KR102379155B1 - Power semiconductor device and method of fabricating the same - Google Patents
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Abstract
본 발명의 일 관점에 의한 전력 반도체 소자는 실리콘 카바이드(SiC)의 반도체층과, 상기 반도체층의 표면으로부터 상기 반도체층 내부로 소정 깊이만큼 리세스 되어 형성된 적어도 하나의 트렌치와, 상기 적어도 하나의 트렌치의 적어도 내면 상에 형성된 게이트 절연층과, 상기 적어도 하나의 트렌치를 매립하도록 상기 게이트 절연층 상에 형성된 적어도 하나의 게이트 전극층과, 상기 적어도 하나의 게이트 전극층 아래의 상기 반도체층에 형성되고, 상기 적어도 하나의 트렌치의 바닥면의 일부분에 접하는 돌출부를 포함하고, 제 1 도전형을 갖는 드리프트 영역과, 상기 적어도 하나의 트렌치의 측면들 및 바닥 모서리들을 둘러싸며 상기 드리프트 영역에 접하도록 상기 반도체층에 형성되고, 제 2 도전형을 갖는 웰 영역과, 상기 웰 영역 내에 형성되고, 제 1 도전형을 갖는 소오스 영역을 포함을 포함한다.A power semiconductor device according to an aspect of the present invention includes a semiconductor layer of silicon carbide (SiC), at least one trench formed by recessing a predetermined depth into the semiconductor layer from a surface of the semiconductor layer, and the at least one trench a gate insulating layer formed on at least an inner surface of a, at least one gate electrode layer formed on the gate insulating layer to fill the at least one trench; a drift region having a first conductivity type and including a protrusion in contact with a portion of the bottom surface of the one trench; and a well region having a second conductivity type, and a source region formed in the well region and having a first conductivity type.
Description
본 발명은 반도체 장치에 관한 것으로서, 더 상세하게는 전력 전달을 스위칭하기 위한 전력 반도체 소자(power semiconductor device) 및 그 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a semiconductor device, and more particularly, to a power semiconductor device for switching power transmission and a method of manufacturing the same.
전력 반도체 소자는 고전압과 고전류 환경에서 동작하는 반도체 소자이다. 이러한 전력 반도체 소자는 고전력 스위칭이 필요한 분야, 예컨대 전력 변환, 전력 컨버터, 인버터 등에 이용되고 있다. 예를 들어, 전력 반도체 소자로는 절연 게이트 양극성 트랜지스터(IGBT, Insulated Gate Bipolar Transistor), 전력 모스펫(MOSFET, Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor) 등을 들 수 있다. 이러한 전력 반도체 소자는 고전압에 대한 내압 특성이 기본적으로 요구되며, 최근에는 부가적으로 고속 스위칭 동작을 요하고 있다. A power semiconductor device is a semiconductor device that operates in a high voltage and high current environment. Such power semiconductor devices are used in fields requiring high power switching, for example, power conversion, power converters, inverters, and the like. For example, the power semiconductor device may include an insulated gate bipolar transistor (IGBT), a metal oxide semiconductor field effect transistor (MOSFET), or the like. Such a power semiconductor device is basically required to withstand high voltage, and recently, a high-speed switching operation is additionally required.
이에 따라, 기존 실리콘(Si) 대신 실리콘 카바이드(silicon carbide, SiC)를 이용한 전력 반도체 소자가 연구되고 있다. 실리콘 카바이드(SiC)는 실리콘에 비해 밴드갭이 높은 와이드갭 반도체 소재로서, 실리콘에 비해서 고온에서도 안정성을 유지할 수 있다. 나아가, 실리콘 카바이드는 절연 파계 전계가 실리콘에 비해서 매우 높아서 고전압에서도 안정적으로 동작을 할 수 있다. 따라서, 실리콘 카바이드는 실리콘에 비해 높은 항복전압을 가지면서도 열방출은 우수하여 고온에서 동작 가능한 특성을 나타낸다.Accordingly, a power semiconductor device using silicon carbide (SiC) instead of conventional silicon (Si) is being studied. Silicon carbide (SiC) is a wide-gap semiconductor material having a higher bandgap than silicon, and can maintain stability even at high temperatures compared to silicon. Furthermore, silicon carbide has a very high insulating wave field compared to silicon, so it can operate stably even at a high voltage. Therefore, silicon carbide has a higher breakdown voltage than silicon, and exhibits excellent heat dissipation, so that it can be operated at a high temperature.
이러한 실리콘 카바이드를 이용한 전력 반도체 소자의 채널 밀도를 높이기 위하여 수직 채널 구조를 갖는 트렌치 타입의 게이트 구조가 연구되고 있다. 이러한 트렌치 타입 게이트 구조에서는 트렌치 모서리에서 전계가 집중되는 문제가 있어서, 이러한 트렌치 하부를 보호하기 위해서 다양한 구조가 적용되고 있지만 수직 채널 구조에서 그 전계를 완화하는 데 한계가 있다. In order to increase the channel density of a power semiconductor device using such silicon carbide, a trench-type gate structure having a vertical channel structure is being studied. In such a trench-type gate structure, there is a problem in that an electric field is concentrated at the edge of the trench, and various structures are applied to protect the lower portion of the trench, but there is a limit in alleviating the electric field in the vertical channel structure.
본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 트렌치 모서리에서 전계 집중을 완화하여 그 신뢰성을 높일 수 있는 실리콘 카바이드의 전력 반도체 소자 및 그 제조 방법을 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 silicon carbide power semiconductor device capable of improving reliability by alleviating electric field concentration at a trench edge, and a method for manufacturing the same. However, these problems are exemplary, and the scope of the present invention is not limited thereto.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 관점에 의한 전력 반도체 소자는 실리콘 카바이드(SiC)의 반도체층과, 상기 반도체층의 표면으로부터 상기 반도체층 내부로 소정 깊이만큼 리세스 되어 형성된 적어도 하나의 트렌치와, 상기 적어도 하나의 트렌치의 적어도 내면 상에 형성된 게이트 절연층과, 상기 적어도 하나의 트렌치를 매립하도록 상기 게이트 절연층 상에 형성된 적어도 하나의 게이트 전극층과, 상기 적어도 하나의 게이트 전극층 아래의 상기 반도체층에 형성되고, 상기 적어도 하나의 트렌치의 바닥면의 일부분에 접하는 돌출부를 포함하고, 제 1 도전형을 갖는 드리프트 영역과, 상기 적어도 하나의 트렌치의 측면들 및 바닥 모서리들을 둘러싸며 상기 드리프트 영역에 접하도록 상기 반도체층에 형성되고, 제 2 도전형을 갖는 웰 영역과, 상기 웰 영역 내에 형성되고, 제 1 도전형을 갖는 소오스 영역을 포함을 포함한다.A power semiconductor device according to an aspect of the present invention for solving the above problems includes a semiconductor layer of silicon carbide (SiC), and at least one trench formed by recessing a predetermined depth into the semiconductor layer from the surface of the semiconductor layer; , a gate insulating layer formed on at least an inner surface of the at least one trench; at least one gate electrode layer formed on the gate insulating layer to fill the at least one trench; and the semiconductor layer under the at least one gate electrode layer. a drift region having a first conductivity type and including a protrusion in contact with a portion of a bottom surface of the at least one trench; and a well region formed on the semiconductor layer and having a second conductivity type, and a source region formed in the well region and having a first conductivity type.
상기 전력 반도체 소자에 따르면, 상기 웰 영역은 상기 적어도 하나의 트렌치의 상기 바닥면의 중심부를 노출하면서 상기 바닥 모서리들을 둘러싸면서 상기 적어도 하나의 트렌치보다 깊게 상기 반도체층에 형성되고, 상기 드리프트 영역의 상기 돌출부는 상기 웰 영역에 의해서 노출된 상기 상기 적어도 하나의 트렌치의 상기 바닥면의 중심부에서 상기 게이트 절연층 및 상기 웰 영역에 접하도록 형성될 수 있다.According to the power semiconductor device, the well region is formed in the semiconductor layer deeper than the at least one trench while exposing a central portion of the bottom surface of the at least one trench and surrounding the bottom edges, A protrusion may be formed to contact the gate insulating layer and the well region at a central portion of the bottom surface of the at least one trench exposed by the well region.
상기 전력 반도체 소자에 따르면, 상기 드리프트 영역의 상기 돌출부로부터 상기 소오스 영역으로 이어지도록 상기 적어도 하나의 게이트 전극층에 인접하게 상기 웰 영역에 형성된 채널 영역을 더 포함할 수 있다.The power semiconductor device may further include a channel region formed in the well region adjacent to the at least one gate electrode layer so as to extend from the protrusion of the drift region to the source region.
상기 전력 반도체 소자에 따르면, 상기 채널 영역은 상기 적어도 하나의 게이트 전극층의 바닥면 아래의 상기 웰 영역에 수평하게 형성된 수평부와 상기 적어도 하나의 게이트 전극층의 일 측면 상의 상기 웰 영역에 수직하게 형성된 수직부를 포함할 수 있다.According to the power semiconductor device, the channel region is a horizontal portion formed horizontally in the well region under the bottom surface of the at least one gate electrode layer and a vertical portion formed perpendicular to the well region on one side of the at least one gate electrode layer. may include wealth.
상기 전력 반도체 소자에 따르면, 상기 적어도 하나의 트렌치는 라인 타입으로 일 방향으로 신장되고, 상기 적어도 하나의 트렌치는 상기 일 방향을 기준으로 양측면들 및 상기 양측면들에 연결된 양측 바닥 모서리들을 포함하고, 상기 웰 영역은 상기 적어도 하나의 트렌치의 양측면들을 덮고 상기 적어도 하나의 트렌치의 상기 양측 바닥 모서리들을 덮도록 상기 적어도 하나의 트렌치의 상기 바닥면 아래로 신장될 수 있다.According to the power semiconductor device, the at least one trench extends in one direction in a line type, and the at least one trench includes both side surfaces and both side bottom corners connected to the both side surfaces with respect to the one direction, and the A well region may extend below the bottom surface of the at least one trench to cover both sides of the at least one trench and to cover both bottom edges of the at least one trench.
상기 전력 반도체 소자에 따르면, 상기 적어도 하나의 트렌치는 라인 타입으로 일 방향으로 신장되고 서로 나란하게 배치된 복수의 트렌치들을 포함하고, 상기 게이트 절연층은 상기 복수의 트렌치들의 적어도 내면 상에 형성되고, 상기 적어도 하나의 게이트 전극층은 상기 복수의 트렌치들을 각각 매립하도록 상기 게이트 절연층 상에 형성된 복수의 게이트 전극층들을 포함할 수 있다.According to the power semiconductor device, the at least one trench includes a plurality of trenches extending in one direction in a line type and arranged in parallel with each other, and the gate insulating layer is formed on at least inner surfaces of the plurality of trenches, The at least one gate electrode layer may include a plurality of gate electrode layers formed on the gate insulating layer to respectively fill the plurality of trenches.
상기 전력 반도체 소자에 따르면, 상기 웰 영역은 상기 복수의 트렌치들의 양측면들을 덮도록 상기 복수의 트렌치들의 사이의 상기 반도체층에 형성되고 상기 복수의 트렌치들의 양측 바닥 모서리들을 덮도록 상기 복수의 트렌치들의 상기 바닥면 아래로 신장될 수 있다.According to the power semiconductor device, the well region is formed in the semiconductor layer between the plurality of trenches to cover both side surfaces of the plurality of trenches, and the well region is formed in the plurality of trenches to cover both bottom corners of the plurality of trenches. It can be stretched below the floor surface.
상기 전력 반도체 소자에 따르면, 상기 드리프트 영역 하부의 상기 반도체층에 제 1 도전형을 갖는 드레인 영역을 더 포함하고, 상기 드레인 영역은 상기 드리프트 영역보다 고농도로 도핑되어 형성될 수 있다.The power semiconductor device may further include a drain region having a first conductivity type in the semiconductor layer under the drift region, wherein the drain region is doped to a higher concentration than the drift region.
상기 전력 반도체 소자에 따르면, 상기 드레인 영역은 제 1 도전형을 갖는 실리콘 카바이드의 기판으로 제공되고, 상기 드리프트 영역은 상기 드레인 영역 상에 에피택셜층으로 형성될 수 있다.According to the power semiconductor device, the drain region may be provided as a silicon carbide substrate having a first conductivity type, and the drift region may be formed as an epitaxial layer on the drain region.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 다른 관점에 의한 전력 반도체 소자의 제조 방법은, 실리콘 카바이드(SiC)의 반도체층에, 돌출부를 포함하고 제 1 도전형을 갖는 드리프트 영역을 형성하는 단계와, 상기 드리프트 영역 상의 상기 반도체층에 제 2 도전형을 갖는 웰 영역을 형성하는 단계와, 상기 웰 영역 상의 상기 반도체층에 제 1 도전형을 갖는 소오스 영역을 형성하는 단계와, 상기 반도체층의 표면으로부터 상기 소오스 영역의 일부분을 관통하여 상기 드리프트 영역의 상기 돌출부에 접하도록 상기 반도체층 내부로 리세스 되게 적어도 하나의 트렌치를 형성하는 단계와, 상기 적어도 하나의 트렌치의 적어도 내면 상에 게이트 절연층을 형성하는 단계와, 상기 적어도 하나의 트렌치를 매립하도록 상기 게이트 절연층 상에 적어도 하나의 게이트 전극층을 형성하는 단계를 포함하고, 상기 드리프트 영역의 상기 돌출부는 상기 적어도 하나의 트렌치의 바닥면의 일부분에 접하고, 상기 웰 영역은 상기 적어도 하나의 트렌치의 측면들 및 바닥 모서리들을 둘러싸며 상기 드리프트 영역에 접하도록 상기 반도체층에 형성된다.A method of manufacturing a power semiconductor device according to another aspect of the present invention for solving the above problems includes the steps of: forming a drift region including a protrusion and having a first conductivity type in a semiconductor layer of silicon carbide (SiC); forming a well region having a second conductivity type in the semiconductor layer on a drift region; forming a source region having a first conductivity type in the semiconductor layer on the well region; forming at least one trench recessed into the semiconductor layer so as to penetrate a portion of the source region and contact the protrusion of the drift region; and forming a gate insulating layer on at least an inner surface of the at least one trench. and forming at least one gate electrode layer on the gate insulating layer to fill the at least one trench, wherein the protrusion of the drift region is in contact with a portion of a bottom surface of the at least one trench; The well region is formed in the semiconductor layer to surround side surfaces and bottom corners of the at least one trench and to be in contact with the drift region.
상기 전력 반도체 소자의 제조 방법에 따르면, 상기 드리프트 영역의 상기 돌출부로부터 상기 소오스 영역으로 이어지도록 상기 적어도 하나의 게이트 전극층에 인접하게 상기 웰 영역에 채널 영역을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.According to the method of manufacturing the power semiconductor device, the method may further include forming a channel region in the well region adjacent to the at least one gate electrode layer so as to extend from the protrusion of the drift region to the source region.
상기한 바와 같이 이루어진 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 반도체 소자 및 그 제조 방법에 의하면, 트렌치 모서리에 전계 집중을 완화하여 소자의 신뢰성을 높일 수 있다. According to the power semiconductor device and the method for manufacturing the same according to an embodiment of the present invention made as described above, it is possible to improve the reliability of the device by reducing the concentration of the electric field at the edge of the trench.
물론 이러한 효과는 예시적인 것이고, 이러한 효과에 의해서 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.Of course, these effects are exemplary, and the scope of the present invention is not limited by these effects.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 반도체 소자를 보여주는 개략적인 단면도이다.
도 2 내지 도 5는 도 1의 전력 반도체 소자의 제조 방법을 보여주는 단면도들이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 전력 반도체 소자를 보여주는 개략적인 사시도이다.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전력 반도체 소자를 보여주는 개략적인 단면도이다.1 is a schematic cross-sectional view showing a power semiconductor device according to an embodiment of the present invention.
2 to 5 are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing the power semiconductor device of FIG. 1 .
6 is a schematic perspective view showing a power semiconductor device according to another embodiment of the present invention.
7 is a schematic cross-sectional view showing a power semiconductor device according to another 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, 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 different forms. It is provided to fully inform the In addition, in the drawings for convenience of description, the size of at least some of the components may be exaggerated or reduced. In the drawings, like numbers refer to like elements.
다르게 정의되지 않는 한, 여기에 사용된 모든 용어들은 해당기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해서 통상적으로 이해되는 것과 같은 의미로 사용된다. 도면에서, 층 및 영역의 크기는 설명을 위해 과장되었고, 따라서 본 발명의 일반적인 구조들을 설명하기 위해 제공된다. Unless defined otherwise, all terms used herein have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art. In the drawings, the sizes of layers and regions are exaggerated for the purpose of explanation, and thus are provided to explain the general structures of the present invention.
동일한 참조 부호들은 동일한 구성 요소를 나타낸다. 층, 영역, 또는 기판과 같은 한 구성이 다른 구성 상(on)에 있다고 지칭할 때, 그것은 다른 구성의 바로 상부에 있거나 또는 그 사이에 다른 개재된 구성이 또한 존재할 수 있는 것으로 이해될 것이다. 반면에, 한 구성이 다른 구성의 “바로 위에(directly on)” 있다라고 지칭할 때는 중간 개재 구성들이 존재하지 않는다고 이해된다.Like reference signs indicate like elements. When referring to one component as being on another component, such as a layer, region, or substrate, it will be understood that other intervening components may also be present, either directly on top of the other component or in between. On the other hand, when referring to one configuration as being “directly on” of another, it is understood that intervening configurations do not exist.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 반도체 소자(100)를 보여주는 개략적인 단면도이다.1 is a schematic cross-sectional view showing a
도 1을 참조하면, 전력 반도체 소자(100)는 적어도 반도체층(105), 게이트 절연층(118) 및 게이트 전극층(120)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 전력 반도체 소자(100)는 전력 모스펫(power MOSFET) 구조를 가질 수 있다.Referring to FIG. 1 , the
반도체층(105)은 하나 또는 복수의 반도체 물질층을 지칭할 수 있으며, 예를 들어, 하나 또는 다층의 에피택셜층(epitaxial layer)을 지칭할 수도 있다. 나아가, 반도체층(105)은 반도체 기판 상의 하나 또는 다층의 에피택셜층을 지칭할 수도 있다. The
예를 들어, 반도체층(105)은 실리콘 카바이드(silicon carbide, SiC)로 구성될 수 있다. 보다 구체적으로, 반도체층(105)은 적어도 하나의 실리콘 카바이드의 에피택셜층을 포함할 수 있다. For example, the
실리콘 카바이드(SiC)는 실리콘에 비해 밴드갭이 넓어, 실리콘에 비해서 고온에서도 안정성을 유지할 수 있다. 나아가, 실리콘 카바이드는 절연 파계 전계가 실리콘에 비해서 매우 높아서 고전압에서도 안정적으로 동작을 할 수 있다. 따라서, 실리콘 카바이드를 반도체층(105)으로 이용한 전력 반도체 소자(100)는 실리콘을 이용한 경우에 비해 높은 항복전압을 가지면서도 우수한 열방출 특성을 갖고, 고온에서도 안정적인 동작 특성을 나타낼 수 있다.Silicon carbide (SiC) has a wider bandgap than silicon, so it can maintain stability even at high temperatures compared to silicon. Furthermore, silicon carbide has a very high insulating wave field compared to silicon, so it can operate stably even at a high voltage. Accordingly, the
보다 구체적으로 보면, 반도체층(105)은 드리프트 영역(drift region, 107)을 포함할 수 있다. 드리프트 영역(107)은 제 1 도전형을 가질 수 있고, 반도체층(105)의 일부에 제 1 도전형의 불순물을 주입하여 형성될 수 있다. 예컨대, 드리프트 영역(107)은 제 1 도전형의 불순물을 실리콘 카바이드의 예피택셜층에 도핑하여 형성될 수 있다. 나아가, 드리프트 영역(107)은 그 일부분이 상방으로 신장된 돌출부(107a)를 포함할 수 있다.More specifically, the
웰 영역(well region, 110)은 반도체층(105)에 드리프트 영역(107)에 접하도록 형성되고, 제 2 도전형을 가질 수 있다. 예를 들어, 웰 영역(110)은 반도체층(105)에 제 1 도전형의 반대인 제 2 도전형의 불순물을 도핑하여 형성될 수 있다.A
예를 들어, 웰 영역(110)은 드리프트 영역(107)의 적어도 일부분을 둘러싸면서 드리프트 영역(107)에 접하도록 형성될 수 있다. 보다 구체적으로 보면, 웰 영역(110)은 드리프트 영역(107)의 돌출부(107a)의 측면을 둘러싸고 드리프트 영역(107)의 다른 부분 상에 형성될 수 있다. 전력 반도체 소자(100)의 동작 시, 돌출부(107a)는 전하의 수직 이동 경로를 제공할 수 있다.For example, the
도 1에는, 웰 영역(110)이 두 영역으로 이격되게 형성되고, 그 사이에 수직 부분(107a)이 한정되는 것으로 도시되었으나, 그 외 다양하게 변형될 수 있다. 예를 들어, 수직 부분(107a)은 웰 영역(110)에 의해서 그 측면이 한바퀴 둘러싸인 형상일 수도 있다.In FIG. 1 , the
소오스 영역(source region, 112)은 웰 영역(110) 상에 또는 웰 영역(110) 내에 형성되고, 제 1 도전형을 가질 수 있다. 예를 들어, 소오스 영역(112)은 웰 영역(110)에 제 1 도전형의 불순물을 도핑하여 형성될 수 있다. 소오스 영역(112)은 드리프트 영역(107)보다 제 1 도전형의 불순물이 보다 고농도로 도핑되어 형성될 수 있다.A
부가적으로, 드레인 영역(102)은 드리프트 영역(107) 하부의 반도체층(105)에 형성될 수 있고, 제 1 도전형을 가질 수 있다. 예를 들어, 드레인 영역(102)은 드리프트 영역(107)보다 고농도로 도핑될 수 있다.Additionally, the
일부 실시예에서, 드레인 영역(102)은 제 1 도전형을 갖는 실리콘 카바이드의 기판으로 제공될 수도 있다. 이 경우, 드레인 영역(102)은 반도체층(105)의 일부로 이해되거나 또는 반도체층(105)과 별개의 기판으로 이해될 수도 있다.In some embodiments, the
적어도 하나의 트렌치(116)는 반도체층(105)의 표면으로부터 반도체층(105) 내부로 소정 깊이만큼 리세스 되어 형성될 수 있다. 예를 들어, 트렌치(116)는 반도체층(105)의 표면으로부터 웰 영역(110)의 일부분을 식각하고 드리프트 영역(107)의 돌출부(107a)에 접하도록 형성될 수 있다. 이에 따라, 드리프트 영역(107)의 돌출부(107a)는 트렌치(116)의 바닥면(도 3의 116a)의 일부분에 접하게 될 수 있다. The at least one
나아가, 트렌치(116)와 접하는 부분에서 웰 영역(110)은 그 가장자리가 파여 절곡된 형상을 갖게 되고, 트렌치(116)는 이러한 웰 영역(110)의 절곡된 부분 상에 안착된 구조를 갖게 될 수 있다. 이에 따라, 웰 영역(110)은 트렌치(116)의 측면들(도 3의 116b) 및 바닥 모서리들(도 3의 116c)을 둘러싸며 드리프트 영역(107)과 접하도록 형성될 수 있다.Furthermore, in the portion in contact with the
일부 실시예에서, 트렌치(116)의 개수는 전력 반도체 소자(100)의 성능에 따라서 하나 또는 복수로 적절하게 선택될 수 있고, 라인 타입 또는 행렬 구조 등 다양하게 배열될 수 있다.In some embodiments, the number of
게이트 절연층(118)은 트렌치(116)의 적어도 내면 상에 형성될 수 있다. 예를 들어, 게이트 절연층(118)은 트렌치(116)의 내면 및 트렌치(116) 외측의 반도체층(105) 상에 형성될 수 있다. 게이트 절연층(118)의 두께는 균일하거나 또는 트렌치(116)의 바닥면 부분의 전계를 낮추기 위하여 트렌치(116)의 바닥면 상에 형성된 부분이 측벽 상에 형성된 부분보다 두꺼울 수도 있다.The
예를 들어, 게이트 절연층(118)은 실리콘 산화물, 실리콘 카바이드의 산화물, 실리콘 질화물, 하프늄 산화물, 지르코늄 산화물, 알루미늄 산화물 등의 절연물을 포함하거나 또는 이들의 적층 구조를 포함할 수 있다.For example, the
적어도 하나의 게이트 전극층(120)은 적어도 트렌치(116)를 매립하도록 게이트 절연층(118) 상에 형성될 수 있다. 예를 들어, 게이트 전극층(120)은 적절한 도전물, 예컨대 폴리실리콘, 금속, 금속 질화물, 금속 실리사이드 등을 포함하거나 또는 이들의 적층 구조를 포함할 수 있다.At least one
일부 실시예에서, 게이트 전극층(120)은 트렌치(116) 내부를 매립하고 반도체층(105) 상으로 더 돌출되게 형성될 수 있다. 나아가, 게이트 전극층(120)의 돌출된 부분은 웰 영역(110) 또는 소오스 영역(112) 상으로 더 신장될 수도 있다. 이에 따라, 게이트 전극층(120)의 돌출된 부분의 단면적이 트렌치(116) 내에 매립된 부분의 단면적보다 더 클 수 있다.In some embodiments, the
일부 실시예에서, 웰 영역(110)은 트렌치(116)의 바닥면(116a)위 적어도 중심부를 노출하면서 바닥 모서리들(116c)을 둘러싸면서 트렌치(116)보다 깊게 반도체층(105)에 형성될 수 있다. 드리프트 영역(107)의 돌출부(107a)는 웰 영역(110)에 의해서 노출된 트렌치(116)의 바닥면(116a)의 중심부에서 게이트 절연층(118) 및 웰 영역(110)에 접하도록 형성될 수 있다.In some embodiments, the
채널 영역(110a)은 드리프트 영역(107)의 돌출부(107a)로부터 소오스 영역(112)으로 이어지도록 게이트 전극층(120)에 인접하게 웰 영역(110)에 형성될 수 있다. 예를 들어, 채널 영역(110a)은 제 2 도전형을 갖고, 전력 반도체 소자(100)의 동작 시 채널 영역(110a)에 반전 채널(inversion channel)이 형성될 수 있다.The
채널 영역(110a)은 소오스 영역(112) 및 드리프트 영역(107)과 반대되는 도핑 타입을 갖기 때문에, 채널 영역(110a)은 소오스 영역(112) 및 드리프트 영역(107)과 다이오드 정션 접합을 형성할 수 있다. 따라서, 채널 영역(110a)은 통상적인 상황에서는 전하의 이동을 허용하지 않지만, 게이트 전극층(120)에 동작 전압이 인가된 경우, 그 내부에 반전 채널이 형성되어 전하의 이동을 허용할 수 있게 된다.Since the
일부 실시예에서, 채널 영역(110a)은 웰 영역(110)의 일부일 수 있다. 이 경우, 채널 영역(110a)은 웰 영역(110)과 연속적으로 연결되게 일체로 형성될 수 있다. 채널 영역(110a)의 제 2 도전형의 불순물의 도핑 농도는 웰 영역(110)의 다른 부분과 같거나, 또는 문턱 전압 조절을 위하여 다를 수도 있다.In some embodiments, the
보다 구체적으로 보면, 채널 영역(110a)은 게이트 전극층(120)의 바닥면 또는 트렌치(116)의 바닥면(116a) 아래의 웰 영역(110)에 수평하게 형성된 수평부(110a1)와 게이트 전극층(120)의 일 측면 또는 트렌치(116)의 일 측면(116b) 상의 웰 영역(110)에 수직으로 형성된 수직부(110a2)를 포함할 수 있다. 채널 영역(110)의 수평부(110a1)의 일단은 드리프트 영역(107)의 돌출부(107a)와 접하고, 채널 영역(110)의 수직부(110a2)의 일단은 소오스 영역(112)에 접할 수 있다. 이에 따라서, 채널 영역(110a)은 단순하게 수직 구조를 갖는 것이 아니라 수평 구조와 수직 구조가 결합된 구조를 갖게 될 수 있다.More specifically, the
웰 콘택 영역(114)은 소오스 영역(112) 내에 또는 웰 영역(110) 상에 형성될 수 있다. 예를 들어, 웰 콘택 영역(114)은 웰 영역(110)으로부터 소오스 영역(112)을 관통하여 신장되고, 제 2 도전형을 가질 수 있다. 웰 콘택 영역(114)은 하나 또는 복수로 소오스 영역(112) 내에 형성될 수 있다. 웰 콘택 영역(114)은 접촉 저항을 낮추기 위하여 웰 영역(110)보다 제 2 도전형의 불순물이 더 고농도로 도핑될 수 있다.The
층간 절연층(130)은 게이트 전극층(120) 상에 형성될 수 있다. 예를 들어, 층간 절연층(130)은 적절한 절연물, 예컨대 산화층, 질화층 또는 이들의 적층 구조를 포함할 수 있다.The interlayer insulating
소오스 전극층(140)은 층간 절연층(130) 상에 형성되고, 소오스 영역(112) 및 웰 콘택 영역(114)에 연결될 수 있다. 예를 들어, 소오스 전극층(140)은 적절한 도전물, 금속 등으로 형성될 수 있다.The
전술한 전력 반도체 소자(100)에 있어서, 제 1 도전형 및 제 2 도전형은 서로 반대의 도전형을 가지되 n형 및 p형 중 각각 어느 하나일 수 있다. 예를 들어, 제 1 도전형은 n형이면 제 2 도전형이 p형이고, 그 반대일 수도 있다. In the above-described
보다 구체적으로, 전력 반도체 소자(100)가 N형 모스펫인 경우, 드리프트 영역(107)은 N- 영역이고, 소오스 영역(112), 드레인 영역(102)은 N+ 영역이고, 웰 영역(110) 및 채널 영역(110a)은 P- 영역이고, 웰 콘택 영역(114)은 P+ 영역일 수 있다.More specifically, when the
전력 반도체 소자(100)의 동작 시, 전류는 드레인 영역(102)으로부터 드리프트 영역(107)의 돌출부(107a)를 따라서 대체로 수직 방향으로 흐르고, 이어서 채널 영역(110a)을 통해서 게이트 전극층(120)의 바닥면 아래를 따라서 수평 방향으로 흐르다가 이어서 게이트 전극층(120)의 측면을 따라서 수직 방향으로 소오스 영역(112)으로 흐를 수 있다.In operation of the
전력 반도체 소자(100)에 있어서, 웰 영역(110)은 게이트 전극층(120)의 바닥 모서리들 또는 트렌치(116)의 바닥 모서리들(116c)을 모두 둘러쌀 수 있다. 이에 따라서, 게이트 전극층(120)의 바닥 모서리들 또는 트렌치(116)의 바닥 모서리들(116c)에 전계가 집중되는 문제를 더욱 완화시킬 수 있다. 이에 따라, 전력 반도체 소자(100)에서 게이트 절연층(118)에 걸리는 전계 마진을 높여, 전력 반도체 소자(100)의 동작 신뢰성을 높일 수 있다. 나아가, 트렌치(116)의 바닥면의 전계를 낮추고, 게이트 절연층(118)에 걸리는 전계를 낮춤으로써, 드리프트 영역(107)의 수직 부분(107a)의 정션 저항을 낮출 수 있는 여지가 생긴다.In the
도 2 내지 도 5는 도 1의 전력 반도체 소자(100)의 제조 방법을 보여주는 단면도들이다.2 to 5 are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing the
도 2를 참조하면, 실리콘 카바이드(SiC)의 반도체층(105)에 돌출부(107a)를 포함하고 제 1 도전형을 갖는 드리프트 영역(107)을 형성할 수 있다. 예를 들어, 드리프트 영역(107)은 제 1 도전형을 갖는 드레인 영역(102) 상에 형성될 수 있다. 일부 실시예에서, 드레인 영역(102)은 제 1 도전형을 갖는 실리콘 카바이드의 기판으로 제공되고, 드리프트 영역(107)은 이러한 기판 상에 하나 또는 그 이상의 에피택셜층으로 형성될 수 있다.Referring to FIG. 2 , the
이어서, 반도체층(105)에 드리프트 영역(107)에 접하도록 제 2 도전형을 갖는 웰 영역(110)을 형성할 수 있다. 예를 들어, 웰 영역(110)을 형성하는 단계는 반도체층(105)에 제 2 도전형의 불순물을 주입하여 수행할 수 있다.Next, the
예를 들어, 웰 영역(110)은 드리프트 영역(107)의 돌출부(107a)를 둘러싸도록 반도체층(105)에 형성될 수 있다. 일부 실시예에서, 드리프트 영역(107)은 드레인 영역(102) 상에 적어도 하나의 층으로 형성되고, 웰 영역(110)은 드리프트 영역(107)에 드리프트 영역(107)과 반대되는 불순물을 도핑하여 형성할 수 있다. 이 경우, 웰 영역(110)은 드리프트 영역(107) 내에 돌출부(107a)가 한정되도록 형성될 수 있다. For example, the
일부 실시예에서, 웰 영역(110)은 도 2와 달리, 드리프트 영역(107)의 돌출부(107a) 상에 연속되게 형성될 수도 있다.In some embodiments, unlike FIG. 2 , the
이어서, 웰 영역(110) 내에 또는 웰 영역(110) 상에 제 1 도전형을 갖는 소오스 영역(112)을 형성할 수 있다. 예를 들어, 소오스 영역(112)을 형성하는 단계는 웰 영역(110) 상의 반도체층(105)에 또는 웰 영역(110) 내에 제 1 도전형의 불순물을 주입하여 수행할 수 있다.Subsequently, the
나아가, 웰 영역(110) 상에 웰 콘택 영역(114)을 형성할 수 있다. 예를 들어, 웰 콘택 영역(114)은 웰 영역(110) 상의 반도체층(105)의 일부에 또는 웰 영역(110)의 일부에 제 2 도전형의 불순물을 웰 영역(110)보다 높은 농도로 주입하여 형성할 수 있다.Furthermore, a
나아가, 채널 영역(110a)은 소오스 영역(112)과 드리프트 영역(107)의 돌출부(107a) 사이의 반도체층(105)에 형성될 수 있다. 예를 들어, 채널 영역(110a)은 웰 영역(110)의 일부일 수 있고, 반도체층(105)에 제 2 도전형의 불순물을 주입하여 형성할 수 있다.Furthermore, the
전술한 단계들에 있어서, 불순물 주입 또는 불순물 도핑은 반도체층(105)에 불순물을 이온 주입하거나 또는 에피택셜층의 형성 시 불순물이 혼입되게 수행할 수 있다. 다만, 선택적인 영역에서 불순물 주입은 마스크 패턴을 이용한 이온 주입 방법을 이용할 수 있다.In the above-described steps, impurity implantation or impurity doping may be performed such that ions are implanted into the
선택적으로, 이온 주입 후 불순물을 활성화시키거나 확산시키기 위한 열처리 단계가 이어질 수 있다.Optionally, the ion implantation may be followed by a thermal treatment step to activate or diffuse the impurities.
도 3을 참조하면, 반도체층(105)의 표면으로부터 반도체층(105) 내부로 소정 깊이만큼 리세스 되게 적어도 하나의 트렌치(116)를 형성할 수 있다.Referring to FIG. 3 , at least one
예를 들어, 트렌치(116)는 드리프트 영역(107)의 돌출부(107a) 및 웰 영역(110)의 일부분을 부분적으로 식각하여 형성할 수 있다. 이에 따라, 소오스 영역(112)은 트렌치(116)와 접하게 배치될 수 있다. 나아가, 트렌치(116)의 바닥면(116a)은 드리프트 영역(107)의 돌출부(107a)와 접하도록 형성될 수 있다. 따라서, 트렌치(116)는 웰 영역(110)의 평균적인 깊이(110)보다는 얕게 형성될 수 있다.For example, the
보다 구체적으로 보면, 트렌치(116)와 접하는 부분에서 웰 영역(110)은 그 가장자리가 파여 절곡된 형상을 갖게 되고, 트렌치(116)는 이러한 웰 영역(110)의 절곡된 부분 상에 안착된 구조를 갖게 될 수 있다. 이에 따라, 웰 영역(110)은 트렌치(116)의 측면들(116b) 및 바닥 모서리들(116c)을 둘러싸며 드리프트 영역(107)과 접하게 되고, 드리프트 영역(107)의 돌출부(107a)는 트렌치(116)의 바닥면(116a)의 일부분에 접하게 될 수 있다. 나아가, 소오스 영역(112)은 트렌치(116)의 측면들(116b)의 상단부와 접하게 될 수 있다. More specifically, in the portion in contact with the
일부 실시예에서, 웰 영역(110)이 드리프트 영역(107)의 돌출부(107a) 상에 연속적으로 배치된 경우, 트렌치(116)는 소오스 영역(112)의 일부를 관통하고 웰 영역(110)의 일부분을 부분적으로 식각하여 형성할 수도 있다.In some embodiments, when the
이러한 트렌치(116)의 구조로 인해서, 채널 영역(110a)은 트렌치(116)의 바닥면(116a) 아래의 웰 영역(110)에 수평하게 형성된 수평부(110a1)와 트렌치(116)의 일 측면(116b) 상의 웰 영역(110)에 수직으로 형성된 수직부(110a2)를 포함하게 될 수 있다.Due to the structure of the
예를 들어, 트렌치(116)는 포토리소그래피를 이용하여 포토 마스크를 형성하고, 이어서 이러한 포토마스크를 식각 보호막으로 하여 반도체층(105)을 식각하여 형성할 수 있다.For example, the
도 4를 참조하면, 적어도 트렌치들(116)의 내면 상에 게이트 절연층(118)을 형성할 수 있다. 예를 들어, 게이트 절연층(118)은 반도체층(105)을 산화시켜 산화물로 형성하거나 또는 반도체층(105) 상에 산화물 또는 질화물과 같은 절연물을 증착하여 형성할 수 있다. Referring to FIG. 4 , a
이어서, 트렌치들(116)을 매립하도록 게이트 절연층(118) 상에 게이트 전극층들(120)을 형성할 수 있다. 예를 들어, 게이트 전극층(120)은 게이트 절연층(118) 상에 도전층을 형성한 후, 이를 패터닝하여 형성할 수 있다. 게이트 전극층(120)은 폴리실리콘에 불순물을 도핑하여 형성하거나 또는 도전성 금속 또는 금속 실리사이드를 포함하도록 형성할 수 있다.Next, gate electrode layers 120 may be formed on the
패터닝 공정은 포토 리소그래피(photo lithography) 및 식각(etching) 공정들을 이용하여 수행할 수 있다. 포토 리소그래피 공정은 사진 공정과 현상 공정을 이용하여 마스크층으로 포토레지스트(photo resist) 패턴을 형성하는 공정을 포함하고, 식각 공정은 이러한 포토레지스트 패턴을 이용하여 하부 구조물을 선택적으로 식각하는 공정을 포함할 수 있다.The patterning process may be performed using photo lithography and etching processes. The photolithography process includes a process of forming a photoresist pattern as a mask layer using a photolithography process and a developing process, and the etching process includes a process of selectively etching an underlying structure using the photoresist pattern can do.
도 5를 참조하면, 게이트 전극층(120) 상에 층간 절연층(130)을 형성할 수 있다. 예를 들어, 층간 절연층(130)은 게이트 전극층(120)이 형성된 구조물 상에 적어도 하나의 절연층, 예컨대 산화막을 형성한 후 패터닝하여 형성할 수 있다.Referring to FIG. 5 , an
이어서, 층간 절연층(130) 상에 소오스 영역(112) 및 웰 콘택 영역(114)에 연결되게 소오스 전극층(140)을 형성할 수 있다. 예를 들어, 소오스 전극층(140)은 층간 절연층(130) 상에 도전층, 예컨대 금속층을 형성한 후, 이를 패터닝하여 형성할 수 있다.Subsequently, the
전술한 제조 방법에 따르면, 실리콘 카바이드의 반도체층(105)을 이용하여 기존의 실리콘 기판에 사용되는 공정을 이용하여 전력 반도체 소자(100)를 경제적으로 제조할 수 있다.According to the above-described manufacturing method, the
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 전력 반도체 소자(100a)를 보여주는 개략적인 사시도이다. 이 실시예에 따른 전력 반도체 소자(100a)는 도 1의 전력 반도체 소자(100)를 이용하거나 일부 변형한 것이고, 따라서 서로 참조할 수 있고 중복된 설명은 생략된다.6 is a schematic perspective view showing a
도 6을 참조하면, 전력 반도체 소자(100a)에서, 트렌치(116)는 라인 타입으로 일 방향으로 신장되게 형성될 수 있다. 이에 따라, 트렌치(116)는 일 방향을 기준으로 양측면들(도 3의 116b) 및 양측면들(116b)에 연결된 양측 바닥 모서리들(도 3의 116c)을 포함할 수 있다.Referring to FIG. 6 , in the
웰 영역(110)은 트렌치(116)의 양측면들(116b)을 덮고 양측 바닥 모서리들(116c)을 덮도록 트렌치(116)의 바닥면(도 3의 116b) 아래로 신장될 수 있다.The
트렌치(116)가 라인 타입으로 형성됨에 따라서, 게이트 전극층(120)도 일 방향으로 신장되게 라인 타입으로 형성될 수 있다. 따라서, 게이트 전극층(120)의 양측 바닥 모서리들도 웰 영역(110)에 의해서 둘러싸일 수 있다.As the
전력 반도체 소자(100a)의 제조는 도 2 내지 도 5의 전력 반도체 소자(100)의 제조 방법을 참조할 수 있다.The manufacturing method of the
전력 반도체 소자(100a)에 따르면 전력 반도체 소자(100)와 마찬가지로, 게이트 전극층(120)의 바닥 모서리들 또는 트렌치(116)의 바닥 모서리들(116c)에 전계가 집중되는 문제를 더욱 완화시킬 수 있다. 이에 따라, 전력 반도체 소자(100a)에서 게이트 절연층(118)에 걸리는 전계 마진을 높여, 전력 반도체 소자(100a)의 동작 신뢰성을 높일 수 있다.According to the
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 전력 반도체 소자(100b)를 보여주는 개략적인 사시도이다. 이 실시예에 따른 전력 반도체 소자(100b)는 도 1의 전력 반도체 소자(100) 및 도 6의 전력 반도체 소자(100a)를 이용하거나 일부 변형한 것이고, 따라서 서로 참조할 수 있고 중복된 설명은 생략된다.7 is a schematic perspective view showing a
도 7을 참조하면, 전력 반도체 소자(100b)에 있어서, 복수의 트렌치들(116)이 일 방향으로 신장된 라인 타입으로 서로 나란하게 배치되도록 형성될 수 있다.Referring to FIG. 7 , in the
게이트 절연층(118)은 트렌치들(116)의 내면 상에 형성될 수 있다. 복수의 게이트 전극층들(120)은 트렌치들(116)을 각각 매립하도록 게이트 절연층(118) 상에 형성될 수 있다. 이에 따라, 게이트 전극층들(120)은 트렌치 타입으로 반도체층(105) 내에 형성되고, 트렌치들(116)과 마찬가지로 일 방향으로 나란하게 신장되게 배치될 수 있다.The
웰 영역(110)은 트렌치들(116)의 양측면들(116b)을 덮도록 트렌치들(116) 사이의 반도체층(105)에 형성될 수 있다. 나아가, 웰 영역(110)은 트렌치들(116)의 양측 바닥 모서리들(116c)을 덮도록 트렌치들(116)의 바닥면(116a) 아래로 신장될 수 있다. 웰 영역(110)은 트렌치들(116)의 바닥면(116a)의 적어도 중심부를 노출할 수 있고, 이 노출된 부분에 드리프트 영역(107)의 돌출부들(107a)이 웰 영역(110a)에 인접하게 형성될 수 있다The
일부 실시예에서, 드리프트 영역(107)은 돌출부들(107a)을 제외하고 웰 영역(110) 아래에서 트렌치들(116) 또는 게이트 전극층들(120)을 가로질러 드레인 영역(102) 상에 배치될 수 있다.In some embodiments, the
전력 반도체 소자(100b)에 있어서, 트렌치들(116) 내 게이트 전극층들(120)은 스트라이프 타입 또는 라인 타입으로 병렬적으로 조밀하게 배치될 수 있다.In the
전력 반도체 소자(100b)의 제조는 도 2 내지 도 5의 전력 반도체 소자(100)의 제조 방법을 참조할 수 있다.The manufacturing method of the
전력 반도체 소자(100b)에 따르면 전력 반도체 소자(100)와 마찬가지로, 게이트 전극층들(120)의 바닥 모서리들 또는 트렌치들(116)의 바닥 모서리들(116c)에 전계가 집중되는 문제를 더욱 완화시킬 수 있다. 이에 따라, 전력 반도체 소자(100b)에서 게이트 절연층(118)에 걸리는 전계 마진을 높여, 전력 반도체 소자(100b)의 동작 신뢰성을 높일 수 있다.According to the
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, which are merely exemplary, those skilled in the art will understand that various modifications and equivalent other embodiments are possible therefrom. Therefore, the true technical protection scope of the present invention should be determined by the technical spirit of the appended claims.
100: 전력 반도체 소자
102: 드레인 영역
105: 반도체층
107: 드리프트 영역
110: 웰 영역
112: 소오스 영역
114: 웰 콘택 영역
118: 게이트 절연층
120: 게이트 전극층
130: 층간 절연층
140: 소오스 전극층100: power semiconductor device
102: drain region
105: semiconductor layer
107: drift zone
110: well area
112: source area
114: well contact area
118: gate insulating layer
120: gate electrode layer
130: interlayer insulating layer
140: source electrode layer
Claims (11)
상기 반도체층의 표면으로부터 상기 반도체층 내부로 소정 깊이만큼 리세스 되어 형성된 적어도 하나의 트렌치;
상기 적어도 하나의 트렌치의 적어도 내면 상에 형성된 게이트 절연층;
상기 적어도 하나의 트렌치를 매립하도록 상기 게이트 절연층 상에 형성된 적어도 하나의 게이트 전극층;
상기 적어도 하나의 게이트 전극층 아래의 상기 반도체층에 형성되고, 상기 적어도 하나의 트렌치의 바닥면의 일부분에 접하는 돌출부를 포함하고, 제 1 도전형을 갖는 드리프트 영역;
상기 적어도 하나의 트렌치의 측면들 및 바닥 모서리들을 둘러싸며 상기 드리프트 영역에 접하도록 상기 반도체층에 형성되고, 제 2 도전형을 갖는 웰 영역;
상기 웰 영역 내에 형성되고, 제 1 도전형을 갖는 소오스 영역; 및
상기 드리프트 영역의 상기 돌출부로부터 상기 소오스 영역으로 이어지도록 상기 적어도 하나의 게이트 전극층에 인접하게 상기 웰 영역에 형성된 채널 영역을 포함하고,
상기 채널 영역은
상기 적어도 하나의 게이트 전극층의 바닥면 아래의 상기 웰 영역에 수평하게 형성된 수평부와 상기 적어도 하나의 게이트 전극층의 양 측면 상의 상기 웰 영역에 수직으로 형성된 수직부를 포함하고,
상기 채널 영역은
상기 적어도 하나의 트렌치의 양측 바닥 모서리를 덮도록 대칭적으로 형성되고,
상기 수평부는
상기 적어도 하나의 트렌치의 상기 바닥면의 양측에서 일정 간격 이격되는,
전력 반도체 소자.a semiconductor layer of silicon carbide (SiC);
at least one trench formed by recessing a predetermined depth into the semiconductor layer from the surface of the semiconductor layer;
a gate insulating layer formed on at least an inner surface of the at least one trench;
at least one gate electrode layer formed on the gate insulating layer to fill the at least one trench;
a drift region formed in the semiconductor layer under the at least one gate electrode layer, the drift region having a first conductivity type, the drift region including a protrusion in contact with a portion of a bottom surface of the at least one trench;
a well region having a second conductivity type, formed in the semiconductor layer to surround side surfaces and bottom corners of the at least one trench and to be in contact with the drift region;
a source region formed in the well region and having a first conductivity type; and
a channel region formed in the well region adjacent to the at least one gate electrode layer so as to extend from the protrusion of the drift region to the source region;
The channel area is
a horizontal portion formed horizontally in the well region under a bottom surface of the at least one gate electrode layer and a vertical portion formed perpendicular to the well region on both sides of the at least one gate electrode layer;
The channel area is
It is symmetrically formed to cover both bottom edges of the at least one trench,
the horizontal part
spaced apart from both sides of the bottom surface of the at least one trench,
power semiconductor devices.
상기 웰 영역은 상기 적어도 하나의 트렌치의 상기 바닥면의 중심부를 노출하면서 상기 바닥 모서리들을 둘러싸면서 상기 적어도 하나의 트렌치보다 깊게 상기 반도체층에 형성되고,
상기 드리프트 영역의 상기 돌출부는 상기 웰 영역에 의해서 노출된 상기 상기 적어도 하나의 트렌치의 상기 바닥면의 중심부에서 상기 게이트 절연층 및 상기 웰 영역에 접하도록 형성된,
전력 반도체 소자.The method of claim 1,
The well region is formed in the semiconductor layer deeper than the at least one trench while surrounding the bottom corners while exposing a central portion of the bottom surface of the at least one trench;
The protrusion of the drift region is formed to contact the gate insulating layer and the well region at a central portion of the bottom surface of the at least one trench exposed by the well region;
power semiconductor devices.
상기 적어도 하나의 트렌치는 라인 타입으로 일 방향으로 신장되고,
상기 적어도 하나의 트렌치는 상기 일 방향을 기준으로 양측면들 및 상기 양측면들에 연결된 양측 바닥 모서리들을 포함하고,
상기 웰 영역은 상기 적어도 하나의 트렌치의 양측면들을 덮고 상기 적어도 하나의 트렌치의 상기 양측 바닥 모서리들을 덮도록 상기 적어도 하나의 트렌치의 상기 바닥면 아래로 신장된,
전력 반도체 소자.The method of claim 1,
The at least one trench extends in one direction in a line type,
The at least one trench includes both side surfaces and both side bottom edges connected to the both side surfaces with respect to the one direction,
the well region extends below the bottom surface of the at least one trench to cover both sides of the at least one trench and to cover the both bottom edges of the at least one trench;
power semiconductor devices.
상기 적어도 하나의 트렌치는 라인 타입으로 일 방향으로 신장되고 서로 나란하게 배치된 복수의 트렌치들을 포함하고,
상기 게이트 절연층은 상기 복수의 트렌치들의 적어도 내면 상에 형성되고,
상기 적어도 하나의 게이트 전극층은 상기 복수의 트렌치들을 각각 매립하도록 상기 게이트 절연층 상에 형성된 복수의 게이트 전극층들을 포함하는,
전력 반도체 소자.The method of claim 1,
The at least one trench includes a plurality of trenches extending in one direction in a line type and arranged in parallel with each other,
the gate insulating layer is formed on at least inner surfaces of the plurality of trenches;
wherein the at least one gate electrode layer includes a plurality of gate electrode layers formed on the gate insulating layer to respectively fill the plurality of trenches,
power semiconductor devices.
상기 웰 영역은 상기 복수의 트렌치들의 양측면들을 덮도록 상기 복수의 트렌치들의 사이의 상기 반도체층에 형성되고 상기 복수의 트렌치둘의 양측 바닥 모서리들을 덮도록 상기 복수의 트렌치들의 상기 바닥면 아래로 신장된,
전력 반도체 소자.7. The method of claim 6,
The well region is formed in the semiconductor layer between the plurality of trenches to cover both side surfaces of the plurality of trenches, and extends below the bottom surfaces of the plurality of trenches to cover both bottom edges of the two plurality of trenches. ,
power semiconductor devices.
상기 드리프트 영역 하부의 상기 반도체층에 제 1 도전형을 갖는 드레인 영역을 더 포함하고,
상기 드레인 영역은 상기 드리프트 영역보다 고농도로 도핑되어 형성된,
전력 반도체 소자.The method of claim 1,
a drain region having a first conductivity type in the semiconductor layer under the drift region;
The drain region is formed by doping at a higher concentration than the drift region,
power semiconductor devices.
상기 드레인 영역은 제 1 도전형을 갖는 실리콘 카바이드의 기판으로 제공되고,
상기 드리프트 영역은 상기 드레인 영역 상에 에피택셜층으로 형성되는,
전력 반도체 소자.9. The method of claim 8,
The drain region is provided as a substrate of silicon carbide having a first conductivity type;
wherein the drift region is formed as an epitaxial layer on the drain region;
power semiconductor devices.
상기 드리프트 영역 상의 상기 반도체층에 제 2 도전형을 갖는 웰 영역을 형성하는 단계;
상기 웰 영역 상의 상기 반도체층에 제 1 도전형을 갖는 소오스 영역을 형성하는 단계;
상기 반도체층의 표면으로부터 상기 소오스 영역의 일부분을 관통하여 상기 드리프트 영역의 상기 돌출부에 접하도록 상기 반도체층 내부로 리세스 되게 적어도 하나의 트렌치를 형성하는 단계;
상기 적어도 하나의 트렌치의 적어도 내면 상에 게이트 절연층을 형성하는 단계;
상기 적어도 하나의 트렌치를 매립하도록 상기 게이트 절연층 상에 적어도 하나의 게이트 전극층을 형성하는 단계; 및
상기 드리프트 영역의 상기 돌출부로부터 상기 소오스 영역으로 이어지도록 상기 적어도 하나의 게이트 전극층에 인접하게 상기 웰 영역에 채널 영역을 형성하는 단계를 포함하고,
상기 드리프트 영역의 상기 돌출부는 상기 적어도 하나의 트렌치의 바닥면의 일부분에 접하고,
상기 웰 영역은 상기 적어도 하나의 트렌치의 측면들 및 바닥 모서리들을 둘러싸며 상기 드리프트 영역에 접하도록 상기 반도체층에 형성되고,
상기 채널 영역은
상기 적어도 하나의 게이트 전극층의 바닥면 아래의 상기 웰 영역에 수평하게 형성된 수평부와 상기 적어도 하나의 게이트 전극층의 양 측면 상의 상기 웰 영역에 수직으로 형성된 수직부를 포함하고,
상기 채널 영역은
상기 적어도 하나의 트렌치의 양측 바닥 모서리를 덮도록 대칭적으로 형성되고,
상기 수평부는
상기 적어도 하나의 트렌치의 상기 바닥면의 양측에서 일정 간격 이격되는,
전력 반도체 소자의 제조방법.forming a drift region including protrusions and having a first conductivity type in a semiconductor layer of silicon carbide (SiC);
forming a well region having a second conductivity type in the semiconductor layer on the drift region;
forming a source region having a first conductivity type in the semiconductor layer on the well region;
forming at least one trench recessed into the semiconductor layer from the surface of the semiconductor layer through a portion of the source region and in contact with the protrusion of the drift region;
forming a gate insulating layer on at least an inner surface of the at least one trench;
forming at least one gate electrode layer on the gate insulating layer to fill the at least one trench; and
forming a channel region in the well region adjacent to the at least one gate electrode layer so as to extend from the protrusion of the drift region to the source region;
the protrusion of the drift region abuts a portion of the bottom surface of the at least one trench,
the well region is formed in the semiconductor layer to surround side surfaces and bottom corners of the at least one trench and to be in contact with the drift region;
The channel area is
a horizontal portion formed horizontally in the well region under a bottom surface of the at least one gate electrode layer and a vertical portion formed perpendicular to the well region on both sides of the at least one gate electrode layer;
The channel area is
It is symmetrically formed to cover both bottom edges of the at least one trench,
the horizontal part
spaced apart from both sides of the bottom surface of the at least one trench,
A method of manufacturing a power semiconductor device.
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KR101034895B1 (en) | 2009-11-04 | 2011-05-17 | 한국전기연구원 | Silicon Carbide MOSFET with short channel |
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