KR20100020688A - Ldmos semiconductor and method for fabricating the same - Google Patents
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Abstract
본 발명에 따른 LDMOS 반도체 소자는, 소오스 영역을 연결되며, 게이트 패턴 하부의 기판 내에 형성된 채널 영역과. 제 1 도전형 기판 내 일부 영역에 형성되며, 채널 영역 및 드레인 영역과 연결되는 제 2 도전형 드리프트 영역과, 드리프트 영역 내에 배치되는 적어도 하나 이상의 BOX층을 포함한다.The LDMOS semiconductor device according to the present invention includes a channel region connected to a source region and formed in a substrate under the gate pattern. A second conductive drift region is formed in a portion of the first conductive substrate, and connected to the channel region and the drain region, and at least one BOX layer disposed in the drift region.
이와 같이, 본 발명은 드리프트 영역에 O2 이온 주입과 어닐 공정을 통해 BOX층을 형성하여 드리프트 영역 전체를 공핍시켜 LDMOS의 브레이크다운 전압 특성 및 저항 특성을 향상시킬 수 있다.As described above, the present invention can improve the breakdown voltage characteristics and the resistance characteristics of the LDMOS by forming a BOX layer through the O2 ion implantation and annealing process in the drift region to deplete the entire drift region.
Description
본 발명은 반도체 소자에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 저항 특성과 브레이크다운(breakdown) 전압 특성을 향상시키기 위한 LDMOS(Lateral Double diffused MOSFET, 이하, 'LDMOS'라고 한다.) 반도체 소자와 그 제조 방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE
최근에는 고전압 브레이크다운(breakdown)을 확보하기 위해 고농도의 n형 드레인을 수평으로 배치하고, 이와 소정 거리를 유지하며 이를 둘러싸는 저농도의 드리프트 영역 또한 수평으로 배치하는 수평 확산형 모스트랜지스터(Lateral Diffused MOS : LDMOS)를 연구하고 있다.Recently, a horizontal diffused MOS transistor is disposed to horizontally arrange a high concentration of n-type drain to maintain a high voltage breakdown, and to maintain a predetermined distance and also horizontally place a low concentration drift region surrounding the same. : LDMOS).
이와 같은 LDMOS 트랜지스터에 대하여 도 1을 참조하여 설명하면, 종래의 LDMOS 트랜지스터는 LOCOS(Local Oxidation Of Silicon) 공정에 따라 P형 반도체 기판(1) 상에 필드 산화층(2)을 형성한 후, 실리콘 산화막(도시 생략됨)을 반도체 기판(1) 표면 상에 열적으로 성장시켜 절연체 기능을 하게 된다.Referring to FIG. 1, the LDMOS transistor is formed of a silicon oxide film after forming the
이후, 폴리 실리콘층이 포토리소그래피 및 에칭 방법에 의해 실리콘 산화막(3) 상에서 증착되어 패터닝되면, 전도성 게이트 패턴(4)이 형성된다.Thereafter, when the polysilicon layer is deposited and patterned on the
또한, LOCOS 공정에 따라 P형 반도체 기판(1) 상에 필드 산화층(2)을 형성하기 전에 반도체 기판(1) 상에 포토레지스트막이 증착되고 패터닝되어 N형 드리프트 형성용 마스크가 형성되고, 보론(Boron)과 같은 P형 도펀트를 이용한 이온 주입 및 확산 공정을 실시하여 N형 드리프트(6)를 P형 반도체 기판(1)의 표면 내에 형성한다. P형 도펀트가 주입된 N형 드리프트(6)는 바디 채널의 고전도성 접촉 영역이나 낮은 고유 저항 접촉 영역으로 이용된다.Further, before forming the
종래의 LDMOS에서 저항 특성을 향상시키기 위해서 N 웰로 형성되어 있는 N형 드리프트(6) 영역의 농도를 높이고 있다.In the conventional LDMOS, the concentration of the N-
또한, 전도성 게이트 패턴(4)을 형성한 후에 n+ 도펀트와 p+ 도펀트를 각각 주입하여 n+ 영역(8)과 p+ 영역(7)으로 이루어진 소오스 영역(9)과 n+ 영역으로 이루어진 드레인 영역(5)을 각각 형성한다.In addition, after the conductive gate pattern 4 is formed, the source region 9 including the n + region 8 and the p + region 7 and the
종래의 LDMOS 형성 방법은 드리프트 영역의 농도를 높여 저항값을 낮추는데, 이 과정에서 드리프트 영역이 전반적으로 공핍(depletion)되지 않으면 브레이크다운 전압 특성 및 저항 특성이 나빠지는 문제점이 있다.Conventional LDMOS formation method reduces the resistance value by increasing the concentration of the drift region, there is a problem that the breakdown voltage characteristics and resistance characteristics deteriorate if the drift region is not depleted overall.
본 발명은 드리프트 영역에 O2 이온 주입과 어닐 공정을 통해 BOX(Buried Oxide, 이하, 'BOX'라고 한다.)층을 형성하여 드리프트 영역 전체를 공핍시켜 LDMOS의 브레이크다운 전압 특성 및 저항 특성을 향상시킨다.The present invention forms a BOX (Buried Oxide, hereinafter referred to as 'BOX') layer through O2 ion implantation and annealing in the drift region to deplete the entire drift region to improve breakdown voltage characteristics and resistance characteristics of the LDMOS. .
본 발명은, 제 1 도전형 기판 상에 형성된 필드 산화막에 의해 정의된 액티브 영역 상에 게이트 패턴 및 소오스/드레인 영역이 형성되어 있는 LDMOS 반도체 소자로서, 상기 소오스 영역을 연결되며, 상기 게이트 패턴 하부의 상기 기판 내에 형성된 채널 영역과. 상기 제 1 도전형 기판 내 일부 영역에 형성되며, 상기 채널 영역 및 상기 드레인 영역과 연결되는 제 2 도전형 드리프트 영역과, 상기 드리프트 영역 내에 배치되는 적어도 하나 이상의 BOX층을 포함한다.The present invention provides an LDMOS semiconductor device in which a gate pattern and a source / drain region are formed on an active region defined by a field oxide film formed on a first conductivity type substrate, and the source regions are connected to each other. A channel region formed in the substrate; And a second conductive drift region formed in a portion of the first conductive substrate, the second conductive drift region connected to the channel region and the drain region, and at least one BOX layer disposed in the drift region.
다른 견지에서 본 발명에 따른 LDMOS 반도체 소자 제조 방법은, 제 1 도전형 기판 상에 드리프트 영역을 오픈시키는 패턴을 형성하는 단계와, 상기 패턴에 의해 오픈된 상기 기판의 내부에 적어도 하나 이상의 BOX층을 형성하는 단계와, 상기 패턴에 의해 오픈된 상기 기판 상에 제 2 도전형 도펀트를 주입하여 상기 드리프트 영역을 형성하는 단계와, 상기 패턴을 제거한 후 필드 산화막을 형성하고, 게이트 패턴 및 소오스/드레인 영역을 형성하는 단계를 포함한다.In another aspect, a method of manufacturing an LDMOS semiconductor device according to the present invention may include forming a pattern for opening a drift region on a first conductive substrate, and forming at least one BOX layer inside the substrate opened by the pattern. Forming a drift region by implanting a second conductivity type dopant on the substrate opened by the pattern, removing the pattern, and forming a field oxide layer, and forming a gate pattern and a source / drain region Forming a step.
본 발명에 따른 BOX층을 형성하는 단계는, 상기 패턴에 의해 드러난 상기 기판 상에 O2 이온 주입 공정을 실시하여 상기 드리프트 영역 일부에 O2 이온을 주입시키는 단계와, 상기 O2 이온이 주입된 상기 기판에 대해 어닐 공정을 실시하여 상기 BOX층을 형성하는 단계를 포함한다.The forming of the BOX layer according to the present invention may include: injecting
본 발명은 드리프트 영역에 O2 이온 주입과 어닐 공정을 통해 BOX층을 형성하여 드리프트 영역 전체를 공핍시켜 LDMOS의 브레이크다운 전압 특성 및 저항 특성을 향상시킬 수 있다.The present invention can improve the breakdown voltage and resistance characteristics of the LDMOS by forming a BOX layer through the O2 ion implantation and annealing process in the drift region to deplete the entire drift region.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 아울러 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In addition, in describing the present invention, when it is determined that the detailed description of the related known configuration or function may obscure the gist of the present invention, the detailed description thereof will be omitted.
본 발명의 바람직한 실시 예에서는 드리프트 영역에 O2 이온 주입과 어닐 공정을 통해 BOX층을 형성함으로서, 드리프트 영역의 전체가 공핍되도록 하는 LDMOS 반도체 소자와 그 제조 방법에 대해 설명한다.In the preferred embodiment of the present invention, by forming the BOX layer through the O2 ion implantation and annealing process in the drift region, the LDMOS semiconductor device and its manufacturing method for depleting the entire drift region will be described.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 LDMOS 반도체 소자를 도시한 단면도이다.2 is a cross-sectional view illustrating an LDMOS semiconductor device according to an exemplary embodiment of the present invention.
도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 LDMOS 반도체 소자는 제 1 도전형 기판(200), 예컨대 P형 반도체 기판에 LOCOS(Local Oxidation Of Silicon) 공정 또는 STI(Shallow Trench Isolation) 공정에 따라 형성된 소자 분리 영역(220)이 형성되어 있으며, 소자 분리 영역(220)에 의해 액티브 영역이 정의된다. 액티브 영역에는 게이트 절연막(232)과 전도성 게이트 패턴(234)이 형성되어 있으며, n+ 도펀트와 p+ 도펀트를 각각 주입하여 n+ 영역(254)과 p+ 영역(252)으로 이루어진 소오스 영역(250)과 n+ 영역으로 이루어진 드레인 영역(240)이 형성되어 있다.Referring to FIG. 2, an LDMOS semiconductor device according to the present invention may be formed by separating a device formed on a first
도전성 게이트 패턴(234)은 폴리 실리콘층이 포토리소그래피 및 에칭 방법에 의해 게이트 절연막(232) 상에서 증착되어 패터닝되어 형성되며, 도전성 게이트 패턴(234)이 형성된 제 1 도전형 반도체 기판(200)에는 소오스 영역(250)과 연결되는 채널 영역(CH)이 형성된다.The
한편, 소자 분리 영역(220)을 형성하기 전에 제 1 도전형 반도체 기판(200)에는 채널 영역(CH)과 연결되고 드레인 영역(240)과 연결되는 드리프트 영역(210)이 형성되며, 드리프트 영역(210)은 제 2 도전형 도펀트, 예컨대 p+ 도펀트를 이용한 이온 주입 공정에 의해 형성된다. 드리프트 영역(210) 내에는 BOX층(215)이 형성되어 있으며, 이러한 BOX층(215)은 드리프트 영역(210)이 전반적으로 공핍되도록 해준다.Meanwhile, before the
상기와 같은 BOX층을 형성하는 과정에 대해 도 3a 내지 도 3d를 참조하여 설명한다.A process of forming the BOX layer as described above will be described with reference to FIGS. 3A to 3D.
도 3a 내지 도 3d는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 드리프트 영역을 형성하는 과정을 도시한 공정 단면도이다.3A to 3D are cross-sectional views illustrating a process of forming a drift region according to a preferred embodiment of the present invention.
먼저, 도 3a에 도시된 바와 같이, 제 1 도전형 반도체 기판(200) 상에 BOX층(215)을 형성하기 위한 포토레지스트를 도포한 후 사진 및 현상 공정을 통해 제 1 도전형 반도체 기판(200) 일부가 오픈되는 포토레지스트 패턴(212)을 형성한다.First, as shown in FIG. 3A, a photoresist for forming the
포토레지스트 패턴(212) 이온 주입 마스크로 한 O2 이온 주입 공정을 실시하여 제 1 도전형 반도체 기판(200) 내에 O2 이온을 주입시켜 제 1 도전형 반도체 기판(200) 내에 O2 이온층(215a)을 형성한다.An O2 ion implantation process using the
그런 다음, 도 3b에 도시된 바와 같이, 어닐 공정을 실시하여 제 1 도전형 반도체 기판(200)의 실리콘과 O2 이온층(215a)의 O2 이온 간의 결합을 촉진시킴으로서, SiO2로 이루어진 BOX층(215)을 형성한다. 그리고 나서, 포토레지스트 패턴(212)을 스트립 공정을 통해 제거한다.Then, as illustrated in FIG. 3B, an anneal process is performed to promote bonding between silicon of the first conductivity-
이후, 도 3c에 도시된 바와 같이, 드리프트 영역(210)을 형성하기 위한 마스크 패턴(214)을 형성한 후 마스크 패턴(214)을 이온 주입 마스크로 한 이온 주입 공정을 실시하여 제 2 도전형 드리프트 영역(210)을 형성한다.Thereafter, as shown in FIG. 3C, after the
이와 같이, 제 2 도전형 드리프트 영역(210)에 SiO2로 이루어진 BOX(215)을 형성해줌으로서, 제 2 도전형 드리프트 영역(210)이 전반적으로 공핍될 수 있다.As such, by forming the
그리고 나서, 도 3d에 도시된 바와 같이, 마스크 패턴(214)을 제거한 후 LOCOS 또는 STI 공정을 통해 소자 분리 영역(220)을 형성한다.Then, as shown in FIG. 3D, after removing the
본 발명의 바람직한 실시 예에서는 드리프트 영역(210)에 하나의 BOX층(215)을 형성하는 것으로 예를 들어 설명하였지만, 도 4에 도시된 바와 같이 다수의 BOX층(215/1, 215/2)을 형성할 수 있는데, 이 경우 O2 이온 주입 공정 시 이온 주입 에너지를 다르게 하여 다수개의 O2 이온층을 형성한 후 어닐 공정을 실시하여 다수의 BOX층을 형성할 수 있다. 즉, 도 4에 도시된 바와 같이, 제 1 BOX층(215/1)을 형성할 경우 제 1 이온 주입 에너지로 O2 이온을 주입하고, 제 2 BOC층(215/2)을 형성할 경우 제 2 이온 주입 에너지로 O2 이온을 주입한 후 어닐 공정을 실시하여 SiO2로 이루어진 제 1, 2 BOX층(215/1, 215/2)을 형성할 수 있다. 이때, 제 1 이온 주입 에너지는 제 2 이온 주입 에너지보다 크게 설정함으로서, 드리프트 영역(210) 내에 서로 다른 영역에 O2 이온 층을 형성하여 서로 다른 영역에 BOX층을 형성할 수 있다.In the exemplary embodiment of the present invention, for example, one
지금까지 본 발명의 일 실시예에 국한하여 설명하였으나 본 발명의 기술이 당업자에 의하여 용이하게 변형 실시될 가능성이 자명하다. 이러한 변형된 실시 예들은 본 발명의 특허청구범위에 기재된 기술사상에 포함된다고 하여야 할 것이다.It has been described so far limited to one embodiment of the present invention, it is obvious that the technology of the present invention can be easily modified by those skilled in the art. Such modified embodiments should be included in the technical spirit described in the claims of the present invention.
도 1은 종래의 LDMOS 구조를 설명하기 위한 도면이며,1 is a view for explaining a conventional LDMOS structure,
도 2는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 LDMOS 반도체 소자를 도시한 도면이며,2 is a diagram illustrating an LDMOS semiconductor device according to a preferred embodiment of the present invention.
도 3a 내지 도 3d는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 드리프트 영역을 형성하는 과정을 도시한 도면이며,3A to 3D are views illustrating a process of forming a drift region according to an exemplary embodiment of the present invention.
도 4는 본 발명의 변경 실시 예를 설명하기 위한 도면이다.4 is a view for explaining a modified embodiment of the present invention.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for the main parts of the drawings>
200 : 제 1 도전형 기판 210 : 드리프트 영역200: first conductivity type substrate 210: drift region
215 : BOX층 220 : 소자 분리 영역215: BOX layer 220: device isolation region
232 : 게이트 절연막 234 : 도전성 게이트 패턴232: gate insulating film 234: conductive gate pattern
240 : 드레인 영역 240: drain region
250 : 소오스 영역 250 source region
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Legal Events
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| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| PE0902 | Notice of grounds for rejection |
Comment text: Notification of reason for refusal Patent event date: 20100907 Patent event code: PE09021S01D |
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| PE0601 | Decision on rejection of patent |
Patent event date: 20101112 Comment text: Decision to Refuse Application Patent event code: PE06012S01D Patent event date: 20100907 Comment text: Notification of reason for refusal Patent event code: PE06011S01I Patent event date: 20100630 Comment text: Notification of reason for refusal Patent event code: PE06011S01I |