KR20230134324A - Power semiconductor device and method of fabricating the same - Google Patents

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KR20230134324A
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power semiconductor
insulating layer
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KR1020220031512A
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김태양
우혁
박태영
이주환
강민기
조선형
윤성환
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현대모비스 주식회사
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Abstract

전력 반도체 소자 및 그 제조 방법이 개시된다. 본 발명의 일 측면에 따른 전력 반도체 소자는, 반도체층, 상기 반도체층 상에 증착된 에피택셜층의 표면으로부터 소정 깊이만큼 리세스되어 형성되고, 일 방향으로 신장된 적어도 하나의 트렌치, 상기 적어도 하나의 트렌치 내측의 상기 에피택셜층에 형성된 웰 영역, 상기 적어도 하나의 트렌치의 하부의 상기 반도체층에 형성된 플로팅 영역(Buried Layer), 상기 적어도 하나의 트렌치의 적어도 측벽 상에 형성된 게이트 절연층, 상기 적어도 하나의 트렌치를 매립하도록 상기 게이트 절연층 상에 형성된 적어도 하나의 게이트 전극층, 상기 웰 영역 내에 형성된 에미터 영역, 상기 적어도 하나의 트렌치의 외측 및 상기 플로팅 영역 상에 형성된 절연층, 및 상기 웰 영역 및 상기 에미터 영역에 연결되도록 상기 절연층 상에 형성된 에미터 전극층을 포함한다. A power semiconductor device and a method of manufacturing the same are disclosed. A power semiconductor device according to an aspect of the present invention is formed by recessing a semiconductor layer by a predetermined depth from the surface of an epitaxial layer deposited on the semiconductor layer, at least one trench extending in one direction, and the at least one trench. a well region formed on the epitaxial layer inside the trench, a floating region (Buried Layer) formed on the semiconductor layer below the at least one trench, a gate insulating layer formed on at least a sidewall of the at least one trench, the at least at least one gate electrode layer formed on the gate insulating layer to fill one trench, an emitter region formed in the well region, an insulating layer formed outside the at least one trench and on the floating region, and the well region, and and an emitter electrode layer formed on the insulating layer to be connected to the emitter region.

Description

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

본 발명은 전력 반도체 소자 및 그 제조 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 반도체 제조 공정능력 향상을 위한 대규모 장비투자 없이도 전력 반도체 소자의 트레이드 오프(trade off) 성능을 향상시킬 수 있도록 하는 전력 반도체 소자 및 그 제조 방법에 관한 것이다. The present invention relates to a power semiconductor device and a method of manufacturing the same, and more specifically, to a power semiconductor device that can improve the trade-off performance of the power semiconductor device without large-scale equipment investment to improve semiconductor manufacturing process capabilities, and It's about the manufacturing method.

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. 예를 들어, 전력 반도체 소자로는 절연 게이트 양극성 트랜지스터(IGBT, Insulated Gate Bipolar Transistor), 전력 모스펫(MOSFET, Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor) 등을 들 수 있다. 이러한 전력 반도체 소자는 고전압에 대한 내압 특성이 기본적으로 요구되며, 최근에는 부가적으로 고속 스위칭 동작을 요하고 있다.Power semiconductor devices are semiconductor devices that operate in high voltage and high current environments. These power semiconductor devices are used in fields that require high-power switching, such as power conversion, power converters, and inverters. For example, power semiconductor devices include an insulated gate bipolar transistor (IGBT) and a power MOSFET (metal oxide semiconductor field effect transistor). These power semiconductor devices basically require withstand voltage characteristics against high voltages, and recently, additionally require high-speed switching operations.

최근 고전력 MOSFET의 고속 스위칭(switching) 특성과 BJT(Bipolar Junction Transistor)의 대전력 특성을 겸비한 전력 반도체 소자로서, 절연 게이트 바이폴라 트랜지스터(IGBT)가 주목되고 있다. IGBT의 성능은 항복전압, 컬렉터-에미터 포화전압(Vcesat) 및 강건성 3가지의 Trade-off 특성을 가진다. 세계 각 제조사들마다 이러한 Trade-off 성능을 향상시키기 위해 노력하고 있다. Recently, the insulated gate bipolar transistor (IGBT) has been attracting attention as a power semiconductor device that combines the high-speed switching characteristics of a high-power MOSFET and the high-power characteristics of a BJT (Bipolar Junction Transistor). IGBT performance has three trade-off characteristics: breakdown voltage, collector-emitter saturation voltage (Vcesat), and robustness. Manufacturers around the world are making efforts to improve this trade-off performance.

Trade-off line을 대폭적으로 향상시키기 위해서는 IGBT를 형성하고 있는 기생 커패시턴스 성능을 향상시키는 것이 필요하다. 이는 강건성 성능을 대폭적으로 향상시키는 것에 매우 큰 효과가 있으며, 대표적으로 Gate-Collector 간 커패시턴스의 절대적인 크기를 줄이는 것이 핵심이다. 이를 위해 종래에는 에칭, 포토, 연마 등 단위 공정능력의 대폭적인 성능향상을 위한 대규모 장비투자가 필요한 단점이 있었다. In order to significantly improve the trade-off line, it is necessary to improve the performance of the parasitic capacitance forming the IGBT. This has a very significant effect in significantly improving robustness performance, and the key is to reduce the absolute size of the capacitance between Gate and Collector. To achieve this, conventional methods had the disadvantage of requiring large-scale equipment investment to significantly improve unit process capabilities such as etching, photo, and polishing.

이에, 대규모의 장비투자 없이 우수한 설계능력 만으로도 전력 반도체 소자의 성능을 결정하는 Trade-off를 향상시킬 수 있도록 하는 기술개발이 요구되고 있다. Accordingly, there is a need for technology development that can improve the trade-off that determines the performance of power semiconductor devices with only excellent design capabilities without large-scale equipment investment.

본 발명의 배경기술은 대한민국 등록특허공보 제10-2070959호(2020.01.30. 공고, 파워 소자 및 그 제조방법)에 개시되어 있다. The background technology of the present invention is disclosed in Republic of Korea Patent Publication No. 10-2070959 (2020.01.30 notice, Power device and manufacturing method thereof).

본 발명의 일 측면에 따르면, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창작된 것으로서, 반도체 제조 공정능력 향상을 위한 대규모 장비투자 없이도 전력 반도체 소자의 트레이드 오프(trade off) 성능을 향상시킬 수 있도록 하는 전력 반도체 소자 및 그 제조 방법을 제공하는데 그 목적이 있다. According to one aspect of the present invention, the present invention was created to solve the above problems, so as to improve the trade-off performance of power semiconductor devices without large-scale equipment investment to improve semiconductor manufacturing process capabilities. The purpose is to provide a power semiconductor device and a manufacturing method thereof.

본 발명의 다른 목적은 전력 반도체 소자 구조적 특징으로 인해 발생 가능한 비이상적 동작(예컨대, 네거티브 게이트 차징 현상 등)을 최소화할 수 있도록 하는 전력 반도체 소자 및 그 제조 방법을 제공하는 것이다. Another object of the present invention is to provide a power semiconductor device and a manufacturing method thereof that can minimize non-ideal operations (eg, negative gate charging phenomenon, etc.) that may occur due to structural characteristics of the power semiconductor device.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 과제(들)로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제(들)은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The problem to be solved by the present invention is not limited to the problem(s) mentioned above, and other problem(s) not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the description below.

본 발명의 일 측면에 따른 전력 반도체 소자는, 반도체층, 상기 반도체층 상에 증착된 에피택셜층의 표면으로부터 소정 깊이만큼 리세스되어 형성되고, 일 방향으로 신장된 적어도 하나의 트렌치, 상기 적어도 하나의 트렌치 내측의 상기 에피택셜층에 형성된 웰 영역, 상기 적어도 하나의 트렌치의 하부의 상기 반도체층에 형성된 플로팅 영역(Buried Layer), 상기 적어도 하나의 트렌치의 적어도 측벽 상에 형성된 게이트 절연층, 상기 적어도 하나의 트렌치를 매립하도록 상기 게이트 절연층 상에 형성된 적어도 하나의 게이트 전극층, 상기 웰 영역 내에 형성된 에미터 영역, 상기 적어도 하나의 트렌치의 외측 및 상기 플로팅 영역 상에 형성된 절연층, 및 상기 웰 영역 및 상기 에미터 영역에 연결되도록 상기 절연층 상에 형성된 에미터 전극층을 포함한다. A power semiconductor device according to an aspect of the present invention is formed by recessing a semiconductor layer by a predetermined depth from the surface of an epitaxial layer deposited on the semiconductor layer, at least one trench extending in one direction, and the at least one trench. a well region formed on the epitaxial layer inside the trench, a floating region (Buried Layer) formed on the semiconductor layer below the at least one trench, a gate insulating layer formed on at least a sidewall of the at least one trench, the at least at least one gate electrode layer formed on the gate insulating layer to fill one trench, an emitter region formed in the well region, an insulating layer formed outside the at least one trench and on the floating region, and the well region, and and an emitter electrode layer formed on the insulating layer to be connected to the emitter region.

본 발명에서 상기 게이트 절연층은, 상기 적어도 하나의 트렌치의 바닥 및 상기 게이트 전극층 사이의 제1 부분, 및 상기 웰 영역과 상기 게이트 전극층 사이의 제2 부분을 포함하고, 상기 제1 부분의 두께는 상기 제2 부분의 두께보다 두꺼울 수 있다. In the present invention, the gate insulating layer includes a first portion between the bottom of the at least one trench and the gate electrode layer, and a second portion between the well region and the gate electrode layer, and the thickness of the first portion is It may be thicker than the thickness of the second portion.

본 발명에서 상기 제1 부분은, 가운데가 볼록한 W 형태의 두께를 가질 수 있다. In the present invention, the first part may have a W-shaped thickness with a convex center.

본 발명에서 상기 반도체층 및 상기 에미터 영역은 제 1 도전형의 불순물로 도핑되고, 상기 웰 영역 및 상기 플로팅 영역은 상기 제 1 도전형의 반대인 제 2 도전형의 불순물로 도핑될 수 있다. In the present invention, the semiconductor layer and the emitter region may be doped with an impurity of a first conductivity type, and the well region and the floating region may be doped with an impurity of a second conductivity type opposite to the first conductivity type.

본 발명의 다른 측면에 따른 전력 반도체 소자의 제조 방법은, 반도체층 상에 에피택셜층을 증착한 후, 상기 증착된 에피택셜층의 표면으로부터 소정 깊이만큼 리세스되어 형성되고, 일 방향으로 신장된 적어도 하나의 트렌치를 형성하는 단계, 상기 적어도 하나의 트렌치의 내측의 상기 에피택셜층에 웰 영역을 형성하는 단계, 상기 적어도 하나의 트렌치의 외측의 상기 반도체층에 플로팅 영역을 형성하는 단계, 상기 적어도 하나의 트렌치의 적어도 측벽 상에 게이트 절연층을 형성하는 단계, 상기 적어도 하나의 트렌치의 내부의 상기 게이트 절연층 상에 적어도 하나의 게이트 전극층을 형성하는 단계, 상기 적어도 하나의 트렌치의 외측 및 상기 플로팅 영역 상에 절연층을 형성하는 단계를 포함한다. A method of manufacturing a power semiconductor device according to another aspect of the present invention includes depositing an epitaxial layer on a semiconductor layer, forming a recess by a predetermined depth from the surface of the deposited epitaxial layer, and extending in one direction. forming at least one trench, forming a well region in the epitaxial layer inside the at least one trench, forming a floating region in the semiconductor layer outside the at least one trench, forming a gate insulating layer on at least a sidewall of the one trench, forming at least one gate electrode layer on the gate insulating layer inside the at least one trench, outside the at least one trench and the floating and forming an insulating layer on the area.

본 발명은 상기 웰 영역 내 에미터 영역을 형성하는 단계, 및 상기 웰 영역 및 상기 에미터 영역에 연결되도록 상기 절연층 상에 에미터 전극층을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다. The present invention may further include forming an emitter region in the well region, and forming an emitter electrode layer on the insulating layer to be connected to the well region and the emitter region.

본 발명은 상기 게이트 절연층을 형성하는 단계에서, 상기 게이트 절연층은, 상기 적어도 하나의 트렌치의 바닥 및 상기 게이트 전극층 사이의 제1 부분, 및 상기 웰 영역과 상기 게이트 전극층 사이의 제2 부분을 포함하고, 상기 제1 부분의 두께는 상기 제2 부분의 두께보다 두꺼울 수 있다. In the present invention, in the step of forming the gate insulating layer, the gate insulating layer includes a first portion between the bottom of the at least one trench and the gate electrode layer, and a second portion between the well region and the gate electrode layer. Including, the thickness of the first part may be thicker than the thickness of the second part.

본 발명에서 상기 제1 부분은, 가운데가 볼록한 W 형태의 두께를 가질 수 있다. In the present invention, the first part may have a W-shaped thickness with a convex center.

본 발명에서 상기 반도체층 및 상기 에미터 영역은 제 1 도전형의 불순물로 도핑되고, 상기 웰 영역 및 상기 플로팅 영역은 상기 제 1 도전형의 반대인 제 2 도전형의 불순물로 도핑될 수 있다. In the present invention, the semiconductor layer and the emitter region may be doped with an impurity of a first conductivity type, and the well region and the floating region may be doped with an impurity of a second conductivity type opposite to the first conductivity type.

본 발명의 일 측면에 따른 전력 반도체 소자 및 그 제조 방법은, 반도체층에 플로팅 영역을 형성함으로써, 최대 전기장 위치를 제어할 수 있고, 이로 인해 항복 전압 성능을 향상시킬 수 있어 VCESAT 특성을 향상시킬 수 있다. The power semiconductor device and its manufacturing method according to one aspect of the present invention can control the maximum electric field position by forming a floating region in the semiconductor layer, thereby improving breakdown voltage performance and improving V CESAT characteristics. You can.

본 발명의 다른 측면에 따른 전력 반도체 소자 및 그 제조 방법은, 플로팅 영역 형성의 경우 에칭, 포토 및 연마 등의 대규모 장비 투자가 아닌 Top layer에 Silicon 에피택셜층(EPI layer)을 증착하는 방법을 사용함으로써, 일반적인 임플란트 장비로는 형성하기 어려운 깊이까지 졍선(junction) 형성이 가능하다. The power semiconductor device and its manufacturing method according to another aspect of the present invention use a method of depositing a silicon epitaxial layer (EPI layer) on the top layer rather than investing in large-scale equipment such as etching, photo, and polishing in the case of forming a floating region. By doing so, it is possible to form a junction to a depth that is difficult to form with general implant equipment.

본 발명의 또 다른 측면에 따른 전력 반도체 소자 및 그 제조 방법은, 반도체층 상에 절연층 및 트렌치로 구성된 side Wall 구조를 형성함으로써, 제어 불가능한 영역의 피드백 영향을 대폭 감소하였으며 Self Align을 통해 추가적인 Gate Poly 마스크를 사용하지 않아 원가 절감이 가능하다.The power semiconductor device and its manufacturing method according to another aspect of the present invention significantly reduce the feedback influence of uncontrollable areas by forming a side wall structure composed of an insulating layer and a trench on the semiconductor layer, and additional gates are created through self-alignment. Cost savings are possible by not using poly masks.

본 발명의 또 다른 측면에 따른 전력 반도체 소자 및 그 제조 방법은, 전기장에 취약한 트렌치 하부를 두껍게 형성함으로써, 전기장에 대한 산화물(Oxide) 안전 마진을 확보할 수 있다. The power semiconductor device and its manufacturing method according to another aspect of the present invention can secure an oxide safety margin against electric fields by forming a thick lower part of the trench, which is vulnerable to electric fields.

한편, 본 발명의 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 이하에서 설명할 내용으로부터 통상의 기술자에게 자명한 범위 내에서 다양한 효과들이 포함될 수 있다. Meanwhile, the effects of the present invention are not limited to the effects mentioned above, and various effects may be included within the range apparent to those skilled in the art from the contents described below.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 반도체 소자를 설명하기 위한 단면도이다.
도 2는 도 1의 전력 반도체 소자에서 A영역을 확대한 도면이다.
도 3은 도 1의 전력 반도체 소자에서 V-V면을 절취한 평면도이다.
도 4 내지 도 8는 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 반도체 소자의 제조방법을 보여주는 단면도이다.
도 9 및 도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 반도체 소자의 전기장을 설명하기 위한 도면이다.
1 is a cross-sectional view illustrating a power semiconductor device according to an embodiment of the present invention.
Figure 2 is an enlarged view of area A in the power semiconductor device of Figure 1.
Figure 3 is a plan view cut off the VV plane of the power semiconductor device of Figure 1.
4 to 8 are cross-sectional views showing a method of manufacturing a power semiconductor device according to an embodiment of the present invention.
9 and 10 are diagrams for explaining the electric field of a power semiconductor device according to an embodiment of the present invention.

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 attached drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments disclosed below, but can be implemented in various different forms. The examples below make the disclosure of the present invention complete, and provide those of ordinary skill in the art with the scope of the invention. It is provided to provide complete information. Additionally, for convenience of explanation, the size of at least some components may be exaggerated or reduced in the drawings. In the drawings, like symbols 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. 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.Unless otherwise defined, all terms used herein have the same meaning as commonly understood by a person of ordinary skill in the art. In the drawings, the sizes of layers and regions are exaggerated for illustrative purposes and thus serve to illustrate the general structures of the present invention. Identical reference signs indicate identical elements. It will be understood that when one component, such as a layer, region, or substrate, is referred to as being on another component, it may be directly on top of the other component, or other intervening components may also be present. On the other hand, when one designation is referred to as being “directly on” another, it is understood that there are no intervening structures.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 반도체 소자를 설명하기 위한 단면도, 도 2는 도 1의 전력 반도체 소자에서 A영역을 확대한 도면, 도 3은 도 1의 전력 반도체 소자에서 V-V면을 절취한 평면도이다.1 is a cross-sectional view for explaining a power semiconductor device according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is an enlarged view of area A in the power semiconductor device of FIG. 1, and FIG. 3 is a V-V plane in the power semiconductor device of FIG. 1. This is a cut floor plan.

도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 반도체 소자는 반도체층(105), 절연층(130) 및 에미터 전극층(145)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 전력 반도체 소자(100)는 절연 게이트 양극성 트랜지스터(IGBT, Insulated Gate Bipolar Transistor), 전력 모스펫(power MOSFET) 구조를 가질 수 있다.1 to 3, the power semiconductor device according to an embodiment of the present invention may include a semiconductor layer 105, an insulating layer 130, and an emitter electrode layer 145. For example, the power semiconductor device 100 may have an insulated gate bipolar transistor (IGBT) or power MOSFET structure.

반도체층(105)은 하나 또는 복수의 반도체 물질층을 지칭할 수 있으며, 예를 들어, 반도체 기판의 일부 및/또는 하나 또는 다층의 에피택셜층(epitaxial layer)을 지칭할 수도 있다. 나아가, 반도체층(105)은 반도체 기판 상의 하나 또는 다층의 에피택셜층을 지칭할 수도 있다.The semiconductor layer 105 may refer to one or more semiconductor material layers, for example, a portion of a semiconductor substrate and/or one or multiple epitaxial layers. Furthermore, the semiconductor layer 105 may refer to one or multiple epitaxial layers on a semiconductor substrate.

예를 들어, 반도체층(105)은 실리콘 카바이드(silicon carbide, SiC)로 구성될 수 있다. 보다 구체적으로, 반도체층(105)은 적어도 하나의 실리콘 카바이드의 에피택셜층을 포함할 수 있다. 실리콘 카바이드(SiC)는 실리콘에 비해 밴드갭이 넓어, 실리콘에 비해서 고온에서도 안정성을 유지할 수 있다. 나아가, 실리콘 카바이드는 절연 파계 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 갖고, 고온에서도 안정적인 동작 특성을 나타낼 수 있다.For example, the semiconductor layer 105 may be made of silicon carbide (SiC). More specifically, the semiconductor layer 105 may include at least one epitaxial layer of silicon carbide. Silicon carbide (SiC) has a wider bandgap than silicon, so it can maintain stability even at higher temperatures than silicon. Furthermore, silicon carbide has a much higher insulating wave field than silicon, so it can operate stably even at high voltages. Therefore, the power semiconductor device 100 using silicon carbide as the semiconductor layer 105 has a higher breakdown voltage compared to the case using silicon, has excellent heat dissipation characteristics, and can exhibit stable operating characteristics even at high temperatures.

보다 구체적으로 보면, 반도체층(105)은 드리프트 영역(drift region, 107)을 포함할 수 있다. 드리프트 영역(107)은 제1 도전형을 가질 수 있고, 반도체층(105)의 일부에 제1 도전형의 불순물을 주입하여 형성될 수 있다. 예컨대, 드리프트 영역(107)은 제1 도전형의 불순물을 실리콘 카바이드의 제1 에피택셜층에 도핑하여 형성될 수 있다.More specifically, the semiconductor layer 105 may include a drift region (107). The drift region 107 may have a first conductivity type and may be formed by injecting an impurity of the first conductivity type into a portion of the semiconductor layer 105. For example, the drift region 107 may be formed by doping an impurity of the first conductivity type into the first epitaxial layer of silicon carbide.

반도체층(105)의 제1 에피택셜층(미도시) 상에 제2 에피택셜층(미도시)을 증착하고, 제2 에피택셜층 내에 웰 영역(well region, 110)을 형성하고, 웰 영역(110) 내에 에미터 영역(112)을 형성할 수 있다. 이때, 제1 에피택셜층 및 제2 에피택셜층은 SiC 에피택셜층으로 제공될 수 있다. 웰 영역(110)은 제2 에피택셜층 내에 제2 도전형의 불순물을 도핑하여 형성하고, 에미터 영역(112)은 웰 영역(110) 내에 제1 도전형의 불순물을 도핑하여 형성할 수 있다.A second epitaxial layer (not shown) is deposited on the first epitaxial layer (not shown) of the semiconductor layer 105, a well region (110) is formed in the second epitaxial layer, and the well region (110) is deposited on the first epitaxial layer (not shown) of the semiconductor layer 105. An emitter area 112 may be formed within (110). At this time, the first epitaxial layer and the second epitaxial layer may be provided as SiC epitaxial layers. The well region 110 may be formed by doping an impurity of a second conductivity type into the second epitaxial layer, and the emitter region 112 may be formed by doping an impurity of a first conductivity type into the well region 110. .

웰 영역(110)은 반도체층(105)에 드리프트 영역(107)에 접하도록 형성되고, 제2 도전형을 가질 수 있다. 예를 들어, 웰 영역(110)은 드리프트 영역(107) 내에 제1 도전형의 반대인 제2 도전형의 불순물을 도핑하여 형성될 수 있다. 웰 영역(110)은 드리프트 영역(107) 상단에 임플란트(IMP) 후, 추가적으로 제2 도전형의 불순물을 증착하여 형성될 수 있다. 웰 영역(110)은 드리프트 영역(107)의 적어도 일부분을 둘러싸도록 형성될 수 있다. The well region 110 is formed in the semiconductor layer 105 to be in contact with the drift region 107 and may have a second conductivity type. For example, the well region 110 may be formed by doping the drift region 107 with an impurity of a second conductivity type that is opposite to the first conductivity type. The well region 110 may be formed by implanting (IMP) the top of the drift region 107 and then additionally depositing impurities of the second conductivity type. The well area 110 may be formed to surround at least a portion of the drift area 107 .

에미터 영역(112)은 웰 영역(110) 내에 형성되고, 제1 도전형을 가질 수 있다. 예를 들어, 에미터 영역(112)은 웰 영역(110)에 제1 도전형의 불순물을 도핑하여 형성될 수 있다. 에미터 영역(112)은 드리프트 영역(107)보다 제1 도전형의 불순물이 보다 고농도로 도핑되어 형성될 수 있다. 에미터 영역(112)은 소오스 영역(source region)으로 불릴 수도 있다.The emitter region 112 is formed in the well region 110 and may have a first conductivity type. For example, the emitter region 112 may be formed by doping the well region 110 with an impurity of the first conductivity type. The emitter region 112 may be formed by doping a higher concentration of impurities of the first conductivity type than the drift region 107 . The emitter region 112 may also be called a source region.

반도체층(105)은 게이트 전극층(120) 사이에서 게이트 전극층(120) 하부로 이어지는 부분에 플로팅 영역(125)을 더 포함할 수 있다. 플로팅 영역(125)은 게이트 전극층(120)의 바닥보다 더 깊이 형성될 수 있다. 플로팅 영역(125)은 전력 반도체 트랜지스터들(PT)의 인접한 둘 사이에서 웰 영역(110) 반대편의 반도체층(105)에 형성될 수 있다. 따라서, 단면 상에서 볼 때, 게이트 전극들(120) 사이에는 웰 영역(110)과 플로팅 영역(125)이 번갈아 가며 형성될 수 있다.The semiconductor layer 105 may further include a floating area 125 in a portion extending between the gate electrode layers 120 and below the gate electrode layer 120 . The floating area 125 may be formed deeper than the bottom of the gate electrode layer 120. The floating region 125 may be formed in the semiconductor layer 105 opposite the well region 110 between two adjacent power semiconductor transistors PT. Accordingly, when viewed in cross section, well regions 110 and floating regions 125 may be formed alternately between the gate electrodes 120 .

예를 들어, 드리프트 영역(107) 및 에미터 영역(112)은 제1 도전형을 갖고, 웰 영역(110) 및 플로팅 영역(125)은 제2 도전형을 가질 수 있다. 제1 도전형 및 제2 도전형은 서로 반대의 도전형을 가지되 n형 및 p형 중 각각 어느 하나일 수 있다. 예를 들어, 제1 도전형이 n형이면 제2 도전형은 p형이고, 그 반대일 수도 있다.For example, the drift region 107 and the emitter region 112 may have a first conductivity type, and the well region 110 and the floating region 125 may have a second conductivity type. The first conductivity type and the second conductivity type have opposite conductivity types and may be either n-type or p-type, respectively. For example, if the first conductivity type is n-type, the second conductivity type is p-type, and vice versa.

드리프트 영역(107)은 제1 도전형의 에피택셜층으로 제공될 수 있고, 웰 영역(110)은 이러한 에피택셜층에 제2 도전형의 불순물을 도핑하거나 또는 제 2 도전형의 에피택셜층으로 형성할 수 있다. 에미터 영역(112)은 웰 영역(110) 내에 제 1 도전형의 불순물을 도핑하거나 또는 제 1 도전형의 에피택셜층을 부가적으로 형성하여 형성할 수 있다.The drift region 107 may be provided as an epitaxial layer of a first conductivity type, and the well region 110 may be provided by doping impurities of a second conductivity type into this epitaxial layer or doping the epitaxial layer with an epitaxial layer of a second conductivity type. can be formed. The emitter region 112 may be formed by doping impurities of the first conductivity type into the well region 110 or by additionally forming an epitaxial layer of the first conductivity type.

나아가, 전력 반도체 소자(100)가 IGBT인 경우, 컬렉터 영역(미도시)이 드리프트 영역(107) 아래에 형성되고, 컬렉터 전극층(미도시)이 컬렉터 영역에 연결되도록 컬렉터 영역 아래에 제공될 수 있다. 예를 들어, 컬렉터 영역은 드리프트 영역(107) 아래에 제2 도전형을 갖는 에피택셜층으로 제공될 수 있다.Furthermore, when the power semiconductor device 100 is an IGBT, a collector region (not shown) is formed below the drift region 107, and a collector electrode layer (not shown) may be provided below the collector region to be connected to the collector region. . For example, the collector region may be provided with an epitaxial layer having a second conductivity type beneath the drift region 107 .

적어도 하나의 트렌치(116)는 제2 에피택셜층(104)의 표면으로부터 소정 깊이만큼 리세스되어 형성될 수 있다. 예를 들어, 트렌치(116)는 일 방향을 따라서 반도체층(105)에 접하도록 형성될 수 있다. 트렌치(116)는 일 방향으로 신장되고, 일 방향에 수직한 방향으로 이격되어 나란하게 배치될 수 있다. 트렌치(116)는 평면 상에서 볼 때 닫힌 루프(closed loop)를 형성할 수 있다. 루프는 도넛 형상, 사각 형상 등 다양한 형상을 가질 수 있다.At least one trench 116 may be formed by recessing a predetermined depth from the surface of the second epitaxial layer 104. For example, the trench 116 may be formed to contact the semiconductor layer 105 along one direction. The trenches 116 may extend in one direction and may be arranged side by side and spaced apart in a direction perpendicular to one direction. The trench 116 may form a closed loop when viewed in plan. The loop may have various shapes, such as a donut shape or a square shape.

트렌치(116)의 수는 전력 반도체 소자(100)의 성능에 따라 적절하게 선택될 수 있고 이 실시예의 범위를 제한하지 않는다. The number of trenches 116 may be appropriately selected depending on the performance of the power semiconductor device 100 and does not limit the scope of this embodiment.

이러한 구조에 따르면, 웰 영역(110)은 트렌치(116)의 내측의 제2 에피택셜층에 형성되고, 플로팅 영역(125)은 트렌치(116) 하부의 반도체층(105)에 형성될 수 있다.According to this structure, the well region 110 may be formed in the second epitaxial layer inside the trench 116, and the floating region 125 may be formed in the semiconductor layer 105 below the trench 116.

게이트 절연층(118)은 적어도 하나의 트렌치(116)의 측벽 상에 형성될 수 있다. 예를 들어, 게이트 절연층(118)은 트렌치(116) 내표면 상에 형성될 수 있다.Gate insulating layer 118 may be formed on the sidewall of at least one trench 116 . For example, the gate insulating layer 118 may be formed on the inner surface of the trench 116.

게이트 절연층(118)은 트렌치(116)의 바닥 및 내벽 상에 형성될 수 있다. 예를 들어, 게이트 절연층(118)은 트렌치(116)의 바닥으로부터 제1 두께로 형성된 제 1 부분(118a) 및 트렌치(116)의 내벽 상에 제2 두께로 형성된 제 2 부분(118b)을 포함할 수 있다.Gate insulating layer 118 may be formed on the bottom and inner wall of trench 116. For example, the gate insulating layer 118 includes a first portion 118a formed to a first thickness from the bottom of the trench 116 and a second portion 118b formed to a second thickness on the inner wall of the trench 116. It can be included.

예를 들어, 제1 부분(118a)은 트렌치(116)의 바닥으로부터 제1 두께로 트렌치(116)를 부분적으로 매립하는 형태로 형성될 수 있다. 이때, 제1 부분(118a)은 가운데가 볼록한 W 형태의 두께를 가질 수 있다. 제2 부분(118b)은 실질적으로 제1 부분(118a) 상에 형성될 수 있고, 트렌치(116)의 측벽 상에 형성될 수 있다. 이에 따라, 제2 부분(118b)의 제2 두께는 제1 부분(118a)의 제1 두께보다 작을 수 있다. 예를 들어, 제2 두께는 제 1 두께보다 1/5 내지 1/30 범위일 수 있다.For example, the first portion 118a may be formed to partially fill the trench 116 from the bottom of the trench 116 to a first thickness. At this time, the first part 118a may have a W-shaped thickness with a convex center. The second portion 118b may be formed substantially on the first portion 118a and may be formed on the sidewalls of the trench 116 . Accordingly, the second thickness of the second part 118b may be smaller than the first thickness of the first part 118a. For example, the second thickness may range from 1/5 to 1/30 of the first thickness.

이러한 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.The gate insulating layer 118 may include an insulating material such as silicon oxide, silicon carbide oxide, silicon nitride, hafnium oxide, zirconium oxide, or aluminum oxide, or may include a stacked structure thereof.

이와 같이, 트렌치(116)의 바닥 부분에 게이트 절연층(118)의 제1 부분(118a)을 제2 부분(118b)보다 두껍게 형성함으로써, 전력 반도체 소자(100)의 동작 시 트렌치(116)의 바닥 부분에서 전계가 집중되는 것을 완화할 수 있다.In this way, by forming the first part 118a of the gate insulating layer 118 at the bottom of the trench 116 to be thicker than the second part 118b, the trench 116 is formed when the power semiconductor device 100 is operated. Concentration of electric fields at the bottom can be alleviated.

게이트 전극층(120)은 제2 에피택셜층에 형성된 적어도 하나의 트렌치를 매립하도록 게이트 절연층(118) 상에 형성될 수 있다. 이처럼 복수의 게이트 전극층(120)은 트렌치(116) 내부를 채우도록 게이트 절연층(118) 상에 형성될 수 있다. 이에 따라, 게이트 전극층(120)은 트렌치 타입으로 제2 에피택셜층 내에 형성되고, 트렌치들(116)과 마찬가지로 일 방향으로 나란하게 신장되게 배치될 수 있다.The gate electrode layer 120 may be formed on the gate insulating layer 118 to fill at least one trench formed in the second epitaxial layer. In this way, a plurality of gate electrode layers 120 may be formed on the gate insulating layer 118 to fill the inside of the trench 116. Accordingly, the gate electrode layer 120 may be formed in the second epitaxial layer as a trench type, and may be arranged to extend parallel to one direction like the trenches 116 .

절연층(130)은 적어도 하나의 트렌치의 외측 및 플로팅 영역(125) 상에 형성될 수 있다. 예를 들어, 절연층(130)은 적절한 절연물, 예컨대 산화층, 질화층 또는 이들의 적층 구조를 포함할 수 있다.The insulating layer 130 may be formed outside of at least one trench and on the floating area 125. For example, the insulating layer 130 may include an appropriate insulating material, such as an oxide layer, a nitride layer, or a stacked structure thereof.

에미터 전극층(145)은 웰 영역(110) 및 절연층(130) 상에 형성되고, 에미터 영역(112) 및 웰 영역(110)에 연결되게 형성될 수 있다. 반도체층(105) 및 에미터 전극층(145) 사이에는 절연층(130)이 개재될 수 있다.The emitter electrode layer 145 may be formed on the well region 110 and the insulating layer 130 and connected to the emitter region 112 and the well region 110. An insulating layer 130 may be interposed between the semiconductor layer 105 and the emitter electrode layer 145.

에미터 전극층(145)은 절연층(130) 상에 형성되고, 에미터 영역(112)에 연결될 수 있다. 예를 들어, 에미터 전극층(145)은 적절한 도전물, 금속 등으로 형성될 수 있다. 즉, 에미터 전극층(145)은 절연층(130) 상에 도전층, 예컨대 금속층을 형성한 후, 이를 패터닝하여 형성할 수 있다.The emitter electrode layer 145 may be formed on the insulating layer 130 and connected to the emitter region 112 . For example, the emitter electrode layer 145 may be formed of an appropriate conductive material, metal, etc. That is, the emitter electrode layer 145 can be formed by forming a conductive layer, for example, a metal layer, on the insulating layer 130 and then patterning it.

본 발명의 실시예에 따르면, 플로팅 영역(125)으로 인해 인해 E Field의 Peak가 에피택셜층 하단에 형성되어 게이트 전극층(120) 하부에 집중되는 전계로부터 보호할 수 있다. 또한, 플로팅 영역(125)의 Charge Sharing을 통해 동일한 에피택셜층 길이에서 더 높은 임계전압 성능을 구현할 수 있다. According to an embodiment of the present invention, the peak of the E field is formed at the bottom of the epitaxial layer due to the floating area 125, thereby protecting the gate electrode layer 120 from the electric field concentrated at the bottom. Additionally, higher threshold voltage performance can be achieved at the same epitaxial layer length through charge sharing of the floating region 125.

또한, 전력 반도체 소자를 구성하는 기생 Capacitance 비율 CGE/CGC이 높아야 전력 반도체 소자는 보다 안정적으로 동작할 수 있다. 이에, 본 발명은 반도체층(105) 및 에미터 전극층(145) 사이에 절연층(130)을 형성하고, 게이트 절연층(118)의 제1 부분(118a)이 가운데가 볼록한 W 형태의 두께를 가지므로, 게이트-컬렉터 커패시턴스(CGC)를 최소화할 수 있다. 또한, 제1 부분(118a)의 가운데가 볼록한 W 형태의 두께를 가지는 게이트 절연층(118)은 높은 전계로 인한 게이트 절연 파괴를 보호할 수 있다. In addition, the parasitic capacitance ratio C GE /C GC constituting the power semiconductor device must be high for the power semiconductor device to operate more stably. Accordingly, in the present invention, an insulating layer 130 is formed between the semiconductor layer 105 and the emitter electrode layer 145, and the first part 118a of the gate insulating layer 118 has a W-shaped thickness with a convex center. Therefore, the gate-collector capacitance (C GC ) can be minimized. Additionally, the gate insulating layer 118 having a W-shaped thickness with a convex center in the first portion 118a can protect the gate insulation from destruction due to a high electric field.

또한, 본 발명에 따른 전력 반도체 소자는 스위칭 동작 중 C-E 간 전압 변화에 의한 네거티브 게이트 차징(NGC) 영향을 최소화할 수 있다. 예를 들면, IDisplacement = CGC*(dvce/dt)로 영향이 있지만, 본 발명에 따른 전력 반도체 소자의 경우, 트렌치 하부 영역에서 CGC를 형성하는 부분의 두께가 종래 구조 대비 두꺼워 NGC 영향을 감소시킬 수 있다. In addition, the power semiconductor device according to the present invention can minimize the impact of negative gate charging (NGC) due to voltage changes between CEs during switching operations. For example, there is an effect as I Displacement = C GC *(dv ce /dt), but in the case of the power semiconductor device according to the present invention, the thickness of the part forming C GC in the lower region of the trench is thicker than the conventional structure, so NGC is affected. can be reduced.

본 발명의 실시예에서, 트렌치(116), 게이트 전극층(120) 및 에미터 전극층(145)의 수는 전력 반도체 소자(100)의 동작 사양에 따라서 적절하게 선택될 수 있고 이 실시예의 범위를 제한하지 않는다.In an embodiment of the present invention, the number of trenches 116, gate electrode layer 120, and emitter electrode layer 145 may be appropriately selected according to the operating specifications of the power semiconductor device 100 and does not limit the scope of this embodiment. I never do that.

전술한 설명들은 전력 반도체 소자가 IGBT인 경우를 상정하여 설명하였지만, 전력 모스펫에도 그대로 적용될 수 있다. 예를 들어, 전력 모스펫에서는 컬렉터 영역)이 없고 컬렉터 전극 대신에 드레인 전극이 배치될 수 있다.The above descriptions were made assuming that the power semiconductor device is an IGBT, but can also be applied to a power MOSFET. For example, in a power MOSFET, there is no collector region and a drain electrode may be placed instead of the collector electrode.

도 4 내지 도 8는 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 반도체 소자의 제조방법을 보여주는 단면도, 도 9 및 도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 반도체 소자의 전기장을 설명하기 위한 도면이다. Figures 4 to 8 are cross-sectional views showing a method of manufacturing a power semiconductor device according to an embodiment of the present invention, and Figures 9 and 10 are diagrams for explaining the electric field of the power semiconductor device according to an embodiment of the present invention.

도 4를 참조하면, 실리콘 카바이드(SiC)의 반도체층(105)에 제1 도전형을 갖는 드리프트 영역(107)을 형성할 수 있다. 예를 들어, 드리프트 영역(107)은 제1 도전형을 갖는 컬렉터 영역(미도시) 상에 형성될 수 있다. 일부 실시예에서, 컬렉터 영역(미도시)은 제1 도전형의 기판으로 제공되고, 드리프트 영역(107)은 이러한 기판 상에 하나 또는 그 이상의 에피택셜층으로 형성될 수 있다.Referring to FIG. 4, a drift region 107 having a first conductivity type may be formed in the semiconductor layer 105 of silicon carbide (SiC). For example, the drift region 107 may be formed on a collector region (not shown) having a first conductivity type. In some embodiments, the collector region (not shown) is provided with a substrate of a first conductivity type, and the drift region 107 may be formed with one or more epitaxial layers on this substrate.

이어서, 도 5에 도시된 바와 같이, 제1 에피택셜층 상에 제2 에피택셜층을 형성하고, 확산 열처리를 수행할 수 있다. 제1 에피택셜층 상에 제2 에피택셜층을 형성할 수 있다. 예를 들어, 제1 에피택셜층 및 제2 에피택셜층은 SiC 에피택셜층으로 제공될 수 있다. 이어서, 제2 에피택셜층 내에 웰 영역(110)을 형성하고, 웰 영역(110) 내에 에미터 영역(112)을 형성할 수 있다. 예를 들어, 웰 영역(110)은 제2 에피택셜층 내에 제2 도전형의 불순물을 도핑하여 형성하고, 에미터 영역(112)은 웰 영역(110) 내에 제1 도전형의 불순물을 도핑하여 형성할 수 있다.Next, as shown in FIG. 5, a second epitaxial layer may be formed on the first epitaxial layer, and diffusion heat treatment may be performed. A second epitaxial layer may be formed on the first epitaxial layer. For example, the first epitaxial layer and the second epitaxial layer may be provided as SiC epitaxial layers. Next, a well region 110 may be formed in the second epitaxial layer, and an emitter region 112 may be formed in the well region 110. For example, the well region 110 is formed by doping impurities of a second conductivity type into the second epitaxial layer, and the emitter region 112 is formed by doping impurities of a first conductivity type into the well region 110. can be formed.

예를 들어, 제1 도전형이 n형이고, 제2 도전형이 p형인 경우, 제1 에피택셜층 및 제2 에피택셜층은 No 도핑 레벨을 갖고, 및 웰 영역(110)은 Po 도핑 레벨을 갖고, 에미터 영역(112)은 N+ 도핑 레벨을 가질 수 있다.For example, when the first conductivity type is n-type and the second conductivity type is p-type, the first epitaxial layer and the second epitaxial layer have a No doping level, and the well region 110 has a Po doping level. and the emitter region 112 may have an N+ doping level.

이어서, 제2 에피택셜층의 표면으로부터 제2 에피택셜층 내부로 소정 깊이만큼 리세스 되게 적어도 하나의 트렌치(116)를 형성하여, 트렌치(116)의 일측의 제2 에피택셜층에 웰 영역(110)을 한정하고, 트렌치(116)의 타측의 반도체층(105)에 플로팅 영역(125)을 한정할 수 있다. 에미터 영역(112)은 웰 영역(110) 내에 한정될 수 있다.Subsequently, at least one trench 116 is formed to be recessed by a predetermined depth from the surface of the second epitaxial layer to the inside of the second epitaxial layer, and a well region (well region) is formed in the second epitaxial layer on one side of the trench 116. 110), and the floating area 125 may be defined in the semiconductor layer 105 on the other side of the trench 116. Emitter region 112 may be defined within well region 110 .

즉, 제 2 에피택셜층 상에 포토레지스트 패턴을 형성할 수 있다. 예를 들어, 포토레지스트 패턴은 포토리소그래피 기술을 이용하여 형성할 수 있다. 이어서, 포토레지스트 패턴을 식각보호막으로 하여, 제2 에피택셜층을 소정 깊이로 형성하여 제2 폭을 갖는 트렌치를 형성할 수 있다. 이때, 트렌치(116)는 닫힌 루프 형태를 갖고, 웰 영역(110)은 트렌치(116)의 내측의 제2에피택셜층에 형성하고, 플로팅 영역(125)은 트렌치(116)의 외측의 반도체층(105)에 형성할 수 있다.That is, a photoresist pattern can be formed on the second epitaxial layer. For example, a photoresist pattern can be formed using photolithography technology. Next, using the photoresist pattern as an etch protection film, a second epitaxial layer can be formed to a predetermined depth to form a trench having a second width. At this time, the trench 116 has a closed loop shape, the well region 110 is formed in the second epitaxial layer inside the trench 116, and the floating region 125 is formed in the semiconductor layer outside the trench 116. It can be formed at (105).

예를 들어, 트렌치(116)는 웰 영역(110)이 형성된 제2 에피택셜층에 포토리소그래피 기술을 이용하여 포토레지스트 패턴을 형성하고, 이 포토레지스트 패턴을 식각 보호막으로 하여 제2 에피택셜층을 식각하여 형성될 수 있다.For example, the trench 116 forms a photoresist pattern using photolithography technology on the second epitaxial layer in which the well region 110 is formed, and uses this photoresist pattern as an etch protection film to form the second epitaxial layer. It can be formed by etching.

본 실시예에서는 웰 영역(110)을 형성한 후에 트렌치(116)를 형성하는 것으로 설명하였으나, 트렌치(116)를 형성한 후에 웰 영역(110)을 형성할 수도 있다. In this embodiment, it has been described that the trench 116 is formed after forming the well region 110, but the well region 110 may also be formed after forming the trench 116.

이어서, 도 6에 도시된 바와 같이 트렌치(116)의 적어도 측벽 상에 트렌치의 내부를 채우는 게이트 절연층(118)을 형성하고, 트렌치(116)의 내부의 게이트 절연층(118) 상에 트렌치를 매립하도록 게이트 전극층(120)을 형성할 수 있다. 게이트 전극층(120)은 트렌치 타입으로 제2 에피택셜층 내에 형성되고, 트렌치들(116)과 마찬가지로 일 방향으로 나란하게 신장되게 배치될 수 있다. 게이트 전극층(120)은 금속 또는 도핑된 폴리실리콘을 포함할 수 있다.Next, as shown in FIG. 6, a gate insulating layer 118 filling the inside of the trench is formed on at least the sidewalls of the trench 116, and a trench is formed on the gate insulating layer 118 inside the trench 116. The gate electrode layer 120 may be formed to bury the gate electrode layer 120. The gate electrode layer 120 is formed as a trench type in the second epitaxial layer, and, like the trenches 116, may be arranged to extend parallel to one direction. The gate electrode layer 120 may include metal or doped polysilicon.

이어서, 도 7에 도시된 바와 같이 절연층(130)을 형성하고, 도 8에 도시된 바와 같이 에미터 영역(112)에 연결되도록 절연층(130) 상에 에미터 전극층(145)을 형성할 수 있다. 이때, 절연층(130)은 트렌치의 외측 및 플로팅 영역(125) 상에 형성될 수 있다. 절연층(130)은 절연을 위해 유전율 산화물(Dielectric Oxide)를 증착 후 패터닝하여 형성할 수 있다. 에미터 전극층(145)은 절연층(130) 상에 에미터 영역(112) 및 웰 영역(110)에 연결되게 형성될 수 있다. 이때, 에미터 전극층(145)은 절연층(130) 상에 도전층, 예컨대 금속층을 형성한 후, 이를 패터닝하여 형성할 수 있다.Next, an insulating layer 130 is formed as shown in FIG. 7, and an emitter electrode layer 145 is formed on the insulating layer 130 to be connected to the emitter region 112 as shown in FIG. 8. You can. At this time, the insulating layer 130 may be formed outside the trench and on the floating area 125. The insulating layer 130 can be formed by depositing and then patterning dielectric oxide for insulation. The emitter electrode layer 145 may be formed on the insulating layer 130 to be connected to the emitter region 112 and the well region 110. At this time, the emitter electrode layer 145 can be formed by forming a conductive layer, for example, a metal layer, on the insulating layer 130 and then patterning it.

본 발명의 실시예에 따르면, 도 9 및 도 10에 도시된 바와 같이 플로팅 영역(125)으로 인해 인해 E Field의 Peak가 에피택셜층 하단에 형성되어 게이트 전극층(120) 하부에 집중되는 전계로부터 보호할 수 있다. 또한, 플로팅 영역(125)의 Charge Sharing을 통해 동일한 에피택셜 길이에서 도 10에 도시된 바와 같이 종래의 A보다 본 발명의 B가 더 높은 임계전압 성능을 구현할 수 있다. According to an embodiment of the present invention, as shown in FIGS. 9 and 10, the peak of the E Field is formed at the bottom of the epitaxial layer due to the floating area 125 to protect from the electric field concentrated at the bottom of the gate electrode layer 120. can do. In addition, through charge sharing of the floating area 125, B of the present invention can achieve higher threshold voltage performance than A of the related art at the same epitaxial length, as shown in FIG. 10.

이와 같이, 본 발명의 일 측면에 따른 전력 반도체 소자 및 그 제조 방법은, 반도체층(105)에 플로팅 영역(125)을 형성함으로써, 최대 전기장 위치를 제어할 수 있고, 이로 인해 항복 전압 성능을 향상시킬 수 있어 VCESAT 특성을 향상시킬 수 있다. As such, the power semiconductor device and its manufacturing method according to an aspect of the present invention can control the maximum electric field position by forming the floating region 125 in the semiconductor layer 105, thereby improving breakdown voltage performance. This can improve V CESAT characteristics.

본 발명의 다른 측면에 따른 전력 반도체 소자 및 그 제조 방법은, 플로팅 영역(125) 형성의 경우 에칭, 포토 및 연마 등의 대규모 장비 투자가 아닌 Top layer에 Silicon 에피택셜층(EPI layer)을 증착하는 방법을 사용함으로써, 일반적인 임플란트 장비로는 형성하기 어려운 깊이까지 졍선(junction) 형성이 가능하다. The power semiconductor device and its manufacturing method according to another aspect of the present invention include depositing a silicon epitaxial layer (EPI layer) on the top layer rather than investing in large-scale equipment such as etching, photo, and polishing in the case of forming the floating region 125. By using the method, it is possible to form a junction to a depth that is difficult to form with general implant equipment.

본 발명의 또 다른 측면에 따른 전력 반도체 소자 및 그 제조 방법은, 반도체층 상에 절연층(130) 및 트렌치로 구성된 side Wall 구조를 형성함으로써, 제어 불가능한 영역의 피드백 영향을 대폭 감소하였으며 Self Align을 통해 추가적인 Gate Poly 마스크를 사용하지 않아 원가 절감이 가능하다.The power semiconductor device and its manufacturing method according to another aspect of the present invention significantly reduce the feedback influence of uncontrollable areas by forming a side wall structure composed of an insulating layer 130 and a trench on the semiconductor layer and enable self-alignment. It is possible to reduce costs by not using additional Gate Poly masks.

본 발명의 또 다른 측면에 따른 전력 반도체 소자 및 그 제조 방법은, 전기장에 취약한 트렌치 하부를 두껍게 형성함으로써, 전기장에 대한 산화물(Oxide) 안전 마진을 확보할 수 있다. The power semiconductor device and its manufacturing method according to another aspect of the present invention can secure an oxide safety margin against electric fields by forming a thick lower part of the trench, which is vulnerable to electric fields.

본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 하여 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며 당해 기술이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의하여 정해져야할 것이다.The present invention has been described with reference to the embodiments shown in the drawings, but these are merely illustrative, and those skilled in the art will recognize that various modifications and other equivalent embodiments can be made therefrom. You will understand. Therefore, the true technical protection scope of the present invention should be determined by the scope of the patent claims below.

105: 반도체층
107: 드리프트 영역
110: 웰 영역
112: 에미터 영역
118: 게이트 절연층
120: 게이트 전극층
125: 플로팅 영역
130: 절연층
145: 에미터 전극층
105: semiconductor layer
107: Drift area
110: well area
112: Emitter area
118: Gate insulation layer
120: Gate electrode layer
125: floating area
130: insulation layer
145: Emitter electrode layer

Claims (9)

반도체층;
상기 반도체층 상에 증착된 에피택셜층의 표면으로부터 소정 깊이만큼 리세스되어 형성되고, 일 방향으로 신장된 적어도 하나의 트렌치;
상기 적어도 하나의 트렌치 내측의 상기 에피택셜층에 형성된 웰 영역;
상기 적어도 하나의 트렌치의 하부의 상기 반도체층에 형성된 플로팅 영역(Buried Layer);
상기 적어도 하나의 트렌치의 적어도 측벽 상에 형성된 게이트 절연층;
상기 적어도 하나의 트렌치를 매립하도록 상기 게이트 절연층 상에 형성된 적어도 하나의 게이트 전극층;
상기 웰 영역 내에 형성된 에미터 영역;
상기 적어도 하나의 트렌치의 외측 및 상기 플로팅 영역 상에 형성된 절연층; 및
상기 웰 영역 및 상기 에미터 영역에 연결되도록 상기 절연층 상에 형성된 에미터 전극층;
을 포함하는, 전력 반도체 소자.
semiconductor layer;
at least one trench formed by recessing a predetermined depth from the surface of the epitaxial layer deposited on the semiconductor layer and extending in one direction;
a well region formed in the epitaxial layer inside the at least one trench;
a floating region (Buried Layer) formed in the semiconductor layer below the at least one trench;
a gate insulating layer formed on at least a sidewall of the at least one trench;
at least one gate electrode layer formed on the gate insulating layer to fill the at least one trench;
an emitter region formed within the well region;
an insulating layer formed outside the at least one trench and on the floating area; and
an emitter electrode layer formed on the insulating layer to be connected to the well region and the emitter region;
A power semiconductor device containing a.
제1항에 있어서,
상기 게이트 절연층은,
상기 적어도 하나의 트렌치의 바닥 및 상기 게이트 전극층 사이의 제1 부분, 및 상기 웰 영역과 상기 게이트 전극층 사이의 제2 부분을 포함하고,
상기 제1 부분의 두께는 상기 제2 부분의 두께보다 두꺼운 것을 특징으로 하는 전력 반도체 소자.
According to paragraph 1,
The gate insulating layer is,
a first portion between the bottom of the at least one trench and the gate electrode layer, and a second portion between the well region and the gate electrode layer,
A power semiconductor device, characterized in that the thickness of the first portion is thicker than the thickness of the second portion.
제2항에 있어서,
상기 제1 부분은,
가운데가 볼록한 W 형태의 두께를 가지는 것을 특징으로 하는 전력 반도체 소자.
According to paragraph 2,
The first part is,
A power semiconductor device characterized by having a W-shaped thickness with a convex center.
제1항에 있어서,
상기 반도체층 및 상기 에미터 영역은 제 1 도전형의 불순물로 도핑되고,
상기 웰 영역 및 상기 플로팅 영역은 상기 제 1 도전형의 반대인 제 2 도전형의 불순물로 도핑된 것을 특징으로 하는 전력 반도체 소자.
According to paragraph 1,
The semiconductor layer and the emitter region are doped with an impurity of a first conductivity type,
A power semiconductor device, wherein the well region and the floating region are doped with an impurity of a second conductivity type that is opposite to the first conductivity type.
반도체층 상에 에피택셜층을 증착한 후, 상기 증착된 에피택셜층의 표면으로부터 소정 깊이만큼 리세스되어 형성되고, 일 방향으로 신장된 적어도 하나의 트렌치를 형성하는 단계;
상기 적어도 하나의 트렌치의 내측의 상기 에피택셜층에 웰 영역을 형성하는 단계;
상기 적어도 하나의 트렌치의 외측의 상기 반도체층에 플로팅 영역을 형성하는 단계;
상기 적어도 하나의 트렌치의 적어도 측벽 상에 게이트 절연층을 형성하는 단계;
상기 적어도 하나의 트렌치의 내부의 상기 게이트 절연층 상에 적어도 하나의 게이트 전극층을 형성하는 단계; 및
상기 적어도 하나의 트렌치의 외측 및 상기 플로팅 영역 상에 절연층을 형성하는 단계
를 포함하는 전력 반도체의 제조 방법.
After depositing an epitaxial layer on a semiconductor layer, forming at least one trench that is recessed by a predetermined depth from the surface of the deposited epitaxial layer and extends in one direction;
forming a well region in the epitaxial layer inside the at least one trench;
forming a floating area in the semiconductor layer outside the at least one trench;
forming a gate insulating layer on at least a sidewall of the at least one trench;
forming at least one gate electrode layer on the gate insulating layer inside the at least one trench; and
forming an insulating layer outside the at least one trench and on the floating area.
A method of manufacturing a power semiconductor comprising a.
제5항에 있어서,
상기 웰 영역 내 에미터 영역을 형성하는 단계; 및
상기 웰 영역 및 상기 에미터 영역에 연결되도록 상기 절연층 상에 에미터 전극층을 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 반도체의 제조 방법.
According to clause 5,
forming an emitter region within the well region; and
A method of manufacturing a power semiconductor, further comprising forming an emitter electrode layer on the insulating layer to be connected to the well region and the emitter region.
제5항에 있어서,
상기 게이트 절연층을 형성하는 단계에서,
상기 게이트 절연층은, 상기 적어도 하나의 트렌치의 바닥 및 상기 게이트 전극층 사이의 제1 부분, 및 상기 웰 영역과 상기 게이트 전극층 사이의 제2 부분을 포함하고,
상기 제1 부분의 두께는 상기 제2 부분의 두께보다 두꺼운 것을 특징으로 하는 전력 반도체의 제조 방법.
According to clause 5,
In forming the gate insulating layer,
The gate insulating layer includes a first portion between the bottom of the at least one trench and the gate electrode layer, and a second portion between the well region and the gate electrode layer,
A method of manufacturing a power semiconductor, characterized in that the thickness of the first portion is thicker than the thickness of the second portion.
제7항에 있어서,
상기 제1 부분은,
가운데가 볼록한 W 형태의 두께를 가지는 것을 특징으로 하는 전력 반도체의 제조 방법.
In clause 7,
The first part is,
A method of manufacturing a power semiconductor, characterized in that it has a W-shaped thickness with a convex center.
제6항에 있어서,
상기 반도체층 및 상기 에미터 영역은 제 1 도전형의 불순물로 도핑되고,
상기 웰 영역 및 상기 플로팅 영역은 상기 제 1 도전형의 반대인 제 2 도전형의 불순물로 도핑된 것을 특징으로 하는 전력 반도체의 제조 방법.
According to clause 6,
The semiconductor layer and the emitter region are doped with an impurity of a first conductivity type,
The method of manufacturing a power semiconductor, characterized in that the well region and the floating region are doped with an impurity of a second conductivity type that is opposite to the first conductivity type.
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