KR20110058325A - Silicon carbide based semiconductor device and method for fabricating the same - Google Patents

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Abstract

PURPOSE: A silicon carbide based semiconductor device and manufacturing method thereof are provided to use aluminium oxide with a high k value and to use silicon nitride as a middle layer, thereby increasing a breakdown field and reliability by having a stable structure against high temperature processing. CONSTITUTION: A silicon dioxide layer(12) is nitrified on a silicon carbide substrate(11). An aluminium oxide layer(13) is formed on the silicon dioxide layer. A silicon nitride layer is formed between the silicon dioxide layer and the aluminium oxide layer. The silicon dioxide layer and the aluminium oxide layer are formed on the silicon carbide substrate. The silicon carbide substrate is annealed. The annealing is rapid thermal annealing.

Description

탄화규소계 반도체 소자 및 제조 방법{SILICON CARBIDE BASED SEMICONDUCTOR DEVICE AND METHOD FOR FABRICATING THE SAME}Silicon carbide based semiconductor device and manufacturing method {SILICON CARBIDE BASED SEMICONDUCTOR DEVICE AND METHOD FOR FABRICATING THE SAME}

본 발명은 반도체 소자 및 제조 방법에 관한 것으로, 특히, 고전압, 고출력 특성이 우수한 탄화규소(SiC)계 반도체 소자 및 제조 방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor device and a manufacturing method, and more particularly, to a silicon carbide (SiC) -based semiconductor device and a manufacturing method excellent in high voltage and high output characteristics.

정보화 사회의 발전이 더욱 가속화됨에 따라 현재의 실리콘계 반도체 기술로는 에너지, 산업전자, 정보통신, 광전자 또는 극한전자분야를 충분히 뒷받침할 수 없게 되었으며, 실리콘은 그 물리적인 한계를 드러내고 있다. 따라서, 실리콘계 반도체 기술의 문제점을 해결하기 위하여 광역 밴드-갭(band-gap)을 갖는 새로운 반도체 재료에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 여러 물질들 중에서도 탄화규소(SiC)는 고전압, 고출력 및 고주파 응용분야에 적합한 차세대 전력소자로서 이를 적극 개발하고 있다. As the development of the information society accelerates, the current silicon-based semiconductor technology cannot sufficiently support the energy, industrial electronics, telecommunications, optoelectronic or extreme electronic fields, and silicon is showing its physical limitations. Therefore, in order to solve the problems of silicon-based semiconductor technology, research on new semiconductor materials having a wide band-gap has been actively conducted. Among other materials, silicon carbide (SiC) is actively developing it as a next generation power device suitable for high voltage, high power and high frequency applications.

탄화규소는, 4족 원소들인 탄소와 실리콘의 강력한 공유 결합력에 의해 생성되며, 기계적 성질이 매우 우수하여 연마재료, 절삭재료 등으로 오래전부터 사용되 어 왔다. 또한, 높은 파괴전압(5×106 V/㎝), 높은 열전도도(4.9 W/㎝·K) 및 높은 포화 전자 이동속도(high saturation electron drift velocity) 등과 같은 우수한 전기적 특성을 갖기 때문에 Si나 GaAs로 구현하기 힘든 고온, 고전압 전자 소자로서 응용되고 있다. Silicon carbide is produced by the strong covalent bond between carbon and silicon, Group 4 elements, and has been used for a long time as an abrasive material and a cutting material because of its excellent mechanical properties. In addition, Si and GaAs have excellent electrical properties such as high breakdown voltage (5 × 10 6 V / cm), high thermal conductivity (4.9 W / cm · K) and high saturation electron drift velocity. It has been applied as a high temperature, high voltage electronic device that is difficult to implement.

탄화규소계 반도체 소자는 일반적인 규소계 반도체 소자에 비하여 허용 전계강도가 10배, 동작온도가 4배 정도 높아 대전력 고온에서의 동작이 가능할 뿐만 아니라 전력계통의 수송변환장치로 이용하면 송전손실을 1/3 정도로 낮출 수 있어 에너지 절약효과가 크다. 따라서 고속전철, 전기자동차의 전력제어기, 이동통신 기지국의 고주파 증폭기 등은 물론 발전과 송배전 분야에서의 전력제어에 광범위하게 응용됨으로써 이들 운영 시스템의 크기를 작게 줄이는 동시에 전력손실도 줄일 수 있다. 현재, 탄화규소는 전계 효과 트랜지스터(Field Effect Transistor, FET), 발광다이오드(Light Emitting Diode, LED), 압력센서, 이종접합 바이폴라 트랜지스터(Hetero-junction Bipolar Transistor, HBT), 쇼트키 장벽 다이오드(Schottky Barrier Diode) 등으로의 응용이 연구되고 있다.Silicon carbide-based semiconductor devices have a 10-fold permissible electric field strength and a four-times operating temperature, compared to general silicon-based semiconductor devices, so that they can be operated at high power and high temperature. It can be lowered to about 3, which greatly saves energy. Therefore, it is widely applied to power control in power generation and transmission and distribution fields as well as high speed trains, power controllers of electric vehicles, and high frequency amplifiers of mobile communication base stations, thereby reducing the size of these operating systems and reducing power loss. Currently, silicon carbide has Field Effect Transistors (FETs), Light Emitting Diodes (LEDs), Pressure Sensors, Hetero-junction Bipolar Transistors (HBTs) and Schottky Barrier Diodes. Application to diodes and the like has been studied.

또한, 탄화규소의 가장 큰 장점 중의 하나는 이산화규소(SiO2)와 같은 자연적 산화막을 형성할 수 있다는 것인데, 이는 고속 스위칭이 가능한 금속산화물반도체 전계 효과 트랜지스터(MOSFET, Metal-Oxide-Semiconductor Field Effect Transistor)에 응용 가능성이 크다. 그러나, 탄화규소에 기반한 이산화규소 게이트는 고온의 높은 전기장 하에서 이산화규소-탄화규소 사이의 높은 계면-트랩 밀 도(interface-trap density) 및 불안정성(insufficient stability)의 문제점을 갖는다. In addition, one of the biggest advantages of silicon carbide is that it can form a natural oxide film such as silicon dioxide (SiO 2 ), which is a metal-oxide-semiconductor field effect transistor (MOSFET) capable of fast switching. ) Is likely to apply. However, silicon dioxide based silicon dioxide gates have problems of high interface-trap density and insufficient stability between silicon dioxide and silicon carbide under high temperature and high electric fields.

따라서, 이를 대체할 게이트 절연체(insulator)에 대한 연구가 진행되어왔고, 큰 유전상수(dielectric constant, 또는 high-κ dielectrics)를 갖는 산화알루미늄(Al2O3)과 같은 절연체가 대체적인 게이트 절연체로 제안되었다. 그러나, 산화알루미늄을 절연체로 대체한 경우에도, 산화물과 탄화규소 사이에 전도 대역(conduction band) 및 가전자(valence band) 대역의 차이(band offset)가 작기 때문에 큰 누설전류가 흐르는 문제점이 있다. Therefore, research has been conducted to replace the gate insulator, and an insulator such as aluminum oxide (Al 2 O 3 ) having a large dielectric constant (or high-k dielectrics) is an alternative gate insulator. Proposed. However, even when aluminum oxide is replaced with an insulator, a large leakage current flows due to a small band offset between the conduction band and the valence band between the oxide and silicon carbide.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 전도 대역 및 가전자 대역의 차이를 증가시키기 위해, 산화알루미늄과 탄화규소 사이에 상대적으로 얇은 질화처리된(thermal-nitrided) 이산화규소 버퍼층을 삽입함으로써, 산화알루미늄 유전체 단일층의 전기적 특성을 개선함에 있다.An object of the present invention to solve the above problems is to insert a relatively thin thermal-nitrided silicon dioxide buffer layer between aluminum oxide and silicon carbide to increase the difference between the conduction band and the valence band. This improves the electrical properties of the aluminum oxide dielectric monolayer.

또한, 본 발명의 다른 목적은, 중간층으로 질화규소를 사용함으로써, 고온 열처리에 안정한 구조를 유지할 수 있어서, 계면 트랩 밀도를 감소시키고, 항복전계 및 신뢰도를 증가시킴으로써, 고전압, 고출력 및 고주파 응용분야에 적합한 반도체 소자를 제공함에 있다.In addition, another object of the present invention is to use silicon nitride as an intermediate layer to maintain a stable structure for high temperature heat treatment, thereby reducing the interface trap density, increasing the breakdown field and reliability, suitable for high voltage, high power and high frequency applications The present invention provides a semiconductor device.

본 발명의 일 실시 예에 따른 탄화규소계 반도체 소자는, 탄화규소 기판, 상기 탄화규소 기판상에 형성된 질화처리된 이산화규소층, 및 상기 이산화규소층 상에 형성된 절연체인 산화알루미늄층을 포함하며, 상기 이산화규소층 및 상기 산화알루미늄층이 형성된 상기 탄화규소 기판은 어닐링되는 것을 특징으로 한다. 또한, 상기 이산화규소층과 상기 산화알루미늄층 사이에 형성된 질화규소층을 더 포함할 수 있다. 상기 이산화규소층은 20 내지 25㎚ 두께로 형성될 수 있으며, 상기 질화규소층은 10㎚ 두께로 형성될 수 있다.A silicon carbide-based semiconductor device according to an embodiment of the present invention includes a silicon carbide substrate, a silicon nitride treated silicon dioxide layer formed on the silicon carbide substrate, and an aluminum oxide layer which is an insulator formed on the silicon dioxide layer. The silicon carbide substrate on which the silicon dioxide layer and the aluminum oxide layer are formed is annealed. The silicon nitride layer may further include a silicon nitride layer formed between the silicon dioxide layer and the aluminum oxide layer. The silicon dioxide layer may be formed to a thickness of 20 to 25nm, the silicon nitride layer may be formed to a thickness of 10nm.

본 발명의 일 실시 예에 따른 탄화규소계 반도체 소자 제조 방법은, 탄화규 소 기판상에 질화처리된 이산화규소층을 형성하는 단계, 상기 이산화규소층 상에 절연체인 산화알루미늄층을 형성하는 단계, 및 상기 이산화규소층 및 상기 산화알루미늄층이 형성된 상기 탄화규소 기판을 어닐링하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다. 또한, 상기 이산화규소층 상에 질화규소층을 형성하는 단계를 더 포함하며, 상기 산화알루미늄층은 상기 질화규소층 상에 형성될 수 있다. 상기 어닐링하는 단계는 1000℃에서 2분 동안 RTA 처리할 수 있다. 또한, 이산화규소층은 20 내지 25㎚ 두께로 형성될 수 있고, 상기 질화규소층은 10㎚ 두께로 형성될 수 있으며, 상기 질화규소층을 형성하는 단계는 유도결합 플라즈마 화학 기상 증착법에 의해 상기 질화규소층을 형성할 수 있다.In the silicon carbide-based semiconductor device manufacturing method according to an embodiment of the present invention, forming a nitrided silicon dioxide layer on a silicon carbide substrate, forming an aluminum oxide layer as an insulator on the silicon dioxide layer, And annealing the silicon carbide substrate on which the silicon dioxide layer and the aluminum oxide layer are formed. The method may further include forming a silicon nitride layer on the silicon dioxide layer, wherein the aluminum oxide layer may be formed on the silicon nitride layer. The annealing may be RTA treated at 1000 ° C. for 2 minutes. In addition, the silicon dioxide layer may be formed with a thickness of 20 to 25nm, the silicon nitride layer may be formed with a thickness of 10nm, the step of forming the silicon nitride layer is the silicon nitride layer by an inductively coupled plasma chemical vapor deposition method Can be formed.

본 발명에 따르면, 탄화규소계 반도체 소자 및 제조 방법은, 높은 κ값을 갖는 산화알루미늄을 산화막으로 사용하고, 중간층으로 질화규소를 사용함으로써, 고온 열처리에 안정한 구조를 유지할 수 있어서, 계면 트랩 밀도를 감소시키고, 항복전계 및 신뢰도를 증가시키는 이점이 있다.According to the present invention, a silicon carbide-based semiconductor device and a manufacturing method use aluminum oxide having a high κ value as an oxide film and silicon nitride as an intermediate layer, thereby maintaining a stable structure for high temperature heat treatment, thereby reducing the interface trap density. And increase the breakdown field and reliability.

하기에서 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 이하에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시 예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다.In the following description of the present invention, detailed descriptions of well-known functions or configurations will be omitted if it is determined that the detailed description of the present invention may unnecessarily obscure the subject matter of the present invention. Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art may easily implement the present invention.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 탄화규소계 반도체 소자의 단면을 나타낸 단면도이다.1 is a cross-sectional view showing a cross section of a silicon carbide semiconductor device according to an embodiment of the present invention.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시 예에 따른 탄화규소계 반도체 소자는 탄화규소(SiC) 기판(11), 질화처리된 이산화규소층(12, SiO2) 및 산화알루미늄층(13, Al2O3)을 포함한다. 또한, 상기 이산화규소층(12) 및 상기 산화알루미늄층(13)이 형성된 상기 탄화규소 기판(11)은 어닐링된다. 본 발명의 일 실시 예에 따르면 상기 어닐링은 1000℃에서 2분 동안 RTA(Rapid Thermal Annealing)를 실시한다. 상기 RTA는 질소 분위기에서 실시할 수 있다.As shown in FIG. 1, a silicon carbide-based semiconductor device according to an embodiment of the present invention may be a silicon carbide (SiC) substrate 11, a nitrided silicon dioxide layer 12 (SiO 2 ), and an aluminum oxide layer 13. , Al 2 O 3 ). In addition, the silicon carbide substrate 11 on which the silicon dioxide layer 12 and the aluminum oxide layer 13 are formed is annealed. According to an embodiment of the present invention, the annealing is performed for RTA (Rapid Thermal Annealing) at 1000 ° C. for 2 minutes. The RTA can be carried out in a nitrogen atmosphere.

상기 탄화규소 기판(11)을 구성하는 탄화규소(SiC)는 최밀 충진면의 적층순서에 따라 많은 결정다형이 보고되고 있으며, 유일하게 입방정의 상을 가지는 징크블렌드(zincblend) 구조의 탄화규소를 베타 탄화규소(β-SiC)라 하고, 나머지 결정다형을 알파 탄화규소(α-SiC)라고 지칭한다. The silicon carbide (SiC) constituting the silicon carbide substrate 11 has been reported many crystal polymorphisms according to the lamination order of the closest packed surface, the only silicon carbide having a zincblend structure having a cubic crystal phase beta This is called silicon carbide (β-SiC) and the rest of the polymorphism is called alpha silicon carbide (α-SiC).

상기 기판(11)은 N-타입으로서, 8˚ 오프되어 있고, 질소가 (1-4)×1016-3 만큼 도핑된 10㎛ 두께의 에피층(epilayer)으로 된 웨이퍼(wafer)가 사용될 수 있다. 상기 기판(11)의 재료로는 4H-SiC, 6H-SiC, 3C-SiC, Si, GaN 및 GaAs등이 사용 될 수 있으며, 본 발명의 일 실시 예에서는 전자이동도 등이 우수한 4H 탄화규소를 기판(11)으로 사용한다.The substrate 11 is an N-type, 8 ° off, and a wafer made of a 10 μm thick epilayer doped with nitrogen (1-4) × 10 16 cm −3 is used. Can be. As the material of the substrate 11, 4H-SiC, 6H-SiC, 3C-SiC, Si, GaN and GaAs may be used. In one embodiment of the present invention, 4H silicon carbide having excellent electron mobility and the like may be used. It is used as the board | substrate 11.

상기 이산화규소층(12)은 상기 탄화규소 기판(11) 상에 형성된다. 전도 대역 및 가전자 대역의 차이를 증가시키기 위해, 탄화규소층(11) 및 산화알루미늄층(13) 사이에 상대적으로 얇은 질화처리된(thermal-nitrided) 이산화규소층을 삽입함으로써, 산화알루미늄 유전체 단일층의 전기적 특성을 개선할 수 있다.The silicon dioxide layer 12 is formed on the silicon carbide substrate 11. In order to increase the difference between the conduction band and the valence band, an aluminum oxide dielectric single layer is inserted by inserting a relatively thin thermal-nitrided silicon dioxide layer between the silicon carbide layer 11 and the aluminum oxide layer 13. It is possible to improve the electrical properties of the layer.

상기 이산화규소층(12)은 상기 기판을 2분 동안 불산(HF)에 담가서 상기 웨이퍼를 세척하는 공정 후, 1175℃에서 10% 나이트러스 옥사이드(N2O) 분위기에서 질화처리된 이산화규소층을 상기 웨이퍼 상에 성장시킬 수 있다. 본 발명의 일 실시 예에 따르면, 상기 이산화규소층(12)을 20 내지 25 nm 두께로 성장시킬 수 있다. 질화처리된 이산화규소를 사용한 탄화규소계 반도체 소자는 계면에서 질소 원자가 실리콘 및 탄소와 결합하여 트랩(trap)의 활성화를 억제한다. 또한 상기 계면에서의 질소는 탄소와 결합하여 기화됨으로써 계면에 탄소의 양을 감소시키는 역할을 한다.The silicon dioxide layer 12 is a step of immersing the substrate in hydrofluoric acid (HF) for 2 minutes to clean the wafer, and then the silicon dioxide layer treated by nitriding in a 10% nitrous oxide (N 2 O) atmosphere at 1175 ° C. It can be grown on the wafer. According to an embodiment of the present invention, the silicon dioxide layer 12 may be grown to a thickness of 20 to 25 nm. In silicon carbide-based semiconductor devices using nitrided silicon dioxide, nitrogen atoms are bonded to silicon and carbon at the interface to suppress activation of traps. In addition, the nitrogen at the interface serves to reduce the amount of carbon at the interface by vaporizing by bonding with carbon.

상기 산화알루미늄층(13)은 상기 이산화규소층(12) 상에 형성된다. 상기 산화알루미늄층(13)은 원자층 증착(Atomic Layer Deposition, ALD) 시스템으로 증착할 수 있으며, 본 발명의 일 실시 예에 따르면 15nm까지 증착시킨다. ALD 공정은 자외선 아래에서, 프리커서(precursor)로서 트리메틸-알루미늄(TriMethyl-Aluminium, TMA) 및 물을 사용하여 370℃에서 가열할 수 있다.The aluminum oxide layer 13 is formed on the silicon dioxide layer 12. The aluminum oxide layer 13 may be deposited by an atomic layer deposition (ALD) system, and according to an embodiment of the present invention, the aluminum oxide layer 13 may be deposited to 15 nm. The ALD process can be heated at 370 ° C. under ultraviolet light, using TriMethyl-Aluminium (TMA) and water as a precursor.

상기 산화알루미늄층(13)은 큰 유전상수(dielectric constant), 또는 높은-κ(high-κ dielectrics) 값을 갖는다. 탄화규소에 기반한 이산화규소 게이트는 고온의 높은 전기장 하에서 이산화규소-탄화규소 사이의 높은 계면-트랩 밀도를 갖고, 불안정하다는 문제점을 갖는다. 따라서 큰 유전상수를 갖는 산화알루미늄과 같은 유전체를 산화물로 사용한다.The aluminum oxide layer 13 has a large dielectric constant, or high-k dielectrics value. Silicon carbide gates based on silicon carbide have a high interfacial-trap density between silicon dioxide and silicon carbide under high temperature, high electric fields, and have the problem of being unstable. Therefore, a dielectric such as aluminum oxide having a large dielectric constant is used as the oxide.

도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 탄화규소계 반도체 소자의 단면을 나타낸 단면도이다.2 is a cross-sectional view showing a cross section of a silicon carbide semiconductor device according to an embodiment of the present invention.

도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시 예에 따른 탄화규소계 반도체 소자는 탄화규소(SiC) 기판(21), 질화처리된 이산화규소층(22, SiO2), 질화규소층(23, SiN) 및 산화알루미늄층(24, Al2O3)을 포함한다. 또한, 상기 이산화규소층(22), 상기 질화규소층(23) 및 산화알루미늄층(24)이 형성된 상기 탄화규소 기판(21)은 어닐링된다. 본 발명의 일 실시 예에 따르면 상기 어닐링은 1000℃에서 2분 동안 RTA(Rapid Thermal Annealing)를 실시한다. 상기 RTA는 질소 분위기에서 실시할 수 있다.As shown in FIG. 2, a silicon carbide-based semiconductor device according to an embodiment of the present invention may be a silicon carbide (SiC) substrate 21, a nitrided silicon dioxide layer 22 (SiO 2 ), a silicon nitride layer 23, SiN) and an aluminum oxide layer 24 (Al 2 O 3 ). In addition, the silicon carbide substrate 21 on which the silicon dioxide layer 22, the silicon nitride layer 23, and the aluminum oxide layer 24 are formed is annealed. According to an embodiment of the present invention, the annealing is performed for RTA (Rapid Thermal Annealing) at 1000 ° C. for 2 minutes. The RTA can be carried out in a nitrogen atmosphere.

상기 기판(21)은 N-타입으로서, 8˚오프(off)되어 있고, 질소가 (1-4)×1016-3 만큼 도핑된 10㎛ 두께의 에피층(epilayer)으로 된 웨이퍼(wafer)가 사용될 수 있다. 상기 기판(21)의 재료로는 4H-SiC, 6H-SiC, 3C-SiC, Si, GaN 및 GaAs등을 사용할 수 있으며, 본 발명의 일 실시 예에서는 전자이동도 등이 우수한 4H 탄화규소를 기판(21)으로 사용한다.The substrate 21 is an N-type wafer, which is 8 ° off, and is made of a 10 μm thick epilayer doped with nitrogen (1-4) × 10 16 cm −3 . ) Can be used. As the material of the substrate 21, 4H-SiC, 6H-SiC, 3C-SiC, Si, GaN and GaAs may be used. In one embodiment of the present invention, 4H silicon carbide having excellent electron mobility and the like may be used as a substrate. Use as (21).

상기 이산화규소층(22)은 상기 탄화규소 기판(21) 상에 형성된다. 전도 대역 및 가전자 대역의 차이를 증가시키기 위해, 탄화규소층(21) 및 산화알루미늄층(24) 사이에 상대적으로 얇은 질화처리된(thermal-nitrided) 이산화규소 버퍼층을 삽입함으로써, 산화알루미늄 유전체 단일층의 전기적 특성을 개선할 수 있다.The silicon dioxide layer 22 is formed on the silicon carbide substrate 21. In order to increase the difference between the conduction band and the valence band, an aluminum oxide dielectric single layer is inserted by inserting a relatively thin thermal-nitrided silicon dioxide buffer layer between the silicon carbide layer 21 and the aluminum oxide layer 24. It is possible to improve the electrical properties of the layer.

상기 이산화규소층(22)은 상기 기판을 2분 동안 불산(HF)에 담가서 상기 웨이퍼를 세척하는 공정 후, 1175℃에서 10% 나이트러스 옥사이드(N2O) 분위기에서 질화처리된 이산화규소층을 상기 웨이퍼 상에 성장시킬 수 있다. 본 발명의 일 실시 예에 따르면, 상기 이산화규소층(22)을 20 내지 25 nm 두께로 성장시킬 수 있다. 질화처리된 이산화규소를 사용한 탄화규소계 반도체 소자는 계면에서 질소 원자가 실리콘 및 탄소와 결합하여 트랩(trap)의 활성화를 억제한다. 또한 상기 계면에서의 질소는 탄소와 결합하여 기화됨으로써 계면에 탄소의 양을 감소시키는 역할을 한다. 따라서, 질화처리된 이산화규소를 사용하여 상기 질소의 효과를 얻기 위해서는, 어닐링과 같은 열처리 공정 후에도 지속적으로 상기 반응들이 일어나도록 해야 한다.The silicon dioxide layer 22 is a process of immersing the substrate in hydrofluoric acid (HF) for 2 minutes to clean the wafer, and then the silicon dioxide layer subjected to nitriding treatment in a 10% nitrous oxide (N 2 O) atmosphere at 1175 ° C. It can be grown on the wafer. According to one embodiment of the present invention, the silicon dioxide layer 22 may be grown to a thickness of 20 to 25 nm. In silicon carbide-based semiconductor devices using nitrided silicon dioxide, nitrogen atoms are bonded to silicon and carbon at the interface to suppress activation of traps. In addition, the nitrogen at the interface serves to reduce the amount of carbon at the interface by vaporizing by bonding with carbon. Therefore, in order to obtain the effect of the nitrogen using nitrided silicon dioxide, the reactions must be continuously made even after a heat treatment process such as annealing.

상기 질화규소층(23)은 상기 이산화규소층(22) 상에 형성된다. 상기 질화규소층(23)은 고출력 및/또는 고주파수 소자 제조 공정에서 숙성된 기술로 평가받는 유도결합 플라즈마(Inductively Coupled Plasma, ICP) 화학 기상 증착법(Chemical Vapor Deposition, CVD)으로 증착될 수 있다. 본 발명의 일 실시 예에 따르면, 상기 질화규소층(23)을 10nm 두께로 증착시킬 수 있다. 질화규소는 우수한 열적 안정성(thermal stability) 및 적절히 높은-κ 값(5 내지 7 까지)을 갖는다.The silicon nitride layer 23 is formed on the silicon dioxide layer 22. The silicon nitride layer 23 may be deposited by Inductively Coupled Plasma (ICP) Chemical Vapor Deposition (CVD), which is evaluated by a technology matured in a high-power and / or high-frequency device manufacturing process. According to an embodiment of the present invention, the silicon nitride layer 23 may be deposited to a thickness of 10 nm. Silicon nitride has good thermal stability and a moderately high -k value (up to 5-7).

상기 질화규소층(23) 형성 후에 증착시킬 산화물은 탄화규소 MOS 기반 소자의 한 부분으로 높은 품질의 적층 게이트 유전체를 사용하기 위해서 복합적인 열처리 및 공정들을 거쳐야 한다. 그러한 공정들 중 하나가 RTA(Rapid Thermal Annealing) 공정으로서, RTA 공정은 탄화규소 상에서 작은 저항의 오믹 접합(Ohmic contact)을 형성하는 제조공정에 사용된다. 현재 탄화규소 MOS 기반 소자 제조 공정을 위해서는 고온(1000℃, 2분)에서의 후 어닐링(post annealing) 공정이 반드시 필요하다.The oxide to be deposited after the silicon nitride layer 23 is formed must undergo complex heat treatment and processes to use a high quality stacked gate dielectric as part of a silicon carbide MOS based device. One such process is the Rapid Thermal Annealing (RTA) process, which is used in manufacturing processes to form ohmic contacts of small resistance on silicon carbide. At present, a silicon carbide MOS-based device fabrication process requires a post annealing process at high temperature (1000 ° C., 2 minutes).

후 어닐링 공정 동안, 높은-κ 필름들이 특히 계면 층에서 구조적 및 전기적으로 영향을 받는다. 이러한 영향은 산화알루미늄, 산화하프늄(HfO2)과 같은 규소계의 높은-κ 게이트 시스템에서 관찰된다. 이러한 열처리 공정 동안 구조적인 변화를 최소화하기 위해서, 반응 장벽층(Reaction Barrier Layer, RBL)이 산화알루미늄층(24) 및 이산화규소층(22) 사이에 삽입될 수 있다. 본 발명의 일 실시 예에 따르 면, 반응 장벽층으로 질화규소층이 될 수 있다. During the post annealing process, high-k films are affected both structurally and electrically, especially in the interfacial layer. This effect is observed in silicon-based high-k gate systems such as aluminum oxide, hafnium oxide (HfO 2 ). In order to minimize structural changes during this heat treatment process, a reaction barrier layer (RBL) may be inserted between the aluminum oxide layer 24 and the silicon dioxide layer 22. According to one embodiment of the present invention, the reaction barrier layer may be a silicon nitride layer.

상기 산화알루미늄층(24)은 상기 질화규소층(23) 상에 형성된다. 상기 산화알루미늄층(24)은 원자층 증착(Atomic Layer Deposition, ALD) 시스템으로 증착할 수 있으며, 본 발명의 일 실시 예에 따르면 15nm까지 증착시킨다. ALD 공정은 자외선 아래에서, 프리커서(precursor)로서 트리메틸-알루미늄(TriMethyl-Aluminium, TMA) 및 물을 사용하여 370℃에서 가열할 수 있다.The aluminum oxide layer 24 is formed on the silicon nitride layer 23. The aluminum oxide layer 24 may be deposited by an atomic layer deposition (ALD) system, and according to an embodiment of the present invention, the aluminum oxide layer 24 may be deposited to 15 nm. The ALD process can be heated at 370 ° C. under ultraviolet light, using TriMethyl-Aluminium (TMA) and water as a precursor.

상기 산화알루미늄층(24)은 큰 유전상수(dielectric constant), 또는 높은-κ(high-κ dielectrics) 값을 갖는다. 탄화규소에 기반한 이산화규소 게이트는 고온의 높은 전기장 하에서 이산화규소-탄화규소 사이의 높은 계면-트랩 밀도를 갖고, 불안정하다는 문제점을 갖는다. 따라서 큰 유전상수를 갖는 산화알루미늄과 같은 유전체를 산화물로 사용한다.The aluminum oxide layer 24 has a large dielectric constant, or high-k dielectrics value. Silicon carbide gates based on silicon carbide have a high interfacial-trap density between silicon dioxide and silicon carbide under high temperature, high electric fields, and have the problem of being unstable. Therefore, a dielectric such as aluminum oxide having a large dielectric constant is used as the oxide.

도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 탄화규소계 반도체 소자 제조 방법을 도시한 순서도이다.3 is a flowchart illustrating a method of manufacturing a silicon carbide semiconductor device according to an embodiment of the present invention.

도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시 예에 다른 탄화규소계 반도체 소자 제조 방법은, 탄화규소 기판상에 질화처리된 이산화규소층을 형성하는 단계(S31), 상기 이산화규소층 상에 절연체인 산화알루미늄층을 형성하는 단계(S32), 및 상기 이산화규소층 및 상기 산화알루미늄층이 형성된 상기 탄화규소 기판을 어닐링(annealing)하는 단계(S33)를 포함한다.As shown in FIG. 3, in another method of manufacturing a silicon carbide-based semiconductor device, a method of forming a nitrided silicon dioxide layer on a silicon carbide substrate (S31) may be performed on the silicon dioxide layer. Forming an aluminum oxide layer as an insulator (S32), and annealing the silicon carbide substrate on which the silicon dioxide layer and the aluminum oxide layer are formed (S33).

탄화규소 기판상에 질화처리된 이산화규소층을 형성하는 단계(S31)에서, 상기 탄화규소 기판은 N-타입으로서, 8˚오프되어 있고, 질소가 (1-4)×1016-3 만큼 도핑된 10㎛ 두께의 에피층(epilayer)으로 된 웨이퍼(wafer)가 사용될 수 있다. 상기 탄화규소 기판의 재료로는 4H-SiC, 6H-SiC, 3C-SiC, Si, GaN 및 GaAs등이 될 수 있으며, 본 발명의 일 실시 예에서는 전자이동도 등이 우수한 4H 탄화규소를 기판으로 사용한다.In the step (S31) of forming a nitrided silicon dioxide layer on the silicon carbide substrate, the silicon carbide substrate is N-type, 8 ° off, and nitrogen is (1-4) x 10 16 cm -3 . Wafers of doped 10 μm thick epilayers may be used. The silicon carbide substrate may be made of 4H-SiC, 6H-SiC, 3C-SiC, Si, GaN, and GaAs. In an embodiment of the present invention, 4H silicon carbide having excellent electron mobility and the like may be used as the substrate. use.

상기 이산화규소층은 상기 탄화규소 기판상에 형성된다. 전도 대역 및 가전자 대역의 차이를 증가시키기 위해, 탄화규소층 및 산화알루미늄층 사이에 상대적으로 얇은 질화처리된(thermal-nitrided) 이산화규소층을 삽입함으로써, 산화알루미늄 유전체 단일층의 전기적 특성을 개선할 수 있다.The silicon dioxide layer is formed on the silicon carbide substrate. To increase the difference between the conduction band and the valence band, by inserting a relatively thin thermal-nitrided silicon dioxide layer between the silicon carbide layer and the aluminum oxide layer, the electrical properties of the aluminum oxide dielectric monolayer are improved. can do.

상기 이산화규소층은 상기 기판을 2분 동안 불산(HF)에 담가서 상기 웨이퍼를 세척하는 공정 후, 1175℃에서 10% 나이트러스 옥사이드(N2O) 분위기에서 질화처리된 이산화규소층을 상기 웨이퍼 상에 성장시킬 수 있다. 본 발명의 일 실시 예에 따르면, 상기 이산화규소층을 20 내지 25 nm 두께로 성장시킬 수 있다. 질화처리된 이산화규소를 사용한 탄화규소계 반도체 소자는 계면에서 질소 원자가 실리콘 및 탄소와 결합하여 트랩(trap)의 활성화를 억제한다. 또한 상기 계면에서의 질소는 탄소와 결합하여 기화됨으로써 계면에 탄소의 양을 감소시키는 역할을 한다. The silicon dioxide layer is a step of immersing the substrate in hydrofluoric acid (HF) for 2 minutes to wash the wafer, the silicon dioxide layer treated with a nitrided silicon dioxide in a 10% nitrous oxide (N 2 O) atmosphere at 1175 ℃ on the wafer Can grow on. According to an embodiment of the present invention, the silicon dioxide layer may be grown to a thickness of 20 to 25 nm. In silicon carbide-based semiconductor devices using nitrided silicon dioxide, nitrogen atoms are bonded to silicon and carbon at the interface to suppress activation of traps. In addition, the nitrogen at the interface serves to reduce the amount of carbon at the interface by vaporizing by bonding with carbon.

상기 이산화규소층 상에 절연체인 산화알루미늄층을 형성하는 단계(S32)에서, 상기 산화알루미늄층은 상기 이산화규소층 상에 형성된다. 상기 산화알루미늄층은 원자층 증착(Atomic Layer Deposition, ALD) 시스템으로 증착할 수 있으며, 본 발명의 일 실시 예에 따르면 15nm까지 증착시킨다. ALD 공정은 자외선 아래에서, 프리커서(precursor)로서 트리메틸-알루미늄(TriMethyl-Aluminium, TMA) 및 물을 사용하여 370℃에서 가열할 수 있다.In the step (S32) of forming an aluminum oxide layer as an insulator on the silicon dioxide layer, the aluminum oxide layer is formed on the silicon dioxide layer. The aluminum oxide layer may be deposited by an atomic layer deposition (ALD) system, and according to an embodiment of the present invention, the aluminum oxide layer may be deposited up to 15 nm. The ALD process can be heated at 370 ° C. under ultraviolet light, using TriMethyl-Aluminium (TMA) and water as a precursor.

상기 산화알루미늄층은 큰 유전상수(dielectric constant), 또는 높은-κ(high-κ dielectrics) 값을 갖는다. 탄화규소에 기반한 이산화규소 게이트는 고온의 높은 전기장 하에서 이산화규소-탄화규소 사이의 높은 계면-트랩 밀도를 갖고, 불안정하다는 문제점을 갖는다. 따라서 큰 유전상수를 갖는 산화알루미늄과 같은 유전체를 산화물로 사용한다.The aluminum oxide layer has a large dielectric constant, or high-k dielectrics value. Silicon carbide gates based on silicon carbide have a high interfacial-trap density between silicon dioxide and silicon carbide under high temperature, high electric fields, and have the problem of being unstable. Therefore, a dielectric such as aluminum oxide having a large dielectric constant is used as the oxide.

상기 이산화규소층 및 상기 산화알루미늄층이 형성된 상기 탄화규소 기판을 어닐링하는 단계(S33)에서, 본 발명의 일 실시 예에 따르면 1000℃에서 2분 동안 RTA(Rapid Thermal Annealing)를 실시한다. 상기 RTA는 질소 분위기에서 실시할 수 있다.In the step (S33) of annealing the silicon carbide substrate on which the silicon dioxide layer and the aluminum oxide layer are formed, Rapid Thermal Annealing (RTA) is performed at 1000 ° C. for 2 minutes. The RTA can be carried out in a nitrogen atmosphere.

도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 탄화규소계 반도체 소자 제조 방법을 도시한 순서도이다.4 is a flowchart illustrating a method of manufacturing a silicon carbide semiconductor device according to an embodiment of the present invention.

도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시 예에 다른 탄화규소계 반도체 소자 제조 방법은, 탄화규소 기판상에 질화처리된 이산화규소층을 형성하는 단계(S41), 상기 이산화규소층 상에 질화규소층을 형성하는 단계(S42), 상기 질화규소층 상에 절연체인 산화알루미늄층을 형성하는 단계(S43), 및 상기 이산화규소층, 상기 질화규소층 및 상기 산화알루미늄층이 형성된 상기 탄화규소 기판을 어닐링하는 단계(S44)를 포함한다.As shown in FIG. 4, in another method of manufacturing a silicon carbide-based semiconductor device, a method of forming a nitrided silicon dioxide layer on a silicon carbide substrate (S41) is performed on the silicon dioxide layer. Forming a silicon nitride layer (S42), forming an aluminum oxide layer as an insulator on the silicon nitride layer (S43), and annealing the silicon carbide substrate on which the silicon dioxide layer, the silicon nitride layer, and the aluminum oxide layer are formed. A step S44 is included.

탄화규소 기판상에 질화처리된 이산화규소층을 형성하는 단계(S41)에서, 상기 탄화규소 기판은 N-타입으로서, 8˚오프되어 있고, 질소가 (1-4)×1016-3 만큼 도핑된 10㎛ 두께의 에피층(epilayer)으로 된 웨이퍼(wafer)가 사용될 수 있다. 상기 탄화규소 기판의 재료로는 4H-SiC, 6H-SiC, 3C-SiC, Si, GaN 및 GaAs등이 될 수 있으며, 본 발명의 일 실시 예에서는 전자이동도 등이 우수한 4H 탄화규소를 기판으로 사용한다.In the step (S41) of forming a nitrided silicon dioxide layer on the silicon carbide substrate, the silicon carbide substrate is N-type, 8 ° off, and nitrogen is (1-4) x 10 16 cm -3 . Wafers of doped 10 μm thick epilayers may be used. The silicon carbide substrate may be made of 4H-SiC, 6H-SiC, 3C-SiC, Si, GaN, and GaAs. In an embodiment of the present invention, 4H silicon carbide having excellent electron mobility and the like may be used as the substrate. use.

상기 이산화규소층은 상기 탄화규소 기판상에 형성된다. 전도 대역 및 가전자 대역의 차이를 증가시키기 위해, 탄화규소층 및 산화알루미늄층 사이에 상대적으로 얇은 질화처리된(thermal-nitrided) 이산화규소층을 삽입함으로써, 산화알루미늄 유전체 단일층의 전기적 특성을 개선할 수 있다.The silicon dioxide layer is formed on the silicon carbide substrate. To increase the difference between the conduction band and the valence band, by inserting a relatively thin thermal-nitrided silicon dioxide layer between the silicon carbide layer and the aluminum oxide layer, the electrical properties of the aluminum oxide dielectric monolayer are improved. can do.

상기 이산화규소층은 상기 기판을 2분 동안 불산(HF)에 담가서 상기 웨이퍼를 세척하는 공정 후, 1175℃에서 10% 나이트러스 옥사이드(N2O) 분위기에서 질화처리된 이산화규소층을 상기 웨이퍼 상에 성장시킬 수 있다. 본 발명의 일 실시 예 에 따르면, 상기 이산화규소층을 20 내지 25 nm 두께로 성장시킬 수 있다. 질화처리된 이산화규소를 사용한 탄화규소계 반도체 소자는 계면에서 질소 원자가 실리콘 및 탄소와 결합하여 트랩(trap)의 활성화를 억제한다. 또한 상기 계면에서의 질소는 탄소와 결합하여 기화됨으로써 계면에 탄소의 양을 감소시키는 역할을 한다. 따라서, 질화처리된 이산화규소를 사용하여 상기 질소의 효과를 얻기 위해서는, 어닐링과 같은 열처리 후에도 지속적으로 상기 반응들이 일어나도록 해야 한다.The silicon dioxide layer is a step of immersing the substrate in hydrofluoric acid (HF) for 2 minutes to wash the wafer, the silicon dioxide layer treated with a nitrided silicon dioxide in a 10% nitrous oxide (N 2 O) atmosphere at 1175 ℃ on the wafer Can grow on. According to an embodiment of the present invention, the silicon dioxide layer may be grown to a thickness of 20 to 25 nm. In silicon carbide-based semiconductor devices using nitrided silicon dioxide, nitrogen atoms are bonded to silicon and carbon at the interface to suppress activation of traps. In addition, the nitrogen at the interface serves to reduce the amount of carbon at the interface by vaporizing by bonding with carbon. Therefore, in order to obtain the effect of the nitrogen using nitrided silicon dioxide, it is necessary to allow the reactions to occur continuously even after heat treatment such as annealing.

상기 이산화규소층 상에 질화규소층을 형성하는 단계(S42)에서, 상기 질화규소층은 상기 이산화규소층 상에 형성된다. 상기 질화규소층은 고출력 및/또는 고주파수 소자 제조 공정에서 숙성된 기술로 평가받는 유도결합 플라즈마(Inductively Coupled Plasma, ICP) 화학 기상 증착법(Chemical Vapor Deposition, CVD)으로 증착될 수 있다. 본 발명의 일 실시 예에 따르면, 상기 질화규소층을 10nm 두께로 증착시킬 수 있다. 질화규소는 우수한 열적 안정성(thermal stability) 및 적절히 높은-κ 값(5 내지 7 까지)을 갖는다.In the step of forming a silicon nitride layer on the silicon dioxide layer (S42), the silicon nitride layer is formed on the silicon dioxide layer. The silicon nitride layer may be deposited by Inductively Coupled Plasma (ICP) Chemical Vapor Deposition (CVD), which is evaluated by a technology matured in a high power and / or high frequency device manufacturing process. According to an embodiment of the present invention, the silicon nitride layer may be deposited to a thickness of 10 nm. Silicon nitride has good thermal stability and a moderately high -k value (up to 5-7).

상기 질화규소층 형성 후에 증착시킬 산화물은 탄화규소 MOS 기반 소자의 한 부분으로 높은 품질의 적층 게이트 유전체를 사용하기 위해서 복합적인 열처리 및 공정들을 거쳐야 한다. 그러한 공정들 중 하나가 RTA(Rapid Thermal Annealing) 공정으로서, RTA 공정은 탄화규소 상에서 작은 저항의 오믹 접합(Ohmic contact)을 형성하는 제조공정에 사용된다. 현재 탄화규소 MOS 기반 소자 제조 공정을 위해서는 고온(1000℃, 2분)에서의 후 어닐링(post annealing) 공정이 반드시 필요하다.The oxide to be deposited after the silicon nitride layer formation has to undergo complex heat treatment and processes to use a high quality stacked gate dielectric as part of a silicon carbide MOS based device. One such process is the Rapid Thermal Annealing (RTA) process, which is used in manufacturing processes to form ohmic contacts of small resistance on silicon carbide. At present, a silicon carbide MOS-based device fabrication process requires a post annealing process at high temperature (1000 ° C., 2 minutes).

후 어닐링 공정 동안, 높은-κ 필름들이 특히 계면 층에서 구조적 및 전기적으로 영향을 받는다. 이러한 영향은 산화알루미늄, 산화하프늄(HfO2)과 같은 규소계의 높은-κ 게이트 시스템에서 관찰된다. 이러한 열처리 공정 동안 구조적인 변화를 최소화하기 위해서, 반응 장벽층(Reaction Barrier Layer, RBL)이 산화알루미늄층(24) 및 이산화규소층 사이에 삽입될 수 있다. 본 발명의 일 실시 예에 따르면, 반응 장벽층으로 질화규소층이 될 수 있다. During the post annealing process, high-k films are affected both structurally and electrically, especially in the interfacial layer. This effect is observed in silicon-based high-k gate systems such as aluminum oxide, hafnium oxide (HfO 2 ). To minimize structural changes during this heat treatment process, a reaction barrier layer (RBL) may be interposed between the aluminum oxide layer 24 and the silicon dioxide layer. According to an embodiment of the present invention, the reaction barrier layer may be a silicon nitride layer.

상기 질화규소층 상에 절연체인 산화알루미늄층을 형성하는 단계(S43)에서, 상기 산화알루미늄층은 상기 이산화규소층 상에 형성된다. 상기 산화알루미늄층은 원자층 증착(Atomic Layer Deposition, ALD) 시스템으로 증착할 수 있으며, 본 발명의 일 실시 예에 따르면 15nm까지 증착시킨다. ALD 공정은 자외선 아래에서, 프리커서(precursor)로서 트리메틸-알루미늄(TriMethyl-Aluminium, TMA) 및 물을 사용하여 370℃에서 가열할 수 있다.In the step (S43) of forming an aluminum oxide layer as an insulator on the silicon nitride layer, the aluminum oxide layer is formed on the silicon dioxide layer. The aluminum oxide layer may be deposited by an atomic layer deposition (ALD) system, and according to an embodiment of the present invention, the aluminum oxide layer may be deposited up to 15 nm. The ALD process can be heated at 370 ° C. under ultraviolet light, using TriMethyl-Aluminium (TMA) and water as a precursor.

상기 산화알루미늄층은 큰 유전상수(dielectric constant), 또는 높은-κ(high-κ dielectrics) 값을 갖는다. 탄화규소에 기반한 이산화규소 게이트는 고온의 높은 전기장 하에서 이산화규소-탄화규소 사이의 높은 계면-트랩 밀도를 갖고, 불안정하다는 문제점을 갖는다. 따라서 큰 유전상수를 갖는 산화알루미늄과 같은 유전체를 산화물로 사용한다.The aluminum oxide layer has a large dielectric constant, or high-k dielectrics value. Silicon carbide gates based on silicon carbide have a high interfacial-trap density between silicon dioxide and silicon carbide under high temperature, high electric fields, and have the problem of being unstable. Therefore, a dielectric such as aluminum oxide having a large dielectric constant is used as the oxide.

상기 이산화규소층, 상기 질화규소층 및 상기 산화알루미늄층이 형성된 상기 탄화규소 기판을 어닐링하는 단계(S44)에서, 본 발명의 일 실시 예에 따르면 1000℃에서 2분 동안 RTA(Rapid Thermal Annealing)를 실시한다. 상기 RTA는 질소 분위기에서 실시할 수 있다.In annealing the silicon carbide substrate on which the silicon dioxide layer, the silicon nitride layer, and the aluminum oxide layer are formed (S44), according to an embodiment of the present invention, Rapid Thermal Annealing (RTA) is performed at 1000 ° C. for 2 minutes. do. The RTA can be carried out in a nitrogen atmosphere.

도 5 내지 도 9 및 표 1은 1000℃에서 2분 동안 RTA처리를 한 산화알루미늄/질화규소-RBL/이산화규소 적층 게이트 유전체들의 구조적 및 전기적 성능의 열적인 안정성 등을 나타낸다.5 to 9 and Table 1 show thermal stability of structural and electrical performance of aluminum oxide / silicon nitride-RBL / silicon dioxide stacked gate dielectrics subjected to RTA treatment at 1000 ° C. for 2 minutes.

비교 실험을 위해, 질화규소-RBL이 없는 샘플을 ALD 시스템에 삽입한다. 산화알루미늄을 성장시킨 후, 한 세트의 샘플을 1000℃에서 2분 동안 질소 분위기에서 RTA를 실시하고, 다른 샘플들은 RTA 처리를 하지 않는다. For comparative experiments, a sample without silicon nitride-RBL is inserted into the ALD system. After growing aluminum oxide, one set of samples is subjected to RTA in a nitrogen atmosphere at 1000 ° C. for 2 minutes, and the other samples are not RTA treated.

평탄대역 전압 이동(ΔVFB, flat band voltage shift) 및 계면 트랩 밀도(Dit, interface trap density)와 같은 전기적인 파라미터들은 후 어닐링 처리 이후 이러한 게이트의 성능을 평가하기 위해 사용된다.Electrical parameters such as flat band voltage shift (ΔV FB ) and interface trap density (D it ) are used to evaluate the performance of this gate after post annealing treatment.

산화알루미늄층과 탄화규소 사이의 계면상태를 평가하기 위해 니켈(일함수=4.6eV)을 사용하여 산화알루미늄층 상면에 게이트 전극을 형성하고, 알루미늄을 사용하여 탄화규소 기판의 배면에 하부 전극을 형성한다. 상기 게이트 전극 및 하부 전극을 형성함으로써 금속산화물반도체 캐패시터(Metal Oxide Semiconductor capacitor, MOS)를 제작한 후 이에 대한 전기적 특성을 평가하였다.To evaluate the interface state between the aluminum oxide layer and silicon carbide, a gate electrode is formed on the upper surface of the aluminum oxide layer using nickel (work function = 4.6 eV), and a lower electrode is formed on the back surface of the silicon carbide substrate using aluminum. do. By forming the gate electrode and the lower electrode, a metal oxide semiconductor capacitor (MOS) was fabricated, and electrical characteristics thereof were evaluated.

상기 공정으로 얻어진 게이트 전극의 면적 A는 1.3×10-3-2이다. Dit는 hi-lo C-V(Capacitance-Voltage, C-V) 방법으로 측정할 수 있다. 상기 측정은 컴퓨터 제어 Keithely 590 CV 분석기/595 Quasistatic CV 미터기로 할 수 있는데, 컴퓨터 제어 Keithely 590 CV 분석기/595 Quasistatic CV 미터기는 실온에서 0.1V/s의 DC 스윕(sweep) 비율과 이에 중첩되는 1㎒의 15㎷의 소진폭 AC 전압으로 작동한다. 순방향 게이트-전압 스윕 Vg(ramping rate=0.3 V/s)의 함수로서 MOS 캐패시터의 게이트 전류(Ig)는 반도체 파라미터 분석기(HP-4156)를 사용하여 측정하였다. The area A of the gate electrode obtained by the said process is 1.3 * 10 <-3> cm <-2> . D it can be measured by hi-lo CV (Capacitance-Voltage, CV) method. The measurement can be made with a computer controlled Keithely 590 CV analyzer / 595 Quasistatic CV meter, which has a DC sweep rate of 0.1 V / s at room temperature and a superimposed 1 MHz. It operates with a small amplitude AC voltage of 15㎷. The gate current I g of the MOS capacitor as a function of the forward gate-voltage sweep V g (ramping rate = 0.3 V / s) was measured using a semiconductor parameter analyzer (HP-4156).

Ig-Vg 측정치들은 전류 밀도 J, 및 전기장 E로 변환된다. E 값은 E=(VG-VFB)/TOX에 의해서 산출되며, 여기에서 TOX는 산화물의 물리적 두께를 나타낸다. 유전체의 항복 전기장, EB는 J=10-6A/㎠을 유도하는 전기장으로 정의된다. 이러한 방법을 통해, 시간에 무관한 유전체의 항복(time zero dielectric breakdown, TZDB) 신뢰도 테스트를 각 샘플당 30개의 캐패시터로 수행하였다. I g -V g measurements are converted into current density J, and electric field E. The E value is calculated by E = (V G -V FB ) / T OX , where T OX represents the physical thickness of the oxide. The yield electric field of the dielectric, E B, is defined as the electric field inducing J = 10 −6 A / cm 2. In this way, a time zero dielectric breakdown (TZDB) reliability test was performed with 30 capacitors per sample.

산화물의 물리적 두께 및 형태를 확인하기 위해, FEI사의 F30 모델과 같은 고분해능 투과 전자현미경(High-Resolution Transmission Electron Microscopy, HR-TEM)을 사용하였다. 적층된 필름들의 조성은 Perkin-Elmer 660과 같은 오제 전자 분광기(Auger Electron Spectroscope, AES)를 사용하여 분석하였다.In order to confirm the physical thickness and morphology of the oxide, a high-resolution transmission electron microscope (HR-TEM) such as FEI's F30 model was used. The composition of the laminated films was analyzed using an Auger Electron Spectroscope (AES) such as Perkin-Elmer 660.

도 5는 고주파수(1㎒)에서 어닐링 여부 및 질화규소-RBL 삽입 여부에 따른 C-V(capacitance-voltage) 관계를 나타낸 도표이다.FIG. 5 is a diagram illustrating a capacity-voltage (C-V) relationship according to whether annealing is performed at high frequency (1 MHz) and whether silicon nitride-RBL is inserted.

도 5에서 측정된 고주파수 C-V 곡선으로부터 평탄대역 전압 이동(ΔVFB)을 결정하기 위해, 1/C2-Vg 도표로부터 외삽에 의해 샘플들의 VFB를 추론하였다. 샘플들에 대한 이상적인 평탄대역 전압들은 0.72V까지이고, 그것들 각각의 값들은 표 1에 나타내었다.In order to determine the flat band voltage shift (ΔV FB ) from the high frequency CV curve measured in FIG. 5, the V FB of the samples was extrapolated from the 1 / C 2 -V g plot. The ideal flatband voltages for the samples are up to 0.72V and their respective values are shown in Table 1.

Figure 112009072789400-PAT00001
Figure 112009072789400-PAT00001

표 1에서와 같이, 질화규소-RBL을 삽입하지 않고서 열처리하지 않은(as-deposited) 샘플에 대해, 산출된 ΔVFB 값은 질화규소-RBL을 삽입한 경우보다 한 차수 낮은 값이다. 열처리하지 않은 경우에 대해, 질화규소-RBL의 삽입 여부에 따른 샘플들을 비교하면, 질화규소-RBL을 삽입한 경우의 적층 유전체가 더욱 큰 음의 ΔVFB 값(더욱 큰 양의 유효 전하를 지시하는)을 갖는다. 이러한 차이는 본 발명에서 ICP-CVD로 증착시킨 질화규소층의 사용에 따라 주로 영향을 받으며, 여기에서 증착된 질화규소층은 양의 전하를 축적하는 것으로 알려져 있다. 도 1 및 표 1에서, 어닐링된 경우(annealed)에 있어서, 질화규소-RBL을 삽입하지 않은 경우는 삽입한 경우에 비해서 더 큰 양의 ΔVFB 값을 갖는 것을 볼 수 있다. 즉, 산화알루미늄 및 이산화규소 사이에 질화규소-RBL이 삽입되는 경우, ΔVFB 값은 더 작은 양(+)의 값이 된다.As shown in Table 1, the calculated ΔV FB for samples that were as-deposited without the insertion of silicon nitride-RBL The value is one order lower than when silicon nitride-RBL is inserted. Compared with the case of the insertion of silicon nitride-RBL for the case without heat treatment, the laminated dielectric with the insertion of silicon nitride-RBL has a larger negative ΔV FB Value, indicating a greater amount of effective charge. This difference is mainly influenced by the use of the silicon nitride layer deposited by ICP-CVD in the present invention, where the silicon nitride layer deposited is known to accumulate a positive charge. In Figure 1 and Table 1, in the case of the annealed (annealed), if it is not inserted into the silicon nitride -RBL is of larger amount compared with the case where the inserted ΔV FB You can see that it has a value. That is, when silicon nitride-RBL is inserted between aluminum oxide and silicon dioxide, ΔV FB The value is a smaller positive value.

도 6은 유전체의 EC(conduction bandedge) 아래의 에너지 트랩의 함수로서 Dit의 분포를 나타내는 도표이다.Figure 6 is a chart showing the distribution of D it as a function of the energy trapped under the E C (conduction bandedge) of the dielectric.

도 6에 도시된 바와 같이, 열처리하지 않은(as-deposited) 샘플들에 대한 Dit의 크기는 질화규소-RBL의 삽입 여부에 따라 차이가 발생하지 않는다. 그러나, 어닐링된 샘플에 대한 Dit는 질화규소-RBL을 삽입하지 않은 경우가 삽입하는 경우보다 더 높게 나타난다. 이는 질화규소-RBL을 삽입하지 않은 샘플의 경우, 계면 및/또는 벌크 유전체(bulk dielectric)에 음의 전하들이 생성될 가능성이 있다는 것을 나타낸다. 시스템 내에서 이러한 유효 전하들이 음으로 충전된 결함(defect) 상태들에 의해 실제로 영향을 받는 것인지, 또는 단지 전하 보상효과(compensation effect)에 의해 영향을 받는 것인지 결론을 내리기는 어렵다. 그러나, 생성된 음의 전하는 계면 및/또는 벌크 산화물들에 위치한 전하들로부터 온다는 결론은 내릴 수 있다. 이러한 결론은 순방향 및 역방향 바이어스를 가하여 C-V 측정을 했을 때 광범위한 이력 곡선, 큰 음의 Qeff(effective oxide charge) 및 큰 Dit에 기초한다. 모든 음의 Qeff 및 Dit는 산화알루미늄 및 이산화규소 사이에 질화규소-RBL을 삽입함으로써, RTA 과정 동안 상당히 감소될 수 있다.As shown in FIG. 6, the size of D it for as-deposited samples does not vary depending on whether silicon nitride-RBL is inserted. However, the D it for the annealed sample is higher when the silicon nitride-RBL is not inserted than when it is inserted. This indicates that for samples without silicon nitride-RBL, negative charges are likely to be generated at the interface and / or bulk dielectric. It is difficult to conclude whether these effective charges in the system are actually affected by negatively charged defect states, or only by the charge compensation effect. However, it can be concluded that the resulting negative charge comes from charges located at the interface and / or bulk oxides. This conclusion is based on a broad hysteresis curve, large negative effective oxide charge (Q eff ) and large D it when CV measurements are made with forward and reverse bias. All negative Q eff and D it can be significantly reduced during the RTA process by inserting silicon nitride-RBL between aluminum oxide and silicon dioxide.

도 7은 어닐링 여부 및 질화규소-RBL 삽입 여부에 따른 J-E 즉, 전계(electric field, E) 및 전류밀도(current density, J) 사이의 관계를 나타낸 도표이다.FIG. 7 is a graph showing the relationship between J-E, that is, an electric field (E) and a current density (J), depending on whether annealing and silicon nitride-RBL are inserted.

도 7(a)에 도시된 바와 같이, 질화규소-RBL의 삽입 여부에 따른 어닐링된 산화알루미늄의 적층된 유전체들에 대한 J-E 곡선들의 형태들은 전체적으로 상이하다. 이는 산화물을 통한 전류 전달의 매커니즘은 다른 샘플들에서 서로 다르다는 것을 나타낸다. 질화규소-RBL을 삽입하지 않고서 어닐링한 샘플의 Dit는 다른 샘플들의 Dit보다 더 크기 때문에, 삽입된 전자들의 트래핑 및/또는 터널링이 가능하며, 이러한 점은 J-E 곡선에서 낮은 유전체 항복 전계 EB(breakdown field)로부터 나타난다. J=10-6A/㎠에 상응하는 전계를 항복 전계 EB로 설정했을 때, 질화규소-RBL을 삽입함으로써 EB는 상당히 증가한다. 도 7(b)의 TZBD 신뢰도 통계 결과에서, 유사한 내용을 확인할 수 있다.As shown in FIG. 7 (a), the shapes of JE curves for stacked dielectrics of annealed aluminum oxide depending on whether silicon nitride-RBL is inserted are entirely different. This indicates that the mechanism of current transfer through the oxide is different in different samples. Because without the insert of the silicon nitride -RBL D it of the annealed samples is greater than D it of the other samples, it can be trapped and / or the tunneling of the inserted electronic, and this point is a low dielectric breakdown electric field of the JE E curve B ( breakdown field). When the electric field corresponding to J = 10 −6 A / cm 2 is set to the breakdown electric field E B , the E B increases considerably by inserting silicon nitride-RBL. Similar results can be seen in the TZBD reliability statistics of FIG. 7B.

도 8은 질화규소-RBL의 삽입 여부 및 어닐링 여부에 따른 샘플들의 HR-TEM 이미지를 나타내는 도면이다. 8 is a diagram illustrating HR-TEM images of samples according to whether silicon nitride-RBL is inserted and annealed.

도 8에서와 같이, 질화규소-RBL을 삽입한 경우, 어닐링 여부에 따른 샘플들의 차이가 없다(도 8(a) 및 도 8(b)). 이러한 점은 RTA 공정 동안, 질화규소-RBL은 산화알루미늄과 이산화규소의 혼합을 억제한다는 것을 나타낸다. As shown in Figure 8, when the silicon nitride-RBL is inserted, there is no difference between the samples according to the annealing (Fig. 8 (a) and 8 (b)). This indicates that during the RTA process, silicon nitride-RBL inhibits the mixing of aluminum oxide and silicon dioxide.

도 8(c)에서, 질화규소-RBL을 삽입하지 않고 열처리하지 않은(as-deposited) 샘플의 경우, 산화물의 상부 및 산화알루미늄-이산화규소 계면에서 부분적인 결정화(partial crystallization)를 확인할 수 있다. In FIG. 8 (c), partial crystallization at the top of the oxide and at the aluminum oxide-silicon dioxide interface can be confirmed for the sample without silicon nitride-RBL inserted and as-deposited.

도 8(d)에서, RTA 공정 후 부분적인 결정화는 탄화규소-이산화규소 계면 부근으로 확장된다. 이러한 결과들은 부분적인 결정화가 알루미늄 클러스터들로 구성될 수 있으며, 알루미늄 클러스터들은 RTA 공정 동안 탄화규소-이산화규소 계면을 향하는 알루미늄의 확산에 의해, 산화알루미늄-이산화규소 계면 부근에서 형성된다는 것을 제시한다.In FIG. 8 (d), partial crystallization after the RTA process extends near the silicon carbide-silicon dioxide interface. These results suggest that partial crystallization may consist of aluminum clusters, which are formed near the aluminum oxide-silicon dioxide interface by diffusion of aluminum towards the silicon carbide-silicon dioxide interface during the RTA process.

형성된 알루미늄 클러스터가 어닐링과 같은 열처리 공정 후, 질화처리된 이산화규소층 내부로 열확산되고, 상기 질화처리된 이산화규소층 및 탄화규소 사이의 계면까지 도달한다. 이렇게 확산된 알루미늄 클러스터는 질소가 실리콘 및 탄소와 결합하는 것을 방해하여, 트랩(trap)이 활성화되는 것을 억제하지 못하게 하고, 계면에서 탄소의 양을 감소시키는 역할을 방해한다.The formed aluminum cluster is thermally diffused into the nitrided silicon dioxide layer after the heat treatment process such as annealing, and reaches the interface between the nitrided silicon dioxide layer and the silicon carbide. This diffused aluminum cluster prevents nitrogen from binding to silicon and carbon, preventing the trap from being activated and hindering the role of reducing the amount of carbon at the interface.

규소 시스템에서, 부분적으로 결정화된 알루미늄 클러스터는 두 가지 매커니즘에 의해 형성될 수 있다. 첫 번째는 산소 결핍 분위기의 고온에서 알루미늄과 규소 사이의 직접적인 상호작용으로부터 형성되는 것이다. 두 번째는 트리메틸 알루미늄인 ALD 소스로부터 Al3 + 및 기판에 있는 이용가능한 전자들 사이의 상호작용에 의해 부분적으로 결정화된 알루미늄 클러스터가 형성되는 것이다. In silicon systems, partially crystallized aluminum clusters can be formed by two mechanisms. The first is formed from the direct interaction between aluminum and silicon at high temperatures in an oxygen-deficient atmosphere. The second is that partially crystallized in the aluminum cluster by the interaction between the available electrons in the Al 3 + and the substrate formed from trimethylaluminum in ALD source.

두 번째 메커니즘에 있어서, Al3 + 및 이산화규소와 같은 중간층을 사용하는 기판으로부터의 전자들 사이의 직접적인 상호작용을 억제함으로써 알루미늄 클러스터의 형성을 방지할 수 있다. 그러므로, 부분적으로 결정화된 알루미늄 클러스터는 샘플 전달 및/또는 증착 공정 동안, 탄소, 수소, 산소 및 질소 원자와 같은 불순물들을 포함하는 초기 표면 상태가 적용되는 외부의 ALD 공정을 사용 시 형성할 수 있다. 이산화규소 및 산화알루미늄 사이에 질화규소-RBL을 삽입함으로써, Al3 + 및 산화물 사이의 상호작용은 어닐링 여부에 따라 상당히 억제될 수도 있다.Two in the second mechanism, by inhibiting the direct interaction between the electrons from the substrate using an intermediate layer such as Al + 3, and the silicon dioxide it is possible to prevent the formation of clusters of aluminum. Therefore, partially crystallized aluminum clusters can be formed using an external ALD process to which initial surface conditions including impurities such as carbon, hydrogen, oxygen and nitrogen atoms are applied during the sample delivery and / or deposition process. By inserting -RBL silicon nitride between the silicon dioxide and aluminum oxide, interaction between the oxide and Al 3 + may be significantly inhibited according to whether annealed.

도 9는 질화규소-RBL 삽입 여부 및 어닐링 여부에 따른 샘플들의 오제 전자 분광기(AES) 깊이 프로파일을 각각 나타내는 도표이다. FIG. 9 is a graph showing Auger Electron Spectroscopy (AES) depth profiles of samples, respectively, with and without silicon nitride-RBL insertion.

도 9(c) 및 9(f)에서와 같이, AES 곡선[도 9(a), 도 9(b), 도 9(d) 및 도 9(e)]으로부터 산출된 데이타는 스퍼터링(sputtering) 시간의 함수로서 질화규소-RBL의 삽입 여부 및 어닐링 여부에 따른 적층된 유전체들에서, 알루미늄 및 산소 각각의 농도의 합인 [Al]+[O]에 대한 실제적인 알루미늄의 농도인 [Al]의 비율을 나타낸다. As in Figs. 9 (c) and 9 (f), the data calculated from the AES curves (Figs. 9 (a), 9 (b), 9 (d) and 9 (e)) are sputtered. In stacked dielectrics with and without silicon nitride-RBL as a function of time, the ratio of [Al], the actual concentration of aluminum to [Al] + [O], the sum of the concentrations of aluminum and oxygen, Indicates.

도 9(c)에서, 질화규소-RBL을 삽입하지 않은 어닐링된 샘플에 대한 이산화규소 및/또는 이산화규소-탄화규소 계면에서의 알루미늄의 농도가 현저하게 증가한다는 점으로부터, 알루미늄은 RTA 공정 후 이산화규소 내부로 혼합된다는 것을 확인할 수 있다. In FIG. 9 (c), aluminum is significantly reduced in silicon dioxide after the RTA process, in that the concentration of aluminum at the silicon dioxide and / or silicon dioxide-silicon carbide interface for the annealed sample without silicon nitride-RBL is significantly increased. You can see that it blends inside.

그러나, 도 9(f)에서, 어닐링 여부에 따른 질화규소-RBL을 삽입한 샘플들의 경우에는 차이가 없다는 것을 확인할 수 있다. 이러한 점으로부터 알루미늄의 이산화규소 내부로의 확산은 질화규소-RBL에 의해 저지된다는 것을 알 수 있다.However, in FIG. 9 (f), it can be seen that there is no difference in the case of samples in which silicon nitride-RBL is inserted according to annealing. From this, it can be seen that diffusion of aluminum into silicon dioxide is inhibited by silicon nitride-RBL.

그러나, 질화규소-RBL의 삽입 여부에 따른 어닐링된 샘플의 경우, 주로 두가지 원인에 의해 샘플들의 구조적인 온도 안정성 및 전기적인 특성들이 향상된다. 첫 번째로, 질화규소-RBL이 탄화규소 상에서 산화알루미늄 및 이산화규소 사이에 삽입될 때, 산화알루미늄 및 이산화규소 사이의 계면 반응(interfacial reaction)이 억제된다. 이러한 점으로부터 이산화규소 내부로 알루미늄이 확산될 가능성이 낮아진다. 두 번째로, 질화규소-RBL을 삽입하지 않은 어닐링된 샘플과 비교할 때, 열적으로 안정한 산화알루미늄 및 질화규소-RBL의 높은 유전상수(dielectric constants)에 의해 높은 유전체 항복 필드(dielectric breakdown field)가 증가한다.However, in the case of annealed samples depending on whether silicon nitride-RBL is inserted, structural temperature stability and electrical characteristics of the samples are mainly improved by two causes. First, when silicon nitride-RBL is inserted between aluminum oxide and silicon dioxide on silicon carbide, the interfacial reaction between aluminum oxide and silicon dioxide is suppressed. From this point of view, aluminum is less likely to diffuse into the silicon dioxide. Secondly, the high dielectric breakdown field is increased by the high dielectric constants of thermally stable aluminum oxide and silicon nitride-RBL when compared to the annealed sample without the silicon nitride-RBL inserted.

본 발명에 따른 탄화규소계 반도체 소자 및 제조 방법은, 높은 κ값을 갖는 산화알루미늄을 산화막으로 사용하고, 탄화규소 상에 산화알루미늄 및 이산화규소 사이에 질화규소 반응 장벽층을 삽입함으로써, 고온 열처리에 안정한 구조를 유지할 수 있어서, 어닐링된 산화알루미늄 적층 게이트 유전체의 계면 트랩 밀도 및 유전체 항복 필드를 현저하게 개선할 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 탄화규소계 반도체 소자 및 제조 방법은 고전압, 고출력 및 고주파 응용분야에 적합한 반도체 전력소자를 제공한다.The silicon carbide semiconductor device and manufacturing method according to the present invention are stable to high temperature heat treatment by using aluminum oxide having a high κ value as an oxide film and inserting a silicon nitride reaction barrier layer between aluminum oxide and silicon dioxide on silicon carbide. The structure can be maintained, which can significantly improve the interface trap density and dielectric breakdown field of the annealed aluminum oxide stacked gate dielectric. Accordingly, the silicon carbide semiconductor device and manufacturing method according to the present invention provide a semiconductor power device suitable for high voltage, high power and high frequency applications.

한편 이상에서는 본 발명의 구체적인 실시 예에 관해 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 국한되지 않으며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.While the invention has been shown and described with reference to certain preferred embodiments thereof, it will be understood by those skilled in the art that various changes and modifications may be made without departing from the spirit and scope of the invention. Therefore, the scope of the present invention should not be limited to the described embodiments, but should be defined not only by the claims below, but also by those equivalent to the claims.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 탄화규소계 반도체 소자의 단면을 나타낸 단면도;1 is a cross-sectional view showing a cross section of a silicon carbide semiconductor device according to an embodiment of the present invention;

도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 탄화규소계 반도체 소자의 단면을 나타낸 단면도;2 is a cross-sectional view showing a cross section of a silicon carbide semiconductor device according to an embodiment of the present invention;

도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 탄화규소계 반도체 소자 제조 방법을 도시한 순서도;3 is a flowchart illustrating a method of manufacturing a silicon carbide semiconductor device according to an embodiment of the present invention;

도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 탄화규소계 반도체 소자 제조 방법을 도시한 순서도;4 is a flowchart illustrating a method of manufacturing a silicon carbide semiconductor device according to an embodiment of the present invention;

도 5는 고주파수(1㎒)에서 어닐링 여부 및 질화규소-RBL 삽입 여부에 따른 C-V(capacitance-voltage) 관계를 나타낸 도표;FIG. 5 is a diagram showing a capacity-voltage (C-V) relationship according to whether annealing is performed at high frequency (1 MHz) and whether silicon nitride-RBL is inserted;

도 6은 유전체의 EC(conduction bandedge) 아래의 에너지 트랩의 함수로서 Dit의 분포를 나타내는 도표;6 is a diagram showing the distribution of D it as a function of the energy trapped in the bottom of the dielectric E C (conduction bandedge);

도 7은 어닐링 여부 및 질화규소-RBL 삽입 여부에 따른 J-E 관계를 나타낸 도표;7 is a diagram showing a J-E relationship depending on whether annealing and silicon nitride-RBL is inserted;

도 8은 질화규소-RBL의 삽입 여부 및 어닐링 여부에 따른 샘플들의 HR-TEM 이미지를 나타내는 도면;8 is a diagram showing HR-TEM images of samples depending on whether silicon nitride-RBL is inserted and annealed;

도 9는 질화규소-RBL 삽입 여부 및 어닐링 여부에 따른 샘플들의 AES 깊이 프로파일을 각각 나타내는 도표.9 is a chart showing the AES depth profile of samples, respectively, with and without silicon nitride-RBL insertion and annealing.

Claims (10)

탄화규소 기판;Silicon carbide substrates; 상기 탄화규소 기판상에 형성된 질화처리된 이산화규소층; 및A nitrided silicon dioxide layer formed on the silicon carbide substrate; And 상기 이산화규소층 상에 형성된 절연체인 산화알루미늄층을 포함하며,An aluminum oxide layer which is an insulator formed on the silicon dioxide layer, 상기 이산화규소층 및 상기 산화알루미늄층이 형성된 상기 탄화규소 기판은 어닐링되는 것을 특징으로 하는 탄화규소계 반도체 소자.And the silicon carbide substrate on which the silicon dioxide layer and the aluminum oxide layer are formed is annealed. 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 이산화규소층과 상기 산화알루미늄층 사이에 형성된 질화규소층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 탄화규소계 반도체 소자.Silicon carbide-based semiconductor device further comprises a silicon nitride layer formed between the silicon dioxide layer and the aluminum oxide layer. 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 이산화규소층은 20 내지 25㎚ 두께로 형성되는 것을 특징으로 하는 탄화규소계 반도체 소자.The silicon dioxide-based semiconductor device, characterized in that the silicon dioxide layer is formed to a thickness of 20 to 25nm. 제 2항에 있어서,3. The method of claim 2, 상기 질화규소층은 10㎚ 두께로 형성되는 것을 특징으로 하는 탄화규소계 반도체 소자.The silicon nitride layer is a silicon carbide-based semiconductor device, characterized in that formed to a thickness of 10nm. 탄화규소 기판상에 질화처리된 이산화규소층을 형성하는 단계;Forming a nitrided silicon dioxide layer on the silicon carbide substrate; 상기 이산화규소층 상에 절연체인 산화알루미늄층을 형성하는 단계; 및Forming an aluminum oxide layer, which is an insulator, on the silicon dioxide layer; And 상기 이산화규소층 및 상기 산화알루미늄층이 형성된 상기 탄화규소 기판을 어닐링하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 탄화규소계 반도체 소자 제조 방법.And annealing the silicon carbide substrate having the silicon dioxide layer and the aluminum oxide layer formed thereon. 제 5항에 있어서,The method of claim 5, 상기 이산화규소층 상에 질화규소층을 형성하는 단계를 더 포함하며,Further comprising forming a silicon nitride layer on the silicon dioxide layer, 상기 산화알루미늄층은 상기 질화규소층 상에 형성되는 것을 특징으로 하는 탄화규소계 반도체 소자 제조 방법.The aluminum oxide layer is formed on the silicon nitride layer, characterized in that the silicon carbide-based semiconductor device manufacturing method. 제 5항에 있어서,The method of claim 5, 상기 어닐링하는 단계는 1000℃에서 2분 동안 RTA 처리를 하는 것을 특징으로 하는 탄화규소계 반도체 소자 제조 방법.The annealing step is a silicon carbide-based semiconductor device manufacturing method characterized in that the RTA treatment for 2 minutes at 1000 ℃. 제 5항에 있어서,The method of claim 5, 상기 이산화규소층은 20 내지 25㎚ 두께로 형성하는 것을 특징으로 하는 탄화규소계 반도체 소자 제조 방법.The silicon dioxide-based semiconductor device manufacturing method, characterized in that formed to a thickness of 20 to 25nm. 제 6항에 있어서,The method of claim 6, 상기 질화규소층은 10㎚ 두께로 형성하는 것을 특징으로 하는 탄화규소계 반도체 소자 제조 방법.The silicon nitride layer is a silicon carbide-based semiconductor device manufacturing method, characterized in that formed to a thickness of 10nm. 제 6항에 있어서,The method of claim 6, 상기 질화규소층을 형성하는 단계는 유도결합 플라즈마 화학 기상 증착법에 의해 상기 질화규소층을 형성하는 것을 특징으로 하는 탄화규소계 반도체 소자 제조 방법.The forming of the silicon nitride layer may include forming the silicon nitride layer by inductively coupled plasma chemical vapor deposition.
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