KR20180118085A - Semiconductor Device having a power metal-oxide-silicon transistor - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 전력 MOS 트랜지스터를 포함하는 반도체 소자에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 발열량을 최소화하고, 신뢰성을 향상시킬 수 있는 전력 MOS 트랜지스터를 포함하는 반도체 소자에 관한 것이다. The present invention relates to a semiconductor device including a power MOS transistor, and more particularly to a semiconductor device including a power MOS transistor capable of minimizing a heat generation amount and improving reliability.
전자 산업의 비약적인 발전 및 사용자의 요구에 따라 전자기기는 더욱 더 소형화 및 경량화되고, 다기능화되고 있다. 이에 따라서 별도의 소자(칩)으로 형성되던 전력 MOS 트랜지스터를 전력 제어용 직접 회로에 함께 형성해야 할 필요성이 증가되고 있다. Electronic devices are becoming smaller, lighter, and more versatile according to the rapid development of the electronic industry and the demands of users. Accordingly, there is an increasing need to form a power MOS transistor, which is formed of a separate element (chip), in a power control integrated circuit.
그러나 별도의 소자(칩)로 형성되는 기존 전력 MOS 트랜지스터의 구조는 집적회로에 적용할 경우 신뢰성이 저하될 수 있고, 집적회로에 전력 MOS 트랜지스터를 함께 형성할 경우 발열로 인한 다른 개별 소자들의 신뢰성에도 영향을 미칠 수 있는 문제가 있다. However, the structure of a conventional power MOS transistor formed by a separate element (chip) may be deteriorated in reliability when applied to an integrated circuit, and when a power MOS transistor is formed in an integrated circuit together with reliability of other individual elements due to heat generation There is a problem that can affect.
본 발명의 기술적 과제는 상기 문제점을 해결하고자, 발열량을 최소화하고, 신뢰성을 향상시킬 수 있는 전력 MOS 트랜지스터를 포함하는 반도체 소자를 제공하는 데에 있다. SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above problems, and it is an object of the present invention to provide a semiconductor device including a power MOS transistor capable of minimizing heat generation and improving reliability.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명은 다음과 같은 전력 MOS 트랜지스터를 포함하는 반도체 소자를 제공한다. 본 발명의 일 실시 예에 따른 전력 MOS 트랜지스터를 포함하는 반도체 소자는 제1 전도성을 가지는 불순물 영역이 형성된 반도체 기판, 상기 불순물 영역 내에 형성되며 상기 제1 전도성을 가지는 드리프트 영역, 상기 드리프트 영역에 인접하도록 상기 불순물 영역 내에 형성되며, 상기 제1 전도성과 다른 제2 전도성을 가지는 바디 영역, 상기 드리프트 영역 상에 형성되는 드레인 확장 절연막, 상기 바디 영역의 일부 및 상기 드리프트 영역의 일부 상에 걸치도록, 상기 반도체 기판 상에 순차적으로 적층되는 게이트 절연막 및 게이트 전극, 상기 드레인 확장 절연막 상에 형성되는 드레인 확장 전극, 상기 드리프트 영역 내의 상기 바디 영역에 대한 반대 일측과 접하며, 상기 제1 전도성을 가지는 드레인 영역 및 상기 바디 영역 내에 형성되며, 상기 제2 전도성을 가지는 소스 영역을 포함한다. According to an aspect of the present invention, there is provided a semiconductor device including a power MOS transistor. A semiconductor device including a power MOS transistor according to an embodiment of the present invention includes a semiconductor substrate on which an impurity region having a first conductivity is formed, a drift region formed in the impurity region and having the first conductivity, A drain region formed in the impurity region and having a second conductivity different from the first conductivity, a drain extension insulating film formed on the drift region, a portion of the body region, and a portion of the drift region, A drain extension electrode formed on the drain extension insulating film; a gate electrode formed on the substrate, the drain extension electrode being in contact with an opposite side to the body region in the drift region, the drain region having the first conductivity, Region, and the second preform It includes a source region having a castle.
상기 드리프트 영역은 상면의 일부분에 적어도 하나의 리세스 영역이 형성되고, 상기 드레인 확장 절연막은 적어도 하나의 상기 리세스 영역을 채우도록 형성되는 STI(Shallow Trench Insulator)일 수 있다. At least one recess region may be formed in a part of the upper surface of the drift region, and the drain extension insulating film may be a shallow trench insulator (STI) formed to fill at least one of the recess regions.
상기 반도체 기판 상에 형성되는 배선 라인을 더 포함하며, 상기 드레인 확장 전극은 상기 배선 라인과 전기적으로 연결되는 콘택 플러그 형태일 수 있다. And a wiring line formed on the semiconductor substrate, wherein the drain extension electrode is in the form of a contact plug electrically connected to the wiring line.
상기 드레인 확장 전극과 상기 소스 영역에 공통 바이어스(common bias)가 제공되도록, 상기 배선 라인과 상기 소스 영역을 전기적으로 연결하는 소스 콘택 플러그를 더 포함할 수 있다. And a source contact plug electrically connecting the wiring line and the source region so that a common bias is provided to the drain extension electrode and the source region.
상기 바디 영역 내에 형성되며, 상기 제2 전도성을 가지는 바디 콘택 영역을 더 포함하며, 상기 드레인 확장 전극과 상기 바디 콘택 영역에 공통 바이어스(common bias)가 제공되도록, 상기 배선 라인과 상기 바디 콘택 영역을 전기적으로 연결하는 바디 콘택 플러그를 더 포함할 수 있다. And a body contact region formed in the body region and having the second conductivity, wherein the drain extension electrode and the body contact region are provided with a common bias, And may further include a body contact plug electrically connected thereto.
상기 바디 영역, 상기 드리프트 영역 및 상기 드레인 영역은 제1 방향을 따라서 배치되며, 상기 드레인 확장 절연막은 상기 제1 방향을 따라서 연장되며, 상기 반도체 기판에 대하여 수평 단면이 바 형상일 수 있다. The body region, the drift region and the drain region may be disposed along a first direction, the drain extension insulating film may extend along the first direction, and a horizontal cross section may be formed in a bar shape with respect to the semiconductor substrate.
상기 드레인 확장 절연막은 서로 이격되는 복수개일 수 있다. The drain extension insulating film may be a plurality of spaced-apart drain extension insulation films.
복수개의 상기 드레인 확장 절연막은, 상기 제1 방향과 다른 상기 제2 방향을 따라서 배열될 수 있다. The plurality of drain extension insulating films may be arranged along the second direction different from the first direction.
상기 게이트 전극 및 상기 드레인 확장 전극은 서로 전기적으로 연결되도록일체로 형성될 수 있다. The gate electrode and the drain extension electrode may be integrally formed to be electrically connected to each other.
상기 드레인 확장 전극은 상기 게이트 전극으로부터 복수개의 상기 드레인 확장 절연막 상으로 상기 제1 방향을 따라서 각각 연장되는 핑거 형상일 수 있다. The drain extension electrode may be in the form of a finger extending from the gate electrode onto the plurality of drain extension insulating films along the first direction.
상기 제1 방향측의 상기 드레인 확장 전극의 일단의 일부분은 도핑안된(undoped) 폴리실리콘이고 나머지 부분은 도핑된 폴리실리콘이거나, 상기 드레인 확장 전극의 일단의 일부분과 나머지 부분이 서로 다른 전도성을 가지는 도핑된 폴리실리콘일 수 있다. Wherein a portion of one end of the drain extension electrode on the first direction side is undoped polysilicon and the other portion is doped polysilicon or a portion of one end of the drain extension electrode and the remaining portion of the drain extension electrode are doped with different conductivity Lt; / RTI > polysilicon.
상기 반도체 기판 내의 불순물 영역 하부에 형성되며, 상기 불순물 영역보다 높은 캐리어 농도를 가지는 배리어 영역을 더 포함할 수 있다. And a barrier region formed below the impurity region in the semiconductor substrate and having a higher carrier concentration than the impurity region.
상기 드리프트 영역은 상기 불순물 영역보다 높은 캐리어 농도를 가질 수 있다. The drift region may have a higher carrier concentration than the impurity region.
본 발명의 일 실시 예에 따른 전력 MOS 트랜지스터를 포함하는 반도체 소자는 제1 전도성을 가지는 불순물 영역이 형성된 반도체 기판, 상기 불순물 영역 내에 형성되는 상기 제1 전도성을 가지는 드리프트 영역, 상기 드리프트 영역에 인접하도록 상기 불순물 영역 내에 형성되며, 상기 제1 전도성과 다른 제2 전도성을 가지는 바디 영역, 상기 드리프트 영역의 상면의 형성되며, 바디 영역에서 드레인 영역을 향하는 제1 방향을 따라서 연장되고, 상기 제1 방향과 다른 상기 제2 방향을 따라서 이격되도록 배열되는 복수의 리세스 영역, 상기 바디 영역 내에 형성되며, 상기 제2 전도성을 가지는 소스 영역, 상기 드리프트 영역 내의 상기 바디 영역에 대한 반대 일측과 접하며, 상기 제1 전도성을 가지는 드레인 영역, 복수의 상기 리세스 영역을 채우는 복수의 드레인 확장 절연막, 상기 바디 영역의 일부 및 상기 드리프트 영역의 일부 상에 걸치도록, 상기 반도체 기판 상에 순차적으로 적층되는 게이트 절연막 및 게이트 전극 및 복수의 상기 드레인 확장 절연막 상에 각각 형성되는 복수의 드레인 확장 전극을 포함하되, 복수의 상기 드레인 확장 절연막들 각각의 사이의 상기 드리프트 영역의 부분과 복수의 상기 드레인 확장 절연막들 하부의 상기 드리프트 영역의 부분을 통하여 전류 흐름 경로가 형성될 수 있다. A semiconductor device including a power MOS transistor according to an embodiment of the present invention includes a semiconductor substrate on which an impurity region having a first conductivity is formed, a drift region having the first conductivity formed in the impurity region, A body region formed in the impurity region, the body region having a second conductivity different from the first conductivity, formed on an upper surface of the drift region, extending along a first direction from the body region toward the drain region, A plurality of recessed regions formed in the body region and arranged to be spaced apart from each other in the second direction, a source region having the second conductivity, an opposite side to the body region in the drift region, A drain region having conductivity, a plurality of drain regions filling the plurality of recess regions Drain extension insulating film, a gate insulating film and a gate electrode sequentially stacked on the semiconductor substrate so as to extend over a part of the body region and a portion of the drift region, and a plurality of drain extensions A current flow path may be formed through a portion of the drift region between each of the plurality of drain extension insulating films and a portion of the drift region below the plurality of drain extension insulating films.
상기 게이트 전극과 상기 드레인 확장 절연막은 상기 제1 방향을 따라서 이격되도록 배치될 수 있다. The gate electrode and the drain extension insulating film may be spaced apart from each other in the first direction.
본 발명에 따른 전력 MOS 트랜지스터를 포함하는 반도체 소자는 LDMOS와 DEMOS의 하이브리드 형태를 가지므로, LDMOS와 DEMOS의 장점을 모두 가질 수 있다. 따라서 반도체 소자에 형성되는 전력 MOS 트랜지스터는 전류 흐름 경로가 증가하여 드레인 영역과 소스 영역사이에 동작 저항(RDSon)이 낮아지므로, 고전압을 사용하는 경우에도 발열량을 최소화할 수 있다. 또한 드레인 영역과 소스 영역 사이에 걸리는 전기장은 드리프트 확산 절연막들의 사이와 아래의 드리프트 영역으로 분산되므로 높은 항복 전압을 가질 수 있다. 따라서 반도체 소자의 신뢰성을 향상시킬 수 있다. Since the semiconductor device including the power MOS transistor according to the present invention has a hybrid form of LDMOS and DEMOS, it can have both the advantages of LDMOS and DEMOS. Therefore, the power MOS transistor formed in the semiconductor device increases the current flow path and lowers the operating resistance R DSon between the drain region and the source region, so that the calorific power can be minimized even when a high voltage is used. Further, the electric field applied between the drain region and the source region is dispersed into the drift region between and below the drift diffusion insulating films, so that it can have a high breakdown voltage. Therefore, the reliability of the semiconductor device can be improved.
따라서 전력 제어용 직접 회로와 전력 MOS 트랜지스터를 함께 포함하는 반도체 소자에 있어서, 칩 크기를 줄이고, 칩 내에서 일어나는 전력 손실을 최소화하여 전력 효율을 높일 수 있다. Therefore, in a semiconductor device including a power control integrated circuit and a power MOS transistor together, it is possible to reduce the chip size, minimize the power loss occurring in the chip, and increase the power efficiency.
도 1 내지 도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 전력 MOS 트랜지스터를 포함하는 반도체 소자의 평면도 및 단면도들이다.
도 4 및 도 5는 본 발명의 일 실시 예의 변형에 따른 전력 MOS 트랜지스터를 포함하는 반도체 소자의 평면도 및 단면도이다.
도 6 내지 도 8은 본 발명의 다른 실시 예의 변형에 따른 전력 MOS 트랜지스터를 포함하는 반도체 소자의 평면도 및 단면도이다.
도 9는 본 발명의 일 실시 예에 따른 반도체 기판을 준비하는 단계를 나타내는 단면도이다.
도 10은 본 발명의 일 실시 예에 따른 배리어 영역을 형성하는 단계를 나타내는 단면도이다.
도 11은 본 발명의 일 실시 예에 따른 불순물 영역을 형성하는 단계를 나타내는 단면도이다.
도 12는 본 발명의 일 실시 예에 따른 바디 영역과 드리프트 영역을 형성하는 단계를 나타내는 단면도이다.
도 13 및 도 14는 본 발명의 일 실시 예에 따른 바디 콘택 영역, 소스 영역, 드레인 영역 및 드레인 확장 절연막을 형성하는 단계를 나타내는 평면도 및 단면도이다.
도 15 및 도 16은 본 발명의 일 실시 예에 따른 게이트 전극 및 드레인 확장 전극을 형성하는 단계를 나타내는 평면도 및 단면도이다.
도 17 및 도 18은 본 발명의 일 실시 예에 변형에 따른 게이트 전극 및 드레인 확장 전극을 형성하는 단계를 나타내는 평면도 및 단면도이다.
도 19 및 도 20은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 게이트 전극을 형성하는 단계를 나타내는 평면도 및 단면도이다. 1 to 3 are a plan view and a cross-sectional view of a semiconductor device including a power MOS transistor according to an embodiment of the present invention.
4 and 5 are a top view and a cross-sectional view of a semiconductor device including a power MOS transistor according to a modification of an embodiment of the present invention.
6 to 8 are a plan view and a cross-sectional view of a semiconductor device including a power MOS transistor according to a modification of another embodiment of the present invention.
9 is a cross-sectional view illustrating a step of preparing a semiconductor substrate according to an embodiment of the present invention.
10 is a cross-sectional view illustrating a step of forming a barrier region according to an embodiment of the present invention.
11 is a cross-sectional view illustrating a step of forming an impurity region according to an embodiment of the present invention.
12 is a cross-sectional view illustrating a step of forming a body region and a drift region according to an embodiment of the present invention.
13 and 14 are a plan view and a cross-sectional view illustrating a step of forming a body contact region, a source region, a drain region, and a drain extension insulating film according to an embodiment of the present invention.
15 and 16 are a plan view and a cross-sectional view illustrating a step of forming a gate electrode and a drain extension electrode according to an embodiment of the present invention.
17 and 18 are a plan view and a cross-sectional view illustrating a step of forming a gate electrode and a drain extension electrode according to an embodiment of the present invention.
19 and 20 are a plan view and a cross-sectional view illustrating a step of forming a gate electrode according to another embodiment of the present invention.
본 발명의 구성 및 효과를 충분히 이해하기 위하여, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예들을 설명한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예들에 한정되는 것이 아니라, 여러 가지 형태로 구현될 수 있고 다양한 변경을 가할 수 있다. 단지, 본 실시 예들에 대한 설명은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위하여 제공되는 것이다. 첨부된 도면에서 구성 요소들은 설명의 편의를 위하여 그 크기가 실제보다 확대하여 도시한 것이며, 각 구성 요소의 비율은 과장되거나 축소될 수 있다. In order to fully understand the structure and effects of the present invention, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. The present invention may, however, be embodied in many different forms and should not be construed as limited to the embodiments set forth herein. It should be understood, however, that the description of the embodiments is provided to enable the disclosure of the invention to be complete, and will fully convey the scope of the invention to those skilled in the art to which the present invention pertains. In the accompanying drawings, the constituent elements are shown enlarged for the sake of convenience of explanation, and the proportions of the constituent elements may be exaggerated or reduced.
어떤 구성 요소가 다른 구성 요소에 "상에" 있다거나 "접하여" 있다고 기재된 경우, 다른 구성 요소에 상에 직접 맞닿아 있거나 또는 연결되어 있을 수 있지만, 중간에 또 다른 구성 요소가 존재할 수 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면, 어떤 구성 요소가 다른 구성 요소의 "바로 위에" 있다거나 "직접 접하여" 있다고 기재된 경우에는, 중간에 또 다른 구성 요소가 존재하지 않는 것으로 이해될 수 있다. 구성 요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 예를 들면, "~사이에"와 "직접 ~사이에" 등도 마찬가지로 해석될 수 있다. It is to be understood that when an element is referred to as being "on" or "tangent" to another element, it is to be understood that other elements may directly contact or be connected to the image, something to do. On the other hand, when an element is described as being "directly on" or "directly adjacent" another element, it can be understood that there is no other element in between. Other expressions that describe the relationship between components, for example, "between" and "directly between"
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용될 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. The terms first, second, etc. may be used to describe various elements, but the elements should not be limited by the terms. The terms may only be used for the purpose of distinguishing one element from another. For example, without departing from the scope of the present invention, the first component may be referred to as a second component, and similarly, the second component may also be referred to as a first component.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 표현하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. "포함한다" 또는 "가진다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하기 위한 것으로, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들이 부가될 수 있는 것으로 해석될 수 있다. The singular forms "a", "an" and "the" include plural referents unless the context clearly dictates otherwise. The word "comprising" or "having ", when used in this specification, is intended to specify the presence of stated features, integers, steps, operations, elements, A step, an operation, an element, a part, or a combination thereof.
본 발명의 실시예들에서 사용되는 용어들은 다르게 정의되지 않는 한, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 통상적으로 알려진 의미로 해석될 수 있다.The terms used in the embodiments of the present invention may be construed as commonly known to those skilled in the art unless otherwise defined.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예를 설명함으로써 본 발명을 상세히 설명한다. Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the embodiments of the present invention with reference to the accompanying drawings.
도 1 내지 도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 전력 MOS 트랜지스터를 포함하는 반도체 소자의 평면도 및 단면도들이다. 구체적으로 도 2 및 도 3은 각각 도 1의 II-II 및 III-III을 따라서 절단한 단면도이다. 단, 도 1의 평면도에는 도 2의 배선 라인(600)이 생략되어 있다. 1 to 3 are a plan view and a cross-sectional view of a semiconductor device including a power MOS transistor according to an embodiment of the present invention. 2 and 3 are cross-sectional views taken along II-II and III-III in Fig. 1, respectively. However, the
도 1 내지 도 3을 함께 참조하면, 전력 MOS 트랜지스터를 포함하는 반도체 소자(1)는 반도체 기판(100)에 제1 전도성을 가지는 불순물 영역(140)이 형성되며, 불순물 영역(140) 내에는 상기 제1 전도성과 다른 제2 전도성을 가지는 바디 영역(220) 및 상기 제1 전도성을 가지는 드리프트 영역(240)이 형성될 수 있다. 바디 영역(220)과 드리프트 영역(240)은 불순물 영역(140)에 의하여 이격된 것으로 도시되었으나, 바디 영역(220)과 드리프트 영역(240)은 직접 접할 수도 있다. 1 to 3, a
반도체 기판(100)과 불순물 영역(140)의 사이, 또는 불순물 영역(140)과 접하는 반도체 기판(100)의 상면 일부분에는 배리어 영역(120)이 더 형성될 수 있다. 배리어 영역(120)은 반도체 기판(100) 및/또는 불순물 영역(140)보다 높은 캐리어 농도를 가질 수 있다. 배리어 영역(120)은 상기 제2 전도성 또는 상기 제1 전도성을 가질 수 있다. A
바디 영역(220) 내, 즉 바디 영역(220)의 상면으로부터 일부분에는 상기 제2 전도성을 가지는 소스 영역(340)이 형성될 수 있다. 또한 바디 영역(220) 내, 즉 바디 영역(220)의 상면으로부터 일부분에는 상기 제1 전도성을 가지는 바디 콘택 영역(320)이 형성될 수 있다. 바디 콘택 영역(320)과 소스 영역(340)은 서로 접하도록 형성되거나, 서로 이격되도록 형성될 수 있다. A
또한 드리프트 영역(240)의 바디 영역(220)에 대한 반대 일측과 접하도록 상기 제2 전도성을 가지는 드레인 영역(360)이 형성될 수 있다. 드레인 영역(360)은 드리프트 영역(240) 내에 형성되거나, 드리프트 영역(240)과 접하도록 형성되거나, 드리프트 영역(240)과 불순물 영역(140)에 걸치도록 형성될 수 있다. 즉 드레인 영역(360)은 드리프트 영역(240) 및/또는 불순물 영역(140)의 상면으로부터 일부분에 형성될 수 있다. The
드리프트 영역(240) 상에는 드레인 확장 절연막(300)이 형성될 수 있다. 드레인 확장 절연막(300)은 드리프트 영역(240)의 상면의 일부분에 형성된 하나 이상의 리세스 영역(245)을 채우도록 형성되는 STI(Shallow Trench Insulator)일 수 있다. 드레인 확장 절연막(300)은 그 모서리를 라운딩할 수 있다. 또한 드레인 확장 절연막(300)은 깊이가 증가할수록 수평 단면적이 점차적으로 감소되도록 할 수 있다. A drain
게이트 전극(410)은 바디 영역(220)의 일부 및 드리프트 영역(240)의 일부에 걸치도록, 반도체 기판(100) 상에 형성될 수 있다. 게이트 전극(410)은 바디 영역(220) 상으로부터 드리프트 영역(240) 상으로 연장되도록 형성될 수 있다. 드레인 확장 전극(412)은 게이트 전극(410)으로부터 연장되어 드레인 확장 절연막(300) 상에 형성될 수 있다. 게이트 전극(410)과 드레인 확장 전극(412)은 일체로 형성된 확장 게이트 전극(414)일 수 있다. 즉, 반도체 기판(100)을 덮는 도전물질을 형성한 후 패터닝하여, 게이트 전극(410)과 드레인 확장 전극(412)을 형성할 수 있다. 이 경우, 게이트 전극(410)은 확장 게이트 전극(414) 중 제2 방향(y 방향)을 따라서 연장되는 부분이고, 드레인 확장 전극(412)은 게이트 전극(410)으로부터 제1 방향(x 방향)을 따라서 연장되는 핑거 형상의 부분일 수 있다. 이 경우 드레인 확장 전극(412)은 드리프트 영역(240)의 일부 및 드레인 확장 절연막(300)의 일부 상에 걸치도록 형성될 수 있다. 게이트 전극(410)은 선택적으로 소스 영역(340) 상에 걸치도록 형성될 수 있다. 제1 방향(x 방향)과 제2 방향(y 방향)은 다른 방향이며, 예를 들면 수직 방향일 수 있다. The
확장 게이트 전극(414)은 게이트 전극(410)과 드레인 확장 전극(412)의 연결 부분이 라운딩되도록 하여, 전기장을 분산시킬 수 있다. 또한 게이트 전극(410)으로부터 먼 드레인 확장 전극(412)의 일단 부분에서, 확장 게이트 전극(414)의 연장되는 폭이 좁아지도록 하여, 전기장을 분산시킬 수 있다. 이와 같이 확장 게이트 전극(414)의 형상은 전기장이 집중되는 것을 방지하기 위하여 연장되는 폭의 조절, 모서리의 라운딩 처리들을 적용하여 최적화시킬 수 있다. The
또한, 확장 게이트 전극(414)의 연장되는 폭이 좁아진 부분의 길이가 모두 동일한 것으로 도시되었으나, 한 개의 전력 MOS 트랜지스터에서 게이트 전극(410)으로부터 연장되는 확장 게이트 전극(414)가 복수개일 경우, 복수개의 확장 게이트 전극(414)의 연장되는 폭이 좁아진 부분의 길이는 각각 다르거나, 일부만 다르게 형성할 수 있다. In addition, although the extended portions of the
게이트 전극(410)의 하부에는 게이트 절연막(400)이 형성될 수 있다. 즉, 게이트 절연막(400) 및 게이트 전극(410)은 반도체 기판(100) 상에 순차적으로 적층될 수 있다. 게이트 절연막(400)은 드레인 확장 전극(412)의 하부에도 형성될 수 있다. 즉, 반도체 기판(100) 상에 예비 게이트 절연막 및 도전물질을 형성한 후 패터닝하여 게이트 절연막(400) 및 확장 게이트 전극(414)을 형성할 수 있다. 도 2에는 드레인 확장 절연막(300) 상에도 게이트 절연막(400)이 형성된 것으로 도시되었으나, 이에 한정되지는 않는다. 게이트 절연막(400)을 증착 방법으로 형성하는 경우, 게이트 절연막(400)은 드레인 확장 절연막(300) 상에도 형성될 수 있다. 그러나, 게이트 절연막(400)을 열산화 방법으로 형성하는 경우, 게이트 절연막(400)은 드레인 확장 절연막(300) 상에는 형성되지 않을 수 있다. 또한 게이트 절연막(400)이 드레인 확장 절연막(300) 상에 형성된 경우에도, 동일 또는 유사한 물질로 이루어진 경우에는 게이트 절연막(400)과 드레인 확장 절연막(300)이 구분되지 않고 일체로 보일 수도 있다. A
드레인 확장 절연막(300)은 제1 방향(x 방향)을 따라서 연장되며, 반도체 기판(100)에 대한 수평 단면이 바(bar) 형상일 수 있다. 드레인 확장 절연막(300)은 서로 이격되는 복수개일 수 있다. 드레인 확장 절연막(300)이 복수개인 경우, 복수개의 드레인 확장 절연막(300)들은 제2 방향(y 방향)을 따라서 배열될 수 있다. Drain
드레인 확장 전극(412)은 게이트 전극(410)으로부터 연장되여, 바 형상의 드레인 확장 절연막(300)의 일변 상을 걸쳐며 드레인 확장 절연막(300) 상으로 연장될 수 있다. 드레인 확장 전극(412)은 바 형상의 드레인 확장 절연막(300)의 네변 중, 바디 영역(220)을 향하는 일변 상에만 걸치고, 나머지 세변 상에는 걸치지 않도록 이들 세변 상으로부터 이격되도록 형성될 수 있다. 따라서 게이트 전극(410)은 드레인 확장 절연막(300) 상으로부터 이격되게 형성될 수 있다. 특히 드리프트 영역(240) 중 복수의 드레인 확장 절연막(300)들 각각의 사이 부분 상에는 게이트 전극(410)이 형성되지 않도록, 게이트 전극(410)은 드리프트 영역(240) 중 복수의 드레인 확장 절연막(300)들 각각의 사이 부분 상으로부터 이격되도록 형성될 수 있다. The
소스 영역(340), 바디 영역(220), 드레인 영역(360), 게이트 전극(410)은 전력 MOS 트랜지스터를 구성할 수 있다. 또한 소스 영역(340), 바디 영역(220), 드레인 영역(360), 게이트 전극(410)과 함께 드리프트 영역(240) 및 드레인 확장 전극(412)이 전력 MOS 트랜지스터를 구성할 수 있으며, 이 경우, 드리프트 영역(240)은 드레인 영역(360)을 확장(extend)시키는 역할을 할 수 있다. The
바디 콘택 영역(320), 소스 영역(340) 및 드레인 영역(360) 상에는 각각 바디 콘택 플러그(520), 소스 콘택 플러그(540) 및 드레인 콘택 플러그(560)가 형성될 수 있다. 바디 콘택 플러그(520), 소스 콘택 플러그(540) 및 드레인 콘택 플러그(560)는 바디 콘택 영역(320), 소스 영역(340) 및 드레인 영역(360)이 형성된 반도체 기판(100) 상에 층간 절연층을 형성하고 바디 콘택 영역(320), 소스 영역(340) 및 드레인 영역(360) 각각의 일부분을 노출시키는 콘택 홀들을 형성한 후, 상기 콘택 홀들을 도전 물질로 채워서 형성할 수 있다. 바디 콘택 플러그(520), 소스 콘택 플러그(540) 및 드레인 콘택 플러그(560)는 서로 같은 높이를 가지거나, 일부 또는 전부가 다른 높이를 가질 수 있다. 바디 콘택 플러그(520), 소스 콘택 플러그(540) 및 드레인 콘택 플러그(560)의 일부 또는 전부가 다른 높이를 가지는 경우, 상기 층간 절연층은 복수개일 수 있으며, 상기 콘택 홀들은 복수개의 상기 층간 절연층 중 일부 또는 전부를 관통하도록 형성할 수 있다. A
바디 콘택 플러그(520)과 소스 콘택 플러그(540) 상에는 배선 라인(600)이 형성될 수 있다. 배선 라인(600)은 바디 콘택 플러그(520) 및 소스 콘택 플러그(540)와 전기적으로 연결되어, 바디 콘택 플러그(520)과 전기적으로 연결되는 바디 콘택 영역(320)과 소스 콘택 플러그(540)와 전기적으로 연결되는 소스 영역(340)에 공통 바이어스(common bias)를 가할 수 있다. 선택적으로 바디 콘택 플러그(520) 및 소스 콘택 플러그(540)은 서로 다른 배선 라인(600)과 전기적으로 연결되어, 바디 콘택 영역(320)과 소스 영역(340)에는 별도의 바이어스를 가할 수 있다. A
상기 제1 전도성은 n형 또는 p형일 수 있고, 상기 제2 전도성은 p형 또는 n형일 수 있다. 상기 제1 전도성이 n형이고, 상기 제2 전도성이 p형인 경우, 반도체 소자(1)에 형성되는 상기 전력 MOS 트랜지스터는 n형 전력 MOS 트랜지스터일 수 있다. 상기 제1 전도성이 p형이고, 상기 제2 전도성이 n형인 경우, 반도체 소자(1)에 형성되는 상기 전력 MOS 트랜지스터는 p형 전력 MOS 트랜지스터일 수 있다. The first conductivity may be n-type or p-type, and the second conductivity may be p-type or n-type. When the first conductivity is the n-type and the second conductivity is the p-type, the power MOS transistor formed in the
게이트 전극(410) 및 드레인 확장 전극(412)은 도핑안된(undoped) 폴리실리콘이나 도핑된 폴리실리콘으로 이루어질 수 있다. 게이트 전극(410) 및 드레인 확장 전극(412)이 도핑된 폴리실리콘인 경우 n형(n+ 또는 n-) 또는 p형(p+ 또는 p-) 불순물로 도핑될 수 있다. The
예를 들어, 반도체 소자(1)에 형성되는 상기 전력 MOS 트랜지스터는 n형 전력 MOS 트랜지스터인 경우, 반도체 기판(100)이 p형이고 약 1015/㎤의 캐리어 농도를 가질 수 있고, 배리어 영역(120)은 p형 또는 n형이고 약 1019/㎤ 또는 그 이상의 캐리어 농도를 가질 수 있다. 불순물 영역(140)은 n형이고 약 1015/㎤의 캐리어 농도를 가질 수 있고, 드리프트 영역(240)은 n형이고 약 1016/㎤ 또는 그 이하의 캐리어 농도를 가질 수 있고, 바디 영역(220)은 p형이고 약 1017/㎤ 내지 1018/㎤의 캐리어 농도를 가질 수 있다. 바디 콘택 영역(320), 소스 영역(340), 드레인 영역(360)은 각각 p형, n형, n형이고, 약 1019/㎤ 또는 그 이상의 캐리어 농도를 가질 수 있다. For example, when the power MOS transistor formed in the
게이트 전극(410) 및 드레인 확장 전극(412)에 음의 바이어스가 가해지면, 드리프트 영역(240)에는 공핍이 일어나서, 드레인 영역(360)이 확장되는 효과를 볼 수 있다. 따라서, 반도체 소자(1)에 형성되는 상기 전력 MOS 트랜지스터는 드리프트 확산 절연막(300)들 하부의 드리프트 영역(240)의 하측부를 통하여 흐르는 제1 전류 흐름 경로(I1)와 함께, 드리프트 확산 절연막(300)들 각각의 사이의 드리프트 영역(240)의 상측부를 통하여 흐르는 제2 전류 흐름 경로(I2)이 형성될 수 있다. 제1 전류 흐름 경로(I1)만을 살펴보면, 반도체 소자(1)에 형성되는 상기 전력 MOS 트랜지스터는 LDMOS(Laterally diffused Metal-Oxide-Semiconductor)와 유사하게 동작할 수 있고, 제2 전류 흐름 경로(I2)만을 살펴보면, 반도체 소자(1)에 형성되는 상기 전력 MOS 트랜지스터는 DEMOS(Drain-extended Metal-Oxide-Semiconductor)와 유사하게 동작할 수 있다. 따라서 본 발명의 실시 예에 따른 반도체 소자(1)에 형성되는 상기 전력 MOS 트랜지스터는 LDMOS와 DEMOS의 하이브리드 형태를 가지므로, LDMOS와 DEMOS의 장점을 모두 가질 수 있다. 즉, 본 발명의 실시 예에 따른 반도체 소자(1)에 형성되는 상기 전력 MOS 트랜지스터는 전류 흐름 경로가 증가하여 드레인 영역(360)과 소스 영역(340)사이에 동작 저항(RDSon)이 낮아지므로, 고전압을 사용하는 경우에도 발열량을 최소화할 수 있다. 또한 드레인 영역(360)과 소스 영역(340) 사이에 걸리는 전기장은 드리프트 확산 절연막(300)들의 사이와 아래의 드리프트 영역(240)으로 분산되므로 높은 항복 전압을 가질 수 있으므로, 반도체 소자(1)의 신뢰성을 향상시킬 수 있다. When a negative bias is applied to the
예를 들어, 반도체 소자(1)에 형성되는 상기 전력 MOS 트랜지스터는 p형 전력 MOS 트랜지스터인 경우, 각 구성 요소들의 전도성을 n형 전력 MOS 트랜지스터의 경우와 반대로 선택하여 형성할 수 있다. For example, when the power MOS transistor formed in the
또한 게이트 전극(410)을 드레인 확장 절연막(300) 상으로부터 이격되게 형성하여, 드레인 확장 절연막(300)들 각각의 사이에 위치하는 드리프트 영역(240)의 부분 상에 게이트 전극(410)으로 인하여 전기장이 집중되는 것을 방지할 수 있기 때문에, 항복 전압이 높게 유지될 수 있도록 할 수 있다. The
따라서 전력 제어용 직접 회로와 전력 MOS 트랜지스터를 함께 포함하는 반도체 소자(1)를 형성하여 칩 크기를 줄이고, 칩 내에서 일어나는 전력 손실을 최소화하여 전력 효율을 높일 수 있다. Therefore, the
도 4 및 도 5는 본 발명의 일 실시 예의 변형에 따른 전력 MOS 트랜지스터를 포함하는 반도체 소자의 평면도 및 단면도이다. 구체적으로 도 5는 도 4의 V-V를 따라서 절단한 단면도이다. 단, 도 4의 평면도에는 도 5의 배선 라인(600)이 생략되어 있다. 도 4 및 도 5와 관련된 내용 중, 드레인 확장 전극을 제외한 내용은 도 1 내지 도 3과 동일하므로 생략될 수 있다. 4 and 5 are a top view and a cross-sectional view of a semiconductor device including a power MOS transistor according to a modification of an embodiment of the present invention. 5 is a cross-sectional view taken along line V-V of Fig. However, the
도 4 및 도 5를 함께 참조하면, 전력 MOS 트랜지스터를 포함하는 반도체 소자(2)는 게이트 전극(410)과 드레인 확장 전극(412a)으로 이루어지는 확장 게이트 전극(414a)을 포함한다. 드레인 확장 전극(412a)은 제1 드레인 확장 전극(416a) 및 제2 드레인 확장 전극(416b)으로 이루어질 수 있다. 제2 드레인 확장 전극(416b)은 드레인 확장 전극(412a) 중 제1 방향(x 방향)측의 일단의 일부분, 즉 드레인 확장 전극(412a) 중 게이트 전극(410)으로부터 연장된 끝단의 일부분이고, 제1 드레인 확장 전극(416a)은 드레인 확장 전극(412a) 중 제2 드레인 확장 전극(416b)을 제외한 나머지 부분일 수 있다. 4 and 5, a
확장 게이트 전극(414a) 중 제2 드레인 확장 전극(416b)은 나머지 부분, 즉 게이트 전극(410) 및 제1 드레인 확장 전극(416a)과 다른 도전성을 가지거나, 도전성을 가지지 않을 수 있다. 예를 들면, 게이트 전극(410) 및 제1 드레인 확장 전극(416a)이 n형(n+ 또는 n-) 도핑된 폴리실리콘일 경우, 제2 드레인 확장 전극(416b)은 p형(p+ 또는 p-) 도핑된 폴리실리콘이나 도핑안된 폴리실리콘 일 수 있다. 마찬가지로, 게이트 전극(410) 및 제1 드레인 확장 전극(416a)이 p형(p+ 또는 p-) 도핑된 폴리실리콘일 경우, 제2 드레인 확장 전극(416b)은 n형(n+ 또는 n-) 도핑된 폴리실리콘이나 도핑안된 폴리실리콘 일 수 있다. The second
예를 들어, 확장 게이트 전극(414a)이 모두 n형 도핑된 폴리실리콘일 때, n형인 드리프트 영역(240)에 공핍을 일으키기 위하여 음의 바이어스가 가해지는 경우, 확장 게이트 전극(414a)의 일부분에는 전자가 축적(accumulation)될 수 있다. 그러나, 제2 드레인 확장 전극(416b)이 p형 도핑된 폴리실리콘이나 도핑안된 폴리실리콘인 경우 전자의 축적을 방지할 수 있어, 확장 게이트 전극(414a)의 끝단 부분, 즉 제2 확장 드레인 확장 전극(416b)에 전기장이 집중되는 것을 방지할 수 되어, 항복 전압이 높게 유지될 수 있도록 할 수 있다. For example, when the
도 6 내지 도 8은 본 발명의 다른 실시 예의 변형에 따른 전력 MOS 트랜지스터를 포함하는 반도체 소자의 평면도 및 단면도이다. 구체적으로 도 7 및 도 8은 각각 도 6의 VII-VII 및 VIII-VIII을 따라서 절단한 단면도이다. 단, 도 6의 평면도에는 도 7의 배선 라인(600a)이 생략되어 있다. 도 6 및 도 8와 관련된 내용 중, 게이트 전극 및 드레인 확장 전극을 제외한 내용은 도 1 내지 도 3과 거의 동일하므로 생략될 수 있다. 6 to 8 are a plan view and a cross-sectional view of a semiconductor device including a power MOS transistor according to a modification of another embodiment of the present invention. 7 and 8 are cross-sectional views taken along VII-VII and VIII-VIII in Fig. 6, respectively. However, the
도 6 내지 도 8을 참조하면, 전력 MOS 트랜지스터를 포함하는 반도체 소자(3)는 게이트 전극(410a)과 드레인 확장 전극(580)을 포함한다. 도 1 내지 도 3에 보인 전력 MOS 트랜지스터를 포함하는 반도체 소자(1)와 달리, 도 6 내지 도 8에 보인 전력 MOS 트랜지스터를 포함하는 반도체 소자(3)는 게이트 전극(410a)과 드레인 확장 전극(580)이 일체로 이루어지지 않을 수 있다. 드레인 확장 전극(580)은 바디 콘택 플러그(520) 및/또는 소스 콘택 플러그(540)와 마찬가지로 콘택 플러그 형태로 형성될 수 있다. 드레인 확장 전극(580)은 바디 콘택 플러그(520) 및/또는 소스 콘택 플러그(540)을 형성할 때와 마찬가지로, 층간 절연층에 드레인 확장 절연막(300)의 일부분을 노출시키는 슬롯 형상의 콘택 홀을 형성한 후, 상기 콘택 홀을 도전 물질로 채워서 형성할 수 있다. 드레인 확장 절연막(580)은 제1 방향(x 방향)을 따라서 연장되며, 반도체 기판(100)에 대하여 수평 단면이 바 형상을 수 있다. 드레인 확장 전극(580)은 바디 콘택 플러그(520) 및/또는 소스 콘택 플러그(540)와 함께 형성할 수 있다. 6 to 8, a
드레인 확장 전극(580)은 바디 콘택 영역(320) 및/또는 소스 영역(340)과 공통 바이어스가 제공되도록, 배선 라인(600a)과 전기적으로 연결될 수 있다. 즉, 드레인 확장 전극(580)은 배선 라인(600a) 및 바디 콘택 플러그(520)를 통하여 바디 콘택 영역(320)과 전기적으로 연결되어, 배선 라인(600a)을 통하여 제공되는 바이어스를 바디 콘택 영역(320)과 공통 바이어스로 제공받을 수 있다. 또는 드레인 확장 전극(580)은 배선 라인(600a) 및 소스 콘택 플러그(540)를 통하여 소스 영역(340)과 전기적으로 연결되어, 배선 라인(600a)을 통하여 제공되는 바이어스를 소스 콘택 영역(340)과 공통 바이어스로 제공받을 수 있다. 또는 드레인 확장 전극(580)은 배선 라인(600a) 및 바디 콘택 플러그(520) 및 소스 콘택 플러그(540)를 통하여 각각 바디 콘택 영역(320) 및 소스 영역(340)과 전기적으로 연결되어, 배선 라인(600a)을 통하여 제공되는 바이어스를 바디 콘택 영역(320) 및 소스 영역(340)과 공통 바이어스로 제공받을 수 있다. The
즉, 도 1 내지 도 3에 보인 본 발명의 일 실시 예에 따른 전력 MOS 트랜지스터를 포함하는 반도체 소자(1)은 게이트 전극(410)과 드레인 확장 전극(412)에 공통 바이어스가 제공되어, 드리프트 영역(240)에 공핍을 일어나도록 할 수 있으나, 도 6 내지 도 8에 보인 본 발명의 다른 실시 예에 따른 전력 MOS 트랜지스터를 포함하는 반도체 소자(3)은 바디 콘택 영역(320) 및/또는 소스 영역(340)과 드레인 확장 전극(580)에 공통 바이어스 제공되어, 드리프트 영역(240)에 공핍이 일어나도록 할 수 있다. That is, in the
따라서 도 1 내지 도 3에 보인 본 발명의 일 실시 예에 따른 전력 MOS 트랜지스터를 포함하는 반도체 소자(1)와 도 6 내지 도 8에 보인 본 발명의 다른 실시 예에 따른 전력 MOS 트랜지스터를 포함하는 반도체 소자(3)은 드레인 확장 전극(412/580)에 바이어스를 제공하는 방법에만 차이가 있을 뿐, 전력 MOS 트랜지스터의 동작 원리 및 방법은 동일할 수 있다. Therefore, the
도 9 내지 도 20은 본 발명의 실시 예들에 따른 전력 MOS 트랜지스터를 포함하는 반도체 소자의 제조 방법을 나타내는 평면도들 및 단면도들이다. 이하에서는 n형 전력 MOS 트랜지스터를 포함하는 반도체 소자를 기준으로 설명되며, p형 전력 MOS 트랜지스터를 포함하는 반도체 소자의 경우, 도전성을 반대로 선택하면 제조할 수 있다. 9 to 20 are plan views and sectional views showing a method of manufacturing a semiconductor device including a power MOS transistor according to embodiments of the present invention. Hereinafter, description will be made on the basis of a semiconductor element including an n-type power MOS transistor, and in the case of a semiconductor element including a p-type power MOS transistor, the conductivity can be produced by reversing the conductivity.
도 9는 본 발명의 일 실시 예에 따른 반도체 기판을 준비하는 단계를 나타내는 단면도이다.9 is a cross-sectional view illustrating a step of preparing a semiconductor substrate according to an embodiment of the present invention.
도 9를 참조하면, 반도체 기판(100)을 준비한다. 반도체 기판(100)은 예를 들면, 실리콘 기판, SOI(Silicon On Insulator) 기판, 갈륨-비소 기판, 실리콘 게르마늄 기판 등 반도체 물질을 포함하는 기판이거나 세라믹 기판, 석영 기판, 또는 디스플레이용 유리 기판 등으로 이루어질 수 있다. 반도체 기판(100)에는 예를 들면, 웰(well)과 같은 불순물 주입 영역 등이 형성되어 있을 수 있다. 반도체 기판(100)이 p형인 경우, 반도체 기판(100)은 p형 불순물을 포함하는 베어 웨이퍼(bare wafer)이거나, 반도체 물질을 포함하는 기판에 형성된 p형 불순물이 주입된 웰일 수 있다. 또는 반도체 기판(100)은 상대적으로 고농도의 캐리어 농도를 가지는 웨이퍼 상에 상대적으로 저농도의 캐리어 농도를 가지는 반도체 층이 형성된 구조(p+/p- 또는 n+/n-)를 가질 수 있다.Referring to FIG. 9, a
도 10은 본 발명의 일 실시 예에 따른 배리어 영역을 형성하는 단계를 나타내는 단면도이다. 10 is a cross-sectional view illustrating a step of forming a barrier region according to an embodiment of the present invention.
도 10을 참조하면, 반도체 기판(100) 상 또는 반도체 기판(100)의 상면 일부분에 배리어 영역(120)을 형성할 수 있다. 배리어 영역(120)은 반도체 기판(100) 상에 형성한 절연 물질이거나, 반도체 기판(100)의 상면 일부분에 고농도의 불순물을 주입된 영역일 수 있다. 즉, 배리어 영역(120) 반도체 기판(100) 상에 증착 또는 열성장시킨 산화층이거나, 반도체 기판(100) 상면을 통하여 불순물을 이온주입한 고농도의 불순물 영역일 수 있다. 배리어 영역(120)은 n+로 도핑된 반도체 물질층이거나 p+로 도핑된 반도체 물질층일 수 있다. 배리어 영역(120)은 예를 들면 약 1019/㎤ 또는 그 이상의 캐리어 농도를 가질 수 있다. Referring to FIG. 10, a
도 11은 본 발명의 일 실시 예에 따른 불순물 영역을 형성하는 단계를 나타내는 단면도이다. 11 is a cross-sectional view illustrating a step of forming an impurity region according to an embodiment of the present invention.
도 11을 참조하면, 반도체 기판(100) 상에 불순물 영역(140)을 형성한다. 배리어 영역(120)이 형성된 경우, 배리어 영역(120) 상에 불순물 영역(140)을 형성할 수 있다. 불순물 영역(140)은 에피텍셜(epitaxial) 성장법에 의하여 형성할 수 있으며, 불순물 영역(140)은 n형으로 도핑된 반도체 물질층일 수 있다. 불순물 영역(140)은 약 1015/㎤ 내지 1016/㎤의 캐리어 농도를 가질 수 있다. Referring to FIG. 11, an
그러나, 이에 한정되지 않고 도 9 내지 도 11에 도시된 것과 달리 반도체 기판(100)의 표면으로부터 깊은 부분에 상대적으로 고농도의 불순물을 이온주입하여 배리어 영역(120)을 형성하고, 반도체 기판(100)의 표면으로부터 낮은 부분에 상대적으로 저농도의 불순물을 이온주입하여 불순물 영역(140)을 형성할 수도 있다. However, the present invention is not limited thereto, and the
도 12는 본 발명의 일 실시 예에 따른 바디 영역과 드리프트 영역을 형성하는 단계를 나타내는 단면도이다. 12 is a cross-sectional view illustrating a step of forming a body region and a drift region according to an embodiment of the present invention.
도 12를 참조하면, 불순물 영역(140)의 일부분, 즉 불순물 영역(140)의 상면으로부터 일부분에 p형 불순물과 n형 불순물을 각각 주입하여 바디 영역(220)과 드리프트 영역(240)을 형성할 수 있다. 바디 영역(220)은 약 1017/㎤ 내지 1018/㎤의 캐리어 농도를 가질 수 있다. 드리프트 영역(240)은 약 1016/㎤ 또는 그 이하의 캐리어 농도를 가질 수 있다. 바디 영역(220) 및 드리프트 영역(240)은 불순물 영역(140)보다 높은 캐리어 농도를 가질 수 있다. 드리프트 영역(240)은 형성하고자 하는 반도체 소자에서 사용될 수 있는 전압을 고려하여, 상대적으로 고전압인 경우 상대적으로 낮은 캐리어 농도를 가지도록 형성하고, 상대적으로 저전압인 경우 상대적으로 높은 캐리어 농도를 가지도록 형성할 수 있으나, 불순물 영역(140)보다는 높은 캐리어 농도를 가지도록 형성할 수 있다. 12, a
바디 영역(220) 및 드리프트 영역(240)은 불순물 영역(140)에 의하여 이격되도록 도시되었으나, 바디 영역(220)과 드리프트 영역(240)이 직접 접하도록 형성할 수도 있다. Although the
도 13 및 도 14는 본 발명의 일 실시 예에 따른 바디 콘택 영역, 소스 영역, 드레인 영역 및 드레인 확장 절연막을 형성하는 단계를 나타내는 평면도 및 단면도이다. 구체적으로 도 14는 도 13의 XIV-XIV를 따라서 절단한 단면도이다.13 and 14 are a plan view and a cross-sectional view illustrating a step of forming a body contact region, a source region, a drain region, and a drain extension insulating film according to an embodiment of the present invention. 14 is a cross-sectional view taken along the line XIV-XIV in Fig.
도 13 및 도 14를 참조하면, 바디 영역(220)의 상면 일부분에 각각 p형 불순물과 n형 불순물을 주입하여 바디 콘택 영역(320) 및 소스 영역(340)을 형성한다. 또한 드리프트 영역(240) 및/또는 불순물 영역(140)의 상면 일부분에 n형 불순물을 주입하여 드레인 영역(360)을 형성한다. 소스 영역(340)과 드레인 영역(360)은 동시에 n형 불순물을 주입하여 형성할 수 있다. 바디 콘택 영역(320)과 소스 영역(340)은 직접 접하도록 도시되었으나, 이격되도록 형성할 수도 있다. Referring to FIGS. 13 and 14, a
바디 콘택 영역(320) 및/또는 소스/드레인 영역(340, 360)을 형성하기 전 또는 후에 드리프트 영역(240)의 일부분을 제거하여, 드리프트 영역(240)의 상면에 적어도 하나의 리세스 영역(245)을 형성할 수 있다. 이후, 리세스 영역(245)을 절연 물질로 채워 드레인 확장 절연막(300)을 형성할 수 있다. 드레인 확장 절연막(300)의 상면과 드리프트 영역(240)의 상면이 동일 평면상에 위치하도록 도시되었으나, 드레인 확장 절연막(300)의 상면이 드레프트 영역(240)의 상면보다 높도록 형성할 수도 있다. A portion of the
드레인 확장 절연막(300)은 산화물, 질화물, 산질화물, 또는 이들의 조합으로 이루어질 수 있다. The drain
도 15 및 도 16은 본 발명의 일 실시 예에 따른 게이트 전극 및 드레인 확장 전극을 형성하는 단계를 나타내는 평면도 및 단면도이다. 구체적으로 도 16는 도 15의 XVI-XVI을 따라서 절단한 단면도이다. 15 and 16 are a plan view and a cross-sectional view illustrating a step of forming a gate electrode and a drain extension electrode according to an embodiment of the present invention. 16 is a cross-sectional view taken along line XVI-XVI in Fig.
도 15 및 도 16을 참조하면, 바디 영역(220) 상으로부터 드리프트 영역(240) 상으로 연장되는 게이트 전극(410) 및 게이트 전극(410)으로부터 드레인 확장 절연막(300) 상까지 연장되는 드레인 확장 전극(412)을 포함하는 확장 게이트 전극(414)을 형성한다. 확장 게이트 전극(414)의 하부에는 게이트 절연막(400)이 형성될 수 있다. 즉, 반도체 기판(100) 상에 예비 게이트 절연막 및 도전물질을 형성한 후 패터닝하여 게이트 절연막(400) 및 확장 게이트 전극(414)을 형성할 수 있다. 확장 게이트 전극(414)은 도핑안된(undoped) 폴리실리콘이나 도핑된 폴리실리콘으로 이루어질 수 있다. 확장 게이트 전극(414)이 도핑된 폴리실리콘인 경우 n형(n+ 또는 n-) 또는 p형(p+ 또는 p-) 불순물로 도핑될 수 있다. 15 and 16, a
이후 도 1 내지 도 3에 보인 것과 같이, 바디 콘택 플러그(520), 소스 콘택 플러그(540) 및 드레인 콘택 플러그(560)를 형성하고, 배선 라인(600)을 형성하여 전력 MOS 트랜지스터를 포함하는 반도체 소자(1)를 형성할 수 있다. As shown in FIGS. 1 to 3, a
바디 콘택 플러그(520), 소스 콘택 플러그(540) 및 드레인 콘택 플러그(560)는 층간 절연막 증착/콘택 홀 형성/콘택 홀을 채우는 도전 물질 형성하는 과정을 적어도 한번 이상 수행하여 형성할 수 있다. 바디 콘택 플러그(520), 소스 콘택 플러그(540) 및 드레인 콘택 플러그(560) 중 적어도 하나는 2개 이상의 플러그 전극이 적층된 구조일 수 있다. The
도 17 및 도 18은 본 발명의 일 실시 예에 변형에 따른 게이트 전극 및 드레인 확장 전극을 형성하는 단계를 나타내는 평면도 및 단면도이다. 구체적으로 도 18은 도 17의 XVIII-XVIII을 따라서 절단한 단면도이다.17 and 18 are a plan view and a cross-sectional view illustrating a step of forming a gate electrode and a drain extension electrode according to an embodiment of the present invention. 18 is a cross-sectional view taken along line XVIII-XVIII in Fig.
도 15 내지 도 18을 함께 참조하면, 도 15 및 도 16에서 보인 것과 같은 확장 게이트 전극(414)을 도핑안된 폴리실리콘으로 형성한 후, 드레인 확장 전극(412)의 일부에 불순물을 주입하거나, 도 15 및 도 16에서 보인 것과 같은 확장 게이트 전극(414)을 도핑된 폴리실리콘으로 형성한 후, 드레인 확장 전극(412)의 일부에 상기 도핑된 폴리실리콘과 다른 도전성을 가지는 불순물을 주입하여 도 17 및 도 18에 보인 확장 게이트 전극(414a)을 형성한다. Referring to FIGS. 15 to 18, after the
확장 게이트 전극(414a) 중 제2 방향(y 방향)을 따라서 연장되는 부분이 게이트 전극(410)이고, 게이트 전극(410)으로부터 제1 방향(x 방향)을 따라서 연장되는 핑거 형상의 부분은 드레인 확장 전극(412a)이라 호칭될 수 있다. 또한 드레인 확장 전극(412a) 중 게이트 전극(410)과 접하며 동일한 전도성을 가지는 부분은 제1 드레인 확장 전극(416a)이고, 게이트 전극(410)과 반대측 일단의 일부분에 있으며, 제1 드레인 확장 전극(416a)과 다른 전도성을 가지거나 전도성을 가지지 않는 부분은 제2 드레인 확장 전극(416b)이라 호칭될 수 있다. A portion of the
제2 드레인 확장 전극(416b)이 도핑안된 폴리실리콘인 경우, 도 15 및 도 16에 보인 것과 같은 확장 게이트 전극(414)을 모두 도핑안된 폴리실리콘으로 형성한 후, 제2 드레인 확장 전극(416b) 부분을 제외한 부분에 불순물을 주입하여 확장 게이트 전극(414a)을 형성할 수 있다. When the second
제2 드레인 확장 전극(416a)이 확장 게이트 전극(414a)의 나머지 부분과 다른 도전성을 가지는 폴리실리콘인 경우, 도 15 및 도 16에 보인 것과 같은 확장 게이트 전극(414)을 모두 도핑된 폴리실리콘으로 형성한 후, 제2 드레인 확장 전극(416b) 부분에 상기 도핑된 폴리실리콘과 다른 도전성을 가지는 불순물을 주입하여 확장 게이트 전극(414a)을 형성할 수 있다. When the second
이후 도 4 및 도 5에 보인 것과 같이, 바디 콘택 플러그(520), 소스 콘택 플러그(540) 및 드레인 콘택 플러그(560)를 형성하고, 배선 라인(600)을 형성하여 전력 MOS 트랜지스터를 포함하는 반도체 소자(2)를 형성할 수 있다. 4 and 5, a
도 19 및 도 20은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 게이트 전극을 형성하는 단계를 나타내는 평면도 및 단면도이다. 구체적으로 도 20은 도 19의 XX-XX을 따라서 절단한 단면도이다.19 and 20 are a plan view and a cross-sectional view illustrating a step of forming a gate electrode according to another embodiment of the present invention. 20 is a cross-sectional view taken along the line XX-XX in FIG.
도 19 및 도 20을 참조하면, 바디 영역(220) 상으로부터 드리프트 영역(240) 상까지 걸치며 제2 방향(y 방향)으로 연장되는 게이트 절연막(400a) 및 게이트 전극(410a)을 형성한다. 19 and 20, a
이후 도 6 내지 도 8에 보인 것과 같이, 바디 콘택 플러그(520), 소스 콘택 플러그(540), 드레인 콘택 플러그(560), 및 드레인 확장 전극(580)를 형성하고, 배선 라인(600a)을 형성하여 전력 MOS 트랜지스터를 포함하는 반도체 소자(3)를 형성할 수 있다. 드레인 확장 전극(580)은 바디 콘택 플러그(520) 및/또는 소스 콘택 플러그(540)와 함께 동일한 제조 공정에 의하여 형성될 수 있다. 6 to 8, a
100 : 반도체 기판, 120 : 배리어 영역, 140 : 불순물 영역, 220 : 바디 영역, 240 : 드리프트 영역, 300 : 드레인 확장 절연막, 320 : 바디 콘택 영역, 340 : 소스 영역, 360 : 드레인 영역, 400 : 게이트 절연막, 410 : 게이트 전극, 412 : 드레인 확장 전극, 414 : 확장 게이트 전극, 520 : 바디 콘택 플러그, 540 : 소스 콘택 플러그, 560 : 드레인 콘택 플러그, 600 : 배선 라인A semiconductor device comprising: a semiconductor substrate; 120: barrier region; 140: impurity region; 220: body region; 240: drift region; 300: drain extension insulating film; 320: body contact region; A source contact plug, a drain contact plug, a drain contact plug, a wiring line, and a drain line.
Claims (10)
상기 불순물 영역 내에 형성되며 상기 제1 전도성을 가지고, 상면의 일부분에 적어도 하나의 리세스 영역을 가지는 드리프트 영역;
상기 드리프트 영역에 인접하도록 상기 불순물 영역 내에 형성되며, 상기 제1 전도성과 다른 제2 전도성을 가지는 바디 영역;
상기 드리프트 영역 상에 형성되며, 적어도 하나의 상기 리세스 영역을 채우는 STI(Shallow Trench Insulator)인 드레인 확장 절연막;
상기 바디 영역의 일부 및 상기 드리프트 영역의 일부 상에 걸치도록, 상기 반도체 기판 상에 순차적으로 적층되는 게이트 절연막 및 게이트 전극;
상기 드레인 확장 절연막 상에서 상기 게이트 전극으로부터 제1 방향을 따라서 연장되는 드레인 확장 전극;
상기 드리프트 영역 내의 상기 바디 영역에 대한 반대 일측과 접하며, 상기 제1 전도성을 가지는 드레인 영역; 및
상기 바디 영역 내에 형성되며, 상기 제2 전도성을 가지는 소스 영역;을 가지는 전력 MOS(Metal Oxide Semiconductor) 트랜지스터를 포함하되,
상기 제1 방향의 상기 드레인 확장 전극의 일단의 일부분은 도핑안된(undoped) 폴리실리콘이고 나머지 부분은 도핑된 폴리실리콘이거나, 상기 드레인 확장 전극의 일단의 일부분과 나머지 부분이 서로 다른 전도성을 가지는 도핑된 폴리실리콘인 반도체 소자.A semiconductor substrate on which an impurity region having a first conductivity is formed;
A drift region formed in the impurity region and having the first conductivity and having at least one recess region in a portion of the top surface;
A body region formed in the impurity region so as to be adjacent to the drift region, the body region having a second conductivity different from the first conductivity;
A drain extension insulating film formed on the drift region and being a shallow trench insulator (STI) filling at least one of the recessed regions;
A gate insulating film and a gate electrode sequentially stacked on the semiconductor substrate so as to extend over a part of the body region and a part of the drift region;
A drain extension electrode extending along the first direction from the gate electrode on the drain extension insulating film;
A drain region in contact with an opposite side to the body region in the drift region, the drain region having the first conductivity; And
And a power MOS (Metal Oxide Semiconductor) transistor having a source region formed in the body region and having the second conductivity,
Wherein a portion of one end of the drain extension electrode in the first direction is undoped polysilicon and the remaining portion is doped polysilicon or a portion of one end of the drain extension electrode and the remaining portion of the drain extension electrode are doped Polysilicon.
상기 반도체 기판 상에 형성되는 배선 라인을 더 포함하며,
상기 드레인 확장 전극은 상기 배선 라인과 전기적으로 연결되는 콘택 플러그 형태인 것을 특징으로 하는 전력 MOS 트랜지스터를 포함하는 반도체 소자.The method according to claim 1,
And a wiring line formed on the semiconductor substrate,
And the drain extension electrode is in the form of a contact plug electrically connected to the wiring line.
상기 바디 영역, 상기 드리프트 영역 및 상기 드레인 영역은 상기 제1 방향을 따라서 배치되며,
상기 드레인 확장 절연막은 상기 제1 방향을 따라서 연장되며, 상기 반도체 기판에 대하여 수평 단면이 바 형상인 것을 특징으로 하는 전력 MOS 트랜지스터를 포함하는 반도체 소자.The method according to claim 1,
Wherein the body region, the drift region, and the drain region are disposed along the first direction,
Wherein the drain extension insulating film extends along the first direction and has a horizontal cross section with respect to the semiconductor substrate.
상기 드레인 확장 절연막은 서로 이격되는 복수개인 것을 특징으로 하는 전력 MOS 트랜지스터를 포함하는 반도체 소자.The method of claim 3,
And the drain extension insulating films are spaced apart from each other.
복수개의 상기 드레인 확장 절연막은, 상기 제1 방향과 다른 제2 방향을 따라서 배열되는 것을 특징으로 하는 전력 MOS 트랜지스터를 포함하는 반도체 소자.5. The method of claim 4,
And the plurality of drain extension insulating films are arranged along a second direction different from the first direction.
상기 게이트 전극 및 상기 드레인 확장 전극은 서로 전기적으로 연결되도록일체로 형성되는 것을 특징으로 하는 전력 MOS 트랜지스터를 포함하는 반도체 소자.6. The method of claim 5,
Wherein the gate electrode and the drain extension electrode are integrally formed to be electrically connected to each other.
상기 드레인 확장 전극은 상기 게이트 전극으로부터 복수개의 상기 드레인 확장 절연막 상으로 상기 제1 방향을 따라서 각각 연장되는 핑거 형상인 것을 특징으로 하는 전력 MOS 트랜지스터를 포함하는 반도체 소자.The method according to claim 6,
Wherein the drain extension electrode is in the form of a finger extending from the gate electrode to a plurality of the drain extension insulating films along the first direction.
상기 드레인 확장 전극은, 상기 게이트 전극으로부터 먼 일단 부분의 폭이 나머지 부분의 폭보다 좁은 것을 특징으로 하는 전력 MOS 트랜지스터를 포함하는 반도체 소자.The method according to claim 1,
Wherein a width of one end portion of the drain extension electrode remote from the gate electrode is narrower than a width of the remaining portion.
상기 불순물 영역 내에 형성되는 상기 제1 전도성을 가지는 드리프트 영역;
상기 드리프트 영역에 인접하도록 상기 불순물 영역 내에 형성되며, 상기 제1 전도성과 다른 제2 전도성을 가지는 바디 영역;
상기 드리프트 영역의 상면의 형성되며, 바디 영역에서 드레인 영역을 향하는 제1 방향을 따라서 연장되고, 상기 제1 방향과 다른 제2 방향을 따라서 이격되도록 배열되는 복수의 리세스 영역;
상기 바디 영역 내에 형성되며, 상기 제2 전도성을 가지는 소스 영역;
상기 드리프트 영역 내의 상기 바디 영역에 대한 반대 일측과 접하며, 상기 제1 전도성을 가지는 드레인 영역;
복수의 상기 리세스 영역을 채우는 복수의 드레인 확장 절연막;
상기 바디 영역의 일부 및 상기 드리프트 영역의 일부 상에 걸치도록, 상기 반도체 기판 상에 순차적으로 적층되는 게이트 절연막 및 게이트 전극; 및
복수의 상기 드레인 확장 절연막 상에서 상기 게이트 전극으로부터 상기 제1 방향을 따라서 각각 연장되는 복수의 드레인 확장 전극;을 포함하되,
복수의 상기 드레인 확장 절연막들 각각의 사이의 상기 드리프트 영역의 부분과 복수의 상기 드레인 확장 절연막들 하부의 상기 드리프트 영역의 부분을 통하여 전류 흐름 경로가 형성되고,
상기 제1 방향의 상기 복수의 드레인 확장 전극 각각의 일단의 일부분은 도핑안된(undoped) 폴리실리콘이고 나머지 부분은 도핑된 폴리실리콘이거나, 상기 드레인 확장 전극 각각의 일단의 일부분과 나머지 부분이 서로 다른 전도성을 가지는 도핑된 폴리실리콘인 전력 MOS 트랜지스터를 포함하는 반도체 소자.A semiconductor substrate on which an impurity region having a first conductivity is formed;
A drift region having the first conductivity formed in the impurity region;
A body region formed in the impurity region so as to be adjacent to the drift region, the body region having a second conductivity different from the first conductivity;
A plurality of recessed regions formed on the upper surface of the drift region and extending along a first direction from the body region to the drain region and spaced apart from each other along a second direction different from the first direction;
A source region formed in the body region and having the second conductivity;
A drain region in contact with an opposite side to the body region in the drift region, the drain region having the first conductivity;
A plurality of drain extension insulating films filling the plurality of recessed regions;
A gate insulating film and a gate electrode sequentially stacked on the semiconductor substrate so as to extend over a part of the body region and a part of the drift region; And
And a plurality of drain extension electrodes extending from the gate electrode on the plurality of drain extension insulating films, respectively, along the first direction,
A current flow path is formed through a portion of the drift region between each of the plurality of drain extension insulating films and a portion of the drift region below the plurality of drain extension insulating films,
Wherein a portion of one end of each of the plurality of drain extension electrodes in the first direction is undoped polysilicon and the remaining portion is doped polysilicon or a portion of the one end of each of the drain extension electrodes and the remaining portion of the drain extension electrode have different conductivity Wherein the power MOS transistor is a doped polysilicon.
상기 게이트 전극과 상기 드레인 확장 절연막은 상기 제1 방향을 따라서 이격되도록 배치되고,
상기 복수의 드레인 확장 전극 각각은, 상기 게이트 전극으로부터 먼 일단 부분의 폭이 나머지 부분의 폭보다 좁은 것을 특징으로 하는 전력 MOS 트랜지스터를 포함하는 반도체 소자.10. The method of claim 9,
Wherein the gate electrode and the drain extension insulating film are spaced apart from each other in the first direction,
Wherein each of the plurality of drain extension electrodes has a width at one end remote from the gate electrode being narrower than a width of the remaining portion.
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