KR20110128419A - Power semiconductor device with trench gate structure - Google Patents

Power semiconductor device with trench gate structure Download PDF

Info

Publication number
KR20110128419A
KR20110128419A KR1020100047854A KR20100047854A KR20110128419A KR 20110128419 A KR20110128419 A KR 20110128419A KR 1020100047854 A KR1020100047854 A KR 1020100047854A KR 20100047854 A KR20100047854 A KR 20100047854A KR 20110128419 A KR20110128419 A KR 20110128419A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
region
semiconductor device
power semiconductor
pillar
trench
Prior art date
Application number
KR1020100047854A
Other languages
Korean (ko)
Other versions
KR101127501B1 (en
Inventor
오광훈
Original Assignee
(주) 트리노테크놀로지
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by (주) 트리노테크놀로지 filed Critical (주) 트리노테크놀로지
Priority to KR1020100047854A priority Critical patent/KR101127501B1/en
Publication of KR20110128419A publication Critical patent/KR20110128419A/en
Application granted granted Critical
Publication of KR101127501B1 publication Critical patent/KR101127501B1/en

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66007Multistep manufacturing processes
    • H01L29/66075Multistep manufacturing processes of devices having semiconductor bodies comprising group 14 or group 13/15 materials
    • H01L29/66227Multistep manufacturing processes of devices having semiconductor bodies comprising group 14 or group 13/15 materials the devices being controllable only by the electric current supplied or the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched, e.g. three-terminal devices
    • H01L29/66234Bipolar junction transistors [BJT]
    • H01L29/66325Bipolar junction transistors [BJT] controlled by field-effect, e.g. insulated gate bipolar transistors [IGBT]
    • H01L29/66333Vertical insulated gate bipolar transistors
    • H01L29/66348Vertical insulated gate bipolar transistors with a recessed gate
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/40Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/41Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape, relative sizes or dispositions
    • H01L29/423Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape, relative sizes or dispositions not carrying the current to be rectified, amplified or switched
    • H01L29/42312Gate electrodes for field effect devices
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/68Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by only the electric current supplied, or only the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched
    • H01L29/70Bipolar devices
    • H01L29/72Transistor-type devices, i.e. able to continuously respond to applied control signals
    • H01L29/739Transistor-type devices, i.e. able to continuously respond to applied control signals controlled by field-effect, e.g. bipolar static induction transistors [BSIT]
    • H01L29/7393Insulated gate bipolar mode transistors, i.e. IGBT; IGT; COMFET
    • H01L29/7395Vertical transistors, e.g. vertical IGBT
    • H01L29/7396Vertical transistors, e.g. vertical IGBT with a non planar surface, e.g. with a non planar gate or with a trench or recess or pillar in the surface of the emitter, base or collector region for improving current density or short circuiting the emitter and base regions
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/68Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by only the electric current supplied, or only the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched
    • H01L29/76Unipolar devices, e.g. field effect transistors
    • H01L29/772Field effect transistors
    • H01L29/78Field effect transistors with field effect produced by an insulated gate
    • H01L29/7801DMOS transistors, i.e. MISFETs with a channel accommodating body or base region adjoining a drain drift region
    • H01L29/7802Vertical DMOS transistors, i.e. VDMOS transistors
    • H01L29/7813Vertical DMOS transistors, i.e. VDMOS transistors with trench gate electrode, e.g. UMOS transistors

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Electrodes Of Semiconductors (AREA)

Abstract

PURPOSE: A power semiconductor device with a trench gate structure is provided to improve the strength of the power semiconductor device by preventing parasitic bipolar transistor element from being turned on in an UIS(Unclamped Inductive Load) mode. CONSTITUTION: A power semiconductor device of a trench gate structure includes an active cell and a pillar area(320). A P pillar is formed in the pillar area and is horizontally divided by the active cell and the trench structure. An active cell includes a P type conductive base area, an N+ source area, and a trench structure. The N+ source area is formed on the upper side of the base area. A trench structure(210) is formed on the base area and the source area and includes a gate electrode(160).

Description

트렌치 게이트 구조를 가지는 전력 반도체 소자{Power semiconductor device with trench gate structure}Power semiconductor device with trench gate structure

본 발명은 전력 반도체 소자에 관한 것으로, 특히 트렌치 게이트 구조를 가지는 전력 반도체 소자에 관한 것이다.
The present invention relates to a power semiconductor device, and more particularly to a power semiconductor device having a trench gate structure.

전력전자분야에서 반도체 소자는 중요한 요소로서, 반도체 소자는 자동차 응용분야뿐 아니라 다양한 산업 분야의 다양한 요구(예를 들어, 높은 절연 전압, 낮은 도통 손실, 스위칭 속도, 낮은 스위칭 손실 등)에 충족되도록 개발되고 있다. 예를 들어, 절연게이트 바이폴라 트랜지스터(IGBT), 전력용 금속-산화물-반도체 전계효과트랜지스터(전력용 MOSFET) 및 여러 형태의 사이리스터를 포함하는 반도체 소자는 이와 같은 요구에 따라 계속적으로 발달하고 있다.Semiconductor devices are an important element in power electronics, which are developed to meet the needs of a wide range of industries, including automotive applications as well as high isolation voltages, low conduction losses, switching speeds, and low switching losses. It is becoming. For example, semiconductor devices including insulated gate bipolar transistors (IGBTs), power metal-oxide-semiconductor field effect transistors (power MOSFETs), and various types of thyristors continue to develop in response to such demands.

일반적으로, 전력전자분야에서 이용되는 전력용 MOSFET은 두 개의 대향하는 평면에 전극이 배열되는 구조를 갖는다. 즉, 반도체 바디의 전면과 배면에 각각 소스(source) 전극과 드레인(drain) 전극이 배치되며, 소스 금속 전극에 인접한 반도체 바디의 전면 상에 게이트(gate) 절연막과 게이트 전극이 형성된다.In general, power MOSFETs used in the field of power electronics have a structure in which electrodes are arranged in two opposing planes. That is, a source electrode and a drain electrode are disposed on the front and rear surfaces of the semiconductor body, respectively, and a gate insulating film and a gate electrode are formed on the front surface of the semiconductor body adjacent to the source metal electrode.

이러한 반도체 소자는 온(on) 상태에서 수직 방향으로 반도체 소자 내에 전류(drift current)가 흐르고, 오프(off) 상태에서 반도체 소자에 인가되는 역 바이어스 전압으로 인해 반도체 소자 내에 공핍 영역(depletion regions)이 수직 및 수평 방향으로 확장되어 형성된다. Such a semiconductor device has a current flowing in the semiconductor device in a vertical direction in an on state and depletion regions in the semiconductor device due to a reverse bias voltage applied to the semiconductor device in an off state. It is formed extending in the vertical and horizontal directions.

높은 항복 전압(breakdown voltage)을 가지도록 하기 위해서는 전술한 전극들 사이의 거리가 증가되어야 하고, 이를 위해 드리프트층의 비저항과 두께가 증가된다. 그러나, 이는 반도체 소자의 온-저항(on-resistance)을 증가시켜 도전성이 감소되어 반도체 소자의 성능이 저하되는 결과가 된다. 전력 반도체 소자의 중요한 특성 지표가 항복 전압과 도통시의 온-저항이지만, 전술한 바와 같이 항복 전압과 도통시의 온-저항은 트레이드 오프(trade off) 관계를 가진다.In order to have a high breakdown voltage, the distance between the aforementioned electrodes must be increased, and for this purpose, the resistivity and thickness of the drift layer are increased. However, this results in an increase in on-resistance of the semiconductor device, thereby reducing conductivity, resulting in a decrease in performance of the semiconductor device. Although an important characteristic index of the power semiconductor device is breakdown voltage and on-resistance during conduction, as described above, breakdown voltage and on-resistance during conduction have a trade off relationship.

이러한 문제점을 해결하기 위하여, 수직 방향으로 연장되고 번갈아 배치되는 N 영역들(N 필러(pillar)) 및 P 영역들(P 필러)이 포함된 드리프트 영역을 포함하는 초접합(super junction) 반도체 소자가 제안되었다. 초접합 반도체 소자는 교번적으로 배치되는 N 필러와 P 필러간의 전하 균형(Charge balance)에 의해 반도체 소자에 역방향 전압이 인가되면 완전한(fully) 공핍 영역을 형성하여 동일한 항복 전압을 얻기 위해 필요한 PN 접합의 농도를 더욱 높게 할 수 있게 되어 결과적으로 온 저항을 감소시킬 수 있다.In order to solve this problem, a super junction semiconductor device including a drift region including N regions (N pillars) and P regions (P pillars) extending and alternately arranged in a vertical direction is provided. Proposed. A superjunction semiconductor device is a PN junction required to obtain the same breakdown voltage by forming a fully depleted region when a reverse voltage is applied to the semiconductor device by a charge balance between alternating N-fillers and P-pillars. The concentration of can be made higher, and as a result, the on resistance can be reduced.

그러나, 종래의 초접합 반도체 소자는 UIS(Unclamped Inductive Load) 모드 발생시 P 필러를 통해 어밸런치(avalanche) 전류가 집중적으로 흐르게 되어 기생 바이폴라 트랜지스터 성분이 턴 온되어 반도체 소자가 쉽게 파괴(fail)될 수 있는 문제점이 있었다.However, in the conventional superjunction semiconductor device, when an unclamped inductive load (UIS) mode occurs, an avalanche current flows intensively through a P-pillar, and parasitic bipolar transistor components are turned on so that the semiconductor device can be easily failed. There was a problem.

전술한 배경기술은 발명자가 본 발명의 도출을 위해 보유하고 있었거나, 본 발명의 도출 과정에서 습득한 기술 정보로서, 반드시 본 발명의 출원 전에 일반 공중에게 공개된 공지기술이라 할 수는 없다.
The above-described background technology is technical information that the inventor holds for the derivation of the present invention or acquired in the process of deriving the present invention, and can not necessarily be a known technology disclosed to the general public prior to the filing of the present invention.

본 발명은 UIS(Unclamped Inductive Load) 모드 발생시에도 기생 바이폴라(bipolar) 트랜지스터 성분의 턴온을 방지하여 강인성(ruggedness)을 향상시킬 수 있는 트렌치 게이트 구조를 가지는 전력 반도체 소자를 제공하기 위한 것이다.The present invention is to provide a power semiconductor device having a trench gate structure that can improve the ruggedness by preventing the turn-on of parasitic bipolar transistor components even when the UIS (Unclamped Inductive Load) mode occurs.

본 발명의 이외의 목적들은 하기의 설명을 통해 쉽게 이해될 수 있을 것이다.
Other objects of the present invention will be readily understood through the following description.

본 발명의 일 측면에 따르면, 트렌치 게이트 구조의 전력용 반도체 소자에 있어서, 액티브 셀; 및 제1 도전형 필러(Pillar)가 형성되고, 상기 액티브 셀과 트렌치 구조에 의해 수평적으로 구분되도록 배치되는 필러 영역을 포함하는 트렌치 게이트 구조의 전력용 반도체 소자가 제공된다.According to an aspect of the present invention, a power semiconductor device having a trench gate structure, comprising: an active cell; And a pillar region in which a first conductivity type pillar is formed and horizontally divided by the active cell and the trench structure, thereby providing a power semiconductor device having a trench gate structure.

상기 액티브 셀은, 제1 도전형의 베이스 영역; 상기 베이스 영역의 상부에 형성되는 소스 영역; 및 상기 베이스 영역과 상기 소스 영역의 측면에 형성되고, 게이트 전극을 포함하는 상기 트렌치 구조를 포함할 수 있다.The active cell may include a base region of a first conductivity type; A source region formed on the base region; And a trench structure formed on side surfaces of the base region and the source region and including a gate electrode.

상기 필러 영역에는, 수평적으로 횡방향의 상기 제1 도전형 필러와 제2 도전형 필러가 스트라이프 모양으로 교번하도록 형성될 수 있다.In the filler region, the first conductive filler and the second conductive filler in a horizontal direction may be alternately formed in a stripe shape.

상기 액티브 셀의 하부에는 수평적으로 횡방향의 상기 제1 도전형 필러와 상기 제2 도전형 필러가 스트라이프 모양으로 교번하도록 형성될 수 있다.The first conductive filler and the second conductive filler in the horizontal direction may be alternately formed in the lower portion of the active cell in a stripe shape.

상기 제2 도전형 필러는 상부에 형성되는 소스 금속 전극과 전기적으로 절연되도록 형성될 수 있다.The second conductivity type filler may be formed to be electrically insulated from the source metal electrode formed thereon.

상기 제1 도전형 필러의 형성 깊이는 상기 트렌치 구조의 식각 깊이보다 상대적으로 깊게 형성될 수 있다.The formation depth of the first conductivity type pillar may be formed relatively deeper than the etching depth of the trench structure.

수평 방향으로 이격 배치되는 제1 도전형 필러들 중 하나 이상의 상부 표면은 상부에 형성되는 소스 금속 전극과 전기적으로 연결될 수 있다.An upper surface of at least one of the first conductivity type pillars spaced apart in the horizontal direction may be electrically connected to a source metal electrode formed thereon.

복수의 트렌치 구조들의 상호 연결에 의해 평면적으로 형성된 복수의 폐영역들 중 하나이상이 상기 필러 영역으로 지정될 수 있다.One or more of the plurality of closed regions planarly formed by interconnection of the plurality of trench structures may be designated as the filler regions.

상기 액티브 셀의 하부 및 상기 필러 영역에는 제1 도전형 필러 및 제2 도전형 필러가 형성되는 수직적으로 구분되는 제1 영역(SJ1)과 제2 영역(SJ2)이 형성되고, 상기 제1 영역 및 상기 제2 영역은 각각 상이한 제1 도전형 필러 및 제2 도전형 필러의 형성 패턴을 가지도록 형성될 수 있다.The first region SJ1 and the second region SJ2 which are vertically divided to form a first conductive filler and a second conductive filler are formed in the lower portion of the active cell and the pillar region, and the first region and The second region may be formed to have different formation patterns of the first conductive filler and the second conductive filler, respectively.

상기 제2 영역에 형성되는 상기 제1 도전형 필러 및 상기 제2 도전형 필러는 초접합(super junction) 구조를 가지도록 형성될 수 있다.The first conductive filler and the second conductive filler formed in the second region may be formed to have a super junction structure.

상기 제1 도전형은 P형 및 N형 중 어느 하나이고, 상기 제2 도전형은 P형 및 N형 중 다른 하나일 수 있다.The first conductivity type may be any one of P type and N type, and the second conductivity type may be another one of P type and N type.

상기 전력용 반도체 소자는 전력용 MOSFET 또는 IGBT일 수 있다.
The power semiconductor device may be a power MOSFET or an IGBT.

전술한 것 외의 다른 측면, 특징, 이점이 이하의 도면, 특허청구범위 및 발명의 상세한 설명으로부터 명확해질 것이다.
Other aspects, features, and advantages will become apparent from the following drawings, claims, and detailed description of the invention.

본 발명의 실시예에 따르면, 높은 항복 전압 및 낮은 온저항을 유지할 뿐 아니라 UIS 모드 발생시 P 필러를 통해 흐르는 어밸런치(avalanche) 전류가 액티브 셀(active cell)로 흐르지 않도록 함으로써 기생 바이폴라 트랜지스터 성분의 턴온을 방지하고, 이를 통해 UIS 모드 강인성을 높일 수 있는 효과가 있다.
According to an embodiment of the present invention, the parasitic bipolar transistor component is turned on by maintaining a high breakdown voltage and a low on-resistance as well as preventing an avalanche current flowing through the P pillar from flowing into the active cell when the UIS mode occurs. This can increase the robustness of the UIS mode.

도 1은 종래 기술에 따른 초접합 전력용 반도체 소자의 단면 구조를 나타낸 도면.
도 2는 종래 기술에 따른 트렌치 게이트 구조의 초접합 전력용 반도체 소자의 단면 구조를 나타낸 도면.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 트렌치 게이트 구조의 초접합 전력용 반도체 소자의 단면 구조를 나타낸 도면.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 도 3의 SJ1 영역의 형성 방법을 예시한 도면.
도 5a는 본 발명의 다른 실시예에 따른 도 3의 SJ1 영역의 형성 방법을 예시한 도면.
도 5b는 도 5a의 a-a' 부분의 단면 구조를 나타낸 도면.
도 5c는 도 5a의 b-b' 부분의 단면 구조를 나타낸 도면.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 도 3의 SJ1 영역의 형성 방법을 예시한 도면.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 도 3의 SJ1 영역의 형성 방법을 예시한 도면.
도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 도 3의 SJ1 영역의 형성 방법을 예시한 도면.
도 9는 본 발명의 실시예들에 따른 도 3의 SJ2 영역의 형성 방법을 예시한 도면.
1 is a view showing a cross-sectional structure of a semiconductor device for superjunction power according to the prior art.
2 is a cross-sectional view of a semiconductor device for superjunction power in a trench gate structure according to the prior art.
3 is a cross-sectional view illustrating a semiconductor device for a superjunction power source having a trench gate structure in accordance with an embodiment of the present invention.
4 illustrates a method of forming the SJ1 region of FIG. 3 in accordance with an embodiment of the present invention.
FIG. 5A illustrates a method of forming the SJ1 region of FIG. 3 in accordance with another embodiment of the present invention. FIG.
FIG. 5B is a cross-sectional view of the portion aa 'of FIG. 5A; FIG.
5C is a cross-sectional view of the bb ′ portion of FIG. 5A.
FIG. 6 illustrates a method of forming the SJ1 region of FIG. 3 according to another embodiment of the present invention. FIG.
7 is a diagram illustrating a method of forming the SJ1 region of FIG. 3 according to another embodiment of the present invention.
8 illustrates a method of forming the SJ1 region of FIG. 3 according to another embodiment of the present invention.
9 illustrates a method of forming the SJ2 region of FIG. 3 in accordance with embodiments of the present invention.

본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The present invention is capable of various modifications and various embodiments, and specific embodiments are illustrated in the drawings and described in detail in the detailed description. However, this is not intended to limit the present invention to specific embodiments, it should be understood to include all transformations, equivalents, and substitutes included in the spirit and scope of the present invention. In the following description of the present invention, if it is determined that the detailed description of the related known technology may obscure the gist of the present invention, the detailed description thereof will be omitted.

제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. The terms first, second, etc. may be used to describe various components, but the components should not be limited by the terms. The terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.The terminology used herein is for the purpose of describing particular example embodiments only and is not intended to be limiting of the present invention. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly indicates otherwise. In this application, the terms "comprise" or "have" are intended to indicate that there is a feature, number, step, operation, component, part, or combination thereof described in the specification, and one or more other features. It is to be understood that the present invention does not exclude the possibility of the presence or the addition of numbers, steps, operations, components, components, or a combination thereof.

층, 영역 또는 기판과 같은 요소가 다른 요소 "위(on)"에 존재하는 것으로 또는 "위로(onto)" 확장되는 것으로 기술되는 경우, 그 요소는 다른 요소의 직접 위에 있거나 직접 위로 확장될 수 있고, 또는 중간의 개입 요소가 존재할 수도 있다. 반면에, 하나의 요소가 다른 요소 "바로 위(directly on)"에 있거나 "바로 위로(directly onto)" 확장된다고 언급되는 경우, 다른 중간 요소들은 존재하지 않는다. 또한, 하나의 요소가 다른 요소에 "연결(connected)"되거나 "결합(coupled)"된다고 기술되는 경우, 그 요소는 다른 요소에 직접 연결되거나 직접 결합될 수 있고, 또는 중간의 개입 요소가 존재할 수도 있다. 반면에, 하나의 요소가 다른 요소에 "직접 연결(directly connected)"되거나 "직접 결합(directly coupled)"된다고 기술되는 경우에는 다른 중간 요소가 존재하지 않는다.If an element such as a layer, region or substrate is described as being on or "onto" another element, the element may be directly above or directly above another element and There may be intermediate or intervening elements. On the other hand, if one element is mentioned as being "directly on" or extending "directly onto" another element, no other intermediate elements are present. In addition, when one element is described as being "connected" or "coupled" to another element, the element may be directly connected to or directly coupled to another element, or an intermediate intervening element may be present. have. On the other hand, when one element is described as being "directly connected" or "directly coupled" to another element, no other intermediate element exists.

"아래의(below)" 또는 "위의(above)" 또는 "상부의(upper)" 또는 "하부의(lower)" 또는 "수평의(horizontal)" 또는 "측면의(lateral)" 또는 "수직의(vertical)"와 같은 상대적인 용어들은 여기에서 도면에 도시된 바와 같이 하나의 요소, 층 또는 영역의 다른 요소, 층 또는 영역에 대한 관계를 기술하는데 사용될 수 있다. 이들 용어들은 도면에 묘사된 방향(orientation)에 부가하여 장치의 다른 방향을 포괄하기 위한 의도를 갖는 것으로 이해되어야 한다."Below" or "above" or "upper" or "lower" or "horizontal" or "lateral" or "vertical" Relative terms such as "vertical" may be used herein to describe a relationship of one element, layer or region to another element, layer or region, as shown in the figures. It is to be understood that these terms are intended to encompass other directions of the device in addition to the orientation depicted in the figures.

이하, 본 발명의 실시예에 대해 관련 도면들을 참조하여 상세히 설명하기로 한다. 다만, 이하에서는 절연게이트 바이폴라 트랜지스터(IGBT)를 중심으로 설명하지만, 본 발명의 기술적 사상이 전력용 MOSFET 등 여러 형태의 반도체 소자에 동일 또는 유사하게 적용 및 확장될 수 있음은 당연하다.
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, hereinafter, the description will be given based on an insulated gate bipolar transistor (IGBT), but it is obvious that the technical concept of the present invention can be applied or expanded in the same or similar manner to various types of semiconductor devices such as power MOSFETs.

도 1은 종래 기술에 따른 초접합 전력용 반도체 소자의 단면 구조를 나타낸 도면이다.1 is a view showing a cross-sectional structure of a semiconductor device for superjunction power according to the prior art.

도 1을 참조하면, 전력용 반도체 소자는 N 도전형의 제1 드리프트 영역(110) 상부에 초접합 영역(115)이 형성된다. 초접합 영역(115)에는 서로 반대되는 도전형의 P 필러(130)와 N 필러(135)가 횡방향으로 교번하여 배치된다. P 필러(130)와 N 필러(135)의 측면 계면이 PN 접합 구조로 형성되며, P 필러(130)와 N 필러(135)의 구조는 전하 균형층을 이루는 구조 또는 수퍼 정션 구조로 이해될 수 있다. Referring to FIG. 1, in the power semiconductor device, a superjunction region 115 is formed on an N conductive first drift region 110. In the superjunction region 115, conductive pillars 130 and N pillars 135 opposite to each other are alternately disposed in the lateral direction. The side interface of the P pillar 130 and the N pillar 135 is formed as a PN junction structure, and the structure of the P pillar 130 and the N pillar 135 may be understood as a structure forming a charge balancing layer or a super junction structure. have.

P 필러(130)와 N 필러(135)는 제1 드리프트 영역(110) 상부에 초접합 영역(115)을 형성하기 위한 층(즉, N 도전형의 제2 드리프트 층)을 에피택셜 성장(epitaxial growth)시키되, 에피택셜 성장 시 선택적 불순물 이온 주입(ion implantation) 또는 선택적 불순물 도핑(doping)을 수행함으로써 형성될 수 있다. N 필러(135)는 에피택셜 성장된 층에 P형 불순물을 선택적 이온 주입하거나 도핑하여 형성된 P 필러(130) 이외의 영역으로 설정될 수 있다.The P pillar 130 and the N pillar 135 epitaxially grow a layer (that is, a second conductive drift layer of N conductivity type) for forming the superjunction region 115 on the first drift region 110. It may be formed by performing selective impurity ion implantation or selective impurity doping during epitaxial growth. The N pillar 135 may be set to a region other than the P pillar 130 formed by selectively ion implanting or doping P-type impurities into the epitaxially grown layer.

초접합 영역(115)에 P 필러(130)와 N 필러(135)를 형성한 후 그 상부에 N 도전형의 제3 드리프트 영역(120)을 형성한다. 형성된 제3 드리프트 영역(120)에 선택적 P 도전형 불순물 이온 주입 또는 도핑을 수행하여 P 도전형의 베이스 영역(140)을 형성하며, 베이스 영역(140)은 P 필러(130)와 접촉되도록 형성된다. 베이스 영역(140)의 측부에는 잔류하는 제3 드리프트 영역(120)이 제2 드리프트 영역인 N 필러(135)에 접촉된다.After forming the P pillar 130 and the N pillar 135 in the superjunction region 115, an N conductive third drift region 120 is formed thereon. Selective P conductivity type impurity ion implantation or doping is performed on the formed third drift region 120 to form a P conductivity type base region 140, and the base region 140 is formed to contact the P pillar 130. . The third drift region 120 remaining on the side of the base region 140 contacts the N pillar 135 that is the second drift region.

이외에도, P 필러(130)와 N 필러(135)는 제3 드리프트 영역(120)까지 형성한 후, 고 에너지 이온 주입을 수행하여 형성하거나, P 필러(130) 형성을 위한 트렌치를 형성한 후 트렌치를 채우는 P 도전형의 층을 형성하거나, 형성된 트렌치의 내측벽을 통한 P 도전형 불순물의 도핑을 수행하는 등의 방법에 의해서도 형성될 수 있다. In addition, the P pillar 130 and the N pillar 135 are formed by forming the third drift region 120 and then performing high energy ion implantation, or forming a trench for forming the P pillar 130. It can also be formed by a method such as forming a layer of P conductivity type filling the P, or doping the P conductivity type impurity through the inner wall of the formed trench.

한편, 베이스 영역(140) 내에는 N+ 도전형의 에미터 영역(145)이 형성될 수 있다. 즉, 베이스 영역(140)의 상부 표면의 일정 영역에 N+ 도전형의 불순물을 선택적으로 도핑하고 확산시켜, N+ 에미터 영역(145)이 형성될 수 있다. 이 경우, 베이스 영역(140) 내에 N+ 이온층을 형성한 후, 형성된 N+ 이온층 내부에 P+ 도전형 불순물을 도핑하고 확산시켜 P+ 웰(150)을 형성함으로써 남겨진 N+ 이온층의 양 측부를 N+ 에미터 영역(145)으로 할 수도 있다.Meanwhile, an emitter region 145 of N + conductivity type may be formed in the base region 140. That is, the N + emitter region 145 may be formed by selectively doping and diffusing N + conductive impurities in a predetermined region of the upper surface of the base region 140. In this case, after the N + ion layer is formed in the base region 140, both sides of the N + ion layer left by forming the P + well 150 by doping and diffusing P + conductive impurities in the formed N + ion layer are formed in the N + emitter region ( 145).

N+ 에미터 영역(145)을 형성한 후, 베이스 영역(140)과 N+ 에미터 영역(145)에 걸쳐 접촉하는 에미터 금속 전극(155)을 형성한다. 제3 드리프트 영역(120)의 표면 영역과 N+ 에미터 영역(145) 사이의 베이스 영역 (140) 부분을 채널(channel)로 설정하는 게이트 전극(160)을 게이트 절연층(165)을 수반하여 형성하고, 게이트 전극(160) 등을 덮기 위한 절연층 또는/및 패시배이션층(passivation layer)이 더 형성된다.After forming the N + emitter region 145, an emitter metal electrode 155 is formed that contacts the base region 140 and the N + emitter region 145. A gate electrode 160 is formed along the gate insulating layer 165 to set a portion of the base region 140 between the surface region of the third drift region 120 and the N + emitter region 145 as a channel. An insulating layer and / or a passivation layer is further formed to cover the gate electrode 160 and the like.

제1 드리프트 영역(110)의 하부에는 애노드 영역(170)이 형성되며, 애노드 영역(170)의 하부에는 애노드 금속 전극(175)이 형성된다. 애노드 영역(170)과 제1 드리프트 영역(110) 사이에는 공핍 영역이 애노드 영역(170)으로 확장됨을 방지하기 위한 필드 스톱 영역(도시되지 않음)이 형성될 수도 있다. 애노드 영역(170)은 전력용 반도체 소자가 전력용 MOSFET인지 IGBT인지에 따라 N 또는 P 도전형 불순물에 의해 형성될 수 있다.
An anode region 170 is formed below the first drift region 110, and an anode metal electrode 175 is formed below the anode region 170. A field stop region (not shown) may be formed between the anode region 170 and the first drift region 110 to prevent the depletion region from extending into the anode region 170. The anode region 170 may be formed by N or P conductive impurities, depending on whether the power semiconductor device is a power MOSFET or an IGBT.

도 2는 종래 기술에 따른 트렌치 게이트 구조의 초접합 전력용 반도체 소자의 단면 구조를 나타낸 도면이다.2 is a cross-sectional view showing a semiconductor device for a superjunction power of a trench gate structure according to the prior art.

도 2에 도시된, 전력용 반도체 소자는 트렌치 게이트 구조로서 초접합 구조로 형성된다. P 필러(130)와 N 필러(135)의 교번적 배치에 따른 초접합 구조 형성 및 P 필러(130) 및 N 필러 형성 방법은 앞서 도 1을 참조하여 설명한 바와 동일하므로 이에 대한 설명은 생략한다.The power semiconductor device shown in FIG. 2 is formed in a superjunction structure as a trench gate structure. Since the method of forming the superjunction structure and the forming method of the P pillar 130 and the N pillar according to the alternating arrangement of the P pillar 130 and the N pillar 135 is the same as described above with reference to FIG. 1, a description thereof will be omitted.

트렌치 구조(210)는 N 도전형 드리프트 영역(115, 120)을 통해 하부 방향으로 연장되도록 형성된다. 예를 들어 트렌치 구조(210)는 수평 방향으로 연장되는 P 도전형 베이스 영역(140)을 관통하여 N 도전형 드리프트 영역(115, 120)에 이르러 종단되도록 형성될 수 있다.The trench structure 210 is formed to extend in the downward direction through the N conductivity type drift regions 115 and 120. For example, the trench structure 210 may be formed to penetrate through the P-conductive base region 140 extending in the horizontal direction to reach the N-conductive drift regions 115 and 120.

트렌치 구조(210)는 게이트 전극(160)을 포함하며, 게이트 전극(160)은 인접한 실리콘 영역으로부터 게이트 유전체(165)에 의해 절연되고, 게이트 전극(160) 상부의 유전체 돔(dome)(220)은 소스 금속 전극(155)을 게이트 전극(160)으로부터 절연시킨다. 소스 금속 전극(155)은 N+ 소스 영역(145)에 전기적으로 연결되며, N+ 소스 영역(145)의 하부에는 고농도의 P+ 웰(150) 및 P+ 웰(150)을 내부에 포함하는 P 도전형의 베이스 영역(140)이 각각 형성된다. Trench structure 210 includes gate electrode 160, which is insulated by gate dielectric 165 from adjacent silicon regions, and dielectric dome 220 over gate electrode 160. The silver source metal electrode 155 is insulated from the gate electrode 160. The source metal electrode 155 is electrically connected to the N + source region 145, and a P conductive type having a high concentration of P + well 150 and P + well 150 therein is formed under the N + source region 145. Base regions 140 are each formed.

또한, N 도전형 드리프트 영역(110) 하부에는 드레인 영역(170)이 형성되고, 드레인 영역(170)의 하부에는 드레인 금속 전극(175)이 형성된다.In addition, a drain region 170 is formed under the N conductive drift region 110, and a drain metal electrode 175 is formed under the drain region 170.

초접합 구조를 가지는 전력용 반도체 소자의 경우, N 필러(135)와 P 필러(130)의 피치(pitch)를 작게 할수록 N 필러(135)와 P 필러(130)의 불순물 농도를 더욱 높일 수 있다. 도 2에 도시된 전력용 반도체 소자는 필러의 피치를 작게 하여 고밀도의 트렌치 게이트 셀을 적용한 구조를 가지고 있다.In the case of the power semiconductor device having a superjunction structure, the smaller the pitch of the N pillar 135 and the P pillar 130, the higher the impurity concentration of the N pillar 135 and the P pillar 130. . The power semiconductor device shown in FIG. 2 has a structure in which a high pitch trench gate cell is applied by reducing the pitch of the filler.

도시된 구조의 전력용 반도체 소자는 P 필러(130)가 액티브 셀(active cell)의 P 도전형 베이스 영역(140)에 연결되어 있고, 도통시 도시된 화살표 방향으로 드레인 전류(drain current)가 트렌치 게이트 월(wall)에 형성되는 채널(channel)을 통해 흐를 수 있도록 트렌치 구조(210)와 트렌치 구조(210) 사이의 거리인 베이스 영역(140)의 폭은 P 필러(130)의 폭보다 넓게 결정된다. In the power semiconductor device of the illustrated structure, the P pillar 130 is connected to the P-conductive base region 140 of the active cell, and the drain current is trenched in the direction of the arrow shown during the conduction. The width of the base region 140, which is a distance between the trench structure 210 and the trench structure 210, to flow through a channel formed in the gate wall, is determined to be wider than the width of the P pillar 130. do.

그러나, 전력용 반도체 소자의 응용에 있어서 UIS(unclamped inductive load) 모드가 발생하는 경우, 어밸런치(avalanche) 전류가 P 필러(130)를 따라 집중적으로 흐르게 된다. 이에 따라 N 도전형 드레인 영역(170), P 필러(130) 및 N+ 소스 영역(145)에 의해 형성되는 기생 바이폴라 트랜지스터 성분이 턴온되어 전력 반도체 소자가 쉽게 파괴될 수 있는 문제점이 있다.
However, when an unclamped inductive load (UIS) mode occurs in the application of the power semiconductor device, an avalanche current flows intensively along the P pillar 130. Accordingly, the parasitic bipolar transistor component formed by the N conductive drain region 170, the P pillar 130, and the N + source region 145 may be turned on, thereby easily destroying the power semiconductor device.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 트렌치 게이트 구조의 초접합 전력용 반도체 소자의 단면 구조를 나타낸 도면이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 도 3의 SJ1 영역의 형성 방법을 예시한 도면이다. 도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 도 3의 SJ1 영역의 형성 방법을 예시한 도면이고, 도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 도 3의 SJ1 영역의 형성 방법을 예시한 도면이다. 도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 도 3의 SJ1 영역의 형성 방법을 예시한 도면이고, 도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 도 3의 SJ1 영역의 형성 방법을 예시한 도면이며, 도 9는 본 발명의 실시예들에 따른 도 3의 SJ2 영역의 형성 방법을 예시한 도면이다.3 is a cross-sectional view illustrating a semiconductor device for a superjunction power source having a trench gate structure according to an embodiment of the present invention, and FIG. 4 illustrates a method of forming the SJ1 region of FIG. 3 according to an embodiment of the present invention. One drawing. 5 is a diagram illustrating a method of forming the SJ1 region of FIG. 3 according to another embodiment of the present invention, and FIG. 6 is a diagram illustrating a method of forming the SJ1 region of FIG. 3 according to another embodiment of the present invention. . 7 is a diagram illustrating a method of forming the SJ1 region of FIG. 3 according to another embodiment of the present invention, and FIG. 8 is a diagram illustrating a method of forming the SJ1 region of FIG. 3 according to another embodiment of the present invention. 9 is a view illustrating a method of forming the SJ2 region of FIG. 3 according to embodiments of the present invention.

도 3을 참조하면, 트렌치 게이트 구조의 초접합 전력용 반도체 소자는 트렌치 구조(210)를 기준으로 구분되는 액티브 셀(310)과 P 필러 영역(320)이 횡방향으로 교번하여 배치되도록 형성된다. 액티브 셀(310)과 P 필러 영역(320)(또는/및 도 5a의 필러 영역(510))은 각각 별도의 컨택(contact)을 가지도록 구성될 수 있다.Referring to FIG. 3, in the superjunction power semiconductor device having a trench gate structure, the active cell 310 and the P pillar region 320, which are divided based on the trench structure 210, are alternately disposed in the lateral direction. The active cell 310 and the P pillar region 320 (or the filler region 510 of FIG. 5A) may be configured to have separate contacts.

액티브 셀(310)에는 도 2를 참조하여 설명한 바와 같이, P 도전형의 베이스 영역(140)이 형성되고, 베이스 영역(140)의 내부에 P+ 웰(150)이 형성되며, 베이스 영역(140)과 P+ 웰(150)의 상부에 N+ 소스 영역(145)이 형성된다. N+ 소스 영역(145)은 상부에 형성되는 소스 금속 전극(155)과 전기적으로 연결되며, 베이스 영역(140)의 하부에는 N 필러(135)가 배치된다.As described with reference to FIG. 2, the active cell 310 has a P conductivity type base region 140, a P + well 150 formed inside the base region 140, and a base region 140. And an N + source region 145 is formed on top of the P + well 150. The N + source region 145 is electrically connected to the source metal electrode 155 formed thereon, and the N pillar 135 is disposed under the base region 140.

P 필러 영역(320)에는 P 필러(130)가 배치된다. P 필러(130)는 N+ 반도체 기판의 표면까지 확장되도록 형성되며, P 필러(130)의 상부 표면의 일부는 소스 금속 전극(155)가 전기적으로 연결되도록 형성되거나 게이트 유전체(165)에 의해 소스 금속 전극(155)과 전기적으로 절연되도록 형성될 수 있다.The P pillar 130 is disposed in the P pillar region 320. The P pillar 130 is formed to extend to the surface of the N + semiconductor substrate, and a portion of the upper surface of the P pillar 130 is formed such that the source metal electrode 155 is electrically connected or is formed by the gate dielectric 165. It may be formed to be electrically insulated from the electrode 155.

도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 트렌치 게이트 구조를 가지는 초접합 전력용 반도체 소자는 액티브 셀(310)과 P 필러(130)가 구조적으로 분리되도록 형성될 수 있다. 액티브 셀(310)과 P 필러(130)가 구조적으로 분리되도록 형성하는 방법은 이후 도 4 등에서 예시적으로 설명되는 바와 같이 다양할 수 있다. 이에 의해, 각 필러의 피치(pitch)를 상대적으로 좁게 형성할 수 있어 N 필러(135)와 P 필러(130)의 불순물 농도를 더욱 높일 수 있다. 물론, 일부 영역 또는 전체 영역에서 액티브 셀(310)과 P 필러 (130) 영역이 구조적으로 완전히 분리되지 않는 구조로 형성될 수도 있음은 당연하다.As shown in FIG. 3, the superjunction power semiconductor device having the trench gate structure according to the exemplary embodiment of the present invention may be formed such that the active cell 310 and the P pillar 130 are structurally separated from each other. The method of forming the active cell 310 and the P pillar 130 to be structurally separated may vary as described later with reference to FIG. 4. Thereby, the pitch of each filler can be formed relatively narrow, and the impurity concentration of the N pillar 135 and the P pillar 130 can further be increased. Of course, in some or all regions, the active cell 310 and the P pillar 130 may be formed in a structure in which structurally not completely separated.

도시된 초접합 전력용 반도체 소자는 형성 과정에서 초접합 구조의 상부 영역인 SJ1과 하부 영역인 SJ2를 독립적으로 형성할 수도 있다. 예를 들어, SJ1과 SJ2 각각의 영역에서 필러의 모양을 형성하는 패턴이 도 4 내지 도 9에서 예시적으로 설명되는 바와 같이 각각 상이할 수 있으며, SJ1과 SJ2 중 SJ2에 대해서만 전하 균형을 이루도록 형성할 수 있다. SJ1 또는/및 SJ2에 형성되는 초접합 구조는 다양하게 구조적 변형될 수 있음은 당연하다. The illustrated superjunction power semiconductor device may independently form the upper region SJ1 and the lower region SJ2 in the formation process. For example, the patterns forming the shape of the filler in each of the regions SJ1 and SJ2 may be different, as exemplarily described in FIGS. 4 to 9, and are formed to balance charges only for SJ2 among SJ1 and SJ2. can do. Naturally, the superjunction structure formed on SJ1 and / or SJ2 can be variously structurally modified.

도 4 내지 도 8은 각각 초접합 영역(115)의 상부 영역인 SJ1의 형성 방법을 상부에서 투시하여 도시한 개념도이다.4 to 8 are conceptual views illustrating a method of forming SJ1, which is an upper region of the superjunction region 115, respectively.

도 4에는 SJ1 영역이 스트라이프(stripe) 패턴의 액티브 셀(310)과 스트라이프 패턴의 P 필러(130)가 횡방향으로 교번하여 배열되도록 형성된 경우가 예시되어 있다. 도시되지는 않았으나, 액티브 셀(310)의 하부에는 도 3을 참조하여 설명한 바와 같이 N 필러(135)가 형성될 것이다. 이 경우, 필러 영역(510) 내에서는 도 5a에 예시된 바와 같이 P 필러와 N 필러가 횡방향으로 스트라이프 형태의 구조로 형성될 수도 있을 것이다.4 illustrates a case in which the SJ1 region is formed such that the active cell 310 of the stripe pattern and the P pillar 130 of the stripe pattern are alternately arranged in the transverse direction. Although not shown, an N pillar 135 may be formed below the active cell 310 as described with reference to FIG. 3. In this case, in the pillar region 510, the P pillar and the N pillar may be formed in a stripe structure in the transverse direction as illustrated in FIG. 5A.

도 5a에는 SJ1 영역이 종방향으로 스트라이프 패턴인 액티브 셀(310)과 스트라이프 패턴의 필러 영역(510)이 횡방향으로 교번하여 배열되는 스트라이프 형태로 형성된 경우가 예시되어 있다. FIG. 5A illustrates a case in which the SJ1 region is formed in a stripe shape in which the active cell 310 having the stripe pattern in the longitudinal direction and the filler region 510 of the stripe pattern are alternately arranged in the lateral direction.

도 5b에는 도 5a의 a-a'의 단면도가 도시되어 있고, 도 5c에는 도 5a의 b-b'의 단면도가 도시되어 있다. 도시된 바와 같이, 횡방향으로 교번하여 배열되는 P 필러(130)와 N 필러(135)가 각각 종방향으로 형성되는 액티브 셀(310)의 하부에 형성될 것이다.FIG. 5B shows a cross-sectional view of a-a 'of FIG. 5A and FIG. 5C shows a cross-sectional view of b-B' of FIG. 5A. As shown, P pillars 130 and N pillars 135 alternately arranged in the lateral direction will be formed under the active cells 310 formed in the longitudinal direction, respectively.

도 6 내지 도 8에는 SJ1 영역이 액티브 셀(310)과 P 필러 영역(320)이 격자 형태로 배열된 형태가 각각 예시되어 있다. 여기서, P 필러 영역(320)은 트렌치 구조(210)의 연결에 의해 구획된 폐영역(예를 들어, 다각형)의 내부 영역으로 한정되며, 다면체 외부 영역은 액티브 셀(310)로 기능될 수 있다. 트렌치 구조(210)는 예를 들어 도 6에 도시된 바와 같이 종방향 및 횡방향으로 연결되어 액티브 셀(310)과 P 필러 영역(320)을 구분하거나, 도 7 및 도 8에 각각 도시된 바와 같이 종방향으로만 연결되어 액티브 셀(310)과 P 필러 영역(320)을 구분할 수 있다.6 to 8 illustrate an embodiment in which the SJ1 region is arranged in a lattice form with the active cell 310 and the P pillar region 320. Here, the P-pillar region 320 may be defined as an inner region of a closed region (eg, polygonal) partitioned by the connection of the trench structure 210, and the polyhedral outer region may function as the active cell 310. . The trench structure 210 is connected in the longitudinal and transverse directions, for example, as shown in FIG. 6 to distinguish the active cell 310 and the P pillar region 320, or as shown in FIGS. 7 and 8, respectively. Likewise, the active cell 310 and the P-pillar region 320 may be distinguished from each other by being connected only in the longitudinal direction.

도 9에는 상부에서 투시하여 도시한 초접합 영역(115)의 하부 영역인 SJ2의 형성 방법이 각각 예시되어 있다.9 illustrates a method of forming SJ2, which is a lower region of the superjunction region 115, as viewed from the top.

SJ2의 형성시 P 필러(130)는 (a)에 예시된 바와 같이 그 단면이 원형으로 형성되거나, (b)에 예시된 바와 같이 종방향의 스트라이프 패턴으로 형성되거나, (c)에 예시된 바와 같이 횡방향의 스트라이프 패턴으로 형성되어질 수 있다.In the formation of SJ2, the P-pillar 130 has a circular cross section as illustrated in (a), or a longitudinal stripe pattern as illustrated in (b), or as illustrated in (c). Likewise, it may be formed in a lateral stripe pattern.

도 4 내지 도 9를 참조하여 설명한 SJ1과 SJ2의 형성 모양들은 각각 예시들에 불과한 것으로, SJ1과 SJ2의 형성 모양들이 이외에도 다양할 수 있음은 당연하다.
Shapes formed of SJ1 and SJ2 described above with reference to FIGS. 4 to 9 are only examples, and it is natural that the shapes formed of SJ1 and SJ2 may be varied in addition to these.

상기에서는 본 발명의 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
It will be apparent to those skilled in the art that various modifications and variations can be made in the present invention without departing from the spirit or scope of the invention as defined in the following claims And changes may be made without departing from the spirit and scope of the invention.

110 : 제1 드리프트 영역 115 : 초접합 영역(제2 드리프트 영역)
120 : 제3 드리프트 영역 130 : P 필러
135 : N 필러 140 : 베이스 영역
145 : 에미터 영역(소스 영역) 150 : P+ 웰
155 : 에미터 금속 전극(소스 금속 전극)
160 : 게이트 전극 165 : 게이트 절연층
170 : 애노드 영역(드레인 영역)
175 : 애노드 금속 전극(드레인 금속 전극)
210 : 트렌치 구조 310 : 액티브 셀
320 : P 필러 영역
110: first drift region 115: superjunction region (second drift region)
120: third drift region 130: P filler
135: N filler 140: Base area
145: emitter region (source region) 150: P + well
155 emitter metal electrode (source metal electrode)
160: gate electrode 165: gate insulating layer
170: anode area (drain area)
175: anode metal electrode (drain metal electrode)
210: trench structure 310: active cell
320: P filler area

Claims (12)

트렌치 게이트 구조의 전력용 반도체 소자에 있어서,
액티브 셀; 및
제1 도전형 필러(Pillar)가 형성되고, 상기 액티브 셀과 트렌치 구조에 의해 수평적으로 구분되도록 배치되는 필러 영역을 포함하는 트렌치 게이트 구조의 전력용 반도체 소자.
In the power semiconductor device of the trench gate structure,
Active cell; And
A power semiconductor device having a trench gate structure including a pillar region having a first conductive pillar formed thereon and arranged to be horizontally divided by the active cell and the trench structure.
제1항에 있어서,
상기 액티브 셀은,
제1 도전형의 베이스 영역;
상기 베이스 영역의 상부에 형성되는 소스 영역; 및
상기 베이스 영역과 상기 소스 영역의 측면에 형성되고, 게이트 전극을 포함하는 상기 트렌치 구조를 포함하는 것을 특징으로 하는 트렌치 게이트 구조의 전력용 반도체 소자.
The method of claim 1,
The active cell,
A base region of a first conductivity type;
A source region formed on the base region; And
And a trench structure formed on side surfaces of the base region and the source region, the trench structure including a gate electrode.
제1항에 있어서,
상기 필러 영역에는, 수평적으로 횡방향의 상기 제1 도전형 필러와 제2 도전형 필러가 스트라이프 모양으로 교번하도록 형성되는 것을 특징으로 하는 트렌치 게이트 구조의 전력용 반도체 소자.
The method of claim 1,
The pillar region is a power semiconductor device of a trench gate structure, characterized in that the horizontally the first conductive filler and the second conductive filler in the horizontal direction alternately formed in a stripe shape.
제3항에 있어서,
상기 액티브 셀의 하부에는 수평적으로 횡방향의 상기 제1 도전형 필러와 상기 제2 도전형 필러가 스트라이프 모양으로 교번하도록 형성되는 것을 특징으로 하는 트렌치 게이트 구조의 전력용 반도체 소자.
The method of claim 3,
The lower portion of the active cell is a power semiconductor device of a trench gate structure, characterized in that the horizontally formed in the transverse direction the first conductive filler and the second conductive filler alternately formed in a stripe shape.
제4항에 있어서,
상기 제2 도전형 필러는 상부에 형성되는 소스 금속 전극과 전기적으로 절연되어 있는 것을 특징으로 하는 트렌치 게이트 구조의 전력용 반도체 소자.
The method of claim 4, wherein
And the second conductivity type filler is electrically insulated from the source metal electrode formed thereon.
제2항에 있어서,
상기 제1 도전형 필러의 형성 깊이는 상기 트렌치 구조의 식각 깊이보다 상대적으로 깊은 것을 특징으로 하는 트렌치 게이트 구조의 전력용 반도체 소자.
The method of claim 2,
Forming depth of the first conductivity type pillar is a power semiconductor device of a trench gate structure, characterized in that relatively deeper than the etching depth of the trench structure.
제1항에 있어서,
수평 방향으로 이격 배치되는 제1 도전형 필러들 중 하나 이상의 상부 표면은 상부에 형성되는 소스 금속 전극과 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 트렌치 게이트 구조의 전력용 반도체 소자.
The method of claim 1,
An upper surface of at least one of the first conductivity type pillars spaced apart in the horizontal direction is electrically connected to the source metal electrode formed on the upper portion of the power semiconductor device of the trench gate structure.
제2항에 있어서,
복수의 트렌치 구조들의 상호 연결에 의해 평면적으로 형성된 복수의 폐영역들 중 하나이상이 상기 필러 영역으로 지정되는 것을 특징으로 하는 트렌치 게이트 구조의 전력용 반도체 소자.
The method of claim 2,
And at least one of a plurality of closed regions planarly formed by interconnection of a plurality of trench structures is designated as the filler region.
제1항에 있어서,
상기 액티브 셀의 하부 및 상기 필러 영역에는 제1 도전형 필러 및 제2 도전형 필러가 형성되는 수직적으로 구분되는 제1 영역(SJ1)과 제2 영역(SJ2)이 형성되고,
상기 제1 영역 및 상기 제2 영역은 각각 상이한 제1 도전형 필러 및 제2 도전형 필러의 형성 패턴을 가지는 것을 특징으로 하는 트렌치 게이트 구조의 전력용 반도체 소자.
The method of claim 1,
The first region SJ1 and the second region SJ2 that are vertically divided to form a first conductive filler and a second conductive filler are formed in the lower portion of the active cell and the pillar region.
And the first region and the second region each have a different pattern of formation of a first conductivity type filler and a second conductivity type filler.
제9항에 있어서,
상기 제2 영역에 형성되는 상기 제1 도전형 필러 및 상기 제2 도전형 필러는 초접합(super junction) 구조를 가지는 것을 특징으로 하는 트렌치 게이트 구조의 전력용 반도체 소자.
10. The method of claim 9,
The first conductive filler and the second conductive filler formed in the second region have a super junction structure, the power semiconductor device of a trench gate structure.
제9항에 있어서,
상기 제1 도전형은 P형 및 N형 중 어느 하나이고, 상기 제2 도전형은 P형 및 N형 중 다른 하나인 것을 특징으로 하는 트렌치 게이트 구조의 전력용 반도체 소자.
10. The method of claim 9,
The first conductive type is any one of P type and N type, and the second conductive type is a power semiconductor device of a trench gate structure, characterized in that the other one of the P type and N type.
제1항에 있어서,
상기 전력용 반도체 소자는 전력용 MOSFET 또는 IGBT인 것을 특징으로 하는 트렌치 게이트 구조의 전력용 반도체 소자.
The method of claim 1,
The power semiconductor device is a power semiconductor device having a trench gate structure, characterized in that the power MOSFET or IGBT.
KR1020100047854A 2010-05-24 2010-05-24 Power semiconductor device with trench gate structure KR101127501B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020100047854A KR101127501B1 (en) 2010-05-24 2010-05-24 Power semiconductor device with trench gate structure

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020100047854A KR101127501B1 (en) 2010-05-24 2010-05-24 Power semiconductor device with trench gate structure

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20110128419A true KR20110128419A (en) 2011-11-30
KR101127501B1 KR101127501B1 (en) 2012-03-26

Family

ID=45396603

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020100047854A KR101127501B1 (en) 2010-05-24 2010-05-24 Power semiconductor device with trench gate structure

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101127501B1 (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104899343A (en) * 2014-03-04 2015-09-09 中国科学院上海微系统与信息技术研究所 Layout design of crossing grid structure MOSFET and multi-crossing finger grid structure MOSFET
CN113964180A (en) * 2021-09-03 2022-01-21 西安电子科技大学 Super-junction IGBT device with low loss performance and preparation method thereof
KR20230088149A (en) 2021-12-10 2023-06-19 부경대학교 산학협력단 Separated Buffer Super Junction IGBT

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4212288B2 (en) * 2002-04-01 2009-01-21 株式会社東芝 Semiconductor device and manufacturing method thereof

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104899343A (en) * 2014-03-04 2015-09-09 中国科学院上海微系统与信息技术研究所 Layout design of crossing grid structure MOSFET and multi-crossing finger grid structure MOSFET
CN113964180A (en) * 2021-09-03 2022-01-21 西安电子科技大学 Super-junction IGBT device with low loss performance and preparation method thereof
CN113964180B (en) * 2021-09-03 2024-03-19 广州华浦电子科技有限公司 Super-junction IGBT device with low-loss performance and preparation method thereof
KR20230088149A (en) 2021-12-10 2023-06-19 부경대학교 산학협력단 Separated Buffer Super Junction IGBT

Also Published As

Publication number Publication date
KR101127501B1 (en) 2012-03-26

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7723783B2 (en) Semiconductor device
JP6369173B2 (en) Vertical semiconductor device and manufacturing method thereof
JP5741567B2 (en) Semiconductor device
US8957502B2 (en) Semiconductor device
US9087893B2 (en) Superjunction semiconductor device with reduced switching loss
US8232593B2 (en) Power semiconductor device
US7928505B2 (en) Semiconductor device with vertical trench and lightly doped region
JP5001895B2 (en) Low on-resistance trench MOSFET with delta layer
JP6805620B2 (en) Semiconductor device
JP4840738B2 (en) Semiconductor device and manufacturing method thereof
JP7230969B2 (en) semiconductor equipment
US20090096019A1 (en) Mosgated power semiconductor device with source field electrode
WO2001065607A2 (en) Trench gate dmos field-effect transistor
KR101201382B1 (en) Power semiconductor device having decreased cell pitch
JPWO2018147466A1 (en) Semiconductor device
US8030706B2 (en) Power semiconductor device
KR101127501B1 (en) Power semiconductor device with trench gate structure
KR101121574B1 (en) Charge balance power device and manufacturing method thereof
US20180337233A1 (en) Semiconductor device
US11316021B2 (en) High density power device with selectively shielded recessed field plate
JP7326991B2 (en) switching element
US11757031B2 (en) Power transistor with integrated Schottky diode
JP2010225748A (en) Semiconductor device
KR101244003B1 (en) Power semiconductor device
KR102078295B1 (en) Super junction MOSFET transistor with inner well

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20150303

Year of fee payment: 4

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20160212

Year of fee payment: 5

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20170207

Year of fee payment: 6

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20180221

Year of fee payment: 7

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20190214

Year of fee payment: 8

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20200217

Year of fee payment: 9