KR0149433B1 - 이종접합 바이폴라 트랜지스터의 제조방법 - Google Patents
이종접합 바이폴라 트랜지스터의 제조방법Info
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Abstract
본 발명의 방법은 에미터, 베이스, 컬렉터 형성과 소자격리후 플라즈마 화학증착법을 이용한 저온 절연막을 형성하는 대신 고분자 화합물질인 폴리이미드를 이용한다.
폴리이미드는 큰 점도(viscosity)를 지니고 있으므로 이를 기판의 표면에 도포함으로써 단차의 커짐을 극복하고 평탄한 표면(planarized surface)을 얻게 되며, 도포된 폴리이미드를 경화 열처리(curing)하면 이미드화(imidization)가 일어나 새로운 물질로 변화되는데, 이 변태된 물질은 실리콘 질화막이나 실리콘 산화막 등을 대체하는 양호한 절연특성을 갖는다.
Description
제1도는 종래의 이종접합 바이폴라 트랜지스터의 단면도.
제2도는 (a) 내지 (e)는 본 발명의 바람직한 실시예의 제조방법을 공정순서대로 나타낸 단면도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1 : 반절연성 화합물반도체 기판 2 : 부컬렉터층
3 : 컬렉터층 4 : 베이스층
5 : 에미터층 6 : 에미터 보호층
7 : 에미터 오믹 전극 8 : 베이스 오믹 전극
9 : 컬렉터 오믹 전극 10 : 전극 절연층
11 : 폴리이미드층 12 : 폴리이미드 식각 마스크층
13 : 패드 금속
[기술분야]
본 발명은 고분자 화합물질인 폴리이미드(polyimide)를 이용하여 전극 절연막으로 사용함과 동시에 소자 평탄화(planarization)를 실현하여 이종접합 바이폴라 트랜지스터(Heterojunction Bipolar Transistor;HBT)의 고속, 고주파 집적회로에 응용하기 위한 제조방법에 관한 것이다.
[배경기술]
HBT소자는 실리콘 바이폴라 접합 트랜지스터에 비해 고속, 고주파 동작 특성이 우수한 전자 소자로 주목받고 있다.
HBT소자는 수직구조를 이루고 있어서, 단위면적당 전류구동능력이 우수하고, 수평구조인 금속반도체 전계효과 트랜지스터(MEtal Semiconductor Field Effect Transist- or;MESFET)나 고전자이동도 트랜지스터(High Electron Mobilit y Transistor;HEMT)에 비하여 고속특성을 좌우하는 미세형상기술에 대한 의존성이 적은 장점을 지니고 있는 반면, 수직 다층 에피 구조로 인하여 기판에서부터 에미터 전극에 이르기까지 1.5~2mm의 큰 단차(step-coverage)로 각 전극간에 평탄하지 못하고 높낮이가 큰 굴곡을 금속배선(metallzation)해야하는 어려움을 안고 있다.
따라서, HBT소자를 고속 디지탈 응용회로인 주파수 변조기, 아날로그-디지탈 변환기를 비롯하여 광전송시스템용 IC에 적용하기 위해서는 이중 또는 삼중의 복잡한 금속배선을 고려하여 소자들의 절연과 평탄화를 동시에 실현해야 한다.
제 1 도는 종래의 HBT 소자의 구조를 나타낸 단면도이다.
제 1 도에서, 참조번호 1은 반절연성 화합물반도체 기판(semi-insulation compound semiconductor substrate)을 나타내고, 2는 부컬렉터층(subcollector layer), 3은 컬렉터층(collector layer), 4는 베이스층(base layer), 5는 에미터층(emitter layer), 6은 에미터 보호층(emitter cap layer), 7은 에미터 오믹 전극(emitter ohmic electrode), 8은 베이스 오믹 전극(base ohmic electrode), 9는 컬렉터 오믹 전극(collector ohmic electrode), 10은 전극 절연층(dielectric layer), 13은 패드 금속(pad metal)을 각각 나타낸다.
종래의 방법에서는, 반절연성 화합물반도체 기판(1) 위에 부컬렉터, 컬렉터, 에미터 및 에미터 보호층까지 성장된 에피구조에서 통상적인 메사식각으로 에미터, 베이스, 컬렉터를 정의하고, 각각의 오믹전극을 형성하며, 소자격리를 위해 기판까지 식각하고 난 후, 절연막인 실리콘 질화막이나 실리콘 산화막을 사용하여 각 활성층들을 전기적으로 절연시킨다.
이후, 반응성 이온 식각(Reactive Ion Etch ; RIE)에 의해 패드 연결 부분을 열고(Via-opening), 패드금속배선공정을 수행함으로써 소자의 제작이 완료된다.
제 1 도에서 보는 바와 같이, 큰 단차로 인하여 평탄하지 못하고 높낮이가 큰 각 전극들간을 연결할 때 배선금속(패드 금속)의 단락가능성이 크다.
이와 같은 현상은 복잡한 금속배선으로 구성되는 집적회로의 경우 심각한 문제가 되고 있다.
본 발명의 목적은 소자의 평탄화를 실현함과 동시에 소자들간의 전기적 절연성을 개선하여 복잡한 금속배선구조를 갖는 회로에 HBT 소자를 적용할 수 있도록 하는 것이다.
[발명의 개시]
상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 방법은 에미터, 베이스, 컬렉터 형성과 소자격리후 플라즈마 화학증착법을 이용한 저온 절연막을 형성하는 대신 고분자 화합물질인 폴리이미드를 이용한다.
폴리이이미든 큰 점도(viscosity)를 지니고 있으므로 이를 기판의 표면에 도포함으로써 단차의 커짐을 극복하고 평탄한 표면(planarized surface)을 얻게 되며, 도포된 폴리이미드를 경화 열처리(curing)하면 이미드화(imidization)가 일어나 새로운 물질로 변화되는데, 이 변태된 물질은 실리콘 질화막이나 실리콘 산화막 등을 대체하는 양호한 절연특성을 갖는다.
다음에서, 본 발명의 일 실시예의 방법을 도면을 참조하면서 설명하겠다.
본 발명에 따른 소자의 제조방법에 있어서, 소자격리를 위한 기판 식각 공정까지의 소자 제작 공정들은 종래의 기술에서와 동일하다.
제 2 도의 (a) 내지 (e)는 본 발명에 다른 절연막 형성 공정 및 금속 배선 공정을 나타낸 것이다.
제 2 도에서, 제 1 도에서와 동일한 참조번호들로 표시된 부분들은 제 1 도의 부분들과 동일하거나 그에 대응되는 부분들이다.
먼저, 제 2 도의 (a)를 참조하여 설명하면 다음과 같다. 이종접합 바이폴라 트랜지스터의 제조방법에 있어서, 소자격리를 위한 기판 식각 공정이 수행된 후에, 폴리이미드(11)를 3 mm 정도의 두께로 도포하고 솔벤트를 제거하는 소프트 베이크(soft-bake)를 수행한다.
이어, 오븐에서 250℃, 10시간 동안의 저온 경화열처리(curing)를 수행한다.
이때, 이미드화가 일어나 원래의 폴리이미드는 새로운 물질로 변태되고, 이 물질은 우수한 절연계수를 가지므로 기존의 절연층을 대체할 수 있게 된다.
이때의 온도는 300℃ 이하의 저온어어서 경화열처리에 따른 에미터, 베이스, 컬렉터의 소자열화를 방지할 수 있다.
다음공정으로, 경화열처리가 완료된 후 에미터, 베이스, 컬렉터 전극과 패드를 연결하기 위해 폴리이미드 오프닝(Via-opening)을 위한 식각 마스크로서, 제 2 도의 (b)와 같이, 플라즈마 화학증착법 또는 전자 사이클로트론 공명플라즈마법(Electron Cycolotron Resonance)을 이용한 1000Å의 저온 실리콘 질화막이나 실리콘 산화막(12)을 폴리이미드(11) 위에 증착한다.
다음, 제 2 도의 (c)에 도시된 바와 같이, 패드 연결을 위한 비어-오프닝 패턴을 형성한 후, 자계인가형 반응성 이온 식각(Magnetically Enhanced Reactive Ion Etch; MERIE)에 의해 산호(O2) 플라즈마를 이용하여 실리콘 질화막(또는 실리콘 산화막)(12)을 폴리이미드의 식각 마스크로서 사용하여 폴리이미드(11)를 식각한다.
이렇게 하면, 단차를 개선하고, 높은 식각속도 및 마스크층인 실리콘 질화막(또는 실리콘 산화막)과 폴리이미드간의 선택식각성이 매우 우수하며, 식각 잔류물이 남지않는 장점이 있다.
식각방법에 대해 좀 더 상세히 설명하면 다음과 같다.
먼저, 20-30 Gauss 정도의 낮은 자계(magentic field), 100-150 mTorr 정도의 높은 공정압력, 100 Watt 정도의 낮은 RF 전력 조건하에서 발생하는 산소 플라즈마를 이용하여, 제 2 도의 (c)에 도시된 바와 같이, 1단계로 입구가 넓은 등방성 형상으로 폴리이미드(11)를 식각한다.
다음, 제 2 도의 (d)에 도시된 바와 같이, 80 Gauss 정도의 높은 자계, 30 - 50 mTorr 정도의 낮은 압력, 250 - 300 Watt 정도의 높은 RF 전력 조건하에서 발생하는 산소 플라즈마를 이용하여 2단계로 입구가 좁은 형태의 이방성 형상으로 폴리이미드(11)를 식각한다.
즉, 전체적으로 폴리이미드(11)의 표면부에서는 입구가 넓은 등방성 형상을, 하부 전극에 인접해서는 입구가 좁아진 이방성 형상으로 형성하여 미세패턴을 유지하면서도 단차 피복을 개선할 수 있게 된다.
이와 같은 폴리이미드의 식각이 끝난 후, 바로 이어 MERIE에 의한 C2F6플라즈마를 이용하여 실리콘 질화막(또는 실리콘 산화막)(12)을 제거한 후, 제 2 도의 (e)에 도시된 바와 같이, 패드 금속을 연결하여 금속배선을 완료한다.
이미드화가 일어난 후 폴리이미드는 2mm 정도의 감소된 두께를 갖게 되나, 제 2 도의 (e)에 도시된 바와 같이, 에미터 전극에서 부터 기판 표면에 이르는 단차를 극복하고 소자 평탄화에 의한 금속배선 공정의 개선으로 HBT 집적회로에 적용하기 위한 소자들의 전기적 절연과 평탄화를 동시에 실현할 수 있다.
Claims (4)
- 이종접합 바이폴라 트랜지스터 제조방법에 있어서, 소자격리를 위한 기판 식각 공정이 수행된 후에, 폴리이미드(11)를 3mm 정도의 두께로 도포하고 소프트 베이크를 수행한 후, 저온 경화를 열처리를 수행하는 공정과; 상기 폴리이미드(11) 위에 절연막(12)을 1000Å 정도의 두께로 증착하는 공정과; 상기 절연막(12)에 금속 패드의 연결을 위한 비어-오프닝 패턴을 형성한 후, 상기 절연막(12)을 식각 마이크로서 사용하여 상기 폴리이미드(11)를 윗 부분은 등방성 형태이고, 아래 부분은 이방성 형태로 식각하는 공정과; 상기 절연막(12)을 제거한 후, 패드 금속(13)을 증착하는 공정을 포함하는 이종접합 바이폴라 트랜지스터의 제조방법.
- 제 1 항에 있어서, 상기 저온 경화열처리는 250℃에서, 10시간 동안 수행되는 이종접합 바이폴라 트랜지스터의 제조방법.
- 제 1 항에 있어서, 상기 폴리이미드 식각 공정은, 자계 인가형 반응성 이온식각(MERIE)에 의해 산호플라즈마를 이용하여 1단계로 입구가 넓은 등방성 형상으로 상기 폴리이미드(1)를 식각하는 공정과, 자계 인가형 반응성 이온식각(MERIE)에 의해 산소플라즈마를 이용하여 2단계로 입구가 좁은 이방성 형상으로 상기 등방성 식각된 영역의 폴리이미드(11)를 식각하는 공정을 포함하는 이종접합 바이폴라 트랜지스터의 제조방법.
- 제 1 항에 있어서, 상기 절연막(12)의 제거 공정은 MERIE에 의한 C2F6플라즈마를 이용하여 수행되는 이종접합 바이폴라 트랜지스터의 제조방법.
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Cited By (2)
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| KR100504190B1 (ko) * | 1998-09-25 | 2005-10-26 | 매그나칩 반도체 유한회사 | 헤테로 바이폴라 트랜지스터의 브릿지 형성방법 |
| KR100860073B1 (ko) * | 2006-12-05 | 2008-09-24 | 한국전자통신연구원 | 측벽을 이용한 이종접합 바이폴라 트랜지스터 제조방법 |
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1994
- 1994-12-23 KR KR1019940036374A patent/KR0149433B1/ko not_active IP Right Cessation
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| KR100860073B1 (ko) * | 2006-12-05 | 2008-09-24 | 한국전자통신연구원 | 측벽을 이용한 이종접합 바이폴라 트랜지스터 제조방법 |
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| Publication number | Publication date |
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| KR960026918A (ko) | 1996-07-22 |
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