KR102509083B1 - MCT device having uniform turn-off characteristics and method for manufacturing the same - Google Patents

MCT device having uniform turn-off characteristics and method for manufacturing the same Download PDF

Info

Publication number
KR102509083B1
KR102509083B1 KR1020210078878A KR20210078878A KR102509083B1 KR 102509083 B1 KR102509083 B1 KR 102509083B1 KR 1020210078878 A KR1020210078878 A KR 1020210078878A KR 20210078878 A KR20210078878 A KR 20210078878A KR 102509083 B1 KR102509083 B1 KR 102509083B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
conductivity type
region
fet
channel region
substrate
Prior art date
Application number
KR1020210078878A
Other languages
Korean (ko)
Other versions
KR20210158797A (en
Inventor
박건식
원종일
조두형
장현규
정동윤
Original Assignee
한국전자통신연구원
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 한국전자통신연구원 filed Critical 한국전자통신연구원
Priority to US17/355,977 priority Critical patent/US11637192B2/en
Publication of KR20210158797A publication Critical patent/KR20210158797A/en
Application granted granted Critical
Publication of KR102509083B1 publication Critical patent/KR102509083B1/en

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00Semiconductor 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
    • H01L29/66Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66007Multistep manufacturing processes
    • H01L29/66075Multistep manufacturing processes of devices having semiconductor bodies comprising group 14 or group 13/15 materials
    • H01L29/66227Multistep manufacturing processes of devices having semiconductor bodies comprising group 14 or group 13/15 materials the devices being controllable only by the electric current supplied or the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched, e.g. three-terminal devices
    • H01L29/66363Thyristors
    • H01L29/66371Thyristors structurally associated with another device, e.g. built-in diode
    • H01L29/66378Thyristors structurally associated with another device, e.g. built-in diode the other device being a controlling field-effect device
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00Semiconductor 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
    • H01L29/66Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/68Types 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
    • H01L29/70Bipolar devices
    • H01L29/74Thyristor-type devices, e.g. having four-zone regenerative action
    • H01L29/744Gate-turn-off devices
    • H01L29/745Gate-turn-off devices with turn-off by field effect
    • H01L29/7455Gate-turn-off devices with turn-off by field effect produced by an insulated gate structure

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Junction Field-Effect Transistors (AREA)

Abstract

본 발명은 스페이서 형성과 제거(spacer formation and recession) 방법의 자기-정렬(self-align) 공정을 이용하여 균일하고 짧은 길이의 off-FET 채널을 형성함으로써, off-FET의 전류 구동 능력과 소자 동작의 균일도(uniformity)를 향상시킬 수 있다. 또한 본 발명에 따르면 낮은 게이트 전압 또는 0V의 게이트 전압에서 턴-오프 되는 MCT 소자를 제조할 수 있다.The present invention forms a uniform and short-length off-FET channel using a self-align process of a spacer formation and recession method, thereby improving the current driving capability and device operation of the off-FET. The uniformity of can be improved. Also, according to the present invention, an MCT device that is turned off at a low gate voltage or a gate voltage of 0V can be manufactured.

Description

균일한 턴-오프 특성을 갖는 MCT 소자 및 그 제조 방법{MCT device having uniform turn-off characteristics and method for manufacturing the same}MCT device having uniform turn-off characteristics and method for manufacturing the same

본 발명은 전력 반도체 소자(Power semiconductor device)에 관한 것으로, 특히, MCT(MOS-controlled thyristor) 소자에 관한 기술이다.The present invention relates to a power semiconductor device, and more particularly, to a MOS-controlled thyristor (MCT) device.

MCT(MOS controlled thyristor)는 PNPN 접합 구조의 사이리스터(thyristor)에 MOS(Metal-Oxide-Semiconductor) 게이트(gate)를 집적하여 게이트 전압으로 사이리스터(thyristor)의 턴온과 턴오프를 제어하는 소자이다.A MOS controlled thyristor (MCT) is a device that integrates a Metal-Oxide-Semiconductor (MOS) gate into a thyristor of a PNPN junction structure and controls the turn-on and turn-off of the thyristor with a gate voltage.

MCT는 MOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor field-effect transistor), BJT(bipolar junction transistor), IGBT(insulated-gated bipolar transistor) 등의 다른 전력 반도체 소자에 비하여 높은 전류 구동 능력(current driving capability)과 낮은 온-상태 전압 손실 등 우수한 전기적 특성을 갖는다.Compared to other power semiconductor devices such as MOSFET (Metal-Oxide-Semiconductor field-effect transistor), BJT (bipolar junction transistor), IGBT (insulated-gated bipolar transistor), MCT has high current driving capability and low on-state. - It has excellent electrical characteristics such as loss of state voltage.

또한, MCT는 높은 임피던스를 갖는 MOS 게이트에 전압을 인가하여 온-오프를 구동하기 때문에, 기존의 전류로 온-오프를 구동하는 GTO (gate turn-off thyristor) 보다 전력손실이 매우 작고 스위칭 손실이 작으며, 구동회로 구현이 쉽다는 장점이 있다. In addition, since MCT drives on-off by applying a voltage to a MOS gate with high impedance, power loss is very small and switching loss is very small compared to GTO (gate turn-off thyristor), which drives on-off with existing current. It has the advantage of being small and easy to implement a driving circuit.

또한, MCT는 고에너지 기폭장치, 전자기력 추진장치 등의 펄스파워 전원시스템에 있어서 기존에 스위치로 사용되던 스파크 갭(spark gap)에 비해서 우수한 timing accuracy를 가지며, 간단한 triggering 뿐만 아니라 펄스 회수(pulse-life)에 제한이 없고, 안정성과 내구성이 뛰어나며, 소형/경량화 및 낮은 비용의 장점이 있다.In addition, MCT has excellent timing accuracy compared to the spark gap previously used as a switch in pulse power power systems such as high-energy detonators and electromagnetic propulsion devices, as well as simple triggering and pulse-life ), has excellent stability and durability, and has the advantages of small size / light weight and low cost.

한편, MCT는 온-상태에서 사이리스터 내부의 PNP BJT와 NPN BJT의 회생동작(regenerative action)에 의하여 게이트 전원을 단락시켜도 온-상태가 유지되기 때문에 턴-오프 성능이 소자의 전류 구동 능력을 결정한다.On the other hand, since the MCT is maintained in the on-state even if the gate power is shorted by the regenerative action of the PNP BJT and NPN BJT inside the thyristor, the turn-off performance determines the current driving capability of the device. .

MCT 소자는 PNPN 사이리스터 구조에 MOS Gate를 집적하여 on-FET의 턴-온으로 사이리스터를 턴-온 시키고, off-FET의 턴-온으로 사이리스터를 턴-오프 시키며, 턴-오프 성능이 MCT 소자의 전류 구동능력을 결정하기 때문에, 짧은 채널 길이의 off-FET가 형성되어야 한다. The MCT device integrates a MOS Gate into a PNPN thyristor structure, turns on the thyristor by turning on the on-FET, and turns the thyristor off by turning on the off-FET. Since the current driving capability is determined, an off-FET having a short channel length must be formed.

또한, 턴-오프 시, 소자 파손을 방지하기 위해서는 MCT 소자 전체에서 off-FET가 균일한 특성을 가져야 하며, 이를 위해서는 균일한 채널 길이의 off-FET 형성이 요구된다.In addition, in order to prevent device damage during turn-off, off-FETs must have uniform characteristics throughout the MCT device, and for this purpose, formation of off-FETs with a uniform channel length is required.

또한, MCT소자의 제작에 있어서, 사이리스터의 높은 항복전압(breakdown voltage) 특성과 높은 에미터 주입 특성(emitter Injection Characteristics)을 갖기 위해서는, 상부 base (n-MCT의 경우 P-base)의 높은 농도와 상부 emitter (n-MCT의 경우 N-emitter)의 높은 농도가 요구된다. In addition, in the manufacture of the MCT device, in order to have a high breakdown voltage characteristic and high emitter injection characteristics of the thyristor, a high concentration of the upper base (P-base in the case of n-MCT) and A high concentration of the top emitter (N-emitter in the case of n-MCT) is required.

그러나 이러한 P-base 및 N-emitter의 높은 농도는 on-FET의 문턱전압(Vth)을 양(+)의 값을 갖게 하고, off-FET의 문턱전압(Vth)을 음(-)의 방향으로 크게 이동시켜 MCT의 턴-오프 성능을 저하시킬 뿐만 아니라 게이트 구동회로를 복잡하게 한다.However, such a high concentration of P-base and N-emitter causes the threshold voltage (Vth) of on-FET to have a positive (+) value and the threshold voltage (Vth) of off-FET to be negative (-). The large shift not only deteriorates the turn-off performance of the MCT, but also complicates the gate driving circuit.

상술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 전류 구동 능력, 소자 동작의 균일도(uniformity) 및 턴-오프 성능을 향상시키기 위해 균일하고 짧은 길이로 형성된 off-FET 채널을 갖는 MCT 소자 및 그 제조 방법을 제공하는 데 있다. 또한 본 발명의 다른 목적은 낮은 게이트 전압 또는 0V의 게이트 전압에서 턴-오프 되는 MCT 소자 및 그 제조 방법을 제공하는 데 있다. An object of the present invention to solve the above problems is an MCT device having an off-FET channel formed with a uniform short length to improve current driving capability, uniformity of device operation and turn-off performance, and a manufacturing method thereof is to provide Another object of the present invention is to provide an MCT device that is turned off at a low gate voltage or a gate voltage of 0V and a manufacturing method thereof.

본 발명의 전술한 목적 및 그 이외의 목적과 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부된 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다.The foregoing and other objects, advantages and characteristics of the present invention, and methods of achieving them will become clear with reference to the embodiments described below in detail in conjunction with the accompanying drawings.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일면에 따른 MCT 소자의 제조 방법은, 기판 내에 제1 도전형의 불순물로 도핑된 제1 도전형의 베이스 영역과 상기 제1 도전형의 베이스 영역 내에서 제2 도전형의 불순물로 도핑된 제2 도전형의 에미터 영역을 형성하는 단계; 상기 기판 상에 형성된 산화막으로서, 상기 제2 도전형의 에미터 영역을 상부로 노출시키는 상기 산화막의 측면에 스페이서를 형성하는 단계; 상기 스페이서에 의해 상부로 노출되는 상기 제2 도전형의 에미터 영역에 상기 제1 도전형의 불순물을 이온-주입하여 off-FET의 제1 도전형의 드레인 영역을 형성하여, 상기 제2 도전형의 에미터 영역의 접합면과 상기 제1 도전형의 드레인 영역의 접합면 사이에 정의되는 off-FET의 채널 영역을 형성하는 단계; 상기 스페이서의 제거에 따라, 상부로 노출되는 상기 off-FET의 채널 영역에 상기 제1 도전형의 불순물을 이온-주입하는 단계; 상기 산화막을 제거한 후, 상기 제1 도전형의 드레인 영역과 상기 제2 도전형의 에미터 영역을 상부로 노출시키는 게이트 전극층을 상기 기판 상에 형성하는 단계; 상기 게이트 전극층에 의해 상부로 노출된 상기 제2 도전형의 에미터 영역에 상기 제2 도전형의 불순물을 이온-주입하여 제2 도전형의 도핑 영역을 형성하는 단계; 및 상기 게이트 전극층, 상기 제1 도전형의 드레인 영역 및 상기 제2 도전형의 도핑 영역 상에 캐소드 전극으로 사용되는 상부 메탈층과 상기 기판의 하부면 상에 어노드 전극으로 사용되는 하부 메탈층을 형성하는 단계를 포함할 수 있다.A method of manufacturing an MCT device according to an aspect of the present invention for achieving the above object is a base region of a first conductivity type doped with impurities of a first conductivity type in a substrate and a first conductivity type in the base region of the first conductivity type. forming an emitter region of a second conductivity type doped with impurities of a second conductivity type; forming a spacer on a side surface of an oxide film formed on the substrate and exposing an upper portion of the emitter region of the second conductivity type; An impurity of the first conductivity type is ion-implanted into the emitter region of the second conductivity type exposed upward by the spacer to form a drain region of the first conductivity type of an off-FET, thereby forming the second conductivity type forming a channel region of an off-FET defined between a bonding surface of an emitter region of the first conductivity type and a bonding surface of the drain region of the first conductivity type; ion-implanting impurities of the first conductivity type into an upwardly exposed channel region of the off-FET according to the removal of the spacer; after removing the oxide film, forming a gate electrode layer on the substrate, exposing the drain region of the first conductivity type and the emitter region of the second conductivity type upward; forming a doped region of a second conductivity type by ion-implanting impurities of the second conductivity type into the emitter region of the second conductivity type upwardly exposed by the gate electrode layer; and an upper metal layer used as a cathode electrode on the gate electrode layer, the drain region of the first conductivity type, and the doped region of the second conductivity type, and a lower metal layer used as an anode electrode on the lower surface of the substrate. Formation may be included.

실시 예에서, 상기 off-FET의 채널 영역을 형성하는 단계는, 상기 스페이서와 상기 스페이서에 의해 상부로 노출되는 상기 제2 도전형의 에미터 영역 상에 형성된 포토레지스트 패턴을 이온 주입용 마스크로 이용하여, 상기 스페이서와 상기 포토레지스트 패턴에 의해 상부로 노출된 제2 도전형의 에미터 영역에 상기 제1 도전형의 불순물을 주입하는 이온 주입 공정을 진행하는 단계일 수 있다.In an embodiment, in the forming of the channel region of the off-FET, the photoresist pattern formed on the spacer and the emitter region of the second conductivity type exposed upward by the spacer is used as an ion implantation mask. Thus, an ion implantation process of implanting impurities of the first conductivity type into an emitter region of the second conductivity type upwardly exposed by the spacer and the photoresist pattern may be performed.

실시 예에서, 상기 off-FET의 채널 영역은, 상기 스페이서의 아래에서, 상기 제2 도전형의 에미터 영역의 접합면과 상기 제1 도전형의 드레인 영역의 접합면 사이의 측면 방향으로 형성된 것일 수 있다.In an embodiment, the channel region of the off-FET is formed below the spacer in a lateral direction between a junction surface of the emitter region of the second conductivity type and a junction surface of the drain region of the first conductivity type. can

실시 예에서, 상기 off-FET의 채널 영역에 상기 제1 도전형의 불순물을 이온-주입하는 단계는, 등방성 식각 공정을 이용하여, 상기 스페이서를 제거하는 단계; 및 상기 등방성 식각 공정에 의해, 상부로 노출된 상기 off-FET의 채널 영역에 상기 제1 도전형의 불순물을 이온-주입하여, 상기 off-FET의 턴온 전압을 조절하는 단계를 포함할 수 있다.In an embodiment, the step of ion-implanting the first conductivity type impurity into the channel region of the off-FET may include removing the spacer using an isotropic etching process; and ion-implanting impurities of the first conductivity type into an upper exposed channel region of the off-FET by the isotropic etching process, thereby adjusting a turn-on voltage of the off-FET.

실시 예에서, 상기 off-FET의 채널 영역에 이온-주입되는 상기 제1 도전형의 불순물은, 제1 도전형의 불순물이고, 상기 제1 도전형의 불순물의 이온 주입량은 1×1011 내지 1×1013 cm-2인 것일 수 있다.In an embodiment, the impurity of the first conductivity type to be ion-implanted into the channel region of the off-FET is an impurity of the first conductivity type, and the ion implantation amount of the impurity of the first conductivity type is 1×10 11 to 1 ×10 13 cm -2 may be.

실시 예에서, 상기 off-FET의 채널 영역에 상기 제1 도전형의 불순물을 이온-주입하는 단계는, 식각 공정을 이용하여, 상기 스페이서와 상기 산화막을 더 제거하는 단계; 상기 스페이서와 상기 산화막의 제거에 따라, 상부로 노출되는 기판의 표면에 다른 산화막을 형성하는 단계; 상기 다른 산화막 상에 형성된 다른 포토레지스트 패턴으로서, 상기 제1 도전형의 베이스 영역과 상기 제1 도전형의 베이스 영역에 인접한 다른 제1 도전형의 베이스 영역 사이에 상기 다른 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계; 및 상기 다른 포토레지스트 패턴을 이온 주입용 마스크로 이용하여, 상기 off-FET의 채널 영역과 상기 off-FET의 채널 영역에 인접한 on-FET의 채널 영역에 제1 도전형의 불순물을 이온-주입하는 이온 주입 공정을 진행하는 단계를 포함할 수 있다.In an embodiment, the ion-implanting of the first conductivity type impurity into the channel region of the off-FET may include further removing the spacer and the oxide layer using an etching process; forming another oxide layer on an upper surface of the substrate exposed by removing the spacer and the oxide layer; Forming another photoresist pattern formed on the different oxide film between a base region of the first conductivity type and a base region of another first conductivity type adjacent to the base region of the first conductivity type. ; and ion-implanting impurities of a first conductivity type into a channel region of the off-FET and a channel region of an on-FET adjacent to the channel region of the off-FET by using the other photoresist pattern as an ion implantation mask. A step of performing an ion implantation process may be included.

실시 예에서, 상기 on-FET의 채널 영역은 상기 제1 도전형의 베이스 영역의 표면 아래 영역일 수 있다.In an embodiment, the channel region of the on-FET may be a region under the surface of the base region of the first conductivity type.

실시 예에서, 상기 off-FET의 채널 영역에 상기 제1 도전형의 불순물을 이온-주입하는 단계는, 식각 공정을 이용하여, 상기 산화막과 상기 스페이서를 더 제거하는 단계; 상기 산화막과 상기 스페이서의 제거에 따라, 상부로 노출되는 상기 기판의 전면에 다른 산화막을 형성하는 단계; 및 상기 off-FET의 채널 영역과 상기 off-FET의 채널 영역에 인접한 on-FET의 채널 영역에 제1 도전형의 불순물을 이온-주입하여, 상기 기판의 전면에 문턱전압 조절층을 형성하는 단계를 포함할 수 있다.In an embodiment, the ion-implanting of the first conductivity type impurity into the channel region of the off-FET may include further removing the oxide layer and the spacer using an etching process; forming another oxide layer on the entire surface of the substrate exposed to the upper side according to the removal of the oxide layer and the spacer; and ion-implanting impurities of a first conductivity type into a channel region of the off-FET and a channel region of the on-FET adjacent to the channel region of the off-FET to form a threshold voltage adjusting layer on the entire surface of the substrate. can include

실시 예에서, 상기 제1 도전형의 불순물이 p형의 불순물인 경우, 상기 제2 도전형의 불순물은 n형 불순물이고, 상기 제1 도전형의 불순물이 n형 불순물인 경우, 상기 제2 도전형의 불순물은 p형의 불순물일 수 있다.In an embodiment, when the first conductivity type impurity is a p-type impurity, the second conductivity type impurity is an n-type impurity, and when the first conductivity type impurity is an n-type impurity, the second conductivity type impurity is The type impurity may be a p-type impurity.

본 발명의 다른 일면에 따른 MCT 소자는, 제1 도전형의 불순물로 도핑된 제1 도전형의 에미터층 및 상기 제1 도전형의 에미터층 상에 배치된 상기 제2 도전형의 불순물로 도핑된 제2 도전형 베이스층을 포함하는 기판; 상기 제2 도전형 베이스층 내에 배치된 제1 도전형의 베이스 영역; 상기 제1 도전형의 베이스 영역 내에 배치된 제2 도전형 에미터 영역; 상기 제2 도전형의 에미터 영역 내에 배치된 제2 도전형의 도핑 영역과 상기 제2 도전형의 도핑 영역을 둘러싸는 off-FET의 제1 도전형의 드레인 영역; 상기 제2 도전형의 에미터 영역 내에 상기 제1 도전형의 드레인 영역의 접합면과 상기 제2 도전형의 에미터 영역의 접합면 사이에 배치되고, 상기 제1 도전형의 불순물이 도핑된 off-FET의 채널 영역; 상기 제1 도전형의 베이스 영역 내에서 상기 off-FET의 채널 영역에 인접하도록 상기 제2 도전형의 에미터 영역의 접합면과 상기 제1 도전형의 베이스 영역의 접합면 사이에 배치되는 on-FET의 채널 영역; 상기 기판의 전면 상에 배치되고, 상기 제2 도전형 도핑 영역과 상기 제1 도전형의 드레인 영역을 상부로 노출시키는 개구부를 구비한 게이트 전극층; 층간 절연막을 사이에 두고, 상기 게이트 전극 층과 상기 개구부에 의해 상기 상부로 노출되는 제2 도전형의 도핑 영역과 제1 도전형의 드레인 영역 상에 배치된 캐소드 전극층; 및 상기 기판의 하부면 상에 배치된 어노드 전극층을 포함할 수 있다.An MCT device according to another aspect of the present invention includes an emitter layer of a first conductivity type doped with impurities of a first conductivity type and an emitter layer of the second conductivity type disposed on the emitter layer of the first conductivity type doped with impurities of the second conductivity type. a substrate including a second conductivity type base layer; a base region of a first conductivity type disposed in the second conductivity type base layer; an emitter region of a second conductivity type disposed in the base region of the first conductivity type; a doped region of the second conductivity type disposed in the emitter region of the second conductivity type and a drain region of the first conductivity type of an off-FET surrounding the doped region of the second conductivity type; disposed between the junction surface of the drain region of the first conductivity type and the junction surface of the emitter region of the second conductivity type in the emitter region of the second conductivity type, and doped with impurities of the first conductivity type. the channel region of an off-FET; an on-disposed between the junction surface of the emitter region of the second conductivity type and the junction surface of the base region of the first conductivity type so as to be adjacent to the channel region of the off-FET in the base region of the first conductivity type; the channel region of the FET; a gate electrode layer disposed on the entire surface of the substrate and having an opening exposing the doped region of the second conductivity type and the drain region of the first conductivity type upward; a cathode electrode layer disposed on the doped region of the second conductivity type and the drain region of the first conductivity type, which are exposed upward through the gate electrode layer and the opening, with an interlayer insulating film interposed therebetween; and an anode electrode layer disposed on the lower surface of the substrate.

실시 예에서, 상기 off-FET와 상기 on-FET의 전기적 특성을 향상시키기 위해, 상기 off-FET의 채널 영역과 상기 on-FET의 채널 영역의 전체 또는 일부에 상기 제1 도전형의 불순물이 도핑될 수 있다.In an embodiment, in order to improve electrical characteristics of the off-FET and the on-FET, all or part of the channel region of the off-FET and the channel region of the on-FET are doped with impurities of the first conductivity type. It can be.

실시 예에서, 상기 off-FET의 채널 영역은, 상기 제2 도전형의 베이스층 상에 형성된 산화막으로서, 상기 산화막의 측면에 형성된 스페이서와 상기 제2 도전형의 에미터 영역 상에 형성된 포토레지스트 패턴을 이용하는 자기 정렬 공정에 의해 형성될 수 있다.In an embodiment, the channel region of the off-FET is an oxide film formed on the base layer of the second conductivity type, a spacer formed on a side surface of the oxide film, and a photoresist pattern formed on the emitter region of the second conductivity type. It can be formed by a self-aligned process using.

실시 예에서, 상기 제2 도전형의 도핑 영역, 상기 제1 도전형의 드레인 영역, off-FET의 채널 영역 및 상기 on-FET의 채널 영역은, 상기 기판을 위에서 바라볼 때, 라인 형태로 연장되며, 상기 게이트 전극층의 개구부는, 상기 기판을 위에서 바라볼 때, 상기 라인 형태로 연장되는 상기 제2 도전형의 도핑 영역과 상기 제1 도전형의 드레인 영역의 일부를 상부로 노출하도록 라인 형태를 가질 수 있다.In an embodiment, the doped region of the second conductivity type, the drain region of the first conductivity type, the off-FET channel region, and the on-FET channel region extend in a line shape when viewing the substrate from above. The opening of the gate electrode layer has a line shape to upwardly expose a portion of the doped region of the second conductivity type and the drain region of the first conductivity type extending in the line shape when the substrate is viewed from above. can have

실시 예에서, 상기 기판을 위에서 바라볼 때, 상기 제2 도전형 에미터 영역은 원형이고, 상기 제1 도전형의 off-FET 채널 영역은 상기 제2 도전형 에미터 영역의 끝 부분에서 원띠 형상을 가지고, 상기 제2 도전형 도핑 영역은 상기 off-FET 채널 영역을 사이에 두고 상기 on-FET 채널 영역과 이격되고, 상기 기판의 표면으로 노출된 상기 제2 도전형의 베이스 영역은 상기 on-FET 채널 영역을 사이에 두고 상기 off-FET 채널 영역과 일정한 거리로 이격되고, 상기 게이트 전극층의 개구부는, 상기 기판을 위에서 바라볼 때, 상기 제2 도전형의 도핑 영역과 상기 제1 도전형의 드레인 영역의 일부를 상부로 노출시키는 원형일 수 있다.In an embodiment, when viewing the substrate from above, the second conductivity type emitter region has a circular shape, and the first conductivity type off-FET channel region has a circular shape at an end of the second conductivity type emitter region. wherein the second conductivity type doped region is spaced apart from the on-FET channel region with the off-FET channel region interposed therebetween, and the base region of the second conductivity type exposed to the surface of the substrate is the on-FET channel region. It is spaced apart from the off-FET channel region at a predetermined distance with the FET channel region interposed therebetween, and the opening of the gate electrode layer, when viewing the substrate from above, is formed between the doped region of the second conductivity type and the doped region of the first conductivity type. It may have a circular shape exposing a portion of the drain region upward.

실시 예에서, 상기 기판을 위에서 바라볼 때, 상기 기판의 표면으로 노출되는 상기 제2 도전형 베이스층은 원형이고, 상기 기판의 표면으로 노출되는 상기 on-FET의 채널 영역은 상기 기판의 표면으로 노출되는 상기 제2 도전형 베이스층을 둘러싸는 원띠 형상을 가지고, 상기 off-FET의 채널 영역은 on-FET 채널 영역을 둘러싸는 원띠 형상을 가지며, 상기 제1 도전형의 드레인 영역은 상기 off-FET의 채널 영역을 둘러싸고, 상기 게이트 전극층의 개구부는,In an embodiment, when viewing the substrate from above, the second conductive base layer exposed to the surface of the substrate has a circular shape, and the channel region of the on-FET exposed to the surface of the substrate extends to the surface of the substrate. It has a circular shape surrounding the exposed second conductivity type base layer, the channel region of the off-FET has a circular shape surrounding the on-FET channel region, and the drain region of the first conductivity type has the off-FET channel region. Surrounding the channel region of the FET, the opening of the gate electrode layer,

상기 기판 위에서 바라볼 때, 상기 제2 도전형의 도핑 영역과 상기 제1 도전형의 드레인 영역의 일부를 상부로 노출시키는 것일 수 있다.When viewed from above the substrate, a portion of the doped region of the second conductivity type and the drain region of the first conductivity type may be exposed upward.

실시 예에서, 상기 기판을 위에서 바라볼 때, 상기 제2 도전형의 에미터 영역은 팔각 형상이고, 상기 제1 도전형의 off-FET 채널 영역은 상기 제2 도전형의 에미터 영역의 끝 부분에서 팔각 띠 형상을 가지고, 상기 제2 도전형의 도핑 영역은 상기 off-FET 채널 영역을 사이에 두고 상기 on-FET 채널 영역과 이격되고, 상기 기판의 표면으로 노출된 제2 도전형 베이스 영역은 상기 on-FET 채널 영역을 사이에 두고 상기 off-FET 채널 영역과 일정한 거리로 이격되고, 상기 게이트 전극층의 개구부는, 상기 기판 위에서 바라볼 때, 상기 제2 도전형의 도핑 영역과 상기 제1 도전형의 드레인 영역의 일부를 상부로 노출시키는 것일 수 있다.In an embodiment, when the substrate is viewed from above, the emitter region of the second conductivity type has an octagonal shape, and the off-FET channel region of the first conductivity type is an end portion of the emitter region of the second conductivity type. has an octagonal band shape, the second conductivity type doped region is spaced apart from the on-FET channel region with the off-FET channel region interposed therebetween, and the second conductivity type base region exposed to the surface of the substrate is It is spaced apart from the off-FET channel region by a predetermined distance with the on-FET channel region interposed therebetween, and the opening of the gate electrode layer, when viewed from above the substrate, connects the doped region of the second conductivity type with the first conductive region. A part of the mold's drain region may be exposed upward.

실시 예에서, 상기 기판의 표면으로 노출되는 제2 도전형의 베이스 영역은 원형의 형상이고, 상기 팔각 형상의 제2 도전형의 에미터 영역과 상기 팔각 띠 형상의 상기 off-FET 채널 영역은 상기 제2 도전형의 베이스 영역과 인접한 부분에서 오목한 변을 갖는 것일 수 있다.In an embodiment, the base region of the second conductivity type exposed to the surface of the substrate has a circular shape, and the emitter region of the octagonal shape of the second conductivity type and the off-FET channel region of the octagonal band shape have the shape of the octagonal shape. It may have a concave side at a portion adjacent to the base region of the second conductivity type.

본 발명의 MCT소자의 제작 공정에서, 스페이서 형성과 제거(spacer formation and recession) 방법의 자기-정렬(self-align) 공정을 이용하여 균일하고 짧은 길이의 off-FET 채널이 형성됨으로써, off-FET의 전류 구동 능력과 소자 동작의 균일도(uniformity)를 향상시킬 수 있다.In the manufacturing process of the MCT device of the present invention, a uniform and short-length off-FET channel is formed using a self-aligning process of a spacer formation and recession method, so that the off-FET It is possible to improve the current driving capability and the uniformity of device operation.

또한 본 발명은 off-FET의 채널 영역에 선택적으로 채널 이온 주입(channel ion implantation)을 진행함으로써, 낮은 게이트 전압에서 off-FET를 턴-온시켜 MCT의 턴-오프 성능을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라, 공핍형(depletion mode)의 off-FET 채널을 형성함으로써 0V의 게이트 전압에서 MCT 소자를 턴오프시킬 수 있다.In addition, the present invention not only improves the turn-off performance of the MCT by turning on the off-FET at a low gate voltage by selectively performing channel ion implantation into the channel region of the off-FET. , the MCT device can be turned off at a gate voltage of 0V by forming an off-FET channel of a depletion mode.

또한 본 발명은 MCT 소자의 모든 단위 셀에 off-FET과 on-FET가 배치되며, 평면에서 바라볼 때 off-FET의 채널 길이가 균일하게 형성됨으로써, 자기-정렬 공정(self-align)에서 균일한 성능을 갖는 MCT 소자를 제작할 수 있다.In addition, in the present invention, off-FETs and on-FETs are disposed in all unit cells of the MCT device, and the channel length of the off-FETs is uniformly formed when viewed from a plane, so that the self-alignment process is uniform. It is possible to fabricate an MCT device having the same performance.

도 1a는 일반적인 n형 MCT 소자의 단위 셀에 대한 단면 구조를 도시한 모식도이다.
도 1b는 도 1a에 도시한 MCT 소자의 등가 회로를 도시한 도면이다.
도 2 내지 11은 본 발명의 실시 예에 따른 MCT 소자의 제조 공정을 설명하기 위한 단면도들이다.
도 12 및 13은 도 7 및 8에서 off-FET 채널 영역에 p형 불순물을 이온-주입하기 위한 공정의 다른 실시 예를 설명하기 위한 단면도들이다.
도 14는 본 발명의 제1 실시 예에 따라 제조된 MCT 소자를 게이트 절연막, 층간 절연막 및 상부 메탈층을 제거한 상태에서 위에서 바라본 평면도이다.
도 15는 도 14에 도시한 절단선 D-D'를 따라 절단한 MCT 소자의 입체 단면도이다.
도 16은 본 발명의 제2 실시 예에 따른 게이트 전극층을 위에서 바라본 평면도이다.
도 17은 도 16에 도시된 게이트 전극층의 아래에 배치되는 게이트 절연막과 상기 게이트 전극층의 상부에 배치되는 층간 절연막과 상부 메탈층을 제거한 상태에서 MCT 소자를 위에서 바라본 평면도이다.
도 18은 도 16에 도시된 게이트 전극층을 제거한 상태에서 도 17에 도시된 절단선 A-A'를 따라 절단된 MCT 소자의 입체 단면도이다.
도 19는 본 발명의 제3 실시 예에 따른 게이트 전극층을 위에서 바라본 평면도이다.
도 20은 도 19에 도시된 게이트 전극층의 하부에 배치된 게이트 절연막과 상부에 배치된 층간 절연막 및 캐소드로 사용되는 상부 메탈층을 제거한 상태에서 MCT 소자를 위에서 바라본 평면도이다.
도 21은 도 20에 도시한 절단선 B-B'를 따라 절단한 MCT 소자의 입체 단면도이다.
도 22는 본 발명의 제4 실시 예에 따른 게이트 전극층을 위에서 바라본 평면도이다.
도 23은 도 22에 도시된 게이트 전극층의 아래에 배치되는 게이트 절연막과 위에 배치되는 층간 절연막 및 캐소드로 사용되는 상부 메탈층을 제거한 상태에서 MCT 소자를 위에서 바라본 평면도이다.
도 24는 도 23에 도시된 절단선 C-C'를 따라 절단한 MCT 소자의 입체 단면도이다.
1A is a schematic diagram showing a cross-sectional structure of a unit cell of a general n-type MCT device.
Figure 1b is a diagram showing an equivalent circuit of the MCT element shown in Figure 1a.
2 to 11 are cross-sectional views for explaining a manufacturing process of an MCT device according to an embodiment of the present invention.
12 and 13 are cross-sectional views for explaining another embodiment of a process for ion-implanting p-type impurities into the off-FET channel region of FIGS. 7 and 8 .
14 is a plan view of the MCT device manufactured according to the first embodiment of the present invention viewed from above in a state in which a gate insulating film, an interlayer insulating film, and an upper metal layer are removed.
15 is a three-dimensional cross-sectional view of the MCT element cut along the cutting line D-D' shown in FIG. 14;
16 is a top plan view of a gate electrode layer according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 17 is a top plan view of the MCT element in a state in which a gate insulating film disposed below the gate electrode layer shown in FIG. 16, an interlayer insulating film disposed above the gate electrode layer, and an upper metal layer are removed.
FIG. 18 is a three-dimensional cross-sectional view of the MCT element cut along the cutting line AA′ shown in FIG. 17 in a state where the gate electrode layer shown in FIG. 16 is removed.
19 is a top plan view of a gate electrode layer according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 20 is a top plan view of the MCT element in a state in which a gate insulating film disposed under the gate electrode layer shown in FIG. 19, an interlayer insulating film disposed thereon, and an upper metal layer used as a cathode are removed.
FIG. 21 is a three-dimensional cross-sectional view of the MCT element cut along the cutting line BB′ shown in FIG. 20 .
22 is a top plan view of a gate electrode layer according to a fourth embodiment of the present invention.
FIG. 23 is a top plan view of the MCT element in a state in which a gate insulating film disposed below the gate electrode layer shown in FIG. 22, an interlayer insulating film disposed above, and an upper metal layer used as a cathode are removed.
24 is a three-dimensional cross-sectional view of the MCT element cut along the cutting line C-C' shown in FIG. 23;

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 MCT 소자 및 그 제조 방법에 대해 상세하게 설명한다. 첨부된 도면에 도시된 층이나 영역들의 폭 및 두께는 발명의 이해를 돕기 위해 다소 과장되게 도시되고, 상세한 설명 전체에 걸쳐 동일한 참조번호는 동일한 구성 요소로 해석한다.Hereinafter, an MCT device and a manufacturing method thereof according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. Widths and thicknesses of layers or regions shown in the accompanying drawings are somewhat exaggerated to aid understanding of the present invention, and the same reference numerals are interpreted as the same elements throughout the detailed description.

우선, 본 발명의 이해를 돕기 위해, 도 1a 및 1b를 참조하여 일반적인 MCT 소자를 간략히 설명한 후, 본 발명의 실시 예에 따른 MCT 소자에 대해 상세히 설명하기로 한다.First, to aid understanding of the present invention, a general MCT device will be briefly described with reference to FIGS. 1A and 1B, and then an MCT device according to an embodiment of the present invention will be described in detail.

도 1a는 일반적인 n형 MCT 소자의 단위 셀에 대한 단면 구조를 도시한 모식도이고, 도 1b는 도 1a에 도시한 MCT 소자의 등가 회로이다.1A is a schematic diagram showing a cross-sectional structure of a unit cell of a general n-type MCT device, and FIG. 1B is an equivalent circuit of the MCT device shown in FIG. 1A.

도 1a 및 1b를 참조하면, MCT의 소자구조는 IGBT와 유사하지만 n-MOSFET(on-FET) 이외에 p-MOSFET(off-FET)를 더 포함하는 삼중 확산 구조(triple diffusion structure)를 갖는다.Referring to FIGS. 1A and 1B , the device structure of the MCT is similar to that of the IGBT, but has a triple diffusion structure further including a p-MOSFET (off-FET) in addition to an n-MOSFET (on-FET).

MCT의 턴-온(turn-on) 과정MCT turn-on process

MCT의 턴-온(turn-on) 과정은 다음과 같다. The turn-on process of MCT is as follows.

어노드(anode)에 (+)전압이 인가된 상태에서 게이트에 on-FET의 문턱전압(Vth) 이상의 전압을 인가하면, P-base 영역의 표면 바로 아래에 채널이 형성되어 on-FET가 턴-온 된다. When a voltage higher than the threshold voltage (Vth) of the on-FET is applied to the gate while the (+) voltage is applied to the anode, a channel is formed just below the surface of the P-base region and the on-FET turns on. - Come on.

채널을 통해 흐르는 전자 전류(electron current)는 PNP BJT (P+/N-base/P-base)의 N-베이스에 유입되어 P+층과 N-베이스 사이의 접합(J1)의 전위장벽을 낮추고 하부 이미터(하부 P+)에서 정공들이 유입되어 PNP 트랜지스터를 턴-온 시킨다. The electron current flowing through the channel enters the N-base of the PNP BJT (P+/N-base/P-base), lowers the potential barrier of the junction (J1) between the P+ layer and the N-base, and lowers the lower image. Holes flow in from the terminal (lower P+) to turn on the PNP transistor.

PNP 트랜지스터의 정공 전류(hole current)는 NPN BJT(N-emitter/P-base/N-base)에 유입되어 N-emitter(N-well)와 P-베이스 간의 접합면(J3)의 전위장벽을 낮추고, 상부 이미터(N-emitter, 즉 N-well)에서 전자들이 유입되어 NPN BJT를 턴-온 시킨다. The hole current of the PNP transistor flows into the NPN BJT (N-emitter/P-base/N-base) to break the potential barrier at the junction between the N-emitter (N-well) and the P-base (J3). lower, and electrons flow in from the upper emitter (N-emitter, ie N-well) to turn on the NPN BJT.

이 전자 전류는 다시 PNP BJT의 베이스에 유입되어 PNPN 사이리스터가 턴-온 된다. 위에서 설명한 사이리스터의 턴-온 과정을 "회생동작(regenerative action)"이라고 한다.This electron current flows into the base of the PNP BJT again and turns on the PNPN thyristor. The turn-on process of the thyristor described above is called "regenerative action".

MCT의 턴-오프(turn-off) 과정MCT turn-off process

MCT의 턴-오프(turn-off) 과정은 다음과 같다. The turn-off process of MCT is as follows.

MCT가 온-상태일 때 게이트에 off-FET의 문턱전압보다 큰 음의 전압을 인가하면 off-FET가 턴-온되고, 이로 인해 정공이 흐르는 다른 경로가 형성되어 P-베이스(P-base)의 정공이 소거된다. When a negative voltage greater than the threshold voltage of the off-FET is applied to the gate when the MCT is in the on-state, the off-FET is turned on, which forms another path for holes to flow, forming the P-base of the holes are erased.

이로 인하여 접합면(J3)의 전위장벽이 높아져 N-emitter(N-well)로부터의 전자 주입(electron injection)이 멈추고, NPN BJT가 턴-오프 되어 사이리스터의 회생 동작이 멈추게 된다. N-베이스(N-base)에 남아있는 전자들은 재결합에 의하여 소멸됨으로써, MCT는 턴-오프 된다.As a result, the potential barrier of the bonding surface J3 is raised, electron injection from the N-emitter (N-well) is stopped, and the NPN BJT is turned off to stop the regenerative operation of the thyristor. Electrons remaining in the N-base are annihilated by recombination, so the MCT is turned off.

이상에서 설명한 MCT 소자는 턴-오프 성능이 소자의 전류 구동 능력(Current driving capability)을 결정하며, 이를 위해서는 짧은 채널 길이의 off-FET을 형성하여야 한다. In the MCT device described above, turn-off performance determines current driving capability of the device, and for this purpose, an off-FET having a short channel length must be formed.

또한 턴-오프시의 소자 파손을 방지하기 위해서는 MCT 소자 전체에 걸쳐 off-FET이 균일한 특성을 가져야 하며, 이를 위해서는 균일한 채널 길이의 off-FET 형성이 요구된다. In addition, in order to prevent device damage during turn-off, off-FETs must have uniform characteristics throughout the MCT device, and for this purpose, formation of off-FETs with a uniform channel length is required.

본 발명은 MCT 소자의 전류 구동 능력을 결정하는 짧은 채널 길이의 off-FET을 MCT 소자의 모든 영역에서 동일한 환경을 갖도록 디자인하고, 스페이서 형성과 제거(spacer formation and recession) 방법의 자기 정렬 공정을 이용하여 off-FET의 채널 영역을 형성함으로써 전류 구동 능력과 소자 동작의 균일도(uniformity)를 향상시킨다.The present invention designs an off-FET with a short channel length that determines the current driving capability of an MCT device to have the same environment in all areas of the MCT device, and uses a self-alignment process of a spacer formation and recession method. By forming a channel region of the off-FET, current driving capability and uniformity of device operation are improved.

또한 본 발명은 off-FET의 채널영역에 채널 이온 주입을 선택적으로 진행할 수 있기 때문에, 낮은 게이트 전압에서 off-FET을 턴-온시켜 MCT의 턴-오프 성능을 향상시킬 수 있고, 동시에 0V의 게이트 전압에서도 턴오프가 가능하다. In addition, since the present invention can selectively proceed with channel ion implantation into the channel region of the off-FET, the turn-off performance of the MCT can be improved by turning on the off-FET at a low gate voltage, and at the same time, the 0V gate It can also be turned off at voltage.

MCT 소자의 제조 방법의 실시 예1Example 1 of a method for manufacturing an MCT device

아래 설명에서는 하부-베이스(N-base)가 n형의 n-MCT를 예로 들어 설명하지만, 모든 불순물(impurity 또는 dopant)의 타입(type)을 반대로 할 경우 p-MCT 소자가 된다. 즉, 제1 도전형의 불순물이 p형의 불순물인 경우, 제2 도전형의 불순물은 n형 불순물이고, 상기 제1 도전형의 불순물이 n형의 불순물인 경우, 상기 제2 도전형의 불순물은 p형의 불순물이다.In the following description, an n-MCT of an n-type lower base (N-base) will be described as an example, but if the types of all impurities (impurity or dopant) are reversed, it becomes a p-MCT device. That is, when the first conductivity type impurity is a p-type impurity, the second conductivity type impurity is an n-type impurity, and when the first conductivity type impurity is an n-type impurity, the second conductivity type impurity is is a p-type impurity.

도 2 내지 11은 본 발명의 실시 예에 따른 MCT 소자의 제조 공정을 설명하기 위한 단면도들이다.2 to 11 are cross-sectional views for explaining a manufacturing process of an MCT device according to an embodiment of the present invention.

먼저, 도 2를 참조하면, 기판(substrate, 100)이 준비된다.First, referring to FIG. 2 , a substrate 100 is prepared.

기판(100)은 p형 불순물이 고농도(p++)로 도핑된 p형 에미터층(101, p emitter layer, 하부 에미터), 상기 p형 에미터층(101) 상에 형성되는 n형 버퍼층(102, n buffer layer) 및 상기 n형 버퍼층(102) 상에 형성된 n형 베이스층(103, n-base layer, 하부 베이스)을 포함할 수 있다. 이때, n형 베이스층(103)은 n형 불순물이 저농도(n--)로 도핑된 층일 수 있다.The substrate 100 includes a p-type emitter layer 101 (p emitter layer, lower emitter) doped with p-type impurities at a high concentration (p++), an n-type buffer layer 102 formed on the p-type emitter layer 101, n buffer layer) and an n-type base layer (103, n-base layer, lower base) formed on the n-type buffer layer 102. In this case, the n-type base layer 103 may be a layer doped with n-type impurities at a low concentration (n--).

이처럼 p형 에미터층(101), n형 버퍼층(102) 및 n형 베이스층(103)이 순차적으로 성장된 웨이퍼가 MCT 소자를 제작하기 위한 기판(substrate, 100)으로 사용된다. The wafer on which the p-type emitter layer 101, the n-type buffer layer 102, and the n-type base layer 103 are sequentially grown is used as a substrate 100 for fabricating an MCT device.

다른 예로, n형 불순물이 저농도(n--)로 도핑된 웨이퍼를 기판으로 사용하여 그 웨이퍼의 후면에 n형 버퍼층과 p형 에미터층이 별도로 형성될 수도 있다.As another example, an n-type buffer layer and a p-type emitter layer may be separately formed on the rear surface of a wafer doped with n-type impurities at a low concentration (n--) as a substrate.

p형 에미터층(101)에 도핑되는 p형 불순물은, 예를 들면, 보론(B, Boron, 붕소), 알루미늄(Al) 등과 같은 3족 원소일 수 있으며, 그 p형 불순물의 도핑 농도(doping concentration)는, 예를 들면, 대략 1×1018 cm-3 또는 그 이상일 수 있다.The p-type impurity doped in the p-type emitter layer 101 may be, for example, a Group 3 element such as boron (B, Boron) or aluminum (Al), and the doping concentration of the p-type impurity (doping concentration) may be, for example, approximately 1×10 18 cm −3 or greater.

n형 버퍼층(102)에 도핑되는 n형 불순물은, 예를 들면, 인(P), 비소(As) 등과 같은 5족 원소일 수 있으며, 그 n형 불순물의 도핑 농도는, 예를 들면, 대략 1×1016 내지 대략 1×1018 cm-3일 수 있다. n형 버퍼층(102)의 두께는, 예를 들면, 대략 1 ~ 대략 10㎛일 수 있다.The n-type impurity doped into the n-type buffer layer 102 may be, for example, a group 5 element such as phosphorus (P) or arsenic (As), and the doping concentration of the n-type impurity is, for example, approximately 1×10 16 to about 1×10 18 cm −3 . The thickness of the n-type buffer layer 102 may be, for example, about 1 μm to about 10 μm.

n형 베이스층(103)에 도핑되는 n형 불순물의 도핑 농도와 두께는 제작하고자 하는 반도체 소자의 내전압(blocking voltage 또는 breakdown voltage)에 따라 결정될 수 있다.The doping concentration and thickness of the n-type impurity doped into the n-type base layer 103 may be determined according to the blocking voltage or breakdown voltage of a semiconductor device to be manufactured.

실리콘 전력 반도체소자의 경우, n형 베이스층(103)에 도핑되는 n형 불순물은, 예를 들면, 인(P), 비소(As) 등과 같은 5족 원소일 수 있으며, 그 n형 불순물의 도핑 농도는, 예를 들면, 1×1016 cm-3 또는 그 이하일 수 있다. n형 베이스층(103)의 두께는, 예를 들면, 대략 ~10㎛ 또는 그 이상일 수 있다.In the case of a silicon power semiconductor device, the n-type impurity doped into the n-type base layer 103 may be, for example, a group 5 element such as phosphorus (P) or arsenic (As), and the n-type impurity is doped. The concentration may be, for example, 1×10 16 cm −3 or less. The thickness of the n-type base layer 103 may be, for example, approximately ~10 μm or more.

상기 기판(100)이 준비되면, 상기 기판(100)의 표면(n형 베이스층(103)의 표면) 상에 제1 산화막(204)을 형성(또는 성장)시키는 공정이 진행된다. When the substrate 100 is prepared, a process of forming (or growing) a first oxide film 204 on the surface of the substrate 100 (the surface of the n-type base layer 103) is performed.

제1 산화막(204)은, 예를 들면, 산화 공정(oxidation process)에 의해 형성될 수 있다. 여기서, 제1 산화막(204)은 '희생 산화막(sacrificial oxide layer)'으로 불릴 수도 있다. 제1 산화막(204)의 두께는, 예를 들면, 대략 0.5 ㎛ 또는 그 이상일 수 있다.The first oxide layer 204 may be formed by, for example, an oxidation process. Here, the first oxide layer 204 may also be referred to as a 'sacrificial oxide layer'. The thickness of the first oxide film 204 may be, for example, about 0.5 μm or more.

이어, 상기 기판(100)의 표면 일부를 상부로 노출시키기 위해, 포토리소그래피 공정(Photolithography process)과 식각 공정(etching process)을 이용하여, n형 베이스층(103) 상에 형성된 제1 산화막(204)의 일부를 제거하는 공정이 수행된다.Subsequently, in order to expose a portion of the surface of the substrate 100 upward, a first oxide film 204 formed on the n-type base layer 103 using a photolithography process and an etching process. ) A process of removing a part of is performed.

상기 n형 베이스층(103) 내에서 형성될(to be formed) p형 베이스 영역(p-base, 상부 베이스)이 정의되며, 이러한 p형 베이스 영역(104)은 도3에 도시된다.A p-type base region (p-base, upper base) to be formed in the n-type base layer 103 is defined, and this p-type base region 104 is shown in FIG. 3 .

이어, 상기 제1 산화막(204)의 제거에 의해 상부로 노출되는 n형 베이스층(103)의 표면에 제2 산화막(205)을 형성(또는 성장)하는 공정이 수행될 수 있다. Subsequently, a process of forming (or growing) a second oxide film 205 on the surface of the n-type base layer 103 exposed upward by the removal of the first oxide film 204 may be performed.

상기 제2 산화막(205)은 후속 공정에서 진행되는 이온 주입 공정(ion implantation process) 또는 진공 플라즈마 도핑 공정(vacuum plasma doping)으로부터 기판(100)의 표면(또는 n형 베이스층(103)의 표면)을 보호하는 역할을 한다. 상기 제2 산화막(205)의 두께는, 예를 들면, 대략 10 ~ 100nm일 수 있다.The second oxide film 205 is formed on the surface of the substrate 100 (or the surface of the n-type base layer 103) from an ion implantation process or a vacuum plasma doping process performed in a subsequent process. serves to protect The thickness of the second oxide layer 205 may be, for example, approximately 10 to 100 nm.

이어, 상기 이온 주입 공정(또는 진공 플라즈마 도핑 공정)을 이용하여, 상기 상부로 노출되는 n형 베이스층(103)의 표면을 통해 상기 n형 베이스층(103) 내부에 p형 베이스 영역(도 3의 104)을 형성하기 위한 p형 불순물(206)을 주입하는 공정이 진행된다. Then, by using the ion implantation process (or vacuum plasma doping process), the p-type base region (FIG. 3 A process of implanting the p-type impurity 206 to form 104 of ) is performed.

상기 n형 베이스층(103) 내부에 주입되는 상기 p형 불순물은, 예를 들면, 보론(B, Boron), 알루미늄(Al) 등과 같은 3족 원소일 수 있으며, 이러한 p형 불순물의 이온 주입량(ion dose)은, 예를 들면, 대략 1×1013 ~ 1×1014 cm-2 일 수 있다. The p-type impurity implanted into the n-type base layer 103 may be, for example, a group 3 element such as boron (B, Boron) or aluminum (Al), and the ion implantation amount of the p-type impurity ( ion dose) may be, for example, approximately 1×10 13 to 1×10 14 cm -2 .

이어, 도 3을 참조하면, 상기 n형 베이스층(103)의 내부에 이온-주입된(ion-implanted) 상기 p 형 불순물을 상기 n형 베이스층(103)의 내부로 확산시키는 확산 공정(diffusion process)이 진행된다.Next, referring to FIG. 3 , a diffusion process of diffusing the p-type impurity ion-implanted into the n-type base layer 103 into the n-type base layer 103 (diffusion process) process) is going on.

상기 확산 공정은, 예를 들면, 고온 열처리 공정(high temperature annealing process)일 수 있다. 상기 p 형 불순물의 확산 깊이(doping depth 또는 junction depth)는, 예를 들면, 대략 5 ~ 10㎛일 수 있다.The diffusion process may be, for example, a high temperature annealing process. A doping depth or junction depth of the p-type impurity may be, for example, about 5 to 10 μm.

이어, 후술하는 도 4의 n형 에미터 영역(105, n-emitter, 상부 에미터)을 형성하기 위해, p형 베이스 영역(104)의 표면 아래에 n형 불순물(208: 예, P, As 등)을 주입하는(implanting) 이온 주입 공정이 진행된다. 이때, 제1 산화막(204)은 n형 에미터 영역(105)을 형성하기 위한 n형 불순물의 이온 주입 공정에서 이온 주입용 마스크로 역할을 한다.Next, to form an n-type emitter region 105 (n-emitter, upper emitter) of FIG. 4 to be described later, n-type impurities 208 (eg, P, As) are formed under the surface of the p-type base region 104. etc.), an ion implantation process is performed. At this time, the first oxide film 204 serves as an ion implantation mask in the ion implantation process of the n-type impurity to form the n-type emitter region 105 .

상기 n형 에미터 영역(도 4의 105)을 형성하기 위한 상기 n형 불순물(208)은, 예를 들면, P(phosphorus), As 등일 수 있으며, 상기 n형 불순물(208)의 이온 주입량(ion dose)은, 예를 들면, 1×1013 ~ 1×1014 cm-2 일 수 있다.The n-type impurity 208 for forming the n-type emitter region ( 105 in FIG. 4 ) may be, for example, P (phosphorus) or As, and the ion implantation amount of the n-type impurity 208 ( ion dose) may be, for example, 1×10 13 to 1×10 14 cm -2 .

이어, 도 4를 참조하면, p형 베이스 영역(104)의 표면 아래에 이온-주입된(ion-implanted) n형 불순물(208)을 p형 베이스 영역(104)의 내부로 확산시키는 확산 공정이 진행된다. 이러한 확산 공정에 의해 p형 베이스 영역(104) 내에 n형 에미터 영역(105, n-emitter)이 형성된다. Subsequently, referring to FIG. 4 , a diffusion process of diffusing the ion-implanted n-type impurity 208 under the surface of the p-type base region 104 into the inside of the p-type base region 104 is performed. It goes on. An n-type emitter region 105 (n-emitter) is formed in the p-type base region 104 by this diffusion process.

상기 확산 공정(diffusion process)은, 예를 들면, 고온 열처리 공정일 수 있다. 이러한 확산 공정에 의해 상기 p형 베이스 영역(104)의 내부로 확산되는 상기 n형 불순물(208)의 확산 깊이(doping depth 또는 junction depth)는, 예를 들면, 1~5㎛일수 있다.The diffusion process may be, for example, a high-temperature heat treatment process. A doping depth or junction depth of the n-type impurity 208 diffused into the p-type base region 104 by this diffusion process may be, for example, 1 to 5 μm.

p형 베이스 영역(104)을 형성하기 위한 p형 불순물(도 2의 206)의 확산 공정에서는, p형 불순물(도 2의 206)이 측면 방향으로 깊게 확산(diffuse)되어 p형 베이스 영역(104)과 n형 베이스층(103)의 접합면이 측면방향으로 깊게 확장(expands)된다.In the diffusion process of the p-type impurity (206 in FIG. 2) for forming the p-type base region 104, the p-type impurity (206 in FIG. 2) is diffused deeply in the lateral direction to form the p-type base region 104 ) and the n-type base layer 103 expands deeply in the lateral direction.

이에 반해, 도 4의 n형 에미터 영역(105)을 형성하기 위한 n형 불순물(도 3의 208)의 확산 공정에서는, 먼저 형성된 p형 불순물(도 2의 206)로 인해 n형 에미터 영역(105, n-emitter)과 p형 베이스 영역(104)의 접합면(junction surface)은 측면방향으로 깊게 확장되지 않는다.In contrast, in the diffusion process of the n-type impurity (208 in FIG. 3) for forming the n-type emitter region 105 in FIG. 4, the n-type emitter region is formed due to the p-type impurity (206 in FIG. 2) The junction surface of (105, n-emitter) and the p-type base region 104 does not extend deeply in the lateral direction.

물론 n형 불순물(도 3의 208)의 이온 주입량을 높이면, n형 에미터 영역(105)의 접합면(junction surface)이 측면방향으로 깊이 확장될 수 있다. 그러나 이 경우 off-FET의 채널을 형성하는 n형 에미터 영역(105)의 표면 농도(surface density)가 증가하기 때문에, off-FET의 문턱 전압이 매우 큰 음의 값을 갖게 되고, 이는 off-FET의 전류 구동 능력을 저하시킨다.Of course, if the ion implantation amount of the n-type impurity ( 208 in FIG. 3 ) is increased, the junction surface of the n-type emitter region 105 may deeply expand in the lateral direction. However, in this case, since the surface density of the n-type emitter region 105 forming the channel of the off-FET increases, the threshold voltage of the off-FET has a very large negative value, which is It degrades the current drive capability of the FET.

한편, p형 베이스 영역(104)의 표면 아래 영역에는 on-FET의 채널 영역(112)이 형성된다. 여기서, on-FET의 채널 영역(112)은 p형 베이스 영역(104)의 표면 아래 영역에서 n형 베이스 영역(103)과 p형 베이스 영역(104)의 접합면과 p형 베이스 영역(104)과 n형 에미터 영역(105)의 접합면 사이의 영역일 수 있다.Meanwhile, a channel region 112 of an on-FET is formed in a region below the surface of the p-type base region 104 . Here, the channel region 112 of the on-FET is a junction between the n-type base region 103 and the p-type base region 104 in the region below the surface of the p-type base region 104 and the p-type base region 104. and the junction surface of the n-type emitter region 105.

한편, 도면에 표시하지 않았지만, 상기 n형 에미터 영역(105)은 도 3에서 설명한 p형 베이스 영역(104)의 확산 공정 후, 상기 제1 산화막(204)과 상기 제2 산화막(205)을 모두 제거하고, 별도의 산화막을 성장한 후, n형 에미터 영역(105)을 패터닝 하고, 상술한 n형 불순물(도 3의 208)의 이온주입과 확산 공정(diffusion process)을 수행하여 형성할 수도 있다.Meanwhile, although not shown in the figure, the n-type emitter region 105 is formed by forming the first oxide film 204 and the second oxide film 205 after the diffusion process of the p-type base region 104 described in FIG. After removing all of them, growing a separate oxide film, patterning the n-type emitter region 105, and performing the above-described ion implantation and diffusion process of the n-type impurity (208 in FIG. 3) to form. there is.

이어, 도 5를 참조하면, 도 6에서 설명될 짧고 균일한 길이의 off-FET의 채널 영역(110)을 확보하기 위해, 증착 공정과 에치-백 공정(etch-back)을 진행하여 제1 산화막의 측면에 스페이서(211)를 형성하는 공정이 진행된다.Subsequently, referring to FIG. 5 , in order to secure the channel region 110 of the off-FET having a short and uniform length to be described in FIG. 6, a deposition process and an etch-back process are performed to form a first oxide film. The process of forming the spacer 211 on the side of the is in progress.

상기 증착 공정에서는 제1 산화막(204)의 전면에 스페이서(spacer) 물질층이 증착된다. 상기 에치-백(etch-back) 공정에서는 상기 스페이서 물질층을 에칭하여 제1산화막(204)의 측면을 따라 스페이서(211, spacer)가 형성된다. 여기서, 에치-백 공정은, 예를 들면, 플라즈마 에칭 공정일 수 있다.In the deposition process, a spacer material layer is deposited on the entire surface of the first oxide layer 204 . In the etch-back process, spacers 211 are formed along side surfaces of the first oxide layer 204 by etching the spacer material layer. Here, the etch-back process may be, for example, a plasma etching process.

이어 후속 공정에서 진행될 이온 주입 공정으로부터 기판 표면을 보호하기 위한 제3 산화막(212)이 추가로 성장될 수 있다. 제3 산화막(212)의 두께는, 예를 들면, 대략 10 ~ 100nm일 수 있다.Subsequently, a third oxide film 212 may be additionally grown to protect the surface of the substrate from an ion implantation process to be performed in a subsequent process. The thickness of the third oxide layer 212 may be, for example, approximately 10 to 100 nm.

상기 스페이서(211)는, 예를 들면, 산화막 또는 질화막 등일 수 있다. 스페이서(211)의 두께는, 예를 들면, 대략 200nm 또는 그 이상일 수 있다. The spacer 211 may be, for example, an oxide film or a nitride film. The spacer 211 may have a thickness of about 200 nm or more, for example.

전술한 바와 같이, MCT 소자의 경우, 턴오프 성능이 소자의 전류 구동 능력을 결정하기 때문에 off-FET의 전류 구동 능력을 향상시키기 위해, off-FET의 채널 영역(110)의 채널 길이는 짧게 형성되어야 하고, 하나의 웨이퍼 상에서 집적되는 모든 MCT 소자들이 균일한 채널 길이를 가져야 한다.As described above, in the case of the MCT device, since the turn-off performance determines the current driving capability of the device, the channel length of the channel region 110 of the off-FET is formed short in order to improve the current driving capability of the off-FET. and all MCT devices integrated on one wafer must have a uniform channel length.

이어, 도 6을 참조하면, off-FET의 드레인(drain) 역할을 위한 p형 드레인 영역(106, p+)를 형성하기 위해, 스페이서(211)와 일정 간격을 두고, n형 에미터 영역(105)의 상부에 포토레지스트(photoresist) 패턴(214)을 형성하는 포토리소그래피 공정(photolithography process)이 진행될 수 있다.Next, referring to FIG. 6 , in order to form a p-type drain region 106 (p+) for serving as a drain of an off-FET, an n-type emitter region 105 is spaced apart from the spacer 211 at a predetermined interval. ) A photolithography process of forming a photoresist pattern 214 on the top may be performed.

이후, 상기 스페이서(211)와 상기 포토레지스트(photoresist) 패턴(214)을 이온 주입용 마스크로 이용하여 상기 n형 에미터 영역(105)에 p형 불순물(B, Al 등)을 이온-주입하여 off-FET의 p형 드레인 영역(106)을 형성하는 공정이 진행된다. p형 불순물의 이온 주입량(ion dose)은, 예를 들면, 대략 1×1015 cm-2 또는 그 이상일 수 있다. Thereafter, p-type impurities (B, Al, etc.) are ion-implanted into the n-type emitter region 105 using the spacer 211 and the photoresist pattern 214 as an ion implantation mask. A process of forming the p-type drain region 106 of the off-FET is performed. The ion dose of the p-type impurity may be, for example, approximately 1×10 15 cm −2 or greater.

이상의 공정을 통해, 상기 n형 에미터 영역(105)의 끝부분(접합면)과 상기 off-FET의 p형 드레인 영역(106)의 끝부분(접합면) 사이 또는 스페이서(211)의 아래에서 측면 방향으로 상기 off-FET 채널 영역(110)이 형성된다. Through the above process, between the end (junction surface) of the n-type emitter region 105 and the end (junction surface) of the p-type drain region 106 of the off-FET or under the spacer 211 The off-FET channel region 110 is formed in the lateral direction.

이처럼 스페이서(spacer) 형성을 이용한 자기 정렬(self-align) 공정과 p+ 이온 주입 공정을 통해, 채널 길이가 짧으면서도 균일한 길이의 off-FET 채널 영역(110)이 형성될 수 있다.As such, the off-FET channel region 110 having a short channel length and a uniform length may be formed through the self-align process using spacer formation and the p+ ion implantation process.

이어, 도 7을 참조하면, off-FET의 p형 드레인 영역(106)을 형성한 후, 이온 주입용 마스크로 사용된 포토레지스트 패턴(214)을 제거하는 공정이 진행된다. Subsequently, referring to FIG. 7 , after forming the p-type drain region 106 of the off-FET, a process of removing the photoresist pattern 214 used as a mask for ion implantation is performed.

이어, off-FET 채널 영역(110) 또는 off-FET 채널 영역(110)의 일부가 상부로 노출되도록 스페이서(211)와 제1 산화막(204)의 일부를 제거하는 식각 공정이 진행된다. 여기서, 제1 산화막(204)의 일부와 스페이서(211)를 제거하는 식각 공정은, 예를 들면, 등방성 식각 공정일 수 있다. Subsequently, an etching process of removing a portion of the spacer 211 and the first oxide layer 204 is performed so that the off-FET channel region 110 or a portion of the off-FET channel region 110 is exposed upward. Here, the etching process of removing a part of the first oxide layer 204 and the spacer 211 may be, for example, an isotropic etching process.

상기 등방성 식각 공정(isotropic etching process)은, 예를 들면, 습식 식각(wet etching)일 수 있다. 이 경우, 스페이서(211)가 산화물(oxide)인 경우, 습식 식각 공정에서 제1 산화막(204)보다 빠른 속도로 식각될 수 있다. The isotropic etching process may be, for example, wet etching. In this case, when the spacer 211 is an oxide, it may be etched at a faster rate than the first oxide layer 204 in the wet etching process.

스페이서(211)가 산화물인 경우, 스페이서(211)는, 예를 들면, 화학 기상 증착(CVD: Chemical Vapor Deposition)으로 성장한 산화막이고, 제1 산화막(204)은 열 산화(Thermal Oxidation) 공정에 따라 성장된 산화막일 수 있다.When the spacer 211 is an oxide, the spacer 211 is, for example, an oxide film grown by chemical vapor deposition (CVD), and the first oxide film 204 is formed by a thermal oxidation process. It may be a grown oxide film.

이어, 도 8을 참조하면, off-FET의 채널 영역(110)에 p형 불순물(B, Al)을 주입하기 위한(implanting) 이온 주입 공정이 진행된다. 이때, off-FET 채널 영역(110)에 이온-주입된 p형 불순물(ion-implanted p-type impurities)의 이온 주입량(dose)은, 예를 들면, 1×1011 ~1×1013 cm-2 일 수 있다. Subsequently, referring to FIG. 8 , an ion implantation process for implanting p-type impurities (B and Al) into the channel region 110 of the off-FET is performed. At this time, the ion implantation dose (dose) of the ion-implanted p-type impurities into the off-FET channel region 110 is, for example, 1×10 11 to 1×10 13 cm - can be 2

상기 off-FET 채널 영역(110)의 이온 주입은 off-FET의 턴온 전압을 조절하여 off-FET 특성을 향상시킬 수 있다. 또한 off-FET의 채널 영역(110)은 공핍형 모드(depletion mode)의 pMOS 채널을 형성하여 0V의 게이트 전압에서 off-FET가 턴온되도록 함으로써 MCT 소자를 턴오프 시킬 수 있다.The ion implantation of the off-FET channel region 110 may improve off-FET characteristics by adjusting the turn-on voltage of the off-FET. In addition, the channel region 110 of the off-FET forms a pMOS channel in a depletion mode so that the off-FET is turned on at a gate voltage of 0V, thereby turning off the MCT device.

이어, 도 9를 참조하면, 식각 공정을 이용하여 제1 산화막(204)과 이온 주입 공정에서 기판(100) 표면을 보호하기 위해 형성된 산화막들을 제거한 후, 기판(100) 전면에 게이트 절연막(108)과 게이트 전극층(109)을 순차적으로 성장시키는 공정이 진행된다. Subsequently, referring to FIG. 9 , after removing the first oxide film 204 and the oxide films formed to protect the surface of the substrate 100 in the ion implantation process using an etching process, a gate insulating film 108 is formed on the entire surface of the substrate 100. A process of sequentially growing the gate electrode layer 109 and the gate electrode layer 109 is performed.

이어, 아래에서 설명될 n형(n+) 도핑 영역(107, n+)과 상기 n형 도핑 영역(107)을 둘러싸는 off-FET의 p형 드레인 영역(106)의 일부 상의 게이트 절연막(108)을 상부로 노출시키는 개구부(OP)을 갖도록, 게이트 전극층(109)을 식각하는 공정이 진행된다. 개구부(OP)를 형성하기 위해, 포토리소그래피 공정이 더 이용될 수 있다.Subsequently, an n-type (n+) doped region 107 (n+), which will be described below, and a gate insulating film 108 on a portion of the p-type drain region 106 of the off-FET surrounding the n-type doped region 107 are formed. A process of etching the gate electrode layer 109 is performed to have the opening OP exposed upward. To form the opening OP, a photolithography process may be further used.

이어, n형 에미터 영역(105)의 오믹 접촉(ohmic contact) 특성 및 전자 주입(electron injection) 특성을 향상시키기 위하여 off-FET의 p형 드레인 영역(106)에 의해 둘러싸여지는 n형 도핑 영역(107)을 형성하는 공정이 수행된다. Then, in order to improve the ohmic contact characteristics and electron injection characteristics of the n-type emitter region 105, an n-type doped region surrounded by the p-type drain region 106 of the off-FET ( 107) is performed.

n형 도핑 영역(107)은, 예를 들면, 포토레지스트 패턴(도시하지 않음)을 이온 주입용 마스크로 이용하여 off-FET의 p형 드레인 영역(106)의 사이에 n형 불순물(P, As)의 이온을 주입함으로써, 형성될 수 있다. 여기서, n형 불순물의 이온 주입량은 대략 1×1015 cm-2 또는 그 이상일 수 있다.The n-type doped region 107 is formed between the p-type drain region 106 of the off-FET by using, for example, a photoresist pattern (not shown) as a mask for ion implantation, and n-type impurities (P, As) ) by implanting ions of Here, the ion implantation amount of the n-type impurity may be approximately 1×10 15 cm −2 or greater.

이어, 도 10을 참조하면, 게이트 전극층(109) 및 상기 개구부(OP)에 의해 상부로 노출되는 게이트 절연막(108) 상에 층간 절연막(113)을 증착하는 공정이 진행된다. Subsequently, referring to FIG. 10 , a process of depositing an interlayer insulating film 113 on the gate electrode layer 109 and the gate insulating film 108 exposed upward through the opening OP is performed.

이후, 포토리소그래피 공정 및 식각 공정을 이용하여 off-FET의 p형 드레인 영역(106)의 일부와 n+ 도핑 영역(107)을 상부로 노출시키는 컨택홀(contact hole)를 형성하도록, 상기 게이트 절연막(108)과 상기 층간 절연막(113)을 제거한다. Thereafter, by using a photolithography process and an etching process, the gate insulating film ( 108) and the interlayer insulating film 113 are removed.

이어, 도 11을 참조하면, 상기 층간 절연막(113)과 상기 상부로 노출되는 off-FET의 p형 드레인 영역(106)의 일부와 n+ 도핑 영역(107) 상에 캐소드(cathode) 전극으로 사용될 상부 메탈층(114)을 형성(또는 증착 및 식각)하는 공정이 진행된다. Next, referring to FIG. 11 , an upper portion to be used as a cathode electrode on the interlayer insulating film 113 and a portion of the p-type drain region 106 of the off-FET exposed to the upper portion and the n+ doped region 107 A process of forming (or depositing and etching) the metal layer 114 is performed.

그리고, p형 에미터층(101)의 하부면 상에 어노드(anode) 전극으로 사용될 하부 메탈층(115)을 형성(증착)하는 공정이 진행된다. Then, a process of forming (depositing) a lower metal layer 115 to be used as an anode electrode on the lower surface of the p-type emitter layer 101 is performed.

상기 상부 및 하부 메탈층(114, 115)의 형성에 의해, MCT 소자 제작이 완료된다.By forming the upper and lower metal layers 114 and 115, manufacturing of the MCT device is completed.

이상에서 설명한 MCT 제작 공정은 스페이서 형성과 제거(spacer formation and recession) 방법의 자기 정렬 공정을 이용하여 균일하고 짧은 길이의 off-FET 채널을 형성함으로써 off-FET의 전류 구동 능력과 소자 동작의 균일도(uniformity)를 향상시킬 수 있다. The MCT fabrication process described above improves the current driving capability of the off-FET and the uniformity of device operation by forming a uniform and short-length off-FET channel using the self-alignment process of the spacer formation and recession method. uniformity) can be improved.

또한 off-FET 채널 영역에 선택적으로 채널 이온 주입(Channel ion implantation)을 진행할 수 있어 낮은 게이트 전압에서 off-FET을 턴-온시켜 MCT의 턴-오프 성능을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라, 0V의 게이트 전압에서 MCT 소자를 턴오프 시킬 수 있다.In addition, channel ion implantation can be selectively performed on the off-FET channel region, thereby improving the turn-off performance of the MCT by turning on the off-FET at a low gate voltage. The voltage can turn off the MCT element.

MCT 소자의 제조 방법의 실시 예2Example 2 of a method for manufacturing an MCT device

한편, 도 2 내지 도 11의 MCT 소자의 제조 공정에 있어서 off-FET 채널 영역(110)의 이온 주입 공정은 도 7과 도 8에서 설명한 방법 대신 다음의 공정으로 진행될 수 있다.Meanwhile, in the manufacturing process of the MCT device of FIGS. 2 to 11 , the ion implantation process of the off-FET channel region 110 may be performed in the following process instead of the method described in FIGS. 7 and 8 .

도 12 및 13은 도 7 및 8에서 off-FET 채널 영역에 p형 불순물을 이온-주입하기 위한 공정의 다른 실시 예를 설명하기 위한 단면도들이다.12 and 13 are cross-sectional views for explaining another embodiment of a process for ion-implanting p-type impurities into the off-FET channel region of FIGS. 7 and 8 .

먼저 도 12을 참조하면, 도 6의 공정에 따라 p형 드레인 영역(106)을 형성한 후, 식각 공정을 이용하여, 포토레지스트 패턴(214), 스페이서(211), 제1 산화막(204) 및 제3 산화막(도 6의 212)을 제거하는 공정이 진행될 수 있다.Referring first to FIG. 12 , after forming the p-type drain region 106 according to the process of FIG. 6, the photoresist pattern 214, the spacer 211, the first oxide film 204 and A process of removing the third oxide layer ( 212 in FIG. 6 ) may proceed.

이어, 제1 산화막(204) 및 제3 산화막(도 6의 212)의 제거에 의해 상부로 노출되는 기판(100)의 표면에 제5 산화막(237)이 성장된 산화 공정(oxidation process)이 진행될 수 있다. 이때, 제5 산화막(237)의 두께는, 예를 들면, 대략 10 ~ 100 nm일 수 있다.Subsequently, an oxidation process in which a fifth oxide film 237 is grown on the upper surface of the substrate 100 exposed by removing the first oxide film 204 and the third oxide film (212 in FIG. 6) is performed. can At this time, the thickness of the fifth oxide film 237 may be, for example, approximately 10 to 100 nm.

이어, 도 13을 참조하면, 제5 산화막(237) 상에 포토레지스트 패턴(238)을 형성하는 포토리소그래피 공정이 진행된다. 포토레지스트 패턴(238)은 p형 베이스 영역(104)과 상기 p형 베이스 영역(104)에 인접한 다른 p형 베이스 영역(104') 사이에 형성될 수 있다.Next, referring to FIG. 13 , a photolithography process of forming a photoresist pattern 238 on the fifth oxide film 237 is performed. A photoresist pattern 238 may be formed between the p-type base region 104 and another p-type base region 104' adjacent to the p-type base region 104.

이러한 포토레지스트 패턴(238)은 이온 주입용 마스크로 이용하여, 상기 off-FET의 채널 영역(110)과 상기 off-FET의 채널 영역(110)에 인접한 상기 on-FET의 채널 영역(112)의 일부 영역(또는 전체 영역)에 p형 불순물(B, Al)을 주입하는 이온 주입 공정이 진행된다.The photoresist pattern 238 is used as a mask for ion implantation, and the channel region 110 of the off-FET and the channel region 112 of the on-FET adjacent to the channel region 110 of the off-FET are formed. An ion implantation process of implanting p-type impurities (B, Al) into a partial region (or the entire region) is performed.

이러한 이온 주입 공정에 따라 문턱전압 조절층(239, threshold voltage adjustment layer)이 형성된다.According to this ion implantation process, a threshold voltage adjustment layer (239) is formed.

또 한편, 도면에 도시하지 않았으나, 상기 문턱전압 조절층(239)은 포토레지스트 패턴(238)을 형성하지 않고 기판(100)의 전면에 형성될 수 있다.On the other hand, although not shown in the drawings, the threshold voltage adjusting layer 239 may be formed on the entire surface of the substrate 100 without forming the photoresist pattern 238 .

상기 문턱전압 조절층(239)의 이온 주입량(dose)은, 예를 들면, 1Х1011 ~1Х1013 cm-2 일 수 있다. 상기 문턱전압 조절층(239)은 off-FET 채널 영역(110)과 on-FET 채널 영역(112)에서 동시에 진행되는 이온 주입 공정에 의해 형성될 수 있다.An ion implantation dose of the threshold voltage control layer 239 may be, for example, 1Х10 11 to 1Х10 13 cm -2 . The threshold voltage adjusting layer 239 may be formed by an ion implantation process simultaneously performed in the off-FET channel region 110 and the on-FET channel region 112 .

off-FET 채널 영역(110)의 이온주입으로 off-FET의 턴온 전압이 조절되어 off-FET의 전기적 특성이 향상될 수 있고, 동시에 on-FET 채널 영역(112)의 이온주입으로 on-FET의 문턱 전압을 안정적인 값으로 증가시킬 수 있다. By implanting ions into the off-FET channel region 110, the turn-on voltage of the off-FET is adjusted to improve the electrical characteristics of the off-FET, and at the same time, by implanting ions into the on-FET channel region 112, the on-FET The threshold voltage can be increased to a stable value.

또한 off-FET 채널(110)은 공핍형 모드(depletion mode)의 pMOS 채널을 형성하여 0V의 게이트 전압에서 off-FET이 턴온 되도록 함으로써 MCT 소자를 턴오프 시킬 수 있다.In addition, the off-FET channel 110 may turn off the MCT device by forming a pMOS channel in a depletion mode so that the off-FET is turned on at a gate voltage of 0V.

이어, 포토레지스트 패턴(238)과 제5산화막(237)을 제거한 후, 도 9 ~ 도 11의 공정을 통해, MCT 소자의 제작이 완료될 수 있다.Subsequently, after removing the photoresist pattern 238 and the fifth oxide film 237, manufacturing of the MCT device may be completed through the processes of FIGS. 9 to 11.

도 7 및 도 8과 도 12 및 13에서 설명한 문턱전압 조절층(239)의 형성은 이하에서 설명될 제1 내지 제4 실시예 모두에 적용될 수 있다.The formation of the threshold voltage adjusting layer 239 described in FIGS. 7 and 8 and FIGS. 12 and 13 may be applied to all of the first to fourth embodiments to be described below.

이하, 도 2 내지 13의 제조 공정에 따라 제조된 n 타입의 n-MCT 소자에서 게이트 전극층(109)에 따른 구조적 특징에 대해 설명하기로 한다.Hereinafter, structural characteristics according to the gate electrode layer 109 in the n-type n-MCT device manufactured according to the manufacturing process of FIGS. 2 to 13 will be described.

제1 실시 예First embodiment

도 14는 본 발명의 제1 실시 예에 따라 제조된 MCT 소자를 게이트 절연막, 층간 절연막 및 상부 메탈층을 제거한 상태에서 위에서 바라본 평면도이고, 도 15는 도 14에 도시한 절단선 D-D'를 따라 절단한 MCT 소자의 입체 단면도이다.14 is a top plan view of the MCT device manufactured according to the first embodiment of the present invention, viewed from above in a state in which the gate insulating film, the interlayer insulating film, and the upper metal layer are removed, and FIG. 15 is a cut line D-D' shown in FIG. It is a three-dimensional cross-sectional view of the MCT device cut along.

도 14 및 15를 참조하면, 고농도의 P형 에미터층(101)의 상부에 n형 버퍼층(102)이 배치될 수 있다. n형 buffer층(102)의 상부에 PNPN 사이리스터의 하부-베이스(n-base) 역할을 하는 n형 베이스층(103)이 배치된다.Referring to FIGS. 14 and 15 , an n-type buffer layer 102 may be disposed on the high-concentration p-type emitter layer 101 . An n-type base layer 103 serving as a lower base of the PNPN thyristor is disposed on the n-type buffer layer 102.

상기 n형 베이스층(103)에는 p형 불순물의 이온 주입 공정에 따라 상기 n형 베이스층(103)의 내부로 확산되는 상부 베이스, 즉, p형 베이스 영역(104)이 배치된다.An upper base diffused into the n-type base layer 103 according to an ion implantation process of p-type impurities, that is, a p-type base region 104 is disposed on the n-type base layer 103 .

상기 p형 베이스 영역(104)의 내부에는 n형 불순물의 이온주입에 따라 상기 p형 베이스 영역(104)의 내부로 확산되어 형성된 n형 에미터 영역(105)이 배치된다. 이때, 상기 p형 베이스 영역(104)의 상부 표면 아래는 on-FET의 채널 역할을 하는 on-FET 채널 영역(112)이 된다.An n-type emitter region 105 formed by diffusion into the p-type base region 104 by ion implantation of n-type impurities is disposed inside the p-type base region 104 . At this time, below the upper surface of the p-type base region 104 becomes an on-FET channel region 112 serving as an on-FET channel.

상기 n-에미터 영역(105)의 내부에는 n형 도핑 영역(107)과 p형 드레인 영역(106)이 배치된다. 이때 p형 드레인 영역(106)은 off-FET의 드레인(drain)으로 역할 한다. An n-type doped region 107 and a p-type drain region 106 are disposed inside the n-emitter region 105 . At this time, the p-type drain region 106 serves as a drain of the off-FET.

상기 n형 도핑 영역(107)은 n형 에미터 영역(105)과 접촉하여 n형 에미터 영역(105)의 오믹 접촉 특성을 향상시키고, 상부 NPN BJT의 에미터 주입 효율(emitter injection efficiency)을 향상시킨다.The n-type doped region 107 is in contact with the n-type emitter region 105 to improve ohmic contact characteristics of the n-type emitter region 105 and to improve emitter injection efficiency of the upper NPN BJT. improve

상기 n형 에미터 영역(105)의 상부 표면의 바로 아래 영역은 off-FET의 채널 영역(110)이 된다. 동시에 off-FET의 채널 영역(110)은 on-FET의 소스 전류가 흐르는 통로 역할을 한다. A region immediately below the upper surface of the n-type emitter region 105 becomes a channel region 110 of the off-FET. At the same time, the channel region 110 of the off-FET serves as a passage through which the source current of the on-FET flows.

상기 off-FET의 채널 영역(110)의 이온 주입은 off-FET의 턴온 전압을 조절하여 off-FET 특성을 향상시킬 수다. 또한, 상기 off-FET의 채널 영역(110)은 공핍형 모드(depletion mode)의 pMOS 채널을 형성하여 0V의 게이트 전압에서 off-FET가 턴온 되도록 함으로써, MCT 소자를 턴오프 시킬 수 있다. The ion implantation of the channel region 110 of the off-FET can improve off-FET characteristics by adjusting the turn-on voltage of the off-FET. In addition, the channel region 110 of the off-FET forms a pMOS channel in a depletion mode so that the off-FET is turned on at a gate voltage of 0V, thereby turning off the MCT device.

이후 형성되는 게이트 절연막(108), 게이트 전극층(109), 층간 절연막(113), 상부 메탈층(114) 및 하부 메탈층(115)은 전술한 도 9 내지 11에서 설명한 제조 공정에 따라 형성된다.The gate insulating film 108, the gate electrode layer 109, the interlayer insulating film 113, the upper metal layer 114, and the lower metal layer 115 formed thereafter are formed according to the manufacturing process described with reference to FIGS. 9 to 11.

게이트 전극층(109)은, 도 14에 도시된 바와 같이, 하나의 MCT 소자에 포함된 상기 n형 도핑 영역(107)과 상기 n형 도핑 영역(107)을 둘러싸는 p형 드레인 영역(106)의 일부를 상부로 노출시키는 다수의 개구부(OP)를 갖는다. 이때, 상기 게이트 전극층(109)은 라인(line) 형태로 배열될 수 있다. 각 개구부(OP)들 역시 라인 형태로 배열될 수 있다.As shown in FIG. 14, the gate electrode layer 109 is formed of the n-type doped region 107 included in one MCT device and the p-type drain region 106 surrounding the n-type doped region 107. It has a plurality of openings OP exposing some of them upward. In this case, the gate electrode layer 109 may be arranged in a line shape. Each of the openings OP may also be arranged in a line shape.

하나의 MCT 소자는 하나의 웨이퍼 상에서 라인(line) 형태로 배열되며, 웨이퍼 상에 배열된 MCT 소자들은 동일한 구조이다.One MCT element is arranged in a line shape on one wafer, and the MCT elements arranged on the wafer have the same structure.

한편, 도 14 및 15에 도시된 바와 같이, 게이트 전극층(109)에 형성된 라인 형태의 개구부(OP)에 의해 상부로 노출되는 n형 도핑 영역(107)과 상기 n형 도핑 영역(107)를 둘러싸는 p형 드레인 영역(106)은 라인 형태의 개구부(OP)와 마찬가지로, 위에서 바라볼 때 라인의 형상으로 연장될 수 있다. Meanwhile, as shown in FIGS. 14 and 15, the n-type doped region 107 exposed upward by the line-shaped opening OP formed in the gate electrode layer 109 and the n-type doped region 107 are surrounded by Like the line-shaped opening OP, the p-type drain region 106 may extend in a line shape when viewed from above.

또한, n형 에미터 영역(105) 역시 위에서 바라볼 때, 라인의 형상으로 연장된다.In addition, the n-type emitter region 105 also extends in the shape of a line when viewed from above.

따라서, n형 에미터 영역(105)과 p형 베이스 영역(104)의 접합면(contact surface)과 p형 드레인 영역(106) 사이에 형성되는 off-FET의 채널 영역(110, on-FET 소스 전류가 흐르는 통로) 역시, 위에서 바라볼 때, 라인 형상을 갖는다. Therefore, the off-FET channel region 110 formed between the contact surface of the n-type emitter region 105 and the p-type base region 104 and the p-type drain region 106, the on-FET source The passage through which the current flows) also has a line shape when viewed from above.

또한 하부 베이스로 역할 하는 n형 베이스층(103)의 표면 역시 위에서 바라볼 때 라인 형상으로 보일 수 있다.In addition, the surface of the n-type base layer 103 serving as the lower base may also be seen in a line shape when viewed from above.

라인 형상을 갖는 off-FET 채널 영역(110)과 on-FET 채널 영역(112)은 도 5 및 6에 도시된 스페이서(211)를 이온 주입용 마스크로 이용하는 이온 주입 공정에 따라 MCT 소자의 모든 위치에서 동일한 폭을 가지며, 이로 인해, 균일한 특성의 off-FET 및 on-FET의 형성이 가능하다.The line-shaped off-FET channel region 110 and the on-FET channel region 112 are formed at all locations of the MCT device according to an ion implantation process using the spacer 211 shown in FIGS. 5 and 6 as an ion implantation mask. has the same width at , whereby it is possible to form off-FETs and on-FETs with uniform characteristics.

이상 설명한 바와 같이, 라인 형태로 배열된 게이트 전극층(109)을 갖는 MCT 소자에서는, off-FET 채널 영역(110)과 on-FET 채널 영역(112)이 MCT소자 단위 셀의 게이트 전극층(109)의 끝부분에 모두 위치하며, MCT 소자의 턴온 및 턴오프 특성이 모든 셀들에서 균일하게 유지될 수 있다.As described above, in the MCT device having the gate electrode layer 109 arranged in a line shape, the off-FET channel region 110 and the on-FET channel region 112 are the gate electrode layer 109 of the MCT device unit cell. All are located at the ends, and the turn-on and turn-off characteristics of the MCT element can be maintained uniformly in all cells.

또한 off-FET의 채널 영역(110)에 채널 이온 주입을 선택적으로 진행할 수 있어서, 낮은 게이트 전압에서 off-FET을 턴-온시켜 MCT의 턴-오프 성능이 향상될 수 있다.In addition, channel ion implantation may be selectively performed on the channel region 110 of the off-FET, so that the off-FET is turned on at a low gate voltage, thereby improving the turn-off performance of the MCT.

뿐만 아니라, 공핍 모드(depletion mode)에서 동작하도록 p형 불순물의 이온주입을 통해 off-FET 채널 영역(110)이 형성됨으로써 0V의 게이트 전압에서 MCT 소자를 턴오프시킬 수 있다. In addition, since the off-FET channel region 110 is formed through ion implantation of p-type impurities to operate in a depletion mode, the MCT device can be turned off at a gate voltage of 0V.

제2 실시 예Second embodiment

도 16은 본 발명의 제2 실시 예에 따른 게이트 전극층을 위에서 바라본 평면도이고, 도 17은 도 16에 도시된 게이트 전극층의 아래에 배치되는 게이트 절연막과 상기 게이트 전극층의 상부에 배치되는 층간 절연막과 상부 메탈층을 제거한 상태에서 MCT 소자를 위에서 바라본 평면도이고, 도 18은 도 16에 도시된 게이트 전극층을 제거한 상태에서 도 17에 도시된 절단선 A-A'를 따라 절단된 MCT 소자의 입체 단면도이다. 단, 도 17에서 게이트 전극층(109)은 생략된다.16 is a plan view of a gate electrode layer according to a second embodiment of the present invention viewed from above, and FIG. 17 is a gate insulating film disposed below the gate electrode layer shown in FIG. 16, an interlayer insulating film disposed above the gate electrode layer, and an upper portion thereof. 18 is a plan view of the MCT element as viewed from above with the metal layer removed, and FIG. 18 is a three-dimensional cross-sectional view of the MCT element cut along the cutting line AA′ shown in FIG. 17 with the gate electrode layer shown in FIG. 16 removed. However, in FIG. 17, the gate electrode layer 109 is omitted.

도 16 내지 18을 참조하면, p형 에미터층(101)의 상부에 n형 버퍼층(102)이 배치된다. n형 버퍼층(102) 상부에 PNPN 사이리스터의 하부-베이스(n-base) 역할을 하는 n형 베이스층(103)이 배치된다.Referring to FIGS. 16 to 18 , an n-type buffer layer 102 is disposed on the p-type emitter layer 101 . An n-type base layer 103 serving as a lower base of the PNPN thyristor is disposed on the n-type buffer layer 102.

상기 n형 베이스층(103)의 내부에는 p형 베이스 영역(104)이 배치되고, 상기 p형 베이스 영역(104)의 내부에는 n형 에미터 영역(105)이 배치된다. 이때, 상기 p형 베이스 영역(104)의 상부 표면 아래에는 on-FET의 채널 역할을 하는 on-FET 채널 영역(112)이 배치된다.A p-type base region 104 is disposed inside the n-type base layer 103, and an n-type emitter region 105 is disposed inside the p-type base region 104. At this time, an on-FET channel region 112 serving as an on-FET channel is disposed below the upper surface of the p-type base region 104 .

상기 n형 에미터 영역(105)의 내부에는 n+ 도핑 영역(107)과 p형 드레인 영역(106)이 배치된다. 이때 p형 드레인 영역(106)은 off-FET의 드레인(drain)으로 역할 한다. An n+ doped region 107 and a p-type drain region 106 are disposed inside the n-type emitter region 105 . At this time, the p-type drain region 106 serves as a drain of the off-FET.

상기 n형 도핑 영역(107)은 n형 에미터 영역(105)과 접촉하여 n형 에미터 영역(105)의 오믹 접촉 특성을 향상시키고, 상부 NPN BJT의 에미터 주입 효율을 향상시킨다. The n-type doped region 107 contacts the n-type emitter region 105 to improve ohmic contact characteristics of the n-type emitter region 105 and improve emitter injection efficiency of the upper NPN BJT.

상기 n형 에미터 영역(105)의 상부 표면의 바로 아래 영역은 off-FET 채널 영역(110)이 되며, 이 off-FET의 채널 영역(110)은 on-FET의 소스 전류가 흐르는 통로로 역할 한다. An area immediately below the upper surface of the n-type emitter region 105 becomes an off-FET channel region 110, and the channel region 110 of the off-FET serves as a passage through which the source current of the on-FET flows. do.

상기 off-FET 채널 영역(110)의 이온 주입은 off-FET의 턴온 전압을 조절하여 off-FET 특성을 향상시킬 수 있으며, 상기 off-FET 채널 영역(110)은 공핍형 모드(depletion mode)의 pMOS 채널을 형성하여 0V의 게이트 전압에서 off-FET이 턴온 되도록 함으로써 MCT 소자를 턴오프 시킬 수 있다. The ion implantation of the off-FET channel region 110 may improve off-FET characteristics by adjusting the turn-on voltage of the off-FET, and the off-FET channel region 110 is in a depletion mode. The MCT device can be turned off by forming a pMOS channel so that the off-FET is turned on at a gate voltage of 0V.

이후, 형성되는 게이트 절연막(108), 게이트 전극 물질(109), 층간 절연막(113) 상부 메탈층(114) 및 하부 메탈층(115)은 전술한 도 9 내지 11의 제조 공정에 따라 형성된다.Thereafter, the gate insulating film 108, the gate electrode material 109, the interlayer insulating film 113, the upper metal layer 114, and the lower metal layer 115 are formed according to the manufacturing process of FIGS. 9 to 11 described above.

본 발명의 제2 실시 예에 따른 게이트 전극층(109)은 도 16에 도시된 바와 같이, MCT 소자에 포함된 상기 n형 도핑 영역(107)과 상기 n형 도핑 영역(107)을 둘러싸는 p형 드레인 영역(106)의 일부를 상부로 노출시키는 다수의 개구부(OP: OP1, OP2, OP3 및 OP4)를 갖는다.As shown in FIG. 16, the gate electrode layer 109 according to the second embodiment of the present invention surrounds the n-type doped region 107 included in the MCT element and the n-type doped region 107, and is a p-type. It has a plurality of openings OP (OP1, OP2, OP3, and OP4) exposing a portion of the drain region 106 upward.

본 발명의 제2 실시 예에 따른 게이트 전극층(109)은 그리드(grid) 형태 또는 매트릭스 형태로 배열된다. 각 개구부(OP)는, 예를 들면, 원형일 수 있다.The gate electrode layer 109 according to the second embodiment of the present invention is arranged in a grid or matrix form. Each opening OP may have, for example, a circular shape.

게이트 전극층(109) 상에서 하나의 MCT 소자를 나타내는 단위 셀(unit cell) 영역은, 도 16에 도시된 바와 같이, 하나의 개구부(OP1)를 포함하는 사각 영역(R1) 또는 인접한 4개의 개구부들(OP1, OP2, OP3, OP3)의 일부 영역들을 포함하는 사각 영역(R2)으로 정의될 수 있다. As shown in FIG. 16, a unit cell region representing one MCT element on the gate electrode layer 109 is a rectangular region R1 including one opening OP1 or four adjacent openings ( It may be defined as a rectangular region R2 including some regions of OP1 , OP2 , OP3 , and OP3 .

사각 영역(R2)에 포함된 일부 영역들 각각은, 원형의 개구부를 4등분한 4개의 영역들로 분할한 경우, 상기 4개의 영역들 중 하나의 영역일 수 있다.Each of the partial areas included in the quadrangular area R2 may be one of the four areas when the circular opening is divided into four areas.

단위 셀을 구성하는 하나의 MCT 소자는 하나의 웨이퍼 상에서 그리드(grid) 형태 또는 매트릭스 형태로 배열되며, 웨이퍼 상에 배열된 MCT 소자들은 동일한 구조이다.One MCT element constituting a unit cell is arranged in a grid or matrix form on one wafer, and the MCT elements arranged on the wafer have the same structure.

한편, 도 17 및 18에 도시된 바와 같이, 게이트 전극층(109)에 형성된 원형의 개구부(OP1)에 의해 상부로 노출되는 n+ 도핑 영역(107)과 n+ 도핑 영역(107)를 둘러싸는 p+영역(106)은 위에서 바라볼 때 원형으로 형성될 수 있다.Meanwhile, as shown in FIGS. 17 and 18 , the n+ doped region 107 exposed upward by the circular opening OP1 formed in the gate electrode layer 109 and the p+ region surrounding the n+ doped region 107 ( 106) may be formed in a circular shape when viewed from above.

또한, n형 에미터 영역(105) 역시 위에서 바라볼 때, 원형으로 형성될 수 있다. In addition, the n-type emitter region 105 may also be formed in a circular shape when viewed from above.

따라서, n-에미터 영역(105)과 p형 베이스 영역(104)의 접합면과 p형 드레인 영역(106) 사이에 형성되는 off-FET 채널 영역(110, on-FET의 소스 전류가 흐르는 통로)도 위에서 바라볼 때, 원형의 띠 형상을 갖는다. Therefore, the off-FET channel region 110 formed between the junction of the n-emitter region 105 and the p-type base region 104 and the p-type drain region 106 is a passage through which the source current of the on-FET flows. ) also has a circular band shape when viewed from above.

또한 하부 베이스로 역할을 하는 n형 베이스층(103)은 위에서 바라볼 때, 오목한 변을 갖는 사각 형상일 수 있다.In addition, the n-type base layer 103 serving as a lower base may have a quadrangular shape with concave sides when viewed from above.

n형 베이스층(103)과 off-FET 채널 영역(110)은 p형 베이스 영역(104)이 표면으로 노출되는 상면 (112, on-FET 채널 영역)에 의해 이격되며, on-FET 채널 영역(112)은 균일한 폭의 원형 띠 형상을 갖는다.The n-type base layer 103 and the off-FET channel region 110 are spaced apart by the upper surface 112 (on-FET channel region) where the p-type base region 104 is exposed to the surface, and the on-FET channel region ( 112) has a circular band shape with a uniform width.

원형의 띠 형상을 갖는 off-FET 채널 영역(110)은 본 발명에 따른 제조 공정(스페이서(211))을 이온 주입용 마스크로 이용하여 채널 영역을 형성하는 공정)에 따라, MCT 소자의 모든 위치에서 동일한 폭을 가지며, 이로 인해, 균일한 특성의 off-FET의 형성이 가능하다.The off-FET channel region 110 having a circular band shape is formed at all positions of the MCT device according to the manufacturing process (process of forming the channel region by using the spacer 211 as an ion implantation mask) according to the present invention. has the same width at , and because of this, it is possible to form an off-FET with uniform characteristics.

이상 설명한 바와 같이, grid 형태로 배열된 원형의 개구부를 갖는 게이트 전극층(109)과 원형 띠 형상의 on-FET의 채널 영역(112) 및 off-FET의 채널 영역(110)을 가진 MCT 소자에서는, off-FET 채널 영역(110)과 on-FET 채널 영역(112)이 MCT소자 단위셀의 게이트 전극물질(109)의 끝부분에 모두 위치하며, MCT 소자의 턴온 및 턴오프 특성이 모든 셀에서 균일하게 가질 수 있다.As described above, in the MCT device having the gate electrode layer 109 having circular openings arranged in a grid form, the circular band-shaped on-FET channel region 112, and the off-FET channel region 110, The off-FET channel region 110 and the on-FET channel region 112 are located at both ends of the gate electrode material 109 of the MCT device unit cell, and the turn-on and turn-off characteristics of the MCT device are uniform in all cells. can have

또한 off-FET 채널 영역에 채널 이온 주입을 선택적으로 진행할 수 있어서, 낮은 게이트 전압에서 off-FET을 턴-온시켜 MCT의 턴-오프 성능을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라, 공핍 모드(depletion mode)에서 동작하도록 p형 불순물의 이온주입을 통해 off-FET 채널 영역(110)을 형성함으로써 0V의 게이트 전압에서 MCT 소자를 턴오프시킬 수 있다 In addition, since channel ion implantation can be selectively performed in the off-FET channel region, the turn-off performance of the MCT can be improved by turning on the off-FET at a low gate voltage, as well as improving the turn-off performance of the MCT in a depletion mode. The MCT device can be turned off at a gate voltage of 0V by forming the off-FET channel region 110 through ion implantation of p-type impurities to operate.

상기 원형의 개구부를 갖도록 형성된 게이트 구조와 원형 형상의 on-FET 및 off-FET 형상을 가진 MCT 소자는 line 형상의 게이트 구조를 갖는 MCT 소자와 비교하여 단위 셀 당 더 넓은 PNPN 사이리스터 면적과 on-FET 및 off-FET 영역을 갖게 됨으로써, MCT 소자의 특성을 향상시킬 수 있다.The MCT device having a gate structure formed to have a circular opening and a circular on-FET and off-FET shape has a larger PNPN thyristor area per unit cell and an on-FET compared to an MCT device having a line-shaped gate structure And by having an off-FET region, it is possible to improve the characteristics of the MCT device.

제3 실시 예Third embodiment

도 19는 본 발명의 제3 실시 예에 따른 게이트 전극층을 위에서 바라본 평면도이고, 도 20은 도 19에 도시된 게이트 전극층의 하부에 배치된 게이트 절연막과 상부에 배치된 층간 절연막 및 캐소드로 사용되는 상부 메탈층을 제거한 상태에서 MCT 소자를 위에서 바라본 평면도이고, 도 21은 도 20에 도시한 절단선 B-B'를 따라 절단한 MCT 소자의 입체 단면도이다. 단, 도 21에서 게이트 전극층은 생략된다.19 is a top plan view of a gate electrode layer according to a third embodiment of the present invention, as viewed from above, and FIG. 20 is a gate insulating film disposed under the gate electrode layer shown in FIG. 19, an interlayer insulating film disposed thereon, and an upper portion used as a cathode. A plan view of the MCT element viewed from above in a state in which the metal layer is removed, and FIG. 21 is a three-dimensional cross-sectional view of the MCT element cut along the cutting line BB′ shown in FIG. 20 . However, in FIG. 21, the gate electrode layer is omitted.

도 19를 참조하면, 제3 실시 예에 따른 게이트 전극층(109)은, grid 형태 또는 매트릭스 형태로 배열되는 팔각 형상의 개구부들(OP5, OP6, OP7 및 OP8)를 갖는다. 팔각 형상의 개구부들(OP5, OP6, OP7 및 OP8) 각각은 오목한 4개의 변과 직선의 4개의 변을 가질 수 있다.Referring to FIG. 19 , the gate electrode layer 109 according to the third embodiment has octagonal openings OP5 , OP6 , OP7 , and OP8 arranged in a grid or matrix form. Each of the octagonal openings OP5 , OP6 , OP7 , and OP8 may have four concave sides and four straight sides.

단위 셀을 구성하는 MCT 소자는 게이트 전극층(109) 상에서 하나의 개구부(OP5)를 포함하는 사각 영역(R3) 또는 4개의 개구부들(OP5, OP6, OP7 및 OP8)의 일부를 포함하는 사각 영역(R4)으로 정의될 수 있다.The MCT element constituting the unit cell has a square region R3 including one opening OP5 or a square region including parts of the four openings OP5, OP6, OP7, and OP8 on the gate electrode layer 109 ( R4) can be defined.

도 20 및 21을 참조하면, 게이트 절연막(108), 게이트 전극층(109), 층간 절연막(113) 및 상부 메탈층(114)을 제거한 상태에서, 기판(100)의 표면에서 보여지는 n형 베이스층(103)은 원형일 수 있다.20 and 21, the n-type base layer seen on the surface of the substrate 100 in a state in which the gate insulating film 108, the gate electrode layer 109, the interlayer insulating film 113, and the upper metal layer 114 are removed. (103) may be circular.

또한 게이트 절연막(108), 게이트 전극층(109), 층간 절연막(113) 및 상부 메탈층(114)을 제거한 상태에서, 기판(100)의 표면에서 보여지는 p형 베이스 영역(104)은 원형의 n형 베이스층(103)을 둘러싼 나머지 부분일 수 있다. Also, with the gate insulating film 108, the gate electrode layer 109, the interlayer insulating film 113, and the upper metal layer 114 removed, the p-type base region 104 seen on the surface of the substrate 100 has a circular n It may be the remaining part surrounding the mold base layer 103.

상기 on-FET의 채널 영역(112)은, 도 20 및 21에 도시된 바와 같이, 기판(100)의 표면에서 원형 띠 형상으로 노출되며, 상기 원형의 n형 베이스층(103)과 접하는 p형 베이스 영역(104)의 상부에 배치된다.As shown in FIGS. 20 and 21 , the channel region 112 of the on-FET is exposed in a circular band shape on the surface of the substrate 100 and is p-type in contact with the circular n-type base layer 103. It is disposed on top of the base region 104 .

n형의 에미터 영역(105)은, 도 20에서는 도시되지 않았으나, 기판(100)의 표면에서 원형으로 보이는 n형 베이스층(103)과 기판(100)의 표면에서 원형 띠 형상으로 보여지는 on-FET의 채널 영역(112)을 제외한 나머지 영역에 형성된다. Although the n-type emitter region 105 is not shown in FIG. 20, the n-type base layer 103 that looks circular on the surface of the substrate 100 and the on-type base layer 103 that looks like a circular band on the surface of the substrate 100 -It is formed in the remaining regions except for the channel region 112 of the FET.

상기 원형 띠 형상을 갖는 on-FET의 채널 영역(112)과 상기 p형 드레인 영역(106)은, 위에서 바라볼 때, 원형 띠 형상의 off-FET의 채널영역(110)을 사이에 두고 이격 된다. The circular band-shaped channel region 112 of the on-FET and the p-type drain region 106 are spaced apart from each other with the circular band-shaped off-FET channel region 110 interposed therebetween when viewed from above. .

n형 에미터 영역(105)의 상부에는 기판의 표면에서 원형 띠 형상으로 보여지는 off-FET 채널 영역(110), 게이트 전극층(109)의 팔각 형상의 개구부(OP)에 의해 팔각 띠 형상으로 노출되는 p형 드레인 영역(106) 및 상기 팔각 띠 형상의 p형 드레인 영역(106)에 의해 둘러싸이는 n형 도핑 영역(107)이 배치된다.On the top of the n-type emitter region 105, the off-FET channel region 110, which is seen as a circular band on the surface of the substrate, is exposed in an octagonal band shape by the octagonal opening OP of the gate electrode layer 109. A p-type drain region 106 and an n-type doped region 107 surrounded by the octagonal band-shaped p-type drain region 106 are disposed.

게이트 전극층(109)의 팔각 형상의 개구부(OP)는 4개의 오목한 변과 4개의 직선의 변으로 이루어질 수 있으며, 이에 따라, 상기 개구부(OP)에 의해 상부로 노출되는 p형 드레인 영역(106) 역시 4개의 오목한 변과 4개의 직선의 변으로 이루어진 내변과 외변으로 이루어질 수 있다.The octagonal opening OP of the gate electrode layer 109 may include four concave sides and four straight sides, and thus, the p-type drain region 106 exposed upward through the opening OP. It may also consist of an inner edge and an outer edge composed of four concave sides and four straight edges.

이처럼, 오목한 변들과 직선의 변들로 이루어진 팔각 형상의 개구부(OP)를 갖는 게이트 전극층을 갖는 MCT 소자에서는, 원형 띠 형상의 off-FET의 채널영역(110)이 형성되며, off-FET 채널영역(110)은 동시에 on-FET의 소스 전류가 흐르는 통로 역할을 한다. As such, in the MCT device having the gate electrode layer having the octagonal opening OP formed of concave sides and straight sides, the off-FET channel region 110 having a circular band shape is formed, and the off-FET channel region ( 110) simultaneously serves as a passage through which the source current of the on-FET flows.

상기 제3 실시 예에 따른 MCT 소자에 있어서, off-FET의 채널영역(110)과 on-FET 채널영역(112)은 원형 띠 형태를 가지며, 모든 위치에서 동일한 구조를 갖도록 형성되므로, 균일한 특성의 off-FET 및 on-FET을 구현할 수 있다. In the MCT device according to the third embodiment, the channel region 110 of the off-FET and the channel region 112 of the on-FET have a circular band shape and are formed to have the same structure at all locations, so that they have uniform characteristics. of off-FET and on-FET can be implemented.

또한 off-FET 채널 영역에 선택적으로 채널이온주입을 진행할 수 있어 낮은 게이트 전압에서 off-FET을 턴-온 시켜 MCT의 턴-오프 성능을 향상시킬 수 있다. 뿐만 아니라, 공핍 모드(depletion mode)에서 동작하는 p층-채널(110)을 형성함으로써 0V의 게이트 전압에서 MCT 소자를 턴오프 시킬 수 있다 In addition, since channel ion implantation can be selectively performed in the off-FET channel region, the off-FET is turned on at a low gate voltage, thereby improving the turn-off performance of the MCT. In addition, the MCT device can be turned off at a gate voltage of 0V by forming the p-channel 110 operating in a depletion mode.

상기 팔각형의 개구부를 갖는 게이트 구조와 원형 띠 형상의 off-FET 및 on-FET 채널 영역(110, 112)을 가진 MCT 소자는 line 형상의 게이트 구조를 갖는 MCT 소자와 비교하여 단위 셀당 더 넓은 PNPN 사이리스터 면적과 on-FET 및 off-FET 영역을 가져 MCT 소자의 특성을 향상시킬 수 있다.The MCT device having the gate structure having the octagonal opening and the off-FET and on-FET channel regions 110 and 112 having a circular band shape is wider than the MCT device having the line-shaped gate structure. PNPN thyristor wider per unit cell The characteristics of the MCT device can be improved by having an area and an on-FET and an off-FET region.

제4 실시 예Fourth embodiment

도 22는 본 발명의 제4 실시 예에 따른 게이트 전극층을 위에서 바라본 평면도이고, 도 23은 도 22에 도시된 게이트 전극층의 아래에 배치되는 게이트 절연막과 위에 배치되는 층간 절연막 및 캐소드로 사용되는 상부 메탈층을 제거한 상태에서 MCT 소자를 위에서 바라본 평면도이고, 도 24는 도 23에 도시된 절단선 C-C'를 따라 절단한 MCT 소자의 입체 단면도이다. 단, 도 24에서 게이트 전극층(109)은 생략된다.22 is a top plan view of a gate electrode layer according to a fourth embodiment of the present invention viewed from above, and FIG. 23 is a gate insulating film disposed below the gate electrode layer shown in FIG. 22, an interlayer insulating film disposed above, and an upper metal used as a cathode. It is a plan view of the MCT element viewed from above in a state where the layer is removed, and FIG. 24 is a three-dimensional cross-sectional view of the MCT element taken along the cutting line C-C' shown in FIG. 23 . However, in FIG. 24, the gate electrode layer 109 is omitted.

도 22 내지 24를 참조하면, 제4 실시 예에 따른 게이트 전극층(109)은, 도 22에 도시된 바와 같이 grid 형태 또는 매트릭스 형태로 배열되고, 팔각 형상의 개구부들(OP9, OP10, OP11 및 OP12)을 갖는다. 팔각 형상의 개구부들(OP5, OP6, OP7 및 OP8)은 오목한 네 변과 직선의 네 변을 가질 수 있다.22 to 24, the gate electrode layer 109 according to the fourth embodiment is arranged in a grid or matrix form as shown in FIG. 22, and has octagonal openings OP9, OP10, OP11, and OP12. ) has The octagonal openings OP5 , OP6 , OP7 , and OP8 may have four concave sides and four straight sides.

단위 셀을 구성하는 MCT 소자는 게이트 전극층(109) 상에서 하나의 개구부(OP9)를 포함하는 사각 영역(R5) 또는 4개의 개구부들(OP: OP9, OP10, OP11 및 OP12)의 일부를 포함하는 사각 영역(R6)으로 정의될 수 있다.The MCT element constituting the unit cell has a square region R5 including one opening OP9 or a square region including parts of four openings OP: OP9, OP10, OP11, and OP12 on the gate electrode layer 109. It may be defined as region R6.

n형 에미터 영역(105)에는 n형 도핑 영역(107), 상기 n형 도핑 영역(107)을 둘러싸는 p형 드레인 영역(106) 및 off-FET 채널영역(110)이 배치된다.In the n-type emitter region 105, an n-type doped region 107, a p-type drain region 106 surrounding the n-type doped region 107, and an off-FET channel region 110 are disposed.

제4 실시 예에 따른 게이트 전극층(109)의 팔각 형상의 개구부(OP)는 상기 n형 도핑 영역(107)과 상기 n형 도핑 영역(107)을 둘러싸는 p형 드레인 영역(106)의 일부를 상부로 노출시킨다.The octagonal opening OP of the gate electrode layer 109 according to the fourth embodiment covers the n-type doped region 107 and a portion of the p-type drain region 106 surrounding the n-type doped region 107. exposed at the top.

상기 게이트 전극층(109)의 팔각 형상의 개구부(OP)에 의해 상부로 노출되는 상기 n형 도핑 영역(107)은, 위에서 바라볼 때, 오목한 4개의 변과 직선형태의 4개의 변을 갖는 팔각 형상을 가질 수 있다.The n-type doped region 107 exposed upward through the octagonal-shaped opening OP of the gate electrode layer 109 has an octagonal shape having four concave sides and four straight sides when viewed from above. can have

상기 게이트 전극층(109)의 팔각 형상의 개구부(OP)에 의해 일부가 노출되는 상기 p형 드레인 영역(106)은, 위에서 바라볼 때, 상기 팔각 형상의 n형 도핑 영역(107)을 둘러싸도록 팔각 띠 형상을 가질 수 있다.The p-type drain region 106, a portion of which is exposed by the octagonal-shaped opening OP of the gate electrode layer 109, surrounds the octagonal-shaped n-type doped region 107 when viewed from above. It may have a band shape.

따라서, 상기 팔각 띠 형상을 갖는 p형 드레인 영역(106)은, 위에서 바라볼 때, 8개의 내변과 8개의 외변을 갖는다. 8개의 내변은 오목한 4개의 변과 직선형태의 4개의 변으로 이루어지며, 8개의 외변 역시 오목한 4개의 변과 직선형태의 4개의 변으로 이루어질 수 있다.Accordingly, the p-type drain region 106 having the octagonal band shape has eight inner edges and eight outer edges when viewed from above. The eight inner sides are composed of four concave sides and four straight sides, and the eight outer sides may also be composed of four concave sides and four straight sides.

상기 팔각 띠 형상을 갖는 p형 드레인 영역(106)을 둘러싸는 상기 off-FET 채널영역(110) 역시, 위에서 바라볼 때, 일정한 폭을 갖는 상기 팔각 띠 형상을 갖는다.The off-FET channel region 110 surrounding the p-type drain region 106 having the octagonal band shape also has the octagonal band shape having a constant width when viewed from above.

따라서, 상기 off-FET 채널영역(110) 역시, 8개의 내변과 8개의 외변을 갖는다. 8개의 내변은 오목한 4개의 변과 직선형태의 4개의 변으로 이루어지며, 8개의 외변 역시 오목한 4개의 변과 직선형태의 4개의 변으로 이루어질 수 있다.Accordingly, the off-FET channel region 110 also has 8 inner edges and 8 outer edges. The eight inner sides are composed of four concave sides and four straight sides, and the eight outer sides may also be composed of four concave sides and four straight sides.

게이트 절연막(108), 게이트 전극층(109), 층간 절연막(113) 및 상부 메탈층(114)을 제거한 상태에서 기판(100)의 표면에서 보여지는 n형 베이스층(103)은, 도 23 및 24에 도시된 바와 같이, 원 형상을 가질 수 있다. The n-type base layer 103 shown on the surface of the substrate 100 in a state in which the gate insulating film 108, the gate electrode layer 109, the interlayer insulating film 113, and the upper metal layer 114 are removed is shown in FIGS. 23 and 24 As shown in, it may have a circular shape.

상기 기판(100)의 표면에서 보여지는 원형의 n형 베이스층(103)은, 도 24에 도시된 바와 같이, 108, 109, 113 및 114를 제거한 상태에서 기판(100)의 표면에서 보여지는 p형 베이스 영역(104)을 사이에 두고 팔각형 띠 형상의 off-FET의 채널 영역(110)과 일정한 간격으로 이격 된다.As shown in FIG. 24, the circular n-type base layer 103 shown on the surface of the substrate 100 is p shown on the surface of the substrate 100 in a state in which 108, 109, 113, and 114 are removed. It is spaced apart from the channel region 110 of the octagonal strip-shaped off-FET at regular intervals with the base region 104 interposed therebetween.

팔각 형상의 개구부를 갖는 게이트 전극층(109)을 갖는 MCT 소자에 있어서, 팔각 띠 형상의 off-FET 채널영역(110)이 형성되며, 팔각 띠 형상의 off-FET 채널영역(110)의 내변과 외변은 각각 오목한 4개의 변과 직선의 4개의 변을 가질 수 있다. In the MCT device having the gate electrode layer 109 having an octagonal opening, an octagonal band-shaped off-FET channel region 110 is formed, and the inner and outer sides of the octagonal band-shaped off-FET channel region 110 are formed. may have four concave sides and four straight sides, respectively.

상술한 MCT 소자의 제작 공정을 따르면 상기 off-FET의 채널영역(110)은 짧은 폭의 균일한 채널 길이를 갖도록 형성되므로, 균일한 특성의 off-FET을 구현할 수 있다. According to the manufacturing process of the MCT device described above, since the channel region 110 of the off-FET is formed to have a short and uniform channel length, an off-FET with uniform characteristics can be implemented.

또한 off-FET 채널 영역에 선택적으로 채널이온주입을 진행할 수 있어 낮은 게이트 전압에서 off-FET을 턴-온시켜 MCT의 턴-오프 성능을 향상시킬 수 있다.In addition, since channel ion implantation can be selectively performed in the off-FET channel region, turn-on performance of the MCT can be improved by turning on the off-FET at a low gate voltage.

뿐만 아니라, 공핍 모드(depletion mode)에서 동작하는 p층-채널(110)을 형성함으로써 0V의 게이트 전압에서 MCT 소자를 턴오프 시킬 수 있다 In addition, the MCT device can be turned off at a gate voltage of 0V by forming the p-channel 110 operating in a depletion mode.

상기 팔각형의 개구부(OP)를 갖는 게이트 전극층(109)과 팔각 띠 형상의 off-FET 채널 영역(110)을 가진 MCT 소자는 라인(line) 형상의 게이트 전극층을 갖는 MCT 소자와 비교할 때, 단위 셀당 더 넓은 PNPN 사이리스터 면적과 on-FET 및 off-FET 영역을 가져 MCT 소자의 특성을 향상시킬 수 있다.The MCT device having the gate electrode layer 109 having the octagonal opening OP and the off-FET channel region 110 having the octagonal band shape is compared to the MCT device having the gate electrode layer having the line shape, per unit cell. The characteristics of the MCT device can be improved by having a wider PNPN thyristor area and on-FET and off-FET areas.

이상의 설명은 본 발명의 기술적 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면, 본 발명의 본질적 특성을 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능하다. The above description is merely an example of the technical idea of the present invention, and various modifications and variations can be made by those skilled in the art without departing from the essential characteristics of the present invention.

따라서, 본 발명에 표현된 실시예들은 본 발명의 기술적 사상을 한정하는 것이 아니라, 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 권리범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하고, 그와 동등하거나, 균등한 범위 내에 있는 모든 기술적 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.Therefore, the embodiments expressed in the present invention are not intended to limit the technical idea of the present invention, but to explain, and the scope of the present invention is not limited by these embodiments. The protection scope of the present invention should be construed according to the claims below, and all technical ideas that are equivalent or within the scope of equivalents should be construed as being included in the scope of the present invention.

Claims (16)

기판 내에 제1 도전형의 불순물로 도핑된 제1 도전형의 베이스 영역과 상기 제1 도전형의 베이스 영역 내에서 제2 도전형의 불순물로 도핑된 제2 도전형의 에미터 영역을 형성하는 단계;
상기 기판 상에 형성된 산화막으로서, 상기 제2 도전형의 에미터 영역을 상부로 노출시키는 상기 산화막의 측면에 스페이서를 형성하는 단계;
상기 스페이서에 의해 상부로 노출되는 상기 제2 도전형의 에미터 영역의 전체 또는 일부에 상기 제1 도전형의 불순물을 이온-주입하여 off-FET의 제1 도전형의 드레인 영역을 형성하여, 상기 제2 도전형의 에미터 영역의 접합면과 상기 제1 도전형의 드레인 영역의 접합면 사이에 정의되는 off-FET의 채널 영역을 형성하는 단계;
상기 스페이서의 제거에 따라, 상부로 노출되는 상기 off-FET의 채널 영역에 상기 제1 도전형의 불순물을 이온-주입하는 단계;
상기 산화막을 제거한 후, 상기 제1 도전형의 드레인 영역과 상기 제2 도전형의 에미터 영역을 상부로 노출시키는 게이트 전극층을 상기 기판 상에 형성하는 단계;
상기 게이트 전극층에 의해 상부로 노출된 상기 제2 도전형의 에미터 영역에 상기 제2 도전형의 불순물을 이온-주입하여 제2 도전형의 도핑 영역을 형성하는 단계; 및
상기 게이트 전극층, 상기 제1 도전형의 드레인 영역 및 상기 제2 도전형의 도핑 영역 상에 캐소드 전극으로 사용되는 상부 메탈층과 상기 기판의 하부면 상에 어노드 전극으로 사용되는 하부 메탈층을 형성하는 단계
를 포함하는 MCT 소자의 제조 방법.
Forming a base region of a first conductivity type doped with impurities of a first conductivity type in a substrate and an emitter region of a second conductivity type doped with impurities of a second conductivity type in the base region of the first conductivity type ;
forming a spacer on a side surface of an oxide film formed on the substrate and exposing an upper portion of the emitter region of the second conductivity type;
Impurities of the first conductivity type are ion-implanted into all or part of the emitter region of the second conductivity type exposed upward by the spacer to form a drain region of the first conductivity type of an off-FET, forming a channel region of an off-FET defined between a junction surface of an emitter region of a second conductivity type and a junction surface of a drain region of the first conductivity type;
ion-implanting impurities of the first conductivity type into an upwardly exposed channel region of the off-FET according to the removal of the spacer;
after removing the oxide film, forming a gate electrode layer on the substrate, exposing the drain region of the first conductivity type and the emitter region of the second conductivity type upward;
forming a doped region of a second conductivity type by ion-implanting impurities of the second conductivity type into the emitter region of the second conductivity type upwardly exposed by the gate electrode layer; and
An upper metal layer used as a cathode electrode and a lower metal layer used as an anode electrode on the lower surface of the substrate are formed on the gate electrode layer, the drain region of the first conductivity type, and the doped region of the second conductivity type. step to do
Method for manufacturing an MCT device comprising a.
제1항에서,
상기 off-FET의 채널 영역을 형성하는 단계는,
상기 스페이서와 상기 스페이서에 의해 상부로 노출되는 상기 제2 도전형의 에미터 영역 상에 형성된 포토레지스트 패턴을 이온 주입용 마스크로 이용하여, 상기 스페이서와 상기 포토레지스트 패턴에 의해 상부로 노출된 제2 도전형의 에미터 영역에 상기 제1 도전형의 불순물을 주입하는 이온 주입 공정을 진행하는 단계인 것인 MCT 소자의 제조 방법.
In paragraph 1,
Forming the channel region of the off-FET,
The spacer and the photoresist pattern formed on the emitter region of the second conductivity type upwardly exposed by the spacer are used as an ion implantation mask, and the second upwardly exposed by the spacer and the photoresist pattern The method of manufacturing an MCT device is a step of performing an ion implantation process of implanting impurities of the first conductivity type into a conductivity type emitter region.
제1항에서,
상기 off-FET의 채널 영역은,
상기 스페이서의 아래에서, 상기 제2 도전형의 에미터 영역의 접합면과 상기 제1 도전형의 드레인 영역의 접합면 사이의 측면 방향으로 형성된 것인 MCT 소자의 제조 방법.
In paragraph 1,
The channel region of the off-FET,
The method of manufacturing an MCT element formed below the spacer in a lateral direction between a bonding surface of the emitter region of the second conductivity type and a bonding surface of the drain region of the first conductivity type.
제1항에서,
상기 off-FET의 채널 영역에 상기 제1 도전형의 불순물을 이온-주입하는 단계는,
등방성 식각 공정을 이용하여, 상기 스페이서를 제거하는 단계; 및
상기 등방성 식각 공정에 의해, 상부로 노출된 상기 off-FET의 채널 영역에 상기 제1 도전형의 불순물을 이온-주입하여, 상기 off-FET의 턴온 전압을 조절하는 단계
를 포함하는 MCT 소자의 제조 방법.
In paragraph 1,
The step of ion-implanting impurities of the first conductivity type into the channel region of the off-FET,
removing the spacer using an isotropic etching process; and
Adjusting the turn-on voltage of the off-FET by ion-implanting impurities of the first conductivity type into the channel region of the off-FET exposed through the isotropic etching process.
Method for manufacturing an MCT device comprising a.
제4항에서,
상기 off-FET의 채널 영역에 이온-주입되는 상기 제1 도전형의 불순물은, 제1 도전형의 불순물이고,
상기 제1 도전형의 불순물의 이온 주입량은 1×1011 내지 1×1013 cm-2인 것인 MCT 소자의 제조 방법.
In paragraph 4,
The impurity of the first conductivity type ion-implanted into the channel region of the off-FET is an impurity of the first conductivity type;
The ion implantation amount of the impurity of the first conductivity type is 1 × 10 11 to 1 × 10 13 cm -2 Method of manufacturing an MCT device.
제1항에서,
상기 off-FET의 채널 영역에 상기 제1 도전형의 불순물을 이온-주입하는 단계는,
식각 공정을 이용하여, 상기 스페이서와 상기 산화막을 더 제거하는 단계;
상기 스페이서와 상기 산화막의 제거에 따라, 상부로 노출되는 기판의 표면에 다른 산화막을 형성하는 단계;
상기 다른 산화막 상에 형성된 다른 포토레지스트 패턴으로서, 상기 제1 도전형의 베이스 영역과 상기 제1 도전형의 베이스 영역에 인접한 다른 제1 도전형의 베이스 영역 사이에 상기 다른 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계;
상기 다른 포토레지스트 패턴을 이온 주입용 마스크로 이용하여, 상기 off-FET의 채널 영역과 상기 off-FET의 채널 영역에 인접한 on-FET의 채널 영역에 제1 도전형의 불순물을 이온-주입하는 이온 주입 공정을 진행하는 단계
를 포함하는 MCT 소자의 제조 방법.
In paragraph 1,
The step of ion-implanting impurities of the first conductivity type into the channel region of the off-FET,
further removing the spacer and the oxide layer using an etching process;
forming another oxide layer on an upper surface of the substrate exposed by removing the spacer and the oxide layer;
Forming another photoresist pattern formed on the different oxide film between a base region of the first conductivity type and a base region of another first conductivity type adjacent to the base region of the first conductivity type. ;
Ion-implanting impurities of the first conductivity type into the off-FET channel region and the on-FET channel region adjacent to the off-FET channel region using the other photoresist pattern as an ion implantation mask. Steps to proceed with the injection process
Method for manufacturing an MCT device comprising a.
제6항에서,
상기 on-FET의 채널 영역은 상기 제1 도전형의 베이스 영역의 표면 아래 영역인 것인 MCT 소자의 제조 방법.
In paragraph 6,
The method of manufacturing an MCT device in which the channel region of the on-FET is an area under the surface of the base region of the first conductivity type.
제1항에서,
상기 off-FET의 채널 영역에 상기 제1 도전형의 불순물을 이온-주입하는 단계는,
식각 공정을 이용하여, 상기 산화막과 상기 스페이서를 더 제거하는 단계;
상기 산화막과 상기 스페이서의 제거에 따라, 상부로 노출되는 상기 기판의 전면에 다른 산화막을 형성하는 단계; 및
상기 off-FET의 채널 영역과 상기 off-FET의 채널 영역에 인접한 on-FET의 채널 영역에 제1 도전형의 불순물을 이온-주입하여, 상기 기판의 전면에 문턱전압 조절층을 형성하는 단계
를 포함하는 MCT 소자의 제조 방법.
In paragraph 1,
The step of ion-implanting impurities of the first conductivity type into the channel region of the off-FET,
further removing the oxide film and the spacer using an etching process;
forming another oxide layer on the entire surface of the substrate exposed to the upper side according to the removal of the oxide layer and the spacer; and
Forming a threshold voltage control layer on the entire surface of the substrate by ion-implanting impurities of a first conductivity type into a channel region of the off-FET and a channel region of the on-FET adjacent to the channel region of the off-FET.
Method for manufacturing an MCT device comprising a.
제1 도전형의 불순물로 도핑된 제1 도전형의 에미터층 및 상기 제1 도전형의 에미터층 상에 배치된 제2 도전형의 불순물로 도핑된 제2 도전형 베이스층을 포함하는 기판;
상기 제2 도전형 베이스층 내에 배치된 제1 도전형의 베이스 영역;
상기 제1 도전형의 베이스 영역 내에 배치된 제2 도전형의 에미터 영역;
상기 제2 도전형의 에미터 영역 내에 배치된 제2 도전형의 도핑 영역과 상기 제2 도전형의 도핑 영역을 둘러싸는 off-FET의 제1 도전형의 드레인 영역;
상기 제2 도전형의 에미터 영역 내에서 상기 제1 도전형의 드레인 영역의 접합면과 상기 제2 도전형의 에미터 영역의 접합면 사이에 배치되고, 상기 제1 도전형의 불순물이 도핑된 off-FET의 채널 영역;
상기 제1 도전형의 베이스 영역 내에서 상기 off-FET의 채널 영역에 인접하도록 상기 제2 도전형의 에미터 영역의 접합면과 상기 제1 도전형의 베이스 영역의 접합면 사이에 배치되는 on-FET의 채널 영역;
상기 기판의 전면 상에 배치되고, 상기 제2 도전형 도핑 영역과 상기 제1 도전형의 드레인 영역을 상부로 노출시키는 개구부를 구비한 게이트 전극층;
층간 절연막을 사이에 두고, 상기 게이트 전극 층과 상기 개구부에 의해 상기 상부로 노출되는 제2 도전형의 도핑 영역과 제1 도전형의 드레인 영역 상에 배치된 캐소드 전극층; 및
상기 기판의 하부면 상에 배치된 어노드 전극층을 포함하고,
상기 off-FET와 상기 on-FET의 전기적 특성을 향상시키기 위해, 상기 off-FET의 채널 영역과 상기 on-FET의 채널 영역의 전체 또는 일부에 상기 제1 도전형의 불순물이 도핑되는 MCT 소자.
a substrate including an emitter layer of a first conductivity type doped with impurities of a first conductivity type and a base layer of a second conductivity type doped with impurities of a second conductivity type disposed on the emitter layer of the first conductivity type;
a base region of a first conductivity type disposed in the second conductivity type base layer;
an emitter region of a second conductivity type disposed in the base region of the first conductivity type;
a doped region of the second conductivity type disposed in the emitter region of the second conductivity type and a drain region of the first conductivity type of an off-FET surrounding the doped region of the second conductivity type;
disposed between the junction surface of the drain region of the first conductivity type and the junction surface of the emitter region of the second conductivity type in the emitter region of the second conductivity type, and doped with impurities of the first conductivity type. the channel region of an off-FET;
an on-disposed between the junction surface of the emitter region of the second conductivity type and the junction surface of the base region of the first conductivity type so as to be adjacent to the channel region of the off-FET in the base region of the first conductivity type; the channel region of the FET;
a gate electrode layer disposed on the entire surface of the substrate and having an opening exposing the doped region of the second conductivity type and the drain region of the first conductivity type upward;
a cathode electrode layer disposed on the doped region of the second conductivity type and the drain region of the first conductivity type, which are exposed upward through the gate electrode layer and the opening, with an interlayer insulating film interposed therebetween; and
An anode electrode layer disposed on the lower surface of the substrate,
In order to improve electrical characteristics of the off-FET and the on-FET, all or part of the channel region of the off-FET and the channel region of the on-FET are doped with impurities of the first conductivity type.
삭제delete 제9항에서,
상기 off-FET의 채널 영역은,
상기 제2 도전형의 베이스층 상에 형성된 산화막으로서, 상기 산화막의 측면에 형성된 스페이서을 이용하는 자기 정렬 공정에 의해 형성된 것인 MCT 소자.
In paragraph 9,
The channel region of the off-FET,
An oxide film formed on the base layer of the second conductivity type, the MCT element formed by a self-alignment process using a spacer formed on a side surface of the oxide film.
제9항에서,
상기 제2 도전형의 도핑 영역, 상기 제1 도전형의 드레인 영역, off-FET의 채널 영역 및 상기 on-FET의 채널 영역은, 상기 기판을 위에서 바라볼 때, 라인 형태로 연장되며,
상기 게이트 전극층의 개구부는,
상기 기판을 위에서 바라볼 때, 상기 라인 형태로 연장되는 상기 제2 도전형의 도핑 영역과 상기 제1 도전형의 드레인 영역의 일부를 상부로 노출하도록 라인 형태를 갖는 것인 MCT 소자.
In paragraph 9,
The doped region of the second conductivity type, the drain region of the first conductivity type, the off-FET channel region, and the on-FET channel region extend in a line shape when viewing the substrate from above,
The opening of the gate electrode layer,
When viewing the substrate from above, the MCT device having a line shape to expose a portion of the doped region of the second conductivity type and the drain region of the first conductivity type extending in the line shape upward.
제9항에서,
상기 기판을 위에서 바라볼 때, 상기 제2 도전형 에미터 영역은 원형이고, 상기 제1 도전형의 off-FET의 채널 영역은 상기 제2 도전형 에미터 영역의 끝 부분에서 원띠 형상을 가지고, 상기 제2 도전형 도핑 영역은 상기 off-FET의 채널 영역을 사이에 두고 상기 on-FET의 채널 영역과 이격되고, 상기 기판의 표면으로 노출된 상기 제2 도전형의 베이스 영역은 상기 on-FET의 채널 영역을 사이에 두고 상기 off-FET의 채널 영역과 일정한 거리로 이격되고,
상기 게이트 전극층의 개구부는,
상기 기판을 위에서 바라볼 때, 상기 제2 도전형의 도핑 영역과 상기 제1 도전형의 드레인 영역의 일부를 상부로 노출시키는 원형인 것인 MCT 소자.
In paragraph 9,
When the substrate is viewed from above, the second conductivity type emitter region is circular, and the channel region of the first conductivity type off-FET has a circular shape at an end of the second conductivity type emitter region, The doped region of the second conductivity type is spaced apart from the channel region of the on-FET with the channel region of the off-FET interposed therebetween, and the base region of the second conductivity type exposed to the surface of the substrate is the on-FET. spaced apart from the channel region of the off-FET by a predetermined distance with the channel region of
The opening of the gate electrode layer,
When the substrate is viewed from above, the MCT device has a circular shape exposing a portion of the doped region of the second conductivity type and the drain region of the first conductivity type upward.
제9항에서,
상기 기판을 위에서 바라볼 때, 상기 기판의 표면으로 노출되는 상기 제2 도전형 베이스층은 원형이고, 상기 기판의 표면으로 노출되는 상기 on-FET의 채널 영역은 상기 기판의 표면으로 노출되는 상기 제2 도전형 베이스층을 둘러싸는 원띠 형상을 가지고, 상기 off-FET의 채널 영역은 on-FET의 채널 영역을 둘러싸는 원띠 형상을 가지며, 상기 제1 도전형의 드레인 영역은 상기 off-FET의 채널 영역을 둘러싸고,
상기 게이트 전극층의 개구부는,
상기 기판 위에서 바라볼 때, 상기 제2 도전형의 도핑 영역과 상기 제1 도전형의 드레인 영역의 일부를 상부로 노출시키는 것인 MCT 소자.
In paragraph 9,
When viewing the substrate from above, the second conductive type base layer exposed to the surface of the substrate has a circular shape, and the channel region of the on-FET exposed to the surface of the substrate has a circular shape. The channel region of the off-FET has a circular shape surrounding the base layer of the second conductivity type, the channel region of the off-FET has a circular shape surrounding the channel region of the on-FET, and the drain region of the first conductivity type is the channel region of the off-FET. enclose the area,
The opening of the gate electrode layer,
When viewed from above the substrate, the MCT device to expose a portion of the doped region of the second conductivity type and the drain region of the first conductivity type upward.
제9항에서,
상기 기판을 위에서 바라볼 때, 상기 제2 도전형의 에미터 영역은 팔각 형상이고, 상기 제1 도전형의 off-FET의 채널 영역은 상기 제2 도전형의 에미터 영역의 끝 부분에서 팔각 띠 형상을 가지고, 상기 제2 도전형의 도핑 영역은 상기 off-FET의 채널 영역을 사이에 두고 상기 on-FET의 채널 영역과 이격되고, 상기 기판의 표면으로 노출된 제2 도전형 베이스 영역은 상기 on-FET의 채널 영역을 사이에 두고 상기 off-FET의 채널 영역과 일정한 거리로 이격되고,
상기 게이트 전극층의 개구부는,
상기 기판 위에서 바라볼 때, 상기 제2 도전형의 도핑 영역과 상기 제1 도전형의 드레인 영역의 일부를 상부로 노출시키는 MCT 소자.
In paragraph 9,
When the substrate is viewed from above, the emitter region of the second conductivity type has an octagonal shape, and the channel region of the off-FET of the first conductivity type has an octagonal band at the end of the emitter region of the second conductivity type. The doped region of the second conductivity type is spaced apart from the channel region of the on-FET with the channel region of the off-FET interposed therebetween, and the base region of the second conductivity type exposed to the surface of the substrate is Spaced apart from the channel region of the off-FET by a predetermined distance with the channel region of the on-FET interposed therebetween;
The opening of the gate electrode layer,
When viewed from above the substrate, the MCT element exposing a portion of the doped region of the second conductivity type and the drain region of the first conductivity type upward.
제15항에서,
상기 기판의 표면으로 노출되는 제2 도전형의 베이스 영역은 원형의 형상이고, 상기 팔각 형상의 제2 도전형의 에미터 영역과 상기 팔각 띠 형상의 상기 off-FET의 채널 영역은 상기 제2 도전형의 베이스 영역과 인접한 부분에서 오목한 변을 가지는 MCT 소자.
In paragraph 15,
The base region of the second conductivity type exposed to the surface of the substrate has a circular shape, and the octagonal shape of the emitter region of the second conductivity type and the octagonal band shape of the channel region of the off-FET have the second conductivity type. An MCT element having a concave side in a portion adjacent to the base region of the mold.
KR1020210078878A 2020-06-24 2021-06-17 MCT device having uniform turn-off characteristics and method for manufacturing the same KR102509083B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US17/355,977 US11637192B2 (en) 2020-06-24 2021-06-23 Metal oxide semiconductor-controlled thyristor device having uniform turn-off characteristic and method of manufacturing the same

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020200077396 2020-06-24
KR20200077396 2020-06-24

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20210158797A KR20210158797A (en) 2021-12-31
KR102509083B1 true KR102509083B1 (en) 2023-03-14

Family

ID=79177832

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020210078878A KR102509083B1 (en) 2020-06-24 2021-06-17 MCT device having uniform turn-off characteristics and method for manufacturing the same

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR102509083B1 (en)

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3122119B2 (en) * 1989-08-30 2001-01-09 シリコニクス インコーポレイテッド Closed cell transistor with built-in voltage clamp

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0793425B2 (en) * 1992-04-07 1995-10-09 東洋電機製造株式会社 Planar structure MOS control thyristor

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3122119B2 (en) * 1989-08-30 2001-01-09 シリコニクス インコーポレイテッド Closed cell transistor with built-in voltage clamp

Also Published As

Publication number Publication date
KR20210158797A (en) 2021-12-31

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP2868728B2 (en) MOS gate type power transistor and method of manufacturing the same
TWI383497B (en) Double gate insulated gate bipolar transistor
KR100886883B1 (en) Method for fabricating forward and reverse blocking devices
US5342797A (en) Method for forming a vertical power MOSFET having doped oxide side wall spacers
KR20020077659A (en) A semiconductor device for electric power
US7994569B2 (en) Semiconductor device and method for forming the same
US5874338A (en) MOS-technology power device and process of making same
JP3863926B2 (en) Three-terminal power insulated gate transistor and manufacturing method thereof
KR0163875B1 (en) A semiconductor device and method for fabricating thereof
US10692995B2 (en) Insulated-gate bipolar transistor structure and method for manufacturing the same
JP3409244B2 (en) Semiconductor device
CN111933686B (en) Power semiconductor device and manufacturing method thereof
JP2001024184A (en) Insulated gate transistor and its manufacture
KR102509083B1 (en) MCT device having uniform turn-off characteristics and method for manufacturing the same
US11114552B2 (en) Insulated gate turn-off device with designated breakdown areas between gate trenches
US11637192B2 (en) Metal oxide semiconductor-controlled thyristor device having uniform turn-off characteristic and method of manufacturing the same
CN109713035B (en) Planar gate bipolar transistor and manufacturing method thereof
US11784247B2 (en) MOS(metal oxide silicon) controlled thyristor device
KR102520077B1 (en) MOS(Metal Oxide Silicon) Controlled thyristor device
JPH06275818A (en) Power semiconductor device
US5970343A (en) Fabrication of conductivity enhanced MOS-gated semiconductor devices
CN216054715U (en) Planar VDMOS device
JPH10335630A (en) Semiconductor device and its manufacture
KR100264729B1 (en) Lateral silicon-on-insulator power mosfet and method thereof
JP3017783B2 (en) Conduction modulation type MOSFET

Legal Events

Date Code Title Description
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant