KR20070044712A - Schottky barrier field effect transistor and manufacturing method at the same of - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 기판과, 상기 기판상에 쇼트키 장벽으로 형성되는 소스 및 드레인과, 상기 소스 및 드레인을 감싸며 상기 기판상에 형성되는 게이트 유전체층과, 상기 게이트 유전체층 상에 형성되는 게이트를 포함하는 것을 특징으로 하는 쇼트키 장벽 전계효과 트랜지스터 및 그 제조방법을 제안한다.The invention includes a substrate, a source and a drain formed by a Schottky barrier on the substrate, a gate dielectric layer surrounding the source and drain and formed on the substrate, and a gate formed on the gate dielectric layer. A schottky barrier field effect transistor and a manufacturing method thereof are proposed.

질화물 반도체, 쇼트키 장벽, MOSFET Nitride Semiconductors, Schottky Barriers, MOSFETs

Description

쇼트키 장벽 전계효과 트랜지스터 및 그 제조방법{Schottky Barrier Field Effect Transistor and manufacturing method at the same of}Schottky Barrier Field Effect Transistor and manufacturing method at the same of

도 1a 내지 도 1c는 각각, 본 발명의 일실시예에 따른 쇼트키 장벽 FET(Schottky Barrier Field Effect Transistor)의 구성을 나타낸 단면도, 제조공정 흐름도, 동작 모드를 나타낸 도면이다.1A to 1C are cross-sectional views, manufacturing process flow diagrams, and operation modes illustrating the configuration of a Schottky Barrier Field Effect Transistor (FET) according to an embodiment of the present invention, respectively.

도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 쇼트키 장벽 FET의 기판으로 이용되는 GaN 반도체의 단면도이다.2 is a cross-sectional view of a GaN semiconductor used as a substrate of a Schottky barrier FET according to an embodiment of the present invention.

도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 쇼트키 장벽 FET의 출력특성(output characteristics)을 나타낸 그래프이다.3 is a graph illustrating output characteristics of a Schottky barrier FET according to an embodiment of the present invention.

도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 쇼트키 장벽 FET의 전달특성(transconductance characteristics)을 나타낸 그래프이다.4 is a graph showing transconductance characteristics of a Schottky barrier FET according to an embodiment of the present invention.

도 5는 본 발명의 전산모사를 통한 일실시예로 쇼트키 장벽 FET에서 다양한 게이트 유전체 및 게이트 길이에 대한 게이트 전압(VGs)-드레인 전류(IDS)의 관계를 나타낸 그래프이다.FIG. 5 is a graph showing the relationship between gate voltage (V Gs ) and drain current (I DS ) for various gate dielectrics and gate lengths in a Schottky barrier FET according to an embodiment through computer simulation of the present invention.

도 6은 본 발명의 전산모사를 통한 일실시예로 쇼트키 장벽 FET에서 게이트 전극의 일함수와 문턱전압과의 관계를 나타낸 그래프이다.FIG. 6 is a graph illustrating a relationship between a work function of a gate electrode and a threshold voltage in a Schottky barrier FET according to an embodiment of the present invention.

도 7은 본 발명의 전산모사를 통한 일실시예로 쇼트키 장벽 FET에서 소스/드레인 금속의 일함수에 따른 최대 드레인 전류의 변화를 나타낸 그래프이다.FIG. 7 is a graph illustrating a change in maximum drain current according to a work function of a source / drain metal in a Schottky barrier FET according to an embodiment through computer simulation of the present invention.

본 발명은 전계효과 트랜지스터 및 그 제조방법에 관한 것으로, 기판 위에 형성된 소스/드레인을 쇼트키 장벽으로 하여 도핑을 하지 않아도 되고, 대기상태에서는 전력소모가 거의 없는 정상 오프(Normally off)형 쇼트키 장벽 전계효과 트랜지스터 및 그 제조방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a field effect transistor and a method of manufacturing the same, and does not require doping using a source / drain formed on a substrate as a schottky barrier, and normally off-type Schottky barrier with little power consumption in the standby state. A field effect transistor and a method of manufacturing the same.

최근 GaN 계열 반도체는 LED(Lighting Emitter Diodes), LD(Laser-Diodes), UV 광검출기(photodetector)와 같은 광소자 및 수광소자 뿐만아니라, HFET(Hetero-structure Field Effect Transistor)와 같은 고출력 고주파 전자소자 등에도 활발한 연구와 함께 시제품으로도 활용되고 있다.Recently, GaN-based semiconductors are not only optical and light-receiving devices such as LEDs (Lighting Emitter Diodes), laser-diodes (LDs), and UV photodetectors, but also high-power high-frequency electronic devices such as hetero-structure field effect transistors (HFETs). It is also used as a prototype as well as an active research on the back.

이는 GaN 계열 반도체가 기존의 화합물 반도체로 널리 알려진 GaAs 보다 에너지 갭이 크고 포화 전자속도가 높아, 소자의 동작속도나 열적인 안정성에서 우수한 특성을 가지며, 화학적 안정성도 뛰어난 장점을 가지고 있기 때문이다.This is because GaN-based semiconductors have a larger energy gap and higher saturation electron velocity than GaAs, which is widely known as a compound semiconductor, and have excellent characteristics in device operation speed and thermal stability, and also have excellent chemical stability.

또한, AlGaN/GaN의 이종접합의 계면에서 밴드 불연속성이 크고, 압전효과를 나타내는 물성에 의하여 기존의 헤테로 접합보다 2차원 전자농도를 10배 정도 높게 하는 것이 가능하며, 소자의 동작 속도를 더욱 증가시킬 수 있어서, 고주파 및 고출력용 전자소자로의 응용으로도 기대되고 있다.In addition, the band discontinuity is large at the interface of the AlGaN / GaN heterojunction and the piezoelectric properties can increase the two-dimensional electron concentration by about 10 times higher than the heterojunction, and further increase the operation speed of the device. As a result, it is expected to be applied to high frequency and high output electronic devices.

그러나, HFET의 경우 주로 게이트 하에서 패시베이션 되지않은(unpassivated) AlGaN 표면으로 인해, 상대적으로 큰 게이트 누설 전류와 전류 붕괴 현상(current collapse)의 위험성이 존재하는 문제점이 있다.However, in the case of HFETs, there is a problem that a relatively large gate leakage current and a risk of current collapse exist due to the AlGaN surface that is not passivated under the gate.

반면에, MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)는 보다 낮아진 게이트 누설 전류를 가지고 정상 오프 모드(normally-off mode) 트랜지스터 동작을 제공하기 때문에, 구동 회로를 단순화 할 수 있고 전력 소비를 낮추어, 로직, 전력 소자, 및 집적회로에 응용시 더 바람직하다.On the other hand, MOSFETs (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistors) provide a normally-off mode transistor operation with lower gate leakage current, which simplifies the driving circuit and lowers power consumption. It is more desirable for applications in power devices and integrated circuits.

한편, GaN 계열 반도체에서 일반적으로 알려진 Mg를 이용한 p형 도핑의 경우에는 낮은 정공 밀도(hole density) 및 전형적으로 10㎠/Vs 이하의 낮은 정공 이동도(hole mobility)를 나타내기 때문에, 양질의 p형(p-type) 박막 성장에는 어려움이 있었다.On the other hand, p-type doping using Mg, which is generally known in GaN-based semiconductors, exhibits a low hole density and a low hole mobility of typically 10 cm 2 / Vs or less. There was difficulty in growing p-type thin films.

또한, 소스(Source)와 드레인(Drain)을 형성하기 위해 p형 GaN 층으로 n-형 도핑을 얻는 것도 어려웠다.In addition, it was difficult to obtain n-type doping with a p-type GaN layer to form a source and a drain.

이에, GaN 계열 반도체는 그 우수한 특성에도 불구하고, MOSFET 구현을 위한 바람직한 반도체로 간주되지 않았다.Thus, despite its superior characteristics, GaN-based semiconductors are not considered to be desirable semiconductors for MOSFET implementation.

최근 GaN 계열 반도체를 이용한 MOSFET 구현의 시도가 활발히 이루어지고 있는데, 개략적으로 살펴보면, 다음과 같다.Attempts have been made to implement MOSFETs using GaN-based semiconductors.

다양한 게이트 유전체를 사용하는 공핍형(depletion type) GaN MOSFET 는 정상 온(normally-on) 상태로 전력 소비가 많은 단점이 있다.Depletion type GaN MOSFETs using various gate dielectrics have a drawback in that they consume power in a normally-on state.

또한, Irokawa 등은 Mg 도핑된 p형 GaN 박막 상에 소스/드레인 영역을 위해 Si+ 이온 주입을 이용하는 증가형 n-채널(enhancement type n-channel) GaN MOSFET를 발표하였다. 그러나, 이경우 단지 선형 모드 동작(linear mode operation)만을 보여주는 단점이 있다.In addition, Irokawa et al. Published an enhancement type n-channel GaN MOSFET using Si + ion implantation for source / drain regions on Mg doped p-type GaN thin films. However, there is a disadvantage in this case showing only linear mode operation.

또한, Matocha 등도 정상 오프 모드 GaN MOSFET를 발표하였는데, 이경우 2×10-7A의 높은 누설 전류와 2.7V의 높은 문턱전압(threshold vo1tage)을 가진다는 점에서 단점이 있다.Matocha et al. Also announced a normal off-mode GaN MOSFET, which has the disadvantage of having a high leakage current of 2 × 10 −7 A and a high threshold vo1tage of 2.7V.

본 발명은 전술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 기판 위에 형성된 소스/드레인을 쇼트키 장벽으로 하여 도핑을 필요로 하지 않으며, 대기상태에서는 전력소모가 거의 없는 쇼트키 장벽 전계효과 트랜지스터 및 그 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and does not require doping using a source / drain formed on a substrate as a Schottky barrier, and has a Schottky barrier field effect transistor having little power consumption in the standby state. It aims at providing the manufacturing method.

또한, 실리콘 기판상에 성장된 실리콘 자동 도핑된 p형 GaN 층을 이용하여,이온 주입과 1500℃ 이상에서의 활성화 공정이 필요없이 MOSFET를 형성하며, CMOS 기술에서 나타나고 있는 DIBL 문제를 완화시킬 수 있는 쇼트키 장벽 전계효과 트랜지스터 및 그 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.In addition, using a silicon auto-doped p-type GaN layer grown on a silicon substrate, MOSFETs can be formed without the need for ion implantation and activation at temperatures above 1500 ° C, which can alleviate the DIBL problem present in CMOS technology. An object of the present invention is to provide a Schottky barrier field effect transistor and a method of manufacturing the same.

상기의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일측면에 따르면,In order to achieve the above object, according to one aspect of the invention,

기판과, 상기 기판상에 쇼트키 장벽으로 형성되는 소스 및 드레인과, 상기 소스 및 드레인을 감싸며 상기 기판상에 형성되는 게이트 유전체층과, 상기 게이트 유전체층 상에 형성되는 게이트를 포함하는 쇼트키 장벽 전계효과 트랜지스터를 제공한다.A Schottky barrier field effect comprising a substrate, a source and a drain formed on the substrate as a Schottky barrier, a gate dielectric layer surrounding the source and drain and formed on the substrate, and a gate formed on the gate dielectric layer Provide a transistor.

또한, 상기 기판은 GaN, InN, AlN, SiC, InGaN, AlGaN 반도체 중의 어느 하나에서 선택되는 것을 특징으로 한다.The substrate may be selected from any one of GaN, InN, AlN, SiC, InGaN, and AlGaN semiconductors.

또한, 상기 GaN 반도체 기판은, Si 기판과, 상기 Si 기판에 형성되는 버퍼층과, 상기 버퍼층에 형성되는 인위적으로 도핑하지 않은 GaN층을 포함하는 것을 특징으로 하는 한다.The GaN semiconductor substrate may include a Si substrate, a buffer layer formed on the Si substrate, and an artificially undoped GaN layer formed on the buffer layer.

또한, 상기 버퍼층은 AlN, GaN, AlGaN, 또는 이들의 조합중의 어느 하나인 것을 특징으로 한다.In addition, the buffer layer is characterized in that any one of AlN, GaN, AlGaN, or a combination thereof.

또한, 상기 소스 및 드레인은, Ni, Ti, TiN, Pt, Au, RuO2, V, W, WN, Hf, HfN, Mo, NiSi, CoSi2, WSi, PtSi, Ir, Zr, Ta, TaN, Cu, Ru, Co 또는 그 조합 중의 어느 하나에서 선택되는 것을 특징으로 한다.In addition, the source and drain are Ni, Ti, TiN, Pt, Au, RuO 2 , V, W, WN, Hf, HfN, Mo, NiSi, CoSi 2 , WSi, PtSi, Ir, Zr, Ta, TaN, Cu, Ru, Co or a combination thereof.

또한, 상기 게이트 유전체층은, Sc2O3, AlN, Ga2O3, SiO2, Si3N4, Al2O3, Gd2O3, AlxGa2(1-x)O3, MgO 또는 그 조합 중의 어느 하나에서 선택되는 것을 특징으로 한다.In addition, the gate dielectric layer may include Sc 2 O 3 , AlN, Ga 2 O 3 , SiO 2 , Si 3 N 4 , Al 2 O 3 , Gd 2 O 3 , Al x Ga 2 (1-x) O 3 , MgO Or a combination thereof.

또한, 상기 게이트는 Au를 사용하는 것을 특징으로 한다.In addition, the gate is characterized in that using Au.

또한, 상기 게이트는 폴리실리콘을 사용하는 것을 특징으로 한다.In addition, the gate is characterized in that using polysilicon.

또한, 상기 쇼트키 장벽은, 상기 기판이 p형 반도체인 경우에는 상기 소스 및 드레인 보다 일함수가 큰 상기 p형 반도체 기판을 상기 소스 및 드레인에 접촉하고, 상기 기판이 n형 반도체인 경우에는 상기 소스 및 드레인 보다 일함수가 작 은 상기 n형 반도체 기판을 상기 소스 및 드레인에 접촉하여, 형성하는 것을 특징으로 한다.The schottky barrier may contact the p-type semiconductor substrate having a work function greater than the source and drain when the substrate is a p-type semiconductor, and the source and drain when the substrate is an n-type semiconductor. The n-type semiconductor substrate having a smaller work function than a source and a drain is formed in contact with the source and the drain.

본 발명의 다른 측면에 따르면,According to another aspect of the invention,

기판 상에 소오스/드레인을 쇼트키 장벽으로 형성하는 S/D 공정 단계와, 상기 소오스/드레인을 감싸며 상기 기판상에 게이트 유전체층을 형성하는 단계와, 상기 게이트 유전체층 상에 게이트를 형성하는 게이트 공정 단계를 포함하는 쇼트키 장벽 전계효과 트랜지스터의 제조방법을 제공한다.An S / D process step of forming a source / drain as a Schottky barrier on a substrate, forming a gate dielectric layer on the substrate surrounding the source / drain, and a gate process step of forming a gate on the gate dielectric layer It provides a method of manufacturing a Schottky barrier field effect transistor comprising a.

또한, 상기 기판은 GaN, InN, AlN, SiC, InGaN, AlGaN 반도체 중의 어느 하나에서 선택되는 것을 특징으로 한다.The substrate may be selected from any one of GaN, InN, AlN, SiC, InGaN, and AlGaN semiconductors.

또한, 상기 소스 및 드레인은, Ni, Ti, TiN, Pt, Au, RuO2, V, W, WN, Hf, HfN, Mo, NiSi, CoSi2, WSi, PtSi, Ir, Zr, Ta, TaN, Cu, Ru, Co 또는 그 조합 중의 어느 하나에서 선택되는 것을 특징으로 한다.In addition, the source and drain are Ni, Ti, TiN, Pt, Au, RuO 2 , V, W, WN, Hf, HfN, Mo, NiSi, CoSi 2 , WSi, PtSi, Ir, Zr, Ta, TaN, Cu, Ru, Co or a combination thereof.

또한, 상기 게이트 유전체층은, Sc2O3, AlN, Ga2O3, SiO2, Si3N4, Al2O3, Gd2O3, AlxGa2(1-x)O3, MgO 또는 그 조합 중의 어느 하나에서 선택되는 것을 특징으로 한다.In addition, the gate dielectric layer may include Sc 2 O 3 , AlN, Ga 2 O 3 , SiO 2 , Si 3 N 4 , Al 2 O 3 , Gd 2 O 3 , Al x Ga 2 (1-x) O 3 , MgO Or a combination thereof.

또한, 상기 게이트는 Au를 사용하는 것을 특징으로 한다.In addition, the gate is characterized in that using Au.

또한, 상기 게이트는 폴리실리콘을 사용하는 것을 특징으로 한다.In addition, the gate is characterized in that using polysilicon.

또한, 상기 S/D 공정 전에 상기 기판을 세정하는 단계와, 상기 게이트 공정 후 컨택 오픈하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.The method may further include cleaning the substrate before the S / D process and contact opening after the gate process.

이하에서 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예가 상세히 설명 되는데, 우선 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다.DETAILED DESCRIPTION Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. First, in adding reference numerals to components of each drawing, the same components are denoted by the same reference numerals as much as possible even though they are shown in different drawings. Note that you have to have.

도 1a 내지 도 1c는 각각, 본 발명의 일실시예에 따른 쇼트키 장벽(Schottky Barrier) FET(100)의 구성을 나타낸 단면도, 제조공정 흐름도, 동작 모드를 나타낸 도면이다.1A to 1C are cross-sectional views showing the configuration of the Schottky Barrier FET 100 according to an embodiment of the present invention, a manufacturing process flowchart, and an operation mode, respectively.

도 1a에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 쇼트키 장벽 FET(100)는, n형 Si 기판(110)과, 상기 n형 Si 기판(110) 상에 형성되는 버퍼층(120)과, 상기 버퍼층(120) 상에 형성되는 인위적으로 도핑하지 않은(intentionally undoped) GaN층(130)과, 상기 GaN층(130)의 양측에 형성되는 소스 및 드레인(140)과, 상기 소스 및 드레인(140)을 감싸며 상기 GaN층(130) 상에 형성되는 게이트 유전체층(150)과, 상기 게이트 유전체층(150) 상에 형성되는 게이트 전극(160)을 포함한다.As shown in FIG. 1A, the Schottky barrier FET 100 according to an embodiment of the present invention includes an n-type Si substrate 110 and a buffer layer 120 formed on the n-type Si substrate 110. And an artificially undoped GaN layer 130 formed on the buffer layer 120, a source and a drain 140 formed on both sides of the GaN layer 130, and the source and drain. The gate dielectric layer 150 is formed on the GaN layer 130 and surrounds the 140, and the gate electrode 160 is formed on the gate dielectric layer 150.

여기서, Si 기판(110)은, 저비용, 대면적 유용성 및 잘 성장된 Si 공정과 결합되어 OEIC(OptoElectronic Integrated Circuit) 구현의 유용성 때문에, GaN 계열 반도체의 기판으로서 바람직하다.Here, the Si substrate 110 is preferable as a substrate of a GaN-based semiconductor because of its low cost, large area availability, and usefulness of implementing an OptoElectronic Integrated Circuit (OEIC) in combination with a well grown Si process.

기존의 사파이어 또는 SiC 기판상에 GaN층을 성장시키는 것에 비해 Si 기판상에 GaN층을 성장시킬 경우, 성장되는 GaN층의 결정성이 양호하지 않은데, 이는 Si 기판과 GaN층 간의 열팽창 계수의 차이가 크기 때문이다.When the GaN layer is grown on a Si substrate, compared with the conventional growth of the GaN layer on a sapphire or SiC substrate, the crystallinity of the grown GaN layer is not good, which is due to the difference in thermal expansion coefficient between the Si substrate and the GaN layer. Because of the size.

그 결과, 고온의 성장온도를 냉각시키는 동안 발생된 큰 인장변형율(tensile strain)은 에피텍셜(epitaxial) 층에 크랙(cracks)을 발생시킬 수 있다.As a result, large tensile strains generated while cooling the growth temperature at high temperatures may cause cracks in the epitaxial layer.

이러한 크랙의 발생을 막기 위해, 버퍼층(120)을 이용하여 n형 Si 기판(110) 상에 인위적으로 도핑하지 않은 GaN층(130)을 성장시키는데, 상기 GaN층(130)은 p형 전도 특성(p-type conduction)을 나타낸다.In order to prevent the occurrence of such cracks, the GaN layer 130 which is not artificially doped on the n-type Si substrate 110 is grown using the buffer layer 120. p-type conduction).

이후, 상기 GaN층(130) 상에 소스 및 드레인(140)으로 1000Å 두께의 알루미늄(Al)이 증착되는데, 상기 알루미늄층의 일함수는 4.3eV로 GaN의 전자친화도와 비슷하다.Subsequently, 1000 μm thick aluminum (Al) is deposited on the GaN layer 130 as the source and drain 140. The work function of the aluminum layer is 4.3 eV, which is similar to the electron affinity of GaN.

이때, 소스 및 드레인(140)과 GaN층(130)의 접촉, 즉 금속과 p형 반도체의 접촉에 따른 전류특성은 다음과 같다.In this case, the current characteristics according to the contact between the source and drain 140 and the GaN layer 130, that is, the contact between the metal and the p-type semiconductor are as follows.

즉, 소스 및 드레인(140)으로 사용되는 금속(알루미늄) 보다 일함수가 큰 GaN층(p형 반도체)을 상기 금속과 접촉하면, 금속 측의 페르미 준위가 높기 때문에 전자가 금속(소스 또는 드레인)으로부터 반도체(GaN)층으로 이동한다.That is, when the GaN layer (p-type semiconductor) having a larger work function than the metal (aluminum) used as the source and drain 140 is in contact with the metal, electrons are metal (source or drain) because the Fermi level on the metal side is high. To the semiconductor (GaN) layer.

이때의 에너지 장벽이 정공에 대한 쇼트키 장벽이 된다.The energy barrier at this time becomes a Schottky barrier for holes.

따라서, 소스 및 드레인(140)을 쇼트키 장벽(schottky barrier)으로 하여, n형 도핑을 하지 않고도, n 채널 증가형 전계효과 트랜지스터(n-channel enhancement field effect transistor)를 구현할 수 있다.Accordingly, an n-channel enhancement field effect transistor can be implemented without using n-type doping using the source and drain 140 as a schottky barrier.

또한, 상기 소스 및 드레인(140)을 감싸며, 상기 GaN층(130)을 감싸는 게이트 유전체층(150)이 200Å 두께로 증착된다.In addition, a gate dielectric layer 150 surrounding the source and drain 140 and surrounding the GaN layer 130 is deposited to a thickness of 200 Å.

마지막으로, 상기 게이트 유전체층(150) 상에 게이트 전극(160)으로 1000Å 두께의 금(Au)이 증착된다.Finally, gold (Au) having a thickness of 1000 Å is deposited on the gate dielectric layer 150 to the gate electrode 160.

여기서, 중간층인 게이트 유전체층(150)은 금속인 게이트 전극(160)과 GaN층(130)을 전기적으로 절연시켜 준다.The gate dielectric layer 150, which is an intermediate layer, electrically insulates the gate electrode 160, which is a metal, from the GaN layer 130.

이와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 쇼트키 장벽 FET(100)에서 n채널 증가형 FET에 대해 설명하였으나, 상기 금속-반도체의 접촉에서, 소스 및 드레인의 금속보다 일함수가 작은 n형 반도체를 금속에 접촉하면, 전자에 대한 쇼트키 장벽을 형성하여 p채널 증가형 전계효과 트랜지스터를 구현할 수 있다.As described above, the n-channel increased FET in the Schottky barrier FET 100 according to the embodiment of the present invention has been described. Contacting a metal forms a Schottky barrier for electrons to implement a p-channel increased field effect transistor.

도 1b를 참조하여 본 발명의 일실시예에 따른 쇼트키 장벽 FET(100)의 제조공정을 보다 상세히 살펴보면 다음과 같다.Looking at the manufacturing process of the Schottky barrier FET 100 according to an embodiment of the present invention with reference to Figure 1b in more detail as follows.

기판인 GaN층(130)의 증착 표면을 세정하는 초기 세정공정(Initial cleaning)이 행해진다(S110).Initial cleaning is performed to clean the deposition surface of the GaN layer 130 serving as the substrate (S110).

여기서, n채널 형태의 FET 구현을 위해 p형 GaN 반도체를 예로 들었으나, n채널 또는 p채널 여부에 따라 상기 기판도 각각 p형 반도체 기판 또는 n형 반도체 기판이 사용될 수 있다.Here, although p-type GaN semiconductors are used to implement n-channel FETs, p-type semiconductor substrates or n-type semiconductor substrates may be used according to whether n-channel or p-channel is used.

또한, 기판은 GaN 반도체 외에 InN, AlN, SiC, InGaN, AlGaN 반도체 등이 사용될 수 있다.In addition, an InN, AlN, SiC, InGaN, AlGaN semiconductor, or the like may be used as the substrate.

이후, GaN층(130)상에 소스/드레인 형성을 위한 S/D 금속공정(metallization)이 행해진다(S120).Thereafter, S / D metallization for source / drain formation is performed on the GaN layer 130 (S120).

여기서, 상기 S/D 금속공정은 상기 GaN층(130) 등의 p형 반도체 기판상에 1000Å 두께의 Al을 증착하는데, 상기 증착된 Al층은 소스/드레인(140)으로 쇼트키 장벽을 형성한다.Here, the S / D metal process deposits 1000 Å thick Al on a p-type semiconductor substrate such as the GaN layer 130, and the deposited Al layer forms a Schottky barrier with a source / drain 140. .

또한, 소스/드레인의 재료는, 상기 Al 외에 Ni, Ti, TiN, Pt, Au, RuO2, V, Ni, W, WN, Hf, HfN, Mo, NiSi, CoSi2, WSi, PtSi, Ir, Zr, Ta, TaN, Cu, Ru, Co 또는 그 조합 중에서 선택될 수 있다.In addition, the material of the source / drain may be Ni, Ti, TiN, Pt, Au, RuO 2 , V, Ni, W, WN, Hf, HfN, Mo, NiSi, CoSi 2 , WSi, PtSi, Ir, in addition to Al. Zr, Ta, TaN, Cu, Ru, Co or combinations thereof.

이후, 상기 소스/드레인(140)을 감싸며 상기 GaN층(130) 상에 게이트 유전체층(150)을 200Å 두께로 증착시키는 증착공정이 행해진다(S130).Thereafter, a deposition process is performed to surround the source / drain 140 and deposit the gate dielectric layer 150 on the GaN layer 130 to a thickness of 200 μs (S130).

여기서, 상기 게이트 유전체층(Gate dielectric)(150)은 상부에 형성되는 게이트 전극(160)과 하부에 형성되는 상기 GaN층(130)을 절연시켜주는 게이트 절연막으로서, 재료는 Sc2O3, AlN, Ga2O3, SiO2, Si3N4, Al2O3, Gd2O3, AlxGa2 (1-x)O3, MgO 또는 그 조합으로 이루어진다.Here, the gate dielectric layer 150 is a gate insulating film that insulates the gate electrode 160 formed on the upper portion and the GaN layer 130 formed on the lower portion, and the material is Sc 2 O 3 , AlN, Ga 2 O 3 , SiO 2 , Si 3 N 4 , Al 2 O 3 , Gd 2 O 3 , Al x Ga 2 (1-x) O 3 , MgO, or a combination thereof.

이후, 상기 게이트 유전체층(150) 상에 게이트 전극(160)으로 1000Å 두께의 금(Au)을 증착시키는 게이트 금속공정(Gate Metallization)을 행한다(S140).Subsequently, a gate metallization process for depositing gold (Au) having a thickness of 1000 Å to the gate electrode 160 is performed on the gate dielectric layer 150 (S140).

또한, 상기 게이트 전극으로 폴리실리콘을 사용할 경우에는 일함수가 정해져 있는 금속과 달리, 폴리실리콘의 도핑 농도에 따라 문턱 전압을 조절할 수 있다.In addition, when the polysilicon is used as the gate electrode, the threshold voltage may be adjusted according to the doping concentration of the polysilicon, unlike a metal having a work function determined.

이후, 상기 소스 및 드레인에 전원을 인가하기 위해 컨택 오픈공정(contact open)을 행한다(S150).Thereafter, a contact open process is performed to apply power to the source and drain (S150).

도 1c를 참조하여, 본 발명의 일실시예에 따른 쇼트키 장벽 FET(100)의 동작 모드(operation mode)를 설명하면 다음과 같다.Referring to Figure 1c, the operation mode (operation mode) of the Schottky barrier FET 100 according to an embodiment of the present invention will be described.

일반적으로 FET의 구조는 게이트 영역을 중심으로 좌우에 기판보다 높은 농도의 영역(n+, p+ )을 정의하고 두 영역 사이의 전위차에 의해서 전류가 흐를 때, 캐리어의 주입구를 소스(source), 출구를 드레인(drain)으로 정한다.In general, the structure of the FET defines a region (n + , p + ) of higher concentration than the substrate on the left and right around the gate region, and when the current flows due to the potential difference between the two regions, the source, the source, Set the outlet to drain.

여기서, 본 발명에 따른 소스 및 드레인(금속)과 기판(반도체)의 접촉은, 순바이어스에서는 전류가 많이 흐르지만 역바이어스에서는 전류가 거의 흐르지 않는 정류특성(rectifying)을 보여주는 쇼트키 장벽으로서의 역할을 수행한다.Here, the contact between the source and drain (metal) and the substrate (semiconductor) according to the present invention serves as a Schottky barrier showing a rectifying characteristic in which a large current flows in the forward bias but little current flows in the reverse bias. Perform.

따라서, i) VGS =VDS=0의 경우를 보여주는데, 이때 n형 전계효과 트랜지스터는 동작하지 않는 차단상태(cut-off)가 된다.Thus, i) V GS = V DS = 0, where the n-type field effect transistor is cut off.

ii) VGS를 더욱 증가시키면 많은 전자가 게이트(Gate) 밑의 기판 표면에 모여 이부분을 n형으로 바꾸는 반전층(inversion layer)이 생성되어 채널이 만들어진다. 이때의 전압이 바로 문턱전압(threshold voltage) VT 이다.ii) Increasing V GS further creates an inversion layer where many electrons gather on the substrate surface under the gate and change this to n-type, creating a channel. The voltage at this time is the threshold voltage V T.

여기서, VGS>VT, VDS=0의 경우를 보여주는데, 이때 원래 p형이었던 표면이 n형으로 변화된 반전층을 형성하여 채널이 만들어지고, 미세한 전류가 채널을 흐르기 시작한다(Channel inversion).Here, the case of V GS > V T , V DS = 0, where a channel is formed by forming an inversion layer in which the surface of the original p-type is changed to n-type, and a minute current starts to flow through the channel (Channel inversion). .

iii) VGS>VT, VDS=0의 경우를 보여주는데, VDS가 (+)전압을 가질 경우 FET가 온 상태로 VDS의 증가에 따라 채널을 따라 흐르는 전류도 선형적으로 증가하다가(linear region), 핀치-오프(pinch-off) 상태에 도달하면 VDS가 증가하여도 드레인 전류는 거의 일정하게 유지하게 된다(saturation region).iii) V GS > V T , V DS = 0. When V DS has a positive voltage, the current flowing along the channel increases linearly with the increase of V DS with the FET on. linear region, the pinch-off state, the drain current remains almost constant even if V DS increases.

기존의 경우 GaN 계열 반도체는 그 우수성에도 불구하고 MOSFET에서 잘 활용되지 못하였는데, 이하에서, 본 발명에 따른 쇼트키 장벽 FET의 기판으로, 특히, GaN 계열 반도체를 사용하여 n채널 FET를 구현하는 예를, 도 2를 참조하여 설명한다.Conventional GaN-based semiconductors have not been well utilized in MOSFETs despite their excellence. Hereinafter, an example of implementing an n-channel FET using a GaN-based semiconductor as a substrate of the Schottky barrier FET according to the present invention. This will be described with reference to FIG. 2.

도 2는 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 쇼트키 장벽 FET의 기판으로 이용되는 GaN 반도체의 단면도이다.2 is a cross-sectional view of a GaN semiconductor used as a substrate of a Schottky barrier FET in accordance with a preferred embodiment of the present invention.

도 2를 참조하면, 우선 Si 기판(110) 상의 자연 산화막을 제거하기 위하여 묽은 BOE(6:1)를 이용하여 식각을 행한다.Referring to FIG. 2, first, etching is performed using dilute BOE (6: 1) to remove the native oxide film on the Si substrate 110.

여기서, GaN 계열 반도체를 사용할 경우, SiC, 사파이어, Si 기판 위에 질화물 반도체를 성장시킬 수 있는데, Si 기판이 저비용, 대면적 구현에 있어 바람직하므로 많이 활용될 수 있다.Here, in the case of using a GaN-based semiconductor, it is possible to grow a nitride semiconductor on a SiC, sapphire, Si substrate, Si substrate is preferable because of the low cost, large area implementation can be utilized a lot.

이후, 1050 ℃, H2 분위기의 챔버에서 Si 기판의 인시추(in-situ) 클리닝 후 Al 전처리를 행한다.Thereafter, Al pretreatment is performed after in-situ cleaning of the Si substrate in a chamber at 1050 ° C. and H 2 atmosphere.

이후, 1060 ℃ 온도에서, MOCVD(Metal Organic Chemical Vapor Deposition)기법으로 버퍼층(120)을 성장시키고, 상기 버퍼층(120) 상에 인위적으로 도핑하지 않은 질화갈륨층(u.i.d-GaN)(130)을 성장시킨다.Subsequently, at 1060 ° C., the buffer layer 120 is grown by MOCVD (Metal Organic Chemical Vapor Deposition), and the gallium nitride layer (uid-GaN) 130 which is not artificially doped on the buffer layer 120 is grown. Let's do it.

여기서, Ga 소스로는 TMGa(TriMethylGallium)를, N 소스로는 NH3를 사용하며, H2를 캐리어 가스(carrier gas)로 사용한다.Here, TMGa (TriMethylGallium) is used as the Ga source, NH 3 is used as the N source, and H 2 is used as the carrier gas.

상기 버퍼층(120)으로는, 질화알루미늄(AlN), 질화갈륨(GaN), 질화알루미늄갈륨(AlXGa1-xN), 또는 이들의 조합 중의 어느 하나로 구성될 수 있다.The buffer layer 120 may be formed of any one of aluminum nitride (AlN), gallium nitride (GaN), aluminum gallium nitride (Al X Ga 1-x N), or a combination thereof.

또한, 이외에도 알루미늄아세나이드(AlAs), 갈륨아세나이드(GaAs) 등도 사용 될 수 있다.In addition, aluminum arsenide (AlAs), gallium arsenide (GaAs) and the like may also be used.

또한, 버퍼층(120)은 단일 구조(single buffer) 또는 다층 구조(multi-layer buffer) 모두 가능한데, 단일 구조하에서 상기 버퍼층의 두께는 20~30nm 범위가 바람직하다.In addition, the buffer layer 120 may be a single structure (multi-layer buffer) or a single structure (multi-layer buffer), the thickness of the buffer layer in a single structure is preferably in the range of 20 ~ 30nm.

또한, 성장되는 GaN층(130)은 1.5㎛의 두께의 크랙(crack)이 없는 박막이다.In addition, the grown GaN layer 130 is a thin film without cracks having a thickness of 1.5 μm.

또한, 전체 에피텍셜층 성장 동안 챔버의 압력은 50 토르(torr)로 유지하며, 1050~1060 ℃ 범위에서의 버퍼층(120)을 Si 기판상에 성장시킨다.In addition, the pressure of the chamber is maintained at 50 torr during the entire epitaxial layer growth, and the buffer layer 120 in the range of 1050 to 1060 ° C. is grown on the Si substrate.

여기서, Si 기판(110) 상에서의 에피텍셜층 성장 동안, Si는 기판 표면에서 GaN층(130) 내부로 외부 확산(out-diffusion) 또는 자동 도핑(auto-doping)에 의해 n형 불순물(dopant) 소스로서 역할을 수행한다.Here, during epitaxial layer growth on the Si substrate 110, Si is n-type dopant by out-diffusion or auto-doping from the substrate surface into the GaN layer 130. Act as a source

또한, 홀 측정 데이터(Hall measurement data)로부터, 실리콘 기판상의 GaN 층의 전도 타입이 n형으로 판단되는 통상의 성장 조건과 달리, 본 발명에 따른 n형 Si 기판(110) 상에 버퍼층(120)을 이용하여 형성된 인위적으로 도핑하지 않은 질화갈륨층(130)은, 매우 높은 정공 이동도, 즉 65㎠/Vs로, p형 전도 특성(p-type conduction)을 나타낸다.Further, from the Hall measurement data, unlike the normal growth conditions in which the conductivity type of the GaN layer on the silicon substrate is determined to be n-type, the buffer layer 120 on the n-type Si substrate 110 according to the present invention. The artificially undoped gallium nitride layer 130 formed by using the P-type conduction exhibits a very high hole mobility, that is, 65 cm 2 / Vs.

즉, n형 Si 기판(110)으로부터 확산되어 온 Si 원자가 인장변형율(tensile strain)을 갖는 GaN/Si에서 SiN을 형성하여 어셉터(acceptor)로써 작용하기 때문이다.In other words, Si atoms diffused from the n-type Si substrate 110 form SiN in GaN / Si having a tensile strain to act as an acceptor.

이하, 도 3 내지 도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 쇼트키 장벽 FET의 특성을 나타내는 그래프이다.3 to 7 are graphs showing the characteristics of the Schottky barrier FET according to an embodiment of the present invention.

도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 쇼트키 장벽 FET의 출력특성(output characteristics)을 나타낸 그래프이다.3 is a graph illustrating output characteristics of a Schottky barrier FET according to an embodiment of the present invention.

도 3을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 쇼트키 장벽 FET는, 게이트길이(L)가 10㎛이고 게이트 폭(W)이 30㎛일 때, 즉, 종횡비(aspect ratio) W/L가 3인 형태에 대해 출력전압(VDS)-출력전류(IDS) 관계의 출력특성을 알 수 있다.Referring to FIG. 3, the Schottky barrier FET according to an embodiment of the present invention has a gate length L of 10 μm and a gate width W of 30 μm, that is, an aspect ratio W / L. The output characteristic of the output voltage (V DS ) -output current (I DS ) relationship can be seen for the form of 3.

여기서, 출력전압(VDS)이 증가함에 따라 출력전류(IDS)도 선형적으로 증가하나(선형영역), 소정 출력전압 이상에서는 출력전압이 증가하여도 출력전류는 거의 일정하게 된다(포화영역).Here, as the output voltage V DS increases, the output current I DS also increases linearly (linear region), but the output current becomes substantially constant even if the output voltage increases above a predetermined output voltage (saturation region). ).

또한, 게이트 전압(VGs)이 0~3V 범위내에서 0.5V 단위로 측정하였는데, 게이트 전압(VGs)이 증가함에 따라 상기 포화영역에 있어서 출력전류도 증가함을 알 수 있다.In addition, while the gate voltage V Gs was measured in units of 0.5 V within the range of 0 to 3 V, it can be seen that as the gate voltage V Gs increases, the output current also increases in the saturation region.

도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 쇼트키 장벽 FET의 전달특성(transconductance characteristics)을 나타낸 그래프이다.4 is a graph showing transconductance characteristics of a Schottky barrier FET according to an embodiment of the present invention.

즉, 도 4는, 출력전압(VDS)이 5V이고, 종횡비 W/L=10㎛/10㎛=1인 쇼트키 장벽 FET의 입력전압인 게이트 전압(VGs)에 대한 출력전류인 드레인 전류(IDS)의 전달특성을 나타낸 것이다.That is, FIG. 4 shows a drain current that is an output current with respect to a gate voltage V Gs which is an input voltage of a Schottky barrier FET having an output voltage V DS of 5 V and an aspect ratio W / L = 10 μm / 10 μm = 1. (I DS ) shows the transfer characteristics.

여기서, 점선은 시물레이션(simulation) 결과를 나타낸 그래프이고, 실선은 실제 FET의 결과를 나타낸 그래프를 나타낸 것인데, 상호간의 차이는 인터페이스 상태에 기인하는 소스 컨택의 비이상적인 쇼트키 장벽에 관계된다.Here, the dotted line is a graph showing the simulation result, and the solid line is a graph showing the result of the actual FET, and the difference between them is related to the non-ideal Schottky barrier of the source contact due to the interface state.

상기 출력전압(VDS)이 5V일 때, 최대 드레인 전류(Drain current)(IDS)는 3㎃/㎜ 이상이고, 최대 트랜스컨덕턴스(gm)은 1.6mS/mm 이다. 이러한 결과치는 GaN계 MISFETs의 이제껏 알려지고 보고된 자료 중에서 가장 높은 값을 나타낸다.When the output voltage V DS is 5V, the maximum drain current I DS is 3 mA / mm or more, and the maximum transconductance g m is 1.6 mS / mm. These results represent the highest values ever known and reported for GaN-based MISFETs.

상기 FET의 높은 트랜스컨덕턴스는 채널의 높은 전자 이동도에 따른 것이며, 이는 실리콘 이온들이 질소 원자와 대체되는 p형 불순물이 Mg 도핑된 GaN에서 불활성 Mg 및 Mg 이온 같은 중요한 산란 센터로 작용하지 않기 때문이다.The high transconductance of the FET is due to the high electron mobility of the channel because silicon ions do not act as important scattering centers, such as inert Mg and Mg ions, in Mg-doped GaN where p-type impurities are replaced with nitrogen atoms. .

도 5는 본 발명의 전산모사를 통한 일실시예로 쇼트키 장벽 FET에서 다양한 게이트 유전체 및 게이트 길이에 대한 게이트 전압(VGs)-드레인 전류(IDS)의 관계를 나타낸 그래프이다.FIG. 5 is a graph showing the relationship between gate voltage (V Gs ) and drain current (I DS ) for various gate dielectrics and gate lengths in a Schottky barrier FET according to an embodiment through computer simulation of the present invention.

도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 쇼트키 장벽 FET는 차단전류(off-current)가 대체로 ㎁ 수준으로 일반적인 GaN HFET 보다 훨씬 작아서, 대기상태(VG=0)에서는 전력소모가 거의 없는 정상 오프 형 FET를 구현할 수 있다.As shown in FIG. 5, the Schottky barrier FET according to the present invention has an off-current of about ㎁, which is much smaller than that of a general GaN HFET, so that there is little power consumption in the standby state (V G = 0). Normal off-type FETs can be implemented.

또한, 최대 드레인 전류(on-current)도 수 내지 수십 mA/㎜ 수준으로 최대 출력전류 특성을 구현할 수 있다.In addition, the maximum drain current (on-current) can be implemented to the maximum output current characteristics of several to several tens of mA / mm level.

통상적으로 누설전류는 PECVD SiO2 하에서 양호하게 패시베이션 되지않은 GaN 표면에 기인하는데, 양질의 게이트 유전체가 적용된다면 FET의 디바이스 성능은 향상될 수 있다.Leakage currents are typically due to GaN surfaces that are not well passivated under PECVD SiO 2 , which can improve the device performance of FETs if good gate dielectrics are applied.

즉, 도 5를 참조하면, 얇은 하이-k(high-k) 게이트 유전체(Al2O3)를 적용하고 짧은 게이트 길이(Lg)(1㎛)를 구현하면 드레인 전류는 보다 증가될 수 있음을 알 수 있다.That is, referring to FIG. 5, when the thin high-k gate dielectric Al 2 O 3 is applied and the short gate length L g (1 μm) is implemented, the drain current may be increased. It can be seen.

도 6은 본 발명의 전산모사를 통한 일실시예로 쇼트키 장벽 FET에서 게이트 전극의 일함수와 문턱전압과의 관계를 나타낸 그래프이다.FIG. 6 is a graph illustrating a relationship between a work function of a gate electrode and a threshold voltage in a Schottky barrier FET according to an embodiment of the present invention.

도 6을 참조하면, 4 내지 6eV의 범위내의 다른 일함수를 갖는 게이트 전극을 선택함에 의해 문턱전압은 0.58부터 2.24V 범위내에서 조절될 수 있음을 보여준다.Referring to FIG. 6, it can be seen that by selecting a gate electrode having another work function in the range of 4 to 6 eV, the threshold voltage can be adjusted in the range of 0.58 to 2.24V.

또한, 게이트 전극으로 폴리실리콘을 사용할 경우에는 문턱전압은 0.6 내지 1.6V 범위 내에서 조절될 수 있다(도 6의 빗금친 사각형 부분 참조).In addition, when polysilicon is used as the gate electrode, the threshold voltage may be adjusted within a range of 0.6 to 1.6V (see hatched square in FIG. 6).

가령, 문턱전압이 상대적으로 높을 경우에는 누설전류를 줄여 차단전류(off-current)를 보다 낮출수 있고, 반면에 문턱전압이 상대적으로 낮을 경우에는 차단전류로 높아지고, 온 전류(on-current)도 높아진다.For example, when the threshold voltage is relatively high, the leakage current can be reduced to lower the off-current. On the other hand, when the threshold voltage is relatively low, the off current is increased to the blocking current, and the on-current is also increased. Increases.

도 7은 본 발명의 전산모사를 통한 일실시예로 쇼트키 장벽 FET에서 소스/드레인 금속의 일함수에 따른 최대 드레인 전류의 변화를 나타낸 그래프이다.FIG. 7 is a graph illustrating a change in maximum drain current according to a work function of a source / drain metal in a Schottky barrier FET according to an embodiment through computer simulation of the present invention.

도 7을 참조하면, VDS=VGS=5V일 때 최대 드레인 전류를 가지며(도 6 참조). 소스/드레인 금속의 일함수에 따라 최대 전류 드레인 전류가 달라지는데, GaN n-채널 쇼트키 장벽 FET에 대해 금속의 일함수는 4.3eV 보다는 더 낮아야 최대 온 전류의 양호한 상태임을 알 수 있다.Referring to FIG. 7, it has a maximum drain current when V DS = V GS = 5V (see FIG. 6). The maximum current drain current depends on the work function of the source / drain metal. For the GaN n-channel Schottky barrier FET, the work function of the metal should be lower than 4.3 eV, indicating that the maximum on current is in good condition.

이상에서, 본 발명의 일실시예에 따른 쇼트키 장벽 FET으로서, p형 GaN 반도 기판을 이용한 n채널 증가형 FET에 대해 주로 설명하였으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 즉, p채널 증가형 FET, 쇼트키 장벽으로 소스/드레인-기판의 접촉을 금속-반도체 또는 금속화합물-기판의 접촉으로 구현하는 다양한 형태의 FET(전계효과 트랜지스터)에 적용할 수 있다 할 것이다.In the above, as the Schottky barrier FET according to an embodiment of the present invention, the n-channel increase type FET using a p-type GaN semiconductor substrate has been mainly described, but is not limited thereto. That is, the p-channel increased FET and the Schottky barrier may be applied to various types of FETs (field effect transistors) that implement the contact of the source / drain substrate with the contact of the metal-semiconductor or the metal compound-substrate.

따라서, 본 발명은 상기의 실시예에 국한되는 것은 아니며 당해 기술분야에 있어서 통상의 지식을 가진자가 본 발명의 기술적 사상의 범위를 벗어나지 않는 범위 내에서 설계 변경이나 회피설계를 한다 하여도 본 발명의 범위 안에 있다 할 것이다.Therefore, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and a person having ordinary skill in the art may change the design or avoid the design without departing from the scope of the technical idea of the present invention. Will be in range.

이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명에 따른 쇼트키 장벽 FET 및 그 제조방법은, 기판 위에 형성된 소스/드레인을 쇼트키 장벽으로 하여 별도의 도핑 공정을 필요로 하지 않으며, 대기상태에서는 차단전류가 수 ㎁ 수준으로 전력소모가 거의 없는 정상 오프형 FET를 제공할 수 있다.As described above, the Schottky barrier FET and a method of manufacturing the same according to the present invention do not require a separate doping process by using a source / drain formed on the substrate as a Schottky barrier, and in the standby state, a blocking current At this level, it is possible to provide a normal off-FET with little power consumption.

또한, FET의 기판으로 GaN 반도체를 이용하여(실리콘 기판상에 성장된 실리콘 자동 도핑된 p형 GaN 층), 고출력, 고주파 전자소자로의 활용을 극대화시킬 수 있다.In addition, the use of GaN semiconductors (a silicon auto-doped p-type GaN layer grown on a silicon substrate) as the substrate of the FET can maximize the use of high-power, high-frequency electronic devices.

또한, GaN 반도체의 이온 주입과 1500℃ 이상에서의 활성화 공정을 배제할 수 있어 제조공정이 보다 간소화되고, 용이하게 할 수 있다.In addition, the ion implantation of the GaN semiconductor and the activation process at 1500 ° C or higher can be eliminated, thereby simplifying and facilitating the manufacturing process.

또한, CMOS 기술에서 나타나는 DIBL 문제를 완화시킬 수 있게 한다.It also helps to alleviate the DIBL problem seen in CMOS technology.

또한, 기판으로 Si를 이용할 경우, 반도체의 대형화 추세에 탄력적으로 적응 할 수 있고, 저비용으로 구현할 수 있게 한다.In addition, when Si is used as the substrate, it is possible to flexibly adapt to the trend of larger semiconductors and to implement it at low cost.

Claims (16)

기판과,Substrate, 상기 기판상에 쇼트키 장벽으로 형성되는 소스 및 드레인과,Source and drain formed on the substrate as a Schottky barrier; 상기 소스 및 드레인을 감싸며 상기 기판상에 형성되는 게이트 유전체층과,A gate dielectric layer surrounding the source and drain and formed on the substrate; 상기 게이트 유전체층 상에 형성되는 게이트를 포함하는 것을 특징으로 하는 쇼트키 장벽 전계효과 트랜지스터.And a gate formed over said gate dielectric layer. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 기판은 GaN, InN, AlN, SiC, InGaN, AlGaN 반도체 중의 어느 하나에서 선택되는 것을 특징으로 하는 쇼트키 장벽 전계효과 트랜지스터.The substrate is a Schottky barrier field effect transistor, characterized in that selected from any one of GaN, InN, AlN, SiC, InGaN, AlGaN semiconductor. 제2항에 있어서,The method of claim 2, 상기 GaN 반도체 기판은, Si 기판과, 상기 Si 기판에 형성되는 버퍼층과, 상기 버퍼층에 형성되는 인위적으로 도핑하지 않은 GaN층을 포함하는 것을 특징으로 하는 쇼트키 장벽 전계효과 트랜지스터.And said GaN semiconductor substrate comprises a Si substrate, a buffer layer formed on said Si substrate, and an artificially undoped GaN layer formed on said buffer layer. 제3항에 있어서,The method of claim 3, 상기 버퍼층은 AlN, GaN, AlGaN, 또는 이들의 조합중의 어느 하나인 것을 특징으로 하는 쇼트키 장벽 전계효과 트랜지스터.The buffer layer is any one of AlN, GaN, AlGaN, or a combination thereof. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 소스 및 드레인은, Ni, Ti, TiN, Pt, Au, RuO2, V, W, WN, Hf, HfN, Mo, NiSi, CoSi2, WSi, PtSi, Ir, Zr, Ta, TaN, Cu, Ru, Co 또는 그 조합 중의 어느 하나에서 선택되는 것을 특징으로 하는 쇼트키 장벽 전계효과 트랜지스터.The source and drain are Ni, Ti, TiN, Pt, Au, RuO 2 , V, W, WN, Hf, HfN, Mo, NiSi, CoSi 2 , WSi, PtSi, Ir, Zr, Ta, TaN, Cu, Schottky barrier field effect transistor, characterized in that selected from Ru, Co or a combination thereof. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 게이트 유전체층은, Sc2O3, AlN, Ga2O3, SiO2, Si3N4, Al2O3, Gd2O3, AlxGa2(1-x)O3, MgO 또는 그 조합 중의 어느 하나에서 선택되는 것을 특징으로 하는 쇼트키 장벽 전계효과 트랜지스터.The gate dielectric layer may include Sc 2 O 3 , AlN, Ga 2 O 3 , SiO 2 , Si 3 N 4 , Al 2 O 3 , Gd 2 O 3 , Al x Ga 2 (1-x) O 3 , MgO, or A Schottky barrier field effect transistor selected from any one of combinations. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 게이트는 Au를 사용하는 것을 특징으로 하는 쇼트키 장벽 전계효과 트랜지스터.Schottky barrier field effect transistor, characterized in that the gate using Au. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 게이트는 폴리실리콘을 사용하는 것을 특징으로 하는 쇼트키 장벽 전계효과 트랜지스터.And said gate uses polysilicon. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 쇼트키 장벽은,The Schottky barrier is 상기 기판이 p형 반도체인 경우에는 상기 소스 및 드레인 보다 일함수가 큰 상기 p형 반도체 기판을 상기 소스 및 드레인에 접촉하고,When the substrate is a p-type semiconductor, the p-type semiconductor substrate having a larger work function than the source and drain contact the source and drain, 상기 기판이 n형 반도체인 경우에는 상기 소스 및 드레인 보다 일함수가 작은 상기 n형 반도체 기판을 상기 소스 및 드레인에 접촉하여, 형성하는 것을 특징으로 하는 쇼트키 장벽 전계효과 트랜지스터.And wherein the n-type semiconductor substrate having a work function smaller than the source and drain is in contact with the source and drain when the substrate is an n-type semiconductor. 기판 상에 소오스/드레인을 쇼트키 장벽으로 형성하는 S/D 공정 단계와,An S / D process step of forming a source / drain as a Schottky barrier on the substrate, 상기 소오스/드레인을 감싸며 상기 기판상에 게이트 유전체층을 형성하는 단계와,Forming a gate dielectric layer on the substrate surrounding the source / drain; 상기 게이트 유전체층 상에 게이트를 형성하는 게이트 공정 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 것을 특징으로 하는 쇼트키 장벽 전계효과 트랜지스터의 제조방법.And a gate process step of forming a gate on said gate dielectric layer. 제10항에 있어서,The method of claim 10, 상기 기판은 GaN, InN, AlN, SiC, InGaN, AlGaN 반도체 중의 어느 하나에서 선택되는 것을 특징으로 하는 쇼트키 장벽 전계효과 트랜지스터의 제조방법.And said substrate is selected from one of GaN, InN, AlN, SiC, InGaN, and AlGaN semiconductors. 제10항에 있어서,The method of claim 10, 상기 소스 및 드레인은, Ni, Ti, TiN, Pt, Au, RuO2, V, W, WN, Hf, HfN, Mo, NiSi, CoSi2, WSi, PtSi, Ir, Zr, Ta, TaN, Cu, Ru, Co 또는 그 조합 중의 어느 하나에서 선택되는 것을 특징으로 하는 쇼트키 장벽 전계효과 트랜지스터의 제조방법.The source and drain are Ni, Ti, TiN, Pt, Au, RuO 2 , V, W, WN, Hf, HfN, Mo, NiSi, CoSi 2 , WSi, PtSi, Ir, Zr, Ta, TaN, Cu, A method for manufacturing a Schottky barrier field effect transistor, characterized in that it is selected from Ru, Co or a combination thereof. 제10항에 있어서,The method of claim 10, 상기 게이트 유전체층은, Sc2O3, AlN, Ga2O3, SiO2, Si3N4, Al2O3, Gd2O3, AlxGa2(1-x)O3, MgO 또는 그 조합 중의 어느 하나에서 선택되는 것을 특징으로 하는 쇼트키 장벽 전계효과 트랜지스터의 제조방법.The gate dielectric layer may include Sc 2 O 3 , AlN, Ga 2 O 3 , SiO 2 , Si 3 N 4 , Al 2 O 3 , Gd 2 O 3 , Al x Ga 2 (1-x) O 3 , MgO, or A method for manufacturing a Schottky barrier field effect transistor, characterized in that selected from any one of combinations. 제10항에 있어서,The method of claim 10, 상기 게이트는 Au를 사용하는 것을 특징으로 하는 쇼트키 장벽 전계효과 트랜지스터의 제조방법.The gate is a method of manufacturing a Schottky barrier field effect transistor, characterized in that using Au. 제10항에 있어서,The method of claim 10, 상기 게이트는 폴리실리콘을 사용하는 것을 특징으로 하는 쇼트키 장벽 전계효과 트랜지스터의 제조방법.The gate is a method of manufacturing a Schottky barrier field effect transistor using polysilicon. 제10항에 있어서,The method of claim 10, 상기 S/D 공정 전에 상기 기판을 세정하는 단계와, 상기 게이트 공정 후 컨택 오픈하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전계효과 트랜지스터의 제조방법.And cleaning the substrate before the S / D process and contacting the gate after the gate process.
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