KR100990090B1 - High-Power Semiconductor Device Having Improved Transconductance - Google Patents
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Abstract
고전력 반도체 소자를 개시한다. 개시된 고전력 반도체 소자는 제 1 도전형의 반도체 기판, 상기 반도체 기판 상부에 형성되는 게이트 전극, 상기 게이트 전극 일측에 형성되는 제 2 도전형의 소오스 영역, 상기 게이트 전극의 타측에 형성되는 제 2 도전형의 드레인 영역, 상기 반도체 기판과 상기 게이트 전극 사이에 개재되며, 상기 소오스 영역과 인접한 제 1 게이트 절연막, 상기 드레인 영역과 인접한 제 2 게이트 절연막, 및 상기 제 1 및 제 2 게이트 절연막 사이에 위치하는 제 3 게이트 절연막을 포함하는 게이트 절연막, 및 상기 제 2 게이트 절연막, 제 3 게이트 절연막 및 드레인 영역 하부에 형성되는 제 2 도전형의 드리프트 영역을 포함하며, 상기 제 3 게이트 절연막은 상기 제 1 및 제 2 게이트 절연막 보다 상대적으로 얇은 두께를 갖는다.A high power semiconductor device is disclosed. The disclosed high power semiconductor device includes a first conductive semiconductor substrate, a gate electrode formed on the semiconductor substrate, a second conductive source region formed on one side of the gate electrode, and a second conductive type formed on the other side of the gate electrode. A drain region between the semiconductor substrate and the gate electrode, the first gate insulating layer adjacent to the source region, the second gate insulating layer adjacent to the drain region, and the first and second gate insulating layers positioned between the first and second gate insulating layers. And a second conductive type drift region formed under the second gate insulating layer, the third gate insulating layer, and the drain region, wherein the third gate insulating layer includes the first and second gate insulating layers. It is relatively thinner than the gate insulating film.
고전력, 트랜스컨덕턴스, 게이트, CMOS High Power, Transconductance, Gate, CMOS
Description
본 발명은 고전력 반도체 소자에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 개선된 트랜스컨덕턴스를 갖는 고전력 반도체 소자에 관한 것이다. The present invention relates to high power semiconductor devices, and more particularly to high power semiconductor devices having improved transconductance.
하나 이상의 고전압 트랜지스터들이 저전압 회로들과 함께 동일한 칩 위에 배치되는 고전압 집적 회로들이 여러 전기적 응용 분야에서 폭넓게 사용되고 있는 것은 일반적이다. 이와 같은 집적 회로들에 있어서, 소위 수평형 이중-확산 모스(LDMOS; lateral double-diffused MOS) 트랜지스터는 중요한 위치를 차지하고 있는 고전력 소자이다. 이 LDMOS 트랜지스터를 실제적으로 설계하는데 있어서, 높은 브레이크 다운 전압(breakdown down voltage) 및 온 저항(Ron)을 최소화시키는 것이 근본적으로 요구된다. 그러나 이 두 가지 전기적 파라메터(parameter)들은 현재의 공정 기술에 있어서 서로 상충된다는 것도 또한 잘 알려져 있다.It is common for high voltage integrated circuits in which one or more high voltage transistors are placed on the same chip together with low voltage circuits to be widely used in various electrical applications. In such integrated circuits, so-called lateral double-diffused MOS (LDMOS) transistors are high power devices in critical positions. In practical design of this LDMOS transistor, it is fundamentally necessary to minimize the high breakdown down voltage and the on resistance (Ron). However, it is also well known that these two electrical parameters conflict with each other in current process technology.
한편, 온 저항(Ron)은 트랜지스터의 동작 영역에서 게이트 전압(Vgs)에 대한 드레인 전류(ID)값의 미분 값으로 정의되는 트랜스컨덕턴스(transconductance:gm)의 함수로 알려져 있다. 즉, 트랜지스터의 트랜스컨덕턴스(gm)가 증대되면, 전류 구동 능력이 증대되므로, 온 저항(Ron)이 감소됨을 의미한다.On the other hand, the on resistance Ron is known as a function of transconductance (gm), which is defined as the derivative of the drain current I D value with respect to the gate voltage Vgs in the operating region of the transistor. That is, when the transconductance gm of the transistor is increased, the current driving capability is increased, which means that the on resistance Ron is reduced.
그러므로, 우수한 성능의 수평 확산형 트랜지스터를 제작하기 위하여는 일정한 브레이크다운 전압하에서 트랜스컨덕턴스를 증대시킬 것이 요구되고 있다.Therefore, in order to fabricate a high performance horizontal diffusion transistor, it is required to increase the transconductance under a constant breakdown voltage.
상기 트랜스컨덕턴스는 트랜지스터의 접합 영역의 깊이 및 트랜지스터들에 전압을 제공하는 배선의 저항에 영향을 받는다. 즉, 높은 트랜스컨덕턴스를 확보하려면 접합 영역 깊이의 최적화 및 낮은 배선 저항 확보가 수반되어야 한다.The transconductance is affected by the depth of the junction region of the transistor and the resistance of the wiring providing the voltage to the transistors. In other words, to ensure high transconductance, it must be accompanied by optimization of junction area depth and low wiring resistance.
하지만, 현재의 고집적 반도체 소자에 있어서는 접합 영역의 깊이는 한계에 다다른 실정이며, 배선 재료를 변경하는 것 역시 제조 비용을 상승시키는 원인이 된다. 그러므로 제조 비용의 상승없이 간단한 방법으로 안정한 브레이크다운 전압 및 낮은 온저항(높은 트랜스컨덕턴스)를 확보하는 방법이 요구되고 있는 실정이다. However, in the current highly integrated semiconductor device, the depth of the junction region is near the limit, and changing the wiring material also causes the manufacturing cost to increase. Therefore, there is a need for a method of securing a stable breakdown voltage and a low on-resistance (high transconductance) by a simple method without increasing the manufacturing cost.
따라서, 본 발명의 목적은 높은 브레이크다운 전압을 확보하면서도 높은 트랜스컨덕턴스를 확보할 수 있는 반도체 소자를 제공하는 것이다. Accordingly, an object of the present invention is to provide a semiconductor device capable of securing a high transconductance while ensuring a high breakdown voltage.
상기한 본 발명의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 반도체 소자는 제 1 도전형의 반도체 기판, 상기 반도체 기판 상부에 형성되는 게이트 전극, 상기 게이트 전극 일측에 형성되는 제 2 도전형의 소오스 영역, 상기 게이트 전극의 타측에 형성되는 제 2 도전형의 드레인 영역, 상기 반도체 기판과 상기 게이트 전극 사이에 개재되며, 상기 소오스 영역과 인접한 제 1 게이트 절연막, 상기 드레인 영역과 인접한 제 2 게이트 절연막, 및 상기 제 1 및 제 2 게이트 절연막 사이에 위치하는 제 3 게이트 절연막을 포함하는 게이트 절연막, 및 상기 제 2 게이트 절연막, 제 3 게이트 절연막 및 드레인 영역 하부에 형성되는 제 2 도전형의 드리프트 영역을 포함하며, 상기 제 3 게이트 절연막은 상기 제 1 및 제 2 게이트 절연막 보다 상대적으로 얇은 두께를 갖는다.A semiconductor device according to an embodiment of the present invention for achieving the above object of the present invention is a semiconductor substrate of the first conductivity type, the gate electrode formed on the semiconductor substrate, the second conductivity type formed on one side of the gate electrode A source region, a drain region of a second conductivity type formed on the other side of the gate electrode, a first gate insulating layer interposed between the semiconductor substrate and the gate electrode, and adjacent to the source region, and a second gate insulating layer adjacent to the drain region And a gate insulating film including a third gate insulating film positioned between the first and second gate insulating films, and a drift region of a second conductivity type formed under the second gate insulating film, the third gate insulating film, and the drain region. And the third gate insulating layer has a thickness relatively thinner than that of the first and second gate insulating layers. Have
본 발명에 의하면, 고전력 반도체 소자의 게이트 절연막의 두께를 구간별로 다르게 형성한다. 즉, 드레인 영역측 게이트 절연막은 가장 두껍게, 소오스 영역측 게이트 절연막은 드레인측의 그것보다는 얇게, 및 채널 중심부의 게이트 절연막은 상기 소오스측 및 드레인측 게이트 절연막보다는 상대적으로 더 얇게 형성한다. According to the present invention, the thickness of the gate insulating film of the high power semiconductor device is differently formed for each section. That is, the drain region side gate insulating film is formed thickest, the source region side gate insulating film is thinner than that of the drain side, and the gate insulating film of the channel center is formed relatively thinner than the source side and drain side gate insulating film.
이와 같은 방식으로 게이트 절연막의 두께를 채널의 방향을 따라 다르게 변화함으로써, 고전력 반도체 소자의 문턱전압을 임의로 변화시킬 수 있다. 즉, 이러한 문턱전압의 변화는 채널을 구성하는 반전층 (inversion layer)의 캐리어 밀도를 변화시킬 수 있으며, 이에 따라 채널의 수평방향으로의 저항(channel resistivity)을 조정할 수 있다. 이러한 채널 저항의 변화는 채널 영역에서 전위의 변화를 야기한다. 즉, 드레인과 소오스간의 인가된 전위는 채널을 따라 모두 분포하게 되는데, 반도체 소자의 게이트 절연막 두께를 구간별로 다르게 함으로써, 각 구간과 구간 사이의 경계에서는 급격한 포텐셜(potential, V) 분포를 만들 수 있게 되는 것이다. 이렇듯 채널에서의 급격한 포텐셜 분포는 전기장(electric field, E= dV/dx)의 크기를 증가시키는 역할을 하게 된다. 이에 따라, 채널 드리프트 속도를 증대시킬 수 있어, 트랜스컨덕턴스를 증대시킬 수 있다. 이에 따라, 일정한 브레이크다운 전압을 유지하는 가운데 온저항을 낮출 수 있게 된다. By varying the thickness of the gate insulating film in the same manner as the channel direction in this manner, the threshold voltage of the high power semiconductor device can be arbitrarily changed. That is, the change of the threshold voltage may change the carrier density of the inversion layer constituting the channel, thereby adjusting the channel resistivity of the channel in the horizontal direction. This change in channel resistance causes a change in potential in the channel region. In other words, the potential applied between the drain and the source is distributed along the channel. By varying the thickness of the gate insulating layer of the semiconductor device for each section, a potential potential (V) distribution can be made at the boundary between each section and the section. Will be. This rapid potential distribution in the channel serves to increase the magnitude of the electric field (E = dV / dx). As a result, the channel drift rate can be increased, and the transconductance can be increased. Accordingly, the on-resistance can be lowered while maintaining a constant breakdown voltage.
이하 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하도록 한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
본 실시예의 고전력 소자는 반도체 기판(100) 상에 형성된 게이트 절연막(120a,120b,120c), 드리프트 영역(105), 게이트 전극(130), 소오스 영역(140a) 및 드레인 영역(140b)을 포함한다. The high power device of the present exemplary embodiment includes
반도체 기판(100)은 예컨대 p형의 실리콘 기판, 혹은 p형의 반도체층을 구비한 SOI(silicon on insulator)일 수 있다. 반도체 기판(100)은 상기 LDMOS가 형성 되어질 소자 영역(ACT)을 구획하기 위해 형성된 소자 분리막(110)을 포함한다. 소자 분리막(110)은 LOCOS(local oxidation of silicon) 구조 또는 트렌치 구조를 가질 수 있다. The
게이트 절연막(120)은 각기 상이한 두께(t1,t2,t3)를 갖는 제 1 게이트 절연막(120a), 제 2 게이트 절연막(120b) 및 제 3 게이트 절연막(120c)로 구성될 수 있으며, 상기 제 1 내지 제 3 게이트 절연막(120a,120b,120c)은 서로간의 단절 없이 연속적으로 연장된다. 여기서, 상기 제 1 게이트 절연막(120a)은 상기 소오스 영역(140a) 측에 위치하고, 제 2 게이트 절연막(120b)은 상기 드레인 영역(140b)측에 위치하고, 제 3 게이트 절연막(120b)은 상기 제 1 및 제 2 게이트 절연막(120a,120b) 사이, 즉 실질적인 채널의 중심부에 위치한다. 여기서, 제 2 게이트 절연막(120b)은 고전력 반도체 소자의 특징 중 하나로서 단채널 효과를 줄이면서 상기 드리프트 영역(105)의 RESURF(Reduced surface field)를 줄이고자 제공되며, 거의 소자 분리막(110)의 두께에 육박하는 두께를 갖는다. 이러한 제 2 게이트 절연막(120b)은 제 1 내지 제 3 게이트 절연막(120a-120c)중 가장 두꺼운 두께를 갖는다. 한편, 제 3 게이트 절연막(120c)은 제 1 및 제 2 게이트 절연막(120a,120b)에 비해 상대적으로 얇은 두께를 갖는다. 이렇게 제 3 게이트 절연막(120c)의 두께를 소오스 영역(140a)측의 제 1 게이트 절연막(120a)보다 얇게 형성되면, 소오스 영역(140a)쪽 문턱 전압이 상대적으로 상승되어, 하이 채널 전계(high channel electric field)가 가해질 수 있다. 그러면, 채널 드리프트 속도(channel drift velocity)가 증대되어 궁극적으로 LDMOS 트랜지스터의 트랜스컨덕턴스가 증대된다. The
여기서, 제 1 게이트 절연막(120a), 제 2 게이트 절연막(120b) 및 제 3 게이트 절연막(120c)의 선폭비는 대략 1:1:1 수준일 수 있고, 제 3 게이트 절연막(120c)의 두께는 제 1 게이트 절연막(120a) 두께의 1/3 내지 1/4 수준일 수 있다. Here, the line width ratios of the first
이때, 제 3 게이트 절연막(120c)은 제 1 게이트 절연막(120a) 두께로 먼저 형성한 다음 일부를 식각하여 얻어질 수도 있고, 혹은 제 1 게이트 절연막(120a)을 복수의 절연막으로 형성할 수도 있다. 또한, 제 2 게이트 절연막(120b)은 국부 산화 기법으로 형성할 수도 있고, 국부 산화로 인한 데미지를 줄일 수 있도록, 제 1 게이트 절연막(120a)보다 더 많은 복수의 절연막으로 구성될 수 있다. In this case, the third
드리프트 영역(105)은 기판과 반대 타입으로 형성되며 상기 제 2 게이트 절연막(120b) 하부에 형성된다. 이론적으로, 드리프트 영역(105)은 제 2 게이트 절연막(120b)하부에 형성하지만, 이온 활성화를 위한 드라이브 인(drive-in) 공정을 진행하게 되면, 제 2 게이트 절연막(120b) 하부는 물론 제 3 게이트 절연막(120c) 및 드레인 영역(140b) 하부에 걸쳐 형성된다. 이에 따라, 드리프트 영역(150)은 실질적으로 수평 방향으로 이중 확산된 드레인 영역이 될 수 있다. The
게이트 전극(130)은 여러가지 두께를 갖는 게이트 절연막(120) 상부에 형성된다. 이때, 게이트 전극(130)은 후막의 제 2 게이트 절연막(120c)의 두께에 의해 단차진 형상을 가질 수 있다. 이러한 게이트 전극(130)의 양측벽에는 절연 스페이서(135)가 형성될 수 있다. The
소오스 영역(140a)은 반도체 기판(100)과 반대타입의 불순물에 의해 형성되 며, 게이트 전극(130)의 일측, 즉 제 1 게이트 절연막(120a)측의 반도체 기판(100)에 형성된다. 드레인 영역(140b) 역시 반도체 기판(100)과 반대 타입의 불순물에 의해 형성되며 게이트 전극(130)의 타측, 즉 제 3 게이트 절연막(120c)의 타측의 반도체 기판(100)에 형성된다. 여기서, 상기 드레인 영역(140b)이 형성되는 반도체 기판(100)은 드리프트 영역(105)일 수 있다. The
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 고전력 CMOS 트랜지스터를 설명하기 위한 단면도이다. 2 is a cross-sectional view for describing a high power CMOS transistor according to another exemplary embodiment of the present invention.
도 2를 참조하면, 고전력 CMOS 트랜지스터는 고전력 NMOS 트랜지스터(NT), 고전력 PMOS 트랜지스터(PT) 및 이들을 분리하는 소자 분리막(225)으로 구성된다. 여기서, 소자 분리막(225)은 LOCOS 혹은 트랜치 산화막으로 이루어질 수 있다. Referring to FIG. 2, the high power CMOS transistor includes a high power NMOS transistor NT, a high power PMOS transistor PT, and a
고전력 NMOS 트랜지스터(NT)는 반도체 기판(200), 반도체 기판(200) 상에 형성되는 게이트 절연막(240a,240b,240c), n형의 드리프트 영역(230), 게이트 전극(250), n형의 소오스 영역(260a), n형의 드레인 영역(260b) 및 p형의 기판 콘택 영역(270)을 포함할 수 있다. The high power NMOS transistor NT includes the
고전력 NMOS 트랜지스터(NT)측의 반도체 기판(200)은 고농도 p형의 매몰층(210) 및 상기 고농도 p형의 매몰층(210)으로부터 에피택셜(epitaxial) 성장된 p형 에피층(220)을 포함할 수 있다. The
게이트 절연막(240)은 상기 반도체 기판(200) 상에 형성되며, 서로 상이한 두께(t11,t12,t13)를 갖는 제 1 게이트 절연막(240a), 제 2 게이트 절연막(240b) 및 제 3 게이트 절연막(240c)로 구성될 수 있으며, 상기 제 1 내지 제 3 게이트 절 연막(240a,240b,240c)은 서로간의 단절 없이 연속적으로 연장된다. 여기서, 상기 제 1 게이트 절연막(240a)은 상기 소오스 영역(260a) 측에 위치하고, 제 2 게이트 절연막(240b)은 상기 드레인 영역(260b)측에 위치하고, 제 3 게이트 절연막(240c)은 상기 제 1 및 제 2 게이트 절연막(240a,240b) 사이에 위치한다. 여기서, 제 2 게이트 절연막(240b)은 제 1 내지 제 3 게이트 절연막(240a-240c)중 가장 두꺼운 두께, 예컨대, 소자 분리막(225) 수준의 두께를 가질 수 있다. 한편, 제 3 게이트 절연막(240c)은 제 1 및 제 2 게이트 절연막(240a,240b)에 비해 상대적으로 얇은 두께를 가질 수 있고, 제 3 게이트 절연막(120c)의 두께는 제 1 게이트 절연막(120a) 두께의 1/3 내지 1/4 수준일 수 있다. The
n형의 드리프트 영역(230)은 상기 제 2 게이트 절연막(240b), 제 3 게이트 절연막(240c) 및 드레인 영역(260b) 하부에 걸쳐 형성된다. The n-
게이트 전극(250)은 상기 게이트 절연막(240) 상부에 형성된다. 이때, 게이트 전극(250)은 후막의 제 2 게이트 절연막(240b)의 두께에 의해 단차진 형상을 가질 수 있다. 이러한 게이트 전극(250)의 양측벽에는 절연 스페이서(255)가 형성될 수 있다. The
소오스 영역(260a)은 게이트 전극(250)의 일측, 즉 제 1 게이트 절연막(240a)측의 p형 에피층(220)에 형성되고, 드레인 영역(260b)은 게이트 전극(250)의 타측, 즉 제 2 게이트 절연막(240b)의 타측의 n형 드리프트 영역(230)에 형성된다. The
p형의 기판 콘택 영역(270)은 소오스 영역(270) 일측에 형성되어 소오스 단 자와 전기적으로 연결되어 상기 p형의 에피층(220)에 전압을 제공한다. The p-type
고전력 PMOS 트랜지스터(PT) 역시 상기 고전력 NMOS 트랜지스터(NT)와 유사하게 반도체 기판(200), 반도체 기판(200) 상에 형성되는 게이트 절연막(240a,240b,240c), p형의 드리프트 영역(235), 게이트 전극(250), p형의 소오스 영역(280a), p형의 드레인 영역(280b) 및 n형의 기판 콘택 영역(290)을 포함할 수 있다. Similar to the high power NMOS transistor NT, the high power PMOS transistor PT also includes a
고전력 PMOS 트랜지스터(PT)측의 반도체 기판(200)은 고농도 n형의 매몰층(215) 및 상기 고농도 n형의 매몰층(215)으로부터 에피택셜 성장된 n형 에피층(223)을 포함할 수 있다. The
게이트 절연막(240)은 상기 반도체 기판(200) 상에 형성되며, 서로 상이한 두께(t11,t12,t13)를 갖는 제 1 게이트 절연막(240a), 제 2 게이트 절연막(240b) 및 제 3 게이트 절연막(240c)로 구성될 수 있으며, 상기 제 1 내지 제 3 게이트 절연막(240a,240b,240c)은 서로간의 단절 없이 연속적으로 연장된다. 이때, 고전력 PMOS 트랜지스터의 게이트 절연막(240)은 상기 고전력 NMOS 트랜지스터의 게이트 절연막과 동일한 단계 및 방식으로 얻어질 수 있다. 여기서, 상기 제 1 게이트 절연막(240a)은 상기 소오스 영역(260a) 측에 위치하고, 제 2 게이트 절연막(240b)은 상기 드레인 영역(260b)측에 위치하고, 제 3 게이트 절연막(240c)은 상기 제 1 및 제 2 게이트 절연막(240a,240b) 사이에 위치한다. 여기서, 제 2 게이트 절연막(240c)은 제 1 내지 제 3 게이트 절연막(240a-240c)중 가장 두꺼운 두께, 예컨대, 소자 분리막(225) 수준의 두께를 가질 수 있다. 한편, 제 3 게이트 절연 막(240c)은 제 1 및 제 2 게이트 절연막(240a,240b)에 비해 상대적으로 얇은 두께를 갖는다. The
p형의 드리프트 영역(235)은 상기 제 2 게이트 절연막(240b), 제 3 게이트 절연막(240c) 및 드레인 영역(280b) 하부에 형성된다.The p-
게이트 전극(250)은 상기 게이트 절연막(240) 상부에 형성된다. 이때, 게이트 전극(250)은 후막의 제 2 게이트 절연막(240b)의 두께에 의해 단차진 형상을 가질 수 있다. 이러한 게이트 전극(250)의 양측벽에는 절연 스페이서(255)가 형성될 수 있다. The
p형의 소오스 영역(280a)은 게이트 전극(250)의 일측, 즉 제 1 게이트 절연막(240a)측의 n형 에피층(223)에 형성되고, p형의 드레인 영역(280b)은 게이트 전극(250)의 타측, 즉 제 2 게이트 절연막(240b)의 타측의 p형 드리프트 영역(235)에 형성된다. The p-
n형의 기판 콘택 영역(290)은 소오스 영역(280a) 일측에 형성되어 소오스 단자(s)와 전기적으로 연결되어 상기 n형의 에피층(223)에 소정의 전압을 제공한다.The n-type
이와 같은 본 발명에 의하면, 고전력 반도체 소자의 게이트 절연막의 두께를 구간별로 다르게 형성한다. 즉, 드레인 영역측 게이트 절연막은 가장 두껍게, 소오스 영역측 게이트 절연막은 드레인측의 그것보다는 얇게, 및 채널 중심부의 게이트 절연막은 상기 소오스측 및 드레인측 게이트 절연막보다는 상대적으로 더 얇게 형성한다. According to the present invention as described above, the thickness of the gate insulating film of the high power semiconductor device is formed differently for each section. That is, the drain region side gate insulating film is formed thickest, the source region side gate insulating film is thinner than that of the drain side, and the gate insulating film of the channel center is formed relatively thinner than the source side and drain side gate insulating film.
이와 같은 방식으로 게이트 절연막의 두께를 채널의 방향을 따라 다르게 변 화함으로써, 고전력 반도체 소자의 문턱전압을 임의로 변화시킬 수 있다. 즉, 이러한 문턱전압의 변화에 따라 채널을 구성하는 반전층의 캐리어 밀도를 변화시킬 수 있으며, 이에 따라 채널의 수평방향으로의 저항을 조정할 수 있다. 이러한 채널 저항의 변화는 채널 영역에서 전위의 변화를 유발한다. 즉, 드레인과 소오스간의 인가된 전위는 채널을 따라 모두 분포하게 되는데, 고전력 반도체 소자의 게이트 절연막 두께를 구간별로 다르게 함으로써, 각 구간과 구간 사이의 경계에서는 급격한 포텐셜(potential, V) 분포를 만들 수 있게 되는 것이다. 이렇듯 채널에서의 급격한 포텐셜 분포는 전기장(electric field, E= dV/dx)의 크기를 증가시키는 역할을 하게 된다. 이에 따라, 채널 드리프트 속도를 증대시킬 수 있어, 트랜스컨덕턴스를 증대시킬 수 있다. 이에 따라, 일정한 브레이크 다운 전압을 유지하는 가운데 온저항을 낮출 수 있게 된다. In this manner, by varying the thickness of the gate insulating film in the channel direction, the threshold voltage of the high power semiconductor device may be arbitrarily changed. That is, the carrier density of the inversion layer constituting the channel can be changed according to the change of the threshold voltage, and thus the resistance in the horizontal direction of the channel can be adjusted. This change in channel resistance causes a change in potential in the channel region. In other words, the potential applied between the drain and the source is distributed along the channel. By varying the thickness of the gate insulating layer of the high-power semiconductor device for each section, a sharp potential (V) distribution can be made at the boundary between the sections. Will be. This rapid potential distribution in the channel serves to increase the magnitude of the electric field (E = dV / dx). As a result, the channel drift rate can be increased, and the transconductance can be increased. Accordingly, the on-resistance can be lowered while maintaining a constant breakdown voltage.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 고전력 반도체 소자의 채널영역을 이동하는 전자의 속도를 보여주는 2차원 소자 모의 실험 결과 그래프이다. 도 3에 따르면, 제 1 게이트 절연막과 제 2 게이트 절연막의 경계면에서 전자 속도(electron velocity: cm/s)가 급격히 증대됨을 알 수 있다. 전자의 속도는 곧 트랜스컨덕턴스의 함수이므로, 이러한 실험을 통해 제 1 및 제 2 게이트 절연막의 단차 부근에서 트랜스컨덕턴스가 개선됨을 알 수 있다. 3 is a graph showing a two-dimensional device simulation showing the speed of electrons moving in a channel region of a high power semiconductor device according to an embodiment of the present invention. According to FIG. 3, it can be seen that the electron velocity (cm / s) is sharply increased at the interface between the first gate insulating film and the second gate insulating film. Since the velocity of the electron is a function of the transconductance, the experiment shows that the transconductance is improved in the vicinity of the step difference between the first and second gate insulating layers.
이상 본 발명은 상기 바람직한 실시예를 들어 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않고, 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러 가지 변형이 가능하다.Although the present invention has been described in detail with reference to the above-described preferred embodiment, the present invention is not limited to the above embodiment, and various modifications may be made by those skilled in the art within the scope of the technical idea of the present invention. It is possible.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 고전력 반도체 소자의 단면도,1 is a cross-sectional view of a high power semiconductor device according to an embodiment of the present invention;
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 고전력 반도체 소자의 단면도, 및2 is a cross-sectional view of a high power semiconductor device according to another embodiment of the present invention, and
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 n-채널 고전력 반도체 소자의 전자의 속도에 대한 2차원 소자 모의실험 결과 그래프이다.3 is a two-dimensional device simulation result graph of the electron speed of the n-channel high-power semiconductor device according to an embodiment of the present invention.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for the main parts of the drawings>
100,200 : 반도체 기판 120a,240a : 제 1 게이트 절연막100,200:
120b,240b: 제 2 게이트 절연막 120c,240c : 제 3 게이트 절연막120b and 240b: second
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