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문제 정의
- 저온.저저항 p형 오믹접합 형성의 가능성을 타진하였다.
제안 방법
- Ni 접촉의 전류-전압 특성이 비선형이므로, 0 V 부근에서 구한 접선의 기울기로부터 저항값을 계산하여 이로부터 접촉저항을 추출하였다. 급속열처리 온도에 대한 Ni 접촉의 접촉저항 데이터를 정리하여 box plot으로 표시하면 그림 3과 같았다.
- 뒤이어 SiC 웨이퍼를 RCA 세정법으로 세척하고 1150 %0에서 건식산화 공정으로 약 20 nm의 산화막을 성장시킨후 PR 패터닝과 Ni/Ti/Al 금속막 증착, lift-off 공정을 거쳐 표면에 그림 1과 같이 원형과 직선형 transfer length method (TLM) 패턴을 형성하였다. TLM 패턴은 인접한 금속전극 사이의 간격이각각 5 um, 7 pm, 10 pm, 15 um, 20 um, 25 pm 가 되도록 제작된 마스크를 이용하여 형성되었다. 금속막은 e-beam evaporation 장비 내에서 연속적으로 증착되었고, 금속막의 두께는 각각 Ni 30 nm / Ti 50 nm / Al 300 nm 였다.
- 이어 840 ℃, 890 ℃, 930 ℃로 온도를 변화시키면서 Ar 분위기(200 mTorr)에서 90초간 급속열처리를 실시하여 오믹접합을 형성하였다. 공정이 완료된 후, TLM 패턴의간격에 대한 저항값의 그래프로부터 선형회귀법으로 직선의 기울기와 Y축 절편을 구하여 이로부터일련의 계산을 거쳐 오믹접합의 접촉저항을 추출하였다[10]. 직선형 TLM패턴이 형성되는 부위는사전에 건식식각 공정을 거쳐 n* SiC층이 주위와전기적으로 절연이 되도록 하였다.
- 한편, Ni/Ti/Al 오믹접합의 전류-전압 특성을 비교 평가하기 위하여, SiC의 n형 오믹접합용 금속으로 흔히 사용되는 Ni 을 스퍼터 링 공정으로 50 nm 증착하여 Ni/Ti/Al이증착된 시편과 동일한 조건에서 급속열처리 등 제반 공정을 진행한 후 접촉저항을 동일한 방법으로추출하였다. 급속열처리 후 Ni/Ti/Al이 증착된 SiC 시편의 상분석(phase analysis)을 위하여 Cu Ka 특정 X선을 이용하여 가속전압 40 kV, 전류 30 mA로 고정하고 X선 회절분석을 실시하였다. 이때, 박막으로부터의 신호를 극대화하기 위하여 X 선의 입사각을 2°로 낮추어 회절패턴을 얻었다.
- 여기에 4 X 1019 er/의 box형 농도분포와 약 60S nm 의 접합깊이를 갖도록 A1 이온을 주입한 후, Ar 분위기(650 Torr)를 유지하면서 1700 ℃에서 30분간 열처리하여 A1 을 활성화하였다. 뒤이어 SiC 웨이퍼를 RCA 세정법으로 세척하고 1150 %0에서 건식산화 공정으로 약 20 nm의 산화막을 성장시킨후 PR 패터닝과 Ni/Ti/Al 금속막 증착, lift-off 공정을 거쳐 표면에 그림 1과 같이 원형과 직선형 transfer length method (TLM) 패턴을 형성하였다. TLM 패턴은 인접한 금속전극 사이의 간격이각각 5 um, 7 pm, 10 pm, 15 um, 20 um, 25 pm 가 되도록 제작된 마스크를 이용하여 형성되었다.
- 본 논문에서는 A1 이 이온주입된 p형 4H-SiC에 Ni/Ti/Al 삼중막('/는 증착순서를 의미함)을 증착하여 급속열처리(Rapid thermal anneal : RTA) 온도에 대한 접촉저항값의 변화를 분석하고, 저온.저저항 p형 오믹접합 형성의 가능성을 타진하였다.
- 직선형 TLM패턴이 형성되는 부위는사전에 건식식각 공정을 거쳐 n* SiC층이 주위와전기적으로 절연이 되도록 하였다. 한편, Ni/Ti/Al 오믹접합의 전류-전압 특성을 비교 평가하기 위하여, SiC의 n형 오믹접합용 금속으로 흔히 사용되는 Ni 을 스퍼터 링 공정으로 50 nm 증착하여 Ni/Ti/Al이증착된 시편과 동일한 조건에서 급속열처리 등 제반 공정을 진행한 후 접촉저항을 동일한 방법으로추출하였다. 급속열처리 후 Ni/Ti/Al이 증착된 SiC 시편의 상분석(phase analysis)을 위하여 Cu Ka 특정 X선을 이용하여 가속전압 40 kV, 전류 30 mA로 고정하고 X선 회절분석을 실시하였다.
대상 데이터
- TLM 패턴은 인접한 금속전극 사이의 간격이각각 5 um, 7 pm, 10 pm, 15 um, 20 um, 25 pm 가 되도록 제작된 마스크를 이용하여 형성되었다. 금속막은 e-beam evaporation 장비 내에서 연속적으로 증착되었고, 금속막의 두께는 각각 Ni 30 nm / Ti 50 nm / Al 300 nm 였다. 이어 840 ℃, 890 ℃, 930 ℃로 온도를 변화시키면서 Ar 분위기(200 mTorr)에서 90초간 급속열처리를 실시하여 오믹접합을 형성하였다.
- 실험에 사용한 SiC 웨이퍼는 0.03 Q - cm 이하의 비저항을 갖는 n형 SiC 기판 위에 약 4 X 1015 cm「3의 도핑농도를 갖는 두께 12 um의 n형 SiC 에피층이 성장되어 있는 상용제품이었다. 여기에 4 X 1019 er/의 box형 농도분포와 약 60S nm 의 접합깊이를 갖도록 A1 이온을 주입한 후, Ar 분위기(650 Torr)를 유지하면서 1700 ℃에서 30분간 열처리하여 A1 을 활성화하였다.
데이터처리
- 않음을 확인하였다. 이와 같은 현상의 원인을 추적하기 위해 급속열처리를 거친 Ni/Ti/Al 증착 sample에 대해 X선 회절법으로 상분석을 실시하였으며, 그 결과는 그림 6과 같다.
성능/효과
- 특히, P형 오믹접합용 금속으로서 가장 양호한 결과를보인다고 알려져 있는[5-7] Ti/Al을 사용할 경우오믹접합을 얻기 위한 급속열처리 온도가 통상적으로 1000 ℃ 이상의 고온이 요구됨에 비해, 본 실험에서는 Ni/Ti/Al system을 사용하여 840 ℃의저온에서도 낮은 접촉저항을 얻을 수 있었다. X선회절분석 결과에서는 NiSh-x 및 AhNi, AlsNi2 등의 금속간 화합물과 관련된 peak들이 검출되었으며, Ti-Al 조합으로 구성되는 오믹접합의 낮은 접촉저항의 원인으로 유력하게 거론되고 있는 Ti3SiC2와 관련된 peak들은 검출되지 않았다. 따라서 A1의 SiC 내부침투로 인한 고농도 도핑효과가접촉저항을 낮춘 주된 원인으로 사료된다.
- cm2 의 우수한 접촉저항을 갖는 오믹접합을 얻을 수있음을 확인하였다. 이것은 SiC 소자에서 N형 오믹접합용 금속으로 흔히 사용되는 Ni을 비교대상으로 삼을 때 약 2 order 정도 낮은 값이다.
- 급속열처리 온도에 대한 Ni 접촉의 접촉저항 데이터를 정리하여 box plot으로 표시하면 그림 3과 같았다. n 형 SiC 전력소자의 오믹 전극용 금속으로 흔히 사용되는 Ni을 p형 SiC의 오믹접합 형성을 위해 적용했을 때 중간값(median) 기준으로 약 1~2 x 10'2 Q - cm2 의 상당히 높은 접촉저항값을 얻었으며, 급속열처리 온도에 대해 특기할만한 경향성은관찰되지 않았다.
- 그림 3과 5에서 볼 수 있는 바와 같이, Ni/Ti/Al 삼중막을 p형 오믹금속으로 사용했을 때, Ni에 비해 약 1/100 이상 접촉저항이 감소하였으며, 또한열처리 온도를 840 ℃까지 낮춰도 접촉저항이 상승하지 않음을 확인하였다. 이와 같은 현상의 원인을 추적하기 위해 급속열처리를 거친 Ni/Ti/Al 증착 sample에 대해 X선 회절법으로 상분석을 실시하였으며, 그 결과는 그림 6과 같다.
- 이것은 SiC 소자에서 N형 오믹접합용 금속으로 흔히 사용되는 Ni을 비교대상으로 삼을 때 약 2 order 정도 낮은 값이다. 특히, P형 오믹접합용 금속으로서 가장 양호한 결과를보인다고 알려져 있는[5-7] Ti/Al을 사용할 경우오믹접합을 얻기 위한 급속열처리 온도가 통상적으로 1000 ℃ 이상의 고온이 요구됨에 비해, 본 실험에서는 Ni/Ti/Al system을 사용하여 840 ℃의저온에서도 낮은 접촉저항을 얻을 수 있었다. X선회절분석 결과에서는 NiSh-x 및 AhNi, AlsNi2 등의 금속간 화합물과 관련된 peak들이 검출되었으며, Ti-Al 조합으로 구성되는 오믹접합의 낮은 접촉저항의 원인으로 유력하게 거론되고 있는 Ti3SiC2와 관련된 peak들은 검출되지 않았다.
후속연구
- 그러나 일부 연구결과들[7, 8]에서 Ti-Al 및 Ni/Ti/Al 오믹전극의 접촉저항 감소와 관계있는 것으로 거론된 Ti3SiC2와 연관지을 수 있는 peak들은 검출되지 않았다. 이와 같은 실험결과로 미루어 볼 때 본연구에서 Ni/Ti/Al을 사용하여 얻은 낮은 접촉저항은 A1의 SiC 내부 침투에 의한 표면 부근의 고농도 도핑효과가 개재되었기 때문으로 결론짓는것이 타당하다고 생각되며, 이를 확증하기 위한 추가실험이 진행될 예정이다.
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