KR102329192B1 - 순방향 특성이 향상된 실리콘 카바이드 쇼트키 다이오드 및 그 제조방법 - Google Patents
순방향 특성이 향상된 실리콘 카바이드 쇼트키 다이오드 및 그 제조방법 Download PDFInfo
- Publication number
- KR102329192B1 KR102329192B1 KR1020150060840A KR20150060840A KR102329192B1 KR 102329192 B1 KR102329192 B1 KR 102329192B1 KR 1020150060840 A KR1020150060840 A KR 1020150060840A KR 20150060840 A KR20150060840 A KR 20150060840A KR 102329192 B1 KR102329192 B1 KR 102329192B1
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- metal layer
- schottky
- silicon carbide
- heat treatment
- manufacturing
- Prior art date
Links
- 229910010271 silicon carbide Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 29
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 21
- HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N silicon carbide Chemical compound [Si+]#[C-] HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 16
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims abstract description 143
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims abstract description 143
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims abstract description 39
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 claims abstract description 28
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 claims abstract description 26
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 18
- 238000005530 etching Methods 0.000 claims abstract description 3
- 238000002161 passivation Methods 0.000 claims description 10
- 230000008018 melting Effects 0.000 claims description 9
- 238000002844 melting Methods 0.000 claims description 9
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 7
- 229910001120 nichrome Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 238000010030 laminating Methods 0.000 claims description 5
- 229910010293 ceramic material Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 238000000151 deposition Methods 0.000 claims description 4
- 239000007769 metal material Substances 0.000 claims description 4
- NRTOMJZYCJJWKI-UHFFFAOYSA-N Titanium nitride Chemical compound [Ti]#N NRTOMJZYCJJWKI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229910052735 hafnium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- VBJZVLUMGGDVMO-UHFFFAOYSA-N hafnium atom Chemical compound [Hf] VBJZVLUMGGDVMO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229910052715 tantalum Inorganic materials 0.000 claims description 3
- GUVRBAGPIYLISA-UHFFFAOYSA-N tantalum atom Chemical compound [Ta] GUVRBAGPIYLISA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- MZLGASXMSKOWSE-UHFFFAOYSA-N tantalum nitride Chemical compound [Ta]#N MZLGASXMSKOWSE-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- MAKDTFFYCIMFQP-UHFFFAOYSA-N titanium tungsten Chemical compound [Ti].[W] MAKDTFFYCIMFQP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N tungsten Chemical compound [W] WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000010937 tungsten Substances 0.000 claims description 3
- LEONUFNNVUYDNQ-UHFFFAOYSA-N vanadium atom Chemical compound [V] LEONUFNNVUYDNQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 239000013078 crystal Substances 0.000 claims description 2
- 230000000149 penetrating effect Effects 0.000 abstract description 5
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 13
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 11
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 6
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 5
- 229920002120 photoresistant polymer Polymers 0.000 description 4
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000005468 ion implantation Methods 0.000 description 3
- 239000000463 material Substances 0.000 description 3
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Chemical compound [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000004642 Polyimide Substances 0.000 description 2
- 229910052581 Si3N4 Inorganic materials 0.000 description 2
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- UMIVXZPTRXBADB-UHFFFAOYSA-N benzocyclobutene Chemical compound C1=CC=C2CCC2=C1 UMIVXZPTRXBADB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000000969 carrier Substances 0.000 description 2
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 2
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 2
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 2
- 230000003071 parasitic effect Effects 0.000 description 2
- 229920001721 polyimide Polymers 0.000 description 2
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 2
- HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N silicon nitride Chemical compound N12[Si]34N5[Si]62N3[Si]51N64 HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 2
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 2
- 238000001039 wet etching Methods 0.000 description 2
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N Molybdenum Chemical compound [Mo] ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 1
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 1
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 1
- 238000001312 dry etching Methods 0.000 description 1
- 229920001971 elastomer Polymers 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 230000035876 healing Effects 0.000 description 1
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 1
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 125000004435 hydrogen atom Chemical class [H]* 0.000 description 1
- 238000002513 implantation Methods 0.000 description 1
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 1
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 1
- 238000003475 lamination Methods 0.000 description 1
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 1
- 229910052750 molybdenum Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011733 molybdenum Substances 0.000 description 1
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 description 1
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 1
- 238000011084 recovery Methods 0.000 description 1
- 235000012239 silicon dioxide Nutrition 0.000 description 1
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 description 1
- 229910052814 silicon oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 229920002379 silicone rubber Polymers 0.000 description 1
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/86—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable only by variation of the electric current supplied, or only the electric potential applied, to one or more of the electrodes carrying the current to be rectified, amplified, oscillated or switched
- H01L29/861—Diodes
- H01L29/872—Schottky diodes
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/40—Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/43—Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by the materials of which they are formed
- H01L29/47—Schottky barrier electrodes
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/66007—Multistep manufacturing processes
- H01L29/66075—Multistep manufacturing processes of devices having semiconductor bodies comprising group 14 or group 13/15 materials
- H01L29/66083—Multistep manufacturing processes of devices having semiconductor bodies comprising group 14 or group 13/15 materials the devices being controllable only by variation of the electric current supplied or the electric potential applied, to one or more of the electrodes carrying the current to be rectified, amplified, oscillated or switched, e.g. two-terminal devices
- H01L29/6609—Diodes
- H01L29/66143—Schottky diodes
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Ceramic Engineering (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Electrodes Of Semiconductors (AREA)
Abstract
본 발명은, 순방향 특성이 향상된 실리콘 카바이드 쇼트키 다이오드 및 그 제조방법에 있어서, 에피층의 상부에 쇼트키금속층-확산장벽금속층-패드금속층이 적층된 금속층을 형성하는 단계와; 상기 금속층을 에칭하는 단계와; 에칭된 상기 금속층을 열처리하는 단계를 포함하는 것을 기술적 요지로 한다. 이에 의해 패드금속층과 쇼트키금속층 사이에 확산장벽금속층을 형성하여 열처리시 쇼트키금속층이 패드금속층 내로 침투하는 것을 방지하는 효과를 얻을 수 있다. 또한 고온 열처리를 통해 계면저항을 감소시키며 쇼트키 접합특성을 향상시킬 수 있다.
Description
본 발명은 순방향 특성이 향상된 실리콘 카바이드 쇼트키 다이오드 및 그 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 열처리시 쇼트키금속층이 패드금속층 내로 침투하는 것을 방지하며, 고온 열처리를 통해 계면저항을 감소시키며 쇼트키 접합특성을 향상시킨 순방향 특성이 향상된 실리콘 카바이드 쇼트키 다이오드 및 그 제조방법에 관한 것이다.
쇼트키 다이오드(Shottky diode)는 금속과 반도체간의 접합을 이용하여 형성되는 반도체소자로, 금속을 (+) 반도체를 (-)로 전압을 공급하면 반도체에서 전자가 주입되는 방식으로 이루어진다. 쇼트키 다이오드는 다수의 캐리어(Carrier)를 전자만으로 사용하기 때문에 전자-정공(Electron-Hole) 모두를 캐리어로 사용하는 P-N 구조의 다이오드에 비해 역방향 최대전류가 작고, 역방향 회복시간이 짧다는 장점을 가지고 있다. 이러한 장점에도 불구하고 기존의 전력시스템에서 쇼트키 다이오드는 실리콘을 전력반도체로 제작하였기 때문에 200V가 넘는 항복전압을 갖는 쇼트키 다이오드를 제작하는 것이 용이하지 못하였다. 이를 위해 최근에는 실리콘에 비해 밴드갭이 3배, 임계전계강도가 10배 정도 큰 4H-실리콘카바이드(4H-SiC) 재료기술의 발전으로 인해, 이를 적용한 4H-SiC 쇼트키 다이오드가 상용화되어 전력시스템에 사용되고 있다.
도 1은 전력전자 응용분야에서 사용되는 종래의 다이오드를 전기적인 등가모델로 도식한 도면이다. 다이오드는 이상적인 다이오드(D)와 다이오드 내외부에 존재하는 직렬저항성분(Rs)으로 표현할 수 있다. 전력전자가 아닌 소신호모델에서는 직렬저항성분을 무시할 수 있지만, 대전류를 다루는 전력전자 응용에서 직렬저항성분은 순방향손실에 직접적인 영향을 미친다. 특히 이상적인 다이오드 전류는 음극(Anode)과 양극(Cathode)에 인가되는 전압강하에 지수함수(Exponential funtion)적으로 영향을 받기 때문에, 작은 직렬저항성분의 변화에도 전류크기 역시 지수함수적으로 영향을 받는다.
도 2는 직렬저항성분의 크기변화에 대한 전류전압특성을 나타낸 그래프로, 직렬저항성분이 0Ω인 이상적인 다이오드의 전류전압특성과, 직렬저항성분이 0.01Ω 및 0.05Ω일 때의 전류전압특성을 나타낸 것이다. 다이오드의 정격이 10A라고 한다면 직렬저항성분이 각각 0Ω, 0.01Ω 및 0.05Ω일 때 다이오드의 순방향 전압강하는 각각 1V, 1,1V 및 1.5V가 된다. 이를 다이오드 순방향 손실로 환산해보면 이상적인 다이오드에 비해 직렬저항성분이 0.05Ω을 갖는 다이오드는 전압이 50% 증가한 것을 뜻한다. 따라서 다이오드의 손실을 줄이기 위해서는 직렬저항을 감소시켜야 한다.
도 3은 종래의 일반적인 4H-SiC 쇼트키 다이오드(10) 구조 및 쇼트키 다이오드(10) 내부에 존재하는 기생직렬성분 저항을 나타낸 것이다. 쇼트키 다이오드(10)의 구조로는 n형 기판(11)과, n형 기판(11)의 상부에 항복전압을 견디기 위한 n형 에피층(12)이 형성된다. n형 에피층(12)의 상부에는 쇼트키 접합형성을 위한 쇼트키금속층(13) 및 와이어본딩을 위한 패드금속층(14)이 차례로 적층된다. 여기에 p형 접합이 구성되는데 p형 접합은 금속전극의 가장자리에서 발생하는 전계집중을 막기 위해 n형 에피층(12)에 종단구조(15)가 구성되며, 패키지를 위해 프레임과 접촉저항을 낮추도록 n형 기판(11)의 하부에 오믹접합층(16)이 적층된다. 이 이외에 쇼트키 다이오드의 가장 큰 단점인 누설전류를 줄이기 위해 쇼트키금속층(13)의 하부에 p형 접합을 삽입한 접합장벽 구조도 포함될 수 있다. 이와 같은 쇼트키 다이오드에 형성되는 직렬저항성분은 쇼트키금속층(13), 패드금속층(14) 및 이들의 계면에 의한 저항성분(21, 22), 항복전압을 지탱하기 위한 n형 에피층(12)에 의한 저항성분(23), n형 기판(11)의 저항성분(24), n형 기판(11)의 뒷면에 형성된 오믹층(16)에 의한 저항성분(25)과 같이 복수의 영역에 형성되어 있다. 이들 저항성분 중 쇼트키금속층(13), 패드금속층(14) 및 이들의 계면에 의한 저항성분(21, 22)을 제외한 나머지 저항성분(23, 24, 25)들은 n형 기판(11)과 n형 에피층(12)의 선택 및 오믹층(16) 제작공정에 의해 결정된다.
종래의 쇼트키 다이오드(10)는 상부금속층이 주로 쇼트키금속층(13)과 패드금속층(14)으로 구성되어 있다. 이러한 쇼트키 다이오드(10)를 제작하는 공정으로는, 쇼트키금속층(13)을 에피층(12)의 상부에 적층한 다음 쇼트키 접합특성을 향상시키기 위한 열처리를 하고, 이후에 패드금속층(14)을 적층하게 된다. 이는 패드금속층(14)으로 주로 사용되는 알루미늄(Al)의 용융점이 낮아 패드금속층(14)을 적층한 후 열처리를 할 경우, 용융된 알루미늄이 쇼트키금속층(13)을 침투하여 에피층(12)과 직접 접합을 형성하는 것을 방지하기 위함이다.
하지만 이와 같이 쇼트키금속층(13)을 열처리한 후 패드금속층(14)을 적층하게 되면 패드금속층(14)을 적층하는 과정에서 쇼트키금속층(13)이 산화될 수 있으며, 이물질의 개입으로 인해 금속층(13, 14) 계면의 저항이 증가할 수 있다. 또한 패드금속층(14)의 품질에 따라서 저항이 달라질 수 있는데, 특히 패드금속층(14)의 결정 경계(Grain boundary)가 작은 증착조건인 경우 저항이 커질 수 있으며, 이와 같은 금속층 및 계면저항에 의해 최종적으로 직렬저항성분이 커질 수 있는 문제점이 있다.
따라서 본 발명의 목적은 패드금속층과 쇼트키금속층 사이에 확산장벽금속층을 형성하여 열처리시 쇼트키금속층이 패드금속층 내로 침투하는 것을 방지하는 순방향 특성이 향상된 4H-실리콘 카바이드 쇼트키 다이오드 및 그 제조방법을 제공하는 것이다.
또한 고온 열처리를 통해 계면저항을 감소시키며 쇼트키 접합특성을 향상시킨 순방향 특성이 향상된 4H-실리콘 카바이드 쇼트키 다이오드 및 그 제조방법을 제공하는 것이다.
상기한 목적은, 에피층의 상부에 쇼트키금속층-확산장벽금속층-패드금속층이 적층된 금속층을 형성하는 단계와; 상기 금속층을 에칭하는 단계와; 에칭된 상기 금속층을 열처리하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 순방향 특성이 향상된 실리콘 카바이드 쇼트키 다이오드 제조방법에 의해 달성된다.
여기서, 상기 확산장벽금속층은 녹는점이 1000℃ 이상인 금속소재 또는 전도성 세라믹소재로 형성되며, 상기 금속소재는 텅스텐(W), 니크롬(NiCr), 탄탈럼(Ta), 하프늄(Hf), 바나듐(V) 및 이의 혼합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 것이 바람직하며, 상기 전도성 세라믹소재는 질화탄탈(TaN), 질화티탄(TiN), 티타늄텅스텐(TiW) 및 이의 혼합으로 이루어진 군으로부터 선택된 것이 바람직하다.
또한, 상기 열처리하는 단계는 400 내지 600℃에서 이루어지는 것이 바람직하다.
상기한 목적은 또한, 쇼트키금속층-패드금속층이 포함된 실리콘 카바이드 쇼트키 다이오드에 있어서, 상기 쇼트키금속층 및 상기 패드금속층 사이에 확산장벽금속층이 형성된 것을 특징으로 하는 순방향 특성이 향상된 실리콘 카바이드 쇼트키 다이오드에 의해서도 달성된다.
상술한 본 발명의 구성에 따르면 패드금속층과 쇼트키금속층 사이에 확산장벽금속층을 형성하여 열처리시 쇼트키금속층이 패드금속층 내로 침투하는 것을 방지하는 효과를 얻을 수 있다.
또한 고온 열처리를 통해 계면저항을 감소시키며 쇼트키 접합특성을 향상시킬 수 있다.
도 1은 이상적인 다이오드와 직렬저항성분으로 구성된 전력용 다이오드의 전기적인 등가모델이고,
도 2는 직렬저항성분의 크기 변화에 따른 다이오드의 순방향 전류전압특성을 나타낸 그래프이고,
도 3은 기생성분들의 등가모델이 표시된 종래의 다이오드 단면도이고,
도 4는 본 발명에 따른 쇼트키 다이오드 제조방법의 순서도이고,
도 5는 본 발명에 따른 쇼트키 다이오드의 단면도이고,
도 6은 도 5의 제조단계를 나타낸 순서도이고,
도 7은 열처리 온도에 따른 쇼트키 다이오드의 저항을 나타낸 그래프이다.
도 2는 직렬저항성분의 크기 변화에 따른 다이오드의 순방향 전류전압특성을 나타낸 그래프이고,
도 3은 기생성분들의 등가모델이 표시된 종래의 다이오드 단면도이고,
도 4는 본 발명에 따른 쇼트키 다이오드 제조방법의 순서도이고,
도 5는 본 발명에 따른 쇼트키 다이오드의 단면도이고,
도 6은 도 5의 제조단계를 나타낸 순서도이고,
도 7은 열처리 온도에 따른 쇼트키 다이오드의 저항을 나타낸 그래프이다.
이하 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 순방향 특성이 향상된 4H-실리콘 카바이드(4H-SiC) 쇼트키 다이오드 제조방법을 상세히 설명한다. 경우에 따라서 4H-SiC 이외에도 6H-SiC 및 3C-SiC를 시용하여 쇼트키 다이오드를 제조할 수도 있다.
도 4 내지 도 6에 도시된 바와 같이 먼저, 에피층(110)에 p형 반도체(120)를 형성한다(S1).
4H-SiC 쇼트키 다이오드(100)는 n형 기판(130)과, n형 기판(130)의 상부에 에피층(110)이 형성된 것을 포함한다. 에피층(110)에 종단구조를 구현하기 위해 도 6a에 도시된 바와 같이 에피층(110)의 상부에 원하는 종단구조 패턴을 갖는 이온주입 마스크(200)를 배치한다. 그 후 이온주입법(Ion implantation)을 이용하여 이온 불순물을 에피층(110)에 주입하여 종단구조의 p형 반도체(120)를 형성한다. 대부분의 4H-SiC 쇼트키 다이오드(100)는 n형 에피층(110)에 소자를 제조하기 때문에 종단구조는 에피층(110)과는 반대의 극성을 가지는 p형 반도체(120)로 구성하는 것이 바람직하다.
여기서 에피층(110)의 두께 및 농도와, p형 반도체(120)의 깊이, 농도, 링 사이의 간격 등은 소자의 항복전압에 절대적인 영향을 미치기 때문에 이에 맞도록 적절히 설계하여야 한다. 다만 p형 반도체(120)는 쇼트키 다이오드(100)의 항복특성에 크게 영향을 미치기 때문에 특정농도 이상을 주입하여야 하며, 바람직하게는 5×1018cm-3 이상으로 도핑하는 것이 좋다. 필요에 따라서 도 6b에 도시된 바와 같이 에픽층(110)과 함께 적층된 고농도 n형 기판(130)의 하부에 오믹접합(Ohmic junction)층(140)을 형성할 수도 있다.
에피층(110)의 상부에 쇼트키금속층(150)-확산장벽금속층(160)-패드금속층(170)을 형성한다(S2).
도 6c에 도시된 바와 같이 p형 반도체(120)가 형성된 에피층(110)의 상부에 쇼트키금속층(150)을 증착하여 쇼트키접합을 형성하고, 쇼트키금속층(150)의 상부에 확산장벽금속층(160) 및 패드금속층(170)을 형성한다. 확산장벽금속층(160)은 쇼트키금속층(150)의 상부에 적층되어 쇼트키 접합특성을 향상시키고, 후에 적층되는 패드금속층(170)과 쇼트키금속층(150) 간의 저항을 감소시키기 위해 열처리를 수행할 때 패드금속층(170)의 확산을 방지할 수 있다. 이와 같은 확산장벽금속층(160)이 형성되지 않은 상태로 쇼트키금속층(150)과 패드금속층(170)을 적층한 후 열처리를 수행하게 되면 패드금속층(170)이 쇼트키금속층(150) 내부로 확산되는 문제가 발생하게 된다.
패드금속층(170)은 일반적으로 알루미늄(Al)을 주로 사용하는 데 이는 녹는 점이 낮아 낮은 온도에서도 우수한 오믹특성을 보이기 때문이다. 특히 종단구조로 이루어진 p형 반도체(120)가 알루미늄 주입을 통해 형성된 경우 격자결함이 존재하여 낮은 온도에서도 오믹특성을 나타내기 때문에 오믹접합 형성에 유리하다. 하지만 알루미늄은 녹는 점이 낮기 때문에 쇼트키금속층(150)의 상부에 바로 적층한 후 열처리를 하게 되면 쇼트키금속층(150) 내부로 패드금속층(170)이 확산된다. 이러한 문제점을 해결하기 위해 종래에는 쇼트키금속층(150)을 먼저 열처리한 후 패드금속층(170)을 적층하는 방법도 사용되고 있으나 이는 쇼트키금속층(150)과 패드금속층(170) 사이에 이물질이 들어갈 확률이 높기 때문에 계면 저항이 증가할 우려가 있다. 따라서 이를 방지하기 위해 쇼트키금속층(150)과 패드금속층(170) 사이에 확산장벽금속층(160)을 적층하게 된다.
여기서 쇼트키금속층(150)은 티타늄(Ti), 백금(Pt), 니켈(Ni), 몰리브덴(Mo) 및 이의 혼합으로 이루어진 군으로부터 선택된 것을 사용하며, 이 이외의 다른 금속이나 합금도 사용 가능하다. 또한 확산장벽금속층(160)은 녹는점이 높은 금속인 텅스텐(W), 니크롬(NiCr), 탄탈럼(Ta), 하프늄(Hf), 바나듐(V) 및 이의 혼합으로 이루어진 군으로부터 선택된 것을 사용하거나, 전도성 세라믹인 질화탄탈(TaN), 질화티탄(TiN), 티타늄텅스텐(TiW) 및 이의 혼합으로 이루어진 군으로부터 선택된 것을 사용하는 것이 바람직하다. 즉 확산장벽금속층(160)은 녹는점이 1000℃ 이상인 것이 바람직한데 이는 고온에서 열처리가 이루어질 때 확산장벽금속층(160)이 오히려 녹아 쇼트키금속층(150) 내로 침투하는 것을 방지하기 위함이다.
포토레지스트(300)를 이용하여 금속층(150, 160, 170)을 에칭한다(S3).
쇼트키금속층(150)-확산장벽금속층(160)-패드금속층(170)의 상부에 에칭을 원하지 않는 영역에 도 6c와 같이 포지티브 포토레지스트(Positive photoresist, 300)를 적층한다. 그 후 빛을 가하여 포지티브 포토레지스트(300)가 적층된 영역을 제외한 금속층(150, 160, 170)의 영역을 에칭(Ething)한다. 여기서 에칭은 건식에칭이나 습식에칭 모두 가능하지만 습식에칭이 더 바람직하다.
금속층(150, 160, 170)에 열처리를 한다(S4).
도 6d에 도시된 바와 같이 쇼트키금속층(150)-확산장벽금속층(160)-패드금속층(170)에 열을 가하는 공정을 수행한다. 열처리 공정은 쇼트키 접합특성 및 금속층(150, 160, 170)들의 계면특성을 향상시키며, 금속층(150, 160, 170)의 결정 경계(Grain boundary)를 키워서 직렬저항을 낮추는 역할을 한다. 따라서 결정 경계를 증가시켜 저항을 낮추는 것이 바람직하다.
이때 열처리 온도는 패드금속층(170)이 쇼트키금속층(150)을 뚫고 에피층(110)과 접합을 형성하는 스파이크(Spike)가 생기지 않고 쇼트키 접합특성이 저하되지 않는 400 내지 600℃가 적당하다. 확상장벽금속층(160)이 존재하지 않는 경우에는 일반적으로 사용되는 패드금속층(170)인 알루미늄의 낮은 용융점으로 인해 400℃ 이상으로 열처리하는 것이 좋지 않다. 하지만 본 발명에서는 확상장벽금속층(160)이 존재하기 때문에 400℃ 이상으로 열처리하는 것이 가능하며, 확산장벽금속층(160)의 종류에 따라 또는 두께를 증가시킬 경우 600℃ 이상도 가능할 것으로 예상된다. 하지만 열처리 온도가 지나치게 높아질 경우 상기에서 언급한 것처럼 쇼트키 접합특성이 열화될 가능성이 있으므로 400 내지 600℃가 가장 바람직하다. 더욱 바람직한 온도는 쇼트키 접합특성이 열화될 가능성이 적으며, 스파이크가 발생하지 않고 직렬저항성분을 낮출 수 있는 450 내지 550℃이다. 이러한 열처리는 아르곤(Ar), 질소(N2), 또는 수소(H2) 분위기에서 수행할 수 있으며, 이 이외에도 다른 분위기 하에서 이루어져도 무방하다.
쇼트키 다이오드(100) 최상부에 패시베이션층(180)을 형성한다(S5).
도 6e와 같이 쇼트키 다이오드(100)의 특성을 보호하기 위해 쇼트키 다이오드(100)의 최상부에 패시베이션층(180)을 형성하여 패시베이션(Passivation)을 수행한다. 이와 같은 단계는 패시베이션층(180)이 S4 단계의 열처리 온도에 의해 열화가 되지 않는다면 S4 단계 이전에 형성될 수도 있다. 만약 패시베이션층(180)이 폴리머 계열인 폴리이미드(Polyimide), 벤조사이클로부텐(Benzocyclobutene, BCB), 실리콘 고무(Si rubber) 등과 같은 경우에는 300℃ 이상의 열을 가하면 특성이 열화될 수 있으므로 S5 단계에서 패시베이션층(180)을 형성하고, 실리콘산화막(Silicon dioxide film) 또는 실리콘질화막(Silicon nitride film)인 경우에는 S4 단계 이전에 형성된 후 열처리가 되어도 무방하다. 패시베이션층(180)으로 실리콘산화막 또는 실리콘질화막을 사용하는 경우 패시베이션 이후 열처리를 할 수 있으므로 열안전성을 확보할 수 있고 결함치유 등이 동시에 이루어질 수 있으므로 좀 더 바람직하다.
도 7은 S1 내지 S5 단계를 통해 제조되는 쇼트키 다이오드(100)의 열처리 온도에 대한 직렬저항 특성을 보여주고 있는데, 전체적인 통계를 나타내는 박스 프로파일(Box profile)과 박스 프로파일을 통해 얻은 평균값 및 중앙값을 그래프를 통해 확인할 수 있다. as-dep는 열처리를 하지 않는 것을 나타낸 것으로 열처리를 하지 않을 때와 비교하여 열처리 온도가 증가할수록 산포도가 줄어들고 직렬저항의 평균값 및 중앙값이 감소하는 것을 확인할 수 있다. 특히 열처리를 하지 않은 온도에 비해 550℃에서 열처리한 경우가 직렬저항이 50% 감소하는 것을 확인할 수 있다.
종래의 쇼트키 다이오드는 쇼트키 접합특성을 향상시키기 위해 쇼트키금속층을 열처리 하는데, 쇼트키금속층을 열처리한 후 패드금속층을 형성시킬 경우 금속층 경계면에 이물질이 삽입되거나 쇼트키금속층이 산화될 우려가 있었다. 또한 쇼트키금속층과 패드금속층을 적층한 후 열처리를 하게되면 패드금속층이 쇼트키금속층 내로 함침되는 문제가 있었다. 따라서 열처리를 하더라도 고온에서 할 수 없었다. 이를 위해 본 발명은 쇼트키금속층(150)과 패드금속층(170) 사이에 확산장벽금속층(160)을 형성시켰으며, 쇼트키금속층(150)-확산장벽금속층(160)-패드금속층(170)을 순차적으로 적층하고 고온에서 열처리를 하여도 패드금속층(170)이 쇼트키금속층(150) 내로 함침되지 않았다. 뿐만 아니라 고온에서 열처리를 함으로 인해 저항이 감소하여 쇼트키 다이오드(100)의 성능이 향상되는 것을 확인할 수 있었다.
10, 100: 쇼트키 다이오드
11, 130: n형 기판
12, 110: 에피층
13, 150: 쇼트키금속층
14, 170: 패드금속층
15: 종단구조
16, 140: 오믹접합층
21, 22, 23, 24, 25: 저항성분
120: p형 반도체
160: 확산장벽금속층
180: 패시베이션층
200: 이온주입 마스크
300: 포토레지스트
11, 130: n형 기판
12, 110: 에피층
13, 150: 쇼트키금속층
14, 170: 패드금속층
15: 종단구조
16, 140: 오믹접합층
21, 22, 23, 24, 25: 저항성분
120: p형 반도체
160: 확산장벽금속층
180: 패시베이션층
200: 이온주입 마스크
300: 포토레지스트
Claims (8)
- 순방향 특성이 향상된 실리콘 카바이드 쇼트키 다이오드 제조방법에 있어서,
에피층의 상부에 쇼트키금속층을 증착하는 단계;
상기 쇼트키금속층의 상부에 확산장벽금속층을 증착하는 단계;
상기 확산장벽금속층의 상부에 패드금속층을 증착하는 단계;
상기 쇼트키금속층, 확산장벽금속층 및 패드금속층이 적층되어 형성된 금속층을 에칭하는 단계; 및
에칭된 상기 금속층을 열처리하는 단계;를 포함하여,
상기 열처리하는 단계에서, 상기 금속층의 결정 경계가 증가하는 것을 특징으로 하는 순방향 특성이 향상된 실리콘 카바이드 쇼트키 다이오드 제조방법. - 제 1항에 있어서,
상기 확산장벽금속층은 녹는점이 1000℃ 이상인 금속소재 또는 전도성 세라믹소재로 형성되는 것을 특징으로 하는 순방향 특성이 향상된 실리콘 카바이드 쇼트키 다이오드 제조방법. - 제 2항에 있어서,
상기 금속소재는 텅스텐(W), 니크롬(NiCr), 탄탈럼(Ta), 하프늄(Hf), 바나듐(V) 및 이의 혼합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 순방향 특성이 향상된 실리콘 카바이드 쇼트키 다이오드 제조방법. - 제 2항에 있어서,
상기 전도성 세라믹소재는 질화탄탈(TaN), 질화티탄(TiN), 티타늄텅스텐(TiW) 및 이의 혼합으로 이루어진 군으로부터 선택된 것을 특징으로 하는 순방향 특성이 향상된 실리콘 카바이드 쇼트키 다이오드 제조방법. - 제 1항에 있어서,
상기 열처리하는 단계는 400 내지 600℃에서 이루어지는 것을 특징으로 하는 순방향 특성이 향상된 실리콘 카바이드 쇼트키 다이오드 제조방법. - 제 1항에 있어서,
상기 열처리하는 단계 이전 또는 이후에 패시베이션층을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 순방향 특성이 향상된 실리콘 카바이드 쇼트키 다이오드 제조방법. - 제 1항 내지 제 6항 중 어느 한 항의 순방향 특성이 향상된 실리콘 카바이드 쇼트키 다이오드 제조방법에 따라 제조된,
순방향 특성이 향상된 실리콘 카바이드 쇼트키 다이오드. - 삭제
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020150060840A KR102329192B1 (ko) | 2015-04-29 | 2015-04-29 | 순방향 특성이 향상된 실리콘 카바이드 쇼트키 다이오드 및 그 제조방법 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020150060840A KR102329192B1 (ko) | 2015-04-29 | 2015-04-29 | 순방향 특성이 향상된 실리콘 카바이드 쇼트키 다이오드 및 그 제조방법 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
KR20160128831A KR20160128831A (ko) | 2016-11-08 |
KR102329192B1 true KR102329192B1 (ko) | 2021-11-18 |
Family
ID=57528039
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
KR1020150060840A KR102329192B1 (ko) | 2015-04-29 | 2015-04-29 | 순방향 특성이 향상된 실리콘 카바이드 쇼트키 다이오드 및 그 제조방법 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
KR (1) | KR102329192B1 (ko) |
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2014085159A1 (en) * | 2012-11-27 | 2014-06-05 | Cree, Inc. | Schottky diodes and method of manufacturing the same |
US20140217540A1 (en) * | 2013-02-04 | 2014-08-07 | Teledyne Scientific & Imaging, Llc | Fully depleted diode passivation active passivation architecture |
Family Cites Families (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US237608A (en) | 1881-02-08 | William sawyer | ||
US327017A (en) | 1885-09-29 | purdy |
-
2015
- 2015-04-29 KR KR1020150060840A patent/KR102329192B1/ko active IP Right Grant
Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2014085159A1 (en) * | 2012-11-27 | 2014-06-05 | Cree, Inc. | Schottky diodes and method of manufacturing the same |
US20140217540A1 (en) * | 2013-02-04 | 2014-08-07 | Teledyne Scientific & Imaging, Llc | Fully depleted diode passivation active passivation architecture |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
KR20160128831A (ko) | 2016-11-08 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
KR102343716B1 (ko) | 트렌치 mos형 쇼트키 다이오드 | |
JP4314277B2 (ja) | SiCショットキー障壁半導体装置 | |
US8952481B2 (en) | Super surge diodes | |
JP4892787B2 (ja) | ショットキーダイオード及びその製造方法 | |
JP6425659B2 (ja) | ショットキーダイオード及びショットキーダイオードの製造方法 | |
US11081598B2 (en) | Trench MOS Schottky diode | |
US9184229B2 (en) | Semiconductor device and method for manufacturing same | |
US10600921B2 (en) | Silicon carbide semiconductor device and method of manufacturing silicon carbide semiconductor device | |
JP5213350B2 (ja) | 炭化珪素ツェナーダイオード | |
JP6168806B2 (ja) | 半導体装置 | |
JP5106604B2 (ja) | 半導体装置およびその製造方法 | |
JP6028676B2 (ja) | 炭化珪素半導体装置 | |
KR102329192B1 (ko) | 순방향 특성이 향상된 실리콘 카바이드 쇼트키 다이오드 및 그 제조방법 | |
JP5872327B2 (ja) | 半導体整流素子 | |
JP2014130913A (ja) | 半導体装置及びその駆動方法 | |
JP6335717B2 (ja) | 半導体デバイス | |
JP6758987B2 (ja) | 半導体装置 | |
US10529709B2 (en) | Silicon carbide semiconductor device having high breakdown voltage and low on resistance | |
JP5775711B2 (ja) | 炭化珪素半導体装置及びその製造方法 | |
KR101615304B1 (ko) | 쇼트키 배리어 다이오드의 제조 방법 | |
US8987124B2 (en) | Method of manufacturing Schottky barrier diode | |
KR102329479B1 (ko) | 활성화 열처리 공정을 통한 탄화규소 다이오드 제조방법 | |
CN113013241A (zh) | 晶闸管以及晶闸管的制备方法 | |
JP2016039210A (ja) | Iii族窒化物半導体デバイスおよびその製造方法 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A201 | Request for examination | ||
E902 | Notification of reason for refusal | ||
E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
GRNT | Written decision to grant |