KR0148604B1 - 이종접합트랜지스터의 제조방법 - Google Patents
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Abstract
이 발명은 이종접합구조의 바이플라 트랜지스터(HBT)를 제조하는 방법에 관한 것으로서, 식각선택층으로서 GaInP층을 사용하여, HBT소자 제조공정의 신뢰성과 재현상을 개선시킨 것을 특징으로 한다. 본 발명은 에미터로서 알루미늄 갈륨비소(AlGaAs)와 베이스로서 갈륨비소(GaAs)를 이용한다.
Description
제1도는 종래의 방법으로 제조된 AlGaAs/GaAs 이종접합트랜지스터의 에피택셜층을 보여주는 단면도.
제2도의 (a)∼(e)는 본 발명의 제조방법을 보여주는 단면도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1 : 완층층(Buffer Layer).
2 : 갈륨비소 부컬렉터층(GaAs Subcollector Layer).
3 : 갈륨비소 컬렉터층(GaAs Collector Layer).
4. 갈륨비소 베이스층(GaAs Base Layer).
5 : 알루미늉 갈륨비소 에미터층(AlGaAs Emitter Layer).
6 : 에미터 캡층(Emitter Cap Layer).
7 : 1차 갈륨인듐인 식각선택층(First GaInP Etch Selective Layer).
8 : 2차 갈륨인듐인 식각선택층(Second GaInP Etch Selective Layer).
9 : 에미터 전극금속(Emitter Metal).
10 : 표면재결합 방지를 위한 갈륨인들인 보호층(GaInP Guard-ring).
11 : 베이스 전극금속(Base Metal).
12 : 컬렉터 전극금속(Collector Metal).
본 발명은 에미터로서 알루미늄 갈륨비소(AlGaAs)와 베이스로서 갈륨비소(GaAs)를 이용한 이종접함 바이폴라 트랜지스터(HBT:Heterojunction Bipolar Transistor)의 제조방법에 관한 것으로, 분자선 에피택시(MBE: Molecular Beam Epitaxy), 유기금속 화학증착(Metal-Organic Chemical Vapor Deposition)등 각종 고정밀방법에 의해
GaAs기판위에 이종구조 에피를 성장시켜 다양한 기능의 HBT소자에 광범위하게 적용할 수 있는 특징을 갖는다.
HBT소자의 기본개념은 에미터 효율을 높이기 위하여 넓은 에너지 갭을 갖는 에미터를 사용하는데 있으며, 이로인해 HBT가 동종접합(homojunction)으로된 바이폴라 트랜지스터와 비교하여 전류이득이 증대된다.
이러한 HBT소자는 통산 Ⅲ-Ⅴ족의 반도체재료로 만들어지기 때문에 차단주파수가 높고 동작전압의 조절이 용이하여 고속의 아날로그 회로뿐만아니라 디지털소자의 응용에도 매우 유망하다.
그중에서도 AlGaAs에미터와 GaAs베이스로 구성된 AlGaAs/GaAs HBT는 이제까지 연구발표된 HBT중에서 가장 널리 응용되고 있는데, 그이유는 두 물질계의 격자정합이 우수하고, 제반전기적 성질과 n형과 p형 도핑등의 제어능력이 양호하며, 비교적 공정기술이 잘 개발되어 있기 때문이다.
상기의 AlGaAs/GaAs HBT에서는 고주파특성으로서 차단주파수를 높이기 위해 매우 얇은 베이스를 사용하기 때문에, 베이스 전극증착을 위한 에미터 메사식각시에 베이스표면상에서 정확하게 식각을 멈추게 하는 것이 매우 중요하며, 보다 고급적인 기술로서는 에미터와 베이스사이의 외부베이스 영역에서의 표면재결합 전류를 방지하기 위하여 얇은 AlGaAs층을 잔류시켜 공핍층으로 이용하는 가드-링(guarding) 형성기술이 많이 이용되고 있다.
이때 AlGaAs층이 너무 두꺼우면 누설전류 발생의 원인이 될 수 있고, 얇을 경우에는 표면 재결합전류 발생을 억제할 수 있는 효력을 상실하게 된다.
따라서 수nm에서 10nm 이내로 식각깊이를 제어할 수 있어야 하는데, 이제까지 수많은 연구에도 불구하고 AlGaAs/GaAs HBT에서 특별히 유용한 식각선택층이나 식각기술이 개발되어 있지 못한 형편이다.
본 발명에서는 최근 GaAs와의 격자정합이 우수하고, 산소와의 낮은 반응성을 가지며, 에너지 밴드의 정렬등 AlGaAs에 비하여 상대적 우위를 갖는 GaInP를 채택한 GaInP/GaAs HBT가 활발히 연구개발되는 추세속에 기존의 AlGaAs/GaAs HBT의 장점을 살리면서, GaAs에 대한 선택적 식각특성이 우수한 GaInP를 베이스층과 부컬렉터층상에 부분적인 식각선택층으로서 활용함으로써 기존의 소자제작방법보다 용이하게 재현성과 신뢰성이 높은 AlGaAs/GaAs HBT소자를 제작할 수 있는 것을 그 특징으로 한다.
본 발명을 첨부도면에 의거하여 상세히 기술하면 다음과 같다.
제1도는 종래의 방법을 설명하기 위한 AlGaAs/GaAs HBT용 에피구조로서, 반절연성 GaAs기판(20)위에 AlGaAs나 혹은 GaAs의 완층층(1)을 형성하고, 상기 완층층(1)위에 컬렉터 전극접촉을 위한 고농도의 n형 GaAs부컬렉터층(2)과 저농도의 n형 GaAs컬렉터층(3)을 차례로 성장시키며, 이어서 차단주파수(current gain cutoff frequency)와 최대공진 주파수(maximum oscillation frequency)와 같은 고속특성을 제고시킬 수 있도록 고농도의 p형 GaAs베이스층(4)을 상기 컬렉터층(3)위에 50∼100m두께 이내로 얇게 증착한다.
그리고 에미터층으로서 n형 AlGaAs(5)를 GaAs 베이스층(4)위에 성장시키고, 아울러 에미터 오믹접촉 특성을 높이기 위한 에미터 캡층(6)을 에미터층(5)상에 형성함으로써 기존의 표준적인 AlGaAs/GaAs HBT에 피구조가 완성된다.
제2도는 본 발명에 의한 HBT소자의 제조공정을 보여주는 단면도이다.
제1도의 (A)는 제1도와 같은 통상적인 HBT에피구조(1∼6)와 마찬가지로, 부컬렉터층(2) 형성후에 컬렉터(3) 메사식각 선택층으로서 2∼3m정도의 얇은 GaInP층(7)을 성장시키고, 베이스층(4)까지는 정상적으로 구성한 뒤, 그 위에 다시 에미터캡(6)과 에미터층(5)의 메사식각 선택층으로서 40∼60nm정도의 두께를 갖는 GaInP(8)층을 성장시키며, 연이어 에미터층(5)과 에미터캡층(6)을 성장함으로써 새로이 완성된 AlGaAs/GaAs HBT에피구조를 나타낸다.
즉, 본 발명에 사용되는 에피구조는 상기 부컬렉터층(2) 형성후에 GaInP층(7)을 성장시키고, 상기 베이스층(4) 형성후에 GaInP(8)층을 성장시킨 것을 제외하고는 제1도에 도시된 에피구조와 동일한다.
제2도 (B)는 에미터 전극금속(9)을 리프트오프(lift-off)방법에 의해 형성한 후, 황산((H2SO4)/과산화수소(H2O2)/순수(D.I. Water)로 구성된 용액으로 에미터캡(6) 및 에미터층(5)을 식각하면 높은 식각선택비를 가지고 GaInP 식각선택층(8)표면상에서 정확히 식각이 멈추게 된다.
이어서 베이스 전극형성을 위한 리소그라피 공정을 통하여 패턴을 만들고, 염산(HCI)/인산(H3PO4)혼합용액으로 식각하면 GaAs베이스층(4)은 손상되지 않고 GaInP층만 선택적으로 식각되어 결국 외부베이스 영역에서의 표면재결합 전류발생을 억제하기 위한 GaInP 가드-링(10)을 성공적으로 제작할 수 있다.
여기서 GaInP층은 GaAs와 격자정합이 잘될 뿐만아니라 산소와의 반응성이 AlGaAs에미터에 비하여 뛰어나기 때문에 기존의 소자특성을 저하시킴이 없이 다용도로 사용될 수 있다.
제2도(C)는 상술한 바와같이 GaInP의 보호층(10)을 만든 후, 바로 베이스 전극금속(11)을 형성한 상태이다.
제2도(D)는 또다시 황산((H2SO4)/과산화수소(H2O2)/순수(D.I. Water)로 구성된 용액으로 베이스층(4) 및 컬렉터층(3)을 식각하면 높은 식각선택비를 가지고 GaInP 식각선택층(7) 표면상에서 정확히 식각이 멈추게 되며, 이어서 컬렉터 전극금속(12)을 형성한다.
이때 수nm이내의 얇은 GaInP는 전기적 특성면에서 별다른 영향을 미치지 않는다.
제2도(E)는 소자간의 전기적 절연을 위해 소자분리 메사식각을 한 상태를 보여준다.
이후는 금속배선 공정을 통하여 패드금속 및 수동소자 등의 소자제작에 관한 것으로서 기존의 방법과 동일하기 때문에 생략하였다.
Claims (4)
- 이종접합 구조의 바이폴라 트랜지스터(HBT)를 제조하는 방법에 있어서, 반절연성 GaAs기판(20) 위에 완층층(1), 고농도의n형 GaAs부컬렉터층(2)을 차례로 형성하고, 그 부컬렉터층(3) 위에 컬렉터층의 메사식각 선택층으로서 GaInP층(7)을 성장시키는 공정; 그 GaInP층(7) 위에 저농도의 n형 GaAs 컬렉터층(3) 및 p형 GaAs베이스층(4)을 형성하고 그 베이스층(4) 위에 에미터층과 에미터캡층의 메사식각 선택층으로서 GaInP층(8)을 성장하는 공정; 그 GaInP층(8)의 위에 n형 AlGaAs 에미터층(5), 에미터캡층(6)을 성장시키고, 위에 에미터 전극금속(9)을 형성한 후 상기 GaInP층(8) 표면까지 에미터캡층(6) 및 에미터층(5)을 식각하는 공정; 베이스 전극형성을 위한 패턴을 만들고 상기 GaInP층(8)을 선택적 식각하여 표면재결합 방지를 위한 GaInP 가드-링(10)을 형성한 후, 베이스 전극 금속(11)을 형성하고, 상기 GaInP층(7) 표면까지 상기 베이스층(4) 및 상기 컬렉터층(3)을 식각하는 공정; 상기 GaInP(7)의 표면상에 컬렉터 전극금속(12)을 형성한 후 소자분리 메사식각을 하고 금속배선 공정을 통하여 패드금속 및 수동소자등의 제작공정을 수행하여 소자제작을 완료하도록 이루어진 것을 특징으로 하는 이종접합 비이폴라 트랜지스터 제조방법.
- 제1항에 있어서, 상기 에미터 메사식각 선택층으로 이용하기 위한 상기 GaInP(8)은, 40-60nm 두께로 성장하고, 상기 GaInP 가드-링 형성공정에서 베이스 전극을 위한 리소그라피 공정을 통하여 패턴을 만들고, 염산(HCL/인산(H3PO4) 혼합용액으로 식각하여 상기 GaAs베이스층(4)은 손상되지 않고 GaInP층(8)만을 선택적 식각하여 외부 베이스에서의 표면재결합 전류발생을 방지할 수 있는 두께의 GaInP 가드-링(10)을 형성하는 것을 특징으로 하는 이종접합 바이폴라 트랜지스터 제조방법.
- 제1항 또는 제2항중 어느한 항에 있어서, 상기 컬렉터 메사식각 선택층으로 이용하기 위한 상기 GaInP(7)은, 그 GaInP(7)의 상면에 콜렉터 전극을 형성하였을 때 트랜지스터의 전기적 특성에 영향을 미치지 않도록 2-3mm 두께로 성장하는 것을 특징으로 하는 이종접합 바이폴라 트랜지스터 제조방법.
- 제1항에 있어서, 상기 GaInP(7),(8)을 각기 식각 저지층으로 이용하여 상기 에미터캡층, 에미터층을 식각하는 공정 및 상기 베이스층 및 컬렉터층을 식각하는 공정은, 높은 식각 선택비를 가지고 GaInP 식각 저지층의 표면상에서 정확히 식각이 멈출수 있도록 황산((H2SO4)/과산화수소(H2O2)/순수(D.I. Water)로 이루어진 용액으로 식각하는 것을 특징으로 하는 이종접합 바이풀라 트랜지스터 제조방법.
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| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
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Payment date: 20030430 Year of fee payment: 6 |
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