KR100299665B1 - 이종접합쌍극자트랜지스터의오믹접촉형성방법 - Google Patents
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Abstract
이종접합 쌍극자 트랜지스터(HBT)의 제작에 있어서, 소자성능에 결정적인 영향을 미치는 오믹접촉을 효율적으로 형성시킬 수 있는 개선된 오믹 접촉 형성방법이 개시된다. 본 발명은 반절연성 화합물 반도체 기판상에 HBT 에피기판을 제작하는 제1 과정과, HBT를 제작하는 중에 오믹 접촉 형성을 위해 에미터, 베이스, 컬렉터 영역을 각각 정의하는 제2 과정과, 상기 공정을 통하여 정의된 에미터, 베이스, 컬렉터 영역 상에 다층 구조의 오믹 접촉 전극을 동시에 형성하는 제3 과정, 및 소자간 분리를 하고, 유전체 절연막과 패드를 형성시키는 제4 과정을 구비함으로써, 화합물반도체로 이루어지는 HBT의 제작시에 고온에서도 낮은 저항의 안정된 특성을 갖는 새로운 구성의 오믹전극을 에미터, 베이스, 컬렉터에 동시에 형성시켜 공정 효율을 향상시키고 이에 따라 제작단가의 절감 및 응용회로의 성능 향상을 도모한다.
Description
본 발명에서는 화합물반도체로 이루어지는 HBT의 제작시에 고온에서도 낮은 저항의 안정된 특성을 갖는 새로운 구성의 오믹전극을 에미터, 베이스, 컬렉터에 동시에 형성시켜 공정 효율을 향상시키고 이에 따라 제작단가의 절감 및 응용회로의 성능 향상을 도모하고자 하였다.
본 발명은 상이한 에너지 대역을 갖는 이종접합(heterojunction) 구조의 화합물반도체로 이루어지는 쌍극자 트랜지스터의 제작방법에 관한 것으로서, 특히 소자성능에 결정적인 영향을 미치는 오믹접촉을 효율적으로 형성시킬 수 있는 오믹 접촉 형성방법에 관한 것이다.
정보통신 서비스가 고도화됨에 따라 이를 수용하기 위한 통신 시스템도 급속히 발전함에 따라 단말장치에 요구되는 소자의 초 고속화 및 초 고주파화는 필수적이라 할 수 있다. 실리콘 바이폴라 트랜지스터, MESFET (metal semiconductor field effect transistor), HEMT (high electron mobility transistor), HBT(heterojunction bipolar transistor) 등 여러가지 초고속 전자소자 중에서 HBT는 고속 특성뿐만 아니라 대전류 구동능력, 높은 파괴전압 및 균일한 동작전압 등의 장점을 갖고 있기 때문에 통신용 핵심 소자로서 많은 주목을 받고 있다.
이러한 HBT 소자는 기본적으로 에미터, 베이스, 컬렉터 오믹접촉 특성과 이종접합 사이의 용량(capacitance)에 의해 그 성능이 좌우되므로 우수한 특성을 갖는 오믹접촉의 제작방법을 개발하는 일은 매우 중요하다.
금속/반도체 접합시 계면에 에너지 장벽이 없으면 소자의 전류-전압 (I-V) 특성이 직선적으로 비례하는 오믹접촉을 형성한다. 그러나, 대부분의 금속이 반도체와 접합될 때 0.6 eV이상의 에너지 장벽을 갖는 쇼트키(Schottky) 접촉을 형성한다. 따라서, 반도체에 오믹접촉을 형성하기 위해서는 반도체와 금속 계면에 낮은 에너지 장벽을 갖는 새로운 반도체 재료를 삽입시켜 장벽높이를 낮추거나, 반도체에 도핑농도를 증가시켜 에너지 장벽의 두께를 얇게함으로써 운반자가 터널링할 수 있도록 하여야 한다.
화합물반도체 소자의 성능에 있는 중요한 영향을 미치는 오믹 접촉은 1960년대에 금-게르마늄(Au-Ge)계가 처음으로 제안되면서 근래에 이르기까지 다양한 연구가 활발히 진행되어 왔다. 갈륨비소(GaAs)에 대한 오믹 접촉으로 집중적인 연구가 진행된 Au-Ge계는 공정(eutectic) 조성(88wt%Au-12wt%Ge)을 갖는 합금박막을 고진공 속에서 증착시키고 열처리를 통해 오믹 접촉을 형성하는 방법이며, 성능을 향상시키고자 니켈(Ni), 팔라듐(Pd)과 같은 준귀금속을 확산 방지층으로 삽입 후 합금화 열처리하는 방법이 개발되었다.
그러나, Au-Ge계는 열안정성이 떨어지고, 표면 및 금속-반도체 계면 형상이 불량하여 소자 집적도가 높은 GaAs 소자의 제조공정에 있어서 신뢰성 및 재현성 문제를 야기할 수 있다.
1980년대 중반부터 미국 IBM T.J.Watson 연구소를 중심으로 고온 오믹 접촉계에 대한 연구가 진행되어 텅스텐(W), 티타늄(Ti), 몰리브덴(Mo)과 같은 내열금속을 이용하여 고온 안정성을 향상시키고자 하였으며, 특히 고온 안정성을 저해하는 Au를 사용하지 않는 오믹 접촉을 개발하려는 연구가 진행중에 있다. '80년대 말부터 고상 재결정(solid state regrowth)에 의해 오믹 접촉을 형성하기 위한 연구가 미국의 California 주립대학을 중심으로, IBM, Bellcore 등에서 진행되어 왔다. 고상 재결정에 의한 오믹 접촉은 Au가 없는 오믹 접촉으로서, Pd, Ni 등과 함께 증착되는 Ge 또는 Si이 GaAs 표면의 Ga 자리에 1019cm-3이상으로 도핑됨으로써 터널링에 의한 오믹 접촉이 형성되는 방법과, Ge과 Si 대신 인듐(In)을 첨가하여 InxGayAs의 3원계 상이 형성됨에 의해 금속/반도체 간의 장벽 높이가 낮아져 오믹 접촉이 형성되는 두 가지 방법이 있다.
이러한, 고상 재결정에 의하여 형성된 오믹 접촉은 기생 저항이 작고 깊이방향 및 측면방향으로의 spiking이 매우 작으며, 오믹 접촉을 형성하기 위하여 반응하는 GaAs기판의 두께가 수백 Å 이내로 작다는 장점 때문에 HBT 및 HEMT 소자 제작 공정에 응용하고자 하는 연구가 진행중이다. 그러나 이러한 오믹접촉계의 안정화 온도범위는 대략 450oC 이내인 것으로 평가된다.
일반적으로, n형 에미터와 컬렉터에 사용되는 Au를 사용하지 않는 오믹접촉계에 대해 이제까지 발표된 주요한 특허 및 논문 검색 결과를 표 1과 표 2에 요약하였다.
| 특허 내용 | 출연기관 | 특허등록번호 |
| Au-Ge, Ni-Ge, Au-Ni-Ge, Mo-Ge, Al-Ge(10~100nm)/Pd, Pt, Cr, W, Mo, Ti 및 이의 silicide와 nitride(50~170nm)구조를 열처리하여 오믹접촉 형성. Step coverage가 좋음. | Vittesse Semicon Corp. | US5121174('92) |
| In/Pd 구조를 Pd:In의 atomic ratio 0.9~1.5까지 변화.700℃이하에서 열처리하여 오믹접촉 형성.400℃에서 수십시간 이상 안정. 또한, In대신 Si 또는 Ge (for n-type), Sn (for p-type)을 증착시켜 오믹접촉 형성. | Bell Comm. | US5045502('91) |
| Cu(122nm)/Ge(78nm) : 200~400℃/30minCu3Ge상 형성, 접촉저항 1Ωmm이하, Rs는 0.8Ω/sq. | 미상 | RD-329111('91) |
| Al(200nm)/Ni(30nm)/Ge(40nm) : 500℃/1~30minrc= 1.4×10-6Ωcm2. 일반적인 Au 접촉의 성능이 좋지않은 high energy radiation 환경에서 유용. | Mcdowell Co. | US4994892('91) |
| Ge/Pd : 500~600℃/3~20s300℃/100hr 이상 안정. | Sumitomo Elec. | EP-349790('90) |
| W/ M(Ni, Co, Pd, Mn, Ge)/InAs400℃/100hr 이상 안정. | 미상 | RD-309103('90) |
| W (or WSi, Ti, TiSi)/Ni/In (or Ni-In)/Ni : 700~1200℃.400℃에서 열안정성 지님. | IBM Corp. | EP-282781('88) |
| Ge-Ni alloy layer (32-64wt% Ge and the rest of Ni) :500℃/5min, H2분위기에서 열처리하여 오믹접촉 형성.열처리 후 Al deposition → 열안정성 향상 | Nippon Elec. | J54134558('79) |
특히 열적 안정성이 우수한 텅스텐계만 살펴보면,W/Ni/InAs, W/Ni/InAs/Ni, NiInW, Au/WSiN/(Au, Ge, Ni), MoGe(As)W, NiInW, W/Ni/In/Ni, WN/Ni, Au/Pt/Ti, W/Ti, W/Al, NiGe(Au)W, Au/WN/Ge/Ni, Au/WN/Ni/Ge/Ni, Au/WN/Ni/Ge, W-In-Si, Ni/Au/Ge/ZrB2, W/InAs/Ni, W/AuGeNi, W/AuZn, Au/Pt/Ti/WSiN/Au/Ge/Ni, Au/WN/AuGeNi, Au/W/Mo/Ge, MoGeInW, GeInW, NiSiW, Au/WSi2/Ge, Au/WSi/Ni/Ge, Au/WSi/Ge, Au/W60N40/Ge/Ni, W-In, Au/W/Pd/Ge, WInTe, TiWSix등이 연구된 바 있다.
| 오믹 금속 | 도핑 농도 | 접촉 저항 | 열안정성 |
| MoGeW | 1×1018cm-3 | 0.3 Ωmm | 400℃/100hr : 안정 |
| 4×1018cm-3 | 4×10-7Ωcm2 | 400℃/100hr : 안정 | |
| MoGeInW | 3.5×1013cm-2 | 0.5 Ωmm | 400℃/100hr : 안정 |
| GeInW | 3.5×1013cm-2 | 0.5 Ωmm | 400℃/100hr : 약간 변화 |
| NiInW | 3.5×1013cm-2 | 0.3 Ωmm | 400℃/180hr,450℃/18hr,500℃/2hr : 안정 |
| NiInW(Si) | 6.6×1013cm-2 | 0.1 Ωmm | 400℃/100hr : 안정 |
| NiInW(Ge) | 6.6×1013cm-2 | 0.3 Ωmm | 400℃/100hr : 안정 |
| Au/WSi2/Gw | 1×1016cm-3 | 5×10-5Ωcm2 | 350℃/200hr : 안정 |
| Au/W60N40/Ge/Ni | 1×1018cm-3 | 10-6Ωcm2 | 500℃/1hr : 안정 |
| Au/W/Pd/Ge | 1017cm-3 | mid-10-6Ωcm2 | |
| Au/W/Mo/Ge | 1017cm-3 | mid-10-6Ωcm2 | |
| W-In | 1018cm-3 | 3×10-6Ωcm2 | ~ 500℃ : 안정 |
| WInTe | 6×1013cm-2 | 5×10-6Ωcm2 | ~ 500℃ : 안정 |
| NiGe(Au)W | 1×1018cm-3 | 0.16 Ωmm | 400℃/20hr : 0.3Ωmm 까지 증가 |
| W/Ni/InAs | 3.5×1013cm-2 | 0.4 Ωmm | 400℃/100hr : ~ 500℃ : 안정 |
| W/Ni/InAs/Ni | 3.5×1013cm-2 | 0.4 Ωmm | 400℃/100hr : 안정 |
한편, 통상 p형 GaAs 베이스에 대한 오믹접촉으로서는 가장 흔히 쓰이는 AuZn, AuBe 외에 Ag/WN/Pt, Au/Cr, Au/Ti/TiN/Pt, Au/Mo/Ti, Au/Ag/Ti, W/Pd/In/Pd, W, Ti/W, Ti/WSi, Al-Sn-Ni, Al-Ni-Sn, Au/Pd 등이 사용되고 있으며, p형 InGaAs 베이스에 대한 오믹접촉으로서는 Pt/Ti, Pt/Pd, Pt, Pt/Ti, Au/Ti, Au/Pt/Ti, Au/Pt/Ti/W, Au/Pt/Ti, Ni/AuZn/Ni, Al/Ti/Ge/Pd, TiWN/Al/Zn/Ni, W, W(Zn), Ge/Pd, Au/LaB6/Au/Pd, AuGe/Pd, Au/ZrB2/Pt/Zn/Pt, Au/Cr 등이 발표된 바 있다.
이상에서 살펴본 바와 같이 화합물반도체에 대한 오믹접촉에 대한 연구가 30여년에 걸쳐 수 백건 이상 이루어져 왔지만, 본 발명에서와 같이 화합물반도체 HBT기판상에 Ti/WNx/WNx→0/W/Ti/Pt로 구성된 n형의 에미터 및 컬렉터 오믹 전극과 p형의 베이스 오믹전극이 동시에 구현되는 연구논문이나 특허는 발표된 적이 없다.
본 발명에서는 고성능 화합물반도체 이종접합 쌍극자 트랜지스터를 제작하는 방법에 있어서, 소자의 전기적 특성에 중대한 영향을 미치는 오믹 전극, 즉 에미터 전극, 베이스 전극, 컬렉터 전극을 고온에서의 내열 특성과 기판에 대한 접착성 및 낮은 저항 특성을 갖도록 금속재료를 구성하면서 또한 기존의 방법과는 달리 상기 세가지 오믹전극을 동시에 구현함으로써 제작공정의 효율을 향상시키고자 하였다.
도 1a 내지 1h 는 본 발명의 오믹 접촉 형성방법을 이용한 이종접합 쌍극자 트랜지스터의 제조방법을 순차적으로 도시한 공정단면도,
도 2a 내지 2c 는 종래기술에 따른 오믹 접촉 형성방법을 개략적으로 도시한 공정 단면도이다.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호 설명
1: 화합물반도체 기판 (Compound Semiconductor Substrate)
2: 완충층 (Buffer Layer) 3: 부컬렉터층 (Subcollector Layer)
4: 컬렉터층 (Collector Layer) 5: 베이스층 (Base Layer)
6: 에미터층 (Emitter Layer) 7: 에미터 캡층 (Emitter Cap Layer)
8: 티타늄(Ti) 금속층 (Titanium Metal Layer)
9: 질화텅스텐(WNx) 금속층 (Tungsten Nitride Metal Layer)
10: 경사구조(Compositionally Graded) 질화텅스텐(WNx→0) 금속층
11: 텅스텐 금속층 (Tungsten Metal Layer)
12: 백금(Pt) 금속층 (Platinum Metal Layer)
13: 에미터 전극 금속 (Emitter Metal Electrode)
14: 베이스 전극 금속 (Base Metal Electrode)
15: 컬렉터 전극 금속 (Collector Metal Electrode)
16: 소자 분리영역 (Isolation Area)
17: 유전성 절연막 (Dielectric Insulator)
18: 금(Au) 금속층 (Gold Metal Layer)
19: 패드 전극 (Pad Electrode)
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 HBT의 오믹 접촉 형성방법은, 반절연성 화합물 반도체 기판상에 HBT 에피기판을 제작하는 제1 과정과, HBT를 제작하는 중에 오믹 접촉 형성을 위해 에미터, 베이스, 컬렉터 영역을 각각 정의하는 제2 과정과, 상기 공정을 통하여 정의된 고농도로 불순물이 도핑된 n형 에미터, p형 베이스, n형 컬렉터의 화합물 반도체 상에 Ti/WNx/WNx->0/W의 다층구조 오믹접촉 전극을 동시에 형성시키는 제 3 단계 및 소자간 분리를 하고, 유전체 절연막과 패드를 형성시키는 제4 과정을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
바람직하게, 상기 다층 구조의 오믹 접촉 전극을 동시에 형성하기 위한 제3 과정은, 결과물 전면에 텅스텐계 4중층을 반응성 스퍼터링 방법을 이용하여 연속적으로 증착하는 제1 공정, 결과물 전면에 티타늄과 백금으로 이루어진 이중층(Ti/Pt) 금속을 베이스, 에미터 및 컬렉터 영역상에 선택적으로 형성하는 제2 공정; 및 상기 이중층을 식각 마스크로 이용하여 상기 텅스턴계 4중층을 식각하는 제3 공정을 포함하여 6층 구조의 오믹 전극을 동시에 형성함을 특징으로 한다.
보다 바람직하게, 상기 텅스턴계 4중층은, 상기 기판과의 접착성 향상을 위해 기판으로부터 제1층에 티타늄(Ti) 금속을, 내열성 향상 및 기판에 대한 응력(stress)을 감소시키기 위해 제2층에 질화텅스텐(WNx) 금속을, 제3층 금속으로서 전기적 저항이 매우 낮은 질소의 조성경사를 갖는 질화텅스텐(WNx→0) 금속을, 제4층에 텅스텐(W) 금속을 사용함으로써, 높은 기판 접착성, 낮은 전기 저항, 고온 안정성을 구현하도록 한 것을 특징으로 한다.
보다 바람직하게, 상기 제3 공정의 식각 단계는, 화합물반도체 기판 손상을 최소화할 수 있도록 화합물반도체와의 식각 선택비가 큰 CF4, C2F6, SF6, NF3, CHF3등의 조합으로 이루어진 개스 플라즈마를 사용함을 특징으로 한다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명한다.
먼저, 종래의 HBT 제작시 주로 사용되던 대표적인 오믹 접촉 형성방법을 도 2의 a 내지 c를 참조하여 개략적으로 살펴보면 다음에 같다.
도 2a는 HBT 에피택셜 기판상에 AuGe계나 내열성 합금계 금속을 에미터 전극(13)으로서 형성시킨 것을 나타내며, 도 2b는 에미터 캡층(7)과 에미터층(6)을 메사 식각하여 베이스층(5) 상에 형성된 에미터 전극과 상이한 재질의 베이스 오믹 전극(14)을 형성시키는 공정을 나타내며, 도 2c는 베이스층(5)과 컬렉터층(4)을 메사 식각하여 부컬렉터층(3) 상에 에미터 전극 및 베이스 전극과 상이한 재질로서 컬렉터 오믹전극(15)을 형성한 뒤 소자분리 영역(16)을 메사 식각하는 공정을 나타낸다.
상술한 바와 같이, 종래기술에 의한 HBT의 오믹 접촉 형성방법은 각각의 오믹 전극을 에미터, 베이스, 콜렉터를 정의하는 각각의 마스크를 사용한 각기 다른 공정을 통하여 형성함으로써, 공정이 복잡하고 재현성이 저하되는 문제점이 있다.
다음은, 본 발명에 의한 오믹 접촉 형성방법을 도 1a~1h의 공정 단면도를 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다. 용이한 설명을 위해, 종래기술과 대응되는 부분에 대해서는 동일한 참조부호를 부여하였으며, 그 설명은 약하기로 한다.
도 1a는 전기적으로 반절연성(semi-insulating)인 주기율표상의 Ⅲ-Ⅴ족, 즉 갈륨비소(GaAs)나 인듐인(InP) 등 화합물반도체 기판(1) 상에 이종접합 쌍극자 트랜지스터의 에피택셜 기판구조를 제작하는 단계를 나타낸다.
구체적으로, 반절연성 화합물반도체 기판(1)상에 완충층(2), 부컬렉터층(3), 컬렉터층(4), 베이스층(5), 에미터층(6), 및 에미터 캡층(7)을 에피택셜 성장방법을 이용하여 순차적으로 성장시킴으로써 본 발명에 이용되는 HBT 에피구조를 완성시킨다. 상술한 HBT 에피택셜 기판은 분자선 에피택시(MBE: molecular beam epitaxy), 유기금속 화학증착법 (MOCVD: metal-organic chemical beam epitaxy), 화학선 에피택시 (CBE: chemical beam epitaxy)등 다양한 에피 성장방법을 통해 제작될 수 있으며, 상기 완충층(2)은 반절연성 기판(1)으로부터의 격자 결함이나 오염 등을 방지하는 역할을 수행한다.
연이어, 도 1b에 도시한 바와 같이, 에미터 영역을 정의하기 위한 마스크를 사용한 습식(wet chemical) 메사식각(mesa etching) 방법에 의해, 상기 에미터 캡층(7)과 에미터층(6)을 식각하여 베이스층(5)의 표면이 노출되도록 한다.
도 1c는 소자의 베이스 영역을 정의하기 위한 마스크를 사용한 습식 메사식각 방법에 의해, 상기 부컬렉터층(3)의 표면이 노출되도록 베이스층(5)과 컬렉터층(4)을 패터닝하여 베이스 영역 및 컬렉터 영역을 동시에 한정한다.
도 1d 내지 1f는 본 발명의 특징을 살리기 위해 고안한 공정단계로서, 상기 공정을 통하여 정의된 에미터, 베이스, 컬렉터 영역의 전면에 오믹 전극을 동시에 형성하는 단계를 나타낸다.
구체적으로, 도 1d에 도시한 바와 같이, 기판으로부터 제1층에 티타늄(Ti) 금속층(8)을, 제2층에 질화텅스텐(WNx) 금속층(9)을, 제3층으로서 질소의 조성경사(compositionally graded)를 갖는 질화텅스텐(WNx→0) 금속층(10)을, 제4층으로서 텅스텐(W) 금속층(11)을 반응성 스퍼터링(sputtering) 방식을 이용하여 순차적으로 웨이퍼 전면에 증착한다.
이때, 오믹 전극의 제1층으로 사용된 상기 티타늄층(8)은 반도체 기판에 대한 오믹접촉의 고착성을 좋게 하기 위해, 대략 수 백 Å이내의 두께로 증착된다. 이러한 티타늄층(8) 상부에 증착되는 상기 질화텅스텐 금속층(9)은 내열성이 우수할 뿐만 아니라 순수 텅스텐에 비해 기판에 대한 응력(stress)이 작아 유리하며, 대략 1,000~1,500 Å 정도의 두께가 적절하다. 이어서, 질소의 조성이 제2층의 x로부터 제4층의 순수 텅스텐의 0까지 변화하는 경사구조를 갖는 질화텅스텐(WNx→0) 금속층(10)을 중간에 개재시킴으로써, 전기적 저항이 매우 낮은 최상층의 순수 텅스텐으로부터 전자의 이동이 원활하도록 도모하였다.
계속해서, 도 1e예 도시한 바와 같이, 또다른 티타늄 금속(8)과 백금 금속(12)을 리프트오프(lift-off) 방법으로 에미터, 베이스, 컬렉터 전극부분에 선택적으로 형성하고, 상기 티타늄/백금 금속층(8, 12)을 식각 마스크로 이용하고, CF4, C2F6, SF6, NF3, CHF3등의 조합으로 이루어진 개스 플라즈마로써 상기 텅스텐계 4중층(Ti/WNx/WNx→0/W)을 식각하게 되면, 도 1f에 도시된 바와 같이, Ti/WNx/WNx→0/W/Ti/Pt로 구성된 n형의 에미터 및 컬렉터 오믹 전극(13, 15)과 p형의 베이스 오믹전극(14)을 동시에 형성한다.
이때, 상기 개스 플라즈마는 화합물반도체 기판재료에 대한 식각 선택비가 크기 때문에 직류 바이어스가 50 볼트 정도를 넘지 않을 정도로 전원 및 공정압력을 조절시킴으로써, 기판에 대한 손상없이 고성능의 오믹접촉을 얻을 수 있다.
본 발명에 의한 오믹접촉은 통상적인 고성능 HBT에서는 각 활성영역 상에 높은 도핑농도를 유지함으로써, 부가적인 열처리 공정이 없이도 낮은 접촉저항을 얻을 수 있지만, 특수 목적에 따라 열처리가 필요한 경우에 약 500℃ 정도까지의 높은 온도에서 급속 열처리(RTA: rapid thermal alloying)를 할 경우에도 별다른 저항의 증가없이 10-6Ω-㎠ 이하의 접촉 비저항이 달성 가능하다.
이후, 도 1g를 참조하여, 상기 일반적인 방법에 따라 소자간의 전기적인 격리(isolation)를 위해 상기 부컬렉터층(3), 완충층(2) 및 기판(1)의 소정 부위를 메사 식각을 함으로써, 소자 분리영역(16)을 형성한다.
최종적으로, 실리콘질화막, 실리콘산화막, 폴리이미드(polyimide) 등의 유전성 절연막(17)을 결과물 전면에 도포하고, 배선금속이 연결될 부분만을 선택적으로 식각하여 제거한 후, 티타늄 층(8)과 금 층(18)으로 구성된 배선 금속을 형성하면, 도 1h에 도시한 바와 같은, 새로운 오믹접촉 제조방법을 채택한 이종접합 쌍극자 트랜지스터의 제작을 완료하게 된다.
본 발명은 그 정신 또는 주요한 특징으로부터 일탈하는 일 없이, 다른 여러가지 형태로 실시할 수 있다. 그 때문에, 전술한 실시예는 모든 점에서 단순한 예시에 지나지 않으며, 한정적으로 해석해서는 안된다.
화합물 반도체와 금속간의 오믹접촉은 에너지 장벽의 크기가 중요한 요소이다. 반도체 표면에 대량의 불순물을 주입하여 활성화 처리하거나 예를 들어 GaAs에 In을 일정량 첨가할 경우 역시 에너지 장벽을 낮춰 오믹접촉에 유리한 상황을 만들 수 있다.
HBT 소자의 경우 n형이나 p형 모두 높은 농도로 불순물이 함입되어 있기 때문에 대부분의 내열성 금속(refraxtory metal)은 n형 혹은 p형 반도체에 관계없이 낮은 오믹접촉 저항의 달성이 가능하다.
고성능의 화합물반도체 HBT를 이용한 전력소자 및 각종 응용회로는 휴대폰을 비롯한 이동통신 분야뿐만 아니라 초고속 광대역 광통신시스템, 위성통신시스템 등 다양한 분야에 활발히 응용되고 있다.
이러한 높은 부가가치를 지닌 HBT 소자 및 회로의 제작시 주된 관심은 그 성능을 극대화시키면서도 가능한 안정되고 재현성있게 하는 것이라 할 수 있다. 특히, 고온에서의 신뢰성있는 성능 유지는 매우 중요하다.
이상 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면, HBT 소자의 성능 향상에 절대적인 역할을 하는 활성영역, 즉 에미터, 베이스, 컬렉터의 오믹전극을 저저항, 고내열성, 고접착성 등을 갖도록 함으로써 초고속 특성을 구현하는데 기술적적인 기여를 할 수 있고, 아울러 기존의 제작방법에 비해 공정 단계를 줄임으로써 제작단가의 절감이 가능한 경제적 효과를 갖는다.
Claims (7)
- 화합물반도체 이종접합 쌍극자 트랜지스터(Heterojunction Bipolar Transistor ; HBT)를 이용한 전력소자나 각종 고성능 MMIC를 제작하는 방법에 있어서, 반절연성 화합물 반도체 기판상에 HBT 에피기판을 제작하는 제1 단계와; HBT를 제작하는 중에 오믹 접촉 형성을 위해 에미터, 베이스, 컬렉터 영역을 각각 정의하는 제2 단계; 상기 공정을 통하여 정의된 고농도로 불순물이 도핑된 n형 에미터, p형 베이스, n형 컬렉터의 화합물 반도체 상에 ti/WNx/WNx->0/W의 다층구조 오믹접촉 전극을 동시에 형성시키는 제 3 단계 및; 소자간 분리를 하고, 유전체 절연막과 패드를 형성시키는 제4 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 화합물반도체 이종접합 쌍극자 트랜지스터의 오믹 접촉 형성방법.
- 제1항에 있어서, 상기 HBT 에피택셜 기판을 형성하는 제1 단계는, 반절연성 화합물 반도체 기판위에 기판으로부터의 오염이나 격자결함을 방지하기 위해 완충층을 성장하는 공정; 및 상기 완충층 상부에 부켈렉터층, 컬렉터층, 베이스층, 에미터층, 에미터 캡층을 에피택셜 성장방법을 이용하여 순차적으로 성장시키는 공정을 포함하여 이루어짐을 특징으로 하는 이종접합 쌍극자 트랜지스터의 오믹 접촉 형성방법.
- 제1항에 있어서, 상기 다층 구조의 오믹 접촉 전극을 동시에 형성하기 위한 제3 단계는, 결과물 전면에 텅스텐계 4중층을 반응성 스퍼터링 방법을 이용하여 연속적으로 증착하는 제1 공정; 결과물 전면에 티타늄과 백금으로 이루어진 이중층(Ti/Pt) 금속을 베이스, 에미터 및 컬렉터 영역상에 선택적으로 형성하는 제2 공정; 및 상기 이중층을 식각 마스크로 이용하여 상기 텅스텐계 4중층을 식각하는 제3 공정을 포함하여 6층 구조의 오믹 전극을 동시에 형성함을 특징으로 하는 이종접합 쌍극자 트랜지스터의 오믹접촉 형성방법.
- 제3항에 있어서, 상기 텅스텐계 4중층은, 상기 기판과의 접착성 향상을 위해 기판으로부터 제1층에 티타늄(Ti) 금속을, 내열성 향상 및 기판에 대한 응력(stress)을 감소시키기 위해 제2층에 질화텅스텐(WNx) 금속을, 제3층 금속으로서 전기적 저항이 매우 낮은 질소의 조성경사를 갖는 질화텅스텐(WNx→0) 금속을, 제4층에 텅스텐(W) 금속을 사용함으로써, 높은 기판 접착성, 낮은 전기 저항, 고온 안정성을 구현하도록 한 것을 특징으로 하는 이종접합 쌍극자 트랜지스터의 오믹 접촉 형성방법.
- 제4항에 있어서, 상기 제1층의 티타늄(Ti) 금속은 약 수 백 Å의 두께를, 상기 제2층의 질화텅스텐 금속은 대략 1000~1500Å 두께 범위를 갖는 것을 특징으로 하는 이종접합 쌍극자 트랜지스터의 오믹 접촉 형성방법.
- 제3항에 있어서, 상기 제3 공정의 식각 단계는, 화합물반도체 기판 손상을 최소화할 수 있도록 화합물반도체와의 식각 선택비가 큰 CF4, C2F6, SF6, NF3, CHF3등의 조합으로 이루어진 개스 플라즈마를 사용함을 특징으로 하는 이종접합 쌍극자 트랜지스터의 오믹 접촉 형성방법.
- 제1항에 있어서, 상기 오믹 접촉 전극을 동시에 형성하는 제3 단계후, 약500℃ 정도의 온도에서 급속 열처리(rapid thermal alloying; RTA)하는 공정을 더 부가함을 특징으로하는 이종접합 쌍극자 트랜지스터의 오믹 접촉형성방법.
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| KR1019970069556A KR100299665B1 (ko) | 1997-12-17 | 1997-12-17 | 이종접합쌍극자트랜지스터의오믹접촉형성방법 |
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| FPAY | Annual fee payment |
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