KR102557908B1 - Electronic device substrate structure in which diffusion barrier is grown on beta gallium oxide thin film crystral substrate and method of manufacturing thereof - Google Patents

Electronic device substrate structure in which diffusion barrier is grown on beta gallium oxide thin film crystral substrate and method of manufacturing thereof Download PDF

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Abstract

베타 산화갈륨 기판에 불순물로 존재하는 Si의 집중 현상과 확산을 방지하기 위해 p-형 도펀트가 도핑된 베타 산화갈륨 에피층을 확산 방지막으로 사용하는 것에 의해, 안정적으로 전자농도 조절이 가능한 n-형 도펀트가 도핑된 베타 산화갈륨 에피층을 성장시킬 수 있는 베타 산화갈륨 단결정 기판 기반에 확산 방지막을 성장시킨 전자소자 기판 구조물 및 그 제조 방법에 대하여 개시한다.
본 발명에 따른 베타 산화갈륨 단결정 기판 기반에 확산 방지막을 성장시킨 전자소자 기판 구조물은 베타 산화갈륨 기판; 상기 베타 산화갈륨 기판의 상면 상에 적층된 적어도 하나의 확산 방지막; 및 상기 확산 방지막 상에 적층된 적어도 하나의 베타 산화갈륨 에피층;을 포함하는 것을 특징으로 한다.In order to prevent concentration and diffusion of Si present as an impurity in the beta gallium oxide substrate, a beta gallium oxide epitaxial layer doped with a p-type dopant is used as a diffusion barrier, enabling stable electron concentration control. Disclosed is an electronic device substrate structure in which a diffusion barrier is grown on a beta gallium oxide single crystal substrate capable of growing a beta gallium oxide epitaxial layer doped with a dopant and a manufacturing method thereof.
An electronic device substrate structure in which a diffusion barrier is grown on a beta gallium oxide single crystal substrate according to the present invention includes a beta gallium oxide substrate; at least one diffusion barrier layer stacked on an upper surface of the beta gallium oxide substrate; and at least one beta gallium oxide epitaxial layer stacked on the diffusion barrier layer.

Description

베타 산화갈륨 단결정 기판 기반에 확산 방지막을 성장시킨 전자소자 기판 구조물 및 그 제조 방법{ELECTRONIC DEVICE SUBSTRATE STRUCTURE IN WHICH DIFFUSION BARRIER IS GROWN ON BETA GALLIUM OXIDE THIN FILM CRYSTRAL SUBSTRATE AND METHOD OF MANUFACTURING THEREOF}Electronic device substrate structure in which a diffusion barrier is grown on a beta gallium oxide single crystal substrate and its manufacturing method

본 발명은 베타 산화갈륨 단결정 기판 기반에 확산 방지막을 성장시킨 전자소자 기판 구조물 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 베타 산화갈륨 기판에 불순물로 존재하는 Si의 집중 현상과 확산을 방지하기 위해 p-형 도펀트가 도핑된 베타 산화갈륨 에피층을 확산 방지막으로 사용하는 것에 의해, 안정적으로 전자농도 조절이 가능한 n-형 도펀트가 도핑된 베타 산화갈륨 에피층을 성장시킬 수 있는 베타 산화갈륨 단결정 기판 기반에 확산 방지막을 성장시킨 전자소자 기판 구조물 및 그 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to an electronic device substrate structure in which a diffusion barrier is grown on a beta gallium oxide single crystal substrate and a method for manufacturing the same, and more particularly, to prevent concentration and diffusion of Si present as impurities in a beta gallium oxide substrate. Beta gallium oxide single crystal substrate capable of growing an n-type dopant-doped beta-gallium oxide epitaxial layer capable of stably controlling electron concentration by using the p-type dopant-doped beta-gallium oxide epitaxial layer as a diffusion barrier It relates to an electronic device substrate structure in which a diffusion barrier is grown on a substrate and a manufacturing method thereof.

종래의 Si 기반 전력반도체 소자는 본질적인 물성한계로 인하여 기술발전 대비 성능개선의 한계에 도달하여 WBG(Wide bandgap)와 UWB(Ultra-wide bandgap) 특성을 갖는 전력반도체 소재의 산업적 필요성이 점점 확대되고 있다.Conventional Si-based power semiconductor devices have reached the limits of performance improvement compared to technology development due to inherent physical property limitations, and the industrial need for power semiconductor materials having WBG (Wide bandgap) and UWB (Ultra-wide bandgap) characteristics is gradually expanding. .

UWB 산화갈륨(Ga2O3)은 GaN 또는 SiC 대비 제조비용이 대략 1/3 ~ 1/5 수준으로 저렴하여 가격 경쟁력을 갖춘 차세대 전력반도체용 웨이퍼이다.UWB gallium oxide (Ga 2 O 3 ) is a wafer for next-generation power semiconductors with price competitiveness as its manufacturing cost is about 1/3 to 1/5 cheaper than that of GaN or SiC.

특히, UWB 산화갈륨은 밴드갭(Bandgap)에 의한 내 항복전압 특성에 의해 같은 항복전압을 가지기 위해서 박막의 두께를 대략 1/3 정도로 얇게 성장할 수 있을 뿐만 아니라, 고온 성장이 아니므로 이에 따른 비용이 절감될 수 있다.In particular, UWB gallium oxide can be grown as thin as about 1/3 the thickness of a thin film in order to have the same breakdown voltage due to breakdown voltage characteristics due to a bandgap, and since it is not grown at a high temperature, the cost accordingly savings can be made

산화갈륨 에피 기술은 베타 산화갈륨(β-Ga2O3)기판 위에 동종의 베타 산화갈륨 단결정층을 성장하거나, 사파이어 등 이종기판 위에 알파 산화갈륨(α-Ga2O3) 단결정층을 성장하는 기술로, 고품위의 단결정층을 얻기 위한 기술과 n 타입(n-type) 특성을 얻기 위한 도핑 기술을 포함한다.Gallium oxide epitaxial technology grows a homogeneous beta gallium oxide single crystal layer on a beta gallium oxide (β-Ga 2 O 3 ) substrate or an alpha gallium oxide (α-Ga 2 O 3 ) single crystal layer on a heterogeneous substrate such as sapphire. As a technique, it includes a technique for obtaining a high-quality single crystal layer and a doping technique for obtaining n-type characteristics.

산화갈륨(Ga2O3)은 가장 안정한 형태인 베타 산화갈륨(β-Ga2O3)를 기본으로 하고, 그 외에 4 종류(α, γ, δ, ε)의 상으로 존재한다.Gallium oxide (Ga 2 O 3 ) is based on beta gallium oxide (β-Ga 2 O 3 ), which is the most stable form, and exists in four other phases (α, γ, δ, ε).

베타 산화갈륨은 고온영역에서 가장 안정한 구조로 벌크 상태의 잉곳 성장이 용이하고, 알파 산화갈륨(α-Ga2O3)은 500℃ 이하의 저온 영역에서 상대적으로 안정한 구조이며, 나머지 상은 모두 준안정(meta-stable) 구조로 불안정한 상태로 존재한다.Beta gallium oxide is the most stable structure in high temperature region and easy to grow ingot in bulk state, alpha gallium oxide (α-Ga 2 O 3 ) is relatively stable structure in low temperature region below 500℃, and all other phases are metastable (meta-stable) structure and exists in an unstable state.

이러한 베타 산화갈륨은 제조 공정상 일정 수준의 Si이 불순물로 함유되어 있다.Such beta gallium oxide contains a certain level of Si as an impurity in the manufacturing process.

전자소자용으로 베타 산화갈륨 단결정 기판 상에 베타 산화갈륨 에피층을 바로 성장하였을 시, 베타 산화갈륨 기판 내부에 존재하던 Si 불순물이 표면으로 전파되어 베타 산화갈륨 기판과 베타 산화갈륨 에피층의 계면에 Si 불순물이 밀집되는 현상이 발생한다.Beta gallium oxide on a beta gallium oxide single crystal substrate for electronic devices When the epitaxial layer is directly grown, beta gallium oxide Si impurities present inside the substrate propagate to the surface, and a phenomenon in which Si impurities are concentrated at the interface between the beta gallium oxide substrate and the beta gallium oxide epitaxial layer occurs.

이로 인해, 베타 산화갈륨 기판 상에 전도성이 있는 베타 산화갈륨 에피층을 직접적으로 성장시에 집중된 Si 원소로 인하여 홀 측정(Hall measurement)시 전자농도가 1018 cm-3 이상의 높은 n-형 특성만을 나타내게 된다. 따라서, 성장되는 베타 산화갈륨 에피층의 전하밀도를 조절하기 어려운 문제점이 발생한다.Due to this, due to the concentrated Si element when directly growing the conductive beta gallium oxide epitaxial layer on the beta gallium oxide substrate, only a high n-type characteristic with an electron concentration of 10 18 cm -3 or more is obtained during Hall measurement. will show Therefore, it is difficult to control the charge density of the beta gallium oxide epitaxial layer.

관련 선행 문헌으로는 대한민국 공개특허공보 제10-2022-0060215호(2022.05.11. 공개)가 있으며, 상기 문헌에는 베타 산화갈륨 막 제조 방법이 기재되어 있다.As a related prior document, there is Korean Patent Publication No. 10-2022-0060215 (published on May 11, 2022), which describes a method for producing a beta gallium oxide film.

본 발명의 목적은 베타 산화갈륨 기판에 불순물로 존재하는 Si의 집중 현상과 확산을 방지하기 위해 p-형 도펀트가 도핑된 베타 산화갈륨 에피층을 확산 방지막으로 사용하는 것에 의해, 안정적으로 전자농도 조절이 가능한 n-형 도펀트가 도핑된 베타 산화갈륨 에피층을 성장시킬 수 있는 베타 산화갈륨 단결정 기판 기반에 확산 방지막을 성장시킨 전자소자 기판 구조물 및 그 제조 방법에 관한 것이다.An object of the present invention is to stably control the electron concentration by using a beta gallium oxide epitaxial layer doped with a p-type dopant as a diffusion barrier to prevent concentration and diffusion of Si present as impurities in a beta gallium oxide substrate An electronic device substrate structure in which a diffusion barrier is grown on a beta gallium oxide single crystal substrate capable of growing a beta gallium oxide epitaxial layer doped with an n-type dopant and a manufacturing method thereof.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 베타 산화갈륨 단결정 기판 기반에 확산 방지막을 성장시킨 전자소자 기판 구조물은 베타 산화갈륨 기판; 상기 베타 산화갈륨 기판의 상면 상에 적층 형성된 적어도 하나의 확산 방지막; 및 상기 확산 방지막 상에 적층 형성된 적어도 하나의 베타 산화갈륨 에피층;을 포함하는 것을 특징으로 한다.An electronic device substrate structure in which a diffusion barrier is grown on a beta gallium oxide single crystal substrate according to an embodiment of the present invention for achieving the above object includes a beta gallium oxide substrate; at least one diffusion barrier layer formed on an upper surface of the beta gallium oxide substrate; and at least one beta gallium oxide epitaxial layer formed on the diffusion barrier layer.

상기 베타 산화갈륨 에피층은 n형 도펀트가 도핑된 베타 산화갈륨 에핑층인 것이 바람직하다.The beta gallium oxide epitaxial layer is preferably a beta gallium oxide epitaxial layer doped with an n-type dopant.

상기 n형 도펀트는 Si, Sn 및 Ge 중 선택된 하나 이상인 것이 바람직하다.The n-type dopant is preferably at least one selected from Si, Sn, and Ge.

상기 확산 방지막은 p형 도펀트가 도핑된 베타 산화갈륨 에피층인 것이 바람직하다.The diffusion barrier layer is preferably a beta gallium oxide epitaxial layer doped with a p-type dopant.

상기 p형 도펀트는 Mg, N 및 Fe를 포함하는 V족 원소 중 적어도 하나 이상을 포함한다.The p-type dopant includes at least one or more of group V elements including Mg, N, and Fe.

상기 확산 방지막 및 베타 산화갈륨 에피층은 복수개가 서로 교번적으로 수직 적층된다.A plurality of the diffusion barrier layer and the beta gallium oxide epitaxial layer are vertically stacked alternately with each other.

상기 확산 방지막은 제1 두께로 형성되고, 상기 베타 산화갈륨 에피층은 상기 제1 두께보다 얇은 제2 두께로 형성된다.The diffusion barrier layer is formed to a first thickness, and the beta gallium oxide epitaxial layer is formed to a second thickness smaller than the first thickness.

상기 확산 방지막은 100nm 이상의 두께로 형성된다.The diffusion barrier layer is formed to a thickness of 100 nm or more.

상기 수직 적층된 복수의 베타 산화갈륨 에피층은 1016 cm-3 ~ 1019 cm-3 의 범위에서 전자농도가 조절된다.The electron concentration of the plurality of vertically stacked beta gallium oxide epitaxial layers is controlled in the range of 10 16 cm −3 to 10 19 cm −3 .

상기 수직 적층된 복수의 베타 산화갈륨 에피층은 최하부 베타 산화갈륨 에피층에서 최상부 베타 산화갈륨 에피층으로 갈수록 전자농도가 증가하도록 배치된다.The plurality of vertically stacked beta gallium oxide epitaxial layers are arranged so that the electron concentration increases from the lowermost beta gallium oxide epitaxial layer to the uppermost beta gallium oxide epitaxial layer.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 베타 산화갈륨 단결정 기판 기반에 확산 방지막을 성장시킨 전자소자 기판 구조물 제조 방법은 (a) 베타 산화갈륨 기판을 준비하는 단계; (b) 상기 베타 산화갈륨 기판의 상면 상에 적어도 하나의 확산 방지막을 형성하는 단계; 및 (c) 상기 확산 방지막 상에 적어도 하나의 베타 산화갈륨 에피층을 형성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.To achieve the above object, a method for manufacturing an electronic device substrate structure in which a diffusion barrier is grown on a beta gallium oxide single crystal substrate according to an embodiment of the present invention includes the steps of (a) preparing a beta gallium oxide substrate; (b) forming at least one diffusion barrier on the upper surface of the beta gallium oxide substrate; and (c) forming at least one beta gallium oxide epitaxial layer on the diffusion barrier.

상기 확산 방지막은 p형 도펀트가 도핑된 산화갈륨 에피층인 것이 바람직하다.The diffusion barrier layer is preferably a gallium oxide epitaxial layer doped with a p-type dopant.

상기 확산 방지막 및 베타 산화갈륨 에피층은 복수개가 서로 교번적으로 수직 적층된다.A plurality of the diffusion barrier layer and the beta gallium oxide epitaxial layer are vertically stacked alternately with each other.

상기 수직 적층된 복수의 베타 산화갈륨 에피층은 1016 cm-3 ~ 1019 cm-3 의 범위에서 전자농도가 조절된다.The electron concentration of the plurality of vertically stacked beta gallium oxide epitaxial layers is controlled in the range of 10 16 cm −3 to 10 19 cm −3 .

본 발명에 따른 베타 산화갈륨 단결정 기판 기반에 확산 방지막을 성장시킨 전자소자 기판 구조물 및 그 제조 방법은 베타 산화갈륨 기판의 계면에 Si 원소의 집중현상이 나타나더라도 베타 산화갈륨 기판과 베타 산화갈륨 에피층 사이에 확산 방지막이 삽입 배치되어 있으므로, 확산 방지막에 의해 Si가 도핑된 n형 베타 산화갈륨 에피층으로 Si 불순물이 확산되는 것을 차단할 수 있게 된다.An electronic device substrate structure in which a diffusion barrier is grown on a beta gallium oxide single crystal substrate according to the present invention and a manufacturing method therefor, even if Si elements are concentrated at the interface of the beta gallium oxide substrate, the beta gallium oxide substrate and the beta gallium oxide epitaxial layer Since the diffusion barrier is interposed therebetween, diffusion of Si impurities into the n-type beta gallium oxide epitaxial layer doped with Si can be prevented by the diffusion barrier.

아울러, 본 발명에 따른 베타 산화갈륨 단결정 기판 기반에 확산 방지막을 성장시킨 전자소자 기판 구조물 및 그 제조 방법은 확산 방지막에 도핑되어 있는 p형 도펀트에 의해 절연 특성이 유지될 수 있게 되고, 이 결과 확산 방지막 상에 Si가 도핑된 n형 베타 산화갈륨 에피층을 안정적으로 성장시킬 수 있게 된다.In addition, the electronic device substrate structure and manufacturing method in which the diffusion barrier is grown on the beta gallium oxide single crystal substrate according to the present invention can maintain insulating properties by the p-type dopant doped in the diffusion barrier, resulting in diffusion. It is possible to stably grow an n-type beta gallium oxide epitaxial layer doped with Si on the protective film.

따라서, 본 발명에 따른 베타 산화갈륨 단결정 기판 기반에 확산 방지막을 성장시킨 전자소자 기판 구조물 및 그 제조 방법은 전자농도를 제어할 수 있는 Si가 도핑된 n형 베타 산화갈륨 에피층을 성장시킬 수 있을 뿐만 아니라, p-형 도펀트가 도핑된 확산 방지막을 활용하는 것에 의해, 베타 산화갈륨 에피층의 전자농도를 1016 cm-3 ~ 1019 cm-3 의 범위에서 자유롭게 조절하는 것이 가능해질 수 있으므로, 전자소자의 신뢰성을 향상시킬 수 있게 된다.Therefore, the electronic device substrate structure in which the diffusion barrier is grown on the beta gallium oxide single crystal substrate and the manufacturing method according to the present invention can grow a Si-doped n-type beta gallium oxide epitaxial layer capable of controlling the electron concentration. In addition, by utilizing a diffusion barrier doped with a p-type dopant, it is possible to freely adjust the electron concentration of the beta gallium oxide epitaxial layer in the range of 10 16 cm -3 to 10 19 cm -3 , Reliability of the electronic device can be improved.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 베타 산화갈륨 단결정 기판 기반에 확산 방지막을 성장시킨 전자소자 기판 구조물을 나타낸 단면도.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 베타 산화갈륨 단결정 기판 기반에 확산 방지막을 성장시킨 전자소자 기판 구조물 제조 방법을 나타낸 공정 순서도.
도 3 내지 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 베타 산화갈륨 단결정 기판 기반에 확산 방지막을 성장시킨 전자소자 기판 구조물 제조 방법을 나타낸 공정 단면도.
도 7은 비교예 1에 따른 전자소자 기판 구조물에 대한 수심곡선-전하농도 측정 결과를 나타낸 그래프.
도 8은 실시예 1에 따른 전자소자 기판 구조물에 대한 스퍼터 수심곡선-전하농도 측정 결과를 나타낸 그래프.1 is a cross-sectional view showing an electronic device substrate structure in which a diffusion barrier is grown on a beta gallium oxide single crystal substrate according to an embodiment of the present invention.
2 is a process flow chart illustrating a method of manufacturing an electronic device substrate structure in which a diffusion barrier is grown on a beta gallium oxide single crystal substrate according to an embodiment of the present invention.
3 to 6 are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing an electronic device substrate structure in which a diffusion barrier is grown on a beta gallium oxide single crystal substrate according to an embodiment of the present invention.
7 is a water depth curve for an electronic device substrate structure according to Comparative Example 1-a graph showing charge concentration measurement results.
8 is a sputter water depth curve for an electronic device substrate structure according to Example 1-a graph showing charge concentration measurement results.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예를 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성요소를 지칭한다.Advantages and features of the present invention, and methods of achieving them, will become clear with reference to the detailed description of the following embodiments taken in conjunction with the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments disclosed below, but will be implemented in various different forms, and only these embodiments make the disclosure of the present invention complete, and common knowledge in the art to which the present invention belongs. It is provided to fully inform the holder of the scope of the invention, and the present invention is only defined by the scope of the claims. Like reference numbers designate like elements throughout the specification.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 베타 산화갈륨 단결정 기판 기반에 확산 방지막을 성장시킨 전자소자 기판 구조물 및 그 제조 방법에 관하여 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, an electronic device substrate structure in which a diffusion barrier is grown on a beta gallium oxide single crystal substrate according to a preferred embodiment of the present invention and a manufacturing method thereof will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 베타 산화갈륨 단결정 기판 기반에 확산 방지막을 성장시킨 전자소자 기판 구조물을 나타낸 단면도이다.1 is a cross-sectional view showing an electronic device substrate structure in which a diffusion barrier is grown on a beta gallium oxide single crystal substrate according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 베타 산화갈륨 단결정 기판 기반에 확산 방지막을 성장시킨 전자소자 기판 구조물(100)은 베타 산화갈륨 기판(120), 확산 방지막(140) 및 베타 산화갈륨 에피층(160)을 포함한다.Referring to FIG. 1, an electronic device substrate structure 100 in which a diffusion barrier is grown on a beta gallium oxide single crystal substrate according to an embodiment of the present invention includes a beta gallium oxide substrate 120, a diffusion barrier 140, and a beta gallium oxide An epitaxial layer 160 is included.

베타 산화갈륨 기판(120)은 고온영역에서 가장 안정한 구조로 벌크 상태의 잉곳 성장이 용이하다. 이러한 베타 산화갈륨 기판(120)은 상면(120a) 및 상면(120a)에 반대되는 하면(120b)을 갖는 플레이트 구조로 이루어질 수 있다. 이때, 베타 산화갈륨 기판(120)은 베타 산화갈륨 단결정으로 이루어질 수 있다. The beta gallium oxide substrate 120 has the most stable structure in a high temperature region, and it is easy to grow an ingot in a bulk state. The beta gallium oxide substrate 120 may have a plate structure having an upper surface 120a and a lower surface 120b opposite to the upper surface 120a. In this case, the beta gallium oxide substrate 120 may be formed of a single crystal of beta gallium oxide.

확산 방지막(140)은 베타 산화갈륨 기판(120)의 상면(120a) 상에 적어도 하나가 적층 형성된다. 여기서, 확산 방지막(140)은 적어도 하나가 베타 산화갈륨 기판(120)의 상면(120a) 상에 수직 적층 형성된다.At least one diffusion barrier layer 140 is stacked on the top surface 120a of the beta gallium oxide substrate 120 . Here, at least one diffusion barrier layer 140 is vertically stacked on the upper surface 120a of the beta gallium oxide substrate 120 .

베타 산화갈륨 에피층(160)은 확산 방지막(140) 상에 적어도 하나가 적층 형성된다. 이에 따라, 베타 산화갈륨 에피층(160)은 확산 방지막(140)에 의해 베타 산화갈륨 기판(120)의 직접적인 접촉이 이루어지지 않게 된다. 여기서, 베타 산화갈륨 에피층(160)은 확산 방지막(140) 상에 적어도 하나가 수직적으로 적층 형성된다.At least one of the beta gallium oxide epitaxial layer 160 is stacked on the diffusion barrier 140 . Accordingly, the beta gallium oxide epitaxial layer 160 does not directly contact the beta gallium oxide substrate 120 by the diffusion barrier 140 . Here, at least one of the beta gallium oxide epitaxial layer 160 is vertically stacked on the diffusion barrier 140 .

보다 바람직하게, 확산 방지막(140) 및 베타 산화갈륨 에피층(160)은 복수개가 서로 교번적으로 수직 적층된다. 도 1에서는 확산 방지막(140) 5개층과 베타 산화갈륨 에피층(160) 4개층이 서로 교번적으로 수직 적층된 것으로 나타내었으나, 이는 예시적인 것일 뿐 이에 제한되는 것은 아니다. 즉, 확산 방지막(140)과 베타 산화갈륨 에피층(160)의 적층 수는 다양하게 적용될 수 있다는 것은 자명한 사실일 것이며, 확산 방지막(140)의 적층 수와 베타 산화갈륨 에피층(160)의 적층 수는 서로 동일하거나, 또는 서로 상이한 수를 가질 수 있다.More preferably, a plurality of the diffusion barrier layer 140 and the beta gallium oxide epitaxial layer 160 are vertically stacked alternately with each other. In FIG. 1, it is shown that five layers of the diffusion barrier 140 and four layers of the beta gallium oxide epitaxial layer 160 are vertically stacked alternately with each other, but this is illustrative only and is not limited thereto. That is, it will be obvious that the number of layers of the diffusion barrier layer 140 and the beta gallium oxide epitaxial layer 160 can be variously applied. The number of layers may be the same as or different from each other.

이러한 베타 산화갈륨 에피층(160)은 n형 도펀트가 도핑된 베타 산화갈륨 에피층인 것이 바람직하다. 이때, 베타 산화갈륨 에피층(160)은 n형 도펀트가 도핑된 전력반도체용 에피 구조를 포함하는 것으로 이해될 수 있을 것이다.The beta gallium oxide epitaxial layer 160 is preferably a beta gallium oxide epitaxial layer doped with an n-type dopant. At this time, it will be understood that the beta gallium oxide epitaxial layer 160 includes an n-type dopant-doped epitaxial structure for a power semiconductor.

보다 구체적으로, n형 도펀트는 Si, Sn 및 Ge 중 선택된 하나 이상일 수 있다. 따라서, 베타 산화갈륨 에피층들(160)은 Si, Sn 및 Ge 중 선택된 하나 이상이 도핑된 베타 산화갈륨 에피층일 수 있다.More specifically, the n-type dopant may be at least one selected from Si, Sn, and Ge. Accordingly, the beta gallium oxide epitaxial layers 160 may be beta gallium oxide epitaxial layers doped with at least one selected from among Si, Sn, and Ge.

전술한 본 발명의 실시예에 따른 베타 산화갈륨 단결정 기판 기반에 확산 방지막을 성장시킨 전자소자 기판 구조물(100)은 베타 산화갈륨 기판(120)의 상면(120a) 상에 확산 방지막(140)과 베타 산화갈륨 에피층(160)이 교번적으로 수직 적층된다. 이 결과, 베타 산화갈륨 에피층(160)은 확산 방지막(140)에 의해 베타 산화갈륨 기판(120)과 직접 접촉하는 것 없이 일정한 간격으로 이격된 위치에 배치된다.The electronic device substrate structure 100 in which the diffusion barrier is grown on the beta gallium oxide single crystal substrate according to the embodiment of the present invention described above includes the diffusion barrier 140 and the beta diffusion barrier layer 140 on the upper surface 120a of the beta gallium oxide substrate 120. Gallium oxide epitaxial layers 160 are vertically stacked alternately. As a result, the beta gallium oxide epitaxial layer 160 is spaced apart at regular intervals without direct contact with the beta gallium oxide substrate 120 by the diffusion barrier 140 .

여기서, 베타 산화갈륨 기판(120)은 제조 공정상 일정 수준의 Si이 불순물로 함유되어 있다. 따라서, 베타 산화갈륨 기판(120)의 상면(120a) 상에 전도성이 있는 베타 산화갈륨 에피층(160)을 직접 형성시킬 시, Si 불순물의 확산과 밀집으로 전하 밀도를 제어하는 것이 불가능해질 수 있다.Here, the beta gallium oxide substrate 120 contains a certain level of Si as an impurity in the manufacturing process. Therefore, when the conductive beta gallium oxide epitaxial layer 160 is directly formed on the upper surface 120a of the beta gallium oxide substrate 120, it may be impossible to control the charge density due to diffusion and concentration of Si impurities. .

이를 해결하기 위해, 본 발명에서는 원하는 도핑농도의 베타 산화갈륨 에피층(160)의 성장을 위해 베타 산화갈륨 기판(120)과 베타 산화갈륨 에피층(160) 사이에 베타 산화갈륨 기판(120)으로부터 확산되는 Si 원소를 막을 수 있는 확산 방지막(140)을 성장시켜 베타 산화갈륨 기판(120)과 베타 산화갈륨 에피층(160)의 계면에 집중되는 Si 불순물 확산을 방지하였다.In order to solve this problem, in the present invention, between the beta gallium oxide substrate 120 and the beta gallium oxide epitaxial layer 160 for the growth of the beta gallium oxide epitaxial layer 160 of a desired doping concentration from the beta gallium oxide substrate 120 A diffusion barrier layer 140 capable of blocking diffusion of Si elements was grown to prevent diffusion of Si impurities concentrated at the interface between the beta gallium oxide substrate 120 and the beta gallium oxide epitaxial layer 160 .

이와 같이, 본 발명에서는 Si 불순물의 확산을 막기 위해 베타 산화갈륨 기판(120) 상에 p형 도펀트가 도핑된 베타 산화갈륨 에피층을 성장시켜 확산 방지막(140)을 형성한 이후에 n형 도펀트가 도핑된 베타 산화갈륨 에피층(160)을 형성한 것이다.As such, in the present invention, in order to prevent the diffusion of Si impurities, after forming the diffusion barrier 140 by growing a beta gallium oxide epitaxial layer doped with a p-type dopant on the beta gallium oxide substrate 120, the n-type dopant A doped beta gallium oxide epitaxial layer 160 is formed.

여기서, p형 도펀트는 Mg, N 및 Fe를 포함하는 V족 원소 중 적어도 하나 이상을 포함한다. 예를 들어, p형 도펀트로 N 원소를 도핑하기 위해서 N2, NH3, N2O 등에서 선택된 1종 이상을 사용할 수 있다.Here, the p-type dopant includes at least one or more of group V elements including Mg, N, and Fe. For example, in order to dope the N element as a p-type dopant, one or more selected from N 2 , NH 3 , N 2 O, and the like may be used.

이러한 확산 방지막(140)은 제1 두께로 형성되고, 베타 산화갈륨 에피층(160)은 제1 두께보다 얇은 제2 두께로 형성된다. 보다 구체적으로, 확산 방지막(140)은 100nm 이상의 두께로 형성되는 것이 바람직하다. 여기서, 100nm 이상의 두께로 형성되는 확산 방지막(140) 상에 형성되는 베타 산화갈륨 에피층(160)의 두께는 소자 설계에 따라 상이하게 변경될 수 있다.The diffusion barrier layer 140 is formed to a first thickness, and the beta gallium oxide epitaxial layer 160 is formed to a second thickness smaller than the first thickness. More specifically, the anti-diffusion layer 140 is preferably formed to a thickness of 100 nm or more. Here, the thickness of the beta gallium oxide epitaxial layer 160 formed on the diffusion barrier layer 140 formed to a thickness of 100 nm or more may be changed differently depending on device design.

이때, 베타 산화갈륨의 특성상 p형 도펀트의 도핑은 딥 어셉터 레벨(deep acceptor level)을 형성함으로써 절연체 특성을 나타낼 수 있기 때문에 베타 산화갈륨 기판(120)의 계면에 집중되는 Si에 의해 형성되는 높은 n-형의 전기적 특성을 차단할 수 있게 된다.At this time, due to the nature of beta gallium oxide, doping of the p-type dopant can exhibit insulator characteristics by forming a deep acceptor level, so the high level formed by Si concentrated on the interface of the beta gallium oxide substrate 120 It becomes possible to block the electrical characteristics of the n-type.

또한, 베타 산화갈륨 기판(120)에 함유되어 있는 Si 불순물이 성장되는 베타 산화갈륨 에피층(160)으로 확산되려 할 때, 베타 산화갈륨 기판(120)과 베타 산화갈륨 에피층(160) 사이에 배치된 확산 방지막(140)에 도핑된 p-형 도펀트로 인한 보상으로 인해 절연 특성을 유지시키는 것이 가능해질 수 있게 된다.In addition, when the Si impurity contained in the beta gallium oxide substrate 120 is about to diffuse into the beta gallium oxide epitaxial layer 160 being grown, the gap between the beta gallium oxide substrate 120 and the beta gallium oxide epitaxial layer 160 Due to the compensation due to the p-type dopant doped in the disposed diffusion barrier layer 140, it becomes possible to maintain the insulating property.

이에 따라, 수직 적층된 복수의 베타 산화갈륨 에피층(160)은 1016 cm-3 ~ 1019 cm-3 의 범위에서 전자농도가 조절될 수 있다. 이때, 수직 적층된 복수의 베타 산화갈륨 에피층(160)은 최하부 베타 산화갈륨 에피층(160)에서 최상부 베타 산화갈륨 에피층(160)으로 갈수록 전자농도가 증가하도록 배치될 수 있다.Accordingly, the electron concentration of the vertically stacked plurality of beta gallium oxide epitaxial layers 160 may be controlled in the range of 10 16 cm −3 to 10 19 cm −3 . In this case, the plurality of vertically stacked beta gallium oxide epitaxial layers 160 may be arranged so that electron concentration increases from the lowermost beta gallium oxide epitaxial layer 160 to the upper beta gallium oxide epitaxial layer 160 .

따라서, 본 발명의 실시예에 따른 베타 산화갈륨 단결정 기판 기반에 확산 방지막을 성장시킨 전자소자 기판 구조물(100)은 베타 산화갈륨 기판(120)의 계면에 Si 원소의 집중현상이 나타나더라도 베타 산화갈륨 기판(120)과 베타 산화갈륨 에피층(160) 사이에 확산 방지막(140)이 삽입 배치되어 있으므로, 확산 방지막(140)에 의해 Si가 도핑된 n형 베타 산화갈륨 에피층(160)으로 Si 불순물이 확산되는 것을 차단할 수 있게 된다.Therefore, in the electronic device substrate structure 100 in which the diffusion barrier is grown on the beta gallium oxide single crystal substrate according to the embodiment of the present invention, even if the concentration of Si elements appears at the interface of the beta gallium oxide substrate 120, the beta gallium oxide Since the diffusion barrier 140 is interposed between the substrate 120 and the beta gallium oxide epitaxial layer 160, Si impurities are transferred to the Si-doped n-type beta gallium oxide epitaxial layer 160 by the diffusion barrier 140. This spread can be prevented.

아울러, 본 발명의 실시예에 따른 베타 산화갈륨 단결정 기판 기반에 확산 방지막을 성장시킨 전자소자 기판 구조물(100)은 확산 방지막(140)에 도핑되어 있는 p형 도펀트에 의해 절연 특성이 유지될 수 있게 되고, 이 결과 확산 방지막(140) 상에 Si가 도핑된 n형 베타 산화갈륨 에피층(160)을 안정적으로 성장시킬 수 있게 된다.In addition, the electronic device substrate structure 100 in which the diffusion barrier is grown on the beta gallium oxide single crystal substrate according to the embodiment of the present invention is such that the insulation properties can be maintained by the p-type dopant doped in the diffusion barrier 140. As a result, the Si-doped n-type beta gallium oxide epitaxial layer 160 can be stably grown on the diffusion barrier layer 140 .

따라서, 본 발명의 실시예에 따른 베타 산화갈륨 단결정 기판 기반에 확산 방지막을 성장시킨 전자소자 기판 구조물(100)은 전자농도를 제어할 수 있는 Si가 도핑된 n형 베타 산화갈륨 에피층(160)을 성장시킬 수 있을 뿐만 아니라, p-형 도펀트가 도핑된 확산 방지막(140)을 활용하는 것에 의해, 베타 산화갈륨 에피층(160)의 전자농도를 1016 cm-3 ~ 1019 cm-3 의 범위에서 자유롭게 조절하는 것이 가능해질 수 있으므로, 전자소자의 신뢰성을 향상시킬 수 있게 된다.Therefore, the electronic device substrate structure 100 in which the diffusion barrier is grown on the beta gallium oxide single crystal substrate according to the embodiment of the present invention includes an n-type beta gallium oxide epitaxial layer 160 doped with Si capable of controlling the electron concentration In addition, by utilizing the diffusion barrier layer 140 doped with the p-type dopant, the electron concentration of the beta gallium oxide epitaxial layer 160 is 10 16 cm -3 to 10 19 cm -3 Since it can be freely adjusted within the range, it is possible to improve the reliability of the electronic device.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여, 본 발명의 실시예에 따른 베타 산화갈륨 단결정 기판 기반에 확산 방지막을 성장시킨 전자소자 기판 구조물 제조 방법에 대하여 설명하도록 한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings, a method for manufacturing an electronic device substrate structure in which a diffusion barrier is grown on a beta gallium oxide single crystal substrate according to an embodiment of the present invention will be described.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 베타 산화갈륨 단결정 기판 기반에 확산 방지막을 성장시킨 전자소자 기판 구조물 제조 방법을 나타낸 공정 순서도이고, 도 3 내지 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 베타 산화갈륨 단결정 기판 기반에 확산 방지막을 성장시킨 전자소자 기판 구조물 제조 방법을 나타낸 공정 단면도이다.2 is a process flow chart showing a method for manufacturing an electronic device substrate structure in which a diffusion barrier is grown on a beta gallium oxide single crystal substrate according to an embodiment of the present invention, and FIGS. 3 to 6 are beta gallium oxide according to an embodiment of the present invention. It is a process cross-sectional view showing a method of manufacturing an electronic device substrate structure in which a diffusion barrier is grown on a single crystal substrate.

도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 베타 산화갈륨 단결정 기판 기반에 확산 방지막을 성장시킨 전자소자 기판 구조물 제조 방법은 베타 산화갈륨 기판 준비 단계(S110), 확산 방지막 형성 단계(S120) 및 베타 산화갈륨 에피층 형성 단계(S130)를 포함한다.As shown in FIG. 2, the method for manufacturing an electronic device substrate structure in which a diffusion barrier is grown on a beta gallium oxide single crystal substrate according to an embodiment of the present invention includes a beta gallium oxide substrate preparation step (S110) and a diffusion barrier formation step (S120). ) and beta gallium oxide epitaxial layer formation step (S130).

베타 산화갈륨 기판 준비Beta gallium oxide substrate preparation

도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 베타 산화갈륨 기판 준비 단계(S110)에서는 베타 산화갈륨 기판(120)을 준비한다.As shown in FIGS. 2 and 3 , in the step of preparing the beta gallium oxide substrate ( S110 ), the beta gallium oxide substrate 120 is prepared.

이러한 베타 산화갈륨 기판(120)은 고온영역에서 가장 안정한 구조로 벌크 상태의 잉곳 성장이 용이하다. 이러한 베타 산화갈륨 기판(120)은 상면(120a) 및 상면(120a)에 반대되는 하면(120b)을 갖는 플레이트 구조로 이루어질 수 있다. 이때, 베타 산화갈륨 기판(120)은 베타 산화갈륨 단결정으로 이루어질 수 있다.The beta gallium oxide substrate 120 has the most stable structure in a high-temperature region, and it is easy to grow an ingot in a bulk state. The beta gallium oxide substrate 120 may have a plate structure having an upper surface 120a and a lower surface 120b opposite to the upper surface 120a. In this case, the beta gallium oxide substrate 120 may be formed of a single crystal of beta gallium oxide.

확산 방지막 형성Diffusion barrier formation

도 2 및 도 4에 도시된 바와 같이, 확산 방지막 형성 단계(S120)에서는 베타 산화갈륨 기판(120)의 상면(120a) 상에 적어도 하나의 확산 방지막(140)을 형성한다.As shown in FIGS. 2 and 4 , in the diffusion barrier forming step ( S120 ), at least one diffusion barrier layer 140 is formed on the upper surface 120a of the beta gallium oxide substrate 120 .

여기서, 확산 방지막(140)은 적어도 하나가 베타 산화갈륨 기판(120)의 상면(120a) 상에 수직 적층 형성된다.Here, at least one diffusion barrier layer 140 is vertically stacked on the upper surface 120a of the beta gallium oxide substrate 120 .

베타 산화갈륨 에피층 형성Formation of beta gallium oxide epitaxial layer

도 2, 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 베타 산화갈륨 에피층 형성 단계(S130)에서는 확산 방지막(140) 상에 적어도 하나의 베타 산화갈륨 에피층(160)을 형성한다.As shown in FIGS. 2 , 4 and 5 , in the step of forming the beta gallium oxide epitaxial layer ( S130 ), at least one beta gallium oxide epitaxial layer 160 is formed on the diffusion barrier 140 .

여기서, 베타 산화갈륨 에피층(160)은 확산 방지막(140) 상에 적어도 하나가 수직적으로 적층 형성된다.Here, at least one of the beta gallium oxide epitaxial layer 160 is vertically stacked on the diffusion barrier 140 .

보다 바람직하게, 확산 방지막(140) 및 베타 산화갈륨 에피층(160)은 복수개가 서로 교번적으로 수직 적층된다.More preferably, a plurality of the diffusion barrier layer 140 and the beta gallium oxide epitaxial layer 160 are vertically stacked alternately with each other.

이러한 베타 산화갈륨 에피층(160)은 n형 도펀트가 도핑된 베타 산화갈륨 에피층인 것이 바람직하다. 이때, 베타 산화갈륨 에피층(160)은 n형 도펀트가 도핑된 전력반도체용 에피 구조를 포함하는 것으로 이해될 수 있을 것이다.The beta gallium oxide epitaxial layer 160 is preferably a beta gallium oxide epitaxial layer doped with an n-type dopant. At this time, it will be understood that the beta gallium oxide epitaxial layer 160 includes an n-type dopant-doped epitaxial structure for a power semiconductor.

보다 구체적으로, n형 도펀트는 Si, Sn 및 Ge 중 선택된 하나 이상일 수 있다. 따라서, 베타 산화갈륨 에피층(160)은 Si, Sn 및 Ge 중 선택된 하나 이상이 도핑된 베타 산화갈륨 에피층일 수 있다.More specifically, the n-type dopant may be at least one selected from Si, Sn, and Ge. Accordingly, the beta gallium oxide epitaxial layer 160 may be a beta gallium oxide epitaxial layer doped with at least one selected from among Si, Sn, and Ge.

본 단계에서, 확산 방지막(140)과 베타 산화갈륨 에피층(160)이 베타 산화갈륨 기판(120)의 상면(120a) 상에 차례로 적층된다. 이에 따라, 확산 방지막(160)은 베타 산화갈륨 기판(120)과 접촉되고, 베타 산화갈륨 에피층(160)은 확산 방지막(140) 상에서 베타 산화갈륨 기판(120) 상면(120a)과 일정한 간격으로 이격된 위치에 배치된다.In this step, the diffusion barrier layer 140 and the beta gallium oxide epitaxial layer 160 are sequentially stacked on the upper surface 120a of the beta gallium oxide substrate 120 . Accordingly, the diffusion barrier layer 160 is in contact with the beta gallium oxide substrate 120, and the beta gallium oxide epitaxial layer 160 is formed on the diffusion barrier layer 140 with the upper surface 120a of the beta gallium oxide substrate 120 at regular intervals. placed in a remote location.

여기서, 베타 산화갈륨 기판(120)은 제조 공정상 일정 수준의 Si이 불순물로 함유되어 있다. 따라서, 베타 산화갈륨 기판(120)의 상면(120a) 상에 전도성이 있는 베타 산화갈륨 에피층(140)을 직접 형성할 시, Si 불순물의 확산과 밀집으로 전하 밀도 제어가 불가능하다.Here, the beta gallium oxide substrate 120 contains a certain level of Si as an impurity in the manufacturing process. Therefore, when the conductive beta gallium oxide epitaxial layer 140 is directly formed on the upper surface 120a of the beta gallium oxide substrate 120, it is impossible to control the charge density due to diffusion and concentration of Si impurities.

반면, 본 발명에서는 원하는 도핑농도의 베타 산화갈륨 에피층(160)의 성장을 위해 베타 산화갈륨 기판(120)과 베타 산화갈륨 에피층(160) 사이에 베타 산화갈륨 기판(120)으로부터 확산되는 Si 원소를 막을 수 있는 확산 방지막(140)을 성장시켜 베타 산화갈륨 기판(120)과 베타 산화갈륨 에피층(160)의 계면에 집중되는 Si 불순물 확산을 방지하였다.On the other hand, in the present invention, Si diffused from the beta gallium oxide substrate 120 between the beta gallium oxide substrate 120 and the beta gallium oxide epitaxial layer 160 for the growth of the beta gallium oxide epitaxial layer 160 having a desired doping concentration. A diffusion barrier layer 140 capable of blocking elements was grown to prevent diffusion of Si impurities concentrated at the interface between the beta gallium oxide substrate 120 and the beta gallium oxide epitaxial layer 160 .

이와 같이, 본 발명에서는 Si 불순물의 확산을 막기 위해 베타 산화갈륨 기판(120)과 베타 산화갈륨 에피층(160) 사이에 p형 도펀트가 도핑된 베타 산화갈륨 에피층을 성장시켜 확산 방지막(140)을 형성한 것이다.As such, in the present invention, in order to prevent the diffusion of Si impurities, a beta gallium oxide epitaxial layer doped with a p-type dopant is grown between the beta gallium oxide substrate 120 and the beta gallium oxide epitaxial layer 160 to prevent the diffusion barrier 140 that formed

여기서, p형 도펀트는 Mg, N 및 Fe를 포함하는 V족 원소 중 적어도 하나 이상을 포함한다. 예를 들어, p형 도펀트로 N 원소를 도핑하기 위해서 N2, NH3, N2O 등에서 선택된 1종 이상을 사용할 수 있다.Here, the p-type dopant includes at least one or more of group V elements including Mg, N, and Fe. For example, in order to dope the N element as a p-type dopant, one or more selected from N 2 , NH 3 , N 2 O, and the like may be used.

이러한 확산 방지막(140)은 제1 두께로 형성되고, 베타 산화갈륨 에피층(160)은 제1 두께보다 얇은 제2 두께로 형성된다. 보다 구체적으로, 확산 방지막(140)은 100nm 이상의 두께로 형성되는 것이 바람직하다. 여기서, 100nm 이상의 두께로 형성되는 확산 방지막(140) 상에 형성되는 베타 산화갈륨 에피층(160)의 두께는 소자 설계에 따라 상이하게 변경될 수 있다.The diffusion barrier layer 140 is formed to a first thickness, and the beta gallium oxide epitaxial layer 160 is formed to a second thickness smaller than the first thickness. More specifically, the anti-diffusion layer 140 is preferably formed to a thickness of 100 nm or more. Here, the thickness of the beta gallium oxide epitaxial layer 160 formed on the diffusion barrier layer 140 formed to a thickness of 100 nm or more may be changed differently depending on device design.

이때, 베타 산화갈륨의 특성상 p형 도펀트의 도핑은 딥 어셉터 레벨(deep acceptor level)을 형성함으로써 절연체 특성을 나타낼 수 있기 때문에 베타 산화갈륨 기판(120)의 계면에 집중되는 Si에 의해 형성되는 높은 n-형의 전기적 특성을 차단할 수 있게 된다.At this time, due to the nature of beta gallium oxide, doping of the p-type dopant can exhibit insulator characteristics by forming a deep acceptor level, so the high level formed by Si concentrated on the interface of the beta gallium oxide substrate 120 It becomes possible to block the electrical characteristics of the n-type.

또한, 베타 산화갈륨 기판(120)에 함유되어 있는 Si 불순물이 성장되는 베타 산화갈륨 에피층(160)으로 확산되려 할 때, 베타 산화갈륨 기판(120)과 베타 산화갈륨 에피층(160) 사이에 배치된 확산 방지막(140)에 도핑된 p-형 도펀트로 인한 보상으로 인해 절연 특성을 유지시키는 것이 가능해질 수 있게 된다.In addition, when the Si impurity contained in the beta gallium oxide substrate 120 is about to diffuse into the beta gallium oxide epitaxial layer 160 being grown, the gap between the beta gallium oxide substrate 120 and the beta gallium oxide epitaxial layer 160 Due to the compensation due to the p-type dopant doped in the disposed diffusion barrier layer 140, it becomes possible to maintain the insulating property.

이에 따라, 수직 적층된 복수의 베타 산화갈륨 에피층(160)은 1016 cm-3 ~ 1019 cm-3 의 범위에서 전자농도가 조절될 수 있다. 이때, 수직 적층된 복수의 베타 산화갈륨 에피층(160)은 최하부 베타 산화갈륨 에피층(160)에서 최상부 베타 산화갈륨 에피층(160)으로 갈수록 전자농도가 증가하도록 배치될 수 있다.Accordingly, the electron concentration of the vertically stacked plurality of beta gallium oxide epitaxial layers 160 may be controlled in the range of 10 16 cm −3 to 10 19 cm −3 . In this case, the plurality of vertically stacked beta gallium oxide epitaxial layers 160 may be arranged so that electron concentration increases from the lowermost beta gallium oxide epitaxial layer 160 to the upper beta gallium oxide epitaxial layer 160 .

따라서, 본 발명의 실시예에 따른 베타 산화갈륨 단결정 기판 기반에 확산 방지막을 성장시킨 전자소자 기판 구조물 제조 방법은 베타 산화갈륨 기판(120)의 계면에 Si 원소의 집중현상이 나타나더라도 베타 산화갈륨 기판(120)과 베타 산화갈륨 에피층(160) 사이에 확산 방지막(140)이 삽입 배치되어 있으므로, 확산 방지막(140)에 의해 Si가 도핑된 n형 베타 산화갈륨 에피층(160)으로 Si 불순물이 확산되는 것을 차단할 수 있게 된다.Therefore, in the method for manufacturing an electronic device substrate structure in which a diffusion barrier is grown on a beta gallium oxide single crystal substrate according to an embodiment of the present invention, even if the concentration of Si elements appears at the interface of the beta gallium oxide substrate 120, the beta gallium oxide substrate Since the diffusion barrier 140 is interposed between the (120) and the beta gallium oxide epitaxial layer 160, the diffusion barrier 140 prevents Si impurities from entering the n-type beta gallium oxide epitaxial layer 160 doped with Si. spread can be prevented.

아울러, 본 발명의 실시예에 따른 베타 산화갈륨 단결정 기판 기반에 확산 방지막을 성장시킨 전자소자 기판 구조물 제조 방법은 확산 방지막(140)에 도핑되어 있는 p형 도펀트에 의해 절연 특성이 유지될 수 있게 되고, 이 결과 확산 방지막(140) 상에 Si가 도핑된 n형 베타 산화갈륨 에피층(160)을 안정적으로 성장시킬 수 있게 된다.In addition, in the method of manufacturing an electronic device substrate structure in which a diffusion barrier is grown on a beta gallium oxide single crystal substrate according to an embodiment of the present invention, the insulation properties can be maintained by the p-type dopant doped in the diffusion barrier 140, As a result, the Si-doped n-type beta gallium oxide epitaxial layer 160 can be stably grown on the diffusion barrier layer 140.

따라서, 본 발명의 실시예에 따른 베타 산화갈륨 단결정 기판 기반에 확산 방지막을 성장시킨 전자소자 기판 구조물 제조 방법은 전자농도를 제어할 수 있는 Si가 도핑된 n형 베타 산화갈륨 에피층(160)을 성장시킬 수 있을 뿐만 아니라, p-형 도펀트가 도핑된 확산 방지막(140)을 활용하는 것에 의해, 베타 산화갈륨 에피층(160)의 전자농도를 1016 cm-3 ~ 1019 cm-3 의 범위에서 자유롭게 조절하는 것이 가능해질 수 있으므로, 전자소자의 신뢰성을 향상시킬 수 있게 된다.Therefore, the method for manufacturing an electronic device substrate structure in which a diffusion barrier is grown on a beta gallium oxide single crystal substrate according to an embodiment of the present invention includes an n-type beta gallium oxide epitaxial layer 160 doped with Si capable of controlling electron concentration. In addition, by utilizing the diffusion barrier layer 140 doped with the p-type dopant, the electron concentration of the beta gallium oxide epitaxial layer 160 is in the range of 10 16 cm -3 to 10 19 cm -3 Since it can be freely adjusted in , it is possible to improve the reliability of the electronic device.

한편, 도 6에 도시된 바와 같이, 확산 방지막(140)은 최상부 베타 산화갈륨 에피층(160)을 덮도록 형성될 수 있다. 이에 따라, 확산 방지막(140) 5개층과 베타 산화갈륨 에피층(160) 4개층이 서로 교번적으로 수직 적층될 수 있다. 다만, 확산 방지막(140)과 베타 산화갈륨 에피층(160)의 적층 수는 다양하게 적용될 수 있다는 것은 자명한 사실일 것이며, 확산 방지막(140)의 적층 수와 베타 산화갈륨 에피층(160)의 적층 수는 서로 동일하거나, 또는 서로 상이한 수를 가질 수 있다.Meanwhile, as shown in FIG. 6 , the diffusion barrier 140 may be formed to cover the uppermost beta gallium oxide epitaxial layer 160 . Accordingly, five layers of the diffusion barrier 140 and four layers of the beta gallium oxide epitaxial layer 160 may be vertically stacked alternately. However, it will be obvious that the number of layers of the diffusion barrier layer 140 and the beta gallium oxide epitaxial layer 160 can be variously applied. The number of layers may be the same as or different from each other.

이상으로, 본 발명의 실시예에 따른 베타 산화갈륨 단결정 기판 기반에 확산 방지막을 성장시킨 전자소자 기판 구조물 제조 방법이 종료될 수 있다.Thus, the manufacturing method of the electronic device substrate structure in which the diffusion barrier is grown on the beta gallium oxide single crystal substrate according to the embodiment of the present invention can be completed.

지금까지 살펴본 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 베타 산화갈륨 단결정 기판 기반에 확산 방지막을 성장시킨 전자소자 기판 구조물 및 그 제조 방법은 베타 산화갈륨 기판의 계면에 Si 원소의 집중현상이 나타나더라도 베타 산화갈륨 기판과 베타 산화갈륨 에피층 사이에 확산 방지막이 삽입 배치되어 있으므로, 확산 방지막에 의해 Si가 도핑된 n형 베타 산화갈륨 에피층으로 Si 불순물이 확산되는 것을 차단할 수 있게 된다.As described so far, the electronic device substrate structure in which the diffusion barrier is grown on the beta gallium oxide single crystal substrate according to the embodiment of the present invention and the method for manufacturing the same are beta gallium oxide even though concentration of Si elements appears at the interface of the beta gallium oxide substrate. Since the diffusion barrier is interposed between the gallium oxide substrate and the beta gallium oxide epitaxial layer, diffusion of Si impurities into the Si-doped n-type beta gallium oxide epitaxial layer can be blocked by the diffusion barrier.

아울러, 본 발명의 실시예에 따른 베타 산화갈륨 단결정 기판 기반에 확산 방지막을 성장시킨 전자소자 기판 구조물 및 그 제조 방법은 확산 방지막에 도핑되어 있는 p형 도펀트에 의해 절연 특성이 유지될 수 있게 되고, 이 결과 확산 방지막 상에 Si가 도핑된 n형 베타 산화갈륨 에피층을 안정적으로 성장시킬 수 있게 된다.In addition, an electronic device substrate structure in which a diffusion barrier is grown on a beta gallium oxide single crystal substrate and a manufacturing method thereof according to an embodiment of the present invention can maintain insulating properties by the p-type dopant doped in the diffusion barrier, As a result, it is possible to stably grow an n-type beta gallium oxide epitaxial layer doped with Si on the diffusion barrier.

따라서, 본 발명의 실시예에 따른 베타 산화갈륨 단결정 기판 기반에 확산 방지막을 성장시킨 전자소자 기판 구조물 및 그 제조 방법은 전자농도를 제어할 수 있는 Si가 도핑된 n형 베타 산화갈륨 에피층을 성장시킬 수 있을 뿐만 아니라, p-형 도펀트가 도핑된 확산 방지막을 활용하는 것에 의해, 베타 산화갈륨 에피층의 전자농도를 1016 cm-3 ~ 1019 cm-3 의 범위에서 자유롭게 조절하는 것이 가능해질 수 있으므로, 전자소자의 신뢰성을 향상시킬 수 있게 된다.Therefore, an electronic device substrate structure and a manufacturing method in which a diffusion barrier is grown on a beta gallium oxide single crystal substrate according to an embodiment of the present invention grow an n-type beta gallium oxide epitaxial layer doped with Si capable of controlling electron concentration In addition, by utilizing a diffusion barrier doped with a p-type dopant, it becomes possible to freely adjust the electron concentration of the beta gallium oxide epitaxial layer in the range of 10 16 cm -3 to 10 19 cm -3 Therefore, reliability of the electronic device can be improved.

실시예Example

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 통해 본 발명의 구성 및 작용을 더욱 상세히 설명하기로 한다. 다만, 이는 본 발명의 바람직한 예시로 제시된 것이며 어떠한 의미로도 이에 의해 본 발명이 제한되는 것으로 해석될 수는 없다.Hereinafter, the configuration and operation of the present invention will be described in more detail through preferred embodiments of the present invention. However, this is presented as a preferred example of the present invention and cannot be construed as limiting the present invention by this in any sense.

여기에 기재되지 않은 내용은 이 기술 분야에서 숙련된 자이면 충분히 기술적으로 유추할 수 있는 것이므로 그 설명을 생략하기로 한다.Contents not described herein can be technically inferred by those skilled in the art, so descriptions thereof will be omitted.

1. 전자소자 기판 구조물 제조1. Manufacture of electronic device substrate structure

실시예 1Example 1

베타 산화갈륨 단결정 기판 상에 N이 도핑된 p형 베타 산화갈륨 에피층(확산 방지막) 5개층과 Si가 도핑된 n형 베타 산화갈륨 에피층을 교번적으로 4개층을 차례로 교번적으로 적층 형성하였다. 여기서, p형 베타 산화갈륨 에피층들 각각은 350nm의 두께로 형성하였고, n형 베타 산화갈륨 에피층들 각각은 150nm의 두께로 형성하였다.5 layers of N-doped p-type beta-gallium oxide epitaxial layer (diffusion prevention film) and 4 layers of Si-doped n-type beta-gallium oxide epitaxial layer were alternately stacked on a single crystal substrate of beta gallium oxide. . Here, each of the p-type beta gallium oxide epitaxial layers was formed to a thickness of 350 nm, and each of the n-type beta gallium oxide epitaxial layers was formed to a thickness of 150 nm.

비교예 1Comparative Example 1

베타 산화갈륨 단결정 기판 상에 Si가 도핑된 n형 베타 산화갈륨 에피층을 차례로 4개층을 적층 형성하여 전자소자 기판 구조물을 제조하였다. 여기서, Si가 도핑된 n형 베타 산화갈륨 에피층들 각각은 150nm의 두께로 형성하였다.An electronic device substrate structure was manufactured by sequentially stacking four n-type beta gallium oxide epitaxial layers doped with Si on a beta gallium oxide single crystal substrate. Here, each of the n-type beta gallium oxide epitaxial layers doped with Si was formed to a thickness of 150 nm.

2. 물성 평가2. Property evaluation

도 7은 비교예 1에 따른 전자소자 기판 구조물에 대한 수심곡선-전하농도 측정 결과를 나타낸 그래프이고, 도 8은 실시예 1에 따른 전자소자 기판 구조물에 대한 스퍼터 수심곡선-전하농도 측정 결과를 나타낸 그래프이다.7 is a graph showing the depth curve-charge concentration measurement results for the electronic device substrate structure according to Comparative Example 1, and FIG. 8 shows the sputter depth curve-charge concentration measurement results for the electronic device substrate structure according to Example 1. it's a graph

도 7에 도시된 바와 같이, 비교예 1에 따른 전자소자 기판 구조물은 베타 산화갈륨 단결정 기판 상에 전도성이 있는 Si가 도핑된 n형 베타 산화갈륨 에피층들을 직접적으로 성장시키는 것에 의해, 베타 산화갈륨 단결정 기판과 Si-도핑된 베타 산화갈륨 에피층들 간의 계면에 Si 원소가 집중적으로 검출되는 것을 확인하였다.As shown in FIG. 7, the electronic device substrate structure according to Comparative Example 1 is formed by directly growing conductive Si-doped n-type beta-gallium oxide epitaxial layers on a beta-gallium oxide single crystal substrate. It was confirmed that the Si element was intensively detected at the interface between the single crystal substrate and the Si-doped beta gallium oxide epitaxial layers.

이로 인해, 비교예 1에 따른 전자소자 기판 구조물은 계면에 집중된 Si 원소로 인하여 전자농도가 1018 cm-3 이상의 높은 n-형 특성만을 나타내고 있는 것을 확인할 수 있다.For this reason, it can be confirmed that the electronic device substrate structure according to Comparative Example 1 exhibits only high n-type characteristics having an electron concentration of 10 18 cm −3 or more due to the Si element concentrated at the interface.

반면, 도 8에 도시된 바와 같이, 실시예 1에 따른 전자소자 기판 구조물은 베타 산화갈륨 단결정 기판과 Si가 도핑된 n형 베타 산화갈륨 에피층들 사이에 N이 도핑된 p형 베타 산화갈륨 에피층들(확산 방지막)이 형성되어 있다.On the other hand, as shown in FIG. 8, the electronic device substrate structure according to Example 1 includes a p-type beta gallium oxide epitaxial layer doped with N between a beta gallium oxide single crystal substrate and n-type beta gallium oxide epitaxial layers doped with Si. Layers (diffusion prevention films) are formed.

따라서, 베타 산화갈륨 기판의 계면에 Si 원소의 집중현상이 나타나지만, 확산 방지막으로 인하여 Si가 도핑된 n형 베타 산화갈륨 에피층들로 Si 불순물이 확산되는 것이 차단될 수 있을 뿐만 아니라, 확산 방지막에 도핑되어 있는 p형 도펀트에 의해 절연 특성이 유지될 수 있게 되고, 이 결과 확산 방지막 상에 Si가 도핑된 n형 베타 산화갈륨 에피층들을 안정적으로 성장시킬 수 있게 된다.Therefore, although the concentration of Si elements appears at the interface of the beta gallium oxide substrate, diffusion of Si impurities into the Si-doped n-type beta gallium oxide epitaxial layers can be blocked due to the diffusion barrier, and Insulation properties can be maintained by the doped p-type dopant, and as a result, n-type beta gallium oxide epitaxial layers doped with Si can be stably grown on the diffusion barrier.

따라서, 전자농도를 제어할 수 있는 Si가 도핑된 n형 베타 산화갈륨 에피층들을 성장시킬 수 있는 것을 확인하였다.Accordingly, it was confirmed that Si-doped n-type beta gallium oxide epitaxial layers capable of controlling the electron concentration could be grown.

아울러, 홀 측정시에도, p-형 도펀트가 도핑된 확산 방지막을 활용하면, 전자농도 1016 cm-3 ~ 1019 cm-3 의 범위에서 자유롭게 전자 농도 조절이 가능하다는 것을 확인하였다.In addition, it was confirmed that the electron concentration can be freely adjusted in the range of 10 16 cm −3 to 10 19 cm −3 when using the diffusion barrier doped with the p-type dopant even during hole measurement.

이상에서는 본 발명의 실시예를 중심으로 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 기술자의 수준에서 다양한 변경이나 변형을 가할 수 있다. 이러한 변경과 변형은 본 발명이 제공하는 기술 사상의 범위를 벗어나지 않는 한 본 발명에 속한다고 할 수 있다. 따라서 본 발명의 권리범위는 이하에 기재되는 청구범위에 의해 판단되어야 할 것이다.Although the above has been described based on the embodiments of the present invention, various changes or modifications may be made at the level of a technician having ordinary knowledge in the technical field to which the present invention belongs. Such changes and modifications can be said to belong to the present invention as long as they do not deviate from the scope of the technical idea provided by the present invention. Therefore, the scope of the present invention will be determined by the claims described below.

100 : 전자소자 기판 구조물
120 : 베타 산화갈륨 기판
140 : 확산 방지막
160 : 베타 산화갈륨 에피층100: electronic device substrate structure
120: beta gallium oxide substrate
140: diffusion barrier
160: beta gallium oxide epitaxial layer

Claims (14)

베타 산화갈륨 기판;
상기 베타 산화갈륨 기판의 상면 상에 적층 형성된 적어도 하나의 확산 방지막; 및
상기 확산 방지막 상에 적층 형성된 적어도 하나의 베타 산화갈륨 에피층;을 포함하며,
상기 베타 산화갈륨 기판은 Si이 불순물로 함유되어 있으며,
상기 확산 방지막은 Si 불순물의 확산을 차단하기 위해 p형 도펀트가 도핑된 베타 산화갈륨 에피층이 이용되고,
상기 확산 방지막은 제1 두께로 형성되고, 상기 베타 산화갈륨 에피층은 상기 제1 두께보다 얇은 제2 두께로 형성되되, 상기 확산 방지막은 100nm 이상의 두께로 형성되고,
상기 확산 방지막 및 베타 산화갈륨 에피층은 복수개가 서로 교번적으로 수직 적층되고, 상기 수직 적층된 복수의 베타 산화갈륨 에피층은 1016 cm-3 ~ 1019 cm-3 의 범위에서 전자농도가 조절되되, 상기 수직 적층된 복수의 베타 산화갈륨 에피층은 최하부 베타 산화갈륨 에피층에서 최상부 베타 산화갈륨 에피층으로 갈수록 전자농도가 증가하도록 배치된 것을 특징으로 하는 베타 산화갈륨 단결정 기판 기반에 확산 방지막을 성장시킨 전자소자 기판 구조물.
beta gallium oxide substrate;
at least one diffusion barrier layer formed on an upper surface of the beta gallium oxide substrate; and
At least one beta gallium oxide epitaxial layer formed on the diffusion barrier layer; includes,
The beta gallium oxide substrate contains Si as an impurity,
The diffusion barrier layer uses a beta gallium oxide epitaxial layer doped with a p-type dopant to block diffusion of Si impurities,
The diffusion barrier layer is formed to a first thickness, the beta gallium oxide epitaxial layer is formed to a second thickness smaller than the first thickness, and the diffusion barrier layer is formed to a thickness of 100 nm or more,
A plurality of the diffusion barrier layer and the beta gallium oxide epitaxial layer are alternately vertically stacked with each other, and the vertically stacked plurality of beta gallium oxide epitaxial layers have an electron concentration controlled in the range of 10 16 cm -3 to 10 19 cm -3 However, the plurality of vertically stacked beta gallium oxide epitaxial layers are arranged such that the electron concentration increases from the lowermost beta gallium oxide epitaxial layer to the uppermost beta gallium oxide epitaxial layer. A diffusion barrier film based on a beta gallium oxide single crystal substrate The grown electronic device substrate structure.
 제1항에 있어서,
상기 베타 산화갈륨 에피층은
n형 도펀트가 도핑된 베타 산화갈륨 에핑층인 것을 특징으로 하는 베타 산화갈륨 단결정 기판 기반에 확산 방지막을 성장시킨 전자소자 기판 구조물.
According to claim 1,
The beta gallium oxide epitaxial layer is
An electronic device substrate structure in which a diffusion barrier is grown on a beta gallium oxide single crystal substrate, characterized in that the n-type dopant is doped with a beta gallium oxide etched layer.
 제2항에 있어서,
상기 n형 도펀트는
Si, Sn 및 Ge 중 선택된 하나 이상인 것을 특징으로 하는 베타 산화갈륨 단결정 기판 기반에 확산 방지막을 성장시킨 전자소자 기판 구조물.
According to claim 2,
The n-type dopant is
An electronic device substrate structure in which a diffusion barrier is grown on a beta gallium oxide single crystal substrate, characterized in that at least one selected from Si, Sn and Ge.
 삭제delete 제1항에 있어서,
상기 p형 도펀트는
Mg, N 및 Fe를 포함하는 V족 원소 중 적어도 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 베타 산화갈륨 단결정 기판 기반에 확산 방지막을 성장시킨 전자소자 기판 구조물.
According to claim 1,
The p-type dopant is
An electronic device substrate structure in which a diffusion barrier is grown on a beta gallium oxide single crystal substrate, characterized in that it contains at least one or more of group V elements including Mg, N and Fe.
 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete (a) 베타 산화갈륨 기판을 준비하는 단계;
(b) 상기 베타 산화갈륨 기판의 상면 상에 적어도 하나의 확산 방지막을 형성하는 단계; 및
(c) 상기 확산 방지막 상에 적어도 하나의 베타 산화갈륨 에피층을 형성하는 단계;를 포함하며,
상기 베타 산화갈륨 기판은 Si이 불순물로 함유되어 있으며,
상기 확산 방지막은 Si 불순물의 확산을 차단하기 위해 p형 도펀트가 도핑된 베타 산화갈륨 에피층이 이용되고,
상기 확산 방지막은 제1 두께로 형성되고, 상기 베타 산화갈륨 에피층은 상기 제1 두께보다 얇은 제2 두께로 형성되되, 상기 확산 방지막은 100nm 이상의 두께로 형성되고,
상기 확산 방지막 및 베타 산화갈륨 에피층은 복수개가 서로 교번적으로 수직 적층되고, 상기 수직 적층된 복수의 베타 산화갈륨 에피층은 1016 cm-3 ~ 1019 cm-3 의 범위에서 전자농도가 조절되되, 상기 수직 적층된 복수의 베타 산화갈륨 에피층은 최하부 베타 산화갈륨 에피층에서 최상부 베타 산화갈륨 에피층으로 갈수록 전자농도가 증가하도록 배치된 것을 특징으로 하는 베타 산화갈륨 단결정 기판 기반에 확산 방지막을 성장시킨 전자소자 기판 구조물 제조 방법.(a) preparing a beta gallium oxide substrate;
(b) forming at least one diffusion barrier on the upper surface of the beta gallium oxide substrate; and
(c) forming at least one beta gallium oxide epitaxial layer on the diffusion barrier;
The beta gallium oxide substrate contains Si as an impurity,
The diffusion barrier layer uses a beta gallium oxide epitaxial layer doped with a p-type dopant to block diffusion of Si impurities,
The diffusion barrier layer is formed to a first thickness, the beta gallium oxide epitaxial layer is formed to a second thickness smaller than the first thickness, and the diffusion barrier layer is formed to a thickness of 100 nm or more,
A plurality of the diffusion barrier layer and the beta gallium oxide epitaxial layer are alternately vertically stacked with each other, and the vertically stacked plurality of beta gallium oxide epitaxial layers have an electron concentration controlled in the range of 10 16 cm -3 to 10 19 cm -3 However, the plurality of vertically stacked beta gallium oxide epitaxial layers are arranged such that the electron concentration increases from the lowermost beta gallium oxide epitaxial layer to the uppermost beta gallium oxide epitaxial layer. A diffusion barrier film based on a beta gallium oxide single crystal substrate A method for manufacturing a grown electronic device substrate structure. 삭제delete 삭제delete 삭제delete
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Higashiwaki, Masataka, and Shizuo Fujita, eds. Gallium Oxide: Materials Properties, Crystal Growth, and Devices. Vol. 293. Springer Nature, 2020. 1부.* *
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