KR20160087009A - Nitride-based Semiconductor Device with Nanowire Structure and Method Thereof - Google Patents
Nitride-based Semiconductor Device with Nanowire Structure and Method Thereof Download PDFInfo
- Publication number
- KR20160087009A KR20160087009A KR1020150004027A KR20150004027A KR20160087009A KR 20160087009 A KR20160087009 A KR 20160087009A KR 1020150004027 A KR1020150004027 A KR 1020150004027A KR 20150004027 A KR20150004027 A KR 20150004027A KR 20160087009 A KR20160087009 A KR 20160087009A
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- nanowire
- spacer
- forming
- etching
- substrate
- Prior art date
Links
- 239000002070 nanowire Substances 0.000 title claims abstract description 110
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 title claims abstract description 60
- 150000004767 nitrides Chemical class 0.000 title claims abstract description 53
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 26
- 125000006850 spacer group Chemical group 0.000 claims abstract description 62
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 49
- 238000005530 etching Methods 0.000 claims abstract description 39
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 claims abstract description 31
- 238000000576 coating method Methods 0.000 claims abstract description 31
- 238000000151 deposition Methods 0.000 claims abstract description 16
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims abstract description 12
- 239000010410 layer Substances 0.000 claims description 75
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 29
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 18
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 18
- 239000011247 coating layer Substances 0.000 claims description 9
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 claims description 8
- 238000001039 wet etching Methods 0.000 claims description 5
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-M hydroxide Chemical compound [OH-] XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims 1
- 229920002120 photoresistant polymer Polymers 0.000 abstract description 8
- WGTYBPLFGIVFAS-UHFFFAOYSA-M tetramethylammonium hydroxide Chemical compound [OH-].C[N+](C)(C)C WGTYBPLFGIVFAS-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 16
- JMASRVWKEDWRBT-UHFFFAOYSA-N Gallium nitride Chemical compound [Ga]#N JMASRVWKEDWRBT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 6
- 229910002601 GaN Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 5
- 229920003229 poly(methyl methacrylate) Polymers 0.000 description 5
- 239000004926 polymethyl methacrylate Substances 0.000 description 5
- 239000003989 dielectric material Substances 0.000 description 3
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 3
- CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N Acetone Chemical compound CC(C)=O CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N Tin Chemical compound [Sn] ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- RNQKDQAVIXDKAG-UHFFFAOYSA-N aluminum gallium Chemical compound [Al].[Ga] RNQKDQAVIXDKAG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 230000001939 inductive effect Effects 0.000 description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 2
- 229910018072 Al 2 O 3 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910004140 HfO Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910010413 TiO 2 Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000000137 annealing Methods 0.000 description 1
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000000903 blocking effect Effects 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 239000000470 constituent Substances 0.000 description 1
- 238000007796 conventional method Methods 0.000 description 1
- 238000001312 dry etching Methods 0.000 description 1
- 238000000609 electron-beam lithography Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 230000005669 field effect Effects 0.000 description 1
- 230000010354 integration Effects 0.000 description 1
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 1
- 238000001459 lithography Methods 0.000 description 1
- 150000002736 metal compounds Chemical class 0.000 description 1
- 239000000113 methacrylic resin Substances 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 238000010295 mobile communication Methods 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 1
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 1
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 1
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000000704 physical effect Effects 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 238000012827 research and development Methods 0.000 description 1
- 238000004528 spin coating Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor devices adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching, or capacitors or resistors with at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. 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
- H01L29/66431—Unipolar field-effect transistors with a heterojunction interface channel or gate, e.g. HFET, HIGFET, SISFET, HJFET, HEMT
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor devices adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching, or capacitors or resistors with at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. 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
- H01L29/413—Nanosized electrodes, e.g. nanowire electrodes comprising one or a plurality of nanowires
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor devices adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching, or capacitors or resistors with at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. 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
- H01L29/43—Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by the materials of which they are formed
- H01L29/49—Metal-insulator-semiconductor electrodes, e.g. gates of MOSFET
- H01L29/51—Insulating materials associated therewith
- H01L29/518—Insulating materials associated therewith the insulating material containing nitrogen, e.g. nitride, oxynitride, nitrogen-doped material
Abstract
Description
본 발명은 나노와이어 구조의 질화물 반도체 소자 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 수직 나노와이어를 형성하여 스위칭 속도가 우수한 소자특성을 가지면서도 노말리 오프(Normally Off) 특성을 구현할 수 있어 누설전류를 극소화할 수 있는 나노와이어 구조의 질화물 반도체 소자 및 그 제조방법에 관한 것이다.
[0001] The present invention relates to a nitride semiconductor device having a nanowire structure and a method of manufacturing the same, and more particularly, to a nitride semiconductor device having a nanowire structure in which vertical nanowires are formed to realize a normally- To a nitride semiconductor device having a nanowire structure capable of minimizing a current and a manufacturing method thereof.
최근 정보통신산업이 급격히 발달함에 따라, 무선통신기술과 관련된 개인 이동통신기, 위성통신기, 방송 통신기, 통신용 중계기, 군사용 레이더 등의 수요가 점차 확대되고 있다. 따라서, 마이크로파(㎛) 또는 밀리미터파(㎜) 대역의 초고속 정보 통신 시스템에 필요한 고속, 고전력의 전자소자가 요구된다. 또한, 고전력의 파워소자와, 파워소자의 에너지 손실을 감소시키기 위한 연구 및 개발이 요구된다. Recently, as the information and communication industry has rapidly developed, demand for personal mobile communication devices, satellite communication devices, broadcasting communication devices, communication relay devices, and military radar devices related to wireless communication technology is gradually expanding. Therefore, there is a demand for a high-speed, high-power electronic device required for a microwave (탆) or millimeter wave (mm) band high-speed information communication system. Further, research and development are required to reduce energy loss of high-power power devices and power devices.
갈륨질화물(GaN)계의 반도체 물질은 에너지 갭이 넓으며, 높은 열적/화학적 안정도, 높은 전자포화속도(~3×107㎝/sec) 등 뛰어난 물성을 가지기 때문에, 광소자, 고주파 또는 고출력 전자소자에 적용될 수 있다. 또한, 갈륨질화물(GaN)계 반도체 물질을 이용한 전자소자는 고항복 전계(~3×106V/㎝), 고전류 밀도, 고온에서의 안정된 동작, 고열전도도 등의 장점을 갖는다. A GaN semiconductor material has a wide energy gap, and has excellent physical properties such as high thermal / chemical stability and high electron saturation rate (~ 3 x 107 cm / sec). Therefore, an optical device, a high frequency or high output electronic device Lt; / RTI > In addition, electronic devices using gallium nitride (GaN) based semiconductor materials have advantages such as high breakdown field (~ 3 x 10 6 V / cm), high current density, stable operation at high temperature, and high thermal conductivity.
알루미늄 갈륨질화물(AlGaN)/갈륨 질화물(GaN)의 이종접합 구조를 이용한 HFET(Heterostructure Field Effect Transistor)는 접합 계면에서 밴드 불연속이 발생하며, 그 발생 정도가 크기 때문에 접합 계면에 전자가 높은 농도로 유기될 수 있다. 따라서, HFET는 높은 전자 이동도를 가질 수 있다. 이 같은 특징에 의해 HFET를 고파워 소자로 응용할 수 있다. Heterostructure field effect transistor (HFET) using hetero-junction structure of aluminum gallium nitride (AlGaN) / gallium nitride (GaN) causes band discontinuity at the bonding interface, . Thus, an HFET can have a high electron mobility. This allows the HFET to be used as a high power device.
일반적으로, 파워 소자는 큰 전류 밀도가 필요하다. 그러나, HFET는 높은 전자 이동도를 갖기 때문에, 문턱전압이 0 V 이하가 되면서 신호 미인가 상태에서도 전류 흐름이 발생되어 전력이 소모되는 단점이 있다. 이러한 노말리 온(Normally on) 타입의 반도체 소자는 이 전류 흐름으로 인해 전력 손실이 크고 정상적인 스위칭 동작을 수행할 수 없으며 회로 자체가 복잡해지는 단점이 있다.Generally, a power device requires a large current density. However, since the HFET has a high electron mobility, current flows even when the threshold voltage is below 0 V and the signal is unfavorable, which consumes power. Such a normally-on type semiconductor device has a disadvantage in that power flow is large due to the current flow, the normal switching operation can not be performed, and the circuit itself becomes complicated.
이를 보완하기 위하여, 게이트 영역에 해당하는 알루미늄 갈륨질화물(AlGaN)층을 일부 제거하는 등의 리세스 게이트(recess gate) 구조, 게이트 영역에 F 이온을 임플란트하는 기술 등 다양한 기술이 개발되고 있다. 그러나 종래의 기술들은 균일한 플라즈마 파워(plasma power) 조절이 어려워서, FET의 문턱전압을 조절하기 힘들거나 플라즈마 손상(plasma damage) 때문에 소자의 성능이 저하되는 등 문제점이 존재해 왔다. In order to compensate for this, various techniques have been developed, such as a recess gate structure in which a part of the aluminum gallium nitride (AlGaN) layer corresponding to the gate region is removed, and a technique in which F ions are implanted in the gate region. However, conventional techniques have difficulties in controlling the plasma power uniformly, so that it is difficult to control the threshold voltage of the FET or the plasma performance of the device deteriorates due to plasma damage.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로서, 본 발명의 목적은 수직 나노와이어를 형성하여 스위칭 속도가 우수한 소자특성을 가지면서도 노말리 오프(Normally Off) 특성을 구현할 수 있어 누설전류를 극소화할 수 있는 나노와이어 구조의 질화물 반도체 소자 및 그 제조방법을 제공하는 것이다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in order to solve the above-mentioned problems, and it is an object of the present invention to provide a vertical nanowire that can realize a normally off characteristic, A nitride semiconductor device having a nanowire structure that can be minimized, and a manufacturing method thereof.
나노와이어를 통해 볼륨 도치(volume inversion) 현상을 유도하여 기존의 질화물 반도체 소자보다 더 낮은 동작전압에서도 더 향상된 출력특성을 구현할 수 있는 나노와이어 구조의 질화물 반도체 소자 및 그 제조방법을 제공하는 것이다.A nitride semiconductor device having a nanowire structure capable of realizing a volume inversion phenomenon through a nanowire and capable of realizing a further improved output characteristic even at a lower operating voltage than a conventional nitride semiconductor device, and a method for manufacturing the same.
본 발명의 또 다른 목적은 방향성 식각이 가능한 용액을 이용해 나노와이어 패턴, 반도체 소자의 게이트 및 채널 길이 등을 미세하게 조절하여 기존의 리소그래피 공정보다 정교하고 소형화 제작이 가능한 나노와이어 구조의 질화물 반도체 소자의 제조방법을 제공하는 것이다.
It is another object of the present invention to provide a nitride semiconductor device having a nanowire structure that can be finer and more compact than a conventional lithography process by finely adjusting nanowire patterns, gates and channel lengths of semiconductor devices using a solution capable of directional etching And a method for manufacturing the same.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 바람직한 일 측면에 따르면, 질화물 반도체 기판 상에 수직 방향의 나노와이어를 형성하는 단계; 상기 나노와이어와 상기 기판 상에 제 1 스페이서를 증착한 후 상기 제 1 스페이서 상에 제 1 PR코팅막을 형성하는 단계; 상기 나노와이어 부분이 노출되도록 상기 제 1 PR코팅막을 식각하는 단계; 상기 제 1 PR코팅막을 식각한 하부에 남아있는 상기 제 1 스페이서를 식각하는 단계; 상기 나노와이어와 상기 제 1 스페이서 상에 게이트 단자층을 형성하는 단계; 상기 게이트 단자층 상에 제 2 스페이서를 증착한 후 상기 제 2 스페이서 상에 제 2 PR코팅막을 형성하는 단계; 상기 나노와이어 부분이 노출되도록 상기 제 2 PR코팅막을 식각하는 단계; 상기 제 2 PR코팅막을 식각한 하부에 남아있는 상기 제 2 스페이서 및 상기 게이트 단자층을 차례로 식각하여 상기 나노와이어의 일부가 상부에 노출되도록 하는 단계; 상기 기판의 상부 일측에 소스 전극을 형성하고, 상기 나노와이어의 상부 일측에 드레인 전극을 형성하는 단계; 및 상기 게이트 단자층 일측에 게이트 전극을 형성하는 단계를 포함하는 나노와이어 구조의 질화물 반도체 소자 제조방법이 제공된다.According to a preferred embodiment of the present invention, there is provided a method of manufacturing a semiconductor device, comprising: forming a nanowire in a vertical direction on a nitride semiconductor substrate; Depositing a first spacer on the nanowire and the substrate, and forming a first PR coating on the first spacer; Etching the first PR coating to expose the nanowire portion; Etching the first spacer remaining on the bottom of the first PR coating layer; Forming a gate terminal layer on the nanowire and the first spacer; Depositing a second spacer on the gate terminal layer and then forming a second PR coating on the second spacer; Etching the second PR coating to expose the nanowire portion; Etching the second spacer and the gate terminal layer remaining in the lower portion by etching the second PR coating to sequentially expose a portion of the nanowire on the upper portion; Forming a source electrode on one side of the substrate and forming a drain electrode on one side of the nanowire; And forming a gate electrode on one side of the gate terminal layer. The present invention also provides a method for manufacturing a nitride semiconductor device having a nanowire structure.
여기서, 상기 질화물 반도체 물질은 GaN일 수 있다.Here, the nitride semiconductor material may be GaN.
그리고, 상기 질화물 반도체 기판 상에 수직 방향의 나노와이어를 형성하는 단계는, 상기 기판 상에 절연막을 증착한 후 중앙부를 제외한 양 측부를 식각하여 상기 질화물 반도체 물질의 일부가 측면 하부에서 외부로 노출되는 기초와이어를 형성하는 단계; 상기 기초와이어를 식각하여 폭을 축소하는 단계; 및 상기 절연막을 제거하는 단계를 포함할 수 있다.The step of forming the nanowires in the vertical direction on the nitride semiconductor substrate may include depositing an insulating film on the substrate and etching both sides except for the center to expose a portion of the nitride semiconductor material from the lower side to the outside Forming a base wire; Etching the base wire to reduce its width; And removing the insulating film.
이 때, 상기 기초와이어를 식각하여 폭을 축소하는 단계는, 상기 기초와이어를 수평 방향으로 습식 식각하는 것일 수 있으며, 상기 습식 식각은 TMAH (TetraMethyl Ammounium Hydroxide) 또는 KOH 용액을 이용하여 방향성 식각하는 것이 가능하다.At this time, the step of reducing the width by etching the base wire may include wet etching the base wire in the horizontal direction, and the wet etching may be performed by directional etching using TMAH (TetraMethyl Ammonium Hydroxide) or KOH solution It is possible.
또한, 상기 절연막은 상기 질화물 반도체 물질과는 다른 식각 특성을 갖는 물질로서, 그 일례로 SiO2, SiN, HfO 중 어느 하나가 사용될 수 있다.In addition, the insulating film is a material having etch characteristics different from those of the nitride semiconductor material. For example, any one of SiO 2 , SiN, and HfO may be used.
그리고, 상기 나노와이어와 상기 제 1 스페이서 상에 게이트 단자층을 형성하는 단계는, 상기 나노와이어와 상기 제 1 스페이서 상에 게이트 유전체층을 증착하는 단계; 및 상기 게이트 유전체층 상에 게이트 금속층을 증착하는 단계를 포함할 수 있다.The step of forming a gate terminal layer on the nanowire and the first spacer may include depositing a gate dielectric layer on the nanowire and the first spacer; And depositing a gate metal layer on the gate dielectric layer.
상기 나노와이어와 상기 제 1 스페이서 상에 게이트 단자층을 형성하는 단계 이전과, 상기 기판의 상부 일측에 소스 전극을 형성하고, 상기 나노와이어의 상부 일측에 드레인 전극을 형성하는 단계 이전에, 남아있는 상기 PR코팅막을 모두 제거하는 단계가 각각 선행하는 것이 바람직하다.Forming a gate terminal layer on the nanowire and the first spacer and forming a source electrode on one side of the substrate and forming a drain electrode on an upper side of the nanowire, It is preferable that the step of removing all the PR coating film precedes each.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 바람직한 다른 일 측면에 따르면, 질화물 반도체 물질로 이루어지고, 상부 일측에 수직 방향의 나노와이어가 형성되는 기판; 상기 기판의 상부 일측에서 상기 나노와이어를 감싸도록 형성되는 게이트 단자층; 상기 게이트 단자층의 상하측에서 각각 상기 나노와이어를 감싸도록 형성되는 스페이서; 상기 기판의 상부 일측에 형성되는 소스 전극; 및 상기 나노와이어의 상부 일측에 형성되는 드레인 전극을 포함하는 나노와이어 구조의 질화물 반도체 소자가 제공된다.According to another aspect of the present invention, there is provided a nitride semiconductor light emitting device comprising: a substrate made of a nitride semiconductor material and having a nanowire in a vertical direction on an upper side; A gate terminal layer formed on one side of the substrate to surround the nanowire; Spacers formed on upper and lower sides of the gate terminal layer to surround the nanowires, respectively; A source electrode formed on an upper side of the substrate; And a drain electrode formed on an upper side of the nanowire.
여기서, 상기 게이트 단자층은 상기 나노와이어를 둘러싸도록 형성되는 게이트 유전체층과, 상기 게이트 유전체층을 감싸도록 형성되는 게이트 금속층을 포함하는 것이 가능하며, 상기 기판에는 복수 개의 나노와이어가 상호 이격형성되는 것이 바람직하다. 이 때, 상기 게이트 금속층은 상기 게이트 유전체층이 형성된 모든 나노와이어 전체를 둘러싸도록 형성되는 것이 가능하다.
Here, the gate terminal layer may include a gate dielectric layer formed to surround the nanowire, and a gate metal layer formed to surround the gate dielectric layer. Preferably, the plurality of nanowires are spaced apart from each other on the substrate Do. At this time, the gate metal layer may be formed to surround all the nanowires formed with the gate dielectric layer.
본 발명에 따른 나노와이어 구조의 질화물 반도체 소자는 우수한 소자 특성을 가지고, 질화물 반도체에서 노말리 오프 특성을 구현할 수 있어 고주파 소자 및 고출력 파워소자에 적용이 가능한 효과가 있다.The nitride semiconductor device having a nanowire structure according to the present invention has excellent device characteristics and can realize a normally off characteristic in a nitride semiconductor, so that it can be applied to a high-frequency device and a high-output power device.
그리고 양의 문턱전압을 유도하고 누설전류를 극소화할 수 있어 전력소모를 크게 줄일 수 있으며, 전자선 리소그래피(E-beam lithography) 장비로 구현하기 힘든 100nm 이하의 패턴을 방향성 식각이 가능한 용액을 이용해 정교한 제작이 가능하므로 공정 비용 또한 크게 절감할 수 있고, 동일 면적 대비하여 수평소자보다 더 높은 집적밀도를 얻을 수 있는 효과가 있다.
It can reduce the power consumption by minimizing the leakage current by inducing positive threshold voltage and minimizing the leakage current. It is also possible to fabricate a pattern of less than 100nm, which is difficult to be realized by E-beam lithography equipment, It is possible to greatly reduce the processing cost, and it is possible to obtain a higher integration density than the horizontal element in comparison with the same area.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 나노와이어 구조의 질화물 반도체 소자를 도시한 구조도이다.
도 2는 도 1의 상방에서 바라본 평면도이다.
도 3A ~ 3M은 본 발명의 일 실시예에 따른 나노와이어 구조의 질화물 반도체 소자 제조방법을 순서적으로 나타낸 것이다.1 is a structural view illustrating a nitride semiconductor device having a nanowire structure according to an embodiment of the present invention.
2 is a plan view as seen from above in Fig.
3A to 3M sequentially illustrate a method of manufacturing a nitride semiconductor device of a nanowire structure according to an embodiment of the present invention.
본 발명에 관한 설명은 구조적 내지 기능적 설명을 위한 실시예에 불과하므로, 본 발명의 권리범위는 본문에 설명된 실시예에 의하여 제한되는 것으로 해석되어서는 아니 된다. 즉, 실시예는 다양한 변경이 가능하고 여러 가지 형태를 가질 수 있으므로 본 발명의 권리범위는 기술적 사상을 실현할 수 있는 균등물들을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 또한, 본 발명에서 제시된 목적 또는 효과는 특정 실시예가 이를 전부 포함하여야 한다거나 그러한 효과만을 포함하여야 한다는 의미는 아니므로, 본 발명의 권리범위는 이에 의하여 제한되는 것으로 이해되어서는 아니 될 것이다.The description of the present invention is merely an example for structural or functional explanation, and the scope of the present invention should not be construed as being limited by the embodiments described in the text. That is, the embodiments are to be construed as being variously embodied and having various forms, so that the scope of the present invention should be understood to include equivalents capable of realizing technical ideas. Also, the purpose or effect of the present invention should not be construed as limiting the scope of the present invention, since it does not mean that a specific embodiment should include all or only such effect.
여기서 사용되는 모든 용어들은 다르게 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 발명에서 명백하게 정의하지 않는 한 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미를 지니는 것으로 해석될 수 없다.
All terms used herein have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which this invention belongs, unless otherwise defined. Commonly used predefined terms should be interpreted to be consistent with the meanings in the context of the related art and can not be interpreted as having ideal or overly formal meaning unless explicitly defined in the present invention.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 나노와이어 구조의 질화물 반도체 소자를 도시한 구조도, 도 2는 도 1의 상방에서 바라본 평면도이다.FIG. 1 is a structural view showing a nitride semiconductor device having a nanowire structure according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a plan view as seen from above in FIG.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 나노와이어 구조의 질화물 반도체 소자는, 질화물 반도체 물질로 이루어지고, 상부 일측에 수직 방향의 나노와이어(W)가 형성되는 기판(10), 기판(10)의 상부 일측에서 나노와이어(W)를 감싸도록 형성되는 게이트 단자층(20), 게이트 단자층(20)의 상하측에서 각각 나노와이어(W)를 감싸도록 형성되는 스페이서(11,13), 기판(10)의 상부 일측에 형성되는 소스 전극(S) 및 나노와이어(W)의 상부 일측에 형성되는 드레인 전극(D)을 포함하여 구성된다.1 and 2, a nitride semiconductor device having a nanowire structure according to an embodiment of the present invention includes a substrate having a nitride semiconductor material and a nanowire W formed in a vertical direction on one side of the substrate, A
기판(10)을 구성하는 질화물 반도체 물질은 질화갈륨(GaN)일 수 있다. 상술한 바와 같이, 갈륨질화물(GaN)계의 반도체 물질은 에너지 갭이 넓으며, 높은 열적/화학적 안정도, 높은 전자포화속도(~3×107㎝/sec) 등 뛰어난 물성을 가지기 때문에, 광소자, 고주파 또는 고출력 전자소자에 적용될 수 있고, 고항복 전계(~3×106V/㎝), 고전류 밀도, 고온에서의 안정된 동작, 고열전도도 등의 장점을 갖는다. The nitride semiconductor material constituting the
나노와이어(W)는 이러한 질화물 반도체 물질로 기판(10)으로부터 수직한 방향으로 연장 형성되는 원기둥 형태의 구조체이며, 직경은 약 50 ~ 100 nm 정도의 매우 미세한 사이즈로 구비되는 것이 바람직하다. 기판(10)에는 이러한 나노와이어(W)가 복수 개로 상호 이격형성될 수 있으며, 나노와이어(W)가 형성되지 않은 기판(10)의 상부 일측에는 소스 전극(S)이 형성된다.The nanowire W is a cylindrical structure extending from the
게이트 단자층(20)은 나노와이어(W)를 둘러싸도록 형성되는 게이트 유전체층(21)과, 게이트 유전체층(21)을 감싸도록 형성되는 게이트 금속층(22)을 포함할 수 있다. 나노와이어(W)가 복수 개가 형성될 경우, 이러한 게이트 금속층(22)은 게이트 유전체층(21)이 형성된 모든 나노와이어(W) 전체를 둘러싸도록 형성되는 것이 바람직하다. 이러한 구조에서 게이트 금속층(22)의 종단 일측은 게이트 전극(G)에 연결된다.The
스페이서(11,13)를 구성하는 물질은 SiO2일 수 있으며, 게이트 단자층(20)의 상부나 하부측에서 각 나노와이어(W)를 감싸도록 형성된다. 이 때 게이트 단자층(20)의 상부에 위치하는 스페이서(13)의 상부 일측에는 드레인 전극(D)이 형성되어, 나노와이어(W)의 상부 일측과 연결될 수 있다. 물론 복수 개의 나노와이어(W)가 모두 연결될 수 있도록, 드레인 전극(D)이 나노와이어(W)의 배열방향을 따라 바 형태로 형성되는 것이 바람직하다.The material constituting the
본 발명에 따른 질화물 반도체에서는, 게이트 금속층(22)이 전자채널로서 동작하는 나노와이어(W)를 둘러싸도록 형성되므로 채널이 2차원 평면을 갖는 일반적인 질화물 반도체 소자와는 달리 전자채널이 핀 전체에 형성되므로 소자의 동작 시에 이용 가능한 전자의 수가 상대적으로 많아지는 반면 전자채널이 각 스페이서(11,13)를 통해 기판(10)의 하부와 격리되어 누설전류가 크게 감소되는 장점이 있다.In the nitride semiconductor according to the present invention, since the
또한, 각 나노와이어(W)가 나노 크기로 형성되어 핀의 단면이 작아짐에 따라, 입력전압이 없을 때 나노와이어(W) 내부가 항상 공핍상태를 유지되면서 양의 문턱전압 상태에 있도록 하는 노말리 오프(Normally-off) 특성 구현이 가능하고, 다수 개의 나노와이어(W)를 병렬적으로 형성함으로써 작은 단면으로 인한 채널 폭의 감소를 상계시킬 수 있도록 되어 있는 것이다. 뿐만 아니라, 나노와이어(W)의 구조적 특성 상 볼륨 도치(volume inversion) 현상을 유도하여 기존의 질화물 반도체 소자보다 더 낮은 동작전압에서도 더 향상된 출력특성을 구현할 수 있다.
In addition, since each nanowire W is formed in a nano-size and the cross-section of the fin becomes smaller, when the input voltage is not present, the nanowire W is always kept in the depletion state, Off characteristics can be realized and a plurality of nanowires W can be formed in parallel to offset a decrease in channel width due to a small cross section. In addition, by inducing a volume inversion phenomenon due to the structural characteristics of the nanowire (W), improved output characteristics can be realized even at a lower operating voltage than the conventional nitride semiconductor device.
도 3A ~ 3M은 본 발명의 일 실시예에 따른 나노와이어 구조의 질화물 반도체 소자 제조방법을 순서적으로 나타낸 것이다.3A to 3M sequentially illustrate a method of manufacturing a nitride semiconductor device of a nanowire structure according to an embodiment of the present invention.
도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 나노와이어 구조의 질화물 반도체 소자 제조방법은, 질화물 반도체 기판(10) 상에 수직 방향의 나노와이어(W)를 형성하는 단계(S1), 나노와이어(W)와 기판(10) 상에 제 1 스페이서(11)를 증착한 후 제 1 스페이서(11) 상에 제 1 PR코팅막(12)을 형성하는 단계(S2), 나노와이어(W) 부분이 노출되도록 제 1 PR코팅막(12)을 식각하는 단계(S3), 제 1 PR코팅막(12)을 식각한 하부에 남아있는 제 1 스페이서(11)를 식각하는 단계(S4), 나노와이어(W)와 제 1 스페이서(11) 상에 게이트 단자층(20)을 형성하는 단계(S5), 게이트 단자층(20) 상에 제 2 스페이서(13)를 증착한 후 제 2 스페이서(13) 상에 제 2 PR코팅막(14)을 형성하는 단계(S6), 나노와이어(W) 부분이 노출되도록 제 2 PR코팅막(14)을 식각하는 단계(S7), 제 2 PR코팅막(14)을 식각한 하부에 남아있는 제 2 스페이서(13) 및 게이트 단자층(20)을 차례로 식각하여 나노와이어(W)의 일부가 상부에 노출되도록 하는 단계(S8), 기판(10)의 상부 일측에 소스 전극(S)을 형성하고, 나노와이어(W)의 상부 일측에 드레인 전극(D)을 형성하는 단계(S9) 및 게이트 단자층(20) 일측에 게이트 전극(G)을 형성하는 단계(S10)를 포함한다.
Referring to FIG. 3, a method of fabricating a nitride semiconductor device having a nanowire structure according to an embodiment of the present invention includes forming a nanowire W in a vertical direction on a
먼저 S1 단계에서는 도 3A ~ 도 3C와 같이 질화물 반도체 기판(10) 상에 수직 방향의 나노와이어(W)를 형성한다.First, at step S1, a nanowire W in a vertical direction is formed on the
본 S1 단계는 보다 상세하게는, 도 3A와 같이 기판(10) 상에 절연막(M)을 증착한 후 중앙부를 제외한 양 측부를 식각하여 질화물 반도체 물질의 일부가 측면 하부에서 외부로 노출되는 기초와이어(W0)를 형성하는 단계(S1-1), 도 3B와 같이 기초와이어(W0)를 식각하여 폭을 축소하는 단계(S1-2) 및 도 3C와 같이 절연막(M)을 제거하는 단계(S1-3)로 이루어질 수 있다. 여기서 기판(10)을 이루는 질화물 반도체 물질은 질화갈륨(GaN)일 수 있으며, 그 장점은 상술한 바와 같다. 3A, the insulating film M is deposited on the
도 3A와 같이 기판(10)을 형성한 후, 기판(10) 상에 절연막(M)을 증착하고 중앙부를 제외한 양 측부를 식각하여, 질화물 반도체 물질의 일부가 측면 하부에서 외부로 노출되는 기초와이어(W0)를 형성한다. 3A, the insulating film M is deposited on the
절연막(M)은 상기의 질화물 반도체 물질과는 다른 식각 특성을 갖는 물질이 사용되는 것이 바람직하며, 그 예로서 SiO2, SiN, HfO 등의 유전 물질이 사용될 수 있다. 즉, 이러한 유전 물질들은 질화물 반도체의 식각에 사용되는 가스나 용액에 반응하지 않고, 반대로 질화물 반도체는 SiO2 등의 유전 물질의 식각에 사용되는 가스나 용액에 반응하지 않는 특성을 이용하여 나노와이어 구조의 질화물 반도체 소자를 용이하게 제조할 수 있게 된다.As the insulating film M, a material having etching properties different from those of the nitride semiconductor material may be used. For example, a dielectric material such as SiO 2 , SiN, and HfO may be used. That is, these dielectric materials do not react with gases or solutions used for etching nitride semiconductors. On the contrary, nitride semiconductors have a structure that does not react with gases or solutions used for etching dielectric materials such as SiO 2 , The nitride semiconductor device of the present invention can be easily manufactured.
그리고 기판(10) 상에 절연막(M)을 증착한 후 중앙부를 제외한 양 측부를 식각할 때, 절연막(M)을 먼저 건식 식각한 후에 하부의 질화물 반도체 물질을 건식 식각하는 것이 바람직하다. 여기서, 절연막(M)의 건식 식각시에는 CF4 가스를 비롯한 F 계열의 가스가 사용될 수 있으며, 기판(10)의 질화물 반도체 물질을 건식 식각시에는 BCl3/Cl2 mixture 를 비롯한 Cl 계열의 가스가 사용될 수 있다.When the insulating film M is deposited on the
기초와이어(W0)를 형성한 후, 도 3B와 같이 기초와이어(W0)를 식각하여 폭을 축소한다. 기초와이어(W0)의 수직 측면을 수평 방향으로 습식 식각하여 그 폭을 줄이는 것으로, 이러한 습식 식각에는 TMAH(TetraMethyl Ammounium Hydroxide) 용액이 사용될 수 있다. TMAH 용액은 질화물 반도체 물질의 식각시 식각 방향성을 갖는 특성이 있다. 즉, TMAH 용액은 기초와이어(W0)의 형성방향과 직교방향으로는 식각이 잘 이루어지나 기초와이어(W0) 형성방향과 나란한 방향으로는 식각이 거의 되지않는 특성이 있다. After the base wire W0 is formed, the base wire W0 is etched to reduce its width as shown in FIG. 3B. The vertical side of the base wire W0 is wet-etched in the horizontal direction to reduce its width. A TMAH (TetraMethyl Ammonium Hydroxide) solution can be used for such wet etching. The TMAH solution has a property of etching direction of the nitride semiconductor material when etched. That is, the TMAH solution is etched well in the direction orthogonal to the forming direction of the base wire W0, but is not substantially etched in the direction parallel to the forming direction of the base wire W0.
따라서, 약 5%의 TMAH 용액으로 수십분 정도 기초와이어(W0)를 식각하면 하부 기판(10) 부분은 식각이 되지 않고 기초와이어(W0)의 수직한 측면만 식각되어, 기초와이어(W0)의 폭을 원하는 대로 축소할 수 있게 된다. 본 단계에서 TMAH 용액 외에 KOH 용액 등의 다른 에칭 용액이 사용될 수도 있으며, 이 단계를 거치면 도 3C와 같이 나노와이어(W)가 형성된 기판(10)을 준비할 수 있는 것이다.Therefore, when the base wire W0 is etched for about 10 minutes with the TMAH solution of about 5%, the portion of the
S1 단계에서 기판(10) 상에 나노와이어(W)를 형성한 후, S2 단계에서는 도 3D와 같이 나노와이어(W)와 기판(10) 상에 제 1 스페이서(11)를 증착한 후, 도 3E와 같이 제 1 스페이서(11) 상에 제 1 PR(Photoresist)코팅막을 형성한다. 여기서, 스페이서를 구성하는 물질은 SiO2일 수 있으며, PR코팅막은 메타크릴 수지인 PMMA(Polymethyl-Methacrylate) 용액을 이용하여 PR코팅하는 것이 바람직하다. PMMA로 제 1 스페이서(11) 상에 PR코팅을 할 경우, 기판(10)의 상부 측보다 나노와이어(W)의 상부 측에 상대적으로 얇게 스핀코팅(spin coating)되는 특성을 이용할 수 있다.After the nanowires W are formed on the
S2 단계에서 제 1 PR코팅막(12)을 형성한 후, S3 단계에서는 도 3F와 같이 나노와이어(W) 부분이 노출되도록 제 1 PR코팅막(12)을 식각한 후, 도 3G와 같이 제 1 PR코팅막(12)을 식각한 하부에 남아있는 제 1 스페이서(11)를 식각한다. PMMA가 나노와이어(W)의 상부 측에 코팅된 두께가 기판(10)의 상부 측보다 상대적으로 얇기 때문에, 아세톤 등을 이용하여 PMMA를 식각하면 먼저 나노와이어(W) 부분에 코팅되어 있는 제 1 PR코팅막(12)부터 제거가 이루어진다.After the first
이렇게 나노와이어(W) 부분의 제 1 PR코팅막(12)을 제거한 후, 그 하부층에 남아있는 제 1 스페이서(11)를 건식 식각하면 나노와이어(W) 부분만 외부에 노출되어 있는 형태를 유도할 수 있는 것이다.After the first
제 1 스페이서(11)를 식각한 후 남아있는 제 1 PR코팅막(12)을 모두 제거하는 것이 바람직하며, 이 후 S5 단계에서는 도 3H와 같이 나노와이어(W)와 제 1 스페이서(11) 상에 게이트 단자층(20)을 형성하고, S6 단계에서는 게이트 단자층(20) 상에 제 2 스페이서(13)를 증착한다. It is preferable to remove all of the remaining first
본 나노와이어(W)와 제 1 스페이서(11) 상에 게이트 단자층(20)을 형성하는 단계(S5)는 보다 상세하게는, 나노와이어(W)와 제 1 스페이서(11) 상에 게이트 유전체층(21)을 증착하는 단계(S5-1) 및 게이트 유전체층(21) 상에 게이트 금속층(22)을 증착하는 단계(S5-2)로 이루어질 수 있다. 게이트 유전체층(21)은 SiO2, Al2O3, TiO2, HfO2 등의 다양한 물질이 사용될 수 있으며, 게이트 금속층(22)은 TiN, Al3Ti 등의 Ti/Al계 금속의 화합물을 사용할 수 있다.The step S5 of forming the
Al3Ti는 공기 중의 산소와 Ti의 반응을 막아 Ti의 산화를 억제하고, TiN은 GaN의 질소를 소모하게 되어 반도체와 금속의 접합부위에서 많은 양의 질소 공공(vacancy)을 발생시킨다. 이러한 질소 공공으로 인해 표면에는 높은 도핑 영역이 형성되고 이 고농도의 표면으로 전자가 터널링하여 오믹 접촉을 형성하게 된다. Ti/Al계 오믹 금속의 장점은 우수한 전기적 특성을 나타내고 열적 안정성도 우수해서 800℃까지 접촉저항이 크게 증가하지 않는 장점이 있다.Al 3 Ti inhibits the oxidation of Ti by blocking the reaction of oxygen with Ti in the air, and TiN consumes nitrogen of GaN and generates a large amount of nitrogen vacancies on the junction of semiconductor and metal. Due to the nitrogen vacancy, a high doping region is formed on the surface, and electrons tunnel to the high concentration surface to form an ohmic contact. The advantage of the Ti / Al-based ohmic metal is that it exhibits excellent electrical characteristics and is excellent in thermal stability, so that the contact resistance does not greatly increase up to 800 ° C.
또한 여기서, 제 2 스페이서(13)를 구성하는 물질은 제 1 스페이서(11)와 마찬가지로 SiO2일 수 있다.Here, the material constituting the
S6단계에서는 게이트 단자층(20) 상에 제 2 스페이서(13)를 증착한 후, 계속하여 도 3I와 같이 제 2 스페이서(13) 상에 제 2 PR코팅막(14)을 형성하고, S7 단계에서는 도 3J와 같이 나노와이어(W) 부분이 노출되도록 제 2 PR코팅막(14)을 식각한 후, S8 단계에서는 도 3K와 같이 제 2 PR코팅막(14)을 식각한 하부에 남아있는 제 2 스페이서(13) 및 게이트 단자층(20)을 차례로 식각하여, 도 3L과 같이 나노와이어(W)의 일부가 상부에 노출되도록 한다.In step S6, a
이 단계들의 진행 방식과 원리는 S2 내지 S4 단계와 동일하므로, 자세한 설명은 생략하도록 한다. 다만, 제 2 스페이서(13) 및 게이트 단자층(20)을 차례로 식각할 때에는 각 구성 물질의 식각 특성에 따라 알맞은 식각 방법을 택하여야 한다. 또한 식각 후에 남아있는 제 2 PR코팅막(14)을 모두 제거하는 것이 바람직하며, 나노와이어(W)의 일부가 상부에 노출되면 본 단계에서 중단할 수도 있고, 필요에 따라 제 3 스페이서를 증착한 후 동일한 방법을 반복하여 층을 더 형성하는 것도 가능하다.Since the method and principle of the steps are the same as those in steps S2 to S4, detailed description will be omitted. However, when the
이 후, S9 단계에서는 도 3M과 같이 기판(10)의 상부 일측에 소스 전극(S)을 형성하고, 나노와이어(W)의 상부 일측에 드레인 전극(D)을 형성하며, S10 단계에서는 게이트 단자층(20) 일측에 게이트 전극(G)을 형성한다. 소스와 드레인의 저항이 크면 소자의 고주파 특성이 나빠지고 고출력 동작 시에 많은 열이 발생하여 소자의 특성을 저하시키므로, 접촉 저항을 감소시킬 수 있도록 오믹 금속 공정과 어닐링 공정을 실시한 후 마지막으로 게이트 단자층(20)과 연결되도록 게이트 전극(G)을 형성하는 것이다.3M, a source electrode S is formed on one side of the
상기의 방법을 반복하여, 나노와이어(W)를 복수 개로 상호 이격형성할 수 있으며, 스페이서, 게이트 유전체층(21) 및 게이트 금속층(22) 등이 층층이 쌓여 있는 형태로 나노와이어 구조의 질화물 반도체 소자를 제조할 수 있다. 이에 대한 질화물 반도체 소자의 완성 형태는 도 1 및 도 2에서 전술한 바와 상통하는 바이다.
By repeating the above-described method, a plurality of nanowires W can be spaced apart from each other, and a nitride semiconductor device having a nanowire structure in which a spacer, a
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
It will be apparent to those skilled in the art that various modifications and variations can be made in the present invention without departing from the spirit or scope of the present invention as defined by the following claims It can be understood that
10 : 기판
11 : 제 1 스페이서
12 : 제 1 PR코팅막
13 : 제 2 스페이서
14 : 제 2 PR코팅막
20 : 게이트 단자층
21 : 게이트 유전체층
22 : 게이트 금속층
W : 나노와이어
W0 : 기초와이어
M : 절연막
S : 소스 전극
D : 드레인 전극
G : 게이트 전극10: substrate
11: first spacer 12: first PR coating film
13: second spacer 14: second PR coating film
20: gate terminal layer
21: gate dielectric layer 22: gate metal layer
W: nanowire W0: foundation wire
M: insulating film S: source electrode
D: drain electrode G: gate electrode
Claims (13)
상기 나노와이어와 상기 기판 상에 제 1 스페이서를 증착한 후 상기 제 1 스페이서 상에 제 1 PR코팅막을 형성하는 단계;
상기 나노와이어 부분이 노출되도록 상기 제 1 PR코팅막을 식각하는 단계;
상기 제 1 PR코팅막을 식각한 하부에 남아있는 상기 제 1 스페이서를 식각하는 단계;
상기 나노와이어와 상기 제 1 스페이서 상에 게이트 단자층을 형성하는 단계;
상기 게이트 단자층 상에 제 2 스페이서를 증착한 후 상기 제 2 스페이서 상에 제 2 PR코팅막을 형성하는 단계;
상기 나노와이어 부분이 노출되도록 상기 제 2 PR코팅막을 식각하는 단계;
상기 제 2 PR코팅막을 식각한 하부에 남아있는 상기 제 2 스페이서 및 상기 게이트 단자층을 차례로 식각하여 상기 나노와이어의 일부가 상부에 노출되도록 하는 단계;
상기 기판의 상부 일측에 소스 전극을 형성하고, 상기 나노와이어의 상부 일측에 드레인 전극을 형성하는 단계; 및
상기 게이트 단자층 일측에 게이트 전극을 형성하는 단계를 포함하는 나노와이어 구조의 질화물 반도체 소자 제조방법.
Forming a nanowire in a vertical direction on the nitride semiconductor substrate;
Depositing a first spacer on the nanowire and the substrate, and forming a first PR coating on the first spacer;
Etching the first PR coating to expose the nanowire portion;
Etching the first spacer remaining on the bottom of the first PR coating layer;
Forming a gate terminal layer on the nanowire and the first spacer;
Depositing a second spacer on the gate terminal layer and then forming a second PR coating on the second spacer;
Etching the second PR coating to expose the nanowire portion;
Etching the second spacer and the gate terminal layer remaining in the lower portion by etching the second PR coating to sequentially expose a portion of the nanowire on the upper portion;
Forming a source electrode on one side of the substrate and forming a drain electrode on one side of the nanowire; And
And forming a gate electrode on one side of the gate terminal layer.
상기 질화물 반도체 물질은 GaN인 나노와이어 구조의 질화물 반도체 소자 제조방법.
The method according to claim 1,
Wherein the nitride semiconductor material is GaN.
상기 질화물 반도체 기판 상에 수직 방향의 나노와이어를 형성하는 단계는,
상기 기판 상에 절연막을 증착한 후 중앙부를 제외한 양 측부를 식각하여 상기 질화물 반도체 물질의 일부가 측면 하부에서 외부로 노출되는 기초와이어를 형성하는 단계;
상기 기초와이어를 식각하여 폭을 축소하는 단계; 및
상기 절연막을 제거하는 단계를 포함하는 나노와이어 구조의 질화물 반도체 소자 제조방법.
The method according to claim 1,
The step of forming nanowires in the vertical direction on the nitride semiconductor substrate includes:
Depositing an insulating film on the substrate and etching both sides except for the central part to form a base wire, wherein a part of the nitride semiconductor material is exposed to the outside from the side of the side surface;
Etching the base wire to reduce its width; And
And removing the insulating film. The method of manufacturing a nitride semiconductor device of a nanowire structure according to claim 1,
상기 기초와이어를 식각하여 폭을 축소하는 단계는, 상기 기초와이어를 수평 방향으로 습식 식각하는 것을 특징으로 하는 나노와이어 구조의 질화물 반도체 소자 제조방법.
The method of claim 3,
Wherein the step of reducing the width by etching the base wire comprises wet-etching the base wire in the horizontal direction.
상기 습식 식각은 TMAH(TetraMethyl Ammounium Hydroxide) 또는 KOH 용액을 이용하여 방향성 식각하는 것을 특징으로 하는 나노와이어 구조의 질화물 반도체 소자 제조방법.
5. The method of claim 4,
Wherein the wet etching is a directional etching using TMAH (TetraMethyl Ammunium Hydroxide) or a KOH solution.
상기 절연막은 상기 질화물 반도체 물질과는 다른 식각 특성을 갖는 물질이 사용되는 나노와이어 구조의 질화물 반도체 소자 제조방법.
The method of claim 3,
Wherein the insulating film is made of a material having an etching property different from that of the nitride semiconductor material.
상기 절연막은 SiO2, SiN, HfO 중 어느 하나가 사용되는 것을 특징으로 하는 나노와이어 구조의 질화물 반도체 소자 제조방법.
The method of claim 3,
Wherein the insulating film is formed of any one of SiO 2 , SiN, and HfO.
상기 나노와이어와 상기 제 1 스페이서 상에 게이트 단자층을 형성하는 단계는,
상기 나노와이어와 상기 제 1 스페이서 상에 게이트 유전체층을 증착하는 단계; 및
상기 게이트 유전체층 상에 게이트 금속층을 증착하는 단계를 포함하는 나노와이어 구조의 질화물 반도체 소자 제조방법.
The method according to claim 1,
Wherein forming the gate terminal layer on the nanowire and the first spacer comprises:
Depositing a gate dielectric layer on the nanowire and the first spacer; And
And depositing a gate metal layer on the gate dielectric layer.
상기 나노와이어와 상기 제 1 스페이서 상에 게이트 단자층을 형성하는 단계 이전과,
상기 기판의 상부 일측에 소스 전극을 형성하고, 상기 나노와이어의 상부 일측에 드레인 전극을 형성하는 단계 이전에,
남아있는 상기 PR코팅막을 모두 제거하는 단계가 각각 선행하는 나노와이어 구조의 질화물 반도체 소자 제조방법.
The method according to claim 1,
Before forming the gate terminal layer on the nanowire and the first spacer,
Forming a source electrode on one side of the substrate and forming a drain electrode on an upper side of the nanowire,
And removing all of the remaining PR coating film.
상기 기판의 상부 일측에서 상기 나노와이어를 감싸도록 형성되는 게이트 단자층;
상기 게이트 단자층의 상하측에서 각각 상기 나노와이어를 감싸도록 형성되는 스페이서;
상기 기판의 상부 일측에 형성되는 소스 전극; 및
상기 나노와이어의 상부 일측에 형성되는 드레인 전극을 포함하는 나노와이어 구조의 질화물 반도체 소자.
A substrate made of a nitride semiconductor material and having nanowires formed in a vertical direction on an upper side thereof;
A gate terminal layer formed on one side of the substrate to surround the nanowire;
Spacers formed on upper and lower sides of the gate terminal layer to surround the nanowires, respectively;
A source electrode formed on an upper side of the substrate; And
And a drain electrode formed on one side of the upper portion of the nanowire.
상기 게이트 단자층은 상기 나노와이어를 둘러싸도록 형성되는 게이트 유전체층과, 상기 게이트 유전체층을 감싸도록 형성되는 게이트 금속층을 포함하는 나노와이어 구조의 질화물 반도체 소자.
11. The method of claim 10,
Wherein the gate terminal layer comprises a gate dielectric layer formed to surround the nanowire, and a gate metal layer formed to surround the gate dielectric layer.
상기 기판에는 복수 개의 나노와이어가 상호 이격형성되는 나노와이어 구조의 질화물 반도체 소자.
11. The method of claim 10,
Wherein the substrate has a plurality of nanowires spaced apart from each other.
상기 게이트 금속층은 상기 게이트 유전체층이 형성된 모든 나노와이어 전체를 둘러싸도록 형성되는 나노와이어 구조의 질화물 반도체 소자.12. The method of claim 11,
Wherein the gate metal layer is formed so as to surround all the nanowires formed with the gate dielectric layer.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020150004027A KR101645228B1 (en) | 2015-01-12 | 2015-01-12 | Nitride-based Semiconductor Device with Nanowire Structure and Method Thereof |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020150004027A KR101645228B1 (en) | 2015-01-12 | 2015-01-12 | Nitride-based Semiconductor Device with Nanowire Structure and Method Thereof |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
KR20160087009A true KR20160087009A (en) | 2016-07-21 |
KR101645228B1 KR101645228B1 (en) | 2016-08-04 |
Family
ID=56680340
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
KR1020150004027A KR101645228B1 (en) | 2015-01-12 | 2015-01-12 | Nitride-based Semiconductor Device with Nanowire Structure and Method Thereof |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
KR (1) | KR101645228B1 (en) |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR20110010929A (en) * | 2009-07-27 | 2011-02-08 | 전자부품연구원 | Nanowire transistor sensor, manufacturing method and nanoparticle detection apparatus using the same |
KR20110078507A (en) * | 2009-12-31 | 2011-07-07 | 경북대학교 산학협력단 | Compound semiconductor device having fin structure, and manufacturing method thereof |
EP2472585A1 (en) * | 2009-09-30 | 2012-07-04 | National University Corporation Hokkaido University | Tunnel field effect transistor and method for manufacturing same |
KR101200274B1 (en) | 2009-12-24 | 2012-11-14 | 경북대학교 산학협력단 | Enhancement normally off nitride vertical semiconductor device and manufacturing method thereof |
-
2015
- 2015-01-12 KR KR1020150004027A patent/KR101645228B1/en active IP Right Grant
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR20110010929A (en) * | 2009-07-27 | 2011-02-08 | 전자부품연구원 | Nanowire transistor sensor, manufacturing method and nanoparticle detection apparatus using the same |
EP2472585A1 (en) * | 2009-09-30 | 2012-07-04 | National University Corporation Hokkaido University | Tunnel field effect transistor and method for manufacturing same |
KR101200274B1 (en) | 2009-12-24 | 2012-11-14 | 경북대학교 산학협력단 | Enhancement normally off nitride vertical semiconductor device and manufacturing method thereof |
KR20110078507A (en) * | 2009-12-31 | 2011-07-07 | 경북대학교 산학협력단 | Compound semiconductor device having fin structure, and manufacturing method thereof |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
KR101645228B1 (en) | 2016-08-04 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP7336493B2 (en) | Protective insulator for HFET devices | |
US9812540B2 (en) | Enhanced switch device and manufacturing method therefor | |
CN105336789A (en) | GaN-based field effect transistor with high quality MIS structure and preparation method of GaN-based field effect transistor | |
CN102810564A (en) | Radio frequency device and manufacturing method thereof | |
CN109659355A (en) | Normally-off gallium oxide field-effect transistor structure and preparation method | |
CN106981514B (en) | Groove gate enhanced GaN transistor device based on nano channel | |
US10283598B2 (en) | III-V heterojunction field effect transistor | |
CN111201609B (en) | High electron mobility transistor with adjustable threshold voltage | |
CN107706232A (en) | A kind of MIS grid structure normally-off GaN base transistor in situ and preparation method | |
JP2023162328A (en) | Vertical field effect transistor and method for its formation | |
CN108831923B (en) | Enhanced high electron mobility transistor and preparation method thereof | |
KR20150127925A (en) | Nitride-based Semiconductor Device Using Gate-all-around Structure and Method Thereof | |
KR101645228B1 (en) | Nitride-based Semiconductor Device with Nanowire Structure and Method Thereof | |
KR20160102792A (en) | Semiconductor device and manufacturing method thereof | |
CN109727918B (en) | Structure of integrated enhancement mode and depletion mode field effect transistor and manufacturing method thereof | |
TWI528425B (en) | Nitride-based semiconductor device and manufacturing method thereof | |
KR101923972B1 (en) | Transistor and Method of Fabricating the Same | |
Lee et al. | Fabrication and Characterization of AlGaN/GaN Enhancement-Mode MOSHEMTs With Fin-Channel Array and Hybrid Gate-Recessed Structure and LiNbO 3 Ferroelectric Charge Trap Gate-Stack Structure | |
KR101745553B1 (en) | Fabricating Method of Nitride Semiconductor with Short Channel Length | |
KR101678874B1 (en) | Manufacturing method for semiconductor device | |
KR101668442B1 (en) | Manufacturing method for semiconductor device | |
US11257915B2 (en) | Semiconductor element having an enhancement-type transistor structure | |
KR101623381B1 (en) | Nitride semiconductor and method for manufacturing thereof | |
CN112582470B (en) | Normally-off high electron mobility transistor and manufacturing method thereof | |
CN111969048B (en) | Gallium nitride semiconductor power device and preparation method thereof |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
GRNT | Written decision to grant | ||
FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20190627 Year of fee payment: 4 |