KR20230007913A - Power semiconductor device and method of fabricating the same - Google Patents

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Abstract

A power semiconductor device according to one embodiment of the present invention may comprise: a semiconductor layer of silicon carbide (SiC); a plurality of well regions disposed in the semiconductor layer, spaced from each other, and having a second conductivity type; a plurality of source regions formed in the semiconductor layer on the plurality of well regions, respectively, spaced apart from each other, and having a first conductivity type which is opposed to the second conductivity type; a drift region having the first conductivity type and formed in the semiconductor layer, so that the drift region extends from a lower side of the plurality of well regions to a surface of the semiconductor layer through between the plurality of well regions; a plurality of trenches formed to be recessed to the inside of the semiconductor layer from the surface of the semiconductor layer such that each of the plurality of trenches connects at least two source regions among the plurality of source regions by crossing respective regions in which the plurality of well regions are spaced apart from each other; a gate insulating layer formed on inner walls of the plurality of trenches; a gate electrode layer formed on the gate insulating layer and including a first portion burying the plurality of trenches and a second portion on the surface of the semiconductor layer; and a pillar region having the second conductivity type and located below the plurality of well regions to be in contact with the drift region and the plurality of well regions in the semiconductor layer. According to the present invention, well regions surrounding both edges of a trench are formed so that the magnitude of the electric field concentrated at the edges of the trench can be reduced.

Description

전력 반도체 소자 및 그 제조 방법{Power semiconductor device and method of fabricating the same}Power semiconductor device and method of manufacturing the same {Power semiconductor device and method of fabricating the same}

본 발명은 반도체 장치에 관한 것으로서, 더 상세하게는 전력 전달을 스위칭하기 위한 전력 반도체 소자 및 그 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a semiconductor device, and more particularly, to a power semiconductor device for switching power transmission and a manufacturing method thereof.

전력 반도체 소자는 고전압과 고전류 환경에서 동작하는 반도체 소자이다. 이러한 전력 반도체 소자는 고전력 스위칭이 필요한 분야, 예컨대 전력 변환, 전력 컨버터, 인버터 등에 이용되고 있다. 전력 반도체 소자로는 절연 게이트 양극성 트랜지스터(IGBT, Insulated Gate Bipolar Transistor), 전력 모스펫(Power MOSFET, Power Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor) 등이 있다. A power semiconductor device is a semiconductor device operating in a high voltage and high current environment. These power semiconductor devices are used in fields requiring high power switching, such as power conversion, power converters, and inverters. Power semiconductor devices include insulated gate bipolar transistors (IGBTs) and power MOSFETs (Power Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistors).

이러한 전력 반도체 소자는 고전압에 대한 내압 특성을 만족하고 고온에서 안정적인 동작을 할 수 있도록 요하고 있어, 기존 실리콘(Si) 대신 실리콘 카바이드(Silicon Carbide, SiC)를 이용한 전력 반도체 소자가 활발히 연구되고 있다. Since these power semiconductor devices are required to satisfy withstand voltage characteristics for high voltages and to perform stable operation at high temperatures, power semiconductor devices using silicon carbide (SiC) instead of conventional silicon (Si) have been actively researched.

실리콘 카바이드(SiC)가 가진 특성으로는 첫째, 실리콘에 비해 밴드갭이 높기 때문에 고온에서도 안정성을 유지할 수 있다. 둘째, 실리콘 카바이드의 절연 파괴 전계는 실리콘에 비해서 매우 높아서 고전압에서도 안정적으로 동작을 할 수 있다. 따라서, 실리콘 카바이드는 실리콘에 비해 높은 항복전압을 가지면서도 열방출은 우수하여 고온에서 동작 가능한 특성을 나타낸다.As for the characteristics of silicon carbide (SiC), first, it can maintain stability even at high temperatures because it has a higher band gap than silicon. Second, the dielectric breakdown field of silicon carbide is very high compared to silicon, so it can operate stably even at high voltage. Therefore, silicon carbide has a higher breakdown voltage than silicon, but exhibits excellent heat dissipation and thus exhibits characteristics capable of operating at high temperatures.

하지만, 실리콘 카바이드를 이용한 전력 반도체 소자의 경우, 게이트와 실리콘 카바이드 계면에 존재하는 트랩으로 인한 음의 전하의 영향으로 실리콘 카바이드 표면의 밴드갭이 위로 상승하게 되어, 문턱전압이 높아지고 채널 저항이 높아지는 문제가 있다. 또한, 기존 평면형 구조나 트렌치 구조만으로는, 채널 밀도를 높이는 데 한계가 있다.However, in the case of a power semiconductor device using silicon carbide, the band gap of the silicon carbide surface rises upward due to the negative charge caused by the trap existing at the gate and silicon carbide interface, resulting in a high threshold voltage and a high channel resistance. there is In addition, there is a limit to increasing the channel density only with the existing planar structure or trench structure.

본 발명의 실시예는 다음과 같은 특징을 제공할 수 있다. Embodiments of the present invention may provide the following features.

첫째, 게이트 전극층이 트렌치형 게이트 구조와 평면형 게이트 구조를 모두 포함하는 하이브리드형 구조를 구현하여 평면형 게이트 전극층 아래 및 트렌치 게이트 구조 측벽의 채널을 통하여 모두 전류가 흐를 수 있도록 함으로써 채널 밀도를 높일 수 있다. First, channel density can be increased by realizing a hybrid structure in which the gate electrode layer includes both a trench gate structure and a planar gate structure so that current can flow both under the planar gate electrode layer and through a channel on the sidewall of the trench gate structure.

둘째, 드리프트 영역에 필라 영역을 형성하여 슈퍼 정션을 구현함으로써 동일 에피택셜층의 두께에서 더 높은 항복 전압을 얻을 수 있도록 한다. Second, by forming a pillar region in the drift region to realize a super junction, a higher breakdown voltage can be obtained with the same thickness of the epitaxial layer.

셋째, 트렌치의 양측 모서리를 둘러싸는 웰 영역들을 형성하여 트렌치의 코너에 집중되는 전계의 크기를 줄일 수 있도록 한다. Third, the size of the electric field concentrated at the corner of the trench can be reduced by forming well regions surrounding both edges of the trench.

그러나 이러한 과제는 예시적인 것으로, 이에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.However, these tasks are illustrative, and the scope of the present invention is not limited thereby.

본 발명의 일 실시예에 따른 전력 반도체 소자는, 실리콘 카바이드(SiC)의 반도체층; 반도체층 내 서로 이격되어 배치되고, 제 2 도전형을 갖는 복수의 웰 영역들; 복수의 웰 영역들 상의 반도체층에 서로 이격되게 각각 형성되고, 제 2 도전형과 반대되는 제 1 도전형을 갖는 복수의 소오스 영역들; 복수의 웰 영역들 아래로부터 복수의 웰 영역들 사이를 지나 반도체층의 표면으로 연결되도록 반도체층에 형성되고, 제 1 도전형을 갖는 드리프트 영역; 복수의 웰 영역들이 각각 이격되는 부분을 가로질러 복수의 소오스 영역들 중 적어도 두 개의 소오스 영역들을 각각 연결하도록 반도체층의 표면으로부터 반도체층의 내부로 리세스되게 형성된 복수의 트렌치들; 복수의 트렌치들의 내벽 상에 형성된 게이트 절연층; 게이트 절연층 상에 형성되고, 복수의 트렌치들을 매립하는 제 1 부분 및 반도체층의 표면 상의 제 2 부분을 포함하는 게이트 전극층; 및 반도체층 내에서 드리프트 영역 및 복수의 웰 영역들과 접하도록 복수의 웰 영역들 아래에 위치하며 제 2 도전형을 갖는 필라 영역을 포함할 수 있다. A power semiconductor device according to an embodiment of the present invention includes a semiconductor layer of silicon carbide (SiC); a plurality of well regions spaced apart from each other in the semiconductor layer and having a second conductivity type; a plurality of source regions formed in the semiconductor layer on the plurality of well regions to be spaced apart from each other and having a first conductivity type opposite to the second conductivity type; a drift region having a first conductivity type and formed in the semiconductor layer so as to be connected to the surface of the semiconductor layer from below the plurality of well regions through between the plurality of well regions; a plurality of trenches formed to be recessed from the surface of the semiconductor layer into the interior of the semiconductor layer so as to connect at least two source regions among the plurality of source regions across the spaced apart portions of the plurality of well regions; a gate insulating layer formed on inner walls of the plurality of trenches; a gate electrode layer formed on the gate insulating layer and including a first portion filling the plurality of trenches and a second portion on the surface of the semiconductor layer; and a pillar region having a second conductivity type and positioned under the plurality of well regions to contact the drift region and the plurality of well regions in the semiconductor layer.

본 발명의 다른 실시예에 따른 전력 반도체 소자의 제조방법은, 실리콘 카바이드(SiC)의 반도체층에, 제 1 도전형을 갖는 드리프트 영역을 형성하는 단계; 반도체층에 서로 이격되게, 제 2 도전형을 갖는 복수의 웰 영역들을 형성하는 단계; 반도체층 내에서 드리프트 영역 및 복수의 웰 영역들과 접하도록 복수의 웰 영역들 아래에 위치하며 제 2 도전형을 갖는 필라 영역을 형성하는 단계; 복수의 웰 영역들 상의 반도체층에, 제 1 도전형을 갖는 복수의 소오스 영역들을 각각 형성하는 단계; 복수의 웰 영역들이 각각 이격되는 부분을 가로질러 복수의 소오스 영역들 중 적어도 두 개의 소오스 영역들을 각각 연결하도록 반도체층의 표면으로부터 반도체층의 내부로 리세스되게 복수의 트렌치들을 형성하는 단계; 복수의 트렌치들의 내벽 상에 게이트 절연층을 형성하는 단계; 및 게이트 절연층 상에, 복수의 트렌치들을 매립하는 제 1 부분 및 반도체층의 표면 상의 제 2 부분을 포함하는 게이트 전극층을 형성하는 단계;를 포함하고, 복수의 웰 영역들은 드리프트 영역이 복수의 웰 영역들 아래로부터 복수의 웰 영역들이 각각 이격되는 부분을 지나 반도체층의 표면으로 연결되도록 드리프트 영역에 접하도록 형성될 수 있다. A method of manufacturing a power semiconductor device according to another embodiment of the present invention includes forming a drift region having a first conductivity type in a semiconductor layer of silicon carbide (SiC); forming a plurality of well regions having a second conductivity type spaced apart from each other in the semiconductor layer; forming a pillar region having a second conductivity type and positioned under the plurality of well regions to contact the drift region and the plurality of well regions in the semiconductor layer; forming a plurality of source regions each having a first conductivity type in the semiconductor layer on the plurality of well regions; forming a plurality of trenches recessed from a surface of the semiconductor layer into an interior of the semiconductor layer to connect at least two source regions among the plurality of source regions across the spaced apart portions of the plurality of well regions; forming a gate insulating layer on inner walls of the plurality of trenches; and forming a gate electrode layer on the gate insulating layer, including a first portion filling the plurality of trenches and a second portion on a surface of the semiconductor layer, wherein the plurality of well regions includes a plurality of well regions. A plurality of well regions from below the regions may be formed to be in contact with the drift region so as to be connected to the surface of the semiconductor layer through a spaced apart part.

상기한 바와 같이 이루어진 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 반도체 소자는 다음과 같은 효과를 제공할 수 있다. The power semiconductor device according to an embodiment of the present invention made as described above can provide the following effects.

첫째, 평면형 게이트 전극층 아래 및 트렌치 게이트 구조 측벽의 채널을 통하여 모두 전류가 흐를 수 있도록 함으로써 채널 밀도를 높여 집적도를 높일 수 있다. First, the degree of integration can be increased by increasing the channel density by allowing current to flow both under the planar gate electrode layer and through the channel on the sidewall of the trench gate structure.

둘째, 드리프트 영역에 필라 영역을 형성함으로써 동일한 항복 전압을 내기 위한 에피택셜층의 두께를 더 얇게 형성할 수 있어 드리프트 저항을 줄이고 전체 Rsp(Specific Resistance) 값을 감소시킬 수 있다. Second, by forming the pillar region in the drift region, the thickness of the epitaxial layer for generating the same breakdown voltage can be formed thinner, thereby reducing the drift resistance and reducing the overall Rsp (Specific Resistance) value.

셋째, 복수의 웰 영역을 통한 전하 공유 효과 및 트렌치 코너를 보호하고 있는 웰 영역을 통해 절연층에 걸리는 최대 전기장의 크기를 낮춰 게이트 절연층 파괴를 늦추고 신뢰성을 향상시킬 수 있다. Third, destruction of the gate insulating layer can be delayed and reliability can be improved by reducing the magnitude of the maximum electric field applied to the insulating layer through the charge sharing effect through the plurality of well regions and the well region protecting the trench corner.

넷째, 필라 영역과 드리프트 영역의 농도를 조절하여 JFET 저항을 낮추고 Rsp 값을 감소시키는 효과를 제공할 수 있다. Fourth, it is possible to provide an effect of lowering the JFET resistance and reducing the Rsp value by adjusting the concentrations of the pillar region and the drift region.

물론 이러한 효과는 예시적인 것이고, 이러한 효과에 의해서 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.Of course, these effects are exemplary, and the scope of the present invention is not limited by these effects.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 반도체 소자의 구조를 개략적으로 보여주는 사시도.
도 2는 도 1에서 Ⅰ-Ⅰ 절취선을 따라 절단된 구조를 예시적으로 보여주는 평면도.
도 3은 도 2에서 Ⅱ-Ⅱ 절취선을 따라 절단된 구조를 예시적으로 보여주는 단면도.
도 4는 도 2에서 Ⅲ-Ⅲ 절취선을 따라 절단된 구조를 예시적으로 보여주는 단면도.
도 5는 도 2에서 Ⅳ-Ⅳ 절취선을 따라 절단된 구조를 예시적으로 보여주는 단면도.
도 6은 도 1에서 Ⅴ-Ⅴ 절취선을 따라 절단된 구조를 예시적으로 보여주는 평면도.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 전력 반도체 소자의 구조를 개략적으로 보여주는 평면도.
도 8 및 도 9는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전력 반도체 소자의 구조를 개략적으로 보여주는 단면도들.
도 10 내지 도 12는 도 1의 전력 반도체 소자를 제조하는 방법을 개략적으로 보여주는 단면도들.
도 13은 도 12의 전력 반도체 소자의 구조를 개략적으로 보여주는 평면도.
도 14는 도 12 이후에 전력 반도체 소자를 제조하는 방법을 개략적으로 보여주는 단면도.
1 is a perspective view schematically showing the structure of a power semiconductor device according to an embodiment of the present invention;
FIG. 2 is a plan view illustratively showing a structure cut along a cut line I-I in FIG. 1; FIG.
FIG. 3 is a cross-sectional view exemplarily showing a structure cut along the line II-II in FIG. 2;
4 is a cross-sectional view showing a structure cut along the line III-III in FIG. 2 as an example;
FIG. 5 is a cross-sectional view illustrating a structure cut along a cut line IV-IV in FIG. 2 as an example;
FIG. 6 is a plan view exemplarily showing a structure cut along a cut line V-V in FIG. 1;
7 is a plan view schematically showing the structure of a power semiconductor device according to another embodiment of the present invention;
8 and 9 are cross-sectional views schematically showing the structure of a power semiconductor device according to another embodiment of the present invention.
10 to 12 are cross-sectional views schematically illustrating a method of manufacturing the power semiconductor device of FIG. 1 .
13 is a plan view schematically showing the structure of the power semiconductor device of FIG. 12;
14 is a cross-sectional view schematically illustrating a method of manufacturing a power semiconductor device after FIG. 12;

이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있는 것으로, 이하의 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 또한 설명의 편의를 위하여 도면에서는 적어도 일부의 구성 요소들이 그 크기가 과장 또는 축소될 수 있다. 도면에서 동일한 부호는 동일한 요소를 지칭한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments disclosed below, but can be implemented in various different forms. It is provided to fully inform you. Also, for convenience of explanation, the size of at least some components may be exaggerated or reduced in the drawings. Like symbols in the drawings refer to like elements.

다르게 정의되지 않는 한, 여기에 사용된 모든 용어들은 해당기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해서 통상적으로 이해되는 것과 같은 의미로 사용된다. 도면에서, 층 및 영역의 크기는 설명을 위해 과장되었고, 따라서 본 발명의 일반적인 구조들을 설명하기 위해 제공된다.Unless defined otherwise, all terms used herein are used with the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art. In the drawings, the sizes of layers and regions are exaggerated for illustrative purposes and are therefore provided to illustrate the general structures of the present invention.

동일한 참조 부호들은 동일한 구성 요소를 나타낸다. 층, 영역, 또는 기판과 같은 한 구성이 다른 구성 상(on)에 있다고 지칭할 때, 그것은 다른 구성의 바로 상부에 있거나 또는 그 사이에 다른 개재된 구성이 또한 존재할 수 있는 것으로 이해될 것이다. 반면에, 한 구성이 다른 구성의 “바로 위에(directly on)” 있다라고 지칭할 때는 중간 개재 구성들이 존재하지 않는다고 이해된다.Like reference numerals denote like elements. It will be understood that when one element, such as a layer, region, or substrate, is referred to as being on another element, it may be directly on top of or intervening elements may also exist. On the other hand, when referring to a component being “directly on” another component, it is understood that there are no intervening components present.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 반도체 소자의 구조를 개략적으로 보여주는 사시도이며, 도 2는 도 1에서 Ⅰ-Ⅰ 절취선을 따라 절단된 구조를 예시적으로 보여주는 평면도(수평 단면도)이다. 그리고, 도 3은 도 2에서 Ⅱ-Ⅱ 절취선을 따라 절단된 구조를 예시적으로 보여주는 단면도이고, 도 4는 도 2의 Ⅲ-Ⅲ 절취선을 따라 절단된 구조를 예시적으로 보여주는 단면도이고, 도 5는 도 2의 Ⅳ-Ⅳ 절취선을 따라 절단된 구조를 예시적으로 보여주는 단면도이고, 도 6은 도 1의 Ⅴ-Ⅴ 절취선을 따라 절단된 구조를 예시적으로 보여주는 평면도(수평 단면도)이다.1 is a perspective view schematically showing the structure of a power semiconductor device according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a plan view (horizontal cross-sectional view) exemplarily showing the structure cut along the line I-I in FIG. 1 . 3 is a cross-sectional view exemplarily showing a structure cut along the line II-II in FIG. 2, and FIG. 4 is a cross-sectional view exemplarily showing the structure cut along the line III-III in FIG. 2, and FIG. is a cross-sectional view exemplarily showing a structure cut along the cut line IV-IV in FIG. 2, and FIG. 6 is a plan view (horizontal cross-sectional view) exemplarily showing a structure cut along the cut line V-V in FIG.

도 1 내지 도 6을 참조하면, 전력 반도체 소자(100)는 적어도 반도체층(105), 게이트 절연층(118), 게이트 전극층(120) 복수의 층간 절연층(130) 및 소오스 전극층(140)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 전력 반도체 소자(100)는 전력 모스펫(Power MOSFET) 구조를 가질 수 있다.1 to 6, the power semiconductor device 100 includes at least a semiconductor layer 105, a gate insulating layer 118, a gate electrode layer 120, a plurality of interlayer insulating layers 130, and a source electrode layer 140. can include For example, the power semiconductor device 100 may have a power MOSFET structure.

반도체층(105)은 하나 또는 복수의 반도체 물질층을 포함할 수 있다. 예를 들어, 반도체층(105)은 하나 또는 다층의 에피택셜층(Epitaxial layer)을 포함할 수도 있다. 또는, 반도체층(105)은 반도체 기판 상의 하나 또는 다층의 에피택셜층을 포함할 수도 있다. 예를 들어, 반도체층(105)은 실리콘 카바이드(silicon carbide, SiC)를 포함할 수 있다. 또는, 반도체층(105)은 적어도 하나의 실리콘 카바이드의 에피택셜층을 포함할 수 있다. The semiconductor layer 105 may include one or a plurality of semiconductor material layers. For example, the semiconductor layer 105 may include one or multiple epitaxial layers. Alternatively, the semiconductor layer 105 may include one or multiple epitaxial layers on a semiconductor substrate. For example, the semiconductor layer 105 may include silicon carbide (SiC). Alternatively, the semiconductor layer 105 may include at least one epitaxial layer of silicon carbide.

실리콘 카바이드(SiC)는 실리콘에 비해 밴드갭이 넓어, 실리콘에 비해서 고온에서도 안정성을 유지할 수 있다. 나아가, 실리콘 카바이드는 절연 파괴 전계가 실리콘에 비해서 매우 높아서 고전압에서도 안정적으로 동작을 할 수 있다. 따라서, 실리콘 카바이드를 반도체층(105)으로 이용한 전력 반도체 소자(100)는 실리콘을 이용한 경우에 비해 높은 항복전압을 가지면서도 우수한 열방출 특성을 가지며, 고온에서도 안정적인 동작 특성을 나타낼 수 있다.Silicon carbide (SiC) has a wider band gap than silicon, so it can maintain stability even at high temperatures compared to silicon. Furthermore, silicon carbide has a very high dielectric breakdown field compared to silicon, so it can operate stably even at high voltage. Therefore, the power semiconductor device 100 using silicon carbide as the semiconductor layer 105 has excellent heat dissipation characteristics while having a higher breakdown voltage than when silicon is used, and can exhibit stable operating characteristics even at high temperatures.

보다 구체적으로 보면, 반도체층(105)은 드레인 영역(102), 드리프트 영역(drift region, 107), 복수의 필라 영역들(108), 복수의 웰 영역들(well regions, 110), 복수의 소오스 영역들(source regions, 112), 복수의 웰 콘택 영역들(114) 및 복수의 트렌치들(116)을 포함할 수 있다. More specifically, the semiconductor layer 105 includes a drain region 102, a drift region 107, a plurality of pillar regions 108, a plurality of well regions 110, and a plurality of sources. It may include source regions 112 , a plurality of well contact regions 114 , and a plurality of trenches 116 .

여기서, 드리프트 영역(107)은 제 1 도전형(예를 들어, N 형)으로 형성될 수 있으며, 반도체층(105)의 일부에 제 1 도전형의 불순물들이 주입됨으로써 형성될 수 있다. 예컨대, 드리프트 영역(107)은 제 1 도전형의 불순물들이 실리콘 카바이드의 에피택셜층에 주입됨으로써 형성될 수 있다. 드리프트 영역(107)은 전력 반도체 소자(100)의 동작 시 전하의 이동 경로를 제공할 수 있다.Here, the drift region 107 may be formed of a first conductivity type (eg, N type), and may be formed by implanting impurities of the first conductivity type into a portion of the semiconductor layer 105 . For example, the drift region 107 may be formed by implanting impurities of the first conductivity type into an epitaxial layer of silicon carbide. The drift region 107 may provide a movement path for charges during operation of the power semiconductor device 100 .

웰 영역들(110)은 반도체층(105)에 형성되고, 제 2 도전형의 불순물들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 웰 영역들(110)은 반도체층(105)에서 드리프트 영역(107)에 이격되도록 형성될 수 있다. 일부 실시예에서, 웰 영역들(110)은 반도체층(105) 또는 드리프트 영역(107) 내에 제 1 도전형과 반대 타입인 제 2 도전형(예를 들어, P 형)의 불순물들이 주입됨으로써 형성될 수 있다.The well regions 110 may be formed in the semiconductor layer 105 and may include impurities of the second conductivity type. For example, the well regions 110 may be formed to be spaced apart from the drift region 107 in the semiconductor layer 105 . In some embodiments, the well regions 110 are formed by implanting impurities of a second conductivity type (eg, P-type) opposite to the first conductivity type into the semiconductor layer 105 or the drift region 107 . It can be.

필라 영역(108)은 웰 영역(110)과 연결되게 웰 영역(110) 아래의 반도체층(105)에 형성될 수 있다. 필라 영역(108)은 드리프트 영역(107)과 슈퍼 정션(Super Junction)을 형성하도록 드리프트 영역(107)에 접하도록 형성될 수 있다. 예를 들어, 필라 영역(108)은 상면이 웰 영역(110)과 접하면서, 측면과 하면은 각각 드리프트 영역(107)에 접하도록 웰 영역(110) 아래에 배치될 수 있다.The pillar region 108 may be formed in the semiconductor layer 105 under the well region 110 to be connected to the well region 110 . The pillar region 108 may be formed to contact the drift region 107 to form a super junction with the drift region 107 . For example, the pillar region 108 may be disposed below the well region 110 such that its top surface contacts the well region 110 and its side surface and bottom surface respectively contact the drift region 107 .

필라 영역(108)은 드리프트 영역(107)과 슈퍼 정션을 형성하도록 드리프트 영역(107)과 반대되는 도전형을 갖도록 반도체층(105)에 형성될 수 있다. 예를 들어, 필라 영역(108)은 드리프트 영역(107)과 반대되면서 웰 영역(110)과는 동일한 제 2 도전형의 불순물들을 포함할 수 있으며, 필라 영역(108)의 제 2 도전형의 불순물들의 도핑 농도는 조절할 수 있다. 실시예에 따라, 필라 영역(108)의 제 2 도전형의 불순물들의 도핑 농도는 웰 영역(110)의 제 2 도전형의 불순물들의 도핑 농도와 같거나 작을 수 있으며, 이에 한정되지 않는다.The pillar region 108 may be formed in the semiconductor layer 105 to have a conductivity type opposite to that of the drift region 107 so as to form a super junction with the drift region 107 . For example, the pillar region 108 may include impurities of the same second conductivity type as the well region 110 while being opposite to the drift region 107 , and impurities of the second conductivity type of the pillar region 108. Their doping concentration can be adjusted. In some embodiments, the doping concentration of the second conductivity type impurities of the pillar region 108 may be equal to or less than the doping concentration of the second conductivity type impurities of the well region 110 , but is not limited thereto.

예를 들어, 도 1, 3, 4, 5에서는 각각의 웰 영역(110)의 하부에 하나의 필라 영역(108)이 일체형으로 형성된 것을 도시하였다. 하지만, 다른 실시예에서, 필라 영역(108)은 각각의 웰 영역(110)의 아래에 복수개 형성될 수 있다. 즉, 하나의 웰 영역(110)의 하부에 도 1, 3, 4, 5에 도시된 필라 영역(108) 보다 폭이 좁은 복수의 필라 영역(108)이 형성될 수 있다. 이 경우, 하나의 웰 영역(110) 아래에 배치된 복수의 필라 영역(108)은 드리프트 영역(107)과 그 측면이 서로 접하도록 교대로 복수개 배치될 수 있다. For example, FIGS. 1, 3, 4, and 5 show that one pillar region 108 is integrally formed under each well region 110 . However, in another embodiment, a plurality of pillar regions 108 may be formed under each well region 110 . That is, a plurality of pillar regions 108 narrower than the pillar regions 108 shown in FIGS. 1, 3, 4, and 5 may be formed under one well region 110 . In this case, the plurality of pillar regions 108 disposed under one well region 110 may be alternately disposed such that the side surfaces of the drift region 107 come into contact with each other.

일부 실시예에서, 필라 영역(108)은 웰 영역(110)의 하부에 형성될 수 있다. 실시예에 따라, 필라 영역(108)은 웰 영역(110)의 바닥면의 적어도 일부를 노출하도록 웰 영역(110)보다 폭이 좁고, 웰 영역(110)의 단부로부터 내측으로 후퇴되어 형성될 수 있다. 이에 따라, 웰 영역(110)이 필라 영역(108)보다 드리프트 영역(107)의 돌출 부분(107a) 방향으로 더 돌출되게 형성될 수 있다.In some embodiments, the pillar region 108 may be formed below the well region 110 . According to an embodiment, the pillar region 108 may be narrower than the well region 110 and may be formed by retracting inward from an end of the well region 110 so as to expose at least a portion of the bottom surface of the well region 110 . there is. Accordingly, the well region 110 may protrude further in the direction of the protruding portion 107a of the drift region 107 than the pillar region 108 .

소오스 영역들(112)은 웰 영역들(110) 내에 각각 형성되고, 제 1 도전형으로 형성될 수 있다. 예를 들어, 소오스 영역들(112)은 반도체층(105) 또는 웰 영역(110)에 제 1 도전형의 불순물들이 주입됨으로써 형성될 수 있다. 소오스 영역들(112)은 드리프트 영역(107)보다 제 1 도전형의 불순물들이 보다 고농도로 주입됨으로써 형성될 수 있다.The source regions 112 may be formed in the well regions 110 and have a first conductivity type. For example, the source regions 112 may be formed by implanting first conductivity type impurities into the semiconductor layer 105 or the well region 110 . The source regions 112 may be formed by implanting impurities of the first conductivity type at a higher concentration than the drift region 107 .

복수의 웰 콘택 영역들(114)은 소오스 영역들(112) 내에 그리고 웰 영역들(110) 상에 형성될 수 있다. 예를 들어, 웰 콘택 영역들(114)은 소오스 영역들(112)을 관통하여 웰 영역들(110)에 연결되도록 웰 영역들(110) 상에 형성될 수 있다. 웰 콘택 영역들(114)은 제 2 도전형의 불순물들을 포함할 수 있다.A plurality of well contact regions 114 may be formed in the source regions 112 and on the well regions 110 . For example, the well contact regions 114 may be formed on the well regions 110 to pass through the source regions 112 and be connected to the well regions 110 . The well contact regions 114 may include impurities of the second conductivity type.

웰 콘택 영역들(114)은 소오스 전극층(140)과 연결될 수 있다. 웰 콘택 영역들(114)은 제 2 도전형의 불순물들이 고농도로 도핑될 수 있다. 실시예에 따라, 웰 콘택 영역들(114)은 웰 영역들(110) 보다 제 2 도전형의 불순물들이 더 고농도로 도핑될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 예를 들어, 웰 콘택 영역(114)은 P+ 영역일 수 있다.The well contact regions 114 may be connected to the source electrode layer 140 . The well contact regions 114 may be doped with impurities of the second conductivity type at a high concentration. According to an embodiment, the well contact regions 114 may be doped with impurities of the second conductivity type at a higher concentration than the well regions 110 , but is not limited thereto. For example, the well contact region 114 may be a P+ region.

일부 실시예에서, 웰 콘택 영역들(114)은 웰 영역들(110)에 접하는 리세스 홈 내에 형성될 수도 있다. 이 경우, 소오스 전극층(140)은 이러한 리세스 홈을 채우도록 형성되어, 웰 콘택 영역(114)과 연결될 수 있다. In some embodiments, the well contact regions 114 may be formed in recess grooves that abut the well regions 110 . In this case, the source electrode layer 140 may be formed to fill the recess groove and be connected to the well contact region 114 .

부가적으로, 드레인 영역(102)은 드리프트 영역(107) 아래의 반도체층(105)에 형성될 수 있으며, 제 1 도전형의 불순물들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 드레인 영역(102)은 드리프트 영역(107)보다 고농도로 주입된 제 1 도전형의 불순물들을 포함할 수 있다.Additionally, the drain region 102 may be formed in the semiconductor layer 105 under the drift region 107 and may include impurities of the first conductivity type. For example, the drain region 102 may include impurities of the first conductivity type injected at a higher concentration than the drift region 107 .

일부 실시예에서, 드레인 영역(102)은 제 1 도전형을 갖는 실리콘 카바이드의 기판으로 제공될 수도 있다. 이 경우, 드레인 영역(102)은 반도체층(105)의 일부로서 형성되거나 또는 반도체층(105)과 별개의 기판으로 형성될 수도 있다. 나아가, 드리프트 영역(107)은 이러한 드레인 영역(102) 상에 하나 또는 그 이상의 에피택셜층으로 형성될 수 있다.In some embodiments, the drain region 102 may be provided as a substrate of silicon carbide having a first conductivity type. In this case, the drain region 102 may be formed as a part of the semiconductor layer 105 or may be formed as a substrate separate from the semiconductor layer 105 . Furthermore, the drift region 107 may be formed of one or more epitaxial layers on the drain region 102 .

일부 실시예에서, 웰 영역들(110)은 반도체층(105)에 서로 이격되게 형성될 수 있다. 웰 영역들(110) 중 서로 인접하는 웰 영역들(110)은 서로 접하는 부분 없이 일정 간격 이격되어 반도체층(105) 내에 배치될 수 있다. 인접한 두 웰 영역들(110)은 트렌치(116)의 바닥면 중앙에서 서로 일정 간격 이격될 수 있다. 이 경우, 게이트 전극층(120)의 제 1 부분(120a)의 바닥의 중앙 부분은 웰 영역들(110)로 노출되지만, 적어도 게이트 전극층(120)의 양측 바닥 모서리들은 웰 영역들(110)에 의해서 둘러싸일 수 있다. 이 실시예에서, 웰 영역들(110)이 이격되어 있기 때문에 트렌치들(116)의 바닥 중심 부근이 드리프트 영역(107)과 접할 수 있다. In some embodiments, the well regions 110 may be formed to be spaced apart from each other in the semiconductor layer 105 . The well regions 110 adjacent to each other among the well regions 110 may be disposed in the semiconductor layer 105 while being spaced apart from each other by a predetermined interval without contacting each other. Two adjacent well regions 110 may be spaced apart from each other by a predetermined distance at the center of the bottom surface of the trench 116 . In this case, the central portion of the bottom of the first portion 120a of the gate electrode layer 120 is exposed as the well regions 110, but at least both bottom edges of the gate electrode layer 120 are covered by the well regions 110. can be surrounded In this embodiment, since the well regions 110 are spaced apart, near the bottom center of the trenches 116 may contact the drift region 107 .

나아가, 웰 영역들(110)은 반도체층(105)의 표면에서 반도체층(105)의 내부로 갈수록 그 폭이 증가하다가 다시 감소하는 형상을 가질 수 있다. 보다 구체적으로 보면, 웰 영역들(110) 중 서로 인접하는 웰 영역들(110)은 도 2에 도시된 바와 같이 반도체층(105)의 표면에서 서로 일정 간격 이격되어 있을 수 있다. 또한, 웰 영역들(110) 중 서로 인접하는 웰 영역들(110)은 도 6에 도시된 바와 같이 반도체층(105)의 내부에서 적어도 폭이 가장 큰 부분에서 서로 일정 간격 이격되어 있을 수 있다.Furthermore, the well regions 110 may have a shape in which the width increases from the surface of the semiconductor layer 105 to the inside of the semiconductor layer 105 and then decreases again. More specifically, the well regions 110 adjacent to each other among the well regions 110 may be spaced apart from each other at a predetermined interval on the surface of the semiconductor layer 105 as shown in FIG. 2 . Also, among the well regions 110 , adjacent well regions 110 may be spaced apart from each other by a predetermined distance at least in a portion having the largest width inside the semiconductor layer 105 , as shown in FIG. 6 .

일부 실시예에서, 드리프트 영역(107)은 웰 영역들(110) 아래로부터 웰 영역들(110) 사이를 지나 반도체층(105)의 표면으로 연결되도록 반도체층(105)에 형성될 수 있다. 예를 들어, 드리프트 영역(107)은 웰 영역들(110) 사이에서 반도체층(105)의 표면으로 신장된 돌출 부분들(107a)을 포함할 수 있다. 여기서, 돌출 부분들(107a)은 도 4에 도시된 바와 같이 웰 영역들(110)의 최하단부로부터 반도체층(105)의 표면까지의 깊이에 해당하는 영역을 나타낼 수 있다. 다시 말하면, 돌출 부분들(107a)은 웰 영역들(110)의 측면과 접하게 위치하는 영역에 해당할 수 있다. In some embodiments, the drift region 107 may be formed in the semiconductor layer 105 to pass between the well regions 110 from below the well regions 110 and connect to the surface of the semiconductor layer 105 . For example, the drift region 107 may include protruding portions 107a extending to the surface of the semiconductor layer 105 between the well regions 110 . Here, the protruding portions 107a may represent a region corresponding to a depth from the lowermost end of the well regions 110 to the surface of the semiconductor layer 105 as shown in FIG. 4 . In other words, the protruding portions 107a may correspond to regions positioned in contact with side surfaces of the well regions 110 .

복수의 트렌치들(116)은 반도체층(105)의 표면(상면)으로부터 반도체층(105)의 내부로 소정 깊이만큼 리세스 되어 형성될 수 있다. 예를 들어, 트렌치들(116)은 웰 영역들(110) 중 서로 인접하는 웰 영역들(110)의 이격된 부분을 가로질러 소오스 영역들(112) 중 트렌치들(116) 양측에 배치된 두 개의 소오스 영역들(112) 사이를 각각 연결하도록 형성될 수 있다. 보다 구체적으로 보면, 각 트렌치(116)는 하나의 소오스 영역(112)으로부터 이 소오스 영역(112)을 둘러싸는 하나의 웰 영역(110), 드리프트 영역(107)의 돌출 부분(107a) 및 인접한 웰 영역(110)을 가로질러 인접한 소오스 영역(112)에 연결되는 라인 타입으로 형성될 수 있다. The plurality of trenches 116 may be formed by being recessed from the surface (upper surface) of the semiconductor layer 105 into the interior of the semiconductor layer 105 by a predetermined depth. For example, the trenches 116 may cross spaced portions of the well regions 110 adjacent to each other among the well regions 110 and may include two trenches 116 disposed on both sides of the source regions 112 . It may be formed to connect each of the four source regions 112 . More specifically, each trench 116 includes one source region 112, one well region 110 surrounding the source region 112, the protruding portion 107a of the drift region 107, and an adjacent well. It may be formed in a line type that crosses the region 110 and is connected to an adjacent source region 112 .

예를 들어, 트렌치들(116)은 소오스 영역들(112)의 일부분을 관통하고, 웰 영역들(110) 및 드리프트 영역(107)의 돌출 부분들(107a)의 일정 깊이까지 리세스되게 형성될 수 있다. 따라서, 트렌치들(116)의 적어도 양측 모서리들은 웰 영역들(110)에 의해서 둘러싸일 수 있다. 나아가, 트렌치들(116)의 신장 방향을 따른 단면에서 볼 때, 트렌치들(116)의 바닥면 일부가 웰 영역들(110)에 의해서 둘러싸일 수 있다. 예를 들어, 웰 영역들(110) 중 서로 인접하는 웰 영역들(110)은 트렌치들(116)의 바닥면 또는 그 부근에서 서로 일정 간격 이격되어 형성될 수 있고, 이에 따라 트렌치들(116)의 바닥면 양측 일부는 적어도 그 신장 방향을 따른 라인 선상에서는 웰 영역들(110)에 의해서 둘러싸일 수 있다.For example, the trenches 116 may be formed to penetrate portions of the source regions 112 and to be recessed to a predetermined depth in the well regions 110 and the protruding portions 107a of the drift region 107. can Thus, at least both corners of the trenches 116 may be surrounded by the well regions 110 . Furthermore, when viewed in cross section along the extension direction of the trenches 116 , portions of the bottom surfaces of the trenches 116 may be surrounded by the well regions 110 . For example, the well regions 110 adjacent to each other among the well regions 110 may be formed at or near the bottom surface of the trenches 116 and spaced apart from each other by a predetermined distance, and thus the trenches 116 A part of both sides of the bottom surface of may be surrounded by the well regions 110 at least along a line along the extension direction.

게이트 절연층(118)은 트렌치들(116)의 내벽 및 반도체층(105)의 적어도 일부 상에 형성될 수 있다. 예를 들어, 게이트 절연층(118)은 트렌치들(116)의 내부면 및 반도체층(105)의 표면 상에 형성될 수 있다. 게이트 절연층(118)의 두께는 균일하거나 또는 트렌치(116)의 코너에 집중되는 전계를 낮추기 위하여 트렌치(116)의 바닥면 및 코너에 형성된 부분이 측벽 상에 형성된 부분보다 두꺼울 수도 있다.The gate insulating layer 118 may be formed on inner walls of the trenches 116 and at least a portion of the semiconductor layer 105 . For example, the gate insulating layer 118 may be formed on inner surfaces of the trenches 116 and on the surface of the semiconductor layer 105 . The thickness of the gate insulating layer 118 may be uniform, or portions formed on the bottom and corners of the trench 116 may be thicker than portions formed on the sidewalls in order to reduce an electric field concentrated at the corner of the trench 116 .

예를 들어, 게이트 절연층(118)은 실리콘 산화물, 실리콘 카바이드의 산화물, 실리콘 질화물, 하프늄 산화물, 지르코늄 산화물, 알루미늄 산화물 등의 절연물을 포함하거나 또는 이들의 적층 구조를 포함할 수 있다. For example, the gate insulating layer 118 may include an insulating material such as silicon oxide, silicon carbide oxide, silicon nitride, hafnium oxide, zirconium oxide, and aluminum oxide, or may include a stacked structure thereof.

게이트 전극층(120)은 게이트 절연층(118) 상에 형성될 수 있다. 예를 들어, 게이트 전극층(120)은 트렌치들(116)을 매립하는 제 1 부분(120a) 및 반도체층(105)의 표면 상의 제 2 부분(120b)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 게이트 전극층(120)의 제 1 부분(120a)은 트렌치형(Trench type) 게이트 구조를 갖고, 제 2 부분(120b)은 평면형(Planar type) 게이트 구조를 가질 수 있다. 따라서, 게이트 전극층(120)은 트렌치형 게이트 구조와 평면형 게이트 구조를 모두 포함하는 하이브리드형 구조를 가질 수 있다.The gate electrode layer 120 may be formed on the gate insulating layer 118 . For example, the gate electrode layer 120 may include a first portion 120a filling the trenches 116 and a second portion 120b on the surface of the semiconductor layer 105 . For example, the first portion 120a of the gate electrode layer 120 may have a trench type gate structure, and the second portion 120b may have a planar type gate structure. Accordingly, the gate electrode layer 120 may have a hybrid structure including both a trench-type gate structure and a planar-type gate structure.

예를 들어, 게이트 전극층(120)의 제 2 부분(120b)은 드리프트 영역(107)의 돌출 부분들(107a) 및 웰 영역들(110) 상에 형성될 수 있다. 보다 구체적으로 보면, 게이트 전극층(120)의 제 2 부분(120b)은 반도체층(105)의 표면 상에 노출된, 드리프트 영역(107)의 돌출 부분들(107a), 웰 영역들(110)의 표면, 및 소오스 영역들(112)의 가장자리 일부분의 표면 상에 형성될 수 있다. 웰 콘택 영역들(114) 및 소오스 영역들(112)의 나머지 부분은 게이트 전극층(120) 외측에 배치될 수 있고, 게이트 전극층(120)으로부터 노출될 수 있다.For example, the second portion 120b of the gate electrode layer 120 may be formed on the protruding portions 107a of the drift region 107 and the well regions 110 . More specifically, the second portion 120b of the gate electrode layer 120 includes the protruding portions 107a of the drift region 107 and the well regions 110 exposed on the surface of the semiconductor layer 105. It may be formed on the surface and the surface of a portion of the edge of the source regions 112 . The remaining portions of the well contact regions 114 and the source regions 112 may be disposed outside the gate electrode layer 120 and may be exposed from the gate electrode layer 120 .

게이트 전극층(120)의 제 1 부분(120a)의 적어도 바닥면 양측 모서리 부분들은 웰 영역들(110)에 의해서 둘러싸일 수 있다. 나아가, 제 1 부분(120a)의 신장 방향의 단면에서 볼 때, 제 1 부분(120a)의 바닥면 양측의 일부는 웰 영역들(110)에 의해서 둘러싸일 수 있다. 예를 들어, 제 1 부분(120a)의 바닥면의 코너 일부를 둘러싸는 웰 영역들(110)의 부분은 모서리 부분으로 갈수록 점점 두꺼워질 수 있다. At least corner portions of both sides of the bottom surface of the first portion 120a of the gate electrode layer 120 may be surrounded by the well regions 110 . Furthermore, when viewed from a cross-sectional view of the first portion 120a in the elongation direction, portions of both sides of the bottom surface of the first portion 120a may be surrounded by the well regions 110 . For example, portions of the well regions 110 surrounding some corners of the bottom surface of the first portion 120a may gradually become thicker toward the corner portions.

예를 들어, 게이트 전극층(120)은 도전물, 예컨대 폴리실리콘, 금속, 금속 질화물, 금속 실리사이드 등을 포함하거나 또는 이들의 적층 구조를 포함할 수 있다.For example, the gate electrode layer 120 may include a conductive material such as polysilicon, metal, metal nitride, metal silicide, or the like, or may include a stacked structure thereof.

층간 절연층(130)은 게이트 전극층(120) 상에 형성될 수 있다. 예를 들어, 층간 절연층(130)은 게이트 전극층(120)과 소오스 전극층(140) 사이의 전기적 절연을 위한 절연물, 예컨대 산화층, 질화층 또는 이들의 적층 구조를 포함할 수 있다.The interlayer insulating layer 130 may be formed on the gate electrode layer 120 . For example, the interlayer insulating layer 130 may include an insulating material for electrical insulation between the gate electrode layer 120 and the source electrode layer 140, for example, an oxide layer, a nitride layer, or a stacked structure thereof.

소오스 전극층(140)은 층간 절연층(130) 상에 형성될 수 있다. 소오스 전극층(140)은 소오스 콘택 영역(112) 및 웰 콘택 영역(114)에 공통으로 연결될 수 있다. 나아가, 소오스 전극층(140)은 소오스 영역들(112) 및 웰 콘택 영역들(114)과 전기적으로 연결될 수 있다. 예를 들어, 소오스 전극층(140)은 게이트 전극층(120)에 의해서 노출된 부분을 통해서 소오스 영역들(112) 및 웰 콘택 영역들(114)에 연결되고, 게이트 전극층(120) 상으로 더 신장되게 배치될 수 있다. 예를 들어, 소오스 전극층(140)은 금속과 같은 도전물을 포함할 수 있다.The source electrode layer 140 may be formed on the interlayer insulating layer 130 . The source electrode layer 140 may be connected to the source contact region 112 and the well contact region 114 in common. Furthermore, the source electrode layer 140 may be electrically connected to the source regions 112 and the well contact regions 114 . For example, the source electrode layer 140 is connected to the source regions 112 and the well contact regions 114 through a portion exposed by the gate electrode layer 120 and further extends onto the gate electrode layer 120. can be placed. For example, the source electrode layer 140 may include a conductive material such as metal.

제 1 채널 영역(C1)은 게이트 전극층(120)의 제 1 부분(120a)에 대응되게 트렌치들(116)을 따라서 소오스 영역들(112) 및 드리프트 영역(107)에 연결되게 반도체층(105)에 형성될 수 있다. 예를 들어, 제 1 채널 영역(C1)은 트렌치들(116) 하부 또는 트렌치들(116) 측면의 드리프트 영역(107), 예컨대 드리프트 영역(107)의 돌출 부분(107a) 및 트렌치들(116)에 접하는 소오스 영역들(112) 사이를 연결하도록 트렌치들(116)의 측벽들을 따라서 반도체층(105) 내에 형성될 수 있다. 따라서, 제 1 채널 영역(C1)은 트렌치형 채널 구조를 가질 수 있다.The first channel region C1 is connected to the source regions 112 and the drift region 107 along the trenches 116 to correspond to the first portion 120a of the gate electrode layer 120. The semiconductor layer 105 can be formed in For example, the first channel region C1 is a drift region 107 under the trenches 116 or on the side of the trenches 116, for example, the protruding portion 107a of the drift region 107 and the trenches 116 It may be formed in the semiconductor layer 105 along the sidewalls of the trenches 116 so as to connect the source regions 112 in contact with each other. Accordingly, the first channel region C1 may have a trench-type channel structure.

제 2 채널 영역(C2)은 게이트 전극층(120)의 제 2 부분(120b) 아래에, 소오스 영역들(112)에 접하도록 반도체층(105)에 형성될 수 있다. 예를 들어, 제 2 채널 영역(C2)은 드리프트 영역(107)의 돌출 부분(107a) 및 소오스 영역들(112) 사이의 반도체층(105) 상에 형성될 수 있다. 제 2 채널 영역(C2)은 웰 영역들(110)의 표면을 덮도록 형성될 수 있다. 따라서, 제 2 채널 영역(C2)은 평면형 채널 구조를 가질 수 있다.The second channel region C2 may be formed in the semiconductor layer 105 under the second portion 120b of the gate electrode layer 120 to contact the source regions 112 . For example, the second channel region C2 may be formed on the semiconductor layer 105 between the protruding portion 107a of the drift region 107 and the source regions 112 . The second channel region C2 may be formed to cover surfaces of the well regions 110 . Accordingly, the second channel region C2 may have a planar channel structure.

예를 들어, 제 1 채널 영역(C1) 및 제 2 채널 영역(C2)은 축적 채널(Accumulation channel)이 형성되도록 제 1 도전형을 가질 수 있다. 제 1 채널 영역(C1) 및 제 2 채널 영역(C2)은 웰 영역들(110)과 반대인 도핑 타입을 가질 수 있다. For example, the first channel region C1 and the second channel region C2 may have a first conductivity type such that an accumulation channel is formed. The first channel region C1 and the second channel region C2 may have a doping type opposite to that of the well regions 110 .

예를 들어, 제 1 채널 영역(C1) 및 제 2 채널 영역(C2)은 제 2 도전형(P형)의 웰 영역(110)에서 게이트 바이어스 인가를 통한 반전 채널(제 1 도전형)을 형성하거나, 웰 영역(110)의 형성 시 에너지 조절을 통해 표면에 상대적으로 낮은 제 2 도전형을 갖게 만듦으로써 축적 채널(제 1 도전형)을 형성하여 전자 밀도를 높임으로써 제 1 채널 영역(C1) 및 제 2 채널 영역(C2)의 채널 저항을 낮출 수 있다. For example, the first channel region C1 and the second channel region C2 form an inversion channel (first conductivity type) by applying a gate bias in the well region 110 of the second conductivity type (P type). Alternatively, when the well region 110 is formed, the first channel region C1 is formed by increasing the electron density by forming an accumulation channel (first conductivity type) by making the surface have a relatively low second conductivity type through energy control. and channel resistance of the second channel region C2 may be reduced.

그리고, 제 1 채널 영역(C1) 및 제 2 채널 영역(C2)은 소오스 영역(112) 및 드리프트 영역(107)과 동일한 도핑 타입을 가질 수 있다. 이 경우, 소오스 영역(112), 제 1 채널 영역(C1) 또는 제 2 채널 영역(C2) 및 드리프트 영역(107)은 통상적으로(normally) 전기적으로 연결될 수 있는 구조이다. 하지만, 실리콘 카바이드의 반도체층(105) 구조에서는, 게이트 절연층(118)과 실리콘 카바이드 계면에 존재하는 트랩으로 인해 음전하들(negative charge)을 띠고 있어 제 1 채널 영역(C1) 및 제 2 채널 영역(C2)의 밴드가 위로 휘면서 포텐셜 장벽이 형성된다. 이로 인해, 전류의 이동이 차단될 수 있다. Also, the first channel region C1 and the second channel region C2 may have the same doping type as the source region 112 and the drift region 107 . In this case, the source region 112, the first channel region C1 or the second channel region C2, and the drift region 107 have a structure that can be electrically connected normally. However, in the structure of the semiconductor layer 105 made of silicon carbide, the first channel region C1 and the second channel region C1 and the second channel region have negative charges due to traps present at the interface between the gate insulating layer 118 and silicon carbide. As the band of (C2) bends upward, a potential barrier is formed. Due to this, the movement of the current may be blocked.

이에 따라, 본 실시예에서와 같이, 소오스 영역들(112)이 드리프트 영역(107)의 수직 부분들(107a)과 접하도록 형성되더라도, 게이트 전극층(120)에 동작 전압이 인가되어야만 전류의 흐름을 허용하는 채널이 형성될 수 있다. 여기서, 제 1 채널 영역(C1) 또는 제 2 채널 영역(C2)에 채널을 형성하기 위해 게이트 전극층(120)에 인가되어야 하는 동작 전압(문턱 전압)은 통상적인 채널을 형성하기 위해서 게이트 전극층(120)에 인가되어야 하는 동작 전압보다 크게 낮을 수 있다.Accordingly, as in the present embodiment, even if the source regions 112 are formed to contact the vertical portions 107a of the drift region 107, the flow of current is stopped only when an operating voltage is applied to the gate electrode layer 120. A permissive channel may be formed. Here, the operating voltage (threshold voltage) to be applied to the gate electrode layer 120 to form a channel in the first channel region C1 or the second channel region C2 is the gate electrode layer 120 to form a normal channel. ) may be significantly lower than the operating voltage that should be applied to

예를 들어, 제 1 채널 영역(C1) 및 제 2 채널 영역(C2)은 웰 영역들(110)의 일부분일 수 있다. 보다 구체적으로 보면, 제 1 채널 영역(C1)은 게이트 전극층(120)의 제 1 부분(120a) 하부에 인접한 웰 영역들(110)의 일부분일 수 있다. 그리고, 제 2 채널 영역(C2)은 게이트 전극층(120)의 제 2 부분(120b)의 하부에 인접한 웰 영역들(110)의 일부분일 수 있다. 즉, 제 2 채널 영역(C2)은 드리프트 영역(107)의 돌출 부분(107a)과 소오스 영역(112) 사이의 영역에 해당할 수 있다. For example, the first channel region C1 and the second channel region C2 may be portions of the well regions 110 . More specifically, the first channel region C1 may be a portion of the well regions 110 adjacent to the lower portion of the first portion 120a of the gate electrode layer 120 . Also, the second channel region C2 may be a portion of the well regions 110 adjacent to the lower portion of the second portion 120b of the gate electrode layer 120 . That is, the second channel region C2 may correspond to a region between the protruding portion 107a of the drift region 107 and the source region 112 .

이 경우, 제 1 채널 영역(C1) 및 제 2 채널 영역(C2)은 웰 영역(110)과 일체로 또는 연속적으로 연결되게 형성될 수 있다. 제 1 채널 영역(C1) 및 제 2 채널 영역(C2)의 제 1 도전형의 불순물들의 도핑 농도는 문턱 전압 값에 따라 조절될 수 있다.In this case, the first channel region C1 and the second channel region C2 may be integrally or continuously connected to the well region 110 . Doping concentrations of first conductivity type impurities in the first channel region C1 and the second channel region C2 may be adjusted according to the threshold voltage value.

수직 부분(107a)의 양측벽에 제 2 채널 영역(C2)과 소오스 영역(112)이 연결되게 형성될 수 있다. 이렇게 연결된 드리프트 영역(107)의 수직 부분(107a), 제 2 채널 영역(C2) 및 소오스 영역(112)은 전력 반도체 소자(100)가 동작시 전류의 이동 경로가 될 수 있다.The second channel region C2 and the source region 112 may be connected to both side walls of the vertical portion 107a. The vertical portion 107a of the drift region 107 connected in this way, the second channel region C2 and the source region 112 may become a current movement path when the power semiconductor device 100 operates.

일부 실시예에서, 웰 영역들(110)의 인접한 각 3개의 웰 영역들(110)의 간격은 서로 동일할 수 있다. 나아가, 소오스 영역들(112)의 인접한 각 3개의 소오스 영역들(112)의 간격은 서로 동일할 수 있다. 예를 들어, 인접한 각 3개의 웰 영역들(110)은 그 중심이 정삼각형의 꼭지점에 배치될 수 있고, 이 웰 영역들(110) 상의 인접한 각 3개의 소오스 영역들(112)의 중심 역시 동일한 정삼각형의 꼭지점에 배치될 수 있다. 예를 들어, 웰 영역들(110) 및 소오스 영역들(112)은 도 2에서 삼각형으로 배치된 3개를 지칭하는 것으로 이해될 수 있다.In some embodiments, intervals between three adjacent well regions 110 of the well regions 110 may be the same. Furthermore, the spacing of each of the three adjacent source regions 112 of the source regions 112 may be equal to each other. For example, the center of each of the three adjacent well regions 110 may be disposed at the vertex of an equilateral triangle, and the center of each of the three adjacent source regions 112 on the well regions 110 is also the same equilateral triangle. can be placed at the vertex of For example, it may be understood that the well regions 110 and the source regions 112 refer to three arranged in a triangle in FIG. 2 .

일부 실시예에서, 웰 영역들(110) 중 인접한 각 7개의 웰 영역들(110)의 중심들은 정육각형의 중심 및 꼭지점들에 배치될 수 있다. 나아가, 소오스 영역들(112) 중 인접한 각 7개의 웰 영역들(110) 상의 각 7개의 소오스 영역들(112)의 중심들은 정육각형의 중심 및 꼭지점들에 배치될 수 있다. 예를 들어, 도 1 내지 도 5는 이러한 7개의 웰 영역들(110) 및 7개의 소오스 영역들(112)을 도시하고 있는 것으로 이해될 수 있다.In some embodiments, the centers of each of the seven adjacent well regions 110 among the well regions 110 may be disposed at the center and vertices of the regular hexagon. Furthermore, the centers of each of the seven source regions 112 on each of the seven adjacent well regions 110 among the source regions 112 may be disposed at the center and vertices of the regular hexagon. For example, it may be understood that FIGS. 1 to 5 illustrate these seven well regions 110 and seven source regions 112 .

이러한 구조에서, 웰 영역들(110) 및 소오스 영역들(112)은 육방조밀(hexagonal closed packed) 배치 구조에서 평면형 배치 구조와 유사하게 배치될 수 있다. 나아가, 인접한 웰 영역들(110) 사이의 간격은 모두 동일하고, 인접한 소오스 영역들(112) 사이의 간격 역시 모두 동일할 수 있다.In this structure, the well regions 110 and the source regions 112 may be disposed similarly to a planar arrangement structure in a hexagonal closed packed arrangement structure. Further, the intervals between adjacent well regions 110 may be all the same, and the intervals between adjacent source regions 112 may also be all the same.

이 구조에서, 트렌치들(116)은 인접한 각 7개의 소오스 영역들(112)을 연결하도록 정육각형의 중심 및 꼭지점들 중 인접한 둘 사이를 연결하는 라인들의 일부분을 형성하도록 배치될 수 있다. 보다 구체적으로 보면, 도 2에서 트렌치들(116)은 정육각형의 중심에 배치된 하나의 소오스 영역(112)으로부터 꼭지점들에 배치된 6개의 소오스 영역들(112)을 연결하는 6개의 라인들과, 꼭지점들에 배치된 6개의 소오스 영역들(112)의 인접한 둘 사이를 연결하는 6개의 라인들을 포함할 수 있다.In this structure, the trenches 116 may be arranged to form portions of lines connecting between the center of the regular hexagon and two adjacent vertices to connect each of the seven adjacent source regions 112 . More specifically, the trenches 116 in FIG. 2 include six lines connecting one source region 112 disposed at the center of a regular hexagon to six source regions 112 disposed at vertices; It may include six lines connecting two adjacent six source regions 112 disposed at vertices.

일부 실시예에서, 웰 영역들(110)은 구 형상의 일부분일 수 있다. 웰 영역들(110)의 평면상의 단면은 소오스 영역(112) 및 웰 콘택 영역(114)을 포함하는 영역에서는 원형이고, 소오스 영역(112) 및 웰 콘택 영역(114)을 포함하지 않는 영역에서는 링 형태 또는 도넛 형태일 수 있다. 나아가, 웰 콘택 영역들(114)은 평면상으로 볼 때 링 형태 또는 도넛 형태로 형성될 수 있다. 예를 들어, 평면상으로 볼 때, 링 형태의 웰 영역들(110) 내에 링 형태의 웰 콘택 영역들(114)이 형성되고, 링 형태의 웰 콘택 영역들(114) 내에 원형의 소오스 영역들(112)이 형성될 수 있다. 웰 콘택 영역들(114)은 바닥에서 웰 영역들(110)과 연결될 수 있다. 평면상에서 볼 때, 소오스 영역들(112)은 이러한 웰 콘택 영역들(114)을 둘러싸는 도넛 형상으로 형성될 수 있다. 이러한 평면상의 형태는 반도체층(105)의 표면에서 소정 깊이까지 이어질 수 있다.In some embodiments, well regions 110 may be a portion of a spherical shape. A planar cross section of the well regions 110 is circular in a region including the source region 112 and the well contact region 114, and ring in a region not including the source region 112 and the well contact region 114. It can be shaped or donut shaped. Furthermore, the well contact regions 114 may be formed in a ring shape or a donut shape when viewed in plan view. For example, when viewed in plan view, ring-shaped well contact regions 114 are formed in the ring-shaped well regions 110, and circular source regions are formed in the ring-shaped well contact regions 114. (112) may be formed. The well contact regions 114 may be connected to the well regions 110 at the bottom. When viewed from a plan view, the source regions 112 may be formed in a donut shape surrounding the well contact regions 114 . This planar shape may extend from the surface of the semiconductor layer 105 to a predetermined depth.

일부 실시예에서, 트렌치들(116) 바닥면 아래의 웰 영역들(110)의 일부분, 예컨대 트렌치들(116)의 바닥면 중심 부근의 웰 영역들(110)에 형성된 제 1 채널 영역(C1)은 해당 부분 아래의 돌출 부분(107a)과 연결될 수 있다. In some embodiments, a portion of the well regions 110 below the bottom surface of the trenches 116 , for example, a first channel region C1 formed in the well regions 110 near the center of the bottom surface of the trenches 116 . may be connected to the protruding portion 107a below the corresponding portion.

다른 예로, 트렌치들(116) 바닥면 아래의 웰 영역들(110)의 두께가 전체적으로 제 1 채널 영역(C1)보다 두꺼운 경우, 제 1 채널 영역(C1)은 트렌치들(116) 하부의 드리프트 영역(107)과 연결되기 어렵다. 하지만, 웰 영역들(110)이 구 형상을 갖는 경우 트렌치들(116)의 적어도 측면은 웰 영역들(110)로부터 노출되고 드리프트 영역(107)의 돌출 부분(107a)에 의해서 둘러싸여 있기 때문에, 제 1 채널 영역(C1)은 트렌치들(116)의 측면 또는 게이트 전극층(120)의 제 1 부분(120a)의 측벽 상의 드리프트 영역(107)의 돌출 부분(107a)으로부터 소오스 영역들(112)로 연결될 수 있다.As another example, when the overall thickness of the well regions 110 under the bottom surface of the trenches 116 is thicker than the first channel region C1, the first channel region C1 is the drift region below the trenches 116. It is difficult to connect with (107). However, when the well regions 110 have a spherical shape, since at least the side surfaces of the trenches 116 are exposed from the well regions 110 and are surrounded by the protruding portions 107a of the drift regions 107, the first The one-channel region C1 is connected to the source regions 112 from the protruding portion 107a of the drift region 107 on the sidewall of the trenches 116 or the sidewall of the first portion 120a of the gate electrode layer 120. can

상술한 실시예에서는, 제 1 도전형과 제 2 도전형은 서로 반대의 도전형을 가지되, 제 1 도전형이 N 형 및 제 2 도전형이 P형인 경우로 설명되었으나, 그 반대일 수도 있다. In the above-described embodiment, the first conductivity type and the second conductivity type have opposite conductivity types, and the first conductivity type is N-type and the second conductivity type is P-type. However, the opposite may be true. .

보다 구체적으로, 전력 반도체 소자(100)가 N형 모스펫인 경우, 드리프트 영역(107)은 N- 영역이고, 소오스 영역(112), 드레인 영역(102)은 N+ 영역이고, 제 1 채널 영역(C1) 및 제 2 채널 영역(C2)은 N- 영역이고, 웰 영역(110), 필라 영역(108)은 P- 영역이고, 웰 콘택 영역(114)은 P+ 영역일 수 있다.More specifically, when the power semiconductor device 100 is an N-type MOSFET, the drift region 107 is an N- region, the source region 112 and the drain region 102 are N+ regions, and the first channel region C1 ) and the second channel region C2 may be an N- region, the well region 110 and the pillar region 108 may be a P- region, and the well contact region 114 may be a P+ region.

전력 반도체 소자(100)에 따르면, 웰 영역들(110)의 깊이는 트렌치들(116) 및 게이트 전극층(120) 보다 깊을 수 있다. 이에 따라, 게이트 전극층(120)의 제 1 부분(120a)의 트렌치 바닥의 양측 모서리는 웰 영역들(110)에 의해서 둘러싸일 수 있다. 나아가, 제 1 부분(120a)의 바닥면 양측 모서리의 일부는 웰 영역들(110)에 의해서 둘러싸일 수 있고, 이러한 구조는 트렌치형 게이트 구조에서 트렌치 바닥의 일부 모서리 부분에서 전계(electric field)가 집중되는 부분을 완화시킬 수 있다.According to the power semiconductor device 100 , depths of the well regions 110 may be greater than those of the trenches 116 and the gate electrode layer 120 . Accordingly, both edges of the trench bottom of the first portion 120a of the gate electrode layer 120 may be surrounded by the well regions 110 . Furthermore, some of the edges of both sides of the bottom surface of the first portion 120a may be surrounded by the well regions 110, and such a structure is such that an electric field is generated at some edges of the trench bottom in a trench-type gate structure. It can alleviate the concentrated part.

게이트 전극층(120)에 동작 전압이 인가되면, 게이트 전극층(120)의 하부 양측 코너 부분에 전계가 집중될 수 있으며, 전계가 집중되면 해당 영역의 게이트 절연층(118)이 심한 스트레스를 받게 되어 게이트 절연층(118)의 절연 파괴가 발생될 수 있다. 따라서 본 실시예에서는, 게이트 전극층(120)에서, 웰 영역(110) 내에 형성되는 부분들은 그 하부 양측 코너 영역들이 P형의 웰 영역(110)에 의해 감싸지도록 하여 차지 쉐어링이 이루어지도록 함으로써 게이트 절연층(118)의 양측 코너 부분들에 전계가 집중되어 게이트 절연층(118)이 절연 파괴되는 것을 방지할 수 있다.When an operating voltage is applied to the gate electrode layer 120, an electric field may be concentrated on both lower corner portions of the gate electrode layer 120, and when the electric field is concentrated, the gate insulating layer 118 in the corresponding region is subjected to severe stress, so that the gate Dielectric breakdown of the insulating layer 118 may occur. Therefore, in the present embodiment, in the gate electrode layer 120, the lower side corner regions of the portions formed in the well region 110 are surrounded by the P-type well region 110 to achieve charge sharing, thereby insulating the gate. It is possible to prevent dielectric breakdown of the gate insulating layer 118 by concentrating the electric field on both corner portions of the layer 118 .

전력 반도체 소자(100)의 동작 시, 전류는 주로 드레인 영역(102)으로부터 드리프트 영역(107)을 따라서 수직 방향으로 흐르고, 이어서 제 1 채널 영역(C1) 및 제 2 채널 영역(C2)을 통해서 소오스 영역(112)으로 흐를 수 있다.During operation of the power semiconductor device 100, current mainly flows in a vertical direction from the drain region 102 along the drift region 107, and then flows through the first channel region C1 and the second channel region C2 to the source. can flow into region 112 .

전력 반도체 소자(100)는 트렌치형 구조와 평면형 구조를 모두 포함하는 하이브리드 구조를 가질 수 있다. 나아가, 전력 반도체 소자(100)는 정육각형 배치 구조를 갖고, 트렌치 구조와 평면형 구조를 결합함으로써, 높은 채널 밀도를 구현하여 높은 집적도를 가질 수 있다. 나아가, 전력 반도체 소자(100)는 평면형 구조만 가질 때에 비해서 트렌치형 구조를 부가함으로 인해서 집적도를 유지하면서도 채널 모빌리티를 높일 수 있다. The power semiconductor device 100 may have a hybrid structure including both a trench-type structure and a planar-type structure. Furthermore, the power semiconductor device 100 may have a regular hexagonal arrangement structure and a high degree of integration by implementing a high channel density by combining a trench structure and a planar structure. Furthermore, the power semiconductor device 100 may increase channel mobility while maintaining integration due to the addition of a trench type structure compared to the case of having only a planar structure.

한편, 전력 반도체 소자(100)의 경우, 고전력 스위칭에 이용되기 때문에 높은 내압 특성이 요구된다. 고전압이 드레인 영역(102)에 인가되는 경우, 드레인 영역(102)에 인접한 반도체층(105)으로부터 공핍층(depletion region)이 확장되어, 채널의 전압 장벽이 낮아질 수 있다. 이러한 현상을 DIBL(drain induced barrier lowering)이라고 부른다.Meanwhile, since the power semiconductor device 100 is used for high-power switching, high withstand voltage characteristics are required. When a high voltage is applied to the drain region 102 , a depletion region may be extended from the semiconductor layer 105 adjacent to the drain region 102 , and thus a voltage barrier of a channel may be lowered. This phenomenon is called drain induced barrier lowering (DIBL).

이러한 DIBL은 제 1 채널 영역(C1) 및 제 2 채널 영역(C2)의 비정상적인 턴-온을 유발할 수 있고, 나아가 드레인 영역(102)과 소오스 영역(112) 사이의 공핍층이 확장되어 맞닿게 되는 펀치쓰루(punch through) 현상을 초래할 수 있다. Such DIBL may cause abnormal turn-on of the first channel region C1 and the second channel region C2, and furthermore, the depletion layer between the drain region 102 and the source region 112 expands and contacts. This can lead to punch through.

하지만, 전술한 전력 반도체 소자(100)는 드리프트 영역(107)과 슈퍼 정션을 형성하는 필라 영역(108)을 이용하여, 드리프트 영역(107)과 제 1 채널 영역(C1) 및 제 2 채널 영역(C2)의 저항을 줄일 수 있고 DIBL에 의한 비정상적인 전류 흐름 및 펀치쓰루 현상을 억제하여 적절한 내압 특성을 확보할 수 있다. 따라서, 바디를 이루는 드리프트 영역(107)의 두께를 줄이더라도 높은 항복 전압을 유지할 수 있다. However, in the power semiconductor device 100 described above, the drift region 107, the first channel region C1 and the second channel region ( The resistance of C2) can be reduced, and proper withstand voltage characteristics can be secured by suppressing the abnormal current flow and punch-through phenomenon caused by DIBL. Therefore, even if the thickness of the drift region 107 constituting the body is reduced, a high breakdown voltage can be maintained.

또한, 전력 반도체 소자(100)에서, 드리프트 영역(107)의 수직 부분들(107a)을 통해 전류가 흐르기 때문에 전류 이동 경로가 좁아져 저항(JFET 저항)이 증가할 수 있다. 그러나, 본 실시예에 따른 전력 반도체 소자(100)에서는 드리프트 영역(107)과 슈퍼 정션을 형성하는 필라 영역(108)을 이용하여 JFET 저항을 감소시킬 수 있다. 예를 들어, 필라 영역(108)의 전하량과 드리프트 영역(107)의 전하량을 조절하여 JFET 저항을 감소시킬 수 있다.In addition, in the power semiconductor device 100, since a current flows through the vertical portions 107a of the drift region 107, a current movement path may be narrowed and resistance (JFET resistance) may increase. However, in the power semiconductor device 100 according to the present embodiment, the JFET resistance can be reduced by using the drift region 107 and the pillar region 108 forming a super junction. For example, the JFET resistance may be reduced by adjusting the amount of charge in the pillar region 108 and the amount of charge in the drift region 107 .

즉, 필라 영역(108)의 전하량을 드리프트 영역(107)의 전하량보다 크게 하는 경우, 전력 반도체 소자(100)의 동작 시 최대 전기장이 필라 영역(108)의 바닥면과 동일 선상의 드리프트 영역(107)에 생기게 함으로써 항복 전압을 높일 수 있다. 예를 들어, 필라 영역(108)의 제 2 도전형의 불순물의 도핑 농도를 드리프트 영역(107)의 제 1 도전형의 불순물의 도핑 농도보다 높게 하여, 필라 영역(108)의 전하량을 드리프트 영역(107)의 전하량보다 크게 함으로써 전력 반도체 소자(100)의 내압 특성을 향상시켜 JFET 저항을 감소시킬 수 있다.That is, when the amount of charge in the pillar region 108 is greater than the amount of charge in the drift region 107, the maximum electric field during operation of the power semiconductor device 100 is on the same line as the bottom surface of the pillar region 108 in the drift region 107. ), the breakdown voltage can be increased. For example, by making the doping concentration of impurities of the second conductivity type in the pillar region 108 higher than the doping concentration of impurities of the first conductivity type in the drift region 107, the amount of electric charge in the pillar region 108 is reduced in the drift region ( 107), it is possible to improve the withstand voltage characteristics of the power semiconductor device 100 and reduce the JFET resistance.

도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 전력 반도체 소자(100a)를 보여주는 평면도(수평 단면도)이다.7 is a plan view (horizontal cross-sectional view) illustrating a power semiconductor device 100a according to another embodiment of the present invention.

도 7을 참조하면, 전력 반도체 소자(100a)는 도 1 내지 도 6의 전력 반도체 소자(100)가 복수개 배치된 구조의 일부를 도시하고 있고, 동일한 도면부호가 사용될 수 있으며, 중복된 설명은 생략된다.Referring to FIG. 7 , the power semiconductor device 100a shows a portion of a structure in which a plurality of power semiconductor devices 100 of FIGS. 1 to 6 are disposed, and the same reference numerals may be used, and redundant descriptions are omitted. do.

전력 반도체 소자(100a)는 도 1 내지 도 6에서 개시된 육방 조밀 배치 구조를 반복하여 높은 집적도를 가질 수 있다.The power semiconductor device 100a may have a high degree of integration by repeating the hexagonal dense arrangement structure disclosed in FIGS. 1 to 6 .

도 8 및 도 9는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전력 반도체 소자(100b)를 보여주는 단면도들이다. 전력 반도체 소자(100b)는 도 1 내지 도 6의 전력 반도체 소자(100)에서 일부 구성을 변형한 것이고 서로 참조될 수 있으며, 중복된 설명은 생략된다.8 and 9 are cross-sectional views showing a power semiconductor device 100b according to another embodiment of the present invention. The power semiconductor device 100b is obtained by modifying some configurations of the power semiconductor device 100 of FIGS. 1 to 6 and may be referred to each other, and redundant descriptions are omitted.

도 8 및 도 9를 참조하면, 전력 반도체 소자(100b)에서, 제 2 채널 영역(C2a)은 드리프트 영역(107) 및 소오스 영역(112) 사이의 반도체층(105)에 형성될 수 있다. 예를 들어, 제 2 채널 영역(C2a)은 드리프트 영역(107)의 돌출 부분(107a) 및 제 1 소오스 영역(112a) 사이의 반도체층(105)에 형성될 수 있다. 제 2 채널 영역(C2a)은 축적 채널(accumulation channel)이 형성되도록 제 1 도전형의 불순물들을 포함할 수 있다. 여기서, 축적 채널이라 함은 제 2 도전형인 P형의 웰 영역(110)에서 홀이 쌓이는 것을 의미할 수 있다. 하지만, 본 발명의 실시예에서는 웰 영역(110) 형성을 위한 에너지를 조절하여 표면에 낮은 농도의 제 2 도전형(예를 들면, P형)을 형성함으로써 제 1 도전형의 채널을 형성하는 것과 같은 효과를 내거나 제 1 도전형의 불순물을 이온 주입하는 경우를 모두 축적 채널이라는 용어로 사용하였다. Referring to FIGS. 8 and 9 , in the power semiconductor device 100b, the second channel region C2a may be formed in the semiconductor layer 105 between the drift region 107 and the source region 112 . For example, the second channel region C2a may be formed in the semiconductor layer 105 between the protruding portion 107a of the drift region 107 and the first source region 112a. The second channel region C2a may include impurities of the first conductivity type to form an accumulation channel. Here, the storage channel may mean that holes are accumulated in the P-type well region 110, which is the second conductivity type. However, in an embodiment of the present invention, forming a channel of the first conductivity type by adjusting the energy for forming the well region 110 to form a low concentration second conductivity type (eg, P type) on the surface, and All cases of producing the same effect or ion implantation of impurities of the first conductivity type are used as the term accumulation channel.

예를 들어, 제 2 채널 영역(C2a)은 소오스 영역(112a) 및 드리프트 영역(107)과 동일한 도핑 타입을 가질 수 있다. 이 경우, 소오스 영역(112), 제 2 채널 영역(C2a)은 및 드리프트 영역(107)은 통상적으로(normally) 전기적으로 연결될 수 있는 구조이다. 하지만, 실리콘 카바이드의 반도체층(105)은 게이트 절연층과의 계면에 트랩이 존재하여 음의 차지(Negative charge)를 띠고 있어 제 2 채널 영역(C2a)의 밴드가 위로 휘면서 포텐셜 장벽이 형성되고 문턱 전압이 상승하게 된다. 하지만, 표면의 제 2 도전형 농도가 낮도록 웰을 형성하게 되면 게이트 전극층(120)에 인가하는 문턱 전압을 낮출 수 있다. For example, the second channel region C2a may have the same doping type as the source region 112a and the drift region 107 . In this case, the source region 112, the second channel region C2a, and the drift region 107 have a structure that can be electrically connected normally. However, since the semiconductor layer 105 of silicon carbide has a negative charge due to a trap at the interface with the gate insulating layer, the band of the second channel region C2a bends upward to form a potential barrier. The threshold voltage rises. However, if the well is formed to have a low concentration of the second conductivity type on the surface, the threshold voltage applied to the gate electrode layer 120 may be lowered.

일부 실시예에서, 제 2 채널 영역(C2a)은 드리프트 영역(107)의 일부분일 수 있다. 보다 구체적으로 보면, 제 2 채널 영역(C2a)은 드리프트 영역(107)의 돌출 부분(107a)의 일부일 수 있다. 예를 들어, 제 2 채널 영역(C2a)은 드리프트 영역(107)과 일체로 형성될 수 있다. 이에 따라, 전력 반도체 소자(100b)에서 소오스 영역들(112a)은 드리프트 영역(107), 예컨대 돌출 부분들(107a)과 직접 접촉되고, 이 접촉 부분에서 드리프트 영역(107)의 일부분에 제 2 채널 영역(C2a)이 한정될 수 있다.In some embodiments, the second channel region C2a may be a part of the drift region 107 . More specifically, the second channel region C2a may be a part of the protruding portion 107a of the drift region 107 . For example, the second channel region C2a may be integrally formed with the drift region 107 . Accordingly, in the power semiconductor device 100b, the source regions 112a are in direct contact with the drift region 107, for example, the protruding portions 107a, and the second channel is formed in a portion of the drift region 107 in the contact region. Area C2a may be limited.

예를 들어, 제 2 채널 영역(C2a)의 제 1 도전형의 불순물의 도핑 농도는 문턱 전압 조절을 위하여 조절될 수도 있다.For example, the doping concentration of the dopant of the first conductivity type of the second channel region C2a may be adjusted to adjust the threshold voltage.

일부 실시예에서, 웰 영역들(110)은 소오스 영역들(112a)보다 드리프트 영역(107)의 돌출 부분(107a) 방향으로 돌출되게 소오스 영역들(112a) 하부에 형성될 수 있다. 이 경우, 제 2 채널 영역(C2a)은 웰 영역들(110)의 돌출된 부분 상의 반도체층(105)에 형성될 수도 있다. 예를 들어, 드리프트 영역(107)의 돌출 부분(107a)이 웰 영역들(110)과 게이트 전극층(120)의 제 2 부분(120b) 사이의 홈 부분으로 더 신장될 수 있고, 제 2 채널 영역(C2a)은 이 부분에 형성될 수 있다. 이러한 구조는 제 2 채널 영역(C2a)이 게이트 전극층(120)의 제 2 부분(120b) 및 웰 영역들(110) 사이에 한정되게 할 수 있다.In some embodiments, the well regions 110 may be formed below the source regions 112a to protrude in the direction of the protruding portion 107a of the drift region 107 more than the source regions 112a. In this case, the second channel region C2a may be formed on the semiconductor layer 105 on the protruding portions of the well regions 110 . For example, the protruding portion 107a of the drift region 107 may further extend to a groove portion between the well regions 110 and the second portion 120b of the gate electrode layer 120, and the second channel region (C2a) may be formed in this part. In this structure, the second channel region C2a may be limited between the second portion 120b of the gate electrode layer 120 and the well regions 110 .

전력 반도체 소자(100b)에서 제 1 채널 영역(C1)은 도 1 내지 도 6의 전력 반도체 소자(100)와 마찬가지로 축적 채널로 제공될 수 있다.In the power semiconductor device 100b, the first channel region C1 may serve as an accumulation channel similarly to the power semiconductor device 100 of FIGS. 1 to 6 .

도 10 내지 도 12 및 도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 반도체 소자(100)의 제조 방법을 도시하는 단면도들이고, 도 13은 도 12의 평면도(수직 단면도)이다.10 to 12 and 14 are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a power semiconductor device 100 according to an embodiment of the present invention, and FIG. 13 is a plan view (vertical cross-sectional view) of FIG. 12 .

도 10을 참조하면, 실리콘 카바이드(SiC)의 반도체층(105)에, 전하의 수직 이동 경로를 제공하도록 제 1 도전형을 갖는 드리프트 영역(107)을 형성할 수 있다. 예를 들어, 드리프트 영역(107)은 제 1 도전형을 갖는 드레인 영역(102) 상에 형성될 수 있다. 일부 실시예에서, 드레인 영역(102)은 제 1 도전형의 기판으로 제공되고, 드리프트 영역(107)은 이러한 기판 상에 하나 또는 그 이상의 에피택셜층으로 형성될 수 있다.Referring to FIG. 10 , a drift region 107 having a first conductivity type may be formed in a semiconductor layer 105 of silicon carbide (SiC) to provide a vertical movement path for charges. For example, the drift region 107 may be formed on the drain region 102 having the first conductivity type. In some embodiments, the drain region 102 is provided as a substrate of a first conductivity type, and the drift region 107 may be formed of one or more epitaxial layers on such a substrate.

이어서, 반도체층(105)에 드리프트 영역(107)에 접하도록 제 2 도전형을 갖는 웰 영역들(110)을 형성할 수 있다. 예를 들어, 웰 영역들(110) 중 서로 인접하는 웰 영역들(110)은 서로 접하는 부분 없이 일정 간격 이격되도록 형성될 수 있다. 나아가, 웰 영역들(110)을 형성하는 단계는 반도체층(105)에 제 2 도전형의 불순물을 주입하여 수행할 수 있다. 웰 영역들(110)은 실질적으로 반도체층(105)의 표면으로부터 소정 깊이로 형성될 수 있다.Subsequently, well regions 110 having a second conductivity type may be formed in the semiconductor layer 105 to contact the drift region 107 . For example, the well regions 110 adjacent to each other among the well regions 110 may be formed to be spaced apart from each other by a predetermined distance without contacting each other. Furthermore, the forming of the well regions 110 may be performed by implanting impurities of the second conductivity type into the semiconductor layer 105 . The well regions 110 may be substantially formed to a predetermined depth from the surface of the semiconductor layer 105 .

예를 들어, 웰 영역들(110)은 드리프트 영역(107)이 웰 영역(110)에 의해서 적어도 일부분이 둘러싸인 돌출 부분들(107a)을 포함하도록 반도체층(105)에 형성될 수 있다. 보다 구체적으로 보면, 웰 영역들(110)은 드리프트 영역(107)에 드리프트 영역(107)과 반대되는 불순물을 도핑하여 형성할 수 있다.For example, the well regions 110 may be formed in the semiconductor layer 105 such that the drift region 107 includes protruding portions 107a at least partially surrounded by the well region 110 . More specifically, the well regions 110 may be formed by doping the drift region 107 with an impurity opposite to that of the drift region 107 .

필라 영역(108)은 웰 영역(110)의 하부의 반도체층(105)에 웰 영역(110)과 접하게 형성될 수 있다. 필라 영역(108)은 드리프트 영역(107)과 슈퍼 정션을 형성하도록 제 2 도전형을 가질 수 있다. 예를 들어, 필라 영역(108)은 드리프트 영역(107)에 제 2 도전형의 불순물을 주입하여 형성할 수 있다.The pillar region 108 may be formed in contact with the well region 110 in the semiconductor layer 105 under the well region 110 . The pillar region 108 may have a second conductivity type to form a super junction with the drift region 107 . For example, the pillar region 108 may be formed by implanting impurities of the second conductivity type into the drift region 107 .

웰 영역들(110) 내에 또는 웰 영역들(110) 상의 반도체층(105)에 제 1 도전형을 갖는 소오스 영역들(112)을 형성할 수 있다. 예를 들어, 소오스 영역들(112)을 형성하는 단계는 웰 영역들(110) 및 드리프트 영역(107) 내에 제 1 도전형의 불순물을 주입하여 수행할 수 있다. 소오스 영역들(112)은 실질적으로 반도체층(105)의 표면으로부터 웰 영역(110) 내 소정 깊이로 형성될 수 있다. Source regions 112 having a first conductivity type may be formed in the well regions 110 or in the semiconductor layer 105 on the well regions 110 . For example, the forming of the source regions 112 may be performed by implanting impurities of the first conductivity type into the well regions 110 and the drift region 107 . The source regions 112 may be formed substantially from the surface of the semiconductor layer 105 to a predetermined depth within the well region 110 .

나아가, 소오스 영역들(112) 내 및 웰 영역들(110) 상에 제 2 도전형을 갖는 웰 콘택 영역들(114)을 형성할 수 있다. 예를 들어 웰 영역들(110) 내에 또는 소오스 영역들(112) 내에 제 2 도전형의 불순물을 고농도로 주입하여 웰 콘택 영역들(114)을 형성할 수 있다. 예를 들어, 웰 콘택 영역들(114)은 평면상으로 원형을 갖도록 형성할 수 있다.Furthermore, well contact regions 114 having a second conductivity type may be formed in the source regions 112 and on the well regions 110 . For example, the well contact regions 114 may be formed by implanting dopants of the second conductivity type at a high concentration into the well regions 110 or the source regions 112 . For example, the well contact regions 114 may be formed to have a circular shape in plan view.

일부 실시예에서, 웰 영역들(110)은 드리프트 영역(107)이 웰 영역들(110) 아래로부터 웰 영역들(110) 사이를 지나 반도체층(105)의 표면으로 연결되도록 드리프트 영역(107)에 접하도록 형성될 수 있다.In some embodiments, the well regions 110 have a drift region 107 such that the drift region 107 is connected to the surface of the semiconductor layer 105 by passing between the well regions 110 from under the well regions 110 . It can be formed to come into contact with.

이 실시예의 변형된 예에서, 웰 영역들(110), 필라 영역(108), 웰 콘택 영역들(114) 및 소오스 영역들(112)의 불순물 도핑 순서는 임의로 변경될 수 있다.In a modified example of this embodiment, the impurity doping order of the well regions 110, the pillar regions 108, the well contact regions 114, and the source regions 112 may be arbitrarily changed.

전술한 제조 방법에 있어서, 불순물 주입 또는 불순물 도핑은 반도체층(105)에 불순물을 이온 주입하거나 또는 에피택셜층의 형성 시 불순물이 혼입되게 수행할 수 있다. 다만, 선택적인 영역에서 불순물 주입은 마스크 패턴을 이용한 이온 주입 방법을 이용할 수 있다.In the above-described manufacturing method, impurity implantation or impurity doping may be performed by ion implanting impurities into the semiconductor layer 105 or mixing impurities during formation of the epitaxial layer. However, an ion implantation method using a mask pattern may be used for impurity implantation in a selective region.

선택적으로, 이온 주입 후 불순물을 활성화시키거나 확산시키기 위한 열처리 단계가 이어질 수 있다.Optionally, the ion implantation may be followed by a heat treatment step to activate or diffuse impurities.

도 11을 참조하면, 반도체층(105)의 표면으로부터 반도체층(105) 내부로 소정 깊이만큼 리세스 되게 복수의 트렌치들(116)을 형성할 수 있다.Referring to FIG. 11 , a plurality of trenches 116 may be formed to be recessed by a predetermined depth from the surface of the semiconductor layer 105 into the inside of the semiconductor layer 105 .

예를 들어, 트렌치들(116)은 소오스 영역들(112)의 일부분을 관통하고, 웰 영역들(110) 및 드리프트 영역(107)의 돌출 부분들(107a)의 일정 깊이까지 리세스되게 형성할 수 있다. 보다 구체적으로 보면, 트렌치들(116)은 웰 영역들(110) 중 서로 인접하는 웰 영역들(110)의 이격되는 부분을 가로질러 소오스 영역들(112) 중 트렌치들(116)의 양측에 배치된 두 개의 소오스 영역들(112)을 각각 연결하도록 반도체층(105)의 표면으로부터 반도체층(105)의 내부로 리세스되게 형성될 수 있다.For example, the trenches 116 may be formed to penetrate portions of the source regions 112 and be recessed to a predetermined depth in the well regions 110 and the protruding portions 107a of the drift region 107. can More specifically, the trenches 116 are disposed on both sides of the trenches 116 in the source regions 112 across spaced portions of the well regions 110 adjacent to each other among the well regions 110 . It may be formed to be recessed from the surface of the semiconductor layer 105 to the inside of the semiconductor layer 105 so as to connect the two source regions 112 respectively.

예를 들어, 트렌치들(116)은 포토리소그래피를 이용하여 포토 마스크를 형성하고, 이어서 이러한 포토마스크를 식각 보호막으로 하여 반도체층(105)을 식각하여 형성할 수 있다.For example, the trenches 116 may be formed by forming a photomask using photolithography and then etching the semiconductor layer 105 using the photomask as an etch protection layer.

도 12 및 도 13을 참조하면, 트렌치들(116)의 내벽 및 반도체층(105)의 표면 상에 게이트 절연층(118)을 형성할 수 있다. 예를 들어, 게이트 절연층(118)은 반도체층(105)을 산화시켜 산화물로 형성하거나 또는 반도체층(105) 상에 산화물 또는 질화물과 같은 절연물을 증착하여 형성할 수 있다. Referring to FIGS. 12 and 13 , a gate insulating layer 118 may be formed on inner walls of the trenches 116 and a surface of the semiconductor layer 105 . For example, the gate insulating layer 118 may be formed of oxide by oxidizing the semiconductor layer 105 or by depositing an insulating material such as oxide or nitride on the semiconductor layer 105 .

이어서, 게이트 절연층(118) 상에 트렌치들(116)을 매립하는 제 1 부분(120a) 및 반도체층(105)의 표면 상의 제 2 부분(120b)을 포함하는 게이트 전극층들(120)을 형성할 수 있다. 여기서, 게이트 전극층들(120)은 웰 콘택 영역들(114) 및 웰 콘택 영역들(114)과 인접한 소오스 영역들(112)의 일부 영역에는 형성되지 않는다. 예를 들어, 게이트 전극층(120)은 게이트 절연층(118) 상에 도전층을 형성한 후, 이를 패터닝하여 형성할 수 있다. 게이트 전극층(120)은 폴리실리콘에 불순물을 도핑하여 형성하거나 또는 도전성 금속 또는 금속 실리사이드를 포함하도록 형성할 수 있다.Subsequently, gate electrode layers 120 including a first portion 120a filling the trenches 116 on the gate insulating layer 118 and a second portion 120b on the surface of the semiconductor layer 105 are formed. can do. Here, the gate electrode layers 120 are not formed in some regions of the well contact regions 114 and the source regions 112 adjacent to the well contact regions 114 . For example, the gate electrode layer 120 may be formed by forming a conductive layer on the gate insulating layer 118 and then patterning the conductive layer. The gate electrode layer 120 may be formed by doping polysilicon with impurities or may include a conductive metal or metal silicide.

패터닝 공정은 포토 리소그래피(photo lithography) 및 식각(etching) 공정들을 이용하여 수행할 수 있다. 포토 리소그래피 공정은 사진 공정과 현상 공정을 이용하여 마스크층으로 포토레지스트(photo resist) 패턴을 형성하는 공정을 포함하고, 식각 공정은 이러한 포토레지스트 패턴을 이용하여 하부 구조물을 선택적으로 식각하는 공정을 포함할 수 있다.The patterning process may be performed using photo lithography and etching processes. The photolithography process includes a process of forming a photo resist pattern as a mask layer using a photo process and a development process, and the etching process includes a process of selectively etching a lower structure using the photoresist pattern. can do.

도 14를 참조하면, 게이트 전극층(120) 상에 층간 절연층(130)을 형성할 수 있다.Referring to FIG. 14 , an interlayer insulating layer 130 may be formed on the gate electrode layer 120 .

이어서, 층간 절연층(130) 상에 소오스 전극층(140)을 형성할 수 있다. 나아가, 소오스 전극층(140)은 소오스 영역들(112) 및 웰 콘택 영역들(114)에 연결되도록 형성될 수 있다. 예를 들어, 소오스 전극층(140)은 층간 절연층(130) 상에 도전층, 예컨대 금속층을 형성한 후, 이를 패터닝하여 형성할 수 있다.Subsequently, a source electrode layer 140 may be formed on the interlayer insulating layer 130 . Furthermore, the source electrode layer 140 may be formed to be connected to the source regions 112 and the well contact regions 114 . For example, the source electrode layer 140 may be formed by forming a conductive layer, for example, a metal layer, on the interlayer insulating layer 130 and then patterning the conductive layer.

전술한 제조 방법에 따르면, 반도체층(105) 내에 육방 조밀 배치를 갖는 모스펫 구조를 경제적으로 형성할 수 있다.According to the manufacturing method described above, it is possible to economically form a MOSFET structure having a hexagonal close-packed arrangement in the semiconductor layer 105 .

이상에서와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 전력 반도체 소자는, 3차원의 육방 조밀 배치를 갖는 모스펫 구조에서 슈퍼 정션을 형성하여 수직적 측면과 수평적 측면에서 이점이 있을 수 있다. 수직적 측면에서는, 공간적으로 전하 공유의 효과가 더 많이 일어남으로 인해 2차원 모스펫 구조 대비 동일한 드리프트 영역(107)(에피택셜층)의 두께에서 높은 항복 전압을 형성할 수 있다. 동일한 항복 전압에서 에피택셜층의 두께가 더 얇으므로 드리프트 저항을 줄이고 전체 저항(Rsp)을 감소시킬 수 있다. 수평적 측면에서는, 완전히 공핍이 되는 조건의 경우 필라 영역(108)과 드리프트 영역(107)(에피택셜층) 간에도 전하 공유 효과가 수평적으로 일어남으로 인해 트렌치형 게이트 절연층이나 평면형 게이트 절연층에 걸리는 최대 전기장의 크기를 낮추고 이로 인해 게이트 산화막의 신뢰성을 향상시킬 수 있다. As described above, the power semiconductor device according to the embodiment of the present invention may have advantages in vertical and horizontal aspects by forming a super junction in a MOSFET structure having a three-dimensional hexagonal dense arrangement. In the vertical aspect, a high breakdown voltage can be formed at the same thickness of the drift region 107 (epitaxial layer) compared to the two-dimensional MOSFET structure due to the higher spatial charge sharing effect. Since the thickness of the epitaxial layer is thinner at the same breakdown voltage, the drift resistance can be reduced and the total resistance (Rsp) can be reduced. On the horizontal side, in the case of complete depletion, the charge sharing effect occurs horizontally between the pillar region 108 and the drift region 107 (epitaxial layer), resulting in a trench-type gate insulating layer or a planar gate insulating layer. Reliability of the gate oxide layer can be improved by reducing the magnitude of the applied maximum electric field.

본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.Although the present invention has been described with reference to the embodiments shown in the drawings, this is merely exemplary, and those skilled in the art will understand that various modifications and equivalent other embodiments are possible therefrom. Therefore, the true technical protection scope of the present invention should be determined by the technical spirit of the appended claims.

100, 100a, 100b: 전력 반도체 소자
102: 드레인 영역
105: 반도체층
107: 드리프트 영역
108: 필라 영역
110: 웰 영역
112: 소오스 영역
114: 웰 콘택 영역
116: 트렌치 영역
118: 게이트 절연층
120: 게이트 전극층
130: 층간 절연층
140: 소오스 전극층
100, 100a, 100b: power semiconductor device
102: drain area
105: semiconductor layer
107: drift area
108: pillar area
110: well area
112: source area
114: well contact area
116: trench region
118: gate insulating layer
120: gate electrode layer
130: interlayer insulating layer
140: source electrode layer

Claims (20)

실리콘 카바이드(SiC)의 반도체층;
상기 반도체층 내 서로 이격되어 배치되고, 제 2 도전형을 갖는 복수의 웰 영역들;
상기 복수의 웰 영역들 상의 상기 반도체층에 서로 이격되게 각각 형성되고, 상기 제 2 도전형과 반대되는 제 1 도전형을 갖는 복수의 소오스 영역들;
상기 복수의 웰 영역들 아래로부터 상기 복수의 웰 영역들 사이를 지나 상기 반도체층의 표면으로 연결되도록 상기 반도체층에 형성되고, 상기 제 1 도전형을 갖는 드리프트 영역;
상기 복수의 웰 영역들이 각각 이격되는 부분을 가로질러 상기 복수의 소오스 영역들 중 적어도 두 개의 소오스 영역들을 각각 연결하도록 상기 반도체층의 표면으로부터 상기 반도체층의 내부로 리세스되게 형성된 복수의 트렌치들;
상기 복수의 트렌치들의 내벽 상에 형성된 게이트 절연층;
상기 게이트 절연층 상에 형성되고, 상기 복수의 트렌치들을 매립하는 제 1 부분 및 상기 반도체층의 표면 상의 제 2 부분을 포함하는 게이트 전극층; 및
상기 반도체층 내에서 상기 드리프트 영역 및 상기 복수의 웰 영역들과 접하도록 상기 복수의 웰 영역들 아래에 위치하며 상기 제 2 도전형을 갖는 필라 영역을 포함하는 전력 반도체 소자.
a semiconductor layer of silicon carbide (SiC);
a plurality of well regions spaced apart from each other in the semiconductor layer and having a second conductivity type;
a plurality of source regions formed in the semiconductor layer on the plurality of well regions to be spaced apart from each other and having a first conductivity type opposite to the second conductivity type;
a drift region having the first conductivity type and formed in the semiconductor layer to be connected to a surface of the semiconductor layer from below the plurality of well regions through between the plurality of well regions;
a plurality of trenches formed to be recessed from a surface of the semiconductor layer into the interior of the semiconductor layer to connect at least two source regions among the plurality of source regions, respectively, across the spaced apart portions of the plurality of well regions;
a gate insulating layer formed on inner walls of the plurality of trenches;
a gate electrode layer formed on the gate insulating layer and including a first portion filling the plurality of trenches and a second portion on a surface of the semiconductor layer; and
and a pillar region having the second conductivity type and positioned under the plurality of well regions to contact the drift region and the plurality of well regions in the semiconductor layer.
제 1 항에 있어서,
상기 복수의 웰 영역들 중 인접한 각 3개의 웰 영역들이 이격되는 간격은 서로 동일하고,
상기 복수의 소오스 영역들의 인접한 각 3개의 소오스 영역들이 이격되는 간격은 서로 동일한 전력 반도체 소자.
According to claim 1,
Intervals at which three adjacent well regions of the plurality of well regions are spaced apart are equal to each other;
A distance at which three adjacent source regions of the plurality of source regions are spaced apart is equal to each other.
제 1 항에 있어서,
상기 드리프트 영역은 상기 복수의 웰 영역들 중 인접한 각 3개의 웰 영역들의 이격되는 부분 사이에서 상기 반도체층의 표면으로 신장된 돌출 부분들을 포함하고,
상기 게이트 전극층의 상기 제 2 부분은 인접한 상기 복수의 웰 영역들이 이격되는 부분 및 상기 드리프트 영역의 상기 돌출 부분 상에 형성된 전력 반도체 소자.
According to claim 1,
The drift region includes protruding portions extending to the surface of the semiconductor layer between spaced apart portions of each of the three adjacent well regions among the plurality of well regions,
The second part of the gate electrode layer is formed on a part where the plurality of adjacent well regions are spaced apart and on the protruding part of the drift region.
제 1 항에 있어서,
상기 복수의 웰 영역들 중 인접한 각 7개의 웰 영역들의 중심들은 정육각형의 중심 및 꼭지점들에 배치되고,
상기 복수의 소오스 영역들 중 인접한 각 7개의 웰 영역들 상의 각 7개의 소오스 영역들의 중심들은 정육각형의 중심 및 꼭지점들에 배치되는 전력 반도체 소자.
According to claim 1,
Centers of each of the 7 adjacent well regions among the plurality of well regions are arranged at the center and vertices of a regular hexagon,
Centers of each of the 7 source regions on each of the 7 adjacent well regions among the plurality of source regions are disposed at the center and vertices of the regular hexagon.
제 4 항에 있어서,
상기 복수의 트렌치들은 인접한 각 7개의 소오스 영역들을 연결하도록 정육각형의 중심 및 꼭지점들 중 인접한 두개의 소오스 영역들을 연결하는 라인들의 일부분을 형성하는 전력 반도체 소자.
According to claim 4,
The plurality of trenches form part of lines connecting two adjacent source regions among the centers and vertices of the regular hexagon to connect each of the seven adjacent source regions.
제 1 항에 있어서,
상기 게이트 전극층의 상기 제 1 부분에 대응되게, 상기 복수의 트렌치들을 따라서 상기 드리프트 영역 및 상기 복수의 트렌치들에 접하는 상기 소오스 영역들에 연결되도록 상기 반도체층에 한정된 제 1 채널 영역; 및
상기 게이트 전극층의 상기 제 2 부분 아래에, 상기 복수의 소오스 영역들에 접하도록 상기 반도체층에 한정된 제 2 채널 영역을 포함하는 전력 반도체 소자.
According to claim 1,
a first channel region defined in the semiconductor layer to correspond to the first portion of the gate electrode layer and to be connected to the drift region along the plurality of trenches and to the source regions contacting the plurality of trenches; and
and a second channel region defined in the semiconductor layer to contact the plurality of source regions under the second portion of the gate electrode layer.
제 6 항에 있어서,
상기 제 1 채널 영역 및 상기 제 2 채널 영역은 상기 제 2 도전형으로 형성된 상기 복수의 웰 영역들에 상기 제 1 도전형의 반전 채널을 형성하거나 상기 복수의 웰 영역들의 형성 시 에너지를 조절하여 표면에 상대적으로 낮은 농도의 상기 제 2 도전형을 형성하여 상기 제 1 도전형의 축적 채널을 형성하고,
상기 제 1 채널 영역 및 상기 제 2 채널 영역은 상기 복수의 웰 영역들의 일부분인 전력 반도체 소자.
According to claim 6,
The first channel region and the second channel region are formed by forming an inversion channel of the first conductivity type in the plurality of well regions formed of the second conductivity type or adjusting energy during formation of the plurality of well regions to form a surface A relatively low concentration of the second conductivity type is formed to form an accumulation channel of the first conductivity type;
The first channel region and the second channel region are parts of the plurality of well regions.
제 6항에 있어서,
상기 제 1 채널 영역 및 상기 제 2 채널은 반전 채널 및 축적 채널이 형성되도록 상기 제 1 도전형을 갖고,
상기 제 1 채널 영역 및 상기 제 2 채널 영역은 상기 드리프트 영역의 일부분이고,
상기 반도체층의 표면에서 상기 복수의 소오스 영역들은 상기 드리프트 영역과 접하는 전력 반도체 소자.
According to claim 6,
the first channel region and the second channel have the first conductivity type such that an inversion channel and an accumulation channel are formed;
the first channel region and the second channel region are portions of the drift region;
The plurality of source regions on the surface of the semiconductor layer are in contact with the drift region.
제 1 항에 있어서,
상기 복수의 소오스 영역들 내 및 상기 복수의 복수의 웰 영역들 상에 형성되고, 상기 제 2 도전형을 갖는 복수의 웰 콘택 영역들; 및
상기 복수의 소오스 영역들 및 상기 복수의 웰 콘택 영역들에 연결된 소오스 전극층을 더 포함하는 전력 반도체 소자.
According to claim 1,
a plurality of well contact regions formed in the plurality of source regions and on the plurality of well regions and having the second conductivity type; and
The power semiconductor device further includes a source electrode layer connected to the plurality of source regions and the plurality of well contact regions.
제 9 항에 있어서,
상기 복수의 웰 콘택 영역들은 평면상으로 볼 때 원형으로 형성되고,
상기 복수의 소오스 영역들은 상기 복수의 웰 콘택 영역들을 둘러싸는 도넛 형상으로 형성되는 전력 반도체 소자.
According to claim 9,
The plurality of well contact regions are formed in a circular shape when viewed in plan view;
The plurality of source regions are formed in a donut shape surrounding the plurality of well contact regions.
제 1 항에 있어서,
상기 복수의 웰 영역들은 상기 반도체층의 표면에서 상기 반도체층의 내부로 갈수록 그 폭이 증가하다가 다시 감소하는 형상을 갖고,
상기 복수의 웰 영역들 중 서로 인접하는 웰 영역들은 상기 반도체층의 내부 및 상기 반도체층의 표면에서 서로 이격되어 있는 전력 반도체 소자.
According to claim 1,
The plurality of well regions have a shape in which a width increases and then decreases again from the surface of the semiconductor layer to the inside of the semiconductor layer,
Adjacent well regions among the plurality of well regions are spaced apart from each other in the interior of the semiconductor layer and on the surface of the semiconductor layer.
제 1 항에 있어서,
상기 게이트 전극층의 상기 제 1 부분의 신장 방향의 단면에서 볼 때, 상기 제 1 부분의 양측 바닥면 모서리들은 상기 복수의 웰 영역들에 의해서 둘러싸이는 전력 반도체 소자.
According to claim 1,
When viewed in a cross section of the first portion of the gate electrode layer in the extension direction, corners of bottom surfaces of both sides of the first portion are surrounded by the plurality of well regions.
제 1 항에 있어서,
상기 게이트 전극층의 상기 제 1 부분의 바닥의 중앙 부분은 상기 웰 영역들로 노출되고, 상기 복수의 트렌치들 각각의 바닥 중앙 부분은 상기 드리프트 영역과 접하는 전력 반도체 소자.
According to claim 1,
A central portion of a bottom of the first portion of the gate electrode layer is exposed to the well regions, and a central portion of a bottom of each of the plurality of trenches contacts the drift region.
제 1 항에 있어서,
상기 드리프트 영역 하부의 상기 반도체층에 상기 제 1 도전형을 갖는 드레인 영역을 더 포함하고,
상기 드리프트 영역은 상기 드레인 영역 상에 에피택셜층으로 형성되는 전력 반도체 소자.
According to claim 1,
a drain region having the first conductivity type in the semiconductor layer under the drift region;
The drift region is formed as an epitaxial layer on the drain region.
실리콘 카바이드(SiC)의 반도체층에, 제 1 도전형을 갖는 드리프트 영역을 형성하는 단계;
상기 반도체층에 서로 이격되게, 제 2 도전형을 갖는 복수의 웰 영역들을 형성하는 단계;
상기 반도체층 내에서 상기 드리프트 영역 및 상기 복수의 웰 영역들과 접하도록 상기 복수의 웰 영역들 아래에 위치하며 상기 제 2 도전형을 갖는 필라 영역을 형성하는 단계;
상기 복수의 웰 영역들 상의 상기 반도체층에, 제 1 도전형을 갖는 복수의 소오스 영역들을 각각 형성하는 단계;
상기 복수의 웰 영역들이 각각 이격되는 부분을 가로질러 상기 복수의 소오스 영역들 중 적어도 두 개의 소오스 영역들을 각각 연결하도록 상기 반도체층의 표면으로부터 상기 반도체층의 내부로 리세스되게 복수의 트렌치들을 형성하는 단계;
상기 복수의 트렌치들의 내벽 상에 게이트 절연층을 형성하는 단계; 및
상기 게이트 절연층 상에, 상기 복수의 트렌치들을 매립하는 제 1 부분 및 상기 반도체층의 표면 상의 제 2 부분을 포함하는 게이트 전극층을 형성하는 단계;를 포함하고,
상기 복수의 웰 영역들은 상기 드리프트 영역이 상기 복수의 웰 영역들 아래로부터 상기 복수의 웰 영역들이 각각 이격되는 부분을 지나 상기 반도체층의 표면으로 연결되도록 상기 드리프트 영역에 접하도록 형성된 전력 반도체 소자의 제조방법.
forming a drift region having a first conductivity type in a semiconductor layer of silicon carbide (SiC);
forming a plurality of well regions having a second conductivity type spaced apart from each other in the semiconductor layer;
forming a pillar region having the second conductivity type and positioned under the plurality of well regions to contact the drift region and the plurality of well regions in the semiconductor layer;
forming a plurality of source regions each having a first conductivity type in the semiconductor layer on the plurality of well regions;
Forming a plurality of trenches recessed from the surface of the semiconductor layer into the interior of the semiconductor layer to connect at least two source regions among the plurality of source regions across the spaced apart portions of the plurality of well regions, respectively. step;
forming a gate insulating layer on inner walls of the plurality of trenches; and
Forming a gate electrode layer on the gate insulating layer, including a first portion filling the plurality of trenches and a second portion on a surface of the semiconductor layer;
The plurality of well regions are formed to be in contact with the drift region such that the drift region is connected to the surface of the semiconductor layer through a part where the plurality of well regions are separated from below the plurality of well regions. Way.
제 15 항에 있어서,
상기 복수의 웰 영역들은 상기 반도체층의 표면에서 상기 반도체층의 내부로 갈수록 그 폭이 증가하다가 다시 감소하는 형상을 갖도록 형성되는 전력 반도체 소자의 제조방법.
According to claim 15,
The method of manufacturing a power semiconductor device in which the plurality of well regions are formed to have a shape in which a width of the well region increases from the surface of the semiconductor layer to the inside of the semiconductor layer and then decreases again.
제 16항에 있어서,
상기 복수의 웰 영역들 중 서로 인접하는 웰 영역들은 상기 반도체층의 내부 및 상기 반도체층의 표면에서 서로 이격되도록 형성되는 전력 반도체 소자의 제조방법.
According to claim 16,
The method of manufacturing a power semiconductor device in which well regions adjacent to each other among the plurality of well regions are formed to be spaced apart from each other in the interior of the semiconductor layer and on the surface of the semiconductor layer.
제 15 항에 있어서,
상기 복수의 웰 영역들을 형성하는 단계는, 상기 복수의 웰 영역들 중 인접한 각 7개의 웰 영역들의 중심들이 정육각형의 중심 및 꼭지점들에 배치되도록 형성하는 단계를 포함하는 전력 반도체 소자의 제조방법.
According to claim 15,
The forming of the plurality of well regions includes forming centers of each of the 7 adjacent well regions among the plurality of well regions to be disposed at the center and vertices of a regular hexagon.
제 15 항에 있어서,
상기 복수의 소오스 영역들 내 및 상기 복수의 복수의 웰 영역들 상에, 제 2 도전형을 갖는 복수의 웰 콘택 영역들을 형성하는 단계를 더 포함하는 전력 반도체 소자의 제조방법.
According to claim 15,
The method of manufacturing a power semiconductor device further comprising forming a plurality of well contact regions having a second conductivity type in the plurality of source regions and on the plurality of well regions.
제 19항에 있어서,
상기 복수의 소오스 영역들 및 상기 복수의 웰 콘택 영역들에 연결되게 소오스 전극층을 형성하는 단계를 더 포함하는 전력 반도체 소자의 제조방법.
According to claim 19,
The method of manufacturing a power semiconductor device further comprising forming a source electrode layer to be connected to the plurality of source regions and the plurality of well contact regions.
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