KR20100122280A - Trench mosfet with embedded schottky barrier diode and manufacture method thereof - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 쇼트키 배리어 다이오드 내장 트렌치 MOSFET 및 그 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a trench MOSFET with a Schottky barrier diode and a method of manufacturing the same.
도 1a를 참조하면, 통상의 기생 다이오드를 갖는 MOSFET가 도시되어 있고, 도 1b를 참조하면, 외부 쇼트키 배리어 다이오드가 연결된 MOSFET가 도시되어 있다.Referring to FIG. 1A, a MOSFET with a conventional parasitic diode is shown, and referring to FIG. 1B, a MOSFET to which an external Schottky barrier diode is connected is shown.
도 1a에 도시된 바와 같이, 일반적으로 MOSFET는 소스(S)-드레인(D) 사이에 기생 pn 접합 다이오드가 형성되어 있다. 이러한 기생 pn 접합 다이오드는 예를 들면 부하가 모터 드라이브일 때 FRD(Fast Recovery Diode)로서 이용된다.As shown in FIG. 1A, in general, a MOSFET has a parasitic pn junction diode formed between a source (S) and a drain (D). Such parasitic pn junction diodes are used, for example, as a Fast Recovery Diode (FRD) when the load is a motor drive.
그러나, 기생 pn 접합 다이오드 Dpn은 순방향의 상승 전압 VF가 대략 0.6V 정도로 높아, 고속 스위칭 동작이나 저소비 전력을 저지하는 요인으로 작용한다. 또한 pn 접합 다이오드의 경우 순방향 전압 인가시(온 상태)에는 p형 영역으로부터 n형 영역으로 캐리어(홀)가 주입된다. 그리고, 역방향 전압 인가시에는 우선 n형 영역에 축적된 캐리어가 유출 또는 재결합된 후, 공핍층이 확대되기 시작한다. 즉, 오프 상태로 되기 전에 이 캐리어의 유출 또는 재결합을 위한 시간(역회복시간: Trr)이 발생하고, 이 시간은 고속 동작을 방해하는 요인이 된다.However, the parasitic pn junction diode Dpn has a high forward voltage VF of about 0.6V, which acts as a factor of preventing high-speed switching operation and low power consumption. In the case of the pn junction diode, a carrier (hole) is injected from the p-type region to the n-type region when the forward voltage is applied (on state). When the reverse voltage is applied, first, carriers accumulated in the n-type region are discharged or recombined, and then the depletion layer starts to expand. In other words, a time (reverse recovery time: Trr) for the outflow or recombination of this carrier occurs before it is turned off, and this time becomes a factor that hinders high-speed operation.
다르게 설명하면, 모터 드라이브와 같이 고속 스위칭 동작을 그다지 요구하지 않는 응용 분야에서는 FRD로서 기생 pn 접합 다이오드 Dpn을 이용할 수 있지만, 고속 동작이 요구되는 경우에는 부적당하다.In other words, the parasitic pn junction diode Dpn may be used as the FRD in applications that do not require high speed switching operation such as a motor drive, but are not suitable when high speed operation is required.
따라서, 도 1b에 도시된 바와 같이 통상의 MOSFET에 외부 쇼트키 배리어 다이오드를 연결하여 사용하는 경우가 많다. 이와 같이 함으로써, MOSFET의 소스(S)-드레인(D) 사이에는 기생 pn 접합 다이오드 Dpn과, 외부 쇼트키 배리어 다이오드 Dsbd가 병렬로 연결된 형태를 한다.Therefore, as illustrated in FIG. 1B, an external Schottky barrier diode is often used in connection with a conventional MOSFET. In this manner, the parasitic pn junction diode Dpn and the external Schottky barrier diode Dsbd are connected in parallel between the source S and the drain D of the MOSFET.
pn 접합 다이오드의 순방향 상승 전압 VF는 대략 0.6V정도이고, 쇼트키 배리어 다이오드의 순방향 상승 전압 VF는 대략 0.4V 정도이다. 따라서, 쇼트키 배리어 다이오드 Dsbd가 먼저 동작한다. 즉, 쇼트키 배리어 다이오드 Dsbd를 MOSFET 외부에 연결함으로써 순방향 전압 VF를 저감할 수 있다. 또한 캐리어가 축적되지도 않으므로, 역회복 시간 Trr을 저감할 수 있다. The forward rise voltage VF of the pn junction diode is about 0.6V, and the forward rise voltage VF of the Schottky barrier diode is about 0.4V. Thus, the Schottky barrier diode Dsbd operates first. That is, the forward voltage VF can be reduced by connecting the Schottky barrier diode Dsbd to the outside of the MOSFET. In addition, since carriers are not accumulated, the reverse recovery time Trr can be reduced.
그러나, 이러한 외부 부착 쇼트키 배리어 다이오드 Dsbd를 이용하면, 부품 개수가 증가하여 저비용 및 소형화에는 한계가 있다.However, when such an externally attached Schottky barrier diode Dsbd is used, there is a limit in the number of parts and the low cost and miniaturization.
본 발명의 해결하고자 하는 기술적 과제는 RFP 구조를 이용하여 얕은 접합을 통해 온 저항을 낮추면서도 브레이크 다운 전압을 높이고, MOSFET 채널 영역의 손 실없이 쇼트키 배리어 다이오드를 내장함으로써, 순방압 전압 VF 및 역회복 시간 Trr을 감소시킬 수 있는 쇼트키 배리어 다이오드 내장 트렌치 MOSFET 및 그 제조 방법을 제공하는데 있다.The technical problem to be solved by the present invention is to increase the breakdown voltage while lowering the on-resistance through the shallow junction using the RFP structure, and by embedding a Schottky barrier diode without loss of the MOSFET channel region, the forward voltage VF and reverse The present invention provides a trench MOSFET with a Schottky barrier diode capable of reducing recovery time Trr and a method of manufacturing the same.
본 발명에 따른 쇼트키 배리어 다이오드 내장 트렌치 MOSFET는 게이트 트렌치와, 상기 게이트 트렌치로부터 이격되어 형성된 RFP 트렌치를 갖는 반도체 기판; 상기 게이트 트렌치에 형성된 게이트 절연막과, 상기 게이트 절연막에 형성된 게이트 폴리 실리콘을 갖는 게이트 영역; 및, 상기 RFP 트렌치에 형성된 RFP 절연막과, 상기 RFP 절연막에 형성된 RFP 폴리 실리콘을 갖는 RFP 영역을 포함하고, 상기 RFP 영역중 상기 RFP 트렌치에는 배리어 메탈이 증착되고, 상기 배리어 메탈은 상기 반도체 기판과 쇼트키 접합되어, 쇼트키 배리어 다이오드를 형성함을 특징으로 한다.According to the present invention, a Schottky barrier diode-embedded trench MOSFET may include a semiconductor substrate having a gate trench and an RFP trench formed to be spaced apart from the gate trench; A gate region having a gate insulating film formed in the gate trench and a gate polysilicon formed in the gate insulating film; And an RFP region having an RFP insulating film formed in the RFP trench and an RFP polysilicon formed in the RFP insulating film, wherein a barrier metal is deposited on the RFP trench in the RFP region, and the barrier metal is shorted with the semiconductor substrate. And key bonded to form a Schottky barrier diode.
상기 배리어 메탈은 상기 반도체 기판과 함께 실리사이드를 형성할 수 있다.The barrier metal may form silicide together with the semiconductor substrate.
상기 배리어 메탈에는 소스 메탈이 증착될 수 있다.A source metal may be deposited on the barrier metal.
상기 반도체 기판은 N+형 기판; 상기 N+형 기판 위에 형성된 N형 에피텍셜층; 상기 N형 에피텍셜층 위에 형성된 p형 바디 영역; 및, 상기 p형 바디 영역 위에 형성된 n+형 소스 영역을 포함하여 이루어질 수 있다.The semiconductor substrate may be an N + type substrate; An N-type epitaxial layer formed on the N + type substrate; A p-type body region formed on the N-type epitaxial layer; And an n + type source region formed on the p type body region.
상기 배리어 메탈은 상기 N형 에피텍셜층과 쇼트키 접합될 수 있다.The barrier metal may be schottky bonded to the N-type epitaxial layer.
상기 배리어 메탈은 상기 n+형 소스 영역과 오믹 접합될 수 있다.The barrier metal may be ohmic bonded to the n + type source region.
상기 p형 바디 영역에는 상기 배리어 메탈과 오믹 접합되는 p+형 영역이 더 형성될 수 있다.A p + type region may be further formed in the p type body region to be ohmic bonded to the barrier metal.
상기 게이트 트렌치와 상기 RFP 트렌치는 동일한 깊이로 형성될 수 있다.The gate trench and the RFP trench may be formed to have the same depth.
상기 RFP 트렌치가 상기 게이트 트렌치의 깊이보다 더 깊게 형성될 수 있다.The RFP trench may be formed deeper than the depth of the gate trench.
상기 RFP 폴리 실리콘은 상기 게이트 폴리 실리콘보다 더 낮은 위치에 형성될 수 있다.The RFP polysilicon may be formed at a lower position than the gate polysilicon.
상기 RFP 절연막과 상기 RFP 폴리 실리콘의 상면은 동일면일 수 있다.An upper surface of the RFP insulating film and the RFP polysilicon may be the same surface.
상기 반도체 기판의 하면에는 드레인 메탈이 더 형성될 수 있다.A drain metal may be further formed on the bottom surface of the semiconductor substrate.
상기 게이트 폴리 실리콘과 상기 배리어 메탈 사이에는 층간 절연막이 더 형성될 수 있다.An interlayer insulating layer may be further formed between the gate polysilicon and the barrier metal.
본 발명에 따른 쇼트키 배리어 다이오드 내장 트렌치 MOSFET의 제조 방법은 저농도의 N형 에피텍셜층을 갖는 반도체 기판에 게이트 트렌치 및 RFP 트렌치를 형성하는 단계; 상기 게이트 트렌치에 게이트 절연막 및 게이트 폴리 실리콘을 형성하고, 상기 RFP 트렌치에 RFP 절연막 및 RFP 폴리 실리콘을 형성하는 단계; 상기 N형 에피텍셜층에 p형 바디 영역 및 n+형 소스 영역을 형성하는 단계; 및, 상기 RFP 트렌치에 배리어 메탈을 증착하되, 상기 배리어 메탈이 상기 N형 에피텍셜층에 쇼트키 접합되도록 함으로써, 상기 배리어 메탈과 상기 N형 에피텍셜층이 쇼트키 다이오드가 되도록 하는 단계를 포함한다.A method of manufacturing a Schottky barrier diode-embedded trench MOSFET according to the present invention includes forming a gate trench and an RFP trench in a semiconductor substrate having a low concentration of an N-type epitaxial layer; Forming a gate insulating film and a gate polysilicon in the gate trench and forming an RFP insulating film and an RFP polysilicon in the RFP trench; Forming a p-type body region and an n + -type source region in the N-type epitaxial layer; And depositing a barrier metal in the RFP trench, and allowing the barrier metal to be Schottky bonded to the N-type epitaxial layer, such that the barrier metal and the N-type epitaxial layer are Schottky diodes. .
본 발명에 따른 트렌치 MOSFET은 쇼트키 배리어 다이오드가 내장됨으로써, 저비용 및 간단한 구조로 순방압 전압 VF 및 역회복 시간 Trr이 감소되고, 스위칭 속도가 향상된다.The trench MOSFET according to the present invention has a built-in Schottky barrier diode, thereby reducing the forward voltage VF and reverse recovery time Trr with a low cost and simple structure, and improves the switching speed.
또한, 본 발명에 따른 트렌치 MOSFET은 RFP(Recessed Field Plate) 구조를 이용함으로써, Rds(on), Qg 및 Qgd 등을 감소시킬 수 있다.In addition, the trench MOSFET according to the present invention can reduce Rds (on), Qg and Qgd by using a recessed field plate (RFP) structure.
이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art may easily implement the present invention.
도 2a 및 도 2b는 본 발명에 따른 쇼트키 배리어 다이오드 내장 트렌치 MOSFET을 도시한 단면도이다.2A and 2B are cross-sectional views illustrating a trench MOSFET with a Schottky barrier diode according to the present invention.
도 2a에 도시된 바와 같이 본 발명의 일실시예에 따른 트렌치 MOSFET(100)는 반도체 기판(110), 게이트 영역(120), RFP 영역(130)을 포함한다.As illustrated in FIG. 2A, the
상기 반도체 기판(110)은 고농도의 N+형 기판(111) 및 상기 N+형 기판(111) 위에 일정 두께로 성장된 저농도의 N형 에피텍셜층(112)을 포함한다. 또한, 상기 반도체 기판(110)에는 상부에서 하부를 향하여 일정 깊이로 형성된 게이트 트렌치(113) 및 RFP 트렌치(114)를 포함한다. 여기서, 상기 게이트 트렌치(113) 및 상기 RFP 트렌치(114)는 서로 일정 거리 이격되어 있다. 또한, 상기 게이트 트렌치(113)를 중심으로 양측에 RFP 트렌치(114)가 위치되어 있다. 물론, 상기 게이트 트렌치(113) 및 상기 RFP 트렌치(114)는 일정 깊이로 상기 N형 에피텍셜층(112)에 형성되어 있다. 또한, 상기 게이트 트렌치(113) 및 상기 RFP 트렌치(114)는 동일한 프로세싱 단계에서 형성되고, 따라서 셀프 얼라인(self align)된다. 이에 따라, 상기 게이트 트렌치(113)와 양측의 RFP 트렌치(114) 사이의 이격 거리가 거의 같거나 동일하다. 물론, 이에 따라 상기 게이트 트렌치(113)와 상기 RFP 트렌치(114) 사이의 영역(즉, 메사(mesa)) 폭도 거의 같거나 동일하다. 더불어, 상기 게이트 트렌치(113)의 깊이 및 상기 RFP 트렌치(114)의 깊이도 거의 같거나 동일하다.The
상기 게이트 트렌치(113)와 상기 RFP 트렌치(114) 사이의 영역, 즉, 메사(mesa)에는 저농도의 p형 바디 영역(115)과 고농도의 n+형 소스 영역(116)이 형성되어 있다. 또한, 상기 RFP 트렌치(114)와 p형 바디 영역(115) 사이에는 고농도의 p+형 영역(117)(여기서, P+형 영역은 가드링 역할을 함)이 더 형성되어 있다. 상기 고농도의 n+형 소스 영역(116) 및 상기 고농도의 p+형 영역(117)은 하기할 소스 메탈(160)과 오믹 컨택을 형성한다. 더불어, 상기 저농도의 N형 에피텍셜층(112)은 소스 메탈(160)과 쇼트키 컨택을 형성한다. 더불어, 상기 p형 바디 영역(115) 및 상기 p+형 영역(117)의 하부인 N형 에피텍셜층(112)에는 저농도의 n형 드레인-드리프트 영역(118)이 형성된다. 즉, 상기 게이트 트렌치(113)와 상기 RFP 트렌치(114) 사이에 n형 드레인-드리프트 영역(118)이 형성된다. 물론, 상기 N형 에피텍셜층(112) 내의 드레인-드리프트 영역(118)과 N+형 기판(111)은 함께 MOSFET(100)의 드레인을 형성한다.A low concentration p-
이와 같이 하여, 본 발명에 따른 MOSFET(100)는 바디-드레인 접합 영역에 리버스 바이어스가 인가되었을 때, 전기장의 세기가 약해지고, 이에 따라 상기 두개의 RFP 트렌치(114) 사이에서 공핍 영역이 확장되어 결국 브레이크 다운 전압이 증가한다.In this way, the
상기 게이트 영역(120)은 게이트 절연막(121) 및 게이트 폴리 실리콘(122)을 포함한다. 상기 게이트 절연막(121)은 게이트 트렌치(113)의 바닥에 상대적으로 두껍게 형성된 제1영역(121a)과, 상기 게이트 트렌치(113)의 측벽에 상대적으로 얇게 형성된 제2영역(121b)을 포함한다. 상기 게이트 절연막(121)은 예를 들면 실리콘 산화막일 수 있다. 상기 제1영역(121a)은 하기할 RFP 폴리 실리콘(132)의 두께보다 대략 상대적으로 두껍게 형성되어 있다. 또한, 상기 게이트 폴리 실리콘(122)은 상기 제1영역(121a) 위의 제2영역(121b)에 형성되어 있다. 상기 게이트 폴리 실리콘(122)은 물론 도시되지 않은 게이트 메탈과 전기적으로 연결된다. 더불어, 상기 게이트 폴리 실리콘(122)에는 예를 들면 n형 또는 p형 불순물이 도핑될 수 있다. 이와 같이 하여 p형 바디 영역(115)과 게이트 폴리 실리콘(122) 사이에는 게이트 절연막(121)인 상대적으로 얇은 제2영역(121b)이 개재된 형태를 한다. 따라서, MOSFET(100)의 동작시 채널은 상기 p형 바디 영역(115)에 형성된다. 상기 채널은 도면에서 수직 점선으로 표시되어 있다. 도면에서 수평 점선의 상부 영역은 드레인-드리프트 영역을 의미한다.The
이와 같이 하여 채널은 상대적으로 짧은 거리를 갖는다. 즉, 본 발명에 따른 MOSFET(100)은 쇼트 채널을 갖는다. 따라서, 본 발명에 따른 MOSFET(100)은 Ron뿐만 아니라, 게이트-소스 용량(Cgs), 게이트-드레인 용량(Cgd) 역시 감소한다. In this way the channels have a relatively short distance. That is, the
한편, 상기 제2영역(121b) 및 상기 게이트 폴리 실리콘(122) 위에는 층간 절연막(140)이 형성되어 있다. 따라서, 상기 게이트 폴리 실리콘(122)과 소스 메탈(160)은 상호간 쇼트되지 않는다.An interlayer insulating
상기 RFP 영역(130)은 RFP 절연막(131) 및 RFP 폴리 실리콘(132)을 포함한 다. 상기 RFP 절연막(131)은 RFP 트렌치(114)의 바닥에 상대적으로 얇게 형성되어 있다. 상기 RFP 절연막(131)은 예를 들면 실리콘 산화막일 수 있다. 또한, 상기 RFP 폴리 실리콘(132)은 상기 RFP 절연막(131)에 형성되어 있다. 여기서, 상기 RFP 절연막(131) 및 상기 RFP 폴리 실리콘(132)은 상기 게이트 폴리 실리콘(122)의 형성 위치보다 상대적으로 더 낮은 위치에 형성되어 있다. 더불어, 상기 RFP 폴리 실리콘(132)에는 p형 또는 n형 불순물이 도핑될 수 있다.The
한편, 상대적으로 얇은 배리어 메탈(150)이 상기 RFP 절연막(131), 상기 RFP 폴리 실리콘(132) 및 상기 RFP 트렌치(114)의 측벽을 따라 형성되어 있다. 즉, 상기 배리어 메탈(150)은 저농도의 N형 에피텍셜층(112), 고농도의 n+형 소스 영역(116) 및 고농도의 p+형 영역(117)에 형성되어 있다. 실질적으로, 상기 배리어 메탈(150)과 상기 저농도의 N형 에피텍셜층(112)은 상호간 쇼트키 컨택을 이루며, 또한 실리사이드를 이룬다. 더불어, 실질적으로 상기 배리어 메탈(150)과 상기 고농도의 n+형 소스 영역(116), 상기 배리어 메탈(150)과 상기 고농도의 p+형 영역(117)은 오믹 컨택을 이루며, 또한 실리사이드를 이룬다.Meanwhile, a relatively
이와 같이 하여, 본 발명에 따른 MOSFET(100)은 상기 배리어 메탈(150)이 실질적으로 저농도의 N형 에피텍셜층(112)에 쇼트키 컨택됨으로써, 상기 컨택 영역에 쇼트키 배리어 다이오드(SBD)가 자연스럽게 형성된다. 즉, 상기 배리어 메탈(150)은 쇼트키 메탈층 역할을 한다. 여기서, 상기 배리어 메탈(150)과 게이트 폴리 실리콘(122)은 층간 절연막(140)에 의해 전기적으로 분리되어 있다. 물론, p형 바디 영역(115)과 N형 에피텍셜층(112), p+형 영역(117)과 N형 에피텍셜층(112)은 pn 접 합 다이오드를 이룬다. 따라서, 본 발명에 따른 MOSFET(100)는 pn 접합 다이오드뿐만 아니라 쇼트키 배리어 다이오드(SBD)를 내장하게 된다. 여기서 상기 배리어 메탈(150)은 예를 들면 Mo, Ti, Pt, W, Ni 일 수 있으나, 이러한 재질로 본 발명을 한정하는 것은 아니다.In this way, in the
상대적으로 두꺼운 소스 메탈(160)이 상기 RFP 트렌치(114)에 증착된 동시에, 반도체 기판(110)의 대략 상부 영역을 덮는다. 즉, 상기 소스 메탈(160)이 상기 배리어 메탈(150) 위에 형성된다. 일례로 상기 소스 메탈(160)은 알루미늄일 수 있다. 이러한 소스 메탈(160)은 쇼트키 배리어 다이오드(SBD)의 애노드 역할을 한다.A relatively
상기 N+형 기판(111)의 하면에는 드레인 메탈(170)이 형성되어 있다. 상기 드레인 메탈(170)은 통상의 Ti, Ba, Ni, Au, Ag일 수 있으나, 이러한 재질로 본 발명을 한정하는 것은 아니다.A
이와 같이 하여 본 발명에 따른 트렌치 MOSFET(100)는 RFP 구조를 가짐으로써, 브레이크 다운 전압을 증가시키는 동시에, 쇼트키 배리어 다이오드(SBD)를 내장함으로써, 순방압 전압 VF 및 역회복 시간 Trr을 감소시킬 수 있다. 물론, 본 발명에 따른 트렌치 MOSFET(100)는 RFP(Recessed Field Plate) 구조를 가짐으로써, Rds(on), Qg 및 Qgd 등을 감소시킬 수 있다.In this manner, the
한편, 도 2b에 도시된 바와 같이 본 발명의 다른 실시예에 따른 트렌치 MOSFET(200)는 RFP 트렌치(114)의 깊이가 게이트 트렌치(113)의 깊이보다 상대적으로 더 깊게 형성될 수 있다. 이와 같이 하여, RFP 영역(130)이 더 깊게 형성됨으 로써, 브레이크 다운 전압이 더욱 증가한다. 또한, RFP 영역(130)이 더 깊게 형성됨으로써, 쇼트키 배리어 다이오드(SBD)의 면적을 더 증가시킬 수 있다. 즉, 쇼트키 배리어 다이오드(SBD) 면적이 증가함으로써, 전류 능력이 더욱 향상된다.Meanwhile, as illustrated in FIG. 2B, the
더불어, 도 2a 및 도 2b에서는, n+형 소스 영역(116)의 상면 및 측면이 동시에 배리어 메탈(150)에 접촉된 것으로 도시되어 있으나, 상기 n+형 소스 영역(116)중 측면만이 상기 배리어 메탈(150)에 접촉될 수도 있다.2A and 2B, although the top and side surfaces of the n +
도 3은 본 발명에 따른 쇼트키 배리어 다이오드 내장 트렌치 MOSFET의 제조 방법을 도시한 순서도이다.3 is a flowchart illustrating a method of manufacturing a trench MOSFET with a Schottky barrier diode according to the present invention.
도 3에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 트렌치 MOSFET(100) 제조 방법은 마스크 형성 단계(S1), 마스크 패터닝 단계(S2), 게이트 트렌치 및 RFP 트렌치 일괄 형성 단계(S3), 절연막 일괄 증착 단계(S4), RFP 트렌치의 절연막 풀 에치 단계(S5), 게이트 트렌치의 절연막 부분 에치 단계(S6), 게이트 절연막 형성 단계(S7), 폴리 실리콘 증착 및 에치 백 단계(S8), p형 바디 영역 형성 단계(S9), n+형 소스 영역 형성 단계(S10), 층간 절연막 형성 단계(S11), 1차 컨택홀 형성 단계(S12), p+형 영역 형성 단계(S13), 2차 컨택홀 형성 단계(S14), 배리어 메탈 증착 및 실리 사이드 형성 단계(S15), 소스 메탈 및 드레인 메탈 형성 단계(S16)를 포함한다.As shown in FIG. 3, a method of manufacturing a
도 4a 내지 도 4p는 본 발명에 따른 쇼트키 배리어 다이오드 내장 트렌치 MOSFET의 제조 방법을 도시한 순차 단면도이다. 도 3을 함께 참조하여, 본 발명에 따른 트렌치 MOSFET의 제조 방법을 설명한다.4A through 4P are sequential cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a trench MOSFET with a Schottky barrier diode according to the present invention. Referring to FIG. 3 together, a method of manufacturing a trench MOSFET according to the present invention will be described.
도 4a에 도시된 바와 같이, 상기 마스크 형성 단계(S1)에서는, 고농도 N+형 기판(111)과, 상기 N+형 기판(111)에 형성된 저농도 N형 에피텍셜층(112)으로 이루어진 반도체 기판(110) 위에 마스크(119)를 형성한다. 상기 마스크(119)는 통상의 실리콘 산화막 및 실리콘 질화막으로 이루어질 수 있으나, 이러한 종류로 본 발명을 한정하는 것은 아니다.As shown in FIG. 4A, in the mask forming step S1, the
도 4b에 도시된 바와 같이, 상기 마스크 패터닝 단계(S2)에서는, 포토 공정 및 에치 공정을 이용하여 상기 마스크(119)를 소정 패턴으로 패터닝한다. 이와 같이 하여, 마스크 패턴을 통하여 에치될 반도체 기판(110)이 노출된다. 여기서, 상기 에치될 영역은 게이트 트렌치 및 RFP 트렌치이다.As shown in FIG. 4B, in the mask patterning step S2, the
도 4c에 도시된 바와 같이, 상기 게이트 트렌치 및 RFP 트렌치 일괄 형성 단계(S3)에서는, 상기 마스크 패턴을 이용하여 반도체 기판(110)을 일정 깊이로 에치함으로써, 일정 깊이의 게이트 트렌치(113) 및 RFP 트렌치(114)가 일괄적으로 형성되도록 한다. 여기서, 상기 게이트 트렌치(113) 및 상기 RFP 트렌치(114)는 동시에 형성되므로 그 깊이는 거의 같거나 동일하다.As shown in FIG. 4C, in the gate trench and RFP trench batch forming step S3, the
도 4d에 도시된 바와 같이, 상기 절연막 일괄 증착 단계(S4)에서는, 상기 게이트 트렌치(113) 및 상기 RFP 트렌치(114)에 절연막(129')을 증착해 넣는다. 상기 절연막(129')은 통상의 실리콘 산화막일 수 있다.As shown in FIG. 4D, in the insulating film batch deposition step S4, an insulating
도 4e에 도시된 바와 같이, 상기 RFP 트렌치의 절연막 풀 에치 단계(S5)에서 는, 게이트 트렌치(113)를 통상의 포토레지스트(139) 등으로 폐색한 상태에서 RFP 트렌치(114)에 형성된 절연막(129')을 풀 에치한다. 즉, 상기 RFP 트렌치(114)에 존재하는 절연막(129')이 완전히 제거되도록 한다. As shown in FIG. 4E, in the insulating film full etch step S5 of the RFP trench, the insulating film formed in the
도 4f에 도시된 바와 같이, 상기 게이트 트렌치의 절연막 부분 에치 단계(S6)에서는, 상기 포토레지스트(139)를 제거하고, 상기 게이트 트렌치(113)에 존재하는 절연막(121)을 부분적으로 에치한다. 예를 들면, 상기 게이트 트렌치(113)에 존재하는 절연막(121)이 대략 절반 정도만 잔존하도록 하고, 나머지는 모두 제거한다. 여기서, 설명의 편의를 의해 절연막의 도면 부호129'를 121로 변경한다.As shown in FIG. 4F, in the insulating portion partial etching step S6 of the gate trench, the
도 4g에 도시된 바와 같이, 상기 게이트 절연막 형성 단계(S7)에서는, 상기 마스크(119)를 제거하고, 상기 게이트 트렌치(113) 및 상기 RFP 트렌치(114)의 측벽에 일정 두께의 절연막이 형성되도록 한다. 물론, 이러한 절연막은 반도체 기판(110)의 상면 전체에도 균일하게 형성된다. 이와 같이 하여, 상기 게이트 트렌치(113)에는 상대적으로 두꺼운 제1영역(121a)과, 상대적으로 얇은 제2영역(121b)으로 이루어진 절연막(121)이 형성되고, 상기 RFP 트렌치(114)에도 균일한 두께의 절연막(131)이 형성된다.As shown in FIG. 4G, in the gate insulating film forming step S7, the
도 4h에 도시된 바와 같이, 상기 폴리 실리콘 증착 및 에치 백 단계(S8)에서는, 각각 절연막이 형성된 게이트 트렌치(113) 및 RFP 트렌치(114)에 폴리 실리콘을 동시에 증착한다. 여기서, 혼란을 피하기 위해 게이트 트렌치(113)에 형성된 절연막은 게이트 절연막(121)으로, RFP 트렌치(114)에 형성된 절연막은 RFP 절연막(131)으로 칭한다. 또한, 상기 게이트 트렌치(113)에 증착된 폴리 실리콘은 게이 트 폴리 실리콘(122)으로, 상기 RFP 트렌치(114)에 증착된 폴리 실리콘은 RFP 폴리 실리콘(132)으로 칭한다. 물론, 상기 게이트 폴리 실리콘(122) 및 RFP 폴리 실리콘(132)은 모두 n형 또는 p형 불순물로 도핑될 수 있다. As illustrated in FIG. 4H, in the polysilicon deposition and etch back step S8, polysilicon is simultaneously deposited on the
더불어, 상기와 같은 게이트 폴리 실리콘(122) 및 RFP 폴리 실리콘(132)은 일정 깊이 까지 에치 백된다. 따라서, 도 4h에 도시된 바와 같이 게이트 폴리 실리콘(122) 및 상기 RFP 폴리 실리콘(132)은 각각 게이트 트렌치(113) 및 RFP 트렌치(114)의 내측에만 위치된다.In addition, the
도 4i에 도시된 바와 같이, 상기 p형 바디 영역 형성 단계(S9)에서는, 반도체 기판(110)중 N형 에피텍셜층(112) 위에 저농도의 p형 불순물을 이온 주입하여 일정 깊이의 p형 바디 영역(115)이 형성되도록 한다. 여기서, 상기 p형 바디 영역(115)의 깊이는 상기 N형 에피텍셜층(112)의 깊이보다 작은 깊이를 갖도록 한다.As shown in FIG. 4I, in the p-type body region forming step S9, a p-type body having a predetermined depth is ion-implanted with a low concentration of p-type impurities on the N-
도 4j에 도시된 바와 같이, 상기 n+형 소스 영역 형성 단계(S10)에서는, 상기 반도체 기판(110)중 p형 바디 영역(115)에 n형 불순물을 고농도로 이온 주입하여 일정 깊이의 n+형 소스 영역(116)이 형성되도록 한다. 여기서, 상기 n+형 소스 영역(116)의 깊이는 상기 p형 바디 영역(115)의 깊이보다 작은 깊이를 갖도록 한다.As shown in FIG. 4J, in the forming of the n + type source region (S10), an n + type source having a predetermined depth is ion-implanted with a high concentration of n type impurities into the p
도 4k에 도시된 바와 같이, 상기 층간 절연막 형성 단계(S11)에서는, 상기 게이트 절연막(121) 및 상기 게이트 폴리 실리콘(122)을 일정 두께의 층간 절연막(140)으로 덮는다. 상기 층간 절연막(140)은 통상의 실리콘 산화막일 수 있다.As shown in FIG. 4K, in the interlayer insulating film forming step S11, the
도 4l에 도시된 바와 같이, 상기 1차 컨택홀 형성 단계(S12)에서는, 상기 RFP 트렌치(114)에 구비된 RFP 절연막(131) 및 RFP 폴리 실리콘(132)을 부분적으로 에치한다. 즉, RFP 트렌치(114)의 하부에만 RFP 절연막(131) 및 RFP 폴리 실리콘(132)이 잔존하도록 하고, 그 상부에서는 p형 영역(115) 및 n+형 소스 영역(116)이 외부로 노출되도록 한다. As shown in FIG. 4L, in the primary contact hole forming step S12, the
도 4m에 도시된 바와 같이, 상기 p+형 영역 형성 단계(S13)에서는, 상기 RFP 트렌치(114)의 측벽에 고농도의 p형 불순물을 이온 주입하여 일정 폭의 p+형 영역(117)이 형성되도록 한다.As shown in FIG. 4M, in the step of forming the p + type region (S13), a high concentration of p type impurities are implanted into the sidewall of the
도 4n에 도시된 바와 같이, 상기 2차 컨택홀 형성 단계(S14)에서는, 상기 RFP 트렌치(114)에 잔존하는 RFP 절연막(131) 및 RFP 폴리 실리콘(132)을 부분적으로 더 에치한다. 이와 같이 하여, 상기 p+형 영역(117)의 하부에 형성된 N형 에피텍셜층(112)도 일부 영역이 외부로 노출되도록 한다. 아래에서 설명하겠지만 이와 같이 노출된 N형 에피텍셜층(112)은 쇼트키 배리어 다이오드(SBD)를 형성하게 된다.As shown in FIG. 4N, in the secondary contact hole forming step S14, the
도 4o에 도시된 바와 같이, 상기 배리어 메탈 증착 및 실리사이드 형성 단계(S15)에서는, RFP 트렌치(114)를 통해 외부로 노출된 N형 에피텍셜층(112), n+형 소스 영역(116) 및 p+형 영역(117)에 상대적으로 얇은 두께의 배리어 메탈(150)을 증착하고, 이어서 고온의 열 공정을 수행한다. 물론, 이때 배리어 메탈(150)은 RFP 절연막(131) 및 RFP 폴리 실리콘(132)을 포함하여 층간 절연막(140)에도 형성된다. As shown in FIG. 4O, in the barrier metal deposition and silicide formation step S15, the N-
또한, 상기 열공정에 의해 상기 N형 에피텍셜층(112), 상기 n+형 소스 영역(116) 및 상기 p+형 영역(117)에 실리사이드가 형성된다. 더불어, 상기 열 공정 에 의해 상기 배리어 메탈(150)과 상기 N형 에피텍셜층(112) 사이에는 쇼트키 접합층이 형성되고, 상기 배리어 메탈(150)과 상기 n+형 소스 영역(116) 상기 p+형 영역(117)에는 오믹 접합층이 형성된다. 이와 같이 하여, 상기 배리어 메탈(150)과 N형 에피텍셜층(112) 사이에는 자연스럽게 쇼트키 배리어 다이오드(SBD)가 형성된다.In addition, silicide is formed in the N-
도 4p에 도시된 바와 같이, 상기 소스 메탈 및 드레인 메탈 형성 단계(S16)에서는, 상기 RFP 트렌치(114) 및 그 상부 영역을 모두 소스 메탈(160)로 덮는다. 즉, 배리어 메탈(150)의 표면에 소스 메탈(160)을 형성한다. 더불어, 상기와 같은 소스 메탈(160)의 형성 후에는 반도체 기판(110)의 하면에 드레인 메탈(170)을 더 형성한다. 더불어, 도시되어 있지는 않지만 상기 게이트 폴리 실리콘(122)에 연결된 게이트 메탈도 형성한다.As shown in FIG. 4P, in the source metal and drain metal forming step (S16), both the
이와 같이 하여 본 발명에 따른 트렌치 MOSFET(100)는 RFP 구조를 가짐으로써, 브레이크 다운 전압을 증가시키는 동시에, 쇼트키 배리어 다이오드(SBD)를 내장함으로써, 순방압 전압 VF 및 역회복 시간 Trr을 감소시킬 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 트렌치 MOSFET(100)는 부품 개수를 감소시키고 저비용 및 소형화를 구현할 수 있다. In this manner, the
이상에서 설명한 것은 본 발명에 따른 쇼트키 배리어 다이오드 내장 트렌치 MOSFET 및 그 제조 방법을 실시하기 위한 하나의 실시예에 불과한 것으로서, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 않고, 이하의 특허청구범위에서 청구하는 바와 같이 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 정신이 있다고 할 것이다.What has been described above is only one embodiment for implementing the Schottky barrier diode-embedded trench MOSFET according to the present invention and a method of manufacturing the same, and the present invention is not limited to the above-described embodiment, and is claimed in the following claims. As will be apparent to those skilled in the art to which the present invention pertains without departing from the gist of the present invention, the technical spirit of the present invention will be described to the extent that various modifications can be made.
도 1a는 통상의 기생 다이오드를 갖는 MOSFET를 도시한 것이고, 도 1b는 추가적으로 쇼트키 배리어 다이오드를 연결한 MOSFET를 도시한 것이다.FIG. 1A shows a MOSFET with a conventional parasitic diode, and FIG. 1B further shows a MOSFET coupled to a Schottky barrier diode.
도 2a 및 도 2b는 본 발명에 따른 쇼트키 배리어 다이오드 내장 트렌치 MOSFET을 도시한 단면도이다.2A and 2B are cross-sectional views illustrating a trench MOSFET with a Schottky barrier diode according to the present invention.
도 3은 본 발명에 따른 쇼트키 배리어 다이오드 내장 트렌치 MOSFET의 제조 방법을 도시한 순서도이다.3 is a flowchart illustrating a method of manufacturing a trench MOSFET with a Schottky barrier diode according to the present invention.
도 4a 내지 도 4p은 본 발명에 따른 쇼트키 배리어 다이오드 내장 트렌치 MOSFET의 제조 방법을 도시한 순차 단면도이다.4A to 4P are sequential cross-sectional views showing a method of manufacturing a trench MOSFET with a Schottky barrier diode according to the present invention.
< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ><Description of Symbols for Main Parts of Drawings>
100,200; 본 발명에 따른 트렌치 MOSFET100,200; Trench MOSFET according to the present invention
110; 반도체 기판 111; N+형 기판110;
112; N형 에피텍셜층 113; 게이트 트렌치112; N-
114; RFP 트렌치 115; p형 바디 영역114;
116; n+형 소스 영역 117; p+형 영역(가드링)116; n +
118; 드레인-드리프트 영역 120; 게이트 영역118; Drain-
121; 게이트 절연막 121a; 제1영역121; A
121b; 제2영역 122; 게이트 폴리 실리콘121b;
130; RFP 영역 131; RFP 절연막130;
132; RFP 폴리 실리콘 140; 층간 절연막132;
150; 배리어 메탈 160; 소스 메탈150;
170; 드레인 메탈 SBD: 쇼트키 배리어 다이오드170; Drain Metal SBDs: Schottky Barrier Diodes
119; 마스크 129'; 절연막119; Mask 129 '; Insulating film
139; 포토레지스트139; Photoresist
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