KR20010020486A - 폭이 넓은 밴드갭 반도체 내의 전력 소자 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 접합형 절연 또는 반절연 기판(예를 들어 실리콘 탄화물) 상에 제조되는 매우 높은 전력 스위칭 소자와 같은 반도체 소자를 포함하는 소자에 관한 것이다.
Description
추가 배경 정보를 위해, 본 발명의 장치에서 사용되는 기본 반도체 소자 재료와 연관된 정보를 포함하여, 본 명세서에 참조되어 본 발명의 일부를 이루는 미합중국 특허 번호 제 5,448,081호, 제 5,378,912호, 및 제 4,983,538호를 참조하여 설명한다.
본 발명은 일반적으로 반도체 소자에 관한 것이며, 구체적으로는 반절연 실리콘 탄화물과 같은 반절연 기판 상에 제조되는 고 전압/고 전력 소자(power device)에 관한 것이다.
도 1은 본 발명의 바람직한 래터럴 전력 소자를 예시하는 도면.
도 2는 본 발명의 래터럴 전력 소자 내의 여러 가지 차단 전압의 공핍 에지(depletion edge)를 예시하는 도면.
본 발명의 목적은 에피택시(epitaxy)에 의해 성장해야 하는 매우 두꺼운 드리프트 영역을 필요로 하지 않고 매우 높은 전압 차단을 허용하는 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 실리콘보다 실질적으로 큰 항복 전계(breakdown field)를 가지는 폭이 넓은 밴드갭 반도체 내의 접합형 절연 기판 또는 반절연 기판 상에 제조되는 매우 높은 전압(적어도 1000 V이상 또는 10000 V 이상)의 전력 스위칭 소자와 같은 래터럴(lateral) 전력 소자 구조를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 실리콘 탄화물 상에 래터럴 금속 산화막 반도체 전계 효과 트랜지스터(metal oxide semiconductor field effect transistor; MOSFET) 또는 래터럴 절연 게이트 바이폴러 트랜지스터 (insulated gate bipolar transistor; IGBT) 형태의 래터럴 전력 소자를 제공하는 것이다.
따라서 본 발명의 바람직한 제1 실시예는 반절연 기판, 특히 반절연 실리콘 탄화물 기판 상의 에피택셜층(에피택셜 성장 층) 내에 제조된 래터럴 전력 소자 구조를 제공하는 것이다. 이러한 반절연 기판은 예를 들어 바나듐 또는 이와 유사한 불순물 등을 사용하는 도핑 등을 통해 달성될 수 있다. 바람직한 소자는 반절연 실리콘 탄화물 기판 및 반절연 기판(예를 들어 약 2-5 × 1015cm-3의 레벨에서 도핑됨)과 인접한 에피택셜 성장 드리프트 영역(예를 들어 N-형)을 포함한다. 예를 들어 절연 게이트 전계 효과 트랜지스터(또는 MOSFET) 또는 IGBT와 같은 래터럴 반도체 소자가 에피택셜층 내에 제공된다. 이러한 소자는 일반적으로 폴리실리콘으로 형성된 소스 영역과 드레인 영역(예를 들어 모두 N+형), 절연층(예를 들어 SiO2), 및 게이트를 포함한다. 당업자들이 이해하는 바와 같이 다른 종래의 반도체 소자의 재료 또한 포함될 수 있다.
본 발명의 추가 목적, 실시예 및 특징은 다음의 상세한 설명 및 첨부된 도면으로부터 명확해질 것이다.
본 발명의 원리에 대한 이해를 증진시키기 위해, 본 발명의 특정 바람직한 실시예를 참조하여 설명하며 본 발명을 기술하기 위해 특정 용어를 사용한다. 그러나 이는 본 발명의 범위를 제한하려는 의도는 아니며, 본 발명과 관련된 업계의 당업자가 일반적으로 직면하게 될 본 발명에 대한 변경, 수정 및 사상의 응용 등을 고려할 수 있다.
도 1은 본 발명의 바람직한 래터럴 전력 소자(11)를 예시한다. 소자(11)는 예를 들어 반절연 실리콘 탄화물 기판과 같은 반절연 층(12)을 포함한다. 드리프트 영역(13)(예를 들어 N-형)을 제공하는 에피택셜 성장 층이 층(12)에 인접하여 위치한다. 드리프트 영역(13)은 예를 들어 약 2-5 × 1015at/cm-3의 레벨에서 도핑될 수 있으며, 최대 약 15㎛, 예를 들어 약 10 내지 약 15 ㎛의 두께를 가질 수 있다. 층(13) 내에 소스 영역과 드레인 영역(14, 15)(예를 들어 도시된 소자 내의 드리프트 영역(13)과 반대인 N+형이거나, 또는 드레인 영역(15)은 IGBT를 제공하기 위해 P+가 될 수 있음) 및 채널 영역(16)이 제공된다. 소자(11) 내에 채널 영역(16)을 덮는 절연층(17)(예를 들어 SiO2) 및 절연층(17)과 인접한 게이트(18)가 제공되는데 절연층은 예를 들어 (도핑된) 폴리실리콘으로 형성된다. 이 소자에서 소스 및 드레인에 리드를 제공하기 위해 예를 들어 금속 등과 같은 다른 도전성 물질이 추가될 수 있다.
도 1에 예시되어 있는 바와 같은 일례의 소자에서, 오프 상태 또는 차단 상태에서 PN 접합은 애벌란시 항복(avalanche breakdown)이 일어나기 전에 약 56 ㎛의 공핍 영역을 넘어 N- 영역으로 확장된다(2 × 1015cm-3의 도핑을 가정함). 이는 V=Emax/2 Vd = 5600 V의 드레인 전압과 일치한다. 본 발명의 바람직한 소자에 따른 래터럴 구조는 특히 약 10-15 ㎛의 에피택셜 층을 가지는 실리콘 탄화물 웨이퍼를 현재 쉽게 상용화할 수 있기 때문에, 유리하다.
본 발명에서 반절연 기판은 기판이 공핍 드리프트 영역 하에서 등전위 경계(equipotential boundary)의 역할을 하지 않도록 하며, 이는 베이스 (P) 영역 및 드레인 (N+) 영역 하에서 전계가 이들 영역으로 확장되는 정도를 정의한다. 본 발명에 따른 일례의 소자의 여러 가지 차단 전압에 대한 적당한 공핍 에지가 도 2에 예시되어 있다.
도면 및 전술한 설명에서 본 발명에 대하여 예시하고 기술하였지만, 이들은 일례를 들기 위한 것이며, 제한적인 것은 아니다. 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 기술하였지만, 본 발명의 원리 내에서 모든 변경 및 수정을 보호하는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 래터럴 구조는 특히 약 10-15 ㎛의 에피택셜 층을 가지는 실리콘 탄화물 웨이퍼를 현재 쉽게 상용화할 수 있기 때문에 유리하다.
Claims (7)
- 전력 스위칭 소자에 있어서,반절연 기판;드리프트 영역을 제공하는 상기 반절연 기판과 인접한 에피택셜 성장 층;소스, 드레인 및 채널 영역;상기 채널 영역 상의 절연층; 및상기 절연층과 인접한 게이트를 포함하는 전력 스위칭 소자.
- 제1항에 있어서,상기 전력 스위칭 소자가 트랜지스터인 전력 스위칭 소자.
- 제2항에 있어서,상기 전력 스위칭 소자가 절연 게이트 전계 효과 트랜지스터인 전력 스위칭 소자.
- 제2항에 있어서,상기 전력 스위칭 소자가 절연 게이트 바이폴러 트랜지스터인 전력 스위칭 소자.
- 제1항에 있어서,상기 소스 및 드레인은 N+형이고,상기 채널은 P형이고,상기 드리프트 영역은 N-형인전력 스위칭 소자.
- 제1항에 있어서,상기 반절연 기판이 실리콘 탄화물인 전력 스위칭 소자.
- 제6항에 있어서,상기 반절연 기판이 바나듐으로 도핑되는 전력 스위칭 소자.
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