KR0156187B1 - 반도체소자 및 그 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 반도체소자 및 그 제조방법에 관한 것으로 소자의 동작전류 및 동작전압을 증가시킬 수 있는 MESFET구조 및 확산법을 이용하여 이를 제조하는 방법에 관한 것이다.
본 발명은 반도체기판상에 게이트전극을 형성하는 단계와, 기판 전면에 제1산화막과 제1질화막을 차례로 형성하는 단계, 상기 제1질화막 및 제1산화막을 패터닝하여 소정의 소오스 및 드레인영역의 기판부위를 노출시키는 단계, 기판전면에 제2산화막과 제2질화막을 차례로 형성하는 단계, 열처리공정을 행하여 기판 소정영역에 활성층 및 고농도 활성층영역과 고농도 도핑영역을 각각 형성하는 단계, 상기 제1산화막과 제1질화막, 제2산화막과 제2질화막을 제거하는 단계 및 상기 고농도 도핑영역 상부에 소오스전극과 드레인전극을 각각 형성하는 단계로 이루어지는 반도체소자 제조방법을 제공한다.
Description
제1도는 종래의 MESFET 단면구조도.
제2도는 본 발명에 의한 MESFET단면구조도.
제3도는 본 발명에 의한 MESFET 제조방법을 도시한 공정순서도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1 : 반도체기판 3 : 게이트전극
4 : 소오스전극 5 : 드레인전극
6 : 활성층 7 : 고농도 도핑영역
8. 고농도 활성층영역 9 : 제1산화막
10 : 제1질화막 11 : 감광막
12 : 제2산화막 13 : 제2질화막
본 발명은 반도체소자 및 그 제조방법에 관한 것으로, 특히 소자 특성이 개선된 MESFET 및 용이한 제조공정에 의해 이를 제조할 수 있는 방법에 관한 것이다.
종래의 화합물 반도체에 있어서, 소자의 동작층의 형성은 동작층을 이루는 물질이 열에 약한 특성을 갖기 때문에 화학기상증착(CVD : Chemical Vapor Deposition)법과 이온주입(Ion Implantarion)을 주로 이용하여 행하였다.
화학기상증착법으로는 다원계 화합물 제조가 비교적 용이하며 다량 생산할 수 있는 MOCVD(Metal Organic Chemical Vapor Deposition)이 이용되고 있다. 이 방법은 3족 원소인 유기금속 화합물과 5족 원소인 수소화합물을 원료로 하고 수소를 캐리어(carrier)기체로 사용하여 이 원료들이 반응관의 가열된 기판위에서 열분해되어 화학반응이 이루어지도록 함으로써 고체상태의 에피 결정층을 성장시키는 방법이다.
이온주입방법은 원자 이온을 목표물의 표면을 뚫고 들어갈 만큼 큰 에너지를 갖게 하여 목표물속으로 넣어주는 것이다. GaAs반도체에서는 n형으로 실리콘을, p형으로는 Be등을 이용하여 30~500KeV의 에너지를 사용하여 GaAs표면 밑으로 100~10000Å의 깊이까지 이온을 넣어 주어 활성층을 형성한다. 이온이 주입되는 깊이는 이온의 에너지에 따라 조절되므로 사용 목적에 적합한 깊이를 선택할 수 있다.
종래의 화학기상증착법 및 이온주입공정에 의해 제조된 MESFET구조를 제1도에 도시하였다.
종래의 MESFET는 도시된 바와 같이 반도체 기판(1)상부에 게이트전극(3)과 소오스전극(4) 및 드레인전극(5)이 형성되고, 소오스전극 및 드레인전극 하부의 기판영역에 각각 고농도 도핑영역(7)이 형성되고, 이 고농도 도핑영역(7)사이의 게이트전극(3) 하부에 활성층(6)이 형성된 구조로 되어 있다. 이러한 종래의 MESFET는 MOCVD방법이나 이온주입법 등을 이용하여 활성층(6) 및 고농도 도핑영역(7)을 형성하였다.
상기한 종래의 MOCVD방법은 다원계 화합물 제조가 용이하고 다량 생산할 수 있는 장점은 있으나, 증착한 에피층의 두께의 균일도면에서 약하여 이 성장법을 이용하여 디지털 IC를 제작하는 경우, 소자의 중요한 특성인 문턱전압의 균일도면에서 좋지 않아 전체적인 소자의 제작 수율이 낮아지는 문제와 장비가 고가인 문제점을 가진다.
한편, 이온주입의 경우에는 활성층의 균일도면에서는 MOCVD법보다는 좋으며, 양산성에 있어서도 우수한 특성을 가진다. 그러나 정교한 이온 주입의 조정이 필요하기 때문에 장비가 고가이며, 이로 인해 생산단가가 높아지는 문제가 있다. 또한 최근에는 소자에 있어서 활성층이 얇은 EFET(Enhancement mode Field Effect Transistor)의 제작이 요구되어짐에 따라 이온 주입에 있어서 최소 에너지의 한계가 나타나기도 한다.
본 발명은 이와 같은 문제점들을 해결하기 위한 것으로, 소자의 동작전류 및 동작전압을 증가시킬 수 있는 MESFET구조 및 확산법을 이용하여 이를 제조하는 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 반도체소자는 반도체기판과, 상기 반도체기판상에 형성된 게이트전극, 상기 게이트전극 양측에 게이트전극과 소정간격 이격되어 각각 형성된 소오스전극과 드레인전극, 상기 소오스전극과 드레인전극 하부의 기판영역에 각각 형성된 고농도 도핑영역, 상기 고농도 도핑영역 사이의 상기 게이트전극 하부의 기판영역에 형성된 활성층영역 및 상기 활성층영역의 일부에 형성된 고농도 영역으로 이루어진다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 반도체소자 제조방법은 반도체기판상에 게이트전극을 형성하는 단계와, 기판 전면에 제1산화막과 제1질화막을 차레로 형성하는 단계, 상기 제1질화막 및 제1산화막을 패터닝하여 소정의 소오스 및 드레인영역의 기판부위를 노출시키는 단계, 기판 전면에 제2산화막과 제2질화막을 차례로 형성하는 단계, 열처리공정을 행하여 기판 소정영역에 활성층 및 고농도 활성층영역과 고농도 도핑영역을 각각 형성하는 단계, 상기 제1산화막과 제1질화막, 제2산화막과 제2질화막을 제거하는 단계 및 상기 고농도 도핑영역 상부에 소오스전극과 드레인전극을 각각 형성하는 단계로 이루어진다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다.
본 발명에 의한 능동소자인 MESFET구조를 제2도에 도시하였다.
본 발명의 MESFET는 반도체기판(1)상에 전류가 흐르는 통로를 조정하는 게이트전극(3)이 형성되고, 이 게이트전극(3)양측에 게이트전극과 소정간격 이격되어 전류가 공급되는 소오스전극(4)과 드레인전극(5)이 형성되고, 소오스전극(4)과 드레인전극(5) 하부의 기판영역에 각각 오믹콘택(ohmic contact)을 위한 고농도 도핑영역(7)이 형성되고, 이 고농도 도핑영역(7) 사이의 게이트전극(3) 하부의 기판영역에 전류가 흐르는 활성층(6)이 형성되고, 활성층(6)중 일부에 고농도 활성층영역(8)이 형성된 구조로 되어 있다.
일반적으로 MESFET 소자의 전류와 전압 특성은 정량적으로 다음과 같은 수식으로 정해진다.
여기서, x는 활성층영역의 폭, y는 활성층영역의 깊이, Id는 드레인전류, Z는 게이트 폭, q는 전하량, v(x)는 x위치에서의 전자의 이동속도, N(x)는 y길이에서의 전자의 불순물 농도, h(x)는 활성층내에서 게이트전압에 의해 전자농도가 결핍된 깊이, ε은 활성층의 유전율을 각각 나타낸다.
상기 식(2)에 의해 게이트전압V(h(x))이 인가되었을 때 전자농도가 결핍되는 깊이 h(x)를 구하고 이를 이용하여 식(1)에서 드레인전류를 얻을 수 있다.
식(1)에서 드레인전류는 활성층의 도핑농도N(y)와 h(x)에 의하여 그 양이 결정되어진다.
기존의 MESFET의 경우에는 활성층의 농도 및 깊이에 있어서는 활성층내에서는 일정하다. 그러나 본 발명의 MESFET는 활성층내에서 동작하는 영역에만 농도가 2배인 고농도 활성층영역을 갖는다. 즉, 농도를 2배로 조정함으로써 전류를 2배로 증가시킬 수 있도록 한 것이다. 그리고 일반적인 소자에 있어서는 활성층의 농도를 높이면 소자의 동작전압 폭인 브레이크다운 전압(breakdown voltage)이 낮아지나, 본 발명에서는 브레이크다운이 일어날 수 있는 영역(고농도 활성층영역 이외의 활성층영역)에서는 도핑농도가 낮아 브레이크다운 전압값도 크다.
다음에 제3도를 참조하여 본 발명에 의한 MESFET제조방법을 공정순서에 따라 설명한다.
먼저, 제3도(a)와 같이 반도체기판(1)상에 고온에 견딜 수 있는 금속을 이용한 리프트오프(lift-off)공정을 통해 게이트전극(3)을 형성한다.
이어서 제3도 (b)와 같이 상기 게이트전극(3)이 형성된 기판 전면에 활성층 형성을 위한 제1산화막(9)과 제1질하막(10)을 차례로 형성한다. 이때, 제1산화막(9)은 Si이 많이 함유된(Si-rich)굴절율이 낮은 SiOx를 사용한다.
다음에 제3도(c)와 같이 상기 제1질화막(10)상에 감광막(11)을 도포한 후, 이를 선택적으로 노광 및 현상하여 소오스 및 드레인전극 형성영역을 정의하는 소정의 감광막(11)을 형성한 후, 이 감광막(11)을 마스크로 이용하여 상기 제1질화막(10) 및 제1산화막(9)을 식각한다.
이어서 제3도(d)와 같이 상기 감광막을 제거한 후, 기판 전면에 다시 고농도 도핑영역 형성을 위한 제2산화막(12)과 제2질화막(13)을 형성한다. 이때, 제2산화막(12)은 상기 활성층 형성용 제1산화막(9)과 마찬가지로 Si 함유량이 많은 (Si-rich) SiOx를 사용하는데, 활성층 형성용 제1산화막(9)보다 Si을 더 많이 함유한 SiOx를 사용한다.
다음에 제3도(e)와 같이 열처리공정을 행하여 상기 제1산화막(9) 및 제2산화막(12)으로부터 Si을 기판으로 확산시켜 활성층(6) 및 고농도 활성층영역(8)과 고농도 도핑영역(7)을 형성한다. 이와 같이 열처리공정을 행하면 게이트전극(3) 양단부위의 제1산화막(9)으로부터 Si이 기판으로 확산되어 활성층(6)을 형성하게 되고, 양측의 활성층(6)이 겹쳐지는 부분은 Si의 도핑농도가 다른 부분에 비해 더 높아지게 되어 고농도 활성층영역(8)이 자동적으로 형성되게 되며, 제1산화막(9)보다 Si함유량이 더 많은 제2산화막(12)으로부터 Si이 기판으로 확산되어 상기 활성층(6) 양측에 각각 고농도 도핑영역(7)이 형성되게 된다.
상기와 같이 한번의 열처리공정에 의해 활성층(6) 및 고농도 활성층영역(8)과 고농도 도핑영역(7)이 동시에 형성되게 된다.
이어서 제3도(f)와 같이 상기 제1산화막과 제1질화막, 제2산화막과 제2질화막을 제거한 후, 리프트오프(life-off)공정을 통해 상기 고농도 도핑영역(7) 상부에 소오스전극(4)과 드레인전극(5)을 각각 형성하여 MESFET 제조를 완료한다.
이상과 같이 본 발명은 불순물의 분포가 급준성있게 형성되는 확산법을 이용하여 MESFET소자를 제조하였다. 이러한 확산법에 있어서는 기존의 소자의 절연을 위해 사용한 산화막과 같은 절연물질을 이용하여 활성층을 형성할 수 있으므로 제조비용이 적게 드는 효과를 얻을 수 있다. 또한 이러한 확산법은 종래의 화학기상증착법과 이온주입법에 의한 경우보다 활성층을 얇게 형성할 수 있고, 불순물분포에 급준성을 줄 수 있다.
또한, 본 발명은 이와 같은 확산법을 이용하여 소자의 활성층의 일부 영역만을 도핑농도를 높임으로써 소자의 동작 전류를 증가시킬 수 있으면서 동시에 소자의 동작 전압범위를 높일 수 있게 된다.
Claims (2)
- 반도체기판과, 상기 반도체기판상에 형성된 게이트전극, 상기 게이트전극 양측에 게이트전극과 소정간격 이격되어 각각 형성된 소오스전극과 드레인전극, 상기 소오스전극과 드레인전극 하부의 기판영역에 각각 형성된 고농도 도핑영역, 상기 고농도 도핑영역 사이의 상기 게이트전극 하부의 기판영역에 형성된 활성층영역 및 상기 활성층영역의 일부에 형성된 고농도 영역으로 이루어진 것을 특징으로 하는 반도체소자.
- 반도체기판상에 게이트전극을 형성하는 단계와, 기판 전면에 제1산화막과 제1질화막을 차례로 형성하는 단계, 상기 제1질화막 및 제1산화막을 패터닝하여 소정의 소오스 및 드레인영역의 기판부위를 노출시키는 단계, 기판 전면에 제2산화막과 제2질화막을 차례로 형성하는 단계, 열처리공정을 행하여 기판 소정영역에 활성층 및 고농도 활성층영역과 고농도 도핑영역을 각각 형성하는 단계, 상기 제1산화막과, 제2산화막과 제2질화막을 제거하는 단계, 및 상기 고농도 도핑영역 상부에 소오스전극과 드레인전극을 각각 형성하는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 반도체소자 제조방법.
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