KR102731015B1 - Method for Manufacturing SiC Trench Gate MOSFET Device Based on NO Post-Deposition Annealing (PDA) - Google Patents
Method for Manufacturing SiC Trench Gate MOSFET Device Based on NO Post-Deposition Annealing (PDA) Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은 트렌치 게이트형 SiC MOSFET 디바이스 제조 방법에 관한 것으로서, 본 발명의 트렌치 게이트형 SiC MOSFET 디바이스 제조 방법은, SiC 기판의 소스 영역의 도핑층 보다 더 깊게 식각하여 게이트 트렌치를 형성하는 단계; TEOS 및 O2를 사용하여 게이트 산화막을 형성하는 단계; NO 분위기에서 상기 게이트 산화막의 증착 후의 열처리를 수행하는 단계; 상기 게이트 트렌치 내에 게이트 전극을 형성하는 단계; 상기 게이트 전극이 형성된 기판 상에 층간절연막을 형성하는 단계; 상기 게이트 산화막 및 층간절연막을 패터닝하는 단계; 상기 기판의 에피택셜층의 전면에 형성된 소스 영역을 위한 도핑층의 상면과 상기 층간절연막의 상면을 덮는 소스 전극을 형성하는 단계; 및 상기 기판의 배면에 드레인 전극을 형성하는 단계를 포함한다.The present invention relates to a method for manufacturing a trench gate type SiC MOSFET device, and the method for manufacturing a trench gate type SiC MOSFET device comprises the steps of: forming a gate trench by etching deeper than a doping layer in a source region of a SiC substrate; forming a gate oxide film using TEOS and O 2 ; performing a heat treatment after deposition of the gate oxide film in an NO atmosphere; forming a gate electrode in the gate trench; forming an interlayer insulating film on a substrate on which the gate electrode is formed; patterning the gate oxide film and the interlayer insulating film; forming a source electrode covering an upper surface of a doping layer for a source region formed on an entire surface of an epitaxial layer of the substrate and an upper surface of the interlayer insulating film; and forming a drain electrode on a back surface of the substrate.
Description
본 발명은 트렌치 게이트형 SiC MOSFET 디바이스의 제조 방법에 관한 것으로서, 특히, 증착 후 NO 열처리를 적용해 양질의 안정적인 게이트 산화막을 갖는 트렌치 게이트형 SiC MOSFET 디바이스의 제조 방법에 관한 것이다. The present invention relates to a method for manufacturing a trench gate type SiC MOSFET device, and more particularly, to a method for manufacturing a trench gate type SiC MOSFET device having a high-quality and stable gate oxide film by applying NO heat treatment after deposition.
4H-SiC에 기반한 MOSFET(Metal-oxide semiconductor field-effect transistor) 디바이스는 우수한 물리적 및 전자적 특성으로 인해 고전압 장치 응용 분야에 대해 광범위하게 적용이 고려되고 있다. Metal-oxide semiconductor field-effect transistor (MOSFET) devices based on 4H-SiC are being widely considered for high-voltage device applications due to their excellent physical and electronic properties.
그러나, SiC-MOSFET의 사용은 여전히 낮은 전계 효과 이동도(μfe)로 인해 제한되고 있으며, 이것은 특히 반도체의 전도대 가장자리 부근의 높은 산화물 반도체 계면 결함 밀도 (Dit) 때문이다. However, the use of SiC-MOSFETs is still limited by their low field-effect mobility (μ fe ), which is particularly due to the high oxide-semiconductor interface defect density (D it ) near the conduction band edge of the semiconductor.
높은 Dit를 일으키는 주요 요인으로는, 산화 전에 기판 표면으로부터의 잔류 탄소 및 산화 동안 계면에서 생성된 탄소와 같은, 두 가지 원인에서 비롯된 고유 탄소의 존재이다. The main factor causing high D it is the presence of intrinsic carbon from two sources: residual carbon from the substrate surface before oxidation and carbon generated at the interface during oxidation.
위와 같은 계면 결함을 줄이기 위하여, 산화 질소 (NO) 또는 아산화 질소 (N2O) 환경에서 게이트 산화막의 열처리는 소자-급 게이트 산화막을 성장시키는 가장 좋은 기술로 입증되었다. 즉, 질소 원자는 탄소와 SiC 산화에 고유한 실리콘-옥시카본 복합체의 결합을 제거할 수 있다. 다른 한편으로, 증착 산화막은 산화막/SiC 계면에서 탄소 혼입을 최소화할 수 있다. 증착 방법들 중에서, LPCVD(저압 화학 기상 증착, low pressure chemical vapor deposition)는 우수한 전기적 절연 특성, 높은 성장 속도, 낮은 성장 온도 및 우수한 두께 제어 능력 등의 고유한 장점을 갖는다. 또한, 산화막 증착 공정에서 소스 물질로서 TetraEthylOrthoSilicate (TEOS, Si(OC2H5)4)는 웨이퍼 표면의 형상에 덜 민감하고 표면 조도가 낮은 증착 산화막을 얻을 수 있는 장점이 있다. TEOS 소스를 사용한 Plasma Enhanced CVD 증착 산화막을 사용한 4H-SiC MOSFET의 μfe는 열산화막과 비교했을 때 크게 개선되었으나(~ 40 cm2/Vs) 누설 전류 밀도는 더 높고 절연파괴전계는 더 낮았다고(≤6.5 MV/cm) 보고된 바 있다.To reduce the interfacial defects as described above, the annealing of the gate oxide in a nitric oxide (NO) or nitrous oxide (N 2 O) environment has been proven to be the best technique for growing device-grade gate oxides. That is, nitrogen atoms can remove the bonding of silicon-oxycarbon complexes inherent to carbon and SiC oxide. On the other hand, the deposited oxide can minimize carbon incorporation at the oxide/SiC interface. Among the deposition methods, low pressure chemical vapor deposition (LPCVD) has unique advantages such as excellent electrical insulation properties, high growth rate, low growth temperature, and excellent thickness controllability. In addition, TetraEthylOrthoSilicate (TEOS, Si(OC 2 H 5 ) 4 ) as a source material in the oxide deposition process has the advantages of being less sensitive to the morphology of the wafer surface and obtaining a deposited oxide with low surface roughness. It has been reported that the μ fe of 4H-SiC MOSFETs using plasma enhanced CVD deposited oxide films with TEOS source is significantly improved (~40 cm 2 /Vs) compared to thermal oxide films, but the leakage current density is higher and the breakdown field is lower (≤6.5 MV/cm).
따라서, 증착된 TEOS 산화막이 SiC MOSFET의 게이트 산화막으로 사용되기 위하여, 누설전류를 최소화하고 절연파괴전계(Critical oxide breakdown field, EB)를 높일 수 있는 공정 기술의 확립이 요구되고 있다. Therefore, in order for the deposited TEOS oxide film to be used as the gate oxide film of a SiC MOSFET, the establishment of a process technology that can minimize leakage current and increase the critical oxide breakdown field (E B ) is required.
이에 따라 본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명은, 4H-SiC 기판에서 저압 CVD TEOS 증착 게이트 산화막을 NO 분위기에서 후 열처리(NO post-deposition annealing (PDA))하여, 양질의 안정적인 게이트 산화막을 갖는 트렌치 게이트형 SiC MOSFET 디바이스의 제조 방법을 제공하는 데 있다. Accordingly, the present invention has been made to solve the above-described problems, and the present invention provides a method for manufacturing a trench gate type SiC MOSFET device having a high-quality and stable gate oxide film by performing post-heat treatment (NO post-deposition annealing (PDA)) of a low-pressure CVD TEOS deposited gate oxide film on a 4H-SiC substrate in an NO atmosphere.
먼저, 본 발명의 특징을 요약하면, 상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일면에 따른 트렌치 게이트형 SiC MOSFET 디바이스의 제조 방법은, SiC 기판(예, 4H-SiC 기판)의 소스 영역의 도핑층 보다 더 깊게 식각하여 게이트 트렌치를 형성하는 단계; TEOS 및 O2를 사용하여 게이트 산화막을 증착하는 단계; NO 분위기에서 상기 게이트 산화막의 증착 후의 열처리를 수행하는 단계; 상기 게이트 트렌치 내에 게이트 전극을 형성하는 단계; 상기 게이트 전극이 형성된 기판 상에 층간절연막을 형성하는 단계; 상기 게이트 산화막 및 층간절연막을 패터닝하는 단계; 상기 기판의 에피택셜층의 전면에 형성된 소스 영역을 위한 도핑층의 상면과 상기 층간절연막의 상면을 덮는 소스 전극을 형성하는 단계; 및 상기 기판의 배면에 드레인 전극을 형성하는 단계를 포함한다.First, to summarize the features of the present invention, a method for manufacturing a trench gate type SiC MOSFET device according to one aspect of the present invention for achieving the above object includes the steps of: forming a gate trench by etching deeper than a doping layer of a source region of a SiC substrate (e.g., a 4H-SiC substrate); depositing a gate oxide film using TEOS and O 2 ; performing a heat treatment after deposition of the gate oxide film in an NO atmosphere; forming a gate electrode in the gate trench; forming an interlayer insulating film on the substrate on which the gate electrode is formed; patterning the gate oxide film and the interlayer insulating film; forming a source electrode covering an upper surface of a doping layer for a source region formed on an entire surface of an epitaxial layer of the substrate and an upper surface of the interlayer insulating film; and forming a drain electrode on a back surface of the substrate.
상기 트렌치 게이트형 SiC MOSFET 디바이스의 제조 방법은, 상기 게이트 산화막을 증착하는 단계 전에, 상기 게이트 트렌치 영역에서 상기 게이트 산화막 하부에 도핑된 웰을 형성하기 위하여 이온 주입하는 단계를 더 포함한다.The method for manufacturing the trench gate type SiC MOSFET device further includes, prior to the step of depositing the gate oxide film, a step of ion implantation to form a doped well under the gate oxide film in the gate trench region.
상기 게이트 산화막을 형성하는 단계에서, LPCVD 장비를 이용하여, 상기 게이트 트렌치 측벽과 바닥면을 포함한 트렌치 영역에 TEOS 및 O2를 사용하여 600~800 ℃에서 50~110 nm 두께로 산화막 SiO2를 형성한다.In the step of forming the gate oxide film, an oxide film SiO 2 is formed with a thickness of 50 to 110 nm at 600 to 800° C. using TEOS and O 2 on the trench region including the gate trench sidewall and bottom surface using LPCVD equipment.
상기 게이트 산화막의 증착 후의 열처리를 수행하는 단계에서, NO 가스를 포함하는 분위기에서 800~1200℃에서 60 ~ 180분 동안 열처리를 진행한다.In the step of performing heat treatment after deposition of the above gate oxide film, heat treatment is performed at 800 to 1200°C for 60 to 180 minutes in an atmosphere containing NO gas.
상기 트렌치 게이트형 SiC MOSFET 디바이스의 제조 방법은, 상기 NO 분위기에서 상기 게이트 산화막의 증착 후의 열처리에 의해 상기 게이트 산화막의 계면에서의 양전하 발생으로, 상기 게이트 산화막의 유효 산화막 전하 밀도(Qeff)를 양의 값으로 유도하고, 절연파괴전계(EB) 및 전계 효과 이동도(μfe)를 증가시키기 위한 것을 특징으로 한다.The method for manufacturing the trench gate type SiC MOSFET device is characterized by inducing the effective oxide charge density (Q eff ) of the gate oxide film to a positive value by generating positive charges at the interface of the gate oxide film by heat treatment after deposition of the gate oxide film in the NO atmosphere, and increasing the dielectric breakdown field (E B ) and field-effect mobility (μ fe ).
상기 유효 산화막 전하 밀도(Qeff)는 설계에 따라 2.81Х1011 cm-2 < Qeff ≤ 4.27Х1011 cm-2 범위일 수 있다.The effective oxide charge density (Q eff ) can be in the range of 2.81Х10 11 cm -2 < Q eff ≤ 4.27Х10 11 cm -2 depending on the design.
본 발명에 따른 트렌치 게이트형 SiC MOSFET 디바이스의 제조 방법에 따르면, 4H-SiC 기판에서 저압 CVD TEOS 증착 게이트 산화막에 대한 NO 증착 후 열처리(NO post-deposition annealing (PDA)) 처리되어, TEOS 게이트 산화막/4H-SiC MOS 커패시터와 측면 MOSFET의 인터페이스 특성을 향상시킴으로써, 양질의 안정적인 게이트 산화막을 제공할 수 있다.According to the method for manufacturing a trench gate type SiC MOSFET device according to the present invention, a low-pressure CVD TEOS deposited gate oxide film on a 4H-SiC substrate is subjected to NO post-deposition annealing (PDA) treatment, thereby improving the interface characteristics of the TEOS gate oxide film/4H-SiC MOS capacitor and the side MOSFET, thereby providing a high-quality and stable gate oxide film.
본 발명에서는 저압 CVD TEOS 증착 산화막의 전기적 특성에 이어 4H-SiC에서 NO 증착 후 열처리 (PDA) 처리 방법을 개시하였다. 또한, 비교를 위해, 습식 열산화막 또한 제조된 후 NO 산화 후 열처리 (POA) 처리 방법을 개시하였다. 90 분 POA/PDA를 갖는 습식 열산화막과 TEOS 산화막의 개선된 전기적 특성이 관찰되었다. 특히, NO PDA 처리된 TEOS 산화막은 NO POA 처리된 습식 산화막과 비교하여 누설 전류가 더 낮고 EB는 더 높았다. 또한, 90 분 NO PDA를 갖는 TEOS 산화막을 갖는 MOSFET의 μfe는 습식 열산화막을 갖는 것보다 높은 특성을 보여주었다. In the present invention, the electrical properties of low pressure CVD TEOS deposited oxide films followed by post-NO deposition annealing (PDA) treatment on 4H-SiC are disclosed. In addition, for comparison, a wet thermal oxide film was also fabricated followed by a post-NO oxidation annealing (POA) treatment. Improved electrical properties of the wet thermal oxide and the TEOS oxide film with 90 min POA/PDA were observed. In particular, the NO PDA treated TEOS oxide film showed lower leakage current and higher E B compared to the NO POA treated wet oxide film. In addition, the μ fe of the MOSFET with the TEOS oxide film with 90 min NO PDA showed higher properties than that with the wet thermal oxide film.
즉, NO PDA 처리는 특히 LPCVD에 의해 증착된 TEOS 산화막에 대해 SiO2/SiC 계면뿐만 아니라 산화막 품질을 상당히 개선시켰다. 90 분 NO PDA를 갖는 TEOS 산화막의 낮은 Dit 및 많은 positive 유효 산화막 전하밀도(effective oxide charge density, Qeff)는 SiC로부터 산화막을 통해 터널링하는 전자의 주입을 방해할 수 있다. 결과적으로, 누설 전류가 감소되고 이어서 EB가 증가한다. 산화막에서 Qeff, Dit 파라미터와 EB 및 장벽 높이(ΦB)의 상관 관계가 확립되었다. 이때의 장벽높이는 Fowler-Nodhiem (FN) plot을 통해 계산되었다. Positive Qeff가 EB 에 영향을 미치는 지배적인 인자이고 ΦB 값은 Dit가 아닌 Qeff에만 의존한다는 것이 밝혀졌다. 90 분 NO PDA를 갖는 TEOS 산화막에 대해 관찰된 최대 μfe = 17.8 cm2/V-s는 90 분 NO POA = 11 cm2/V-s를 갖는 열 성장 습식 산화막보다 높았다. 90 분 NO PDA로 빠르게 성장한 TEOS 산화막을 4H-SiC MOSFET의 게이트 산화막으로 적용하여 고품질의 질화된 SiO2/SiC 인터페이스를 효과적으로 형성함으로써 μfe를 향상시킬 수 있게 된다.That is, the NO PDA treatment significantly improved the oxide quality as well as the SiO 2 /SiC interface, especially for the TEOS oxide films deposited by LPCVD. The low D it and high positive effective oxide charge density (Q eff ) of the TEOS oxide films with 90 min NO PDA can hinder the injection of electrons tunneling from SiC through the oxide. As a result, the leakage current is reduced, followed by the increase of E B . The correlations among the Q eff , D it parameters and E B and the barrier height (Φ B ) in the oxide films were established. The barrier height was calculated by the Fowler–Nodhiem (FN) plot. It was found that the positive Q eff is the dominant factor affecting E B , and the Φ B value depends only on Q eff but not on D it . The maximum μ fe = 17.8 cm 2 /V s observed for the TEOS oxide with 90 min NO PDA was higher than that of the thermally grown wet oxide with 90 min NO POA = 11 cm 2 /V s. The rapidly grown TEOS oxide with 90 min NO PDA can be applied as the gate oxide of 4H-SiC MOSFETs to effectively form a high-quality nitrided SiO 2 /SiC interface, which can enhance the μ fe .
본 발명에 관한 이해를 돕기 위해 상세한 설명의 일부로 포함되는 첨부도면은, 본 발명에 대한 실시예를 제공하고 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술적 사상을 설명한다.
도 1은 습식 산화막, 90 분 NO POA가 있는 습식 산화막, 90 분 NO PDA가있는 TEOS 산화막이 있는 MOS 커패시터 각각에 대한 일반적인 정규화된 고주파 C-V 곡선을 보여준다.
도 2는 습식의 산화막, 90 분 NO POA가 있는 습식 산화막 및 90 분 NO PDA가 있는 TEOS 산화막 각각의 전류 밀도(J)-전계(E) 그래프의 일례이다.
도 3은 4H-SiC 밴드 갭 상단의 실온에서 측정된 계면 결함 밀도(Dit)를 보여주는 그래프이다.
도 4는 습식 산화막, 90 분 NO POA 처리된 습식 산화막 및 90 분 NO PDA 처리된 TEOS 산화막 각각의 장벽 높이를 보여준다.
도 5는 (a) 산화막 절연파괴전계 (EB)에 대한 유효 산화막 전하 (Qeff) 및 4H-SiC의 전도대 아래 0.3eV에서의 계면 결함 밀도(Dit)와의 상관 관계 그래프, 및 (b) 장벽 높이(ΦB)에 대한 유효 산화막 전하 (Qeff) 및 4H-SiC의 전도대 아래 0.3eV에서의 계면 결함 밀도(Dit)와의 상관 관계 그래프.
도 6은 4H-SiC에서 poly-Si 게이트 및 TEOS 산화막의 SEM(Secondary Electron Microscopy) 이미지의 일례이다.
도 7은 90 분 NO POA 처리된 습식 산화막을 사용하는 50μm 채널 길이 및 50μm 폭의 수평형 SiC MOSFET에 대한 결과와 90 분 NO PDA 처리된 TEOS 게이트 산화막을 사용하여 제조된 수평형 SiC MOSFET에서 추출된 전계 효과 이동도(μfe)의 그래프이다.
도 8은 본 발명의 측면 MOSFET로서 트렌치 게이트형 SiC MOSFET 디바이스의 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 본 발명의 트렌치 게이트형 SiC MOSFET 디바이스의 제조 방법을 설명하기 위한 도면이다. The accompanying drawings, which are included as a part of the detailed description to aid understanding of the present invention, provide examples of the present invention and, together with the detailed description, explain the technical idea of the present invention.
Figure 1 shows typical normalized high frequency CV curves for the MOS capacitors with wet oxide, wet oxide with 90 min NO POA, and TEOS oxide with 90 min NO PDA, respectively.
Figure 2 is an example of current density (J)-electric field (E) graphs of wet oxide, wet oxide with 90 min NO POA, and TEOS oxide with 90 min NO PDA, respectively.
Figure 3 is a graph showing the interface defect density (D it ) measured at room temperature above the 4H-SiC band gap.
Figure 4 shows the barrier heights of the wet oxide film, the 90-minute NO POA-treated wet oxide film, and the 90-minute NO PDA-treated TEOS oxide film, respectively.
Figure 5 shows (a) a correlation graph of the effective oxide charge (Qeff) and the interface defect density ( Dit ) at 0.3 eV below the conduction band of 4H-SiC with respect to the oxide breakdown field (E B ), and (b) a correlation graph of the effective oxide charge (Qeff) and the interface defect density ( Dit ) at 0.3 eV below the conduction band of 4H-SiC with respect to the barrier height (Φ B ).
Figure 6 is an example of a secondary electron microscopy (SEM) image of a poly-Si gate and TEOS oxide film on 4H-SiC.
Figure 7 is a graph of the extracted field-effect mobility (μ fe ) from a horizontal SiC MOSFET with 50 μm channel length and 50 μm width using a 90-minute NO POA-treated wet oxide and a 90-minute NO PDA-treated TEOS gate oxide.
FIG. 8 is a drawing for explaining the structure of a trench gate type SiC MOSFET device as a side MOSFET of the present invention.
FIG. 9 is a drawing for explaining a method for manufacturing a trench gate type SiC MOSFET device of the present invention.
이하에서는 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 대해서 자세히 설명한다. 이때, 각각의 도면에서 동일한 구성 요소는 가능한 동일한 부호로 나타낸다. 또한, 이미 공지된 기능 및/또는 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다. 이하에 개시된 내용은, 다양한 실시 예에 따른 동작을 이해하는데 필요한 부분을 중점적으로 설명하며, 그 설명의 요지를 흐릴 수 있는 요소들에 대한 설명은 생략한다. 또한 도면의 일부 구성요소는 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시될 수 있다. 각 구성요소의 크기는 실제 크기를 전적으로 반영하는 것이 아니며, 따라서 각각의 도면에 그려진 구성요소들의 상대적인 크기나 간격에 의해 여기에 기재되는 내용들이 제한되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the attached drawings. At this time, in each drawing, the same components are represented by the same reference numerals as much as possible. In addition, detailed descriptions of functions and/or configurations that are already known will be omitted. The contents disclosed below will focus on parts necessary for understanding operations according to various embodiments, and descriptions of elements that may obscure the gist of the description will be omitted. In addition, some components of the drawings may be exaggerated, omitted, or schematically illustrated. The size of each component does not entirely reflect the actual size, and therefore, the contents described herein are not limited by the relative sizes or spacings of the components drawn in each drawing.
본 발명의 실시예들을 설명함에 있어서, 본 발명과 관련된 공지기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략하기로 한다. 그리고, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다. 상세한 설명에서 사용되는 용어는 단지 본 발명의 실시 예들을 기술하기 위한 것이며, 결코 제한적이어서는 안 된다. 명확하게 달리 사용되지 않는 한, 단수 형태의 표현은 복수 형태의 의미를 포함한다. 본 설명에서, "포함" 또는 "구비"와 같은 표현은 어떤 특성들, 숫자들, 단계들, 동작들, 요소들, 이들의 일부 또는 조합을 가리키기 위한 것이며, 기술된 것 이외에 하나 또는 그 이상의 다른 특성, 숫자, 단계, 동작, 요소, 이들의 일부 또는 조합의 존재 또는 가능성을 배제하도록 해석되어서는 안 된다. In describing embodiments of the present invention, if it is judged that a detailed description of a known technology related to the present invention may unnecessarily obscure the gist of the present invention, the detailed description will be omitted. In addition, the terms described below are terms defined in consideration of their functions in the present invention, and may vary depending on the intention or custom of the user or operator. Therefore, the definitions should be made based on the contents throughout this specification. The terms used in the detailed description are only for describing embodiments of the present invention, and should never be limited. Unless clearly used otherwise, the singular form includes the plural form. In this description, expressions such as "comprises" or "comprising" are intended to indicate certain features, numbers, steps, operations, elements, parts or combinations thereof, and should not be construed to exclude the presence or possibility of one or more other features, numbers, steps, operations, elements, parts or combinations thereof other than those described.
또한, 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되는 것은 아니며, 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.Additionally, although the terms first, second, etc. may be used to describe various components, the components are not limited by the terms, and the terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another.
먼저, 본 발명의 양질의 안정적인 게이트 산화막을 갖는 측면 MOSFET, 즉, 트렌치 게이트형 SiC MOSFET 디바이스에 적용될 수 있는, MOS 커패시터의 하나의 실시예에 따른 구조의 실험 내용을 설명한다. First, the experimental results of a structure according to one embodiment of a MOS capacitor that can be applied to a lateral MOSFET, i.e., a trench gate type SiC MOSFET device, having a high-quality and stable gate oxide film of the present invention are described.
MOS 커패시터 테스트 구조는, 5Х1015cm-3의 질소로 도핑된 10 ㎛ 두께의 에피층을 갖는 N 형, 4°오프 (0001) 지향 4H-SiC 웨이퍼를 사용하여 제작했다. 웨이퍼는 표준 RCA 웨이퍼 세정 공정을 거쳐 최종 1분간 HF 딥 처리하였다.MOS capacitor test structures were fabricated using N-type, 4°off (0001)-oriented 4H-SiC wafers with a 10 µm thick epilayer doped with 5Х10 15 cm -3 nitrogen. The wafers underwent a standard RCA wafer cleaning process followed by a final 1-minute HF dip treatment.
이후 기체 전구체로서 TetraEthylOrthoSilicate (TEOS, Si(OC2H5)4) 및 O2를 사용하여 SiO2의 증착 공정을 700℃에서 10 분 동안 수행한다. SiO2 층의 증착 후, 샘플을 1175℃에서 90 분 동안 NO 분위기에서 표준적인 증착 후 열처리(PDA)를 진행한다. 고주파 (100 kHz) 캐패시턴스-전압 (CV) 곡선으로부터 계산된 90 분 동안 NO PDA 처리되는 샘플의 두께는 약 100 nm였다. 비교를 위해, 1150℃에서 7 시간 동안 성장된 100 nm 두께의 습식 산화막(예, 수증기나 산소 분위에서 열산화막 성장)이 또한 제조되었고 동일한 조건인 NO 분위기에서 산화 후 열처리(POA, Post Oxidation Annealing)가 진행되었다.Subsequently, the deposition process of SiO 2 is performed at 700 °C for 10 min using TetraEthylOrthoSilicate (TEOS, Si(OC 2 H 5 ) 4 ) and O 2 as gaseous precursors. After deposition of the SiO 2 layer, the sample is subjected to a standard post-deposition annealing (PDA) at 1175 °C for 90 min in NO atmosphere. The thickness of the sample treated with NO PDA for 90 min was about 100 nm, calculated from the high-frequency (100 kHz) capacitance-voltage (CV) curve. For comparison, a 100 nm-thick wet oxide film (e.g., thermal oxide film grown in water vapor or oxygen atmosphere) grown at 1150 °C for 7 h was also prepared, and post-oxidation annealing (POA) was performed under the same conditions of NO atmosphere.
이들 산화 및 질화 단계 후에, MOS 커패시터의 게이트 전극으로서 알루미늄 (일 함수 4.3 eV)을 사용하였다. 커패시터의 면적 (4.5Х10-4 cm2)은 포토 리소그래피 공정에 의해 정의되었다. 마지막으로, 기판 후면의 산화막이 제거된 후, 대면적 Al 후면 접촉(드레인전극)이 N+ 기판 상에 증착되었다. 모든 산화막의 제조 공정 조건에 대한 요약이 [표 1]에 제시되어 있다.After these oxidation and nitridation steps, aluminum (work function 4.3 eV) was used as the gate electrode of the MOS capacitor. The area of the capacitor (4.5Х10 -4 cm 2 ) was defined by the photolithography process. Finally, after the oxide film on the back surface of the substrate was removed, a large-area Al back contact (drain electrode) was deposited on the N+ substrate. A summary of the fabrication process conditions for all oxide films is presented in [Table 1].
[표 1][Table 1]
N 채널 수평형(lateral) SiC MOSFET은 약 2Х1017 cm-3의 Al 도핑 농도와 1μm 두께를 갖는 p형 에피택셜 층을 이용하여 제조되었다. MOSFET의 게이트 산화막들은 MOS 커패시터와 마찬가지로 LPCVD TEOS 증착 산화막 및 열 성장 습식 산화막에 의해 각각 형성되었다. TEOS 산화막 및 습식 산화막 두께는 약 100 nm였다. 이외에, n 채널 수평형 MOSFET 이외에 본 발명의 MOS 구조는 p 채널 수평형 MOSFET에도 적용할 수 있다. An n-channel lateral SiC MOSFET was fabricated using a p-type epitaxial layer having an Al doping concentration of about 2Х10 17 cm -3 and a thickness of 1 μm. The gate oxides of the MOSFET were formed by LPCVD TEOS deposited oxide and thermally grown wet oxide, respectively, similar to the MOS capacitors. The thicknesses of the TEOS oxide and wet oxide were about 100 nm. In addition, the MOS structure of the present invention can be applied to a p-channel lateral MOSFET as well as an n-channel lateral MOSFET.
컴퓨터로 제어되는 Keithley 590 CV 분석기와 595 준정적(Quasistatic) CV 미터를 이용하여, 동시에 커패시터의 고주파 및 저주파수 정전용량-전압(C-V) 특성을 측정한다. 고주파수 측정 (예, 100 kHz)의 경우 소신호 진폭 AC 전압(예, 15 mV)을 0.1Vs-1의 스윕 속도로 DC 바이어스에 중첩했다. 계면 결함 밀도 (Dit)는 [수학식1]과 같이 계산될 수 있다.High-frequency and low-frequency capacitance-voltage (CV) characteristics of capacitors are measured simultaneously using a computer-controlled Keithley 590 CV analyzer and a 595 quasistatic CV meter. For high-frequency measurements (e.g., 100 kHz), a small-signal amplitude AC voltage (e.g., 15 mV) is superimposed on the DC bias at a sweep rate of 0.1 V s -1 . The interface defect density (D it ) can be calculated as [Mathematical Formula 1].
[수학식1][Mathematical Formula 1]
여기서 CQS, CHF, Cox 및 q는 각각 준정적 (저주파) 커패시턴스, 고주파 커패시턴스, 산화막 커패시턴스 및 전자 전하이다. Cox는 축적 영역에서 측정된다. 여기서, 모든 커패시턴스들은 단위 면적 용량을 나타낸다. 전류-전압 (I-V) 특성은 HP4156B 분석기를 사용하여 측정되었다. 신뢰할 수 있는 결과를 얻도록 샘플을 세 번 연속 테스트했다. 모든 전기 측정은 실온에서 수행된다.Here, C QS , C HF , C ox , and q are the quasi-static (low frequency) capacitance, high frequency capacitance, oxide capacitance, and electron charge, respectively. C ox is measured in the accumulation region. Here, all capacitances represent unit area capacitance. The current-voltage (IV) characteristics were measured using an HP4156B analyzer. The samples were tested three times consecutively to obtain reliable results. All electrical measurements are performed at room temperature.
도 1은 습식 산화막, 90 분 NO POA가 있는 습식 산화막, 90 분 NO PDA가있는 TEOS 산화막이 있는 MOS 커패시터 각각에 대한 일반적인 정규화된 고주파 C-V 곡선을 보여준다. 이상적인 곡선이 비교를 위해 포함되어 있다. 게이트 전압의 스윕 방향은 축적에서 공핍 모드로 수행되었고 모든 측정은 실온에서 수행되었다. 측정된 커패시턴스들은 각 측정의 산화막 커패시턴스(Cox) 값으로 정규화되었으며, [수학식2]를 사용하여 산화막 두께(tox)를 계산하는 데 사용된다. Figure 1 shows typical normalized high-frequency CV curves for the MOS capacitors with wet oxide, wet oxide with 90 min NO POA, and TEOS oxide with 90 min NO PDA, respectively. An ideal curve is included for comparison. The gate voltage sweep direction was performed from accumulation to depletion mode, and all measurements were performed at room temperature. The measured capacitances were normalized to the oxide capacitance (C ox ) value of each measurement, which is used to calculate the oxide thickness (t ox ) using Equation (2).
[수학식2][Mathematical formula 2]
여기서 k는 SiO2의 유전 상수(3.9), εo는 자유 공간 유전율(8.854Х10-14 Fcm-1), A는 커패시터 게이트 면적(cm-2), Cox는 산화막 커피시터 값이다. 도 1에서 볼 수 있듯이 C-V 곡선은 이상적인 C-V 곡선에서 게이트 전압의 양의 방향으로 습식 산화막에 대한 곡선이 이동하여 양의 플랫 밴드 전압(VFB)이 증가했음을 암시한다. 양의 값은 산화막에서 도너(donor)와 같은 계면 결함 및 전자 트랩이 생성되었음을 나타낸다.Here, k is the dielectric constant of SiO 2 (3.9), ε o is the free space permittivity (8.854Х10 -14 Fcm -1 ), A is the capacitor gate area (cm -2 ), and C ox is the oxide cofactor value. As can be seen in Fig. 1, the CV curve shifts from the ideal CV curve to the positive direction of the gate voltage for the wet oxide, implying an increase in the positive flat band voltage (V FB ). The positive value indicates that interface defects and electron traps such as donors are created in the oxide.
그러나, NO 처리를 갖는 습식 산화막 및 TEOS 산화막은 음의 방향으로 이동을 나타냈다. 이러한 반대 변화는 산화막 네트워크에 질소를 포함시키고 축적된 탄소의 억제에 의한 계면 결함의 감소에 기인한 것으로 볼 수 있다. 각각의 산화막에 대한 VFB의 값은 [수학식3]으로부터 얻은 플랫 밴드 캐패시턴스(CFB) 값을 사용하여 C-V 곡선으로부터 추출되었다.However, wet oxide films and TEOS oxide films with NO treatment showed a shift in the negative direction. This opposite shift can be attributed to the reduction of interfacial defects by incorporating nitrogen into the oxide network and suppressing accumulated carbon. The value of V FB for each oxide film was extracted from the CV curve using the flat band capacitance (C FB ) value obtained from [Mathematical Formula 3].
[수학식3][Mathematical Formula 3]
여기서 T는 실온(K)이고, ND는 기판 도핑 농도(cm-3) 및 Tox는 두께(cm)이다. 샘플의 측정된 이상적인 고주파 C-V 곡선을 비교하고 [수학식4]를 기반으로 플랫 밴드 전압 변화(△VFB)를 계산할 수 있다.Here, T is room temperature (K), N D is the substrate doping concentration (cm -3 ) and T ox is the thickness (cm). By comparing the measured ideal high-frequency CV curves of the samples, the flat band voltage change (△V FB ) can be calculated based on [Mathematical Formula 4].
[수학식4][Mathematical Formula 4]
△VFB = ideal VFB - measured VFB △V FB = ideal V FB - measured V FB
습식의 산화막, 90 분 NO POA 처리된 습식 산화막 및 90 분 NO PDA 처리된 TEOS 산화막 각각의 측정된 VFB 값은, 1.95, -1.04 및 -1.69였다. 모바일 이온 (Qm), 고정 산화막전하 (Qf), 산화막 트랩 전하(Qt) 및 계면 트랩 전하(Qit)로 구성된 유효 산화막 전하 (개수) 밀도 (Qeff)는 [수학식5]와 같이 플랫 밴드 전압 시프트 (△VFB)를 기초로 계산될 수 있다.The measured V FB values of the wet oxide, the 90-min NO POA-treated wet oxide, and the 90-min NO PDA-treated TEOS oxide, respectively, were 1.95, -1.04, and -1.69. The effective oxide charge (number) density (Q eff ), which is composed of mobile ions (Q m ), fixed oxide charges (Q f ), oxide trap charges (Q t ), and interface trap charges (Q it ), can be calculated based on the flat band voltage shift (△V FB ) as shown in [Mathematical Formula 5].
[수학식5][Mathematical Formula 5]
습식의 산화막의 Qeff는 -3.04Х1011 cm-2의 음의 값을 가졌고 90 분 NO POA를 갖는 습식 산화막의 Qeff는 약 2.81Х1011 cm-2의 높은 양의 값을 나타냈다. 90 분 NO PDA를 갖는 TEOS 산화막의 Qeff는 다른 것에 비해 4.27Х1011 cm-2의 가장 큰 양의 값을 갖는다. 습식 산화막 및 TEOS 산화막의 양의 Qeff는 산화막 및/또는 계면에서의 음전하가 90 분 NO PDA에 의해 상당히 감소되었음을 나타낸다. 이는 계면에서의 음전하 트랩 밀도의 감소 및/또는 질화로부터 발생하는 계면에서의 양전하에 의해 기인할 수 있다. Qeff, VFB 및 기타 매개 변수의 요약이 [표 2]에 나열되어 있다. 이는 예시적인 것이고, 특히, 본 발명의 NO PDA를 갖는 TEOS 산화막의 Qeff는, 설계에 따라 2.81Х1011 cm-2< Qeff ≤ 4.27Х1011 cm-2 범위의 값을 가질 수 있다.The Q eff of the wet oxide film had a negative value of -3.04Х10 11 cm -2 , while that of the wet oxide film with 90 min NO POA showed a high positive value of about 2.81Х10 11 cm -2 . The Q eff of the TEOS oxide film with 90 min NO PDA had the largest positive value of 4.27Х10 11 cm -2 compared to the others. The positive Q eff of the wet oxide and TEOS oxide films indicate that the negative charge at the oxide film and/or the interface was significantly reduced by 90 min NO PDA. This can be attributed to the decrease in the negative charge trap density at the interface and/or the positive charge at the interface resulting from nitridation. The summary of Q eff , V FB and other parameters is listed in [Table 2]. This is exemplary, and in particular, the Q eff of the TEOS oxide film having the NO PDA of the present invention can have a value in the range of 2.81Х10 11 cm -2 < Q eff ≤ 4.27Х10 11 cm -2 depending on the design.
[표 2][Table 2]
도 2는 습식의 산화막, 90 분 NO POA가 있는 습식 산화막 및 90 분 NO PDA가 있는 TEOS 산화막 각각의 전류 밀도(J)-전계(E) 그래프의 일례이다.Figure 2 is an example of current density (J)-electric field (E) graphs of wet oxide, wet oxide with 90 min NO POA, and TEOS oxide with 90 min NO PDA, respectively.
E<6.5 MV/cm의 경우, 90분 NO PDA로 TEOS 산화막을 통한 누설 전류 밀도는 습식의 산화막보다 약 1 오더 낮다. 6.5MV/cm를 넘어서 가장 낮은 누설 전류와 가장 높은 EB도 90분 NO PDA를 갖는 TEOS 산화막에 의해 확인된다. 이때, EB는 누설전류가 ~ 10-6A/cm2인 전계값으로 정의된다.For E<6.5 MV/cm, the leakage current density through the TEOS oxide film with 90 min NO PDA is about one order of magnitude lower than that of the wet oxide film. Beyond 6.5 MV/cm, the lowest leakage current and the highest E B are also observed for the TEOS oxide film with 90 min NO PDA, where E B is defined as the electric field value at which the leakage current is ~ 10 -6 A/cm 2 .
이외에도, TEOS 소스를 사용한 Plasma Enhanced CVD 증착 산화막을 사용한 4H-SiC MOSFET의 μfe는 습식 산화막(또는 열산화막)과 어느 정도 개선되었으나(~ 40 cm2/Vs) 누설 전류 밀도는 더 높고 절연파괴전계 (EB)는 더 낮았다고(≤6.5 MV/cm) 보고되고 있다. In addition, it has been reported that the μ fe of 4H-SiC MOSFETs using plasma-enhanced CVD-deposited oxide films using TEOS source is somewhat improved (~ 40 cm 2 /Vs) compared to wet oxide (or thermal oxide), but the leakage current density is higher and the breakdown field (E B ) is lower (≤ 6.5 MV/cm).
본 발명에서는 위와 같은 누설전류를 최소화하고 절연파괴전계 (EB)를 증가시키기 위하여 저압 CVD TEOS 증착 게이트 산화막을 NO 분위기에서 후 열처리(PDA)함으로써, 유효 산화막 전하 (개수) 밀도 (Qeff)를 위와 같은 습식 산화막이나 그의 POA 처리된 것과는 달리 2.81Х1011 cm-2< Qeff ≤ 4.27Х1011 cm-2 범위의 양의 값으로 유도될 수 있도록 하였다. In the present invention, in order to minimize the leakage current as described above and increase the breakdown field (E B ), a low-pressure CVD TEOS deposited gate oxide is post-annealed (PDA) in an NO atmosphere, thereby inducing the effective oxide charge (number) density (Q eff ) to be a positive value in the range of 2.81Х10 11 cm -2 < Q eff ≤ 4.27Х10 11 cm -2 , unlike the wet oxide film or its POA-treated counterpart.
도 3은 4H-SiC 밴드 갭 상단의 실온에서 측정된 계면 결함 밀도 (Dit)를 보여주는 그래프이다. Figure 3 is a graph showing the interface defect density (D it ) measured at room temperature above the 4H-SiC band gap.
도 3은 4H-SiC의 전도대 가장자리 아래 0.2-0.6 eV에서 모든 산화막에 대해 실온에서 측정된 계면 결함 밀도(Dit)를 비교한 그래프이다. 습식 산화막의 Dit는 다른 산화막의 Dit 보다 훨씬 높았다. 90 분 NO PDA를 갖는 TEOS 산화막의 경우, Dit 값의 현저한 감소가 관찰되었고, 측정된 Dit 값은 1175℃에서 NO POA 처리된 질화 산화막에서 보고된 것과 유사한 정도였다. 그러나, 이러한 감소는 90 분 NO POA를 갖는 습식 산화막보다 큰 결함 밀도를 나타내는 정도였다. 이는 TEOS 산화막과 SiC 계면에서 NO PDA 열처리되는 과정에 Si-N, Si-O 결합이 깨짐으로 인해 만들어지는 계면 결함 때문으로 추정되었다. 따라서, 계면 결함은 100nm 두께의 산화막을 통한 누설 전류 및 EB의 레벨을 결정하는 유일한 파라미터가 아닐 수 있다. 이 결과를 더 설명하기 위해 전류 전도 메커니즘이 조사되었다.Figure 3 is a graph comparing the interface defect density (D it ) measured at room temperature for all oxides at 0.2-0.6 eV below the conduction band edge of 4H-SiC. The D it of the wet oxide was much higher than that of the other oxides. For the TEOS oxide with 90 min NO PDA, a significant decrease in the D it value was observed, and the measured D it value was similar to that reported for the nitrided oxide with NO POA treatment at 1175 °C. However, this decrease was to the extent that it showed a higher defect density than that of the wet oxide with 90 min NO POA. This was presumed to be due to the interfacial defects created by the breaking of Si-N, Si-O bonds at the TEOS oxide-SiC interface during the NO PDA heat treatment. Therefore, the interfacial defects may not be the only parameter determining the level of leakage current and E B through the 100 nm-thick oxide. To further explain these results, the current conduction mechanism was investigated.
도 4는 습식 산화막, 90 분 NO POA 처리된 습식 산화막 및 90 분 NO PDA 처리된 TEOS 산화막 각각의 장벽 높이를 보여준다. Figure 4 shows the barrier heights of the wet oxide film, the 90-minute NO POA-treated wet oxide film, and the 90-minute NO PDA-treated TEOS oxide film, respectively.
도 2의 전류 밀도(J)-전계(E) 그래프와 같이, 조사된 산화막들의 전류 전달 메커니즘이 유사하다는 결론을 내릴 수 있다. 일반적으로 F-N(Fowler-Nordheim)과 다이렉트(Direct) 터널링은 SiC 기판에서 산화막을 통해 주입되는 전자의 주요 전도 경로이다. F-N 그래프로부터, SiC의 전도대 가장자리와 산화막 사이의 장벽 높이(ΦB)가 도 4와 같이 추출되었다. 습식의 산화막, 90 분 NO POA를 갖는 습식 산화막, 및 90 분 NO PDA를 갖는 TEOS 산화막 각각의 장벽 높이(ΦB) 값은 2.15, 2.55 및 2.61(eV)이었다. 습식의 산화막으로부터 얻어진 ΦB의 작은 값(2.15 eV)은 산화막에서의 전류 전도 메커니즘이 F-N 터널링에 의해 지배되지 않음을 나타내는 좋은 지표이다. EB 및 ΦB에 대한 습식 산화막 및 TEOS 산화막에 대한 NO 처리의 효과는 Qeff 및 Dit와 상관될 수 있다.As shown in the current density (J)-electric field (E) graphs in Fig. 2, it can be concluded that the current conduction mechanisms of the investigated oxide films are similar. In general, FN (Fowler-Nordheim) and direct tunneling are the main conduction paths for electrons injected through the oxide film in the SiC substrate. From the FN graph, the barrier height (Φ B ) between the conduction band edge of SiC and the oxide film was extracted, as shown in Fig. 4. The barrier height (Φ B ) values of the wet oxide film, the wet oxide film with 90 min NO POA, and the TEOS oxide film with 90 min NO PDA were 2.15, 2.55, and 2.61 (eV), respectively. The small value of Φ B (2.15 eV) obtained from the wet oxide film is a good indicator that the current conduction mechanism in the oxide film is not dominated by FN tunneling. The effects of NO treatment on wet oxide films and TEOS oxide films on E B and Φ B can be correlated with Q eff and D it .
도 5는 (a) 산화막 절연파괴전계 (EB)에 대한 유효 산화막 전하 (Qeff) 및 4H-SiC의 전도대 아래 0.3eV에서의 계면 결함 밀도(Dit)와의 상관 관계 그래프와 (b) 장벽 높이(ΦB)에 대한 유효 산화막 전하 (Qeff) 및 4H-SiC의 전도대 아래 0.3eV에서의 계면 결함 밀도(Dit)와의 상관 관계 그래프. 결정 계수 r2는 피팅된 데이터의 양호성을 나타내기 위해 그래프 상에 표시되어 있다.Figure 5 is a graph showing (a) the relationship between the effective oxide charge (Q eff ) and the interface defect density (D it ) at 0.3 eV below the conduction band of 4H-SiC versus the oxide breakdown field (E B ), and (b) the relationship between the effective oxide charge (Q eff ) and the interface defect density (D it ) at 0.3 eV below the conduction band of 4H-SiC versus the barrier height (Φ B ). The coefficient of determination r 2 is indicated on the graphs to indicate the goodness of the fitted data.
도 5의 (a)에서 EB와 Qeff 및 Dit의 상관 관계 그래프를 참조하면, Qeff는 7≤EB≤7.8MV/cm에서 EB 값에 영향을 미치는 주요 요인인 것을 알 수 있다. Qeff 값이 더 양의 값이 되면, SiC로부터 더 많은 주입된 전자가 산화막 네트워크를 파괴하기 위해 사용하는 대신 포지티브 트랩 센터에 포획되어 다이폴 형성 후 중성화 될 수 있다. 또한 7≤EB≤7.4MV/cm에 대해, Dit의 감소는 EB가 개선된 값이 되도록 한다. 그러나 Dit는 Qeff와 비교하여 7.4≤EB≤7.8MV/cm에서 개선을 위한 주요 요소가 되지 않았다.Referring to the correlation graph of E B and Q eff and D it in Fig. 5(a), it can be seen that Q eff is the main factor affecting the E B value in 7 ≤ E B ≤ 7.8 MV/cm. When the Q eff value becomes more positive, more injected electrons from SiC can be captured at the positive trap centers and neutralized after dipole formation instead of being used to destroy the oxide network. Also, for 7 ≤ E B ≤ 7.4 MV/cm, the decrease of D it leads to an improved value of E B . However, D it did not become the main factor for the improvement in 7.4 ≤ E B ≤ 7.8 MV/cm compared to Q eff .
한편, 도 5의 (b)에서 ΦB와 Qeff의 상관 관계 그래프를 참조하면, Qeff 값이 더 양의 값이면 ΦB가 증가한다. 반대로, 습식 산화막에서 음의 Qeff가 얻어지면 ΦB가 낮아진다. 이것들은 Si-SiO2 시스템에서 밝혀진 이론과 일치하는데, 여기서 벌크 산화막의 유효 양전하가 중성 전자 트랩으로 변환될 수 있고 벌크의 유효 음전하는 전자가 FN 터널링을 통해 주입될 때 그 수가 증가될 수 있다. 따라서, 이에 따라 ΦB 값이 주로 Dit가 아닌 Qeff에 의존한다는 것을 알 수 있다. Meanwhile, referring to the correlation graph between Φ B and Q eff in Fig. 5(b), a more positive Q eff value leads to an increase in Φ B . Conversely, a negative Q eff is obtained in the wet oxide film, which leads to a decrease in Φ B . These are consistent with the theory revealed in the Si-SiO 2 system, where the effective positive charge of the bulk oxide film can be converted into neutral electron traps, and the effective negative charge of the bulk can be increased when electrons are injected through FN tunneling. Therefore, it can be seen that the Φ B value mainly depends on Q eff rather than D it .
따라서, 본 발명에서와 같이 저압 CVD TEOS 증착 게이트 산화막을 NO 분위기에서 후 열처리(PDA)함으로써, 유효 산화막 전하 (개수) 밀도 (Qeff)를 2.81Х1011 cm-2< Qeff ≤ 4.27Х1011 cm-2 범위의 양의 값으로 유도할 수 있고 ΦB를 증가시켜, 이에 따라 절연파괴전계 (EB)를 7.8MV/cm 이상까지 증가시킬 수 있게 됨을 확인하였다. 이는 TEOS 소스를 사용한 종래의 Plasma Enhanced CVD 증착 산화막을 사용한 4H-SiC MOSFET에서의 절연파괴전계 (EB)(≤6.5 MV/cm)보다 상당히 더 높아진 결과를 나타낸다.도 6은 4H-SiC에서 poly-Si 게이트 및 TEOS 산화막의 SEM(Secondary Electron Microscopy) 이미지의 일례이다. Therefore, it was confirmed that by performing post-annealing (PDA) of the low-pressure CVD TEOS deposited gate oxide in an NO atmosphere as in the present invention, the effective oxide charge (number) density (Q eff ) can be induced to a positive value in the range of 2.81Х10 11 cm -2 < Q eff ≤ 4.27Х10 11 cm -2 and Φ B can be increased, thereby increasing the breakdown field (E B ) to 7.8 MV/cm or more. This result is significantly higher than the breakdown field (E B ) (≤6.5 MV/cm) in 4H-SiC MOSFETs using conventional Plasma Enhanced CVD deposited oxide films using a TEOS source. Fig. 6 is an example of a secondary electron microscopy (SEM) image of a poly-Si gate and a TEOS oxide film in 4H-SiC.
도 6과 같은 90 분 NO PDA와 함께 TEOS 게이트 산화막을 사용하는 4H-SiC 수평형 MOSFET(도 7 참조)에 대하여 전기적 특성을 평가했다. 50μm 게이트 길이 및 너비를 가진 MOSFET이 전계 효과 이동도 (μfe)를 추출하는 데 사용된다. 도 6에서 볼 수 있듯이, SEM 단면은 TEOS 게이트 산화막의 물리적 두께가 약 100 nm임을 나타낸다. μfe는 Ids-Vgs 전송 곡선에서 얻었으며 여기서 Ids는 드레인 소스 전류이고 Vgs는 게이트 소스 전압이다.The electrical characteristics were characterized for 4H-SiC lateral MOSFETs (see Fig. 7) using TEOS gate oxide with 90 min NO PDA as shown in Fig. 6. A MOSFET with 50 μm gate length and width is used to extract the field-effect mobility (μ fe ). As shown in Fig. 6, the SEM cross-section shows that the physical thickness of the TEOS gate oxide is about 100 nm. μ fe is obtained from the I ds -V gs transfer curves, where I ds is the drain-source current and V gs is the gate-source voltage.
도 7은 90 분 NO POA 처리된 습식 산화막을 사용하는 수평형 MOSFET에 대한 결과와 비교하여, 90 분 NO PDA 처리된 TEOS 게이트 산화막을 사용하여 제조된 4H-SiC 수평형 MOSFET에서 추출된 전계 효과 이동도(μfe)의 그래프이다.Figure 7 is a graph of the extracted field-effect mobility (μ fe ) from a 4H-SiC horizontal MOSFET fabricated using a TEOS gate oxide treated for 90 minutes NO PDA, compared to the results for a horizontal MOSFET using a wet oxide treated for 90 minutes NO POA .
90 분 NO POA를 갖는 습식 산화막 및 90 분 NO PDA를 갖는 TEOS 산화막의 최대 μfe 값은 각각 11 및 17.8 cm2/V-s였다. 90 분 NO PDA와 함께 TEOS 게이트 산화막을 사용하는 MOSFET은 90 분 NO POA와 함께 습식 산화막을 사용하는 것보다 훨씬 높은 μfe 를 나타냈다. TEOS 게이트 산화막의 경우, 고품질 질화된 SiO2/SiC 계면이 90 분 NO PDA에 의해 형성되었기 때문에 이러한 개선은 예상된 결과였다. 그러나 불행하게도 이 추출된 μfe 값 (~ 17.8 cm2/V-s)은 4H-SiC의 PECVD TEOS 게이트 산화막에서 보고된 μfe 값 (~ 40 cm2/V-s)보다 훨씬 낮다.The maximum μ fe values of the wet oxide with 90 min NO POA and TEOS oxide with 90 min NO PDA were 11 and 17.8 cm 2 /V s, respectively. The MOSFETs using the TEOS gate oxide with 90 min NO PDA exhibited much higher μ fe than those using the wet oxide with 90 min NO POA. For the TEOS gate oxide, this improvement was expected because a high-quality nitrided SiO 2 /SiC interface was formed by the 90 min NO PDA. Unfortunately, this extracted μ fe value (~ 17.8 cm 2 /V s) is much lower than the reported μ fe value (~ 40 cm 2 /V s) for PECVD TEOS gate oxide on 4H-SiC.
TEOS 산화막에 대한 μfe의 차이는 p-웰 영역에서 도핑 농도의 차이로부터 기인할 수 있다. 반면, 90 분 NO POA를 사용한 습식 산화막의 μfe는 Vgs가 증가함에 따라 완만한 상승을 보였으며, 이는 쿨롱 산란이 현저하다는 것을 나타낸다. (420 분) 동안 고온에서 습식 산화와 90 분 NO POA의 조합이 SiC-SiO2 계면에서 안정한 질화 산화막을 충분히 형성하지 못하여 MOS 계면이 매우 러프(rough)한 것으로 추정된다. 또한 SiC-SiO2 계면에서 NO POA 시간을 최적화함으로써 μfe 값이 향상될 것으로 예상된다. The difference in μ fe for TEOS oxide films may be due to the difference in doping concentration in the p-well region. In contrast, the μ fe of the wet oxide film with 90 min NO POA showed a gradual increase with increasing V gs , indicating that Coulomb scattering was prominent. It is presumed that the combination of wet oxidation at high temperature and 90 min NO POA during (420 min) could not sufficiently form a stable nitrided oxide film at the SiC-SiO 2 interface, resulting in a very rough MOS interface. In addition, it is expected that the μ fe value will be improved by optimizing the NO POA time at the SiC-SiO 2 interface.
또한 대략적인 추정에 근거하여 LPCVD TEOS 산화막의 성장 속도는 습식 열산화막의 성장 속도보다 약 40 배 더 빠르다. 따라서, LPCVD TEOS 산화막의 증착은 더 짧은 성장/증착 시간으로 고품질 게이트 산화막을 성장/증착시키는 대안적인 기술이다.Also, based on rough estimates, the growth rate of LPCVD TEOS oxide films is about 40 times faster than that of wet thermal oxide films. Therefore, deposition of LPCVD TEOS oxide films is an alternative technique to grow/deposit high-quality gate oxide films with shorter growth/deposition times.
도 8은 본 발명의 측면 MOSFET로서 트렌치 게이트형 SiC MOSFET 디바이스(1000)의 구조를 설명하기 위한 도면이다. FIG. 8 is a drawing for explaining the structure of a trench gate type SiC MOSFET device (1000) as a side MOSFET of the present invention.
도 8을 참조하면, 본 발명의 트렌치 게이트형 SiC MOSFET 디바이스(1000)는, 에피택셜층(222)을 갖는 기판(예, n형 4H-SiC 기판)(200)에 형성된 게이트 트렌치(230)를 덮는 게이트 산화막(240), 게이트 트렌치(230)의 영역에서 게이트 산화막(240) 하부에 형성된 도핑된 웰(예, BPW, bottom p-well)(225), 게이트 산화막(240)이 덮인 게이트 트렌치(230) 내부에 형성된 게이트 전극(250), 게이트 전극(250) 위에 형성된 층간절연막(260), SiC 기판(200)의 에피택셜층의 전면에 형성된 소스 영역을 위한 도핑층(224, 226, 228)의 상면과 층간절연막(260)의 상면을 덮는 소스 전극(270), SiC 기판(200)의 배면에 형성된 드레인 전극(280)을 포함한다. 도핑된 웰(예, BPW)(225)의 형성은 생략될 수 있는 옵션 사항이다.Referring to FIG. 8, the trench gate type SiC MOSFET device (1000) of the present invention comprises: a gate oxide film (240) covering a gate trench (230) formed in a substrate (e.g., an n-type 4H-SiC substrate) (200) having an epitaxial layer (222); a doped well (e.g., BPW, bottom p-well) (225) formed under the gate oxide film (240) in the region of the gate trench (230); a gate electrode (250) formed inside the gate trench (230) covered with the gate oxide film (240); an interlayer insulating film (260) formed on the gate electrode (250); a source electrode (270) covering the upper surface of the doped layer (224, 226, 228) for the source region formed on the entire surface of the epitaxial layer of the SiC substrate (200) and the upper surface of the interlayer insulating film (260); and a SiC It includes a drain electrode (280) formed on the back surface of the substrate (200). The formation of a doped well (e.g., BPW) (225) is an optional feature that can be omitted.
SiC 기판(200)의 에피택셜층(222)의 전면에 형성된 소스 영역은, 게이트 전극(250)의 좌우로 도핑층(224, 226, 228)을 포함한다. The source region formed on the entire surface of the epitaxial layer (222) of the SiC substrate (200) includes doping layers (224, 226, 228) to the left and right of the gate electrode (250).
SiC 기판(200)이 도면과 같이 n형 에피택셜층(222)을 갖는 기판인 경우, 상기 소스 영역의 도핑층(224, 226, 228)은 저농도 p형 도핑층인 p-베이스층(224) 위에 고농도 n형 도핑층인 n + 층(228)과 고농도 p형 도핑층인 p + 층(226)이 옆으로 나란히 인접한 층을 포함한다. When the SiC substrate (200) is a substrate having an n-type epitaxial layer (222) as shown in the drawing, the doping layer (224, 226, 228) of the source region includes a layer in which an n + layer (228), which is a high-concentration n-type doping layer, and a p + layer (226), which is a high-concentration p-type doping layer, are side by side and adjacent to each other on a p-base layer (224), which is a low-concentration p-type doping layer.
이하 도 9를 참조하여 본 발명의 트렌치 게이트형 SiC MOSFET 디바이스(1000)의 제조 방법을 좀 더 자세히 설명한다.Referring to FIG. 9 below, a method for manufacturing a trench gate type SiC MOSFET device (1000) of the present invention will be described in more detail.
도 9는 본 발명의 트렌치 게이트형 SiC MOSFET 디바이스(1000)의 제조 방법을 설명하기 위한 도면이다. FIG. 9 is a drawing for explaining a method for manufacturing a trench gate type SiC MOSFET device (1000) of the present invention.
먼저, 도 3을 참조하면, 예를 들어, 기판(210)(예, 6 인치 n 형 4o off-axis <0001> 배향된 4H-SiC 기판)에 n형(예, 7 x 1015 cm-3의 농도로 도핑) 에피택셜층(222)을 형성하고, 에피택셜층(222)의 전면에 소스 영역을 위한 도핑층(224, 226, 228)을 형성한 기판(200)을 준비한다(S110). 기판(200)이 도면과 같이 n형 에피택셜층을 갖는 기판인 경우, 소스 영역의 도핑층(224, 226, 228)은 저농도 p형 도핑층인 p-베이스층(224) 위에 고농도 n형 도핑층인 n + 층(228)과 고농도 p형 도핑층인 p + 층(226)이 옆으로 나란히 인접한 층을 포함한다. 예를 들어, p-베이스층(224)과 p + 층(226)은 Al 이온을 주입하는 것에 의하여, n + 층(228)은 N(질소) 이온을 주입하여 형성될 수 있다. First, referring to FIG. 3, for example, an n-type (e.g., doped with a concentration of 7 x 10 15 cm -3 ) epitaxial layer (222) is formed on a substrate (210) (e.g., a 6-inch n-type 4 o off-axis <0001> oriented 4H-SiC substrate), and a substrate (200) is prepared by forming a doped layer (224, 226, 228) for a source region on the entire surface of the epitaxial layer (222) (S110). When the substrate (200) is a substrate having an n-type epitaxial layer as shown in the drawing, the doping layers (224, 226, 228) of the source region include layers in which an n + layer (228), which is a high-concentration n-type doping layer, and a p + layer (226), which is a high-concentration p-type doping layer, are adjacent side by side on a p-base layer (224), which is a low-concentration p-type doping layer. For example, the p-base layer (224) and the p + layer (226) can be formed by implanting Al ions, and the n + layer (228) can be formed by implanting N (nitrogen) ions.
다음에, 소스 영역의 도핑층(224, 226, 228) 보다 더 깊게 식각하여 게이트 트렌치(230)를 형성한다(S120). 예를 들어, PECVD(plasma-enhanced chemical vapor deposition) 장비에 의해 증착된 SiO2를 게이트 전극(250)이 형성될 영역에 대응되는 영역에 대해 패턴해 식각 마스크로서 사용하여, 유도 결합 플라즈마(ICP, inductive coupled plasma)를 이용하는 건식 에쳐(dry etcher)를 통해 트렌치(예, 트렌치 깊이 약 2 μm)를 형성할 수 있다. 일예로서, 활성 영역 5 x 5 mm2에 트렌치 셀 피치 6.5 μm로 하여 형성할 수 있다. Next, a gate trench (230) is formed by etching deeper than the doping layer (224, 226, 228) of the source region (S120). For example, SiO 2 deposited by a plasma-enhanced chemical vapor deposition (PECVD) device may be used as an etching mask by patterning an area corresponding to an area where a gate electrode (250) is to be formed, and a trench (e.g., a trench depth of about 2 μm) may be formed through a dry etcher using an inductively coupled plasma (ICP). As an example, the trench may be formed with a cell pitch of 6.5 μm in an active area of 5 x 5 mm 2 .
다음에, 게이트 트렌치(230) 영역에, 예를 들어, Al이온을 주입하여 도핑된 웰(예, BPW)(225)을 형성한다(S130). 도핑된 웰(예, BPW)(225)의 형성은 생략될 수 있는 옵션 사항이다.Next, a doped well (e.g., BPW) (225) is formed in the gate trench (230) region by, for example, injecting Al ions (S130). The formation of the doped well (e.g., BPW) (225) is an optional step that may be omitted.
다음에, TEOS 및 O2를 사용하여 게이트 산화막(240)을 증착한다(S140). 예를 들어, LPCVD(low pressure chemical vapor deposition) 장비에서, 게이트 트렌치 측벽과 바닥면이 포함된 트렌치 전영역에 TEOS 및 O2를 사용하여 600~800℃ (바람직하게는 700 ℃)에서 50 ~ 110 nm 두께의 산화막 SiO2를 빠른 시간(약 10분)에 형성할 수 있다. Next, a gate oxide film (240) is deposited using TEOS and O 2 (S140). For example, in a low pressure chemical vapor deposition (LPCVD) equipment, a SiO 2 oxide film with a thickness of 50 to 110 nm can be formed in a short time (about 10 minutes) at 600 to 800° C. (preferably 700° C.) using TEOS and O 2 over the entire trench area including the gate trench sidewall and bottom surface.
게이트 산화막(240)을 형성한 후(또는 도핑된 웰(예, BPW)(225)을 형성한 후), 위에서 기술한 바와 같이, 샘플을 표준적인 증착 후 열처리(PDA)을 처리한다(S150). 예를 들어, NO 가스를 포함하는 분위기에서 800~1200℃(예, 1175 ℃)에서 60 ~ 180 분(예, 90 분) 동안 질화 열처리를 진행할 수 있다.After forming the gate oxide film (240) (or after forming the doped well (e.g., BPW) (225)), the sample is subjected to a standard post-deposition heat treatment (PDA) (S150) as described above. For example, nitriding heat treatment can be performed at 800 to 1200° C. (e.g., 1175° C.) for 60 to 180 minutes (e.g., 90 minutes) in an atmosphere containing NO gas.
다음에, 게이트 트렌치(230) 내에 금속이나 다결정 Si 등 전도성 물질로 게이트 전극(250)을 형성한다(S160). 예를 들어, CVD 장비 등을 이용해 고농도로 도핑된 n 형 다결정 Si을 적층한 후 패턴하여 게이트 전극(250)을 형성할 수 있다. 게이트 전극(250)의 상면은 에피택셜층(222)의 도핑층(224, 226, 228)의 표면과 동일 평면이 되도록 형성되는 것이 바람직하다.Next, a gate electrode (250) is formed using a conductive material such as metal or polycrystalline Si within the gate trench (230) (S160). For example, a highly doped n-type polycrystalline Si may be stacked and then patterned using CVD equipment, etc. to form the gate electrode (250). It is preferable that the upper surface of the gate electrode (250) be formed so as to be flush with the surface of the doped layer (224, 226, 228) of the epitaxial layer (222).
다음, 게이트 전극(250)이 형성된 기판 상에 층간절연막(interlayer dielectric, 260)을 형성한다(S170). 층간절연막(260)은 SiO2 와 같은 절연막으로 이루어질 수 있다.Next, an interlayer dielectric (260) is formed on the substrate on which the gate electrode (250) is formed (S170). The interlayer dielectric (260) may be formed of an insulating film such as SiO 2 .
다음, 게이트 산화막(240) 및 층간절연막(260)을 하나의 마스크로 노광작업을 통해 동시에 패터닝할 수 있다(S180). Next, the gate oxide film (240) and the interlayer insulating film (260) can be patterned simultaneously through exposure work using one mask (S180).
다음에는, 금속 등 전도성 물질(예, Ti)로 소스 전극(270)을 형성한다(S190). 예를 들어, 기판(200)의 에피택셜층(222)의 전면에 형성된 소스 영역을 위한 도핑층(224, 226, 228)의 상면과 층간절연막(260)의 상면을 덮는 소스 전극(270)을 형성한다.Next, a source electrode (270) is formed using a conductive material such as metal (e.g., Ti) (S190). For example, a source electrode (270) is formed covering the upper surface of the doping layer (224, 226, 228) for the source region formed on the entire surface of the epitaxial layer (222) of the substrate (200) and the upper surface of the interlayer insulating film (260).
이어서, 금속 등 전도성 물질(예, Ni / Ti 합금)로 기판(200)의 배면에 드레인 전극(280)을 형성한다(S200). 여기서, 소스 전극(270), 드레인 전극(280) 형성전에 오믹층이 형성될 수 있음은 물론이다. 마지막으로, 게이트 전극(250), 소스 전극(270), 드레인 전극(280) 각각에 대하여 연결된 입출력 패드 금속은 Al로 이루어질 수 있다.Next, a drain electrode (280) is formed on the back surface of the substrate (200) using a conductive material such as a metal (e.g., a Ni/Ti alloy) (S200). Here, it goes without saying that an ohmic layer may be formed before the formation of the source electrode (270) and the drain electrode (280). Finally, the input/output pad metal connected to each of the gate electrode (250), the source electrode (270), and the drain electrode (280) may be made of Al.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 트렌치 게이트형 SiC MOSFET 디바이스(100)의 제조 방법에 따르면, 4H-SiC 기판에서 저압 CVD TEOS 증착 게이트 산화막에 대한 NO 증착 후 열처리(NO post-deposition annealing (PDA)) 처리되어, TEOS 게이트 산화막/4H-SiC MOS 커패시터와 측면 MOSFET의 인터페이스 특성을 향상시킴으로써, 양질의 안정적인 게이트 산화막을 제공할 수 있다. 본 발명에서는 저압 CVD TEOS 증착 산화막의 전기적 특성에 이어 4H-SiC에서 NO PDA 방법을 개시하였다. 또한, 비교를 위해, 습식 열산화막 또한 제조된 후 NO POA 처리 방법을 개시하였다. 90 분 POA/PDA를 갖는 습식 산화막 및 TEOS 산화막의 개선된 전기적 특성이 관찰되었다. 특히, NO PDA 처리된 TEOS 산화막은 NO POA 처리된 습식 산화막과 비교하여 누설 전류가 더 낮고 절연파괴전계는 더 높았다. 또한, 90 분 NO PDA를 갖는 TEOS 산화막을 갖는 MOSFET는 높은 전계 효과 이동도를 보여주었다. As described above, according to the method for manufacturing a trench gate type SiC MOSFET device (100) according to the present invention, NO post-deposition annealing (PDA) is performed on a low-pressure CVD TEOS deposited gate oxide on a 4H-SiC substrate to improve the interface characteristics of the TEOS gate oxide/4H-SiC MOS capacitor and the lateral MOSFET, thereby providing a high-quality and stable gate oxide. In the present invention, the electrical characteristics of the low-pressure CVD TEOS deposited oxide were followed by the NO PDA method on 4H-SiC. In addition, for comparison, a wet thermal oxide was also manufactured followed by the NO POA treatment method. Improved electrical characteristics of the wet oxide and the TEOS oxide with 90 min POA/PDA were observed. In particular, the NO PDA-treated TEOS oxide had a lower leakage current and a higher breakdown field compared to the NO POA-treated wet oxide. Additionally, MOSFETs with TEOS oxide films with 90 min NO PDA showed high field-effect mobility.
이상과 같이 본 발명에서는 구체적인 구성 요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.Although the present invention has been described with reference to specific details such as specific components and limited examples and drawings, these have been provided only to help a more general understanding of the present invention, and the present invention is not limited to the above-described examples, and those with ordinary skill in the art to which the present invention pertains may make various modifications and variations without departing from the essential characteristics of the present invention. Therefore, the spirit of the present invention should not be limited to the described examples, and all technical ideas that are equivalent or equivalent to the scope of the following claims, as well as the claims, should be interpreted as being included in the scope of the rights of the present invention.
기판(210)
게이트 트렌치(230)
게이트 산화막(240)
웰(예, BPW)(225)
게이트 전극(250)
층간절연막(260)
소스 전극(270)
드레인 전극(280)Substrate (210)
Gate Trench (230)
Gate oxide film (240)
Well (eg BPW) (225)
Gate electrode (250)
Interlayer insulation film (260)
Source electrode (270)
Drain electrode (280)
Claims (7)
TEOS 및 O2를 사용하여 게이트 산화막을 증착하는 단계;
NO 분위기에서 상기 게이트 산화막의 증착 후의 열처리(PDA)를 수행하는 단계;
상기 게이트 트렌치 내에 게이트 전극을 형성하는 단계;
상기 게이트 전극이 형성된 기판 상에 층간절연막을 형성하는 단계;
상기 게이트 산화막 및 층간절연막을 패터닝하는 단계;
상기 기판의 에피택셜층 상에 형성된 소스 영역을 위한 도핑층의 상면과 상기 층간절연막의 상면을 덮는 소스 전극을 형성하는 단계; 및
상기 기판의 배면에 드레인 전극을 형성하는 단계를 포함하고,
상기 게이트 산화막의 증착 후의 열처리(PDA)를 위해, NO 가스를 포함하는 분위기에서 800~1200℃에서 60 ~ 180분 동안 열처리함으로써,
계면에서의 양전하 발생으로 상기 게이트 산화막의 유효 산화막 전하 밀도(Qeff)를 양의 값으로 유도하여,
누설전류를 감소시키도록 절연파괴전계 (EB)를 증가시키고, 전계 효과 이동도(μfe)를 증가시키기 위한, 트렌치 게이트형 SiC MOSFET 디바이스의 제조 방법.A step of forming a gate trench by etching deeper than the doping layer in the source region of the SiC substrate;
A step of depositing a gate oxide film using TEOS and O 2 ;
A step of performing heat treatment (PDA) after deposition of the gate oxide film in a NO atmosphere;
A step of forming a gate electrode within the gate trench;
A step of forming an interlayer insulating film on a substrate on which the gate electrode is formed;
A step of patterning the gate oxide film and the interlayer insulating film;
A step of forming a source electrode covering the upper surface of the doping layer for the source region formed on the epitaxial layer of the substrate and the upper surface of the interlayer insulating film; and
Comprising a step of forming a drain electrode on the back surface of the substrate,
For the heat treatment (PDA) after deposition of the above gate oxide film, heat treatment is performed at 800 to 1200°C for 60 to 180 minutes in an atmosphere containing NO gas.
By generating positive charges at the interface, the effective oxide charge density (Q eff ) of the gate oxide is induced to a positive value.
A method for manufacturing a trench gate type SiC MOSFET device to increase the breakdown field (E B ) and increase the field effect mobility (μ fe ) to reduce leakage current.
상기 게이트 산화막을 증착하는 단계 전에,
상기 게이트 트렌치 영역에서 상기 게이트 산화막 하부에 도핑된 웰을 형성하기 위하여 이온 주입하는 단계
를 더 포함하는 트렌치 게이트형 SiC MOSFET 디바이스의 제조 방법.In the first paragraph,
Before the step of depositing the above gate oxide film,
A step of ion implantation to form a doped well under the gate oxide film in the gate trench region.
A method for manufacturing a trench gate type SiC MOSFET device further comprising:
상기 기판은 4H-SiC 기판인 트렌치 게이트형 SiC MOSFET 디바이스의 제조 방법.In the first paragraph,
A method for manufacturing a trench gate type SiC MOSFET device, wherein the substrate is a 4H-SiC substrate.
상기 게이트 산화막을 형성하는 단계에서,
LPCVD 장비를 이용하여, 상기 게이트 트렌치 측벽과 바닥면을 포함한 트렌치 영역에 TEOS 및 O2를 사용하여 600~800℃에서 50~110 nm 두께로 산화막 SiO2를 형성하는 트렌치 게이트형 SiC MOSFET 디바이스의 제조 방법.In the first paragraph,
In the step of forming the gate oxide film,
A method for manufacturing a trench gate type SiC MOSFET device, comprising forming an oxide film SiO 2 with a thickness of 50 to 110 nm on a trench region including the gate trench sidewalls and bottom surface at 600 to 800° C. using LPCVD equipment and using TEOS and O 2 .
상기 유효 산화막 전하 밀도(Qeff)는 2.81Х1011 cm-2 < Qeff ≤ 4.27Х1011 cm-2 범위인 트렌치 게이트형 SiC MOSFET 디바이스의 제조 방법.In the first paragraph,
A method for manufacturing a trench gate type SiC MOSFET device, wherein the effective oxide charge density (Q eff ) is in the range of 2.81Х10 11 cm -2 < Q eff ≤ 4.27Х10 11 cm -2 .
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