KR20230146068A - Wide bandgap semiconductor device with sensor element - Google Patents
Wide bandgap semiconductor device with sensor element Download PDFInfo
- Publication number
- KR20230146068A KR20230146068A KR1020237031423A KR20237031423A KR20230146068A KR 20230146068 A KR20230146068 A KR 20230146068A KR 1020237031423 A KR1020237031423 A KR 1020237031423A KR 20237031423 A KR20237031423 A KR 20237031423A KR 20230146068 A KR20230146068 A KR 20230146068A
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- contact
- well
- clause
- layer
- semiconductor device
- Prior art date
Links
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 title claims abstract description 208
- 230000009467 reduction Effects 0.000 claims abstract description 53
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 26
- 239000010410 layer Substances 0.000 claims description 402
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 41
- 229910021420 polycrystalline silicon Inorganic materials 0.000 claims description 36
- 229920005591 polysilicon Polymers 0.000 claims description 36
- 239000002346 layers by function Substances 0.000 claims description 27
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 16
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims description 15
- 230000005669 field effect Effects 0.000 claims description 9
- XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N Zinc monoxide Chemical compound [Zn]=O XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 230000008878 coupling Effects 0.000 claims description 5
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 claims description 5
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 claims description 5
- HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N silicon carbide Chemical compound [Si+]#[C-] HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 229910010271 silicon carbide Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 229910002601 GaN Inorganic materials 0.000 claims description 3
- JMASRVWKEDWRBT-UHFFFAOYSA-N Gallium nitride Chemical compound [Ga]#N JMASRVWKEDWRBT-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- AJNVQOSZGJRYEI-UHFFFAOYSA-N digallium;oxygen(2-) Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[Ga+3].[Ga+3] AJNVQOSZGJRYEI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229910001195 gallium oxide Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000011787 zinc oxide Substances 0.000 claims description 3
- 230000003071 parasitic effect Effects 0.000 abstract description 24
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 abstract description 2
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 94
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 94
- 238000002955 isolation Methods 0.000 description 20
- 238000002161 passivation Methods 0.000 description 15
- 239000007943 implant Substances 0.000 description 13
- 230000008569 process Effects 0.000 description 11
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 description 10
- 238000001465 metallisation Methods 0.000 description 8
- 229910018072 Al 2 O 3 Inorganic materials 0.000 description 6
- 230000000903 blocking effect Effects 0.000 description 6
- 238000002513 implantation Methods 0.000 description 5
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 4
- 229910017083 AlN Inorganic materials 0.000 description 3
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 3
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 3
- 238000005468 ion implantation Methods 0.000 description 3
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 3
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 3
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 3
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 3
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- NRTOMJZYCJJWKI-UHFFFAOYSA-N Titanium nitride Chemical compound [Ti]#N NRTOMJZYCJJWKI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 2
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 210000000746 body region Anatomy 0.000 description 2
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 2
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 2
- 239000002019 doping agent Substances 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- -1 region Substances 0.000 description 2
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 2
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 238000000280 densification Methods 0.000 description 1
- 238000005137 deposition process Methods 0.000 description 1
- 239000003989 dielectric material Substances 0.000 description 1
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 1
- 238000005538 encapsulation Methods 0.000 description 1
- 238000000407 epitaxy Methods 0.000 description 1
- 238000011065 in-situ storage Methods 0.000 description 1
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 1
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 1
- 239000011810 insulating material Substances 0.000 description 1
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 1
- 230000001052 transient effect Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
- H01L27/02—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having at least one potential-jump barrier or surface barrier; including integrated passive circuit elements with at least one potential-jump barrier or surface barrier
- H01L27/04—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having at least one potential-jump barrier or surface barrier; including integrated passive circuit elements with at least one potential-jump barrier or surface barrier the substrate being a semiconductor body
- H01L27/06—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having at least one potential-jump barrier or surface barrier; including integrated passive circuit elements with at least one potential-jump barrier or surface barrier the substrate being a semiconductor body including a plurality of individual components in a non-repetitive configuration
- H01L27/0611—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having at least one potential-jump barrier or surface barrier; including integrated passive circuit elements with at least one potential-jump barrier or surface barrier the substrate being a semiconductor body including a plurality of individual components in a non-repetitive configuration integrated circuits having a two-dimensional layout of components without a common active region
- H01L27/0617—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having at least one potential-jump barrier or surface barrier; including integrated passive circuit elements with at least one potential-jump barrier or surface barrier the substrate being a semiconductor body including a plurality of individual components in a non-repetitive configuration integrated circuits having a two-dimensional layout of components without a common active region comprising components of the field-effect type
- H01L27/0629—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having at least one potential-jump barrier or surface barrier; including integrated passive circuit elements with at least one potential-jump barrier or surface barrier the substrate being a semiconductor body including a plurality of individual components in a non-repetitive configuration integrated circuits having a two-dimensional layout of components without a common active region comprising components of the field-effect type in combination with diodes, or resistors, or capacitors
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/70—Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components formed in or on a common substrate or of parts thereof; Manufacture of integrated circuit devices or of parts thereof
- H01L21/71—Manufacture of specific parts of devices defined in group H01L21/70
- H01L21/76—Making of isolation regions between components
- H01L21/7602—Making of isolation regions between components between components manufactured in an active substrate comprising SiC compounds
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/70—Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components formed in or on a common substrate or of parts thereof; Manufacture of integrated circuit devices or of parts thereof
- H01L21/71—Manufacture of specific parts of devices defined in group H01L21/70
- H01L21/76—Making of isolation regions between components
- H01L21/7605—Making of isolation regions between components between components manufactured in an active substrate comprising AIII BV compounds
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/70—Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components formed in or on a common substrate or of parts thereof; Manufacture of integrated circuit devices or of parts thereof
- H01L21/71—Manufacture of specific parts of devices defined in group H01L21/70
- H01L21/76—Making of isolation regions between components
- H01L21/761—PN junctions
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L28/00—Passive two-terminal components without a potential-jump or surface barrier for integrated circuits; Details thereof; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L28/20—Resistors
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor devices adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching, or capacitors or resistors with at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/02—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/06—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions
- H01L29/0603—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions characterised by particular constructional design considerations, e.g. for preventing surface leakage, for controlling electric field concentration or for internal isolations regions
- H01L29/0607—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions characterised by particular constructional design considerations, e.g. for preventing surface leakage, for controlling electric field concentration or for internal isolations regions for preventing surface leakage or controlling electric field concentration
- H01L29/0611—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions characterised by particular constructional design considerations, e.g. for preventing surface leakage, for controlling electric field concentration or for internal isolations regions for preventing surface leakage or controlling electric field concentration for increasing or controlling the breakdown voltage of reverse biased devices
- H01L29/0615—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions characterised by particular constructional design considerations, e.g. for preventing surface leakage, for controlling electric field concentration or for internal isolations regions for preventing surface leakage or controlling electric field concentration for increasing or controlling the breakdown voltage of reverse biased devices by the doping profile or the shape or the arrangement of the PN junction, or with supplementary regions, e.g. junction termination extension [JTE]
- H01L29/0619—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions characterised by particular constructional design considerations, e.g. for preventing surface leakage, for controlling electric field concentration or for internal isolations regions for preventing surface leakage or controlling electric field concentration for increasing or controlling the breakdown voltage of reverse biased devices by the doping profile or the shape or the arrangement of the PN junction, or with supplementary regions, e.g. junction termination extension [JTE] with a supplementary region doped oppositely to or in rectifying contact with the semiconductor containing or contacting region, e.g. guard rings with PN or Schottky junction
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor devices adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching, or capacitors or resistors with at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/02—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/06—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions
- H01L29/0684—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions characterised by the shape, relative sizes or dispositions of the semiconductor regions or junctions between the regions
- H01L29/0692—Surface layout
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor devices adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching, or capacitors or resistors with at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/02—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/12—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by the materials of which they are formed
- H01L29/16—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by the materials of which they are formed including, apart from doping materials or other impurities, only elements of Group IV of the Periodic System
- H01L29/1608—Silicon carbide
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor devices adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching, or capacitors or resistors with at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/68—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by only the electric current supplied, or only the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched
- H01L29/70—Bipolar devices
- H01L29/72—Transistor-type devices, i.e. able to continuously respond to applied control signals
- H01L29/739—Transistor-type devices, i.e. able to continuously respond to applied control signals controlled by field-effect, e.g. bipolar static induction transistors [BSIT]
- H01L29/7393—Insulated gate bipolar mode transistors, i.e. IGBT; IGT; COMFET
- H01L29/7395—Vertical transistors, e.g. vertical IGBT
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor devices adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching, or capacitors or resistors with at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/68—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by only the electric current supplied, or only the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched
- H01L29/76—Unipolar devices, e.g. field effect transistors
- H01L29/772—Field effect transistors
- H01L29/78—Field effect transistors with field effect produced by an insulated gate
- H01L29/7801—DMOS transistors, i.e. MISFETs with a channel accommodating body or base region adjoining a drain drift region
- H01L29/7802—Vertical DMOS transistors, i.e. VDMOS transistors
- H01L29/7803—Vertical DMOS transistors, i.e. VDMOS transistors structurally associated with at least one other device
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor devices adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching, or capacitors or resistors with at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/68—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by only the electric current supplied, or only the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched
- H01L29/76—Unipolar devices, e.g. field effect transistors
- H01L29/772—Field effect transistors
- H01L29/78—Field effect transistors with field effect produced by an insulated gate
- H01L29/7801—DMOS transistors, i.e. MISFETs with a channel accommodating body or base region adjoining a drain drift region
- H01L29/7802—Vertical DMOS transistors, i.e. VDMOS transistors
- H01L29/7803—Vertical DMOS transistors, i.e. VDMOS transistors structurally associated with at least one other device
- H01L29/7804—Vertical DMOS transistors, i.e. VDMOS transistors structurally associated with at least one other device the other device being a pn-junction diode
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor devices adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching, or capacitors or resistors with at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/68—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by only the electric current supplied, or only the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched
- H01L29/76—Unipolar devices, e.g. field effect transistors
- H01L29/772—Field effect transistors
- H01L29/78—Field effect transistors with field effect produced by an insulated gate
- H01L29/7801—DMOS transistors, i.e. MISFETs with a channel accommodating body or base region adjoining a drain drift region
- H01L29/7802—Vertical DMOS transistors, i.e. VDMOS transistors
- H01L29/7811—Vertical DMOS transistors, i.e. VDMOS transistors with an edge termination structure
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor devices adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching, or capacitors or resistors with at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/68—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by only the electric current supplied, or only the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched
- H01L29/76—Unipolar devices, e.g. field effect transistors
- H01L29/772—Field effect transistors
- H01L29/78—Field effect transistors with field effect produced by an insulated gate
- H01L29/7801—DMOS transistors, i.e. MISFETs with a channel accommodating body or base region adjoining a drain drift region
- H01L29/7802—Vertical DMOS transistors, i.e. VDMOS transistors
- H01L29/7815—Vertical DMOS transistors, i.e. VDMOS transistors with voltage or current sensing structure, e.g. emulator section, overcurrent sensing cell
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor devices adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching, or capacitors or resistors with at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/86—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable only by variation of the electric current supplied, or only the electric potential applied, to one or more of the electrodes carrying the current to be rectified, amplified, oscillated or switched
- H01L29/861—Diodes
Abstract
넓은 밴드갭 전력 반도체 디바이스 상에 온도 감지 소자와 같은 내장된 센서 소자를 제공하기 위해 차폐 기술들이 이용된다. 반도체 디바이스는 드리프트 층 및 내장된 센서 소자를 포함할 수 있다. 드리프트 층은 넓은 밴드갭 반도체 재료일 수 있다. 드리프트 층에서 내장된 센서 소자 아래에 차폐 구조물이 제공된다. 내장된 센서 소자는 차폐 웰과 전기적으로 접촉하는 컨택트들 사이에 제공될 수 있다. 컨택트들 사이의 거리는 최소화될 수 있다. 내장된 센서 소자를 기생 신호들로부터 더 격리하기 위해 컨택트들 사이에 잡음 감소 웰이 제공될 수 있다.Shielding technologies are used to provide embedded sensor elements, such as temperature sensing elements, on wide bandgap power semiconductor devices. The semiconductor device may include a drift layer and an embedded sensor element. The drift layer may be a wide bandgap semiconductor material. A shielding structure is provided below the embedded sensor element in the drift layer. Embedded sensor elements may be provided between contacts in electrical contact with the shield well. The distance between contacts can be minimized. Noise reduction wells may be provided between the contacts to further isolate the embedded sensor element from parasitic signals.
Description
관련 출원들Related Applications
본 출원은 2021년 3월 15일자로 출원된 미국 특허 출원 제17/201,468호에 대한 우선권을 주장한다.This application claims priority to U.S. Patent Application No. 17/201,468, filed March 15, 2021.
개시내용의 분야Areas of Disclosure
본 개시내용은 반도체 디바이스들에 관한 것으로서, 특히, 센서 소자(sensor element)를 포함하는 넓은 밴드갭 반도체 디바이스들(wide bandgap semiconductor devices)에 관한 것이다.This disclosure relates to semiconductor devices, and more particularly to wide bandgap semiconductor devices including sensor elements.
넓은 밴드갭 반도체 디바이스들은 반도체 디바이스가 높은 전압들 및/또는 전류들을 처리하는 전력 응용들을 위해 종종 이용된다. 온도, 전류 등과 같은 이러한 넓은 밴드갭 전력 반도체 디바이스들의 하나 이상의 동작 조건을 모니터링하는 것이, 그에 제공되는 하나 이상의 제어 신호를 조정하기 위해 종종 바람직하다. 예를 들어, 디바이스의 온도가 임계값 위로 상승하는 경우, 디바이스의 손상을 피하기 위해 디바이스의 스위칭 속도를 조정하거나 디바이스를 턴오프하는 것이 바람직할 수 있다. 디바이스의 다이 상에 모놀리식으로 통합되는 내장된 센서 소자들(embedded sensor elements)이 선호되지만, 센서 소자들을 넓은 밴드갭 전력 반도체 디바이스들에 통합하는 것은 아직 극복되지 않은 몇 가지 기술적 도전과제들을 제시한다. 따라서, 현재의 솔루션들은 그들이 측정하고 있는 반도체 다이에 근접하여 배치되는 개별 센서 소자들에 의존한다. 이것은 감소된 정확도 및 증가된 면적 둘 다를 초래한다. 따라서, 하나 이상의 내장된 센서 소자를 갖는 넓은 밴드갭 전력 반도체 디바이스들이 필요하다.Wide bandgap semiconductor devices are often used for power applications where the semiconductor device handles high voltages and/or currents. It is often desirable to monitor one or more operating conditions of these wide bandgap power semiconductor devices, such as temperature, current, etc., in order to adjust one or more control signals provided thereto. For example, if the temperature of the device rises above a threshold, it may be desirable to adjust the switching speed of the device or turn it off to avoid damage to the device. Although embedded sensor elements that are monolithically integrated on the device's die are preferred, integrating sensor elements into wide bandgap power semiconductor devices presents several technological challenges that have not yet been overcome. do. Therefore, current solutions rely on individual sensor elements placed in close proximity to the semiconductor die they are measuring. This results in both reduced accuracy and increased area. Accordingly, there is a need for wide bandgap power semiconductor devices with one or more embedded sensor elements.
일 실시예에서, 반도체 디바이스는 드리프트 층(drift layer) 및 내장된 센서 소자를 포함한다. 드리프트 층은 넓은 밴드갭 반도체 재료를 포함한다. 넓은 밴드갭 반도체 디바이스 상에 내장된 센서 소자를 포함함으로써, 하나 이상의 동작 파라미터의 정확한 측정이 콤팩트한 솔루션으로 달성될 수 있다.In one embodiment, the semiconductor device includes a drift layer and an embedded sensor element. The drift layer includes a wide bandgap semiconductor material. By including a sensor element embedded on a wide bandgap semiconductor device, accurate measurement of one or more operating parameters can be achieved in a compact solution.
일 실시예에서, 내장된 센서 소자는 다이오드와 같은 온도 감지 소자이다. 반도체 디바이스는 내장된 센서 소자와 드리프트 층 사이에 절연 층을 더 포함할 수 있다. 추가적인 차폐를 제공하기 위해, 드리프트 층의 도핑 타입과 반대인 도핑 타입을 갖는 차폐 웰(shielding well)이 드리프트 층에서 내장된 센서 소자 아래에 제공될 수 있다. 차폐 웰은 기생 신호들(parasitic signals)로부터 내장된 센서 소자에 대한 추가적인 격리를 제공할 수 있다. 또한, 내장된 센서 소자는 제1 컨택트(contact)와 제2 컨택트 사이에 제공될 수 있고, 이들 컨택트들 둘 다는 차폐 웰과 전기적으로 접촉하고 접지와 같은 고정된 전위에 결합된다. 차폐 웰을 고정된 전위에 결합하는 것은 기생 신호들로부터 내장된 센서 소자에 대한 추가적인 격리를 제공할 수 있다. 제1 컨택트 및 제2 컨택트는 각각 제1 컨택트 웰(contact well) 및 제2 컨택트 웰을 통해 차폐 웰에 전기적으로 결합될 수 있고, 이들 컨택트 웰들 각각은 차폐 웰과 동일한 도핑 타입 및 차폐 웰보다 높은 도핑 농도를 갖는다. 차폐 웰에 잡음 감소 웰이 더 제공될 수 있다. 잡음 감소 웰은 차폐 웰의 도핑 타입과 반대인 도핑 타입을 가질 수 있다. 잡음 감소 웰은 내장된 센서 소자 아래의 드리프트 층의 표면에서의 저항을 감소시킬 수 있고, 그에 의해 기생 신호들로부터 내장된 센서 소자의 추가적인 격리를 제공한다. 제1 컨택트 및 제2 컨택트는 또한 잡음 감소 웰과 전기적으로 접촉할 수 있다. 또 다른 실시예에서, 기능성 층(functional layer) 및 추가적인 절연 층이 내장된 센서 소자와 드리프트 층 사이에 제공된다. 기능성 층 및 추가적인 절연 층은 기생 신호들로부터 내장된 센서 소자에 대한 추가적인 격리를 제공할 수 있다. 제1 컨택트 웰과 제2 컨택트 웰 사이의 거리는 기생 신호들로부터 내장된 센서 소자의 격리를 더욱 개선하기 위하여 최소화될 수 있다. 다양한 실시예들에서, 제1 컨택트 웰과 제2 컨택트 웰 사이의 거리는 200μm 미만, 100μm 미만, 50μm 미만, 및 25μm 미만이다.In one embodiment, the embedded sensor element is a temperature sensing element, such as a diode. The semiconductor device may further include an insulating layer between the embedded sensor element and the drift layer. To provide additional shielding, a shielding well with a doping type opposite to that of the drift layer may be provided below the embedded sensor element in the drift layer. The shielding well can provide additional isolation for the embedded sensor element from parasitic signals. Additionally, an embedded sensor element can be provided between the first and second contacts, both of which are in electrical contact with the shield well and coupled to a fixed potential, such as ground. Coupling the shielding well to a fixed potential can provide additional isolation for the embedded sensor element from parasitic signals. The first contact and the second contact may be electrically coupled to the shielding well through a first contact well and a second contact well, respectively, each of these contact wells having the same doping type as the shielding well and a higher doping than the shielding well. It has a doping concentration. The shielding well may further be provided with a noise reduction well. The noise reduction well may have a doping type opposite to that of the shielding well. The noise reduction well can reduce the resistance at the surface of the drift layer beneath the embedded sensor element, thereby providing additional isolation of the embedded sensor element from parasitic signals. The first and second contacts may also be in electrical contact with the noise reduction well. In another embodiment, a functional layer and an additional insulating layer are provided between the embedded sensor element and the drift layer. The functional layer and additional insulating layer can provide additional isolation for the embedded sensor element from parasitic signals. The distance between the first and second contact wells can be minimized to further improve the isolation of the embedded sensor element from parasitic signals. In various embodiments, the distance between the first contact well and the second contact well is less than 200 μm, less than 100 μm, less than 50 μm, and less than 25 μm.
일 실시예에서, 반도체 디바이스를 제조하기 위한 방법은 드리프트 층을 제공하는 단계 및 내장된 센서 소자를 제공하는 단계를 포함한다. 드리프트 층은 넓은 밴드갭 반도체 재료를 포함할 수 있다. 넓은 밴드갭 반도체 디바이스 상에 내장된 센서 소자를 포함함으로써, 하나 이상의 동작 파라미터의 정확한 측정이 콤팩트한 솔루션으로 달성될 수 있다.In one embodiment, a method for manufacturing a semiconductor device includes providing a drift layer and providing an embedded sensor element. The drift layer may include a wide bandgap semiconductor material. By including a sensor element embedded on a wide bandgap semiconductor device, accurate measurement of one or more operating parameters can be achieved in a compact solution.
일 실시예에서, 내장된 센서 소자는 다이오드와 같은 온도 감지 소자이다. 방법은 내장된 센서 소자와 드리프트 층 사이에 절연 층을 제공하는 단계를 더 포함할 수 있다. 추가적인 차폐를 제공하기 위해, 드리프트 층의 도핑 타입과 반대인 도핑 타입을 갖는 차폐 웰이 드리프트 층에서 내장된 센서 소자 아래에 제공될 수 있다. 차폐 웰은 기생 신호들로부터 내장된 센서 소자에 대한 추가적인 격리를 제공할 수 있다. 또한, 내장된 센서 소자는 제1 컨택트와 제2 컨택트 사이에 제공될 수 있고, 이들 컨택트들 둘 다는 차폐 웰과 전기적으로 접촉하고 접지와 같은 고정된 전위에 결합된다. 차폐 웰을 고정된 전위에 결합하는 것은 기생 신호들로부터 내장된 센서 소자에 대한 추가적인 격리를 제공할 수 있다. 제1 컨택트 및 제2 컨택트는 각각 제1 컨택트 웰 및 제2 컨택트 웰을 통해 차폐 웰에 전기적으로 결합될 수 있고, 이들 컨택트 웰들 각각은 차폐 웰과 동일한 도핑 타입 및 차폐 웰보다 높은 도핑 농도를 갖는다. 차폐 웰에 잡음 감소 웰이 더 제공될 수 있다. 잡음 감소 웰은 차폐 웰의 도핑 타입과 반대인 도핑 타입을 가질 수 있다. 잡음 감소 웰은 내장된 센서 소자 아래의 드리프트 층의 표면에서의 저항을 감소시킬 수 있고, 그에 의해 기생 신호들로부터 내장된 센서 소자의 추가적인 격리를 제공한다. 제1 컨택트 및 제2 컨택트는 또한 잡음 감소 웰과 전기적으로 접촉할 수 있다. 또 다른 실시예에서, 기능성 층 및 추가적인 절연 층이 내장된 센서 소자와 드리프트 층 사이에 제공된다. 기능성 층 및 추가적인 절연 층은 기생 신호들로부터 내장된 센서 소자에 대한 추가적인 격리를 제공할 수 있다. 제1 컨택트 웰과 제2 컨택트 웰 사이의 거리는 기생 신호들로부터 내장된 센서 소자의 격리를 더욱 개선하기 위하여 최소화될 수 있다. 다양한 실시예들에서, 제1 컨택트 웰과 제2 컨택트 웰 사이의 거리는 200μm 미만, 100μm 미만, 50μm 미만, 및 25μm 미만이다.In one embodiment, the embedded sensor element is a temperature sensing element, such as a diode. The method may further include providing an insulating layer between the embedded sensor element and the drift layer. To provide additional shielding, a shielding well with a doping type opposite to that of the drift layer may be provided below the embedded sensor element in the drift layer. A shielding well can provide additional isolation for the embedded sensor element from parasitic signals. Additionally, an embedded sensor element may be provided between the first and second contacts, both of which are in electrical contact with the shield well and coupled to a fixed potential, such as ground. Coupling the shielding well to a fixed potential can provide additional isolation for the embedded sensor element from parasitic signals. The first contact and the second contact may be electrically coupled to the shielding well through the first and second contact wells, respectively, each of these contact wells having the same doping type as the shielding well and a higher doping concentration than the shielding well. . The shielding well may further be provided with a noise reduction well. The noise reduction well may have a doping type opposite to that of the shielding well. The noise reduction well can reduce the resistance at the surface of the drift layer beneath the embedded sensor element, thereby providing additional isolation of the embedded sensor element from parasitic signals. The first and second contacts may also be in electrical contact with the noise reduction well. In another embodiment, a functional layer and an additional insulating layer are provided between the embedded sensor element and the drift layer. The functional layer and additional insulating layer can provide additional isolation for the embedded sensor element from parasitic signals. The distance between the first and second contact wells can be minimized to further improve the isolation of the embedded sensor element from parasitic signals. In various embodiments, the distance between the first contact well and the second contact well is less than 200 μm, less than 100 μm, less than 50 μm, and less than 25 μm.
다른 양태에서, 개별적으로 또는 함께 전술한 양태들 중 임의의 것, 및/또는 본 명세서에 설명된 바와 같은 다양한 별개의 양태들 및 특징들은 추가적인 이점을 위해 조합될 수 있다. 본 명세서에 개시된 바와 같은 다양한 특징들 및 요소들 중 임의의 것은 본 명세서에서 반대로 지시되지 않는 한 하나 이상의 다른 개시된 특징 및 요소와 결합될 수 있다.In other aspects, any of the foregoing aspects individually or together, and/or various separate aspects and features as described herein may be combined for additional advantage. Any of the various features and elements disclosed herein may be combined with one or more other disclosed features and elements unless otherwise indicated herein.
본 기술분야의 통상의 기술자들은 첨부 도면들과 관련하여 바람직한 실시예들의 다음의 상세한 설명을 읽은 후에 본 개시내용의 범위를 이해하고 그의 추가적인 양태들을 실현할 것이다.Those skilled in the art will understand the scope of the disclosure and realize further aspects thereof after reading the following detailed description of preferred embodiments in conjunction with the accompanying drawings.
본 명세서에 포함되고 그 일부를 형성하는 첨부 도면들은 본 개시내용의 여러 양태들을 예시하고, 설명과 함께 본 개시내용의 원리들을 설명하는 역할을 한다.
도 1은 본 개시내용의 일 실시예에 따른 반도체 다이의 단면도이다.
도 2는 본 개시내용의 일 실시예에 따른 반도체 다이의 단면도이다.
도 3은 본 개시내용의 일 실시예에 따른 반도체 다이의 단면도이다.
도 4는 본 개시내용의 일 실시예에 따른 반도체 다이의 단면도이다.
도 5는 본 개시내용의 일 실시예에 따른 반도체 다이의 단면도이다.
도 6은 본 개시내용의 일 실시예에 따른 내장된 센서 소자의 평면도이다.
도 7은 본 개시내용의 일 실시예에 따른 내장된 센서 소자의 평면도이다.
도 8은 본 개시내용의 일 실시예에 따른 내장된 센서 소자의 평면도이다.
도 9는 본 개시내용의 일 실시예에 따른 내장된 센서 소자를 위한 차폐 구조물의 일부의 평면도이다.
도 10은 본 개시내용의 일 실시예에 따른 내장된 센서 소자를 위한 차폐 구조물의 일부의 평면도이다.
도 11a는 본 개시내용의 일 실시예에 따른 기능성 컴포넌트의 단면도이다.
도 11b는 본 개시내용의 일 실시예에 따른 기능성 컴포넌트의 평면도이다.
도 12는 본 개시내용의 일 실시예에 따른, 반도체 다이를 제조하기 위한 방법을 도시하는 흐름도이다.
도 13은 본 개시내용의 일 실시예에 따른 내장된 센서 소자의 단면도이다.
도 14는 본 개시내용의 일 실시예에 따른 트랜지스터 반도체 다이의 평면도이다.
도 15는 본 개시내용의 일 실시예에 따른 트랜지스터 반도체 다이의 평면도이다.
도 16은 본 개시내용의 일 실시예에 따른 트랜지스터 반도체 다이의 평면도이다.
도 17은 본 개시내용의 일 실시예에 따른 트랜지스터 반도체 다이의 평면도이다.
도 18은 본 개시내용의 일 실시예에 따른 트랜지스터 반도체 다이의 단면도이다.
도 19는 본 개시내용의 일 실시예에 따른 트랜지스터 반도체 다이의 단면도이다.
도 20a 내지 도 20c는 본 개시내용의 다양한 실시예들에 따른 트랜지스터 반도체 다이의 성능을 도시하는 그래프이다.
도 21은 본 개시내용의 일 실시예에 따른 트랜지스터 반도체 다이의 평면도이다.
도 22는 본 개시내용의 일 실시예에 따른 트랜지스터 반도체 다이의 평면도이다.
도 23은 본 개시내용의 일 실시예에 따른 트랜지스터 반도체 다이의 평면도이다.
도 24는 본 개시내용의 일 실시예에 따른 트랜지스터 반도체 다이의 평면도이다.
도 25는 본 개시내용의 일 실시예에 따른 트랜지스터 반도체 다이의 평면도이다.
도 26은 본 개시내용의 일 실시예에 따른 트랜지스터 반도체 다이의 단면도이다.
도 27은 본 개시내용의 일 실시예에 따른 트랜지스터 반도체 다이의 단면도이다.
도 28은 본 개시내용의 일 실시예에 따른 트랜지스터 반도체 다이의 단면도이다.The accompanying drawings, which are incorporated into and form a part of this specification, illustrate various aspects of the disclosure and, together with the description, serve to explain the principles of the disclosure.
1 is a cross-sectional view of a semiconductor die according to one embodiment of the present disclosure.
2 is a cross-sectional view of a semiconductor die according to one embodiment of the present disclosure.
3 is a cross-sectional view of a semiconductor die according to one embodiment of the present disclosure.
4 is a cross-sectional view of a semiconductor die according to one embodiment of the present disclosure.
5 is a cross-sectional view of a semiconductor die according to one embodiment of the present disclosure.
6 is a top view of an embedded sensor element according to one embodiment of the present disclosure.
7 is a top view of an embedded sensor element according to one embodiment of the present disclosure.
8 is a top view of an embedded sensor element according to one embodiment of the present disclosure.
9 is a top view of a portion of a shielding structure for an embedded sensor element according to one embodiment of the present disclosure.
Figure 10 is a top view of a portion of a shielding structure for an embedded sensor element according to one embodiment of the present disclosure.
11A is a cross-sectional view of a functional component according to one embodiment of the present disclosure.
11B is a top view of a functional component according to one embodiment of the present disclosure.
12 is a flow diagram illustrating a method for manufacturing a semiconductor die, according to one embodiment of the present disclosure.
Figure 13 is a cross-sectional view of an embedded sensor element according to one embodiment of the present disclosure.
14 is a top view of a transistor semiconductor die according to one embodiment of the present disclosure.
15 is a top view of a transistor semiconductor die according to one embodiment of the present disclosure.
16 is a top view of a transistor semiconductor die according to one embodiment of the present disclosure.
17 is a top view of a transistor semiconductor die according to one embodiment of the present disclosure.
18 is a cross-sectional view of a transistor semiconductor die according to one embodiment of the present disclosure.
19 is a cross-sectional view of a transistor semiconductor die according to one embodiment of the present disclosure.
20A-20C are graphs illustrating the performance of transistor semiconductor die according to various embodiments of the present disclosure.
21 is a top view of a transistor semiconductor die according to one embodiment of the present disclosure.
22 is a top view of a transistor semiconductor die according to one embodiment of the present disclosure.
23 is a top view of a transistor semiconductor die according to one embodiment of the present disclosure.
Figure 24 is a top view of a transistor semiconductor die according to one embodiment of the present disclosure.
Figure 25 is a top view of a transistor semiconductor die according to one embodiment of the present disclosure.
Figure 26 is a cross-sectional view of a transistor semiconductor die according to one embodiment of the present disclosure.
Figure 27 is a cross-sectional view of a transistor semiconductor die according to one embodiment of the present disclosure.
Figure 28 is a cross-sectional view of a transistor semiconductor die according to one embodiment of the present disclosure.
이하에 개시된 실시예들은 본 기술분야의 통상의 기술자가 실시예들을 실시할 수 있게 하는 데 필요한 정보를 나타내고, 실시예들을 실시하는 최상의 모드를 예시한다. 첨부 도면들에 비추어 다음의 설명을 읽을 때, 본 기술분야의 통상의 기술자는 본 개시내용의 개념들을 이해할 것이고 본 명세서에서 특별히 다루지 않은 이들 개념들의 응용들을 인식할 것이다. 이러한 개념들 및 응용들은 본 개시내용 및 첨부 청구항들의 범위 내에 속한다는 것을 이해해야 한다.The embodiments disclosed below present information necessary to enable a person skilled in the art to practice the embodiments and illustrate the best mode of practicing the embodiments. Upon reading the following description in light of the accompanying drawings, a person skilled in the art will understand the concepts of the disclosure and will recognize applications of these concepts not specifically addressed herein. It should be understood that these concepts and applications are within the scope of this disclosure and the appended claims.
제1, 제2 등의 용어들이 본 명세서에서 다양한 요소들을 설명하기 위해 이용될 수 있지만, 이러한 요소들은 이러한 용어들에 의해 한정되지 않아야 한다는 것을 이해할 것이다. 이러한 용어들은 하나의 요소를 다른 요소와 구별하기 위해서만 이용된다. 예를 들어, 본 개시내용의 범위를 벗어나지 않고, 제1 요소는 제2 요소라고 지칭될 수 있고, 유사하게, 제2 요소는 제1 요소라고 지칭될 수 있다. 본 명세서에서 이용될 때, 용어 "및/또는"은 연관된 열거된 항목들 중 하나 이상의 항목의 임의의 및 모든 조합을 포함한다.Although the terms first, second, etc. may be used herein to describe various elements, it will be understood that such elements should not be limited by these terms. These terms are used only to distinguish one element from another. For example, without departing from the scope of the present disclosure, a first element may be referred to as a second element, and similarly, a second element may be referred to as a first element. As used herein, the term “and/or” includes any and all combinations of one or more of the associated listed items.
층, 영역, 또는 기판과 같은 요소가 다른 요소 "상에(on)" 있거나 "상으로(onto)" 연장한다고 할 때, 그것은 다른 요소 상에 바로 있거나 상으로 바로 연장할 수 있거나 또는 개재 요소들이 또한 존재할 수 있다는 것임을 이해할 것이다. 대조적으로, 요소가 또 다른 요소 "상에 바로(directly on)" 있거나 "상으로 바로(directly onto)" 연장한다고 할 때, 어떠한 개재 요소도 존재하지 않는다. 마찬가지로, 층, 영역, 또는 기판과 같은 요소가 다른 요소 "위에(over)" 있거나 "위로(over)" 연장한다고 할 때, 그것은 다른 요소 바로 위에(directly over) 있거나 바로 위로(directly over) 연장할 수 있거나 또는 개재 요소들이 또한 존재할 수 있다는 것임을 이해할 것이다. 대조적으로, 요소가 다른 요소 "바로 위에" 있거나 "바로 위로" 연장한다고 할 때, 어떠한 개재 요소도 존재하지 않는다. 요소가 다른 요소에 "접속" 또는 "결합"된다고 할 때, 그것은 다른 요소에 직접 접속 또는 결합될 수 있거나 개재 요소들이 존재할 수 있다는 것임을 또한 이해할 것이다. 대조적으로, 요소가 다른 요소에 "직접 접속" 또는 "직접 결합"된다고 할 때, 어떠한 개재 요소도 존재하지 않는다.When an element, such as a layer, region, or substrate, is said to be "on" or extending "onto" another element, it may be directly on or extending directly onto the other element, or may have intervening elements. You will also understand that it can exist. In contrast, when an element is said to be “directly on” or extend “directly onto” another element, no intervening elements are present. Likewise, when an element, such as a layer, region, or substrate, is said to be "over" or extend "over" another element, it means that it is directly over or extends directly over the other element. It will be understood that or intervening elements may also be present. In contrast, when an element is said to be “directly on” or “extending directly over” another element, no intervening elements are present. It will also be understood that when an element is said to be “connected” or “coupled” to another element, it may be directly connected or coupled to the other element or there may be intervening elements. In contrast, when an element is said to be "directly connected" or "directly coupled" to another element, no intervening elements are present.
"아래에(below)" 또는 "위에(above)" 또는 "상부(upper)" 또는 "하부(lower)" 또는 "수평(horizontal)" 또는 "수직(vertical)"과 같은 상대적 용어들은 도면들에 도시된 것과 같은 하나의 요소, 층, 또는 영역의 다른 요소, 층, 또는 영역에 대한 관계를 설명하기 위해 본 명세서에서 이용될 수 있다. 이들 용어들 및 전술한 용어들은 도면들에 도시된 배향 외에도 디바이스의 상이한 배향들을 포괄하고자 한다는 것을 이해할 것이다.Relative terms such as “below” or “above” or “upper” or “lower” or “horizontal” or “vertical” are used in the drawings. It may be used herein to describe the relationship of one element, layer, or area as shown to another element, layer, or area. It will be understood that these terms and the preceding terms are intended to encompass different orientations of the device in addition to the orientation shown in the figures.
본 명세서에서 이용되는 용어는 특정 실시예들을 설명하기 위한 것일 뿐이며, 본 개시내용을 제한하는 것으로 의도되지 않는다. 본 명세서에서 이용되는 바와 같이, 단수 형태들("a", "an", 및 "the")은, 문맥이 명확하게 달리 지시하지 않는 한, 복수 형태들도 포함하는 것으로 의도된다. 용어들 "포함한다(comprises)", "포함하는(comprising)", "포함한다(includes)", 및/또는 "포함하는(including)"은 본 명세서에서 이용될 때, 기재된 특징들, 정수들, 단계들, 동작들, 요소들, 및/또는 컴포넌트들의 존재를 특정하지만, 하나 이상의 다른 특징, 정수, 단계, 동작, 요소, 컴포넌트, 및/또는 그 그룹들의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다는 것이 추가로 이해될 것이다.The terminology used herein is for the purpose of describing specific embodiments only and is not intended to limit the disclosure. As used herein, the singular forms “a”, “an”, and “the” are intended to include the plural forms as well, unless the context clearly dictates otherwise. The terms “comprises,” “comprising,” “includes,” and/or “including,” when used herein, refer to the described features, integers, etc. , steps, operations, elements, and/or components, but does not exclude the presence or addition of one or more other features, integers, steps, operations, elements, components, and/or groups thereof. It will be understood as
달리 정의되지 않는 한, 본 명세서에서 이용되는 모든 용어들(기술적 및 과학적 용어들을 포함함)은 본 개시내용이 속하는 기술분야의 통상의 기술자에 의해 통상적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 갖는다. 본 명세서에서 이용되는 용어들은 본 명세서 및 관련 기술의 맥락에서의 그들의 의미와 일치하는 의미를 갖는 것으로 해석되어야 하며, 본 명세서에서 명확히 그렇게 정의되지 않는 한은 이상화되거나 지나치게 형식적인 의미로 해석되지 않을 것이라는 것을 더 이해할 것이다.Unless otherwise defined, all terms (including technical and scientific terms) used in this specification have the same meaning as commonly understood by a person skilled in the art to which this disclosure pertains. Terms used in this specification should be interpreted to have meanings consistent with their meanings in the context of this specification and related technology, and will not be interpreted in an idealized or overly formal sense unless explicitly defined as such in this specification. You will understand more.
실시예들은 본 개시내용의 실시예들의 개략적 예시들을 참조하여 본 명세서에 설명된다. 따라서, 층들 및 요소들의 실제 치수들은 상이할 수 있고, 예를 들어, 제조 기술들 및/또는 공차들의 결과로서 예시들의 형상들로부터의 변형들이 예상된다. 예를 들어, 정사각형 또는 직사각형으로 예시되거나 기술된 영역은 둥근 또는 곡선의 특징들을 가질 수 있고, 직선으로 도시된 영역들은 어떤 불규칙성을 가질 수 있다. 따라서, 도면들에 예시된 영역들은 개략적이며, 이들의 형상들은 디바이스의 영역의 정확한 형상을 예시하도록 의도되지 않으며, 본 개시내용의 범위를 제한하도록 의도되지 않는다. 추가적으로, 구조물들 또는 영역들의 크기들은 예시적인 목적들을 위하여 다른 구조물들 또는 영역들에 비해 과장될 수도 있고, 이에 따라, 본 발명요지의 일반적인 구조물들을 예시하기 위하여 제공되고, 축척에 맞게 그려질 수도 있거나 그렇지 않을 수도 있다. 도면들 사이의 공통 요소들은 공통 요소 번호들로 본 명세서에 도시될 수 있고, 후속하여 재설명되지 않을 수 있다.Embodiments are described herein with reference to schematic illustrations of embodiments of the present disclosure. Accordingly, the actual dimensions of the layers and elements may differ, and variations from the shapes of the examples are expected, for example, as a result of manufacturing techniques and/or tolerances. For example, areas illustrated or described as square or rectangular may have rounded or curved features, and areas shown as straight lines may have some irregularities. Accordingly, the areas illustrated in the drawings are schematic, and their shapes are not intended to illustrate the exact shape of an area of the device, nor are they intended to limit the scope of the disclosure. Additionally, the sizes of structures or regions may be exaggerated relative to other structures or regions for illustrative purposes and, accordingly, are provided to illustrate general structures of the subject matter and may be drawn to scale or Maybe not. Common elements between the drawings may be shown herein with common element numbers and may not be subsequently redescribed.
도 1은 본 개시내용의 일 실시예에 따른 반도체 다이(10)의 단면도를 도시한다. 반도체 다이(10)는 기판(12), 기판(12) 상의 드리프트 층(14), 및 드리프트 층(14) 상의 절연 층(16)을 포함한다. 반도체 다이(10)는, 하나 이상의 주입된 영역이 제공되어 기능성 반도체 디바이스(functional semiconductor device)를 형성하는 활성 영역(active area)(18), 및 활성 영역(18)을 둘러싸는 에지 종단 영역(edge termination region)(20)을 포함한다. 에지 종단 영역(20) 내의 어딘가에, 내장된 센서 소자(22)가 제공된다. 일부 실시예들에서, 내장된 센서 소자(22)는 절연 층(16) 상에 있고 따라서 절연 층(16)은 내장된 센서 소자(22)와 드리프트 층(14) 사이에 있다.1 shows a cross-sectional view of a
전술한 바와 같이, 하나 이상의 주입된 영역이 활성 영역(18)에 제공되어, 기능성 반도체 디바이스를 형성한다. 일 실시예에서, 기능성 반도체 디바이스는 스위칭 전력 반도체 디바이스(switching power semiconductor device)이다. 예를 들어, 기능성 반도체 디바이스는 금속-산화물-반도체 전계-효과-트랜지스터(metal-oxide-semiconductor field-effect transistor)(MOSFET), 특히 수직 MOSFET, 바이폴라 접합 트랜지스터(bipolar junction transistor)(BJT), 절연 게이트 바이폴라 트랜지스터(insulated gate bipolar transistor)(IGBT), 접합 전계 효과 트랜지스터(junction field-effect transistor)(JFET), 게이트 제어 사이리스터(gate-controlled thyristor)(GTO) 등일 수 있다. 또한, 기능성 반도체 디바이스는 평면, 수직 및 트렌치 디바이스들과 같은 임의의 적절한 토폴로지에 있을 수 있다. 따라서, 기판(12) 및/또는 드리프트 층(14)은 실리콘 탄화물(silicon carbide), 갈륨 질화물(gallium nitride), 갈륨 산화물(gallium oxide) 및 아연 산화물(zinc oxide)과 같은 넓은 밴드갭 재료를 포함할 수 있는데, 이는 이러한 재료들이 높은 전압들 및/또는 전류들을 처리하도록 의도된 디바이스들에서 유리할 수 있기 때문이다. 전술한 바와 같이, 넓은 밴드갭 전력 반도체 디바이스들 내에 통합된 센서 소자들은 몇 가지 기술적 도전과제들을 제시한다. 특히, 넓은 밴드갭 재료들은 그들의 좁은 밴드갭 대응물들보다 상당히 더 높은 시트 저항(sheet resistance)을 갖는다. 이러한 높은 저항은 전력 디바이스들에 의해 처리되는 높은 전압들 및 전류들과 결합되어, 내장된 센서 소자들의 동작을 방해하는 큰 기생 신호들을 야기한다. 실리콘 디바이스들과 같은 좁은 밴드갭 반도체 디바이스들의 경우, 센서 소자들은 많은 경우들에 있어서 드리프트 층 내에 직접 통합될 수 있거나, 그렇지 않은 경우 기생 신호들로부터의 최소 차폐를 제공받을 수 있는 반면, 이러한 동일 디바이스들은 넓은 밴드갭 전력 반도체 디바이스 내에 내장되는 경우에는 기능하지 않을 것이다.As described above, one or more implanted regions are provided in
넓은 밴드갭 전력 반도체 디바이스들에서 내장된 센서 소자들을 구현하는 것에 대한 다른 장애물은 비용이다. 실리콘 디바이스들과 같은 좁은 밴드갭 전력 반도체 디바이스들에 대한 제조는 저렴하고, 여분의 프로세스 단계들은 여분의 비용을 거의 추가하지 않지만, 넓은 밴드갭 전력 반도체 디바이스들에 대한 각각의 여분의 프로세스 단계는 상당한 비용을 추가한다. 따라서, 가능한 한 적은 추가적인 제조 단계들을 이용하여 내장된 센서 소자를 구현하는 것이 바람직하다.Another obstacle to implementing embedded sensor elements in wide bandgap power semiconductor devices is cost. Manufacturing for narrow bandgap power semiconductor devices, such as silicon devices, is inexpensive, and the extra process steps add little extra cost, but for wide bandgap power semiconductor devices, each extra process step costs a significant amount of money. Add costs. Therefore, it is desirable to implement embedded sensor elements using as few additional manufacturing steps as possible.
본 명세서에 정의된 바와 같이, 전력 반도체 디바이스는 50V 이상의 애벌란시 브레이크다운 전압(avalanche breakdown voltage)을 갖는 반도체 디바이스이다. 위에 논의된 바와 같이, 이들 디바이스에 의해 처리되는 높은 전압들 및 전류들은 내장된 센서 소자들의 구현에 도전과제들을 제시하는 기생 신호들을 생성할 수 있다. 넓은 밴드갭 반도체 재료들의 비교적 높은 시트 저항은 내장된 센서 소자들의 구현을 더 복잡하게 한다.As defined herein, a power semiconductor device is a semiconductor device with an avalanche breakdown voltage of 50V or greater. As discussed above, the high voltages and currents handled by these devices can generate parasitic signals that present challenges to the implementation of embedded sensor elements. The relatively high sheet resistance of wide bandgap semiconductor materials further complicates the implementation of embedded sensor elements.
내장된 센서 소자(22)를 격리하는 한 가지 방법은 내장된 센서 소자(22)와 드리프트 층(14) 사이에 절연 층(16)을 제공하는 것이다. 일 실시예에서, 절연 층(14)은 필드 산화물 층과 같은 산화물 층이다. 예를 들어, 절연 층(14)은 Al2O3 및 SiO2의 하나 이상의 층을 개별적으로 또는 교번하는 방식으로 및/또는 Si3N4 및 SiO2의 하나 이상의 층을 개별적으로 또는 교번하는 방식으로 포함할 수 있다. 따라서, 절연 층(14)은 반도체 다이(10) 상에 이미 존재하는 것일 수 있다. 예를 들어, 절연 층(14)은 반도체 다이(10)의 일부 영역들에서 게이트 산화물을 그리고 반도체 다이(10)의 다른 영역들에서 필드 산화물을 형성할 수 있다. 따라서, 절연 층(14)은 추가적인 제조 단계들 없이 이미 이용가능하다. 추가적으로, 내장된 센서 소자(22)는 반도체 다이(10) 상에 기능성 반도체 디바이스를 생성하기 위해 이미 존재하는 폴리실리콘 층에 제공될 수 있다. 예를 들어, 폴리실리콘 층은 반도체 다이(10)의 일부 부분들에서 게이트 전극 및/또는 게이트 컨택트를 형성할 수 있다. 따라서, 내장된 센서 소자(22)를 제공하는 데 이용되는 층은, 층을 퇴적하는 데 이용되는 마스크를 재작업하는 것 외에, 추가적인 제조 단계들 없이 이미 이용가능하다. 내장된 센서 소자(22)의 기능을 생성하기 위해, (예를 들어, 다이오드, 집중형 저항기(lumped resistor) 등을 생성하기 위해) 내장된 센서 소자(22)를 제공하는 폴리실리콘 층의 부분에 하나 이상의 주입물(implant)이 필요할 수 있고, 그 상세들은 아래에 논의된다. 이들 여분의 제조 단계들은 내장된 센서 소자(22)를 제공하기 위해 필요한 최소 수이고, 그에 의해, 내장된 센서 소자(22)의 비용을 최소화한다.One way to isolate the embedded
게이트 전극 및/또는 컨택트 및 센서 소자(22)를 제공하는 데 이용되는 폴리실리콘 층은 임의의 적절한 프로세스를 통해 제공되는 도핑된 폴리실리콘 층일 수 있다. 일부 실시예들에서, 폴리실리콘 층은 원하는 도핑 프로파일을 생성하기 위해 도펀트들이 대기 중에 제공되는 에피택셜 성장 프로세스를 통해 제공된다. 다른 실시예들에서, 폴리실리콘 층은 퇴적된 다음 주입 프로세스를 통해 원하는 대로 도핑될 수 있다. 위에서 논의된 바와 같이, 이온 주입은 다이오드 또는 다른 감지 디바이스를 제공하기 위해 별도로 도핑된 영역들을 요구할 수 있기 때문에 센서 소자(22)를 제공할 때 선호되는 접근법일 수 있다. 이온 주입은 폴리실리콘 층의 시트 저항의 균일성을 일부 실시예들에서는 5-10%만큼 그리고 다른 실시예들에서는 10-20%만큼 개선하는 것과 같은 다른 이점들도 제공할 수 있다. 이것은 폴리실리콘 층의 결정 구조를 더 작은 결정 크기들로 분해할 수 있는 이불화붕소(boron-diflouride)(BF2)와 같은 무거운 도펀트 이온들(heavy dopant ions)의 이용으로 인한 것이다.The polysilicon layer used to provide the gate electrode and/or contact and
절연 층(16)이 내장된 센서 소자(22)에 대해 어느 정도의 격리를 제공할 수 있지만, 일부 시나리오들에서는 더 많은 격리가 바람직할 수 있다. 따라서, 도 2는 내장된 센서 소자(22)의 추가적인 상세들을 보여주는 반도체 다이(10)의 단면도를 도시한다. 예시를 위해, MOSFET 셀(24)은 내장된 센서 소자(22)에 인접하여 도시된다. 그러나, 위에 논의된 바와 같이, 이것은 단지 예시적인 것이고, BJT들, IGBT들, 및 사이리스터들과 같은 임의의 수의 기능성 반도체 디바이스들이 MOSFET 셀(24) 대신에 또는 그에 부가하여 제공될 수 있다.Although the insulating
MOSFET 셀(24)은 접합 전계 효과 트랜지스터(JFET) 영역(28)에 의해 분리된 한 쌍의 접합 주입물들(26)을 포함한다. 접합 주입물들(26) 각각은 딥 웰 영역(deep well region)(30), 소스 영역(32) 및 바디 영역(body region)(34)을 포함한다. 절연 층(16)의 일부인 게이트 산화물(36)은 도시된 바와 같이, 드리프트 층(14) 상에서 접합 주입물들(26) 각각의 일부 및 JFET 영역(28) 위의 있다. 소스 컨택트(38)는 또한 도시된 바와 같이, 드리프트 층(14) 상에서 접합 주입물들(26) 각각의 일부 위의 있다. 게이트 컨택트(40)는 게이트 산화물(36) 상에 있다. 드레인 컨택트(42)는 드리프트 층(14)에 대향하는 기판(12) 상에 있다. 도시된 바와 같이, MOSFET 셀(24)은 n-타입 디바이스이고, 여기서 기판(12), 드리프트 층(14), 딥 웰 영역들(30), 소스 영역들(32), 바디 영역들(34), 및 JFET 영역(28)은 그들의 도핑 타입들 및 서로에 대한 상대적 도핑 농도들로 라벨링된다("+"는 다른 영역에 비해 더 높은 도핑 레벨을 나타냄). 그러나, 본 개시내용의 원리들은 도시된 모든 도핑 타입들이 반전되는 p-타입 디바이스들에 동일하게 적용된다. 본 기술분야의 통상의 기술자는 MOSFET 셀(24)을 수직 MOSFET, 특히 이중 확산 MOSFET(DMOS)로서 인식할 것이다. 또한, 본 기술분야의 통상의 기술자라면, MOSFET 셀(24)은 활성 영역(18) 전체에 걸쳐 제공되고, 원하는 온-상태 저항 및 원하는 차단 전압과 같은 다수의 원하는 특성들을 갖는 MOSFET를 제공하도록 상호접속되는 많은 셀들 중 단지 하나라는 것을 알 것이다. 본 출원 전체에 걸쳐 설명된 예들은 내장된 센서 소자(22)의 상세들과 함께 MOSFET 셀(24)을 도시하지만, 내장된 센서 소자(22)는 또한 BJT 셀, IGBT 셀, JFET 셀, GTO 셀 등과 함께 제공될 수 있다. 또한, 내장된 센서 소자(22)는 또한 도시된 수직 디바이스가 아닌, 평면 디바이스 또는 트렌치 디바이스와 함께 제공될 수 있다.
내장된 센서 소자(22)의 상세들을 살펴보면, 내장된 센서 소자(22)는 드리프트 층(14) 상의 절연 층(16)의 일부인 필드 산화물(44) 상의 하나 이상의 층을 포함할 수 있다. 특히, 내장된 센서 소자(22)는 기능성 센서 층(52) 및 센서 컨택트 층(54)을 포함할 수 있다. 주목할 만한 것은, 기능성 센서 층(52)은 게이트 컨택트(40)를 제공하기 위해 또한 이용되는 폴리실리콘 층의 일부라는 것이다. 즉, 게이트 컨택트(40) 및 기능성 센서 층(52)은 (예를 들어, 마스크를 이용하여 패터닝되는) 동일한 층으로부터 형성된다. 전술한 바와 같이, 이것은 제조 단계를 절약하고 따라서 최소의 추가 비용으로 내장된 센서 소자(22)의 구현을 허용한다. 도 2에 도시된 바와 같이, 필드 산화물(44)은 그들의 상이한 기능들로 인해 게이트 산화물(36)보다 훨씬 두껍다. 게이트 산화물(36)이 게이트 커패시턴스를 제공하기 위한 유전체로서 작용하지만, 필드 산화물(44)은 반도체 다이(10)의 다양한 부분들에 대한 전기적 격리 및 차폐를 제공하기 위해 이용된다.Looking at the details of embedded
드리프트 층(14)에서 내장된 센서 소자(22) 아래에, 차폐 웰(46)이 제공된다. 드리프트 층(14)은 n-타입 층이지만, 차폐 웰(46)은 p-타입 영역이다. 보다 일반적으로, 차폐 웰(46)은 드리프트 층(14)의 도핑 타입과 반대인 도핑 타입을 갖는다. 차폐 웰(46)은 일부 실시예들에서 드리프트 층(14)에서 주입된 영역일 수 있지만, 일반적으로 임의의 적절한 수단에 의해 제공될 수 있다. 차폐 웰(46)은 드리프트 층(14)과 P-N 접합을 형성하여 차폐 웰이 내장된 센서 소자(22) 아래의 드리프트 층(14)의 표면에서 DC 전압들을 차단하도록 한다. 차폐 웰(46)에서, 제1 컨택트 웰(48A) 및 제2 컨택트 웰(48B)이 제공된다. 제1 컨택트 웰(48A) 및 제2 컨택트 웰(48B)은 차폐 웰(46)보다 높은 도핑 농도를 갖는 p-타입 영역들이다. 제1 컨택트 웰(48A) 및 제2 컨택트 웰(48B)은 드리프트 층(14)에서 주입된 영역들일 수 있지만, 임의의 적절한 수단에 의해 제공될 수도 있다. 컨택트 웰들(48)은, 제1 컨택트(50A) 및 제2 컨택트(50B)가 각각 제1 컨택트 웰(48A) 및 제2 컨택트 웰(48B)을 통해 차폐 웰(46)에 전기적으로 결합되도록, 제1 컨택트(50A) 및 제2 컨택트(50B)에 대해 차폐 웰(46)로의 오믹 접속(ohmic connection)을 제공한다. 내장된 센서 소자(22)를 기생 전압들 및 전류들로부터 더 차폐하기 위해, 제1 컨택트(50A) 및 제2 컨택트(50B)는 접지와 같은 고정된 전위에 결합된다. 다른 실시예들에서, 제1 컨택트(50A) 및 제2 컨택트(50B)는 MOSFET 셀(24)의 소스 컨택트들(38)에 결합되거나 또는 다른 방식으로 반도체 다이(10) 상의 기능성 반도체 디바이스의 특정 부분에 접속될 수 있다. 제1 컨택트(50A) 및 제2 컨택트(50B)를 반도체 다이(10) 상의 기능성 반도체 디바이스의 특정 부분 또는 고정된 전위에 결합하는 것은 드리프트 층(14)에서의 과도 신호들(transient signals)(예를 들어, AC 신호들)로 인해 차폐 웰(46)에서의 기생 전류들을 감소시킬 수 있다. 이것은 차폐 웰(46)이 유한 저항을 갖고, 따라서 차폐 웰(46)에서의 임의의 기생 전류들이 내장된 센서 소자(22) 아래의 드리프트 층(14)의 표면에서 전압을 생성할 것이기 때문에 중요하다. 이 전압들은 필드 산화물(44)을 통해 내장된 센서 소자(22)에 용량적으로 결합될 수 있고, 이는 그의 동작을 방해할 것이다. 다양한 실시예들에서, 제1 컨택트(50A) 및 제2 컨택트(50B)뿐만 아니라, 소스 컨택트(38) 및 드레인 컨택트(42)는 알루미늄, 티타늄 및 티타늄 질화물과 같은 임의의 적절한 오믹 금속을 포함할 수 있다. 도시되지는 않았지만, 금속 컨택트 층은 또한 게이트 컨택트 패드를 형성하기 위해 게이트 컨택트(40)에 결합될 수 있다. 이러한 추가적인 금속 컨택트 층은 알루미늄, 티타늄 및 티타늄 질화물과 같은 임의의 적절한 오믹 금속도 포함할 수 있다.Below the
본 기술분야의 통상의 기술자는 넓은 밴드갭 반도체 재료들이 그들의 좁은 밴드갭 대응물들보다 훨씬 더 높은 저항들을 갖는다는 것을 알 것이다. 이것은 전력 디바이스들이 브레이크 다운 없이 더 높은 전압들을 지원하는 것을 허용하기 때문에 전력 디바이스들에 대해 일반적으로 유익하지만, 그것은 그것의 동작을 방해하는 큰 기생 신호들을 생성하는 경향으로 인해 내장된 센서들을 구현하기 위한 고유한 기술적 도전과제들을 제시한다. 도 2에 도시된 바와 같이, 제1 컨택트 웰(48A)과 제2 컨택트 웰(48B) 사이에는 거리 D가 존재한다. 내장된 센서 소자(22)는 제1 컨택트 웰(48A)과 제2 컨택트 웰(48B) 사이에 이 거리 D 내에 제공된다. 차폐 웰(46)의 영역에 걸친 저항을 최소화하여, 앞서 논의된 바와 같이 내장된 센서 소자(22)의 동작을 방해하는 전압을 달리 유도할 수 있는 기생 전류들을 감소시키기 위하여, 제1 컨택트 웰(48A)과 제2 컨택트 웰(48B) 사이의 거리 D를 최소화하는 것이 바람직하다. 제1 컨택트 웰(48A)과 제2 컨택트 웰(48B) 사이의 중간점에서의 차폐 웰(46)의 저항은 제1 컨택트 웰(48A)과 제2 컨택트 웰(48B) 사이의 거리 D에 비례한다. 거리 D를 최소화함으로써, 저항도 최소화될 수 있다. 일 실시예에서, 제1 컨택트 웰(48A)과 제2 컨택트 웰(48B) 사이의 거리 D는 200μm 미만이다. 다른 실시예들에서, 제1 컨택트 웰(48A)과 제2 컨택트 웰(48B) 사이의 거리 D는 100μm 미만, 50μm 미만, 25μm 미만, 및 5μm 정도로 낮다. 제1 컨택트 웰(48A)과 제2 컨택트 웰(48B) 사이의 거리가 작을수록, 차폐 웰(46)을 통한 저항이 낮아진다. 이것은 차폐 웰(46) 내의 기생 전압들의 감소로 인해 내장된 센서 소자(22)에서 더 낮은 간섭을 야기한다.Those skilled in the art will know that wide bandgap semiconductor materials have much higher resistivity than their narrow bandgap counterparts. This is generally beneficial for power devices because it allows the power devices to support higher voltages without breakdown, but it is difficult to implement for embedded sensors due to their tendency to generate large parasitic signals that interfere with their operation. It presents unique technical challenges. As shown in Figure 2, there is a distance D between the first contact well 48A and the second contact well 48B. An embedded
제1 컨택트 웰(48A)과 제2 컨택트 웰(48B) 사이의 거리(D)를 최소화한다는 것은, 내장된 센서 소자(22)가 일반적으로 도 2에 도시된 바와 같이 지면(page) 안으로 및/또는 밖으로 연장되는 길고 얇은 스트립으로서 제공될 것이라는 것을 의미한다. 내장된 센서 소자(22)는, 관심대상 측정치에 비례하는 전압 및/또는 전류를 제공할 수 있는, 다이오드, 저항 등과 같은 임의의 타입의 감지 소자일 수 있다. 예를 들어, 위에서 논의된 바와 같이 게이트 컨택트(40)에 대해 이용되는 것과 동일한 폴리실리콘 층인 기능성 센서 층(52)에 n-타입 영역 및/또는 p-타입 영역을 주입함으로써 다이오드가 제공될 수 있다. 일부 실시예들에서, 폴리실리콘 층은 이미 하나의 방식 또는 다른 방식으로(예를 들어, p-타입 층으로서) 도핑될 수 있고, 따라서 오직 하나의 주입(예를 들어, n-타입 영역을 형성하기 위한 주입)이 요구된다. 다이오드는 온도에 비례하는 순방향 전압 강하를 제공할 수 있고, 그에 의해 외부 감지 회로가 반도체 다이(10)의 온도를 측정하는 것을 허용한다. 내장된 센서 소자(22)의 예시적인 상세들이 아래에 제공된다.Minimizing the distance D between the first contact well 48A and the second contact well 48B means that the embedded
내장된 센서 소자(22) 내로 결합된 기생 신호들을 더 감소시키기 위해, 도 3에 도시된 바와 같이, 차폐 웰(46)에 잡음 감소 웰(56)이 제공될 수 있다. 잡음 감소 웰(56)은 차폐 웰(46)과 반대 도핑 타입을 갖고, 각각 제1 컨택트 웰(48A) 및 제2 컨택트 웰(48B)을 통해 제1 컨택트(50A) 및 제2 컨택트(50B)와 전기적으로 접촉한다. 도 3에 도시된 예에서, 잡음 감소 웰(56)은 n-타입 영역이다. 잡음 감소 웰(56)은 드리프트 층(14)에서의 주입된 영역일 수 있지만, 임의의 적절한 수단에 의해 제공될 수도 있다. 본 기술분야의 기술자는 n-타입 넓은 밴드갭 반도체 재료들이 종종 그들의 p-타입 대응물들보다 최대 세 자릿수만큼 낮은 저항을 갖는다는 것을 알 것이다. 잡음 감소 웰(56)을 제공함으로써, 내장된 센서 소자(22) 아래의 드리프트 층(14)의 표면에서의 저항이 더 감소될 수 있고, 이는 결국 내장된 센서 소자(22)에 결합되는 기생 신호들을 감소시킬 수 있다.To further reduce parasitic signals coupled into the embedded
위에서 논의된 바와 같이, 기능성 센서 층(52)은 게이트 컨택트(40)를 또한 제공하는 폴리실리콘 층의 일부이다. 이것은 제조 단계를 절약할 수 있지만, 그것은 또한 층이 금속화되거나 실리사이드화되는 것을 방지할 수 있는데, 왜냐하면 그렇게 하는 것은 기능성 센서 층(52)이 감지 소자를 제공하는 것을 허용하지 않을 것이기 때문인데, 그 이유는 금속화 또는 실리사이드화가 일반적으로 전체 폴리실리콘 층에 영향을 미치는 블랭킷 프로세스들이기 때문이다. 게이트 컨택트를 제공하는 폴리실리콘 층의 금속화 또는 실리사이드화가 바람직할 수 있는데, 그 이유는 그것이 저항을 감소시킬 수 있고, 따라서 반도체 다이(10) 전체에 걸친 게이트 신호들의 분포를 개선하여 스위칭 속도 및 다른 성능 특성들을 개선할 수 있기 때문이다. 또한, 차폐 웰(46) 및 잡음 감소 웰(56)에 의해서도, 내장된 센서 소자(22)와 드리프트 층(14) 사이의 추가의 격리가 요구될 수 있다. 따라서, 도 4는 본 개시내용의 일 실시예에 따른 추가적인 격리를 갖는 내장된 센서 소자(22)를 도시한다. 도 4에 도시된 반도체 다이(10)는, 내장된 센서 소자(22)와 드리프트 층(14) 사이에 추가적인 절연 층(58) 및 추가적인 기능성 층(60)이 있다는 점을 제외하고는, 도 2에 도시된 것과 실질적으로 동일하다. 이 실시예에서, 기능성 센서 층(52)은 게이트 컨택트(40)를 형성하는 데 이용되는 동일한 층의 일부가 아니라, 오히려 게이트 컨택트(40)를 형성하는 데 이용되는 것에 추가되는 "제2-레벨" 폴리실리콘 층이다. 도 4에 도시된 바와 같은 추가적인 기능성 층(60)은 게이트 컨택트(40)를 형성하는 데 이용되는 동일한 층의 일부이며, 이는 전술한 바와 같은 다양한 실시예들에서 폴리실리콘 층일 수 있다. 절연 층(16), 추가적인 기능성 층(60), 및 추가적인 절연 층(58)이 내장된 센서 소자(22)와 드리프트 층(14) 사이에 있도록 내장된 센서 소자(22)를 제공하기 위해 추가적인 기능성 층(60) 위에 2개의 추가적인 층들, 즉, 추가적인 절연 층(58) 및 기능성 센서 층(52)이 제공된다. 추가적인 2개의 층들은 내장된 센서 소자(22)의 증가된 차폐를 제공하면서 2개의 추가적인 필요한 층들만을 추가한다. 추가적인 절연 층(58)은 SiO2와 같은 임의의 적절한 절연 재료를 포함할 수 있다. 기능성 센서 층(52)은 제2-레벨 폴리실리콘 층일 수 있고, 이는 전술한 바와 같이 게이트 컨택트(40) 및 추가적인 기능성 층(60)을 제공하는 제1 폴리실리콘 층과 유사한 방식으로 제공된다. 제2-레벨 폴리실리콘 층은 반도체 다이(10)를 생성하기 위한 추가적인 제조 단계들을 추가하지만, 제1 폴리실리콘 층이 금속화되거나 실리사이드화될 수 있게 하는 것과 같은 이점들을 제공할 수 있으며, 이는 위에서 논의된 바와 같이 반도체 다이(10)의 성능을 개선할 수 있다.As discussed above,
훨씬 더 많은 차폐를 제공하기 위해, 잡음 감소 웰(56)은 도 4에 도시된 반도체 다이(10)에 추가될 수 있다. 그러한 실시예는 도 5에 도시된다. 위에 논의된 바와 같이, 잡음 감소 웰(56)은 이 영역에서의 저항을 감소시킴으로써 내장된 센서 소자(22) 아래의 드리프트 층(14)의 표면에서 기생 전압들을 더 감소시킬 수 있다. 따라서, 내장된 센서 소자(22)와의 간섭은 훨씬 더 감소될 수 있다. 도 4 또는 도 5에 도시되지는 않았지만, 추가적인 기능성 층(60)이 부분적으로 또는 완전히 금속화 및/또는 실리사이드화되는 실시예들에서, 컨택트들(50)은 추가적인 기능성 층(60)에 전기적으로 결합될 수 있다. 이는 내장된 센서 소자(22)에 대한 추가적인 격리를 제공할 수 있다.To provide even more shielding, a noise reduction well 56 may be added to the semiconductor die 10 shown in FIG. 4. One such embodiment is shown in Figure 5. As discussed above, noise reduction well 56 can further reduce parasitic voltages at the surface of
전술한 실시예들에서, 기판(12)은 0.2μm와 10.0μm 사이의 두께 및 1×1017cm-3와 5×1021cm-3 사이의 도핑 농도를 갖는 n-타입 층일 수 있다. 드리프트 층(14)은 1.0μm와 20.0μm 사이의 두께 및 1×1015cm-3와 1×1017cm-3 사이의 도핑 농도를 갖는 n-타입 층일 수 있다. 차폐 웰(46)은 0.1μm와 3.0μm 사이의 두께 및 1×1017cm-3와 5×1021cm-3 사이의 도핑 농도를 갖는 p-타입 영역일 수 있다. 다양한 실시예들에서, 차폐 웰(46)의 두께는 0.1μm와 3.0μm 사이의 임의의 하위범위에, 또는 범위 내의 임의의 이산 포인트에 제공될 수 있다. 예를 들어, 차폐 웰(46)의 두께는 0.1μm와 2.5μm 사이, 0.1μm와 2.0μm 사이, 0.1μm와 1.5μm 사이, 0.1μm와 1.0μm 사이, 0.1과 0.5μm 사이, 0.5와 3.0μm 사이, 1.0μm와 3.0μm 사이, 1.5μm와 3.0μm 사이, 2.0μm와 3.0μm 사이, 2.5μm와 3.0μm 사이, 0.5μm와 2.5μm 사이, 1.0μm와 2.0μm 사이, 1.5μm와 2.0μm 사이 등일 수 있다. 또한, 차폐 웰(46)의 도핑 농도는 1×1017cm-3와 5×1021cm-3 사이의 임의의 하위범위에서, 또는 범위 내의 임의의 이산 포인트에서 제공될 수 있다. 예를 들어, 차폐 웰(46)의 도핑 농도는 5×1017cm-3와 5×1021cm-3 사이, 1×1018cm-3와 5×1021cm-3 사이, 5×1018cm-3와 5×1021cm-3 사이, 1×1019cm-3와 5×1021cm-3 사이, 5×1019cm-3와 5×1021cm-3 사이, 1×1020cm-3와 5×1021cm-3 사이, 5×1020cm-3와 5×1021cm-3 사이, 1×1021cm-3와 5×1021cm-3 사이, 1×1017cm-3와 1×1021cm-3 사이, 1×1017cm-3와 5×1020cm-3 사이, 1×1017cm-3와 1×1020cm-3 사이, 1×1017cm-3와 5×1019cm-3 사이, 1×1017cm-3와 1×1019cm-3 사이, 1×1017cm-3와 5×1018cm-3 사이, 1×1017cm-3와 1×1018cm-3 사이, 1×1017cm-3와 5×1017cm-3 사이, 5×1017cm-3와 1×1021cm-3 사이, 1×1018cm-3와 5×1020cm-3 사이, 5×1018cm-3와 1×1020cm-3 사이, 및 1×1019cm-3와 5×1019cm-3 사이일 수 있다. 컨택트 웰들(48) 각각은 0.1μm와 2.5μm 사이의 두께 및 1×1017cm-3와 5×1021cm-3 사이의 도핑 농도를 갖는 p-타입 영역일 수 있다. 다양한 실시예들에서, 컨택트 웰들(48)의 두께는 0.1μm와 2.5μm 사이의 임의의 하위범위 내에서, 또는 범위 내의 임의의 이산 포인트에서 제공될 수 있다. 예를 들어, 컨택트 웰들(48)의 두께는 0.5μm와 2.5μm 사이, 1.0μm와 2.5μm 사이, 1.5μm와 2.5μm 사이, 2.0μm와 2.5μm 사이, 0.1μm와 2.0μm 사이, 0.1μm와 1.5μm 사이, 0.1μm와 1.0μm 사이, 0.1μm와 0.5μm 사이, 0.5μm와 2.0μm 사이, 및 1.0μm와 1.5μm 사이일 수 있다. 또한, 컨택트 웰들(48)의 도핑 농도는 1×1017cm-3와 5×1021cm-3 사이의 임의의 하위범위에서, 또는 범위 내의 임의의 이산 포인트에서 제공될 수 있다. 예를 들어, 컨택트 웰들(48)의 도핑 농도는 5×1017cm-3와 5×1021cm-3 사이, 1×1018cm-3와 5×1021cm-3 사이, 5×1018cm-3와 5×1021cm-3 사이, 1×1019cm-3와 5×1021cm-3 사이, 5×1019cm-3와 5×1021cm-3 사이, 1×1020cm-3와 5×1021cm-3 사이, 5×1020cm-3와 5×1021cm-3 사이, 1×1021cm-3와 5×1021cm-3 사이, 1×1017cm-3와 1×1021cm-3 사이, 1×1017cm-3와 5×1020cm-3 사이, 1×1017cm-3와 1×1020cm-3 사이, 1×1017cm-3와 5×1019cm-3 사이, 1×1017cm-3와 1×1019cm-3 사이, 1×1017cm-3와 5×1018cm-3 사이, 1×1017cm-3와 1×1018cm-3 사이, 1×1017cm-3와 5×1017cm-3 사이, 5×1017cm-3와 1×1021cm-3 사이, 1×1018cm-3와 5×1020cm-3 사이, 5×1018cm-3와 1×1020cm-3 사이, 및 1×1019cm-3와 5×1019cm-3 사이일 수 있다. 잡음 감소 웰(56)은 0.1μm와 2.5μm 사이의 두께 및 1x1017cm-3와 5x1021cm-3 사이의 도핑 농도를 갖는 n-타입 영역일 수 있다. 다양한 실시예들에서, 잡음 감소 웰(56)의 두께는 0.1μm와 2.5μm 사이의 임의의 하위범위 내에서, 또는 범위 내의 임의의 이산 포인트에서 제공될 수 있다. 예를 들어, 잡음 감소 웰(56)의 두께는 0.5μm와 2.5μm 사이, 1.0μm와 2.5μm 사이, 1.5μm와 2.5μm 사이, 2.0μm와 2.5μm 사이, 0.1μm와 2.0μm 사이, 0.1μm와 1.5μm 사이, 0.1μm와 1.0μm 사이, 0.1μm와 0.5μm 사이, 0.5μm와 2.0μm 사이, 1.0μm와 1.5μm일 수 있다. 또한, 잡음 감소 웰(56)의 도핑 농도는 1×1017cm-3와 5×1021cm-3 사이의 임의의 하위범위에서, 또는 범위 내의 임의의 이산 포인트에서 제공될 수 있다. 예를 들어, 잡음 감소 웰(56)의 도핑 농도는 5×1017cm-3와 5·1021cm-3 사이, 1×1018cm-3와 5×1021cm-3 사이, 5×1018cm-3와 5×1021cm-3 사이, 1×1019cm-3와 5×1021cm-3 사이, 5×1019cm-3와 5×1021cm-3 사이, 1×1020cm-3와 5×1021cm-3 사이, 5×1020cm-3와 5×1021cm-3 사이, 1×1021cm-3와 5×1021cm-3 사이, 1×1017cm-3와 1×1021cm-3 사이, 1×1017cm-3와 5×1020cm-3 사이, 1×1017cm-3와 1×1020cm-3 사이, 1×1017cm-3와 5×1019cm-3 사이, 1×1017cm-3와 1×1019cm-3 사이, 1×1017cm-3와 5×1018cm-3 사이, 1×1017cm-3와 1×1018cm-3 사이, 1×1017cm-3와 5×1017cm-3 사이, 5×1017cm-3와 1×1021cm-3 사이, 1×1018cm-3와 5×1020cm-3 사이, 5×1018cm-3와 1×1020cm-3 사이, 및 1×1019cm-3와 5×1019cm-3 사이일 수 있다.In the above-described embodiments, the
위에 논의된 개선들, 즉, 절연 층(16)으로 드리프트 층(14)으로부터 내장된 센서 소자(22)를 분리하고, 차폐 웰(46)을 제공하고, 컨택트 웰들(48) 사이의 거리를 최소화하고, 잡음 감소 웰(56)을 제공하고, 추가적인 절연 층(58)을 제공하고, 추가적인 기능성 층(60)을 제공하는 것은, 단독으로 또는 조합하여, 드리프트 층(14)으로부터의 내장된 센서 소자(22)의 격리를 상당히 개선할 수 있다. 특히, 본 명세서에서 논의된 개선들은 그것의 소스 및 드레인과 같은, 반도체 다이(10)의 고전력 부분들로부터 50V보다 큰 DC 격리를 제공할 수 있다. 다양한 실시예들에서, 본 명세서에서 논의된 개선들은 75V 초과 및 100V 초과의 DC 격리를 제공할 수 있다. 일반적으로, 본 명세서에서 논의된 개선들은 넓은 밴드갭 전력 반도체 다이 상에 내장된 센서 소자를 포함하는 것을 가능하게 하는데, 그 이유는 이러한 격리 수단들이 없으면 그러한 내장된 센서 소자는 그의 기능을 파괴하는 간섭을 받을 것이기 때문이다.The improvements discussed above include separating the embedded
위에서 논의된 바와 같이, 내장된 센서 소자(22)는 임의의 적절한 감지 소자일 수 있다. 일 실시예에서, 내장된 센서 소자(22)는 온도 감지 소자이다. 특히, 내장된 센서 소자(22)는 온도에 비례하는 순방향 전압 강하를 제공하는 다이오드일 수 있다. 따라서, 도 6은 본 개시내용의 일 실시예에 따른 내장된 센서 소자(22)의 평면도를 도시한다. 문맥상, 제1 컨택트(50A) 및 제2 컨택트(50B)가 또한 도시된다. 내장된 센서 소자(22)는 애노드 컨택트(anode contact)(62) 및 캐소드 컨택트(cathode contact)(64)를 포함한다. 애노드 컨택트(62)는 기능성 센서 층(52)에서의 p-타입 영역(66)과 전기적으로 접촉한다. 캐소드 컨택트(64)는 기능성 센서 층(52)에서의 n-타입 영역(68)과 전기적으로 접촉한다. p-타입 영역(66) 및/또는 n-타입 영역(68)은 잘 알려진 프로세스들에 따라 기능성 센서 층(52)의 주입 프로세스를 통해 제공될 수 있다. 도시된 바와 같이, p-타입 영역(66) 및 n-타입 영역(68)은 재료의 영역에 의해 분리될 수 있다. 이러한 재료 영역은 진성(intrinsic)(도핑되지 않음)이거나, p-타입 영역(66) 및 n-타입 영역(68)과 다른 방식으로 도핑될 수 있다.As discussed above, embedded
일부 시나리오들에서, 특정 감지 회로에 대한 순방향 전압을 맞춤화하기 위해 여러 개의 다이오드를 직렬로 제공하는 것이 바람직할 수 있다. 따라서, 도 7은 본 개시내용의 추가적인 실시예에 따른 내장된 센서 소자(22)의 평면도를 도시한다. 도 7에 도시된 내장된 센서 소자(22)는 하나 대신에 2개의 다이오드를 포함한다는 점을 제외하고는 도 6에 도시된 것과 실질적으로 동일하다. 기능성 센서 층(52)은 2개의 별개의 부분들로 분리되고, 그 각각은 개별 다이오드를 형성하기 위해 이용된다. 이들 다이오드들은 도시된 바와 같이 금속 층을 통해 함께 결합된다. 단지 2개의 다이오드들이 도시되지만, 본 기술분야의 통상의 기술자들은 내장된 센서 소자(22)가 본 개시내용의 원리들로부터 벗어나지 않고 다이오드들을 포함하는 임의의 수의 개별 소자들을 포함할 수 있다는 것을 이해할 것이다.In some scenarios, it may be desirable to provide multiple diodes in series to tailor the forward voltage for a particular sensing circuit. Accordingly, Figure 7 shows a top view of an embedded
도 8은 본 개시내용의 추가적인 실시예에 따른 내장된 센서 소자(22)의 평면도를 도시한다. 도 8에 도시된 내장된 센서 소자(22)는 p-타입 영역(66) 및 n-타입 영역(68)이 포개져서 각각의 다이오드에 필요한 영역을 감소시킬 수 있다는 것을 제외하고는, 도 7에 도시된 것과 실질적으로 유사하다. 본 기술분야의 통상의 기술자들은 다이오드들이 임의의 수의 레이아웃 기법들을 이용하여 형성될 수 있다는 것을 이해할 것이며, 이들 모두는 본 명세서에서 고려된다.8 shows a top view of an embedded
일부 실시예들에서, 잡음 감소 웰(56)은 내장된 센서 소자(22)의 전체 아래의 블랭킷 영역이다. 그러나, 이것은 일부 상황들에서 문제가 될 수 있는 기생 N-P-N 트랜지스터를 제공할 수 있다. 따라서, 잡음 감소 웰(56)은 도 9 및 10에 도시된 바와 같은 일부 실시예들에서 패터닝될 수 있다. 도 9 및 10은 도면을 모호하게 하는 것을 피하기 위해 내장된 센서 소자(22) 또는 절연 층(16)이 없는 잡음 감소 웰(56)의 평면도를 도시한다. 도 9에서, 잡음 감소 웰(56)은 제1 넓은 그리드 패턴(wide grid pattern)으로 제공되는 반면, 도 10에서 잡음 감소 웰(56)은 타이트한 그리드 패턴(tight grid pattern)으로 제공된다. 특히, 이들은 예시적인 패턴들일 뿐이며, 본 기술분야의 통상의 기술자들은 본 개시내용의 원리들로부터 벗어나지 않고 임의의 적절한 패턴이 잡음 감소 웰(56)에 대해 이용될 수 있다는 것을 쉽게 알 것이다.In some embodiments, noise reduction well 56 is a blanket area underneath the entirety of embedded
도 4 및 도 5와 관련하여 위에서 논의된 실시예로 돌아가면, 제2-레벨 폴리실리콘 층 상에 내장된 센서 소자(22)를 제공하는 것은 내장된 센서 소자(22)에 더하여 다른 기능성 컴포넌트들의 구현을 허용할 수 있다. 예를 들어, MOSFET를 위한 게이트 저항기로서 이용될 수 있는 집중형 저항기는 내장된 센서 소자(22)와 함께 제2 폴리실리콘 층에서 구현될 수 있다. 따라서, 도 11a는 본 개시내용의 일 실시예에 따른 집중형 저항기(70)의 단면도를 도시한다. 집중형 저항기(70)는 위에서 논의된 기능성 센서 층(52)과 동일한 기능성 층(52)에 제공된다. 구체적으로, 집중형 저항기(70)는 도 11b의 집중형 저항기의 평면도에 도시된 바와 같이, 제1 저항기 컨택트(72A) 및 제2 저항기 컨택트(72B)를 갖는 폴리실리콘의 도핑된 부분을 통해 제공된다. 집중형 저항기(70)는 온-칩 게이트 저항기를 제공하기 위해 MOSFET 셀(24)의 게이트 컨택트(40)에 결합될 수 있다. 일부 실시예들에서, 저항기 컨택트들(72) 중 하나는 게이트 컨택트 패드를 제공할 수 있다. 그러한 경우, 저항기 컨택트들(72) 중 하나만이 제공될 수 있고, 집중형 저항기(70)는 내부적으로 게이트 컨택트에 결합될 수 있다. 그러나, 다른 실시예들에서, 저항기 컨택트들(72) 중 하나는 게이트 컨택트 패드일 수 있고, 다른 하나는 원하는 저항이 달성되는 것을 보장하기 위해 제조 동안 집중형 저항기(70)의 저항을 측정하는 것을 허용하도록 노출될 수 있다. 위에서 논의된 바와 같이, 기능성 센서 층(52)은 원하는 저항을 제공하기 위해 성장(인시츄(in-situ)) 동안 도핑되거나 이온 주입과 같은 주입 프로세스를 통해 나중에 도핑되는 폴리실리콘 층일 수 있다. 집중형 저항기(70)가 도 11a 및 도 11b에서 단순한 직사각형으로 도시되어 있지만, 집중형 저항기(70)는 임의의 수의 형상들로 제공될 수 있다. 예를 들어, 집중형 저항기(70)를 형성하는 기능성 센서 층(52)의 부분은 원형, 다각형, 또는 임의의 다른 형상으로 제공될 수 있다. 이러한 방식으로 집중형 저항기(70)를 제공하는 것은 전류 분포를 개선하고 및/또는 기생 신호들을 감소시킴으로써 집중형 저항기(70)가 게이트 저항기로서 이용될 때 성능을 개선할 수 있다. 본 기술분야의 통상의 기술자라면, 저항기들 외에도, 다른 기능성 컴포넌트들도 역시 제2-레벨 폴리실리콘 층에서 구현될 수 있다는 것을 알 것이다.Returning to the embodiment discussed above with respect to FIGS. 4 and 5 , providing an embedded
위의 도면들에 도시되지는 않았지만, 소스 컨택트(38), 드레인 컨택트(42), 컨택트들(50) 및 저항기 컨택트들(72)과 같은 다양한 금속 컨택트들은 그들이 전기적으로 결합되는 영역 상에 직접 제공되지 않을 수 있다. 오히려, 임의의 수의 패시베이션 또는 캡슐화 층들이 그들이 접촉하는 반도체 다이(10)의 영역들로부터 이러한 컨택트들을 분리할 수 있고, 그들 사이의 접속들에는 이러한 층들을 통한 비아(via)들이 제공될 수 있다.Although not shown in the figures above, various metal contacts such as
도 12는 본 개시내용의 일 실시예에 따른, 내장된 센서 소자를 포함하는 반도체 다이를 제조하기 위한 방법을 도시하는 흐름도이다. 먼저, 드리프트 층이 기판 상에 제공된다(단계 100). 드리프트 층은 넓은 밴드갭 반도체 재료를 포함한다. 드리프트 층을 제공하는 것은 임의의 적절한 반도체 성장 프로세스들에 따라 드리프트 층을 성장시키는 것을 포함할 수 있다. MOSFET, BJT, IGBT, 또는 사이리스터와 같은 기능성 반도체 디바이스뿐만 아니라 내장된 센서 소자를 위한 차폐 구조물을 제공하기 위해 드리프트 층에 하나 이상의 주입물이 제공된다(단계 102). 내장된 센서 소자에 대한 차폐 구조물은 위에서 논의된 차폐 웰, 컨택트 웰들, 및 잡음 감소 웰 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 주입된 영역들은 임의의 적절한 주입 프로세스에 의해 제공될 수 있다. 절연 층이 드리프트 층 상에 제공된다(단계 104). 절연 층은 반도체 다이의 상이한 부분들에서 게이트 산화물 및 필드 산화물을 제공할 수 있으므로, 그 상이한 부분들에서 상이한 두께를 갖도록 제공될 수 있다. 게이트 컨택트 및 기능성 센서 층이 절연 층 상에 제공된다(단계 106). 게이트 컨택트 및 기능성 센서 층은 임의의 적절한 퇴적 프로세스에 의해 제공되는 폴리실리콘 층일 수 있다. 폴리실리콘 층은 퇴적되고 패터닝되어 게이트 컨택트 및 기능성 센서 층을 생성할 수 있다. 일부 실시예들에서, 게이트 컨택트 및 기능성 센서 층은 동시에 제공되지 않는다. 대신에, 게이트 컨택트 및 추가적인 폴리실리콘 층이 함께 제공되고, 추가적인 폴리실리콘 층 상에 추가적인 절연 층이 제공되고, 추가적인 절연 층 상에 기능성 센서 층이 제공된다. 이러한 접근법의 결과는 위의 도 4 및 5에 도시된다. 그 다음, 내장된 센서 소자를 제공하기 위해 하나 이상의 주입된 영역이 기능성 센서 층에 제공된다(단계 108). 예를 들어, p-타입 영역 및/또는 n-타입 영역은 온도 센서로서 이용되는 다이오드를 형성하기 위해 제공될 수 있다. 마지막으로, 적어도 일부가 차폐 구조물 및 내장된 센서 소자에 전기적 컨택트들을 제공하기 위해 이용되는 금속 층이 제공된다(단계 110). 일부 실시예들에서, 다수의 금속 층들이 제공될 수 있고, 패시베이션 또는 금속간 유전체 층들이 그 사이에 제공된다.12 is a flow diagram illustrating a method for manufacturing a semiconductor die including an embedded sensor element, according to one embodiment of the present disclosure. First, a drift layer is provided on the substrate (step 100). The drift layer includes a wide bandgap semiconductor material. Providing a drift layer may include growing the drift layer according to any suitable semiconductor growth processes. One or more implants are provided in the drift layer to provide a shielding structure for embedded sensor elements as well as functional semiconductor devices such as MOSFETs, BJTs, IGBTs, or thyristors (step 102). The shielding structure for the embedded sensor element may include one or more of the shielding wells, contact wells, and noise reduction wells discussed above. Implanted areas may be provided by any suitable implantation process. An insulating layer is provided on the drift layer (step 104). The insulating layer may provide a gate oxide and a field oxide in different portions of the semiconductor die and thus may be provided with different thicknesses in the different portions. Gate contact and functional sensor layers are provided on the insulating layer (step 106). The gate contact and functional sensor layer may be a polysilicon layer provided by any suitable deposition process. The polysilicon layer can be deposited and patterned to create the gate contact and functional sensor layer. In some embodiments, the gate contact and functional sensor layer are not provided simultaneously. Instead, a gate contact and an additional polysilicon layer are provided together, an additional insulating layer is provided on the additional polysilicon layer, and a functional sensor layer is provided on the additional insulating layer. The results of this approach are shown in Figures 4 and 5 above. Next, one or more implanted regions are provided in the functional sensor layer to provide embedded sensor elements (step 108). For example, a p-type region and/or an n-type region may be provided to form a diode used as a temperature sensor. Finally, a metal layer is provided, at least a portion of which is used to provide electrical contacts to the shielding structure and embedded sensor element (step 110). In some embodiments, multiple metal layers may be provided, with passivation or intermetallic dielectric layers provided in between.
도 13은 본 개시내용의 일 실시예에 따른 내장된 센서 소자(22)의 단면도를 도시한다. 내장된 센서 소자(22)는, 단면도가 도 2에 도시된 것에 수직이고(즉, 도 2를 참조하여 내장된 센서 소자(22)를 지면으로 가로지르고), 한 쌍의 센서 컨택트 패드들(74)이 도시되어 있다는 점을 제외하고는, 도 2에 도시된 것과 실질적으로 유사하다. 본 기술분야의 통상의 기술자라면, 반도체 다이의 일부와 전기 접속하기 위해, 특정의 최소 치수들을 갖는 컨택트 패드가 제공되어야 한다는 것을 알 것이다. 최소 치수들은, 하나 이상의 와이어본드(wirebond)와 같은 원하는 전기 접속이 특정의 프로세스 제한들 내에서 달성될 수 있는 최소 크기에 기초할 수 있다. 도 2에 도시된 센서 컨택트 층(54)은 하나 이상의 다른 금속 특징부(예를 들어, 소스 컨택트(38), 컨택트들(50), 게이트 금속 층 등)과 동일 평면 상에 있을 수 있기 때문에, 이 층 내의 컨택트 패드에 이용가능한 영역은, 컨택트 패드가 이들 특징부들과 중첩되지 않고 따라서 전기적으로 접촉하지 않도록 제한될 수 있다. 따라서, 도 13은 제1 금속 층(76A)에 구현되는 컨택트들(50) 및 하나 이상의 추가적인 금속 층(76B)에 구현되는 센서 컨택트 패드들(74)을 도시한다. 금속간 유전체 층(78)은 제1 금속 층(76A) 위에 제공되고, 센서 컨택트 패드들(74)이 제공될 수 있는 표면을 제공한다. 특히, 센서 컨택트 패드들(74)이 금속간 유전체 층(78) 상에 제공될 때, 그들은 아래의 제1 금속 층(76)에서의 컨택트들(50)과 중첩될 수 있으므로, 컨택트 패드들을 제공하기 위한 공간이 훨씬 더 많다. 센서 컨택트 패드들(74)을 추가적인 금속 층 상으로 이동시킴으로써, 센서 컨택트 패드들(74)에 이용가능한 영역이 증가된다. 이것은 내장된 센서 소자(22)와의 더 신뢰성 있는 접촉을 제공할 수 있고, 따라서 일부 실시예들에서 성능을 개선할 수 있다.13 shows a cross-sectional view of an embedded
하나 이상의 추가적인 금속 층이 컨택트 패드들에 대한 공간을 제공하기 위해 이용되는 본 개시내용의 양태들을 더 예시하기 위해, 도 14는 본 개시내용의 일 실시예에 따른 트랜지스터 반도체 다이(210)의 평면도를 도시한다. 예시의 목적을 위해, 트랜지스터 반도체 다이(210)는 게이트 컨택트 패드(214) 및 다수의 소스 컨택트 패드들(216)을 위한 개구들을 갖는 패시베이션 층(212)을 포함하는 수직 금속-산화물-반도체 전계-효과 트랜지스터(MOSFET) 디바이스이다. 트랜지스터 반도체 다이(210)는 드레인 컨택트 패드(도시되지 않음)가 디바이스의 후면 상에 위치되는 수직 전력 디바이스이다. 게이트 컨택트 패드(214) 및 소스 컨택트 패드들(216)은 트랜지스터 반도체 다이(210)를 외부 회로에 결합하기 위한 표면들로서 제공될 수 있다. 따라서, 게이트 컨택트 패드(214) 및 소스 컨택트 패드들(216)은 신뢰가능하게 접속될 수 있도록 최소 크기를 가질 수 있다. 일 실시예에서, 게이트 컨택트 패드(214) 및 소스 컨택트 패드들(216) 각각의 최소 크기는 0.4mm2이다. 다양한 실시예들에서, 게이트 컨택트 패드(214) 및 소스 컨택트 패드들(216) 각각의 최소 크기는 0.5mm2, 0.6mm2, 0.7mm2, 0.8mm2, 0.9mm2 및 최대 1.0mm2일 수 있다.To further illustrate aspects of the disclosure in which one or more additional metal layers are used to provide space for contact pads, FIG. 14 shows a top view of a transistor semiconductor die 210 according to one embodiment of the disclosure. It shows. For purposes of illustration, transistor semiconductor die 210 is a vertical metal-oxide-semiconductor electric field-comprising a
도 15는 패시베이션 층(212)이 제거된 트랜지스터 반도체 다이(210)의 평면도를 도시한다. 패시베이션 층(212) 아래에는 게이트 금속 층(218), 게이트 금속 층(218)에 결합된 게이트 비아 바(gate via bar)(220), 및 소스 금속 층(222)이 있다. 아래에 더 상세히 논의되는 바와 같이, 게이트 금속 층(218), 게이트 비아 바(220), 및 소스 금속 층(222)은 동일한 금속화 층에 의해 제공되고, 따라서 소스 금속 층(222)은 도시된 바와 같이 게이트 금속 층(218) 및 게이트 비아 바(220)의 전체 영역을 수용하기 위해 개구(224)를 포함해야 한다. 도 15는 또한 트랜지스터 반도체 다이(210)의 디바이스 영역(226) 및 에지 종단 영역(228)을 도시한다. 위에서 논의된 바와 같이, 디바이스 영역(226)은, 디바이스의 선택적 전류 전도 및 전압 차단 능력들을 제공하기 위해, 하나 이상의 전극에 전기적으로 결합되는, 하나 이상의 주입물을 포함하는 트랜지스터 반도체 다이(210)의 영역이다. 에지 종단 영역(228)은 트랜지스터 반도체 다이(210)의 에지들에서 전계들의 농도를 감소시키고, 따라서 낮은 역 전압들에서 브레이크다운을 방지하기 위해 제공된다.Figure 15 shows a top view of the transistor semiconductor die 210 with the
도 16은 게이트 금속 층(218), 게이트 비아 바(220), 소스 금속 층(222) 및 (후술하는) 다수의 다른 층들이 제거된 트랜지스터 반도체 다이(210)의 평면도를 도시한다. 이들 층들 아래에는 다수의 게이트 영역들(232)에 의해 분리된 다수의 소스 영역들(230)이 있다. 소스 영역들(230)은 (예를 들어, 드리프트 층으로부터의 별개의 에피텍시 프로세스를 통해 또는 드리프트 층의 주입에 의해) 그들이 위치해 있는 드리프트 층의 도핑 타입 및/또는 도핑 농도와는 상이한 도핑 타입 및/또는 도핑 농도를 갖는 영역으로서 제공될 수 있는 반면, 게이트 영역들(232)은 드리프트 층의 도핑 타입 및/또는 도핑 농도가 비교적 변화되지 않거나 상이한 양만큼 변화되는 영역으로서 제공될 수 있다. 도 16에 도시된 바와 같이, 게이트 영역들(232)은 스트라이프로서 제공되지만, 게이트 영역들(232)은 도 17에 도시된 바와 같이 유사하게 그리드로 제공될 수 있다. 트랜지스터 반도체 다이(210)의 주 기능을 제공하기 위해, 게이트 컨택트 패드(214)는 게이트 영역들(232)과 전기적으로 접촉해야 하는 반면, 소스 컨택트 패드들(216)은 소스 영역들(230)과 전기적으로 접촉해야 한다.FIG. 16 shows a top view of transistor semiconductor die 210 with
도 18은 본 개시내용의 일 실시예에 따른 트랜지스터 반도체 다이(210)의 일부의 단면도를 도시한다. 트랜지스터 반도체 다이(210)는 기판(234) 및 기판(234) 위의 드리프트 층(236)을 포함한다. 드리프트 층(236)의 표면에서의 다수의 주입물(238)은 소스 영역들(230)을 제공하는 한편, 주입물들(238) 사이의 다수의 비-주입된 영역들은 게이트 영역들(232)을 제공한다. 다수의 게이트 전극들(240)이 게이트 영역들(232) 상에 제공되어, 게이트 전극들(240) 각각은 그들이 그 위에 제공되는 게이트 영역(32)의 어느 한 측 상의 주입물들(238) 사이에 이어진다. 게이트 전극들(240) 각각은 산화물 층(242)에 의해 드리프트 층(236)의 표면으로부터 분리된다. 다수의 소스 전극들(244)이 소스 영역들(230) 상에 제공되어, 소스 전극들(244) 각각이 주입물들(238) 중 상이한 것과 접촉하게 된다. 게이트 금속 층(218)이 산화물 층(242)에 의해 드리프트 층(236)의 표면으로부터 분리되고 도 18에 도시되지 않은 평면 상의 게이트 전극들(240) 각각에 결합되도록 게이트 금속 층(218)이 드리프트 층(236)의 표면 상에 제공된다. 게이트 전극들(240)을 소스 전극들(244)로부터 전기적으로 격리된 상태로 유지하기 위해, 유전체 층(246)이 게이트 전극들(240) 위에 제공된다. 소스 전극들(244)은 유전체 층(246)의 표면에서 노출된다. 소스 금속 층(222)은 소스 전극들(244)과 접촉하도록 유전체 층(246) 상에 제공된다. 드레인 금속 층(248)은 드리프트 층(236)에 대향하여 기판(234) 상에 제공된다.Figure 18 shows a cross-sectional view of a portion of a transistor semiconductor die 210 according to one embodiment of the present disclosure. Transistor semiconductor die 210 includes a substrate 234 and a drift layer 236 above substrate 234.
도 15 및 도 18에 도시된 바와 같이, 소스 금속 층(222) 및 게이트 금속 층(218)은 단일 금속화 단계에서(즉, 적절하게 패터닝된 단일 금속 층으로서) 트랜지스터 반도체 다이(210)의 디바이스 영역(226) 내에 제공된다. 이것은 소스 금속 층(222) 및 게이트 금속 층(218)이 트랜지스터 반도체 다이(210)의 동일한 표면/평면 상에 제공됨을 의미한다. 따라서, 소스 금속 층(222)은 게이트 금속 층(218)과 중첩할 수 없고, 그 대신에 게이트 금속 층(218)에 대한 개구를 포함해야 한다. 게이트 금속 층(218)의 크기에 대한 제약들(예를 들어, 와이어본딩을 위한 최소 컨택트 패드 크기)로 인해, 소스 금속 층(222)의 커버리지는 따라서 트랜지스터 반도체 다이(210)의 디바이스 영역(226) 내에서 제한된다. 도 18에 도시된 바와 같이, 소스 금속 층(222) 아래의 영역은 전류가 드리프트 층(236)에 의해 소스 금속 층(222)으로부터 드레인 금속 층(248)으로 전달되는 활성 영역이다. 게이트 금속 층(218) 아래의 영역은 비활성 영역인데, 왜냐하면 전류가 드리프트 층(236)에 의해 게이트 금속 층(218) 아래로 전달될 수 없기 때문이다. 따라서, 디바이스 영역(226)의 전체 활성 영역 및 따라서 트랜지스터 반도체 다이(210)의 총 전류 운반 용량이 다이의 주어진 크기에 대해 제한될 수 있다.15 and 18, the
따라서, 도 19는 본 개시내용의 추가적인 실시예에 따른 트랜지스터 반도체 다이(210)의 단면도를 도시한다. 도 19에 도시된 트랜지스터 반도체 다이(210)는 도 18에 도시된 것과 실질적으로 유사하지만, 유전체 층(246) 위에 추가적인 유전체 층(250)을 더 포함한다. 구체적으로, 게이트 전극들(240) 및 소스 전극들(244)은 드리프트 층(236)의 표면 상에 제공되고, 유전체 층(246)은 게이트 전극들(240)이 소스 전극들(244)로부터 전기적으로 격리되고 소스 전극들(244)이 유전체 층(246)의 표면에서 노출되도록 게이트 전극들(240) 및 소스 전극들(244) 위에 제공되고, 소스 금속 층(222)은 유전체 층(246) 위에 제공되고, 추가적인 유전체 층(250)은 유전체 층(246) 및 소스 금속 층(222) 위에 제공되고, 게이트 금속 층(218)은 추가적인 유전체 층(250) 위에 제공된다. 게이트 금속 층(218)은 유전체 층(246) 및 추가적인 유전체 층(250)(도 19에 도시되지 않은 평면 상에 접속됨)을 통해 이어지는 하나 이상의 비아(252)에 의해 게이트 전극들(240)에 전기적으로 결합된다. 예시된 바와 같이, 추가적인 유전체 층(250)을 제공하는 것은 게이트 금속 층(218)의 적어도 일부가 소스 금속 층(222)과 중첩하도록 허용한다. 하나 이상의 비아(252)는 게이트 금속 층(218)의 전체 영역에 비해 매우 작다. 따라서, 소스 금속 층(222)에서의 매우 작은 개구만이 요구되고, 따라서 소스 금속 층(222)에 의해 커버되는 전체 영역이 증가된다. 위에서 논의된 바와 같이, 소스 금속 층(222) 아래의 영역은 트랜지스터 반도체 다이(210)의 활성 영역이기 때문에, 이것은 전체 활성 영역 및 따라서 트랜지스터 반도체 다이의 전류 운반 용량을 효과적으로 증가시킨다. 사실상, 트랜지스터 반도체 다이(210)의 디바이스 영역(226)의 총 비활성 영역은 게이트 금속 층(218)의 총 영역보다 작을 수 있고, 일부 실시예들에서는 게이트 컨택트 패드(214)의 총 영역보다 작을 수 있으며, 이는 이전에 달성가능하지 않았던 것이다.Accordingly, Figure 19 shows a cross-sectional view of a transistor semiconductor die 210 according to a further embodiment of the present disclosure. The transistor semiconductor die 210 shown in Figure 19 is substantially similar to that shown in Figure 18, but further includes an additional
트랜지스터 반도체 다이(210)의 활성 영역을 증가시키는 것은 주어진 크기에 대한 전류 운반 용량의 증가를 허용한다. 대안적으로, 트랜지스터 반도체 다이(210)의 활성 영역을 증가시키는 것은 전류 운반 용량을 희생하지 않고 다이의 크기의 감소를 허용한다. 이것은 결국 트랜지스터 반도체 다이(210)를 제조할 때 주어진 웨이퍼에 대해 추가적인 칩들이 제공되는 것을 허용한다. 본 명세서에 논의된 예들은 주로 MOSFET 디바이스들을 제공하는 트랜지스터 반도체 다이(210)에 관한 것이지만, 본 명세서에 설명된 원리들은 전계 효과 트랜지스터(FET) 디바이스들, 바이폴라 접합 트랜지스터(BJT) 디바이스들, 절연 게이트 바이폴라 트랜지스터(IGBT) 디바이스들, 또는 2개 이상의 탑-레벨 컨택트들을 갖는 임의의 다른 타입의 수직 트랜지스터 디바이스를 제공하는 트랜지스터 반도체 다이(210)에 동등하게 적용된다. 이를 염두에 두고, 게이트 컨택트 패드(214)는 일반적으로 제1 컨택트 패드로 지칭될 수 있고, 소스 컨택트 패드들(216)은 일반적으로 제2 컨택트 패드로 지칭될 수 있고, 소스 금속 층(222)은 일반적으로 제1 금속화 층으로 지칭될 수 있고, 게이트 금속 층(218)은 일반적으로 제2 금속화 층으로 지칭될 수 있고, 소스 영역들(230)은 일반적으로 제1 세트의 영역들로 지칭될 수 있고, 게이트 영역들은 일반적으로 제2 세트의 영역들로 지칭될 수 있다.Increasing the active area of the transistor semiconductor die 210 allows for an increase in current carrying capacity for a given size. Alternatively, increasing the active area of transistor semiconductor die 210 allows reduction in size of the die without sacrificing current carrying capacity. This ultimately allows additional chips to be provided for a given wafer when manufacturing the transistor semiconductor die 210. Although the examples discussed herein primarily relate to transistor semiconductor die 210 providing MOSFET devices, the principles described herein also apply to field effect transistor (FET) devices, bipolar junction transistor (BJT) devices, and insulated gate devices. The same applies to transistor semiconductor die 210 providing bipolar transistor (IGBT) devices, or any other type of vertical transistor device with two or more top-level contacts. With this in mind,
일 실시예에서, 기판(234) 및 드리프트 층(236)은 실리콘 탄화물이다. 기판(234) 및 드리프트 층(236)에 대해 실리콘 탄화물을 이용하는 것은 실리콘과 같은 종래의 재료 시스템들을 이용하는 것과 비교할 때 트랜지스터 반도체 다이(210)의 성능을 상당히 증가시킬 수 있다. 도시되지는 않았지만, 주입물들(238)은 트랜지스터 반도체 다이(210)의 선택적 전류 전도 및 전압 차단 능력들을 제공하기 위해 필요에 따라 그 안에 여러 상이한 주입된 영역들을 포함할 수 있다. 유전체 층(246) 및 추가적인 유전체 층(250)은, 예를 들어, 교번하는 방식으로, Al2O3 및 SiO2의 하나 이상의 층을 포함할 수 있다. 다른 실시예들에서, 유전체 층(246) 및 추가적인 유전체 층(250)은, 예를 들어, 교번하는 방식으로, Si3N4 및 SiO2의 하나 이상의 층을 포함할 수 있다. 일반적으로, 유전체 층(246) 및 추가적인 유전체 층(250)은 임의의 적절한 유전체 재료들(예를 들어, 넓은 밴드갭(>~5eV) 및 비교적 낮은 유전 상수를 갖는 것들)을 포함할 수 있다. 유전체 층(246) 및 추가적인 유전체 층(250)은 동일하거나 상이한 재료를 포함할 수 있다. Si3N4, Al2O3, AlN, SiO2, 또는 임의의 다른 적절한 재료들을 포함하는 추가적인 패시베이션 층들은 재료들 사이의 상호작용들을 회피하기 위해 필요에 따라 유전체 층(246) 및 추가적인 유전체 층(250)과 인터리빙될 수 있다. 패시베이션 층(212)은 다양한 실시예들에서 Si3N4, Al2O3, AlN, SiO2, 또는 임의의 다른 적절한 재료들을 포함할 수 있다.In one embodiment, substrate 234 and drift layer 236 are silicon carbide. Using silicon carbide for substrate 234 and drift layer 236 can significantly increase the performance of transistor semiconductor die 210 compared to using conventional material systems such as silicon. Although not shown,
도 20a는 소스 금속 층(222) 위의 게이트 금속 층(218)의 이동으로 인한 트랜지스터 반도체 다이(210)에 대한 전류 운반 용량의 개선들을 도시하는 그래프이다. 실선은 도 18에 도시된 바와 같은 컨택트 패드들의 레이아웃에 대한 개선들이 없는 트랜지스터 반도체 다이(210)의 크기와 전류 운반 용량 사이의 관계를 예시한다. 파선은 도 19와 관련하여 위에서 논의된 개선들을 갖는 트랜지스터 반도체 다이(210)의 전류 운반 용량 사이의 동일한 관계를 예시한다. 그래프는 일정한 정격 차단 전압(constant rated blocking voltage)(예를 들어, 1200V)을 가정한다. 도시된 바와 같이, 트랜지스터 반도체 다이(210)의 전류 운반 용량의 개선은 다이 크기에 관계없이 실현된다. 위에서 논의된 바와 같이, 이것은 디바이스 영역(226)의 활성 영역에서의 증가로 인한 것이다.FIG. 20A is a graph showing improvements in current carrying capacity for a transistor semiconductor die 210 due to movement of
도 20b는 소스 금속 층(222) 위의 게이트 금속 층(218)의 이동으로 인한 트랜지스터 반도체 다이(210)에 대한 전류 운반 용량의 개선들을 더 도시하는 그래프이다. 그래프는 (도 18에 도시된 것과 같은 개선들이 없는 트랜지스터 반도체 다이에 비해) 전류 운반 용량의 백분율 증가와 트랜지스터 반도체 다이(210)의 전류 정격(current rating) 사이의 관계를 예시한다. 예시된 바와 같이, 트랜지스터 반도체 다이(210)의 전류 용량이 증가되는 백분율은 트랜지스터 반도체 다이(210)의 전류 정격과 역 관계를 갖는다. 이는 트랜지스터 반도체 다이(210)의 전류 정격이 증가함에 따라, 그것의 전체 크기도 증가하기 때문이다. 따라서, 소스 금속 층(222) 위의 게이트 금속 층(218)의 이동의 결과로서 회수되는 활성 영역은 디바이스의 전체 활성 영역의 더 작은 백분율을 구성하고, 이에 의해 이러한 개선들의 이용에 의해 보여지는 전류 운반 용량의 백분율 증가를 감소시킨다. 도 20b는 본 명세서에서 논의된 개선들로 인한 디바이스 성능의 가장 큰 개선들이 더 낮은 전류 정격들에서 보여지는 것을 도시한다.FIG. 20B is a graph further showing improvements in current carrying capacity for transistor semiconductor die 210 due to movement of
도 20c는 소스 금속 층(222) 위의 게이트 금속 층(218)의 이동으로 인한 트랜지스터 반도체 다이(210)에 대한 전류 운반 용량의 개선들을 더 도시하는 그래프이다. 그래프는 (도 18에 도시된 것과 같은 개선들이 없는 트랜지스터 반도체 다이에 비해) 전류 운반 용량의 백분율 증가와 트랜지스터 반도체 다이(210)의 전압 정격 사이의 관계를 예시한다. 예시된 바와 같이, 트랜지스터 반도체 다이(210)의 전류 용량의 백분율은 트랜지스터 반도체 다이(210)의 전압 정격과 양의 관계로서 증가된다. 도시된 그래프는 트랜지스터 반도체 다이(210)의 일정한 크기를 가정한다. 전류 운반 용량의 백분율 증가와 전압 정격 사이의 관계는, 트랜지스터 반도체 다이(210)의 전압 정격이 증가함에 따라, 에지 종단 영역(228)의 크기도 증가한다는 사실에 기인한다. 따라서, 소스 금속 층(222) 위의 게이트 금속 층(218)의 이동의 결과로서 회수되는 활성 영역이 디바이스의 전체 활성 영역의 더 큰 백분율을 구성하도록 디바이스 영역(226)의 크기가 감소하고, 이에 의해 이들 개선들의 이용에 의해 보여지는 전류 운반 용량의 백분율 증가를 증가시킨다. 도 20c는 주어진 칩 크기에 대한 디바이스 성능의 가장 큰 개선들이 더 높은 전압 정격들에서 보여지는 것을 도시한다.FIG. 20C is a graph further showing improvements in current carrying capacity for transistor semiconductor die 210 due to movement of
도 21은 본 개시내용의 일 실시예에 따른 트랜지스터 반도체 다이(210)의 평면도를 도시한다. 구체적으로, 도 21은 게이트 금속 층(218) 및 추가적인 유전체 층(250)이 제거된 트랜지스터 반도체 다이(210)를 도시한다. 추가적인 유전체 층(250) 아래에서 소스 금속 층(222)이 노출된다. 게이트 비아 바(220)는 도 21에 도시된 실시예에 여전히 존재한다. 제1 파선 박스(254)는 게이트 금속 층(218)이 그 위에 제공되는 영역을 예시한다. 이 영역은 게이트 컨택트 패드(214)의 경계들에 대응할 수 있거나, 또는 게이트 컨택트 패드(214)의 경계들을 넘어 연장될 수 있다. 즉, 게이트 금속 층(218)의 전체는 게이트 컨택트 패드(214)와 같이 패시베이션 층(212)을 통해 노출될 수 있거나, 또는 게이트 금속 층(218)의 일부는 게이트 금속 층(218)의 일부만이 게이트 컨택트 패드(214)를 구성하도록 패시베이션 층(212)에 의해 커버될 수 있다. 도시된 바와 같이, 게이트 금속 층(218)의 일부는 게이트 비아 바(220) 위에 놓이고 따라서 게이트 컨택트 패드(214)가 게이트 비아 바(220)에 결합되는 게이트 전극들(240)과 접촉하는 것을 허용한다. 제2 파선 박스(256A) 및 제3 파선 박스(256B)는 소스 컨택트 패드들(216)의 영역을 예시한다. 게이트 비아 바(220)는 여전히 드리프트 층(236)의 표면 상에 위치되고, 따라서 소스 금속 층(222)은 게이트 비아 바(220)를 수용하도록 크기가 정해진 개구(258)를 갖는 것이 여전히 요구된다. 그러나, 게이트 비아 바(220)의 전체 크기는 종래의 게이트 컨택트 패드의 전체 크기보다 훨씬 작다. 따라서, 트랜지스터 반도체 다이(210)의 디바이스 영역(226) 내의 활성 영역의 크기는 상당히 증가될 수 있다.21 shows a top view of a transistor semiconductor die 210 according to one embodiment of the present disclosure. Specifically, FIG. 21 shows transistor semiconductor die 210 with
도 22는 본 개시내용의 추가적인 실시예에 따른 트랜지스터 반도체 다이(210)의 평면도를 도시한다. 구체적으로, 도 22는 게이트 금속 층(218) 및 추가적인 유전체 층(250)이 제거된 트랜지스터 반도체 다이(210)를 도시한다. 추가적인 유전체 층(250) 아래에서 소스 금속 층(222)이 노출된다. 게이트 비아 바(220)는 도 22에 도시된 실시예에서 제거되고 다수의 게이트 컨택트 비아들(260)로 대체되며, 이들은 유전체 층(246) 및 추가적인 유전체 층(250)을 통해 연장되어 하나 이상의 하부 게이트 전극(240)과 접촉하며, 이들은 (예를 들어, 위에서 도시된 바와 같은 그리드 구성에서) 드리프트 층(236)의 표면 상에서 서로 결합된다. 제1 파선 박스(254)는 게이트 금속 층(218)이 그 위에 제공되는 영역을 예시한다. 도시된 바와 같이, 게이트 금속 층(218)의 일부는 게이트 컨택트 비아들(260)과 중첩하여 게이트 컨택트 패드(214)를 게이트 전극들(240)에 접속한다. 제2 파선 박스(256A) 및 제3 파선 박스(256B)는 소스 컨택트 패드들(216)의 영역을 예시한다. 게이트 컨택트 비아들(260)은 게이트 비아 바(220)보다 훨씬 더 작은 영역을 가질 수 있다. 따라서, 게이트 컨택트 패드(214)로부터 게이트 전극들(240)로의 접속들을 수용하기 위한 소스 금속 층(222)에서의 개구들(258)의 총 크기가 훨씬 더 작아질 수 있고, 그에 의해 트랜지스터 반도체 다이(210)의 디바이스 영역(226) 내의 활성 영역을 더 증가시킬 수 있다.Figure 22 shows a top view of a transistor semiconductor die 210 according to a further embodiment of the present disclosure. Specifically, FIG. 22 shows transistor semiconductor die 210 with
게이트 컨택트 패드(214)와 하부 게이트 전극들(240) 사이의 접속의 크기가 감소함에 따라, 트랜지스터 반도체 다이(210)의 게이트 저항이 증가할 수 있다. 따라서, 게이트 컨택트 패드(214)의 크기 및 형상, 게이트 금속 층(218), 및 게이트 컨택트 비아들(260)의 수 및 배치는 트랜지스터 반도체 다이(210)의 게이트 저항을 최소화하면서 동시에 도 23 및 도 24에 도시된 바와 같이 디바이스 영역(226)의 활성 부분을 최대화하도록 배열될 수 있다. 도 23 및 도 24에서, 제1 파선 박스(254)는 게이트 컨택트 비아들(260) 위의 게이트 금속 층(218)의 배치를 나타낸다. 게이트 컨택트 패드(214)는 위에서 논의된 바와 같이 게이트 금속 층(218)의 전부 또는 서브세트에 대응할 수 있다. 제2 파선 박스(256A) 및 제3 파선 박스(256B)는 소스 컨택트 패드들(216)의 영역을 다시 한번 나타낸다. 도 23에서, 제4 파선 박스(256C) 및 제5 파선 박스(256D)는 제공될 수 있는 소스 컨택트 패드들(216)의 추가적인 영역을 나타낸다.As the size of the connection between the
트랜지스터 반도체 다이(210)의 디바이스 영역(226)의 활성 부분을 최대화하는 것 외에도, 추가적인 유전체 층(250)은 또한 추가적인 특징부들을 제공하는 데 이용될 수 있다. 따라서, 도 25는 본 개시내용의 일 실시예에 따른 트랜지스터 반도체 다이(210)의 평면도를 도시한다. 구체적으로, 도 25는 패시베이션 층(212)이 제거된 트랜지스터 반도체 다이(210)를 도시한다. 패시베이션 층(212) 아래에는 게이트 컨택트 패드(214) 및 소스 컨택트 패드들(216)이 노출되는 추가적인 유전체 층(250)이 있다. 이들 컨택트 패드 외에, 다수의 센서 컨택트 패드들(262)이 추가적인 유전체 층(250) 상에 제공된다. 센서 컨택트 패드들(262)은 위에서 논의된 내장된 센서 소자(22)와 같은 센서(264)에 결합된다. 센서(264)는 임의의 타입의 센서(예를 들어, 온도 센서, 스트레인 센서(strain sensor), 또는 전류 센서)일 수 있다. 센서(264)는 또한 추가적인 유전체 층(250)의 표면 상에 위치할 수 있거나, 유전체 층(246) 상에, 드리프트 층(236) 상에, 또는 심지어 드리프트 층(236)에서와 같은 층 스택의 더 아래에 위치할 수 있다. 센서(264)가 드리프트 층(236)에 위치하는 경우, 그것은 디바이스 영역(226)의 전체 활성 영역을 손상시킬 수 있다. 그러나, 센서(264)는 일반적으로 디바이스 영역(226)의 크기에 비해 매우 작을 것이고, 따라서 드리프트 층(236)에 센서를 갖는 것은 디바이스 영역(226)의 활성 영역의 작은 감소만을 야기할 수 있다. 일반적으로, 센서 컨택트 패드들(262)은 센서(264) 자체보다 훨씬 더 클 것이고, 센서 컨택트 패드들(262)은 소스 금속 층(222) 위에 위치할 수 있기 때문에, 디바이스 영역(226)의 활성 영역은 트랜지스터 반도체 다이(210) 내로의 하나 이상의 센서의 도입에 의해 최소로 영향을 받을 것이다. 센서 컨택트 패드들(262)은 일부 실시예들에서 게이트 금속 층(218)과 동일한 금속화 층에 의해(즉, 동일한 금속화 단계에서) 형성될 수 있다.In addition to maximizing the active portion of
도 26은 본 개시내용의 일 실시예에 따른 트랜지스터 반도체 다이(210)의 단면도를 도시한다. 도 26에 도시된 트랜지스터 반도체 다이(210)는, 센서 컨택트 패드(262)가 추가적인 유전체 층(250)의 표면 상에 도시된 것을 제외하고는, 도 19에 도시된 것과 실질적으로 유사하다. 센서(264)는 추가적인 유전체 층(250) 상의 센서 컨택트 패드(262) 뒤에 위치할 수 있으므로, 센서(264)는 도 26에 도시되지 않는다.Figure 26 shows a cross-sectional view of a transistor semiconductor die 210 according to one embodiment of the present disclosure. The transistor semiconductor die 210 shown in Figure 26 is substantially similar to that shown in Figure 19, except that the
도 27은 본 개시내용의 추가적인 실시예에 따른 트랜지스터 반도체 다이(210)의 단면도를 도시한다. 도 27에 도시된 트랜지스터 반도체 다이(210)는, 센서 컨택트 패드(262)가 센서 컨택트 비아(266)에 의해 드리프트 층(236)에 위치한 센서(264)에 결합된다는 점을 제외하고는, 도 26에 도시된 것과 실질적으로 유사하다. 센서(264)는 드리프트 층(236)에 하나 이상의 주입된 영역을 포함할 수 있어서, 센서(264)는 임의의 타입의 반도체 디바이스일 수 있다. 센서(264)는 온도, 스트레인(strain), 전류, 전압, 또는 임의의 다른 원하는 파라미터를 측정하는 데 이용될 수 있다. 위에서 논의된 바와 같이, 센서 컨택트 패드(262)는 일반적으로 센서(264) 및 센서 컨택트 비아(266)보다 구현하기 위해 더 많은 양의 영역을 필요로 한다. 센서 컨택트 패드(262)가 소스 금속 층(222)과 적어도 부분적으로 중첩되도록 추가적인 유전체 층(250) 상에 센서 컨택트 패드(262)를 제공하는 것은 따라서 트랜지스터 반도체 다이(210)에서의 센서(264)를 그의 디바이스 영역(226)의 활성 영역 상에 제공하는 것의 영향을 감소시킨다. 센서(264)가 드리프트 층(236)에 도시되지만, 센서(264)는 드리프트 층(236) 위 또는 아래의 어디에나 위치될 수 있고, 본 개시내용의 원리들로부터 벗어나지 않고 임의의 수의 비아들 및 개재 금속 층들을 이용하여 결합될 수 있다.Figure 27 shows a cross-sectional view of a transistor semiconductor die 210 according to a further embodiment of the present disclosure. The transistor semiconductor die 210 shown in FIG. 27 is similar to that of FIG. 26 except that the
도 28은 본 개시내용의 추가적인 실시예에 따른 트랜지스터 반도체 다이(210)의 단면도를 도시한다. 트랜지스터 반도체 다이(210)는 유전체 층(246)과 추가적인 유전체 층(250) 사이의 제1 개재 층(268A) 및 추가적인 유전체 층(250)과 게이트 금속 층(218) 사이의 제2 개재 층(268B)을 더 포함한다는 점을 제외하고는, 도 19에 도시된 것과 실질적으로 유사하다. 제1 개재 층(268A) 및 제2 개재 층(268B)은 유전체 층(246), 추가적인 유전체 층(250), 게이트 금속 층(218) 및 소스 금속 층(222) 사이의 화학적 상호작용들을 감소시킬 수 있다. 이것은, 추가적인 유전체 층(250)이 양호한 유전체 속성들을 위해 치밀화 어닐링(densification anneal)을 요구할 수 있기 때문에 중요하다. 제1 개재 층(268A) 및 제2 개재 층(268B)은 Si3N4, Al2O3, AlN, SiO2, 동일한 것의 다양한 층들, 또는 임의의 다른 적절한 재료들을 포함할 수 있다. 위에 논의된 바와 같이, 유전체 층(246) 및 추가적인 유전체 층(250)은 SiO2 또는 임의의 다른 적절한 재료들을 포함할 수 있다. 도시된 바와 같이, 제2 개재 층(268B)은 하나 이상의 비아(252)를 위한 개구가 만들어진 후에 제공될 수 있다. 따라서, 제2 개재 층(268B)이 하나 이상의 비아(252)의 금속, 유전체 층(246), 및 추가적인 유전체 층(250) 사이의 화학적 상호작용들을 감소시키도록, 제2 개재 층(268B)이 하나 이상의 비아(252)의 에지들을 따라 제공될 수 있다. 하나 이상의 비아(252)는 게이트 금속 층(218)과 동일하거나 상이한 단일 전도성 금속을 포함할 수 있거나, 하나 이상의 비아(252)의 벽들을 따라 화학적 또는 확산 장벽 층을 형성하기 위해 필요에 따라 상이한 금속들의 스택을 포함할 수 있다.Figure 28 shows a cross-sectional view of a transistor semiconductor die 210 according to a further embodiment of the present disclosure. Transistor semiconductor die 210 has a
도 28은 또한 게이트 금속 층(218) 위의 패시베이션 층(212)을 도시한다. 패시베이션 층(212)은 트랜지스터 반도체 다이(210)를 주변 환경으로부터 보호할 수 있다. 패시베이션 층(212)은 Si2N4, Al2O3, SiO2, 동일한 것의 교번하는 층들, 또는 임의의 다른 적절한 재료들을 포함할 수 있다.Figure 28 also shows the
트랜지스터 반도체 다이(210)는 순방향 전도 동작 모드에서 적어도 0.5A를 전도하고 차단 동작 모드에서 적어도 100V를 차단하도록 구성된 전력 반도체 다이일 수 있다. 다양한 실시예들에서, 트랜지스터 반도체 다이(210)는 순방향 전도 동작 모드에서 적어도 1.0A, 적어도 2.0A, 적어도 3.0A, 적어도 4.0A, 적어도 5.0A, 적어도 6.0A, 적어도 7.0A, 적어도 8.0A, 적어도 9.0A, 및 적어도 10.0A를 전도하도록 구성될 수 있다. 트랜지스터 반도체 다이(210)는 차단 동작 모드에서 적어도 250V, 적어도 500V, 적어도 750V, 적어도 1kV, 적어도 1.5kV, 및 적어도 2.0kV를 차단하도록 구성될 수 있다. 동일한 파라미터들이 위에서 논의된 반도체 다이(10)에 적용된다.Transistor semiconductor die 210 may be a power semiconductor die configured to conduct at least 0.5 A in a forward conduction mode of operation and to block at least 100 V in a blocking mode of operation. In various embodiments, the transistor semiconductor die 210 is capable of generating a current of at least 1.0 A, at least 2.0 A, at least 3.0 A, at least 4.0 A, at least 5.0 A, at least 6.0 A, at least 7.0 A, at least 8.0 A, It can be configured to conduct at least 9.0A, and at least 10.0A. The transistor semiconductor die 210 may be configured to block at least 250V, at least 500V, at least 750V, at least 1kV, at least 1.5kV, and at least 2.0kV in a blocking operation mode. The same parameters apply to semiconductor die 10 discussed above.
전술한 양태들, 및/또는 본 명세서에 설명된 바와 같은 다양한 별개의 양태들 및 특징들 중 임의의 것이 추가적인 이점을 위해 조합될 수 있다는 것이 고려된다. 본 명세서에 개시된 바와 같은 다양한 실시예들 중 임의의 것은 본 명세서에서 반대로 표시되지 않는 한 하나 이상의 다른 개시된 실시예와 조합될 수 있다.It is contemplated that any of the foregoing aspects, and/or various separate aspects and features as described herein, may be combined for additional advantage. Any of the various embodiments as disclosed herein may be combined with one or more other disclosed embodiments unless otherwise indicated herein.
본 기술분야의 통상의 기술자는 본 개시내용의 바람직한 실시예들에 대한 개선들 및 수정들을 인식할 것이다. 모든 그러한 개선들 및 수정들은 본 명세서에 개시된 개념들 및 이하의 청구항들의 범위 내에서 고려된다.Those skilled in the art will recognize improvements and modifications to the preferred embodiments of the present disclosure. All such improvements and modifications are considered within the scope of the concepts disclosed herein and the following claims.
Claims (58)
● 넓은 밴드갭 반도체 재료를 포함하는 드리프트 층; 및
● 내장된 센서 소자를 포함하는, 반도체 디바이스.As a semiconductor device,
● A drift layer comprising a wide bandgap semiconductor material; and
● A semiconductor device containing an embedded sensor element.
상기 내장된 센서 소자는 온도 감지 소자인, 반도체 디바이스.According to paragraph 1,
A semiconductor device, wherein the built-in sensor element is a temperature sensing element.
상기 드리프트 층과 상기 내장된 센서 소자 사이에 절연 층을 더 포함하는, 반도체 디바이스.According to paragraph 2,
The semiconductor device further comprising an insulating layer between the drift layer and the embedded sensor element.
상기 드리프트 층과 상기 내장된 센서 소자 사이에 차폐 웰을 더 포함하고, 상기 차폐 웰은 상기 드리프트 층의 도핑 타입과 반대인 도핑 타입을 갖는, 반도체 디바이스.According to paragraph 3,
The semiconductor device further comprising a shielding well between the drift layer and the embedded sensor element, the shielding well having a doping type opposite to that of the drift layer.
상기 차폐 웰은 상기 드리프트 층에서의 주입된 영역인, 반도체 디바이스.According to paragraph 4,
The semiconductor device of claim 1, wherein the shield well is an implanted region in the drift layer.
● 상기 차폐 웰과 전기적으로 접촉하는 제1 컨택트; 및
● 상기 차폐 웰과 전기적으로 접촉하는 제2 컨택트 - 상기 내장된 센서 소자는 상기 제1 컨택트와 상기 제2 컨택트 사이에 있음 - 를 더 포함하는, 반도체 디바이스.According to clause 5,
● A first contact in electrical contact with the shield well; and
● A second contact in electrical contact with the shielding well, wherein the embedded sensor element is between the first contact and the second contact.
● 제1 컨택트 웰 - 여기서,
● 상기 제1 컨택트 웰은 상기 차폐 웰에서의 주입된 영역이고;
● 상기 제1 컨택트 웰은 상기 차폐 웰과 동일한 도핑 타입 및 상기 차폐 웰의 도핑 농도보다 큰 도핑 농도를 갖고;
● 상기 제1 컨택트는 상기 제1 컨택트 웰을 통해 상기 차폐 웰과 전기적으로 접촉함 -; 및
● 제2 컨택트 웰 - 여기서,
● 상기 제2 컨택트 웰은 상기 차폐 웰에서의 주입된 영역이고;
● 상기 제2 컨택트 웰은 상기 차폐 웰과 동일한 도핑 타입 및 상기 차폐 웰의 도핑 농도보다 큰 도핑 농도를 갖고;
● 상기 제2 컨택트는 상기 제2 컨택트 웰을 통해 상기 차폐 웰과 전기적으로 접촉함 - 을 더 포함하는, 반도체 디바이스.According to clause 6,
● First contact well - where:
● The first contact well is the implanted area in the shield well;
● the first contact well has the same doping type as the shielding well and a doping concentration greater than that of the shielding well;
● the first contact is in electrical contact with the shielding well through the first contact well; and
● Second contact well - where:
● the second contact well is the implanted area in the shield well;
● the second contact well has the same doping type as the shielding well and a doping concentration greater than that of the shielding well;
● The second contact is in electrical contact with the shielding well through the second contact well.
상기 제1 컨택트 및 상기 제2 컨택트는 고정된 전위에 전기적으로 결합되는, 반도체 디바이스.According to clause 6,
wherein the first contact and the second contact are electrically coupled to a fixed potential.
상기 제1 컨택트와 상기 제2 컨택트 사이의 거리는 200μm 이하인, 반도체 디바이스.According to clause 6,
A semiconductor device wherein the distance between the first contact and the second contact is 200 μm or less.
상기 제1 컨택트와 상기 제2 컨택트 사이의 상기 거리는 100μm 이하인, 반도체 디바이스.According to clause 9,
The semiconductor device, wherein the distance between the first contact and the second contact is 100 μm or less.
상기 제1 컨택트와 상기 제2 컨택트 사이의 상기 거리는 50μm 이하인, 반도체 디바이스.According to clause 10,
The semiconductor device, wherein the distance between the first contact and the second contact is 50 μm or less.
상기 제1 컨택트와 상기 제2 컨택트 사이의 상기 거리는 적어도 5μm인, 반도체 디바이스.According to clause 11,
The semiconductor device of claim 1, wherein the distance between the first contact and the second contact is at least 5 μm.
잡음 감소 웰을 더 포함하고,
● 상기 잡음 감소 웰은 상기 차폐 웰의 도핑 타입과 반대인 도핑 타입을 갖고;
● 상기 잡음 감소 웰은 상기 잡음 감소 웰의 적어도 일부에 의해 상기 드리프트 층으로부터 분리되고;
● 상기 제1 컨택트 및 상기 제2 컨택트는 상기 잡음 감소 웰과 전기적으로 접촉하는, 반도체 디바이스.According to clause 6,
further comprising a noise reduction well;
● the noise reduction well has a doping type opposite to that of the shielding well;
● the noise reduction well is separated from the drift layer by at least a portion of the noise reduction well;
● The semiconductor device, wherein the first contact and the second contact are in electrical contact with the noise reduction well.
상기 드리프트 층과 상기 내장된 센서 소자 사이에 추가적인 기능성 층 및 추가적인 절연 층을 더 포함하고, 상기 절연 층은 상기 드리프트 층 상에 있고, 상기 추가적인 기능성 층은 상기 절연 층 상에 있고, 상기 추가적인 절연 층은 상기 추가적인 기능성 층 상에 있고, 상기 내장된 센서 소자는 상기 추가적인 절연 층 상에 있는, 반도체 디바이스.According to paragraph 4,
further comprising an additional functional layer and an additional insulating layer between the drift layer and the embedded sensor element, the insulating layer being on the drift layer, the additional functional layer being on the insulating layer, and the additional insulating layer is on the additional functional layer, and the embedded sensor element is on the additional insulating layer.
상기 추가적인 기능성 층은 폴리실리콘을 포함하는, 반도체 디바이스.According to clause 14,
The semiconductor device of claim 1, wherein the additional functional layer comprises polysilicon.
상기 추가적인 기능성 층은 적어도 부분적으로 금속화된 것 및 적어도 부분적으로 실리사이드화된 것 중 하나인 폴리실리콘을 포함하는, 반도체 디바이스.According to clause 14,
The semiconductor device of claim 1, wherein the additional functional layer comprises polysilicon, one of at least partially metallized and at least partially silicided.
상기 추가적인 절연 층 상에 집중형 저항기 소자를 더 포함하는, 반도체 디바이스.According to clause 14,
The semiconductor device further comprising a lumped resistor element on the additional insulating layer.
● 상기 반도체 디바이스는 활성 영역을 포함하고;
● 상기 활성 영역은 금속-산화물-반도체 전계-효과 트랜지스터(MOSFET)를 제공하도록 구성된 하나 이상의 주입된 영역을 포함하고;
● 상기 집중형 저항기 소자는 상기 MOSFET의 게이트에 결합되는, 반도체 디바이스.According to clause 17,
● The semiconductor device includes an active region;
● the active region includes one or more implanted regions configured to provide a metal-oxide-semiconductor field-effect transistor (MOSFET);
● A semiconductor device, wherein the lumped resistor element is coupled to the gate of the MOSFET.
잡음 감소 웰을 더 포함하고,
● 상기 잡음 감소 웰은 상기 차폐 웰의 도핑 타입과 반대인 도핑 타입을 갖고;
● 상기 잡음 감소 웰은 상기 잡음 감소 웰의 적어도 일부에 의해 상기 드리프트 층으로부터 분리되고;
● 상기 제1 컨택트 및 상기 제2 컨택트는 상기 잡음 감소 웰과 전기적으로 접촉하는, 반도체 디바이스.According to clause 14,
further comprising a noise reduction well;
● the noise reduction well has a doping type opposite to that of the shielding well;
● the noise reduction well is separated from the drift layer by at least a portion of the noise reduction well;
● The semiconductor device, wherein the first contact and the second contact are in electrical contact with the noise reduction well.
활성 영역을 더 포함하고, 상기 활성 영역은 스위칭 전력 반도체 디바이스를 제공하도록 구성된 하나 이상의 주입된 영역을 포함하는, 반도체 디바이스.According to paragraph 3,
A semiconductor device further comprising an active region, the active region comprising one or more implanted regions configured to provide a switching power semiconductor device.
상기 스위칭 전력 반도체 디바이스는 금속-산화물-반도체 전계-효과 트랜지스터(MOSFET)인, 반도체 디바이스.According to clause 20,
The switching power semiconductor device is a metal-oxide-semiconductor field-effect transistor (MOSFET).
상기 MOSFET는 수직 MOSFET인, 반도체 디바이스.According to clause 21,
A semiconductor device, wherein the MOSFET is a vertical MOSFET.
상기 스위칭 전력 반도체 디바이스는 바이폴라 접합 트랜지스터(BJT), 절연 게이트 바이폴라 트랜지스터(IGBT), 및 사이리스터 중 하나인, 반도체 디바이스.According to clause 20,
The switching power semiconductor device is one of a bipolar junction transistor (BJT), an insulated gate bipolar transistor (IGBT), and a thyristor.
상기 넓은 밴드갭 반도체 재료는 실리콘 탄화물을 포함하는, 반도체 디바이스.According to clause 20,
A semiconductor device, wherein the wide bandgap semiconductor material comprises silicon carbide.
상기 넓은 밴드갭 반도체 재료는 갈륨 질화물, 갈륨 산화물 및 아연 산화물 중 하나를 포함하는, 반도체 디바이스.According to clause 20,
A semiconductor device, wherein the wide bandgap semiconductor material includes one of gallium nitride, gallium oxide, and zinc oxide.
● 금속간 유전체 층;
● 상기 금속간 유전체 층 상의 센서 컨택트 패드 - 상기 센서 컨택트 패드는 상기 제1 컨택트 및 상기 제2 컨택트 중 하나와 적어도 부분적으로 중첩되고, 상기 센서 컨택트 패드는 상기 금속간 유전체 층의 일부에 의해 상기 제1 컨택트 및 상기 제2 컨택트로부터 전기적으로 격리됨 -; 및
● 상기 금속간 유전체를 통한 비아 - 상기 비아는 상기 센서 컨택트 패드를 상기 내장된 센서 소자에 전기적으로 결합함 - 를 더 포함하는, 반도체 디바이스.In clause 7,
● Intermetallic dielectric layer;
● A sensor contact pad on the intermetallic dielectric layer, wherein the sensor contact pad at least partially overlaps one of the first contact and the second contact, the sensor contact pad being connected to the first contact by a portion of the intermetallic dielectric layer. electrically isolated from the first contact and the second contact; and
● A via through the intermetallic dielectric, the via electrically coupling the sensor contact pad to the embedded sensor element.
상기 내장된 센서 소자는 다이오드인, 반도체 디바이스.According to paragraph 3,
A semiconductor device, wherein the embedded sensor element is a diode.
● 넓은 밴드갭 반도체 재료를 포함하는 드리프트 층을 제공하는 단계; 및
● 내장된 센서 소자를 제공하는 단계를 포함하는, 방법.As a method for manufacturing a semiconductor device,
● Providing a drift layer comprising a wide bandgap semiconductor material; and
● A method, comprising providing an embedded sensor element.
상기 내장된 센서 소자는 온도 감지 소자인, 방법.According to clause 28,
The method of claim 1, wherein the embedded sensor element is a temperature sensing element.
상기 드리프트 층과 상기 내장된 센서 소자 사이에 절연 층을 제공하는 단계를 더 포함하는, 방법.According to clause 29,
The method further comprising providing an insulating layer between the drift layer and the embedded sensor element.
상기 드리프트 층과 상기 내장된 센서 소자 사이에 차폐 웰을 제공하는 단계를 더 포함하고, 상기 차폐 웰은 상기 드리프트 층의 도핑 타입과 반대인 도핑 타입을 갖는, 방법.According to clause 29,
The method further comprising providing a shielding well between the drift layer and the embedded sensor element, the shielding well having a doping type opposite to that of the drift layer.
상기 차폐 웰을 제공하는 단계는 상기 드리프트 층에 상기 차폐 웰을 주입하는 단계를 포함하는, 방법.According to clause 31,
The method of claim 1, wherein providing the shielding well includes injecting the shielding well into the drift layer.
● 상기 차폐 웰과 전기적으로 접촉하는 제1 컨택트를 제공하는 단계; 및
● 상기 차폐 웰과 전기적으로 접촉하는 제2 컨택트를 제공하는 단계 - 상기 내장된 온도 감지 소자는 상기 제1 컨택트와 상기 제2 컨택트 사이에 있음 - 를 더 포함하는, 방법.According to clause 32,
● Providing a first contact in electrical contact with the shield well; and
● Providing a second contact in electrical contact with the shielding well, wherein the embedded temperature sensing element is between the first contact and the second contact.
● 제1 컨택트 웰을 제공하는 단계 - 여기서,
● 상기 제1 컨택트 웰은 상기 차폐 웰에서의 주입된 영역이고;
● 상기 제1 컨택트 웰은 상기 차폐 웰과 동일한 도핑 타입 및 상기 차폐 웰의 도핑 농도보다 큰 도핑 농도를 갖고;
● 상기 제1 컨택트는 상기 제1 컨택트 웰을 통해 상기 차폐 웰과 전기적으로 접촉함 -; 및
● 제2 컨택트 웰을 제공하는 단계 - 여기서,
● 상기 제2 컨택트 웰은 상기 차폐 웰에서의 주입된 영역이고;
● 상기 제2 컨택트 웰은 상기 차폐 웰과 동일한 도핑 농도 및 상기 차폐 웰의 도핑 농도보다 큰 도핑 농도를 갖고;
● 상기 제2 컨택트는 상기 제2 컨택트 웰을 통해 상기 차폐 웰과 전기적으로 접촉함 - 를 더 포함하는, 방법.According to clause 33,
● Providing a first contact well, wherein:
● The first contact well is the implanted area in the shield well;
● the first contact well has the same doping type as the shielding well and a doping concentration greater than that of the shielding well;
● the first contact is in electrical contact with the shielding well through the first contact well; and
● Providing a second contact well, wherein:
● the second contact well is the implanted area in the shield well;
● the second contact well has a doping concentration equal to that of the shielding well and a doping concentration greater than that of the shielding well;
● The second contact is in electrical contact with the shielding well through the second contact well.
상기 제1 컨택트 및 상기 제2 컨택트는 고정된 전위에 전기적으로 결합되는, 방법.According to clause 33,
wherein the first contact and the second contact are electrically coupled to a fixed potential.
상기 제1 컨택트 및 상기 제2 컨택트는 상기 제1 컨택트와 상기 제2 컨택트 사이의 거리가 200μm 미만이도록 제공되는, 방법.According to clause 33,
The method of claim 1 , wherein the first contact and the second contact are provided such that the distance between the first contact and the second contact is less than 200 μm.
상기 제1 컨택트 및 상기 제2 컨택트는 상기 제1 컨택트와 상기 제2 컨택트 사이의 상기 거리가 100μm 미만이도록 제공되는, 방법.According to clause 36,
The method of claim 1 , wherein the first contact and the second contact are provided such that the distance between the first contact and the second contact is less than 100 μm.
상기 제1 컨택트 및 상기 제2 컨택트는 상기 제1 컨택트와 상기 제2 컨택트 사이의 상기 거리가 50μm 미만이도록 제공되는, 방법.According to clause 37,
The method of claim 1, wherein the first contact and the second contact are provided such that the distance between the first contact and the second contact is less than 50 μm.
상기 제1 컨택트 및 상기 제2 컨택트는 상기 제1 컨택트와 상기 제2 컨택트 사이의 거리가 적어도 5μm가 되도록 제공되는, 방법.According to clause 38,
The method wherein the first contact and the second contact are provided such that the distance between the first contact and the second contact is at least 5 μm.
잡음 감소 웰을 제공하는 단계를 더 포함하고,
● 상기 잡음 감소 웰은 상기 차폐 웰의 도핑 타입과 반대인 도핑 타입을 갖고;
● 상기 잡음 감소 웰은 상기 잡음 감소 웰의 적어도 일부에 의해 상기 드리프트 층으로부터 분리되고;
● 상기 제1 컨택트 및 상기 제2 컨택트는 상기 잡음 감소 웰과 전기적으로 접촉하는, 방법.According to clause 33,
further comprising providing a noise reduction well,
● the noise reduction well has a doping type opposite to that of the shielding well;
● the noise reduction well is separated from the drift layer by at least a portion of the noise reduction well;
● The first contact and the second contact are in electrical contact with the noise reduction well.
상기 드리프트 층과 상기 내장된 센서 소자 사이에 추가적인 기능성 층 및 추가적인 절연 층을 제공하는 단계를 더 포함하고, 상기 절연 층은 상기 드리프트 층 상에 있고, 상기 추가적인 기능성 층은 상기 절연 층 상에 있고, 상기 추가적인 절연 층은 상기 추가적인 기능성 층 상에 있고, 상기 내장된 센서 소자는 상기 추가적인 절연 층 상에 있는, 방법.According to clause 40,
providing an additional functional layer and an additional insulating layer between the drift layer and the embedded sensor element, wherein the insulating layer is on the drift layer and the additional functional layer is on the insulating layer; The method of claim 1, wherein the additional insulating layer is on the additional functional layer, and the embedded sensor element is on the additional insulating layer.
상기 추가적인 기능성 층은 폴리실리콘을 포함하는, 방법.According to clause 41,
The method of claim 1, wherein the additional functional layer comprises polysilicon.
상기 추가적인 기능성 층은 적어도 부분적으로 금속화된 것 및 적어도 부분적으로 실리사이드화된 것 중 하나인 폴리실리콘을 포함하는, 방법.According to clause 41,
The method of claim 1, wherein the additional functional layer comprises polysilicon, one of at least partially metallized and at least partially silicided.
상기 추가적인 절연 층 상에 집중형 저항기 소자를 제공하는 단계를 더 포함하는, 방법.According to clause 41,
The method further comprising providing a lumped resistor element on the additional insulating layer.
활성 영역에 하나 이상의 주입된 영역을 제공하여 상기 하나 이상의 주입된 영역이 금속-산화물-반도체 전계-효과 트랜지스터(MOSFET)를 제공하도록 하는 단계 - 상기 집중형 저항기 소자는 상기 MOSFET의 게이트에 결합됨 - 를 더 포함하는, 방법.According to clause 44,
Providing one or more implanted regions in an active region such that the one or more implanted regions provide a metal-oxide-semiconductor field-effect transistor (MOSFET), wherein the lumped resistor element is coupled to the gate of the MOSFET. A method further comprising:
잡음 감소 웰을 제공하는 단계를 더 포함하고,
● 상기 잡음 감소 웰은 상기 차폐 웰의 도핑 타입과 반대인 도핑 타입을 갖고;
● 상기 잡음 감소 웰은 상기 잡음 감소 웰의 적어도 일부에 의해 상기 드리프트 층으로부터 분리되고;
● 상기 제1 컨택트 및 상기 제2 컨택트는 상기 잡음 감소 웰과 전기적으로 접촉하는, 방법.According to clause 41,
further comprising providing a noise reduction well,
● the noise reduction well has a doping type opposite to that of the shielding well;
● the noise reduction well is separated from the drift layer by at least a portion of the noise reduction well;
● The first contact and the second contact are in electrical contact with the noise reduction well.
상기 드리프트 층의 활성 영역에 하나 이상의 주입된 영역을 제공하여 상기 하나 이상의 주입된 영역이 스위칭 전력 반도체 디바이스를 제공하도록 구성되게 하는 단계를 더 포함하는, 방법.According to clause 29,
The method further comprising providing one or more implanted regions in the active region of the drift layer such that the one or more implanted regions are configured to provide a switching power semiconductor device.
상기 스위칭 전력 반도체 디바이스는 금속-산화물-반도체 전계-효과 트랜지스터(MOSFET)인, 방법.According to clause 47,
The method of claim 1, wherein the switching power semiconductor device is a metal-oxide-semiconductor field-effect transistor (MOSFET).
상기 MOSFET는 수직 MOSFET인, 방법.According to clause 48,
The method of claim 1, wherein the MOSFET is a vertical MOSFET.
상기 스위칭 전력 반도체 디바이스는 바이폴라 접합 트랜지스터(BJT), 절연 게이트 바이폴라 트랜지스터(IGBT), 및 사이리스터 중 하나인, 방법.According to clause 47,
The method of claim 1, wherein the switching power semiconductor device is one of a bipolar junction transistor (BJT), an insulated gate bipolar transistor (IGBT), and a thyristor.
상기 넓은 밴드갭 반도체 재료는 실리콘 탄화물을 포함하는, 방법.According to clause 47,
The method of claim 1, wherein the wide bandgap semiconductor material comprises silicon carbide.
상기 넓은 밴드갭 반도체 재료는 갈륨 질화물, 갈륨 산화물 및 아연 산화물 중 하나를 포함하는, 방법.According to clause 47,
The method of claim 1, wherein the wide bandgap semiconductor material includes one of gallium nitride, gallium oxide, and zinc oxide.
상기 내장된 센서 소자는 다이오드인, 방법.According to clause 29,
The method of claim 1, wherein the embedded sensor element is a diode.
● 기판;
● 상기 기판 상의 드리프트 층;
● 상기 드리프트 층 상의 절연 층;
● 상기 절연 층 상의 제1 기능성 층;
● 상기 제1 기능성 층 상의 추가적인 절연 층; 및
● 상기 추가적인 절연 층 상의 집중형 저항기 소자를 포함하는, 반도체 디바이스.As a semiconductor device,
● Substrate;
● A drift layer on the substrate;
● an insulating layer on the drift layer;
● A first functional layer on the insulating layer;
● an additional insulating layer on the first functional layer; and
● A semiconductor device comprising a lumped resistor element on the additional insulating layer.
상기 제1 기능성 층은 폴리실리콘을 포함하는, 반도체 디바이스.According to clause 54,
The semiconductor device of claim 1, wherein the first functional layer comprises polysilicon.
상기 제1 기능성 층은 부분적으로 금속화된 것 및 부분적으로 실리사이드화된 것 중 하나인 폴리실리콘을 포함하는, 반도체 디바이스.According to clause 55,
The semiconductor device of claim 1, wherein the first functional layer comprises polysilicon, one of partially metallized and partially silicided.
상기 반도체 디바이스는 상기 드리프트 층에 하나 이상의 주입된 영역을 포함하는 활성 영역을 포함하고, 상기 하나 이상의 주입된 영역은 금속-산화물-반도체 전계-효과 트랜지스터(MOSFET)를 제공하도록 구성되고, 상기 집중형 저항기 소자는 상기 MOSFET의 게이트에 결합되는, 반도체 디바이스.According to clause 56,
The semiconductor device includes an active region comprising one or more implanted regions in the drift layer, the one or more implanted regions configured to provide a metal-oxide-semiconductor field-effect transistor (MOSFET), the lumped region A semiconductor device wherein a resistor element is coupled to the gate of the MOSFET.
상기 제1 기능성 층은 상기 MOSFET의 게이트 전극을 제공하는, 반도체 디바이스.According to clause 57,
The semiconductor device of claim 1, wherein the first functional layer provides a gate electrode of the MOSFET.
Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US17/201,468 | 2021-03-15 | ||
US17/201,468 US20210202341A1 (en) | 2019-04-11 | 2021-03-15 | Wide bandgap semiconductor device with sensor element |
PCT/US2022/017951 WO2022197421A2 (en) | 2021-03-15 | 2022-02-25 | Wide bandgap semiconductor device with sensor element |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
KR20230146068A true KR20230146068A (en) | 2023-10-18 |
Family
ID=81328637
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
KR1020237031423A KR20230146068A (en) | 2021-03-15 | 2022-02-25 | Wide bandgap semiconductor device with sensor element |
Country Status (5)
Country | Link |
---|---|
EP (1) | EP4309204A2 (en) |
JP (1) | JP2024510130A (en) |
KR (1) | KR20230146068A (en) |
CN (1) | CN117015852A (en) |
WO (1) | WO2022197421A2 (en) |
Family Cites Families (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6013934A (en) * | 1997-03-18 | 2000-01-11 | Lucent Technologies Inc. | Semiconductor structure for thermal shutdown protection |
JP2011066184A (en) * | 2009-09-17 | 2011-03-31 | Renesas Electronics Corp | Semiconductor device and method of manufacturing the same |
CN106601710B (en) * | 2015-10-19 | 2021-01-29 | 富士电机株式会社 | Semiconductor device and method for manufacturing semiconductor device |
JP6640639B2 (en) * | 2016-03-31 | 2020-02-05 | ルネサスエレクトロニクス株式会社 | Semiconductor device and semiconductor device |
WO2017208734A1 (en) * | 2016-06-03 | 2017-12-07 | 富士電機株式会社 | Semiconductor device |
US11164813B2 (en) * | 2019-04-11 | 2021-11-02 | Cree, Inc. | Transistor semiconductor die with increased active area |
-
2022
- 2022-02-25 WO PCT/US2022/017951 patent/WO2022197421A2/en active Application Filing
- 2022-02-25 JP JP2023553110A patent/JP2024510130A/en active Pending
- 2022-02-25 CN CN202280021353.2A patent/CN117015852A/en active Pending
- 2022-02-25 KR KR1020237031423A patent/KR20230146068A/en active Search and Examination
- 2022-02-25 EP EP22715798.9A patent/EP4309204A2/en active Pending
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN117015852A (en) | 2023-11-07 |
EP4309204A2 (en) | 2024-01-24 |
WO2022197421A2 (en) | 2022-09-22 |
JP2024510130A (en) | 2024-03-06 |
WO2022197421A3 (en) | 2022-12-08 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US7235845B2 (en) | Power LDMOS transistor | |
US7420247B2 (en) | Power LDMOS transistor | |
JP3911566B2 (en) | MOS type semiconductor device | |
US6140678A (en) | Trench-gated power MOSFET with protective diode | |
EP0566179B1 (en) | A semiconductor component including protection means | |
US6281521B1 (en) | Silicon carbide horizontal channel buffered gate semiconductor devices | |
US20090179264A1 (en) | Ldmos integrated schottky diode | |
US9431394B2 (en) | Power semiconductor package with gate and field electrode leads | |
US10038052B2 (en) | Semiconductor device with channelstopper and method for producing the same | |
US20230155019A1 (en) | Integration of a schottky diode with a mosfet | |
CN111201611B (en) | Power switching device with high DV/DT capacity and method for manufacturing such a device | |
US20120126317A1 (en) | Accufet with integrated clamping circuit | |
US20230369486A1 (en) | Gate trench power semiconductor devices having improved deep shield connection patterns | |
CN112786679B (en) | Cellular structure of silicon carbide MOSFET device and silicon carbide MOSFET device | |
US11482615B2 (en) | Super-junction power MOSFET device with improved ruggedness, and method of manufacturing | |
CN112466922A (en) | Semiconductor device with a plurality of semiconductor chips | |
US20220037524A1 (en) | Transistor semiconductor die with increased active area | |
US20220173227A1 (en) | Finfet power semiconductor devices | |
KR20230146068A (en) | Wide bandgap semiconductor device with sensor element | |
CN116601773A (en) | Edge termination structure for semiconductor device | |
US20210202341A1 (en) | Wide bandgap semiconductor device with sensor element | |
JP2021136241A (en) | Semiconductor device and manufacturing method for semiconductor device | |
US20240113053A1 (en) | Semiconductor device and method of producing thereof | |
US20220140138A1 (en) | Protection structures for semiconductor devices with sensor arrangements | |
US20220216334A1 (en) | Semiconductor device |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A201 | Request for examination |