KR101193453B1 - 실리콘 카바이드 쇼트키 다이오드를 위한 몰리브덴 장벽 금속 및 제조방법 - Google Patents

실리콘 카바이드 쇼트키 다이오드를 위한 몰리브덴 장벽 금속 및 제조방법 Download PDF

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Abstract

다이오드를 제조하는 방법이 개시된다. 일 구체예에서, 방법은 실리콘 카바이드(SiC)의 에피택셜층(epitaxial layer)에 쇼트키 접촉을 형성하는 단계 및 300 내지 700℃의 온도에서 쇼트키 접촉을 어닐링하는 단계를 포함한다. 쇼트키 접촉은 몰리브덴(Mo)층에서 형성된다.

Description

실리콘 카바이드 쇼트키 다이오드를 위한 몰리브덴 장벽 금속 및 제조방법{MOLYBDENUM BARRIER METAL FOR SIC SCHOTTKY DIODE AND PROCESS OF MANUFACTURE}
본 문서는 몰리브덴 쇼트키 장벽 접합(molybdenum Schottky barrier contact)을 가지는 실리콘 카바이드(SiC) 쇼트키(Schottky) 다이오드에 관한 것이다.
관련 미국 출원
본 출원은 본 명세서에 참조로서 통합된, 2006년 7월 31일에 출원된 출원중인 가출원번호 60/820,807 및 2007년 7월에 출원된 XX/XXX,XXX에 우선권을 요구한다.
다이오드는 전류의 흐름 방향을 제한하는 전자 부품이다. 특히, 그것은 전류가 한 방향으로 흐르도록 하지만 반대 방향으로의 전류의 흐름을 막는다. 그러므로, 다이오드는 기계적 체크 밸브의 전자 버전으로 생각할 수 있다. 전형적으로 한 방향으로만 전류가 흐를 것을 요구하는 회로는 하나 이상의 다이오드를 포함한다.
쇼트키 다이오드(schottky diode)는 p-n 접합에서보다 오히려 금속과 반도체 사이의 접촉에서 형성된 다이오드이다. 쇼트키 다이오드는 표준 p-n 접합 다이오드(p-n junction diode)보다 더 낮은 전방향 전압 강하(forward voltage drop)를 가진다. 쇼트키 다이오드는 일반적으로 p-n 접합 다이오드보다 매우 더 낮은 접합 커패시턴스(junction capacitance)를 가진다. 낮은 접합 커패시턴스(junction capacitance)는 믹서(mixer) 및 디텍터(detector)와 같은 고속 회로 및 무선 주파수(radio frequency; RF) 장치를 위해 그들의 빠른 스위칭 속도 및 그들의 적부(suitability)에 기여한다. 게다가, 쇼트키 다이오드는 고전압으로 적용하는데 사용될 수도 있다.
고전압으로 적용하는데 사용하기 위해, 쇼트키 다이오드 제조자는 전력 손실을 줄이기 위한 우수한 특성이 있는 장치를 제공하기 위해 노력한다. 그런 다이오드의 성능을 평가하기 위하여 제조자에 의해 이용되는 매개변수는 순전류 전도(forward current conduction) 및 역 전압 차단 특성(reverse voltage blocking characteristics)을 포함한다. 높은 순전류 전도 및 높은 차단 전압을 제공하는 장치는 고전압, 저손실로 적용하는데 이상적이다. 그런 장치를 성공적으로 제조하기 위한 도전은 장치를 제조하기 위해 사용된 재료의 고유 성질 및 그런 재료에 존재할지도 모르는 물리적 결점을 포함한다.
실리콘 카바이드(SiC)는 그것의 높은 임계전기장(critical electric field) 때문에 고전압 및 저손실 전력 반도체 장치를 위한 유망한 재료로 등장하였다. 게다가, SiC를 사용하는 쇼트키 장벽 다이오드(Schottky barrier diodes; SBDs)는 상업적으로 이용가능하다. 그러나, 이 장치는 SiC의 이상적인 성능 포텐 셜(performance potential)과 비교하여 낮은 성능을 증명한다. 특히, 현재 이용가능한 SiC-SBDs는 SiC의 고성능(고전압, 높은 전류 캐퍼시티(current capacity) 및 저손실) 포텐셜을 완전히 알지 못한다. 게다가, 현재 이용가능한 SiC-SBDs는 고전압 버전의 SiC 에피층(epilayer)에서 성능을 저하하는 결점을 나타낸다.
따라서, 향상된 순전류 전도 및 역전압 차단 캐퍼시티를 가지는 쇼트키 다이오드를 제공하는 방법이 필요하다. 본 발명은 이런 필요를 달성하는 방법을 제공한다.
티타늄 및 다른 가능한 쇼트키 접촉 물질과 비교하여, 순전류 전도 및 역전압 차단 성능을 향상시키는 몰리브덴 쇼트키 접촉을 개시한다. 게다가, 몰리브덴 쇼트키 접촉은 고온에서 더 큰 장치 운영 안정성을 제공하고 티타늄(Ti) 또는 니켈(Ni) 쇼트키 접촉을 이용하는 SiC 쇼트키 다이오드보다 더 높은 온도에서 어닐링되게 한다.
또한, 다이오드 제조방법이 개시된다. 방법은 실리콘 카바이드(SiC)의 에피택셜층(epitaxial layer)에 쇼트키 접촉을 형성하는 단계 및 300 내지 700℃의 온도에서 쇼트키 접촉을 어닐링하는 단계를 포함한다. 쇼트키 접촉은 몰리브덴(Mo) 층에서 형성된다.
개시된 다이오드 제조방법의 일부로서 기판을 형성하고, 기판에 에피택셜층(epitaxial layer)을 형성하며, 에피택셜층(epitaxial layer)의 종단 영역(termination region)에 엣지 종단 주입(edge termination implant)이 형성된다.게다가, 쇼트키 접촉은 에피택셜층(epitaxial layer)에 형성되고 쇼트키 접촉은 600℃를 넘는 온도에서 어닐링된다. 그 후, 쇼트키 접촉 위에 알루미늄(Al) 접촉층이 형성된다. 쇼트키 접촉은 몰리브덴(Mo) 층에 형성된다.
또한 여기에서 기술된 과정에 따라 제조된 쇼트키 다이오드를 개시한다. 일 구체화에서 쇼트키 다이오드는 기판, 기판에 인접하여 그리고 기판 위에 위치한 에피택셜층(epitaxial layer), 에피택셜층(epitaxial layer)의 종단 영역에 형성된 필드 링(field ring) 및 에피택셜층(epitaxial layer) 위에 형성된 쇼트키 접촉을 포함한다. 쇼트키 접촉은 몰리브덴층에서 형성된다. 알루미늄층은 쇼트키 접촉 위에 형성된다.
일 구체예에서, 고전압 SiC-SBD에서 전력 손실 감소를 위한 우수한 성질(예를 들면, 쇼트키 장벽 높이(Schottky barrier height)=1.2~1.3eV 및 이상인자 (ideality factor)<1.1)을 가지는 고온(>600℃)에서 어닐링된 몰리브덴(Mo) 쇼트키 접촉이 개시된다. 이 쇼트키 장벽 높이는 금속과 반도체 사이의 인터페이스에서 전위의 차이를 나타낸다. 이 매개변수는 장치 순전압(forward voltage) 및 누설전류(leakage current)를 결정하는데 있어서 중요하다. 이 이상인자는 인터페이스의 품질의 척도를 제공한다. 일반적으로, 이상인자는 1 내지 2이고, 이 매개변수는 여기에서 개시된 몰리브덴 쇼트키 접합과 같이 고품질의 인터페이스에서 1.1 이하이다.
일 구체예에서, 여기서 개시된 것과 같은 쇼트키 접촉을 포함하는 4H-SiC 접합-장벽 쇼트키 다이오드와 같은 전자 전원 장치(electronic power device)는 지름이 3인치인 4H-SiC 웨이퍼에서 제조된다. 스퍼터링(sputtering)에 의해 또는 Ti, Mo 및 Ni의 e-빔(e-beam) 및 열 증착(thermal evaporation)에 의해 더 잘 쇼트키 금속 접촉을 얻을 수 있다.
일 구체화에서, 개시된 쇼트키 다이오드는 실온에서 그리고 77~4000°K에서 최대 1000V까지의 차단 전압을 나타낸다. 일 구체화에서, 쇼트키 다이오드의 특성은 전류-전압 및 캐퍼시턴스-전압 측정에 관하여 평가되었다. 쇼트키 장벽 높이(SBH), 이상인자 및 다른 디자인에서의 역 누설전류가 측정되었고 고분해능 주사형 전자현미경(high resolution scanning electron microscopy)에 의해 작업하지 않는 장치의 구조에 관한 형태학적 연구가 수행되었다.
일 구체화에서, 쇼트키 장벽으로서 Mo를 가지는 쇼트키 장벽 다이오드는 표준 Ti 금속화에 의해 얻어진 것과 유사한 차단 전압을 나타내지만 더 낮은 장벽 높이 값(height barrier value)을 가진다. 더 낮은 장벽 값의 결과로서 도 2b에서 도시한 것처럼 역 차단 전압뿐만 아니라 도 2a에서 도시된 것과 같은 순방향 전도(forward conduction)에서 더 나은 성능을 나타낸다. 게다가, 접합 장벽 쇼트키 다이오드는 쇼트키 장벽에 전기장 세기를 제한하고 따라서 쇼트키 장벽 저하(Schottky barrier lowering) 및 역전류 흐름(reverse current flow)을 제한한다.
본 발명의 이런 그리고 다른 이점은 틀림없이 도면에서 설명되는 바람직한 구체화의 상세한 설명을 읽은 후에 기술분야에서 당업자에게 명백하게 될 것이다.
본 발명은, 그 다른 이점과 함께, 동반된 도면을 참조하여 다음의 설명을 참조로서 충분히 이해하게 될 것이다:
도 1a는 일 구체화에 따라 제조된 실리콘 카바이드(SiC) 쇼트키 장벽 다이오드(SBD)의 일부의 횡단면 블록도이다.
도 1b는 일 구체화에 따라 제조된 완성된 SiC-SBD의 횡단면도를 도시한다.
도 2a는 일 구체화에 따라 티타늄(Ti) 쇼트키 접촉을 가진 쇼트키 다이오드에 비교된 몰리브덴(Mo) 쇼트키 접촉을 가진 쇼트키 다이오드의 순방향 전도 특성을 보여주는 도표이다.
도 2b는 일 구체화에 따라 Ti 쇼트키 접촉을 가진 쇼트키 다이오드에 비교된 Mo 쇼트키 접촉을 가진 쇼트키 다이오드의 역 바이어스 특성을 보여주는 도표이다.
도 3은 일 구체화에 따라 SiC 쇼트키 다이오드를 제조하는 대표적인 과정으로 실행된 단계의 흐름도이다.
도면의 동일한 참조번호는 동일한 요소를 의미한다.
본 발명은 동반된 도면에서 설명한 대로 다양한 구체예에 관하여 상세히 기술될 것이다. 다음의 설명에서, 특정한 세부사항은 본 발명의 충분한 이해를 제공하기 위하여 개시된다. 그러나, 기술분야의 숙련자에게 여기서 개시된 구현 세부 사항의 일부를 사용하지 않고 본 발명이 실행될 수 있다는 것은 자명하다. 본 발명을 불필요하게 애매하게 하지 않게 하기 위해 공지된 작업에 대해서는 상세히 기술하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
본 발명의 일 구체화에 따른 SiC 쇼트키 다이오드를 위한 몰리브덴 장벽 금속 및 제조과정
도 1a는 본 발명의 일 구체화에 따라 제조된 실리콘 카바이드(SiC) 쇼트키 장벽 다이오드(SBD)(100)의 단면을 도시한다. 일 구체화에서, 티타늄(Ti)과 다른 물질과 비교하여 순전류 전도 및 역전압 차단성능이 향상된 몰리브덴(Mo) 쇼트키 접촉이 사용된다. 게다가, Mo 쇼트키 접촉은 티타늄(Ti) 또는 니켈 (Ni) 쇼트키 접촉을 사용하는 SiC 쇼트키 다이오드보다 고온에서 큰 작업 안정성을 제공하며 더 높은 온도에서 어닐링된다.
도 1a의 구체화에서, SiC-SBD(100)는 실리콘 카바이드(SiC) 기판(10), SiC 에피택셜층(11), 엣지 종단 주입(12), 패시베이션 층(passivation layer; 13), 몰리브덴(Mo) 접촉(14), 옴 접촉(ohmic contact; 15) 및 이면 옴 접촉(backside ohmic contact; 16)을 포함한다. 일 구체화에서, 패시베이션 층(13)은 이산화실리콘(SiO2)으로부터 형성되고, 옴 접촉(15)은 알루미늄(Al)으로부터 형성되고, 이면 옴 접촉(16)은 니켈(Ni)로부터 형성된다. 다른 구체화에서, 여기에 토론된 것과 다른 물질이 SiC-SBD(100)의 하나 이상의 구조를 형성하기 위하여 이용될 수도 있다.
도 1a에 있어서, 고품질의 SiC 에피택셜화된 증착층(예를 들면, SiC 에피텍셜층(11))이 SiC 기판(10) 위에 형성되고 SiC 에피텍셜층(11)에서 엣지 종단 주입(12)(예를 들면, 필드 링)을 형성하기 위해 엣지 종단 확산(edge termination diffusion)이 이용된다. 일 구체화에서, 엣지 종단 주입(12)의 일부가 패시베이션 층(13)에 의해 덮인다. 일 구체화에서, Mo 접촉(14)은 고온에 형성되고 옴 접촉(15)에 의해 접촉된다. 이면 옴 접촉(16)은 기판(10)의 이면에 형성된다.
도 1a의 17에 도시된 것처럼 양(+) 전압이 옴 층(15) 및 이면 옴 접촉(16)에 의해 나타난 터미널에 걸쳐 적용될 때, 순전류 전도가 촉진된다. 반대로, 역전압이 옴 접촉(15) 및 이면 옴 접촉(16)에 나타낸 터미널에 적용될 때, SiC-SBD(100)가 역 바이어스되고 전류 전도가 멈춰진다. 장치 작업 동안, 여기에 기술된 Mo 접촉은 Ti에 비해 SiC- SBD(100) 수명이상으로 더 안정한 쇼트키 장벽을 제공한다.
제작 과정
초기에, 일 구체화에서, SiC 기판(예를 들면, 도 1a에서 10) 및 SiC 에피텍셜 층(예를 들면, 도 1a에서 11)을 포함하는 미리 제조된 웨이퍼를 H2SO4:H2O2:H2O가 4:1.5:1.5(부피)인 용액을 90℃에서 10분간 그리고 H2ODI.:HCL:H2O2가 4:1.5:1.5인 용액을 75℃에서 10분간 사용하여 선세척(preclean)할 수도 있다. 그 후, 제1 포토레지스트 마스크를 SiC 에피텍셜층(11)의 표면에 도포하기 전에, LTO(low thermal oxide) 테트라에틸 오소실리케이트(Tetraethyl orthosilicate: TEOS) 화합물을 1 미크론 두께로 증착한다. 이것은 반응성 이온 에칭(reactive ion etch; RIE) 산화물 에칭에 선행할 수도 있다.
다음으로, 140℃에서 15분간 H2SO4:H2O2가 100:6인 용액을 이용하여 포토레지스트 스트립을 수행할 수도 있다. 그러고 나서, 6:1 버퍼 화학용액을 사용하여 구조의 완충 산화막 에칭(Buffer Oxide Etch; B.O.E)에 선행된 제2 포토레지스트 마스크를 도포할 수도 있다. 전술한 작용은 엣지 종단 주입(예를 들면, 도 1a에서 12)을 위한 반도체 구조를 제조하는 역할을 한다. 그러므로, 그 후에 엣지 종단 주입이 형성될 수도 있다.
일 구체화에서, 엣지 종단 주입(예를 들면, 도 1a에서 12)은 80+190KeV의 주입 에너지로 5E13이 선량에서, 4°의 경사 각을 사용하여, 형성된 붕소(B) 주입을 포함할 수도 있다. 붕소(B) 주입이 제작된 후에, 4°경사각을 사용하는 25+80Kev의 주입 에너지를 가진 1E15의 선량에서 형성된 이면 인(p) 주입은 음극선 표면 농도(예를 들면 도 1a에서 12)를 증가시키기 위하여 제작될 수도 있다. 이차 이온 질량 분석기(secondary ion mass spectrometry; SIMS)는 주입의 원소 및 동위원소 분석을 실행하기 위하여 사용할 수 있다.
140℃에서 15분간 H2SO4:H2O2가 100:6인 용액을 이용하여 포토레지스트 스트립을 수행할 수도 있다. 그 후, 6:1 용액을 사용하여 구조의 다른 완충 산화막 에칭(Buffer Oxide Etch; B.O.E)이 실행될 수 있다. 결과 구조를 H2SO4:H2O2:H2O가 4:1.5:1.5(부피)인 용액을 90℃에서 10분간 그리고 H2ODI.:HCL:H2O2가 4:1.5:1.5인 용액을 75℃에서 10분간 사용하여 선세척(preclean)할 수도 있다. 다음으로, 엣지 종단 주입(예를 들면, 도 1a에서 12)은 (SiC 에픽테셜 층(11)에서 주입된 이온을 활성화시키기 위해) 15500℃ 이상의 온도에서 고온 급속 종단 어닐링(high temperature rapid termination annealing; HTRTA)를 이용하여 이식한 불순물을 활성화시키기 위해 어닐링될 수도 있다. 일 구체화에서, HTRTA의 사용은 완성된 장치의 성능을 감소시킬 수 있는 SiC 물질의 훼손을 피한다.
그 후, H2SO4:H2O2:H2O가 4:1.5:1.5(부피)인 용액을 90℃에서 10분간 그리고 H2ODI.:HCL:H2O2가 4:1.5:1.5인 용액을 75℃에서 10분간 사용하여 다른 선세척될 수도 있다. 연마된 표면을 제공하기 위하여, LTO(low thermal oxide) TEOS 증착을 실행할 수도 있다. 그 후, 산화물 스트립에 의해 선행될지도 모르는 희생 산화(sacrificial oxidation)가 실행될 수도 있다.
그 후, H2SO4:H2O2:H2O가 4:1.5:1.5(부피)인 용액을 90℃에서 10분간 그리고 H2ODI.:HCL:H2O2가 4:1.5:1.5인 용액을 75℃에서 10분간 사용하여 다른 선세척될 수도 있다. 다음으로, (TEOS가 종료 주입 영역에 형성되는 패시베이션을 제공하는) 1 미크론의 두께를 가지는 TO(low thermal oxide) TEOS 증착을 실행할 수도 있다. 그리고, 연속적으로 TEOS 산화는 실행될 수도 있다. 일 구체화에서, 이 과정을 통한 접합을 산화 인터페이스가 유지시킴에 따라 TEOS 산화는 향상된 전자 특성에 귀착된다.
다음으로, 금속 증착을 위해 물질을 제거하고 (접합 오프닝을 제공하는) 반도체 구조를 제조하는 작업이 실행될 수도 있다. 작업은 (세 번째) 포토레지스트 마스크의 형성, (6:1 버퍼 화학용액을 이용하여) B.O.E. 산화물 에칭의 수행, (H2SO4:H2O2:H2O가 4:1.5:1.5(부피)인 용액을 90℃에서 10분간 그리고 H2ODI.:HCL:H2O2가 4:1.5:1.5인 용액을 75℃에서 10분간 사용하여) 선세척 작업의 수행, 및 B.O.E. 세척의 수행을 포함한다. 접촉 저항을 줄이기 위해 Ni 또는 Ni-Al과 같은 금속 박막층의 선택 및 800~1000℃ 온도에서의 어닐링을 이용하여 음극선 영역에서 이면 옴 접합이 형성된다.
전술하는 작업이 실행된 후에, 몰리브덴 쇼트키 장벽(예를 들면, 도 1a에서Mo 쇼트키 접촉 14)이 접합 오프닝에서 형성될 수도 있고, 예를 들면, 니켈(Ni), 금(Au), 구리(Cu) 등등의 옴, 전면(frontside) 금속 접촉(예를 들면, 도 1a에서 15)이 몰리브덴 쇼트키 장벽(예를 들면, 접촉) 위에 형성될 수도 있다. 일 구체화에서, 몰리브덴 쇼트키 장벽(예를 들면, 접촉)은 500Å-2000Å의 두께로 성장할 수도 있다. 일 구체화에서, 정면 옴 접촉(예를 들면, 도 1a에서 15)은 4 미크론의 두께로 성장할 수 있다. 일 구체화에서, 표준 와이어 본딩 과정(standard wire bonding process)은 옴 전면 금속 접촉을 형성하기 위하여 사용할 수도 있다.다른 구체화에서, 다른 과정이 사용될 수 있다. 그 후, 금속 소결(metal sinter)(고온 어닐링)이 300 내지 700℃의 온도에서 수행될 수도 있다. 다른 구체화에서, 금속 소결이 600℃ 이상의 온도(예를 들면, 800℃)에서 수행될 수도 있다.
다음으로 (네 번째) 포토레지스트 마스크가 도포될 수도 있다. 그 후, (장치 정의(device definition)를 위해) 금속 에칭이 수행되고 포토레지스트 스트립이 수행될 수도 있다. 그 후, 접촉 금속 선세척이 실행될 수도 있다. (안정한 전자 특성 및 증가한 차단 능력을 위해) 이 작업은 비정질 실리콘(amorphous silicon) 증착 (예를 들면, 1900A) 및 폴리이미드(polyimide) 패시베이션에 의해 선행할 수도 있다.
그 후, 비정질 실리콘 에칭 및 고온 폴리이미드 큐어(cure)에 선행된 다섯 번째 포토레지스트 마스크가 도포될 수도 있다. 마지막으로, (예를 들면, 이면 옴 접촉(16)을 형성하기 위하여) 접촉 금속 선세척 및 이면 증강 금속화 작업(backside reinforcement metallization operation)이 실행될 수도 있다. 일 구체화에서, 이면 옴 접촉(16)을 형성하기 위하여 이용된 물질은 티타늄(Ti) (1000A), 니켈(Ni) (4000A) 및 은(Ag) (6000A)를 포함하나 이에 제한되지 않는다. 다른 구체화에서, 다른 금속을 사용할 수 있고 다른 두께도 선택될 수 있다.
도 1b는 도 1a에서 도시한 장치의 구체화에 부가적인 세부사항을 가지는 완성된 장치의 다른 단면도를 도시한다. 도 1b에 도시되어 있지만 도 1a에는 도시되어 있지 않은 구성요소는 상술한 대로 형성된, 비정질 실리콘층(18) 및 폴리이미드층(19)을 포함한다.
특성
도 2a와 2b는 1㎟의 몰리브덴(Mo) 쇼트키 접촉 영역을 가지고 일 구체화에 따라 400℃에서 어닐링된 SiC-SBDs의 전류-전압(current-voltage) 특성을 묘사한다. 중요하게, 이 도표는, 티타늄 (Ti) 쇼트키 접촉을 가진 SiC-SBDs에 비교하여, 몰리브덴 (Mo) 쇼트키 접촉을 가진 SiC-SBDs이 더 적은 순전압을 가진 더 좋은 순전류 전도를 제공하는 것을 보여준다. 도 2a와 2b에서 특징화된 SBDs는 약 1.5mΩ㎠로 산출된 RT에서의 특정 온-저항(Ron) 및 600V 초과에서의 항복전압(breakdown voltages)을 나타내었다.
도 1a에 도시된 것 같은 고온에서 어닐링된 Mo SiC-SBDs는 Vb 2/Ron을 이용하여 평가될 수도 있다. 이값은 일반적으로 SiC-SBDs를 위한 성능 지수(a figure of merit)로서 사용된다. 고성능 SiC-SBDs는 저성능 SiC-SBDs보다 더 높은 Vb 2/Ron을 가진다. 본 발명의 구체화에서 평가된 Vb 2/Ron값은 1㎟의 쇼트키 접촉 영역을 가진 장치에 있어서 1898MW/㎠이었다.
다음의 표 A는 다른 온도에서 Mo, Ti 및 Ni 쇼트키 접촉층을 채택한 실험 결과를 보여준다.
[표 A]
쇼트키 접촉 IV(eV)에서의 장벽높이 이상인자 CV(eV)에서의 장벽높이 ND(㎝-3) 600V에서의 Ir
Mo 0.91 1.07 1.10 1.32E16 1000㎂
Mo 0.97 1.05 1.15 1.74E16 1000㎂
Mo 1.10 1.05 1.21 1.26E16 100㎂
Ti 0.85 1.04 0.91 1.12E16 100㎂
Ti 1.20 1.03 1.21 9.85E15 20㎂
Ni 1.45 1.10 1.65 9.91E15 100㎂
Ni 1.52 1.12 1.72 1.16E16 50㎂
대표적인 구체예에서, 고전압 SiC-SBD에서 전력 손실을 줄이기 위한 우수한 성질을 가지는(쇼트키 장벽 높이=1.2~1.3eV 및 이상인자<1.1) 고온(>600℃)에서 어닐링된 몰리브덴(Mo) 쇼트키 접촉이 제공된다. 쇼트키 장벽 높이는 금속과 반도체 사이의 인터페이스에서 전위의 차이를 나타낸다. 이 매개 변수는 장치의 순전압 및 누설전류를 결정하는데 있어서 중요하다. 그 이상인자는 인터페이스의 품질의 척도를 제공한다. 일반적으로, 이상인자는 1 내지 2이고, 이 매개변수는 고품질 인터페이스에서 1.1 이하다.
일 구체예에서, 여기서 개시된 것과 같은 쇼트키 장벽(SB)을 포함하는 4H-SiC 접합-장벽 쇼트키(JBS) 다이오드와 같은 전력 장치가 지름이 3인치인 4H-SiC 웨이퍼 위에서 제조될 수도 있다. 쇼트키 금속 접촉은 Ti, Mo 및 Ni 열 증착 및 e-빔 증착에 의해 얻을 수 있다.
일 구체화에서, 개시된 쇼트키 다이오드는 실온에서 및 77~400°K에서 1000V까지의 차단 전압을 나타낸다. 일 구체화에서, 쇼트키 다이오드의 특성은 전류 및 전압-전압 측정에 관하여 평가되었다. 쇼트키 장벽 높이(SBH), 이상인자 및 다른 디자인에서의 역 누설전류를 측정하였고 고분해능 주사형 전자현미경(high resolution scanning electron microscopy)에 의해 작업하지 않는 장치의 구조에 관한 형태학적 연구가 수행되었다.
일 구체화에서, 쇼트키 장벽으로서 Mo를 가지는 쇼트키 장벽 다이오드는 표준 Ti 금속화에 의해 얻어진 것과 유사한 차단 전압을 나타내지만 더 낮은 장벽 높이 값(height barrier value)을 가진다. 더 낮은 장벽 값의 결과로서 도 2b에서 도시한 것처럼 역 차단전압뿐만 아니라 도 2a에서 도시된 것과 같은 순방향 전도(forward conduction)에서 더 나은 성능을 나타낸다.
접합 장벽 쇼트키(Junction barrier Schottky; JBS) 다이오드는 쇼트키 장벽에 전기장 세기를 제한하고 따라서 쇼트키 장벽 저하(Schottky barrier lowering) 및 역전류(reverse current flow)를 제한한다.
일 구체화에 따른 SiC 쇼트키 다이오드 제조방법
도 3은 본 발명의 일 구체화에 따라 실리콘 카바이드(SiC) 쇼트키 다이오드 제조하기 위한 대표적인 과정을 실행하는 단계의 흐름도이다. 특정 단계가 흐름도에 개시되더라도, 그런 단계는 예이다. 게다가, 구체화는 다양한 다른 단계 또는 흐름도에서 개시된 단계의 변형을 수행하기에 적당할 수도 있다. 각종 구체화 내에서, 흐름도의 단계가 다양한 방법에 의해 수행될 수 있다.
단계(301)에서, 기판이 형성된다. 일 구체화에서, 기판은 SiC로 형성된다. 단계(303)에서, 에피택셜층이 기판 위에 형성된다. 일 구체화에서, 에피택셜층은 SiC(고품질)로 형성된다.
단계(305)에서, 종단 주입은 상기 에피택셜층의 종단 영역에서 형성된다. 일 구체화에서, 필드 링은 엣지 종단 확산에 의해 형성된다. 그 후, 이면 옴 접촉이 접촉 저항을 감소시키기 위해 Ni 또는 Ni-Al과 같은 금속 박막을 선택 사용하여 음극선 영역에서 형성되고 이어 800~1000℃의 온도에서 어닐링된다.
단계(307)에서, 쇼트키 접촉이 에피택셜층 위에 형성된다. 일 구체화에서, 쇼트키 접촉은 몰리브덴층을 포함한다.
단계(309)에서, 쇼트키 접촉이 300~700℃의 온도에서 어닐링된다. 단계(311)에서, 옴 접촉 층은 쇼트키 접촉 위에 형성된다. 일 구체화에서, 옴 접촉은 알루미늄, 구리 또는 금을 포함하나 이에 제한되는 것은 아니다. 단계(313)에서 옴 접촉은 기판의 이면 위에 형성된다.
대표적인 구체화에 관하여, 다이오드 제조방법이 개시된다. 일 구체화에서, 방법은 실리콘 카바이드(SiC)의 에픽텔셜층에 쇼트키 접촉을 형성하는 단계 및 300~700℃의 온도에서 쇼트키 접촉을 어닐링하는 단계를 포함한다. 쇼트키 접촉은 몰리브덴층에 형성된다.
많은 구성요소 및 과정이 편의상 단수로 상기에서 기술되더라도, 본 발명의 기술을 실행하기 위하여 다수 구성요소 및 반복된 과정이 사용될 수 있다는 것은 기술분야의 숙련자에게 당연하다. 게다가, 본 발명이 특정 구체화에 관하여 특히 나타내고 기술되었지만, 본 발명의 정신 또는 범위를 벗어나지 않는 한도에서 개시된 구체화의 형태 및 세부사항을 변경시킬 수 있다는 것은 기술분야의 당업자에 의해 이해될 것이다. 예를 들면, 본 발명의 구체화는 다양한 구성요소를 채택할 수도 있고 상술한 것을 제한할 수 없다. 본 발명의 진실한 정신 그리고 범위 안에 내리는 동등물 및 모든 변이을 포함하기 위하여 본 발명이 해석된ㄴ다는 것을 그러므로 예정된다.

Claims (24)

  1. 다이오드를 제조하는 방법으로서,
    실리콘 카바이드(SiC)의 에피택셜층(epitaxial layer)에 쇼트키 접촉을 형성하는 단계;
    비정질 실리콘층 위 및 상기 쇼트키 접촉 위에 패시베이션 층(passivation layer)을 형성하는 단계; 및 300 내지 700℃의 온도에서 쇼트키 접촉을 어닐링하는 단계;를 포함하며,
    상기 비정질 실리콘층은 상기 쇼트키 접촉의 일부와 접촉하며, 상기 쇼트키 접촉은 몰리브덴(Mo)층을 형성하는 것을 특징으로 하는 방법.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 방법은 상기 몰리브덴층 위에 옴 접촉을 형성하는 단계를 더 포함하며,
    상기 옴 접촉을 형성하는데 사용한 재료는 알루미늄(Al), 니켈(Ni), 티타늄(Ti), 텅스텐(W), 구리(Cu) 및 금(Au)으로 이루어진 그룹에서 선택되는 것을 특징으로 하는 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 방법은 SiC의 상기 에피텍셜층에 붕소(B) 종단 주입을 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 방법은 SiC의 상기 에피텍셜층에 이면 인(P) 종단 주입을 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 붕소(B) 종단 주입은 1550℃ 초과의 온도에서 고온 급속 열 어닐링(high temperature rapid thermal annealing; HTRTA)을 이용하여 형성되는 것을 특징으로 하는 방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 몰리브덴(Mo)층은 500 옹스트롬 내지 2000 옹스트롬의 두께를 가지는 것을 특징으로 하는 방법.
  8. 제3항에 있어서,
    상기 옴 접촉은 와이어본딩 과정을 이용하여 형성되며
    300~700℃의 온도에서의 쇼트키 접촉 어닐링 단계 동안 함께 어닐링되는 몰리브덴 장벽 금속 위에 형성된 알루미늄 상부 층을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  9. 다이오드 제조방법으로서,
    기판을 형성하는 단계;
    상기 기판 위에 실리콘 카바이드(silicone carbide)의 에피텍셜층을 형성하는 단계;
    폴리이미드 패시베이션 층(passivation layer) 아래의 상기 실리콘 카바이드(SiC)의 에피텍셜층의 엣지 종단 영역에 엣지 종단 주입을 형성하는 단계;
    상기 에피텍셜층 위에 몰리브덴(Mo)층을 포함하는 쇼트키 접촉을 형성하는 단계;
    상기 폴리이미드 패시베이션 층 아래에 비정질 실리콘 층을 형성하는 단계;
    300℃ 내지 700℃ 온도에서 상기 쇼트키 접촉을 어닐링하는 단계;
    상기 쇼트키 접촉 위에 옴 접촉층을 형성하는 단계; 및
    상기 기판의 이면에 이면 옴 접촉을 형성하는 단계;를 포함하며,
    상기 비정질 실리콘층은 상기 쇼트키 접촉의 일부와 접촉하는 것을 특징으로 하는 방법.
  10. 삭제
  11. 제9항에 있어서,
    상기 옴 접촉을 형성하는데 사용한 재료는 알루미늄(Al), 니켈(Ni), 티타 늄(Ti), 텅스텐(W), 구리(Cu) 및 금(Au)으로 이루어진 그룹에서 선택되는 것을 특징으로 하는 방법.
  12. 제9항에 있어서,
    상기 에피텍셜층에 형성된 엣지 종단 주입은 붕소(B) 종단 주입인 것을 특징으로 하는 방법.
  13. 제9항에 있어서,
    상기 에피텍셜층에 형성된 엣지 종단 주입은 이면 인(P) 종단 주입인 것을 특징으로 하는 방법.
  14. 제12항에 있어서,
    상기 붕소(B) 종단 주입은 고온 급속 열 어닐링 활성화(high temperature rapid thermal annealing activation; HTRTA)을 이용하여 형성되는 것을 특징으로 하는 방법.
  15. 제9항에 있어서,
    상기 몰리브덴(Mo)층은 500 옹스트롬 내지 2000 옹스트롬의 두께를 가지는 것을 특징으로 하는 방법.
  16. 제11항에 있어서,
    상기 옴 접촉은 와이어본딩 과정을 이용하여 형성되며
    300~700℃의 온도에서의 쇼트키 접촉 어닐링 단계 동안 함께 어닐링되는 몰리브덴 장벽 금속 위에 형성된 알루미늄 상부 층을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  17. 기판;
    상기 기판에 인접하여 그리고 상기 기판 위에 위치한 에피텍셜층;
    패시베이션 층(passivation layer) 아래의 상기 에피텍셜층의 종단 영역에 형성된 엣지 종단 주입;
    상기 에피텍셜층 위에 형성된 몰리브덴층을 포함하는 쇼트키 접촉;
    상기 패시베이션 층 아래에 형성된 비정질 실리콘층;
    상기 쇼트키 접촉 위에 형성된 옴 접촉; 및
    상기 기판의 이면에 형성된 이면 옴 접촉; 을 포함하며,
    상기 비정질 실리콘층은 상기 쇼트키 접촉의 일부와 접촉하는 쇼트키 다이오드.
  18. 삭제
  19. 제17항에 있어서,
    상기 옴 접촉은 상기 몰리브덴층 위에 위치하며,
    상기 옴 접촉을 형성하는데 사용한 재료는 알루미늄(Al), 니켈(Ni), 티타늄(Ti), 텅스텐(W), 구리(Cu) 및 금(Au)으로 이루어진 그룹에서 선택되는 것을 특징으로 하는 쇼트키 다이오드.
  20. 제17항에 있어서,
    상기 에피텍셜층에 형성된 엣지 종단 주입은 붕소(B) 종단 주입인 것을 특징으로 하는 쇼트키 다이오드.
  21. 제17항에 있어서,
    상기 에피텍셜층에 형성된 엣지 종단 주입은 이면 인(P) 종단 주입인 것을 특징으로 하는 쇼트키 다이오드.
  22. 제20항에 있어서,
    상기 붕소(B) 종단 주입은 1550℃ 초과의 온도에서 고온 급속 열 어닐링(high temperature rapid thermal annealing; HTRTA)을 이용하여 형성되는 것을 특징으로 하는 쇼트키 다이오드.
  23. 제17항에 있어서,
    상기 몰리브덴(Mo)층은 500 옹스트롬 내지 2000 옹스트롬의 두께를 가지는 것을 특징으로 하는 쇼트키 다이오드.
  24. 제19항에 있어서,
    상기 옴 접촉은 와이어본딩 과정을 이용하여 형성되며,
    300~700℃의 온도에서의 쇼트키 접촉 어닐링 단계 동안 함께 어닐링되는 몰리브덴 장벽 금속 위에 형성된 알루미늄 상부 층을 포함하는 것을 특징으로 하는 쇼트키 다이오드.
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