KR100203365B1 - 기어형 이종접합 바이폴라 트랜스터의 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 단위 능동 소자를 방사형상으로 배치하여 열적 특성을 개선한 기어형 이종접합 바이폴라 트랜지스터의 제조방법에 관한 것으로, 다수개의 단위능동소자를 방사형상으로 배열하여 기어형 이종접합 바이폴라 트랜지스터를 형성한 후 절연영역 상면에 크롬을 얇게 증착하고 그 상면에 금을 증착하여 리프트오프 공정에 의해 금속패드를 형성하며, 포스트 마스크로 접촉창을 형성한 후 공중배선공정을 통하여 단위능동소자의 에미터전극을 금속패드에 연결하며, 상기 기판의 뒷면을 연마하고 반응성이온식각 공정으로 비아홀을 형성한 후, 금으로 도금하여 금속패드와 접지를 연결하는 공정으로 실현되는 기어형 이종접합 바이폴라 트랜지스터 제조방법을 구비함으로써 소자에서 발생되는 열을 골고루 분포시켜 모든 단위능동소자가 비슷한 온도 분포를 갖도록 함과 동시에 단위능동소자를 최단 거리로 접지금속에 연결함으로써 단위능동소자에서 발생하는 열을 빨리 방사시켜 고출력 HBT 의 열파괴 현상을 효과적으로 방지할 수 있다. 또한 단위능동소자의 면적을 크게 줄여 소자 크기를 최소하는 장점도 가지고 있다.
Description
제1도는 종래의 단위능동소자를 일렬로 배열한 HBT의 평면도.
제2도의 (a)는 본 발명에 의한 단위능동소자의 마스크 평면도.
(b)는 제2도의 단위능동소자를 기어형으로 배열한 GSHBT의 마스크 평면도.
제3도의 (a) 내지 (i)는 본 발명에 의한 GSHBT의 제조방법을 도시한 공정단면도 및 공정사시도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
10 : 단위능동소자 11 : 기판
12 : 에미터 전극 13 : 베이스 전극
14 : 콜렉터 전극 15 : 절연영역
16a : 베이스 금속패드 16b : 에미터 금속패드
16c : 콜렉터 금속패드 17 : 공중배선
18 : 비아홀 19 : 접지금속
20 : 콜렉터층 21 : 베이스층
22 : 에미터층
본 발명은 이종접합 바이폴라 트랜지스터(Heterojunction Bipola Transisters ; HBT라 약칭함)의 제조방법에 관한 것으로, 특히 단위 능동 소자를 방사형상으로 배치하여 열적 특성을 개선한 기어형 이종접합 바이폴라 트랜지스터(Gear-shaped Heterojunction Bipola Transisters ; GSHBT라 약칭함) 의 제조방법에 관한 것이다.
두가지 반도체 물질로 형성되어 접합된 이종접합 바이폴라 트랜지스터(이하 HBT라 약칭 함)는 두 반도체 물질의 에너지 대역갭이 달라 이종접합의 에너지 대역도가 접합 계면에서 불연속을 나타내는 특성을 소자의 응용에 적용한 것이다.
즉, 에미터에 베이스보다도 밴드 갭이 넓은 반도체를 사용해서 베이스 에미터 접합을 형성하는 것에 의해서, 베이스에서 에미터로 주입되는 소수 캐리어를 억제시킨 것이다.
이에 의해서, 에미터로부터 베이스로의 다수 캐리어의 주입효율이 높아지는 것과 동시에 베이스 농도를 높게 할 수 있어 고전류 증폭율, 제베이스 저항의 트랜지스터를 실현할 수 있도록 한 것이다.
특히, 종래의 고출력 HBT 는 단위능동소자를 일렬로 배치시키는 방법으로 설계되어 있다.
제1도는 종래의 단위능동소자를 일렬로 배열한 HBT의 평면도이다.
그러나 이와같이 단위능동소자를 일렬로 배치시킨 종래의 HBT 는 단위능동소자(10)에서 발생되는 열을 효과적으로 방사시키지 못해 중심부에 위치한 단위능동소자(10)의 온도가 높아짐에 따라 이 소자의 베이스-에미터 턴온(Turn-on)전압이 낮아지고 이 단위능동소자(10)를 통하여 전체 소자의 전류가 흘러 단위능동소자(10)의 이득이 감소하는 등 올바른 전력 소자로서의 기능을 잃게되는 문제가 발생되었다.
또한, 일렬로 배치된 종래의 HBT는 열원과 접지사이의 연결경로가 길어 접지 인덕턴스가 증가되는 문제가 있었다.
본 발명은 상술한 종래의 문제점을 극복하기 위한 것으로서, 단위능동소자를 방사형상으로 배치하고 단위능동소자를 공중배선 공정(Airbridge plating)과 비아홀(Via-hole)을 통해 접지와 최단거리로 연결함으로써 단위능동소자에서 발생하는 열을 골고루 분포시키고 열을 효율적으로 방사시켜 HBT의 열적특성을 개선하고 신뢰도를 확보할 수 있는 기어형 이종접합 바이폴라 트랜지스터(Gear-shaped Heterojunction Bipola Transisters)의 제조방법을 제공하는데 목적이 있다.
상기 목적을 실현하기 위한 본 발명은 다수개의 단위능동소자를 방사형상으로 배열하여 기어형 이종접합 바이폴라 트랜지스터를 형성한 후 절연영역 상면에 크롬(Cr)을 얇게 증착하고 그 상면에 금(Au)을 증착하여 리프트오프(Lift-off) 공정에 의해 금속패드를 형성하며, 접촉창 마스크로 접촉창을 형성한 후 공중배선공정을 통하여 단위능동소자의 에미터 전극을 패드전극에 연결하며, 상기 기판의 뒷면을 연마하고 반응성이온식각(Reactive Ion Etching ; RIE) 공정으로 비아홀을 형성한 후, 금으로 뒷면을 도금하여 금속패드와 접지를 연결하는 공정으로 실현되는 기어형 이종접합 바이폴라 트랜지스터 제조방법을 제안한다.
이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부한 도면에 따라 보다 상세하게 설명하면 다음과 같다.
제2도의 (a)는 본 발명에 의한 단위능동소자의 마스크들의 평면도이고, (b)는 제2도의 단위능동소자를 기어형으로 배열한 GSHBT의 마스크 평면도이며, 제3도의 (a) 내지 (i)는 본 발명에 의한 GSHBT의 제조방법을 도시한 단면 공정도이다.
본 발명은 기판(11)상에 콜렉터층(20), 베이스층(21), 에미터층(22)로 이루어진 동작영역을 에피택셜 공정에 의해 방사형상으로 형성하고, 에미터층(22)의 상면에 에미터 전극(12)을 리프트오프 공정으로 형성하며, 반응성이온식각 공정에 의한 선택적 건식 식각공정과 습식식각공정으로 에미터층(22)을 에칭하여 베이스층(21)을 노출하고 베이스층(21)의 상면에 베이스 전극(13)을 증착하며, 상기 베이스층(21)을 에칭하여 콜렉터층(20)을 노출하고 콜렉터층(20)의 상면에 콜렉터 전극(14)을 증착하며, 상기 콜렉터층(20)의 측부에 저항성 접촉을 형성한 후 절연 임프랜트 공정으로 절연영역(15)을 형성한다.
다음에 상기 절연영역(15) 상면에 크롬을 얇게 증착하고 그 상면에 금을 증착하여 리프트오프 공정에 의해 금속패드(16)를 형성하며, 접촉창 마스크로 접촉창을 형성한 후 공중배선(17)공정을 통하여 단위능동소자(10)의 에미터 전극(12)을 금속패드(16)에 연결하며, 상기 기판(11)의 뒷면을 연마하고 절연영역(15)에 반응성이온식각 공정으로 비아홀(18)을 형성하며, 기판 뒷면을 금으로 도금하여 금속패드(16)와 접지금속(19)를 연결하는 공정으로 실현되는 기어형 이종접합 바이폴라 트랜지스터 제조방법을 포함한다.
실시예는 GaX-1AlXAs-GaAs의 이종접합을 사용한 바이폴라 트랜지스터의 예이지만, 이하에 구체적으로 표시한 이종접합의 경우에 한정되는 것은 아니며, 예를 들면 InGaAs-AlInAs, InGaAs-InGaAsP, Si-SiGe 등에 적용 가능한 것은 물론이다.
단위능동소자(10)의 제조에 있어서는 먼저 GaAs기판(11) 상면에 콜렉터층(20)의 n+GaAs층,n-GaAs이 에피택셜 결정성장에 의해 형성되며, 더불어서 베이스층(21)의 P+GaAs층, 에미터층(22)의 nGaX-1AlXAs층을 순차적으로 에피택셜 성장시킨다.
이어서 상기 에미터층(22)의 상면에 감광제 및 소정의 에미터 전극 마스크(# 1)를 이용하여 창을 형성한 후 n 형 금속을 리프트오프시켜 에미터 전극(12)을 형성한다(제 3 도의 A 참조).
다음에 상기 에미터 전극(12) 하부를 제외한 에미터층(22)을 에칭공정으로 제거하는데 에미터 전극(12) 하부의 에미터층(22)의 폭이 에미터 전극(12)의 폭보다 적게 형성되도록 선택적으로 반응성이온식각을 이용한 선택적 식각공정과 리세스 식각(Recess etching)을 행한다.
이는 다음단계에서 증착되는 베이스 전극(13)이 에미터 전극(12)을 마스크로 이용하여 에미터 전극(12)의 둘레에 형성될 때 에미터층(22)과 분리되도록 하기 위함이다.
상기 에미터층(22)과 베이스 전극(13) 사이의 간격은 0.2㎛ 범위를 유지하는 것이 바람직하다(제3도의 b 참조).
이어서 상기 베이스층(21) 상면에 감광제 및 소정의 베이스 전극(13) 마스크(# 2)를 이용하여 에미터 전극(12) 둘레에 창을 형성한 후 p 형 금속을 리프트오프하여 베이스 전극(13)을 형성한다. 이때 에미터 전극(12)이 베이스 금속의 자기정열(Self-Align) 마스크로 작용하게된다.(제3도의 c 참조).
이어서 콜렉터 식각 마스크(#3)을 이용하여 에미터 전극(12) 및 베이스 전극(13)의 하부를 제외한 베이스층(21)과 상부 n-콜렉터층(20)을 식각공정으로 제어하여 하부 n+콜렉터층(20)을 노출하고(제3도의 d 참조), 베이스 전극(13)의 양단에 감광제 및 콜렉터 전극(14) 마스크(#4)를 이용하여 창을 형성한 후 n 형 금속을 리프트오프하여 콜렉터 전극(14)을 형성한다(제3도의 e 참조).
이어서 저항성 접촉을 향상시킬 수 있도록 420℃ 온도에서 약 20초간 얼로이공정을 행한 후 절연 임프랜트 마스크(#5)를 이용하여 절연영역(15)을 형성함으로써 단위능동소자(10)의 제조를 완료한다(제3도의 f 참조).
이어서 제2도와 같이 기어형상으로 배열된 다수개의 단위능동소자(10)에 금속패드 마스크(#6a)를 이용하여 베이스 전극(13)이 단위능동소자(10)의 단면과 직각방향으로 링모양의 베이스 금속패드(16a)에 연결되고, 콜렉터 전극(14)은 콜렉터 금속패드 마스크(#6c)를 이용하여 기어형상으로 배열된 단위능동소자(10)의 외곽에 일측이 개방된 원형밴드 형상의 콜렉터 금속패드(16c)에 연결된다.
이때 에미터 금속(12)이 공중배선(17) 공정으로 연결될 기어형상으로 배열된 단위능동소자(10)의 중심부에 에미터 금속패드 마스크(#6b)를 이용하여 에미터 금속패드(16b)가 동시에 리프트오프되어 형성된다.(제3도의 g 참조).
이어서 접촉창 마스크(#7)를 이용하여 에미터 전극(12) 상면과 금속패드(16) 상면에 접촉창을 형성하고 200 Å 두께의 금을 스퍼터링하여 기판(11)의 전면에 증착시킨 후 공중배선 마스크(#8)를 이용하여 상기 스퍼터링 증착된 금의 상면에 금을 도금한 후 아세톤으로 감광성 수지를 제거하여 도금된 금이 없는 부분의 스터터링된 금은 감광성 수지와 함께 없어지게 되어 공중배선(17)이 이루어지게 되며 이와같이 단위능동소자(10)의 에미터 전극(12)을 에미터 금속패드(16b)에 연결하여 GSBT의 전면공정을 완료한다(제3도의 h 참조).
이어서 기판(11) 뒷면을 연마하고 비아홀 식각 마스크(#9)를 이용하여 에미터 금속패드(16b) 저면에 창을 형성한후 반응성 이온식각공정으로 식각하여 비아홀(18)을 형성한다.
이어서 기판(11) 뒷면 도금공정으로 접지금속(19)이 형성되면서 비아홀(18)을 통하여 접지금속(19)와 에미터 금속패드(16b)가 전기적으로 연결된다.
특히, 기판(11) GaAs와의 선택도를 높이기 위하여 접지금속(19)를 증착하기 전에 크롬을 200Å 정도의 두께로 얇게 증착하는 것이 바람직하다.
이와같이 본 발명은 단위능동소자를 방사형상으로 배치하여 소자에서 발생되는 열을 골고루 분포시켜 모든 단위능동소자가 비슷한 온도 분포를 갖도록함으로써 고출력 HBT에서 발생하는 열파괴현상을 효과적으로 방지할 수 있다.
또한, 이와같은 GSBT는 단위능동소자와 접지사이를 공중배선 공정 및 비아홀을 통해 열원을 접지에 최단거리로 연결함으로써 접지 인덕턴스를 최소화하고 단위능동소자에서 발생되는 열을 효율적으로 방사시켜 고출력 HBT의 열적 특성을 개선하여 고출력 기어형 HBT의 신뢰도를 확보할 수 있다. 아울러 같은 출력의 HBT를 제작하는데 있어서 GSHBT는 종전의 HBT에 비해 면적을 크게 줄일 수 있는 효과를 얻을 수 있다.
Claims (12)
- 기판(11)상에 콜렉터층(20), 베이스층(21), 에미터층(22)으로 이루어진 동작영역을 에피택셜 공정에 의해 방사형상으로 형성하는 단계와, 상기 에미터층(22)의 상면에 에미터 전극(12)을 형성하는 단계와, 상기 에미터층(22)을 선택적으로 에칭하여 베이스층(21)을 노출하고 베이스층(21)의 상면에 베이스 전극(13)을 증착하는 단계와, 상기 베이스층(21)을 에칭하여 콜렉터층(20)을 노출하고 콜렉터층(20)의 상면에 콜렉터 전극(14)을 증착하는 단계와, 얼로이 공정을 통해 저항성 접촉을 형성한 후 절연영역(15)을 형성하는 단계와, 상기 절연영역(15) 상면에 베이스 금속패드(16a), 에미터 금속패드(16b), 콜렉터 금속패드(16c)를 형성하는 단계와, 상기 에미터 전극(12)을 공중배선(17)을 통하여 에미터 금속패드(16b)에 최단거리로 연결하는 단계와, 상기 절연영역(15) 저면에 비아홀(18)을 형성하고 뒷면에 금을 도금하여 상기 에미터 금속패드(16b)와 접지금속(19)을 연결하는 공정을 포함하여 이루어지는 기어형 이종접합 바이폴라 트랜지스터 제조방법.
- 제1항에 있어서, 상기 에미터 전극(12)은 리프트오프 공정으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 기어형 이종접합 바이폴라 트랜지스터 제조방법.
- 제2항에 있어서, 상기 에미터 전극(12) 하부의 에미터층(22)의 폭이 에미터 전극(12)의 폭보다 적게 형성되도록 한 기어형 이종접합 바이폴라 트랜지스터 제조방법.
- 제3항에 있어서, 상기 에미터 전극(12)은 반응성이온식각 공정과 습식식각 공정으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 기어형 이종접합 바이폴라 트랜지스터 제조방법.
- 제3항에 있어서, 상기 에미터층(22)과 베이스 전극(13) 사이의 간격은 0.2㎛ 범위를 유지하는 것을 특징으로 하는 기어형 이종접합 바이폴라 트랜지스터 제조방법.
- 제1항에 있어서, 상기 에미터 전극(12), 베이스 전극(13) 및 콜렉터 전극(14)의 얼로이 공정이 420℃ 온도에서 20 초간 동시에 진행되는 것을 특징으로 하는 기어형 이종접합 바이폴라 트랜지스터 제조방법.
- 제1항에 있어서, 상기 금속패(16)는 금이 증착되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 기어형 이종접합 바이폴라 트랜지스터 제조방법.
- 제7항에 있어서, 상기 금속패드(16)는 리프트오프 공정으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 기어형 이종접합 바이폴라 트랜지스터 제조방법.
- 제1항에 있어서, 상기 공중배선(17) 공정은 에미터 전극(12) 상면에 접촉창을 형성하고 금을 스퍼터링하여 기판(11)의 전면에 증착시킨 후 상기 스퍼터링 증착된 금의 상면에 금을 도금한 후 아세톤으로 감광성 수지를 제거하여 이루어지는 기어형 이종접합 바이폴라 트랜지스터 제조방법.
- 제9항에 있어서, 상기 기판(11)의 전면에 증착되는 금이 200 Å 두께를 유지하는 것을 특징으로 하는 기어형 이종접합 바이폴라 트랜지스터 제조방법.
- 제1항에 있어서, 상기 비아홀(18) 형성시 기판(11) GaAs와의 선택도를 높이기 위하여 금속패드(16)를 증착하기 전에 크롬을 200Å 두께로 얇게 증착하는 것을 특징으로 특징으로 하는 기어형 이종접합 바이폴라 트랜지스터 제조방법.
- 제1항에 있어서, 상기 절연영역(15)에 비아홀(18)을 형성하고 뒷면을 3 ㎛ 이상의 두께로 금도금을하여 금속패드(16)와 접지금속(19)를 연결하는 것을 특징으로 하는 기어형 이종접합 바이폴라 트랜지스터 제조방법.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1019960028762A KR100203365B1 (ko) | 1996-07-16 | 1996-07-16 | 기어형 이종접합 바이폴라 트랜스터의 제조 방법 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1019960028762A KR100203365B1 (ko) | 1996-07-16 | 1996-07-16 | 기어형 이종접합 바이폴라 트랜스터의 제조 방법 |
Publications (2)
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|---|---|
| KR980012111A KR980012111A (ko) | 1998-04-30 |
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ID=19466523
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| KR1019960028762A KR100203365B1 (ko) | 1996-07-16 | 1996-07-16 | 기어형 이종접합 바이폴라 트랜스터의 제조 방법 |
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| KR20030075993A (ko) * | 2002-03-22 | 2003-09-26 | 삼성전자주식회사 | 편자형 에미터 전극을 갖는 이종 접합 바이폴라트랜지스터 및 그 제조 방법 |
-
1996
- 1996-07-16 KR KR1019960028762A patent/KR100203365B1/ko not_active IP Right Cessation
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| KR980012111A (ko) | 1998-04-30 |
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