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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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 /
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
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
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
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
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
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.
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