KR20160087009A - Nitride-based Semiconductor Device with Nanowire Structure and Method Thereof - Google Patents

Nitride-based Semiconductor Device with Nanowire Structure and Method Thereof Download PDF

Info

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
Application number
KR1020150004027A
Other languages
Korean (ko)
Other versions
KR101645228B1 (en
Inventor
이정희
조영우
원철호
서재화
손동혁
Original Assignee
경북대학교 산학협력단
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 경북대학교 산학협력단 filed Critical 경북대학교 산학협력단
Priority to KR1020150004027A priority Critical patent/KR101645228B1/en
Publication of KR20160087009A publication Critical patent/KR20160087009A/en
Application granted granted Critical
Publication of KR101645228B1 publication Critical patent/KR101645228B1/en

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00Semiconductor 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
    • H01L29/66Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66007Multistep manufacturing processes
    • H01L29/66075Multistep manufacturing processes of devices having semiconductor bodies comprising group 14 or group 13/15 materials
    • H01L29/66227Multistep 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
    • H01L29/66409Unipolar field-effect transistors
    • H01L29/66431Unipolar field-effect transistors with a heterojunction interface channel or gate, e.g. HFET, HIGFET, SISFET, HJFET, HEMT
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00Semiconductor 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
    • H01L29/40Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/41Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape, relative sizes or dispositions
    • H01L29/413Nanosized electrodes, e.g. nanowire electrodes comprising one or a plurality of nanowires
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00Semiconductor 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
    • H01L29/40Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/43Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by the materials of which they are formed
    • H01L29/49Metal-insulator-semiconductor electrodes, e.g. gates of MOSFET
    • H01L29/51Insulating materials associated therewith
    • H01L29/518Insulating materials associated therewith the insulating material containing nitrogen, e.g. nitride, oxynitride, nitrogen-doped material

Abstract

The present invention relates to a method to manufacture a nitride semiconductor device with a nanowire structure, capable of minimizing leak current by implementing a normally-off characteristic. The method comprises the following steps: forming a vertical nanowire on a nitride semiconductor substrate; depositing a first spacer on the nanowire and the substrate, and forming a first photoresist (PR) coating film on the first spacer; etching the first PR coating film to expose a nanowire part; etching the first spacer remaining in a lower part from which the first PR coating film is etched; forming a gate terminal layer on the nanowire and the first spacer; depositing a second spacer on the gate terminal layer and forming a second PR coating film on the second spacer; etching the second PR coating film to expose the nanowire part; sequentially etching the second spacer and the gate terminal layer remaining in a lower part from which the second PR coating film is etched, so as to expose a part of the nanowire on the upper part; forming a source electrode on one side of the upper part of the substrate and forming a drain electrode on one side of the upper part of the nanowire; and forming a gate terminal on one side of the gate terminal layer.

Description

나노와이어 구조의 질화물 반도체 소자 및 그 제조방법 {Nitride-based Semiconductor Device with Nanowire Structure and Method Thereof}Technical Field [0001] The present invention relates to a nitride semiconductor device having a nanowire structure,

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.

한국등록특허 제1200274호 (2012.11.06 등록)Korean Registered Patent No. 1200274 (Registered on November 6, 2012)

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 gate terminal layer 20 formed to surround the nanowire W at one side of the upper side of the substrate 10 and a gate terminal layer 20 surrounding the nanowire W at upper and lower sides of the gate terminal layer 20, Spacers 11 and 13, a source electrode S formed on one side of the substrate 10 and a drain electrode D formed on one side of the nanowire W.

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 substrate 10 may be gallium nitride (GaN). As described above, since the gallium nitride (GaN) semiconductor material has a wide energy gap, high thermal / chemical stability, and high electron saturation rate (~ 3 x 107 cm / sec) Can be applied to high-frequency or high-output electronic devices, and has advantages such as high breakdown field (~ 3 x 10 6 V / cm), high current density, stable operation at high temperature, high thermal conductivity.

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 substrate 10 in the vertical direction by the nitride semiconductor material, and it is preferable that the nanowire W is formed in a very fine size with a diameter of about 50 to 100 nm. A plurality of such nanowires W may be spaced apart from each other on the substrate 10. A source electrode S is formed on one side of the substrate 10 on which the nanowires W are not formed.

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 gate terminal layer 20 may include a gate dielectric layer 21 formed to surround the nanowire W and a gate metal layer 22 formed to surround the gate dielectric layer 21. [ When a plurality of nanowires W are formed, it is preferable that the gate metal layer 22 is formed so as to surround all the nanowires W formed with the gate dielectric layer 21. In this structure, one end of the gate metal layer 22 is connected to the gate electrode G. [

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 spacers 11 and 13 may be SiO 2 and is formed so as to surround each nanowire W on the upper or lower side of the gate terminal layer 20. At this time, a drain electrode D is formed on one side of the upper portion of the spacer 13 located on the gate terminal layer 20 and connected to one side of the upper part of the nanowire W. It is preferable that the drain electrode D is formed in a bar shape along the arrangement direction of the nanowires W so that a plurality of nanowires W can be connected.

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 gate metal layer 22 is formed so as to surround the nanowire W operating as an electron channel, unlike a general nitride semiconductor device in which the channel has a two-dimensional plane, The number of electrons available for operation of the device is relatively increased. On the other hand, the electron channel is isolated from the bottom of the substrate 10 through the spacers 11 and 13, thereby greatly reducing the leakage current.

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 nitride semiconductor substrate 10, A step S2 of forming a first PR coating film 12 on the first spacer 11 after depositing the first spacer 11 on the substrate W and the wire W, (S4) of etching the first spacer 11 remaining in the lower portion of the first PR coating film 12 by etching the first PR coating layer 12 to expose the nanowire W Forming a gate terminal layer 20 on the second spacer 13 and the first spacer 11 and depositing a second spacer 13 on the gate terminal layer 20, A step S6 of forming a second PR coating film 14, a step S7 of etching the second PR coating film 14 to expose the nanowire W, a step of etching the second PR coating film 14 Remain on Etching the second spacer 13 and the gate terminal layer 20 in order to expose a portion of the nanowire W in the upper portion S8; forming a source electrode S on one side of the substrate 10 A step S9 of forming a drain electrode D on one side of the nanowire W and a step S10 forming a gate electrode G on one side of the gate terminal layer 20.

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 nitride semiconductor substrate 10 as shown in FIGS. 3A to 3C.

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 substrate 10, and then both sides except for the central portion are etched to expose a portion of the nitride semiconductor material, A step S1-2 for reducing the width by etching the base wire W0 as shown in FIG. 3B and a step S1 for removing the insulating film M as shown in FIG. 3C, -3). Here, the nitride semiconductor material constituting the substrate 10 may be gallium nitride (GaN), and its advantages are as described above.

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 substrate 10, and both sides except for the center are etched to form a base wire, in which a part of the nitride semiconductor material is exposed from the lower side to the outside, (W0).

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 substrate 10 and both sides except for the center are etched, the insulating film M is first dry-etched and then the underlying nitride semiconductor material is dry-etched. Here, when dry etching of the insulating film (M), the CF 4 gas to the gas of the F series to be used, including, and, when the nitride semiconductor material of the substrate 10 is dry etched, the gas of the Cl series, including BCl 3 / Cl 2 mixture Can be used.

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 lower substrate 10 is not etched and only the vertical side of the base wire W0 is etched, As desired. Another etching solution such as a KOH solution may be used in addition to the TMAH solution. In this step, the substrate 10 on which the nanowire W is formed can be prepared as shown in FIG. 3C.

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 substrate 10 in step S1, the first spacers 11 are deposited on the nanowires W and the substrate 10 as shown in FIG. 3D in step S2, A first PR (Photoresist) coating film is formed on the first spacer 11 as shown in FIG. Here, the material constituting the spacer may be SiO 2 , and the PR coating layer is preferably PR coated using a polymethyl-methacrylate (PMMA) solution, which is a methacrylic resin. When PR coating is performed on the first spacer 11 with PMMA, a property of spin coating relatively thinly on the upper side of the nanowire W than the upper side of the substrate 10 can be used.

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 PR coating layer 12 is formed in step S2, the first PR coating layer 12 is etched so that the nanowire W is exposed as shown in FIG. 3F in step S3, The first spacers 11 remaining on the bottom of the coating film 12 are etched. Since the thickness of the PMMA coated on the upper side of the nanowire W is relatively thinner than the side of the upper side of the substrate 10, when PMMA is etched using acetone or the like, The PR coating film 12 is removed.

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 PR coating layer 12 of the nanowire W is removed and the first spacer 11 remaining in the lower layer is dry etched, only the nanowire W is exposed to the outside You can.

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 PR coating layer 12 after etching the first spacer 11. In step S5, the nanowire W is deposited on the first spacer 11 A gate terminal layer 20 is formed, and in step S6, a second spacer 13 is deposited on the gate terminal layer 20. Then,

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 gate terminal layer 20 on the nanowire W and the first spacer 11 more particularly comprises the step of forming the gate dielectric layer 20 on the nanowire W and the first spacer 11, (S5-1) of depositing a gate metal layer 21 and depositing a gate metal layer 22 on the gate dielectric layer 21 (S5-2). The gate dielectric layer 21 may be formed of various materials such as SiO 2 , Al 2 O 3 , TiO 2 and HfO 2 and the gate metal layer 22 may be formed of a Ti / Al-based metal compound such as TiN or Al 3 Ti .

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 second spacer 13 may be SiO 2 similarly to the first spacer 11.

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 second spacer 13 is deposited on the gate terminal layer 20, and then a second PR coating film 14 is formed on the second spacer 13 as shown in FIG. 3I. In step S7, The second PR coating layer 14 is etched to expose the nanowires W as shown in FIG. 3J. In step S8, the second spacer layer 14 is etched to expose the second spacer layer 14 13 and the gate terminal layer 20 are sequentially etched to expose a part of the nanowire W as shown in FIG. 3L.

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 second spacer 13 and the gate terminal layer 20 are sequentially etched, an appropriate etching method should be selected according to the etching characteristics of the respective constituent materials. It is preferable to remove all of the remaining second PR coating film 14 after the etching. If a part of the nanowire W is exposed at the top, it may be stopped in this step. Alternatively, a third spacer may be deposited It is also possible to form the layer by repeating the same method.

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 substrate 10 and a drain electrode D is formed on an upper side of the nanowire W. In step S10, A gate electrode G is formed on one side of the layer 20. If the resistance of the source and the drain is large, the high-frequency characteristics of the device deteriorate and a lot of heat is generated during high-output operation. Thus, the ohmic metal process and the annealing process are performed so as to reduce the contact resistance. Finally, The gate electrode G is formed so as to be connected to the layer 20.

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 gate dielectric layer 21, a gate metal layer 22, Can be manufactured. The completed form of the nitride semiconductor device is the same as that described above in FIGS. 1 and 2.

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 전극
10: 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)

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 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.
제 1 항에 있어서,
상기 질화물 반도체 물질은 GaN인 나노와이어 구조의 질화물 반도체 소자 제조방법.
The method according to claim 1,
Wherein the nitride semiconductor material is GaN.
제 1항에 있어서,
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,
제 3항에 있어서,
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.
제 4항에 있어서,
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.
제 3항에 있어서,
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.
제 3항에 있어서,
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.
제 1항에 있어서,
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.
제 1항에 있어서,
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.
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 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.
제 10항에 있어서,
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.
제 10 항에 있어서,
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.
제 11 항에 있어서,
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.
KR1020150004027A 2015-01-12 2015-01-12 Nitride-based Semiconductor Device with Nanowire Structure and Method Thereof KR101645228B1 (en)

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)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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