KR102417146B1 - Power semiconductor device - Google Patents
Power semiconductor device Download PDFInfo
- Publication number
- KR102417146B1 KR102417146B1 KR1020200168860A KR20200168860A KR102417146B1 KR 102417146 B1 KR102417146 B1 KR 102417146B1 KR 1020200168860 A KR1020200168860 A KR 1020200168860A KR 20200168860 A KR20200168860 A KR 20200168860A KR 102417146 B1 KR102417146 B1 KR 102417146B1
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- region
- well
- source
- semiconductor layer
- channel
- Prior art date
Links
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 title claims abstract description 132
- HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N silicon carbide Chemical compound [Si+]#[C-] HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 20
- 238000009825 accumulation Methods 0.000 claims description 5
- 238000005530 etching Methods 0.000 claims description 4
- 238000000034 method Methods 0.000 claims 8
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 119
- 229910010271 silicon carbide Inorganic materials 0.000 description 13
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 9
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 9
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 9
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 8
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 5
- 239000011229 interlayer Substances 0.000 description 4
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 4
- 230000010354 integration Effects 0.000 description 3
- 150000001721 carbon Chemical class 0.000 description 2
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 2
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 230000017525 heat dissipation Effects 0.000 description 2
- 239000011810 insulating material Substances 0.000 description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 description 2
- 150000004767 nitrides Chemical class 0.000 description 2
- 229910052581 Si3N4 Inorganic materials 0.000 description 1
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 1
- 230000005669 field effect Effects 0.000 description 1
- 229910000449 hafnium oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- WIHZLLGSGQNAGK-UHFFFAOYSA-N hafnium(4+);oxygen(2-) Chemical compound [O-2].[O-2].[Hf+4] WIHZLLGSGQNAGK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Al]O[Al]=O TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- RVTZCBVAJQQJTK-UHFFFAOYSA-N oxygen(2-);zirconium(4+) Chemical compound [O-2].[O-2].[Zr+4] RVTZCBVAJQQJTK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000000149 penetrating effect Effects 0.000 description 1
- 229910021420 polycrystalline silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 229920005591 polysilicon Polymers 0.000 description 1
- 238000005036 potential barrier Methods 0.000 description 1
- -1 region Substances 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
- 229910021332 silicide Inorganic materials 0.000 description 1
- FVBUAEGBCNSCDD-UHFFFAOYSA-N silicide(4-) Chemical compound [Si-4] FVBUAEGBCNSCDD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N silicon nitride Chemical compound N12[Si]34N5[Si]62N3[Si]51N64 HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052814 silicon oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910001928 zirconium oxide Inorganic materials 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
- H01L29/76—Unipolar devices, e.g. field effect transistors
- H01L29/772—Field effect transistors
- H01L29/78—Field effect transistors with field effect produced by an insulated gate
- H01L29/7801—DMOS transistors, i.e. MISFETs with a channel accommodating body or base region adjoining a drain drift region
- H01L29/7802—Vertical DMOS transistors, i.e. VDMOS transistors
- H01L29/7813—Vertical DMOS transistors, i.e. VDMOS transistors with trench gate electrode, e.g. UMOS transistors
-
- 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
- H01L29/02—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/06—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions
- H01L29/08—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions with semiconductor regions connected to an electrode carrying current to be rectified, amplified or switched and such electrode being part of a semiconductor device which comprises three or more electrodes
- H01L29/0843—Source or drain regions of field-effect devices
- H01L29/0847—Source or drain regions of field-effect devices of field-effect transistors with insulated gate
- H01L29/0852—Source or drain regions of field-effect devices of field-effect transistors with insulated gate of DMOS transistors
- H01L29/0856—Source regions
- H01L29/0865—Disposition
-
- 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
- H01L29/02—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/06—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions
- H01L29/10—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions with semiconductor regions connected to an electrode not carrying current to be rectified, amplified or switched and such electrode being part of a semiconductor device which comprises three or more electrodes
- H01L29/1095—Body region, i.e. base region, of DMOS transistors or IGBTs
-
- 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
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02B—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
- Y02B70/00—Technologies for an efficient end-user side electric power management and consumption
- Y02B70/10—Technologies improving the efficiency by using switched-mode power supplies [SMPS], i.e. efficient power electronics conversion e.g. power factor correction or reduction of losses in power supplies or efficient standby modes
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)
- Electrodes Of Semiconductors (AREA)
Abstract
본 발명의 일 관점에 의한 전력 반도체 소자는 실리콘 카바이드(SiC)의 반도체층과, 상기 반도체층의 제 1 영역에 일 방향으로 신장된 복수의 라인들로 형성되는 제 1 웰 영역 및 상기 반도체층의 제 2 영역에 상기 제 1 웰 영역과 연결되게 형성된 제 2 웰 영역을 포함하고, 제 2 도전형을 갖는 웰 영역과, 상기 제 1 웰 영역 상의 상기 반도체층에 형성된 제 1 소오스 영역 및 상기 제 2 웰 영역 상의 상기 반도체층에 상기 제 1 소오스 영역과 연결되게 형성된 제 2 소오스 영역을 포함하고, 제 1 도전형을 갖는 소오스 영역과, 전하의 수직 이동 경로를 제공하도록 상기 웰 영역 아래로부터 상기 제 1 웰 영역의 상기 복수의 라인들 사이로 신장되게 상기 반도체층에 형성되고, 제 1 도전형을 갖는 드리프트 영역과, 상기 반도체층의 표면으로부터 상기 복수의 라인들 사이의 적어도 일부의 상기 반도체층 내부로 리세스되게 형성된 적어도 하나의 트렌치와, 상기 적어도 하나의 트렌치의 내벽 및 상기 반도체층의 상기 제 1 영역 상에 형성된 게이트 절연층과, 상기 게이트 절연층 상에 형성되고, 상기 적어도 하나의 트렌치를 매립하는 제 1 부분 및 상기 제 1 영역 상의 제 2 부분을 포함하는 게이트 전극층을 포함한다.A power semiconductor device according to an aspect of the present invention includes a semiconductor layer of silicon carbide (SiC), a first well region formed of a plurality of lines extending in one direction in a first region of the semiconductor layer, and the semiconductor layer. a second well region formed in a second region to be connected to the first well region, a well region having a second conductivity type, a first source region formed in the semiconductor layer on the first well region, and the second well region a second source region formed in the semiconductor layer on the well region to be connected to the first source region, the first source region having a first conductivity type; a drift region formed in the semiconductor layer to extend between the plurality of lines of a well region and having a first conductivity type; at least one trench formed to be recessed; a gate insulating layer formed on an inner wall of the at least one trench and the first region of the semiconductor layer; and a gate insulating layer formed on the gate insulating layer and filling the at least one trench and a gate electrode layer including a first portion and a second portion on the first region.
Description
본 발명은 반도체 장치에 관한 것으로서, 더 상세하게는 전력 전달을 스위칭하기 위한 전력 반도체 소자(power semiconductor device)에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor device, and more particularly, to a power semiconductor device for switching power delivery.
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(power) 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 power MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor), and 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 경우, 게이트 절연층 내 탄소 클러스터 형성으로 인한 음의 전하의 영향으로 실리콘 카바이드 표면의 밴드갭이 위로 상승하게 되어, 문턱전압이 높아지고 채널 저항이 높아지는 문제가 있다. 또한, 게이트 전극들 사이에 소오스 콘택 구조를 배치하다 보니, 또한 게이트 전극들 사이의 간격을 좁히기 어려워, 채널 밀도를 높이는 데 한계가 있다. 나아가 채널 밀도를 높이면서 채널 모빌리티를 높일 필요가 있다.In the case of a power semiconductor device using such silicon carbide, the band gap on the surface of the silicon carbide rises upward due to the influence of negative charges due to the formation of carbon clusters in the gate insulating layer, so there is a problem in that the threshold voltage is increased and the channel resistance is increased. In addition, since the source contact structure is disposed between the gate electrodes, it is difficult to narrow the gap between the gate electrodes, so there is a limit in increasing the channel density. Furthermore, it is necessary to increase channel mobility while increasing the channel density.
본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 채널 밀도를 높이면서 채널 모빌리티를 높일 수 있는 실리콘 카바이드의 전력 반도체 소자을 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 increasing channel mobility while increasing a channel density as to solve the above problems. 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 제 1 영역에 일 방향으로 신장된 복수의 라인들로 형성되는 제 1 웰 영역 및 상기 반도체층의 제 2 영역에 상기 제 1 웰 영역과 연결되게 형성된 제 2 웰 영역을 포함하고, 제 2 도전형을 갖는 웰 영역과, 상기 제 1 웰 영역 상의 상기 반도체층에 형성된 제 1 소오스 영역 및 상기 제 2 웰 영역 상의 상기 반도체층에 상기 제 1 소오스 영역과 연결되게 형성된 제 2 소오스 영역을 포함하고, 제 1 도전형을 갖는 소오스 영역과, 전하의 수직 이동 경로를 제공하도록 상기 웰 영역 아래로부터 상기 제 1 웰 영역의 상기 복수의 라인들 사이로 신장되게 상기 반도체층에 형성되고, 제 1 도전형을 갖는 드리프트 영역과, 상기 반도체층의 표면으로부터 상기 복수의 라인들 사이의 적어도 일부의 상기 반도체층 내부로 리세스되게 형성된 적어도 하나의 트렌치와, 상기 적어도 하나의 트렌치의 내벽 및 상기 반도체층의 상기 제 1 영역 상에 형성된 게이트 절연층과, 상기 게이트 절연층 상에 형성되고, 상기 적어도 하나의 트렌치를 매립하는 제 1 부분 및 상기 반도체층의 상기 제 1 영역 상의 제 2 부분을 포함하는 게이트 전극층을 포함한다.In a power semiconductor device according to an aspect of the present invention for solving the above problems, a semiconductor layer of silicon carbide (SiC) and a first well formed by a plurality of lines extending in one direction in a first region of the semiconductor layer a second well region formed in a region and a second region of the semiconductor layer to be connected to the first well region, a well region having a second conductivity type, and a first formed in the semiconductor layer on the first well region a source region and a second source region formed on the semiconductor layer on the second well region to be connected to the first source region, the well to provide a source region having a first conductivity type and a vertical movement path of charges a drift region formed in the semiconductor layer extending between the plurality of lines of the first well region from below a region and having a first conductivity type; at least one trench formed to be recessed into the semiconductor layer; a gate insulating layer formed on an inner wall of the at least one trench and the first region of the semiconductor layer; and a gate electrode layer including a first portion filling one trench and a second portion on the first region of the semiconductor layer.
상기 전력 반도체 소자에 따르면, 상기 드리프트 영역은 상기 제 1 웰 영역의 상기 복수의 라인들 사이로 신장된 복수의 돌출 부분들을 포함하고, 상기 적어도 하나의 트렌치는 상기 복수의 돌출 부분들 중 일부를 식각하여 형성된 복수의 트렌치들을 포함할 수 있다.According to the power semiconductor device, the drift region includes a plurality of protruding portions extending between the plurality of lines of the first well region, and the at least one trench is formed by etching a part of the plurality of protruding portions. It may include a plurality of trenches formed.
상기 전력 반도체 소자에 따르면, 상기 게이트 전극층의 상기 제 1 부분 아래에, 상기 드리프트 영역 및 상기 제 1 소오스 영역 사이의 상기 반도체층에 상기 적어도 하나의 트렌치를 따라서 형성된 제 1 채널 영역과, 상기 게이트 전극층의 상기 제 2 부분 아래에, 상기 드리프트 영역 및 상기 제 1 소오스 영역 사이의 상기 반도체층에 형성된 제 2 채널 영역을 포함할 수 있다.According to the power semiconductor device, a first channel region formed along the at least one trench in the semiconductor layer between the drift region and the first source region, under the first portion of the gate electrode layer, and the gate electrode layer; and a second channel region formed in the semiconductor layer between the drift region and the first source region under the second portion of .
상기 전력 반도체 소자에 따르면, 상기 제 1 채널 영역 및 상기 제 2 채널 영역은 반전 채널이 형성되도록 제 2 도전형을 갖고, 상기 제 1 채널 영역 및 상기 제 2 채널 영역은 상기 제 1 웰 영역의 일부일 수 있다.According to the power semiconductor device, the first channel region and the second channel region have a second conductivity type such that an inversion channel is formed, and the first channel region and the second channel region are a part of the first well region can
상기 전력 반도체 소자에 따르면, 상기 제 1 채널 영역은 반전 채널이 형성되도록 제 2 도전형을 갖고, 상기 제 2 채널 영역은 축적 채널이 형성되도록 제 1 도전형을 가질 수 있다.According to the power semiconductor device, the first channel region may have a second conductivity type to form an inversion channel, and the second channel region may have a first conductivity type to form an accumulation channel.
상기 전력 반도체 소자에 따르면, 상기 제 1 웰 영역은 상기 제 2 웰 영역을 기준으로 양측에 대칭적으로 형성되고, 상기 제 1 소오스 영역은 상기 제 2 소오스 영역을 기준으로 양측에 대칭적으로 형성될 수 있다.According to the power semiconductor device, the first well region may be symmetrically formed on both sides with respect to the second well region, and the first source region may be symmetrically formed on both sides with respect to the second source region. can
상기 전력 반도체 소자는, 상기 제 2 소오스 영역 내에 상기 제 2 웰 영역으로부터 상기 제 2 소오스 영역을 관통하여 신장되며 제 2 도전형을 갖는 웰 콘택 영역과, 상기 제 2 소오스 영역 및 상기 웰 콘택 영역에 연결된 소오스 전극층을 더 포함할 수 있다.The power semiconductor device may include a well contact region extending from the second well region through the second source region in the second source region and having a second conductivity type, the second source region and the well contact region. It may further include a connected source electrode layer.
상기 전력 반도체 소자는, 상기 제 2 소오스 영역을 관통하여 상기 제 2 웰 영역을 노출하는 적어도 하나의 홈과, 상기 적어도 하나의 홈의 바닥면에 상기 제 2 웰 영역과 접하게 형성되고 제 2 도전형을 갖는 웰 콘택 영역과, 상기 적어도 하나의 홈을 채우도록 형성되어, 상기 제 2 소오스 영역 및 상기 웰 콘택 영역과 연결된 소오스 전극층을 더 포함할 수 있다.The power semiconductor device includes at least one groove passing through the second source region to expose the second well region, and a bottom surface of the at least one groove in contact with the second well region and having a second conductivity type. It may further include a well contact region having a , and a source electrode layer formed to fill the at least one groove and connected to the second source region and the well contact region.
상기 전력 반도체 소자에 따르면, 상기 드리프트 영역 하부의 상기 반도체층에 제 1 도전형을 갖는 드레인 영역을 더 포함하고, 상기 드리프트 영역은 상기 드레인 영역 상에 에피택셜층으로 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, and the drift region may be formed as an epitaxial layer on the drain region.
상기한 바와 같이 이루어진 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 반도체 소자 및 그 제조 방법에 의하면, 채널 밀도를 높여 집적도를 높이고 채널 모빌리티를 높일 수 있다. According to the power semiconductor device and the manufacturing method thereof according to an embodiment of the present invention made as described above, it is possible to increase the channel density to increase the degree of integration and increase the channel mobility.
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 개략적인 사시도이다.
도 2는 도 1의 II-II선에서 절취한 전력 반도체 소자를 보여주는 평면도이다.
도 3은 도 2의 III-III선에서 절취한 전력 반도체 소자를 보여주는 단면도이다.
도 4는 도 2의 IV-IV선에서 절취한 전력 반도체 소자를 보여주는 단면도이다.
도 5는 도 2의 V-V선에서 절취한 전력 반도체 소자를 보여주는 단면도이다.
도 6 및 도 7은 본 발명의 다른 실시예들에 따른 전력 반도체 소자들을 보여주는 단면도들이다.1 is a schematic schematic perspective view showing a power semiconductor device according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a plan view showing the power semiconductor device taken along line II-II of FIG. 1 .
3 is a cross-sectional view illustrating a power semiconductor device taken along line III-III of FIG. 2 .
4 is a cross-sectional view illustrating a power semiconductor device taken along line IV-IV of FIG. 2 .
FIG. 5 is a cross-sectional view showing the power semiconductor device taken along line VV of FIG. 2 .
6 and 7 are cross-sectional views illustrating power semiconductor devices according to other embodiments 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 a variety of different forms. It is provided to fully inform 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 개략적인 사시도이고, 도 2는 도 1의 II-II선에서 절취한 전력 반도체 소자(100)를 보여주는 평면도이고, 도 3은 도 2의 III-III선에서 절취한 전력 반도체 소자(100)를 보여주는 단면도이고, 도 4는 도 2의 IV-IV선에서 절취한 전력 반도체 소자(100)를 보여주는 단면도이고, 도 5는 도 2의 V-V선에서 절취한 전력 반도체 소자(100)를 보여주는 단면도이다.1 is a schematic schematic perspective view showing a
도 1 내지 도 5를 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.1 to 5 , 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. More specifically, the
드리프트 영역(107)은 전하의 수직 이동 경로를 제공할 수 있다. 나아가, 드리프트 영역(107)은 게이트 전극층(120) 하부에 배치된 적어도 하나의 돌출 부분(107a)을 포함할 수 있다. 돌출 부분(107a)은 실질적으로 반도체층(105)의 표면 상으로 신장될 수 있다.The
웰 영역(well region, 110)은 반도체층(105)에 드리프트 영역(107)의 적어도 일부에 접하도록 형성되고, 제 2 도전형을 가질 수 있다. 예를 들어, 웰 영역(110)은 반도체층(105) 또는 드리프트 영역(107) 내에 제 1 도전형의 반대인 제 2 도전형의 불순물을 도핑하여 형성될 수 있다.The
예를 들어, 웰 영역(110)은 반도체층(105)의 제 1 영역에 일 방향으로 신장된 복수의 라인들로 형성되는 제 1 웰 영역(110a) 및 반도체층(105)의 제 2 영역에 제 1 웰 영역(110a)과 연결되게 형성된 제 2 웰 영역(110b)을 포함할 수 있다. For example, the
보다 구체적으로 보면, 제 1 웰 영역(110a)은 게이트 전극층(120) 하부의 반도체층(105)의 제 1 영역에 형성되고 드리프트 영역(107)의 돌출 부분(107a)과 접하게 형성될 수 있다. 제 2 웰 영역(110b)은 게이트 전극층(120) 외측의 반도체층(105)의 제 2 영역에 형성될 수 있다. 제 1 웰 영역(110a)과 제 2 웰 영역(110b)은 서로 연결될 수 있다. 실질적으로, 드리프트 영역(107)의 돌출 부분(107a)의 하부는 제 1 웰 영역(110a)에 의해서 한정될 수 있고, 보다 구체적으로는 제 1 웰 영역(110a)의 측벽과 접할 수 있다.More specifically, the
드리프트 영역(107)은 웰 영역(110)의 아래로부터 제 1 웰 영역(110a)의 라인들 사이로 신장되게 반도체층(105)에 형성될 수 있다. 예를 들어, 드리프트 영역(107)은 제 1 웰 영역(110a)의 라인들 사이로 신장된 복수의 돌출 부분들(107a)을 포함할 수 있다.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 반도체층(105) 또는 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
예를 들어, 소오스 영역(112)은 제 1 웰 영역(110a) 상에 또는 제 1 웰 영역(110a) 내에 형성된 제 1 소오스 영역(112a) 및 제 2 웰 영역(110b) 내에 또는 제 2 웰 영역(110b) 상에 형성된 제 2 소오스 영역(112b)을 포함할 수 있다. 제 1 소오스 영역(112a)과 제 2 소오스 영역(112b)은 서로 연결될 수 있다. 제 1 소오스 영역(112a)은 게이트 전극층(120) 하부에 배치되고, 제 2 소오스 영역(112b)은 게이트 전극층(120) 외측에 배치될 수 있다.For example, the
나아가, 제 1 소오스 영역(112a)은 제 1 웰 영역(110a)과 마찬가지로, 일 방향으로 신장된 복수의 라인들을 포함할 수 있다. 제 1 소오스 영역(112a)은 제 2 소오스 영역(112b)의 양측으로 대칭되게 신장될 수 있다.Furthermore, like the
제 2 소오스 영역(112b)은 게이트 전극층들(120)의 외측에 소오스 전극층(140)과 연결되는 소오스 콘택 영역(112b1)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 소오스 콘택 영역(112b1)은 제 2 소오스 영역(112b)의 일부로서, 소오스 전극층(140)이 연결되는 부분을 지칭할 수 있다.The
웰 콘택 영역(114)은 제 2 소오스 영역(112b) 내, 보다 구체적으로 소오스 콘택 영역(112b1) 내에 형성될 수 있다. 예를 들어, 웰 콘택 영역(114)은 제 2 웰 영역(110b)으로부터 제 2 소오스 영역(112b)을 관통하여 신장되고, 제 2 도전형을 가질 수 있다. 웰 콘택 영역(114)은 하나 또는 복수로 소오스 콘택 영역(112b1) 내에 형성될 수 있다.The
웰 콘택 영역(114)은 소오스 전극층(140)과 연결될 수 있고, 소오스 전극층(140)과 연결 시 접촉 저항을 낮추기 위하여 웰 영역(110)보다 제 2 도전형의 불순물이 더 고농도로 도핑될 수 있다.The
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. 나아가, 일부 실시예에서, 드레인 영역(102)은 제 1 도전형의 실리콘 카바이드 기판으로 제공되고, 드리프트 영역(107)은 이러한 드레인 영역(102) 상에 하나 또는 그 이상의 에피택셜층으로 형성될 수 있다.In some embodiments, the
일부 실시예에서, 드리프트 영역(107)은 일 방향으로 나란하게 형성된 복수의 돌출 부분들(107a)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제 1 웰 영역(110a)이 일 방향으로 신장된 스트라이프 패턴으로 형성될 수 있고, 돌출 부분들(107a)이 또한 스트라이프 패턴으로 형성될 수 있다. 또한, 제 1 소오스 영역(112a)은 제 1 웰 영역(110a) 상에 스트라이프 패턴으로 형성될 수 있다.In some embodiments, the
적어도 하나의 트렌치(116)는 반도체층(105)의 표면으로부터 반도체층(105)의 내부로 소정 깊이만큼 리세스되게 형성될 수 있다. 예를 들어, 트렌치(116)는 반도체층(105)의 표면으로부터 제 1 웰 영역(110a)의 복수의 라인들 사이의 적어도 일부의 반도체층(105) 내부로 리세스되게 형성될 수 있다. 보다 구체적으로 보면, 트렌치(116)는 드리프트 영역(107)의 돌출 부분(107a) 및 이와 인접한 제 1 웰 영역(110a)의 일부를 식각하여 제 1 소오스 영역(112a)에 접하도록 형성될 수 있다.The at least one
트렌치(116)는 반도체층(105) 내에서 일 방향으로 신장될 수 있다. 일 방향은 트렌치(116)의 깊이 방향이 아닌 길이 방향을 지칭하는 것으로서, 도 2에서 IV-IV선 또는 V-V선 방향을 지칭할 수 있다.The
일부 실시예에서, 보다 구체적으로 보면, 트렌치(116)는 드리프트 영역(107)의 돌출 부분들(107a)의 일부를 식각하여 형성된 복수의 트렌치들(116)을 포함할 수 있다. 복수의 트렌치들(116)은 제 1 웰 영역(110a)의 복수의 라인들의 인접한 둘 중 어느 하나 사이에 형성될 수 있다. 예를 들어, 도 2의 III-III선을 따라서 보면, 제 1 웰 영역(110a)의 복수의 라인들의 인접한 둘 사이에 하나 건너서 하나씩 트렌치들(116)이 형성될 수 있다.In some embodiments, more specifically, the
게이트 절연층(118)은 트렌치들(116)의 내벽 및 반도체층(105)의 적어도 일부 상에 형성될 수 있다. 예를 들어, 게이트 절연층(118)은 트렌치들(116)의 내벽과 반도체층(105)의 제 1 영역 상에 형성될 수 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
게이트 전극층(120)은 게이트 절연층(118) 상에 형성될 수 있다. 예를 들어, 게이트 전극층(120)은 적어도 하나의 트렌치(116)를 매립하는 제 1 부분(120a) 및 반도체층(105)의 제 1 영역 상의 제 2 부분(120b)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 게이트 전극층(120)의 제 1 부분(120a)은 트렌치형(trench type) 게이트 구조를 갖고, 제 2 부분(120b)은 평면형(planar type) 게이트 구조를 가질 수 있다. 따라서, 게이트 전극층(120)은 트렌치형 게이트 구조와 평면형 게이트 구조를 모두 포함하는 하이브리형 구조를 가질 수 있다. The
보다 구체적으로, 게이트 전극층(120)은 제 1 소오스 영역(112a), 채널 영역(110c) 및 드리프트 영역(107)의 돌출 부분들(107a) 상에 형성될 수 있다. 제 2 웰 영역(110b), 제 2 소오스 영역(112b) 및 웰 콘택 영역(114)은 게이트 전극층(120) 외측에 배치될 수 있고, 게이트 전극층(120)으로부터 노출될 수 있다.More specifically, the
예를 들어, 게이트 전극층(120)은 적절한 도전물, 예컨대 폴리실리콘, 금속, 금속 질화물, 금속 실리사이드 등을 포함하거나 또는 이들의 적층 구조를 포함할 수 있다.For example, the
제 1 웰 영역(110a)의 깊이는 트렌치(116) 및 게이트 전극층(120) 보다 깊은 위치에 형성될 수 있다. 이에 따라, 게이트 전극층(120)의 제 1 부분(120a)의 트렌치 바닥 모서리는 제 1 웰 영역(110a)에 의해서 둘러싸일 수 있다. 이러한 구조는 트렌치형 게이트 구조에서 트렌치 바닥 모서리에서 전계가 집중되는 부분을 완화시킬 수 있다. 나아가, 제 1 부분(120a) 아래의 드리프트 영역(107)의 돌출 부분(107a)의 높이는 제 2 부분(120b) 아래의 드리프트 영역(107)의 돌출 부분(107a)의 높이보다 낮기 때문에, 제 1 부분(120a) 아래에서 정션 저항을 줄일 수 있다.The depth of 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), 보다 구체적으로 제 2 소오스 영역(112b) 또는 소오스 콘택 영역(112b1)에 연결될 수 있다. 나아가, 소오스 전극층(140)은 제 2 소오스 영역(112b) 및 웰 콘택 영역(114)에 공통으로 연결될 수 있다. 예를 들어, 소오스 전극층(140)은 적절한 도전물, 금속 등으로 형성될 수 있다.The
제 1 채널 영역(C1)은 게이트 전극층(120)의 제 1 부분(120a) 아래에, 드리프트 영역(107) 및 제 1 소오스 영역(112a) 사이의 반도체층(105)에 적어도 하나의 트렌치(116)를 따라서 형성될 수 있다. 예를 들어, 제 1 채널 영역(C1)은 드리프트 영역(107)의 돌출 부분(107a) 및 제 1 소오스 영역(112a) 사이에 형성될 수 있다. 제 1 채널 영역(C1)은 트렌치형 채널 구조를 가질 수 있다.The first channel region C1 is at least one
제 2 채널 영역(C2)은 게이트 전극층(120)의 제 2 부분(120b) 아래에, 드리프트 영역(107) 및 제 1 소오스 영역(112) 사이의 상기 반도체층(105)에 형성될 수 있다. 제 2 채널 영역(C2)은 평면형 채널 구조를 가질 수 있다.The second channel region C2 may be formed in the
예를 들어, 제 1 채널 영역(C1) 및 제 2 채널 영역(C2)은 반전 채널(inversion channel)이 형성되도록 제 2 도전형을 가질 수 있다. 제 1 채널 영역(C1) 및 제 2 채널 영역(C2)은 소오스 영역(112) 및 드리프트 영역(107)과 반대되는 도핑 타입을 갖기 때문에, 제 1 채널 영역(C1) 및 제 2 채널 영역(C2)은 소오스 영역(112) 및 드리프트 영역(107)과 다이오드 정션 접합을 형성할 수 있다. For example, the first channel region C1 and the second channel region C2 may have the second conductivity type to form an inversion channel. Since the first channel region C1 and the second channel region C2 have doping types opposite to those of the
따라서, 제 1 채널 영역(C1) 및 제 2 채널 영역(C2)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.Accordingly, although the first channel region C1 and the second channel region C2 do not allow the movement of charges under normal circumstances, when an operating voltage is applied to the
예를 들어, 제 1 채널 영역(C1) 및 제 2 채널 영역(C2)은 웰 영역(110), 예컨대 제 1 웰 영역(110a)의 일부일 수 있다. 보다 구체적으로 보면, 제 1 채널 영역(C1)은 게이트 전극층(120)의 제 1 부분(120a) 하부에 인접한 제 1 웰 영역(110a)의 일부이고, 제 2 채널 영역(C2)은 게이트 전극층(120)의 제 2 부분(120b)의 하부에 인접한 제 1 웰 영역(110a)의 일부일 수 있다. For example, the first channel region C1 and the second channel region C2 may be part of the
이 경우, 제 1 채널 영역(C1) 및 제 2 채널 영역(C2)은 웰 영역(110)과 일체로 또는 연속적으로 연결되게 형성될 수 있다. 제 1 채널 영역(C1) 및 제 2 채널 영역(C2)의 제 2 도전형의 불순물의 도핑 농도는 웰 영역(110)의 다른 부분과 같거나, 또는 문턱 전압 조절을 위하여 다를 수도 있다.In this case, the first channel region C1 and the second channel region C2 may be integrally or continuously connected to the
일부 실시예에서, 드리프트 영역(107)의 돌출 부분(107a), 제 1 웰 영역(110a), 채널 영역(110c) 및/또는 제 1 소오스 영역(112a)은 일 방향으로 신장될 수 있다. In some embodiments, the protruding
일부 실시예에서, 제 1 웰 영역(110a) 및 제 1 소오스 영역(112a)은 드리프트 영역(107)의 돌출 부분(107a)을 중심으로 대칭적으로 형성될 수 있다. 예를 들어, 제 1 웰 영역(110a) 및 제 1 소오스 영역(112a)은 드리프트 영역(107)의 돌출 부분(107a)의 양측의 반도체층(105)에 각각 형성될 수 있다. In some embodiments, the
일부 실시예에서, 제 1 웰 영역(110a)은 제 2 웰 영역(110b)을 기준으로 대칭적으로 형성되고, 제 1 소오스 영역(112a)은 제 2 소오스 영역(112b)을 기준으로 대칭적으로 형성될 수 있다. 이 경우, 드리프트 영역(107)의 돌출 부분들(107a)은 제 2 웰 영역(110b) 또는 제 2 소오스 영역(112b)을 기준으로 대칭적으로 형성된 복수의 돌출 부분들(107a)을 포함할 수 있다.In some embodiments, the
나아가, 제 1 웰 영역(110a) 및 제 2 웰 영역(110b)이 일 방향을 따라서 반복적으로 교대로 형성될 수도 있다. 이 경우, 제 1 소오스 영역(112a) 및 제 2 소오스 영역(112b)도 반복적으로 형성될 수 있다. Furthermore, 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) 및 드레인 영역(102)은 N+ 영역이고, 웰 영역(110), 제 1 채널 영역(C1) 및 제 2 채널 영역(C2)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 돌출 부분들(107a)을 따라서 대체로 수직 방향으로 흐르고, 이어서 제 1 채널 영역(C1) 및 제 2 채널 영역(C2)을 통해서 소오스 영역(112)으로 흐를 수 있다.In operation of the
전력 반도체 소자(100)에 있어서, 소오스 콘택 영역(112b1) 및 웰 콘택 영역(114)은 게이트 전극층(120) 외측에 별도로 배치될 수 있다. 따라서, 드리프트 영역(107)의 돌출 부분들(107a)이 조밀하게 배치되도록 제 1 웰 영역(110a) 및 제 1 소오스 영역(112a)을 형성할 수 있고, 이에 따라서 제 1 채널 영역(C1) 및 제 2 채널 영역(C2)이 게이트 전극층(120) 하부에 조밀하게 형성될 수 있다. 따라서, 전력 반도체 소자(100)는 높은 집적도를 가질 수 있다.In the
전력 반도체 소자(100)는 트렌치형 구조와 평면형 구조를 모두 포함하는 하이브리드 구조를 가질 수 있다. 이에 따라, 평면형 구조만 가질 때에 비해서 트렌치형 구조를 부가함으로 인해서 집적도를 유지하면서도 채널 모빌리티를 높일 수 있다. 이에 따라, 제 1 웰 영역(110a)의 이격 거리가 짧아지면서 정션 저항이 증가하는 것을 완화시킬 수 있다.The
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 전력 반도체 소자(100a)를 보여주는 단면도이다. 전력 반도체 소자(100a)는 도 1 내지 도 5의 전력 반도체 소자(100)에서 일부 구성을 변형한 것이고 서로 참조될 수 있고, 중복된 설명은 생략된다.6 is a cross-sectional view showing a
도 6을 참조하면, 전력 반도체 소자(100a)에서, 제 2 채널 영역(C2a)은 드리프트 영역(107) 및 소오스 영역(112) 사이의 반도체층(105)에 형성될 수 있다. 예를 들어, 제 2 채널 영역(C2a)은 드리프트 영역(107)의 돌출 부분(107a) 및 제 1 소오스 영역(112a) 사이의 반도체층(105)에 형성될 수 있다. 제 2 채널 영역(C2a)은 축적 채널(accumulation channel)이 형성되도록 제 1 도전형을 가질 수 있다.Referring to FIG. 6 , in the
예를 들어, 제 2 채널 영역(C2a)은 소오스 영역(112) 및 드리프트 영역(107)과 동일한 도핑 타입을 가질 수 있다. 이 경우, 소오스 영역(112), 제 2 채널 영역(C2a)은 및 드리프트 영역(107)은 통상적으로(normally) 전기적으로 연결될 수 있는 구조이다. 하지만, 실리콘 카바이드의 반도체층(105) 구조에서, 탄소 클러스터가 게이트 절연층(118)에 형성되면서 발생된 음의 차지(negative charge)의 영향으로 제 2 채널 영역(C2a)의 밴드가 위로 휘면서 포텐셜 장벽이 형성된다. 이에 따라, 게이트 전극층(120)에 동작 전압이 인가된 경우에, 제 2 채널 영역(C2a)에 전하 또는 전류의 흐름을 허용하는 축적 채널이 형성될 수 있다.For example, the second channel region C2a may have the same doping type as the
따라서, 제 2 채널 영역(C2a)에 축적 채널을 형성하기 위해 게이트 전극층(120)에 인가되어야 하는 문턱 전압은 통상적인 반전 채널을 형성하기 위해서 게이트 전극층(120)에 인가되어야 하는 문턱 전압보다 크게 낮을 수 있다.Therefore, the threshold voltage that must be applied to the
일부 실시예에서, 제 2 채널 영역(C2a)은 드리프트 영역(107)의 일부일 수 있다. 보다 구체적으로 보면, 제 2 채널 영역(C2a)은 드리프트 영역(107)의 돌출 부분(107a)의 일부일 수 있다. 예를 들어, 제 2 채널 영역(C2a)은 드리프트 영역(107)과 일체로 형성될 수 있다. In some embodiments, the second channel region C2a may be a part of the
예를 들어, 제 2 채널 영역(C2a)의 제 1 도전형의 불순물의 도핑 농도는 드리프트 영역(107)의 다른 부분과 같거나, 또는 문턱 전압 조절을 위하여 다를 수도 있다.For example, the doping concentration of the impurity of the first conductivity type in the second channel region C2a may be the same as that of other portions of the
이 실시예에서, 제 2 채널 영역(C2a)이 인접한 부분에서, 제 1 웰 영역(110a)과 제 1 소오스 영역(112a)의 단부들은 동일 선상에 위치할 수 있다. 이 경우, 제 1 소오스 영역(112a)은 드리프트 영역(107)의 돌출 부분(107a)과 접하고, 이 돌출 부분(107a)의 접하는 부분에 채널 영역(107b)이 한정될 수 있다.In this embodiment, in a portion adjacent to the second channel region C2a, ends of the
일부 실시예에서, 제 1 웰 영역(110a)은 제 1 소오스 영역(112a)보다 드리프트 영역(107)의 돌출 부분(107a) 방향으로 돌출되게 제 1 소오스 영역(112a) 하부에 형성될 수 있다. 이 경우, 제 2 채널 영역(C2a)은 제 1 웰 영역(110a)의 돌출된 부분 상의 반도체층(105)에 형성될 수 있다. 예를 들어, 드리프트 영역(107)의 돌출 부분(107a)이 제 1 웰 영역(110a)과 게이트 전극층(120) 사이의 홈 부분으로 더 신장될 수 있고, 제 2 채널 영역(C2a)은 이 부분에 형성될 수 있다. 이러한 구조는 제 2 채널 영역(C2a)이 게이트 전극층(120) 및 웰 영역(110) 사이에 한정되게 할 수 있다.In some embodiments, the
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 전력 반도체 소자(100b)를 보여주는 단면도이다. 전력 반도체 소자(100b)는 도 1 내지 도 5의 전력 반도체 소자(100)에서 일부 구성을 변형한 것이고 서로 참조될 수 있고, 중복된 설명은 생략된다.7 is a cross-sectional view showing a
도 7을 참조하면, 전력 반도체 소자(100b)는 제 2 소오스 영역(112b)을 관통하고 제 2 웰 영역(110b)을 노출하는 적어도 하나의 홈(138)을 포함할 수 있다. 홈(138)은 제 2 웰 영역(110b)의 표면을 노출하거나 또는 제 2 웰 영역(110b)의 소정 깊이로 리세스되게 형성될 수도 있다. 홈(138)의 적어도 바닥면에는 제 2 웰 영역(110b)과 접촉되게 웰 콘택 영역(114a)이 형성될 수 있다.Referring to FIG. 7 , the
소오스 전극층(140)은 홈(138)을 채우도록 형성되어, 웰 콘택 영역(114a), 제 2 웰 영역(110b) 및/또는 제 2 소오스 영역(112b)과 연결될 수 있다. 이러한 구조는 소오스 전극층(140)과 제 2 웰 영역(110b) 및 제 2 소오스 영역(112b)과의 접촉 면적을 넓혀서 이들 사이의 콘택 저항을 줄이는 데 도움이 될 수 있다.The
일부 실시예에서, 웰 콘택 영역(114a)은 홈(138)에 의해서 노출된 제 2 웰 영역(110b)의 표면 상에 전체적으로 형성될 수도 있다. 따라서, 웰 콘택 영역(114a)은 홈(138)의 바닥면 및 측벽으로부터 노출된 제 2 웰 영역(110b) 상에 형성될 수 있다. 이러한 웰 콘택 영역(114a)의 구조는 소오스 전극층(140)과 제 2 웰 영역(110b)의 콘택 저항을 더 줄이는 역할을 할 수 있다.In some embodiments, 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
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
118: gate insulating layer
120: gate electrode layer
130: interlayer insulating layer
140: source electrode layer
Claims (9)
상기 반도체층의 제 1 영역에 일 방향으로 신장된 복수의 라인들로 형성되는 제 1 웰 영역 및 상기 반도체층의 제 2 영역에 상기 제 1 웰 영역과 연결되게 형성된 제 2 웰 영역을 포함하고, 제 2 도전형을 갖는 웰 영역;
상기 제 1 웰 영역 상의 상기 반도체층에 형성된 제 1 소오스 영역 및 상기 제 2 웰 영역 상의 상기 반도체층에 상기 제 1 소오스 영역과 연결되게 형성된 제 2 소오스 영역을 포함하고, 제 1 도전형을 갖는 소오스 영역;
전하의 수직 이동 경로를 제공하도록 상기 웰 영역 아래로부터 상기 제 1 웰 영역의 상기 복수의 라인들 사이로 신장되게 상기 반도체층에 형성되고, 제 1 도전형을 갖는 드리프트 영역;
상기 반도체층의 표면으로부터 상기 복수의 라인들 사이의 적어도 일부의 상기 반도체층 내부로 리세스되게 형성된 적어도 하나의 트렌치;
상기 적어도 하나의 트렌치의 내벽 및 상기 반도체층의 상기 제 1 영역 상에 형성된 게이트 절연층; 및
상기 게이트 절연층 상에 형성되고, 상기 적어도 하나의 트렌치를 매립하는 제 1 부분 및 상기 반도체층의 상기 제 1 영역 상의 제 2 부분을 포함하는 게이트 전극층을 포함하고,
상기 제 1 웰 영역의 제 1측에 배치된 상기 드리프트 영역의 제 1 돌출 부분 상부에는 상기 제 1 부분이 형성되고, 상기 제 1 웰 영역의 제 2측에 배치된 상기 드리프트 영역의 제 2 돌출 부분 상부에는 상기 제 2 부분이 형성되며,
상기 제 1 부분의 아래에 배치된 상기 드리프트 영역의 상기 제 1 돌출 부분의 높이는 상기 제 2 부분의 아래에 배치된 상기 드리프트 영역의 상기 제 2 돌출 부분의 높이보다 낮은,
전력 반도체 소자.a semiconductor layer of silicon carbide (SiC);
a first well region formed of a plurality of lines extending in one direction in a first region of the semiconductor layer and a second well region formed in a second region of the semiconductor layer to be connected to the first well region; a well region having a second conductivity type;
a source having a first conductivity type, comprising: a first source region formed in the semiconductor layer on the first well region; and a second source region formed in the semiconductor layer on the second well region to be connected to the first source region; area;
a drift region formed in the semiconductor layer and having a first conductivity type extending from below the well region to between the plurality of lines in the first well region to provide a vertical movement path of charge;
at least one trench formed to be recessed into at least a portion of the semiconductor layer between the plurality of lines from the surface of the semiconductor layer;
a gate insulating layer formed on an inner wall of the at least one trench and the first region of the semiconductor layer; and
a gate electrode layer formed on the gate insulating layer and comprising a first portion filling the at least one trench and a second portion on the first region of the semiconductor layer;
The first portion is formed above the first protrusion portion of the drift region disposed on the first side of the first well region, and the second protrusion portion of the drift region disposed on the second side of the first well region The second part is formed on the upper part,
a height of the first protruding portion of the drift region disposed below the first portion is lower than a height of the second protruding portion of the drift region disposed below the second portion;
power semiconductor devices.
상기 드리프트 영역은 상기 제 1 웰 영역의 상기 복수의 라인들 사이로 신장된 복수의 돌출 부분들을 포함하고,
상기 적어도 하나의 트렌치는 상기 복수의 돌출 부분들 중 일부를 식각하여 형성된 복수의 트렌치들을 포함하는,
전력 반도체 소자.The method of claim 1,
the drift region comprises a plurality of protruding portions extending between the plurality of lines of the first well region;
wherein the at least one trench includes a plurality of trenches formed by etching some of the plurality of protruding portions;
power semiconductor devices.
상기 게이트 전극층의 상기 제 1 부분 아래에, 상기 드리프트 영역 및 상기 제 1 소오스 영역 사이의 상기 반도체층에 상기 적어도 하나의 트렌치를 따라서 형성된 제 1 채널 영역; 및
상기 게이트 전극층의 상기 제 2 부분 아래에, 상기 드리프트 영역 및 상기 제 1 소오스 영역 사이의 상기 반도체층에 형성된 제 2 채널 영역을 포함하는,
전력 반도체 소자.3. The method of claim 2,
a first channel region formed along the at least one trench in the semiconductor layer between the drift region and the first source region under the first portion of the gate electrode layer; and
a second channel region formed in the semiconductor layer between the drift region and the first source region under the second portion of the gate electrode layer;
power semiconductor devices.
상기 제 1 채널 영역 및 상기 제 2 채널 영역은 반전 채널이 형성되도록 제 2 도전형을 갖고,
상기 제 1 채널 영역 및 상기 제 2 채널 영역은 상기 제 1 웰 영역의 일부인
전력 반도체 소자.4. The method of claim 3,
the first channel region and the second channel region have a second conductivity type such that an inversion channel is formed;
wherein the first channel region and the second channel region are part of the first well region.
power semiconductor devices.
상기 제 1 채널 영역은 반전 채널이 형성되도록 제 2 도전형을 갖고,
상기 제 2 채널 영역은 축적 채널이 형성되도록 제 1 도전형을 갖고,
상기 제 1 채널 영역은 제 1 웰 영역의 일부이고,
상기 제 2 채널 영역은 드리프트 영역의 일부인,
전력 반도체 소자.4. The method of claim 3,
the first channel region has a second conductivity type such that an inversion channel is formed;
the second channel region has a first conductivity type such that an accumulation channel is formed;
the first channel region is a part of the first well region;
wherein the second channel region is part of a drift region;
power semiconductor devices.
상기 제 1 웰 영역은 상기 제 2 웰 영역을 기준으로 양측에 대칭적으로 형성되고,
상기 제 1 소오스 영역은 상기 제 2 소오스 영역을 기준으로 양측에 대칭적으로 형성되는,
전력 반도체 소자.The method of claim 1,
The first well region is formed symmetrically on both sides with respect to the second well region,
The first source region is formed symmetrically on both sides with respect to the second source region,
power semiconductor devices.
상기 제 2 소오스 영역 내에 상기 제 2 웰 영역으로부터 상기 제 2 소오스 영역을 관통하여 신장되며 제 2 도전형을 갖는 웰 콘택 영역; 및
상기 제 2 소오스 영역 및 상기 웰 콘택 영역에 연결된 소오스 전극층을 더 포함하는,
전력 반도체 소자.The method of claim 1,
a well contact region extending from the second well region through the second source region in the second source region and having a second conductivity type; and
and a source electrode layer connected to the second source region and the well contact region.
power semiconductor devices.
상기 제 2 소오스 영역을 관통하여 상기 제 2 웰 영역을 노출하는 적어도 하나의 홈;
상기 적어도 하나의 홈의 바닥면에 상기 제 2 웰 영역과 접하게 형성되고 제 2 도전형을 갖는 웰 콘택 영역; 및
상기 적어도 하나의 홈을 채우도록 형성되어, 상기 제 2 소오스 영역 및 상기 웰 콘택 영역과 연결된 소오스 전극층을 더 포함하는,
전력 반도체 소자.The method of claim 1,
at least one groove passing through the second source region to expose the second well region;
a well contact region formed in contact with the second well region on a bottom surface of the at least one groove and having a second conductivity type; and
and a source electrode layer formed to fill the at least one groove and connected to the second source region and the well contact region.
power semiconductor devices.
상기 드리프트 영역 하부의 상기 반도체층에 제 1 도전형을 갖는 드레인 영역을 더 포함하고,
상기 드리프트 영역은 상기 드레인 영역 상에 에피택셜층으로 형성되는,
전력 반도체 소자.
The method of claim 1,
a drain region having a first conductivity type in the semiconductor layer under the drift region;
wherein the drift region is formed as an epitaxial layer on the drain region;
power semiconductor devices.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020200168860A KR102417146B1 (en) | 2020-12-04 | 2020-12-04 | Power semiconductor device |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020200168860A KR102417146B1 (en) | 2020-12-04 | 2020-12-04 | Power semiconductor device |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
KR20220079261A KR20220079261A (en) | 2022-06-13 |
KR102417146B1 true KR102417146B1 (en) | 2022-07-05 |
Family
ID=81984056
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
KR1020200168860A KR102417146B1 (en) | 2020-12-04 | 2020-12-04 | Power semiconductor device |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
KR (1) | KR102417146B1 (en) |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2013236040A (en) * | 2012-05-11 | 2013-11-21 | Hitachi Ltd | Silicon carbide semiconductor device and manufacturing method therefor |
JP2019121705A (en) * | 2018-01-09 | 2019-07-22 | 株式会社豊田中央研究所 | Nitride semiconductor device and method of manufacturing the same |
JP2019133977A (en) * | 2018-01-29 | 2019-08-08 | ルネサスエレクトロニクス株式会社 | Semiconductor device and manufacturing method thereof |
JP2020013861A (en) * | 2018-07-17 | 2020-01-23 | トヨタ自動車株式会社 | Semiconductor device and method for manufacturing the same |
Family Cites Families (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR20000013572A (en) * | 1998-08-11 | 2000-03-06 | 김덕중 | Manufacturing method for trench type power mosfet |
KR101034895B1 (en) | 2009-11-04 | 2011-05-17 | 한국전기연구원 | Silicon Carbide MOSFET with short channel |
KR101836256B1 (en) * | 2016-06-24 | 2018-03-08 | 현대자동차 주식회사 | Semiconductor device and method manufacturing the same |
-
2020
- 2020-12-04 KR KR1020200168860A patent/KR102417146B1/en active IP Right Grant
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2013236040A (en) * | 2012-05-11 | 2013-11-21 | Hitachi Ltd | Silicon carbide semiconductor device and manufacturing method therefor |
JP2019121705A (en) * | 2018-01-09 | 2019-07-22 | 株式会社豊田中央研究所 | Nitride semiconductor device and method of manufacturing the same |
JP2019133977A (en) * | 2018-01-29 | 2019-08-08 | ルネサスエレクトロニクス株式会社 | Semiconductor device and manufacturing method thereof |
JP2020013861A (en) * | 2018-07-17 | 2020-01-23 | トヨタ自動車株式会社 | Semiconductor device and method for manufacturing the same |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
KR20220079261A (en) | 2022-06-13 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
KR102387575B1 (en) | Power semiconductor device | |
US11830914B2 (en) | Power semiconductor device and method of fabricating the same | |
KR102387574B1 (en) | Power semiconductor device | |
KR102572223B1 (en) | Power semiconductor device and method of fabricating the same | |
KR102369053B1 (en) | Power semiconductor device and method of fabricating the same | |
KR102379155B1 (en) | Power semiconductor device and method of fabricating the same | |
KR102417146B1 (en) | Power semiconductor device | |
KR20220030585A (en) | Power semiconductor device and method of fabricating the same | |
KR102399430B1 (en) | Power semiconductor device and method of fabricating the same | |
KR102417149B1 (en) | Power semiconductor device | |
KR102334328B1 (en) | Power semiconductor device and method of fabricating the same | |
KR102314770B1 (en) | Power semiconductor device and method of fabricating the same | |
KR102417147B1 (en) | Power semiconductor device and method of fabricating the same | |
KR102417148B1 (en) | Power semiconductor device and method of fabricating the same | |
KR102334327B1 (en) | Power semiconductor device and method of fabricating the same | |
KR102309431B1 (en) | Power semiconductor device and method of fabricating the same | |
KR102314771B1 (en) | Power semiconductor device and method of fabricating the same | |
KR102627999B1 (en) | Method for manufacturing power semiconductor device | |
KR102399429B1 (en) | Power semiconductor device and method of fabricating the same | |
KR102379156B1 (en) | Power semiconductor device and method of fabricating the same | |
KR102369050B1 (en) | Power semiconductor device and method of fabricating the same | |
KR102369052B1 (en) | Power semiconductor device and method of fabricating the same | |
KR102369051B1 (en) | Power semiconductor device and method of fabricating the same | |
KR102308154B1 (en) | Power semiconductor device and method of fabricating the same | |
KR102308153B1 (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 |