(Cgs)는 일반적으로 종래의 줄무늬가 있는 셀 TMOSFET(100)의 게이트 대 소스 캐패시턴스(Cgs)보다 크다. 따라서, 본 발명의 줄무늬가 있는 셀 TMOSFET(300)의 성능 지수(figure of merit)인 소스 대 드레인 캐패시턴스(Cgs)에 대한 게이트 대 드레인 캐패시턴스(Cgd)의 비율은 종래의 줄무늬가 있는 셀 TMOSFET(100)보다 작다(즉, 좋은 성능 지수를 가진다). 또한, 게이트 대 소스 캐패시턴스(Cgs)에 대한 게이트 대 드레인 캐패시턴스(Cgd)의 비율은 소스 영역(315) 근처의 게이트 산화 영역(325)의 두께를 조정하거나 및/또는 드레인 영역(340) 근처의 게이트 절연체 영역(325)의 일부의 두께를 조정함으로써 조절될 수 있다.In addition, the
게이트 영역(320)과 드리프트 영역(335) 간의 오버랩은 장치(300)가 온 상태일 동안 도전성 채널이 축적되는 것을 증가시킨다. 따라서, 게이트 영역(320)이 바디 영역(330) 및 드리프트 영역(335)을 오버랩하도록 확장하여, 본 발명의 줄무늬가 있는 셀 TMOSFET(300)의 온 저항(Rds-on)은 더 감소될 수 있다.Overlap between the
도 4를 참조로 하면, 본 발명의 일실시예에 따른 또 다른 줄무늬가 있는 셀 트렌치 금속 산화막 반도체 전계 효과 트랜지스터(TMOSFET)의 단면 투시도가 도시되어 있다. 줄무늬가 있는 셀 TMOSFET(400)은, 복수의 수퍼 소스 영역(super source region)(365)를 부가하면, 도 3을 참조로 하여 기술한 바와 동일하다. 수퍼 소스 영역(365)은 게이트 영역(320) 상부에 배치된 실질적으로 평행하게 길게 된 구조로써 형성된다. 게이트 절연체 영역은 수퍼 소스 영역(365)을 또한 둘러싸서, 주위 영역(즉, 게이트 영역(320, 바디 영역(330), 드리프트 영역(335), 드레인 영역(340) 및 드레인 접촉부(345))로부터 수퍼 소스 영역(365)을 전기적으로 격리시킨다. Referring to FIG. 4, there is shown a cross-sectional perspective view of yet another striped cell trench metal oxide semiconductor field effect transistor (TMOSFET) in accordance with one embodiment of the present invention.
도시되지는 않았지만, 수퍼 소스 영역(365)은 소스 영역(315)과 전기적으로 결합된다(즉, 주변 영역에서 접촉부에 의해). 수퍼 소스 영역(365)은 온 상태 저항(Rds-on)을 감소시키고 오프 상태에서 브레이크다운 전압을 증가시킨다.Although not shown, the
드레인 접촉부(345)는 보다 상세하게 줄무늬가 있는 셀 구조를 보여주도록 실질적으로 외부의 일부를 잘라내어 도시된다. 그러나 드레인 접촉부(345)는 본 발명의 줄무늬가 있는 셀 TMOSFET(400)의 핵심 영역(core region)의 표면을 덮도록 놓이는 것으로 이해되어야 할 것이다. The
이제 도 5a-5d를 참조로 하면, 본 발명의 일실시예에 따른 줄무늬가 있는 셀 트렌치 금속 산화막 반도체 전계 효과 트랜지스터(TMOSFET)의 제조 방법의 플로우 다이어그램(flow diagram)이 도시되어 있다. 본 발명의 일실시예에 따른 줄무늬가 있는 셀 TMOSFET의 제조 방법은, 도 6a-6o에 나타내었다. 도 5a 및 6a에 도시된 바와 같이, 502에서, 기판(502') 상에 클리닝, 증착(depositing), 도핑, 에칭 등과 같은 다양한 초기 프로세스로 프로세스를 시작한다. 일실시예에서, 기판(502')은 인이 대량으로 도프된(N+) 실리콘을 포함한다. 반도체 기판(502')은 제조 공정이 완성되면 실질적으로 TMOSFET의 소스 영역을 포함할 것이다.Referring now to FIGS. 5A-5D, a flow diagram of a method of manufacturing a striped cell trench metal oxide semiconductor field effect transistor (TMOSFET) in accordance with one embodiment of the present invention is shown. A method of manufacturing a striped cell TMOSFET according to one embodiment of the present invention is shown in FIGS. 6A-6O. As shown in FIGS. 5A and 6A, at 502, the process begins with various initial processes such as cleaning, depositing, doping, etching, etc. on the
504에서, 제1반도체층(504')이 기판(502') 상에 에피택셜(epitaxial) 증착된다. 일실시예에서, 제1반도체층(504')은 p-도프된(P) 실리콘을 포함한다. 에피택셜 증착된 실리콘은 보론과 같은 원하는 불순물을 에피택셜 반응 챔버 내로 도입함으로써 도핑될 수 있다. 또는, 제1반도체층(504')의 도핑은 보론과 같은 p-타입 도펀트(dopant)로 고에너지 주입하여 이루어질 수도 있다.At 504, a
506에서, 제2반도체층(506')이 제1반도체층(504') 위에 에피택셜 증착된다. 일실시예에서, 제2반도체층(506')은 소량으로 p-도프된(P-) 실리콘을 포함한다. 에피택셜 증착된 실리콘은 보론과 같은 원하는 불순물을 반응 챔버에 도입함으로써 도프될 수 있다. 또는, 제2반도체층(506')의 도핑은 보론과 같은 p-타입 도펀트로 고에너지 주입하여 이루어질 수도 있다.At 506, a
선택적인 프로세스인 508에서, 희생 산화층(sacrificial oxide layer)(508')이 제2반도체층(506') 상에 형성된다. 일실시예에서 희생 산화층(508')은 제2반도체층(506')의 표면을 산화하여 형성된다. 510에서, 포토레지스트(photo-resist)가 공지의 리소그래피(lithography) 프로세스에 의해 증착되고 패터닝되어 게이트 트렌치 저항층(510')을 형성한다.In an
512에서, 희생 산화층(508'), 제2반도체층(506'), 제1반도체층(504') 및 기판(502')의 일부의 노출된 부분이 공지의 이방성(anisotropic) 에칭 방법(즉, 건조 에칭)에 의해 에칭된다. 일실시예에서, 이온 에천트(ionic etchant)는 게이트 트렌치 저항층(510')에 의해 노출된 희생 산화층(508'), 제2반도체층(506'), 제1반도체 층(504') 및 기판(502')와 상호작용한다. 에칭 프로세스에 의해 실질적으로 평행한 구조로 형성된 복수의 제1트렌치(512')가 형성된다.At 512, the exposed portions of the
514에서, 게이트 트렌치 저항층(510')은 적절한 저항 제거제(resist stripper) 또는 저항 제거 프로세스를 사용하여 제거된다. 516에서, 유전층(516')이 복수의 제1트렌치(512')의 벽면에 형성된다. 일실시예에서, 유전층(516')은 이산화 실리콘층을 형성하기 위해 실리콘의 노출된 표면을 산화하여 형성된다. 결과적인 트렌치의 벽면을 따라 형성된 유전층(516')은 게이트 절연체 영역의 제1부분을 형성하게 된다.At 514, gate trench resistive layer 510 'is removed using a suitable resist stripper or resist stripping process. At 516,
518에서, 폴리실리콘층이 복수의 제1트렌치(512')에 증착된다. 일실시예에서, 폴리실리콘은 실레인(SiH4)의 분해와 같은 방법에 의해 트렌치(512')에 증착된다. 폴리실리콘은 인 또는 비소와 같은 n-타입 불순물로 도프된다. 폴리실리콘은 증착 프로세스 동안 불순물을 도입함으로써 도프될 수 있다. 520에서, 에치백(etch-back) 프로세스가 수행되어 여분의 폴리실리콘 물질을 제거하여 게이트 영역(520')을 형성한다. 폴리실리콘층은 트렌치의 폴리실리콘층으로부터 형성된 게이트 영역과 이어서 형성된 바디, 드리프트 및 드레인 영역 사이에 원하는 분리/오버랩이 형성되도록 에치 백된다. 일실시예에서, 여분의 폴리실리콘은 화학 기계적 연마(chemical mechanical polishing)(CMP)과 이방성 에칭 방법을 조합하여 제거한다.At 518, a polysilicon layer is deposited in the plurality of
선택적인 실시예에서, 유전층이 게이트 영역(520') 상부에 형성된다. 일 실 행에서, 게이트 영역(512')의 폴리실리콘이 산화되어 이산화 실리콘층을 형성한다. 제2폴리실리콘층이 게이트 영역(520') 위에 형성된 유전층 상부에 증착된다. 또 다른 에치백 프로세스가 사용되어 제2폴리실리콘층으로부터 수퍼 소스 영역을 형성한다.In an alternative embodiment, a dielectric layer is formed over the
도 5b 및 6e에 도시된 바와 같이, 522에서 유전층이 복수의 제1트렌치(512')에 증착된다. 일 실행에서, 유전체는 테트라에틸오르소실리케이트(tetraethly orthosilicate)(TEOS) 또는 고밀도 플라즈마 필(high density plasma fill(HDP)의 분해와 같은 방법에 의해 트렌치에 증착된다. 524에서, 여분의 유전 물질이 제거되어 게이트 절연체 영역(524')을 완성한다. 일 실행에서, 여분의 유전체는 화학 기계적 연마(CMP) 프로세스에 의해 제거된다.As shown in FIGS. 5B and 6E, a dielectric layer is deposited in the plurality of
526에서, 제1반도체층(504')이 p-도프되어 도핑 농도를 조정하여 복수의 제1트렌치(512') 사이에 바디 영역(526')을 형성한다. 일 실행에서, 도핑 프로세스에서 제1반도체층(504')에 보론과 같은 p-타입 불순물(527')을 주입한다. 528에서, 실질적으로 제1반도체층(504')의 깊이에서 주입된 불순물을 구동하는데(즉, 확산하는데) 열순환(thermal cycle)이 사용되고, 이에 의해 바디 영역(526')이 형성된다. 530에서, 제2반도체층(506')은 n-도프된다. 일 실행에서, 도핑 프로세스는 제2반도체층(506')에 인 또는 비소와 같은 n-타입 불순물(531')을 주입한다. 532에서, 실질적으로 제2반도체층(506')의 깊이에서 주입된 불순물을 구동(즉, 확산)하는데 제2열순환이 사용된다. 543에서, 제2반도체층(506')의 상부는 대량으로 n-도프되어, 복수의 제1트렌치(512') 사이에서의 제2반도체층(506')의 상부에는 드레인(534') 을, 하부에는 드리프트 영역(530')을 형성한다. 일 실행에서, 도핑 프로세스에서 제2반도체층(506')의 상부에 인 또는 비소와 같은 n-타입 불순물(533')을 주입한다. 536에서, 드레인 영역(534')을 원하는 깊이로 얻기 위해 제3주입을 구동하는데 제3열순환이 사용될 수 있다.At 526, the
선택적인 프로세스 528에서, 제2희생 산화층(538')이 웨이퍼 상부에 형성된다. 일 실행에서, 희생 산화층(538')은 웨이퍼의 표면을 산화하여 형성된다. 542에서, 포토-레지스트가 공지의 리소그래피 프로세스에 의해 증착되고 패터닝되어 소스-바디 접촉 트렌지 저항층(542')을 형성한다. In an
도 5c 및 6j에 도시된 바와 같이, 544에서, 제2희생 산화층(538'), 드레인 영역(534') 및 드리프트 영역(530')의 노출부가 공지의 이방성 에칭 방법에 의해 에칭된다. 일 실행에서, 이온 에천트가 소스-바디 접촉 트렌치 저항층(542')에 의해 노출된 희생 산화층(538'), 드레인 영역(534') 및 드리프트 영역(530')과 상호작용한다. 각각의 복수의 제2트렌치(544')는 각각의 복수의 제1트렌치(512') 사이에 배치된다.5C and 6J, at 544, exposed portions of the second sacrificial oxide layer 538 ', drain region 534' and drift region 530 'are etched by known anisotropic etching methods. In one implementation, an ion etchant interacts with the sacrificial oxide layer 538 ', the drain region 534' and the drift region 530 'exposed by the source-body contact trench resistive layer 542'. Each of the plurality of second trenches 544 'is disposed between each of the plurality of first trenches 512'.
546에서, 바디 영역(526')의 노출된 부분이 대량으로 p-도프되어 제1소스-바디 접촉부(546')을 형성한다. 일 실행에서, 도핑 프로세스에서 바디 영역(526')에 보론과 같은 p-타입 불순물(545')을 주입한다. 바디 영역(526')의 노출부에서 실질적으로 소스-바디 주입을 구동하기 위해 열순환이 사용될 수 있다. 주입 부분은 바디 영역(526')의 인접한 노출되지 않은 부분으로 옆으로 확산될 것이다. At 546, the exposed portion of
548에서, 소스-바디 접촉 트렌치 저항층(542')은 적절한 저항 제거제 또는 저항 제거 프로세스를 이용하여 제거된다. 550에서, 유전층(550')이 복수의 제2트렌치(544')의 벽면에 형성된다. 일 실행에서, 유전층(550')은 노출된 실리콘의 표면을 산화하여 이산화 실리콘층을 형성함으로써 형성될 수 있다. At 548, source-body contact trench
552에서, 복수의 제2트렌치(544')의 밑부분과 바디 영역(526')의 노출된 부분에 형성된 유전체는 공지의 이방성 에칭 방법에 의해 에칭된다. 에칭 프로세스는 복수의 제2트렌치(552')가 소스 영역(502')(즉, 기판)으로 부분적으로 확장할 때까지 수행된다. 에칭 프로세스는 바디 영역(526')과 소스 영역(502')의 인접부는 노출되도록 하는 반면, 드리프트 영역(530')과 드레인 영역은 측면을 따라 유전층(550')에 의해 보호된 채로 둔다. 바디 영역(526')의 노출되지 않은 부분으로 측면으로 확산된 소스-바디 접촉 주입부는 본 발명의 에칭 프로세스 이후에도 실질적으로 잔존한다. 소스-바디 접촉 주입부의 남겨지는 부분은 제1소스-바디 접촉부를 형성한다. At 552, the dielectric formed at the bottom of the plurality of
554에서, 제1금속층(554')이 복수의 제2트렌치(552')의 바닥에 증착되고 소스 영역(502')과 바디 영역(526')과 반응한다. 일 실행에서, 티타늄이 스퍼터링되고 재빠르게 열이 식어서(thermal annealed) 소스 영역(502')과 바디 영역(526')의 노출부를 따라 규화 티타늄(titanium silicide)(TiSi)을 형성한다. 규화 티타늄은 제2소스-바디 접촉부(556')을 형성하는데, 이는 제1소스-바디 접촉부(546')와 결합하여 바디 영역(526')과 소스 영역(502')을 전기적으로 결합한다(couple). 556에서, 소스-바디 트렌치의 유전체가 안에 붙은 벽면을 따라 반응하지 않은 금속 부분은 에칭된다.At 554, a
558에서, 제2유전체가 복수의 제2트렌치(552')에 증착되어 소스-바디 절연체 영역(560')을 형성한다. 일 실행에서, 유전체는 테트라에틸오르소실리케이트(TEOS) 또는 고밀도 플라즈마 필(HDP)의 분해와 같은 방법에 의해 증착된다.At 558, a second dielectric is deposited in the plurality of
564에서, 포토-레지스트가 공지의 리소그래피 프로세스에 의해 증착되고 패터닝되어, 게이트 접촉 저항층(도시되지 않음)을 형성한다. 게이트 접촉부가 주위에 형성된다(도시되지 않음). 566에서, 게이트 절연체(524')의 노출부는 공지의 이방성 에칭 방법(도시되지 않음)에 의해 에칭된다. 일 실행에서, 이온 에천트는 게이트 접촉 저항층에 의해 노출된 게이트 산화물과 상호작용한다. 게이트 접촉 개구부는 게이트(520')까지 아래로 연장된다. 568에서, 게이트 접촉 저항층이 적절한 저항 제거제 또는 저항 제거 프로세스(도시되지 않음)를 사용하여 제거된다.At 564, photo-resist is deposited and patterned by known lithography processes to form a gate contact resistive layer (not shown). Gate contacts are formed around (not shown). At 566, the exposed portion of
570에서, 포토-레지스트가 공지의 리소그래피 프로세스에 의해 증착되고 패터닝된다(도시되지 않음). 572에서, 제2희생 산화물의 노출부가 공지의 이방성 에칭 방법에 의해 에칭된다(도시되지 않음). 일 실행에서, 이온 에천트는 제3희생 산화물과 여분의 제2유전 물질과 상호작용하여 드레인 접촉 개구부를 형성한다. 드레인 접촉 개구부는 드레인 영역까지 아래로 확장된다. 574에서, 드레인 접촉 저항층이 적절한 저항 제거제 또는 저항 제거 프로세스를 이용하여 제거된다.At 570, photo-resist is deposited and patterned by a known lithography process (not shown). At 572, the exposed portion of the second sacrificial oxide is etched by a known anisotropic etching method (not shown). In one implementation, the ion etchant interacts with the third sacrificial oxide and the extra second dielectric material to form a drain contact opening. The drain contact opening extends down to the drain region. At 574, the drain contact resistive layer is removed using a suitable resist remover or resist remove process.
576에서, 제2금속층이 웨이퍼에 증착된다. 일 실행에서, 알루미늄과 같은 제2금속층은 스퍼터링과 같은 공지의 방법에 의해 증착된다. 제2금속층은 드레인(534'), 게이트 절연체(524') 및 소스-바디 접촉 절연체(560')의 상부를 뒤덮는다. 제2금속층은 게이트 접촉 개구부까지 아래로 확장하여 게이트(520')에 대한 전 기적 접촉부를 만들고, 드레인 접촉 개구부까지 아래로 확장하여 드레인에 대한 전기적 접촉부를 만든다. 이후 578에서, 제2금속층은 포토-레지스트 마스크와 선택적인 에칭 방법을 이용하여 패터닝되어 게이트 접촉층(도시되지 않음)과 드레인 접촉층(578')을 형성한다.At 576, a second metal layer is deposited on the wafer. In one implementation, a second metal layer, such as aluminum, is deposited by known methods such as sputtering. The second metal layer covers the top of the drain 534 ', the
584에서, 제작은 여러가지 뒤쪽 프로세스로 진행되어 소스 접촉부를 형성한다. 여러가지 프로세스는 전형적으로 에칭, 증착, 도핑, 클리닝, 어닐링(annealing), 패시베이션(passivation), 클리빙(cleaving) 등을 포함한다.At 584, fabrication proceeds through various back-end processes to form source contacts. Various processes typically include etching, deposition, doping, cleaning, annealing, passivation, cleaving, and the like.
이제 도 7을 참조로 하면, 본 발명의 일실시예에 따른 폐쇄 셀 트렌치 금속 산화막 반도체 전계 효과 트랜지스터(TMOSFET)(700)의 단면 투시도가 도시된다. 폐쇄 셀 TMOSFET(700)은 소스 접촉부(710), 소스 영역(715), 게이트 영역(720), 게이트 절연체 영역(725), 복수의 바디 영역(730), 복수의 드리프트 영역(735), 복수의 드레인 영역(740) 및 드레인 접촉부(745)를 포함하여 구성된다. 폐쇄 셀 TMOSFET(700)은 복수의 제1소스-바디 접촉 영역(750), 복수의 제2소스-바디 접촉 영역(755) 및 복수의 소스-바디 접촉 절연체 영역(760)을 더 포함할 수 있다.Referring now to FIG. 7, a cross-sectional perspective view of a closed cell trench metal oxide semiconductor field effect transistor (TMOSFET) 700 in accordance with one embodiment of the present invention is shown. The closed cell TMOSFET 700 includes a
게이트 영역(720), 게이트 절연체 영역(725), 복수의 바디 영역(730), 복수의 드리프트 영역(735) 및 복수의 드레인 영역(740)은 소스 영역(715) 상에 증착된다. 게이트 영역(720)의 제1부와 게이트 절연체 영역(725)은 실질적으로 평행하게 길게 된 구조로 형성된다. 게이트 영역(620)의 제2부와 게이트 절연체 영역(625)은 실질적으로 수직-평행하게 길게 된 구조로 형성된다(즉, 웨이퍼의 표면 평면에서, 게이트 영역의 제2부와 게이트 절연체 영역은 게이트 영역의 제1부와 게이트 절연 체 영역에 대해 직각으로 형성된 복수의 실질적으로 평행하게 길게 된 구조를 포함한다). 게이트 영역(720)의 제1 및 제2부는 모두 상호 연결되어 복수의 셀을 형성한다. 바디 영역(730)은 복수의 셀 내부 및 소스 영역(715)의 상부에 배치된다. 드리프트 영역(735)은 복수의 셀 내부 및 바디 영역(730)의 상부에 배치된다. 드레인 영역(740)은 복수의 셀 내부 및 드리프트 영역(735)의 상부에 배치된다. 드레인 접촉부(745)는 폐쇄 셀 구조를 더욱 상세하게 드러내기 위해 실질적으로 외부를 잘라낸 모습으로 도시되어 있다. 그러나, 드레인 접촉부(745)는 핵심 영역의 전체 표면을 덮고 있는 것으로 이해되어야 한다. The
게이트 영역(720)은 게이트 유전체 영역(725)에 의해 둘러싸인다. 따라서, 게이트 영역(720)은 게이트 절연체 영역(725)에 의해 주위 영역(즉, 소스 영역(715), 바디 영역(730), 드리프트 영역(735), 드레인 영역(740) 및 드레인 접촉부(745))로부터 전기적으로 격리된다. 복수의 드레인 영역(740)은 드레인 접촉부(745)에 의해 결합되어 장치의 공통 드레인을 형성한다. 위 설명으로부터, 본 발명의 폐쇄 셀 TMOSFET(700)은 동일한 측면에 게이트와 드레인 터미널을 가진다는 것을 알 수 있다.
일 실행에서, 소스 영역(715)과 드레인 영역(740)은 인 또는 비소가 도프된 실리콘과 같이, 대량으로 n-도프된(N+) 반도체일 수 있다. 바디 영역(730)은 붕소로 도프된 실리콘과 같이, p-도프된(P) 반도체일 수 있다. 드리프트 영역(735)은 인 또는 비소로 도프된 실리콘과 같이, 소량의 n-도프된(N-) 반도체일 수 있다. 게이트 영역(720)은 인 또는 비소가 도프된 폴리실리콘 또는 붕소가 도프된 폴리실리 콘과 같이, 대량으로 n-도프된(N+) 반도체이거나 또는 대량으로 p-도프된(P+) 반도체일 수 있다. 게이트 절연체 영역(725)은 이산화 실리콘과 같은 산화물일 수 있다. In one implementation, source region 715 and drain
다른 실행에서는, 소스 영역(715) 및 드레인 영역(740)은 붕소로 도프된 실리콘과 같이 대량으로 p-도프된(P+) 반도체일 수 있다. 바디 영역(730)은 인 또는 비소로 도프된 실리콘과 같이 소량으로 n-도프된(N-) 반도체일 수 있다. 드리프트 영역(735)은 붕소가 도프된 실리콘과 같이 소량으로 p-도프된(P-) 반도체일 수 있다. 게이트 영역(720)은 붕소가 도프된 폴리실리콘 또는 인 또는 비소가 도프된 폴리실리콘과 같이, 대량으로 p-도프된(P+) 또는 대량으로 n-도프된(N+) 반도체일 수 있다. 게이트 절연체 영역(725)은 이산화 실리콘과 같은 산화물일 수 있다.In other implementations, source region 715 and drain
바디 영역(730)은 소스 영역(715)과 전기적으로 결합된다. 일 실행에서, 바디 영역(730)은 제1 및 제2소스-바디 접촉 영역(750, 755)에 의해 소스 영역(715)과 결합된다. 제2소스-바디 접촉 영역(750)은 텅스텐 실리사이드와 같은 실리사이드일 수 있다. 제1소스-바디 접촉 영역(755)은 붕소로 도프된 실리콘과 같은, 대량으로 p-도프된(P+) 반도체일 수 있다. 소스-바디 접촉 영역(750, 755)은 소스-바디 접촉 절연체 영역(760)에 의해 주위의 드리프트 영역(735)과 전기적으로 격리된다. 일 실행에서, 소스-바디 접촉 절연체 영역(760)은 이산화 실리콘과 같은 산화물일 수 있다. 다른 실행예에서, 소스-바디 접촉 절연체 영역(760)은 질화 실리콘 등과 같은 p-도프된 폴리실리콘일 수 있다. 소스-바디 접촉 영역(750, 755)과 소스-바디 절연체 영역(760)은 실질적으로 각 셀의 중심부에 형성된다. 단면도의 전면 코너는 소스-바디 접촉 영역(750, 755)과 소스-바디 절연체 영역(760)의 구조를 상세하게 보여주기 위해 잘려진 것이다.
소스 영역(715)에 대한 게이트 영역(720)의 포텐셜이 장치(700)의 역치 전압 이상으로 증가하면, 도전성 채널이 게이트 절연체 영역(725)의 주위를 따라 바디 영역(730)에 유도된다. 장치(700)는 복수의 드레인 영역(740)과 소스 영역(715) 사이에 전류를 전도할 것이다. 따라서, 장치(700)는 온 상태가 된다. 복수의 게이트 영역(720)의 포텐셜이 역치 전압 아래로 감소하면, 채널은 더 이상 유도되지 않는다. 결과적으로 복수의 드레인 영역(740)과 소스 영역(715) 사이에 인가된 전압 포텐셜은 그 사이에 전류가 유도되도록 하지 않을 것이다. 따라서, 장치(700)는 오프 상태가 되고 바디 영역(730)과 드리프트 영역(735)의 접합부가 소스 영역(715)과 드레인 영역(740)에 걸쳐 인가된 전압을 유지시킨다.When the potential of the
채널폭은 게이트 절연체 영역(725)의 주위에서, 드레인 영역(740)의 주변의 길이의 합의 함수이다. 따라서, 채널 영역의 폭은 종래의 폐쇄 셀 TMOSFET(200)과 실질적으로 동일하다. 따라서, 장치(700)의 온 저항(Rds-on)은 종래의 폐쇄 셀 TMOSFET(200)과 실질적으로 동일하다.The channel width is a function of the sum of the lengths of the periphery of the
종래의 폐쇄 셀 TMOSFET(200)에서, 리드 와이어는 다이(die)에서의 소스를 외부 장치에 연결하는데 사용된다. 소스 와이어 리드는 종래의 폐쇄 셀 TMOSFET(200)에서 소스의 유효 인덕턴스를 증가시킨다. 본 발명의 폐쇄 셀 TMOSFET(700)의 소스는 PCB 또는 종래의 폐쇄 셀 TMOSFET(200)에 직접 연결될 수 있다(즉, 소스 접촉부가 다이의 하부까지 미치거나 또는 PCB 등에 웨이브 접합 연 결될 수도 있다). 소스의 와이어 리드가 제거될 수 있고, 따라서 본 발명의 폐쇄 셀 TMOSFET(700)의 유효 인덕턴스는 감소된다.In a conventional closed cell TMOSFET 200, lead wires are used to connect a source at a die to an external device. The source wire lead increases the effective inductance of the source in a conventional closed cell TMOSFET 200. The source of the closed cell TMOSFET 700 of the present invention may be directly connected to a PCB or a conventional closed cell TMOSFET 200 (ie, the source contacts may extend to the bottom of the die or may be wave bonded to a PCB or the like). The wire lead of the source can be eliminated, thus the effective inductance of the closed cell TMOSFET 700 of the present invention is reduced.
본 발명의 폐쇄 셀 TMOSFET(700)은 게이트 영역(720)이 드레인 영역(740)에 오버랩되지 않도록 제작될 수도 있다. 따라서, 게이트 영역(720)과 드레인 영역(740)의 분리도는 증가한다. 증가된 분리도는 게이트-대-드레인 캐패시턴스(Cgd)를 감소시킨다. 따라서, 본 발명의 폐쇄 셀 TMOSFET(700)의 게이트-대-드레인 캐패시턴스(Cgd)는 종래의 폐쇄 셀 TMOSFET(200)과 비교할 때 감소된다.The closed cell TMOSFET 700 of the present invention may be fabricated so that the
부가적으로, 본 발명의 폐쇄 셀 TMOSFET(700)은 게이트 영역(720)과 소스 영역(715)의 오버랩의 결과 상대적으로 큰 게이트-대-소스 캐패시턴스(Cgs)를 가진다. 따라서, 본 발명의 폐쇄 셀 TMOSFET(700)의 게이트-대-소스 캐패시턴스(Cgs)는 종래의 폐쇄 셀 TMOSFET(200)의 게이트-대-소스 캐패시턴스(Cgs)보다 일반적으로 크다. 본 발명의 폐쇄 셀 TMOSFET(700)의 성능 지수인, 소스-대-드레인 캐패시턴스(Cgs)에 대한 게이트-대-소스 캐패시턴스(Cgd)의 비율은 종래의 폐쇄 셀 TMOSFET(200)보다 작다(즉, 좋은 성능 지수이다). 또한, 게이트-대-소스 캐패시턴스(Cgs)에 대한 게이트-대-드레인 캐패시턴스(Cgd)의 비율은 소스 영역(715) 근처의 게이트 절연체 영역(725)의 일부의 두께를 조정하거나 및/또는 드레인 영역(740) 근처의 게이트 절연체 영역(725)의 일부의 두께를 조정함으로써 조절할 수 있다.Additionally, the closed cell TMOSFET 700 of the present invention has a relatively large gate-to-source capacitance Cgs as a result of the overlap of the
게이트 영역(725)과 드리프트 영역(735) 간의 오버랩은 장치(700)가 온 상태인 동안의 도전성 채널의 축적의 증가를 가져온다. 따라서, 게이트 영역(720)이 바 디 영역(730)과 드리프트 영역(735)을 오버랩하도록 확장하면, 본 발명의 폐쇄 셀 TMOSFET(700)의 온저항(Rdg-on)은 더 감소될 수 있을 것이다.Overlap between the gate region 725 and the
도시되지는 않았지만, 또한 폐쇄 셀 TMOSFET(700)은 수퍼 소스 영역을 더 포함할 수 있다. 수퍼 소스 영역은 게이트 영역(720) 상부에 배치된 실질적으로 평행하게 길게 되는 구조로서 형성된다. 게이트 절연체 영역(725)은 또한 수퍼 소스 영역을 둘러싸서 수퍼 소스 영역을 주위 영역(즉, 게이트 영역(720), 바디 영역(730), 드리프트 영역(735), 드레인 영역(740) 및 드레인 접촉부(745))으로부터 격리시킨다. 수퍼 소스 영역은 (주위 영역에서의 접촉에 의해) 소스 영역(715)과 전기적으로 결합된다. 수퍼 소스 영역은 폐쇄 셀 TMOSFET(700)의 온 상태 저항(Rds-on)을 감소시키고 오프 상태에서 브레이크다운 전압을 증가시킨다.Although not shown, the closed cell TMOSFET 700 may further include a super source region. The super source region is formed as a structure extending substantially parallel to the
이제 도 8a-8d를 참조로 하면, 본 발명의 일실시예에 따른 폐쇄 셀 트렌치 금속-산화막-반도체 전계 효과 트랜지스터(TMOSFET)의 제작 방법의 플로우 다이어그램이 도시된다. 본 발명의 일실시예에 따른, 폐쇄 셀 TMOSFET의 제작 방법은, 도 9a-9n에 도시되어 있다. 도 8a 및 9a에 도시된 바와 같이, 802에서, 기판(802') 상에 클리닝, 증착, 도핑, 에칭 등과 같은 다양한 초기 프로세스를 시작한다. 일 실행에서, 기판(802')은 인이 대량으로 도프된(N+) 실리콘을 포함한다. 반도체 기판(802')은 실질적으로 제작 프로세스가 끝나면 TMOSFET의 소스 영역을 포함하여 구성될 것이다.Referring now to FIGS. 8A-8D, a flow diagram of a method of fabricating a closed cell trench metal-oxide-semiconductor field effect transistor (TMOSFET) in accordance with one embodiment of the present invention is shown. A method of fabricating a closed cell TMOSFET, in accordance with one embodiment of the present invention, is shown in FIGS. 9A-9N. As shown in FIGS. 8A and 9A, at 802, various initial processes, such as cleaning, deposition, doping, etching, etc., on the
804에서, 제1반도체층(804')이 기판(802') 상에 에피택셜 증착된다. 일 실행에서, 제1반도체층(804')은 대량으로 p-도프된(P+) 실리콘을 포함한다. 에피택셜 증착된 실리콘은 붕소와 같은 원하는 불순물을 애피택셜 반응 챔버에 넣음으로써 도프될 수 있다. 또는, 제1반도체층의 도핑은 붕소와 같은 p-타입 도펀트로 고에너지 주입함으로써 얻을 수도 있다.At 804, a
806에서, 제2반도체층(806')이 제1반도체층(804') 상에 에피택셜 증착된다. 일 실행에서, 제2반도체층(806')은 n-도프된(N) 실리콘을 포함한다. 에피택셜 증착된 실리콘은 인 또는 비소와 같은 원하는 불순물을 반응 챔버에 넣음으로써 도프될 수 있다. 또는, 제2반도체층의 도핑은 인 또는 비소와 같은 n-타입 도펀트를 고에너지 주입함으로써 얻을 수도 있다.At 806, a
선택적인 프로세스인 808에서, 제1희생 산화층(808')이 제2반도체층(806') 상에 형성된다. 일 실행에서, 희생 산화층(808')은 제2반도체층(806')의 표면을 산화함으로써 형성된다. 810에서, 포토-레지스트가 공지의 리소그래피 프로세스에 의해 증착되고 패터닝되어, 게이트 트렌치 저항층(810')을 형성한다. At 808, an optional process, a first
812에서, 희생 산화층(808'), 제2반도체층(806'), 제1반도체층(804')의 노출된 부분과 기판(802')의 일부가 공지의 이방성 에칭 방법(즉, 건조 에칭)에 의해 에칭된다. 일 실행에서, 이온 에천트는 게이트 트렌치 저항층(810')에 의해 노출된 희생 산화층(808'), 제2반도체층(806'), 제1반도체층(804') 및 기판(802')과 상호작용한다. 에칭 프로세스에 의해 내부의 복수의 셀을 가지는 복수의 트렌치(812')가 생성된다. 복수의 트렌치(812')는 실질적으로 평행한 구조의 제1부와 실질적으로 수직-평행 구조의 제2부를 가지도록 형성된다.At 812, the exposed portions of
814에서, 게이트 트렌치 저항층(810')이 적절한 저항 제거제 또는 저항 제거 프로세스를 사용하여 제거된다. 816에서, 제1유전체(816')가 복수의 트렌치(812')의 벽면에 형성된다. 일 실행에서, 제1유전체(816')는 실리콘의 노출된 표면을 산화함으로써 생성되어 이산화 실리콘층을 형성한다. 트렌치 벽을 따라 결과적으로 생성되는 유전체(816')는 게이트 절연체 영역의 제1부를 형성하게 된다.At 814, gate trench
818에서, 폴리실리콘층(820')이 복수의 제1트렌치(812')에 증착된다. 일 실행에서, 폴리실리콘(820')은 실레인(SiH4)의 분해와 같은 방법에 의해 트렌치(812')에 증착된다. 폴리실리콘은 인 또는 비소와 같은 n-타입 불순물로 도프될 수 있다. 폴리실리콘은 증착 프로세스 동안 불순물을 넣음으로써 도프될 수 있다. 820에서, 에치백 프로세스가 수행되어 여분의 폴리실리콘 물질을 제거하고 게이트 영역을 형성한다. 폴리실리콘층은 트렌치에서 폴리실리콘층으로부터 형성된 게이트 영역과 이어서 형성되는 바디, 드리프트 및 드레인 영역 간에 원하는 분리/오버랩이 이루어지도록 에치백된다. 일 실행에서, 여분의 폴리실리콘은 화학 기계적 연마(CMP) 프로세스 및 이방성 에칭 방법을 조합함으로써 제거된다.At 818,
선택적인 실시예에서, 유전층이 게이트 위에 형성된다. 일 실행에서, 게이트의 폴리실리콘이 산화되어 이산화 실리콘을 형성한다. 제2폴리실리콘층이 게이트 상부에 형성된 유전층 위로 증착된다. 또 다른 에치백 프로세스가 사용되어 제2폴리실리콘층으로부터 수퍼 소스를 형성한다.In an alternative embodiment, a dielectric layer is formed over the gate. In one implementation, the polysilicon of the gate is oxidized to form silicon dioxide. A second polysilicon layer is deposited over the dielectric layer formed over the gate. Another etch back process is used to form the super source from the second polysilicon layer.
도 8b 및도 9e에 도시된 바와 같이, 822에서 제2유전체(824')가 복수의 제2트렌치(812')에 증착된다. 일 실행에서, 유전체는 테트라에틸오르소실리케이 트(TEOS)의 분해 또는 고밀도 플라즈마 필(HDP)과 같은 방법에 의해 트렌치에 증착된다. 824에서, 여분의 유전 물질이 제거되어 게이트 절연체 영역을 완성한다. 일 실행에서, 여분의 유전체는 화학 기계적 연마(CMP) 프로세스에 의해 제거된다.As shown in FIGS. 8B and 9E, at 822 a
826에서, 제1반도체층(804')은 복수의 트렌치(812') 사이의 바디 영역(826')의 도핑 농도를 조정하도록 p-도프된다. 일 실행에서, 도핑 프로세스는 붕소와 같은 p-타입 불순물(827')을 제1반도체층(804')에 주입한다. 828에서, 주입된 불순물을 실질적으로 제1반도체층(804')의 깊이까지 구동(즉, 확산)하기 위해 열순환이 사용되어, 바디 영역(826')을 형성한다. 830에서, 제2반도체층(806')이 n-도프된다. 일 실행에서, 도핑 프로세스는 인 또는 비소와 같은 n-타입 불순물(831')을 제2반도체층(806')에 주입한다. 832에서, 주입된 불순물을 실질적으로 제2반도체층(806')의 깊이까지 구동(즉, 확산)하기 위해 제2열순환이 사용된다. 834에서, 제2반도체층(806')의 상부는 대량으로 n-도프되어 복수의 트렌치(812') 사이의 제2반도체층(806')의 상부에 드레인 영역(834')을 형성하고 하부에 드리프트 영역(830')을 형성한다. 일 실행에서, 도핑 프로세스는 인 또는 비소와 같은 n-타입 불순물(833')을 제2반도체층(806')의 상부에 주입한다. 836에서, 드레인 영역(834')의 원하는 깊이를 얻기 위해 드레인 영역 주입을 구동하는데 제3열순환이 이용된다.At 826, the
838에서, 제2희생 산화층(838')이 웨이퍼 위에 형성된다. 일 실행에서, 제2희생 산화층(838')은 웨이퍼 표면을 산화함으로써 형성된다. 840에서, 포토-레지스트가 공지의 리소그래피 프로세스에 의해 증착되고 패터닝되어 소스-바디 접촉 개구부 저항층(840')을 형성한다.At 838, a second
도 8c 및 9j에 도시된 바와 같이, 제2희생 산화층(838'), 소스 영역(834') 및 드리프트 영역(830')의 노출된 부분은 842에서 공지의 이방성 에칭 방법에 의해 에칭된다. 일 실행에서, 이온 에천트는 소스-바디 접촉 개구부 저항층(840')에 의해 노출된 제2희생 산화층(836'), 소스 영역(834') 및 드리프트 영역(830')과 상호작용한다. 에칭 프로세스는 복수의 소스-바디 접촉 개구부(842')를 형성한다. 각각의 소스-바디 접촉 개구부(842')는 복수의 트렌치(812')에 의해 형성된 셀 내에 배치된다.As shown in FIGS. 8C and 9J, the exposed portions of the second
844에서, 바디 영역(826')의 노출된 부분은 대량으로 도프되어 제1소스-바디 접촉 영역(844')을 형성한다. 일 실행에서, 도핑 프로세스는 붕소와 같은 p-타입 불순물(843')을 바디 영역(826')에 주입한다. 소스-바디 주입을 실질적으로 바디 영역(826')의 노출된 부분까지 구동하기 위해 열순환이 사용될 수 있다. 주입되는 부분은 바디 영역(826')의 인접한 노출되지 않은 부분까지 측면으로 확산될 것이다.At 844, the exposed portion of
846에서, 소스-바디 접촉 개구부 저항층(840')이 적절한 저항 제거제 또는 저항 제거 프로세스를 이용하여 제거된다. 848에서, 유전체(848')가 소스-바디 접촉 개구부(842')의 벽면에 형성된다. 일 실행에서, 유전체(848')은 실리콘의 노출된 표면을 산화함으로써 형성되어 이산화 실리콘층을 생성한다.At 846, source-body contact opening resistive layer 840 'is removed using a suitable resist remover or resist remove process. At 848, dielectric 848 ′ is formed in the wall of the source-body contact opening 842 ′. In one implementation, dielectric 848 'is formed by oxidizing exposed surfaces of silicon to create a silicon dioxide layer.
850에서, 소스-바디 접촉 개구부(842')의 바닥에 형성된 유전체(848')의 일부와 바디 영역(826')의 노출된 부분이 공지의 이방성 에칭 방법에 의해 에칭된다. 에칭 프로세스는 소스-바디 접촉 개구부(850')가 소스 영역(802')(즉, 기판)으로 부분적으로 확장할 때까지 수행된다. 에칭 프로세스는 바디 영역(826')의 인접한 부분과 소스 영역(802')이 노출되도록 두는 반면, 드리프트 영역(830') 및 드레인 영역(834')은 유전층(848')에 의해 보호되도록 둔다. 바디 영역(826')의 노출되지 않은 부분으로 측면으로 확산된 소스-바디 접촉 주입부(844')는 본 발명의 에칭 프로세스 이후에도 실질적으로 남게 된다. 소스-바디 접촉 주입부의 남은 부분은 소스-바디 접촉부(844')를 형성한다.At 850, a portion of dielectric 848 ′ formed at the bottom of source-body contact opening 842 ′ and an exposed portion of
852에서, 제1금속(852')이 소스-바디 접촉 개구부(850')의 하부에 증착되고 바디 영역(826') 및 소스 영역(802')의 노출된 부분과 반응한다. 일 실행에서, 티타늄이 개구부에 스퍼터되고 빠르게 열 어닐(anneal)되어 티타늄 실리사이트(TiSi)를 형성한다. 티타늄 실리사이드는 제2소스-바디 접촉부(854')를 형성하는데, 이는 제1소스-바디 접촉부와 결합하여 바디 영역(826')을 소스(802')에 전기적으로 결합시킨다. 854에서, 소스-바디 접촉 개구부(850')의 유전체가 덧대여진 벽면을 따라 티타늄의 반응하지 않은 부분은 에칭된다.At 852, a
856에서, 제2유전층이 소스-바디 접촉 개구부(850')에 증착되어 소스-바디 절연체 영역(856')을 형성한다. 일 실행에서, 유전체(856')는 테트라에틸오르소실리케이트(TEOS) 또는 고밀도 플라즈마 필(HDP)의 분해와 같은 방법에 의해 개구부(850')에 증착된다.At 856, a second dielectric layer is deposited in source-body contact opening 850 ′ to form source-
862에서, 포토-레지스트가 공지의 리소그래피 프로세스를 통해 증착되고 패터닝되어 게이트 접촉 저항층(도시되지 않음)을 형성한다. 게이트 접촉부는 주변 영역에 형성된다. 도 8d에 도시된 바와 같이, 864에서, 게이트 절연체 영역(822') 의 노출된 부분은 공지의 이방성 에칭 방법에 의해 에칭되어 주위 영역(도시되지 않음)에 게이트 접촉부를 형성한다. 일 실행에서, 이온 에천트는 게이트 접촉 저항층에 의해 노출된 게이트 산화물과 상호작용한다. 게이트 접촉 개구부는 게이트 영역(820')까지 아래로 확장한다. 866에서, 게이트 접촉 저항층은 적절한 저항 제거제 또는 저항 제거 프로세스를 이용하여 제거된다.At 862, photo-resist is deposited and patterned through known lithography processes to form a gate contact resistive layer (not shown). Gate contacts are formed in the peripheral region. As shown in FIG. 8D, at 864, the exposed portion of the
868에서, 포토-레지스트가 공지의 리소그래피 프로세스에 의해 증착되고 패터닝되어 드레인 접촉 저항층(도시되지 않음)을 형성한다. 870에서, 중앙부분(core)에서 여분의 유전 물질과 제3희생 산화물은 공지의 이방성 에칭 방법에 의해 에칭되어 드레인 접촉 개구부(도시되지 않음)를 형성한다. 일 실행에서, 이온 에천트가 여분의 유전 물질과 제3희생 산화물과 상호작용하여 드레인 접촉 개구부를 형성한다. 드레인 접촉 개구부는 드레인 영역(834')까지 아래로 확장한다. 872에서, 드레인 접촉 저항층은 적절한 저항 제거제 또는 저항 제거 프로세스를 이용하여 제거된다(도시되지 않음).At 868, photo-resist is deposited and patterned by known lithography processes to form a drain contact resistive layer (not shown). At 870, the excess dielectric material and the third sacrificial oxide at the core are etched by known anisotropic etching methods to form drain contact openings (not shown). In one implementation, the ion etchant interacts with the extra dielectric material and the third sacrificial oxide to form a drain contact opening. The drain contact opening extends down to the drain region 834 '. At 872, the drain contact resistive layer is removed using a suitable resist remover or resist remove process (not shown).
874에서, 제2금속층이 웨이퍼에 증착된다. 일 실행에서, 알루미늄과 같은 제2금속층은 스퍼터링과 같은 공지의 방법에 의해 증착된다. 금속층은 드레인 영역(834'), 게이트 절연체 영역(856'), 소스-바디 접촉 절연체 영역(856')의 상부를 덮는다. 제2금속층은 게이트 접촉 개구부까지 아래로 확장하여 게이트 영역과 전기적으로 접촉하고, 드레인 접촉 개구부까지 아래로 확장하여 드레인 영역(834')과 전기적으로 접촉한다. 876에서, 제2금속층은 포토-레지스트 마스크와 선택적인 에칭 방법을 이용하여 패터닝되어 게이트 접촉층(도시되지 않음) 및 드레인 접촉 층(876')을 형성한다.At 874, a second metal layer is deposited on the wafer. In one implementation, a second metal layer, such as aluminum, is deposited by known methods such as sputtering. The metal layer covers the top of the drain region 834 ', the
882에서, 제작은 여러가지 뒤쪽 프로세스로 진행되어 소스 접촉부를 형성한다. 여러가지 프로세스는 전형적으로 에칭, 증착, 도핑, 클리닝, 어닐링, 패시베이션, 클리빙 등을 포함한다.At 882, fabrication proceeds to various back-end processes to form source contacts. Various processes typically include etching, deposition, doping, cleaning, annealing, passivation, cleaving, and the like.
도 10a-10d를 참조로 하면, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 폐쇄 셀 트렌치 금속 산화막 반도체 전계 효과 트랜지스터(TMOSFET)의 제작 방법의 플로우 다이어그램이 도시된다. 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 폐쇄 셀 TMOSFET의 제작 방법은 도 11a-11o에 도시되어 있다. 도 10a 및 11a에 도시된 바와 같이, 1002에서, 기판(1002') 위에 클리닝, 증착, 도핑, 에칭 등의 여러 가지 초기 프로세스로 프로세스를 시작한다. 일 실행에서, 기판(1002')은 인이 대량으로 도프된(N+) 실리콘을 포함한다. 반도체 기판(1002')은 실질적으로 제작 프로세스가 종료되면 TMOSFET의 소스 영역을 포함하게 될 것이다.10A-10D, a flow diagram of a method of fabricating a closed cell trench metal oxide semiconductor field effect transistor (TMOSFET) in accordance with another embodiment of the present invention is shown. A method of fabricating a closed cell TMOSFET according to another embodiment of the present invention is illustrated in FIGS. 11A-11O. As shown in FIGS. 10A and 11A, at 1002, the process begins with various initial processes such as cleaning, depositing, doping, etching, etc. on the
1004에서, 제1반도체층(1004')이 기판(1002') 위에 에피택셜 증착된다. 일 실행에서, 제1반도체층(1004')은 대량으로 p-도프된 실리콘(P+)을 포함한다. 에피택셜 증착된 실리콘은 보론과 같은 원하는 불순물을 에피택셜 반응 챔버에 넣음으로써 도프될 수 있다. 또는, 제1반도체층(1004')의 도핑은 붕소와 같은 p-타입 도펀트로 고에너지 주입함으로써 얻을 수도 있다.At 1004, a
1006에서, 제2반도체층(1006')이 제1반도체층(1004') 상에 에피택셜 증착된다. 일 실행에서, 제2반도체층은 소량으로 n-도프된(N-) 실리콘을 포함한다. 에피택셜 증착된 실리콘은 인 또는 비소와 같은 원하는 불순물을 반응 챔버에 넣음으로 써 도프될 수 있다. 또는, 제2반도체층(1006')의 도핑은 인 또는 비소와 같은 n-타입 도펀트를 고에너지 주입함으로써 얻을 수도 있다.At 1006, a
1008에서, 제1희생 산화층(1008')이 제2반도체층(1006') 상에 형성된다. 일 실행에서, 희생 산화층(1008')은 제2반도체층(1006')의 표면을 산화함으로써 형성된다. 1010에서, 포토-레지스트가 공지의 리소그래피 프로세스에 의해 증착되고 패터닝되어, 게이트 트렌치 저항층(1010')을 형성한다. At 1008, a first
1012에서, 제1희생 산화층(1008'), 제2반도체층(1006'), 제1반도체층(1004')의 노출된 부분과 기판(802')의 일부가 공지의 이방성 에칭 방법(즉, 건조 에칭)에 의해 에칭된다. 일 실행에서, 이온 에천트는 게이트 트렌치 저항층(1010')에 의해 노출된 희생 산화층(1008'), 제2반도체층(1006'), 제1반도체층(1004') 및 기판(1002')과 상호작용한다. 에칭 프로세스에 의해 내부의 복수의 셀을 가지는 복수의 트렌치(812')가 생성된다. 복수의 트렌치(1012')는 실질적으로 평행한 구조의 제1부와 실질적으로 수직-평행 구조의 제2부를 가지도록 형성된다.At 1012, the exposed portions of the first sacrificial oxide layer 1008 ', the second semiconductor layer 1006', the first semiconductor layer 1004 'and the portion of the substrate 802' are known anisotropic etching methods (i.e., Dry etching). In one implementation, the ion etchant is formed with the sacrificial oxide layer 1008 ', the second semiconductor layer 1006', the first semiconductor layer 1004 'and the substrate 1002' exposed by the gate trench resistive layer 1010 '. Interact The etching process produces a plurality of trenches 812 'having a plurality of cells therein. The plurality of trenches 1012 'are formed to have a first portion of the substantially parallel structure and a second portion of the substantially vertical-parallel structure.
1014에서, 게이트 트렌치 저항층(1010')이 적절한 저항 제거제 또는 저항 제거 프로세스를 사용하여 제거된다. 1016에서, 제1유전층(1016')이 복수의 트렌치(1012')의 벽면에 형성된다. 일 실행에서, 유전층(1016')은 실리콘의 노출된 표면을 산화함으로써 생성되어 이산화 실리콘층을 형성한다. 트렌치 벽을 따라 결과적으로 생성되는 유전층(1016')은 게이트 절연체 영역의 제1부를 형성하게 된다.At 1014, gate trench resistive layer 1010 'is removed using a suitable resist remover or resist remove process. At 1016, a
1018에서, 제1폴리실리콘층이 복수의 트렌치에 증착된다. 일 실행에서, 폴리 실리콘은 실레인(SiH4)의 분해와 같은 방법에 의해 트렌치에 증착된다. 폴리실리콘은 인 또는 비소와 같은 n-타입 불순물로 도프될 수 있다. 폴리실리콘은 증착 프로세스 동안 불순물을 넣음으로써 도프될 수 있다. 1020에서, 에치백 프로세스가 수행되어 여분의 폴리실리콘 물질을 제거하고 게이트 영역(1020')을 형성한다. 폴리실리콘층은 트렌치에서 폴리실리콘층으로부터 형성된 게이트 영역과 이어서 형성되는 바디, 드리프트 및 드레인 영역 간에 원하는 분리/오버랩이 이루어지도록 에치백된다. 일 실행에서, 여분의 폴리실리콘은 화학 기계적 연마(CMP) 프로세스 및 이방성 에칭 방법을 조합함으로써 제거된다.At 1018, a first polysilicon layer is deposited in the plurality of trenches. In one implementation, polysilicon is deposited in the trench by a method such as decomposition of silane (SiH 4 ). Polysilicon may be doped with n-type impurities such as phosphorous or arsenic. Polysilicon may be doped by introducing impurities during the deposition process. At 1020, an etch back process is performed to remove excess polysilicon material and
이제 도 10b 및 11e를 참조로 하면, 선택적인 프로세스 1022에서, 제2유전층(1022')이 게이트 영역(1020') 위에 형성된다. 일 실행에서, 게이트(1020')의 폴리실리콘이 산화되어 이산화 실리콘을 형성한다. 선택적인 프로세스 1024에서, 제2폴리실리콘층이 게이트(1020') 상부에 형성된 유전층(1022') 위로 증착된다. 선택적인 프로세스 1026에서, 또 다른 에치백 프로세스가 사용되어 제2폴리실리콘층으로부터 수퍼 소스 영역(1026')을 형성한다.Referring now to FIGS. 10B and 11E, in an
1028에서 제3유전층이 복수의 제2트렌치(812')에 증착된다. 일 실행에서, 유전체는 테트라에틸오르소실리케이트(TEOS)의 분해 또는 고밀도 플라즈마 필(HDP)과 같은 방법에 의해 트렌치에 증착된다. 824에서, 여분의 유전 물질이 제거되어 게이트 절연체 영역을 완성한다. 일 실행에서, 여분의 유전체는 화학 기계적 연마(CMP) 프로세스에 의해 제거된다.At 1028, a third dielectric layer is deposited in the plurality of
1032에서, 제2반도체층(1004')의 하부(lower portion)는 p-타입 불순물로 도프된다. 일 실행에서, 도핑 프로세스는 붕소와 같은 p-타입 불순물(1032')을 제2반도체층(1006')의 하부에 주입한다. 선택적인 프로세스 1034에서, 주입된 불순물을 구동(즉, 확산)하기 위해 열순환이 사용되어, 바디 영역(1035')을 형성한다. 열순환은 제1반도체층(1004')의 불순물과 프로세스 1034로부터의 제2반도체층(1006')의 하부의 주입된 불순물이 확산되어 바디 영역(1035')이 제1반도체층(1004')과 제2반도체층(1006')의 하부로부터 실질적으로 형성되도록 한다. At 1032, the lower portion of the second semiconductor layer 1004 'is doped with p-type impurities. In one implementation, the doping process injects p-type impurities 1032 ', such as boron, to the bottom of the second semiconductor layer 1006'. In
1036에서, 제2반도체층(1006')의 상부가 n-도프되어 드리프트 영역(1036')의 도핑 농도를 조정한다. 일 실행에서, 도핑 프로세스는 인 또는 비소와 같은 n-타입 불순물(1037')을 제2반도체층(1006')의 상부에 주입한다. 선택적인 프로세스 1038에서, 두번째 주입된 불순물을 구동(즉, 확산)하기 위해 제2열순환이 사용되고, 이에 의해 드리프트 영역(1036')이 형성된다.At 1036, the top of second semiconductor layer 1006 'is n-doped to adjust the doping concentration of drift region 1036'. In one implementation, the doping process implants n-type impurities 1037 ', such as phosphorous or arsenic, on top of the second semiconductor layer 1006'. In an
1042에서, 제2희생 산화층(1042')이 웨이퍼 위에 형성된다. 일 실행에서, 희생 산화층은 웨이퍼 표면을 산화함으로써 형성된다. 도 10c 및 11h에 도시된 바와 같이, 1046에서, 포토-레지스트가 공지의 리소그래피 프로세스에 의해 증착되고 패터닝되어 소스-바디 접촉 개구부 저항층(1046')을 형성한다.At 1042, a second sacrificial oxide layer 1042 'is formed over the wafer. In one implementation, the sacrificial oxide layer is formed by oxidizing the wafer surface. As shown in FIGS. 10C and 11H, at 1046, photo-resist is deposited and patterned by known lithography processes to form a source-body contact opening
1048에서, 제2희생 산화층(1042') 및 드리프트 영역(1036')의 노출된 부분은 공지의 이방성 에칭 방법에 의해 에칭된다. 일 실행에서, 이온 에천트는 소스-바디 접촉 개구부 저항층(1046')에 의해 노출된 제2희생 산화층(1042') 및 드리프트 영역(1046')과 상호작용한다. 에칭 프로세스는 복수의 소스-바디 접촉 개구부(1048') 를 형성한다. 각각의 소스-바디 접촉 개구부는 복수의 트렌치(1012')에 의해 형성된 셀 내에 배치된다.At 1048, exposed portions of second sacrificial oxide layer 1042 'and drift region 1036' are etched by known anisotropic etching methods. In one implementation, the ion etchant interacts with the second sacrificial oxide layer 1042 'and the drift region 1046' exposed by the source-body contact opening resistive layer 1046 '. The etching process forms a plurality of source-body contact openings 1048 '. Each source-body contact opening is disposed within a cell formed by a plurality of
1050에서, 바디 영역의 노출된 부분은 대량으로 p-도프되어 소스-바디 주입 영역(1050')을 형성한다. 일 실행에서, 도핑 프로세스는 붕소와 같은 p-타입 불순물(1049')을 바디 영역(1035')에 주입한다. 소스-바디 주입부(1050')를 실질적으로 바디 영역(1035')의 노출된 부분까지 구동하기 위해 열순환이 사용될 수 있다. 소스-바디 주입부(1050')의 일부는 바디 영역(1035')의 인접한 노출되지 않은 부분까지 측면으로 확산될 것이다.At 1050, the exposed portion of the body region is p-doped in bulk to form source-
1052서, 소스-바디 접촉 개구부 저항층(1046')이 적절한 저항 제거제 또는 저항 제거 프로세스를 이용하여 제거된다. 1054에서, 제4유전층(1054')이 소스-바디 접촉 개구부(1048')의 벽면에 형성된다. 일 실행에서, 유전층(1054')은 실리콘의 노출된 표면을 산화함으로써 형성되어 이산화 실리콘층을 생성한다.At 1052, the source-body contact opening resistive layer 1046 'is removed using a suitable resist remover or resist remove process. At 1054, a
1056에서, 소스-바디 접촉 개구부(1048')의 바닥에 형성된 유전층(1054')의 일부와 바디 영역(1035')의 노출된 부분이 공지의 이방성 에칭 방법에 의해 에칭된다. 에칭 프로세스는 소스-바디 접촉 개구부(1056')가 부분적으로 기판(1002')까지 확장할 때까지 수행된다. 에칭 프로세스는 바디 영역(1035')의 인접한 부분과 소스 영역(1002')이 노출되도록 두는 반면, 드리프트 영역(1036')은 유전층(1054')에 의해 보호되도록 둔다. 바디 영역(1035')의 노출되지 않은 부분으로 측면으로 확산된 소스-바디 접촉 주입부(844')의 일부는 본 발명의 에칭 프로세스 이후에도 실질적으로 남게 된다. 소스-바디 접촉 주입부의 남은 부분은 제1소스-바디 접촉 부(1050')를 형성한다.At 1056, a portion of the
1058에서, 제1금속층(1060')이 소스-바디 접촉 개구부(1056')의 바닥에 증착되고 바디 영역(1035') 및 기판(1002')의 노출된 부분과 반응한다. 일 실행에서, 티타늄이 개구부에 스퍼터되고 빠르게 열 어닐(anneal)되어 티타늄 실리사이트(TiSi)를 형성한다. 티타늄 실리사이드는 제2소스-바디 접촉부(1060')를 형성하는데, 이는 제1소스-바디 접촉부(1050')와 결합하여 바디 영역(1035')을 기판(1002')에 전기적으로 결합시킨다. 1060에서, 소스-바디 접촉 개구부의 유전체가 덧대여진 벽면을 따라 티타늄의 반응하지 않은 부분은 에칭된다. 1062에서, 제5유전층이 소스-바디 접촉 개구부에 증착되어 소스-바디 절연체 영역(1064')을 형성한다. 일 실행에서, 유전층은 대기보다 낮은 화학 기상 성장(sub-atmosphere chemical vapor deposition)(SACVD)을 이용하여 소스-바디 접촉 개구부(1056')에 증착된다.At 1058, a
도 10d에 도시된 바와 같이, 1068에서, 포토-레지스트가 공지의 리소그래피 프로세스를 통해 증착되고 패터닝되어 게이트 접촉 저항층(도시되지 않음)을 형성한다. 게이트 접촉부는 주변 영역에 형성된다. 1070에서, 제5유전층 및 게이트 절연체 영역(1030')의 노출된 부분은 공지의 이방성 에칭 방법에 의해 에칭된다(도시되지 않음). 일 실행에서, 이온 에천트는 게이트 접촉 저항층에 의해 노출된 게이트 산화물과 상호작용한다. 게이트 접촉 개구부는 게이트 영역(1020')까지 아래로 확장한다. 1072에서, 게이트 접촉 저항층은 적절한 저항 제거제 또는 저항 제거 프로세스를 이용하여 제거된다(도시되지 않음).As shown in FIG. 10D, at 1068, photo-resist is deposited and patterned through known lithography processes to form a gate contact resistive layer (not shown). Gate contacts are formed in the peripheral region. At 1070, the exposed portion of the fifth dielectric layer and gate insulator region 1030 'is etched by a known anisotropic etching method (not shown). In one implementation, the ion etchant interacts with the gate oxide exposed by the gate contact resistive layer. The gate contact opening extends down to the
1074에서, 포토-레지스트가 공지의 리소그래피 프로세스에 의해 증착되고 패터닝되어 드레인 접촉 저항층(도시되지 않음)을 형성한다. 1076에서, 제5유전층의 노출된 부분이 공지의 이방성 에칭 방법에 의해 에칭된다. 일 실행에서, 이온 에천트가 제5유전층과 상호작용하여 드레인 접촉 개구부를 형성한다. 드레인 접촉 개구부는 드리프트 영역(1036')까지 아래로 확장한다. 1078에서, 드리프트 영역의 상부가 대량으로 n-도프되어 드레인 영역을 형성한다. 선택적인 프로세스 1080에서, 주입된 불순물을 구동(즉, 확산)하기 위하여 제3열순환이 사용되어 드레인 영역(1080')의 원하는 깊이를 얻는다. 1082에서, 드레인 접촉 저항층은 적절한 저항 제거제 또는 저항 제거 프로세스를 이용하여 제거된다.At 1074, photo-resist is deposited and patterned by known lithography processes to form a drain contact resistive layer (not shown). At 1076, the exposed portion of the fifth dielectric layer is etched by known anisotropic etching methods. In one implementation, the ion etchant interacts with the fifth dielectric layer to form a drain contact opening. The drain contact opening extends down to the drift region 1036 '. At 1078, the top of the drift region is n-doped in bulk to form the drain region. In an
1084에서, 제2금속층이 웨이퍼 상에 증착된다. 일 실행에서, 알루미늄과 같은 제2금속층은 스퍼터링과 같은 공지의 방법에 의해 증착된다. 금속층은 드레인, 게이트 산화물, 소스-바디 접촉 산화물 영역의 상부를 덮어서, 드레인 영역과 전기적으로 접촉한다. 제2금속층은 또한 게이트 접촉 개구부까지 아래로 확장하여 게이트 영역과 전기적으로 접촉한다. 이후 1086에서, 금속층은 포토-레지스트 마스크와 선택적인 에칭 방법을 이용하여 패터닝되어 게이트 접촉층(도시되지 않음) 및 드레인 접촉층(1086')을 형성한다.At 1084, a second metal layer is deposited on the wafer. In one implementation, a second metal layer, such as aluminum, is deposited by known methods such as sputtering. The metal layer covers the top of the drain, gate oxide, and source-body contact oxide regions and is in electrical contact with the drain regions. The second metal layer also extends down to the gate contact opening and is in electrical contact with the gate region. Then at 1086, the metal layer is patterned using a photo-resist mask and an optional etching method to form a gate contact layer (not shown) and drain contact layer 1086 '.
1088에서, 제작은 여러 가지 뒤쪽 프로세스로 진행되어 소스 접촉부를 형성한다. 여러 가지 프로세스는 전형적으로 에칭, 증착, 도핑, 클리닝, 어닐링, 패시베이션, 클리빙 등을 포함한다.At 1088, fabrication proceeds in various back-end processes to form source contacts. Various processes typically include etching, deposition, doping, cleaning, annealing, passivation, cleaving, and the like.
앞서 말한 본 발명의 특정 실시예에 관한 설명은 도시 및 설명을 위한 목적 으로 제공된 것이다. 이들은 본 발명을 개시된 정확한 형식으로 한정하도록 의도된 것이 아니고, 명백히 다양한 수정 및 변형이 상기 개시된 바에 의해 가능할 것이다. 실시예들은 본 발명의 원칙과 그 실제적인 응용을 가장 잘 설명하기 위해 선택되어 개시된 것으로, 이에 의해 본 기술분야에 속하는 다른 당업자들이 본 발명을 계획한 특정 사용에 적합한, 다양하게 변형한 다양한 실시예를 사용할 수 있도록 한다. 본 발명의 범위는 첨부된 청구항 및 그 등가물에 의해 정의되도록 의도된다.The foregoing descriptions of specific embodiments of the present invention have been presented for purposes of illustration and description. They are not intended to limit the invention to the precise form disclosed, and obviously, numerous modifications and variations will be possible by the above disclosure. The embodiments are selected and disclosed in order to best explain the principles of the invention and its practical application, whereby various embodiments vary in variety, suited to the particular use envisioned by others skilled in the art. To use. It is intended that the scope of the invention be defined by the claims appended hereto and their equivalents.
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