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KR102300623B1 - Power semiconductor device and power semiconductor chip - Google Patents

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KR102300623B1
KR102300623B1 KR1020200058262A KR20200058262A KR102300623B1 KR 102300623 B1 KR102300623 B1 KR 102300623B1 KR 1020200058262 A KR1020200058262 A KR 1020200058262A KR 20200058262 A KR20200058262 A KR 20200058262A KR 102300623 B1 KR102300623 B1 KR 102300623B1
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KR
South Korea
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trench
power semiconductor
region
layer
transistors
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KR1020200058262A
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Korean (ko)
Inventor
이주환
Original Assignee
현대모비스 주식회사
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    • H01L29/7397
    • H01L27/0623
    • H01L29/0696
    • H01L29/1095

Landscapes

  • Electrodes Of Semiconductors (AREA)
  • Metal-Oxide And Bipolar Metal-Oxide Semiconductor Integrated Circuits (AREA)

Abstract

A power semiconductor device according to one aspect of the present invention includes: a semiconductor layer; at least one trench including an upper trench formed by being recessed by a predetermined depth into the semiconductor layer from a surface of the semiconductor layer, and having a first width, and a lower trench formed in communication with the upper trench and having a second width smaller than the first width; a well region defined in the semiconductor layer on one side of the at least one trench; a floating region defined in the semiconductor layer on the other side of the at least one trench; a gate insulating layer formed on an inner wall of the at least one trench; and a gate electrode layer formed on the gate insulating layer to fill the at least one trench.

Description

전력 반도체 소자 및 전력 반도체 칩{Power semiconductor device and power semiconductor chip}Power semiconductor device and power semiconductor chip

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

전력 반도체 소자는 고전압과 고전류 환경에서 동작하는 반도체 소자이다. 이러한 전력 반도체 소자는 고전력 스위칭이 필요한 분야, 예컨대 인버터 소자에 이용되고 있다. 예를 들어, 전력 반도체 소자로는 절연 게이트 양극성 트랜지스터(IGBT, Insulated Gate Bipolar Transistor), 전력 모스펫(Power MOSFET) 등을 들 수 있다. 이러한 전력 반도체 소자는 고전압에 대한 내압 특성이 기본적으로 요구되며, 최근에는 부가적으로 고속 스위칭 동작을 요하고 있다. A power semiconductor device is a semiconductor device that operates in a high voltage and high current environment. Such a power semiconductor device is used in a field requiring high power switching, for example, an inverter device. For example, the power semiconductor device may include an insulated gate bipolar transistor (IGBT), a power MOSFET, and the like. Such a power semiconductor device is fundamentally required to withstand high voltage, and recently, a high-speed switching operation is additionally required.

이러한 반도체 소자는 채널에서 주입되는 전자와 컬렉터에서 주입되는 정공이 흐르면서 동작한다. 하지만, 트렌치 게이트 타입의 전력 반도체 소자에 있어서, 정공이 트렌치 게이트에 과다하게 축적되면, 네거티브 게이트 차징(negative gate charging, NGC) 현상이 발생하면서 게이트 방향으로 변위 전류(displacement current)가 발생하게 된다. Such a semiconductor device operates while electrons injected from a channel and holes injected from a collector flow. However, in a trench gate type power semiconductor device, when holes are excessively accumulated in the trench gate, a negative gate charging (NGC) phenomenon occurs and a displacement current is generated in the gate direction.

이러한 트렌치 게이트 타입의 전력 반도체 소자는 게이트-컬렉터 간 커패시턴스(Cgc)가 커서 이러한 네거티브 게이트 차징(NGC) 영향을 많이 받게 되어 스위칭 안정성에 이슈가 발생되고 있다. 나아가, 이러한 전력 반도체 소자에서 바이폴라 정션 트랜지스터의 게인(gain)이 커질수록 네거티브 게이트 차징의 영향이 더 커지고 있다. Such a trench gate type power semiconductor device has a large gate-collector capacitance (Cgc), and thus is greatly affected by the negative gate charging (NGC), causing an issue in switching stability. Furthermore, as the gain of the bipolar junction transistor increases in such a power semiconductor device, the negative gate charging effect increases.

대한민국 공개공보 제20140057630호(2014.05.13. 공개)Republic of Korea Publication No. 20140057630 (published on May 13, 2014)

본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 네거티브 게이트 차징 현상을 억제하여 스위칭 안정성을 높일 수 있는 전력 반도체 소자 및 전력 반도체 칩을 제공하는 것을 목적으로 한다. An object of the present invention is to provide a power semiconductor device and a power semiconductor chip capable of improving switching stability by suppressing a negative gate charging phenomenon.

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

상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 관점에 의한 전력 반도체 소자는, 반도체층과, 상기 반도체층의 표면으로부터 상기 반도체층 내부로 소정 깊이만큼 리세스 되어 형성되고, 제 1 폭을 갖는 상부 트렌치 및 상기 상부 트렌치에 연통되게 형성되며 상기 제 1 폭보다 작은 제 2 폭을 갖는 하부 트렌치를 포함하는, 적어도 하나의 트렌치와, 상기 적어도 하나의 트렌치의 일측의 상기 반도체층에 한정된 웰 영역과, 상기 적어도 하나의 트렌치의 타측의 상기 반도체층에 한정된 플로팅 영역과, 상기 적어도 하나의 트렌치의 내벽 상에 형성된 게이트 절연층과, 상기 적어도 하나의 트렌치를 매립하도록 상기 게이트 절연층 상에 형성된 게이트 전극층을 포함한다.A power semiconductor device according to an aspect of the present invention for solving the above problems is formed by recessing a semiconductor layer by a predetermined depth from the surface of the semiconductor layer into the semiconductor layer, an upper trench having a first width and at least one trench formed in communication with the upper trench and including a lower trench having a second width smaller than the first width; a well region defined in the semiconductor layer at one side of the at least one trench; a floating region defined in the semiconductor layer on the other side of one trench; a gate insulating layer formed on an inner wall of the at least one trench; and a gate electrode layer formed on the gate insulating layer to fill the at least one trench. .

상기 전력 반도체 소자에 따르면, 상기 상부 트렌치는 상기 하부 트렌치에 비해서 상기 웰 영역이 있는 상기 일측으로 돌출되게 형성될 수 있다.According to the power semiconductor device, the upper trench may be formed to protrude toward the side where the well region is located compared to the lower trench.

상기 전력 반도체 소자에 따르면, 상기 적어도 하나의 트렌치는 상기 상부 트렌치 및 상기 하부 트렌치 사이에 상기 제 1 폭에서 상기 제 2 폭으로 그 폭이 가변되는 중간 트렌치를 더 포함할 수 있다.According to the power semiconductor device, the at least one trench may further include an intermediate trench, the width of which varies from the first width to the second width between the upper trench and the lower trench.

상기 전력 반도체 소자에 따르면, 상기 상부 트렌치의 외주면은 상기 플로팅 영역이 있는 상기 타측에서 상기 하부 트렌치의 외주면과 동일 라인 상에 있을 수 있다.According to the power semiconductor device, the outer peripheral surface of the upper trench may be on the same line as the outer peripheral surface of the lower trench on the other side of the floating region.

상기 전력 반도체 소자에 따르면, 상기 웰 영역은 상기 상부 트렌치의 상기 일측을 둘러싸고, 상기 하부 트렌치를 둘러싸지 않도록 형성될 수 있다.According to the power semiconductor device, the well region may be formed to surround the one side of the upper trench and not to surround the lower trench.

상기 전력 반도체 소자에 따르면, 상기 플로팅 영역은 상기 상부 트렌치의 상기 타측 및 상기 하부 트렌치의 상기 타측을 둘러싸도록 형성될 수 있다.According to the power semiconductor device, the floating region may be formed to surround the other side of the upper trench and the other side of the lower trench.

상기 전력 반도체 소자에 따르면, 상기 게이트 전극층의 상기 상부 트렌치 내의 상부 부분의 도핑 농도는 상기 게이트 전극층의 상기 하부 트렌치 내의 하부 부분의 도핑 농도보다 높을 수 있다.According to the power semiconductor device, a doping concentration of an upper portion in the upper trench of the gate electrode layer may be higher than a doping concentration of a lower portion in the lower trench of the gate electrode layer.

상기 전력 반도체 소자에 따르면, 상기 반도체층은 제 1 도전형의 불순물로 도핑되고,According to the power semiconductor device, the semiconductor layer is doped with an impurity of a first conductivity type,

상기 웰 영역 및 상기 플로팅 영역은 상기 제 1 도전형의 반대인 제 2 도전형의 불순물로 도핑될 수 있다.The well region and the floating region may be doped with impurities of a second conductivity type opposite to the first conductivity type.

상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 다른 관점에 의한 전력 반도체 칩은, 메인 셀 영역 및 센서 영역을 포함하는 반도체층과, 상기 메인 셀 영역에 형성되고, 전술한 전력 반도체 소자를 포함하는, 복수의 전력 반도체 트랜지스터들과, 상기 전력 반도체 트랜지스터들의 전류를 모니터링하기 위해, 상기 센서 영역에 형성된 복수의 전류 센서 트랜지스터들과, 상기 복수의 전력 반도체 트랜지스터들의 에미터 전극과 연결되는 에미터 단자와, 상기 복수의 전류 센서 트랜지스터들의 에미터 전극과 연결되는 전류 센서 단자와, 상기 전력 반도체 트랜지스터들의 게이트 전극 및 상기 복수의 전류 센서 트랜지스터들의 게이트 전극과 연결되는 게이트 단자를 포함한다.A power semiconductor chip according to another aspect of the present invention for solving the above problems, a semiconductor layer including a main cell region and a sensor region, is formed in the main cell region, and includes a plurality of power semiconductor devices described above power semiconductor transistors; a plurality of current sensor transistors formed in the sensor region to monitor currents of the power semiconductor transistors; an emitter terminal connected to an emitter electrode of the plurality of power semiconductor transistors; a current sensor terminal connected to the emitter electrode of the current sensor transistors of

상기한 바와 같이 이루어진 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 반도체 소자 및 전력 반도체 칩에 의하면, 네거티브 게이트 차징(NGC) 현상을 억제하여 스위칭 안정성을 높일 수 있다. According to the power semiconductor device and the power semiconductor chip according to the embodiment of the present invention made as described above, it is possible to suppress the negative gate charging (NGC) phenomenon to increase the switching stability.

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

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 반도체 칩을 보여주는 개략적인평면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 반도체 칩을 보여주는 회로도이다.
도 3은 도 2의 전력 반도체 칩의 일부를 보여주는 회로도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 반도체 소자를 보여주는 단면도이다.
도 5는 본 발명의 실시예들과 비교예에 따른 전력 반도체 소자들의 전압-전류 특성을 보여주는 그래프이다.
도 6은 본 발명의 실시예들과 비교예에 따른 전력 반도체 소자들의 깊이에 따른 전기장의 세기를 보여주는 그래프이다.
도 7은 본 발명의 실시예들과 비교예에 따른 전력 반도체 소자들의 시간에 따른 전압 및 전류 특성을 보여주는 그래프이다.
1 is a schematic plan view showing a power semiconductor chip according to an embodiment of the present invention.
2 is a circuit diagram illustrating a power semiconductor chip according to an embodiment of the present invention.
3 is a circuit diagram illustrating a part of the power semiconductor chip of FIG. 2 .
4 is a cross-sectional view showing a power semiconductor device according to an embodiment of the present invention.
5 is a graph showing voltage-current characteristics of power semiconductor devices according to Examples and Comparative Examples of the present invention.
6 is a graph showing the strength of the electric field according to the depth of the power semiconductor devices according to the embodiments of the present invention and the comparative example.
7 is a graph showing voltage and current characteristics according to time of power semiconductor devices according to Examples and Comparative Examples of the present invention.

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

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

동일한 참조 부호들은 동일한 구성 요소를 나타낸다. 층, 영역, 또는 기판과 같은 한 구성이 다른 구성 상(on)에 있다고 지칭할 때, 그것은 다른 구성의 바로 상부 트렌치에 있거나 또는 그 사이에 다른 개재된 구성이 또한 존재할 수 있는 것으로 이해될 것이다. 반면에, 한 구성이 다른 구성의 “바로 위에(directly on)” 있다라고 지칭할 때는 중간 개재 구성들이 존재하지 않는다고 이해된다.Like reference signs indicate like elements. It will be understood that when referring to one configuration as being on another configuration, such as a layer, region, or substrate, it may also be in a trench immediately above the other configuration or other intervening configurations in between. On the other hand, when referring to one configuration as being “directly on” of another, it is understood that intervening configurations do not exist.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 반도체 칩(50)을 보여주는 개략적인 평면도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 반도체 칩(50) 보여주는 회로도이고, 도 3은 도 2의 전력 반도체 칩의 일부를 보여주는 회로도이다.1 is a schematic plan view showing a power semiconductor chip 50 according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a circuit diagram showing a power semiconductor chip 50 according to an embodiment of the present invention, and FIG. 3 is FIG. It is a circuit diagram showing a part of the power semiconductor chip of

도 1을 참조하면, 전력 반도체 칩(50)은 메인 셀 영역(MC) 및 센서 영역(SA)을 포함하는 반도체층(105)을 이용하여 형성될 수 있다. 이러한 전력 반도체 칩(50)은 웨이퍼 다이(die) 또는 패키징 구조를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 1 , a power semiconductor chip 50 may be formed using a semiconductor layer 105 including a main cell area MC and a sensor area SA. The power semiconductor chip 50 may include a wafer die or a packaging structure.

메인 셀 영역(MC)에는 복수의 전력 반도체 트랜지스터들(power semiconductor transistors, 도 3의 PT)이 형성될 수 있다. 센서 영역(SA)에는 전력 반도체 트랜지스터들(PT)의 전류를 모니터링하기 위해 복수의 전류 센서 트랜지스터들(도 3의 ST)이 형성될 수 있다.A plurality of power semiconductor transistors (PT of FIG. 3 ) may be formed in the main cell region MC. A plurality of current sensor transistors (ST of FIG. 3 ) may be formed in the sensor area SA to monitor currents of the power semiconductor transistors PT.

예를 들어, 전력 반도체 트랜지스터들(PT) 및 전류 센서 트랜지스터들(ST)은 절연 게이트 바이폴라 트랜지스터(Insulated Gate Bipolar Transistor, IGBT) 또는 전력 모스펫(power MOSFET) 구조를 포함할 수 있다. IGBT는 게이트 전극, 에미터 전극(emitter electrode) 및 컬렉터 전극(collector electrode)을 포함할 수 있다. 도 2 내지 도 3에서는 전력 반도체 트랜지스터들(PT) 및 전류 센서 트랜지스터들(ST)이 IGBT인 경우를 예로 설명한다. For example, the power semiconductor transistors PT and the current sensor transistors ST may include an insulated gate bipolar transistor (IGBT) structure or a power MOSFET structure. The IGBT may include a gate electrode, an emitter electrode, and a collector electrode. In FIGS. 2 to 3 , a case in which the power semiconductor transistors PT and the current sensor transistors ST are IGBTs will be described as an example.

도 1 내지 도 3을 같이 참조하면, 전력 반도체 칩(50)은 외부와 연결을 위한 복수의 단자들을 포함할 수 있다. 1 to 3 , the power semiconductor chip 50 may include a plurality of terminals for connection to the outside.

예를 들어, 전력 반도체 칩(50)은 전력 반도체 트랜지스터들(PT)의 에미터 전극에 연결되는 에미터 단자(69), 전력 반도체 트랜지스터들(PT)의 켈빈 에미터 전극에 연결되는 켈빈 에미터 단자(66), 전류를 모니터링하기 위한 전류 센서 트랜지스터들(ST)의 에미터 전극과 연결되는 전류 센서 단자(64), 전력 반도체 트랜지스터들(PT)의 게이트 전극 및 전류 센서 트랜지스터들(ST)의 게이트 전극과 연결되는 게이트 단자(62), 온도를 모니터링하기 위한 온도 센서(TC)와 연결되는 온도 센서 단자들(67, 68) 및/또는 전력 반도체 트랜지스터들(PT) 및 전류 센서 트랜지스터들(ST)의 컬렉터 전극과 연결되는 컬렉터 단자(61)를 포함할 수 있다. For example, the power semiconductor chip 50 includes an emitter terminal 69 connected to the emitter electrode of the power semiconductor transistors PT, and a Kelvin emitter connected to the Kelvin emitter electrode of the power semiconductor transistors PT. terminal 66, a current sensor terminal 64 connected with an emitter electrode of the current sensor transistors ST for monitoring a current, a gate electrode of the power semiconductor transistors PT, and the current sensor transistors ST. The gate terminal 62 connected to the gate electrode, the temperature sensor terminals 67 and 68 connected to the temperature sensor TC for monitoring the temperature and/or the power semiconductor transistors PT and the current sensor transistors ST ) may include a collector terminal 61 connected to the collector electrode.

도 2에서 컬렉터 단자(61)는 도 1의 반도체층(105)의 후면 상에 형성되고, 도 2에서 에미터 단자(69)는 도 1의 메일 셀 영역(MC) 상에 형성될 수 있다.In FIG. 2 , the collector terminal 61 may be formed on the rear surface of the semiconductor layer 105 of FIG. 1 , and in FIG. 2 , the emitter terminal 69 may be formed on the mail cell region MC of FIG. 1 .

온도 센서(TC)는 온도 센서 단자들(67, 68)과 연결된 정션 다이오드(junction diode)를 포함할 수 있다. 정션 다이오드는 적어도 하나의 n형 불순물 영역과 적어도 하나의 p형 불순물 영역의 접합 구조, 예컨대 P-N 접합 구조, P-N-P 접합 구조, N-P-N 접합 구조 등을 포함할 수 있다. The temperature sensor TC may include a junction diode connected to the temperature sensor terminals 67 and 68 . The junction diode may include a junction structure of at least one n-type impurity region and at least one p-type impurity region, for example, a P-N junction structure, a P-N-P junction structure, an N-P-N junction structure, or the like.

본 구조는 전력 반도체 칩(50) 내에 온도 센서(TC)가 내장된 구조를 예시적으로 설명하고 있으나, 이 실시예의 변형된 예에서 온도 센서(TC)가 생략될 수도 있다.Although this structure exemplarily describes a structure in which the temperature sensor TC is built in the power semiconductor chip 50 , the temperature sensor TC may be omitted in a modified example of this embodiment.

전력 반도체 트랜지스터(PT)는 에미터 단자(69)와 컬렉터 단자(61) 사이에 접속되고, 전류 센서 트랜지스터(ST)는 전류 센서 단자(64)와 컬렉터 단자(61) 사이에 전력 반도체 트랜지스터(PT)와 일부 병렬적으로 접속된다. 전류 센서 트랜지스터(ST)의 게이트 전극과 전력 반도체 트랜지스터(PT)의 게이트 전극은 소정의 저항을 개재하여 게이트 단자(62)에 공유로 연결된다.The power semiconductor transistor PT is connected between the emitter terminal 69 and the collector terminal 61 , and the current sensor transistor ST is connected between the current sensor terminal 64 and the collector terminal 61 , the power semiconductor transistor PT ) and some parallel connections. The gate electrode of the current sensor transistor ST and the gate electrode of the power semiconductor transistor PT are commonly connected to the gate terminal 62 via a predetermined resistor.

전류 센서 트랜지스터(ST)는 전력 반도체 트랜지스터(PT)와 실질적으로 같은 구조로 형성되며, 다만 소정의 비로 축소되어 형성될 수 있다. 이에 따라, 전류 센서 트랜지스터(ST)의 출력 전류를 모니터링함으로써 전력 반도체 트랜지스터(PT)의 출력 전류를 간접적으로 모니터링할 수 있다.The current sensor transistor ST has a structure substantially the same as that of the power semiconductor transistor PT, but may be reduced by a predetermined ratio. Accordingly, the output current of the power semiconductor transistor PT may be indirectly monitored by monitoring the output current of the current sensor transistor ST.

예를 들어, 전력 반도체 트랜지스터(PT) 및/또는 전류 센서 트랜지스터(ST)는 도 4의 전력 반도체 소자(100)의 구조를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 전력 반도체 트랜지스터(PT)와 전력 반도체 소자(100)가 동일한 의미로 사용될 수도 있다.For example, the power semiconductor transistor PT and/or the current sensor transistor ST may include the structure of the power semiconductor device 100 of FIG. 4 . In some embodiments, the power semiconductor transistor PT and the power semiconductor device 100 may be used interchangeably.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 반도체 소자(100)를 보여주는 단면도이다.4 is a cross-sectional view showing the power semiconductor device 100 according to an embodiment of the present invention.

도 4를 참조하면, 반도체층(105)은 하나 또는 복수의 반도체 물질층을 지칭할 수 있으며, 예를 들어, 반도체 기판의 일부 및/또는 하나 또는 다층의 에피택셜층(epitaxial layer)을 지칭할 수도 있다.Referring to FIG. 4 , semiconductor layer 105 may refer to one or more semiconductor material layers, for example, a portion of a semiconductor substrate and/or one or multiple epitaxial layers. may be

적어도 하나의 트렌치(116)는 반도체층(105)의 표면으로부터 반도체층(105) 내부로 소정 깊이만큼 리세스되어 형성될 수 있다. 예를 들어, 도 4에는 한 쌍의 트렌치들(116)이 예시적으로 도시된 것이고, 트렌치들(116)의 수는 전력 반도체 소자(100)의 성능에 따라 적절하게 선택될 수 있고 이 실시예의 범위를 제한하지 않는다. The at least one trench 116 may be formed by recessing a predetermined depth into the semiconductor layer 105 from the surface of the semiconductor layer 105 . For example, in FIG. 4 , a pair of trenches 116 is exemplarily shown, and the number of trenches 116 may be appropriately selected according to the performance of the power semiconductor device 100 , and in this embodiment does not limit the scope.

트렌치들(116)은 스트라이프 타입(stripe type), 폐루프(closed loop type) 타입 또는 래더 타입으로 형성될 수 있다. 나아가, 트렌치들(116)은 전계가 집중되는 것을 억제하기 위하여 그 모서리, 예컨대 하단 모서리가 라운딩 처리될 수 있다.The trenches 116 may be formed in a stripe type, a closed loop type, or a ladder type. Furthermore, the trenches 116 may have their edges, for example, bottom edges, rounded to suppress the concentration of the electric field.

트렌치(116)는 제 1 폭(W1)을 갖는 상부 트렌치(116a) 및 제 2 폭(W2)을 갖는 하부 트렌치(116b)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 하부 트렌치(116b)는 상부 트렌치(116a)에 연통되게 상부 트렌치(116a) 하부에 형성될 수 있고, 제 2 폭(W2)은 제 1 폭(W1)보다 작을 수 있다.The trench 116 may include an upper trench 116a having a first width W1 and a lower trench 116b having a second width W2 . For example, the lower trench 116b may be formed below the upper trench 116a to communicate with the upper trench 116a, and the second width W2 may be smaller than the first width W1 .

나아가, 트렌치(116)는 상부 트렌치(116a) 및 하부 트렌치(116b) 사이에 중간 트렌치(116c)를 더 포함할 수 있다. 중간 트렌치(116c)는 상부 트렌치(116a) 및 하부 트렌치(116b)를 서로 연결하기 위해서 그 폭이 제 1 폭(W1)에서 제 2 폭(W2)으로 가변될 수 있다.Further, the trench 116 may further include an intermediate trench 116c between the upper trench 116a and the lower trench 116b. The width of the middle trench 116c may vary from the first width W1 to the second width W2 in order to connect the upper trench 116a and the lower trench 116b to each other.

예를 들어, 반도체층(105)은 드리프트 영역(107) 및 웰 영역(110)을 포함할 수 있다. 나아가, 반도체층(105)은 웰 영역(110) 내 에미터 영역(112)을 더 포함할 수 있다. 여기에서 에미터 영역(112)은 소오스 영역으로 불릴 수도 있다. 나아가, 반도체층(105)은 플로팅 영역(125)을 더 포함할 수 있다.For example, the semiconductor layer 105 may include a drift region 107 and a well region 110 . Furthermore, the semiconductor layer 105 may further include an emitter region 112 in the well region 110 . Here, the emitter region 112 may be referred to as a source region. Furthermore, the semiconductor layer 105 may further include a floating region 125 .

보다 구체적으로 보면, 웰 영역(110)은 트렌치(116)의 일측의 반도체층(105)에 한정될 수 있다. 플로팅 영역(125)은 트렌치(116)의 타측의 반도체층(105)에 한정될 수 있다. 나아가, 플로팅 영역(125)은 전계 완화를 위하여 트렌치(116)의 하부로 더 신장될 수 있다. 예를 들어, 웰 영역(110)과 플로팅 영역(125)은 동일한 타입으로 도핑될 수 있다.More specifically, the well region 110 may be limited to the semiconductor layer 105 at one side of the trench 116 . The floating region 125 may be defined in the semiconductor layer 105 on the other side of the trench 116 . Furthermore, the floating region 125 may further extend to a lower portion of the trench 116 for electric field relaxation. For example, the well region 110 and the floating region 125 may be doped with the same type.

예를 들어, 트렌치들(116)이 폐루프 타입 또는 래더 타입으로 형성된 경우, 웰 영역(110)은 트렌치들(116)에 의해서 둘러싸인 반도체층(105)에 한정되고, 플로팅 영역(125)은 트렌치들(116)의 외측에 위치한 반도체층(105)에 한정될 수 있다.For example, when the trenches 116 are formed in a closed loop type or a ladder type, the well region 110 is defined in the semiconductor layer 105 surrounded by the trenches 116 , and the floating region 125 is the trench. It may be limited to the semiconductor layer 105 located outside the poles 116 .

다른 예로, 트렌치들(116)이 스트라이프 타입으로 형성된 경우, 웰 영역(110)과 플로팅 영역(125)은 트렌치들(116) 사이에서 번갈아 형성될 수 있다.As another example, when the trenches 116 are formed in a stripe type, the well region 110 and the floating region 125 may be alternately formed between the trenches 116 .

에미터 영역(112)은 웰 영역(110) 내 소정 깊이로 트렌치들(116)에 인접하게 형성될 수 있다. 에미터 영역(112)과 웰 영역(110)은 서로 반대 타입으로 도핑될 수 있다.The emitter region 112 may be formed adjacent to the trenches 116 to a predetermined depth in the well region 110 . The emitter region 112 and the well region 110 may be doped in opposite types.

드리프트 영역(107)은 웰 영역(110)에 접하여 트렌치들(116) 사이에 한정되며, 나아가 플로팅 영역(125) 하부 및 반도체층(105)의 하면으로 연장될 수 있다.The drift region 107 is defined between the trenches 116 in contact with the well region 110 , and may further extend below the floating region 125 and the lower surface of the semiconductor layer 105 .

예를 들어, 드리프트 영역(107) 및 에미터 영역(112)은 제 1 도전형을 갖고, 웰 영역(110) 및 플로팅 영역(125)은 제 2 도전형을 가질 수 있다. 제 1 도전형 및 제 2 도전형은 서로 반대의 도전형을 가지되 n형 및 p형 중 각각 어느 하나일 수 있다. 예를 들어, 제 1 도전형은 n형이면 제 2 도전형이 p형이고, 그 반대일 수도 있다.For example, the drift region 107 and the emitter region 112 may have a first conductivity type, and the well region 110 and the floating region 125 may have a second conductivity type. The first conductivity type and the second conductivity type have opposite conductivity types, but may be either n-type or p-type, respectively. For example, if the first conductivity type is n-type, the second conductivity type is p-type, and vice versa.

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

이 실시예에서, 트렌치(116)의 구조는 네거티브 게이트 차징(NGC)을 억제하기 위하여, 상부 트렌치(116a)가 하부 트렌치(116b)에 비해서 웰 영역(110)이 있는 일측으로 돌출되게 형성될 수 있다. 반면, 상부 트렌치(116a)의 외주면은 플로팅 영역(125)이 있는 트렌치(116)의 타측에서 하부 트렌치(116b)와 동일 라인 상에 있을 수 있다. 따라서, 트렌치(116)는 전체적으로 상부 트렌치(116a)가 웰 영역(110) 방향으로 돌출된 비대칭 형상을 가질 수 있다.In this embodiment, the structure of the trench 116 may be formed such that the upper trench 116a protrudes to one side where the well region 110 is located compared to the lower trench 116b in order to suppress negative gate charging (NGC). have. On the other hand, the outer peripheral surface of the upper trench 116a may be on the same line as the lower trench 116b at the other side of the trench 116 having the floating region 125 . Accordingly, the trench 116 may have an asymmetric shape in which the upper trench 116a protrudes toward the well region 110 as a whole.

한편, 도 4에서, 중간 트렌치(116b)가 플로팅 영역(125)과 인접한 부분에서 안으로 패인 노치 구조를 갖는 것으로 도시되었으나, 이 실시예의 변형된 예에서 노치 없이 일직선으로 형성될 수도 있다.Meanwhile, in FIG. 4 , the intermediate trench 116b is illustrated as having a recessed notch structure in a portion adjacent to the floating region 125 , but may be formed in a straight line without a notch in a modified example of this embodiment.

나아가, 웰 영역(110)은 상부 트렌치(116a)의 일측을 둘러싸되 하부 트렌치(116b)를 둘러싸지 않도록 형성될 수 있다. 즉, 웰 영역(110)의 바닥면은 상부 트렌치(116a) 또는 중간 트렌치(116)의 바닥 부근에 위치될 수 있다. Furthermore, the well region 110 may be formed to surround one side of the upper trench 116a but not to surround the lower trench 116b. That is, the bottom surface of the well region 110 may be located near the bottom of the upper trench 116a or the middle trench 116 .

플로팅 영역(125)은 상부 트렌치(116a)의 타측 및 하부 트렌치(116b)의 타측을 둘러싸도록 형성될 수 있다. 나아가, 플로팅 영역(125)은 상부 트렌치(116a), 중간 트렌치(116b) 및 하부 트렌치(116b)의 타측을 둘러싸면서, 하부 트렌치(116b) 의 하면을 더 둘러싸도록 하부 트렌치(116b)보다 깊게 형성될 수 있다.The floating region 125 may be formed to surround the other side of the upper trench 116a and the other side of the lower trench 116b. Further, the floating region 125 is formed deeper than the lower trench 116b to further surround the lower surface of the lower trench 116b while surrounding the upper trench 116a, the middle trench 116b, and the other side of the lower trench 116b. can be

나아가, 전력 반도체 소자(100)가 IGBT인 경우, 컬렉터 영역(미도시)이 드리프트 영역(107) 아래에 제공되고, 컬렉터 전극(미도시)이 컬렉터 영역에 연결되도록 컬렉터 영역 아래에 제공될 수 있다. 예를 들어, 컬렉터 영역(128)은 드리프트 영역(107) 아래에 드리프트 영역(107)과 다른 제 2 도전형을 갖는 에피택셜층으로 제공될 수 있다.Furthermore, when the power semiconductor device 100 is an IGBT, a collector region (not shown) may be provided under the drift region 107, and a collector electrode (not shown) may be provided under the collector region to be connected to the collector region. . For example, the collector region 128 may be provided under the drift region 107 as an epitaxial layer having a second conductivity type different from that of the drift region 107 .

다른 예로, 전력 반도체 소자(100)가 전력 모스펫인 경우, 드리프트 영역(107) 아래에 드레인 전극이 연결될 수 있다.As another example, when the power semiconductor device 100 is a power MOSFET, a drain electrode may be connected under the drift region 107 .

게이트 절연층(118)은 적어도 하나의 트렌치(116)의 내벽 상에 형성될 수 있다. 예를 들어, 게이트 절연층(118)은 트렌치(116)의 내벽 상에 상부 트렌치(116a), 중간 트렌치(116c) 및 하부 트렌치(116b)에 걸쳐서 균일한 두께로 형성될 수 있다. The gate insulating layer 118 may be formed on an inner wall of the at least one trench 116 . For example, the gate insulating layer 118 may be formed on the inner wall of the trench 116 to have a uniform thickness over the upper trench 116a , the middle trench 116c , and the lower trench 116b .

게이트 전극층(120)은 적어도 하나의 트렌치(116)를 매립하도록 게이트 절연층(118) 상에 형성될 수 있다. 예를 들어, 게이트 전극층(120)은 반도체층(105) 내로 리세스되게 형성될 수 있고, 이러한 의미에서 리세스 타입 또는 트렌치 타입을 갖는 것으로 이해될 수 있다. The gate electrode layer 120 may be formed on the gate insulating layer 118 to fill the at least one trench 116 . For example, the gate electrode layer 120 may be formed to be recessed into the semiconductor layer 105 , and in this sense, it may be understood to have a recess type or a trench type.

게이트 전극층(120)의 평면 상의 배치는 트렌치(116)의 배치 형상을 따를 수 있고, 따라서 폐루프 타입, 래더 타입 또는 스트라이프 타입을 가질 수 있다. 게이트 전극층(120)의 수는 트렌치(116)와 마찬가지로 전력 반도체 소자(100)의 동작 사양에 따라서 적절하게 선택될 수 있고 이 실시예의 범위를 제한하지 않는다.The arrangement of the gate electrode layer 120 on a plane may follow the arrangement shape of the trench 116 , and thus may have a closed loop type, a ladder type, or a stripe type. The number of the gate electrode layers 120 may be appropriately selected according to the operating specifications of the power semiconductor device 100 , like the trenches 116 , and the scope of this embodiment is not limited.

트렌치(116) 내 게이트 전극층(120)의 형상은 트렌치(116)의 구조와 대응될 수 있다. 따라서, 게이트 전극층(120)은 상부가 하부에 비해서 웰 영역(110)이 있는 일측으로 돌출되게 형성될 수 있다. 반면, 트렌치(116)의 타측에서 게이트 전극층(120)은 동일 선 상에 있을 수 있다. 따라서, 게이트 전극층(120)은 전체적으로 상부가 웰 영역(110) 방향으로 돌출된 비대칭 형상을 가질 수 있다. The shape of the gate electrode layer 120 in the trench 116 may correspond to the structure of the trench 116 . Accordingly, the upper portion of the gate electrode layer 120 may be formed to protrude to one side where the well region 110 is located, compared to the lower portion. On the other hand, the gate electrode layer 120 on the other side of the trench 116 may be on the same line. Accordingly, the gate electrode layer 120 may have an asymmetric shape in which an upper portion protrudes toward the well region 110 as a whole.

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

이러한 트렌치(116) 및 게이트 전극층(120)의 구조에 따르면, 전력 반도체 소자(100)의 동작 시, 상부 트렌치(116a)가 돌출되어 웰 영역(110) 내 채널이 하부 트렌치(116b)에서 이격되게 배치됨에 따라서, 홀(hole)의 이동 경로가 하부 트렌치(116b)에서 일부 이격될 수 있다. 따라서, 전력 반도체 소자(100)의 동작 시, 전계의 분포도 하부 트렌치(116b)에서 일부 멀어지는 방향으로 형성될 수 있다.According to the structure of the trench 116 and the gate electrode layer 120 , when the power semiconductor device 100 is operated, the upper trench 116a protrudes so that the channel in the well region 110 is spaced apart from the lower trench 116b. According to the arrangement, a movement path of a hole may be partially spaced apart from the lower trench 116b. Accordingly, when the power semiconductor device 100 is operated, the distribution of the electric field may also be formed in a direction away from the lower trench 116b.

따라서, 이러한 구조에 따르면, 스태틱 상태(static state)에서 게이트-컬렉터 간 커패시턴스(Cgc)와 다이나믹 상태(dynamic state)에서 게이트-컬렉터 간 커패시턴스(Cgc)가 달라질 수 있다.Accordingly, according to this structure, the gate-collector capacitance (Cgc) in the static state and the gate-collector capacitance (Cgc) in the dynamic state may vary.

이에 따라, 전력 반도체 소자(100)의 동작 시, 홀(hole)이 에미터 영역(112)으로 흐를 때 홀의 이동 경로를 하부 트렌치(116b)로부터 일부 이격시켜 다이나믹 상태에서 게이트-컬렉터 간 커패시턴스(Cgc)를 줄여서 네거티브 게이트 차징(NGC) 현상을 줄일 수 있다.Accordingly, when the power semiconductor device 100 is operated, when the hole flows into the emitter region 112 , the hole movement path is partially spaced from the lower trench 116b so that the gate-collector capacitance Cgc in a dynamic state ) to reduce the negative gate charging (NGC) phenomenon.

일부 실시예에서, 게이트 전극층(120)의 도핑 농도를 조절하여, 네거티브 게이트 차징(NGC) 현상을 더 조절할 수 있다. 예를 들어, 게이트 전극층(120)의 상부 트렌치(116a) 내의 상부 부분의 도핑 농도를 게이트 전극층(120)의 하부 트렌치(116b) 내의 하부 부분의 도핑 농도보다 높게 하여, 하부 트렌치(116b) 주변의 전계를 조절하여 네거티브 게이트 차징(NGC) 현상을 줄일 수 있다.In some embodiments, the negative gate charging (NGC) phenomenon may be further controlled by adjusting the doping concentration of the gate electrode layer 120 . For example, by making the doping concentration of the upper portion in the upper trench 116a of the gate electrode layer 120 higher than the doping concentration of the lower portion in the lower trench 116b of the gate electrode layer 120 , The negative gate charging (NGC) phenomenon may be reduced by adjusting the electric field.

전술한 설명들은 전력 반도체 소자가 IGBT인 경우를 상정하여 설명하였지만, 전력 모스펫에도 그대로 적용될 수 있다. Although the above descriptions have been made on the assumption that the power semiconductor device is an IGBT, it may be applied to a power MOSFET as it is.

이하에서는 본 발명의 실시예들과 비교예에 따른 전력 반도체 소자들의 특성을 비교하여 설명한다. 이하에서, 실시예 1은 도 4의 구조를 갖는 전력 반도체 소자(100)를 지칭하고, 실시예 2는 도 4의 전력 반도체 소자(100)에서 게이트 전극층(120)의 상부 트렌치(116a) 내의 상부 부분의 도핑 농도를 게이트 전극층(120)의 하부 트렌치(116b) 내의 하부 부분의 도핑 농도보다 높게 한 경우를 지칭하고, 비교예는 트렌치 및 게이트 전극층이 실시예들과 달리 상하 구분 없이 균일한 폭으로 형성된 경우를 지칭한다. Hereinafter, the characteristics of the power semiconductor devices according to the embodiments of the present invention and the comparative example will be compared and described. Hereinafter, Embodiment 1 refers to the power semiconductor device 100 having the structure of FIG. 4 , and Embodiment 2 refers to the upper portion in the upper trench 116a of the gate electrode layer 120 in the power semiconductor device 100 of FIG. 4 . It refers to a case in which the doping concentration of the portion is higher than the doping concentration of the lower portion in the lower trench 116b of the gate electrode layer 120, and in the comparative example, the trench and the gate electrode layer have a uniform width without upper and lower divisions, unlike the embodiments. case is formed.

도 5는 본 발명의 실시예들과 비교예에 따른 전력 반도체 소자들의 전압-전류 특성을 보여주는 그래프이다.5 is a graph showing voltage-current characteristics of power semiconductor devices according to Examples and Comparative Examples of the present invention.

도 5를 참조하면, 컬렉터-에미터 간 전압(Vce)에 따른 컬렉터-에미터 간 전류(Ice) 그래프로부터, 비교예에 비해서 실시예 1 및 실시예 2의 경우, 캐리어 이동이 상대적으로 자유로워 저항이 낮아지는 것을 알 수 있다. 특히, 캐리어 양이 많아 전류가 클 때 개선 효과가 더 큰 것을 알 수 있다.Referring to FIG. 5 , from the collector-emitter current (Ice) graph according to the collector-emitter voltage (Vce), in Examples 1 and 2 compared to Comparative Examples, carrier movement is relatively free. It can be seen that the resistance decreases. In particular, it can be seen that the improvement effect is greater when the current is large due to the large amount of carriers.

나아가, 실시예 1에 비해서 실시예 2의 경우, 효과가 더 큰 것을 알 수 있다. 이로부터, 트렌치(116) 및 게이트 전극층(120)의 형상에 부가하여 게이트 전극층(120)의 도핑 농도를 조절하는 것이 전류 특성 개선에 더 효과적인 것을 알 수 있다.Furthermore, in the case of Example 2 compared to Example 1, it can be seen that the effect is larger. From this, it can be seen that adjusting the doping concentration of the gate electrode layer 120 in addition to the shape of the trench 116 and the gate electrode layer 120 is more effective in improving the current characteristics.

도 6은 본 발명의 실시예들과 비교예에 따른 전력 반도체 소자들의 깊이에 따른 전기장의 세기를 보여주는 그래프이다. 도 6에서, 제 1 깊이(D1)는 전력 반도체 소자(100)에서 대략 웰 영역(110)의 바닥면 깊이를 나타내고, 제 2 깊이(D2)는 전력 반도체 소자(100)에서 대략 플로팅 영역(125)의 바닥면 깊이를 나타낸다.6 is a graph showing the strength of the electric field according to the depth of the power semiconductor devices according to the embodiments of the present invention and the comparative example. In FIG. 6 , the first depth D1 represents a depth of the bottom surface of the well region 110 in the power semiconductor device 100 , and the second depth D2 is approximately the floating region 125 in the power semiconductor device 100 . ) represents the depth of the bottom surface.

도 6을 참조하면, 제 1 깊이(D1)에서 전기장의 세기(electric field)가 비교예에 비해서 실시예 1 및 실시예 2에서 낮아진 것을 알 수 있다. 제 1 깊이(D1)에서 전기장의 세기(electric field)는 전력 반도체 소자(100)에서 JFET(junction field effect transistor) 영역의 피크 전기장의 세기를 나타낼 수 있다. Referring to FIG. 6 , it can be seen that the electric field strength at the first depth D1 is lowered in Examples 1 and 2 compared to Comparative Examples. An electric field strength at the first depth D1 may indicate a peak electric field strength of a junction field effect transistor (JFET) region of the power semiconductor device 100 .

따라서, 실시예 1 및 실시예 2의 경우 비교예에 비해서, 피크 전기장의 세기를 낮추어 저항 개선을 위한 마진을 추가적으로 확보할 수 있다는 것을 알 수 있다. 즉, 웰 영역(110)/드리프트 영역(107) 사이의 정션의 추가 마진을 확보함으로써 드리프트 영역(107)의 도핑 농도 증가에 따른 저항 개선 마진을 확보할 수 있다. Therefore, it can be seen that in Examples 1 and 2, a margin for improving resistance can be additionally secured by lowering the intensity of the peak electric field compared to Comparative Examples. That is, by securing an additional margin of the junction between the well region 110 and the drift region 107 , it is possible to secure a resistance improvement margin according to an increase in the doping concentration of the drift region 107 .

도 7은 본 발명의 실시예들과 비교예에 따른 전력 반도체 소자들의 시간에 따른 전압 및 전류 특성을 보여주는 그래프이다.7 is a graph showing voltage and current characteristics according to time of power semiconductor devices according to Examples and Comparative Examples of the present invention.

도 7을 참조하면, 스위칭 시뮬레이션에서, 실시예 1 및 실시예 2의 경우 비교예에 비해서 밀러 구간이 감소된 것을 알 수 있다. 이에 따라, 실시예 1 및 실시예 2의 경우 비교예에 비해서 턴-온 및 턴-오프가 빠르고, 캐리어 소멸이 빨라서 손실이 줄어드는 것을 알 수 있다.Referring to FIG. 7 , in the switching simulation, in the case of Examples 1 and 2, it can be seen that the Miller period is reduced compared to the Comparative Example. Accordingly, in the case of Examples 1 and 2, it can be seen that the turn-on and turn-off are faster, and the loss is reduced because the carrier annihilation is fast compared to the Comparative Example.

따라서, 실시예 1 및 실시예 2의 경우 비교예에 비해서 스위칭 안정성을 높일 수 있다는 것을 알 수 있다.Therefore, it can be seen that in the case of Examples 1 and 2, switching stability can be improved compared to Comparative Examples.

도 1 내지 도 3에서 전력 반도체 칩(50)은 도 4의 전력 반도체 소자(100)를 전력 반도체 트랜지스터(PT) 및/또는 전류 센서 트랜지스터(ST)로 이용할 수 있고, 따라서 전술한 전력 반도체 소자(100)의 특징은 전력 반도체 칩(50)에도 그대로 적용될 수 있다.1 to 3 , the power semiconductor chip 50 may use the power semiconductor device 100 of FIG. 4 as a power semiconductor transistor (PT) and/or a current sensor transistor (ST), and thus the power semiconductor device ( The features of 100 can be applied to the power semiconductor chip 50 as it is.

전술한 전력 반도체 소자(100) 및 이러한 전력 반도체 소자(100)를 이용한 전력 반도체 칩(50)에서, 트렌치(116) 및 게이트 전극층(120)의 형상을 바꿈으로써, 네거티브 게이트 차징 현상을 억제하고, 스위칭 안정성을 높일 수 있다는 것을 알 수 있다. 나아가, 게이트 전극층(120)의 도핑 농도를 조절함으로써, 저항 특성을 더 향상시킬 수 있음을 알 수 있다.In the power semiconductor device 100 and the power semiconductor chip 50 using the power semiconductor device 100, by changing the shape of the trench 116 and the gate electrode layer 120, the negative gate charging phenomenon is suppressed, It can be seen that the switching stability can be improved. Furthermore, it can be seen that the resistance characteristic can be further improved by adjusting the doping concentration of the gate electrode layer 120 .

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, which are merely exemplary, those skilled in the art will understand that various modifications and equivalent other embodiments are possible therefrom. Therefore, the true technical protection scope of the present invention should be determined by the technical spirit of the appended claims.

50: 전력 반도체 칩
100: 전력 반도체 소자
105: 반도체층
107: 드리프트 영역
110: 웰 영역
112: 에미터 영역
118: 게이트 절연층
120: 게이트 전극층
125: 플로팅 영역
130: 절연층
145: 에미터 전극
50: power semiconductor chip
100: power semiconductor device
105: semiconductor layer
107: drift zone
110: well area
112: emitter area
118: gate insulating layer
120: gate electrode layer
125: floating area
130: insulating layer
145: emitter electrode

Claims (9)

반도체층;
상기 반도체층의 표면으로부터 상기 반도체층 내부로 소정 깊이만큼 리세스 되어 형성되고, 제 1 폭을 갖는 상부 트렌치 및 상기 상부 트렌치에 연통되게 형성되며 상기 제 1 폭보다 작은 제 2 폭을 갖는 하부 트렌치를 포함하는, 적어도 하나의 트렌치;
상기 적어도 하나의 트렌치의 일측의 상기 반도체층에 한정된 웰 영역;
상기 적어도 하나의 트렌치의 타측의 상기 반도체층에 한정된 플로팅 영역;
상기 적어도 하나의 트렌치의 내벽 상에 형성된 게이트 절연층; 및
상기 적어도 하나의 트렌치를 매립하도록 상기 게이트 절연층 상에 형성된 게이트 전극층;
을 포함하고,
상기 상부 트렌치는 상기 하부 트렌치에 비해서 상기 웰 영역이 있는 상기 일측으로 돌출되게 형성되고,
상기 상부 트렌치의 외주면은 상기 플로팅 영역이 있는 상기 타측에서 상기 하부 트렌치의 외주면과 동일 라인 상에 있는,
전력 반도체 소자.
semiconductor layer;
An upper trench formed by recessing a predetermined depth into the semiconductor layer from the surface of the semiconductor layer, an upper trench having a first width, and a lower trench formed in communication with the upper trench and having a second width smaller than the first width at least one trench comprising;
a well region defined in the semiconductor layer at one side of the at least one trench;
a floating region defined in the semiconductor layer on the other side of the at least one trench;
a gate insulating layer formed on an inner wall of the at least one trench; and
a gate electrode layer formed on the gate insulating layer to fill the at least one trench;
including,
The upper trench is formed to protrude to the side where the well region is located compared to the lower trench,
The outer circumferential surface of the upper trench is on the same line as the outer circumferential surface of the lower trench at the other side where the floating region is,
power semiconductor devices.
삭제delete 제 1 항에 있어서,
상기 적어도 하나의 트렌치는 상기 상부 트렌치 및 상기 하부 트렌치 사이에 상기 제 1 폭에서 상기 제 2 폭으로 그 폭이 가변되는 중간 트렌치를 더 포함하는,
전력 반도체 소자.
The method of claim 1,
wherein the at least one trench further comprises an intermediate trench varying in width from the first width to the second width between the upper trench and the lower trench.
power semiconductor devices.
삭제delete 제 1 항에 있어서,
상기 웰 영역은 상기 상부 트렌치의 상기 일측을 둘러싸고, 상기 하부 트렌치를 둘러싸지 않도록 형성된,
전력 반도체 소자.
The method of claim 1,
The well region is formed to surround the one side of the upper trench and not to surround the lower trench,
power semiconductor devices.
제 5 항에 있어서,
상기 플로팅 영역은 상기 상부 트렌치의 상기 타측 및 상기 하부 트렌치의 상기 타측을 둘러싸도록 형성된,
전력 반도체 소자.
6. The method of claim 5,
The floating region is formed to surround the other side of the upper trench and the other side of the lower trench,
power semiconductor devices.
제 1 항에 있어서,
상기 게이트 전극층의 상기 상부 트렌치 내의 상부 부분의 도핑 농도는 상기 게이트 전극층의 상기 하부 트렌치 내의 하부 부분의 도핑 농도보다 높은,
전력 반도체 소자.
The method of claim 1,
a doping concentration of an upper portion in the upper trench of the gate electrode layer is higher than a doping concentration of a lower portion in the lower trench of the gate electrode layer;
power semiconductor devices.
제 1 항에 있어서,
상기 반도체층은 제 1 도전형의 불순물로 도핑되고,
상기 웰 영역 및 상기 플로팅 영역은 상기 제 1 도전형의 반대인 제 2 도전형의 불순물로 도핑된,
전력 반도체 소자.
The method of claim 1,
The semiconductor layer is doped with an impurity of a first conductivity type,
the well region and the floating region are doped with an impurity of a second conductivity type opposite to the first conductivity type;
power semiconductor devices.
메인 셀 영역 및 센서 영역을 포함하는 반도체층;
상기 메인 셀 영역에 형성되고, 제 1 항, 제 3 항 및 제 5 항 내지 제 8 항의 어느 한 항에 따른 전력 반도체 소자를 포함하는, 복수의 전력 반도체 트랜지스터들;
상기 전력 반도체 트랜지스터들의 전류를 모니터링하기 위해, 상기 센서 영역에 형성된 복수의 전류 센서 트랜지스터들;
상기 복수의 전력 반도체 트랜지스터들의 에미터 전극과 연결되는 에미터 단자;
상기 복수의 전류 센서 트랜지스터들의 에미터 전극과 연결되는 전류 센서 단자; 및
상기 전력 반도체 트랜지스터들의 게이트 전극 및 상기 복수의 전류 센서 트랜지스터들의 게이트 전극과 연결되는 게이트 단자;를 포함하는,
전력 반도체 칩.
a semiconductor layer including a main cell region and a sensor region;
A plurality of power semiconductor transistors formed in the main cell region, comprising the power semiconductor device according to any one of claims 1, 3 and 5 to 8;
a plurality of current sensor transistors formed in the sensor region to monitor currents of the power semiconductor transistors;
an emitter terminal connected to the emitter electrodes of the plurality of power semiconductor transistors;
a current sensor terminal connected to an emitter electrode of the plurality of current sensor transistors; and
a gate terminal connected to a gate electrode of the power semiconductor transistors and a gate electrode of the plurality of current sensor transistors;
power semiconductor chip.
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