KR20190027119A - 래터럴 타입 쇼클리 다이오드 구조를 이용한 양방향 로우 클램핑 과도 전압 억제 소자 및 그 제조 방법 - Google Patents

래터럴 타입 쇼클리 다이오드 구조를 이용한 양방향 로우 클램핑 과도 전압 억제 소자 및 그 제조 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR20190027119A
KR20190027119A KR1020170113753A KR20170113753A KR20190027119A KR 20190027119 A KR20190027119 A KR 20190027119A KR 1020170113753 A KR1020170113753 A KR 1020170113753A KR 20170113753 A KR20170113753 A KR 20170113753A KR 20190027119 A KR20190027119 A KR 20190027119A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
well region
region
isolation layer
conductive
conductivity type
Prior art date
Application number
KR1020170113753A
Other languages
English (en)
Other versions
KR102019395B1 (ko
Inventor
김현식
장희원
Original Assignee
주식회사 케이이씨
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 주식회사 케이이씨 filed Critical 주식회사 케이이씨
Priority to KR1020170113753A priority Critical patent/KR102019395B1/ko
Publication of KR20190027119A publication Critical patent/KR20190027119A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102019395B1 publication Critical patent/KR102019395B1/ko

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00Semiconductor devices adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching, or capacitors or resistors with at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. 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
    • H01L29/86Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable only by variation of the electric current supplied, or only the electric potential applied, to one or more of the electrodes carrying the current to be rectified, amplified, oscillated or switched
    • H01L29/861Diodes
    • H01L29/87Thyristor diodes, e.g. Shockley diodes, break-over diodes
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/70Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components formed in or on a common substrate or of parts thereof; Manufacture of integrated circuit devices or of parts thereof
    • H01L21/77Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components or integrated circuits formed in, or on, a common substrate
    • H01L21/78Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components or integrated circuits formed in, or on, a common substrate with subsequent division of the substrate into plural individual devices
    • H01L21/82Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components or integrated circuits formed in, or on, a common substrate with subsequent division of the substrate into plural individual devices to produce devices, e.g. integrated circuits, each consisting of a plurality of components
    • H01L21/822Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components or integrated circuits formed in, or on, a common substrate with subsequent division of the substrate into plural individual devices to produce devices, e.g. integrated circuits, each consisting of a plurality of components the substrate being a semiconductor, using silicon technology
    • H01L21/8232Field-effect technology
    • H01L21/8234MIS technology, i.e. integration processes of field effect transistors of the conductor-insulator-semiconductor type
    • H01L21/823493MIS technology, i.e. integration processes of field effect transistors of the conductor-insulator-semiconductor type with a particular manufacturing method of the wells or tubs, e.g. twin tubs, high energy well implants, buried implanted layers for lateral isolation [BILLI]
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00Semiconductor devices adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching, or capacitors or resistors with at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. 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
    • H01L29/66083Multistep manufacturing processes of devices having semiconductor bodies comprising group 14 or group 13/15 materials the devices being controllable only by variation of the electric current supplied or the electric potential applied, to one or more of the electrodes carrying the current to be rectified, amplified, oscillated or switched, e.g. two-terminal devices
    • H01L29/6609Diodes
    • H01L29/66121Multilayer diodes, e.g. PNPN diodes
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/10Details of semiconductor or other solid state devices to be connected
    • H01L2924/11Device type
    • H01L2924/13Discrete devices, e.g. 3 terminal devices
    • H01L2924/1301Thyristor
    • H01L2924/13017Shockley diode - Unidirectional trigger and switching device

Abstract

본 발명은 커패시턴스를 감소시키고 최대 허용 서지전류(Ipp)를 향상시키며 제한 전압(Clamping Voltage)을 낮출 수 있는 과도 전압 억제 소자 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
일례로, 제 1 도전형의 서브스트레이트; 상기 서브스트레이트의 상부에 형성된 제 2 도전형의 에피텍셜층; 상기 에피텍셜층의 상부에 형성된 제 1 도전형 웰 영역 및 제 2 도전형 웰 영역; 상기 제 1 도전형 웰 영역 및 제 2 도전형 웰 영역의 외측에 형성되며, 상기 에피텍셜층의 상면에서부터 서브스트레이트의 상부까지 관통하여 형성된 다수의 하부 격리층; 상기 제 1 도전형 웰 영역에 형성된 제 2 도전형 영역; 상기 제 2 도전형 웰 영역에 형성된 제 1 도전형 영역; 및 상기 제 1 도전형 영역과 제 2 도전형 영역의 표면에 형성된 전극을 포함하는 과도 전압 억제 소자를 개시한다.

Description

래터럴 타입 쇼클리 다이오드 구조를 이용한 양방향 로우 클램핑 과도 전압 억제 소자 및 그 제조 방법{Bidirectional Low Clamping Transient Voltage Suppression Device Using Lateral Type Schokley Diodes and manufacturing method thereof}
본 발명은 과도 전압 억제 소자 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
도 1을 참조하면, 종래의 과도 전압 억제 소자의 동작 원리 및 회로도가 도시되어 있다.
도 1 에 도시된 바와 같이 전원(VG)과 부하(RLOAD) 사이에 과도 전압 억제 소자(TVS)(예를 들면, 바리스터, 타이리스터, 다이오드(정류/제너))가 병렬로 연결되어 있고, 그 과도 전압 억제 소자의 일측은 접지(GND)에 연결되어 있다.
이와 같은 구성에 의해, 부하(RLOAD)에서 요구되는 전압 이상의 과도 전압이 입력될 경우, 이 과도 전압에 의한 과도 전류(ITV)는 과도 전압 억제 소자(TVS)를 통하여 접지(GND)쪽으로 흐르고, 클램핑되어 안정화된 저전압만이 부하(RLOAD)에 인가됨으로써, 그 부하(RLOAD)가 과도 전압으로부터 안전하게 보호된다.
본 발명은 커패시턴스를 감소시키고 최대 허용 서지전류(Ipp)를 향상시키며 제한 전압(Clamping Voltage)을 낮출 수 있는 과도 전압 억제 소자 및 그 제조 방법을 제공한다.
본 발명에 의한 과도 전압 억제 소자는 제 1 도전형의 서브스트레이트; 상기 서브스트레이트의 상부에 형성된 제 2 도전형의 에피텍셜층; 상기 에피텍셜층의 상부에 형성된 제 1 도전형 웰 영역 및 제 2 도전형 웰 영역; 상기 제 1 도전형 웰 영역 및 제 2 도전형 웰 영역의 외측에 형성되며, 상기 에피텍셜층의 상면에서부터 서브스트레이트의 상부까지 관통하여 형성된 다수의 하부 격리층; 상기 제 1 도전형 웰 영역에 형성된 제 2 도전형 영역; 상기 제 2 도전형 웰 영역에 형성된 제 1 도전형 영역; 및 상기 제 1 도전형 영역과 제 2 도전형 영역의 표면에 형성된 전극을 포함한다.
상기 제 1 도전형 영역, 제 2 도전형 웰 영역, 제 1 도전형 웰 영역 및 제 2 도전형 웰 영역은 쇼클리 다이오드 구조를 형성할 수 있다.
상기 하부 격리층은 상기 제 1 도전형 웰 영역 및 제 2 도전형 웰 영역의 외측에 형성되며 한 쌍으로 이루어진 제 1 하부 격리층; 상기 제 1 하부 격리층의 외측에 형성되며 한 쌍으로 이루어진 제 2 하부 격리층; 및 상기 제 2 하부 격리층의 외측에 형성되며 한 쌍으로 이루어진 제 3 하부 격리층;을 포함할 수 있다.
상기 제 1 하부 격리층과 제 2 하부 격리층 사이의 상기 에피텍셜층에는 제 1 도전형 영역과 제 2 도전형 영역이 더 형성되어 다이오드 구조를 이룰 수 있다.
상기 제 1 하부 격리층과 제 2 하부 격리층 사이에는 상기 에피텍셜층의 상부를 관통하며 상기 제 1 도전형 영역과 제 2 도전형 영역을 격리시키는 상부 격리층이 더 형성될 수 있다.
상기 전극은 상기 제 1 하부 격리층의 내측에 위치한 제 1 도전형 영역과 상기 제 1 하부 격리층과 제 2 하부 격리층 사이에 위치한 제 2 도전형 영역을 연결할 수 있다.
상기 전극은 상기 제 1 하부 격리층의 내측에 위치한 제 2 도전형 영역과 상기 제 1 하부 격리층과 제 2 하부 격리층 사이에 위치한 제 1 도전형 영역을 연결할 수 있다.
상기 제 1 도전형 웰 영역과 제 2 도전형 웰 영역 사이에는 고농도의 제 1 도전형 웰 영역과 고농도의 제 2 도전형 웰 영역이 더 형성될 수 있다.
상기 에피텍셜층의 상부로부터 형성되어, 상기 제 1 도전형 영역 및 제 2 도전형 영역의 일부를 노출시키는 절연막을 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 과도 전압 억제 소자의 제조 방법은 제 1 도전형의 서브스트레이트를 준비하는 단계; 상기 서브스트레이트에 제 2 도전형의 에피텍셜층을 형성하는 단계; 상기 에피텍셜층의 상부에 제 1 도전형 웰 영역과 제 2 도전형 웰 영역을 형성하는 단계; 상기 제 1 도전형 웰 영역과 제 2 도전형 웰 영역의 외측에 위치하며, 상기 에피텍셜층의 상면에서부터 서브스트레이트의 상부까지 관통하는 다수의 하부 격리층을 형성하는 단계; 상기 제 1 도전형 웰 영역에 제 2 도전형 영역을 형성하는 단계; 상기 제 2 도전형 웰 영역에 제 1 도전형 영역을 형성하는 단계; 및 상기 제 1 도전형 영역과 제 2 도전형 영역의 표면에 전극을 형성하는 단계를 포함한다.
상기 하부 격리층은 상기 제 1 도전형 웰 영역 및 제 2 도전형 웰 영역의 외측에 형성되며 한 쌍으로 이루어진 제 1 하부 격리층; 상기 제 1 하부 격리층의 외측에 형성되며 한 쌍으로 이루어진 제 2 하부 격리층; 및 상기 제 2 하부 격리층의 외측에 형성되며 한 쌍으로 이루어진 제 3 하부 격리층;을 포함할 수 있다.
상기 제 1 하부 격리층과 제 2 하부 격리층 사이의 상기 에피텍셜층에 제 1 도전형 영역과 제 2 도전형 영역을 더 형성할 수 있다.
상기 제 1 하부 격리층과 제 2 하부 격리층 사이에 형성된 상기 제 1 도전형 영역과 제 2 도전형 영역을 격리시키도록, 상기 에피텍셜층의 상부를 관통하는 상부 격리층을 형성할 수 있다.
상기 전극은 상기 제 1 하부 격리층의 내측에 위치한 제 1 도전형 영역과 상기 제 1 하부 격리층과 제 2 하부 격리층 사이에 위치한 제 2 도전형 영역을 연결할 수 있다.
상기 전극은 상기 제 1 하부 격리층의 내측에 위치한 제 2 도전형 영역과 상기 제 1 하부 격리층과 제 2 하부 격리층 사이에 위치한 제 1 도전형 영역을 연결할 수 있다.
상기 제 1 도전형 웰 영역과 제 2 도전형 웰 영역 사이에 고농도의 제 1 도전형 웰 영역과 고농도의 제 2 도전형 웰 영역을 더 형성할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 과도 전압 억제 소자 및 그 제조 방법은 PNPN 구조의 쇼클리 다이오드를 래터럴 형태로 형성하고, 이러한 구조에 PN 순방향 다이오드를 직렬로 연결함에 있어, 하부 격리층의 내측에 제 1 도전형 웰 영역과 제 2 도전형 웰 영역을 형성하고, 상기 제 1 도전형 웰 영역에 제 2 도전형 영역을 형성하며, 제 2 도전형 웰 영역에 제 1 도전형 영역을 형성함으로써, 커패시턴스(Capacitance)를 감소시키고 최대 허용 서지전류(Ipp)를 향상시키며 제한 전압(Clamping Voltage)을 낮출 수 있다.
도 1은 일반적인 과도 전압 억제 소자의 동작 원리를 도시한 회로도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 과도 전압 억제 소자의 제조 방법을 나타낸 순서도이다.
도 3a 내지 도 3i는 본 발명의 실시예에 따른 과도 전압 억제 소자의 제조 방법을 순차적으로 도시한 단면도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 과도 전압 억제 소자의 구조에 대해 등가 회로를 함께 표시한 것이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 과도 전압 억제 소자의 등가 회로도이다.
본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.
이하에서는 본 발명의 실시예에 따른 과도 전압 억제 소자의 제조 방법에 대하여 설명하도록 한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 과도 전압 억제 소자의 제조 방법을 나타낸 순서도이다. 도 3a 내지 도 3i는 본 발명의 실시예에 따른 과도 전압 억제 소자의 제조 방법을 순차적으로 도시한 단면도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 과도 전압 억제 소자의 제조 방법은 서브스트레이트 준비 단계(S1), 에피텍셜층 형성 단계(S2), 제 1 도전형 웰 영역 형성 단계(S3), 제 2 도전형 웰 영역 형성 단계(S4), 트렌치 아이솔레이션 형성 단계(S5), 제 1 도전형 영역 형성 단계(S6), 제 2 도전형 영역 형성 단계(S7), 절연막(컨택) 형성 단계(S8) 및 전극 형성 단계(S9)를 포함한다. 이하에서는 도 2의 각 단계들에 대해 도 3a 내지 도 3i를 참조하여 설명하기로 한다.
도 3a에 도시된 바와 같이, 상기 서브스트레이트 준비 단계(S1)에서는 제 1 도전형의 서브스트레이트(110)를 준비한다. 상기 서브스트레이트(110)는 상면 및 하면을 포함하는 판상의 형태로 이루어진다. 상기 서브스트레이트(110)는, 일례로, 진성 반도체에 3족 원소인 갈륨(Ga), 인듐(In) 또는 붕소(B)등의 불순물이 고농도로 주입되어 형성된 P+형 반도체 기판일 수 있다. 한편, 제 1 도전형의 서브스트레이트(110)는 진성 반도체에 5족 원소인 비소(As), 인(P) 또는 안티몬(Sb)등의 불순물이 고농도로 주입된 N형일 수도 있다. 다만, 본 발명에서는 상기 서브스트레이트(110)가 P형으로 이루어지는 것으로 설명하도록 한다.
도 3b에 도시된 바와 같이, 상기 에피텍셜층 형성 단계(S2)에서, 상기 서브스트레이트(110)의 상면에 에피텍셜층(120)이 형성된다. 일례로, 600~2000℃의 고온에서 서브스트레이트(110)의 상면에 SiH4등의 가스와 5가 원소인 비소(As), 인(P) 또는 안티몬(Sb) 등이 포함된 가스를 저농도로 함께 흘려줌으로써, 상기 서브스트레이트(110)의 표면에 N형의 에피텍셜층(120)이 증착되도록 할 수 있다.
도 3c에 도시된 바와 같이, 상기 제 1 도전형 웰 영역 형성 단계(S3)에서, 에피텍셜층(120)의 내부에 제 1 도전형 웰 영역(130)이 형성된다. 상기 제 1 도전형 웰 영역(130)은 에피텍셜층(120)의 상면으로부터 내부를 향하여 일정 깊이로 형성된다. 상기 제 1 도전형 웰 영역(130)은 PNPN 구조의 쇼클리 다이오드(Shockley Diode)에서 P형 영역을 포함할 수 있다.
이러한 제 1 도전형 웰 영역(130)은 에피텍셜층(120)의 상면에 1차로 규소 산화막, 질소 산화막 등의 절연막(미도시)을 제 1 도전형 웰 영역(130)이 형성될 이외의 영역에 형성한 후, 3족 원소인 갈륨(Ga), 인듐(In) 또는 붕소(B)등의 불순물을 직접 이온주입 하거나 또는 열확산 공정을 이용하여 P형을 갖도록 형성할 수 있다.
또한, 상기 제 1 도전형의 웰 영역(130)의 외측에는 저농도의 제 1 도전형 웰 영역(131)이 형성되고, 내측에는 고농도의 제 1 도전형 웰 영역(132)이 더 형성될 수 있다. 상기 제 1 도전형의 웰 영역(130)의 외측에 위치한 저농도의 제 1 도전형 웰 영역(131)은 P-형으로 이루어질 수 있으며, 한 쌍으로 존재할 수 있다. 이러한 저농도의 제 1 도전형 웰 영역(131)은 본 발명의 실시예에 따른 과도 전압 억제 소자에서 MOSFET 캐패시턴스를 낮추는 역할을 한다. 또한, 상기 제 1 도전형의 웰 영역(130)의 내측에 위치한 고농도의 제 1 도전형 웰 영역(132)은 P+형으로 이루어질 수 있다. 이러한 고농도의 제 1 도전형의 웰 영역(132)은 후술되는 고농도의 제 2 도전형의 웰 영역(141)과 함께 본 발명의 실시예에 따른 과도 전압 억제 소자에서 Forward Breakdown Voltage를 낮추는 역할을 한다. 상기 제 1 도전형 웰 영역 형성 단계(S3)에서는 저농도 제 1 도전형 웰 영역(131), 제 1 도전형 웰 영역(130), 고농도 제 1 도전형 웰 영역(132)의 순으로 형성될 수 있다. 다시 말해, 저농도에서 고농도 순으로 또는 에피텍셜층(120)의 외측에서 내측으로 제 1 도전형 웰 영역들이 형성될 수 있다.
한편, 서브스트레이트(110)의 하면에는 하면 절연막이 형성될 수 있다. 상기 하면 절연막은 규소 산화막, 질소 산화막, 언도프트 폴리 실리콘(undoped poly silicon), PSG(Phospho-Silicate-Glass), BPSG(Boro-Phosphor-Silicate-Glass) 또는 이들의 등가물 중 선택된 어느 하나로 형성될 수 있으나, 이것으로 본 발명을 한정하는 것은 아니다. 하면 절연막은 제 1 도전형 서브스트레이트(110)의 오토도핑을 방지한다.
도 3d에 도시된 바와 같이, 상기 제 2 도전형 웰 영역 형성 단계(S4)에서, 에피텍셜층(120)의 내부에 제 2 도전형 웰 영역(140)이 형성된다. 상기 제 2 도전형 웰 영역(140)은 상기 제 1 도전형 웰 영역(130)과 이격되게 위치하며, 에피텍셜층(120)의 상면으로부터 내부를 향하여 일정 깊이로 형성된다. 구체적으로 상기 제 2 도전형 웰 영역(140)은 저농도의 제 1 도전형 웰 영역(131)과 고농도의 제 1 도전형 웰 영역(132) 사이에 위치한다. 다시 말해, 고농도의 제 1 도전형 웰 영역(132)을 기준으로 일측에는 제 1 도전형 웰 영역(130)이 위치하고, 타측에는 제 2 도전형 웰 영역(140)이 위치한다. 상기 제 2 도전형 웰 영역(140)은 PNPN 구조의 쇼클리 다이오드(Shockley Diode)에서 N형 영역을 포함할 수 있다.
이러한 제 2 도전형 웰 영역(140)은 에피텍셜층(120)의 상면에 1차로 규소 산화막, 질소 산화막 등의 절연막(미도시)을 제 2 도전형 웰 영역(140)이 형성될 이외의 영역에 형성한 후, 5족 원소인 비소(As), 인(P) 또는 안티몬(Sb)등의 불순물을 직접 이온주입 하거나 또는 열확산 공정을 이용하여 N형을 갖도록 형성할 수 있다.
또한, 상기 제 2 도전형 웰 영역(140)의 내측에는 고농도의 제 2 도전형 웰 영역(141)이 더 형성될 수 있다. 상기 제 2 도전형의 웰 영역(140)의 내측에 위치한 고농도의 제 2 도전형 웰 영역(141)은 N+형으로 이루어질 수 있다. 이러한 고농도의 제 2 도전형의 웰 영역(141)은 상기 고농도의 제 1 도전형의 웰 영역(132)과 함께 본 발명의 실시예에 따른 과도 전압 억제 소자에서 Forward Breakdown Voltage를 낮추는 역할을 한다. 예를 들어, 고농도의 제 1 도전형 웰 영역(132)과 고농도의 제 2 도전형 웰 영역(141)은 Forward Breakdown Voltage를 3~8V로 낮출 수 있다. 상기 제 2 도전형 웰 영역 형성 단계(S4)에서는 제 2 도전형 웰 영역(140)을 형성한 뒤 상대적으로 농도가 높은 고농도의 제2도전형 웰 영역(141)을 형성할 수 있다.
도 3e에 도시된 바와 같이, 상기 격리층 형성 단계(S5)에서, 상기 에피텍셜층(120)의 상면으로부터 트렌치가 형성되고, 이러한 트렌치에 절연막이 채워짐으로써, 격리층(150,160)이 구현될 수 있다. 상기 격리층(150,160)은 상기 에피텍셜층(120)의 상면으로부터 서브스트레이트(110)의 상부까지 형성된 하부 격리층(150)과 상기 에피텍셜층(120)의 상부에 형성된 상부 격리층(160)을 포함한다. 상기 하부 격리층(150)은 중앙에서부터 외측을 향하여 각각 제 1 하부 격리층(151), 제 2 하부 격리층(152) 및 제 3 하부 격리층(153)이 한 쌍으로 구비될 수 있다.
상기 제 1 하부 격리층(151)은 가장 내층에 위치하며, 제 1 하부 격리층(151)의 내측에는 제 1 도전형 웰 영역(130)과 제 2 도전형 웰 영역(140)이 위치한다. 상기 제 1 하부 격리층(151)은 에피텍셜층(120)을 관통하여 서브스트레이트(110)에까지 이르도록 형성되어, 본 발명의 실시예에 따른 과도 전압 억제 소자에서 PNPN 구조의 쇼클리 다이오드가 다른 구조들과 독립되도록 할 수 있다.
상기 제 2 하부 격리층(152)은 상기 제 1 하부 격리층(151)의 외측에 형성되며, 에피텍셜층(120)을 관통하여 서브스트레이트(110)에까지 이르도록 형성된다. 이에 따라, 상기 제 2 하부 격리층(152)은 상기 에피텍셜층(120)에 형성되는 하기할 제 1 도전형 영역(172)과 제 2 도전형 영역(182)에 의한 다이오드 구조가 독립되도록 할 수 있다.
상기 제 3 하부 격리층(153)은 상기 제 2 하부 격리층(152)의 외측에 형성되며, 에피텍셜층(120)을 관통하여 서브스트레이트(110)에까지 이르도록 형성된다. 이에 따라, 상기 제 3 하부 격리층(153)은 저농도의 제 1 도전형 웰 영역(131)을 다른 구조로부터 독립되도록 할 수 있다.
상기 상부 격리층(160)은 상기 제 1 하부 격리층(151)과 제 2 하부 격리층(152) 사이에 위치한다. 구체적으로, 상기 상부 격리층(160)은 1 상부 격리층(161)과 제 2 상부 격리층(162)이 한 쌍으로 구비될 수 있다.
상기 제 1 상부 격리층(161)과 제 2 상부 격리층(161)은 상기 에피텍셜층(120)의 상부에 형성된다. 또한, 상기 제 1 상부 격리층(161)과 제 2 상부 격리층(162) 사이에는 후술할 제 1 도전형 영역(172)이 형성되어, 제 1 도전형 영역(172)을 제 2 도전형 영역(182)으로부터 격리되도록 할 수 있다.
이어서, 도 3f에 도시된 바와 같이, 상기 제 1 도전형 영역 형성 단계(S6)에서는 상기 한 쌍의 제 1 하부 격리층(151) 사이의 제 2 도전형 웰 영역(140)과 상기 제 1 상부 격리층(161)과 제 2 상부 격리층(162) 사이의 에피텍셜층(120)에 대해 각각 P+형의 제 1 도전형 영역(171,172)이 형성된다. 상기 제 2 도전형 웰 영역(140)에 형성된 제 1 도전형 영역(171)은 쇼클리 다이오드의 구조에서 P층을 형성할 수 있다. 또한, 상기 제 1 도전형 영역(171)은 상기 제 2 도전형 웰 영역(140)의 상부 일부에만 형성된다. 더불어, 상기 제 1 상부 격리층(161)과 제 2 상부 격리층(162) 사이에 형성된 제 1 도전형 영역(172)은 쇼클리 다이오드의 구조의 전후단에 각각 위치하는 순방향의 다이오드 구조의 일부를 구성하게 된다.
또한, 도 3g에 도시된 바와 같이, 상기 제 2 도전형 영역 형성 단계(S7)에서는 상기 한 쌍의 제 1 하부 격리층(151) 사이의 제 1 도전형 웰 영역(130)과 상기 제 1 하부 격리층(151)과 제 2 하부 격리층(152) 사이의 에피텍셜층(120)에 대해 각각 N+형의 제 2 도전형 영역(181,182)이 형성된다.
상기 제 1 도전형 웰 영역(130)에 형성된 제 2 도전형 영역(181)은 쇼클리 다이오드의 구조에서 N층을 형성할 수 있다. 또한, 상기 제 2 도전형 영역(181)은 상기 제 1 도전형 웰 영역(130)의 상부 일부에만 형성된다. 더불어, 상기 상기 제 1 하부 격리층(151)과 제 2 하부 격리층(152) 사이에 형성된 제 2 도전형 영역(182)은 쇼클리 다이오드의 구조의 전후단에 각각 위치하는 순방향의 다이오드 구조의 일부를 구성하게 된다.
이와 같이, 한 쌍의 제 1 하부 격리층(151) 사이에 위치한 제 1 도전형 영역(171), 제 2 도전형 웰 영역(140), 제 1 도전형 웰 영역(130) 및 제 2 도전형 영역(181)은 순차적으로 PNPN 구조를 형성할 수 있다. 또한, 이러한 PNPN 구조는 에피텍셜층(120)의 표면을 따라 형성되므로, 래터럴 타입(Lateral Type)의 쇼클리 다이오드(Shockley Diode)의 구조를 형성할 수 있다.
다음으로, 도 3h에 도시된 바와 같이, 상기 절연막(컨택) 형성 단계(S8)에서 상기 구조의 상면에 대해 절연막(190)을 형성하고, 각 절연막(190)에 비아를 형성하여 각 다이오드 또는 쇼클리 다이오드 구조에 컨택이 형성될 수 있다. 이러한 절연막(190)은 규소 산화막, 질소 산화막, 언도프트 폴리 실리콘(undoped poly silicon), PSG(Phospho-Silicate-Glass), BPSG(Boro-Phosphor-Silicate-Glass) 또는 이들의 등가물 중 선택된 어느 하나로 형성될 수 있으나, 이것으로 본 발명을 한정하는 것은 아니다.
또한, 도 3i에 도시된 바와 같이, 상기 전극 형성 단계(S9)에서 상기 절연막(190)을 통해 노출된 제 1 도전형 영역(171,172) 및 제 2 도전형 영역(181,182)의 상면에 전극(200)이 형성된다. 상기 전극(200)은 제 1 하부 격리층(151) 내부에 형성된 제 1 도전형 영역(171)과 제 1 하부 격리층(151)과 제 2 하부 격리층(152) 사이에 형성된 제 2 도전형 영역(182)을 연결한다. 또한, 상기 전극(200)은 제 1 하부 격리층(151) 내부에 형성된 제 2 도전형 영역(181)과 제 1 하부 격리층(151)과 제 2 하부 격리층(152) 사이에 형성된 제 1 도전형 영역(172)을 연결한다. 더불어, 상기 전극(200)은 제 1 하부 격리층(151)과 제 2 하부 격리층(152) 사이에 형성된 제 1 도전형 영역(182) 또는 제 2 도전형 영역(182)과 연결되고 제 3 하부 격리층(152)의 상부로 연장되게 형성될 수 있으며, 이러한 전극(200)에는 도전성 와이어, 도전성 클립 또는 리드프레임 등이 연결될 수 있다.
상기 전극(200)은 몰리브덴(Mo), 알루미늄(Al), 니켈(Ni) 및 금(Au) 또는 그 등가물 중 선택된 어느 하나를 순차 스퍼터링 또는 순차 도금하여 형성할 수 있으나, 이것으로 본 발명을 한정하는 것은 아니다.
상기와 같이 하여, 도면의 좌우측 영역에 형성된 순방향 다이오드의 사이에 래터럴 타입의 쇼클리 다이오드의 구조가 형성될 수 있다. 특히, 한 쌍의 제 1 하부 격리층(151) 사이에 위치한 제 1 도전형 영역(171), 제 2 도전형 웰 영역(140), 제 1 도전형 웰 영역(130) 및 제 2 도전형 영역(181)은 순차적으로 PNPN 구조를 형성할 수 있으며, 이러한 PNPN 구조는 에피텍셜층(120)의 표면을 따라 형성되므로, 래터럴 타입의 쇼클리 다이오드의 구조를 형성할 수 있다. 또한, 쇼클리 다이오드 구조는 좌우측의 순방향 다이오드와 함께 직렬로 연결될 수 있다. 따라서, 낮은 캐패시턴스를 갖는 양방향성의 과도 전압 억제 소자(TVS) 구조를 형성할 수 있다. 또한, 기존에 비해 낮은 클램핑 전압 및 용량(Vc)과 높은 피크 펄스 전류(Ipp)를 갖는 과도 전압 억제 소자를 형성할 수 있다.
이하에서는 본 발명의 실시예에 따른 과도 전압 억제 소자의 회로 구성을 보다 상세히 설명하도록 한다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 과도 전압 억제 소자의 구조에 대해 등가 회로를 함께 표시한 것이다. 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 과도 전압 억제 소자의 등가 회로도이다.
도 4 및 도 5를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 과도 전압 억제 소자는 제 1 도전형 영역(171), 제 2 도전형 웰 영역(140), 제 1 도전형 웰 영역(130) 및 제 2 도전형 영역(181)으로 구성된 PNPN 구조의 쇼클리 다이오드(Shockley Diode 또는 DIAC)가 전단의 순방향 다이오드(PN Recti) 및 후단의 순방향 다이오드(PN Recti)와 직렬로 연결된 구조를 가질 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 과도 전압 억제 소자는 평면에서 보았을 때, 상술한 단면 구조가 서로 마주보며 역방향으로 형성되어 각각 전기적으로 연결된 구조를 갖는다.
따라서, 도 5에 도시된 바와 같이, 과도 전압 억제 소자는 전체적으로 직렬로 연결된 순방향 다이오드 들에 각각 병렬로 역방향 다이오드들이 연결된 구조를 하게 되며, 이에 따라 본 발명에 따른 과도 전압 억제 소자는 양방향으로 동작하게 된다.
이와 같이 하여, 본 발명의 실시예에 따른 과도 전압 억제 소자는 낮은 캐패시턴스를 갖는 양방향성의 과도 전압 억제 소자(TVS) 구조를 형성할 수 있고, 기존에 비해 낮은 제한 전압 (Clamping Voltage) 과 낮은 캐패시턴스(Vc), 그리고 최대 허용 서지전류(Ipp)를 향상시킬 수 있는 과도 전압 억제 소자를 형성할 수 있다.
이상에서 설명한 것은 본 발명에 의한 과도 전압 억제 소자 및 그 제조 방법을 실시하기 위한 하나의 실시예에 불과한 것으로서, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 않고, 이하의 특허청구범위에서 청구하는 바와 같이 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 정신이 있다고 할 것이다.
110: 서브스트레이트 120: 에피텍셜층
130: 제 1 도전형 웰 영역 140: 제 2 도전형 웰 영역
150: 하부 격리층 160: 상부 격리층
171,172: 제 1 도전형 영역 181,182: 제 2 도전형 영역
190: 절연막 200: 전극

Claims (16)

  1. 제 1 도전형의 서브스트레이트;
    상기 서브스트레이트의 상부에 형성된 제 2 도전형의 에피텍셜층;
    상기 에피텍셜층의 상부에 형성된 제 1 도전형 웰 영역 및 제 2 도전형 웰 영역;
    상기 제 1 도전형 웰 영역 및 제 2 도전형 웰 영역의 외측에 형성되며, 상기 에피텍셜층의 상면에서부터 서브스트레이트의 상부까지 관통하여 형성된 다수의 하부 격리층;
    상기 제 1 도전형 웰 영역에 형성된 제 2 도전형 영역;
    상기 제 2 도전형 웰 영역에 형성된 제 1 도전형 영역; 및
    상기 제 1 도전형 영역과 제 2 도전형 영역의 표면에 형성된 전극을 포함하는 것을 특징으로 하는 과도 전압 억제 소자.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 도전형 영역, 제 2 도전형 웰 영역, 제 1 도전형 웰 영역 및 제 2 도전형 웰 영역은 쇼클리 다이오드 구조를 형성하는 것을 특징으로 하는 과도 전압 억제 소자.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 하부 격리층은
    상기 제 1 도전형 웰 영역 및 제 2 도전형 웰 영역의 외측에 형성되며 한 쌍으로 이루어진 제 1 하부 격리층;
    상기 제 1 하부 격리층의 외측에 형성되며 한 쌍으로 이루어진 제 2 하부 격리층; 및
    상기 제 2 하부 격리층의 외측에 형성되며 한 쌍으로 이루어진 제 3 하부 격리층;을 포함하는 것을 특징으로 하는 과도 전압 억제 소자.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 제 1 하부 격리층과 제 2 하부 격리층 사이의 상기 에피텍셜층에는 제 1 도전형 영역과 제 2 도전형 영역이 더 형성되어 다이오드 구조를 이루는 것을 특징으로 하는 과도 전압 억제 소자.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 제 1 하부 격리층과 제 2 하부 격리층 사이에는 상기 에피텍셜층의 상부를 관통하며 상기 제 1 도전형 영역과 제 2 도전형 영역을 격리시키는 상부 격리층이 더 형성된 것을 특징으로 하는 과도 전압 억제 소자.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 전극은 상기 제 1 하부 격리층의 내측에 위치한 제 1 도전형 영역과 상기 제 1 하부 격리층과 제 2 하부 격리층 사이에 위치한 제 2 도전형 영역을 연결하는 것을 특징으로 하는 과도 전압 억제 소자.
  7. 제 4 항에 있어서,
    상기 전극은 상기 제 1 하부 격리층의 내측에 위치한 제 2 도전형 영역과 상기 제 1 하부 격리층과 제 2 하부 격리층 사이에 위치한 제 1 도전형 영역을 연결하는 것을 특징으로 하는 과도 전압 억제 소자.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 도전형 웰 영역과 제 2 도전형 웰 영역 사이에는 고농도의 제 1 도전형 웰 영역과 고농도의 제 2 도전형 웰 영역이 더 형성된 것을 특징으로 하는 과도 전압 억제 소자.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 에피텍셜층의 상부로부터 형성되어, 상기 제 1 도전형 영역 및 제 2 도전형 영역의 일부를 노출시키는 절연막을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 과도 전압 억제 소자.
  10. 제 1 도전형의 서브스트레이트를 준비하는 단계;
    상기 서브스트레이트에 제 2 도전형의 에피텍셜층을 형성하는 단계;
    상기 에피텍셜층의 상부에 제 1 도전형 웰 영역과 제 2 도전형 웰 영역을 형성하는 단계;
    상기 제 1 도전형 웰 영역과 제 2 도전형 웰 영역의 외측에 위치하며, 상기 에피텍셜층의 상면에서부터 서브스트레이트의 상부까지 관통하는 다수의 하부 격리층을 형성하는 단계;
    상기 제 1 도전형 웰 영역에 제 2 도전형 영역을 형성하는 단계;
    상기 제 2 도전형 웰 영역에 제 1 도전형 영역을 형성하는 단계; 및
    상기 제 1 도전형 영역과 제 2 도전형 영역의 표면에 전극을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 과도 전압 억제 소자의 제조 방법.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 하부 격리층은
    상기 제 1 도전형 웰 영역 및 제 2 도전형 웰 영역의 외측에 형성되며 한 쌍으로 이루어진 제 1 하부 격리층;
    상기 제 1 하부 격리층의 외측에 형성되며 한 쌍으로 이루어진 제 2 하부 격리층; 및
    상기 제 2 하부 격리층의 외측에 형성되며 한 쌍으로 이루어진 제 3 하부 격리층;을 포함하는 것을 특징으로 하는 과도 전압 억제 소자의 제조 방법.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 제 1 하부 격리층과 제 2 하부 격리층 사이의 상기 에피텍셜층에 제 1 도전형 영역과 제 2 도전형 영역을 더 형성하는 것을 특징으로 하는 과도 전압 억제 소자의 제조 방법.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 제 1 하부 격리층과 제 2 하부 격리층 사이에 형성된 상기 제 1 도전형 영역과 제 2 도전형 영역을 격리시키도록, 상기 에피텍셜층의 상부를 관통하는 상부 격리층을 형성하는 것을 특징으로 하는 과도 전압 억제 소자의 제조 방법.
  14. 제 12 항에 있어서,
    상기 전극은 상기 제 1 하부 격리층의 내측에 위치한 제 1 도전형 영역과 상기 제 1 하부 격리층과 제 2 하부 격리층 사이에 위치한 제 2 도전형 영역을 연결하는 것을 특징으로 하는 과도 전압 억제 소자의 제조 방법.
  15. 제 12 항에 있어서,
    상기 전극은 상기 제 1 하부 격리층의 내측에 위치한 제 2 도전형 영역과 상기 제 1 하부 격리층과 제 2 하부 격리층 사이에 위치한 제 1 도전형 영역을 연결하는 것을 특징으로 하는 과도 전압 억제 소자의 제조 방법.
  16. 제 10 항에 있어서,
    상기 제 1 도전형 웰 영역과 제 2 도전형 웰 영역 사이에 고농도의 제 1 도전형 웰 영역과 고농도의 제 2 도전형 웰 영역을 더 형성하는 것을 특징으로 하는 과도 전압 억제 소자의 제조 방법.
KR1020170113753A 2017-09-06 2017-09-06 래터럴 타입 쇼클리 다이오드 구조를 이용한 양방향 로우 클램핑 과도 전압 억제 소자 및 그 제조 방법 KR102019395B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020170113753A KR102019395B1 (ko) 2017-09-06 2017-09-06 래터럴 타입 쇼클리 다이오드 구조를 이용한 양방향 로우 클램핑 과도 전압 억제 소자 및 그 제조 방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020170113753A KR102019395B1 (ko) 2017-09-06 2017-09-06 래터럴 타입 쇼클리 다이오드 구조를 이용한 양방향 로우 클램핑 과도 전압 억제 소자 및 그 제조 방법

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20190027119A true KR20190027119A (ko) 2019-03-14
KR102019395B1 KR102019395B1 (ko) 2019-09-09

Family

ID=65759510

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020170113753A KR102019395B1 (ko) 2017-09-06 2017-09-06 래터럴 타입 쇼클리 다이오드 구조를 이용한 양방향 로우 클램핑 과도 전압 억제 소자 및 그 제조 방법

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR102019395B1 (ko)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102187242B1 (ko) * 2019-06-27 2020-12-04 주식회사 케이이씨 과도 전압 억제 소자 및 그 제조 방법

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008172201A (ja) * 2006-12-12 2008-07-24 Toyota Central R&D Labs Inc 静電気保護用半導体装置

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008172201A (ja) * 2006-12-12 2008-07-24 Toyota Central R&D Labs Inc 静電気保護用半導体装置

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102187242B1 (ko) * 2019-06-27 2020-12-04 주식회사 케이이씨 과도 전압 억제 소자 및 그 제조 방법

Also Published As

Publication number Publication date
KR102019395B1 (ko) 2019-09-09

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101414005B1 (ko) 과도 전압 억제 소자 및 그 제조 방법
TWI626753B (zh) Bidirectional through semiconductor device and method of fabricating the same
TW201036143A (en) TVS with low capacitance and forward voltage drop with depleted SCR as steering diode
TW201622096A (zh) 用於高浪湧和低電容的暫態電壓抑制器的結構及其製備方法
CN109545842B (zh) 碳化硅器件终端结构及其制作方法
EP2827373B1 (en) Protection device and related fabrication methods
CN106158851B (zh) 一种双向超低电容瞬态电压抑制器及其制作方法
KR101686569B1 (ko) 과도 전압 억제 소자 및 그 제조 방법
KR100952267B1 (ko) 과도 전압 억제 소자 및 그 제조 방법
CN111668210A (zh) 一种单向高电压瞬态电压抑制保护器件及其制备方法
KR101621145B1 (ko) 과도 전압 억제 소자 및 그 제조 방법
KR20190027119A (ko) 래터럴 타입 쇼클리 다이오드 구조를 이용한 양방향 로우 클램핑 과도 전압 억제 소자 및 그 제조 방법
KR101731587B1 (ko) 과도 전압 억제 소자 및 그 제조 방법
KR101779588B1 (ko) 과도 전압 억제 소자 및 그 제조 방법
KR101893673B1 (ko) 과도 전압 억제 소자 및 그 제조 방법
US20090250750A1 (en) Trench gate power mosfet
KR101955098B1 (ko) 과도 전압 억제 소자 및 그 제조 방법
CN108198811B (zh) 瞬态电压抑制器及其制造方法
KR102103195B1 (ko) 트리거 타입 쇼클리 다이오드 구조를 이용한 양방향 로우 클램핑 과도 전압 억제 소자 및 그 제조 방법
KR102171861B1 (ko) 과도 전압 억제 소자 및 그 제조 방법
KR102171862B1 (ko) 단방향 과도 전압 억제 소자 및 그 제조 방법
KR102187243B1 (ko) 단방향 과도 전압 억제 소자 및 그 제조 방법
KR102187242B1 (ko) 과도 전압 억제 소자 및 그 제조 방법
US20200227402A1 (en) Zener diodes and methods of manufacture
KR101607207B1 (ko) 과도 전압 억제 소자 및 그 제조 방법

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E90F Notification of reason for final refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant