○ 공정 목적

SiC 재료를 이용해 고온 극한환경에서 동작 가능한 SiC 기반의 센서 공정플랫폼을 구축으로, 300℃ 이상에서 동작이 가능한 SiC 기반 극한환경형 수소 센서를 제작하고자 한다.

○ 공정 용도

300℃ 내성 수소 센서 표준 요소 공정 확보를 통해, SiC 기반 수소 센서 공정에 공통으로 적용 가능하고 열적으로 안정한 Schottky, 오믹 특성을 유지하는 제조 공정에 사용하고자 한다. 이 공정을 기반으로 300℃ 내성 MIS (metal insulator semiconductor)형 수소센서 상용화를 유도한다.

○ 공정 구조(사진 및 모식도/구조도 등)

극한 환경에 수소센서를 적용하기 위해서는 고온 300℃ 이상에서 안정한 센서 제작 공정이 필요

○ 수소 센서 제작을 위한 작업도 (Run Sheet) 및 일관 공정 순서도

전처리 SC1 (70℃, 10분), 100:1 DHF (dilute HF)→ 산화 금속 형성 공정 → 배선 형성 공정 (오믹 콘택, 웨이퍼 뒷면)→ 촉매 금속 공정

1) 고온 안정 산화 금속 공정개발 : 고온 안정성 SiC센서 Schottky 콘택 공정개발 (TaOx 박막)

- Ta 박막 증착 후 산소 분위기에서 Rapid thermal oxide (RTO)를 통한 Ta2O5 박막 개발

- Ta2O5 박막 형성 조건 확보

2) 고온 안정성 배선 형성 공정개발 : 오믹 콘택 (NiSix 박막)

3) 촉매 금속 형성 공정: MIS (Metal Insulator Semiconductor) 구조 구현 및 수소 감지 특성 확인

<(좌) 증착 시간에 따른 Ta 박막 두께(600W, 2m Torr)> <(우) Cross-sectional TEM images of as deposited Ta layers ((a), (b)) and tantalum oxide layers ((c), (d)) on (a), (c) Si substrates and (b), (d) SiC substrates>

<(좌) RTO 공정 온도에 따른 Ta2O5 박막 표면 관찰 SEM 사진> <(우) SIMS depth profiles of Ta 원자 atoms according to RTO temperature (a) on Si substrates and (b) on SiC substrates>

<(좌) 수소 센서 구현 후 TEM 단면 관찰 사진> <(우) RTA 온도에 따른 I-V 측정 결과>

<(좌) MIS 구조에서 Schottky 특성 및 재현성 측정 결과> <(우) 400 ℃ 에서 수소 농도 변화에 따른 수소 감지 특성>