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KR102030465B1 - Lateral typed power semiconductor device - Google Patents

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KR102030465B1
KR102030465B1 KR1020180045262A KR20180045262A KR102030465B1 KR 102030465 B1 KR102030465 B1 KR 102030465B1 KR 1020180045262 A KR1020180045262 A KR 1020180045262A KR 20180045262 A KR20180045262 A KR 20180045262A KR 102030465 B1 KR102030465 B1 KR 102030465B1
Authority
KR
South Korea
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region
conductivity type
source
substrate
power semiconductor
Prior art date
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Active
Application number
KR1020180045262A
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Korean (ko)
Inventor
이주환
Original Assignee
현대오트론 주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
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Priority to KR1020180045262A priority Critical patent/KR102030465B1/en
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Landscapes

  • Insulated Gate Type Field-Effect Transistor (AREA)
  • Electrodes Of Semiconductors (AREA)

Abstract

본 발명의 전력 반도체 소자는 실리콘 카바이드(SiC)를 포함하는 기판; 상기 기판에 수평 방향으로 서로 이격되게 형성된, 제 1 도전형의 소스 영역 및 제 1 도전형의 드레인 영역; 상기 소스 영역에 연결되며, 상기 드레인 영역으로부터 이격되게 상기 소스 영역 및 상기 드레인 영역 사이의 상기 기판에 형성된 상기 제 1 도전형의 반대인 제 2 도전형의 채널 영역; 상기 채널 영역과 연결되며, 상기 소스 영역을 둘러싸도록 상기 기판에 상기 채널 영역보다 깊이 형성되는, 제 2 도전형의 웰 영역; 상기 채널 영역 및 상기 드레인 영역 사이의 상기 기판에 형성된 제 1 도전형의 드리프트 영역; 상기 채널 영역 상의 게이트 절연층; 상기 채널 영역의 턴-온 및 턴-오프를 제어하도록, 상기 게이트 절연층 상에 형성된 게이트 전극; 상기 소스 영역에 전기적으로 연결된 소스 전극 및 상기 드레인 영역에 전기적으로 연결된 드레인 전극; 및 상기 기판 상에 형성되되, 상기 소스 전극, 상기 드레인 전극, 상기 게이트 전극을 전기적으로 절연하는 상부 절연층; 을 포함하되, 상기 기판의 상면과 나란한 단면 상에서 상기 소스 전극, 상기 제 1 도전형의 소스 영역 및 상기 채널 영역은 볼록 패턴과 오목 패턴이 교호적으로 반복되는 요철 형상을 가진다. The power semiconductor device of the present invention comprises a substrate containing silicon carbide (SiC); A source region of a first conductivity type and a drain region of a first conductivity type formed on the substrate to be spaced apart from each other in a horizontal direction; A channel region of a second conductivity type connected to the source region and opposite to the first conductivity type formed in the substrate between the source region and the drain region spaced apart from the drain region; A second conductivity type well region connected to the channel region and formed deeper in the substrate than the channel region so as to surround the source region; A drift region of a first conductivity type formed in the substrate between the channel region and the drain region; A gate insulating layer on the channel region; A gate electrode formed on the gate insulating layer to control turn-on and turn-off of the channel region; A source electrode electrically connected to the source region and a drain electrode electrically connected to the drain region; An upper insulating layer formed on the substrate and electrically insulating the source electrode, the drain electrode, and the gate electrode; The source electrode, the source region of the first conductivity type, and the channel region may have an uneven shape in which convex patterns and concave patterns are alternately repeated on a cross-section parallel to an upper surface of the substrate.

Description

레터럴 타입의 전력 반도체 소자{Lateral typed power semiconductor device}Lateral type power semiconductor device

본 발명은 전력 반도체 소자에 관한 것으로서, 더 상세하게는 수평형 실리콘 카바이드(SiC) 모스펫 동작 구조를 가지는 전력 반도체 소자에 관한 것이다. The present invention relates to a power semiconductor device, and more particularly, to a power semiconductor device having a horizontal silicon carbide (SiC) MOSFET operating structure.

전력 반도체 소자는 점점 소형화되고 고성능화 되고 있다. 이에 따라, 전력 반도체 소자는 낮은 발열과 높은 내구성을 필요로 하게 되었고, 특히, 모스펫(MOSFET)은 낮은 온 저항(ON resistance), 문턱 전압 변동의 최소화, 누설 전류량 변동의 최소화 등이 요구되고 있다. 이러한 요구 사항을 만족시키기 위하여 실리콘 카바이드 반도체가 전력 반도체 시장의 화두가 되고 있다. Power semiconductor devices are becoming smaller and higher in performance. Accordingly, power semiconductor devices require low heat generation and high durability. In particular, MOSFETs require low ON resistance, minimum threshold voltage variation, and minimum leakage current variation. To meet these requirements, silicon carbide semiconductors have become the topic of the power semiconductor market.

실리콘(Si) 대비 실리콘 카바이드(SiC)는 약 10배의 절연 내압의 성능을 갖고 있고 이동도 및 열방출, 효율 등 많은 부분에서 성능적으로 우세하다. 실리콘 카바이드(SiC)는 실리콘(Si) 대비 상술한 바와 같이 많은 장점을 가짐에도 불구하고 일부 기술적 한계를 갖고 있다. 우선, 도핑 및 트렌치를 위해서는 고온 장비가 필요하고 온도 확산에 따른 구조 형성이 힘들다. 따라서, 일반적인 버티컬(vertical) 형태의 실리콘 카바이드(SiC) 모스펫의 경우 메인 구조는 전체 에피택셜층 중에서 수 마이크로미터 내외에서 모두 형성된다. 일반적인 플라나(planar) 실리콘 카바이드(SiC) 모스펫의 경우 채널 저항이 높게 형성되는데 이는 실리콘 카바이드(SiC) 표면 거칠기 및 계면 차지 등의 영향으로 볼 수 있다. 일반적인 트렌치 실리콘 카바이드(SiC) 모스펫의 경우 트렌치 식각이 어렵고 표면 상태도 좋지 않다. 더욱이 식각을 한다 하더라도 트렌치 에지 부분의 강한 전계가 형성되므로 트렌치 벽면 보호가 이슈가 될 수 있다. 또한, 수평 내압을 위하여 에지 영역에 링 터미네이션(Ring termination)이 존재하게 되는데 이는 칩의 크기가 작으면 작을수록 전체 면적 대비 액티브(active) 영역이 줄어들게 된다. Silicon carbide (SiC) has about 10 times higher dielectric breakdown voltage than silicon (Si) and is superior in many aspects such as mobility, heat dissipation, and efficiency. Silicon carbide (SiC) has some technical limitations despite having many advantages as described above with respect to silicon (Si). First of all, doping and trenching require high temperature equipment and it is difficult to form structures with temperature spreading. Therefore, in the case of a general vertical silicon carbide (SiC) MOSFET, the main structure is formed within several micrometers of the entire epitaxial layer. In general, planar silicon carbide (SiC) MOSFETs have a high channel resistance, which may be attributed to silicon carbide (SiC) surface roughness and interfacial charge. Conventional trench silicon carbide (SiC) MOSFETs are difficult to etch and have poor surface conditions. Furthermore, even with etching, a strong electric field at the trench edges can be formed, so trench wall protection can be an issue. In addition, there is a ring termination in the edge region for horizontal breakdown voltage. The smaller the chip size, the smaller the active area relative to the total area.

관련 선행기술로는 대한민국 공개공보 제20140057630호(2014.05.13. 공개, 발명의 명칭 : IGBT 와 그 제조 방법)가 있다.Related prior arts are Republic of Korea Publication No. 20140057630 (2014.05.13. Publication, the name of the invention: IGBT and its manufacturing method).

본 발명은 상술한 실리콘 카바이드(SiC) 모스펫의 문제점들을 극복할 수 있는 레터럴 타입의 전력 반도체 소자를 제공하는 것을 목적으로 한다. 그러나 이러한 과제는 예시적인 것으로, 이에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.An object of the present invention is to provide a lateral type power semiconductor device capable of overcoming the above-described problems of silicon carbide (SiC) MOSFETs. However, these problems are exemplary, and the scope of the present invention is not limited thereby.

상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 관점에 의한 레터럴 타입의 전력 반도체 소자가 제공된다. 상기 레터럴 타입의 전력 반도체 소자는 실리콘 카바이드(SiC)를 포함하는 기판; 상기 기판에 수평 방향으로 서로 이격되게 형성된, 제 1 도전형의 소스 영역 및 제 1 도전형의 드레인 영역; 상기 소스 영역에 연결되며, 상기 드레인 영역으로부터 이격되게 상기 소스 영역 및 상기 드레인 영역 사이의 상기 기판에 형성된 상기 제 1 도전형의 반대인 제 2 도전형의 채널 영역; 상기 채널 영역과 연결되며, 상기 소스 영역을 둘러싸도록 상기 기판에 상기 채널 영역보다 깊이 형성되는, 제 2 도전형의 웰 영역; 상기 채널 영역 및 상기 드레인 영역 사이의 상기 기판에 형성된 제 1 도전형의 드리프트 영역; 상기 채널 영역 상의 게이트 절연층; 상기 채널 영역의 턴-온 및 턴-오프를 제어하도록, 상기 게이트 절연층 상에 형성된 게이트 전극; 상기 소스 영역에 전기적으로 연결된 소스 전극 및 상기 드레인 영역에 전기적으로 연결된 드레인 전극; 및 상기 기판 상에 형성되되, 상기 소스 전극, 상기 드레인 전극, 상기 게이트 전극을 전기적으로 절연하는 상부 절연층; 을 포함하되, 상기 기판의 상면과 나란한 단면 상에서 상기 소스 전극, 상기 제 1 도전형의 소스 영역 및 상기 채널 영역은 볼록 패턴과 오목 패턴이 교호적으로 반복되는 요철 형상을 가진다. A lateral type power semiconductor device according to one aspect of the present invention for solving the above problems is provided. The lateral type power semiconductor device includes a substrate including silicon carbide (SiC); A source region of a first conductivity type and a drain region of a first conductivity type formed on the substrate to be spaced apart from each other in a horizontal direction; A channel region of a second conductivity type connected to the source region and opposite to the first conductivity type formed in the substrate between the source region and the drain region spaced apart from the drain region; A second conductivity type well region connected to the channel region and formed deeper in the substrate than the channel region so as to surround the source region; A drift region of a first conductivity type formed in the substrate between the channel region and the drain region; A gate insulating layer on the channel region; A gate electrode formed on the gate insulating layer to control turn-on and turn-off of the channel region; A source electrode electrically connected to the source region and a drain electrode electrically connected to the drain region; An upper insulating layer formed on the substrate and electrically insulating the source electrode, the drain electrode, and the gate electrode; The source electrode, the source region of the first conductivity type, and the channel region may have an uneven shape in which convex patterns and concave patterns are alternately repeated on a cross-section parallel to an upper surface of the substrate.

상기 레터럴 타입의 전력 반도체 소자에서, 상기 소스 전극, 상기 제 1 도전형의 소스 영역 및 상기 채널 영역은 굴곡이 있는 트렌치 패턴이 반복되는 요철 형상을 가질 수 있다. In the lateral type power semiconductor device, the source electrode, the source region of the first conductivity type, and the channel region may have an uneven shape in which a curved trench pattern is repeated.

상기 레터럴 타입의 전력 반도체 소자에서, 상기 기판의 상면과 나란한 또 다른 단면 상에서 상기 게이트 전극은 볼록 패턴과 오목 패턴이 교호적으로 반복되는 요철 형상을 가질 수 있다. In the lateral type power semiconductor device, the gate electrode may have an uneven shape in which a convex pattern and a concave pattern are alternately repeated on another cross-section parallel to the upper surface of the substrate.

상기 레터럴 타입의 전력 반도체 소자는, 상기 채널 영역이 턴-온 될 때 상기 채널 영역과 전기적으로 도통되도록, 상기 채널 영역과 연결되게 상기 제 2 도전형의 웰 영역 상의 상기 기판에 형성되며, 상기 제 1 도전형의 드리프트 영역보다 높고 상기 제 1 도전형의 소스 영역보다 낮은 도핑 농도를 갖는 제 1 도전형의 브릿지 영역; 을 더 포함할 수 있다. The lateral type power semiconductor device is formed on the substrate on the second conductivity type well region so as to be electrically connected to the channel region when the channel region is turned on, and connected to the channel region. A bridge region of the first conductivity type having a doping concentration higher than the drift region of the first conductivity type and lower than the source region of the first conductivity type; It may further include.

상기 레터럴 타입의 전력 반도체 소자에서, 상기 제 1 도전형의 브릿지 영역의 일부는 상기 게이트 전극 하부에 위치되고, 타부는 상기 게이트 전극 외측의 상기 제 2 도전형의 웰 영역 상에 위치될 수 있다. In the lateral type power semiconductor device, a portion of the first conductivity type bridge region may be located under the gate electrode, and the other portion may be located on the second conductivity type well region outside the gate electrode. .

상기 레터럴 타입의 전력 반도체 소자에서, 상기 소스 영역 및 드레인 영역을 잇는 방향으로 볼 때, 상기 브릿지 영역의 타부의 길이가 상기 브릿지 영역의 일부의 길이보다 더 길 수 있다. In the lateral type power semiconductor device, the length of the other portion of the bridge region may be longer than the length of the portion of the bridge region when viewed in a direction connecting the source region and the drain region.

상기 레터럴 타입의 전력 반도체 소자에서, 상기 게이트 전극으로부터 노출되는, 상기 브릿지 영역의 타부 및 상기 드리프트 영역 내 상기 기판 표면부의 실리콘 카바이드는 상기 상부 절연층이 형성되기 전에 표면 거칠기를 낮추기 위한 표면 처리가 될 수 있다. In the lateral type power semiconductor device, silicon carbide in the other portion of the bridge region and the substrate surface portion in the drift region exposed from the gate electrode is subjected to a surface treatment to lower the surface roughness before the upper insulating layer is formed. Can be.

상기 레터럴 타입의 전력 반도체 소자에서, 상기 제 2 도전형의 웰 영역은, 상기 소스 영역을 감싸면서 상기 채널 영역이 형성되는, 제 1 웰 영역; 및 상기 제 1 웰 영역을 감싸면서 상기 브릿지 영역 하부로 신장되는 제 2 웰 영역;을 포함할 수 있다. In the lateral type power semiconductor device, the second conductivity type well region may include: a first well region in which the channel region is formed while surrounding the source region; And a second well region surrounding the first well region and extending below the bridge region.

상기 레터럴 타입의 전력 반도체 소자에서, 상기 제 2 도전형의 웰 영역은 상기 제 1 웰 영역 내 상기 제 1 웰 영역보다 높은 농도의 제 2 도전형의 제 3 웰 영역;을 더 포함하고, 상기 소스 전극은 상기 소스 영역을 관통하여 상기 제 3 웰 영역과도 연결될 수 있다. In the lateral type power semiconductor device, the second conductivity type well region may further include a third well region of a second conductivity type that is higher than the first well region in the first well region. The source electrode may be connected to the third well region through the source region.

상기 레터럴 타입의 전력 반도체 소자에서, 상기 제 1 도전형은 n형이고, 상기 제 2 도전형은 p형일 수 있다. In the lateral type power semiconductor device, the first conductivity type may be n type and the second conductivity type may be p type.

상기 레터럴 타입의 전력 반도체 소자에서, 상기 소스 전극 및 상기 드레인 전극은 상기 소스 영역 및 상기 드레인 영역과 접하는 하부 패턴; 상기 하부 패턴의 상부에 이격되어 배치된 패드 형태의 상부 패턴; 및 상기 하부 패턴과 상기 상부 패턴을 상하로 연결하는 콘택 패턴; 을 각각 포함할 수 있다. In the lateral type power semiconductor device, the source electrode and the drain electrode may have a lower pattern in contact with the source region and the drain region; An upper pattern in a pad form spaced apart from the upper portion of the lower pattern; A contact pattern connecting the lower pattern and the upper pattern up and down; Each may include.

상기 레터럴 타입의 전력 반도체 소자에서, 상기 기판의 에지 영역에서 상기 하부 패턴 중 상기 소스 전극은 상기 드레인 전극 보다 상기 기판의 상면 상에서 일방향으로 더 길게 신장하며 상기 소스 전극은 상기 일방향과 수직한 방향으로 T자 형상으로 더 연장될 수 있다. In the lateral type power semiconductor device, the source electrode of the lower pattern in the edge region of the substrate extends longer in one direction on the upper surface of the substrate than the drain electrode, and the source electrode in a direction perpendicular to the one direction It may further extend into the T shape.

상기한 바와 같이 이루어진 본 발명의 일 실시예에 따르면, 채널 저항을 개선하고, 칩 면적 중에서 액티브 면적의 상대적 비율이 증가되며, 드리프트 영역 구조 형성의 자유도가 확보될 수 있으며, 나아가, 동일 면적에서 채널 밀도가 향상되는 레터럴 타입의 전력 반도체 소자를 구현할 수 있다. 물론 이러한 효과에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.According to one embodiment of the present invention made as described above, it is possible to improve the channel resistance, increase the relative ratio of the active area in the chip area, and ensure the degree of freedom in forming the drift region structure, furthermore, the channel in the same area A lateral type power semiconductor device having an improved density can be implemented. Of course, the scope of the present invention is not limited by these effects.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 레터럴 타입의 전력 반도체 소자의 일부를 도해하는 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 레터럴 타입의 전력 반도체 소자에서 액티브 셀 영역의 도핑 프로파일과 전자 이동을 나타낸 도면이다.
도 3은 도 2에 도시된 레터럴 타입의 전력 반도체 소자의 Z 영역을 확대하여 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 레터럴 타입의 전력 반도체 소자에서 에지 영역의 소스 전극과 드레인 전극의 일부 구성을 도해하는 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 레터럴 타입의 전력 반도체 소자에서 전극 구조의 일부를 도해하는 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 레터럴 타입의 전력 반도체 소자에서 액티브 셀 어레이 구조를 도해하는 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 레터럴 타입의 전력 반도체 소자의 전계 프로파일을 나타내는 도면이다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 레터럴 타입의 전력 반도체 소자의 일부 구성을 도해하면서 전자 이동을 나타낸 평면도이다.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 레터럴 타입의 전력 반도체 소자의 일부 구성을 도식적으로 도해하는 도면이다.
1 is a cross-sectional view illustrating a portion of a lateral type power semiconductor device according to an embodiment of the present invention.
2 is a diagram illustrating a doping profile and electron movement of an active cell region in a lateral type power semiconductor device according to an exemplary embodiment of the present invention.
3 is an enlarged view illustrating a Z region of the lateral type power semiconductor device illustrated in FIG. 2.
4 is a diagram illustrating a partial configuration of a source electrode and a drain electrode of an edge region in a lateral type power semiconductor device according to an embodiment of the present invention.
5 is a diagram illustrating a part of an electrode structure in a lateral type power semiconductor device according to an embodiment of the present invention.
6 is a diagram illustrating an active cell array structure in a lateral type power semiconductor device according to an embodiment of the present invention.
7 is a diagram illustrating an electric field profile of a lateral type power semiconductor device according to an embodiment of the present invention.
8 is a plan view illustrating electron movement while illustrating some components of a lateral type power semiconductor device according to another embodiment of the present invention.
9 is a diagram schematically illustrating some components of a lateral type power semiconductor device according to another embodiment of the present invention.

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

전력 반도체 소자는 점점 소형화되고 고성능화 되고 있다. 이에 따라, 전력 반도체 소자는 낮은 발열과 높은 내구성을 필요로 하게 되었고, 특히, 모스펫(MOSFET)은 낮은 온 저항(ON resistance), 문턱 전압 변동의 최소화, 누설 전류량 변동의 최소화 등이 요구되고 있다. 이러한 요구 사항을 만족시키기 위하여 실리콘 카바이드 반도체가 전력 반도체 시장의 화두가 되고 있다. Power semiconductor devices are becoming smaller and higher in performance. Accordingly, power semiconductor devices require low heat generation and high durability. In particular, MOSFETs require low ON resistance, minimum threshold voltage variation, and minimum leakage current variation. To meet these requirements, silicon carbide semiconductors have become the topic of the power semiconductor market.

실리콘(Si) 대비 실리콘 카바이드(SiC)는 약 10배의 절연 내압의 성능을 갖고 있고 이동도 및 열방출, 효율 등 많은 부분에서 성능적으로 우세하다. 실리콘 카바이드(SiC)는 실리콘(Si) 대비 상술한 바와 같이 많은 장점을 가짐에도 불구하고 일부 기술적 한계를 갖고 있다. 우선, 도핑 및 트렌치를 위해서는 고온 장비가 필요하고 온도 확산에 따른 구조 형성이 힘들다. 따라서, 일반적인 버티컬(vertical) 형태의 실리콘 카바이드(SiC) 모스펫의 경우 메인 구조는 전체 에피택셜층 중에서 수 마이크로미터 내외에서 모두 형성된다. 일반적인 플라나(planar) 실리콘 카바이드(SiC) 모스펫의 경우 채널 저항이 높게 형성되는데 이는 실리콘 카바이드(SiC) 표면 거칠기 및 계면 차지 등의 영향으로 볼 수 있다. 일반적인 트렌치 실리콘 카바이드(SiC) 모스펫의 경우 트렌치 식각이 어렵고 표면 상태도 좋지 않다. 더욱이 식각을 한다 하더라도 트렌치 에지 부분의 강한 전계가 형성되므로 트렌치 벽면 보호가 이슈가 될 수 있다. 또한, 수평 내압을 위하여 에지 영역에 링 터미네이션(Ring termination)이 존재하게 되는데 이는 칩의 크기가 작으면 작을수록 전체 면적 대비 액티브(active) 영역이 줄어들게 된다. Silicon carbide (SiC) has about 10 times higher dielectric breakdown voltage than silicon (Si) and is superior in many aspects such as mobility, heat dissipation, and efficiency. Silicon carbide (SiC) has some technical limitations despite having many advantages as described above with respect to silicon (Si). First of all, doping and trenching require high temperature equipment and it is difficult to form structures with temperature spreading. Therefore, in the case of a general vertical silicon carbide (SiC) MOSFET, the main structure is formed within several micrometers of the entire epitaxial layer. In general, planar silicon carbide (SiC) MOSFETs have a high channel resistance, which may be attributed to silicon carbide (SiC) surface roughness and interfacial charge. Conventional trench silicon carbide (SiC) MOSFETs are difficult to etch and have poor surface conditions. Furthermore, even with etching, a strong electric field at the trench edges can be formed, so trench wall protection can be an issue. In addition, there is a ring termination in the edge region for horizontal breakdown voltage. The smaller the chip size, the smaller the active area relative to the total area.

본 발명은 상술한 실리콘 카바이드(SiC) 모스펫의 문제점들을 극복할 수 있는 레터럴 타입의 전력 반도체 소자를 제공하는 것을 목적으로 한다.An object of the present invention is to provide a lateral type power semiconductor device capable of overcoming the above-described problems of silicon carbide (SiC) MOSFETs.

본 명세서에서, 제 1 도전형 및 제 2 도전형은 서로 반대의 도전형을 가지 되 n형 및 p형 중 각각 어느 하나일 수 있다. 예를 들어, 제 1 도전형은 n형이고 제 2 도전형이 p형일 수 있으며, 첨부된 도면에서는 예시적으로 이러한 도전형 구성을 상정한다. 하지만, 본 발명의 기술적 사상이 이에 한정되는 것은 아니며, 다른 예를 들어, 제 1 도전형이 p형이고 제 2 도전형은 n형일 수도 있다. In the present specification, the first conductivity type and the second conductivity type may have opposite conductivity types, and may be either of n-type and p-type. For example, the first conductivity type may be n-type and the second conductivity type may be p-type, and the accompanying drawings illustratively assume such a conductivity type configuration. However, the technical idea of the present invention is not limited thereto. For example, the first conductivity type may be p-type and the second conductivity type may be n-type.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 레터럴 타입의 전력 반도체 소자의 일부를 도해하는 단면도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 레터럴 타입의 전력 반도체 소자에서 액티브 셀 영역의 도핑 프로파일과 전자 이동을 나타낸 도면이고, 도 3은 도 2에 도시된 레터럴 타입의 전력 반도체 소자의 Z 영역을 확대하여 나타낸 도면이다.1 is a cross-sectional view illustrating a portion of a lateral type power semiconductor device according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a doping of an active cell region in a lateral type power semiconductor device according to an embodiment of the present invention. FIG. 3 is a diagram illustrating a profile and electron movement, and FIG. 3 is an enlarged view illustrating a Z region of the lateral type power semiconductor device illustrated in FIG. 2.

도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 의한 레터럴 타입의 전력 반도체 소자가 제공된다. 상기 레터럴 타입의 전력 반도체 소자는 실리콘 카바이드(SiC)를 포함하는 기판(100); 기판(100)에 수평 방향으로 서로 이격되게 형성된, 제 1 도전형의 소스 영역(118) 및 제 1 도전형의 드레인 영역(132); 소스 영역(118)에 연결되며, 드레인 영역(132)으로부터 이격되게 소스 영역(118) 및 드레인 영역(132) 사이의 기판(100)에 형성된 제 1 도전형의 반대인 제 2 도전형의 채널 영역(115); 채널 영역(115)과 연결되며, 소스 영역(118)을 둘러싸도록 기판(100)에 채널 영역(115)보다 깊이 형성되는, 제 2 도전형의 웰 영역(112, 114, 116); 채널 영역(115) 및 드레인 영역(132) 사이의 기판(100)에 형성된 제 1 도전형의 드리프트 영역(105); 채널 영역(115) 상의 게이트 절연층(미도시); 채널 영역(115)의 턴-온 및 턴-오프를 제어하도록, 상기 게이트 절연층 상에 형성된 게이트 전극(170); 소스 영역(118)에 전기적으로 연결된 소스 전극(150) 및 드리프트 영역(105)에 전기적으로 연결된 드레인 전극(160); 및 기판(100) 상에 형성되되, 소스 전극(150), 드레인 전극(160), 게이트 전극(170)을 전기적으로 절연하는 상부 절연층(190); 을 포함한다.1 to 3, a lateral type power semiconductor device according to an embodiment of the present invention is provided. The lateral type power semiconductor device includes a substrate 100 including silicon carbide (SiC); A source region 118 of the first conductivity type and a drain region 132 of the first conductivity type formed on the substrate 100 so as to be spaced apart from each other in the horizontal direction; A channel region of the second conductivity type connected to the source region 118 and opposite to the first conductivity type formed in the substrate 100 between the source region 118 and the drain region 132 spaced apart from the drain region 132. 115; A second conductivity type well region 112, 114, 116 connected to the channel region 115 and formed deeper than the channel region 115 in the substrate 100 so as to surround the source region 118; A drift region 105 of a first conductivity type formed in the substrate 100 between the channel region 115 and the drain region 132; A gate insulating layer (not shown) on the channel region 115; A gate electrode 170 formed on the gate insulating layer to control turn-on and turn-off of the channel region 115; A source electrode 150 electrically connected to the source region 118 and a drain electrode 160 electrically connected to the drift region 105; An upper insulating layer 190 formed on the substrate 100 to electrically insulate the source electrode 150, the drain electrode 160, and the gate electrode 170; It includes.

드레인 영역(132)의 내부는 제 1 도전형의 불순물 농도가 드레인 영역(132) 보다 상대적으로 더 높은 제 1 도전형의 도핑 영역(134)이 형성될 수 있다. 드레인 영역(132)은 제 1 도전형의 도핑 영역(134)을 감싸는 형태를 가질 수 있으며, 드레인 전극(160)은 제 1 도전형의 도핑 영역(134)과 연결되도록 구성될 수 있다. 한편, 기판(100)의 하부에는 제 1 도전형의 버퍼층(140)이 더 제공될 수 있다. Inside the drain region 132, a doping region 134 of the first conductivity type having a higher impurity concentration than that of the drain region 132 may be formed. The drain region 132 may have a form surrounding the doped region 134 of the first conductivity type, and the drain electrode 160 may be configured to be connected to the doped region 134 of the first conductivity type. Meanwhile, the first conductive buffer layer 140 may be further provided below the substrate 100.

상기 레터럴 타입의 전력 반도체 소자는, 채널 영역(115)이 턴-온 될 때 채널 영역(115)과 전기적으로 도통되도록, 채널 영역(115)과 연결되게 제 2 도전형의 웰 영역의 일부(112) 상의 기판(100)에 형성되며, 제 1 도전형의 드리프트 영역(105)보다 높고 제 1 도전형의 소스 영역(118)보다 낮은 도핑 농도를 갖는 제 1 도전형의 브릿지 영역(120); 을 더 포함할 수 있다. The lateral type power semiconductor device may include a portion of the well-conducting well region of the second conductivity type to be connected to the channel region 115 so that the lateral type power semiconductor device is electrically connected to the channel region 115 when the channel region 115 is turned on. A bridge region 120 of the first conductivity type formed in the substrate 100 on 112 and having a doping concentration higher than the drift region 105 of the first conductivity type and lower than the source region 118 of the first conductivity type; It may further include.

브릿지 영역(120)은 제 1 도전형 불순물의 임플란트 공정을 통해 구현되며 브릿지 영역(120)에 의하여 레터럴 타입의 전력 반도체 소자의 채널 길이는 줄어들고 차지 쉐어링을 통해 전압이 형성될 수 있다. The bridge region 120 may be implemented through an implant process of a first conductivity type impurity, and a channel length of the lateral type power semiconductor device may be reduced by the bridge region 120, and a voltage may be formed through charge sharing.

상기 레터럴 타입의 전력 반도체 소자에서, 제 2 도전형의 웰 영역(112, 114, 116)은, 소스 영역(118)을 감싸면서 채널 영역(115)이 형성되는, 제 1 웰 영역(114); 및 제 1 웰 영역(114)을 감싸면서 브릿지 영역(120) 하부로 신장되는 제 2 웰 영역(112);을 포함할 수 있다. 제 1 웰 영역(114)은 문턱 전압 및 채널 저항을 결정할 수 있으며, 제 2 웰 영역(112)은 전계 및 정션 보호를 위하여 제공된다. 한편, 단채널 및 리서프 효과를 위하여 제 2 도전형의 제 2 웰 영역(112) 및 제 1 도전형의 브릿지 영역(120)이 제공된다고 이해할 수 있다. In the lateral type power semiconductor device, the second conductivity type well regions 112, 114, and 116 have a channel region 115 formed around the source region 118 to form a first well region 114. ; And a second well region 112 that extends below the bridge region 120 while surrounding the first well region 114. The first well region 114 may determine threshold voltage and channel resistance, and the second well region 112 is provided for electric field and junction protection. On the other hand, it can be understood that the second well region 112 of the second conductivity type and the bridge region 120 of the first conductivity type are provided for short channel and resurf effect.

나아가, 상기 제 2 도전형의 웰 영역(112, 114, 116)은 제 1 웰 영역(114) 내 제 1 웰 영역(114) 보다 높은 농도의 제 2 도전형의 제 3 웰 영역(116);을 더 포함할 수 있다. 이 경우, 소스 전극(150)은 소스 영역(118)을 관통하여 제 3 웰 영역(116)과도 연결될 수 있다. 제 3 웰 영역(116)은 메탈 펀치를 방지할 수 있다. Further, the second conductivity type well regions 112, 114, and 116 may include a second conductivity type third well region 116 having a higher concentration than the first well region 114 in the first well region 114; It may further include. In this case, the source electrode 150 may also be connected to the third well region 116 through the source region 118. The third well region 116 may prevent metal punches.

상기 레터럴 타입의 전력 반도체 소자에서, 제 1 도전형의 브릿지 영역(120)의 일부는 게이트 전극(170) 하부에 위치되고, 제 1 도전형의 브릿지 영역(120)의 타부는 게이트 전극(170) 외측의 제 2 도전형의 제 2 웰 영역(112) 상에 위치될 수 있다. 이 경우, 소스 영역(118) 및 드레인 영역(132)을 잇는 방향으로 볼 때, 상기 브릿지 영역(120)의 타부의 길이가 상기 브릿지 영역(120)의 일부의 길이보다 더 길 수 있다. In the lateral type power semiconductor device, a portion of the first conductivity type bridge region 120 is positioned under the gate electrode 170, and the other portion of the first conductivity type bridge region 120 is the gate electrode 170. ) May be positioned on the second well region 112 of the second conductivity type. In this case, the length of the other portion of the bridge region 120 may be longer than the length of a portion of the bridge region 120 when viewed in a direction connecting the source region 118 and the drain region 132.

한편, 소스 영역에서 드레인 영역으로 나아가는 방향으로, 게이트 전극(170)은 채널 영역(115) 보다 외측으로 더 신장하도록 구성되며, 제 2 도전형의 제 2 웰 영역(112)은 게이트 전극(170) 보다 외측으로 더 신장하도록 구성될 수 있다. On the other hand, in the direction from the source region to the drain region, the gate electrode 170 is configured to extend further outward than the channel region 115, the second well region 112 of the second conductivity type is the gate electrode 170 It can be configured to stretch further outward.

상술한 구조를 가지는 레터럴 타입의 전력 반도체 소자에서는, 액티브 영역은 소스와 드레인이 스트라이프 구조로 형성되어 단면에 수평하게 전류가 흐르며 전압 역시 수평하게 전계가 형성되며 공핍층이 형성된다. 채널 영역(115)의 턴-온 상태에서 전자는 소스 영역(118)에서 드레인 영역(132)으로 흐르게 되며, 드리프트 영역(105)에서는 쿨롱의 법칙에 의하여 퍼지는 양상이 나타난다. In the lateral type power semiconductor device having the above-described structure, the active region has a source and a drain formed in a stripe structure so that a current flows horizontally in the cross-section, an electric field is formed in a horizontal voltage, and a depletion layer is formed. In the turn-on state of the channel region 115, electrons flow from the source region 118 to the drain region 132, and in the drift region 105, an electron spreads by Coulomb's law.

상기 레터럴 타입의 전력 반도체 소자에서, 게이트 전극(170)으로부터 노출되는, 상기 브릿지 영역(120)의 타부 및 드리프트 영역(105) 내 기판(100) 표면부의 실리콘 카바이드는 상부 절연층(190)이 형성되기 전에 표면 거칠기를 낮추기 위한 표면 처리가 될 수 있다. In the lateral type power semiconductor device, the silicon carbide exposed at the other portion of the bridge region 120 and the surface of the substrate 100 in the drift region 105 is exposed from the gate electrode 170. It may be surface treatment to lower the surface roughness before it is formed.

본 발명의 따른 레터럴 타입의 전력 반도체 소자에서는, 게이트 전극(170)이 드리프트 영역(105)을 모두 덮도록 형성되는 것이 아니라, 게이트 전극(170)으로부터 노출되는 기판(100) 표면부의 실리콘 카바이드 면적을 충분히 확보하는 것이 필요할 수 있다. 노출되는 기판(100) 표면부의 실리콘 카바이드는 표면 거칠기(roughness)를 낮추기 위한 표면 처리(예를 들어, 표면 클리닝)가 수행되어 채널 저항을 감소시킬 수 있다. In the lateral type power semiconductor device according to the present invention, the gate electrode 170 is not formed to cover all of the drift region 105, but the silicon carbide area of the surface portion of the substrate 100 exposed from the gate electrode 170. It may be necessary to secure enough. Silicon carbide on the exposed surface of the substrate 100 may be subjected to surface treatment (eg, surface cleaning) to lower surface roughness to reduce channel resistance.

한편, 실리콘 카바이드 표면 및 영역에 포함된 차지의 영향을 감소시키기 위하여 상부 절연층(190)은 충분히 두꺼운 두께를 가지도록 형성될 수 있다. 예를 들어, 상부 절연층(190)은 계면 차지 영향성을 최소화하기 위하여 1 마이크로미터 이상의 두께를 가지도록 형성될 수 있다. On the other hand, the upper insulating layer 190 may be formed to have a sufficiently thick thickness in order to reduce the influence of the charge contained in the silicon carbide surface and region. For example, the upper insulating layer 190 may be formed to have a thickness of 1 micrometer or more in order to minimize the interface charge influence.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 레터럴 타입의 전력 반도체 소자에서 에지 영역의 소스 전극과 드레인 전극의 일부 구성을 도해하는 도면이고, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 레터럴 타입의 전력 반도체 소자에서 전극 구조의 일부를 도해하는 도면이다. 4 is a diagram illustrating a partial configuration of a source electrode and a drain electrode of an edge region in a lateral type power semiconductor device according to an embodiment of the present invention, and FIG. 5 is a lateral type according to an embodiment of the present invention. A part of the electrode structure in the power semiconductor device of FIG.

도 4 및 도 5를 참조하면, 상기 레터럴 타입의 전력 반도체 소자에서, 소스 전극 및 드레인 전극은 소스 영역(도 1의 118) 및 드레인 영역(도 1의 132)과 접하는 스트라이프 타입의 하부 패턴(150, 160); 상기 스트라이프 타입의 하부 패턴(150, 160)의 상부에 이격되어 배치된 패드 형태의 상부 패턴(155, 165); 및 상기 스트라이프 타입의 하부 패턴(150, 160)과 상기 패드 형태의 상부 패턴(155, 165)을 상하로 연결하는 콘택 패턴(미도시);을 각각 포함할 수 있다. 4 and 5, in the lateral type power semiconductor device, the source electrode and the drain electrode have a stripe-type lower pattern contacting the source region 118 of FIG. 1 and the drain region 132 of FIG. 1. 150, 160); Upper patterns 155 and 165 in the form of pads spaced apart from each other on the stripe-type lower patterns 150 and 160; And a contact pattern (not shown) connecting the lower patterns 150 and 160 of the stripe type and the upper patterns 155 and 165 of the pad shape up and down.

상기 레터럴 타입의 전력 반도체 소자에서, 상기 기판의 에지 영역에서 스트라이프 타입의 하부 패턴(150, 160) 중 소스 전극(150)은 드레인 전극(160) 보다 상기 기판의 상면 상에서 일방향(도 4에서 Y축 방향과 나란한 방향)으로 더 길게 신장하며 소스 전극(150)은 상기 일방향과 수직한 방향(도 4에서 X축 방향과 나란한 방향)으로 T자 형상으로 더 연장될 수 있다.In the lateral-type power semiconductor device, the source electrode 150 of the stripe-type lower patterns 150 and 160 in the edge region of the substrate is oriented in one direction (Y in FIG. 4) on the upper surface of the substrate rather than the drain electrode 160. The source electrode 150 may further extend in a T-shape in a direction perpendicular to the one direction (the direction parallel to the X-axis direction in FIG. 4) while extending longer in the axial direction.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 레터럴 타입의 전력 반도체 소자에서 액티브 셀 어레이 구조를 도해하는 도면이다. 6 is a diagram illustrating an active cell array structure in a lateral type power semiconductor device according to an embodiment of the present invention.

도 6을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 레터럴 타입의 전력 반도체 소자에서 액티브 셀 어레이 구조는 실리콘 카바이드(SiC)를 포함하는 기판(100); 기판(100) 내에 형성된 소스 영역에 전기적으로 연결된 소스 전극(150) 및 드레인 영역(132)에 전기적으로 연결된 드레인 전극(160); 기판(100) 상에 형성된 게이트 전극(170); 기판(100) 상에 형성되되, 소스 전극(150), 드레인 전극(160), 게이트 전극(170)을 전기적으로 절연하는 상부 절연층(190);을 포함한다. Referring to FIG. 6, an active cell array structure in a lateral type power semiconductor device according to an embodiment of the present invention may include a substrate 100 including silicon carbide (SiC); A source electrode 150 electrically connected to a source region formed in the substrate 100 and a drain electrode 160 electrically connected to the drain region 132; A gate electrode 170 formed on the substrate 100; An upper insulating layer 190 formed on the substrate 100 to electrically insulate the source electrode 150, the drain electrode 160, and the gate electrode 170.

도 1에 도시된 레터럴 타입의 전력 반도체 소자는 소스 전극(150)과 드레인 전극(160)을 하나만 상정한 구조이지만, 실제 어레이 구조에서는 소스 전극(150)과 드레인 전극(160) 사이의 구조가 반복하여 배치될 수 있다. 이 경우, 소스 전극(150)과 드레인 전극(160)은 한 쌍이 서로 접하여 제공될 수 있다. In the lateral type power semiconductor device illustrated in FIG. 1, only one source electrode 150 and one drain electrode 160 are assumed. However, in a real array structure, a structure between the source electrode 150 and the drain electrode 160 may be defined. Can be placed repeatedly. In this case, the pair of source electrode 150 and the drain electrode 160 may be provided in contact with each other.

도 6에 도시된 소스 전극(150)과 드레인 전극(160)은 도 4에서 도시된 Y축 방향과 나란한 방향으로 신장하는 소스 전극(150)과 드레인 전극(160)의 단면에 해당할 수 있으며, 도 5에 도시된 스트라이프 타입의 하부 패턴(150, 160)에 해당할 수 있다. The source electrode 150 and the drain electrode 160 illustrated in FIG. 6 may correspond to a cross section of the source electrode 150 and the drain electrode 160 extending in a direction parallel to the Y-axis direction illustrated in FIG. 4. It may correspond to the lower patterns 150 and 160 of the stripe type shown in FIG. 5.

도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 레터럴 타입의 전력 반도체 소자의 전계 프로파일을 나타내는 도면이다. 그래프 하단의 면적은 내압을 의미할 수 있다. 7 is a diagram illustrating an electric field profile of a lateral type power semiconductor device according to an embodiment of the present invention. The area at the bottom of the graph may mean internal pressure.

도 7을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 레터럴 타입의 전력 반도체 소자의 전계 프로파일은 채널 저항을 줄이고 게이트 하부를 보호하며 고내압 형성을 위한 차지 쉐어링 구조를 구현할 수 있음을 확인할 수 있다. Referring to FIG. 7, it can be seen that the electric field profile of the lateral type power semiconductor device according to the embodiment of the present invention can reduce the channel resistance, protect the lower portion of the gate, and implement a charge sharing structure for forming a high breakdown voltage. .

지금까지 본 발명의 일 실시예에 따른 레터럴 타입의 전력 반도체 소자를 도면들을 참조하여 설명하였다. So far, a lateral type power semiconductor device according to an embodiment of the present invention has been described with reference to the drawings.

이를 다른 관점으로 살펴보면, 상기 레터럴 타입의 전력 반도체 소자는 실리콘 카바이드 레터럴 모스펫 기술로, 전력이 입출력되는 메탈 영역; 각 신호들을 분리하는 절연층; 모스펫 동작을 위한 실리콘 카바이드 영역으로 구분될 수 있으며, 상기 실리콘 카바이드 영역은 액티브 영역과 에지 영역으로 구성될 수 있다. Looking at this from another perspective, the lateral type power semiconductor device is a silicon carbide lateral MOSFET technology, the metal region through which power is input and output; An insulating layer separating each signal; It may be divided into a silicon carbide region for MOSFET operation, and the silicon carbide region may be composed of an active region and an edge region.

상기 메탈 영역은 상부 메탈에 소스와 드레인, 게이트 패드가 위치하고 각 메탈은 절연층으로 분리되며, 하부 메탈은 소스와 드레인으로 구분되어 스트라이프 타입으로 형성되며, 상부와 하부 메탈은 수직으로 교차되어 콘택으로 연결된다. 소스 및 드레인 콘택은 리세스 에치를 진행하여 구현한다. The metal region has a source, a drain, and a gate pad disposed on an upper metal, and each metal is separated by an insulating layer. The lower metal is divided into a source and a drain, and is formed in a stripe type. Connected. Source and drain contacts are implemented by going through the recess etch.

상기 레터럴 타입의 전력 반도체 소자에서, 절연층은 입출력 신호들을 분리하고, 실리콘 카바이드 표면 및 영역에 포함된 차지의 영향을 줄이기 위하여 충분히 1 마이크로미터 이상의 두꺼운 영역으로 형성될 수 있다. In the lateral type power semiconductor device, the insulating layer may be formed as a thick region of 1 micrometer or more in order to separate the input and output signals and reduce the influence of the charge contained in the silicon carbide surface and region.

상기 레터럴 타입의 전력 반도체 소자에서, 실리콘 카바이드 영역은 액티브 영역과 에지 영역으로 구분되며, 액티브 영역은 전류 전압이 형성되어 모스펫을 실제 구동하는 영역이며, 에지 영역은 모스펫의 파괴 성능을 결정하는 영역이다. 상기 액티브 영역은 소스와 드레인이 스트라이프 구조로 형성되어 단면에 수평하게 전류가 흐르며, 전압 역시 수평하게 전계가 형성되며 공핍층이 형성되고, 이 때 소스단에는 고농도 N층과 복수개의 P층이 형성되며, 드레인단에는 펀치 방지를 위한 고농도 N층이 형성될 수 있다. In the lateral type power semiconductor device, the silicon carbide region is divided into an active region and an edge region, and the active region is an region in which a current voltage is formed to actually drive the MOSFET, and the edge region is an region that determines the breaking performance of the MOSFET. to be. In the active region, a source and a drain are formed in a stripe structure so that a current flows horizontally in a cross section, a voltage is also formed in a horizontal electric field, and a depletion layer is formed. At the drain end, a high concentration N layer may be formed to prevent punching.

상기 레터럴 타입의 전력 반도체 소자에서, 소스단의 P바디는 복수회의 임플란트를 통해 문턱전압 및 채널 저항을 결정하는 P층; 메탈의 펀치를 방지하는 고농도 P층; 전계 및 정션 보호를 위한 저농도 P층으로 구성될 수 있다. 상기 저농도 P층은 게이트 하단을 보호하기 위해 게이트 폴리 보다 더 넓은 면적으로 임플란트되며, 표면층은 N 임플란트를 통해 채널 길이는 줄이고 차지 쉐어링을 통해 전압은 형성함을 특징으로 할 수 있다. In the lateral-type power semiconductor device, the P body of the source terminal P layer for determining the threshold voltage and the channel resistance through a plurality of implants; A high concentration P layer preventing punching of metal; It can be composed of low concentration P layer for electric field and junction protection. The low concentration P layer may be implanted with a larger area than the gate poly to protect the bottom of the gate, and the surface layer may be characterized by reducing the channel length through N implants and forming a voltage through charge sharing.

한편, 상기 레터럴 타입의 전력 반도체 소자에서, 에지 영역은 하부 메탈의 수평 방향으로는 좌우 양 끝이 소스단으로 종료되고, 하부 메탈의 수직 방향으로는 소스보다 드레인이 짧게 끝나는 형태로 종료됨을 특징으로 할 수 있다. 나아가, 에지 영역의 수평 방향으로 형성된 마지막 소스단에는 코너 쪽의 슈페리얼 효과를 고려하여 액티브 영역의 P바디 보다 더 넓게 형성할 수 있으며, 에지 영역의 수직 방향으로 형성된 소스단에는 칩 코너 및 스트라이프 드레인의 마지막 단의 슈페리얼 효과를 고려하여 넓은 콘택 공간과 P바디층을 형성함을 특징으로 할 수 있다. On the other hand, in the lateral type power semiconductor device, the edge region is terminated in the horizontal direction of the lower metal in both ends of the source end, the drain in the vertical direction of the lower metal is shorter than the source ends. You can do Furthermore, the last source terminal formed in the horizontal direction of the edge region may be formed wider than the P body of the active region in consideration of the superior effect on the corner side, and the source terminal formed in the vertical direction of the edge region may have a chip corner and a stripe drain. Considering the superior effect of the last stage, it can be characterized by forming a large contact space and a P body layer.

상술한 구조를 개시하는 상기 레터럴 타입의 전력 반도체 소자는 실리콘 카바이드 모스펫의 레터럴 동작 방식의 구조로, 일반적인 플라나 실리콘 카바이드 모스펫의 이슈가 되는 채널 저항을 표면 거칠기 개선 및 두꺼운 절연층을 통해 개선할 수 있고, 일반적인 트렌치 실리콘 카바이드 모스펫의 이슈인 트렌치 방법 및 거칠기 등을 생략함으로써 극복할 수 있다. 또한, 일반적인 전력 반도체의 버티컬(vertical) 구조가 갖는 링(Ring) 및 터미네이션(Termination)을 생략할 수 있으므로, 전체 칩 면적당 액티브 면적비를 극대화할 수 있다. 이는 칩 면적이 작으면 작을수록 그 효과가 증대한다. The lateral type power semiconductor device, which discloses the above-described structure, is a lateral operation of silicon carbide MOSFETs, and improves channel resistance, which is an issue of general planar silicon carbide MOSFETs, through surface roughness improvement and thick insulating layer. It can be overcome by omitting the trench method and roughness which are issues of the general trench silicon carbide MOSFET. In addition, since ring and termination of a vertical structure of a general power semiconductor can be omitted, an active area ratio per total chip area can be maximized. The smaller the chip area, the greater the effect.

상술한 레터럴 타입의 전력 반도체 소자에서는 내압을 형성하기 위한 최소 셀 핏치가 필요하므로 전체 칩 면적당 채널 밀도가 낮다는 단점이 있다. 이하에서는, 상술한 레터럴 타입의 전력 반도체 소자에서 채널 밀도를 개선한 다른 실시예를 설명한다. 다른 실시예에서는 동일한 셀 핏치에서 채널 밀도를 개선한 구조로서 트렌치를 통하여 채널에 굴곡을 주어 밀도를 향상시키는 구성을 개시한다 In the above-described lateral type power semiconductor device, a minimum cell pitch for forming breakdown voltage is required, which results in a low channel density per chip area. Hereinafter, another embodiment in which the channel density is improved in the lateral type power semiconductor device will be described. Another embodiment discloses a configuration in which the channel density is improved at the same cell pitch and the channel is bent through the trench to improve the density.

도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 레터럴 타입의 전력 반도체 소자의 일부 구성을 도해하면서 전자 이동을 나타낸 평면도이고, 도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 레터럴 타입의 전력 반도체 소자의 일부 구성을 도식적으로 도해하는 도면이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 레터럴 타입의 전력 반도체 소자를 도해하는 도 1 내지 도 7과 공통되는 구성요소에 대한 설명은 중복되므로 여기에서는 편의상 생략한다. 8 is a plan view illustrating electron movement while illustrating a partial configuration of a lateral type power semiconductor device according to another embodiment of the present invention, and FIG. 9 is a lateral type power semiconductor device according to another embodiment of the present invention. Some diagrammatically illustrates the configuration. Descriptions of components common to those of FIGS. 1 to 7 illustrating a lateral type power semiconductor device according to an exemplary embodiment of the present invention will be omitted here for convenience.

도 1과 도 8 및 도 9를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 레터럴 타입의 전력 반도체 소자는 실리콘 카바이드(SiC)를 포함하는 기판(100); 기판(100)에 수평 방향으로 서로 이격되게 형성된, 제 1 도전형의 소스 영역(118) 및 제 1 도전형의 드레인 영역(132); 소스 영역(118)에 연결되며, 드레인 영역(132)으로부터 이격되게 소스 영역(118) 및 드레인 영역(132) 사이의 기판(100)에 형성된 제 1 도전형의 반대인 제 2 도전형의 채널 영역(115); 채널 영역(115)과 연결되며, 소스 영역(118)을 둘러싸도록 기판(100)에 채널 영역(115)보다 깊이 형성되는, 제 2 도전형의 웰 영역(112, 114, 116); 채널 영역(115) 및 드레인 영역(132) 사이의 기판(100)에 형성된 제 1 도전형의 드리프트 영역(105); 채널 영역(115) 상의 게이트 절연층(미도시); 채널 영역(115)의 턴-온 및 턴-오프를 제어하도록, 상기 게이트 절연층 상에 형성된 게이트 전극(170); 소스 영역(118)에 전기적으로 연결된 소스 전극(150) 및 드리프트 영역(105)에 전기적으로 연결된 드레인 전극(160); 및 기판(100) 상에 형성되되, 소스 전극(150), 드레인 전극(160), 게이트 전극(170)을 전기적으로 절연하는 상부 절연층(190); 을 포함하되, 상기 기판(100)의 상면과 나란한 단면(예를 들어, 도 1의 XY 평면) 상에서 상기 소스 전극(160), 상기 제 1 도전형의 소스 영역(118) 및 상기 채널 영역(115)은 볼록 패턴(A)과 오목 패턴(B)이 교호적으로 반복되는 요철 형상을 가진다. 1, 8, and 9, a lateral type power semiconductor device according to another embodiment of the present invention may include a substrate 100 including silicon carbide (SiC); A source region 118 of the first conductivity type and a drain region 132 of the first conductivity type formed on the substrate 100 so as to be spaced apart from each other in the horizontal direction; A channel region of the second conductivity type connected to the source region 118 and opposite to the first conductivity type formed in the substrate 100 between the source region 118 and the drain region 132 spaced apart from the drain region 132. 115; A second conductivity type well region 112, 114, 116 connected to the channel region 115 and formed deeper than the channel region 115 in the substrate 100 so as to surround the source region 118; A drift region 105 of a first conductivity type formed in the substrate 100 between the channel region 115 and the drain region 132; A gate insulating layer (not shown) on the channel region 115; A gate electrode 170 formed on the gate insulating layer to control turn-on and turn-off of the channel region 115; A source electrode 150 electrically connected to the source region 118 and a drain electrode 160 electrically connected to the drift region 105; An upper insulating layer 190 formed on the substrate 100 to electrically insulate the source electrode 150, the drain electrode 160, and the gate electrode 170; A source electrode 160, a source region 118 of the first conductivity type, and a channel region 115 on a cross section (eg, an XY plane of FIG. 1) parallel to an upper surface of the substrate 100. Has a concave-convex shape in which the convex pattern A and the concave pattern B are alternately repeated.

상기 소스 전극(160), 상기 제 1 도전형의 소스 영역(118) 및 상기 채널 영역(115)은 하나의 단위셀 내에서 볼록 패턴(A)과 오목 패턴(B)이 교호적으로 반복되는 요철 형상을 가지는 것이다. 상기 요철은 복수의 단위셀들의 스택 배열에 따라 구현되는 소스 전극의 방향 전환과는 구분하여 이해될 수 있다. The source electrode 160, the source region 118 of the first conductivity type, and the channel region 115 have irregularities in which convex patterns A and concave patterns B are alternately repeated in one unit cell. It has a shape. The unevenness may be understood separately from the change of direction of the source electrode implemented according to the stack arrangement of the plurality of unit cells.

다른 관점에서 살펴보면, 하나의 단위셀 내에서 상기 소스 전극(160), 상기 제 1 도전형의 소스 영역(118) 및 상기 채널 영역(115)은 굴곡이 있는 트렌치 패턴이 반복되는 요철 형상을 가지는 것으로 이해될 수 있다. In another aspect, the source electrode 160, the first conductivity type source region 118, and the channel region 115 have a concave-convex shape in which a curved trench pattern is repeated in one unit cell. Can be understood.

또 다른 관점에서 살펴보면, 하나의 단위셀 내에서 상기 소스 전극(160), 상기 제 1 도전형의 소스 영역(118) 및 상기 채널 영역(115)은 구불구불하게 형성된 지그재그 형상을 가지는 것으로 이해될 수 있다.In another aspect, the source electrode 160, the first conductivity type source region 118 and the channel region 115 may be understood to have a zigzag shape in a unit cell. have.

도 9의 I-I'라인을 따라 절취한 볼록 패턴(A)의 단면과 Ⅱ-Ⅱ' 라인을 따라 절취한 오목 패턴(B)의 단면은 도 1에 도시된 단면 구조의 일부에 각각 대응된다. 다만, 도 9의 I-I'라인을 따라 절취한 볼록 패턴(A)의 단면에서의 소스 전극(150)의 폭은 Ⅱ-Ⅱ' 라인을 따라 절취한 오목 패턴(B)의 단면에서의 소스 전극(150)의 폭 보다 더 크다. The cross section of the convex pattern A cut along the line II 'of FIG. 9 and the cross section of the concave pattern B cut along the line II-II' correspond to a part of the cross-sectional structure shown in FIG. . However, the width of the source electrode 150 in the cross section of the convex pattern A cut along the line II 'of FIG. 9 is the source in the cross section of the concave pattern B cut along the line II-II'. Larger than the width of the electrode 150.

한편, 본 발명의 다른 실시예에 따른 레터럴 타입의 전력 반도체 소자는 하나의 단위셀 내에서 상기 게이트 절연층 상에 형성된 게이트 전극(170)을 포함하되, 상기 기판(100)의 상면과 나란한 또 다른 단면 상에서, 상기 게이트 전극(170)은 볼록 패턴과 오목 패턴이 교호적으로 반복되는 요철 형상을 가질 수 있다. 이에 따르면, 도 9의 I-I'라인을 따라 절취한 단면에서의 게이트 전극(170)은 도 9의 Ⅱ-Ⅱ' 라인을 따라 절취한 단면에서의 게이트 전극(170) 보다 상대적으로 드레인 전극(160)에 더 가깝게 위치한다. On the other hand, the lateral type power semiconductor device according to another embodiment of the present invention includes a gate electrode 170 formed on the gate insulating layer in one unit cell, and is parallel to the upper surface of the substrate 100 In another cross section, the gate electrode 170 may have a concave-convex shape in which a convex pattern and a concave pattern are alternately repeated. Accordingly, the gate electrode 170 in the cross section taken along the line II ′ of FIG. 9 is relatively drained from the gate electrode 170 in the cross section taken along the line II-II ′ of FIG. 9. 160).

상술한 구성들에 따르면, 동일한 셀 핏치에서 채널 밀도를 개선할 수 있다. According to the above configurations, it is possible to improve channel density at the same cell pitch.

본 발명의 다른 실시예에 따른 레터럴 타입의 전력 반도체 소자에서 다른 구성요소는 도 8 및 도 9와 함께 도 1을 참조하여 설명한다. Other components in the lateral type power semiconductor device according to another embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 1 along with FIGS. 8 and 9.

드레인 영역(132)의 내부는 제 1 도전형의 불순물 농도가 드레인 영역(132) 보다 상대적으로 더 높은 제 1 도전형의 도핑 영역(134)이 형성될 수 있다. 드레인 영역(132)은 제 1 도전형의 도핑 영역(134)을 감싸는 형태를 가질 수 있으며, 드레인 전극(160)은 제 1 도전형의 도핑 영역(134)과 연결되도록 구성될 수 있다. 한편, 기판(100)의 하부에는 제 1 도전형의 버퍼층(140)이 더 제공될 수 있다. Inside the drain region 132, a doping region 134 of the first conductivity type having a higher impurity concentration than that of the drain region 132 may be formed. The drain region 132 may have a form surrounding the doped region 134 of the first conductivity type, and the drain electrode 160 may be configured to be connected to the doped region 134 of the first conductivity type. Meanwhile, the first conductive buffer layer 140 may be further provided below the substrate 100.

상기 레터럴 타입의 전력 반도체 소자는, 채널 영역(115)이 턴-온 될 때 채널 영역(115)과 전기적으로 도통되도록, 채널 영역(115)과 연결되게 제 2 도전형의 웰 영역의 일부(112) 상의 기판(100)에 형성되며, 제 1 도전형의 드리프트 영역(105)보다 높고 제 1 도전형의 소스 영역(118)보다 낮은 도핑 농도를 갖는 제 1 도전형의 브릿지 영역(120); 을 더 포함할 수 있다. The lateral type power semiconductor device may include a portion of the well-conducting well region of the second conductivity type to be connected to the channel region 115 so that the lateral type power semiconductor device is electrically connected to the channel region 115 when the channel region 115 is turned on. A bridge region 120 of the first conductivity type formed in the substrate 100 on 112 and having a doping concentration higher than the drift region 105 of the first conductivity type and lower than the source region 118 of the first conductivity type; It may further include.

브릿지 영역(120)은 제 1 도전형 불순물의 임플란트 공정을 통해 구현되며 브릿지 영역(120)에 의하여 레터럴 타입의 전력 반도체 소자의 채널 길이는 줄어들고 차지 쉐어링을 통해 전압이 형성될 수 있다. The bridge region 120 may be implemented through an implant process of a first conductivity type impurity, and a channel length of the lateral type power semiconductor device may be reduced by the bridge region 120, and a voltage may be formed through charge sharing.

상기 레터럴 타입의 전력 반도체 소자에서, 제 2 도전형의 웰 영역(112, 114, 116)은, 소스 영역(118)을 감싸면서 채널 영역(115)이 형성되는, 제 1 웰 영역(114); 및 제 1 웰 영역(114)을 감싸면서 브릿지 영역(120) 하부로 신장되는 제 2 웰 영역(112);을 포함할 수 있다. 제 1 웰 영역(114)은 문턱 전압 및 채널 저항을 결정할 수 있으며, 제 2 웰 영역(112)은 전계 및 정션 보호를 위하여 제공된다. 한편, 단채널 및 리서프 효과를 위하여 제 2 도전형의 제 2 웰 영역(112) 및 제 1 도전형의 브릿지 영역(120)이 제공된다고 이해할 수 있다. In the lateral type power semiconductor device, the second conductivity type well regions 112, 114, and 116 have a channel region 115 formed around the source region 118 to form a first well region 114. ; And a second well region 112 that extends below the bridge region 120 while surrounding the first well region 114. The first well region 114 may determine threshold voltage and channel resistance, and the second well region 112 is provided for electric field and junction protection. On the other hand, it can be understood that the second well region 112 of the second conductivity type and the bridge region 120 of the first conductivity type are provided for short channel and resurf effect.

나아가, 상기 제 2 도전형의 웰 영역(112, 114, 116)은 제 1 웰 영역(114) 내 제 1 웰 영역(114) 보다 높은 농도의 제 2 도전형의 제 3 웰 영역(116);을 더 포함할 수 있다. 이 경우, 소스 전극(150)은 소스 영역(118)을 관통하여 제 3 웰 영역(116)과도 연결될 수 있다. 제 3 웰 영역(116)은 메탈 펀치를 방지할 수 있다. Further, the second conductivity type well regions 112, 114, and 116 may include a second conductivity type third well region 116 having a higher concentration than the first well region 114 in the first well region 114; It may further include. In this case, the source electrode 150 may also be connected to the third well region 116 through the source region 118. The third well region 116 may prevent metal punches.

상기 레터럴 타입의 전력 반도체 소자에서, 제 1 도전형의 브릿지 영역(120)의 일부는 게이트 전극(170) 하부에 위치되고, 제 1 도전형의 브릿지 영역(120)의 타부는 게이트 전극(170) 외측의 제 2 도전형의 제 2 웰 영역(112) 상에 위치될 수 있다. 이 경우, 소스 영역(118) 및 드레인 영역(132)을 잇는 방향으로 볼 때, 상기 브릿지 영역(120)의 타부의 길이가 상기 브릿지 영역(120)의 일부의 길이보다 더 길 수 있다. In the lateral type power semiconductor device, a portion of the first conductivity type bridge region 120 is positioned under the gate electrode 170, and the other portion of the first conductivity type bridge region 120 is the gate electrode 170. ) May be positioned on the second well region 112 of the second conductivity type. In this case, the length of the other portion of the bridge region 120 may be longer than the length of a portion of the bridge region 120 when viewed in a direction connecting the source region 118 and the drain region 132.

한편, 소스 영역에서 드레인 영역으로 나아가는 방향으로, 게이트 전극(170)은 채널 영역(115) 보다 외측으로 더 신장하도록 구성되며, 제 2 도전형의 제 2 웰 영역(112)은 게이트 전극(170) 보다 외측으로 더 신장하도록 구성될 수 있다. On the other hand, in the direction from the source region to the drain region, the gate electrode 170 is configured to extend further outward than the channel region 115, the second well region 112 of the second conductivity type is the gate electrode 170 It can be configured to stretch further outward.

상술한 구조를 가지는 레터럴 타입의 전력 반도체 소자에서는, 액티브 영역은 소스와 드레인이 형성되어 단면에 수평하게 전류가 흐르며 전압 역시 수평하게 전계가 형성되며 공핍층이 형성된다. 채널 영역(115)의 턴-온 상태에서 전자는 소스 영역(118)에서 드레인 영역(132)으로 흐르게 되며, 드리프트 영역(105)에서는 쿨롱의 법칙에 의하여 퍼지는 양상이 나타난다. In the lateral type power semiconductor device having the above-described structure, a source and a drain are formed in the active region so that a current flows horizontally in a cross section, an electric field is formed in a horizontal voltage, and a depletion layer is formed. In the turn-on state of the channel region 115, electrons flow from the source region 118 to the drain region 132, and in the drift region 105, an electron spreads by Coulomb's law.

상기 레터럴 타입의 전력 반도체 소자에서, 게이트 전극(170)으로부터 노출되는, 상기 브릿지 영역(120)의 타부 및 드리프트 영역(105) 내 기판(100) 표면부의 실리콘 카바이드는 상부 절연층(190)이 형성되기 전에 표면 거칠기를 낮추기 위한 표면 처리가 될 수 있다. In the lateral type power semiconductor device, the silicon carbide exposed at the other portion of the bridge region 120 and the surface of the substrate 100 in the drift region 105 is exposed from the gate electrode 170. It may be surface treatment to lower the surface roughness before it is formed.

본 발명의 따른 레터럴 타입의 전력 반도체 소자에서는, 게이트 전극(170)이 드리프트 영역(105)을 모두 덮도록 형성되는 것이 아니라, 게이트 전극(170)으로부터 노출되는 기판(100) 표면부의 실리콘 카바이드 면적을 충분히 확보하는 것이 필요할 수 있다. 노출되는 기판(100) 표면부의 실리콘 카바이드는 표면 거칠기(roughness)를 낮추기 위한 표면 처리(예를 들어, 표면 클리닝)가 수행되어 채널 저항을 감소시킬 수 있다. In the lateral type power semiconductor device according to the present invention, the gate electrode 170 is not formed to cover all of the drift region 105, but the silicon carbide area of the surface portion of the substrate 100 exposed from the gate electrode 170. It may be necessary to secure enough. Silicon carbide on the exposed surface of the substrate 100 may be subjected to surface treatment (eg, surface cleaning) to lower surface roughness to reduce channel resistance.

한편, 실리콘 카바이드 표면 및 영역에 포함된 차지의 영향을 감소시키기 위하여 상부 절연층(190)은 충분히 두꺼운 두께를 가지도록 형성될 수 있다. 예를 들어, 상부 절연층(190)은 계면 차지 영향성을 최소화하기 위하여 1 마이크로미터 이상의 두께를 가지도록 형성될 수 있다. On the other hand, the upper insulating layer 190 may be formed to have a sufficiently thick thickness in order to reduce the influence of the charge contained in the silicon carbide surface and region. For example, the upper insulating layer 190 may be formed to have a thickness of 1 micrometer or more in order to minimize the interface charge influence.

본 발명의 일 실시예에 따른 레터럴 타입의 전력 반도체 소자에서 전극 구조의 일부를 도해하는 도면인 도 4 및 도 5를 일부 참조하여, 본 발명의 다른 실시예에 따른 상기 레터럴 타입의 전력 반도체 소자를 살펴보면, 소스 전극 및 드레인 전극은 소스 영역(도 1의 118) 및 드레인 영역(도 1의 132)과 접하는 하부 패턴(150, 160); 상기 하부 패턴(150, 160)의 상부에 이격되어 배치된 패드 형태의 상부 패턴(155, 165); 및 상기 스트라이프 타입의 하부 패턴(150, 160)과 상기 패드 형태의 상부 패턴(155, 165)을 상하로 연결하는 콘택 패턴(미도시);을 각각 포함할 수 있다. 이 중에서 Y축 방향으로 신장하는 소스 전극(150)은 도 8 및 도 9에 도시된 것처럼 볼록 패턴과 오목 패턴이 교호적으로 반복되는 요철 형상을 가지는 것으로 이해될 수 있다. The lateral type power semiconductor according to another embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 4 and 5, which illustrate a part of an electrode structure in the lateral type power semiconductor device according to an embodiment of the present invention. Referring to the device, the source electrode and the drain electrode may include lower patterns 150 and 160 in contact with the source region 118 of FIG. 1 and the drain region 132 of FIG. 1; Upper patterns 155 and 165 in the form of pads spaced apart from each other on the lower patterns 150 and 160; And a contact pattern (not shown) connecting the lower patterns 150 and 160 of the stripe type and the upper patterns 155 and 165 of the pad shape up and down. Among them, the source electrode 150 extending in the Y-axis direction may be understood as having a concave-convex shape in which the convex pattern and the concave pattern are alternately repeated as shown in FIGS. 8 and 9.

상기 기판의 에지 영역에서 하부 패턴(150, 160) 중 소스 전극(150)은 드레인 전극(160) 보다 상기 기판의 상면 상에서 일방향(도 4에서 Y축 방향과 나란한 방향)으로 더 길게 신장하며 소스 전극(150)은 상기 일방향과 수직한 방향(도 4에서 X축 방향과 나란한 방향)으로 T자 형상으로 더 연장될 수 있다.In the edge region of the substrate, the source electrode 150 of the lower patterns 150 and 160 extends longer in one direction (the direction parallel to the Y-axis direction in FIG. 4) on the upper surface of the substrate than the drain electrode 160 and is a source electrode. 150 may further extend in a T shape in a direction perpendicular to the one direction (the direction parallel to the X-axis direction in FIG. 4).

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

100 : 기판
105 : 드리프트 영역
112, 114, 116 : 웰 영역
115 : 채널 영역
118 : 소스 영역
132 : 드레인 영역
150 : 소스 전극
160 : 드레인 전극
170 : 게이트 전극
190 : 상부 절연층
100: substrate
105: drift region
112, 114, 116: well area
115: channel area
118: source region
132: drain region
150: source electrode
160: drain electrode
170: gate electrode
190: upper insulating layer

Claims (12)

실리콘 카바이드(SiC)를 포함하는 기판;
상기 기판에 수평 방향으로 서로 이격되게 형성된, 제 1 도전형의 소스 영역 및 제 1 도전형의 드레인 영역;
상기 소스 영역에 연결되며, 상기 드레인 영역으로부터 이격되게 상기 소스 영역 및 상기 드레인 영역 사이의 상기 기판에 형성된 상기 제 1 도전형의 반대인 제 2 도전형의 채널 영역;
상기 채널 영역과 연결되며, 상기 소스 영역을 둘러싸도록 상기 기판에 상기 채널 영역보다 깊이 형성되는, 제 2 도전형의 웰 영역;
상기 채널 영역 및 상기 드레인 영역 사이의 상기 기판에 형성된 제 1 도전형의 드리프트 영역;
상기 채널 영역 상의 게이트 절연층;
상기 채널 영역의 턴-온 및 턴-오프를 제어하도록, 상기 게이트 절연층 상에 형성된 게이트 전극;
상기 소스 영역에 전기적으로 연결된 소스 전극 및 상기 드레인 영역에 전기적으로 연결된 드레인 전극;
상기 기판 상에 형성되되, 상기 소스 전극, 상기 드레인 전극, 상기 게이트 전극을 전기적으로 절연하는 상부 절연층; 및
상기 채널 영역이 턴-온 될 때 상기 채널 영역과 전기적으로 도통되도록, 상기 채널 영역과 연결되게 상기 제 2 도전형의 웰 영역 상의 상기 기판에 형성되며, 상기 제 1 도전형의 드리프트 영역보다 높고 상기 제 1 도전형의 소스 영역보다 낮은 도핑 농도를 갖는 제 1 도전형의 브릿지 영역; 을 포함하되,
상기 제 1 도전형의 브릿지 영역의 일부는 상기 게이트 전극 하부에 위치되고, 타부는 상기 게이트 전극 외측의 상기 제 2 도전형의 웰 영역 상에 위치되며,
상기 기판의 상면과 나란한 단면 상에서 상기 소스 전극, 상기 제 1 도전형의 소스 영역 및 상기 채널 영역은 볼록 패턴과 오목 패턴이 교호적으로 반복되는 요철 형상을 가지는 것을 특징으로 하는,
레터럴 타입의 전력 반도체 소자.
A substrate comprising silicon carbide (SiC);
A source region of a first conductivity type and a drain region of a first conductivity type formed on the substrate to be spaced apart from each other in a horizontal direction;
A channel region of a second conductivity type connected to the source region and opposite to the first conductivity type formed in the substrate between the source region and the drain region spaced apart from the drain region;
A second conductivity type well region connected to the channel region and formed deeper in the substrate than the channel region so as to surround the source region;
A drift region of a first conductivity type formed in the substrate between the channel region and the drain region;
A gate insulating layer on the channel region;
A gate electrode formed on the gate insulating layer to control turn-on and turn-off of the channel region;
A source electrode electrically connected to the source region and a drain electrode electrically connected to the drain region;
An upper insulating layer formed on the substrate, the upper insulating layer electrically insulating the source electrode, the drain electrode, and the gate electrode; And
And formed in the substrate on the second conductivity type well region so as to be electrically connected to the channel region when the channel region is turned on, and higher than the drift region of the first conductivity type. A bridge region of the first conductivity type having a lower doping concentration than the source region of the first conductivity type; Including,
A portion of the first conductivity type bridge region is located under the gate electrode, and the other portion is located on the second conductivity type well region outside the gate electrode.
The source electrode, the source region of the first conductivity type and the channel region on the cross-section parallel to the upper surface of the substrate has a concave-convex shape in which the convex pattern and the concave pattern are alternately repeated,
Lateral type power semiconductor device.
제 1 항에 있어서,
상기 소스 전극, 상기 제 1 도전형의 소스 영역 및 상기 채널 영역은 굴곡이 있는 트렌치 패턴이 반복되는 요철 형상을 가지는 것을 특징으로 하는,
레터럴 타입의 전력 반도체 소자.
The method of claim 1,
The source electrode, the source region of the first conductivity type and the channel region has a concave-convex shape in which the bent trench pattern is repeated,
Lateral type power semiconductor device.
제 1 항에 있어서,
상기 기판의 상면과 나란한 또 다른 단면 상에서 상기 게이트 전극은 볼록 패턴과 오목 패턴이 교호적으로 반복되는 요철 형상을 가지는 것을 특징으로 하는,
레터럴 타입의 전력 반도체 소자.
The method of claim 1,
In another cross-section parallel to the upper surface of the substrate, the gate electrode has a concave-convex shape in which the convex pattern and the concave pattern are alternately repeated,
Lateral type power semiconductor device.
삭제delete 삭제delete 제 1 항에 있어서,
상기 소스 영역 및 드레인 영역을 잇는 방향으로 볼 때, 상기 브릿지 영역의 타부의 길이가 상기 브릿지 영역의 일부의 길이보다 더 긴, 레터럴 타입의 전력 반도체 소자.
The method of claim 1,
A lateral type power semiconductor device in which the length of the other portion of the bridge region is longer than the length of a portion of the bridge region when viewed in a direction connecting the source region and the drain region.
제 1 항에 있어서,
상기 게이트 전극으로부터 노출되는, 상기 브릿지 영역의 타부 및 상기 드리프트 영역 내 상기 기판 표면부의 실리콘 카바이드는 상기 상부 절연층이 형성되기 전에 표면 거칠기를 낮추기 위한 표면 처리가 된, 레터럴 타입의 전력 반도체 소자.
The method of claim 1,
The silicon carbide of the other portion of the bridge region and the substrate surface portion of the drift region exposed from the gate electrode is subjected to a surface treatment for lowering the surface roughness before the upper insulating layer is formed.
제 1 항에 있어서,
상기 제 2 도전형의 웰 영역은,
상기 소스 영역을 감싸면서 상기 채널 영역이 형성되는, 제 1 웰 영역(114); 및
상기 제 1 웰 영역을 감싸면서 상기 브릿지 영역 하부로 신장되는 제 2 웰 영역(112);
을 포함하는, 레터럴 타입의 전력 반도체 소자.
The method of claim 1,
The well region of the second conductivity type is
A first well region 114 surrounding the source region to form the channel region; And
A second well region 112 surrounding the first well region and extending below the bridge region;
A lateral type power semiconductor device comprising a.
제 8 항에 있어서,
상기 제 2 도전형의 웰 영역은 상기 제 1 웰 영역(114) 내 상기 제 1 웰 영역보다 높은 농도의 제 2 도전형의 제 3 웰 영역(116);을 더 포함하고,
상기 소스 전극은 상기 소스 영역을 관통하여 상기 제 3 웰 영역과도 연결된, 레터럴 타입의 전력 반도체 소자.
The method of claim 8,
The second conductivity type well region further includes a third conductivity type third well region 116 having a higher concentration than the first well region in the first well region 114.
And the source electrode is connected to the third well region through the source region.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제 1 도전형은 n형이고, 상기 제 2 도전형은 p형인, 레터럴 타입의 전력 반도체 소자.
The method according to any one of claims 1 to 3,
And the first conductivity type is n type and the second conductivity type is p type.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 소스 전극 및 상기 드레인 전극은 상기 소스 영역 및 상기 드레인 영역과 접하는 하부 패턴; 상기 하부 패턴의 상부에 이격되어 배치된 패드 형태의 상부 패턴; 및 상기 하부 패턴과 상기 상부 패턴을 상하로 연결하는 콘택 패턴; 을 각각 포함하는, 레터럴 타입의 전력 반도체 소자.
The method according to any one of claims 1 to 3,
The source electrode and the drain electrode may include a lower pattern in contact with the source region and the drain region; An upper pattern in a pad form spaced apart from the upper portion of the lower pattern; A contact pattern connecting the lower pattern and the upper pattern up and down; Each comprising a lateral type power semiconductor device.
제 11 항에 있어서,
상기 기판의 에지 영역에서 상기 하부 패턴 중 상기 소스 전극은 상기 드레인 전극 보다 상기 기판의 상면 상에서 일방향으로 더 길게 신장하며 상기 소스 전극은 상기 일방향과 수직한 방향으로 T자 형상으로 더 연장되는 것을 특징으로 하는, 레터럴 타입의 전력 반도체 소자.
The method of claim 11,
In the edge region of the substrate, the source electrode of the lower pattern extends longer in one direction on the upper surface of the substrate than the drain electrode, and the source electrode further extends in a T shape in a direction perpendicular to the one direction. A lateral type power semiconductor device.
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