KR19990010738A - 전력용 반도체소자 및 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

내압 특성이 개선된 전력용 반도체소자 및 그 제조방법에 관해 기재하고 있다. 이는, 고농도 제1 도전형의 제1 콜렉터영역과, 상기 제1 콜렉터영역 상에 형성된 저농도 제1 도전형의 제2 콜렉터영역과, 상기 제2 콜렉터영역 상에 형성된 저농도 제1 도전형의 제3 콜렉터영역과, 상기 제2 콜렉터영역 내에 형성되고, 상기 제1 콜렉터영역과 접합되도록 형성된 제2 도전형의 제1 필드 리미팅 링과, 상기 제3 콜렉터영역 내에 형성되고, 상기 제1 필드 리미팅 링과 서로 연결되록 형성된 제2 도전형의 제2 필드 리미팅 링과, 상기 제3 콜렉터영역 내에 형성된 제2 도전형의 베이스영역과, 상기 베이스영역 내에 형성된 제1 도전형의 에미터영역을 구비한다.

Description

전력용 반도체소자 및 그 제조방법

본 발명은 전력용 반도체소자 및 그 제조방법에 관한 것으로, 특히 고내압을 갖는 전력용 반도체 소자 및 그 제조방법에 관한 것이다.

최근 응용기기의 대형화·대용량화 추세에 따라 높은 브레이크다운 전압(breakdown voltage), 높은 전류(high current) 특성을 갖는 전력용 반도체 소자의 필요성이 대두되고 있다.

전력용 반도체 소자는 특히, 매우 큰 전류를 흐르게 하면서도 도통상태에서의 전력손실을 적게하기 위하여 낮은 포화전압(saturation voltage)이 요구된다. 또한, 오프(off) 상태 또는 스위치가 오프되는 순간 전력용 소자의 양단에 인가되는 역방향 고전압에 견딜 수 있는 특성, 즉 높은 브레이크다운 전압 특성(이하 고내압 특성)이 기본적으로 요구된다.

이와 같은 고내압 트랜지스터를 구현하기 위한 방법으로, 반도체 기판을 식각하여 형성된 메사(mesa) 부분에 소자를 형성하거나, 트랜지스터 가장자리부에 필드 리미팅 링(field limiting ring)을 형성하는 방법이 제안되어 있다.

반도체 기판을 식각한 후 소자를 형성하는 메사형의 경우, 비결정의 글래스(glass)를 사용하기 때문에, 결정결함의 문제가 발생되지 않으며, 구조적으로 신뢰성이 우수하다. 그러나, 메사를 형성하기 위한 식각공정과, 고온에서의 글래스 패시베이션(passivation) 등으로 인해 제조수율이 저하되고, 제조 기간이 길어 양산성이 떨어지는 문제가 있다.

한편, 필드 리미팅 링을 형성하는 방법은, 메사형에 비해 제조공정이 간단하여 양산성은 좋으나, 산화막 및 결정결함 등으로 인해 신뢰성이 저하되는 단점이 있다. 또한, 내압 향상을 위해 복수개의 필드 리미팅 링을 형성하여야 하기 때문에 칩면적이 증가되는 문제가 있으며, 필드 리미팅 링 간의 간격이 부적정하여 소자의 특성이 열화될 가능성이 높다.

본 발명이 이루고자하는 기술적 과제는, 종래의 메사형과 필드 리미팅 링을 채용하여 발생되는 문제점들을 최소화할 수 있는 전력용 반도체소자를 제공하는 것이다.

본 발명이 이루고자하는 다른 기술적 과제는 상기 과제를 달성하기에 적합한 전력용 반도체소자 제조방법을 제공하는 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 전력용 반도체소자의 일 실시예를 개략적으로 도시한 단면도이다.

도 2 내지 도 5는 본 발명에 따른 전력용 반도체 소자 제조방법의 일 실시예를 설명하기 위해 도시한 단면도들이다.

상기 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 전력용 반도체소자는, 고농도 제1 도전형의 제1 콜렉터영역과, 상기 제1 콜렉터영역 상에 형성된 저농도 제1 도전형의 제2 콜렉터영역과, 상기 제2 콜렉터영역 상에 형성된 저농도 제1 도전형의 제3 콜렉터영역과, 상기 제2 콜렉터영역 내에 형성되고, 상기 제1 콜렉터영역과 접합되도록 형성된 제2 도전형의 제1 필드 리미팅 링과, 상기 제3 콜렉터영역 내에 형성되고, 상기 제1 필드 리미팅 링과 서로 연결되록 형성된 제2 도전형의 제2 필드 리미팅 링과, 상기 제3 콜렉터영역 내에 형성된 제2 도전형의 베이스영역과, 상기 베이스영역 내에 형성된 제1 도전형의 에미터영역을 구비한다.

상기 다른 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 전력용 반도체소자 제조방법은, 고농도 제1 도전형의 제1 콜렉터영역 상에 저농도 제1 도전형의 제2 콜렉터영역을 형성하고, 상기 제2 콜렉터영역 내에 제2 도전형의 불순물을 선택적으로 주입하여 상기 제1 콜렉터영역과 접합을 이루는 제1 필드 리미팅 링을 형성한다. 제1 필드 리미팅 링이 형성된 상기 결과물 전면에 제1 도전형의 제3 콜렉터영역을 형성하고, 상기 제3 콜렉터영역 내에 제2 도전형의 불순물을 주입하여 제2 필드 리미팅 링과 베이스영역을 형성한 다음, 상기 베이스영역 내에 제1 도전형의 불순물을 주입하여 에미터영역을 형성한다. 계속해서, 에미터영역이 형성된 상기 결과물 상에 상기 에미터영역과 에미터영역을 부분적으로 노출시키는 절연층을 형성하고, 상기 에미터영역과 전기적으로 접속되는 에미터 전극 및 상기 베이스영역과 전기적으로 접속되는 베이스전극을 형성한다.

여기에서, 절연층을 형성한 후, 상기 제3 콜렉터영역의 가장자리부를 노출시키고, 제1 도전형의 불순물을 주입하여 채널 스토퍼를 형성할 수 있으며, 이 경우, 에미터전극 및 베이스전극을 형성할 때 상기 채널스토퍼와 전기적으로 접속되는 등전위링 전극을 함께 형성할 수 있다.

상술한 바와 같이 본 발명에 따르면, 고내압 실현을 위해 형성하는 필드 리미팅 링을 고농도의 제1 콜렉터영역과 접합되도록 형성한다. 이와 같이, 하나의 필드 리미팅 링이 고농도의 제1 콜렉터영역에까지 연장되어 있으므로 고내압을 얻을 수 있다.

이하 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명함으로써 본 발명을 상세하게 설명한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록하며, 통상의 지식을 가진자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 이하에서 개시되는 실시예에서 어느 한 막이 다른 막 또는 기판위에 존재하는 것으로 지칭될 때, 다른 막 또는 기판 바로 위에 있을 수도 있고, 층간막이 존재할 수도 있다. 각 도면에서 동일참조부호는 동일부재를 나타낸다.

도 1은 본 발명에 따른 전력용 반도체소자의 일 실시예를 개략적으로 도시한 단면도이다.

본 발명에 따른 전력용 반도체소자는, 고농도 제1 도전형, 예컨대 n형의 제1 콜렉터영역(10)과, 저농도 제1 도전형의 제2 콜렉터영역(12)과, 저농도 제1 도전형의 제3 콜렉터영역(16)이 적층되어 형성되어 있으며, 상기 제2 및 제3 콜렉터영역(12 및 16) 내에는 제2 도전형, 예컨대 p형의 제1 필드 리미팅 링(14)과, 제2 필드 리미팅 링(18)이 형성되어 있다. 상기 제3 콜렉터영역(16) 내에는 또한, 제2 도전형의 베이스영역(20)이 형성되어 있으며, 상기 베이스영역(20) 내에는 제1 도전형의 에미터영역(22)이 형성되어 있다.

여기에서, 상기 제1 필드 리미팅 링(14)은 상기 고농도의 제1 콜렉터영역(10)과 접합되고, 제2 필드 리미팅 링(18)은 상기 제3 콜렉터영역(16)의 표면에 접하도록 형성되어 있으며, 상기 제1 및 제2 필드 리미팅 링은 서로 연결된다. 이와 같이 하나의 필드 리미팅 링(14 및 18)이 고농도의 제1 콜렉터영역(10)에까지 연장되어 있으므로 고내압을 얻을 수 있다.

여기에서, 설명되지 않은 도면부호 26은 채널 스토퍼를, 24는 절연층을, 30은 에미터전극을, 32는 베이스전극을, 34는 등전위링 전극을 각각 나타낸다.

계속해서, 도 2 내지 도 5를 참조하여 본 발명에 따른 전력용 반도체 소자 제조방법의 일 실시예를 설명한다.

먼저, 도 2를 참조하면, 고농도 제1 도전형, 예컨대 n형의 제1 콜렉터영역(10) 상에 저농도 제1 도전형의 제2 콜렉터영역(12)을 형성하고, 상기 제2 콜렉터영역(12) 상에, 제1 필드 리미팅 링이 형성될 부분을 개구시키는 마스크패턴(도시되지 않음)을 형성한 다음, 제1 필드 리미팅 링 형성을 위한 제2 도전형, 예컨대 p형의 불순물을 주입하여 제1 필드 리미팅 링(14)을 형성한다.

여기서, 상기 제1 필드 리미팅 링(14)은 상기 제1 콜렉터영역(10)과 접합을 이루도록 형성하는 것이 바람직하다.

도 3을 참조하면, 제1 필드 리미팅 링(14)이 형성된 상기 결과물 전면에 제1 도전형의 제3 콜렉터 영역(16)을 형성한다.

이때 상기 제3 콜렉터영역(16)은 저농도로 형성하고, 에피택셜 성장법으로 형성하는 것이 바람직하다.

도 4를 참조하면, 제3 콜렉터영역(16) 내에 제2 도전형의 불순물을 주입하여 제2 필드 리미팅 링(18)과 베이스영역(20)을 형성한 다음, 상기 베이스영역(20) 내에 제1 도전형의 불순물을 주입하여 에미터영역(22)을 형성한다.

여기서, 상기 제2 필드 리미팅 링(18)은 상기 제1 필드 리미팅 링(14)과 연결되도록 형성한다.

도 5를 참조하면, 제2 필드 리미팅 링(18), 베이스영역(20) 및 에미터영역(22)이 형성된 상기 결과물 전면에 절연물, 예컨대 산화물을 증착하여 절연층(24)을 형성한 다음, 이를 패터닝하여 에미터영역(22)과 베이스 영역(2)의 일부를 노출시킨다. 이때, 제3 콜렉터영역(16)의 가장자리부를 노출시키고, 제1 도전형의 불순물을 주입하여 채널 스토퍼(26)를 형성한다.

계속해서, 상기 결과물 전면에 도전물, 예컨대 금속을 증착한 다음 패터닝하여, 상기 에미터영역(22)과 전기적으로 접속되는 에미터 전극(30), 상기 베이스영역(20)과 전기적으로 접속되는 베이스전극(32), 상기 채널 스토퍼와 전기적으로 접속되는 등전위링(equipotential ring) 전극(34)을 형성한다.

이상과 같이, 본 발명을 일실시예를 들어 한정적으로 설명하였으나, 이에 한정되지 않고 본 발명의 사상의 범위 내에서 당해 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 본원 발명에 대한 각종 변형이 가능함은 자명하다.

상술한 바와 같이 본 발명에 따르면, 고내압 실현을 위해 형성하는 필드 리미팅 링을 고농도의 제1 콜렉터영역과 접합되도록 형성한다. 이와 같이, 하나의 필드 리미팅 링이 고농도의 제1 콜렉터영역에까지 연장되어 있으므로 고내압을 얻을 수 있다.

Claims (3)

1. 고농도 제1 도전형의 제1 콜렉터영역; 상기 제1 콜렉터영역 상에 형성된 저농도 제1 도전형의 제2 콜렉터영역; 상기 제2 콜렉터영역 상에 형성된 저농도 제1 도전형의 제3 콜렉터영역; 상기 제2 콜렉터영역 내에 형성되고, 상기 제1 콜렉터영역과 접합되도록 형성된 제2 도전형의 제1 필드 리미팅 링; 상기 제3 콜렉터영역 내에 형성되고, 상기 제1 필드 리미팅 링과 서로 연결되록 형성된 제2 도전형의 제2 필드 리미팅 링; 상기 제3 콜렉터영역 내에 형성된 제2 도전형의 베이스영역; 및 상기 베이스영역 내에 형성된 제1 도전형의 에미터영역을 구비하는 것을 특징으로 하는 전력용 반도체소자.
2. 고농도 제1 도전형의 제1 콜렉터영역 상에 저농도 제1 도전형의 제2 콜렉터영역을 형성하는 단계; 상기 제2 콜렉터영역 내에 제2 도전형의 불순물을 선택적으로 주입하여 상기 제1 콜렉터영역과 접합을 이루는 제1 필드 리미팅 링을 형성하는 단계; 제1 필드 리미팅 링이 형성된 상기 결과물 전면에 제1 도전형의 제3 콜렉터영역을 형성하는 단계; 상기 제3 콜렉터영역 내에 제2 도전형의 불순물을 주입하여 제2 필드 리미팅 링과 베이스영역을 형성하는 단계; 상기 베이스영역 내에 제1 도전형의 불순물을 주입하여 에미터영역을 형성하는 단계; 에미터영역이 형성된 상기 결과물 상에 상기 에미터영역과 에미터영역을 부분적으로 노출시키는 절연층을 형성하는 단계; 상기 에미터영역과 전기적으로 접속되는 에미터 전극 및 상기 베이스영역과 전기적으로 접속되는 베이스전극을 형성하는 단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 전력용 반도체소자 제조방법.
3. 제2항에 있어서, 절연층을 형성하는 상기 단계 후, 상기 제3 콜렉터영역의 가장자리부를 노출시키고, 제1 도전형의 불순물을 주입하여 채널 스토퍼를 형성하는 단계와, 에미터전극 및 베이스전극을 형성하는 상기 단계에서, 상기 채널스토퍼와 전기적으로 접속되는 등전위링(equipotential ring) 전극을 형성하는 단계를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 전력용 반도체소자 제조방법.