KR20200068251A - 반도체 소자 및 그 제조 방법 - Google Patents

반도체 소자 및 그 제조 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR20200068251A
KR20200068251A KR1020180154984A KR20180154984A KR20200068251A KR 20200068251 A KR20200068251 A KR 20200068251A KR 1020180154984 A KR1020180154984 A KR 1020180154984A KR 20180154984 A KR20180154984 A KR 20180154984A KR 20200068251 A KR20200068251 A KR 20200068251A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
type layer
semiconductor device
silicon
substrate
concentration
Prior art date
Application number
KR1020180154984A
Other languages
English (en)
Other versions
KR102600058B1 (ko
Inventor
주낙용
Original Assignee
현대자동차주식회사
기아자동차주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 현대자동차주식회사, 기아자동차주식회사 filed Critical 현대자동차주식회사
Priority to KR1020180154984A priority Critical patent/KR102600058B1/ko
Priority to US16/381,361 priority patent/US11056596B2/en
Priority to CN201910481899.6A priority patent/CN111276530A/zh
Priority to DE102019123319.4A priority patent/DE102019123319A1/de
Publication of KR20200068251A publication Critical patent/KR20200068251A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102600058B1 publication Critical patent/KR102600058B1/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/86—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable only by variation of the electric current supplied, or only the electric potential applied, to one or more of the electrodes carrying the current to be rectified, amplified, oscillated or switched
    • H01L29/861—Diodes
    • H01L29/8611—Planar PN junction diodes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/02—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/06—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions
    • H01L29/0684—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions characterised by the shape, relative sizes or dispositions of the semiconductor regions or junctions between the regions
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
    • H01L21/02518—Deposited layers
    • H01L21/02521—Materials
    • H01L21/02524—Group 14 semiconducting materials
    • H01L21/02529—Silicon carbide
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
    • H01L21/02518—Deposited layers
    • H01L21/02521—Materials
    • H01L21/02524—Group 14 semiconducting materials
    • H01L21/02532—Silicon, silicon germanium, germanium
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/26—Bombardment with radiation
    • H01L21/263—Bombardment with radiation with high-energy radiation
    • H01L21/265—Bombardment with radiation with high-energy radiation producing ion implantation
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/26—Bombardment with radiation
    • H01L21/263—Bombardment with radiation with high-energy radiation
    • H01L21/265—Bombardment with radiation with high-energy radiation producing ion implantation
    • H01L21/26506—Bombardment with radiation with high-energy radiation producing ion implantation in group IV semiconductors
    • H01L21/26513—Bombardment with radiation with high-energy radiation producing ion implantation in group IV semiconductors of electrically active species
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/02—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/06—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions
    • H01L29/0603—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions characterised by particular constructional design considerations, e.g. for preventing surface leakage, for controlling electric field concentration or for internal isolations regions
    • H01L29/0642—Isolation within the component, i.e. internal isolation
    • H01L29/0646—PN junctions
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/02—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/12—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by the materials of which they are formed
    • H01L29/16—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by the materials of which they are formed including, apart from doping materials or other impurities, only elements of Group IV of the Periodic Table
    • H01L29/161—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by the materials of which they are formed including, apart from doping materials or other impurities, only elements of Group IV of the Periodic Table including two or more of the elements provided for in group H01L29/16, e.g. alloys
    • H01L29/165—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by the materials of which they are formed including, apart from doping materials or other impurities, only elements of Group IV of the Periodic Table including two or more of the elements provided for in group H01L29/16, e.g. alloys in different semiconductor regions, e.g. heterojunctions
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66007—Multistep manufacturing processes
    • H01L29/66053—Multistep manufacturing processes of devices having a semiconductor body comprising crystalline silicon carbide
    • H01L29/6606—Multistep manufacturing processes of devices having a semiconductor body comprising crystalline silicon carbide the devices being controllable only by variation of the electric current supplied or the electric potential applied, to one or more of the electrodes carrying the current to be rectified, amplified, oscillated or switched, e.g. two-terminal devices
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66007—Multistep manufacturing processes
    • H01L29/66075—Multistep manufacturing processes of devices having semiconductor bodies comprising group 14 or group 13/15 materials
    • H01L29/66083—Multistep manufacturing processes of devices having semiconductor bodies comprising group 14 or group 13/15 materials the devices being controllable only by variation of the electric current supplied or the electric potential applied, to one or more of the electrodes carrying the current to be rectified, amplified, oscillated or switched, e.g. two-terminal devices
    • H01L29/6609—Diodes
    • H01L29/66136—PN junction diodes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66007—Multistep manufacturing processes
    • H01L29/66075—Multistep manufacturing processes of devices having semiconductor bodies comprising group 14 or group 13/15 materials
    • H01L29/66083—Multistep manufacturing processes of devices having semiconductor bodies comprising group 14 or group 13/15 materials the devices being controllable only by variation of the electric current supplied or the electric potential applied, to one or more of the electrodes carrying the current to be rectified, amplified, oscillated or switched, e.g. two-terminal devices
    • H01L29/6609—Diodes
    • H01L29/66143—Schottky diodes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/86—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable only by variation of the electric current supplied, or only the electric potential applied, to one or more of the electrodes carrying the current to be rectified, amplified, oscillated or switched
    • H01L29/861—Diodes
    • H01L29/872—Schottky diodes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/02—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/12—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by the materials of which they are formed
    • H01L29/16—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by the materials of which they are formed including, apart from doping materials or other impurities, only elements of Group IV of the Periodic Table
    • H01L29/1608—Silicon carbide

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • High Energy & Nuclear Physics (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Toxicology (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Electrodes Of Semiconductors (AREA)

Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 소자는 기판의 제1면에 위치하는 n- 형층, 상기 n- 형층의 위에 위치하는 n형층, 상기 n형층 위에 위치하는 제1 전극, 그리고 상기 기판의 제2면에 위치하는 제2 전극을 포함하고, 상기 n- 형층의 에너지 밴드 갭은 상기 n형층의 에너지 밴드 갭보다 크다.

Description

반도체 소자 및 그 제조 방법{SEMICONDUCTOR DEVICE AND METHOD MANUFACTURING THE SAME}
본 발명은 반도체 소자 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
최근 응용 기기의 대형화 대용량화 추세에 따라 높은 항복전압과 높은 전류 및 고속 스위칭 특성을 갖는 전력용 반도체 소자의 필요성이 대두되고 있다.
다이오드는 한쪽 방향으로 전류를 도통시킬 수 있는 2단자 소자이고, 스위칭을 위한 전력 반도체 소자용 다이오드는 고전압과 대전류가 요구된다. 이러한 다이오드 소자는 구조에 따라 상이한 전기적 특성을 지니며, 응용 분야에 따라 적절한 소자가 사용된다. 하지만 공통적으로 높은 전류밀도, 낮은 턴-온 전압, 높은 항복전압, 낮은 누설전류, 빠른 스위치 속도가 요구된다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 높은 전류 밀도 및 낮은 턴 온 전압을 가지는 반도체 소자에 관한 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 소자는 기판의 제1면에 위치하는 n- 형층, 상기 n- 형층의 위에 위치하는 n형층, 상기 n형층 위에 위치하는 제1 전극, 그리고 상기 기판의 제2면에 위치하는 제2 전극을 포함하고, 상기 n- 형층의 에너지 밴드 갭은 상기 n형층의 에너지 밴드 갭보다 크다.
상기 제1 전극과 상기 n형층의 접촉면에서 쇼트키 접합을 형성할 수 있다.
상기 n- 형층의 이온 도핑 농도는 상기 n형층의 이온 도핑 농도보다 작을 수 있다.
상기 n- 형층과 상기 n형층의 접촉면에서 이종 접합을 형성할 수 있다.
상기 n- 형층은 탄화규소를 포함하고, 상기 n형층은 규소를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 소자는 상기 n- 형층과 상기 n형층 사이에 위치하는 저농도 규소 n형층을 더 포함할 수 있고, 상기 저농도 규소 n형층의 이온 도핑 농도는 상기 n- 형층의 이온 도핑 농도보다 작을 수 있다.
상기 n- 형층과 상기 저농도 규소 n형층의 접촉면에서 이종 접합을 형성할 수 있다.
상기 n- 형층은 탄화규소를 포함하고, 상기 n형층 및 상기 저농도 규소 n형층은 규소를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 소자는 상기 n- 형층과 상기 n형층 사이에 위치하는 저농도 탄화규소 n형층을 더 포함할 수 있고, 상기 저농도 규소 n형층의 이온 도핑 농도는 상기 n- 형층의 이온 도핑 농도보다 작을 수 있다.
상기 n형층과 상기 저농도 탄화규소 n형층의 접촉면에서 이종 접합을 형성할 수 있다.
상기 n- 형층 및 상기 저농도 탄화규소 n형층은 탄화규소를 포함하고, 상기 저농도 규소 n형층은 규소를 포함할 수 있다.
상기 기판은 n+ 형 탄화규소 기판일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 소자의 제조 방법은 기판의 제1면에 n- 형층을 형성하는 단계, 상기 n- 형층 위에 n형층을 형성하는 단계, 상기 n형층 위에 제1 전극을 형성하는 단계, 그리고 상기 기판의 제2면에 제2 전극을 형성하는 단계를 포함하고, 상기 n- 형층의 에너지 밴드 갭은 상기 n형층의 에너지 밴드 갭보다 크다.
상기 n형층을 형성하는 단계는 상기 n- 형층 위에 에피택셜 성장으로 형성하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 n형층을 형성하는 단계는 상기 n- 형층 위에 에피택셜 성장으로 규소 n- 형층을 형성하는 단계, 및 상기 규소 n- 형층 위에 n형 이온을 주입하는 단계를 포함할 수 있고, 상기 규소 n- 형층은 상기 규소를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 반도체 소자는 과제는 높은 전류 밀도 및 낮은 턴 온 전압을 가질 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 소자의 단면의 일 예를 간략하게 도시한 도면이다.
도 2는 도 1에 따른 반도체 소자의 온(on) 상태의 공핍층 분포 및 에너지 밴드 다이어그램을 나타낸 도면이다.
도 3은 도 1에 따른 반도체 소자의 오프(off) 상태의 공핍층 분포 및 에너지 밴드 다이어그램을 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 소자의 제조 방법의 일 예를 간략하게 도시한 도면이다.
도 5 및 도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 반도체 소자의 제조 방법의 일 예를 간략하게 도시한 도면이다.
도 7 및 도 8은 각각 본 발명의 다른 실시예에 따른 반도체 소자의 단면의 일 예를 도시한 도면이다.
첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명은 여기서 설명되는 실시예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다.
도면들에 있어서, 층 및 영역들의 두께는 명확성을 기하기 위하여 과장된 것이다. 또한, 층이 다른 층 또는 기판 "상"에 있다고 언급되는 경우에 그것은 다른 층 또는 기판 상에 직접 형성될 수 있거나 또는 그들 사이에 제 3의 층이 개재될 수도 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 소자의 단면의 일 예를 간략하게 도시한 도면이다.
도 1을 참고하면, 본 실시예에 따른 반도체 소자는 기판(100), n- 형층(200), n형층(300), 제1 전극(400) 및 제2 전극(500)를 포함한다.
본 실시예에 따른 반도체 소자는 다이오드일 수 있다. 이 때, 제1 전극(400)은 애노드(anode)이고, 제2 전극(500)은 캐소드(cathode)일 수 있다.
기판(100)은 n+ 형 탄화규소(SiC) 기판일 수 있다.
n- 형층(200)은 기판(100)의 제1면에 위치하고, n형층(300)은 n- 형층(200) 위에 위치한다. n- 형층(200)의 에너지 밴드 갭은 n형층(300)의 에너지 밴드 갭보다 크다. 여기서, n- 형층(200)은 탄화규소를 포함하고, n형층(300)은 규소(Si)를 포함할 수 있다. n- 형층(200)과 n형층(300)의 접촉면은 이종 접합(hetero junction)을 형성한다.
또한, n형층(300)의 이온 도핑 농도는 n- 형층(200)의 이온 도핑 농도에 비해 크다.
한편, 본 실시예에서는 기판(100) 및 n- 형층(200)은 탄화규소를 포함하고, n형층(300)은 규소(Si)를 포함하는 것으로 설명하였지만, 이에 한정되지 않고, 에너지 밴드 갭이 n- 형층(200)이 상대적으로 크고, n형층(300)이 상대적으로 작은 물질을 포함할 수 있다. 예컨대, 기판(100) 및 n- 형층(200)이 산화갈륨(Ga2O3)를 포함하고, n형층(300)은 저마늄(Ge), 규소, 질화갈륨(GaN), 탄화규소, 질화알루미늄(AlN) 중 하나를 포함할 수 있다.
제1 전극(400)는 n형층(300) 위에 위치하고, 쇼트키(schottky) 금속을 포함할 수 있다. 제1 전극(400)은 n형층(300)과 서로 접촉하여 그 경계면에서 쇼트키 접합을 형성한다.
제2 전극(500)은 기판(100)의 제2면에 위치하고, 오믹(ohmic) 금속을 포함할 수 있다. 여기서, 기판(100)의 제2면은 기판(100)의 제1면에 대해 반대쪽 면을 가리킨다.
본 실시예에 따른 반도체 소자는 n- 형층(200) 위에 n- 형층(200)의 에너지 밴드 갭보다 작은 n형층(300)이 위치함에 따라, 반도체 소자의 턴 온(turn on)이 n형층(300)과 제1 전극(400)과의 접촉면인 쇼트키 접합면에서 발생한다. 또한, 반도체 소자의 항복 현상을 일으키는 최대 전계는 n- 형층(200)과 n형층(300)의 접촉면인 이종 접합면에서 형성된다. 이에 따라, 반도체 소자의 전류 밀도가 향상되고, 턴 온 전압을 감소시킬 수 있다.
그러면, 본 실시예에 따른 반도체 소자의 동작에 대해 도 2 및 도 3을 참고하여 설명한다.
도 2는 도 1에 따른 반도체 소자의 온(on) 상태의 공핍층 분포 및 에너지 밴드 다이어그램을 나타낸 도면이다. 도 3은 도 1에 따른 반도체 소자의 오프(off) 상태의 공핍층 분포 및 에너지 밴드 다이어그램을 나타낸 도면이다.
도 2를 참고하면, 반도체 소자의 온 상태에서 공핍층(D1, D2)은 n- 형층(200)과 n형층(300)의 접촉면 주변(D1) 및 n형층(300)과 제1 전극(400)과의 접촉면의 아래(D2)에 형성된다.
반도체 소자의 온 상태에서는 반도체 소자의 애노드인 제1 전극(400)에 양(+) 전압이 인가된다.
이 때, n형층(300)과 제1 전극(400)과의 접촉면인 쇼트키 접합면에서 턴 온이 되고, n- 형층(200)의 전자는 에너지 장벽의 방해 없이 n형층(300)으로 이동한다. 또한, n형층(300)의 정공은 n- 형층(200)과 n형층(300)의 접촉면인 이종 접합면에서 에너지 장벽에 의해 n- 형층(200)으로 이동하지 않는다.
이와 같이, 전체 전류가 전자의 이동에 의해서만 형성되므로, 빠른 스위칭 속도의 구현이 가능할 수 있다. 또한, 쇼트키 접합면에서 턴 온이 일어나므로, 낮은 전압에서 턴 온이 가능할 수 있다.
도 3을 참고하면, 반도체 소자의 오프 상태에서 공핍층(D3)은 n- 형층(200)의 일부를 제외한 영역 및 n형층(300)에 형성된다.
반도체 소자의 오프 상태에서는 반도체 소자의 캐소드인 제2 전극(500)에 양(+) 전압이 인가된다.
이 때, n형층(300)의 이온 도핑 농도보다 낮은 이온 도핑 농도를 가지는 n- 형층(200)에서 큰 전압 강하가 일어나고, n형층(300)의 전자는 n- 형층(200)과 n형층(300)의 접촉면인 이종 접합면에서 에너지 장벽에 의해 n- 형층(200)으로 이동하지 않는다. 또한, n형층(300)의 정공은 에너지 장벽의 방해 없이 n형층(300)으로 이동한다. 이 때, n- 형층(200)에 존재하는 정공의 수는 매우 적고, 이에 따라, 전류가 거의 흐르지 않는 오프 상태를 유지한다. 반도체 소자의 오프 상태에서는 대부분의 전압이 n- 형층(200)에 인가됨에 따라 높은 항복 전압의 구현이 가능할 수 있다.
그러면 표 1을 참고하여 본 실시예에 따른 반도체 소자와 일반적인 반도체 소자의 특성을 비교하여 설명한다.
표 1은 본 실시예에 따른 반도체 소자와 일반적인 반도체 소자의 동작 시뮬레이션 결과를 나타낸 것이다.
비교예 1은 일반적인 헤테로 정션 다이오드(HDJ, Hetero Junction Diode) 소자이고, 비교예 2는 일반적인 쇼트키 장벽 다이오드(SBD, Schottky Barrier Diode) 소자이다.
표 1에서는 실시예, 비교예 1 및 비교예 2에 따른 반도체 소자의 항복 전압을 거의 동일하게 하여 반도체 소자의 특성을 비교하였다.

비교예 1
비교예 2
실시예

전류밀도 (A/cm2)
97.25
51.73
308.64

턴 온 전압 (V)
1.08
0.54
0.2

항복 전압 (V)
3225
3244
3231

100A의 소자 면적 (cm2)
1.028
1.933
0.324
표 1을 참고하면, 비교예 1의 다이오드 소자 대비 본 실시예에 따른 반도체 소자의 경우, 전류 밀도가 약 217.4% 증가하고, 턴 온 전압이 약 81.5% 감소함을 알 수 있다. 비교예 2의 다이오드 소자 대비 본 실시예에 따른 반도체 소자의 경우, 전류 밀도가 약 496.6% 증가하고, 턴 온 전압이 약 62.9% 감소함을 알 수 있다.
또한, 본 실시예에 따른 반도체 소자의 경우, 비교예 1의 다이오드 소자에 비해 소자 면적이 약 68.5% 감소하고, 비교예 2의 다이오드 소자에 비해 소자 면적이 83.2% 감소함을 알 수 있다. 이에 따라, 본 실시예에 따른 반도체 소자는 단위 웨이퍼당 반도체 소자의 개수의 증가 및 수율 향상을 통해 반도체 소자의 원가 절감이 가능하다.
그러면, 도 4 및 도 1을 참고하여 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 소자의 제조 방법에 대해 설명한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 소자의 제조 방법의 일 예를 간략하게 도시한 도면이다.
도 4를 참고하면, 기판(100)을 준비하고, 기판(100)의 제1면에 n- 형층(200) 및 n형층(300)을 차례로 형성한다. 여기서, 기판(100)은 n+ 형 탄화규소 기판일 수 있다. n- 형층(200) 기판(100) 위에 에피택셜 성장으로 형성하고, n형층(300)은 n- 형층(200) 위에 에피택셜 성장으로 형성할 수 있다. n- 형층(200)은 탄화규소를 포함하고, n형층(300)은 규소(Si)를 포함할 수 있다.
도 1을 참고하면, n형층(300) 위에 제1 전극(400)을 형성하고, 기판(100)의 제2면에 제2 전극(500)을 형성한다. 여기서, 제1 전극(400)은 n형층(300)과 서로 접촉하여 그 접촉면에서 쇼트키 접합을 형성한다. 제1 전극(400)은 쇼트키 금속을 포함하고, 제2 전극(500)은 오믹 금속을 포함할 수 있다.
한편, n형층(300)의 에피택셜 성장 및 이온 주입으로 형성할 수 있다. 이에 대해 도 5 및 도 6을 참고하여 설명한다.
도 5 및 도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 반도체 소자의 제조 방법의 일 예를 간략하게 도시한 도면이다.
도 5를 참고하면, 기판(100)을 준비하고, 기판(100)의 제1면에 n- 형층(200) 및 규소 n- 형층(300a)을 차례로 형성한다. 여기서, 기판(100)은 n+ 형 탄화규소 기판일 수 있다. n- 형층(200)은 기판(100) 위에 에피택셜 성장으로 형성하고, 규소 n- 형층(300a)은 n- 형층(200) 위에 에피택셜 성장으로 형성할 수 있다. n- 형층(200)은 탄화규소를 포함하고, 규소 n- 형층(300a)은 규소(Si)를 포함할 수 있다.
도 6을 참고하면, 규소 n- 형층(300a)에 질소(N), 인(P), 비소(As) 및 안티몬(Sb) 등과 같은 n형 이온을 주입하여 n형층(300)을 형성한다.
도 7 및 도 도 8을 참고하여 본 발명의 다른 실시예에 따른 반도체 소자에 대해 설명한다.
도 7 및 도 8은 각각 본 발명의 다른 실시예에 따른 반도체 소자의 단면의 일 예를 도시한 도면이다.
도 7을 참고하면, 본 실시예 따른 반도체 소자는 도 1에 따른 반도체 소자와 비교할 때, 저농도 규소 n형층(250)이 추가되는 것이 다를 뿐, 나머지 구조는 동일하다. 이에, 동일한 구조의 설명은 생략한다.
n- 형층(200) 및 n형층(300) 사이에 저농도 규소 n형층(250)이 위치한다. 저농도 규소 n형층(250)의 이온 도핑 농도는 n- 형층(200)의 이온 도핑 농도 및 n형층(300)의 이온 도핑 농도보다 작다. 저농도 규소 n형층(250)는 규소를 포함한다. 본 실시예에 따른 반도체 소자는 도 1에 따른 반도체 소자와 달리, 이종 접합은 저농도 규소 n형층(250)과 n- 형층(200)의 접촉면에서 형성된다.
도 8을 참고하면, 본 실시예 따른 반도체 소자는 도 1에 따른 반도체 소자와 비교할 때, 저농도 탄화규소 n형층(270)이 추가되는 것이 다를 뿐, 나머지 구조는 동일하다. 이에, 동일한 구조의 설명은 생략한다.
n- 형층(200) 및 n형층(300) 사이에 저농도 탄화규소 n형층(270)이 위치한다. 저농도 탄화규소 n형층(270)의 이온 도핑 농도는 n- 형층(200)의 이온 도핑 농도 및 n형층(300)의 이온 도핑 농도보다 작다. 저농도 탄화규소 n형층(270)는 탄화규소를 포함한다. 본 실시예에 따른 반도체 소자는 도 1에 따른 반도체 소자와 달리, 이종 접합은 저농도 탄화규소 n형층(270)와 n형층(300)의 접촉면에서 형성된다.
도 7 및 도 8에 따른 반도체 소자는 각각 도 1에 따른 반도체 소자에 비해 저농도 규소 n형층(250) 및 저농도 탄화규소 n형층(270)이 추가되어 도 1에 따른 반도체 소자에 비해 항복 전압이 증가할 수 있다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
100: 기판 200: n- 형층
250: 저농도 규소 n형층 270: 저농도 탄화규소 n형층
300: n형층 400: 제1 전극
500: 제2 전극

Claims (20)

  1. 기판의 제1면에 위치하는 n- 형층,
    상기 n- 형층의 위에 위치하는 n형층,
    상기 n형층 위에 위치하는 제1 전극, 그리고
    상기 기판의 제2면에 위치하는 제2 전극을 포함하고,
    상기 n- 형층의 에너지 밴드 갭은 상기 n형층의 에너지 밴드 갭보다 큰 반도체 소자.
  2. 제1항에서,
    상기 제1 전극과 상기 n형층의 접촉면에서 쇼트키 접합을 형성하는 반도체 소자.
  3. 제2항에서,
    상기 n- 형층의 이온 도핑 농도는 상기 n형층의 이온 도핑 농도보다 작은 반도체 소자.
  4. 제3항에서,
    상기 n- 형층과 상기 n형층의 접촉면에서 이종 접합을 형성하는 반도체 소자.
  5. 제4항에서,
    상기 n- 형층은 탄화규소를 포함하고, 상기 n형층은 규소를 포함하는 반도체 소자.
  6. 제3항에서,
    상기 n- 형층과 상기 n형층 사이에 위치하는 저농도 규소 n형층을 더 포함하고,
    상기 저농도 규소 n형층의 이온 도핑 농도는 상기 n- 형층의 이온 도핑 농도보다 작은 반도체 소자.
  7. 제6항에서,
    상기 n- 형층과 상기 저농도 규소 n형층의 접촉면에서 이종 접합을 형성하는 반도체 소자.
  8. 제7항에서,
    상기 n- 형층은 탄화규소를 포함하고, 상기 n형층 및 상기 저농도 규소 n형층은 규소를 포함하는 반도체 소자.
  9. 제3항에서,
    상기 n- 형층과 상기 n형층 사이에 위치하는 저농도 탄화규소 n형층을 더 포함하고,
    상기 저농도 규소 n형층의 이온 도핑 농도는 상기 n- 형층의 이온 도핑 농도보다 작은 반도체 소자.
  10. 제9항에서,
    상기 n형층과 상기 저농도 탄화규소 n형층의 접촉면에서 이종 접합을 형성하는 반도체 소자.
  11. 제10항에서,
    상기 n- 형층 및 상기 저농도 탄화규소 n형층은 탄화규소를 포함하고, 상기 저농도 규소 n형층은 규소를 포함하는 반도체 소자.
  12. 제1항에서,
    상기 기판은 n+ 형 탄화규소 기판인 반도체 소자.
  13. 기판의 제1면에 n- 형층을 형성하는 단계,
    상기 n- 형층 위에 n형층을 형성하는 단계,
    상기 n형층 위에 제1 전극을 형성하는 단계, 그리고
    상기 기판의 제2면에 제2 전극을 형성하는 단계를 포함하고,
    상기 n- 형층의 에너지 밴드 갭은 상기 n형층의 에너지 밴드 갭보다 큰 반도체 소자의 제조 방법.
  14. 제13항에서,
    상기 제1 전극과 상기 n형층의 접촉면에서 쇼트키 접합을 형성하는 반도체 소자의 제조 방법.
  15. 제14항에서,
    상기 n- 형층의 이온 도핑 농도는 상기 n형층의 이온 도핑 농도보다 작은 반도체 소자의 제조 방법.
  16. 제15항에서,
    상기 n- 형층과 상기 n형층의 접촉면에서 이종 접합을 형성하는 반도체 소자의 제조 방법.
  17. 제16항에서,
    상기 n- 형층은 탄화규소를 포함하고, 상기 n형층은 규소를 포함하는 반도체 소자의 제조 방법.
  18. 제17항에서,
    상기 n형층을 형성하는 단계는
    상기 n- 형층 위에 에피택셜 성장으로 형성하는 단계를 포함하는 반도체 소자의 제조 방법.
  19. 제17항에서,
    상기 n형층을 형성하는 단계는
    상기 n- 형층 위에 에피택셜 성장으로 규소 n- 형층을 형성하는 단계, 및
    상기 규소 n- 형층 위에 n형 이온을 주입하는 단계를 포함하고,
    상기 규소 n- 형층은 상기 규소를 포함하는 반도체 소자의 제조 방법.
  20. 제13항에서,
    상기 기판은 n+ 형 탄화규소 기판인 반도체 소자의 제조 방법.
KR1020180154984A 2018-12-05 2018-12-05 반도체 소자 및 그 제조 방법 KR102600058B1 (ko)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020180154984A KR102600058B1 (ko) 2018-12-05 2018-12-05 반도체 소자 및 그 제조 방법
US16/381,361 US11056596B2 (en) 2018-12-05 2019-04-11 Semiconductor device and method of manufacturing the same
CN201910481899.6A CN111276530A (zh) 2018-12-05 2019-06-04 半导体器件及其制造方法
DE102019123319.4A DE102019123319A1 (de) 2018-12-05 2019-08-30 Halbleiter-Vorrichtung und Verfahren zum Herstellen derselben

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020180154984A KR102600058B1 (ko) 2018-12-05 2018-12-05 반도체 소자 및 그 제조 방법

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20200068251A true KR20200068251A (ko) 2020-06-15
KR102600058B1 KR102600058B1 (ko) 2023-11-07

Family

ID=70776856

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020180154984A KR102600058B1 (ko) 2018-12-05 2018-12-05 반도체 소자 및 그 제조 방법

Country Status (4)

Country Link
US (1) US11056596B2 (ko)
KR (1) KR102600058B1 (ko)
CN (1) CN111276530A (ko)
DE (1) DE102019123319A1 (ko)

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20020017647A1 (en) * 1997-01-21 2002-02-14 Mietek Bakowski Junction termination for SiC schottky diode
KR20080044345A (ko) * 2005-09-12 2008-05-20 닛산 지도우샤 가부시키가이샤 반도체 장치 및 그 제조 방법
US20140117376A1 (en) * 2012-10-30 2014-05-01 Hitachi Metals, Ltd. Nitride Semiconductor Element and Method of Manufacturing the Same

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2808965B2 (ja) * 1992-02-19 1998-10-08 日本電気株式会社 半導体装置
JP2013232564A (ja) * 2012-04-27 2013-11-14 National Institute Of Advanced Industrial & Technology 半導体装置および半導体装置の製造方法

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20020017647A1 (en) * 1997-01-21 2002-02-14 Mietek Bakowski Junction termination for SiC schottky diode
KR20080044345A (ko) * 2005-09-12 2008-05-20 닛산 지도우샤 가부시키가이샤 반도체 장치 및 그 제조 방법
US20140117376A1 (en) * 2012-10-30 2014-05-01 Hitachi Metals, Ltd. Nitride Semiconductor Element and Method of Manufacturing the Same

Also Published As

Publication number Publication date
CN111276530A (zh) 2020-06-12
DE102019123319A1 (de) 2020-06-10
US20200185540A1 (en) 2020-06-11
US11056596B2 (en) 2021-07-06
KR102600058B1 (ko) 2023-11-07

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US11121216B2 (en) III-nitride devices including a graded depleting layer
US6281521B1 (en) Silicon carbide horizontal channel buffered gate semiconductor devices
CN104733519A (zh) 半导体器件
JP2011124572A (ja) 高電圧耐久ｉｉｉ族窒化物半導体デバイス
US20150349097A1 (en) Method of Manufacturing a Semiconductor Device Having a Rectifying Junction at the Side Wall of a Trench
US20170033098A1 (en) GaN-BASED SCHOTTKY DIODE RECTIFIER
KR20180068178A (ko) 반도체 소자 및 그 제조 방법
JP4959872B2 (ja) バイポーラトランジスタ
CN112447857A (zh) 碳化硅场效应晶体管
US20230017518A1 (en) Semiconductor device
CN110021660B (zh) AlGaN/GaN异质结垂直型场效应晶体管及其制作方法
KR102406116B1 (ko) 반도체 소자 및 그 제조 방법
CN115966604A (zh) 一种半导体器件结构及其制备方法
KR102600058B1 (ko) 반도체 소자 및 그 제조 방법
KR102507841B1 (ko) 반도체 소자 및 그 제조 방법
CN111211176B (zh) 一种氮化镓基异质结集成器件结构及制造方法
JP4558911B2 (ja) Ｍｏｓｆｅｔとその製造方法
KR102518586B1 (ko) 반도체 소자 및 그 제조 방법
CN108346687B (zh) 一种氮化镓基高电子迁移率晶体管
CN112993010A (zh) 氮化镓高电子迁移率晶体管及其制造方法
KR102463180B1 (ko) 반도체 소자 및 그 제조 방법
US11282951B2 (en) Semiconductor power devices having graded lateral doping in the source region
CN109904216B (zh) 具有AlGaN/GaN异质结的垂直型场效应晶体管及其制作方法
US20220037538A1 (en) Semiconductor diode and method of manufacturing such a diode
KR102125386B1 (ko) 전력 반도체 소자 및 그 제조방법

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant