KR20120112217A - 쇼트키 다이오드 및 그 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 높은 도판트 농도 및 제 1 주면을 가지며 제 1 전기접촉면을 형성하는 바람직하게는 웨이퍼 형태의 반도체 기체를 제공하는 단계, 동일한 전도성 및 낮은 도판트 농도를 갖는 반도체층을 상기 제 1 주면의 반대측에 놓인 반도체 기체 상에 에피택셜하게 침착시키는 단계, 제 1 금속층과 반도체층 사이에 쇼트키 접점이 형성된 상태에서 제 1 금속층을 반도체층 상에 배치하는 단계, 접속 수단에 의해 평면 접촉체를 제 1 금속층에 연결하는 단계, 적어도 하나의 개별 쇼트키 다이오드를 형성하는 단계, 및 적어도 하나의 쇼트키 다이오드의 엣지영역에 부동태화층을 배치하는 단계를 포함하는 쇼트키 다이오드 및 그 제조방법에 관한 것이다.
Description
본 발명은 벌크 전도성 쇼트키 다이오드 및 그 쇼트키 다이오드, 특히 웨이퍼 집단에서 동일 타입의 다이오드를 제조하는 방법에 관한 것이다.
쇼트키 다이오드는 주로 예를 들어 EP 0 054 655 A2 또는 US 4,398,344로부터 오랫동안 알려져 왔다. 원칙적으로 쇼트키 다이오드, 구체적으로 화합물 반도체 재료로 구성된 다이오드를 pn접합을 갖는 반도체 다이오드와 비교하여 유리한 점은 특별히 신속한 절환 거동, 즉 고 빈도수로 정방향 동작으로부터 역방향 동작으로의 천이를 받을 수 있는 가능성이다. 이 때문에, 실리콘계를 이미 포함한 쇼트키 다이오드는 다양한 용도에서 특히 보호용 다이오드로서 적합하다.
쇼트키 다이오드의 추가의 본질적인 이점은 정방향으로의 비교적 낮은 전압 강하에 있다. 이런 이점은 예를 들어 태양광발전 설비에서 보호용 다이오드로서 사용시에 크다.
본 발명은 비교적 높은 전압 및 전류에서도 신속한 절환을 가능하게 하는 기계적으로 튼튼한 쇼트키 다이오드, 및 관련 제조 방법을 제공하는 목적에 기초하는 것이다.
상기 목적은 청구항 1의 특징을 포함하는 쇼트키 다이오드와 청구항 8의 특징으로 포함하는 제조 방법에 의해 본 발명에 따라서 달성된다. 바람직한 실시형태들은 각각의 종속 청구항에 설명되어 있다.
본 발명의 출발점은 제 1 주면 및 제 2 주면과 엣지표면을 갖는 쇼트키 다이오드다. 제 1 주면으로부터 보아서 본 발명에 따른 쇼트키 다이오드는 층상 구조를 갖는데, 모든 층들은 다른 두께를 갖지만 서로 평행하게 배향될 수 있다.
쇼트키 다이오드의 제 1 주면에 인접한 제 1 층은 제 1의 높은 도판트 농도를 갖는 반도체 기체인데, 이는 높은 전도성의 층을 만든다. 기체와 동일한 전도성을 갖는 반도체층은 제 1 주면으로부터 반대로 향하는 측면이 상기 기체에 인접한다. 그러나 이 반도체층은 보다 낮은 크기의 도판트 농도를 갖는다.
상기 반도체층 상에는 제 1 금속층이 배치되는데, 쇼트키 접점은 상기 두 층 사이의 계면에 형성된다. 바람직하게는 상기 제 1 금속층에 인접하여 이동 장벽으로서 구현된 제 2 금속층이 있다. 티타늄으로 형성된 금속층은 예를 들어 금속 원자가 이 층을 통해 제 1 금속층 속에 침입하는 것을 방지하는데, 이런 금속 원자는 쇼트키 접점의 기능을 방해할 수 있다.
제 1 금속층 또는 존재하는 경우 제 2 금속층 상에는 접속 수단으로 구성된 층이 배치되는데, 이는 상기 금속층을 평면 접촉체에 연결하는 역할을 한다. 이 경우, 상기 접촉체는 금속 또는 고도로 도핑된 반도체 재료로 구성될 수 있다. 지정된 접속 수단은 바람직하게는 단층 또는 다층의 추가 금속층 또는 전도성 접착 접속부로서 구현된다. 접속 수단의 반대측으로 향하는 접촉체의 주면은 쇼트키 다이오드의 제 2 주면을 형성한다.
쇼트키 다이오드의 엣지표면은 층, 구체적으로는 적어도 하나의 금속층에 직각으로 배향될 수 있다. 그러나 특히 적어도 엣지표면의 영역에서 쇼트키 접점이 엣지표면과 접하는 고전압용 쇼트키 다이오드의 경우에는 엣지표면이 층들에 대하여 직각으로부터 5도보다 크게 벗어나는 각도를 형성하는 경우가 바람직할 수 있다.
또한 쇼트키 다이오드의 엣지표면을 완전히 또는 부분적으로 덮는 부동태화층이 제공된다. 단지 부분적으로 덮는 경우에, 적어도 쇼트키 접점 주위, 즉 쇼트키 접점의 상하의 엣지영역 부분이 덮혀진다. 완전히 덮여지는 경우, 부동태화층은 제 1 주면으로부터 제 2 주면으로 연장된다.
본 발명의 구성에 따르면, 쇼트키 다이오드의 주면들은 동시에 개개의 제 1 및 제 2 전기접촉면을 형성한다. 이 경우 상기 접촉면 중의 적어도 하나에 추가의 금속 접촉층이 제공되는 경우가 바람직할 수 있다. 구체적으로 접촉체가 금속으로 구현되지 않는 경우, 외부에서 쇼트키 다이오드를 연결할 수 있도록 하기 위해 역시 다층 접점으로 구현될 수 있는 추가의 금속접촉층을 제공할 필요가 있을 수 있다.
이런 타입의 적어도 하나의 벌크 전도성 쇼트키 다이오드를 제조하기 위한 본 발명에 따른 방법은 다음과 같은 방법 단계를 특징으로 한다.
전류의 통과중에 전도 손실이 가능한 최소가 되도록 하기 위해 높은 도판트 농드를 갖는 반도체 기체를 제공하는 단계. 상기 반도체 기체의 제 1 주면은 또한 쇼트키 다이오드의 제 1 전기접촉면을 형성한다. 물론, 다수의 쇼트키 다이오드를 상기 방법으로 제조하는 것이 바람직하며 또한 종래기술에서 일반적으로 알려져 있다. 이를 위해, 반도체 기체가 웨이퍼 형태로 존재하는데, 이로부터 나중의 방법 단계에서 개개의 쇼트키 다이오드가 싱귤레이트된다.
쇼트키 접점의 형성에 필요한, 반도체 기체와 동일한 전도성을 갖지만 낮은 도판트 농도를 갖는 반도체층이 이후에 제 1 주면의 반대측에 놓이는 반도체 기체의 표면 상에 에피택셜하게 침착된다.
제 1 금속층을 반도체층 상에 배치하여 상기 제 1 금속층과 반도체층 사이에 쇼트키 접점을 형성하는 단계.
바람직하게는 이동 장벽으로서 제 2 금속층을 제 1 금속층 상에 배치하는 단계. 양 금속층은 증착법(vapour deposition method), 스퍼터링법(sputtering method) 또는 액상으로부터 침착법(deposition method from the liquid phase)으로 적용하는 것이 바람직할 수 있는데, 여기서 방법은 양 금속층에 대하여 완전히 다를 수 있다.
추가의 단계에서, 평면 접촉체는 접속 수단에 의해 제 1 금속층 또는 존재하는 경우에는 제 2 금속층에 연결된다. 역시 이 연결을 위해서는 접착 접합, 솔더링 또는 소결 방법 같은 다양한 공지의 방법들이 유리할 수 있다.
전체 웨이퍼에 사전에 유리하게 적용되는 이들 방법 단계 후에, 그 다음 단계에서 개개의 쇼트키 다이오드가 형성된다. 이를 위해서 특히 바람직하게는 팽창성 필름으로 구현되는 캐리어 장치 상에 웨이퍼를 배치하는 것이 유리하다.
적어도 하나의 쇼트키 다이오드의 형성, 바람직하게는 웨이퍼 집단으로부터 다수의 쇼트키 다이오드의 싱귤레이션은 소잉 방법에 의해 이루어지므로, 각각의 쇼트키 다이오드의 수평 정도 및 통전 용량도 정해진다. 소잉 방법은 1단계 또는 2단계의 방법으로 구현되는 것이 바람직할 수 있는데, 각 경우에 이후의 웨이퍼 집단으로부터의 싱귤레이션 동안에 개개의 쇼트키 다이오드는 여전히 캐리어 장치에 의해 형성된 헐거운 집단에 존재할 수 있다.
특히 2단계 소잉 방법의 경우, 적어도 쇼트키 접점의 영역에서는 층, 특히 적어도 하나의 금속층에 대하여 직각에서 5도보다 크게 벗어난 각도를 형성하는 방식으로 엣지표면을 쉽게 형성할 수 있다.
소잉 방법 후에는 소잉 방법에 의해 형성될 수 있는 결함체적영역을 제거하기 위해 적어도 쇼트키 접점 영역의 엣지영역이 엣칭 방법을 받는 것이 더욱 유리하다.
추가의 방법 단계에서, 전체 엣지표면이나 적어도 쇼트키 접점 부분에 부동태화층이 배치된다. 그 후,I적절한 경우, 개개의 쇼트키 다이오드의 헐거운 집단이 이산되고 쇼트키 다이오드가 완전히 싱귤레이트된다.
본 발명에 따르면, 비교적 높은 전압 및 전류에서도 신속한 절환을 가능하게 하는 기계적으로 튼튼한 쇼트키 다이오드를 생산할 수 있다.
본 발명의 해결책은 도 1 내지 도 8에 따른 모범적인 실시형태에 기초하여 더욱 설명될 것이다.
도 1 내지 도 7은 본 발명에 따른 제조 방법의 기본적인 단계들을 보여준다.
도 8은 본 발명에 따른 쇼트키 다이오드를 보여준다.
도 1 내지 도 7은 본 발명에 따른 제조 방법의 기본적인 단계들을 보여준다.
도 8은 본 발명에 따른 쇼트키 다이오드를 보여준다.
도 1은 다수의 쇼트키 다이오드의 반도체 기체(base body)를 구성하는 웨이퍼의 발췌부를 보여준다. 상기 반도체 기체는 바람직하게는 단결정 실리콘으로 구성된 것으로서, 고농도의 도판트를 가지므로, 센티미터당 1밀리오옴 미만의 저항을 가지며, 따라서 높은 전도성을 갖는다. 바람직하게는 기체는 해당 전도성을 갖는 n형 도핑을 갖는다. 상기 반도체 기체의 바람직한 두께는 80 ㎛ 내지 150 ㎛ 사이인데, 예를 들어 200 ㎛ 내지 300 ㎛ 사이의 두께를 갖는 보다 두꺼운 반도체 기체도 원칙적으로 마찬가지로 적합하다. 이 경우, 상기 반도체 기체의 제 1 주면(main surface)은 싱귤레이션(singulation) 후에 각 쇼트키 다이오드의 각각의 제 1 접촉면을 형성한다.
반도체 기체와 동일한 전도성을 갖지만 낮은 도판트 농도를 갖는 에피택셜하게(epitaxially) 침착된 반도체층이 상기 기체 상에 도시되어 있다. 상기 반도체층은 수 마이크로미터의 두께와 센티미터당 1오옴의 크기의 저항을 갖는다.
도 2는 반도체층 상에 배치된 제 1 금속층을 보여주는데, 상기 제 1 금속층은 반도체층과의 경계에 쇼트키 접점 및 쇼트키 다이오드의 기본적 기능을 구성한다. 상기 제 1 금속층은 공지의 방법, 특히 스퍼터링법에 의해 침착되며, 바람직하게는 나중에 열처리된다.
도 3은 제 1 금속층으로부터 위로 순서대로 배치된 제 2 금속층, 접속 수단 및 평면 접촉체를 보여준다. 싱귤레이션 후, 상기 접촉체는 접속 수단의 반대 방향으로 향하는 주면과 함께 각 쇼트키 다이오드의 제 2 접촉면을 형성한다. 평면 접촉체는 바람직하게는 금속 또는 고도로 도핑된 반도체 재료, 예를 들어 반도체 기체를 구성하는 것과 동일한 재료로 구성된다. 상기 접촉체의 1차 임무는 외부 접속부를 제 1 금속층, 즉 궁극적으로는 쇼트키 접점에 전기적으로 연결하는데 있다. 이를 위해 상기 접촉체는 또한 100 ㎛ 내지 200 ㎛의 바람직한 두께를 갖는다.
접속 수단은 평면 접촉체를 전기전도적으로 그리고 기계적으로 안정하게 고정하는 작용을 한다. 이를 위해, 접속 수단은 접촉체의 구조에 맞추어진 특성을 갖는다. 예를 들어 몰리브데늄으로 구성된 접촉체의 경우, 접속 수단은 솔더층으로 구현되는 것이 바람직할 수 있다. 접속에서 요구되는 요구조건이 보다 엄격한 경우, 소결 금속층도 포함될 수 있는데 이는 예를 들어 접촉체 상의 추가의 귀금속층과 결합하여 다층 구조의 접속 수단을 만든다.
반도체 재료로 구성된 평면 접촉체 구조의 경우에는 접속 수단이 접착 접속부로서 구성되는 것이 바람직할 수 있다.
원칙적으로 제 1 금속층과 접속 수단 사이에는 제 2 금속층이 더 제공되는데, 상기 제 2 금속층은 이동장벽으로서 작용하며 접속 수단 또는 평면 접촉체로부터 원자, 구체적으로 금속 원자가 제 1 금속층 속으로 침입하는 것을 방지한다. 이를 위해서는 제 2 금속층의 재료로서 티타늄이 특히 적합하다.
후속 단계에서 제 1 및/또는 제 2 주면 상에 추가의 금속 접촉층을 제공하는 것이 바람직할 수도 있다. 제 1 주면 상의 이런 접촉층은 예를 들어 쇼트키 다이오드의 기판 또는 일부 다른 캐리어에 대한 전기전도성 솔더링 또는 소결 접속부의 작용을 한다. 제 2 주면 상의 접촉층도 마찬가지로 외부 접속 요소에 대한 적합한 전기전도성 접속부의 역할을 한다.
도 4는 쇼트키 다이오드를 일부 싱귤레이트하였지만 완전히 싱귤레이트하지 않은 제 1 소잉 절단을 설명한다. 여기서, 캐리어 장치, 예를 들어 웨이퍼 취급에서 알려진 캐리어 필름이 이미 제 2 주면, 즉 평면 접촉체의 자유면 상에 배치되어 있다. 상기 캐리어 필름은 주로 소잉 방법의 완전 종료 후에 존재하는 쇼트키 다이오드가 계속하여 헐거운 집단에 배치되고 함께 추가의 공정 단계로 접근할 수 있게 하는 작용을 한다.
이 제 1 소잉(sawing) 단계의 결과로서 쇼트키 다이오드의 엣지표면이 이미 부분적으로 나타난다. V형상의 톱날을 갖는 도시한 소잉 장치에서는 도 5를 참조하면 직각으로부터 5도 보다 크게, 바람직하게는 10도의 영역으로 벗어난 금속층에 대한 각도가 쇼트키 접점 주위의 엣지표면 부분에 형성된다. 이를 위해, 제 1 소잉 절단은 반도체 기체로부터 평면 접촉체 속으로 바로 연장된다.
도 5는 쇼트키 다이오드를 완전히 싱귤레이트하였지만 캐리어 필름에 의해 헐렁한 집단으로 남아 있는 제 2 소잉 절단을 보여준다. 제 2 소잉 절단은 제 1 소잉 절단과 비교하여 보다 얇은 설계의 소잉 장치에 의해 소잉 절단에 의해 생성된 절결부 내의 중앙에서 이루어진다. 따라서 쇼트키 접점 주위의 엣지표면의 일부에 전술한 각도의 엣지표면이 유지된다. 전술한 소잉 방법에 의해 상기 각도를 형성하는데는 접촉체의 제공도 필요하다. 이 엣지표면의 구조의 이점은 결과로서의 쇼트키 다이오드의 파괴강도가 높다는 것에 있다.
도 6은 캐리어 필름에 의한 헐거운 집단에서의 싱귤레이트된 쇼트키 다이아도를 보여주는데, 여기서 쇼트키 다이오드 사이의 거리는 이중머리 화살표로 일차원적으로 지시된 두 개의 직교 방향으로 필름이 확장되었다는 사실 때문에 확대되어 있다.
이 도해는 마찬가지로 소잉에 의해 형성된 쇼트키 다이오드의 엣지표면이 엣칭법으로 처리되는 유리한 방법 단계를 보여준다. 이 경우 반응성 이온 엣칭법을 사용하는 것이 바람직하다. 또한 습식 화학 엣칭을 실시할 수 있다. 양 방법에서 추가적으로 제 1 주면을 덮고 따라서 그 주면을 엣칭제로부터 보호하는 것이 유리할 수 있다.
수 마이크로미터의 엣지표면이 제거되는 엣칭법에 의해, 소잉에 의해 생긴 결함 체적영역이 제거된다.
도 7은 소잉에 의해 형성되어 부동태화 유기 절연재(passivating organic insulation material)로 채워진 웨이퍼의 절결부를 보여준다. 상기 절연재는 제 1 주면으로부터 제 2 주면까지 연장되므로 쇼트키 다이오드의 전체 엣지표면을 덮는다.
이 도해는 마찬가지로 절연재를 통한 중앙 분리에 의해 헐거운 집단으로부터 쇼트키 다이오드의 완전 싱귤레이션을 종결하는 것을 보여준다.
도 8은 평행하게 배치된 반도체 기체, 반도체층, 제 1 금속층, 제 2의 바람직한 금속층, 접속 수단 및 평면 접촉체로 구성된 층상 구조를 포함하는 본 발명에 따른 개개의 쇼트키 다이오드를 보여준다. 쇼트키 접점은 이 경우에 반도체층과 제 1 금속층 사이에 형성된다.
이 층구조는 유기절연재로 구성되는 부동태화층으로 완전히 둘러싸인 엣지표면을 갖는다.
2: 쇼트키 다이오드(Schottky diode)
4: 제 1 주면(first main surface)
6: 제 2 주면(second main surface)
8: 엣지표면(edge surface)
10: 반도체 기체(semiconductor base body)
12: 반도체층(semiconductor layer)
20: 제 1 금속층(first metal layer)
22: 제 2 금속층(second metal layer)
30: 접속 수단(connecting means)
32: 평면 접촉체(connecting means)
60: 부동태화층(passivation layer)
200: 쇼트키 접점(Schottky contact)
4: 제 1 주면(first main surface)
6: 제 2 주면(second main surface)
8: 엣지표면(edge surface)
10: 반도체 기체(semiconductor base body)
12: 반도체층(semiconductor layer)
20: 제 1 금속층(first metal layer)
22: 제 2 금속층(second metal layer)
30: 접속 수단(connecting means)
32: 평면 접촉체(connecting means)
60: 부동태화층(passivation layer)
200: 쇼트키 접점(Schottky contact)
Claims (15)
- 동시에 각각의 제 1 및 제 2 전기접촉면을 형성하는 제 1 주면(4) 및 제 2 주면(6)과 엣지표면(8)을 갖는 쇼트키 다이오드(2)에 있어서,
제 1의 높은 도판트 농도를 갖는 반도체 기체(10), 동일한 전도성과 낮은 도판트 농도를 갖는 반도체층(12), 상기 반도체층과 쇼트키 접점(200)을 형성하는 제 1 금속층(20), 접속 수단(30)으로 구성된 층, 및 접속 수단으로 구성된 상기 층을 통하여 제 2 금속층(22)에 접속된 평면 접촉체(32)를 포함하는 층상 구조를 포함하며,
상기 쇼트키 접점(200) 주위의 적어도 엣지표면(8) 부분을 덮는 쇼트키 다이오드(2)의 엣지표면(8)의 부동태화층(60)을 포함하는 것을 특징으로 하는 쇼트키 다이오드. - 제 1 항에 있어서,
상기 제 1 금속층(20)과 상기 접속 수단(30)으로 구성된 층 사이에는 이동 장벽을 구성하는 제 2 금속층(22)도 제공되는 것을 특징으로 하는 쇼트키 다이오드. - 제 1 항에 있어서,
상기 평면 접촉체(32)는 금속 또는 고도로 도핑된 반도체 재료로 구성되는 것을 특징으로 하는 쇼트키 다이오드. - 제 1 항에 있어서,
상기 접속 수단(30)은 단층 또는 다층의 추가 금속층 또는 전도성 접착 접속부인 것을 특징으로 하는 쇼트키 다이오드. - 제 1 항에 있어서,
적어도 상기 쇼트키 접점(200)의 영역의 엣지표면(8)은 상기 층들에 대하여 직각으로부터 5도 보다 크게 벗어난 각도(80)를 형성하는 것을 특징으로 하는 쇼트키 다이오드. - 제 1 항에 있어서,
상기 제 1 주면(4) 및/또는 제 2 주면(6) 상에는 추가의 금속접촉층이 제공되는 것을 특징으로 하는 쇼트키 다이오드. - 제 1 항에 있어서,
상기 부동태화층(60)은 상기 엣지표면(8)을 완전히 덮으며, 제 1 주면(4)으로부터 제 2 주면(6)까지 연장되는 것을 특징으로 하는 쇼트키 다이오드. - 제 1 항 내지 제 7 항 중의 한 항에 따른 적어도 하나의 쇼트키 다이오드(2)를 제조하는 방법에 있어서,
- 높은 도판트 농도 및 제 1 주면(4)을 가지며 제 1 전기접촉면을 형성하는 바람직하게는 웨이퍼 형태의 반도체 기체(10)를 제공하는 단계,
- 동일한 전도성 및 낮은 도판트 농도를 갖는 반도체층(12)을 상기 제 1 주면(4)의 반대측에 놓인 반도체 기체(10) 상에 에피택셜하게 침착시키는 단계,
- 제 1 금속층(20)과 반도체층(12) 사이에 쇼트키 접점(200)이 형성된 상태에서 제 1 금속층(20)을 반도체층(12) 상에 배치하는 단계,
- 접속 수단(30)에 의해 평면 접촉체(32)를 제 1 금속층(20)에 연결하는 단계,
- 적어도 하나의 개별 쇼트키 다이오드(2)를 형성하는 단계, 및
- 적어도 하나의 쇼트키 다이오드(2)의 엣지영역(8)에 부동태화층(60)을 배치하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법. - 제 8 항에 있어서,
상기 제 1 금속층(20) 및/또는 상기 제 1 금속층(20)과 접속 수단(30) 사이에 배치된 제 2 금속층(22)은 증착법, 스퍼터링법 또는 액상으로부터 침착법으로 가해지는 것을 특징으로 하는 방법. - 제 8 항 또는 제 9 항에 있어서,
상기 평면 접촉체(32)는 접착 접합, 솔더링 또는 소결 방법에 의해 제 1 금속층(20) 또는 제 2 금속층(22)에 연결되는 것을 특징으로 하는 방법. - 제 8 항에 있어서,
상기 적어도 하나의 쇼트키 다이오드(2)는 1단계 또는 2단계 소잉 방법(40, 42)에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 방법. - 제 11 항에 있어서,
소잉 방법(40, 42) 후에, 적어도 하나의 쇼트키 다이오드(2)의 적어도 쇼트키 접점(200)의 영역의 엣지영역(8)은 엣칭 방법(50)을 받는 것을 특징으로 하는 방법. - 제 8 항 또는 제 9 항에 있어서,
적어도 하나의 쇼트키 다이오드(2)를 적어도 쇼트키 접점(200)의 영역에 형성할 때, 엣지표면(8)은 상기 층들, 특히 금속층(20, 22)에 대하여 직각으로부터 5도보다 크게 벗어난 각도(80)를 형성하는 것을 특징으로 하는 방법. - 제 8 항 내지 제 13 항 중의 한 항에 있어서,
다수의 쇼트키 다이오드(2)를 형성할 때, 웨이퍼는 캐리어 장치(34) 상에 배치되며 개개의 쇼트키 다이오드(2)의 헐거운 집단이 존재하는 것을 특징으로 하는 방법. - 제 14 항에 있어서,
부동태화층(60)이 배치된 후, 상기 쇼트키 다이오드(2)는 완전히 싱귤레이트되는 것을 특징으로 하는 방법.
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