KR20020009125A - 이종접합 바이폴라 트랜지스터의 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 이종접합 바이폴라 트랜지스터의 제조방법에 관한 것이다.
종래의 이종접합 바이폴라 트랜지스터(HBT)의 제조방법에서는 레지(Ledge)를 형성하기 위하여 고가의 스텝퍼를 사용하여 패터닝(patterning)을 하고 건식 식각한후 약간의 습식 식각을 하여야 하므로 제조 공정이 복잡하여 경제성과 생산성이 저하되고, 안정화 저항을 형성하기 위하여 별도로 NiCr 박막을 형성하는 공정을 거쳐야 하므로 제조 공정이 복잡하여 생산성이 저하되는 문제점이 있다.
본 발명은 고가의 스텝퍼와 건식 식각을 사용하지 않고 저가의 접촉 정열기와 선택적 습식 식각을 이용하여 레지를 형성하고, NiCr 박막을 만드는 공정을 거치지 않고서도 안정화 저항을 형성하므로 제조 공정을 간단화할 수 있어 이종접합 바이폴라 트랜지스터(HBT)의 제조시에 생산성과 경제성을 향상시키게 된다.
Description
본 발명은 이종접합 바이폴라 트랜지스터에 관한 것으로, 특히 이종접합 바이폴라 트랜지스터를 제조하는 경우에 간단한 공정으로 레지(Ledge)를 형성하고, NiCr 박막을 만드는 공정을 거치지 않고서도 안정화 저항을 형성함으로써 제조 공정을 간단화하여 생산성과 경제성을 향상시키도록 하는 이종접합 바이폴라 트랜지스터의 제조방법에 관한 것이다.
최근 무선 통신망 시장의 폭발적인 증가로 인하여 마이크로파 대역의 무선통신이 중요해 지면서 초고주파 소자의 개발과 소자의 소형화, 고성능화가 매우 중요하게 되었다.
특히, 무선 통신 시스템의 송신단에 사용되는 전력소자로는 Si-BiCMOS, SiGe HBT, GaAs FET, AlGaAs/GaAs HBT(Hetero Junction Bipolar Transistor; 이종접합 바이폴라 트랜지스터) 등이 경쟁하고 있으며, 현재 무선 통신 단말기의 경우 AlGaAs/GaAs HBT가 거의 모든 시장을 장악하고 있다. 이는 HBT 소자가 가지고 있는 장점인 단일 전원의 사용이 가능하다는 것, 그리고 선형성이 우수하다는 것 때문이다. 반면 HBT는 열 특성이 좋지 않다는 단점이 있는데, 이와 같은 단점은 안정화 저항을 넣음으로써 해결을 하고 있다.
종래의 전력용 HBT 소자의 제조 공정을 도1a 내지 도1g에 의거하여 설명하면 다음과 같다. 먼저, 도1a에 도시된 바와같이 InGaAs/GaAs 층(1), AlGaAs 층(2),GaAs 층(3)으로 이루어진 기판을 준비하는데, AlGaAs 층(2)과 GaAs 층(3)에 의하여 AlGaAs/GaAs HBT의 적층구조를 이루고 있다. 그리고, 도1b에 도시된 바와같이 해당 기판의 InGaAs/GaAs 층(1) 위에 에미터 금속(4)을 증착하고, 에미터 금속(4)을 마스킹 물질로 이용하여 도1c에 도시된 바와 같이 InGaAs/GaAs 층(1)을 습식 식각한다. 그후, 레지(Ledge)를 형성하기 위하여 포토 레지스트(photoresist; 5)를 이용하여 패터닝(patterning)을 하되, 도1d에 도시된 바와 같이 스텝퍼를 이용하여 에미터 금속(4)의 하단을 기준으로 0.2 ㎛ 정도를 패터닝 한다. 또한, 해당 포토 레지스트(5)를 이용하여 패터닝한 기판을 건식 식각하여 도1e와 같이 AlGaAs 층(2)을 식각한후 약간의 습식 식각을 하고, 해당 식각된 부분에 도1f에 도시된 바와 같이 베이스 금속(6)을 증착시킨후 포토 레지스트(5)를 리프트 오프(lift off)하여 도1g에 도시된 바와같이 베이스(6)를 형성한다. 그후에, 콜렉터 금속을 증착하는 공정과 소자 조립 공정을 거쳐 도2에 도시된 바와같이 완성된 소자를 만든다. 한편, HBT에서는 열 특성을 양호하게 하기 위해서 안정화 저항을 가져야 하는데, 도3에 도시된 바와같이 NiCr 박막을 이용하여 에미터나 베이스에 안정화 저항을 형성한다. 제조된 HBT 소자는 회로적으로 도4에 도시된 바와같은 등가회로를 갖는다.
이상과 같은 종래의 전력용 HBT 소자 제작에 있어서 가장 중요한 공정은 에미터의 레지(Ledge)를 만드는 것과 열 특성을 보상하기 위한 안정화 저항을 형성하는 것이다. 레지는 HBT 소자의 특성과 신뢰성을 결정하는 가장 중요한 부분으로서, 에미터에서 주입되는 전자와 노출된 반도체 경계면을 어느 거리 이상 띄워주는 역할을 하는데, 이 거리가 너무 가까우면 노출된 반도체 표면에 전자가 트랩되어 표면을 파괴시키면서 급격히 소자 특성을 저하시킨다. 보통 이 거리는 0.1㎛ 이상을 요구하며, 이 거리를 너무 크게하면 베이스 저항이 커지기 때문에 종래의 AlGaAs/GaAs HBT 공정에서는 도1d와 같이 스텝퍼를 사용하여 0.2㎛ 정도를 패터닝하고 도1e와 같이 건식 식각을 하여 레지를 형성하고 있다. 그러나, 건식 식각에서는 수백 Å 두께의 식각을 조절하기가 쉽지 않고 식각후에 반도체 표면이 받은 손상 때문에 이 부분을 다시 습식 식각을 해주어야 한다. 그리고, 안정화 저항은 HBT 소자의 열 특성을 보상하는 역할을 하는데, 도3과 같이 NiCr 박막을 이용하여 에미터나 베이스에 안정화 저항을 형성하고 있다.
이상과 같은 종래의 HBT 소자 제조방법에서는 레지를 형성하기 위하여 고가의 스텝퍼를 사용하여 패터닝을 하고 건식 식각한후 약간의 습식 식각을 하여야 하므로 제조 공정이 복잡하여 경제성과 생산성이 저하되고, 안정화 저항을 형성하기 위하여 별도로 NiCr 박막을 형성하는 공정을 거쳐야 하므로 제조 공정이 복잡하여 생산성이 저하되는 문제점이 있다.
본 발명은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 고가의 스텝퍼와 건식 식각을 사용하지 않고 저가의 접촉 정열기와 선택적 습식 식각을 이용하여 레지를 형성하고, NiCr 박막을 만드는 공정을 거치지 않고서도 안정화 저항을 형성함으로써 제조 공정을 간단화하여 생산성과 경제성을 향상시키도록 하는 이종접합 바이폴라 트랜지스터(HBT)의 제조방법을 제공하는데 목적이 있다.
도1a 내지 도1g는 종래의 이종접합 바이폴라 트랜지스터(HBT)의 제조 과정을 나타낸 단면도.
도2는 완성된 이종접합 바이폴라 트랜지스터(HBT)의 단면도.
도3은 종래 이종접합 바이폴라 트랜지스터(HBT)에서의 안정화 저항 형성 방법을 나타낸 단면도.
도4는 이종접합 바이폴라 트랜지스터(HBT)의 등가 회로도.
도5a 내지 도5i는 본 발명에 따른 이종접합 바이폴라 트랜지스터(HBT)의 제조 과정을 나타낸 단면도.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
51 : InGaAs/GaAs 층 52 : InGaP 층
53 : GaAs 층 54 : 에미터 금속
55 : 박막 56 : 포토 레지스트
57 : 베이스 금속 BO : 베이스 오프닝
이상과 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징은, 최상층이 InGaAs/GaAs 층, 중간층이 InGaP 층, 최하위층이 GaAs 층으로 이루어진 반도체 기판 위에 에미터 금속을 증착하는 제1 공정과; 상기 에미터 금속을 마스킹 물질로 사용하여 상기 InGaAs/GaAs 층을 선택적으로 습식 식각하는 제2 공정과; 상기 InGaP 층과 에미터 금속의 표면에 Si3N4,SiO2, TiW 등으로 이루어진 박막을 증착하는 제3 공정과; 상기 박막위에 접촉정열기를 이용하여 포토 레지스트를 패터닝하여 베이스 오프닝을 형성하는 제4 공정과; 상기 베이스 오프닝에 위치한 박막을 습식, 건식에 의하여 오프닝 하는 제5 공정과; 상기 InGaP 층을 습식 식각하는 제6 공정과; 베이스 금속을 증착하고 상기 포토 레지스트를 리프트 오프하여 베이스 접촉을 형성하는 제7 공정을 포함하는데 있다.
본 발명의 다른 특징은, 상기 에미터 금속의 하단과 상기 베이스 오프닝 사이의 거리에 의하여 안정화 저항을 조절하는데 있다.
본 발명의 또 다른 특징은, 상기 에미터 금속의 하단과 상기 베이스 오프닝 사이의 거리는 적어도 2㎛ 인 것에 있다.
본 발명의 다른 특징은, 상기 제6 공정에서 상기 박막을 마스킹 물질로 사용하여 상기 InGaP 층을 선택적으로 습식 식각하여 레지를 형성하는데 있다.
본 발명의 또 다른 특징은, 상기 InGaP 층을 이종접합에 적합한 다른 물질로대체하는데 있다.
이하 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다.
본 발명에 따른 HBT 소자의 제조 공정을 도5a 내지 도5i를 참조하여 설명하기로 한다.
먼저, 도5a에 도시된 바와같이 InGaAs/GaAs 층(51), InGaP 층(52), GaAs 층(53)으로 이루어진 기판을 준비하는데, InGaP 층(52)과 GaAs 층(3)에 의하여 InGaP/GaAs HBT의 적층구조를 이루고 있다. 그리고, 도5b에 도시된 바와같이 해당 기판의 InGaAs/GaAs 층(51) 위에 에미터 금속(54)을 증착하고, 에미터 금속(54)을 마스킹 물질로 이용하여 도5c에 도시된 바와 같이 InGaAs/GaAs 층(51)을 습식 식각한다. 그후, 도5d에 도시된 바와 같이 에미터 금속(54)이 형성된 전체 기판상에 Si3N4, SiO2, TiW 등으로 이루어진박막(55)을 증착하고, 레지(Ledge)를 형성하기 위하여 포토 레지스트(56)를 이용하여 패터닝을 하되 도5e에 도시된 바와 같이 접촉 정열기를 이용하여 에미터 금속(54)의 하단을 기준으로 2 ㎛ 정도를 패터닝 함으로써 베이스 오프닝(BO)을 형성한후, 도5f에 도시된 바와 같이 해당 베이스 오프닝(BO)에 위치한 박막(55)을 습식, 건식에 의하여 오프닝 한다. 이와같이 베이스 오프닝(BO)을 형성하고 해당 베이스 오프닝(BO)에 위치한 박막(55)을 오프닝한 상태에서, 해당 기판을 습식 식각하여 도5g와 같이 베이스 오프닝(BO)에 위치하고 있는 InGaP 층(52)을 식각하고, 도5h에 도시된 바와 같이 베이스 금속(57)을 증착시킨후 포토 레지스트(56)를 리프트 오프(lift off)하여 도5i에 도시된 바와같이베이스(57)를 형성한다. 이때, 에미터 금속(54)의 하단을 기준으로 2 ㎛ 정도의 거리 만큼 형성된 레지에는 안정화 저항이 형성되므로 별도로 안정화 저항을 형성하기 위한 공정을 거치지 않아도 된다. 이상과 같은 공정을 거친 소자는 콜렉터 금속을 증착하는 공정과 소자 조립 공정을 거쳐 도2에 도시된 바와같이 완성된 소자로 만들어 진다. 한편, 제조된 HBT 소자는 회로적으로 도4에 도시된 바와같은 등가회로를 갖는다.
이상과 같은 본 발명에 따른 HBT의 제조 방법에서는 InGaP 층(52)과 GaAs 층(53)으로 이루어 지는 InGaP/GaAs 물질 시스템을 사용함에 기인하여 InGaP 물질의 선택적 습식 식각이 가능하므로 레지를 형성하는 경우에 종래의 건식 식각을 사용하지 않아도 되어 제조 공정이 매우 간단해 진다. 또한, InGaP 물질 자체가 종래에 사용하던 AlGaAs 물질에 비하여 온도 특성과 신뢰성 면에서 월등히 양호하다.
또한, 본 발명에서는 레지를 길게 형성하여 베이스층을 안정화 저항으로 사용하므로 일반 접촉정열기로도 레지 형성이 가능하므로 종래와 같이 고가의 스텝퍼를 사용하지 않아도 되어 경제성을 향상시킨다.
한편, 상기의 설명에서는 InGaAs/GaAs 층(51), InGaP 층(52), GaAs 층(53)으로 이루어진 기판을 사용하는 것으로 설명하였으나, 이에 한정되는 것은 아니고 InGaP 층(52) 대신에 이종접합을 할 수 있는 다른 물질을 사용하여도 된다.
이상에서 본 발명에 대한 기술사상을 첨부 도면과 함께 설명하였지만 이는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시적으로 설명한 것으로 본 발명을 한정하는 것은 아니다. 그리고, 이 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 누구나본 발명의 기술사상의 범주를 이탈하지 않는 범위내에서 다양한 변형 및 모방이 가능할 것이다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명은 고가의 스텝퍼와 건식 식각을 사용하지 않고 저가의 접촉 정열기와 선택적 습식 식각을 이용하여 레지를 형성하고, NiCr 박막을 만드는 공정을 거치지 않고서도 안정화 저항을 형성하므로 제조 공정을 간단화할 수 있어 이종접합 바이폴라 트랜지스터(HBT)의 제조시에 생산성과 경제성을 향상시키게 된다.
Claims (5)
- 최상층이 InGaAs/GaAs 층, 중간층이 InGaP 층, 최하위층이 GaAs 층으로 이루어진 반도체 기판 위에 에미터 금속을 증착하는 제1 공정과;상기 에미터 금속을 마스킹 물질로 사용하여 상기 InGaAs/GaAs 층을 선택적으로 습식 식각하는 제2 공정과;상기 InGaP 층과 에미터 금속의 표면에 Si3N4, SiO2, TiW 등으로 이루어진 박막을 증착하는 제3 공정과;상기 박막위에 접촉정열기를 이용하여 포토 레지스트를 패터닝하여 베이스 오프닝을 형성하는 제4 공정과;상기 베이스 오프닝에 위치한 박막을 습식, 건식에 의하여 오프닝 하는 제5 공정과;상기 InGaP 층을 습식 식각하는 제6 공정과;베이스 금속을 증착하고 상기 포토 레지스트를 리프트 오프하여 베이스 접촉을 형성하는 제7 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 이종접합 바이폴라 트랜지스터의 제조방법.
- 제1항에 있어서, 상기 에미터 금속의 하단과 상기 베이스 오프닝 사이의 거리에 의하여 안정화 저항을 조절하는 것을 특징으로 하는 이종접합 바이폴라 트랜지스터의 제조방법.
- 제2항에 있어서, 상기 거리는 적어도 2㎛ 인 것을 특징으로 하는 이종접합 바이폴라 트랜지스터의 제조방법.
- 제1항에 있어서, 상기 제6 공정에서 상기 박막을 마스킹 물질로 사용하여 상기 InGaP 층을 선택적으로 습식 식각하여 레지를 형성하는 것을 특징으로 하는 이종접합 바이폴라 트랜지스터의 제조방법.
- 제1항에 있어서, 상기 InGaP 층을 이종접합에 적합한 다른 물질로 대체하는 것을 특징으로 하는 이종접합 바이폴라 트랜지스터의 제조방법.
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