KR101283774B1 - SiC 반도체용 오믹 전극, SiC 반도체용 오믹 전극의 제조 방법, 반도체 장치 및 반도체 장치의 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은, Si와 Ni를 포함하는 SiC 반도체용 오믹 전극(2), 또는 Si와 Ni를 포함하고 Au 또는 Pt를 더 포함하는 SiC 반도체용 오믹 전극(2)과, 또, 이들 SiC 반도체용 오믹 전극(2)의 제조 방법, 이들 SiC 반도체용 오믹 전극(2)을 이용한 반도체 장치 및 그 반도체 장치의 제조 방법에 관한 것이다.
Description
본 발명은 SiC(탄화규소) 반도체용 오믹 전극, SiC 반도체용 오믹 전극의 제조 방법, 반도체 장치 및 반도체 장치의 제조 방법에 관한 것이다.
SiC 반도체는, Si(실리콘) 반도체에 비해 밴드갭이 약 3배, 절연 파괴 전압이 약 10배, 전자 포화 속도가 약 2배, 또한 열전도율이 약 3배 크고, Si 반도체에 없는 특징을 갖고 있기 때문에, 최근에는 SiC 반도체를 이용한 전자 디바이스 등의 반도체 장치의 개발이 진행되고 있다.
SiC 반도체를 이용한 반도체 장치에서는, 반도체 장치에 전류를 흐르게 하기 위해, SiC 반도체 상에 오믹 전극을 형성해야 한다. 예를 들어, 비특허문헌 1(아라이 카즈오ㆍ요시다 사다후미 공편, 「SiC 소자의 기초와 응용」, Ohmsha, Ltd., 2003년 3월, p.116∼p.118)에는, n형 SiC 반도체와 오믹 접촉을 취할 수 있는 전극으로서 Ni(니켈)로 이루어진 전극이 개시되어 있다. 또, 비특허문헌 1에는, p형 SiC 반도체와 오믹 접촉을 취할 수 있는 전극으로서 Ti(티탄)층과 Al(알루미늄)층 의 적층체(A1층이 p형 SiC 반도체에 접촉)로 이루어진 전극이 개시되어 있다. 또한, 비특허문헌 1에는, n형 SiC 반도체 및 p형 SiC 반도체의 쌍방과 오믹 접촉을 취할 수 있는 전극으로서 얇은 Ni로 이루어진 전극을 이용함으로써, n형 SiC 반도체 상에 그리고 p형 SiC 반도체 상에 동시에 전극을 형성할 수 있는 것이 개시되어 있다.
비특허문헌 1 : 아라이 카즈오ㆍ요시다 사다후미 공편, 「SiC 소자의 기초와 응용」, Ohmsha, Ltd., 2003년 3월, p.116∼p.118
그러나, SiC 반도체 상에 Ni로 이루어진 전극을 형성한 경우에는, 전극의 표면 거칠기(surface roughness)가 발생한다는 문제가 있었다. 이것은, 전극 형성 시의 열처리에 의해, Ni와 Si의 상호 확산을 일으켜 실리사이드화가 이루어지지만, 그 과정에서 이탈한 C(탄소)가 반응층 내에서 응집되기 때문인 것으로 생각된다. 또, 이 경우에는 전극이 형성된 SiC 반도체가 침식되어 버린다는 문제도 있었다.
또, SiC 반도체를 이용한 반도체 장치의 p형 SiC 반도체 영역 상에 Ti층과 Al층의 적층체로 이루어진 전극을 형성한 경우에는, 전극 형성 시의 열처리에 의해 Al이 융해되어, 인접하는 전극 간에 단락이 발생한다는 문제가 있었다.
상기 사정을 감안하여, 본 발명의 목적은 n형 SiC 반도체 및 p형 SiC 반도체의 쌍방과 오믹 접촉을 취할 수 있고, 또한 전극의 표면 거칠기의 발생이 저감하여, SiC 반도체의 침식을 저감할 수 있는 SiC 반도체용 오믹 전극, SiC 반도체용 오믹 전극의 제조 방법, 그 SiC 반도체용 오믹 전극을 이용한 반도체 장치 및 그 반도체 장치의 제조 방법을 제공하는 것이다.
본 발명은 Si와 Ni를 포함하는 SiC 반도체용 오믹 전극이다. 이러한 구성에 의해, n형 SiC 반도체 및 p형 SiC 반도체의 쌍방과 오믹 접촉을 취할 수 있고, 또한 전극의 표면 거칠기의 발생을 저감하여, SiC 반도체의 침식을 저감할 수 있다. 여기서, 본 발명의 SiC 반도체용 오믹 전극 중에서의 Si의 원자수와 Ni의 원자수의 비(Si의 원자수/Ni의 원자수)는 0.9 이상 1.1 이하인 것이 바람직하다.
또, 본 발명은 Si와 Ni를 포함하고 Au(금) 또는 Pt(백금)를 더 포함하는 SiC 반도체용 오믹 전극이다. 이러한 구성에 의해서도, n형 SiC 반도체 및 p형 SiC 반도체의 쌍방과 오믹 접촉을 취할 수 있고, 또한 전극의 표면 거칠기의 발생을 저감하여, SiC 반도체의 침식을 저감할 수 있다. 여기서, 본 발명의 SiC 반도체용 오믹 전극은, SiC 반도체 상에 형성된 Si와 Ni의 혼합층과, 혼합층 상에 형성된 Au층 또는 Pt층으로 이루어진 금속층과, 금속층 상에 형성된 Ni층을 포함하여도 된다.
또, 본 발명은 SiC 반도체 상에 Si층을 형성하는 공정과, Si층 상에 Ni층을 형성하는 공정과, Si층과 Ni층의 적층체를 열처리하는 공정을 포함하는 SiC 반도체용 오믹 전극의 제조 방법이다. 이러한 구성에 의해, n형 SiC 반도체 및 p형 SiC 반도체의 쌍방과 오믹 접촉을 취할 수 있고, 또한 전극의 표면 거칠기의 발생이 저감하여, SiC 반도체의 침식을 저감할 수 있는 SiC 반도체용 오믹 전극을 제조할 수 있다. 여기서, 본 발명의 SiC 반도체용 오믹 전극의 제조 방법에서는, Si층을 구성하는 Si의 원자수와 Ni층을 구성하는 Ni의 원자수의 비(Si의 원자수/Ni의 원자수)가 0.9 이상 1.1 이하인 것이 바람직하다.
또, 본 발명은 SiC 반도체 상에 Si와 Ni의 혼합층을 형성하는 공정과, 혼합층을 열처리하는 공정을 포함하는 SiC 반도체용 오믹 전극의 제조 방법이다. 이러한 구성에 의해서도, n형 SiC 반도체 및 p형 SiC 반도체의 쌍방과 오믹 접촉을 취할 수 있고, 또한 전극의 표면 거칠기의 발생이 저감하여, SiC 반도체의 침식을 저감할 수 있는 SiC 반도체용 오믹 전극을 제조할 수 있다. 여기서, 본 발명의 SiC 반도체용 오믹 전극의 제조 방법에서는, 혼합층 중에서의 Si의 원자수와 Ni의 원자수의 비(Si의 원자수/Ni의 원자수)가 0.9 이상 1.1 이하인 것이 바람직하다.
또, 본 발명은 SiC 반도체 상에 제1 Ni층을 형성하는 공정과, 제1 Ni층 상에 Au층 또는 Pt층으로 이루어진 금속층을 형성하는 공정과, 금속층 상에 제2 Ni층을 형성하는 공정과, 제1 Ni층과 금속층과 제2 Ni층의 적층체를 열처리하는 공정을 포함하는 SiC 반도체용 오믹 전극의 제조 방법이다. 이러한 구성에 의해서도, n형 SiC 반도체 및 p형 SiC 반도체의 쌍방과 오믹 접촉을 취할 수 있고, 또한 전극의 표면 거칠기의 발생이 저감하여, SiC 반도체의 침식을 저감할 수 있는 SiC 반도체용 오믹 전극을 제조할 수 있다.
또, 본 발명은 SiC 반도체 상에 Si층을 형성하는 공정과, Si층 상에 제1 Ni층을 형성하는 공정과, 제1 Ni층 상에 Au층 또는 Pt층으로 이루어진 금속층을 형성하는 공정과, 금속층 상에 제2 Ni층을 형성하는 공정과, Si층과 제1 Ni층과 금속층과 제2 Ni층의 적층체를 열처리하는 공정을 포함하는 SiC 반도체용 오믹 전극의 제조 방법이다. 이러한 구성에 의해서도, n형 SiC 반도체 및 p형 SiC 반도체의 쌍방과 오믹 접촉을 취할 수 있고, 또한 전극의 표면 거칠기의 발생이 저감하여, SiC 반도체의 침식을 저감할 수 있는 SiC 반도체용 오믹 전극을 제조할 수 있다. 여기서, 본 발명의 SiC 반도체용 오믹 전극의 제조 방법에서는, Si층을 구성하는 Si의 원자수와 제1 Ni층을 구성하는 Ni의 원자수의 비(Si의 원자수/Ni의 원자수)가 0.9 이상 1.1 이하인 것이 바람직하다.
또, 본 발명은 SiC 반도체 상에 Si와 Ni의 혼합층을 형성하는 공정과, 혼합층 상에 Au층 또는 Pt층으로 이루어진 금속층을 형성하는 공정과, 금속층 상에 Ni층을 형성하는 공정과, 혼합층과 금속층과 Ni층의 적층체를 열처리하는 공정을 포함하는 SiC 반도체용 오믹 전극의 제조 방법이다. 이러한 구성에 의해서도, n형 SiC 반도체 및 p형 SiC 반도체의 쌍방과 오믹 접촉을 취할 수 있고, 또한 전극의 표면 거칠기의 발생이 저감하여, SiC 반도체의 침식을 저감할 수 있는 SiC 반도체용 오믹 전극을 제조할 수 있다. 여기서, 본 발명의 SiC 반도체용 오믹 전극의 제조 방법에서는, 혼합층 중에서의 Si의 원자수와 Ni의 원자수의 비(Si의 원자수/Ni의 원자수)가 0.9 이상 1.1 이하인 것이 바람직하다.
또, 본 발명은 p형 SiC 반도체 영역과 n형 SiC 반도체 영역을 갖는 반도체 장치로서, p형 SiC 반도체 영역 상에 상기 SiC 반도체용 오믹 전극이 형성되고, n형 SiC 반도체 영역 상에 상기 SiC 반도체용 오믹 전극이 형성되어 있는 반도체 장치이다. 이러한 구성의 반도체 장치에서는, n형 SiC 반도체 및 p형 SiC 반도체의 쌍방과 오믹 접촉을 취할 수 있고, 또한 전극의 표면 거칠기의 발생이 저감하여, SiC 반도체의 침식을 저감할 수 있고, 또한 p형 SiC 반도체 영역 및 n형 SiC 반도체 영역의 각각에 대하여 오믹 접촉을 취하는 전극을 동시에 형성할 수 있다.
또한, 본 발명은 상기 SiC 반도체용 오믹 전극을 p형 SiC 반도체 영역 상에 형성하는 것과, 상기 SiC 반도체용 오믹 전극을 n형 SiC 반도체 영역 상에 형성하는 것이 동시에 이루어지는 반도체 장치의 제조 방법이다. 이러한 구성에 의해, n형 SiC 반도체 및 p형 SiC 반도체의 쌍방과 오믹 접촉을 취할 수 있고, 또한 전극의 표면 거칠기의 발생이 저감하여, SiC 반도체의 침식을 저감할 수 있는 반도체 장치를 제조할 수 있고, 또한 p형 SiC 반도체 영역 및 n형 SiC 반도체 영역의 각각에 대하여 오믹 접촉을 취하는 전극을 동시에 형성할 수 있다.
본 발명에 의하면, n형 SiC 반도체 및 p형 SiC 반도체의 쌍방과 오믹 접촉을 취할 수 있고, 또한 전극의 표면 거칠기의 발생이 저감하여, SiC 반도체의 침식을 저감할 수 있는 SiC 반도체용 오믹 전극, SiC 반도체용 오믹 전극의 제조 방법, 그 SiC 반도체용 오믹 전극을 이용한 반도체 장치 및 그 반도체 장치의 제조 방법을 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 SiC 반도체용 오믹 전극의 바람직한 일례의 모식적인 단면도이다.
도 2는 본 발명의 SiC 반도체용 오믹 전극을 제조하는 방법의 바람직한 일례를 도해하기 위한 모식적인 단면도이다.
도 3은 본 발명의 SiC 반도체용 오믹 전극을 제조하는 방법의 다른 바람직한 일례를 도해하기 위한 모식적인 단면도이다.
도 4는 본 발명의 SiC 반도체용 오믹 전극을 제조하는 방법의 다른 바람직한 일례를 도해하기 위한 모식적인 단면도이다.
도 5는 본 발명의 SiC 반도체용 오믹 전극을 제조하는 방법의 다른 바람직한 일례를 도해하기 위한 모식적인 단면도이다.
(부호의 설명)
1 : SiC 반도체, 2 : SiC 반도체용 오믹 전극, 3 : Si층, 4 : Ni층, 4a : 제1 Ni층, 4b : 제2 Ni층, 5 : Au층, 6 : 혼합층
이하, 본 발명의 실시형태에 관해 설명한다. 본 발명의 도면에서 동일한 참조 부호는 동일 부분 또는 해당 부분을 나타내는 것으로 한다.
(실시형태 1)
도 1에, 본 발명의 SiC 반도체용 오믹 전극의 바람직한 일례의 모식적인 단면도를 나타낸다. 여기서, SiC 반도체용 오믹 전극(2)은 SiC 반도체(1) 상에 형성되어 있고, SiC 반도체용 오믹 전극(2)은 SiC 반도체(1)에 대하여 오믹 접촉을 취하고 있다. 본 발명에서 SiC 반도체(1)의 도전형은 n형 또는 p형의 어느 것이라도 된다.
이하, 도 2의 (a)∼(c)의 모식적 단면도를 참조하여, 본 발명의 SiC 반도체용 오믹 전극을 제조하는 방법의 바람직한 일례에 관해 설명한다. 우선, 도 2의 (a)에 나타낸 바와 같이, SiC 반도체(1) 상에 Si층(3)을 형성한다. Si층(3)은 예를 들어 증착법 또는 스퍼터법 등의 종래부터 공지된 방법으로 형성될 수 있다.
다음으로, 도 2의 (b)에 나타낸 바와 같이, Si층(3) 상에 Ni층(4)을 형성한 다. Ni층(4)은 예를 들어 증착법 또는 스퍼터법 등의 종래부터 공지된 방법으로 형성될 수 있다.
그 후, Si층(3)과 Ni층(4)의 적층체는 가열됨으로써 열처리된다. 이 열처리에 의해, Si층(3)과 Ni층(4)의 적층체는 실리사이드화되어, Si와 Ni를 포함하는 도 2의 (c)에 나타내는 SiC 반도체용 오믹 전극(2)이 형성된다. 실리사이드화란 Si와 Si 이외의 금속과의 합금을 형성하는 것을 말한다.
여기서, Si층(3)을 구성하는 Si의 원자수와 Ni층(4)을 구성하는 Ni의 원자수의 비(Si의 원자수/Ni의 원자수)가 0.9 이상 1.1 이하인 것이 바람직하고, 0.95 이상 1.05 이하인 것이 보다 바람직하다. Si층(3)을 구성하는 Si의 원자수와 Ni층(4)을 구성하는 Ni의 원자수의 비(Si의 원자수/Ni의 원자수)가 0.9 미만인 경우에는 상기 열처리에 의해 SiC 반도체(1)가 침식될 우려가 있고, 1.1보다 큰 경우에는 Si층(3)의 일부가 상기 열처리후에 미반응인 채로 남을 우려가 있다.
또, Si층(3)을 구성하는 Si의 원자수와 Ni층(4)을 구성하는 Ni의 원자수의 비(Si의 원자수/Ni의 원자수)가 0.95 이상 1.05 이하인 경우에는 상기 열처리에 의해 SiC 반도체(1)가 침식되지 않고, Si 및 Ni가 전체에 보다 균일하게 분산된 균질한 SiC 반도체용 오믹 전극(2)을 형성할 수 있는 경향이 있다.
또, SiC 반도체용 오믹 전극(2) 중에서의 Si의 원자수와 Ni의 원자수의 비(Si의 원자수/Ni의 원자수)가 0.9 이상 1.1 이하인 것이 바람직하고, 0.95 이상 1.05 이하인 것이 보다 바람직하다. SiC 반도체용 오믹 전극(2) 중에서의 Si의 원자수와 Ni의 원자수의 비(Si의 원자수/Ni의 원자수)가 0.9 미만인 경우에는 SiC 반 도체용 오믹 전극(2)이 여러 종류의 실리사이드로 이루어진 불균질한 합금층이 될 우려가 있고, 1.1보다 큰 경우에는 SiC 반도체용 오믹 전극(2)이 실리사이드와 미반응 Si로 이루어진 불균질한 합금층이 될 우려가 있다.
또, SiC 반도체용 오믹 전극(2) 중에서의 Si의 원자수와 Ni의 원자수의 비(Si의 원자수/Ni의 원자수)가 0.95 이상 1.05 이하인 경우에는 Si 및 Ni가 전체에 보다 균일하게 분산된 균질한 SiC 반도체용 오믹 전극(2)을 형성할 수 있는 경향이 있다.
또, SiC 반도체용 오믹 전극(2) 중에서의 Si의 원자수와 Ni의 원자수의 비(Si의 원자수/Ni의 원자수)가 0.9 이상 1.1 이하, 특히 0.95 이상 1.05 이하인 경우에는 SiC 반도체용 오믹 전극(2)의 표면 거칠기가 감소하는 경향이 있다. 그 때문에, SiC 반도체용 오믹 전극(2)의 표면과 그 표면 상에 형성되는 배선 금속층과의 접촉 저항이 작아지고, 또한 SiC 반도체용 오믹 전극(2)과 배선 금속층과의 접착 강도가 증가하는 경향이 있다.
또, Si층(3)의 두께와 Ni층(4)의 두께와의 합계 두께는 50 ㎚ 이상 100 ㎚ 이하인 것이 바람직하다. Si층(3)의 두께와 Ni층(4)의 두께와의 합계 두께가 50 ㎚ 미만인 경우에는 형성되는 SiC 반도체용 오믹 전극(2)이 전극 형성 영역 전체를 덮지 않을 우려가 있고, Si층(3)의 두께와 Ni층(4)의 두께와의 합계 두께가 100 ㎚을 초과하는 경우에는 SiC 반도체용 오믹 전극(2)의 저항이 커질 우려가 있다.
또, Si층(3)과 Ni층(4)의 적층체의 열처리 온도는 900℃ 이상인 것이 바람직하고, 950℃ 이상인 것이 보다 바람직하다. Si층(3)과 Ni층(4)의 적층체의 열처리 온도가 900℃ 미만인 경우에는 SiC 반도체용 오믹 전극(2) 형성 시의 실리사이드화가 불충분해질 우려가 있고, Si층(3)과 Ni층(4)의 적층체의 열처리 온도가 950℃ 이상인 경우에는 SiC 반도체용 오믹 전극(2) 형성 시의 실리사이드화가 충분히 행해지는 경향이 있다.
또, Si층(3)과 Ni층(4)의 적층체의 열처리 온도는 1100℃ 이하인 것이 바람직하고, 1050℃ 이하인 것이 보다 바람직하다. Si층(3)과 Ni층(4)의 적층체의 열처리 온도가 1100℃보다 높은 경우에는 SiC 반도체용 오믹 전극(2)이 손상될 우려가 있고, Si층(3)과 Ni층(4)의 적층체의 열처리 온도가 1050℃ 이하인 경우에는 SiC 반도체용 오믹 전극(2)의 손상을 저감할 수 있는 경향이 있다.
또, Si층(3)과 Ni층(4)의 적층체의 열처리 시간은 1분 이상 5분 이하인 것이 바람직하다. Si층(3)과 Ni층(4)의 적층체의 열처리 시간이 1분 미만인 경우에는 SiC 반도체용 오믹 전극(2) 형성 시의 실리사이드화가 불충분해질 우려가 있고, Si층(3)과 Ni층(4)의 적층체의 열처리 시간이 5분을 초과하는 경우에는 SiC 반도체용 오믹 전극(2)이 손상될 우려가 있다.
이렇게 하여 얻어진 SiC 반도체용 오믹 전극(2)은 n형 SiC 반도체 및 p형 SiC 반도체의 쌍방과 오믹 접촉을 취할 수 있고, 또한 전극의 표면 거칠기의 발생이 저감하여, SiC 반도체(1)의 침식을 저감할 수 있다.
상기에서는, Si층(3)과 Ni층(4)을 적층한 후에 열처리를 하여 SiC 반도체용 오믹 전극(2)을 형성했지만, 본 발명에서는, Si로 이루어진 타겟과 Ni로 이루어진 타겟을 동시에 스퍼터하는 등의 수법으로 Si와 Ni의 혼합층을 형성한 후에, 이 혼 합층을 열처리함으로써, 이 혼합층을 실리사이드화하여 Si와 Ni를 포함하는 SiC 반도체용 오믹 전극(2)을 형성할 수도 있다.
또, 상기 혼합층의 두께는 50 ㎚ 이상 100 ㎚ 이하인 것이 바람직하다. 상기 혼합층의 두께가 50 ㎚ 미만인 경우에는 형성되는 SiC 반도체용 오믹 전극(2)이 전극 형성 영역 전체를 덮지 않을 우려가 있고, 100 ㎚을 초과하는 경우에는 SiC 반도체용 오믹 전극(2)의 저항이 커질 우려가 있다.
또, 상기 혼합층 중에서의 Si의 원자수와 Ni의 원자수의 비(Si의 원자수/Ni의 원자수)는 0.9 이상 1.1 이하인 것이 바람직하고, 0.95 이상 1.05 이하인 것이 보다 바람직하다. 상기 혼합층 중에서의 Si의 원자수와 Ni의 원자수의 비(Si의 원자수/Ni의 원자수)가 0.9 미만인 경우에는 SiC 반도체용 오믹 전극(2)이 여러 종류의 실리사이드로 이루어진 불균질한 합금층이 될 우려가 있고, 1.1보다 큰 경우에는 SiC 반도체용 오믹 전극(2)이 실리사이드와 미반응 Si로 이루어진 불균질한 합금층이 될 우려가 있다.
또, 상기 혼합층 중에서의 Si의 원자수와 Ni의 원자수의 비(Si의 원자수/Ni의 원자수)가 0.95 이상 1.05 이하인 경우에는 Si 및 Ni가 전체에 보다 균일하게 분산된 균질한 SiC 반도체용 오믹 전극(2)을 형성할 수 있는 경향이 있다.
또한, 상기 혼합층 중에서의 Si의 원자수와 Ni의 원자수의 비(Si의 원자수/Ni의 원자수)가 0.9 이상 1.1 이하, 특히 0.95 이상 1.05 이하인 경우에는 SiC 반도체용 오믹 전극(2)의 표면 거칠기가 감소하는 경향이 있다. 그 때문에, SiC 반도체용 오믹 전극(2)의 표면과 그 표면 상에 형성되는 배선 금속층과의 접촉 저항이 작아지고, 또한 SiC 반도체용 오믹 전극(2)과 배선 금속층과의 접착 강도가 증가하는 경향이 있다.
또, 상기 혼합층의 열처리 온도는 900℃ 이상인 것이 바람직하고, 950℃ 이상인 것이 보다 바람직하다. 상기 혼합층의 열처리 온도가 900℃ 미만인 경우에는 SiC 반도체용 오믹 전극(2) 형성 시의 실리사이드화가 불충분해질 우려가 있고, 상기 혼합층의 열처리 온도가 950℃ 이상인 경우에는 SiC 반도체용 오믹 전극(2) 형성 시의 실리사이드화가 충분히 행해지는 경향이 있다.
또, 상기 혼합층의 열처리 온도는 1100℃ 이하인 것이 바람직하고, 1050℃ 이하인 것이 보다 바람직하다. 상기 혼합층의 열처리 온도가 1100℃보다 높은 경우에는 SiC 반도체용 오믹 전극(2)이 손상될 우려가 있고, 상기 혼합층의 열처리 온도가 1050℃ 이하인 경우에는 SiC 반도체용 오믹 전극(2)의 손상을 저감할 수 있는 경향이 있다.
또, 상기 혼합층의 열처리 시간은 1분 이상 5분 이하인 것이 바람직하다. 상기 혼합층의 열처리 시간이 1분 미만인 경우에는 SiC 반도체용 오믹 전극(2) 형성 시의 실리사이드화가 불충분해질 우려가 있고, 상기 혼합층의 열처리 시간이 5분을 초과하는 경우에는 SiC 반도체용 오믹 전극(2)이 손상될 우려가 있다.
(실시형태 2)
이하, 도 3의 (a)∼(d)의 모식적 단면도를 참조하여, 본 발명의 SiC 반도체용 오믹 전극을 제조하는 방법의 바람직한 다른 일례에 관해 설명한다.
우선, 도 3의 (a)에 나타낸 바와 같이, SiC 반도체(1) 상에 제1 Ni층(4a)을 형성한다. 제1 Ni층(4a)은 예를 들어 증착법 또는 스퍼터법 등의 종래부터 공지된 방법으로 형성될 수 있다.
다음으로, 도 3의 (b)에 나타낸 바와 같이, 제1 Ni층(4a) 상에 Au층(5)을 형성한다. 또, Au층(5)은 예를 들어 증착법 또는 스퍼터법 등의 종래부터 공지된 방법으로 형성될 수 있다.
이어서, 도 3의 (c)에 나타낸 바와 같이, Au층(5) 상에 제2 Ni층(4b)을 형성한다. 여기서, 제2 Ni층(4b)은 예를 들어 증착법 또는 스퍼터법 등의 종래부터 공지된 방법으로 형성될 수 있다.
그 후, 제1 Ni층(4a)과 Au층(5)과 제2 Ni층(4b)의 적층체는 가열됨으로써 열처리된다. 이 열처리에 의해, Si와 Ni를 포함하고 Au를 더 포함하는 도 3의 (d)에 나타내는 SiC 반도체용 오믹 전극(2)이 형성된다.
상기 열처리에 의해, SiC 반도체(1)에 접하고 있는 제1 Ni층(4a) 중에 SiC 반도체(1)로부터 Si가 확산하여 실리사이드화되지만, Au층(5)은 실리사이드화되지 않는다. 따라서, Au층(5)의 형성에 의해, SiC 반도체(1)에 접하고 있는 제1 Ni층(4a)의 실리사이드화를 용이하게 제어하는 것이 가능하다.
여기서, 제2 Ni층(4b)의 두께는 50 ㎚ 이상 100 ㎚ 이하인 것이 바람직하다. 제2 Ni층(4b)의 두께가 50 ㎚ 미만인 경우에는 형성되는 SiC 반도체용 오믹 전극(2)이 전극 형성 영역 전체를 덮지 않을 우려가 있고, 100㎚을 초과하는 경우에는 SiC 반도체용 오믹 전극(2)의 저항이 커질 우려가 있다.
또, Au층(5)의 두께는 20 ㎚ 이상 30 ㎚ 이하인 것이 바람직하다. Au층(5)의 두께가 20 ㎚ 미만인 경우에는 Au층(5)을 투과해 Si가 제2 Ni층(4b)에 확산하여 제2 Ni층(4b)이 실리사이드화될 우려가 있고, 30 ㎚을 초과하는 경우에는 형성되는 SiC 반도체용 오믹 전극(2)의 저항이 커질 우려가 있다.
또, 제1 Ni층(4a)과 Au층(5)과 제2 Ni층(4b)의 적층체의 열처리 온도는 900℃ 이상인 것이 바람직하고, 950℃ 이상인 것이 보다 바람직하다. 제1 Ni층(4a)과 Au층(5)과 제2 Ni층(4b)의 적층체의 열처리 온도가 900℃ 미만인 경우에는 SiC 반도체용 오믹 전극(2) 형성 시의 실리사이드화가 불충분해질 우려가 있고, 제1 Ni층(4a)과 Au층(5)과 제2 Ni층(4b)의 적층체의 열처리 온도가 950℃ 이상인 경우에는 SiC 반도체용 오믹 전극(2) 형성 시의 실리사이드화가 충분히 행해지는 경향이 있다.
또, 제1 Ni층(4a)과 Au층(5)과 제2 Ni층(4b)의 적층체의 열처리 온도는 1100℃ 이하인 것이 바람직하고, 1050℃ 이하인 것이 보다 바람직하다. 제1 Ni층(4a)과 Au층(5)과 제2 Ni층(4b)의 적층체의 열처리 온도가 1100℃보다 높은 경우에는 SiC 반도체용 오믹 전극(2)이 손상될 우려가 있고, 제1 Ni층(4a)과 Au층(5)과 제2 Ni층(4b)의 적층체의 열처리 온도가 1050℃ 이하인 경우에는 SiC 반도체용 오믹 전극(2)의 손상을 저감할 수 있는 경향이 있다.
또, 제1 Ni층(4a)과 Au층(5)과 제2 Ni층(4b)의 적층체의 열처리 시간은 1분 이상 5분 이하인 것이 바람직하다. 제1 Ni층(4a)과 Au층(5)과 제2 Ni층(4b)의 적층체의 열처리 시간이 1분 미만인 경우에는 SiC 반도체용 오믹 전극(2) 형성 시의 실리사이드화가 불충분해질 우려가 있고, 제1 Ni층(4a)과 Au층(5)과 제2 Ni층(4b)의 적층체의 열처리 시간이 5분을 초과하는 경우에는 SiC 반도체용 오믹 전극(2)이 손상될 우려가 있다.
이렇게 하여 얻어진 SiC 반도체용 오믹 전극(2)은 n형 SiC 반도체 및 p형 SiC 반도체의 쌍방과 오믹 접촉을 취할 수 있고, 또한 전극의 표면 거칠기의 발생이 저감하여, SiC 반도체(1)의 침식을 저감할 수 있다.
상기에서는 Au층(5)을 형성했지만, 본 발명에서는 Au층(5) 대신 Pt층을 형성해도 된다. Pt층도 Au층(5)과 마찬가지로 실리사이드화되지 않기 때문이다. 이 때, Pt층의 두께는 Au층(5)을 이용한 경우와 같은 이유로, 20 ㎚ 이상 30 ㎚ 이하인 것이 바람직하다.
(실시형태 3)
이하, 도 4의 (a)∼(e)의 모식적 단면도를 참조하여, 본 발명의 SiC 반도체용 오믹 전극을 제조하는 방법의 바람직한 다른 일례에 관해 설명한다.
우선, 도 4의 (a)에 나타낸 바와 같이, SiC 반도체(1) 상에 Si층(3)을 형성한다. 다음으로, 도 4의 (b)에 나타낸 바와 같이, Si층(3) 상에 제1 Ni층(4a)을 형성한다.
이어서, 도 4의 (c)에 나타낸 바와 같이, 제1 Ni층(4a) 상에 Au층(5)을 형성한다. 이어서, 도 4의 (d)에 나타낸 바와 같이, Au층(5) 상에 제2 Ni층(4b)을 형성한다.
그 후, Si층(3)과 제1 Ni층(4a)과 Au층(5)과 제2 Ni층(4b)의 적층체는 가열됨으로써 열처리된다. 이 열처리에 의해, Si와 Ni를 포함하고 Au를 더 포함하는 도 4의 (e)에 나타내는 SiC 반도체용 오믹 전극(2)이 형성된다.
이렇게 하여 얻어진 SiC 반도체용 오믹 전극(2)은 n형 SiC 반도체 및 p형 SiC 반도체의 쌍방과 오믹 접촉을 취할 수 있고, 또한 전극의 표면 거칠기의 발생이 저감하여, SiC 반도체(1)의 침식을 저감할 수 있다.
여기서, 상기 열처리에 의해, SiC 반도체(1)에 접하고 있는 Si층(3)으로부터 Si가 확산하여 Si층(3)과 제1 Ni층(4a)은 실리사이드화되지만, Au층(5)은 실리사이드화되지 않는다. 따라서, Au층(5)의 형성에 의해, SiC 반도체(1)에 접하고 있는 Si층(3)과 제1 Ni층(4a)의 실리사이드화를 용이하게 제어하는 것이 가능하다.
또, Si층(3)과 제1 Ni층(4a)과 Au층(5)과 제2 Ni층(4b)의 적층체의 열처리 온도는 900℃ 이상인 것이 바람직하고, 950℃ 이상인 것이 보다 바람직하다. Si층(3)과 제1 Ni층(4a)과 Au층(5)과 제2 Ni층(4b)의 적층체의 열처리 온도가 900℃ 미만인 경우에는 SiC 반도체용 오믹 전극(2) 형성 시의 실리사이드화가 불충분해질 우려가 있고, Si층(3)과 제1 Ni층(4a)과 Au층(5)과 제2 Ni층(4b)의 적층체의 열처리 온도가 950℃ 이상인 경우에는 SiC 반도체용 오믹 전극(2) 형성 시의 실리사이드화가 충분히 행해지는 경향이 있다.
또, Si층(3)과 제1 Ni층(4a)과 Au층(5)과 제2 Ni층(4b)의 적층체의 열처리 온도는 1100℃ 이하인 것이 바람직하고, 1050℃ 이하인 것이 보다 바람직하다. Si층(3)과 제1 Ni층(4a)과 Au층(5)과 제2 Ni층(4b)의 적층체의 열처리 온도가 1100℃보다 높은 경우에는 SiC 반도체용 오믹 전극(2)이 손상될 우려가 있고, Si층(3)과 제1 Ni층(4a)과 Au층(5)과 제2 Ni층(4b)의 적층체의 열처리 온도가 1050℃ 이하인 경우에는 SiC 반도체용 오믹 전극(2)의 손상을 저감할 수 있는 경향이 있다.
또, Si층(3)과 제1 Ni층(4a)과 Au층(5)과 제2 Ni층(4b)의 적층체의 열처리 시간은 1분 이상 5분 이하인 것이 바람직하다. Si층(3)과 제1 Ni층(4a)과 Au층(5)과 제2 Ni층(4b)의 적층체의 열처리 시간이 1분 미만인 경우에는 SiC 반도체용 오믹 전극(2) 형성 시의 실리사이드화가 불충분해질 우려가 있고, Si층(3)과 제1 Ni층(4a)과 Au층(5)과 제2 Ni층(4b)의 적층체의 열처리 시간이 5분을 초과하는 경우에는 SiC 반도체용 오믹 전극(2)이 손상될 우려가 있다.
그 밖의 설명은 실시형태 1 및 실시형태 2와 동일하다.
(실시형태 4)
이하, 도 5의 (a)∼(d)의 모식적 단면도를 참조하여, 본 발명의 SiC 반도체용 오믹 전극을 제조하는 방법의 바람직한 다른 일례에 관해 설명한다.
우선, 도 5의 (a)에 나타낸 바와 같이, 예를 들어 Si로 이루어진 타겟과 Ni로 이루어진 타겟을 동시에 스퍼터하는 등의 수법으로 SiC 반도체(1) 상에 Si와 Ni의 혼합층(6)을 형성한다.
여기서, 상기 혼합층(6) 중에서의 Si의 원자수와 Ni의 원자수의 비(Si의 원자수/Ni의 원자수)는 상기 실시형태 1에 기재되어 있는 이유와 같은 이유로, 0.9 이상 1.1 이하인 것이 바람직하고, 0.95 이상 1.05 이하인 것이 보다 바람직하다.
다음으로, 도 5의 (b)에 나타낸 바와 같이, 혼합층(6) 상에 Au층(5)을 형성한다. 이어서, 도 5의 (c)에 나타낸 바와 같이, Au층(5) 상에 Ni층(4)을 형성한다.
그 후, 혼합층(6)과 Au층(5)과 Ni층(4)의 적층체는 가열됨으로써 열처리된 다. 이 열처리에 의해, Si와 Ni의 혼합층이 실리사이드화되어, Si와 Ni의 혼합층과 Au층과 Ni층을 포함하는 도 5의 (d)에 나타내는 SiC 반도체용 오믹 전극(2)이 형성된다.
또, 혼합층(6)과 Au층(5)과 Ni층(4)의 적층체의 열처리 온도는 900℃ 이상인 것이 바람직하고, 950℃ 이상인 것이 보다 바람직하다. 혼합층(6)과 Au층(5)과 Ni층(4)의 적층체의 열처리 온도가 900℃ 미만인 경우에는 SiC 반도체용 오믹 전극(2) 형성 시의 실리사이드화가 불충분해질 우려가 있고, 혼합층(6)과 Au층(5)과 Ni층(4)의 적층체의 열처리 온도가 950℃ 이상인 경우에는 SiC 반도체용 오믹 전극(2) 형성 시의 실리사이드화가 충분히 행해지는 경향이 있다.
또, 혼합층(6)과 Au층(5)과 Ni층(4)의 적층체의 열처리 온도는 1100℃ 이하인 것이 바람직하고, 1050℃ 이하인 것이 보다 바람직하다. 혼합층(6)과 Au층(5)과 Ni층(4)의 적층체의 열처리 온도가 1100℃보다 높은 경우에는 SiC 반도체용 오믹 전극(2)이 손상될 우려가 있고, 혼합층(6)과 Au층(5)과 Ni층(4)의 적층체의 열처리 온도가 1050℃ 이하인 경우에는 SiC 반도체용 오믹 전극(2)의 손상을 저감할 수 있는 경향이 있다.
또, 혼합층(6)과 Au층(5)과 Ni층(4)의 적층체의 열처리 시간은 1분 이상 5분 이하인 것이 바람직하다. 혼합층(6)과 Au층(5)과 Ni층(4)의 적층체의 열처리 시간이 1분 미만인 경우에는 SiC 반도체용 오믹 전극(2) 형성 시의 실리사이드화가 불충분해질 우려가 있고, 혼합층(6)과 Au층(5)과 Ni층(4)의 적층체의 열처리 시간이 5분을 초과하는 경우에는 SiC 반도체용 오믹 전극(2)이 손상될 우려가 있다.
이렇게 하여 얻어진 SiC 반도체용 오믹 전극(2)은 n형 SiC 반도체 및 p형 SiC 반도체의 쌍방과 오믹 접촉을 취할 수 있고, 또한 전극의 표면 거칠기의 발생이 저감하여, SiC 반도체(1)의 침식을 저감할 수 있다.
그 밖의 설명은 실시형태 1, 실시형태 2 및 실시형태 3과 동일하다.
(반도체 장치)
상기와 같이 하여 얻을 수 있는 본 발명의 SiC 반도체용 오믹 전극은 p형 SiC 반도체 영역과 n형 SiC 반도체 영역을 갖는 반도체 장치에 적합하게 이용될 수 있다.
즉, 본 발명의 SiC 반도체용 오믹 전극은 p형 SiC 반도체 영역 및 n형 SiC 반도체 영역의 각각에 대하여 오믹 접촉을 취한다. 따라서, 상기 반도체 장치의 제조 공정에서, p형 SiC 반도체 영역과 n형 SiC 반도체 영역을 각각 노출시킨 후에, p형 SiC 반도체 영역과 n형 SiC 반도체 영역의 각각에 본 발명의 SiC 반도체용 오믹 전극을 동시에 형성함으로써, 전극 형성 공정의 간략화를 도모할 수 있다.
이러한 본 발명의 반도체 장치로는, 예를 들어 접합형 전계 효과 트랜지스터, MOS형 전계 효과 트랜지스터 또는 바이폴라 트랜지스터 등을 들 수 있다.
실시예
(실시예 1)
SiC 반도체로서, 직경 2인치의 4H-SiC 반도체 기판 상에 n형 4H-SiC 반도체층을 2 ㎛의 두께로 에피택셜 성장시킨 것과 p형 4H-SiC 반도체층을 2 ㎛의 두께로 에피택셜 성장시킨 것을 준비했다. 여기서, n형 4H-SiC 반도체층에는, n형 불순물 로서 질소가 도핑되고, n형 4H-SiC 반도체층에서의 n형 불순물 농도는 1.4×1019 cm-3였다. 또, p형 4H-SiC 반도체층에는 p형 불순물로서 알루미늄이 도핑되고, p형 4H-SiC 반도체층에서의 p형 불순물 농도는 5.0×1018 cm- 3였다.
상기 n형 4H-SiC 반도체층과 p형 4H-SiC 반도체층의 각각의 표면을 세정한 후, 이들 SiC 반도체층의 각각의 표면 상에 포토리소그래피 기술을 이용하여, 이들 SiC 반도체층의 표면의 일부가 노출되어 있는 레지스트 패턴을 형성했다.
그리고, n형 4H-SiC 반도체층과 p형 4H-SiC 반도체층의 각각의 표면 상에 스퍼터법으로 Si층을 48 ㎚의 두께로 형성했다.
다음으로, Si층 상에, 스퍼터법으로 Ni층을 26 ㎚의 두께로 형성했다. 여기서, 상기 Si층 및 Ni층과 동일한 방법 및 동일한 조건으로 별도 형성한 Si층 및 Ni층에 관해, Si층을 구성하는 Si의 원자수와 Ni층을 구성하는 Ni의 원자수의 비를 오거 전자 분광 분석법(Auger electron spectroscopy)으로 측정했다. 그 결과, n형 4H-SiC 반도체층의 표면 상에 형성된 Si층 및 Ni층과 p형 4H-SiC 반도체 기판의 표면 상에 형성된 Si층 및 Ni층 모두, Si층을 구성하는 Si의 원자수와 Ni층을 구성하는 Ni의 원자수의 비(Si의 원자수/Ni의 원자수)는 1.02인 것이 확인되었다.
그 후, 리프트오프(lift-off)에 의해 레지스트 패턴을 제거하여, n형 4H-SiC 반도체층과 p형 4H-SiC 반도체층의 각각의 표면 상에 패터닝된 Si층과 Ni층의 적층체를 형성했다.
그 후, Si층과 Ni층의 적층체가 형성된 n형 4H-SiC 반도체층을 갖는 4H-SiC 반도체 기판과 Si층과 Ni층의 적층체가 형성된 p형 4H-SiC 반도체층을 갖는 4H-SiC 반도체 기판을 각각 챔버 안에 넣고, 아르곤 분위기 중에서 1000℃에서 2분간 가열하여 열처리하였다. 이에 의해, n형 4H-SiC 반도체층과 p형 4H-SiC 반도체층의 각각의 표면 상에 Si와 Ni를 포함하는 실시예 1의 전극을 형성했다.
이렇게 하여 형성한 실시예 1의 전극을 육안으로 관찰한 결과, n형 4H-SiC 반도체층의 표면 상에 형성된 실시예 1의 전극의 표면 거칠기 및 p형 4H-SiC 반도체층의 표면 상에 형성된 실시예 1의 전극의 표면 거칠기 및 n형 4H-SiC 반도체층의 침식 및 p형 4H-SiC 반도체층의 침식은 모두 확인되지 않았다.
또, 인접하는 실시예 1의 전극 사이에 전류를 흐르게 함으로써, n형 4H-SiC 반도체층 및 p형 4H-SiC 반도체층의 표면 상에 형성된 실시예 1의 전극의 전류 전압 특성을 각각 측정했다. 그 결과, n형 4H-SiC 반도체층의 표면 상에 형성된 실시예 1의 전극 및 p형 4H-SiC 반도체층의 표면 상에 형성된 실시예 1의 전극 모두에 관해 오믹 특성을 나타내는 것이 확인되었다.
상기와 동일한 방법 및 동일한 조건으로 별도 제작한 실시예 1의 전극에 관해, 오거 전자 분광 분석법으로 그 조성을 분석한 결과, 실시예 1의 전극을 구성하는 Si의 원자수와 Ni의 원자수의 비(Si의 원자수/Ni의 원자수)는 1.01인 것이 확인되었다.
(실시예 2)
실시예 1과 동일하게 하여, 실시예 1과 동일한 레지스트 패턴이 형성된 n형 4H-SiC 반도체층을 갖는 4H-SiC 반도체 기판과 p형 4H-SiC 반도체층을 갖는 4H-SiC 반도체 기판을 각각 제작했다.
그리고, n형 4H-SiC 반도체층과 p형 4H-SiC 반도체층의 각각의 표면 상에 Si로 이루어진 타겟 및 Ni로 이루어진 타겟을 동시에 스퍼터함으로써, Si와 Ni의 혼합층을 80 ㎚의 두께로 형성했다. 여기서, 이 혼합층과 동일한 방법 및 동일한 조건으로 별도 형성한 혼합층을 구성하는 Si의 원자수와 Ni의 원자수의 비를 오거 전자 분광 분석법으로 측정했다. 그 결과, n형 4H-SiC 반도체층의 표면 상에 형성된 혼합층 및 p형 4H-SiC 반도체층의 표면 상에 형성된 혼합층 모두에서, 혼합층을 구성하는 Si의 원자수와 Ni의 원자수의 비(Si의 원자수/Ni의 원자수)는 1.03인 것이 확인되었다.
그 후, 리프트오프에 의해 레지스트 패턴을 제거하여, n형 4H-SiC 반도체층과 p형 4H-SiC 반도체층의 각각의 표면 상에 패터닝된 Si와 Ni를 포함하는 혼합층을 형성했다.
그리고, Si와 Ni를 포함하는 혼합층이 형성된 n형 4H-SiC 반도체층을 갖는 4H-SiC 반도체 기판과 p형 4H-SiC 반도체층을 갖는 4H-SiC 반도체 기판을 각각 챔버 안에 넣고, 아르곤 분위기 중에서 1000℃에서 2분간 가열하여 열처리하였다. 이에 의해, n형 4H-SiC 반도체층과 p형 4H-SiC 반도체층의 각각의 표면 상에 Si와 Ni를 포함하는 실시예 2의 전극을 형성했다.
그리고, 상기와 같이 제작한 실시예 2의 전극을 육안으로 실시예 1과 동일한 기준으로 관찰한 결과, n형 4H-SiC 반도체층의 표면 상에 형성된 실시예 2의 전극의 표면 거칠기 및 p형 4H-SiC 반도체층의 표면 상에 형성된 실시예 2의 전극의 표 면 거칠기 및 n형 4H-SiC 반도체층의 침식 및 p형 4H-SiC 반도체층의 침식은 모두 확인되지 않았다.
또, 인접하는 실시예 2의 전극 사이에 전류를 흐르게 함으로써, n형 4H-SiC 반도체층 및 p형 4H-SiC 반도체층의 표면 상에 형성된 실시예 2의 전극의 전류 전압 특성을 각각 측정했다. 그 결과, n형 4H-SiC 반도체층의 표면 상에 형성된 실시예 2의 전극 및 p형 4H-SiC 반도체층의 표면 상에 형성된 실시예 2의 전극 모두에 관해 오믹 특성을 나타내는 것이 확인되었다.
상기와 동일한 방법 및 동일한 조건으로 별도 제작한 실시예 2의 전극에 관해, 오거 전자 분광 분석법으로 그 조성을 분석한 결과, 실시예 2의 전극을 구성하는 Si의 원자수와 Ni의 원자수의 비(Si의 원자수/Ni의 원자수)는 1.02인 것이 확인되었다.
(실시예 3)
실시예 1과 동일하게 하여, 실시예 1과 동일한 레지스트 패턴이 형성된 n형 4H-SiC 반도체층을 갖는 4H-SiC 반도체 기판과 p형 4H-SiC 반도체층을 갖는 4H-SiC 반도체 기판을 각각 제작했다.
그리고, n형 4H-SiC 반도체층과 p형 4H-SiC 반도체층의 각각의 표면 상에 진공 증착법으로 제1 Ni층을 50 ㎚의 두께로 형성했다. 다음으로, 제1 Ni층 상에 진공 증착법으로 Au층을 30 ㎚의 두께로 형성했다. 이어서, Au층 상에 진공 증착법으로 제2 Ni층을 50 ㎚의 두께로 형성했다.
그 후, 리프트오프에 의해 레지스트 패턴을 제거하여, n형 4H-SiC 반도체층 과 p형 4H-SiC 반도체층의 각각의 표면 상에 패터닝된 제1 Ni층과 Au층과 제2 Ni층으로 이루어진 적층체를 형성했다.
그리고, 제1 Ni층과 Au층과 제2 Ni층으로 이루어진 적층체가 형성된 n형 4H-SiC 반도체층을 갖는 4H-SiC 반도체 기판과 p형 4H-SiC 반도체층을 갖는 4H-SiC 반도체 기판을 각각 챔버 안에 넣고, 아르곤 분위기 중에서 1000℃에서 2분간 가열하여 열처리하였다. 이에 의해, n형 4H-SiC 반도체층과 p형 4H-SiC 반도체층의 각각의 표면 상에 Si와 Ni를 포함하고 Au를 더 포함하는 실시예 3의 전극을 형성했다.
그리고, 상기와 같이 제작한 실시예 3의 전극을 육안으로 실시예 1과 동일한 기준으로 관찰한 결과, n형 4H-SiC 반도체층의 표면 상에 형성된 실시예 3의 전극의 표면 거칠기 및 p형 4H-SiC 반도체층의 표면 상에 형성된 실시예 3의 전극의 표면 거칠기 및 n형 4H-SiC 반도체층의 침식 및 p형 4H-SiC 반도체층의 침식은 모두 확인되지 않았다.
또, 인접하는 실시예 3의 전극 사이에 전류를 흐르게 함으로써, n형 4H-SiC 반도체층 및 p형 4H-SiC 반도체층의 표면 상에 형성된 실시예 3의 전극의 전류 전압 특성을 각각 측정했다. 그 결과, n형 4H-SiC 반도체층의 표면 상에 형성된 실시예 3의 전극 및 p형 4H-SiC 반도체층의 표면 상에 형성된 실시예 3의 전극 모두에 관해 오믹 특성을 나타내는 것이 확인되었다.
(실시예 4)
실시예 1과 동일하게 하여, 실시예 1과 동일한 레지스트 패턴이 형성된 n형 4H-SiC 반도체층을 갖는 4H-SiC 반도체 기판과 p형 4H-SiC 반도체층을 갖는 4H-SiC 반도체 기판을 각각 제작했다.
그리고, n형 4H-SiC 반도체층과 p형 4H-SiC 반도체층의 각각의 표면 상에 스퍼터법으로 Si층을 48 ㎚의 두께로 형성했다.
다음으로, 이 Si층 상에 스퍼터법으로 제1 Ni층을 26 ㎚의 두께로 형성했다. 여기서, 상기 Si층 및 제1 Ni층과 동일한 방법 및 동일한 조건으로 별도 형성한 Si층 및 제1 Ni층에 관해, Si층을 구성하는 Si의 원자수와 제1 Ni층을 구성하는 Ni의 원자수의 비를 오거 전자 분광 분석법으로 측정했다. 그 결과, n형 4H-SiC 반도체층의 표면 상에 형성된 Si층 및 제1 Ni층과 p형 4H-SiC 반도체층의 표면 상에 형성된 Si층 및 제1 Ni층 모두에서, Si층을 구성하는 Si의 원자수와 제1 Ni층을 구성하는 Ni의 원자수의 비(Si의 원자수/Ni의 원자수)는 1.02인 것이 확인되었다.
이어서, 제1 Ni층 상에 진공 증착법으로 Au층을 30 ㎚의 두께로 형성했다. 이어서 Au층 상에 진공 증착법으로 제2 Ni층을 50 ㎚의 두께로 형성했다.
그 후, 리프트오프에 의해 레지스트 패턴을 제거하여, n형 4H-SiC 반도체층과 p형 4H-SiC 반도체층의 각각의 표면 상에 패터닝된 Si층과 제1 Ni층과 Au층과 제2 Ni층으로 이루어진 적층체를 형성했다.
그리고, Si층과 제1 Ni층과 Au층과 제2 Ni층으로 이루어진 적층체가 형성된 n형 4H-SiC 반도체층을 갖는 4H-SiC 반도체 기판과 p형 4H-SiC 반도체층을 갖는 4H-SiC 반도체 기판을 각각 챔버 안에 넣고, 아르곤 분위기 중에서 1000℃에서 2분간 가열하여 열처리하였다. 이에 의해, n형 4H-SiC 반도체층과 p형 4H-SiC 반도체층의 각각의 표면 상에 Si와 Ni를 포함하고 Au를 더 포함하는 실시예 4의 전극을 형성했다.
그리고, 상기와 같이 제작한 실시예 4의 전극을 육안으로 실시예 1과 동일한 기준으로 관찰한 결과, n형 4H-SiC 반도체층의 표면 상에 형성된 실시예 4의 전극의 표면 거칠기 및 p형 4H-SiC 반도체층의 표면 상에 형성된 실시예 4의 전극의 표면 거칠기 및 n형 4H-SiC 반도체층의 침식 및 p형 4H-SiC 반도체층의 침식은 모두 확인되지 않았다.
또, 인접하는 실시예 4의 전극 사이에 전류를 흐르게 함으로써, n형 4H-SiC 반도체층 및 p형 4H-SiC 반도체층의 표면 상에 형성된 실시예 4의 전극의 전류 전압 특성을 각각 측정했다. 그 결과, n형 4H-SiC 반도체층의 표면 상에 형성된 실시예 4의 전극 및 p형 4H-SiC 반도체층의 표면 상에 형성된 실시예 4의 전극 모두에 관해 오믹 특성을 나타내는 것이 확인되었다.
(실시예 5)
실시예 1과 동일하게 하여, 실시예 1과 동일한 레지스트 패턴이 형성된 n형 4H-SiC 반도체층을 갖는 4H-SiC 반도체 기판과 p형 4H-SiC 반도체층을 갖는 4H-SiC 반도체 기판을 각각 제작했다.
그리고, n형 4H-SiC 반도체층과 p형 4H-SiC 반도체층의 각각의 표면 상에 Si로 이루어진 타겟 및 Ni로 이루어진 타겟을 동시에 스퍼터함으로써, Si와 Ni의 혼합층을 80 ㎚의 두께로 형성했다. 여기서, 이 혼합층과 동일한 방법 및 동일한 조건으로 별도 형성한 혼합층을 구성하는 Si의 원자수와 Ni의 원자수의 비를 오거 전자 분광 분석법으로 측정했다. 그 결과, n형 4H-SiC 반도체층의 표면 상에 형성된 혼합층 및 p형 4H-SiC 반도체층의 표면 상에 형성된 혼합층 모두에서, 혼합층을 구성하는 Si의 원자수와 Ni의 원자수의 비(Si의 원자수/Ni의 원자수)는 1.03인 것이 확인되었다.
이어서, 상기 혼합층 상에 진공 증착법으로 Au층을 30 ㎚의 두께로 형성했다. 이어서, Au층 상에 진공 증착법으로 Ni층을 50 ㎚의 두께로 형성했다.
그 후, 리프트오프에 의해 레지스트 패턴을 제거하여, n형 4H-SiC 반도체층과 p형 4H-SiC 반도체층의 각각의 표면 상에 패터닝된 상기 혼합층과 Au층과 Ni층으로 이루어진 적층체를 형성했다.
그리고, 상기 혼합층과 Au층과 Ni층으로 이루어진 적층체가 형성된 n형 4H-SiC 반도체층을 갖는 4H-SiC 반도체 기판과 상기 혼합층과 Au층과 Ni층으로 이루어진 적층체가 형성된 p형 4H-SiC 반도체층을 갖는 4H-SiC 반도체 기판을 각각 챔버 안에 넣고, 아르곤 분위기 중에서 1000℃에서 2분간 가열하여 열처리하였다. 이에 의해, n형 4H-SiC 반도체층과 p형 4H-SiC 반도체층의 각각의 표면 상에 Si와 Ni를 포함하고 Au를 더 포함하는 실시예 5의 전극을 형성했다.
그리고, 상기와 같이 제작한 실시예 5의 전극을 육안으로 실시예 1과 동일한 기준으로 관찰한 결과, n형 4H-SiC 반도체층의 표면 상에 형성된 실시예 5의 전극의 표면 거칠기 및 p형 4H-SiC 반도체층의 표면 상에 형성된 실시예 5의 전극의 표면 거칠기 및 n형 4H-SiC 반도체층의 침식 및 p형 4H-SiC 반도체층의 침식은 모두 확인되지 않았다.
또, 인접하는 실시예 5의 전극 사이에 전류를 흐르게 함으로써, n형 4H-SiC 반도체층 및 p형 4H-SiC 반도체층의 표면 상에 형성된 실시예 5의 전극의 전류 전압 특성을 각각 측정했다. 그 결과, n형 4H-SiC 반도체층의 표면 상에 형성된 실시예 5의 전극 및 p형 4H-SiC 반도체층의 표면 상에 형성된 실시예 5의 전극 모두에 관해 오믹 특성을 나타내는 것이 확인되었다.
(비교예 1)
실시예 1과 동일하게 하여, 실시예 1과 동일한 레지스트 패턴이 형성된 n형 4H-SiC 반도체층을 갖는 4H-SiC 반도체 기판과 p형 4H-SiC 반도체층을 갖는 4H-SiC 반도체 기판을 각각 제작했다.
그리고, n형 4H-SiC 반도체층과 p형 4H-SiC 반도체층의 각각의 표면 상에 진공 증착법으로 Ni층을 100 ㎚의 두께로 형성했다.
그 후, 리프트오프에 의해 레지스트 패턴을 제거하여, n형 4H-SiC 반도체층과 p형 4H-SiC 반도체층의 각각의 표면 상에 패터닝된 Ni층을 형성했다.
그리고, 상기 Ni층이 형성된 n형 4H-SiC 반도체층과 p형 4H-SiC 반도체층을 각각 챔버 안에 넣고, 아르곤 분위기 중에서 1000℃에서 2분간 가열하여 열처리하였다. 이에 의해, n형 4H-SiC 반도체층과 p형 4H-SiC 반도체층의 각각의 표면 상에 Ni를 포함하는 비교예 1의 전극을 형성했다.
그리고, 상기와 같이 제작한 비교예 1의 전극을 육안으로 실시예 1과 동일한 기준으로 관찰한 결과, n형 4H-SiC 반도체층의 표면 상에 형성된 비교예 1의 전극의 표면 및 p형 4H-SiC 반도체층의 표면 상에 형성된 비교예 1의 전극의 표면은 실시예 1∼5의 전극에 비해 많이 거칠어져 있는 것이 확인되었다.
또, 비교예 1의 전극이 형성된 n형 4H-SiC 반도체층 및 p형 4H-SiC 반도체층은 모두 침식되어 있는 것이 확인되었다.
따라서, 실시예 1∼5의 전극은 SiC 반도체에 대해 오믹 전극을 취하며, 또한 종래의 전극에 비해 전극의 표면 거칠기의 발생이 저감할 수 있고, 또한 SiC 반도체의 침식을 저감할 수 있는 것이 확인되었다.
이번에 개시된 실시형태 및 실시예는 모든 점에서 예시이며 제한적인 것이 아니라고 생각되어야 한다. 본 발명의 범위는 상기 설명이 아니라 청구범위에 의해 나타나며, 청구범위와 균등한 의미 및 범위 내에서의 모든 변경이 포함되는 것이 의도된다.
본 발명에 의하면, n형 SiC 반도체 및 p형 SiC 반도체의 쌍방과 오믹 접촉을 취할 수 있고, 또한 전극의 표면 거칠기의 발생이 저감하여, SiC 반도체의 침식을 저감할 수 있는 SiC 반도체용 오믹 전극, SiC 반도체용 오믹 전극의 제조 방법, 그 SiC 반도체용 오믹 전극을 이용한 반도체 장치 및 그 반도체 장치의 제조 방법을 제공할 수 있다.
Claims (15)
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- Si와 Ni를 포함하고, Au 또는 Pt를 더 포함하는, SiC 반도체용 오믹 전극(2)에 있어서,SiC 반도체(1) 상에 형성된 Si와 Ni의 혼합층(6)과,상기 혼합층(6) 상에 형성된 Au층 또는 Pt층으로 이루어진 금속층(5)과,상기 금속층(5) 상에 형성된 Ni층(4)을 포함하는, SiC 반도체용 오믹 전극(2).
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- SiC 반도체(1) 상에 제1 Ni층(4a)을 형성하는 공정과,상기 제1 Ni층(4a) 상에 Au층 또는 Pt층으로 이루어진 금속층(5)을 형성하는 공정과,상기 금속층(5) 상에 제2 Ni층(4b)을 형성하는 공정과,상기 제1 Ni층(4a)과 상기 금속층(5)과 상기 제2 Ni층(4b)의 적층체를 열처리하는 공정을 포함하는 SiC 반도체용 오믹 전극(2)의 제조 방법.
- SiC 반도체(1) 상에 Si층(3)을 형성하는 공정과,상기 Si층(3) 상에 제1 Ni층(4a)을 형성하는 공정과,상기 제1 Ni층(4a) 상에 Au층 또는 Pt층으로 이루어진 금속층(5)을 형성하는 공정과,상기 금속층(5) 상에 제2 Ni층(4b)을 형성하는 공정과,상기 Si층(3)과 상기 제1 Ni층(4a)과 상기 금속층(5)과 상기 제2 Ni층(4b)의 적층체를 열처리하는 공정을 포함하는 SiC 반도체용 오믹 전극(2)의 제조 방법.
- 제10항에 있어서, 상기 Si층(3)을 구성하는 Si의 원자수와 상기 제1 Ni층(4a)을 구성하는 Ni의 원자수의 비(Si의 원자수/Ni의 원자수)는 0.9 이상 1.1 이하인 것을 특징으로 하는 SiC 반도체용 오믹 전극(2)의 제조 방법.
- SiC 반도체(1) 상에 Si와 Ni의 혼합층(6)을 형성하는 공정과,상기 혼합층(6) 상에 Au층 또는 Pt층으로 이루어진 금속층(5)을 형성하는 공정과,상기 금속층(5) 상에 Ni층(4)을 형성하는 공정과,상기 혼합층(6)과 상기 금속층(5)과 상기 Ni층(4)의 적층체를 열처리하는 공정을 포함하는 SiC 반도체용 오믹 전극(2)의 제조 방법.
- 제12항에 있어서, 상기 혼합층(6) 중에서의 Si의 원자수와 Ni의 원자수의 비(Si의 원자수/Ni의 원자수)는 0.9 이상 1.1 이하인 것을 특징으로 하는 SiC 반도체용 오믹 전극(2)의 제조 방법.
- p형 SiC 반도체 영역과 n형 SiC 반도체 영역을 갖는 반도체 장치로서, 상기 p형 SiC 반도체 영역 상에 제4항에 기재된 SiC 반도체용 오믹 전극(2)이 형성되고, 상기 n형 SiC 반도체 영역 상에, 제4항에 기재된 SiC 반도체용 오믹 전극(2)이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 반도체 장치.
- 제4항에 기재된 SiC 반도체용 오믹 전극(2)을 p형 SiC 반도체 영역 상에 형성하는 것과, 제4항에 기재된 SiC 반도체용 오믹 전극(2)을 n형 SiC 반도체 영역 상에 형성하는 것이 동시에 이루어지는 것을 특징으로 하는 반도체 장치의 제조 방법.
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