후 열처리 공정에 의한 Mo/SiC 쇼트키 다이오드의 정류특성 변화에 관한 연구 = Post annealing effect on the rectifying characteristics of Mo/SiC Schottky barrier diodes

국문 초록 (Abstract)

SiC는 화합물 반도체의 일종으로써 우수한 물성에 의해 전력 반도체 분야에서 종래의 Si 기반 소자의 이론적인 개발 한계를 극복할 수 있을 것으로 평가되는 차세대 전력 반도체 재료이다. SiC의 물성적 장점들은 특히 단극성 소자에 적용되기에 적합하며, 본 논문에서는 SiC 쇼트키 다이오드를 제작하고 후 열처리 공정에 의한 전기적 특성 변화를 연구하였다. 소자에서 금속-반도체 접합을 형성하는 쇼트키 금속 층은 고전압 고효율 전력 반도체 소자의 제작에 적합한 Mo를 재료로 하여 대향 타겟식 스퍼터링 법으로 제작하였으며, 상부전극의 재료는 Al을 사용하였다. 제작된 소자의 전기적 특성은 J-V특성곡선 및 그로부터 계산된 소자 특성계수의 비교를 통하여 분석하였으며, 빠른 승온속도의 열처리공정 (FTP)이 적용된 소자에 대하여 AES depth profiling 및 XRD 회절패턴 측정을 통한 구조적 분석을 실시하였다. 낮은 승온 및 냉각속도의 일반적인 열처리 공정은 소자의 정류특성을 개선하기에 적합하지 않은 것으로 판단되며, 열처리 공정에 의한 상부전극 물질의 과도한 침투 현상을 방지하기 위해 쇼트키 금속 층은 일정수준 이상의 두께로 증착되어야 함을 확인할 수 있었다. FTP 열처리 공정이 적용된 소자들의 경우 600˚C 이하의 열처리 온도 조건에서 비교적 적은 역방향 차단성능의 열화를 보였으며, 열처리 온도의 증가에 따라 순방향 특성이 개선되었다. 이러한 변화는 열처리 공정에 의한 계면 층 형성과 이에 따른 쇼트키 장벽의 높이 감소의 결과로 판단된다. 순방향 특성 개선 및 역방향 특성 열화에 대한 관점에서 소자의 전반적인 특성 개선에 가장 적합한 것으로 판단되는 600˚C의 FTP열처리 공정을 통해 순방향 전류밀도를 약 15% 증가시킬 수 있었다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

SiC is one of emerging candidates on power semiconductor materials for next generation power electronics that can overcome the theoretical limitation of development of silicon based technology. Superior properties of SiC are allowing it to be applied to various unipolar power devices including Schottky barrier diodes and MOSFETs. In this work, the SiC based Schottky diode was fabricated by using the facing targets sputtering method and evaluation of the effect of post annealing process on the rectifying characteristics of devices was performed In the structure of fabricated devices, molybdenum and aluminum were employed as the Schottky metal and top electrode, respectively. The rectifying performance of prepared Mo/SiC Schottky diodes was evaluated from the J-V characteristic curves and the Schottky diode parameters that calculated from it. Structural analysis, such as AES depth profiling and X-ray diffractometry were also employed to reveal the relation between the variation of electrical properties and structural properties. Annealing process with the slow heating and cooling speed was causing the degradation of reverse blocking performance, therefore this process was not considered as suitable for enhancement of device characteristics. For the purpose of prevention of the reason of this degradation such as the excessive diffusion and/or penetration of top pad metal through it, Schottky metal layer should be deposited with adequate thickness and this for this work was 3000Å. Fast thermal annealing process was caused the enhancement on forward characteristic with the relatively low degradation that accompanied and this can be considered as the result of the lowering of Schottky barrier height by the formation of the interfacial layer between Mo/SiC Schottky contacts. In terms of the forward and the reverse characteristics, the fast thermal annealing conditions that can be considered as most suitable was 600 ˚C and 15% of enhancement on forward current density was achieved with this annealing condition.

목차 (Table of Contents)

• 1. 서론
• 2. 관련 이론
• 2.1. 실리콘 카바이드
• 2.2. 쇼트키 다이오드
• 2.2.1. 쇼트키 다이오드의 구조
• 2.2.2. 금속 반도체 접합
• 2.2.3. 쇼트키 다이오드의 전압-전류 특성
• 2.2.4. 쇼트키 장벽
• 2.3. 열처리 공정과 소자 특성 조절
• 2.4. 대향 타겟식 스퍼터링
• 2.4.1. 스퍼터링
• 2.4.2. 대향 타겟식 스퍼터링
• 3. 실험 방법
• 3.1. 금속 박막의 증착
• 3.1.1. 단일 금속 박막의 증착
• 3.1.2. 금속 박막의 두께 측정
• 3.1.3. 금속 박막의 전기적 특성 평가
• 3.2. 금속-SiC 쇼트키 접합의 제작 및 후 열처리 공정
• 3.2.1. 금속-SiC 쇼트키 접합의 제작
• 3.2.2. 후 열처리 공정
• 3.3. 소자 특성평가
• 3.3.1. 전기적 특성평가
• 3.3.2. 구조적 특성평가
• 4. 결과 및 고찰
• 4.1. 단일 금속 박막의 전기적 특성
• 4.2. Ti/SiC 및 Mo/SiC 쇼트키 다이오드의 전기적 특성 비교
• 4.3. Mo/SiC 쇼트키 다이오드의 정류특성
• 4.3.1. STP 공정에 의한 Mo/SiC 쇼트키 다이오드의 정류특성 변화
• 4.3.2. 쇼트키 금속 층 두께 변화에 따른 Mo/SiC 쇼트키 다이오드의 정류특성 변화
• 4.3.3. FTP 공정에 의한 Mo/SiC 쇼트키 다이오드의 정류특성 변화
• 4.3.4. 쇼트키 다이오드의 구조적 특성
• 5. 결론
• 6. 참고문헌
• 7. 영문초록