KR100742779B1 - Insulated gate bipolar transistor with multiple trench and method for menufacturing insulated gate bipolar transistor with multiple trench - Google Patents
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Abstract
Description
도 1은 종래의 트렌치형 절연 게이트 바이폴라 트랜지스터의 구조를 도시한 것이다.1 illustrates the structure of a conventional trench type insulated gate bipolar transistor.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 다중 트렌치를 적용한 절연 게이트 바이폴라 트랜지스터의 상면도이다.2 is a top view of an insulated gate bipolar transistor using multiple trenches according to an exemplary embodiment of the present invention.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 다중 트렌치를 적용한 절연 게이트 바이폴라 트랜지스터의 구조를 도시한 것이다.3 illustrates a structure of an insulated gate bipolar transistor using multiple trenches according to an embodiment of the present invention.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 다중 트렌치를 적용한 절연 게이트 바이폴라 트랜지스터의 단면도이다.4 is a cross-sectional view of an insulated gate bipolar transistor to which multiple trenches are applied according to an embodiment of the present invention.
도 5a 내지 도 5l은 본 발명의 일 실시예에 따른 다중 트렌치를 적용한 절연 게이트 바이폴라 트랜지스터의 제조 과정을 도시한 것이다.5A to 5L illustrate a manufacturing process of an insulated gate bipolar transistor using multiple trenches according to an embodiment of the present invention.
도 6a 내지 도 6b는 종래 및 본 발명에 따른 절연 게이트 바이폴라 트랜지스터의 정방향 차단 전압(Forward Blocking Voltage) 특성을 도시한 것이다.6A to 6B illustrate forward blocking voltage characteristics of the insulated gate bipolar transistor according to the related art and the present invention.
도 7a 내지 도 7b는 종래 및 본 발명에 따른 절연 게이트 바이폴라 트랜지스터의 온 상태 전압 강하(On-State Voltage Drop) 특성을 도시한 것이다.7A to 7B illustrate on-state voltage drop characteristics of an insulated gate bipolar transistor according to the related art and the present invention.
도 8a 내지 도 8b는 종래 및 본 발명에 따른 절연 게이트 바이폴라 트랜지스터의 래치업 전압(Latch-up Voltage) 특성을 도시한 것이다.8A to 8B illustrate latch-up voltage characteristics of an insulated gate bipolar transistor according to the related art and the present invention.
도 9a 내지 도 9b는 종래 및 본 발명에 따른 절연 게이트 바이폴라 트랜지스터의 래치업 전류(Latch-up Current) 특성을 도시한 것이다.9A to 9B illustrate latch-up current characteristics of an insulated gate bipolar transistor according to the related art and the present invention.
본 발명은 전력용 반도체 소자에 관한 것으로, 특히, 다중 트렌치를 적용한 절연 게이트 바이폴라 트랜지스터 및 그 제조 방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE
최근, 전력용 소자로서 그 응용범위가 광범위하게 확대되고 있는 절연 게이트 바이폴라 트랜지스터는 저전압강하 및 고속스위칭이 용이한 장점을 갖는다. 일반적으로, 모오스 전계효과 트랜지스터(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor: 이하 MOSFET라 칭함)가 갖는 빠른 스위칭 특성과 바이폴라(Bipolar) 트랜지스터가 갖는 낮은 온 저항 특성을 함께 갖는 소자의 개념을 도입한 절연 게이트 바이폴라 트랜지스터는 낮은 온(ON)-저항과 빠른 스위칭 속도, 우수한 SOA(Safe Operating area)의 장점으로 인해 전력 응용 분야에 적용되는 바이폴라 트랜지스터의 역할을 대체하고 있다.Recently, an insulated gate bipolar transistor having a wide range of applications as a power device has advantages of low voltage drop and high speed switching. In general, an insulated gate bipolar transistor incorporating the concept of a device having both fast switching characteristics of a metal oxide semiconductor field effect transistor (hereinafter referred to as a MOSFET) and low on-resistance characteristics of a bipolar transistor. The low ON-resistance, fast switching speeds, and superior safety operating area (SOA) advantages replace the role of bipolar transistors in power applications.
이러한 절연 게이트 바이폴라 트랜지스터에서 가지는 가장 큰 문제점은 구조적으로 기생 싸이리스터가 형성됨에 따라 래치업에 대단히 취약하다는 것이고, 그에 따라 래치업을 개선하기 위한 여러가지 기술들이 개발되어 왔다.The biggest problem with such insulated gate bipolar transistors is that they are very susceptible to latchup as parasitic thyristors are formed structurally, and various techniques have been developed to improve latchup.
래치업을 억제하기 위한 대표적인 기술로서는 p형 몸체(body)가 갖는 저항을 줄이거나 또는 p형 몸체를 통하여 흐르는 전류를 줄임으로써 래치업을 개선하는 방법이 있다. 저항을 줄이는 효과적인 방법으로 p형 몸체의 중앙부에 고농도로 도핑된 p++확산영역을 형성하는 방법이 1984년 간행된 IEEE Transaction on Electron Device의 192 내지 198페이지에 걸쳐 개시되어 있다. 그러나, 상기한 p++확산영역을 형성하게 되면 모오스(MOS) 트랜지스터의 문턱전압의 조절이 곤란하기 때문에, p형 몸체를 완전히 둘러쌓도록 형성할 수 없다. 그에 따라 래치업 개선에 한계를 갖는다.Representative techniques for suppressing latchup include a method of improving latchup by reducing the resistance of the p-type body or by reducing the current flowing through the p-type body. A method of forming a highly doped p ++ diffusion region in the center of a p-type body as an effective method of reducing resistance is disclosed on pages 192 to 198 of the IEEE Transaction on Electron Device published in 1984. However, if the above p ++ diffusion region is formed, it is difficult to control the threshold voltage of the MOS transistor, so that the p-type body cannot be formed to completely surround the p-type body. As a result, there is a limit to improving latchup.
또한, 종래에는 수평방향의 게이트를 가지는 구조에 불순물 층을 두껍게 형성시켜 래치업방치층을 제작하여 래치업 특성을 개선하였다. 그러나, 기본적인 수평방향 게이트 구조에서 불순물 층을 두껍게 형성시키는 것으로 국한되어 있다. In addition, conventionally, the impurity layer is formed thick in the structure having the gate in the horizontal direction to produce the latch-up prevention layer to improve the latch-up characteristics. However, it is limited to the formation of a thick impurity layer in the basic horizontal gate structure.
도 1은 종래의 트렌치형 절연 게이트 바이폴라 트랜지스터의 구조를 도시한 것이다.1 illustrates the structure of a conventional trench type insulated gate bipolar transistor.
종래의 트렌치형 절연 게이트 바이폴라 트랜지스터는 홀 전류 경로(hole current path)가 발생하는 부분에 의해 래치 업(Latch-up) 특성이 저하된다. 즉, 전류 경로(current path)의 증가로 PN 접합(junction) 부분이 턴 온(turn-on) 되어 래치업이 발생할 수 있다. 따라서, 래치업 전류가 감소된다.In the conventional trench type insulated gate bipolar transistor, a latch-up characteristic is deteriorated by a portion where a hole current path occurs. That is, due to an increase in the current path, the PN junction portion may be turned on, thereby causing latchup. Thus, the latchup current is reduced.
따라서, 종래의 절연 게이트 바이폴라 트랜지스터는 구조적인 특성상 래치업 특성 개선에 한계를 갖는 문제점이 있다.Therefore, the conventional insulated gate bipolar transistor has a problem in that it has a limitation in improving latch-up characteristics due to its structural characteristics.
따라서, 본 발명이 이루고자 하는 첫번째 기술적 과제는 정방향 차단 전압(Forward Blocking Voltage) 특성, 온 상태 전압 강하(On-State Voltage Drop) 특성, 래치업 전압 및 래치업 전류 특성이 향상시킬수 있는 다중 트렌치를 적용한 절연 게이트 바이폴라 트랜지스터를 제공하는데 있다.Accordingly, the first technical problem to be achieved by the present invention is to apply multiple trenches in which forward blocking voltage characteristics, on-state voltage drop characteristics, and latch-up voltage and latch-up current characteristics can be improved. An insulated gate bipolar transistor is provided.
본 발명이 이루고자 하는 두번째 기술적 과제는 상기의 다중 트렌치를 적용한 절연 게이트 바이폴라 트랜지스터의 제조 방법을 제공하는데 있다.It is a second object of the present invention to provide a method of manufacturing an insulated gate bipolar transistor using the above multiple trenches.
상기의 첫번째 기술적 과제를 이루기 위하여, 본 발명은 반도체 소자에 있어서, 하나의 셀 피치 내에서, 상기 셀의 중심에 형성된 폴리 실리콘 게이트, 상기 셀의 가장자리의 측벽으로 형성된 트렌치형 절연 영역 및 상기 폴리 실리콘 게이트와 상기 트렌치형 절연 영역 사이에 도전체로 형성된 전극을 포함하는 다중 트렌치를 적용한 절연 게이트 바이폴라 트랜지스터를 제공한다.In order to achieve the first technical problem, the present invention provides a semiconductor device, in one cell pitch, a polysilicon gate formed at the center of the cell, a trench type insulating region formed by sidewalls of the edge of the cell, and the polysilicon. An insulated gate bipolar transistor including multiple trenches including an electrode formed of a conductor between a gate and the trench type insulating region is provided.
한편, 상기의 두번째 기술적 과제를 이루기 위하여, 본 발명은 실리콘 위에 에피 실리콘을 형성하고, 상기 에피 실리콘에 P 타입 불순물 및 N 타입 불순물을 주입하는 단계, 상기 에피 실리콘을 열처리하는 단계, 하나의 셀 피치 내에서, 상기 셀의 가장자리에 제1 트렌치를 형성하고, 상기 제1트렌치 내부에 절연 물질을 채우며, 상기 절연 물질을 에치백하는 단계, 상기 셀의 중심에 제2 트렌치를 형성하고, 상기 제2 트렌치 내부에 폴리 실리콘을 채우며, 상기 폴리 실리콘을 에치백하는 단계 및 상기 제1 트렌치와 상기 제2 트렌치 사이에 제3 트렌치를 형성하고, 상기 제3 트렌치 내부에 도전체를 채우며, 상기 도전체를 에치백하는 단계를 포함 하는 다중 트렌치를 적용한 절연 게이트 바이폴라 트랜지스터의 제조 방법을 제공한다.On the other hand, in order to achieve the second technical problem, the present invention is to form epi silicon on silicon, injecting the P-type impurities and N-type impurities in the epi silicon, the step of heat-treating the epi silicon, one cell pitch Forming a first trench in an edge of the cell, filling an insulating material in the first trench, etching back the insulating material, forming a second trench in the center of the cell, and forming the second trench. Filling polysilicon into the trench, etching back the polysilicon, forming a third trench between the first trench and the second trench, filling a conductor in the third trench, and Provided is a method of manufacturing an insulated gate bipolar transistor using multiple trenches including etching back.
또한, 상기의 두번째 기술적 과제를 이루기 위하여, 본 발명은 저농도의 N 타입 웨이퍼에 P 타입 불순물 및 N 타입 불순물을 주입하는 단계, 상기 웨이퍼를 열처리하는 단계, 하나의 셀 피치 내에서, 상기 셀의 가장자리에 제1 트렌치를 형성하고, 상기 제1트렌치 내부에 절연 물질을 채우며, 상기 절연 물질을 에치백하는 단계, 상기 셀의 중심에 제2 트렌치를 형성하고, 상기 제2 트렌치 내부에 폴리 실리콘을 채우며, 상기 폴리 실리콘을 에치백하는 단계, 상기 제1 트렌치와 상기 제2 트렌치 사이에 제3 트렌치를 형성하는 단계, 상기 웨어퍼에 하부 실리콘을 에치백하고, 상기 하부 실리콘에 불순물을 주입하여 N 타입 층 및 고농도의 P 타입 층을 형성하는 단계 및 상기 제3 트렌치 내부에 도전체를 채우며, 상기 도전체를 에치백하는 단계를 포함하는 다중 트렌치를 적용한 절연 게이트 바이폴라 트랜지스터의 제조 방법을 제공한다.In addition, in order to achieve the second technical problem, the present invention is a step of implanting the P-type impurities and N-type impurities in a low concentration of the N-type wafer, the heat treatment of the wafer, within one cell pitch, the edge of the cell Forming a first trench in the first trench, filling an insulating material in the first trench, and etching back the insulating material, forming a second trench in the center of the cell, and filling a polysilicon in the second trench. Etching the polysilicon, forming a third trench between the first trench and the second trench, etching back the lower silicon into the wafer, and implanting impurities into the lower silicon to form an N type. Forming a layer and a high concentration P-type layer, filling a conductor inside the third trench, and etching back the conductor. A method of manufacturing an insulated gate bipolar transistor using a wrench is provided.
본 발명은 트렌치 게이트 구조에 래치업이 발생될 수 있는 불순물 층을 트렌치로 제거하여 래치업 특성을 개선한다. 본 발명에 따른 절연 게이트 바이폴라 트랜지스터는 트렌치 게이트 구조에서 에미터 불순물 층 옆을 트렌치로 파서 산화막을 채워 넣은 구조이다. 본 발명은 게이트를 위한 트렌치 공정 진행시 래치업 특성 개선을 위한 트렌치 공정을 동시에 시행하여 보다 효과적으로 소자를 제작할 수 있다.The present invention improves the latch-up characteristics by removing the trench with an impurity layer in which the latch-up may occur in the trench gate structure. The insulated gate bipolar transistor according to the present invention has a structure in which an oxide film is filled by digging trenches next to an emitter impurity layer in a trench gate structure. According to the present invention, a trench process for improving latch-up characteristics may be simultaneously performed during a trench process for a gate, thereby manufacturing a device more effectively.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하기로 한다. 그러나, 다음에 예시하는 본 발명의 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 다음에 상술하는 실시예에 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, with reference to the drawings will be described a preferred embodiment of the present invention. However, embodiments of the present invention illustrated below may be modified in many different forms, and the scope of the present invention is not limited to the embodiments described below.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 다중 트렌치를 적용한 절연 게이트 바이폴라 트랜지스터의 상면도이다.2 is a top view of an insulated gate bipolar transistor using multiple trenches according to an exemplary embodiment of the present invention.
본 발명은 홀 전류 경로(hole current path)가 발생하는 부분을 트렌치공정을 통해 제거한 다음 산화막을 형성시킴으로써 래치업 특성을 개선한다.The present invention improves the latch-up characteristic by removing a portion where a hole current path occurs through a trench process and then forming an oxide film.
트렌치형 절연 영역(210)은 하나의 셀 피치 내에서, 셀의 가장자리의 측벽으로 형성된다. 도 2의 절연 게이트 바이폴라 트랜지스터 어레이(Array)와 같이, 양옆에 산화막(210)을 형성시킴으로써 래치업 특성을 개선한다. 도 2에서 원형으로 레이 아웃(Layout)을 형성한 이유는 원형일 때 래치업 특성이 가장 좋기 때문이다.Trench-type
폴리 실리콘 게이트(220)는 하나의 셀 피치 내에서, 셀의 중심에 형성된다.The
전극(230)의 폴리 실리콘 게이트(220)와 트렌치형 절연 영역(210) 사이에 도전체로 형성된다.A conductor is formed between the
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 다중 트렌치를 적용한 절연 게이트 바이폴라 트랜지스터의 구조를 도시한 것이다.3 illustrates a structure of an insulated gate bipolar transistor using multiple trenches according to an embodiment of the present invention.
제1 트렌치(310)의 트렌치형 절연 영역(Silicon Oxide)은 하나의 셀 피치 내에서, 셀의 가장자리의 측벽으로 형성된다.The trench-type insulating region (Silicon Oxide) of the
바람직하게는, 도 3과 같이, 제1 트렌치(310)의 트렌치형 절연 영역(Silicon Oxide)은 고농도의 N 타입 영역 및 P 타입 영역을 관통하면서, 저농도의 N 타입 영역에 도달하는 깊이로 형성될 수 있다. 이때, 저농도의 N 타입 영역은 균일한 N 타 입(1E12~1E16/cm3) 영역이다. 이때, 고농도의 N 타입 영역은 도핑 농도가 1E13~1E20/cm3 사이의 범위일 수 있다.Preferably, as shown in FIG. 3, the trench-type insulating region (Silicon Oxide) of the
제2 트렌치(320)의 폴리 실리콘 게이트(Poly Si Gate)는 하나의 셀 피치 내에서, 셀의 중심에 형성된다. 바람직하게는, 제2 트렌치(320)의 폴리 실리콘 게이트(Poly Si Gate)는 측벽에 형성된 절연막으로 둘러싸인 형태일 수 있다. 이때, 절연막은 옥사이드(SiO2), 옥시 나이트라이드 (SiON), 실리콘 나이트라이드(SiN) 또는 하프늄옥사이드(HfO) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.The poly Si gate of the
바람직하게는, 도 3과 같이, 제2 트렌치(320)의 폴리 실리콘 게이트(Poly Si Gate)는 고농도의 N 타입 영역 및 P 타입 영역을 관통하면서, 저농도의 N 타입 영역에 도달하는 깊이로 형성될 수 있다.Preferably, as shown in FIG. 3, the polysilicon gate of the
바람직하게는, 도 3과 같이, 제2 트렌치(320)의 폴리 실리콘 게이트(Poly Si Gate)는 측벽에 형성된 절연막으로 둘러싸인 형태일 수 있다.Preferably, as shown in FIG. 3, the poly silicon gate of the
제3 트렌치(330)의 전극(Electrode)은 제2 트렌치(320)의 폴리 실리콘 게이트(Poly Si Gate)와 제1 트렌치(310)의 트렌치형 절연 영역(Silicon Oxide) 사이에 도전체로 형성된다. 바람직하게는, 도전체는 알루미늄(Al), 텅스텐(W) 또는 카파 (Cu) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 한편, 제1 트렌치(310)의 트렌치형 절연 영역은 실리콘 옥사이드 이외의 다른 절연 물질로 형성될 수도 있다. 본 발명에서 절연 물질은 옥사이드(SiO2), 옥시 나이트라이드 (SiON), 실리콘 나이트라이드(SiN) 또는 하프늄옥사이드(HfO) 중 어느 하나일 수 있다.An electrode of the
바람직하게는, 도 3과 같이, 전극(Electrode)은 고농도의 N 타입 영역 및 P 타입 영역을 관통하면서, 저농도의 N 타입 영역보다 낮은 깊이로 형성될 수 있다.Preferably, as shown in FIG. 3, the electrode may be formed at a depth lower than that of the low concentration N type region while penetrating the high concentration of the N type region and the P type region.
본 발명의 다른 실시예에 따른 다중 트렌치를 적용한 절연 게이트 바이폴라 트랜지스터는 반도체 소자에 있어 1개의 셀 피치 내에 수직형인 모스가 2개이며 트렌치형 절연 구조가 셀의 양 측벽으로 형성된 구조를 갖는다.According to another exemplary embodiment of the present invention, an insulated gate bipolar transistor including multiple trenches has a structure in which two vertical moss are formed in one cell pitch and a trench insulating structure is formed on both sidewalls of a cell in a semiconductor device.
본 발명의 또다른 실시예에 따른 다중 트렌치를 적용한 절연 게이트 바이폴라 트랜지스터는 반도체 소자에 있어 1개의 셀 피치 내에 2개의 수직형 소스 및 드레인 영역을 가지며 수직형 바이폴라 트렌지스터가 형성된 구조를 갖는다.An insulated gate bipolar transistor using multiple trenches according to another embodiment of the present invention has a structure in which a vertical bipolar transistor is formed in a semiconductor device with two vertical source and drain regions in one cell pitch.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 다중 트렌치를 적용한 절연 게이트 바이폴라 트랜지스터의 단면도이다.4 is a cross-sectional view of an insulated gate bipolar transistor to which multiple trenches are applied according to an embodiment of the present invention.
트렌치형 절연 영역(410)은 하나의 셀 피치 내에서, 셀의 가장자리의 측벽으로 형성된다. 도 4와 같이, 양옆에 산화막(410)을 형성시킴으로써 래치업 특성을 개선한다.Trench-
폴리 실리콘 게이트(420)는 하나의 셀 피치 내에서, 셀의 중심에 형성된다.The
전극(430)의 폴리 실리콘 게이트(420)와 트렌치형 절연 영역(410) 사이에 도전체로 형성된다.A conductor is formed between the
도 5a 내지 도 5l은 본 발명의 일 실시예에 따른 다중 트렌치를 적용한 절연 게이트 바이폴라 트랜지스터의 제조 과정을 도시한 것이다.5A to 5L illustrate a manufacturing process of an insulated gate bipolar transistor using multiple trenches according to an embodiment of the present invention.
본 발명은 절연 게이트 바이폴라 트랜지스터에서의 트렌치 게이트 개수를 한 셀(cell)내에 다수를 두어 래치업(latchup) 및 전류 용량을 늘린 것으로 아래의 두가지 공정 중 어느 하나의 공정을 통하여 구현 가능하다.According to the present invention, the number of trench gates in an insulated gate bipolar transistor is increased in one cell to increase latchup and current capacity, and can be implemented through any one of the following two processes.
두가지 공정 중 하나는 실리콘 위에 에피 실리콘을 형성하고 에피 실리콘에 P 타입 불순물 및 N 타입 불순물을 주입하는 공정, 에피 실리콘을 열처리하는 공정, 하나의 셀 피치 내에서 셀의 가장자리에 제1 트렌치를 형성하고 제1트렌치 내부에 절연 물질을 채우며 절연 물질을 에치백하는 공정, 셀의 중심에 제2 트렌치를 형성하고 제2 트렌치 내부에 폴리 실리콘을 채우며 폴리 실리콘을 에치백하는 공정 및 제1 트렌치와 제2 트렌치 사이에 제3 트렌치를 형성하고 제3 트렌치 내부에 도전체를 채우며 도전체를 에치백하는 공정를 포함한다.One of the two processes is to form epi silicon on silicon and inject P-type and N-type impurities into the silicon, heat-treat the epi silicon, form a first trench at the edge of the cell within one cell pitch, Filling the insulating material inside the first trench and etching back the insulating material, forming a second trench in the center of the cell, filling the polysilicon inside the second trench, and etching back the polysilicon; and the first trench and the second Forming a third trench between the trenches, filling the inside of the third trench, and etching back the conductor.
두가지 공정 중 나머지 하나는 저농도의 N 타입 웨이퍼에 P 타입 불순물 및 N 타입 불순물을 주입하는 공정, 웨이퍼를 열처리하는 공정, 하나의 셀 피치 내에서 셀의 가장자리에 제1 트렌치를 형성하고 제1트렌치 내부에 절연 물질을 채우며 절연 물질을 에치백하는 공정, 셀의 중심에 제2 트렌치를 형성하고 제2 트렌치 내부에 폴리 실리콘을 채우며 폴리 실리콘을 에치백하는 공정, 제1 트렌치와 제2 트렌치 사이에 제3 트렌치를 형성하는 공정, 웨어퍼에 하부 실리콘을 에치백하고 하부 실리콘에 불순물을 주입하여 N 타입 층 및 고농도의 P 타입 층을 형성하는 공정 및 제3 트렌치 내부에 도전체를 채우며 도전체를 에치백하는 공정를 포함한다.The other one of the two processes is to inject P-type impurities and N-type impurities into a low concentration N-type wafer, heat-treat the wafer, form a first trench at the edge of the cell within one cell pitch, and then Etching the insulating material by filling an insulating material in the cell, forming a second trench in the center of the cell, filling the polysilicon inside the second trench, and etching back the polysilicon, and forming a second trench between the first trench and the second trench. 3 The process of forming a trench, the process of etching back the lower silicon into the wafer and injecting impurities into the lower silicon to form an N-type layer and a high concentration P-type layer, and filling the conductor into the third trench, It includes a process to cure it.
이하는 두가지 공정 중 전자에 대해 설명한다.The following describes the former of two processes.
먼저, 도 5a와 같이 실리콘 위에 에피 실리콘을 형성한 후에 에피 실리콘의 적절한 전도도를 유지하기 위해 불순물을 주입한다. 이때의 불순물은 적용하는 절연 게이트 바이폴라 트랜지스터의 용도에 따라 붕소(boron), 인(phosphorus), 비소(arsenic) 등을 적용할 수 있다. 도 5a과 같이 실리콘의 최상부는 N-type 불순물 로, 그 하부에는 P-type 불순물로 불순물 주입하고 에피 자체는 N-type이 되도록 불순물을 주입한다. 이후 불순물을 활성화 하기 위한 열처리를 실시한다. First, after forming epi silicon on silicon as shown in FIG. 5a, impurities are implanted to maintain proper conductivity of the epi silicon. As the impurity at this time, boron, phosphorus, arsenic, or the like may be applied according to the use of the insulated gate bipolar transistor. As shown in FIG. 5A, the top of the silicon is implanted with N-type impurities, the lower part is implanted with P-type impurities, and the epi is implanted with impurities such that the N-type is itself. After that, heat treatment is performed to activate impurities.
다음, 도 5b와 같이 사진 식각 공정을 이용하여 실리콘내에 제1 트렌치를 형성한다. 이때의 식각 공정은 건식 식각 공정을 적용한다. Next, as shown in FIG. 5B, a first trench is formed in silicon using a photolithography process. The etching process at this time applies a dry etching process.
다음, 도 5c과 같이 절연물질을 트렌치 내부에 채워 넣는다. 이때의 절연 물질은 주로 SiO2를 적용하며 통상 CVD (Chemical Vapor Deposition) 법으로 절연물을 형성한다. Next, as shown in Figure 5c to fill the insulating material in the trench. At this time, the insulating material mainly applies SiO 2 and forms an insulator by chemical vapor deposition (CVD).
이후, 도 5d와 같이, 평탄화를 위한 에치백을 실시한다. CMP (Chemical Mechanical Polishing)법이나 건식 식각을 이용한다.Thereafter, as illustrated in FIG. 5D, an etch back for planarization is performed. CMP (Chemical Mechanical Polishing) or dry etching is used.
다음, 도 5e와 같이 트렌지스터의 게이트가 형성될 영역인 제 2 트렌치를 사진, 식각 공정을 통해 형성한다. Next, as shown in FIG. 5E, a second trench, which is a region in which the gate of the transistor is to be formed, is formed through a photolithography and an etching process.
이후, 도 5f과 같이 트렌치 내부 측벽에 절연막을 형성한다. 절연막은 실리콘 옥사이드 (SiO2), 실리콘 나이트라이드(SiN), 실리콘 옥시 나이트라이드 (SiON)등의 물질을 적용할 수 있으며 두께는 통상 100~1000 Å의 두께를 형성 가능하다.Thereafter, an insulating film is formed on the trench inner sidewall as shown in FIG. 5F. As the insulating film, materials such as silicon oxide (SiO 2), silicon nitride (SiN), silicon oxy nitride (SiON), and the like may be used, and the thickness thereof may be generally 100 to 1000 μm.
이후, 도 5g와 같이 폴리 실리콘을 트렌치 내부에 채워 넣는다. 이때의 폴리 실리콘은 N 타입(type)으로 도핑(doping)이 된 전도도가 우수한 물질을 적용한다.Then, polysilicon is filled into the trench as shown in FIG. 5g. In this case, polysilicon is a material having excellent conductivity, which is doped with N type.
다음, 도 5h와 같이 폴리 실리콘을 CMP (Chemical Mechanical Polishing)법이나 건식 식각을 이용하여 에치백 하여 활성 영역이 될 실리콘을 드러나게 한다.Next, as illustrated in FIG. 5H, polysilicon is etched back using CMP (Chemical Mechanical Polishing) or dry etching to reveal silicon to be an active region.
다음, 도 5i과 같이 사진 식각 공정을 적용하여 제3 트렌치를 형성한다. 이때의 제3 트렌치는 제1/제2 트렌치 보다는 깊이가 낮으며 후에 도전체가 채워져 실 리콘을 전기적으로 접지해주는 역할을 하게 된다. 이후 실리콘 후면의 콘텍(contact)을 형성하기 위해 실리콘 후면을 에치백한다. 이때는 주로 CMP에 의한 연마를 실시한다.Next, a third trench is formed by applying a photolithography process as shown in FIG. 5I. At this time, the third trench has a depth lower than that of the first / second trenches, and the conductor is later filled to serve to electrically ground the silicon. The back of the silicon is then etched back to form a contact on the back of the silicon. At this time, grinding | polishing by CMP is mainly performed.
그리고, 도 5j와 같이, 접촉면의 저항을 줄이고 정공 주입을 위한 후면 P+ 불순물 주입을 실시한다.Then, as shown in FIG. 5J, the resistance of the contact surface is reduced and the backside P + impurity is implanted for the hole injection.
다음, 도 5k와 같이, 제3 트렌치를 도전체로 채운 후, 도 5l과 같이, 도전체를 에치백하여 기본적인 공정을 마치게 된다.Next, as shown in FIG. 5K, the third trench is filled with a conductor, and as shown in FIG. 5L, the conductor is etched back to complete the basic process.
실제로는 이후에 콘텍(contact)을 형성하는 공정, 배선을 형성하는 공정등 후속 공정이 이루어지나 이는 통상적인 반도체의 공정이므로 여기서는 설명하지 않기로 한다.In reality, subsequent steps such as a process of forming a contact and a process of forming a wiring are performed later. However, since this is a process of a conventional semiconductor, it will not be described here.
도 6a 내지 도 6b는 종래 및 본 발명에 따른 절연 게이트 바이폴라 트랜지스터의 정방향 차단 전압(Forward Blocking Voltage) 특성을 도시한 것이다. 도 7a 내지 도 7b는 종래 및 본 발명에 따른 절연 게이트 바이폴라 트랜지스터의 온 상태 전압 강하(On-State Voltage Drop) 특성을 도시한 것이다. 도 8a 내지 도 8b는 종래 및 본 발명에 따른 절연 게이트 바이폴라 트랜지스터의 래치업 전압(Latch-up Voltage) 특성을 도시한 것이다. 도 9a 내지 도 9b는 종래 및 본 발명에 따른 절연 게이트 바이폴라 트랜지스터의 래치업 전류(Latch-up Current) 특성을 도시한 것이다.6A to 6B illustrate forward blocking voltage characteristics of the insulated gate bipolar transistor according to the related art and the present invention. 7A to 7B illustrate on-state voltage drop characteristics of an insulated gate bipolar transistor according to the related art and the present invention. 8A to 8B illustrate latch-up voltage characteristics of an insulated gate bipolar transistor according to the related art and the present invention. 9A to 9B illustrate latch-up current characteristics of an insulated gate bipolar transistor according to the related art and the present invention.
도 6a 내지 도 9b에서 보여지듯이, 종래의 트렌치형 절연 게이트 바이폴라 트랜지스터 비해 본 발명에 따른 절연 게이트 바이폴라 트랜지스터의 온 상태 전압 강하(on-state voltage drop), 래치업 전압 및 래치업 전류 특성이 향상되었음을 알 수 있다.As shown in FIGS. 6A to 9B, the on-state voltage drop, latch-up voltage, and latch-up current characteristics of the insulated gate bipolar transistor according to the present invention are improved compared to the conventional trench type insulated gate bipolar transistor. Able to know.
바람직하게는, 본 발명의 다중 트렌치를 적용한 절연 게이트 바이폴라 트랜지스터의 제조 방법을 컴퓨터에서 실행시키기 위한 프로그램을 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 기록하여 제공할 수 있다.Preferably, a method for manufacturing an insulated gate bipolar transistor using the multiple trenches of the present invention may be provided by recording a program for executing in a computer on a computer-readable recording medium.
본 발명은 소프트웨어를 통해 실행될 수 있다. 소프트웨어로 실행될 때, 본 발명의 구성 수단들은 필요한 작업을 실행하는 코드 세그먼트들이다. 프로그램 또는 코드 세그먼트들은 프로세서 판독 가능 매체에 저장되거나 전송 매체 또는 통신망에서 반송파와 결합된 컴퓨터 데이터 신호에 의하여 전송될 수 있다.The invention can be implemented via software. When implemented in software, the constituent means of the present invention are code segments that perform the necessary work. The program or code segments may be stored on a processor readable medium or transmitted by a computer data signal coupled with a carrier on a transmission medium or network.
컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 컴퓨터 시스템에 의하여 읽혀질 수 있는 테이터가 저장되는 모든 종류의 기록 장치를 포함한다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 장치의 예로는 ROM, RAM, CD-ROM, DVD±ROM, DVD-RAM, 자기 테이프, 플로피 디스크, 하드 디스크(hard disk), 광데이터 저장장치 등이 있다. 또한, 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 장치에 분산되어 분산방식으로 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드가 저장되고 실행될 수 있다.The computer-readable recording medium includes all kinds of recording devices in which data is stored which can be read by a computer system. Examples of computer-readable recording devices include ROM, RAM, CD-ROM, DVD ± ROM, DVD-RAM, magnetic tape, floppy disks, hard disks, optical data storage devices, and the like. The computer readable recording medium can also be distributed over network coupled computer devices so that the computer readable code is stored and executed in a distributed fashion.
본 발명은 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 하여 설명하였으나 이는 예시적인 것에 불과하며 당해 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 실시예의 변형이 가능하다는 점을 이해할 것이다. 그러나, 이와 같은 변형은 본 발명의 기술적 보호범위내에 있다고 보아야 한다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해서 정해져야 할 것이 다.Although the present invention has been described with reference to one embodiment shown in the drawings, this is merely exemplary and will be understood by those of ordinary skill in the art that various modifications and variations can be made therefrom. However, such modifications should be considered to be within the technical protection scope of the present invention. Therefore, the true technical protection scope of the present invention will be defined by the technical spirit of the appended claims.
상술한 바와 같이, 본 발명에 의하면, 절연 게이트 바이폴라 트랜지스터의 정방향 차단 전압(Forward Blocking Voltage) 특성, 온 상태 전압 강하(On-State Voltage Drop) 특성, 래치업 전압 및 래치업 전류 특성을 향상시킬수 있는 효과가 있다.As described above, according to the present invention, the forward blocking voltage characteristics, the on-state voltage drop characteristics, the latch-up voltage, and the latch-up current characteristics of the insulated gate bipolar transistor can be improved. It works.
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