KR20130053576A - Nitride-based heterojunction semiconductor device and method for the same - Google Patents
Nitride-based heterojunction semiconductor device and method for the same Download PDFInfo
- Publication number
- KR20130053576A KR20130053576A KR1020110118822A KR20110118822A KR20130053576A KR 20130053576 A KR20130053576 A KR 20130053576A KR 1020110118822 A KR1020110118822 A KR 1020110118822A KR 20110118822 A KR20110118822 A KR 20110118822A KR 20130053576 A KR20130053576 A KR 20130053576A
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- layer
- nitride
- semiconductor device
- forming
- electrode
- Prior art date
Links
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 title claims abstract description 49
- 150000004767 nitrides Chemical class 0.000 title claims abstract description 26
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 15
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims abstract description 38
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims abstract description 38
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 claims abstract description 32
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 8
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims description 5
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 229910018072 Al 2 O 3 Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910004541 SiN Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910010413 TiO 2 Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 238000001312 dry etching Methods 0.000 claims description 3
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N zinc oxide Inorganic materials [Zn]=O XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 230000009467 reduction Effects 0.000 abstract description 2
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 9
- 229910002601 GaN Inorganic materials 0.000 description 6
- JMASRVWKEDWRBT-UHFFFAOYSA-N Gallium nitride Chemical compound [Ga]#N JMASRVWKEDWRBT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 239000000463 material Substances 0.000 description 5
- 230000008569 process Effects 0.000 description 5
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- KDLHZDBZIXYQEI-UHFFFAOYSA-N Palladium Chemical compound [Pd] KDLHZDBZIXYQEI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- RNQKDQAVIXDKAG-UHFFFAOYSA-N aluminum gallium Chemical compound [Al].[Ga] RNQKDQAVIXDKAG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 4
- 229910052733 gallium Inorganic materials 0.000 description 4
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 4
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 4
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Chemical compound [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- GYHNNYVSQQEPJS-UHFFFAOYSA-N Gallium Chemical compound [Ga] GYHNNYVSQQEPJS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 3
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 3
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000008859 change Effects 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 2
- 229910052741 iridium Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000002488 metal-organic chemical vapour deposition Methods 0.000 description 2
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052763 palladium Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 2
- YPSXFMHXRZAGTG-UHFFFAOYSA-N 4-methoxy-2-[2-(5-methoxy-2-nitrosophenyl)ethyl]-1-nitrosobenzene Chemical compound COC1=CC=C(N=O)C(CCC=2C(=CC=C(OC)C=2)N=O)=C1 YPSXFMHXRZAGTG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 235000005811 Viola adunca Nutrition 0.000 description 1
- 240000009038 Viola odorata Species 0.000 description 1
- 235000013487 Viola odorata Nutrition 0.000 description 1
- 235000002254 Viola papilionacea Nutrition 0.000 description 1
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 description 1
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 1
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 1
- 239000007772 electrode material Substances 0.000 description 1
- GKOZUEZYRPOHIO-UHFFFAOYSA-N iridium atom Chemical compound [Ir] GKOZUEZYRPOHIO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000004973 liquid crystal related substance Substances 0.000 description 1
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 1
- 125000002524 organometallic group Chemical group 0.000 description 1
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 1
- 229910052594 sapphire Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010980 sapphire Substances 0.000 description 1
- HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N silicon carbide Chemical compound [Si+]#[C-] HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 1
- 230000002194 synthesizing effect Effects 0.000 description 1
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 1
- 238000001039 wet etching Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/68—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by only the electric current supplied, or only the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched
- H01L29/76—Unipolar devices, e.g. field effect transistors
- H01L29/772—Field effect transistors
- H01L29/778—Field effect transistors with two-dimensional charge carrier gas channel, e.g. HEMT ; with two-dimensional charge-carrier layer formed at a heterojunction interface
- H01L29/7782—Field effect transistors with two-dimensional charge carrier gas channel, e.g. HEMT ; with two-dimensional charge-carrier layer formed at a heterojunction interface with confinement of carriers by at least two heterojunctions, e.g. DHHEMT, quantum well HEMT, DHMODFET
- H01L29/7783—Field effect transistors with two-dimensional charge carrier gas channel, e.g. HEMT ; with two-dimensional charge-carrier layer formed at a heterojunction interface with confinement of carriers by at least two heterojunctions, e.g. DHHEMT, quantum well HEMT, DHMODFET using III-V semiconductor material
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/40—Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/41—Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape, relative sizes or dispositions
- H01L29/423—Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape, relative sizes or dispositions not carrying the current to be rectified, amplified or switched
- H01L29/42312—Gate electrodes for field effect devices
- H01L29/42316—Gate electrodes for field effect devices for field-effect transistors
- H01L29/4232—Gate electrodes for field effect devices for field-effect transistors with insulated gate
- H01L29/42356—Disposition, e.g. buried gate electrode
- H01L29/4236—Disposition, e.g. buried gate electrode within a trench, e.g. trench gate electrode, groove gate electrode
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/66007—Multistep manufacturing processes
- H01L29/66075—Multistep manufacturing processes of devices having semiconductor bodies comprising group 14 or group 13/15 materials
- H01L29/66227—Multistep manufacturing processes of devices having semiconductor bodies comprising group 14 or group 13/15 materials the devices being controllable only by the electric current supplied or the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched, e.g. three-terminal devices
- H01L29/66409—Unipolar field-effect transistors
- H01L29/66446—Unipolar field-effect transistors with an active layer made of a group 13/15 material, e.g. group 13/15 velocity modulation transistor [VMT], group 13/15 negative resistance FET [NERFET]
- H01L29/66462—Unipolar field-effect transistors with an active layer made of a group 13/15 material, e.g. group 13/15 velocity modulation transistor [VMT], group 13/15 negative resistance FET [NERFET] with a heterojunction interface channel or gate, e.g. HFET, HIGFET, SISFET, HJFET, HEMT
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Ceramic Engineering (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Junction Field-Effect Transistors (AREA)
Abstract
Description
본 발명은 반도체 소자에 관한 것으로 특히, 질화물계 반도체 이종접합 반도체 소자 및 그 제조방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to semiconductor devices, and more particularly, to a nitride semiconductor heterojunction semiconductor device and a manufacturing method thereof.
질화물 반도체는 광대역 밴드갭 화합물 반도체로, 가시광선 범위와 넓게는 자외선 범위까지 광을 방출하는 것이 가능하다. 청자색 레이저 다이오드 및 청색 발광 다이오드는 이미 개발이 완료되어 광픽업 장치, 신호등, 퍼블릭 디스플레이, 액정의 백라이트, 조명까지 넓은 분야에서 사용되고 있다. 최근에는 실리콘에 비해 높은 임계전계, 낮은 온 저항 특성이 주목되어, 차세대 반도체 소자의 재료로 선행 연구되고 있다.Nitride semiconductors are broadband bandgap compound semiconductors capable of emitting light in the visible and broadly ultraviolet ranges. Blue violet laser diodes and blue light emitting diodes have already been developed and used in a wide range of applications, such as optical pickup devices, traffic lights, public displays, liquid crystal backlights, and lighting. In recent years, high critical electric field and low on-resistance characteristics have been noted, compared to silicon, and have been previously studied as a material for next-generation semiconductor devices.
고출력 전력 소자에는 최근에 주류로, 크게 MOSFET와 IGBT가 경쟁을 하고 있고, 이러한 질화물 반도체를 이용한 HEMT, MOSFET 등의 소자들이 연구되고 있다. 이 중에서 HEMT는 높은 전자의 이동도를 이용하여 고주파 특성의 통신소자 등에 이용되고 있다.Recently, MOSFETs and IGBTs are mainly in competition with high output power devices, and devices such as HEMTs and MOSFETs using nitride semiconductors have been studied. Among them, HEMT is used for communication devices having high frequency characteristics using high electron mobility.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 낮은 누설전류, 높은 전류밀도 및 내전압 특성과, 높은 문턱 전압을 가지는 특성 중 적어도 어느 하나 이상의 특성을 만족하는 질화물계 반도체 이종접합 반도체 소자 및 그 제조방법을 제공하고자 한다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in an effort to provide a nitride-based semiconductor heterojunction semiconductor device satisfying at least one or more of low leakage current, high current density and withstand voltage characteristics, and high threshold voltage. do.
상기 기술적 과제를 이루기 위한 제 1관점으로서, 본 발명은, 상부에 2DEG층을 포함하는 질화물 반도체 버퍼층; 상기 버퍼층 상에 위치하는 장벽층; 상기 장벽층 상에 위치하는 소스 및 드레인 전극; 상기 소스 및 드레인 전극 사이에 위치하는 리세스 영역에 위치하는 금속 채널 전극; 상기 금속 채널 전극 상에 위치하는 절연층; 및 상기 절연층 상에 위치하는 게이트 전극을 포함하여 구성된다.As a first aspect for achieving the above technical problem, the present invention, the nitride semiconductor buffer layer including a 2DEG layer on the top; A barrier layer on the buffer layer; Source and drain electrodes positioned on the barrier layer; A metal channel electrode positioned in a recess region positioned between the source and drain electrodes; An insulating layer on the metal channel electrode; And a gate electrode positioned on the insulating layer.
상기 기술적 과제를 이루기 위한 제 2관점으로서, 본 발명은, 기판 상에 질화물 반도체 버퍼층을 형성하는 단계; 상기 버퍼층 상에 장벽층을 형성하는 단계; 상기 장벽층 상에 캡층을 형성하는 단계; 상기 캡층 상에 소스 및 드레인 전극을 형성하는 단계; 상기 소스 및 드레인 전극 사이의 위치에 상기 버퍼층의 일부까지 제거하는 리세스 영역을 형성하는 단계; 상기 리세스 영역에 적어도 상기 장벽층 높이까지 금속 채널 전극을 형성하는 단계; 상기 금속 채널 전극 상에 절연층을 형성하는 단계; 및 상기 절연층 상에 게이트 전극을 형성하는 단계를 포함하여 구성된다.As a second aspect for achieving the above technical problem, the present invention, forming a nitride semiconductor buffer layer on a substrate; Forming a barrier layer on the buffer layer; Forming a cap layer on the barrier layer; Forming a source and a drain electrode on the cap layer; Forming a recess region at a position between the source and drain electrodes to remove a portion of the buffer layer; Forming a metal channel electrode in the recessed region up to at least the barrier layer height; Forming an insulating layer on the metal channel electrode; And forming a gate electrode on the insulating layer.
본 발명은 다음과 같은 효과가 있는 것이다.The present invention has the following effects.
게이트 전극이 위치하는 부분에 리세스 영역이 위치하여 노멀리 오프(normally-off) 전류 특성을 가지는 소자를 구현할 수 있다. 또한, 금속 채널 전극에 의하여 채널이 연결됨으로써 드레인 전류가 감소하지 않을 수 있다.A recess region may be disposed in a portion where the gate electrode is positioned to implement a device having a normally-off current characteristic. In addition, the drain current may not be reduced by connecting the channel by the metal channel electrode.
노멀리 오프 특성을 갖는 소자를 구현할 수 있고, 이에 따른 전류 특성의 변화를 보상할 수 있는 효과가 있는 것이다.It is possible to implement a device having a normally off characteristic, and there is an effect that can compensate for the change in the current characteristic accordingly.
도 1은 질화물계 반도체 이종접합 반도체 소자의 일례를 나타내는 단면도이다.
도 2 내지 도 7은 질화물계 반도체 이종접합 반도체 소자의 제조 과정의 일례를 나타내는 도면으로서,
도 2는 버퍼층 상에 장벽층을 형성하는 단계를 나타내는 단면도이다.
도 3은 장벽층 상에 캡층을 형성하는 단계를 나타내는 단면도이다.
도 4는 드레인 전극과 소스 전극을 형성하는 단계를 나타내는 단면도이다.
도 5는 리세스 영역을 형성하는 단계를 나타내는 단면도이다.
도 6은 금속 채널 전극을 형성하는 단계를 나타내는 단면도이다.
도 7은 절연층을 형성하는 단계를 나타내는 단면도이다.1 is a cross-sectional view showing an example of a nitride semiconductor heterojunction semiconductor device.
2 to 7 is a view showing an example of the manufacturing process of the nitride-based semiconductor heterojunction semiconductor device,
2 is a cross-sectional view illustrating a step of forming a barrier layer on a buffer layer.
3 is a cross-sectional view illustrating a step of forming a cap layer on a barrier layer.
4 is a cross-sectional view illustrating a step of forming a drain electrode and a source electrode.
5 is a cross-sectional view illustrating a step of forming a recess region.
6 is a cross-sectional view illustrating a step of forming a metal channel electrode.
7 is a cross-sectional view illustrating a step of forming an insulating layer.
이하, 첨부된 도면을 참고하여 본 발명에 의한 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
본 발명이 여러 가지 수정 및 변형을 허용하면서도, 그 특정 실시예들이 도면들로 예시되어 나타내어지며, 이하에서 상세히 설명될 것이다. 그러나 본 발명을 개시된 특별한 형태로 한정하려는 의도는 아니며, 오히려 본 발명은 청구항들에 의해 정의된 본 발명의 사상과 합치되는 모든 수정, 균등 및 대용을 포함한다. While the invention is susceptible to various modifications and alternative forms, specific embodiments thereof are shown by way of example in the drawings and will herein be described in detail. Rather, the intention is not to limit the invention to the particular forms disclosed, but rather, the invention includes all modifications, equivalents and substitutions that are consistent with the spirit of the invention as defined by the claims.
층, 영역 또는 기판과 같은 요소가 다른 구성요소 "상(on)"에 존재하는 것으로 언급될 때, 이것은 직접적으로 다른 요소 상에 존재하거나 또는 그 사이에 중간 요소가 존재할 수도 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. It will be appreciated that when an element such as a layer, region or substrate is referred to as being present on another element "on," it may be directly on the other element or there may be an intermediate element in between .
비록 제1, 제2 등의 용어가 여러 가지 요소들, 성분들, 영역들, 층들 및/또는 지역들을 설명하기 위해 사용될 수 있지만, 이러한 요소들, 성분들, 영역들, 층들 및/또는 지역들은 이러한 용어에 의해 한정되어서는 안 된다는 것을 이해할 것이다.Although the terms first, second, etc. may be used to describe various elements, components, regions, layers and / or regions, such elements, components, regions, layers and / And should not be limited by these terms.
도 1에서 도시하는 바와 같이, 질화물계 반도체 이종접합 반도체 소자는, 상부에 2DEG(2-dimensional electron gas) 층(11)을 포함하는 질화물 반도체 버퍼층(10) 상에 장벽층(20)이 위치한다.As shown in FIG. 1, in the nitride-based semiconductor heterojunction semiconductor device, a
질화물 반도체 버퍼층(10)은 질화 갈륨(GaN) 반도체를 포함할 수 있고, 장벽층(20)은 알루미늄 질화 갈륨(AlGaN) 물질을 포함하여 이루어질 수 있다. 이때, AlGaN의 알루미늄(Al) 조성은 갈륨(Ga) 대비 10% 내지 50%(AlxGa1 - xN(0.1 ≤ x ≤ 0.5)일 수 있다.The nitride
2DEG 층(11)은 버퍼층(10)의 장벽층(20)과 접하는 부분에 위치하는 매우 얇은 부분으로서, 이 부분의 두께는 대략 1 nm 정도일 수 있다.The
이러한 장벽층(20) 상에는 캡층(30)이 더 위치할 수도 있다. 캡층(30)은, 질화 알루미늄 갈륨(AlGaN) 물질을 포함하여 이루어질 수 있다. 여기서 알루미늄의 조성은 갈륨 대비 0 내지 100%(AlyGa1 - yN(0 ≤ y ≤ 1) 일 수 있다. 즉, 경우에 따라 AlN 및 GaN 물질도 이용될 수 있다.The
이와 같은 캡층(30) 상에는 소스 전극(40) 및 드레인 전극(50)이 위치한다. 이러한 소스 전극(40) 및 드레인 전극(50)은 캡층(30) 상에서 서로 대향하는 위치, 즉 서로 반대되는 단부측 위치에 위치할 수 있다. The
캡층(30)이 생략되는 경우에, 소스 전극(40) 및 드레인 전극(50)은 장벽층(20)과 오믹 접촉(ohmic contact)을 이룰 수 있으며, 캡층(30)이 존재하는 경우에는 소스 전극(40) 및 드레인 전극(50)은 캡층(30)과 오믹 접촉(ohmic contact)을 이룰 수 있다.When the
캡층(30)의 두께는 0 내지 10 nm로 구성될 수 있으며, 1 내지 5 nm인 것이 보다 유리하다.The thickness of the
이러한 소스 및 드레인 전극(40, 50) 사이에는 그 깊이가 적어도 장벽층(20) 또는 캡층(30)에서 버퍼층(10)에 이르는 리세스 영역(71; 도 5 참고)이 위치할 수 있다. 그리고 이 리세스 영역(71)의 적어도 일부에 금속 채널 전극(70)이 위치할 수 있다.Between the source and
즉, 도시하는 바와 같이, 캡층(30)이 위치하는 경우에는 캡층(30)으로부터 버퍼층(10)의 상부에 이르는 영역에 걸쳐 리세스 영역(71)이 위치하여, 금속 채널 전극(70)의 적어도 일부(72)는 2DEG 층(11)이 위치하는 위치에 위치할 수 있다.That is, as shown in the figure, when the
따라서, 금속 채널 전극(70)은 2DEG 층(11)을 연결하도록 구성될 수 있다. 이러한 금속 채널 전극(70)은 그 상부(72)가 장벽층(20)을 넘지 않도록 위치할 수 있다.Thus, the
이러한 금속 채널 전극(70)은 티타늄(Ti) 및 알루미늄(Al) 중 적어도 어느 하나를 포함하여 이루어질 수 있으며, 예를 들어, Ti/Al과 같은 다층 구조로 이루어질 수 있다. 경우에 따라서는 합금 형태를 이룰 수 있다.The
이와 같은 금속 채널 전극(70) 상에는 절연층(80)이 위치한다. 이 절연층(80)은, 그 물질이 SiO2, SiN, TiO2, ZnO, Al2O3, 및 비정질 AlN 중 어느 하나를 포함하여 이루어질 수 있다. 이러한 절연층(80)은 누설 전류가 발생하는 것을 방지할 수 있다.The
도 1에서 도시하는 바와 같이, 절연층(80)은 금속 채널 전극(70)이 위치하는 리세스 영역(71)의 상부에 일부 위치하고, 그 상측으로 연장되어 캡층(30)의 상측까지 연장되어 위치할 수 있다. As shown in FIG. 1, the
즉, 소스 전극(40)과 드레인 전극(50)을 제외한 소자의 상측면을 덮도록 위치할 수 있다. 따라서, 이러한 절연층(80)은 장벽층(20)과 그 일부가 접촉할 수 있다.That is, it may be positioned to cover the upper surface of the device except for the
절연층(80) 상에는 게이트 전극(60)이 위치한다. 이러한 게이트 전극(60)은 절연층(80)과 접촉될 수 있으며, 니켈(Ni), 이리듐(Ir), 팔라듐(Pd), 및 백금(Pt)과 같은 일함수가 높은 금속이나, 티타늄(Ti)과 같은 접착성이 우수한 금속을 포함할 수 있다.The
이와 같이, 게이트 전극(60)이 위치하는 부분에 리세스 영역(71)이 위치하여 노멀리 오프(normally-off) 전류 특성을 가지는 소자를 구현할 수 있다. 또한, 금속 채널 전극(70)에 의하여 채널이 연결되도록 함으로써, 리세스 영역(71) 형성에 의하여 전류 특성이 변하지 않도록 할 수 있다.As such, the
즉, 노멀리 오프 특성을 구현할 수 있으면서, 드레인 전류에 감소 현상이 발생하지 않는 소자의 구현이 가능한 것이다.That is, it is possible to implement a device in which a normally off characteristic can be implemented and a reduction phenomenon in the drain current does not occur.
이와 같은 특성을 가지는 소자의 구현은 AlGaN/GaN 이종 접합 구조를 이루는 HFET 소자의 특성에 기인할 수 있다. 즉, 이러한 HFET 소자는 전압, 전류 특성에 있어서 우수하여 고출력 전력 소자로 이용될 수 있으나, 통상의 구조에서는 노멀리 온(normally-on)의 전류 특성을 가질 수 있다.Implementation of the device having such characteristics may be due to the characteristics of the HFET device forming the AlGaN / GaN heterojunction structure. That is, such an HFET device may be used as a high output power device because of excellent voltage and current characteristics, but may have a current characteristic of normally-on in a conventional structure.
이러한 노멀리 온 소자의 경우에는 회로를 구성하는 데에 있어 복잡도가 증가할 수 있기 때문에 노멀리 오프 특성을 가지도록 하는 것이 요구될 수 있으며, 그 방안 중 하나는 문턱 전압을 높이는 것이다.In the case of such a normally-on device, since the complexity may be increased in configuring a circuit, it may be required to have a normally-off characteristic, and one of the measures is to increase the threshold voltage.
문턱 전압을 높이는 방법 중 하나는 위에서 설명한 바와 같이, 게이트 전극(60) 하측의 AlGaN 장벽층(20)을 식각하여 리세스 영역(71)을 형성함으로써 그 영역에서 흐르는 2DEG층(11)의 농도를 낮추는 것이다.One method of increasing the threshold voltage is to form a recessed
또한, 리세스 영역(71)의 형성 공정을 통해 플라즈마 에너지에 의한 구조 변화가 발생할 수 있으며, 이에 의하여 게이트 전극(60) 측으로 누설 전류가 증가할 수 있는데, 절연층(80)은 이러한 누설 전류의 발생을 방지할 수 있게 하는 것이다.In addition, a structure change due to plasma energy may occur through the process of forming the
이하, 도 2 내지 도 7을 참고하여 질화물계 반도체 이종접합 반도체 소자의 제조 과정을 설명한다.Hereinafter, a manufacturing process of the nitride-based semiconductor heterojunction semiconductor device will be described with reference to FIGS. 2 to 7.
우선, 버퍼층(10)을 성장하기 위한 기판(도시되지 않음)을 준비한다. 이 기판은 사파이어, 실리콘(Si), 실리콘 카바이드(SiC), 또는 질화 갈륨(GaN) 기판 중 어느 하나가 이용될 수도 있다. First, a substrate (not shown) for growing the
이러한 버퍼층(10)은 질화 갈륨(GaN) 반도체를 이용할 수 있으며, GaN은 MOCVD 법으로 불리는 유기 금속기상 성장법으로 제작할 수 있다. MOCVD 법을 이용하는 성장은, Ga의 원료인 TMGa, N의 원료인 NH3를 반응로(reactor) 안에서 고온으로 합성시켜 박막 성장을 하게 된다. The
도 2에서와 같이, 기판 위에 버퍼층(10)을 0.5 내지 10 ㎛의 두께로, 보다 유리하게는 0.6 내지 3 ㎛의 두께로 성장시킨 후, 2DEG 층(채널층; 11) 형성을 위해 장벽층(20)을 성장시킨다. 이러한 장벽층(20)은 알루미늄 질화 갈륨(AlGaN) 반도체로 이루어질 수 있다.As shown in FIG. 2, the
AlGaN의 알루미늄(Al) 조성은 위에서 설명한 바와 같이, 갈륨(Ga) 대비 10% 내지 50%(AlxGa1 - xN(0.1 ≤ x ≤ 0.5)정도로 성장시킨다. 이때, 장벽층(20)의 두께는 100 nm 이하, 보다 유리하게는 0 내지 20 nm 정도 성장시킬 수 있다.As described above, the Al (Al) composition of AlGaN is grown to about 10% to 50% (Al x Ga 1 - x N (0.1 ≤ x ≤ 0.5)) compared to gallium (Ga), wherein the
이후, 도 3에서와 같이, 장벽층(20) 상에 캡층(30)을 형성한다. 이러한 캡층(30)은 AlGaN으로 이루어질 수 있다. 위에서 설명한 바와 같이, 캡층(30)을 이루는 AlGaN의 알루미늄의 조성은 갈륨 대비 0 내지 100%(AlyGa1 - yN(0 ≤ y ≤ 1)일 수 있다.3, the
이러한 캡층(30)의 형성은 두께가 10 nm까지 형성할 수 있는데, 그 일례로, 5 nm 정도까지 성장시킬 수 있다.The
다음에, 소스 전극(40)과 드레인 전극(50)을 캡층(30) 상의 서로 대척되는 위치에 제작하면 도 4와 같은 구조가 이루어진다.Next, when the
위에서 설명한 바와 같이, 소스 전극(40) 및 드레인 전극(50)은 반도체층(장벽층(20) 또는 캡층(30))에 오믹 접촉되는 물질로서, 예를 들면, Ti/Al 기반의 구조를 사용할 수 있다. 이러한 Ti/Al 기판의 구조의 형성 후에 열처리 과정을 거칠 수도 있고, 경우에 따라, 열처리 과정 없이도 이용될 수 있다.As described above, the
이후에, 도 5에서 도시하는 바와 같이, 소스 전극(40)과 드레인 전극(50) 사이의 위치에 리세스 영역(71)을 형성한다.Subsequently, as shown in FIG. 5, a
이러한 리세스 영역(71)은 그 깊이(D)가 캡층(30)으로부터 버퍼층(10)의 일부까지 이르도록 형성하는데, 식각 방법을 이용하여 형성할 수 있다. 이러한 리세스 영역(71)의 형성 방법은 습식 식각 또는 건식 식각 등 다양한 방법이 이용될 수 있으며, 예를 들어, Cl2와 BCl2 기반의 가스를 이용하는 건식 식각 방법을 이용하여 형성할 수 있다.The
리세스 영역(71)의 깊이(D)는 1 내지 20 nm의 깊이를 이룰 수 있으며, 예를 들어, 15 nm 정도가 될 수 있다. 이때, 리세스 영역(71)은 적어도 2DEG 층(11)을 관통하도록 형성될 수 있다.The depth D of the
이후, 도 6에서와 같이, 리세스 영역(71)에 금속 채널 전극(70)을 형성한다. 이러한 금속 채널 전극(70)은 그 상부(72)가 적어도 장벽층(20) 높이까지 이를 수 있도록 형성할 수 있다. 따라서 금속 채널 전극(70)의 적어도 일부(상부; 72)가 리세스 영역(71)에 의하여 분리된 2DEG 층(채널; 11)을 전기적으로 서로 연결할 수 있다.Thereafter, as shown in FIG. 6, the
이와 같이, 리세스 영역(71)의 형성에 의하여 노멀리 오프 특성 및 높은 전류 특성을 가지는 소자를 구현할 수 있다. As described above, the device having the normally off characteristic and the high current characteristic can be realized by forming the
또한, 이와 같이 리세스 영역(71)에 의하여 분리된 채널층(11) 영역은 금속 채널 전극(70)에 의하여 서로 연결되도록 할 수 있는데, 이러한 금속 채널 전극(70)의 형성은 그 두께 제어가 용이하므로 효과적으로 정확한 두께로 금속 채널 전극(70)을 형성할 수 있다.In addition, the region of the
더구나, 이러한 금속 채널 전극(70)의 두께 제어는 리세스 영역(71)을 정밀하게 제어하는 것보다 상대적으로 용이하여, 용이하게 노멀리 오프 특성을 가지는 소자를 제작할 수 있다.In addition, the thickness control of the
따라서, 리세스 영역(71) 만으로 노멀리 오프 특성을 가지도록 하고, 여기에 금속 채널 전극(70)을 이용하여 그 높이가 채널(11) 영역을 연결하도록 하여, 드레인 전류의 감소를 방지할 수 있는 것이다.Accordingly, the
이러한 금속 채널 전극(70)은 Ti/Al 기반의 구조를 사용할 수 있으며, 형성 후에 열처리 과정을 거칠 수도 있고, 열처리 과정 없이도 이용될 수 있다.The
다음에는 도 7에서와 같이, 금속 채널 전극(70) 상의 위치와 캡층(30) 상에 게이트 절연층(80)을 형성한다. Next, as shown in FIG. 7, the
위에서 설명한 바와 같이, 이 절연층(80)은, SiO2, SiN, TiO2, ZnO, Al2O3, 및 비정질 AlN 중 어느 하나의 물질을 이용하여 형성할 수 있다.As described above, the insulating
이후, 이러한 절연층(80) 상에 게이트 전극(60)을 형성하면 도 1과 같은 구조가 이루어지게 된다.Thereafter, when the
이러한 게이트 전극(60)은, Ni, Ir, Pd, 및 Pt 등 일함수가 높은 전극 물질 중 적어도 어느 하나 이상을 이용하여 제작할 수 있다. 또는 Ti와 같은 접착성이 우수한 금속을 이용하여 제작할 수도 있다.The
한편, 본 명세서와 도면에 개시된 본 발명의 실시 예들은 이해를 돕기 위해 특정 예를 제시한 것에 지나지 않으며, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시 예들 이외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형 예들이 실시 가능하다는 것은, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것이다.It should be noted that the embodiments of the present invention disclosed in the present specification and drawings are only illustrative of specific examples for the purpose of understanding and are not intended to limit the scope of the present invention. It will be apparent to those skilled in the art that other modifications based on the technical idea of the present invention are possible in addition to the embodiments disclosed herein.
10: 버퍼층 20: 장벽층
30: 캡층 40: 소스 전극
50: 드레인 전극 60: 게이트 전극
70: 금속 채널 전극 80: 절연층 10: buffer layer 20: barrier layer
30: cap layer 40: source electrode
50: drain electrode 60: gate electrode
70: metal channel electrode 80: insulating layer
Claims (12)
상기 버퍼층 상에 위치하는 장벽층;
상기 장벽층 상에 위치하는 소스 및 드레인 전극;
상기 소스 및 드레인 전극 사이에 위치하는 리세스 영역에 위치하는 금속 채널 전극;
상기 금속 채널 전극 상에 위치하는 절연층; 및
상기 절연층 상에 위치하는 게이트 전극을 포함하는 것을 특징으로 하는 질화물계 반도체 이종접합 반도체 소자.A nitride semiconductor buffer layer including a 2DEG layer thereon;
A barrier layer on the buffer layer;
Source and drain electrodes positioned on the barrier layer;
A metal channel electrode positioned in a recess region positioned between the source and drain electrodes;
An insulating layer on the metal channel electrode; And
A nitride-based semiconductor heterojunction semiconductor device comprising a gate electrode located on the insulating layer.
상기 버퍼층 상에 장벽층을 형성하는 단계;
상기 장벽층 상에 캡층을 형성하는 단계;
상기 캡층 상에 소스 및 드레인 전극을 형성하는 단계;
상기 소스 및 드레인 전극 사이의 위치에 상기 버퍼층의 일부까지 제거하는 리세스 영역을 형성하는 단계;
상기 리세스 영역에 적어도 상기 장벽층 높이까지 금속 채널 전극을 형성하는 단계;
상기 금속 채널 전극 상에 절연층을 형성하는 단계; 및
상기 절연층 상에 게이트 전극을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 질화물계 반도체 이종접합 반도체 소자의 제조방법.Forming a nitride semiconductor buffer layer on the substrate;
Forming a barrier layer on the buffer layer;
Forming a cap layer on the barrier layer;
Forming a source and a drain electrode on the cap layer;
Forming a recess region at a position between the source and drain electrodes to remove a portion of the buffer layer;
Forming a metal channel electrode in the recessed region up to at least the barrier layer height;
Forming an insulating layer on the metal channel electrode; And
Forming a gate electrode on the insulating layer; and manufacturing a nitride-based semiconductor heterojunction semiconductor device.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020110118822A KR101871712B1 (en) | 2011-11-15 | 2011-11-15 | Nitride-based heterojunction semiconductor device and method for the same |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020110118822A KR101871712B1 (en) | 2011-11-15 | 2011-11-15 | Nitride-based heterojunction semiconductor device and method for the same |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
KR20130053576A true KR20130053576A (en) | 2013-05-24 |
KR101871712B1 KR101871712B1 (en) | 2018-06-27 |
Family
ID=48662760
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
KR1020110118822A KR101871712B1 (en) | 2011-11-15 | 2011-11-15 | Nitride-based heterojunction semiconductor device and method for the same |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
KR (1) | KR101871712B1 (en) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR20140061145A (en) * | 2012-11-13 | 2014-05-21 | 삼성전자주식회사 | High electron mobility transistor and method of manufacturing the same |
KR101522819B1 (en) * | 2014-10-17 | 2015-05-27 | 한양대학교 에리카산학협력단 | Electronic device comprising two-dimensional electron gas, and method of fabricating the same |
US9391186B2 (en) | 2013-12-09 | 2016-07-12 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Semiconductor device |
CN110277445A (en) * | 2018-03-16 | 2019-09-24 | 中国科学院上海微系统与信息技术研究所 | Enhanced longitudinal power device and production method based on AlGaN/p-GaN channel |
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2010067816A (en) * | 2008-09-11 | 2010-03-25 | Toshiba Corp | Semiconductor device |
JP2010153493A (en) * | 2008-12-24 | 2010-07-08 | Sanken Electric Co Ltd | Field-effect semiconductor device and method of fabrication |
-
2011
- 2011-11-15 KR KR1020110118822A patent/KR101871712B1/en active IP Right Grant
Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2010067816A (en) * | 2008-09-11 | 2010-03-25 | Toshiba Corp | Semiconductor device |
JP2010153493A (en) * | 2008-12-24 | 2010-07-08 | Sanken Electric Co Ltd | Field-effect semiconductor device and method of fabrication |
Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR20140061145A (en) * | 2012-11-13 | 2014-05-21 | 삼성전자주식회사 | High electron mobility transistor and method of manufacturing the same |
US9391186B2 (en) | 2013-12-09 | 2016-07-12 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Semiconductor device |
KR101522819B1 (en) * | 2014-10-17 | 2015-05-27 | 한양대학교 에리카산학협력단 | Electronic device comprising two-dimensional electron gas, and method of fabricating the same |
WO2016060388A1 (en) * | 2014-10-17 | 2016-04-21 | 한양대학교에리카산학협력단 | Electronic device comprising two-dimensional electron gas, and manufacturing method therefor |
US11081577B2 (en) | 2014-10-17 | 2021-08-03 | Industry-University Cooperation Foundation Hanyang University Erica Campus | Electronic device including two-dimensional electron gas and method of fabricating the same |
CN110277445A (en) * | 2018-03-16 | 2019-09-24 | 中国科学院上海微系统与信息技术研究所 | Enhanced longitudinal power device and production method based on AlGaN/p-GaN channel |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
KR101871712B1 (en) | 2018-06-27 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP6522521B2 (en) | Electrode of semiconductor device and method of manufacturing the same | |
JP5114947B2 (en) | Nitride semiconductor device and manufacturing method thereof | |
JP5634681B2 (en) | Semiconductor element | |
JP6018360B2 (en) | Compound semiconductor device and manufacturing method thereof | |
US20080079009A1 (en) | Semiconductor device | |
KR101008272B1 (en) | Normally off nitride high electron mobility transistor and method for manufacturing thereof | |
KR102080745B1 (en) | Nitride semiconductor and method thereof | |
JP5780613B2 (en) | Semiconductor device having improved adhesion and method for manufacturing the same | |
JP2014078710A (en) | High electron mobility transistor and method for driving the same | |
JP2018503254A (en) | Ohmic contact formed in recess of III-N device | |
TW201419546A (en) | Transistor and method of forming the same and semiconductor device | |
KR20150091705A (en) | Nitride semiconductor and method thereof | |
KR101871712B1 (en) | Nitride-based heterojunction semiconductor device and method for the same | |
KR101259126B1 (en) | Nitride-based heterojuction semiconductor device and method for the same | |
KR20130083198A (en) | Nitride-based heterojuction semiconductor device | |
JP2010225938A (en) | Compound semiconductor device and method of manufacturing the same | |
WO2014129245A1 (en) | Nitride semiconductor device | |
US20130248878A1 (en) | Method for manufacturing nitride semiconductor device and the same manufactured thereof | |
JP2013115323A (en) | Field-effect transistor | |
CN114141767A (en) | Integrated structure of IGZO transistor and GaN HEMT gate control circuit and preparation method thereof | |
TW202318572A (en) | Semiconductor substrate and transistor | |
KR101952176B1 (en) | Enhancement nitride semiconductor device and method for manufacturing the same | |
KR101952175B1 (en) | Nitride semiconductor device and method for manufacturing the same | |
CN106486545A (en) | Semiconductor unit | |
KR102135344B1 (en) | Nitride semiconductor device and method for manufacturing the same |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A201 | Request for examination | ||
E902 | Notification of reason for refusal | ||
E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
GRNT | Written decision to grant |