KR102045321B1 - Manufacturing method for semiconductor device - Google Patents

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Abstract

반도체 소자 제조방법이 개시된다. 본 반도체 소자 제조방법은, 반도체층을 마련하는 단계, 반도체층을 식각하여, 소스 구조, 드레인 구조 및 소스 구조와 드레인 구조를 연결하는 복수의 채널 구조를 형성하는 단계, 복수의 채널 구조를 덮도록 레지스트를 형성하는 단계, 레지스트에, 게이트 풋 패터닝 및 게이트 헤드 패터닝을 위한 전자빔 노광 공정을 수행하는 단계, 전자빔 노광 공정에 의해 노광된 부분을 제거하여 게이트 풋 패턴과 게이트 헤드 패턴을 형성하는 단계, 게이트 풋 패턴과 게이트 헤드 패턴에 게이트 물질을 증착하는 단계 및 레지스트를 제거하는 단계를 포함한다.Disclosed is a method of manufacturing a semiconductor device. The present semiconductor device manufacturing method includes providing a semiconductor layer, etching the semiconductor layer to form a plurality of channel structures connecting the source structure and the drain structure to the source structure, the drain structure, and covering the plurality of channel structures. Forming a resist, performing an electron beam exposure process for gate foot patterning and gate head patterning on the resist, removing a portion exposed by the electron beam exposure process to form a gate foot pattern and a gate head pattern, a gate Depositing a gate material on the foot pattern and the gate head pattern and removing the resist.

Description

반도체 소자 제조방법 {MANUFACTURING METHOD FOR SEMICONDUCTOR DEVICE}Semiconductor Device Manufacturing Method {MANUFACTURING METHOD FOR SEMICONDUCTOR DEVICE}

본 개시는 반도체 소자 제조방법에 관한 것으로, 고주파 특성을 향상시키기 위해 T형 게이트(T-gate)를 핀(Fin) 형 소자에 적용시킬 수 있는 반도체 소자 제조 방법을 제공함에 있다. The present disclosure relates to a method for fabricating a semiconductor device, and to providing a method for fabricating a semiconductor device in which a T-gate can be applied to a fin device to improve high frequency characteristics.

반도체 소자의 집적도가 증가함에 따라 반도체 소자의 구성 요소들에 대한 디자인 룰(design rule)이 엄격해지고 있었다. 특히, 많은 수의 트랜지스터를 필요로 하는 반도체 소자에 있어서 디자인 룰의 표준이 되는 게이트 길이가 감소되고 이에 따라 채널의 길이도 감소되었는데, 트랜지스터의 채널 길이 감소는 이른바 단 채널 효과(short channel effect)를 유발시켰다.As the degree of integration of semiconductor devices has increased, design rules for components of semiconductor devices have become strict. In particular, in semiconductor devices requiring a large number of transistors, the gate length, which is a standard for design rules, has been reduced and thus the channel length has been reduced. Induced.

단 채널 효과란, 드레인 전위의 효과로 인해 트랜지스터의 유효 채널 길이가 감소하여 항복전압(threshold voltage)이 감소하는 것을 말한다. 이러한 단 채널 효과로 인하여, 소자에 대한 제어가 어려워지고 더불어 소자의 오프 전류(off current)가 증가하는 경향을 보였다. 그 결과, 트랜지스터의 신뢰성이 나빠지며, 예컨대 메모리 소자의 리프레시(refresh) 특성이 나빠지는 것을 나타내었다.The short channel effect means that the effective channel length of the transistor decreases due to the effect of the drain potential, thereby reducing the threshold voltage. Due to this short channel effect, control of the device becomes difficult and the off current of the device tends to increase. As a result, the reliability of the transistor is deteriorated, and for example, the refresh characteristic of the memory device is deteriorated.

최근에는 종래 평면형 트랜지스터에서 문제가 되는 단채널 효과를 억제하고, 동시에 동작 전류를 높일 수 있는 얇은 핀의 여러 면을 채널로 이용하는 핀(Fin) 형 소자, 예컨대 핀-펫(Fin-FET)을 이용한 반도체 소자가 연구되고 있었다.Recently, a fin-type device, such as a fin-FET, which uses various surfaces of a thin fin as a channel to suppress a short channel effect that is a problem in a conventional planar transistor and simultaneously increase an operating current, is used. Semiconductor devices have been studied.

그러나, 현재까지의 Fin-FET 구조의 반도체 소자는 평면적인 게이트 형태를 지니고 있기에 고주파 특성을 향상하기에 무리가 있었다. However, the fin-FET structure of semiconductor devices up to now has a planar gate shape, which makes it difficult to improve high frequency characteristics.

본 개시의 일 목적은 고주파 특성을 향상시키기 위해 T형 게이트(T-gate)를 핀(Fin) 형 소자에 적용 시킬 수 있는 반도체 소자 제조 방법을 제공함에 있다. An object of the present disclosure is to provide a method for manufacturing a semiconductor device that can be applied to the T-type gate (T-gate) to the fin (F) device to improve the high frequency characteristics.

본 개시의 일 실시 예에 따른 반도체 소자 제조방법은, 반도체층을 마련하는 단계, 상기 반도체층을 식각하여, 소스 구조, 드레인 구조 및 상기 소스 구조와 상기 드레인 구조를 연결하는 복수의 채널 구조를 형성하는 단계, 상기 복수의 채널 구조를 덮도록 레지스트를 형성하는 단계, 상기 레지스트에, 게이트 풋 패터닝 및 게이트 헤드 패터닝을 위한 전자빔 노광 공정을 수행하는 단계, 상기 전자빔 노광 공정에 의해 노광된 부분을 제거하여 게이트 풋 패턴과 게이트 헤드 패턴을 형성하는 단계, 상기 게이트 풋 패턴과 상기 게이트 헤드 패턴에 게이트 물질을 증착하는 단계 및 상기 레지스트를 제거하는 단계를 포함한다.According to an embodiment of the present disclosure, a method of manufacturing a semiconductor device may include preparing a semiconductor layer and etching the semiconductor layer to form a source structure, a drain structure, and a plurality of channel structures connecting the source structure and the drain structure. And forming a resist to cover the plurality of channel structures, performing an electron beam exposure process for gate foot patterning and gate head patterning on the resist, and removing a portion exposed by the electron beam exposure process. Forming a gate foot pattern and a gate head pattern, depositing a gate material on the gate foot pattern and the gate head pattern, and removing the resist.

이 경우, 상기 레지스트를 형성하는 단계는, 광학적 특성이 서로 다른 제1 레지스트, 제2 레지스트 및 제3 레지스트를 하부에서부터 순차적으로 적층할 수 있다.In this case, in the forming of the resist, the first resist, the second resist, and the third resist having different optical characteristics may be sequentially stacked from the bottom.

이 경우, 상기 제1 레지스트의 높이는 상기 복수의 채널 구조의 높이보다 높을 수 있다. In this case, the height of the first resist may be higher than the height of the plurality of channel structures.

한편, 상기 제1 레지스트의 높이는 상기 복수의 채널 구조의 높이보다 1.25 내지 1.5배 높을 수 있다.Meanwhile, the height of the first resist may be 1.25 to 1.5 times higher than the height of the plurality of channel structures.

한편, 상기 제1 레지스트는 폴리메틸메타크릴레이트(poly methyl methacrylate)이고, 상기 제2 레지스트는 메틸메타크릴레이트(methyl methacrylate)와 메타크릴산(methacrylic acid)의 공중합체이고, 상기 제3 레지스트는 α-클로로메타크릴레이트(α-chloromethacrylate)와 α-메틸스틸렌(α-methylstyrene)의 공중합체일 수 있다.On the other hand, the first resist is poly methyl methacrylate (poly methyl methacrylate), the second resist is a copolymer of methyl methacrylate (methyl methacrylate) and methacrylic acid (methacrylic acid), the third resist is It may be a copolymer of α-chloromethacrylate (α-chloromethacrylate) and α-methylstyrene.

한편, 상기 복수의 채널 구조는, 상기 복수의 채널 구조의 폭과, 상기 복수의 채널 구조 사이의 간격의 비율이 1:2이 되도록 형성될 수 있다.The plurality of channel structures may be formed such that a ratio of the widths of the plurality of channel structures to the intervals between the plurality of channel structures is 1: 2.

한편, 상기 반도체층을 마련하는 단계는, 제1 반도체층을 마련하는 단계 및 상기 제1 반도체층에 2차원 전자가스(2DEG;2-Dimensional Electron Gas)를 유발하는 제2 반도체층을 상기 제1 반도체층 상에 형성하는 단계를 포함할 수 있다.The preparing of the semiconductor layer may include preparing a first semiconductor layer and forming a second semiconductor layer inducing a two-dimensional electron gas (2DEG) in the first semiconductor layer. It may comprise the step of forming on the semiconductor layer.

이 경우, 상기 제1 반도체층은 GaN로 구성되며, 상기 제2 반도체층은 AlGaN 또는 AlN로 구성될 수 있다.In this case, the first semiconductor layer may be made of GaN, and the second semiconductor layer may be made of AlGaN or AlN.

도 1 내지 도 11은 본 개시의 일 실시 예에 따른 반도체 소자 제조방법을 설명하기 위한 도면,
도 12는 본 개시의 일 실시 예에 따른 반도체 소자 제조방법에 따라 제조된 반도체 소자를 설명하기 위한 도면,
도 13은 본 개시의 일 실시 예에 따른 반도체 소자 제조방법에 따라 제조된 반도체 소자의 SEM(Scanning Electron Microscope) 이미지,
도 14는 본 개시의 또 다른 실시 예에 따른 반도체 소자 제조방법을 설명하기 위한 도면 그리고,
도 15는 본 개시의 또 다른 실시 예에 따른 반도체 소자 제조방법에 따라 제조된 반도체 소자의 SEM(Scanning Electron Microscope) 이미지이다.
1 to 11 are diagrams for describing a method of manufacturing a semiconductor device according to an embodiment of the present disclosure;
12 is a diagram for describing a semiconductor device manufactured according to a method of manufacturing a semiconductor device according to an embodiment of the present disclosure;
FIG. 13 is a scanning electron microscope (SEM) image of a semiconductor device manufactured according to a method of manufacturing a semiconductor device according to an embodiment of the present disclosure; FIG.
14 is a view for explaining a method of manufacturing a semiconductor device according to another embodiment of the present disclosure;
15 is a scanning electron microscope (SEM) image of a semiconductor device manufactured according to a method of manufacturing a semiconductor device according to another embodiment of the present disclosure.

본 개시에 대하여 구체적으로 설명하기에 앞서, 본 명세서 및 도면의 기재 방법에 대하여 설명한다. Before describing this disclosure in detail, the description method of this specification and drawings is demonstrated.

본 명세서 및 청구범위에서 사용되는 용어는 본 개시의 다양한 실시 예들에서의 기능을 고려하여 일반적인 용어들을 선택하였다 하지만, 이러한 용어들은 당해 기술 분야에 종사하는 기술자의 의도나 법률적 또는 기술적 해석 및 새로운 기술의 출현 등에 따라 달라질 수 있다. 또한, 일부 용어는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있다. 이러한 용어에 대해서는 본 명세서에서 정의된 의미로 해석될 수 있으며, 구체적인 용어 정의가 없으면 본 명세서의 전반적인 내용 및 당해 기술 분야의 통상적인 기술 상식을 토대로 해석될 수도 있다. Terms used in the present specification and claims have been selected in general terms in consideration of their function in the various embodiments of the present disclosure, but these terms are intended to be used by those skilled in the art or legal or technical interpretation and new technologies. It may vary depending on the appearance of. In addition, some terms are terms arbitrarily selected by the applicant. Such terms may be interpreted in the meanings defined herein, and may be interpreted based on the general contents of the present specification and common technical knowledge in the art without specific term definitions.

또한, 본 명세서에 첨부된 각 도면에 기재된 동일한 참조번호 또는 부호는 실질적으로 동일한 기능을 수행하는 부품 또는 구성요소를 나타낸다. 설명 및 이해의 편의를 위해서 서로 다른 실시 예들에서도 동일한 참조번호 또는 부호를 사용하여 설명한다. 즉, 복수의 도면에서 동일한 참조 번호를 가지는 구성요소를 모두 도시되어 있다고 하더라도, 복수의 도면들이 하나의 실시 예를 의미하는 것은 아니다. In addition, the same reference numerals or symbols described in each drawing attached to the present specification represent parts or components that perform substantially the same function. For convenience of explanation and understanding, different embodiments will be described using the same reference numerals or symbols. That is, although all the components having the same reference numerals are shown in the plurality of drawings, the plurality of drawings does not mean an embodiment.

또한, 본 명세서 및 청구범위에서는 구성요소들 간의 구별을 위하여 "제1", "제2" 등과 같이 서수를 포함하는 용어가 사용될 수 있다. 이러한 서수는 동일 또는 유사한 구성요소들을 서로 구별하기 위하여 사용하는 것이며 이러한 서수 사용으로 인하여 용어의 의미가 한정 해석되어서는 안 된다. 일 예로, 이러한 서수와 결합된 구성요소는 그 숫자에 의해 사용 순서나 배치 순서 등이 제한되어서는 안 된다. 필요에 따라서는, 각 서수들은 서로 교체되어 사용될 수도 있다. Also, in the present specification and claims, terms including ordinal numbers such as “first”, “second”, and the like may be used to distinguish between components. These ordinal numbers are used to distinguish the same or similar components from each other, and the meaning of the terms should not be construed as limited by the use of these ordinal numbers. For example, the components combined with these ordinal numbers should not be limited in order of use or arrangement by the number. If necessary, the ordinal numbers may be used interchangeably.

본 명세서에서 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "구성되다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.As used herein, the singular forms "a", "an" and "the" include plural forms unless the context clearly indicates otherwise. In this application, the terms "comprise" or "consist" are intended to indicate that there is a feature, number, step, action, component, part, or combination thereof described in the specification, and one or more other It is to be understood that the present invention does not exclude the possibility of adding or presenting features or numbers, steps, operations, components, components, or combinations thereof.

본 문서에서 사용된 용어들은 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 다른 실시 예의 범위를 한정하려는 의도가 아닐 수 있다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함할 수 있다. 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 용어들은 본 문서에 기재된 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가질수 있다. 본 문서에 사용된 용어들 중 일반적인 사전에 정의된 용어들은, 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 동일 또는 유사한 의미로 해석될 수 있으며, 본 문서에서 명백하게 정의되지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다. 경우에 따라서, 본 문서에서 정의된 용어일지라도 본 문서의 실시 예들을 배제하도록 해석될 수 없다.The terminology used herein is for the purpose of describing particular example embodiments only and is not intended to be limiting of the scope of other embodiments. Singular expressions may include plural expressions unless the context clearly indicates otherwise. The terms used herein, including technical or scientific terms, may have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art described in this document. Among the terms used in this document, terms defined in the general dictionary may be interpreted as having the same or similar meaning as the meaning in the context of the related art, and ideally or excessively formal meanings are not clearly defined in this document. Not interpreted as In some cases, even if terms are defined in the specification, they may not be interpreted to exclude embodiments of the present disclosure.

이하에선 본 발명의 다양한 실시 예에 따른 반도체 소자, 그리고 반도체 소자를 제조하기 위한 방법이 설명된다. 본 개시에서의 반도체 소자는 트랜지스터, 다이오드 등 다양하게 구현될 수 있다. Hereinafter, a semiconductor device and a method for manufacturing the semiconductor device according to various embodiments of the present disclosure will be described. The semiconductor device of the present disclosure may be implemented in various ways, such as a transistor and a diode.

그리고, 본 개시에서 사용하는 "증착", "성장" 등의 용어는 반도체 물질 층을 형성한다는 의미와 같은 의미로 쓰이는 것이고, 본 개시의 다양한 실시 예들에서 형성되는 층 혹은 박막은 유기금속기상증착(metal-organic chamical vapor deposition: MOCVD)법 또는 분자선 성장(molecular beam epitaxy: MBE)법 등을 이용하여 성장용 챔버(chamber) 내에서 성장될 수 있으며, 이 밖에도 PECVD, APCVD, LPCVD, UHCVD, PVD, 전자빔 방식, 저항 가열방식 등 다양한 방식에 의해 증착되어 형성될 수 있다. 일 예로, 유기금속화학증착(MOCVD) 방식을 이용할 경우, MOCVD 반응 챔버의 용적에 따라, 그 안에 주입되는 기체의 유속을 결정할 수 있으며, 기체의 종류, 유속 반응 챔버 내부의 압력, 온도 조건 등에 따라 성장되는 박막의 두께, 표면 거칠기, 도펀트의 도핑된 농도 등의 특성이 달라질 수 있다. 특히 고온일수록 박막의 우수한 결정성을 얻을 수 있는데, 이는 반응 기체의 물성, 반응이 일어나는 온도 등을 고려하여 제한적으로 결정되어야할 사항이다. 특히 정밀한 성장을 위해선 ALD(Atomic layer deposition) 방식을 이용할 수 있다. ALD 방식에 의하면 박막 성장이 원자 단위로 제어될 수 있다. In addition, terms such as “deposition” and “growth” used in the present disclosure are used in the same sense as forming a semiconductor material layer, and the layer or thin film formed in various embodiments of the present disclosure may be formed by organometallic vapor deposition ( It can be grown in a growth chamber using metal-organic chamical vapor deposition (MOCVD) or molecular beam epitaxy (MBE), etc. In addition, PECVD, APCVD, LPCVD, UHCVD, PVD, It may be formed by depositing by various methods such as electron beam method, resistance heating method. For example, in the case of using an organometallic chemical vapor deposition (MOCVD) method, it is possible to determine the flow rate of the gas injected therein according to the volume of the MOCVD reaction chamber, depending on the type of gas, the pressure inside the reaction chamber, temperature conditions, etc. Properties such as the thickness of the thin film grown, the surface roughness, the doped concentration of the dopant may vary. In particular, the higher the temperature, the better the crystallinity of the thin film can be obtained, which should be limited in consideration of the physical properties of the reaction gas, the temperature at which the reaction occurs. In particular, ALD (Atomic layer deposition) can be used for precise growth. According to the ALD method, the thin film growth can be controlled on an atomic basis.

그리고, 이하에서 사용하는 용어 "반도체층"이란, 반도체 물질로 구성된 층을 지칭하는 것으로, 에피텍시층, 물질층 등과 같은 다른 용어로 대체될 수 있다.In addition, the term "semiconductor layer" used below refers to a layer made of a semiconductor material, and may be replaced with another term such as an epitaxial layer, a material layer, or the like.

이하 도면을 통하여 본 개시의 다양한 실시 예에 대해 설명하도록 한다.Hereinafter, various embodiments of the present disclosure will be described with reference to the accompanying drawings.

도 1 내지 도 11은 본 개시의 일 실시 예에 따른 반도체 소자 제조방법을 설명하기 위한 도면이다.1 to 11 are diagrams for describing a method of manufacturing a semiconductor device in accordance with an embodiment of the present disclosure.

도 1을 참고하면, 먼저, 반도체층(100)을 마련한다. 반도체층(100)은 반도체층(100)을 성장시키기에 적합한 하부층(10) 상에 형성될 수 있다. 본 개시의 다양한 실시 예들에 따르면, 도 1에 도시되진 않았으나 하부층(10) 아래에 다른 층들이 배치될 수 있다.Referring to FIG. 1, first, a semiconductor layer 100 is prepared. The semiconductor layer 100 may be formed on the lower layer 10 suitable for growing the semiconductor layer 100. According to various embodiments of the present disclosure, although not shown in FIG. 1, other layers may be disposed below the lower layer 10.

하부층(10)은 예컨대 기판일 수 있다. 반도체층(100)이 예컨대, 질화물층인 경우, 하부층(10)은 질화물층과 같은 육방정계 격자구조(hexagonal crystal system)를 갖는 사파이어(Al2O3) 기판, 또는 실리콘 카바이드(SiC), 실리콘(Si), 산화아연(ZnO), 비화갈륨(Ga), 질화갈륨(GaN), 스피넬(MgAlO4) 등의 물질로 이루어진 기판일 수 있다.The bottom layer 10 may be, for example, a substrate. When the semiconductor layer 100 is, for example, a nitride layer, the lower layer 10 may be a sapphire (Al 2 O 3 ) substrate having a hexagonal crystal system such as a nitride layer, or silicon carbide (SiC) or silicon. (Si), zinc oxide (ZnO), gallium arsenide (Ga), gallium nitride (GaN), spinel (MgAlO 4 ), or a substrate made of a material.

또는, 하부층(10)은 버퍼층일 수 있다. 버퍼층은 기판과 그 위에 성장되는 물질의 결정 격자가 일치하지 않음으로 발생하는 결정결함을 줄이기 위한 완충층으로서의 역할을 하며, 고 전압 인가시 전류 누설 방지를 위한 저항층의 역할을 할 수 있다. 예를 들어, 버퍼층은 AlN층, GaN층, AlGaN층, AlN/GaN multi-layer 층, 또는 기판과 격자 불일치에서 발생하는 결정결함을 단계적으로 감소시키기 위한 여러 종류의 핵 생성층으로 이루어진 층일 수 있다.Alternatively, the lower layer 10 may be a buffer layer. The buffer layer serves as a buffer layer to reduce crystal defects caused by a mismatch between the crystal lattice of the substrate and the material grown thereon, and may serve as a resistance layer for preventing current leakage when a high voltage is applied. For example, the buffer layer may be an AlN layer, a GaN layer, an AlGaN layer, an AlN / GaN multi-layer layer, or a layer composed of several kinds of nucleation layers to gradually reduce crystal defects resulting from lattice mismatch with the substrate. .

반도체층(100)이 예컨대 질화물층인 경우, 하부층(10)은 고저항성 질화물층일 수 있다. 고저항성 질화물층을 이용함으로써, 적절한 드레인-소스 전류 포화 상태를 얻을 수 있고, 완벽한 핀치 오프(pinch-off)를 얻을 수 있으며 또한 고 주파에서도 적은 손실을 기대할 수 있으며, 인접한 디바이스들 사이에서 크로스토크(cross-talk)현상을 최소화할 수 있으며, 특히 전류붕괴(current collapse) 현상을 줄일 수 있다. 예를 들어, 이러한 고저항성 질화물층은 GaN에 고농도로 p형 도펀트로 도핑한 층일 수 있다. p형 도펀트로는 예를 들어, 아연(Zn), 마그네슘(Mg), 코발트(Co), 니켈(Ni), 구리(Cu) 또는 철(Fe) 또는 탄소(C) 등을 이용할 수 있다.When the semiconductor layer 100 is, for example, a nitride layer, the lower layer 10 may be a high resistance nitride layer. By using a high resistivity nitride layer, adequate drain-source current saturation can be achieved, perfect pinch-off can be achieved, and low losses can be expected at high frequencies, and crosstalk between adjacent devices Cross-talk can be minimized, especially current collapse. For example, such a high resistance nitride layer may be a layer doped with GaN at a high concentration with a p-type dopant. As the p-type dopant, for example, zinc (Zn), magnesium (Mg), cobalt (Co), nickel (Ni), copper (Cu) or iron (Fe) or carbon (C) may be used.

반도체층(100)은 실리콘 (Silicon), 게르마늄 (Ge), III-V 반도체 물질 등을 증착하여 형성된 층일 수 있다.The semiconductor layer 100 may be a layer formed by depositing silicon, germanium, or III-V semiconductor material.

III-V 반도체 물질은 주기율표의 IIIA족(B, Al, Ga, In, 및 Ti)로부터의 하나 이상의 원소들 및 주기율표의 VA족(N, P, As, Sb, 및 Bi)로부터의 하나 이상의 원소들로 구성되는 임의의 반도체 물질을 포함할 수 있다. 예를 들면, III-V 반도체 물질은 GaN, GaP, GaAs, InN, InP, InAs, AlN, AlP, AlAs, InGaN, InGaP, InGaNP 등을 포함하지만 이들에 한정되는 것은 아니다. The III-V semiconductor material comprises one or more elements from group IIIA (B, Al, Ga, In, and Ti) of the periodic table and one or more elements from group VA (N, P, As, Sb, and Bi) of the periodic table. It can include any semiconductor material consisting of. For example, III-V semiconductor materials include, but are not limited to, GaN, GaP, GaAs, InN, InP, InAs, AlN, AlP, AlAs, InGaN, InGaP, InGaNP, and the like.

III-V 반도체 물질의 일 예로 III-질화물 반도체 물질은 주기율표의 IIIA족(B, Al, Ga, In, 및 Ti)으로부터의 하나 이상의 원소들 및 질소로 구성되는 임의의 III-V 반도체 물질을 포함할 수 있다. 예를 들면, III-질화물 반도체 물질은 GaN, InN, AlN, InGaN, GaAlN, GaAlN, InAlN 등을 포함하지만 이들에 한정되는 것은 아니다. As an example of a III-V semiconductor material, III-nitride semiconductor material includes any III-V semiconductor material composed of nitrogen and one or more elements from Group IIIA (B, Al, Ga, In, and Ti) of the periodic table. can do. For example, III-nitride semiconductor materials include, but are not limited to, GaN, InN, AlN, InGaN, GaAlN, GaAlN, InAlN, and the like.

일 실시 예에 따르면, 반도체층(100)은 2개의 서로 다른 물질로 이루어진 층이 적층된 구조일 수 있다. 즉, 도 2에 도시된 것처럼, 제1 반도체층(110)과 제2 반도체층(120)이 적층된 구조일 수 있다.According to an embodiment, the semiconductor layer 100 may have a structure in which layers made of two different materials are stacked. That is, as shown in FIG. 2, the first semiconductor layer 110 and the second semiconductor layer 120 may be stacked.

제1 반도체층(110)은 GaN으로 구성될 수 있다. 제1 반도체층(110)은 언도핑된(undoped) GaN층이 될 수 있으며, 경우에 따라서는 소정의 불순물이 도핑된 GaN층이 될 수도 있다. 고농도의 n타입 도펀트로 도핑하면 소자의 직렬 저항이 감소하여 전류가 더 잘 흐를 수 있다. The first semiconductor layer 110 may be made of GaN. The first semiconductor layer 110 may be an undoped GaN layer, and in some cases, may be a GaN layer doped with a predetermined impurity. Doping with a high concentration of n-type dopants reduces the series resistance of the device, allowing better current flow.

제2 반도체층(120)은 제1 반도체층(110)과는 다른 반도체물질을 포함한다. 예컨대, 제1 반도체층(110)에 2차원 전자가스(2 Dimensional Electron Gas, 이하 ‘2DEG’ 라고 함)를 유발하는 제2 반도체층(120)이 제1 반도체층(110) 상에 형성될 수 있다. 구체적으로, 제2 반도체층(120)을 구성하는 물질은 제1 반도체층(110)을 구성하는 물질과 분극특성, 에너지 밴드갭(bandgap) 및 격자상수 중 적어도 하나가 다를 수 있다. 예를 들어, 제2 반도체층(120)은 제1 반도체층(110)보다 분극률과 에너지 밴드갭 중 적어도 하나가 제1 반도체층(110)보다 클 수 있다. 예컨대, 제2 반도체층(120)은 AlGaN층이거나, AlN층일 수 있다. 제2 반도체층(120)은 언도핑된 층일 수 있지만, 경우에 따라서는 소정의 불순물이 도핑된 층일 수 있다.The second semiconductor layer 120 includes a semiconductor material different from the first semiconductor layer 110. For example, a second semiconductor layer 120 that induces two-dimensional electron gas (hereinafter referred to as '2DEG') in the first semiconductor layer 110 may be formed on the first semiconductor layer 110. have. In detail, the material constituting the second semiconductor layer 120 may have at least one of a polarization characteristic, an energy band gap, and a lattice constant different from the material constituting the first semiconductor layer 110. For example, at least one of a polarization rate and an energy band gap of the second semiconductor layer 120 may be larger than that of the first semiconductor layer 110. For example, the second semiconductor layer 120 may be an AlGaN layer or an AlN layer. The second semiconductor layer 120 may be an undoped layer, but in some cases, may be a layer doped with a predetermined impurity.

제2 반도체층(120)이 형성됨으로써 제1 반도체층(110)의 일부에 2DEG가 형성될 수 있다. 2DEG는 제1 반도체층(110)과 제2 반도체층(120)의 헤테로 접합 계면 아래의 제1 반도체층(110) 영역에 형성될 수 있다. 제1 반도체층(110)에 형성된 2DEG는 2차원적으로 자유롭게 이동할 수 있는 전자들로 이루어진 가스로 이루어진다. 여기에선 높은 농도의 전자가 유기될 수 있어서 전자 이동도를 더욱 높일 수 있으므로, 고전력 소자로 이용할 수 있다. As the second semiconductor layer 120 is formed, 2DEG may be formed on a portion of the first semiconductor layer 110. The 2DEG may be formed in the region of the first semiconductor layer 110 under the heterojunction interface between the first semiconductor layer 110 and the second semiconductor layer 120. The 2DEG formed on the first semiconductor layer 110 is made of a gas composed of electrons that can move freely in two dimensions. In this case, a high concentration of electrons may be induced to increase electron mobility, and thus may be used as a high power device.

한편, GaN/AlGaN 또는 GaN/AlN 헤테로 접합을 이용하는 것으로 설명하였으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 헤테로 접합 계면에 2DEG층을 형성할 수 있는 어떠한 물질들의 조합이라도 본 발명의 범주에 속할 수 있다. On the other hand, it has been described as using a GaN / AlGaN or GaN / AlN heterojunction, but is not limited to this, any combination of materials capable of forming a 2DEG layer at the heterojunction interface may fall within the scope of the present invention.

본 개시의 일 실시 예에 따라 제조되는 반도체 소자는 이와 같은 2DEG를 채널로 이용하는 고전자 이동도 트랜지스터(HEMT)일 수 있다. 또는, 도 1에서 도시한것처럼 제1, 제2 반도체층으로 구분되지 않는 하나의 반도체층(100)이 사용될 수도 있다. 이하에선 반도체층(100)이 제1 반도체층(110)및 제2 반도체층(120)을 포함하는 실시 예인 경우로 후속 공정들을 설명하도록 한다.A semiconductor device manufactured according to an embodiment of the present disclosure may be a high electron mobility transistor (HEMT) using the 2DEG as a channel. Alternatively, as shown in FIG. 1, one semiconductor layer 100 which is not divided into the first and second semiconductor layers may be used. Hereinafter, the following steps will be described in the case where the semiconductor layer 100 includes the first semiconductor layer 110 and the second semiconductor layer 120.

이어서, 도 3에 도시한 것과 같이 반도체층(100) 상에 기 설정된 패턴을 갖는 마스크층(200)을 형성한다. 마스크층(200)은 E-beam 리소그래피 기술을 이용하여 형성할 수 있다. 구체적으로, 레지스트를 도포하고 전자빔 노광 공정 및 현상 공정을 통해 기 설정된 패턴을 갖는 마스크층(200)을 형성할 수 있다. 이 경우, 레지스트로서 폴리메틸메타크릴레이트(poly methyl methacrylate; PMMA)가 이용될 수 있다. 또는, 마스크층(200)으로서 SiO2, SiNx(예를 들면, Si3N4) 등과 같은 유전체 또는 Cr, Ni 등의 금속이 이용될 수 있다.Subsequently, as illustrated in FIG. 3, a mask layer 200 having a predetermined pattern is formed on the semiconductor layer 100. Mask layer 200 may be formed using an E-beam lithography technique. In detail, a mask layer 200 having a predetermined pattern may be formed by applying a resist and performing an electron beam exposure process and a development process. In this case, poly methyl methacrylate (PMMA) may be used as the resist. Alternatively, as the mask layer 200, a dielectric such as SiO 2 , SiN x (eg, Si 3 N 4 ), or a metal such as Cr or Ni may be used.

마스크층(200)은 소스 구조, 드레인 구조 및 소스 구조와 드레인 구조를 연결하는 복수의 채널 구조를 패터닝하기 위한 형상으로 형성될 수 있다. 도 3은 소스 구조와 드레인 구조는 생략하고 복수의 채널 구조에 대응하는 부분만을 도시한 것이다. The mask layer 200 may be formed in a shape for patterning a source structure, a drain structure, and a plurality of channel structures connecting the source structure and the drain structure. 3 illustrates only portions corresponding to the plurality of channel structures without the source structure and the drain structure.

이후, 마스크층(200) 하부의 반도체층(100)을 식각해서 소스 구조, 드레인 구조 및 소스 구조와 드레인 구조를 연결하는 복수의 채널 구조(300)를 형성할 수 있다. 염소(Cl2), 브롬(Br2), 요오드(I2)와 같은 할로겐 기체를 사용한 플라즈마로 건식 식각이 수행될 수 있다. 예컨대 TCP-RIE(transformer coupled plasma reactive ion etching) 장비가 사용될 수 있다. 도 4는 소스 구조와 드레인 구조 부분은 생략하고 복수의 채널 구조(300) 부분만을 도시한 것이다. Thereafter, the semiconductor layer 100 under the mask layer 200 may be etched to form a source structure, a drain structure, and a plurality of channel structures 300 connecting the source structure and the drain structure. Dry etching may be performed with a plasma using a halogen gas such as chlorine (Cl 2 ), bromine (Br 2 ) or iodine (I 2 ). For example, a transformer coupled plasma reactive ion etching (TCP-RIE) device may be used. 4 illustrates only a portion of the channel structure 300 without omitting the source structure and the drain structure portion.

복수의 채널 구조(300)는 핀(fin) 형태를 가지고, 핀이라고 지칭될 수 있다. The plurality of channel structures 300 may have a fin shape and may be referred to as a fin.

복수의 채널 구조(300)는 반도체 소자가 온(on) 상태일 때에는 전자가 이동할 수 있는 통로로서 동작하고, 반대로 반도체 소자가 오프(off) 상태일 때는 전류의 누설을 막기 위해 전하의 이동을 막을 수 있도록 동작하는 구성이다.The plurality of channel structures 300 operate as a path through which electrons can move when the semiconductor device is in an on state, and conversely, when the semiconductor device is in an off state, the plurality of channel structures 300 prevent movement of electric charges to prevent leakage of current. It is a configuration that works.

채널 구조의 폭을 좁힐수록, 전자 이동면적은 줄어드나, Off 상태시 완전 공핍될 가능성은 높아지므로, 노멀리 오프(Normally off) 동작 구현에 용이하다. 반대로, 채널 구조의 폭이 넓어질수록 전자 이동면적은 넓어지나, 노멀리 오프 동작 구현에 불리할 수 있다. 따라서 이러한 점들을 종합적으로 고려하여 채널 구조의 폭이 결정될 수 있다. 또한, 채널 구조의 폭은 이하 설명할 레지스트의 스핀 코팅을 고려하여 선택될 수 있다. 일 실시 예에 따르면 복수의 채널 구조(300)의 폭은 예컨대 50 nm ~ 250 nm 정도일 수 있다. As the width of the channel structure decreases, the electron moving area decreases, but the possibility of complete depletion in the off state increases, so that it is easy to implement a normally off operation. On the contrary, as the width of the channel structure becomes wider, the electron moving area becomes wider, but it may be disadvantageous to implement a normally off operation. Therefore, the width of the channel structure can be determined by considering these points comprehensively. In addition, the width of the channel structure may be selected in consideration of the spin coating of the resist described below. According to one embodiment, the width of the plurality of channel structures 300 may be, for example, about 50 nm to about 250 nm.

도 5는 반도체층(100)을 식각하여 형성한 소스 구조(400), 드레인 구조(500) 및 복수의 채널 구조(300)를 위에서 바라본 모습과, 복수의 채널 구조 중 하나의 채널 구조(301)를 옆에서 바라본 모습을 도시한 것이다.5 illustrates a view of the source structure 400, the drain structure 500, and the plurality of channel structures 300 formed by etching the semiconductor layer 100, and one channel structure 301 of the plurality of channel structures. The figure shows the view from the side.

MOS 구조의 경우, 게이트 절연 물질을 박막증착기를 이용하여 복수의 채널 구조(300) 상에 증착하고, HEMT 구조의 경우에는 이를 생략할 수 있다.In the case of the MOS structure, the gate insulating material may be deposited on the plurality of channel structures 300 by using a thin film evaporator, and in the case of the HEMT structure, this may be omitted.

이어서, T형 게이트를 형성하기 위한 리소그래피 공정을 수행한다. T형 게이트는 일반적인 평면 게이트와는 다르게 T 형태의 게이트를 통하여 반도체 소자의 전류를 통제하며 게이트 길이가 되는 T의 하단부인 풋(Foot) 영역과 게이트 저항 감소를 통한 주파수 특성 향상이 이루어지는 T의 상단부인 헤드(Head) 영역으로 구성된다. A lithography process is then performed to form the T-type gate. Unlike the general planar gate, the T-type gate controls the current of the semiconductor device through the T-type gate and the foot region, which is the lower end of T, which is the gate length, and the upper end of the T, where the frequency characteristics are improved by reducing the gate resistance. It consists of an in-head area.

종래 기술의 T형 게이트 제작 공정은 1차 전자빔 리소그라피를 통한 풋(Foot) 형성, 이후 2차 재정렬과 전자빔 리소그라피를 통한 헤드(Head) 형성으로 이루어졌다. 즉, 한 반도체 소자의 게이트를 제작하기 위하여 총 두 단계의 전자빔 리소그라피 기술을 사용하게 되며 이에 따라, 전자빔 리소그라피 공정에서 발생하는 높은 비용과 노광정렬(align)에 의한 낮은 재현성의 문제가 있었다. 또한 기존 기술들은 다중 핀 어레이와 같은 3차원 구조의 소자에 적용하기 어려운 단점을 지니고 있었다. 본 개시에서 제안하는 제작기술은 기존 기술들의 문제점을 보완할 수 있는 공정 기법이며, 특히, 3차원 구조의 핀 어레이에 적용 가능한 T 형 게이트 형성방법이다.The prior art T-type gate fabrication process consists of foot formation through primary electron beam lithography followed by secondary rearrangement and head formation through electron beam lithography. That is, in order to fabricate a gate of a semiconductor device, a total of two stages of electron beam lithography techniques are used. Accordingly, there is a problem of high cost and low reproducibility due to exposure alignment that occur in an electron beam lithography process. In addition, existing technologies have a disadvantage in that it is difficult to apply to a device having a three-dimensional structure such as a multi-pin array. The fabrication technique proposed in the present disclosure is a process technique that can compensate for the problems of the existing techniques, and in particular, a T-type gate formation method applicable to a fin array having a three-dimensional structure.

구체적으로, 도 6에 도시한 바와 같이 채널 구조(300)를 덮도록 레지스트(600)를 형성한다. 도 6은 설명의 편의를 위해 복수의 채널 구조 중 하나의 채널 구조(300) 부분만을 도시하였으나, 복수의 채널 구조 전체에 레지스트(600)가 형성되는 것이다. 도 6을 참고하면 레지스트(600)가 채널 구조(300)를 덮도록 형성된 것을 알 수 있다. 레지스트(600)는 스핀 코팅(spin coating) 방식으로 증착될 수 있다. 스핀 코팅은 기판을 매우 빠른 속도로 회전시킴에 따라 원심력에 의해 유체가 펼쳐지는 원리를 이용한 코팅 방식이다. Specifically, as shown in FIG. 6, a resist 600 is formed to cover the channel structure 300. 6 illustrates only a portion of one channel structure 300 among the plurality of channel structures for convenience of description, but the resist 600 is formed on the entire plurality of channel structures. Referring to FIG. 6, it can be seen that the resist 600 is formed to cover the channel structure 300. The resist 600 may be deposited by spin coating. Spin coating is a coating method using the principle that the fluid is unfolded by centrifugal force as the substrate rotates at a very high speed.

본 개시의 일 실시 예에 따르면, 레지스트(600)는 복수의 서로 다른 종류의 레지스트가 적층된 것을 포함할 수 있다. 예컨대, 도 6에 도시된 것처럼 제1 레지스트(610), 제2 레지스트(620) 및 제3 레지스트(630)를 하부에서부터 순차적으로 적층할 수 있다. 구체적으로, 제1 레지스트(610)를 스핀 코팅하고 베이킹하여 형성하고, 제1 레지스트(610) 상에 제2 레지스트(620)를 스핀 코팅하고 베이킹하여 형성하고, 제2 레지스트(620) 상에 제3 레지스트(630)를 스핀 코팅하고 베이킹하여 형성할 수 있다. 도시되진 않았지만, 제3 레지스트(630)에 전자 저장 효과(electron charging effect)를 감소하기 위한 E-spacer가 추가될 수 있다.According to an embodiment of the present disclosure, the resist 600 may include a plurality of different types of resists stacked. For example, as illustrated in FIG. 6, the first resist 610, the second resist 620, and the third resist 630 may be sequentially stacked from the bottom. Specifically, the first resist 610 is formed by spin coating and baking, and the second resist 620 is formed by spin coating and baking on the first resist 610, and the second resist 620 is formed on the second resist 620. The 3 resist 630 may be formed by spin coating and baking. Although not shown, an E-spacer may be added to the third resist 630 to reduce the electron charging effect.

복수의 채널 구조(300)는 수십~수백개의 핀 구조가 연속하여 있는 것이기 때문에 레지스트(600)의 도포 조건은 3가지 변수에 의해 결정될 수 있다.Since the plurality of channel structures 300 have tens to hundreds of fin structures in a row, the application condition of the resist 600 may be determined by three variables.

여기에서 첫 번째 변수는 채널 구조들 사이의 간격이다. 만일 이 간격이 매우 좁다면 채널 구조들 사이에 레지스트(600)가 스핀 코팅으로 충분히 도포되지 못하여 빈공간(void)이 발생하고 게이트 물질 증착 시, 채널 구조들 사이 하단부까지 증착되지 못하는 문제점이 발생할 수 있다. 반면 채널 구조들 사이 간격이 매우 넓다면 일정 공간 안에 배치될 수 있는 채널 구조의 개수가 줄어드는 것이므로 전류 특성이 저하될 수 있다. 채널 구조의 폭과, 상기 채널 구조들 사이의 간격의 비율이 최소 1:2이 되었을 때 상술한 문제들에 대한 최적화가 가능한 것을 확인하였다.The first variable here is the spacing between the channel structures. If the spacing is very small, the resist 600 may not be sufficiently coated by the spin coating between the channel structures, causing voids, and when the gate material is deposited, it may not be possible to deposit to the lower ends between the channel structures. have. On the other hand, if the spacing between the channel structures is very wide, the number of channel structures that can be arranged in a certain space is reduced, so that the current characteristics may be degraded. When the ratio of the width of the channel structure and the spacing between the channel structures is at least 1: 2, it is confirmed that the above problems can be optimized.

두 번째 변수는 제1 레지스트(610), 제2 레지스트(620) 및 제3 레지스트(630) 총 3개의 층을 도포하는 경우에, 최 하단부의 제1 레지스트(630)의 두께이다. 가장 최하단부에 도포되는 제1 레지스트(630)의 경우, 추후 T 형 게이트의의 풋(Foot) 영역을 결정하는 중요한 층이라 할 수 있다. 하지만 평면이 아닌, 돌출된 복수의 채널 구조(300)상에 도포되기 때문에 도포되는 두께가 일반 평면과 달라지는 특성을 지니게 된다. The second variable is the thickness of the bottommost first resist 630 when applying a total of three layers of the first resist 610, the second resist 620, and the third resist 630. In the case of the first resist 630 to be applied to the lowest end, it can be said to be an important layer for determining the foot area of the T-type gate later. However, since the coating is applied on the plurality of protruding channel structures 300 instead of the plane, the thickness to be applied is different from the general plane.

따라서 채널 구조의 상단부와 채널 구조들 사이의 영역 모두에 올바른 형태의 T형 게이트가 형성되기 위해서는 채널 구조(300)의 높이보다 높은 두께로 제1 레지스트(610)가 도포되어야 한다. 제1 레지스트(610)의 높이가 채널 구조(300)의 높이보다 1.25 내지 1.5배 높을 때 채널 구조의 상단부와 채널 구조들 사이의 영역 모두에 올바른 형태의 T형 게이트가 형성될 수 있음을 본 연구진들은 발견하였다. 예컨대, 200nm 의 높이를 지니는 채널 구조 상에 올바른 형태의 T형 게이트를 형성하기 위해, 채널 구조 상단부를 기준으로 50~100nm 이상 제1 레지스트(610)를 도포한다. 즉, 채널 구조의 하단부를 기준으로 하였을 때 250~300nm의 두께로 제1 레지스트(610)를 도포한다.Therefore, the first resist 610 must be applied to a thickness higher than the height of the channel structure 300 in order to form a T-type gate having a correct shape in both the upper end portion of the channel structure and the region between the channel structures. When the height of the first resist 610 is 1.25 to 1.5 times higher than the height of the channel structure 300, the researchers can form a T-shaped gate of the correct shape in both the upper end of the channel structure and the region between the channel structures. Found. For example, in order to form a T-type gate having a correct shape on a channel structure having a height of 200 nm, the first resist 610 is applied to 50-100 nm or more based on the upper end of the channel structure. That is, the first resist 610 is applied to a thickness of 250 ~ 300nm based on the lower end of the channel structure.

세 번째 변수는 채널 구조의 높이이다. 일반적으로 핀-펫(Fin-FET)에서 발생하는 하단부 누출(leakage)을 감소시키기 위해서는 채널 구조의 높이가 높을수록 좋지만, 채널 구조의 높이가 너무 높을 경우 T형 게이트의 풋(foot)을 형성하기 위한 레지스트가 스핀 코팅에 의하여 하단부까지 코팅되지 않을 수가 있다. 이를 해결하기 위해서는 채널 구조의 높이를 높이는 대신 채널 구조들 사이 간격을 상당히 높은 비율로 넓히는 해결책이 있으나 이는 앞서 언급한 바와 같이 채널 구조의 개수가 중요한 본 소자에서는 간격이 넓어지면 채널 구조의 개수가 줄어들어서 소자의 전류가 감소하게 되므로 바람직하지 않다. 따라서 앞서 언급한 최적의 비율인 1:2의 간격을 기준으로 하였을 때, 본 연구진의 실험에서는 대략 200nm~250nm 의 채널 구조 높이가 레지스트 코팅에서의 문제도 발생하지 않고 하단부 전류 누출 또한 낮은 특성을 가질 수 있는 최적의 높이임을 도출하였다. The third variable is the height of the channel structure. In general, the higher the height of the channel structure is better to reduce the leakage of the lower end of the fin-FET, but if the height of the channel structure is too high to form the foot of the T-gate The resist may not be coated to the bottom by spin coating. To solve this problem, there is a solution to increase the spacing between the channel structures at a considerably high rate instead of increasing the height of the channel structure. However, as described above, in the present device where the number of the channel structures is important, the number of the channel structures is reduced. This is undesirable since the current of the device is reduced. Therefore, based on the above-mentioned optimum ratio of 1: 2, in our experiment, the channel structure height of approximately 200nm to 250nm has no problem in resist coating and lower current leakage at the bottom. The optimal height is derived.

레지스트(600)의 도포 이후, T형 게이트 형성을 위한 전자빔 노광공정을 수행한다. 예컨대 도 7에 도시한 바와 같이 레지스트(600)에 게이트 풋(Foot) 패터닝 및 게이트 헤드(head) 패터닝을 위한 전자빔 노광 공정을 수행한다. 예컨대, 게이트 풋 패터닝은 선(Line) 패터닝으로 이루어지고 게이트 헤드 패터닝은 영역(Area) 패터닝으로 수행될 수 있다.After the application of the resist 600, an electron beam exposure process for forming a T-type gate is performed. For example, as illustrated in FIG. 7, an electron beam exposure process for gate foot patterning and gate head patterning is performed on the resist 600. For example, gate foot patterning may be performed by line patterning, and gate head patterning may be performed by area patterning.

이와 같이 단 한 번의 전자빔 노광작업을 통하여 게이트 풋과 게이트 헤드 패턴을 모두 형성시킬 수 있기에 기존 두 번의 노광작업에 소요되는 비용과 기술난이도를 절반이하로 줄일 수 있는 효과를 지니고 있다. As such, since the gate foot and the gate head pattern can be formed by only one electron beam exposure operation, the cost and technical difficulty of the existing two exposure operations can be reduced to less than half.

일 실시 예에 따르면, 제1 레지스트(610), 제2 레지스트(620) 및 제3 레지스트(630)는 광 흡수율, 감응도(Sensitivity) 등의 광학적 특성들이 서로 다른 것일 수 있다. 예컨대, 제1 레지스트(610)는 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA)이고, 제2 레지스트(620)는 코폴리머(ex. 메틸메타크릴레이트(methyl methacrylate)와 메타크릴산(methacrylic acid)의 공중합체)이고, 제3 레지스트(630)는 α-클로로메타크릴레이트(α-chloromethacrylate)와 α-메틸스틸렌(α-methylstyrene)의 공중합체(ex. 제조사 ZEON의 ZEP)일 수 있다.According to an embodiment, the first resist 610, the second resist 620, and the third resist 630 may have different optical characteristics such as light absorption and sensitivity. For example, the first resist 610 is polymethyl methacrylate (PMMA), and the second resist 620 is a copolymer of a copolymer (eg, methyl methacrylate and methacrylic acid). ), And the third resist 630 may be a copolymer of α-chloromethacrylate and α-methylstyrene (ex. ZEP of manufacturer ZEON).

게이트 풋 패터닝 및 게이트 헤드 패터닝을 위한 전자빔 노광 공정의 도즈(dose, 즉 노광 에너지 양)는 제1 레지스트(610), 제2 레지스트(620) 및 제3 레지스트(630)의 광학적 특성을 고려하여 적절히 선택될 수 있다. 예컨대, 게이트 풋 패터닝은 게이트 헤드 패터닝 보다 높은 도즈로 전자빔 노광이 수행될 수 있다. The dose (ie, the amount of exposure energy) of the electron beam exposure process for gate foot patterning and gate head patterning is appropriately considered in consideration of the optical characteristics of the first resist 610, the second resist 620, and the third resist 630. Can be selected. For example, gate foot patterning may be performed with electron beam exposure at higher dose than gate head patterning.

이후, 전자빔 노광 공정에 의해 노광된 부분을 제거는 현상 공정을 수행하여 도 8에 도시된 것과 같이 게이트 풋 패턴(710)과 게이트 헤드 패턴(720)을 형성할 수 있다. Subsequently, the gate foot pattern 710 and the gate head pattern 720 may be formed as shown in FIG. 8 by performing a developing process of removing the portion exposed by the electron beam exposure process.

그리고 도 9에 도시된 바와 같이 게이트 풋 패턴(710)과 게이트 헤드 패턴(720)에 게이트 물질(800)을 증착할 수 있다. 이 경우, 예컨대, 전자빔 증발(electron-beam evaporator)을 이용하여 도 9에 도시된 것처럼 Au/Ni 금속을 증착할 수 있다. 그리고 리프트 오프(lift-off) 공정을 통해 레지스트(600)를 제거하면 T형 게이트(810)를 형성할 수 있다.9, the gate material 800 may be deposited on the gate foot pattern 710 and the gate head pattern 720. In this case, for example, Au / Ni metal may be deposited using an electron-beam evaporator as shown in FIG. 9. In addition, when the resist 600 is removed through a lift-off process, the T-type gate 810 may be formed.

복수의 채널 구조(300) 상에 형성된 T형 게이트(810)를 위에서 바라본 모습과, 채널 구조 한 부분의 측면을 바라본 것을 도 10에 도시하였다. 10 illustrates a top view of the T-type gate 810 formed on the plurality of channel structures 300 and a side view of a portion of the channel structure.

마지막으로 도 11에 도시한 것과 같이 소스 패드 금속, 드레인 패드 금속 및 게이트 패드 금속을 증착하고 패시베이션 옥사이드를 형성함으로써 공정을 마무리할 수 있다. Finally, as illustrated in FIG. 11, the process may be completed by depositing the source pad metal, the drain pad metal, and the gate pad metal and forming a passivation oxide.

도 12는 본 개시의 제조 방법에 따라 제조된 T형 게이트를 지닌 고주파 Fin-FET을 도시한 도면이다. AlGaN/GaN 기반의 고주파 박막을 기반으로 한 Fin-FET을 도시하였으나, 실제 반도체 박막의 종류를 실리콘 (Silicon), 게르마늄 (Ge), 질화비소 (GaAs) 등의 다양한 박막 물질으로 대체가 가능하다.12 illustrates a high frequency Fin-FET with a T-type gate manufactured according to the fabrication method of the present disclosure. Although Fin-FET based on AlGaN / GaN based high frequency thin film is shown, the actual semiconductor thin film can be replaced with various thin film materials such as silicon, germanium (Ge) and arsenic nitride (GaAs).

도 13의 (a)는 본 개시의 일 실시 예에 따라 최종적으로 제조된 Fin-FET의 상단부 SEM 이미지로서, 채널 구조의 상단부 "A'-plane" 과 채널 구조들 사이 "B'-plane"을 표시하였다. 채널 구조의 폭은 180 nm, 높이는 200 nm, 채널 구조들 사이의 거리는 400 nm, 채널 구조의 길이는 2 μm 이다. 도 13의 (b)는 A'-plane에서의 T형 게이트의 단면이고 도 13d의 (c)는 B'-plane에서의 T형 게이트의 단면이다.FIG. 13A illustrates an upper end SEM image of a fin-FET finally manufactured according to an exemplary embodiment of the present disclosure, wherein the upper end “A'-plane” of the channel structure and “B'-plane” between the channel structures are illustrated. Indicated. The width of the channel structure is 180 nm, the height is 200 nm, the distance between the channel structures is 400 nm, and the length of the channel structure is 2 μm. FIG. 13B is a cross section of the T-type gate in the A'-plane, and FIG. 13D is a cross section of the T-type gate in the B'-plane.

본 개시에 따른 반도체 소자 제조방법에 따르면, T형 게이트를 Fin-FET에 적용할 수 있으므로, Fin-FET이 기본적으로 보유하고 있는 우수한 전기적 특성을 보존함과 동시에 고주파 특성을 향상할 수 있다. 따라서 초고주파 반도체 소자로서 5G통신, 인공위성, 군사, 미사일, 항공, IoT 등 다양한 분야에 활용될 수 있다. According to the semiconductor device manufacturing method according to the present disclosure, since the T-type gate can be applied to the Fin-FET, the high-frequency characteristics can be improved while preserving excellent electrical characteristics basically possessed by the Fin-FET. Therefore, it can be used for various fields such as 5G communication, satellite, military, missile, aviation, IoT as a high frequency semiconductor device.

한편, 본 개시에서 설명된 T형 게이트 제작 방법은 핀 구조와 같은 3차원 구조뿐만 아니라 2차원 평면 구조에서도 적용될 수 있다. 2차원 평면 구조에서의 제조 순서의 일 예를 도 14의 (a) 내지 (f)에 도시하였다. 도 14의 제조 방법은 3차원 핀 채널 구조에 적용되지 않고 2차원(평면) 채널 구조에 적용된다는 차이를 제외하고는 도 1 내지 도 11을 참고하여 설명한 제조 방법이 동일하게 적용될 수 있다. 도 14에 도시된 제조 방법은 채널 구조가 GaN으로 구성된 것을 이용하였고, 제1 내지 제3 레지스트로서 PMMA, Copolymer, ZEP를 이용하였고, 전자 저장 효과(electron charging effect)를 감소하기 위한 E-spacer를 추가로 이용한 것이다. 도 14의 제조방법에서 사용한 물질들은 일 예시일 뿐, 이에 한정되는 것은 아니다. 예컨대, GaN으로 구성된 채널 구조는 실리콘, 질화비소 등의 다른 반도체 물질로 구성될 수 있고, 레지스트들도 다른 종류의 물질로 구성될 수 있다.Meanwhile, the T-type gate fabrication method described in the present disclosure may be applied to a two-dimensional planar structure as well as a three-dimensional structure such as a fin structure. An example of the manufacturing procedure in the two-dimensional planar structure is shown in Figs. 14A to 14F. The manufacturing method described with reference to FIGS. 1 to 11 may be identically applied except for the difference that the manufacturing method of FIG. 14 is not applied to a three-dimensional fin channel structure but to a two-dimensional (planar) channel structure. In the manufacturing method illustrated in FIG. 14, the channel structure is composed of GaN, PMMA, Copolymer, and ZEP are used as the first to third resists, and an E-spacer for reducing the electron charging effect is used. It is additionally used. The materials used in the manufacturing method of FIG. 14 are merely examples, but are not limited thereto. For example, the channel structure composed of GaN may be composed of other semiconductor materials such as silicon and arsenic nitride, and the resists may be composed of other kinds of materials.

도 15는 도 14의 제조방법에 따라 2차원 채널 구조에서 제조된 T형 게이트의 조감도(a) 및 T형 게이트의 단면 SEM 이미지(b)를 도시한 것이다. FIG. 15 illustrates an aerial view (a) of a T-type gate and a cross-sectional SEM image (b) of a T-type gate manufactured in a two-dimensional channel structure according to the manufacturing method of FIG. 14.

상술한 본 개시의 실시 예들에 따르면, T형 게이트 제조 시 리소그라피 과정에서 발생하는 높은 비용과 노광정렬(align)에 의한 낮은 재현성의 문제를 해결할 수 있으며, 특히 3차원 구조의 소자에 T형 게이트를 적용하기 어려운 단점을 극복할 수 있다. According to the above-described embodiments of the present disclosure, it is possible to solve the problem of high cost and low reproducibility caused by lithography in manufacturing a T-type gate, and in particular, a T-type gate is applied to a device having a three-dimensional structure. It can overcome the disadvantages that are difficult to apply.

이상에서는 본 개시의 바람직한 실시 예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면, 누구든지 본 발명의 기술적 사상 및 범위를 벗어나지 않는 범주 내에서 본 개시의 바람직한 실시 예를 다양하게 변경할 수 있음은 물론이다. 따라서 본 개시는 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어나지 않는다면 다양한 변형 실시가 가능할 것이며, 이러한 변형 실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어져서는 안될 것이다.While the above has been illustrated and described with respect to preferred embodiments of the present disclosure, those skilled in the art to which the present invention pertains should preferably practice the present disclosure without departing from the spirit and scope of the present invention. Of course, the examples can be changed in various ways. Therefore, various modifications may be made without departing from the spirit of the invention as claimed in the claims, and such modifications should not be individually understood from the technical spirit or outlook of the invention.

Claims (8)

반도체 소자 제조방법에 있어서,
반도체층을 마련하는 단계;
상기 반도체층을 식각하여, 소스 구조, 드레인 구조 및 상기 소스 구조와 상기 드레인 구조를 연결하는 복수의 채널 구조를 형성하는 단계;
상기 복수의 채널 구조를 덮도록 레지스트를 형성하는 단계;
상기 레지스트에, 게이트 풋 패터닝 및 게이트 헤드 패터닝을 위한 전자빔 노광 공정을 수행하는 단계;
상기 전자빔 노광 공정에 의해 노광된 부분을 제거하여 게이트 풋 패턴과 게이트 헤드 패턴을 형성하는 단계;
상기 게이트 풋 패턴과 상기 게이트 헤드 패턴에 게이트 물질을 증착하는 단계; 및
상기 레지스트를 제거하는 단계;를 포함하고,
상기 복수의 채널 구조는,
상기 복수의 채널 구조의 폭과 상기 복수의 채널 구조 사이의 간격의 비율이 1:2이 되도록 형성되는 반도체 소자 제조방법.
In the semiconductor device manufacturing method,
Preparing a semiconductor layer;
Etching the semiconductor layer to form a source structure, a drain structure, and a plurality of channel structures connecting the source structure and the drain structure;
Forming a resist to cover the plurality of channel structures;
Performing an electron beam exposure process on the resist for gate foot patterning and gate head patterning;
Removing a portion exposed by the electron beam exposure process to form a gate foot pattern and a gate head pattern;
Depositing a gate material on the gate foot pattern and the gate head pattern; And
Removing the resist;
The plurality of channel structures,
And a ratio of a width of the plurality of channel structures to an interval between the plurality of channel structures is about 1: 2.
제1항에 있어서,
상기 레지스트를 형성하는 단계는,
광학적 특성이 서로 다른 제1 레지스트, 제2 레지스트 및 제3 레지스트를 하부에서부터 순차적으로 적층하는 반도체 소자 제조방법.
The method of claim 1,
Forming the resist,
A method of manufacturing a semiconductor device in which a first resist, a second resist, and a third resist having different optical characteristics are sequentially stacked from the bottom.
제2항에 있어서,
상기 제1 레지스트의 높이는 상기 복수의 채널 구조의 높이보다 높은, 반도체 소자 제조방법.
The method of claim 2,
And a height of said first resist is higher than a height of said plurality of channel structures.
제2항에 있어서,
상기 제1 레지스트의 높이는 상기 복수의 채널 구조의 높이보다 1.25 내지 1.5배 높은, 반도체 소자 제조방법.
The method of claim 2,
And a height of the first resist is 1.25 to 1.5 times higher than a height of the plurality of channel structures.
제2항에 있어서,
상기 제1 레지스트는 폴리메틸메타크릴레이트(poly methyl methacrylate)이고,
상기 제2 레지스트는 메틸메타크릴레이트(methyl methacrylate)와 메타크릴산(methacrylic acid)의 공중합체이고,
상기 제3 레지스트는 α-클로로메타크릴레이트(α-chloromethacrylate)와 α-메틸스틸렌(α-methylstyrene)의 공중합체인, 반도체 소자 제조방법.
The method of claim 2,
The first resist is poly methyl methacrylate (poly methyl methacrylate),
The second resist is a copolymer of methyl methacrylate and methacrylic acid,
The third resist is a copolymer of α-chloromethacrylate (α-chloromethacrylate) and α-methylstyrene (α-methylstyrene), a method of manufacturing a semiconductor device.
삭제delete 제1항에 있어서,
상기 반도체층을 마련하는 단계는,
제1 반도체층을 마련하는 단계; 및
상기 제1 반도체층에 2차원 전자가스(2DEG;2-Dimensional Electron Gas)를 유발하는 제2 반도체층을 상기 제1 반도체층 상에 형성하는 단계;를 포함하는 반도체 소자 제조방법.
The method of claim 1,
Preparing the semiconductor layer,
Providing a first semiconductor layer; And
Forming a second semiconductor layer on the first semiconductor layer, the second semiconductor layer inducing a two-dimensional electron gas (2DEG) in the first semiconductor layer.
제7항에 있어서,
상기 제1 반도체층은 GaN로 구성되며, 상기 제2 반도체층은 AlGaN 또는 AlN로 구성되는 반도체 소자 제조방법.
The method of claim 7, wherein
The first semiconductor layer is composed of GaN, the second semiconductor layer is AlGaN or AlN manufacturing method.
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