KR20000031767A - Planar type triac device and fabrication method thereof - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 플레이너 타입 트라이악 소자에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 제 4 상한 동작모드의 트리거 특성을 향상시키고 아울러 모든 상한 모드에서의 트리거 특성 밸런스를 향상시키도록 한 플레이너 타입 트라이악 소자 및 그 제조방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a planar type triac element, and more particularly, to a planar type triac element for improving the trigger characteristics of the fourth upper limit operation mode and improving the trigger characteristics balance in all the upper limit modes. It relates to a manufacturing method.
일반적으로, 트라이악(TRIAC) 소자는 두 개의 사이리스터(thyristor) 소자가 게이트 공통으로 하여 역병렬 연결된 구조를 갖는 반도체소자로서 양방향 도통이 가능하여 주로 교류 스위칭에 사용된다. 트라이악 소자는 주전극(T1)을 공통 접지하고 주전극(T2)과 게이트전극(G)에 인가되는 전압에 따라 오프(off) 상태에서 온(on) 상태로 전환하여 교류전력을 제어한다.In general, a triac (TRIAC) device is a semiconductor device having a structure in which two thyristor devices are gated in common and connected in parallel to each other, and thus are mainly used for alternating current switching. The triac element controls the AC power by switching the main electrode T1 from the off state to the on state according to the voltage applied to the main electrode T2 and the gate electrode G.
이와 같은 동작은 주전극(T2)과 게이트전극(G)의 바이어스 상태에 따라 4가지의 상한 동작모드로 구분된다. 즉, 제 1 상한 동작모드에서는 주전극(T2)에 정전압이 인가되고 게이트전극(G)에 정전압이 인가된다. 제 2 상한 동작모드에서는 주전극(T2)에 정전압이 인가되고, 게이트전극(G)에 부전압이 인가된다. 제 3 상한 동작모드에서는 주전극(T2)에 부전압이 인가되고, 게이트전극(G)에 부전압이 인가된다. 제 4 상한 동작모드에서는 주전극(T2)에 부전압이 인가되고, 게이트전극(G)에 정전압이 인가된다.The operation is divided into four upper limit operation modes according to the bias states of the main electrode T2 and the gate electrode G. FIG. That is, in the first upper limit operation mode, a constant voltage is applied to the main electrode T2 and a constant voltage is applied to the gate electrode G. In the second upper limit operation mode, a constant voltage is applied to the main electrode T2 and a negative voltage is applied to the gate electrode G. In the third upper limit operation mode, a negative voltage is applied to the main electrode T2 and a negative voltage is applied to the gate electrode G. In the fourth upper limit operation mode, a negative voltage is applied to the main electrode T2, and a constant voltage is applied to the gate electrode G.
그런데, 통상적으로 4가지의 상한 동작모드 중에서 제 4 상한 동작모드를 제외한 나머지 3가지의 상한 동작모드 중 2가지의 상한 동작모드가 조합하여 사용되어 왔다. 제 4 상한 동작모드는 동작 기구(mechanism)의 복잡성 때문에 동작에 필요한 게이트 전류가 다른 상한 동작모드에 비하여 크므로 지금까지 별로 사용되지 않고 있다.However, in general, two of the upper limit operation modes except the fourth upper limit operation mode among the four upper limit operation modes have been used in combination. The fourth upper limit operation mode has not been used so far since the gate current required for the operation is larger than other upper limit operation modes due to the complexity of the operation mechanism.
종래의 플레이너 타입 트라이악 소자에서는 도 1에 도시된 바와 같이, 드리프트층(drift)인 n형 반도체 기판(10)의 상, 하 양면의 일부 영역에 p+형 소자분리영역(11)이 형성되고, 기판(10)의 상면 일부 영역에 p형 제 1 애노드 영역(12)이 형성되고, 기판(10)의 하면에 p형 제 2 애노드 영역(13)이 형성되고, 제 1 애노드 영역(12)에 n+형 제 1 캐소드 영역(14)과 n+형 게이트 영역(15)이 서로 이격하여 형성되고, 제 2 애노드 영역(13)에 n+형 제 2 캐소드 영역(16)이 형성된다.In the conventional planar type triac device, as shown in FIG. 1, the p + type device isolation region 11 is formed in a portion of the upper and lower surfaces of the n-type semiconductor substrate 10 as a drift layer. The p-type first anode region 12 is formed on a portion of the upper surface of the substrate 10, the p-type second anode region 13 is formed on the lower surface of the substrate 10, and the first anode region 12 is formed. The n + type first cathode region 14 and the n + type gate region 15 are formed spaced apart from each other, and the n + type second cathode region 16 is formed in the second anode region 13.
또한, 제 1 애노드 영역(12)과 제 1 캐소드 영역(14) 상에 각각 도전층(21),(22)이 접속되고, 도전층(23)이 게이트 영역(15) 상에 접속함과 아울러 제 1 애노드 영역(12)으로 일부 연장하여 접속하고, 제 2 캐소드 영역(16)을 포함하여 제 2 애노드 영역(13)에 도전층(24)이 접속된다. 도전층(21),(22)은 제 1 주전극(T1)에 전기적으로 공통 연결되고, 도전층(23)은 게이트전극(G)에 전기적으로 연결되고, 도전층(24)은 제 2 주전극(T2)에 전기적으로 연결된다.In addition, the conductive layers 21 and 22 are connected to the first anode region 12 and the first cathode region 14, respectively, and the conductive layer 23 is connected to the gate region 15. It extends and connects to the 1st anode area | region 12 partially, and the conductive layer 24 is connected to the 2nd anode area | region 13 including the 2nd cathode area | region 16. FIG. The conductive layers 21 and 22 are electrically connected to the first main electrode T1 in common, the conductive layer 23 is electrically connected to the gate electrode G, and the conductive layer 24 is connected to the second main electrode. It is electrically connected to the electrode T2.
이와 같이 구성되는 종래의 트라이악 소자의 경우, 제 1, 2 애노드 영역(12),(13)은 동시에 형성되기 때문에 동일한 도핑 농도와 접합 깊이를 갖고 있다. 이는 제 4 상한 동작모드의 트리거 동작이 요구되지 않고, 또한 그 이외 동작모드의 트리거 동작도 고감도화가 필요하지 않기 때문이다.In the conventional triac element configured as described above, since the first and second anode regions 12 and 13 are formed at the same time, they have the same doping concentration and the junction depth. This is because the trigger operation in the fourth upper limit operation mode is not required, and the trigger operation in the other operation modes does not require high sensitivity.
또한, 제 1, 2 캐소드 영역(14),(16)이 수직적으로 전혀 겹쳐지지 않는다.In addition, the first and second cathode regions 14, 16 do not vertically overlap at all.
그런데, 최근에는 제 4 상한 동작모드를 포함한 4가지의 상한 동작모드가 모두 가능한 반도체소자의 요구가 높아지고, 특히 제 1 상한 동작모드와 제 4 상한 동작모드를 사용하는 집적회로에 의한 트라이악 소자의 직접 구동 실현이 요구되고 있다.However, in recent years, the demand for semiconductor devices capable of all four upper limit operation modes including the fourth upper limit operation mode has increased, and in particular, the triac element of an integrated circuit using the first upper limit operation mode and the fourth upper limit operation mode has been increasing. Direct drive realization is required.
그러나, 종래의 트라이악 소자의 경우, 애노드층인 p형 영역(12),(13)이 동일한 도핑 농도와 접합 깊이로 형성됨에 따른 동작 기구(mechanism) 상의 제약 요인으로 인하여 상기 요구를 제대로 충족할 수 없다. 그래서, 제 4 상한 동작모드에서 트리거 특성의 고감도화가 어렵고, 모든 상한 동작모드에서 트리거 특성의 밸런스가 불량한 문제점이 있다.However, in the case of the conventional triac device, the above-mentioned requirements are not properly met due to the constraints on the mechanism of operation, as the p-type regions 12 and 13, which are the anode layers, are formed with the same doping concentration and the junction depth. Can't. Therefore, it is difficult to increase the sensitivity of the trigger characteristics in the fourth upper limit operation mode, and the balance of the trigger characteristics is poor in all the upper limit operation modes.
따라서, 본 발명의 목적은 제 4 상한 동작모드에서 트라이악 소자의 트리거 기능을 향상시키도록 한 것이다.Accordingly, an object of the present invention is to improve the trigger function of the triac element in the fourth upper limit operation mode.
본 발명의 다른 목적은 모든 상한 동작모드에서 트라이악 소자의 트리거 특성의 밸런스를 향상시키도록 한 것이다.It is another object of the present invention to improve the balance of the trigger characteristics of the triac element in all upper operating modes.
도 1은 종래의 기술에 의한 플레이너 타입 트라이악(TRIAC) 소자를 나타낸 단면도.1 is a cross-sectional view showing a planar type triac (TRIAC) device according to the prior art.
도 2는 본 발명에 의한 플레이너 타입 트라이악 소자를 나타낸 단면도.2 is a cross-sectional view showing a planar type triac device according to the present invention.
도 3a 내지 도 3d는 본 발명에 의한 플레이너 타입 트라이악 소자의 제조방법을 나타낸 공정도.Figure 3a to 3d is a process chart showing a method of manufacturing a planar type triac device according to the present invention.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for main parts of the drawings>
10: 반도체 기판 11: 소자분리영역 12: 제 1 애노드 영역 13: 제 2 애노드 영역 14: 제 1 캐소드 영역 15: 게이트 영역 16: 제 2 캐소드 영역 21,22,23,24: 도전층 30: 반도체 기판 31: 소자분리영역 32: 제 1 애노드 영역 33: 제 2 애노드 영역 34: 제 1 캐소드 영역 35: 게이트 영역 36: 제 2 캐소드 영역 41,42,43,44: 도전층 51,53,55: 절연막 52,54,56,57,58: 개구부DESCRIPTION OF REFERENCE NUMERALS 10 semiconductor substrate 11 device isolation region 12 first anode region 13 second anode region 14 first cathode region 15 gate region 16 second cathode region 21, 22, 23, 24 conductive layer 30 semiconductor Substrate 31 Device isolation region 32 First anode region 33 Second anode region 34 First cathode region 35 Gate region 36 Second cathode regions 41, 42, 43, 44 Conductive layers 51, 53, 55 Insulating films 52,54,56,57,58: openings
본 발명에 의한 플레이너 타입 트라이악 소자는 드리프트층인 제 1 도전형 반도체 기판의 상, 하 양면의 일부영역에 각각 제 2 도전형 소자분리영역이 형성되고, 상기 기판의 상면 일부 영역에 제 2 도전형 제 1 애노드 영역이 형성되고, 상기 기판의 하면에 제 2 도전형 제 2 애노드 영역이 형성되고, 제 1 애노드 영역에 제 1 도전형 제 1 캐소드 영역과 제 1 도전형 게이트 영역이 서로 이격하여 형성되고, 제 2 애노드 영역에 제 1 도전형 제 2 캐소드 영역이 형성되고, 제 1 캐소드 영역과 제 1 애노드 영역에 각각 접속된 도전층이 제 1 주전극에 공통으로 연결되고, 제 1 애노드 영역으로 일부 연장하며 게이트 영역에 접속된 도전층이 게이트전극에 연결되고, 제 2 캐소드 영역을 포함한 제 2 애노드 영역에 접속된 도전층이 제 2 주전극에 연결되는 트라이악 소자에 있어서, 제 1 애노드 영역과 제 2 애노드 영역이 서로 상이한 도핑농도와 접합깊이로 형성된 것을 특징으로 한다.In the planar type triac device according to the present invention, a second conductive type device isolation region is formed in each of the upper and lower portions of the first conductive semiconductor substrate which is the drift layer, and the second conductive type isolation region is formed in the partial region of the upper surface of the substrate. A conductive first anode region is formed, a second conductive second anode region is formed on a lower surface of the substrate, and the first conductive first cathode region and the first conductive gate region are spaced apart from each other in the first anode region. And a first conductivity type second cathode region are formed in the second anode region, the conductive layers respectively connected to the first cathode region and the first anode region are commonly connected to the first main electrode, and the first anode A triacoxide in which a conductive layer partially extending into the region and connected to the gate region is connected to the gate electrode, and a conductive layer connected to the second anode region including the second cathode region is connected to the second main electrode; The method further characterized in that the first anode region and the second anode region formed of a different doping levels and junction depths from each other.
바람직하게는, 제 2 애노드 영역이 제 1 애노드 영역보다 낮은 농도로 도핑된다. 제 2 애노드 영역이 제 1 애노드 영역보다 얕은 접합 깊이를 갖는다. 제 1 캐소드 영역과 제 2 캐소드 영역이 수직적으로 일부 겹쳐진다.Preferably, the second anode region is doped to a lower concentration than the first anode region. The second anode region has a junction depth that is shallower than the first anode region. The first cathode region and the second cathode region partially overlap vertically.
본 발명에 의한 플레이너 타입 트라이악 소자의 제조방법은 드리프트층인 제 1 도전형 반도체 기판의 상, 하 양면에 제 2 도전형 소자분리영역을 형성하고, 상기 기판의 상면 일부 영역에 제 2 도전형 제 1 애노드 영역을 형성함과 아울러 상기 기판의 하면에 제 2 도전형 제 2 애노드 영역을 형성하고, 제 1 애노드 영역에 제 1 도전형 제 1 캐소드 영역과 제 1 도전형 게이트 영역을 서로 이격하여 형성하고 아울러 제 2 애노드 영역에 제 1 도전형 제 2 캐소드 영역을 형성하고, 제 1 캐소드 영역과 제 1 애노드 영역에 각각 도전층을 형성하고 제 1 애노드 영역으로 일부 연장하며 게이트 영역에 도전층을 형성하고, 제 2 캐소드 영역을 포함한 제 2 애노드 영역에 도전층을 형성하고, 제 1 캐소드 영역과 제 1 애노드 영역 상의 도전층을 공통으로 제 1 주전극에 연결하고, 제 2 캐소드 영역을 포함한 제 2 애노드 영역 상의 도전층을 제 2 주전극에 연결하고, 게이트 영역 상의 도전층을 게이트전극에 연결하는 트라이악 소자의 제조방법에 있어서, 제 1 애노드 영역과 제 2 애노드 영역을 서로 상이한 도핑농도와 접합깊이로 형성하는 것을 특징으로 한다.In the method of manufacturing a planar type triac device according to the present invention, a second conductivity type device isolation region is formed on both upper and lower surfaces of a first conductivity type semiconductor substrate as a drift layer, and a second conductivity is formed on a portion of the upper surface of the substrate. In addition to forming a type first anode region, a second conductivity type second anode region is formed on the bottom surface of the substrate, and the first conductivity type first cathode region and the first conductivity type gate region are spaced apart from each other. And a first conductivity type second cathode region in the second anode region, a conductive layer is formed in each of the first cathode region and the first anode region and partially extends to the first anode region, and the conductive layer is formed in the gate region. , A conductive layer is formed in the second anode region including the second cathode region, and the conductive layer on the first cathode region and the first anode region is connected to the first main electrode in common. And a triac element manufacturing method for connecting a conductive layer on a second anode region including a second cathode region to a second main electrode and connecting a conductive layer on the gate region to a gate electrode. The two anode regions are formed to have different doping concentrations and junction depths.
바람직하게는, 제 2 애노드 영역이 제 1 애노드 영역보다 낮은 농도로 도핑된다. 제 2 애노드 영역이 제 1 애노드 영역보다 얕은 접합 깊이를 갖는다. 제 1 캐소드 영역과 제 2 캐소드 영역이 수직적으로 일부 겹쳐진다.Preferably, the second anode region is doped to a lower concentration than the first anode region. The second anode region has a junction depth that is shallower than the first anode region. The first cathode region and the second cathode region partially overlap vertically.
따라서, 본 발명은 제 4 상한 동작모드에서 트리거 특성을 향상시키고 모든 상한 동작모드에서 트리거 특성의 밸런스를 향상시킨다.Therefore, the present invention improves the trigger characteristic in the fourth upper limit operation mode and improves the balance of the trigger characteristic in all the upper limit operation modes.
이하, 본 발명에 의한 플레이너 타입 트라이악 소자 및 그 제조방법을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, a planar type triac device and a method of manufacturing the same according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 2는 본 발명에 의한 플레이너 타입 트라이악 소자의 구조를 나타낸 단면도이다.2 is a cross-sectional view showing the structure of a planar type triac device according to the present invention.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 트라이악 소자는 제 1 도전형인 n형 반도체 기판(30)의 상, 하 양면의 일부 영역에 제 2 도전형인 p+형 소자분리영역(31)이 형성되고, 기판(30)의 상면 일부 영역에 p형 제 1 애노드 영역(32)이 형성되고, 기판(30)의 하면에 p형 제 2 애노드 영역(33)이 형성되고, 제 1 애노드 영역(32)에 n+형 제 1 캐소드 영역(34)과 n+형 게이트 영역(35)이 서로 이격하여 형성되고, 제 2 애노드 영역(33)에 n+형 제 2 캐소드 영역(36)이 형성된다. 여기서, 반도체 기판(30)은 드리프트층으로서 작용한다.As shown in FIG. 2, in the triac device of the present invention, a p + type device isolation region 31 of a second conductivity type is formed in a portion of upper and lower surfaces of both surfaces of the first conductivity type n-type semiconductor substrate 30. The p-type first anode region 32 is formed on a portion of the upper surface of the substrate 30, the p-type second anode region 33 is formed on the lower surface of the substrate 30, and the first anode region 32 is formed. The n + type first cathode region 34 and the n + type gate region 35 are formed to be spaced apart from each other, and the n + type second cathode region 36 is formed in the second anode region 33. Here, the semiconductor substrate 30 acts as a drift layer.
또한, 제 1 애노드 영역(32)과 제 1 캐소드 영역(34) 상에 각각 도전층(41),(42)이 접속되고, 도전층(43)이 게이트 영역(35) 상에 접속함과 아울러 제 1 애노드 영역(12)으로 일부 연장하여 접속하고, 제 2 캐소드 영역(36)을 포함하여 제 2 애노드 영역(33)에 도전층(44)이 접속된다. 도전층(41),(42)은 제 1 주전극(T1)에 전기적으로 공통 연결되고, 도전층(43)은 게이트전극(G)에 전기적으로 연결되고, 도전층(44)은 제 2 주전극(T2)에 전기적으로 연결된다.In addition, the conductive layers 41 and 42 are connected to the first anode region 32 and the first cathode region 34, respectively, and the conductive layer 43 is connected to the gate region 35. A part of the first anode region 12 extends and is connected, and the conductive layer 44 is connected to the second anode region 33 including the second cathode region 36. The conductive layers 41 and 42 are electrically connected in common to the first main electrode T1, the conductive layer 43 is electrically connected to the gate electrode G, and the conductive layer 44 is connected to the second main electrode. It is electrically connected to the electrode T2.
여기서, 제 2 애노드 영역(33)이 제 1 애노드 영역(32) 보다 낮은 농도로 도핑된다. 제 2 애노드 영역(33)이 제 1 애노드 영역(32) 보다 얕은 접합 깊이를 갖는다. 제 1 캐소드 영역(34)과 제 2 캐소드 영역(36)이 수직적으로 일부 겹쳐진다. 이와 같이 구성된 트라이악 소자의 제조방법을 도 3a 내지 도 3d를 참조하여 상세히 설명하기로 한다. 도 3a 내지 도 3d는 본 발명에 의한 트라이악 소자의 제조방법을 나타낸 공정도이다.Here, the second anode region 33 is doped to a lower concentration than the first anode region 32. The second anode region 33 has a shallower junction depth than the first anode region 32. The first cathode region 34 and the second cathode region 36 partially overlap each other vertically. The method of manufacturing the triac device configured as described above will be described in detail with reference to FIGS. 3A to 3D. 3A to 3D are process charts showing a method for manufacturing a triac device according to the present invention.
도 3a에 도시된 바와 같이, 먼저, 제 1 도전형인 n형 반도체 기판(30)의 상, 하 양면 상에 절연막(51), 예를 들어 산화막을 각각 성장시키고 나서 제 2 도전형인 p+형 소자분리영역(31)에 해당하는 영역의 반도체 기판(30)의 상, 하면을 노출시키기 위해 사진식각공정에 의해 절연막(51)의 정해진 영역에 개구부(52)를 형성한다. 여기서, 반도체 기판(30)은 드리프트층으로서 작용한다.As shown in FIG. 3A, first, an insulating film 51, for example, an oxide film is grown on both upper and lower surfaces of the first conductivity type n-type semiconductor substrate 30, and then the p + type isolation is removed. In order to expose the upper and lower surfaces of the semiconductor substrate 30 in the region corresponding to the region 31, the opening 52 is formed in a predetermined region of the insulating film 51 by a photolithography process. Here, the semiconductor substrate 30 acts as a drift layer.
이후, 통상적인 방법 중의 하나인 액상 확산원을 이용한 확산법을 이용하여 동일한 p형 액상 확산원을 상기 구조의 반도체 기판(30)의 상, 하면에 각각 코팅하고 이를 확산시켜 개구부(52) 내의 반도체 기판(30)의 상, 하면에 p+형 소자분리영역(31)을 형성한다.Subsequently, the same p-type liquid diffusion source is coated on the upper and lower surfaces of the semiconductor substrate 30 having the above structure by using a diffusion method using a liquid diffusion source, which is one of the conventional methods, and diffused, thereby dispersing the semiconductor substrate in the opening 52. P + type device isolation regions 31 are formed on the upper and lower surfaces of (30).
도 3b에 도시된 바와 같이, 이어서, 개구부(52) 내의 반도체 기판(30)의 상, 하면을 덮도록 절연막(53), 예를 들어 산화막을 성장시킨다.As shown in FIG. 3B, an insulating film 53, for example, an oxide film, is grown to cover the upper and lower surfaces of the semiconductor substrate 30 in the opening 52.
그런 다음, p형 제 1 애노드 영역(32)에 해당하는 영역의 반도체 기판(30)의 상면을 노출시키기 위해 사진식각공정에 의해 절연막(53)의 정해진 영역에 개구부(54)를 형성한다. 또한, 반도체 기판(30)의 하면 상의 절연막을 완전히 식각하여 반도체 기판(30)의 하면 전체를 노출시킨다.Then, an opening 54 is formed in a predetermined region of the insulating film 53 by a photolithography process to expose the upper surface of the semiconductor substrate 30 in the region corresponding to the p-type first anode region 32. In addition, the insulating film on the lower surface of the semiconductor substrate 30 is completely etched to expose the entire lower surface of the semiconductor substrate 30.
그 다음, 제 1 농도를 갖는 p형 제 1 액상 확산원을 상기 구조의 반도체 기판(30)의 상면에 코팅하고 또한 제 2 농도를 갖는 p형 제 2 액상 확산원을 반도체기판(30)의 하면에 전면 코팅한 후 이를 동시에 확산시켜 개구부(54) 내의 반도체 기판(30)에 p형 제 1 애노드 영역(32)을 형성하고 아울러 반도체 기판(30)의 하면에 p형 제 2 애노드 영역(33)을 형성한다. 이때, 제 1 애노드 영역(32)이 제 2 애노드 영역(33)보다 높은 도핑농도와 깊은 접합깊이로 형성되는데, 이를 위해 상기 제 1 액상 확산원의 제 1 농도가 제 2 액상 확산원의 제 2 농도보다 높아야 한다.Next, a first p-type liquid diffusion source having a first concentration is coated on the upper surface of the semiconductor substrate 30 of the structure, and a second p-type liquid diffusion source having a second concentration is formed on the bottom surface of the semiconductor substrate 30. The entire surface of the semiconductor substrate 30 in the opening 54 to form a p-type first anode region 32 on the bottom surface of the semiconductor substrate 30, and simultaneously diffuse the same, To form. At this time, the first anode region 32 is formed with a higher doping concentration and a deeper junction depth than the second anode region 33. For this purpose, the first concentration of the first liquid diffusion source is the second of the second liquid diffusion source. It must be higher than the concentration.
도 3c에 도시된 바와 같이, 이어서, 개구부(54) 내의 반도체 기판(30)의 상면과 반도체 기판(30)의 하면을 덮도록 절연막(55), 예를 들어 산화막을 성장시킨다.As shown in FIG. 3C, an insulating film 55, for example, an oxide film, is grown to cover the upper surface of the semiconductor substrate 30 and the lower surface of the semiconductor substrate 30 in the opening 54.
이후, n+형 제 1 캐소드 영역(34)과 n+형 게이트 영역(35)에 해당하는 영역의 반도체 기판(30)의 상면과 제 2 캐소드 영역(36)에 해당하는 영역의 반도체 기판(30)의 하면을 노출시키기 위해 사진식각공정에 의해 절연막(53)의 정해진 영역에 개구부(56),(57),(58)를 형성한다.Thereafter, the upper surface of the semiconductor substrate 30 in the region corresponding to the n + type first cathode region 34 and the n + type gate region 35 and the semiconductor substrate 30 in the region corresponding to the second cathode region 36 are formed. Openings 56, 57, and 58 are formed in a predetermined region of the insulating film 53 by a photolithography process to expose the lower surface.
그런 다음, 동일한 n형 액상 확산원을 상기 구조의 반도체 기판(30)의 상면과 반도체기판(30)의 하면에 각각 코팅한 후 이를 동시에 확산시켜 개구부(56) 내의 반도체 기판(30)에 n+형 제 1 캐소드 영역(34)을 형성하고, 개구부(57) 내의 반도체 기판(30)에 n+형 게이트 영역(35)을 형성하고 아울러 개구부(58) 내의 반도체 기판(30)의 하면에 n+형 제 2 캐소드 영역(36)을 형성한다.Then, the same n-type liquid diffusion source is coated on the upper surface of the semiconductor substrate 30 and the lower surface of the semiconductor substrate 30 of the structure, respectively, and then diffused at the same time to n + type to the semiconductor substrate 30 in the opening 56 The first cathode region 34 is formed, the n + type gate region 35 is formed in the semiconductor substrate 30 in the opening 57, and the n + type second is formed on the bottom surface of the semiconductor substrate 30 in the opening 58. The cathode region 36 is formed.
이때, 제 1, 2 캐소드 영역(34),(36)이 수직적으로 일부 겹쳐지도록 하는 것이 바람직하다.In this case, the first and second cathode regions 34 and 36 may be partially overlapped vertically.
도 3d에 도시된 바와 같이, 이어서, 개구부(56),(57) 내의 반도체 기판(30)의 상면과 개구부(58) 내의 반도체 기판(30)의 하면을 덮도록 절연막(도시 안됨), 예를 들어 산화막을 성장시킨다.As shown in FIG. 3D, an insulating film (not shown) is then applied to cover the upper surface of the semiconductor substrate 30 in the openings 56 and 57 and the lower surface of the semiconductor substrate 30 in the opening 58. For example, an oxide film is grown.
그 다음, 사진식각공정에 의해 상기 절연막의 정해진 영역에 도전층(41),(42),(43)을 위한 각각의 콘택홀(도시 안됨)을 형성한다. 이때, 반도체 기판(30)의 하면 전체를 노출시킨다. 여기서, 도전층(41)을 위한 콘택홀은 제 1 애노드 영역(32)의 일부 영역을 노출시키고, 도전층(42)을 위한 콘택홀은 제 1 애노드 영역(32)의 일부영역과 게이트 영역(43)의 일부 영역을 함께 노출시키고, 도전층(43)을 위한 콘택홀은 제 1 캐소드 영역(34)의 일부 영역을 노출시킨다.Then, contact holes (not shown) for the conductive layers 41, 42, and 43 are formed in a predetermined region of the insulating film by a photolithography process. At this time, the entire lower surface of the semiconductor substrate 30 is exposed. Here, the contact hole for the conductive layer 41 exposes a portion of the first anode region 32, and the contact hole for the conductive layer 42 includes a portion of the first anode region 32 and a gate region ( A portion of 43 is exposed together, and a contact hole for the conductive layer 43 exposes a portion of the first cathode region 34.
그런 다음, 상기 구조의 반도체 기판(30)의 상, 하면 상에 도전층을 증착하고 사진식각공정에 의해 상기 도전층을 도전층(41),(42),(43)의 패턴으로 형성한다. 이와 아울러 도전층(44)의 패턴으로 형성한다.Then, a conductive layer is deposited on the upper and lower surfaces of the semiconductor substrate 30 having the above structure, and the conductive layer is formed in a pattern of conductive layers 41, 42, and 43 by a photolithography process. In addition, it forms in the pattern of the conductive layer 44. FIG.
즉, 도전층(41)은 제 1 애노드 영역(32)의 일부 영역에 접속하고, 도전층(42)은 제 1 애노드 영역(32)의 일부영역으로 연장하며 게이트 영역(43)의 일부 영역에 접속하고, 도전층(43)은 제 1 캐소드 영역(34)의 일부 영역에 접속하고, 도전층(44)은 제 2 캐소드 영역(36)을 포함한 제 2 애노드 영역(33)에 접속한다.That is, the conductive layer 41 is connected to a partial region of the first anode region 32, and the conductive layer 42 extends to a partial region of the first anode region 32 and to a partial region of the gate region 43. The conductive layer 43 is connected to a partial region of the first cathode region 34, and the conductive layer 44 is connected to the second anode region 33 including the second cathode region 36.
마지막으로, 도 2에 도시된 바와 같이, 도전층(41),(42)을 제 1 주전극(T1)에 전기적으로 연결하고, 도전층(43)을 게이트전극(G)에 전기적으로 연결하고, 도전층(44)을 제 2 주전극(T2)에 전기적으로 연결한다.Finally, as illustrated in FIG. 2, the conductive layers 41 and 42 are electrically connected to the first main electrode T1, and the conductive layer 43 is electrically connected to the gate electrode G. The conductive layer 44 is electrically connected to the second main electrode T2.
이와 같은 방법에 의해 제조된 트라이악 소자에서는 제 1 애노드 영역(32)과 제 2 애노드 영역(33)의 도핑농도와 접합깊이가 서로 상이하다. 즉, 제 2 애노드 영역(33)이 제 1 애노드 영역(32) 보다 낮은 농도로 도핑되고, 제 2 애노드 영역(33)이 제 1 애노드 영역(32) 보다 얕은 접합 깊이를 갖는다. 또한, 제 1, 2 캐소드 영역(34),(36)이 수직적으로 일부 겹쳐진다.In the triac device manufactured by the above method, the doping concentration and the junction depth of the first anode region 32 and the second anode region 33 are different from each other. That is, the second anode region 33 is doped to a lower concentration than the first anode region 32, and the second anode region 33 has a shallower junction depth than the first anode region 32. In addition, the first and second cathode regions 34 and 36 partially overlap each other vertically.
따라서, 본 발명의 트라이악 소자는 제 4 상한 동작모드에서 게이트 트리거 특성의 고감도화를 이룩할 수 있다. 즉, 제 4 상한 동작모드에서 게이트전극(G)에 연결된 도전층(43)으로부터 제 1 주전극(T1)에 연결된 도전층을 향해 제 1 애노드 영역(32)의 횡방향으로 게이트 전류가 흐름으로써 제 1 애노드 영역(32)과 제 1 캐소드 영역(34) 사이의 접합 J1 중에서 게이트 영역(35)에 가까운 부분에서부터 전자가 주입되기 시작한다.Therefore, the triac device of the present invention can achieve high sensitivity of the gate trigger characteristic in the fourth upper limit operation mode. That is, the gate current flows in the transverse direction of the first anode region 32 from the conductive layer 43 connected to the gate electrode G to the conductive layer connected to the first main electrode T1 in the fourth upper limit operation mode. Electrons are injected from a portion close to the gate region 35 in the junction J1 between the first anode region 32 and the first cathode region 34.
그리고, 이 전자가 드리프트층인 반도체 기판(30)에 도달하여 이 부분의 전위를 저하시킴으로써 접합 J1을 순방향 바이어스시키고 정공(hole)이 제 1 애노드 영역(32)으로부터 반도체 기판(30)으로 주입된다. 이 정공은 반도체 기판(30)을 확산하여 제 2 애노드 영역(33)에 도달하고 마지막으로 제 2 캐소드(36)를 거쳐 제 2 주전극(T2)으로 유입된다. 이 경우, 전자의 주입을 시작하는 제 1 캐소드 영역(34)을 제 2 애노드 영역(36)의 일부 영역과 수직적으로 겹쳐지도록 형성되어 있기 때문에 반도체 기판(30)을 확산하여 제 2 애노드 영역(33)에 도달했던 정공이 제 2 캐소드 영역(36)을 피하게 되고 제 2 애노드 영역(33)의 겹쳐진 부분을 제 2 애노드 영역(33)의 횡방향으로 흐른다. 이때, 이 겹쳐진 부분의 횡방향 저항에 의해 제 2 애노드 영역(33)에서는 횡방향 전압강하가 발생하여 부분적으로 제 2 애노드 영역(33)과 제 2 캐소드 영역(36) 사이의 접합 J2를 순방향 바이어스시키므로 제 2 캐소드 영역(36)으로부터 전자가 주입된다. 이 전자는 제 2 애노드 영역(33)을 확산하여 반도체 기판(30)으로 주입함으로써 반도체 기판(30)의 전위를 저하시킨다.Then, the electrons reach the semiconductor substrate 30 which is the drift layer and lower the potential of the portion to forward-bias the junction J1, and holes are injected from the first anode region 32 into the semiconductor substrate 30. . This hole diffuses into the semiconductor substrate 30 to reach the second anode region 33 and finally flows into the second main electrode T2 via the second cathode 36. In this case, since the first cathode region 34, which starts the injection of electrons, is formed to vertically overlap with the partial region of the second anode region 36, the semiconductor substrate 30 is diffused so that the second anode region 33 Holes that have reached N) avoid the second cathode region 36 and the overlapped portion of the second anode region 33 flows laterally in the second anode region 33. At this time, a transverse voltage drop occurs in the second anode region 33 due to the lateral resistance of the overlapped portion, and partially forward-biases the junction J2 between the second anode region 33 and the second cathode region 36. As a result, electrons are injected from the second cathode region 36. The electrons diffuse the second anode region 33 and inject into the semiconductor substrate 30 to lower the potential of the semiconductor substrate 30.
이러한 일련의 동작에 의해 접합 J1,J2가 강하게 순방향 바이어스되므로 제 1 애노드 영역(32)과 반도체 기판(30)과 제 2 애노드 영역(33)과 제 2 캐소드 영역(36)으로 구성되는 사이리스터가 온 상태로 되고 제 4 상한 동작모드에 의한 동작이 개시된다.Since the junctions J1 and J2 are strongly forward biased by this series of operations, the thyristor composed of the first anode region 32, the semiconductor substrate 30, the second anode region 33, and the second cathode region 36 is turned on. It enters a state and operation by a 4th upper limit operation mode is started.
이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명에 의한 플레이너 타입 트라이악 소자 및 그 제조방법에 의하면, 반도체 기판의 일면에 게이트 영역과 함께 형성된 제 1 애노드 영역이 반도체 기판의 타면에 형성된 제 2 애노드 영역보다 높은 농도로 도핑되고, 깊은 접합깊이로 형성된다.As described above, according to the planar type triac device and a method of manufacturing the same according to the present invention, the first anode region formed together with the gate region on one surface of the semiconductor substrate is higher than the second anode region formed on the other surface of the semiconductor substrate. Doped to concentration and formed to deep junction depth.
따라서, 본 발명의 트라이악 소자는 제 4 상한 동작모드에서도 트리거 특성의 고감도화를 이룩할 수 있고, 모든 상한 동작모드에서 트리거 특성의 밸런스를 향상시킨다.Therefore, the triac element of the present invention can achieve high sensitivity of the trigger characteristic even in the fourth upper limit operation mode, and improve the balance of the trigger characteristic in all the upper limit operation modes.
한편, 본 발명에서는 액상 확산원을 이용한 도핑방법을 이외에 이온주입공정을 이용한 도핑방법도 적용 가능함은 자명한 사실이다.On the other hand, in the present invention, it is obvious that in addition to the doping method using the liquid diffusion source, the doping method using the ion implantation process can be applied.
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