KR100912592B1 - High electron mobility transistor and method for manufacturing thereof - Google Patents
High electron mobility transistor and method for manufacturing thereof Download PDFInfo
- Publication number
- KR100912592B1 KR100912592B1 KR1020070095070A KR20070095070A KR100912592B1 KR 100912592 B1 KR100912592 B1 KR 100912592B1 KR 1020070095070 A KR1020070095070 A KR 1020070095070A KR 20070095070 A KR20070095070 A KR 20070095070A KR 100912592 B1 KR100912592 B1 KR 100912592B1
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- barrier layer
- source
- layer
- drain
- recess
- Prior art date
Links
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 12
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 25
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 claims abstract description 43
- JMASRVWKEDWRBT-UHFFFAOYSA-N Gallium nitride Chemical compound [Ga]#N JMASRVWKEDWRBT-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 25
- 229910002601 GaN Inorganic materials 0.000 claims abstract description 23
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 19
- 150000004767 nitrides Chemical class 0.000 claims abstract description 7
- 230000007704 transition Effects 0.000 claims abstract description 7
- 238000001312 dry etching Methods 0.000 claims description 10
- HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M Sodium hydroxide Chemical compound [OH-].[Na+] HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 9
- 238000005530 etching Methods 0.000 claims description 8
- 230000003746 surface roughness Effects 0.000 claims description 7
- 238000001039 wet etching Methods 0.000 claims description 7
- 229910052581 Si3N4 Inorganic materials 0.000 claims description 5
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 238000000059 patterning Methods 0.000 claims description 5
- HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N silicon nitride Chemical compound N12[Si]34N5[Si]62N3[Si]51N64 HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 229910052814 silicon oxide Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 4
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- PMHQVHHXPFUNSP-UHFFFAOYSA-M copper(1+);methylsulfanylmethane;bromide Chemical compound Br[Cu].CSC PMHQVHHXPFUNSP-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 2
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 1
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 abstract description 11
- 239000000463 material Substances 0.000 description 10
- 229910001218 Gallium arsenide Inorganic materials 0.000 description 5
- QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N Ammonia Chemical compound N QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 4
- 238000001020 plasma etching Methods 0.000 description 4
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 4
- 229910002704 AlGaN Inorganic materials 0.000 description 3
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- KDLHZDBZIXYQEI-UHFFFAOYSA-N Palladium Chemical compound [Pd] KDLHZDBZIXYQEI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 3
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 3
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Chemical compound [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910021529 ammonia Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000003637 basic solution Substances 0.000 description 2
- 239000011651 chromium Substances 0.000 description 2
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 2
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 2
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 2
- 229910052733 gallium Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 2
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000003071 parasitic effect Effects 0.000 description 2
- 230000008569 process Effects 0.000 description 2
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 2
- HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N silicon carbide Chemical compound [Si+]#[C-] HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- LIVNPJMFVYWSIS-UHFFFAOYSA-N silicon monoxide Chemical compound [Si-]#[O+] LIVNPJMFVYWSIS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 2
- 238000000992 sputter etching Methods 0.000 description 2
- VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N Chromium Chemical compound [Cr] VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 239000012159 carrier gas Substances 0.000 description 1
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 1
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 1
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 1
- 239000007772 electrode material Substances 0.000 description 1
- 230000005669 field effect Effects 0.000 description 1
- -1 for example Substances 0.000 description 1
- 229910052735 hafnium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 description 1
- 238000002488 metal-organic chemical vapour deposition Methods 0.000 description 1
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 1
- TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Al]O[Al]=O TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052763 palladium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 1
- 229920002120 photoresistant polymer Polymers 0.000 description 1
- 230000000704 physical effect Effects 0.000 description 1
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000010287 polarization Effects 0.000 description 1
- 229910021332 silicide Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910010271 silicon carbide Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 1
- XCZXGTMEAKBVPV-UHFFFAOYSA-N trimethylgallium Chemical compound C[Ga](C)C XCZXGTMEAKBVPV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N tungsten Chemical compound [W] WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010937 tungsten Substances 0.000 description 1
- 230000005533 two-dimensional electron gas Effects 0.000 description 1
- 229910052726 zirconium Inorganic materials 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor devices adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching, or capacitors or resistors with at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/68—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by only the electric current supplied, or only the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched
- H01L29/76—Unipolar devices, e.g. field effect transistors
- H01L29/772—Field effect transistors
- H01L29/778—Field effect transistors with two-dimensional charge carrier gas channel, e.g. HEMT ; with two-dimensional charge-carrier layer formed at a heterojunction interface
- H01L29/7782—Field effect transistors with two-dimensional charge carrier gas channel, e.g. HEMT ; with two-dimensional charge-carrier layer formed at a heterojunction interface with confinement of carriers by at least two heterojunctions, e.g. DHHEMT, quantum well HEMT, DHMODFET
- H01L29/7783—Field effect transistors with two-dimensional charge carrier gas channel, e.g. HEMT ; with two-dimensional charge-carrier layer formed at a heterojunction interface with confinement of carriers by at least two heterojunctions, e.g. DHHEMT, quantum well HEMT, DHMODFET using III-V semiconductor material
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor devices adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching, or capacitors or resistors with at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/02—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/12—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by the materials of which they are formed
- H01L29/20—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by the materials of which they are formed including, apart from doping materials or other impurities, only AIIIBV compounds
- H01L29/2003—Nitride compounds
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor devices adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching, or capacitors or resistors with at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/66007—Multistep manufacturing processes
- H01L29/66075—Multistep manufacturing processes of devices having semiconductor bodies comprising group 14 or group 13/15 materials
- H01L29/66227—Multistep manufacturing processes of devices having semiconductor bodies comprising group 14 or group 13/15 materials the devices being controllable only by the electric current supplied or the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched, e.g. three-terminal devices
- H01L29/66409—Unipolar field-effect transistors
- H01L29/66446—Unipolar field-effect transistors with an active layer made of a group 13/15 material, e.g. group 13/15 velocity modulation transistor [VMT], group 13/15 negative resistance FET [NERFET]
- H01L29/66462—Unipolar field-effect transistors with an active layer made of a group 13/15 material, e.g. group 13/15 velocity modulation transistor [VMT], group 13/15 negative resistance FET [NERFET] with a heterojunction interface channel or gate, e.g. HFET, HIGFET, SISFET, HJFET, HEMT
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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-
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
320 : 질화갈륨층 330 : 2DEG층320
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)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020070095070A KR100912592B1 (en) | 2007-09-19 | 2007-09-19 | High electron mobility transistor and method for manufacturing thereof |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020070095070A KR100912592B1 (en) | 2007-09-19 | 2007-09-19 | High electron mobility transistor and method for manufacturing thereof |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
KR20090029897A KR20090029897A (en) | 2009-03-24 |
KR100912592B1 true KR100912592B1 (en) | 2009-08-19 |
Family
ID=40696382
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
KR1020070095070A KR100912592B1 (en) | 2007-09-19 | 2007-09-19 | High electron mobility transistor and method for manufacturing thereof |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
KR (1) | KR100912592B1 (en) |
Families Citing this family (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR102065115B1 (en) | 2010-11-05 | 2020-01-13 | 삼성전자주식회사 | High Electron Mobility Transistor having E-mode and method of manufacturing the same |
KR20120060303A (en) * | 2010-12-02 | 2012-06-12 | 엘지전자 주식회사 | Method for manufacturing nitride semiconductor device and the same manufactured thereof |
KR101927408B1 (en) | 2012-07-20 | 2019-03-07 | 삼성전자주식회사 | High electron mobility transistor and method of manufacturing the same |
KR102005451B1 (en) * | 2012-07-30 | 2019-07-30 | 삼성전자주식회사 | High Electron Mobility Transistor |
KR20140066015A (en) | 2012-11-22 | 2014-05-30 | 삼성전자주식회사 | Hetero junction field effect transistor and method for manufacturing the same |
CN103426740A (en) * | 2013-08-20 | 2013-12-04 | 中国科学院微电子研究所 | Method for reducing ohmic contact resistance of high electronic-mobility transistor source drain region |
CN108878509B (en) * | 2018-08-02 | 2024-02-23 | 杭州士兰集成电路有限公司 | Gallium nitride transistor and method for manufacturing same |
CN113161239A (en) * | 2021-04-15 | 2021-07-23 | 北京工业大学 | Enhanced GaN HEMT annular gate lower etching device and preparation method thereof |
Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR20060022842A (en) * | 2004-09-08 | 2006-03-13 | 삼성전기주식회사 | Nitride based hetero-junction feild effect transistor |
-
2007
- 2007-09-19 KR KR1020070095070A patent/KR100912592B1/en active IP Right Grant
Patent Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR20060022842A (en) * | 2004-09-08 | 2006-03-13 | 삼성전기주식회사 | Nitride based hetero-junction feild effect transistor |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
KR20090029897A (en) | 2009-03-24 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US20210313462A1 (en) | Nitride semiconductor device | |
US7709859B2 (en) | Cap layers including aluminum nitride for nitride-based transistors | |
KR101124937B1 (en) | Cap layers and/or passivation layers for nitride-based transistors, transistor structures and methods of fabricating same | |
TWI429076B (en) | Binary group iii-nitride based high electron mobility transistors and methods of fabricating same | |
Higashiwaki et al. | AlGaN/GaN heterostructure field-effect transistors on 4H-SiC substrates with current-gain cutoff frequency of 190 GHz | |
KR101008272B1 (en) | Normally off nitride high electron mobility transistor and method for manufacturing thereof | |
JP5004403B2 (en) | High electron mobility transistor (HEMT) | |
US9553182B2 (en) | Circuit structure, transistor and semiconductor device | |
KR100912592B1 (en) | High electron mobility transistor and method for manufacturing thereof | |
EP3413353A1 (en) | Normally-off hemt transistor with selective generation of 2deg channel, and manufacturing method thereof | |
US8551821B2 (en) | Enhancement normally off nitride semiconductor device manufacturing the same | |
TW201442230A (en) | Heterostructure power transistor and method of fabricating a heterostructure semiconductor device | |
JP5126733B2 (en) | Field effect transistor and manufacturing method thereof | |
KR20070032701A (en) | A method of manufacturing a nitride transistor having a regrown ohmic contact region and a nitride transistor having a regrown ohmic contact region | |
Wong et al. | N-face metal–insulator–semiconductor high-electron-mobility transistors with AlN back-barrier | |
TWI483397B (en) | Power device and method for manufacturing the same | |
KR101001222B1 (en) | High electron mobility transistor for switch and method for manufacturing thereof | |
JP2013140981A (en) | Nitride-based semiconductor element and manufacturing method therefore | |
KR101306591B1 (en) | High electron mobility transistors device and method of manufacturing the same | |
TWM508782U (en) | Semiconductor device | |
KR20140012445A (en) | Nitride based semiconductor device and method for manufacturing the same | |
KR100894810B1 (en) | High electron mobility transistor and method for manufacturing thereof |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A201 | Request for examination | ||
E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
GRNT | Written decision to grant | ||
FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20130621 Year of fee payment: 5 |
|
FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20140708 Year of fee payment: 6 |
|
FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20150626 Year of fee payment: 7 |
|
FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20160808 Year of fee payment: 8 |