KR20150076715A - 전력 반도체 소자 - Google Patents

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KR20150076715A
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박재훈
윤선재
장창수
엄기주
송인혁
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삼성전기주식회사
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Abstract

본 개시는 제1 도전형의 제1 반도체 층; 상기 제1 반도체 층의 상부에 형성되는 제2 도전형의 제2 반도체 층; 상기 제2 반도체 층의 상면에서부터 상기 제2 반도체 층의 일부까지 관입하여 형성되고, 표면에 절연층이 형성되는 방열 트랜치;를 포함하는 전력 반도체 소자에 관한 것이다.

Description

전력 반도체 소자{Power Semiconductor device}
본 발명은 방열 특성이 뛰어난 전력 반도체 소자에 관한 것이다.
절연 게이트 바이폴라 트랜지스터(IGBT; Insulated Gate Bipolar Transistor)란 게이트를 MOS(Metal Oxide Semiconductor)를 이용하여 제작하고, 후면에 p 형의 콜랙터층을 형성시킴으로써 바이폴라(bipolar)를 갖는 트랜지스터를 의미한다.
종래 전력용 MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)이 개발된 이후, MOSFET은 고속의 스위칭 특성이 요구되는 영역에서 사용되어 왔다.
하지만, MOSFET은 구조적 한계로 인해 높은 전압이 요구되는 영역에서는 바이폴라 트랜지스터(bipolar transistor), 싸이리스터(thyristor), GTO(Gate Turn-off Thyristors) 등이 사용되어 왔었다.
IGBT는 낮은 순방향 손실과 빠른 스위칭 스피드를 특징으로 하여, 기존의 싸이리스터(thyristor), 바이폴라 트랜지스터(bipolar transistor), MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor) 등으로는 실현이 불가능하였던 분야를 대상으로 적용이 확대되어 가고 있는 추세이다.
IGBT의 동작 원리를 살펴보면, IGBT 소자가 온(on)된 경우에 양극(anode)에 음극(cathode)보다 높은 전압이 인가되고, 게이트 전극에 소자의 문턱 전압보다 높은 전압이 인가되면, 상기 게이트 전극의 하단에 위치하는 p형의 바디 영역의 표면의 극성이 역전되어 n형의 채널(channel)이 형성된다.
채널(channel)을 통해 드리프트(drift) 영역으로 주입된 전자 전류는 바이폴라 트랜지스터(bipolar transistor)의 베이스(base) 전류와 마찬가지로 IGBT 소자의 하부에 위치하는 고농도의 p형의 콜랙터층으로부터 정공(hole) 전류의 주입을 유도한다.
이러한 소수 캐리어(carrier)의 고농도 주입으로 인해 드리프트(drift) 영역에서의 전도도가 수십에서 수 백배 증가하는 전도도 변조(conductivity modulation)가 발생하게 된다.
MOSFET과 달리 전도도 변조로 인하여 드리프트 층에서의 저항 성분이 매우 작아지므로, 매우 큰 고압에서의 응용이 가능하다.
음극으로 흐르는 전류는 채널을 통해 흐르는 전자 전류와 p형의 바디와 n형의 드리프트 층의 접합을 통해 흐르는 정공 전류로 나누어진다.
IGBT는 기판의 구조상 양극과 음극 간의 pnp 구조이므로 MOSFET과 달리 다이오드(diode)가 내장되어 있지 않으므로 별도의 다이오드를 역 병렬로 연결해주어야 한다.
IGBT 소자는 동작 중에 필연적으로 열이 발생하게 된다.
IGBT 소자의 동작 중에 발생하는 열은 IGBT의 전기적 특성을 저하시킬뿐만 아니라, 열 폭주(thermal runaway)와 같은 문제를 발생시킬 수 있다.
따라서 IGBT 소자의 내부에서 발생하는 열을 칩 외부로 방출하여 IGBT의 전기적 특성을 및 소자의 안정성을 향상시키는 방안이 필요한 실정이다.
하기의 선행기술문헌의 특허문헌 1은 반도체 소자에 관한 것이다.
미국특허공개공보 제2002-0053717호
본 개시는 전력 반도체 소자의 내부에서 발생하는 열을 외부로 방출하여, 전력 반도체 소자의 전기적 특성 및 안정성을 향상시킬 수 있는 구조를 제공하고자 한다.
본 개시의 일 실시 예에 따른 전력 반도체 소자는 제1 도전형의 제1 반도체 층; 상기 제1 반도체 층의 상부에 형성되는 제2 도전형의 제2 반도체 층; 상기 제2 반도체 층의 상면에서부터 상기 제2 반도체 층의 일부까지 관입하여 형성되고, 표면에 절연층이 형성되는 방열 트랜치;를 포함할 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 상기 방열 트랜치에 충전되는 열전도성 물질;을 더 포함할 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 상기 열전도성 물질은 Ag, Au, Cu 및 Al로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 하나 또는 이들의 혼합물일 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 외부에 노출되도록 제2 반도체 층의 상부에 형성되며, 상기 열전도성 물질과 연결되어 열을 외부로 방출할 수 있는 히트 싱크;를 더 포함할 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 상기 방열 트랜치는 상기 제1 반도체 층과 상기 제2 반도체 층이 접하는 부분까지 관입하여 형성될 수 있다.
본 개시의 다른 실시 예에 따른 전력 반도체 소자는 제1 도전형의 제1 반도체 층; 상기 제1 반도체 층의 상부에 형성되는 제2 도전형의 제2 반도체 층;상기 제1 반도체 층의 하면에서부터 상기 제1 반도체 층의 일부까지 관입하여 형성되고, 표면에 절연층이 형성되는 방열 트랜치;를 포함할 수 있다.
다른 실시 예에 있어서, 상기 방열 트랜치에 충전되는 열전도성 물질;을 더 포함할 수 있다.
다른 실시 예에 있어서, 상기 열전도성 물질은 Ag, Au, Cu 및 Al로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 하나 또는 이들의 혼합물일 수 있다.
다른 실시 예에 있어서, 외부에 노출되도록 제1 반도체 층의 하부에 형성되며, 상기 열전도성 물질과 연결되어 열을 외부로 방출할 수 있는 히트 싱크;를 더 포함할 수 있다.
다른 실시 예에 있어서, 상기 방열 트랜치는 상기 제1 반도체 층과 상기 제2 반도체 층이 접하는 부분까지 관입하여 형성될 수 있다.
본 개시의 또 다른 실시 예에 따른 전력 반도체 소자는 제1 도전형의 제1 반도체 층; 상기 제1 반도체 층의 상부에 형성되는 제2 도전형의 제2 반도체 층; 상기 제1 반도체 층과 상기 제2 반도체 층을 관통하여 형성되며, 표면에 절연층이 형성되는 방열 트랜치;를 포함할 수 있다.
다른 실시 예에 있어서, 상기 방열 트랜치에 충전되는 열전도성 물질;을 더 포함할 수 있다.
다른 실시 예에 있어서, 외부에 노출되도록 제2 반도체 층의 상부에 형성되며, 상기 열전도성 물질과 연결되어 열을 외부로 방출할 수 있는 제2 히트 싱크; 외부에 노출되도록 제1 반도체 층의 하부에 형성되며, 상기 열전도성 물질과 연결되어 열을 외부로 방출할 수 있는 제2 히트 싱크;를 더 포함할 수 있다.
본 개시의 일 실시 예에 따른 전력 반도체 소자는 바디 층의 상면으로부터 상기 바디 층의 일부 또는 드리프트 층의 일부까지 관입하여 형성되는 방열 트랜치를 포함함으로써, 전력 반도체 소자의 내부에서 발생하는 열을 외부로 방출할 수 있는 경로를 제공할 수 있다.
전력 반도체 소자의 내부에서 발생하는 열을 외부로 방출함으로써, 전력 반도체 소자의 전기적 특성을 향상시킬 수 있고, 열폭주와 같은 현상을 방지하여 전력 반도체 소자의 안정성을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 개시의 일 실시 예에 따른 전력 반도체 소자의 개략적인 단면도를 도시한 것이다.
도 2는 방열 트랜치가 바디 층과 드리프트 층이 접하는 부분까지 관입하여 형성된 본 개시의 일 실시 예에 따른 전력 반도체 소자의 개략적인 단면도를 도시한 것이다.
도 3은 히트 싱크가 형성된 본 개시의 일 실시 예에 따른 전력 반도체 소자의 개략적인 단면도를 도시한 것이다.
도 4는 본 개시의 다른 실시 예에 따른 전력 반도체 소자의 개략적인 단면도를 도시한 것이다.
도 5는 방열 트랜치가 바디 층과 드리프트 층이 접하는 부분까지 관입하여 형성된 본 개시의 다른 실시 예에 따른 전력 반도체 소자의 개략적인 단면도를 도시한 것이다.
도 6은 히트 싱크가 형성된 본 개시의 다른 실시 예에 따른 전력 반도체 소자의 개략적인 단면도를 도시한 것이다.
도 7은 본 개시의 또 다른 실시 예에 따른 전력 반도체 소자의 개략적인 단면도를 도시한 것이다.
도 8은 히트 싱크가 형성된 본 개시의 또 다른 실시 예에 따른 전력 반도체 소자의 개략적인 단면도를 도시한 것이다.
후술하는 본 개시에 대한 상세한 설명은, 본 발명이 실시될 수 있는 특정 실시예를 예시로서 도시하는 첨부 도면을 참조한다.
이들 실시예는 당업자가 본 발명을 실시할 수 있기에 충분하도록 상세히 설명된다.
본 개시의 다양한 실시예는 서로 다르지만 상호 배타적일 필요는 없음이 이해되어야 한다.
예를 들어, 여기에 기재되어 있는 특정 형상, 구조 및 특성은 일 실시예에 관련하여 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 다른 실시예로 구현될 수 있다.
또한, 각각의 개시된 실시 예 내의 개별 구성요소의 위치 또는 배치는 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 변경될 수 있음이 이해되어야 한다.
따라서, 후술하는 상세한 설명은 한정적인 의미로서 취하려는 것이 아니며, 본 개시의 범위는, 적절하게 설명된다면, 그 청구항들이 주장하는 것과 균등한 모든 범위와 더불어 첨부된 청구항에 의해서만 한정된다.
도면에서 유사한 참조부호는 여러 측면에 걸쳐서 동일하거나 유사한 기능을 지칭한다.
이하에서는, 본 개시가 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 개시의 실시 예들을 용이하게 실시할 수 있도록 하기 위하여, 본 개시의 실시 예들에 관하여 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.
전력용 스위치는 전력용 MOSFET, IGBT, 여러 형태의 싸이리스터 및 이와 유사한 것들 중 어느 하나에 의해 구현될 수 있다. 여기에 개시된 신규한 기술들 대부분은 IGBT를 기준으로 설명된다. 그러나 여기에서 개시된 여러 실시예들이 IGBT로 한정되는 것은 아니며, 예컨대 IGBT 외에도, 전력용 MOSFET와 여러 종류의 싸이리스터를 포함하는 다른 형태의 전력용 스위치 기술에도 대부분 적용될 수 있다. 더욱이, 본 개시의 여러 실시 예들은 특정 p형 및 n형 영역을 포함하는 것으로 묘사된다. 그러나 여기에서 개시되는 여러 영역의 도전형이 반대인 소자에 대해서도 동일하게 적용될 수 있다는 것은 당연하다.
또한, 여기서 사용되는 n형, p형은 제1 도전형 또는 제2 도전형이라고 정의될 수 있다. 한편, 제1 도전형, 제2 도전형은 상이한 도전형을 의미한다.
이하에서 명확한 설명을 위하여, 제1 도전형은 n형, 제2 도전형을 p형으로 표시하도록 하지만, 이에 제한되는 것은 아니다.
또한 이하에서 명확한 설명을 위하여, 제1 반도체 층은 드리프트 층, 제2 반도체 층은 바디 층으로 설명하도록 하지만, 이에 제한되는 것은 아니다.
도 1은 본 개시의 일 실시 예에 따른 전력 반도체 소자(100)의 개략적인 단면도를 도시한 것이다.
도 1을 참조하여, 본 개시의 일 실시 예에 따른 전력 반도체 소자(100)의 구조에 대해 살펴보면, 본 개시의 일 실시 예에 따른 전력 반도체 소자(100)는 드리프트 층(110), 바디 층(120), 에미터 영역(130), 콜랙터 영역(150), 트랜치 게이트(140) 및 방열 트랜치(180)을 포함하여 구성된다.
상기 드리프트 층(110)은 n형의 불순물을 저농도로 주입하여 형성될 수 있다.
따라서 상기 드리프트 층(110)은 소자의 내압을 유지하기 위해 비교적 두꺼운 두께를 가지게 된다.
상기 드리프트 층(110)은 하부에 버퍼 영역(미도시)을 더 포함할 수 있다.
상기 버퍼 영역(미도시)은 n형의 불순물을 상기 드리프트 층(110)의 후면에 주입하여 형성시킬 수 있다.
상기 버퍼 영역(미도시)은 소자의 공핍 영역이 확장될 때, 이를 저지하는 역할을 함으로써 소자의 내압을 유지하는 것에 도움을 준다.
따라서 상기 버퍼 영역(미도시)이 형성되는 경우에는 상기 드리프트 층(110)의 두께를 얇게 할 수 있어, 전력 반도체 소자의 소형화를 가능케 할 수 있다.
상기 드리프트 층(110)은 상부에 p형의 불순물을 주입하여 바디 층(120)을 형성할 수 있다.
상기 바디 층(120)은 p형의 도전형을 가짐으로써 상기 드리프트 층(110)과 pn 접합을 형성하게 된다.
상기 바디 층(120)의 상면 내측에는 n형의 불순물을 고농도로 주입하여 에미터 영역(130)을 형성할 수 있다.
상기 에미터 영역(130)으로부터 상기 바디 층(120)을 관통하여 상기 드리프트 층(110)까지 트랜치 게이트(140)가 형성될 수 있다.
즉, 상기 트랜치 게이트(140)는 상기 에미터 영역(130)으로부터 상기 드리프트 층(110)의 일부까지 관입하도록 형성될 수 있다.
상기 트랜치 게이트(140)는 일 방향으로 길게 형성될 수 있으며, 길게 형성된 방향에 수직한 방향으로 일정한 간격을 가지며 배열될 수 있다.
상기 트랜치 게이트(140)는 상기 드리프트 층(110), 상기 바디 층(120) 및 상기 에미터 영역(130)과 접하는 부분에 게이트 절연층(141)이 형성될 수 있다.
상기 게이트 절연층(141)은 실리콘 옥사이드(SiO2)일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 트랜치(140)의 내부에는 도전성 물질(142)이 충전될 수 있다.
상기 도전성 물질(142)은 폴리 실리콘(Poly-Si) 또는 금속일 수 있으나, 이에 제한되는 것 아니다.
상기 도전성 물질(142)은 게이트 전극(미도시)와 전기적으로 연결되어, 본 발명의 일 실시 예에 따른 전력 반도체 소자(100)의 동작을 제어하게 된다.
상기 도전성 물질(142)에 양의 전압이 인가되는 경우, 상기 바디 층(120)에 채널(C)이 형성된다.
구체적으로, 상기 도전성 물질(142)에 양의 전압이 인가되는 경우, 상기 바디 층(120)에 존재하는 전자가 상기 트랜치 게이트(140) 쪽으로 끌려오게 되는데, 전자가 상기 트랜치 게이트(140)에 모여서 채널(C)이 형성되는 것이다.
즉, pn 접합으로 인해 전자와 정공이 재결합(recombination)되어 캐리어가 없는 공핍 영역에 상기 트랜치 게이트(140)가 전자를 끌어당겨 채널(C)이 형성됨으로써 전류가 흐를 수 있게 된다.
상기 방열 트랜치(180)은 상기 바디 층(120)의 상면에서부터 상기 바디 층(120)의 일부까지 관입하여 형성될 수 있다.
상기 방열 트랜치(180)의 표면에는 절연층(181)이 형성될 수 있다.
상기 절연층(181)은 상기 방열 트랜치(180)를 형성할 때, 상기 바디 층(120)의 일부를 식각한 후 산소 분위기하에서 열처리하여 실리콘 산화물(SiO2)을 박막으로 형성시킬 수 있으나, 이에 제한되는 것이다.
상기 절연층(181)은 방열 특성을 높이기 위하여 열전도성이 높은 에폭시 종류를 이용하여 제조할 수 있으나, 이제 제한되는 것은 아니다.
상기 방열 트랜치(180)의 내부에는 열전도도가 뛰어난 열전도성 물질(182)을 충전할 수 있다.
상기 열전도성 물질(182)는 Ag, Au, Cu 및 Al로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나 또는 이들의 혼합물일 수 있다.
상기 방열 트랜치(180)는 일 방향으로 길게 형성되거나, 섬(island)와 같이 형성될 수 있다.
상기 방열 트랜치(180)가 형성됨으로써, 전력 반도체 소자(100)의 내부에서 발생하는 열이 상기 방열 트랜치(180)을 통해 외부로 빠져나갈 수 있다.
상기 방열 트랜치(180)를 통하여 전력 반도체 소자(100)의 열이 외부로 빠져나감으로써 전력 반도체 소자(100)의 전기적 특성이 향상될 수 있다.
또한, 전력 반도체 소자(100)에서 열 폭주가 발생하는 것을 방지할 수 있다.
열 폭주란 트랜지스터의 열에 의한 특성의 열화 또는 파괴를 의미하는 것으로, 온도가 상승함에 따라 IGBT의 소자의 저항이 낮아져 전류가 증가하게 되고, 이러한 전류 증가가 다시 온도의 상승을 야기하여 전력 반도체 소자가 파괴 되는 것을 의미한다.
본 개시의 일 실시 예에 따른 전력 반도체 소자(100)는 방열 트랜치(180)를 통하여 빠르게 열을 방출할 수 있으므로, 열 폭주가 발생할 가능성을 낮추어 전력 반도체 소자의 안정성을 향상시킬 수 있다.
상기 드리프트 층(110)의 하부에는 p형의 불순물을 주입하여 콜랙터 영역(150)을 형성시킬 수 있다.
전력 반도체 소자가 IGBT인 경우, 상기 콜랙터 영역(150)은 전력 반도체 소자에 정공을 제공할 수 있다.
소수 캐리어(carrier)인 정공의 고농도 주입으로 인해 드리프트 층에서의 전도도가 수십에서 수백 배 증가하는 전도도 변조(conductivity modulation)가 발생하게 된다.
특히, 상기 드리프트 층(110)과 상기 바디 층(120)의 사이에 형성되며, 상기 드리프트 층(110)보다 n형의 불순물 농도가 더 높은 정공 축적 층(112)이 형성되는 경우, 상기 정공 축적 층(212)은 정공의 축적량을 크게 증가시킴으로써 전도도 변조 현상을 극대화시켜, 전력 반도체 소자의 온(on) 동작시의 손실을 감소시킬 수 있다.
전력 반도체 소자가 MOSFET인 경우에는 상기 콜랙터 영역(150)은 n형의 도전형을 가질 수 있다.
상기 에미터 영역(130) 및 상기 바디 층(120)의 노출된 상면에는 에미터 금속층(160)이 형성될 수 있으며, 상기 콜랙터 영역(150)의 하면에는 콜랙터 금속층(170)이 형성될 수 있다.
도 2는 방열 트랜치(280)가 바디 층(220)과 드리프트 층(210)이 접하는 부분까지 관입하여 형성된 본 개시의 일 실시 예에 따른 전력 반도체 소자(200)의 개략적인 단면도를 도시한 것이다.
전력 반도체 소자(200)가 도통하여 전류가 흐르는 경우, 발열이 가장 높게 발생하는 부분은 pn접합이 형성되는 상기 드리프트 층(210)과 상기 바디 층(220)이 접하는 부분이다.
도 2에서 보는 바와 같이, 방열 트랜치(280)를 상기 드리프트 층(210)과 상기 바디 층(220)이 접하는 부분까지 관입하여 형성시키는 경우, 상기 드리프트 층(210)과 상기 바디 층(220)이 접하는 부분에서 발생하는 열을 효과적으로 제거할 수 있다.
따라서 상기 방열 트랜치(280)을 상기 드리프트 층(210)과 상기 바디 층(220)이 접하는 부분까지 관입하여 형성시키는 경우, 전력 반도체 소자(200)의 전기적 특성이 향상되고, 열 폭주 현상을 방지하여 전력 반도체 소자(200)의 안정성을 향상시킬 수 있다.
도 3은 히트 싱크(390a)가 형성된 본 개시의 일 실시 예에 따른 전력 반도체 소자(300)의 개략적인 단면도를 도시한 것이다.
도 3에서 보는 바와 같이, 방열 트랜치(380)은 히트 싱크(390a)와 연결되도록 형성될 수 있다.
상기 히트 싱크(390a)는 에미터 금속층(360)의 상부에 형성되며, 절연층이 상기 에미터 금속층(360)과 상기 히트 싱크(390a)의 사이에 개재되어 상기 히트 싱크(390a)와 상기 에미터 금속층(360)을 절연시킬 수 있다.
상기 히트 싱크(390a)는 방열 트랜치(380)에서 전달된 열을 빠르게 외부로 방출할 수 있는 구조로 형성될 수 있다.
따라서 히트 싱크(390a)를 형성시키는 경우, 전력 반도체 소자(200)의 전기적 특성이 향상되고, 열 폭주 현상을 방지하여 전력 반도체 소자(200)의 안정성을 향상시킬 수 있다.
도 4는 본 개시의 다른 실시 예에 따른 전력 반도체 소자(400)의 개략적인 단면도를 도시한 것이다.
도 4를 참조하여, 본 개시의 다른 실시 예에 따른 전력 반도체 소자(400)의 구조를 살펴보면, 본 개시의 다른 실시 예에 따른 전력 반도체 소자(400)는 제1 도전형의 드리프트 층(410); 상기 제1 반도체 층의 상부에 형성되는 제2 도전형의 바디 층(420); 상기 드리프트 층(410)의 하면에서부터 상기 드리프트 층(410)의 일부까지 관입하여 형성되고, 표면에 절연층(481)이 형성되는 방열 트랜치(480);를 포함할 수 있다.
상기 방열 트랜치(480)는 상기 드리프트 층(410)의 하면의 일부를 식각하여 형성될 수 있다.
전력 반도체 소자(400)의 상면에 방열 트랜치(480)가 형성되는 경우, 전류가 흐를 수 있는 영역이 적어지기 때문에 전력 반도체 소자의 성능이 감소할 수 있다.
하지만 본 개시의 다른 실시 예에 따른 전력 반도체 소자(400)는 하면에 방열 트랜치(480)를 형성하기 때문에, 전류가 흐를 수 있는 영역을 감소시키지 않으면서 동시에 전력 반도체 소자의 방열 특성을 향상시킬 수 있다.
따라서 본 개시의 다른 실시 예에 따른 전력 반도체 소자(400)는 전기적 특성을 약화시키지 않으면서, 동시에 열폭주와 같은 현상을 방지하여 전력 반도체 소자(400)의 안정성을 향상시킬 수 있다.
도 5는 방열 트랜치(580)가 바디 층(520)과 드리프트 층(510)이 접하는 부분까지 관입하여 형성된 본 개시의 다른 실시 예에 따른 전력 반도체 소자(500)의 개략적인 단면도를 도시한 것이다.
전력 반도체 소자(500)가 도통하여 전류가 흐르는 경우, 발열이 가장 높게 발생하는 부분은 pn접합이 형성되는 상기 드리프트 층(510)과 상기 바디 층(520)이 접하는 부분이다.
도 2에서 보는 바와 같이, 방열 트랜치(580)를 상기 드리프트 층(510)과 상기 바디 층(520)이 접하는 부분까지 관입하여 형성시키는 경우, 상기 드리프트 층(510)과 상기 바디 층(520)이 접하는 부분에서 발생하는 열을 효과적으로 제거할 수 있다.
따라서 상기 방열 트랜치(580)을 상기 드리프트 층(510)과 상기 바디 층(520)이 접하는 부분까지 관입하여 형성시키는 경우, 전력 반도체 소자(500)의 전기적 특성이 향상되고, 열 폭주 현상을 방지하여 전력 반도체 소자(200)의 안정성을 향상시킬 수 있다.
도 6은 히트 싱크(690b)가 형성된 본 개시의 다른 실시 예에 따른 전력 반도체 소자의 개략적인 단면도를 도시한 것이다.
도 6에서 보는 바와 같이, 방열 트랜치(680)은 히트 싱크(690b)와 연결되도록 형성될 수 있다.
상기 히트 싱크(690b)는 콜랙터 금속층(670)의 하부에 형성되며, 절연층이 상기 콜랙터 금속층(670)과 상기 히트 싱크(690b)의 사이에 개재되어 상기 히트 싱크(690b)와 상기 콜랙터 금속층(670)을 절연시킬 수 있다.
상기 히트 싱크(690b)는 방열 트랜치(680)에서 전달된 열을 빠르게 외부로 방출할 수 있는 구조로 형성될 수 있다.
따라서 히트 싱크(690b)를 형성시키는 경우, 전력 반도체 소자(600)의 전기적 특성이 향상되고, 열 폭주 현상을 방지하여 전력 반도체 소자(600)의 안정성을 향상시킬 수 있다.
도 7은 본 개시의 또 다른 실시 예에 따른 전력 반도체 소자(700)의 개략적인 단면도를 도시한 것이다.
본 개시의 또 다른 실시 예에 따른 전력 반도체 소자(700)는 제1 도전형의 드리프트 층(710); 상기 드리프트 층(710)의 상부에 형성되는 제2 도전형의 바디 층(720); 상기 드리프트 층(710)과 상기 바디 층(720)을 관통하여 형성되며, 표면에 절연층이 형성되는 방열 트랜치(780);를 포함할 수 있다.
상기 방열 트랜치(780)는 전력 반도체 소자(700)를 관통하여 형성되므로, 전력 반도체 소자(700)의 양면으로 열을 방출할 수 있다.
따라서, 전력 반도체 소자(700)의 전기적 특성이 향상되고, 열 폭주 현상을 방지하여 전력 반도체 소자(700)의 안정성을 향상시킬 수 있다.
도 8은 히트 싱크가 형성된 본 개시의 또 다른 실시 예에 따른 전력 반도체 소자의 개략적인 단면도를 도시한 것이다.
도 8을 참조하면, 제1 히트 싱크(890a)는 외부에 노출되도록 바디 층(820)의 상부에 형성되며, 제2 히트 싱크(890b)는 외부에 노출되도록 제1 반도체 층의 하부에 형성될 수 있다.
상기 제1 히트 싱크(890a) 및 상기 제2 히트 싱크(890b)는 열전도성 물질(882)와 연결되어 전력 반도체 소자(800)에서 발생하는 열을 외부로 방출 할 수 있다.
따라서 제1 및 제2 히트 싱크(890a, 890b)를 형성시키는 경우, 전력 반도체 소자(800)의 전기적 특성이 향상되고, 열 폭주 현상을 방지하여 전력 반도체 소자(800)의 안정성을 향상시킬 수 있다.
또한, 이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속한다.
100: 전력 반도체 소자
110: 드리프트 층
120: 바디 층
130: 에미터 영역
140: 트랜치 게이트
150: 콜랙터 층
160: 에미터 금속층
170: 콜랙터 금속층
180: 방열 트랜치
190: 히트 싱크

Claims (13)

  1. 제1 도전형의 제1 반도체 층;
    상기 제1 반도체 층의 상부에 형성되는 제2 도전형의 제2 반도체 층;
    상기 제2 반도체 층의 상면에서부터 상기 제2 반도체 층의 일부까지 관입하여 형성되고, 표면에 절연층이 형성되는 방열 트랜치;를 포함하는 전력 반도체 소자.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 방열 트랜치에 충전되는 열전도성 물질;을 더 포함하는 전력 반도체 소자.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 열전도성 물질은 Ag, Au, Cu 및 Al로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 하나 또는 이들의 혼합물인 전력 반도체 소자.
  4. 제2항에 있어서,
    외부에 노출되도록 제2 반도체 층의 상부에 형성되며, 상기 열전도성 물질과 연결되어 열을 외부로 방출할 수 있는 히트 싱크;를 더 포함하는 전력 반도체 소자.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 방열 트랜치는 상기 제1 반도체 층과 상기 제2 반도체 층이 접하는 부분까지 관입하여 형성되는 전력 반도체 소자.
  6. 제1 도전형의 제1 반도체 층;
    상기 제1 반도체 층의 상부에 형성되는 제2 도전형의 제2 반도체 층;
    상기 제1 반도체 층의 하면에서부터 상기 제1 반도체 층의 일부까지 관입하여 형성되고, 표면에 절연층이 형성되는 방열 트랜치;를 포함하는 전력 반도체 소자.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 방열 트랜치에 충전되는 열전도성 물질;을 더 포함하는 전력 반도체 소자.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 열전도성 물질은 Ag, Au, Cu 및 Al로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 하나 또는 이들의 혼합물인 전력 반도체 소자.
  9. 제7항에 있어서,
    외부에 노출되도록 제1 반도체 층의 하부에 형성되며, 상기 열전도성 물질과 연결되어 열을 외부로 방출할 수 있는 히트 싱크;를 더 포함하는 전력 반도체 소자.
  10. 제6항에 있어서,
    상기 방열 트랜치는 상기 제1 반도체 층과 상기 제2 반도체 층이 접하는 부분까지 관입하여 형성되는 전력 반도체 소자.
  11. 제1 도전형의 제1 반도체 층;
    상기 제1 반도체 층의 상부에 형성되는 제2 도전형의 제2 반도체 층;
    상기 제1 반도체 층과 상기 제2 반도체 층을 관통하여 형성되며, 표면에 절연층이 형성되는 방열 트랜치;를 포함하는 전력 반도체 소자.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 방열 트랜치에 충전되는 열전도성 물질;을 더 포함하는 전력 반도체 소자.
  13. 제12항에 있어서,
    외부에 노출되도록 제2 반도체 층의 상부에 형성되며, 상기 열전도성 물질과 연결되어 열을 외부로 방출할 수 있는 제2 히트 싱크;
    외부에 노출되도록 제1 반도체 층의 하부에 형성되며, 상기 열전도성 물질과 연결되어 열을 외부로 방출할 수 있는 제2 히트 싱크;를 더 포함하는 전력 반도체 소자.
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