KR20110078861A - Lateral double diffused metal oxide semiconductor - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 반도체 소자에 관한 것으로, 특히, 높은 BV(Breakdown Voltage)와 낮은 온저항(Ron)을 얻을 수 있는 수평형 디모스(LDMOS; Lateral Double Diffused Metal Oxide Semiconductor) 트랜지스터 및 그 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) transistor capable of obtaining a high breakdown voltage (BV) and a low on-resistance (Ron) and a method of manufacturing the same. .
반도체 소자의 집적도 향상과 그에 따른 제조 설계기술의 발달로 인하여 반도체 칩을 하나로 시스템을 구성하려는 시도가 크게 일어나고 있다. 시스템의 1칩화는 콘트롤러와 메모리 기타 저전압에서 동작하는 회로를 하나의 칩으로 통합하는 기술 위주로 발전되어 왔다. Attempts have been made to construct a single semiconductor chip system due to the increase in the degree of integration of semiconductor devices and the development of manufacturing design techniques. The single chip of the system has been developed around the technology of integrating controllers, memory and other low voltage circuits into one chip.
그러나, 시스템의 경량화, 소형화가 되기 위해서는 시스템의 전원을 조절하는 회로부, 즉, 입력단과 출력단과의 주요 기능을 하는 회로와 1개 칩화를 하여야 가능하게 된다. 입력단과 출력단은 고전압이 인가되는 회로이므로 일반적인 저전압CMOS 회로로는 구성할 수 없어 고전압 파워트랜지스터로 구성된다.However, in order to reduce the weight and size of the system, it is possible to make one chip with a circuit part that controls the power supply of the system, that is, a circuit having a main function between the input terminal and the output terminal. Since the input terminal and the output terminal are circuits to which high voltage is applied, they cannot be constituted by general low voltage CMOS circuits, and thus are composed of high voltage power transistors.
따라서, 시스템의 크기나 무게를 줄이기 위해서는 전원의 입력/출력단과 콘트롤러를 1개 칩으로 구성해야 한다. 이를 가능하게 하는 기술이 파워 IC로, 이는 고전압 트랜지스터와 저전압 CMOS트랜지스터 회로를 하나의 칩으로 구성하는 것이다.Therefore, to reduce the size and weight of the system, the input / output stage of the power supply and the controller must be composed of one chip. The technology that makes this possible is the power IC, which consists of a single chip consisting of a high voltage transistor and a low voltage CMOS transistor circuit.
파워 IC 기술은 종래의 불연속 파워트랜지스터(Discrete Power Transistor)인 VDMOS(Vertical DMOS) 소자 구조를 개선한 것으로, 전류를 수평으로 흐르게 하기 위하여 드레인을 수평으로 배치하고 드리프트(Drift)영역을 채널과 드레인 사이에 두어 고전압 브레이크다운(Breakdown) 확보를 가능하게 하는 LDMOS(Lateral DMOS) 소자가 구현된다.Power IC technology is an improvement on the structure of a conventional vertical power transistor (VDMOS) device, which is a discrete power transistor, in which drains are horizontally disposed and a drift region is disposed between a channel and a drain to allow current to flow horizontally. In addition, an LDMOS (Lateral DMOS) device is implemented that enables high voltage breakdown.
이와 같은 LDMOS 소자에서 BV(Breakdown Voltage)와 온저항(Ron)은 소자의 성능을 향상시킬 수 있는 중요한 특성으로 높은 BV와 낮은 온저항을 구현하기 위한 많은 연구가 계속되고 있다. In such LDMOS devices, breakdown voltage (BV) and on-resistance (Ron) are important characteristics that can improve the performance of the device, and many studies have been conducted to realize high BV and low on-resistance.
따라서, 본 발명은 높은 BV(Breakdown Voltage)와 낮은 온저항(Ron)을 얻을 수 있는 수평형 디모스(LDMOS; Lateral Double Diffused Metal Oxide Semiconductor) 트랜지스터 및 그 제조방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.Accordingly, an object of the present invention is to provide a Lateral Double Diffused Metal Oxide Semiconductor (LDMOS) transistor capable of obtaining a high breakdown voltage (BV) and a low on-resistance (Ron) and a method of manufacturing the same.
본 발명에 따른 수평형 디모스 트랜지스터는 반도체 기판에 형성되는 제1 도전형의 드리프트 영역과, 상기 제 1 도전형의 드리프트 영역과 일정거리 이격하여 형성된 제2 도전형의 바디 영역과, 상기 제 2 도전형의 바디 영역 내에 형성된 제1 도전형의 소오스 영역과, 상기 제 1 도전형의 드리프트 영역 내에 형성된 제1 도전형의 드레인 영역과, 상기 제 1 도전형의 소오스 영역과 상기 제 1 도전형의 드레인 영역 사이의 상기 제 1 도전형의 드리프트 영역 내에 액티브 영역과 교대로 배치되도록 일정거리 이격하여 형성된 다수의 필드 절연층과, 상기 필드 절연층 사이의 제 1 도전형 드리프트 영역 표면에 형성된 제 2 도전형의 드리프트 영역과, 상기 제 2 도전형의 바디 영역과 상기 필드 절연층 상에 걸쳐서 형성되는 게이트 전극을 포함하는 것을 특징으로 한다. The horizontal type DMOS transistor according to the present invention includes a drift region of a first conductivity type formed on a semiconductor substrate, a body region of a second conductivity type formed at a predetermined distance from the drift region of the first conductivity type, and the second A source region of the first conductivity type formed in the body region of the conductivity type, a drain region of the first conductivity type formed in the drift region of the first conductivity type, a source region of the first conductivity type and the first conductivity type A plurality of field insulating layers formed at a predetermined distance apart from the active region in the drift region of the first conductivity type between the drain regions and a second conductive layer formed on a surface of the first conductive type drift region between the field insulation layers; And a gate electrode formed over the second conductive type body region and the field insulating layer. The.
본 발명에 따른 수평형 디모스 트랜지스터의 제조방법은 액티브 영역과 필드 영역으로 정의되는 반도체 기판 내에 액티브 영역과 교대로 배치되도록 일정거리 이격하여 다수의 필드 절연층을 형성하는 단계와, 상기 반도체 기판 내에 제1 도전형의 드리프트 영역을 형성하는 동시에 상기 필드 절연층 사이의 제 1 도전형 드리 프트 영역 표면에 제 2 도전형의 드리프트 영역을 형성하는 단계와, 상기 제 1 도전형의 드리프트 영역과 일정거리 이격하며 상기 반도체 기판의 표면에 제2 도전형의 바디 영역을 형성하는 단계와, 상기 제 2 도전형의 바디 영역 내에 제1 도전형의 소오스 영역을 형성하는 단계와, 상기 제 1 도전형의 드리프트 영역 내에 제1 도전형의 드레인 영역을 형성하는 단계와, 상기 제 2 도전형의 바디 영역과 상기 필드 절연층 상에 걸쳐서 게이트 전극을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a horizontal DMOS transistor, the method including: forming a plurality of field insulating layers spaced apart from each other by a predetermined distance so as to be alternately disposed with an active region in a semiconductor substrate defined as an active region and a field region; Forming a first conductivity type drift region and simultaneously forming a second conductivity type drift region on the surface of the first conductivity type drift region between the field insulating layer, and a predetermined distance from the drift region of the first conductivity type. Forming a body region of a second conductivity type on a surface of the semiconductor substrate spaced apart from each other, forming a source region of a first conductivity type in the body region of the second conductivity type, and drift of the first conductivity type Forming a drain region of a first conductivity type within the region, and over the body region of the second conductivity type and the field insulating layer And forming a gate electrode.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 수평형 디모스 트랜지스터는 필드 절연층 계면과 N형 드리프트 영역 사이에서는 절연 리서프(dielectric resurf)가 일어나고 N형 드리프트 영역과 P형 드리프트 영역 사이에서는 정션 디플레이션(junction depletion)에 의한 슈퍼 정션(super-junction) 구조를 가지게 되어 높은 N형 드리프트 영역 사이에서도 높은 BV를 얻을 수 있으며, 높은 N형 드리프트 영역에 의해 낮은 온저항을 가지게 되는 효과를 가진다. As described above, in the horizontal type DMOS transistor according to the present invention, insulation resurfacing occurs between the field insulating layer interface and the N-type drift region, and the junction deflation between the N-type drift region and the P-type drift region ( It has a super-junction structure due to junction depletion, so that a high BV can be obtained even between high N-type drift regions, and a low on-resistance can be obtained by a high N-type drift region.
이하 상기의 목적을 구체적으로 실현할 수 있는 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 설명한다. 이때 도면에 도시되고 또 이것에 의해서 설명되는 본 발명의 구성과 작용은 적어도 하나의 실시 예로서 설명되는 것이며, 이것에 의해서 상기한 본 발명의 기술적 사상과 그 핵심 구성 및 작용이 제한되지는않는다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings, preferred embodiments of the present invention that can specifically realize the above object will be described. At this time, the configuration and operation of the present invention shown in the drawings and described by it will be described by at least one embodiment, by which the technical spirit of the present invention and its core configuration and operation is not limited.
그리고 본 발명에서 사용되는 용어는 가능한 한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어를 선택하였으나, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있으며, 이 경우 해당되는 발명의 설명 부분에서 상세히 그 의미를 기재하였으므로, 단순한 용어의 명칭이 아닌 그 용어가 가지는 의미로서 본 발명을 파악하여야 함을 밝혀두고자 한다.In addition, the terminology used in the present invention is a general term that is currently widely used as much as possible, but in certain cases, the term is arbitrarily selected by the applicant. In this case, since the meaning is described in detail in the description of the present invention, It is to be understood that the present invention is to be understood as the meaning of the term rather than the name.
이하, 본 발명의 기술적 과제 및 특징들은 첨부된 도면 및 실시 예들에 대한 설명을 통하여 명백하게 드러나게 될 것이다. 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 실시 예에 따른 수평형 디모스 트랜지스터에 관하여 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, the technical objects and features of the present invention will be apparent from the description of the accompanying drawings and the embodiments. A horizontal type MOS transistor according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1은 본 발명에 따른 수평형 디모스 트랜지스터를 나타낸 사시도이고, 도 2는 도 1의 A-A'를 따라 도시한 단면도이다. 1 is a perspective view illustrating a horizontal type MOS transistor according to the present invention, and FIG. 2 is a cross-sectional view taken along line AA ′ of FIG. 1.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 수평형 디모스 트랜지스터는 P형 반도체 기판(101) 상부에 매몰 절연층으로서 매몰 산화막(미도시)이 형성되어 있고, 그 상부에는 N형 드리프트 영역(105) 및 P형 바디 영역(107)이 형성되어 활성 영역을 이루고 있다. 1 and 2, in the horizontal type DMOS transistor according to the present invention, a buried oxide film (not shown) is formed on the P-
P형 바디 영역(107)내에는 N+형의 불순물이 도핑된 소오스 영역(113)이 형성되어 있으며, 소오스 영역(113)과 인접하여 P+형 소오스 콘택 영역(111)이 형성되어 있다. A
그리고, 반도체 기판(101) 상에는 게이트 절연층(미도시)을 개재하여 게이트 전극(115)이 형성되어 있고, N형 드리프트 영역(105)의 표면에는 내압특성 향상을 위한 필드 절연층(119)이 형성되어 있다. The gate electrode 115 is formed on the
필드 절연층(119)은 필드 산화물로 형성되며 N형 드리프트 영역(105)의 상부 표면 상에 형성되며, P형 바디 영역(107)로부터 일정한 거리만큼 떨어진 위치에 형성한다. The
게이트 전극(115)은 일단은 P-형 바디영역(107)의 표면 상으로 연장되며, 타단은 필드 절연층(119) 위로 연장되도록 형성된다. One end of the gate electrode 115 extends onto the surface of the P-
그리고, N형 드리프트 영역(105)은 횡방향으로는 N+형의 불순물이 도핑된 N형 얕은 웰(108), 드레인 영역(109) 및 필드 절연층(119)이 형성되고, 종방향으로는 필드 절연층(119) 및 액티브 영역이 교대로 배치되도록 즉, 필드 절연층(119)이 서로 일정거리 이격되도록 형성된다. The N-
여기서, 액티브 영역은 N형 드리프트 영역(105)을 형성하는 이온주입과 동시에 P형 불순물 이온을 이온주입하여 필드 절연층(119) 사이에 일정거리 이격되는 부분에 P형 드리프트 영역(120)이 형성된다. In the active region, the P-
이하, 본 발명에 따른 수평형 디모스 트랜지스터의 제조 공정을 첨부된 도면을 참고하여 상세히 설명하기로 한다. Hereinafter, a manufacturing process of the horizontal type DMOS transistor according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 3 내지 도 4은 본 발명에 따른 수평형 디모스 트랜지스터의 제조 공정을 나타낸 사시도이다.3 to 4 are perspective views showing the manufacturing process of the horizontal type MOS transistor according to the present invention.
먼저, 도 3에 도시된 바와 같이, 단결정 실리콘층으로 이루어진 반도체 기판(101)에 필드 절연층(119)을 형성한다. First, as shown in FIG. 3, a
이와 같은 필드 절연층(119)은 횡방향으로는 후속공정에서 형성될 N형 드리프트 영역(105)의 상부 표면 상에 형성되며, 후속공정에서 형성될 P형 바디영역으 로부터 일정한 거리만큼 떨어진 위치에 형성한다. 또한, 종방향으로는 필드 절연층(119) 및 액티브 영역이 교대로 배치되도록 즉, 서로 일정거리 이격되도록 형성한다. Such a
이어서, 활성영역이 형성될 반도체 기판(101)에 웰 형성을 위한 N형 불순물 이온을 주입하여 N형 드리프트 영역(105)을 형성하고, 이와 동시에 P형 불순물 이온을 주입하여 필드 절연층(119) 사이에 일정거리 이격되도록 P형 드리프트 영역(120)을 형성하여 최종적으로 필드 절연층(119) 사이에 N형-P형-N형 드리프트 영역(105,120,105) 형태로 형성된다. Subsequently, an N-type impurity ion for forming a well is implanted into the
이때, 후속 공정에서의 열적 공정에 의해 N형 드리프트 영역(105)은 필드 절연층(119) 계면에 파일업(Pile-up)되고, P형 드리프트 영역(120)은 필드 절연층(119) 계면에 분리(segregation)가 일어나게 되어 순도핑(net doping) 영역을 가지게 된다. At this time, the N-
이로 인해, 필드 절연층(119) 계면과 N형 드리프트 영역(105) 사이에서는 절연 리서프(dielectric resurf)가 일어나고 N형 드리프트 영역(105)과 P형 드리프트 영역(120) 사이에서는 정션 디플레이션(junction depletion)에 의한 슈퍼 정션(super-junction) 구조를 가지게 되어 높은 N형 드리프트 영역(105) 사이에서도 높은 BV를 얻을 수 있으며, 높은 N형 드리프트 영역(105)에 의해 낮은 온저항을 가지게 된다. As a result, a dielectric resurf occurs between the
본 발명에서는 후속 공정들에서 일어나는 자연적인 열적 공정에 의한 현상으로 설명하였지만, 보다 확실하게 하기 위해 N형 드리프트 영역(105) 및 P형 드리프 트 영역(120)을 형성한 후, 별도의 열처리 공정을 수행할 수도 있다. Although the present invention has been described as a phenomenon due to a natural thermal process occurring in subsequent processes, for the sake of clarity, after forming the N-
이후, 도 4에 도시된 바와 같이, 소정의 이온주입 마스크(미도시)를 이용하여 선택적으로 P형 불순물 이온, 예를 들어 보론(B)을 소정의 도즈량으로 이온주입하여 N형 드리프트 영역(105)과 일정한 거리를 두고 이격하는 P형 바디 영역(107)을 형성한다. Subsequently, as shown in FIG. 4, P-type impurity ions, for example, boron B, are ion-implanted selectively using a predetermined ion implantation mask (not shown) to form an N-type drift region ( The P-
이어서, 게이트 전극(115), 소오스 영역(113), 드레인 영역(109), 소오스콘택 영역(111)을 형성하는 공지된 후속 공정을 통해 수평형 디모스 트랜지스터를 완성한다. Subsequently, the horizontal type DMOS transistor is completed through a known subsequent process of forming the gate electrode 115, the
이상 설명한 내용을 통해 당업자라면 본 발명의 기술사상을 일탈하지 아니하는 범위에서 다양한 변경 및 수정이 가능함을 알 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 기술적 범위는 명세서의 상세한 설명에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허 청구의 범위에 의해 정하여 져야만 할 것이다.Those skilled in the art will appreciate that various changes and modifications can be made without departing from the technical spirit of the present invention. 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 본 발명에 따른 수평형 디모스 트랜지스터를 나타낸 사시도.1 is a perspective view showing a horizontal type MOS transistor according to the present invention.
도 2는 도 1의 A-A'를 따라 도시한 단면도.FIG. 2 is a cross-sectional view taken along the line AA ′ of FIG. 1.
도 3 내지 도 4은 본 발명에 따른 수평형 디모스 트랜지스터의 제조 공정을 나타낸 사시도.3 to 4 are perspective views showing the manufacturing process of the horizontal type MOS transistor according to the present invention.
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