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KR102627999B1 - Method for manufacturing power semiconductor device - Google Patents

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KR102627999B1
KR102627999B1 KR1020210180983A KR20210180983A KR102627999B1 KR 102627999 B1 KR102627999 B1 KR 102627999B1 KR 1020210180983 A KR1020210180983 A KR 1020210180983A KR 20210180983 A KR20210180983 A KR 20210180983A KR 102627999 B1 KR102627999 B1 KR 102627999B1
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trench
sacrificial
gate
forming
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우혁
김태엽
김신아
최동환
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현대모비스 주식회사
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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 전력 반도체 소자 제조 방법은 제 1 도전형을 갖는 실리콘 카바이드(SiC)의 반도체층 위에 마스크 패턴을 형성하는 단계, 상기 마스크 패턴을 이온주입 배리어막으로 하여 상기 반도체층에 상기 제 1 도전형과 반대되는 제 2 도전형의 불순물들을 주입하여 희생 불순물 영역을 형성하는 단계, 상기 마스크 패턴을 식각 배리어막으로 하여 상기 희생 불순물 영역의 일부 영역을 식각하여 트렌치를 형성하는 단계, 및 상기 트렌치에 매립되는 리세스 게이트를 형성하는 단계를 포함할 수 있다.A method of manufacturing a power semiconductor device according to an embodiment of the present invention includes forming a mask pattern on a semiconductor layer of silicon carbide (SiC) having a first conductivity type, using the mask pattern as an ion implantation barrier film to the semiconductor layer. Forming a sacrificial impurity region by implanting impurities of a second conductivity type opposite to the first conductivity type, forming a trench by etching a portion of the sacrificial impurity region using the mask pattern as an etch barrier film, and forming a recess gate buried in the trench.

Description

전력 반도체 소자 제조 방법{Method for manufacturing power semiconductor device}{Method for manufacturing power semiconductor device}

본 발명은 반도체 장치에 관한 것으로서, 더 상세하게는 전력 전달을 스위칭하기 위한 전력 반도체 소자(power semiconductor device) 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to semiconductor devices, and more particularly, to a method of manufacturing a power semiconductor device for switching power transmission.

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

이에 따라, 기존 실리콘(Si) 대신 실리콘 카바이드(silicon carbide, SiC)를 이용한 전력 반도체 소자가 연구되고 있다. 실리콘 카바이드(SiC)는 실리콘에 비해 밴드갭이 높은 와이드갭 반도체 소재로서, 실리콘에 비해서 고온에서도 안정성을 유지할 수 있다. 나아가, 실리콘 카바이드는 절연 파괴 전계가 실리콘에 비해서 매우 높아서 고전압에서도 안정적으로 동작을 할 수 있다. 따라서, 실리콘 카바이드는 실리콘에 비해 높은 항복전압을 가지면서도 열방출은 우수하여 고온에서 동작 가능한 특성을 나타낸다.Accordingly, power semiconductor devices using silicon carbide (SiC) instead of existing silicon (Si) are being researched. Silicon carbide (SiC) is a wide-gap semiconductor material with a higher bandgap than silicon, and can maintain stability even at higher temperatures than silicon. Furthermore, silicon carbide has a much higher dielectric breakdown field than silicon, so it can operate stably even at high voltages. Therefore, silicon carbide has a higher breakdown voltage than silicon, but has excellent heat dissipation, showing the ability to operate at high temperatures.

이러한 실리콘 카바이드를 이용한 전력 반도체 소자의 채널 밀도를 높이기 위하여 수직 채널 구조를 갖는 트렌치 타입의 게이트 구조가 연구되고 있다. 이러한 트렌치 타입 게이트 구조에서는 트렌치 모서리에서 전계가 집중되는 문제가 있다.In order to increase the channel density of power semiconductor devices using silicon carbide, a trench-type gate structure with a vertical channel structure is being studied. In this trench-type gate structure, there is a problem that the electric field is concentrated at the edge of the trench.

본 발명의 실시예는 게이트 전극의 모서리 부분에 전계가 집중되는 것을 완화하면서 채널 밀도를 높이고 채널 저항을 줄일 수 있는 실리콘 카바이드의 전력 반도체 소자를 제조하는 방법을 제공하고자 한다. 그러나 이러한 과제는 예시적인 것으로, 이에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.An embodiment of the present invention seeks to provide a method of manufacturing a silicon carbide power semiconductor device that can increase channel density and reduce channel resistance while alleviating concentration of electric fields at the corners of the gate electrode. However, these tasks are illustrative and do not limit the scope of the present invention.

본 발명의 일 실시예에 따른 전력 반도체 소자 제조 방법은 제 1 도전형을 갖는 실리콘 카바이드(SiC)의 반도체층 위에 마스크 패턴을 형성하는 단계, 상기 마스크 패턴을 이온주입 배리어막으로 하여 상기 반도체층에 상기 제 1 도전형과 반대되는 제 2 도전형의 불순물들을 주입하여 희생 불순물 영역을 형성하는 단계, 상기 마스크 패턴을 식각 배리어막으로 하여 상기 희생 불순물 영역의 일부 영역을 식각하여 트렌치를 형성하는 단계, 및 상기 트렌치에 매립되는 게이트 전극층을 형성하는 단계를 포함할 수 있다.A method of manufacturing a power semiconductor device according to an embodiment of the present invention includes forming a mask pattern on a semiconductor layer of silicon carbide (SiC) having a first conductivity type, using the mask pattern as an ion implantation barrier film to the semiconductor layer. Forming a sacrificial impurity region by implanting impurities of a second conductivity type opposite to the first conductivity type, forming a trench by etching a portion of the sacrificial impurity region using the mask pattern as an etch barrier film, and forming a gate electrode layer buried in the trench.

바람직하게는, 상기 희생 불순물 영역을 형성하는 단계는 상기 희생 불순물 영역에서 하부 영역의 폭을 상부 영역의 폭보다 넓게 형성하는 단계를 포함할 수 있다.Preferably, forming the sacrificial impurity region may include forming a lower region in the sacrificial impurity region to be wider than an upper region.

바람직하게는, 상기 희생 불순물 영역을 형성하는 단계는 상기 하부 영역의 폭을 상기 트렌치의 폭보다 넓게 형성하는 단계를 포함할 수 있다.Preferably, forming the sacrificial impurity region may include forming the lower region to be wider than the trench.

바람직하게는, 상기 트렌치를 형성하는 단계는 상기 희생 불순물 영역의 상부 영역은 제거되고 하부 영역은 잔존하도록 상기 희생 불순물 영역의 일부 영역을 식각하는 단계를 포함할 수 있다.Preferably, forming the trench may include etching a portion of the sacrificial impurity region so that an upper region of the sacrificial impurity region is removed and a lower region remains.

바람직하게는, 상기 트렌치를 형성하는 단계는 잔존하는 상기 희생 불순물 영역의 하부 영역이 상기 트렌치의 하부 영역을 감싸도록 상기 희생 불순물 영역의 일부 영역을 식각하는 단계를 포함할 수 있다.Preferably, forming the trench may include etching a portion of the sacrificial impurity region so that the remaining lower region of the sacrificial impurity region surrounds the lower region of the trench.

바람직하게는, 상기 트렌치를 형성하는 단계는 상기 트렌치의 바닥면이 상기 희생 불순물 영역의 바닥면보다 낮은 깊이가 되도록 상기 희생 불순물 영역의 일부 영역을 식각하는 단계를 포함할 수 있다.Preferably, forming the trench may include etching a portion of the sacrificial impurity region so that the bottom of the trench has a lower depth than the bottom of the sacrificial impurity region.

바람직하게는, 상기 게이트 전극층을 형성하는 단계는 상기 트렌치의 바닥면 및 측면 상에 게이트 절연층을 형성하는 단계 및 상기 트렌치가 매립되도록 상기 게이트 절연층 위에 게이트 전극물질을 형성하는 단계를 포함할 수 있다.Preferably, forming the gate electrode layer may include forming a gate insulating layer on the bottom and side surfaces of the trench and forming a gate electrode material on the gate insulating layer to fill the trench. there is.

본 발명의 일 실시예에 따른 전력 반도체 소자는 제 1 도전형을 갖는 실리콘 카바이드(SiC)의 반도체층에 상기 제 1 도전형과 반대되는 제 2 도전형의 불순물들을 주입하여 희생 불순물 영역을 형성하는 단계 및 상기 희생 불순물 영역에서 상부 영역은 제거되고 하부 영역은 잔존하도록 상기 희생 불순물 영역을 식각하여 트렌치를 형성하는 단계를 포함할 수 있다.A power semiconductor device according to an embodiment of the present invention forms a sacrificial impurity region by injecting impurities of a second conductivity type opposite to the first conductivity type into a semiconductor layer of silicon carbide (SiC) having a first conductivity type. and forming a trench by etching the sacrificial impurity region so that an upper region is removed and a lower region remains in the sacrificial impurity region.

바람직하게는, 상기 희생 불순물 영역을 형성하는 단계는 상기 반도체층의 표면으로부터 일정 깊이만큼 연장되게 상기 희생 불순물 영역이 형성되되, 상기 하부 영역의 폭이 상기 상부 영역의 폭보다 넓게 형성되도록 상기 제 2 도전형의 불순물들을 주입하는 단계를 포함할 수 있다.Preferably, the step of forming the sacrificial impurity region is such that the sacrificial impurity region is formed to extend from the surface of the semiconductor layer to a certain depth, and the width of the lower region is formed to be wider than the width of the upper region. It may include the step of injecting conductive impurities.

바람직하게는, 상기 트렌치를 형성하는 단계는 상기 반도체층에 상기 제 2 도전형의 불순물들을 주입시 사용된 마스크 패턴을 식각 마스크로 사용하여 상기 희생 불순물 영역을 식각하는 단계를 포함할 수 있다.Preferably, forming the trench may include etching the sacrificial impurity region using a mask pattern used when injecting the second conductivity type impurities into the semiconductor layer as an etch mask.

바람직하게는, 상기 트렌치를 형성하는 단계는 상기 트렌치의 하부 영역이 상기 희생 불순물 영역의 하부 영역에 의해 감싸도록 상기 희생 불순물 영역을 식각하는 단계를 포함할 수 있다.Preferably, forming the trench may include etching the sacrificial impurity region so that the lower region of the trench is surrounded by the lower region of the sacrificial impurity region.

바람직하게는, 상기 전력 반도체 소자 제조 방법은 상기 트렌치의 바닥면 및 측면 상에 게이트 절연층을 형성하는 단계 및 상기 트렌치가 매립되도록 상기 게이트 절연층 위에 게이트 전극물질을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.Preferably, the power semiconductor device manufacturing method may further include forming a gate insulating layer on the bottom and side surfaces of the trench and forming a gate electrode material on the gate insulating layer to fill the trench. there is.

본 발명의 일 실시예에 따른 전력 반도체 소자 제조 방법에 의하면, 게이트 전극의 모서리 부분에 전계가 집중되는 것을 완화하면서 채널 저항을 낮추고 채널 밀도를 높여 집적도를 높일 수 있다. According to the power semiconductor device manufacturing method according to an embodiment of the present invention, the concentration of electric fields at the corners of the gate electrode can be alleviated, the channel resistance can be lowered, and the channel density can be increased to increase integration.

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

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 반도체 소자의 리세스 게이트 구조를 개략적으로 보여주는 사시도.
도 2 내지 도 4는 도 1의 전력 반도체 소자를 제조하는 방법을 개략적으로 보여주는 도면들.
도 5는 도 1의 구조가 적용된 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 반도체 소자의 구조를 개략적으로 보여주는 사시도.
도 6은 도 5에서 A-A′ 절취선을 따라 절단된 구조를 예시적으로 보여주는 수평 단면도.
도 7은 도 6에서 B-B′ 절취선을 따라 절단된 구조를 예시적으로 보여주는 수직 단면도.
도 8는 도 6에서 C-C′ 절취선을 따라 절단된 구조를 예시적으로 보여주는 수직 단면도.
도 9는 도 6에서 D-D′ 절취선을 따라 절단된 구조를 예시적으로 보여주는 수직 단면도.
도 10은 전력 반도체 소자의 깊이에 따른 전계 변화를 보여주는 그래프.
도 11은 도 1의 구조가 적용된 본 발명의 다른 실시예에 따른 전력 반도체 소자의 구조를 개략적으로 보여주는 사시도.
도 12는 도 11에서 플레이트 게이트의 구조를 예시적으로 보여주는 수평 단면도.
도 13은 도 1의 구조가 적용된 본 발명의 다른 실시예에 따른 전력 반도체 소자의 구조를 개략적으로 보여주는 사시도.
도 14는 도 1의 구조가 적용된 본 발명의 다른 실시예에 따른 전력 반도체 소자의 구조를 개략적으로 보여주는 사시도.
도 15는 도 14에서 E-E′ 절취선을 따라 절단된 구조를 예시적으로 보여주는 수평 단면도.
도 16은 도 15에서 F-F′ 절취선을 따라 절단된 구조를 예시적으로 보여주는 수직 단면도.
도 17은 도 15에서 G-G′ 절취선을 따라 절단된 구조를 예시적으로 보여주는 수직 단면도.
도 18 내지 도 22는 도 5의 전력 반도체 소자를 제조하는 방법을 개략적으로 보여주는 사시도들.
1 is a perspective view schematically showing the recess gate structure of a power semiconductor device according to an embodiment of the present invention.
2 to 4 are diagrams schematically showing a method of manufacturing the power semiconductor device of FIG. 1.
Figure 5 is a perspective view schematically showing the structure of a power semiconductor device according to an embodiment of the present invention to which the structure of Figure 1 is applied.
FIG. 6 is a horizontal cross-sectional view exemplarily showing a structure cut along the AA′ cutting line in FIG. 5.
Figure 7 is a vertical cross-sectional view exemplarily showing a structure cut along the BB′ cutting line in Figure 6.
FIG. 8 is a vertical cross-sectional view exemplarily showing a structure cut along the CC′ cutting line in FIG. 6.
FIG. 9 is a vertical cross-sectional view exemplarily showing a structure cut along the DD′ cutting line in FIG. 6.
Figure 10 is a graph showing the electric field change according to the depth of the power semiconductor device.
Figure 11 is a perspective view schematically showing the structure of a power semiconductor device according to another embodiment of the present invention to which the structure of Figure 1 is applied.
FIG. 12 is a horizontal cross-sectional view exemplarily showing the structure of the plate gate in FIG. 11.
Figure 13 is a perspective view schematically showing the structure of a power semiconductor device according to another embodiment of the present invention to which the structure of Figure 1 is applied.
Figure 14 is a perspective view schematically showing the structure of a power semiconductor device according to another embodiment of the present invention to which the structure of Figure 1 is applied.
FIG. 15 is a horizontal cross-sectional view exemplarily showing a structure cut along the EE′ cutting line in FIG. 14.
FIG. 16 is a vertical cross-sectional view exemplarily showing a structure cut along the FF′ cutting line in FIG. 15.
FIG. 17 is a vertical cross-sectional view exemplarily showing a structure cut along the GG′ cutting line in FIG. 15.
Figures 18 to 22 are perspective views schematically showing a method of manufacturing the power semiconductor device of Figure 5.

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

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

동일한 참조 부호들은 동일한 구성 요소를 나타낸다. 층, 영역, 또는 기판과 같은 한 구성이 다른 구성 상(on)에 있다고 지칭할 때, 그것은 다른 구성의 바로 상부에 있거나 또는 그 사이에 다른 개재된 구성이 또한 존재할 수 있는 것으로 이해될 것이다. 반면에, 한 구성이 다른 구성의 "바로 위에(directly on)" 있다라고 지칭할 때는 중간 개재 구성들이 존재하지 않는다고 이해된다.Identical reference signs indicate identical elements. It will be understood that when one component, such as a layer, region, or substrate, is referred to as being on another component, it may be directly on top of the other component, or other intervening components may also be present. On the other hand, when referring to one configuration as being “directly on” another configuration, it is understood that there are no intervening configurations.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 반도체 소자의 리세스 게이트 구조를 개략적으로 보여주는 사시도이다.1 is a perspective view schematically showing the recess gate structure of a power semiconductor device according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 전력 반도체 소자는 반도체층(103), 절연층 보호 영역(115), 게이트 절연층(118) 및 게이트 전극층(120)을 포함할 수 있다.Referring to FIG. 1, the power semiconductor device may include a semiconductor layer 103, an insulating layer protection region 115, a gate insulating layer 118, and a gate electrode layer 120.

반도체층(103)은 하나 또는 복수의 반도체 물질층을 포함할 수 있다. 반도체층(103)은 하나 또는 다층의 에피택셜층(epitaxial layer)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 반도체층(103)은 실리콘 카바이드(silicon carbide, SiC) 기판층 및 실리콘 카바이드 기판층을 시드층으로 하여 성장시킨 적어도 하나의 실리콘 카바이드의 에피택셜층을 포함할 수 있다.The semiconductor layer 103 may include one or more semiconductor material layers. The semiconductor layer 103 may include one or multiple epitaxial layers. For example, the semiconductor layer 103 may include a silicon carbide (SiC) substrate layer and at least one epitaxial layer of silicon carbide grown using the silicon carbide substrate layer as a seed layer.

실리콘 카바이드(SiC)는 실리콘에 비해 밴드갭이 넓어, 실리콘에 비해서 고온에서도 안정성을 유지할 수 있다. 나아가, 실리콘 카바이드는 절연 파괴 전계가 실리콘에 비해서 매우 높아서 고전압에서도 안정적으로 동작을 할 수 있다. 따라서, 실리콘 카바이드를 반도체층(103)으로 이용한 전력 반도체 소자는 실리콘을 이용한 경우에 비해 높은 항복전압을 가지면서도 우수한 열방출 특성을 가지며, 고온에서도 안정적인 동작 특성을 나타낼 수 있다.Silicon carbide (SiC) has a wider bandgap than silicon, so it can maintain stability even at higher temperatures than silicon. Furthermore, silicon carbide has a much higher dielectric breakdown field than silicon, so it can operate stably even at high voltages. Therefore, a power semiconductor device using silicon carbide as the semiconductor layer 103 has a higher breakdown voltage and excellent heat dissipation characteristics compared to the case using silicon, and can exhibit stable operating characteristics even at high temperatures.

반도체층(103)은 실리콘 카바이드에 제 1 도전형(N 형)의 불순물들이 주입됨으로써 형성될 수 있다. 예를 들어, 반도체층(103)은 고농도의 제 1 도전형(N+)의 불순물들이 주입된 실리콘 카바이드 기판층 및 저농도의 제 1 도전형(N-)의 불순물들이 주입된 실리콘 카바이드의 에피택셜층이 적층된 구조를 포함할 수 있다.The semiconductor layer 103 may be formed by implanting impurities of the first conductivity type (N type) into silicon carbide. For example, the semiconductor layer 103 includes a silicon carbide substrate layer implanted with a high concentration of impurities of the first conductivity type (N+) and an epitaxial layer of silicon carbide implanted with a low concentration of impurities of the first conductivity type (N-). This may include a layered structure.

반도체층(103)은 게이트 전극층(120)에 동작 전원이 인가시 전류의 이동 경로를 제공할 수 있다.The semiconductor layer 103 may provide a path for current movement when operating power is applied to the gate electrode layer 120.

절연층 보호 영역(115)은 반도체층(103) 내에서 리세스 게이트(120R)의 아래에 형성될 수 있다. 바람직하게는, 절연층 보호 영역(115)은 리세스 게이트(120R)가 형성되는 트렌치(116)의 하부 코너 영역(lower corner portion)을 감싸도록 형성될 수 있다. 절연층 보호 영역(115)은 제 1 도전형과 반대되는 제 2 도전형(P 형)의 불순물들을 포함할 수 있다.The insulating layer protection region 115 may be formed under the recess gate 120R within the semiconductor layer 103. Preferably, the insulating layer protection region 115 may be formed to surround the lower corner portion of the trench 116 where the recess gate 120R is formed. The insulating layer protection region 115 may include impurities of a second conductivity type (P type) opposite to the first conductivity type.

게이트 절연층(118)은 적어도 트렌치(116)의 내부면(바닥면 및 내측면) 상에 형성될 수 있다. 예를 들어, 게이트 절연층(118)은 트렌치(116)의 내부면 및 트렌치(116) 바깥쪽의 반도체층(103) 상에 형성될 수 있다. 게이트 절연층(118)의 두께는 균일하거나 또는 트렌치(116)의 바닥면 부분의 전계를 낮추기 위하여 트렌치(116)의 바닥면 상에 형성된 부분이 내측면 상에 형성된 부분보다 두꺼울 수도 있다. 이러한 게이트 절연층(118)은 실리콘 산화물, 실리콘 카바이드의 산화물, 실리콘 질화물, 하프늄 산화물, 지르코늄 산화물, 알루미늄 산화물 등의 절연물을 포함하거나 또는 이들의 적층 구조를 포함할 수 있다. 게이트 절연층(118)은 반도체층(103)의 상면까지 연장되게 형성될 수 있다.The gate insulating layer 118 may be formed at least on the inner surface (bottom surface and inner surface) of the trench 116 . For example, the gate insulating layer 118 may be formed on the inner surface of the trench 116 and the semiconductor layer 103 outside the trench 116. The thickness of the gate insulating layer 118 may be uniform, or the portion formed on the bottom of the trench 116 may be thicker than the portion formed on the inner side in order to lower the electric field at the bottom of the trench 116. The gate insulating layer 118 may include an insulating material such as silicon oxide, silicon carbide oxide, silicon nitride, hafnium oxide, zirconium oxide, or aluminum oxide, or may include a stacked structure thereof. The gate insulating layer 118 may be formed to extend to the top surface of the semiconductor layer 103.

게이트 전극층(120)은 트렌치(116)를 매립하도록 게이트 절연층(118) 상에 형성될 수 있다. 또한, 게이트 전극층(120)은 반도체층(103)의 상면 위에 있는 게이트 절연층(118) 상에도 형성될 수 있다. 예를 들어, 게이트 전극층(120)은 트렌치(116)에 매립되도록 형성된 리세스 게이트(120R) 및 리세스 게이트(120R)와 연결되면서 리세스 게이트(120R)와 반도체층(103) 위에 평판 형태로 형성되는 플레이트 게이트(120P)를 포함할 수 있다.The gate electrode layer 120 may be formed on the gate insulating layer 118 to fill the trench 116 . Additionally, the gate electrode layer 120 may also be formed on the gate insulating layer 118 on the top surface of the semiconductor layer 103. For example, the gate electrode layer 120 is connected to the recess gate 120R and the recess gate 120R formed to be buried in the trench 116, and is formed in a flat form on the recess gate 120R and the semiconductor layer 103. It may include a plate gate 120P being formed.

리세스 게이트(120R)는 Y 방향으로 일정 길이만큼 연장되게 형성될 수 있다. 절연층 보호 영역(115)도 Y 방향으로 리세스 게이트(120R)의 길이만큼 연장되게 리세스 게이트(120R)의 아래에 형성될 수 있다. 리세스 게이트(120R) 및 절연층 보호 영역(115)은 X 방향을 따라 복수개가 형성될 수 있다.The recess gate 120R may be formed to extend a certain length in the Y direction. The insulating layer protection area 115 may also be formed under the recess gate 120R to extend as long as the recess gate 120R in the Y direction. A plurality of recess gates 120R and insulating layer protection regions 115 may be formed along the X direction.

게이트 전극층(120)에 동작 전압이 인가되면, 리세스 게이트(120R)의 하부 코너 부분에 전계(electric field)가 집중될 수 있으며, 전계가 집중되면 해당 영역의 게이트 절연층(118)이 심한 스트레스를 받게 되어 게이트 절연층(118)의 절연 파괴가 발생될 수 있다. 따라서 본 실시예에서는, 리세스 게이트(120R)가 형성되는 트렌치(116)의 하부 영역이 반도체층(103)의 불순물 타입과 반대되는 타입의 불순물 영역(115)에 의해 감싸지도록 함으로써 리세스 게이트(120R)의 코너 부분에 전계가 집중되는 것을 감소시켜 게이트 절연층(118)이 절연 파괴되는 것을 방지할 수 있다.When an operating voltage is applied to the gate electrode layer 120, an electric field may be concentrated in the lower corner of the recess gate 120R, and when the electric field is concentrated, the gate insulating layer 118 in that area is severely stressed. As a result, insulation breakdown of the gate insulating layer 118 may occur. Therefore, in this embodiment, the lower region of the trench 116 in which the recess gate 120R is formed is surrounded by an impurity region 115 of a type opposite to that of the semiconductor layer 103, thereby forming a recess gate ( It is possible to prevent the gate insulating layer 118 from being destroyed by reducing the concentration of the electric field at the corner portion of 120R).

도 2 내지 도 4는 도 1의 전력 반도체 소자를 제조하는 방법을 개략적으로 보여주는 도면들이다.Figures 2 to 4 are diagrams schematically showing a method of manufacturing the power semiconductor device of Figure 1.

먼저 도 2를 참조하면, 제 1 도전형의 불순물들이 주입된 실리콘 카바이드(SiC)의 반도체층(103) 위에 리세스 게이트용 트렌치가 형성될 영역을 정의하는 마스크 패턴(203)이 형성될 수 있다. 이때, 마스크 패턴(203)은 포토레지스트막 패턴을 포함할 수 있다. 예를 들어, 반도체층(103) 위에 포토레지스트막을 형성한 후 노광 및 현상 공정을 수행함으로써 반도체층(103)에서 리세스 게이트용 트렌치가 형성될 영역의 표면을 노출시키는 마스크 패턴(203)이 형성될 수 있다.First, referring to FIG. 2, a mask pattern 203 defining an area where a trench for a recess gate is to be formed may be formed on the semiconductor layer 103 of silicon carbide (SiC) implanted with impurities of the first conductivity type. . At this time, the mask pattern 203 may include a photoresist film pattern. For example, after forming a photoresist film on the semiconductor layer 103, exposure and development processes are performed to form a mask pattern 203 that exposes the surface of the area where the trench for the recess gate is to be formed in the semiconductor layer 103. It can be.

이어서, 마스크 패턴(203)을 이온주입 배리어막으로 사용하여 반도체층(103)에 제 2 도전형의 불순물들을 주입함으로써 반도체층(103) 내에 희생 불순물 영역(115′)이 형성될 수 있다. 희생 불순물 영역(115′)은 후속 공정에서 형성될 게이트용 트렌치보다 깊게 형성될 수 있으며, 하부 영역은 게이트용 트렌치보다 폭이 크게 형성될 수 있다. 예를 들어, 불순물 주입시 주입각을 조절함으로써 벌브(bulb) 형태와 같이 희생 불순물 영역(115′)의 하부 영역이 상부 영역보다 큰 폭을 갖도록 희생 불순물 영역(115′)이 형성될 수 있다.Next, a sacrificial impurity region 115' may be formed within the semiconductor layer 103 by implanting impurities of the second conductivity type into the semiconductor layer 103 using the mask pattern 203 as an ion implantation barrier layer. The sacrificial impurity region 115' may be formed deeper than the gate trench to be formed in a subsequent process, and the lower region may be formed to be wider than the gate trench. For example, by adjusting the injection angle when injecting impurities, the sacrificial impurity region 115' can be formed so that the lower region of the sacrificial impurity region 115' has a larger width than the upper region, like a bulb shape.

다음에 도 3을 참조하면, 마스크 패턴(203)을 식각 배리어막으로 사용하여 반도체층(103)을 일정 깊이만큼 식각함으로써 게이트용 트렌치(116) 및 절연층 보호 영역(115)이 형성될 수 있다. 이때, 트렌치(116)는 바닥면이 희생 불순물 영역(115′)의 바닥면보다 높게 되도록 형성될 수 있다.Next, referring to FIG. 3, the gate trench 116 and the insulating layer protection region 115 can be formed by etching the semiconductor layer 103 to a certain depth using the mask pattern 203 as an etch barrier film. . At this time, the bottom surface of the trench 116 may be formed to be higher than the bottom surface of the sacrificial impurity region 115'.

예를 들어, 이온주입 배리어막으로 사용된 포토레지스트막 패턴을 식각 배리어막으로 사용하여 희생 불순물 영역(115′)의 바닥면 보다 얕은 깊이만큼 반도체층(103)을 식각함으로써, 희생 불순물 영역(115′)에서 트렌치(116)가 형성되는 영역은 제거되고 트렌치(116)의 하부 코너 영역을 감싸는 영역만 남게 되어 절연층 보호 영역(115)이 형성될 수 있다.For example, the semiconductor layer 103 is etched to a depth shallower than the bottom surface of the sacrificial impurity region 115' using the photoresist film pattern used as the ion implantation barrier film as an etch barrier film, thereby forming the sacrificial impurity region 115. ′), the area where the trench 116 is formed is removed and only the area surrounding the lower corner area of the trench 116 remains, thereby forming the insulating layer protection area 115.

반도체층(103)에 트렌치를 먼저 형성한 후 그 하부에 불순물을 주입하는 경우, 트렌치의 내면에서 반사되는 불순물들이 트렌치의 측벽 주위에 주입될 수 있다. 즉, 제 2 도전형의 불순물 영역이 트렌치의 하부에만 형성되는 것이 아니라 트렌치의 측벽 주변에도 형성됨으로써 전류의 이동을 심하게 방해할 수 있다. 따라서, 본 실시예에서는, 상술한 바와 같이, 반도체층(103)에 불순물들을 먼저 주입한 후 해당 불순물 영역에서 하부 영역만이 일부 남도록 트렌치(116)를 형성한다.When a trench is first formed in the semiconductor layer 103 and then impurities are injected into the lower part of the trench, impurities reflected from the inner surface of the trench may be injected around the sidewalls of the trench. That is, the impurity region of the second conductivity type is not only formed at the bottom of the trench, but also around the sidewalls of the trench, thereby severely hindering the movement of current. Therefore, in this embodiment, as described above, impurities are first injected into the semiconductor layer 103 and then the trench 116 is formed so that only a portion of the lower region remains in the corresponding impurity region.

다음에 도 4를 참조하면, 트렌치들(116)의 바닥면 및 측면 상에 게이트 절연층(118)이 형성될 수 있다. 게이트 절연층(118)은 트렌치들(116)의 바깥 영역인 반도체층(105) 위에도 형성될 수 있다. 게이트 절연층(118)은 반도체층(103)을 산화시킨 산화물로 형성되거나 또는 반도체층(103) 상에 산화물 또는 질화물과 같은 절연물을 증착함으로써 형성될 수 있다. 게이트 절연층(118)은 전체적으로 균일한 두께로 형성되거나 또는 트렌치(116)의 바닥면 부분의 전계를 낮추기 위하여 트렌치(116)의 바닥면 상에 형성된 부분이 측면 상에 형성된 부분보다 두꺼울 수도 있다.Next, referring to FIG. 4 , a gate insulating layer 118 may be formed on the bottom and sides of the trenches 116 . The gate insulating layer 118 may also be formed on the semiconductor layer 105 outside the trenches 116 . The gate insulating layer 118 may be formed of an oxide obtained by oxidizing the semiconductor layer 103, or may be formed by depositing an insulating material such as oxide or nitride on the semiconductor layer 103. The gate insulating layer 118 may be formed to have a uniform thickness overall, or the portion formed on the bottom of the trench 116 may be thicker than the portion formed on the side surface in order to lower the electric field at the bottom of the trench 116.

이어서, 트렌치들(116)이 매립되도록 게이트 절연층(118) 상에 게이트 전극물질이 형성됨으로써 게이트 전극층(120)이 형성될 수 있다. 게이트 전극층(120)은 폴리실리콘에 불순물이 주입됨으로써 형성되거나 또는 도전성 금속 또는 금속 실리사이드를 포함하도록 형성될 수 있다.Subsequently, a gate electrode material may be formed on the gate insulating layer 118 to fill the trenches 116, thereby forming the gate electrode layer 120. The gate electrode layer 120 may be formed by implanting impurities into polysilicon or may be formed to include a conductive metal or metal silicide.

도 5는 도 1의 구조가 적용된 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 반도체 소자의 구조를 개략적으로 보여주는 사시도이다. 도 6은 도 5에서 A-A′ 절취선을 따라 절단된 구조를 예시적으로 보여주는 수평 단면도이며, 도 7 내지 도 9는 각각 도 6에서 B-B′, C-C′, D-D′ 절취선을 따라 절단된 구조를 예시적으로 보여주는 수직 단면도이다.Figure 5 is a perspective view schematically showing the structure of a power semiconductor device according to an embodiment of the present invention to which the structure of Figure 1 is applied. Figure 6 is a horizontal cross-sectional view exemplarily showing the structure cut along the A-A' cutting line in Figure 5, and Figures 7 to 9 are exemplary structures cut along the B-B', C-C', and D-D' cutting lines in Figure 6, respectively. This is a vertical cross-sectional view shown as .

도 5 내지 도 9를 참조하면, 전력 반도체 소자(100)는 반도체층(105), 게이트 절연층(118), 게이트 전극층(120), 층간 절연층(130) 및 소오스 전극층(140)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 전력 반도체 소자(100)는 전력 모스펫(power MOSFET) 구조를 포함할 수 있다.5 to 9, the power semiconductor device 100 may include a semiconductor layer 105, a gate insulating layer 118, a gate electrode layer 120, an interlayer insulating layer 130, and a source electrode layer 140. You can. For example, the power semiconductor device 100 may include a power MOSFET structure.

반도체층(105)은 하나 또는 복수의 반도체 물질층을 포함할 수 있다. 예를 들어, 반도체층(105)은 하나 또는 다층의 에피택셜층(epitaxial layer)을 포함할 수 있다. 또는 반도체층(105)은 반도체 기판 상의 하나 또는 다층의 에피택셜층을 포함할 수 있다. 예를 들어, 반도체층(105)은 실리콘 카바이드(silicon carbide, SiC)를 포함할 수 있다. 또는, 반도체층(105)은 적어도 하나의 실리콘 카바이드의 에피택셜층을 포함할 수 있다.The semiconductor layer 105 may include one or more semiconductor material layers. For example, the semiconductor layer 105 may include one or multiple epitaxial layers. Alternatively, the semiconductor layer 105 may include one or multiple epitaxial layers on a semiconductor substrate. For example, the semiconductor layer 105 may include silicon carbide (SiC). Alternatively, the semiconductor layer 105 may include at least one epitaxial layer of silicon carbide.

이러한 반도체층(105)은 드리프트 영역(drift region, 107)을 포함할 수 있다. 드리프트 영역(107)은 제 1 도전형(N 형)으로 형성될 수 있으며, 반도체층(105)의 일부에 제 1 도전형의 불순물들이 주입됨으로써 형성될 수 있다. 예를 들어, 드리프트 영역(107)은 저농도의 제 1 도전형(N-)의 불순물들이 실리콘 카바이드의 에피택셜층에 주입됨으로써 형성될 수 있다.This semiconductor layer 105 may include a drift region (107). The drift region 107 may be formed of a first conductivity type (N-type), and may be formed by injecting impurities of the first conductivity type into a portion of the semiconductor layer 105. For example, the drift region 107 may be formed by injecting a low concentration of impurities of the first conductivity type (N-) into the epitaxial layer of silicon carbide.

드리프트 영역(107)은 전력 반도체 소자(100)의 동작 시 전류의 이동 경로를 제공할 수 있다. 이러한 드리프트 영역(107)은 반도체층(105)의 하부 영역(lower portion)에서 수평 방향으로 연장되게 형성되어 전류의 수평 이동 경로를 제공하는 수평 부분(107a), 및 반도체층(105) 내에서 수평 부분(107a)과 연결되면서 수직 방향(Z 방향)으로 연장되게 형성되어 전류의 수직 이동 경로를 제공하는 수직 부분(107b)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 드리프트 영역(107)에서, 수평 부분(107a)은 필라 영역(111)의 아래에 위치하는 영역이 해당할 수 있으며, 수직 부분(107b)은 수평 부분(107a), 웰 영역(110) 및 필라 영역(111)의 측면과 접하게 위치하는 영역이 해당할 수 있다. 본 실시예에서의 드리프트 영역(107)의 수직 부분(107b)은 상술한 도 1에서의 반도체층(103)에 해당할 수 있다.The drift area 107 may provide a path for current movement when the power semiconductor device 100 operates. This drift region 107 is formed to extend in the horizontal direction from the lower portion of the semiconductor layer 105 and provides a horizontal movement path for current, and a horizontal portion 107a within the semiconductor layer 105. It may include a vertical part 107b that is connected to the part 107a and extends in the vertical direction (Z direction) to provide a vertical movement path for electric current. For example, in the drift area 107, the horizontal part 107a may correspond to an area located below the pillar area 111, and the vertical part 107b may correspond to the horizontal part 107a and the well area 110. ) and an area located in contact with the side of the pillar area 111 may correspond. The vertical portion 107b of the drift area 107 in this embodiment may correspond to the semiconductor layer 103 in FIG. 1 described above.

수직 부분(107b)은 리세스 게이트들(120R)에 의해 복수의 영역들로 분할된 영역들을 포함할 수 있다. 본 실시예의 전력 반도체 소자(100)에서는 이렇게 분할된 복수의 영역들 각각이 전류의 수직 이동 경로로 이용될 수 있다.The vertical portion 107b may include regions divided into a plurality of regions by recess gates 120R. In the power semiconductor device 100 of this embodiment, each of the plurality of divided regions can be used as a vertical movement path for current.

웰 영역(well region, 110)은 반도체층(105)에서 드리프트 영역(107)에 접하도록 형성될 수 있으며, 제 2 도전형의 불순물들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 웰 영역(110)은 실리콘 카바이드의 에피택셜층에 제 2 도전형의 불순물들이 주입됨으로써 형성될 수 있다.The well region 110 may be formed in contact with the drift region 107 in the semiconductor layer 105 and may include impurities of the second conductivity type. For example, the well region 110 may be formed by implanting second conductivity type impurities into an epitaxial layer of silicon carbide.

웰 영역(110)은 드리프트 영역(107)의 적어도 일부분을 둘러싸도록 형성될 수 있다. 예를 들어, 웰 영역(110)은 드리프트 영역(107)에서 수직 부분(107b)의 상부 영역(upper portion)을 둘러싸도록 형성될 수 있다. 도 1에서는, 웰 영역(110)이 수직 부분(107b)에 의해 Y 방향으로 일정 거리 이격된 두 영역들로 분리된 모습이 예시적으로 도시되었으나, 그 외 다양하게 변형될 수 있다. 예를 들어, 웰 영역(110)은 올 어라운드(all around) 형태로 수직 부분(107b)의 측면들을 전체적으로 둘러싸도록 형성될 수 있다.The well area 110 may be formed to surround at least a portion of the drift area 107 . For example, the well region 110 may be formed to surround an upper portion of the vertical portion 107b in the drift region 107 . In FIG. 1 , the well area 110 is exemplarily shown divided into two areas spaced a certain distance apart in the Y direction by the vertical portion 107b, but may be modified in various other ways. For example, the well region 110 may be formed to entirely surround the side surfaces of the vertical portion 107b in an all-around shape.

필라 영역(pillar region, 111)은 웰 영역(110)과 연결되게 웰 영역(110) 아래의 반도체층(105)에 형성될 수 있다. 필라 영역(111)은 드리프트 영역(107)과 슈퍼 정션(super junction)을 형성하도록 드리프트 영역(107)에 접하도록 형성될 수 있다. 예를 들어, 필라 영역(111)은 상면이 웰 영역(110)과 접하면서, 측면과 하면은 각각 드리프트 영역(107)의 수직 부분(107b)과 수평 부분(107a)에 접하도록 웰 영역(110) 아래에 배치될 수 있다.A pillar region 111 may be formed in the semiconductor layer 105 below the well region 110 to be connected to the well region 110 . The pillar region 111 may be formed to contact the drift region 107 to form a super junction with the drift region 107 . For example, the pillar region 111 has its upper surface in contact with the well region 110, and its side and lower surfaces are in contact with the vertical portion 107b and the horizontal portion 107a of the drift region 107, respectively. ) can be placed below.

필라 영역(111)은 드리프트 영역(107)과 슈퍼 정션을 형성하도록 드리프트 영역(107)과 반대되는 도전형을 갖도록 반도체층(105) 내에 형성될 수 있다. 예를 들어, 필라 영역(111)은 드리프트 영역(107)과 반대되면서 웰 영역(110)과는 동일한 제 2 도전형의 불순물들을 포함할 수 있다. 이때, 필라 영역(111)의 불순물 도핑 농도는 웰 영역(110)의 불순물 도핑 농도와 같거나 작을 수 있다.The pillar region 111 may be formed in the semiconductor layer 105 to have a conductivity type opposite to that of the drift region 107 to form a super junction with the drift region 107 . For example, the pillar region 111 may include impurities of a second conductivity type that is opposite to the drift region 107 and the same as that of the well region 110 . At this time, the impurity doping concentration of the pillar region 111 may be equal to or smaller than the impurity doping concentration of the well region 110.

일부 실시예에서, 필라 영역(111)은 일 방향(Y 방향)으로 웰 영역(110)의 폭보다 좁은 폭을 갖도록 형성될 수 있다. 예를 들어, 웰 영역(110)과 필라 영역(111)이 수직 부분(107b)의 양측으로 이격되게 형성되는 경우, 이격된 필라 영역들(111) 사이의 거리(Y 방향의 거리)는 이격된 웰 영역들(110) 사이의 거리(Y 방향의 거리)보다 크게 형성될 수 있다. 이를 위해, 드리프트 영역(107)의 수직 부분(107b)에서, 웰 영역(110)과 접하는 부분의 Y 방향의 길이(폭)가 필라 영역(111)과 접하는 부분의 Y 방향의 길이보다 작게 형성될 수 있다.In some embodiments, the pillar region 111 may be formed to have a width narrower than the width of the well region 110 in one direction (Y direction). For example, when the well region 110 and the pillar region 111 are formed to be spaced apart on both sides of the vertical portion 107b, the distance (distance in the Y direction) between the spaced apart pillar regions 111 is It may be formed to be larger than the distance between the well regions 110 (distance in the Y direction). To this end, in the vertical portion 107b of the drift region 107, the length (width) in the Y direction of the portion in contact with the well region 110 is formed to be smaller than the length in the Y direction of the portion in contact with the pillar region 111. You can.

일부 실시예에서, 필라 영역(111)과 드리프트 영역(107)은 그 측면이 서로 접하도록 교대로 복수개 배치되어 슈퍼 정션 구조를 형성할 수 있다. 나아가, 하나의 웰 영역(110) 아래에 필라 영역(111)과 드리프트 영역(107)이 복수개 교대로 배치될 수도 있다.In some embodiments, a plurality of pillar regions 111 and drift regions 107 may be alternately arranged so that their side surfaces contact each other to form a super junction structure. Furthermore, a plurality of pillar regions 111 and drift regions 107 may be alternately arranged under one well region 110 .

소오스 영역들(source region, 112)은 웰 영역(110) 내에 형성되고, 제 1 도전형으로 형성될 수 있다. 예를 들어, 소오스 영역들(112)은 웰 영역(110) 내에서 리세스 게이트들(120R) 사이에 형성될 수 있으며, 웰 영역(110)의 일부 영역에 제 1 도전형의 불순물들이 주입됨으로써 형성될 수 있다. 소오스 영역들(112)은 드리프트 영역(107)보다 제 1 도전형의 불순물들이 고농도로 주입됨으로써 형성될 수 있다.Source regions 112 are formed in the well region 110 and may be formed of a first conductivity type. For example, the source regions 112 may be formed between the recess gates 120R within the well region 110, and impurities of the first conductivity type may be injected into a portion of the well region 110. can be formed. The source regions 112 may be formed by implanting impurities of the first conductivity type at a higher concentration than the drift region 107 .

채널 영역들(110a)은 드리프트 영역(107)의 수직 부분(107b)과 소오스 영역들(112) 사이에 형성될 수 있다. 채널 영역들(110a)은 제 2 도전형의 불순물들을 포함할 수 있다. 채널 영역들(110a)은 소오스 영역들(112) 및 드리프트 영역(107)과 반대되는 제 2 도전형의 불순물들을 포함하기 때문에, 소오스 영역들(112) 및 드리프트 영역(107)과 다이오드 정션 접합을 형성할 수 있다. 따라서, 채널 영역들(110a)은 전력 반도체 소자(100)가 동작하지 않을 때에는 전하의 이동을 허용하지 않음으로써 드리프트 영역(107)의 수직 부분(107b)과 소오스 영역들(112)을 전기적으로 분리시킬 수 있다. 반면에, 채널 영역들(110a)은 게이트 전극층(120)에 동작 전압이 인가되는 경우에는 그 내부에 반전 채널(inversion channel)이 형성되어 전하의 이동을 허용함으로써 드리프트 영역(107)의 수직 부분(107b)과 소오스 영역들(112)을 전기적으로 연결시킬 수 있다.Channel regions 110a may be formed between the vertical portion 107b of the drift region 107 and the source regions 112. The channel regions 110a may include impurities of the second conductivity type. Because the channel regions 110a contain impurities of a second conductivity type opposite to that of the source regions 112 and the drift region 107, a diode junction junction is formed with the source regions 112 and the drift region 107. can be formed. Therefore, the channel regions 110a electrically separate the vertical portion 107b of the drift region 107 and the source regions 112 by not allowing charge movement when the power semiconductor device 100 is not operating. You can do it. On the other hand, when an operating voltage is applied to the gate electrode layer 120, an inversion channel is formed in the channel regions 110a to allow charge movement, thereby allowing the vertical portion of the drift region 107 ( 107b) and the source regions 112 may be electrically connected.

도 5에서는 채널 영역들(110a)이 웰 영역(110)과 구분되게 서로 다른 참조번호로 표시되었으나, 채널 영역들(110a)은 웰 영역(110)의 일부일 수 있다. 예를 들어, 채널 영역들(110a)은 게이트 전극층(120)에 동작 전압이 인가되었을 때, 웰 영역(110) 중 드리프트 영역(107)의 수직 부분(107b)과 소오스 영역(112) 사이의 영역에 형성될 수 있다. 채널 영역들(110a)의 제 2 도전형의 불순물들의 도핑 농도는 웰 영역(110)과 동일하거나, 또는 문턱 전압 조절을 위하여 다를 수도 있다.In FIG. 5 , the channel areas 110a are indicated with different reference numbers to distinguish them from the well area 110 , but the channel areas 110a may be part of the well area 110 . For example, the channel regions 110a are the area between the vertical portion 107b of the drift region 107 and the source region 112 of the well region 110 when the operating voltage is applied to the gate electrode layer 120. can be formed in The doping concentration of impurities of the second conductivity type in the channel regions 110a may be the same as that of the well region 110 or may be different to adjust the threshold voltage.

일부 실시예에서, 웰 영역(110), 필라 영역(111), 채널 영역들(110a) 및 소오스 영역들(112)은 드리프트 영역(107)의 수직 부분(107b)을 기준으로 Y 방향으로 대칭되게 형성될 수 있다. 예를 들어 웰 영역(110), 필라 영역(111), 채널 영역들(110a) 및 소오스 영역들(112)은 각각 Y 방향으로 드리프트 영역(107)의 수직 부분(107b) 양측에 위치하는 제 1 부분과 제 2 부분을 포함할 수 있다. 웰 영역(110), 필라 영역(111) 및 소오스 영역들(112) 각각은 드리프트 영역(107)의 수직 부분(107b)에 의해 서로 분리될 수도 있고, 또는 드리프트 영역(107)의 수직 부분(107b)을 둘러싸도록 서로 연결될 수도 있다.In some embodiments, the well region 110, pillar region 111, channel regions 110a, and source regions 112 are symmetrical in the Y direction with respect to the vertical portion 107b of the drift region 107. can be formed. For example, the well region 110, pillar region 111, channel regions 110a, and source regions 112 are each located on both sides of the vertical portion 107b of the drift region 107 in the Y direction. It may include a part and a second part. Each of the well region 110, pillar region 111, and source regions 112 may be separated from each other by a vertical portion 107b of the drift region 107, or a vertical portion 107b of the drift region 107. ) can also be connected to each other to surround the.

부가적으로, 드레인 영역(102)은 드리프트 영역(107) 아래의 반도체층(105)에 형성될 수 있으며, 제 1 도전형의 불순물들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 드레인 영역(102)은 드리프트 영역(107)보다 고농도로 주입된 제 1 도전형(N+)의 불순물들을 포함할 수 있다.Additionally, the drain region 102 may be formed in the semiconductor layer 105 below the drift region 107 and may include impurities of the first conductivity type. For example, the drain region 102 may include impurities of the first conductivity type (N+) implanted at a higher concentration than the drift region 107.

일부 실시예에서, 드레인 영역(102)은 제 1 도전형을 갖는 실리콘 카바이드의 기판으로 제공될 수도 있다. 이 경우, 드레인 영역(102)은 반도체층(105)의 일부로서 형성되거나 또는 반도체층(105)과 별개의 기판으로 형성될 수도 있다.In some embodiments, drain region 102 may be provided as a substrate of silicon carbide having a first conductivity type. In this case, the drain region 102 may be formed as part of the semiconductor layer 105 or may be formed as a separate substrate from the semiconductor layer 105.

적어도 하나의 트렌치(116)는 반도체층(105)의 표면(상면)으로부터 반도체층(105) 내부로 소정 깊이만큼 반도체층(105)이 식각되어 형성될 수 있다. 적어도 하나의 트렌치(116)는 X 방향을 따라 일정 간격으로 이격되게 형성된 복수의 트렌치들을 포함할 수 있다. 트렌치들(116)은 반도체층(105) 내에서 드리프트 영역(107)의 수직 부분(107b)과 채널 영역(110a)을 관통하도록 Y 방향으로 나란하게 연장될 수 있다.At least one trench 116 may be formed by etching the semiconductor layer 105 from the surface (top surface) of the semiconductor layer 105 to an inside of the semiconductor layer 105 to a predetermined depth. At least one trench 116 may include a plurality of trenches spaced apart at regular intervals along the X direction. The trenches 116 may extend parallel to each other in the Y direction to penetrate the vertical portion 107b of the drift region 107 and the channel region 110a within the semiconductor layer 105 .

채널 영역들(110a)은 트렌치들(116) 사이에 위치할 수 있으며, 드리프트 영역(107)의 수직 부분(107b)에서 웰 영역(110)과 접하는 영역들은 트렌치들(116)에 의해 복수의 영역들로 분할될 수 있다. 일 실시예로, 트렌치들(116) 사이에는 드리프트 영역(107)의 수직 부분(107b)이 격벽 형태로 형성될 수 있으며, 격벽 형태의 수직 부분들(107b) 양측(Y 방향으로 양측)에 각각 채널 영역(110a)이 위치할 수 있다. 그리고, Y 방향으로 채널 영역들(110a)의 반대편 일측에는 소오스 영역들(112)이 위치할 수 있다.The channel regions 110a may be located between the trenches 116, and regions in contact with the well region 110 in the vertical portion 107b of the drift region 107 are formed into a plurality of regions by the trenches 116. It can be divided into fields. In one embodiment, the vertical portion 107b of the drift area 107 may be formed in the form of a partition between the trenches 116, and the partition-shaped vertical portions 107b may be formed on both sides (both sides in the Y direction). A channel area 110a may be located. Additionally, source regions 112 may be located on one side opposite to the channel regions 110a in the Y direction.

게이트 절연층(118)은 적어도 트렌치들(116)의 내부면 상에 형성될 수 있다. 예를 들어, 게이트 절연층(118)은 트렌치들(116)의 내부면 및 트렌치들(116) 바깥쪽의 반도체층(105) 상에 형성될 수 있다. 게이트 절연층(118)의 두께는 균일하거나 또는 트렌치(116)의 바닥면 부분의 전계를 낮추기 위하여 트렌치(116)의 바닥면 상에 형성된 부분이 측면 상에 형성된 부분보다 두꺼울 수도 있다.Gate insulating layer 118 may be formed on at least the inner surfaces of the trenches 116 . For example, the gate insulating layer 118 may be formed on the inner surface of the trenches 116 and the semiconductor layer 105 outside the trenches 116 . The thickness of the gate insulating layer 118 may be uniform, or the portion formed on the bottom of the trench 116 may be thicker than the portion formed on the sides to lower the electric field at the bottom of the trench 116.

게이트 절연층(118)은 실리콘 산화물, 실리콘 카바이드의 산화물, 실리콘 질화물, 하프늄 산화물, 지르코늄 산화물, 알루미늄 산화물 등의 절연물을 포함하거나 또는 이들의 적층 구조를 포함할 수 있다.The gate insulating layer 118 may include an insulating material such as silicon oxide, silicon carbide oxide, silicon nitride, hafnium oxide, zirconium oxide, or aluminum oxide, or may include a stacked structure thereof.

게이트 전극층(120)은 트렌치(116)를 매립하도록 게이트 절연층(118) 상에 형성될 수 있다. 또한, 게이트 전극층(120)은 적어도 채널 영역(110a)을 덮도록 반도체층(105) 위에 있는 게이트 절연층(118) 상에 형성될 수 있다. 예를 들어, 게이트 전극층(120)은 X 방향을 따라 일정 간격으로 이격되면서 트렌치(116)에 매립되도록 형성된 복수의 리세스 게이트들(120R)을 포함할 수 있다. 또한, 게이트 전극층(120)은 복수의 리세스 게이트들(120R)을 연결하면서 채널 영역들(110a)을 덮도록 리세스 게이트들(120R) 및 반도체층(105) 위에 평판 형태로 형성되는 플레이트 게이트(120P)를 포함할 수 있다.The gate electrode layer 120 may be formed on the gate insulating layer 118 to fill the trench 116 . Additionally, the gate electrode layer 120 may be formed on the gate insulating layer 118 on the semiconductor layer 105 to cover at least the channel region 110a. For example, the gate electrode layer 120 may include a plurality of recess gates 120R formed to be buried in the trench 116 and spaced at regular intervals along the X direction. In addition, the gate electrode layer 120 is a plate gate formed in a flat shape on the recess gates 120R and the semiconductor layer 105 to cover the channel regions 110a while connecting the plurality of recess gates 120R. (120P) may be included.

본 실시예에 따른 전력 반도체 소자(100)는, 플레이트 게이트(120P)의 아래에서 복수의 리세스 게이트들(120R) 사이에는, Y 방향을 따라 소오스 영역(112), 채널 영역(110a) 및 수직 부분(107b)이 연결된 구조들이 형성될 수 있다. 예를 들어, 복수의 리세스 게이트들(120R) 사이에는, Y 방향으로 수직 부분(107b)의 양측벽에 채널 영역(110a)과 소오스 영역(112)이 연결되게 형성될 수 있다. 이렇게 연결된 드리프트 영역(107)의 수직 부분(107b), 채널 영역(110a) 및 소오스 영역(112)은 전력 반도체 소자(100)가 동작시 전류의 이동 경로가 될 수 있다.The power semiconductor device 100 according to this embodiment has a source region 112 along the Y direction, a channel region 110a, and a vertical region between the plurality of recess gates 120R below the plate gate 120P. Structures in which the portion 107b is connected may be formed. For example, between the plurality of recess gates 120R, a channel region 110a and a source region 112 may be formed to be connected to both walls of the vertical portion 107b in the Y direction. The vertical portion 107b, the channel region 110a, and the source region 112 of the drift region 107 connected in this way may become a path for current movement when the power semiconductor device 100 operates.

이처럼 본 실시예에 따른 전력 반도체 소자(100)는 복수의 리세스 게이트들(120R) 사이에 각각 드리프트 영역(107)의 수직 부분(107b), 채널 영역(110a) 및 소오스 영역(112)이 연결된 전류 이동 경로가 형성되는 다중 측면 채널(multi-lateral channels) 구조를 포함함으로써 보다 많은 전하들이 동시에 이동할 수 있도록 해준다. 또한, 각각의 이동 경로에 있어서, 게이트 전극층(120)은 수직 부분(107b), 채널 영역(110a) 및 소오스 영역(112)의 3면(X 방향으로 양측면 및 상면)을 둘러싸도록 형성됨으로써 보다 많은 전하들이 이동할 수 있도록 해준다. 게이트 전극층(120)은 도전물, 예컨대 폴리실리콘, 금속, 금속 질화물, 금속 실리사이드 등을 포함하거나 또는 이들의 적층 구조를 포함할 수 있다.In this way, the power semiconductor device 100 according to the present embodiment has a vertical portion 107b of the drift region 107, a channel region 110a, and a source region 112 connected between the plurality of recess gates 120R. By including a multi-lateral channel structure that forms a current movement path, it allows more charges to move simultaneously. In addition, in each movement path, the gate electrode layer 120 is formed to surround three sides (both sides and top surface in the It allows charges to move. The gate electrode layer 120 may include a conductive material, such as polysilicon, metal, metal nitride, or metal silicide, or may include a stacked structure thereof.

웰 영역(110)은 리세스 게이트들(120R)의 측면들 및 바닥면을 둘러싸도록 리세스 게이트들(120R) 보다 깊게 형성될 수 있다.The well region 110 may be formed deeper than the recess gates 120R to surround the side surfaces and bottom surfaces of the recess gates 120R.

층간 절연층(130)은 게이트 전극층(120) 상에 형성될 수 있다. 층간 절연층(130)은 게이트 전극층(120)과 소오스 전극층(140) 사이의 전기적 절연을 위한 절연물, 예를 들어 산화물층, 질화물층 또는 이들의 적층 구조를 포함할 수 있다.The interlayer insulating layer 130 may be formed on the gate electrode layer 120. The interlayer insulating layer 130 may include an insulating material for electrical insulation between the gate electrode layer 120 and the source electrode layer 140, for example, an oxide layer, a nitride layer, or a stacked structure thereof.

소오스 전극층(140)은 층간 절연층(130) 상에 형성될 수 있으며, 소오스 영역들(112)과 전기적으로 연결될 수 있다. 소오스 전극층(140)은 금속과 같은 도전물을 포함할 수 있다.The source electrode layer 140 may be formed on the interlayer insulating layer 130 and may be electrically connected to the source regions 112. The source electrode layer 140 may include a conductive material such as metal.

상술한 실시예에서는, 제 1 도전형 및 제 2 도전형이 각각 N형 및 P형인 경우로 설명되었으나, 그 반대일 수도 있다. 예를 들어, 전력 반도체 소자(100)가 N형 모스펫인 경우, 드리프트 영역(107)은 N- 영역이고, 소오스 영역(112)과 드레인 영역(102)은 N+ 영역이고, 웰 영역(110), 필라 영역(111) 및 채널 영역(110a)은 P- 영역일 수 있다.In the above-described embodiment, it has been described that the first conductivity type and the second conductivity type are N-type and P-type, respectively, but the reverse may also be possible. For example, when the power semiconductor device 100 is an N-type MOSFET, the drift region 107 is an N- region, the source region 112 and the drain region 102 are N+ regions, the well region 110, The pillar area 111 and the channel area 110a may be P- areas.

전력 반도체 소자(100)의 동작 시, 전류는 드레인 영역(102)으로부터 드리프트 영역(107)의 수직 부분들(107b)을 따라서 수직 방향으로 흐르고, 이어서 채널 영역(110a)을 통해서 소오스 영역(112)으로 흐를 수 있다.During operation of the power semiconductor device 100, current flows in the vertical direction from the drain region 102 along the vertical portions 107b of the drift region 107, and then through the channel region 110a to the source region 112. can flow.

상술한 전력 반도체 소자(100)에 있어서, 트렌치(116) 내 리세스 게이트들(120R)은 스트라이프 타입 또는 라인 타입으로 병렬적으로 조밀하게 배치될 수 있으며, 채널 영역들(110a)은 리세스 게이트들(120R) 사이에 각각 배치될 수 있어서 채널 밀도가 높아질 수 있다.In the power semiconductor device 100 described above, the recess gates 120R in the trench 116 may be densely arranged in parallel in a stripe type or line type, and the channel regions 110a may be a recess gate. Since each channel can be placed between the fields 120R, the channel density can be increased.

또한, 본 실시예에 따른 전력 반도체 소자(100)는 트렌치(116)의 하부 코너 영역(lower corner portion)을 감싸는 제 2 도전형의 절연층 보호 영역들(115)을 포함할 수 있다. 이러한 절연층 보호 영역들(115)은 상술한 도 1에서의 절연층 보호 영역(115)에 해당할 수 있다. 이처럼, 본 실시예의 전력 반도체 소자(100)는 리세스 게이트들(120R)의 하부 코너 영역을 감싸는 절연층 보호 영역들(115)을 포함함으로써 리세스 게이트들(120R)의 코너 부분들에 전계가 집중되어 해당 영역의 게이트 절연층(118)이 절연 파괴되는 것을 방지할 수 있다.Additionally, the power semiconductor device 100 according to this embodiment may include second conductivity type insulating layer protection regions 115 surrounding the lower corner portion of the trench 116. These insulating layer protection areas 115 may correspond to the insulating layer protection areas 115 in FIG. 1 described above. As such, the power semiconductor device 100 of the present embodiment includes insulating layer protection regions 115 surrounding the lower corner regions of the recess gates 120R, so that an electric field is applied to the corner portions of the recess gates 120R. It is possible to prevent dielectric breakdown of the gate insulating layer 118 in the corresponding area due to concentration.

본 실시예에서는, 설명의 편의를 위해, 웰 영역(110) 내에서도 절연층 보호 영역들(115)을 웰 영역(110)과 구분되게 표시하였으나, 웰 영역(110)과 절연층 보호 영역들(115)은 동일한 도전형의 불순물들을 포함하므로 웰 영역(110) 내에서는 절연층 보호 영역들(115)이 표시되지 않을 수도 있다.In this embodiment, for convenience of explanation, the insulating layer protection areas 115 are displayed separately from the well area 110 even within the well area 110. However, the well area 110 and the insulating layer protection areas 115 ) contains impurities of the same conductivity type, so the insulating layer protection regions 115 may not be displayed within the well region 110 .

본 실시예에 따른 전력 반도체 소자(100)에서, 드리프트 영역(107)의 수직 부분들(107b)을 통해 전류가 흐르기 때문에, 절연층 보호 영역(115)이 형성되는 경우 전류 이동 경로가 좁아져 저항(JFET 저항)이 증가할 수 있다. 그러나, 본 실시예에 따른 전력 반도체 소자(100)에서는 드리프트 영역(107)과 슈퍼 정션을 형성하는 필라 영역(111)을 이용하여 JFET 저항을 감소시킬 수 있다. 예를 들어, 본 실시예에서는, 후술되는 도 10에서와 같이, 필라 영역(111)의 전하량과 드리프트 영역(107)의 전하량을 조절하여 JFET 저항을 감소시킬 수 있다.In the power semiconductor device 100 according to this embodiment, since current flows through the vertical portions 107b of the drift region 107, when the insulating layer protection region 115 is formed, the current movement path is narrowed and the resistance (JFET resistance) may increase. However, in the power semiconductor device 100 according to this embodiment, JFET resistance can be reduced by using the drift region 107 and the pillar region 111 forming a super junction. For example, in this embodiment, the JFET resistance can be reduced by adjusting the amount of charge in the pillar region 111 and the amount of charge in the drift region 107, as shown in FIG. 10, which will be described later.

도 10은 전력 반도체 소자의 깊이에 따른 전계 변화를 보여주는 그래프이다.Figure 10 is a graph showing the electric field change according to the depth of the power semiconductor device.

도 10을 참조하면, 필라 영역(111)의 전하량(Qp)을 드리프트 영역(107)의 전하량(Qn)보다 크게 하는 경우, 전력 반도체 소자(100)의 동작 시 최대 전기장이 필라 영역(111)의 바닥면과 동일 선상의 드리프트 영역(107)에 생기게 함으로써 항복 전압을 높일 수 있다. 도 10에서 A 위치와 B 위치 사이에서 전기장의 세기의 기울기는 필라 영역(111)의 전하량(Qp)을 조절하여 제어할 수 있다.Referring to FIG. 10, when the charge amount (Qp) of the pillar region 111 is made larger than the charge amount (Qn) of the drift region 107, the maximum electric field during operation of the power semiconductor device 100 is that of the pillar region 111. The breakdown voltage can be increased by forming the drift area 107 on the same line as the floor surface. In FIG. 10, the slope of the electric field intensity between positions A and B can be controlled by adjusting the charge amount (Qp) of the pillar region 111.

예를 들어, 필라 영역(111)의 제 2 도전형의 불순물의 도핑 농도를 드리프트 영역(107)의 제 1 도전형의 불순물의 도핑 농도보다 높게 하여, 필라 영역(111)의 전하량(Qp)을 드리프트 영역(107)의 전하량(Qn)보다 크게 함으로써 전력 반도체 소자(100)의 내압 특성을 향상시켜 JFET 저항을 감소시킬 수 있다.For example, the doping concentration of impurities of the second conductivity type in the pillar region 111 is made higher than the doping concentration of impurities of the first conductivity type in the drift region 107, so that the charge amount (Qp) of the pillar region 111 is By increasing the charge amount (Qn) of the drift region 107, the withstand voltage characteristics of the power semiconductor device 100 can be improved and the JFET resistance can be reduced.

도 11은 도 1의 구조가 적용된 본 발명의 다른 실시예에 따른 전력 반도체 소자의 구조를 개략적으로 보여주는 사시도이며, 도 12는 도 11에서 플레이트 게이트의 구조를 예시적으로 보여주는 수평 단면도이다.FIG. 11 is a perspective view schematically showing the structure of a power semiconductor device according to another embodiment of the present invention to which the structure of FIG. 1 is applied, and FIG. 12 is a horizontal cross-sectional view exemplarily showing the structure of the plate gate in FIG. 11.

본 실시예에 따른 전력 반도체 소자(100a)는 도 5 내지 도 9의 전력 반도체 소자(100)에서의 일부 구조가 변형된 것으로서, 중복된 구조에 대한 설명은 생략된다.The power semiconductor device 100a according to this embodiment is a partial structure modified from the power semiconductor device 100 of FIGS. 5 to 9, and description of the overlapping structure is omitted.

도 11 및 도 12를 참조하면, 본 실시예의 전력 반도체 소자(100a)에서는 플레이트 게이트(120P′)가 하나의 평판 형태로 형성되지 않고, 도 12에서와 같이, 분리된 형태로 형성될 수 있다.Referring to FIGS. 11 and 12 , in the power semiconductor device 100a of this embodiment, the plate gate 120P′ is not formed in the form of a single plate, but may be formed in a separated form as shown in FIG. 12 .

예를 들어, 상술한 도 5에서의 플레이트 게이트(120P)는 드리프트 영역(107)의 수직 부분(107b) 및 수직 부분(107b)의 양측에 있는 채널 영역들(110a)과 소오스 영역들(112)을 모두 덮는 하나의 평판 형태로 형성되었으나, 본 실시예의 플레이트 게이트(120P′)는 드리프트 영역(107)의 수직 부분(107b) 위에는 게이트 전극층이 형성되지 않는 형태로 형성될 수 있다. 즉, 게이트 전극층(120)은 드리프트 영역(107)의 수직 부분(107b)에 대해서는 수직 부분(107b)의 양측벽에만 리세스 게이트(120R)가 존재하는 형태가 되고, 채널 영역들(110a)과 소오스 영역들(112)에 대해서는 리세스 게이트(120R)와 플레이트 게이트(120P′)가 “∩” 형태로 채널 영역들(110a)과 소오스 영역들(112)의 3면을 감싸는 형태가 될 수 있다.For example, the plate gate 120P in FIG. 5 described above has a vertical portion 107b of the drift region 107 and channel regions 110a and source regions 112 on both sides of the vertical portion 107b. Although it is formed in the form of a single plate that covers all of the plate gate 120P' of this embodiment, the gate electrode layer may not be formed on the vertical portion 107b of the drift region 107. That is, the gate electrode layer 120 has a recess gate 120R present only on both sides of the vertical portion 107b of the drift region 107, and the channel regions 110a and For the source regions 112, the recess gate 120R and the plate gate 120P′ may be in a “∩” shape surrounding three sides of the channel regions 110a and the source regions 112. .

이처럼, 본 실시예에서는 드리프트 영역(107)의 수직 부분(107b) 위에는 전극 물질(게이트 전극층)을 형성하지 않음으로써, 그러한 전극 물질에 의한 기생캐패시턴스를 감소시킬 수 있다.As such, in this embodiment, by not forming an electrode material (gate electrode layer) on the vertical portion 107b of the drift region 107, the parasitic capacitance caused by the electrode material can be reduced.

도 13은 도 1의 구조가 적용된 본 발명의 다른 실시예에 따른 전력 반도체 소자의 구조를 개략적으로 보여주는 사시도이다.Figure 13 is a perspective view schematically showing the structure of a power semiconductor device according to another embodiment of the present invention to which the structure of Figure 1 is applied.

본 실시예에 따른 전력 반도체 소자(100b)는 도 5 내지 도 9의 전력 반도체 소자(100)에서의 일부 구조가 변형된 것으로서, 중복된 구조에 대한 설명은 생략된다.The power semiconductor device 100b according to this embodiment is a partial structure modified from the power semiconductor device 100 of FIGS. 5 to 9, and description of the overlapping structure is omitted.

도 13을 참조하면, 본 실시예의 전력 반도체 소자(100b)에서는 소오스 영역들(112′)이 드리프트 영역(107)의 수직 부분들(107b)과 접하도록 형성될 수 있다. 소오스 영역들(112′)은 소오스 영역들(112)과 동일하게 제 1 도전형 불순물들을 포함할 수 있다.Referring to FIG. 13, in the power semiconductor device 100b of this embodiment, source regions 112' may be formed to contact vertical portions 107b of the drift region 107. The source regions 112 ′ may include first conductivity type impurities in the same manner as the source regions 112 .

실리콘 카바이드의 반도체층(105) 구조에서는, 게이트 절연층(118)에 탄소 클러스터가 형성되면서 발생되는 음전하들(negative charges)로 인해 전류 이동 경로에 포텐셜 장벽이 형성됨으로써 전류의 이동이 차단된다. 이에 따라, 본 실시예에서와 같이, 소오스 영역들(112′)이 드리프트 영역(107)의 수직 부분들(107b)과 접하도록 형성되더라고, 게이트 전극층(120)에 동작 전압이 인가되어야만 전류의 흐름을 허용하는 축적 채널(accumulation channel)이 형성될 수 있다. 이때, 동작 전압은 도 5에서의 채널 영역(110a)에 반전 채널을 형성하기 위한 동작 전압 전압보다 크게 낮을 수 있다.In the structure of the semiconductor layer 105 of silicon carbide, a potential barrier is formed in the current movement path due to negative charges generated as carbon clusters are formed in the gate insulating layer 118, thereby blocking the movement of current. Accordingly, as in the present embodiment, even if the source regions 112' are formed to contact the vertical portions 107b of the drift region 107, current flows only when an operating voltage is applied to the gate electrode layer 120. An accumulation channel may be formed that allows. At this time, the operating voltage may be significantly lower than the operating voltage for forming an inverted channel in the channel region 110a in FIG. 5.

본 실시예의 전력 반도체 소자(100b)에서도 플레이트 게이트(120P)는 도 11에서와 같은 형태로 형성될 수 있다.In the power semiconductor device 100b of this embodiment, the plate gate 120P may be formed in the same shape as in FIG. 11.

도 14는 도 1의 구조가 적용된 본 발명의 다른 실시예에 따른 전력 반도체 소자의 구조를 보여주는 개략적인 사시도이다. 도 15는 도 14에서 E-E′ 절취선을 따라 절단된 구조를 예시적으로 보여주는 수평 단면도이며, 도 16 및 도 17은 각각 도 15에서 F-F′, G-G′ 절취선을 따라 절단된 구조를 예시적으로 보여주는 수직 단면도이다.Figure 14 is a schematic perspective view showing the structure of a power semiconductor device according to another embodiment of the present invention to which the structure of Figure 1 is applied. Figure 15 is a horizontal cross-sectional view exemplarily showing the structure cut along the E-E' cutting line in Figure 14, and Figures 16 and 17 are vertical cross-sectional views exemplarily showing the structure cut along the F-F' and G-G' cutting lines in Figure 15, respectively. This is a cross-sectional view.

본 실시예에 따른 전력 반도체 소자(100c)는 도 5의 전력 반도체 소자(100)를 이용하거나 일부 변형한 것이며, 따라서 중복된 설명은 생략된다.The power semiconductor device 100c according to this embodiment uses or partially modifies the power semiconductor device 100 of FIG. 5, and therefore redundant description is omitted.

도 14 내지 도 17을 참조하면, 전력 반도체 소자(100c)는 적어도 하나의 게이트 영역(GR1, GR2) 및 콘택 영역(CR)을 포함할 수 있다.Referring to FIGS. 14 to 17 , the power semiconductor device 100c may include at least one gate region GR1 and GR2 and a contact region CR.

게이트 영역들(GR1, GR2)은 게이트 전극층(120)을 포함하는 영역으로, 상술한 도 5, 도 11 또는 도 13의 구조를 포함할 수 있다. 도 14에는 게이트 영역들(GR1, GR2)이 도 5의 구조를 포함하는 실시예가 도시되어 있다. 따라서, 게이트 영역들(GR1, GR2)에 대한 구체적인 설명은 생략한다.The gate regions GR1 and GR2 are regions including the gate electrode layer 120 and may include the structure of FIG. 5, 11, or 13 described above. FIG. 14 shows an embodiment in which the gate regions GR1 and GR2 include the structure of FIG. 5 . Therefore, detailed description of the gate regions GR1 and GR2 will be omitted.

콘택 영역(CR)은 게이트 영역들(GR1, GR2)의 소오스 영역들(112)을 소오스 전극층(140)과 연결시키기 위한 영역으로, 게이트 영역들(SR1, SR2)의 일측에 위치할 수 있다. 콘택 영역(CR)은 드리프트 영역(107a), 웰 영역(110), 필라 영역(111), 소오스 콘택 영역(112a), 웰 콘택 영역(114) 및 소오스 전극층(140)을 포함할 수 있다.The contact region CR is an area for connecting the source regions 112 of the gate regions GR1 and GR2 with the source electrode layer 140, and may be located on one side of the gate regions SR1 and SR2. The contact region CR may include a drift region 107a, a well region 110, a pillar region 111, a source contact region 112a, a well contact region 114, and a source electrode layer 140.

콘택 영역(CR)의 드리프트 영역(107a), 웰 영역(110) 및 필라 영역(111)은 각각 게이트 영역들(GR1, GR2)의 드리프트 영역(107a), 웰 영역(110) 및 필라 영역(111)과 일체형으로 형성될 수 있다. 즉, 설명의 편의를 위해 게이트 영역들(GR1, GR2)과 콘택 영역(CR)의 드리프트 영역(107a), 웰 영역(110) 및 필라 영역(111)을 구분하였으나, 이들은 각각 일체형으로 된 하나의 영역으로 형성될 수 있다.The drift region 107a, the well region 110, and the pillar region 111 of the contact region CR are the drift region 107a, the well region 110, and the pillar region 111 of the gate regions GR1 and GR2, respectively. ) can be formed integrally with. That is, for convenience of explanation, the gate regions (GR1, GR2), the drift region (107a), the well region (110), and the pillar region (111) of the contact region (CR) are divided, but each of them is an integrated unit. It can be formed into areas.

소오스 콘택 영역(112a)은 소오스 영역들(112)을 소오스 전극층(140)과 연결시키기 위한 영역이다. 소오스 콘택 영역(112a)은 Y 방향으로 게이트 영역들(GR1, GR2)의 일측에 위치할 수 있으며, 소오스 영역들(112)과 일체형으로 형성될 수 있다. 예를 들어, 소오스 영역들(112)은 콘택 영역(CR)까지 연장될 수 있으며, 연장된 소오스 영역들(112)은 리세스 게이트들(120R)의 외측에서 일체형으로 공통 연결될 수 있다. 이때, 일체형으로 공통 연결된 영역 중 콘택 영역(CR)에 있는 영역이 소오스 콘택 영역(112a)이 될 수 있다. 따라서, 소오스 콘택 영역(112a)은 소오스 영역들(112)의 일부일 수 있으며, 소오스 영역들(112)은 소오스 콘택 영역(112a)을 통해 소오스 전극층(140)과 전기적으로 연결될 수 있다.The source contact area 112a is an area for connecting the source areas 112 and the source electrode layer 140. The source contact region 112a may be located on one side of the gate regions GR1 and GR2 in the Y direction and may be formed integrally with the source regions 112. For example, the source regions 112 may extend to the contact region CR, and the extended source regions 112 may be integrally connected to the outside of the recess gates 120R. At this time, an area in the contact area CR among the areas connected in an integrated manner may become the source contact area 112a. Accordingly, the source contact region 112a may be a part of the source regions 112, and the source regions 112 may be electrically connected to the source electrode layer 140 through the source contact region 112a.

소오스 콘택 영역(112a) 내에는 웰 콘택 영역(114)이 형성될 수 있다. 예를 들어, 웰 콘택 영역(114)은 웰 영역(110)으로부터 소오스 콘택 영역(112)을 관통하도록 연장될 수 있다. 웰 콘택 영역(114)은 하나 또는 복수로 소오스 콘택 영역(112a) 내에 형성될 수 있다. A well contact area 114 may be formed within the source contact area 112a. For example, the well contact region 114 may extend from the well region 110 to penetrate the source contact region 112 . One or more well contact regions 114 may be formed in the source contact region 112a.

웰 콘택 영역(114)은 제 2 도전형의 불순물들을 포함할 수 있다. 웰 콘택 영역(114)은 소오스 전극층(140)과 연결 시 접촉 저항을 낮추기 위하여 웰 영역(110)보다 제 2 도전형의 불순물들이 더 고농도로 주입될 수 있다. 예를 들어, 웰 콘택 영역(114)은 P+ 영역일 수 있다.The well contact region 114 may include impurities of the second conductivity type. Impurities of the second conductivity type may be injected into the well contact region 114 at a higher concentration than the well region 110 in order to lower contact resistance when connected to the source electrode layer 140. For example, the well contact region 114 may be a P+ region.

콘택 영역(CR)의 소오스 전극층(140)은 게이트 영역들(GR1, GR2)의 소오스 전극층(140)과 일체형으로 연결되게 형성될 수 있다. 소오스 전극층(140)은 소오스 콘택 영역(112a) 및 웰 콘택 영역(114)에 공통으로 연결될 수 있다.The source electrode layer 140 of the contact region CR may be formed to be integrally connected to the source electrode layer 140 of the gate regions GR1 and GR2. The source electrode layer 140 may be commonly connected to the source contact area 112a and the well contact area 114.

게이트 영역들(GR1, GR2)의 플레이트 게이트(120P)는 Y 방향으로 게이트 영역들(GR1, GR2)과 콘택 영역(CR)의 경계 영역까지 연장되게 형성될 수 있다. 예를 들어, 도 17에서와 같이, 플레이트 게이트(120P)는 리세스 게이트들(120R) 보다 Y 방향으로 콘택 영역(CR)에 더 가깝게 연장되게 형성될 수 있다. 리세스 게이트들(120R)은 Y 방향으로 드리프트 영역(107)의 수직 부분(107b)을 관통하면서 웰 영역(110)의 일부 영역까지 연장되게 형성될 수 있다.The plate gate 120P of the gate regions GR1 and GR2 may be formed to extend in the Y direction to the boundary area between the gate regions GR1 and GR2 and the contact region CR. For example, as shown in FIG. 17 , the plate gate 120P may be formed to extend closer to the contact region CR in the Y direction than the recess gates 120R. The recess gates 120R may be formed to extend to a portion of the well region 110 while penetrating the vertical portion 107b of the drift region 107 in the Y direction.

리세스 게이트들(120R) 사이에 형성된 소오스 영역들(112)은 소오스 콘택 영역(112a)에 공통 연결될 수 있다. 드리프트 영역(107)의 수직 부분(107b)에는 리세스 게이트들(120R) 각각의 하부 코너 영역(lower corner portion)을 감싸는 절연층 보호 영역들(115)이 형성될 수 있다.The source regions 112 formed between the recess gates 120R may be commonly connected to the source contact region 112a. Insulating layer protection regions 115 surrounding the lower corner portions of each of the recess gates 120R may be formed in the vertical portion 107b of the drift region 107 .

도 14 내지 도 17에서는 소오스 콘택 영역(112a) 및 웰 콘택 영역(114)이 드리프트 영역(107)의 수직 부분들(107b)의 일측에만 형성된 것으로 도시되었으나, 소오스 영역(112) 및 웰 영역(110)이 복수의 영역들로 분리된 경우, 소오스 콘택 영역(112a) 및 웰 콘택 영역(114)은 그 각각의 영역에 형성될 수 있다. 예를 들어, 수직 부분(107b)을 기준으로 양측에 있는 소오스 영역들(112)이 서로 전기적으로 연결되고 웰 영역들(110)이 서로 전기적으로 연결되는 경우에는, 도 14에서와 같이, 콘택 영역(CR)이 수직 부분(107b)의 일측에만 형성될 수 있다. 반면에, 수직 부분(107b)을 기준으로 양측에 있는 소오스 영역들(112)이 서로 전기적으로 분리되고 웰 영역들(110)이 서로 전기적으로 분리되는 경우에는, 콘택 영역(CR)은 수직 부분(107b)의 양측에 각각 형성될 수 있다.14 to 17 , the source contact region 112a and the well contact region 114 are shown as being formed only on one side of the vertical portions 107b of the drift region 107, but the source region 112 and the well region 110 ) is divided into a plurality of regions, the source contact region 112a and the well contact region 114 may be formed in each region. For example, when the source regions 112 on both sides of the vertical portion 107b are electrically connected to each other and the well regions 110 are electrically connected to each other, as shown in FIG. 14, the contact region (CR) may be formed only on one side of the vertical portion 107b. On the other hand, when the source regions 112 on both sides of the vertical portion 107b are electrically separated from each other and the well regions 110 are electrically separated from each other, the contact region CR is the vertical portion ( It can be formed on both sides of 107b).

도 14에서의 전력 반도체 소자(100c)는 2개의 게이트 영역들(GR1, GR2) 및 게이트 영역들(GR1, GR2) 사이에 형성된 하나의 콘택 영역(CR)을 포함함으로써 하나의 콘택 영역(CR)이 2개의 게이트 영역들(GR1, GR2)에 공통 연결되도록 하고 있다. 그러나, 전력 반도체 소자(100b)는 하나의 게이트 영역(GR1 또는 GR2) 및 그 일측에 형성된 하나의 콘택 영역(CR)을 포함할 수도 있다. 이때, 콘택 영역(CR)은 Y 방향 또는 X 방향으로 게이트 영역(GR1 또는 GR2)의 일측에 형성될 수 있다.The power semiconductor device 100c in FIG. 14 includes two gate regions GR1 and GR2 and one contact region CR formed between the gate regions GR1 and GR2, thereby forming one contact region CR. It is commonly connected to these two gate regions (GR1, GR2). However, the power semiconductor device 100b may include one gate region (GR1 or GR2) and one contact region (CR) formed on one side thereof. At this time, the contact region CR may be formed on one side of the gate region GR1 or GR2 in the Y or X direction.

또한, 전력 반도체 소자(100b)는 복수의 게이트 영역들 및 게이트 영역들 사이에 위치하는 복수의 콘택 영역들을 포함할 수도 있다. 예를 들어, 전력 반도체 소자(100b)는 Y 방향을 따라 일정 간격 이격되게 배치되는 3개 이상의 복수의 게이트 영역들 및 인접한 게이트 영역들 사이에 하나씩 형성되는 복수의 콘택 영역들을 포함할 수 있다. 이때, 인접한 게이트 영역들과 그 사이에 형성되는 콘택 영역의 구조는 상술한 도 14 내지 도 17의 구조와 동일할 수 있다.Additionally, the power semiconductor device 100b may include a plurality of gate regions and a plurality of contact regions located between the gate regions. For example, the power semiconductor device 100b may include three or more gate regions arranged at regular intervals along the Y direction and a plurality of contact regions formed one by one between adjacent gate regions. At this time, the structure of adjacent gate regions and the contact region formed between them may be the same as the structure of FIGS. 14 to 17 described above.

또한, 게이트 영역들(GR1, GR2)의 플레이트 게이트들(120P)은 도 11에서와 같은 형태로 형성될 수 있다.Additionally, the plate gates 120P of the gate regions GR1 and GR2 may be formed in the same shape as shown in FIG. 11 .

도 18 내지 도 22는 도 5의 전력 반도체 소자를 제조하는 방법을 개략적으로 보여주는 사시도들이다.Figures 18 to 22 are perspective views schematically showing a method of manufacturing the power semiconductor device of Figure 5.

도 18을 참조하면, 실리콘 카바이드(SiC)의 반도체층(105)에 제 1 도전형을 갖는 드리프트 영역(107′)을 형성할 수 있다. 예를 들어, 드리프트 영역(107′)은 제 1 도전형을 갖는 드레인 영역(102) 위에 형성될 수 있다. 일부 실시예에서, 드레인 영역(102)은 제 1 도전형의 기판으로 제공되고, 드리프트 영역(107′)은 이러한 기판 위에 하나 또는 그 이상의 에피택셜층으로 형성될 수 있다.Referring to FIG. 18, a drift region 107' having a first conductivity type may be formed in the semiconductor layer 105 of silicon carbide (SiC). For example, drift region 107' may be formed over drain region 102 having a first conductivity type. In some embodiments, the drain region 102 may be provided as a substrate of a first conductivity type, and the drift region 107' may be formed as one or more epitaxial layers on such a substrate.

다음에 도 19를 참조하면, 드리프트 영역(107′)에 제 2 도전형의 불순물들이 주입됨으로써 웰 영역(110)과 필라 영역(111)이 형성될 수 있다. 예를 들어, 드리프트 영역(107′) 위에 웰 영역(110)이 형성될 영역을 오픈시키는 마스크 패턴(포토레지스트막 패턴)(미도시)을 형성한 후 드리프트 영역(107′)에 일정 깊이만큼 제 2 도전형의 불순물들을 주입함으로써 수직 부분(107b) 및 웰 영역(110)이 형성될 수 있다.Next, referring to FIG. 19 , the well region 110 and the pillar region 111 may be formed by implanting impurities of the second conductivity type into the drift region 107′. For example, after forming a mask pattern (photoresist film pattern) (not shown) to open the area where the well area 110 will be formed on the drift area 107', the mask pattern (photoresist film pattern) (not shown) is formed on the drift area 107' to a certain depth. The vertical portion 107b and the well region 110 may be formed by implanting impurities of type 2 conductivity.

웰 영역(110)은 수직 부분(107b)의 적어도 일측에 형성될 수 있다. 예를 들어, 웰 영역(110)은 Y 방향으로 수직 부분(107b)의 양측에 형성되거나 수직 부분(107b)을 둘러싸도록 형성될 수 있다.The well region 110 may be formed on at least one side of the vertical portion 107b. For example, the well region 110 may be formed on both sides of the vertical portion 107b in the Y direction or may be formed to surround the vertical portion 107b.

이어서, 웰 영역(110) 아래의 드리프트 영역(107′)에 제 2 도전형의 불순물들이 주입됨으로써 필라 영역(111)이 형성될 수 있다. 예를 들어, 웰 영역(110) 형성시 사용된 마스크 패턴을 제거하고 드리프트 영역(107′) 위에 필라 영역(111)을 정의하는 마스크 패턴(미도시)을 형성한 후 웰 영역(110)의 아래에 제 2 도전형의 불순물들을 주입함으로써 필라 영역(111)이 형성될 수 있다. 이때, 필라 영역(111)은 그 아래에 일정 두께의 드리프트 영역(107a)이 존재하도록 형성될 수 있다. 이처럼, 제 2 도전형의 필라 영역(111)이 하부면 및 측면이 각각 드리프트 영역(107)의 수평 부분(107a) 및 수직 부분(107b)과 접하도록 형성됨으로써 슈퍼 정션이 형성될 수 있다. 필라 영역(111)은 상부면이 웰 영역(110)과 접하도록 형성될 수 있다.Subsequently, impurities of the second conductivity type may be injected into the drift region 107′ below the well region 110 to form the pillar region 111. For example, the mask pattern used when forming the well region 110 is removed and a mask pattern (not shown) defining the pillar region 111 is formed above the drift region 107′ and then formed below the well region 110. The pillar region 111 may be formed by injecting impurities of the second conductivity type. At this time, the pillar area 111 may be formed so that a drift area 107a of a certain thickness exists below it. In this way, a super junction can be formed by forming the second conductivity type pillar region 111 so that its lower and side surfaces are in contact with the horizontal portion 107a and the vertical portion 107b of the drift region 107, respectively. The pillar region 111 may be formed such that its upper surface is in contact with the well region 110 .

상술한 실시예에서는 웰 영역(110)이 먼저 형성되고 그 아래에 필라 영역(111)을 형성하는 경우를 설명하였으나, 반대로 필라 영역(111)이 먼저 형성되고 그 위에 웰 영역(110)이 형성될 수도 있다. In the above-described embodiment, the case where the well region 110 is formed first and the pillar region 111 is formed below it has been described. However, on the contrary, the pillar region 111 may be formed first and the well region 110 may be formed thereon. It may be possible.

이어서, 웰 영역(110) 내에 제 1 도전형을 갖는 소오스 영역(112″)이 형성될 수 있다. 예를 들어, 웰 영역(110) 내에 제 1 도전형의 불순물들이 주입됨으로써 소오스 영역(112″)이 형성될 수 있다. 소오스 영역(112″)은 실질적으로 반도체층(105)의 표면으로부터 일정 깊이로 형성될 수 있으며, X 방향으로 길게 연장되는 바(bar) 형태로 형성될 수 있다. 소오스 영역(112″)은 수직 부분(107b)과 일정 거리 이격되게 형성될 수 있다. 이때, 웰 영역(110) 영역에서 소오스 영역(112″)과 수직 부분(107b) 사이의 영역이 채널 영역(110a′)이 될 수 있다. 또는 소오스 영역(112″)은, 도 13에서와 같이, 수직 부분(107b)과 접하도록 형성될 수 있다.Subsequently, a source region 112″ having a first conductivity type may be formed in the well region 110. For example, the source region 112″ may be formed by implanting impurities of the first conductivity type into the well region 110. The source region 112″ may be formed substantially at a certain depth from the surface of the semiconductor layer 105 and may be formed in a bar shape extending long in the X direction. The source region 112″ may be formed to be spaced apart from the vertical portion 107b by a certain distance. At this time, the area between the source area 112″ and the vertical portion 107b in the well area 110 may be the channel area 110a′. Alternatively, the source region 112″ may be formed to contact the vertical portion 107b, as shown in FIG. 13 .

다음에 도 20을 참조하면, 반도체층(105) 위에 게이트용 트렌치가 형성될 영역을 오픈시키는 마스크 패턴(미도시)을 형성한 후 그 마스크 패턴을 이온주입 배리어막으로 사용하여 반도체층(105)에 제 2 도전형의 불순물을 주입함으로써 희생 불순물 영역(115′)이 형성될 수 있다. 예를 들어, 상술한 도 2에서와 같은 방법으로 반도체층(105)에 제 2 도전형의 불순물을 주입함으로써, 희생 불순물 영역(115′)은 하부 영역의 폭이 후속 공정에서 생성될 트렌치의 폭보다 큰 벌브 형태로 형성될 수 있다.Next, referring to FIG. 20, a mask pattern (not shown) is formed on the semiconductor layer 105 to open the area where the gate trench will be formed, and then the mask pattern is used as an ion implantation barrier film to form the semiconductor layer 105. A sacrificial impurity region 115' may be formed by injecting impurities of the second conductivity type. For example, by injecting impurities of the second conductivity type into the semiconductor layer 105 in the same manner as in FIG. 2 described above, the width of the lower region of the sacrificial impurity region 115′ is the width of the trench to be created in a subsequent process. It can be formed into a larger bulb shape.

다음에 도 21을 참조하면, 상술한 도 20에서 이온주입 배리어로 사용된 마스크 패턴을 식각 배리어막으로 사용하여 반도체층(105)을 일정 깊이만큼 식각함으로써 트렌치들(116)을 형성할 수 있다.Next, referring to FIG. 21, trenches 116 can be formed by etching the semiconductor layer 105 to a certain depth using the mask pattern used as the ion implantation barrier in FIG. 20 described above as an etch barrier film.

이때, 트렌치(116)의 깊이는 희생 불순물 영역(115′)의 깊이보다 작게 형성된다. 즉, 희생 불순물 영역(115′)은 트렌치(116)에 의해 완전히 제거되지 않고, 트렌치(116)의 하부 영역을 감쌀 수 있는 정도만 잔존하게 된다. 이처럼, 본 실시예에서는 트렌치(116)를 형성하기 전에 먼저 절연층 보호 영역(115)을 형성하기 위한 불순물들을 주입하여 희생 불순물 영역(115′)을 형성하고 동일한 마스크 패턴을 이용하여 희생 불순물 영역(115′)을 일정 깊이만큼만 식각함으로써, 트렌치(116)의 하부 영역에만 절연층 보호 영역(115)이 형성되도록 할 수 있다.At this time, the depth of the trench 116 is formed to be smaller than the depth of the sacrificial impurity region 115'. That is, the sacrificial impurity region 115' is not completely removed by the trench 116, but remains only to an extent that covers the lower region of the trench 116. As such, in this embodiment, before forming the trench 116, impurities to form the insulating layer protection region 115 are first implanted to form the sacrificial impurity region 115′, and the sacrificial impurity region 115′ is formed using the same mask pattern. By etching 115' only to a certain depth, the insulating layer protection region 115 can be formed only in the lower region of the trench 116.

트렌치들(116)은 X 방향으로는 일정 간격 이격되게 배치되고, Y 방향으로는 수직 부분(107b) 및 수직 부분(107b)의 양측에 있는 채널 영역(110a′)과 소오스 영역(112″)을 가로지를 수 있는 길이로 연장되게 형성될 수 있다.The trenches 116 are arranged at regular intervals in the It can be formed to extend to a transverse length.

이러한 트렌치들(116)에 의해 채널 영역(110a′) 및 소오스 영역(112″)이 복수의 영역들로 분할됨으로써 복수의 채널 영역들(110a) 및 복수의 소오스 영역들(112)이 형성될 수 있다. 또한, 수직 부분(107b)도 트렌치들(116)에 의해 복수의 영역들로 분할될 수 있다. 트렌치들(116)에 의해 분할된 각각의 격벽 형태의 수직 부분(107b) 및 해당 수직 부분(107b)과 연결되는 채널 영역(110a)과 소오스 영역(112)이 전류의 이동 경로가 될 수 있다. 즉, 본 실시예의 전력 반도체 소자는 병렬 연결되는 복수의 전류 이동 경로들을 포함함으로써 한 번에 보다 많은 전류가 흐르도록 할 수 있다.The channel region 110a′ and the source region 112″ are divided into a plurality of regions by these trenches 116, thereby forming a plurality of channel regions 110a and a plurality of source regions 112. there is. Additionally, the vertical portion 107b may also be divided into a plurality of regions by trenches 116 . Each partition-shaped vertical portion 107b divided by the trenches 116 and the channel region 110a and source region 112 connected to the vertical portion 107b may serve as a path for current movement. That is, the power semiconductor device of this embodiment can allow more current to flow at once by including a plurality of current movement paths connected in parallel.

다음에 도 22를 참조하면, 트렌치들(116)의 바닥면 및 측면 상에 게이트 절연층(118)이 형성될 수 있다. 게이트 절연층(118)은 트렌치들(116)의 바깥 영역인 반도체층(105) 위에도 형성될 수 있다. 게이트 절연층(118)은 반도체층(105)을 산화시킨 산화물로 형성되거나 또는 반도체층(105) 상에 산화물 또는 질화물과 같은 절연물을 증착함으로써 형성될 수 있다.Next, referring to FIG. 22 , a gate insulating layer 118 may be formed on the bottom and sides of the trenches 116 . The gate insulating layer 118 may also be formed on the semiconductor layer 105 outside the trenches 116 . The gate insulating layer 118 may be formed of an oxide obtained by oxidizing the semiconductor layer 105, or may be formed by depositing an insulating material such as oxide or nitride on the semiconductor layer 105.

이어서, 트렌치들(116)이 매립되도록 게이트 절연층(118) 위에 게이트 전극층들(120R, 120P)이 형성될 수 있다. 예를 들어, 게이트 전극층(120R, 120P)은 트렌치들(116)에 매립되도록 형성된 리세스 게이트들(120R) 및 리세스 게이트들(120R)을 연결하면서 채널 영역들(110a)을 덮도록 반도체층(105) 위에 평판 형태로 형성된 플레이트 게이트(120P)를 포함할 수 있다. 이에 따라, 플레이트 게이트(120P)과 리세스 게이트(120R)는 “∩” 형태와 같이 드리프트 영역의 수직 부분들(107b), 소오스 영역들(112) 및 채널 영역들(110a)의 3면(상면과 양측면)을 둘러싸는 구조가 될 수 있다. 게이트 전극층(120)은 폴리실리콘에 불순물이 주입됨으로써 형성되거나 또는 도전성 금속 또는 금속 실리사이드를 포함하도록 형성될 수 있다.Subsequently, gate electrode layers 120R and 120P may be formed on the gate insulating layer 118 to fill the trenches 116. For example, the gate electrode layers 120R and 120P are a semiconductor layer to cover the channel regions 110a while connecting the recess gates 120R and the recess gates 120R formed to be buried in the trenches 116. (105) It may include a plate gate (120P) formed in the form of a plate on top. Accordingly, the plate gate 120P and the recess gate 120R have three sides (top surface) of the vertical portions 107b of the drift region, the source regions 112, and the channel regions 110a, like a “∩” shape. and both sides) can be a structure that surrounds the The gate electrode layer 120 may be formed by implanting impurities into polysilicon or may be formed to include a conductive metal or metal silicide.

리세스 게이트들(120R)의 하부 영역(lower portion)은 제 2 도전형의 절연층 보호 영역(115)에 의해 감싸지게 형성됨으로써 리세스 게이트들(120R)의 코너 부분에 전계가 집중되어 해당 영역의 게이트 절연층(118)이 절연 파괴되는 것을 방지할 수 있다. The lower portion of the recess gates 120R is formed to be surrounded by the second conductive type insulating layer protection region 115, so that the electric field is concentrated on the corner portion of the recess gates 120R and It is possible to prevent the gate insulating layer 118 from being insulated.

이어서, 플레이트 게이트(120P) 위에 층간 절연층(130)이 형성되고, 층간 절연층(130) 위에 소오스 전극층(140)이 형성될 수 있다. 예를 들어, 소오스 전극층(140)은 도전층, 예컨대 금속층을 포함할 수 있다.Subsequently, an interlayer insulating layer 130 may be formed on the plate gate 120P, and a source electrode layer 140 may be formed on the interlayer insulating layer 130. For example, the source electrode layer 140 may include a conductive layer, such as a metal layer.

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.The present invention has been described with reference to the embodiments shown in the drawings, but these are merely exemplary, and 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 attached patent claims.

100, 100a, 100b: 전력 반도체 소자
102: 드레인 영역
103, 105: 반도체층
107: 드리프트 영역
110: 웰 영역
111: 필라 영역
112: 소오스 영역
115: 절연층 보호 영역
118: 게이트 절연층
120: 게이트 전극층
130: 층간 절연층
140: 소오스 전극층
100, 100a, 100b: Power semiconductor device
102: drain area
103, 105: semiconductor layer
107: Drift area
110: well area
111: pillar area
112: Source area
115: Insulating layer protection area
118: Gate insulation layer
120: Gate electrode layer
130: Interlayer insulation layer
140: Source electrode layer

Claims (12)

제 1 도전형을 갖는 실리콘 카바이드(SiC)의 반도체층 위에 마스크 패턴을 형성하는 단계;
상기 마스크 패턴을 이온주입 배리어막으로 사용하여 상기 반도체층에 상기 제 1 도전형과 반대되는 제 2 도전형의 불순물들을 주입하여 희생 불순물 영역을 형성하는 단계;
상기 이온주입 배리어막으로 사용된 상기 마스크 패턴을 그대로 식각 배리어막으로 다시 사용하여 상기 희생 불순물 영역의 일부 영역을 식각하여 트렌치를 형성하는 단계; 및
상기 트렌치에 매립되는 게이트 전극층을 형성하는 단계를 포함하되,
상기 희생 불순물 영역에서 하부 영역의 폭은 상부 영역의 폭보다 넓게 형성되고, 상기 트렌치의 폭은 상기 희생 불순물 영역의 하부 영역의 폭보다 좁게 형성되는 전력 반도체 소자 제조 방법.
Forming a mask pattern on a semiconductor layer of silicon carbide (SiC) having a first conductivity type;
forming a sacrificial impurity region by implanting impurities of a second conductivity type opposite to the first conductivity type into the semiconductor layer using the mask pattern as an ion implantation barrier layer;
forming a trench by etching a portion of the sacrificial impurity region by reusing the mask pattern used as the ion implantation barrier film as an etch barrier film; and
Including forming a gate electrode layer buried in the trench,
A power semiconductor device manufacturing method wherein the width of the lower region of the sacrificial impurity region is formed to be wider than the width of the upper region, and the width of the trench is formed to be narrower than the width of the lower region of the sacrificial impurity region.
삭제delete 삭제delete 청구항 1에 있어서, 상기 트렌치를 형성하는 단계는
상기 희생 불순물 영역의 상부 영역은 제거되고 하부 영역은 잔존하도록 상기 희생 불순물 영역의 일부 영역을 식각하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 반도체 소자 제조 방법.
The method of claim 1, wherein forming the trench
A power semiconductor device manufacturing method comprising the step of etching a portion of the sacrificial impurity region so that an upper region of the sacrificial impurity region is removed and a lower region remains.
청구항 4에 있어서, 상기 트렌치를 형성하는 단계는
잔존하는 상기 희생 불순물 영역의 하부 영역이 상기 트렌치의 하부 영역을 감싸도록 상기 희생 불순물 영역의 일부 영역을 식각하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 반도체 소자 제조 방법.
The method of claim 4, wherein forming the trench
A power semiconductor device manufacturing method comprising the step of etching a portion of the sacrificial impurity region so that the remaining lower region of the sacrificial impurity region surrounds a lower region of the trench.
청구항 1에 있어서, 상기 트렌치를 형성하는 단계는
상기 트렌치의 바닥면이 상기 희생 불순물 영역의 바닥면보다 낮은 깊이가 되도록 상기 희생 불순물 영역의 일부 영역을 식각하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 반도체 소자 제조 방법.
The method of claim 1, wherein forming the trench
A power semiconductor device manufacturing method comprising the step of etching a portion of the sacrificial impurity region so that the bottom of the trench has a lower depth than the bottom of the sacrificial impurity region.
청구항 1에 있어서, 상기 게이트 전극층을 형성하는 단계는
상기 트렌치의 바닥면 및 측면 상에 게이트 절연층을 형성하는 단계; 및
상기 트렌치가 매립되도록 상기 게이트 절연층 위에 게이트 전극물질을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 반도체 소자 제조 방법.
The method according to claim 1, wherein forming the gate electrode layer
forming a gate insulating layer on the bottom and sides of the trench; and
A power semiconductor device manufacturing method comprising forming a gate electrode material on the gate insulating layer to fill the trench.
삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete
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