KR20110078926A - A method of manufacturing a semiconductor device - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 반도체 소자에 관한 것으로, 보다 상세하게는 트랜치 파워(Trench Power) MOSFET의 제조 방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to semiconductor devices, and more particularly, to a method of manufacturing a trench power MOSFET.
반도체 소자의 집적도가 증가함에 따라 트랜지스터의 채널 길이도 동시에 매우 짧아지고 있다. 상기 채널 길이가 짧아짐에 따라 트랜지스터의 문턱 전압이 급격히 낮아지는 이른바, 숏채널 효과(short channel effect)가 문제된다.As the degree of integration of semiconductor devices increases, the channel lengths of transistors also become very short. As the channel length becomes shorter, a so-called short channel effect, in which the threshold voltage of the transistor is sharply lowered, becomes a problem.
또한 상기 채널 길이가 짧아짐에 따라 소스와 드레인 사이의 펀치쓰루(punchthrough) 특성을 개선하기 위해서는 더 많은 채널 이온의 주입이 요구된다.In addition, as the channel length becomes shorter, more channel ions need to be implanted to improve punchthrough characteristics between the source and the drain.
이러한 숏채널 효과를 개선하기 위하여 실리콘 기판에 홈(recess)을 형성하여 트랜지스터를 제조함으로써 채널 길이를 길게 형성하는 리세스드 게이트 트랜지스터(recessd gate transistor)가 주목받고 있다. 이를 수직 트랜치 트랜지스터(vertical trench transistor)라고도 한다.In order to improve the short channel effect, a recessed gate transistor having a long channel length by forming a recess by forming a recess in a silicon substrate has been attracting attention. This is also called a vertical trench transistor.
도 1은 일반적인 수직 트랜치 게이트 트랜지스터(100)의 단면도를 나타낸다. 도 1을 참조하면, 상기 수직 트랜치 게이트 트랜지스터(100)는 에피층(20) 및 P형 바디(30)를 포함하는 반도체 기판(10)에 형성된 트랜치 내부에 형성되는 게이트 산화막(40)과 실리콘 게이트(45)를 포함하는 수직 게이트, 수직 게이트 상부를 감싸는 절연층(50), 수직 게이트 양측의 P형 바디 표면에 형성되는 소스 영역(52,54), 및 절연층 상부에 형성되는 금속 컨택(60)을 포함한다.1 shows a cross-sectional view of a typical vertical
도 1에 도시된 수직 트랜치 게이트들 사이의 영역을 감소시켜 집적도를 높이고자 하는 노력이 계속되고 있다.Efforts have been made to increase the degree of integration by reducing the area between the vertical trench gates shown in FIG.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 도전 손실을 감소시키고, 집적도를 향상시킬 수 있는 반도체 소자의 제조 방법을 제공하는데 있다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in an effort to provide a method of manufacturing a semiconductor device capable of reducing conductive losses and improving integration.
상기와 같은 과제를 달성하기 위한 본 발명의 실시 예에 따른 반도체 소자의 제조 방법은 제1 도전형 반도체 기판에 제1 트랜치들을 형성하는 단계, 상기 제1 트랜치들의 바닥 일부를 식각하여 제2 트랜치들을 형성하는 단계, 상기 제2 트랜치들 각각의 내부에 게이트 산화막 및 폴리 실리콘을 순차적으로 갭필(gap fill)하여 수직 게이트들을 형성하는 단계, 임플란트 공정을 수행하여 반도체 기판 표면 및 상기 제2 트랜치 표면에 제2 도전형 불순물 영역을 하는 단계, 표면에 불순물 영역이 형성된 제2 트랜치 내부에 층간 절연막을 갭필하는 단계, 포토리쏘그라피 공정을 수행하여 갭필된 층간 절연막을 제외한 반도체 기판 표면을 노출하는 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계, 상기 포토레지스트 패턴을 마스크로 이용하여 반도체 기판을 식각하여 제3 트랜치들을 형성하는 단계, 및 상기 포토레지스트 패턴을 제거한 후 상기 제3 트랜치들을 매립하도록 금속 물질을 형성하는 단계를 포함한다.According to an embodiment of the inventive concept, a method of manufacturing a semiconductor device may include forming first trenches in a first conductive semiconductor substrate, and etching second portions of bottoms of the first trenches to form second trenches. Forming a vertical gate by sequentially gap filling a gate oxide film and polysilicon into each of the second trenches, and performing an implant process on the semiconductor substrate surface and the second trench surface. Forming a second conductive impurity region, gapfilling an interlayer insulating film in a second trench having an impurity region formed thereon, and performing a photolithography process to expose a photoresist pattern exposing the surface of the semiconductor substrate except for the gapfill interlayer insulating film. Forming a third substrate by etching the semiconductor substrate using the photoresist pattern as a mask; To form the teeth, and after removing the photoresist pattern includes forming a metal material to fill the third trench.
본 발명의 실시 예에 따른 반도체 소자의 제조 방법은 소자 자체 온 저항을 감소할 수 있는 구조이어서 도전 손실(Conduction loss)을 감소시킬 수 있으며, 인접하는 수직 게이트들 사이의 영역을 감소시켜 집적화를 향상시킬 수 있는 효과가 있다.The semiconductor device manufacturing method according to the embodiment of the present invention has a structure capable of reducing the device self-on resistance, thereby reducing conduction loss and improving integration by reducing the area between adjacent vertical gates. It can be effected.
이하, 본 발명의 기술적 과제 및 특징들은 첨부된 도면 및 실시 예들에 대한 설명을 통하여 명백하게 드러나게 될 것이다. 본 발명을 구체적으로 살펴보면 다음과 같다.Hereinafter, the technical objects and features of the present invention will be apparent from the description of the accompanying drawings and the embodiments. Looking at the present invention in detail.
도 2a 내지 도 2i는 본 발명의 실시 예에 따른 반도체 소자의 제조 방법을 나타낸다.2A to 2I illustrate a method of manufacturing a semiconductor device according to an embodiment of the present invention.
먼저 도 2a 내지 도 2c에 도시된 바와 같이, 제1 도전형(예컨대, P형) 반도체 기판에 제1 트랜치들(212,214)을 형성하고, 제1 트랜치들(212,214)의 바닥 일부를 식각하여 제2 트랜치들(222,224)을 형성한다. First, as shown in FIGS. 2A to 2C,
먼저 도 2a에 도시된 바와 같이, 반도체 기판(210)에 하드 마스크를 형성하고 하드 마스크를 식각 마스크로 이용하여 반도체 기판(210)을 식각하여 제1 트랜치들(212,214)을 형성한다. First, as shown in FIG. 2A, a hard mask is formed on the
예컨대, 반도체 기판에 산화막(미도시)을 증착하고 증착된 산화막을 포토 및 식각 공정을 수행하여 패터닝하여 하드 마스크를 형성한다. 형성된 하드 마스크를 식각 마스크로 이용하여 반도체 기판(210)을 3000~5000Å 깊이로 식각하여 제1 트랜치들(212,214)을 형성할 수 있다.For example, an oxide film (not shown) is deposited on a semiconductor substrate, and the deposited oxide film is patterned by performing a photo and etching process to form a hard mask. The
다음으로 도 2b에 도시된 바와 같이, 제1 트랜치들(212,214) 각각의 측벽에 스페이서(220)를 형성한다. 예컨대, 제1 트랜치들(212,214)이 형성된 반도체 기판 상에 산화막을 증착한 후, 증착된 산화막을 에치백하여 스페이서(220)를 형성할 수 있다.Next, as shown in FIG. 2B,
다음으로 도 2c에 도시된 바와 같이, 하드 마스크(215) 및 스페이서(220)를 식각 마스크로 이용하여 반도체 기판(210)을 식각하여 제2 트랜치들(222,224)을 형성한다.Next, as shown in FIG. 2C, the
본 발명의 다른 실시 예에서는 제2 트랜치들(222,224)은 상술한 바와 달리 다음과 같이 형성할 수 있다. 도 2a에서 하드 마스크를 이용하여 제1 트랜치들(212, 214)을 형성한 후 하드 마스크를 제거한다. 그리고 제1 트랜치들(212,214)의 측벽에 스페이서를 형성한다. 그리고 포토리쏘그라피 공정을 수행하여 제1 트랜치들(212,214)에 상응하는 개구부를 갖는 포토레지스트 패턴(미도시)을 형성한다. 그리고 포토레지스트 패턴과 스페이서를 식각 마스크로 이용하여 반도체 기판(210)을 식각하여 제2 트랜치들(222,224)을 형성할 수 있다.In another embodiment of the present invention, the
그리고 형성된 제2 트랜치들(222,224)의 표면을 매끄럽게 하기 위하여 And to smooth the surface of the formed
다음으로 도 2d에 도시된 바와 같이, 하드 마스크(215) 및 스페이서(220))를 제거한다. 예컨대, 하드 마스크(215) 및 스페이서를 습식 식각하여 선택적으로 제거할 수 있다. 본 발명의 다른 실시 예에서는 애싱(ashing) 공정을 수행하여 포토레지스트 패턴을 제거한다.Next, as shown in FIG. 2D, the
그리고 제2 트랜치들(222,224) 내부 표면에 게이트 산화막(230)을 형성한다. 그리고 게이트 산화막(230)이 형성된 제2 트랜치들(222,224) 내부를 폴리 실리콘으로 갭필(gap fill)하여 반도체 기판(210) 내에 수직 게이트들(235)을 형성할 수 있 다.The
예컨대, 제2 트랜치들(222,224)이 형성된 반도체 기판(210)에 게이트 산화막(미도시) 및 도핑된 폴리 실리콘(미도시)을 순차적으로 증착한다. 그리고 제2 트랜치들(222,224) 표면까지 증착된 게이트 산화막 및 도핑된 폴리 실리콘을 에치백하여 반도체 기판 표면 및 제2 트랜치들(222,224) 표면을 노출시킨다.For example, a gate oxide film (not shown) and doped polysilicon (not shown) are sequentially deposited on the
다음으로 도 2e에 도시된 바와 같이, 임플란트 공정을 수행하여 노출된 반도체 기판(210) 표면 및 제2 트랜치 표면에 제2 도전형(예컨대, N형) 불순물 영역(240)을 형성한다. 이때 수행되는 임플란트 공정은 소스 영역을 형성하기 위함이다.Next, as shown in FIG. 2E, an implant process is performed to form a second conductivity type (eg, N-type)
다음으로 도 2f에 도시된 바와 같이, 제1 트랜치들(212,214) 내부에 층간 절연막(245)을 갭필한다.Next, as shown in FIG. 2F, an
예컨대, 불순물 영역(240)이 형성된 반도체 기판(210) 상에 층간 절연막을 형성하고, 층간 절연막을 반도체 기판(210)이 노출될 때까지 CMP(Chemical mechanical polishing) 공정에 의하여 평탄화 공정을 수행한다.For example, an interlayer insulating film is formed on the
다음으로 도 2g에 도시된 바와 같이, 포토리쏘그라피 공정을 수행하여 갭필된 층간 절연막(245)을 제외한 반도체 기판(210) 표면을 노출하는 포토레지스트 패턴(250)을 형성한다. 갭필된 층간 절연막에 자기 정렬(self-align)되도록 포토레지스트 패턴을 형성된다. 추후에 진행되는 식각 공정에서 갭필된 층간 절연막(245)의 식각을 방지하기 위하여 포토레지스트 패턴(250)은 갭필된 층간 절연막(245)을 덮는다. Next, as shown in FIG. 2G, the photolithography process is performed to form the
다음으로 도 2h에 도시된 바와 같이, 포토레지스트 패턴(250)을 마스크로 이용하여 불순물 영역(240)이 형성된 반도체 기판(210)을 식각하여 제3 트랜치들(262,262,266)을 형성한다. 층간 절연막(245)을 이용한 자기 정렬(self-align)로 제3 트랜치들(262,262,266)을 형성하므로 인접하는 수직 게이트들 사이의 영역(mesa 영역)을 감소시킬 수 있고, 콘택 영역을 지정하는 포토 오버레이 마진(photo overlay margin) 확보를 위해 일정한 간격을 유지할 필요가 없다.Next, as shown in FIG. 2H, the
예컨대, 불순물 영역(240)을 관통하도록 반도체 기판(210)을 식각하여 제3 트랜치들(262,262,266)을 형성할 수 있다. 제3 트랜치들(262,262,266)의 깊이는 제1 트랜치들(212,214)의 깊이보다는 크고, 제2 트랜치들(222,224)의 깊이보다는 작다.For example, the
제3 트랜치들(262,262,266)이 형성됨에 따라 수직 게이트들(230)에 인접하는 제2 트랜치들(222,224) 하부에는 불순물 영역(240)의 일부가 잔류한다. 이때 잔류하는 불순물 영역(240)의 일부가 소스 영역(240-1)이 된다.As the
그리고 포토레지스트 패턴을 마스크로 이용하여 제2 도전형 불순물 이온을 주입하여 제3 트랜치들 하부에 제2 도전형 바디(예컨대, P type body, 255)를 형성한다. 제1 도전형 바디(255)는 제3 트랜치들(262,262,266) 하부 및 일부 측벽에 인접하는 반도체 기판 내에 형성될 수 있다. 또한 제1 도전형 바디(255)는 소스 영역(240-1)과 인접하여 형성될 수 있다.The second conductive type impurity ions are implanted using the photoresist pattern as a mask to form a second conductive type body (eg, P type body 255) under the third trenches. The first
다음으로 도 2i에 도시된 바와 같이, 애싱 공정을 통하여 포토레지스트 패턴(250)을 제거한다. 그리고 제3 트랜치들(262,262,266)을 매립하도록 반도체 기 판(210) 상에 장벽 금속막(미도시) 및 금속 물질(270)을 형성한다.. 이때 금속 물질은 알루미늄일 수 있다. Next, as shown in FIG. 2I, the
본 발명의 실시 예에 따른 반도체 소자의 제조 방법은 소자 자체 온 저항을 감소할 수 있는 구조이어서 도전 손실(Conduction loss)을 감소시킬 수 있으며, 마스크 스탭(Mask step) 증가가 없으며, 콘택 산화막에 대한 식각이 불필요하므로 공정의 단순화가 가능하다. 또한 층간 절연막 평탄화 기술을 통해 구조 단차를 없앨 수 있어 금속 증착시 유리하다.The method of manufacturing a semiconductor device according to an embodiment of the present invention is a structure that can reduce the on-resistance of the device itself, thereby reducing the conduction loss, there is no increase in the mask step, and the contact oxide film No etching is required, which simplifies the process. In addition, the structure step can be eliminated through the interlayer insulating film planarization technology, which is advantageous for metal deposition.
이상에서 설명한 본 발명은 상술한 실시 예 및 첨부된 도면에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이 본 발명이 속하는 기술분야에서 종래의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다. 따라서, 본 발명의 기술적 범위는 명세서의 상세한 설명에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허 청구의 범위에 의해 정하여져야만 할 것이다.It will be apparent to those skilled in the art that various modifications and variations can be made in the present invention without departing from the spirit or scope of the invention. Will be clear to those who have knowledge of. Therefore, the technical scope of the present invention should not be limited to the contents described in the detailed description of the specification but should be defined by the claims.
도 1은 일반적인 수직 트랜치 게이트 트랜지스터의 단면도를 나타낸다. 1 illustrates a cross-sectional view of a typical vertical trench gate transistor.
도 2a 내지 도 2i는 본 발명의 실시 예에 따른 반도체 소자의 제조 방법을 나타낸다.2A to 2I illustrate a method of manufacturing a semiconductor device according to an embodiment of the present invention.
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2009
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CN110600472A (en) * | 2018-05-23 | 2019-12-20 | 三星电子株式会社 | Integrated circuit device and method of manufacturing the same |
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