| 학회 | 한국재료학회 |
| 학술대회 | 2020년 가을 (11/18 ~ 11/20, 휘닉스 제주 섭지코지) |
| 권호 | 26권 1호 |
| 발표분야 | A. 전자/반도체 재료 분과 |
| 제목 | Al2O3 ALD 게이트 절연막 적용 4H-SiC 기반 전력 소자 연구 |
| 초록 | Al2O3 절연막은 SiO2 절연막 보다 상대적으로 높은 유전 상수 (k = 7-12), 밴드갭 (~ 8.8 eV), 항복 전압 (~ 30MV/cm) 등의 특성을 갖는다 [1]. 다양한 증착 방법 중에서 원자층 증착 (ALD) 방법은 저온 공정에서 우수한 품질의 박막을 얻을 수 있는 장점으로 그 동안 반도체, 디스플레이, 에너지 등 다양한 분야에서 활발히 연구가 진행되고 있다. 또한 Al2O3 등의 고유전 (high-k) 절연막은 4H-SiC 기반 MOSFET 소자 제조 공정에서, 기존 게이트 박막으로 일반적으로 사용되고 있는 SiO2 절연막와 비교해, 고 유전 절연막은 MOSFET 소자 게이트의 전기장을 현저히 감소시키며 동일 두께의 게이트 유전체를 적용할 때, 게이트의 전류 밀도를 감소시켜 MOSFET 제조공정 마진과 소자 신뢰성을 향상시키는 것으로 알려졌다 [2]. 본 연구에서는 SiO2 단일 박막과 Al2O3 ALD (상단)/SiO2 적층, 2개 구조의 1,000V 이상 고압용 파워 MOSFET 소자를 제작해 I-V, C-V, 내압 등의 특성을 비교하였다. 이때 SiO2 절연막의 두께는 15nm, 50nm로, Al2O3 ALD 박막은 10nm, 30nm 두께로 split하였고, 기초 평가용 MIS (metal insulator semiconductor) 구조 시료와 종합공정 MOSFET 파워 소자 시료를 제작 [3]하였다. 실험 결과 15nm 두께 SiO2 단일 박막의 고정 산화물 전하밀도 (Nf)는 약 5.6 × 1012(cm-2)얻었고, 30nmAl2O3 ALD (상단)/15nm SiO2 적층 구조에서는 Nf는 약 4.2 × 1012 (cm-2)로 적층 구조가 적용된 소자에서 Nf가 크게 변화가 없음을 확인하였다. 4인치 11.5µm 두께(n- drift)의 n형 4H-SiC 웨이퍼 위에 MOSFET 제자 소자를 제작해 실험결과, 4인치 웨이퍼 MOSFET 소자의 내압 특성은 30nm Al2O3 ALD (상단)/15nm SiO2 적층 구조가 50nm SiO2 단일 게이트 절연막 적용한 소자 특성보다 내압 평균값 및 분포가 우수함을 알 수 있다. 본 연구에서는 이 결과와 관련된 원인 규명 및 좀 더 자세한 논의하고자 한다. 참고문헌 [1] K.-K. Choi, Applied Physics Express, 8, 045801 (2015). [2] M. Nawaz, Hindawi, Article ID 651527, (2015). [3] K.-K. Choi, J. of Nano. and Nanotechnology, 18, 5868 (2018). |
| 저자 | 최경근, 김성규 |
| 소속 | 포항공과대 |
| 키워드 | 4H-SiC; power device; Al<SUB>2</SUB>O<SUB>3</SUB>; ALD; gate dielectrics |
