KR19980035252A - 절연 게이트 바이폴라 트랜지스터 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 P형 기판 위에 순차적으로 적층되어 있는 고농도의 제 1 N형 에피층 및 저농도의 제 2 N형 에피층과, 상기 제 2 N형 에피층에 일정 접합 깊이를 갖는 P형 활성 웰이 형성된 소자에 있어서, 상기 제 1 N형 에피층과 접합된 제 2 N형 에피층에는 스위칭 작동을 할 때 과잉 캐리어의 소멸 속도를 빠르게 하기 위하여 고농도의 P형 불순물이 주입된 것으로서, P-N접합 부분에 고농도의 P형 불순물을 국부적으로 주입하여 스위칭 작동을 할 때 과잉 캐리어의 소멸 속도를 빠르게 하므로 고속의 스위칭소자로 이용할 수 있는 절연 게이트 바이폴라 트랜지스터에 관한 것이다.
Description
본 발명은 절연 게이트 바이폴라 트랜지스터(IGBT;Insulated Gate Bipolar Transistor)에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 P-N접합 부분에 고농도의 P형 불순물을 국부적으로 주입하여 스위칭 작동을 할 때 과잉 캐리어의 소멸 속도를 빠르게 하는 절연 게이트 바이폴라 트랜지스터에 관한 것이다.
전력용 반도체 수요가 급증함에 따라 고전력 고에너지 효율을 갖는 전력용 소자에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 우수한 스위칭 특성을 갖고 있는 POWER MOSFET를 비롯하여 MOSFET와 BJT의 장점을 결합시킨 IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)가 전력 전자 응용 부분에 널리 사용되고 있는데, 상기 IGBT는 도 1 에 도시된 바와 같이 소자의 P-N 접합은 고농도의 P형 기판(1)위에 고농도와 저농도로 형성된 N형 에피층(2)(3)이 적층된 구조로 되어 있어서, 접합 부분에는 홀에 의해서 다량의 과잉 전하들이 분포되어 있어서, 소자가 턴오프되면 주입되었던 과잉의 전하들이 애노드 전극으로 소인(sweep)되거나 소멸된다. 특히 과잉 전하는 p-n 접합에서 최대가 되므로 이 영역에서의 전하가 소멸되는 시간이 많이 소비되기 때문에 스위칭 작동을 고속으로 할 수 없는 문제점 있다.
상기의 문제점을 해결하고자 스위칭 손실을 감소시키기 위하여 과도 주입된 캐리어들이 소멸되는 시간을 짧게 하여야 하는데, 이 방법을 life time killing process라고 한다.
일반적으로 사용되는 life time killing 방법으로는 전자 조사에 의한 방법과 프로톤(proton)조사에 의한 방법이 있다. 전자 조사 방법은 전자를 칩에 조사하여 트랩(trap)을 형성함으로써 과도 캐리어의 소멸 시간을 짧게 하는 구조이나 전자의 질량이 작기 때문에 트랩의 분포를 임의로 조절하기 어렵다. 반면에 프로톤(proton)조사는 프로톤(proton)의 질량이 크므로 프로톤(proton)의 분포를 칩 내의 의도된 영역에 조사할 수 있으나 전자 조사와 비교하여 수행하기가 용이치 않는 문제점이 있었다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 제반 결점을 해소하기 위하여 창출한 것으로서, 본 발명의 목적은 P-N접합 부분에 고농도의 P형 불순물을 국부적으로 주입하여 스위칭 작동을 할 때 과잉 캐리어의 소멸 속도를 빠르게 하여 턴 오프 시간을 빠르게 하는 절연 게이트 바이폴라 트랜지스터를 제공하는데 있다.
상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 절연 게이트 바이폴라 트랜지스터는, P형 기판 위에 순차적으로 적층되어 있는 고농도의 제 1 N형 에피층 및 저농도의 제 2 N형 에피층과, 상기 제 2 N형 에피층에 일정 접합 깊이를 갖는 P형 활성 웰이 형성된 소자에 있어서, 상기 제 1 N형 에피층과 접합된 제 2 N형 에피층에는 스위칭 작동을 할 때 과잉 캐리어의 소멸 속도를 빠르게 하기 위하여 고농도의 P형 불순물이 주입된 것을 특징으로 한다.
도 1 은 선행 기술에 의한 절연 게이트 바이폴라 트랜지스터의 구조를 보인 단면도.
도 2 는 본 발명에 의한 절연 게이트 바이폴라 트랜지스터의 단면 구조를 나타낸 도면.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
10...P형 기판 20...제 1 N형 에피층
30...제 2 N형 에피층
이하, 예시된 도면을 참조하여 본 발명을 더욱 상세히 설명한다.
도 1 는 본 발명에 따른 절연 게이트 바이폴라 트랜지스터의 구조를 보인 단면도로서, 동도면에서, P형 기판(10)위에는 고농도의 제 1 N형 에피층(20) 및 저농도의 제 2 N형 에피층(30)이 순차적으로 적층되어 있으며. 상기 제 2 N형 에피층(30)에 일정 접합 깊이를 갖는 P형 활성 웰이 형성되어 있다.
그리고, 상기 제 1 N형 에피층(20)과 접합된 제 2 N형 에피층(20)에는 고농도의 P형 불순물(25)이 국부적으로 주입되어 있다.
상기와 같은 구조를 가진 절연 게이트 바이폴라 트랜지스터는 P형 기판(10)에 전기적으로 연결되어 있는 애노드 전극쪽의 재결합 (recombination)효과를 증대하기 위하여 고농도의 p형 불순물을 국부적으로 주입하여 주입된 과잉 캐리어의 소멸 속도를 증대시킬 수 있다. 이 구조는 접합에서의 캐리어 소멸 속도를 국부적으로 감소시킴으로써 제 2 N형 에피층(30)이나 산화막에 영향을 미치지 않는다. 따라서, 순방향 도전 시에 전류 밀도의 감소 없이도 스위칭 속도 특성을 향상시킬 수 있으므로 순방향 전압 강하 - 턴오프 시간의 상관관계 곡선 상에서 순방향 전압 강하 특성은 유지하되 턴 오프 시간을 감소시킴으로써 보다 개선된 소자 특성을 얻을 수 있다.
상술한 본 발명에 의하면 소자의 P-N접합 부분에 고농도의 P형 불순물을 국부적으로 주입하여 스위칭 작동을 할 때 과잉 캐리어의 소멸 속도를 빠르게 하므로 고속의 스위칭소자로 이용할 수 있는 효과가 있다.
Claims (4)
- P형 기판 위에 순차적으로 적층되어 있는 고농도의 제 1 N형 에피층 및 저농도의 제 2 N형 에피층 등으로 형성된 소자에 있어서, 상기 제 1 N형 에피층과 접합된 제 2 N형 에피층에는 스위칭 작동을 할 때 과잉 캐리어의 소멸 속도를 빠르게 하기 위하여 고농도의 P형 불순물이 주입된 것을 특징으로 하는 절연 게이트 바이폴라 트랜지스터.
- 제 1 항에 있어서, 상기 제 2 N형 에피층에 일정 접합 깊이를 갖는 복수 개의 P형 활성 웰 형성된 것을 특징으로 하는 절연 게이트 바이폴라 트랜지스터.
- P형 기판 위에 순차적으로 적층되어 있는 고농도의 제 1 N형 에피층 및 저농도의 제 2 N형 에피층 등으로 형성된 소자에 있어서, 상기 제 2 N형 에피층과 접합된 제 1 N형 에피층에는 고농도의 P형 불순물 층이 형성된 것을 특징으로 하는 절연 게이트 바이폴라 트랜지스터.
- 제 3 항에 있어서, 상기 제 2 N형 에피층에 일정 접합 깊이를 갖는 복수 개의 P형 활성 웰 형성된 것을 특징으로 하는 절연 게이트 바이폴라 트랜지스터.
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