KR101184321B1 - Field Effect Transistor and manufacturing method for the same - Google Patents

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Abstract

본 발명은 전계 효과 트랜지스터 및 그의 제조 방법을 개시한다. 이 방법은 기판 상에 쇼트키 장벽 층을 형성하는 단계; 상기 쇼트키 장벽 층 상에 제 1 최하부 금속 층을 포함하는 제 1 게이트 전극을 형성하는 단계; 상기 쇼트키 장벽 층 상에, 상기 제 1 게이트 전극과 이격되고, 제 2 최하부 금속 층을 포함하는 제 2 게이트 전극을 형성하는 단계; 및 상기 기판을 열처리하여 상기 제 1 최하부 금속 층과 상기 제 2 최하부 금속 층의 물질들이 각각 상기 쇼트키 장벽 층의 내부로 확산되는 제 1 확산 층과 제 2 확산 층을 형성하는 단계를 포함하되, 상기 제 1 확산 층과 제 2 확산 층은 상기 쇼트키 장벽 층의 상부표면에서부터 내부로 확산되는 깊이가 서로 다르게 나타난다. The present invention discloses a field effect transistor and a method of manufacturing the same. The method includes forming a Schottky barrier layer on the substrate; Forming a first gate electrode comprising a first bottom metal layer on the Schottky barrier layer; Forming a second gate electrode on the Schottky barrier layer, the second gate electrode spaced apart from the first gate electrode and comprising a second bottom metal layer; And heat treating the substrate to form a first diffusion layer and a second diffusion layer in which materials of the first bottom metal layer and the second bottom metal layer are respectively diffused into the Schottky barrier layer. The first diffusion layer and the second diffusion layer have different depths spreading from the upper surface of the Schottky barrier layer to the inside.

Description

전계 효과 트랜지스터 및 그의 제조방법{Field Effect Transistor and manufacturing method for the same}Field Effect Transistor and manufacturing method for the same

본 발명은 전계 효과 트랜지스터 및 그의 제조 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 화합물 반도체 전계 효과 트랜지스터 및 그의 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a field effect transistor and a method of manufacturing the same, and more particularly to a compound semiconductor field effect transistor and a method of manufacturing the same.

화합물 반도체 소자인 고 전자 이동도 트랜지스터(High Electron Mobility Transistor, 이하 HEMT)는 전계 효과 트랜지스터(Field Effect Transistor)중의 하나로, 실리콘을 이용한 반도체 소자에 비하여 속도 특성이 우수하여 마이크로파(Microwave) 또는 밀리미터파(10 GHz ~ 100 GHz) 대역의 응용 소자에 널리 사용되고 있다. 또한 상기 HEMT 소자는 우수한 잡음 특성으로 고성능 무선 통신용 부품 중 하나인 MMIC(Monolithic Microwave Integrated Circuit, 이하 MMIC)의 제작에 응용되고 있다. High Electron Mobility Transistor (HEMT), a compound semiconductor device, is one of the field effect transistors, and has excellent speed characteristics compared to semiconductor devices using silicon. It is widely used in application devices in the 10 GHz to 100 GHz) band. In addition, the HEMT device has excellent noise characteristics, and has been applied to the fabrication of MMICs (MMICs), which are one of high-performance wireless communication components.

상기 HEMT는 문턱 전압(Threshold Voltage)이 음수값인 공핍 모드 트랜지스터(Depletion-mode Transistor)와 양수값인 증가 모드 트랜지스터(Enhancement-mode Transistor)로 구분된다. 통상적으로 상기 MMIC의 제작에는 공핍 모드 HEMT가 사용되고 있으나, 최근에는 상기 공핍 모드와 증가 모드 트랜지스터들을 하나의 집적회로에 구현하여 그 응용 범위를 점차 확대해 나가고 있다. 이러한 기술적 요구를 만족시키기 위하여 서로 다른 문턱 전압을 갖는 두 가지 모드(공핍 모드 전계 효과 트랜지스터와 증가 모드 전계 효과 트랜지스터)의 소자들을 하나의 반도체 기판에 집적하는 공정 기술이 요구된다. The HEMT is classified into a depletion-mode transistor having a negative threshold voltage and an enhancement-mode transistor having a positive value. Typically, the depletion mode HEMT is used to manufacture the MMIC, but recently, the depletion mode and the increase mode transistors are implemented in one integrated circuit, and the application range thereof is gradually expanded. In order to satisfy these technical requirements, a process technology for integrating elements of two modes (depletion mode field effect transistor and incremental mode field effect transistor) having different threshold voltages into one semiconductor substrate is required.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 공핍 모드 전계 효과 트랜지스터와, 증가 모드 전계 효과 트랜지스터를 하나의 기판 상에 형성할 수 있는 전계 효과 트랜지스터 및 그의 제조 방법을 제공하는 데 있다. An object of the present invention is to provide a depletion mode field effect transistor, a field effect transistor capable of forming an incremental mode field effect transistor on a single substrate, and a method of manufacturing the same.

상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명은 전계 효과 트랜지스터의 제조 방법을 제공한다. 그의 방법은, 기판 상에 쇼트키 장벽 층을 형성하는 단계; 상기 쇼트키 장벽 층 상에 제 1 최하부 금속 층을 포함하는 제 1 게이트 전극을 형성하는 단계; 상기 쇼트키 장벽 층 상에, 상기 제 1 게이트 전극과 이격되고, 제 2 최하부 금속 층을 포함하는 제 2 게이트 전극을 형성하는 단계; 및 상기 기판을 열처리하여 상기 제 1 최하부 금속 층과 상기 제 2 최하부 금속 층의 물질들이 각각 상기 쇼트키 장벽 층의 내부로 확산되는 제 1 확산 층과 제 2 확산 층을 형성하는 단계를 포함하되, 상기 제 1 확산 층과 제 2 확산 층은 상기 쇼트키 장벽 층의 상부표면에서부터 내부로 확산되는 깊이가 서로 다르다. 여기서, 제 1 및 제 2 확산 층의 두께에 따라 문턱 전압을 달리하는 공핍 모드 전계 효과 트랜지스터와, 증가 모드 전계 효과 트랜지스터를 하나의 기판 상에 형성할 수 있다. In order to achieve the above technical problem, the present invention provides a method for manufacturing a field effect transistor. Its method includes forming a Schottky barrier layer on a substrate; Forming a first gate electrode comprising a first bottom metal layer on the Schottky barrier layer; Forming a second gate electrode on the Schottky barrier layer, the second gate electrode spaced apart from the first gate electrode and comprising a second bottom metal layer; And heat treating the substrate to form a first diffusion layer and a second diffusion layer in which materials of the first bottom metal layer and the second bottom metal layer are respectively diffused into the Schottky barrier layer. The first diffusion layer and the second diffusion layer are different from each other in depth from the upper surface of the Schottky barrier layer. Here, the depletion mode field effect transistor and the increase mode field effect transistor having different threshold voltages according to the thicknesses of the first and second diffusion layers may be formed on one substrate.

일 실시예에 따르면, 상기 제 1 및 제 2 최하부 금속 층은 서로 다른 두께를 갖게 형성된다.According to one embodiment, the first and second bottom metal layers are formed to have different thicknesses.

일 실시예에 따르면, 상기 제 1 및 제 2 확산 층은 상기 제 1 및 제 2 최하부 금속 층의 두께 및 양에 비례하는 각각의 깊이로 형성된다.According to one embodiment, the first and second diffusion layers are formed at respective depths proportional to the thickness and amount of the first and second bottom metal layers.

일 실시예에 따르면, 상기 제 1 및 제 2 최하부 금속 층은 백금(Pt)을 포함한다.According to one embodiment, the first and second bottom metal layers comprise platinum (Pt).

일 실시예에 따르면, 제 1 및 제 2 최하부 금속 층은 상기 기판의 열처리 시에 서로 다른 확산 속도를 갖는 서로 다른 재질의 금속 층들로 형성된다.According to one embodiment, the first and second bottom metal layers are formed of metal layers of different materials with different diffusion rates upon heat treatment of the substrate.

일 실시예에 따르면, 상기 제 1 및 제 2 게이트 전극을 형성한 후 상기 기판의 전면에 보호 층을 형성하는 단계를 더 포함하고, 상기 기판을 열처리하는 것은 상기 보호 층을 형성하는 것에 의하여 이루어진다.According to an embodiment, the method may further include forming a protective layer on the front surface of the substrate after forming the first and second gate electrodes, and heat treating the substrate is performed by forming the protective layer.

일 실시예에 따르면, 상기 기판 상에 복수의 에피택시얼 반도체 층들, 상기 쇼트키 장벽 층, 식각 정지 층, 및 오믹 층을 적층하는 단계; 상기 쇼트키 장벽 층의 상부 표면을 노출시키는 제 1 리세스를 형성하는 단계; 상기 제 1 리세스 내에 상기 제 1 최하부 금속 층을 포함하는 상기 제 1 게이트 전극을 형성하는 단계; 상기 제 1 리세스와 동일한 깊이를 갖는 제 2 리세스를 형성하는 단계; 및 상기 제 2 리세스 내에 상기 제 2 최하부 금속 층을 포함하는 상기 제 2 게이트 전극을 형성하는 단계를 더 포함한다..According to one embodiment, the method further comprises: stacking a plurality of epitaxial semiconductor layers, the Schottky barrier layer, an etch stop layer, and an ohmic layer on the substrate; Forming a first recess exposing the top surface of the Schottky barrier layer; Forming the first gate electrode including the first bottom metal layer in the first recess; Forming a second recess having the same depth as the first recess; And forming the second gate electrode including the second bottom metal layer in the second recess.

본 발명의 실시예에 따른 전계 효과 트랜지스터는, 기판 상에 형성된 쇼트키 장벽 층; 상기 쇼트키 장벽 층 상에 형성된 제 1 금속 층과, 상기 쇼트키 장벽 층 내부로 상기 제 1 금속 층의 물질이 확산된 제 1 확산 층을 구비하는 제 1 게이트 전극; 및 상기 제 1 게이트 전극과 이격되고, 상기 쇼트키 장벽 층 상에 형성된 제 2 금속 층과, 상기 쇼트키 장벽 층 내부로 상기 제 1 금속 층의 물질이 확산된 제 2 확산 층을 구비하는 제 1 게이트 전극을 포함하되, 상기 제 1 확산 층과 상기 제 2 확산 층은 두께가 서로 다르다.A field effect transistor according to an embodiment of the present invention, the Schottky barrier layer formed on the substrate; A first gate electrode having a first metal layer formed on the Schottky barrier layer and a first diffusion layer in which the material of the first metal layer is diffused into the Schottky barrier layer; And a second metal layer spaced apart from the first gate electrode, the second metal layer formed on the Schottky barrier layer, and a second diffusion layer in which the material of the first metal layer is diffused into the Schottky barrier layer. And a gate electrode, wherein the first diffusion layer and the second diffusion layer have different thicknesses.

일 실시예에 따르면, 상기 제 1 및 제 2 금속 층은 동일한 물질로 이루어지고, 상기 제 1 및 제 2 금속 층은 서로 다른 두께로 형성되어 있다. According to one embodiment, the first and second metal layers are made of the same material, and the first and second metal layers are formed in different thicknesses.

일 실시예에 따르면, 상기 제 1 및 제 2 금속 층은 서로 다른 재질의 금속 층을 포함한다. According to an embodiment, the first and second metal layers include metal layers of different materials.

본 발명의 기술적 사상에 따른 실시예들에 따르면, 게이트 전극들의 최하부 금속 층들의 두께 및 양이 서로 다르게 형성하고 단일 열처리를 통해 상기 최하부 금속 층들의 확산 깊이를 조절함에 따라 문턱 전압이 서로 다른 공핍 모드의 전계 효과 트랜지스터와 증가 모드의 전계 효과 트랜지스터를 동일한 기판에 형성할 수 있다. According to embodiments of the inventive concept, a depletion mode with different threshold voltages is formed by forming different thicknesses and amounts of bottom metal layers of gate electrodes and controlling diffusion depths of the bottom metal layers through a single heat treatment. The field effect transistor of and the field effect transistor of the increase mode can be formed on the same substrate.

이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예에 대해 설명한다. 본 발명의 목적(들), 특징(들) 및 장점(들)은 첨부된 도면과 관련된 이하의 실시 예들을 통해서 쉽게 이해될 것이다. 본 발명은 여기서 설명되는 실시 예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시 예는 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다. 도면들에서 동일한 기능을 갖는 구성 요소에 대해서는 동일한 참조 번호를 병기하였다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described an embodiment of the present invention. The object (s), feature (s) and advantage (s) of the present invention will be readily understood through the following embodiments in conjunction with the accompanying drawings. The invention is not limited to the embodiments described herein but may be embodied in other forms. Rather, the embodiments disclosed herein are provided so that this disclosure will be thorough and complete, and will fully convey the concept of the invention to those skilled in the art. In the drawings, like reference numerals designate like elements having the same functions.

본 명세서에서, 도전성막, 반도체막, 또는 절연성막 등의 어떤 물질막이 다른 물질막 또는 기판상에 있다고 언급되는 경우에, 그 어떤 물질막은 다른 물질막 또는 기판상에 직접 형성될 수 있거나 또는 그들 사이에 또 다른 물질막이 개재될 수도 있다는 것을 의미한다. 또, 본 명세서의 다양한 실시예들에서 제 1, 제 2, 제 3 등의 용어가 다양한 부분, 물질 등을 기술하기 위해서 사용되었지만, 이들 부분이 같은 용어들에 의해서 한정되어서는 안 된다. 또한 이들 용어들은 단지 어느 소정 부분을 다른 부분과 구별시키기 위해서 사용되었을 뿐이다. 따라서, 어느 한 실시예에서의 제 1 부분으로 언급된 것이 다른 실시예에서는 제 2 부분으로 언급될 수도 있다. 본 명세서에서 '및/또는'이라는 용어는 이 용어 앞뒤에 열거된 구성들 중 어느 하나 또는 모두를 가리키는 것으로 이해되어야 한다.In the present specification, when it is mentioned that a material film such as a conductive film, a semiconductor film, or an insulating film is on another material film or a substrate, any material film may be formed directly on another material film or substrate or between them. Means that another material film may be interposed therebetween. In addition, in various embodiments of the present specification, terms such as first, second, and third are used to describe various parts, materials, and the like, but these parts should not be limited by the same terms. Also, these terms are only used to distinguish one part from another part. Thus, what is referred to as the first part in one embodiment may be referred to as the second part in other embodiments. The term 'and / or' herein should be understood to refer to any or all of the configurations listed before and after this term.

도 1 내지 도 7은 본 발명의 실시예들에 따른 전계 효과 트랜지스터의 제조 방법을 나타낸 공정 단면도들이다.1 to 7 are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a field effect transistor according to embodiments of the present invention.

도 1을 참조하면, 복수의 에피택시얼 층들(105)을 포함하는 기판(100) 상에 쇼트키 장벽 층(106), 식각 정지층(107) 및 오믹 층(108)을 순차적으로 형성한다. Referring to FIG. 1, a Schottky barrier layer 106, an etch stop layer 107, and an ohmic layer 108 are sequentially formed on a substrate 100 including a plurality of epitaxial layers 105.

일 실시예에 따르면, 기판(100)은 인듐-인(InP) 기판일 수 있다. 그러나, 기판(100)은 인듐-인(InP) 기판에 한정되지 않으며, 실리콘-게르마늄(SiGe), 실리콘- 카바이드(SiC), 갈륨-비소(GaAs) 및 인듐-갈륨-비소(InGaAs) 등의 화합물 반도체 기판, 유리, 사파이어 및 석영등의 절연성 기판 중의 적어도 하나를 사용하는 것을 포함할 수 있다. According to an embodiment, the substrate 100 may be an indium-phosphorus (InP) substrate. However, the substrate 100 is not limited to an indium-phosphorus (InP) substrate, and may include silicon-germanium (SiGe), silicon-carbide (SiC), gallium-arsenic (GaAs), and indium-gallium-arsenide (InGaAs). It may include using at least one of an insulating substrate such as a compound semiconductor substrate, glass, sapphire and quartz.

또한, 복수의 에피택시얼 층들(105)을 형성하는 물질들은 Ⅲ-Ⅴ족 반도체 물질들을 조합하여 형성할 수 있는 물질들로서 그 수와 형태는 다양할 수 있다. 예를 들어, 이원계 화합물로는 대표적으로 갈륨-비소(GaAs), 인듐-인(InP), 알루미늄-비소(AlAs), 인듐-비소(InAs) 및 인듐-주석(In-Sb) 등이 있을 수 있고, 삼원계 화합물로는 알루미늄-갈륨-비소(AlGaAs), 인듐-갈륨-비소(InGaAs), 인듐-갈륨-인(InGaP), 인듐-알루미늄-인(InAlP), 인듐-갈륨-인(InGaP), 인듐-알루미늄-비소(InAlAs), 알루미늄-갈륨-질소(AlGaN) 및 인듐-갈륨-질소(InGaN) 등이 있을 수 있다. In addition, the materials forming the plurality of epitaxial layers 105 may be formed by combining a group III-V semiconductor material, and the number and shape may vary. For example, binary compounds may include gallium-arsenic (GaAs), indium-phosphorus (InP), aluminum-arsenic (AlAs), indium-arsenic (InAs), and indium-tin (In-Sb). Ternary compounds include aluminum gallium arsenide (AlGaAs), indium gallium arsenide (InGaAs), indium gallium phosphorus (InGaP), indium aluminum phosphorus (InAlP), and indium gallium phosphorus (InGaP). ), Indium-aluminum-arsenic (InAlAs), aluminum-gallium-nitrogen (AlGaN), indium-gallium-nitrogen (InGaN), and the like.

이하 복수의 에피택시얼 층들(105)에 대하여 예시적으로 설명한다. 먼저, 기판(100) 상에 버퍼 층(buffer layer, 101)을 형성한다. 버퍼 층은 기판(100)과 상기 기판(100) 상에 형성되는 층들 간의 격자 부정합을 줄이고, 결함들(예를 들면, 전위(dislocation))을 트랩(trapping)하는 물질들 중의 한 가지로 형성될 수 있다. 따라서, 버퍼 층(101)은 결함들이 확산되는 것을 억제할 수 있다. 버퍼 층(101)은 에피-성장된 인듐-알루미늄-비소(InAlAs), 갈륨-비소(GaAs)를 포함한다. Hereinafter, a plurality of epitaxial layers 105 will be described. First, a buffer layer 101 is formed on the substrate 100. The buffer layer is formed of one of materials that reduces lattice mismatch between the substrate 100 and the layers formed on the substrate 100 and traps defects (eg, dislocations). Can be. Thus, the buffer layer 101 can suppress the diffusion of defects. The buffer layer 101 includes epi-grown indium-aluminum-arsenic (InAlAs), gallium-arsenic (GaAs).

버퍼 층(101) 상에 채널 층(Channel layer, 102)을 형성한다. 채널 층(102)은 에피택시얼 성장 기술을 이용하여 형성되는, 불순물이 도핑되지 않은 균일한 조성을 갖는 반도체 물질일 수 있다. 채널 층(102)은 상기 전계 효과 트랜지스터 및 상기 HEMT 소자에서 전하(전자)들의 이동이 일어나는 영역으로, 2DEG(two dimensional electron gas)영역을 포함할 수 있다. 예를 들어, 채널 층(102)은 에피-성장된 인듐-갈륨-비소(InGaAs)을 포함한다.A channel layer 102 is formed on the buffer layer 101. The channel layer 102 may be a semiconductor material having a uniform composition that is not doped with impurities, formed using epitaxial growth techniques. The channel layer 102 is a region in which charges (electrons) move in the field effect transistor and the HEMT device, and may include a two dimensional electron gas (2DEG) region. For example, channel layer 102 comprises epi-grown indium-gallium-arsenic (InGaAs).

계속해서, 채널 층(102)상에 스페이서 층(Spacer layer, 103)과 전하 공급층(104)을 순차적으로 형성한다. 예를 들어, 스페이서 층(103)은 인듐-알루미늄-비소(InAlAs)를 포함하며 채널 층(102)보다 얇게 형성될 수 있다. 전하 공급 층(104)은 스페이서 층(103)을 통과하여 채널 층(102)으로 전이되는 전하를 공급할 수 있다. 전하 공급 층(104)은 알루미늄-갈륨-비소(n+ AlGaAs), 또는 실리콘 층(Si pulse doping)을 포함하고, n형 도전성 불순물로 도핑되어 있을 수 있다. 상술한 복수의 에피택시얼 층들(105)은 MBE(Molecular Beam Epitaxy)방법 또는 MOCVD(Metal-Organic Chemical Vapor Deposition)방법으로 형성될 수 있다. Subsequently, a spacer layer 103 and a charge supply layer 104 are sequentially formed on the channel layer 102. For example, the spacer layer 103 includes indium aluminum arsenic (InAlAs) and may be formed thinner than the channel layer 102. The charge supply layer 104 may supply charge that passes through the spacer layer 103 to the channel layer 102. The charge supply layer 104 includes aluminum-gallium-arsenide (n + AlGaAs), or a silicon layer (Si pulse doping), and may be doped with n-type conductive impurities. The epitaxial layers 105 described above may be formed by a molecular beam epitaxy (MBE) method or a metal-organic chemical vapor deposition (MOCVD) method.

이어서, 복수의 에피택시얼 층들(105)상에 쇼트키 장벽 층(Schottky Barrier layer, 106)을 형성한다. 쇼트키 장벽 층(106)은 빠른 동작 속도를 요하는 트랜지스터 및 반도체 소자를 형성하는 데 필요한 쇼트키 접합(Schottky Junction, 반도체 층과 상기 반도체 층과 접속하는 금속 간의 접합)을 형성할 수 있다. 쇼트키 장벽 층(106)은 광대역(wide band gap) 삼원계 화합물 반도체 물질들 중 하나인 인듐-알루미늄-비소(InAlAs)을 포함한다.A Schottky Barrier layer 106 is then formed over the plurality of epitaxial layers 105. The Schottky barrier layer 106 may form a Schottky junction (junction between the semiconductor layer and the metal connecting with the semiconductor layer) needed to form transistors and semiconductor devices that require fast operating speeds. Schottky barrier layer 106 includes indium-aluminum-arsenic (InAlAs), one of the wide band gap ternary compound semiconductor materials.

그리고, 쇼트키 장벽 층(106) 상에 식각 정지층(etch stop layer, 107) 및 오믹 층(108)을 순차적으로 형성한다. 식각 정지 층(107)은 알루미늄-비소(AlAs)을 포함하고, 상기 오믹 층(108)은 n형 도전성 불순물로 도핑된 인듐-갈륨-비 소(InGaAs)를 포함한다. 오믹 층(108)은 소오스(source) 및 드레인(drain) 전극과 오믹 접촉을 형성하여 접촉저항을 낮출 수 있다. An etch stop layer 107 and an ohmic layer 108 are sequentially formed on the Schottky barrier layer 106. The etch stop layer 107 includes aluminum arsenic (AlAs), and the ohmic layer 108 includes indium gallium arsenide (InGaAs) doped with n-type conductive impurities. The ohmic layer 108 may lower contact resistance by forming an ohmic contact with the source and drain electrodes.

도 2를 참조하여, 오믹 층(108) 상에 소오스 및 드레인 전극(109)을 형성할 수 있다. 소오스 및 드레인 전극(109)은 도전성 불순물로 도핑된 게르마늄(Ge), 금(Au), 니켈(Ni) 중 적어도 어느 하나를 포함하는 금속 층으로 형성될 수 있다. 소오스 및 드레인 전극(109)은 금속 층을 스퍼터링(sputtering)방법, 이베퍼레이션(evaporation)방법, 또는 MBE(Molecular Beam Epitaxy)방법으로 증착하고 패터닝함으로서 형성될 수 있다. 도시되지는 않았지만, 소오스 및 드레인 전극(109)을 열처리하여 쇼트키 장벽 층(106)이하의 깊이까지 확산시킬 수도 있다.2, the source and drain electrodes 109 may be formed on the ohmic layer 108. The source and drain electrodes 109 may be formed of a metal layer including at least one of germanium (Ge), gold (Au), and nickel (Ni) doped with conductive impurities. The source and drain electrodes 109 may be formed by depositing and patterning a metal layer by a sputtering method, an evaporation method, or a Molecular Beam Epitaxy (MBE) method. Although not shown, the source and drain electrodes 109 may be heat treated to diffuse to a depth below the Schottky barrier layer 106.

도 3을 참조하면, 소오스 및 드레인 전극(109) 사이의 제 1 영역에서 쇼트키 장벽 층(106)이 노출되는 제 1 게이트 콘택 영역(200)을 갖는 제 1 리세스를 형성할 수 있다. 제 1 리세스는 상기 기판(100) 상에 제 1 포토레지스트 층(112)을 패터닝하고, 상기 제 1 포토레지스트 층(112)을 마스크로 하는 식각공정을 통해 상기 오믹 층(108) 및 식각 정지 층(107)을 제거하는 함에 따라 형성될 수 있다. Referring to FIG. 3, a first recess having a first gate contact region 200 through which the Schottky barrier layer 106 is exposed in the first region between the source and drain electrodes 109 may be formed. The first recess may pattern the first photoresist layer 112 on the substrate 100, and may stop the ohmic layer 108 and the etch stop through an etching process using the first photoresist layer 112 as a mask. It may be formed by removing the layer 107.

제 1 포토레지스트 층(112)은 친수성이 및 연화성이 높은 복수개의 층으로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 제 1 포토레지스트 층(112)은 피엠엠에이(polymethyl methacraylate, 이하 PMMA)로 이루어진 제 1 하부 포토레지스트 층(110)과 co-polymer로 이루어진 제 1 상부 포토레지스트 층(111) 이 적층된 구조를 포함할 수 있다. 제 1 포토레지스트 층(112)은 전자선 노광법(e-beam lithography)에 의해 T형 레지스트 패턴으로 패터닝될 수 있다. 즉, 제 1 포토레지 스트 층(112)은 제 1 상부 포토레지스트 층(111)이 제 1 하부 포토레지스트 층(110)보다 더 넓은 개구부를 갖는 T형 레지스트 패턴으로 형성될 수 있다. The first photoresist layer 112 may be formed of a plurality of layers having high hydrophilicity and softness. For example, the first photoresist layer 112 may include a first lower photoresist layer 110 made of polymethyl methacraylate (PMMA) and a first upper photoresist layer 111 made of co-polymer. It may include a stacked structure. The first photoresist layer 112 may be patterned into a T-type resist pattern by e-beam lithography. That is, the first photoresist layer 112 may be formed of a T-type resist pattern in which the first upper photoresist layer 111 has a wider opening than the first lower photoresist layer 110.

상기 식각방법은 습식식각(wet etching)방법 또는 건식식각(dry etching)방법을 포함할 수 있다. 습식식각방법은 호박산 용액(succinic acid)과 염산(HCl)용액을 식각액(etchant)으로 T형 레지스트 층(112)을 일부 희생시키면서 오믹 층(108)과 식각 정지층(107)을 선택적으로 식각할 수 있다. 따라서, 제 1 리세스는 제 1 포토레지스트 층(112)과 유사한 T자 모양으로 형성될 수 있다.The etching method may include a wet etching method or a dry etching method. In the wet etching method, the ohmic layer 108 and the etch stop layer 107 may be selectively etched by partially sacrificing the T-type resist layer 112 with succinic acid and hydrochloric acid (HCl) solution. Can be. Thus, the first recess may be formed in a T-shape similar to the first photoresist layer 112.

도 4를 참조하면, 제 1 리세스 내부의 제 1 게이트 콘택 영역(200) 상으로부터 적층되는 금속 층들으로 이루어진 제 1 게이트 전극(130)을 형성한다.Referring to FIG. 4, a first gate electrode 130 formed of metal layers stacked from the first gate contact region 200 inside the first recess is formed.

제 1 게이트 전극(130)은 기판(100)의 전면에 금속 층들을 순차적으로 적층하고, 제 1 포토레스트 층(112)을 리프트-오프(lift-off)함으로서 제 1 게이트 콘택 영역(200)의 상부에서 T자 또는 Y자 모양으로 형성될 수 있다. 제 1 게이트 전극(130)은 미세한 게이트 길이를 가지면서 동시에 큰 단면적을 얻을 수 있고, 이에 따라 게이트 저항을 감소시키는 효과를 얻을 수 있다. The first gate electrode 130 sequentially stacks metal layers on the entire surface of the substrate 100, and lifts off the first photorest layer 112 to remove the first gate contact region 200. The upper portion may be formed in a T or Y shape. The first gate electrode 130 may have a fine gate length and at the same time obtain a large cross-sectional area, thereby reducing the gate resistance.

제 1 게이트 전극(130)은 제 1 최하부 금속 층(120a), 제 1 하부 금속 층(121), 제 1 중부 금속 층(122), 제 1 상부 금속 층(123), 및 제 1 최상부 금속 층(124)과 같은 다수의 금속 층들을 포함한다. 예를 들어, 이들 다수의 금속 층들은 백금(Pt), 몰리브덴(Mo), 타이타늄(Ti), 백금(Pt), 및 금(Au)이 적층된 구조를 포함한다. 여기서, 제 1 최하부 금속 층(120a)인 백금은 쇼트키 장벽 층(106)의 상부 표면에 약 2nm 내지 약 5nm 정도의 두께로 형성될 수 있다. 백금은 화학적으로 매우 안정된 금속이며 전기적인 특성 또한 우수한 금속이다. 또한, 제 1 하부 금속 층(121) 및 제 1 중부 금속 층(122)은 장벽 금속(barrier metal)로서 몰리브덴 및 티타늄으로 이루어질 수 있다. 제 1 상부 금속 층(123) 및 제 1 최상부 금속 층(124)는 백금 및 금으로 이루어진다. The first gate electrode 130 includes a first bottom metal layer 120a, a first bottom metal layer 121, a first middle metal layer 122, a first top metal layer 123, and a first top metal layer. A plurality of metal layers, such as 124. For example, these multiple metal layers include a structure in which platinum (Pt), molybdenum (Mo), titanium (Ti), platinum (Pt), and gold (Au) are stacked. Here, platinum, which is the first lowermost metal layer 120a, may be formed on the upper surface of the Schottky barrier layer 106 to a thickness of about 2 nm to about 5 nm. Platinum is a chemically very stable metal and has excellent electrical properties. In addition, the first lower metal layer 121 and the first middle metal layer 122 may be made of molybdenum and titanium as a barrier metal. The first top metal layer 123 and the first top metal layer 124 are made of platinum and gold.

제 1 게이트 전극(130)은 설명을 쉽게 하기 위해 수평 구조를 갖는 다수의 금속 층을 나타내었지만, 실제로 T자 또는 Y자 모양의 양측에서도 다수의 금속 층들이 적층된 구조로 나타날 수 있다. 제 1 게이트 전극(130)은 텅스텐(W), 니켈(Ni), 코발트(Co) 및 팔라듐(Pd) 중의 적어도 하나를 더 포함할 수도 있다. The first gate electrode 130 has shown a plurality of metal layers having a horizontal structure for ease of explanation, but may actually appear as a structure in which a plurality of metal layers are stacked on both sides of a T or Y shape. The first gate electrode 130 may further include at least one of tungsten (W), nickel (Ni), cobalt (Co), and palladium (Pd).

제 1 게이트 전극(130)의 금속 층들은 스퍼터링(sputtering), 이베포레이션(evaporation), MBE(Molecular Beam Epitaxy)방법으로 형성될 수 있다. 또한, 제 1 게이트 전극(130)은 제 1 리세스 내부에서 오믹 층(108)에 전기적으로 접촉되지 않고 형성될 수 있다. 스퍼터링 방법은 직진성이 매우 높은 방법으로 금속 층을 적층할 수 다. 따라서, 제 1 게이트 전극(130)은 제 1 게이트 콘택영역(200)에서 수직으로 형성될 수 있다. 또한, 이베포레이션, 또는 MBE 방법은 금속 층들의 형성이 일정 수준 이상의 고온에서 이루어짐에 따라 제 1 하부 포토레지스트 층(110)이 제 1 리세스의 내부로 유동되면서 오믹 층(108)의 측벽을 코팅시킴과 동시에 제 1 게이트 콘택영역(200)으로부터 수직하는 금속 층들을 형성시킬 수 있다. The metal layers of the first gate electrode 130 may be formed by sputtering, evaporation, or molecular beam epitaxy (MBE). In addition, the first gate electrode 130 may be formed without being in electrical contact with the ohmic layer 108 in the first recess. The sputtering method can stack metal layers in a very high straightness method. Thus, the first gate electrode 130 may be formed vertically in the first gate contact region 200. In addition, the evaporation, or MBE, method uses the first lower photoresist layer 110 to flow into the first recess as the formation of the metal layers is performed at a high temperature. At the same time as coating, metal layers perpendicular to the first gate contact region 200 may be formed.

제 1 포토레지스트(112)은 에틸 알코올에 의해 리프트 오프될 수 있다. 일반적으로 포토레지스트는 휘발성이 높은 알코올 성분에 쉽게 용해된다. 따라서, 제 1 포토레지스트(112) 상부의 금속 층들은 기판 상부에서 박리되어 제거될 수 있다. 이때, 제 1 게이트 콘택영역(200) 표면의 쇼트키 장벽 층(108)과 제 1 최하부 금속 층(120a)은 일정 수준이상의 접착력으로 결합되어 있다. 때문에, 제 1 게이트 전극(130)은 리프트 오프 시에 제거되지 않고 T모양으로 형성될 수 있다. The first photoresist 112 may be lifted off by ethyl alcohol. In general, photoresists are readily soluble in highly volatile alcohol components. Therefore, the metal layers on the first photoresist 112 may be peeled off and removed on the substrate. In this case, the Schottky barrier layer 108 and the first lowermost metal layer 120a on the surface of the first gate contact region 200 are coupled with a predetermined level or more. Therefore, the first gate electrode 130 may be formed in a T shape without being removed at the lift off.

도 5를 참조하면, 소오스 및 드레인 전극(109)사이의 제 2 영역에서 쇼트키 장벽 층(106)을 노출시키는 제 2 리세스를 형성한다. 여기서, 제 2 리세스는 제 1 리세스와 동일한 깊이로 형성될 수 있다. 마찬가지로, 제 2 리세스는 제 1 리세스와 동일한 공정을 통해 형성될 수 있다. Referring to FIG. 5, a second recess is formed to expose the Schottky barrier layer 106 in the second region between the source and drain electrodes 109. Here, the second recess may be formed to the same depth as the first recess. Similarly, the second recess may be formed through the same process as the first recess.

제 2 리세스는 상기 기판(100) 상에 제 2 포토레지스트 층(115)을 패터닝하고, 상기 오믹 층(108) 및 식각 정지 층(107)을 선택적으로 제거하여 제 2 게이트 콘택영역(201)을 노출시킴에 따라 형성될 수 있다. The second recess patterns the second photoresist layer 115 on the substrate 100 and selectively removes the ohmic layer 108 and the etch stop layer 107 to form the second gate contact region 201. It can be formed by exposing.

제 2 포토레지스트 층(115)는 제 1 포토레지스트 층(112)와 마찬가지로 친수성이 및 연화성이 높은 복수개의 층으로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 제 2 포토레지스트 층(115)은 PMMA로 이루어진 제 2 하부 포토레지스트 층(113)과 co-polymer로 이루어진 제 2 상부 포토레지스트 층(114) 이 적층된 구조를 포함할 수 있다. 제 2 포토레지스트 층(115)은 전자선 노광법(e-beam lithography)에 의해 제 2 상부 포토레지스트 층(113)이 제 2 하부 포토레지스트 층(114)보다 더 넓은 개구부를 갖는 T형 레지스트 패턴으로 형성될 수 있다. 이후, 습식식각(wet etching)방법 또는 건식식각(dry etching)방법으로 상기 제 2 포토레지스트 층(115)을 희생시키면서 오믹 층((108) 및 식각 정지 층(107)을 제거하여 T자 모양의 제 2 리세스를 형성할 수 있다. Like the first photoresist layer 112, the second photoresist layer 115 may be formed of a plurality of layers having high hydrophilicity and softness. For example, the second photoresist layer 115 may include a structure in which the second lower photoresist layer 113 made of PMMA and the second upper photoresist layer 114 made of co-polymer are stacked. The second photoresist layer 115 is a T-type resist pattern in which the second upper photoresist layer 113 has a wider opening than the second lower photoresist layer 114 by e-beam lithography. Can be formed. Thereafter, the ohmic layer 108 and the etch stop layer 107 are removed by sacrificing the second photoresist layer 115 by a wet etching method or a dry etching method. The second recess may be formed.

따라서, 본 발명의 실시예는 하나의 식각 정지 층(107)을 이용하여 동일한 깊이의 제 1 및 제 2 리세스를 형성함에 따라, 종래에 비해 공정 단계를 감소시켜 공정 단순화를 가져올 수 있으며 공정 비용을 절감하는 효과도 얻을 수 있다. Thus, the embodiment of the present invention forms the first and second recesses of the same depth using one etch stop layer 107, thereby reducing process steps compared to the prior art, resulting in process simplification and process cost. The effect of reducing the cost can also be obtained.

도 6을 참조하면, 제 2 리세스 내부의 제 2 게이트 콘택영역(201)으로부터 적층되는 다수의 금속 층으로 이루어진 제 2 게이트 전극(131)을 형성한다. Referring to FIG. 6, a second gate electrode 131 is formed of a plurality of metal layers stacked from the second gate contact region 201 inside the second recess.

제 2 게이트 전극(131)은 제 1 게이트 전극(130)과 마찬가지로 T자 모양을 갖고 동일한 물질 및 동일한 방법으로 형성될 수 있다. 제 2 게이트 전극(131)은 제 2 포토레지스트 층(115)가 형성된 기판(100)의 전면에 금속 층들을 증착하고, 상기 제 2 포토레지스트 층(115)을 리프트-오프(lift-off)함으로서 형성될 수 있다. 이때, 제 1 및 제 2 게이트 전극(130, 131)은 이상적으로 넓이 (d1, d2)와 높이(d3, d4) 가 서로 동일하게 형성될 수 있다. Like the first gate electrode 130, the second gate electrode 131 may have a T shape and be formed of the same material and the same method. The second gate electrode 131 deposits metal layers on the entire surface of the substrate 100 on which the second photoresist layer 115 is formed, and lifts off the second photoresist layer 115. Can be formed. In this case, the first and second gate electrodes 130 and 131 may be formed to have the same widths d1 and d2 and heights d3 and d4.

이때, 제 2 게이트 전극(131)의 제 2 최하부 금속 층(120b)는 제 1 게이트 전극(130)의 제 1 최하부 금속 층(120a)와 동일한 물질로 이루어져 있지만, 서로 다른 높이로 형성될 수 있다. 예를 들어 제 2 최하부 금속 층(120b)은 제 1 최하부 금속 층(120a)과 동일한 백금으로 이루어져 있으며, 상기 제 1 최하부 금속 층(120a)보다 높게 형성되어 있다. 따라서, 제 1 및 제 2 게이트 전극(130, 131)의 높이가 서로 달라져도 무방하다. In this case, the second lowermost metal layer 120b of the second gate electrode 131 is made of the same material as the first lowermost metal layer 120a of the first gate electrode 130, but may be formed at different heights. . For example, the second bottom metal layer 120b is made of the same platinum as the first bottom metal layer 120a and is formed higher than the first bottom metal layer 120a. Therefore, the heights of the first and second gate electrodes 130 and 131 may be different from each other.

제 2 게이트 전극(131)은 제 2 최하부 금속 층(120b), 제 2 하부 금속 층(121), 제 2 중부 금속 층(122), 제 2 상부 금속 층(123), 및 제 2 최상부 금속 층(124)을 포함하는 다수의 금속 층들로 구성되어 있다. 또한, 제 2 게이트 전 극(131)은 T자 또는 Y자 모양의 바닥에서만 다수의 금속 층이 수평으로 나타나 있지만, 실제 T자 또는 Y자 모양의 바닥에서뿐만 아니라 양측 상단에서도 다수의 금속 층이 적층되는 형상으로 형성될 수 있다. 이들 다수의 금속 층은 백금(Pt), 몰리브덴(Mo), 타이타늄(Ti), 금(Au), 텅스텐(W), 니켈(Ni), 코발트(Co) 및 팔라듐(Pd) 중 적어도 어느 하나를 포함한다. The second gate electrode 131 includes a second bottom metal layer 120b, a second bottom metal layer 121, a second middle metal layer 122, a second top metal layer 123, and a second top metal layer. It consists of a plurality of metal layers, including 124. In addition, although the second gate electrode 131 has a plurality of metal layers horizontally displayed only at the T- or Y-shaped bottom, a plurality of metal layers are stacked not only on the actual T- or Y-shaped bottom but also at both tops thereof. It may be formed in a shape that is. These multiple metal layers comprise at least one of platinum (Pt), molybdenum (Mo), titanium (Ti), gold (Au), tungsten (W), nickel (Ni), cobalt (Co) and palladium (Pd). Include.

상술한 바와 같이, 제 1 및 제 2 최하부 금속 층(120a, 120b)은 구성 물질 백금으로 동일하지만 서로 다른 두께로 형성될 수 있다(t1≠t2). 예를 들어, 제 2 최하부 금속 층(120b)은 약 8nm 내지 10nm 정도의 두께로 제 1 최하부 금속 층(120a)보다 높게 형성될 수 있다. 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 제 1 최하층 금속 층(120a)을 8 nm ~ 10 nm 정도의 두께(t1)로 형성하고, 제 2 최하층 금속 층(120b) 2 nm ~ 5 nm 정도의 두께(t2)로 형성할 수도 있다.As described above, the first and second lowermost metal layers 120a and 120b may be formed of the same material platinum but have different thicknesses (t1 ≠ t2). For example, the second lowermost metal layer 120b may be formed higher than the first lowermost metal layer 120a with a thickness of about 8 nm to 10 nm. According to another embodiment of the present invention, the first lowest metal layer 120a is formed to a thickness t1 of about 8 nm to 10 nm, and the second lowest metal layer 120b has a thickness of about 2 nm to 5 nm ( t2).

도 7을 참조하면, 제 1 및 제 2 게이트 전극 (130, 131)이 형성된 기판(100) 상에 보호 층(116)을 형성하고, 상기 기판(100)을 열처리하여 제 1 및 제 2 최하부 금속 층(120a, 120b)하부에 각각 제 1 및 제 2 확산층(140, 141)을 형성한다.Referring to FIG. 7, a protective layer 116 is formed on a substrate 100 on which first and second gate electrodes 130 and 131 are formed, and the first and second lowermost metals are heated by heat treating the substrate 100. First and second diffusion layers 140 and 141 are formed under the layers 120a and 120b, respectively.

보호 층(116)은 저온 피이씨비디(PECVD, Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition)법으로 형성되는 실리콘 질화막(SiNx)을 포함할 수 있다. 이는 보호 층(116)을 저온에서 형성함으로서, 후속의 열처리를 통해 제 1 및 제 2 확산층(140, 141)의 깊이를 제어할 수 있게 하기 위함이다. 다른 실시예에서는 보호 층(116)의 형성 시에 열처리가 이루어져도 무방하다.The protective layer 116 may include a silicon nitride layer (SiNx) formed by a low temperature plasma enhanced chemical vapor deposition (PECVD) method. This is to form the protective layer 116 at a low temperature, so that it is possible to control the depth of the first and second diffusion layers 140, 141 through subsequent heat treatment. In another embodiment, the heat treatment may be performed at the time of forming the protective layer 116.

기판(100)의 열처리는 질소 분위기에서 섭씨 230도 ~ 250도 정도의 온도 범 위에서 진행될 수 있다. 또한, 열처리는 상기 보호 층(116)을 형성하는 챔버 내에서 인-시츄(In-situ)로 진행될 수 있다. 때문에 도 7에서 보호 층(116)과 제 1 및 제 2 확산 층(140, 141)을 함께 도시되어 있다.The heat treatment of the substrate 100 may be performed in a temperature range of about 230 to 250 degrees Celsius in a nitrogen atmosphere. In addition, the heat treatment may be performed in-situ in the chamber forming the protective layer 116. Thus, the protective layer 116 and the first and second diffusion layers 140 and 141 are shown together in FIG. 7.

제 1 및 제 2 확산층(140, 141)은 제 1 및 제 2 최하부 금속 층(120a, 120b)의 두께에 각각 비례하여 쇼트키 장벽 층(106)의 상부 표면에서부터 서로 다른 깊이로 형성될 수 있다. 예를 들어, 제 1 최하부 금속 층(120a)의 두께가 제 2 최하부 금속 층(120b)의 두께보다 작으면, 제 1 확산층(140)의 두께가 제 2 확산 층(121)의 두께보다 작게 형성될 수 있다. 쇼트키 장벽 층(106)상에 형성되는 제 1 및 제 2 최하부 금속 층(120a, 120b)으로 이루어지는 백금의 양(amount)에 비례하여 쇼트키 장벽 층(106)의 깊이로 제 1 및 제 2 확산 층(140, 141)이 형성되기 때문이다. 여기서, 제 1 및 제 2 최하부 금속 층(120a, 120b)이 백금 이외에 예를 들어 금(Au), 텅스텐(W), 니켈(Ni), 코발트(Co) 및 팔라듐(Pd)으로 이루어지더라도 상기 제 1 및 제 2 확산층들(120a, 120b)은 상기 제 1 및 제 2 최하부 금속 층(120a, 120b) 각각의 두께에 비례하는 깊이로 형성될 수 있다. The first and second diffusion layers 140 and 141 may be formed at different depths from the top surface of the Schottky barrier layer 106 in proportion to the thicknesses of the first and second bottom metal layers 120a and 120b, respectively. . For example, when the thickness of the first lowermost metal layer 120a is smaller than the thickness of the second lowermost metal layer 120b, the thickness of the first diffusion layer 140 is smaller than the thickness of the second diffusion layer 121. Can be. First and second depths of the Schottky barrier layer 106 in proportion to the amount of platinum consisting of the first and second bottom metal layers 120a and 120b formed on the Schottky barrier layer 106. This is because the diffusion layers 140 and 141 are formed. The first and second lowermost metal layers 120a and 120b may be formed of gold (Au), tungsten (W), nickel (Ni), cobalt (Co) and palladium (Pd), for example, in addition to platinum. The first and second diffusion layers 120a and 120b may be formed to have a depth proportional to the thickness of each of the first and second lowermost metal layers 120a and 120b.

마찬가지로, 소오스/드레인 전극(109)은 제 1 및 제 2 최하부 금속층(120a, 120b)에 비해 과도하게 많은 양으로 형성됨에 따라 더욱 깊게 확산되어 형성될 수 있다. 예를 들어, 소오스/드레인 전극(109)은 쇼트키 장벽 층(106)을 통과하여 채널 층(102)까지 형성될 수 있다.Similarly, the source / drain electrodes 109 may be formed to be more deeply diffused as they are formed in excessively large amounts compared to the first and second lowermost metal layers 120a and 120b. For example, the source / drain electrodes 109 may be formed through the Schottky barrier layer 106 up to the channel layer 102.

도 8은 도 7의 제 1 및 제 2 게이트 전극와 쇼트키 장벽 층을 확대하여 나타낸 도면으로서, 제 1 및 제 2 게이트 전극(130, 131)과, 제 1 및 제 2 확산 층(140, 141)과, 쇼트키 장벽 층(106)의 두께 관계가 보다 자세하게 개시되어 있다.FIG. 8 is an enlarged view of the first and second gate electrodes and the Schottky barrier layer of FIG. 7, wherein the first and second gate electrodes 130 and 131 and the first and second diffusion layers 140 and 141 are shown. And the thickness relationship of the Schottky barrier layer 106 are disclosed in more detail.

제 1 및 제 2 게이트 전극(130, 131)은 쇼트키 장벽 층(106)의 상부 표면에서 적층되는 다수의 금속 층들(120a, 120b, 121, 122, 123, 124)과, 상기 쇼트키 장벽 층(106) 상부 표면의 하부로 형성된 제 1 및 제 2 확산 층(140, 141)을 포함한다. 이때, 제 1 및 제 2 게이트 전극(130, 131)하부에 형성된 쇼트키 장벽 층(106)의 두께는 전계 효과 트랜지스터의 문턱전압(threshold voltage)을 결정하는 데 있어 중요한 요소이다. 일반적으로 전계 효과 트랜지스터의 문턱 전압은 게이트 전극과 접속하는 장벽 층의 두께에 달라진다. 즉, 장벽 층의 두께가 감소하면, 문턱 전압은 (+) 쪽으로 증가하고, 장벽 층의 두께가 증가하면, 문턱 전압은 (-) 쪽으로 감소하게 된다. 문턱 전압이 (-) 극성을 띄면 전계 효과 트랜지스터는 공핍 모드가 될 수 있고, 문턱 전압이 (+) 극성을 띄면 전계 효과 트랜지스터는 증가 모드가 될 수 있다. 따라서, 본 발명의 일 실시예에서는 제 1 및 제 2 최하부 금속 층(120a, 120b)의 열처리로부터 깊이 방향의 확산 두께가 서로 다른 제 1 및 제 2 확산층(140, 141)을 형성함에 따라 쇼트키 장벽 층(106)의 두께가 서로 다른 공핍 모드 및 증가 모드의 트랜지스터를 동시에 형성할 수 있다. The first and second gate electrodes 130, 131 are a plurality of metal layers 120a, 120b, 121, 122, 123, 124 stacked on the top surface of the Schottky barrier layer 106, and the Schottky barrier layer 106 includes first and second diffusion layers 140, 141 formed below the upper surface. In this case, the thickness of the Schottky barrier layer 106 formed under the first and second gate electrodes 130 and 131 is an important factor in determining the threshold voltage of the field effect transistor. In general, the threshold voltage of the field effect transistor depends on the thickness of the barrier layer connecting with the gate electrode. In other words, as the thickness of the barrier layer decreases, the threshold voltage increases toward the (+) side, and as the thickness of the barrier layer increases, the threshold voltage decreases toward the negative side. If the threshold voltage is negative The field effect transistor can be in depletion mode, and if the threshold voltage is positive The field effect transistor can be in incremental mode. Therefore, in one embodiment of the present invention, as the first and second diffusion layers 140 and 141 having different diffusion thicknesses in the depth direction from the heat treatment of the first and second lowermost metal layers 120a and 120b, the Schottky is formed. It is possible to simultaneously form transistors of depletion mode and incremental mode having different thicknesses of the barrier layer 106.

본 발명의 다른 실시예들에서는 제 1 및 제 2 최하부 금속 층(120a, 120b)이 서로 다른 금속 층으로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 제 1 최하부 금속 층(120a)이 열처리 시에 확산 속도가 매우 느린 티타늄(Ti), 몰리브덴(Mo), 텅스텐(W) 중 적어도 하나로 이루어지고, 제 2 최하부 금속 층(120b)이 확산 속도가 빠른 백 금(Pt), 금(Au), 니켈(Ni), 코발트(Co) 및 팔라듐(Pd) 중 적어도 하나로 이루어질 수 있다. 따라서, 확산 속도의 차이에 따라 서로 다른 깊이 방향의 두께를 갖는 제 1 및 제 2 확산 층(140, 141)을 형성할 수 있다.In other embodiments of the present invention, the first and second lowermost metal layers 120a and 120b may be formed of different metal layers. For example, the first lowermost metal layer 120a is formed of at least one of titanium (Ti), molybdenum (Mo), and tungsten (W) having a very slow diffusion rate during heat treatment, and the second lowermost metal layer 120b is formed. The diffusion rate may be made of at least one of platinum (Pt), gold (Au), nickel (Ni), cobalt (Co), and palladium (Pd). Therefore, the first and second diffusion layers 140 and 141 having thicknesses in different depth directions may be formed according to differences in diffusion speeds.

제 1 및 제 2 확산 층(140, 141)의 두께(t3, t4)는 제 1 및 제 2 최하부 금속 층(120a, 120b)의 증착 두께를 달리하여(t1≠t2) 서로 다른 두께(t3≠t4)를 갖도록 형성할 수 있다.The thicknesses t3 and t4 of the first and second diffusion layers 140 and 141 are different from each other (t1 ≠ t2) by varying the deposition thicknesses of the first and second lowermost metal layers 120a and 120b (t1 ≠ t2). It can be formed to have t4).

일 실시예에 따르면, 제 1 최하부 금속 층(120a)의 두께(t1)가 제 2 최하부 금속 층(120b)의 두께(t2)보다 작으면(t1<t2), 제 1 확산 층(140)의 두께(t3)가 제 2 확산 층(141)의 두께(t4)보다 작을 수 있다(t3 < t4). 따라서, 제 1 확산층(140) 하부에 존재하는 쇼트키 장벽 층(106a)의 두께(t5)가 제 2 확산층(141) 하부에 존재하는 쇼트키 장벽 층(106b)의 두께(t6)보다 클 수 있다(t5 > t6). 제 1 게이트 전극(130)은 문턱 전압이 (-) 극성을 띄는 공핍 모드 전계 효과 트랜지스터의 기능을 갖게 하고, 제 2 게이트 전극(131)은 문턱 전압이 (+) 극성을 띄는 증가 모드 전계 효과 트랜지스터의 기능을 갖게 할 수 있다.According to one embodiment, when the thickness t1 of the first bottom metal layer 120a is smaller than the thickness t2 of the second bottom metal layer 120b (t1 <t2), the first diffusion layer 140 may be formed. The thickness t3 may be smaller than the thickness t4 of the second diffusion layer 141 (t3 <t4). Therefore, the thickness t5 of the Schottky barrier layer 106a under the first diffusion layer 140 may be greater than the thickness t6 of the Schottky barrier layer 106b under the second diffusion layer 141. (T5> t6). The first gate electrode 130 has a function of a depletion mode field effect transistor having a threshold voltage having a negative polarity, and the second gate electrode 131 has an increase mode field effect transistor having a positive voltage having a positive polarity. It can have a function of.

따라서, 본 발명의 실시예들에 따른 전계 효과 트랜지스터의 제조방법은 단일 열처리 공정을 통해 공핍 모드와 증가 모드의 전계 효과 트랜지스터를 동시에 형성할 수 있다. 이 분야에 종사하는 통상의 지식을 가진 자라면, 상술한 본 발명의 기술적 사상에 기초하여 용이하게 이러한 변형된 실시예를 구현할 수 있을 것이다.Therefore, the method of manufacturing a field effect transistor according to the embodiments of the present invention may simultaneously form the depletion mode and the increase mode field effect transistor through a single heat treatment process. Those skilled in the art will be able to easily implement these modified embodiments based on the technical spirit of the present invention described above.

도 1 내지 도 7은 본 발명의 실시예들에 따른 전계 효과 트랜지스터의 제조방법을 나타내는 공정 단면도들. 1 to 7 are process cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a field effect transistor according to embodiments of the present invention.

도 8은 도 7의 제 1 및 제 2 게이트 전극와 쇼트키 장벽 층을 확대하여 나타낸 도면.FIG. 8 is an enlarged view of the first and second gate electrodes and the Schottky barrier layer of FIG. 7; FIG.

Claims (10)

기판 상에 쇼트키 장벽 층을 형성하는 단계;Forming a Schottky barrier layer on the substrate; 상기 쇼트키 장벽 층 상에 제 1 최하부 금속 층을 포함하는 제 1 게이트 전극을 형성하는 단계;Forming a first gate electrode comprising a first bottom metal layer on the Schottky barrier layer; 상기 쇼트키 장벽 층 상에, 상기 제 1 게이트 전극과 이격되고, 제 2 최하부 금속 층을 포함하는 제 2 게이트 전극을 형성하는 단계; 및Forming a second gate electrode on the Schottky barrier layer, the second gate electrode spaced apart from the first gate electrode and comprising a second bottom metal layer; And 상기 기판을 열처리하여 상기 제 1 최하부 금속 층과 상기 제 2 최하부 금속 층의 물질들이 각각 상기 쇼트키 장벽 층의 내부로 확산되는 제 1 확산 층과 제 2 확산 층을 형성하는 단계를 포함하되, Heat-treating the substrate to form a first diffusion layer and a second diffusion layer in which materials of the first bottom metal layer and the second bottom metal layer are respectively diffused into the Schottky barrier layer; 상기 제 1 확산 층과 제 2 확산 층은 상기 쇼트키 장벽 층의 상부표면에서부터 내부로 확산되는 깊이가 서로 다른 전계 효과 트랜지스터의 제조방법.And the first diffusion layer and the second diffusion layer have different depths from the upper surface of the schottky barrier layer to the inside. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 제 1 및 제 2 최하부 금속 층은 서로 다른 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 전계 효과 트랜지스터의 제조방법.And the first and second bottom metal layers have different thicknesses. 제 2 항에 있어서,The method of claim 2, 상기 제 1 및 제 2 확산 층은 상기 제 1 및 제 2 최하부 금속 층의 두께 및 양에 비례하는 각각의 깊이로 형성되는 것을 특징으로 하는 전계 효과 트랜지스터 의 제조방법.Wherein the first and second diffusion layers are formed at respective depths proportional to the thickness and amount of the first and second bottom metal layers. 제 3 항에 있어서,The method of claim 3, wherein 상기 제 1 및 제 2 최하부 금속 층은 백금(Pt)을 포함하는 것을 특징으로 하는 전계 효과 트랜지스터의 제조방법.And the first and second bottom metal layers comprise platinum (Pt). 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 제 1 및 제 2 최하부 금속 층은 상기 기판의 열처리 시에 서로 다른 확산 속도를 갖는 서로 다른 재질의 금속 층들로 형성되는 것을 특징으로 하는 전계 효과 트랜지스터의 제조방법.The first and second bottom metal layers are formed of metal layers of different materials having different diffusion rates during heat treatment of the substrate. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 제 1 및 제 2 게이트 전극을 형성한 후 상기 기판의 전면에 보호 층을 형성하는 단계를 더 포함하고, 상기 기판을 열처리하는 것은 상기 보호 층을 형성하는 것에 의하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 전계 효과 트랜지스터의 제조방법.And forming a protective layer on the front surface of the substrate after forming the first and second gate electrodes, and heat treating the substrate is performed by forming the protective layer. Manufacturing method. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 기판 상에 복수의 에피택시얼 반도체 층들, 상기 쇼트키 장벽 층, 식각 정지 층, 및 오믹 층을 적층하는 단계;Depositing a plurality of epitaxial semiconductor layers, the Schottky barrier layer, an etch stop layer, and an ohmic layer on the substrate; 상기 쇼트키 장벽 층의 상부 표면을 노출시키는 제 1 리세스를 형성하는 단계;Forming a first recess exposing the top surface of the Schottky barrier layer; 상기 제 1 리세스 내에 상기 제 1 최하부 금속 층을 포함하는 상기 제 1 게이트 전극을 형성하는 단계;Forming the first gate electrode including the first bottom metal layer in the first recess; 상기 제 1 리세스와 동일한 깊이를 갖는 제 2 리세스를 형성하는 단계; 및Forming a second recess having the same depth as the first recess; And 상기 제 2 리세스 내에 상기 제 2 최하부 금속 층을 포함하는 상기 제 2 게이트 전극을 형성하는 단계를 더 포함하는 전계 효과 트랜지스터의 제조방법.Forming the second gate electrode comprising the second bottom metal layer in the second recess. 기판 상에 형성된 쇼트키 장벽 층;A Schottky barrier layer formed on the substrate; 상기 쇼트키 장벽 층 상에 형성된 제 1 금속 층과, 상기 쇼트키 장벽 층 내부로 상기 제 1 금속 층의 물질이 확산된 제 1 확산 층을 구비하는 제 1 게이트 전극; 및 A first gate electrode having a first metal layer formed on the Schottky barrier layer and a first diffusion layer in which the material of the first metal layer is diffused into the Schottky barrier layer; And 상기 제 1 게이트 전극과 이격되고, 상기 쇼트키 장벽 층 상에 형성된 제 2 금속 층과, 상기 쇼트키 장벽 층 내부로 상기 제 2 금속 층의 물질이 확산된 제 2 확산 층을 구비하는 제 2 게이트 전극을 포함하되,A second gate spaced apart from the first gate electrode and having a second metal layer formed on the Schottky barrier layer and a second diffusion layer in which the material of the second metal layer is diffused into the Schottky barrier layer Including electrodes, 상기 제 1 확산 층과 상기 제 2 확산 층은 두께가 서로 다른 것을 특징으로 하는 전계 효과 트랜지스터.And the first diffusion layer and the second diffusion layer have different thicknesses. 제 8 항에 있어서, 9. The method of claim 8, 상기 제 1 및 제 2 금속 층은 동일한 물질로 이루어지고, 상기 제 1 및 제 2 금속 층은 서로 다른 두께로 형성된 것을 특징으로 하는 전계 효과 트랜지스터.And the first and second metal layers are made of the same material, and the first and second metal layers have different thicknesses. 제 8 항에 있어서,9. The method of claim 8, 상기 제 1 및 제 2 금속 층은 서로 다른 재질의 금속 층을 포함함을 특징으로 하는 전계 효과 트랜지스터.And the first and second metal layers comprise metal layers of different materials.
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