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KR102654457B1 - Semiconductor device and method manufacturing the same - Google Patents

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KR102654457B1
KR102654457B1 KR1020190079567A KR20190079567A KR102654457B1 KR 102654457 B1 KR102654457 B1 KR 102654457B1 KR 1020190079567 A KR1020190079567 A KR 1020190079567A KR 20190079567 A KR20190079567 A KR 20190079567A KR 102654457 B1 KR102654457 B1 KR 102654457B1
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trench
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주낙용
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현대자동차 주식회사
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Abstract

본 발명은 탄화 규소를 포함하는 반도체 소자 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 일 실시예에 따른 반도체 소자는 기판; 상기 기판의 제1면에 위치하는 n- 형층; 상기 n- 형층에 형성된 제1 트렌치 및 제2 트렌치; 상기 제1 트렌치 내에 위치하는 게이트; 상기 제2 트렌치 내에 위치하는 n 형 영역 및 제1 소스 전극; 상기 게이트 및 상기 제1 소스 전극 위에 위치하는 제2 소스 전극; 및 상기 기판의 제2 면에 위치하는 드레인 전극을 포함하고, 상기 제1 소스 전극은 상기 제2 트렌치에서 상기 n 형 층과 접촉하여 쇼트키 접합을 형성한다.The present invention relates to a semiconductor device containing silicon carbide and a method of manufacturing the same. The semiconductor device according to one embodiment includes a substrate; an n-type layer located on the first side of the substrate; a first trench and a second trench formed in the n-type layer; a gate located within the first trench; an n-type region and a first source electrode located within the second trench; a second source electrode positioned above the gate and the first source electrode; and a drain electrode located on a second side of the substrate, wherein the first source electrode contacts the n-type layer in the second trench to form a Schottky junction.

Description

반도체 소자 및 그 제조 방법{SEMICONDUCTOR DEVICE AND METHOD MANUFACTURING THE SAME}Semiconductor device and method of manufacturing the same {SEMICONDUCTOR DEVICE AND METHOD MANUFACTURING THE SAME}

본 발명은 탄화 규소(SiC)를 포함하는 반도체 소자 및 그 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a semiconductor device containing silicon carbide (SiC) and a method of manufacturing the same.

전력용 반도체 소자는 특히 매우 큰 전류를 흐르게 하면서도 도통 상태에서의 전력 손실을 적게 하기 위하여 낮은 온 저항 또는 낮은 포화 전압이 요구된다. 또한 오프 상태 또는 스위치가 오프되는 순간에 전력용 반도체 소자의 양단에 인가되는 PN 접합의 역방향 고전압에 견딜 수 있는 특성, 즉 높은 항복 전압특성이 기본적으로 요구된다.Power semiconductor devices especially require low on-resistance or low saturation voltage in order to allow very large currents to flow while reducing power loss in a conductive state. In addition, characteristics that can withstand the high reverse voltage of the PN junction applied to both ends of the power semiconductor device in the off state or at the moment the switch is turned off, that is, high breakdown voltage characteristics, are basically required.

기본적인 전기적 조건 및 물성적 조건을 만족하는 다중의 전력 반도체 소자를 하나의 패키지로 모듈화하는데, 전력 반도체 모듈 내부에 전력 반도체 소자의 개수 및 전기적 사양은 시스템에서 요구하는 조건에 따라 바뀔 수 있다.Multiple power semiconductor devices that satisfy basic electrical and physical conditions are modularized into one package, and the number and electrical specifications of power semiconductor devices inside the power semiconductor module can be changed depending on the conditions required by the system.

일반적으로 모터를 구동하기 위한 로렌츠 힘(Lorentz force)을 형성하기 위하여 3상(three-phase) 전력 반도체 모듈이 이용된다. 즉, 3상 전력 반도체 모듈이 모터로 주입되는 전류 및 전력을 제어함으로써 모터의 구동상태가 결정되는 것이다.Generally, a three-phase power semiconductor module is used to generate Lorentz force to drive a motor. In other words, the driving state of the motor is determined by the three-phase power semiconductor module controlling the current and power injected into the motor.

이러한 3상 전력 반도체 모듈 내부에 기존 실리콘(Silicon) 절연 게이트 양극성 트랜지스터(IGBT, Insulated Gate Bipolar Transistor)와 실리콘 다이오드(Diode)를 적용하였지만, 최근 3상 모듈에서 발생하는 전력 소모의 최소화 및 모듈의 스위칭 속도 증가를 목표로 탄화 규소(SiC) 금속 산화막 반도체 전계 효과 트랜지스터(MOSFET, metal oxide semiconductor field effect transistor)와 탄화 규소 다이오드를 적용하는 것이 추세이다. Existing silicon insulated gate bipolar transistors (IGBTs) and silicon diodes were applied inside these three-phase power semiconductor modules, but recently, power consumption occurring in three-phase modules has been minimized and module switching has been minimized. The trend is to apply silicon carbide (SiC) metal oxide semiconductor field effect transistors (MOSFETs) and silicon carbide diodes with the goal of increasing speed.

실리콘 IGBT 또는 탄화규소 MOSFET을 별개의 다이오드와 연결할 경우 다수의 배선 결합이 이루어지며, 이러한 배선으로 인한 기생 커패시턴스(capacitance) 및 인턱턴스(inductance)의 존재는 모듈의 스위칭 속도를 저감시킨다.When connecting a silicon IGBT or silicon carbide MOSFET with a separate diode, multiple wiring combinations are made, and the presence of parasitic capacitance and inductance due to these wiring reduces the switching speed of the module.

실시예들은 3상 전력 반도체 모듈 내부에서 전체적인 소자의 면적 및 모듈의 부피를 감소시킬 수 있으며, 모듈 내부의 배선 개수를 감소시켜 모듈의 스위칭 속도를 증가시키는 반도체 소자를 제공하기 위한 것이다.The embodiments are intended to provide a semiconductor device that can reduce the overall device area and module volume within a three-phase power semiconductor module and increase the switching speed of the module by reducing the number of wires inside the module.

일 실시예에 따른 반도체 소자는 기판; 상기 기판의 제1면에 위치하는 n- 형층; 상기 n- 형층에 형성된 제1 트렌치 및 제2 트렌치; 상기 제1 트렌치 내에 위치하는 게이트; 상기 제2 트렌치 내에 위치하는 n 형 영역 및 제1 소스 전극; 상기 게이트 및 상기 제1 소스 전극 위에 위치하는 제2 소스 전극; 및 상기 기판의 제2 면에 위치하는 드레인 전극을 포함하고, 상기 제1 소스 전극은 상기 제2 트렌치에서 상기 n 형 영역과 접촉하여 쇼트키 접합을 형성한다.A semiconductor device according to an embodiment includes a substrate; an n-type layer located on the first side of the substrate; a first trench and a second trench formed in the n-type layer; a gate located within the first trench; an n-type region and a first source electrode located within the second trench; a second source electrode positioned above the gate and the first source electrode; and a drain electrode located on a second side of the substrate, wherein the first source electrode contacts the n-type region in the second trench to form a Schottky junction.

상기 기판은 n+ 형 탄화 수소를 포함할 수 있다.The substrate may include an n+ type hydrocarbon.

상기 제1 소스 전극은 쇼트키 금속을 포함하고, 상기 제2 소스 전극은 오믹 금속을 포함할 수 있다.The first source electrode may include Schottky metal, and the second source electrode may include ohmic metal.

상기 n- 형층 위에 위치하는 p 형 영역; 상기 p 형 영역 위에 위치하고, 상기 제1 트렌치의 측면에 인접하는 n+ 형 영역; 상기 p 형 영역 위에 위치하고, 상기 제2 트렌치의 측면에 인접하는 p+ 형 영역; 및 상기 제1 트렌치의 하부에 위치하는 p 쉴드 영역을 더 포함할 수 있다.a p-type region located above the n-type layer; an n+ type region located above the p type region and adjacent to a side of the first trench; a p+ type region located above the p type region and adjacent to a side of the second trench; And it may further include a p shield region located below the first trench.

상기 제2 소스 전극은 상기 n+ 형 영역 및 상기 p+ 형과 접촉하여 오믹 접합을 형성할 수 있다.The second source electrode may contact the n+ type region and the p+ type to form an ohmic junction.

상기 n- 형층, 상기 n+ 형 영역, 상기 p+ 형 영역, 상기 p 형 영역, 상기 게이트, 상기 p 쉴드 영역, 상기 제2 소스 전극 및 상기 드레인 전극는 MOSFET으로 구동될 수 있다.The n- type layer, the n+ type region, the p+ type region, the p type region, the gate, the p shield region, the second source electrode, and the drain electrode may be driven by a MOSFET.

상기 n- 형층, 상기 n 형 영역, 상기 제1 소스 전극, 상기 제2 소스 전극 및 드레인 전극은 다이오드로 구동될 수 있다.The n-type layer, the n-type region, the first source electrode, the second source electrode, and the drain electrode may be driven as diodes.

상기 제2 소스 전극은 캐소드 전극이고, 상기 드레인 전극은 애노드 전극일 수 있다.The second source electrode may be a cathode electrode, and the drain electrode may be an anode electrode.

상기 제1 트렌치 내에 위치하는 제1 절연막; 상기 게이트 위에 위치하는 제2 절연막을 더 포함할 수 있다.a first insulating film located within the first trench; It may further include a second insulating layer located on the gate.

상기 n 형 영역은 상기 n- 형 층보다 이온 도핑 농도가 높을 수 있다.The n-type region may have a higher ion doping concentration than the n-type layer.

일 실시예에 따른 반도체 소자의 제조 방법은 기판의 제1면에 n- 형층 및 p 형 영역을 차례로 형성하는 단계; 상기 p 형 영역 위에 서로 인접하는 p+ 형 영역 및 n+ 형 영역을 형성하는 단계; 상기 n+ 형 영역, 상기 p 형 영역 및 상기 n- 형층을 식각하여 제1 트렌치를 형성하고, 상기 p+ 형 영역, 상기 p 형 영역 및 상기 n- 형 영역을 식각하여 제2 트렌치를 형성하는 단계; 상기 제1 트렌치의 하부면 아래에 p 쉴드 영역을 형성하는 단계; 상기 제1 트렌치의 내부에 제1 절연막을 형성하고, 상기 제1 절연막 위에 게이트를 형성하며, 상기 게이트 위에 제2 절연막을 형성하는 단계; 상기 제2 트렌치의 내부에 n 형 영역 및 제1 소스 전극을 형성하는 단계; 상기 p+ 형 영역, 상기 n+ 형 영역, 상기 제1 소스 전극 및 제2 절연막 위에 제2 소스 전극을 형성하는 단계; 및 상기 기판의 제2면에 드레인 전극을 형성하는 단계를 포함하고, 상기 제1 소스 전극은 상기 제2 트렌치에서 상기 n 형 영역과 접촉하여 쇼트키 접합을 형성한다.A method of manufacturing a semiconductor device according to an embodiment includes sequentially forming an n-type layer and a p-type region on a first surface of a substrate; forming a p+ type region and an n+ type region adjacent to each other on the p type region; forming a first trench by etching the n+ type region, the p type region and the n- type layer, and forming a second trench by etching the p+ type region, the p type region and the n- type region; forming a p-shield region below the lower surface of the first trench; forming a first insulating film inside the first trench, forming a gate on the first insulating film, and forming a second insulating film on the gate; forming an n-type region and a first source electrode inside the second trench; forming a second source electrode on the p+ type region, the n+ type region, the first source electrode, and the second insulating layer; and forming a drain electrode on a second side of the substrate, wherein the first source electrode contacts the n-type region in the second trench to form a Schottky junction.

상기 기판은 n+ 형 탄화 수소를 포함할 수 있다.The substrate may include an n+ type hydrocarbon.

상기 제1 소스 전극은 쇼트키 금속을 포함하고, 상기 제2 소스 전극은 오믹 금속을 포함할 수 있다.The first source electrode may include Schottky metal, and the second source electrode may include ohmic metal.

상기 제2 소스 전극은 상기 n+ 형 영역 및 상기 p+ 형과 접촉하여 오믹 접합을 형성할 수 있다.The second source electrode may contact the n+ type region and the p+ type to form an ohmic junction.

상기 제2 소스 전극은 캐소드 전극이고, 상기 드레인 전극은 애노드 전극일 수 있다.The second source electrode may be a cathode electrode, and the drain electrode may be an anode electrode.

실시예들에 따르면, MOSFET과 다이오드를 하나의 칩에 형성하여, 모듈 내의 전체 칩 면적 및 모듈 사이즈를 감소시키고, 모듈 내부의 배선 개수를 감소시켜 스위칭 손실을 감소시킬 수 있다. 이에 따라, 모듈 내부에서 발생하는 전력 소모를 감소시킬 수 있다.According to embodiments, by forming the MOSFET and the diode on one chip, the total chip area and module size within the module can be reduced, and the number of wires inside the module can be reduced to reduce switching loss. Accordingly, power consumption occurring inside the module can be reduced.

또한, MOSFET을 제조 하는 공정에서 다이오드를 하나의 칩에 형성할 수 있으므로, 새로운 공정이 필요하지 않으므로, 제조 공정이 간단하고 경제적이다.Additionally, since the diode can be formed on one chip in the MOSFET manufacturing process, a new process is not required, making the manufacturing process simple and economical.

도 1은 일 실시예에 따른 반도체 소자의 단면의 일 예를 간략하게 도시한 도면이다.
도 2는 일 실시예에 따른 반도체 소자가 MOSFET으로 동작할 때의 동작 상태를 나타낸 도면이다.
도 3은 일 실시예에 따른 반도체 소자가 다이오드로 동작할 때의 동작 상태를 나타낸 도면이다.
도 4는 일 실시예에 따른 반도체 소자가 오프 상태 일때의 동작 상태를 나타낸 도면이다.
도 5는 일 실시예에 따른 반도체 소자가 MOSFET으로 동작 할 때, 전자 및 전류 밀도의 시뮬레이션 결과를 나타낸 도면이다.
도 6은 일 실시예에 따른 반도체 소자가 다이오드로 동작 할 때, 전자 및 전류 밀도의 시뮬레이션 결과를 나타낸 도면이다.
도 7 내지 도 14는 일 실시예에 따른 반도체 소자의 제조 방법의 일 예를 간략하게 도시한 도면이다.
도 15는 다른 실시예에 따른 반도체 소자의 단면의 일 예를 간략하게 도시한 도면이다.
도 16은 다른 실시예에 따른 반도체 소자의 단면의 일 예를 간략하게 도시한 도면이다.
FIG. 1 is a diagram briefly illustrating an example of a cross section of a semiconductor device according to an embodiment.
Figure 2 is a diagram showing an operating state when a semiconductor device operates as a MOSFET according to an embodiment.
Figure 3 is a diagram showing an operating state when a semiconductor device operates as a diode, according to an embodiment.
Figure 4 is a diagram showing an operating state when a semiconductor device is in an off state, according to an embodiment.
Figure 5 is a diagram showing simulation results of electron and current density when a semiconductor device operates as a MOSFET according to an embodiment.
Figure 6 is a diagram showing simulation results of electron and current density when a semiconductor device operates as a diode according to an embodiment.
7 to 14 are diagrams briefly illustrating an example of a method for manufacturing a semiconductor device according to an embodiment.
FIG. 15 is a diagram briefly illustrating an example of a cross section of a semiconductor device according to another embodiment.
FIG. 16 is a diagram briefly illustrating an example of a cross section of a semiconductor device according to another embodiment.

이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 여러 실시예들에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예들에 한정되지 않는다.Hereinafter, with reference to the attached drawings, various embodiments of the present invention will be described in detail so that those skilled in the art can easily implement the present invention. The invention may be implemented in many different forms and is not limited to the embodiments described herein.

본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다.In order to clearly explain the present invention, parts that are not relevant to the description are omitted, and identical or similar components are assigned the same reference numerals throughout the specification.

또한, 도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도시된 바에 한정되지 않는다.In addition, the size and thickness of each component shown in the drawings are arbitrarily shown for convenience of explanation, so the present invention is not necessarily limited to what is shown.

도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다. 그리고 도면에서, 설명의 편의를 위해, 일부 층 및 영역의 두께를 과장되게 나타내었다. 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "상에" 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 상에" 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다.In the drawing, the thickness is enlarged to clearly express various layers and regions. And in the drawings, for convenience of explanation, the thicknesses of some layers and regions are exaggerated. When a part of a layer, membrane, region, plate, etc. is said to be “on” another part, this includes not only being “directly on” the other part, but also cases where there is another part in between.

또한, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함" 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 명세서 전체에서, "~상에"라 함은 대상 부분의 위 또는 아래에 위치함을 의미하는 것이며, 반드시 중력 방향을 기준으로 상 측에 위치하는 것을 의미하는 것은 아니다.In addition, throughout the specification, when a part is said to "include" a certain component, this means that it may further include other components rather than excluding other components, unless specifically stated to the contrary. In addition, throughout the specification, “on” means located above or below the object part, and does not necessarily mean located above the direction of gravity.

이하에서는, 일 실시예에 따른 반도체 소자의 구체적인 구조에 대해 설명한다.Below, a detailed structure of a semiconductor device according to an embodiment will be described.

도 1은 일 실시예에 따른 반도체 소자의 단면의 일 예를 간략하게 도시한 도면이다.FIG. 1 is a diagram briefly illustrating an example of a cross section of a semiconductor device according to an embodiment.

도 1을 참고하면, 일 실시예에 따른 반도체 소자는 기판(100), n- 형층(200), p 형 영역(300), p 쉴드 영역(310), p+ 형 영역(320), n+ 형 영역(400), n 형 영역(410), 제1 절연막(500), 제2 절연막(510), 게이트(600), 제1 소스 전극(800), 제2 소스 전극(850) 및 드레인 전극(900)을 포함한다.Referring to FIG. 1, a semiconductor device according to an embodiment includes a substrate 100, an n- type layer 200, a p-type region 300, a p shield region 310, a p+-type region 320, and an n+-type region. (400), n-type region 410, first insulating film 500, second insulating film 510, gate 600, first source electrode 800, second source electrode 850, and drain electrode 900 ) includes.

기판(100)은 n+ 형 탄화 수소(SiC)를 포함할 수 있다.The substrate 100 may include n+ type hydrocarbon (SiC).

n- 형층(200)은 기판(100)의 상면(제1면)에 위치한다. n- 형층(200)에는 제1 트렌치(251) 및 제2 트렌치(252)가 형성되어 있다. The n-type layer 200 is located on the top surface (first surface) of the substrate 100. A first trench 251 and a second trench 252 are formed in the n- type layer 200.

n- 형층(200) 위에는 p 형 영역(300)이 위치하고, p 형 영역(300)은 제1 트렌치(251) 및 제2 트렌치(252)의 측면에 인접하게 위치한다. p 쉴드 영역(310)은 제1 트렌치(251)의 하부에 위치한다. p+ 형 영역(320)은 p 형 영역(300) 위에 위치하고, p+ 형 영역(320)은 제2 트렌치(252)의 측면에 인접하게 위치한다. 여기서, p 형은 실리콘(Si)과 같은 4가 원소의 진성 반도체에, 3가 원소(붕소(B), 알루미늄(Al) 등)를 불순물로 도핑한 반도체 영역을 말한다. p 쉴드 영역(310)은 p+ 형 영역(320) 보다 이온 도핑 농도가 높은 영역이고, p+ 형 영역(320)은 p 형 영역(300) 보다 이온 도핑 농도가 높은 영역이다.A p-type region 300 is located on the n-type layer 200, and the p-type region 300 is located adjacent to the side of the first trench 251 and the second trench 252. The p shield area 310 is located below the first trench 251. The p+ type region 320 is located above the p type region 300, and the p+ type region 320 is located adjacent to the side of the second trench 252. Here, the p-type refers to a semiconductor region in which an intrinsic semiconductor of a tetravalent element such as silicon (Si) is doped with a trivalent element (boron (B), aluminum (Al), etc.) as an impurity. The p shield region 310 is a region with a higher ion doping concentration than the p+ type region 320, and the p+ type region 320 is a region with a higher ion doping concentration than the p type region 300.

n+ 형 영역(400)은 p 형 영역(300) 위에 위치하고, 제1 트렌치(251)의 측면에 인접하게 위치한다. n+ 형 영역(400)은 p+ 형 영역(320)과 동일층에 위치한다. n 형 영역(410)은 제2 트렌치(252) 내에 위치하고, p 형 영역(300) 및 p+ 형 영역(320)의 측면에 인접하여 위치한다. 여기서, n 형은 실리콘(Si)과 같은 4가 원소의 진성 반도체에, 5가 원소(인(P), 비소(As) 등)를 불순물로 도핑한 반도체 영역을 말한다. n+ 형 영역(400)은 n 형 영역(410) 보다 이온 도핑 농도가 높은 영역이고, n 형 영역(410)은 n- 형층(200) 보다 이온 도핑 농도가 높은 영역이다. The n+ type region 400 is located on the p type region 300 and adjacent to the side of the first trench 251. The n+ type region 400 is located on the same layer as the p+ type region 320. The n-type region 410 is located within the second trench 252 and adjacent to the sides of the p-type region 300 and the p+-type region 320. Here, n-type refers to a semiconductor region in which an intrinsic semiconductor of a tetravalent element such as silicon (Si) is doped with a pentavalent element (phosphorus (P), arsenic (As), etc.) as an impurity. The n+ type region 400 is a region with a higher ion doping concentration than the n-type region 410, and the n-type region 410 is a region with a higher ion doping concentration than the n- type layer 200.

제1 절연막(500)은 제1 트렌치(251) 내에 위치한다. 제1 절연막(500)은 산화 실리콘(SiOx)을 포함할 수 있다. 제1 절연막(500)은 n+ 형 영역(400)의 상면 일부까지 연장된다.The first insulating film 500 is located within the first trench 251. The first insulating layer 500 may include silicon oxide (SiOx). The first insulating film 500 extends to a portion of the top surface of the n+ type region 400.

게이트(600)는 제1 트렌치(251) 내에 형성되어, 제1 절연막(500) 위에 위치한다. 게이트(600)는 다결정 실리콘(poly-crystalline silicon) 또는 알루미늄(Al), 구리(Cu), 티타늄(Ti) 등과 같은 금속을 포함할 수 있다. 게이트(600)는 n+ 형 영역(400)의 상면 일부에 위치하는 제1 절연막(500) 위에 위치한다. 즉, 게이트(600)는 n+ 형 영역(400)의 상면과 일부 중첩한다.The gate 600 is formed in the first trench 251 and is located on the first insulating film 500. The gate 600 may include poly-crystalline silicon or a metal such as aluminum (Al), copper (Cu), or titanium (Ti). The gate 600 is located on the first insulating film 500 located on a portion of the top surface of the n+ type region 400. That is, the gate 600 partially overlaps the top surface of the n+ type region 400.

제2 절연막(510)은 게이트(600)를 덮는다. 제2 절연막(510)은 게이트(600)의 상면 및 측면까지 연장되어, 제1 절연막(500)과 맞닿아 게이트(600)를 덮을 수 있다.The second insulating film 510 covers the gate 600 . The second insulating film 510 may extend to the top and side surfaces of the gate 600, contact the first insulating film 500, and cover the gate 600.

제1 소스 전극(800)은 제2 트렌치(252) 내에 형성되어, n 형 영역(410) 위에 위치한다. 제1 소스 전극(800)은 쇼트키(Schottky) 금속을 포함할 수 있다. 제1 소스 전극(800)은 n 형 영역(410)과 접촉하여 쇼트키 접합을 형성한다.The first source electrode 800 is formed in the second trench 252 and is located on the n-type region 410. The first source electrode 800 may include Schottky metal. The first source electrode 800 contacts the n-type region 410 to form a Schottky junction.

제2 소스 전극(850)은 p+ 형 영역(320), n+ 형 영역(400), 제1 소스 전극(800) 및 제2 절연막(510) 위에 위치한다. 제2 소스 전극(850)은 오믹(Omic) 금속을 포함할 수 있다. 제2 소스 전극(850)은 p+ 형 영역(320) 및 n+ 형 영역(400)과 접촉하여 오믹 접합을 형성한다.The second source electrode 850 is located on the p+ type region 320, the n+ type region 400, the first source electrode 800, and the second insulating film 510. The second source electrode 850 may include an ohmic metal. The second source electrode 850 contacts the p+ type region 320 and the n+ type region 400 to form an ohmic junction.

제1 소스 전극(800) 및 제2 소스 전극(850)은 서로 다른 금속으로 이루어져 있으나, 직접 접촉하므로, 동일한 전압이 인가되는 동일한 소스 전극으로 구동될 수 있다. The first source electrode 800 and the second source electrode 850 are made of different metals, but since they are in direct contact, they can be driven by the same source electrode to which the same voltage is applied.

드레인 전극(900)은 기판(100)의 하면(제2면)에 위치한다. 본 실시예에서 드레인 전극(900)은 오믹 금속을 포함하나, 실시예에 따라 쇼트키 금속을 포함할 수 있다. The drain electrode 900 is located on the lower surface (second surface) of the substrate 100. In this embodiment, the drain electrode 900 includes ohmic metal, but may include Schottky metal depending on the embodiment.

본 실시예에 따른 반도체 소자는 MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor) 및 다이오드(Diode)를 포함하고, MOSFET 동작과 다이오드 동작이 이루어진다. 이 때, 전압 인가 상태에 따라 MOSFET 동작과 다이오드 영역의 동작은 개별적으로 이루어진다.The semiconductor device according to this embodiment includes a metal oxide semiconductor field effect transistor (MOSFET) and a diode, and MOSFET operation and diode operation are performed. At this time, the MOSFET operation and the diode region operation are performed separately depending on the voltage application state.

MOSFET은 제2 소스 전극(850), n+ 형 영역(400), p+ 형 영역(320), p 형 영역(300), 게이트(600), p 쉴드 영역(310), n- 형층(200) 및 드레인 전극(900)을 포함하여 구동될 수 있다. 반도체 소자가 MOSFET으로 동작할 때, 제1 트렌치(251)와 인접한 p 형 영역(300)에 채널이 형성된다. p 쉴드 영역(310)은 제1 트렌치(251)의 코너부를 감싸고 있으므로, 제1 트렌치(251)에 전계가 집증되는 것을 완화시킬 수 있다. 이에 따라, 반도체 소자의 항복 전압이 증가하고, 누설 전류가 감소할 수 있다.The MOSFET includes a second source electrode 850, n+ type region 400, p+ type region 320, p type region 300, gate 600, p shield region 310, n- type layer 200, and It can be driven including the drain electrode 900. When the semiconductor device operates as a MOSFET, a channel is formed in the p-type region 300 adjacent to the first trench 251. Since the p-shield area 310 surrounds the corners of the first trench 251, concentration of electric fields in the first trench 251 can be alleviated. Accordingly, the breakdown voltage of the semiconductor device may increase and leakage current may decrease.

다이오드는 제2 소스 전극(850), 제1 소스 전극(800), n 형 영역(410), n- 형층(200) 및 드레인 전극(900)을 포함하여 구동될 수 있다. 본 실시예에 따른 반도체 소자가 다이오드로 구동될 때, 제2 소스 전극(850)은 애노드(Anode) 전극으로 구현되고, 드레인 전극(900)은 캐소드(Cathode) 전극으로 구현된다.The diode may be driven by including a second source electrode 850, a first source electrode 800, an n-type region 410, an n-type layer 200, and a drain electrode 900. When the semiconductor device according to this embodiment is driven by a diode, the second source electrode 850 is implemented as an anode electrode, and the drain electrode 900 is implemented as a cathode electrode.

이와 같이, 본 실시예에 따른 반도체 소자는 MOSFET 및 다이오드를 하나의 칩에 형성함에 따라, 모듈 내의 전체 칩 면적 및 모듈 사이즈를 감소시키고, 모듈 내부의 배선 개수를 감소시켜 스위칭 손실을 감소시킬 수 있다. 또한, 모듈 내부에서 발생하는 전력 소모를 감소시킬 수 있다.In this way, the semiconductor device according to this embodiment forms the MOSFET and diode on one chip, thereby reducing the total chip area and module size within the module, and reducing the number of wires inside the module, thereby reducing switching loss. . Additionally, power consumption occurring inside the module can be reduced.

이하에서는, 본 실시예에 따른 반도체 소자의 동작에 대해 살펴본다.Below, we will look at the operation of the semiconductor device according to this embodiment.

먼저 반도체 소자의 동작 조건에 대해서 살펴본다.First, we will look at the operating conditions of semiconductor devices.

반도체 소자는 하기의 조건에서, 오프(Off) 상태로 동작한다. The semiconductor device operates in an off state under the following conditions.

VGS < VTH, VDS ≥ 0VVGS < VTH, VDS ≥ 0V

반도체 소자의 하기의 조건에서, 다이오드로 동작한다.Under the following conditions, the semiconductor device operates as a diode.

VGS < VTH, VDS < 0VVGS < VTH, VDS < 0V

반도체 소자의 하기의 조건에서, MOSFET으로 동작한다.Under the following conditions, the semiconductor device operates as a MOSFET.

VGS ≥ VTH, VDS > 0VVGS ≥ VTH, VDS > 0V

여기서, VTH는 MOSFET의 문턱 전압(Threshold Voltage)이고, VGS는 VG - VS이고, VDS는 VD - VS이다. VG는 게이트 전극에 인가되는 전압이고, VD는 드레인 전극에 인가되는 전압이고, VS는 소스 전극에 인가되는 전압이다.Here, VTH is the threshold voltage of the MOSFET, VGS is VG - VS, and VDS is VD - VS. VG is the voltage applied to the gate electrode, VD is the voltage applied to the drain electrode, and VS is the voltage applied to the source electrode.

도 2는 일 실시예에 따른 반도체 소자가 MOSFET으로 동작할 때의 동작 상태를 나타낸 도면이고, 도 3은 일 실시예에 따른 반도체 소자가 다이오드로 동작할 때의 동작 상태를 나타낸 도면이며, 도 4는 일 실시예에 따른 반도체 소자가 오프 상태 일때의 동작 상태를 나타낸 도면이다. 또한, 도 5는 도 1에 따른 반도체 소자가 MOSFET으로 동작 할 때, 전자 및 전류 밀도의 시뮬레이션 결과를 나타낸 도면이고, 도 6은 도 1에 따른 반도체 소자가 다이오드로 동작 할 때, 전자 및 전류 밀도의 시뮬레이션 결과를 나타낸 도면이다.FIG. 2 is a diagram showing an operating state when a semiconductor device operates as a MOSFET according to an embodiment, FIG. 3 is a diagram showing an operating state when a semiconductor device operates as a diode according to an embodiment, and FIG. 4 is a diagram showing an operating state when a semiconductor device according to an embodiment is in an off state. In addition, FIG. 5 is a diagram showing simulation results of electron and current density when the semiconductor device according to FIG. 1 operates as a MOSFET, and FIG. 6 shows the electron and current density when the semiconductor device according to FIG. 1 operates as a diode. This is a diagram showing the simulation results.

도 2를 참고하면, 반도체 소자가 MOSFET으로 동작할 때, 전자(e-)는 제2 소스 전극(850)에서 드레인 전극(900)으로 이동한다. 여기서, 제2 소스 전극(850)에서 나온 전자(e-)는 n+ 형 영역(400), p 형 영역(300) 및 n- 형층(200)을 통해 드레인 전극(900)으로 이동한다. 이에 따라, 드레인 전극(900)에서 제2 소스 전극(850) 방향으로 전류가 흐른다.Referring to FIG. 2, when a semiconductor device operates as a MOSFET, electrons (e-) move from the second source electrode 850 to the drain electrode 900. Here, electrons (e-) emitted from the second source electrode 850 move to the drain electrode 900 through the n+ type region 400, p type region 300, and n- type layer 200. Accordingly, current flows from the drain electrode 900 to the second source electrode 850.

도 3을 참고하면, 반도체 소자가 다이오드로 동작할 때, 전자(e-)는 드레인 전극(900)에서 제1 소스 전극(800)으로 이동한다. 여기서, 드레인 전극(900)에서 나온 전자(e-)는 n- 형층(200) 및 n 형 영역(410)을 통해 제1 소스 전극(800)으로 이동한다. 이에 따라, 제1 소스 전극(800)에서 드레인 전극(900) 방향으로 전류가 흐른다.Referring to FIG. 3, when a semiconductor device operates as a diode, electrons (e-) move from the drain electrode 900 to the first source electrode 800. Here, electrons (e-) emitted from the drain electrode 900 move to the first source electrode 800 through the n- type layer 200 and the n-type region 410. Accordingly, current flows from the first source electrode 800 to the drain electrode 900.

도 4를 참고하면, 반도체 소자가 오프 상태일 때, 전류는 흐르지 않고, n- 형층(200)은 공핍층(Depletion layer)으로 형성된다.Referring to FIG. 4, when the semiconductor device is in an off state, current does not flow, and the n-type layer 200 is formed as a depletion layer.

도 5를 참고하면, 반도체 소자가 MOSFET으로 동작할 때, MOSFET의 채널 영역 방향으로 전자/전류가 흐름을 알 수 있다. 또한, 쇼트키 접합 면으로는 전자/전류가 흐르지 않는 것을 알 수 있다.Referring to FIG. 5, it can be seen that when a semiconductor device operates as a MOSFET, electrons/current flow in the direction of the channel region of the MOSFET. Additionally, it can be seen that electrons/current do not flow through the Schottky junction surface.

도 6을 참고하면, 반도체 소자가 다이오드로 동작할 때, 쇼트키 접합 면을 통하여 전자/전류가 흐름을 알 수 있다. 또한, MOSFET의 채널 영역으로 전자/전류가 흐르지 않는 것을 알 수 있다.Referring to FIG. 6, when a semiconductor device operates as a diode, it can be seen that electrons/current flow through the Schottky junction surface. Additionally, it can be seen that electrons/current do not flow into the channel area of the MOSFET.

이하에서는, 표 1을 참고하여 본 실시예에 따른 반도체 소자와 일반적인 반도체 소자의 특성을 살펴본다.Below, with reference to Table 1, we will look at the characteristics of the semiconductor device according to this embodiment and general semiconductor devices.

표 1에서는 실시예, 비교예 1 및 비교예 2에 따른 반도체 소자의 항복 전압을 거의 동일하게 하여 전류 밀도를 비교하였다. 또한, 비교예 1 및 비교예 2에 따른 반도체 소자의 통전부 면적의 합이 실시예에 다른 반도체의 통전부 면적과 동일하게 하였다. 본 시뮬레이션에서는 비교예 1 및 비교예 2에 따른 반도체 소자의 통전부 면적을 각각 0.5cm2로 하고, 실시예에 다른 반도체의 통전부 면적을 1cm2로 하였다.In Table 1, the current densities of the semiconductor devices according to Example, Comparative Example 1, and Comparative Example 2 were compared with almost the same breakdown voltage. In addition, the sum of the areas of the conductive parts of the semiconductor devices according to Comparative Examples 1 and 2 was equal to the area of the electric current conducting parts of the other semiconductors in the Examples. In this simulation, the areas of the conductive portions of the semiconductor devices according to Comparative Examples 1 and 2 were each set to 0.5 cm 2 , and the areas of the conductive portions of the semiconductors used in the examples were set to 1 cm 2 .

항복전압
(V)
breakdown voltage
(V)
전류밀도
(A/cm2)
current density
(A/ cm2 )
통전부
면적
@100A(mm2)
electrical department
area
@100A( mm2 )
칩 中
통전부 면적
(cm2)
Chips
Current-carrying area
( cm2 )
전류량
(A)
amount of current
(A)
비교예 1Comparative Example 1 14621462 1022.51022.5 9.789.78 0.50.5 511.3511.3 비교예 2Comparative Example 2 14081408 1117.11117.1 8.958.95 0.50.5 558.6558.6

line
city
yes
다이오드 동작diode operation 14501450 1704.81704.8 9.889.88 1One 1704.81704.8
MOSFET 동작MOSFET operation 1012.01012.0 1012.01012.0

상기 표 1을 참고하면, 비교예 1에 따른 다이오드 소자의 전류량은 511.3 A로 측정되었고, 비교예 2에 따른 MOSFET 소자의 전류량은 558.6 A로 측정되었다. 본 실시예에 따른 반도체 소자는 다이오드로 동작하는 경우, 1704.8 A로 측정되었고, MOSFET으로 동작하는 경우, 1012.0 A로 측정되었다. 즉, 본 실시예에 따른 반도체 소자가 다이오드로 동작할 때, 비교예 1에 따른 다이오드 소자에 비해 전류량이 약 233.4% 증가함을 알 수 있고, 본 실시예에 따른 반도체 소자가 MOSFET으로 동작할 때, 비교예 2에 따른 MOSFET 소자에 비해 전류량이 약 81.2%로 증가됨을 알 수 있다.Referring to Table 1, the current of the diode device according to Comparative Example 1 was measured at 511.3 A, and the current of the MOSFET device according to Comparative Example 2 was measured at 558.6 A. When operating as a diode, the semiconductor device according to this embodiment was measured at 1704.8 A, and when operating as a MOSFET, it was measured at 1012.0 A. That is, when the semiconductor device according to this embodiment operates as a diode, it can be seen that the amount of current increases by about 233.4% compared to the diode device according to Comparative Example 1, and when the semiconductor device according to this embodiment operates as a MOSFET, , it can be seen that the current amount increases to about 81.2% compared to the MOSFET device according to Comparative Example 2.

이에 따라, 동일한 통전부 면적에서, 비교예 1 및 2에 따른 반도체 소자에 비해 본 실시예에 따른 반도체 소자가 다이오드 또는 MOSFET으로 동작할 때, 전류량이 증가함을 알 수 있다.Accordingly, it can be seen that the amount of current increases when the semiconductor device according to this embodiment operates as a diode or MOSFET compared to the semiconductor device according to Comparative Examples 1 and 2 in the same area of the conductive part.

또한, 표 1을 참고하여, 100A가 흐르기 위한 통전부 면적을 살펴보면, 비교예 1에 따른 다이오드 소자는 9.78 mm2 가 필요하고, 비교예 2에 따른 MOSFET 소자는 8.95 mm2 가 필요한 것을 알 수 있다. 즉, 비교예에 따른 다이오드 소자 및 MOSFET 소자를 구동하기 위해서는 합산하여 18.73 mm2 의 면적이 필요하다. 반면, 본 실시예에 따른 반도체 소자는 다이오드 소자 및 MOSFET 소자를 구동하기 위하여, 9.88 mm2 의 면적이 필요함을 알 수 있다.In addition, referring to Table 1, looking at the area of the current carrying part for 100A to flow, it can be seen that the diode device according to Comparative Example 1 requires 9.78 mm 2 and the MOSFET device according to Comparative Example 2 requires 8.95 mm 2 . That is, in order to drive the diode device and the MOSFET device according to the comparative example, a total area of 18.73 mm 2 is required. On the other hand, it can be seen that the semiconductor device according to this embodiment requires an area of 9.88 mm 2 to drive the diode device and the MOSFET device.

따라서, 전류량을 동일하게 설계 했을 때, 비교예 1 및 2에 따른 반도체 소자에 비해 본 실시예에 따른 반도체 소자의 통전부 면적이 감소함을 알 수 있다.Therefore, it can be seen that when the amount of current is designed to be the same, the area of the conductive part of the semiconductor device according to this embodiment is reduced compared to the semiconductor device according to Comparative Examples 1 and 2.

이하에서는, 도 1 및 도 7 내지 도 14를 참고하여, 일 실시예에 따른 반도체 소자의 제조 방법에 대하여 살펴본다.Below, with reference to FIGS. 1 and 7 to 14 , a method of manufacturing a semiconductor device according to an embodiment will be described.

도 7 내지 도 14는 일 실시예에 따른 반도체 소자의 제조 방법의 일 예를 간략하게 도시한 도면이다.7 to 14 are diagrams briefly illustrating an example of a method for manufacturing a semiconductor device according to an embodiment.

도 7을 참고하면, 기판(100)을 준비하고, 기판(100)의 상면(제1면)에 n- 형층(200)을 형성한다. 기판(100)은 n+ 형 탄화 규소(SiC)를 포함할 수 있고, n- 형층(200)은 기판(100)의 제1면 위에 에피택셜 성장으로 형성할 수 있다.Referring to FIG. 7, a substrate 100 is prepared, and an n-type layer 200 is formed on the upper surface (first surface) of the substrate 100. The substrate 100 may include n+ type silicon carbide (SiC), and the n- type layer 200 may be formed on the first surface of the substrate 100 by epitaxial growth.

도 8을 참고하면, n- 형층(200) 위에 p 형 영역(300)을 형성한다. p 형 영역(300)은 n- 형층(200)에 붕소(B), 알루미늄(Al), 갈륨(Ga) 및 인듐(In) 등과 같은 p 형 이온을 주입하여 형성할 수 있다. 또한, 이에 한정되지 않고, n- 형층(200) 위에 에피택셜 성장으로 형성할 수도 있다.Referring to FIG. 8, a p-type region 300 is formed on the n-type layer 200. The p-type region 300 can be formed by implanting p-type ions such as boron (B), aluminum (Al), gallium (Ga), and indium (In) into the n- type layer 200. Additionally, it is not limited to this, and may be formed by epitaxial growth on the n- type layer 200.

도 9를 참고하면, p 형 영역(300) 위에 p+ 형 영역(320) 및 n+ 형 영역(400)을 형성한다. p+ 형 영역(320)은 p 형 영역(300)에 붕소(B), 알루미늄(Al), 갈륨(Ga) 및 인듐(In) 등과 같은 p 형 이온을 주입하여 형성할 수 있다. n+ 형 영역(400)은 p 형 영역(300)에 질소(N), 인(P), 비소(As) 및 안티몬(Sb) 등과 같은 n형 이온을 주입하여 형성할 수 있다. 여기서, p+ 형 영역(320)의 이온 도핑 농도는 p 형 영역(300)의 이온 도핑 농도보다 높다.Referring to FIG. 9, a p+ type region 320 and an n+ type region 400 are formed on the p type region 300. The p+ type region 320 can be formed by implanting p-type ions such as boron (B), aluminum (Al), gallium (Ga), and indium (In) into the p-type region 300. The n+ type region 400 can be formed by implanting n-type ions such as nitrogen (N), phosphorus (P), arsenic (As), and antimony (Sb) into the p-type region 300. Here, the ion doping concentration of the p+ type region 320 is higher than that of the p type region 300.

도 10을 참고하면, n+ 형 영역(400), p 형 영역(300) 및 n- 형층(200)을 식각하여 제1 트렌치(251) 및 제2 트렌치(252)를 형성한다. 이 때, 제1 트렌치(251)는 n+ 형 영역(400), p 형 영역(300)을 관통하고, n- 형층(200)에 형성된다. 제2 트렌치(252)는 p+ 형 영역(320) 및 p 형 영역(300)을 관통하고, n- 형층(200)에 형성된다.Referring to FIG. 10, the n+ type region 400, p type region 300, and n- type layer 200 are etched to form a first trench 251 and a second trench 252. At this time, the first trench 251 penetrates the n+ type region 400 and the p type region 300 and is formed in the n- type layer 200. The second trench 252 penetrates the p+ type region 320 and the p type region 300 and is formed in the n- type layer 200.

도 11을 참고하면, 제1 트렌치(251)의 하부면 아래에 p 쉴드 영역(310)을 형성한다. p 쉴드 영역(310)은 절연 물질층 패턴을 마스크로 하여 제1 트렌치(251)의 코너 및 하부면의 일부에 붕소(B), 알루미늄(Al), 갈륨(Ga) 및 인듐(In) 등과 같은 p 형 이온을 주입하여 형성할 수 있다. p 쉴드 영역(310)의 이온 도핑 농도는 p+ 형 영역(320)의 이온 도핑 농도보다 높다.Referring to FIG. 11, a p shield area 310 is formed under the lower surface of the first trench 251. The p shield area 310 uses the insulating material layer pattern as a mask and deposits materials such as boron (B), aluminum (Al), gallium (Ga), and indium (In) on a portion of the corner and bottom surface of the first trench 251. It can be formed by implanting p-type ions. The ion doping concentration of the p shield region 310 is higher than that of the p+ type region 320.

도 12를 참고하면, 제1 트렌치(251)의 내부 및 n+ 형 영역(400) 위에 제1 절연막(500)을 형성하고, 제1 절연막(500) 위에 게이트(600)를 형성하며, 게이트(600)를 덮도록 제2 절연막(510)을 형성한다. 게이트(600)는 다결정 실리콘(poly-crystalline silicon) 또는 금속을 포함할 수 있다. 게이트(600)는 제1 트렌치(251)의 상부 면 일부까지 연장되고, n+ 형 영역(400)의 일부와 중첩한다.Referring to FIG. 12, a first insulating film 500 is formed inside the first trench 251 and on the n+ type region 400, a gate 600 is formed on the first insulating film 500, and the gate 600 ) is formed to cover the second insulating film 510. The gate 600 may include poly-crystalline silicon or metal. The gate 600 extends to a portion of the upper surface of the first trench 251 and overlaps a portion of the n+ type region 400.

도 13을 참고하면, 제2 트렌치(252) 내부에 n 형 영역(410)을 형성한다. n 형 영역(410)은 제2 트렌치(252) 및 n- 형층(200)에 질소(N), 인(P), 비소(As) 및 안티몬(Sb) 등과 같은 n 형 이온을 주입하여 형성할 수 있다. 여기서, n 형 영역(410)의 이온 도핑 농도는 n- 형층(200)의 이온 도핑 농도보다 높다.Referring to FIG. 13, an n-type region 410 is formed inside the second trench 252. The n-type region 410 is formed by implanting n-type ions such as nitrogen (N), phosphorus (P), arsenic (As), and antimony (Sb) into the second trench 252 and the n- type layer 200. You can. Here, the ion doping concentration of the n-type region 410 is higher than that of the n- type layer 200.

도 14를 참고하면, 제2 트렌치(252) 내의 n 형 영역(410) 위에 제1 소스 전극(800)을 형성하고, p+ 형 영역(320), n+ 형 영역(400), 제1 소스 전극(800) 및 제2 절연막(510) 위에 제2 소스 전극(850)을 형성한다. 제1 소스 전극(800)은 쇼트키 금속을 포함할 수 있으며, 제2 소스 전극(850)은 오믹 금속을 포함할 수 있다. 제1 소스 전극(800) 및 제2 소스 전극(850)은 서로 다른 금속으로 이루어져 있으나, 직접 접촉하므로, 동일한 전압이 인가되는 동일한 소스 전극으로 구동될 수 있다. Referring to FIG. 14, a first source electrode 800 is formed on the n-type region 410 in the second trench 252, and a p+ type region 320, an n+ type region 400, and a first source electrode ( A second source electrode 850 is formed on the 800 and the second insulating film 510. The first source electrode 800 may include Schottky metal, and the second source electrode 850 may include ohmic metal. The first source electrode 800 and the second source electrode 850 are made of different metals, but since they are in direct contact, they can be driven by the same source electrode to which the same voltage is applied.

또한, 기판(100)의 하면(제2면)에 드레인 전극(900)을 형성한다. 드레인 전극(900)은 오믹 금속을 포함할 수 있다.Additionally, a drain electrode 900 is formed on the lower surface (second surface) of the substrate 100. The drain electrode 900 may include ohmic metal.

이하에서는, 다른 실시예에 따른 반도체 소자에 관하여 살펴본다.Below, we will look at semiconductor devices according to other embodiments.

도 15는 다른 실시예에 따른 반도체 소자의 단면의 일 예를 간략하게 도시한 도면이고, 도 16은 다른 실시예에 따른 반도체 소자의 단면의 일 예를 간략하게 도시한 도면이다. 도 1의 일 실시예에 따른 반도체 소자와 동일한 내용을 생략하고, 차이점을 중심으로 살펴본다.FIG. 15 is a diagram briefly showing an example of a cross section of a semiconductor device according to another embodiment, and FIG. 16 is a diagram briefly showing an example of a cross section of a semiconductor device according to another embodiment. Content that is the same as that of the semiconductor device according to the embodiment of FIG. 1 will be omitted, and the differences will be focused on.

도 15를 참고하면, 다른 실시예에 따른 반도체 소자는 기판(100), n- 형층(200), p 형 영역(300), p+ 형 영역(320), n+ 형 영역(400), n 형 영역(410), 제1 절연막(500), 게이트(600), 제1 소스 전극(800), 제2 소스 전극(850) 및 드레인 전극(900)을 포함한다.Referring to FIG. 15, a semiconductor device according to another embodiment includes a substrate 100, an n- type layer 200, a p-type region 300, a p+-type region 320, an n+-type region 400, and an n-type region. 410, a first insulating film 500, a gate 600, a first source electrode 800, a second source electrode 850, and a drain electrode 900.

n- 형층(200)은 기판(100)의 상면(제1면)에 위치하며, 제2 트렌치(252)가 형성되어 있다. The n- type layer 200 is located on the upper surface (first surface) of the substrate 100, and a second trench 252 is formed.

p 형 영역(300)은 n- 형층(200) 내부에 위치하고, 제2 트렌치(252)의 측면에 인접하게 위치한다. p+ 형 영역(320)은 p 형 영역(300)의 내부에 위치하고, 제2 트렌치(252)의 측면에 인접하게 위치한다.The p-type region 300 is located inside the n-type layer 200 and adjacent to the side of the second trench 252. The p+ type region 320 is located inside the p type region 300 and adjacent to the side of the second trench 252.

n+ 형 영역(400)은 p 형 영역(300) 내부에 위치한다. n+ 형 영역(400)은 p+ 형 영역(320)과 동일층에 위치하며, p+ 형 영역(320) 보다 p 형 영역(300) 내부에 더 깊게 위치한다.The n+ type region 400 is located inside the p type region 300. The n+ type region 400 is located on the same layer as the p+ type region 320, and is located deeper inside the p type region 300 than the p+ type region 320.

제1 절연막(500)은 n- 형층(200), p 형 영역(300) 및 n+ 형 영역(400)의 일부 위에 위치한다. 제1 절연막(500)은 산화 실리콘(SiOx)을 포함할 수 있다.The first insulating film 500 is located on a portion of the n- type layer 200, the p-type region 300, and the n+-type region 400. The first insulating layer 500 may include silicon oxide (SiOx).

게이트(600)는 제1 절연막(500) 위에 위치하며, n- 형층(200), p 형 영역(300) 및 n+ 형 영역(400)의 일부와 중첩된다.The gate 600 is located on the first insulating film 500 and overlaps a portion of the n- type layer 200, the p-type region 300, and the n+-type region 400.

제2 절연막(510)은 게이트(600)를 덮는다. 제2 절연막(510)은 게이트(600)의 상면 및 측면까지 연장되어, 제1 절연막(500)과 맞닿아 게이트(600)를 덮을 수 있다.The second insulating film 510 covers the gate 600 . The second insulating film 510 may extend to the top and side surfaces of the gate 600, contact the first insulating film 500, and cover the gate 600.

본 실시예에 따른 반도체 소자는 제2 소스 전극(850), n+ 형 영역(400), p+ 형 영역(320), p 형 영역(300), 게이트(600), n- 형층(200) 및 드레인 전극(900)을 포함하여 MOSFET으로 구동될 수 있다.The semiconductor device according to this embodiment includes a second source electrode 850, an n+ type region 400, a p+ type region 320, a p type region 300, a gate 600, an n- type layer 200, and a drain. It can be driven by a MOSFET including the electrode 900.

또한, 제1 소스 전극(800), 제2 소스 전극(850), 제1 소스 전극(800), n 형 영역(410), n- 형층(200) 및 드레인 전극(900)을 포함하여 다이오드로 구동될 수 있다.In addition, a diode including a first source electrode 800, a second source electrode 850, a first source electrode 800, an n-type region 410, an n-type layer 200, and a drain electrode 900. It can be driven.

이와 같이, 본 실시예에 따른 반도체 소자는 MOSFET 및 다이오드를 하나의 칩에 형성함에 따라, 모듈 내의 전체 칩 면적 및 모듈 사이즈를 감소시키고, 모듈 내부의 배선 개수를 감소시켜 스위칭 손실을 감소시킬 수 있다. 또한, 모듈 내부에서 발생하는 전력 소모를 감소시킬 수 있다.In this way, the semiconductor device according to this embodiment forms the MOSFET and diode on one chip, thereby reducing the total chip area and module size within the module, and reducing the number of wires inside the module, thereby reducing switching loss. . Additionally, power consumption occurring inside the module can be reduced.

도 16을 참고하면, 다른 실시예에 따른 반도체 소자는 기판(100), n- 형층(200), p 형 영역(300), p 쉴드 영역(310), p+ 형 영역(320), n+ 형 영역(400), n 형 영역(410), 제1 절연막(500), 게이트(600), 제1 소스 전극(800), 제2 소스 전극(850) 및 드레인 전극(900)을 포함한다.Referring to FIG. 16, a semiconductor device according to another embodiment includes a substrate 100, an n- type layer 200, a p-type region 300, a p shield region 310, a p+-type region 320, and an n+-type region. 400, includes an n-type region 410, a first insulating film 500, a gate 600, a first source electrode 800, a second source electrode 850, and a drain electrode 900.

제1 소스 전극(800)는 n 형 영역(410) 위에 위치하며, 제2 트렌치(252) 내의 일부 영역에만 위치한다. 제1 소스 전극(800)은 쇼트키 금속을 포함할 수 있다. 제1 소스 전극(800)은 n 형 영역(410)과 접촉하여 쇼트키 접합을 형성한다.The first source electrode 800 is located on the n-type region 410 and is located only in a partial area within the second trench 252. The first source electrode 800 may include Schottky metal. The first source electrode 800 contacts the n-type region 410 to form a Schottky junction.

제2 트렌치(252)의 나머지 영역은 제2 소스 전극(850)이 채워진다. 제2 소스 전극(850)은 오믹 금속을 포함할 수 있다. 이에 따라, 제1 소스 전극(800) 및 제2 소스 전극(850)은 서로 다른 금속으로 이루어져 있으나, 제1 소스 전극(800)이 쇼트키 접합을 형성하면, 동일한 전압이 인가되는 동일한 소스 전극으로 구동될 수 있다. The remaining area of the second trench 252 is filled with the second source electrode 850. The second source electrode 850 may include ohmic metal. Accordingly, the first source electrode 800 and the second source electrode 850 are made of different metals, but when the first source electrode 800 forms a Schottky junction, they are connected to the same source electrode to which the same voltage is applied. It can be driven.

즉, 본 실시예에 따른 반도체 소자는 하나의 칩에 MOSFET 및 다이오드를 포함하고, 개별적인 MOSFET 또는 다이오드 동작이 이루어짐으로써, 모듈 내의 전체 칩 면적 및 모듈 사이즈를 감소시키고, 모듈 내부의 배선 개수를 감소시켜 스위칭 손실을 감소시킬 수 있다.In other words, the semiconductor device according to this embodiment includes a MOSFET and a diode in one chip, and individual MOSFET or diode operation is performed, thereby reducing the overall chip area and module size within the module and reducing the number of wires inside the module. Switching losses can be reduced.

이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.Although the preferred embodiments of the present invention have been described in detail above, the scope of the present invention is not limited thereto, and various modifications and improvements made by those skilled in the art using the basic concept of the present invention defined in the following claims are also possible. falls within the scope of rights.

100: 기판 200: n- 형층
300: p 형 영역 310: p 쉴드 영역
320: p+ 형 영역 400: n+ 형 영역
410: n 형 영역 500: 제1 절연막
510: 제2 절연막 600: 게이트
800: 제1 소스 전극 850: 제2 소스 전극
900: 드레인 전극
100: substrate 200: n-type layer
300: p-type area 310: p shield area
320: p+ type region 400: n+ type region
410: n-type region 500: first insulating film
510: second insulating film 600: gate
800: first source electrode 850: second source electrode
900: drain electrode

Claims (15)

반도체 소자로서,
기판;
상기 기판의 제1면에 위치하는 n- 형층;
상기 n- 형층에 형성된 제1 트렌치 및 제2 트렌치;
상기 n- 형층 위에 위치하는 p 형 영역;
상기 p 형 영역 위에 위치하고, 상기 제1 트렌치의 측면에 인접하는 n+ 형 영역;
상기 p 형 영역 위에 위치하고, 상기 제2 트렌치의 측면에 인접하는 p+ 형 영역;
상기 제1 트렌치 내에 위치하는 제1 절연막;
상기 제1 트렌치 내에 위치하는 게이트;
상기 제2 트렌치 내에 위치하는 n 형 영역 및 제1 소스 전극;
상기 게이트 및 상기 제1 소스 전극 위에 위치하는 제2 소스 전극; 및
상기 기판의 제2 면에 위치하는 드레인 전극을 포함하고,
상기 제1 소스 전극은 상기 제2 트렌치에서 상기 n 형 영역과 접촉하여 쇼트키 접합을 형성하고,
상기 n+ 형 영역은 상기 p+ 형 영역과 동일층에 위치하고,
상기 n 형 영역은 상기 p 형 영역 및 상기 p+ 형 영역의 측면에 인접하여 위치하고,
상기 제1 절연막은 상기 n+ 형 영역의 상면 일부까지 연장되고,
상기 반도체 소자가 MOSFET으로 동작하는 경우, 전류는 상기 드레인 전극에서 상기 n- 형층, 상기 p 형 영역 및 상기 n+ 형 영역을 통해 상기 제2 소스 전극으로 흐르고,
상기 반도체 소자가 다이오드로 동작하는 경우, 전류는, 상기 제2 소스 전극과 서로 다른 금속으로 이루어진 상기 제1 소스 전극에서 상기 n 형 영역 및 상기 n- 형층을 통해 상기 드레인 전극으로 흐르는 반도체 소자.
As a semiconductor device,
Board;
an n-type layer located on the first side of the substrate;
a first trench and a second trench formed in the n-type layer;
a p-type region located above the n-type layer;
an n+ type region located above the p type region and adjacent to a side of the first trench;
a p+ type region located above the p type region and adjacent to a side of the second trench;
a first insulating film located within the first trench;
a gate located within the first trench;
an n-type region and a first source electrode located within the second trench;
a second source electrode positioned above the gate and the first source electrode; and
It includes a drain electrode located on a second side of the substrate,
the first source electrode contacts the n-type region in the second trench to form a Schottky junction,
The n+ type region is located in the same layer as the p+ type region,
The n-type region is located adjacent to the side of the p-type region and the p+-type region,
The first insulating film extends to a portion of the upper surface of the n+ type region,
When the semiconductor device operates as a MOSFET, current flows from the drain electrode to the second source electrode through the n- type layer, the p-type region, and the n+-type region,
When the semiconductor device operates as a diode, current flows from the first source electrode made of a different metal from the second source electrode to the drain electrode through the n-type region and the n-type layer.
제1항에 있어서,
상기 기판은 n+ 형 탄화 수소를 포함하는 반도체 소자.
According to paragraph 1,
The substrate is a semiconductor device containing n+ type hydrocarbon.
제1항에 있어서,
상기 제1 소스 전극은 쇼트키 금속을 포함하고,
상기 제2 소스 전극은 오믹 금속을 포함하는 반도체 소자.
According to paragraph 1,
The first source electrode includes Schottky metal,
The second source electrode is a semiconductor device including an ohmic metal.
제1항에 있어서,
상기 제1 트렌치의 하부에 위치하는 p 쉴드 영역을 더 포함하는 반도체 소자.
According to paragraph 1,
A semiconductor device further comprising a p shield region located below the first trench.
제4항에 있어서,
상기 제2 소스 전극은 상기 n+ 형 영역 및 상기 p+ 형과 접촉하여 오믹 접합을 형성하는 반도체 소자.
According to clause 4,
The second source electrode is in contact with the n+ type region and the p+ type to form an ohmic junction.
제5항에 있어서,
상기 n- 형층, 상기 n+ 형 영역, 상기 p+ 형 영역, 상기 p 형 영역, 상기 게이트, 상기 p 쉴드 영역, 상기 제2 소스 전극 및 상기 드레인 전극은 MOSFET으로 구동되는 반도체 소자.
According to clause 5,
The n- type layer, the n+ type region, the p+ type region, the p type region, the gate, the p shield region, the second source electrode, and the drain electrode are driven by a MOSFET.
제4항에 있어서,
상기 n- 형층, 상기 n 형 영역, 상기 제1 소스 전극, 상기 제2 소스 전극 및 드레인 전극은 다이오드로 구동되는 반도체 소자.
According to clause 4,
A semiconductor device wherein the n-type layer, the n-type region, the first source electrode, the second source electrode, and the drain electrode are driven by diodes.
제7항에 있어서,
상기 제2 소스 전극은 캐소드 전극이고,
상기 드레인 전극은 애노드 전극인 반도체 소자.
In clause 7,
The second source electrode is a cathode electrode,
A semiconductor device in which the drain electrode is an anode electrode.
제1항에 있어서,
상기 게이트 위에 위치하는 제2 절연막을 더 포함하는 반도체 소자.
According to paragraph 1,
A semiconductor device further comprising a second insulating film positioned on the gate.
제1항에 있어서,
상기 n 형 영역은 상기 n- 형 층보다 이온 도핑 농도가 높은 반도체 소자.
According to paragraph 1,
A semiconductor device in which the n-type region has a higher ion doping concentration than the n-type layer.
반도체 소자의 제조 방법으로서,
기판의 제1면에 n- 형층 및 p 형 영역을 차례로 형성하는 단계;
상기 p 형 영역 위에 서로 인접하는 p+ 형 영역 및 n+ 형 영역을 형성하는 단계;
상기 n+ 형 영역, 상기 p 형 영역 및 상기 n- 형층을 식각하여 제1 트렌치를 형성하고, 상기 p+ 형 영역, 상기 p 형 영역 및 상기 n- 형 영역을 식각하여 제2 트렌치를 형성하는 단계;
상기 제1 트렌치의 하부면 아래에 p 쉴드 영역을 형성하는 단계;
상기 제1 트렌치의 내부에 제1 절연막을 형성하고, 상기 제1 절연막 위에 게이트를 형성하며, 상기 게이트 위에 제2 절연막을 형성하는 단계;
상기 제2 트렌치의 내부에 n 형 영역 및 제1 소스 전극을 형성하는 단계;
상기 p+ 형 영역, 상기 n+ 형 영역, 상기 제1 소스 전극 및 제2 절연막 위에 제2 소스 전극을 형성하는 단계; 및
상기 기판의 제2면에 드레인 전극을 형성하는 단계를 포함하고,
상기 제1 소스 전극은 상기 제2 트렌치에서 상기 n 형 영역과 접촉하여 쇼트키 접합을 형성하고,
상기 n+ 형 영역은 상기 p+ 형 영역과 동일층에 위치하고,
상기 n 형 영역은 상기 p 형 영역 및 상기 p+ 형 영역의 측면에 인접하여 위치하고,
상기 제1 절연막은 상기 n+ 형 영역의 상면 일부까지 연장되고,
상기 반도체 소자가 MOSFET으로 동작하는 경우, 전류는 상기 드레인 전극에서 상기 n- 형층, 상기 p 형 영역 및 상기 n+ 형 영역을 통해 상기 제2 소스 전극으로 흐르고,
상기 반도체 소자가 다이오드로 동작하는 경우, 전류는, 상기 제2 소스 전극과 서로 다른 금속으로 이루어진 상기 제1 소스 전극에서 상기 n 형 영역 및 상기 n- 형층을 통해 상기 드레인 전극으로 흐르는 반도체 소자의 제조 방법.
As a method of manufacturing a semiconductor device,
sequentially forming an n-type layer and a p-type region on the first side of the substrate;
forming a p+ type region and an n+ type region adjacent to each other on the p type region;
forming a first trench by etching the n+ type region, the p type region and the n- type layer, and forming a second trench by etching the p+ type region, the p type region and the n- type region;
forming a p-shield region below the lower surface of the first trench;
forming a first insulating film inside the first trench, forming a gate on the first insulating film, and forming a second insulating film on the gate;
forming an n-type region and a first source electrode inside the second trench;
forming a second source electrode on the p+ type region, the n+ type region, the first source electrode, and the second insulating layer; and
Forming a drain electrode on the second side of the substrate,
the first source electrode contacts the n-type region in the second trench to form a Schottky junction,
The n+ type region is located in the same layer as the p+ type region,
The n-type region is located adjacent to the side of the p-type region and the p+-type region,
The first insulating film extends to a portion of the upper surface of the n+ type region,
When the semiconductor device operates as a MOSFET, current flows from the drain electrode to the second source electrode through the n- type layer, the p-type region, and the n+-type region,
When the semiconductor device operates as a diode, current flows from the first source electrode made of a different metal from the second source electrode to the drain electrode through the n-type region and the n-type layer. method.
제11항에 있어서,
상기 기판은 n+ 형 탄화 수소를 포함하는 반도체 소자의 제조 방법.
According to clause 11,
A method of manufacturing a semiconductor device wherein the substrate contains an n+ type hydrocarbon.
제11항에 있어서,
상기 제1 소스 전극은 쇼트키 금속을 포함하고,
상기 제2 소스 전극은 오믹 금속을 포함하는 반도체 소자의 제조 방법.
According to clause 11,
The first source electrode includes Schottky metal,
A method of manufacturing a semiconductor device wherein the second source electrode includes an ohmic metal.
제13항에 있어서,
상기 제2 소스 전극은 상기 n+ 형 영역 및 상기 p+ 형과 접촉하여 오믹 접합을 형성하는 반도체 소자의 제조 방법.
According to clause 13,
The second source electrode is in contact with the n+ type region and the p+ type to form an ohmic junction.
제13항에 있어서,
상기 제2 소스 전극은 캐소드 전극이고, 상기 드레인 전극은 애노드 전극인 반도체 소자의 제조 방법.
According to clause 13,
A method of manufacturing a semiconductor device wherein the second source electrode is a cathode electrode and the drain electrode is an anode electrode.
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