KR20110078949A - Semiconductor device and manufacturing method thereof - Google Patents
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Abstract
본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 소자의 제조방법은 반도체 기판 내에 형성된 에피택셜층(P-EPI)의 소정 영역에 N형 웰을 형성하는 단계와, N형 웰 내의 반도체 기판 표면에 드리프트 영역을 형성하고, 에피택셜층 내에 드리프트 영역과 소정간격 이격된 P형 바디 영역을 형성하는 단계와, N형 웰 하부의 소정 위치에 NBL(N-buried layer)영역을 형성하는 단계와, N형 웰 상부 표면에 소자 분리 영역을 형성하는 단계와, N형 웰 및 에피택셜층의 일부 상에 게이트 패턴을 형성하는 단계 및 P형 바디 영역 및 드리프트 영역 내에 각각 소스 영역 및 드레인 영역을 형성하는 단계를 포함함을 특징으로 한다. A method of manufacturing a semiconductor device according to an embodiment of the present invention includes forming an N type well in a predetermined region of an epitaxial layer (P-EPI) formed in a semiconductor substrate, and forming a drift region on the surface of the semiconductor substrate in the N type well. Forming a P-type body region spaced apart from the drift region by a predetermined distance in the epitaxial layer, forming an N-buried layer (NBL) region at a predetermined position under the N-type well, Forming a device isolation region on the surface, forming a gate pattern on a portion of the N-type well and the epitaxial layer, and forming a source region and a drain region in the P-type body region and the drift region, respectively. It is characterized by.
NBL(N-buried layer), Low Side LDMOS N-buried layer (NBL), low side LDMOS
Description
본 발명은 반도체 소자에 관한 것으로, 보다 상세하게는 LDMOS(Lateral Double-diffused Metal Oxide Semiconductor) 반도체 소자 및 그의 제조방법에 관한 것이다. BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor device, and more particularly, to a Lateral Double-diffused Metal Oxide Semiconductor (LDMOS) semiconductor device and a manufacturing method thereof.
일반적으로 사용되는 전력 모스 전계효과 트랜지스터(MOSFET)는 바이폴라 트랜지스터에 비해 높은 입력 임피던스를 가지기 때문에 전력 이득이 크고 게이트 구동 회로가 매우 간단하며, 유니폴라 소자이기 때문에 소자가 턴-오프 되는 동안 소수 캐리어에 의한 축적 또는 재결합에 의해 발생되는 시간 지연이 없는 등의 장점을 가지고 있다. The commonly used power MOS field effect transistor (MOSFET) has a higher input impedance than the bipolar transistor, so the power gain is large, the gate driving circuit is very simple, and because it is a unipolar device, it is applied to the minority carriers while the device is turned off. There is no time delay caused by accumulation or recombination.
따라서, 스위칭 모드 전력 공급 장치, 램프 안정화 및 모터 구동회로 등에서의 응용이 점차 확산되고 있는 추세이다. 이와 같은 전력 MOSFET으로는 통산 플래너 확산 기술을 이용한 DMOSFET 구조가 널리 사용되고 있으며, 대표적인 LDMOS 트랜지스터가 개발된 바 있다. Therefore, applications in switching mode power supplies, lamp stabilization, motor drive circuits, and the like are gradually spreading. As such power MOSFETs, a DMOSFET structure using integrated planar diffusion technology is widely used, and a typical LDMOS transistor has been developed.
도 1은 종래 기술의 LDMOS 트랜지스터의 구조의 일 예를 나타내는 단면도이 다.1 is a cross-sectional view showing an example of the structure of a conventional LDMOS transistor.
도 1에서 드리프트 영역(105)은 반도체 기판의 표면에 불순물 이온, 예를 들어 인 이온을 이온 주입한 후 장시간 동안 고온에서 확산 공정을 수행함으로써 형성된다. In FIG. 1, the
장시간의 확산 공정에 의해 반도체 기판의 표면에 있던 인 이온들이 표면 아래의 벌크로 확산되면서 분포되는데, 이때, 불순물 이온의 농도가 반도체 기판의 표면인 필드 산화물층(130)에서 최대로 되고, 벌크 쪽으로 갈수록 농도가 작아진다.Phosphorous ions on the surface of the semiconductor substrate are diffused into the bulk below the surface by a long diffusion process, wherein the concentration of impurity ions is maximized in the
따라서, 게이트 전극(110)과 드레인 영역(120)에 바이어스가 인가되면 반도체 기판의 표면에서 저항이 가장 작고, 벌크 영역에서 저항이 크기 때문에 대부분의 전류는 반도체 기판의 표면을 따라 흐르게 된다. 따라서, N+ 드레인 영역의 측벽 주변에 전계가 집중된다. Therefore, when bias is applied to the
전류가 적게 흐를때는 크게 문제가 되지 않지만, 만약 이 부분으로 흐르는 전류가 많게 되면 충격 이온화(impact ionization)에 의해 홀과 전자가 급격히 발생되어 블랙 다운에 대한 내압 특성이 좋지 않게 된다.It is not a big problem when a small current flows, but if a large current flows to this part, holes and electrons are suddenly generated by impact ionization, and thus the breakdown voltage characteristic against black down is not good.
따라서, 내압 특성이 우수한 LDMOS 트랜지스터에 대한 개발이 요구된다. Therefore, development of an LDMOS transistor having excellent breakdown voltage characteristics is required.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 전류 특성 및 내압 특성을 개선시키는 반도체 소자 및 그의 제조방법을 제공한다. SUMMARY OF THE INVENTION The present invention provides a semiconductor device and a method of manufacturing the same that improve current characteristics and breakdown voltage characteristics.
본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 소자의 제조방법은 반도체 기판 내에 형성된 에피택셜층(P-EPI)의 소정 영역에 N형 웰을 형성하는 단계와, N형 웰 내의 반도체 기판 표면에 드리프트 영역을 형성하고, 에피택셜층 내에 드리프트 영역과 소정간격 이격된 P형 바디 영역을 형성하는 단계와, N형 웰 하부의 소정 위치에 NBL(N-buried layer)영역을 형성하는 단계와, N형 웰 상부 표면에 소자 분리 영역을 형성하는 단계와, N형 웰 및 에피택셜층의 일부 상에 게이트 패턴을 형성하는 단계 및 P형 바디 영역 및 드리프트 영역 내에 각각 소스 영역 및 드레인 영역을 형성하는 단계를 포함함을 특징으로 한다. A method of manufacturing a semiconductor device according to an embodiment of the present invention includes forming an N type well in a predetermined region of an epitaxial layer (P-EPI) formed in a semiconductor substrate, and forming a drift region on the surface of the semiconductor substrate in the N type well. Forming a P-type body region spaced apart from the drift region by a predetermined distance in the epitaxial layer, forming an N-buried layer (NBL) region at a predetermined position under the N-type well, Forming a device isolation region on the surface, forming a gate pattern on a portion of the N-type well and the epitaxial layer, and forming a source region and a drain region in the P-type body region and the drift region, respectively. It is characterized by.
본 발명의 실시 예에 따른 반도체 소자 및 그의 제조방법에 따르면, 드리프트 영역 하부에 NBL(N-buried layer) 영역을 형성하여 드리프트 영역의 표면에 집중되던 전류 흐름 경로를 분산시킴으로써, 트랜지스터의 전류특성 및 내압특성을 향상시킬 수 있다. According to the semiconductor device and the manufacturing method thereof according to the embodiment of the present invention, by forming an N-buried layer (NBL) region under the drift region to distribute the current flow path concentrated on the surface of the drift region, the current characteristics of the transistor and Withstand pressure characteristics can be improved.
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 2f는 본 발명의 일 실시 예에 따른 반도체 소자의 제조방법을 설명하기 위한 공정 단면도이다.2A through 2F are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a semiconductor device in accordance with an embodiment of the present invention.
도 2a에 도시된 바와 같이, 반도체 기판(200)에 에피택셜층(P-EPI)을 형성하고, 에피택셜층(P-EPI) 내에 N웰 영역(HVNWELL, 205)을 형성한다.As shown in FIG. 2A, an epitaxial layer P-EPI is formed on the semiconductor substrate 200, and an N well region HVNWELL 205 is formed in the epitaxial layer P-EPI.
예컨대, 반도체 기판(200) 상에 에피텍셜층(epitaxial layer)을 성장시킨 후 상기 에피텍셜층에 p형 불순물인 붕소(boron)로 약하게 도핑한다. For example, after an epitaxial layer is grown on the semiconductor substrate 200, the epitaxial layer is lightly doped with boron as a p-type impurity.
그리고 포토리소그래피(photolithography)를 이용하여 활성 영역을 형성하기 위한 제1 마스크(미도시)를 상기 반도체 기판(200) 상에 형성하고, 형성된 상기 제1 마스크를 이용하여 N형 불순물(예컨대, 인(phosphorus))을 고에너지로 상기 에피텍셜층에 이온 주입하여 N웰 영역(205)을 형성할 수 있다. 이때 필요에 따라서 셀의 문턱 전압을 맞추기 위하여 추가적인 불순물 주입이 수행될 수 있다. In addition, a first mask (not shown) for forming an active region is formed on the semiconductor substrate 200 using photolithography, and an N-type impurity (eg, phosphorus (P) is formed using the formed first mask. phosphorus)) may be implanted into the epitaxial layer with high energy to form the N
다음으로, 반도체 기판(200)의 일부에 불순물 이온을 주입하여 소정 간격 이격된 P형 바디 영역(220) 및 드리프트 영역(230)을 형성한다.Next, impurity ions are implanted into a portion of the semiconductor substrate 200 to form the P-
먼저 노출된 반도체 기판(200)의 전면에 N-형 불순물 이온, 예를 들어 인 이온을 주입한 후 불순물 확산 공정을 수행하여 드리프트 영역(230)을 형성한다. First, an N-type impurity ion, for example, phosphorus ion, is implanted into the entire surface of the exposed semiconductor substrate 200 and then an impurity diffusion process is performed to form the
이어서 소정의 이온주입 마스크(미도시)를 이용하여 P형 불순물 이온, 예를 들어 보론(B) 이온을 일정한 도즈량으로 이온주입하여 P형 바디영역(220)을 형성한다. Subsequently, P-type impurity ions, for example boron (B) ions, are ion-implanted using a predetermined ion implantation mask (not shown) to form the P-
드리프트 영역(230)과 P형 바디 영역(220) 사이의 반도체 기판 표면에 N형 불순물 조절 영역(N-ADJUST,232)을 형성할 수 있다.An N-type impurity control region N-ADJUST 232 may be formed on the surface of the semiconductor substrate between the
도 2b에 도시된 바와 같이, N웰 영역(HVNWELL,205) 하부의 소정 위치에 NBL(N-buried layer, 240) 영역을 형성한다. NBL 영역은 사진식각공정을 이용하여 형성된 이온주입 마스크(미도시) 인(Phosphorous) 이온을 주입하여 형성한다. As shown in FIG. 2B, an N-buried layer (NBL) region is formed at a predetermined position under the N well region HVNWELL 205. The NBL region is formed by implanting an ion implantation mask (not shown) Phosphorous ions formed using a photolithography process.
NBL 영역(240)은 횡방향으로는 일단이 P형 바디 영역(220)과 떨어져 위치하며, 필드 절연층(210)의 하부에 위치하고, 타단은 후술하는 드레인 영역의 하부까지 연장되도록 조절하여 형성한다. 종방향으로는 드레인 영역의 바닥 하부에 위치하도록 형성할 수 있다.One end of the NBL
도 2c에 도시된 바와 같이, 반도체 기판(200) 상의 일부에 필드 산화막(252,254)을 형성한다.As shown in FIG. 2C,
필드 산화막(252, 254)은 반도체 기판(200) 위에 실리콘 산화막 및 실리콘 질화막 패턴(미도시)을 형성하고, 상기 패턴에 의해 노출된 반도체 기판(200) 표면에 산소를 이온주입하고, 열산화시켜 로코스(LOCOS)형 필드 산화막을 형성할 수 있다. The
다음, 반도체 기판(200) 전면에 예를 들어, 실리콘 산화물과 같은 게이트 절연물질 및 폴리 실리콘과 같은 게이트 전극 형성물질을 증착한 후 사진 식각 공정을 이용하여 게이트 절연층(262) 및 게이트 전극(264)으로 구성된 게이트 패턴을 형성한다.Next, a gate insulating material such as silicon oxide and a gate electrode forming material such as polysilicon are deposited on the entire surface of the semiconductor substrate 200, and then the
다음, 노출된 P형 바디 영역(220) 및 드리프트 영역(230) 상에 N+형 불순물 이온을 주입하여 소스 영역(270) 및 드레인 영역(280)을 소정 깊이로 형성한다. Next, N + type impurity ions are implanted into the exposed P-
소스 영역(270)에 인접하여 P+형 불순물 이온 주입되어 이루어진 소스 콘택 영역(272)이 추가적으로 형성될 수 있다. A
상기 언급한 바와 같이 도 2a 내지 도 2c에 도시된 본 발명의 반도체 소자 제조 방법은 Low side LDMOS의 드레인 영역인 N웰 영역(205) 하부에 NBL 영역(240)을 추가 형성하여 85V 이상의 동작 전압을 확보할 수 있다. As described above, the semiconductor device manufacturing method of FIG. 2A to FIG. 2C further forms an
상술한 본 발명의 LDMOS 트랜지스터는 드레인 영역(280)에 바이어스가 인가되면 공핍 영역이 드리프트 영역(230)으로부터 확장되고, 이로 인해 공핍 영역이 크게 확장됨으로써, 게이트 전극의 에지 부분에 형성된 강한 전계를 분사시켜 브레이크 다운 전압을 크게 향상시킬 수 있다.In the above-described LDMOS transistor, when a bias is applied to the
도 2d는 종래의 반도체 소자의 브레이크 다운 전압 및 본 발명의 반도체 소자의 브레이크 다운 전압의 특성을 나타낸 그래프이다.2D is a graph showing the characteristics of a breakdown voltage of a conventional semiconductor device and a breakdown voltage of a semiconductor device of the present invention.
본 발명의 브레이크 다운 전압(B)이 종래의 브레이크 다운 전압(A)에 비해 높다는 것을 확인할 수 있다. It can be seen that the breakdown voltage B of the present invention is higher than the conventional breakdown voltage A. FIG.
도 3a 내지 도 3c은 본 발명의 다른 실시예에 의한 반도체 소자를 제조하기 위한 공정 단면도이다.3A to 3C are cross-sectional views illustrating a process of manufacturing a semiconductor device in accordance with another embodiment of the present invention.
도 3a에 도시된 바와 같이, 반도체 기판(300)에 에피택셜층(P-EPI)을 형성하고, 에피택셜층(P-EPI) 내에 N웰 영역(HVNWELL, 305)을 형성한다.As shown in FIG. 3A, an epitaxial layer P-EPI is formed on the
예컨대, 반도체 기판(300) 상에 에피텍셜층(epitaxial layer)을 성장시킨 후 상기 에피텍셜층에 p형 불순물인 붕소(boron)로 약하게 도핑한다. For example, after an epitaxial layer is grown on the
그리고 포토리소그래피(photolithography)를 이용하여 활성 영역을 형성하기 위한 제1 마스크(미도시)를 상기 반도체 기판(300) 상에 형성하고, 형성된 상기 제1 마스크를 이용하여 N형 불순물(예컨대, 인(phosphorus))을 고에너지로 상기 에피텍셜층에 이온 주입하여 N웰 영역(305)을 형성할 수 있다. 이때 필요에 따라서 셀 의 문턱 전압을 맞추기 위하여 추가적인 불순물 주입이 수행될 수 있다. A first mask (not shown) for forming an active region is formed on the
다음으로, 반도체 기판(300)의 일부에 불순물 이온을 주입하여 소정 간격 이격된 P형 바디 영역(320) 및 드리프트 영역(330)을 형성한다.Next, impurity ions are implanted into a portion of the
먼저 노출된 반도체 기판(300)의 전면에 N-형 불순물 이온, 예를 들어 인 이온을 주입한 후 불순물 확산 공정을 수행하여 드리프트 영역(330)을 형성한다. First, an N-type impurity ion, for example, phosphorus ion, is implanted into the entire surface of the exposed
이어서 소정의 이온주입 마스크(미도시)를 이용하여 P형 불순물 이온, 예를 들어 보론(B) 이온을 일정한 도즈량으로 이온주입하여 P형 바디영역(320)을 형성한다. Subsequently, P-type impurity ions, for example boron (B) ions, are ion-implanted using a predetermined ion implantation mask (not shown) to form the P-
N웰 영역(301)과 P형 바디 영역(220) 사이의 반도체 기판 표면에 N-드레인 확장 영역(N-drain extension, 340)을 형성할 수 있다.An N-
그리고, P형 바디 영역(320) 및 N-드레인 확장 영역(340) 하부에 P-드레인 확장 영역(P-drain extension, 350)을 형성한다. A P-
다음, N웰 영역(305)의 타측에 소정간격 이격되어 P웰 영역(360)을 형성한다.Next, the
도 3b에 도시된 바와 같이, N웰 영역(HVNWELL,205) 하부의 소정 위치에 NBL(N-buried layer, 370) 영역을 형성한다. NBL 영역(370)은 사진식각공정을 이용하여 형성된 이온주입 마스크(미도시) 인(Phosphorous) 이온을 주입하여 형성한다. As shown in FIG. 3B, an N-buried layer (NBL) region is formed at a predetermined position under the N
NBL 영역(370)은 횡방향으로는 일단이 P형 바디 영역(220)과 떨어져 위치하며, 타단은 후술하는 필드 절연층의 하부까지 연장되도록 조절하여 형성한다. 종방향으로는 드레인 영역의 바닥 하부에 위치하도록 형성할 수 있다.One end of the
도 3c에 도시된 바와 같이, 반도체 기판(300) 상의 일부에 필드 산화막(370, 375)을 형성한다.As shown in FIG. 3C,
필드 산화막(370, 375)은 반도체 기판(300) 위에 실리콘 산화막 및 실리콘 질화막 패턴(미도시)을 형성하고, 상기 패턴에 의해 노출된 반도체 기판(300) 표면에 산소를 이온주입하고, 열산화시켜 로코스(LOCOS)형 필드 산화막을 형성할 수 있다. The
다음, 반도체 기판(300) 전면에 예를 들어, 실리콘 산화물과 같은 게이트 절연물질 및 폴리 실리콘과 같은 게이트 전극 형성물질을 증착한 후 사진 식각 공정을 이용하여 게이트 절연층 및 게이트 전극으로 구성된 게이트 패턴(380)을 형성한다.Next, a gate insulating material such as silicon oxide and a gate electrode forming material such as polysilicon are deposited on the entire surface of the
다음, 노출된 P형 바디 영역(320) 및 드리프트 영역(330) 상에 N+형 불순물 이온을 주입하여 소스 영역(390) 및 드레인 영역(395)을 소정 깊이로 형성한다. Next, N + type impurity ions are implanted on the exposed P-
다음, P웰 영역(360)과 소정 간격 이격된 반도체 기판(300) 표면에 P+형 불순물 이온을 주입하여 기판 콘택 영역(400)을 형성한다.Next, a P + type impurity ion is implanted into the surface of the
상기 언급한 바와 같이 도 3a 내지 도 3c에 도시된 본 발명의 반도체 소자 제조 방법은 Low side LDMOS의 드레인 영역인 N웰 영역(305) 하부에 NBL 영역(370)을 추가 형성함으로써, 트랜지스터의 전류특성 및 내압특성을 향상시킬 수 있다. As described above, the semiconductor device manufacturing method of FIG. 3A to FIG. 3C further includes forming an
상술한 본 발명의 LDMOS 트랜지스터는 드레인 영역(395)에 바이어스가 인가되면 공핍 영역이 드리프트 영역(330)으로부터 확장되고, 이로 인해 공핍 영역이 크게 확장됨으로써, 게이트 전극의 에지 부분에 형성된 강한 전계를 분사시켜 브레 이크 다운 전압을 크게 향상시킬 수 있다.In the above-described LDMOS transistor, when a bias is applied to the
도 3d는 종래의 반도체 소자의 브레이크 다운 전압 및 본 발명의 반도체 소자의 브레이크 다운 전압의 특성을 나타낸 그래프이다.3D is a graph showing the characteristics of a breakdown voltage of a conventional semiconductor device and a breakdown voltage of a semiconductor device of the present invention.
본 발명의 브레이크 다운 전압이 종래의 브레이크 다운 전압에 비해 높다는 것을 확인할 수 있다. It can be seen that the breakdown voltage of the present invention is higher than the conventional breakdown voltage.
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 반도체 소자의 단면도이다.1 is a cross-sectional view of a general semiconductor device.
도 2a 내지 도 2d는 본 발명의 일 실시 예에 따른 반도체 소자의 제조방법을 설명하기 위한 공정 단면도이다. 2A through 2D are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a semiconductor device in accordance with an embodiment of the present invention.
도 3a 내지 도 3d는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 반도체 소자의 제조방법을 설명하기 위한 공정 단면도이다. 3A to 3D are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a semiconductor device in accordance with another embodiment of the present invention.
Claims (6)
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| KR1020090135877A KR20110078949A (en) | 2009-12-31 | 2009-12-31 | Semiconductor device and manufacturing method thereof |
Applications Claiming Priority (1)
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Publications (1)
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|---|---|
| KR20110078949A true KR20110078949A (en) | 2011-07-07 |
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Family Applications (1)
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PA0109 | Patent application |
Patent event code: PA01091R01D Comment text: Patent Application Patent event date: 20091231 |
|
| PG1501 | Laying open of application | ||
| PC1203 | Withdrawal of no request for examination | ||
| WITN | Application deemed withdrawn, e.g. because no request for examination was filed or no examination fee was paid |