KR100912592B1 - High electron mobility transistor and method for manufacturing thereof - Google Patents

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Abstract

본 발명은 고전자 이동도 트랜지스터 및 그 제조방법에 관한 것으로, 보다 자세하게는 리세스 구조를 가지는 질화물 반도체 소자를 제조함에 있어서 소스-드레인 리세스를 게이트 리세스보다 더 되도록 하여 소스, 드레인의 접촉저항을 낮추고, 게이트 리세스를 통해 normally off 특성을 확보하거나 동작속도를 향상시킬 수 있는 고전자 이동도 트랜지스터 및 그 제조방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a high electron mobility transistor and a method of manufacturing the same. More particularly, in the manufacture of a nitride semiconductor device having a recess structure, the source-drain recesses are made larger than the gate recesses so that the contact resistances of the source and drain regions are increased. The present invention relates to a high electron mobility transistor and a method of manufacturing the same, which can reduce the voltage, secure a normally off characteristic or improve an operating speed through a gate recess.

본 발명은 고전자 이동도 트랜지스터는 기판 상부의 전이층, 질화갈륨 버퍼층; 상기 질화갈륨 버퍼층 상부의 2DEG층; 상기 2DEG층 상부의 장벽층; 상기 장벽층을 식각한 부분에 존재하는 소스, 드레인 전극; 상기 소드, 드레인 전극과 접촉하는 부분보다 상기 장벽층이 더 두껍게 남도록 식각한 부분에 존재하는 게이트 전극; 및 상기 소스, 드레인 및 게이트 전극이 존재하지 않는 영역의 장벽층을 덮는 절연층을 포함함에 그 기술적 특징이 있다.The high electron mobility transistor of the present invention is a transition layer, a gallium nitride buffer layer on the substrate; A 2DEG layer over the gallium nitride buffer layer; A barrier layer over the 2DEG layer; Source and drain electrodes present at portions of the barrier layer etched; A gate electrode in an etched portion such that the barrier layer remains thicker than a portion in contact with the sword and drain electrode; And an insulating layer covering the barrier layer in a region where the source, drain, and gate electrodes are not present.

고전자 이동도 트랜지스터(HEMT), 질화갈륨, 리세스, 장벽층, 접촉저항 High electron mobility transistor (HEMT), gallium nitride, recess, barrier layer, contact resistance

Description

고전자 이동도 트랜지스터 및 그 제조방법{High electron mobility transistor and method for manufacturing thereof}High electron mobility transistor and method for manufacturing thereof

본 발명은 고전자 이동도 트랜지스터 및 그 제조방법에 관한 것으로, 보다 자세하게는 리세스 구조를 가지는 질화물 반도체 소자를 제조함에 있어서 소스-드레인 리세스를 게이트 리세스보다 더 되도록 하여 소스, 드레인의 접촉저항을 낮추고, 게이트 리세스를 통한 normally off 특성을 확보하거나 동작속도를 향상시킬 수 있는 고전자 이동도 트랜지스터 및 그 제조방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a high electron mobility transistor and a method of manufacturing the same. More particularly, in the manufacture of a nitride semiconductor device having a recess structure, the source-drain recesses are made larger than the gate recesses so that the contact resistances of the source and drain regions are increased. The present invention relates to a high electron mobility transistor and a method of manufacturing the same, which can lower the voltage, secure a normally off characteristic through a gate recess, or improve an operation speed.

일반적으로, Si 및 GaAs와 같은 반도체 재료가 저전력 및 저주파수(Si의 경우)에 적용하기 위한 전계효과 트랜지스터(FET: Field Effect Transistor) 및 고전자 이동도 트랜지스터(HEMT: High Electron Mobility Transistor) 등의 반도체 소자에 광범위하게 사용된다.Generally, semiconductor materials such as Si and GaAs are semiconductors such as Field Effect Transistors (FETs) and High Electron Mobility Transistors (HEMTs) for application to low power and low frequencies (in the case of Si). Widely used in devices.

Si의 경우, 전자 이동도가 낮아서 높은 소스 저항을 발생시키며 이러한 저항은 고성능 이득을 심각하게 저하키며, GaAs는 Si보다 전자 이동도가 높고 소스 저 항이 낮기 때문에 더 높은 주파수에서 작동할 수 있다. 그러나, GaAs는 밴드갭이 비교적 좁고, 항복전압(breakdown voltage)이 비교적 낮아 GaAs계 HEMT는 고주파수에서 고출력을 제공할 수 없다.In the case of Si, the electron mobility is low resulting in high source resistance, which severely degrades the high performance gain, and GaAs can operate at higher frequencies because of its higher electron mobility and lower source resistance than Si. However, GaAs has a relatively narrow bandgap and a relatively low breakdown voltage, so that GaAs-based HEMTs cannot provide high power at high frequencies.

따라서, 고전력·고주파수 적용에 있어서 Ⅲ족 원소의 질화물 즉, GaN계 화합물 반도체와 같은 넓은 밴드갭 반도체 재료에 관심을 가져왔다. 이러한 재료는 Si 및 GaAs에 비하여 좀더 높은 항복전압과 전자포화속도를 갖고, 열적/화학적으로 안정하다. 이처럼 GaN계 화합물 반도체는 기존의 다른 반도체 재료에 비하여 뛰어난 물성을 갖고 있어서, 고출력·고주파 특성이 요구되는 차세대 무선통신 및 위성 통신 시스템, 고온 및 내열성이 요구되는 엔진 제어시스템 등 기존의 반도체 재료로는 한계를 갖는 분야로 응용 범위가 확대되고 있다.Therefore, in high power and high frequency applications, attention has been paid to nitrides of group III elements, that is, wide bandgap semiconductor materials such as GaN compound semiconductors. These materials have higher breakdown voltages and electron saturation rates and are thermally / chemically stable compared to Si and GaAs. As such, GaN-based compound semiconductors have superior physical properties compared to other semiconductor materials. Thus, GaN-based compound semiconductors may be used as conventional semiconductor materials such as next-generation wireless and satellite communication systems requiring high power and high frequency characteristics, and engine control systems requiring high temperature and heat resistance. The scope of application is expanding to areas with limitations.

도 1 및 도2는 종래의 리세스 구조를 갖는 고전자 이동도 트랜지스터의 단면도이다.1 and 2 are cross-sectional views of a high electron mobility transistor having a conventional recess structure.

도 1은 기판(100), 전이층(transition layer, 110), 질화갈륨(GaN)층(120), 2DEG층(130), n-AlGaN층(140), n+-AlGaN층(150)을 가지는 고전자 이동도 트랜지스터에서 게이트 리세스(160)를 통해 게이트 전극(170c) 하부를 낮춘 예이다. 그러나 도 1과 같은 트랜지스터의 경우, 소스, 드레인의 접촉 저항이 높은 단점이 있다.1 illustrates a substrate 100, a transition layer 110, a gallium nitride (GaN) layer 120, a 2DEG layer 130, an n-AlGaN layer 140, and an n + -AlGaN layer 150. In the high electron mobility transistor, the lower portion of the gate electrode 170c is lowered through the gate recess 160. However, in the case of the transistor as shown in FIG. 1, the contact resistance of the source and the drain is high.

도 2는 기판(100), 전이층(transition layer, 110), 질화갈륨(GaN)층(120), 2DEG층(130), AlGaN층(240) 및 절연층(250)이 형성 후 소스, 드레인의 접촉 저항을 낮추기 위해 소스, 드레인 전극(270a, 270b)의 접촉 부위를 리세스한 구조를 나타낸 것이다. 그러나, 도 2와 같은 고전자 이동도 트랜지스터의 경우 소스-드레인 리 세스를 통한 표면 거칠기를 이용해 저항을 낮출 수 있지만 표면의 공핍층을 따라 게이트 부분에도 공핍층이 존재하므로 게이트에 의한 변조를 방해하여 동작속도를 감소시키는 단점이 있다.2 shows the source 100 and the drain 100 after the substrate 100, the transition layer 110, the gallium nitride (GaN) layer 120, the 2DEG layer 130, the AlGaN layer 240, and the insulating layer 250 are formed. In order to reduce the contact resistance of the source and drain electrodes 270a and 270b, the contact portions of the structures are shown. However, in the case of the high electron mobility transistor as shown in FIG. 2, the resistance can be lowered by using the surface roughness through the source-drain recess, but since the depletion layer exists in the gate portion along the depletion layer of the surface, thereby preventing modulation by the gate. There is a disadvantage in reducing the operating speed.

상기와 종래 기술은 소스, 드레인 접촉 저항이 높거나 동작속도가 느린 단점이 있는바, 소스, 드레인 리세스를 통해 접촉저항을 낮추고, 게이트 리세스를 통해 normally off 특성을 만족시키거나 동작속도를 향상시킬 수 있는 고전자 이동도 트랜지스터 및 그 제조방법을 제공함에 본 발명의 목적이 있다.The above and the related arts have disadvantages of high source and drain contact resistance or slow operation speed. The contact resistance is decreased through the source and drain recesses, and the normally off characteristics are satisfied or the operation speed is improved through the gate recesses. It is an object of the present invention to provide a high electron mobility transistor and a method of manufacturing the same.

본 발명의 상기 목적은 기판 상부의 전이층, 질화갈륨 버퍼층; 상기 질화갈륨 버퍼층 상부의 2DEG층; 상기 2DEG층 상부의 장벽층; 상기 장벽층을 식각한 부분에 존재하는 소스, 드레인 전극; 상기 소드, 드레인 전극과 접촉하는 부분보다 상기 장벽층이 더 두껍게 남도록 식각한 부분에 존재하는 게이트 전극; 및 상기 소스, 드레인 및 게이트 전극이 존재하지 않는 영역의 장벽층을 덮는 절연층을 포함하는 고전자 이동도 트랜지스터에 의하여 달성된다.The object of the present invention is a transition layer, a gallium nitride buffer layer on the substrate; A 2DEG layer over the gallium nitride buffer layer; A barrier layer over the 2DEG layer; Source and drain electrodes present at portions of the barrier layer etched; A gate electrode in an etched portion such that the barrier layer remains thicker than a portion in contact with the sword and drain electrode; And an insulating layer covering a barrier layer in a region where the source, drain, and gate electrodes are not present.

본 발명의 다른 목적은 기판 상부에 질화갈륨 버퍼층을 형성하는 단계; 상기 질화갈륨 버퍼층 상부에 장벽층을 형성하는 단계; 상기 장벽층의 일부를 식각하여 소스-드레인 리세스를 형성하는 단계; 상기 소스-드레인 리세스에 소스, 드레인 전극을 형성하는 단계; 상기 기판을 열처리하는 단계; 상기 기판 상부에 절연층을 형성하고 패터닝하는 단계; 상기 소스-드레인 리세스의 장벽층 두께보다 더 두껍도록 장벽층의 일부를 식각하여 게이트 리세스를 형성하는 단계; 및 상기 게이트 리세스 에 게이트 전극을 형성하는 단계를 포함하는 고전자 이동도 트랜지스터의 제조방법에 의해 달성된다.Another object of the present invention is to form a gallium nitride buffer layer on the substrate; Forming a barrier layer on the gallium nitride buffer layer; Etching a portion of the barrier layer to form a source-drain recess; Forming source and drain electrodes in the source-drain recesses; Heat treating the substrate; Forming and patterning an insulating layer on the substrate; Etching a portion of the barrier layer to form a gate recess thicker than the barrier layer thickness of the source-drain recess; And forming a gate electrode in the gate recess.

본 발명은 소스-드레인 리세스를 통해 접촉저항을 낮추고, 게이트 리세스를 통해 normally off 특성 또는 동작속도를 향상시킬 수 있으며 소스-드레인 리세스 후의 장벽층 표면 거칠기가 게이트 리세스 후의 장벽층 표면 거칠기보다 더 크거나 같게 함으로써 표면적 증가로 인한 소스, 드레인 전극의 오믹(ohmic) 접촉 특성을 향상시켜 전기적 특성이 우수한 고품질의 고전자 이동도 트랜지스터를 제조할 수 있는 효과가 있다.The present invention can reduce the contact resistance through the source-drain recess, improve the normally off characteristic or the operation speed through the gate recess, and the barrier layer surface roughness after the source-drain recess is the barrier layer surface roughness after the gate recess. By making it larger or equal, the ohmic contact characteristics of the source and drain electrodes due to the increase of the surface area are improved, thereby producing a high quality high electron mobility transistor having excellent electrical characteristics.

본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.The terms or words used in this specification and claims are not to be construed as being limited to their ordinary or dictionary meanings, and the inventors may appropriately define the concept of terms in order to best describe their invention. It should be interpreted as meaning and concept corresponding to the technical idea of the present invention based on the principle that the present invention.

따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.Therefore, the embodiments described in the specification and the drawings shown in the drawings are only the most preferred embodiment of the present invention and do not represent all of the technical idea of the present invention, various modifications that can be replaced at the time of the present application It should be understood that there may be equivalents and variations.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 3a 내지 도3f는 본 발명에 따른 고전자 이동도 트랜지스터의 제조방법을 나타낸 단면도이다.3A to 3F are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a high electron mobility transistor according to the present invention.

먼저, 도 3a에 도시된 바와 같이, 기판(300) 상부에 전이층(310, transition layer), 고저항을 갖는 버퍼층(320), 2DEG(2 Dimensional Electron Gas)층(330) 및장벽층(340)을 형성한다.First, as shown in FIG. 3A, a transition layer 310, a high resistance layer buffer layer 320, a 2DEG (2 Dimensional Electron Gas) layer 330, and a barrier layer 340 are formed on the substrate 300. ).

상기 기판(300)은 실리콘(Si), 사파이어(Al2O3), 실리콘 카바이드(SiC) 등의 기판을 포함하며, 실리콘 기판은 실리콘(100) 기판, 실리콘(111) 기판일 수 있고 실리콘 카바이드 기판은 3C, 4H, 6H 및 15R 폴리타입 등이 가능하다.The substrate 300 may include a substrate such as silicon (Si), sapphire (Al 2 O 3 ), silicon carbide (SiC), and the like, and the silicon substrate may be a silicon 100 substrate, a silicon 111 substrate, and silicon carbide. Substrates can be 3C, 4H, 6H and 15R polytypes and the like.

상기 버퍼층(320)은 질화갈륨(GaN)으로 형성되는 것이 바람직하며, 질화갈륨 버퍼층(320)의 형성은 에피택셜 성장 방법이 가능하다. 예를 들어, 800 내지 1200℃의 온도에서 트리메틸갈륨(TMG: Trimethylgalluim)과 암모니아를 각각 Ga과 N의 소스로, 수소를 캐리어 가스로 이용하여 질화갈륨의 에피층을 성장시킨다.The buffer layer 320 is preferably formed of gallium nitride (GaN), and the formation of the gallium nitride buffer layer 320 may be an epitaxial growth method. For example, an epitaxial layer of gallium nitride is grown by using trimethylgalluim (TMG) and ammonia as sources of Ga and N and hydrogen as a carrier gas at temperatures of 800 to 1200 ° C.

상기 장벽층(340)을 형성하여 2DEG층(330)을 생성시킨다. 상기 장벽층(340)은 버퍼층(320)보다 큰 밴드갭을 가진 물질로서 AlxGa1 -xN(0<x≤1)이 바람직하며 x의 값은 0.3이상, 바람직하게는 0.3 내지 0.9의 범위에서 선택된다. AlxGa1 - xN의 polarization은 Al의 농도에 비례하므로 x의 값이 0.3 미만인 AlxGa1 - xN을 리세스시 킬 경우에 AlxGa1 - xN층의 두께가 10㎚ 이하에서는 2DEG가 형성되지 않기 때문이다.The barrier layer 340 is formed to generate a 2DEG layer 330. The barrier layer 340 is a material having a bandgap larger than that of the buffer layer 320, and Al x Ga 1- x N (0 <x ≦ 1) is preferable, and the value of x is 0.3 or more, preferably 0.3 to 0.9. Is selected from the range. Since the polarization of Al x Ga 1 - x N is proportional to the concentration of Al, when the Al x Ga 1 - x N layer is recessed when Al x Ga 1 - x N with x is less than 0.3, This is because no 2DEG is formed.

AlxGa1 - xN은 질화갈륨보다 큰 밴드갭을 가지며 에너지 밴드갭에 있어서의 이러한 불연속성으로 인하여 보다 큰 밴드갭으로부터 보다 작은 밴드갭 재료로의 자유전하 전달이 이루어진다. 전하는 이들 층 사이의 계면에 축적되어 소스와 드레인 사이에서 전류가 흐를 수 있도록 하는 2차원 전자가스 2DEG를 생성시킨다.Al x Ga 1 - x N has a larger bandgap than gallium nitride and this discontinuity in the energy bandgap results in free charge transfer from the larger bandgap to the smaller bandgap material. The charge builds up at the interface between these layers, creating a two-dimensional electron gas 2DEG that allows current to flow between the source and drain.

상기 AlxGa1 - xN 장벽층(340)은 에피택셜 성장 방법에 의할 수 있다. 예를 들어, 900℃ 이상의 온도에서 TMG(Trimethylgallium)와 TMA(Trimethylalluminium), 암모니아를 각각 Ga, Al 및 N의 소스로 하는 MOCVD에 의하여 이루어질 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.The Al x Ga 1 - x N barrier layer 340 may be based on an epitaxial growth method. For example, it may be made by MOCVD using TMG (Trimethylgallium), TMA (Trimethylalluminium), and ammonia as sources of Ga, Al, and N at a temperature of 900 ° C. or higher, but is not limited thereto.

다음, 도 3b에 도시된 바와 같이, 식각방지층을 형성하고 소정 형태로 패터닝한 후, 상기 식각방지층을 마스크로 하여 상기 장벽층(340)을 식각하여 소스-드레인 리세스(400)를 형성시킨다.Next, as shown in FIG. 3B, after forming an etch stop layer and patterning the same, a barrier layer 340 is etched using the etch stop layer as a mask to form a source-drain recess 400.

상기 식각방지층으로는 실리콘 산화막(SiO2, SiOx등), 실리콘 질화막(SixNy) 및 기타 Hf, Al, Ti, Zr 등의 금속 산화막 등이 가능하나 실리콘 산화막, 실리콘 질화막 또는 포토레지스트막이 바람직하다.Examples of the etch stop layer include silicon oxide films (SiO 2 , SiO x, etc.), silicon nitride films (Si x N y ), and other metal oxide films such as Hf, Al, Ti, and Zr, but silicon oxide films, silicon nitride films, or photoresist films may be used. desirable.

건식 식각, 습식 식각 또는 양자의 혼합방법으로 식각할 수 있으나 건식 식각이 바람직하다. 건식 식각 방법으로 플라즈마 에칭, 반응성 이온 에칭 및 스퍼터 이온 에칭 등이 가능하며, 식각 가스로는 BCl3, CH2Cl2 등 Cl이 포함된 가스를 사용 하는 것이 가능하며, 습식 식각은 KOH, NaOH, NH4OH 용액 등의 염기성 용액을 사용할 수 있다.Although it can be etched by dry etching, wet etching, or a mixture of both, dry etching is preferable. Dry etching can be used for plasma etching, reactive ion etching and sputter ion etching, and the etching gas can be a gas containing Cl, such as BCl 3 , CH 2 Cl 2 , and wet etching using KOH, NaOH, NH. 4 may be a basic solution, such as OH solution.

소스, 드레인 전극과의 접촉저항을 낮춰 오믹접합을 형성하기 위한 장벽층의 두께(TSD)는 게이트 리세스 후의 장벽층의 두께(도 3e, TG)보다 얇도록 형성하는데 10nm 이하, 바람직하게는 0.1 내지 10nm 사이로 한다.The thickness T SD of the barrier layer for lowering the contact resistance between the source and drain electrodes to form the ohmic junction is 10 nm or less, preferably less than the thickness of the barrier layer after the gate recess (FIGS. 3E and T G ). Is between 0.1 and 10 nm.

다음, 도 3c에 도시된 바와 같이, 소스, 드레인 전극(360a, 360b)을 형성하며 상기 소스, 드레인 전극 형성 후 오믹접합을 완성하기 위해 열처리를 하는 것이 가능하다. 열처리는 600 내지 1200℃에서 수행될 수 있으며 공정시간 단축을 위해 급속 열처리 공정(RTP: Rapid Thermal Process)에 의하는 것이 가능하다.Next, as illustrated in FIG. 3C, the source and drain electrodes 360a and 360b may be formed, and heat treatment may be performed to complete the ohmic junction after the source and drain electrodes are formed. The heat treatment may be performed at 600 to 1200 ° C. and may be performed by a rapid thermal process (RTP) to shorten the process time.

다음, 도 3d에 도시된 바와 같이, 절연층(350)을 증착하고 패터닝한 후 게이트 리세스(410)를 형성한다. 상기 절연층으로는 실리콘 산화막(SiO2, SiOx 등), 실리콘 질화막(SixNy), 질화갈륨막(GaN), 알루미늄나이트라이드막(AlN) 또는 적어도 이 중 어느 하나를 포함하는 물질이 바람직하며 이에 한정되는 것은 아니고 기타 금속의 산화막, 질화막 등이 이용될 수 있다.Next, as shown in FIG. 3D, a gate recess 410 is formed after depositing and patterning the insulating layer 350. The insulating layer may include a silicon oxide film (SiO 2 , SiO x, etc.), a silicon nitride film (Si x N y ), a gallium nitride film (GaN), an aluminum nitride film (AlN), or a material including at least one of them. Preferred and not limited thereto, and an oxide film, a nitride film, or the like of other metals may be used.

절연막 증착 후 패터닝하여 게이트 리세스를 하는 것은 건식 식각을 이용해 게이트 리세스를 할 때 플라즈마 입자들이 표면에 대미지(damage)를 가하거나 표면에 박혀 전하(charge)로 작용할 수 있고, 또 질화물 자체의 극성에 의해 유도된 표면의 전하들이 공핍층을 형성할 수 있는데 이를 방지하기 위함이다.Patterning and gate recessing after the deposition of an insulating layer may cause plasma particles to damage or be embedded in the surface when the gate recess is performed by dry etching, and to act as a charge, and the polarity of the nitride itself. The charges on the surface induced by may form a depletion layer to prevent this.

상기 게이트 리세스 형성을 위한 식각 방법으로는 건식 식각, 습식 식각 또 는 양자의 혼합 방법으로 식각할 수 있으나 건식 식각과 습식 식각을 혼합하는 방법이 바람직하다. 건식 식각 방법으로 플라즈마 에칭, 반응성 이온 에칭 및 스퍼터 이온 에칭 등이 가능하며, 식각 가스로는 BCl3, CH2Cl2 등 Cl이 포함된 가스를 사용하는 것이 가능하며, 습식 식각은 KOH, NaOH, NH4OH 용액 등의 염기성 용액을 사용할 수 있다.The etching method for forming the gate recess may be etched by dry etching, wet etching, or a mixture thereof, but a method of mixing dry etching and wet etching is preferable. Dry etching can be used for plasma etching, reactive ion etching and sputter ion etching, and the etching gas can be a gas containing Cl, such as BCl 3 , CH 2 Cl 2 , and wet etching using KOH, NaOH, NH. 4 may be a basic solution, such as OH solution.

소스-드레인 리세스 후의 장벽층 표면(도 3b, 400a) 거칠기는 게이트 리세스 후의 장벽층 표면(410a) 거칠기보다 크거나 같도록 하는 것이 바람직한데, 소스-드레인 리세스의 경우 표면이 거칠 경우 접촉면적의 증가로 전극특성이 향상되나 게이트 리세스이 경우 표면이 거칠 경우 누설전류가 과다하게 발생하여 소자 특성을 열화시키는 문제가 발생하기 때문이다. 이를 위해 게이트 리세스는 건식과 습식의 혼합 방법에 의한 식각, 소스-드레인 리세스는 건식 식각을 하는 것이 바람직하다.The roughness of the barrier layer surface (FIGS. 3B, 400a) after the source-drain recesses is preferably greater than or equal to the roughness of the barrier layer surface 410a after the gate recesses. This is because the electrode characteristics are improved by increasing the area, but when the gate recess has a rough surface, excessive leakage current occurs to deteriorate device characteristics. To this end, the gate recess is preferably etched by a dry and wet mixing method, and the source-drain recess is preferably dry etched.

게이트 리세스는 소스-드레인 리세스보다 덜 되도록 하여 트랜지스터의 normally off 특성과 동작속도 향상을 꾀한다. normally off 특성은 게이트 리세스를 통해 2DEG가 사라질 수 있는 범위이며(장벽층 두께가 10㎚ 수준까지 낮아졌을 때 발생), 동작속도 향상은 리세스로 인한 기생저항의 감소로 이루어지는 범위이며 약간의 게이트 리세스로도 기생저항 감소 효과는 얻을 수 있다. 이러한 이유로 리세스 후 최종 게이트 전극이 형성되는 부분의 장벽층 두께(TG)는 10 내지 100nm로 형성하는 것이 바람직하다.The gate recess is less than the source-drain recess, which improves the transistor's normally off characteristics and speed. The normally off characteristic is the range where the 2DEG can disappear through the gate recess (occurs when the barrier layer thickness is reduced to the level of 10 nm), and the improvement in operating speed consists of the reduction of the parasitic resistance caused by the recess and the slight gate Recess can also reduce parasitic resistance. For this reason, the barrier layer thickness T G of the portion where the final gate electrode is formed after the recess is preferably formed in a range of 10 to 100 nm.

이후, 도 3e에 도시된 바와 같이, 상기 게이트 리세스(410) 부위에 게이트 전극(360c)을 형성한다. 게이트 전극 물질로는 질화물계 반도체 물질과 쇼트키 접촉을 이룰 수 있는 물질, 예를 들어 니켈(Ni), 백금(Pt), 텅스텐(W), 팔라듐(Pd), 크롬(Cr), 구리(Cu) 등의 금속, 금속 실리사이드 및 이들의 합금 등이 사용될 수 있다.Thereafter, as illustrated in FIG. 3E, a gate electrode 360c is formed in the gate recess 410. As the gate electrode material, a material capable of Schottky contact with a nitride semiconductor material, for example, nickel (Ni), platinum (Pt), tungsten (W), palladium (Pd), chromium (Cr), and copper (Cu) Metals, metal silicides, alloys thereof, and the like can be used.

도 3f는 본 발명의 다른 실시예를 나타낸 것으로서, 게이트 전극을 드레인 쪽으로 늘어뜨린 Γ형 게이트 전극(360c)을 나타내고 있다. 이러한 형태는 게이트 에지(edge)의 전계를 완화시켜 전류감소 현상을 없애고 항복전압을 높이는 효과를 기대할 수 있다. Γ형 외에도 T형, 필드-플레이트(field plate) 구조도 가능하다.FIG. 3F shows another embodiment of the present invention, and shows a Γ-type gate electrode 360c with the gate electrode hanging down toward the drain. This type can be expected to reduce the electric field at the gate edge (edge) to eliminate the current reduction phenomenon and increase the breakdown voltage. In addition to type Γ, T-type and field plate structures are also available.

본 발명은 이상에서 살펴본 바와 같이 바람직한 실시예를 들어 도시하고 설명하였으나, 상기한 실시예에 한정되지 아니하며 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변경과 수정이 가능할 것이다.Although the present invention has been shown and described with reference to the preferred embodiments as described above, it is not limited to the above embodiments and those skilled in the art without departing from the spirit of the present invention. Various changes and modifications will be possible.

도 1 및 도2는 종래의 리세스 구조를 갖는 고전자 이동도 트랜지스터의 단면도.1 and 2 are cross-sectional views of a high electron mobility transistor having a conventional recess structure.

도 3a 내지 도 3f는 본 발명에 따른 고전자 이동도 트랜지스터의 제조방법을 나타낸 단면도.3A to 3F are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a high electron mobility transistor according to the present invention.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for the main parts of the drawings>

300 : 기판 310 : 전이층(transistion layer)300 substrate 310 transition layer

320 : 질화갈륨층 330 : 2DEG층320 gallium nitride layer 330 2DEG layer

340 : 장벽층 350 : 절연층340: barrier layer 350: insulating layer

360a, 360b, 360c : 소스, 드레인, 게이트 전극360a, 360b, 360c: source, drain and gate electrodes

400 : 소스-드레인 리세스 410 : 게이트 리세스400: source-drain recess 410: gate recess

Claims (17)

기판 상부의 전이층, 질화갈륨 버퍼층;A transition layer on the substrate, a gallium nitride buffer layer; 상기 질화갈륨 버퍼층 상부의 2DEG층; A 2DEG layer over the gallium nitride buffer layer; 상기 2DEG층 상부의 장벽층;A barrier layer over the 2DEG layer; 상기 장벽층을 식각한 부분에 존재하는 소스, 드레인 전극;Source and drain electrodes present at portions of the barrier layer etched; 상기 소스, 드레인 전극과 접촉하는 부분보다 상기 장벽층이 더 두껍게 남도록 식각한 부분에 존재하는 게이트 전극; 및A gate electrode in an etched portion such that the barrier layer remains thicker than a portion in contact with the source and drain electrodes; And 상기 소스, 드레인 및 게이트 전극이 존재하지 않는 영역의 장벽층을 덮는 절연층An insulating layer covering the barrier layer in a region where the source, drain, and gate electrodes do not exist 을 포함하는 고전자 이동도 트랜지스터.A high electron mobility transistor comprising a. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 소스, 드레인 전극 하층부의 표면 거칠기가 게이트 전극의 하층부의 표면 거칠기보다 더 크거나 같은 고전자 이동도 트랜지스터.And the surface roughness of the lower layer of the source and drain electrodes is greater than or equal to the surface roughness of the lower layer of the gate electrode. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 소스, 드레인 전극이 접촉하는 부분의 장벽층 두께가 0.1 내지 10nm 인 고전자 이동도 트랜지스터.A high electron mobility transistor having a barrier layer thickness of 0.1 to 10 nm in a portion where the source and drain electrodes contact each other. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 게이트 전극이 접촉하는 부분의 장벽층 두께가 10 내지 100nm 사이인 고전자 이동도 트랜지스터.A high electron mobility transistor having a barrier layer thickness of 10 to 100nm at the portion where the gate electrode contacts. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 장벽층은 AlxGa1 -xN(0<x≤1)인 고전자 이동도 트랜지스터.And the barrier layer is Al x Ga 1- x N (0 <x ≦ 1). 제5항에 있어서,The method of claim 5, 상기 AlxGa1 - xN의 조성비는 x의 범위가 0.3 내지 0.9인 고전자 이동도 트랜지스터.The composition ratio of Al x Ga 1 - x N is a high electron mobility transistor having a range of x 0.3 to 0.9. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 절연층은 실리콘 질화막, 실리콘 산화막, 질화갈륨막(GaN), 알루미늄나 이트라이드막(AlN) 또는 적어도 이 중 어느 하나를 포함하는 고전자 이동도 트랜지스터.The insulating layer may include a silicon nitride film, a silicon oxide film, a gallium nitride film (GaN), an aluminum or nitride film (AlN), or at least any one of them. 기판 상부에 질화갈륨 버퍼층을 형성하는 단계;Forming a gallium nitride buffer layer on the substrate; 상기 질화갈륨 버퍼층 상부에 장벽층을 형성하는 단계;Forming a barrier layer on the gallium nitride buffer layer; 상기 장벽층의 일부를 식각하여 소스-드레인 리세스를 형성하는 단계;Etching a portion of the barrier layer to form a source-drain recess; 상기 소스-드레인 리세스에 소스, 드레인 전극을 형성하는 단계;Forming source and drain electrodes in the source-drain recesses; 상기 기판을 열처리하는 단계;Heat treating the substrate; 상기 기판 상부에 절연층을 형성하고 패터닝하는 단계;Forming and patterning an insulating layer on the substrate; 상기 소스-드레인 리세스의 장벽층 두께보다 더 두껍도록 장벽층의 일부를 식각하여 게이트 리세스를 형성하는 단계; 및Etching a portion of the barrier layer to form a gate recess thicker than the barrier layer thickness of the source-drain recess; And 상기 게이트 리세스에 게이트 전극을 형성하는 단계Forming a gate electrode in the gate recess 를 포함하는 고전자 이동도 트랜지스터의 제조방법.Method of manufacturing a high electron mobility transistor comprising a. 제8항에 있어서,The method of claim 8, 상기 장벽층은 AlxGa1 -xN(0<x≤1)인 고전자 이동도 트랜지스터의 제조방법.And the barrier layer is Al x Ga 1- x N (0 <x ≦ 1). 제9항에 있어서,The method of claim 9, 상기 AlxGa1 -xN(0<x≤1)의 조성비는 x의 범위가 0.3 내지 0.9인 고전자 이동도 트랜지스터의 제조방법.The composition ratio of Al x Ga 1- x N (0 <x ≦ 1) has a range of x from 0.3 to 0.9. 제8항에 있어서,The method of claim 8, 상기 소스-드레인 리세스는 건식 식각 방법에 의해 이루어지는 고전자 이동도 트랜지스터의 제조방법.And the source-drain recess is a dry etching method. 제8항에 있어서,The method of claim 8, 상기 소스-드레인 리세스의 장벽층 두께가 0.1 내지 10nm인 고전자 이동도 트랜지스터의 제조방법.And a barrier layer thickness of the source-drain recess is 0.1 to 10 nm. 제8항에 있어서,The method of claim 8, 상기 게이트 리세스의 장벽층 두께가 10 내지 100nm 사이인 고전자 이동도 트랜지스터의 제조방법.And a barrier layer thickness of the gate recess is between 10 and 100 nm. 제8항에 있어서,The method of claim 8, 상기 절연층은 실리콘 질화막, 실리콘 산화막, 질화갈륨막(GaN), 알루미늄나이트라이드막(AlN) 또는 적어도 이 중 어느 하나를 포함하는 고전자 이동도 트랜지스터의 제조방법.The insulating layer may include a silicon nitride film, a silicon oxide film, a gallium nitride film (GaN), an aluminum nitride film (AlN), or at least one of the above. 제8항에 있어서,The method of claim 8, 상기 게이트 리세스는 건식과 습식 식각을 혼합한 방법에 의해 이루어지는 고전자 이동도 트랜지스터의 제조방법.The gate recess is a method of manufacturing a high electron mobility transistor formed by a method of mixing dry and wet etching. 제15항에 있어서,The method of claim 15, 상기 건식 식각은 BCl3 또는 CH2Cl2의 식각 가스를 사용하고, 습식 식각은 KOH, NaOH 또는 NH4OH 용액을 사용하는 고전자 이동도 트랜지스터의 제조방법.The dry etching is BCl 3 Or an etching gas of CH 2 Cl 2 and wet etching using a KOH, NaOH or NH 4 OH solution. 제8항에 있어서,The method of claim 8, 상기 소스-드레인 리세스 후의 장벽층 표면 거칠기가 게이트 리세스 후의 장벽층 표면 거칠기보다 더 크거나 같은 고전자 이동도 트랜지스터의 제조방법.And said barrier layer surface roughness after said source-drain recess is greater than or equal to the barrier layer surface roughness after gate recess.
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