KR100406247B1 - 옴접촉체를제조하는방법및이러한옴접촉체를구비한반도체소자 - Google Patents

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Abstract

반도체 소자(1)의 p-형 α-SiC 층(3b)에 옴 접촉체(5)를 제조하는 방법에서, 알루미늄, 티타늄 및 실리콘 층이 상기 α-SiC 층(3b)에 적층되고, 상기 적층된 층(5)은 상기 적층된 층(5)들 중 적어도 일부를 알루미늄-티타늄-실리사이드로 변환시키기 위해 어닐링된다.

Description

옴 접촉체를 제조하는 방법 및 이러한 옴 접촉체를 구비한 반도체 소자
결정성의 탄화 규소는 육방정계 결정체 형태인 α-SiC, 특히 6H-SiC, 및 입방 결정체 형태인 β-SiC(3C-SiC)와 같이 화학적으로 상이한 형태로 다수 존재한다.
열전도율은 Si에서 보다 SiC에서 330%더 크고 GaAs보다 10배 더 크며, 항복전계는 Si 및 GaAs에서 보다 SiC에서 10배 더 크며, 재료에서 전자에 대한 속도 제한인 포화 전자 드리프트 속도는 Si 및 GaAs에서 보다 SiC에서 40-50% 더 크고, SiC의 넓은 밴드 갭은 500℃보다 더 높은 온도에서 동작을 가능하게 하는 사실을 고려하여, SiC 반도체 소자는 매우 중요하다.
대부분의 반도체 소자는 반도체 소자의 내부로 그리고 반도체 소자의 내부로부터 전자 전류를 반송하기 위해 단자 접속을 필요로 한다. 그러나, 통상 옴 접촉체라 불려지는 이러한 단자 접속은 반도체 소자 자체를 손상시키지 않아야 한다. 따라서, 옴 접촉체를 통한 전압 강하는 해당 전류 밀도에서 반도체 소자의 다른 영역을 통한 전압 강하와 비교하여 무시될 수 있어야 한다.
G. Guang-bo 등의 논문 "High Frequency Performance of SiC Heterojunction Bipolar Transistor" {참조: 1994년 7월에 발표된 IEEE Transaction on Electron Devices, Vol. 41, No. 7, p.1092}로부터, 탄화 규소 소자가 Si 및 GaAs 소자와 비교하여 장래성을 가질 수 있는 경우, p-형 SiC에 대한 0.0001 Ω·cm2보다 적은 비접촉 저항이 필요하다는 것을 명백히 알 수 있다.
알루미늄은 잠재적인 접촉 금속으로 간주되었지만, 660℃의 낮은 용융점에서 고전력 동작 또는 고온 동작시에 덜 이상적이다. 알루미늄이 갖는 다른 문제점은 산소와 반응하는 것이며, 이것은 절연성의 산화물로 나타난다.
H. Daimon 등의 논문 "Annealing Effects on Al and Al-Si Contacts with 3C-SiC" {참조: 1986년 7월에 발간된 일본 응용물리학회 저널, Vol. 25, No. 7, pp.L592-L594}에서, Al-Si 접촉 전극은 200℃ 내지 1000℃까지의 열처리 후에 설명된다. Al-Si 접촉체는 옴 접촉체로 간주되지만, 최종 전극은 신뢰성 문제를 잠재적으로 갖는 비-균질한 입상으로 판명되었다.
3C-SiC에서 고성능 옴 접촉체를 얻기 위한 다른 시도는 미국특허 제 4,990,994 호 및 제 5,124,799 호에 개시되어 있으며, 여기서 실리콘은 알루미늄과 함께 티타늄으로 대체된다. 열처리는 상술한 균일성의 문제로 인해 회피되는 것이 바람직하다. n-형 3C-SiC 재료에 대한 선형 전류-전압 특성이 나타난다.
JP 제 4-85972 호는 전극을 갖는 p-형 α-탄화 규소의 접촉 저항을 감소시키는 방법, 및 SiC 상에 임의 순서로 Ni 막 및 Ti 막을 적층하고, 이 위에 Al을 적층한 다음, 이를 열처리함으로써 균일해진 전극에 옴 특성을 얻는 방법에 관한 것이다. 비접촉 저항은 고성능 옴 접촉체를 위해 충분히 낮지 않고, 상승된 동작 온도에서 안정성에 대해 어떠한 언급도 없다.
본 발명은 반도체 소자의 p-형 α-SiC 층에 음 접촉체를 제조하는 방법 및 이러한 옴 접촉체를 구비한 반도체 소자에 관한 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 옴 접촉체를 구비한 반도체 소자의 횡단면도이며,
도 2는 어닐링 시간의 함수로서 본 발명에 따른 옴 접촉체의 비접촉 저항에 대한 도면이고,
도 3은 동작 온도의 함수로서 2개의 상이한 시간 주기 동안 어닐링된 본 발명에 따른 2개의 옴 접촉체의 비접촉 저항에 대한 도면이다.
본 발명의 목적은 높은 동작 온도에서 열적으로 안정한 비접촉 저항을 갖는 p-형 α-SiC에 고성능 옴 접촉체를 제조하는방법을 제공하는 것이다.
이러한 목적은, 상기 α-SiC 층에 알루미늄, 티타늄 및 실리콘 층들을 적층하고, 상기 적층된 층들 중 적어도 일부를 알루미늄-티타늄-실리사이드로 변환시키기 위해 상기 적층된 층들을 어닐링하는 본 발명에 따른 방법으로 달성된다.
이하, 본 발명은 첨부 도면을 참조하여 더 상세히 설명될 것이다.
본 발명의 옴 접촉체가 적용될 수 있는 반도체 소자의 예로서, 도 1은 통상 1로 표시된 반도체 접합 다이오드의 실시예를 도시한다.
상기 다이오드(1)는 단결정 α-SiC의 기판(2)을 포함하며, 상기 기판은 이의 상부 측에 α-SiC의 n-형 층(3a)을 구비한다. 상기 층(3a)의 상부 측에는, α-SiC 의 p-형 층(3b)이 구비된다. 상기 층(3b)은 1 ×1018cm-3의 캐리어 농도를 갖는다.
상기 다이오드(1)는 p-형 α-SiC층(3b)의 상부에 본 발명에 따른 옴 접촉체를 구비한다.
본 발명에 있어서, 옴 접촉체는 알루미늄-티타늄-실리사이드의 금속화를 포함한다.
이러한 옴 접촉체(5)는 p-형 α-SiC 층(3b)에 300nm보다 작은 결합 두께를 갖는 것이 바람직한 알루미늄, 티타늄 및 실리콘의 개별 층들을 적층함으로써 제조되며, 이 층들은 그 순서대로 적층되고, 상기 적층된 층들 중 적어도 일부분을 알루미늄-티타늄-실리사이드로 변환시키기 위해 상기 적층된 층을 어닐링 또는 소결한다. 상기 변환된 부분(5a)들은 5a로 개략적으로 표시되고, 인터페이스를 향해 층(3b)에 배치된다. 그러나, 이것은 옴 접촉체(5)의 변환된 부분과 변환되지 않은 부분 사이에 명확한 경계선이 없다는 것을 명심해야 한다.
상기 적층된 층의 어닐링 또는 소결은 바람직하게는 200s의 시간 주기 동안 적어도 900℃, 바람직하게는 950℃의 온도에서 이루어진다.
도 2는 950℃의 어닐링 또는 소결 온도에서 어닐링 또는 소결 시간의 함수로서 옴 접촉체(5)의 비접촉 저항을 도시한다.
어닐링 또는 소결 공정은 고속 열 어닐러(rapid thermal annealer)와 같은 표준 공정 장치로 수행될 수 있고, 금속 층들은 이온 건(ion gun) 또는 스퍼터 증착 시스템을 갖는 전자-빔 증발기에 의해 이미 공지된 방법으로 적층될 수 있다. 이러한 형태의 장치는 현대식 실리콘 또는 Ⅲ-V족 제품 라인에서 사용된다.
또한, 상기 다이오드(1)는 기판(2) 하부 측의 옴 접촉체(4), 및 옴 접촉체(5)의 본드 와이어(6)를 포함한다. 또한, 상기 옴 접촉체(4)는 본 발명의 방법에 따라 제조된다.
접촉 소결시키는 동안 이 후에 알루미늄을 산화시키는 소량의 산소 잔여물이 포획되는 티타늄의 강한 산소 게터링(gettering) 효과는 실리사이드 형성을 촉진시키는 실리콘 층에 의해 중화된다. 트리-금속(tri-metal) 알루미늄-티타늄-실리사이트 형성, 즉 소결 또는 어닐링 상태 동안, 결합된 산소는 SiC-금속 인터페이스로부터 방출된다.
본 발명에 따른 옴 접촉체의 낮은 비접촉 저항은 알루미늄이 SiC에서 p-형 도펀트가 되고, 인터페이스가 실리사이드 형성 동안 SiC내로 이동된다는 것뿐만 아니라 상술한 효과에 기여된다. 따라서, 최종 알루미늄-티타늄-실리사이드 접촉체는 알루미늄을 포함할 지라도 열적으로 안정하다.
도 3은 950℃의 동일한 온도에서 어닐링되지만 각각 200s 및 300s 동안 어닐링된 본 발명에 따른 2개의 상이한 옴 접촉체의 상이한 동작 온도에서 비접촉 저항의 온도 안정성을 도시한다.
따라서, 본 발명의 방법에 의해, 광범위한 동작 온도내에서 안정한 매우 낮은 비접촉 저항을 나타내는 옴 접촉체가 얻어진다.

Claims (7)

  1. 반도체 소자의 p-형 α-SiC 층에 옴 접촉체를 제조하는 방법에 있어서,
    상기 α-SiC 층에 알루미늄, 티타늄 및 실리콘 층을 적충하는 단계; 및
    상기 적층된 층들 중 적어도 일부를 알루미늄-티타늄-실리사이드로 변환시키기 위해 상기 적충된 층들을 어닐링하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 p-형 α-SiC 층에 옴 접촉체를 제조하는 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    먼저 상기 α-SiC 층에 알루미늄 층을 적층한 다음, 상기 알루미늄 층에 티타늄 층을 적층하고, 최종적으로 상기 티타늄 층에 실리콘 층을 적층하는 것을 특징으로 하는 p-형 α-SiC 층에 옴 접촉체를 제조하는 방법.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    300nm보다 작은 결합 두께를 갖는 상기 층들을 적층하는 것을 특징으로 하는 p-형 α-SiC 층에 옴 접촉체를 제조하는 방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    적어도 900℃의 온도에서 상기 층들을 어닐링하는 것을 특징으로 하는 p-형 α-SiC 층에 옴 접촉체를 제조하는 방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    950℃의 온도에서 상기 층들을 어닐링하는 것을 특징으로 하는 p-형 α-SiC 층에 옴 접촉체를 제조하는 방법.
  6. 제 1 항에 있어서,
    적어도 200s의 주기 동안 상기 층들을 어닐링하는 것을 특징으로 하는 p-형 α-SiC 층에 옴 접촉체를 제조하는 방법.
  7. p-형 α-SiC 층(3b)을 포함하는 반도체 소자(1)에 있어서,
    알루미늄-티타늄-실리사이드를 포함하는 적어도 하나의 옴 접촉체(5)가 p형 α-SiC 층(3b)에 구비되는 것을 특징으로 하는, p-형 α-SiC 층을 포함하는 반도체 소자.
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