KR100198994B1 - Manufacturing method of thyristor device - Google Patents
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Abstract
본 발명에 의한 사이리스타 제조방법은, 기판 상에 애노드를 형성하는 단계와; 상기 애노드 상에 순차적으로 제1 p형 반도체층, 제1 n형 반도체층 및 제2 p형 반도체층을 접합하여 형성하는 단계와; 상기 제2 p형 반도체층 내에 제2 n형 반도체층을 형성하는 단계와; 상기 결과물 전면에 도전성막을 형성하고, 이를 선택식각하여 상기 제2 n형 반도체층과 접속되는 보조사이리스터용 제1캐소드와 주사이리스터용 제2캐소드 그리고 상기 제2 p형 반도체층과 접속되는 게이트를 동시에 형성하는 단계와; 상기 제2 p형 반도체층 상으로 1차 전자선을 조사하는 단계; 및 상기 제1 캐소드가 형성되어 있는 부분을 마스크로 덮고, 상기 게이트 및 상기 제1 캐소드 아래의 상기 제2 p형 반도체층에 2차 전자선을 조사하는 단계로 이루어져, 1차 및 2차 전자선 조사에 의해 소자의 전 영역에서 소수 캐리어의 수명 편차를 조절할 수 있게 되므로 소자의 턴오프 특성을 향상시킬 수 있게 된다.A method for producing a ceria according to the present invention comprises the steps of: forming an anode on a substrate; Forming a first p-type semiconductor layer, a first n-type semiconductor layer, and a second p-type semiconductor layer sequentially on the anode; Forming a second n-type semiconductor layer in the second p-type semiconductor layer; Forming a conductive film on the entire surface of the resultant structure; selectively etching the first cathode for the auxiliary thyristor, the second cathode for the main thyristor, and the gate connected to the second p-type semiconductor layer simultaneously with the second n-type semiconductor layer ; ≪ / RTI > Irradiating a primary electron beam onto the second p-type semiconductor layer; And a step of covering the portion where the first cathode is formed with a mask and irradiating the gate and the second p-type semiconductor layer under the first cathode with a secondary electron beam. In the first and second electron beam irradiation The lifetime deviation of the minority carriers in the entire region of the device can be controlled, and the turn-off characteristic of the device can be improved.
Description
본 발명은 사이리스터(thyristor) 소자의 제조방법에 관한 것으로, 특히 턴오프 특성을 향상시킬 수 있는 사이리스터 소자의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method of manufacturing a thyristor device, and more particularly, to a method of manufacturing a thyristor device capable of improving a turn-off characteristic.
사이리스터 소자는 p형 반도체층과 n형 반도체층이 번갈아서 4층으로 접합되어 있는 반도체 소자이다. 상기 사이리스터 소자는 3단자 소자이며, 게이트와 캐소드 간에 순방향 전압을 인가하므로써 애노드에서 캐소드로 전류가 흐르는 반도체 소자이다.The thyristor element is a semiconductor element in which a p-type semiconductor layer and an n-type semiconductor layer are alternately laminated in four layers. The thyristor element is a three-terminal element and is a semiconductor element in which a current flows from the anode to the cathode by applying a forward voltage between the gate and the cathode.
일반적으로, 대용량 고속 스위칭 사이리스터 소자의 경우 게이트 트리거 전류는 도핑농도뿐만 아니라 게이트의 주변 구조에 의해서도 영향을 받는다. 특히, 외부에서 공급되는 게이트 트리거 전류를 줄이기 위한 목적으로 보조사이리스터를 사용한다. 여기서는 종래의 보조사이리스터를 사용하는 대용량 고속 스위칭 사이리스터 소자에 대하여 살펴본다.Generally, in the case of a high-capacity, high-speed switching thyristor device, the gate trigger current is affected not only by the doping concentration but also by the surrounding structure of the gate. In particular, an auxiliary thyristor is used for the purpose of reducing gate trigger current supplied from the outside. Here, a high-capacity, high-speed switching thyristor device using a conventional auxiliary thyristor will be described.
도 1에는 일반적인 보조사이리스터를 갖는 대용량 고속 스위칭 사이리스터 소자의 구조를 도시한 단면도가 제시되어 있다.FIG. 1 is a cross-sectional view illustrating the structure of a high-capacity high-speed switching thyristor device having a common auxiliary thyristor.
도 1에 의하면, 일반적인 대용량 고속 스위칭 사이리스터 소자는 기판(11), 애노드(13), 상기 애노드(13)에 순차적으로 접합된 제1 p형 반도체층(17), 제2 형 반도체층(19) 및 상기 제2 p형 반도체층(19) 내에 형성된 제2 n형 반도체층(20a), (20b)과, 상기 제2반도체층(20a) 상에 형성되는 주사이리스터용 제1 캐소드(21)와, 상기 제2 p형 반도체층(19) 상에 형성되는 게이트(23)와, 상기 게이트(23)와 상기 제1 캐소드(21) 사이의 상기 제2n형 반도체층(20b) 상에 형성되는 보조사이리스터용 제2 캐소드(26)로 구성된다. 결과적으로, 상기 사이리스터 소자는 크게 게이트(23), 보조사이리스터 및 주사이리스터로 구성된다.1, a typical large-capacity, high-speed switching thyristor device comprises a substrate 11, an anode 13, a first p-type semiconductor layer 17 sequentially bonded to the anode 13, a second-type semiconductor layer 19, A second n-type semiconductor layer 20a and 20b formed in the second p-type semiconductor layer 19, a first cathode 21 for a main thyristor formed on the second semiconductor layer 20a, A gate 23 formed on the second p-type semiconductor layer 19 and an auxiliary formed on the second n-type semiconductor layer 20b between the gate 23 and the first cathode 21, And a second cathode 26 for thyristor. As a result, the thyristor element is largely composed of the gate 23, the auxiliary thyristor, and the main thyristor.
따라서, 상기 사이리스터 소자는 pnpn 구조를 가지고 있으며, 애노드(13)에 대하여 게이트(23)에 음의 바이어스가 인가된 상태하에서 정상동작 상태에 있게 된다. 그리고, 보조사이리스터로 인하여 적은 양의 전류가 게이트(23)에 인가되더라도 보조사이리스터가 턴온되게 된다. 이때, 보조사이리스터의 캐소드 전류가 주사이리스터의 캐소드 전류로 기여하게 됨으로 적은 양의 게이트 전류로써 사이리스터의 초기 턴온 면적을 증가시켜 전류상승률(di/dt) 특성을 향상시켜 준다.Therefore, the thyristor element has a pnpn structure and is in a normal operating state under a state where negative bias is applied to the gate 23 with respect to the anode 13. Even if a small amount of current is applied to the gate 23 due to the auxiliary thyristor, the auxiliary thyristor is turned on. At this time, since the cathode current of the auxiliary thyristor contributes to the cathode current of the main thyristor, the initial turn-on area of the thyristor is increased with a small amount of gate current to improve the current rise rate (di / dt) characteristic.
그러나, 상기 보조사이리스터를 사용하는 고속 스위칭 사이리스터 소자는 소자가 턴온되어 있는 동안 보조사이리스터의 제2 캐소드 전극 부분의 하부에 주입된 소수캐리어(즉, 전자)가 베이스 영역(제2 p형 반도체층)에 축적되므로 주사이리스터용 제1캐소드 전극 부분의 하부에 주입된 소수 캐리어(즉, 전자)보다 도1의 화살표로 표시된 도시한 소멸 경로의 차이로 수명이 길게 되므로 턴오프 특성이 저하를 초래하게 된다. 다시 말하면, 턴오프 특성은 베이스 영역의 소수 캐리어가 동시에 제거되어야만 턴오프 특성이 향상되지만 일반적인 사이리스터 소자는 보조사이리스터의 소수 캐리어의 수명이 길어 톤오프 특성이 나쁜 단점이 있다.However, the fast switching thyristor element using the auxiliary thyristor can be formed in such a manner that a minority carrier (that is, electrons) injected into the lower portion of the second cathode electrode portion of the auxiliary thyristor during the turn- (Ie electrons) injected into the lower portion of the first cathode electrode portion for the main thyristor due to the difference in the extinction path shown by the arrow in FIG. 1, resulting in a decrease in the turn-off characteristic . In other words, the turn-off characteristic improves the turn-off characteristic only when the minority carriers in the base region are removed at the same time, but the general thyristor element has a disadvantage that the life of the minority carrier of the auxiliary thyristor is long and the tone off characteristic is bad.
한편, 상기 대용량 고속 스위칭 사이리스터 소자에서 턴오프 특성을 향상시키기 위하여 베이스 영역내에 축적된 소수 캐리어를 효율적으로 제거하기 위하여, 소자에 전자선 조사방법 또는 중금속을 확산하여 특정 영역에 소수 캐리어의 재결합 자리를 형성하므로써 턴오프 특성을 향상시키는 방법이 제안되었다.Meanwhile, in order to efficiently remove the minority carriers accumulated in the base region in order to improve the turn-off characteristic in the large-capacity high-speed switching thyristor device, an electron beam irradiation method or a heavy metal is diffused into the device to form recombination sites of minority carriers A method of improving turn-off characteristics has been proposed.
그러나, 이러한 전자선 조사방법 또는 중금속 확산방법은 공정 추가로 인하여 제조비용이 증가하는 단점이 있으며, 더욱이 전자선 조사 및 중금속을 확산하여 형성된 재결합 자리로 인하여 소자의 포화전압 특성 저하 및 누설전류 증가 등의 또 다른 문제점이 발생된다.However, such an electron beam irradiation method or a heavy metal diffusion method has a disadvantage in that the manufacturing cost is increased due to the addition of a process. Further, due to the recombination site formed by electron beam irradiation and diffusion of heavy metal, the saturation voltage characteristic of the device, Other problems arise.
이에 본 발명의 목적은 기존 전자선 조사방법이나 중금속 확산방법을 이용하여 턴오프 특성을 향상시키고자 할 때 야기되던 단점 발생없이도 턴오프 특성을 향상시킬 수 있는 사이리스터 소자의 제조방법을 제공함에 있다.Accordingly, it is an object of the present invention to provide a method of manufacturing a thyristor device capable of improving the turn-off characteristic without causing disadvantages that are caused when the turn-off characteristic is improved by using an existing electron beam irradiation method or a heavy metal diffusion method.
제1도는 종래의 보조사이리스터를 갖는 고속 대용량 사이리스터 소자의 구조를 도시한 단면도.1 is a cross-sectional view showing the structure of a high-speed, large-capacity thyristor device having a conventional auxiliary thyristor;
제2도 및 제3도는 본 발명에 의한 고속 대용량 보조 사이리스터를 갖는 사이리스터 소자의 제조방법을 도시한 공정수순도이다.FIGS. 2 and 3 are process flow charts showing a method for manufacturing a thyristor device having a high-speed, large-capacity auxiliary thyristor according to the present invention.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명에서는, 기판 상에 애노드를 형성하는 단계와; 상기 애노드 상에 순차적으로 제1 p형 반도체층, 제1 n형 반도체층 및 제 2p형 반도체층을 접합하여 형성하는 단계와; 상기 제2 p형 반도체층 내에 제2 n형 반도체층을 형성하는 단계와; 상기 결과물 전면에 도전성막을 형성하고, 이를 선택 식각하여 상기 제2 n형 반도체층과 접속되는 보조사이리스터용 제1캐소드와 주사이리스터용 제2캐소드 그리고 상기 제2 p형 반도체층과 접속되는 게이트를 동시에 형성하는 단계와; 상기 제2 p형 반도체층 상으로 1차 전자선을 조사하는 단계; 및 상기 제1캐소드가 형성되어 있는 부분을 마스크로 덮고, 상기 게이트 및 상기 제1 캐소드 아래의 상기 제2 p형 반도체층에 2차 전자선을 조사하는 단계로 이루어진 사이리스터 제조방법이 제공된다.According to an aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a semiconductor device, comprising: forming an anode on a substrate; Forming a first p-type semiconductor layer, a first n-type semiconductor layer, and a second p-type semiconductor layer sequentially on the anode; Forming a second n-type semiconductor layer in the second p-type semiconductor layer; Forming a conductive film on the entire surface of the resultant structure; selectively etching the first cathode for the auxiliary thyristor, the second cathode for the main thyristor, and the gate connected to the second p-type semiconductor layer simultaneously with the second n-type semiconductor layer ; ≪ / RTI > Irradiating a primary electron beam onto the second p-type semiconductor layer; And covering the portion where the first cathode is formed with a mask and irradiating the gate and the second p-type semiconductor layer under the first cathode with a secondary electron beam.
이때, 상기 마스크는 금속막, 예컨대 몰리브덴막을 이용하며, 상기 기판은 몰리브덴이나 텅스텐 플레이트를 이용한다. 그리고, 애노드와 제1캐소드 및 제2캐소드는 알루미늄막으로 형성한다.At this time, the mask uses a metal film such as a molybdenum film, and the substrate uses molybdenum or a tungsten plate. Then, the anode, the first cathode, and the second cathode are formed of an aluminum film.
상기 공정을 적용하여 사이리스터를 제조하면, 1차 및 2차 전자선 조사 공정에 의해 소자의 전 영역에 걸쳐 소수 캐리어의 수명 편차를 조절할 수 있게 되어 소자의 턴 오프 특성을 향상시킬 수 있게 된다.When the thyristor is manufactured by applying the above process, the lifetime deviation of the minority carriers over the entire region of the device can be controlled by the primary and secondary electron beam irradiation processes, and the turn-off characteristic of the device can be improved.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시에에 대해 상세히 설명한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도2 및 도3은 본 발명에서 제안된 고속 대용량 보조사이리스터를 갖는 사이리스터 소자 제조방법을 도시한 공정수순도를 나타낸 것으로, 이를 참조하여 그 제조방법을 제2단계로 구분하여 살펴보면 다음과 같다.FIG. 2 and FIG. 3 show a process flow chart showing a method for manufacturing a thyristor device having a high-speed and large-capacity auxiliary thyristor proposed in the present invention, and a manufacturing method thereof will be described as a second step.
제1단계로서, 도 2에 도시된 바와 같이 몰리브덴이나 텅스텐으로 구성된 기판(31) 상에 알루미늄막으로 애노드(33)를 형성한다. 이어, 상기 애노드(33) 상에 제1 p형 반도체층(35), 제1 n형 반도체층(37), 제2 p형 반도체층(39)을 순차적으로 접합하여 형성하고, 상기 제2 p형 반도체층(39) 내에 제2 n형 반도체층(41a), (41b)을 형성한다. 상기 결과물 전면에 알루미늄막을 형성하고, 이를 소정부분 선택식각하여 제2 p형 반도체층(39) 상에 주사이리스터용 제1캐소드(43)와 게이트(45) 및 보조사이리스터용 제2 캐소드(47)을 형성한다. 이때, 제1캐소드(43)와 제2캐소드(47)는 제2 n형 (반도체층(41a),(41b)과 접속되도록 형성되고, 게이트(45)는 제2 p형 반도체층(39) 하고만 접속되도록 형성된다. 계속해서, 게이트(45)와 제1캐소드(43) 및 제2캐소드(47)가 형성된 소자의 전면에 1차 전자선(49)을 조사한다. 이 과정에서 제1캐소드(43) 아래의 베이스 영역(제2 p형 반도체층)의 소수 캐리어 수명이 정하여진다. 그러나, 제2 캐소드(47) 하부의 베이스 영역(제2 p형 반도체층) 내의 소수 캐리어의 수명은 소자의 정격을 기준으로 설정된 제1캐소드(43)하부의 베이스 영역의 소수 캐리어 수명보다 길게 된다.As a first step, an anode 33 is formed of an aluminum film on a substrate 31 made of molybdenum or tungsten, as shown in Fig. Next, a first p-type semiconductor layer 35, a first n-type semiconductor layer 37, and a second p-type semiconductor layer 39 are sequentially formed on the anode 33, and the second p- The second n-type semiconductor layers 41a and 41b are formed in the n-type semiconductor layer 39, respectively. An aluminum film is formed on the entire surface of the resultant product and a predetermined portion of the aluminum film is selectively etched to form a first cathode 43 and a gate 45 for the main thyristor and a second cathode 47 for the auxiliary thyristor on the second p- . The first cathode 43 and the second cathode 47 are connected to the second n-type semiconductor layers 41a and 41b and the gate 45 is connected to the second p-type semiconductor layer 39, The primary electron beam 49 is irradiated to the entire surface of the element having the gate 45 and the first cathode 43 and the second cathode 47. In this process, The lifetime of the minority carriers in the base region (second p-type semiconductor layer) under the second cathode 47 is determined by the lifetime of the minority carriers in the base region (the second p-type semiconductor layer) Is longer than the minority carrier lifetime of the base region under the first cathode 43, which is set based on the rating of the cathode.
제2단계로서, 도 3에 도시된 바와 같이 주사이리스터용 제1캐소드(43) 하부의 제2 p형 반도체층(39)을 몰리브덴 플레이트(51)를 마스크로하여 막고, 상기 결과물 상으로 2차 전자선(53)을 조사한다. 이때, 제1캐소드(43) 하부의 제2 p형 반도체층(39)은 마스크로 인해 전자선의 조사가 차단되므로 이쪽으로는 전자선이 주입되지 않고 보조사이리스터용 제2캐소드(47)와 게이트(45) 하부의 p형 반도체층(39)내에만 2차 전자선(53)이 조사되게 된다. 이렇게 하면 1차 전자선 조사에 의하여 정해진 제1캐소드(41a) 아래의 베이스 영역의 소수 캐리어 수명을 제2캐소드(41b) 아래의 소수 캐리어의 수명과 동일하게 만들 수 있게 된다. 결과적으로, 본 발명의 사이리스터 소자는 베이스 영역 내의 소수 캐리어를 용이하게 조절할 수 있게 되므로 턴 오프 특성을 향상시킬 수 있다.As a second step, the second p-type semiconductor layer 39 under the first cathode 43 for the main thyristor is covered with the molybdenum plate 51 as a mask, and the second p- The electron beam 53 is irradiated. At this time, the second p-type semiconductor layer 39 under the first cathode 43 is not irradiated with the electron beam due to the mask, so that no electron beam is injected into the second p-type semiconductor layer 39 and the second cathode 47 for auxiliary thyristor and the gate 45 The secondary electron beam 53 is irradiated only in the p-type semiconductor layer 39 under the p-type semiconductor layer 39. In this way, the minority carrier lifetime of the base region under the first cathode 41a determined by the primary electron beam irradiation can be made equal to the lifetime of the minority carriers below the second cathode 41b. As a result, the thyristor element of the present invention can easily adjust the minority carriers in the base region, thereby improving the turn-off characteristic.
본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상내에서 당분야의 통상의 지식을 가진자에 의하여 많은 변형이 가능함을 물론이다.It will be understood by those skilled in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims.
이상에서 살펴본 바와 같이 본 발명에 의하면, 1차 및 2차 전자선 조사에 의해 소자의 전 영역에서 소수 캐리어의 수명 편차를 조절할 수 있게 되므로 소자의 포화전압 특성 저하 및 누설 전류 증가 등과 같은 문제점 발생없이도 소자의 턴오프 특성을 향상시킬 수 있게 된다.As described above, according to the present invention, since the lifetime deviation of the minority carriers in the entire region of the device can be controlled by the irradiation of the primary and secondary electron beams, The turn-off characteristic of the transistor can be improved.
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1996
- 1996-05-30 KR KR1019960018830A patent/KR100198994B1/en not_active IP Right Cessation
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR970077751A (en) | 1997-12-12 |
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Legal Events
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| E902 | Notification of reason for refusal | ||
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| GRNT | Written decision to grant | ||
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