KR0149704B1 - 쇼트키 정류소자 및 그 제조방법 - Google Patents
쇼트키 정류소자 및 그 제조방법Info
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Abstract
본 발명은 쇼트키정류소자에 관한 것으로, 캐소오드전극에 연결되는 엔형반도체 기판과, 상기 반도체 기판상에 형성된 엔형 에피층과, 각각은 상기 에피층의 상부로부터 내부로 신장하도록 형성되고 서로 소정거리 이격되며 애노오드전극과 연결되는 적극막에 공통접속되는 다수개의 피형 불순물영역을 가지는 쇼트키 정류소자에 있어서, 상기 피형 불순물영역의 일부를 관통하여 상기 에피층의 내부로 신장하는 트렌치를 형성하고 그 내부를 상기 전극막으로 충진시키며, 상기 트렌치의 하부는 또다른 피형 확산영역에 의해 둘러싸이도록 형성됨을 특징으로 하는 쇼트키 정류소자에 관한 것이다.
Description
제1도는 본 발명에 따른 쇼트키 정류소자의 구조를 보이는 단면구조도.
제2도 내지 제4도는 제1도에 도시한 쇼트키 정류소자에서 p+영역(18)과 n-에피층(12)사이의 pn접합에 따른 공핍층을 보이는 도면으로서,
제2도는 애노오드-캐소오드 사이의 전계가 0(zero)일 때이고,
제3도는 애노오드-캐소오드 사이의 전계가 순방향 바이어스 되었을 때이고,
제4도는 애노오드-캐소오드 사이의 전계가 역방향 바이어스 되었을 때를 각각 나타내는 도면.
제5도는 트렌치의 깊이와 간격에 따른 순방향 전압강하 특성을 보이는 도면.
본 발명은 전력전자용 정류소자에 관한 것으로, 특히 쇼트키장벽 특성을 이용한 쇼트키 정류소자에 관한 것이다.
쇼트키 정류소자(Schottky rectifier)란 금속과 반도체의 접촉에 의해 반도체 표면에 형성되는 에너지 장벽, 즉 소위 쇼트키 장벽(barrier)을 이용하여 만든 정류소자로서 통상적으로 전력전자 응용회로의 정류소자로서 널리 사용된다. 일반적으로 쇼트키 정류소자는 캐소오드전극에 접속되는 n형의 반도체 기판상에 애노오드전극에 접속되는 금속층을 가지는 형태로 제조되며, 상기 애노오드전극으로부터 금속층에 양의 전압이 인가되면(즉, 순방향 바이어스가 인가되면) 반도체 기판측으로부터 금속층쪽으로 다수의 전자가 흐르게 되고, 반대로 상기 금속층에 음의 전압이 인가되면(즉, 역방향 바이어스가 인가되면) 상기한 전자의 흐름은 거의 없게 된다. 이러한 쇼트키 정류소자는 전도성분이 다수캐리어이므로 소수캐리어의 주입이 거의 없기 때문에 소수캐리어의 축적이 없으며, 그에 따라 스위칭 시간이 짧아서 고속 스위칭 동작에 적합하다는 특성이 있다. 또한, 한쪽이 금속이기 때문에 동일한 반도체 기판농도에 대해 상승 전압이 낮고 직렬저항도 낮을뿐만 아니라 금속의 열전도율이 좋기때문에 열의 발산이 양호하다는 특성도 있다.
이러한 쇼트키 정류소자에서 순방향 전류밀도를 높이기 위해 장벽높이가 낮은 금속을 전극으로 사용할 경우, 순방향 전류밀도를 증가시킬 수는 있으나 누설전류도 함께 증가되는 문제점을 갖게 된다.
상기한 문제점을 해결할 수 있는 새로운 정류소자가 1986년 간행된 Solid State Electronics, Vol.29, page 359-363에 High Current, Low Foward Drop JBS Power Rectifier 라는 제목으로 개시되어 있다. 상기 새로운 정류소자는 JBS(Junction Barrier Schottky)라는 소자로서, 상기 JBS소자는 쇼트키접합 가장자리에 p+ -n접합을 형성하여 가장자리의 전계를 낮추는 효과를 유도함으로써 누설전류를 감소시킨다.
그러나, 상기 JBS소자에서는 누설전류를 감소시키는 효과를 갖는 반면에, 쇼트키접합 가장자리의 p+영역에서는 전류가 흐르지 못함에 따라 순방향 전류를 감소시키는 역장용을 일으키는 문제점을 갖고 있다. 그에 따라 전력전자회로에서 사용하기 위한 고전류 정류작용에는 부적합하게 된다.
따라서, 본 발명의 목적은 높은 전류밀도를 가지는 쇼트키 정류소자를 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은 누설전류와 순방향 전압강하를 감소시킬 수 있는 쇼트키 정류소자를 제공하는데 있다.
상기 목적에 따른 본 발명은, 캐소오드전극에 연결되는 엔형 반도체 기판과, 상기 엔형 반도체 기판상에 형성된 엔형 에피층과, 상기 엔형 에피층의 상부로부터 내부로 신장되도록 형성되고 서로 소정거리 이격되며 애노오드전극과 연결되는 전극막에 공통접속되는 다수개의 피형 불순물영역들을 가지는 쇼트키 정류소자에 있어서, 상기 피형 불순물영역의 일부를 관통하여 상기 엔형 에피층의 내부로 신장되는 트렌치가 형성되고 그 내부는 상기 전극막으로 충진되며, 상기 트렌치의 하부는 또다른 피형 확산영역에 의해 둘러싸이도록 형성됨을 특징으로 한다.
상기 트렌치의 내벽에 충진된 전극막은, 순방향 바이어스시에 쇼트키 접합영역의 면적을 확장시키는 동작을 갖게 되며, 상기 트렌치의 하부를 둘러싸는 또다른 피형 불순물영역은 역방향 바이어스시에 쇼트키접합 면적을 공핍층으로 변환시켜 누설전류를 차단시키는 동작을 하게 된다.
따라서 본 발명에 따르게 되면 종래의 일반적은 JBS 소자에 비해 순방향 전압강하 및 역방향 누설전류가 모두 감소되는 쇼트키 정류소자가 얻어진다.
이하 본발명의 전반적인 이해를 돕기 위하여 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 도면들중 동일한 구성요소들은 어디에서든지 같은 인용번호로 참조되어질 것이다. 하기의 설명에 따르면, 당 분야의 통상지식인에게 본 발명이 자명해질 것이다.
제1도는 본 발명에 따른 쇼트키 정류소자의 구조를 보이는 단면구조도이다. 제1도를 참조하면, n+도핑된 실리콘기판(10)상에 n-에피층(12)이 형성되어 있다. 상기 기판(10)의 하부면은 캐소오드전극(14)에 접속되어 있고, 상기 에피층(12)의 상부에는 절연막(16)이 형성되어 있다. 상기 에피층(12)의 상부 표면으로부터 내부로 신장하는 p+확산층(18)이 다수개 형성되고, 절연막(16)이 제거되어 표면이 노출된 p+확산층(22)들의 내부로 신장하는 트렌치를 통하여 금속전극(20)이 형성되어 있다. 각 트렌치를 채우는 금속전극(20)은 공통접속되어 애노오드전극에 연결된다. 상기 트렌치의 하단부에 인접되는 에피층(12)은 p+도핑된 p+확산층(122)에 둘러싸여 있다. 상기 제1도에서, 금속전극(20)과 n-에피층(12)이 서로 접촉하는 부위가 쇼트키 접합부위이며, 트렌치내부를 금속전극으로 채움에 따라 쇼트키접합 면적이 확대됨은 당연하다.
제2도 내지 제4도는 제1도에 도시한 쇼트키 정류소자에서 p+영역(18,22)과 n-에피층(12)사이의 pn접합에 따른 공핍층을 보이는 도면으로서, 제2도는 애노오드-캐소오드 사이의 전계가 0(zero)일때이고, 제3도는 애노오드-캐소오드 사이의 전계가 순방향 바이어스되었을 때이고 제4도는 애노오드-캐소오드 사이의 전계가 역방향 바이어스 되었을 때를 각각 나타낸다.
이제 제2도 내지 제4도를 참조하여, 제1도에 도시한 본 발명에 따른 쇼트키 정류소자의 특성 및 그 동작을 설명한다.
제2도를 참조하면, 애노오드-캐소오드 사이의 전계가 0일때, p+확산층(18,22)과 n-에피층(12)의 접촉부에는 pn접합에 따른 공핍층(26a,26b,26c,26d)이 형성되고, 트렌치의 측벽 및 n-에피층(12)의 상부에 상기 n-에피층(12)과 금속전극이 접촉되는 영역이 쇼트키 접속영역이다.
제3도를 참조하면, 애노오드-캐소오드 사이의 전계가 순방향 바이어스되면, 주지된 바와 같이, p+확산층(18,22)과 n-에피층(12) 사이의 pn접합에 따른 공핍층(26a,26b,26c,26d)은 축소됨에 따라, 트렌치의 측벽 및 n-에피층(12)의 상부에서 상기 n-에피층(12)과 금속전극이 접촉되는 쇼트키 접속영역의 면적이 확대된다. 따라서, 이때에는 종래의 JBS와 동일한 쇼트키접속영역을 확보함은 물론 상기 트렌치의 측벽에서도 쇼트키 접속영역이 확보됨에 따라, 정류작용에 핵심적인 요소인 쇼트키접합의 유효면적이 확대되므로, 본 발명에 따른 쇼트키 정류소자는 순방향 접합강하가 줄어듦은 당연하다.
제4도를 참조하면, 애노오드-캐소오드 사이의 전계가 역방향 바이어스되면, 주지된 바와 같이, p+확산층(18,22)과 n-에피층(12) 사이의 pn접합에 따른 공핍층(26a,26b,26c,26d)이 확장됨에 따라, 트렌치의 측벽 및 n-에피층(12)의 상부에서 상기 n-에피층(12)과 금속전극이 접촉되는 쇼트키 접합영역의 면적은 모두 공핍층으로 변환된다. 따라서, 이때에는 종래의 JBS에 비해 더욱 확실한 공핍영역의 확보가 가능하므로, 역방향 누설전류의 발생도 대폭 감소된다.
제5도는 트렌치의 깊이 td와 트렌치 사이의 간격 m에 따른 순방향 전압강하의 특성을 나타내는 도면이다. 본 출원의 발명자는 하기의 표1의 조건으로 본 발명에 따라 제작된 쇼트키 정류소자의 특성을 검사하여 제5도에 도시된 결과를 얻었다.
제5도를 참조하면, 트렌치 간격이 같은 경우에는 트렌치 깊이가 깊은 쪽이 더 낮은 순방향 전압강하를 가짐을 알수 있다. 이는 전술한 바와 같이, 금속전극과 n-에피층이 서로 접촉되는 쇼트키 접합영역이 트렌치의 깊이가 깊어질수록 증가되기 때문임을 알 수 있다. 또한 트렌치 깊이가 일정한 경우에는 트렌치 사이의 간격이 클수록 순방향 전압강하가 줄어들게 된다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따라 트렌치를 형성한 쇼트키 정류소자에서는 순방향 전압강하 및 역방향 누설전류가 감소되는 효과를 갖는다. 따라서, 단위 면적당 전류밀도를 높일 수 있기 때문에 대단히 유효한 전력전자용 정류소자가 제공된다.
Claims (1)
- 캐소오드전극에 연결되는 엔형 반도체 기판과, 상기 엔형 반도체 기판상에 형성된 엔형 에피층과, 상기 엔형 에피층의 상부로부터 내부로 신장되도록 형성되고 서로 소정거리 이격되며 애노오드전극과 연결되는 전극막에 공통접속되는 다수개의 피형 불순물영역들을 가지는 쇼트키 정류소자에 있어서, 상기 피형 불순물영역의 일부를 관통하여 상기 엔형 에피층의 내부로 신장되는 트렌치가 형성되고 그 내부는 상기 전극막으로 충진되며, 상기 트렌치의 하부는 또다른 피형 확산영역에 의해 둘러싸이도록 형성됨을 특징으로 하는 쇼트키 정류소자.
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