KR19990050388A - 단일칩 마이크로웨이브 소자용 에피택셜 기판구조 - Google Patents

단일칩 마이크로웨이브 소자용 에피택셜 기판구조 Download PDF

Info

Publication number
KR19990050388A
KR19990050388A KR1019970069507A KR19970069507A KR19990050388A KR 19990050388 A KR19990050388 A KR 19990050388A KR 1019970069507 A KR1019970069507 A KR 1019970069507A KR 19970069507 A KR19970069507 A KR 19970069507A KR 19990050388 A KR19990050388 A KR 19990050388A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
mmic
layer
epitaxial
metal
epitaxial substrate
Prior art date
Application number
KR1019970069507A
Other languages
English (en)
Other versions
KR100261286B1 (ko
Inventor
이재진
김민건
편광의
Original Assignee
이계철
한국전기통신공사
정선종
한국전자통신연구원
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 이계철, 한국전기통신공사, 정선종, 한국전자통신연구원 filed Critical 이계철
Priority to KR1019970069507A priority Critical patent/KR100261286B1/ko
Publication of KR19990050388A publication Critical patent/KR19990050388A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR100261286B1 publication Critical patent/KR100261286B1/ko

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
    • H01L21/02436—Intermediate layers between substrates and deposited layers
    • H01L21/02439—Materials
    • H01L21/02455—Group 13/15 materials
    • H01L21/02458—Nitrides
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
    • H01L21/02612—Formation types
    • H01L21/02617—Deposition types
    • H01L21/0262—Reduction or decomposition of gaseous compounds, e.g. CVD
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C30—CRYSTAL GROWTH
    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B25/00—Single-crystal growth by chemical reaction of reactive gases, e.g. chemical vapour-deposition growth
    • C30B25/02—Epitaxial-layer growth

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Semiconductor Integrated Circuits (AREA)

Abstract

본 발명은 화합물 반도체로 MMIC(Microwave Monolithic Integrated Circuit)의 기판을 에피택셜 성장방법으로 형성함에 있어서, MMIC에서 요구하는 능동소자 구조의 에피택셜 기판을 제작한 후, 연속적으로 MMIC 수동소자를 제작하는데 필요한 금속층과 유전층을 형성하여 MMIC의 특성을 향상시킬 수 있는 단일 칩 MMIC용 에피택셜 기판 구조를 제공한다. 본 발명의 기판 구조는, 기판 위에서부터 1 마이크로미터 정도 두께의 완충층, 3000Å 두께의 활성층, 500Å 두께의 캡층을 차례로 형성하고, MMIC 수동소자 제작에 필요한 캐패시터(capacitor), 저항(resistor), 인덕터(inductor) 등에 요구되는 금속층 및 유전층을 연속적으로 성장실에서 증착한다. 본 발명의 기판 구조에 의하면, 에피택셜 기판과 금속과의 계면에 산화막이 형성되는 것을 방지하고, 에피택셜 방법에 따라 격자를 일치시키면서 결정 금속까지 제작함으로써 금속의 전기적 성질을 향상시킬 수 있을 뿐만아니라 계면의 전기적 성질도 향상시킬 수 있다.

Description

단일칩 마이크로웨이브 소자용 에피택셜 기판구조
MMIC(Monolithic Microwave Integrated Circuit)의 기판 구조를 에피택셜 성장 방법으로 형성 함에 있어서, MMIC에서 요구하는 능동소자 구조의 에피택셜 기판을 제작한 후 연속적으로 MMIC 수동소자를 제작하는 데 필요한 금속층과 유전체 층을 형성하여 MMIC의 특성을 향상시킬 수 있는 단일 칩 MMIC용 에피택셜 기판 구조를 제공한다.
본 발명은 마이크로웨이브 소자의 제작을 위한 에피택셜 기판에 관한 것으로서, 특히 능동소자와 수동소자를 동일 기판상에 일괄 공정으로 제작할 수 있는 단일 칩 MMIC용 에피택셜 기판 구조에 관한 것이다.
MMIC는 반도체 기판 위에 능동소자와 수동소자뿐 아니라 단위소자의 연결까지도 일괄 공정으로 동시에 제작할 수 있다. 따라서, 종래의 고주파 회로 기판에 비해 크기가 작고 신뢰성이 높으며 특성이 균일하다는 장점이 있기 때문에 개별부품을 사용하여 고주파 회로를 제작하는 경우에 비해 제작 단가를 낮출 수 있다. 이로 인해, 무선통신 기기의 시장 경쟁력을 높일 수 있다.
또한, 고주파 회로 기판에서는 특정 형태로 패키지 된 소자 만을 사용하므로 부품 선택에 자유도가 적은 반면, MMIC에서는 회로 설계자가 임의의 형태로 소자의 크기를 조절할 수 있어 목적에 따라 성능을 최적화 할 수 있으며, 능동소자의 사용 갯수를 늘이는 것이 제작 단가에 영향을 미치지 않으므로 다양한 구조의 회로가 가능한 것도 장점 중의 하나이다.
이러한 MMIC를 제작하는데 사용되는 기판은 제작 방법에 따라 크게 두가지로 대별될 수 있다. 그 하나는, 이온주입 방법을 이용하여 기판을 제작하는 것이고, 다른 하나는 에피택셜 성장을 이용한 에피택셜 기판을 사용하는 방법이다. 전술한 이온주입 방법은 에피택셜 기판에 비하여 가격이 저렴하고 대량 생산에 용이하다는 장점이 있으나, 공정이 복잡하다는 단점이 있다.
한편, 에피택셜 기판은 이온주입 방법으로 제작된 기판보다 상대적으로 생산 단가가 비싸고 생산성(throughput)이 낮아 대량 생산에 제한적 요소가 많은 반면, 점차 화합물 반도체 소자가 소량 다품종화되고, 에피택셜 성장 방법도 개선이 되고 있어 생산 단가에 맞출 수 있는 기술로 발전되고 있다.
따라서, 용도에 따라 선택적으로 사용되고 있다.
도 1 은 종래기술에 의한 MMIC의 능동소자용 에피택셜 기판 구조를 나타낸 것으로서, 도핑되지 않은(non-doped) 반절연성 기판(2) 상에 에피택셜 성장방법(epitaxial growing method)에 의하여 도핑되지 않은 완충층(2), 도핑된 활성 층(3) 및 도핑된 캡 층(4)을 순차적으로 성장시켜 MMIC의 능동소자 형성을 위한 기판으로 사용하였다.
따라서, MMIC 제작에 핑요한 캐패시터, 저항, 인덕터 등의 수동소자 제작을 위하여서는 불연속적인 다른 공정을 통하여 형성함으로써, 상기 제작된 최상층이 대기에 노출될 수 있기 때문에 자연 산화막(native oxide)이나 불순물 형성 등에 의해 소자의 특성을 저하시키는 요인이 되고 있다.
본 발명에서는 에피택셜 기판에 의하여 MMIC를 제작할 때 준비 된 기판에 다시 증착하여 사용하는 금속을 에피택셜 기판 제작 후 그 자리에서 연속적으로 성장시킴으로써, 연속 공정에 의해 능동소자와 수동소자를 제작할 수 있는 MMIC용 에피택셜 기판 구조를 제공하고자 한다.
따라서, 이러한 기술적 배경하에서 안출된 본 발명은, MMIC의 기판 구조를 형성함에 있어서, MMIC에서 요구하는 능동소자 구조의 에피택셜 기판을 제작한 후, 연속적으로 MMIC 수동소자를 제작하는데 필요한 금속층을 형성함으로써, 소자의 특성을 향상시킬 수 있는 단일 칩 MMIC 제작용 에피택셜 기판 구조를 제공하는데 그 목적이 있다.
도 1 은 종래의 마이크로웨이브 소자 제작용 에피택셜 기판 구조를 개략적으로 도시한 단면도,
도 2 는 본 발명의 실시예에 의한 마이크로웨이브 소자 제작용 에피택셜 기판 구조를 도시한 단면도이다.
*도면의 주요 부분에 대한 부호 설명
1 ; 화합물반도체 반절연성 기판
2 ; 화합물반도체 완충층
3 ; 화합물반도체 채널층
4 ; 화합물반도체 캡층
5 ; 제1 금속층
6 ; 유전체층
7 ; 제2 금속층
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 단일 칩 MMIC(Monolithic Microwave Integrated Circuit) 제조용 에피택셜 기판 구조는,
반절연성 기판과, 이 기판 상에 완충층(buffer layer), 활성층(active layer) 및 캡층(cap layer)이 순차적으로 성장된 에피택셜 층들로 구성되는 수동 소자용 에피택셜 기판; 및 상기 수동 소자용 에피택셜 기판 상에 동일 챔버내에서 연속적으로 성장되는 제1 금속층, 유전층, 및 제2 금속층으로 구성된 능동 소자용 에피택셜 기판을 포함하여 구성됨을 특징으로 한다.
바람직하게, 상기 능동소자 제작을 위한 유전층으로서, 동일한 에피택셜 성장 장비내에서 연속 공정을 통하여 형성될 수 있도록 비화 알루미늄(AlAs)을 사용하며, 상기 유전층을 구성하는 비화 알루미늄 대신에, 질화 실리콘 또는 알루미나(Al2O3)를 사용하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 MMIC용 능동소자 제작을 위한 제1 및 제2 금속층은, 동일 금속으로 구성되며, 상기 수동소자용 에피택셜 기판의 캡층과의 결정성 향상을 위해, 에피택셜 성장장비에서 형성이 가능한 인듐, 갈륨, 및 알루미늄 중의 어느 하나의 금속을 사용하는 것이 바람직하다.
본 발명의 바람직한 실시예에 의하면, 동일한 에피택셜 성장 장비에서 연속적으로 MMIC용 기판 구조를 제작함으로써, 에피택셜 기판과 금속의 계면에 산화막이 발생하는 것을 미리 방지할 수 있다. 또한, 에피택셜 방법에 따라 격자를 일치시키면서 결정 금속 까지도 제작을 함으로써, 금속의 전기적 성질을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라 계면의 전기적 성질을 향상시킬 수 있다.
이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 2 는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 단일 칩 MMIC용 에피택셜 기판의 구조를 도시한 단면도로서, 용이한 설명을 위해, 도 1에 도시된 종래기술과 대응되는 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 부여하였으며, 그 설명은 약하기로 한다.
도 2를 참조하면, 참조부호 1은 ∼107ohm.cm 이상의 고저항을 갖는 도핑되지 않은 반절연성 기판으로서, 통상 갈륨비소를 사용한다. 상기 반절연성 기판(1) 상에는 능동소자 제작을 위한 에피택셜 층(epitaxial layers)이 형성된다.
구체적으로, 능동소자 제작을 위한 상기 에피택셜 층은 상기 기판(1)상의 결함이 성장시 에피층으로 전달 되는 것을 방지하는 역할을 수행하며, 기판 보다 더 높은 고저항을 얻기 위한 목적으로 약 1마이크로 미터의 두께를 갖는 완충층(buffer layer)(2)과, 이어 채널을 형성할 수 있는 활성 층(active layer)(3), 및 단위 센티미터 체적 당 ∼1017개의 불순물이 도핑된 캡 층(cap layer)(4)으로 구성된다.
이때, 상술한 구성을 갖는 능동소자용 에피택셜 기판의 최상층인 캡층(4)은 능동소자를 제작 할 때 요구되는 금속과 반도체를 접합 함에 있어서, 단위 센티미터 체적 당 ∼1018개 이상의 불순물을 도핑하여 저항성 접촉 특성을 향상시키는 역할을 한다.
연이어, MMIC의 수동소자를 제작하기 위한 층들이 동일한 성장실에서 연속적으로 성장된다. 도 2에서, 참조부호 5는 MMIC의 수동소자를 제작하기 위한 제1 금속층으로서, 에피택셜 성장장비 안에 있는 금속인 알루미늄, 인듐, 갈륨 등을 이용하여, 상기 능동소자를 위한 활성층(3) 상에 연속적으로 성장된다.
따라서, 상기 제1 금속층(5)은 대기 중에 노출 되지 않으므로 경계면에 불순물이 존재하지 않을 뿐 만 아니라 상기 캡층(4)의 반도체 재료와 금속과의 사이에 수 옹스트롬의 결정성을 유지할 수 있다. 따라서, 금속의 막질이 전기적으로 우수하게 된다.
상기 제1 금속층(5) 상에 성장되는 유전체층(6)은 수동소자인 캐패시터 제작을 위한 유전체로서, 일반적으로는 질화실리콘, 또는 산화 탄탈륨 등이 쓰이고 있으며, 스퍼터링(sputtering), 진공 증착(vacuum evaporation) 및 기상 화학증착(CVD) 방법에 의하여 제작되고 있다. 본 발명에서는 연속 공정을 위하여, 비화 알루미늄(AlAs)을 사용한다. 상기 유전층(6) 상에는 동일 장비내에서 상기 제1 금속층(5)과 동일한 금속으로 제2 금속층(7)을 형성한다.
이와 같은 구조에서, MMIC의 수동소자 중의 하나인 캐패시터(capacitor)는, 상기 제1 금속층(5)과 유전체층(6) 및 제2 금속층(7)에 의하여 구현이 된다. 즉, 원하는 용량의 캐패시턴스를 얻기 위한 금속판의 면적을 정의하고 나머지 부분은 식각을 하여 제거한다.
한펀, 수동소자인 인덕터(inductor)는, 상기 제2 금속층(7)을 이용하여 나선형 형태로 식각하면 나선형 금속선이 나타나고 이것이 바로 인덕터가 된다. 저항(resistor)은 상기 제2 금속층(7) 이나 제1 금속층(5)의 금속을 이용하여 정사각형 면적을 두께 및 길이를 제어하여 저항을 또한 얻을 수 있다. 이렇게 하면 수동소자의 정의가 모두 끝나고, 이 후 능동소자가 다른 종래의 방법과 마찬가지로 제작이 된다.
본 발명은 그 정신 또는 주요한 특징으로부터 일탈하는 일 없이, 다른 여러 가지 형태로 실시할 수 있다. 그 때문에, 전술한 실시예는 모든 점에서 단순한 예시에 지나지 않으며, 한정적으로 해석해서는 안된다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따라 MMIC 제작을 위한 에피택셜 기판 구조를 능동소자 및 수동소자용 재료를 연속적으로 제작하면, 에피택셜 기판과 금속의 계면에 산화막이 발생하는 것을 방지할 수 있고, 에피택셜 방법에 따라 격자를 일치시키면서 결정 금속까지도 연속적으로 제작함으로써, 금속의 전기적 성질을 향상 시킬 수 있을 뿐만아니라 계면의 전기적 성질을 향상시킬 수 있다.
또한, 저항성 접합을 용이하게 하며, 수동소자의 성능을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라 재현성을 확보할 수 있어 MMIC의 성능을 향상시킬 수 있다.

Claims (4)

  1. MMIC(Monolithic Microwave Integrated Circuit) 제조용 에피택셜 기판 구조에 있어서,
    반절연성 기판과, 이 기판 상에 완충층(buffer layer), 활성층(active layer) 및 캡층(cap layer)이 순차적으로 성장된 에피택셜 층들로 구성되는 수동 소자용 에피택셜 기판; 및
    상기 수동 소자용 에피택셜 기판 상에 동일 챔버내에서 연속적으로 성장되는 제1 금속층, 유전층, 및 제2 금속층으로 구성된 능동 소자용 에피택셜 기판을 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 단일 칩 MMIC용 에피택셜 기판구조.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 능동소자 제작을 위한 유전층이,
    동일한 에피택셜 성장 장비내에서 연속 공정을 통하여 형성될 수 있도록 비화 알루미늄(AlAs)으로 이루어진 것을 특징으로 하는 단일 칩 MMIC용 에피택셜 기판구조.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 유전층을 구성하는 비화 알루미늄 대신에,
    질화 실리콘 또는 알루미나(Al2O3)를 사용하는 것을 특징으로 하는 단일 칩 MMIC용 에피택셜 기판 구조.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 MMIC용 능동소자 제작을 위한 제1 및 제2 금속층이,
    동일 금속으로 구성되며, 상기 수동소자용 에피택셜 층과의 결정성 향상을 위해, 에피택셜 성장장비에서 형성이 가능한 인듐, 갈륨, 및 알루미늄 중의 어느 하나의 금속으로 구성됨을 특징으로 하는 단일 칩 MMIC용 에피택셜 기판.
KR1019970069507A 1997-12-17 1997-12-17 단일칩 마이크로웨이브 소자용 에피택셜 기판구조 KR100261286B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1019970069507A KR100261286B1 (ko) 1997-12-17 1997-12-17 단일칩 마이크로웨이브 소자용 에피택셜 기판구조

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1019970069507A KR100261286B1 (ko) 1997-12-17 1997-12-17 단일칩 마이크로웨이브 소자용 에피택셜 기판구조

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR19990050388A true KR19990050388A (ko) 1999-07-05
KR100261286B1 KR100261286B1 (ko) 2000-07-01

Family

ID=19527555

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1019970069507A KR100261286B1 (ko) 1997-12-17 1997-12-17 단일칩 마이크로웨이브 소자용 에피택셜 기판구조

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR100261286B1 (ko)

Also Published As

Publication number Publication date
KR100261286B1 (ko) 2000-07-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US6683341B1 (en) Voltage-variable capacitor with increased current conducting perimeter
US3423821A (en) Method of producing thin film integrated circuits
US7012317B2 (en) Tunable thin film capacitor
KR0164874B1 (ko) 비결정질 유전체막을 갖는 전압 가변 캐패시터
US9424993B2 (en) Systems and methods for a thin film capacitor having a composite high-K thin film stack
US7026680B2 (en) Thin film capacitive element, method for producing same and electronic device
US5041881A (en) Whiskerless Schottky diode
US11587738B2 (en) Capacitor
CN1179646A (zh) 压控振荡器及其调整方法
JP4509390B2 (ja) 改善された集積型の発振器及び調整可能な回路
US20060125048A1 (en) Integrated semiconductor device and method of manufacturing the same
KR20050035891A (ko) 박막 커패시터와 그 제조 방법
US7002435B2 (en) Variable capacitance circuit, variable capacitance thin film capacitor and radio frequency device
US9000866B2 (en) Varactor shunt switches with parallel capacitor architecture
WO1996027210A2 (en) Electronic component comprising a thin-film structure with passive elements
KR100261286B1 (ko) 단일칩 마이크로웨이브 소자용 에피택셜 기판구조
US20040259316A1 (en) Fabrication of parallel plate capacitors using BST thin films
US7009276B2 (en) Thin film capacitor, thin film capacitor array and electronic component
US20030001232A1 (en) Composite integrated circuit and its fabrication method
KR19980014335A (ko) 산화막 다공성 실리콘 기판을 이용한 초고주파 소자
van Beek et al. High-Q integrated RF passives and RF-MEMS on silicon
US20020015276A1 (en) Mobile telephone device
KR100248415B1 (ko) 단일칩 마이크로웨이브 집적회로의 제조방법
US6919283B2 (en) Fabrication of pure and modified Ta2O5 thin film with enhanced properties for microwave communication, dynamic random access memory and integrated electronic applications
JP3060389B2 (ja) コンデンサー

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20090406

Year of fee payment: 10

LAPS Lapse due to unpaid annual fee