KR20000013207A - Heterojunction bipolar transistor manufacturing method - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 화합물반도체로 이루어지는 이종접합 쌍극자 트랜지스터(Heterojunction Bipolar Transistor, 이하 HBT라 칭함) 제작방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for manufacturing a heterojunction bipolar transistor (hereinafter referred to as HBT) made of a compound semiconductor.
종래의 HBT는 초고속 및 초고주파 소자로서 다양한 디지털 및 아날로그 통신회로에 응용되고 있으며, 최근 AlGaAs/GaAs HBT의 경우에 차단주파수(fT)와 최대공진주파수(fmax)가 각 100㎓ 이상, InP/InGaAs HBT의 경우에는 200㎓ 이상의 제작결과가 발표되고 있다.Conventional HBT is a high-speed and ultra-high frequency device, and is applied to various digital and analog communication circuits. Recently, in case of AlGaAs / GaAs HBT, the cutoff frequency (f T ) and the maximum resonance frequency (f max ) are each 100 Hz or more, and InP / In the case of InGaAs HBT, more than 200 microseconds have been published.
HBT가 여타 반도체 소자와 비교하여 고유의 고속특성을 갖고 있지만, 이러한 장점을 극대화하기 위해서는 첫째, 전자가 베이스와 컬렉터 공핍층을 통과하는 시간을 단축하여야 하고, 둘째, 에미터, 베이스, 컬렉터 오믹저항 및 에미터-베이스 용량과 베이스-컬렉터 용량, 그리고 각종 기생요소 등을 줄일 수 있는 공정기술이 개발되어야 한다.Although HBT has inherent high speed characteristics compared to other semiconductor devices, in order to maximize these advantages, first, the time required for electrons to pass through the base and the collector depletion layer must be shortened. Second, the emitter, base, and collector ohmic resistance. And process technology to reduce emitter-base capacity, base-collector capacity, and various parasitic factors.
이를 간단히 정량화된 방법으로
상기 식에서 알 수 있는 바와 같이 베이스 저항과 베이스-컬렉터 접촉용량을 줄일수록 회로의 고속 특성에 주요한
이를 위한 구체적인 공정 기술로서 에미터와 베이스간의 자기정렬(self-alignment), 외부 베이스 영역에 대한 이온 주입 소자분리(isolation), 외부 베이스 재성장, 외부 베이스영역의 과식각(undercutting) 방법 등이 사용되어 왔다.As a specific process technology for this, self-alignment between the emitter and the base, ion implantation isolation of the outer base region, regrowth of the outer base, and overcutting of the outer base region are used. come.
에미터-베이스 자기정렬 기술은 에미터와 베이스 전극간의 거리를 가능한 재현성있게 단축함으로써 기생 저항을 최대한 감소시키고자 최근에 이르기까지 수 백건 이상의 특허와 논문을 통해 발표된 바 있다.Emitter-based self-alignment technology has recently been published in more than a hundred patents and papers to minimize parasitic resistance by minimizing the distance between emitter and base electrodes as reproducibly as possible.
가장 일반적인 방법은 미국의 Rockwell 등에서 HBT 개발 초기에 사용되었던 방법으로서 베이스 표면까지의 에미터 메사식각시 기판의 결정방향성을 이용하여 역메사 형태를 정의하고, 베이스 오믹전극의 증착시 단차가 있는 곳에서 피복이 끊어지도록 유도함으로써 에미터에 대한 베이스 전극이 자기정렬되도록 한 것이다.The most common method, which was used in the early stages of HBT development in Rockwell, USA, is to define the inverse mesa shape by using the crystal orientation of the substrate when the emitter mesa is etched to the base surface. Inducing the coating to break causes the base electrode to the emitter to self-align.
이 방법은 간단하기는 하지만 공정의 재현성에 따라 에미터와 베이스간의 누설전류(leakage current)가 발생할 가능성이 큰 단점이 있다.Although this method is simple, it has a high possibility of generating leakage current between the emitter and the base depending on the reproducibility of the process.
이보다 세련된 방법으로서 일본의 NTT나 NEC 등에서 주로 개발되어 사용되고 있는 절연 측벽막(sidewall)을 이용한 자기정렬 방식이 있다.As a more sophisticated method, there is a self-aligning method using an insulating sidewall mainly developed and used in NTT, NEC, etc. of Japan.
즉 에미터 메사식각 후 웨이퍼 전면에 유전체 절연막을 증착한 후 수직 지향성이 강한 건식식각에 의해 베이스 기판상의 절연막이 제거될 때까지 식각을 하게 되면 에미터 전극 주변에 절연 측벽막이 잔류하게 되며, 이러한 상태에서 베이스 전극을 증착하면 측벽막의 두께만큼 에미터로부터 격리되어 자기정렬되는 원리를 이용한 것이다.That is, after the emitter mesa etching, the dielectric insulating film is deposited on the entire surface of the wafer, and the etching is performed until the insulating film on the base substrate is removed by dry etching with strong vertical directivity, and the insulating sidewall film remains around the emitter electrode. When the base electrode is deposited at, it is isolated from the emitter by the thickness of the sidewall film and is self-aligned.
상기한 방법은 식각의 균일성이 보장될 경우 외부 기생 저항을 줄일 수 있는 매우 유력한 방법이며 현재 널리 사용되고 있지만, 측벽막 형성을 위한 건식식각시 베이스층에 대한 격자손상의 우려가 있으며, 특별한 표면처리 과정의 필요가 제기된다.The above method is a very powerful method to reduce external parasitic resistance when the uniformity of etching is ensured and is widely used, but there is a risk of lattice damage to the base layer during dry etching to form sidewall film, and special surface treatment The needs of the course are raised.
외부 베이스 영역에 대한 이온 주입 소자분리(isolation) 기술은 에미터 전극을 마스크층으로 하여 통상 고농도의 p형 불순물로 도핑되어 있는 외부 베이스층과 n형의 불순물로 도핑되어 있는 외부 컬렉터층에 높은 에너지의 프로톤 이온(H+), 헬륨(He+), 붕소 이온(B+) 등을 가속시켜 전기적 채널을 파괴함으로써 베이스와 컬렉터간의 유효 접합용량을 획기적으로 감소시키고자 하는 것으로서 연구개발 측면에서 상당한 성과가 기대되지만 베이스 오믹 전극을 증착하기 위해 베이스 표면의 손상을 회복시키기 위한 활성화 열처리가 필요하며, 이는 전체 에피구조의 급준한 경계면을 파괴할 수도 있기 때문에 상용 수준에 응용하기에는 위험이 수반된다.The ion implantation isolation technology for the outer base region is based on the emitter electrode as a mask layer, which is typically used for the outer base layer doped with a high concentration of p-type impurities and the outer collector layer doped with n-type impurities. Significant achievements in research and development are intended to drastically reduce the effective bonding capacity between the base and the collector by accelerating the proton ions (H + ), helium (He + ) and boron ions (B + ) in the electrical channels. Is expected, but an activation heat treatment is required to recover the damage of the base surface to deposit the base ohmic electrode, which carries risks for commercial use as it may destroy the steep interface of the entire epistructure.
외부 베이스 재성장의 경우 평탄형(planar) 재성장법과 측면(lateral) 재성장법이 있으며, 그 목적은 진성(intrinsic) 베이스와 별도로 도핑농도를 1020∼ 1021㎝-3정도만큼 높일 수 있으며 그 두께를 두껍게 하여 베이스 저항을 낮추는 것에 있다.In the case of external base regrowth, there are planar regrowth and lateral regrowth, and its purpose is to increase the doping concentration by 10 20 ~ 10 21 ㎝ -3 separately from intrinsic base and increase its thickness. It is to lower the bass resistance by thickening.
평탄형 재성장법은 평탄화가 양호한 전극접촉 구조를 가지며 재성장된 베이스층이 베이스 전극과 기존 베이스층 사이에 위치해 양쪽의 접촉층으로서 역할을 하게 된다.The planar regrowth method has an electrode contact structure with good planarization, and the regrown base layer is positioned between the base electrode and the existing base layer to serve as a contact layer on both sides.
측면 재성장법은 재성장된 베이스층이 외부 베이스로서 역할을 하면서 진성 베이스의 측방향 단면에 접촉을 하고 있는 구조이다.Lateral regrowth is a structure in which the regrown base layer serves as the outer base and is in contact with the lateral cross section of the intrinsic base.
그러나 이들 방법은 베이스 저항을 낮추는데는 유효하지만 베이스-컬렉터간의 용량을 낮추는데 상당한 효과가 있다고 할 수 없다.However, while these methods are effective for lowering the base resistance, they cannot be said to have a significant effect on lowering the capacity between the base and the collector.
외부 베이스영역의 과식각 공정 기술은 미국 미시간 대학에서 개발된 방법으로서 에미터와 베이스 영역을 정의한 후에 부컬레터층까지의 베이스 메사식각시 베이스층의 컬렉터층에 대한 높은 선택적 식각특성을 이용하여 컬렉터층의 측면이 안쪽으로 과식각되도록 유도함으로써 유효 베이스-컬렉터 접촉 용량이 감소하도록 도모한 방법으로서 공정의 재현성과 균일성에 따라 소자특성이 크게 의존하게 된다.The overetching technology of the outer base region is a method developed by the University of Michigan, USA, which defines the emitter and the base region, and then uses the high selective etching characteristics of the collector layer of the base layer during the base mesa etching up to the sub-letter layer. By inducing the side of over to be etched inward to reduce the effective base-collector contact capacity, the device characteristics are highly dependent on the reproducibility and uniformity of the process.
이러한 평탄형 베이스 재성장을 이용하는 선행특허[국내특허번호 제 91106 호]는 역메사 형태의 에미터를 마스크로 사용하기 때문에 접촉용량 감소에 어려움이 따르는 문제점이 있었다.Prior patents (Korean Patent No. 91106) using such a flat base regrowth have a problem in that contact capacity is difficult to reduce because an inverted mesa type emitter is used as a mask.
또한, 미국특허로 [미국특허 제 5698871 호]는 외부 베이스의 식각방식에 의해 베이스-컬렉터 용량을 줄임에 따라 양자 유사하게 베이스-컬렉터 용량(CJC)감소에 의해 최대공진주파수 향상을 도모하기가 어려운 문제점이 있었다.In addition, US Patent No. 5698871 discloses that it is possible to improve the maximum resonant frequency by reducing the base-collector capacity (C JC ) similarly as the base-collector capacity is reduced by the etching method of the external base. There was a difficult problem.
그리고 [미국특허 제 5672522 호]는 베이스-컬렉터 용량(CJC) 감소에 의해 최대 공진주파수 향상을 도모하기가 어려운 문제점이 있었다.In addition, [US Pat. No. 5,672,522] has a problem that it is difficult to improve the maximum resonance frequency by reducing the base-collector capacitance (C JC ).
선행논문으로, [Juan-Wu Wang, 권,호 V. 68, Iss. 6, 98.2.5]는 복잡한 이온 주입 공정을 이용하여 소자를 제작함으로써 기생저항과 베이스-컬렉터 접합용량 성분의 동시 개선이 불가능한 문제점이 있었다.As a preceding paper, [Juan-Wu Wang, Kwon, Ho V. 68, Iss. 6, 98.2.5] has a problem that it is impossible to simultaneously improve the parasitic resistance and base-collector junction capacitance component by fabricating a device using a complex ion implantation process.
다른 선행논문으로, [T. Kumar, et al., 권,호 V. 83, Iss. 4. 98.2.15]는 베이스-컬렉터 용량(CJC) 감소에 의해 최대공진주파수 향상을 도모하기 어려운 문제점이 있었다.In another preceding article, [T. Kumar, et al., Vol., No. V. 83, Iss. 4. 98.2.15] has a problem that it is difficult to improve the maximum resonance frequency by reducing the base-collector capacity (C JC ).
상기 언급한 바와 같은 특수한 소자제작 공정기술 외에 종래에 HBT 제작시 주로 사용되던 통상적인 제작방법을 도 1a 내지 도 1c에 도시하였다.In addition to the special device fabrication process technology mentioned above, a conventional fabrication method that was used mainly in HBT fabrication in the related art is illustrated in FIGS. 1A to 1C.
도 1a는 도 2a와 같은 HBT 에피기판상에 AuGe계나 내열성 합금계 금속을 에미터 전극(13)으로 형성시킨 것을 나타내며, 도 1b는 에미터 캡층(7)과 에미터층(6)을 메사 식각하여 베이스층(5) 상에 형성된 에미터 전극과 상이한 재질의 베이스 오믹전극(14)을 나타내고, 도 1c는 베이스층(5)과 컬렉터층(4)을 메사 식각하여 부컬렉터층(3) 상에 에미터 전극 및 베이스 전극과 상이한 재질로서 컬렉터 오믹전극(15)을 형성한 뒤 소자분리 메사 식각한 상태를 나타낸다.FIG. 1A illustrates that the AuGe-based or heat-resistant alloy-based metal is formed of the emitter electrode 13 on the HBT epitaxial substrate as shown in FIG. 2A, and FIG. 1B is a mesa-etched emitter cap layer 7 and the emitter layer 6. A base ohmic electrode 14 having a material different from that of an emitter electrode formed on the base layer 5 is shown. FIG. 1C illustrates a mesa etching of the base layer 5 and the collector layer 4 on the subcollector layer 3. After the collector ohmic electrode 15 is formed of a material different from the emitter electrode and the base electrode, the device isolation mesa is etched.
상기 문제점을 해결하기 위해 본 발명은, 소자의 전기적 특성, 특히 최대공진주파수(fmax)에 중대한 영향을 미치는 베이스 저항, 베이스와 컬렉터간의 접합용량, 외부 베이스에서의 기생 저항, 소자 평탄화 문제 등을 획기적으로 개선함으로써, HBT의 고속 및 고주파 특성을 향상시키는 것을 목적으로 한다.In order to solve the above problems, the present invention provides a base resistor, a junction capacitance between the base and the collector, a parasitic resistance in the external base, device planarization problems, etc., which have a significant influence on the electrical characteristics of the device, in particular, the maximum resonance frequency (f max ). It is aimed at improving the high speed and high frequency characteristics of HBT by remarkably improving.
멀티미디어 통신서비스가 급속도로 발전하고, 고급 정보를 초고속으로 유통시키기 위한 필요성이 증대되면서 이를 처리할 수 있는 고급 정보 통신시스템도 급속히 발전하고 있으며 이에 따라 시스템에 실장되는 핵심 전자소자의 초고속화 및 초고주파는 필연적이다.As multimedia communication service develops rapidly and the necessity for distributing high-quality information at high speed increases, advanced information communication system that can handle this is also rapidly developing. Therefore, high-speed and ultra-high frequency of core electronic devices mounted in the system It is inevitable.
갈륨비소나 인듐인 등의 화합물반도체를 이용한 HBT 소자는 초고속과 초고주파 특성 뿐만 아니라 대전류 구동능력, 높은 파괴전압, 신호의 선형성, 균일한 동작전압 등의 장점을 갖고 있기 때문에 다양한 기능을 갖는 통신용 핵심 소자로서 활발하게 응용되고 있다.HBT devices using compound semiconductors such as gallium arsenide and indium phosphorus have various functions because they have advantages such as high speed and high frequency characteristics, high current driving capability, high breakdown voltage, signal linearity, and uniform operating voltage. It is actively applied as.
HBT 소자는 기본적으로 에미터, 베이스, 컬렉터 오믹접촉에서의 저항 특성과 이종접합 사이의 접촉 용량(capacitance)에 의해 그 성능이 크게 의존하며, 그중에서도 특히 베이스 저항 및 베이스와 컬렉터간의 용량에 의해 결정적으로 영향을 받기 때문에 HBT 고유의 고성능 특성을 구현하고 아울러 신뢰성있는 소자제작을 도모하기 위한 새로운 공정방법을 개발하는 것이 매우 중요하다.HBT devices are fundamentally dependent on the resistance characteristics of the emitter, base, and collector ohmic contacts and the contact capacitance between the heterojunctions, and in particular, it is decisively determined by the base resistance and the capacity between the base and the collector. Because of the impact, it is very important to develop a new process method to realize the high performance characteristics of HBT and to make reliable device fabrication.
따라서 본 발명에서는 화합물반도체로 이루어지는 HBT의 제작시에 소자분리 영역의 에피층 재성장에 의해 평탄화를 개선하며, 베이스의 재성장에 의해 외부 베이스 영역을 형성시키고 베이스 전극을 에미터에 자기정렬이 가능하도록 하여 기생저항의 생성을 최대한 억제하였으며, 넓은 베이스 전극 면적에 의해 베이스 저항을 감소시킬 수 있음에도 불구하고 베이스와 컬렉터간의 커패시턴스를 낮추는 것이 가능하여 공정 효율을 향상시키고, HBT 소자의 성능 향상을 도모하고자 하였다.Therefore, in the present invention, the planarization is improved by epilayer regrowth of the device isolation region at the time of fabrication of the HBT made of the compound semiconductor, the outer base region is formed by the regrowth of the base, and the base electrode can be self-aligned to the emitter. The parasitic resistance was suppressed as much as possible, and although the base resistance can be reduced by the large base electrode area, the capacitance between the base and the collector can be reduced to improve the process efficiency and improve the performance of the HBT device.
도 1a 내지 도 1c 는 종래 기술에 의한 이종접합 쌍극자 소자의 제조공정 단면도,1A to 1C are cross-sectional views of manufacturing processes of a heterojunction dipole device according to the prior art;
도 2a 내지 도 2n은 본 발명의 제조공정 단면도.Figure 2a to 2n is a cross-sectional view of the manufacturing process of the present invention.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for main parts of the drawings
1 : 화합물반도체 기판 2 : 완충층1: Compound Semiconductor Substrate 2: Buffer Layer
3 : 부컬렉터층 4 : 컬렉터층3: subcollector layer 4: collector layer
5 : 베이스층 6 : 에미터층5: base layer 6: emitter layer
7 : 에미터 캡층 8 : 에미터 전극7: emitter cap layer 8: emitter electrode
9 : 컬렉터 전극 10 : 실리콘 질화막 마스크층9 collector electrode 10 silicon nitride film mask layer
11 : 재성장 절연 에피층 12 : 재성장된 절연 베이스층11: Regrowth Insulation Epilayer 12: Regrown Insulation Base Layer
13 : 베이스 전극 14 : 실리콘 질화막 보호층13 base electrode 14 silicon nitride film protective layer
15 : 배선 금속 16 : 전기적 절연영역15: wiring metal 16: electrical insulation area
상기 목적을 달성하기 위해 본 발명은, 통상적인 HBT 구조의 에피기판 제작후, 순메사 식각한 형상 위에 에미터 전극을 형성하고, 다시 순메사 식각한 형상의 일측 부분에 컬렉터 전극을 형성하는 제 1 과정, 상기 메사식각으로 형성되는 소자분리 영역상에 메사식각을 위한 마스크로 사용한 산화질화막을 재활용하여 절연성 에피층을 재성장시키는 제 2 과정, 상기 에피기판의 베이스층의 일측면을 개방하여 외부 베이스 에피층을 재성장시키는 제 3 과정, 상기 외부 베이스 에피층 상면에 베이스 전극을 형성하고 이 전극을 이용하여 불필요한 외부 베이스 영역을 제거하는 제 4 과정, 상기 에피 재성장을 위해 사용하였던 산화질화막(SiN)을 제거한 후 에미터 전극, 컬렉터 전극, 베이스 전극의 형성이 끝난 웨이퍼 전면에 실리콘절연막을 도포하고 선택적으로 금속배선을 형성하는 제 5 과정을 포함하는 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, the present invention, after manufacturing the epi substrate of the conventional HBT structure, forming an emitter electrode on the pure mesa etched shape, and again forming a collector electrode on one side of the pure mesa etched shape A second process of regrowing an insulating epitaxial layer by recycling an oxynitride film used as a mask for mesa etching on the device isolation region formed by the mesa etching, and opening one side of the base layer of the epi substrate A third process of regrowing the layer, a fourth process of forming a base electrode on the upper surface of the outer base epitaxial layer and removing unnecessary external base regions using the electrode, and removing the oxynitride film (SiN) used for the epi regrowth After that, a silicon insulating film is applied to the entire surface of the wafer where the emitter electrode, the collector electrode, and the base electrode have been formed. It characterized in that it comprises a fifth step of forming a metal wiring.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 2a 내지 2n은 본 발명의 제조공정 단면도로서, 본 발명에 의해 고안된 소자, 보다 구체적으로는 이종접합 쌍극자 트랜지스터(HBT)의 제작과정을 나타내고 있다.2A to 2N are cross-sectional views of the manufacturing process of the present invention, and show the manufacturing process of the device devised by the present invention, more specifically, the heterojunction dipole transistor (HBT).
도 2a는 전기적으로 반절연성(semi-insulating)을 나타내는 갈륨비소(GaAs)나 인듐인(InP)과 같은 화합물반도체 기판(1) 위에 형성시킨 통상적인 HBT의 에피구조를 나타낸다.FIG. 2A shows an epitaxial structure of a conventional HBT formed on a compound semiconductor substrate 1 such as gallium arsenide (GaAs) or indium phosphorus (InP) that is electrically semi-insulating.
여기서 HBT 에피기판은 MBE(Molecular Beam Epitaxy)나 MOCVD(Metal-Organic Chemical Vapor Deposition) 등 다양한 성장방법을 통해 제작될 수 있으며, 본 발명에서는 일반적인 HBT 구조와 동일한 방법으로 우선 웨이퍼 기판(1) 상에 완충층(2)을 성장하고, 이후 부컬렉터층(3), 컬렉터층(4), 베이스층(5), 에미터층(6), 에미터캡층(7)의 순서에 따라 표면쪽으로 적층해 가면서 성장함으로써 본 발명에 이용된 HBT 에피구조를 완성하게 된다.Here, the HBT epi substrate may be manufactured through various growth methods such as MBE (Molecular Beam Epitaxy) or MOCVD (Metal-Organic Chemical Vapor Deposition), and in the present invention, on the wafer substrate 1, the same method as the general HBT structure is performed. After the buffer layer 2 is grown, it grows while stacking toward the surface in the order of the subcollector layer 3, the collector layer 4, the base layer 5, the emitter layer 6, and the emitter cap layer 7. This completes the HBT epistructure used in the present invention.
계속하여 도 2b와 같이 에미터 전극(8)을 형성하고, 이를 마스크로 하여 습식(wet chemical) 방법에 의한 메사식각(mesa etching)에 의해 에미터 캡층(7)과 에미터층(6)을 차례로 제거하여 베이스층(5)의 표면이 노출되도록 한다.Subsequently, the emitter electrode 8 is formed as shown in FIG. 2B, and the emitter cap layer 7 and the emitter layer 6 are sequentially formed by mesa etching by a wet chemical method. It is removed so that the surface of the base layer 5 is exposed.
이때 에미터 전극재료로는 이후 베이스층의 재성장시 높은 온도의 열처리를 견딜 수 있는 내열성 금속재료 예를 들어 텅스텐(W), 텅스텐실리콘(WSi), 질화텅스텐(WN) 등을 사용하여야 한다.In this case, as the emitter electrode material, a heat-resistant metal material that can withstand high temperature heat treatment upon regrowth of the base layer, for example, tungsten (W), tungsten silicon (WSi), and tungsten nitride (WN) should be used.
도 2c에서는 역시 습식 메사식각 방법에 의해 베이스층(5)과 컬렉터층(4)을 차례로 제거하여 부컬렉터층(3)의 표면이 노출되도록 진행한다.In FIG. 2C, the base layer 5 and the collector layer 4 are sequentially removed by the wet mesa etching method so that the surface of the subcollector layer 3 is exposed.
여기서 메사식각시 이후의 베이스 재성장에 유리하도록 순메사(positive mesa) 형태를 갖도록 하기 위해 인산(H3PO4)/과산화수소(H2O2)/순수(Deionized Water)로 구성된 화학용액을 사용한다.In this case, a chemical solution composed of phosphoric acid (H 3 PO 4 ) / hydrogen peroxide (H 2 O 2 ) / deionized water is used to have a positive mesa form in favor of the base regrowth after mesa etching. .
도 2d에서 부컬렉터층(3)상에 에미터 전극(8)과 동일하게 역시 내열성 전극재료로 구성된 컬렉터 전극(9)을 형성한다.In FIG. 2D, the collector electrode 9, which is also made of a heat resistant electrode material, is formed on the subcollector layer 3 in the same manner as the emitter electrode 8.
이어서 도 2e도와 같이 웨이터 전면에 실리콘질화막(SiN)(10)을 증착하고 이를 마스크층으로 하여 전기적인 소자간 분리를 할 때 순메사 형상을 갖도록 기판(1)의 일부까지 포함하여 부컬렉터층(3)과 완충층(2)을 완전히 식각해 제거한 형상을 도 2f에 나타내었다.Subsequently, as shown in FIG. 2E, a silicon nitride film (SiN) 10 is deposited on the front surface of the waiter, and the sub-collector layer includes a portion of the substrate 1 to have a net mesa shape when electrical devices are separated using the mask layer. 3) and a shape in which the buffer layer 2 was completely etched and removed are shown in FIG. 2F.
도 2g는 본 발명의 특징적인 공정단계의 일부를 나타내는데, 에미터 전극(8)부와 컬렉터 전극(9)부를 보호하고 있는 이미 소자분리 식각에 사용한 SiN층(10)을 재차 마스크로 하여 기판과 동일 재질의 절연성 에피층(11)을 본래의 부컬렉터층(3)의 높이까지 재성장하게 되면 상기 도 2g 처럼 이후 금속배선 공정의 신뢰성을 높일 수 있는 평탄화가 상당 부분 개선 가능하다.Fig. 2G shows a part of the characteristic process steps of the present invention, wherein the SiN layer 10, which is already used for the element isolation etching protecting the emitter electrode 8 and the collector electrode 9, is again used as a mask. When the insulating epitaxial layer 11 of the same material is regrown to the height of the original sub-collector layer 3, the planarization which can increase the reliability of the metallization process can be substantially improved as shown in FIG. 2G.
여기에서 평탄화 이외의 또 한가지 중요한 점은 이미 부컬렉터층의 측면은 절연성 재성장 에피층에 의해 가려져 있기 때문에 부컬렉터층이 노출되어 있을 때보다 외부 베이스층으로 인한 컬렉터층과의 접합용량이 상대적으로 감소될 수 있다는 것이다.Another important point besides planarization is that the side of the subcollector layer is already covered by the insulating regrowth epi layer so that the bonding capacity with the collector layer due to the outer base layer is relatively lower than when the subcollector layer is exposed. Can be.
그리고 감광막을 마스크층으로 하여 프레온 개스의 플라즈마 방전으로써 기존 증착된 SiN막(10)을 베이스층(5)과 컬렉터층(4)의 측면이 노출되도록 도 2h와 같이 식각한 후, 본래의 베이스층(5) 성장조건, 즉 불순물 도핑농도 및 두께 등과 동일하게 재성장하게 되면 도 2i에서와 보는 바와 같이 외부 베이스층(12)이 형성된다.After etching the SiN film 10 previously deposited by the plasma discharge of the freon gas using the photoresist film as a mask layer so that the side surfaces of the base layer 5 and the collector layer 4 are exposed as shown in FIG. 2H, the original base layer is etched. (5) Regrowth under the same growth conditions, i.e., impurity doping concentration and thickness, results in the formation of the outer base layer 12 as shown in FIG.
이러한 재성장 외부 베이스 구조는 측면 굴곡을 이용하기 때문에 기존 방식에 비해 작은 접촉용량으로도 넓은 베이스 전극의 접촉이 가능하도록 하여 궁극적으로 베이스 오믹저항을 낮출 수 있는 장점이 있다.Since the regrowth outer base structure uses lateral bending, the base base ohmic resistance is ultimately lowered by allowing a wide base electrode to be contacted even with a smaller contact capacitance than the conventional method.
계속하여 베이스 오믹전극(13)을 증착하고 리프트오프하게 되면 도 2j에서 보는 것처럼 이미 형성되어 있는 SiN 마스크 층(10)에 의해 에미터 영역으로부터 자기정렬이 이루어진다.Subsequently, when the base ohmic electrode 13 is deposited and lifted off, self-alignment is performed from the emitter region by the already formed SiN mask layer 10 as shown in FIG. 2J.
도 2k는 상기 베이스 오믹전극(13)을 마스크층으로 하여 불필요한 재성장 베이스 영역을 식각해서 제거한 상태를 나타낸다.2K illustrates a state in which unnecessary regrowth base regions are etched away using the base ohmic electrode 13 as a mask layer.
도 2l은 본 발명의 대표도로서 에미터 전극(8), 컬렉터 전극(9), 평탄화를 위한 재성장 절연층(11), 재성장 베이스(12), 베이스 전극(13)을 순차적으로 형성한 후 베이스 재성장을 위한 마스크로서 사용한 SiN막(10)을 제거하여 소자간 전기적 분리까지 포함된 개별 HBT 소자의 제작이 완성된 상태이다.FIG. 2L is a representative view of the present invention, after sequentially forming the emitter electrode 8, the collector electrode 9, the regrowth insulating layer 11 for planarization, the regrowth base 12, and the base electrode 13 The fabrication of individual HBT devices including the electrical separation between devices by removing the SiN film 10 used as a mask for regrowth is completed.
계속하여 통상적인 방법에 따라 도 2m과 같이 웨이퍼 전면에 SiN 보호막(14)을 증착한 후 에미터 전극(8), 컬렉터 전극(9) 및 베이스 전극(13)의 금속과 배선 금속(15)간의 전기적 연결을 위한 접촉 창을 건식 식각에 의해 정의하고, 배선 금속(15)을 리프트오프 방법으로 형성하게 되면 도 2n에서 처럼 본 발명에 의한 초고속 화합물반도체 소자인 HBT의 제작이 완료된다.Subsequently, after the SiN protective film 14 is deposited on the entire surface of the wafer as shown in FIG. 2M according to a conventional method, the metal between the emitter electrode 8, the collector electrode 9, and the base electrode 13 and the wiring metal 15 are separated. If the contact window for the electrical connection is defined by dry etching, and the wiring metal 15 is formed by the lift-off method, the fabrication of the HBT, the ultrafast compound semiconductor device according to the present invention, is completed as shown in FIG. 2N.
이와 같은 공정들에 의해 완성된 화합물반도체 HBT는 디지털 및 아날로그 응용회로는 휴대폰을 비롯한 이동통신 분야 뿐만 아니라 초고속 광대역 광통신시스템, LMDS(Local Multipoint Distribution Service)와 같은 위성통신시스템 등 다양한 정보통신 분야에 활발히 응용되고 있다.The compound semiconductor HBT completed by these processes is active in various information and communication fields such as high speed broadband optical communication system, satellite communication system such as LMDS (Local Multipoint Distribution Service), as well as mobile communication fields such as mobile phones and digital and analog application circuits. It is applied.
또한 통신 부품 소자의 고속 및 고주파 특성이 신뢰성 있는 통신 부품을 제작할 수가 있는 것이다.In addition, it is possible to manufacture a communication component with high speed and high frequency characteristics of the communication component element.
본 발명에 의한 기술을 활용할 경우 HBT의 최대공진주파수에 결정적인 영향을 미치는 에미터와 베이스간 접합용량, 베이스 오믹저항, 외부 베이스 기생저항 등을 개선함으로써 초고속 특성을 구현하는데 기술적인 기여를 할 수 있고, 아울러 기존의 제작방법에 비해 부가적으로 평탄화를 도모하여 효율적이며 신뢰성이 큰 제작공정이 가능한 효과를 갖는다.When utilizing the technology according to the present invention can make a technical contribution to the realization of ultra-high speed characteristics by improving the bonding capacity between the emitter and the base, the base ohmic resistance, the external base parasitic resistance, etc. In addition, compared to the existing manufacturing method, the planarization is additionally achieved, and thus, an efficient and reliable manufacturing process is possible.
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR20040041934A (en) * | 2002-11-12 | 2004-05-20 | 한국과학기술원 | Base pad layout for reducing parasitic base-collector capacitance and fabricating mehod of HBT |
-
1998
- 1998-08-05 KR KR1019980031930A patent/KR20000013207A/en not_active Application Discontinuation
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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KR20040041934A (en) * | 2002-11-12 | 2004-05-20 | 한국과학기술원 | Base pad layout for reducing parasitic base-collector capacitance and fabricating mehod of HBT |
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