KR20170044478A - SiC diode manufacturing method through the active heat treatment - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 활성화 열처리 공정을 통한 탄화규소 다이오드 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 탄화규소 기판에 도판트 주입을 위해 이온 주입과정을 거친 후 이에 의해 손상된 탄화규소 결정격자를 고온 열처리를 통해 회복시키고, 탄화규소 결정격자 손상 회복을 확인할 수 있는 활성화 열처리 공정을 통한 탄화규소 다이오드 제조방법에 관한 것이다.More particularly, the present invention relates to a method of manufacturing a silicon carbide diode through an activation heat treatment process, and more particularly, to a silicon carbide substrate through ion implantation for dopant doping, thereby recovering a damaged silicon carbide crystal lattice through a high- And a method of manufacturing a silicon carbide diode through an activation heat treatment process capable of confirming recovery of silicon carbide crystal lattice damage.
전력반도체 소자는 20세기 중반에 실리콘(silicon)을 기반으로 상용화되었으며, 이 이후로도 꾸준히 개발 및 사용되어 지고 있다. 전력반도체소자는 다이오드(diode), 바이폴라 접합 트렌지스터(bipolar junction transistor), 사이리스터(thyristor) 류의 바이폴라 계열 소자가 주로 개발되고 있다. 또한 1980년대 중반에 절연게이트 바이폴라 트렌지스터의 개발을 통해 전류밀도가 대략 5 내지 6배 향상되었고, 이로 인해 전력반도체 시장은 전체 반도체 시장의 약 10%에 달하는 성장을 이루었다. 하지만 기존 실리콘 재료의 물성적 한계로 인해 실리콘보다 우수한 물성을 가진 재료를 포함하는 전력반도체 소자의 개발에 대한 필요성이 대두되고 있다. 실리콘 재료를 대체할 전력반도체 재료는 일반적으로 높은 항복전압, 적은 손실, 빠른 스위칭 등과 같은 특성이 요구되어 진다. 따라서 이러한 조건을 만족하는 재료로는 탄화규소(silicon carbide, SiC) 또는 질화갈륨(gallium nitride, GaN)이 있는데, 탄화규소 및 질화갈륨은 실리콘에 비해 넓은 밴드갭 에너지(band gap energy)를 가진 와이드 밴드갭 반도체 재료로써 실리콘을 대체할 수 있는 대표적인 전력반도체 재료이다. 그 중 탄화규소는 밴드갭 에너지가 약 3.2 내지 3.3eV로 실리콘에 비해 약 3배이고, 절연파괴전압(breakdown voltage)이 약 3MV/cm로 실리콘의 약 10배를 가지고 있으며, 열전도도가 3.7W/cm·K로 실리콘에 대해 약 3배의 특성을 가지고 있다. 탄화규소는 이러한 특성으로 인해 높은 항복전압 특성을 가지고 고온에서도 낮은 손실을 가지는 전력반도체 재료가 가능하다. 또한 에피텍시(epitaxy) 및 단결정 성장 기술의 성숙도, 소자 제조 공정상의 용이성을 갖추고 있어 실리콘을 대체할 수 있는 물질로 손꼽히고 있다.Power semiconductor devices were commercialized based on silicon in the mid-20th century, and have been steadily developed and used since then. BACKGROUND ART Power semiconductor devices are mainly developed with bipolar elements such as diodes, bipolar junction transistors, and thyristors. The development of insulated gate bipolar transistors in the mid-1980s also improved the current density by approximately 5 to 6 times, which resulted in the power semiconductor market reaching approximately 10% of the total semiconductor market. However, due to the limitation of physical properties of existing silicon materials, there is a need for the development of power semiconductor devices including materials having properties superior to silicon. Power semiconductor materials that replace silicon materials typically require properties such as high breakdown voltage, low loss, and fast switching. Therefore, silicon carbide (SiC) or gallium nitride (GaN) is used as a material satisfying these conditions. Silicon carbide and gallium nitride have a wide band gap energy Bandgap is a typical power semiconductor material that can replace silicon as a semiconductor material. Among them, silicon carbide has a band gap energy of about 3.2 to 3.3 eV, about three times that of silicon, a breakdown voltage of about 3 MV / cm, about 10 times that of silicon, and a thermal conductivity of about 3.7 W / cm · K, which is about three times that of silicon. Silicon carbide is capable of power semiconductor materials with high breakdown voltage characteristics and low losses at high temperatures due to these properties. In addition, it has been recognized as a substitute for silicon because it has maturity of epitaxy and single crystal growth technology and easiness in device manufacturing process.
실리콘을 대체할 탄화규소를 이용하여 소자를 제작하기 위해서는 도판트(dopant)를 주입하는 공정이 필수적이다. 탄화규소에 도판트를 주입하는 방법은 크게 두 가지가 있는데, 첫 번째는 확산법을 이용하는 것이고, 두 번째는 이온 주입법을 이용하는 것이다. 확산법은 고온에서 도판트로 주입될 불순물을 고온에서 농도 차이로 이용하여 탄화규소 내로 주입하는 방법이다. 두 번째는 높은 가속 에너지로 탄화규소 내부로 도판트를 주입하는 방법이다. 탄화규소는 실리콘(Si) 원자와 탄소(C) 원자 간의 높은 결합력으로 인해 탄화규소 내에서의 확산도가 낮아 첫 번째 방법인 확산법으로 도판트를 주입하는 것은 거의 불가능하다. 하지만 두 번째 방법인 이온주입법을 이용하여 도판트를 주입하게 되면 도판트의 프로파일 제어가 가능하다. 도판트가 고에너지로 주입됨에 따라 이온 주입량이 높을 때에는 탄화규소 결정격자의 손상을 가져오게 되고, 이에 따라 손상된 결정격자의 회복을 위한 고온 열처리 활성화 공정을 필수로 거치게 된다. In order to fabricate a device using silicon carbide to replace silicon, it is necessary to implant a dopant. There are two methods for implanting dopant into silicon carbide. First, diffusion method is used. Second, ion implantation method is used. The diffusion method is a method of injecting impurities to be doped into a dopant at a high temperature into silicon carbide using a difference in concentration at a high temperature. The second is the implantation of dopants into silicon carbide with high acceleration energy. The silicon carbide has a low diffusibility in the silicon carbide due to the high bonding force between the silicon (Si) atom and the carbon (C) atom, and it is almost impossible to inject the dopant by the first diffusion method. However, it is possible to control the profile of the dopant by implanting the dopant using the second method, ion implantation. As the dopant is implanted at high energy, the silicon carbide crystal lattice is damaged when the ion implantation amount is high, and thus a high temperature heat treatment activation process is required to recover the damaged crystal lattice.
즉 탄화규소를 이용하여 도판트를 주입하게 되면 고에너지로 주입된 도판트에 의해 결정격자의 손상이 유발된다. 주입되는 도판트의 이온 주입량이 1×1015㎠ 이상으로 높을 경우 탄화규소의 결정성이 단결정에서 무정형화(amorphism)되며, 이러한 이온 주입시의 결정격자 손상은 고온 열처리를 통해 회복되어야 한다. 에피층의 결정격자 손상은 소자 제작시의 성능을 저하시키는 요인이 되므로 이를 회복시키는 것이 중요하다.That is, when the dopant is implanted using silicon carbide, the crystal lattice is damaged by the dopant implanted with high energy. When the ion implantation dose of the dopant is as high as 1 × 10 15 ㎠ or more, the crystallinity of silicon carbide is amorphized in the single crystal, and the crystal lattice damage upon such ion implantation must be recovered through the high temperature heat treatment. It is important to repair the crystal lattice damage of the epi layer because it degrades the performance of the device during fabrication.
이와 같이 결정격자의 손상을 회복시키기 위해 종래기술 '대한민국특허청 등록특허 제10-0393399호 제어된 열처리에 의해서 탄화규소 전력소자를 제조하는 방법', '대한민국특허청 등록특허 제10-0977414호 내열성 전극물질을 이용한 탄화규소 반도체소자의 제조방법' 및 '대한민국특허청 공개특허 제10-2014-0133556호 실리콘 기판, 이의 제조방법 및 이를 포함하는 반도체 소자'와 같이 고온 열처리를 일반적으로 수행한다. 하지만 이와 같은 열처리를 수행하더라도 결정격자의 손상이 회복되었다는 것을 확인하는 방법은 일반적으로 행해지지 않고 있다.In order to recover the damage of the crystal lattice as described above, the conventional technology 'Korean Patent Registration No. 10-0393399', a method of manufacturing a silicon carbide power device by controlled heat treatment ',' Korean Patent Application No. 10-0977414 ' And a high temperature heat treatment such as a silicon substrate, a method of manufacturing the same, and a semiconductor device including the silicon substrate are generally performed. However, a method of confirming that the damage of the crystal lattice is restored even when the heat treatment is performed is not generally performed.
따라서 본 발명의 목적은 탄화규소 기판에 도판트 주입을 위해 이온 주입과정을 거친 후 이에 의해 손상된 탄화규소 결정격자를 고온 열처리를 통해 회복시키고, 탄화규소 결정격자 손상 회복을 확인할 수 있는 활성화 열처리 공정을 통한 탄화규소 다이오드 제조방법을 제공하는 것이다.Therefore, an object of the present invention is to provide a method of recovering silicon carbide crystal lattice damage by recovering a damaged silicon carbide crystal lattice through a high temperature heat treatment after ion implantation for implanting a dopant into a silicon carbide substrate, To thereby provide a silicon carbide diode manufacturing method.
또한 열처리를 통해 도판트를 활성화시키고, 도판트 활성화에 의해 면저항이 감소된 것을 확인할 수 있는 활성화 열처리 공정을 통한 탄화규소 다이오드 제조방법을 제공하는 것이다.It is another object of the present invention to provide a method of manufacturing a silicon carbide diode by activating a dopant through a heat treatment and confirming that a sheet resistance is reduced by activation of a dopant.
상기한 목적은, 탄화규소 기판 상부에 얼라인 키를 형성하는 제1단계, 이온 주입법을 통해 상기 탄화규소 기판에 도판트를 주입하는 제2단계, 상기 도판트가 주입된 상기 탄화규소 기판을 열처리를 하는 제3단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 활성화 열처리 공정을 통한 탄화규소 다이오드 제조방법에 있어서, 상기 제3단계는, 상기 탄화규소 기판의 결정손상 회복 및 상기 도판트 활성화를 위해 1650 내지 1750℃로 열처리하며, 상기 제3단계 이후에, x-선 회절(x-ray diffraction)을 통해 탄화규소 기판의 결정 반치폭(full width at half maximum, FWHM)이 상기 제1단계의 탄화규소 기판 결정 반치폭의 100 내지 150% 범위 내 포함되는지 여부를 확인하는 제4단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 활성화 열처리 공정을 통한 탄화규소 다이오드 제조방법에 의해 달성된다.The above-mentioned object can be accomplished by a method of manufacturing a silicon carbide substrate, comprising: a first step of forming an alignment key on a silicon carbide substrate; a second step of implanting a dopant into the silicon carbide substrate through an ion implantation method; Wherein the third step is performed at a temperature of 1650 to 1750 DEG C for recovery of crystal damage of the silicon carbide substrate and activation of the dopant, (FWHM) of the silicon carbide substrate is measured by X-ray diffraction after the third step, and the FWHM of the silicon carbide substrate is measured at the first-stage silicon carbide substrate crystal half-width And a fourth step of confirming whether the silicon carbide is included in the range of 100 to 150%.
여기서, 상기 제3단계의 열처리는, 상기 제3단계의 상기 탄화규소 기판 결정 반치폭이 상기 제1단계의 탄화규소 기판 결정 반치폭의 100 내지 150% 범위 내에 포함될 때까지 반복되는 것이 바람직하다.The heat treatment in the third step is preferably repeated until the half-width of the silicon carbide substrate in the third step falls within the range of 100 to 150% of the silicon carbide substrate crystal half width of the first step.
또한, 상기 제3단계의 열처리는 1700℃에서 이루어지며, 상기 제4단계에서의 탄화규소 기판 결정 반치폭은 100 내지 120% 범위 내 포함되는지 여부를 확인하는 것이 바람직하다.In addition, it is preferable that the heat treatment in the third step is performed at 1700 ° C, and the half-width of the silicon carbide substrate in the fourth step is within a range of 100 to 120%.
상술한 본 발명의 구성에 따르면 탄화규소 기판에 도판트 주입을 위해 이온 주입과정을 거친 후 이에 의해 손상된 탄화규소 결정격자를 고온 열처리를 통해 회복시키고, 탄화규소 결정격자 손상 회복을 확인할 수 있다.According to the structure of the present invention described above, the silicon carbide substrate is subjected to an ion implantation process for dopant doping, and the damaged silicon carbide crystal lattice is recovered through a high-temperature heat treatment, and recovery of the silicon carbide crystal lattice damage can be confirmed.
또한 열처리를 통해 도판트를 활성화시키고, 도판트 활성화에 의해 면저항이 감소된 것을 확인할 수 있다.Also, it can be confirmed that the dopant is activated by the heat treatment and the sheet resistance is reduced by activating the dopant.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 탄화규소 다이오드 제조방법의 순서도이고,
도 2는 활성화 열처리에 따른 탄화규소 결정의 반치폭을 나타낸 그래프이고,
도 3은 활성화 열처리에 따른 면저항을 나타낸 그래프이고,
도 4는 활성화 열처리에 따른 다이오드의 순방향 특성 그래프이고,
도 5는 활성화 열처리에 따른 다이오드의 역방향 특성 그래프이다.1 is a flowchart of a method for manufacturing a silicon carbide diode according to an embodiment of the present invention,
2 is a graph showing the half width of silicon carbide crystals according to the activation heat treatment,
3 is a graph showing the sheet resistance according to the activation heat treatment,
4 is a graph of the forward characteristics of the diode according to the activation heat treatment,
5 is a graph of the reverse characteristic of the diode according to the activation heat treatment.
이하 도면을 참조하여 본 발명에 따른 활성화 열처리 공정을 통한 탄화규소 다이오드 제조방법을 상세히 설명한다.Hereinafter, a method of manufacturing a silicon carbide diode through an activation heat treatment process according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
도 1에 도시된 바와 같이 먼저, 기판의 상부에 얼라인 키를 형성한다(S1).As shown in FIG. 1, first, an alignment key is formed on a substrate (S1).
탄화규소 다이오드를 제조 가능하도록 기판은 탄화규소(SiC)를 사용하여 제조한다. 기판은 기판본체와, 기판본체의 상부에 에피층(epi layer)이 적층된 형태로 이루어진다. 에피층은 기판본체와 동일한 결정방위를 가지며 기판본체의 상부에 얇게 피복되는 층을 말한다. 이러한 탄화규소의 기판 상부에 포토리소그래피(photolithography) 공정을 통해 얼라인 키(align key)를 형성한다.The substrate is made of silicon carbide (SiC) so that silicon carbide diodes can be manufactured. The substrate has a substrate body and an epi layer stacked on the substrate body. The epi layer has a crystal orientation that is the same as that of the substrate body and is thinly coated on top of the substrate body. An align key is formed on the substrate of silicon carbide by a photolithography process.
이를 상세히 설명하면 먼저 선택영역에만 이온주입을 하기 위하여 이온주입 마스크를 형성한다. 이온주입 마스크는 먼저 산화막을 증착한 후에 포토리소그래피 공정을 통해 포토레지스트 패턴을 형성한 후 산화막을 식각한다. 포토레지스트를 제거하면 이온주입 마스크의 제작이 완료된다. 식각 공정을 통해 원하는 패턴의 패턴홈이 형성된다.In detail, first, an ion implantation mask is formed for ion implantation only in the selected region. The ion implantation mask first deposits an oxide film, forms a photoresist pattern through a photolithography process, and then etches the oxide film. Removing the photoresist completes the fabrication of the ion implantation mask. Pattern grooves of a desired pattern are formed through the etching process.
이온 주입법을 통해 패턴홈에 도판트를 주입한다(S2).A dopant is implanted into the pattern groove through ion implantation (S2).
에피층의 전계가 형성되는 곳에 접합(junction)을 형성하는 데, 이를 위해 에피층에 형성된 패턴홈에 이온 주입법을 이용하여 도판트(dopant)를 도핑 주입한다. 여기서 도판트는 n형 반도체의 경우에는 안티몬(Sb), 비소(As), 인(P), 질소(N) 등과 같은 원소를 사용하고, p형 반도체의 경우 알루미늄(Al), 붕소(B), 갈륨(Ga), 인듐(In) 등의 원소를 사용하는데 이러한 원소는 한정되지는 않는다.A junction is formed where the electric field of the epi layer is formed. To this end, a dopant is doped into the pattern groove formed in the epi layer by ion implantation. In the case of the p-type semiconductor, aluminum (Al), boron (B), and boron (B) are used as the dopant, Gallium (Ga), indium (In), or the like is used, but these elements are not limited.
열처리를 통해 도판트의 활성화 및 탄화규소 기판의 결정격자 손상을 회복시킨다(S3).The heat treatment activates the dopant and restores the crystal lattice damage of the silicon carbide substrate (S3).
도판트 및 탄화규소 기판에 열처리를 한다. 주입된 도판트는 전계를 형성하기 위한 캐리어(carrier) 역할을 하기 때문에 고온 열처리를 통해 활성화시키고, 탄화규소의 결정격자 손상을 회복시킨다. 만약 도판트의 활성화 및 탄화규소의 결정격자 손상이 회복되지 못하면 오히려 저항으로 작용하여 전계의 흐름을 방해하게 된다. The dopant and silicon carbide substrate are heat treated. The implanted dopant acts as a carrier to form an electric field, which is activated through a high temperature heat treatment and restores crystal lattice damage of silicon carbide. If the activation of the dopant and the crystal lattice damage of the silicon carbide is not restored, it acts as a resistor and hinders the flow of the electric field.
S2 단계에서 이온 주입법을 이용하여 도판트를 주입할 때 고 에너지가 가해지는 이온 주입법을 통해 도판트를 주입하게 된다. 이온 주입 공정은 주입하고자 하는 도판트를 이온 상태에서 가속화시켜 주입하게 되는데, 이때 탄화규소 결정의 규칙성에 손상을 주게 되므로 결정성이 저하된다. 즉 도판트를 주입할 때 고 에너지에 의해 탄화규소 기판의 결정격자 손상이 유발된다. 따라서 탄화규소 기판의 결정격자 손상을 회복시키고 도판트의 활성화를 위해 고온 활성화 열처리를 하게 된다. When the dopant is implanted using the ion implantation method in the step S2, the dopant is implanted through the ion implantation method in which high energy is applied. In the ion implantation process, the dopant to be implanted is accelerated in the ion state to be implanted. At this time, the crystallinity of the silicon carbide crystal is deteriorated and crystallinity is lowered. That is, crystal lattice damage of the silicon carbide substrate is induced by high energy when the dopant is implanted. Therefore, the crystal lattice damage of the silicon carbide substrate is recovered and the activation treatment of the high temperature is performed to activate the dopant.
주입된 도판트의 활성화 및 탄화규소 기판 결정격자 손상 회복을 위한 고온 활성화 열처리는 1650 내지 1750℃의 온도에서 불활성 가스 분위기 하에서 이루어지며, 이때 시간은 30분 내지 2시간 정도 이루어지는 것이 바람직하다. 열처리 온도가 1650℃ 미만일 경우 결정격자 손상이 완전히 회복되지 않으며, 도판트가 활성화되지 않아 면저항이 증가하며 이에 따른 누설전류 또한 증가하게 된다. 또한 열처리 온도가 1750℃를 초과할 경우 탄화규소 기판의 결정격자 손상의 측정이 불가능하다는 문제가 있다.Activation of doped dopant and high temperature activation heat treatment for recovery of silicon carbide substrate crystal lattice damage is performed under an inert gas atmosphere at a temperature of 1650 to 1750 캜, preferably 30 minutes to 2 hours. When the annealing temperature is less than 1650 ℃, the crystal lattice damage is not completely recovered and the dopant is not activated and the leakage current is increased accordingly. Further, when the heat treatment temperature exceeds 1750 DEG C, it is impossible to measure the crystal lattice damage of the silicon carbide substrate.
도판트 활성화 및 탄화규소 기판의 결정격자 손상 회복을 확인한다(S4).Activation of the dopant and recovery of the crystal lattice damage of the silicon carbide substrate are confirmed (S4).
탄화규소 결정손상의 저하 및 회복 정도를 X-ray diffraction(XRD)을 이용하여 도판트 주입 전, 후 및 각 활성화 열처리 온도에 따른 결정성 평가 결과를 확인한다. XRD는 X-선 회절을 이용하여 물질의 고유한 결정 구조에 대한 정보를 얻는 것이다. X-선 회절에서 결정성이 우수하다는 것을 동일한 회절선에 대해 그 강도(intensity)가 증가하는 것이다.The degradation and recovery of silicon carbide crystal damage are evaluated by X-ray diffraction (XRD), and the crystallization results are evaluated according to the annealing temperatures before, after and after the dopant implantation. XRD is the use of X-ray diffraction to obtain information about the unique crystal structure of a material. The fact that the crystallinity in the X-ray diffraction is excellent indicates that the intensity increases for the same diffraction line.
확인된 값은 도 2를 통해 알 수 있으며, 이러한 탄화규소의 결정성 회복을 반치폭(full width at half maximun, FWHM)을 통해 알 수 있다. 즉 FWHM을 얻어 그 값이 작을수록 결정성이 우수하다고 판단할 수 있다. 상용 탄화규소의 FWHM은 20arcsec 이하로 결정성이 아주 우수하다. 이온 주입 후의 결정성 회복은 이온 주입전의 FWMH와 비교하여 이에 다다르는 수준으로 판단한다.The identified values are shown in FIG. 2, and the recovery of crystallinity of the silicon carbide can be found through full width at half maximum (FWHM). That is, FWHM is obtained and it can be judged that crystallinity is better as the value is smaller. The commercial FWHM of silicon carbide is less than 20 arcsec and has excellent crystallinity. Crystallinity recovery after ion implantation is judged to be higher than FWMH before ion implantation.
도 2a는 이온 주입 전 탄화규소의 반치폭을 나타낸 것으로, 반치폭이 9.8arcsec로 결정성이 아주 우수하다. 도 2b는 이온 주입 공정을 수행한 이후의 탄화규소를 나타낸 것으로 반치폭이 56.5arcsec로 증가하여 결정성이 저하된 것을 알 수 있다. 도 2c는 1600℃로 탄화규소 기판에 활성화 열처리를 한 것으로 탄화규소의 반치폭이 17.1arcsec로 도 1b에 비해 어느 정도 결정성이 회복된 것을 확인할 수 있다. 도 2d는 1700℃로 탄화규소 기판에 활성화 열처리를 한 것으로 탄화규소의 반치폭이 10.1arcsec로 이온 주입 전 탄화규소의 반치폭과 거의 유사할 정도로 결정성이 회복된 것을 확인할 수 있다. 열처리를 통해 탄화규소의 결정격자 손상은 이온 주입 전 결정격자 반치폭으로부터 100 내지 150% 범위의 반치폭까지 회복되는 것이 바람직하다. 회복된 탄화규소 반치폭은 이온 주입 전 반치폭인 100% 이하가 될 수 없으며, 150%를 초과할 경우 결정성이 완전히 회복된 것으로 볼 수 없으며, 결정성이 회복되지 않으면 제대로 된 다이오드를 제작할 수 없다. 더욱 바람직한 반치폭의 범위는 100 내지 120%이다.2A shows the half width of silicon carbide before ion implantation, and its full width at half maximum is 9.8 arcsec. FIG. 2B shows the silicon carbide after the ion implantation process, and the half width of the silicon carbide increases to 56.5 arcsec, indicating that the crystallinity is decreased. FIG. 2C shows that a silicon carbide substrate was subjected to an activation heat treatment at 1600 ° C, and the half-width of silicon carbide was 17.1 arcsec, indicating that crystallinity was restored to some extent as compared with FIG. 1b. FIG. 2d shows that the silicon carbide substrate was subjected to an activation heat treatment at 1700 ° C, and the half-width of silicon carbide was 10.1 arcsec, and the crystallinity was restored to almost the half width of silicon carbide before the ion implantation. It is preferable that the crystal lattice damage of the silicon carbide is recovered from the crystal lattice half width before the ion implantation to a half width in the range of 100 to 150% through heat treatment. The half-width of recovered silicon carbide can not be less than 100% of half-width before ion implantation. If it exceeds 150%, the crystallinity is not completely recovered. More preferably, the half-width range is from 100 to 120%.
이 단계에서 반치폭을 확인한 결과 100 내지 150% 범위를 벗어날 경우 반치폭의 범위가 100 내지 150% 내에 포함될 때까지 S3 단계를 반복 수행한다.In this step, when the half width is checked, the step S3 is repeated until the range of the half width is within the range of 100 to 150% when the range is out of the range of 100 to 150%.
도 3은 온도에 따라 활성화된 도판트에 의한 면저항 결과를 나타낸 것이다. 이온 주입이 되지 않거나, 이온 주입 후의 탄화규소는 저항이 높아 면저항 측정이 불가능하다. 따라서 열처리한 후의 탄화규소 기판 면저항을 측정하게 되며, 측정 값을 확인해보면 1600℃에서 열처리한 경우 면저항이 어느 정도 존재하는 것을 알 수 있지만 1650 내지 1700℃에서는 면저항이 크게 감소하는 것을 확인할 수 있다. Fig. 3 shows the sheet resistance results of the activated dopant according to the temperature. The silicon carbide after the ion implantation is not performed or the silicon carbide after the ion implantation has a high resistance, so that the sheet resistance measurement is impossible. Therefore, the sheet resistance of the silicon carbide substrate after the heat treatment is measured. When the measured values are checked, it can be seen that when the heat treatment is performed at 1600 ° C., the sheet resistance is somewhat present. However, it can be confirmed that the sheet resistance is greatly decreased at 1650 ° C. to 1700 ° C.
이와 같이 활성화 열처리를 통하여 주입한 도판트의 활성화 및 탄화규소의 결정격자 손상을 회복시킨 후, 오믹접촉 형성을 위한 실리사이드를 형성한 후 패드 금속을 증착하여 탄화규소를 이용한 다이오드를 제작한다. 이러한 공정은 일반적으로 잘 알려진 공정으로 상세한 설명은 생략한다.Activation of the dopant through the activation heat treatment and recovery of the crystal lattice damage of the silicon carbide are performed, and after the silicide is formed for the ohmic contact formation, the pad metal is deposited to fabricate the silicon carbide diode. Such a process is generally well known and detailed description is omitted.
<실시예><Examples>
다이오드 제작을 위한 탄화규소(SiC) 기판은 에피층의 농도가 2×1015cm-3이고, 두께가 25㎛인 것을 사용하였다. P base 층을 형성하기 위하여 선택영역에 이온주입이 되도록 마스크를 제작하였다. 알루미늄(Al) 이온을 다중 에너지 단계로 나누어 총 이온 주입 양(dose) 2.01×1014cm-2를 500℃로 이루어진 탄화규소 기판에 주입하였다. 그리고 P source 영역을 형성하기 위하여 선택영역에 이온주입이 되도록 마스크를 제작하였다. 알루미늄 이온을 다중 에너지 단계로 나누어 총 이온주입량 3.65×1015cm-2을 500℃로 이루어진 탄화규소 기판에 주입하였다. Silicon carbide (SiC) substrates for diode fabrication were used with a concentration of the epitaxial layer of 2 x 10 15 cm -3 and a thickness of 25 탆. In order to form the P base layer, a mask was formed so as to be ion-implanted in the selected region. Aluminum (Al) ions were divided into multiple energy steps and a total ion implantation dose of 2.01 × 10 14 cm -2 was injected into a silicon carbide substrate consisting of 500 ° C. Then, a mask was formed so as to implant ions into the selected region to form a P source region. The aluminum ions were divided into multiple energy steps and the total ion implantation dose of 3.65 × 10 15 cm -2 was injected into the silicon carbide substrate at 500 ° C.
주입된 이온의 활성화 및 결정격자 손상 회복을 위한 고온 활성화 열처리를 각각 1600℃, 1650℃, 1700℃로 아르곤(Ar) 가스 분위기 하에서 1시간 동안 열처리를 수행하였다. 고온 활성화 열처리 후 희생 산화를 1175℃에서 2시간 동안 진행한 후, BOE(buffer oxide etchant)를 이용하여 에칭(etching)하였다. 오믹컨택을 형성하기 위해 포토레지스트로 패턴을 형성한 후 Ni 금속을 증착하고, lift-off 법을 이용하여 Ni 패턴을 형성하였다. 오믹컨택 형성을 위하여 RTA(rapid thermal annealing) 장비를 이용하여 950℃에서 90초간 열처리를 하였다. 그리고 패드금속을 증착하여 다이오드를 제작하였다.The activation of the implanted ions and the high temperature activation heat treatment for recovery of crystal lattice damage were performed at 1600 ° C, 1650 ° C and 1700 ° C for 1 hour under argon (Ar) gas atmosphere, respectively. After high temperature activation annealing, sacrificial oxidation was performed at 1175 ° C for 2 hours and then etching was performed using BOE (buffer oxide etchant). In order to form an ohmic contact, a pattern was formed with a photoresist, a Ni metal was deposited, and a Ni pattern was formed by a lift-off method. For the formation of Ohmic contacts, annealing was performed at 950 ° C for 90 seconds using RTA (rapid thermal annealing) equipment. A diode was fabricated by depositing pad metal.
도 4는 제작된 다이오드의 활성화 열처리 온도에 따른 순방향 특성 결과이다. 1600℃, 1650℃에서 활성화 열처리를 하여 제작한 다이오드는 누설전류가 크게 나타나고 있다. 이에 비해 1700℃에서 열처리를 한 다이오드는 누설전류가 pA 이하의 낮은 수준을 나타내고 있다. 도 5는 1700℃에서 활성화 열처리를 통해 제작한 다이오드의 역방향 특성 그래프를 나타낸 것으로 2700V에서 높은 특성을 나타내는 것을 확인할 수 있다.FIG. 4 shows the result of forward characteristics according to the activation heat treatment temperature of the fabricated diode. Diodes fabricated by activation heat treatment at 1600 ℃ and 1650 ℃ show large leakage current. On the other hand, diodes annealed at 1700 ℃ show low leakage current below pA. FIG. 5 is a graph showing a reverse characteristic of a diode fabricated through an activation heat treatment at 1700 ° C, which shows a high characteristic at 2700V.
이와 같이 본 발명에 따른 활성화 열처리 공정을 통한 탄화규소 다이오드 제조방법을 통해 탄화규소 기판에 도판트 주입을 위해 이온 주입과정을 거친 후 이에 의해 손상된 탄화규소 결정격자를 고온 열처리를 통해 회복시키고, 탄화규소 결정격자 손상 회복을 확인할 수 있다. 또한 열처리를 통해 도판트를 활성화시키고, 도판트 활성화에 의해 면저항이 감소된 것을 확인할 수 있다.As described above, the silicon carbide substrate is subjected to an ion implantation process for doping the silicon carbide substrate through the activation heat treatment process according to the present invention, thereby repairing the damaged silicon carbide crystal lattice through the high temperature heat treatment, Crystal lattice damage recovery can be confirmed. Also, it can be confirmed that the dopant is activated by the heat treatment and the sheet resistance is reduced by activating the dopant.
Claims (5)
상기 제3단계는, 상기 탄화규소 기판의 결정손상 회복 및 상기 도판트 활성화를 위해 1650 내지 1750℃로 열처리하며,
상기 제3단계 이후에, x-선 회절(x-ray diffraction)을 통해 탄화규소 기판의 결정 반치폭(full width at half maximum, FWHM)이 상기 제1단계의 탄화규소 기판 결정 반치폭의 100 내지 150% 범위 내 포함되는지 여부를 확인하는 제4단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 활성화 열처리 공정을 통한 탄화규소 다이오드 제조방법.A first step of forming an alignment key on the silicon carbide substrate, a second step of implanting a dopant into the silicon carbide substrate through an ion implantation method, a third step of heat-treating the silicon carbide substrate into which the dopant is implanted, The method comprising the steps of: forming a silicon carbide layer on a substrate;
In the third step, the silicon carbide substrate is heat-treated at 1650 to 1750 ° C to recover crystal damage and activate the dopant,
The FWHM of the silicon carbide substrate may be 100 to 150% of the silicon carbide substrate crystal half width of the first stage through x-ray diffraction after the third step, And a fourth step of determining whether or not the silicon carbide semiconductor layer is included in the silicon carbide layer.
상기 제3단계의 열처리는, 상기 제3단계의 상기 탄화규소 기판 결정 반치폭이 상기 제1단계의 탄화규소 기판 결정 반치폭의 100 내지 150% 범위 내에 포함될 때까지 반복되는 것을 특징으로 하는 활성화 열처리 공정을 통한 탄화규소 다이오드 제조방법.The method according to claim 1,
Wherein the heat treatment in the third step is repeated until the half-width of the silicon carbide substrate in the third step is within the range of 100 to 150% of the silicon carbide substrate crystal half width of the first step. A method for manufacturing a silicon carbide diode.
상기 제3단계의 열처리는 1700℃에서 이루어지는 것을 특징으로 하는 활성화 열처리 공정을 통한 탄화규소 다이오드 제조방법.The method according to claim 1,
Wherein the heat treatment in the third step is performed at 1700 < RTI ID = 0.0 > C. ≪ / RTI >
상기 제4단계에서의 탄화규소 기판 결정 반치폭은 100 내지 120% 범위 내 포함되는지 여부를 확인하는 것을 특징으로 하는 활성화 열처리 공정을 통한 탄화규소 다이오드 제조방법.The method according to claim 1,
Wherein the silicon carbide substrate has a crystallite size of 100 to 120% in the fourth step.
상기 도판트는, 안티몬(Sb), 비소(As), 인(P), 질소(N), 알루미늄(Al), 붕소(B), 갈륨(Ga), 인듐(In) 및 이의 혼합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 활성화 열처리 공정을 통한 탄화규소 다이오드 제조방법.The method according to claim 1,
The dopant is selected from the group consisting of antimony (Sb), arsenic (As), phosphorous (P), nitrogen (N), aluminum (Al), boron (B), gallium (Ga) ≪ / RTI > wherein the activation energy of the silicon carbide is selected.
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