KR20090064659A - 반도체 소자 및 이의 제조방법 - Google Patents
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Abstract
반도체 소자 및 이의 제조방법이 개시되어 있다. 반도체 소자는 제 1 트렌치가 형성된 반도체 기판, 반도체 기판상에 형성되는 에피텍셜층, 에피텍셜층을 관통하며, 제 1 트렌치와 연결되며, 제 1 트렌치 상에 형성되는 제 2 트렌치, 제 1 트렌치 내측에 배치되는 제 1 절연체 및 제 2 트렌치 내측에 배치되는 제 2 절연체를 포함한다.
소자, 분리막, 에피텍셜, 트렌치
Description
실시예는 반도체 소자 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
정보처리 기술이 발달함에 따라서, 고집적화 및 고밀도화의 반도체 칩들이 요구되고 있다.
특히, 반도체 소자들이 고집화됨에 따라서, 반도체 소자들 사이에 쇼트가 발생할 수 있는 이는 반도체 소자들의 성능을 저하시킨다.
실시예는 따른 반도체 소자들과의 단락을 방지하는 반도체 소자를 제공하고자 한다.
실시예에 따른 반도체 소자는 제 1 트렌치가 형성된 반도체 기판, 상기 반도체 기판상에 형성되는 에피텍셜층, 상기 에피텍셜층을 관통하며, 상기 제 1 트렌치와 연결되며, 상기 제 1 트렌치상에 형성되는 제 2 트렌치, 상기 제 1 트렌치 내측에 배치되는 제 1 절연체 및 상기 제 2 트렌치 내측에 배치되는 제 2 절연체를 포함한다.
실시예에 따른 반도체 소자는 제 1 트렌치 및 제 2 트렌치 내측에 각각 배치되는 제 1 절연체 및 제 2 절연체에 의해서, 인접하는 다른 반도체 소자와 절연된다.
이때, 실시예에 따른 반도체 소자는 제 1 트렌치 상에 제 2 트렌치가 형성되므로, 보다 깊이 배치된 절연물질들에 의해서 절연되고, 다른 반도체 소자들과의 쇼트를 방지할 수 있다.
도 1은 실시예에 따른 NMOS 트랜지스터의 단면을 도시한 단면도이다.
도 1을 참조하면, NMOS 트랜지스터는 반도체 기판(100), 에피텍셜층(200), 소자분리막(300), 게이트 전극(400) 및 오소스/드레인 영역(600)을 포함한다.
상기 반도체 기판(100)은 플레이트 형상을 가지며, 상기 반도체 기판(100)으로 사용될 수 있는 물질의 예로서는 단결정 실리콘(single crystalline silicon) 등을 들 수 있다.
상기 반도체 기판(100)은 제 1 트렌치(110)가 형성되어 있다. 상기 제 1 트렌치(110)는 제 1 폭(W1)의 입구가 형성되어 있다. 예를 들어, 상기 반도체 기판(100)은 저농도의 n형 불순물이 주입될 수 있다.
상기 에피텍셜층(200)은 상기 반도체 기판(100) 상에 형성된다. 예를 들어, 상기 에피텍셜층(200)은 저농도의 p형 불순물을 포함할 수 있다.
상기 에피텍셜층(200)은 제 2 트렌치(210)가 형성되어 있다. 상기 제 2 트렌치(210)는 상기 에피텍셜층(200)을 관통하며 형성된다. 이에 따라서, 상기 제 2 트렌치(210)는 상하로 상부 입구 및 하부 입구가 형성되어 있다.
또한, 상기 제 2 트렌치(210)는 상기 제 1 트렌치(110) 상에 형성되며, 상기 제 1 트렌치(110)와 연결된다.
즉, 상기 하부 입구 및 상기 제 1 트렌치(110)의 입구는 서로 연결되며, 이때, 상기 하부입구는 제 2 폭(W2)을 가지며, 상기 제 2 폭(W2)은 상기 제 1 폭(W1)보다 작다. 즉, 상기 제 1 트렌치(110) 및 상기 제 2 트렌치(210)는 단차를 가지며 결합된다.
또한, 상기 제 1 트렌치(110)의 깊이는 상기 제 2 트렌치(210)의 깊이보다 얕다.
상기 소자분리막(300)은 상기 제 1 트렌치(110) 및 상기 제 2 트렌치(210) 내측에 배치된다. 상기 소자분리막(300)은 절연체이며, 제 1 산화막(310), 제 1 절연체(320), 제 2 산화막(330) 및 제 2 절연체(340)를 포함한다.
상기 제 1 산화막(310)은 상기 제 1 트렌치(110) 내측에 형성된다.
상기 제 1 절연체(320)는 상기 제 1 트렌치(110) 내측에 형성되며, 상기 제 1 산화막(310) 내측에 형성된다. 예를 들어, 상기 제 1 절연체(320)는 실리콘 산화물(SiOx) 또는 실리콘 질화물(SiNx) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 제 2 산화막(330)은 상기 제 2 트렌치(210) 내측에 형성된다.
상기 제 2 절연체(340)는 상기 제 2 트렌치(210) 내측에 형성되며, 상기 제 2 산화막(330) 내측에 형성된다. 예를 들어, 상기 제 2 절연체(340)는 실리콘 산화물 또는 실리콘 질화물 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 제 1 산화막(310), 상기 제 1 절연체(320), 상기 제 2 산화막(330) 및 상기 제 2 절연체(340)는 동일한 물질로 형성될 수 있다. 즉, 상기 제 1 절연체(320) 및 상기 제 2 절연체(340)는 상기 제 1 산화막(310) 및 상기 제 2 산화막(330)으로 사용되는 산화물일 수 있다.
상기 제 1 트렌치(110) 및 상기 제 2 트렌치(210)는 단차를 가지며 결합되기 때문에, 상기 제 1 산화막(310) 및 상기 제 1 절연체(320)과 상기 제 2 산화막(330) 및 상기 제 2 절연체(340)는 서로 단차를 가지며 결합되어 형성된다.
즉, 상기 소자분리막(300)은 단차를 형성하며 결합되는 상부와 하부로 구분될 수 있다. 이때, 상기 하부가 측방으로 더 돌출된다.
또한, 상기 소자분리막(300)에 의해서, 상기 에피텍셜층(200) 상에 활성영역(AR)이 정의된다.
상기 게이트 전극(400)은 상기 에피텍셜층(200) 상에 형성되며, 상기 게이트 전극(400)으로 사용될 수 있는 물질의 예로서는 폴리 실리콘(polycrystalline silicon) 또는 금속 등을 들 수 있다.
또한, 상기 게이트 전극(400) 및 상기 에피텍셜층(200) 사이에는 게이트 절연막(410)이 형성되어 있으며, 상기 게이트 절연막(410)은 상기 게이트 전극(400) 및 상기 에피텍셜층(200)을 절연한다.
상기 오소스/드레인 영역(600)은 상기 게이트 전극(400)의 양 측방에 형성되며, 고농도의 n형 불순물을 포함한다.
상기 게이트 전극(400)의 측면에는 스페이서(430)가 배치되며, 상기 스페이서(430)는 상기 게이트 전극(400) 및 상기 오소스/드레인 영역(600)이 쇼트되는 것을 방지한다.
상기 스페이서(430)의 하부에는 상기 오소스/드레인 영역(600)에 인접하는 LDD영역(500)이 형성되어 있으며, 상기 LDD영역(500)은 저농도의 n형 불순물을 포함한다.
실시예에 따른 반도체 소자는 상기 제 1 트렌치(110) 및 상기 제 2 트렌치(210) 내측에 각각 배치되는 소자분리막(300)에 의해서, 인접하는 다른 반도체 소자들과 절연된다.
이때, 상기 제 1 트렌치(110) 상에 제 2 트렌치(210)가 형성되므로, 상기 소 자분리막(300)은 보다 깊이 형성될 수 있다.
따라서, 실시예에 따른 반도체 소자는 상기 소자분리막(300)에 의해서, 다른 반도체 소자들과의 쇼트를 방지할 수 있다.
또한, 상기 소자분리막(300)은 상부 및 하부가 단차를 가지며 결합되어 형성되고, 하부의 폭이 더 크므로, 상기 소자분리막(300)을 우회해서 전자가 통과할 수 있는 경로가 길어진다.
따라서, 실시예에 따른 반도체 소자는 더욱 다른 반도체 소자들과 절연된다.
도 2a 내지 도 2f는 실시예의 반도체 소자의 제조방법에 따른 공정을 도시한 단면도들이다.
도 2a를 참조하면, 저농도의 n형 불순물이 주입된 반도체 기판(100) 상에 제 1 보호막(120) 및 제 1 질화막(130)이 형성되고, 상기 실리콘 산화막, 상기 질화막 및 상기 반도체 기판(100)의 일부가 선택적으로 식각되어, 제 1 트렌치(110)가 형성된다. 상기 제 1 보호막(120)으로 사용되는 물질의 예로서는 산화물 등을 들 수 있다.
이때, 상기 제 1 트렌치(110)는 제 1 폭(W1)의 입구를 가진다.
도 2b를 참조하면, 상기 제 1 트렌치(110) 내측에 열산화 공정 등에 의해서, 제 1 산화막(310)이 형성되고, 제 1 트렌치(110) 내측에 제 1 절연체(320)가 채워진다. 더 자세하게, 상기 제 1 산화막(310) 내측에 제 1 절연물질(320a)이 채워지고, 상기 제 1 질화막(130) 상에도 제 1 절연물질(320a)이 적층된다.
도 2c를 참조하면, 상기 제 1 질화막(130) 상에 적층된 제 1 절연물질(320a), 제 1 질화막(130) 및 제 1 보호막(120)은 CMP 또는 식각 공정 등에 의해서 제거된다.
도 2d를 참조하면, 상기 제 1 질화막(130) 상에 적층된 제 1 절연체(320)가 제거된 후, 상기 반도체 기판(100) 상에 화학 기상 증착 공정에 의해서, 실리콘이 증착되어, 에피텍셜층(200)이 성장된다.
이후, 상기 에피텍셜층(200) 상에 제 2 보호막(220) 및 제 2 질화막(230)이 증착되고, 상기 에피텍셜층(200), 상기 제 2 보호막(220) 및 상기 제 2 질화막(230)은 식각되어, 상기 에피텍셜층(200)을 관통하는 제 2 트렌치(210)가 형성된다.
이때, 상기 제 2 트렌치(210)에 의해서, 상기 제 1 절연체(320)가 노출된다. 즉, 상기 제 2 트렌치(210)는 상하로 마주보는 상부 입구 및 하부 입구를 포함한다. 상기 하부 입구의 제 2 폭(W2)은 상기 제 1 폭(W1)보다 작다.
2e를 참조하면, 상기 제 2 트렌치(210) 내측면 상에 열산화 공정 등에 의해서, 제 2 산화막(330)이 형성되고, 상기 제 2 트렌치(210) 내측에, 더 자세하게, 상기 제 2 산화막(330) 내측에 제 2 절연물질(340a)이 채워지고, 상기 제 2 질화막 상에도 상기 제 2 절연물질(340a)이 적층된다.
도 2f를 참조하면, 상기 제 2 질화막 상에 적층된 제 2 절연물질(340a), 상기 제 2 보호막(220) 및 상기 제 2 질화막은 CMP 또는 식각 공정 등에 의해서 제거되고, 상기 제 1 산화막(310), 상기 제 1 절연체(320), 상기 제 2 산화막(330) 및 상기 제 2 절연체(340)를 포함하는 소자분리막(300)이 형성된다.
상기 소자분리막(300)은 상기 제 1 산화막(310) 및 상기 제 1 절연체(320)를 포함하는 상부 및 상기 제 2 산화막(330) 및 상기 제 2 절연체(340)를 포함하는 하부로 구분될 수 있으며, 상기 상부 및 상기 하부는 단차를 가지며 형성된다.
이때, 상기 제 1 산화막(310), 상기 제 1 절연체(320), 상기 제 2 산화막(330) 및 상기 제 2 절연체(340)는 동일한 물질로 형성될 수 있으며, 일체로 형성될 수 있다.
이후, 상기 에피텍셜층(200) 상에 절연막 및 폴리 실리콘층이 형성되고, 상기 절연막 및 상기 폴리 실리콘층은 패터닝되어, 게이트 전극(400) 및 게이트 절연막(410)이 형성된다.
이후, 상기 활성영역(AR)에 상기 게이트 전극(400)을 마스크로 저농도의 n형 불순물이 주입되어 LDD영역(500)이 형성되고, 상기 에피텍셜층(200) 상에 질화막이 형성된 후, 이방성 식각 공정에 의해서 스페이서(430)가 형성된다.
이후, 상기 게이트 전극(400) 및 상기 스페이서(430)를 이온 주입마스크로 사용하여, 상기 활성영역(AR)에 고농도의 n형 불순물이 주입되어 오소스/드레인 영역(600)이 형성된다.
도 1은 실시예에 따른 NMOS 트랜지스터의 단면을 도시한 단면도이다.
도 2a 내지 도 2f는 실시예의 반도체 소자의 제조방법에 따른 공정을 도시한 단면도들이다.
Claims (8)
- 제 1 트렌치가 형성된 반도체 기판;상기 반도체 기판 상에 형성되는 에피텍셜층;상기 에피텍셜층을 관통하며, 상기 제 1 트렌치와 연결되고, 상기 제 1 트렌치 상에 형성되는 제 2 트렌치;상기 제 1 트렌치 내측에 배치되는 제 1 절연체; 및상기 제 2 트렌치 내측에 배치되는 제 2 절연체를 포함하는 반도체 소자.
- 제 1 항에 있어서, 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 절연체 및 상기 제 2 절연체는 단차를 가지며, 서로 연결되는 반도체 소자.
- 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 트렌치 및 상기 제 2 트렌치의 내측면 상에 형성되는 산화막을 포함하는 반도체 소자.
- 제 1 항에 있어서, 상기 반도체 기판은 제 1 도전형 불순물을 포함하고, 상기 에피텍셜층은 제 2 도전형 불순물을 포함하는 반도체 소자.
- 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 절연체 및 상기 제 2 절연체는 동일한 물질인 반도체 소자.
- 반도체 기판 상에 제 1 트렌치를 형성하는 단계;상기 제 1 트렌치 내측에 제 1 절연체를 채우는 단계;상기 반도체 기판상에 에피텍셜층을 형성하는 단계;상기 제 1 트렌치에 대응하여, 상기 에피텍셜층을 관통하는 제 2 트렌치를 형성하는 단계; 및상기 제 2 트렌치 내측에 제 2 절연체을 채우는 단계를 포함하는 반도체 소자의 제조방법.
- 제 6 항에 있어서, 상기 제 1 트렌치를 형성하는 단계에서, 상기 반도체 기판은 제 1 도전형 불순물을 포함하는 반도체 소자의 제조방법.
- 제 7 항에 있어서, 상기 에피텍셜층을 형성하는 단계는상기 반도체 기판상에 에피텍셜층을 형성하는 단계; 및상기 에피텍셜층에 제 2 도전형 불순물을 주입하는 단계를 포함하는 반도체 소자의 제조방법.
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