KR102087944B1 - Power Semiconductor Device - Google Patents
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Abstract
실시예의 전력 반도체 소자는, 기판과, 기판 위에 배치된 에피층과, 에피층 위에 배치된 패시베이션층과, 패시베이션층을 관통하면서 에피층 위에 배치된 게이트 전극과, 게이트 전극의 상부와 측부 상에 배치된 게이트 금속층 및 게이트 금속층으로부터 이격되어 에피층 위에 배치된 콘택 전극을 포함한다.The power semiconductor device of the embodiment includes a substrate, an epi layer disposed on the substrate, a passivation layer disposed on the epi layer, a gate electrode disposed on the epi layer while passing through the passivation layer, and a top and side portions of the gate electrode. And a contact electrode spaced apart from the gate metal layer and over the epitaxial layer.
Description
실시예는 전력 반도체 소자에 관한 것이다.Embodiments relate to a power semiconductor device.
넓은 에너지 밴드갭(bandgap) 특성을 가진 질화 갈륨(GaN) 물질은 우수한 순방향 특성, 높은 항복 전압(break down voltage), 낮은 진성 캐리어 밀도 등 전력용 스위치 같은 전력 반도체 소자 분야에 적합한 특성을 갖는다.Gallium nitride (GaN) materials with wide energy bandgap properties are suitable for power semiconductor device applications such as power switches such as excellent forward characteristics, high break down voltage and low intrinsic carrier density.
전력 반도체 소자로서, 쇼트키 장벽 다이오드(Schottky barrier diode), 금속 반도체 전계 효과 트랜지스터(metal semiconductor field effect transistor), 고전자 이동도 트랜지스터(HEMT:High Electron Mobility Transistor) 등이 있다.Examples of power semiconductor devices include Schottky barrier diodes, metal semiconductor field effect transistors, and high electron mobility transistors (HEMTs).
이러한 전력 반도체 소자의 경우 게이트 전극의 저항이 높아 많은 구동 에너지가 필요하고 턴 온(turn-on)과 턴 오프(turn-off) 간의 상태 전환에 지연 시간이 발생하며 누설 전류로 인하여 항복 전압이 낮아지는 문제점이 있다.In the case of such a power semiconductor device, a high resistance of the gate electrode requires a large amount of driving energy, a delay time occurs in a state transition between turn-on and turn-off, and a breakdown voltage is low due to leakage current. There is a problem losing.
실시예는 누설 전류가 감소되어 높은 항복 전압을 가질 뿐만 아니라 스위칭 지연 시간이 줄어든 전력 반도체 소자를 제공한다.Embodiments provide a power semiconductor device in which leakage current is reduced to not only have a high breakdown voltage but also a switching delay time.
실시예에 의한 전력 반도체 소자는, 기판; 상기 기판 위에 배치된 에피층; 상기 에피층 위에 배치된 패시베이션층; 상기 패시베이션층을 관통하면서 상기 에피층 위에 배치된 게이트 전극; 상기 게이트 전극의 상부와 측부 상에 배치된 게이트 금속층; 및 상기 게이트 금속층으로부터 이격되어 상기 에피층 위에 배치된 콘택 전극을 포함한다.The power semiconductor device according to the embodiment includes a substrate; An epitaxial layer disposed on the substrate; A passivation layer disposed on the epitaxial layer; A gate electrode disposed on the epitaxial layer while passing through the passivation layer; A gate metal layer disposed on top and sides of the gate electrode; And a contact electrode spaced apart from the gate metal layer and disposed on the epitaxial layer.
상기 전력 반도체 소자는, 상기 게이트 전극과 상기 에피층의 사이와, 상기 게이트 전극과 상기 패시베이션층의 사이와, 상기 게이트 금속층과 상기 패시베이션층의 사이에 배치된 게이트 절연층을 더 포함할 수 있다.The power semiconductor device may further include a gate insulating layer disposed between the gate electrode and the epi layer, between the gate electrode and the passivation layer, and between the gate metal layer and the passivation layer.
상기 게이트 전극은 상기 패시베이션층을 제1 방향으로 관통하는 게이트 관통부; 및 상기 게이트 관통부로부터 상기 제1 방향과 다른 제2 방향으로 연장되어 상기 패시베이션층 위에 배치된 게이트 날개부를 포함한다.The gate electrode may include a gate penetrating portion penetrating the passivation layer in a first direction; And a gate wing extending from the gate through portion in a second direction different from the first direction and disposed on the passivation layer.
상기 게이트 절연층은 상기 게이트 관통부의 저면과 상기 에피층의 상면 사이와, 상기 게이트 날개부의 저면과 상기 패시베이션층의 상면 사이와, 상기 게이트 관통부의 측면과 패시베이션층 사이에 각각 배치될 수 있다.The gate insulating layer may be disposed between the bottom surface of the gate through portion and the top surface of the epi layer, between the bottom surface of the gate wing portion and the top surface of the passivation layer, and between the side surface and the passivation layer of the gate through portion.
상기 콘택 전극은 상기 패시베이션층을 관통하여 상기 에피층과 접하는 콘택 관통부; 및 상기 콘택 관통부로부터 연장되어 상기 패시베이션층 위에 배치된 콘택 날개부를 포함한다.The contact electrode penetrating the passivation layer and contacting the epi layer; And a contact wing extending from the contact through portion and disposed on the passivation layer.
상기 콘택 날개부의 저면은 상기 패시베이션층의 상면 또는 상기 게이트 절연층의 상면과 직접 접한다.The bottom surface of the contact wing may directly contact the top surface of the passivation layer or the top surface of the gate insulating layer.
상기 전력 반도체 소자는 상기 게이트 금속층의 상부와 측부는 감싸면서 배치된 중간 절연층; 및 상기 중간 절연층을 관통하여 상기 콘택 전극과 전기적으로 연결된 콘택 패드를 더 포함한다.The power semiconductor device may include an intermediate insulating layer disposed to cover upper and side portions of the gate metal layer; And a contact pad penetrating the intermediate insulating layer and electrically connected to the contact electrode.
상기 게이트 금속층과 상기 콘택 전극은 동일한 물질을 포함할 수 있다. The gate metal layer and the contact electrode may include the same material.
상기 게이트 금속층은 TiN의 저항보다 낮은 저항을 갖는 물질을 포함할 수 있다.The gate metal layer may include a material having a resistance lower than that of TiN.
상기 게이트 금속층은 알루미늄(Al), 티타늄(Ti), 크롬(Cr), 니켈(Ni), 구리(Cu), 금(Au) 중 적어도 하나를 단층 또는 다층 구조로 포함할 수 있다.The gate metal layer may include at least one of aluminum (Al), titanium (Ti), chromium (Cr), nickel (Ni), copper (Cu), and gold (Au) in a single layer or a multilayer structure.
상기 게이트 금속층의 두께는 상기 콘택 전극의 두께와 동일할 수 있다. 예를 들어, 상기 게이트 금속층의 두께는 2000 Å 내지 4000 Å일 수 있다.The thickness of the gate metal layer may be the same as the thickness of the contact electrode. For example, the gate metal layer may have a thickness of 2000 kPa to 4000 kPa.
실시예에 따른 전력 반도체 소자는 TiN보다 낮은 저항을 갖는 게이트 금속층이 게이트 전극 위에 배치됨으로 인해, 비저항이 감소하고 단면적이 증가하여 저항이 감소하기 때문에 전력 반도체 소자의 구동시에 요구되는 에너지가 감소하고 턴 오프와 턴 온 간의 상태 전환에 따른 스위칭 지연 시간이 줄어들며 게이트 전극을 보호하는 중간 절연층이 존재하지 않으므로 누설 전류의 특성이 개선되어 600 볼트 정도의 높은 항복 전압을 가질 수 있고 제조 공정이 간단하며 제조 원가가 절감될 수 있다.In the power semiconductor device according to the embodiment, because the gate metal layer having a lower resistance than TiN is disposed on the gate electrode, the specific resistance decreases and the cross-sectional area increases to decrease the resistance, so that the energy required for driving the power semiconductor device decreases and is turned. The switching delay time due to the state transition between off and turn-on is reduced, and the absence of an intermediate insulating layer protecting the gate electrode improves the characteristics of the leakage current, which can result in breakdown voltage as high as 600 volts, the manufacturing process is simple, and the manufacturing process Cost can be reduced.
도 1은 실시예에 의한 전력 반도체 소자의 단면도를 나타낸다.
도 2는 도 1에 도시된 에피층의 실시예에 의한 단면도를 나타낸다.
도 3은 도 1에 예시된 게이트 금속층의 실시예에 의한 단면도를 나타낸다.
도 4a 내지 도 4m은 실시예에 의한 전력 반도체 소자의 제조 방법을 설명하기 위한 공정 단면도들이다.
도 5a 내지 도 5d는 다른 실시예의 전력 반도체 소자의 공정 단면도를 나타낸다.
도 6은 전력 반도체 소자가 제1 중간 절연층을 포함하는 경우와 그렇지 않은 경우에 누설 전류를 나타내는 그래프이다.1 is a sectional view of a power semiconductor device according to an embodiment.
2 is a cross-sectional view according to an embodiment of the epi layer shown in FIG. 1.
3 illustrates a cross-sectional view of an embodiment of the gate metal layer illustrated in FIG. 1.
4A to 4M are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing the power semiconductor device according to the embodiment.
5A to 5D show cross-sectional views of a power semiconductor device of another embodiment.
6 is a graph showing the leakage current when the power semiconductor element includes the first intermediate insulating layer and when it is not.
이하, 본 발명을 구체적으로 설명하기 위해 실시예를 들어 설명하고, 발명에 대한 이해를 돕기 위해 첨부도면을 참조하여 상세하게 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명에 따른 실시예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상술하는 실시예들에 한정되는 것으로 해석되지 않아야 한다. 본 발명의 실시예들은 당 업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to examples, and detailed description will be made with reference to the accompanying drawings to help understanding of the present invention. However, embodiments according to the present invention may be modified in many different forms, and the scope of the present invention should not be construed as being limited to the embodiments described below. Embodiments of the present invention are provided to more completely explain the present invention to those skilled in the art.
본 실시예의 설명에 있어서, 각 구성요소(element)의 "상(위) 또는 하(아래)(on or under)"에 형성되는 것으로 기재되는 경우에 있어, 상(위) 또는 하(아래)(on or under)는 두 개의 구성요소(element)가 서로 직접(directly)접촉되거나 하나 이상의 다른 구성요소(element)가 상기 두 구성요소(element) 사이에 배치되어(indirectly) 형성되는 것을 모두 포함한다.In the description of the present embodiment, when described as being formed on "on or under" of each element, the above (up) or below (down) ( on or under includes both that two elements are in direct contact with one another or one or more other elements are formed indirectly between the two elements.
또한 "상(위)" 또는 "하(아래)(on or under)"로 표현되는 경우 하나의 구성요소(element)를 기준으로 위쪽 방향뿐만 아니라 아래쪽 방향의 의미도 포함할 수 있다.In addition, when expressed as "up" or "on (under)", it may include the meaning of the downward direction as well as the upward direction based on one element.
또한, 이하에서 이용되는 "제1" 및 "제2," "상부" 및 "하부" 등과 같은 관계적 용어들은, 그런 실체 또는 요소들 간의 어떠한 물리적 또는 논리적 관계 또는 순서를 반드시 요구하거나 내포하지는 않으면서, 어느 한 실체 또는 요소를 다른 실체 또는 요소와 구별하기 위해서만 이용될 수도 있다.Furthermore, the relational terms used below, such as "first" and "second," "upper" and "lower" and the like, do not necessarily require or imply any physical or logical relationship or order between such entities or elements. It may be used only to distinguish one entity or element from another entity or element.
도 1은 실시예에 의한 전력 반도체 소자의 단면도를 나타낸다.1 is a sectional view of a power semiconductor device according to an embodiment.
도 1에 예시된 전력 반도체 소자는 기판(110), 에피(epi)층(120), 패시베이션(passivation)층(130), 중간 절연층(140), 콘택 패드(contact pad)(152, 154), 콘택 전극(160, 180), 게이트 전극(170) 및 게이트 금속층(172)을 포함한다.The power semiconductor device illustrated in FIG. 1 includes a
기판(110)은 실리콘 기판, 실리콘 카바이드 기판, GaN 기판 또는 사파이어 기판일 수 있으나, 실시 예는 기판(110)의 종류에 국한되지 않는다.The
또한, 기판(110)은 소자 분리 영역(IA:Isolation Area)과 활성 영역(AA:Active Area)으로 구분되어 정의될 수 있다. 기판(110)의 활성 영역(AA)은 에피층(120)이 배치되는 영역이고, 소자 분리 영역(IA)은 인접하는 전력 반도체 소자를 서로 전기적으로 분리시키는 영역이다.In addition, the
에피층(120)은 기판(110) 위에 배치된다. 도 1의 경우, 에피층(120)이 기판(110)의 활성 영역(AA)에만 배치되고 소자 분리 영역(IA)에는 배치되지 않은 것으로 도시되어 있지만, 실시예는 이에 국한되지 않는다. 예를 들면, 도 1에 예시된 바와 달리, 에피층(120)은 소자 분리 영역(IA)과 활성 영역(AA)에 모두 배치될 수도 있다. 이 경우, 인접하는 전력 반도체 소자를 서로 전기적으로 분리시키기 위해, 소자 분리 영역(IA)에 배치된 에피층(120)에는 불순물이 도핑될 수 있다.The
도 2는 도 1에 도시된 에피층(120)의 실시예에 의한 단면도를 나타낸다.2 is a cross-sectional view according to an embodiment of the
도 1 및 도 2를 참조하면, 활성 영역(AA)에서 기판(110) 위에 배치된 에피층(120)은 전이층(122), 버퍼(buffer)층(또는, 제1 질화물 반도체층)(124) 및 배리어(barrier)층(또는, 제2 질화물 반도체층)(126)을 포함한다.1 and 2, the
버퍼층(124)은 기판(110) 위에 배치된다. 버퍼층(124)은 언도프된(undoped) 반도체층일 수 있다. 버퍼층(124)은 반도체 화합물로 형성될 수 있다. 3족-5족 또는 2족-6족 등의 화합물 반도체로 구현될 수 있다. 예를 들어, AlxInyGa(1-x-y)N (0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 조성식을 갖는 반도체 물질을 포함할 수 있다. 버퍼층(124)은 GaN, InN, AlN, InGaN, AlGaN, InAlGaN, AlInN, AlGaAs, InGaAs, AlInGaAs, GaP, AlGaP, InGaP, AlInGaP, InP 중 어느 하나 이상으로 형성될 수 있으나 이에 국한되지 않는다.The
채널층(124A)은 배리어층(126)에 인접하여 버퍼층(124)의 상부에 형성될 수 있다. 즉, 채널층(124A)은 배리어층(126)과 버퍼층(124)의 경계면 아래의 버퍼층(124) 상부에 배치된다.The
또한, 기판(110)과 버퍼층(124) 사이에 전이층(122)이 더 배치될 수도 있다. 전이층(122)은 질화알루미늄(AlN), 질화알루미늄갈륨(AlGaN) 등을 포함할 수 있으나, 실시 예는 이에 국한되지 않으며 전이층(122)은 생략될 수도 있다.In addition, the
배리어층(126)은 버퍼층(124) 위에 배치된다. 배리어층(126)은 채널층(124A)의 형성에 도움을 주기 위해 배치되는 층으로서, 밴드 갭 에너지를 휘게 하는 역할을 한다. 배리어층(126)은 채널층(124A)보다 밴드 폭이 큰 층으로써, 층 전체에서 균일한 분극밀도를 가질 수 있으며, 배리어층(126)과 버퍼층(124)의 상이한 밴드갭(band gap) 에너지를 갖는 이종 접합에 의하여 채널층(124A)에 2차원 전자가스(2DEG:2-Dimensional Electron Gas)가 발생되도록 할 수 있다.The
예를 들어, 배리어층(126)은 3족-5족 또는 2족-6족 등의 화합물 반도체로 구현될 수 있다. 예를 들어, AlxInyGa(1-x-y)N (0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 조성식을 갖는 반도체 물질을 포함할 수 있다. 배리어층(126)은 GaN, InN, AlN, InGaN, AlGaN, InAlGaN, AlInN, AlGaAs, InGaAs, AlInGaAs, GaP, AlGaP, InGaP, AlInGaP, InP 중 어느 하나 이상으로 형성될 수 있다.For example, the
배리어층(126)의 두께는 20 ㎚ 이하일 수 있지만, 실시 예는 이러한 배리어층(126)의 두께에 국한되지 않는다.The thickness of the
패시베이션층(130)은 에피층(120) 상부에 배치된다. 도 1의 경우, 패시베이션층(130)은 에피층(120)의 상부뿐만 아니라 측부를 감싸며 소자 분리 영역(IA)의 기판(110) 위에도 배치된 것으로 도시되어 있지만, 실시예는 이에 국한되지 않는다. 예를 들면, 도 1에 도시된 바와 달리, 패시베이션층(130)은 에피층(120)의 측부에는 배치되지 않고 에피층(120)의 상부에만 배치될 수도 있다.The
패시베이션층(130)은 일종의 식각 방지층으로서 게이트 전극(170)과 소스 콘택(160) 및 드레인 콘택(180)을 금속 에칭법에 의해 형성하는 과정에서 에피층(120)이 식각되는 것을 방지(또는, 보호)하는 역할을 한다. 패시베이션층(130)은 SiNx, MgO, Sc2O3, SiO2, SOG 또는 SOD 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.The
한편, 게이트 전극(170)은 패시베이션층(130)을 관통하면서 에피층(120) 위에 배치된다. 실시예에 의하면, 게이트 전극(170)은 게이트 관통부(170-1) 및 게이트 날개부(170-2, 170-3)를 포함할 수 있다. 게이트 관통부(170-1)는 패시베이션층(130)을 제1 방향으로 관통할 수 있다. 게이트 날개부(170-2, 170-3)는 게이트 관통부(170-1)로부터 제1 방향과 다른 제2 방향으로 연장되어 패시베이션층(130) 위에 배치될 수 있다. 여기서, 제1 방향은 x축 방향이고 제2 방향은 y축 방향으로서 서로 직각일 수 있지만 실시예는 이에 국한되지 않는다.Meanwhile, the
게이트 전극(170)은 금속 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 게이트 전극(170)은 내화 금속(refractory metal) 또는 이러한 내화 금속의 혼합물일 수 있다. 또는, 게이트 전극(170)은 Ta(Tantalum), TaN(Tantalum Nitride), TiN(Titanium Nitride), Pd(Palladium), W(tungsten) 또는 WSi2(Tungstem silicide) 중 적어도 하나의 물질을 포함할 수 있다.The
실시예에 의하면, 게이트 금속층(172)은 게이트 전극(170)의 상부(170A)와 측부(170B) 상에 배치된다. 예를 들어, 게이트 금속층(172)은 게이트 전극(170)의 상부(170A)와 측부(170B)를 덮어 감싼다.In an embodiment, the
게이트 금속층(172)은 콘택 전극(160, 180)의 구성 물질과 동일한 물질을 포함할 수 있다. 이는, 후술되는 바와 같이, 콘택 전극(160, 180)이 형성될 때 게이트 금속층(172)도 함께 형성될 수 있기 때문이다. 이와 같이, 게이트 금속층(172)이 콘택 전극(160, 180)과 함께 형성될 경우, 게이트 금속층(172)의 제1 두께(t1)는 콘택 전극(160, 180)의 제2 두께(t2)와 동일할 수 있다. 콘택 전극(160, 180)의 제2 두께(t2)가 2000 Å보다 작거나 4000 Å보다 크면, 콘택 전극(160, 180)의 오믹 콘택이 형성되지 않을 수도 있다. 따라서, 제2 두께(t2) 즉, 게이트 금속층(172)의 제1 두께(t1)는 2000 Å 내지 4000 Å일 수 있다.The
그러나, 다른 실시예에 의하면, 게이트 금속층(172)은 콘택 전극(160, 180)의 구성 물질과 다른 물질을 포함할 수도 있다.However, according to another embodiment, the
전술한 게이트 금속층(172)은 TiN의 저항보다 낮은 저항을 갖는 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 게이트 금속층(172)은 알루미늄(Al), 티타늄(Ti), 크롬(Cr), 니켈(Ni), 구리(Cu), 금(Au) 중 적어도 하나를 포함하여 단층 또는 다층 구조로 형성될 수 있다.The
도 3은 도 1에 예시된 게이트 금속층(172)의 실시예에 의한 단면도를 나타낸다.3 illustrates a cross-sectional view of an embodiment of the
도 3을 참조하면, 게이트 금속층(172)은 예를 들어, Ti(172-1), Al(172-2) 및 Ti(172-3)가 아래에서 위로 순차적으로 적층된 형태를 취할 수도 있지만, 실시예는 이에 국한되지 않는다.Referring to FIG. 3, the
또한, 도 1에 예시된 바와 같이, 게이트 전극(170)의 게이트 날개부(170-2, 170-3)의 측면(170B)과 게이트 금속층(172)의 측부(172A)는 제1 각도(θ1)만큼 경사지게 형성될 수 있다. 여기서, 제1 각도(θ1)는 0°이상의 양수일 수 있다.In addition, as illustrated in FIG. 1, the side surfaces 170B of the gate wings 170-2 and 170-3 of the
일반적으로 GaN 기반 전력 반도체 소자의 누설 전류를 억제하기 위한 방법으로서, 플로팅 게이트(floating gate), 필드-모듈레이팅 플레이트(field-modulating plate), 오버랩 게이트(overlapping gate structure), 소스 확장 필드 플레이트(source extended field palte), 다중 필드 플레이트(multiple field plates) 등의 다양한 전계 집중 완화 구조가 개발되고 있다. 예를 들어, 게이트 전극(170)의 모서리의 전계 집중을 완화시키기 위해 필드 플레이트(미도시)가 배치된다.Generally, a method for suppressing leakage current of a GaN-based power semiconductor device includes a floating gate, a field-modulating plate, an overlapping gate structure, and a source expansion field plate. Various field concentration mitigation structures, such as extended field pallets and multiple field plates, have been developed. For example, a field plate (not shown) is disposed to relieve electric field concentration at edges of the
그러나, 실시 예에 의한 전력 반도체 소자의 경우, 게이트 전극(170)의 게이트 날개부(170-2, 170-3)가 필드 플레이트의 역할을 수행하므로 별도의 필드 플레이트를 형성할 필요가 없다. 이와 같이, 게이트 날개부(170-2, 170-3)가 필드 플레이트의 역할을 함으로써, 전계의 집중이 완화되어 전력 반도체 소자의 항복 전압이 향상될 수 있다. 즉, 게이트 관통부(170-1)의 모서리에 집중되는 전계가 게이트 날개부(170-2, 170-3)에 의해 분산될 수 있다.However, in the power semiconductor device according to the embodiment, since the gate wings 170-2 and 170-3 of the
또한, 실시예에 의하면, 게이트 금속층(172)이 게이트 전극(170)을 감싸는 형태로 배치되기 때문에, 게이트 날개부(170-2, 170-3)에 인접한 게이트 금속층(172)이 필드 플레이트의 역할을 더욱 보강해 줄 수도 있다.In addition, according to the embodiment, since the
일반적으로 게이트 전극(170)의 저항(R1)은 다음 수학식 1과 같이 표현될 수 있다.In general, the resistance R1 of the
여기서, ρ는 비저항을 나타내고, L은 게이트 전극(170)의 길이를 나타내고, A는 게이트 전극(170)의 단면적을 나타낸다.Here, p represents a specific resistance, L represents the length of the
일반적으로 게이트 전극(170)은 TiN으로 구현된다. 이 경우, TiN은 20Ω/sq으로서 타 금속 물질 대비 높은 저항성을 지닌다. 이와 같이, 게이트 전극(170)의 저항이 높을 경우, 게이트 전극(170)의 끝단에서의 저항은 수 ㏀에서 수백 ㏀까지 높아진다. 이로 인해, 전력 반도체 소자의 구동 시에 많은 에너지가 요구될 수 있고, 전력 반도체 소자의 턴 오프(turn-off)와 턴 온(turn-on) 간의 상태 전환에 소요되는 스위칭 시간이 증가할 수 있다.In general, the
그러나, 실시예에 의하면, 게이트 금속층(172)이 게이트 전극(170)을 감싸도록 배치되며, 게이트 전극(170)의 저항(R1)과 게이트 금속층(172)의 저항(R2)의 총 합(RT)은 다음 수학식 2와 같다.However, according to the embodiment, the
수학식 2를 참조하면, TiN의 저항보다 낮은 저항을 갖는 게이트 금속층(172)이 게이트 전극(170) 위에 배치됨으로 인해, 수학식 2의 비저항(ρ')은 수학식 1의 비저항(ρ)보다 감소하고, 수학식 2의 단면적(A')은 수학식 1의 단면적(A)보다 증가하게 된다. 따라서, 게이트 금속층(172) 없이 게이트 전극(170)만이 배치될 때와 비교할 때, 저항의 총합(RT)은 저항(R1)보다 작아지게 된다. 이로 인해, 전력 반도체 소자의 구동 시에 요구되는 에너지가 감소하고, 전력 반도체 소자의 턴 오프와 턴 온 간의 상태 전환에 소요되는 스위칭 시간이 감소할 수 있다.Referring to Equation 2, since the
한편, 콘택 전극(160, 180)은 게이트 금속층(172)으로부터 수평 방향 예를 들어 y축 방향으로 이격되어 에피층(120) 위에 배치된다. 콘택 전극(160, 180)은 소스 콘택(160)과 드레인 콘택(180)을 포함할 수 있다. 소스 콘택(160)은 게이트 금속층(172)의 일측으로부터 이격되어 에피층(120) 위에 배치되고, 드레인 콘택(160)은 게이트 금속층(172)의 타측으로부터 이격되어 에피층(120) 위에 배치된다. 이때, 소스 콘택(160)과 드레인 콘택(180)은 패시베이션층(130)을 관통하여 에피층(120)과 전기적으로 접촉할 수 있다.The
소스 콘택(160)과 드레인 콘택(180) 각각은 콘택 관통부와 콘택 날개부를 포함할 수 있다. 예를 들어, 도 1을 참조하면, 소스 콘택(160)을 콘택 관통부(160-1) 및 콘택 날개부(160-2, 160-3)를 포함할 수 있다. 콘택 관통부(160-1)는 패시베이션층(130)을 제3 방향으로 관통하여 에피층(120)과 접하고, 콘택 날개부(160-2, 160-3)는 콘택 관통부(160-1)로부터 제3 방향과 다른 제4 방향으로 연장되어 패시베이션층(130) 위에 배치될 수 있다. 여기서, 제3 방향은 x축 방향이고 제4 방향은 y축 방향으로서 서로 직각일 수 있지만, 실시예는 이에 국한되지 않는다.Each of the
소스 콘택(160)과 드레인 콘택(180) 각각은 금속으로 형성될 수 있다. 전술한 바와 같이, 소스 콘택(160) 및 드레인 콘택(180) 각각은 게이트 금속층(172) 또는 게이트 전극(170)과 동일한 물질을 포함할 수도 있고 다른 물질을 포함할 수도 있다. 소스 및 드레인 콘택(160, 180)은 오믹 특성을 갖는 반사 전극 재료로 형성될 수 있다. 예를 들어, 소스 및 드레인 콘택(160, 180) 각각은 알루미늄(Al), 티타늄(Ti), 크롬(Cr), 니켈(Ni), 구리(Cu), 금(Au) 중 적어도 하나를 포함하여 단층 또는 다층 구조로 형성될 수 있다. 예를 들어, 소스 콘택(160)과 드레인 콘택(180) 각각은 도 3에 예시된 Ti(172-3) 위에 TiN이 더 적층된 형태를 취할 수도 있다. Each of the
또한, 도 1에 예시된 바와 같이, 콘택 전극(160, 180)의 콘택 날개부(예를 들어, 160-2, 160-3)의 측면(예를 들어, 160-2B)은 제2 각도(θ2)만큼 경사지게 형성될 수 있다. 여기서, 제2 각도(θ2)는 0°이상의 양수일 수 있다.In addition, as illustrated in FIG. 1, the side surfaces (eg, 160-2B) of the contact vanes (eg, 160-2, 160-3) of the
한편, 도 1에 예시된 전력 반도체 소자는 게이트 절연층(190)을 더 포함할 수 있지만, 실시예는 이에 국한되지 않는다. 다른 실시예에 의하면, 도 1에 도시된 바와 달리, 전력 반도체 소자는 게이트 절연층(190)을 포함하지 않을 수도 있다.Meanwhile, the power semiconductor device illustrated in FIG. 1 may further include a
도 1을 참조하면, 게이트 절연층(190)은 게이트 전극(170)과 에피층(120)의 사이와, 게이트 전극(170)과 패시베이션층(130)의 사이와, 게이트 금속층(172)과 패시베이션층(130)의 사이에 배치될 수 있다. 구체적으로, 게이트 절연층(190)은 게이트 관통부(170-1)의 저면(170-1A)과 에피층(120)의 상면(120A) 사이에 배치되고, 게이트 날개부(170-2, 170-3)의 저면(170-2A, 170-3A)과 패시베이션층(130)의 상부면(130A, 130B) 사이에 배치되고, 게이트 관통부(170-1)의 측면(170-1B)과 패시베이션층(130) 사이에 배치될 수 있다.Referring to FIG. 1, the
게이트 절연층(190)은 Al2O3 같은 알루미늄 산화층, SiO2 같은 실리콘 산화층 또는 실리콘 질화층 등일 수 있으며, 예를 들면 100 Å 내지 300 Å의 두께를 가질 수 있으나, 실시 예는 이에 국한되지 않는다.
또한, 소스 콘택(160) 및 드레인 콘택(180) 각각은 패시베이션층(130)뿐만 아니라 게이트 절연층(190)을 관통하여 에피층(120)과 전기적으로 접촉할 수 있다.In addition, each of the
또한, 게이트 절연층(190)은 콘택 날개부(160-2, 160-3)의 저면(160-2A, 160-3A)과 패시베이션층(130)의 상면(130A, 130C) 사이에 배치된다. 이때, 콘택 날개부(160-2, 160-3)의 저면(160-2A, 160-3A)은 게이트 절연층(190)의 상면과 전기적으로 직접 접하여 배치될 수 있다. 만일, 게이트 절연층(190)이 생략된다면, 콘택 날개부(160-2, 160-3)의 저면(160-2A, 160-3A)은 패시베이션층(130)의 상면(130A, 130C)과 전기적으로 직접 접하여 배치될 수 있다.In addition, the
한편, 중간 절연층(140)은 게이트 금속층(172)의 상부(172B)와 측부(172A)를 감싸면서 배치될 수 있다. 중간 절연층(140)은 패시베이션층(130)과 동일한 물질을 포함할 수 있으나 이에 국한되지 않는다. 예를 들어, 중간 절연층(140)은 SiNx, MgO, Sc2O3, SiO2, SOG 또는 SOD 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.The intermediate
콘택 패드(152, 154)는 중간 절연층(140)을 관통하여 소스 콘택(160) 및 드레인 콘택(180)과 각각 전기적으로 연결된다. 콘택 패드는 소스 및 드레인 패드(152, 154)를 포함하며, 금(Au), 알루미늄(Al) 또는 구리(Cu) 중 적어도 하나에 의해 형성될 수 있지만, 실시 예는 이러한 소스 및 드레인 패드(152, 154)의 재질에 국한되지 않는다.The
이하, 도 1에 예시된 전력 반도체 소자를 제조하는 방법에 대해 첨부된 도 4a 내지 도 4m을 참조하여 다음과 같이 설명하지만, 실시예는 이에 국한되지 않으며 다른 다양한 방법에 의해서도 도 1에 예시된 전력 반도체 소자는 제조될 수 있음은 물론이다.Hereinafter, a method of manufacturing the power semiconductor device illustrated in FIG. 1 will be described as follows with reference to FIGS. 4A to 4M, but embodiments are not limited thereto, and the power illustrated in FIG. Of course, the semiconductor device can be manufactured.
도 4a 내지 도 4m은 실시예에 의한 전력 반도체 소자의 제조 방법을 설명하기 위한 공정 단면도들이다.4A to 4M are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing the power semiconductor device according to the embodiment.
도 4a를 참조하면, 기판(110) 위에 에피층(120)을 형성한다. 기판(110)은 실리콘, 실리콘 카바이드, GaN 또는 사파이어 등을 이용하여 형성될 수 있다. 도 2에 예시된 바와 같이, 기판(110) 위에 전이층(122), 버퍼층(124) 및 배리어층(126)을 순차적으로 적층하여 에피층(120)을 형성할 수 있다.Referring to FIG. 4A, an
전이층(122)은 질화알루미늄(AlN), 질화알루미늄갈륨(AlGaN) 등을 이용하여 형성될 수 있다. 버퍼층(124)은 언도프된(undoped) 반도체층일 수 있다.The
버퍼층(124)은 반도체 화합물로 형성될 수 있으며, 3족-5족 또는 2족-6족 등의 화합물 반도체로 구현될 수 있다. 예를 들어, AlxInyGa(1-x-y)N (0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 조성식을 갖는 반도체 물질을 이용하여 버퍼층(124)을 형성할 수 있다. 버퍼층(124)은 GaN, InN, AlN, InGaN, AlGaN, InAlGaN, AlInN, AlGaAs, InGaAs, AlInGaAs, GaP, AlGaP, InGaP, AlInGaP, InP 중 어느 하나 이상으로 형성될 수 있으나 이에 국한되지 않는다.The
배리어층(126)은 3족-5족 또는 2족-6족 등의 화합물 반도체를 이용하여 형성될 수 있다. 예를 들어, AlxInyGa(1-x-y)N (0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 조성식을 갖는 반도체 물질을 이용하거나, GaN, InN, AlN, InGaN, AlGaN, InAlGaN, AlInN, AlGaAs, InGaAs, AlInGaAs, GaP, AlGaP, InGaP, AlInGaP, InP 중 어느 하나 이상으로 배리어층(126)을 형성할 수 있다.The
이후, 도 4b를 참조하면, 통상의 포토리소그라피(photolithography) 공정을 이용하여, 기판(110)의 소자 분리 영역(IA)의 에피층(120)을 식각하여 제거하지만, 실시예는 이에 국한되지 않는다. 예를 들어, 에피층(120)의 식각은 건식 식각을 이용할 수 있다. 다른 실시예에 의하면, 기판(110)의 소자 분리 영역의 에피층(120)을 식각하지 않고, 소자 분리 영역의 에피층(120)에 불순물 이온을 주입할 수도 있다.Subsequently, referring to FIG. 4B, the
이후, 도 4c를 참조하면, 도 4b에 도시된 에피층(120)의 측부와 상부에 패시베이션층(130)을 형성하지만 실시예는 이에 국한되지 않는다. 예를 들어, 다른 실시예에 의하면, 패시베이션층(130)은 에피층(120)의 상부에만 형성될 수도 있다. 패시베이션층(130)은 유기금속 화학 증착법(MOCVD; Metal Organic Chemical Vapor Deposition), 화학 증착법(CVD; Chemical Vapor Deposition), PECVD, LPCVD, 분자선 성장법(MBE; Molecular Beam Epitaxy), 유도 결합 플라즈마 화학 증착법(ICPCVD:Inductively Coupled Plasma Chemical Vapor Deposition), 수소화물 기상 성장법(HVPE; Hydride Vapor Phase Epitaxy) 등의 방법을 이용하여 형성될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.Subsequently, referring to FIG. 4C, the
이후, 도 4d를 참조하면, 통상의 포토리소그라피 공정을 이용하여 패시베이션층(130)을 식각하여, 게이트 절연층(190)이 배치되고 게이트 전극(170)의 게이트 관통부(170-1)가 형성될 영역(210)을 노출시킨다.Subsequently, referring to FIG. 4D, the
이후, 도 4e를 참조하면, 에피층(120)이 노출된 영역(210)을 포함하여 패시베이션층(130B) 위에 게이트 절연층(190)을 형성한다. 다른 실시예에 의하면 게이트 절연층(190)은 생략될 수도 있다. 게이트 절연층(190)은 알루미늄 산화층, 실리콘 산화층 또는 실리콘 질화층 등에 의해 예를 들면 15 ㎚의 두께로 형성될 수 있지만, 실시 예는 이에 국한되지 않는다. 예를 들어, 원자층 증착법(Atomic Layer Deposition)에 의해 알루미늄 산화막(Al2O3)으로 게이트 절연층(190)을 형성할 수 있다.Subsequently, referring to FIG. 4E, the
이후, 도 4f를 참조하면, 게이트 절연층(190) 위에 금속층(170)을 형성한 다음, 게이트 전극(170)이 형성될 영역을 덮는 포토 레지스트 패턴(220)을 형성한다. 금속층(170)은 전자 빔 증착(e-beam evaporation) 또는 금속 스퍼터(metal sputter)를 이용하여 형성될 수 있다. 금속 스퍼터에 의해 금속층(170)을 게이트 절연층(190)의 상부에 형성할 경우, 전자 빔 증착법에 의할 경우보다 금속층(170)이 더 잘 형성될 수 있다. 금속층(170)이 형성된 다음, 후속 열처리가 진행될 수 있는데, 예를 들면 400 ℃에서 10분 동안 급속 열처리(Rapid Thermal Annealing)가 실시될 수 있다. 여기서, 금속층(170)은 내화 금속 또는 이러한 내화 금속의 혼합물일 수 있다. 또는, 금속층(170)은 Ta(Tantalum), TaN(Tantalum Nitride), TiN(Titanium Nitride), Pd(Palladium), W(tungsten) 또는 WSi2(Tungstem silicide) 중 적어도 하나의 물질을 포함할 수 있다.4F, a
이후, 도 4g를 참조하면, 포토 레지스트 패턴(220)을 식각 마스크로 이용하여 금속층(170)을 유도 결합 플라즈마(ICP:Inductively Coupled Plasma) 식각법에 의해 식각하여 게이트 전극(170)을 형성한다. 이후, 포토 레지스트 패턴(220)을 애슁(ashing) 및/또는 스트립(strip)에 의해 제거한다.Subsequently, referring to FIG. 4G, the
또한, 포토 레지스트 패턴(220)을 식각 마스크로 이용하여 금속층(170)을 식각하는 동안 게이트 절연층(190)이 식각된 후 에피층(120) 대신에 패시베이션층(130)이 식각되므로, 에피층(120)은 금속층(170)의 식각으로부터 보호될 수 있다. 이와 같이, 패시베이션층(130)은 금속층(170)의 식각으로부터 에피층(120) 특히, 배리어층(126)을 보호하는 식각 정지막의 역할을 한다.In addition, since the
이후, 도 4h를 참조하면, 소스 콘택(160)과 드레인 콘택(180)이 형성될 영역(211, 212)을 노출하는 포토 레지스트 패턴(230)을 게이트 전극(170)과 게이트 절연층(190) 위에 형성한다.Subsequently, referring to FIG. 4H, the
이후, 도 4i를 참조하면, 포토 레지스트 패턴(230)을 식각 마스크로 이용하여, 노출된 영역(211, 212)의 게이트 절연층(190) 및 패시베이션층(130)을 식각한다. 이때, 에피층(120)의 일부 예를 들어, 배리어층(126)이 더 식각될 수 있지만 실시예는 이러한 식각 깊이에 대해 국한되지 않는다. 예를 들어, 에피층(120)의 배리어층(126)을 150Å까지 식각할 수 있다. 이후, 포토 레지스트 패턴(230)을 제거한다.4I, the
이후, 도 4j를 참조하면, 노출된 에피층(120)과 게이트 전극(170)과 게이트 절연층(170) 위에 금속층(240)을 형성한다. 여기서, 금속층(240)은 알루미늄(Al), 티타늄(Ti), 크롬(Cr), 니켈(Ni), 구리(Cu), 금(Au) 중 적어도 하나를 포함하여 단층 또는 다층 구조로 형성될 수 있다. 이후, 콘택 전극(160, 180)이 형성될 영역을 덮는 포토 레지스트 패턴(250-1, 250-2)을 금속층(240) 위에 형성한다. 특히, 실시예에 의하면, 게이트 금속층(172)이 형성될 영역을 덮는 포토 레지스트 패턴(250-3)을 금속층(240) 위에 형성한다.Subsequently, referring to FIG. 4J, the
이후, 도 4k를 참조하면, 포토 레지스트 패턴(250-1, 250-2, 250-3)을 식각 마스크로 이용하여, 금속층(240)을 예를 들어 유도 결합 플라즈마(ICP) 식각법에 의해 식각하여 콘택 전극(160, 180)과 게이트 금속층(172)을 동시에 형성한다. 콘택 전극(160, 180)을 형성한 이후에, 콘택 전극(160, 180)의 오믹 특성을 위해 700℃의 온도에서 열처리를 수행한다. 이후, 포토 레지스트 패턴(250-1, 250-2, 250-3)을 제거한다.4K, the photoresist patterns 250-1, 250-2, and 250-3 are used as etching masks, and the
도 5a 내지 도 5d는 다른 실시예의 전력 반도체 소자의 공정 단면도를 나타낸다.5A to 5D show cross-sectional views of a power semiconductor device of another embodiment.
도 4g에 도시된 바와 같이 게이트 전극(170)을 형성한 이후, 도 4h 내지 도 4k에 도시된 공정을 이용하여 콘택 전극(160, 180)을 형성하는 대신에, 도 5a 내지 도 5d에 도시된 공정을 이용하여 콘택 전극인 소스 콘택(360)과 드레인 콘택(380)을 형성할 수 있다.After forming the
즉, 도 5a를 참조하면, 도 4g에 도시된 게이트 전극(170)과 게이트 절연층(190) 위에 제1 중간 절연층(310)을 형성한다. 제1 중간 절연층(310)은 SiNx, MgO, Sc2O3, SiO2, SOG 또는 SOD 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 이후, 제1 중간 절연층(310) 위에 소스 콘택(360)과 드레인 콘택(380)이 형성될 영역(332, 334)을 노출하는 포토 레지스트 패턴(320)을 형성한다.That is, referring to FIG. 5A, the first intermediate insulating
이후, 도 5b를 참조하면, 포토 레지스트 패턴(320)을 식각 마스크로 이용하여, 제1 중간 절연층(310), 게이트 절연층(190), 패시베이션층(130) 및 에피층(120)의 배리어층(126)을 식각하여 에피층(120)을 노출시킨다. 이후, 포토 레지스트 패턴(320)을 제거한다.Subsequently, referring to FIG. 5B, the barrier of the first intermediate insulating
이후, 도 5c를 참조하면, 노출된 에피층(120)과 제1 중간 절연층(310) 위에 금속층(340)을 형성한다. 이후, 금속층(340) 위에 소스 콘택(360)과 드레인 콘택(380)이 형성될 영역을 덮는 포토 레지스트 패턴(350)을 형성한다.Subsequently, referring to FIG. 5C, a
이후, 도 5d를 참조하면, 포토 레지스트 패턴(350)을 식각 마스크로 이용하여 금속층(340)을 식각하여 소스 콘택(360)과 드레인 콘택(380)을 형성한다. 이후, 포토 레지스트 패턴(350)을 제거한다.Subsequently, referring to FIG. 5D, the
여기서, 도 5d에 도시된 바와 같이, 제1 중간 절연층(310)은 콘택 전극(360, 380)을 형성하기 위해 금속층(340)을 식각하는 공정으로부터 게이트 전극(170)을 보호하는 역할을 한다. 그러나, 도 5d에 도시된 바와 같이, 소스 콘택(360)과 드레인 콘택(380)을 형성한 이후에, 이들(360, 380)의 오믹 특성을 개선하기 위해 약 700℃의 온도에서 열처리하는 동안, 제1 중간 절연층(310)에 물질적 변화가 야기되어 누설 전류가 발생하는 등 전력 반도체 소자의 특성이 악화될 수 있다. 만일, 누설 전류가 발생할 경우 원하는 항복 전압을 갖는 전력 반도체 소자를 구현하기 어려울 수 있다.Here, as shown in FIG. 5D, the first intermediate insulating
그러나, 도 4h 내지 도 4k에 도시된 바와 같이, 콘택 전극(160, 180)을 형성할 경우 제1 중간 절연층(310)이 불필요하다. 따라서, 도 4k에 도시된 바와 같이 콘택 전극(160, 180)을 형성한 이후에 열처리 과정에서 변형될 제1 중간 절연층(310)이 존재하지 않으므로 누설 전류의 발생이 방지되어, 높은 항복 전압을 갖는 전력 반도체 소자가 구현될 수 있다.However, as shown in FIGS. 4H to 4K, when the
또한, 도 4h 내지 도 4k에 예시된 바와 같이 콘택 전극(160, 180)을 형성할 경우, 도 5a 내지 도 5d에 예시된 바와 같이 제1 중간 절연층(310)을 형성할 필요가 없으므로, 제조 공정이 간단해지고, 제조 원가가 절감될 수 있다.In addition, when the
계속해서, 도 4l을 참조하면, 콘택 전극(160, 180)과 게이트 전극(170)과 게이트 절연층(190) 위에 제2 중간 절연층(140)을 형성한다. 패시베이션층(130)과 동일한 물질로 제2 중간 절연층(140)을 형성할 수 있지만 실시예는 이에 국한되지 않는다. 제2 중간 절연층(140)은 SiNx, MgO, Sc2O3, SiO2, SOG 또는 SOD 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 이후, 콘택 패드(152, 154)가 접촉될 콘택 전극(160, 180)의 상부(160A, 180A)의 제2 중간 절연층(140) 영역(215, 216)을 노출시키는 포토 레지스트 패턴(260)을 형성한다.4L, a second intermediate insulating
이후, 도 4m을 참조하면, 포토 레지스트 패턴(260)을 식각 마스크로 이용하여 제2 중간 절연층(140)을 식각하여 콘택 전극(160, 180)의 상부면(160A, 180A)을 노출시킨 후, 포토 레지스트 패턴(260)을 제거한다. 이후, 노출된 콘택 전극(160, 180)의 상부면(160A, 180A)과 제2 중간 절연층(140)의 위에 금속층(150)을 형성한다. 이후, 금속층(150)의 상부에 콘택 패드(152, 154)가 배치될 영역을 덮는 포토 레지스트 패턴(270)을 형성한다. 이후, 포토 레지스트 패턴(270)을 식각 마스크로 이용하여 금속층(150)을 식각하여 콘택 패드(152, 154)를 형성한다. 이후, 포토 레지스트 패턴(270)을 제거하면 도 1에 예시된 전력 반도체 소자가 완성된다.4M, the second intermediate insulating
전술한 실시 예에서 식각 공정을 위해 포토 리소그라피법을 예로 하여 설명하였으나, 실시 예는 이에 국한되지 않으며 e-bem 리소그라피법 또는 nano-imprinted 리소그라피법에 의해서도 식각 공정을 수행할 수 있음은 물론이다.In the above-described embodiment, the photolithography method is used as an example for the etching process, but the embodiment is not limited thereto, and the etching process may be performed by the e-bem lithography method or the nano-imprinted lithography method.
이하, 전력 반도체 소자가 제1 중간 절연층(310)을 포함하는 경우와 그렇지 않은 경우의 누설 전류의 크기에 대해 다음과 같이 살펴본다.Hereinafter, the magnitude of the leakage current when the power semiconductor device includes the first intermediate insulating
도 6은 전력 반도체 소자가 제1 중간 절연층(310)을 포함하는 경우(410)와 그렇지 않은 경우(420)에, 누설 전류를 나타내는 그래프이다. 여기서, 횡축은 드레인 전압(Drain voltage)(V)을 나타내고, 종축은 누설 전류(Leakage current)를 나타낸다.FIG. 6 is a graph illustrating leakage current when the power semiconductor device includes the first intermediate insulating layer 310 (410) or not (420). Here, the horizontal axis represents the drain voltage (V), and the vertical axis represents the leakage current.
도 6을 참조하면, 전력 반도체 소자가 제1 중간 절연층(310)을 포함하는 경우(410)에, 제1 중간 절연층(310)에 물질적 변화가 야기되어 전력 반도체 소자에서 발생한 누설 전류가 큼을 수 있다.Referring to FIG. 6, when the power semiconductor device includes the first intermediate insulation layer 310 (410), a material change is caused in the first
그러나, 전력 반도체 소자가 제1 중간 절연층(310)을 포함하지 않을 경우(420)에, 전력 반도체 소자에서 발생한 누설 전류가 감소(430)함을 알 수 있다. 이로 인해, 원하는 항복 전압을 갖는 전력 반도체 소자를 구현할 수 있다.However, when the power semiconductor device does not include the first intermediate insulating layer 310 (420), it can be seen that the leakage current generated in the power semiconductor device is reduced (430). As a result, it is possible to implement a power semiconductor device having a desired breakdown voltage.
이상에서 실시예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 실시예에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.Although described above with reference to the embodiments, which are merely examples and are not intended to limit the present invention. Those skilled in the art to which the present invention pertains should not be exemplified above without departing from the essential characteristics of the present embodiments. It will be appreciated that many variations and applications are possible. For example, each component specifically shown in the embodiment can be modified. And differences relating to these modifications and applications will have to be construed as being included in the scope of the invention defined in the appended claims.
110: 기판 120: 에피층
122: 전이층 124: 버퍼층
126: 배리어층 130: 패시베이션층
140: 중간 절연층(또는, 제2 중간 절연층)
152, 154: 콘택 패드 160, 180: 콘택 전극
170: 게이트 전극 172: 게이트 금속층
310: 제1 중간 절연층 340: 금속층
360: 소스 콘택 380: 드레인 콘택110:
122: transition layer 124: buffer layer
126: barrier layer 130: passivation layer
140: intermediate insulation layer (or second intermediate insulation layer)
152 and 154:
170: gate electrode 172: gate metal layer
310: first intermediate insulating layer 340: metal layer
360: source contact 380: drain contact
Claims (12)
상기 기판 위에 배치된 에피층;
상기 에피층 위에 배치된 패시베이션층;
상기 패시베이션층을 관통하면서 상기 에피층 위에 배치된 게이트 전극;
상기 게이트 전극의 상부와 측부 상에 게이트 금속층; 및
상기 게이트 금속층으로부터 이격되어 상기 에피층 위에 배치된 콘택 전극을 포함하고,
상기 게이트 금속층의 저항은 상기 게이트 전극의 저항보다 낮은 전력 반도체 소자.Board;
An epitaxial layer disposed on the substrate;
A passivation layer disposed on the epitaxial layer;
A gate electrode disposed on the epitaxial layer while passing through the passivation layer;
A gate metal layer on top and sides of the gate electrode; And
A contact electrode spaced apart from the gate metal layer and disposed on the epitaxial layer,
And a resistance of the gate metal layer is lower than that of the gate electrode.
상기 패시베이션층을 제1 방향으로 관통하는 게이트 관통부; 및
상기 게이트 관통부로부터 상기 제1 방향과 다른 제2 방향으로 연장되어 상기 패시베이션층 위에 배치된 게이트 날개부를 포함하는 전력 반도체 소자.The method of claim 1, wherein the gate electrode
A gate through part penetrating the passivation layer in a first direction; And
And a gate vane extending from the gate penetrating portion in a second direction different from the first direction and disposed on the passivation layer.
상기 패시베이션층을 관통하여 상기 에피층과 접하는 콘택 관통부; 및
상기 콘택 관통부로부터 연장되어 상기 패시베이션층 위에 배치된 콘택 날개부를 포함하는 전력 반도체 소자.The method of claim 2, wherein the contact electrode is
A contact through part penetrating the passivation layer and in contact with the epi layer; And
And a contact vane extending from the contact through portion and disposed on the passivation layer.
상기 게이트 금속층의 상부와 측부는 감싸면서 배치된 중간 절연층; 및
상기 중간 절연층을 관통하여 상기 콘택 전극과 전기적으로 연결된 콘택 패드를 더 포함하는 전력 반도체 소자.The method of claim 1, wherein the power semiconductor device
An intermediate insulating layer surrounding the upper and side portions of the gate metal layer; And
And a contact pad penetrating the intermediate insulating layer and electrically connected to the contact electrode.
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