KR100450652B1 - Trench type power MOSFET and manufacturing method thereof - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 파워 소자(power device) 및 그 제조방법에 관한 것으로, 특히 트렌치 모서리에 인가되는 전압을 분산시킬 수 있는 트렌치형 파워 모스펫 및 그 제조방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE
파워 MOS FET는 MOS 구조를 가진 유니폴라 소자이다. 바이폴라 트랜지스터에 비해서 스위칭 속도가 빠르고 그 외에 열적 안정성이 높으며, 고입력 임피던스에서 전력이득이 크고, 사용하기 편리하다는 점 등 많은 특징을 가지고 있어, 가전제품에서 OA 기기, 전장품, 일반 산업기기 등 폭넓은 분야에 채용되고 있다.Power MOS FETs are unipolar devices with MOS structures. Compared to bipolar transistors, it has faster switching speed, higher thermal stability, higher power gain at high input impedance, and ease of use.It is widely used in home appliances such as OA equipment, electronics, and general industrial equipment. It is adopted in the field.
파워 MOS FET의 칩 구조에는 횡형 구조(LMOS: Lateral MOS)와 트렌치 구조가 있으며, 트렌치 구조에는 VMOS(V Grooved MOS), UMOS, DMOS(Double Diffused MOS) 등이 있다.The chip structure of the power MOS FET includes a lateral structure (LMOS) and a trench structure, and the trench structure includes V Grooved MOS (VMOS), UMOS, and double diffused MOS (DMOS).
트렌치 구조는 드레인은 반도체 기판의 아래면에 소오스는 윗면에 배치되며 게이트는 반도체 기판의 표면에 파여진 트렌치에 배치된다. 이 때문에 전류는 종(縱)형의 채널을 통해서 종(縱) 방향으로 흐른다.In the trench structure, the drain is disposed on the lower surface of the semiconductor substrate and the source is disposed on the upper surface, and the gate is disposed on the trench which is dug into the surface of the semiconductor substrate. For this reason, the current flows in the longitudinal direction through the longitudinal channel.
트렌치 구조의 파워 모스펫을 형성하기 위해서는, 트렌치 형성과 트렌치 내벽에 산화막을 성장시키는 공정이 필수적이다. 그런데, 트렌치 형성 후 열산화 공정을 행할 때, 다른 부분에서 보다 트렌치의 모서리 부분에서 산화막이 얇게 성장되는 경향이 있어, 전압 (VGS) 인가시, 이 부분에 걸리는 전계(electric field)는 다른 부분에 걸리는 전계보다 높다. 전술한 바에 의해, 트렌치 구조는 횡형 구조와 비교했을 때 산화막의 절연내압이 낮다.In order to form a power MOSFET having a trench structure, a process of forming a trench and growing an oxide film on the inner wall of the trench is essential. By the way, when the thermal oxidation process is performed after the trench formation, the oxide film tends to grow thinner at the corner portions of the trench than at other portions, and when the voltage (VGS) is applied, the electric field applied to this portion is applied to the other portions. It is higher than the electric field taken. As described above, the trench structure has a lower dielectric breakdown voltage of the oxide film as compared with the lateral structure.
트렌치 모서리 부분에서 산화막이 얇게 형성되는 전술한 바와 같은 현상은 산화막의 신뢰도 및 ESD 등과 매우 밀접한 관계가 있어서 소자에 중대한 결함을 발생시키는 원인이 된다.The above-described phenomenon in which the oxide film is thinly formed at the corners of the trench has a close relationship with the reliability of the oxide film, ESD, and the like, which causes a serious defect in the device.
전술한 바와 같은 트렌치 모서리에서의 산화막 박막화 현상을 개선하기 위하여 여러 가지 방법들이 제안되고 있는데, 이는, 산화막을 고온에서 성장시키는 방법, 트렌치 형성 후 습식 식각 및 CDE (Chemical Dry Etch) 등을 행하여 첨예한 모서리를 라운드화 시키는 방법 및 트렌치 모서리에 고농도의 불순물층을 형성한 후 열산화 공정을 행함으로써 모서리에서의 산화막 두께를 증가시키는 방법 등이다.Various methods have been proposed to improve the oxide film thinning at the trench edges as described above, which is a method of growing the oxide film at high temperature, wet etching after trench formation, and chemical dry etching (CDE). The method of rounding the corners and the method of increasing the thickness of the oxide film at the corners by performing a thermal oxidation process after forming a high concentration of impurity layer in the trench corners.
도 1은 종래의 트렌치형 파워 모스펫의 버스 라인부를 도시한 단면도로서, 트렌치 모서리에 고농도 불순물층을 형성한 후 열산화를 행함으로써 모서리에서의 산화막 두께를 증가시키는 방법을 설명한다.1 is a cross-sectional view illustrating a bus line of a conventional trench type power MOSFET, and a method of increasing an oxide film thickness at a corner by forming a high concentration impurity layer at a corner of a trench and performing thermal oxidation.
이는, 불순물 농도가 높은 영역에서의 산화막 성장속도는 다른 영역에서보다 빠르다는 현상을 이용한 것이다. 즉, 트렌치 모서리에 고농도의 불순물층(40)을 형성한 후 열산화 공정을 행하면 이부분에서의 산화막 성장 속도는 다른 부분에서보다 빠르기 때문에, 전술한 바와 같은, 트렌치 모서리에서의 산화막 박막화 현상을 개선할 수 있다.This utilizes the phenomenon that the oxide film growth rate in the region where the impurity concentration is high is faster than in other regions. In other words, if the thermal oxidation process is performed after the high concentration of
도 1에 있어서, 도면부호 "10"은 N+ 드레인을, "20"은 N- 에피층을, "30"은 P- 바디(body)를, "40"은 N+ 고농도 불순물층을, "60"은 산화막을, 그리고 "70"은 버스 라인(bus line)을 나타낸다.In Fig. 1,
이때, N+ 고농도 불순물층(40)은 파워 모스펫의 소오스 형성 시에 형성되며,플로우팅(floating) 상태이다.At this time, the N + high
본 발명의 목적은 트렌치 모서리에 인가되는 전압을 분산시킬 수 있는 트렌치형 파워 모스펫을 제공하는데 있다.SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a trench type power MOSFET capable of distributing a voltage applied to a corner of a trench.
본 발명의 다른 목적은 트렌치 모서리에 인가되는 전압을 분산시킬 수 있는 트렌치형 파워 모스펫 제조방법을 제공하는데 있다.Another object of the present invention is to provide a trench type power MOSFET manufacturing method capable of dispersing the voltage applied to the trench corners.
도 1은 종래의 트렌치형 파워 모스펫의 버스 라인부를 도시한 단면도이다.1 is a cross-sectional view showing a bus line portion of a conventional trench type power MOSFET.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 트렌치형 파워 모스펫의 버스 라인부를 도시한 단면도이다.2 is a cross-sectional view illustrating a bus line part of a trench type power MOSFET according to an embodiment of the present invention.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 의한 트렌치형 파워 모스펫의 버스 라인부를 도시한 단면도이다.3 is a cross-sectional view illustrating a bus line of a trench type power MOSFET according to another exemplary embodiment of the present invention.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 의한 트렌치형 파워 모스펫을 도시한 단면도이다.4 is a cross-sectional view illustrating a trench type power MOSFET according to an embodiment of the present invention.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 의한 트렌치형 파워 모스펫을 도시한 단면도이다.5 is a cross-sectional view illustrating a trench type power MOSFET according to another embodiment of the present invention.
도 6a 내지 도 6c는 본 발명에 의한 트렌치형 파워 모스펫의 버스 라인 형성방법을 공정순서별로 설명하기 위해 도시한 단면도들이다.6A to 6C are cross-sectional views illustrating a bus line forming method of a trench type power MOSFET according to the present invention, in accordance with a process sequence.
도 7a 내지 도 7d는 본 발명에 의한 트렌치형 파워 모스펫 형성방법을 공정순서별로 설명하기 위해 도시한 단면도들이다.7A to 7D are cross-sectional views illustrating a method for forming a trench type power MOSFET according to the present invention in order of process.
본 발명의 일 실시예에 의한 트렌치형 파워 모스펫의 버스 라인부는, 트렌치를 갖는 제1 도전형의 기판과, 상기 트렌치 표면에 형성된 산화막과, 상기 트렌치의 상부 모서리의 기판에 형성된 고농도의 제2 도전형 불순물층과, 상기 제2 도전형 불순물층 내에 형성되어 이와 접합을 이루는 전압 분산층과, 상기 트렌치를 매립하는 모양으로 형성된 버스 라인을 구비한다.The bus line portion of the trench type power MOSFET according to an embodiment of the present invention includes a first conductive type substrate having a trench, an oxide film formed on the trench surface, and a second high concentration of conductive material formed on a substrate at an upper edge of the trench. A type impurity layer, a voltage dispersion layer formed in the second conductivity type impurity layer and bonded to each other, and a bus line formed to fill the trench.
이때, 상기 전압 분산층은, 상기 기판과 상기 제2 도전형 불순물층이 접하는 접합부로부터 고농도의 제1 도전형 불순물층과 고농도의 제2 도전형 불순물층이 교대로 형성되어 있는 구조이거나, 상기 제2 도전형 불순물층과 접합을 이루는 고농도의 제1 도전형 불순물층이다. 또한, 상기 제1 도전형은 P형이고, 상기 제2 도전형은 N형이다.In this case, the voltage dispersion layer has a structure in which a high concentration of the first conductivity type impurity layer and a high concentration of the second conductivity type impurity layer are alternately formed from a junction portion where the substrate and the second conductivity type impurity layer contact each other. It is a high concentration first conductivity type impurity layer bonded to the two conductivity type impurity layer. In addition, the first conductivity type is P type, and the second conductivity type is N type.
본 발명의 다른 실시예에 의한 트렌치형 파워 모스펫의 버스 라인부는, 제1 도전형의 콜렉터 상에 형성된 제2 도전형의 바디와, 상기 바디를 관통해 상기 콜렉터를 노출시키도록 형성된 트렌치와, 상기 트렌치 표면에 형성된 게이트 산화막과,상기 트렌치의 상부 모서리에 형성된 고농도의 제1 도전형 소오스와, 상기 고농도의 제1 도전형 소오스 내에 형성되어 이와 접합을 이루는 전압 분산층과, 상기 트렌치를 매립하는 모양으로 형성된 게이트와, 상기 게이트와 상기 전압 분산층을 덮는 모양의 절연층과 상기 소오스와 접하는 소오스 전극을 구비한다.The bus line portion of the trench-type power MOSFET according to another embodiment of the present invention includes a body of the second conductivity type formed on the collector of the first conductivity type, a trench formed to expose the collector through the body, A gate oxide film formed on the trench surface, a high concentration first conductivity type source formed at an upper edge of the trench, a voltage dispersion layer formed in and bonded to the high concentration first conductivity type source, and filling the trench And a gate electrode formed on the gate electrode, an insulating layer covering the gate and the voltage dispersion layer, and a source electrode in contact with the source.
이때, 상기 전압 분산층은, 상기 바디와 상기 소오스가 접하는 접합부로부터 고농도의 제2 도전형 불순물층과 고농도의 제1 도전형 불순물층이 교대로 형성되어 있는 구조이거나, 상기 소오스와 접합을 이루도록 형성된 고농도의 제2 도전형 불순물층이다. 또한, 상기 제1 도전형은 N형이고, 상기 제2 도전형은 P형이다.In this case, the voltage dispersion layer has a structure in which a high concentration of a second conductivity type impurity layer and a high concentration of a first conductivity type impurity layer are alternately formed from a junction where the body and the source contact each other, or are formed to form a junction with the source. It is a high concentration second conductivity type impurity layer. The first conductivity type is N type, and the second conductivity type is P type.
본 발명의 일 실시예에 의한 트렌치형 파워 모스펫 제조방법은, 제1 도전형의 기판의 표면 근방에 제2 도전형의 불순물을 고농도로 도우프하여 고농도의 제2 도전형 불순물층을 형성하는 공정과, 상기 제2 도전형 불순물층 내에, 상기 제2 도전형 불순물층과 접합을 이루는 전압 분산층을 형성하는 공정과, 상기 전압 분산층과, 제2 도전형의 불순물층을 관통하여 상기 제1 도전형의 기판을 부분적으로 노출시키는 모양의 트렌치를 형성하는 공정과, 상기 트렌치 표면에 산화막을 형성하는 공정과, 상기 트렌치를 매립하는 모양의 버스 라인을 형성하는 공정을 구비한다.In the method of manufacturing a trench type power MOSFET according to an embodiment of the present invention, a step of forming a high concentration of a second conductivity type impurity layer by doping a second conductivity type impurity at a high concentration near the surface of the first conductivity type substrate is performed. And forming a voltage dispersion layer in the second conductivity type impurity layer to be bonded to the second conductivity type impurity layer, and penetrating through the voltage dispersion layer and the second conductivity type impurity layer. And forming a trench in which the conductive substrate is partially exposed, forming an oxide film on the trench surface, and forming a bus line in which the trench is buried.
이때, 전압 분산층을 형성하는 상기 공정은, 상기 제2 도전형 불순물층 내에 제1 도전형의 불순물을 고농도로 도우프하는 공정이거나, 상기 제2 도전형 불순물층 내에 고농도의 제1 도전형의 불순물과 고농도의 제2 도전형의 불순물을 교대로 도우프하는 공정이다. 또한, 상기 제1 도전형은 P형이고, 상기 제2 도전형은 N형이다.At this time, the step of forming the voltage dispersion layer is a step of doping a high concentration of the first conductivity type impurities in the second conductivity type impurity layer, or a high concentration of the first conductivity type in the second conductivity type impurity layer It is a step of doping alternating impurities and impurities of a high concentration second conductivity type. In addition, the first conductivity type is P type, and the second conductivity type is N type.
본 발명의 다른 실시예에 의한 트렌치형 파워 모스펫 제조방법은, 제1 도전형의 콜렉터에 제2 도전형의 불순물을 도우프하여 제2 도전형의 바디를 형성하는 공정과, 상기 제2 도전형의 바디의 표면 근방에 제1 도전형의 불순물을 고농도로 도우프하여 소오스를 형성하는 공정과, 상기 소오스 내에, 상기 제1 도전형 소오스와 접합을 이루는 전압 분산층을 형성하는 공정과, 상기 전압 분산층과, 소오스와 바디를 관통하여 상기 콜렉터를 부분적으로 노출시키는 모양의 트렌치를 형성하는 공정과, 상기 트렌치 표면에 게이트 산화막을 형성하는 공정과, 상기 트렌치를 매립하는 모양의 게이트를 형성하는 공정과, 상기 게이트와 상기 전압 분산층을 덮는 모양의 절연층을 형성하는 공정과, 상기 소오스와 접하는 소오스 전극을 형성하는 공정을 구비한다.According to another embodiment of the present invention, a method of manufacturing a trench type power MOSFET may include: forming a body of a second conductivity type by doping a second conductivity type impurity into a collector of the first conductivity type; Forming a source by doping a high concentration of impurities of a first conductivity type in the vicinity of the surface of the body, and forming a voltage dispersion layer in the source to be in contact with the first conductivity type source; Forming a trench through the dispersion layer, the source and the body to partially expose the collector, forming a gate oxide film on the trench surface, and forming a gate filling the trench And forming an insulating layer covering the gate and the voltage dispersion layer, and forming a source electrode in contact with the source.
이때, 전압 분산층을 형성하는 상기 공정은, 상기 소오스 내에 제2 도전형의 불순물을 고농도로 도우프하는 공정이거나, 상기 소오스 내에 고농도의 제2 도전형의 불순물과 고농도의 제1 도전형의 불순물을 교대로 도우프하는 공정이다. 또한, 상기 제1 도전형은 N형이고, 상기 제2 도전형은 P형이다.In this case, the step of forming the voltage dispersion layer is a step of doping the second conductivity type impurities in the source at a high concentration, or a high concentration of the second conductivity type impurities and a high concentration of the first conductivity type impurities in the source. This is a step of doping alternately. The first conductivity type is N type, and the second conductivity type is P type.
본 발명에서는 트렌치 상단의 모서리에 서로 도전형이 다른 불순물을 고농도로 이중확산하여 이중접합을 형성함으로써 이부분의 산화막의 두께를 증가시키고, 게이트-소오스 간에 인가된 전압의 일부를 이중접합에서 맡게하여 이부분의 산화막이 부담해야할 전압을 분산시킴으로서 트랜지스터의 절연내압을 증가시킨다.In the present invention, a double junction is formed by double-diffusion of impurities having different conductivity types at high concentrations at the corners of the top of the trench to increase the thickness of the oxide film of the portion, and to take part of the voltage applied between the gate and the source in the double junction. The dielectric breakdown voltage of the transistor is increased by dispersing the voltage to be burdened by the oxide film of this part.
이하, 첨부한 도면을 참조하여, 본 발명에 의한 트렌치형 파워 모스펫 및 그 제조방법에 대해 더욱 자세하게 설명하고자 한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings, it will be described in more detail with respect to the trench-type power MOSFET and a method for manufacturing the same.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 트렌치형 파워 모스펫의 버스 라인부를 도시한 단면도로서, 도면부호 "10"은 N+ 드레인을, "20"은 N- 에피층을, "30"은 P- 바디(body)를, "40"은 N+ 고농도 불순물층을, "50"은 P+ 고농도 불순물층을, "60"은 산화막을, 그리고 "70"은 버스 라인(bus line)을 나타낸다.2 is a cross-sectional view illustrating a bus line of a trench type power MOSFET according to an exemplary embodiment of the present invention, in which reference numeral “10” denotes an N + drain, “20” denotes an N− epilayer, and “30” denotes a P− A body, "40" represents an N + high concentration impurity layer, "50" represents a P + high concentration impurity layer, "60" represents an oxide film, and "70" represents a bus line.
본 발명에 의한 트렌치형 파워 모스펫의 버스 라인부는, N+ 드레인 (기판) (10)과, 상기 N+ 드레인 상에 형성된 N- 에피층(20)과, 상기 N- 에피층(20) 상에 형성된 P- 바디(30)와, 상기 P- 바디(30)의 표면 근방에 형성된 N+ 고농도 불순물층(40)과, 상기 N+ 고농도 불순물층(40) 내에 형성되어 이와 접합(junction)을 이루는 P+ 고농도 불순물층(50)과, 상기 P+ 고농도 불순물층(50), N+ 고농도 불순물층(40) 및 P- 바디(30)를 관통하여 상기 N- 에피층(20)을 부분적으로 노출시키는 트렌치(84)와, 상기 트렌치(84) 내벽에 형성된 산화막(60)과, 상기 트렌치(84)를 매립하는 모양으로 형성된 버스 라인(70)으로 형성되어 있다,The bus line portion of the trench-type power MOSFET according to the present invention includes an N + drain (substrate) 10, an N−
이때, 상기 N+ 고농도 불순물층(40)은 파워 모스펫의 소오스(source) 형성 시에 형성되며, 플로우팅(floating)되어 있다. 상기 P+ 고농도 불순물층(50)은 전압 분산층으로, 상기 N+ 고농도 불순물층(40)과 접합을 이루고 있다.In this case, the N + high
상기 P+ 고농도 불순물층(50)을 형성하지 않을 경우 (종래의 경우), 버스 라인(70)과 N+ 고농도 불순물층(40) 사이에 인가되는 전압이 트렌치 모서리 부분의 산화막에 집중되어 이부분에서의 절연파괴를 채촉하므로, 결과적으로, 트랜지스터의 절연내압을 감소시키거나 이부분에서 터널링 현상을 발생시켜 누설전류를 증가시킨다.When the P + high
그러나, N+ 고농도 불순물층(40) 내에 상기 P+ 고농도 불순물층(50)을 형성하면, 버스 라인(70)과 N+ 고농도 불순물층(40) 사이의 전압이 트렌치 모서리 부분의 산화막 뿐만아니라 P+ 고농도 불순물층(50)과 N+ 고농도 불순물층(40) 사이의 접합에도 인가되기 때문에 트렌치 모서리 부분의 산화막에 인가되던 전압의 크기가 작아진다. 즉, 전압 분산효과가 있다. 따라서, 트렌치 모서리 부분의 산화막에서의 전계집중을 약화시킬 수 있으므로 트랜지스터의 절연내압을 증가시킬 수 있을 뿐만아니라 누설전류 특성을 개선시킬 수 있다.However, when the P + high
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 의한 트렌치형 파워 모스펫의 버스 라인부를 도시한 단면도로서, 도 2에서는 전압 분산층을 P+ 고농도 불순물층(도 2의 50) 단일층으로 형성하였으나, 본 실시예에서는, 상기 N+ 고농도 불순물층(40) 내에 P+ 고농도 불순물층(52)과 N+ 고농도 불순물층(54)을 교대로 형성하여 이를 전압 분산층으로 이용한다.3 is a cross-sectional view illustrating a bus line of a trench type power MOSFET according to another embodiment of the present invention. In FIG. 2, the voltage dispersion layer is formed of a single P + high concentration impurity layer (50 in FIG. 2). In the N + high
전술한 본 발명의 일 실시예에서는 N+ 고농도 불순물층(40) 내에 하나의 접합만을 형성하여 전압을 분산하였으나, 본 실시예에서는, 두 개의 접합 (N+ 고농도 불순물층(40)과 P+ 고농도 불순물층(52) 사이의 접합 및 P+ 고농도 불순물층(52)과 N+ 고농도 불순물층(54) 사이의 접합)을 형성하여 트렌치 모서리의 산화막에만 집중적으로 인가되던 전압을 상기 산화막 뿐만아니라 언급한 두 개의 접합에도 인가되도록 함으로써 트렌치 모서리의 산화막에서의 전계집중을 더욱 약화시킬 수 있다.In the embodiment of the present invention described above, only one junction is formed in the N + high
본 실시예에서는 두 개의 접합을 형성하는 것만 예를 들었으나, 세 개, 네개 또는 그 이상의 접합을 형성함으로써 트렌치 모서리에서 인가되는 전압을 더욱 분산시킬 수 있음은 물론이다.In this embodiment, only two junctions are exemplified, but three, four, or more junctions may be used to further disperse the voltage applied at the trench edges.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 의한 트렌치형 파워 모스펫을 도시한 단면도로서, 도면부호 "10"은 N+ 드레인을, "20"은 N- 에피층을, "30"은 P- 바디(body)를, "42"은 N+ 소오스를, "56"은 P+ 고농도 불순물층을, "62"은 게이트 산화막을, "72"는 게이트를, "80"은 절연층을, 그리고 "90"은 소오스 전극을 나타낸다.4 is a cross-sectional view illustrating a trench type power MOSFET according to an embodiment of the present invention, in which reference numeral “10” denotes an N + drain, “20” denotes an N− epilayer, and “30” denotes a P-body (body) ), 42 is N + source, 56 is P + high impurity layer, 62 is gate oxide, 72 is gate, 80 is insulating layer, and 90 is source. Represent the electrode.
본 발명에 의한 트렌치형 파워 모스펫은, N+ 드레인 (기판) (10)과, 상기 N+ 드레인 상에 형성된 N- 에피층(20)과, 상기 N- 에피층(20) 상에 형성된 P- 바디(30)와, 상기 P- 바디(30)의 표면 근방에 형성된 N+ 소오스(42)와, 상기 N+ 소오스(42) 내에 형성되어 이와 접합(junction)을 이루는 P+ 고농도 불순물층(56)과, 상기 P+ 고농도 불순물층(56), N+ 소오스(42) 및 P- 바디(30)를 관통하여 상기 N- 에피층(20)을 부분적으로 노출시키는 트렌치(86)와, 상기 트렌치(86) 내벽에 형성된 게이트 산화막(62)과, 상기 트렌치(84)를 매립하는 모양으로 형성된 게이트(72)와, 상기 게이트(72)와 상기 P+ 고농도 불순물층(56)을 덮는 모양의 절연층(80)과, 상기 소오스(42)와 접하는 소오스 전극(90)으로 형성되어 있다.The trench-type power MOSFET according to the present invention includes an N + drain (substrate) 10, an N-
도 2 및 도 3에서는 N+ 고농도 불순물층(40)이 플로우팅되어 있으나, 본 실시예에서는 N+ 소오스(42)가 소오스 전극(90)에 연결되어 일전 전압이 인가된다. 이때, 전압 분산층으로 이용되는 P+ 고농도 불순물층(56) 상에는 절연층(80)이 형성되어 상기 소오스 전극(90)과의 접속을 방지한다.In FIG. 2 and FIG. 3, the N + high
P+ 고농도 불순물층(56)의 전압 분산효과는 도 2에서 언급한 바와 같다.The voltage dispersion effect of the P + high
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 의한 트렌치형 파워 모스펫을 도시한 단면도로서, 본 실시예에서는, 상기 N+ 소오스(42) 내에 P+ 고농도 불순물층(58)과 N+ 고농도 불순물층(59)을 교대로 형성하여 이를 전압 분산층으로 이용한다.FIG. 5 is a cross-sectional view illustrating a trench type power MOSFET according to another embodiment of the present invention. In this embodiment, the P + high
두 개의 접합을 형성하여 전압을 분산하는 것에 대해서는 도 3에서 언급한 바와 같다.Distributing the voltage by forming two junctions is as mentioned in FIG. 3.
도 6a 내지 도 6c는 본 발명에 의한 트렌치형 파워 모스펫의 버스 라인 형성방법을 공정순서별로 설명하기 위해 도시한 단면도들이다.6A to 6C are cross-sectional views illustrating a bus line forming method of a trench type power MOSFET according to the present invention, in accordance with a process sequence.
N+ 드레인(기판) (10) 상에 N- 에피층(에피텍셜층)(20)을 형성한 후, P형 불순물을 저농도로 도우프하여 P- 바디(30)를 형성한다. 이후, N형 불순물을 고농도로 도우프하여 상기 P- 바디(30)의 표면 근방에 N+ 고농도 불순물층(40)을 선택적으로 형성하고, 계속해서 P형 불순물을 고농도로 도우프하여 상기 N+ 고농도 불순물층(40) 내에 P+ 고농도 불순물층(50) (전압 분산층)을 형성한다. 이때, 상기 N+ 고농도 불순물층(40)과 상기 P+ 고농도 불순물층(50)은 이후에 형성될 트렌치보다 더 큰 크기로 형성한다 (도 6a).After the N- epitaxial layer (epitaxial layer) 20 is formed on the N + drain (substrate) 10, the P-type impurities are doped at low concentration to form the P-
상기 P+ 고농도 불순물층(50)이 형성되어 있는 결과물 전면에 절연막(82)을 형성한 후, 사진식각 공정을 행하여 트렌치가 형성될 영역의 P+ 고농도 불순물층(50)을 노출시키도록 상기 절연막(82)을 패터닝한다. 이어서, 상기 절연막(82)을 식각마스크로하여 노출된 기판을 식각함으로써 상기 P+ 고농도 불순물층(50), N+ 고농도 불순물층(40) 및 P- 바디(30)를 관통하여 상기 N- 에피층(20)을 부분적으로 노출시키는 트렌치(84)를 형성한다 (도 6b).After the insulating
이후, 열산화 공정을 행하여 상기 트렌치(84)의 표면에 산화막(60)을 형성한다. 이때, 상기 산화막은 불순물 농도가 높은 곳에서 더 빨리 성장하는 성질이 있으므로 상기 N+ 고농도 불순물층(40) 및 P+ 고농도 불순물층(50) 표면에서의 성장속도가 다른 부분에서의 성장속도 보다 더 빠르다. 따라서, 트렌치의 모서리 부분이 첨예하게 형성되어 있다하더라도, 고농도 불순물층이 형성되어 있지 않은 경우보다 더 두꺼운 산화막을 얻을 수 있다.Thereafter, a thermal oxidation process is performed to form an
계속해서, 예컨대, 불순물이 도우프된 다결정실리콘과 같은 도전물질을 증착한 후 사진식각 공정을 행함으로써 상기 트렌치를 매립하는 모양의 버스 라인(70)을 형성한다 (도 6c).Subsequently, by depositing a conductive material such as polysilicon doped with impurities, for example, a photolithography process is performed to form a
본 발명에 의하면, 트렌치 모서리 부분에 고농도의 불순물층 (즉, N+ 고농도 불순물층(40) 및 P+ 고농도 불순물층(50))을 형성함으로써 이 부분에서의 산화막 성장 속도를 증가시켜 그 두께를 증가시킨다. 또한, 상기 N+ 고농도 불순물층(40) 내에 P+ 고농도 불순물층(50)을 형성하여 트렌치 모서리의 산화막에 집중되던 전계를 상기 N+ 고농도 불순물층(40)과 P+ 고농도 불순물층(50) 사이의 접합에 의해 분산시킬 수 있다. 따라서, 터널링 효과에 의한 누설전류 증가 문제 및 절연내압의 감소 문제를 방지할 수 있다.According to the present invention, by forming a high concentration impurity layer (that is, an N + high
도 7a 내지 도 7d는 본 발명에 의한 트렌치형 파워 모스펫 형성방법을 공정순서별로 설명하기 위해 도시한 단면도들이다.7A to 7D are cross-sectional views illustrating a method for forming a trench type power MOSFET according to the present invention in order of process.
N+ 드레인(기판) (10) 상에 N- 에피층(에피텍셜층)(20)을 형성한 후, P형 불순물을 저농도로 도우프하여 P- 바디(30)를 형성한다. 이후, N형 불순물을 고농도로 도우프하여 상기 P- 바디(30)의 표면 근방에 N+ 소오스(42)를 선택적으로 형성하고, 계속해서 P형 불순물을 고농도로 도우프하여 상기 N+ 소오스(42) 내에 P+ 고농도 불순물층(56) (전압 분산층)을 형성한다. 이때, 상기 N+ 소오스(42)와 상기 P+ 고농도 불순물층(56)은 이후에 형성될 트렌치보다 더 큰 크기로 형성한다 (도 7a).After the N- epitaxial layer (epitaxial layer) 20 is formed on the N + drain (substrate) 10, the P-type impurities are doped at low concentration to form the P-
상기 P+ 고농도 불순물층(56)이 형성되어 있는 결과물 전면에 절연막(82)을 형성한 후, 사진식각 공정을 행하여 트렌치가 형성될 영역의 P+ 고농도 불순물층(56)을 노출시키도록 상기 절연막(82)을 패터닝한다. 이어서, 상기 절연막(82)을 식각마스크로하여 노출된 기판을 식각함으로써 상기 P+ 고농도 불순물층(56), N+ 소오스(42) 및 P- 바디(30)를 관통하여 상기 N- 에피층(20)을 부분적으로 노출시키는 트렌치(86)를 형성한다 (도 7b).After the insulating
이후, 열산화 공정을 행하여 상기 트렌치(86)의 표면에 게이트 산화막(62)을 형성한다. 이때, 상기 게이트 산화막(62)은 도 6c에서 설명한 바와 같은 이유에 의해 고농도 불순물층이 형성되어 있지 않은 경우보다 더 두꺼운 산화막을 얻을 수 있다. 계속해서, 예컨대, 불순물이 도우프된 다결정실리콘과 같은 도전물질을 증착한 후 이를 에치백함으로써 상기 트렌치를 매립하는 모양의 게이트(72)를 형성한다.Thereafter, a thermal oxidation process is performed to form a
이어서, 상기 다결정실리콘을 얇게 산화하여 얻은 산화막과 저온 산화막 및 보론-인이 도우프된 실리콘과 같은 막들(80)을 차례대로 형성한 후 (도 7c), 사진 식각 공정을 행하여 상기 N+ 소오스(42)를 부분적으로 노출시키는 접촉창(92)를 형성한 후, 금속화 공정을 행하여 상기 N+ 소오스(42)와 접속하는 소오스 전극(90)을 형성한다 (도 7d).Subsequently, an oxide film obtained by thinly oxidizing the polysilicon silicon, a low temperature oxide film, and
본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않으며, 많은 변형이 본 발명의 기술적 사상내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 가능함은 명백하다.The present invention is not limited to the above embodiments, and it is apparent that many modifications are possible by one of ordinary skill in the art within the technical idea of the present invention.
본 발명에 의한 트렌치형 파워 모스펫 및 그 제조방법에 의하면, 트렌치 모서리에 서로 도전형이 다른 불순물을 고농도로 이중확산하여 이중접합을 형성함으로써, 첫째, 이부분의 산화막의 두께를 증가시키고, 둘째, 게이트-소오스 간에 인가된 전압의 일부를 이중접합에서 맡게하여 이부분의 산화막이 부담해야할 전압을 분산시킨다. 따라서, 트렌치 모서리에서의 터널링 현상에 의해 발생하던 누설전류를 방지할 수 있을 뿐만 아니라, 트랜지스터의 절연내압을 증가시킬 수 있다.According to the trench type power MOSFET according to the present invention and a method of manufacturing the same, a double junction is formed by double-diffusion of impurities having different conductivity types at high concentrations at the corners of the trench, firstly, to increase the thickness of the oxide film of the second portion, and A portion of the voltage applied between the gate and the source is charged at the double junction to disperse the voltage to be burdened by the oxide film of this portion. Therefore, not only the leakage current generated by the tunneling phenomenon at the trench edges can be prevented, but also the dielectric breakdown voltage of the transistor can be increased.
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Citations (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS55133574A (en) * | 1979-04-05 | 1980-10-17 | Nec Corp | Insulated gate field effect transistor |
US5021845A (en) * | 1985-08-30 | 1991-06-04 | Texas Instruments Incorporated | Semiconductor device and process fabrication thereof |
JPH04188877A (en) * | 1990-11-22 | 1992-07-07 | Yokogawa Electric Corp | Power mosfet of high breakdown strength |
KR930001478A (en) * | 1991-06-15 | 1993-01-16 | 문정환 | Structure and manufacturing method of Mospat |
US5282018A (en) * | 1991-01-09 | 1994-01-25 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Power semiconductor device having gate structure in trench |
JPH07122745A (en) * | 1993-10-28 | 1995-05-12 | Toshiba Corp | Semiconductor device and its manufacture |
KR960004326A (en) * | 1994-07-26 | 1996-02-23 | 볼프강 페트로비티, 요아힘 그렘 | 3-substituted quinoline-5-carboxylic acid derivatives and preparation methods thereof |
JPH1074939A (en) * | 1996-08-30 | 1998-03-17 | Matsushita Electric Works Ltd | Power mosfet |
-
1997
- 1997-08-22 KR KR1019970040224A patent/KR100450652B1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS55133574A (en) * | 1979-04-05 | 1980-10-17 | Nec Corp | Insulated gate field effect transistor |
US5021845A (en) * | 1985-08-30 | 1991-06-04 | Texas Instruments Incorporated | Semiconductor device and process fabrication thereof |
JPH04188877A (en) * | 1990-11-22 | 1992-07-07 | Yokogawa Electric Corp | Power mosfet of high breakdown strength |
US5282018A (en) * | 1991-01-09 | 1994-01-25 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Power semiconductor device having gate structure in trench |
KR930001478A (en) * | 1991-06-15 | 1993-01-16 | 문정환 | Structure and manufacturing method of Mospat |
JPH07122745A (en) * | 1993-10-28 | 1995-05-12 | Toshiba Corp | Semiconductor device and its manufacture |
KR960004326A (en) * | 1994-07-26 | 1996-02-23 | 볼프강 페트로비티, 요아힘 그렘 | 3-substituted quinoline-5-carboxylic acid derivatives and preparation methods thereof |
JPH1074939A (en) * | 1996-08-30 | 1998-03-17 | Matsushita Electric Works Ltd | Power mosfet |
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