KR100216521B1 - 이종 접합 바이폴라 트랜지스터의 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 이중 에미터 전극을 이용한 이종접합 바이폴라 트랜지스터(HBT)의 제조방법에 관한 것으로서, 종래기술에서 측벽 절연막만을 이용한 자기정렬 방법은 에미터 전극이 완벽한 수직형상에 의존해야 하는 문제점이 있으므로 이를 해결하기 위해, 통상적으로 성장된 이종접합 구조의 에피 웨이퍼상에 제 1 및 제 2 에미터 전극금속을 순차로 증착시키는 공정과, 제 2 에미터 전극 아래로 제 1 에미터 전극층의 측방향 침식이 발생하도록 하는 공정과, 제 1 및 제 2 에미터 전극주변을 둘러싸는 측벽 절연막을 형성하는 공정과, 이러한 측벽절연막을 마스크로 하여 베이스 표면까지 메사식각을 하고 베이스 전극을 증착시키는 제 4 과정을 포함하여 에미터와 베이스의 완전한 자기정렬을 구현하여 외부의 기생저항을 및 커패시턴스를 줄이고, 이로 인해 고속특성이 크게 향상된 이종접합 바이폴라 트랜지스터 소자 및 회로를 제작할 수 있는 효과가 있다.
Description
제1도와 제2도는 종래의 기술에 의한 에미터와 베이스의 자기정렬 제조 공정을 나타낸 단면도.
제3도의 (a) 내지 (f)는 본 발명의 제조공정을 나타낸 단면도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1 : 발절연성 화합물 반도체 기판 2 : 완충층
3 : 부 컬렉터층 4 : 컬렉터층
5 : 베이스층 6 : 에미터층
7 : 에미터 캡층 8a : 제1에메터 전극금속
8b : 제1에미터 전극 9 : 제2에미터 전극
10 : 유전체 절연막 11 : 측벽 절연막
12 : 베이스 전극 13 : 컬렉터 전극
본 발명은 이종접합 바이폴라 소자의 자기 정렬 제작에 관한 것으로서, 특히 에피 웨이퍼상에 형성되는 이중의 에미터 전극을 이용하여 소자의 고속 특성을 극대화 하기 위한 이종접합 바이폴라 트랜지스터의 제종방법에 관한 것이다.
일반적으로, 이종접합 바이폴라 트랜지스터(HBT : Heterojunction Bipolar Transistor)는 밴드갭의 차이가 크면서 격자 정합은 양호한 서로 다른 화합물 반도체층으로 구성된 소자이다.
그리고 이러한 이종접합 바이폴라 트랜지스터 소자는 제작방법이 약간 복잡하기는 하지만 실리콘(Si) 바이폴라 트랜지스터나 갈륨비소 MESFET(Metal-Semiconductor Field Effect Transistor) 등과 비교해 볼 때 반도체 재료 고유의 특성과 전기적 채널의 수직적 형성에 의해 전자의 이동거리가 짧아 고속 및 고주파 특성이 우수하다.
이러한 이유 때문에 이종접합 바이폴라 트랜지스터 소자는 광전송 시스템의 전자 소자로서 매우 유망할 뿐만 아니라 전류 구동 능력이 크고 소자의 파괴 전압이 높아 이동통신용 전력소자로서의 응용 전망도 상당히 밝다.
그러나, 이와 같은 이종접합 바이폴라 트랜지스터 소자는 고속동작 특성을 최대화하기 위해 에미터-베이스간, 혹은 베이스-컬렉터간 자기정렬 등 제조 공정상의 개선이 요구된다.
특히, 베이스 전극을 에미터에 대해 자기정렬시켜 상호 거리를 가능한 단축하여 각종 기생저항 및 커패시턴스 성분을 제거하고, 외부 베이스 노출영역을 최대한 줄여 표면 재결합 전류의 발생을 억제하여 최대 공진주파수(Maximum Oscillation Frequency : fmax)와 차단주파수(Cut-off Frequency : fT)를 향상시키는 것이 가능하다.
이에 따라 에미터와 베이스간의 자기정렬을 달성하기 위한 종래의 대표적인 제작방법을 제1도와 제2도 단면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.
먼저, 제1도는 에미터의 역경사 메사식각을 이용한 자기정렬 제조 단면으로서, 미국의 록웰에서 사용되던 것이다.
이에 도시된 바와 같이, 이 자기정렬 방법은 에미터층(또는 에미터 캡층; Emitter cap layer)(6,7) 메사(mesa) 식각시 화학약품을 이용하여 역경사를 형성함으로써 베이스전극(Base metal(12) 증착 후 불량한 단차피복성(step-coverage)에 의해 에미터층(6)과 베이스층(5)간의 단락을 유도하는 방식이다.
이러한 역메사형 자기정렬 이종접합 바이폴라 트랜지스터 소자에서는 실질적인 에미터-베이스 간격이 후술할 제2도의 단면과 비교하여 클 뿐만 아니라 외부 베이스 영역의 노출이 심하여 표면 재결합이 급격히 커져 소자크기를 줄이기가 힘들다.
또한, 상기 자기정렬 방법은 에미터와 베이스 사이의 금속간 합선 가능성이 커서 신뢰성 있는 소자 제작이 어렵고, 이외에도 역경사를 구현하기 위해 웨이퍼상에서의 소자 방향이 결정되기 때문에 회로 설계 측면에서 제한이 따르는 등의 문제점이 있다.
한편, 제2도는 측벽 보호막의 형성에 의한 자기정렬 제조단면으로서, 일본의 NEC와 NTT 등에서 개발된 자기정렬 제조 단면을 나타낸 것이다.
이러한 자기정렬 제조방법을 설명하면 다음과 같다.
에미터층(또는 에미터 캡층)(6, 7)상에 에미터 전극(9)을 증착한다.
그리고 플라즈마 화학 증착법(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition)등을 이용하여 충분한 두께의 유전체 박막을 웨이퍼 전면에 도포한 후 마스크층 없이 방향성 식각효율이 매우 높은 반응성 이온 식각(RIE)을 행하면 에미터 주변에 측벽 절연먁(11)이 형성되고, 소자 분리를 위한 메사 식각 혹은 이온주입을 하게 되면 개별 이종접합 바이폴라 트랜지스터 소자를 위한 제작이 완료된다.
이와같이 유전막 측벽을 이용한 자기정렬 제조공정은 기본적으로 에미터 전극의 형상이 완벽한 수직구조를 이루어야 한다.
그 이유는, 상기 반응성 이온 식각시에 측벽 절연막이 정상적으로 형성되기 어려워 에미터-베이스간 자기정렬을 달성하기 곤란하기 때문이다.
그러나 통상 에미터 전극재료는 식각이 어려운 금속으로 구성되기 때문에 리프트 오프(Lift-off) 방식에 의해 형성하는 것이 일반적인데, 이때 비교적 두꺼운 에미터 전극을 수직형상으로 재현성 있게 제어하는 것이 용이하지 않은 문제점이 있다.
따라서, 본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위해 이중 에미터 전극을 이용하여 공정의 여유도를 개선함으로써 이종접합 바이폴라 트랜지스터 소자 제작공정의 신뢰성을 향상시키기 위한 이종접합 바이폴라 트랜지스터 제종방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징은, 반절연성 화합물 반도체 기판위에 완충층, 컬렉터층, 부컬렉터층, 베이스층, 에미터층, 에미터 캡층이 순차로 성장된 이종접합 구조의 에피 웨이퍼 상에 제1 및 제2에미터 전극금속을 순차적으로 증착시키는 제1공정과, 상기 제2에미터 전극을 마스크로 하여 상기 제1에미터 전극을 정의하는 중에 상기 에미터 캡층이 노출되도록 과식각을 하여 상기 제2에미터 전극층 아래로 측방향 침식이 발생하도록 유도하는 제2공정과, 상기 제1 및 제2에미터 전극을 포함하여 기판 전면에 유전체 절연막을 도포하고 이방성 식각을 하여 상기 제1 및 제2에미터 전극 주변을 둘러싸는 측벽 절연막을 형성하는 제3공정과, 상기 형성된 제1 및 제2에미터 전극 및 측벽 절연막을 마스크로 하여 베이스층 표면까지 메사식각을 하여 베이스 전극을 증착시키는 제4공정으로 이루어진 것이다.
이러한 본 발명은 다양한 박막 증착장비로 성장된 통상의 이종접합 바이폴라 트랜지스터 에피 구조의 기판을 사용하고, 2층의 에미터 전극중 에미터 캡층에 인접한 하부 전극재료의 측방향과 과식각을 유도한다.
그리고나서, 통상적인 측벽 절연막 형성방법을 사용함으로써 종래의 측벽 절연막만을 이용한 자기정렬 방법에 비해 에미터 전극의 수직형상에 크게 의존하지 않고 에미터-베이스상의 자기정렬을 구현하는 제종방법이다.
이하, 본 발명을 첨부된 도면에 의거하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
제3도의 (a) 내지 (f)공정은 본 발명에 의한 이종접합 바이폴라 트랜지스터 소자의 에미터-베이스간 자기정렬 제조공정을 나타낸 것이다. 이에 따른 공정들을 살펴보면, 먼저 (A)공정은 반절연성 기판(1) 위에 분자선 에피택시(MBE : Molecular Beam Epitaxy)방법, 유기금속 화학증착(MOCVD : Metal Organic Chemical Vapor Deposition) 방법 및 화학선 에피택시(CBE : Chemical Beam Epitaxy) 방법 등으로 성장된 통상의 이종접합 에피 구조를 형성한 것이다.
즉, 상기 에피 구조는 상기 기판(1)위에 순차로 완충층(2), 부컬렉터층(3), 컬렉터층(4), 고농도의 불순물로 도핑된 얇은 베이스층(5), 에미터층(6), 그리고 에미터 캡층(7)을 성장함으로써 완성된다.
(B)공정은, 상기 에피 구조를 이용하여 제1에미터 전극금속(8a)으로서 오믹접촉(Ohmic contact)이 우수하고 측방향 식각의 제어가 가능하며 내열성이 우수한 금속인 텅스텐(W), 텅스텐 실리사이드(WSi), 텅스텐 질화막(WN) 중의 한가지를 증착시킨다.
그리고, 상기 제1에미터 전극금속(8a) 위에 통상적으로 많이 사용되는 티타늄(Ti)/백금(Pt)/금(Au)으로 구성된 금속계의 제2에미터 전극금속(도시되지 않음)을 리프트오프 방법에 의해 소정 패턴의 제2에미터 전극(9)을 형성한다.
그리고 (C)공정은, 상기 제2에미터 전극(9)을 마스크로 하여 상기 제1에미터 전극(8b)을 정의한다. 이때, 불소계와 산소의 혼합 가스를 위주로 한 반응성 이온 식각방법에 의해 에미터 영역 이외의 텅스텐계 금속을 완전히 제거한 후에도 일정 시간 이상으로 식각을 계속하면 제2에미터 전극(9) 아래로 측방향 침식이 발생하게 된다. 이때 노출된 기판에 대해 가속 이온에 의한 손상(radiation damage)은 이후 에미터 메사식각에 의해 제거되기 때문에 별다른 의미를 갖지 못한다.
(D)공정은, 상기 (C)공정과 같은 상태에서 플라즈마 화학 증착이나 스퍼터링 증착장치를 이용하여 웨이퍼 전면에 유전체 절연막(10)을 평탄화가 유지되는 두께만큼 도포한다.
그후, (E)공정은, 아르곤(Ar) 혹은 프레온계(CF-) 플라즈마를 이용하여 이방성(antisotropic)이 상대적으로 강한 이온 밀링(ion milling)이나 반응성 이온 식각에 의해 상기 제2에미터 전극(9) 표면과 웨이퍼(구체적으로는 에피터 캡층(7))의 일정 표면상에 상기 유전체 절연막(10)이 잔류하지 않을 때까지 식각하여 상기 제1 및 제2에미터 전극(8b, 9) 주변을 둘러싸는 측벽 절연막(11)을 형성한다.
이와같은 (E)공정은, 상부 에미터 전극의 돌출부를 이용하여 상부 에미터전극의 수직적 형상에 크게 의존하지 않고서도 용이하게 측벽 절연막을 형성하는 공정이다.
다음으로, (F)공정은, 상기 제2에미터 전극(9) 표면과 이 제2에미터 전극(9)과 제1에미터 전극(8b)을 둘러싼 상기 측벽 절연막(11)을 마스크로 하여 화학적 습식식각 또는 건식식각을 하여 상기 베이스층(5) 표면을 노출시킨다.
그후, 그 노출된 베이스층(5) 표면과 상기 제2에미터 전극(9) 표면의 전면에 베이스 전극재료를 증착시킨 후, 리프트오프에 의해 베이스 전극(12)이 남아 있는 에미터층(6)에 최대한 가까이 자기정렬되어 형성될 수 있도록 하는 공정이다.
이러한 경우에 전기적 기생성분이 대폭 제거되어 제작된 이종접합 바이폴라 트랜지스터 소자의 고속성능을 극대화 하는 것이 가능하다.
이하, 컬렉터 전극형성 및 소자 분리제작공정은 본 발명과 무관하므로 생략한다.
이상과 같은 본 발명은 이종접합 바이폴라 트랜지스터를 자기정렬을 하는데 있어서 공정의 여유도를 개선하고, 외부의 기생저항 및 커패시턴스를 줄임으로써 이종접합 바이폴라 트랜지스터 소자의 고속특성 및 소자 제작공정의 신뢰성을 향상시키는 효과가 있다.
Claims (6)
- 반절연성 화합물 반도체 기판위에 완충층, 컬렉터층, 부컬렉터층, 베이스층, 에미터층, 에미터 캡층이 순차로 성장된 이종접합 구조의 에피 웨이퍼 상에 제1 및 제2에미터 전극금속을 순차적으로 증착시키는 제1공정과, 상기 제2에미터 금속전극이 리프트오프 방법에 의해 형성된 제2에미터 전극을 마스크로 하여 제1에미터 전극을 정의하는 중에 상기 에미터 캡층이 노출되도록 과식각을 하여 상기 제2에미터 전극 아래로 측방향 침식이 발생하도록 유도하는 제2공정과, 상기 제1 및 제2에미터 전극을 포함하여 기판 전면에 유전체 절연막을 도포한 후, 이방성 식각을 하여 상기 제1 및 제2에미터 전극 주변을 둘러싸는 측벽 절연막을 형성하는 제3공정과, 상기 형성된 제1 및 제2에미터 전극 및 측벽 절연막을 마스크로 하여 베이스층 표면까지 메사식각을 하여 베이스 전극을 증착시키는 제4공정으로 이루어져, 에미터와 베이스의 효율적인 자기정렬을 형성하는 것을 특징으로 하는 이종접합 바이폴라 트랜지스터의 제조방법.
- 제1항에 있어서, 상기 제1에미터 전극은 고온 안정성 및 오믹접촉 특성이 우수하고, 측방향 식각의 제어가 가능한 텅스텐(W), 텅스텐 실리사이드(WSi), 텅스텐 질화막(WN)로 형성되는 것을 특징으로 하는 이종접합 바이폴라 트랜지스터의 제조방법.
- 제1항에 있어서, 상기 제1에미터 전극은 상기 제2에미터 전극을 마스크로 하여 정의할때 제1에미터 전극의 측면 식각이 발생하면서 노출되는 기판표면에 대한 물리적 손상이 적도록 등방성의 플라즈마 식각방법을 이용하는 것을 특징으로 하는 이종접합 바이폴라 트랜지스터의 제조방법.
- 제1항에 있어서, 상기 제2에미터 전극은 리프트 오프 방법에 의해 형성하는 것을 특징으로 하는 이종접합 바이폴라 트랜지스터의 제조방법.
- 제1항에 있어서, 상기 측벽 절연막은 아르곤(Ar) 혹은 프레온계(CF-) 플라즈마를 이용하여 이방성이 강한 이온 밀링이나 반응성 이온 식각방법에 의해 형성하는 것을 특징으로 하는 이종접합 바이폴라 트랜지스터의 제조방법.
- 제1항에 있어서, 상기 측벽 절연막은 상기 제2에미터 전극의 수직적 형상에 의존하지 않고 제2에미터 전극과 제1에미터 전극사이의 돌출부를 이용하여 형성하는 것을 특징으로 하는 이종접합 바이폴라 트랜지스터의 제조방법.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1019960015260A KR100216521B1 (ko) | 1996-05-09 | 1996-05-09 | 이종 접합 바이폴라 트랜지스터의 제조방법 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1019960015260A KR100216521B1 (ko) | 1996-05-09 | 1996-05-09 | 이종 접합 바이폴라 트랜지스터의 제조방법 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR970077354A KR970077354A (ko) | 1997-12-12 |
| KR100216521B1 true KR100216521B1 (ko) | 1999-08-16 |
Family
ID=19458186
Family Applications (1)
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Country Status (1)
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| KR (1) | KR100216521B1 (ko) |
-
1996
- 1996-05-09 KR KR1019960015260A patent/KR100216521B1/ko not_active IP Right Cessation
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR970077354A (ko) | 1997-12-12 |
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