KR101014237B1 - Power semiconductor device and manufacturing method - Google Patents
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Abstract
본 발명은 전력용 반도체 장치 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 해결하고자 하는 기술적 과제는 게이트 메탈 및 소스 메탈을 동시에 대칭 형태로 형성함으로써, 게이트 전압 및 소스 전류를 균일한 값으로 공급하는데 있다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a power semiconductor device and a method of manufacturing the same, and a technical problem to be solved is to provide a gate voltage and a source current at a uniform value by simultaneously forming a gate metal and a source metal in a symmetrical form.
이를 위해 본 발명은 사각 라인 형태로 내주연 평탄부가 구비되고, 내주연 평탄부중 대향되는 두변을 상호 연결하며 직선 형태로 내부 평탄부가 구비되며, 내부 평탄부를 중심으로 상호 대향되는 영역에 다수의 트렌치가 형성된 반도체 기판과, 내주연 평탄부, 내부 평탄부 및 트렌치에 각각 형성된 게이트 절연막과, 각각의 게이트 절연막 위에 형성된 게이트 폴리와, 내부 평탄부 위의 게이트 폴리 및 트렌치 위의 게이트 폴리 상에 각각 형성된 제1절연막과, 내주연 평탄부와 내부 평탄부 위의 게이트 폴리 위에 형성되어 있되, 내부 평탄부 위의 제1절연막 위에서는 서로 이격되어 형성된 게이트 메탈과, 트렌치 위의 제1절연막 위에 형성되어 있되, 트렌치의 외측 반도체 기판과는 접속되고, 게이트 메탈과는 이격되어 형성된 소스 메탈과, 반도체 기판의 하면에 형성된 드레인 메탈로 이루어진 전력용 반도체 장치 및 그 제조 방법을 개시한다.To this end, the present invention is provided with an inner circumferential flat portion in the form of a square line, interconnecting two opposite sides of the inner circumferential flat portion, and provided with an inner flat portion in a straight line shape, and a plurality of trenches are formed in the mutually opposing area around the inner flat portion. Formed on the semiconductor substrate, the gate insulating film formed on the inner circumferential flat portion, the inner flat portion and the trench, the gate poly formed on each gate insulating film, the gate poly formed on the inner flat portion and the gate poly formed on the trench, respectively. 1 is formed on the insulating film, the gate poly on the inner peripheral flat portion and the inner flat portion, but is formed on the gate metal formed on the first insulating film on the inner flat portion and spaced apart from each other, and on the first insulating layer on the trench, A source metal connected to the outer semiconductor substrate of the trench and spaced apart from the gate metal, and a semiconductor substrate It discloses a power semiconductor device and a manufacturing method for a drain made of a metal is formed on the bottom.
Description
본 발명은 전력용 반도체 장치 및 그 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a power semiconductor device and a manufacturing method thereof.
일반적으로 트렌치 게이트형 모스 전계 효과 트랜지스터 또는 트렌치 게이트형 절연 게이트 바이폴라 트랜지스터와 같은 트렌치 게이트형 전력용 반도체 장치는 플래너 게이트형 전력용 반도체 장치에 비해 높은 집적도를 갖는다.In general, trench gate type power semiconductor devices such as trench gate type MOS field effect transistors or trench gate type insulated gate bipolar transistors have a higher degree of integration than planar gate type power semiconductor devices.
상기 트렌치 게이트형 전력용 반도체 장치는 반도체 기판에 그물망 모양으로 다수의 트렌치를 형성하고, 트렌치 내에 게이트 폴리를 형성함으로써, 상기 게이트 폴리에 전계를 인가하여 소스 메탈에서 드레인 메탈로 전류가 흐르도록 하고 있다. 또한, 이러한 반도체 장치는 반도체 기판을 리드프레임에 탑재하여 드레인 메탈이 리드프레임에 직접 본딩되도록 하고, 소스 메탈은 도전성 클립 등을 이용하여 리드프레임에 본딩함으로써, 대량의 소스-드레인 전류가 잘 흐를 수 있도록 하고 있다. In the trench gate type power semiconductor device, a plurality of trenches are formed on a semiconductor substrate in a mesh shape and a gate poly is formed in the trench to apply an electric field to the gate poly to allow current to flow from the source metal to the drain metal. . In addition, such a semiconductor device mounts a semiconductor substrate on a lead frame so that the drain metal is directly bonded to the lead frame, and the source metal is bonded to the lead frame using a conductive clip, so that a large amount of source-drain current can flow well. To make it work.
한편, 이러한 트렌치 게이트형 전력용 반도체 장치는 안정적인 게이트 전압의 인가를 위해 반도체 기판의 표면을 횡단하는 형태 즉, 대칭 형태로 게이트 메탈을 형성할 수 있다. 그러나 이와 같이 게이트 메탈이 반도체 기판을 횡단하게 되 면, 소스 메탈이 여러 조각으로 분할되어 안정적인 소스 전류의 확보가 어렵다. 따라서 실제로는 상기 게이트 버스가 표면을 횡단하지 않는 형태 즉, 비대칭 형태로 형성되어, 모든 소스 메탈이 전기적으로 연결된 상태를 유지하도록 한다. 그런데, 이와 같이 게이트 버스를 비대칭 형태로 형성하게 되면, 소스 메탈 역시 비대칭 형태로 형성된다.Meanwhile, the trench gate type power semiconductor device may form the gate metal in a form that crosses the surface of the semiconductor substrate, that is, in a symmetrical form, for stable application of a gate voltage. However, when the gate metal crosses the semiconductor substrate as described above, the source metal is divided into pieces, so that it is difficult to secure a stable source current. Thus, in practice, the gate bus is formed in a shape that does not cross the surface, that is, an asymmetric shape, so that all the source metals remain electrically connected. However, when the gate bus is formed in an asymmetrical form, the source metal is also formed in an asymmetrical form.
따라서 상기 소스 메탈에 본딩되는 도전성 클립 역시 비대칭 형태로 형성되어, 도전성 클립을 통해 제공되는 소스 전류 역시 전체 반도체 기판에서 균일하게 흐르지 않는 문제가 있다.Therefore, the conductive clip bonded to the source metal is also formed in an asymmetrical shape, so that the source current provided through the conductive clip also does not flow uniformly in the entire semiconductor substrate.
더욱이, 게이트 메탈 역시 비대칭 형태로 형성되어 있기 때문에, 게이트 전압이 전체 반도체 기판에서 균일하게 인가되지 않는 문제도 있다.Moreover, since the gate metal is also formed in an asymmetrical form, there is a problem that the gate voltage is not uniformly applied to the entire semiconductor substrate.
본 발명은 상술한 종래의 문제점을 극복하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 게이트 메탈 및 소스 메탈이 동시에 대칭되는 형태가 되도록 하여, 반도체 기판에 게이트 전압이 균일하게 인가되도록 하고, 또한 소스 전류도 균일하게 흐르도록 할 수 있는 전력용 반도체 장치 및 그 제조 방법을 제공하는데 있다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention is to overcome the above-mentioned conventional problems, and an object of the present invention is to form a gate metal and a source metal that are simultaneously symmetrical, so that the gate voltage is uniformly applied to the semiconductor substrate, and the source current is also uniform. The present invention provides a power semiconductor device and a method for manufacturing the same.
상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명에 의한 전력용 반도체 장치는 사각 라인 형태로 내주연 평탄부가 구비되고, 상기 내주연 평탄부중 대향되는 두변을 상호 연결하며 직선 형태로 내부 평탄부가 구비되며, 상기 내부 평탄부를 중심으로 상호 대향되는 영역에 다수의 트렌치가 형성된 반도체 기판; 상기 내주연 평탄부, 상기 내부 평탄부 및 상기 트렌치에 각각 형성된 게이트 절연막; 상기 각각의 게이트 절연막 위에 형성된 게이트 폴리; 상기 내부 평탄부 위의 게이트 폴리 및 상기 트렌치 위의 게이트 폴리 상에 각각 형성된 제1절연막; 상기 내주연 평탄부와 상기 내부 평탄부 위의 게이트 폴리 위에 형성되어 있되, 상기 내부 평탄부 위의 제1절연막 위에서는 서로 이격되어 형성된 게이트 메탈; 상기 트렌치 위의 제1절연막 위에 형성되어 있되, 상기 트렌치의 외측 반도체 기판과는 접속되고, 상기 게이트 메탈과는 이격되어 형성된 소스 메탈; 및, 상기 반도체 기판의 하면에 형성된 드레인 메탈을 포함한다.In order to achieve the above object, the power semiconductor device according to the present invention has an inner circumferential flat portion in the form of a square line, interconnects two opposite sides of the inner circumferential flat portion, and has an inner flat portion in a straight line shape. A semiconductor substrate having a plurality of trenches formed in regions facing each other with respect to the flat portion; A gate insulating layer formed on the inner circumferential flat portion, the inner flat portion, and the trench, respectively; A gate poly formed on each gate insulating film; A first insulating layer formed on each of the gate poly on the inner planar portion and the gate poly on the trench; A gate metal formed on the inner peripheral flat portion and the gate poly on the inner flat portion, the gate metal being spaced apart from each other on the first insulating layer on the inner flat portion; A source metal formed on the first insulating layer on the trench, the source metal being connected to the outer semiconductor substrate of the trench and spaced apart from the gate metal; And a drain metal formed on the bottom surface of the semiconductor substrate.
상기 내부 평탄부 위의 제1절연막 위에서 상기 게이트 메탈은 서로 400~600㎛ 이격되어 형성될 수 있다.The gate metal may be formed to be spaced apart from each other by 400 to 600 μm on the first insulating layer on the inner flat portion.
상기 게이트 메탈 및 상기 소스 메탈의 상면과, 상기 게이트 메탈과 상기 소스 메탈 사이에는 제2절연막이 더 형성될 수 있다.A second insulating layer may be further formed between the gate metal and the source metal and between the gate metal and the source metal.
상기 게이트 메탈은 도전성 와이어가 본딩될 수 있도록 제2절연막을 통하여 일부 영역이 외부로 노출될 수 있다.A portion of the gate metal may be exposed to the outside through the second insulating layer so that the conductive wire may be bonded.
상기 소스 메탈은 도전성 클립이 본딩될 수 있도록 제2절연막을 통하여 일부 영역이 외부로 노출될 수 있다.A portion of the source metal may be exposed to the outside through the second insulating layer so that the conductive clip may be bonded.
상기 내부 평탄부 위의 이격된 게이트 메탈은 상기 게이트 메탈 하부에 형성된 상기 게이트 폴리를 통하여 상호 전기적으로 연결될 수 있다.The gate metal spaced apart on the inner planar portion may be electrically connected to each other through the gate poly formed under the gate metal.
상기 소스 메탈은 상기 내부 평탄부 위의 제1절연막의 상부에도 형성되어, 상기 내부 평탄부의 양측에 형성된 소스 메탈이 상호 전기적으로 연결될 수 있다.The source metal may be formed on an upper portion of the first insulating layer on the inner flat portion, and source metals formed on both sides of the inner flat portion may be electrically connected to each other.
상기 내부 평탄부는 상기 내주연 평탄부가 이루는 내측 영역에서 적어도 두개가 이격되어 평행하게 형성될 수 있다.The inner flat portion may be formed in parallel with at least two spaced apart from the inner region of the inner peripheral flat portion.
상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명에 의한 전력용 반도체 장치의 제조 방법은 사각 라인 형태로 내주연 평탄부를 구비하고, 상기 내주연 평탄부중 대향되는 두변을 상호 연결하도록 직선 형태로 내부 평탄부를 구비하며, 상기 내부 평탄부를 중심으로 상호 대향되는 영역에 다수의 트렌치를 형성하여 반도체 기판을 준비하는 반도체 기판 준비 단계; 상기 내주연 평탄부, 상기 내부 평탄부 및 상기 트렌치에 각각 게이트 절연막을 형성하는 게이트 절연막 형성 단계; 상기 각각의 게이트 절연막 위에 게이트 폴리를 형성하는 게이트 폴리 형성 단계; 상기 내부 평탄부 위의 게이트 폴리 및 상기 트렌치 위의 게이트 폴리 상에 각각 제1절연막을 형성하는 제1절연막 형성 단계; 상기 내주연 평탄부와 상기 내부 평탄부 위의 게이트 폴리 위에 형성하되, 상기 내부 평탄부 위의 제1절연막 위에서는 이격되도록 게이트 메탈을 형성하고, 상기 트렌치 위의 제1절연막 위에 형성하되, 상기 트렌치 외측의 반도체 기판과는 접속되고, 상기 게이트 메탈과는 이격되도록 소스 메탈을 형성하는 게이트 메탈/소스 메탈 형성 단계; 상기 게이트 메탈 및 상기 소스 메탈 위에 제2절연막을 형성하되, 상기 게이트 메탈에는 도전성 와이어가 본딩되도록 일부 영역을 개방하고, 상기 소스 메탈에는 도전성 클립이 본딩되도록 일부 영역을 개방하는 제2절연막 형성 단계; 및, 상기 반도체 기판의 하면에 드레인 메탈을 형성하는 드레인 메탈 형성 단계를 포함한다.In order to achieve the above object, a method of manufacturing a power semiconductor device according to the present invention includes an inner circumferential flat portion in the form of a square line, and an inner flat portion in a straight line shape so as to interconnect two opposite sides of the inner circumferential flat portion. A semiconductor substrate preparation step of preparing a semiconductor substrate by forming a plurality of trenches in regions facing each other with respect to the inner flat portion; Forming a gate insulating film on the inner circumferential flat portion, the inner flat portion and the trench, respectively; A gate poly forming step of forming a gate poly on each gate insulating film; Forming a first insulating layer on each of the gate poly on the inner planar portion and the gate poly on the trench; A gate metal is formed on the inner peripheral flat portion and the gate poly on the inner flat portion, and a gate metal is formed to be spaced apart from the first insulating layer on the inner flat portion. The gate metal is formed on the first insulating layer on the trench. A gate metal / source metal forming step of forming a source metal connected to an outside semiconductor substrate and spaced apart from the gate metal; Forming a second insulating layer on the gate metal and the source metal, wherein opening a portion of the conductive layer to bond the conductive wire to the gate metal, and opening a portion of the region to bond the conductive clip to the source metal; And forming a drain metal on a bottom surface of the semiconductor substrate.
상기 제1절연막 형성 단계에서는 상기 내부 평탄부 위의 제1절연막은 상호간 이격되도록 형성할 수 있다.In the first insulating film forming step, the first insulating film on the inner flat portion may be formed to be spaced apart from each other.
상기 반도체 기판 준비 단계는 상기 내부 평탄부가 상기 내주연 평탄부가 이루는 내측 영역에서 적어도 두개가 이격되어 평행하게 구비되도록 하여 이루어질 수 있다.The preparing of the semiconductor substrate may be performed by allowing the inner flat portion to be provided in parallel with at least two spaced apart from the inner region of the inner circumferential flat portion.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 전력용 반도체 장치 및 그 제조 방법은 게이트 메탈 및 소스 메탈을 동시에 대칭되는 형태로 형성함으로써, 반도체 기판에 게이트 전압이 균일하게 인가되도록 하고, 또한 소스 전류도 균일하게 흐르도록 한다.As described above, the power semiconductor device and the method of manufacturing the same according to the present invention form the gate metal and the source metal in a symmetrical form at the same time, so that the gate voltage is uniformly applied to the semiconductor substrate, and the source current is also uniform. Let it flow
또한, 본 발명에 따른 전력용 반도체 장치 및 그 제조 방법은 서로 이격된 게이트 메탈이 그 하부에 형성된 게이트 폴리에 의해 연결됨으로써, 서로 전기적으로 연결되도록 하고, 또한 게이트 메탈의 이격 거리를 최적화함으로써, 게이트 저항이 증가하지 않도록 한다.In addition, the power semiconductor device and the method for manufacturing the same according to the present invention are connected to each other by the gate poly formed at the bottom of the gate metal to be electrically connected to each other, and also by optimizing the separation distance of the gate metal, Do not increase the resistance.
이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings, so that those skilled in the art can easily carry out the present invention.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 전력용 반도체 장치를 도시한 평면도이다. 도 2는 도 1의 2-2선 단면도이다. 도 3은 도 1의 3-3선 단면도이다.1 is a plan view illustrating a power semiconductor device according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a cross-sectional view taken along the line 2-2 of FIG. 1. 3 is a cross-sectional view taken along line 3-3 of FIG.
도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 전력용 반도체 장치(100)는 반도체 기판(110)과, 게이트 절연막(120)과, 게이트 폴리(130)와, 제1절연막(140)과, 게이트 메탈(150)과, 소스 메탈(160)과, 제2절연막(170)과, 드레인 메탈(180)을 포함한다.1 to 3, the
상기 반도체 기판(110)은 이해의 편의를 위해 크게 평면 구조와 단면 구조로 나누어 설명한다. 먼저 상기 반도체 기판(110)의 평면 구조는 내주연 평탄부(111)와, 내부 평탄부(112)와, 다수의 트렌치(113)를 포함한다. 상기 내주연 평탄부(111)는 폐쇄된 사각 라인 형태로 형성된다. 또한, 상기 내부 평탄부(112)는 상기 내주연 평탄부(111)중 대향되는 두변의 중심을 상호 연결하며 직선 형태로 형성되어 있다. 또한, 상기 다수의 트렌치(113)는 상기 내주연 평탄부(111)와 내부 평탄부(112)의 사이의 영역에 세로 방향으로 일정 거리 이격되어 형성되어 있다. 이어서, 상기 반도체 기판(110)의 단면 구조는 N+형 영역(114)과, 상기 N+형 영역(114) 위에 형성된 N-형 에피텍셜층(115)과, 상기 N-형 에피텍셜층(115)에 형성된 P형 이온 주입 영역(116)과, 상기 P형 이온 주입 영역(116)에 형성된 N+형 이온 주입 영역(117)을 포함한다. 여기서, 상기 트렌치(113)는 상기 P형 이온 주입 영역(116)을 관통하여 상기 N-형 에피텍셜층(115)에까지 형성되어 있다. 또한, 상기 N+형 이온 주입 영역(117)은 상기 트렌치(113)의 외주연에 형성되어 있다. 더불어, 반도체 장치(100)의 동작중에는 상기 N+형 이온 주입 영역(117)과 N- 에피텍셜층(115) 사이에 채널이 형성됨으로써, 상부의 소스 메탈(160)로부터 하부의 드레인 메탈(180)로 전류가 흐르게 된다.The
상기 게이트 절연막(120)은 상기 내주연 평탄부(111), 상기 내부 평탄부(112) 및 상기 트렌치(113)에 각각 형성된다. 이러한 게이트 절연막(120)은 순도가 우수한 실리콘 산화막 및 그 등가물중에서 선택된 어느 하나로 형성될 수 있으나, 여기서 그 재질을 한정하는 것은 아니다.The
상기 게이트 폴리(130)는 상기 각각의 게이트 절연막(120) 위에 형성된다. 즉, 상기 게이트 폴리(130)는 상기 내주연 평탄부(111), 상기 내부 평탄부(112) 및 상기 트렌치(113)에 각각 일정 두께로 형성된다. 여기서, 상기 트렌치(113)는 실질적으로 상기 게이트 폴리(130)에 의해 매립된다. 이러한 게이트 폴리(130)는 도핑된 폴리 실리콘 및 그 등가물중에서 선택된 어느 하나일 수 있으나, 여기서 그 재질을 한정하는 것은 아니다.The
상기 제1절연막(140)은 상기 내부 평탄부(112) 위의 게이트 폴리(130) 및 상기 트렌치(113) 위의 게이트 폴리(130) 상에 각각 형성된다. 이러한 제1절연막(140)은 산화막, 질화막 및 그 등가물중에서 선택된 어느 하나일 수 있으나, 여기서 그 재질을 한정하는 것은 아니다. 상기 내부 평탄부(112) 위의 제1절연막(140)은 일정 간격 이격되어 형성됨으로써, 그 상부에 소스 메탈(160)이 지나가도록 하는 동시에, 상기 소스 메탈(160)과 게이트 메탈(150)이 상호간 쇼트되지 않 도록 한다. 더불어, 상기 트렌치(113) 위의 제1절연막(140)은 소스 메탈(160)과 게이트 폴리(130)가 상호간 쇼트되지 않도록 하는 역할을 한다.The first
상기 게이트 메탈(150)은 상기 내주연 평탄부(111)와 상기 내부 평탄부(112) 위의 게이트 폴리(130) 위에 형성되어 있다. 즉, 상기 게이트 메탈(150)은 실질적으로 상기 게이트 폴리(130)에 전기적으로 연결됨으로써, 상기 게이트 폴리(130)에 게이트 전압을 인가할 수 있도록 되어 있다. 물론, 실질적으로 상기 트렌치(113)의 내부에 매립된 게이트 폴리(130)에 게이트 전압이 인가된다. 여기서, 상기 게이트 메탈(150)은 내주연 평탄부(111)와 대응되는 영역에 사각 라인 형태로 형성됨으로써, 기본적으로 반도체 장치(100)의 내주연에서 균일한 게이트 전압이 인가되도록 한다. 또한, 상기 게이트 메탈(150)은 내부 평탄부(112)와 대응되는 영역에도 형성되어 있으므로, 게이트 전압은 내부 평탄부(112)와 대응되는 영역으로부터도 균일하게 인가되도록 한다. 여기서, 상기 내부 평탄부(112)와 대응되는 영역에 형성된 게이트 메탈(150)은 일정 거리 이격되어 형성됨으로써, 게이트 메탈(150) 사이를 따라 소스 메탈(160)이 지나갈 수 있도록 형성되어 있다. 즉, 상기 게이트 메탈(150)은 상기 내부 평탄부(112) 위의 제1절연막(140) 위에서 상호간 대략 400~600㎛ 이격되어 형성되어 있다. 물론, 이를 위해 상기 내부 평탄부(112) 위에 형성된 제1절연막(140)의 길이는 대략 40~600㎛보다 크게 형성되어야 함은 당연하다. 상기 게이트 메탈(150)의 이격 거리가 400㎛ 미만일 경우에는 소스 메탈(160)이 끊길 위험이 있다. 또한, 상기 이격 거리가 600㎛를 초과할 경우에는 게이트 저 항이 과도하게 커질 위험이 있다. 이와 같이 상기 내부 평탄부(112) 위의 게이트 메탈(150)은 상기 게이트 메탈(150)의 하부에 형성된 상기 게이트 폴리(130)를 통하여 상호 전기적으로 연결된 형태를 함으로써, 비록 게이트 메탈(150)이 상호간 이격되어 형성되어 있다고 해도 안정적인 게이트 전압의 인가가 가능하게 된다.The
상기 소스 메탈(160)은 상기 트렌치(113) 위의 제1절연막(140) 위에 형성되어 있되, 상기 트렌치(113)의 외측 반도체 기판(110)과는 접속되고, 상기 게이트 메탈(150)과는 이격되어 형성되어 있다. 따라서 상기 소스 메탈(160)은 게이트 메탈(150)과 쇼트되지 않으며, 상기 반도체 기판(110) 즉, N+형 이온 주입 영역(117)에 소스 전류를 공급하게 된다. 더불어, 상기 소스 메탈(160)은 상기 내부 평탄부(112) 위의 제1절연막(140)의 상부에도 형성되어, 상기 내부 평탄부(112)의 양측에 분할 형성된 소스 메탈(160)이 상호 전기적으로 연결되도록 한다. 이와 같이 하여, 내부 평탄부(112)의 양측에 형성된 소스 메탈(160)이 상호 전기적으로 연결된 형태를 하므로, 전반적으로 균일한 소스 전류를 반도체 기판(110)에 인가할 수 있게 된다. 즉, 본 발명은 게이트 메탈(150) 및 소스 메탈(160)을 모두 대칭 형태로 형성되도록 함과 아울러, 게이트 메탈(150)은 게이트 메탈(150)끼리, 소스 메탈(160)은 소스 메탈(160)끼리 상호간 전기적으로 접속되도록 함으로써, 균일한 게이트 전압 및 균일한 소스 전류의 공급이 가능하다.The
상기 제2절연막(170)은 상기 게이트 메탈(150) 및 상기 소스 메탈(160)의 상 면과, 상기 게이트 메탈(150)과 상기 소스 메탈(160) 사이에 더 형성되어 있다. 좀 더 구체적으로, 상기 게이트 메탈(150)은 도전성 와이어(192)가 본딩될 수 있도록 제2절연막(170)을 통하여 일부 영역이 외부로 노출될 수 있다. 이와 같이 노출된 영역을 게이트 패드로 정의할 수 있으며, 이 부분에 도전성 와이어(192)가 본딩된다. 또한, 상기 소스 메탈(160)은 도전성 클립(191)이 본딩될 수 있도록 제2절연막(170)을 통하여 일부 영역이 외부로 노출될 수 있다. 이와 같이 노출된 영역을 소스 패드로 정의할 수 있으며, 이 부분에 도전성 클립(191)이 본딩된다. The second
상기 드레인 메탈(180)은 상기 반도체 기판(110)의 하면에 형성되어 있다. 즉, 상기 드레인 메탈(180)은 반도체 기판(110)중 N+ 영역(114)의 하면에 소정 두께로 형성된다. 이러한 드레인 메탈(180)은 패키징 공정중 실제로 리드프레임에 전기적으로 접속되는 영역이 된다. The
이와 같이 하여, 본 발명에 따른 반도체 장치(100)는 중앙의 내부 평탄부(112)를 중심으로 트렌치(113) 및 게이트 폴리(130)가 대칭 형태로 형성되고, 게이트 메탈(150) 및 소스 메탈(160)이 모두 대칭 형태로 형성된다. 물론, 중앙의 게이트 메탈(150)은 일정 거리 이격되어 형성됨으로써, 그 이격된 틈을 통하여 소스 메탈(160)이 통과하게 된다. 따라서 전반적으로 게이트 메탈(150) 및 소스 메탈(160)이 대칭적인 형태를 하면서도, 모두 전기적으로 연결된 형태를 한다. 따라서 게이트 전압 및 소스 전류의 공급이 모든 반도체 기판(110)에서 균일하게 이루 어진다. 물론, 게이트 메탈(150)로부터 공급된 전압은 내주연 평탄부(111) 및 내부 평탄부(112)에 형성된 게이트 폴리(130)를 통하여 트렌치(113)에 형성된 게이트 폴리(130)로 전달된다. 그러면, 상기 트렌치(113)를 중심으로 양측에 형성된 N+형 이온 주입 영역(117)과, 그 하부의 N-형 에피텍셜층(115) 사이의 P형 이온 주입 영역(116)에 채널이 형성됨으로써, 소스 메탈(160)로부터 드레인 메탈(180)로 전류 경로가 형성된다. 즉, 반도체 장치(100)가 전기적으로 동작하게 된다.In this manner, in the
도 4는 도 1에 도시된 전력용 반도체 장치에 클립 및 와이어가 본딩된 상태를 도시한 평면도이다. 도 5는 도 4에 도시된 전력용 반도체 장치를 도시한 단면도이다.FIG. 4 is a plan view illustrating a clip and a wire bonded to the power semiconductor device of FIG. 1. FIG. 5 is a cross-sectional view of the power semiconductor device illustrated in FIG. 4.
도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이 제2절연막(170)을 통하여 노출된 소스 메탈(160)의 표면에는 솔더(193)를 통하여 도전성 클립(191)이 본딩된다. 물론, 이러한 클립은 일단이 리드프레임에 연결되어야 하므로, 일측 영역은 반도체 기판(110)의 외측으로 연장된다. 더불어, 제2절연막(170)을 통하여 노출된 게이트 메탈(150)의 표면에는 도전성 와이어(192)가 본딩된다. 물론, 이러한 도전성 와이어(192)는 일단이 리드프레임에 연결되어야 하므로, 일측 영역은 반도체 기판(110)의 외측으로 연장된다. As shown in FIGS. 4 and 5, the
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 전력용 반도체 장치를 도시한 평면도이다.6 is a plan view illustrating a power semiconductor device according to another embodiment of the present invention.
도 6에 도시된 바와 같이 본 발명의 다른 실시예에 따른 반도체 장치(200)는 도 1 내지 도 5에 도시된 반도체 장치(100)와 거의 같다. 그러나 기본적으로 2개의 직선형 내부 평탄부(112)가 폐쇄형 사각 라인 형태의 내주연 평탄부(111)가 이루는 내측 영역에 형성되어 있다는 점에서 다르다. 이러한 내부 평탄부(112)는 반도체 기판(110)의 크기에 따라 몇 개라도 분할되어 형성될 수 있다. 물론, 상기 각각의 내부 평탄부(112)에는 이격된 제1절연막(140)이 형성되고, 상기 제1절연막(140)을 중심으로 게이트 메탈(150)이 각각 분할되어 형성된다. 더불어, 이러한 제1절연막(140)을 통해서는 소스 메탈(160)이 통과하므로 반도체 기판(110) 위에 형성된 모든 소스 메탈(160)은 스스로 모두 전기적으로 연결된 상태를 유지한다. 따라서 게이트 메탈(150) 및 소스 메탈(160)은 각각 대칭적인 형태를 할뿐만 아니라, 스스로 모두 전기적으로 연결된 형태를 한다. 따라서 반도체 기판(110)의 크기가 커진다고 해도, 본 발명을 적용하게 되면 균일한 게이트 전압 및 균일한 소스 전류를 제공할 수 있다.As shown in FIG. 6, the
도 7은 도 6에 도시된 전력용 반도체 장치에 클립 및 와이어가 본딩된 상태를 도시한 평면도이다.FIG. 7 is a plan view illustrating a state in which a clip and a wire are bonded to the power semiconductor device of FIG. 6.
도 7에 도시된 바와 같이 2개의 내부 평탄부(112)가 구비됨에 따라 소스 메탈(160)에 부착되는 도전성 클립(291) 역시 그 형태가 달라진다. 2개의 내부 평탄부(112)에 의해 소스 메탈(160)이 크게 3부분으로 이루어지므로, 도전성 클립(291) 역시 크게 3부분으로 이루어진다.As shown in FIG. 7, as the two inner
도 8은 본 발명에 따른 전력용 반도체 장치의 제조 방법을 도시한 순서도이다.8 is a flowchart illustrating a method of manufacturing a power semiconductor device according to the present invention.
도 8에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 전력용 반도체 장치의 제조 방법은 반도체 기판 준비 단계(S1)와, 게이트 절연막 형성 단계(S2)와, 게이트 폴리 형성 단계(S3)와, 이온 주입 단계(S4)와, 제1절연막 형성 단계(S5)와, 게이트 메탈/소스 메탈 형성 단계(S6)와, 제2절연막 형성 단계(S7)와, 드레인 메탈 형성 단계(S8)를 포함한다.As shown in FIG. 8, the method of manufacturing a power semiconductor device according to the present invention includes a semiconductor substrate preparation step S1, a gate insulating film forming step S2, a gate poly forming step S3, and an ion implantation step ( S4), a first insulating film forming step S5, a gate metal / source metal forming step S6, a second insulating film forming step S7, and a drain metal forming step S8.
이하의 설명에서는 본 발명에 따른 반도체 장치의 제조 방법을 좀 더 구체적으로 설명하며, 지금까지 설명한 도 1 내지 도 8도 함께 참조하기로 한다.In the following description, a method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention will be described in more detail, with reference to FIGS. 1 to 8 described above.
도 9a 내지 도 9c는 본 발명에 따른 전력용 반도체 장치의 제조 방법중 반도체 기판 준비 단계를 도시한 평면도 및 단면도이다.9A to 9C are a plan view and a cross-sectional view illustrating a semiconductor substrate preparing step in a method of manufacturing a power semiconductor device according to the present invention.
도 9a 내지 도 9c에 도시된 바와 같이 반도체 기판 준비 단계(S1)에서는 폐쇄형 사각 라인 형태로 내주연 평탄부(111)를 구비하고, 상기 내주연 평탄부(111)중 대향되는 두변을 상호 연결하도록 직선 형태로 내부 평탄부(112)를 구비하며, 상기 내부 평탄부(112)를 중심으로 상호 대향되는 영역에 다수의 트렌치(113)를 형성하여 반도체 기판(110)을 준비한다. 물론, 상기 반도체 기판(110)은 N+형 영역(114)과, 그 상부에 형성된 N-형 에피텍셜층(115)을 포함한다. 여기서, 상기 트렌치(113)는 N-형 에피텍셜층(115)에 형성되어 있다.9A to 9C, the semiconductor substrate preparing step S1 includes an inner circumferential
도 10은 본 발명에 따른 전력용 반도체 장치의 제조 방법중 게이트 절연막 준비 단계를 도시한 평면도이다.10 is a plan view illustrating a gate insulating film preparing step of a method of manufacturing a power semiconductor device according to the present invention.
도 10에 도시된 바와 같이 게이트 절연막 형성 단계(S2)에서는 상기 반도체 기판(110)중 내주연 평탄부(111), 내부 평탄부(112) 및 트렌치(113)에 각각 얇은 두께의 게이트 절연막(120)을 형성한다. 물론, 상기 트렌치(113)와 트렌치(113) 사이의 N-형 에피텍셜층(115)의 표면에는 게이트 절연막(120)을 형성시키지 않고 그대로 노출시킨다.As shown in FIG. 10, in the gate insulating film forming step S2, the
도 11은 본 발명에 따른 전력용 반도체 장치의 제조 방법중 게이트 폴리 형성 단계를 도시한 평면도이다.11 is a plan view illustrating a gate poly forming step in the method of manufacturing a power semiconductor device according to the present invention.
도 11에 도시된 바와 같이 게이트 폴리 형성 단계(S3)에서는 상기 각각의 게이트 절연막(120) 위에 게이트 폴리(130)를 형성한다. 즉, 상기 내주연 평탄부(111), 내부 평탄부(112) 및 트렌치(113)에 일정 두께의 게이트 폴리(130)를 형성한다. 실질적으로, 상기 트렌치(113)에는 게이트 폴리(130)가 매립되는 형태를 한다. 여기서, 상기 게이트 폴리(130)는 도핑된 폴리 실리콘 및 그 등가물중에서 선택된 어느 하나일 수 있으나, 이러한 재질로 본 발명을 한정하는 것은 아니다.As shown in FIG. 11, in the gate poly forming step S3, a
도 12는 본 발명에 따른 전력용 반도체 장치의 제조 방법중 이온 주입 단계를 도시한 단면도이다.12 is a cross-sectional view illustrating an ion implantation step in a method of manufacturing a power semiconductor device according to the present invention.
도 12에 도시된 바와 같이 이온 주입 단계(S4)에서는 P형 불순물과, N+형 불순물을 순차적으로 N-형 에피텍셜층(115)에 주입한다. 즉, N-형 에피텍셜층(115)에 P형 불순물을 이온 주입하여 P형 이온 주입 영역(116)을 형성하고, 이어서 N+형 불순물을 이온 주입하여 N+형 이온 주입 영역(117)을 형성한다. 여기서, 상기 N+형 이온 주입 영역(117)은 트렌치(113)의 외주연에 각각 형성된다.As shown in FIG. 12, in the ion implantation step S4, P-type impurities and N + -type impurities are sequentially injected into the N-
도 13은 본 발명에 따른 전력용 반도체 장치의 제조 방법중 제1절연막 형성 단계를 도시한 평면도이다.FIG. 13 is a plan view illustrating a first insulating film forming step in a method of manufacturing a power semiconductor device according to the present invention. FIG.
도 13에 도시된 바와 같이 제1절연막 형성 단계(S5)에서는 상기 내부 평탄부(112) 위의 게이트 폴리(130) 및 상기 트렌치(113) 위의 게이트 폴리(130) 상에 각각 제1절연막(140)을 형성한다. 여기서, 상기 내부 평탄부(112) 위에서는 상기 제1절연막(140)이 일정 간격 이격되어 형성되도록 한다.As shown in FIG. 13, in the forming of the first insulating layer S5, the first insulating layer may be formed on the
도 14는 본 발명에 따른 전력용 반도체 장치의 제조 방법중 게이트 메탈/소스 메탈 형성 단계를 도시한 평면도이다.14 is a plan view illustrating a gate metal / source metal forming step in the method of manufacturing a power semiconductor device according to the present invention.
도 14에 도시된 바와 같이 게이트 메탈/소스 메탈 형성 단계(S6)에서는 상기 내주연 평탄부(111)와 상기 내부 평탄부(112) 위의 게이트 폴리(130) 위에 게이트 메탈(150)을 형성하되, 상기 내부 평탄부(112) 위의 제1절연막(140) 위에서는 상호간 소정 거리 이격되도록 게이트 메탈(150)을 형성한다. 또한, 상기 트렌치(113) 위의 제1절연막(140) 위에 소스 메탈(160)을 형성하되, 상기 트렌치(113) 외측의 N+ 영역(114)과는 접속되고, 상기 게이트 메탈(150)과는 이격되도록 소스 메탈(160)을 형성한다. 여기서, 상기 모든 소스 메탈(160)과 상기 게이트 메탈(150)은 실질적으로 분리 및 이격되어 형성된다. 더불어, 상기와 같은 게이트 메탈(150)의 형성 단계에 의해 반도체 기판(110) 위에서 게이트 메탈(150)은 대략 대칭적인 형태를 하게 된다. 물론, 내부 평탄부(112) 위의 게이트 메탈(150)은 이격되어 형성된 형태를 하지만, 실질적으로 그 하부에 게이트 폴리(130)가 형성되어 있음으로서, 모든 게이트 메탈(150)은 전기적으로 연결된 형태를 한다. 또한, 상기와 같은 소스 메탈(160)의 형성 단계에 의해 반도체 기판(110) 위에서 소스 메탈(160)은 대략 대칭적인 형태를 하게 된다. 즉, 내부 평탄부(112) 위의 제1절연막(140) 위에 소스 메탈(160)이 지나가도록 형성됨으로써, 두부분의 소스 메탈(160)은 모두 전기적으로 연결된 동시에 대칭 형태로 형성된다.As shown in FIG. 14, in the gate metal / source metal forming step S6, the
도 15는 본 발명에 따른 전력용 반도체 장치의 제조 방법중 제2절연막 형성 단계를 도시한 평면도이다.15 is a plan view illustrating a step of forming a second insulating film in the method of manufacturing a power semiconductor device according to the present invention.
도 15에 도시된 바와 같이 제2절연막 형성 단계(S7)에서는 상기 게이트 메탈(150) 및 상기 소스 메탈(160) 위에 제2절연막(170)을 형성하되, 상기 게이트 메탈(150)에는 도전성 와이어(192)가 본딩되도록 일부 영역을 개방하고, 상기 소스 메탈(160)에는 도전성 클립(191)이 본딩되도록 일부 영역을 개방한다. 물론, 상기 게이트 메탈(150)과 소스 메탈(160) 사이에도 제2절연막(170)이 형성됨으로써, 상기 게이트 메탈(150)과 소스 메탈(160)이 완벽하게 전기적으로 분리되도록 한다. 여기서, 상기 제2절연막(170)을 통해 노출된 소스 메탈(160)의 부분을 소스 패드로 정의하고, 상기 제2절연막(170)을 통해 노출된 게이트 메탈(150)의 부분을 게이트 패드로 정의할 수 있다.As illustrated in FIG. 15, a second insulating
도 16은 본 발명에 따른 전력용 반도체 장치의 제조 방법중 드레인 메탈 형성 단계를 도시한 단면도이다.16 is a cross-sectional view illustrating a drain metal forming step of the method of manufacturing a power semiconductor device according to the present invention.
도 16에 도시된 바와 같이 드레인 메탈 형성 단계(S8)에서는 상기 반도체 기판(110)의 하면에 드레인 메탈(180)을 형성한다. 이러한 드레인 메탈(180)은 패키징 공정중 리드프레임에 전기적으로 접속되는 영역이 된다.As shown in FIG. 16, in the drain metal forming step S8, the
여기서, 상기 내부 평탄부(112)는 하나가 구비된 것을 예로 하여 반도체 장치의 제조 방법을 설명하였지만, 도 6에 도시된 바와 같이 두개의 내부 평탄부(112)가 구비된 반도체 장치(200)의 제조 방법도 위와 거의 동일하므로, 이에 대한 제조 방법의 설명은 생략한다.Here, the method for manufacturing a semiconductor device has been described using one internal
이상에서 설명한 것은 본 발명에 따른 전력용 반도체 장치 및 그 제조 방법을 실시하기 위한 하나의 실시예에 불과한 것으로서, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 않고, 이하의 특허청구범위에서 청구하는 바와 같이 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 정신이 있다고 할 것이다.What has been described above is only one embodiment for implementing the power semiconductor device and the manufacturing method thereof according to the present invention, the present invention is not limited to the above-described embodiment, as claimed in the following claims Without departing from the gist of the present invention, anyone of ordinary skill in the art will have the technical spirit of the present invention to the extent that various modifications can be made.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 전력용 반도체 장치를 도시한 평면도이다.1 is a plan view illustrating a power semiconductor device according to an embodiment of the present invention.
도 2는 도 1의 2-2선 단면도이다.FIG. 2 is a cross-sectional view taken along the line 2-2 of FIG. 1.
도 3은 도 1의 3-3선 단면도이다.3 is a cross-sectional view taken along line 3-3 of FIG.
도 4는 도 1에 도시된 전력용 반도체 장치에 클립 및 와이어가 본딩된 상태를 도시한 평면도이다.FIG. 4 is a plan view illustrating a clip and a wire bonded to the power semiconductor device of FIG. 1.
도 5는 도 4에 도시된 전력용 반도체 장치를 도시한 단면도이다.FIG. 5 is a cross-sectional view of the power semiconductor device illustrated in FIG. 4.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 전력용 반도체 장치를 도시한 평면도이다.6 is a plan view illustrating a power semiconductor device according to another embodiment of the present invention.
도 7은 도 6에 도시된 전력용 반도체 장치에 클립 및 와이어가 본딩된 상태를 도시한 평면도이다.FIG. 7 is a plan view illustrating a state in which a clip and a wire are bonded to the power semiconductor device of FIG. 6.
도 8은 본 발명에 따른 전력용 반도체 장치의 제조 방법을 도시한 순서도이다.8 is a flowchart illustrating a method of manufacturing a power semiconductor device according to the present invention.
도 9a 내지 도 9c는 본 발명에 따른 전력용 반도체 장치의 제조 방법중 반도체 기판 준비 단계를 도시한 평면도 및 단면도이다.9A to 9C are a plan view and a cross-sectional view illustrating a semiconductor substrate preparing step in a method of manufacturing a power semiconductor device according to the present invention.
도 10은 본 발명에 따른 전력용 반도체 장치의 제조 방법중 게이트 절연막 준비 단계를 도시한 평면도이다.10 is a plan view illustrating a gate insulating film preparing step of a method of manufacturing a power semiconductor device according to the present invention.
도 11은 본 발명에 따른 전력용 반도체 장치의 제조 방법중 게이트 폴리 형성 단계를 도시한 평면도이다.11 is a plan view illustrating a gate poly forming step in the method of manufacturing a power semiconductor device according to the present invention.
도 12는 본 발명에 따른 전력용 반도체 장치의 제조 방법중 이온 주입 단계를 도시한 단면도이다.12 is a cross-sectional view illustrating an ion implantation step in a method of manufacturing a power semiconductor device according to the present invention.
도 13은 본 발명에 따른 전력용 반도체 장치의 제조 방법중 제1절연막 형성 단계를 도시한 평면도이다.FIG. 13 is a plan view illustrating a first insulating film forming step in a method of manufacturing a power semiconductor device according to the present invention. FIG.
도 14는 본 발명에 따른 전력용 반도체 장치의 제조 방법중 게이트 메탈/소스 메탈 형성 단계를 도시한 평면도이다.14 is a plan view illustrating a gate metal / source metal forming step in the method of manufacturing a power semiconductor device according to the present invention.
도 15는 본 발명에 따른 전력용 반도체 장치의 제조 방법중 제2절연막 형성 단계를 도시한 평면도이다.15 is a plan view illustrating a step of forming a second insulating film in the method of manufacturing a power semiconductor device according to the present invention.
도 16은 본 발명에 따른 전력용 반도체 장치의 제조 방법중 드레인 메탈 형성 단계를 도시한 단면도이다.16 is a cross-sectional view illustrating a drain metal forming step of the method of manufacturing a power semiconductor device according to the present invention.
< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ><Description of Symbols for Main Parts of Drawings>
100; 반도체 장치 110; 반도체 기판100;
111; 내주연 평탄부 112; 내부 평탄부111; Inner peripheral
113; 트렌치 114; N+ 영역113;
115; N- 에피텍셜층 116; P 이온 주입 영역115; N-
117; N+이온 주입 영역 120; 게이트 절연막117; N +
130; 게이트 폴리 140; 제1절연막130;
150; 게이트 메탈 160; 소스 메탈150;
170; 제2절연막 180; 드레인 메탈170;
191; 도전성 클립 192; 도전성 와이어191;
193; 솔더193; Solder
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Applications Claiming Priority (1)
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Citations (4)
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KR20000004472A (en) * | 1998-06-30 | 2000-01-25 | 김덕중 | Power semiconductor device of trench gate structure and method for fabricating same |
KR20000021268A (en) * | 1998-09-28 | 2000-04-25 | 김덕중 | Power metal-oxide-semiconductor of trench-gate type |
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KR20060054139A (en) * | 2004-11-15 | 2006-05-22 | 산요덴키가부시키가이샤 | Semiconductor device and manufacturing method thereof |
-
2008
- 2008-10-29 KR KR1020080106655A patent/KR101014237B1/en active IP Right Grant
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