KR0173964B1 - Method of fabricating a power semiconductor device with latch-up control structure - Google Patents
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Abstract
본 발명은 래치업제어구조를 갖는 전력반도체장치의 제조방법에 관한 것으로서, 산화막패턴(15)을 마스크로 사용하고 상이한 에너지를 갖고 2회의 불순물이온을 주입하는 공정을 포함하여, 상기 산화막패턴의 창을 통해서는 깊이를 달리하는 래치업제어용 불순물주입층(20)과 소오스접합용 불순물주입층(22)을 형성하고 그리고 상기 산화막패턴(15)을 통해서는 오믹접촉용 불순물주입층(26)을 형성할 수 있다. 특히, 상기 래치업제어용 불순물주입층(20)과 상기 오믹접촉용 불순물주입층(26)은 1회의 이온주입공정에 의해 동시에 형성될 수 있어서, 고가의 장비를 사용하는 이온주입공정의 수를 줄일 수 있다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for manufacturing a power semiconductor device having a latch-up control structure, comprising using a oxide film pattern (15) as a mask and implanting two impurity ions with different energy. Through this, a latch-up control impurity injection layer 20 and a source junction impurity injection layer 22 having different depths are formed, and an ohmic contact impurity injection layer 26 is formed through the oxide film pattern 15. can do. In particular, the latch-up control impurity implantation layer 20 and the ohmic contact impurity implantation layer 26 may be simultaneously formed by one ion implantation process, thereby reducing the number of ion implantation processes using expensive equipment. Can be.
Description
제1도는 종래의 전력반도체장치의 구조를 보여주고 있는 단면도.1 is a cross-sectional view showing the structure of a conventional power semiconductor device.
제2a도 내지 제2i도는 종래의 제조방법으로 전력반도체장치를 제조하는 프로세스단계들을 보여주고 있는 단면도.2A to 2I are sectional views showing the process steps of manufacturing a power semiconductor device by a conventional manufacturing method.
제3a도 내지 제3h도는 본 발명의 실시예에 따른 방법으로 제2도에 도시된 전력반도체장치를 제조하는 프로세스단계들을 보여주고 있는 단면도.3A to 3H are cross-sectional views showing the process steps of manufacturing the power semiconductor device shown in FIG. 2 by the method according to the embodiment of the present invention.
제4a도와 제4b도는 제3도에 의해 제조된 전력반도체장치의 일부구조를 보여주고 있는 단면도와 반도체기판의 표면에서 수평방향으로 불순물주입영역들의 도펀트의 농도분포를 보여주고 있는 곡선을 도시한 도면.4A and 4B show a cross-sectional view showing a partial structure of the power semiconductor device manufactured by FIG. 3 and a curve showing a concentration distribution of dopants of impurity implantation regions in the horizontal direction on the surface of the semiconductor substrate. .
제5a도와 제5b도는 제3도에 의해 제조된 전력반도체장치의 일부구조를 보여주고 있는 단면도와 소오스영역에서 에피택셜층까지의 수직방향으로 불순물주입영역들의 도펀트의 농도분포를 보여주고 있는 곡선을 도시한 도면.5A and 5B are cross-sectional views showing a partial structure of the power semiconductor device manufactured by FIG. 3 and a curve showing the concentration distribution of dopants of impurity injection regions in the vertical direction from the source region to the epitaxial layer. Figure shown.
제6a도와 제6b도는 제3도에 의해 제조된 전력반도체장치의 일부구조를 보여주고 있는 단면도와 캐소드콘택영역에서 에피택셜층까지의 수직방향으로 불순물주입영역들의 도펀트의 농도분포를 보여주고 있는 곡선을 도시한 도면.6A and 6B are cross-sectional views showing a partial structure of the power semiconductor device manufactured by FIG. 3, and a curve showing the concentration distribution of dopants of impurity injection regions in the vertical direction from the cathode contact region to the epitaxial layer. Figure.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for main parts of the drawings
12 : 반도체기판 13 : 버퍼층12 semiconductor substrate 13 buffer layer
14 : 반도체층(에피택셜층) 15 : 게이트산화막14 semiconductor layer (epitaxial layer) 15 gate oxide film
16 : 게이트폴리실리콘막 19 : p-형 월영역16 gate polysilicon film 19 p - type wall region
24 : 래치업제어용 불순물영역 25 : 소오스접합영역24 impurity region for latch up control 25 source junction region
27 : 캐소드콘택영역 28 : 절연막27: cathode contact region 28: insulating film
29 : 금속전극29: metal electrode
본 발명은 전력반도체장치의 제조에 관한 것으로서, 구체적으로는 래치업(latch-up)을 제어하는 불순물주입구조를 갖는 전력반도체장치의 제조방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to the manufacture of power semiconductor devices, and more particularly, to a method of manufacturing a power semiconductor device having an impurity implantation structure for controlling latch-up.
공지된 바와 같이, 전력용 반도체장치들중 게이티드 트랜지스터(gated transistor), 특히 n채널의 게이티드 트랜지스터에 있어서는, 래치업현상이 동작 가능한 전류의 크기가 제한되는 주 원인으로서 작용한다.As is known, in gated transistors, especially n-channel gated transistors, among power semiconductor devices, latch-up works as a major cause of the limitation of the magnitude of the operable current.
즉, 다이리스터구조를 갖는 게이티드 트랜지스터에 있어서 p-웰(well)의 상부에 형성된 n+형 소오스접합영역의 아래로 흐르는 홀전류(hole current)가 커지게 되면, 상기 p-웰의 저항값에 의하여 상기 웰과 소오스접합영역과의 전압차가 발생하게 된다. 그 전압차가 일정한 값 이상이 되면 기생 npnp 다이리스터가 동작하게 된다. 이 다이리스터가 동작될 때, pnp 트랜지스터에 전류(electron current)가 공급되는 결과가 되어서 게이트전압을 차단하더라도 그 pnp 트랜지스터가 턴-오프(turn off)되지 않고, 오히려 그 pnp 트랜지스터를 통하여 전류가 더 증가하게 된다. 이러한 동작에 의해서 상기 게이티드 트랜지스터는 온도가 상승되어서 결국은 파괴된다. 이러한 일련의 과정이 래치업현상이다.That is, p in the gated transistor having a thyristor structure if the upper bottom hole current (hole current) flowing to the formed n + type source junction regions in the well (well) increases, the p-resistance of the well This causes a voltage difference between the well and the source junction region. When the voltage difference is higher than a certain value, the parasitic npnp thyristor operates. When this thyristor is operated, the result is that the pnp transistor is energized, and even if the gate voltage is cut off, the pnp transistor does not turn off, but rather the current flows through the pnp transistor. Will increase. This operation raises the temperature of the gated transistor and eventually destroys it. This series of processes is a latchup phenomenon.
상술한 래치업현상을 방지하기 위해서는 동작가능전류를 늘리는 것이 필요하다. 즉, n+형 소오스접합영역의 아래에 있는 p-웰영역의 저항을 가능한한 작게 하여서 그들 사이의 전압차를 감소되게 하는 것이 필수적이다. 이와 같이 저항을 줄이기 위한 시도가 여러 가지 있었고, 그중 가장 널리 사용하고 있는 구조가 p-웰영역내에 p+형 웰을 이온주입으로 형성하는 것으로서, 이러한 구조를 갖는 종래의 반도체장치가 제1도에 도시되어 있다.In order to prevent the latch-up phenomenon described above, it is necessary to increase the operable current. In other words, it is essential to make the resistance of the p − well region under the n + type source junction region as small as possible to reduce the voltage difference therebetween. There have been various attempts to reduce the resistance, and the most widely used structure is the formation of p + type wells by ion implantation in the p - well region, and a conventional semiconductor device having such a structure is shown in FIG. Is shown.
제1도를 참고하면, 양극(미도시됨)이 설치되는 고농도의 p+형 반도체기판(12)위에는 고농도의 n+형 버퍼층(13)이 형성되어 있고, 이 n+형 버퍼층(13)위에는 저농도의 n-형 반도체층(14)이 에피택셜성장에 의해 형성되어 있다. 상기 n-형 반도체층(14)상에 게이트산화막(15)을 사이에 끼운 채로 게이트폴리실리콘막(16)이 형성되어 있다. 또한 상기 게이트폴리실리콘막(16)의 사이에서 상기 n-형 반도체층(14)의 표면에는 불순물이온주입 및 열확산에 의해 p-웰영역(15)이 형성되고, 그리고 래치업이 발생되지 않도록 하기 위해 제공되는 고농도의 p+형 웰영역(30)이 불순물이온주입 및 열확산에 의해 p-웰영역(15)의 중앙부분을 관통하면서 상기 n-형 반도체층(14)의 일부분까지 연장되어 있다. 또한 소오스형성용 마스크를 사용하여 상기 p-형 웰영역(19)과 상기 p+형 웰영역(30)의 표면상에 n+형 소오스접합영역(25)이 형성되어 있고, 상기 n+형 소오스접합영역(25)의 일부와 상기 n+형 웰영역(30)의 표면상에 음극으로서 금속전극(29)이 형성되어 있다. 미설명부호 28은 상기 금속전극(29)과 상기 게이트폴리실리콘막(16)과의 전기적 절연을 위하여 제공되어 있는 PSG막(28)이다.Referring to FIG. 1, a positive electrode (not shown) formed on the high-concentration p + -type formed on the semiconductor substrate 12 and the high-concentration n + -type buffer layer 13 is formed on the n + -type buffer layer 13, which is installed The low concentration n − type semiconductor layer 14 is formed by epitaxial growth. The gate polysilicon film 16 is formed on the n − type semiconductor layer 14 with the gate oxide film 15 interposed therebetween. In addition, the p − well region 15 is formed on the surface of the n − type semiconductor layer 14 between the gate polysilicon layer 16 by impurity ion implantation and thermal diffusion, and the latch up does not occur. The high concentration p + type well region 30 provided for the purpose extends to a portion of the n − type semiconductor layer 14 while penetrating the central portion of the p − well region 15 by impurity ion implantation and thermal diffusion. In addition, an n + type source junction region 25 is formed on the surfaces of the p − type well region 19 and the p + type well region 30 using a source forming mask, and the n + type source. A metal electrode 29 is formed on the part of the junction region 25 and on the surface of the n + type well region 30 as a cathode. Reference numeral 28 is a PSG film 28 provided for electrical insulation between the metal electrode 29 and the gate polysilicon film 16.
상술한 구조를 갖는 게이티드 트랜지스터(gated transistor)는 상기 p-형 웰영역(19)를 관통하여 형성된 상기 p+형 웰영역(30)에 의해서 상기 소오스접합영역(25)의 아래에서 흐르는 전류의 크기를 제한할 수 있기 때문에, 즉 상기 p+웰영역(30)에 의해 저항이 작아지게 되기 때문에, 상기 소오스접합영역(25)과 상기 웰영역(19, 30)과의 전압차를 줄일 수 있어서 래치업을 개선시킬 수 있다.The gated transistor having the above-described structure is formed of the current flowing under the source junction region 25 by the p + type well region 30 formed through the p − type well region 19. Since the size can be limited, that is, the resistance becomes small by the p + well region 30, the voltage difference between the source junction region 25 and the well regions 19 and 30 can be reduced. Latch up can be improved.
그러나, 상술한 게이티드 트랜지스터의 제조방법에 있어서는, 상기 p+웰영역(30)을 형성하기 위해서는 각 셀마다 약 2-3㎛이상의 창(window)을 반도체기판상에 만들어주어야 하기 때문에, 마스크의 제작이 필요하게 되고 또한 그로 인하여 칩사이즈(chip size)가 커지게 되는 문제점이 있었다. 또한 마스크제작에 따른 추가의 공정들이 실행되어야 하기 때문에 상술한 게이티드 트랜지스터의 제조공정들이 복잡하게 되는 문제점도 있었다.However, in the method of manufacturing the gated transistor described above, in order to form the p + well region 30, a window of about 2-3 mu m or more must be formed on the semiconductor substrate for each cell. There is a problem in that manufacturing is required and thereby the chip size (chip size) becomes large. In addition, there is a problem that the manufacturing process of the gated transistor described above is complicated because additional processes according to the mask fabrication have to be performed.
이러한 문제점들을 해결하기 위해 새로운 구조를 갖는 전력반도체장치 및 그의 제조방법이 본 발명자에 의해서 개발되었고 1996년 3월 15일자로 이미 출원되어 있다(특허출원번호 96-6994호).In order to solve these problems, a power semiconductor device having a new structure and a manufacturing method thereof have been developed by the present inventors and already filed on March 15, 1996 (Patent Application No. 96-6994).
상술한 전력반도체장치의 제조방법에 따른 공정들은 제2a도 내지 제2i도에 도시되어 있다.Processes according to the above-described method for manufacturing a power semiconductor device are shown in FIGS. 2A to 2I.
제2a도 내지 제2i도는 본 발명의 실시예에 따른 제2도의 전력반도체장치의 제조방법을 보여주고 있는 단면도이고, 제2도에 도시된 구성요소와 동일한 기능을 갖는 구성요소에 대해서는 동일한 참조번호를 병기한다.2A to 2I are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing the power semiconductor device of FIG. 2 according to an embodiment of the present invention, and the same reference numerals are used for components having the same functions as those shown in FIG. Staging.
제2a도를 참조하면, 고농도의 p+형 반도체기판(12)상에는 인(P: phosphorous)을 도펀트(dopant)로 하여 고농도이면서 두께가 얇은 n+형 버퍼층(13)이 에피택셜성장에 의해 형성된다. 또한, 상기 n+형 버퍼층(13)상에는 인(P)을 도펀트로 하는 저농도의 n-형 반도체층(14)이 에피택셜성장에 의해 형성된다.Referring to FIG. 2A, on the high concentration p + type semiconductor substrate 12, phosphorus (P) is used as a dopant, and a high concentration and thin n + type buffer layer 13 is formed by epitaxial growth. do. Further, on the n + type buffer layer 13, a low concentration n − type semiconductor layer 14 having phosphorus (P) as a dopant is formed by epitaxial growth.
이어 상기 n-형 반도체층(14)상에, 산화막과 폴리실리콘막 및 감광막을 차례로 형성하고, 게이트형성용 마스크를 사용하는 잘 알려진 사진공정에 의해 상기 감광막을 패터닝하여 웰영역을 정의한다. 상기 감광막의 패터닝에 의해서 형성된 감광막패턴(17)을 게이트형성용 마스크로 사용하는 식각공정에 의해, 제2b도에 도시된 바와 같이, 상기 폴리실리콘막과 산화막이 차례로 제거되어서 상기 반도체층(14)상에 게이트산화막(15)과 게리트폴리실리콘막(16)이 형성된다.Subsequently, an oxide film, a polysilicon film, and a photosensitive film are sequentially formed on the n − type semiconductor layer 14, and the photoresist film is patterned by a well-known photographic process using a gate forming mask to define a well region. By the etching process using the photoresist pattern 17 formed by patterning the photoresist as a gate forming mask, as shown in FIG. 2B, the polysilicon film and the oxide film are sequentially removed to form the semiconductor layer 14. The gate oxide film 15 and the gerrit polysilicon film 16 are formed on the substrate.
상기 게이트폴리실리콘막(16)은 게이트전극으로서 기능하기 위해서는 도전성을 가져야 하는 데, 이 기술분야에서 잘 알려진 인시튜(in-situ)기술에 의해 형성될 수 있고, 또한 폴리실리콘막의 도포후 뒤따르는 불순물주입에 의해 형성될 수 있다.The gate polysilicon film 16 must be conductive in order to function as a gate electrode, which can be formed by in-situ techniques well known in the art, and is also followed by the application of the polysilicon film. It may be formed by impurity injection.
상기 감광막패턴(17)의 제거후, 상기 게이트폴리실리콘막(16)을 웰형성용 마스크로 사용하여 저농도의 p-형 불순물이온을 주입하면, 제2c도에 도시된 바와 같이, 상기 반도체층(14)내에 불순물이온들이 주입되어 형성된 p-형 불순물주입층(18)이 형성된다. 이어 열확산공정을 실행하여 상기 p-형 불순물주입층(18)이 확산되어서 p-형 웰(19)이 제2d도에 도시된 바와 같이 형성된다.After removal of the photoresist pattern 17, a low concentration of p − -type impurity ions are implanted using the gate polysilicon layer 16 as a mask for forming a well, and as shown in FIG. 2C, the semiconductor layer ( A p − type impurity implantation layer 18 formed by implanting impurity ions into 14 is formed. Subsequently, a thermal diffusion process is performed to diffuse the p − type impurity implantation layer 18 so that a p − type well 19 is formed as shown in FIG. 2D.
한편, 도면에서는 도시되어 있지 않지만, 제2b도에 도시된 바와 같이 상기 식각공정에서 폴리실리콘막만을 제거하여 패턴화된 게이트폴리실리콘막(16)을 형성한 다음, 즉 그 폴리실리콘막의 하부막인 산화막을 제거하지 않은 다음, 이온주입공정을 실행하여 상기 불순물주입층(18)을 형성할 수 있다. 이 경우, 상기 반도체층(14)의 표면이 상기 이온주입공정이 실행된다 하더라도 손상받지 않게 된다. 이어서, 상기 게이트폴리실리콘막(16)에 의해서 노출된 산화막을 제거하여 게이트산화막(15)을 형성할 수도 있다.On the other hand, although not shown in the drawing, as shown in FIG. 2B, only the polysilicon film is removed in the etching process to form the patterned gate polysilicon film 16, that is, the lower film of the polysilicon film. After the oxide film is not removed, the impurity implantation layer 18 may be formed by performing an ion implantation process. In this case, the surface of the semiconductor layer 14 is not damaged even if the ion implantation process is performed. Subsequently, the oxide film exposed by the gate polysilicon film 16 may be removed to form the gate oxide film 15.
제2e도에 의하면, 상기 소오스접합부형성용 마스크는, 제2f도에 도시된 바와 같이, 질화막을 상기 게이트폴리실리콘막(16)과 노출된 반도체기판의 표면상에 도포한 다음, 그 질화막을 패터닝하고, 이때에 형성된 질화막패턴(21)과 상기 게이트폴리실리콘막(16)을 래치업제어용 불순물주입영역을 형성하기 위해 사용되는 마스크로 사용하여 불순물주입공정을 실행한다. 즉, 상기 마스크를 사용하여 상기 웰(19)내에 p형 불순물이온을 주입하면, 상기 웰(19)내의 소정깊이에 p형 불순물주입층(20)이 형성된다.Referring to FIG. 2E, the source junction forming mask is coated with a nitride film on the surface of the gate polysilicon film 16 and the exposed semiconductor substrate, as shown in FIG. 2F, and then patterned the nitride film. The impurity implantation process is performed using the nitride film pattern 21 and the gate polysilicon film 16 formed at this time as a mask used to form the impurity implantation region for latch-up control. That is, when p-type impurity ions are implanted into the well 19 using the mask, the p-type impurity implantation layer 20 is formed at a predetermined depth in the well 19.
계속해서, 상기 마스크를 소오스접합부형성용 마스크로 사용하여 고농도의 n+형 불순물이온을 적절한 에너지를 갖고 주입하면, 제2f도에 도시된 바와 같이, n+형 불순물주입층(22)이 상기 p형 불순물주입층(20)과 상기 반도체기판의 표면사이에 형성된다.Subsequently, if a high concentration of n + type impurity ions using the mask as a mask for the source junction formation injection have the proper energy, as illustrated in the 2f also, the n + doping layer 22 is the p It is formed between the type impurity injection layer 20 and the surface of the semiconductor substrate.
이 실시예에서는 상기 p형 불순물주입층(20)의 형성후 상기 n+형 불순물주입층(22)이 형성되는 것을 보여주고 있지만, 상기 n+형 불순물주입층(22)이 먼저 형성한 다음 상기 p형 불순물주입층(20)이 형성되어도 동일한 결과를 얻을 수 있다.In this embodiment, the n + type impurity injection layer 22 is formed after the p type impurity injection layer 20 is formed, but the n + type impurity injection layer 22 is formed first, and then the The same result can be obtained even if the p-type impurity injection layer 20 is formed.
이어 상기 질화막패턴(21)을 제거한 후, 열확산공정을 실행하면, 상기 n+형 불순물주입층(22)과 상기 p형 불순물주입층(20)에 있는 불순물이온이 확산되어서 각각 n+형 소오스접합영역(25)과 래치-제어용 불순물 확산영역(24)이 제2g도에 도시된 바와 같이 형성된다. 이때, 상기 불순물확산영역(24)은, 열확산시간과 온도를 적절히 조절하므로서, 상기 p-형 웰(19)내에서 상기 n+형 소오스접합영역(25)의 하부를 덮게 되고 그리고 상기 게이트산화막(15)의 하부에 있는 채널까지는 연장되지 않게 형성되어 있다.Subsequently, when the nitride film pattern 21 is removed and a thermal diffusion process is performed, impurity ions in the n + type impurity injection layer 22 and the p type impurity injection layer 20 are diffused to form n + type source junctions, respectively. A region 25 and a latch-control impurity diffusion region 24 are formed as shown in FIG. 2G. At this time, the impurity diffusion region 24 covers the lower portion of the n + type source junction region 25 in the p − type well 19 by appropriately adjusting the thermal diffusion time and temperature. It does not extend to the channel in the lower part of 15).
상기 p형 불순물확산영역(24)은 또한 상기 p-형 웰(19)보다 높은 불순물농도를 갖고 있기 때문에 래치-업현상을 방지할 수 있다.Since the p-type impurity diffusion region 24 also has a higher impurity concentration than the p − type well 19, the latch-up phenomenon can be prevented.
또한, 상기 게이트 폴리실리콘막(16)을 마스크로 사용하여 고농도의 p+형 불순물이온을 주입하여 상기 불순물확산영역(24)의 표면에 p+형 불순물주입층(26)을 제2h도에 도시된 바와 같이 형성한 다음, 후속하는 열처리공정에 의해 상기 불순물주입층(26)의 불순물이온들이 확산되어 캐소드오믹접촉영역(27)이 형성된다. 또한 상기 캐소드오믹접촉영역(27)은 상술한 바와 같이 별도의 열처리공정에 의해 형성될 수 있지만, 후속하는 PSG막의 도포공정에서 PSG막의 형성과 동시에 형성될 수 있다. 상기 게이트 폴리실리콘막(16)을 캐소드오믹접촉 형성용 마스크로 사용하여 상기 영역(27)을 상기 p형 불순물확산영역(24)의 표면에 형성할 수 있는 것은 상기 n+형 소오스 접합영역(25)의 불순물농도가 상기 p+형 캐소드오믹접촉영역(27)의 불순물농도보다 상대적으로 높게 형성되어 있기 때문이다.Also, a high concentration of p + -type impurity ions are implanted using the gate polysilicon film 16 as a mask to show a p + -type impurity implantation layer 26 on the surface of the impurity diffusion region 24 in FIG. 2h. After forming as described above, the impurity ions of the impurity injection layer 26 are diffused by a subsequent heat treatment process to form the cathode ohmic contact region 27. In addition, the cathode ohmic contact region 27 may be formed by a separate heat treatment process as described above, but may be formed simultaneously with the formation of the PSG film in the subsequent application process of the PSG film. It is capable of using the gate polysilicon film 16 as a mask for a cathode ohmic contact is formed to form the region 27 on the surface of the p-type impurity diffusion region 24, the n + type source junction region (25 This is because the impurity concentration of c) is relatively higher than the impurity concentration of the p + type cathode ohmic contact region 27.
이어, 상기 게이트폴리실리콘막(16)을 포함하여 상기 반도체기판상에 PSG막(28)을 도포 및 패터닝하여 상기 캐소드오믹접촉영역(27)은 물론 상기 소오스접합영역(25)의 일부표면이 노출되는 콘택홀이 형성되고, 이어 금속전극(29)을 상기 콘택홀을 충전하면서 상기 PSG막(28)상에 제2i도와 같이 형성된다. 상기 PSG막(29)은 상기 게이트폴리실리콘막(16)을 상기 금속전극(29)과의 전기적인 접촉을 방지하기 위하여 제공된 것이다. 또한 상기 PSG막(29)의 형성후, 리플로우(reflow)공정을 실행하므로서, 상기 제1불순물주입층(18)을 형성하기 위해 상기 반도체층(14)의 노출된 표면을 통하여 이온주입을 할 때 발생되는 표면손상을 보상할 수 있다. 즉, 상기 리플로우공정을 고온에서 약 20-30분동안 실행하면, 이온주입시 손상된 상기 반도체층(14)의 표면이 다시 고루게(smooth) 된다.Subsequently, the PSG film 28 is coated and patterned on the semiconductor substrate including the gate polysilicon film 16 to expose the cathode ohmic contact region 27 and a part of the surface of the source junction region 25. A contact hole is formed, and then a metal electrode 29 is formed on the PSG film 28 as shown in FIG. 2I while filling the contact hole. The PSG film 29 is provided to prevent electrical contact of the gate polysilicon film 16 with the metal electrode 29. After the formation of the PSG film 29, a reflow process is performed to carry out ion implantation through the exposed surface of the semiconductor layer 14 to form the first impurity implantation layer 18. It can compensate for surface damage that occurs when. That is, when the reflow process is performed at a high temperature for about 20-30 minutes, the surface of the semiconductor layer 14 damaged during ion implantation is smooth again.
그러나 이러한 방법은 웰(19), 래치업 제어용 불순물확산영역(24), 소오스접합영역(25) 및 캐소드오믹접촉영역(27)을 형성하기 위하여 고가의 여려 유형의 이온주입장치를 사용하여 4번의 이온주입을 해야 할 뿐만 아니라 그 이온주입시 각각의 마스크를 필요로 하기 때문에, 생산단가가 높아질 뿐만 아니라 마스크제작에 필요한 복잡한 공정들이 추가되는 문제점이 있었다.However, this method uses four expensive ion implanters to form the wells 19, the impurity diffusion region 24 for latch-up control, the source junction region 25 and the cathode ohmic contact region 27. Since not only the ion implantation but also the respective masks are required for the ion implantation, there is a problem in that the production cost is increased and the complicated processes required for the mask fabrication are added.
본 발명의 목적은 상술한 제반문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로서 래치업을 개선시키면서 제조공정이 간단한 전력반도체장치의 제조방법을 제공하는 데 있다.SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a method for manufacturing a power semiconductor device having a simple manufacturing process while improving latch-up as proposed to solve the above-mentioned problems.
본 발명의 다른 목적은 p+형 웰을 사용하지 않고 래치업을 개선시킬 수 있는 전력반도체장치의 제조방법을 제공하는 데 있다.Another object of the present invention is to provide a method for manufacturing a power semiconductor device that can improve latchup without using a p + type well.
본 발명의 일특징에 의한 반도체장치의 제조방법은, 고농도의 불순물이 도프된 제1도전형의 반도체기판상에 고농도의 불순물이 도프된 제2도전형의 버퍼층을 형성하는 공정과; 상기 버퍼층상에 에피택셜성장에 의해 저농도의 제2도전형의 반도체층을 형성하는 공정과; 상기 반도체층상에 형성되고, 산화막을 사이에 두고 폴리실리콘막을 형성하는 공정과; 상기 폴리실리콘막상에 감광막패턴을 형성하여 웰영역을 정의하는 공정과; 상기 감광막패턴을 마스크로 사용하여 상기 폴리실리콘막을 선택적으로 제거하여 게이트폴리실리콘막을 형성하는 공정과; 상기 감광막패턴의 제거후, 상기 게이트폴리실리콘막을 마스크로 사용하여 불순물이온을 상기 웰영역으로 주입하여 제1도전형의 웰을 형성하는 공정과; 상기 게이트폴리실리콘막에 의해서 정의된 상기 웰의 표면상에 있는 산화막을 선택적으로 제거하여 산화막패턴을 형성하는 공정과; 상기 게이트폴리실리콘막과 상기 산화막패턴을 마스크로 사용하여 고농도의 불순물이온을 주입하여 상기 웰영역내에 제2도전형의 제1불순물주입층을 형성하는 공정과; 다시 상기 게이트폴리실리콘막과 상기 산화막패턴을 마스크로 사용하여 불순물이온을 주입하여 상기 산화막패턴의 창을 통하여 형성되는 제1도전형의 제2불순물주입층과 상기 산화막패턴을 통하여 형성되는 제1도전형의 제3불순물주입층을 상기 웰내에 동시에 형성하고, 상기 제3불순물주입층은 상기 제1불순물주입층보다 아래에 그리고 상기 제2불순물주입층보다 위에 형성되어 있는 공정과; 상기 산화막패턴의 제거후, 상기 게이트폴리실리콘막과 전기적으로 접촉되지 않게 하는 절연막을 사이에 끼우고 상기 웰상에 금속전극을 형성하는 공정 및; 이어 열처리를 하여 상기 제1, 2, 3불순물주입층의 이온들이 확산되어 소오스접합영역과 래치업 제어용 불순물확산영역 및 오믹접촉영역을 형성하는 공정을 포함한다.According to one aspect of the present invention, there is provided a method of fabricating a semiconductor device, the method comprising: forming a second conductive buffer layer doped with a high concentration of impurities on a first conductive semiconductor substrate doped with a high concentration of impurities; Forming a low-concentration second conductive semiconductor layer by epitaxial growth on the buffer layer; Forming a polysilicon film on the semiconductor layer with an oxide film interposed therebetween; Forming a photoresist pattern on the polysilicon film to define a well region; Selectively removing the polysilicon film using the photosensitive film pattern as a mask to form a gate polysilicon film; Removing the photoresist pattern, and implanting impurity ions into the well region using the gate polysilicon layer as a mask to form a first conductivity type well; Selectively removing an oxide film on the surface of the well defined by the gate polysilicon film to form an oxide film pattern; Implanting a high concentration of impurity ions using the gate polysilicon film and the oxide film pattern as a mask to form a first impurity implantation layer of a second conductivity type in the well region; The impurity ion is implanted using the gate polysilicon film and the oxide film pattern as a mask to form a second impurity injection layer of a first conductivity type formed through a window of the oxide film pattern and a first conductive film formed through the oxide film pattern. Simultaneously forming a third impurity injection layer of a type into said well, said third impurity injection layer being formed below said first impurity injection layer and above said second impurity injection layer; After removing the oxide film pattern, forming a metal electrode on the well by sandwiching an insulating film between the gate polysilicon film so as not to be in electrical contact with the gate polysilicon film; Subsequently, heat treatment is performed to diffuse ions of the first, second, and third impurity implantation layers to form source junction regions, latch diffusion control impurity diffusion regions, and ohmic contact regions.
이 방법에 있어서, 상기 제1도전형은 p형이고 그리고 제2도전형은 p형이다.In this method, the first conductivity type is p type and the second conductivity type is p type.
본 발명의 다른 특징에 의한 전력반도체장치의 제조방법은, 고농도의 불순물이 도프된 제1도전형의 반도체기판상에 고농도의 불순물이 도프된 제2도전형의 버퍼층을 형성하는 공정과; 상기 버퍼층상에 에피택셜성장에 의해 저농도의 제2도전형의 반도체층을 형성하는 공정과; 상기 반도체층상에 형성되고, 산화막을 사이에 두고 폴리실리콘막을 형성하는 공정과; 상기 폴리실리콘막상에 감광막패턴을 형성하여 웰영역을 정의하는 공정과; 상기 감광막패턴을 마스크로 사용하여 상기 폴리실리콘막과 상기 산화막을 선택적으로 제거하여 게이트폴리실리콘막을 형성하는 공정과; 상기 감광막패턴의 제거후, 상기 게이트폴리실리콘막을 마스크로 사용하여 불순물이온을 상기 웰영역으로 주입하여 제1도전형의 웰을 형성하는 공정과; 상기 게이트폴리실리콘막에 의해서 정의된 상기 웰의 표면상에 산화막패턴을 형성하여 소오스접합영역을 정의하는 공정과; 상기 게이트폴리실리콘막과 상기 산화막패턴을 마스크로 사용하고 불순물이온을 주입하여 상기 산화막패턴의 창을 통하여 형성되는 제1도전형의 래치업제어용 불순물주입층과 상기 산화막패턴을 통하여 형성되는 제1도전형의 오믹접촉용 불순물주입층을 상기 웰내에 동시에 형성하고, 상기 오믹접촉용 불순물주입층은 상기 래치업제어용 불순물주입층보다 아래에 형성되어 있는 공정과; 다시 상기 게이트폴리실리콘막과 상기 산화막패턴을 마스크로 사용하고 고농도의 불순물이온을 주입하여 상기 웰영역내에 제2도전형의 소오스접합용 불순물주입층을 형성하는 공정과; 상기 산화막패턴의 제거후, 상기 게이트폴리실리콘막과 전기적으로 접촉되지 않게 하는 절연막을 사이에 끼우고 상기 웰상에 금속전극을 형성하는 공정 및; 이어 열처리를 하여 상기 불순물주입층들의 이온들이 확산되어 소오스접합영역과 래치업 제어용 불순물확산영역 및 오믹접촉영역을 형성하는 공정을 포함한다.According to another aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a power semiconductor device, comprising: forming a buffer layer of a second conductive type doped with a high concentration of impurities on a semiconductor substrate of the first conductive type doped with a high concentration of impurities; Forming a low-concentration second conductive semiconductor layer by epitaxial growth on the buffer layer; Forming a polysilicon film on the semiconductor layer with an oxide film interposed therebetween; Forming a photoresist pattern on the polysilicon film to define a well region; Selectively removing the polysilicon film and the oxide film using the photosensitive film pattern as a mask to form a gate polysilicon film; Removing the photoresist pattern, and implanting impurity ions into the well region using the gate polysilicon layer as a mask to form a first conductivity type well; Forming an oxide film pattern on a surface of the well defined by the gate polysilicon film to define a source junction region; A first conductive type latch up control impurity implantation layer formed through the window of the oxide layer pattern by using the gate polysilicon layer and the oxide layer pattern as a mask and implanting impurity ions, and a first conductive layer formed through the oxide layer pattern Forming an ohmic contact impurity implantation layer of the same type in said well, said ohmic contact impurity implantation layer being formed below said latch-up control impurity implantation layer; Using the gate polysilicon film and the oxide film pattern as a mask and implanting a high concentration of impurity ions to form a second conductive source impurity implantation layer in the well region; After removing the oxide film pattern, forming a metal electrode on the well by sandwiching an insulating film between the gate polysilicon film so as not to be in electrical contact with the gate polysilicon film; Subsequently, heat treatment is performed to diffuse the ions of the impurity injection layers to form a source junction region, an impurity diffusion region for latch-up control, and an ohmic contact region.
제3f도와 제3g도를 참고하면, 본 발명의 신규한 전력반도체장치의 제조방법은, 산화막패턴(15)을 마스크로 사용하고 상이한 에너지를 갖고 2회의 불순물이온을 주입하는 공정을 포함하여, 상기 산화막패턴의 창을 통해서는 깊이를 달리하는 래치업제어용 불순물주입층(20)과 소오스접합용 불순물주입층(22)을 형성하고 그리고 상기 산화막패턴(15)을 통해서는 오믹접촉용 불순물주입층(26)을 형성할 수 있다. 특히 상기 래치업제어용 불순물주입층(20)과 상기 오믹접촉용 불순물주입층(26)은 1회의 이온주입공정에 의해 동시에 형성될 수 있어서, 고가의 장비를 사용하는 이온주입공정의 수를 줄일 수 있다.Referring to FIG. 3F and FIG. 3G, the method of manufacturing the novel power semiconductor device of the present invention includes using the oxide film pattern 15 as a mask and injecting two impurity ions with different energies. Through the window of the oxide film pattern, a latch-up control impurity injection layer 20 and a source junction impurity injection layer 22 having different depths are formed, and through the oxide film pattern 15, an ohmic contact impurity injection layer ( 26). In particular, the latch-up control impurity implantation layer 20 and the ohmic contact impurity implantation layer 26 may be simultaneously formed by one ion implantation process, thereby reducing the number of ion implantation processes using expensive equipment. have.
제3a도 내지 제3h도는 본 발명의 실시예에 따른 래치업제어구조를 갖는 전력반도에장치의 제조방법을 보여주고 있는 단면도이고, 제2a도 내지 제2i도에 도시된 구성요소와 동일한 기능을 갖는 구성요소에 대해서는 동일한 참조번호를 병기한다.3A to 3H are cross-sectional views showing a method of manufacturing a device on a power peninsula having a latch-up control structure according to an embodiment of the present invention, and have the same functions as the components shown in FIGS. 2A to 2I. The same reference numerals are given to the components having the same reference numerals.
먼저 제3a도를 참조하면, 고농도의 p+형 반도체기판(12)상에는 인(P:phosphorous)을 도펀트(dopant)로 하여 고농도이면서 두께가 얇은 n+형 버퍼층(13)이 에피택셜성장에 의해 형성된다. 또한, 상기 n+형 버퍼층(13)상에는 인(P)을 도펀트로 하는 저농도의 n-형 반도체층(14)이 에피택셜성장에 의해 형성된다.Referring first to FIG. 3A, on the high concentration p + type semiconductor substrate 12, phosphorus (P: phosphorous) is used as a dopant, and the high concentration and thin n + type buffer layer 13 is formed by epitaxial growth. Is formed. Further, on the n + type buffer layer 13, a low concentration n − type semiconductor layer 14 having phosphorus (P) as a dopant is formed by epitaxial growth.
이어 상기 n-형 반도체층(14)상에, 산화막(15)과 폴리실리콘막(16) 및 감광막(17)을 차례로 형성하고, 게이트형성용 마스크를 사용하는 잘 알려진 사진공정에 의해 상기 감광막(17)을 패터닝하여 웰영역을 정의한다. 상기 감광막의 패터닝에 의해서 형성된 감광막패턴(17)을 게이트형성용 마스크로 사용하는 식각공정에 의해, 제3b도에 도시된 바와 같이, 상기 폴리실리콘막이 선택적으로 제거되어서 상기 산화막(15)상에 게이트폴리실리콘막(16)이 형성된다.Subsequently, an oxide film 15, a polysilicon film 16, and a photosensitive film 17 are sequentially formed on the n − type semiconductor layer 14, and the photosensitive film is formed by a well-known photographic process using a mask for forming a gate. The well region is defined by patterning 17). By the etching process using the photoresist pattern 17 formed by patterning the photoresist as a gate forming mask, as shown in FIG. 3B, the polysilicon film is selectively removed to form a gate on the oxide film 15. The polysilicon film 16 is formed.
상기 게이트폴리실리콘막(16)은 게이트전극으로서 기능하기 위해서는 도전성을 가져야 하는 데, 이 기술분야에서 잘 알려진 인시튜(in-situ)기술에 의해 형성될 수 있고, 또한 폴리실리콘막의 도포후 뒤따르는 불순물주입에 의해 형성될 수 있다.The gate polysilicon film 16 must be conductive in order to function as a gate electrode, which can be formed by in-situ techniques well known in the art, and is also followed by the application of the polysilicon film. It may be formed by impurity injection.
상기 감광막패턴(17)의 제거후, 상기 게이트폴리실리콘막(16)을 웰형성용 마스크로 사용하여 저농도의 p-형 불순물이온을 주입하면, 제3c도에 도시된 바와 같이, 상기 반도체층(14)내에 불순물이온들이 주입되어 형성된 p-형 불순물주입층(18)이 형성된다. 이어 열확산공정을 실행하여 상기 p-형 불순물주입층(18)이 확산되어서 p-형 웰(19)이 제3d도에 도시된 바와 같이 형성된다.After removal of the photoresist pattern 17, a low concentration of p − -type impurity ions are implanted using the gate polysilicon layer 16 as a mask for forming a well, and as shown in FIG. 3C, the semiconductor layer ( A p − type impurity implantation layer 18 formed by implanting impurity ions into 14 is formed. Subsequently, a thermal diffusion process is performed to diffuse the p − type impurity implantation layer 18 so that a p − type well 19 is formed as shown in FIG. 3D.
제3e도에 의하면, 소오스접합 및 래치업제어용 불순물영역을 형성하기 위한 마스크를 사용하는 선택적인 식각공정에 의해서, 상기 산화막(15)을 선택적으로 제거한다.Referring to FIG. 3E, the oxide film 15 is selectively removed by a selective etching process using a mask for forming impurity regions for source bonding and latch-up control.
이어 제3f도에 도시된 바와 같이, 상기 선택적으로 제거된 산화막패턴(15)을 마스크로 사용하는 불순물주입공정이 실행되어 소오스접합부형성용 불순물주입층(22)이 형성된다. 예를들어, 고농도의 n+형 불순물을 주입하여 상기 웰(19)영역내에 소정깊이에서 불순물주입층(22)이 형성된다.Subsequently, as shown in FIG. 3F, an impurity implantation process using the selectively removed oxide film pattern 15 as a mask is performed to form an impurity implantation layer 22 for forming a source junction portion. For example, an impurity implantation layer 22 is formed at a predetermined depth in the well 19 region by implanting a high concentration of n + -type impurities.
이어 제3g도에 의하면, 상기 산화막패턴(15)을 또한 마스크로 사용하는 불순물주입공정이 실행되어서, 래치업제어용 불순물층(20)과 캐소드오믹접촉용 불순물층(26)이 동시에 형성된다. 즉, 상기 p-형 웰(19)이 불순물이 온농도보다 높은 고농도의 p형 불순물주입을 주입하여 상기 웰(19)영역내의 소정깊이에 래치업제어용 불순물주입층(20)과 캐소드오믹접촉용 불순물층(26)이 동시에 형성된다. 제3g도에 도시된 불순물주입공정은 제3f도에 도시된 불순물주입공정보다 높은 에너지를 갖고 실행되기 때문에, 상기 래치업제어용 불순물주입층(20)과 캐소드오믹접촉용 불순물주입층(26)이 상기 소오스접합용 불순물주입층(22)보다 깊게 형성되어 있고, 상기 캐소드오믹접촉용 불순물주입층(26)은 상기 소오스접합용 불순물주입층(22)보다 깊고 그리고 상기 래치업제어용 불순물주입층(26)보다는 얇은 깊이에서 형성되어 있다.3G, an impurity implantation process using the oxide film pattern 15 as a mask is performed, so that the latch-up control impurity layer 20 and the cathode ohmic contact impurity layer 26 are formed at the same time. That is, the p − type well 19 is implanted with a high concentration of p type impurity implantation having a higher impurity concentration than the on concentration, so that the latch injection control impurity injection layer 20 and the cathode ohmic contact are disposed at a predetermined depth in the well 19 region. The impurity layer 26 is formed at the same time. Since the impurity implantation process shown in FIG. 3G is performed with higher energy than the impurity implantation process shown in FIG. 3F, the latch-up control impurity implantation layer 20 and the cathode ohmic contact impurity implantation layer 26 are It is formed deeper than the source junction impurity implantation layer 22, and the cathode ohmic contact impurity implantation layer 26 is deeper than the source junction impurity implantation layer 22 and the latchup control impurity implantation layer 26. It is formed at a thinner depth than).
이 실시예에서는 상기 n+형 불순물주입층(22)의 형성후 상기 p형 불순물주입층(20)이 형성되는 것을 보여주고 있지만, 상기 p형 불순물주입층(20)을 먼저 형성한 다음 상기 n+형 불순물주입층(22)을 형성하여도 동일한 결과를 얻을 수 있다.In this embodiment, the p-type impurity implantation layer 20 is formed after the formation of the n + type impurity implantation layer 22. However, the p-type impurity implantation layer 20 is first formed and then the n-type impurity implantation layer 22 is formed. The same result can be obtained also by forming the + type impurity injection layer 22.
이어 열확산공정을 실행하면, 상기 불순물주입층(22, 20, 26)에 있는 불순물이온들이 동시에 확산되어서 각각 n+형 소오스접합영역(25)과 래치-제어용 불순물확산영역(24) 및 캐소드오믹접촉영역(27)이 제3h도에 도시된 바와 같이 형성된다. 이때, 상기 불순물확산영역(24)은, 열확산시간과 온도를 적절히 조절하므로서, 상기 p-형 웰(19)내에서 상기 n+형 소오스접합영역(25)의 하부를 덮게 되고 그리고 상기 게이트산화막(15)의 하부에 있는 채널까지는 연장되지 않게 형성된다. 이러한 열확산공정은 후속의 PSG막의 형성공정과 동시에 실행될 수 있다.Subsequently, when the thermal diffusion process is performed, the impurity ions in the impurity implantation layers 22, 20, and 26 are simultaneously diffused, so that the n + type source junction region 25, the latch-control impurity diffusion region 24, and the cathode ohmic contact are respectively. The region 27 is formed as shown in FIG. 3h. At this time, the impurity diffusion region 24 covers the lower portion of the n + type source junction region 25 in the p − type well 19 by appropriately adjusting the thermal diffusion time and temperature. It does not extend to the channel in the lower part of 15). This thermal diffusion process can be performed simultaneously with the subsequent formation of the PSG film.
상기 p형 불순물확산영역(24)은 또한 상기 상기 p-형 웰(19)보다 높은 불순물농도를 갖고 있기 때문에 래치-업현상을 방지할 수 있다.Since the p-type impurity diffusion region 24 also has a higher impurity concentration than the p − type well 19, the latch-up phenomenon can be prevented.
즉, 상기 n+형 소오스접합영역(25)의 아래에는 래치업제어용 상기 불순물확산영역(24)이 형성되어 있기 때문에, 상기 소오스접합영역(25)아래의 저항값이 작아지게 되어 상기 p형 불순물확산영역(24)과 상기 n+형 소오스접합영역(25)과의 전압차가 작아지게 되어 기생 npnp다이리스터가 작동되는 것을 방지할 수 있다.That is, since the impurity diffusion region 24 for latch-up control is formed under the n + type source junction region 25, the resistance value under the source junction region 25 becomes small, and the p-type impurity is reduced. The voltage difference between the diffusion region 24 and the n + type source junction region 25 is reduced to prevent the parasitic npnp thyristors from operating.
이어, 상기 게이트폴리실리콘막(16)에 의해서 노출된 산화막(26)을 제거한 다음, 상기 게이트폴리실리콘막(16)을 포함하여 상기 반도체기판상에 PSG막(28)을 도포 및 패터닝하여 상기 캐소드오믹접촉영역(27)은 물론 상기 소오스접합영역(25)의 일부표면이 노출되는 콘택홀이 형성되고, 이어 금속전극(29)을 상기 콘택홀을 충전하면서 상기 PSG막(28)상에 도포하면 제3h도와 같은 구조를 갖는 전력반도체장치가 형성된다. 상기 PSG막(29)은 상기 게이트폴리실리콘막(16)을 상기 금속전극(29)과의 전기적인 접촉을 방지하기 위하여 제공된 것이다. 또한 상기 PSG막(29)의 형성후, 리플로우(reflow)공정을 실행하므로서, 상기 불순물주입층(22, 20)을 형성하기 위해 상기 반도체층(14)의 노출된 표면을 통하여 이온주입을 할 때 발생되는 표면손상을 보상할 수 있다. 즉, 상기 리플로우공정을 고온에서 약 20-30분동안 실행하면, 이온주입시 손상된 상기 반도체층(14)의 표면이 다시 고루게(smooth) 된다.Subsequently, the oxide layer 26 exposed by the gate polysilicon layer 16 is removed, and then the PSG layer 28 is coated and patterned on the semiconductor substrate including the gate polysilicon layer 16 to form the cathode. A contact hole exposing not only an ohmic contact region 27 but also a part surface of the source junction region 25 is formed, and then a metal electrode 29 is applied onto the PSG film 28 while filling the contact hole. A power semiconductor device having a structure as shown in FIG. 3h is formed. The PSG film 29 is provided to prevent electrical contact of the gate polysilicon film 16 with the metal electrode 29. In addition, after the PSG film 29 is formed, a reflow process is performed to carry out ion implantation through the exposed surface of the semiconductor layer 14 to form the impurity implantation layers 22 and 20. It can compensate for surface damage that occurs when. That is, when the reflow process is performed at a high temperature for about 20-30 minutes, the surface of the semiconductor layer 14 damaged during ion implantation is smooth again.
제4a도는 상술한 방법에 의해서 제조된 전력반도체장치의 채널층을 따라 취한 단면도이고, 제4b도는 상기 전력반도체기판의 표면에서 수평방향(화살표방향)으로 불순물주입영역들의 도펀트의 농도를 보여주고 있는 곡선을 도시한 도면이다. 제4b도를 참고하면, 채널층의 표면에 p형 불순물 농도가 증가되어 있지 않음을 보여주고 있다. 즉 래치업제어용 p형 불순물확산영역(24)이 소오스접합영역(25)의 경계를 따라 채널층까지 형성되어 있지 않다는 것을 보여주고 있다.4A is a cross-sectional view taken along the channel layer of the power semiconductor device manufactured by the above-described method, and FIG. 4B shows the concentration of the dopant in the impurity injection regions in the horizontal direction (arrow direction) on the surface of the power semiconductor substrate. It is a figure which shows a curve. Referring to FIG. 4B, it is shown that the p-type impurity concentration is not increased on the surface of the channel layer. That is, it is shown that the p-type impurity diffusion region 24 for latch-up control is not formed along the boundary of the source junction region 25 to the channel layer.
제5a도는 상기 전력반도체장치의 소오스접합영역(25)의 표면으로부터 수직으로 취한 단면도이고, 제5b도는 상기 소오스접합영역(25)의 바로 아래에 p형 도펀트가 확산되어 있는 영역이 있는 것을 보여주고 있는 곡선을 도시하고 있다. 제4b도에 도시된 바와 같이, 소오스접합영역(25)의 아래에 p-형 웰(19)보다 높은 농도를 갖는 p형 도펀트가 확산되어 있어서, 이 영역을 통하여 흐르는 홀전류를 감소시킬 수 있음을 구조적으로 보여주고 있다.FIG. 5A is a cross-sectional view taken vertically from the surface of the source junction region 25 of the power semiconductor device, and FIG. 5B shows a region in which a p-type dopant is diffused directly below the source junction region 25. The curve is shown. As shown in FIG. 4B, a p-type dopant having a concentration higher than that of the p − type well 19 is diffused under the source junction region 25, so that the hole current flowing through the region can be reduced. Shows the structure.
또한 제6a도는 상기 전력반도체장치의 캐소드오믹접촉영역(27)의 표면으로부터 수직방향으로 절취한 단면도이고, 제6b도는 캐소드콘택표면에 금속전극(29)과의 오믹접촉특성을 좋게 하기 위하여 고농도의 p+형 도펀트가 확산되어 있는 것을 보여주고 있다.FIG. 6A is a cross-sectional view taken vertically from the surface of the cathode ohmic contact region 27 of the power semiconductor device. FIG. 6B is a high concentration of ohmic contact with the metal electrode 29 on the cathode contact surface. P + dopants are spreading.
상술한 방법에 의하면, 하나의 마스크를 사용하여 캐소드오믹접촉부와 래치업 제어용 불순물확산층을 한 번의 이온주입으로 동시에 형성할 수 있고, 또한 동일한 마스크를 사용하여 소오스접합영역도 형성할 수 있어서, 그의 제조공정이 간단해진다. 특히, 고가의 장비를 사용애야 하는 이온주입공정의 수를 줄이므로서 반도체장치의 생산단가를 낮출 수 있다.According to the above-described method, the cathode ohmic contact portion and the latch-up control impurity diffusion layer can be simultaneously formed by one ion implantation using one mask, and the source junction region can also be formed by using the same mask. The process is simplified. In particular, the production cost of the semiconductor device can be lowered by reducing the number of ion implantation processes that require the use of expensive equipment.
게다가, 상술한 본 발명의 방법에 의하면, 래치업을 제어하기 위하여 p-형 웰을 관통하여 반도체층까지 p+형 웰을 형성할 필요가 없기 때문에 p+형 웰을 형성하지 않고도 래치업의 발생을 방지할 수 있다.In addition, according to the method of the present invention described above, it is not necessary to form the p + type well through the p − type well to the semiconductor layer in order to control the latch up, so that the latch up is generated without forming the p + type well. Can be prevented.
더욱이, 본 발명의 방법에서는 p+형 웰을 형성하는 데 필요한 이온주입법(p+well implantation)을 사용하지 않기 때문에 각각의 셀마다 약 2-3㎛의 폭을 갖는 이온주입창을 오픈시킬 필요가 없어서 그 이온주입창형성용 마스크를 제작할 필요가 없다. 그 결과, 제조공정이 간소화됨을 물론 칩사이즈를 축소시킬 수 있다.Moreover, since the method of the present invention does not use the p + well implantation required to form a p + type well, it is necessary to open an ion implantation window having a width of about 2-3 µm for each cell. There is no need to fabricate the ion implantation window forming mask. As a result, the manufacturing process can be simplified and the chip size can be reduced.
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