KR20220096786A - Schottky barrier diode and method for manufacturing the same - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 쇼트키 배리어 다이오드 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a Schottky barrier diode and a method for manufacturing the same.
전력반도체 소자는 매우 큰 전류를 흐르게 하면서도 도통 상태에서의 전력 손실을 적게 하기 위하여 낮은 온 저항 또는 낮은 포화전압이 요구된다. 또한, 오프 상태 또는 스위치가 오프되는 순간에 전력반도체 소자의 양단에 인가되는 역방향 고전압에 견딜 수 있는 특성, 즉 높은 항복전압 특성이 기본적으로 요구된다.A power semiconductor device requires a low on-resistance or low saturation voltage in order to reduce power loss in the conduction state while allowing a very large current to flow. In addition, a characteristic capable of withstanding a reverse high voltage applied to both ends of the power semiconductor device in an off state or a moment when the switch is turned off, that is, a high breakdown voltage characteristic is basically required.
전력 시스템에서 요구하는 정격전압에 따라 전력반도체 소자를 제조하기 위한 원자재의 에피층(Epitaxy layer) 영역 또는 드리프트(Drift) 영역의 농도와 두께가 결정된다. 프와송 방정식(Poisson equation)에 의하면 높은 항복전압이 요구될수록 낮은 농도 및 두꺼운 두께의 드리프트 영역이 필요하지만 이는 온 저항을 증가시키고 순방향 전류밀도를 감소시키는 원인으로 작용한다. 이와 같은 트레이드 오프(Trade off) 관계를 최대한 극복할 수 있도록 전력반도체 소자의 구조를 설계해야 한다.The concentration and thickness of the epitaxy layer region or drift region of the raw material for manufacturing the power semiconductor device are determined according to the rated voltage required by the power system. According to the Poisson equation, the higher the breakdown voltage is, the lower the concentration and the thicker the drift region, but this increases the on-resistance and reduces the forward current density. The structure of the power semiconductor device should be designed to overcome such a trade-off relationship as much as possible.
최근 응용 기기의 대형화 대용량화 추세에 따라 높은 항복전압과 높은 전류 및 고속 스위칭 특성을 갖는 전력용 반도체 소자의 필요성이 대두되고 있다. 산화갈륨(Ga2O3) 기반 전력소자의 경우, 기존의 실리콘(Si) 소자 및 현재 양산화 단계에 와 있는 질화갈륨(GaN) 소자와 실리콘카바이드(SiC) 소자 보다 우수한 특성으로 인해 상기에 거론된 특성을 충족시켜줄 수 있는 소자로 지목되고 있다. With the recent trend of large and large-capacity applications, the need for power semiconductor devices having high breakdown voltage, high current, and high-speed switching characteristics is emerging. In the case of gallium oxide (Ga 2 O 3 )-based power devices, due to superior characteristics than existing silicon (Si) devices and gallium nitride (GaN) devices and silicon carbide (SiC) devices that are currently in mass production, the It is pointed out as a device that can satisfy the characteristics.
그러나, 일반적으로 쇼트키 배리어 다이오드(Schottky Barrier Diode, SBD)의 누설전류의 저감 특성을 향상시키기 위하여 쇼트키 접합부의 하단에 이온 주입 공정으로 p형 반도체가 형성된 접합 장벽 쇼트키(Junction Barrier Schottky, JBS) 구조를 적용하지만, 산화갈륨 소재의 경우 p형 반도체 형성에 어려움이 있어 JBS 구조를 적용하기 어렵다.However, in general, in order to improve the leakage current reduction characteristics of a Schottky Barrier Diode (SBD), a p-type semiconductor is formed at the bottom of the Schottky junction by an ion implantation process (Junction Barrier Schottky, JBS). ) structure is applied, but in the case of gallium oxide material, it is difficult to apply the JBS structure because it is difficult to form a p-type semiconductor.
일 구현예는 온 상태 전류의 감소 및 온 저항의 증가를 최소화시키면서 트렌치 하단에서의 전계집중으로 인한 누설전류를 감소시킬 수 있는 쇼트키 배리어 다이오드를 제공한다.One embodiment provides a Schottky barrier diode capable of reducing leakage current due to electric field concentration at the bottom of a trench while minimizing a decrease in on-state current and an increase in on-resistance.
다른 구현예는 쇼트키 배리어 다이오드의 제조 방법을 제공한다.Another embodiment provides a method of manufacturing a Schottky barrier diode.
일 구현예에 따르면, Ga2O3계 단결정을 포함하는 제1 반도체층, 제1 반도체층 위에 위치하며, Ga2O3계 단결정을 포함하는 제2 반도체층, 제2 반도체층 위에 위치하며, 제2 반도체층과 마주보는 면의 반대쪽 면으로 개구되는 트렌치를 갖는, Ga2O3계 단결정을 포함하는 제3 반도체층, 제3 반도체층 위 및 트렌치 내에 위치하는 애노드 전극, 그리고 제1 반도체층 아래에 위치하는 캐소드 전극을 포함하며, 트렌치의 바닥면에 위치하는 절연부를 포함하는, 쇼트키 배리어 다이오드를 제공한다.According to one embodiment, a first semiconductor layer including a Ga 2 O 3 based single crystal, located on the first semiconductor layer, and located on the second semiconductor layer including a Ga 2 O 3 based single crystal, the second semiconductor layer, A third semiconductor layer including a Ga 2 O 3 based single crystal having a trench opening to a surface opposite to the surface opposite to the second semiconductor layer, an anode electrode positioned on and in the trench on the third semiconductor layer, and a first semiconductor layer Provided is a Schottky barrier diode including a cathode electrode positioned below and an insulating portion positioned on a bottom surface of a trench.
트렌치는 제3 반도체층을 관통할 수 있다.The trench may pass through the third semiconductor layer.
절연부는 트렌치의 바닥면 전체에 위치할 수 있다. The insulating portion may be located on the entire bottom surface of the trench.
절연부의 두께는 트렌치의 깊이 보다 작을 수 있다.A thickness of the insulating portion may be smaller than a depth of the trench.
절연부는 SiO2, Al2O3, HfO2, Si2N3, 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. The insulating part may include SiO 2 , Al 2 O 3 , HfO 2 , Si 2 N 3 , or a combination thereof.
제2 반도체층의 도너 농도는 1.0Х1014 ㎝-3 내지 1.0Х1017 ㎝-3일 수 있다.The donor concentration of the second semiconductor layer may be 1.0Х10 14 cm -3 to 1.0Х10 17 cm -3 .
제3 반도체층의 도너 농도는 1.0Х1014 ㎝-3 내지 1.0Х1017 ㎝-3일 수 있다.The donor concentration of the third semiconductor layer may be 1.0Х10 14 cm -3 to 1.0Х10 17 cm -3 .
제3 반도체층의 도너 농도는 제2 반도체층의 도너 농도 보다 높거나 같을 수 있다. The donor concentration of the third semiconductor layer may be higher than or equal to the donor concentration of the second semiconductor layer.
다른 구현예에 따르면, Ga2O3계 단결정을 포함하는 제1 반도체층을 형성하는 단계, 제1 반도체층 위에 Ga2O3계 단결정을 포함하는 제2 반도체층을 형성하는 단계, 제2 반도체층 위에 Ga2O3계 단결정을 포함하는 제3 반도체층을 형성하는 단계, 제3 반도체층을 식각하여 트렌치를 형성하는 단계, 트렌치의 바닥면에 절연부를 형성하는 단계, 제3 반도체층 위 및 트렌치 내부에 애노드 전극을 형성하는 단계, 그리고 제1 반도체층 아래에 캐소드 전극을 형성하는 단계를 포함하는, 쇼트키 배리어 다이오드의 제조 방법을 제공한다.According to another embodiment, forming a first semiconductor layer including a Ga 2 O 3 based single crystal, forming a second semiconductor layer including a Ga 2 O 3 based single crystal on the first semiconductor layer, a second semiconductor Forming a third semiconductor layer including a Ga 2 O 3 based single crystal on the layer, forming a trench by etching the third semiconductor layer, forming an insulating portion on a bottom surface of the trench, on the third semiconductor layer, and A method of manufacturing a Schottky barrier diode is provided, comprising: forming an anode electrode inside the trench; and forming a cathode electrode under the first semiconductor layer.
절연부를 형성하는 단계는, 트렌치가 형성된 제3 반도체층 전체 면에 절연층을 형성하고, 에치 백(etch back) 공정으로 트렌치의 바닥면을 제외한 나머지 부분의 절연층을 제거하여 이루어질 수 있다. The forming of the insulating portion may be performed by forming an insulating layer on the entire surface of the third semiconductor layer in which the trench is formed, and removing the insulating layer in the remaining portion except for the bottom surface of the trench through an etch back process.
일 구현예에 따른 쇼트키 배리어 다이오드는 온 상태 전류의 감소 및 온 저항의 증가를 최소화시키면서 트렌치 하단에서의 전계집중으로 인한 누설전류를 감소시킬 수 있다. The Schottky barrier diode according to the exemplary embodiment may reduce leakage current due to electric field concentration at the bottom of the trench while minimizing reduction in on-state current and increase in on-resistance.
도 1은 일 구현예에 따른 쇼트키 배리어 다이오드의 단면을 도시한 도면이다.
도 2는 다른 구현예에 따른 쇼트키 배리어 다이오드의 단면을 도시한 도면이다.
도 3은 일 구현예에 따른 쇼트키 배리어 다이오드의 제조 방법을 순서대로 도시한 도면이다.
도 4 및 도 5는 각각 실시예 1 및 비교예 1에서 제조된 쇼트키 배리어 다이오드의 오프 상태 누설전류 측정 결과이다.1 is a diagram illustrating a cross-section of a Schottky barrier diode according to an embodiment.
2 is a diagram illustrating a cross-section of a Schottky barrier diode according to another embodiment.
3 is a view sequentially illustrating a method of manufacturing a Schottky barrier diode according to an exemplary embodiment.
4 and 5 are the off-state leakage current measurement results of the Schottky barrier diodes manufactured in Example 1 and Comparative Example 1, respectively.
이후 설명하는 기술의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 구현예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 구현되는 형태는 이하에서 개시되는 구현예들에 한정되는 것이 아니라 할 수 있다. 다른 정의가 없다면 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않은 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다. 명세서 전체에서 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. Advantages and features of the techniques described hereinafter, and methods of achieving them, will become apparent with reference to the embodiments described below in detail in conjunction with the accompanying drawings. However, the implemented form may not be limited to the embodiments disclosed below. Unless otherwise defined, all terms (including technical and scientific terms) used herein may be used with meanings commonly understood by those of ordinary skill in the art. In addition, terms defined in a commonly used dictionary are not to be interpreted ideally or excessively unless clearly defined in particular. In the entire specification, when a part "includes" a certain component, this means that other components may be further included, rather than excluding other components, unless otherwise stated.
또한, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다.The singular also includes the plural, unless the phrase specifically dictates otherwise.
도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다. 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 붙였다. In order to clearly express various layers and regions in the drawings, the thicknesses are enlarged. Throughout the specification, like reference numerals are assigned to similar parts.
층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "위에" 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우 뿐만 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 어떤 부분이 다른 부분 "바로 위에" 있다고 할 때에는 중간에 다른 부분이 없는 것을 뜻한다.When a part, such as a layer, film, region, plate, etc., is said to be “on” another part, it includes not only cases where it is “directly on” another part, but also cases where there is another part in between. Conversely, when we say that a part is "just above" another part, we mean that there is no other part in the middle.
일 구현예에 따른 쇼트키 배리어 다이오드는 Ga2O3계 단결정을 포함하는 제1 반도체층, 제1 반도체층 위에 위치하며, Ga2O3계 단결정을 포함하는 제2 반도체층, 제2 반도체층 위에 위치하며, 제2 반도체층과 마주보는 면의 반대쪽 면으로 개구되는 트렌치를 갖는, Ga2O3계 단결정을 포함하는 제3 반도체층 제3 반도체층 위 및 트렌치 내에 위치하는 애노드 전극, 그리고 제1 반도체층 아래에 위치하는 캐소드 전극을 포함하며, 트렌치의 바닥면에 위치하는 절연부를 포함한다.A Schottky barrier diode according to an exemplary embodiment includes a first semiconductor layer including a Ga 2 O 3 based single crystal, located on the first semiconductor layer, and a second semiconductor layer including a Ga 2 O 3 based single crystal and a second semiconductor layer A third semiconductor layer comprising a Ga 2 O 3 based single crystal, which is positioned thereon and has a trench opened to a surface opposite to the surface facing the second semiconductor layer, an anode electrode located on and in the trench on the third semiconductor layer, and a second 1 It includes a cathode electrode positioned under the semiconductor layer, and an insulating part positioned on a bottom surface of the trench.
도 1은 일 구현예에 따른 쇼트키 배리어 다이오드의 단면을 도시한 도면이고, 도 2는 다른 구현예에 따른 쇼트키 배리어 다이오드의 단면을 도시한 도면이다. 1 is a diagram illustrating a cross-section of a Schottky barrier diode according to an embodiment, and FIG. 2 is a diagram illustrating a cross-section of a Schottky barrier diode according to another embodiment.
도 1 및 도 2를 참조하면, 쇼트키 배리어 다이오드(10)는 제1 반도체층(100), 제1 반도체층(100) 위에 위치하는 제2 반도체층(200), 제2 반도체층(200) 위에 위치하는 제3 반도체층(300), 제3 반도체층(300) 위에 위치하는 애노드 전극(500), 그리고 제1 반도체층(100) 아래에 위치하는 캐소드 전극(600)을 포함할 수 있다.1 and 2 , the Schottky
쇼트키 배리어 다이오드(10)에서, 애노드 전극(500)과 캐소드 전극(600) 사이에 순방향 전압(애노드 전극(500) 측이 정전위)을 인가함으로써, 제2 반도체층(200)으로부터 애노드 전극(500)과 제2 반도체층(200)의 계면의 에너지 장벽이 저하되고, 애노드 전극(500)으로부터 캐소드 전극(600)으로 전류가 흐른다. 한편, 애노드 전극(500)과 캐소드 전극(600) 사이에 역방향 전압(애노드 전극(500)측이 부전위)을 인가하였을 때는, 쇼트키 장벽에 의해 전류는 흐르지 않는다.In the Schottky
제1 반도체층(100)은, 도너로서 Si, Sn 등의 IV 족 원소를 포함하는 n+ 형의 Ga2O3계 단결정을 포함할 수 있다. 제1 반도체층(100)의 도너 농도는, 예를 들어 1.0Х1018 ㎝-3 내지 1.0Х1020 ㎝-3일 수 있다. The
Ga2O3계 단결정이란, Ga2O3 단결정, 또는, Al, In 등의 원소가 첨가된 Ga2O3 단결정을 의미한다. 예를 들어, Al 및 In이 첨가된 Ga2O3 단결정(GaxAlyIn(1-x-y))2O3(0<x≤1, 0≤y<1, 0<x+y≤1)일 수 있다. Al을 첨가한 경우에는 밴드 갭이 넓어지고, In을 첨가한 경우에는 밴드 갭이 좁아진다. 또한, Ga2O3 단결정은, 예를 들어 α형 또는 β형의 결정 구조를 가질 수 있다.The Ga 2 O 3 single crystal refers to a Ga 2 O 3 single crystal or a Ga 2 O 3 single crystal to which an element such as Al or In is added. For example, Al and In are added Ga 2 O 3 single crystal (Ga x Al y In (1-xy) ) 2 O 3 (0<x≤1, 0≤y<1, 0<x+y≤1 ) can be When Al is added, the band gap is widened, and when In is added, the band gap is narrowed. In addition, the Ga 2 O 3 single crystal may have, for example, an α-type or a β-type crystal structure.
제2 반도체층(200)은, 도너로서 Si, Sn 등의 IV 족 원소를 포함하는 n- 형의 Ga2O3계 단결정을 포함할 수 있다. 제2 반도체층(200)의 도너 농도는, 제1 반도체층(100)의 도너 농도 보다도 낮다. 일 예로, 제2 반도체층(200)의 도너 농도는 1.0Х1014 ㎝-3 내지 1.0Х1017 ㎝-3일 수 있다. 제2 반도체층(200)은, 예를 들어 Ga2O3계 단결정 기판인 제1 반도체층(100) 상에 에피택셜 성장한 에피택셜층일 수 있다.The
제3 반도체층(300)은, 도너로서 Si, Sn 등의 IV 족 원소를 포함하는 n 형의 Ga2O3계 단결정을 포함할 수 있다. 일 예로, 제3 반도체층(300)의 도너 농도는 1.0Х1014 ㎝-3 내지 1.0Х1017 ㎝-3일 수 있다.The
제3 반도체층(300)의 도너 농도는, 제1 반도체층(100)의 도너 농도 보다도 낮고, 제2 반도체층(200)의 도너 농도 보다 높거나 같을 수 있다. 제3 반도체층(300)의 도너 농도가 제2 반도체층(200)의 도너 농도와 같은 경우 제3 반도체층(300)은 제2 반도체층(200)의 일부일 수 있고, 이 경우 제2 반도체층(200)과 제3 반도체층(300)은 동시에 형성될 수 있다. The donor concentration of the
제3 반도체층(300)의 도너 농도가 제2 반도체층(200)의 도너 농도 보다 높은 경우 제3 반도체층(300)은, 예를 들어 제2 반도체층(200) 상에 에피택셜 성장한 에피택셜층일 수 있다. 제3 반도체층(300)은 후술하는 절연부(420)로 인한 온 상태 전류의 감소 및 온 저항의 증가를 최소화시킬 수 있다. When the donor concentration of the
도 1은 제3 반도체층(300)의 도너 농도가 제2 반도체층(200)의 도너 농도 보다 높은 경우를 도시하고, 도 2는 제3 반도체층(300)의 도너 농도가 제2 반도체층(200)의 도너 농도와 같은 경우를 도시한다.1 shows a case where the donor concentration of the
제3 반도체층(300)은 제2 반도체층(200)과 마주보는 면의 반대쪽 면으로 개구되는 트렌치(410)를 갖는다.The
일반적으로 쇼트키 배리어 다이오드(Schottky Barrier Diode, SBD)의 누설전류의 저감 특성을 향상시키기 위하여 쇼트키 접합부의 하단에 이온 주입 공정으로 p형 반도체가 형성된 접합 장벽 쇼트키(Junction Barrier Schottky, JBS) 구조를 적용하지만, 산화갈륨(Ga2O3) 소재의 경우 p형 반도체 형성에 어려움이 있어 JBS 구조를 적용하기 어렵다. 따라서, 소자의 온-저항 감소를 목적으로 트렌치(410) 구조를 적용한다. 트렌치(410)를 통해 애노드 전극(500)과 산화갈륨(Ga2O3)간 접합 면적이 넓어짐에 따라 전류가 증가하고 온-저항은 감소하게 된다. In general, a junction barrier Schottky (JBS) structure in which a p-type semiconductor is formed at the bottom of a Schottky junction by an ion implantation process in order to improve the leakage current reduction characteristics of a Schottky Barrier Diode (SBD). However, in the case of gallium oxide (Ga 2 O 3 ) material, it is difficult to apply the JBS structure because it is difficult to form a p-type semiconductor. Accordingly, the
트렌치(410)의 깊이는 제3 반도체층(300)의 두께 보다 깊거나, 같거나, 또는 얕을 수 있다. 즉, 트렌치(410)의 깊이가 제3 반도체층(300)의 두께 보다 깊은 경우, 트렌치(410)는 제3 반도체층(300)을 관통하고, 트렌치(410)의 바닥면은 제2 반도체층(200)에 위치할 수 있다. 트렌치(410)의 깊이가 제3 반도체층(300)의 두께와 같은 경우, 트렌치(410)는 제3 반도체층(300)을 관통하고, 트렌치(410)의 바닥면은 제2 반도체층(200)과 제3 반도체층(300) 사이에 위치할 수 있다. 트렌치(410)의 깊이가 제3 반도체층(300)의 두께 보다 얕은 경우, 트렌치(410)는 제3 반도체층(300) 내에 위치하고, 트렌치(410)의 바닥면은 제3 반도체층(300)에 위치할 수 있다.The depth of the
한편, 상기한 바와 같이 트렌치(410)를 통해 온-저항 감소 및 전류밀도 증가 효과를 얻을 수 있지만, 오프상태 동작시 트렌치(410) 하단에 집중되는 전계로 인하여 일반적인 쇼트키 배리어 다이오드 보다 항복전압이 감소하고 누설전류가 증가하는 단점이 있다.On the other hand, although the effect of reducing the on-resistance and increasing the current density can be obtained through the
이에 일 구현예에 따른 쇼트키 배리어 다이오드(10)는 트렌치(410)의 바닥면에 위치하는 절연부(420)를 포함한다. 절연부(420)는 트렌치(410) 하단에서의 전계집중으로 인한 누설전류를 감소시킬 수 있다.Accordingly, the
절연부(420)는 트렌치(410)의 바닥면 일부 또는 전체에 위치할 수 있다. 도 1 및 도 2에서는 절연부(420)가 트렌치(410)의 바닥면 전체를 커버하고 있는 것을 도시한다.The insulating
절연부(420)는 트렌치(410)의 깊이에 따라, 제3 반도체층(300)에 위치하거나, 제3 반도체층(300)과 제2 반도체층(200) 사이에 위치하거나, 제2 반도체층(200)에 위치할 수 있다. 즉, 트렌치(410)의 깊이가 제3 반도체층(300)의 두께 보다 깊은 경우, 절연부(420)는 제2 반도체층(200)에 위치할 수 있다. 트렌치(410)의 깊이가 제3 반도체층(300)의 두께와 같은 경우, 절연부(420)는 제3 반도체층(300)과 제2 반도체층(200) 사이에 위치할 수 있다. 트렌치(410)의 깊이가 제3 반도체층(300)의 두께 보다 얕은 경우, 절연부(420)는 제3 반도체층(300)과 제2 반도체층(200) 사이에 위치할 수 있다. 도 1 및 도 2에서는 절연부(420)가 트렌치(410)의 제3 반도체층(300)과 제2 반도체층(200) 사이에 위치하는 것을 도시한다.The insulating
절연부(420)의 두께는 트렌치(410)의 깊이 보다 작을 수 있다. 절연부(420)의 두께가 트렌치(410)의 깊이 보다 큰 경우, 트렌치(410) 형성을 통해 얻을 수 있는 온-저항 감소 및 전류밀도 증가 효과가 미미할 수 있다.The thickness of the insulating
절연부(420)는 트렌치(410) 하단에서의 전계집중으로 인한 누설전류를 감소시키기 위하여, 유전율이 높은 재료를 포함할 수 있다. 일 예로, 절연부(420)는 SiO2, Al2O3, HfO2, Si2N3, 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다.The insulating
애노드 전극(500)은 제3 반도체층(300) 위 및 트렌치(410) 내에 위치하며, 제2 반도체층(200) 및/또는 제3 반도체층(300)과 쇼트키 접촉한다. 애노드 전극(500)은 Pt, Pd, Au, Ni, Ag, Cu, Al, Mo, In, Ti, 다결정 Si, 이들의 산화물, 이들의 질화물, 또는 이들의 합금을 포함할 수 있다. 또한, 애노드 전극(500)은 상이한 금속막을 적층한 다층 구조, 예를 들어 Pt/Au, Pt/Al, Pd/Au, Pd/Al, 또는 Pt/Ti/Au 및 Pd/Ti/Au를 포함할 수 있다.The
애노드 전극(500)은 트렌치(410) 내에도 위치함에 따라, 트렌치(410)와 대응하는 위치에, 트렌치(410)와 마주보는 면의 반대쪽 면으로 개구되는 홈을 포함할 수도 있다.As the
캐소드 전극(600)은 제1 반도체층(100) 아래에 위치하며, 제1 반도체층(100)과 오믹 접촉한다. 캐소드 전극(600)은 Ti 등의 금속을 포함할 수 있다. 또한, 캐소드 전극(600)은 상이한 금속막을 적층한 다층 구조, 예를 들어 Ti/Au 또는 Ti/Al을 포함할 수 있다. 이 경우, 캐소드 전극(600)과 제1 반도체층(100)을 확실하게 오믹 접촉시키기 위해, 캐소드 전극(600)의 제1 반도체층(100)과 접촉하는 층이 Ti를 포함할 수 있다.The
도 3은 일 구현예에 따른 쇼트키 배리어 다이오드의 제조 방법을 순서대로 도시한 도면이다.3 is a view sequentially illustrating a method of manufacturing a Schottky barrier diode according to an exemplary embodiment.
도 3을 참조하면, n+ 형 Ga2O3계 단결정을 포함하는 제1 반도체층(100) 기판을 준비하고, 제1 반도체층(100)의 제1면에 제1 에피택셜 성장으로 n- 형 Ga2O3계 단결정을 포함하는 제2 반도체층(200)을 형성하고(S1), 제2 반도체층(200) 위에 제2 에피택셜 성장으로 n 형 Ga2O3계 단결정을 포함하는 제3 반도체층(300)을 형성한다(S2). Referring to FIG. 3 , a substrate for the
여기서, 제3 반도체층(300)은 에피택셜 성장이 아닌, 제2 반도체층(200)에 n 이온을 주입하여 형성할 수도 있다. 또한, 일 예로 제3 반도체층(300)의 도핑 농도가 제2 반도체층(200)의 도핑 농도가 동일한 경우, 제3 반도체층(300)의 형성 단계는 생략될 수도 있다.Here, the
제3 반도체층(300) 및 선택적으로 제2 반도체층(200)까지 식각하여 트렌치(410)를 형성한다(S3). 일 예로, 제3 반도체층(300) 위에 투과부를 포함하는 버퍼층을 배치한 다음, 버퍼층을 마스크로 하여, 제3 반도체층(300) 및 선택적으로 제2 반도체층(200)을 식각하여 복수개의 트렌치(410)를 형성한다. 버퍼층은 식각 선택비가 좋은 산화규소(SiO2) 또는 질화규소(SiNx)를 포함할 수 있다. The
여기서, 제3 반도체층(300) 및 제2 반도체층(200)의 식각은 SF6, NF3 및 Cl2 가스 중 적어도 어느 하나를 사용하여 실시할 수 있다. 식각은 챔버 내에서 진행할 수 있고, 압력은 30 mT 이상, 식각 가스의 양은 30 sccm 이상, 소스 파워(source power)는 300 W, 바이어스 파워(bias power)는 200 W 이하에서 진행할 수 있다. Here, the etching of the
트렌치(410) 식각 정도에 따라, 트렌치(410)의 바닥면은 제3 반도체층(300)에 위치하거나, 제3 반도체층(300)과 제2 반도체층(200) 사이에 위치하거나, 제2 반도체층(200)에 위치할 수 있다.Depending on the degree of etching of the
트렌치(410)의 바닥면에 절연부(420)를 형성한다(S4, S5). An insulating
일 예로, 절연부(420)는 트렌치(410)가 형성된 제3 반도체층(300) 전체 면에 절연층(421)을 형성하고(S4), 에치 백(etch back) 공정으로 트렌치(410)의 바닥면을 제외한 나머지 부분의 절연층(421)을 제거하여 이루어질 수 있다(S5).For example, in the insulating
다음으로 제3 반도체층(300) 위 및 트렌치(410) 내에 애노드 전극(500)을 형성하고, 제1 반도체층(100)의 제2면에 캐소드 전극(600)을 형성한다.Next, the
이하에서는 발명의 구체적인 실시예들을 제시한다. 다만, 하기에 기재된 실시예들은 발명을 구체적으로 예시하거나 설명하기 위한 것에 불과하며, 이로써 발명의 범위가 제한되어서는 아니된다.Hereinafter, specific embodiments of the invention are presented. However, the examples described below are only for specifically illustrating or explaining the invention, and thus the scope of the invention is not limited thereto.
실시예 1의 쇼트키 배리어 다이오드는 도 2에 도시된 바와 같이, 트렌치(410) 바닥면에 절연부(420)를 설치하되, 제3 반도체층(300)의 도핑 농도가 제2 반도체층(200)의 도핑 농도와 동일하도록 제조하였고, 실시예 2의 쇼트키 배리어 다이오드는 도 1에 도시된 바와 같이, 트렌치(410) 바닥면에 절연부(420)를 설치하되, 제3 반도체층(300)의 도핑 농도가 제2 반도체층(200)의 도핑 농도 보다 높도록 제조하였고, 비교예 1의 쇼트키 배리어 다이오드는 트렌치(410) 바닥면에 절연부(420)를 설치하지 않은 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 제조하였다.In the Schottky barrier diode of the first embodiment, as shown in FIG. 2 , the insulating
도 4 및 도 5는 각각 실시예 1 및 비교예 1에서 제조된 쇼트키 배리어 다이오드의 오프 상태 누설전류 측정 결과이다. 도 4 및 도 5의 오프 상태 누설전류는 Synopsys社의 Sentaurus TCAD를 이용하여 측정되었다. 4 and 5 are the off-state leakage current measurement results of the Schottky barrier diodes manufactured in Example 1 and Comparative Example 1, respectively. The off-state leakage current of FIGS. 4 and 5 was measured using a Sentaurus TCAD manufactured by Synopsys.
도 4 및 도 5를 참조하면, 실시예 1에서 제조된 쇼트키 배리어 다이오드는 절연부를 포함함으로써 트렌치 하단(A)의 누설전류가 억제됨을 확인할 수 있다.Referring to FIGS. 4 and 5 , it can be seen that the Schottky barrier diode manufactured in Example 1 includes an insulating part, thereby suppressing leakage current at the lower end of the trench (A).
또한, 실시예 1, 실시예 2 및 비교예 1에서 제조된 쇼트키 배리어 다이오드의 전기적 특성을 측정하였고, 그 결과를 표 1에 정리하였다. 실시예 1, 실시예 2 및 비교예 1에서 제조된 쇼트키 배리어 다이오드의 전기적 특성은 Synopsys社의 Sentaurus TCAD를 이용하여 측정되었다.In addition, the electrical characteristics of the Schottky barrier diodes prepared in Examples 1, 2 and Comparative Example 1 were measured, and the results are summarized in Table 1. Electrical characteristics of the Schottky barrier diodes prepared in Examples 1, 2 and Comparative Example 1 were measured using a Sentaurus TCAD manufactured by Synopsys.
@ Ir=1E-8A/㎛Breakdown voltage (V)
@ Ir=1E-8A/㎛
@ Vr=600VLeakage current (A/㎛)
@ Vr=600V
(mΩ·㎠)on resistance
(mΩ·㎠)
(MW/㎠)Performance index 1)
(MW/cm2)
1) 성능지수(figure of merits) = 항복전압2 / 온 저항1) figure of merits = breakdown voltage 2 / on-resistance
표 1을 참조하면, 실시예 2에서 제조된 쇼트키 배리어 다이오드는 항복전압이 22 % 증가하며, 오프상태 누설전류가 91 % 감소됨을 알 수 있다. Referring to Table 1, it can be seen that in the Schottky barrier diode manufactured in Example 2, the breakdown voltage is increased by 22% and the off-state leakage current is reduced by 91%.
즉, 절연부로 인하여 쇼트키 면적 감소로 온 저항이 증가하지만, 항복전압과 온 저항 특성을 모두 포함한 소자의 성능지수가 21 % 증가한다. 이는 동일한 온 저항으로 설계시 실시예에서 제조된 쇼트키 배리어 다이오드의 항복전압이 더 높음을 의미하고, 또는 동일한 항복전압으로 설계시 실시예에서 제조된 쇼트키 배리어 다이오드의 온 저항이 더 낮음을 의미한다.That is, although the on-resistance increases due to the reduction of the Schottky area due to the insulating part, the figure of merit of the device including both breakdown voltage and on-resistance characteristics increases by 21%. This means that the breakdown voltage of the Schottky barrier diode manufactured in the embodiment is higher when designed with the same on-resistance, or that the on-resistance of the Schottky barrier diode manufactured in the embodiment is lower when designed with the same breakdown voltage do.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예들에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리 범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구 범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리 범위에 속하는 것이다.Although preferred embodiments of the present invention have been described in detail above, the scope of the present invention is not limited thereto, and various modifications and improvements by those skilled in the art using the basic concept of the present invention as defined in the following claims are also presented. It belongs to the scope of the right of the invention.
10: 쇼트키 배리어 다이오드
100: 제1 반도체층
200: 제2 반도체층
300: 제3 반도체층
410: 트렌치
420: 절연부
421: 절연층
500: 애노드 전극
600: 캐소드 전극10: Schottky barrier diode
100: first semiconductor layer
200: second semiconductor layer
300: third semiconductor layer
410: trench
420: insulation
421: insulating layer
500: anode electrode
600: cathode electrode
Claims (10)
상기 제1 반도체층 위에 위치하며, Ga2O3계 단결정을 포함하는 제2 반도체층,
상기 제2 반도체층 위에 위치하며, 상기 제2 반도체층과 마주보는 면의 반대쪽 면으로 개구되는 트렌치를 갖는, Ga2O3계 단결정을 포함하는 제3 반도체층,
상기 제3 반도체층 위 및 상기 트렌치 내에 위치하는 애노드 전극, 그리고
상기 제1 반도체층 아래에 위치하는 캐소드 전극을 포함하며,
상기 트렌치의 바닥면에 위치하는 절연부를 포함하는, 쇼트키 배리어 다이오드.Ga 2 O 3 A first semiconductor layer comprising a single crystal,
A second semiconductor layer positioned on the first semiconductor layer and comprising a Ga 2 O 3 based single crystal;
A third semiconductor layer positioned on the second semiconductor layer and including a Ga 2 O 3 based single crystal having a trench opened to a surface opposite to the surface facing the second semiconductor layer;
an anode electrode positioned over the third semiconductor layer and in the trench; and
and a cathode electrode positioned under the first semiconductor layer,
A schottky barrier diode comprising an insulating portion positioned on a bottom surface of the trench.
상기 트렌치는 상기 제3 반도체층을 관통하는, 쇼트키 배리어 다이오드.In claim 1,
and the trench passes through the third semiconductor layer.
상기 절연부는 상기 트렌치의 바닥면 전체에 위치하는, 쇼트키 배리어 다이오드.In claim 1,
The insulating portion is located on the entire bottom surface of the trench, Schottky barrier diode.
상기 절연부의 두께는 상기 트렌치의 깊이 보다 작은, 쇼트키 배리어 다이오드.In claim 1,
The thickness of the insulating portion is less than the depth of the trench, Schottky barrier diode.
상기 절연부는 SiO2, Al2O3, HfO2, Si2N3, 또는 이들의 조합을 포함하는, 쇼트키 배리어 다이오드.In claim 1,
The insulating portion comprises SiO 2 , Al 2 O 3 , HfO 2 , Si 2 N 3 , or a combination thereof, a Schottky barrier diode.
상기 제2 반도체층의 도너 농도는 1.0Х1014 ㎝-3 내지 1.0Х1017 ㎝-3인, 쇼트키 배리어 다이오드.In claim 1,
The donor concentration of the second semiconductor layer is 1.0Х10 14 cm -3 to 1.0Х10 17 cm -3 , a Schottky barrier diode.
상기 제3 반도체층의 도너 농도는 1.0Х1014 ㎝-3 내지 1.0Х1017 ㎝-3인, 쇼트키 배리어 다이오드.In claim 1,
The third semiconductor layer has a donor concentration of 1.0Х10 14 cm -3 to 1.0Х10 17 cm -3 , a Schottky barrier diode.
상기 제3 반도체층의 도너 농도는 상기 제2 반도체층의 도너 농도 보다 높거나 같은, 쇼트키 배리어 다이오드.In claim 1,
and a donor concentration in the third semiconductor layer is greater than or equal to a donor concentration in the second semiconductor layer.
상기 제1 반도체층 위에 Ga2O3계 단결정을 포함하는 제2 반도체층을 형성하는 단계,
상기 제2 반도체층 위에 Ga2O3계 단결정을 포함하는 제3 반도체층을 형성하는 단계,
상기 제3 반도체층을 식각하여 트렌치를 형성하는 단계,
상기 트렌치의 바닥면에 절연부를 형성하는 단계,
상기 제3 반도체층 위 및 상기 트렌치 내부에 애노드 전극을 형성하는 단계, 그리고
상기 제1 반도체층 아래에 캐소드 전극을 형성하는 단계
를 포함하는, 쇼트키 배리어 다이오드의 제조 방법.Forming a first semiconductor layer comprising a Ga 2 O 3 single crystal,
forming a second semiconductor layer including a Ga 2 O 3 based single crystal on the first semiconductor layer;
forming a third semiconductor layer including a Ga 2 O 3 based single crystal on the second semiconductor layer;
forming a trench by etching the third semiconductor layer;
forming an insulating part on the bottom surface of the trench;
forming an anode electrode over the third semiconductor layer and in the trench; and
forming a cathode electrode under the first semiconductor layer
Including, a method of manufacturing a Schottky barrier diode.
상기 절연부를 형성하는 단계는,
상기 트렌치가 형성된 제3 반도체층 전체 면에 절연층을 형성하고,
에치 백(etch back) 공정으로 상기 트렌치의 바닥면을 제외한 나머지 부분의 절연층을 제거하여 이루어지는, 쇼트키 배리어 다이오드의 제조 방법.
In claim 9,
The step of forming the insulating part,
forming an insulating layer on the entire surface of the third semiconductor layer in which the trench is formed;
A method of manufacturing a Schottky barrier diode comprising removing the insulating layer of the remaining portion except for the bottom surface of the trench by an etch back process.
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