KR100689884B1 - 쇼트키 다이오드를 이용한 노이즈 제거를 위한 반도체 소자및 그 제조방법 - Google Patents

쇼트키 다이오드를 이용한 노이즈 제거를 위한 반도체 소자및 그 제조방법 Download PDF

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Abstract

쇼트키 다이오드를 이용한 노이즈 제거를 위한 반도체 소자 및 그 제조방법이 개시된다. 본 쇼트키 다이오드를 이용한 노이즈 제거를 위한 반도체 소자 제조방법은 p-well 기판의 소정영역을 일정간격으로 식각한 후 절연물질을 적층하여 절연층을 형성하는 단계, 절연층 사이의 p-well 기판을 식각한 후 적층하여 n-well을 형성하는 단계, n-well의 제1 영역 및 제2 영역에 각각 p+을 주입하는 단계, 및 제1 영역 및 제2 영역 상부에 각각 제1 금속 및 제2 금속을 쇼트키 접촉에 의해 형성하는 단계를 포함한다. 이에 따라, 쇼트키 다이오드의 동일한 극이 상호 연결되는 반도체 소자를 이용하여 노이즈를 갖는 디지털 형태의 신호뿐만 아니라 아날로그 형태의 신호를 정류할 수 있다.
쇼트키 다이오드, ESD, 정류

Description

쇼트키 다이오드를 이용한 노이즈 제거를 위한 반도체 소자 및 그 제조방법{Semiconductor device for removing noise using schottky diode and method for fabricating the same}
도 1a 및 도 1b는 일반적인 쇼트키 다이오드를 이용한 ESD 소자의 동작을 설명하기 위한 도면,
도 2는 종래의 쇼트키 다이오드를 나타낸 도면,
도 3a 및 도 3b는 종래의 쇼트키 다이오드의 동작에 의한 노이즈 제거를 설명하기 위한 도면,
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 쇼트키 다이오드를 이용한 노이즈 제거를 위한 반도체 소자를 나타낸 도면,
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 쇼트키 다이오드를 이용한 노이즈 제거를 위한 반도체 소자의 특성을 나타낸 도면,
도 6a 내지 도 6e는 본 발명의 일실시예에 따른 쇼트키 다이오드를 이용한 노이즈 제거를 위한 반도체 소자를 제조하기 위한 방법을 설명하기 위한 도면,
도 7은 도 4의 반도체 소자에 의한 노이즈 제거를 설명하기 위한 도면, 그리고
도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 쇼트키 다이오드를 이용한 노이즈 제거를 위한 반도체 소자를 제조하기 위한 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
100: 기판 200: 절연층
300; n-well층 400: p+층
500: 제1 금속 600: 제2 금속
본 발명은 쇼트키 다이오드(schottky diode)를 이용한 노이즈 제거를 위한 반도체 소자 및 그 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 쇼트키 다이오드의 동일한 극이 상호 연결되도록 형성된 반도체 소자에 유입되는 아날로그 신호 및 디지털 신호를 정류할 수 있는 쇼트키 다이오드를 이용한 노이즈 제거를 위한 반도체 소자 및 그 제조방법에 관한 것이다.
도 1a 및 도 1b는 일반적인 쇼트키 다이오드를 이용한 ESD 소자의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 1a는 회로 시스템 전단에 위치하는 ESD 다이오드를 나타낸 도면이며, 도 1b는 도 1a의 ESD 다이오드가 쇼트키 다이오드인 경우로 쇼트키 다이오드의 전압-전류 특성을 나타낸 도면이다. 이때, ESD(Electrostatic Discharge) 소자는 정전기에 의한 방전으로, 일부 반도체의 경우 정전기에 취약하기 때문에 반도체를 보호하기 위해 필요한 신호만 통과시키고 불필요한 신호만 제거하는 동작을 하는 소자를 말한다.
도 1a 및 도 1b를 참조하면, 쇼트키 다이오드에 흐르는 전류는 가해지는 전압의 지수함수로 나타내며, 쇼트키 장벽내에서 전류제어를 할 수 있다. 전압이 V1 이상인 경우 전류는 전압에 대해 지수함수적으로 증가하게 된다. 반면, 역방향 전압이 소정값(V2) 이상인 경우에는 항복현상(breakdown)이 발생하여 전류가 흐르게 된다. 이때, V2의 전압은 V1 전압보다 크다.
도 2는 종래의 쇼트키 다이오드를 나타낸 도면이다.
도 2을 참조하면, 종래의 쇼트키 다이오드는 기판(10), 절연층(20), N-well(30), 제1 금속(40), 및 제2 금속(50)을 포함한다. 기판(10)은 P-well 기판이며, 기판(10)의 소정영역에는 절연층(20)이 형성된다. 절연층(20) 사이에는 N-well(30)이 형성되며, N-well(30) 상부에 제1 금속(40) 및 제2 금속(50)이 형성된다. 이때, 제1 금속(30)은 양극전극으로 N-well(30)층과 쇼트키 접합에 의해 형성된다. 반면, 제2 금속(40)은 음극전극으로 N-well(30)층 중 n+(35)가 주입된 영역 상부에 형성되어 N-well(30)층과 옴적 접촉(ohmic contact)을 이루어도록 부착된다.
도 3a 및 도 3b는 종래의 쇼트키 다이오드의 동작에 의한 노이즈 제거를 설명하기 위한 도면이다. 도 3a는 입력신호가 노이즈를 갖는 디지털신호인 경우 쇼트키 다이오드가 ESD 소자로 동작하여 노이즈를 제거하는 것을 설명하기 위한 도면이다. 그리고, 도 3b는 입력신호가 노이즈를 갖는 아날로그신호인 경우 쇼트키 다이오드가 ESD 소자로 동작하여 노이즈를 제거하는 것을 설명하기 위한 도면이다.
도 3a 및 도 1b를 참조하면, 노이즈가 있는 디지털 신호가 쇼트키 다이오드에 입력되는 경우, 쇼트키 다이오드의 항복 전압의 크기를 조정함으로써 노이즈를 제거할 수 있다. 노이즈 신호의 전압이 V2인 경우, V2 전압 이상에서는 쇼트키 다이오드가 단락(short)되어 그라운드로 흐르게 된다. 따라서, V2 전압 이상의 노이즈 신호는 쇼트키 다이오드와 연결된 회로 시스템으로 유입되지 않아 노이즈는 제거된다.
도 3b 및 도 1b를 참조하면, 노이즈 신호를 갖는 아날로그 신호가 쇼트키 다이오드에 입력되는 경우, 전압이 V2 이하인 신호는 쇼트키 다이오드가 개방(open)되어 전압이 V2 이하의 신호는 쇼트키 다이오드와 연결된 회로 시스템으로 입력된다.
그러나, 입력 아날로그 신호의 전압이 -V1인 경우 |-V1| 이상인 경우에 쇼트키 다이오드는 단락되어 그라운드로 전류가 흐르게 되어 |-V1| 전압 이상의 신호는 쇼트키 다이오드와 연결된 회로 시스템으로 유입되지 않는다. 즉, 도 3b에 도시한 입력 아날로그신호의 경우에는 전압이 -V1과 -V2 사이의 신호는 쇼트키 다이오드에 연결된 회로 시스템에 유입되지 않아 노이즈 신호 이외의 입력신호가 유실되는 문제점이 있다. 따라서, 종래의 EDS 소자로서 이용되는 쇼트키 다이오드는 아날로그 신호에서 발생하는 노이즈를 처리할 수 없는 문제점이 있다.
따라서, 본 발명의 목적은 쇼트키 다이오드의 동일한 극이 상호 연결되는 쇼트키 다이오드는 유입되는 디지털 형태의 신호 뿐만 아니라 아날로그 형태의 신호 를 정류할 수 있는 쇼트키 다이오드를 이용한 노이즈를 제거하기 위한 반도체 소자 및 그 제조방법을 제공하는데 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 쇼트키 다이오드를 이용한 노이즈 제거를 위한 반도체 소자 제조방법은 p-well 기판의 소정영역을 일정간격으로 식각한 후 절연물질을 적층하여 절연층을 형성하는 단계, 절연층 사이의 p-well 기판의 영역에 n-well을 형성하는 단계, n-well의 제1 영역 및 제2 영역에 각각 p+을 주입하는 단계, 및 제1 영역 및 제2 영역 상부에 각각 제1 금속 및 제2 금속을 쇼트키 접촉에 의해 형성하는 단계를 포함한다.
바람직하게는 p+를 형성하는 단계는, n-well에서 제1 금속이 위치하게 되는 영역의 주변 및 제2 금속이 위치하게 되는 영역의 주변에 각각 p+를 주입하고, 상기 p+가 주입된 영역이 열처리됨으로써 제1 금속 및 제2 금속에 누설 전류가 흐르는 것을 방지한다.
한편, 본 발명의 쇼트키 다이오드를 이용한 노이즈 제거를 위한 반도체 소자는 p-well 기판, p-well 기판의 식각된 소정영역에 적층되어 일정간격으로 형성되는 절연층, 절연층 사이의 p-well 기판의 영역에 형성되는 n-well, n-well의 제1 영역 및 제2 영역에 각각 주입되는 p+, 및 p+이 주입된 제1 영역 및 제2 영역 상부에 쇼트키 접촉에 의해 각각 형성되는 제1, 제2 금속을 포함한다.
바람직하게는 p+는, n-well에서 제1 금속이 위치하게 되는 영역의 주변 및 제2 금속이 위치하게 되는 영역의 주변에 각각 p+를 주입하여 열처리함으로써 형성되며, 제1 금속 및 제2 금속에 누설 전류가 흐르는 것을 방지한다.
이때, 반도체 소자는 ESD(Elctrostatic Discharge) 소자로 이용하여 반도체 소자에 연결된 회로 시스템에 정전기가 유입되는 것을 방지할 수 있다.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 쇼트키 다이오드를 이용한 노이즈 제거를 위한 반도체 소자를 나타낸 도면이다.
도 4를 참조하면, 본 발명에 따른 쇼트키 다이오드를 이용한 노이즈 제거를 위한 반도체 소자는 기판(100), 절연층(200), N-well(300), p+층(400), 제1 금속(500), 및 제2 금속(600)을 구비한다.
기판(100)은 P-well 기판이며, 기판(100)의 소정영역에 일정간격으로 절연층(200)이 형성된다. 일정간격으로 형성된 절연층(200) 사이에 n-well(300)이 형성된다. 그리고, n-well(300) 상부에 제1 금속(500) 및 제2 금속(600)이 형성된다. 제1 금속(500) 및 제2 금속(600)이 형성되는 하부에는 제1 금속(500) 및 제2 금속(600)에 누설 전류(leakage current)가 흐르는 것을 방지하기 위하여 각각 p+가 주입된다. 이때, 제1 금속(500) 및 제2 금속(600)은 양극전극이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 쇼트키 다이오드를 이용한 노이즈 제거를 위한 반도체 소자의 특성을 나타낸 도면이다.
도 5를 참조하면, 도 4의 쇼트키 다이오드의 전압과 전류와의 관계를 나타낸 도면으로, -V3 전압과 V3 전압 사이의 전압이 쇼트키 다이오드에 입력될 경우 쇼트 키 다이오드는 개방(open)되어 쇼트키 다이오드에 입력되는 신호를 쇼트키 다이오드에 연결된 회로 시스템(미도시)으로 출력한다. 반면, 쇼트키 다이오드에 엽력되는 신호가 V3 전압보다 크거나 -V3 전압보다 작은 경우에는 쇼트키 다이오드가 단락(short)되어 입력신호가 쇼트키 다이오드에 연결된 회로 시스템으로 출력되지 않는다. 즉, 도 4의 쇼트키 다이오드는 일정 구간의 신호만을 통과시킴으로써 노이즈를 제거할 수 있는 소자로서 동작할 수 있다.
본 발명에 따른 두 개의 쇼트키 다이오드가 연결된 다이오드는 종래의 쇼트키 다이오드의 전압-전류 특성과 달리 쇼트키 다이오드가 단락되는 전압이 V3과 -V3으로 양의 전압과 음의 전압의 크기가 동일하다. 따라서, 노이즈를 갖는 아날로그 신호가 입력될 경우 입력신호의 유실없이 노이즈 신호만을 제거할 수 있게 된다.
도 6a 내지 도 6e는 본 발명의 일실시예에 따른 쇼트키 다이오드를 이용한 노이즈 제거를 위한 반도체 소자를 제조하기 위한 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 6a 및 도 6b를 참조하면, P형 기판(100)의 소정영역에 일정간격으로 절연층(200)을 형성한다. 절연층(200)은 기판(100)의 소정영역을 식각한 후, 기판(100) 상부에 질화산화물 층을 형성함으로써 형성될 수 있다.
도 6c를 참조하면, 절연층(200)이 형성된 기판(100) 사이에 As, As를 갖는 물질을 주입하고 열처리함으로써 n-well(300)을 형성한다.
도 6d를 참조하면, n-well(300)에서 제1 금속(500) 및 제2 금속(600)이 형성될 영역에 각각 p+(400)을 주입한 후 열처리한다. 이때, p+(400)는 제1 금속(500) 에서 n-well(300)으로 전류가 흐를 때 제2 금속(600)으로부터 n-well(300)로 전류가 흐르는 것, 또는 제2 금속(600)에서 n-well(300)으로 전류가 흐를 때 제1 금속(500)으로부터 n-well(300)로 전류가 흐르는 것을 방지하기 위한 가드링(guarding) 역할을 한다. 즉, 금속과 반도체 물질의 쇼트키 접촉에 의해 전류가 한방향으로 흐를 때, 역방향으로 전류가 흐르는 것을 방지하기 위함이다. 그리고, p+(400)는 n-well(300)에 쇼트키 접촉하게 되는 각각의 제1 금속(500)과 제2 금속(600) 양측에 형성된다.
도 6e를 참조하면, p+(400)가 형성된 상부에 각각 제1 금속(500) 및 제2 금속(600)을 쇼트키 접촉에 의해 형성한다. 이때, 제1 금속(500) 및 제2 금속(600)은 양극전극에 해당한다.
도 7은 도 4의 반도체 소자에 의한 노이즈 제거를 설명하기 위한 도면이다.
도 7 및 도 5를 참조하면, 도 7에 도시한 바와 같은 노이즈를 갖는 아날로그 신호가 본 발명에 따른 쇼트키 다이오드에 입력될 경우 노이즈는 제거될 수 있다. 쇼트키 다이오드에 입력되는 신호의 노이즈 신호가 V3 전압 이상이며, -V3 전압 이하인 경우, 도 5에 도시한 바와 같은 쇼트키 다이오드의 전압-전류 특성 곡선에서 항복전압을 V3으로 조정함으로써 입력신호의 노이즈를 제거할 수 있다.
도 5에서 V3 전압 이상의 전압을 갖는 신호가 쇼트키 다이오드에 입력될 경우 쇼트키 다이오드는 단락되므로 V3 전압 이상의 전압을 갖는 노이즈 신호는 쇼트키 다이오드와 연결된 회로 시스템으로 출력되지 않는다. 또한, |-V3| 전압 이상의 전압을 갖는 신호가 쇼트키 다이오드에 입력될 경우 쇼트키 다이오드는 단락되므로 |-V3| 전압 이상의 전압을 갖는 노이즈 신호는 그라운드로 빠지게 된다. 따라서, 쇼트키 다이오드가 단락되기 시작하는 양의 전압값과 음의 전압값과 달라 쇼트키 다이오드를 사용하여 노이즈 제거를 할 경우 입력신호가 유실되는 문제가 발생하지 않게 된다.
도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 쇼트키 다이오드를 이용한 노이즈 제거를 위한 반도체 소자를 제조하기 위한 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 8을 참조하면, P형 기판(100)의 소정영역에 일정간격으로 절연층(200)을 형성한다(S901). 절연층(200)은 기판(100)의 소정영역을 식각한 후, 기판(100) 상부에 질화산화물 층을 형성함으로써 형성될 수 있다.
이어, 기판(100)의 일정영역에 n-well(300)을 형성한다(S903). 이때, 절연층(200)이 형성된 기판(100) 사이에 As, As를 갖는 물질을 주입하고 열처리함으로써 n-well(300)을 형성할 수 있다.
이어, n-well(300)의 소정영역에 p+(400)을 형성한다(S905). 이때, 소정영역은 제1 금속(500) 및 제2 금속(600)이 형성될 영역으로, 소정영역에 p+(400)을 주입한 후 열처리함으로써 형성된다. 그리고, p+(400)은 제1 금속(500) 및 제2 금속(600)이 형성될 영역의 양측에 각각 주입된다. 이 p+(400)는 제1 금속(500)과 제2 금속(600)이 각각 n-well(300)과 쇼트키 접촉하여, 전류가 제1 금속(500)에서 n-well(300)으로 전류가 흐르거나 제2 금속(600)에서 n-well(300) 방향으로 흐를 때 각각 역방향으로 전류가 흐르는 것을 방지하는 동작을 한다.
이어, p+(400)가 형성된 상부에 각각 제1 금속(500) 및 제2 금속(600)을 쇼 트키 접촉에 의해 형성한다(S907). 이때, 제1 금속(500) 및 제2 금속(600)은 양극전극에 해당한다.
한편, 쇼트키 다이오드가 직렬 연결되어 형성된 다이오드는 회로 시스템에 유입되는 정전기를 방지하기 위해 ESD(Electrostatic Discharge) 소자로서 이용될 수 있으며, 신호의 노이즈를 제거할 필요가 있는 다양한 회로 시스템에 적용될 수 있다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면 쇼트키 다이오드의 동일한 극이 상호 연결되는 반도체 소자를 이용하여 노이즈를 갖는 디지털 형태의 신호뿐만 아니라 아날로그 형태의 신호를 정류할 수 있다.
또한, 이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어져서는 안될 것이다.

Claims (5)

  1. p-well 기판의 소정영역을 일정간격으로 식각한 후 절연물질을 적층하여 절연층을 형성하는 단계;
    상기 절연층 사이의 상기 p-well 기판의 영역에 n-well을 형성하는 단계;
    상기 n-well의 제1 영역 및 제2 영역에 각각 p+을 주입하는 단계; 및
    상기 제1 영역 및 상기 제2 영역 상부에 각각 제1 금속 및 제2 금속을 쇼트키 접촉에 의해 형성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 쇼트키 다이오드를 이용한 노이즈 제거를 위한 반도체 소자 제조방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 p+를 주입하는 단계는, 상기 n-well에서 상기 제1 금속이 위치하게 되는 영역의 주변 및 상기 제2 금속이 위치하게 되는 영역의 주변에 각각 상기 p+를 주입하고, 상기 p+가 주입된 영역이 열처리됨으로써 상기 제1 금속 및 상기 제2 금속에 누설 전류가 흐르는 것을 방지하는 것을 특징으로 하는 쇼트키 다이오드를 이용한 노이즈 제거를 위한 반소체 소자 제조방법.
  3. p-well 기판;
    상기 p-well 기판의 식각된 소정영역에 적층되어 일정간격으로 형성되는 절연층;
    상기 절연층 사이의 상기 p-well 기판의 영역에 형성되는 n-well;
    상기 n-well의 제1 영역 및 제2 영역에 각각 주입되는 p+; 및
    상기 p+이 주입된 상기 제1 영역 및 상기 제2 영역 상부에 쇼트키 접촉에 의해 각각 형성되는 제1, 제2 금속;을 포함하는 것을 특징으로 쇼트키 다이오드를 이용한 노이즈 제거를 위한 반도체 소자.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 p+는, 상기 n-well에서 상기 제1 금속이 위치하게 되는 영역의 주변 및 상기 제2 금속이 위치하게 되는 영역의 주변에 각각 상기 p+를 주입하여 열처리함으로써 형성되며, 상기 제1 금속 및 상기 제2 금속에 누설 전류가 흐르는 것을 방지하는 것을 특징으로 하는 쇼트키 다이오드를 이용한 노이즈 제거를 위한 반소체 소자.
  5. 상기 제3 항의 반도체 소자를 이용하여 상기 반도체 소자에 연결된 회로 시스템에 정전기가 유입되는 것을 방지하는 ESD(Elctrostatic Discharge) 소자.
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