KR101724464B1 - 쇼트키 배리어 다이오드 및 그 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

쇼트키 배리어 다이오드 및 그 제조 방법이 개시된다. 본 발명의 실시 예에 따른 쇼트키 배리어 다이오드는 n+형 탄화 규소 기판; 상기 n+형 탄화 규소 기판의 일면에 형성되는 n-형 에피층; 상기 n-형 에피층 내부에 형성되는 복수의 p+ 영역; 상기 전극 영역의 n-형 에피층 상부에 형성되는 쇼트키 전극; 및 상기 n+형 탄화 규소 기판의 타면에 형성되는 오믹 전극을 포함하고, 상기 복수의 p+ 영역은 상기 n-형 에피층 내부에서 일정 각격 이격되도록 형성된다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따른 쇼트키 배리어 다이오드의 제조 방법은 n+형 탄화 규소 기판의 일면에 n-형 에피층을 형성하는 단계; 상기 n-형 에피층의 상면에 일정 간격 이격되도록 복수의 트렌치를 패터닝하는 단계; 상기 복수의 트렌치 내부에 제1 차단부를 형성하는 단계; 상기 n-형 에피층 상단에서 일정 간격 이격되도록 복수의 제2 차단부를 형성하는 단계; 상기 제1 차단부 및 제2 차단부를 마스크로하여 상기 n-형 에피층에 p+ 이온 주입으로 p+ 영역을 형성하는 단계; 상기 복수의 제1 차단부 및 제2 차단부를 제거하는 단계; 상기 p+ 영역을 감싸도록 상기 n-형 에피층을 성장시키는 단계; 상기 성장된 n-형 에피층 상부에 쇼트키 전극을 형성하는 단계; 및 상기 n+형 탄화 규소 기판의 타면에 오믹 전극을 형성하는 단계로 이루어진다.

Description

쇼트키 배리어 다이오드 및 그 제조 방법{SCHOTTKY BARRIER DIODE AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME}
본 발명은 쇼트키 배리어 다이오드 및 그 제조 방법에 관한 것으로서, 온저항을 저감할 수 있는 쇼트키 배리어 다이오드 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
일반적으로 반도체 발광소자는 전류가 가해지면 n형, p형 반도체의 접합 부분에서 전자와 정공의 재결합에 기하여, 다양한 색상의 빛을 발생시킬 수 있는 반도체 장치이다.
이러한 반도체 발광소자는 필라멘트에 기초한 발광소자에 비해, 긴 수명, 낮은 전원, 우수한 초기 구동 특성, 및 높은 진동 저항 등의 여러 장점을 갖기 때문에 그 수요가 지속적으로 증가하고 있다.
특히, 최근에는 청색 계열의 단파장 영역의 빛을 발광할 수 있는 질화물 반도체가 각광을 받고 있다.
또한, 최근 전 세계적으로 정보통신기술의 급격한 발달로 인하여, 초고속, 대용량의 신호 전송을 위한 통신 기술이 급속도로 발달되고 있다.
특히, 무선통신기술에서 개인 휴대폰, 위성통신, 군사용 레이더, 방송통신, 및 통신용 중계기 등의 수요가 점점 확대됨에 따라 마이크로파와 밀리미터파 대역의 초고속 정보통신 시스템에 필요한 고속, 고전력 전자소자에 대한 요구가 증가되고 있다.
또한, 고전력에 사용하는 파워소자로의 응용 또한 에너지적인 손실을 줄이기 위하여 많은 연구가 진행되고 있다.
현재 실리콘(Si)계 파워소자를 제외하고 가장 많이 사용되는 전력소자는 밴드갭이 큰 실리콘 카바이드(SiC) 소자가 쇼트키 배리어 다이오드(Schottky Barrier Diode: SBD) 구조로 양산화되는 추세이다.
상기 쇼트키 배리어 다이오드는 일반적인 PN 다이오드와 달리 PN 접합을 이용하지 않고, 금속과 반도체가 접합된 쇼트키 접합을 이용하는 것으로, 빠른 스위칭 특성을 나타내며, PN 다이오드 보다 낮은 턴 온 전압 특성을 갖는다.
일반적인 쇼트키 배리어 다이오드는 누설 전류의 저감 특성을 향상시키기 위하여 쇼트키 접합부의 하단에 p+ 영역이 형성된 접합 장벽 쇼트키(Junction Barrier Schottky: JBS)의 구조를 적용하여, 역전압 인가 시 확산된 PN 다이오드 공핍층의 중첩에 의해 누설 전류가 차단되고, 항복 전압이 향상되는 효과를 얻는다.
그러나, 종래 기술에 따른 쇼트키 배리어 다이오드는 쇼트키 접합부에 p+ 영역이 존재함으로써, 순 방향의 전류 경로인 쇼트키 전극과 n- 에피층 또는 n- 드리프트 층과의 접촉 면적이 좁아져 저항치가 증가하고, 쇼트키 배리어 다이오드의 온(on)저항이 증가하는 문제점이 있다.
이 배경기술 부분에 기재된 사항은 발명의 배경에 대한 이해를 증진하기 위하여 작성된 것으로서, 이 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래 기술이 아닌 사항을 포함할 수 있다.
본 발명의 실시 예는 n-형 에피층에 p+ 이온 주입으로 JBS(Junction Barrier Schottky) 영역을 형성한 후, 에피텍셜 성장을 이용하여 고농도의 n-형 에피를 성장시킴으로써, 쇼트키 전극과 n-형 에피 층과의 접촉 면적을 넓히는 쇼트키 배리어 다이오드 및 그 제조 방법을 제공하고자 한다.
본 발명의 하나 또는 다수의 실시 예에서는 n+형 탄화 규소 기판; 상기 n+형 탄화 규소 기판의 일면에 형성되는 n-형 에피층; 상기 n-형 에피층 내부에 형성되는 복수의 p+ 영역; 상기 전극 영역의 n-형 에피층 상부에 형성되는 쇼트키 전극; 및 상기 n+형 탄화 규소 기판의 타면에 형성되는 오믹 전극을 포함하고, 상기 복수의 p+ 영역은 상기 n-형 에피층 내부에서 일정 각격 이격되도록 형성되는 쇼트키 배리어 다이오드를 제공할 수 있다.
또한, 상기 복수의 p+ 영역 각각은 동일한 폭으로 형성될 수 있다.
본 발명의 하나 또는 다수의 실시 예에서는 n+형 탄화 규소 기판의 일면에 n-형 에피층을 형성하는 단계; 상기 n-형 에피층의 상면에 일정 간격 이격되도록 복수의 트렌치를 패터닝하는 단계; 상기 복수의 트렌치 내부에 제1 차단부를 형성하는 단계; 상기 n-형 에피층 상단에서 일정 간격 이격되도록 복수의 제2 차단부를 형성하는 단계; 상기 제1 차단부 및 제2 차단부를 마스크로하여 상기 n-형 에피층에 p+ 이온 주입으로 p+ 영역을 형성하는 단계; 상기 복수의 제1 차단부 및 제2 차단부를 제거하는 단계; 상기 p+ 영역을 감싸도록 상기 n-형 에피층을 성장시키는 단계; 상기 성장된 n-형 에피층 상부에 쇼트키 전극을 형성하는 단계; 및 상기 n+형 탄화 규소 기판의 타면에 오믹 전극을 형성하는 단계로 이루어지는 쇼트키 배리어 다이오드의 제조 방법을 제공할 수 있다.
또한, 상기 복수의 트렌치를 패터닝하는 단계는 상기 복수의 트렌치 각각의 깊이를 상기 n-형 에피층의 높이 보다 짧게 패터닝할 수 있다.
또한, 상기 제2 차단부를 형성하는 단계는 상기 제2 차단부가 적어도 두 개의 제1 차단부와 접촉될 수 있다.
또한, 상기 제2 차단부를 형성하는 단계는 상기 제2 차단부의 측면이 상기 제1 차단부의 측면과 연결될 수 있다.
또한, 상기 제1 차단부 및 제2 차단부는 동일한 재질로 이루어질 수 있다.
또한, 상기 제1 차단부 및 제2 차단부는 산화막으로 이루어질 수 있다.
또한, 상기 복수의 제1 차단부 및 제2 차단부를 제거하는 단계는 습식 식각 또는 건식 식각 방법으로 이루어질 수 있다.
또한, 상기 p+ 영역을 감싸도록 상기 n-형 에피층을 성장시키는 단계는 상기 복수의 트렌치 내부에 상기 n-형 에피층을 성장시키는 단계; 및 상기 n-형 에피층 및 상기 p+ 영역의 상단에 상기 n-형 에피층을 성장시키는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 하나 또는 다수의 실시 예에서는 n+형 탄화 규소 기판; 상기 n+형 탄화 규소 기판의 일면에 형성되는 n-형 에피층; 상기 n-형 에피층 내부에 형성되는 복수의 p+ 영역; 상기 n-형 에피층 상부에 형성되는 쇼트키 전극; 및 상기 n+형 탄화 규소 기판의 타면에 형성되는 오믹 전극을 포함하며, 상기 n-형 에피층 및 상기 복수의 p+ 영역은 전술하는 방법 중 어느 하나의 방법으로 제조된 쇼트키 배리어 다이오드를 제공할 수 있다.
본 발명의 실시 예는 n-형 에피층에 p+ 이온 주입으로 JBS(Junction Barrier Schottky) 영역을 형성한 후, 에피텍셜 성장을 이용하여 고농도의 n- 에피를 성장시킴으로써, 쇼트키 전극과 n-형 에피층과의 접촉 면적을 넓히는 효과가 있다.
또한, 본 발명의 실시 예는 역방향 전압 인가 시, JBS 효과를 그대로 유지하면서, 순방향 전압 인가시에는 쇼트키 접촉 면적의 증가와 고농도 영역의 존재로 인한 온 저항 저감의 효과도 얻을 수 있다.
이 외에 본 발명의 실시 예로 인해 얻을 수 있거나 예측되는 효과에 대해서는 본 발명의 실시 예에 대한 상세한 설명에서 직접적 또는 암시적으로 개시하도록 한다. 즉, 본 발명의 실시 예에 따라 예측되는 다양한 효과에 대해서는 후술될 상세한 설명 내에서 개시될 것이다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 쇼트키 배리어 다이오드의 단면도이다.
도 2 내지 도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 쇼트키 배리어 다이오드의 제조 방법을 순차적으로 나타낸 도면이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시 예를 설명한다. 다만, 하기에 도시되는 도면과 후술되는 상세한 설명은 본 발명의 특징을 효과적으로 설명하기 위한 여러 가지 실시 예들 중에서 바람직한 하나의 실시 예에 관한 것이다. 따라서, 본 발명이 하기의 도면과 설명에만 한정되어서는 아니 될 것이다.
또한, 하기에서 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지의 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 그리고 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서, 이는 사용자, 운영자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 발명에서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
또한, 이하 실시 예는 본 발명의 핵심적인 기술적 특징을 효율적으로 설명하기 위해 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 명백하게 이해할 수 있도록 용어를 적절하게 변형, 또는 통합, 또는 분리하여 사용할 것이나, 이에 의해 본 발명이 한정되는 것은 결코 아니다.
본 발명의 실시 예에 따른 쇼트키 배리어 다이오드를 도 1을 참조하여 설명하고자 한다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 쇼트키 배리어 다이오드의 단면도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 쇼트키 배리어 다이오드(100)는 n+형 탄화 규소 기판(30), n-형 에피층(50), 복수의 p+ 영역(70), 쇼트키 전극(90) 및 오믹 전극(95)으로 구성된다.
이러한 쇼트키 배리어 다이오드(100)는 n+형 탄화규소 기판(30)의 일면에 n-형 에피층(50)이 배치되고, 상기 n-형 에피층(50) 상부에는 쇼트키 전극(90)이 배치된다.
또한, 상기 n+형 탄화 규소 기판(30)의 타면에는 오믹 전극(95)이 배치된다.
이때, 상기 n-형 에피층(50) 내부에는 복수의 p+ 영역(70)이 형성된다.
이러한 복수의 p+ 영역(70)은 상기 n-형 에피층(50) 내부에서 일정 간격 이격되게 형성되며, 각각 동일한 폭으로 형성될 수 있다.
이때, 본 발명의 실시 예에 따른 쇼트키 배리어 다이오드(100)는 p+ 영역(70)을 동일한 폭으로 형성되는 것을 예로 들어 설명하였지만, 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 필요에 따라 상기 p+ 영역(70)의 폭은 가변될 수 있다.
또한, 상기 p+ 영역(70)의 종단면은 원형, 타원형, 다각형 중 어느 하나의 형태로 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 p+ 영역(70)의 종단면은 도 1에 도시된 바와 같이, 사각형으로 형성될 수 있다.
이에 따라, 본 발명의 실시 예에 따른 쇼트키 배리어 다이오드(100)는 상기 p+ 영역(70)에 의한 JBS(Junction Barrier Schottky) 효과는 유지되면서, 고농도 n+ 영역(30)의 존재와 쇼트키 접합 면적의 증가에 의한 소자 동작 시의 온저항을 크게 감소시킬 수 있다.
결과적으로, 본 발명의 실시 예에 따른 쇼트키 배리어 다이오드(100)는 전류 밀도를 향상시킬 수 있으며, 이로 인해, 소자의 면적을 줄일 수 있고, 단위 웨이퍼 당 소자 수율의 향상을 통해 소자의 원가를 절감할 수 있다.
상기와 같은 구성으로 이루어지는 본 발명의 실시 예에 따른 쇼트키 배리어 다이오드(100)의 제조 방법을 도 2 내지 도 6을 참조하여 설명하기로 한다.
도 2내지 도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 쇼트키 배리어 다이오드의 제조 방법을 순차적으로 나타낸 도면이다.
도 2를 참조하면, n+형 탄화 규소 기판(30)의 일면에 n-형 에피층(50)을 형성하는 단계를 진행한다.
다시 말하면, 쇼트키 배리어 다이오드(100)를 형성하기 위해 n+형 탄화 규소 기판(30)을 마련한다.
이어서, 상기 n+형 탄화 규소 기판(30)의 일면에 에피택셜(Epitaxial) 성장으로 n-형 에피층(50)을 형성한다.
다음으로 상기 n-형 에피층(50)의 상면 일부에 복수의 트렌치(90)를 패터닝하는 단계를 진행한다.
이때, 상기 트렌치(90)는 상기 n-형 에피층(50)의 상면에서 일정 간격 이격되도록 형성되며, 상기 트렌치(90)의 깊이는 상기 n-형 에피층(50)의 높이보다 더 짧게 형성될 수 있다.
즉, 상기 트렌치(90)는 상기 n-형 에피층(50)의 상면 일부에서 소정의 간격만큼 이격되어 패터닝으로 형성된다.
도 3을 참조하면, 상기 트렌치(90)에 제1 차단부(91)를 형성하는 단계를 진행한다.
이때, 상기 제1 차단부(91)는 이후에 설명할 p+ 영역(70)의 형성 시, 상기 p+ 영역(70)의 형태를 결정하는 역할을 한다.
또한, 상기 제1 차단부(91)는 상기 p+ 영역(70) 형성을 위하여 p+ 이온 주입 시, p+ 이온이 확산되는 것을 방지하기 위한 것으로, 상기 p+ 영역(70)의 크기와 모양에 따라 다르게 형성될 수 있다.
이어서, 상기 제1 차단부(91)와 n-형 에피층(50)의 상부면에 제2 차단부(93)를 형성하는 단계를 진행한다.
이때, 상기 제2 차단부(93)는 상기 n-형 에피층(50) 상부면에서 일정 간격 이격되도록 형성되되, 적어도 2개의 제1 차단부(91) 사이에 형성될 수 있다.
즉, 상기 제2 차단부(93)는 상기 n-형 에피층(50) 상부면에서 상기 제1 차단부(91) 사이에 형성될 수 있으며, 상기 p+ 이온을 주입하여 p+ 영역(70)을 형성할 수 있도록 일정 간격 이격되게 형성된다.
상기와 같이 구성되는 제2 차단부(93)는 하부에서 적어도 두 개의 제1 차단부(91)와 접촉되어 서로 연결된 마스크를 형성한다.
상기 제1 차단부(91) 및 제2 차단부(93)는 동일한 재질로 이루어질 수 있으며, 상기 동일한 재질은 옥사이드 하드 마스크(oxide hard mask)인 산화막일 수 있다.
도 4를 참조하면, 상기 제1 차단부(91) 및 제2 차단부(93)로 이루어진 마스크를 차폐막으로 하여 상기 n- 에피층(50)에 p+ 이온을 주입하여 p+ 영역(70)을 형성하는 단계를 진행한다.
상기 p+ 영역(70)은 상기 제1 차단부(91)의 깊이 이하의 영역에서 형성될 수 있고, 상기 제1 차단부(91)보다 더 깊게 형성될 수도 있다.
이때, 상기 p+ 영역(70)은 상기 제1 차단부(91) 및 제2 차단부(93)로 이루어진 마스크를 차폐막으로 하여 원하는 위치에만 p+ 이온을 주입할 수 있기 때문에, 원하는 크기와 위치에 p+ 영역(70)을 형성할 수 있다.
도 5를 참조하면, 상기 제1 차단부(91) 및 제2 차단부(93)를 제거하는 단계를 진행한다.
이때, 상기 n-형 에피층(50)에 형성된 제1 차단부(91)의 제거로 인해, 상기 p+ 영역(70)과 n-형 에피층(50) 사이에 소정의 공간이 형성된다.
도 6을 참조하면, 상기 n-형 에피층(50)에 결정재성장 공정을 진행하여 상기 p+ 영역(70)을 감싸도록 상기 n-형 에피층(50)을 성장시키는 단계를 진행한다.
즉, 도 6은 상기 트랜치(90) 내에서 상기 p+ 영역(70)과 n-형 에피층(50) 사이에 형성된 소정의 공간이 채워지도록 상기 n-형 에피층(50)을 재성장시키는 단계를 진행한다. 동시에, 상기 n-형 에피층(50)이 p+ 영역(70)의 상부에도 형성될 수 있도록 n-형 에피층(50)을 성장시킨다. 이에 따라, 상기 p+ 영역(70)은 상기 n-형 에피층(50) 내부에서 일정 간격 이격되는 위치에 형성될 수 있다. 이어서, 상기 n-형 에피층(50)의 상부에 쇼트키 전극(90)를 형성하고, n+형 탄화 규소 기판(30)의 타면에 오믹 전극(95)을 형성한다.
따라서 상기와 같은 방법으로 제조되는 본 발명의 실시 예에 따른 쇼트키 배리어 다이오드(100)는 역방향 전압 인가 시 JBS 효과를 그대로 유지하면서, 순방향 전압 인가시에는 쇼트키 접촉 면적의 증가와 고농도 영역의 존재로 인한 온저항을 저감할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따른 쇼트키 배리어 다이오드(100)는 제1 차단부 (91)및 제2 차단부(93)로 인해 p+ 이온주입 공정 시, 상기 p+ 이온이 확산되지 않고, 원하는 선폭대로 진행이 가능하도록 하여 전류특성을 더욱 상승시키는 효과가 있다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
100 ... 쇼트키 배리어 다이오드
30 ... n+형 탄화 규소 기판
50 ... n-형 에피층
70 ... p+ 영역
90 ... 트랜치
91 ... 제1 차단부
93 ... 제2 차단부
110 ... 쇼트키 전극
115 ... 오믹 전극

Claims (11)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. n+형 탄화 규소 기판의 일면에 n-형 에피층을 형성하는 단계;
    상기 n-형 에피층의 상면에 일정 간격 이격되도록 복수의 트렌치를 패터닝하는 단계;
    상기 복수의 트렌치 내부에 제1 차단부를 형성하는 단계;
    상기 n-형 에피층 상단에서 일정 간격 이격되도록 복수의 제2 차단부를 형성하는 단계;
    상기 제1 차단부 및 제2 차단부를 마스크로하여 상기 n-형 에피층에 p+ 이온 주입으로 p+ 영역을 형성하는 단계;
    상기 복수의 제1 차단부 및 제2 차단부를 제거하는 단계;
    상기 p+ 영역을 감싸도록 상기 n-형 에피층을 성장시키는 단계;
    상기 성장된 n-형 에피층 상부에 쇼트키 전극을 형성하는 단계; 및
    상기 n+형 탄화 규소 기판의 타면에 오믹 전극을 형성하는 단계;
    로 이루어지는 쇼트키 배리어 다이오드의 제조 방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 복수의 트렌치를 패터닝하는 단계는
    상기 복수의 트렌치 각각의 깊이를 상기 n-형 에피층의 높이 보다 짧게 패터닝하는 쇼트키 배리어 다이오드의 제조 방법.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 제2 차단부를 형성하는 단계는
    상기 제2 차단부가 적어도 두 개의 제1 차단부와 접촉되는 쇼트키 배리어 다이오드의 제조 방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제2 차단부를 형성하는 단계는
    상기 제2 차단부의 측면이 상기 제1 차단부의 측면과 연결되는 쇼트키 배리어 다이오드의 제조 방법.
  7. 제3항에 있어서,
    상기 제1 차단부 및 제2 차단부는
    동일한 재질로 이루어지는 쇼트키 배리어 다이오드의 제조 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제1 차단부 및 제2 차단부는
    산화막으로 이루어지는 쇼트키 배리어 다이오드의 제조 방법.
  9. 제3항에 있어서,
    상기 복수의 제1 차단부 및 제2 차단부를 제거하는 단계는
    습식 식각 또는 건식 식각 방법으로 이루어지는 쇼트키 배리어 다이오드의 제조 방법.
  10. 제3항에 있어서,
    상기 p+ 영역을 감싸도록 상기 n-형 에피층을 성장시키는 단계는
    상기 복수의 트렌치 내부에 상기 n-형 에피층을 성장시키는 단계; 및
    상기 n-형 에피층 및 상기 p+ 영역의 상단에 상기 n-형 에피층을 성장시키는 단계;
    를 포함하는 쇼트키 배리어 다이오드의 제조 방법.
  11. 삭제
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