KR20130036501A - Power mosfet having superjunction trench and fabrication method thereof - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 전력 반도체 소자에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 파워 모스펫(Power MOSFET)의 구조 및 그 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a power semiconductor device, and more particularly, to a structure of a power MOSFET and a method of manufacturing the same.
파워 모스펫은 모스펫을 이용한 파워스위칭 소자로, 낮은 온저항(Ron)과 고 내압(Breakdown Voltage: BV)이 요구된다.Power MOSFET is a power switching device using MOSFET, low on-resistance (Ron) and high breakdown voltage (BV) is required.
일반적인 평면형(Planar type) 모스펫 구조에서, 온저항을 낮추기 위해서는 전류 경로인 에피층의 농도를 높이거나 그 두께를 낮추어야 하는데, 이럴 경우 내압(BV)이 내려가게 되어, 양자 간 상반되는 관계(trade off 관계)로 두 가지를 모두를 좋게 하기 어려운 문제점이 있어 왔다.In general planar MOSFET structure, in order to lower the on-resistance, it is necessary to increase the concentration of epi layer, which is the current path, or to decrease the thickness thereof. In this case, the breakdown voltage (BV) decreases, so that the trade-off relationship between the two Relationship has been difficult to do both.
이러한 문제점을 해결하고자, 도 1과 같은 초접합(Superjunction) 구조를 갖는 파워 모스펫(Cool MOS)이 제안되었다(특허문헌 1 참조). 이에 의하면, 전류 경로로 되는 N+ 기둥층(171)과 소스, 드레인 간 역방향 내압을 유지하기 위한 P+ 기둥층(172)이 각각 깊이 방향(세로방향)으로 형성되어 있어, 온저항은 N+ 기둥층(171)의 농도로, 내압은 가로방향으로 공핍층을 신장시키므로 N+ 기둥층(171)과 P+ 기둥층(172)의 농도와 폭에 의해서 결정되어, 소스, 드레인 간 역방향 내압(예컨대, 600V)과 온저항을 동시에 향상시킬 수 있는 장점이 있다(예컨대, 온저항은 약 1/3 ~ 1/4로 저감).In order to solve such a problem, a power MOSFET having a superjunction structure as shown in FIG. 1 has been proposed (see Patent Document 1). According to this, the N +
그런데, 상기 쿨모스는, 도 1에 나타낸 바와 같이, 반도체 기판(173)에 N+ 에피층을 성장시키고 P+ 기둥을 형성하기 위한 사진공정과 P+ 이온주입을 반복적으로 진행하고(도 1에선 6번), 고온으로 장시간 확산시켜 초접합인 P+ 기둥층(172)을 형성하게 되어, 공정이 복잡하고 긴 프로세스에 따라 진행해야 하므로 제조비용과 시간이 증가하여 제조단가가 급격히 증가하는 문제점이 있다.By the way, as shown in FIG. 1, the cool moth repeatedly performs a photo process and P + ion implantation to grow an N + epitaxial layer on the
도 1에서 미설명된 부호 174는 N++ 소스영역, 175는 게이트 전극, 176은 절연막이다.
상기 쿨모스의 제조상 문제점을 해결하고자, 도 2와 같은 소스전극 부분에 딥 트렌치(deep trench)를 형성하고 트렌치 측벽에 N+ 이온주입과 P+ 이온주입으로 형성한 NPN 기둥구조를 갖는 파워 모스펫이 제안되었다(특허문헌 1 참조).In order to solve the manufacturing problems of the cool moss, a power MOSFET having a NPN pillar structure in which a deep trench is formed in the source electrode portion as shown in FIG. 2 and N + ion implantation and P + ion implantation are formed in the trench sidewalls is proposed. (See Patent Document 1).
이에 의하면, N- 에피텍셜 성장, 딥 트렌치 형성, B이온과 As이온의 동시주입 및 열확산에 의한 NPN 기둥(183, 184) 형성, 트렌치 매립에 의한 소자분리영역(185) 형성으로 진행하게 되어, 공정이 상대적으로 짧게 끝나기 때문에 상기 쿨모스 보다는 제조단가가를 낮출 수 있는 장점이 있다.This leads to N- epitaxial growth, deep trench formation,
그러나, 특허문헌 1에 개시된 NPN 기둥구조는 B이온의 확산 속도가 As이온보다 크다는 점을 이용하여, 딥 트렌치 형성 후 B이온과 As이온을 동시에 주입하고 고온으로 열확산시켜 NPN 기둥(183, 184)을 동시에 형성하겠다는 것이어서, N+ 기둥층(184)과 P+ 기둥층(183)의 농도를 정확히 제어할 수 없다는 문제점과, 특허문헌 1에 개시된 바와 같이, 1150℃의 고온에서 2000분 이상 장시간 열확산시키는 공정이 필수적으로 요구되는 문제점이 있다.However, the NPN pillar structure disclosed in Patent Document 1 utilizes the diffusion rate of B ions larger than As ions, and simultaneously injects B ions and As ions after forming a deep trench and thermally diffuses them to a high temperature so as to make
도 2에서 미설명된 부호 180은 N++ 기판, 183a는 P+ 베이스 영역, 186은 N+ 소스영역, 187은 게이트 산화막, 188은 게이트 전극, 190은 소스 금속배선이다. In FIG. 2,
그리고, 도 3과 같이, N형 반도체 기판(119)에 일정 깊이의 트렌치(116)를 형성하여 이온주입에 의한 P- 기둥층(104) 및 P+ 컨택층(107)을 형성한 초접합 파워 모스펫이 특허문헌 2에 의하여 개시되었다.3, a superjunction power MOSFET in which a
이는 도 1 및 도 2의 구조에 비하여 각각 에피텍셜 공정 및 딥 트렌치 공정이 요구되지 않는 장점이 있으나, P- 기둥층(104)을 만들기 위해서는 이온주입과 열확산 공정을 수행하게 되므로, 이 경우 횡 확산에 의해 도 3과 같이 아래로 수직한 P- 기둥층(104)을 형성하기 용이하지 않을 뿐만 아니라 N+ 드레인 영역(102)까지 형성하기 어려워, 소스전극(110), 트렌치 컨택(117), P+ 컨택층(107) 및 P- 기둥층(104)을 통하여 전류 경로인 N- 기둥층(103)에서 발생된 홀(hole)을 제대로 빼어내기 어려운 문제점이 있다. 즉, 온저항(Ron)을 줄이는데 일정한 한계가 있다.This is an advantage that the epitaxial process and the deep trench process are not required, respectively, compared to the structures of FIGS. 1 and 2, but in order to form the P-
도 3에서 미설명된 부호 101은 드레인 전극, 105는 P- 베이스층, 106은 N- 소스층, 108은 게이트 절연막, 109는 게이트 전극이다.In FIG. 3,
본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로서, 딥 트렌치에 P형으로 도핑된 반도체 물질과 같은 도전성 물질을 채워 P형 기둥층을 형성함으로써, 공정이 간단하고, 고 내압(BV)뿐만 아니라 온저항(Ron)을 줄이며, 나아가 칩의 크기를 줄일 수 있는 초접합 트렌치 구조를 갖는 파워 모스펫 및 그 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention has been proposed to solve the above problems of the prior art, by forming a P-type pillar layer by filling a deep trench with a conductive material, such as a semiconductor material doped with a P-type, the process is simple, high pressure resistance ( It is an object of the present invention to provide a power MOSFET having a superjunction trench structure capable of reducing on-resistance (Ron) as well as a chip size, and a method of manufacturing the same.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 의한 초접합 트렌치 구조를 갖는 파워 모스펫은 하부에서 드레인 전극과 접하며 수평으로 형성된 제1도전형 드레인 영역; 상기 드레인 영역 상에 수평으로 일정거리 이격되며 수직하게 형성된 트렌치 속에 도전성 물질로 채워진 두 개의 제2도전형 제1기둥층들; 상기 각 제1기둥층 상부 주위로 일정 깊이 형성된 제2도전형 베이스 영역; 상기 베이스 영역 내에서 상기 제1기둥층 상부 주위로 상기 베이스 영역보다 접합깊이가 작게 형성된 제1도전형 소스 영역; 상기 베이스 영역 내에서 상기 제1기둥층 상부 주위로 상기 소스 영역보다 폭이 작고 접합깊이는 크고, 상기 베이스 영역보다 접합깊이가 작게 형성된 제2도전형 컨택 영역; 상기 베이스 영역의 하부에서 상기 제1기둥층 주위로 감싸며 형성된 제2도전형 확산 영역; 상기 드레인 영역 상에 상기 제1기둥층들 사이로 상기 제1도전형 확산 영역과 상기 베이스 영역 사이에 형성된 제1도전형 제2기둥층; 상기 제2기둥층, 상기 제2기둥층의 양측에 형성된 2개의 상기 베이스 영역 및 2개의 상기 소스 영역에 게이트 절연막을 사이에 두고 형성된 게이트 전극; 및 상기 게이트 전극 상에 절연막을 사이에 두고, 상기 게이트 전극 양측으로 드러난 상기 소스 영역, 상기 컨택 영역 및 상기 제1기둥층의 각 상부면에 접하도록 형성된 소스 전극을 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, the power MOSFET having a superjunction trench structure according to the present invention comprises a first conductive drain region formed in horizontal contact with the drain electrode at the bottom; Two second conductive first pillar layers filled with a conductive material in a trench vertically spaced horizontally and vertically spaced on the drain region; A second conductive base region formed to a predetermined depth around each of the first pillar layers; A first conductive source region formed around the upper portion of the first pillar layer in the base region and having a smaller junction depth than the base region; A second conductive contact region formed in the base region around the first pillar layer and having a smaller width and a larger bonding depth than the source region and a smaller bonding depth than the base region; A second conductive diffusion region formed around the first pillar layer below the base region; A first conductive second pillar layer formed between the first conductive diffusion region and the base region between the first pillar layers on the drain region; A gate electrode formed on the second pillar layer, two base regions formed on both sides of the second pillar layer, and two source regions with a gate insulating film interposed therebetween; And a source electrode formed between the insulating layer on the gate electrode and in contact with the upper surface of the source region, the contact region, and the first pillar layer exposed to both sides of the gate electrode.
여기서, 상기 제2기둥층 상부는 상기 소스 영역 및 상기 베이스 영역을 측면으로 접하도록 일정 깊이 제2의 트렌치가 형성되고, 상기 제2의 트렌치 내벽에는 제2의 게이트 절연막이 형성되고, 상기 제2의 게이트 절연막 상에는 상기 게이트 전극이 형성된 것일 수 있다.Here, a second trench is formed in the upper portion of the second pillar layer to have a side contact with the source region and the base region, and a second gate insulating layer is formed on the inner wall of the second trench. The gate electrode may be formed on the gate insulating film.
한편, 본 발명에 의한 초접합 트렌치 구조를 갖는 파워 모스펫의 제조방법은 제1도전형을 갖는 반도체 기판 상에 제1도전형의 에피층을 일정 두께로 성장시키는 제1단계; 상기 에피층 상에 수평으로 일정 간격 식각 마스크를 형성하고 상기 에피층을 식각하여 수직으로 일정 깊이의 트렌치를 형성하는 제2단계; 상기 트렌치에 도전성 물질을 채우고 상기 에피층이 드러나도록 평탄화시켜 제2도전형의 제1기둥층을 형성하는 제3단계; 상기 제1기둥층 사이로 드러난 상기 에피층 상에 게이트 절연막 및 게이트 전극을 순차 형성하는 제4단계; 이온주입 및 열확산 공정으로 상기 에피층에 상기 제1기둥층 주위로 제2도전형의 베이스 영역, 제1도전형의 소스 영역 및 제2도전형의 컨택 영역을 형성하는 제5단계; 상기 소스 영역, 상기 컨택 영역 및 상기 제1기둥층과 접하도록 소스 전극을 형성하는 제6단계; 및 상기 반도체 기판 후면을 일정 두께 갈아내고 후면에 이온주입 하여 제1도전형의 드레인 영역을 형성하고, 상기 드레인 영역 하부에 드레인 전극을 형성하는 제7단계를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하거나,On the other hand, the method of manufacturing a power MOSFET having a superjunction trench structure according to the present invention includes a first step of growing an epitaxial layer of a first conductive type on a semiconductor substrate having a first conductive type; A second step of forming an etch mask horizontally on the epitaxial layer and etching the epitaxial layer to form a trench of a predetermined depth vertically; Filling the trench with a conductive material and planarizing the exposed epitaxial layer to form a first pillar layer of a second conductivity type; A fourth step of sequentially forming a gate insulating film and a gate electrode on the epitaxial layer exposed between the first pillar layers; A fifth step of forming a base region of a second conductivity type, a source region of a first conductivity type, and a contact region of a second conductivity type in the epi layer around the first pillar layer by an ion implantation and thermal diffusion process; Forming a source electrode to contact the source region, the contact region, and the first pillar layer; And a seventh step of forming a drain region of the first conductivity type by grinding a predetermined thickness of the back surface of the semiconductor substrate and implanting ions into the back surface, and forming a drain electrode under the drain region.
제1도전형을 갖는 반도체 기판 상에 수평으로 일정 간격 식각 마스크를 형성하고 상기 반도체 기판을 식각하여 수직으로 일정 깊이의 트렌치를 형성하는 제1단계; 상기 트렌치에 도전성 물질을 채우고 상기 반도체 기판의 바닥을 갈아 상기 트렌치가 드러나도록 한 다음, 제1도전형을 갖는 제2의 반도체 기판을 접합시키는 제2단계; 상기 도전성 물질을 식각하고 상기 식각 마스크를 제거하여 제2도전형의 제1기둥층을 형성하는 제3단계; 상기 제1기둥층 사이로 드러난 상기 반도체 기판의 액티브 영역 상에 게이트 절연막 및 게이트 전극을 순차 형성하는 제4단계; 이온주입 및 열확산 공정으로 상기 액티브 영역에 상기 제1기둥층 주위로 제2도전형의 베이스 영역, 제1도전형의 소스 영역 및 제2도전형의 컨택 영역을 형성하는 제5단계; 상기 소스 영역, 상기 컨택 영역 및 상기 제1기둥층과 접하도록 소스 전극을 형성하는 제6단계; 및 상기 제2의 반도체 기판 후면을 일정 두께 갈아내고 후면에 이온주입 하여 제1도전형의 드레인 영역을 형성하고, 상기 드레인 영역 하부에 드레인 전극을 형성하는 제7단계를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.Forming a etch mask horizontally on the semiconductor substrate having the first conductivity type horizontally and etching the semiconductor substrate to form a trench of a predetermined depth vertically; Filling the trench with a conductive material, grinding the bottom of the semiconductor substrate to expose the trench, and then bonding a second semiconductor substrate having a first conductivity type; Etching the conductive material and removing the etching mask to form a first pillar layer of a second conductive type; A fourth step of sequentially forming a gate insulating film and a gate electrode on an active region of the semiconductor substrate exposed between the first pillar layers; Forming a base region of a second conductivity type, a source region of a first conductivity type, and a contact region of a second conductivity type in the active region around the first pillar layer by an ion implantation and thermal diffusion process; Forming a source electrode to contact the source region, the contact region, and the first pillar layer; And a seventh step of forming a drain region of the first conductive type by grinding a predetermined thickness of the back surface of the second semiconductor substrate and implanting ions into the back surface, and forming a drain electrode under the drain region. .
본 발명은 제1도전형 에피층이나 반도체 기판에 트렌치를 형성하고 제2도전형으로 도핑된 반도체 물질과 같은 도전성 물질을 채우고, 간단한 확산공정에 의하여 제1기둥층(예컨대, P형 기둥층)을 형성함으로써, 종래 쿨모스 구조의 파워 모스펫에 비하여 공정이 매우 간단하고, 제1기둥층(예컨대, P형 기둥층) 형성을 제어 가능하게 되어 전류 경로인 제2기둥층(예컨대, N형 기둥층)에서 발생된 소수 캐리어(예컨대, 홀)를 효과적으로 배출하여 온저항(Ron)을 줄이며, 공핍층이 제1기둥층(예컨대, P형 기둥층) 측면으로 형성하게 하여 고 내압(BV)이 가능하게 됨은 물론, 칩의 크기도 줄일 수 있는 효과가 있다.The present invention forms a trench in a first conductive epitaxial layer or a semiconductor substrate, and fills a conductive material such as a semiconductor material doped with a second conductive type, and then, by a simple diffusion process, a first pillar layer (eg, a P-type pillar layer). By forming the second pillar layer (e.g., N-type pillar) which is a current path, the process is much simpler than that of a power MOSFET having a cooler structure, and the formation of the first pillar layer (for example, P-type pillar layer) can be controlled. To reduce the on-resistance (Ron) by effectively discharging the minority carriers (e.g. holes) generated in the layer) and to form a depletion layer on the side of the first pillar layer (e.g., P-type pillar layer). It is possible to reduce the size of the chip as well as possible.
도 1은 종래 쿨모스 구조를 보여주는 단면도이다.
도 2는 종래 딥 트렌치에 절연물질로 채워진 소자분리영역으로 분리된 NPN 기둥구조를 갖는 파워 모스펫의 구조를 보여주는 단면도이다.
도 3은 종래 P- 기둥층 및 P+ 컨택층을 갖는 파워 모스펫의 구조를 보여주는 단면도이다.
도 4 내지 도 8은 본 발명의 일 실시예에 의한 파워 모스펫의 제조방법을 보여주는 공정단면도이다.
도 9 내지 도 12는 본 발명의 다른 실시예에 의한 파워 모스펫의 구조를 보여주는 단면도이다.
도 13 내지 도 16은 본 발명의 다른 실시예에 의한 파워 모스펫의 제조방법을 보여주는 공정단면도이다.1 is a cross-sectional view showing a conventional cool moss structure.
2 is a cross-sectional view illustrating a structure of a power MOSFET having an NPN pillar structure divided into a device isolation region filled with an insulating material in a conventional deep trench.
3 is a cross-sectional view showing a structure of a power MOSFET having a conventional P- pillar layer and a P + contact layer.
4 to 8 is a cross-sectional view showing a method of manufacturing a power MOSFET according to an embodiment of the present invention.
9 to 12 are cross-sectional views showing the structure of a power MOSFET according to another embodiment of the present invention.
13 to 16 is a cross-sectional view showing a method for manufacturing a power MOSFET according to another embodiment of the present invention.
이하, 첨부된 도면을 참조하며 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
[구조에 관한 [Structure 실시예Example ]]
본 발명의 의한 파워 모스펫은 기본적으로, 도 8 내지 도 12 및 도 16에 공통적으로 표현된 바와 같이, 하부에서 드레인 전극(90)과 접하며 수평으로 형성된 제1도전형(예컨대, N형) 드레인 영역(10a); 상기 드레인 영역 상에 수평으로 일정거리 이격되며 수직하게 형성된 트렌치(40a) 속에 제2도전형(예컨대, P형) 불순물로 도핑된 반도체 물질(예컨대, 폴리실리콘)과 같이 도전성 물질로 채워진 두 개의 제2도전형 제1기둥층들(40); 상기 각 제1기둥층 상부 주위로 일정 깊이 형성된 제2도전형 베이스 영역(44; 44a); 상기 베이스 영역 내에서 상기 제1기둥층 상부 주위로 상기 베이스 영역보다 접합깊이가 작게 형성된 제1도전형 소스 영역(50); 상기 베이스 영역 내에서 상기 제1기둥층 상부 주위로 상기 소스 영역보다 폭이 작고 접합깊이는 크고, 상기 베이스 영역보다 접합깊이가 작게 형성된 제2도전형 컨택 영역(46); 상기 베이스 영역의 하부에서 상기 제1기둥층 주위로 감싸며 형성된 제2도전형 확산 영역(42; 42a); 상기 드레인 영역 상에 상기 제1기둥층들 사이로 상기 제1도전형 확산 영역(42; 42a)과 상기 베이스 영역(44; 44a) 사이에 형성된 제1도전형 제2기둥층(22; 12, 22a); 상기 제2기둥층, 상기 제2기둥층의 양측에 형성된 2개의 상기 베이스 영역 및 2개의 상기 소스 영역에 게이트 절연막(60, 61)을 사이에 두고 형성된 게이트 전극(70, 72); 및 상기 게이트 전극 상에 절연막(62)을 사이에 두고, 상기 게이트 전극 양측으로 드러난 상기 소스 영역(50), 상기 컨택 영역(46) 및 상기 제1기둥층(40)의 각 상부면에 접하도록 형성된 소스 전극(80)을 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.The power MOSFET according to the present invention basically has a first conductive type (eg, N-type) drain region formed horizontally in contact with the
상기와 같이 구성됨으로써, 게이트 전극(70, 72)에 턴온(turn on) 전압이 인가될 때, 게이트 절연막(60, 61)에 접하는 양측 베이스 영역(44; 44a)에 반전층(inversion layer)에 의한 채널이 형성되어 양측 소스 전극(80)->제2기둥층(22; 12, 22a)->드레인 전극(90)으로 전류 경로가 생기게 되는데, 제2기둥층(22; 12, 22a)의 도핑농도 조절 및 제1기둥층(40)으로 제2기둥층(22; 12, 22a)에서 발생된 소수 캐리어(예컨대, 홀)를 효과적으로 제거할 수 있게 되어 온저항(Ron)을 최대한 낮출 수 있다.In this manner, when a turn-on voltage is applied to the
또한, 턴온(turn on)시 소스 전극(80)과 드레인 전극(90)에 인가된 전압은 제2도전형 컨택 영역(46)과 제1도전형 드레인 영역(10a) 사이에는 역 바이어스로 인가되어, 이때 발생되는 공핍층은 제1기둥층(40)을 둘러싸는 제2도전형 확산 영역(42; 42a)과 제1도전형 제2기둥층(22; 12, 22a) 사이에 형성되어 고 내압(BV)도 가능하게 되는 장점이 있다.In addition, the voltage applied to the
상기에서 제1도전형이 N형이라면, 제2도전형은 P형이고, 서로 반대일 수 있다. 본 명세서 및 첨부된 도면에는 편의상 제1도전형을 N형으로, 제2도전형을 P형으로 설명하거나 표시하였으나, 서로 반대로 설명되거나 표시될 수 있다.If the first conductivity type is N type, the second conductivity type is P type and may be opposite to each other. In the present specification and the accompanying drawings, the first conductive type is described as N type and the second conductive type is described as P type for convenience, but may be described or displayed opposite to each other.
그리고, 본 명세서 및 첨부된 도면에서 P-, P+는 모두 P형 불순물 도핑층을 말하고, N-, N+, N++는 모두 N형 불순물 도핑층을 말하며, -보다 +가 , +보다 ++가 더 높은 농도로 도핑되어 있음을 나타낸다.In the present specification and the accompanying drawings, P- and P + all refer to a P-type impurity doping layer, and N-, N +, and N ++ all refer to an N-type impurity doping layer, and + is greater than-, ++ is greater than +. It is doped at a high concentration.
상기 본 발명의 의한 파워 모스펫은 첨부된 도 8 내지 도 12 및 도 16과 같이 구체적으로 구현될 수 있다.The power MOSFET according to the present invention may be specifically implemented as shown in FIGS. 8 to 12 and 16.
도 8에 도시된 실시예에 의하면, P- 확산 영역(42)은 P형 제1기둥층(40)을 둘러싸며 N++ 드레인 영역(10a)까지 확산되어 형성된다. According to the embodiment shown in FIG. 8, the P-
제2기둥층(22)은 N-로 도시되어 있으나, 도핑농도를 더 높여(예컨대, N0 : N0 > N-) 온저항(Ron)을 더 낮출 수 있다. Although the
또한, 모스펫 턴온시 양측 소스 전극(80)->제2기둥층(22)->드레인 전극(90)으로 전자 전류가 흐르게 되고, 이때 N- 제2기둥층(22)에서 전자 흐름을 방해하는 홀들은 역 바이어스로 N- 제2기둥층(22)과 P- 확산 영역(42) 사이에 형성된 공핍층을 통과하며 P형 제1기둥층(40)->P+ 컨택 영역(46)->소스 전극(80)으로 빠져나가게 되어, 온저항(Ron)을 더욱 낮출 수 있게 된다.In addition, when the MOSFET is turned on, electron current flows to both source electrodes 80-> second pillar layer 22->
도 9에 도시된 실시예에 의하면, P형 제1기둥층(40)의 하부에는 P+ 싱커부(sinker part, 48)가 더 형성되어, P- 확산 영역(42)에 들어오는 홀들을 P형 제1기둥층(40)으로 더 효과적으로 빼어낼 수 있게 된다. According to the embodiment shown in FIG. 9, a P +
도 9의 실시예에서는 P+ 싱커부(sinker part)가 N++ 드레인 영역(10a)까지 형성되어 있으나, N++ 드레인 영역(10a)과 떨어져 형성될 수 있다. 그리고, P- 확산 영역(42)은 P- 베이스 영역(44)과 P+ 싱커부(48) 사이에 P형 제1기둥층(40)을 감싸며 형성된다. In the embodiment of FIG. 9, the P + sinker part is formed up to the N ++
도 10에 도시된 실시예에 의하면, 도 9에 따른 실시예에서 트렌치 측벽(40a)에 측벽 절연막(51)이 더 형성되고, 도전성 물질로 채워 P형 제1기둥층(40)을 형성한다. 이때, 상기 도전성 물질은 P형 불순물이 도핑된 폴리실리콘과 같은 실리콘계 물질뿐만 아니라 금속실리사이드와 같은 금속성 물질도 가능하다.According to the embodiment shown in FIG. 10, in the embodiment according to FIG. 9, the
도 11에 도시된 실시예에 의하면, 상기 각 실시예에서 N- 제2기둥층(22) 상부로부터 일정 깊이 제2의 트렌치가 형성되고, 제2의 트렌치 내벽에는 제2의 게이트 절연막(61)이 형성되어 N+ 소스 영역(50) 및 P- 베이스 영역(44)과 측면으로 접하고, 제2의 게이트 절연막 상에는 트렌치를 메운 게이트 전극(72)이 형성된 구조를 갖는다.According to the embodiment shown in FIG. 11, in each of the above-described embodiments, a second trench is formed at a predetermined depth from the top of the N−
이때, 상기 제2의 트렌치 깊이는 P형 제1기둥층(40)을 형성하기 위한 트렌치(40a)의 깊이보다 작고 P- 베이스 영역(44)의 접합깊이보다는 큰 것이 바람직하다.In this case, the second trench depth is preferably smaller than the depth of the
도 11과 같은 구성을 함으로써, 게이트 절연막(61)에 접한 측면 베이스 영역(44)에 수직 채널이 형성되어, N- 제2기둥층(22)에 형성되는 전류 경로가 짧아져 온저항(Ron)을 더욱 낮출 수 있으며, 수평채널이 차지하던 면적을 줄일 수 있게 되어 칩(소자)의 크기를 획기적으로 줄일 수 있는 장점이 있다.11, a vertical channel is formed in the
도 12에 도시된 실시예에 의하면, 도 11에 따른 실시예에서 제2의 게이트 절연막(61)은 제2의 트렌치 바닥에 임의 절연막(63)이 더 형성되어, 제2의 트렌치 바닥에서 측벽보다 두껍게 형성한다, 이렇게 함으로써, 게이트 전극(72)의 끝단에 생기는 전계의 영향을 줄일 수 있게 된다.According to the embodiment shown in FIG. 12, in the embodiment according to FIG. 11, the second
도 8 내지 도 12에 도시된 실시예는 후술하는 바와 같이, N형 반도체 기판에 소정의 두께로 N- 에피층을 성장시켜 이를 식각하여 형성한 것이나, N형 반도체 기판 자체를 식각하여 형성할 수 있음은 물론이다.8 to 12 are formed by etching an N- epitaxial layer having a predetermined thickness on an N-type semiconductor substrate and etching the same, or the N-type semiconductor substrate itself may be formed by etching. Of course.
도 16에 도시된 실시예에 의하면, 도 8에 따른 실시예와 유사한 구성을 가지나, N형 반도체 기판 자체를 식각하여 대부분을 형성하고, 제2의 N형 반도체 기판을 붙여 N++ 드레인 영역(10a)을 형성한 것을 보여준다.According to the embodiment shown in FIG. 16, the structure is similar to that of the embodiment of FIG. 8, but the N-type semiconductor substrate itself is etched to form a large portion, and the second N-type semiconductor substrate is pasted to attach the N ++
도 16에 도시된 바와 같이, 도 8 내지 도 12에 따른 각 실시예에서, P- 베이스 영역(44)과 P- 확산 영역(42)은 하나의 P- 영역(42a)으로 P형 제1기둥층(40)을 둘러싸며 형성될 수 있다.As shown in Fig. 16, in each embodiment according to Figs. 8 to 12, the P-
도 16에서 미설명된 도면부호 11은 기판 접합층, 12는 제2의 N형 반도체 기판 또는 그 기판의 에피층을 각각 나타낸다.
In FIG. 16,
[제조방법에 관한 [Production method 제1실시예First Embodiment ]]
다음은, 도 4 내지 도 8을 참조하며, 본 발명의 일 실시예에 따른 파워 모스펫의 제조방법에 대하여 설명한다.Next, referring to FIGS. 4 to 8, a method of manufacturing a power MOSFET according to an embodiment of the present invention will be described.
우선, 도 4와 같이, 제1도전형(예컨대, N형)을 갖는 N+ 반도체 기판(10) 상에 N- 에피층(20)을 일정 두께로 성장시킨다(제1단계).First, as shown in FIG. 4, the N−
이어, 도 5와 같이, 상기 에피층(20) 상에 수평으로 일정 간격 식각 마스크(30)를 형성하고 상기 에피층(20)을 식각하여 수직으로 일정 깊이의 트렌치(40a)를 형성한다(제2단계).Subsequently, as shown in FIG. 5, a predetermined
이때, 상기 트렌치(40a) 내벽에 P형 불순물을 주입하는 단계를 더 추가할 수 있다.In this case, a step of injecting P-type impurities into the inner wall of the
특히, 도 9와 같이, 차후 P형 제1기둥층(40) 하부에 P+ 싱커부(48)를 형성하기 위해서는 상기 트렌치(40a)의 바닥에 P형 불순물을 고농도(예컨대, 트렌치 내벽에 주입하는 불순물 농도나 차후 P형 제1기둥층의 도핑농도보다 높은 농도)로 주입하는 단계를 더 추가할 수 있다.In particular, as shown in FIG. 9, in order to form a P +
그리고, 도 10과 같이, 상기 트렌치(40a) 측벽에 측벽 절연막(51)을 형성하는 단계를 더 추가할 수도 있다.As shown in FIG. 10, the method may further include forming a
이후, 도 6과 같이, 상기 트렌치(40a)에 도전성 물질을 채우고 상기 에피층이 드러나도록 평탄화시켜 제2도전형(예컨대, P형)의 제1기둥층(40)을 형성한다(제3단계).Subsequently, as shown in FIG. 6, the
여기서, 상기 도전성 물질은 불순물이 도핑된 반도체 물질 또는 금속실리사이드와 같은 금속성 물질일 수 있으나, P형 제1기둥층(40)을 형성하고 차후 P형 불순물을 확산시켜 P- 확산 영역(41)을 형성하기 위해서는 P형 불순물이 도핑된 폴리실리콘과 같은 실리콘계 물질이 바람직하다.The conductive material may be a semiconductor material doped with an impurity or a metallic material such as metal silicide, but the P-
따라서, 도 6에 도시된 P- 확산 영역(41)은 제2단계에서 트렌치(40a) 내벽에 P형 불순물을 주입하여 형성할 수도 있고, 제3단계에서 P형 제1기둥층(40)을 형성한 후 열확산 공정을 진행하여 형성할 수도 있다. 그리고, 후자의 열확산 공정은 차후 베이스 영역(44), 소스 영역(50) 및 컨택 영역(46) 형성시 열확산 공정으로 갈음할 수도 있다.Therefore, the P-
다음, 도 7과 같이, 상기 P형 제1기둥층(40) 사이로 드러난 상기 에피층(20) 상에 게이트 절연막(60) 및 게이트 전극(70)을 순차 형성한다(제4단계).Next, as shown in FIG. 7, a
이때, 도 11 및 도 12와 같이, 트렌치 게이트 전극(72)을 형성할 경우에는, 상기 제1기둥층(40) 사이로 드러난 상기 에피층(20) 상에 상기 제2단계의 트렌치 깊이보다 작게 차후 형성될 P- 베이스 영역(44)의 접합깊이보다는 크게 제2의 트렌치를 형성하고(제4-1단계), 상기 제2의 트렌치 내벽 및 상기 에피층 상에 게이트 절연막(61)을 형성한 다음(제4-2단계), 상기 게이트 절연막 상에 게이트 물질을 증착하고 식각하여 게이트 전극(72)을 형성하는 단계(제4-3단계)로 진행될 수 있다.11 and 12, when the
그리고, 상기 제4-2단계와 상기 제4-3단계 사이에는, 도 12와 같이, 상기 제2의 트렌치 바닥에 절연막(63)을 더 형성하여 측벽과 게이트 절연막 두께에 차이가 나게 하는 단계를 더 진행할 수 있다.In addition, between steps 4-2 and 4-3, as shown in FIG. 12, an insulating
이후, 상기 게이트 전극(70, 72)을 이용하고 필요한 경우 이온주입마스크(미도시)를 형성하여, 도 7, 도 11 및 도 12와 같이, 이온주입 및 열확산 공정으로 상기 에피층(20)에 상기 P형 제1기둥층(40) 주위로 P- 베이스 영역(44), N+ 소스 영역(50) 및 P+ 컨택 영역(46)을 형성한다(제5단계).Thereafter, using the
다음, 상기 N+ 소스 영역, 상기 P+ 컨택 영역 및 상기 P형 제1기둥층(40)과 접하도록 도전성 물질로 소스 전극(80)을 형성한다(제6단계).Next, a
마지막으로, 도 8과 같이, 상기 반도체 기판(10) 후면을 일정 두께 갈아내고, 후면에 N형 불순물로 이온주입 하여 N++ 드레인 영역(10a)을 형성하고, 상기 드레인 영역(10a) 하부에 드레인 전극(90)을 형성한다(제7단계).Finally, as shown in FIG. 8, the rear surface of the
상기 실시예에서 제1도전형은 N형으로, 제2도전형은 P형으로 각각 설명되었으나, 서로 반대로 설명될 수 있음은 물론이다.
In the above embodiment, the first conductive type is described as N type, and the second conductive type is described as P type, but may be described in reverse.
[제조방법에 관한 [Production method 제2실시예Second Embodiment ]]
도 13 내지 도 16을 참조하며, 본 발명의 다른 실시예에 따른 파워 모스펫의 제조방법에 대하여 설명한다.13 to 16, a method of manufacturing a power MOSFET according to another embodiment of the present invention will be described.
우선, 도 13과 같이, 제1도전형(예컨대, N형)을 갖는 N- 반도체 기판(20a) 상에 수평으로 일정 간격 식각 마스크(30)를 형성하고, 상기 반도체 기판을 식각하여 수직으로 일정 깊이의 트렌치(40a)를 형성한다(제1단계).First, as shown in FIG. 13, a constant
이때, 상기 트렌치(40a) 내벽에 P형 불순물을 주입하는 단계를 더 추가할 수 있다.In this case, a step of injecting P-type impurities into the inner wall of the
특히, 차후 P형 제1기둥층(40) 하부에 P+ 싱커부(48)를 형성하기 위해서는 상기 트렌치(40a)의 바닥에 P형 불순물을 고농도(예컨대, 트렌치 내벽에 주입하는 불순물 농도나 차후 P형 제1기둥층의 도핑농도보다 높은 농도)로 주입하는 단계를 더 추가할 수 있다.In particular, in order to form the P +
그리고, 상기 트렌치(40a) 측벽에 측벽 절연막(51)을 형성하는 단계를 더 추가할 수도 있다.The
이후, 도 14와 같이, 상기 트렌치(40a)에 도전성 물질(40b)을 채우고, 상기 반도체 기판(20a)의 바닥을 갈아 상기 트렌치(40a)가 드러나도록 한 다음, 도 15와 같이, 제2의 N형 반도체 기판(10, 12)을 접합시킨다(제2단계).Subsequently, as shown in FIG. 14, the
여기서, 상기 도전성 물질(40b)은 불순물이 도핑된 반도체 물질 또는 금속실리사이드와 같은 금속성 물질일 수 있으나, 차후 P형 제1기둥층(40)을 형성하고 P형 불순물을 확산시켜 P- 확산 영역을 형성하기 위해서는 P형 불순물이 도핑된 폴리실리콘과 같은 실리콘계 물질이 바람직하다.Here, the
따라서, 차후 형성되는 P- 확산 영역은 제1단계에서 트렌치(40a) 내벽에 P형 불순물을 주입하여 형성할 수도 있고, 제2단계에서 P형 제1기둥층(40)을 형성한 후 열확산 공정을 진행하여 형성할 수도 있으며, 게이트 전극(70) 형성 이후 이온주입 및 열확산 공정으로 형성될 수도 있다.Therefore, the P-diffusion region to be formed later may be formed by injecting P-type impurities into the inner wall of the
그리고, 상기 반도체 기판(20a)의 바닥을 갈아 상기 트렌치(40a)가 드러나도록 함으로써, 균일한 트렌치(40a)를 형성할 수 있고, 공지의 기판 접합기술을 이용하여, 도 15와 같이, 제2의 N형 반도체 기판(10, 12)을 접합시켜 차후 드레인 영역을 형성시킨다.The
상기 제2의 N형 반도체 기판(10, 12)은 N+ 기판(10)에 N- 에피층(12)을 키운 것일 수도 있고, N- 기판(12)에 N형 불순물을 주입하여 N+ 층(10)이 형성된 것일 수도 있다. The second N-
다음, 도 15와 같이, 상기 도전성 물질(40b)을 식각하고 상기 식각 마스크(30)를 제거하여 P형 제1기둥층(40)을 형성한다(제3단계).Next, as shown in FIG. 15, the
이어, 도 15와 같이, 상기 제1기둥층(40) 사이로 드러난 상기 반도체 기판의 액티브 영역 상에 게이트 절연막(60a) 및 게이트 전극(70)을 순차 형성한다(제4단계).Subsequently, as shown in FIG. 15, the
이때에도 제조방법에 관한 제1실시예와 같이, 도 11에 도시된 트렌치 게이트 전극(72)을 형성할 경우에는, 상기 제1기둥층(40) 사이로 드러난 상기 액티브 영역(20b) 상에 상기 제1단계의 트렌치(40a) 깊이보다 작게 차후 형성될 P- 베이스 영역(44a)의 접합깊이보다는 크게 제2의 트렌치를 형성하고(제4-1단계), 상기 제2의 트렌치 내벽 및 상기 에피층 상에 게이트 절연막(61)을 형성한 다음(제4-2단계), 상기 게이트 절연막 상에 게이트 물질을 증착하고 식각하여 게이트 전극(72)을 형성하는 단계(제4-3단계)로 진행될 수 있다.In this case, as in the first embodiment of the manufacturing method, when the
그리고, 상기 제4-2단계와 상기 제4-3단계 사이에는, 도 12와 같이, 상기 제2의 트렌치 바닥에 절연막(63)을 더 형성하여 측벽과 게이트 절연막 두께에 차이가 나게 하는 단계를 더 진행할 수 있다.In addition, between steps 4-2 and 4-3, as shown in FIG. 12, an insulating
이후, 상기 게이트 전극(70, 72)을 이용하고 필요한 경우 이온주입마스크(미도시)를 형성하여, 도 15와 같이, 이온주입 및 열확산 공정으로 상기 액티브 영역(20b)에 상기 P형 제1기둥층(40) 주위로 P- 베이스 영역(44a), N+ 소스 영역(50) 및 P+ 컨택 영역(46)을 형성한다(제5단계).Subsequently, the
이때, P- 베이스 영역(44a)은 제1기둥층(40)을 둘러싸는 P- 확산 영역(42a)이 함께 동시에 형성될 수도 있다. 즉, P- 베이스 영역(44a) 형성시 이온주입 에너지를 크게 하여 제1기둥층(40)의 아랫부분까지 이온 주입되게 할 수도 있고, 제1기둥층(40) 형성시 주입된 P형 불순물을 확산시켜 제1기둥층(40)을 둘러싸는 P- 확산 영역(42a)도 함께 형성할 수도 있다.In this case, the P-
다음, 상기 N+ 소스 영역, 상기 P+ 컨택 영역 및 상기 P형 제1기둥층(40)과 접하도록 도전성 물질로 소스 전극(80)을 형성한다(제6단계).Next, a
마지막으로, 도 16과 같이, 상기 제2의 반도체 기판(10) 후면을 일정 두께 갈아내고, 후면에 N형 불순물로 이온주입 하여 N++ 드레인 영역(10a)을 형성하고, 상기 드레인 영역(10a) 하부에 드레인 전극(90)을 형성한다(제7단계).Lastly, as shown in FIG. 16, the rear surface of the
상기 실시예에서 제1도전형은 N형으로, 제2도전형은 P형으로 각각 설명되었으나, 서로 반대로 설명될 수 있음은 물론이다.In the above embodiment, the first conductive type is described as N type, and the second conductive type is described as P type, but may be described in reverse.
10, 20a: N형 반도체 기판
11: 접합층
10a: N++ 드레인 영역
12, 22, 22a: N- 제2기둥층
20: N- 에피층
20b: N- 액티브 영역
30: 식각 마스크
40: P형 제2기둥층
42: P- 확산층
44: P- 베이스 영역
46: P+ 컨택 영역
48: P+ 싱커부
50: N+ 소스 영역
60, 61: 게이트 절연막
70: 게이트 전극
80: 소스 전극
90: 드레인 전극10, 20a: N-type semiconductor substrate
11: bonding layer
10a: N ++ drain region
12, 22, 22a: N-second pillar layer
20: N- epi layer
20b: N-active area
30: etching mask
40: P-type second pillar layer
42: P-diffusion layer
44: P-base area
46: P + contact area
48: P + sinker part
50: N + source area
60, 61: gate insulating film
70: gate electrode
80: source electrode
90: drain electrode
Claims (21)
상기 드레인 영역 상에 수평으로 일정거리 이격되며 수직하게 형성된 트렌치 속에 도전성 물질로 채워진 두 개의 제2도전형 제1기둥층들;
상기 각 제1기둥층 상부 주위로 일정 깊이 형성된 제2도전형 베이스 영역;
상기 베이스 영역 내에서 상기 제1기둥층 상부 주위로 상기 베이스 영역보다 접합깊이가 작게 형성된 제1도전형 소스 영역;
상기 베이스 영역 내에서 상기 제1기둥층 상부 주위로 상기 소스 영역보다 폭이 작고 접합깊이는 크고, 상기 베이스 영역보다 접합깊이가 작게 형성된 제2도전형 컨택 영역;
상기 베이스 영역의 하부에서 상기 제1기둥층 주위로 감싸며 형성된 제2도전형 확산 영역;
상기 드레인 영역 상에 상기 제1기둥층들 사이로 상기 제1도전형 확산 영역과 상기 베이스 영역 사이에 형성된 제1도전형 제2기둥층;
상기 제2기둥층, 상기 제2기둥층의 양측에 형성된 2개의 상기 베이스 영역 및 2개의 상기 소스 영역에 게이트 절연막을 사이에 두고 형성된 게이트 전극; 및
상기 게이트 전극 상에 절연막을 사이에 두고, 상기 게이트 전극 양측으로 드러난 상기 소스 영역, 상기 컨택 영역 및 상기 제1기둥층의 각 상부면에 접하도록 형성된 소스 전극을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 초접합 트렌치 구조를 갖는 파워 모스펫.
A first conductive drain region horizontally contacting the drain electrode at a lower portion thereof;
Two second conductive first pillar layers filled with a conductive material in a trench vertically spaced horizontally and vertically spaced on the drain region;
A second conductive base region formed to a predetermined depth around each of the first pillar layers;
A first conductive source region formed around the upper portion of the first pillar layer in the base region and having a smaller junction depth than the base region;
A second conductive contact region formed in the base region around the first pillar layer and having a smaller width and a larger bonding depth than the source region and a smaller bonding depth than the base region;
A second conductive diffusion region formed around the first pillar layer below the base region;
A first conductive second pillar layer formed between the first conductive diffusion region and the base region between the first pillar layers on the drain region;
A gate electrode formed on the second pillar layer, two base regions formed on both sides of the second pillar layer, and two source regions with a gate insulating film interposed therebetween; And
And a source electrode formed to be in contact with each of the top surfaces of the source region, the contact region, and the first pillar layer exposed to both sides of the gate electrode with an insulating film interposed therebetween on the gate electrode. Power MOSFET with trench structure.
상기 확산 영역은 상기 드레인 영역까지 확산되어 형성된 것을 특징으로 하는 초접합 트렌치 구조를 갖는 파워 모스펫.
The method of claim 1,
The diffusion region is a power MOSFET having a superjunction trench structure, characterized in that the diffusion is formed to the drain region.
상기 각 제1기둥층의 하부에는 제2도전형 싱커부(sinker part)가 더 형성된 것을 특징으로 하는 초접합 트렌치 구조를 갖는 파워 모스펫.
The method of claim 1,
A power MOSFET having a superjunction trench structure, wherein a second conductive type sinker part is further formed under each of the first pillar layers.
상기 제1기둥층들은 제2도전형으로 도핑된 폴리실리콘 또는 금속실리사이드로 형성된 것을 특징으로 하는 초접합 트렌치 구조를 갖는 파워 모스펫.
The method of claim 3, wherein
The first pillar layer is a power MOSFET having a superjunction trench structure, characterized in that formed of polysilicon or metal silicide doped with a second conductive type.
상기 제1기둥층들은 상기 트렌치 측벽에 측벽 절연막을 더 형성하고 상기 도전성 물질로 채워진 것을 특징으로 하는 초접합 트렌치 구조를 갖는 파워 모스펫.
The method of claim 4, wherein
And the first pillar layers further form a sidewall insulating film on the sidewalls of the trench and are filled with the conductive material.
상기 싱커부는 상기 드레인 영역까지 형성되고,
상기 확산 영역은 상기 베이스 영역과 상기 싱커부 사이에서 확산되어 형성된 것을 특징으로 하는 초접합 트렌치 구조를 갖는 파워 모스펫.
The method of claim 4, wherein
The sinker portion is formed to the drain region,
The diffusion region is a power MOSFET having a superjunction trench structure, characterized in that the diffusion is formed between the base region and the sinker portion.
상기 제2기둥층 상부는 상기 소스 영역 및 상기 베이스 영역을 측면으로 접하도록 일정 깊이 제2의 트렌치가 형성되고,
상기 제2의 트렌치 내벽에는 제2의 게이트 절연막이 형성되고,
상기 제2의 게이트 절연막 상에는 상기 게이트 전극이 형성된 것을 특징으로 하는 초접합 트렌치 구조를 갖는 파워 모스펫.
7. The method according to any one of claims 1 to 6,
A second trench of a predetermined depth is formed on the second pillar layer to contact the source region and the base region laterally.
A second gate insulating layer is formed on the second trench inner wall;
And the gate electrode is formed on the second gate insulating layer, and has a super junction trench structure.
상기 제2의 트렌치 깊이는 상기 제1기둥층을 형성하기 위한 트렌치의 깊이보다 작고 상기 베이스 영역의 접합깊이보다는 큰 것을 특징으로 하는 초접합 트렌치 구조를 갖는 파워 모스펫.
The method of claim 7, wherein
And said second trench depth is less than the depth of the trench for forming said first pillar layer and greater than the junction depth of said base region.
상기 제2의 게이트 절연막은 상기 제2의 트렌치 바닥에서 측벽보다 두껍게 형성된 것을 특징으로 하는 초접합 트렌치 구조를 갖는 파워 모스펫.
The method of claim 8,
And the second gate insulating layer is formed thicker than a sidewall at the bottom of the second trench.
상기 에피층 상에 수평으로 일정 간격 식각 마스크를 형성하고 상기 에피층을 식각하여 수직으로 일정 깊이의 트렌치를 형성하는 제2단계;
상기 트렌치에 도전성 물질을 채우고 상기 에피층이 드러나도록 평탄화시켜 제2도전형의 제1기둥층을 형성하는 제3단계;
상기 제1기둥층 사이로 드러난 상기 에피층 상에 게이트 절연막 및 게이트 전극을 순차 형성하는 제4단계;
이온주입 및 열확산 공정으로 상기 에피층에 상기 제1기둥층 주위로 제2도전형의 베이스 영역, 제1도전형의 소스 영역 및 제2도전형의 컨택 영역을 형성하는 제5단계;
상기 소스 영역, 상기 컨택 영역 및 상기 제1기둥층과 접하도록 소스 전극을 형성하는 제6단계; 및
상기 반도체 기판 후면을 일정 두께 갈아내고 후면에 이온주입 하여 제1도전형의 드레인 영역을 형성하고, 상기 드레인 영역 하부에 드레인 전극을 형성하는 제7단계를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 초접합 트렌치 구조를 갖는 파워 모스펫의 제조방법.
A first step of growing an epitaxial layer of the first conductive type to a predetermined thickness on a semiconductor substrate having the first conductive type;
A second step of forming an etch mask horizontally on the epitaxial layer and etching the epitaxial layer to form a trench of a predetermined depth vertically;
Filling the trench with a conductive material and planarizing the exposed epitaxial layer to form a first pillar layer of a second conductivity type;
A fourth step of sequentially forming a gate insulating film and a gate electrode on the epitaxial layer exposed between the first pillar layers;
A fifth step of forming a base region of a second conductivity type, a source region of a first conductivity type, and a contact region of a second conductivity type in the epi layer around the first pillar layer by an ion implantation and thermal diffusion process;
Forming a source electrode to contact the source region, the contact region, and the first pillar layer; And
And a seventh step of forming a drain region of a first conductivity type by removing a predetermined thickness of the back surface of the semiconductor substrate and implanting ions into the back surface, and forming a drain electrode under the drain region. Method for producing a power MOSFET having a.
상기 제2단계와 상기 제3단계 사이에 상기 트렌치 내벽에 이온주입하는 단계를 더 추가하거나, 상기 제3단계에서 상기 제1기둥층을 형성한 다음 상기 제4단계 전에 확산 공정을 더 진행하여 상기 제1기둥층에 주입된 불순물이 확산되어 상기 트렌치 주변으로 제2도전형의 확산 영역을 형성시켜 주는 것을 특징으로 하는 초접합 트렌치 구조를 갖는 파워 모스펫의 제조방법.
11. The method of claim 10,
The method may further include implanting ions into the trench inner wall between the second step and the third step, or forming the first pillar layer in the third step and further performing a diffusion process before the fourth step. The impurity implanted in the first pillar layer is diffused to form a diffusion region of the second conductivity type around the trench, the method of manufacturing a power MOSFET having a superjunction trench structure.
상기 제2단계와 상기 제3단계 사이에 상기 트렌치의 바닥에 제2도전형 불순물을 주입하여 상기 컨택 영역의 농도와 같은 고농도의 싱커부를 형성하는 단계를 더 추가하는 것을 특징으로 하는 초접합 트렌치 구조를 갖는 파워 모스펫의 제조방법.
11. The method of claim 10,
And forming a sinker portion having a high concentration such as that of the contact region by injecting a second conductive type impurity into the bottom of the trench between the second and third steps. Method for producing a power MOSFET having a.
상기 제2단계와 상기 제3단계 사이에 상기 트렌치 측벽에 측벽 절연막을 형성하는 단계를 더 추가하는 것을 특징으로 하는 초접합 트렌치 구조를 갖는 파워 모스펫의 제조방법.
11. The method of claim 10,
And forming a sidewall insulating film on the sidewalls of the trench between the second step and the third step.
상기 제4단계는 상기 제1기둥층 사이로 드러난 상기 에피층 상에 상기 제2단계의 트렌치 깊이보다 작게 상기 제5단계의 베이스 영역의 접합깊이보다는 크게 제2의 트렌치를 형성하는 제4-1단계;
상기 제2의 트렌치 내벽 및 상기 에피층 상에 게이트 절연막을 형성하는 제4-2단계; 및
상기 게이트 절연막 상에 게이트 물질을 증착하고 식각하여 게이트 전극을 형성하는 제4-3단계로 구성된 것을 특징으로 하는 초접합 트렌치 구조를 갖는 파워 모스펫의 제조방법.
The method according to any one of claims 10 to 13,
In the fourth step, a fourth trench is formed on the epitaxial layer exposed between the first pillar layers to form a second trench larger than the junction depth of the base region of the fifth stage, which is smaller than the trench depth of the second stage. ;
Forming a gate insulating layer on the second trench inner wall and the epitaxial layer; And
And forming a gate electrode by depositing and etching a gate material on the gate insulating layer to form a gate electrode.
상기 제4-2단계와 상기 제4-3단계 사이에는 상기 제2의 트렌치 바닥에 절연막을 더 형성하여 측벽과 게이트 절연막 두께에 차이가 나게 하는 단계를 더 추가하는 것을 특징으로 하는 초접합 트렌치 구조를 갖는 파워 모스펫의 제조방법.
15. The method of claim 14,
And forming an insulating film on the bottom of the second trench to make a difference in the thickness of the sidewalls and the gate insulating film between the steps 4-2 and 4-3. Method for producing a power MOSFET having a.
상기 트렌치에 도전성 물질을 채우고 상기 반도체 기판의 바닥을 갈아 상기 트렌치가 드러나도록 한 다음, 제1도전형을 갖는 제2의 반도체 기판을 접합시키는 제2단계;
상기 도전성 물질을 식각하고 상기 식각 마스크를 제거하여 제2도전형의 제1기둥층을 형성하는 제3단계;
상기 제1기둥층 사이로 드러난 상기 반도체 기판의 액티브 영역 상에 게이트 절연막 및 게이트 전극을 순차 형성하는 제4단계;
이온주입 및 열확산 공정으로 상기 액티브 영역에 상기 제1기둥층 주위로 제2도전형의 베이스 영역, 제1도전형의 소스 영역 및 제2도전형의 컨택 영역을 형성하는 제5단계;
상기 소스 영역, 상기 컨택 영역 및 상기 제1기둥층과 접하도록 소스 전극을 형성하는 제6단계; 및
상기 제2의 반도체 기판 후면을 일정 두께 갈아내고 후면에 이온주입 하여 제1도전형의 드레인 영역을 형성하고, 상기 드레인 영역 하부에 드레인 전극을 형성하는 제7단계를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 초접합 트렌치 구조를 갖는 파워 모스펫의 제조방법.
Forming a etch mask horizontally on the semiconductor substrate having the first conductivity type horizontally and etching the semiconductor substrate to form a trench of a predetermined depth vertically;
Filling the trench with a conductive material, grinding the bottom of the semiconductor substrate to expose the trench, and then bonding a second semiconductor substrate having a first conductivity type;
Etching the conductive material and removing the etching mask to form a first pillar layer of a second conductive type;
A fourth step of sequentially forming a gate insulating film and a gate electrode on an active region of the semiconductor substrate exposed between the first pillar layers;
Forming a base region of a second conductivity type, a source region of a first conductivity type, and a contact region of a second conductivity type in the active region around the first pillar layer by an ion implantation and thermal diffusion process;
Forming a source electrode to contact the source region, the contact region, and the first pillar layer; And
And a seventh step of forming a drain region of a first conductivity type by grinding a rear surface of the second semiconductor substrate by a predetermined thickness and implanting ions into the rear surface, and forming a drain electrode under the drain region. A method for producing a power MOSFET having a junction trench structure.
상기 제1단계와 상기 제2단계 사이에 상기 트렌치 내벽에 이온주입하는 단계를 더 추가하거나, 상기 제3단계에서 상기 제1기둥층을 형성한 다음 상기 제4단계 전에 확산 공정을 더 진행하여 상기 제1기둥층에 주입된 불순물이 확산되어 상기 트렌치 주변으로 제2도전형의 확산 영역을 형성시켜 주는 것을 특징으로 하는 초접합 트렌치 구조를 갖는 파워 모스펫의 제조방법.
17. The method of claim 16,
The method may further include implanting ions into the trench inner wall between the first step and the second step, or forming the first pillar layer in the third step and further performing a diffusion process before the fourth step. The impurity implanted in the first pillar layer is diffused to form a diffusion region of the second conductivity type around the trench, the method of manufacturing a power MOSFET having a superjunction trench structure.
상기 제1단계와 상기 제2단계 사이에 상기 트렌치의 바닥에 제2도전형 불순물을 주입하여 상기 컨택 영역의 농도와 같은 고농도의 싱커부를 형성하는 단계를 더 추가하는 것을 특징으로 하는 초접합 트렌치 구조를 갖는 파워 모스펫의 제조방법.
17. The method of claim 16,
And forming a sinker portion having a high concentration such as that of the contact region by injecting a second conductive impurity into the bottom of the trench between the first and second steps. Method for producing a power MOSFET having a.
상기 제1단계와 상기 제2단계 사이에 상기 트렌치 측벽에 측벽 절연막을 형성하는 단계를 더 추가하는 것을 특징으로 하는 초접합 트렌치 구조를 갖는 파워 모스펫의 제조방법.
17. The method of claim 16,
And forming a sidewall insulating film on the sidewalls of the trench between the first step and the second step.
상기 제4단계는 상기 제1기둥층 사이로 드러난 상기 액티브 영역 상에 상기 제1단계의 트렌치 깊이보다 작게 상기 제5단계의 베이스 영역의 접합깊이보다는 크게 제2의 트렌치를 형성하는 제4-1단계;
상기 제2의 트렌치 내벽 및 상기 에피층 상에 게이트 절연막을 형성하는 제4-2단계; 및
상기 게이트 절연막 상에 게이트 물질을 증착하고 식각하여 게이트 전극을 형성하는 제4-3단계로 구성된 것을 특징으로 하는 초접합 트렌치 구조를 갖는 파워 모스펫의 제조방법.
The method according to any one of claims 16 to 19,
In the fourth step, a fourth trench is formed on the active region exposed between the first pillar layers to form a second trench larger than a junction depth of the base region of the fifth stage, which is smaller than the trench depth of the first stage. ;
Forming a gate insulating layer on the second trench inner wall and the epitaxial layer; And
And forming a gate electrode by depositing and etching a gate material on the gate insulating layer to form a gate electrode.
상기 제4-2단계와 상기 제4-3단계 사이에는 상기 제2의 트렌치 바닥에 절연막을 더 형성하여 측벽과 게이트 절연막 두께에 차이가 나게 하는 단계를 더 추가하는 것을 특징으로 하는 초접합 트렌치 구조를 갖는 파워 모스펫의 제조방법.21. The method of claim 20,
And forming an insulating film on the bottom of the second trench to make a difference in the thickness of the sidewalls and the gate insulating film between the steps 4-2 and 4-3. Method for producing a power MOSFET having a.
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