KR100190352B1 - 기생전류에 보호되는 수직형 모놀리식 반도체 전력소자 - Google Patents

기생전류에 보호되는 수직형 모놀리식 반도체 전력소자 Download PDF

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Abstract

수직형 모놀리식 반도체 전력소자는 P 타입 절연포켓(3)이 얻어지는 N 타입 에피텍셜층(2)이 중첩되는 N+타입 기판(1)을 포함한다. 그러한 포켓은 상기 전력소자의 회로부품(T1,T2,T5)을 한정하는 N+타입 영역(11,12;13;14)과 P타입 영역 영역(6,7,9,10)을 포함하는 N 타입 영역(4,15)과 P 타입 영역(8)을 포함한다. 절연포켓(3)은 접지에 연결된 제 1의 메탈리제이션(21,30)에 의해 전체적으로 덮어진다. 그러한 메탈리제이션(21,30)은 서로 다른 구성품들의 연결을 위한 금속레트(20) 또는 제2의 메탈리제이션(31)의 크로싱을 허여하기에 적당한 절연재료층(18)에 의해 보호된다.

Description

기생전류에 보호되는 수직형 모놀리식 반도체 전력소자
제1도는 본 발명에 따른 보호가 제공되지 않은 수직형 모놀리식 반도체 전력소자의 종단면도.
제2도는 기생전류에 보호되는, 본 발명에 따른 모놀리식 전력소자의 제 1의 실시예의 평면도.
제3도는 제2도의 라인 Ⅲ-Ⅲ에 따른 단면도.
제4도는 제2도의 라인 Ⅳ-Ⅳ에 따른 단면도.
제5도는 본 발명에 따른 모놀리식 전력소자의 제2의 실시예의 평면도.
제6도는 제5도의 라인 Ⅵ-Ⅵ에 따른 단면도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1 : 기판 2 : N-에피텍셜층
3 : P 절연포켓 6 : 베이스
11: 에미터 12 : 콜렉터
18, 40 : 절연층 19 : 접점
20 : 금속트랙 21, 30 : 제 1의 메탈리제이션
31 : 제 2의 메탈리제이션
본 발명은 기생전류에 보호되는 수직형 모놀리식 반도체 전력소자에 관한 것이다.
수직형 반도체 직접구조는 근본적으로 N+타입 기판과 그 위에 중첩되는 N- 타입 에피텍셜층을 포함하고, 거기서 N-타입 에피텍셜층에는 접지에 연결되고 돌출말단(protruding extremity)을 갖는 P타입 절연포켓이 제공된다. 상기 절연포켓은 장치의 회로부품을 한정하는 P 및 N+타입 영역을 포함하는 N 타입 영역들을 포함한다.
회로의 능동부품과 기생부품이 결합되어 있고, 기생부품은 그것과 결합되어 있는 회로의 능동부품이 스위치 온될 때 스위치 온되고, 그리고 절연포켓(P)의 중심부로 전류를 주입한다.
주입된 전류는 절연포켓을 통해 흘러 접지된 금속단자에 이른다.
만일 그러한 단자가 주입영역으로부터 멀리 떨어져 있다면, 절연포켓 자체는 전류가 접지단자에 도달하기 위해 흘러야 할 저항통로가 길어지기 때문에 전압이 상승한다.
그러한 전압상승은 비록 몇 V에 해당할지라도 직접회로의 동작을 위태롭게 할 수 있다.
아울러, 절연포켓의 전압이 상승하는 동안 N+타입 기판이 낮아지는 경우에, 그러한 영역들간의 기생접합 다이오드는 도통상태로 되어 전류가 기판에 주입됨으로써 전체의 동작이 위태롭게 된다.
그러한 회로의 성질로부터 가능한 한 많은 지점에서 포켓(P)을 접지해야 할 필요가 있다. 그러한 문제는 일반적으로 그들 사이에 접지된 금속트랙으로 절연포켓(P)상의 실질적인 수의 접지점을 연결함으로써 해결된다. 그러한 방법에 의하면, 접지점의 수가 더 커져 복잡해지고, 실질적인 사이즈가 요구되는 바, 금속접지트랙은 서로 다른 회로부품이 다수의 연결트랙에 적합해야 하기 때문이다.
본 발명의 목적은 절연포켓의 선택적인 접지점에 의해 발생되는 상기 언급된 문제점을 극복하는 것이다.
본 발명에 따라, 그러한 목적은 전력소자의 회로부품을 한정하는 N+타입영역 및 P 타입 영역을 포함하기 위한 N 타입 영역 및 P 타입 영역을 포함하며, 말단이 표면위로 돌출한 P 타입 절연포켓이 얻어지는 N+타입 기판을 포함하며, 상기 절연포켓의 돌출말단을 전체적으로 접지에 연결된 제1의 금속화로 덮어지는 것을 특징으로 하는 수직형 모놀리식 반도체 전력소자로 얻어진다.
이 방법에서 기생부품상의 절연포켓으로 전류가 주입되는 영역과 접지단자 사이의 저항통로는 어쨌든 짧고, 그리고 상기 언급된 결점을 일으키지 않는다.
본 발명의 특징은 첨부도면을 참고로 한 이하의 설명으로부터 보다 더 명백해질 것이다.
제1도에서 모놀리식 전력소자 N+타입 기판(1)을 포함하고, 기판(1)위에는 N-타입 에피텍셜층(2)이 성장되고, 상기 층(2)에서 기판의 표면위로 돌출한 말단을 갖는 P 타입 절연포켓(3)이 얻어진다. 영역(1)과 포켓(3)은 다이오드(D1)를 형성한다.
포켓(3)내에서 회로의 능동부품을 포함하기 위한 N 타입 영역(4, 15)이 얻어진다. 영역(4)내에서는 P 타입 영역(6)과 N+타입 영역(11, 12)이 얻어진다. 영역(12)은 트랜지스터(T1)의 콜렉터를 구성한다. 상기 트랜지스터(T1)의 에미터는 영역(11)에서 성취되고, 그의 베이스는 영역(6)에서 성취된다. 영역(15)내에서는 P 타입 영역(7, 9, 10)과 N 타입 영역(13)이 얻어진다. 영역(13)은 트랜지스터(T2)의 베이스를 구성한다. 상기 트랜지스터(T2)의 콜렉터 영역(10)에 차례로 연결되는 영역(15)과 포켓(3) 사이에서는 다이오드(D2)가 얻어진다.
영역(4, 15)의 바닥에서 N+타입 영역(16, 17)이 얻어진다. 그러한 영역(16, 17)은 제 1 및 제 2의 기생트랜지스터(T4, T3)의 베이스를 구성한다. 상기 제 1의 기생트랜지스터(T4)의 에미터는 영역(6)에서 성취되고, 그의 콜렉터는 포켓(3)에서 성취된다. 상기 제 2의 기생트랜지스터(T3)의 에미터는 P 타입 영역(9)에서 성취되고, 그의 콜렉터는 포켓(3)에서 성취된다.
아울러, 에피텍셜층(2)내에서는 P타입 영역(8)이 얻어지고, 영역(8)내에서는 N+타입 영역(14)이 얻어진다. 영역(8)은 전력트랜지스터(T5)의 베이스를 구성한다. 상기 트랜지스터(T5)의 에미터는 영역(14)에서 성취되고, 그의 콜렉터는 그것이 기판(1)에 도달될 때까지 에피텍셜층(2)에서 성취된다.
제1도에 도시된 회로의 동작을 설명하면, 트랜지스터(T2)가 온일 때 그것에 해당하는 기생트랜지스터(T3)도 온이고,트랜지스터(T1)가 포화일때 그것에 해당하는 기생트랜지스터(T4)는 능동적이다.
기생트랜지스터(T3, T4)가 온일때, 그들은 절연포켓(P), 영역(3)에 전류를 주입한다. 그러한 전류를 절연포켓(3)을 통해 흘러 접지된 단자에 도달한다. 만일 이 단자가 절연포켓으로 주입되는 영역으로부터 멀리 떨어져 있다면, 전류가 접지단자에 도달하도록 흘러야 할 저항통로가 길어지기 때문에 포켓의 전압이 상승한다.
절연포켓 (P)의 전압상승은 단지 몇 V에 불과할 수 있고, 그리고 절연포켓(P)에 포함된 N타입 영역(4, 15)의 전압이 낮아지게 될 때 기생트랜지스터(T3, T4)의 도통은 직접회로의 동작을 위태롭게 할 수 있다.
게다가, N 타입 영역(15)의 전압강화와 연관하여 절연포켓(P)의 전압 상승은 다이오드(D2)를 도통시킨다.
수직 전력트랜지스터(T5)의 콜렉터로 이용되는 기판(1)도 또한 트랜지스터의 포화점에서 매우 낮은 전압으로 떨어질 수 있다. 만일 기판(1)과 절연포켓(3)사이에 다이오드(D1)의 임계 도통 전압보다 더 전압차가 있다면, 다이오드(D1)는 도통되어 전체 회로의 동작을 위태롭게 한다.
기생트랜지스터 존재로 인해 발생되는 절연포켓(P)의 전압상승을 제거하기 위해 제2, 3, 4도를 참조하면, 절연포켓(P)의 돌출말단은 본 발명에 따라 금속 실리사이드층, 바람직하게는 플라티늄층이라고 불리는 메탈리제이션(21)에 의해 전체적으로 덮어지는 바, 상기 메탈리제이션(21)의 저항은 절연포켓(P)의 스퀘어당 저항보다 약 100배 더 낮은 스퀘어당 약 1Ω을 갖는다. 절연포켓(P)의 일부의 영역은 선행기술에 따라 접지에 연결된 도시안된 알루미늄 금속트랙에 도달되어 접촉된다.
이 방법에서 기생트랜지스터(T3, T4)의 누설전류는 저저항율의 통로를 통해 접지로 흐르므로 절연포켓(P)의 전압은 상승되지 않는다.
메탈리제이션(21)은 실리콘 산화막이라 불리는 절연층(18)으로 덮어져 집적회로의 서로 다른 회로부품들을 연결하고, 접점(19)에 도달하는 금속트랙(20) 부분에서 메탈리제이션(21)의 크로싱을 허용한다.
제5 및 6도를 참조하면, 본 발명에 따른 장치의 대체 실시예에서는 절연포켓(P)의 돌출말단위에 접지회로망을 형성하기에 적당한 제 1의 메탈제이션(30)이 적층되고, 상기 제 1의 메탈리제이션(30)위에는 절연층(40)과 집적회로의 서로 다른 회로부품들을 연결하는 제 2의 메탈리제이션(31)이 중첩된다. 상기 양 메탈리제이션은 바람직하게 알루미늄으로 성취되며, 상기 절연층으로는 바람직하게 실리콘 산화막이 이용된다.

Claims (11)

  1. 전력소자의 회로성분을 한정하는 N+타입 영역(11, 12, 13, 14)과 P 타입 영역(6, 7, 9, 10)을 포함하는 N 타입 영역(14, 15)과 P타입 영역(8)을 차례로 포함하며 기판의 말단이 표면위로 돌출해 있는 P 타입 절연포켓(3)이 얻어지는N+타입 기판(1)을 포함하는 수직형 모노릴식 반도체 전력소자에 있어서, 상기 절연포켓(3)의 돌출말단은 접지에 연결된 제 1의 메탈리제이션(21, 30)에 의해 완전히 덮어지는 것을 특징으로 하는 수직형 모놀리식 반도체 전력소자.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 제 1의 메탈리제이션(21)은 금속 실리사이드로 성취되는 것을 특징으로 하는 전력소자.
  3. 제 2항에 있어서, 상기 제 1의 메탈리제이션(21)은 플라티늄 실리사이드로 성취되는 것을 특징으로 하는 전력소자.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 제 1의 메탈리제이션(30)은 알루미늄으로 성취되는 것을 특징으로 하는 전력소자.
  5. 제 1항에 있어서, 상기 제 1의 메탈리제이션(21, 30)은 절연재료층(18, 40)으로 덮여지는 것을 특징으로 하는 전력소자.
  6. 제 5항에 있어서, 상기 절연 재료층(18)은 실리콘 산화물로 성취되는 것을 특징으로 하는 전력소자.
  7. 제 5항에 있어서, 상기 절연재료층(18)에는 서로 다른 회로부품들을 연결하는 금속트랙(20)이 있는 것을 특징으로 하는 전력소자.
  8. 제 7항에 있어서, 상기 금속연결트랙(20)은 알루미늄으로 성취되는 것을 특징으로 하는 전력소자.
  9. 제 5항에 있어서, 상기 절연재료층(40)에는 서로 다른 회로부품들을 연결하는 제 2의 메탈리제이션(31)이 있는 것을 특징으로 하는 전력소자.
  10. 제 9항에 있어서, 상기 제 2의 메탈리제이션(31)은 알루미늄으로 성취되는 것을 특징으로 하는 전력소자.
  11. 제 1항에 있어서, 상기 절연포켓(3)은 상기 기판(1)위에 중첩되는 에피텍셜층(2)에서 얻어지는 것을 특징으로 하는 전력소자.
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