KR102019852B1 - Power semiconductor device and method of fabricating the same - Google Patents
Power semiconductor device and method of fabricating the same Download PDFInfo
- Publication number
- KR102019852B1 KR102019852B1 KR1020180028003A KR20180028003A KR102019852B1 KR 102019852 B1 KR102019852 B1 KR 102019852B1 KR 1020180028003 A KR1020180028003 A KR 1020180028003A KR 20180028003 A KR20180028003 A KR 20180028003A KR 102019852 B1 KR102019852 B1 KR 102019852B1
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- region
- conductivity type
- gate electrode
- power semiconductor
- floating
- Prior art date
Links
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 title claims abstract description 50
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title abstract description 14
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 38
- 210000000746 body region Anatomy 0.000 claims abstract description 24
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 20
- 230000005684 electric field Effects 0.000 claims description 7
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 21
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 11
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 description 8
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 4
- 239000007772 electrode material Substances 0.000 description 3
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 3
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 3
- 239000007943 implant Substances 0.000 description 3
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 3
- 238000011161 development Methods 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 2
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 230000006698 induction Effects 0.000 description 1
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 description 1
- 230000000116 mitigating effect Effects 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 150000004767 nitrides Chemical class 0.000 description 1
- 229910021420 polycrystalline silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 229920005591 polysilicon Polymers 0.000 description 1
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 1
- 230000001629 suppression Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor 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
- H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/68—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by only the electric current supplied, or only the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched
- H01L29/70—Bipolar devices
- H01L29/72—Transistor-type devices, i.e. able to continuously respond to applied control signals
- H01L29/739—Transistor-type devices, i.e. able to continuously respond to applied control signals controlled by field-effect, e.g. bipolar static induction transistors [BSIT]
- H01L29/7393—Insulated gate bipolar mode transistors, i.e. IGBT; IGT; COMFET
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor 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
- H01L29/40—Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/41—Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape, relative sizes or dispositions
- H01L29/423—Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape, relative sizes or dispositions not carrying the current to be rectified, amplified or switched
- H01L29/42312—Gate electrodes for field effect devices
- H01L29/42316—Gate electrodes for field effect devices for field-effect transistors
- H01L29/4232—Gate electrodes for field effect devices for field-effect transistors with insulated gate
- H01L29/42356—Disposition, e.g. buried gate electrode
- H01L29/4236—Disposition, e.g. buried gate electrode within a trench, e.g. trench gate electrode, groove gate electrode
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor 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
- H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/66007—Multistep manufacturing processes
- H01L29/66075—Multistep manufacturing processes of devices having semiconductor bodies comprising group 14 or group 13/15 materials
- H01L29/66227—Multistep manufacturing processes of devices having semiconductor bodies comprising group 14 or group 13/15 materials the devices being controllable only by the electric current supplied or the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched, e.g. three-terminal devices
- H01L29/66234—Bipolar junction transistors [BJT]
- H01L29/66325—Bipolar junction transistors [BJT] controlled by field-effect, e.g. insulated gate bipolar transistors [IGBT]
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
Description
본 발명은 전력 반도체 소자 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 더 상세하게는 절연 게이트 양극성 트랜지스터(IGBT, Insulated Gate Bipolar Transistor) 소자 및 그 제조방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE
절연 게이트 양극성 트랜지스터(IGBT, Insulated Gate Bipolar Transistor)는 MOS(Metal Oxide Silicon)와 바이폴라 기술의 결정체로 낮은 순방향손실과 빠른 스피드를 특징으로 사이리스터, 바이폴라 트랜지스터, MOSFET 등으로는 실현 불가능한 분야의 응용처를 대상으로 적용이 확대 되고 있고, 300V 이상의 전압 영역에서 널리 사용되고 있는 고효율, 고속의 전력 시스템에 있어서 필수적으로 사용되는 차세대 전력 반도체 소자이다. 1970년대에 전력용 MOSFET이 개발된 이후 스위칭 소자는 고속의 스위칭이 요구되는 범위에서는 MOSFET이 사용되고 있고 중전압 내지 고전압에서 대량의 전류도통이 요구되는 범위에서는 바이폴라 트랜지스터나 사이리스터, GTO 등이 사용되어 왔다. 1980년대 초에 개발된 IGBT는 출력 특성면에서는 바이폴라 트랜지스터 이상의 전류 능력을 지니고 있고 입력 특성면에서는 MOSFET과 같이 게이트 구동 특성을 갖기 때문에 약 100KHz정도의 고속의 스위칭이 가능하다. 따라서 IGBT는 MOSFET과 바이폴라 트랜지스터, 사이리스터의 대체용 소자뿐만 아니라 새로운 적용 시스템을 창출하고 있기 때문에 산업용은 물론 가정용 전자기기에 이르기까지 점차 사용 범위를 확대해 나가고 있다. Insulated Gate Bipolar Transistors (IGBTs) are crystals of MOS (Metal Oxide Silicon) and bipolar technologies that feature low forward loss and high speed, making them ideal for applications such as thyristors, bipolar transistors and MOSFETs. This is a next generation power semiconductor device that is widely used and is essential for high efficiency, high speed power system widely used in the voltage range of 300V or higher. Since the development of power MOSFETs in the 1970s, switching devices have used MOSFETs in a range requiring high-speed switching, and bipolar transistors, thyristors, GTO, etc. have been used in a range requiring large current conduction at medium to high voltages. . Developed in the early 1980s, IGBTs have more current capability than bipolar transistors in terms of output characteristics, and gate drive characteristics like MOSFETs in terms of input characteristics, enabling fast switching at around 100KHz. As a result, IGBTs are creating new application systems as well as replacements for MOSFETs, bipolar transistors, and thyristors, and are therefore increasingly used in industrial and home electronics.
관련 선행기술로는 대한민국 공개공보 제20140057630호(2014.05.13. 공개, 발명의 명칭 : IGBT 와 그 제조 방법)가 있다.Related prior arts are Republic of Korea Publication No. 20140057630 (2014.05.13. Publication, the name of the invention: IGBT and its manufacturing method).
본 발명은 스위칭 안정성을 확보하고 쇼트서킷 강건성을 확보할 수 있는 전력 반도체 소자 및 그 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다. 그러나 이러한 과제는 예시적인 것으로, 이에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.An object of the present invention is to provide a power semiconductor device capable of securing switching stability and securing short circuit robustness and a method of manufacturing the same. However, these problems are exemplary, and the scope of the present invention is not limited thereby.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 관점에 의한 전력 반도체 소자가 제공된다. 상기 전력 반도체 소자는 기판 내에 배치된 트렌치 타입의 게이트 전극; 상기 기판 내에서 상기 게이트 전극의 일측에 배치된 제 1 도전형의 바디 영역; 상기 기판 내에서 상기 게이트 전극의 타측에 배치된 산화물 패턴; 상기 산화물 패턴과 맞닿도록 상기 산화물 패턴 하에 배치되면서 상기 게이트 전극의 바닥부까지 신장된 제 1 도전형의 플로팅 영역; 상기 기판 내에서 상기 플로팅 영역 아래에서 상기 바디 영역 아래까지 이어지는 제 2 도전형의 드리프트 영역; 및 상기 기판 하에 배치된 컬렉터 전극;을 포함한다. A power semiconductor device according to one aspect of the present invention for solving the above problems is provided. The power semiconductor device may include a trench type gate electrode disposed in a substrate; A body region of a first conductivity type disposed on one side of the gate electrode in the substrate; An oxide pattern disposed on the other side of the gate electrode in the substrate; A floating region of a first conductivity type disposed under the oxide pattern to be in contact with the oxide pattern and extending to the bottom of the gate electrode; A drift region of a second conductivity type extending from the floating region to below the body region in the substrate; And a collector electrode disposed under the substrate.
상기 전력 반도체 소자에서, 상기 게이트 전극, 상기 바디 영역, 상기 산화물 패턴, 상기 플로팅 영역 및 상기 드리프트 영역은 액티브 셀 영역에 배치될 수 있다. In the power semiconductor device, the gate electrode, the body region, the oxide pattern, the floating region, and the drift region may be disposed in an active cell region.
상기 전력 반도체 소자에서, 상기 산화물 패턴의 높이는 상기 게이트 전극의 높이와 동일할 수 있다. In the power semiconductor device, a height of the oxide pattern may be equal to a height of the gate electrode.
상기 전력 반도체 소자는 상기 게이트 전극과 전기적으로 연결된 도전성 패턴;을 더 포함하고, 상기 산화물 패턴의 상면은 상기 도전성 패턴과 직접 맞닿고 상기 산화물 패턴의 하면은 상기 플로팅 영역과 직접 맞닿을 수 있다. The power semiconductor device may further include a conductive pattern electrically connected to the gate electrode, wherein an upper surface of the oxide pattern may directly contact the conductive pattern, and a lower surface of the oxide pattern may directly contact the floating region.
상기 전력 반도체 소자에서, 상기 제 1 도전형의 바디 영역의 도핑 최대깊이는 상기 게이트 전극의 깊이 보다 얕으며, 상기 제 1 도전형의 플로팅 영역의 도핑 최대깊이는 상기 게이트 전극의 깊이 보다 깊으며, 상기 드리프트 영역 중 상기 플로팅 영역의 측부에서의 제 2 도전형 도핑 농도는 상기 플로팅 영역의 하부에서의 제 2 도전형 도핑 농도 보다 상대적으로 더 높도록 구성되어, 상기 플로팅 영역의 바닥면 영역에서 최대 전기장이 형성될 수 있다. In the power semiconductor device, a maximum doping depth of the body region of the first conductivity type is shallower than a depth of the gate electrode, and a maximum doping depth of the floating region of the first conductivity type is deeper than a depth of the gate electrode, The second conductivity type doping concentration at the side of the floating region of the drift region is configured to be relatively higher than the second conductivity type doping concentration at the bottom of the floating region, so that the maximum electric field in the bottom region of the floating region is This can be formed.
상기 전력 반도체 소자에서, 상기 기판은 웨이퍼 및 상기 웨이퍼 상에서 성장된 에피층을 포함하되, 상기 플로팅 영역과 상기 산화물 패턴의 경계 영역은 상기 웨이퍼와 상기 에피층의 경계면을 포함할 수 있다. In the power semiconductor device, the substrate may include a wafer and an epitaxial layer grown on the wafer, and a boundary region between the floating region and the oxide pattern may include an interface between the wafer and the epitaxial layer.
상기 전력 반도체 소자에서, 상기 제 2 도전형 및 상기 제 1 도전형은 서로 반대의 도전형을 가지되 n형 및 p형 중 각각 어느 하나일 수 있다. In the power semiconductor device, the second conductivity type and the first conductivity type may have opposite conductivity types, but may be any one of n type and p type.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 다른 관점에 의한 전력 반도체 소자의가 제조방법이 제공된다. 상기 전력 반도체 소자의 제조방법은 웨이퍼 상의 제 1 영역에 제 1 도전형 불순물을 주입하고 상기 웨이퍼의 제 2 영역에 상기 웨이퍼에 함유된 제 2 도전형 도핑 농도 보다 더 높은 농도의 제 2 도전형 불순물을 주입하는 단계; 상기 웨이퍼 상에 에피층을 형성하는 단계; 상기 에피층 중의 일부 영역을 제거하는 단계; 상기 일부 영역을 제거한 후 잔존하는 상기 에피층에 상기 웨이퍼에 함유된 제 2 도전형 도핑 농도 보다 더 높은 농도의 제 2 도전형 불순물을 주입하는 단계; 상기 일부 영역을 제거한 후 제거된 영역을 산화물 패턴으로 메우는 단계; 잔존하는 상기 에피층에 상기 웨이퍼에 함유된 제 2 도전형 도핑 농도 보다 더 높은 농도의 제 2 도전형 불순물을 주입하는 단계; 잔존하는 상기 에피층과 상기 산화물 패턴의 경계를 따라 식각하여 상기 웨이퍼가 노출되는 트렌치를 형성하는 단계; 상기 트렌치의 내벽을 절연막으로 라이닝하고 게이트 전극 물질을 충전(filling)하여 게이트 전극을 형성하는 단계; 및 상기 불순물을 확산함으로써, 상기 산화물 패턴과 맞닿도록 상기 산화물 패턴 하에 배치되면서 상기 게이트 전극의 바닥부까지 신장된 제 1 도전형의 플로팅 영역을 형성하고, 상기 플로팅 영역의 하부에서 측부로 이어지는 제 2 도전형의 드리프트 영역을 형성하는 단계;를 포함한다. According to another aspect of the present invention for solving the above problems there is provided a method of manufacturing a power semiconductor device. In the method of manufacturing the power semiconductor device, a first conductivity type impurity is implanted into a first region on a wafer, and a second conductivity type impurity is higher than a second conductivity type doping concentration contained in the wafer in a second region of the wafer. Injecting; Forming an epitaxial layer on the wafer; Removing a portion of the epi layer; Injecting a second conductivity type impurity having a concentration higher than a second conductivity type doping concentration contained in the wafer to the remaining epitaxial layer after removing the partial region; Removing the partial region and then filling the removed region with an oxide pattern; Injecting a second conductivity type impurity at a concentration higher than the second conductivity type doping concentration contained in the wafer into the remaining epitaxial layer; Etching along the boundary between the remaining epitaxial layer and the oxide pattern to form a trench to expose the wafer; Lining the inner wall of the trench with an insulating film and filling the gate electrode material to form a gate electrode; And forming a first conductivity type floating region extending under the oxide pattern so as to contact the oxide pattern and extending to the bottom of the gate electrode by diffusing the impurities, the second extending from the lower portion of the floating region to the side. And forming a conductive type drift region.
상기 전력 반도체 소자의 제조방법에서, 상기 에피층 중의 일부 영역을 제거하는 단계는, 제거 후에 잔존하는 상기 에피층의 폭이 상기 제 2 영역의 폭과 동일하도록 상기 에피층 중의 일부 영역을 제거하는 단계를 포함하고, 상기 트렌치를 형성하는 단계는 상기 산화물 패턴의 일부를 식각하는 단계를 포함할 수 있다. In the method of manufacturing the power semiconductor device, removing a portion of the epi layer may include removing a portion of the epi layer so that the width of the epi layer remaining after the removal is the same as the width of the second region. And forming the trench may include etching a portion of the oxide pattern.
상기 전력 반도체 소자의 제조방법에서, 상기 에피층 중의 일부 영역을 제거하는 단계는, 제거 후에 잔존하는 상기 에피층의 폭이 상기 제 2 영역의 폭 보다 더 크도록 상기 에피층 중의 일부 영역을 제거하는 단계를 포함하고, 상기 트렌치를 형성하는 단계는 잔존하는 상기 에피층의 일부를 식각하는 단계를 포함할 수 있다.In the method of manufacturing the power semiconductor device, removing a portion of the epi layer may include removing a portion of the epi layer so that the width of the epi layer remaining after the removal is greater than the width of the second region. And forming the trench may include etching a portion of the remaining epitaxial layer.
상기한 바와 같이 이루어진 본 발명의 일 실시예에 따르면, 스위칭 시 정공이 플로팅 메사로 유입되는 공간을 제거함으로써 네거티브 커패시터의 생성을 억제하여 스위칭 안정성을 확보하고 쇼트서킷 강건성을 확보할 수 있는 전력 반도체 소자 및 그 제조방법을 구현할 수 있다. 물론 이러한 효과에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.According to one embodiment of the present invention made as described above, the power semiconductor device that can ensure the switching stability and short circuit robustness by suppressing the generation of the negative capacitor by removing the space in which holes are introduced into the floating mesa during switching And the manufacturing method can be implemented. Of course, the scope of the present invention is not limited by these effects.
도 1은 본 발명의 비교예에 따른 전력 반도체 소자의 셀 구조를 도해하는 단면도이다.
도 2는 본 발명의 비교예에 따른 전력 반도체 소자의 동작 과정에서 전자와 홀의 이동 경로를 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 비교예에 따른 전력 반도체 소자에서 스위칭 동작 불안정을 보여주는 측정 그래프이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 전력 반도체 소자의 셀 구조를 도해하는 단면도이다.
도 5a 내지 도 7e는 본 발명의 실시예에 따른 전력 반도체 소자를 제조하는 공정을 도해하는 도면들이다.1 is a cross-sectional view illustrating a cell structure of a power semiconductor device according to a comparative example of the present invention.
2 is a diagram illustrating a movement path of electrons and holes in an operation process of a power semiconductor device according to a comparative example of the present invention.
3 is a measurement graph showing switching operation instability in a power semiconductor device according to a comparative example of the present invention.
4 is a cross-sectional view illustrating a cell structure of a power semiconductor device according to an embodiment of the present invention.
5A to 7E are views illustrating a process of manufacturing a power semiconductor device according to an embodiment of the present invention.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있는 것으로, 이하의 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 또한 설명의 편의를 위하여 도면에서는 적어도 일부의 구성 요소들이 그 크기가 과장 또는 축소될 수 있다. 도면에서 동일한 부호는 동일한 요소를 지칭한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments disclosed below, but can be implemented in various forms, and the following embodiments are intended to complete the disclosure of the present invention, to those skilled in the art It is provided to inform you completely. In addition, in the drawings, at least some of the components may be exaggerated or reduced in size. Like numbers in the drawings refer to like elements.
본 명세서에서, 제 1 도전형 및 제 2 도전형은 서로 반대의 도전형을 가지 되 n형 및 p형 중 각각 어느 하나일 수 있다. 예를 들어, 제 1 도전형은 p형이고 제 2 도전형이 n형일 수 있으며, 첨부된 도면에서는 예시적으로 이러한 도전형 구성을 상정한다. 하지만, 본 발명의 기술적 사상이 이에 한정되는 것은 아니며, 다른 예를 들어, 제 1 도전형이 n형이고 제 2 도전형은 p형일 수도 있다. In the present specification, the first conductivity type and the second conductivity type may have opposite conductivity types, and may be either of n-type and p-type. For example, the first conductivity type may be p-type and the second conductivity type may be n-type, and the accompanying drawings exemplify such a conductivity type configuration. However, the technical idea of the present invention is not limited thereto. For example, the first conductivity type may be n type and the second conductivity type may be p type.
도 1은 본 발명의 비교예에 따른 전력 반도체 소자의 셀 구조를 도해하는 단면도이다. 1 is a cross-sectional view illustrating a cell structure of a power semiconductor device according to a comparative example of the present invention.
도 1을 참조하면, 본 발명의 비교예에 따른 전력 반도체 소자는 기판(1) 내에 서로 이격된 제 1 트렌치(20a) 및 제 2 트렌치(20b)에 각각 배치된 한 쌍의 게이트 전극(50a, 50b)을 포함한다. Referring to FIG. 1, a power semiconductor device according to a comparative example of the present invention includes a pair of
전력 반도체 소자는 기판(1) 내에서 제 1 트렌치(20a) 및 제 2 트렌치(20b) 사이에 배치된 제 1 도전형의 바디 영역(42)과 제 1 도전형의 바디 영역(42) 내에 제 1 트렌치(20a) 및 제 2 트렌치(20b)에 각각 인접하여 서로 이격 배치된 한 쌍의 제 2 도전형의 소스 영역(44a, 44b)을 포함한다. 제 1 도전형의 바디 영역(42) 내에 상대적으로 더 고농도인 제 1 도전형 불순물이 도핑된 영역(43)이 배치될 수 있다. The power semiconductor device is formed in the first conductive
본 발명의 비교예에 따른 전력 반도체 소자는 기판(1) 내에서 제 1 트렌치(20a)의 바닥면과 적어도 일측면 모두를 각각 둘러싸는 제 1 도전형의 플로팅 영역(30a)을 포함하고, 제 1 트렌치(20b)의 바닥면과 적어도 일측면 모두를 각각 둘러싸는 제 1 도전형의 플로팅 영역(30b)을 포함하되, 한 쌍의 제 1 도전형의 플로팅 영역(30a, 30b)은 기판(1) 내에서 서로 이격되어 배치된다. 기판(1)의 상면(1s)을 기준으로 플로팅 영역(30a, 30b)의 바닥면까지의 깊이는 제 1 트렌치(20a) 및 제 2 트렌치(20b)의 바닥면까지의 깊이보다 더 깊다. 즉, 제 1 도전형의 플로팅 영역(30a, 30b)의 도핑 최대깊이는 제 1 트렌치(20a) 및 제 2 트렌치(20b)의 깊이 보다 깊을 수 있다. The power semiconductor device according to the comparative example of the present invention includes a floating
본 발명의 비교예에 따른 전력 반도체 소자는 기판(1) 내에서 한 쌍의 제 1 도전형의 플로팅 영역(30a, 30b) 아래(12)로부터 한 쌍의 제 1 도전형의 플로팅 영역(30a, 30b) 사이(14)를 통과하여 제 1 도전형의 바디 영역(42)까지 이어지는, 제 2 도전형의 드리프트 영역(10)을 포함한다. 특히, 드리프트 영역(10)에서 한 쌍의 제 1 도전형의 플로팅 영역(30a, 30b) 사이의 제 2 도전형 도핑 농도는 한 쌍의 제 1 도전형의 플로팅 영역(30a, 30b) 아래의 제 2 도전형 도핑 농도 보다 상대적으로 더 높을 수 있다. In the power semiconductor device according to the comparative example of the present invention, a pair of the first conductive
한편, 제 1 도전형의 바디 영역(42)의 도핑 최대깊이는 제 1 트렌치(20a) 및 제 2 트렌치(20b)의 깊이 보다 얕으며, 제 1 도전형의 플로팅 영역(30a, 30b)의 도핑 최대깊이는 제 1 트렌치(20a) 및 제 2 트렌치(20b)의 깊이 보다 깊을 수 있다. 여기에서, 드리프트 영역(10)에서 한 쌍의 제 1 도전형의 플로팅 영역(30a, 30b) 사이 및 제 1 트렌치(20a)와 제 2 트렌치(20b) 사이의 제 2 도전형 도핑 농도는 한 쌍의 제 1 도전형의 플로팅 영역(30a, 30b) 아래의 제 2 도전형 도핑 농도 보다 상대적으로 더 높을 수 있다. Meanwhile, the maximum doping depth of the first conductive
기판(1)의 상부에는 게이트 전극(50a, 50b)과 전기적으로 연결된 도전성 패턴(64)과 소스 영역(44a, 44b) 및 바디 영역(42)과 전기적으로 연결된 도전성 패턴(68)을 형성한다. 도전성 패턴(64, 68)은 전극이나 콘택의 역할을 수행하며, 절연패턴(62, 66)이 개재되어 전기적으로 절연될 수 있다. 한편, 기판(1)의 하부에는 컬렉터 전극(72)가 배치되며, 도면에 도시하지는 않았으나, 컬렉터 전극(72)을 형성하기 전에 제 2 도전형의 버퍼층(buffer layer) 및/또는 제 1 도전형의 컬렉터층을 먼저 형성할 수 있다. A
도 2는 본 발명의 비교예에 따른 전력 반도체 소자(IGBT)의 동작 과정에서 전자와 홀의 이동 경로를 나타내는 도면이고, 도 3은 본 발명의 비교예에 따른 전력 반도체 소자에서 스위칭 동작 불안정을 보여주는 측정 그래프이다.2 is a diagram illustrating a path of movement of electrons and holes in an operation process of an IGBT according to a comparative example of the present invention, and FIG. 3 is a measurement showing switching instability in a power semiconductor element according to a comparative example of the present invention. It is a graph.
도 2를 참조하면, 액티브 단위 셀에는 전자가 흘러가는 메사 부분과 내압 형성을 위한 플로팅 영역이 존재한다. 도 2에서 상방향의 청색 실선 화살표는 정공의 흐름을 나타내며 하방향의 적색 점선 화살표는 전자의 흐름을 나타낸다. 상기 플로팅 영역은 불가피하게 전체 칩의 게이트-컬렉터 커패시터로 작용되며 이는 스위칭 특성에 영향을 미친다. 또한 턴 온 이후 전자가 주입되면 컬렉터에서 정공이 유입되면서 전류가 흐르게 되는데 이 때 정공은 메사 영역과 플로팅 영역을 모두 지나가며 이 홀들이 게이트 옥사이드 표면을 지나가면서 전계를 변화시키고 스위칭 시 네거티브 커패시터를 유발하는 요소가 된다. 이러한 네거티브 커패시터의 유발은 도 3의 Z처럼 스위칭 동작에서 불안정 요소가 된다. Referring to FIG. 2, a mesa portion through which electrons flow and a floating region for forming a breakdown voltage exist in the active unit cell. In FIG. 2, the upward blue solid line arrow indicates the flow of holes and the downward red dashed arrow indicates the flow of electrons. The floating region inevitably acts as a gate-collector capacitor of the entire chip, which affects the switching characteristics. In addition, when electrons are injected after turn-on, holes flow from the collector and current flows through the mesa region and the floating region, and these holes cross the gate oxide surface, changing the electric field and causing a negative capacitor when switching. To become an element. Induction of such a negative capacitor becomes an unstable element in switching operation as shown in Z of FIG. 3.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 전력 반도체 소자의 셀 구조를 도해하는 단면도이다.4 is a cross-sectional view illustrating a cell structure of a power semiconductor device according to an embodiment of the present invention.
도 4를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 전력 반도체 소자는 기판(1) 내에 배치된 트렌치 타입의 게이트 전극(50a, 50b); 상기 기판(1) 내에서 상기 게이트 전극(50a, 50b)의 일측에 배치된 제 1 도전형의 바디 영역(42); 상기 기판(1) 내에서 상기 게이트 전극(50a, 50b)의 타측에 배치된 산화물 패턴(35a, 35b); 상기 산화물 패턴(35a, 35b)과 맞닿도록 상기 산화물 패턴(35a, 35b) 하에 배치되면서 상기 게이트 전극(50a, 50b)의 바닥부까지 신장된 제 1 도전형의 플로팅 영역(30a, 30b); 상기 기판(1) 내에서 상기 플로팅 영역(30a, 30b) 아래에서 상기 바디 영역(42) 아래까지 이어지는 제 2 도전형의 드리프트 영역(10); 및 상기 기판(1) 하에 배치된 컬렉터 전극(72);을 포함한다. Referring to FIG. 4, the power semiconductor device according to the embodiment of the present invention includes trench
상기 제 2 도전형 및 상기 제 1 도전형은 서로 반대의 도전형을 가지되 n형 및 p형 중 각각 어느 하나일 수 있다.The second conductivity type and the first conductivity type may have opposite conductivity types, but may be any one of n-type and p-type.
게이트 전극(50a, 50b), 바디 영역(42), 산화물 패턴(35a, 35b), 플로팅 영역(30a, 30b) 및 드리프트 영역(10)은 액티브 셀 영역에 배치될 수 있다. The
산화물 패턴(35a, 35b)은 게이트 전극(50a, 50b)의 타측에 배치되되 산화물 패턴(35a, 35b)의 높이는 게이트 전극(50a, 50b)의 높이 보다 낮지 않을 수 있는 바, 예를 들어, 산화물 패턴(35a, 35b)의 높이는 게이트 전극(50a, 50b)의 높이와 대략 동일하거나 더 높을 수 있다. The
상기 전력 반도체 소자는 게이트 전극(50a, 50b)과 전기적으로 연결된 도전성 패턴(64)을 더 포함한다. 도전성 패턴(64)은 기판(1)의 상면 상에 배치된다. 산화물 패턴(35a, 35b)의 상면은 도전성 패턴(64)과 직접 맞닿고 산화물 패턴(35a, 35b)의 하면은 플로팅 영역(30a, 30b)과 직접 맞닿을 수 있다. The power semiconductor device further includes a
기판(1)은 웨이퍼 및 상기 웨이퍼 상에서 성장된 에피층을 포함하되, 플로팅 영역(30a, 30b)과 산화물 패턴(35a, 35b)의 경계 영역은 상기 웨이퍼와 상기 에피층의 경계면을 포함할 수 있다. The
상술한 구성을 가지는 전력 반도체 소자는 전력 반도체의 게이트-컬렉터 커패시터를 줄일 수 있다. 즉, 플로팅 메사에 산화물 패턴(35a, 35b)을 채워 게이트-컬렉터 커패시턴스의 양을 감소시킴은 물론 스위칭 시 정공이 플로팅 메사로 유입되는 공간을 제거함으로써 네거티브 커패시터의 생성을 억제할 수 있다. 게이트-컬렉터 커패시턴스의 감소로 칩 구동 전류가 감소하고 스위칭 속도를 높일 수 있다. 결국 네거티브 커패시터의 억제로 스위칭 안정성을 가져오고 쇼트서킷 강건상을 확보할 수 있다. The power semiconductor device having the above-described configuration can reduce the gate-collector capacitor of the power semiconductor. That is, by filling
다른 관점에서 상술한 구성을 가지는 전력 반도체 소자를 설명하면, 전력 반도체는 사용 및 개발 목적 상 고전압, 고전류를 사용하며 그에 상응하는 강건성을 보장해야 한다. 전력 반도체의 특성 중 강한 내압을 형성하기 위해서는 반도체 단면에서 수직 내압은 물론 수평으로도 강한 전계를 견뎌야 하며 수직 내압(액티브 셀)과 수평 내압(링 터미네이션)을 분리하는 절연부를 갖는다. 액티브 영역에는 전자가 흘러가는 메사(mesa) 부분과 게이트 보호 및 내압 형성을 하는 플로팅(floating) 부분이 있는데, 본 발명에서는 플로팅 부분에 발생하는 커패시터 성분을 최소화하는 설계 방법을 제공하고자 한다. Referring to the power semiconductor device having the above-described configuration from another viewpoint, the power semiconductor uses high voltage, high current for use and development purposes and must ensure the corresponding robustness. In order to form a strong withstand voltage characteristic of the power semiconductor, it must withstand a strong electric field not only in the vertical withstand voltage but also horizontally in the semiconductor cross-section, and has an insulating portion separating the vertical withstand voltage (active cell) and the horizontal withstand voltage (ring termination). In the active region, there are a mesa portion through which electrons flow and a floating portion for forming gate protection and breakdown voltage. The present invention provides a design method for minimizing a capacitor component generated in a floating portion.
전력 반도체 소자의 액티브 셀은 전자가 흐르는 메사(mesa) 부분과 플로팅 부분으로 구성되며 메사 부분은 채널이 켜지고 전자가 유입되어 컬렉터 쪽으로 흘러가는 부분이고, 플로팅 부분은 게이트 하부를 보호하고 내압을 형성하기 위해 아래쪽으로 깊게 형성된다. 나아가, 플로팅 부분은 내압 형성을 위한 도핑 영역을 제외한 게이트 안쪽 영역을 산화물 패턴(35a, 35b)으로 채워 절연시킨다. 이러한 산화물 패턴(35a, 35b)의 구성이 도 1에 도시된 본 발명의 비교예와 상이하다. The active cell of the power semiconductor device is composed of a mesa portion and a floating portion through which electrons flow, and the mesa portion is a portion where a channel is turned on and electrons flow into the collector, and the floating portion protects the lower portion of the gate and forms a breakdown voltage. Deeply downwards. Furthermore, the floating portion fills and insulates the gate inner region except for the doped region for forming breakdown voltage with
한편, 본 발명의 실시예에 따른 전력 반도체 소자에서, 제 1 도전형의 바디 영역(42)의 도핑 최대깊이는 게이트 전극(50a, 50b)의 깊이 보다 얕으며, 제 1 도전형의 플로팅 영역(30a, 30b)의 도핑 최대깊이는 게이트 전극(50a, 50b)의 깊이 보다 깊으며, 드리프트 영역(10) 중 플로팅 영역의 측부(14, 15)에서의 제 2 도전형 도핑 농도는 플로팅 영역의 하부(12)에서의 제 2 도전형 도핑 농도 보다 상대적으로 더 높도록 구성되어, 플로팅 영역(30a, 30b)의 바닥면 영역에서 최대 전기장이 형성될 수 있다. On the other hand, in the power semiconductor device according to the embodiment of the present invention, the maximum doping depth of the
즉, 한 쌍의 제 1 도전형 플로팅 영역(30a, 30b)의 사이(14)에 분포하는 제 2 도전형 도핑 농도는 제 1 도전형 플로팅 영역(30a, 30b)의 아래(12)에 분포하는 제 2 도전형 도핑 농도 보다 상대적으로 더 높으므로, 트렌치(20a, 20b) 사이의 이격거리가 좁아지더라도 베이스 전류 공급 경로가 형성되고 풍부한 베이스 전류를 공급하며, 플로팅 영역(30a, 30b)의 바닥면 영역에 최대 전기장이 형성되도록 플로팅 영역(30a, 30b)의 도핑 농도와 플로팅 영역(30a, 30b)의 사이(14)의 도핑 농도의 밸런스(Balance)를 형성하여 강건성을 강화할 수 있다. That is, the second conductivity type doping concentration distributed between the
즉, IGBT의 베이스 전류를 공급하는 방향의 MOSFET에서 트렌치 간의 이격 거리를 줄일 경우 플로팅 영역(30a, 30b)의 제 1 도전형 불순물이 확산되어 베이스 전류 경로가 제한되는 현상을 플로팅 영역(30a, 30b)의 사이(14)의 도핑 영역을 형성함으로써 개선할 수 있다. 또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 반도체 소자의 구성에 의하면, 동일한 트랜스 컨덕턴스를 가정할 때 더 좁을 이격 거리로 높은 셀 밀도를 형성하여 동일 총 전류에서 전류 밀도를 낮추고 국부적인 온도 상승을 완화하여 쇼트서킷 특성이 개선될 수 있다. That is, when the separation distance between the trenches is reduced in the MOSFET supplying the base current of the IGBT, the first conductive type impurities in the floating
이러한 원리로 IGBT 저항과 쇼트서킷 특성을 개선함과 동시에, 영역(14)의 제 2 도전형 불순물 농도(N1)과 플로팅 영역(30a, 30b)의 제 1 도전형 불순물 농도(P1)의 전하 총량을 조절하여 플로팅 영역(30a, 30b)의 바닥면 영역에 최대 전기장이 형성되도록 하여 강건성이 개선될 수 있다. This principle improves the IGBT resistance and the short circuit characteristics, and at the same time, the total charge of the second conductivity type impurity concentration N1 in the
그 밖의 다른 구성요소들에 대한 설명은 도 1을 참조한 본 발명의 비교예에서 이미 설명하였는 바, 중복된 설명은 생략한다. Since the description of other components has already been described in the comparative example of the present invention with reference to FIG. 1, duplicate description thereof will be omitted.
도 5a 내지 도 7e는 본 발명의 실시예에 따른 전력 반도체 소자를 제조하는 공정을 도해하는 도면들이다. 5A to 7E are views illustrating a process of manufacturing a power semiconductor device according to an embodiment of the present invention.
도 5a 및 도 5b를 참조하면, 웨이퍼(A) 상의 제 1 영역(I)에 제 1 도전형 불순물을 주입(P1 Implant)하고 웨이퍼(A)의 제 2 영역(II)에 웨이퍼(A)에 함유된 제 2 도전형 도핑 농도 보다 더 높은 농도의 제 2 도전형 불순물을 주입(N1 Implant)한다. 불순물을 주입하는 공정에서 웨이퍼(A) 상에 마스크 패턴(2, 3)을 이용할 수 있다. 후속 공정에서 열처리를 수행하면, 제 1 도전형 불순물이 주입(P1 Implant)된 웨이퍼(A) 상의 제 1 영역(I)은 도 4에 도시된 제 1 도전형의 플로팅 영역(30a, 30b)으로 대응되며, 제 2 도전형 불순물이 주입(N1 Implant)된 웨이퍼(A)의 제 2 영역(II)은 도 4에 도시된 한 쌍의 제 1 도전형 플로팅 영역(30a, 30b)의 사이의 영역(14)으로 대응된다. Referring to FIGS. 5A and 5B, a first conductivity type impurity is implanted into the first region I on the wafer A (P1 Implant) and the wafer A is formed in the second region II of the wafer A. FIG. A second conductivity type impurity of higher concentration than the second conductivity type doping concentration contained is implanted (N1 Implant). The
도 5c를 참조하면, 웨이퍼(A) 상에 에피층(B)을 형성한다. 기판(1)은 웨이퍼(A)와 웨이퍼 상에 에피택셜 성장된 에피층(B)을 포함하는 의미로 이해될 수 있다. 에피층(B)이 성장된 후에 에피층(B)의 상부면을 통하여 추가적으로 불순물을 주입하는 도핑 공정을 수행할 수도 있다. Referring to FIG. 5C, an epitaxial layer B is formed on the wafer A. FIG. The
계속하여, 후속의 제조방법은 제 1 방법(도 6a 내지 도 6d)과 제 2 방법(도 7a 내지 도 7e)으로 구분될 수 있다. Subsequently, subsequent manufacturing methods can be divided into a first method (FIGS. 6A-6D) and a second method (FIGS. 7A-7E).
먼저, 제 1 방법을 설명한다. 도 6a를 참조하면, 에피층(도 5c의 B) 중의 일부 영역을 제거하여 제 1 트렌치(T1)를 형성한다. 상기 제거하는 공정에서 제 1 폭(W1)을 가지는 마스크 패턴(PR1)을 이용할 수 있다. 제 1 폭(W1)은 제거 후에 잔존하는 에피층(도 6a의 B)의 폭이 상기 제 2 영역(도 5b의 II)의 폭과 동일하도록 조절될 수 있다. First, the first method will be described. Referring to FIG. 6A, a portion of the epi layer (B of FIG. 5C) is removed to form the first trenches T1. In the removing process, the mask pattern PR1 having the first width W1 may be used. The first width W1 may be adjusted such that the width of the epi layer (B of FIG. 6A) remaining after removal is equal to the width of the second region (II of FIG. 5B).
계속하여, 제거 후에 잔존하는 에피층(도 6a의 B)에 상기 웨이퍼에 함유된 제 2 도전형 도핑 농도 보다 더 높은 농도의 제 2 도전형 불순물을 주입할 수 있다. 후속 공정에서 열처리를 수행하면, 상기 제 2 도전형 불순물이 주입된 영역은 도 4에 도시된 영역(15)으로 대응될 수 있다. Subsequently, a second conductivity type impurity having a higher concentration than the second conductivity type doping concentration contained in the wafer may be injected into the epi layer (B of FIG. 6A) remaining after the removal. When the heat treatment is performed in a subsequent process, the region into which the second conductivity type impurity is implanted may correspond to the
도 6b를 참조하면, 에피층(도 5c의 B) 중의 일부 영역을 제거한 후 제거된 영역을 산화물 패턴(35a, 35b)으로 메운다. 계속하여, 산화물 패턴(35a, 35b)과 잔존하는 에피층(도 6b의 B) 상에 제 2 트렌치(T2)를 가지는 마스크 패턴(PR2)을 형성한다. 제 2 트렌치(T2)는 잔존하는 에피층(도 6b의 B)과 산화물 패턴(35a, 35b)의 경계가 노출되도록 형성되되, 바람직하게는, 산화물 패턴(35a, 35b)의 상면 일부가 노출되도록 구성된다. Referring to FIG. 6B, after removing a portion of the epi layer (B of FIG. 5C), the removed region is filled with
도 6c를 참조하면, 제 2 트렌치(T2)를 가지는 마스크 패턴(PR2)을 이용하여 잔존하는 에피층(도 6b의 B)과 산화물 패턴(35a, 35b)의 경계를 따라 산화물 패턴(35a, 35b)을 식각하여 상기 웨이퍼가 노출되는 제 3 트렌치(T3)를 형성한다. Referring to FIG. 6C,
도 6d를 참조하면, 마스크 패턴(PR2)을 제거한 후에 제 3 트렌치(T3)의 내벽을 절연막으로 라이닝하고 게이트 전극 물질(예를 들어, 폴리 실리콘)을 충전(filling)하여 게이트 전극(50a, 50b)을 형성한다. 계속하여, 기판(1)의 상부에 게이트 전극(50a, 50b)과 전기적으로 연결된 도전성 패턴(64)을 형성한다. Referring to FIG. 6D, after removing the mask pattern PR2, the inner wall of the third trench T3 is lined with an insulating film, and the gate electrode material (for example, polysilicon) is filled to fill the
한편, 앞에서 언급한 상기 불순물을 확산함으로써, 산화물 패턴(35a, 35b)과 맞닿도록 산화물 패턴(35a, 35b) 하에 배치되면서 게이트 전극(50a, 50b)의 바닥부까지 신장된 제 1 도전형의 제 1 도전형의 플로팅 영역(30a, 30b)을 형성하고, 제 1 도전형의 플로팅 영역(30a, 30b)의 하부에서 측부로 이어지는 제 2 도전형의 드리프트 영역(10)을 형성한다. On the other hand, by diffusing the above-mentioned impurities, the first conductivity type of the first conductive type extending under the oxide patterns (35a, 35b) to extend to the bottom of the gate electrode (50a, 50b) to contact the oxide patterns (35a, 35b) Floating
나아가, 기판(1) 내에서 제 1 트렌치(20a) 및 제 2 트렌치(20b) 사이에 배치된 제 1 도전형의 바디 영역(42)과 제 1 도전형의 바디 영역(42) 내에 제 1 트렌치(20a) 및 제 2 트렌치(20b)에 각각 인접하여 서로 이격 배치된 한 쌍의 제 2 도전형의 소스 영역(44a,44b)을 형성함으로써 도 4에 도시된 전력 반도체 소자를 구현할 수 있다. Furthermore, the first trenches in the first
상술한 제 1 방법과 달리, 도 5c에 이어서, 제 2 방법을 설명한다. Unlike the first method described above, the second method will be described next to FIG. 5C.
도 7a를 참조하면, 에피층(도 5c의 B) 중의 일부 영역을 제거하여 제 4 트렌치(T4)를 형성한다. 상기 제거하는 공정에서 제 2 폭(W2)을 가지는 마스크 패턴(PR3)을 이용할 수 있다. 제 2 폭(W2)은 제거 후에 잔존하는 에피층(도 7a의 B)의 폭이 상기 제 2 영역(도 5b의 II)의 폭 보다 크도록 조절될 수 있다. Referring to FIG. 7A, a portion of the epi layer (B of FIG. 5C) is removed to form the fourth trench T4. In the removing process, the mask pattern PR3 having the second width W2 may be used. The second width W2 may be adjusted such that the width of the epi layer (B of FIG. 7A) remaining after removal is greater than the width of the second region (II of FIG. 5B).
계속하여, 제거 후에 잔존하는 에피층(도 7a의 B)에 상기 웨이퍼에 함유된 제 2 도전형 도핑 농도 보다 더 높은 농도의 제 2 도전형 불순물을 주입할 수 있다. 후속 공정에서 열처리를 수행하면, 상기 제 2 도전형 불순물이 주입된 영역은 도 4에 도시된 영역(15)으로 대응될 수 있다. Subsequently, a second conductivity type impurity having a higher concentration than the second conductivity type doping concentration contained in the wafer may be injected into the epi layer (B of FIG. 7A) remaining after the removal. When the heat treatment is performed in a subsequent process, the region into which the second conductivity type impurity is implanted may correspond to the
도 7b를 참조하면, 에피층(도 5c의 B) 중의 일부 영역을 제거한 후 제거된 영역을 산화물 패턴(35a, 35b)으로 메운다. 계속하여, 산화물 패턴(35a, 35b)을 덮는 질화막(61)과 잔존하는 에피층(도 7a의 B)을 덮는 마스크 패턴(PR4)을 형성한다.Referring to FIG. 7B, after removing a portion of the epi layer (B of FIG. 5C), the removed region is filled with
도 7c를 참조하면, 잔존하는 에피층(도 7c의 B) 상에 제 5 트렌치(T5)를 가지는 마스크 패턴(PR4)을 형성한다. 제 5 트렌치(T5)는 잔존하는 에피층(도 7c의 B)과 산화물 패턴(35a, 35b)의 경계가 노출되도록 형성되되, 바람직하게는, 잔존하는 에피층(도 7c의 B)의 상면 일부가 노출되도록 구성된다. Referring to FIG. 7C, a mask pattern PR4 having a fifth trench T5 is formed on the remaining epitaxial layer (B of FIG. 7C). The fifth trench T5 is formed such that the boundary between the remaining epitaxial layer (B of FIG. 7C) and the
도 7d를 참조하면, 제 5 트렌치(T5)를 가지는 마스크 패턴(PR4)을 이용하여 잔존하는 에피층(도 7c의 B)과 산화물 패턴(35a, 35b)의 경계를 따라 에피층(도 7c의 B)을 식각하여 상기 웨이퍼가 노출되는 제 6 트렌치(T6)를 형성한다. Referring to FIG. 7D, the epi layer (B of FIG. 7C) and the epitaxial layer (B of FIG. 7C) remaining along with the remaining epi layer (B of FIG. 7C) using the mask pattern PR4 having the fifth trench T5 may be formed. B) is etched to form a sixth trench T6 through which the wafer is exposed.
도 7e를 참조하면, 마스크 패턴(PR4)을 제거한 후에 제 6 트렌치(T6)의 내벽을 절연막으로 라이닝하고 게이트 전극 물질을 충전(filling)하여 게이트 전극(50a, 50b)을 형성한다. 계속하여, 기판(1)의 상부에 게이트 전극(50a, 50b)과 전기적으로 연결된 도전성 패턴(64)을 형성한다. Referring to FIG. 7E, after removing the mask pattern PR4, the inner walls of the sixth trenches T6 are lined with an insulating film, and the gate electrode materials are filled to form the
한편, 앞에서 언급한 상기 불순물을 확산함으로써, 산화물 패턴(35a, 35b)과 맞닿도록 산화물 패턴(35a, 35b) 하에 배치되면서 게이트 전극(50a, 50b)의 바닥부까지 신장된 제 1 도전형의 제 1 도전형의 플로팅 영역(30a, 30b)을 형성하고, 제 1 도전형의 플로팅 영역(30a, 30b)의 하부에서 측부로 이어지는 제 2 도전형의 드리프트 영역(10)을 형성한다. On the other hand, by diffusing the above-mentioned impurities, the first conductivity type of the first conductive type extending under the oxide patterns (35a, 35b) to extend to the bottom of the gate electrode (50a, 50b) to contact the oxide patterns (35a, 35b) Floating
나아가, 기판(1) 내에서 제 1 트렌치(20a) 및 제 2 트렌치(20b) 사이에 배치된 제 1 도전형의 바디 영역(42)과 제 1 도전형의 바디 영역(42) 내에 제 1 트렌치(20a) 및 제 2 트렌치(20b)에 각각 인접하여 서로 이격 배치된 한 쌍의 제 2 도전형의 소스 영역(44a,44b)을 형성함으로써 도 4에 도시된 전력 반도체 소자를 구현할 수 있다. Furthermore, the first trenches in the first
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.Although the present invention has been described with reference to the embodiments shown in the drawings, this is merely exemplary, and those skilled in the art will understand that various modifications and equivalent other embodiments are possible. Therefore, the true technical protection scope of the present invention will be defined by the technical spirit of the appended claims.
1: 기판
10 : 드리프트 영역
20a, 20b : 트렌치
30a, 30b : 플로팅 영역
35a, 35b : 산화물 패턴
42 : 바디 영역
44 : 소스 영역
50a, 50b : 게이트 전극1: substrate
10: drift region
20a, 20b: trench
30a, 30b: floating area
35a, 35b: oxide pattern
42: body area
44: source region
50a, 50b: gate electrode
Claims (10)
상기 기판 내에서 상기 게이트 전극의 일측에 배치된 제 1 도전형의 바디 영역;
상기 기판 내에서 상기 게이트 전극의 타측에 직접 맞닿아 배치된 산화물 패턴;
상기 산화물 패턴과 맞닿도록 상기 산화물 패턴 하에 배치되면서 상기 게이트 전극의 바닥부까지 신장된 제 1 도전형의 플로팅 영역;
상기 기판 내에서 상기 플로팅 영역 아래에서 상기 바디 영역 아래까지 이어지는, 제 2 도전형의 드리프트 영역;
상기 게이트 전극과 전기적으로 연결된 도전성 패턴; 및
상기 기판 하에 배치된 컬렉터 전극;을 포함하며,
상기 산화물 패턴의 상면은 상기 도전성 패턴과 직접 맞닿고 상기 산화물 패턴의 하면은 상기 플로팅 영역과 직접 맞닿는 것을 특징으로 하는,
전력 반도체 소자.A trench type gate electrode disposed in the substrate;
A body region of a first conductivity type disposed on one side of the gate electrode in the substrate;
An oxide pattern disposed directly in contact with the other side of the gate electrode in the substrate;
A floating region of a first conductivity type disposed under the oxide pattern to be in contact with the oxide pattern and extending to the bottom of the gate electrode;
A drift region of a second conductivity type in the substrate, extending from below the floating region to below the body region;
A conductive pattern electrically connected to the gate electrode; And
And a collector electrode disposed under the substrate.
The upper surface of the oxide pattern is in direct contact with the conductive pattern and the lower surface of the oxide pattern is in direct contact with the floating region,
Power semiconductor devices.
상기 게이트 전극, 상기 바디 영역, 상기 산화물 패턴, 상기 플로팅 영역 및 상기 드리프트 영역은 액티브 셀 영역에 배치된 것을 특징으로 하는,
전력 반도체 소자.In claim 1,
The gate electrode, the body region, the oxide pattern, the floating region, and the drift region are disposed in an active cell region.
Power semiconductor devices.
상기 산화물 패턴의 높이는 상기 게이트 전극의 높이와 동일한 것을 특징으로 하는,
전력 반도체 소자.In claim 1,
The height of the oxide pattern is characterized in that the same as the height of the gate electrode,
Power semiconductor devices.
상기 제 1 도전형의 바디 영역의 도핑 최대깊이는 상기 게이트 전극의 깊이 보다 얕으며, 상기 제 1 도전형의 플로팅 영역의 도핑 최대깊이는 상기 게이트 전극의 깊이 보다 깊으며, 상기 드리프트 영역 중 상기 플로팅 영역의 측부에서의 제 2 도전형 도핑 농도는 상기 플로팅 영역의 하부에서의 제 2 도전형 도핑 농도 보다 상대적으로 더 높도록 구성되어, 상기 플로팅 영역의 바닥면 영역에서 최대 전기장이 형성될 수 있는 것을 특징으로 하는,
전력 반도체 소자.The method of claim 1,
The maximum doping depth of the body region of the first conductivity type is shallower than the depth of the gate electrode, the maximum depth of doping of the floating region of the first conductivity type is deeper than the depth of the gate electrode, the floating of the drift region The second conductivity type doping concentration at the side of the region is configured to be relatively higher than the second conductivity type doping concentration at the bottom of the floating region, such that a maximum electric field can be formed in the bottom region of the floating region. Characterized by
Power semiconductor devices.
상기 기판은 웨이퍼 및 상기 웨이퍼 상에서 성장된 에피층을 포함하되, 상기 플로팅 영역과 상기 산화물 패턴의 경계 영역은 상기 웨이퍼와 상기 에피층의 경계면을 포함하는, 전력 반도체 소자.The method of claim 1,
And the substrate includes a wafer and an epitaxial layer grown on the wafer, wherein a boundary region of the floating region and the oxide pattern includes an interface of the wafer and the epilayer.
상기 제 2 도전형 및 상기 제 1 도전형은 서로 반대의 도전형을 가지되 n형 및 p형 중 각각 어느 하나인, 전력 반도체 소자.The method according to any one of claims 1 to 3,
The second conductive type and the first conductive type has a conductive type opposite to each other, each of the n-type and p-type, the power semiconductor device.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020180028003A KR102019852B1 (en) | 2018-03-09 | 2018-03-09 | Power semiconductor device and method of fabricating the same |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020180028003A KR102019852B1 (en) | 2018-03-09 | 2018-03-09 | Power semiconductor device and method of fabricating the same |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
KR102019852B1 true KR102019852B1 (en) | 2019-09-09 |
Family
ID=67951576
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
KR1020180028003A KR102019852B1 (en) | 2018-03-09 | 2018-03-09 | Power semiconductor device and method of fabricating the same |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
KR (1) | KR102019852B1 (en) |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20100078756A1 (en) * | 2008-09-30 | 2010-04-01 | Infineon Technologies Ag | Semiconductor device with semiconductor body and method for the production of a semiconductor device |
JP2017174923A (en) * | 2016-03-23 | 2017-09-28 | ルネサスエレクトロニクス株式会社 | Semiconductor device |
KR20170143390A (en) * | 2016-06-21 | 2017-12-29 | 현대오트론 주식회사 | Power semiconductor device and method of fabricating the same |
-
2018
- 2018-03-09 KR KR1020180028003A patent/KR102019852B1/en active IP Right Grant
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20100078756A1 (en) * | 2008-09-30 | 2010-04-01 | Infineon Technologies Ag | Semiconductor device with semiconductor body and method for the production of a semiconductor device |
JP2017174923A (en) * | 2016-03-23 | 2017-09-28 | ルネサスエレクトロニクス株式会社 | Semiconductor device |
KR20170143390A (en) * | 2016-06-21 | 2017-12-29 | 현대오트론 주식회사 | Power semiconductor device and method of fabricating the same |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP7182594B2 (en) | Power semiconductor device with gate trench and buried termination structure and related method | |
JP6676988B2 (en) | Semiconductor device | |
WO2017038389A1 (en) | Semiconductor device | |
JPWO2014168171A1 (en) | Semiconductor device and manufacturing method of semiconductor device | |
JP2009218543A (en) | Semiconductor device | |
US9899377B2 (en) | Insulated gate semiconductor device with soft switching behavior | |
JP2012089822A (en) | Semiconductor device | |
TW201944494A (en) | Enhancements to cell layout and fabrication techniques for MOS-gated devices | |
JP2022160610A (en) | Semiconductor device | |
JP6869791B2 (en) | Semiconductor switching elements and their manufacturing methods | |
KR102042832B1 (en) | Power semiconductor device and method of fabricating the same | |
KR101870807B1 (en) | Power semiconductor device and method of fabricating the same | |
KR20150061201A (en) | Power semiconductor device and method of fabricating the same | |
KR102019852B1 (en) | Power semiconductor device and method of fabricating the same | |
KR102042834B1 (en) | Power semiconductor device and method of fabricating the same | |
KR101907460B1 (en) | Power semiconductor device and method of fabricating the same | |
CN107464834B (en) | Power semiconductor device and method for manufacturing the same | |
KR101870826B1 (en) | Power semiconductor device and method of fabricating the same | |
KR102042833B1 (en) | Power semiconductor device and method of fabricating the same | |
KR101870823B1 (en) | Power semiconductor device and method of fabricating the same | |
JP7016437B2 (en) | Semiconductor switching elements and their manufacturing methods | |
KR102437047B1 (en) | Power semiconductor device and power semiconductor chip | |
KR102100858B1 (en) | Power semiconductor device | |
KR102019851B1 (en) | Power semiconductor device and method of fabricating the same | |
KR101870824B1 (en) | Power semiconductor device and method of fabricating the same |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
GRNT | Written decision to grant |