KR100612189B1 - Schottky barrier diode and method of fabricating the same - Google Patents
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Abstract
종래, 메사 에칭이나 두꺼운 폴리이미드층 등이 있기 때문에, 칩의 소형화가 실현되지 않고, 전극간의 거리가 있어 특성을 향상시킬 수 없었다. 또한, 제조 방법으로는 쇼트키 접합 부분의 에칭 컨트롤이 곤란하였다. Conventionally, since there are mesa etching, a thick polyimide layer, and the like, miniaturization of the chip is not realized, and there is a distance between electrodes and the characteristics cannot be improved. Moreover, the etching control of the Schottky junction part was difficult by the manufacturing method.
기판 표면에 n+형 이온 주입 영역을 형성함에 의해, 메사 및 폴리이미드층을 형성할 필요가 없어져, 화합물 반도체의 플래너형 쇼트키 배리어 다이오드를 실현할 수 있다. 전극간 거리를 좁힐 수 있으므로 칩의 축소가 실현되고, 고주파 특성도 향상된다. 또한, 쇼트키 접합 영역 형성시에는 GaAs를 에칭하지 않으므로, 재현성이 좋은 쇼트키 배리어 다이오드를 제조할 수 있다. By forming the n + type ion implantation region on the substrate surface, it is not necessary to form the mesa and the polyimide layer, and the planar Schottky barrier diode of the compound semiconductor can be realized. Since the distance between electrodes can be shortened, chip reduction is realized and high frequency characteristics are also improved. In addition, since GaAs is not etched when the Schottky junction region is formed, a Schottky barrier diode with good reproducibility can be manufactured.
쇼트키 배리어 다이오드, 화합물 반도체, 고주파 특성, 쇼트키 접합 부분Schottky barrier diode, compound semiconductor, high frequency characteristics, schottky junction
Description
도 1은 본 발명의 반도체 장치를 설명하기 위한 단면도.1 is a cross-sectional view illustrating a semiconductor device of the present invention.
도 2는 본 발명의 반도체 장치를 설명하기 위한 상면도. 2 is a top view for explaining the semiconductor device of the present invention.
도 3은 본 발명의 반도체 장치를 설명하기 위한 상면도. 3 is a top view for explaining the semiconductor device of the present invention.
도 4는 본 발명의 반도체 장치를 설명하기 위한 상면도. 4 is a top view for explaining the semiconductor device of the present invention.
도 5는 본 발명의 반도체 장치의 제조 방법을 설명하기 위한 단면도. 5 is a cross-sectional view illustrating a method of manufacturing a semiconductor device of the present invention.
도 6은 본 발명의 반도체 장치의 제조 방법을 설명하기 위한 단면도. 6 is a cross-sectional view illustrating a method of manufacturing a semiconductor device of the present invention.
도 7은 본 발명의 반도체 장치의 제조 방법을 설명하기 위한 단면도. 7 is a cross-sectional view illustrating a method of manufacturing a semiconductor device of the present invention.
도 8은 본 발명의 반도체 장치의 제조 방법을 설명하기 위한 단면도. 8 is a cross-sectional view illustrating a method of manufacturing a semiconductor device of the present invention.
도 9는 종래의 반도체 장치를 설명하기 위한 단면도. 9 is a cross-sectional view illustrating a conventional semiconductor device.
도 10은 종래의 반도체 장치를 설명하기 위한 상면도. 10 is a top view for explaining the conventional semiconductor device.
도 11은 종래의 반도체 장치의 제조 방법을 설명하기 위한 단면도. 11 is a cross-sectional view for explaining a method for manufacturing a conventional semiconductor device.
도 12는 종래의 반도체 장치의 제조 방법을 설명하기 위한 단면도. 12 is a cross-sectional view for explaining a method for manufacturing a conventional semiconductor device.
도 13은 종래의 반도체 장치의 제조 방법을 설명하기 위한 단면도. 13 is a cross-sectional view for explaining a method for manufacturing a conventional semiconductor device.
도 14는 종래의 반도체 장치의 제조 방법을 설명하기 위한 단면도. 14 is a cross-sectional view for explaining a method for manufacturing a conventional semiconductor device.
도 15는 종래의 반도체 장치의 제조 방법을 설명하기 위한 단면도. 15 is a cross-sectional view for explaining a method for manufacturing a conventional semiconductor device.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for the main parts of the drawings>
1 : 비도핑된 GaAs1: undoped GaAs
2 : n+형 GaAs2: n + type GaAs
3 : n형 GaAs3: n-type GaAs
5 : 질화막5: nitride film
6 : 절연화 영역6: insulation area
7 : 고농도 이온 주입 영역7: high concentration ion implantation zone
8 : 오믹 전극8: ohmic electrode
11 : 애노드 전극11: anode electrode
15 : 캐소드 전극15: cathode electrode
본 발명은 고주파 회로에 채용되는 화합물 반도체의 쇼트키 배리어 다이오드 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 특히 플래너 구조로 함으로써 동작 영역 및 칩 사이즈의 소형화를 실현한 화합물 반도체의 쇼트키 배리어 다이오드 및 그 제조 방법에 관한 것이다. BACKGROUND OF THE
세계적인 휴대 전화 시장의 확대와 더불어, 디지털 위성 방송 수신기용 등으로서의 수요가 높아짐에 따라 고주파 디바이스의 수요가 급증하고 있다. 그 소자 로는, 고주파를 취급하기 때문에 갈륨·비소(GaAs)를 이용한 전계 효과 트랜지스터를 사용하는 경우가 많아, 이에 따라 상기 스위치 회로 자체를 집적화한 모노리식 마이크로파 집적 회로(MMIC)나, 국부 발진용 FET의 개발이 진행되고 있다. With the expansion of the global mobile phone market and the demand for digital satellite broadcasting receivers and the like, the demand for high frequency devices is increasing rapidly. Since the device handles high frequency, a field effect transistor using gallium arsenide (GaAs) is often used. Thus, a monolithic microwave integrated circuit (MMIC) in which the switch circuit itself is integrated, or a local oscillation FET Development is underway.
또한, GaAs 쇼트키 배리어 다이오드도 기지국용 등으로 수요가 급증하고 있다. In addition, demand for GaAs Schottky barrier diodes is increasing rapidly for base stations.
도 9에는 종래의 쇼트키 배리어 다이오드의 동작 영역 부분의 단면도가 도시되어 있다. 9 is a cross-sectional view of an operating region portion of a conventional Schottky barrier diode.
n+형 GaAs 기판(21) 위에 n+형 에피택셜층(22)(5 ×1018 ㎝-3)을 6㎛ 정도 적층하고, 다시 동작층이 되는 n형 에피택셜층(23)(1.3 ×1017㎝-3)을 예를 들면 3500Å 정도 퇴적한다. on the n + type GaAs substrate (21), an n + epitaxial layer (22) (5 × 10 18 ㎝ -3) the degree of stacking, and the operation layer is a n-type
오믹 전극(28)이 되는 제1층째의 금속층은, n+형 에피택셜층(22)에 오믹 접합하는 AuGe/Ni/Au이다. 제2층째의 금속층은 Ti/Pt/Au이고, 이 제2층째 금속층의 패턴은 애노드측과 캐소드측의 2 종류가 있다. 애노드측에서는 n형 에피택셜층(23)과 쇼트키 접합을 형성한다. 이 쇼트키 접합 영역(31a)을 갖는 애노드측의 제2층째의 금속층을 이하 쇼트키 전극(31)이라고 칭한다. 쇼트키 전극(31)은 애노드 본딩 패드를 형성하는 제3층째의 Au 도금층의 기초 전극으로도 되어 쌍방의 패턴은 완전히 중첩된다. 캐소드측의 제2층째의 금속층은 오믹 전극과 컨택트하고, 또한 캐소드 본딩 패드를 형성하는 제3층째의 Au 도금층의 기초 전극으로 되며, 애노드측과 마찬가지로 쌍방의 패턴은 완전히 중첩된다. 쇼트키 전 극(31)은, 그 패턴의 단(端)의 위치를 폴리이미드층의 상면에 배치할 필요가 있으므로, 쇼트키 접합 영역(31a) 주변에서 16㎛ 캐소드측에 오버랩시켜 패터닝한다. 쇼트키 접합부 이외의 기판은 캐소드 전위이며, 애노드 전극(34)과 캐소드 전위가 되는 GaAs가 교차하는 부분에서는, 절연을 위해 폴리이미드층(30)이 형성된다. 이 교차 부분의 면적은 1300㎛2 정도로 되어, 큰 기생 용량을 갖기 때문에, 그 이격 거리로서 6∼7㎛ 정도의 두께로 함으로써 기생 용량을 완화시킬 필요가 있다. 폴리이미드는 낮은 유전률과, 두껍게 형성할 수 있는 성질 때문에 층간 절연층으로서 채용된다. The metal layer of the 1st layer used as the
쇼트키 접합 영역(31a)은 10V 정도의 내압과 양호한 쇼트키 특성을 확보하기 위해 1.3 ×1017㎝-3 정도의 n형 에피택셜층(23) 위에 형성된다. 한편, 오믹 전극(28)은 취출 저항을 저감시키기 위해, 메사 에칭에 의해 노출된 n+형 에피택셜층(22)의 표면에 형성한다. 또한, n+형 에피택셜층(22)의 하층은 고농도의 GaAs 기판(21)으로 되어 있고, 이면 전극으로서 오믹 전극(28)인 AuGe/Ni/Au가 형성되고, 기판 이면으로부터의 취출되는 기종에도 대응이 가능하게 되어 있다. The Schottky
도 10에 종래의 화합물 반도체의 쇼트키 배리어 다이오드의 평면도를 도시한다. 10 is a plan view of a Schottky barrier diode of a conventional compound semiconductor.
칩의 거의 중앙에 n형 에피택셜층(23) 위에 쇼트키 접합 영역(31a)을 형성한다. 이 영역은 직경 약 10㎛의 원형이고, n형 에피택셜층(23)을 노출시킨 쇼트키 컨택트홀(29)에 제2층째의 금속층인 Ti/Pt/Au를 순차적으로 증착하여 형성한다. 원형의 쇼트키 접합 영역(31a)의 외주를 둘러싸고 제1층째의 금속층인 오믹 전극(28)이 형성된다. 오믹 전극(28)은 AuGe/Ni/Au를 순차적으로 증착한 것으로, 칩의 절반에 가까운 영역을 점유하여 형성된다. 또한, 전극의 취출을 위해 제2층째의 금속층을 오믹 전극(28)과 컨택트시켜, 기초 전극으로 한다. The Schottky
애노드측 및 캐소드측의 기초 전극은 제3층째가 되는 Au 도금층용으로 형성된다. 애노드측에서는 쇼트키 접합 영역(31a) 부분과 본딩에 필요 최소한의 영역에 형성하고, 캐소드측은 원형의 쇼트키 접합 영역(31a)의 외주를 둘러싼 형상으로 패터닝된다. 또한, 고주파 특성의 요인인 인덕터 성분을 낮추기 위해, 본딩 와이어를 많이 고착시킬 필요가 있으며, 그로 인해 칩의 약 절반을 차지하는 영역을 본딩 영역으로 하고 있다. The base electrode on the anode side and the cathode side is formed for the Au plating layer serving as the third layer. The anode side is formed in the portion of the Schottky
또한, 기초 전극과 중첩되도록 Au 도금층을 형성한다. 여기에, 스티치 본드에 의해 본딩 와이어가 고착되어, 전극이 취출된다. 애노드 본딩 패드부는 40 ×60㎛2이고, 캐소드 본딩 패드부는 240 ×70㎛2이다. 스티치 본드에 의한 접속에서는, 1회의 본딩에 의해 2개의 본딩 와이어를 접속할 수 있으므로, 본딩 면적이 작은 것이라도, 고주파 특성의 파라미터인 인덕터 성분을 작게 할 수 있고, 고주파 특성의 향상에 기여하고 있다. In addition, an Au plating layer is formed to overlap with the base electrode. Here, the bonding wire is fixed by the stitch bond, and the electrode is taken out. The anode bonding pad portion is 40 × 60 μm 2 , and the cathode bonding pad portion is 240 × 70 μm 2 . In connection by stitch bonding, since two bonding wires can be connected by one bonding, even if the bonding area is small, the inductor component which is a parameter of a high frequency characteristic can be made small, and it contributes to the improvement of a high frequency characteristic.
도 11부터 도 15에 종래의 쇼트키 배리어 다이오드의 제조 방법을 도시한다. 11 to 15 show a conventional Schottky barrier diode manufacturing method.
도 11에서는, 메사 에칭에 의해 n+형 에피택셜층(22)을 노출시키고, 제1층째 의 금속층을 부착시켜 오믹 전극(28)을 형성한다. In FIG. 11, the n +
즉, n+형 GaAs 기판(21)에 n+형 에피택셜층(22)(5 ×1018㎝-3)을 6㎛ 정도 퇴적하고, 그 위에 n형 에피택셜층(23)(1.3 ×1017㎝-3)을 3500Å정도 퇴적시킨다. 그 후 전면을 산화막(25)으로 피복하고, 예정의 오믹 전극(28) 위의 레지스트층을 선택적으로 창내기하는 포토 리소그래피 프로세스를 행한다. 그 후, 이 레지스트층을 마스크로 하여 예정의 오믹 전극(28) 부분의 산화막(25)을 에칭하고, 또한 n+형 에피택셜층(22)이 노출되도록 n형 에피택셜층(23)의 메사 에칭을 행한다. That is, n + type GaAs substrate in the n + epitaxial layer (22) (5 × 10 18 ㎝ -3) , and the degree of deposition, n-
그 후, 제1층째의 금속층인 AuGe/Ni/Au의 3층을 순차적으로 진공 증착하여 적층한다. 그 후, 레지스트층을 제거하고, 예정의 오믹 전극(28) 부분에 금속층을 남긴다. 이어서, 합금화 열 처리에 의해 n+형 에피택셜층(22)에 오믹 전극(28)을 형성한다. Thereafter, three layers of AuGe / Ni / Au, which are metal layers of the first layer, are sequentially deposited by vacuum deposition. Thereafter, the resist layer is removed, leaving a metal layer on the predetermined
도 12에서는 쇼트키 컨택트홀(29)을 형성한다. 새로운 레지스트층을 전면에 형성하고, 예정의 쇼트키 접합 영역(31a) 부분을 선택적으로 창내기하는 포토리소그래피 프로세스를 행한다. 노출된 산화막(25)을 에칭한 후, 레지스트를 제거하고, 예정의 쇼트키 접합 영역(31a) 부분의 n형 에피택셜층(23)이 노출된 쇼트키 컨택트홀(29)을 형성한다. In FIG. 12, a
도 13에서는 절연을 위한 폴리이미드층(30)을 형성한다. 전면에 폴리이미드를 수회에 걸쳐 코팅하여, 두꺼운 폴리이미드층(30)을 형성한다. 새로운 레지스트 층을 전면에 형성하고, 예정의 폴리이미드층(30) 부분이 남도록 선택적으로 창내기하는 포토리소그래피 프로세스를 행한다. 그 후, 노출된 폴리이미드를 웨트 에칭에 의해 제거한다. 그 후, 레지스트층을 제거하여 폴리이미드층(30)을 경화하여, 6∼7㎛의 두께로 한다. In FIG. 13, a
도 14에서는 쇼트키 컨택트홀(29) 내에 노출된 n형 에피택셜층(23)을 에칭하여, 쇼트키 접합 영역(31a)을 갖는 쇼트키 전극(31)을 형성한다. In Fig. 14, the n-
쇼트키 컨택트홀(29)의 주위의 산화막(25)을 마스크로 하여 n형 에피택셜층(23)을 에칭한다. 상술한 바와 같이, 컨택트홀(29)을 형성한 후, n형 에피택셜층(23)의 표면이 노출된 상태에서 폴리이미드층(30)이 형성된다. 쇼트키 접합은 청정한 GaAs 표면에 형성하는 것이 필수이며, 그 때문에 쇼트키 전극 형성 전에 n형 에피택셜층(23) 표면을 에칭한다. 또한, 동작층으로서 최적의 두께인 2500Å를 확보하기 위해, 온도 및 시간을 정밀하게 컨트롤하여 3500Å 정도의 두께로부터 2500Å가 되도록 웨트 에칭한다. The n-
그 후, Ti/Pt/Au를 순차적으로 진공 증착하고, n+형 에피택셜층(22)과의 쇼트키 접합 영역(31a)를 갖고, 애노드 전극의 기초 전극을 겸하는 쇼트키 전극(31) 및 캐소드 전극(35)용의 기초 전극을 형성한다. After that, Ti / Pt / Au is vacuum deposited sequentially, and the
도 15에서는 애노드 전극(34) 및 캐소드 전극(35)이 되는 Au 도금층을 형성한다. In FIG. 15, an Au plating layer serving as the anode electrode 34 and the
예정의 애노드 전극(34) 및 캐소드 전극(35) 부분의 기초 전극을 노출시켜 다른 레지스트층으로 피복한 후, 전해금 도금을 행한다. 그 때, 레지스트층이 마스크로 되고, 기초 전극이 노출된 부분만 Au 도금이 부착하여, 애노드 전극(34), 캐소드 전극(35)이 형성된다. 기초 전극은 전면에 형성되고, 레지스트 제거 후, Ar 플라즈마에 의한 이온밀링을 행하여, Au 도금이 실시되어 있지 않은 부분의 기초 전극을 절삭하여 애노드 및 캐소드 전극(34, 35)의 형상으로 패터닝한다. 그 때, Au 도금 부분도 다소 절삭되지만, 6㎛ 정도의 두께라면 문제없다. The base electrode of the predetermined anode electrode 34 and the
또한, 이면을 백랩핑 처리하여, AuGe/Ni/Au를 순차적으로 증착하고, 합금화 열 처리를 실시하여, 이면의 오믹 전극(28)을 형성한다. Further, the backside is back-laminated, AuGe / Ni / Au is sequentially deposited, and an alloying heat treatment is performed to form the
화합물 반도체 쇼트키 배리어 다이오드는 모든 공정이 완성되면, 조립을 행하는 후속 공정으로 이행된다. 웨이퍼 상의 반도체 칩은 다이싱되어, 개별 반도체 칩으로 분리되어, 프레임(도시하지 않음)에 이 반도체 칩을 고착시킨 후, 본딩 와이어로 반도체 칩의 애노드 및 캐소드 본딩 패드와 소정의 리드(도시하지 않음)를 접속한다. 본딩 와이어로는 금 세선을 이용하여, 주지된 스티치 본딩으로 접속된다. 그 후, 트랜스퍼 몰드되어 수지 패키지가 실시된다. When all the steps are completed, the compound semiconductor Schottky barrier diode proceeds to the subsequent step of performing assembly. The semiconductor chip on the wafer is diced, separated into individual semiconductor chips, and the semiconductor chip is fixed to a frame (not shown), and then the anode and cathode bonding pads of the semiconductor chip and predetermined leads (not shown) are bonded with a bonding wire. ). As a bonding wire, it is connected by well-known stitch bonding using a fine gold wire. Thereafter, it is transferred to a resin package.
종래의 쇼트키 배리어 다이오드의 기판 구조는, 다용한 기종에 대응할 수 있도록, 이면으로부터도 캐소드 전극을 취출할 수 있는 구조로 되어 있고, n+형 GaAs 기판 위에 n+형 에피택셜층을 형성하고, 그 상층에는 소정의 특성을 확보하기 위해, 1.3 ×1017㎝-3 정도의 n형 에피택셜층을 형성한 구조로 되어 있다. A substrate of a conventional Schottky barrier diode is to respond to a frequently used type, and has a structure that from the can is also taken out of the cathode is, to form an n + type epitaxial layer on the n + type GaAs substrate, In order to secure predetermined characteristics, the upper layer has a structure in which an n-type epitaxial layer of about 1.3 × 10 17 cm -3 is formed.
쇼트키 전극은 소정의 특성을 확보할 필요가 있으므로, n형 에피택셜층의 청정한 표면을 노출시켜 금속을 증착하고, 쇼트키 접합을 형성한다. 오믹 전극은 취출 저항을 저감시키기 위해, 그 하층의 n+형 에피택셜층에 오믹 접합을 형성한다. Since the Schottky electrode needs to secure certain characteristics, the clean surface of the n-type epitaxial layer is exposed to deposit a metal to form a Schottky junction. In order to reduce the extraction resistance, the ohmic electrode forms an ohmic junction in the underlying n + type epitaxial layer.
여기서, 종래 구조에서는 이하와 같은 문제점이 있었다. 첫째, 오믹 전극(28) 형성을 위해서는 메사를 형성하여 n+형 에피택셜층(22)을 노출시켜야 한다. n형 에피택셜층(23)은 두께가 3500Å 정도이며, 그 아래의 n+형 에피택셜층(22)을 노출시키기 위해서는 메사 에칭이 필수이다. 기판 표면에는 기판 보호를 위한 산화막(25)이 형성되어 있고, 메사 에칭은 그 표면에 포토레지스트에 의한 마스크를 형성하여 에칭하지만, 산화막(25) 표면과 레지스트의 밀착성에 변동이 생긴다. 이러한 상황에서 웨트 에칭하면 에칭이 필요 이상으로 가로 방향으로 확대되어, 필요한 산화막(25)까지 에칭되어 버리는 경우도 있어, GaAs가 노출되면 메사의 형상이 불안정해진다. 이 때문에 메사의 개구부에 형성하는 오믹 전극(28) 형성 시의 포토레지스트도, 주위단부의 형상으로 새깅이 발생하는 등, 결과적으로 리프트 오프에 의한 오믹 전극(28)의 형상이 나빠지거나, GaAs가 쇼트키 접합 부근까지 에칭되어, 특성에 악영향을 미치게 하는 등의 문제가 발생하는 경우가 있다. Here, the conventional structure has the following problems. First, in order to form the
둘째, 애노드 전극(34)은 그 대부분이 캐소드 전위가 되는 GaAs 상에 형성되어 있어, 여기서의 기생 용량이 커지는 문제가 있다. 교차 부분의 면적은 1300㎛2
이므로, 두꺼운 층간 절연막으로 기생 용량을 저감시키는 것이 필수이다. 메사를 매립하여, 두꺼운 층간 절연막으로 하기 위해, 6∼7㎛의 폴리이미드층(30)을 형성해야한다. 쇼트키 접합 영역(31a)의 전극을 취출하기 위해 폴리이미드층(30)에는 개구부를 형성하지만, 두꺼운 폴리이미드층(30)의 에칭에 의해, 또한 폴리이미드층(30) 위의 전극의 스텝 커버리지를 고려하는 목적도 있어, 그 개구부에는 테이퍼가 생긴다. 그러나, 폴리이미드층(30)의 막질의 변동이나, 폴리이미드층(30)과 레지스트와의 밀착성의 변동에 의해, 그 테이퍼의 각도가 30∼45도로 크게 변동된다. 이 때문에, 동작 영역인 쇼트키 접합 영역(31a)과 오믹 전극(28)과의 이격 거리는, 테이퍼를 고려하면 7㎛ 정도 확보할 필요가 있다. 그러나, 이 각 접합의 이격 거리는 직렬 저항에 기여하므로, 이격 거리가 크면 고주파 특성의 향상을 저지하고, 또한 칩의 소형화도 실현되지 않는 원인으로 되어 있다. Secondly, the anode electrode 34 is formed on GaAs, the majority of which is at the cathode potential, so that the parasitic capacitance here becomes large. Since the area of the intersection is 1300 µm 2 , it is essential to reduce the parasitic capacitance with a thick interlayer insulating film. In order to fill the mesa to form a thick interlayer insulating film, a
셋째, 쇼트키 접합 및 오믹 접합의 부근에 테이퍼가 생기게 되므로, 쇼트키 배리어 다이오드의 동작 영역 부근에서는 층간 절연막 6㎛의 두께를 유지할 수 없게 되어, 기생 용량을 증가시키고, 특성을 악화시키는 원인이 되는 문제도 있었다. Third, since the taper is formed in the vicinity of the Schottky junction and the ohmic junction, the thickness of the
넷째, 층간 절연막으로서 폴리이미드를 채용하거나, 배선 및 전극의 취출용이 되는 본딩 패드에 Au 도금을 이용하고 있기 때문에, 비용을 저감시킬 수 없는 요인이 되었다. Fourth, since polyimide was used as the interlayer insulating film, or Au plating was used as the bonding pad for taking out the wiring and the electrode, the cost could not be reduced.
또한, 종래의 제조 방법에 의하면 이하의 문제가 있었다. Moreover, according to the conventional manufacturing method, there existed the following problems.
첫째, 쇼트키 접합은, 최상층의 n형 에피택셜층(23)에 쇼트키 접합시키지만, 동작층의 내압 및 저항을 고려한 최적의 두께인 2500Å를 확보하기 위해, 3500Å 정도의 n형 에피택셜층(23)으로부터 2500Å가 될 때까지 에칭하여 형성된다. 이 때의 에칭은 웨트 에칭이기 때문에, 시간이나 온도, 또한 에칭액 내에서의 웨이퍼의 진동 폭, 진동 스피드 등의 컨트롤이 대단히 곤란한 데다가, 에칭액을 소정의 선도 유지 시간 내에 사용하는 것이 요구된다. 따라서, 이 방법에 의하면 웨이퍼마다 변동이 생겨, 동작 영역 특성의 재현성 및 고주파 특성의 향상을 도모하는 데 어려운 문제가 있었다. First, although the Schottky junction is a Schottky junction to the uppermost n-
둘째, 메사 구조를 채용함으로써, 많은 공정이 필요한 메사 에칭이 필요해져 레지스트와 산화막과의 밀착성의 변동에 의해 불량이 발생하는 경우가 있다. 또한, 층간 절연막으로서의 폴리이미드층 형성 공정이나, 폴리이미드층 위에 전극을 취출하기 위한 Au 도금 형성 공정 등이 동시에 필요하고, 제조 플로우를 복잡하게 하여, 시간적으로도 효율적이지 않다는 문제가 있었다. Second, by employing a mesa structure, a mesa etching requiring a large number of steps is required, and a defect may occur due to a change in adhesion between the resist and the oxide film. Moreover, the polyimide layer formation process as an interlayer insulation film, the Au plating formation process for taking out an electrode on a polyimide layer, etc. are required simultaneously, and there existed a problem that a manufacturing flow was complicated and it was not efficient also in time.
화합물 반도체는 그 기판의 가격 자체가 높기 때문에, 합리화를 위해서는 칩 사이즈를 축소하여 비용을 억제할 필요가 있다. 즉, 칩 사이즈의 저감은 불가피하고, 재료 자체의 비용의 삭감도 요망되고 있다. 또한 동시에, 고주파 특성의 개선도 요구되고 있다. 또한, 제조 공정의 간소화나 효율화를 도모하는 것도 중요한 과제였다. Since compound semiconductors have a high price of the substrate itself, it is necessary to reduce the chip size and reduce costs in order to rationalize. In other words, it is inevitable to reduce the chip size and to reduce the cost of the material itself. At the same time, improvement of high frequency characteristics is also required. Moreover, it was also an important subject to simplify the manufacturing process and to improve the efficiency.
본 발명은 이러한 과제에 감안하여 이루어진 것으로, 화합물 반도체 기판과, 상기 기판 위에 형성된 평탄한 일 도전형의 고농도 에피택셜층 및 일 도전형의 에피택셜층과, 상기 에피택셜층을 관통하여 상기 고농도 에피택셜층까지 도달하는 일 도전형의 고농도 이온 주입 영역과, 상기 고농도 이온 주입 영역 표면에 오믹 접합하는 제1 전극과, 상기 제1 전극으로 외주가 둘러싸인 상기 에피택셜층 표면상의 원형의 쇼트키 접합 영역과, 상기 쇼트키 접합 영역에 있어서 상기 에피택셜층과 쇼트키 접합을 형성하고 또한 전극의 취출용으로 되는 제2 전극을 구비하는 것을 특징으로 하는 것으로, 기판 표면에 형성된 고농도 이온 주입 영역 표면에 오믹 전극을 형성하는 것에 의해 화합물 반도체의 플래너형 쇼트키 배리어 다이오드가 실현되고, 동작 부분의 면적도 저감시킬 수 있기 때문에, 칩 사이즈의 소형화나 비용의 삭감, 또한 기생 용량 및 저항을 저감시킴으로써, 고주파 특성의 향상에 기여할 수 있는 것이다. SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of these problems, and includes a compound semiconductor substrate, a flat one-conductive high-concentration epitaxial layer and a one-conducting epitaxial layer, and the epitaxial layer penetrating the high-concentration epitaxial layer. A highly conductive ion implantation region of one conductivity type reaching the shir layer, a first electrode that is ohmic-bonded to the surface of the high concentration ion implantation region, a circular Schottky junction region on the surface of the epitaxial layer surrounded by the first electrode, and And a second electrode for forming the epitaxial layer and the Schottky junction in the Schottky junction region and for extracting the electrode, wherein the ohmic electrode is formed on the surface of the high concentration ion implantation region formed on the substrate surface. By forming a planar Schottky barrier diode of a compound semiconductor is realized, Since the area can also be reduced, the chip size can be reduced, the cost can be reduced, and the parasitic capacitance and resistance can be reduced, thereby contributing to the improvement of the high frequency characteristics.
또한, 비도핑 화합물 반도체 기판에 일 도전형의 고농도 에피택셜층 및 일 도전형의 에피택셜층을 적층하고, 예정의 제1 전극 아래의 상기 에피택셜층 표면으로부터 상기 고농도 에피택셜층에 달하는 일 도전형의 고농도 이온 주입 영역을 형성하는 공정과, 상기 고농도 이온 주입 영역 표면에 오믹 접합하는 제1 전극을 형성하는 공정과, 상기 제1 전극으로 외주가 둘러싸인 원형의 쇼트키 접합 영역에 있어서, 상기 에피택셜층 표면과 쇼트키 접합을 형성하는 금속층을 형성하고, 상기 금속층을 연장하여 전극의 취출용으로 되는 제2 전극을 형성하고, 동시에 상기 금속층과 동일한 금속층으로 제1 전극의 취출용 전극을 형성하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하여, 제조 공정의 간소화 및 효율화를 실현하고, 고주파 특성을 더 향상시킬 수 있는 쇼트키 배리어 다이오드의 제조 방법을 제공할 수 있는 것이다. In addition, one conductivity type high concentration epitaxial layer and one conductivity type epitaxial layer are laminated on the undoped compound semiconductor substrate, and the conductivity reaches from the surface of the epitaxial layer under a predetermined first electrode to the high concentration epitaxial layer. In the step of forming a high concentration ion implantation region of a type, a step of forming a first electrode to be ohmic-bonded to the surface of the high concentration ion implantation region, and a circular Schottky junction region surrounded by an outer circumference of the first electrode. Forming a metal layer forming a Schottky junction with the surface of the tactical layer, extending the metal layer to form a second electrode for extraction of the electrode, and simultaneously forming an extraction electrode of the first electrode with the same metal layer as the metal layer; It characterized by including a process, the short to realize the simplification and efficiency of the manufacturing process, and further improve the high frequency characteristics The barrier diode is to provide a process for producing the same.
<발명의 실시예> Embodiment of the Invention
도 1부터 도 8을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. An embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIGS. 1 to 8.
본 발명의 쇼트키 배리어 다이오드는, 화합물 반도체 기판(1)과, 고농도 에피택셜층(2)과, 에피택셜층(3)과, 고농도 이온 주입 영역(7)과, 제1 전극(8)과, 제2 전극(11)으로 구성된다. The Schottky barrier diode of the present invention includes a
도 1에 동작 영역 부분의 단면도를 도시한다. 1 is a cross-sectional view of the operating region portion.
화합물 반도체 기판(1)은 비도핑된 GaAs 기판으로서, 그 위에 5000Å의 고농 도 에피택셜층(2)(5 ×1018㎝-3) 및 2500Å의 n형 에피택셜층(3)(1.3 ×1017㎝
-3)을 적층한다. 어떤 층에도 메사는 형성되지 않고, 평탄한 기판 구조로 되어 있다. The
고농도 이온 주입 영역(7)은 오믹 전극(8) 아래의 n형 에피택셜층(3)의 표면으로부터 n+ 에피택셜층(2)까지 도달하도록 형성한다. 원형의 쇼트키 접합 영역(11a)의 외주를 따라 형성되고, 오믹 전극(8)과 거의 중첩하고, 적어도 쇼트키 접합 영역(11a)을 둘러싼 부분에서는 오믹 전극(8)으로부터 돌출되어 형성된다. 쇼트키 접합 영역(11a)과 고농도 이온 주입 영역(7)과의 이격 거리는 1㎛이다. 즉, 종래의 메사 구조를 채용하는 대신에, 플래너 구조를 유지한 상태에서 표면에 고농도 이온 주입 영역(7)을 형성한 구조로 되어 있으며, 메사를 형성하지 않고 오믹 접합을 실현할 수 있다. The high concentration
제1 전극인 오믹 전극(8)은 고농도 이온 주입 영역(7)에 컨택트하는 제1층째의 금속층이다. AuGe/Ni/Au를 순차적으로 증착하고, 쇼트키 접합 부근을 원형으로 도려낸 형상으로 패터닝된다. 인접하는 쇼트키 접합 영역(11a)과의 이격 거리는 2㎛이다. The
제2 전극은 쇼트키 접합 영역(11a)에서 애노드 본딩 패드(11b)에 이르는 애노드 전극(11)이다. GaAs 표면을 피복하는 질화막(5)에 직경 10㎛의 원형의 쇼트키 컨택트홀을 형성하고, Ti/Pt/Au를 순차적으로 증착한 제2층째의 금속층으로서, n형 에피택셜층(3)과 쇼트키 접합을 형성함으로써 쇼트키 접합 영역(11a)을 형성한다. 또한, 그 금속층을 전극의 취출용으로 되는 본딩 와이어 고착 영역까지 연장 하여 애노드 본딩 패드(11b)를 형성한다. 즉, n형 에피택셜층(3)과 쇼트키 접합을 형성하는 쇼트키 금속층과 그 전극의 취출용으로 되는 배선 및 애노드 본딩 패드(11b)를 형성하는 금속층이 애노드 전극(11)으로서 동일한 증착 금속층으로 되어 있다. 동작 영역이 되는 n형 에피택셜층(3)은 내압 등 소정의 특성을 얻기 위해 최적인 2500Å으로 되어 있어, 종래 필요한 동작층 두께의 컨트롤을 위한 에칭 공정을 생략할 수 있기 때문에, 재현성이 좋은 쇼트키 접합을 형성할 수 있어, 특성이 안정된 쇼트키 배리어 다이오드를 얻을 수 있다. 또한, 질화막(5)을 통해 오믹 전극(8) 또는 캐소드 전위인 GaAs와 절연된다. The second electrode is the
애노드 본딩 패드(11b)의 아래에는, 붕소 등을 주입하여 절연화된 영역(6)(이하 절연화 영역)이 형성된다. 비도핑된 GaAs 기판까지 도달하는 절연화 영역(6)의 GaAs 부분이 캐소드 전위로 되지 않으므로, 폴리이미드 및 질화막을 형성하지 않고 와이어 본딩부를 기판에 직접 고착시킬 수 있다. Under the
캐소드 전극(15)도 제2층째의 Ti/Pt/Au이며, 오믹 전극(8)과 컨택트하여, 애노드 전극(11)과 서로 대향하여 형성된다. 제2층째의 금속층은 캐소드 본딩 영역까지 연장되어, 캐소드 본딩 패드(15b)로 된다. 오믹 전극(8)이 컨택트하는 고농도 이온 주입 영역(7) 및 n+형 에피택셜층(2)은 캐소드 전위(전극)가 된다. 캐소드 본딩 패드(15b)는 n형 에피택셜층(3) 표면에 직접 고착된다. The
도 2 및 도 3에 본 발명의 화합물 반도체의 쇼트키 배리어 다이오드의 평면도를 도시한다. 도 2는 칩의 패턴도의 개략이고, 도 3은 동작 영역 부분의 확대도 이다. 이 도면은 본 발명의 제1 실시예로서, 쇼트키 접합이 하나인 경우이다. 2 and 3 show plan views of the Schottky barrier diode of the compound semiconductor of the present invention. 2 is a schematic diagram of a pattern of a chip, and FIG. 3 is an enlarged view of an operation region portion. This figure shows the case of one Schottky junction as the first embodiment of the present invention.
제2층째의 금속층인 Ti/Pt/Au를 순차적으로 증착하여 애노드 전극(11)을 형성한다. 애노드 전극(11)은 칩의 거의 중앙에서 n형 에피택셜층(3)과 쇼트키 접합을 형성하는 쇼트키 접합 영역(11a)을 갖는다. 이 영역은 직경 약 10㎛의 원형으로, 그 원형 부분만이 GaAs에 직접 컨택트하고 있다. 또한, 그 금속층을 연장시켜 애노드 본딩 패드(11b)를 형성하고, 전극의 취출을 행한다. The
애노드 본딩 패드(11b) 아래에는 B+ 이온을 주입한 절연화 영역(6)이 형성된다. 이에 따라 애노드 본딩 패드(11b)를 절연막을 개재하지 않고 기판에 직접 고착할 수 있어, 본딩 시의 불량을 저감시키고, 본딩 패드부에서의 기생 용량을 없앨 수 있다. Under the
파선으로 나타내는 부분이 오믹 전극(8)이 된다. 원형의 쇼트키 접합 영역(11a)의 외주를 둘러싸고 고농도 이온 주입 영역(7)(도시하지 않음)과 컨택트하고 있다. 오믹 전극(8)은 AuGe/Ni/Au를 순차적으로 증착한 제1층째의 금속층이다. 고농도 이온 주입 영역(7)과 거의 중첩하여 형성되고, 또한 전극의 취출을 위해 제2층째의 증착 금속층에 의한 캐소드 전극(15)을 형성하고, 연장하여 캐소드 본딩 패드(15b)를 형성한다. 캐소드 전극의 취출은 고주파 특성의 요인인 인덕터 성분을 낮추기 위해, 본딩 와이어를 많이 고착할 필요가 있으며, 그로 인해 칩의 절반을 차지하는 영역을 본딩 영역으로 하고 있다. The part shown with the broken line becomes the
애노드 및 캐소드 본딩 패드(11b, 15b)에는 스티치 본드에 의해 본딩 와이어 가 고착되고, 전극이 취출된다. 애노드 본딩 패드(11b)부의 면적은 60 ×70㎛이고, 캐소드 본딩 패드(15b)부는 180 ×70㎛이다. 스티치 본드에 의한 접속에서는, 1회의 본딩으로 2개의 본딩 와이어를 접속할 수 있으므로, 본딩 면적이 작은 것이라도, 고주파 특성의 파라미터인 인덕터 성분을 작게 할 수 있어, 고주파 특성의 향상에 기여하고 있다. Bonding wires are fixed to the anode and
도 3에 도시한 바와 같이, 애노드 전극과 캐소드 전위가 되는 GaAs의 교차 부분은 사선으로 나타내는 영역만으로 되고, 이 부분의 면적은 약 100㎛2이다. 이것은, 종래의 1300㎛과 비교하여 1/13 정도까지 축소할 수 있기 때문에, 층간 절연막인 폴리이미드를 얇은 질화막(5)으로 대용할 수 있다. As shown in Fig. 3, the intersection between the anode electrode and GaAs serving as the cathode potential is only an area indicated by diagonal lines, and the area of this portion is about 100 mu m 2 . Since this can be reduced to about 1/13 as compared with the conventional 1300 µm, the polyimide, which is an interlayer insulating film, can be substituted for the
본 발명의 특징은 고농도 이온 주입 영역(7)을 형성하고, 쇼트키 접합 영역(11a) 및 오믹 전극(8)을 GaAs 표면에 형성함으로써, 쇼트키 배리어 다이오드의 플래너 구조를 실현한 것에 있다. 메사 형상의 변동에 따른 오정렬을 고려할 필요가 없으므로, 쇼트키 접합 영역(11a)과 오믹 전극(8)의 이격 거리를 대폭 저감시킬 수 있다. 또한, 애노드 전극(11) 아래에는, 그 대부분의 영역에 절연화 영역(6)이 형성되어 있고, 캐소드 전위가 되는 GaAs와 애노드 전극(11)이 교차하는 부분의 면적은 100㎛2 정도가 되어, 종래와 비교하여 1/13의 면적으로 되어 있다. 폴리이미드 두께(이격 거리)를 크게 함으로써 기생 용량을 억제할 필요가 없으므로, 폴리이미드층은 얇은 질화막으로 대용할 수 있고, 폴리이미드의 테이퍼 부분도 고려할 필요가 없어진다. The feature of the present invention is to realize the planar structure of the Schottky barrier diode by forming the high concentration
이에 따라, 구체적으로는 쇼트키 접합 영역과 오믹 전극의 이격 거리는 7㎛에서 2㎛까지 저감시킬 수 있다. 또한, 고농도 이온 주입 영역(7)과의 이격 거리는 1㎛이고, 이 경우 고농도 이온 주입 영역(7)은 캐리어의 이동 경로로서 거의 오믹 전극(8)과 동일한 효과가 있기 때문에, 종래와 비교하여 이격 거리는 1/7로 저감시킬 수 있게 된다. 쇼트키 접합 영역(11a) 및 오믹 전극(8)의 이격 거리는 직렬 저항에 기여하므로, 이격 거리를 축소할 수 있으면 저항을 보다 저감시킬 수 있고, 고주파 특성의 향상에 크게 기여할 수 있다. Thus, specifically, the separation distance between the Schottky junction region and the ohmic electrode can be reduced from 7 µm to 2 µm. In addition, the separation distance from the high concentration
이에 따라, 칩의 소형화에 기여하게 되어, 칩 사이즈는 종래 0.27 ×0.31㎟ 사이즈였던 것이, 0.25 ×0.25㎟까지 축소될 수 있다. 사이즈로는 본딩 패드를 배치할 필요성이나, 조립 시에 핸들링할 수 있는 칩 사이즈의 한계가 있기 때문에 0.25㎟이 현 실정에서의 한계이지만, 동작 영역에서는 1/10 정도까지 대폭 축소할 수 있기 때문에, 후술하는 바와 같이 동작 영역을 배치하는 자유도가 대단히 커진다. This contributes to the miniaturization of the chip, so that the chip size, which was conventionally 0.27 x 0.31
또한, 본 발명의 애노드 전극은 쇼트키 접합을 형성하는 금속층을 연장시킨 만큼 전극 구조인 것에도 특징이 있다. 폴리이미드가 얇은 질화막으로 대용될 수 있기 때문에, 전극 및 배선은 증착 금속층으로 실현할 수 있어, 비용의 저감에 크게 기여할 수 있는 것이다. The anode electrode of the present invention is also characterized in that it has an electrode structure as long as the metal layer forming the Schottky junction is extended. Since the polyimide can be substituted with a thin nitride film, the electrode and the wiring can be realized by the deposited metal layer, which can greatly contribute to the cost reduction.
도 4는 본 발명의 제2 실시예인, 애노드 전극(11)이 형성하는 쇼트키 접합 영역(11a)을 복수개 형성하는 경우를 도시한다. FIG. 4 shows a case where a plurality of
본 발명의 구조에서는 쇼트키 접합 영역(11a)을 복수개 형성할 수 있다. 예 를 들면 도 4와 같이 배치하면 쇼트키 접합 영역(11a)이 병렬로 접속되게 되어, 저항의 저감에 기여할 수 있다. In the structure of the present invention, a plurality of
또한, 쇼트키 컨택트홀 직경을 작게 하여 복수개 배치하면, 전체 쇼트키 컨택트홀 면적이 동일하며 하나를 배치한 경우와 비교하여, 쇼트키 컨택트홀의 중심과 고농도 이온 주입 영역(7)과의 이격 거리를 더 저감시킬 수 있어, 고농도 이온 주입 영역(7)에서의 캐리어의 트랩이 효과적으로 된다. 이에 따라, 캐소드 저항의 값이 작아져, 고주파 특성을 더 향상시킬 수 있는 이점을 갖는다. In addition, when a plurality of Schottky contact hole diameters are arranged in small numbers, the total Schottky contact hole areas are the same and compared to the case where one is arranged, the separation distance between the center of the Schottky contact hole and the high concentration
도 5 내지 도 8에 본 발명의 쇼트키 배리어 다이오드의 제조 방법을 상세히 도시한다. 5 to 8 show the manufacturing method of the Schottky barrier diode of the present invention in detail.
쇼트키 배리어 다이오드는, 비도핑 화합물 반도체 기판에 일 도전형의 고농도 에피택셜층 및 일 도전형의 에피택셜층을 적층하고, 예정의 제1 전극 아래의 에피택셜층 표면으로부터 고농도 에피택셜층에 달하는 일 도전형의 고농도 이온 주입 영역을 형성하는 공정과, 고농도 이온 주입 영역 표면에 오믹 접합하는 제1 전극을 형성하는 공정과, 제1 전극으로 외주가 둘러싸인 에피택셜층 표면에 쇼트키 접합을 형성하는 금속층을 형성하고, 금속층을 연장시켜 전극의 취출용으로 되는 제2 전극을 형성하고, 동시에 금속층으로 제1 전극의 취출용 전극을 형성하는 공정을 포함한다. The Schottky barrier diode laminates a one conductivity type high concentration epitaxial layer and one conductivity type epitaxial layer on an undoped compound semiconductor substrate, and reaches a high concentration epitaxial layer from the surface of the epitaxial layer under a predetermined first electrode. Forming a highly conductive ion implantation region of one conductivity type, forming a first electrode to be ohmic-bonded to the surface of the high concentration ion implantation region, and forming a Schottky junction on the surface of the epitaxial layer surrounded by the first electrode Forming a metal layer, extending the metal layer to form a second electrode for taking out the electrode, and simultaneously forming a takeout electrode of the first electrode from the metal layer.
본 발명의 제1 공정은, 도 5에 도시한 바와 같이, 비도핑 화합물 반도체 기판(1)에 일 도전형의 고농도 에피택셜층(2) 및 일 도전형의 에피택셜층(3)을 적층하고, 예정의 제1 전극(8) 아래의 에피택셜층(3)의 표면으로부터 고농도 에피택셜 층(2)에 달하는 일 도전형의 고농도 이온 주입 영역(7)을 형성하는 것이다. In the first step of the present invention, as shown in Fig. 5, a high
본 공정은 본 발명의 특징이 되는 공정으로서, 예정의 오믹 전극(8)이 형성되는 영역 아래의 n형 에피택셜층(3)을 관통하여 n+형 에피택셜층(2)에 달하는 고농도 이온 주입 영역(7)을 형성한다. This process is a feature of the present invention, in which high concentration ion implantation penetrates the n-
즉, 비도핑된 GaAs 기판(1)에 n+형 에피택셜층(2)(5 ×1018㎝-3)을 5000Å 정도 퇴적하고, 그 위에 n형 에피택셜층(3)(1.3 ×1017㎝-3)을 2500Å 퇴적한다. 그 후 전면을 질화막(5)으로 피복하고, 레지스트층을 형성하여 예정의 절연화 영역(6) 위의 레지스트층을 선택적으로 창내기하는 포토리소그래피 프로세스를 행한다. 그 후, 이 레지스트층을 마스크로 하여 B+ 불순물을 이온 주입하여 비도핑된 GaAs 기판(1)까지 달하는 절연화 영역(6)을 형성하고, 캐소드 전위가 되는 GaAs와 애노드 본딩 패드부(11b)와의 절연화를 도모한다. That is, n + type epitaxial layer 2 (5 x 10 18 cm -3 ) is deposited on the
이어서, 예정의 고농도 이온 주입 영역(7)이 형성되는 영역 위의 레지스트층을 선택적으로 창내기하는 포토리소그래피 프로세스를 행한다. 그 후, 이 레지스트층을 마스크로 하여 고농도의 n형 불순물(Si+, 1 ×1018㎝-3 정도)을 이온 주입하고, 예정의 오믹 전극(8) 아래의 n형 에피택셜층(3)을 관통하여, n+형 에피택셜층(2)에 달하는 고농도 이온 주입 영역(7)을 형성한다. 이 때, 이온 주입은 다른 조건으로 복수회 주입하고, 고농도 이온 주입 영역(7)의 불순물 농도가 깊 이 방향으로 가능한 한 균일해지도록 형성한다. Next, a photolithography process is performed to selectively window the resist layer on the region where the predetermined high concentration
그 후, 레지스트층을 제거하고, 어닐링용으로 질화막(5)을 재차 피착하여 고농도 이온 주입 영역(7) 및 절연화 영역(6)의 활성화 어닐링을 실시한다. Thereafter, the resist layer is removed, and the
이에 의해, 예정의 오믹 전극(8) 아래에 고농도 이온 주입 영역(7)이 형성된다. 이후의 공정에서 고농도 이온 주입 영역(7)의 표면에, 오믹 전극(8)을 형성함으로써, 플래너 구조의 쇼트키 배리어 다이오드가 실현된다. 이에 의해, 쇼트키 접합 영역과, 오믹 전극과 동일한 기능을 하는 고농도 이온 주입 영역의 이격 거리를 대폭 저감시킬 수 있어, 직렬 저항을 저감시켜 고주파 특성의 향상에 크게 기여할 수 있는 쇼트키 배리어 다이오드가 된다. As a result, a high concentration
본 발명의 제2 공정은, 도 6에 도시한 바와 같이, 고농도 이온 주입 영역(7)의 표면에 오믹 접합하는 제1 전극(8)을 형성하는 것이다. In the second step of the present invention, as shown in FIG. 6, the
전면에 레지스트층을 형성하고, 예정의 오믹 전극(8)을 형성하는 부분을 선택적으로 창내기하는 포토리소그래피 프로세스를 행한다. 레지스트층으로부터 노출된 질화막(5)을 제거하고, 제1층째의 금속층인 AuGe/Ni/Au의 3층을 순차적으로 진공 증착하여 적층한다. 그 후, 리프트 오프에 의해 레지스트층을 제거하고, 예정의 오믹 전극(8) 부분에 제1층째의 금속층을 남긴다. 이어서, 합금화 열 처리에 의해 고농도 이온 주입 영역(7) 표면에 오믹 전극(8)을 형성한다. A photolithography process is performed in which a resist layer is formed over the entire surface, and selectively windowed a portion for forming a predetermined
본 발명의 제3 공정은 도 7 및 도 8에 도시한 바와 같이 제1 전극(8)으로 외주가 둘러싸인 에피택셜층(3) 표면에 쇼트키 접합을 형성하는 금속층을 형성하고, 금속층을 연장하여 전극의 취출용으로 되는 제2 전극(11)을 형성하고, 동시에 금속층으로 제1 전극(8)의 취출용 전극(15)을 형성하는 것에 있다. In the third process of the present invention, as shown in FIGS. 7 and 8, a metal layer forming a Schottky junction is formed on the surface of the
본 공정은 본 발명의 특징이 되는 공정으로서, 우선 도 7에서는 재차 전면에 층간 절연막이 되는 질화막을 5000Å 정도 퇴적한다. 그 후, 레지스트층 PR을 전면에 형성하고, 예정의 쇼트키 접합 영역(11a) 및 애노드 본딩 패드(11b), 캐소드 전극(15) 부분을 선택적으로 창내기하는 포토리소그래피 프로세스를 행한다. 노출된 질화막(5)을 드라이 에칭하고, 레지스트층 PR을 제거하여 n형 에피택셜층(3)이 노출된 컨택트홀(9)을 형성한다. This step is a feature of the present invention. First, in Fig. 7, a nitride film, which becomes an interlayer insulating film, is deposited on the entire surface of about 5000 kPa. Thereafter, the resist layer PR is formed on the entire surface, and a photolithography process is performed to selectively window portions of the predetermined
그 후, 도 8에 도시한 바와 같이, 재차 레지스트를 전면에 형성하고, 애노드 전극(11) 및 캐소드 전극(15)의 패턴을 선택적으로 창내기하는 포토리소그래피 프로세스를 행한다. 전면에 제2층째의 금속층인 Ti/Pt/Au의 3층을 순차적으로 진공 증착하여 적층하고, 리프트 오프에 의해 레지스트층 PR을 제거한다. 이에 따라, n형 에피택셜층(3)의 표면에 쇼트키 접합 영역(11a)을 형성하는 금속층을 애노드 본딩 패드(11b)까지 연장된 애노드 전극(11)이 형성된다. 또한 동시에, 오믹 전극(8)에 컨택트하여, 캐소드 본딩 패드(15b)까지 연장된 캐소드 전극(15)이 형성된다. 그 후, 이면을 백랩핑 처리한다. Then, as shown in FIG. 8, a resist is again formed on the whole surface, and the photolithography process of selectively creating the pattern of the
종래의 제조 방법에서는, 동작층의 두께의 컨트롤이 필요하기 때문에 그것을 행하는 GaAs 에칭 공정에서, 시간이나 온도, 또한 에칭액 내에서의 웨이퍼의 진동 폭, 진동 스피드 등의 정밀한 컨트롤이 대단히 곤란한데다가, 에칭액을 소정의 선도 유지 시간 내에 사용하는 것이 요구된다. 그러나, 본 발명의 제조 방법에 따르면, 사전에 동작층으로서 최적인 2500Å의 에피택셜층(3)을 형성해 두면, 동작층의 두께의 컨트롤을 위한 에칭 공정을 생략할 수 있기 때문에, 재현성이 좋은 쇼트키 접합을 형성할 수 있어, 특성이 안정된 쇼트키 배리어 다이오드를 제조할 수 있는 이점을 갖는다. In the conventional manufacturing method, since the control of the thickness of the operating layer is required, precise control such as the time and temperature, the vibration width of the wafer in the etching solution, the vibration speed, etc. in the GaAs etching step is very difficult. It is required to use within a predetermined freshness holding time. However, according to the manufacturing method of the present invention, if the
또한, 애노드 전극(11) 및 캐소드 전극(15)은 통상의 리프트 오프법으로 형성하는 증착 금속이다. 또한, 애노드 전극(11)과 오믹 전극(8)과의 층간 절연막은 질화막(5)이고, 본딩 패드부도 기판에 직접 고착할 수 있으므로, 폴리이미드층을 생략할 수 있다. 이에 의해, 종래, 폴리이미드층 위에서 폴리이미드의 문제점을 흡수하기 위해 두껍게 형성한 배선 및 본딩 패드 형성의 Au 도금 공정을 생략할 수 있다. 수회에 걸친 코팅을 행하는 폴리이미드층 형성 공정 및 Au 도금 공정을 생략할 수 있으면, 제조 플로우를 간략화하여, 효율적으로 쇼트키 배리어 다이오드를 제조할 수 있다. In addition, the
화합물 반도체 쇼트키 배리어 다이오드는 전체 공정이 완성되면, 조립을 행하는 후속 공정으로 이행한다. 웨이퍼 상의 반도체 칩은 다이싱되어, 개별의 반도체 칩으로 분리되고, 프레임(도시하지 않음)에 이 반도체 칩을 고착시킨 후, 본딩 와이어로 반도체 칩의 본딩 패드(11b, 15b)와 소정의 리드(도시하지 않음)를 접속한다. 본딩 와이어로는 금 세선을 이용하여, 주지된 스티치 본딩으로 접속된다. 그 후, 트랜스퍼 몰드되어 수지 패키지가 실시된다. When the whole process is completed, the compound semiconductor Schottky barrier diode proceeds to the subsequent step of assembling. The semiconductor chip on the wafer is diced, separated into individual semiconductor chips, and the semiconductor chip is fixed to a frame (not shown), and then the
본 발명의 구조에 따르면 이하에 기재하는 수많은 효과를 얻을 수 있다. According to the structure of the present invention, numerous effects described below can be obtained.
첫째, GaAs 표면에 고농도 이온 주입 영역(7)을 형성하고, 쇼트키 접합 영역(11a) 및 오믹 전극(8)을 GaAs 표면에 형성함으로써, 쇼트키 배리어 다이오드의 플래너 구조를 실현할 수 있다. 메사 형상의 변동에 의한 오믹 전극 형상의 변동이나 특성의 열화를 억제할 수 있고, 오정렬을 고려할 필요가 없으므로, 쇼트키 접합 영역(11a)과 오믹 전극(8)의 이격 거리를 대폭 저감시킬 수 있다. 쇼트키 접합 영역(11a) 및 오믹 전극(8)의 이격 거리는 직렬 저항에 기여하므로, 이격 거리를 축소할 수 있으면 저항을 더 저감시킬 수 있다. First, the planar structure of the Schottky barrier diode can be realized by forming the high concentration
둘째, 캐소드 전위가 되는 GaAs와 애노드 전극(11)이 교차하는 부분의 면적은 100㎛2 정도가 되어, 기생 용량이 대폭적으로 저감된다. 이것은 애노드 전극(11) 아래의 대부분의 영역에 절연화 영역(6)이 형성되어 있어, 이에 따라 기생 용량을 발생시키는 교차부의 면적이, 종래와 비교하여 쇼트키 접합 부분만으로 1/13로 저감될 수 있게 된다. 또한, 애노드 본딩 패드(11b)도 GaAs에 직접 고착될 수 있으므로, 이 부분에서의 기생 용량은 발생하지 않고, 전체 기생 용량을 대폭 저감시킬 수 있다. 종래에는, 기생 용량을 억제해야하고 유전률이 낮은 폴리이미드를 채용하여 두꺼운 층간 절연막을 형성하였지만, 얇은 질화막으로 대용할 수 있다. 질화막은 폴리이미드와 비교하여 유전률이 높지만, 본 발명의 구조에 따르면, 5000Å 정도의 질화막을 이용해도, 종래와 비교하여 기생 용량을 저감시킬 수 있다. Second, the area where the GaAs serving as the cathode potential and the
셋째, 두꺼운 폴리이미드를 이용하지 않으므로, 동작 영역이 되는 폴리이미드 개구부의 테이퍼 부분의 거리나, 테이퍼 각도의 변동도 고려할 필요가 없어진 다. Third, since the thick polyimide is not used, it is not necessary to consider the distance of the tapered portion of the polyimide opening to be the operating region and the variation of the taper angle.
이상의 점으로부터, 쇼트키 접합 영역과 오믹 전극의 이격 거리는, 단순히 내압과 마스크 정합 정밀도만을 고려하면 된다. 구체적으로 설명하면, 쇼트키 접합 영역과 오믹 전극의 이격 거리는 7㎛에서 2㎛까지 저감시킬 수 있다. 또한, 고농도 이온 주입 영역(7)과의 이격 거리는 1㎛이고, 이 경우 고농도 이온 주입 영역(7)은 캐리어의 이동 경로로서 거의 오믹 전극(8)과 동일한 효과가 있으므로, 종래와 비교하여 이격 거리는 1/7로 저감시킬 수 있게 된다. 따라서, 저항의 대폭적인 저감과, 기생 용량의 대폭적인 저감 및 기생 용량의 변동의 저감에 의해, 고주파 특성의 향상에 크게 기여할 수 있다. In view of the above, the separation distance between the Schottky junction region and the ohmic electrode only needs to consider the breakdown voltage and the mask matching accuracy. Specifically, the separation distance between the Schottky junction region and the ohmic electrode can be reduced from 7 μm to 2 μm. In addition, since the separation distance from the high concentration
넷째, 칩의 소형화에 기여하게 됨으로써, 칩 사이즈는 종래 0.27 ×0.31㎟의 사이즈였지만, 0.25 ×0.25㎟까지 축소할 수 있다. 사이즈로서는 본딩 패드를 배치할 필요성이나, 조립 시에 핸들링할 수 있는 칩 사이즈의 한계가 있기 때문에 0.25㎟이 현 실정에서의 한계이지만, 동작 영역은 1/10 정도까지 대폭 축소할 수 있기 때문에, 동작 영역을 배치하는 자유도가 대단히 커진다. Fourth, by contributing to the miniaturization of the chip, the chip size was conventionally 0.27 x 0.31
다섯째, 쇼트키 접합 영역을 복수개 형성함으로써 저항을 더 저감시킬 수 있다. 쇼트키 접합부의 컨택트 직경을 작게 하여 복수개 형성하면, 전체 쇼트키 컨택트 면적이 동일한 쇼트키 접합 영역을 1개 형성하는 경우와 비교하여, 보다 저항을 저감시켜, 고농도 이온 주입 영역에서의 캐리어의 트랩을 효과적으로 할 수 있으므로, 고주파 특성이 보다 향상되는 이점을 갖는다. Fifth, resistance can be further reduced by forming a plurality of Schottky junction regions. When a plurality of Schottky junctions are formed with a small contact diameter, the resistance is further reduced compared to the case where one Schottky junction region having the same Schottky contact area is formed, thereby trapping the carrier trap in the high concentration ion implantation region. Since it can be effective, it has the advantage that a high frequency characteristic improves more.
여섯째, 폴리이미드층이나 금 도금을 이용하지 않고, 애노드 전극도 쇼트키 접합을 형성하는 금속층과 동일한 금속층으로 실현할 수 있으므로 재료비를 저감할 수 있는 데다가, 칩이 축소되어, 비용의 대폭적인 삭감이 실현된다. Sixth, since the anode electrode can be realized with the same metal layer as the metal layer forming the Schottky junction without using a polyimide layer or gold plating, the material cost can be reduced, the chip is reduced, and the cost is greatly reduced. do.
또한, 본 발명의 제조 방법에 따르면, 이하에 개시하는 효과를 얻을 수 있다. Moreover, according to the manufacturing method of this invention, the effect disclosed below can be acquired.
첫째, 안정된 쇼트키 접합을 형성하는 것이 가능해지므로, 고주파 회로에서 대단히 중요한 과제인 특성의 변동을 억제할 수 있다. n형 에피택셜층은 동작층으로서 최적인 2500Å로 형성되어 있어, 종래와 같은 정밀한 GaAs의 에칭 컨트롤이 불필요해진다. 즉, 수율이 향상되고, 재현성이 좋고, 안정된 특성을 갖는 쇼트키 배리어 다이오드의 제조가 가능해진다. First, since it becomes possible to form a stable Schottky junction, it is possible to suppress fluctuations in characteristics, which is a very important task in a high frequency circuit. The n-type epitaxial layer is formed at an optimum 2500 kV as the operating layer, so that precise GaAs etching control as in the prior art is unnecessary. In other words, the yield is improved, the reproducibility is good, and the production of the Schottky barrier diode having stable characteristics is possible.
둘째, 상기한 쇼트키 배리어 다이오드의 제조를 효율적으로 또한 제조 공정을 더 간략화하여 실현할 수 있다. 구체적으로 설명하면, 메사 에칭 공정, 쇼트키 접합 형성 전의 n형 에피택셜층 에칭 공정, 폴리이미드층 형성 공정, Au 도금 공정 등이다. 폴리이미드층은 두께가 6∼7㎛이므로, 수회의 코팅을 반복하여 형성된다. 폴리이미드층을 수회에 걸쳐 코팅하면 시간이 걸리고, 제조 플로우도 복잡해진다. 또한, 폴리이미드가 불필요해지면, Au 도금층에 의한 전극도 불필요해진다. 종래에는 땜납 실장 시의 열이나 와이어 본딩 시의 스트레스에 의한 전극의 끊어짐이나 변형을 방지하기 위해 전극의 강도를 확보할 필요가 있어, 두꺼운 Au 도금층에 의해 애노드 전극 및 캐소드 전극이 형성되었다. 그러나, 폴리이미드층이 불필요하면, 그 영향을 고려할 필요도 없다. 즉, 금 도금 전극은 불필요해지고, Ti/Pt/Au의 증착 금속만으로 쇼트키 접합 영역, 애노드 전극 및 캐소드 전극을 형성할 수 있어, 신뢰성도 향상한다. 또한, 종래 수율의 저하를 일으켰던 상기한 요인이 제거되므로, 수율도 향상되게 된다. Second, the above-described production of the Schottky barrier diode can be efficiently realized and the manufacturing process can be simplified further. Specifically, it is a mesa etching process, an n-type epitaxial layer etching process before a Schottky junction formation, a polyimide layer forming process, Au plating process, etc. Since the polyimide layer has a thickness of 6 to 7 µm, a plurality of coatings are repeatedly formed. Coating the polyimide layer several times takes time and the manufacturing flow is complicated. Moreover, when polyimide becomes unnecessary, the electrode by Au plating layer also becomes unnecessary. Conventionally, in order to prevent breakage or deformation of the electrode due to heat during solder mounting or stress during wire bonding, it is necessary to secure the strength of the electrode, and an anode electrode and a cathode electrode are formed by a thick Au plating layer. However, if the polyimide layer is not necessary, the influence does not need to be considered. In other words, the gold-plated electrode becomes unnecessary, and the Schottky junction region, the anode electrode, and the cathode electrode can be formed only by the deposition metal of Ti / Pt / Au, thereby improving the reliability. In addition, since the above-mentioned factors which have caused the lowering of the conventional yield are eliminated, the yield is also improved.
즉, 기생 용량을 대폭 저감시킬 수 있고, 또한 저항을 저감하여 고주파 특성을 대폭 향상시킬 수 있는 쇼트키 배리어 다이오드이면서, 제조 공정의 간략화와 효율화를 도모한 제조 방법을 제공할 수 있는 이점을 갖는다.That is, the Schottky barrier diode which can greatly reduce the parasitic capacitance and can significantly improve the high frequency characteristics by reducing the resistance, has an advantage of providing a manufacturing method which can simplify the manufacturing process and improve the efficiency.
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