KR20170003047A - 고전압 정전류 다이오드 소자 및 그 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 고전압 정전류 다이오드 소자 및 그 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 하부 게이트의 상면에 형성된 채널 영역과, 상기 채널 영역을 관통하여 형성된 게이트 플러그와, 상기 채널 영역에 형성된 상부 게이트와, 상기 채널 영역에 형성된 드레인과, 상기 채널 영역의 소스와 드레인 사이 게이트 가장자리 영역에 형성된 가드링을 포함하여 이루어지며, 상기 상부 게이트와 소스가 금속 배선에 의하여 단락되어진 평면 구조의 정전류 다이오드에 있어서, 가드링 채용을 통해 종래의 소자에 비해 항복전압 특성을 획기적으로 개선한 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 의한 상부 소스와 게이트를 분리하여 소스와 게이트 플러그 사이에 확산 저항을 설치하여 외부에서 임의로 정전류 레벨을 조정할 수 있는 기능을 갖는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 의한 정전류 다이오드의 제조방법은, 소자 동작 원리를 토대로 소자 상부에 소스, 게이트 및 드레인 전극을 형성하여 표면 실장 형태로 패키징함으로서 정전류 도통 경로를 단축하여 소자 동작시 발열을 최소화함으로써 열특성을 크게 개선한 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 의한 상부 소스와 게이트를 분리하여 소스와 게이트 플러그 사이에 확산 저항을 설치하여 외부에서 임의로 정전류 레벨을 조정할 수 있는 기능을 갖는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 의한 정전류 다이오드의 제조방법은, 소자 동작 원리를 토대로 소자 상부에 소스, 게이트 및 드레인 전극을 형성하여 표면 실장 형태로 패키징함으로서 정전류 도통 경로를 단축하여 소자 동작시 발열을 최소화함으로써 열특성을 크게 개선한 것을 특징으로 한다.
Description
본 발명은 LED 조명 장치등과 같은 전류로 구동되는 각종 전자 장치에 삽입하여 외부 전원 변화 또는 전자 부품의 특성 변화에 기인하는 전류의 변동을 제거하여 각종 전자 장치를 안전하게 보호하고 조명 장치의 경우에는 밝기를 일정하게 조정하여 줄 수 있는 정전류 다이오드 소자 및 그 제조방법과, 게이트 가장자리에 가드링을 설치하여 항복전압을 획기적으로 향상시키고, 게이트와 소스를 분리하여 소스단에 확산 저항을 설치하여 외부에서 정전류 레벨을 인의로 조정할 수 있는 정전류 다이오드 소자에 관한 것이다. 아울러 기존의 정전류 다이오드와 달리 소자 상부에 전극을 형성하여 표면실장 형태의 칩스케일 패키지(SMD CSP)를 통해 발열에 의한 효율 저하를 크게 개선한 정전류 다이오드 소자에 관한 것이다.
일반적으로 조명 장치나 전자장치에 많이 사용되고 있는 종래의 정전류 다이오드 소자로는 전계효과 트랜지스터(JFET, Junction Field Effect Transistor)를 이용한 소자가 있는데, 전계효과 트랜지스터는 게이트 전압이 일정하면 드레인 전류가 일정하다는 성질을 가지고 있기 때문에 회로에 직렬로 연결하면 전류를 일정 수준으로 제한하는 정전류 소자로 이용할 수 있다.
이와 같은 종래의 정전류 다이오드 소자는 도 1에 도시된 바와 같이 전계효과 트랜지스터의 게이트를 소스에 단락시킨 구조를 기본으로 하고 있으며, 그 제조 방법에 있어서는 기판 윗면의 접합을 기판 후면의 접합 영역과 접촉시키기 위해 고온에서 장시간 충분히 확산시켜 구현한다.
이와 같은 고온 확산 방식은 기판의 불순물 분포를 완만하게 하여 소자의 누설전류에 의해 소자 특성이 열화될 뿐만 아니라, 아울러 수평 방향으로의 불순물 분포 또한 완만하게 심화되어 칩의 크기가 커지는 문제점이 있으며, 이에 따라 생산성이 크게 저하되고 제조원가가 상승하는 문제가 발생하였다. 또한 종래의 정전류 소자는 동작 전압 영역이 60V 이내로 최근 110~220V AC off-line LED 조명기기에 적용하기에 적합하지 않은 문제가 있다. 또한 종래의 정전류 소자는 적용 웨이퍼의 사양 및 제조 공정 변동에 의해 정전류 레벨이 큰 폭으로 변화되는 단점으로 인해 LED 조명기기에서 요구하는 정확한 정전류 레벨을 구현하기가 매우 어려운 단점이있다. 따라서 보다 정확한 정전류 레벨을 제공하기 위해서는 외부적으로 원하는 정전류 레벨로 조정하는 기능이 요구된다.
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 고에너지 이온 주입방식으로 제조하여 칩의 크기가 작으면서도 특성이 우수할 뿐만 아니라, 소자의 직렬 저항을 줄여 턴-온(Turn-ON) 특성을 향상시킬 수 있고, 가드링 채용을 통해 동작전압을 크게 향상시키고, 아울러 소스단에 직렬 저항을 형성하여 정전류 레벨을 외부에서 조정할 수 있는 기능을 갖는 정전류 다이오드 소자를 제공하고자 하는 것이다. 또한 모든 전극을 칩의 상부에서 분리 형성한 SMD CSP 기술을 적용하여 온도 특성이 크게 향상된 정전류 다이오드 소자을 제공함에 있다.
본 발명은 고전압 정전류 다이오드 소자에 관한 것으로, 하부 게이트의 상면에 형성된 채널 영역과, 상기 채널 영역에 형성된 게이트 플러그와, 상기 채널 영역에 형성된 상부 게이트와, 상기 채널 영역에 형성된 드레인과, 상기 채널 영역에 형성된 소스를 포함하여 이루어지며, 상기 상부 게이트와 소스가 금속 배선에 의하여 단락되어진 평면 구조의 정전류 다이오드에 있어서, 상기 상부 게이트와 드레인 사이의 상기 채널 영역에 상기 채널 영역에 도핑된 불순물과 반대 타입의 불순물을 채널 농도와 대등한 농도로 추가적인 이온 주입을 통하여 표면 채널 영역에 전계를 효과적으로 낮추어 높은 항복전압 특성을 나타내는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 채널 영역은 80KeV에서 2.0MeV 범위의 주입 에너지를 이용하여 채널 내 농도가 낮고 균일하게 분포하도록 다단계 이온주입 방식 및 고온 확산으로 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 게이트 플러그는 상기 채널 영역의 표면에 수직인 선분을 기준으로 0ㅀ의 기울임을 가지며, 80KeV에서 1.0MeV 범위의 주입 에너지를 이용한 다단계 이온 주입 및 고온 확산을 통하여 청구항 2에 있어서 채널 영역을 관통하여 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 인가 전압을 고루게 분포시켜 전계을 낮추어 항복전압을 향상시키기 위해 채널 영역 불순물과 반대 타입 불순물을 채널 농도와 대등한 수준으로 이온 주입하여 가드링을 형성하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상부 게이트와 소스 전극을 분리하여 소스단과 상브 게이트 플러그 사이에 채널과 동일 불순물을 고농도로 이온 주입하여 확산 저항을 설치하고 소스단에 외부 연결 패드를 설치하여 외부에서 정전류 레벨을 임의로 조정할 수 있는 것을 특징으로 한다.
또한, 소스 및 게이트 단락 구조의 전극 및 드레인 전극을 상부에 분리 형성하고 와이어 본딩 패키지나 전극 상부에 범핑 패드를 형성 표면 실장형 형태로 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 소스와 분리된 게이트 전극, 드레인 전극 및 확산 저항 소스측 단에 형성된 전극을 상부에 형성하고 와이어 본딩 패키지나 전극 상부에 범핑 패드를 형성 표면 실장형 형태로 형성되는 것을 특징으로 한다.
상술한 바와 같이 본 발명은 정전류 다이오드 소자를 고에너지 이온 주입 및 고온 확산을 통해 채널을 형성하여 채널 농도를 최대한 균일하게 유지할 수 있어 기판의 농도에 매우 민감한 특성을 가지는 정전류 다이오드 소자의 정전류 레벨 변동폭을 최소화하여 수율을 안정화할 수 있는 장점이 있다. 특히 가드링 채용을 통해 동작전압을 크게 향상 시켜 110~220V AC off-line LED 드라이버로 적용할 수 있다. 아울러 고전압 구현과 동시에 소스단과 게이트 단자를 분리하여 소스단에 직렬 확산 저항을 채용하여 외부에서 임의로 정전류 레벨을 조정할 수 있어 보다 융통서있게 정전류 다이오드 소자를 적용할 수 있는 장점이 있다.
도1은 종래의 정전류 다이오드 소자를 나타낸 도면
도2는 본 발명의 일실시예에 따른 정전류 다이오드 소자의 구조도
도3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 정전류 다이오드 소자의 구조도
도4는 본 발명에 또다른 실시예에 따른 정전류 다이오드 소자의 구조도
도5a 내지 도5i는 본 발명에 따른 정전류 다이오드 소자의 제조과정을 나타내는 도면
도2는 본 발명의 일실시예에 따른 정전류 다이오드 소자의 구조도
도3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 정전류 다이오드 소자의 구조도
도4는 본 발명에 또다른 실시예에 따른 정전류 다이오드 소자의 구조도
도5a 내지 도5i는 본 발명에 따른 정전류 다이오드 소자의 제조과정을 나타내는 도면
이하, 본 발명의 기술적 사상을 첨부된 도면을 사용하여 더욱 구체적으로 설명한다.
첨부된 도면은 본 발명의 기술적 사상을 더욱 구체적으로 설명하기 위하여 도시한 일예에 불과하므로 본 발명의 기술적 사상이 첨부된 도면의 형태에 한정되는 것은 아니다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 정전류 다이오드 소자의 구조도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 정전류 다이오드 소자는 하면에 애노드(110)가 형성되어 있는 하부 게이트(100)와, 상기 하부 게이트(100)의 상부에 형성된 채널 영역(200)과, 상기 채널 영역(200)의 좌우측단에 형성된 게이트 플러그(300)와, 상기 채널 영역(200)의 상부에 나란히 형성되어 있는 상부 게이트(400)와 드레인(500)과 소스(600), 소스(600) 가장자리에 형성된 가드링(800)과 상기 상부 게이트(400)와 드레인(600)을 연통하는 금속 배선(700)과, 상기 드레인(500)의 상부에 형성된 캐소드(510)을 포함하여 형성된다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 정전류 다이오드 소자의 구조도이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 정전류 다이오드 소자는 상기 게이트 플러그(300)로 둘러싸인 외측 부분(310,320) 영역내에 소스(600) 및 드레인(500)과 동일 하게 직렬 확산 저항(900)이 형성되어 있다.
이와 같이 형성된 확산 저항(900)은 게이트(400)와 분리된 소스(600)단과 게이트 플러그(300)단과 직렬로 연결하고, 소스(600)단에 외부와 연결되는 PAD를 형성하여 외부에서 임의로 정전류 레벨을 조정할 수 있는 기능을 탑재한 구조이다.
도 4을 참조하면, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 정전류 다이오드 소자는 소자 상부에 소스전극(610), 게이트전극(410) 및 드레인전극(510)을 범핑 기술을 적용하여 동시에 형성하여 표면 실장 형태(SMD)로 패키징함으로써 비용 절감 및 구조적인 소자 동작 특성에 따른 전류 통로를 짧게하여 발열을 최소화하여 열적 특성을 획기적으로 개선할 수 있는 구조이다.
도 5a 내지 도 5i에는 본 발명에 따른 정전류 다이오드 소자의 제조과정이 도시되어 있다.
이하에서는 편의상 제1형 반도체는 P형으로, 제2형 반도체는 N형으로 도전된 것으로 하여 설명하도록 한다.
먼저, 도5a와 같이 비저항이 매우 작은 P형 기판(1100) 상부에 비저항이 큰 P형 에피층(1320)을 형성하여 준다.
그 후, 상기 P형 에피층(1320)에 사진 공정을 통하여 지정된 영역에 고에너지를 가지는 N형 불순물을 이온 주입하여 채널 영역(1200)을 형성하도록 한다(도 5b).
상기 P형 에피층(1110)에 역시 사진 공정을 통하여 지정된 영역에 게이트 플러그(1300) 영역을 형성하여 주는데, 이때 상기 게이트 플러그(1300) 영역은 P형 불순물을 0ㅀ기울임으로 이온 주입하여 주고 이후 채널링 효과에 의하여 깊이 형성되도록 한다(도 5c).
일반적으로 반도체 공정에서 사용되는 이온 주입 방식에 있어서 50 KeV 이하의 주입 에너지를 이용하는 경우에는 저에너지 이온 주입으로, 50 KeV 에서 200 KeV 까지의 주입 에너지를 이용하는 경우에는 중에너지 이온 주입으로, 200 KeV 이상 3 MeV 까지의 주입에너지를 이용하는 경우에는 고에너지 이온 주입으로 분류되는데, 본 발명에서는 200 KeV 이상 3 MeV 까지의 주입에너지를 이용한 고에너지 이온 주입 방식을 이용하여 상기 채널 영역(1200)과 게이트 플러그(1300) 영역을 형성하도록 한다.
이와 같이 상기 채널 영역(1200)을 고에너지 이온 주입 방식으로 형성하고, 상기 게이트 플러그(1300) 영역을 0ㅀ기울임 이온 주입 방식과 채널링 효과 및 고온 확산을 통해 형성하여 줌에 따라 위치와 깊이에 따른 각 영역의 농도 변화를 최소화 할 수 있어 균질한 특성을 가지는 소자를 우수한 수율로 생산할 수 있게 된다.
다음으로, 사진 공정을 통하여 지정된 상기 채널 영역(1200)의 일정 영역에 소자 동작시 인가되는 높은 전압을 고루 분포시켜 전계를 완화 시켜 동작전압을 크게 향상 시킬 수 있는 가드링(1800) 영역을 N 채널 농도와 대등한 농도로 P형 불순물을 이온 주입하고 고온 확산을 통해 형성한다. 이때 게이트 플러그로 둘러사인 저항 형성 영역(1310)을 동시에 형성한다(도 5d).
이후, 사진 공정을 통해 상기 채널내 가드링 인접 영역에 상부 게이트 영역을 지정하여 고농도 P 형 불순물을 이온 주입하여 고온 확산을 통해 P형 가드링과 대등한 ??이 까지 확산시켜 상부 게이트(1400)를 형성한다.(도5e)
이후 사진공정을 통해 채널 영역내에 소스(1600), 드레인 영역(1500) 및 확산 저항 영역을 지정하여 고농도 N형 이온 주입을 통해 채널내 소스(1600) 및 드레인(500)을 형성하고 동시에 저항 형성 영역내에 N형 확산 저항(1900)을 형성한다.(도5f)
이와 같은 이온 주입 및 확산 과정 후 각 영역을 전기적으로 격리시키기 위하여 산화막이나 질화막과 같은 절연막(20)을 일정 두께로 도포하여 주고, 사진 공정을 통하여 콘택 영역을 지정하여 형성하여 준다(도 5g).
콘택 영역을 지정한 후 전극용 금속을 일정 두께로 도포하여 전극과 금속 배선(1700)을 형성하여 주도록 한다(도 5h).
전극과 금속 배선(1700)을 형성하여 준 이후, 소자의 신뢰성 특성을 개선하여 주기 위하여 상부에 일정 두께의 산화막 또는 질화막을 도포하여 절연막(20)을 형성하여 주고, 마지막으로 사진 공정을 통하여 패키지시 와이어 본딩(Wire Bonding)할 패드(Pad) 영역을 형성하여 준다(도 5i).
본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며, 적용범위가 다양함은 물론이고, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이다.
10 - 칩
11 - 단위셀
12 - 콘택 70 - 범프
20 - 절연막 30 - 감광막
100, 1100 - 하부 게이트 110 - 애노드
200, 1200 - 채널 영역
300, 1300 - 게이트 플러그
400, 1400 - 상부 게이트
500, 1500 - 드레인 510 - 캐소드
600, 1600 - 소스
700, 1700 - 금속 배선
1100 - P형 기판 1320 - P형 에피층
12 - 콘택 70 - 범프
20 - 절연막 30 - 감광막
100, 1100 - 하부 게이트 110 - 애노드
200, 1200 - 채널 영역
300, 1300 - 게이트 플러그
400, 1400 - 상부 게이트
500, 1500 - 드레인 510 - 캐소드
600, 1600 - 소스
700, 1700 - 금속 배선
1100 - P형 기판 1320 - P형 에피층
Claims (7)
- 하부 게이트의 상면에 형성된 채널 영역과, 상기 채널 영역에 형성된 게이트 플러그와, 상기 채널 영역에 형성된 상부 게이트와, 상기 채널 영역에 형성된 드레인과, 상기 채널 영역에 형성된 소스를 포함하여 이루어지며, 상기 상부 게이트와 소스가 금속 배선에 의하여 단락되어진 평면 구조의 정전류 다이오드에 있어서, 상기 상부 게이트와 드레인 사이의 상기 채널 영역에 상기 채널 영역에 도핑된 불순물과 반대 타입의 불순물을 채널 농도와 대등한 농도로 추가적인 이온 주입을 통하여 표면 채널 영역에 전계를 효과적으로 낮추어 높은 항복전압 특성을 나타내는 것을 특징으로 하는 정전류 다이오드 소자.
- 제1항에 있어서,
상기 채널 영역은 80KeV에서 2.0MeV 범위의 주입 에너지를 이용하여 채널 내 농도가 낮고 균일하게 분포하도록 다단계 이온주입 방식 및 고온 확산으로 형성되는 것을 특징으로 하는 정전류 다이오드 소자.
- 제1항에 있어서,
상기 게이트 플러그는 상기 채널 영역의 표면에 수직인 선분을 기준으로 0ㅀ의 기울임을 가지며, 80KeV에서 1.0MeV 범위의 주입 에너지를 이용한 다단계 이온 주입 및 고온 확산을 통하여 청구항 2에 있어서 채널 영역을 관통하여 형성되는 것을 특징으로 하는 정전류 다이오드 소자.
- 제1항에 있어서,
인가 전압을 고루게 분포시켜 전계을 낮추어 항복전압을 향상시키기 위해 채널 영역 불순물과 반대 타입 불순물을 채널 농도와 대등한 수준으로 이온 주입하여 가드링을 형성하는 것을 특징으로 하는 정전류 다이오드 소자.
- 제1항에 있어서,
상부 게이트와 소스 전극을 분리하여 소스단과 상브 게이트 플러그 사이에 채널과 동일 불순물을 고농도로 이온 주입하여 확산 저항을 설치하고 소스단에 외부 연결 패드를 설치하여 외부에서 정전류 레벨을 임의로 조정할 수 있는 것을 특징으로 하는 정전류 다이오드 다이오드 소자.
- 제1항에 있어서,
소스 및 게이트 단락 구조의 전극 및 드레인 전극을 상부에 분리 형성하고 와이어 본딩 패키지나 전극 상부에 범핑 패드를 형성 표면 실장형 형태로 형성되는 것을 특징으로 하는 정전류 다이오드 다이오드 소자.
- 제5항에 있어서,
소스와 분리된 게이트 전극, 드레인 전극 및 확산 저항 소스측 단에 형성된 전극을 상부에 형성하고 와이어 본딩 패키지나 전극 상부에 범핑 패드를 형성 표면 실장형 형태로 형성되는 것을 특징으로 하는 정전류 다이오드 다이오드 소자.
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|---|---|---|---|
| KR1020150093181A KR102381059B1 (ko) | 2015-06-30 | 2015-06-30 | 고전압 정전류 다이오드 소자 및 그 제조방법 |
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| KR20170003047A true KR20170003047A (ko) | 2017-01-09 |
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| KR (1) | KR102381059B1 (ko) |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN107170728A (zh) * | 2017-06-02 | 2017-09-15 | 朝阳无线电元件有限责任公司 | 一种恒流二极管设计与制造技术 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20110096323A (ko) * | 2010-02-22 | 2011-08-30 | (주) 텔트론 | 정전류 다이오드 소자 및 그 제조방법 |
| KR20130136646A (ko) * | 2012-06-05 | 2013-12-13 | 선문대학교 산학협력단 | 대전력 정전류 다이오드 |
| KR20140070232A (ko) * | 2012-11-30 | 2014-06-10 | (주)페가테크 | 정전류 다이오드 소자 및 그 제조방법, 정전류 다이오드 셀타입 어레이 소자 |
-
2015
- 2015-06-30 KR KR1020150093181A patent/KR102381059B1/ko active IP Right Grant
Patent Citations (3)
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|---|---|---|---|---|
| CN107170728A (zh) * | 2017-06-02 | 2017-09-15 | 朝阳无线电元件有限责任公司 | 一种恒流二极管设计与制造技术 |
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