KR101415878B1 - Structure and Fabrication Method of High-Voltage UFRED - Google Patents

Structure and Fabrication Method of High-Voltage UFRED Download PDF

Info

Publication number
KR101415878B1
KR101415878B1 KR1020120094295A KR20120094295A KR101415878B1 KR 101415878 B1 KR101415878 B1 KR 101415878B1 KR 1020120094295 A KR1020120094295 A KR 1020120094295A KR 20120094295 A KR20120094295 A KR 20120094295A KR 101415878 B1 KR101415878 B1 KR 101415878B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
layer
type
depth
base layer
substrate
Prior art date
Application number
KR1020120094295A
Other languages
Korean (ko)
Other versions
KR20140028319A (en
Inventor
조덕호
심규환
Original Assignee
주식회사 시지트로닉스
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 주식회사 시지트로닉스 filed Critical 주식회사 시지트로닉스
Priority to KR1020120094295A priority Critical patent/KR101415878B1/en
Publication of KR20140028319A publication Critical patent/KR20140028319A/en
Application granted granted Critical
Publication of KR101415878B1 publication Critical patent/KR101415878B1/en

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66007Multistep manufacturing processes
    • H01L29/66075Multistep manufacturing processes of devices having semiconductor bodies comprising group 14 or group 13/15 materials
    • H01L29/66083Multistep manufacturing processes of devices having semiconductor bodies comprising group 14 or group 13/15 materials the devices being controllable only by variation of the electric current supplied or the electric potential applied, to one or more of the electrodes carrying the current to be rectified, amplified, oscillated or switched, e.g. two-terminal devices
    • H01L29/6609Diodes
    • H01L29/66143Schottky diodes
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/02Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/06Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions
    • H01L29/0603Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions characterised by particular constructional design considerations, e.g. for preventing surface leakage, for controlling electric field concentration or for internal isolations regions
    • H01L29/0607Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions characterised by particular constructional design considerations, e.g. for preventing surface leakage, for controlling electric field concentration or for internal isolations regions for preventing surface leakage or controlling electric field concentration
    • H01L29/0611Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions characterised by particular constructional design considerations, e.g. for preventing surface leakage, for controlling electric field concentration or for internal isolations regions for preventing surface leakage or controlling electric field concentration for increasing or controlling the breakdown voltage of reverse biased devices
    • H01L29/0615Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions characterised by particular constructional design considerations, e.g. for preventing surface leakage, for controlling electric field concentration or for internal isolations regions for preventing surface leakage or controlling electric field concentration for increasing or controlling the breakdown voltage of reverse biased devices by the doping profile or the shape or the arrangement of the PN junction, or with supplementary regions, e.g. junction termination extension [JTE]
    • H01L29/0619Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions characterised by particular constructional design considerations, e.g. for preventing surface leakage, for controlling electric field concentration or for internal isolations regions for preventing surface leakage or controlling electric field concentration for increasing or controlling the breakdown voltage of reverse biased devices by the doping profile or the shape or the arrangement of the PN junction, or with supplementary regions, e.g. junction termination extension [JTE] with a supplementary region doped oppositely to or in rectifying contact with the semiconductor containing or contacting region, e.g. guard rings with PN or Schottky junction
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/86Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable only by variation of the electric current supplied, or only the electric potential applied, to one or more of the electrodes carrying the current to be rectified, amplified, oscillated or switched
    • H01L29/861Diodes
    • H01L29/872Schottky diodes

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Electrodes Of Semiconductors (AREA)

Abstract

본 발명의 UFRED 구조는, 액티브 영역과 필드 영역으로 정의되는 n+형의 기판, 액티브 영역의 기판 상에 기판보다 저농도로 도핑되는 n형의 베리드 플러그, 필드 영역의 기판 및 베리드 플러그 상에 베리드 플러그보다 저농도로 도핑되는 n-형의 베이스층, 필드 영역에 베이스층의 상면으로부터 제1깊이를 가지는 p형의 제1가드링, 제1깊이보다 낮은 제2깊이를 가지는 p형의 제2가드링, 액티브 영역에 베이스층의 상면으로부터 제2깊이보다 낮은 제3깊이를 가지는 p형의 애노드 접합층, 애노드 접합층에 형성되는 p+형 이온주입층, 이온주입층 상에 금속-반도체의 오믹 접합을 형성하는 오믹금속, 및 오믹금속과 접합되는 애노드 금속패드를 포함한다. 본 발명에 의하면, 항복전압은 높아지더라도 동작속도가 빠른 효과를 기대할 수 있다.The UFRED structure of the present invention includes an n + type substrate defined by an active region and a field region, an n-type buried plug doped at a lower concentration than the substrate on the active region substrate, the p-type having a first guard ring, a lower second depth greater than the first depth of the p-type having a first depth from the upper surface of the base layer to the base layer, the field region of the type - n is lightly doped than the buried plug A p-type anode junction layer having a second depth lower than the second depth from the upper surface of the base layer in the active region, a p + -type ion implantation layer formed in the anode junction layer, An ohmic metal forming an ohmic contact of the ohmic metal, and an anode metal pad bonded to the ohmic metal. According to the present invention, even if the breakdown voltage is increased, an effect that the operation speed is high can be expected.

Description

고전압 초고속 회복 에피다이오드 및 그 제조 방법 {Structure and Fabrication Method of High-Voltage UFRED}BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001] The present invention relates to an epi-

본 발명은 고전압에서 스위칭하는 고성능 UFRED 소자에 대한 구조 및 그 제조 방법에 관한 것이다. SMPS(Switched Mode Power Supply)와 같은 전력제어기의 고주파(1kHz ~ 100MHz) 스위칭에 사용하는 FRD(Fast Recovery Diode)는 스태틱 손실(static loss), 다이나믹 손실(dynamic loss), 소프트 리커버리(soft recovery) 특성을 가지고 EMC(Electro Magnetic Compatibility) 사양에 부합하는 동작을 해야 한다. 반면에 스내피 리커버리(snappy recovery)는 전압 스파이크(voltage spike)를 유도하여 UFRED 자체는 물론 주변회로에 손상을 가할 수 있고, EMI/RFI(Electromagnetic Interference/Radio Frequency Interference)의 문제를 발생시키게 된다. 따라서 UFRED는 Trr(역회복시간)과 Qr(역회복 정전용량)을 감소시키면, 다이나믹 손실(dynamic loss)를 줄이는 직접적 효과뿐만 아니라 전력구동 소자의 발열을 줄이며, EMI/RFI의 발생을 줄이고, 동시에 소자의 장기적인 스위칭 전력제어 동작에 있어서 신뢰성을 높일 수 있게 된다.
The present invention relates to a structure for a high performance UFRED device switching at high voltage and a method of manufacturing the same. Fast recovery diodes (FRDs) used for high frequency (1kHz to 100MHz) switching of power controllers such as SMPS (Switched Mode Power Supply) have static losses, dynamic losses, soft recovery characteristics To operate in compliance with EMC (Electro Magnetic Compatibility) specifications. Snappy recovery, on the other hand, induces voltage spikes, which can damage the UFRED itself as well as the surrounding circuitry, causing problems with EMI / RFI (Electromagnetic Interference / Radio Frequency Interference). Thus, UFRED reduces both Trr (reverse recovery time) and Qr (reverse recovery capacitance) to reduce the dynamic loss, as well as reduce the heat generation of the power driven device, reduce EMI / RFI, It is possible to enhance the reliability in the long-term switching power control operation of the device.

일반적으로, 고전압용 정류기(rectifier) 소자인 FRD(Fast Recovery Diode)는 고속으로 동작하는 스위칭 회로에서 회생 다이오드(free wheeling diode), 스너버(snubber), 클램프 다이오드(clamp diode)와 같은 역할로 사용되어 왔다. 그런데 최근 전력제어 주요 반도체 소자인 IGBT, GTO, Power MOSFET의 동작속도가 더욱 빨라지면서 스위칭하는 전류제어 기울기(dI/dt)가 100 [A/us]을 넘지 않게 급속하게 통제되게 되었고, 이에 따라 전력제어 스위칭시 과전압(overvoltage)과 전력손실과 같은 문제가 심각해졌다. 따라서 요즘의 FRD는 리커버리(recovery) 동작에 있어서 더욱 작은 Irr과 작은 전력손실에 대한 대책이 필요하게 되었다. 따라서 최근 FRD 기술은 동작전압을 높이는 것은 물론 과전압(overvoltage)과 진폭(oscillation)이 적은 소프트 리커버리(soft recovery) 동작특성을 개선하는데 중점을 두고 있다.Generally, FRD (Fast Recovery Diode), a rectifier element for high voltage, is used as a free wheeling diode, snubber, and clamp diode in a switching circuit that operates at high speed. Has come. However, recently, the operation speed of IGBT, GTO, and Power MOSFET, which are power control main semiconductor devices, has been increased, and the switching current control slope (dI / dt) has rapidly been controlled so as not to exceed 100 [A / us] In control switching, problems such as overvoltage and power loss become serious. Therefore, in today's FRD, it is necessary to take measures against smaller Irr and small power loss in recovery operation. Therefore, recent FRD technology has been focused on improving operating voltage and soft recovery operation characteristics with less overvoltage and oscillation.

과거에는 전력제어의 정류기(rectifier)로서 일반적인 PIN 다이오드가 초기에 주로 사용되었다. 그러나 이 경우 과전압(overvoltage)의 문제로 인하여 스너버(snubber) 회로가 함께 사용되어야 했다. 그런데 스너버는 회로가 복잡하고 고가이므로 스너버 없이 이용할 수 있는 PIN 다이오드 소자를 개발하게 되었으며, 이의 성능을 높이기 위한 여러 가지 반도체 기술이 적용되어 왔다.In the past, a common PIN diode was used initially as a rectifier for power control. However, in this case, due to the problem of overvoltage, a snubber circuit had to be used together. However, SNUERBAR has developed a PIN diode device that can be used without a snubber since the circuit is complicated and expensive, and various semiconductor technologies have been applied to improve its performance.

최근의 반도체 기술이 발전하여 실리콘 반도체가 가지는 고속동작과 내전압 특성의 한계를 동시에 확대하는 방안 대한 대처가 매우 매력적이어 보인다. 그리고 근래에 PIN 소자를 대체하는 고전압용 FRD 소자에 대한 제품개발이 용이해졌음에도 불구하고 동작속도, 소비전력, 과전압, 신뢰성, 전력구동 측면에서 FRD 소자의 성능은 아직도 많은 발전이 요구된다. 한편으로 고내열 고내전압 특성을 갖는 SiC나 GaN과 같은 광대역갭(Wide bandgap) 반도체를 이용한 고전력 고전압 소자에 대한 기술이 주목되고 있다. 그러나 아직도 소자의 장기적 신뢰성 측면에서 실리콘을 위주로 하는 전력반도체 소자가 상당히 오랜 기간 핵심부품을 공급할 것으로 예상된다.Recent advances in semiconductor technology have made it very attractive to cope with the limitations of high-speed operation and withstand voltage characteristics of silicon semiconductors. Although the development of a high voltage FRD device replacing a PIN device has become easier in recent years, the performance of the FRD device still needs to be improved in terms of operation speed, power consumption, overvoltage, reliability, and power driving. On the other hand, a technique for a high-power high-voltage device using a wide bandgap semiconductor such as SiC or GaN having high heat resistance and high withstand voltage characteristics is attracting attention. However, in terms of long-term reliability of devices, silicon-based power semiconductor devices are expected to supply core components for a considerably long period of time.

도 1a 내지 도 1g는 종래의 실리콘 반도체를 이용한 FRD에 대한 특허와 논문으로 주요 관련 기술의 현황을 보여준다. FIGS. 1A to 1G show patents and papers on FRD using conventional silicon semiconductors and present the related arts.

도 1a는 특허문헌 1(미국특허 등록번호 US 7,259,440 B2, Aug. 21, 2007, “Fast Switching Diode with Low Leakage Current," U. Kelberlau, IXYS corporation)에 제안된 FRD에 관한 것으로서, Pt를 확산하여 이용하는 경우 표면에 Pt가 고농도로 축적되어 n-type이 p-type으로 변형되어 누설전류가 Pt의 농도와 n-type의 농도에 의존하면서 발생하는 문제가 있어서 이를 해결하기 위한 소자분리(isolation)를 강화한 구조이다. 그러나 p-와 n-(n+)의 계면이 증가하여 Qr, trr의 성능저하가 우려되며, 제조공정이 복잡해진다.FIG. 1A relates to FRD proposed in Patent Document 1 (U.S. Patent No. 7,259,440 B2, Aug. 21, 2007, "Fast Switching Diode with Low Leakage Current," U. Kelberlau, IXYS corporation) In this case, Pt is accumulated at a high concentration on the surface, and n-type is transformed into p-type, and leakage current depends on the concentration of Pt and the concentration of n-type. However, since the interface between p - and n - (n + ) increases, the performance of Qr and trr may deteriorate, complicating the fabrication process.

도 1b는 특허문헌 2(한국특허 등록번호 10-0263912, 2000년 5월 23일, “반도체소자의 다이오드 및 그 제조방법,” 김남진, 김호현, 페어차일드코리아반도체)에 제안된 FRD에 관한 것으로서, 제안된 FED는 물결모양의 p+-n- 접합이 형성되어 애노드(anode)로 주입되는 전자의 양을 증가시키고 역전류의 감소를 느리게 조절하여 내압특성을 향상시킨다. 그러나 기본적으로 n-p-n 접합구조로 부성 저항을 유발시키는 동작으로 회로의 신뢰성을 저하시킬 수 있으며, p- 금속접합의 고저항성 특성이 소자의 구조로부터 발생할 수 있다. FIG. 1B relates to FRD proposed in Patent Document 2 (Korean Patent Registration No. 10-0263912, May 23, 2000, "Diodes of Semiconductor Devices and Their Manufacturing Method," Kim Nam Jin, Hohyun Kim, Fairchild Korea Semiconductor) The formed FED increases the amount of electrons injected into the anode by the formation of a wavy p + -n - junction and improves the breakdown voltage characteristics by slowly controlling the decrease of the reverse current. However, it is possible to reduce the reliability of the circuit by inducing negative resistance by the npn junction structure, and the high resistance characteristic of the p - metal junction can arise from the structure of the device.

도 1c는 특허문헌 3(미국특허 등록번호 US 6,261,874 B1) Jul. 17, 2001, "Fast Recovery Diode," R. Francis, M. Beach, C. Ng, International Rectifier Corporation). MPS(Merged-PIN-Schottky)에 제안된 FRD에 관한 것으로서, 제안된 FRD는 PIN과 Schottky 접합의 장점을 조합하여, VF와 Trr을 감소시키고자 한다. 그러나 역효과로 보자면 쇼트키(Schottky)접합에 의해 누설전류가 증가하고, 감소된 면적의 오믹접합으로 인하여 전류밀도가 높아지면 VF가 오히려 증가하는 문제를 보인다.FIG. 1C is a schematic view of a device according to Patent Document 3 (U.S. Patent No. 6,261,874 B1) Jul. 17, 2001, "Fast Recovery Diode," R. Francis, M. Beach, C. Ng, International Rectifier Corporation). The FRD proposed in Merged-PIN-Schottky (MPS) is proposed to reduce VF and Trr by combining the advantages of PIN and Schottky junctions. However, the reverse effect shows that the Schottky junction increases the leakage current, and the VF increases when the current density increases due to the reduced area ohmic junction.

도 1d는 특허문헌 4(미국특허 등록번호 US 0104456 A1) May 3, 2012, "Fast Recovery Reduced P-N Junction Rectifier)에 제안된 FRD에 관한 것으로서, 제안된 FRD는 애노드에 메쉬형태의 p+층과 그 사이에 p층을 넣어서 MPS(Merged Pin Schottky)의 구조를 취하였다. 따라서 VF를 낮추고, 소프트 리커버리(soft recovery) 특성을 개선할 수 있다. 단, 소자의 제조공정이 매우 복잡하고, 항복전압을 높이는 고려가 더욱 요구된다.1D is a FRD proposed in Patent Document 4 (US Patent Registration No. US 0104456 A1) May 3, 2012, "Fast Recovery Reduced PN Junction Rectifier". The proposed FRD has a p + The structure of the MPS (Merged Pin Schottky) is obtained by inserting a p-layer between the p-type layer and the p-type layer, so that the VF can be lowered and the soft recovery characteristic can be improved. The height is more demanding.

도 1e는 비특허문헌 1(J. Vobecky, V. Zahlava, K. Hemmann, M. Arnold, M. Rahimo, "The radiation enhanced diffusion(RED) diode realization of a large area p+-p--n--n+ structure with high SOA,")에 제안된 FRD에 관한 것으로서, 제안된 FRE는 Pd와 Pt의 금속을 고온에서 드라이브 인(drive-in)하고, 동시에 He 이온을 일정한 깊이에 집중적으로 주입하여 P층의 운반자농도를 조절하는 구조를 제시하였다. 따라서 p-n접합부위에 p-층이 부가적으로 생성되어 SOA를 확장시키게 되어 사용전류와 전압의 영역을 넓히는 효과가 있다.1E is a schematic diagram of a radiation enhanced diffusion (RED) diode realization of a large area p + -p - n - 1, which is described in Non-Patent Document 1 (J. Vobecky, V. Zahlava, K. Hemmann, M. Arnold, M. Rahimo, -n + structure with high SOA, "). The proposed FRE implies drive-in of Pd and Pt metals at high temperature and at the same time heavily injects He ions to a certain depth The structure to control the carrier concentration of the P layer was proposed. Therefore, the p - layer is additionally formed on the pn junction to expand the SOA, thus widening the current and voltage range.

도 1f는 비특허문헌 2(M. Mori, H. Kobayashi, Y. Yasuda, "6.5 kV Ultra Soft-Fast Recovery Diode with High Reverse Recovery Capability," ISPSO '2000, France, May 22-25, IEEE 2000)에 제안된 FRD에 관한 것으로서, 제안된 FRD는 p- 금속접합, p- 쇼트키접합을 사용한 소자의 구조를 보인다. VF와 역방향 회복특성 사이에 상반 관계(trade-off)를 개선하기 위하여 가드링과 HiRC 영역을 최적화하여 6.5 kV ultra soft and fast FRD 소자를 제시하였다. 즉 고전압으로 증가하면서 엑티브 영역(active area)의 가장자리에 안정 저항(ballast resister) 역할을 하는 고저항을 위치시켰으며, 가드링에 대한 최적화된 설계로 스내피 리커버리(snappy recovery) 특성을 감쇄시켜 소프트 리커버리(soft recovery) 특성을 개선할 수 있음을 제시하고 있다.FIG. 1F is a block diagram of an embodiment of a nonvolatile semiconductor memory device according to the present invention, which is disclosed in Non-Patent Document 2 (M. Mori, H. Kobayashi, Y. Yasuda, "6.5 kV Ultra Soft-Fast Recovery Diode with High Reverse Recovery Capability," ISPSO 2000, The proposed FRD shows the structure of a device using p - metal junction and p - Schottky junction. In order to improve the trade-off between the VF and the reverse recovery characteristics, the guard ring and the HiRC region are optimized to provide a 6.5 kV ultra soft and fast FRD device. In other words, the high resistance is positioned at the edge of the active area as the ballast resister increases, and the optimized design of the guard ring attenuates the snappy recovery characteristic. Thereby improving the soft recovery characteristic.

도 1g는 비특허문헌 3(J.V. Subhas chandra Boss, Iain Imrie, H. Ostymann, P. Igram, "SONIC-A new generation of fast recovery diodes,"IXTS, Germany)에 제안된 FRD에 관한 것으로서, 제안된 FRD는 여러 개의 가드링을 사용하고, Pt 드라이브 인(drive-in)과 He 이온주입으로 p-n접합 부위에 집중적으로 깊은 트랩(deep trap center)을 배치시키는 구조를 제시하였다. 항복전압이 매우 높은 고전압용으로 자주 제안되는 구조인데 가드링의 수가 많아서 칩의 면적이 증가하는 문제가 있고, soft recovery 특성을 더욱 개선하는 노력이 요구된다.1G is a FRD proposed in Non-Patent Document 3 (JV Subhas chandra Boss, Iain Imrie, H. Ostymann, P. Igram, "SONIC-A new generation of fast recovery diodes," IXTS, Germany) FRD proposed a structure in which multiple guard rings were used and a deep trap center was placed at the pn junction by Pt drive (drive-in) and He ion implantation. It is a frequently proposed structure for high voltage with very high breakdown voltage. However, there is a problem that the area of the chip increases because of a large number of guard rings, and efforts to further improve soft recovery characteristics are required.

한편, 종래에 널리 사용하던 단순구조 FRD의 정류기(rectifier) 소자는 Trr이 0.1~1 us로 크고, EMI에 의한 노이즈(noise)의 발생이 심각하다. 따라서 대체로 200 V 이하의 비교적 저전압에는 Trr < 0.1 us로 동작하는 SBD(Schottky Barrier Diode)를 주로 사용하였다. 또한 고전압인 150~ 수 kV에는 저력제어 성능이 우수한 FRD를 사용하여 전력손실과 EMI 측면을 강화하여 활용하고 있다. 특히 기존의 PIN이나 MPS 소자구조에 중금속(heavy metal)(가령, Pt, Au)의 확산(diffusion)이나 전자선 조사와 같은 기술로 FRD 소자의 소프트 리커버리(soft recovery) 특성을 개선하였다. 그러나 최근 전력소자의 동작주파수가 1 KHz ~ 100 MHz로 높아지고, 구동전압도 수 kV대에 대한 요구가 증대하고 있어서 종래의 기술과 비교하여 더욱 고속동작 특성이 우수한 RFD에 대한 기술개발이 필요하게 되었다.On the other hand, a rectifier element of a simple structure FRD widely used conventionally has a large Trr of 0.1 to 1 us, and the generation of noise due to EMI is serious. Therefore, SBD (Schottky Barrier Diode), which operates with Trr <0.1 us, is mainly used for relatively low voltage of 200 V or less. In addition, power loss and EMI are strengthened by using FRD with high power control performance at high voltage of 150 ~ several kV. Especially, the soft recovery characteristics of FRD devices are improved by the diffusion of heavy metal (eg, Pt, Au) or electron beam irradiation to the existing PIN or MPS device structure. However, recently, as the operating frequency of the power device has increased from 1 KHz to 100 MHz and the driving voltage has also increased to several kV, there has been a need to develop a technology for RFD that has higher speed operation characteristics than the conventional technology .

상술한 바와 같이, 종래의 기술은 기존에 알려진 PIN이나 FRD 구조에 대한 논문과 특허들이다. 대부분의 접합계면이 불순물 도펀트(dopant)의 주입과 확산 공정을 이용하여 제조되며, 이온주입 공정 및 확산 공정을 통해 형성된 접합의 위치와 농도에 대한 재현성과 균일성이 불량하다. 대부분 실리콘 반도체 기판의 물리적 특성과 연계된 VF와 Trr의 상반 관계(trade-off)의 한계 내에서 소자를 제작할 수 있다. 따라서 종래의 방법으로는 고전압용 FRD 소자의 소프트 리커버리(soft recovery) 성능을 월등하게 개선하는데 한계가 있다.
As described above, conventional techniques are papers and patents on known PIN or FRD structures. Most junction interfaces are fabricated using impurity dopant implantation and diffusion processes, and the reproducibility and uniformity of junction locations and concentrations formed through ion implantation and diffusion processes is poor. The device can be manufactured within the limit of the trade-off between VF and Trr, which is mostly associated with the physical characteristics of the silicon semiconductor substrate. Therefore, there is a limit in improving the soft recovery performance of the high-voltage FRD device remarkably in the conventional method.

1. 미국특허 등록번호 US 7,259,440 B2 (2007. 08. 21)1. US Patent Registration No. US 7,259,440 B2 (Aug. 21, 2007) 2. 한국특허 등록번호 10-0263912 (2000. 05. 23)2. Korea Patent Registration No. 10-0263912 (2000. 05. 23) 3. 미국특허 등록번호 US 6,261,874 B1 (2001.07.17)3. US Patent Registration No. US 6,261,874 B1 (July 17, 2001) 4. 미국특허 등록번호 US 0104456 A1 (2012. 05. 03)4. US Patent Registration No. US 0104456 A1 (May 05, 2012)

1. J. Vobecky, V. Zahlava, K. Hemmann, M. Arnold, M. Rahimo, "The radiation enhanced diffusion(RED) diode realization of a large area p+-p--n--n+ structure with high SOA," 1. The radiation enhanced diffusion (RED) diode realization of a large area p + -p - n - n + structure with high SOA, " 2. M. Mori, H. Kobayashi, Y. Yasuda, "6.5 kV Ultra Soft-Fast Recovery Diode with High Reverse Recovery Capability," ISPSO '2000, France, May 22-25, IEEE 2000 2. Mori Mori, H. Kobayashi, Y. Yasuda, "6.5 kV Ultra Soft-Fast Recovery Diode with High Reverse Recovery Capability," ISPSO 2000, France, May 22-25, IEEE 2000 3. J.V. Subhas chandra Boss, Iain Imrie, H. Ostymann, P. Igram, "SONIC-A new generation of fast recovery diodes,"IXTS, Germany 3. J.V. Subhas chandra Boss, Iain Imrie, H. Ostymann, P. Igram, "SONIC-A new generation of fast recovery diodes," IXTS, Germany

따라서, 본 발명은 상기한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 다음과 같다.SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, the present invention has been made keeping in mind the above problems occurring in the prior art, and an object of the present invention is as follows.

반도체 소자는 (항복전압 × 동작속도)이 대체로 일정한 값을 유지한다는 성능 지수(Figure-of-Merit: FOM)의 한계성을 가지고 동작한다. 따라서 구동전압을 높이기 위하여 항복전압을 높이면 동작속도가 감소하여 구동전압과 동작속도가 상반 관계(trade-off)가 된다. 이러한 물리적 한계를 극복하기 위해서는 소자의 구조를 변경하거나 특성이 상이한 물질을 소재로 도입하여 사용하는 방법을 제공하는 것이다. Semiconductor devices operate with the limitation of figure-of-merit (FOM) that (breakdown voltage x operating speed) maintains a generally constant value. Therefore, when the breakdown voltage is increased to increase the drive voltage, the operation speed is decreased, and the drive voltage and the operation speed are in a trade-off relationship. In order to overcome these physical limitations, it is necessary to provide a method of changing the structure of a device or introducing a material having a different characteristic into a material.

통상의 FRD 소자의 경우 Trr을 감소시키기 위하여 얕은 접합(shallow junction)에 농도구배를 높이는데 이로 인하여 스내피 리커버리(snappy recovery) 동작이 심화되고, 주파수가 높은 50~100 kHz의 구간에서 EMI(Electro Magnetic Interference) 강도가 70 dB V/m 정도로 높아진다. 따라서 소자구조를 변경하여 소프트 리커버리(soft recovery) 특성을 개선함으로써 < 60 dB V/m 이하로 감소시켜 동작해야 표준화 규격을 만족시킬 수 있다.In the case of a conventional FRD device, the concentration gradient is increased at a shallow junction in order to reduce the Trr, which causes an increase in the snappy recovery operation. In the interval of 50 to 100 kHz where the frequency is high, EMI Magnetic Interference) intensity is as high as 70 dB V / m. Therefore, by improving the soft recovery characteristic by changing the device structure, it should be reduced to <60 dB V / m to meet the standardization standard.

본 발명에서는 농도구배를 갖는 베리드 플러그(buried plug)의 접합층을 국부적으로 형성하고, 농도와 깊이의 차이를 두는 가드링을 배치하는 고유한 소자구조와 제조방법을 제공한다. 저농도의 n형으로 도핑층을 이온주입 및 외부확산(out-diffusion)으로 n-층의 내부에 형성하여 소프트 리커버리(soft recovery) 특성을 개선하고, 순방향 전류구동력을 높여 VF를 감소시키고, p+ 가드링의 농도와 깊이에 대한 분포를 조절하여 역방향 전압이 인가되는 경우 공핍층(depletion layer)의 계면이 완만하여 공핍(depletion)되는 경계면(boundary)의 반경을 키움으로써 항복전압을 증가시키게 된다. 이는 n-층의 두께를 가능한 줄여도 높은 항복전압에서도 동작속도를 최대한으로 유지하고자 하는 구조에 해당된다.The present invention provides a unique device structure and a manufacturing method for locally forming a bonding layer of buried plug having a concentration gradient and disposing a guard ring having a difference in concentration and depth. A doped layer of n-type at a low concentration by an ion implantation, and an external diffusion (out-diffusion) n - to form in the interior of the layers improving the properties soft recovery (soft recovery), and increasing a forward current drive power and reduce the VF, p + When the reverse voltage is applied by controlling the distribution of the concentration and depth of the guard ring, the breakdown voltage is increased by increasing the radius of the boundary of the depletion depletion layer due to the gentle interface of the depletion layer. This is the structure to maximize the operating speed even at a high breakdown voltage even if the thickness of the n - layer is reduced as much as possible.

본 발명에서는 전력을 스위치 오프(switch off)하는 경우 소수운반자가 빠르게 재결합하여 소멸되도록 하여 Qr<20 nC, Trr<15~30 ns 정도로 감소시킨다. 따라서 종래의 단순한 PIN 접합에 비하여 총체적으로 작은 값의 VF와 Trr로 상반 관계(trade-off)가 개선되는 UFRED 신소자를 제작한다. In the present invention, when the power is switched off, the minority carrier is rapidly recombined to be destroyed to reduce Qr <20 nC and Trr <15 to 30 ns. Therefore, a UFRED new device is fabricated which has a trade-off between VF and Trr, which is generally smaller than the conventional simple PIN junction.

특히 고성능 스위칭을 위한 정류기(rectifier)에서 고속동작이 중요한 점은 수 십 nano-sec의 속도를 제어할 수 있는 기능을 가져야 하기 때문이다. 고성능 UFRED의 빠른 동작속도는 고주파로 동작하는 스위칭 온-오프(on-off)에 대한 전력소모를 줄여줄 뿐만 아니라, EMI 발생을 억제하고, 내부의 전자회로나 저전압 부품을 안정하게 보호하는데 매우 중요하다.
In particular, high-speed operation in a rectifier for high-performance switching is important because it must have the ability to control the speed of tens of nanoseconds. The high operating speed of high-performance UFRED not only reduces power consumption for high-frequency switching on-off, but also suppresses EMI and stably protects internal electronic circuits and low-voltage components. Do.

전술한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 따르면, 본 발명의 UFRED는 액티브 영역과 필드 영역으로 정의되는 제1도전형의 기판, 상기 액티브 영역에 해당되는 기판 상에 상기 기판보다 저농도로 도핑되는 제1도전형의 베리드 플러그, 상기 필드 영역에 해당되는 기판 및 상기 베리드 플러그 상에 상기 베리드 플러그보다 저농도로 도핑되는 제1도전형의 베이스층, 상기 필드 영역에 형성되되, 상기 베이스층의 상면으로부터 소정 깊이를 가지는 제2도전형의 가드링, 상기 액티브 영역에 형성되되, 상기 베이스층의 상면으로부터 상기 가드링보다 낮은 깊이를 가지는 제2도전형의 애노드 접합층, 및 상기 애노드 접합층과 오믹 접합을 형성하는 애노드 금속패드를 포함한다.
According to an aspect of the present invention, there is provided a UFRED comprising: a substrate of a first conductivity type defined as an active region and a field region; A buried plug of a first conductivity type doped, a substrate corresponding to the field region, and a base layer of a first conductivity type doped at a lower concentration than the buried plug on the buried plug, A guard ring of a second conductivity type having a predetermined depth from an upper surface of the base layer, an anode junction layer of a second conductivity type formed in the active region and having a lower depth than the guard ring from an upper surface of the base layer, And an anode metal pad forming an ohmic contact with the bonding layer.

위에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 구성에 의하면 다음과 같은 효과를 기대할 수 있다.As described above, according to the configuration of the present invention, the following effects can be expected.

본 발명에서는 종래의 PIN이나 MPS의 소자구조와 비교하여 더욱 고전압에서 Trr을 감소시키고, 소프트 리커버리(soft recovery) 특성이 개량된 고전압 UFRED 신소자를 제공한다. 상기 소자구조의 특징을 이용하여 저농도 에피층(n-형)에 소수운반자에 의한 전하의 축적을 감소시키고, 스위치 오프(switch-off)시 소수운반자가 빠르게 소멸되도록 한다. 이로 인하여 스내피 리커버리(snappy recovery)가 일어나 링잉(ringing), EMI 유발, 전력손실을 격감시킨다. 고온에서 스위칭 모드(switching mode)로 동작할 때, 온-오프(on-off) 전력소모가 증가하고 EAS와 누설전류 특성이 저하된다. 따라서 필터나 SMPS와 같은 회로에 사용되는 경우에 스너버 회로를 사용할 필요가 없고, 소형화 및 저가격화를 이룰 수 있다. 근래에 활용이 증대하고 있는 전기자동차, 태양전지, LED 조명회로의 전력구동장치에서 전력소모와 EMI를 감소시킬 수 있음은 물론이고 친환경 및 고효율화에 대한 효과를 높일 수 있다.
The present invention provides a high-voltage UFRED new device having Trr reduced at higher voltage and improved soft recovery characteristics compared with the conventional PIN or MPS device structure. Using the features of the device structure, the accumulation of charge by the minority carriers in the low concentration epitaxial layer (n - type) is reduced, and the minority carriers are quickly eliminated during switch-off. This causes snappy recovery, which reduces ringing, EMI, and power loss. When operating in a switching mode at high temperatures, on-off power consumption increases and EAS and leakage current characteristics degrade. Therefore, in the case of being used in a circuit such as a filter or an SMPS, it is not necessary to use a snubber circuit, and miniaturization and cost reduction can be achieved. It is possible to reduce the power consumption and EMI in the electric power driving apparatus of the electric car, the solar battery and the LED lighting circuit, which have been used in recent years, as well as to enhance the effect on environmentally friendly and high efficiency.

도 1a 내지 도 1g는 종래기술에 의한 여러 종류의 정류기 소자의 구성을 나타내는 단면도들 및 특성에 관한 것이다.
도 2a 내지 도 2d는 본 발명의 실시예에 의한 UFRED의 구성을 나타내는 단면도들이다.
도 3a 내지 도 3d는 도 2a 내지 도 2d의 전기적 동작특성을 나타내는 그래프들이다.
도 4a 내지 도 4h는 도 2c의 제조방법을 나타내는 단면도들이다.
도 5a 내지 도 5j는 도 2d의 제조방법을 나타내는 단면도들이다.
FIGS. 1A to 1G are cross-sectional views and characteristic diagrams showing configurations of various types of rectifier devices according to the prior art.
2A to 2D are cross-sectional views illustrating a configuration of a UFRED according to an embodiment of the present invention.
Figs. 3A to 3D are graphs showing the electrical operation characteristics of Figs. 2A to 2D.
4A to 4H are sectional views showing the manufacturing method of Fig. 2C.
Figs. 5A to 5J are cross-sectional views showing the manufacturing method of Fig. 2D.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있는 바람직한 실시 예를 상세히 설명한다. 다만, 본 발명의 바람직한 실시 예에 대한 동작 원리를 상세하게 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, the detailed description of known functions and configurations incorporated herein will be omitted when it may unnecessarily obscure the subject matter of the present invention.

또한, 도면 전체에 걸쳐 유사한 기능 및 작용을 하는 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 사용한다.The same reference numerals are used for portions having similar functions and functions throughout the drawings.

덧붙여, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 '연결'되어 있다고 할때, 이는 '직접적으로 연결'되어 있는 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 '간접적으로 연결'되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 구성 요소를 '포함'한다는 것은, 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라, 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.In addition, in the entire specification, when a part is referred to as being 'connected' to another part, it may be referred to as 'indirectly connected' not only with 'directly connected' . Also, to include an element does not exclude other elements unless specifically stated otherwise, but may also include other elements.

<구조 제1실시예>&Lt; Structural Example 1 >

도 2a는 본 발명의 일 실시예에 의한 저전압용 p+-n- 구조에 관한 것이다. 이러한 구조에서 애노드(Anode)(201)측의 p+층(202)과 n-층(203) 사이의 p-n접합계면이 존재하는데, 소자의 항복전압은 일단 n-층(203)의 농도와 p-n 접합계면에서 n+층(204)까지의 공핍층(depletion layer) 깊이(W)에 의하여 제어된다. 그런데 n-층(203)의 농도가 충분히 낮고, 동시에 충분히 두껍게 설계된다면 p-n 접합계면의 곡률반경(r)과 공핍계면(depletion boundary)의 곡률반경(R)에 의하여 영향을 받게 된다. 이러한 구조에 대한 경향은 수식적으로2A illustrates a p + -n - structure for a low voltage according to an embodiment of the present invention. In this structure, there is a pn junction interface between the p + layer 202 and the n - layer 203 on the anode 201 side. The breakdown voltage of the device is once the concentration of the n - layer 203 and pn Is controlled by the depth (W) of the depletion layer from the junction interface to the n + layer (204). However, if the concentration of the n - layer 203 is sufficiently low and at the same time sufficiently thick, it is affected by the radius of curvature r of the pn junction interface and the radius of curvature R of the depletion boundary. The tendency for this structure is

Figure 112012069243012-pat00001
Figure 112012069243012-pat00001

로 표현되어, W에 비하여 곡률반경인 r과 R을 크게 하는 점이 매우 중요하다. 그리하여 항복전압을 높이기 위해서 n-층(203)의 두께를 증가시켜야 하는데 이는 동작속도를 늦추는 문제와 상반 관계(trade-off)를 나타내게 된다. 따라서 이러한 문제를 해결하기 위해서 소자구조의 변경내지는 최적화가 소자설계에 반영되어야 한다. 위 소자구조에 의하면, 구조는 간단하지만, 누설전류와 하드 리커버리(hard recovery)의 단점으로 인하여 사용전압을 높이는데 한계가 있다. , And it is very important to increase the curvature radii r and R as compared with W. Thus, in order to increase the breakdown voltage, the thickness of the n - layer 203 must be increased, which represents a trade-off from the problem of slowing down the operation speed. Therefore, in order to solve this problem, it is necessary to change or optimize the device structure in the device design. According to the above device structure, although the structure is simple, there is a limitation in increasing the operating voltage due to the drawbacks of leakage current and hard recovery.

<구조 제2실시예>&Lt; Structural Example 2 >

도 2b는 본 발명의 일 실시예에 의한 p+-n- 구조에 관한 것으로, 도 2a의 구성에 가드링(301)을 더 추가한 구조이다. 이와 같은 가드링 구조에 의하면, 반도체 표면과 산화막이 만나는 계면에 불안전 결함이 많이 존재하여 반도체-산화막 계면의 측면으로 발생하는 누설전류와 이로 인한 절연파괴를 제어하는데 효과적이다. 비교적 제조방법이 간단한 점이 장점이지만, 항복전압을 높이고 누설전류를 감소시키는데 도 2a와 유사한 한계가 있다. 항복전압과 누설전류 특성을 강화하기 위하여 가드링(301)의 수를 2~10개까지 증가시킬 수 있으나, 단면적이 커지고 동시에 생산단가가 높아지는 단점이 있다.FIG. 2B illustrates a p + -n - structure according to an embodiment of the present invention, in which a guard ring 301 is further added to the structure of FIG. 2A. According to such a guard ring structure, since there are many unsafe defects at the interface between the semiconductor surface and the oxide film, it is effective to control the leakage current generated at the side of the semiconductor-oxide film interface and the dielectric breakdown caused thereby. Although a relatively simple manufacturing method is advantageous, there is a limit similar to that of Fig. 2A for increasing the breakdown voltage and reducing the leakage current. The number of the guard rings 301 can be increased to 2 to 10 in order to enhance the breakdown voltage and the leakage current characteristic. However, the cross-sectional area increases and the production cost increases.

<구조 제3실시예>&Lt; Structural Example 3 >

도 2c는 도 2b에서 가드링의 농도와 깊이를 조절하여 항복전압과 누설전류를 제어하는 UFRED 구조를 제공한다. FIG. 2C provides a UFRED structure for controlling the breakdown voltage and leakage current by adjusting the concentration and depth of the guard ring in FIG. 2B.

도 2c를 참조하면, 제3실시예의 UFRED 구조는, 액티브 영역(AR)과 필드 영역(FR)으로 정의되는 n+형의 기판(400), 액티브 영역(AR)의 기판(400) 상에 기판(400)보다 저농도로 도핑되는 n형의 베리드 플러그(402), 필드 영역(FR)의 기판(400) 및 베리드 플러그(402) 상에 베리드 플러그(402)보다 저농도로 도핑되는 n-형의 베이스층(403), 필드 영역(FR)에 베이스층(504)의 상면으로부터 제1깊이를 가지는 p형의 제1가드링(405), 제1깊이보다 낮은 제2깊이를 가지는 p형의 제2가드링(406), 액티브 영역(AR)에 베이스층(403)의 상면으로부터 제2깊이보다 낮은 제3깊이를 가지는 p형의 애노드 접합층(407), 애노드 접합층(407)에 형성되는 p+형 이온주입층(408), 이온주입층(408) 상에 금속-반도체의 오믹 접합을 형성하는 오믹금속(409), 및 오믹금속(409)과 접합되는 애노드 금속패드(410)를 포함한다.Referring to FIG. 2C, the UFRED structure of the third embodiment includes an n + -type substrate 400 defined by an active region AR and a field region FR, a substrate 400 on the active region AR, n is lightly doped than the buried plug 402 on the substrate 400 and the buried plugs 402 buried plug 402, the field region (FR) of the n-type is doped at a low concentration than the 400 - Type first guard ring 405 having a first depth from the top surface of the base layer 504 in the field region FR and a p-type first guard ring 405 having a second depth lower than the first depth, A p-type anode junction layer 407 having a third depth lower than the second depth from the upper surface of the base layer 403 in the active region AR, a second guard ring 406 of the anode junction layer 407, forming p + type ion-implanted layer 408, the ion-implanted layer 408 to the metal phase which is-ohmic metal 409, and the ohmic metal 409 and the anode metal pads 410 are bonded to form an ohmic contact of the semiconductor Include The.

도 2c는 도 2b에서 n+층의 상부에 농도구배를 갖는 n층의 베리드 플러그(buried plug)(402)를 국부적으로 엑티브 영역(AR)과 가장 일치하도록 배치한다. 따라서 농도와 깊이의 구배를 제어한 제1 및 제2가드링(405, 406)으로 인하여 엑티브(active) 접합의 가장자리에서 곡률반경을 더욱 높일 수 있다. 도 2a에서 설명된 바와 같이 p+층과 공핍층(depletion layer)의 곡률반경이 증가하여 가장자리(edge)와 측면방향으로 흐르는 누설전류를 최소화 하고, 동시에 수직방향으로 흐르는 누설전류나 항복전압도 조절하는 기능을 갖는다. 동일한 항복전압이라 해도, 가드링의 숫자를 줄일 수 있고, 소자의 동작속도와 연계하는 n- 층의 두께를 얇게 유지하여 동작속도를 최대한 높인 구조의 UFRED 소자를 제작할 수 있다. 특히 국부적으로 형성된 n형의 베리드 플러그(402)의 접합은 소수운반자의 농도와 재결합하는 단계를 제어하게 되어 소프트 리커버리(soft-recovery)와 신뢰성 특성을 대폭 개선한다. FIG. 2C shows that in FIG. 2B, an n-layer buried plug 402 having a concentration gradient on top of the n + layer locally aligns best with the active region AR. Thus, the radius of curvature at the edges of the active junction can be further increased by the first and second guard rings 405, 406 controlling the gradient of the concentration and depth. 2A, the radius of curvature of the p + layer and the depletion layer is increased to minimize the leakage current flowing in the edge and the lateral direction, and at the same time, the leakage current or the breakdown voltage flowing in the vertical direction can be controlled . The number of guard rings can be reduced even with the same breakdown voltage, and a UFRED device having a structure in which the operating speed is maximized by keeping the thickness of the n - layer in conjunction with the operation speed of the device thin can be manufactured. In particular, the bonding of the locally formed n-type buried plug 402 controls the recombination with the concentration of the minority carrier, thereby greatly improving the soft-recovery and reliability characteristics.

<구조 제4실시예>&Lt; Structural Example 4 >

도 2d는 도 2c의 구조에다가 p-층과 p+층을 메쉬 형태로 배치하여 더욱 EAS와 soft-recovery 특성을 개량시킨 구조에 관한 것이다. Figure 2d is a p edaga structure of Figure 2c - relates to the layer and the p + layer structure in which a more improved EAS and soft-recovery characteristics arranged in mesh form.

도 2d를 참조하면, 액티브 영역(AR)과 필드 영역(FR)으로 정의되는 n+형의 기판(500), 기판(500) 상에 기판(500)보다 저농도로 도핑되는 n형의 버퍼층(501), 액티브 영역(AR)의 버퍼층(501) 상에 기판(500)보다 저농도로 도핑되는 n형의 베리드 플러그(503), 필드 영역(FR)의 버퍼층(501) 및 베리드 플러그(503) 상에 베리드 플러그(503)보다 저농도로 도핑되는 n-형의 베이스층(504), 필드 영역(FR)의 베이스층(504)의 상면으로부터 제1깊이를 가지는 p형의 제1가드링(506), 제1깊이보다 낮은 제2깊이를 가지는 p형의 제2가드링(507), 액티브 영역(AR)에 메쉬 형태로 형성되되, 베이스층(504)의 상면으로부터 제2깊이보다 낮은 제3깊이를 가지는 p형의 애노드 접합층(508), 베이스층(504)의 표면에 애노드 접합층(508)보다 저농도로 도핑되는 p-형 이온주입층(509), 애노드 접합층(508)의 표면에 애노드 접합층(508)보다 고농도로 도핑되는 p+형 이온주입층(510), 이온주입층들(509, 510)과 접합되는 오믹금속(511), 및 오믹금속(511)과 접합되는 애노드 금속패드(512)를 포함한다.2D, an n + -type substrate 500 defined as an active region AR and a field region FR, an n-type buffer layer 501 doped at a lower concentration than the substrate 500 on the substrate 500, An n type buried plug 503 doped at a lower concentration than the substrate 500 on the buffer layer 501 of the active region AR, a buffer layer 501 of the field region FR, and a buried plug 503, An n - type base layer 504 doped at a lower concentration than the buried plug 503 on the p-type first guard ring 503, a p-type first guard ring 504 having a first depth from the upper surface of the base layer 504 of the field region FR A second guard ring 507 having a second depth lower than the first depth, a second guard ring 507 having a second depth lower than the second depth from the upper surface of the base layer 504, A p - type ion implantation layer 509 which is doped at a lower concentration than the anode junction layer 508 on the surface of the base layer 504, a p - type ion implantation layer 509 which is doped at a lower concentration than the anode junction layer 508, On the surface A p + -type ion implantation layer 510 doped at a higher concentration than the anode junction layer 508, an ohmic metal 511 to be bonded to the ion implantation layers 509 and 510 and an anode metal 511 to be bonded to the ohmic metal layer 511, Pad &lt; / RTI &gt;

반도체 표면의 p-층의 상부에 금속으로 쇼트키접합(Schottky junction)을 형성하여 VF를 줄이고, 항복전압을 2~6 kV와 같이 매우 높게 사용할 수 있는 UFRED 구조인데, 누설전류가 증대하지 않도록 쇼트키 접합의 형성에 주의가 요구된다.The Schottky junction is formed on the p - layer of the semiconductor surface by a Schottky junction to reduce the VF and to use the breakdown voltage as high as 2 ~ 6 kV. Attention is paid to the formation of key junctions.

도 3a는 도 2c와 도 2d의 소자구조에 있어서 엑티브 영역(active area)인 p+-n--n+ 접합의 불순물 도핑 농도의 분포를 보여준다. 높은 항복전압과 소프트 리커버리(soft recovery) 동작을 위한 방안이다. 애노드의 금속-반도체 접합을 위한 p+층, 소수운반자 주입을 줄이기 위한 p층, 항복전압을 조절하는 n-층, 소수운반자의 분포와 소거를 조절하는 n층, 캐소드 금속-반도체 오믹접합을 위한 n+층으로 구성된다. p층의 농도는 소수운반자의 주입과 소거에 대한 영향이 커서 1017~1018 cm-3 수준으로 제어하고, n-층은 항복전압과 직결되어 1013~1015 cm-3 수준으로 제어한다.FIG. 3A shows the distribution of the impurity doping concentration of the p + -n - -n + junction which is an active area in the device structure of FIGS. 2C and 2D. This is a method for high breakdown voltage and soft recovery operation. The p + layer for the metal - semiconductor junction of the anode, the p - layer to reduce the minority carrier implant, the n - layer to control the breakdown voltage, the n - layer to control the distribution and elimination of the minority carriers, and an n + layer. The concentration of p layer is controlled to 10 17 ~ 10 18 cm -3 and the concentration of n - layer is controlled to 10 13 ~ 10 15 cm -3 directly at the breakdown voltage .

도 3b는 도 2a, 도 2b, 도 2c의 소자구조에 있어서 역방향 I-V 특성을 보여준다. 도 2a에 해당하는 소자는 가드링(guard-ring)이 없는 PIN(P)구조로서 도 2b 및 도 2c에 해당하는 소자와 비교하여 항복전압이 낮고 누설전류는 높다. 도 2b에 해당하는 소자는 가드링(guard-ring)이 있기 때문에 항복전압은 높은 구조이나, 도 2c에 해당하는 소자와 비교하여 누설전류는 여전히 높다. 본 발명의 도 2c에 해당하는 UFRED(U) 소자는 항복전압과 누설전류 특성이 비교적 우수하다. 누설전류의 제어는 EAS와 고온동작에 대한 신뢰성을 높이는데 중요하다.FIG. 3B shows the reverse I-V characteristic in the device structure of FIG. 2A, FIG. 2B, and FIG. 2C. 2A is a PIN (P) structure without a guard ring, and has a lower breakdown voltage and a higher leakage current than the elements corresponding to FIGS. 2B and 2C. The device of FIG. 2B has a high breakdown voltage due to the presence of a guard-ring, but the leakage current is still higher than that of the device of FIG. 2C. The UFRED (U) device corresponding to FIG. 2C of the present invention is relatively excellent in breakdown voltage and leakage current characteristics. Control of the leakage current is important to increase reliability for EAS and high temperature operation.

도 3c에서는 본 발명의 도 2c와 도 2d에 대한 UFRED 및 낮은(Low) VF UFRED 소자의 I-V특성을 비교하여 보여준다. 도 2c의 UFRED 구조에 비교하여, 도 2d의 낮은(Low) VF UFRED 소자구조에서는 MPS와 유사한 개념의 엑티브층(active layer)을 추가함으로써 VF를 1~2V 수준에서 0.5~1V 수준으로 감소시키고 고전압 쇼트키 접합을 형성한 효과를 얻을 수 있다.FIG. 3C shows the I-V characteristics of the UFRED and the low VF UFRED devices compared to FIG. 2C and FIG. 2D of the present invention. Compared with the UFRED structure of FIG. 2C, the low VF UFRED device structure of FIG. 2D reduces the VF to a level of 0.5 to 1 V at a level of 1 to 2 V by adding an active layer similar to MPS, An effect of forming a Schottky junction can be obtained.

도 3d는 종래의 PIN(P) 구조 및 MPS(M) 구조와 비교하여, UFRED(U)구조에 대한 Trr 특성을 보여준다. 종래의 기술인 PIN구조에서 snappy 현상이 매우 심하고 Trr도 크다. 역시 종래의 기술인 MPS 구조는 PIN 구조의 단점을 크게 개선하는데 특히 VF를 감소시킨다. 본 발명인 UFRED(U) 구조에서는 농도와 깊이를 조절한 가드링과 캐소드 플러그(cathode plug)의 국부적인 그래디드 접합(graded junction)의 베리드 플러그(buried plug)를 채용하여 Trr을 줄이고 스내피 리커버리(snappy recovery) 현상을 완화하였다. 고유한 구조 UFRED의 경우 항복전압, Trr, 소프트 리커버리(soft recovery) 특성을 최적화한 결과를 얻을 수 있다.Figure 3d shows the Trr characteristics for the UFRED (U) structure compared to the conventional PIN (P) and MPS (M) structures. Snappy phenomenon is very serious and Trr is large in the conventional PIN structure. The MPS structure, which is also a conventional technique, greatly improves the disadvantages of the PIN structure, in particular, reduces VF. In the UFRED (U) structure of the present invention, a burr plug of a graded junction of a guard ring and a cathode plug adjusted in concentration and depth is employed to reduce the Trr, (snappy recovery) phenomenon was relaxed. In the case of the unique structure UFRED, the breakdown voltage, Trr, and soft recovery characteristics can be optimized.

<방법 제1실시예>&Lt; Method First Embodiment >

도 4a 내지 도 4j는 본 발명의 실시 예에 따른 도 2d의 단면구조에 따른 UFRED의 제조 방법을 보인 공정 단면도이다.4A to 4J are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a UFRED according to an exemplary embodiment of the present invention.

도 4a를 참조하면, 고농도의 제1도전형의 불순물(가령, n+형)로 도핑되는 반도체 기판(400)을 준비한다. 기판(400)은 액티브 영역(AR)과 필드 영역(FR)으로 정의된다. 기판(400) 상에 산화막(401)을 형성한다. 산화막(401)은 열산화 공정으로 그로잉(growing)되거나 혹은 CVD 증착 공정으로 형성될 수 있다. 사진 식각 공정을 통하여 액티브 영역(AR)에 이온주입 내지는 선택적인 에피 그로잉(epitaxial growing)을 할 수 있는 영역을 형성한 다음, 이온주입 내지는 에피 그로잉으로 제1도전형의 불순물(가령, n형)로 도핑되는 베리드 플러그(buried plug)(402)를 형성한다. 베리드 플러드(402)는 기판(400)보다 저농도로 도핑된다. 도핑 후 산화막(401)은 제거된다.Referring to FIG. 4A, a semiconductor substrate 400 doped with an impurity of a first conductivity type (e.g., n + type) at a high concentration is prepared. The substrate 400 is defined as an active area AR and a field area FR. An oxide film 401 is formed on the substrate 400. [ The oxide film 401 may be grown by a thermal oxidation process or may be formed by a CVD deposition process. A region capable of ion implantation or selective epitaxial growth is formed in the active region AR through a photolithography process and then an impurity of the first conductivity type (for example, n Type buried plug 402 is formed. The buried flood 402 is doped at a lower concentration than the substrate 400. [ After the doping, the oxide film 401 is removed.

도 4b를 참조하면, 진성 반도체(intrinsic semiconductor ) 수준의 V족 원소(가령, As, Sb 또는 P)를 저농도의 제1도전형의 불순물(가령, n- 형)로 도핑되는 베이스층(403)을 에피 그로잉한다. 베이스층(403)은 최대 1014 cm-3의 저농도로 인시튜(in-situ) 도핑하여 제어한다. 이때 베리드 플러그(402)는 1020 cm-3의 고농도에서 1014 cm-3의 저농도까지 그레이디드 접합(graded junction)으로 변화되어 캐소드(cathode)측의 베리드 플러그(buried plug)(402)로 작용한다. 이러한 불순물 농도의 프로화일은 애노드(anode)측에서 주입되는 소수운반자(정공) 농도분포를 제어하는데 중요하다. 그리고 전자의 전송이 액티브 영역(AR)에서 수직방향으로 주로 일어나고, 액티브 영역의 에지(edge) 영역인 필드 영역(FR)의 측면방향으로 흐르는 정도가 감소된다. 이러한 소자구조에서는 스위치 오프(switch-off)시 빠르게 소수운반자를 상부로 이동시켜 소멸된다. Referring to FIG. 4B, a base layer 403 doped with impurities of a first conductivity type (e.g., n - type) of a low concentration of a group V element (e.g., As, Sb or P) at intrinsic semiconductor level, Lt; / RTI &gt; Base layer 403 is controlled by in-situ (in-situ) lightly doped with up to 10 14 cm -3. The buried plug 402 10 20 cm -3 at a high concentration to a low concentration of 10 14 cm -3 is varied with graded junction (graded junction), a cathode (cathode) side buried plug (buried plug) 402 of the Lt; / RTI &gt; This profile of the impurity concentration is important for controlling the concentration distribution of the minority carrier (hole) injected from the anode side. The transmission of electrons occurs mainly in the vertical direction in the active region AR and the degree of the flow in the lateral direction of the field region FR, which is the edge region of the active region, is reduced. In such a device structure, when the switch-off is performed, the small number of carriers is moved to the upper side quickly, and the device disappears.

도 4c를 참조하면, 절연막(404)을 증착하거나 그로잉(growing)하고, 포토리소그래피 공정 및 식각 공정을 통하여 이온주입할 영역을 형성한 다음, 제2도전형의 불순물(가령, Boron)로 도핑하여 제1가드링(405)을 형성한다. 상기한 불순물로 도핑된 제1가드링(405)의 이온주입은 30~200 [keV]의 불순물(예: B+ 내지는 BF2+)을 이온주입한다. Referring to FIG. 4C, an insulating film 404 is deposited or grown, a region to be ion-implanted through a photolithography process and an etching process is formed, and then doped with an impurity of a second conductivity type (for example, boron) Thereby forming the first guard ring 405. The ion implantation of the first guard ring 405 doped with the above-described impurity ion-implies impurities (for example, B + or BF2 + ) of 30 to 200 [keV].

도 4d를 참조하면, 이온주입된 불순물의 확산(diffusion) 공정을 실시하여, 반도체 접합(예: p-n)의 깊은 제1깊이의 제1가드링(405)을 형성한다. 기판(400)의 온도를 800~1100 [℃]에서 열처리하여 불순물의 활성화 및 확산이 이루어지고, 이후에 농도가 1018 cm-3 이상으로 접합이 형성되도록 제어한다. 계속해서, 불순물(예: B+ 내지는 BF2+)의 이온주입 공정과 확산 공정을 통하여 중간 깊이의 제2가드링(406) 접합을 형성하는 단계를 반복하여 제1가드링(405)의 제1깊이보다 낮은 제2깊이의 제2가드링(406)을 형성한다. 가령, 제2가드링(406)은 제1가드링(405)보다 깊이가 낮다. 마찬가지로 기판의 온도를 800~1100 [℃]에서 열처리하여 제3불순물의 활성화 및 확산이 발생하고, 이후에 농도가 1018 cm-3 이상으로 중간 깊이 제2가드링(406)의 접합이 형성되도록 제어한다. 4D, a diffusion process of implanted impurities is performed to form a first guard ring 405 at a deep first depth of the semiconductor junction (e.g., pn). The substrate 400 is subjected to heat treatment at a temperature of 800 to 1100 [占 폚] to perform activation and diffusion of impurities, followed by control to form a junction with a concentration of 10 18 cm -3 or more. Subsequently, the step of forming the second guard ring 406 junction having the intermediate depth through the ion implantation process and the diffusion process of the impurity (for example, B + or BF2 + ) is repeated to form the first guard ring 405 Thereby forming a second guard ring 406 of a second depth lower than the depth. For example, the second guard ring 406 is deeper than the first guard ring 405. Similarly, the substrate is subjected to heat treatment at a temperature of 800 to 1100 [占 폚] so that activation and diffusion of the third impurity occurs, and then the junction of the intermediate depth second guard ring 406 is formed at a concentration of 10 18 cm -3 or more .

도 4e를 참조하면, 도 4c 및 도 4d와 마찬가지로 사진 식각 공정을 통하여 액티브 영역(AR)에 불순물(가령, Boron)을 이온주입하고 확산하여 제2도전형의 애노드 접합층(407)으로 p-n 접합을 형성하는 단계를 진행한다. 애노드 접합층(407)은 베이스층(403)의 상면으로부터 제3깊이로 형성한다. 애노드 접합층(407)의 제3깊이는 제1 및 제2가드링(405, 406)의 제1 및 제2깊이보다 낮다. 또한 기판(400)의 온도를 800~1100 [℃]에서 열처리하여 불순물의 활성화 및 확산이 발생하고, 이후에 농도가 1018 cm-3 이상으로 접합이 형성되도록 제어한다. 이때 상기 불순물 분포를 등방성(isotropic)으로 제어하여 고전압에서 전계가 균일하게 분포되도록 한다. 국부적으로 전계가 집속되지 않도록 식각계면의 프로화일을 제어하는 것은 불순물의 농도분포에도 직접적으로 영향을 미치게 된다. (Y.H. Kil, M.I. Jeong, K.H. Shim, H.B. Hong, H.J. Yun, S.M. Kang, K.S. Ahn, C.J. Choi, "Two-dimensional dopant profiling in P+/n junctions using scanning electron microscope coupled with selective electrochemical etching," Electronic Materials Lett. Vol. 6, No.2, pp. 55-58, May 2010)Referring to FIG. 4E, impurities (for example, boron) are ion-implanted and diffused into the active region AR through a photolithography process, as in FIGS. 4C and 4D, to form an anode junction layer 407 of a second conductivity type, As shown in FIG. The anode junction layer 407 is formed at a third depth from the upper surface of the base layer 403. [ The third depth of the anode junction layer 407 is lower than the first and second depths of the first and second guard rings 405 and 406. Further, the substrate 400 is subjected to heat treatment at a temperature of 800 to 1100 [占 폚] so that activation and diffusion of the impurities occur, and then a junction is formed at a concentration of 10 18 cm -3 or more. At this time, the impurity distribution is controlled to be isotropic so that the electric field is uniformly distributed at a high voltage. Controlling the profile of the etch interface so that the local electric field is not focused will directly affect the concentration distribution of impurities. "Two-dimensional dopant profiling in P + / n junctions using scanning electron microscopy coupled with selective electrochemical etching", Electronic Materials (KAIST), Korea Institute of Science and Technology (KAIST) Lett. Vol. 6, No. 2, pp. 55-58, May 2010)

도 4f를 참조하면, 절연막(404)을 패터닝하고, 불순물(가령, Boron)을 이온주입하여 고농도로(예 p+) 도핑하여 오믹접합을 위한 고농도의 p+형 이온주입층(408)을 표면에 형성한다. Referring to FIG. 4F, the insulating film 404 is patterned and a high concentration p + type ion implantation layer 408 for ohmic junction is doped at a high concentration (eg p + ) by ion implantation of impurities (for example, boron) .

이어서 소수운반자의 수명을 제어하기 위해 통상적으로 알려진 방식으로 중금속 확산(heavy metal diffusion), He 이온주입, 전자선 조사를 추가적으로 할 수 있다. 반도체 내부에서 깊은 준의를 형성하는 중금속(예: Au, Pd, Pt, Mo)의 경우 약 1nm 두께의 박막을 웨이퍼 뒷면에 증착하고 열처리하여 확산시켜 사용한다. 고에너지의 He을 이온주입하는 방식은 국부적인 영역에 집중적으로 소수운반자의 수명을 줄이는데 유용하다. 전자선 조사는 1~12 [MeV]로 주입하며, 웨이퍼의 전체에 균일하게 조사된다. 이렇게 소수운반자의 재결합센터를 인위적으로 주입함으로써 Trr을 격감시키게 된다.Heavy metal diffusion, He ion implantation, electron beam irradiation can then additionally be carried out in a manner known per se to control the lifetime of minority carriers. In the case of heavy metals (eg Au, Pd, Pt, Mo) forming deep quasi-semiconductors in the semiconductor, a thin film with a thickness of about 1 nm is deposited on the backside of the wafer and diffused by heat treatment. The method of ion implantation of high energy He is useful for reducing the lifetime of minority carriers intensively in the local area. The electron beam irradiation is carried out at 1 to 12 [MeV], and uniformly irradiated onto the entire wafer. Trr is reduced by artificially injecting the recombination center of the minority carriers.

도 4g를 참조하면, 오믹금속(409)을 증착하여 금속-반도체 오믹접합을 형성한다. 고농도의 p+ 이온주입층(408) 위에 저항이 작은 오믹접합으로 금속접합이 형성된다. 이때 금속-반도체 접합에는 금속류(예: Al, Pt, Ti, Ni, Pd, W) 내지는 실리사이드(예: TiSi2, NiSi2, WSi, CoSi)를 사용할 수 있다.Referring to FIG. 4G, ohmic metal 409 is deposited to form a metal-semiconductor ohmic junction. A metal junction is formed on the p + ion implanted layer 408 at a high concentration by an Ohmic junction having a small resistance. In this case, metals (for example, Al, Pt, Ti, Ni, Pd, W) or silicides (for example, TiSi2, NiSi2, WSi, CoSi) may be used for the metal-semiconductor junction.

도 4h를 참조하면, 오믹금속(409) 상에 금속박막을 증착하여 금속패드(410)를 형성한다. 이와 동시에 제1 및 제2가드링(405, 406)의 상부에 있는 절연막(404)에도 마찬가지로 금속의 필드 플레이트(field plate)(411)가 형성된다. 절연막(404) 상부에 형성되는 필드 플레이트(field plate)(411)는 필요에 따라 하부의 반도체에 형성되는 제1 및 제2가드링(405, 406)에 직접 연결 제작되어 항복전압과 신뢰성에 대한 특성을 개선시킬 수 있다.Referring to FIG. 4H, a metal thin film is deposited on the ohmic metal 409 to form a metal pad 410. At the same time, a metal field plate 411 is formed in the insulating film 404 on the upper portions of the first and second guard rings 405 and 406 as well. The field plate 411 formed on the insulating film 404 is directly connected to the first and second guard rings 405 and 406 formed in the lower semiconductor if necessary, The characteristics can be improved.

계속해서, 도면에는 도시되지 않았지만 최종적으로 패시베이션(passivation)막을 기판(400) 상면에 형성하고, 금속 패드(410)만을 노출시켜, 와이어 본딩(wire bonding)할 수 있다. 그리고 통상적인 기술을 이용하여 기판(400)의 뒷면을 연마하여 기판(400)의 두께를 60~150 [um]두께로 줄이고, 이어서 배면 금속(back metal)을 증착하고 열처리하여 칩의 제작을 완료한다.Although not shown in the drawing, a passivation film may be finally formed on the upper surface of the substrate 400, and only the metal pad 410 may be exposed to perform wire bonding. Then, the back surface of the substrate 400 is polished using a conventional technique to reduce the thickness of the substrate 400 to a thickness of 60 to 150 [mu] m, followed by depositing a back metal, do.

상술된 바와 같이 다수의 접합계면과 더불어 접합에 금속접합을 연결하여 본 발명의 고성능 UFRED소자가 완성된다. 도 4a에서 도 4h의 공정 과정을 통하여 본 발명에 대한 UFRED를 제조하는 공정단계는 비교적 간단하다. 공정단계가 명료하고 마스크의 숫자도 적으므로 공정제어가 간편하고 정확하여, 제품의 양산성과 신뢰성이 우수하다.The high-performance UFRED device of the present invention is completed by connecting a metal junction to a junction with a plurality of junction interfaces as described above. The process steps of fabricating the UFRED for the present invention through the process of FIGS. 4A through 4H are relatively simple. Because the process steps are clear and the number of masks is small, process control is simple and accurate, and the product is excellent in mass productivity and reliability.

<방법 제2실시예>&Lt; Method Second Embodiment >

도 5a 내지 도 5j는 본 발명의 실시 예에 따른 도 2d의 단면구조에 따라 VF가 0.5V 수준으로 낮은 UFRED의 제조 방법을 보인 공정 단면도이다.5A to 5J are process cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a UFRED having a VF of 0.5 V or lower according to the cross-sectional structure of FIG. 2D according to an embodiment of the present invention.

도 5a를 참조하면, 고농도의 제1도전형의 불순물(가령, n+형)로 도핑되는 반도체 기판(500)을 준비한다. 기판(400)은 액티브 영역(AR)과 필드 영역(FR)으로 정의된다. 기판(500)에 불순물(예: As, Sb)이 저농도로 도핑되는 n형 버퍼층(501)을 화학증착법으로 그로잉(growing)한다. 이때 n형으로 성장된 버퍼층(501)의 불순물 농도는 1016~1018 cm-3의 수준으로 인시튜(in-situ)로 도핑하여 제어한다. Referring to FIG. 5A, a semiconductor substrate 500 doped with an impurity of a first conductivity type (for example, n + type) is prepared. The substrate 400 is defined as an active area AR and a field area FR. The n-type buffer layer 501 doped with impurities (for example, As, Sb) at a low concentration is grown on the substrate 500 by chemical vapor deposition. At this time, the impurity concentration of the n-type buffer layer 501 is controlled by in-situ doping to a level of 10 16 to 10 18 cm -3 .

도 5b를 참조하면, 기판(500)에 산화막(502)을 성장하고, 사진 식각 공정을 통하여 선택적으로 이온주입 내지는 에피성장을 할 수 있는 영역을 형성한 다음, 액티브 영역(AR)에 이온주입 내지는 에피성장법으로 제2불순물(예: Phosphorous)을 이온주입하여 베리드 플러그(buried plug)(503)를 형성한다. 여기에서 불순물이 이온주입되는 베리드 플러그(503)는 1016~1018 cm-3의 고농도에서 1013~1015 cm-3까지 그래디드 접합(graded junction)으로 변화되어 캐소드(cathode)측의 그래디드 베리드 플러그(graded buried plug)(503)로 작용하게 된다. 이러한 불순물 농도의 프로화일은 애노드에서 주입되는 소수운반자(정공) 농도분포를 제어하는데 중요하다. 그리고 스위치 오프(switch-off)시 빠르게 소수운반자를 상부로 이동시켜 소멸되도록 하여 스내피 리커버리(snappy recovery) 현상을 제어하는데 중요하다. 5B, an oxide film 502 is grown on the substrate 500, a region capable of selective ion implantation or epitaxial growth is formed through a photolithography process, and then an ion implantation or an ion implantation is performed in the active region AR. A buried plug 503 is formed by ion implanting a second impurity (e.g., phosphorous) by an epitaxial growth method. Here, the buried plug 503 to which the impurity ions are implanted is changed to a graded junction at a high concentration of 10 16 to 10 18 cm -3 to 10 13 to 10 15 cm -3 , And acts as a graded buried plug 503. This profile of impurity concentration is important for controlling the concentration distribution of minority carriers (holes) injected from the anode. It is also important to control the phenomenon of snappy recovery by quickly moving the minority carrier upward during switch-off.

도 5c를 참조하면, 불순물(As, Sb 혹은 P)을 이용하여 진성 반도체(intrinsic semiconductor) 수준의 저농도 베이스층(504)을 성장한다. 이때 저농도 베이스층(504)은 1013~1015 cm-3의 저농도로 인시튜(in-situ)로 도핑하여 제어한다. Referring to FIG. 5C, a low-concentration base layer 504 of an intrinsic semiconductor level is grown using impurities (As, Sb or P). At this time, the low-concentration base layer 504 is controlled by doping in-situ at a low concentration of 10 13 to 10 15 cm -3 .

도 5d를 참조하면, 절연막(505)을 증착하고, 포토리소그래피 및 식각공정을 통하여 이온주입할 영역을 형성한 다음, 불순물(예: Boron)을 이온주입하여 깊은 제1가드링(506)을 형성한다. 제1가드링층(506)의 불순물에 대한 이온주입은 30~200 keV의 이온(예: B+ 내지는 BF2 +)을 도핑한다. 이온주입된 불순물을 확산하여 p-n 접합의 가드링을 형성한다. 기판(500)의 온도를 800~1100 oC에서 열처리하여 불순물의 활성화 및 확산이 발생하고, 이후에 농도가 1018 cm- 3이상으로 접합이 형성되도록 제어한다. 저농도 베이스층(504)과 불순물이 도핑된 제1가드링(506) 사이에 접합부가 형성된다.5D, an insulating layer 505 is deposited, a region to be ion-implanted through photolithography and etching is formed, and then a deep first guard ring 506 is formed by ion implantation of impurities (e.g., boron) do. Ion implantation of impurities in the first guard ring layer 506 dopes ions of 30-200 keV (e.g., B + or BF 2 + ). The impurity implanted is diffused to form a guard ring of the pn junction. By heating the temperature of the substrate 500 at 800 ~ 1100 o C causes activation and diffusion of impurities, and after concentration is 10 to 18 cm - is controlled so as to be bonded is formed of three or more. A junction is formed between the low-concentration base layer 504 and the first guard ring 506 doped with the impurity.

도 5e를 참조하면, 도 5d에서와 마찬가지로 불순물(가령, Boron)로 이온주입된 불순물을 확산하여 p-n의 중간 깊이 제2가드링(507) 접합을 형성하는 단계를 반복하여 제1깊이의 제1가드링(506)보다 깊이가 낮은 제2깊이의 제2가드링(507)을 형성한다. 마찬가지로 반도체 기판(500)의 온도를 800~1100 oC에서 열처리하여 불순물의 활성화 및 확산이 발생하고, 이후에 농도가 1018 cm- 3이상으로 중간 깊이 제2가드링(507) 접합이 형성되도록 제어한다. Referring to FIG. 5E, the step of diffusing the impurity implanted with the impurity (for example, Boron) to form the intermediate depth second guard ring 507 junction of pn is repeated to form the first depth first Thereby forming a second guard ring 507 having a second depth that is lower than the depth of the guard ring 506. Such that the middle depth of the second guard ring (507) bonded to not less than 3 is formed - similarly to the heat treatment the temperature of the semiconductor substrate 500 in 800 ~ 1100 o C causes activation and diffusion of impurities, and after concentration of 10 18 cm in .

도 5f를 참조하면, 위의 도 5d 및 도 5e에서와 마찬가지로 사진 식각 공정을 통하여 액티브 영역(active area)에 불순물(가령, Boron)의 이온주입 후 확산 공정을 이용하여 p-n의 접합을 형성하는 단계를 진행한다. 이때 메쉬와 같은 형태로 설계되고, 제1 및 제2가드링(506, 507)과 동일한 동전형의 불순물로 도핑되는 p형 애노드 접합층(508)을 사용하여 MPS 형태를 갖추게 된다. 또한 반도체 기판(500)의 온도를 800~1100 oC에서 열처리하여 불순물의 활성화 및 확산이 발생하고, 이후에 농도가 1018 cm- 3이상으로 접합이 형성되도록 제어한다. 이때 불순물의 분포를 가능한 등방성(isotropic)으로 제어하여 고전압에서 전계가 균일하게 분포되도록 한다. Referring to FIG. 5F, a step of forming a junction of pn using a diffusion process after ion implantation of an impurity (for example, boron) into an active area through a photolithography process as in FIGS. 5D and 5E . At this time, the p-type anode junction layer 508, which is designed in a mesh-like shape and doped with the same coin type impurity as the first and second guard rings 506 and 507, is used to form the MPS. In addition, the heat treatment temperature of the semiconductor substrate 500 in 800 ~ 1100 o C is activated and diffusion of impurities occurs, and the concentration is 10 18 cm after-controls so that the junction is formed in a three or more. At this time, the distribution of the impurities is controlled as isotropic as possible so that the electric field is uniformly distributed at a high voltage.

도 5g를 참조하면, 이어서 불순물(가령, Boron)의 이온주입을 30~100 keV의 에너지로 실행하여 저농도의 p-형 이온주입층(509)을 형성한다. p- 형 이온주입층(509)의 두께와 불순물 농도는 캐소드 측으로 주입되는 소수운반자(정공)의 농도를 조절할 뿐만 아니고, 상부의 금속과의 쇼트키(Schottky) 접합 특성을 결정하게 되므로 매우 중요하여 정밀하게 조절되어야 한다. p- 형 이온주입층(506)은 저농도(예 n-형)의 베이스층(504)과 p--n- 접합계면을 형성한다.Referring to FIG. 5G, ion implantation of an impurity (e.g., boron) is then performed at an energy of 30 to 100 keV to form a low concentration p - type ion implanted layer 509. The thickness and the impurity concentration of the p - type ion implantation layer 509 are very important because they control not only the concentration of the minority carriers (holes) injected into the cathode side but also the Schottky junction characteristics with the upper metal It must be precisely controlled. The p - -type ion implantation layer 506 forms a p - n - junction interface with the base layer 504 of low concentration (e.g. n - type).

도 5h를 참조하면, 액티브 영역(active area)의 메쉬형 구조로 되어 있는 애노드 접합층(508)에 p+형 불순물을 이온주입내지는 에피성장법으로 애노드 전극의 오믹접합을 위한 고농도(예: p+형) 이온주입층(510)을 형성한다. 이때 불순물이 고농도(예: p+형)로 도핑되는 p+형 이온주입층(510) 내지는 이종접합 박막의 증착을 이용한다. Referring to FIG. 5H, a p + -type impurity is implanted into the anode junction layer 508 having a mesh-like structure of an active area by ion implantation or an epitaxial growth method at a high concentration for ohmic junction of the anode electrode (for example, p + Type) ion implantation layer 510 is formed. At this time, deposition of the p + -type ion implantation layer 510 or the heterojunction thin film doped with a high concentration (for example, p + -type) of the impurity is used.

상기 고농도 p+형 이온주입층(510)을 형성하는 예로서 실리콘 반도체 에피층을 이용하는 경우 Si1 -xGex(x=0~1)를 이용한다. SiGe층은 보론(Boron)을 고농도로 일부 구간에 집중시켜 p+층을 국부적으로 형성하는데 매우 유용하다. 그리고 SiGe 층의 선택적 에피성장은 패턴의 형태와 밀도에 따라 영향을 받게 되므로 그 배치가 소자구조의 형태에 적합하게 반영되도록 한다. 반도체 기판(500)의 온도가 800 oC 이하의 비교적 저온에서 접합이 선택적으로 증착되고, 접합에서 불순물의 확산이 제한되므로 UFRED 소자특성의 균일성과 재현성이 높게 유지된다. As an example of forming the high concentration p + type ion implanted layer 510, Si 1 -x Ge x (x = 0 to 1) is used when a silicon semiconductor epitaxial layer is used. The SiGe layer is very useful for locally forming a p + layer by concentrating boron at a high concentration in a certain section. And the selective epitaxial growth of the SiGe layer is affected by the shape and density of the pattern, so that the arrangement is appropriately reflected in the shape of the device structure. The uniformity and reproducibility of the UFRED device characteristics are maintained because the semiconductor substrate 500 is selectively deposited at a relatively low temperature of 800 ° C or lower and the diffusion of impurities in the junction is limited.

계속해서, 소수운반자의 수명을 제어하기 위해 통상적으로 알려진 방식으로 중금속 확산(heavy metal diffusion), He 이온주입, 전자선 조사를 추가적으로 할 수 있다. 반도체 내부에서 깊은 준위로 존재하는 중금속(예: Au, Pd, Pt)의 경우 약 1nm 두께의 박막을 웨이퍼 뒷면에 증착하고 열처리하여 확산시켜 사용한다. He은 국부적인 영역에 집중적으로 소수운반자의 수명을 줄이는 유용하다. 전자선 조사는 1.5~12 MeV로 주입하며, 웨이퍼의 전체에 균일하게 조사된다. 이렇게 소수운반자의 재결합센터를 인위적으로 주입함으로써 Trr을 격감시키게 된다. Subsequently, heavy metal diffusion, He ion implantation, electron beam irradiation may be additionally performed in a manner known per se to control the lifetime of the minority carriers. In the case of heavy metals (eg Au, Pd, Pt) present deep inside the semiconductor, a thin film of about 1 nm thickness is deposited on the backside of the wafer and diffused by heat treatment. He is useful to reduce the life span of the minority carriers intensively to the local area. The electron beam irradiation is performed at 1.5 to 12 MeV, and uniformly irradiated onto the entire wafer. Trr is reduced by artificially injecting the recombination center of the minority carriers.

도 5i를 참조하면, 오믹금속(511)을 증착하여 금속-반도체 접합을 형성한다. 상기 불순물이 저농도 도핑층(p-층) 영역 위에는 쇼트키 접합을 형성하고, 제3불순물이 고농도 도핑층(p+층) 영역 위에는 저항이 작은 오믹접합을 형성한다. 이때 금속-반도체 접합에는 종래에 흔하게 사용해오는 금속류(예: Al, Pt, Ti, Ni, Pd, W, Mo) 내지는 실리사이드(예: TiSi2, NiSi2, WSi, CoSi)를 사용할 수 있다.5i, ohmic metal 511 is deposited to form a metal-semiconductor junction. The impurity forms a Schottky junction over the lightly doped layer (p - layer) region, and the third impurity forms an ohmic junction with a small resistance over the heavily doped layer (p + layer) region. In this case, metals (for example, Al, Pt, Ti, Ni, Pd, W and Mo) or silicides (for example, TiSi 2 , NiSi 2 , WSi and CoSi) conventionally used conventionally can be used for the metal-semiconductor junction.

도 5j를 참조하면, 오믹금속(511) 상에 금속박막을 증착하여 패터닝함으로써 금속패드(512)를 형성하는 동시에 제1 및 제2가드링(506, 507)의 상부에 있는 절연막(505)에는 마찬가지로 금속의 필드 플레이트(field plate)가 가드링(513) 형태로 형성된다. 절연막(505) 상부에 형성되는 필드 플레이트(field plate)(513)는 필요에 따라 하부의 반도체에 형성된 제1 및 제2가드링(506, 507)에 직접 연결되어 제작되어 항복전압과 신뢰성에 대한 특성을 개량시킬 수 있다.Referring to FIG. 5J, a metal thin film is deposited on the ohmic metal 511 and patterned to form the metal pad 512, and the insulating film 505 on the upper portions of the first and second guard rings 506 and 507 Similarly, a field plate of metal is formed in the form of a guard ring 513. The field plate 513 formed on the insulating film 505 is directly connected to the first and second guard rings 506 and 507 formed on the lower semiconductor to remove the breakdown voltage and the reliability The characteristics can be improved.

이어서 그림에는 적시되지 않았지만 최종적으로 패시베이션(passivation) 산화막을 칩의 상부에 형성하고 금속패드(512) 부분만을 와이어 본딩(wire bonding)을 위해 노출시킨다. 그리고 통상적인 기술을 이용하여 기판(500)의 뒷면을 연마하여 기판의 두께를 60~150 um두께로 줄이고, 이어서 배면 금속(back metal)을 증착하고 열처리하여 칩의 제작을 완료한다.Finally, a passivation oxide layer is formed on the top of the chip and only the metal pad 512 is exposed for wire bonding, although not shown in the drawing. Then, the back surface of the substrate 500 is polished by a conventional technique to reduce the thickness of the substrate to a thickness of 60 to 150 μm, followed by depositing a back metal, and then performing heat treatment to complete the fabrication of the chip.

본 발명은 상술한 다수의 반도체 접합층을 이용한 구조를 기본으로 하여 단순화 및 응용을 통해 여러 가지 변형된 형태로 소자를 제작하여 제품화 할 수 있다. 예를 들어 본 발명에서는 실리콘 반도체 기판을 이용하여 제작하는 방법을 실시예로 들었지만 본 발명의 소자구조와 제작방법은 GaAs, InP, GaN, SiC와 같은 화합물 반도체 및 유사 반도체에도 동일한 원리와 방법이 이용될 수 있다. 주지하는 바와 같이 통상적으로 제품의 양산에는 수율, 신뢰성, 생산성, 생산단가와 같은 점들을 제품의 성능과 비교하여 최적화하는 것이 일반적이다.The present invention can be manufactured and manufactured in various modified forms through simplification and application based on the structure using a plurality of semiconductor junction layers as described above. For example, in the present invention, a fabrication method using a silicon semiconductor substrate has been described as an embodiment. However, the device structure and fabrication method of the present invention are applicable to compound semiconductors such as GaAs, InP, GaN and SiC and similar semiconductors using the same principle and method . As is known, it is general to optimize the mass production of a product in comparison with the performance of a product in terms of yield, reliability, productivity, and production cost.

이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시 예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경할 수 있다는 것은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 당업자에게 있어 명백할 것이다. It will be apparent to those skilled in the art that various modifications and variations can be made in the present invention without departing from the spirit or scope of the inventions. To those skilled in the art.

400: 기판 401: 산화막
402: 베리드 플러그 403: 베이스층
404: 절연막 405: 제1가드링
406: 제2가드링 407: 애노드 접합층
408: 이온주입층 409: 오믹금속
410: 금속패드 411: 필드 플레이트
500: 기판 501: 버퍼층
502: 산화막 503: 베리드 플러그
504: 베이스층 505: 절연막
506: 제1가드링 507: 제2가드링
508: 애노도 접합층 509: p-형 이온주입층
510: p+형 이온주입층 511: 오믹금속
512: 금속패드 513: 필드 플레이트
400: substrate 401: oxide film
402: buried plug 403: base layer
404: insulating film 405: first guard ring
406: second guard ring 407: anode bonding layer
408: ion implantation layer 409: ohmic metal
410: metal pad 411: field plate
500: substrate 501: buffer layer
502: oxide film 503: buried plug
504: base layer 505: insulating film
506: first guard ring 507: second guard ring
508: Anodic bonding layer 509: p - type ion implantation layer
510: p + -type ion implantation layer 511: ohmic metal
512: metal pad 513: field plate

Claims (16)

액티브 영역과 필드 영역으로 정의되는 제1도전형의 기판;
상기 액티브 영역에 해당되는 기판 상에 상기 기판보다 저농도로 도핑되는 제1도전형의 베리드 플러그;
상기 필드 영역에 해당되는 기판 및 상기 베리드 플러그 상에 상기 베리드 플러그보다 저농도로 도핑되는 제1도전형의 베이스층;
상기 필드 영역에 형성되되, 상기 베이스층의 상면으로부터 소정 깊이를 가지는 제2도전형의 가드링;
상기 액티브 영역에 형성되되, 상기 베이스층의 상면으로부터 상기 가드링보다 낮은 깊이를 가지는 제2도전형의 애노드 접합층; 및
상기 애노드 접합층과 오믹 접합을 형성하는 애노드 금속패드를 포함하고,
상기 베리드 플러그는 상기 기판보다 확산 계수가 높아서 상기 베이스층으로 갈수록 상대적 농도가 점차 낮아지는 그레이드 접합을 가지는 것을 특징으로 하는 UFRED.
A substrate of a first conductivity type defined as an active region and a field region;
A buried plug of a first conductivity type doped on a substrate corresponding to the active region at a lower concentration than the substrate;
A substrate corresponding to the field region and a base layer of a first conductivity type doped on the buried plug at a lower concentration than the buried plug;
A guard ring of a second conductive type formed in the field region and having a predetermined depth from an upper surface of the base layer;
An anode junction layer of the second conductivity type formed in the active region and having a lower depth than the guard ring from an upper surface of the base layer; And
And an anode metal pad forming an ohmic contact with the anode junction layer,
Wherein the buried plug has a diffusion coefficient higher than that of the substrate, so that the relative concentration gradually decreases toward the base layer.
제 1 항에 있어서,
상기 가드링은, 상기 베이스층의 상면으로부터 제1깊이를 가지는 제1가드링 및 상기 베이스층의 상면으로부터 상기 제1깊이보다 낮은 제2깊이를 가지는 제2가드링을 포함하고, 상기 제2가드링은 상기 제1가드링과 상기 애노드 접합층 사이에 배열되는 것을 특징으로 하는 UFRED.
The method according to claim 1,
Wherein the guard ring includes a first guard ring having a first depth from an upper surface of the base layer and a second guard ring having a second depth lower than the first depth from an upper surface of the base layer, A ring is arranged between the first guard ring and the anode junction layer.
삭제delete 제 1 항에 있어서,
상기 베리드 플러그는, 상기 기판에서 상기 베이스층으로 갈수록 1020 cm-3의 고농도에서 1014 cm-3의 저농도까지 그레이디드되는 것을 특징으로 하는 UFRED.
The method according to claim 1,
The buried plugs, UFRED, characterized in that in the substrate is graded from high concentration of 10 20 cm -3 it goes to the base layer 10 to the low concentration of 14 cm -3.
제 1 항에 있어서,
상기 애노드 접합층의 표면에 형성되고, 상기 애노드 접합층보다 고농도로 도핑되는 제2도전형의 이온주입층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 UFRED.
The method according to claim 1,
And a second conductivity type ion implantation layer formed on the surface of the anode junction layer and doped at a higher concentration than the anode junction layer.
제 5 항에 있어서,
상기 이온주입층과 상기 애노드 금속패드 사이에 형성되어, 금속-반도체의 오믹 접합을 형성하는 오믹 금속을 더 포함하는 UFRED.
6. The method of claim 5,
And an ohmic metal formed between the ion implanted layer and the anode metal pad to form ohmic junctions of the metal-semiconductor.
액티브 영역과 필드 영역으로 정의되는 제1도전형의 기판;
상기 기판 상에 상기 기판보다 저농도로 도핑되는 제1도전형의 버퍼층;
상기 액티브 영역에 해당되는 버퍼층 상에 상기 기판보다 저농도로 도핑되는 제1도전형의 베리드 플러그;
상기 필드 영역에 해당되는 버퍼층 및 상기 베리드 플러그 상에 상기 베리드 플러그보다 저농도로 도핑되는 제1도전형의 베이스층;
상기 필드 영역에 형성되되, 상기 베이스층의 상면으로부터 소정 깊이를 가지는 제2도전형의 가드링;
상기 액티브 영역에 메쉬 형태로 형성되되, 상기 베이스층의 상면으로부터 상기 가드링보다 낮은 깊이를 가지는 제2도전형의 애노드 접합층; 및
상기 애노드 접합층과 오믹 접합을 형성하는 애노드 금속패드를 포함하고,
상기 베리드 플러그는 상기 베이스층으로 갈수록 농도가 점차 낮아지는 그레이드 접합을 형성하는 것을 특징으로 하는 UFRED.
A substrate of a first conductivity type defined as an active region and a field region;
A buffer layer of a first conductivity type doped on the substrate at a lower concentration than the substrate;
A buried plug of a first conductivity type doped on a buffer layer corresponding to the active region at a lower concentration than the substrate;
A buffer layer corresponding to the field region and a base layer of a first conductivity type doped on the buried plug at a lower concentration than the buried plug;
A guard ring of a second conductive type formed in the field region and having a predetermined depth from an upper surface of the base layer;
A second conductive type anode junction layer formed in the active region in a mesh shape and having a lower depth than the guard ring from the upper surface of the base layer; And
And an anode metal pad forming an ohmic contact with the anode junction layer,
Wherein the buried plug forms a grade junction in which the concentration gradually decreases toward the base layer.
제 7 항에 있어서,
상기 베이스층의 표면에 형성되고, 상기 애노드 접합층보다 저농도로 도핑되는 제2도전형의 p-형 이온주입층; 및
상기 애노드 접합층의 표면에 형성되고, 상기 애노드 접합층보다 고농도로 도핑되는 제2도전형의 p+형 이온주입층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 UFRED.
8. The method of claim 7,
A p - type ion implantation layer of a second conductivity type formed on the surface of the base layer and doped at a lower concentration than the anode junction layer; And
And a p + -type ion implantation layer of a second conductivity type formed on the surface of the anode junction layer and doped at a higher concentration than the anode junction layer.
삭제delete 제 7 항에 있어서,
상기 가드링은, 상기 필드 영역으로 갈수록 도핑 깊이가 점차 깊어지는 다수의 가드링들로 구성되는 것을 특징으로 하는 UFRED.
8. The method of claim 7,
Wherein the guard ring is comprised of a plurality of guard rings whose depth of doping gradually increases toward the field region.
액티브 영역과 필드 영역으로 구성되는 기판을 n+형으로 도핑하는 단계;
상기 기판의 액티브 영역 상에 n형의 베리드 플러그를 선택적으로 에피 그로잉하는 단계;
상기 기판 및 베리드 플러그 상에 n-형의 베이스층을 에피 그로잉하는 단계;
상기 필드 영역에 해당되는 베이스층을 제1깊이로 이온주입하여, p형의 제1가드링을 형성하는 단계;
상기 필드 영역에 해당되는 베이스층을 제2깊이로 이온주입하여, p형의 제2가드링을 형성하는 단계;
상기 액티브 영역에 해당되는 베이스층을 제3깊이로 이온주입하여, p형의 애노드 접합층을 형성하는 단계;
상기 애노드 접합층을 도핑하여 오믹접합을 위한 p+형 이온주입층을 형성하는 단계; 및
상기 이온주입층 상에 오믹금속 및 금속패드를 순서대로 증착하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 UFRED 제조방법.
Doping a substrate composed of an active region and a field region into an n + type;
Selectively epitaxially depositing an n-type buried plug on the active region of the substrate;
Epitaxially growing an n - type base layer on the substrate and the buried plug;
Implanting a base layer corresponding to the field region to a first depth to form a p-type first guard ring;
Implanting a base layer corresponding to the field region to a second depth to form a p-type second guard ring;
Implanting a base layer corresponding to the active region to a third depth to form a p-type anode junction layer;
Doping the anode junction layer to form a p & lt ; + & gt ; type ion implanted layer for ohmic junction; And
Depositing ohmic metal and metal pads on the ion implanted layer in sequence. &Lt; RTI ID = 0.0 &gt; 11. &lt; / RTI &gt;
제 11 항에 있어서,
상기 제1깊이, 상기 제2깊이, 및 상기 제3깊이는 순서대로 낮아지도록 불순물의 도핑 깊이가 조절되는 것을 특징으로 하는 UFRED 제조방법.
12. The method of claim 11,
Wherein the doping depth of the impurity is adjusted such that the first depth, the second depth, and the third depth are sequentially lowered.
삭제delete 삭제delete 액티브 영역과 필드 영역으로 구성되는 기판을 n+형으로 도핑하는 단계;
상기 기판 상에 버퍼층을 에피 그로잉하고, n형으로 도핑하는 단계;
상기 버퍼층의 액티브 영역 상에 베리드 플러그를 선택적으로 에피 그로잉하고, n형으로 도핑하는 단계;
상기 버퍼층 및 베리드 플러그 상에 베이스층을 에피 그로잉하고, n-형으로 도핑하는 단계;
상기 필드 영역에 해당되는 베이스층을 제1깊이로 이온주입하여, 제1가드링을 형성하는 단계;
상기 필드 영역에 해당되는 베이스층을 제2깊이로 이온주입하여, p형의 제2가드링을 형성하는 단계;
상기 액티브 영역에 해당되는 베이스층을 제3깊이로 이온주입하되, 메쉬 형태로 p형의 애노드 접합층을 형성하는 단계;
상기 메쉬 형태의 베이스층을 저농도로 도핑하여 p-형 이온주입층을 형성하는 단계;
상기 메쉬 형태의 애노드 접합층을 고농도로 도핑하여 p+형 이온주입층을 형성하는 단계; 및
상기 애노드 접합층, 상기 p-형 이온주입층, 및 상기 p+형 이온주입층 상에 애노드 금속패드를 형성함으로써, 상기 p-형 이온주입층과 상기 애노드 금속패드 사이에 쇼트키접합되고, 상기 p+형 이온주입층과 상기 애노드 금속패드 사이에 오믹접합되는 단계를 포함하는 것을 특징으로 UFRED 제조방법.
Doping a substrate composed of an active region and a field region into an n + type;
Epitaxially growing a buffer layer on the substrate and doping the buffer layer into n-type;
Selectively epitaxially growing a buried plug on the active region of the buffer layer and doping the buried plug into n-type;
Epitaxially growing a base layer on the buffer layer and the buried plug and doping the n - type into the base layer;
Implanting a base layer corresponding to the field region to a first depth to form a first guard ring;
Implanting a base layer corresponding to the field region to a second depth to form a p-type second guard ring;
Implanting the base layer corresponding to the active region to a third depth, and forming a p-type anode junction layer in a mesh shape;
Forming a p - type ion implanted layer by doping the base layer of the mesh type at a low concentration;
Forming a p + -type ion-implanted layer by doping the mesh-type anode junction layer at a high concentration; And
The anode bonding layer, the p - type ion implantation layer, and the p + type ion implantation to form a metal pad, the anode on the layer, the p - is a Schottky junction between the type ion implantation layer and the anode metal pad, wherein lt ; RTI ID = 0.0 & gt ; ohmic & lt ; / RTI & gt ; junction between the p + type ion implanted layer and the anode metal pad.
삭제delete
KR1020120094295A 2012-08-28 2012-08-28 Structure and Fabrication Method of High-Voltage UFRED KR101415878B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020120094295A KR101415878B1 (en) 2012-08-28 2012-08-28 Structure and Fabrication Method of High-Voltage UFRED

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020120094295A KR101415878B1 (en) 2012-08-28 2012-08-28 Structure and Fabrication Method of High-Voltage UFRED

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20140028319A KR20140028319A (en) 2014-03-10
KR101415878B1 true KR101415878B1 (en) 2014-07-09

Family

ID=50641767

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020120094295A KR101415878B1 (en) 2012-08-28 2012-08-28 Structure and Fabrication Method of High-Voltage UFRED

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101415878B1 (en)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101985254B1 (en) * 2017-11-28 2019-09-03 주식회사 시지트로닉스 High-voltage power device and manufacturing method thereof
CN111261614A (en) * 2020-01-20 2020-06-09 西安微电子技术研究所 Anti-electromagnetic pulse protection ring around PN junction and manufacturing method thereof
CN111341851A (en) * 2020-03-16 2020-06-26 江阴新顺微电子有限公司 Fast recovery diode chip with combined terminal structure and manufacturing process

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH10335679A (en) * 1997-06-02 1998-12-18 Fuji Electric Co Ltd Diode and manufacture thereof
JP2005229071A (en) * 2004-02-16 2005-08-25 Matsushita Electric Ind Co Ltd Schottky barrier diode
US20120056294A1 (en) * 2010-09-07 2012-03-08 Ji-Hyoung Yoo Schottky diodes with dual guard ring regions and associated methods

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH10335679A (en) * 1997-06-02 1998-12-18 Fuji Electric Co Ltd Diode and manufacture thereof
JP2005229071A (en) * 2004-02-16 2005-08-25 Matsushita Electric Ind Co Ltd Schottky barrier diode
US20120056294A1 (en) * 2010-09-07 2012-03-08 Ji-Hyoung Yoo Schottky diodes with dual guard ring regions and associated methods

Also Published As

Publication number Publication date
KR20140028319A (en) 2014-03-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101774124B1 (en) Semiconductor devices and method for fabricating the same
JP5686824B2 (en) Apparatus and method for fast recovery rectifier structure
KR101398125B1 (en) Self aligned fast recovery diode and fabrication method thereof
WO2007076056A2 (en) Ultrafast recovery diode
CN107591454B (en) Semiconductor device and method for forming semiconductor device
KR101875287B1 (en) A method for forming a semiconductor device
EP2341528A1 (en) Power Semiconductor Device and its manufacturing method
CN113644117A (en) Silicon carbide JBS device cellular structure with novel deep groove and preparation method thereof
KR101415878B1 (en) Structure and Fabrication Method of High-Voltage UFRED
KR101448158B1 (en) Structure and Fabrication Method of High-Performance FRD for low voltage and high current
CN108231866B (en) Silicon carbide Schottky diode structure capable of improving surge capacity and preparation method thereof
CN110534582B (en) Fast recovery diode with composite structure and manufacturing method thereof
KR101737966B1 (en) Semiconductor element and method thereof using hetero tunneling junction
CN111164759B (en) Feeder design with high current capacity
KR20150048360A (en) Mothed for manufacturing junction barrier schottky diode and junction barrier schottky diode using the same
KR101405511B1 (en) Structure and Fabrication Method of High-Voltage FRD with strong avalanche capability
US9236433B2 (en) Semiconductor devices in SiC using vias through N-type substrate for backside contact to P-type layer
CN115224105A (en) Fast recovery diode and manufacturing method and application thereof
KR101238232B1 (en) Structure and fabrication method of mhj-frd
CN210325811U (en) Silicon carbide heterojunction diode power device
CN102881595A (en) Method for manufacturing super-junction high-voltage power device
CN111194477B (en) Method for producing a grid
KR101724464B1 (en) Schottky barrier diode and method for manufacturing the same
KR101355520B1 (en) Structure and Fabrication Method of High Voltage Semiconductor Device
JP7266761B2 (en) A semiconductor device that gradually injects charge carriers for slower reverse recovery

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20170620

Year of fee payment: 4

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20180627

Year of fee payment: 5

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20191128

Year of fee payment: 6