KR101760688B1 - Power Semiconductor Device And Method of Manufacturing The same - Google Patents
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Abstract
파워 반도체 디바이스 및 그 제조방법에 관한 것이다. 본 실시예의 파워 반도체 디바이스는 활성 영역 및 터미네이션 영역이 한정된 반도체 기판, 상기 반도체 기판 상부에 형성되고, 상기 활성 영역에 해당하는 부분에 형성된 제 1 트렌치, 상기 활성 영역 및 상기 터미네이션 영역의 경계 부분에 해당하는 부분에 형성된 적어도 하나의 제 2 트렌치 및 상기 터미네이션 영역에 해당하는 부분에 형성된 제 3 트렌치가 구비된 드리프트 영역, 상기 제 1 트렌치에 형성되는 쇼트키 다이오드용 반도체층, 상기 제 2 트렌치에 형성되는 가드링, 상기 제 3 트렌치의 측벽에 잔류하는 도전 스페이서, 및 상기 쇼트키 다이오드용 반도체층, 상기 가드링, 및 상기 도전 스페이서를 상기 드리프트 영역 내에서 전기적으로 연결하도록 구성된 브릿지를 포함한다. To a power semiconductor device and a manufacturing method thereof. The power semiconductor device of the present embodiment includes a semiconductor substrate having an active region and a termination region defined therein, a first trench formed on the semiconductor substrate and corresponding to the active region, a first trench formed in a boundary portion between the active region and the termination region, A drift region having at least one second trench formed in the first trench and a third trench formed in a portion corresponding to the termination region, a Schottky diode semiconductor layer formed in the first trench, A guard ring, a conductive spacer remaining on the sidewalls of the third trench, and a bridge configured to electrically connect the Schottky diode semiconductor layer, the guard ring, and the conductive spacer in the drift region.
Description
본 발명은 파워 반도체 디바이스 및 그 제조방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 항복 전압 및 전류 구동 능력을 개선할 수 있는 파워 반도체 디바이스 및 그 제조방법에 관한 것이다. 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 more particularly, to a power semiconductor device and a manufacturing method thereof capable of improving breakdown voltage and current driving capability.
전력 변환 장치의 저소비 전력화가 진행되는 가운데, 전력 변환 장치의 중심적인 역할을 수행하는 파워 반도체 디바이스의 저소비 전력화에 대한 기대가 증대되고 있다. 현재, 전도도 변조 효과에 의해 낮은 온 전압화를 달성할 수 있고 게이트 제어가 용이한 절연 게이트형 바이폴라 트랜지스터(IGBT: Insulated Gate Bipolar Transistor)의 사용이 정착되고 있다. IGBT를 이용함으로써, 높은 항복 전압을 확보할 수 있고, 스위칭 속도를 개선할 수 있다. 상기 IGBT 소자는 턴온시, 다량의 EMI(Electro Magnetic Interference) 노이즈가 발생되는 것으로 알려져 있다. 현재, 상기와 같은 EMI 문제를 해결하면서, 고속 스위칭 특성을 확보할 수 있도록 쇼트키(schottky) 다이오드와 같은 고속 다이오드를 IGBT와 함께 집적시키고 있다. As the power conversion apparatus is being reduced in power consumption, expectation for lower power consumption of a power semiconductor device that plays a central role in the power conversion apparatus is increasing. At present, the use of an insulated gate bipolar transistor (IGBT) which can attain a low on-voltage by the conductivity modulation effect and which is easy to control the gate is settled. By using the IGBT, a high breakdown voltage can be ensured and the switching speed can be improved. It is known that when the IGBT element is turned on, a large amount of Electro Magnetic Interference (EMI) noise is generated. Currently, a high-speed diode such as a schottky diode is integrated with an IGBT in order to solve the above-mentioned EMI problem and ensure high-speed switching characteristics.
한편, 파워 반도체 디바이스는 반도체 기판과 동일 타입의 캐리어를 가지는 드리프트 영역을 포함할 수 있다. 상기 드리프트 영역의 농도 및 두께는 파워 반도체 디바이스의 온 저항 특성 및 항복 전압 특성에 영향을 미치는 것으로 알려져 있다. 그런데, 상기 파워 반도체 디바이스의 온저항 특성 및 항복 전압 특성은 상기 드리프트 영역의 농도 및 두께에 대해 트레이드 오프(trade-off) 관계에 놓여 있기 때문에, 두 특성을 동시에 만족시킬 수 있는 연구가 계속되고 있다. On the other hand, the power semiconductor device may include a drift region having carriers of the same type as the semiconductor substrate. The concentration and the thickness of the drift region are known to affect on-resistance and breakdown voltage characteristics of a power semiconductor device. However, since the ON resistance characteristic and the breakdown voltage characteristic of the power semiconductor device are in a trade-off relationship with respect to the concentration and the thickness of the drift region, researches for simultaneously satisfying both characteristics have continued .
이러한 방안의 하나로, 드리프트 영역내에 트렌치를 형성하고, 상기 트렌치 내부에 쇼트키 다이오드를 형성하는 구조가 제안되었다. As one of such schemes, a structure has been proposed in which a trench is formed in a drift region and a Schottky diode is formed in the trench.
그런데, 쇼트키 다이오드 및 파워 반도체 디바이스가 형성되는 활성 영역과 종단 영역(termination region)의 경계에 전계가 집중되는 현상이 발생될 수 있어, 항복 전압 특성을 저하시키는 문제가 있다. However, there is a problem that the electric field is concentrated at the boundary between the active region and the termination region in which the Schottky diode and the power semiconductor device are formed, thereby deteriorating the breakdown voltage characteristic.
본 발명은 항복 전압 특성을 개선할 수 있는 파워 반도체 디바이스 및 그 제조방법을 제공하는 것이다. The present invention provides a power semiconductor device capable of improving breakdown voltage characteristics and a method of manufacturing the same.
본 발명의 일 실시예에 따른 파워 반도체 디바이스는 활성 영역 및 터미네이션 영역이 한정된 반도체 기판, 상기 반도체 기판 상부에 형성되고, 상기 활성 영역에 해당하는 부분에 형성된 제 1 트렌치, 상기 활성 영역 및 상기 터미네이션 영역의 경계 부분에 해당하는 부분에 형성된 적어도 하나의 제 2 트렌치 및 상기 터미네이션 영역에 해당하는 부분에 형성된 제 3 트렌치가 구비된 드리프트 영역, 상기 제 1 트렌치에 형성되는 쇼트키 다이오드용 반도체층, 상기 제 2 트렌치에 형성되는 가드링, 상기 제 3 트렌치의 측벽에 잔류하는 도전 스페이서, 및 상기 쇼트키 다이오드용 반도체층, 상기 가드링, 및 상기 도전 스페이서를 상기 드리프트 영역 내에서 전기적으로 연결하도록 구성된 브릿지를 포함한다. A power semiconductor device according to an embodiment of the present invention includes a semiconductor substrate having an active region and a termination region defined therein, a first trench formed on the semiconductor substrate, a first trench formed in a portion corresponding to the active region, A drift region having at least one second trench formed in a portion corresponding to a boundary portion of the first trench and a third trench formed in a portion corresponding to the termination region, a Schottky diode semiconductor layer formed in the first trench, A guard ring formed in the second trench, a conductive spacer remaining on the sidewall of the third trench, and a bridge configured to electrically connect the semiconductor layer for the Schottky diode, the guard ring, and the conductive spacer in the drift region .
또한, 본 발명의 다른 실시예에 따른 파워 반도체 디바이스의 제조방법은, 활성 영역, 터미네이션 영역, 및 상기 활성 영역과 터미네이션 영역의 경계 영역을 포함하는 반도체 기판을 제공한다. 다음, 상기 반도체 기판 상부에 드리프트 영역을 형성한다. 상기 드리프트 영역을 식각하여, 상기 활성 영역에 제 1 트렌치를 형성하고, 상기 경계 영역에 제 2 트렌치를 형성하고, 상기 터미네이션 영역에 제 3 트렌츠를 형성함과 동시에, 상기 제 1 내지 제 3 트렌치를 전기적으로 연결하는 브릿지 트렌치를 형성한다. 상기 제 1 내지 제 3 트렌치 및 상기 브릿지 트렌치 표면에 라이너 절연막을 형성하고, 상기 제 1 내지 제 3 트렌치 및 상기 브릿지 트렌치 내부에 도전층을 매립하여, 쇼트키 다이오드의 반도체층, 가드링, 도전 스페이서 및 브릿지를 형성한다. 상기 쇼트키 다이오드의 반도체층과 선택적으로 콘택되는 필드 플레이트를 형성한다. In addition, a method of manufacturing a power semiconductor device according to another embodiment of the present invention provides a semiconductor substrate including an active region, a termination region, and a boundary region between the active region and the termination region. Next, a drift region is formed on the semiconductor substrate. Forming a first trench in the active region by etching the drift region, forming a second trench in the boundary region, forming a third trench in the termination region, and forming a second trench in the first to third trenches, Thereby forming a bridge trench for electrically connecting the bridge trenches. A liner insulating film is formed on the surfaces of the first to third trenches and the bridge trenches, a conductive layer is buried in the first to third trenches and the bridge trenches, and a semiconductor layer of the Schottky diode, And a bridge. Thereby forming a field plate which is selectively in contact with the semiconductor layer of the Schottky diode.
본 발명에 의하면, 쇼트키 다이오드의 반도체층, 활성 영역과 터미네이션 영역의 경계면에 형성되는 가드링 및 터미네이션 영역 측벽에 잔류할 수 있는 도전 스페이서를 브릿지에 의해 전기적으로 연결하여, 누설 전류원 및 인가된 전압이 집중되어 전계가 높아져 항복 전압이 낮아지는 원인을 제거할 수 있다. 이에 따라, 파워 반도체 디바이스의 항복 전압을 개선할 수 있다. According to the present invention, the semiconductor layer of the Schottky diode, the guard ring formed on the interface between the active region and the termination region, and the conductive spacers that can remain on the sidewall of the termination region are electrically connected by the bridge to form a leakage current source and an applied voltage And the cause of the lowering of the breakdown voltage due to the increase of the electric field can be eliminated. Thus, the breakdown voltage of the power semiconductor device can be improved.
또한, 쇼트키 다이오드의 반도체층을 형성하는 공정시, 과도 식각을 진행하여, 쇼트키 다이오드의 반도체층이 형성되는 트렌치의 측벽을 노출시킨다. 이에 따라 쇼트키 접합 면적을 증대시킬 수 있어, 파워 반도체 디바이스의 전류 구동 능력을 개선시킬 수 있다. During the step of forming the semiconductor layer of the Schottky diode, excessive etching proceeds to expose the sidewalls of the trench in which the semiconductor layer of the Schottky diode is formed. As a result, the Schottky junction area can be increased, and the current driving capability of the power semiconductor device can be improved.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 파워 반도체 디바이스의 평면도이다.
도 2는 도 1의 II-II'선을 따라 절단한 단면도이다.
도 3은 도 1의 III-III'선을 따라 절단한 단면도이다. 1 is a plan view of a power semiconductor device according to an embodiment of the present invention.
2 is a cross-sectional view taken along line II-II 'of FIG.
3 is a cross-sectional view taken along line III-III 'of FIG.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 도면에서 층 및 영역들의 크기 및 상대적인 크기는 설명의 명료성을 위해 과장된 것일 수 있다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The advantages and features of the present invention and the manner of achieving them will become apparent with reference to the embodiments described in detail below with reference to the accompanying drawings. The present invention may, however, be embodied in many different forms and should not be construed as being limited to the embodiments set forth herein. Rather, these embodiments are provided so that this disclosure will be thorough and complete, and will fully convey the scope of the invention to those skilled in the art. Is provided to fully convey the scope of the invention to those skilled in the art, and the invention is only defined by the scope of the claims. The dimensions and relative sizes of layers and regions in the figures may be exaggerated for clarity of illustration. Like reference numerals refer to like elements throughout the specification.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 파워 반도체 디바이스의 평면도이다. 1 is a plan view of a power semiconductor device according to an embodiment of the present invention.
도 1을 참조하면, 파워 반도체 디바이스가 형성되는 반도체 기판(100)은 활성 영역(A) 및 터미네이션 영역(B)으로 구분될 수 있다. Referring to FIG. 1, a
활성 영역(A)은 도면에 자세히 도시되지는 않았지만, 복수의 트렌치 전력 모스펫(MOSFET, 도시되지 않음), 복수의 트렌치 IGBT 소자(도시되지 않음) 및 복수의 트렌치 쇼트키 다이오드(106a)와 같은 파워 반도체 디바이스를 포함할 수 있다. 복수의 쇼트키 다이오드(106a)는 이후 자세히 설명하겠지만, 반도체 기판(100) 내에 구비된 제 1 선폭을 갖는 제 1 트렌치 내부에 형성될 수 있다. 또한, 본 도면에서 쇼트키 다이오드(106a)는 상기 제 1 선폭을 갖는 프레임 형태로 형성되었지만, 여기에 한정되지 않고 스트라이프(stripe) 패턴 또는 도트(dot) 패턴 형태로 구현될 수 있음은 물론이다. The active region A may include a plurality of trench power MOSFETs (not shown), a plurality of trench IGBT devices (not shown) and a plurality of trench Schottky
터미네이션 영역(B)은 반도체 기판(100) 내부에 활성 영역(A)을 한정하기 위하여 제공될 수 있다. 예를 들어, 터미네이션 영역(B)은 제 1 트렌치 보다 큰 선폭을 갖는 트렌치로 구성될 수 있다. The termination region B may be provided to define the active region A in the
활성 영역(A) 및 터미네이션 영역(B)의 경계 영역에, 복수의 가드링(106b)이 구비될 수 있다. 복수의 가드링(106b)은 활성 영역(A) 외주를 둘러싸는 형태로 형성될 수 있다. 복수의 가드링(106b)는 각각 소정 간격을 두고 이격 배치될 수 있다. 또한, 복수의 가드링(106b) 각각은 트렌치 내부에 도전물이 매립된 형태로 구현될 수 있으며, 활성 영역(A)과 터미네이션 영역(B)의 경계면에 전계 집중을 완화시킬 수 있다. 도면 부호 106c 및 106d는 터미네이션 영역(B) 가장자리에 잔류되는 최외곽 가드링으로서 도전 스페이서를 나타낼 수 있고, Br_106은 쇼트키 다이오드(106a), 복수의 가드링(106b) 및 도전 스페이서(106c)를 전기적으로 연결하기 위한 브릿지를 지시한다. 한편, 도면 부호 112는 상기 활성 영역(A) 및 터미네이션 영역(B) 상부에 형성되는 필드 플레이트(field plate)를 지시한다. 여기서, 최외곽 가드링에 해당하는 도전 스페이서(106c, 106d)는 1 내지 200㎛, 보다 바람직하게는 5 내지 45㎛의 선폭을 가질 수 있다.A plurality of
도 2는 도 1의 II-II'선을 따라 절단한 단면도이고, 도 3은 도 1의 III-III'선을 따라 절단한 단면도이다. 도 2 및 도 3을 참조하여, 본 발명의 실시예에 따른 파워 반도체 디바이스의 구조 및 제조방법에 대해 보다 자세히 설명하도록 한다. FIG. 2 is a sectional view taken along line II-II 'of FIG. 1, and FIG. 3 is a sectional view taken along a line III-III' of FIG. The structure and manufacturing method of the power semiconductor device according to the embodiment of the present invention will be described in more detail with reference to FIGS. 2 and 3. FIG.
먼저, 도 1 내지 도 3을 참조하면, 활성 영역(A) 및 터미네이션 영역(B)이 한정된 반도체 기판(100)이 준비된다. 반도체 기판(100)은 예를 들어, 제 1 도전형의 불순물, 예컨대 n형 불순물을 포함하는 실리콘 기판일 수 있다. 반도체 기판(100)에 저농도 제 1 도전형 불순물을 주입하여, 드리프트 영역(102)을 형성할 수 있다. 이때, 드리프트 영역(102)은 상기 반도체 기판(100)의 불순물 농도 보다 높은 농도를 가질 수 있다. First, referring to FIGS. 1 to 3, a
활성 영역(A) 및 터미네이션 영역(B) 각각의 드리프트 영역(102)을 소정 부분 식각하여, 활성 영역(A)에 제 1 트렌치(T1)를 형성하고, 활성 영역(A)과 터미네이션 영역(B)의 경계면에 복수의 제 2 트렌치(T)를 형성하고, 터미네이션 영역(C)에 제 3 트렌치(T2, T3)를 형성한다. 제 2 트렌치(T2)는 제 1 트렌치(T1)과 동일하거나 넓은 폭으로 형성될 수 있고, 제 3 트렌치(T3)는 제 1 및 제 2 트렌치(T1, T2)보다 넓은 폭을 갖도록 형성될 수 있다. 상기 제 1 내지 제 3 트렌치(T1, T2, T3)는 공지의 포토 리소그라피 공정 및 식각 공정을 통해 형성될 수 있다. A first trench T1 is formed in the active region A by partially etching the
한편, 제 1 내지 제 3 트렌치(T1, T2, T3) 형성 시, 제 1 내지 제 3 트렌치(T1, T2, T3)를 연결하는 브릿지 트렌치(Br_T)를 더 형성할 수 있다. 브릿지 트렌치(Br_T)는 예를 들어, 제 1 내지 제 3 트렌치(T1, T2, T3)와 실질적으로 수직을 이루는 형태로 구현될 수 있다. 이와 같은 브릿지 트렌치(Br_T)는 제 1 내지 제 3 트렌치(T1, T2, T3)와 동시에 형성되기 때문에, 브릿지 트렌치(Br_T)를 형성하기 위한 추가 공정은 요구되지 않는다. 또한, 브릿지 트렌치(Br_T)는 제 1 내지 제 3 트렌치(T1, T2, T3)와 동시에 연통되도록 형성되기 때문에, 도 1의 III-III'선을 따라 절단하였을 때(도 3), 브릿지 트렌치(Br_T)와 제 1 내지 제 3 트렌치(T1, T2, T3)는 마치 하나의 트렌치로 보여질 수 있다. Meanwhile, when forming the first to third trenches T1, T2, and T3, a bridge trench Br_T connecting the first to third trenches T1, T2, and T3 may be further formed. The bridge trench Br_T may be implemented, for example, substantially perpendicular to the first to third trenches T1, T2, and T3. Since such a bridge trench Br_T is formed simultaneously with the first to third trenches T1, T2 and T3, no additional process for forming the bridge trench Br_T is required. Since the bridge trench Br_T is formed to be in communication with the first to third trenches T1, T2 and T3 at the same time, when the bridge trench Br_T is cut along the line III-III 'of FIG. 1 (FIG. 3) Br_T and the first to third trenches T1, T2 and T3 can be viewed as one trench.
제 1 내지 제 3 트렌치(T1, T2, T3)가 형성된 반도체 기판(100) 결과물 표면에 라이너 절연막(104)을 형성한다. 라이너 절연막(104)은 활성 영역(A)의 전력 MOSFET나 IGBT 소자가 형성되는 영역에서 게이트 절연막으로 이용될 수 있다. 이와 같은 라이너 절연막(104)은 예를 들어, 실리콘 산화막이 이용될 수 있다. The
라이너 절연막(104)이 형성된 반도체 기판(100) 결과물 상부에 도전층을 형성할 수 있다. 상기 도전층은 활성 영역(A)에 형성되는 전력 MOSFET 또는 IGBT의 게이트 물질이면서, 쇼트키 다이오드를 구성하는 고농도 반도체층 또는 금속막일 수 있다. 이와 같은 도전층은 예를 들어, 고농도 제 1 도전형 불순물을 포함하는 폴리실리콘막이 이용될 수 있지만, 여기에 한정됨이 없이, 도전성을 나타내는 반도체막이면 여기에 포함될 수 있다. 예를 들어, 상기 도전층은 IGBT의 게이트 두께를 타겟으로 하여 증착되기 때문에, 상대적으로 좁은 선폭을 갖는 제 1 및 제 2 트렌치(T1,T2) 및 브릿지 트렌치(Br_T) 내부에는 충진되지만, 상대적으로 넓은 선폭을 갖는 제 3 트렌치(T3)에서는 제 3 트렌치(T3) 내벽을 따라 증착될 수 있다. 또한, 상기 도전층은 상기 제 1 및 제 2 트렌치(T1,T2) 및 브릿지 트렌치(Br_T) 내에 보이드(void) 없이 완벽히 충진될 수 있도록 우수한 스텝 커버리지를 얻을 수 있는 증착 방식, 예컨대, LPCVD(low pressure chemical vapor deposition) 또는 PECVD(plasma enhanced chemical vapor deposition)을 이용하여 형성될 수 있다. A conductive layer may be formed on the resultant product of the
상기 도전층은 게이트(도시되지 않음), 쇼트키 다이오드의 반도체층(106a), 가드링(106b) 및 브릿지(Br_106)를 한정하도록 식각 처리될 수 있다. 상기 게이트는 활성 영역(A)의 일부에서 마스크를 이용하여 형성될 수도 있다. 상기 쇼트키 다이오드의 반도체층(106a), 가드링(106b) 및 브릿지(Br_106)는 비등방성 블랭킷 식각 또는 비등방성 에치백 등의 공정을 이용하여, 제 1 트렌치(T1) 내부, 제 2 트렌치(T2) 내부, 및 브릿지 트렌치(Br_T) 내부에 각각 형성될 수 있다. 이와 같은 비등방성 식각 처리 과정에서, 상기 제 3 트렌치(T3)의 측벽에 상기 도전층이 스페이서 형태로 잔류할 수 있다. The conductive layer may be etched to define a gate (not shown), a Schottky
상기 쇼트키 다이오드의 반도체층(106a), 가드링(106b) 및 상기 제 3 트렌치(T3)의 측벽에 잔류하는 도전 스페이서(106b)는 상기 브릿지(Br_106)에 의해 부분적으로 전기적으로 연결될 수 있다. The
한편, 상기 쇼트키 다이오드의 반도체층(106a), 가드링(106b) 및/또는 도전 스페이서(106c)를 형성하기 위한 비등방성 블랭킷 식각 또는 비등방성 에치백 공정시, 상기 도전층은 과도하게 식각이 이루어질 수 있다. 이에 따라, 제 1 내지 제 3 트렌치(T1, T2, T3)의 상부 측벽이 일부 노출될 수 있다. 또한, 상기 과도 식각은 쇼트키 다이오드의 반도체층(106a)에 한에 선택적으로 진행될 수도 있다. On the other hand, during an anisotropic blanket etch or anisotropic etch back process to form the
층간 절연막(108)은 상기 쇼트키 다이오드의 반도체층(106a), 가드링 부재(106b) 및/또는 도전 스페이서(106c)가 형성된 반도체 기판(100) 상부에 형성될 수 있다. 층간 절연막(108)은 제 1 트렌치(T1) 내의 쇼트키 다이오드 반도체층(106a) 및 그 주변부가 노출될 수 있도록 소정 부분 식각될 수 있다. The
층간 절연막(108) 상부면 및 반도체 기판(100) 뒷면 각각에 금속층을 증착하여, 애노드 전극으로서 필드 플레이트(112) 및 캐소드 전극(114)을 형성할 수 있다. A metal layer may be deposited on the upper surface of the
필드 플레이트(112)의 일부는 쇼트키 다이오드 반도체층(106a)과 콘택되어, 쇼트키 접합(J)을 이루게 된다. 상기 쇼트키 다이오드 반도체층(106a)은 제 1 트렌치(T1)의 깊이보다 얕은 두께로 형성됨에 따라, 상기 쇼트키 접합(J)은 쇼트키 다이오드 반도체층(106a) 표면은 물론 제 1 트렌치(T1)의 측벽 및 상면에서 발생되기 때문에, 쇼트키 접합 면적이 증대된다. 이에 따라, 전류 밀도 및 전류 구동 능력을 크게 개선된 쇼트키 다이오드(106a)를 형성할 수 있다. A part of the
한편, 필드 플레이트(112)를 통해 상기 가드링(106b) 및 도전 스페이서(106c)에 전기적 신호가 인가됨에 따라, 누설 전류를 크게 감소시킬 수 있다. On the other hand, as electrical signals are applied to the
일반적으로 터미네이션 영역(B)에 형성되는 가드링은 전계 과밀을 방지하기 위하여 형성되었지만, 종래의 가드링 및 필연적으로 발생되는 도전 스페이서가 도전성을 가짐에도 불구하고 플로팅(floating) 형태로 존재하므로 누설 전류원으로 작용되는 사례가 빈번하였다. 이로 인해, 파워 반도체 디바이스의 항복 전압에 영향을 미치게 되었다. Generally, the guard ring formed in the termination region B is formed to prevent electric field overcorrection. However, since the conventional guard ring and the conductive spacer inevitably generated are in a floating form despite having conductivity, In the United States. As a result, the breakdown voltage of the power semiconductor device is affected.
본 발명의 실시예에서는 상기 쇼트키 다이오드의 반도체층(106a), 가드링(106b) 및 도전 스페이서(106b) 사이의 드리프트 영역(102)에 브릿지(Br_106)를 형성하므로써, 상기 브릿지(Br_106)를 통해 필드 플레이트(112)을 통해 제공되는 전기적 신호를 누설 전류원으로 작용되었던 가드링(106b) 및 도전 스페이서(106b)에 제공할 수 있다. 이에 따라, 누설 전류원을 원천적으로 제거할 수 있다. In the embodiment of the present invention, the bridge Br_106 is formed in the
본 발명에 의하면, 쇼트키 다이오드의 반도체층을 형성하는 공정시, 과도 식각을 진행하여, 쇼트키 다이오드의 반도체층이 형성되는 트렌치의 측벽이 노출시킨다. 이에 따라 쇼트키 접합 면적을 증대시킬 수 있어, 파워 반도체 디바이스의 전류 구동 능력을 개선시킬 수 있다. According to the present invention, during the step of forming the semiconductor layer of the Schottky diode, excessive etching proceeds to expose the sidewall of the trench in which the semiconductor layer of the Schottky diode is formed. As a result, the Schottky junction area can be increased, and the current driving capability of the power semiconductor device can be improved.
또한, 쇼트키 다이오드의 반도체층, 활성 영역과 터미네이션 영역의 경계면에 형성되는 가드링 및 터미네이션 영역 측벽에 잔류할 수 있는 도전 스페이서를 브릿지에 의해 전기적으로 연결하여, 누설 전류원을 제거할 수 있다. Also, the leakage current source can be removed by electrically connecting the semiconductor layer of the Schottky diode, the guard ring formed on the interface between the active region and the termination region, and the conductive spacer remaining on the sidewall of the termination region by the bridge.
이상 본 발명을 바람직한 실시예를 들어 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않고, 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러 가지 변형이 가능하다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments, but variations and modifications may be made without departing from the scope of the present invention. Do.
100: 반도체 기판 106a : 쇼트키 다이오드
106b : 가드링 106c : 도전 스페이서
106a : 쇼트키 다이오드100:
106b:
106a: Schottky diode
Claims (5)
상기 반도체 기판 상부에 형성되고, 상기 활성 영역에 해당하는 부분에 형성된 제 1 트렌치, 상기 활성 영역 및 상기 터미네이션 영역의 경계 부분에 해당하는 부분에 형성된 적어도 하나의 제 2 트렌치 및 상기 터미네이션 영역에 해당하는 부분에 형성된 제 3 트렌치가 구비된 드리프트 영역;
상기 제 1 트렌치에 형성되는 쇼트키 다이오드용 반도체층;
상기 제 2 트렌치에 형성되는 가드링;
상기 제 3 트렌치의 측벽에 잔류하는 도전 스페이서; 및
상기 쇼트키 다이오드용 반도체층, 상기 가드링, 및 상기 도전 스페이서를 상기 드리프트 영역 내에서 전기적으로 연결하도록 구성된 브릿지를 포함하는 파워 반도체 디바이스. A semiconductor substrate having an active region and a termination region defined therein;
A first trench formed on the semiconductor substrate and corresponding to the active region, at least one second trench formed in a portion corresponding to a boundary portion between the active region and the termination region, A drift region having a third trench formed in the portion;
A Schottky diode semiconductor layer formed in the first trench;
A guard ring formed in the second trench;
A conductive spacer remaining on a sidewall of the third trench; And
A semiconductor layer for the Schottky diode, the guard ring, and a bridge configured to electrically connect the conductive spacer in the drift region.
상기 쇼트키 다이오드용 반도체층은 상기 제 1 트렌치의 상부 측벽부가 노출되는 높이로 형성되는 파워 반도체 디바이스.The method according to claim 1,
Wherein the Schottky diode semiconductor layer is formed at a height at which an upper sidewall portion of the first trench is exposed.
상기 반도체 기판 상면에 형성되고, 상기 쇼트키 다이오드의 반도체층 및 상기 제 1 트렌치의 측벽부와 전기적으로 콘택되는 필드 플레이트; 및
상기 반도체 기판 뒷면에 형성되는 캐소드 전극을 포함하는 파워 반도체 디바이스. 3. The method of claim 2,
A field plate formed on an upper surface of the semiconductor substrate, the field plate being in electrical contact with a semiconductor layer of the Schottky diode and a sidewall of the first trench; And
And a cathode electrode formed on a back surface of the semiconductor substrate.
상기 반도체 기판 상부에 드리프트 영역을 형성하는 단계;
상기 드리프트 영역을 식각하여, 상기 활성 영역에 제 1 트렌치를 형성하고, 상기 경계 영역에 제 2 트렌치를 형성하고, 상기 터미네이션 영역에 제 3 트렌츠를 형성함과 동시에, 상기 제 1 내지 제 3 트렌치를 전기적으로 연결하는 브릿지 트렌치를 형성하는 단계;
상기 제 1 내지 제 3 트렌치 및 상기 브릿지 트렌치 표면에 라이너 절연막을 형성하는 단계;
상기 제 1 내지 제 3 트렌치 및 상기 브릿지 트렌치 내부에 도전층을 매립하여, 쇼트키 다이오드의 반도체층, 가드링, 도전 스페이서 및 브릿지를 형성하는 단계; 및
상기 쇼트키 다이오드의 반도체층과 선택적으로 콘택되는 필드 플레이트를 형성하는 단계를 포함하는 파워 반도체 디바이스의 제조방법. Providing a semiconductor substrate comprising an active region, a termination region, and a boundary region between the active region and the termination region;
Forming a drift region on the semiconductor substrate;
Forming a first trench in the active region by etching the drift region, forming a second trench in the boundary region, forming a third trench in the termination region, and forming a second trench in the first to third trenches, Forming a bridge trench for electrically connecting the bridge trench;
Forming a liner insulating film on the surfaces of the first to third trenches and the bridge trenches;
Burying a conductive layer in the first to third trenches and the bridge trench to form a semiconductor layer, a guard ring, a conductive spacer, and a bridge of the Schottky diode; And
And forming a field plate that is selectively in contact with the semiconductor layer of the Schottky diode.
상기 쇼트키 다이오드의 반도체층을 형성하는 단계는,
상기 도전층을 상기 제 1 트렌치의 측벽부가 노출되도록 과도 비등방성 블랭킷 식각 또는 과도 에치백 공정을 수행하는 단계를 포함하며,
상기 필드 플레이트는 상기 쇼트키 다이오드의 반도체층과 콘택됨과 동시에 상기 제 1 트렌치의 측벽에 해당하는 상기 드리프트 영역과 전기적으로 콘택되는 파워 반도체 디바이스의 제조방법. 5. The method of claim 4,
Wherein forming the semiconductor layer of the Schottky diode comprises:
Performing an anisotropic blanket etch or transient etch back process to expose the conductive layer to the side walls of the first trench,
Wherein the field plate is in contact with the semiconductor layer of the Schottky diode and is electrically in contact with the drift region corresponding to the sidewall of the first trench.
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CN113690234A (en) * | 2021-08-25 | 2021-11-23 | 威星国际半导体(深圳)有限公司 | Power electronic semiconductor device |
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US20150200250A1 (en) | 2014-01-10 | 2015-07-16 | Vishay General Semiconductor Llc | Trench mos device having a termination structure with multiple field-relaxation trenches for high voltage applications |
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