피-형 실리콘카바이드(4H) 웨이퍼에서 니켈/알루미늄(Ni/Al)과 니켈/티타늄/알루미늄(Ni/Ti/Al) 물질의 저항성 접촉에 대한 특성분석 = Characteristics analysis for ohmic contact of Ni/Al and Ni/Ti/Aj materials in p-type 4H-SIC wafer
저자
발행사항
부산 : 동의대학교 대학원, 2009
학위논문사항
학위논문(석사)-- 동의대학교 대학원 : 전자공학과 2009. 2
발행연도
2009
작성언어
한국어
KDC
569 판사항(4)
발행국(도시)
부산
형태사항
ⅷ, 43장 : 삽도 ; 27 cm
일반주기명
동의대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.
참고문헌: p. 33-36
소장기관
실리콘카바이드(SiC)는 실리콘과 비교하여 에너지 밴드갭이 넓고, 높은 절연전계, 높은 전자포화속도, 높은 열전도도를 갖는 물질로 차세대 고온, 고전압용 소자 응용을 위한 반도체 물질로 주목 받아왔다.
반도체 소자에서 전극 형성을 위한 금속과 반도체 접촉에서 저항성(ohmic) 접촉은 고온, 고전압 소자의 성능에 있어 매우 중요한 부분으로 금속과 반도체의 접촉 저항이 크면 소자의 전력 소모가 많아지고 시스템의 성능을 저하 시킬 수 있다. 실리콘카바이드(SiC)와 금속간의 저항성 접촉에 있어 엔-형 실리콘카바이드의 경우 니켈을 사용하여 10-5~10-6Ωcm2 의 만족할 만한 수준의 접촉비저항을 얻고 있지만, 피-형 실리콘카바이드의 경우는 높은 쇼트키 장벽 높이로 인해 낮은 저항값의 저항성 접촉 형성에 보다 어려움이 있다.
본 논문에서는 피-형 실리콘카바이드와 접합물질 간에 저온 열처리를 통한 낮은 접촉비저항의 저항성 접촉을 형성시키기 위해 니켈/알루미늄 또는 니켈/티타늄/알루미늄 접촉을 이용한 저항성 접촉을 형성시켜서 그 형성 부분의 특성을 분석하였다.
엔-형 실리콘카바이드 기판 위에 두께 12㎛, 농도 4x1015cm-3의 엔-형 에피층이 길러진 웨이퍼에 공정 시뮬레이션 툴(TRIM) 을 이용한 전사모사 결과를 바탕으로 농도 4x1019cm-3 농도분포와 깊이 600nm로 알루미늄 이온을 이온주입하였다. 이 후 니켈(Ni), 니켈/알루미늄(Ni/Al) 및 니켈/티타늄/알루미늄(Ni/Ti/Al) 금속을 각각 증착하고 840-930℃ 범위의 온도에서 열처리 하여 접촉 부분의 저항값을 측정하기 위한 전달거리 방법(TLM : Tranfer length method)의 전극 패턴을 갖는 소자를 제작하였다. 제작한 각각의 소자로부터 전류-전압 특성을 측정하여 총저항을 구하였고, 최종적으로 접촉물질에 따라, 열처리 온도에 따라 각기 구분되는 소자로부터 접촉비저항을 측정하였다.
그 결과 니켈 접촉의 경우는 10-2Ωcm2, 니켈/알루미늄은 10-4Ωcm2, 니켈/티타늄/알루미늄 접촉의 경우 10-4Ωcm2 수준의 접촉비저항값을 얻었다. 열처리 온도에 대한 분석을 한 결과 세 가지의 접촉물질에 대해 열처리 온도에 따른 접촉비저항값의 변화는 크지 않았다. 접촉 물질에 따른 접촉비저항값의 차이는 니켈에 비해 니켈/알루미늄과 니켈/티타늄/알루미늄 접촉이 2차수(100배) 정도의 양호한 낮은 값을 보였다.
낮은 저항값의 분석을 위해서 X-선 회절(XRD : X-ray diffraction) 분석을 통해 각각의 접촉물질에 따른 열처리 시 형성되는 반응물질을 조사하였다. 이 결과의 설명은, 니켈/알루미늄(Ni/Al)과 피-형 실리콘카바이드의 접촉에서 알루미늄과 실리콘카바이드의 탄소(C)와의 반응으로부터 형성되는 알루미늄카바이드 물질이 접촉저항을 크게 만드는 비반응 탄소의 양을 감소시켜 접촉비저항을 낮춘다는 가설이 있다. 또한 니켈/티타늄/알루미늄(Ni/Ti/Al)과 피-형 실리콘카바이드의 접촉에서는 티타늄(Ti)과 실리콘카바이드 간에 티타늄 실리콘카바이드(Ti3SiC2) 물질이 형성되는데 이 화합물이 비반응 탄소의 양을 감소시켜 접촉비저항을 낮춘다는 가설과 이 물질이 티타늄과 실리콘카바이드 사이에 중간 반도체 층으로 존재하여 두 물질 간에 유효 장벽 높이를 낮추어 접촉비저항을 감소시킨다는 보고가 있다.
본 연구에서 X-선 회절 분석을 통해 니켈/알루미늄 접촉으로부터 알루미늄카바이드(Al4C3)의 존재를 확인하였고, 니켈/티타늄/알루미늄 접촉으로부터 티타늄 실리콘카바이드 물질의 존재를 확인하였다. 실리콘카바이드 웨이퍼에 있어 니켈/알루미늄과 니켈/티타늄/알루미늄 접촉이 니켈 접촉에 비해 낮은 접촉비저항값을 나타낸 결과로부터 알루미늄 카바이드와 티타늄 실리콘카바이드물질이 낮은 접촉비저항값의 저항성 특성에 영향을 미친 것으로 분석된다.
중요 어휘 : 피-형 실리콘카바이드(p-type SiC), 저항성 접촉(ohmic contact), 접촉비저항(specific contact resistance), 열처리(annealing), X-선 회절(XRD : X-ray diffraction)
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