KR102099881B1 - 반도체 소자 및 그 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

II-V 화합물 반도체층과 유전체층 사이에 산소 포집층을 포함하는 반도체 소자 및 그 제조 방법을 개시한다. 개시된 반도체 소자는, 화합물 반도체층; 상기 반도체층 위에 배치된 유전체층; 및 상기 반도체층과 유전체층 사이에 개재된 것으로 상기 화합물 반도체층의 재료보다 높은 산소 친화도를 갖는 재료를 포함하는 산소 포집층;을 포함할 수 있다.

Description

반도체 소자 및 그 제조 방법 {Semiconductor device and method of fabricating the same}
개시된 실시예들은 반도체 소자 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 III-V 화합물 반도체층과 유전체층 사이에 산소 포집층(oxygen gettering layer)을 포함하는 반도체 소자 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
화합물 반도체는 두 종류 이상의 원소가 결합을 하여서 반도체의 성질을 갖는 것이다. 예를 들어, 주기율표의 III족과 V족의 화합물인 Ga과 As를 이용한 GaAs 화합물 반도체가 대표적으로 사용되고 있다. GaAs와 같은 III-V 화합물 반도체를 이용한 반도체 소자는 실리콘을 이용한 반도체 소자보다 전자의 이동도가 5배 이상 빠르기 때문에 고속 구동이 가능할 뿐만 아니라, 높은 온도에서 안정적으로 동작할 수 있기 때문에 고전력 장치에서도 사용이 가능하다. 또한, 높은 주파수 대역에서 동작할 수 있어서 밀리터파나 마이크로파용 장치나 광전자 소자로도 사용을 할 수 있다. 또한, III-V 화합물 반도체는 적외선에서부터 가시광선에 이르는 빛을 낼 수도 있어서 다양한 색의 빛을 발생시키는 LED나 반도체 레이저에서도 널리 사용되고 있다. III-V 화합물 반도체는 소비 전력도 또한 낮다는 장점이 있다.
이러한 III-V 화합물 반도체에서 혼합된 물질의 종류와 조성에 따라 다양한 특성을 갖는 반도체를 만들 수 있다. 그런데, III-V 화합물 반도체는 실리콘 반도체에 비하여 산화되기 쉽기 때문에, 산화물층과 계면을 형성할 경우, 화합물 반도체의 표면이 산화되면서 표면 거칠기가 증가하고 물리적/전기적 결함이 발생할 수 있다.
III-V 화합물 반도체층과 유전체층 사이에 산소 포집층을 포함하는 반도체 소자 및 그 제조 방법을 제공한다.
일 유형에 따른 반도체 소자는, 화합물 반도체층; 상기 반도체층 위에 배치된 유전체층; 및 상기 반도체층과 유전체층 사이에 개재된 것으로 상기 화합물 반도체층의 재료보다 높은 산소 친화도를 갖는 재료를 포함하는 산소 포집층;을 포함할 수 있다.
예를 들어, 상기 화합물 반도체층은 III족 내지 VI족의 원소들 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 산소 포집층은, 예를 들어, 전이 금속, 도핑된 Zr, 란타늄 계열의 금속, 금속황화물 및 금속질화물 중에서 적어도 하나를 포함할 수 있다.
예컨대, 상기 전이 금속은 Ti, Sc 및 Y 중에서 적어도 하나를 포함할 수 있다.
예컨대, 상기 도핑된 Zr은 Y-doped Zr 및 Al-doped Zr 중에서 적어도 하나를 포함할 수 있다.
예컨대, 상기 금속황화물은 HfS2, TiS2, LaSx, 및 SiS2 중에서 적어도 하나를 포함할 수 있다.
예컨대, 상기 금속질화물은 AlN, GaN, HfN, 및 SiN 중에서 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 산소 포집층의 두께는, 예를 들어, 10nm 이하일 수 있다.
상기 유전체층은, 예컨대, HfO2, Al2O3, La2O3, ZrO2, HfSiO, HfSiON, HfLaO, LaAlO, 및 SrTiO 중에서 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 반도체 소자는 상기 화합물 반도체층과 상기 산소 포집층 사이에 개재된 패시베이션층을 더 포함할 수 있다.
상기 패시베이션층은 상기 화합물 반도체층의 표면 위에 형성된 S, N, F, Cl 및 H 중에서 적어도 하나를 포함할 수 있다.
또한, 다른 유형에 따른 반도체 소자의 제조 방법은, 화합물 반도체층 위에 상기 화합물 반도체층의 재료보다 높은 산소 친화도를 갖는 재료를 포함하는 산소 포집층을 형성하는 단계; 및 상기 산소 포집층 위에 유전체층을 형성하는 단계;를 포함할 수 있다.
상기 산소 포집층은, 예컨대, 원자층 증착(ALD), 화학기상증착(CVD) 또는 스퍼터링 방식으로 형성될 수 있다.
상기 반도체 소자의 제조 방법은, 상기 산소 포집층의 형성 후에 또는 상기 유전체층의 형성 후에, 열처리를 수행하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 반도체 소자의 제조 방법은, 상기 화합물 반도체층 위에 산소 포집층을 형성하기 전에, 상기 화합물 반도체층의 표면에 패시베이션층을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 패시베이션층은 상기 화합물 반도체층의 표면 위에 형성된 S, N, F, Cl 및 H 중에서 적어도 하나를 포함할 수 있다.
개시된 실시예에 따르면, 화합물 반도체층과 유전체층 사이에 상기 화합물 반도체층보다 산소 친화도(oxygen affinity)가 높은 산소 포집층이 개재된다. 이러한 산소 포집층은 화합물 반도체층과 유전체층 사이의 계면에 있는 산소를 제거함으로써, 유전체층으로부터의 산소 확산을 막는 산소 확산 방지막의 역할을 하는 동시에, 화합물 반도체층의 산화를 억제하는 산화 방지층의 역할을 할 수 있다. 또한, 산소 포집층은 통상적으로 계면 특성이 우수하고, 유전율이 비교적 높으며, 치밀한 막질을 갖기 때문에, 화합물 반도체층의 계면 특성을 향상시킬 수 있다. 따라서, 산소 포집층은 반도체 소자의 전기적 특성을 개선할 수 있다.
예컨대, 전계 효과 트랜지스터(FET)에서 작은 서브-임계 스윙(sub-threshold swing; SS)이 가능하기 때문에 높은 Ion/Ioff 비를 구현할 수 있다. 또한, MOS 캐패시터(metal oxide semiconductor capacitor)의 축적 영역(accumulation region)에서의 특성(Cacc)의 저하를 방지할 수 있다. 그리고, 계면에서의 이동도 저하를 방지하여 구동 속도를 향상시킬 수 있고, 오프시 누설전류(off leakage current)를 줄여서 소모 전력을 줄일 수 있다.
도 1은 일 실시예에 따른 화합물 반도체 소자의 구조를 개략적으로 도시하는 단면도이다.
도 2a 및 도 2b는 화합물 반도체층과 유전체층 사이에 개재된 산소 포집층의 기능을 개념적으로 보이는 단면도이다.
도 3은 다른 실시예에 따른 화합물 반도체 소자에서 화합물 반도체층과 유전체층 사이의 계면 부분만을 보이는 개략적인 단면도이다.
도 4는 또 다른 실시예에 따른 화합물 반도체 소자에서 화합물 반도체층과 유전체층 사이의 계면 부분만을 보이는 개략적인 단면도이다.
도 5는 또 다른 실시예에 따른 화합물 반도체 소자에서 화합물 반도체층과 유전체층 사이의 계면 부분만을 보이는 개략적인 단면도이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여, 반도체 소자 및 그 제조 방법에 대해 상세하게 설명한다. 이하의 도면들에서 동일한 참조부호는 동일한 구성요소를 지칭하며, 도면상에서 각 구성요소의 크기는 설명의 명료성과 편의상 과장되어 있을 수 있다. 또한, 이하에 설명되는 실시예는 단지 예시적인 것에 불과하며, 이러한 실시예들로부터 다양한 변형이 가능하다. 또한 이하에서 설명하는 층 구조에서, "상부" 나 "상"이라고 기재된 표현은 접촉하여 바로 위에 있는 것뿐만 아니라 비접촉으로 위에 있는 것도 포함할 수 있다.
도 1은 일 실시예에 따른 화합물 반도체 소자(10)의 구조를 개략적으로 도시하는 단면도이다. 도 1을 참조하면, 본 실시예에 따른 화합물 반도체 소자(10)는 화합물 반도체층(11), 상기 화합물 반도체층(11) 위에 배치된 유전체층(13), 및 화합물 반도체층(11)과 유전체층(13) 사이에 개재된 산소 포집층(oxygen gettering layer)(12)을 포함할 수 있다. 또한, 본 실시예에 따른 화합물 반도체 소자(10)는 유전체층(13)의 양측에서 화합물 반도체층(11)의 상부를 도핑하여 형성된 소스/드레인 영역(15, 16), 및 유전체층(13) 위에 배치된 전극(14)을 더 포함할 수 있다. 전극(14)은 예를 들어 게이트 전극일 수 있다.
도 1에 도시된 화합물 반도체 소자(10)는, 예컨대, 금속 산화막 반도체 전계효과 트랜지스터(MOSFET; metal oxide semiconductor field-effect transistor)일 수 있다. 그러나, 이는 화합물 반도체 소자(10)의 단순한 예일 뿐이며, 본 실시예가 MOSFET에만 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 본 실시예에 따른 화합물 반도체 소자(10)는 MOSFET뿐만 아니라, 유전체층(13)과 화합물 반도체층(11)이 계면을 형성할 수 있는 다양한 종류의 트랜지스터, 캐패시터, 발광 소자, 광센서, 변조기, 태양 전지, 집적 회로 등에 적용될 수 있다. 또한, 도 1에서는 유전체층(13) 위에 전극(14)이 형성된 것으로 도시되어 있으나, 본 실시예는 이에 한정되는 것이 아니며, 화합물 반도체 소자(10)의 종류 및 구조에 따라 전극 이외의 다른 층이 유전체층(13) 위에 배치될 수도 있다.
화합물 반도체층(11)은 예를 들어, III족의 Ga, In, V족의 As, P 또는 VI족의 칼코지나이드(chalcogenide) 등을 포함할 수 있다. 예컨대, 상기 화합물 반도체층(11)은 GaN, GaAs, InGaAs, InP 등을 포함할 수 있다. 유전체층(13)은 SiO2를 사용할 수도 있지만, 충분한 정전용량과 두께를 확보하기 위하여 고유전율(High-k)을 갖는 유전체 재료로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 유전체층(13)은 HfO2, Al2O3, La2O3, ZrO2, HfSiO, HfSiON, HfLaO, LaAlO, SrTiO 등과 같은 고유전율 재료를 갖는 금속 산화물 유전체를 사용할 수 있다.
유전체층(13) 상에 배치된 전극(14)은, 예를 들어, 백금(Pt)과 같은 금속을 사용할 수 있다. 소스/드레인 영역(15, 16)은 유전체층(13)의 양측에 인접한 화합물 반도체층(11)의 상부 영역을 도핑하여 형성될 수 있다. 예를 들어, 화합물 반도체층(11)이 n-형으로 도핑된 경우, 소스/드레인 영역(15, 16)은 p-형으로 도핑될 수 있으며, 화합물 반도체층(11)이 p-형으로 도핑된 경우, 소스/드레인 영역(15, 16)은 n-형으로 도핑될 수 있다.
그런데, 화합물 반도체층(11)은 열적 불안정성 및 산화하기 쉬운 특성을 갖기 때문에, 유전체층(13)과 화합물 반도체층(11)이 직접 계면을 형성할 경우, 계면 특성이 저하되기 쉽다. 즉, 화합물 반도체층(11) 위에 유전체층(13)을 형성하는 동안 화합물 반도체층(11)의 표면이 산화될 수 있으며, 그 이후의 공정에서도 고온으로 인해 화합물 반도체층(11)의 원소가 유전체층(13)으로 확산될 수 있다. 예를 들어, 화합물 반도체층(11)으로서 GaAs를 사용하는 경우, 화합물 반도체층(11)의 표면에 있는 GaAs가 산소와 반응하여 Ga2O3가 형성되고 As 원소가 분리될 수 있다. 분리된 As 원소는 고온 공정에서 유전체층(13)으로 확산되어 유전체층(13)의 유전체 특성을 열화시킬 수 있다. 이로 인해, 화합물 반도체층(11)과 유전체층(13)의 계면에 결정 결함이 발생할 수 있고, 전류의 누설 및 전자 이동도의 저하를 초래할 수 있다.
본 실시예에 따르면, 유전체층(13)과 화합물 반도체층(11)이 직접 계면을 형성하지 않도록, 유전체층(13)과 화합물 반도체층(11) 사이에 산소 포집층(12)이 개재될 수 있다. 이러한 산소 포집층(12)은 화합물 반도체층(11)의 재료의 산소 친화도(oxygen affinity)보다 높은 산소 친화도를 갖는 재료로 이루어질 수 있다. 따라서, 산소 포집층(12)은 화합물 반도체층(11)과 유전체층(12) 사이의 계면에 있는 산소를 흡수하여 스스로 산화됨으로써, 유전체층(12)으로부터의 산소 확산을 막는 산소 확산 방지막의 역할을 하는 동시에, 화합물 반도체층(11)의 산화를 억제하는 산화 방지막의 역할을 할 수 있다.
또한, 산소 포집층(12)은 산화된 후에 계면 특성이 우수하고 치밀한 막질을 갖게 되는 재료로 이루어질 수 있다. 따라서, 산화된 산소 포집층(12)은 화합물 반도체층(11)으로 산소가 침투하는 것을 방지할 수 있으며, 화합물 반도체층(11)과 유전체층(13) 사이에 원소가 상호 확산되는 것을 방지할 수 있다. 또한, 산소 포집층(12)은 산화된 후에 비교적 높은 유전율을 갖게 되는 재료로 이루어질 수 있으며, 따라서 고유전율을 갖는 유전체층(13)의 특성에도 영향을 주지 않을 수 있다. 이러한 점에서 산화된 산소 포집층(12)은 일종의 유전체층으로 볼 수도 있다. 즉, 유전체층(13)이 산화된 산소 포집층(12)과 고유전율 재료의 이중층 구조로 형성된 것으로 볼 수도 있다.
도 2a 및 도 2b는 화합물 반도체층(11)과 유전체층(13) 사이에 개재된 산소 포집층(12)의 기능을 개념적으로 보이는 단면도이다. 도 2a를 참조하면, 화합물 반도체층(11)의 상부 표면에는 화합물 반도체의 일부가 산화되어 형성된 다수의 계면 산화물(11a)들이 존재할 수 있다. 예컨대, 계면 산화물(11a)은 Ga2O3일 수 있다. 산소 포집층(12)은 높은 산소 친화도를 갖기 때문에, 도 2b에 도시된 바와 같이, 화합물 반도체층(11)과 유전체층(13)의 산소를 흡수하여 스스로 산화될 수 있다. 그러면, 계면 산화물(11a)이 환원되어 다시 화합물 반도체가 될 수 있다. 예를 들어, Ga2O3이 환원되어 다시 GaAs가 될 수 있다. 따라서, 화합물 반도체층(11)과 유전체층(13) 사이에 있는 계면 산화물(11a) 및 여분의 산소가 제거될 수 있다.
이러한 산소 포집층(12)의 재료로, 예를 들어, Ti, Sc, Y 등과 같은 전이 금속, Y-doped Zr, Al-doped Zr 등과 같은 도핑된 금속, 산화되면 높은 유전율을 갖는 란타늄 계열의 금속, HfS2, TiS2, LaSx, SiS2 등과 같은 금속황화물, 또는 AlN, GaN, HfN, SiN 등과 같은 금속질화물을 포함할 수 있다. 도핑된 금속의 경우, 산화되면 높은 유전율을 갖는 금속을 산화하기 쉬운 금속에 도핑하여 형성될 수 있다. 여기서, 산소 포집층(12)의 재료의 조성 및 두께는 후속하는 공정 조건(예컨대, 열처리 조건), 화합물 반도체층(11)의 재료, 조성, 결정면 상태, 유전체층(13)의 재료 및 조성 등에 따라 다양하게 선택될 수 있다. 또한, 산소 포집층(12)이 산화되면 유전체로서 기능할 수도 있으므로, 유전체층(13)의 성능에 대한 영향을 줄이기 위하여 산소 포집층(12)의 두께는 약 10nm 이하일 수 있다. 상기 산소 포집층(12)은, 예를 들어, 원자층 증착(ALD; atomic layer deposition), 화학기상증착(CVD; chemical vapor deposition), 또는 스퍼터링(sputtering) 등의 다양한 방법으로 화합물 반도체층(11) 위에 형성될 수 있다. 경우에 따라서는, 산소 포집층(12)의 산화를 가속하기 위하여 산소 포집층(12)의 증착 후에, 또는 유전체층(13)의 증착 후에 열처리 과정을 수행할 수도 있다.
도 3은 다른 실시예에 따른 화합물 반도체 소자(10)에서 화합물 반도체층(11)과 유전체층(13) 사이의 계면 부분만을 보이는 개략적인 단면도이다. 도 3을 참조하면, 화합물 반도체층(11) 위에 차례로, 패시베이션층(18), 산소 포집층(12), 유전체층(13), 및 전극(14)이 적층될 수 있다. 도 1과 비교할 때, 화합물 반도체 소자(10)는 화합물 반도체층(11)과 산소 포집층(12) 사이에 패시베이션층(18)을 더 포함할 수 있다.
패시베이션층(18)은 화합물 반도체층(11)의 표면에 있는 III족이나 V족의 원소들을, 예를 들어, S, N, F, Cl, H 등과 같은 원소들로 치환하여 형성될 수 있다. 즉, 패시베이션층(18)은 화합물 반도체층(11)의 표면 위에 S, N, F, Cl, H 등으로 얇게 코팅된 층일 수 있다. 이러한 패시베이션층(18)은 깁스 자유 에너지(Gibb's free energy)를 높여서 산소 분위기에서도 화합물 반도체층(11)의 표면이 산화되는 것을 억제할 수 있다. 따라서, 패시베이션층(18)과 산소 포집층(12)을 함께 사용함으로써 화합물 반도체층(11)의 산화 및 화합물 반도체층(11)과 유전체층(13) 사이의 상호 확산을 더욱 억제할 수 있다.
상술한 바와 같이, 산소 포집층(12)은 화합물 반도체층(11)과 유전체층(13) 사이의 계면에 있는 산소를 제거함으로써, 유전체층(13)으로부터의 산소 확산을 막는 산소 확산 방지막의 역할을 하는 동시에, 화합물 반도체층(11)의 산화를 억제하는 산화 방지층의 역할을 할 수 있다. 또한, 산소 포집층(12)은 통상적으로 계면 특성이 우수하고, 유전율이 비교적 높으며, 치밀한 막질을 갖기 때문에, 화합물 반도체층(11)의 계면 특성을 향상시킬 수 있다. 따라서, 산소 포집층(12)은 반도체 소자(10)의 전기적 특성을 개선할 수 있다.
예컨대, 전계 효과 트랜지스터(FET)에서 작은 서브-임계 스윙(sub-threshold swing; SS)이 가능하기 때문에 높은 Ion/Ioff 비를 구현할 수 있다. 또한, MOS 캐패시터(metal oxide semiconductor capacitor)의 축적 영역(accumulation region)에서의 특성(Cacc)의 저하를 방지할 수 있다. 그리고, 계면에서의 이동도 저하를 방지하여 구동 속도를 향상시킬 수 있고, 오프시 누설전류(off leakage current)를 줄여서 소모 전력을 줄일 수 있다.
지금까지는 화합물 반도체층(11), 산소 포집층(12), 유전체층(13) 등이 평면형인 경우에 대해 설명하였으나, 상술한 실시예들은 어떠한 형태의 구조에도 모두 적용될 수 있다. 예를 들어, 도 4 및 도 5는 단위 면적 당 채널 제어도(channel controllability)를 향상시키기 위한 핀 구조의 전계 효과 트랜지스터(FinFET; fin field effect transistor)에 상술한 실시예들을 적용한 예를 도시하는 것으로, 화합물 반도체층(21)과 유전체층(23) 사이의 계면 부분만을 보이기 위한 개략적인 단면도이다.
먼저, 도 4를 참조하면, 화합물 반도체층(21)은 중심부가 수직하게 돌출된 채널 영역(25)을 포함할 수 있다. 그리고, 채널 영역(25)을 포함하는 화합물 반도체층(21)의 외부 표면을 둘러싸도록 산소 포집층(22)과 유전체층(23)이 형성될 수 있으며, 유전체층(23)의 표면에는 전극(25)이 형성될 수 있다. 단면 형태를 제외하고는 화합물 반도체층(21), 산소 포집층(22), 및 유전체층(23)의 재료와 기능은 도 1에서 설명한 내용이 그대로 적용될 수 있다. 또한, 도 5에 도시된 바와 같이, 화합물 반도체층(21)과 산소 포집층(22) 사이에 S, N, F, Cl, H 등으로 형성된 패시베이션층(28)이 더 개재될 수 있다.
지금까지, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 반도체 소자 및 그 제조 방법에 대한 예시적인 실시예가 설명되고 첨부된 도면에 도시되었다. 그러나, 이러한 실시예는 단지 본 발명을 예시하기 위한 것이고 이를 제한하지 않는다는 점이 이해되어야 할 것이다. 그리고 본 발명은 도시되고 설명된 설명에 국한되지 않는다는 점이 이해되어야 할 것이다. 이는 다양한 다른 변형이 본 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 일어날 수 있기 때문이다.
10.....반도체 소자 11, 21.....화합물 반도체층
11a....산화물 12, 22.....산소 포집층
13, 23.....유전체층 14, 24.....전극
15, 16.....소스/드레인 영역 18, 28.....패시베이션층

Claims (22)

  1. 화합물 반도체층;
    상기 화합물 반도체층 위에 배치된 유전체층; 및
    상기 화합물 반도체층과 상기 유전체층 사이에 개재된 것으로 상기 화합물 반도체층의 재료보다 높은 산소 친화도를 갖는 재료를 포함하여 상기 화합물 반도체층 및 상기 유전체층의 산소를 흡수하는 산소 포집층을 포함하는 반도체 소자.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 산소 포집층은 전이 금속, 도핑된 Zr, 란타늄 계열의 금속, 금속황화물 및 금속질화물 중에서 적어도 하나를 포함하는 반도체 소자.
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 산소 포집층의 두께는 10nm 이하인 반도체 소자.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 유전체층은 HfO2, Al2O3, La2O3, ZrO2, HfSiO, HfSiON, HfLaO, LaAlO, 및 SrTiO 중에서 적어도 하나를 포함하는 반도체 소자.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 화합물 반도체층과 상기 산소 포집층 사이에 개재된 패시베이션층을 더 포함하는 반도체 소자.
  11. 삭제
  12. 화합물 반도체층 위에 상기 화합물 반도체층의 재료보다 높은 산소 친화도를 갖는 재료를 포함하여 상기 화합물 반도체층 및 유전체층의 산소를 흡수하는 산소 포집층을 형성하는 단계; 및
    상기 산소 포집층 위에 유전체층을 형성하는 단계;를 포함하는 반도체 소자의 제조 방법.
  13. 삭제
  14. 제 12 항에 있어서,
    상기 산소 포집층은 전이 금속, 도핑된 Zr, 란타늄 계열의 금속, 금속황화물 및 금속질화물 중에서 적어도 하나를 포함하는 반도체 소자의 제조 방법.
  15. 삭제
  16. 삭제
  17. 삭제
  18. 삭제
  19. 삭제
  20. 제 12 항에 있어서,
    상기 산소 포집층의 형성 후에 또는 상기 유전체층의 형성 후에, 열처리를 수행하는 단계를 더 포함하는 반도체 소자의 제조 방법.
  21. 제 12 항에 있어서,
    상기 화합물 반도체층 위에 산소 포집층을 형성하기 전에, 상기 화합물 반도체층의 표면에 패시베이션층을 형성하는 단계를 더 포함하는 반도체 소자의 제조 방법.
  22. 제 21 항에 있어서,
    상기 화합물 반도체층의 표면 위에 형성된 상기 패시베이션층은 S, N, F, Cl 및 H 중에서 적어도 하나를 포함하는 반도체 소자의 제조 방법.
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KR (1) KR102099881B1 (ko)
CN (1) CN104425620B (ko)

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102099881B1 (ko) 2013-09-03 2020-05-15 삼성전자 주식회사 반도체 소자 및 그 제조 방법
FI127415B (en) 2015-04-16 2018-05-31 Turun Yliopisto Preparation of foreign oxide in a semiconductor
CN106328535B (zh) * 2015-07-02 2019-08-27 中芯国际集成电路制造(上海)有限公司 鳍式场效应晶体管及其形成方法
CN106952822A (zh) 2016-01-07 2017-07-14 中芯国际集成电路制造(上海)有限公司 改善鳍式场效应管性能的方法
US10622356B2 (en) * 2016-01-19 2020-04-14 Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd. Semiconductor device and method of manufacturing the same
KR102591190B1 (ko) * 2022-02-23 2023-10-20 한국과학기술원 산소 포집을 이용한 강유전체 전자 소자 및 그의 제조 방법

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100818652B1 (ko) * 2006-09-29 2008-04-01 주식회사 하이닉스반도체 산소포획막을 구비한 캐패시터 및 그의 제조 방법
JP2011003899A (ja) * 2009-06-18 2011-01-06 Internatl Business Mach Corp <Ibm> 高ｋゲート誘電体のための、不純物酸素を捕捉する半導体構造および該構造を形成する方法（高ｋゲート誘電体のための捕捉金属スタック）

Family Cites Families (46)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3770498A (en) * 1971-03-01 1973-11-06 Teledyne Semiconductor Passivating solution and method
US4172906A (en) * 1977-05-11 1979-10-30 Rockwell International Corporation Method for passivating III-V compound semiconductors
JPH088256B2 (ja) * 1990-06-06 1996-01-29 松下電器産業株式会社 化合物半導体のパッシベーション膜の製造方法
JP2914430B2 (ja) 1996-01-05 1999-06-28 日本電気株式会社 半導体レーザ素子の製造方法
TW457555B (en) * 1998-03-09 2001-10-01 Siemens Ag Surface passivation using silicon oxynitride
US6297539B1 (en) * 1999-07-19 2001-10-02 Sharp Laboratories Of America, Inc. Doped zirconia, or zirconia-like, dielectric film transistor structure and deposition method for same
JP2001308319A (ja) 2000-04-20 2001-11-02 Fujitsu Ltd 絶縁ゲート型化合物半導体装置
JP2002373905A (ja) 2001-06-13 2002-12-26 Hitachi Cable Ltd Ｉｉｉ−ｖ族化合物半導体装置の製造方法
JP3999093B2 (ja) 2002-09-30 2007-10-31 株式会社東芝 構造化文書検索方法及び構造化文書検索システム
US6858524B2 (en) * 2002-12-03 2005-02-22 Asm International, Nv Method of depositing barrier layer for metal gates
JP2006032552A (ja) * 2004-07-14 2006-02-02 Toshiba Corp 窒化物含有半導体装置
CN1949532A (zh) * 2005-10-12 2007-04-18 财团法人工业技术研究院 半导体结构及其制造方法
US20070096226A1 (en) * 2005-10-31 2007-05-03 Chun-Li Liu MOSFET dielectric including a diffusion barrier
US20080003752A1 (en) * 2006-06-30 2008-01-03 Metz Matthew V Gate dielectric materials for group III-V enhancement mode transistors
US8247322B2 (en) * 2007-03-01 2012-08-21 Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd. Via/contact and damascene structures and manufacturing methods thereof
KR101447048B1 (ko) * 2007-04-20 2014-10-06 가부시키가이샤 한도오따이 에네루기 켄큐쇼 Ｓｏｉ 기판 및 반도체장치의 제조방법
US8049253B2 (en) * 2007-07-11 2011-11-01 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Semiconductor device and method for manufacturing the same
US20090152651A1 (en) * 2007-12-18 2009-06-18 International Business Machines Corporation Gate stack structure with oxygen gettering layer
TWI388078B (zh) * 2008-01-30 2013-03-01 Osram Opto Semiconductors Gmbh 電子組件之製造方法及電子組件
JP2009260325A (ja) * 2008-03-26 2009-11-05 Univ Of Tokyo 半導体基板、半導体基板の製造方法および半導体装置
JP5301208B2 (ja) 2008-06-17 2013-09-25 日本電信電話株式会社 半導体装置
US8679962B2 (en) * 2008-08-21 2014-03-25 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. Integrated circuit metal gate structure and method of fabrication
US7989321B2 (en) * 2008-08-21 2011-08-02 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. Semiconductor device gate structure including a gettering layer
US8114739B2 (en) * 2009-09-28 2012-02-14 Freescale Semiconductor, Inc. Semiconductor device with oxygen-diffusion barrier layer and method for fabricating same
WO2011068096A1 (ja) * 2009-12-01 2011-06-09 独立行政法人物質・材料研究機構 界面層削減方法、高誘電率ゲート絶縁膜の形成方法、高誘電率ゲート絶縁膜、高誘電率ゲート酸化膜、及び高誘電率ゲート酸化膜を有するトランジスタ
US8344418B2 (en) 2009-12-23 2013-01-01 Intel Corporation Materials for interfacing high-K dielectric layers with III-V semiconductors
JP5506036B2 (ja) 2010-03-02 2014-05-28 古河電気工業株式会社 半導体トランジスタ
CN101924030B (zh) * 2010-07-20 2012-06-27 中国科学院上海微系统与信息技术研究所 一种改善高阻soi衬底上高介电常数栅介质性能的方法
JP2011049565A (ja) 2010-09-02 2011-03-10 Kyocera Corp 半導体基板の製造方法
KR101141244B1 (ko) 2010-09-28 2012-05-04 연세대학교 산학협력단 고유전율 물질인 하프늄옥사이드 산화막의 두께 조절을 이용한 게이트 산화막 형성방법 및 이를 이용한 게이트 전극
DE102011113428A1 (de) * 2011-09-14 2013-03-14 Osram Opto Semiconductors Gmbh Optoelektronisches Bauelement
US9087785B2 (en) * 2011-10-28 2015-07-21 Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd. Method for fabricating oxides/semiconductor interfaces
CN102492932B (zh) * 2011-12-02 2014-01-08 南京大学 ALD制备GaAs基MOS器件中的原位表面钝化方法
CN102592974B (zh) * 2012-03-20 2014-07-02 中国科学院上海微系统与信息技术研究所 一种高k介质薄膜的制备方法
US9166054B2 (en) * 2012-04-13 2015-10-20 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Semiconductor device and manufacturing method thereof
US9006024B2 (en) * 2012-04-25 2015-04-14 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Method for manufacturing semiconductor device
US9018624B2 (en) * 2012-09-13 2015-04-28 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Display device and electronic appliance
KR102440904B1 (ko) * 2012-12-28 2022-09-05 가부시키가이샤 한도오따이 에네루기 켄큐쇼 반도체 장치, 및 반도체 장치의 제작 방법
US8948227B2 (en) * 2013-01-11 2015-02-03 Source Photonics, Inc. Isolated modulator electrodes for low power consumption
US8981332B2 (en) * 2013-03-15 2015-03-17 Intermolecular, Inc. Nonvolatile resistive memory element with an oxygen-gettering layer
TWI631711B (zh) * 2013-05-01 2018-08-01 半導體能源研究所股份有限公司 半導體裝置
US9773915B2 (en) * 2013-06-11 2017-09-26 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Semiconductor device and manufacturing method thereof
KR102392059B1 (ko) * 2013-07-29 2022-04-28 삼성전자주식회사 반도체 소자 및 그 제조 방법
US9647094B2 (en) * 2013-08-02 2017-05-09 University Of Kentucky Research Foundation Method of manufacturing a semiconductor heteroepitaxy structure
KR102099881B1 (ko) * 2013-09-03 2020-05-15 삼성전자 주식회사 반도체 소자 및 그 제조 방법
US9245742B2 (en) * 2013-12-18 2016-01-26 Asm Ip Holding B.V. Sulfur-containing thin films

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100818652B1 (ko) * 2006-09-29 2008-04-01 주식회사 하이닉스반도체 산소포획막을 구비한 캐패시터 및 그의 제조 방법
JP2011003899A (ja) * 2009-06-18 2011-01-06 Internatl Business Mach Corp <Ibm> 高ｋゲート誘電体のための、不純物酸素を捕捉する半導体構造および該構造を形成する方法（高ｋゲート誘電体のための捕捉金属スタック）

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