KR101066601B1 - Method for fabricating pseudomorphic high electron mobility transistor device and power amplifier having the phemt produced by the same - Google Patents
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Abstract
본 발명은 부정형 고전자이동도 트랜지스터의 제조방법 및 이에 의해 제조된 소자를 포함하는 파워 앰프에 관한 것으로, 에피 기판 상에 소오스 및 드레인을 형성하고, 상기 에피 기판을 건식법 및 습식법을 포함하는 게이트 리세스 에칭하여 리세스 영역을 형성하고, 상기 리세스 영역에 게이트를 형성하는 것을 포함하는 방법으로 부정형 고전자이동도 트랜지스터 소자를 제조하는 것을 특징으로 한다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for manufacturing an amorphous high electron mobility transistor, and a power amplifier including a device manufactured thereby, comprising: forming a source and a drain on an epitaxial substrate, and removing the epitaxial substrate from a dry process and a wet method. And forming a recess region by recess etching, and forming a gate in the recess region, thereby manufacturing an amorphous high electron mobility transistor device.
화합물 반도체 소자, PHEMT, 파워 앰프, 네가티브 피드백 회로 Compound Semiconductor Devices, PHEMTs, Power Amplifiers, Negative Feedback Circuits
Description
본 발명은 반도체 소자에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 부정형 고전자이동도 트랜지스터 소자의 제조방법 및 이에 의해 제조된 소자를 갖는 파워 앰프에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to semiconductor devices, and more particularly, to a method of manufacturing an amorphous high electron mobility transistor device and a power amplifier having a device manufactured thereby.
화합물 반도체 소자의 일종인 부정형 고전자이동도 트랜지스터(Pseudomorphic High Electron Mobility Transistor: 이하, PHEMT)는 소자 내에 포함되는 여러 층들이 소자 내 다른 물질의 격자상수와 아주 다르며, 격자 불일치로 인하여 채널층을 형성하는 물질의 구조가 변형되는 특성을 가지는 것이 일반적이다. 이러한 격자 불일치에 따른 응력변형으로 인하여 제조 과정에서 기판 상에 층들을 성장시키는데 어려움이 있으나, 채널층으로 전달되는 전하밀도와 전자이동도가 높기 때문에 전력 및 노이즈 특성이 우수한 장점이 있다. 따라서, 고주파수에서도 동작할 수 있고 실리콘 소자에 비해 전자의 속도가 우수하기 때문에 마이크로파 또는 밀리미터파 대역의 소자에 널리 응용되고 있다.Pseudomorphic High Electron Mobility Transistor (PHEMT), a kind of compound semiconductor device, has many layers included in the device that are very different from the lattice constant of other materials in the device, and form a channel layer due to lattice mismatch. It is common to have the property that the structure of the material to be modified. It is difficult to grow the layers on the substrate during the manufacturing process due to the stress strain due to the lattice mismatch, but the power and noise characteristics are excellent because of the high charge density and electron mobility transferred to the channel layer. Therefore, since it can operate at high frequency and the electron speed is superior to a silicon element, it is widely applied to the element of a microwave or millimeter wave band.
이러한 PHEMT 소자는 핀치오프 전압(Pinch-off voltage)이 음전압이므로 고주파(RF) 신호가 입력되는 게이트에 음전압 전원을 연결시켜 동작시키는 것이 일반적이다. 음전압을 발생시키는 회로의 필요성은 칩의 생산 가격을 증가시키는 요인이 되어 양전압 전원만을 사용하는 이종접합 트랜지스터(Hetero-junction Bipolar Transistor) 대비 단점으로 지적되고 있다. PHEMT 소자를 단일전압 전원으로 구동시키기 위해서는 고주파 신호가 입력되는 게이트에 O 볼트 이상의 양전압을 가할 수 있도록 핀치오프 전압을 높여야 하는데, 이 경우 웨이퍼 내 소자 특성이 떨어져 생산성이 저하되는 경향이 있으며, 높은 이득에서 오는 소자의 불안정성에 의해 칩 신뢰도가 떨어지는 문제점이 있다.Since the pinch-off voltage is a negative voltage, the PHEMT device is generally operated by connecting a negative voltage power source to a gate to which a high frequency (RF) signal is input. The necessity of a circuit for generating a negative voltage increases the production cost of the chip, which is pointed out as a disadvantage compared to a heterojunction transistor using only a positive voltage power supply. In order to drive the PHEMT device with a single voltage power supply, the pinch-off voltage must be increased to apply a positive voltage of 0 volts or more to the gate to which the high frequency signal is input. There is a problem that the chip reliability is lowered due to the instability of the device coming from the gain.
본 발명은 종래 기술에서의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 단일전원 전압으로 동작할 수 있으며 생산성과 안정성이 우수한 부정형 고전자이동도 트랜지스터 소자의 제조방법 및 이에 의해 제조된 소자를 갖는 파워 앰프를 제공함에 있다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the problems in the prior art, and an object of the present invention is to provide a method for manufacturing an amorphous high electron mobility transistor device capable of operating with a single power supply voltage and having high productivity and stability, and a device manufactured thereby. In providing a power amplifier having a.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 부정형 고전자이동도 트랜지스터 소자의 제조방법은 게이트 리세스 에칭을 건식 에칭과 습식 에칭을 병행하여 진행하므로써 전기적 특성이 개선된 것을 특징으로 한다. 본 발명에 따른 파워 앰프는 상기 게이트 리세스 에칭으로 제작된 소자를 포함하고 레지스터와 커패시터가 직렬 연결된 네가티브 피드백 회로를 게이트와 드레인과 병렬 연결시키므로써 광대역 특성과 무조건적인 안정 조건을 만족하는 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, the method of manufacturing an amorphous high mobility transistor device according to the present invention is characterized in that the electrical properties are improved by performing the gate recess etching in parallel with the dry etching and the wet etching. The power amplifier according to the present invention includes a device fabricated by the gate recess etching, and satisfies broadband characteristics and unconditional stability conditions by connecting a negative feedback circuit connected in series with a resistor and a capacitor in parallel with a gate and a drain. do.
상기 특징을 구현할 수 있는 본 발명의 실시예에 따른 부정형 고전자이동도 트랜지스터 소자의 제조방법은, 에피 기판을 제공하고; 상기 에피 기판 상에 소오스 및 드레인을 형성하고; 상기 에피 기판을 건식법 및 습식법을 포함하는 게이트 리세스 에칭하여 리세스 영역을 형성하고; 그리고 상기 리세스 영역에 게이트를 형성하는 것을 포함할 수 있다.According to another aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing an amorphous high electron mobility transistor device, including: an epi substrate; Forming a source and a drain on the epi substrate; Gate recess etching the epitaxial substrate including a dry method and a wet method to form a recess region; And forming a gate in the recess region.
본 실시예의 방법에 있어서, 상기 에피 기판을 제공하는 것은 반절연성 기판을 제공하고; 상기 반절연성 기판 상에 버퍼층을 형성하고; 상기 버퍼층 상에 활성 화층을 형성하고; 그리고 상기 활성화층을 메사 에칭하는 것을 포함할 수 있다.In the method of this embodiment, providing the epi substrate provides a semi-insulating substrate; Forming a buffer layer on the semi-insulating substrate; Forming an active layer on the buffer layer; And mesa etching the activation layer.
본 실시예의 방법에 있어서, 상기 반절연성 기판을 제공하는 것은 갈륨비소(GaAs)를 형성하는 것을 포함할 수 있다.In the method of the present embodiment, providing the semi-insulating substrate may include forming gallium arsenide (GaAs).
본 실시예의 방법에 있어서, 상기 버퍼층을 제공하는 것은 상기 반절연성 기판 상에 비도핑된 갈륨비소(undoped GaAs)를 포함하는 제1 버퍼층을 형성하고; 그리고 상기 제1 버퍼층 상에 초격자 구조의 알루미늄갈륨비소(AlGaAs)/갈륨비소(GaAs)를 포함하는 제2 버퍼층을 형성하는 것을 포함할 수 있다.In the method of this embodiment, providing the buffer layer comprises: forming a first buffer layer comprising undoped GaAs on the semi-insulating substrate; And forming a second buffer layer including aluminum gallium arsenide (AlGaAs) / gallium arsenide (GaAs) having a superlattice structure on the first buffer layer.
본 실시예의 방법에 있어서, 상기 활성화층을 형성하는 것은 상기 버퍼층 상에 제1 밴드갭을 갖는 비도핑된 알루미늄갈륨비소(AlGaAs)를 포함하는 전자공급층을 형성하고; 상기 전자공급층 상에 제1 도핑 농도의 하부 실리콘 면도핑층, 하부 스페이서, 상기 제1 밴드갭에 비해 좁은 제2 밴드갭을 갖는 비도핑된 인듐갈륨비소(InGaAs), 상부 스페이서 및 상기 제1 도핑 농도에 비해 작은 제2 도핑 농도의 상부 실리콘 면도핑층이 순차 적층된 전자주행층을 형성하고; 상기 전자주행층 상에 도핑된 알루미늄갈륨비소(AlGaAs)를 포함하는 쇼트키층을 형성하고; 그리고 상기 쇼트키층 상에 비도핑된 갈륨비소(GaAs)를 포함하는 캡층을 형성하는 것을 포함할 수 있다.In the method of this embodiment, forming the activation layer comprises: forming an electron supply layer including undoped aluminum gallium arsenide (AlGaAs) having a first bandgap on the buffer layer; A lower silicon shaping layer having a first doping concentration, a lower spacer, an undoped indium gallium arsenide (InGaAs) having a second bandgap narrower than the first bandgap, an upper spacer and the first doping concentration on the electron supply layer Forming an electron traveling layer in which the upper silicon shaping layer having a second doping concentration smaller than the doping concentration is sequentially stacked; Forming a Schottky layer including doped aluminum gallium arsenide (AlGaAs) on the electron traveling layer; And forming a cap layer including undoped gallium arsenide (GaAs) on the Schottky layer.
본 실시예의 방법에 있어서, 상기 소오스 및 드레인을 형성하는 것은 상기 캡층 상에 금게르마늄(AuGe)/니켈(Ni)/금(Au)을 포함하는 소오스/드레인 금속막을 증착하고; 그리고 상기 소오스/드레인 금속막을 급속열처리(RTA)하여 상기 캡층과 오믹 접촉시키는 것을 포함할 수 있다.In the method of this embodiment, forming the source and the drain comprises depositing a source / drain metal film including gold germanium (AuGe) / nickel (Ni) / gold (Au) on the cap layer; And performing rapid thermal treatment (RTA) on the source / drain metal layer to make ohmic contact with the cap layer.
본 실시예의 방법에 있어서, 상기 리세스 영역을 형성하는 것은 상기 캡층의 일부를 노출시켜 게이트 영역을 한정하는 실리콘질화막을 포함하는 보호막을 형성하고; 상기 게이트 영역을 통해 노출된 상기 캡층을 건식 에칭하여 상기 쇼트키층을 노출시키고; 그리고 상기 노출된 쇼트키층을 습식 에칭하는 것을 포함하는 부정형 고전자이동도 트랜지스터 소자의 제조방법.In the method of this embodiment, forming the recessed region forms a protective film including a silicon nitride film defining a gate region by exposing a portion of the cap layer; Dry etching the cap layer exposed through the gate region to expose the schottky layer; And wet etching the exposed Schottky layer.
본 실시예의 방법에 있어서, 상기 캡층을 건식 에칭하는 것은 상기 알루미늄갈륨비소(AlGaAs)에 대해 상기 갈륨비소(GaAs)를 선택적으로 에칭할 수 있는 반응성 이온 에칭(RIE)으로써 상기 갈륨비소(GaAs)를 선택적으로 에칭하는 것을 포함할 수 있다.In the method of this embodiment, the dry etching of the cap layer is performed by reactive ion etching (RIE) capable of selectively etching the gallium arsenide (GaAs) with respect to the aluminum gallium arsenide (AlGaAs). May optionally include etching.
본 실시예의 방법에 있어서, 상기 쇼트키층을 습식 에칭하는 것은 인산(H3PO4)과 과산화수소(H2O2)를 포함하는 에천트를 이용한 습식 에칭으로써 상기 알루미늄갈륨비소(AlGaAs)를 에칭하되, 포화전류를 측정하면서 포화전류값이 목표값에 도달할 때까지 상기 습식 에칭을 진행하는 것을 포함할 수 있다.In the method of the present embodiment, the wet etching of the Schottky layer is performed by etching the aluminum gallium arsenide (AlGaAs) by wet etching using an etchant including phosphoric acid (H 3 PO 4 ) and hydrogen peroxide (H 2 O 2 ). The wet etching may be performed while measuring the saturation current until the saturation current value reaches the target value.
본 실시예의 방법에 있어서, 상기 게이트를 형성하는 것은 상기 리세스 영역에 타이타늄(Ti)/백금(Pt)/금(Au)을 포함하는 게이트 금속막을 증착하고; 그리고 상기 게이트 금속막을 리프트-오프시켜 상기 쇼트키층과 쇼트키 접촉시키는 것을 포함할 수 있다.In the method of this embodiment, forming the gate comprises depositing a gate metal film including titanium (Ti) / platinum (Pt) / gold (Au) in the recess region; The gate metal layer may be lifted off to make the schottky contact with the schottky layer.
상기 특징을 구현할 수 있는 본 발명의 실시예에 따른 파워 앰프는, 에피 기판을 건식법 및 습식법을 포함하는 게이트 리세스 에칭으로 리세스 영역을 형성하 고, 그 리세스 영역에 게이트를 형성하는 것을 포함하는 제조방법에 의해 제조된 복수개의 부정형 고전자이동도 트랜지스터 소자와; 상기 복수개의 부정형 고전자이동도 트랜지스터 소자의 복수개의 게이트와 전기적으로 연결된 게이트 패드와; 상기 복수개의 부정형 고전자이동도 트랜지스터 소자의 복수개의 소오스와 전기적으로 연결된 소오스 패드와; 상기 복수개의 부정형 고전자이동도 트랜지스터 소자의 복수개의 드레인과 전기적으로 연결된 드레인 패드와; 그리고 상기 게이트 및 드레인 패드와 병렬 연결되고, 커패시터와 레지스터가 직렬 연결된 네가티브 피드백 회로를 포함할 수 있다.A power amplifier according to an embodiment of the present invention capable of realizing the above characteristics includes forming a recess region in the epitaxial substrate by a gate recess etching including a dry method and a wet method, and forming a gate in the recess region. A plurality of amorphous high electron mobility transistor elements manufactured by a fabrication method; A gate pad electrically connected to a plurality of gates of the plurality of amorphous high electron mobility transistor elements; A source pad electrically connected to a plurality of sources of the plurality of amorphous high electron mobility transistor elements; A drain pad electrically connected to a plurality of drains of the plurality of amorphous high electron mobility transistor elements; And a negative feedback circuit connected in parallel with the gate and drain pads and having a capacitor and a resistor connected in series.
본 실시예의 파워 앰프에 있어서, 상기 커패시터는 금속-절연체-금속(MIM) 커패시터를 포함하고, 상기 레지스터는 니켈크롬(NiCr) 박막 레지스터를 포함할 수 있다.In the power amplifier of the present embodiment, the capacitor may include a metal-insulator-metal (MIM) capacitor, and the resistor may include a nickel chromium (NiCr) thin film resistor.
본 실시예의 파워 앰프에 있어서, 상기 부정형 고전자이동도 트랜지스터 소자는 에피 기판이 선택적으로 제거된 리세스 영역에 쇼트키 접촉된 게이트와 상기 에피 기판과 오믹 접촉된 소오스/드레인을 포함하고, 상기 에피 기판은 알루미늄갈륨비소(AlGaAs)층과 갈륨비소(GaAs)층을 포함하되, 상기 리세스 영역은 상기 알루미늄갈륨비소(AlGaAs)층에 대해 상기 갈륨비소(GaAs)층을 선택적으로 에칭할 수 있는 건식 에칭과, 상기 알루미늄갈륨비소(AlGaAs)을 습식 에칭을 포함하는 게이트 리세스 에칭으로 형성된 것을 포함할 수 있다.In the power amplifier of this embodiment, the amorphous high electron mobility transistor device includes a gate contacted with a schottky contact in a recess region in which an epitaxial substrate is selectively removed, and a source / drain in ohmic contact with the epitaxial substrate. The substrate includes an aluminum gallium arsenide (AlGaAs) layer and a gallium arsenide (GaAs) layer, wherein the recess region is a dry type capable of selectively etching the gallium arsenide (GaAs) layer with respect to the aluminum gallium arsenide (AlGaAs) layer. Etching and the aluminum gallium arsenide (AlGaAs) may be formed by a gate recess etching including a wet etching.
본 발명에 의하면, 단일전원으로 동작할 수 있고 특성이 개선된 부정형 고전 자이동도 트랜지스터 소자(PHEMT)를 제조할 수 있다. 또한, 이러한 우수한 특성을 가진 PHEMT 소자를 응용하므로써 광대역 특성과 무조건적인 안정 조건을 만족하는 파워 앰프를 구현할 수 있다.According to the present invention, an amorphous high mobility device (PHEMT) capable of operating with a single power source and having improved characteristics can be manufactured. In addition, by applying the PHEMT device having such excellent characteristics, it is possible to implement a power amplifier that satisfies the broadband characteristics and unconditional stability conditions.
이하, 본 발명에 따른 부정형 고전자이동도 트랜지스터 소자의 제조방법 및 이에 의해 제조된 소자를 갖는 파워 앰프를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.Hereinafter, a method of manufacturing an amorphous high electron mobility transistor device according to the present invention and a power amplifier having a device manufactured thereby will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
본 발명과 종래 기술과 비교한 이점은 첨부된 도면을 참조한 상세한 설명과 특허청구범위를 통하여 명백하게 될 것이다. 특히, 본 발명은 특허청구범위에서 잘 지적되고 명백하게 청구된다. 그러나, 본 발명은 첨부된 도면과 관련해서 다음의 상세한 설명을 참조함으로써 가장 잘 이해될 수 있다. 도면에 있어서 동일한 참조부호는 다양한 도면을 통해서 동일한 구성요소를 나타낸다.Advantages over the present invention and prior art will become apparent through the description and claims with reference to the accompanying drawings. In particular, the present invention is well pointed out and claimed in the claims. However, the present invention may be best understood by reference to the following detailed description in conjunction with the accompanying drawings. Like reference numerals in the drawings denote like elements throughout the various drawings.
(실시예)(Example)
도 1a 내지 1g는 본 발명의 실시예에 따른 부정형 고전자이동도 트랜지스터 소자의 제조방법을 도시한 단면도이다. 이하에서 설명하는 제조방법은 본 출원인에 의해 제안된 한국등록특허 제10-438895호에 개시된 바와 동일 유사한 공정을 포함할 수 있고, 이 문헌은 본 명세서에 참조문헌으로 결합된다.1A to 1G are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing an amorphous high electron mobility transistor device according to an exemplary embodiment of the present invention. The manufacturing method described below may include a process similar to that disclosed in Korean Patent No. 10-438895 proposed by the applicant, which is incorporated herein by reference.
도 1a를 참조하면, 에피 기판(101: Epitaxial Substrate)을 준비한다. 에피 기판(101)은 반절연성 기판(110:semi-insulating substrate) 상에 활성화층(160)이 형성된 것일 수 있다. 활성화층(160)은 전자공급층(130)과 제1 전도층(140)과 제2 전도층(150)이 순차 적층되어 형성될 수 있다. 이들 전자공급층(130)과 제1 전도층(140)과 제2 전도층(150)은 가령 에피 성장법을 이용하여 헝성할 수 있다. 반절연성 기판(110)과 활성화층(160)과의 사이에 버퍼층(120)을 형성할 수 있다.Referring to FIG. 1A, an
반절연성 기판(110)은 일례로 갈륨비소(GaAs), 인듐인(InP), 인듐갈륨비소(InGaAs), 인듐갈륨인(InGaP) 또는 알루미늄갈륨비소(AlGaAs)를 포함할 수 있다. 본 실시예에 의하면 반절연성 기판(110)은 갈륨비소(GaAs) 기판일 수 있다.The
버퍼층(120)은 반절연성 기판(110)과 활성화층(160)과의 격자 불일치(lattice mismatch)를 완화하기 위하여 가령 비도핑된 갈륨비소(undopoed GaAs)로 구성된 제1 버퍼층(122)을 포함할 수 있다. 버퍼층(120)은 채널을 통과한 전자의 이동을 막기에 충분히 큰 배리어 에너지를 갖는 제2 버퍼층(124)을 더 포함할 수 있다. 제2 버퍼층(124)은 초격자(superlattice) 구조의 알루미늄갈륨비소(AlGaAs)/갈륨비소(GaAs)를 포함할 수 있다. The
전자공급층(130)은 전자를 공급하기 위한 것으로 비교적 넓은 밴드갭(대략 1.42eV ~ 2.16eV)을 갖는 비도핑된 알루미늄갈륨비소(undoped AlGaAs)를 포함할 수 있다. 비도핑된 알루미늄비소(undoped AlGaAs)로 구성된 전자공급층(130)에 있어서 알루미늄(Al)의 함량은 갈륨(Ga)의 함량에 비해 낮게, 가령 약 0.3 몰비 이하로 설정할 수 있다. 즉, AlXGa1-XAs에서 X는 0.3 이하일 수 있다. The
제1 전도층(140)은 캐리어(예: 전자)가 달리는 이중 면도핑 구조의 채널층을 포함할 수 있다. 일례로, 제1 전도층(140)은 하부 실리콘 면도핑층(141), 하부 스페이서(143), 전자주행층(145), 상부 스페이서(147) 및 상부 실리콘 면도핑층(149)을 포함할 수 있다.The first
일례로, 하부 실리콘 면도핑층(141)은 전자공급층(130)을 형성한 후 실리콘을 델타 도핑하여 형성할 수 있다. 상부 실리콘 면도핑층(149)은 상부 스페이서(147)를 형성한 후 실리콘을 델타 도핑하여 형성할 수 있다. 하부 실리콘 면도핑층(141)은 상부 실리콘 면도핑층(149)에 비해 도핑 농도가 클 수 있다. 예컨대 하부 실리콘 면도핑층(141)의 도핑 농도는 대략 1.5×1012㎝-2 ~ 2.5×1012㎝-2일 수 있고, 상부 실리콘 면도핑층(149)의 도핑 농도는 대략 0.7×1012㎝-2 ~ 1.5×1012㎝-2일 수 있다. 상기와 같이 상하부 실리콘 면도핑(141,149)이 포함된 이중 면도핑 구조는 단일 실리콘 면도핑 구조에 비해 전류밀도가 높아질 수 있다. 하부 스페이서(143)는 예컨대 비도핑된 인듐갈륨비소(undoped InGaAs)을 포함할 수 있다. 상부 스페이서(147)도 이와 마찬가지일 수 있다.For example, the lower
전자주행층(145)은 일례로 좁은 밴드갭(대략 0.4eV ~ 1.4eV)을 갖는 위격자정합 혹은 부정형(pseudomorphic) 구조의 비도핑된 인듐갈륨비소(undoped InGaAs)를 포함할 수 있다. 비도핑된 인듐갈륨비소(undoped InGaAs)를 포함하는 전자주행층(145)에 있어서 캐리어 구속 능력을 높이기 위해 인듐(In)의 함량은 갈륨(Ga)의 함량에 비해 낮게, 가령 약 0.25 몰비 이하로 설정할 수 있다. 즉, InXGa1-XAs에서 X는 0.25 이하일 수 있다.The
제2 전도층(160)은 쇼트키층(152)과 캡층(154)을 포함할 수 있다. 일례로, 쇼트키층(152)은 불순물이 저농도로 도핑된 알루미늄갈륨비소(lowly doped AlGaAa)를 포함할 수 있다. 쇼트키층(152)의 도핑 농도는 가령 1.0×1016㎝-3 ~ 1.0×1017㎝-3일 수 있다. 쇼트키층(152)을 구성하는 알루미늄갈륨비소(AlGaAs)는 상술한 바와 같이 큰 밴드갭을 가지기 때문에 전자를 전자주행층(145)에 제한시킬 수 있다. 캡층(154)은 비도핑된 갈륨비소(undoped GaAs)를 포함할 수 있다. The second
도 1b를 참조하면, 소자 격리를 위해 활성화층(160)을 에칭한다. 일례로, 캡층(154)에서부터 전자공급층(130)이 일부 제거되어 비스듬하게 기울어진 경사벽을 갖는 구조를 가지도록 메사 에칭할 수 있다. 이때, 제2 버퍼층(124)의 일부가 에칭될 수 있다. 메사 에칭은 황산(H2SO4) 혹은 인산(H3PO4), 과산화수소(H2O2), 초순수(H2O)가 포함된 에천트를 이용할 수 있다.Referring to FIG. 1B, the
도 1c를 참조하면, 캡층(154) 상에 금속막을 형성한 후 열처리하여 캡층(154)과 오믹 접촉하는 소오스(172)와 드레인(174)을 형성한다. 일례로, 캡층(154) 상에 금게르마늄(AuGe)/니켈(Ni)/금(Au)을 순차 증착하고, 급속열처리(RTA)를 이용한 열처리를 채택할 수 있다. 통상적으로 오믹 접촉 저항을 낮추기 위해 캡층(154)은 불순물이 고농도로 도핑된 갈륨비소(GaAs)로 형성할 수 있다. 그러나, 본 발명의 실시예에 의하면 비도핑 갈륨비소(undoped GaAs)를 에피 성장시켜 캡층(154)을 형성하므로써 낮은 오믹 접촉 저항을 유지하면서도 무릎전압(knee voltage)을 낮추고 항복전압(breakdown voltage)을 증가시켜 전력 특성을 좋게 할 수 있다.Referring to FIG. 1C, a metal film is formed on the
도 1d를 참조하면, 캡층(154)의 일부를 노출시켜 게이트 영역(178)을 한정하는 보호막(176)을 형성한다. 예컨대 캡층(154) 상에 실리콘질화막(예: SiN, Si3N4)을 증착하고 실리콘질화막 위에 포지티브 레지스트(positive resist)를 도포한다. 그 후, 건식 에칭으로 실리콘질화막의 일부를 제거하여 게이트 영역(178)을 한정하는 패턴을 갖는 보호막(176)을 형성할 수 있다.Referring to FIG. 1D, a portion of the
도 1e를 참조하면, 캡층(154)을 리세스 에칭(recess etching)하여 쇼트키층(152)을 노출시키는 리세스 영역(180)을 형성한다. 이러한 게이트 리세스 에칭은 소자의 특성을 좌우하는 중요한 공정으로 알려져 있다. 본 발명의 실시예에 의하면, 게이트 리세스 에칭은 건식 에칭(dry etching)과 습식 에칭(wet etching)을 포함할 수 있다. Referring to FIG. 1E, the
예컨대, 보호막(176) 상에 네거티브 레지스트(negative resist)를 도포하고 건식 에칭으로 캡층(154)을 일부 제거한다. 네거티브 레지스트는 후술한 게이트에 비해 길이가 큰 패턴, 가령 게이트의 길이에 비해 약 0.4 ~ 1㎛ 정도가 큰 길이를 갖는 패턴을 포함할 수 있다. 이때의 건식 에칭은 캡층(154)을 구성하는 갈륨비소(GaAs)와 캡층(154)과 쇼트키층(152)을 구성하는 알루미늄갈륨비소(AlGaAs)를 선택적으로 에칭할 수 있는 반응성 이온 에칭(RIE)을 채택할 수 있다. 상기 건식 에칭(예: RIE)에 의하면, 갈륨비소(GaAs)에 대한 에칭속도는 빠른 반면 알루미늄갈륨 비소(AlGaAs)에 대한 에칭속도가 느려 캡층(154)의 선택적 에칭이 가능할 수 있다.For example, a negative resist is applied on the
이어서, 쇼트키층(152)을 구성하는 알루미늄갈륨비소(AlGaAs)를 습식 에칭할 수 있다. 일례로, 인산(H3PO4)과 과산화수소(H2O2)의 비율이 6:1 내지 2:1인 용액을 물(초순수)에 희석한 에천트를 사용하는 습식 에칭을 채택할 수 있다. 이때, 포화전류를 측정하면서 포화전류값이 목표값에 도달할 때까지 습식 에칭을 진행할 수 있다. 상기 드라이 에칭과 습식 에칭을 병행한 게이트 리세스 에칭 공정에 의해 도 2a 및 2b를 참조하여 후술한 바와 같이 소자의 전기적 특성이 개선될 수 있다.Subsequently, aluminum gallium arsenide (AlGaAs) constituting the
도 1f를 참조하면, 금속막을 증착하여 쇼트키층(152)과 쇼트키 접촉하는 게이트(180)를 형성한다. 일례로 타이타늄(Ti)/백금(Pt)/금(Au)을 포함하는 금속막을 증착한 후 리프트 오프(lift-off) 하여 쇼트키 게이트(180)를 형성할 수 있다. 소자의 빠른 동작이 가능하고 높은 이득과 낮은 잡음 특성을 실현하기 위해 게이트(180)는 머리 부분이 큰 T형 구조로 형성할 수 있다.Referring to FIG. 1F, a metal film is deposited to form a
상술한 일련의 공정을 포함하는 본 실시예에 의하면, 넓은 밴드갭을 갖는 AlGaAs와 좁은 밴드갭을 갖는 InGaAs가 이종접합(heterojunction) 구조를 이루고, 좁은 밴드갭을 갖는 InGaAs에 형성되는 양자우물에 갇힌 전자의 높은 이동도를 이용하므로써 고속 동작이 가능한 부정형 고전자이동도 트랜지스터 소자(100: PHEMT)가 구현될 수 있다. 또한 도 1e에서 설명한 바와 같이 게이트 리세스 에칭 공정을 건식 에칭 및 습식 에칭을 병행 실시하므로써 소자의 전기적 특성이 개선될 수 있다. 이러한 전기적 특성의 개선을 관찰하기 위한 일례로서 게이트 길이가 약 0.8 ㎛, 단위 게이트 넓이가 약 150㎛, 총 게이트의 넓이가 약 300㎛인 소자를 제작한 후 소자 특성의 균일도를 조사하면 도 2a 및 2b를 참조하여 후술한 바와 같을 수 있다.According to the present embodiment including the series of processes described above, AlGaAs having a wide bandgap and InGaAs having a narrow bandgap form a heterojunction structure and are trapped in a quantum well formed in InGaAs having a narrow bandgap. By using a high mobility of electrons, an amorphous high electron mobility transistor device (PHEMT) 100 capable of high speed operation may be implemented. In addition, as described with reference to FIG. 1E, the gate recess etching process may be performed by dry etching and wet etching at the same time, thereby improving electrical characteristics of the device. As an example for observing the improvement of the electrical characteristics, after fabricating a device having a gate length of about 0.8 μm, a unit gate width of about 150 μm, and a total gate area of about 300 μm, the uniformity of the device characteristics is examined. It may be as described below with reference to 2b.
도 1g를 참조하면, 선택적으로 소오스(172) 및 드레인(174)에 금속을 도금하여 금속막(190)을 형성할 수 있다. 금속막(190)은 일례로 금(Au)을 도금하여 형성할 수 있다. 특히, 금속막(190)을 가령 아치 형태를 갖는 에어 브릿지(air bridge) 형태로 형성하므로써 도 3을 참조하여 후술한 바와 같이 복수개의 PHEMT 소자(100) 간 복수개의 소오스(172) 및 드레인(174)을 전기적으로 연결한 파워 앰프(power amplifier)를 제조할 수 있다.Referring to FIG. 1G, a
도 2a 및 2b는 각각 본 발명의 실시예에 따른 방법 및 본 실시예와 다른 방법에 의해 제조된 PHEMT 소자의 핀치오프 전압, 전달컨덕턴스, 포화전류값을 기판에서 각 소자가 형성된 위치별로 기재한 평면도이다.2A and 2B are plan views illustrating pinch-off voltage, transfer conductance, and saturation current values of a PHEMT device manufactured by a method according to an embodiment of the present invention and a method different from the present embodiment, for each position where elements are formed on a substrate. to be.
도 2a를 참조하면, 본 발명의 실시예에 의해 건식 에칭 및 습식 에칭을 병행한 게이트 리세스 에칭 공정에 의해 제조된 소자에 있어서 핀치오프 전압의 평균과 표준편차는 각각 -0.818(V), 0.0067, 전달컨덕턴스의 평균과 표준편차는 각각 269.2(mS/mm), 10.0, 포화전류의 평균과 표준편차는 각각 21.19(mA), 2.12이다. 여기서, 양전압으로 소자를 구동하기 위해 핀치오프 전압을 약 -1 볼트 정도로 구현할 수 있다. 핀치오프 전압, 전달컨덕턴스, 포화전류의 균일도를 수치로 환산하면 각각 -8.130, 3.7, 9.98이다.Referring to FIG. 2A, the average and standard deviation of the pinch-off voltage in the device manufactured by the gate recess etching process in which dry etching and wet etching are performed in accordance with an embodiment of the present invention are -0.818 (V) and 0.0067, respectively. The mean and standard deviation of the transfer conductance are 269.2 (mS / mm) and 10.0, respectively, and the mean and standard deviation of the saturation current are 21.19 (mA) and 2.12, respectively. Here, the pinch-off voltage may be about -1 volt to drive the device with a positive voltage. The uniformity of pinch-off voltage, transfer conductance, and saturation current is -8.130, 3.7, and 9.98, respectively.
도 2b를 참조하면, 본 발명의 실시예와 달리 습식 에칭을 채택한 게이트 리 세스 에칭 공정에 의해 제조된 소자에 있어서 핀치오프 전압의 평균과 표준편차는 각각 -0.818(V), 0.238, 전달컨덕턴스의 평균과 표준편차는 각각 214.3(mS/mm), 35.2, 포화전류의 평균과 표준편차는 각각 18.51(mA), 7.06이다. 여기서에 있어서도 양전압으로 소자를 구동하기 위해 핀치오프 전압을 약 -1 볼트 정도로 구현할 수 있다. 핀치오프 전압, 전달컨덕턴스, 포화전류의 균일도를 수치로 환산하면 각각 -27.026, 16.4, 38.13이다.Referring to FIG. 2B, in the device fabricated by the gate recess etching process employing wet etching, unlike in the embodiment of the present invention, the average and standard deviation of the pinch-off voltage are -0.818 (V) and 0.238, respectively. The mean and standard deviation are 214.3 (mS / mm) and 35.2, respectively, and the mean and standard deviation of saturation current are 18.51 (mA) and 7.06, respectively. Here, too, the pinch-off voltage may be about -1 volt to drive the device with a positive voltage. The uniformity of the pinch-off voltage, transfer conductance, and saturation current is -27.026, 16.4, and 38.13, respectively.
도 2a를 2b와 비교하면 본 발명의 실시예에 의해 건식법과 습식법을 병행한 게이트 리세스 에칭 공정에 제조된 소자의 균일도는 습식법에 의한 게이트 리세스 에칭 공정에 의해 제조된 소자의 균일도에 비해 약 3배 이상 향상되었음을 확인할 수 있다. Comparing FIG. 2A with 2B, the uniformity of the device fabricated in the gate recess etching process in which the dry method and the wet method are combined by the embodiment of the present invention is about compared to the uniformity of the device fabricated by the gate recess etching process by the wet method. It can be seen that the improvement is more than three times.
도 1g를 참조하면, 선택적으로 소오스(172) 및 드레인(174)에 금속을 도금하여 금속막(190)을 형성할 수 있다. 금속막(190)은 일례로 금(Au)을 도금하여 형성할 수 있다. 특히, 금속막(190)을 가령 아치 형태를 갖는 에어 브릿지(air bridge) 형태로 형성하므로써 도 3에 도시된 바와 같이 복수개의 PHEMT 소자(100) 간 복수개의 소오스(172) 및 드레인(174)을 전기적으로 연결시킨 파워앰프를 구현할 수 있다. Referring to FIG. 1G, a
도 3은 본 발명의 실시예의 방법에 의해 제조된 PHEMT 소자를 응용한 파워 앰프를 도시한 평면도이다. 3 is a plan view showing a power amplifier to which a PHEMT device manufactured by the method of the embodiment of the present invention is applied.
도 3을 참조하면, 본 실시예의 파워 앰프(1000)는 게이트(180)와 전기적으로 연결된 게이트 패드(1100), 소오스(172)와 전기적으로 연결된 소오스 패드(1200), 드레인(174)과 전기적으로 연결된 드레인 패드(1300)를 포함할 수 있다. 그리고, 파워 앰프(1000)는 커패시터(1400)와 레지스터(1500)가 직렬 연결된 네가티브 피드백 회로(1600)를 더 포함할 수 있다. 커패시터(1400)는 일례로 MIM(Metal-Insulator-Metal) 커패시터를 포함할 수 있고, 레지스터(1500)는 니켈크롬(NiCr) 박막 레지스터(thin film resistor)를 포함할 수 있다. 네가티브 피드백 회로(1600)는 게이트(180)와 드레인(174)에 병렬로 연결될 수 있다. 네가티브 피드백 회로(1600)를 포함하는 파워 앰프(1000)는 도 4a에 도시된 바와 같이 광대역 특성과 무조건적인 안정(unconditionally stable) 조건을 만족할 수 있다. 따라서, 본 실시예의 파워 앰프(1000)는 동작시 발진이 일어나는 불안정한 특성을 가지지 않을 수 있다.Referring to FIG. 3, the
도 4a는 네가티브 피드백 회로를 적용한 후의 파워 앰프의 안정도를 도시한 그래프이고, 도 4b는 네가티브 피드백 회로를 적용하기 전의 파워 앰프의 안정도를 도시한 그래프이다.4A is a graph showing the stability of the power amplifier after applying the negative feedback circuit, Figure 4B is a graph showing the stability of the power amplifier before applying the negative feedback circuit.
도 4a를 4b와 비교하면, 파워 앰프(1000)에 네가티브 피드백 회로(1600)를 적용하게 되면(도 4a) 그렇지 않은 경우(도 4b)에 비해 모든 주파수 대역에서 안정도 팩터(stability factor K)는 1보다 크고 안정도 측정(stability measurement B)은 0보다 작아 무조건적인 안정 조건(K>1, B<0)을 만족함을 확인할 수 있다.Comparing FIG. 4A with 4B, if the
본 실시예의 PHEMT 소자(100)는 본 출원인에 의해 제안된 한국등록특허 제10-474567호에 응용될 수 있고, 이 문헌은 본 명세서에 참조문헌으로 결합된다.The
이상의 발명의 상세한 설명은 개시된 실시 상태로 본 발명을 제한하려는 의 도가 아니며, 본 발명의 요지를 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 다른 조합, 변경 및 환경에서 사용할 수 있다. 첨부된 청구범위는 다른 실시 상태도 포함하는 것으로 해석되어야 할 것이다.The detailed description of the invention is not intended to limit the invention to the disclosed embodiments, but may be used in various other combinations, modifications, and environments without departing from the spirit of the invention. The appended claims should be construed to include other embodiments.
본 발명에 의해 제조될 수 있는 고전자이동도 트랜지스터 소자는 블루투스, 무선랜 등 고주파 대역의 무선 통신 기기에 응용할 수 있고, 파워 앰프 등에 응용될 수 있다.The high electron mobility transistor device which can be manufactured by the present invention can be applied to a wireless communication device of a high frequency band such as Bluetooth, WLAN, etc., and can be applied to a power amplifier.
도 1a 내지 1g는 본 발명의 실시예에 따른 부정형 고전자이동도 트랜지스터 소자의 제조방법을 도시한 단면도.1A to 1G are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing an amorphous high electron mobility transistor device according to an exemplary embodiment of the present invention.
도 2a는 본 발명의 실시예에 따라 제조된 부정형 고전자이동도 트랜지스터 소자의 특성을 도시한 평면도.2A is a plan view showing the characteristics of an amorphous high electron mobility transistor device manufactured according to an embodiment of the present invention.
도 2b는 본 발명의 실시예와 다르게 제조된 부정형 고전자이동도 트랜지스터 소자의 특성을 도시한 평면도.Figure 2b is a plan view showing the characteristics of the amorphous high electron mobility transistor device manufactured differently from the embodiment of the present invention.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 제조방법에 의해 구현될 수 있는 부정형 고전자이동도 트랜지스터 소자를 응용한 파워 앰프를 도시한 구성도.Figure 3 is a block diagram showing a power amplifier using an amorphous high electron mobility transistor element that can be implemented by the manufacturing method according to an embodiment of the present invention.
도 4a는 네가티브 피드백 회로를 적용한 후의 파워 앰프의 안정도를 도시한 그래프.4A is a graph showing the stability of a power amplifier after applying a negative feedback circuit.
도 4b는 네가티브 피드백 회로를 적용하기 전의 파워 앰프의 안정도를 도시한 그래프.4B is a graph showing the stability of the power amplifier before applying the negative feedback circuit.
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