KR0149705B1 - A structure of the insulated gate bipolar transistor and manufacturing method of the same - Google Patents
A structure of the insulated gate bipolar transistor and manufacturing method of the sameInfo
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Abstract
본 발명은 절연게이트 바이폴라 트랜지스터에 관한 것으로, 문턱전압의 변동없이 래치업전류를 높이기 위하여, 래치업에 영향을 미치는 소오스영역 하부의 몸체 영역에 상기 몸체보다 고농도의 불순물농도를 갖는 매몰영역을 고에너지의 이온주입으로 형성하여 줌으로써, 래치업이 발생되는 임계치전류가 높아지는 절연게이트 바이폴라 트랜지스터를 제공한다.The present invention relates to an insulated gate bipolar transistor, and in order to increase the latch-up current without changing the threshold voltage, a buried region having a higher concentration of impurity concentration than the body is formed in a body region under the source region that affects the latch-up. By forming by ion implantation, an insulated gate bipolar transistor in which the threshold current at which latchup occurs is increased.
Description
제1도는 본 발명에 따른 IGBT의 단면구조를 보이는 도면.1 is a view showing a cross-sectional structure of the IGBT according to the present invention.
제2도는 제1도에 도시한 IGBT에서 도핑농도에 따른 프로파일을 보이는 도면.2 is a view showing a profile according to doping concentration in the IGBT shown in FIG.
제3도의 (aa)및 (ba)는 각각 p+ 매몰영역을 형성하지 아니한 종래의 IGBT의 단면 구조도 및 본 발명에 따라 p+ 매몰영역을 형성한 IGBT의 단면구조도이고, 제3도의 (ab) 및 (bb)는 각각 제3도의 (aa) 및 (ba)의 절개선A-A'에 따른 n+ 소오스영역 하부의 수직 도핑 프로파일을 보이는 도면.(A) and (ba) of FIG. 3 are cross-sectional structural diagrams of a conventional IGBT that does not form a p + buried region, and a cross-sectional structural diagram of IGBTs having a p + buried region according to the present invention. (bb) is a diagram showing the vertical doping profile under the n + source region according to the incision A-A 'in Fig. 3 (aa) and (ba), respectively.
제4도의 (aa) 및 (ba)는 각각 p+ 매몰영역을 형성하지 아니한 종래의 IGBT의 단면 구조도 및 본 발명에 따라 p+ 매몰영역을 형성한 IGBT의 단면구조도이고, 제4도의 (ab) 및 (bb)는 각각 제4도의 (aa) 및 (ba)의 절개선 B-B'에 따른 채널영역의 수평 도핑 프로파일을 보이는 도면.(A) and (ba) of FIG. 4 are cross-sectional structural diagrams of a conventional IGBT without forming a p + buried region and cross-sectional structural diagrams of an IGBT with a p + buried region according to the present invention. (bb) is a diagram showing a horizontal doping profile of the channel region along the incision line B-B 'of Fig. 4 (aa) and (ba), respectively.
제5도는 p+ 매몰영역을 형성하지 아니한 일반적인 IGBT에서 p형 몸체의 이온주입 도즈량에 따른 문턱전압의 변동 및 래치업전류밀도의 변동을 함께 도시한 도면.5 is a diagram showing variation of threshold voltage and variation of latchup current density according to the ion implantation dose of a p-type body in a general IGBT having no p + buried region.
제6도는 본발명에 따른 IGBT에서 p+ 매몰영역을 형성하기 위한 이온 주입 도즈량에 대한 래치업전류밀도 및 문턱전압과의 상관관계를 보이는 도면.6 is a view showing a correlation between a latch-up current density and a threshold voltage for an ion implantation dose for forming a p + buried region in an IGBT according to the present invention.
제7도는 p+ 매몰영역을 형성하기 위한 이온주입 에너지에 따른 문턱전압과 래치업 전류밀도의 상관관계를 보이는 도면.7 is a view showing a correlation between a threshold voltage and a latch-up current density according to ion implantation energy for forming a p + buried region.
제8도는 본 발명에 따른 IGBT와 종래기술에 따른 IGBT에서 순방향 전압강하에 따른 래치업발생 전류밀도의 값을 비교도시하는 도면.8 is a view comparing and comparing the values of the latchup-producing current density according to the forward voltage drop in the IGBT according to the present invention and the IGBT according to the prior art.
제9도는 본 발명에 따른 IGBT를 제조하는 방법을 각 단계별로 도시한 제9(a)도 내지 제9(d)도로 구성된 도면.9 is a diagram consisting of Figure 9 (a) to Figure 9 (d) showing a step of each method for manufacturing the IGBT according to the present invention.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for main parts of the drawings
10 : p형 기판 12 : n+ 버퍼층10: p-type substrate 12: n + buffer layer
14 : n-에피층 16 : p형 몸체영역14: n-epi layer 16: p-type body region
18 : n+ 소오스영역 20 : p+ 매몰영역18: n + source region 20: p + buried region
22 : p++영역 24 : 게이트절연막22: p ++ region 24: gate insulating film
26 : 게이트전극 28 : 절연막26 gate electrode 28 insulating film
30 : 캐소오드전극30: cathode electrode
본 발명은 절연게이트 바이폴라 트랜지스터(Insulated Gate Bipolar Transistor : 이하 IGBT라 칭함)에 관한 것으로, 특히 래치업특성에 개선되는 IGBT의 구조 및 그 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to an Insulated Gate Bipolar Transistor (hereinafter referred to as IGBT), and more particularly, to a structure of an IGBT improved in latch-up characteristics and a method of manufacturing the same.
최근, 전력용 소자로서 그 응용범위가 광범위하게 확대되고 있는 IGBT는 저전압강하 및 고속스위칭이 용이한 장점을 갖는다.이러한 IGBT에서 가지는 가장 큰 문제점은 구조적으로 기생 싸이리스터가 형성됨에 따라 래치업에 대단히 취약하다는 것이고, 그에 따라 래치업을 개선하기 위한 여러가지 기술들이 개발되어 왔다. 래치업을 억제하기 위한 종래의 대표적인 기술로서는 p형 몸체(body)가 갖는 저항을 줄이거나 또는 p형 몸체를 통하여 흐르는 전류를 줄이므로써 래치업을 개선하는 방법이 있다. 종래의 기술로서, 저항을 줄이는 효과적인 방법으로 p형 몸체의 중앙부에 고농도로 도핑된 p++확산영역을 형성하는 방법이 1984년 간행된 IEEE Transaction on Electron Device의 192 내지 198페이지에 걸쳐 개시되어 있다.Recently, the IGBT, which has been widely applied as a power device, has an advantage of low voltage drop and easy fast switching. The biggest problem with the IGBT is that the parasitic thyristors are structurally formed, so the latch-up is very difficult. It is vulnerable, and various techniques have been developed to improve latchup accordingly. Conventional representative techniques for suppressing latchup include a method of improving latchup by reducing the resistance of the p-type body or reducing the current flowing through the p-type body. In the prior art, a method of forming a highly doped p ++ diffusion region in the center of a p-type body as an effective method of reducing resistance is disclosed on pages 192 to 198 of IEEE Transaction on Electron Device published in 1984.
그러나, 상기한 p++확산영역을 형성하게 되면 모오스(MOS) 트랜지스터의 문턱전압의 조절이 곤란하기 때문에, p형 몸체를 완전히 둘러쌓도록 형성할 수 없다. 그에 따라 래치업개선에 한계를 갖는다.However, if the above p ++ diffusion region is formed, it is difficult to control the threshold voltage of the MOS transistor, so that the p-type body cannot be formed to completely surround the p-type body. As a result, there is a limit to improving latchup.
상기한 문제점들을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 래치업을 억제할 수 있는 IGBT의 구조 및 그 제조방법을 제공하는데 있다.An object of the present invention for solving the above problems is to provide a structure of the IGBT and a method of manufacturing the same that can suppress the latch-up.
본 발명의 다른 목적은 문턱전압에 영향을 미치지 않으면서 향상된 래치업특성을 갖는 IGBT를 제공하는데 있다.Another object of the present invention is to provide an IGBT having an improved latch-up characteristic without affecting the threshold voltage.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 래치업에 영향을 미치는 소오스영역 하부의 몸체영역에 상기 몸체보다 고농도의 동일 도전형 불순물농도를 갖는 매몰영역을 고에너지의 이온주입으로 형성하여 줌으로써, 래치업이 발생되는 임계치전류가 높아지는 절연게이트 바이폴라 트랜지스터의 구조 및 그 제조방법임을 특징으로 한다.The present invention for achieving the above object, by forming a buried region having a higher concentration of the same conductivity type impurity concentration than the body in the body region under the source region that affects the latch-up by high energy ion implantation, It is characterized in that the structure of the insulated gate bipolar transistor in which the generated threshold current is increased and its manufacturing method.
이하 본 발명의 전반적인 이해를 돕기 위하여, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings in order to assist the overall understanding of the present invention.
하기에서, 각 불순물영역들의 도핑농도, 분할된 버퍼층들 각각의 길이 등의 특정상세가 본 발명의 이해를 돕기 위하여 제공된다.In the following, specific details such as the doping concentration of each impurity region, the length of each of the divided buffer layers, and the like are provided to help the understanding of the present invention.
도면들중 동일한 구성요소에 대하여는 가능한한 도면 어디에서든지 동일한 인용번호로 참조될 것이며, 또한 설명의 편의상 전술한 종래기술과 본 발명의 동작을 비교 도시하여 본 발명의 특성을 더욱 명백히 드러나도록 설명되어질 것이다.Like reference numerals are used throughout the drawings to refer to like elements throughout the drawings, and also, for convenience of description, the operation of the present invention will be compared to the above-described prior art, and thus, the characteristics of the present invention will be described more clearly. .
제1도는 본 발명에 따른 IGBT의 구조를 보이는 도면으로서, 애노오드전극과 캐소오드전극을 공유하면서 좌우 대칭적으로 근접 형성된 2개 IGBT의 단면구조도이다. 제1도를 참조하면, 본 발명에 따른 IGBT 1018/cm3의 농도로 p형불순물이 도핑된 실리콘기판(10)상에 집적된다. 상기 기판(10)은 동작전류가 공급되는 애노오드 전극에 접속된다. 상기 기판(10) 상부에는 5×1016/cm3의 불순물 농도를 갖는 n+버퍼층(12)이 2.5㎛의 두께로 형성되어 있고, n+ 버퍼층(12)의 상부에는 5×1014/cm3의 불순물농도로 도핑되어 있는 n- 실리콘 에피층(14)이 형성되어 있다. 상기 n-에피층(14)의 주표면중 일부에 표면의 불순물농도가 1019/cm3이고, 에피층(14)의 주표면으로부터 3.1㎛의 깊이를 갖는 p++ 확산영역(22)이 형성되고, p++ 확산영역(22)의 좌우측에 각각 접하여 1016/cm3의 표면 불순물농도를 갖으며 14.8㎛의 폭과 2.4㎛의 깊이를 갖는 확산영역인 p형 몸체(body)(16)가 형성되어 있으며, 두 p형 몸체(16)는 서로 13㎛의 거리로 이격되어 있다. 상기 p형 몸체(16) 내에는 엔(n)채널 모오스(MOS) 트랜지스터의 소오스로 동작하며 표면농도가 2×1020/cm3의 고농도를 갖으며 4.4㎛의 길이를 갖는 n+소오스영역(18)이 형성되어 있다. 상기 n-에피층(14)과 p형 몸체(16) 및 n+ 소오스(18)의 노출된 표면이 서로 나란히 이웃하는 영역에는 게이트절연막(24)으로 이격되는 게이트전극(26)이 형성되어 있다. 게이트전극(26)의 하부에 위치하는 p형 몸체(16)의 길이 즉 모오스(MOS)트랜지스터의 채널 길이는 1.2㎛이다. 상기 n+ 소오스영역(18)의 하부에는 p+ 매몰영역(20)이 형성된다. 상기 p+ 매몰영역(20)은 바람직하기로는 상기 n+ 소오스영역(18)의 저면과 면접되도록 형성되며, 적어도 상기 p형 몸체(16)보다도 높은 불순물농도 예컨대 1018/cm3의 농도를 갖도록 한다. 상기 p++영역(22)과 n+ 소오스영역(18)은 캐소오드전극(30)에 공통접속된다. 상기 게이트전극(26)은 예컨대 BPSG(Borophosphorsilicate Glass)막 등의 절연막(28)에 의해 상기 캐소오드전극(30)과 절연되도록 이격된다. 본 발명의 특징에 따라 형성된 p+ 매몰영역(20)은 상기 p형 몸체(16)를 이온주입 및 확산공정으로 형성한 후에 동일 마스크층을 이용하여 고에너지(약 500KeV정도)로 적어도 1㎛의 이상 깊은 이온주입(deep ion implantation)을 행함으로써 형성된다.FIG. 1 is a view showing the structure of an IGBT according to the present invention, and is a cross-sectional structure diagram of two IGBTs formed in symmetrical proximity while sharing an anode electrode and a cathode electrode. Referring to FIG. 1, p-type impurities are integrated on a doped silicon substrate 10 at a concentration of IGBT 10 18 / cm 3 according to the present invention. The substrate 10 is connected to an anode electrode to which an operating current is supplied. An n + buffer layer 12 having an impurity concentration of 5 × 10 16 / cm 3 is formed on the substrate 10 to a thickness of 2.5 μm, and a 5 × 10 14 / cm 3 layer is formed on the n + buffer layer 12. An n-silicon epitaxial layer 14 doped with an impurity concentration is formed. The impurity concentration of the surface is 10 19 / cm 3 on a part of the main surface of the n- epi layer 14, and a p ++ diffusion region 22 having a depth of 3.1 mu m from the main surface of the epi layer 14 is formed. contacting the left and right sides of the p ++ diffusion region 22, a p-type body 16, which is a diffusion region having a surface impurity concentration of 10 16 / cm 3 and having a width of 14.8 µm and a depth of 2.4 µm, is formed. The two p-type bodies 16 are spaced apart from each other by a distance of 13 μm. The p-type body 16 operates as a source of an n-channel MOS transistor and has a high concentration of 2 × 10 20 / cm 3 and an n + source region 18 having a length of 4.4 μm. ) Is formed. A gate electrode 26 spaced apart from the gate insulating layer 24 is formed in a region where the exposed surfaces of the n− epi layer 14, the p-type body 16, and the n + source 18 are adjacent to each other next to each other. The length of the p-type body 16 positioned below the gate electrode 26, that is, the channel length of the MOS transistor, is 1.2 μm. A p + buried region 20 is formed under the n + source region 18. The p + buried region 20 is preferably formed to be in contact with the bottom surface of the n + source region 18, and has a concentration of impurity higher than at least the p-type body 16, for example, 10 18 / cm 3 . The p ++ region 22 and the n + source region 18 are commonly connected to the cathode electrode 30. The gate electrode 26 is spaced apart from the cathode electrode 30 by an insulating film 28 such as a BPSG (Borophosphorsilicate Glass) film. The p + buried region 20 formed according to the characteristics of the present invention is formed with the p-type body 16 by ion implantation and diffusion, and then at least 1 μm with high energy (about 500 KeV) using the same mask layer. It is formed by performing deep ion implantation.
제2도는 본 발명에 따른 제1도의 IGBT 구조에서 도핑농도에 따른 프로파일(profile)을 보이는 도면이다. 제2도에서 실선으로 표시된 3개의 경계선(104),(102),(100)는 각각 불순물농도가 1018/cm3,1017/cm3, 1016/cm3인 영역의 경계선을 나타낸다. 제2도에서 보이는 바와 같이, p+매몰웰(buried well)을 형성하기 위해 주입된 불순물에 의해 1018/cm3의 불순물농도를 갖는 경계선(104)이 n+ 소오스(18)의 하부보다 더 게이트전극(26)측으로 깊숙히 확장되어 있는 것을 알 수 있다. 따라서, 래치업을 유발하게 되는 p형 몸체(16)의 대부분을 p+ 매몰영역(20)이 감싸게 되며, 그에따라 p+ 매몰영역(20)의 형성에 의해 래치업이 억제됨을 알 수 있다.2 is a view showing a profile according to the doping concentration in the IGBT structure of FIG. 1 according to the present invention. Three boundary lines 104, 102, and 100 indicated by solid lines in FIG. 2 indicate boundary lines of regions having impurity concentrations of 10 18 / cm 3 , 10 17 / cm 3 , and 10 16 / cm 3 , respectively. As shown in FIG. 2, the boundary 104 having an impurity concentration of 10 18 / cm 3 by impurity implanted to form a p + buried well has a gate electrode more than the bottom of the n + source 18. It can be seen that it extends deep into the (26) side. Accordingly, it can be seen that the p + buried region 20 covers most of the p-type body 16 that causes the latchup, and accordingly, the latchup is suppressed by the formation of the p + buried region 20.
제3도는 본 발명에 따라 p+ 매몰영역을 형성한 IGBT의 구조와 단지 p+ 매몰영역을 형성하지 아니하고 나머지는 동일한 구조를 갖는 종래 IGBT의 구조에서 수직구조상의 도핑 프로파일을 비교도시한 도면으로, 제3도의 (aa) 및 (ba)는 각각 p+ 매몰영역을 형성하지 아니한 종래의 IGBT의 단면구조도 및 본 발명에 따라 p+ 매몰영역을 형성한 IGBT의 단면구조도이고, 제3도의 (ab) 및 (bb)는 각각 제3도의 (aa) 및 (ba)의 절개선 A-A'에 따른 n+ 소오스영역 하부의 수직 도핑 프로파일을 보이는 도면이다. 제3도에서, 제3(ab)도에 도시된 종래 IGBT의 n+ 소오스영역과 p형 몸체 사이의 도핑 프로파일에 비하여, 제3(bb)도에 도시된 본 발명에 따른 IGBT에서 n+ 소오스영역과 p형 몸체 사이의 도핑농도가 크게 증가된 것을 볼 수 있다. 이는 p+ 매몰영역의 형성에 기인한 것으로, 래치업에 영향을 미치는 영역의 도핑농도가 증가됨으로써 결과적으로 저항이 감소되어 래치업 발생이 억제됨을 알 수 있다.FIG. 3 is a view illustrating a comparison of a doping profile of a vertical structure in the structure of an IGBT having a p + buried region and a conventional IGBT having a same structure without the formation of a p + buried region according to the present invention. (A) and (ba) are cross-sectional structural diagrams of a conventional IGBT without forming a p + buried region and cross-sectional structural diagrams of an IGBT having a p + buried region according to the present invention, respectively, (ab) and (bb) of FIG. ) Is a diagram showing the vertical doping profile under the n + source region along the incision A-A 'in FIGS. 3A and 3B, respectively. In FIG. 3, compared to the doping profile between the n + source region and the p-type body of the conventional IGBT shown in FIG. 3 (ab), the n + source region in the IGBT according to the present invention shown in FIG. It can be seen that the doping concentration between the p-type bodies is greatly increased. This is due to the formation of the p + buried region, and it can be seen that the doping concentration of the region affecting the latchup is increased, and as a result, the resistance is reduced and the latchup generation is suppressed.
제4도는 본 발명에 따라 p+ 매몰영역을 형성한 IGBT 및 단지 p+ 매몰영역을 형성하지 아니하고 나머지는 동일한 구조를 갖는 종래 IGBT에서, 문턱전압에 영향을 미치는 채널영역 부분에 대한 수평구조상의 도핑 프로파일을 비교도시한 도면으로, 제4도의 (aa) 및 (ba)는 각각 p+ 매몰영역을 형성하지 아니한 종래의 IGBT의 단면구조도 및 본 발명에 따라 p+ 매몰영역을 형성한 IGBT의 단면구조도이고, 제4도의 (ab) 및 (bb)는 각각 제4도의 (aa) 및 (ba)의 절개선 B-B'에 따른 채널영역의 수평 도핑 프로파일을 보이는 도면이다. 제4도에서, 제4(ab)도에 도시된 종래 IGBT의 채널영역에 대한 도핑 프로파일과 제4(bb)도에 도시된 본 발명에 따른 IGBT의 채널영역에 대한 도핑 프로파일은 서로 거의 동일함을 알 수 있다. 따라서, 본 발명에 따라 깊은 이온주입을 행하여 p+ 매몰영역을 형성할지라도, 문턱전압에 영향을 미치는 채널영역의 도핑농도는 거의 변화되지 않음을 알 수 있다.4 illustrates a horizontal doping profile for a portion of a channel region that affects a threshold voltage in an IGBT having a p + buried region and a conventional IGBT having only the same structure without the formation of a p + buried region according to the present invention. 4A and 4B are cross-sectional structural diagrams of a conventional IGBT having no p + buried regions and a cross-sectional structural diagram of IGBTs having a p + buried region according to the present invention. (Ab) and (bb) of FIG. 4 are diagrams showing a horizontal doping profile of the channel region according to the incision line B-B 'of (aa) and (ba) of FIG. In FIG. 4, the doping profile for the channel region of the conventional IGBT shown in FIG. 4 (ab) and the doping profile for the channel region of the IGBT according to the present invention shown in FIG. 4 (bb) are almost identical to each other. It can be seen. Therefore, even when the deep ion implantation is performed to form the p + buried region according to the present invention, it can be seen that the doping concentration of the channel region affecting the threshold voltage is hardly changed.
제5도는 p+ 매몰영역을 형성하지 아니한 일반적인 IGBT에서 p형 몸체의 이온주입 도즈량에 따른 문턱전압의 변동 및 래치업전류밀도의 변동을 함께 도시한 도면이다. 제5도에서 보이는 바와 같이, p형 몸체의 이온주입량이 증가하게 되면 래치업전류가 증가하는 동시에 문턱전압도 커지게 된다. 따라서 종래에는 래치업전류를 크게하기 위해 p형 몸체의 이온주입량을 높이는 것은 문턱전압과의 관계를 고려해 볼때 명백한 한계를 갖는다.5 is a diagram showing the variation of the threshold voltage and the latch-up current density according to the ion implantation dose of the p-type body in the general IGBT having no p + buried region. As shown in FIG. 5, as the ion implantation amount of the p-type body increases, the latch-up current increases and the threshold voltage increases. Therefore, conventionally, increasing the ion implantation amount of the p-type body in order to increase the latch-up current has an obvious limitation in view of the relationship with the threshold voltage.
제6도는 본 발명에 따른 IGBT에서 p+ 매몰영역을 형성하기 위한 이온주입 도즈량에 대한 래치업 전류밀도 및 문턱전압과의 상관관계를 보이는 도면으로서, 두가지 경우의 문턱전압(약1볼트와 약4.5볼트의 경우)을 예로 들어 p형 몸체의 이온주입에 대한 영향을 각기 보여준다. 즉, 제6(a)도는 문턱전압을 4.5볼트로 설정하는 경우에, 50KeV에너지를 갖고 도즈량을 1×1014/cm2으로부터 10×1014/cm2까지 변화시켰을 때의 문턱전압 및 래치업전류의 변화를 보이는 도면이고, 제6(b)도는 문턱전압을 1볼트로 설정하는 경우에, 50KeV에너지를 갖고 도즈량을 1×1013/cm2으로부터 10×1013/cm2까지 변화시켰을 때의 문턱전압 및 래치업전류의 변화를 보이는 도면이다. 제6(a)도 및 제6(b)도에서 도즈량이 0(zero)인 점은 p+매몰영역을 형성하지 아니한 종래의 IGBT구조에 대한 측정결과이다.6 is a diagram showing the correlation between the latch-up current density and the threshold voltage for the ion implantation dose amount for forming the p + buried region in the IGBT according to the present invention. For example, the effect of the p-type body on ion implantation is shown. That is, in FIG. 6 (a), when the threshold voltage is set to 4.5 volts, the threshold voltage and the latch when the dose is changed from 1 × 10 14 / cm 2 to 10 × 10 14 / cm 2 with 50 KeV energy 6 (b) shows a change in dose from 1 × 10 13 / cm 2 to 10 × 10 13 / cm 2 with 50KeV energy when the threshold voltage is set to 1 volt. Fig. 11 shows changes in threshold voltage and latch-up current when they are made. In Figs. 6 (a) and 6 (b), the dose amount is zero (zero), which is a measurement result of the conventional IGBT structure in which no p + buried region is formed.
제6(a)도를 참조하면, p+매몰영역 형성을 위한 이온주입을 실시하는 경우 래치업전류는 도즈량에 연동하여 지속적으로 상승되는 반면, 문턱전압은 무시할 수 있을 정도의 매우 미미한 변동을 갖을 뿐 거의 일정한 레벨을 유지함을 알 수 있다. 이는 본원 발명에 따라 p+ 매몰영역을 형성하게 되면, 문턱전압의 변동없이 래치업 전류를 향상시킬 수 있음을 나타낸다. 예컨대, 이온주입 도즈량을 10×1014/cm2으로 p+ 매몰영역을 형성하는 경우 종래 IGBT구조에 비하여 문턱전압의 변동없이 대략 10배 가까이 높은 래치업전류를 얻을 수 있다. 여기서, 상기한 문턱전압은 p-몸체의 도핑농도에 의해 결정되고, 래치업은 p+ 매몰영역의 도핑농도에 의해 결정되므로, p+ 매몰영역의 도핑농도가 같은 경우에도 p-몸체의 도핑농도를 달리하면 문턱전압은 서로 다르게 된다.Referring to FIG. 6 (a), when the ion implantation for forming the p + buried region is performed, the latch-up current is continuously increased in conjunction with the dose, while the threshold voltage has a negligible variation. It can be seen that the level is almost constant. This indicates that by forming the p + buried region according to the present invention, the latch-up current can be improved without changing the threshold voltage. For example, when the p + buried region is formed with an ion implantation dose of 10 × 10 14 / cm 2 , a latch-up current of about 10 times higher than that of the conventional IGBT structure can be obtained without fluctuation in threshold voltage. Here, since the threshold voltage is determined by the doping concentration of the p-body, and the latch-up is determined by the doping concentration of the p + buried region, even if the doping concentration of the p + buried region is different, Threshold voltages are different.
제6(b)도에 도시한 낮은 도즈량의 이온주입에서도 p+매몰영역 형성을 위한 이온주입을 실시하는 경우 래치업전류는 도즈량에 연동하여 지속적으로 상승되는 반면, 문턱전압의 변동은 대략0.1V이하로 무시할 수 있을 정도의 매우 미미할 뿐 거의 일정한 레벨을 유지함을 알 수 있다.Even when the ion implantation to form the p + buried region is performed even in the low dose amount ion implantation shown in FIG. 6 (b), the latch-up current continuously increases in conjunction with the dose amount, while the variation of the threshold voltage is approximately 0.1. It can be seen that it is almost insignificant to be negligible below V and maintains a constant level.
제7도는 p+ 매몰영역을 형성하기 위한 이온주입 에너지에 따른 문턱전압과 래치업 전류밀도의 상관관계를 보이는 도면으로, 제7(a)도는 도즈량을 1×1014/cm2으로 하고 이온주입 에너지를 100~500KeV으로 변화시킨 경우이고, 제7(b)도는 도즈량을 5×1014/cm2으로 하고 이온주입 에너지를 200∼700KeV으로 변화시킨 경우를 보이는 도면이다.7 is a diagram showing the correlation between the threshold voltage and the latch-up current density according to the ion implantation energy to form the p + buried region, and FIG. 7 (a) shows the ion implantation with the dose of 1 × 10 14 / cm 2 The energy is changed to 100 to 500 KeV, and FIG. 7 (b) shows a case where the dose is set to 5 x 10 14 / cm 2 and the ion implantation energy is changed to 200 to 700 KeV.
제7(a)도에서, 이온주입 에너지가 증가됨에 따라, 문턱전압은 점차 낮아지다가 200KeV에서 약 4.5볼트정도의 일정 레벨로 유지되며, 래치업 전류밀도는 점차 증가하다가 300~400KeV 사이에서 최고치를 보이다가 다시 낮아지는 경향을 보인다. 이는 이온주입된 불순물 예컨대 보론(Boron)이 너무 깊게 주입되면 n+ 소오스 하부의 도핑농도가 낮아지기 때문이다. 따라서, 최대의 래치업 전류밀도를 얻을 수 있는 이온주입 에너지를 선택하여 래치업특성을 개선한다. 제7(b)도에서도 제7(a)도와 마찬가지의 경향이 나타나는데, 래치업 전류밀도의 절대크기가 제7(a)도 보다 큼을 알 수 있다. 이는 이온주입 에너지가 동일한 경우에는 도즈량이 큰 경우가 낮은 경우에 비하여 더 우수한 래치업 특성을 얻을 수 있음을 나타낸다.In FIG. 7 (a), as the ion implantation energy is increased, the threshold voltage gradually decreases and is maintained at a constant level of about 4.5 volts at 200 KeV, and the latch-up current density gradually increases to a maximum value between 300 and 400 KeV. Tends to be lowered again. This is because when the implanted impurities such as boron are injected too deep, the doping concentration of the n + source is lowered. Therefore, the ion implantation energy that can obtain the maximum latchup current density is selected to improve the latchup characteristic. The same tendency as in Fig. 7 (a) is shown in Fig. 7 (b), but it can be seen that the absolute magnitude of the latch-up current density is larger than that of Fig. 7 (a). This indicates that when the ion implantation energy is the same, better latch-up characteristics can be obtained than when the dose is large.
제8도는 본 발명에 따른 IGBT와 종래기술에 따른 IGBT에서 순방향 전압강하에 따른 래치업이 발생되는 전류밀도의 값을 비교도시하고 있다. 본 발명에 따른 IGBT는 500KeV의 에너지와 도즈량 5×1014/cm2으로 p+ 매몰영역을 형성한 경우이며, 본 발명 및 종래의 IGBT 모두 p형 몸체는 40KeV의 에너지와 도즈량 1×1014/cm2으로 이온주입된 구조이다. 제8도에서, 전압의 증가에 따라 전류가 증가하다가 역으로 꺾이어 전압이 감소되는 부저항(negative resistance)영역이 나타나는 점이 래치업이 발생되는 점이다. 이는 래치업(latch-up)이 발생하면 기생 싸이리스터(thyristor)가 턴온됨에 따라 전류는 증가하지만 전압은 감소하게 되어 부저항 영역이 나타나는 것으로 이해될 수 있다. 제8도에서, 종래의 IGBT는 전류밀도가 약 0.7×103A/cm2에서 래치업이 발생되는 반면, 본 발명에 따른 IGBT에서는 약 4×103A/cm2에서 래치업이 발생되며, 따라서 동일한 조건에서 본 발명에 따른 IGBT의 래치업이 발생 임계치전류가 대략 6배정도 높음을 알 수 있다.FIG. 8 shows a comparison of current density values at which latchup occurs due to a forward voltage drop in the IGBT according to the present invention and the IGBT according to the prior art. IGBT according to the present invention is a case in which the energy and dose of 5 × 10 14 / cm 2 to the p + buried region of 500KeV, the present invention and the conventional IGBT both the p-type body is 1 × 10 14 energy and dose of 40KeV It is a structure implanted with / cm 2 . In FIG. 8, a latch-up occurs in that a negative resistance region in which a current increases with increasing voltage and then reverses and a voltage decreases appears. It can be understood that when a latch-up occurs, the current increases as the parasitic thyristor is turned on, but the voltage decreases, resulting in a negative resistance region. In FIG. 8, a conventional IGBT has a latchup at a current density of about 0.7 × 10 3 A / cm 2 , while a latchup occurs at about 4 × 10 3 A / cm 2 in an IGBT according to the present invention. Therefore, it can be seen that the threshold current of the latch-up of the IGBT according to the present invention is about 6 times higher under the same conditions.
제9도는 본 발명에 따른 IGBT를 제조하는 방법을 각 단계별로 도시한 제9(a)도 내지 제9(d)도로 구성된 도면이다. 제9도를 참조하여 본 발명에 따른 IGBT의 제조방법을 살펴본다.FIG. 9 is a view of FIGS. 9 (a) to 9 (d) illustrating a method of manufacturing an IGBT according to the present invention. Referring to Figure 9 looks at the manufacturing method of the IGBT according to the present invention.
먼저 제9(a)도를 참조하면, p형 반도체기판(10)상에 n+ 버퍼층(12) 및 n-에피층(14)을 성장시킨 다음, 상기 에피층(14)의 주표면상에 소자분리막(15)을 형성한 후 패터닝하여 개구를 형성한 다음, 상기 개구를 통하여 p형 불순물을 이온주입한 뒤 확산시켜 p++영역(22)을 형성한 다음, 제9(b)도에 도시된 바와 같이, p++영역(22)에 면접되는 p형 몸체(16)를 형성한다. 이때 p++영역(22)를 형성하지 아니하고 단지 p+ 매몰영역만 형성하는 경우에는, 상기 p++영역을 형성하지 아니하고 곧바로 p형 몸체(16)를 형성한 다음 후속되는 공정을 진행한다. 또한 상기 n+ 버퍼층(12)을 형성하지 않고 곧바로 n-에피층(14)을 형성할 수도 있다.Referring first to FIG. 9 (a), an n + buffer layer 12 and an n- epi layer 14 are grown on a p-type semiconductor substrate 10, and then a device is formed on the main surface of the epi layer 14. After forming the separator 15 and patterning to form an opening, ion-implanted p-type impurities through the opening and then diffusing to form a p ++ region 22, as shown in Figure 9 (b) Likewise, the p-type body 16 is formed to be interviewed with the p ++ region 22. In this case, when the p ++ buried region is not formed without forming the p ++ region 22, the p-type body 16 is immediately formed without forming the p ++ region, and then the subsequent process is performed. In addition, the n− epitaxial layer 14 may be formed immediately without forming the n + buffer layer 12.
다음 제9(c)도를 참조하면, p형 몸체(16)내에 매몰영역형성을 위한 p형 불순물을 이온주입함으로써 상기 p형 몸체(16)내에 매몰되는 고농도의 p+ 매몰영역(20)을 형성하는 공정이 수행된다.Referring to FIG. 9 (c), a high concentration of p + buried region 20 buried in the p-type body 16 is formed by ion implantation of p-type impurities for forming a buried region in the p-type body 16. The process is performed.
다음, 제9(d)도를 참조하면, 상기 p+ 매몰영역(20)의 상부를 한정하여 n형 이온주입 및 확산공정을 실시하여 상기 p+ 매몰영역(20)의 상부에 n+ 소오스영역(18)을 형성하는 공정이 수행된다. 이때 상기 매몰영역(20)은 상기 n+ 소오스영역(18)의 저면과 면접되도록 형성하는 것이 더욱 효과적이다.Next, referring to FIG. 9 (d), the n + source region 18 is formed on the p + buried region 20 by performing an n-type ion implantation and diffusion process by defining an upper portion of the p + buried region 20. The process of forming is performed. In this case, it is more effective to form the buried region 20 to be in contact with the bottom surface of the n + source region 18.
전술한 공정들 다음에는, 도시하지는 아니하였으나, 상기 p형 몸체영역(16)의 노출표면과 게이트절연막(24)을 개재하는 게이트전극(26)을 상기 에피층(14)과 제2 확산영역(18)의 상부에 걸쳐 형성하는 공정과, 상기 게이트전극(26)과 절연되며 상기 p형 몸체영역(16) 및 상기 n+ 소오스영역(18)과 공통연결되는 캐소오드전극(30)을 형성하는 공정이 진행됨으로써 제1도에 도시한 본 발명의 IGBT구조가 형성된다.After the above-described processes, although not shown, the epitaxial layer 14 and the second diffusion region may be formed by the gate electrode 26 interposed between the exposed surface of the p-type body region 16 and the gate insulating layer 24. And forming a cathode electrode 30 insulated from the gate electrode 26 and commonly connected to the p-type body region 16 and the n + source region 18. By this progress, the IGBT structure of the present invention shown in FIG. 1 is formed.
또한 전술한 실시예에서는 본 발명의 요부를 드러내기 위하여 확산영역들의 형성에 주안점을 두어 제조공정을 도시하고 설명하였으나. 먼저 일반적인 방법에 따라 n-에피층의 주표면상부에 서로 일정거리 이격되는 2개의 게이트전극을 형성한 이후, 상기 게이트전극들을 이온주입마스크로 하여 그 사이에 p형 몸체 및 p++영역을 형성한 다음 p형 매몰영역 및 n+소오스영역을 형성하여도 동일한 구조를 얻을 수 있음은 물론이다.In addition, in the above embodiment, the manufacturing process is illustrated and described with a focus on the formation of the diffusion regions in order to reveal the gist of the present invention. First, two gate electrodes spaced apart from each other by a predetermined distance are formed on the main surface of the n-epi layer according to a general method. Then, a p-type body and a p ++ region are formed between the gate electrodes as an ion implantation mask. The same structure can be obtained even if the p-type buried region and the n + source region are formed.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따르게 되면 n+소오스영역의 하부에 p+매몰영역을 형성하여 줌으로써 문턱전압의 변동없이 높은 래치업전류를 얻을 수 있는 효과를 갖는다. 그에 따라 래치업의 유발을 최소화할 수 있는 IGBT가 얻어진다.As described above, according to the present invention, by forming a p + buried region under the n + source region, a high latch-up current can be obtained without a change in threshold voltage. This results in an IGBT that can minimize the occurrence of latchup.
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KR100397858B1 (en) * | 1996-12-27 | 2003-12-18 | 페어차일드코리아반도체 주식회사 | Insulated gate bipolar transistor |
KR100455363B1 (en) * | 1997-10-22 | 2005-06-07 | 페어차일드코리아반도체 주식회사 | Bipolar Transistor (IGBT) with Insulated Gate Structure and Manufacturing Method Thereof |
CN102856353A (en) * | 2011-06-27 | 2013-01-02 | 中国科学院微电子研究所 | Micro-punch-through IGBT device and manufacturing method thereof |
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