KR100257161B1 - Manufacturing method of heterojunction bipolar transistor - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 이종접합 바이폴라 트랜지스터의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 황산계열의 식각용액으로 에미터 접촉층을 언더-컷 되도록 식각하여 에미터 전극과 베이스 전극을 전기적으로 분리시킨 이종접합 바이폴라 트랜지스터의 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for manufacturing a heterojunction bipolar transistor, and more particularly, a heterojunction bipolar in which an emitter electrode and a base electrode are electrically separated by etching the emitter contact layer under-cut with an sulfuric acid-based etching solution. A method of manufacturing a transistor.
일반적으로 이종접합 바이폴라 트랜지스터(Heterojunction Bipolar Transistor : 이하, HBT)는 빠른 속도, 고출력, 고효율 및 선형성 등의 우수한 전기적 특성으로 인하여 고속 디지털 회로소자, 초고주파 전력소자 및 선형소자 등으로 각광받고 있다. 이러한 HBT 소자의 특징은 에미터-베이스 접합의 에너지 밴드 갭(energy band gap) 불연속성이 베이승에서 에미터로 주입되는 소수 캐리어를 억제하기 때문에 높은 베이스의 불순물 농도에도 불구하고 에미터 주입 효율을 고 레벨로 유지하는 것이 가능하다는 것이며, 이에 따라, 베이스 폭을 좁게하는 것과 내부 베이스 저항을 낮출수 있는 장점을 지니고 있다. 또한, 종래의 바이폴라 트랜지스터와 비교하여 볼 때, 트랜지스터의 전류 이득과 차단 주파수를 향상시킬 수 있다.BACKGROUND ART In general, heterojunction bipolar transistors (HBTs) have been spotlighted as high-speed digital circuit devices, ultra-high frequency power devices, and linear devices due to their excellent electrical characteristics such as high speed, high power, high efficiency, and linearity. The characteristic of this HBT device is that the energy band gap discontinuity of the emitter-base junction suppresses the minority carriers injected into the emitter at the base, resulting in high emitter implantation efficiency despite high base impurity concentrations. It is possible to maintain the level, which has the advantage of narrowing the base width and lowering the internal base resistance. In addition, compared with the conventional bipolar transistor, the current gain and the cutoff frequency of the transistor can be improved.
상기와 같은 HBT의 제조 방법을 제1도, 제2a도 및 제2b도를 참조하여 설명하면 다음과 같다.The manufacturing method of the HBT as described above will be described with reference to FIGS. 1, 2a, and 2b.
제1도을 참조하면, 통상의 분자선 에피택시법 또는 유기 금속 화합물을 이용하는 화학 기상 증착 방식으로 반절연 InP 기판(1) 상에 N+형의 InGaAs 서브 컬렉터층(2), N형의 InGaAs 컬렉터층(3), P+형의 InGaAs 베이스층(4), N형의 InP 에미터층(5) 및 N+형의 InGaAs 에미터 접촉층(6)을 순차적으로 성장시키고, N+형의 InGaAs 에미터 접촉층(6)상의 중앙에 리프트 오프(lift off) 방법으로 에미터 전극(7)을 형성한다.Referring to FIG. 1, an N + type
그런 다음, 도시되지는 않았지만, 에미터 금속(7)을 마스크로 하며, 식각용액으로서는, H3PO4, H2O2및 H2O로 이루어진 인산계열 식각용액을 사용하는 식각 공정을 통해 N형의 InP 에미터층(5)이 노출되도록 N+형의 InGaAs 에미터 접촉층(6)을 선택적으로 식각하고, 이어서, 노출된 InP 에미터층(5)을 HCl과 H3PO4로 이루어진 습식 식각용액으로 식각을 실시하여 P+InGaAs 베이스층(4)을 노출시킨다.Then, although not shown, the
그리고 나서, 통상의 HBT 제조 공정을 실시하여 HBT를 제조한다.Then, an ordinary HBT manufacturing process is performed to produce HBTs.
상기에서, 고성능의 HBT를 제조하기 위해서는 에미터 금속을 마스크로 하여 베이스 금속을 증착하는 자기정렬(Self-align) 공정이 필수적인데, 이러한 자기정렬 공정을 수행하기 위해서는 에미터 금속(7)과 이후에 형성될 베이스 금속이 전기적으로 분리되도록 해야하며, 이를 위해서 에미터 금속(7)을 식각 마스크로 하여 그 하부의 N+형의 InGaAs 에미터 접촉층(6)을 식각할 때, N+형의 InGaAs 에미터 접촉층(6)에 약 0.2㎛ 정도의 언더-컷이 발생되도록 하는 것이 요구된다.In the above, a self-aligning process of depositing a base metal using an emitter metal as a mask is essential for manufacturing a high-performance HBT. To perform the self-aligning process, the
따라서, 종래에는 N+형의 InGaAs 에미터 접촉층(6)에 약 0.2㎛ 정도의 언더-컷을 확보하기 위하여 AlGaAs/GaAs HBT 소자일 경우는 GaAs 에미터층을 반응이온에칭(Reactive Ion Etching: 이하 RIE) 공정으로 소정의 언더-컷 현상을 발생시키지만, InP/InGaAs HBT 소자는 반응이온에칭 공정을 실시하더라도 N+형의 InGaAs 에미터 접촉층(6)의 식각 선택도가 낮기 때문에 언더-컷을 확보하기가 곤란하다. 따라서, 이러한 문제를 해결하기 위해 소정의 인산계열 식각용액을 이용한 습식식각 공정을 통해 N+형의 InGaAs 에미터 접촉층(6)에 언더-컷이 발생되도록 하고 있다.Accordingly, in the case of AlGaAs / GaAs HBT devices, GaAs emitter layers are reactively ion-etched (hereinafter referred to as Reactive Ion Etching) to secure under-cuts of about 0.2 μm in the N + type InGaAs
그러나, 상기와 같이 종래 기술은 인산계열 식각용액을 사용하여 N+형의 InGaAs 에미터 접촉층을 식각하게 되면, 제2a도에 도시된 바와 같이, N+형의 InGaAs 에미터 접촉층의 결정방향이 [011]인 단면은 역방향 식각이 일어남으로써 원하는 정도의 언더-컷을 확보할 수 있지만, 제2b도에 도시된 바와 같이, [011] 결정 방향으로는 순방향으로 식각이 일어남으로써 언더-컷을 확보하기가 어려우며, 이에 따라, 후속의 베이스 금속이 증착시 에미터 금속과 베이스 금속이 전기적으로 분리되지 않음으로써 HBT 의 제작이 불가능한 문제점이 있었다.However, as described above, when the N + type InGaAs emitter contact layer is etched using a phosphate-based etching solution, the crystal direction of the N + type InGaAs emitter contact layer is shown in FIG. This cross section can secure the desired degree of under-cut by reverse etching, but as shown in FIG. 2B, the under-cut is generated by etching in the forward direction in the crystal direction. It is difficult to secure, and accordingly, there is a problem that the production of HBT is impossible because the emitter metal and the base metal are not electrically separated during subsequent base metal deposition.
또한, N+형의 InGaAs 에미터 접촉층(6)의결정방향에서도 언더-컷이 발생되도록 과도 식각을 실시할 경우, [011] 결정방향 단면이 지나치게 식각됨으로써 에미터 금속과 베이스 금속이 멀리 떨어지게 되어 베이스 저항이 증가함은 물론 이로 인하여 소자의 성능이 저하되는 문제점이 있었다.In addition, the N + type InGaAs
따라서, 본 발명은 황산계열의 식각 용액을 사용하여 N+형의 InGaAs 에미터 접촉층을 식각한 후, HCl 및 H3PO4로 이루어진 식각용액으로 N형의 InP 에미터층을 식각함으로써 N+형의 InGaAs 에미터 접촉층의 [011] 결정방향 뿐만 아니라,방향으로도 소정 길이의 언더-컷을 확보하여 상기와 같은 문제점을 해결할 수 있는 이종접합 바이폴라 트랜지스터 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.Thus, the N + type by the present invention, etching the InP emitter layer of the N type to then use an etching solution of sulfuric acid series etching the InGaAs emitter contact layer of N + type, an etch consisting of HCl and H 3 PO 4 solution In addition to the crystallographic direction of the InGaAs emitter contact layer of An object of the present invention is to provide a heterojunction bipolar transistor manufacturing method capable of solving the above problems by securing an under-cut of a predetermined length in the direction.
제1도는 종래 기술에 따른 이종접합 바이폴라 트랜지스터의 제조 방법을 설명하기 위한 도면.1 is a view for explaining a method for manufacturing a heterojunction bipolar transistor according to the prior art.
제2a도는 N+형 InGaAs 에미터 접촉층을 식각한 후 [011] 결정방향의 단면상태를 나타낸 도면.Figure 2a is a view showing a cross-sectional state in the crystal direction after etching the N + type InGaAs emitter contact layer.
제2b도는 N+형 InGaAs 에미터 접촉층을 식각한 후 @2 결정방향의 단면상태를 나타낸 도면.Figure 2b is a view showing the cross-sectional state in the @ 2 crystal direction after etching the N + type InGaAs emitter contact layer.
제3도 내지 제5도는 본 발명에 따른 이종접합 바이폴라 트랜지스터의 제조 방법을 설명하기 위한 도면.3 to 5 are views for explaining a method for manufacturing a heterojunction bipolar transistor according to the present invention.
제6도 및 제7도는 N+형 InGaAs 에미터 접촉층을 본 발명에 따른 황산계열의 식각용액을 사용하여 약 60초 동안 식각한 후의 상태를 나타낸 SEM 사진으로서, 제6도는 [011] 결정방향의 단면이고, 제7도는결정방향의 단면이다.6 and 7 are SEM photographs showing the state after the N + type InGaAs emitter contact layer was etched for about 60 seconds using the sulfuric acid-based etching solution according to the present invention, and FIG. Is a cross-section of Figure 7, Cross section in the crystal direction.
제8도는 N+형 InGaAs 에미터 접촉층 상에 [011] 방향으로 에미터 전극을 형성한 것을 타나낸 도면.8 is a view showing that an emitter electrode is formed in an [011] direction on an N + type InGaAs emitter contact layer.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for main parts of the drawings
1 : InP 기판 2 : N+형의 InGaAs 서브 컬렉터층1: InP substrate 2: InGaAs sub collector layer of N + type
3 : N형의 InGaAs 컬렉터층 4 : P+InGaAs 베이스층3: N-type InGaAs collector layer 4: P + InGaAs base layer
5 : N형의 InP 에미터층 6 : N+형의 InGaAs 에미터 접촉층5: N-type InP emitter layer 6: N + -type InGaAs emitter contact layer
7 : 에미터 금속 8 : 베이스 금속7: emitter metal 8: base metal
상기와 같은 목적은, InP 기판 상에 N+형의 InGaAs 서브 컬렉터층, N형의 InGaAs 컬렉터층, P+형의 InGaAs 베이스층, N형의 InP 에미터층 및 N+형의 InGaAs 에미터 접촉층을 순차적으로 성장시키는 공정과, 상기 N+형의 InGaAs 에미터 접촉층 상에 에미터 금속을 형성하는 공정과, 상기 N형의 InP 에미터층이 노출 되도록 황산계열의 식각용액을 사용하여 상기 N+형의 InGaAs 에미터 접촉층을 식각하는 공정, 및 상기 P+형의 InGaAs 베이스층이 노출되도록 인산계열의 식각용액을 사용하여 상기 노출된 N형의 InP 에미터층을 식각하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 본 발명에 따른 이종접합 바이폴라 트랜지스터 제조 방법에 의하여 달성된다.Purposes as described above, InP layer-substrate in the N + type InGaAs subcollector, an N-type InGaAs collector layer, a P + type InGaAs base layer, an N-type InP emitter layer and the N + type InGaAs emitter contact layer by the use of the etching solution of the step, a step, a sulfuric acid series such that InP emitter layer is exposed on the N-type to form an emitter metal on the contact InGaAs emitter of said N + type layer grown in sequence the N + Etching the InGaAs emitter contact layer of a type, and etching the exposed N-type InP emitter layer using a phosphate-based etching solution to expose the P + type InGaAs base layer. It is achieved by the heterojunction bipolar transistor manufacturing method according to the present invention.
본 발명에 의하면, 황산계열의 식각용액을 사용하여 N+형의 InGaAs 에미터 접촉층을 식각한 후, 인산계열의 식각용액으로 N형의 InP 에미터층을 식각함으로써, N+형의 InGaAs 에미터 접촉층의 결정방향에 상관없이 소정 길이의 언더-컷을 확보할 수 있다.According to the present invention, an N + type InGaAs emitter contact layer is etched using a sulfuric acid type etching solution, and then an N type InP emitter layer is etched with an phosphate type etching solution to form an N + type InGaAs emitter. An under-cut of a predetermined length can be secured regardless of the crystallization direction of the contact layer.
[실시예]EXAMPLE
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명하기로 한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
먼저, 제3도에 도시된 바와 같이, 통상의 방법으로 InP 기판(11) 상부에 N+형의 InGaAs 서브 컬렉터층(12), N형의 InGaAs 컬렉터층(13), P+형의 InGaAs 베이스층(14), N형의 InP 에미터층(15) 및 N+형의 InGaAs 에미터 접촉층(16)을 순차적으로 성장시키고, N+형의 InGaAs 에미터 접촉층(16)상에 리프트 오프 방법으로 에미터 금속(17)을 형성한다. 여기서, N형의 InP 에미터층(15) 및 N+형의 InGaAs 에미터 접촉층(16)은 후속의 자기정렬 공정을 용이하게 하기 위하여 각각 1,000 내지 1,500Å 두께로 성장시키며, 제8도에 도시된 바와 같이, 에미터 금속(17)은 N+형의 InGaAs 에미터 접촉층(16) 상에 [011] 방향으로 형성한다.First, as shown in FIG. 3, the N + type
그런 다음, 제4도 및 제5도에 도시된 바와 같이, 소정의 식각용액을 사용하여 N+형의 InGaAs 에미터 접촉층(16)을 식각한다.Then, as shown in FIGS. 4 and 5, the N + type InGaAs
먼저, N형의 InP 에미터층(15)이 노출되도록 에미터 금속(17)을 마스크로 하여 N+형의 InGaAs 에미터 접촉층(16)을 식각한다. 이때, 식각용액으로서는 H2SO4: H2O2: H2O = 1 : 8 : 160인 황산계열의 식각용액을 사용하며, 식각시간은 통상의 InGaAs 두께 식각시간의 1.3 내지 1.5배 정도로 한다. 이 결과, 황산 계열의 용액을 사용하여 식각공정을 수행한 결과 N+형의 InGaAs 에미터 접촉층(16)층은 [011] 결정방향으로 역방향 식각이 일어남으로써 약 0.2㎛ 정도의 언더-컷이 발생되고,결정방향으로는 순방향 식각이 일어나 약 0.1㎛ 정도의 언더-컷이 발생된다.First, the N + type InGaAs
이어서, HCl : H3PO4= 1 : 4인 인산계열의 식각용액을 사용하여 노출된 N형의 InP 에미터층(15)을 통상의 InP 두께의 식각시간 보다 1.1 내지 1.3배 정도로 크게 하여 식각한다. 이 결과, N형의 InP 에미터층(15)의 [011] 결정방향의 단면은 수직으로 식각되어 약 0.2㎛ 정도의 언더-컷이 유지되고,결정방향의 단면은 순방향 식각이 일어나 약 0.05㎛의 언더-컷을 확보할 수 있다.Subsequently, the N-type
계속해서, 포토리소그라피, 금속증착 및 리프트 오프 방법을 이용하여 에미터 금속(17)의 상부 및 노출된 P+형의 InGaAs층 상에 자기정렬 공정으로 베이스 금속(18)을 형성한다. 이때, 베이스 금속(18)의 두께는 자기정렬 공정을 실시하기에 용이함은 물론 소자의 특성 등을 고려하여 1,500 내지 2,000Å 두께로 한다.Subsequently, the
여기서, 제4도는 상기 공정이 완료된 소자의 [011] 결정방향의 단면이고, 제5도는 [011]결정방향의 단면을 보여주는 도면이다.FIG. 4 is a cross-sectional view of the crystal direction of the device in which the process is completed, and FIG. 5 is a cross-sectional view of the crystal direction.
제6도 및 제7도는 본발명에 따른 N+형의 InGaAs 에미터 접촉층을 황산계열의 식각용액을 사용하여 약 60초 동안 식각한 후의 상태를 나타낸 SEM 사진으로, H2SO4: H2O2: H2O = 1: 8 : 160 인 황산계열의 식각용액을 사용하여 N+형의 InGaAs 에미터 접촉층을 식각할 경우, 제6도에 나타낸 바와같이, [011] 결정방향의 단면은 약 0.2㎛ 정도의 언더-컷이 발생되며, 제7도에 나타낸 바와 같이,방향의 단면은 약 0.1㎛ 정도의 언더-컷이 발생된다.6 and 7 are SEM images of the N + type InGaAs emitter contact layer according to the present invention after etching for about 60 seconds using an sulfuric acid-based etching solution. H 2 SO 4 : H 2 When etching the N + type InGaAs emitter contact layer using a sulfuric acid etching solution of O 2 : H 2 O = 1: 8: 160, as shown in FIG. Undercut of about 0.2 μm occurs, and as shown in FIG. The cross section in the direction produces an under-cut of about 0.1 mu m.
따라서, N+형의 InGaAs 에미터 접촉층(16)을 본 발명에 따른 황산계열의 식각용액을 사용하여 식각하게 되면, 그 결정방향에 상관없이 N+형의 InGaAs 에미터 접촉층(16) 및 N형의 에미터층에서 소정 길이의 언더-컷을 얻을 수 있으며, 이에 따라, 고성능의 HBT를 제조할 수 있다.Therefore, when the InGaAs
이상에서 전술된 바와 같이, 본 발명은 황산계열의 식각용액을 사용하여, N+형의 InGaAs 에미터 접촉층을 식각한 후, 인산계열의 식각용액으로 N형의 InP 에미터층을 식각함으로써, N형의 InP 에미터층 및 N+형의 InGaAs 에미터 접촉층의 결정방향에 상관없이 언더-컷을 0.2㎛ 이내로 유지함으로써, 고성능의 이종접합 바이폴라 트랜지스터를 제조할 수 있다. 또한, 산도가 낮은 습식 식각용액을 사용하여 에미터 금속이 받게되는 스트레스를 최소화함으로써 에미터 금속의 필-업(fill-up)현상을 억제하여 공정 수율 및 소자의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.As described above, the present invention, by etching the N + type InGaAs emitter contact layer using a sulfuric acid-based etching solution, by etching the N-type InP emitter layer with a phosphoric acid-based etching solution, N A high performance heterojunction bipolar transistor can be manufactured by keeping the under-cut within 0.2 µm regardless of the crystal directions of the InP emitter layer of the type and the InGaAs emitter contact layer of the N + type. In addition, by using a low acid wet etching solution to minimize the stress to the emitter metal to reduce the fill-up phenomenon of the emitter metal can improve the process yield and device reliability.
한편, 여기에서는 본 발명의 특정 실시예에 대하여 설명하고 도시하였지만, 당업자에 의하여 이에 대한 수정과 변형을 할 수 있다. 따라서, 이하, 특허청구의 범위는 본 발명의 진정한 사상과 범위에 속하는 한 모든 수정과 변형을 포함하는 것으로 이해할 수 있다.Meanwhile, although specific embodiments of the present invention have been described and illustrated, modifications and variations can be made by those skilled in the art. Accordingly, the following claims are to be understood as including all modifications and variations as long as they fall within the true spirit and scope of the present invention.
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KR (1) | KR100257161B1 (en) |
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1997
- 1997-03-07 KR KR1019970007632A patent/KR100257161B1/en not_active IP Right Cessation
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KR19980072700A (en) | 1998-11-05 |
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