KR20210058620A - Hetero junction bipolar transistor - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 이종접합 바이폴라 트랜지스터에 관한 것으로, 상세하게는 화합물 반도체를 포함하는 이종접합 바이폴라 트랜지스터에 관한 것이다.The present invention relates to a heterojunction bipolar transistor, and more particularly, to a heterojunction bipolar transistor including a compound semiconductor.
화합물반도체(compound semiconductor) 이종접합 바이폴라 트랜지스터(HBT; heterojunction bipolar transistor)는 초고속 광대역 통신망의 송수신단에서 사용할 수 있는 초고속/초고주파 반도체 소자로서 주목을 받고 있다.Compound semiconductor (HBT) heterojunction bipolar transistor (HBT) is attracting attention as an ultra-high-speed / ultra-high frequency semiconductor device that can be used in the transmitting and receiving end of an ultra-high-speed broadband communication network.
최근에는 소자의 미세화(scale-down)에 의한 특성 향상과 소자의 기생 성분을 줄여 보다 빠른 초고속/초고주파 동작을 구현하려는 연구가 진행되고 있다.In recent years, research is being conducted to realize faster ultra-high speed/ultra-high frequency operation by improving the characteristics of the device by scale-down and reducing the parasitic component of the device.
화합물반도체(compound semiconductor) 이종접합 바이폴라 트랜지스터(HBT; heterojunction bipolar transistor)는 초고속 광대역 통신망의 송수신단에서 사용할 수 있는 초고속/초고주파 반도체 소자로서 주목을 받고 있다.Compound semiconductor (HBT) heterojunction bipolar transistor (HBT) is attracting attention as an ultra-high-speed / ultra-high frequency semiconductor device that can be used in the transmitting and receiving end of an ultra-high-speed broadband communication network.
최근에는 소자의 미세화(scale-down)에 의한 특성 향상과 소자의 기생 성분을 줄여 보다 빠른 초고속/초고주파 동작을 구현하려는 연구가 진행되고 있다.In recent years, research is being conducted to realize faster ultra-high speed/ultra-high frequency operation by improving the characteristics of the device by scale-down and reducing the parasitic component of the device.
상술한 기술적 과제들을 해결하기 위한 본 발명의 실시예들에 따른 이종접합 바이폴라 트랜지스터는 기판 상에 순차적으로 적층된 서브 컬렉터층, 컬렉터층 및 베이스층, 상기 베이스층 상에 배치되는 이미터 구조체, 상기 이미터 구조체는 순차적으로 적층되는 이미터층, 이미터 캡층, 및 이미터 전극을 갖고, 상기 이미터 전극의 상면 상에 배치되는 제 1 전극, 상기 베이스층 상에서 상기 이미터 구조체와 이격되어 배치되는 제 2 전극, 상기 베이스층 상에서 상기 제 1 전극, 상기 제 2 전극, 및 상기 이미터 구조체를 덮는 절연막, 및 상기 제 1 전극 상에서 상기 절연막을 관통하여 상기 제 1 전극과 접속되고, 상기 제 1 전극의 상면으로부터 상기 제 2 전극 상으로 연장되는 이미터 캡 전극을 포함할 수 있다. 상기 이미터층은 역메사 형상을 갖되, 상기 이미터 전극의 폭보다 작은 폭을 가질 수 있다. 상기 제 2 전극 상에서, 상기 절연막은 상기 제 2 전극과 상기 이미터 캡 전극 사이에 개재될 수 있다.The heterojunction bipolar transistor according to embodiments of the present invention for solving the above-described technical problems includes a sub-collector layer, a collector layer and a base layer sequentially stacked on a substrate, an emitter structure disposed on the base layer, the The emitter structure has an emitter layer, an emitter cap layer, and an emitter electrode that are sequentially stacked, a first electrode disposed on an upper surface of the emitter electrode, and a first electrode disposed spaced apart from the emitter structure on the base layer. 2 electrodes, an insulating film covering the first electrode, the second electrode, and the emitter structure on the base layer, and an insulating film on the first electrode through the insulating film and connected to the first electrode, It may include an emitter cap electrode extending from an upper surface onto the second electrode. The emitter layer may have a reverse mesa shape, but may have a width smaller than that of the emitter electrode. On the second electrode, the insulating layer may be interposed between the second electrode and the emitter cap electrode.
본 발명의 실시예들에 따른 이종접합 바이폴라 트랜지스터의 제조 방법은 이미터 전극을 이용하여 그의 아래의 예비 이미터 캡층 및 예비 이미터층을 패터닝할 수 있다. 이에 따라, 이미터 전극, 이미터 캡층 및 이미터층이 자기 정렬(self-align)될 수 있으며, 구조적 안정성이 향상된 이종접합 바이폴라 트랜지스터가 제조될 수 있다.In a method of manufacturing a heterojunction bipolar transistor according to embodiments of the present invention, a preliminary emitter cap layer and a preliminary emitter layer under the emitter electrode may be patterned using an emitter electrode. Accordingly, the emitter electrode, the emitter cap layer, and the emitter layer may be self-aligned, and a heterojunction bipolar transistor having improved structural stability may be manufactured.
본 발명에 따르면, 이미터 캡 전극이 넓은 면적을 갖도록 형성됨에 따라, 이미터 전극, 제 1 전극 및 이미터 캡 전극 전체의 저항은 낮을 수 있으며, 크기가 작으면서도 전기적 특성이 향상된 이종접합 바이폴라 트랜지스터가 제조될 수 있다.According to the present invention, as the emitter cap electrode is formed to have a large area, the resistance of the emitter electrode, the first electrode, and the emitter cap electrode may be low, and the heterojunction bipolar transistor having a small size and improved electrical characteristics Can be prepared.
도 1 내지 도 10은 본 발명의 실시예들에 따른 이종접합 바이폴라 트랜지스터를 설명하기 위한 단면도이다.
도 11은 본 발명의 실시예들에 따라 제조된 이종접합 바이폴라 트랜지스터의 SEM 사진이다.1 to 10 are cross-sectional views illustrating heterojunction bipolar transistors according to embodiments of the present invention.
11 is an SEM photograph of a heterojunction bipolar transistor manufactured according to embodiments of the present invention.
본 발명의 구성 및 효과를 충분히 이해하기 위하여, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예들을 설명한다. 그러나 본 발명은, 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라, 여러 가지 형태로 구현될 수 있고 다양한 변경을 가할 수 있다. 단지, 본 실시예들의 설명을 통해 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위하여 제공되는 것이다. 당해 기술분야에서 통상의 기술을 가진 자는 본 발명의 개념이 어떤 적합한 환경에서 수행될 수 있다는 것을 이해할 것이다.In order to fully understand the configuration and effects of the present invention, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments disclosed below, but may be implemented in various forms and various modifications may be made. However, it is provided to complete the disclosure of the present invention through the description of the present embodiments, and to completely inform the scope of the present invention to those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains. Those of ordinary skill in the art will understand that the inventive concept may be practiced in any suitable environment.
본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 ‘포함한다(comprises)’ 및/또는 ‘포함하는(comprising)’은 언급된 구성 요소, 단계, 동작 및/또는 소자 외에 하나 이상의 다른 구성 요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.The terms used in the present specification are for describing exemplary embodiments and are not intended to limit the present invention. In this specification, the singular form also includes the plural form unless specifically stated in the phrase. As used in the specification,'comprises' and/or'comprising' means the presence of one or more other components, steps, actions and/or elements in addition to the mentioned elements, steps, actions and/or elements. Or does not preclude additions.
본 명세서에서 어떤 막(또는 층)이 다른 막(또는 층) 또는 기판 상에 있다고 언급되는 경우에 그것은 다른 막(또는 층) 또는 기판 상에 직접 형성될 수 있거나 또는 그들 사이에 제 3의 막(또는 층)이 개재될 수도 있다.When a film (or layer) is referred to herein as being on another film (or layer) or substrate, it may be formed directly on the other film (or layer) or substrate, or a third film ( Or a layer) may be interposed.
본 명세서의 다양한 실시 예들에서 제 1, 제 2, 제 3 등의 용어가 다양한 영역, 막들(또는 층들) 등을 기술하기 위해서 사용되었지만, 이들 영역, 막들이 이 같은 용어들에 의해서 한정되어서는 안 된다. 이들 용어들은 단지 어느 소정 영역 또는 막(또는 층)을 다른 영역 또는 막(또는 층)과 구별시키기 위해서 사용되었을 뿐이다. 따라서, 어느 한 실시예에의 제 1 막질로 언급된 막질이 다른 실시 예에서는 제 2 막질로 언급될 수도 있다. 여기에 설명되고 예시되는 각 실시예는 그것의 상보적인 실시예도 포함한다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조 번호로 표시된 부분들은 동일한 구성 요소들을 나타낸다. In various embodiments of the present specification, terms such as first, second, and third are used to describe various regions, films (or layers), and the like, but these regions and films should not be limited by these terms. do. These terms are only used to distinguish one region or film (or layer) from another region or film (or layer). Accordingly, the film quality referred to as the first film quality in one embodiment may be referred to as the second film quality in another embodiment. Each embodiment described and illustrated herein also includes its complementary embodiment. Parts indicated by the same reference numerals throughout the specification represent the same elements.
본 발명의 실시예들에서 사용되는 용어들은 다르게 정의되지 않는 한, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 통상적으로 알려진 의미로 해석될 수 있다.Terms used in the embodiments of the present invention may be interpreted as meanings commonly known to those of ordinary skill in the art, unless otherwise defined.
이하, 도면들 참조하여 본 발명의 개념에 따른 이종접합 바이폴라 트랜지스터를 설명한다. 도 1 내지 도 12은 본 발명의 실시예들에 따른 이종접합 바이폴라 트랜지스터를 설명하기 위한 단면도이다.Hereinafter, a heterojunction bipolar transistor according to the concept of the present invention will be described with reference to the drawings. 1 to 12 are cross-sectional views illustrating heterojunction bipolar transistors according to embodiments of the present invention.
도 1을 참조하여, 기판(100)이 제공될 수 있다. 기판(100)은 반절연성(semi-insulating) 화합물 반도체 기판일 수 있다. 일 예로, 갈륨 비소(GaAs) 또는 인듐 인(InP) 기판일 수 있다.Referring to FIG. 1, a
기판(100) 상에 이종접합 바이폴라 트랜지스터(Heterojuction Bipolar Transistor: HBT)를 구성하는 층들이 형성될 수 있다. 기판(100) 상에 서브 컬렉터층(110), 예비 컬렉터층(120), 예비 베이스층(130), 예비 이미터층(140) 및 예비 이미터 캡층(150)이 형성될 수 있다. 상기 층들(110 내지 150)은 에피택셜층일 수 있다. 상기 층들(110 내지 150)은 상기 기판(100)에 대하여 HBT를 구현할 수 있도록 갈륨 비소(GaAs), 인듐 인(InP), 인듐 갈륨 비소(InGaAs), 인듐 알루미늄 비소(InAlAs), 인듐 갈륨 인(InGaP), 알루미늄 갈륨 비소(AlGaAs) 또는 인듐 알루미늄 갈륨 비소(InAlGaAs) 등의 Ⅲ-Ⅴ족 물질로 구성된 화합물 반도체의 조합으로 형성될 수 있다. 일 예로, 기판(100)이 인듐 인(InP)인 경우, 인듐 갈륨 비소(InxGa1-xAs)를 이용하여 n+ 도전형의 서브 컬렉터층(110)을 형성할 수 있다. 서브 컬렉터층(110)은 두께가 약 200nm일 수 있으며, 도핑 농도는 약 2×1019cm-3일 수 있다. 인듐 알루미늄 갈륨 비소(InxAlyGa1-x-yAs)를 이용하여 n도전형의 예비 컬렉터층(120)을 형성할 수 있다. 예비 컬렉터층(120)은 두께가 약 48nm일 수 있으며, 도핑 농도는 약 1×1016cm-3일 수 있다. 인듐 갈륨 비소(InxGa1-xAs)를 이용하여 p+도전형의 예비 베이스층(130)을 형성할 수 있다. 예비 베이스층(130)은 두께가 약 35nm일 수 있으며, 도핑 농도는 약 5.7×1019cm-3일 수 있다. 인듐 인(InP)를 이용하여 n도전형의 예비 이미터층(140)을 형성할 수 있다. 예비 이미터층(140)은 두께가 약 50nm일 수 있으며, 도핑 농도는 약 5×1017cm-3일 수 있다. 인듐 인(InP) 또는 인듐 갈륨 비소(InxGa1-xAs)를 이용하여 n+도전형의 예비 이미터 캡층(150)을 형성할 수 있다. 예비 이미터 캡층(150)은 두께가 약 90 내지 200nm일 수 있으며, 도핑 농도는 약 1×1019 내지 3×1019cm-3일 수 있다. 상기 층들(110 내지 150)은 MBE(Molecular Beam Epitaxy) 또는 MOCVD(Metal Organic Chemical Vapor Deposition)에 의하여 형성될 수 있다.Layers constituting a heterojunction bipolar transistor (HBT) may be formed on the
도 2를 참조하여, 예비 이미터 캡층(150) 상에 이미터 전극(160)이 형성될 수 있다. 예를 들어, 이미터 전극(160)은 리프트 오프(lift-off) 공정을 이용하여 형성될 수 있다. 구체적으로는, 예비 이미터 캡층(150) 상에 포토 레지스트막이 형성한 후, 상기 포토 레지스트막을 패터닝하여 포토 레지스트 패턴이 형성될 수 있다. 상기 포토 레지스트막은 전자빔(electron-beam) 리소그라피 공정을 이용하여 패터닝될 수 있다. 이후, 상기 포토 레지스트 패턴 상에 금속층을 증착한 후, 상기 포토 레지스트 패턴을 제거할 수 있다. 상기 포토 레지스트 패턴 상에 형성된 상기 금속층의 일부는 상기 포토 레지스트 패턴이 용해될 때, 함께 제거될 수 있다. 상기와 같이, 상기 포토 레지스트 패턴의 패턴 내에 잔여하던 상기 금속층의 일부는 이미터 전극(160)을 구성할 수 있다. 이때, 광원의 파장이 매우 작은 전자빔 리소그라피를 이용하기 때문에, 포토 레지스트 패턴의 폭은 매우 작을 수 있으며, 이미터 전극(160)의 크기 또한 작을 수 있다. 이에 따라, 작은 크기의 이종접합 바이폴라 트랜지스터가 제공될 수 있다. 이미터 전극(160)의 폭은 0.1um 내지 0.3um일 수 있다. 이미터 전극(160)은 타이타늄(Ti), 백금(Pt) 또는 금(Au)을 포함하거나, 이들 중 적어도 하나를 이용하여 형성되는 다층막을 포함할 수 있다.Referring to FIG. 2, an
도 3을 참조하여, 예비 이미터 캡층(150) 및 예비 이미터층(140)이 식각되어, 이미터 캡층(152) 및 이미터층(142)이 형성되고 예비 베이스층(130)이 노출될 수 있다.Referring to FIG. 3, the preliminary
예비 이미터 캡층(150)에 제 1 패터닝 공정이 수행될 수 있다. 상기 제 1 패터닝 공정은 습식 식각일 수 있다. 예를 들어, 상기 제 1 패터닝 공정은 인산(H3PO4), 염산(HCl), 암모니아수(NH4OH) 또는 과산화수소(H2O2) 등을 식각 용액을 사용하여 진행될 수 있다. 일 예로, 예비 이미터 캡층(150)이 인듐 갈륨 비소(InGaAs)를 포함하는 경우, 인산(H3PO4)과 과산화수소(H2O2)와 물(H2O)가 1:1:25 비율로 혼합된 식각 용액이 이용될 수 있다. 상기 제 1 패터닝 공정에 의해 예비 이미터 캡층(150)이 식각되어 이미터 캡층(152)이 형성될 수 있다. 이때, 이미터 전극(160)의 아래에 언더 컷 영역(UC)이 형성될 수 있다. 예를 들어, 제 1 패터닝 공정이 습식 식각으로 수행됨에 따라, 이미터 전극(160)의 아래의 예비 이미터 캡층(150)의 일부가 함께 식각될 수 있다. 이에 따라, 이미터 캡층(152)의 폭은 이미터 전극(160)의 폭보다 작도록 형성될 수 있다. 이미터 캡층(152)의 폭은 기판(100)을 향하여 갈수록 작아지도록 형성될 수 있다. 일부 실시예들에서는, 이미터 전극(160)의 하면이 노출될 수도 있다.A first patterning process may be performed on the preliminary
이와는 다르게, 상기 제 1 패터닝 공정은 건식 식각 공정일 수 있다. 상기 제 1 패터닝 공정은 BCl3, Cl2, CH4, CHF3, CCl4 또는 SF6 등의 반응 기체를 사용하여 RIE(Reactive Ion Etching) 또는 ICP(Inductive Coupled Plasma) 식각 공정으로 수행될 수 있다. 이때, 상기 식각 공정에 의해 이미터 캡층(152)의 측면은 이미터 전극(160)의 하면에 대해 경사지도록 형성될 수 있다. 이때, 이미터 캡층(152)의 폭은 기판(100)을 향하여 갈수록 작아지도록 형성될 수 있다.Alternatively, the first patterning process may be a dry etching process. The first patterning process may be performed by a reactive ion etching (RIE) or inductive coupled plasma (ICP) etching process using a reactive gas such as BCl 3 , Cl 2 , CH 4 , CHF 3 , CCl 4 or SF 6. . In this case, the side surface of the
예비 이미터층(140)에 제 2 패터닝 공정이 수행될 수 있다. 상기 제 2 패터닝 공정은 습식 식각일 수 있다. 예를 들어, 상기 제 2 패터닝 공정은 인산(H3PO4), 염산(HCl), 암모니아수(NH4OH) 또는 과산화수소(H2O2) 등을 식각 용액을 사용하여 진행될 수 있다. 일 예로, 예비 이미터층(140)이 인듐 인(InP)을 포함하는 경우, 염산(HCl)과 인산(H3PO4)이 1:4 비율로 혼합된 식각 용액이 이용될 수 있다. 이때, 이미터층(142)의 폭은 기판(100)을 향하여 갈수록 작아지도록 형성될 수 있다. 이에 따라, 형성된 이미터층(142)의 폭은 이미터 전극(160)의 폭보다 작을 수 있다.A second patterning process may be performed on the
이미터 전극(160), 이미터 캡층(152) 및 이미터층(142)은 이미터 구조체(ES)를 구성할 수 있다.The
본 발명의 실시예들에서는 이미터 전극(160)을 이용하여 그의 아래의 예비 이미터 캡층(150) 및 예비 이미터층(140)을 패터닝할 수 있다. 이에 따라, 이미터 전극(160), 이미터 캡층(152) 및 이미터층(142)이 자기 정렬(self-align)될 수 있다. 즉, 본 발명의 실시예들에 따른 이종접합 바이폴라 트랜지스터의 제조 방법을 이용하면 구조적 안정성이 향상된 이종접합 바이폴라 트랜지스터가 제공될 수 있다.In embodiments of the present invention, the
도 4를 참조하여, 예비 베이스층(130) 상에 마스크 패턴(MP)이 형성될 수 있다. 마스크 패턴(MP)은 이미터 구조체(ES)로부터 이격되도록 배치될 수 있다. 마스크 패턴(MP)에 의해 노출되는 예비 베이스층(130)의 상면은 후술하는 공정에서 제 2 전극(174, 도 5 참조)이 형성되는 영역을 포함할 수 있다.Referring to FIG. 4, a mask pattern MP may be formed on the
예비 베이스층(130) 상에 금속층(170)이 형성될 수 있다. 일 예로, 예비 베이스층(130) 상에 금속 물질을 증착하여 금속층(170)이 형성될 수 있다. 이때, 금속층은 이미터 구조체(ES) 및 마스크 패턴(MP)을 덮을 수 있다. 이때, 이미터 전극(160)의 아래에는 금속 물질이 증착되지 않을 수 있으며, 이미터 전극(160)의 폭보다 작은 폭을 갖는 이미터층(142)은 금속층(170)으로부터 이격될 수 있다. 예를 들어, 이미터 전극(160)과 이미터층(142)의 폭의 차이의 2분의 1은 이미터층(142)이 이미터 전극(160)으로부터 언더컷된 제 1 길이에 해당할 수 있으며, 상기 제 1 길이는 이미터층(142)과 금속층(170)이 이격된 길이와 동일할 수 있다. 상기 금속 물질은 화합물 반도체와 오믹 접합(Ohmic contact)되는 금(Au), 은(Ag), 알루미늄(Al), 구리(Cu), 텅스텐(W), 몰리브덴(Mo), 또는 아연(Zn)과 같은 금속을 포함할 수 있다.A
도 5를 참조하여, 제 1 전극(172) 및 제 2 전극(174)이 형성될 수 있다. 예를 들어, 제 2 전극(174)은 리프트 오프(lift-off) 공정을 이용하여 형성될 수 있다. 상세하게는, 마스크 패턴(MP)이 제거될 수 있으며, 이때, 마스크 패턴(MP) 상에 위치하는 금속층(170)의 일부가 함께 제거될 수 있다. 이미터 전극(160)의 상면 상에 위치하는 금속층(170)의 일부는 제 1 전극(172)을 구성할 수 있다. 예비 베이스층(130)의 상면 상에 잔여하는 금속층(170)의 일부는 제 2 전극(174)을 구성할 수 있다. 제 2 전극(174)은 상기 제 1 길이만큼 이미터층(142)으로부터 이격될 수 있다. 즉, 본 발명의 실시예들에 따르면, 제 2 전극(174)이 이미터층(142)으로부터 이격되는 거리는, 이미터층(142)이 언더컷되는 길이를 통해 조절할 수 있다. 이에 따라, 이미터층(142)과 제 2 전극(174) 사이의 간격이 작게 형성될 수 있으며, 작은 크기의 이종접합 바이폴라 트랜지스터가 제공될 수 있다. 제 2 전극(174)은 예비 베이스층(130)에 접속되는 베이스 전극일 수 있다.Referring to FIG. 5, a
도 6을 참조하여, 예비 베이스층(130)의 전면을 덮는 제 1 절연층(180)을 형성할 수 있다. 제 1 절연층(180)은 이미터 구조체(ES), 제 1 전극(172) 및 제 2 전극(174)을 포함한 예비 베이스층(130)의 전면을 덮을 수 있다. 이때, 제 1 절연층(180)은 이미터 구조체(ES)와 제 2 전극(174) 사이로 연장되어, 이미터 구조체(ES)와 제 2 전극(174)를 이격시킬 수 있다. 제 1 절연층(180)은 실리콘 산화막, 실리콘 질화막, 및 알루미늄 산화막 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 6, a first insulating
제 1 전극(172) 상의 제 1 절연층(180)을 제거하여 개구부(OP)를 형성할 수 있다. 개구부(OP)는 포토 리소그래피 공정에 의해 패터닝될 수 있다. 개구부(OP)는 제 1 전극(172)의 상면을 노출시킬 수 있다.The opening OP may be formed by removing the first insulating
도 7을 참조하여, 절연층(180) 상에 이미터 캡 전극(192)이 형성될 수 있다. 이미터 캡 전극(192)은 절연층(180) 상에 금속층을 형성한 후, 상기 금속층에 리프트-오프(lift-off) 공정을 수행하여 형성될 수 있다. 이미터 캡 전극(192)은 제 1 절연층(180)의 개구(OP)를 통해 제 1 전극(172)에 접속될 수 있다. 이미터 캡 전극(192)은 제 1 전극(172)의 상으로부터 이미터 구조체(ES)의 측면을 지나 제 2 전극(174)의 상면 상으로 연장될 수 있다. 이때, 제 1 절연층(180)은 제 2 전극(174) 상에서 제 2 전극(174)과 이미터 캡 전극(192) 사이에 개재될 수 있다. 즉, 이미터 캡 전극(192)은 이미터 구조체(ES) 및 제 2 전극(174)과 제 1 절연층(180)에 의해 이격될 수 있고, 절연될 수 있다. 제 2 전극(174)과 이미터 캡 전극(192) 사이에 개재되는 제 1 절연층(180)의 일부는 캐패시터의 유전막으로서 기능할 수 있다.Referring to FIG. 7, an
이미터 구조체(ES)의 이미터 전극(160), 제 1 전극(172) 및 이미터 캡 전극(192)이 이미터 구조체(ES)의 전극 역할을 할 수 있다. 이때, 이미터 전극(160) 및 제 1 전극(172)은 좁은 폭으로 패터닝되어 형성됨에 따라, 저항이 매우 높을 수 있다. 그러나 본 발명에 따르면, 이미터 캡 전극(192)이 넓은 면적을 갖도록 형성됨에 따라, 이미터 전극(160), 제 1 전극(172) 및 이미터 캡 전극(192) 전체의 저항은 낮을 수 있으며, 크기가 작으면서도 전기적 특성이 향상된 이종접합 바이폴라 트랜지스터를 제공할 수 있다.The
도 8을 참조하여, 예비 베이스층(130) 상에 제 2 전극(174) 및 이미터 캡 전극(192)을 덮는 포토 레지스트 패턴을 형성하여, 상기 포토 레지스트 패턴을 마스크로 예비 베이스층(130) 및 예비 컬렉터층(120)을 식각하여, 베이스층(132) 및 컬렉터층(122)이 형성될 수 있다. 이때, 제 1 절연층(180)이 함께 식각될 수 있다. 상기 식각 공정에 의해 패터닝된 제 1 절연층(182), 베이스층(132) 및 컬렉터층(122)은 서브 컬렉터층(110)의 상면이 노출될 수 있다. 상기 노출되는 서브 컬렉터층(110)의 상면은 후술하는 공정에서 컬렉터 전극(194)이 형성되는 영역을 포함할 수 있다.Referring to FIG. 8, a photoresist pattern covering the
서브 컬렉터층(110) 상에 컬렉터 전극(194)이 형성될 수 있다. 예를 들어, 컬렉터 전극(194)은 리프트 오프(lift-off) 공정을 이용하여 형성될 수 있다. 컬렉터 전극(194)은 상기 노출되는 서브 컬렉터층(110)의 상면 상에 형성될 수 있다. 컬렉터 전극(194)은 상기 금속 물질은 화합물 반도체와 오믹 접합(Ohmic contact)되는 금(Au), 은(Ag), 알루미늄(Al), 구리(Cu), 텅스텐(W), 몰리브덴(Mo), 또는 아연(Zn)과 같은 금속을 포함하거나, 이들 중 적어도 하나를 이용하여 형성되는 다층막을 포함할 수 있다.A
도 9를 참조하여, 서브 컬렉터층(110)의 전면을 덮는 제 2 절연층(184)을 형성할 수 있다. 제 2 절연층(184)은 이미터 캡 전극(192), 패터닝된 제 1 절연층(182), 컬렉터 전극(194)을 덮을 수 있으며, 컬렉터층(122) 및 베이스층(132)의 측면을 덮을 수 있다. 제 2 절연층(184)은 실리콘 산화막, 실리콘 질화막, 및 알루미늄 산화막 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 9, a second insulating
이후, 제 2 절연층(184)을 패터닝하여 이미터 캡 전극(192)이 노출될 수 있다.Thereafter, the
도 10을 참조하여, 제 2 절연층(184) 상에 배선층(196)이 형성될 수 있다. 배선층(196)은 제 2 절연층(184)에 의해 노출된 이미터 캡 전극(192)에 접속될 수 있다.Referring to FIG. 10, a
상기와 같이 본 발명의 실시예들에 따른 이종접합 바이폴라 트랜지스터가 형성될 수 있다.As described above, a heterojunction bipolar transistor according to embodiments of the present invention may be formed.
본 발명의 실시예들에 따른 이종접합 바이폴라 트랜지스터는 기판(100), 기판(100) 상에 순차적으로 적층된 서브 컬렉터층(110), 컬렉터층(122), 베이스층(132), 이미터층(142) 및 이미터 캡층(152)를 포함할 수 있다.The heterojunction bipolar transistor according to the embodiments of the present invention includes a
도 10을 참조하여, 기판(100)이 제공될 수 있다. 기판(100)은 반절연성(semi-insulating) 화합물 반도체 기판일 수 있다.Referring to FIG. 10, a
서브 컬렉터층(110), 컬렉터층(122), 베이스층(132), 이미터층(142) 및 이미터 캡층(152)은 이종접합 바이폴라 트랜지스터(Heterojuction Bipolar Transistor: HBT)를 구성하는 층들로 구성될 수 있다. 일 예로, 기판(100)이 갈륨 비소(GaAs)인 경우, 서브 컬렉터층(110)은 n+ 도전형의 갈륨 비소(GaAs)층을 포함하고, 컬렉터층(122)은 n도전형의 갈륨 비소(GaAs)층을 포함하고, 베이스층(132)은 p+도전형의 갈륨 비소(GaAs)층을 포함하고, 이미터층(142)은 n도전형의 알루미늄 갈륨 비소(AlGaAs)를 포함하고, 이미터 캡층(152)은 n+도전형의 인듐 갈륨 비소(InGaAs)를 포함할 수 있다.The
컬렉터층(122) 및 베이스층(132)은 서브 컬렉터층(110)보다 작은 폭을 가질 수 있으며, 서브 컬렉터층(110)의 상면 일부를 노출시킬 수 있다. 이미터층(142) 및 이미터 캡층(152)은 컬렉터층(122) 및 베이스층(132)보다 작은 폭을 가질 수 있으며, 베이스층(132)의 상면 일부를 노출시킬 수 있다. 이미터층(142)의 상면의 폭은 이미터 캡층(152)의 하면의 폭보다 클 수 있다. 즉, 이미터층(142)의 폭 또는 이미터 캡층(152)의 폭은 기판(100)을 향하여 갈수록 폭이 작아지는 형상을 가질 수 있다.The
이미터 캡층(152)의 상면 상에 이미터 전극(160)이 제공될 수 있다. 이미터 전극(160)의 폭은 이미터 캡층(152)의 상면의 폭과 같거나 클 수 있다. 이미터 캡층(152)의 폭은 이미터 전극(160)의 폭과 같거나 작을 수 있으며, 이미터층(142)의 폭은 이미터 전극(160)의 폭보다 작을 수 있다. 이미터 전극(160)은 타이타늄(Ti), 백금(Pt) 또는 금(Au)을 포함하거나, 이들 중 적어도 하나를 이용하여 형성되는 다층막을 포함할 수 있다. 이미터층(142), 이미터 캡층(152) 및 이미터 전극(160)은 이미터 구조체(ES)를 구성할 수 있다.The
이미터 캡층(152) 상에 제 1 전극(172)이 배치될 수 있다. 제 1 전극(172)은 화합물 반도체와 오믹 접합(Ohmic contact)되는 금(Au), 은(Ag), 알루미늄(Al), 구리(Cu), 텅스텐(W), 몰리브덴(Mo), 또는 아연(Zn)과 같은 금속을 포함할 수 있다.The
베이스층(132) 상에 제 2 전극(174)이 배치될 수 있다. 제 2 전극(174)은 이미터 구조체(ES)로부터 이격되어 배치될 수 있다. 제 2 전극(174)은 베이스층(132)의 상면과 직접적으로 접할 수 있다. 제 2 전극(174)은 화합물 반도체와 오믹 접합(Ohmic contact)되는 금(Au), 은(Ag), 알루미늄(Al), 구리(Cu), 텅스텐(W), 몰리브덴(Mo), 또는 아연(Zn)과 같은 금속을 포함할 수 있다. 제 2 전극(174)은 예비 베이스층(130)에 접속되는 베이스 전극일 수 있다.The
베이스층(132) 상에 제 1 절연층(182)이 배치될 수 있다. 제 1 절연층(182)은 제 1 전극(172), 제 2 전극(174) 및 이미터 구조체(ES)를 덮을 수 있다. 제 1 절연층(182)은 이미터 구조체(ES)와 제 2 전극(174) 사이로 연장될 수 있다. 제 1 절연층(180)은 실리콘 산화막, 실리콘 질화막, 및 알루미늄 산화막 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.A first insulating
제 1 절연층(182) 상에 이미터 캡 전극(192)이 배치될 수 있다. 이미터 캡 전극(192)은 제 1 절연층(182)을 관통하여 제 1 전극(172)에 접속될 수 있다. 이미터 캡 전극(192)은 제 1 전극(172)의 위에서 제 2 전극(174) 상으로 연장될 수 있다. 이때, 이미터 캡 전극(192)은 제 1 절연층(182)에 의해 제 2 전극(174) 및 이미터 구조체(ES)와 절연될 수 있다.The
서브 컬렉터층(110) 상에 컬렉터 전극(194)이 배치될 수 있다. 컬렉터 전극(194)은 컬렉터층(122) 및 베이스층(132)으로부터 이격되어 배치될 수 있다. 컬렉터 전극(194)은 서브 컬렉터층(110)의 상면과 직접적으로 접할 수 있다. 컬렉터 전극(194)은 화합물 반도체와 오믹 접합(Ohmic contact)되는 금(Au), 은(Ag), 알루미늄(Al), 구리(Cu), 텅스텐(W), 몰리브덴(Mo), 또는 아연(Zn)과 같은 금속을 포함할 수 있다.A
서브 컬렉터층(110) 상에 제 2 절연층(184)이 배치될 수 있다. 제 2 절연층(184)은 서브 컬렉터층(110)의 상면 상에서 이미터 캡 전극(192), 베이스층(132), 컬렉터층(122) 및 컬렉터 전극(194)을 덮을 수 있다. 제 2 절연층(184)은 실리콘 산화막, 실리콘 질화막, 및 알루미늄 산화막 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.A second insulating
제 2 절연층(184) 상에 배선층(196)이 배치될 수 있다. 배선층(196)은 제 2 절연층(184)을 관통하여 이미터 캡 전극(192)에 접속될 수 있다.A
도 11은 본 발명의 실시예들에 따라 제조된 이종접합 바이폴라 트랜지스터의 SEM 사진이다.11 is an SEM photograph of a heterojunction bipolar transistor manufactured according to embodiments of the present invention.
도 11에 도시된 바와 같이, 이미터층(142) 및 이미터 캡층(152)의 폭들은 이미터 전극(160)의 폭보다 작도록 형성된 것을 알 수 있다. 즉, 본 발명의 실시예들에 따르면, 이미터 전극(160)을 식각 마스크로 이용하여 형성된 이미터층(142) 및 이미터 캡층(152)은 별도의 패터닝 공정이 없이 자기 정렬(self-align)된 것을 확인할 수 있다.11, it can be seen that the widths of the
또한, 금속층의 증착을 이용하여 제 1 전극(172) 및 제 2 전극(174)이 함께 형성된다. 이때, 제 2 전극(174)은 이미터 전극(160)의 아래에는 형성되지 않고, 이미터층(142) 및 이미터 캡층(152)으로부터 이격되도록 형성된 것을 확인할 수 있다. 즉, 별도의 패터닝 공정 또는 절연 패턴 형성 공정 없이, 이미터층(142)으로부터 이격된 베이스 전극, 즉 제 2 전극(174)을 형성할 수 있다.In addition, the
이상, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예들을 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.As described above, embodiments of the present invention have been described with reference to the accompanying drawings, but those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains can be implemented in other specific forms without changing the technical spirit or essential features. You can understand that there is. Therefore, it should be understood that the embodiments described above are illustrative and non-limiting in all respects.
100: 기판
110: 서브 컬렉터층
122: 컬렉터층
132: 베이스층
142: 이미터층
152: 이미터 캡층
160: 이미터 전극
172: 제 1 전극
174: 제 2 전극
182: 제 1 절연층
184: 제 2 절연층
192: 이미터 캡 전극
194: 컬렉터 전극
196: 배선층100: substrate 110: sub-collector layer
122: collector layer 132: base layer
142: emitter layer 152: emitter cap layer
160: emitter electrode 172: first electrode
174: second electrode 182: first insulating layer
184: second insulating layer 192: emitter cap electrode
194: collector electrode 196: wiring layer
Claims (1)
상기 베이스층 상에 배치되는 이미터 구조체, 상기 이미터 구조체는 순차적으로 적층되는 이미터층, 이미터 캡층, 및 이미터 전극을 갖고;
상기 이미터 전극의 상면 상에 배치되는 제 1 전극;
상기 베이스층 상에서 상기 이미터 구조체와 이격되어 배치되는 제 2 전극;
상기 베이스층 상에서 상기 제 1 전극, 상기 제 2 전극, 및 상기 이미터 구조체를 덮는 절연막; 및
상기 제 1 전극 상에서 상기 절연막을 관통하여 상기 제 1 전극과 접속되고, 상기 제 1 전극의 상면으로부터 상기 제 2 전극 상으로 연장되는 이미터 캡 전극을 포함하되,
상기 이미터층은 역메사 형상을 갖되, 상기 이미터 전극의 폭보다 작은 폭을 갖고,
상기 제 2 전극 상에서, 상기 절연막은 상기 제 2 전극과 상기 이미터 캡 전극 사이에 개재되는 이종접합 바이폴라 트랜지스터.
A sub-collector layer, a collector layer, and a base layer sequentially stacked on the substrate;
An emitter structure disposed on the base layer, the emitter structure having an emitter layer, an emitter cap layer, and an emitter electrode sequentially stacked;
A first electrode disposed on an upper surface of the emitter electrode;
A second electrode disposed on the base layer to be spaced apart from the emitter structure;
An insulating film covering the first electrode, the second electrode, and the emitter structure on the base layer; And
An emitter cap electrode that penetrates the insulating layer on the first electrode and is connected to the first electrode and extends from an upper surface of the first electrode to the second electrode,
The emitter layer has a reverse mesa shape, but has a width smaller than the width of the emitter electrode,
On the second electrode, the insulating layer is a heterojunction bipolar transistor interposed between the second electrode and the emitter cap electrode.
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020190144443 | 2019-11-12 | ||
KR20190144443 | 2019-11-12 |
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KR20210058620A true KR20210058620A (en) | 2021-05-24 |
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Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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KR1020200038370A KR20210058620A (en) | 2019-11-12 | 2020-03-30 | Hetero junction bipolar transistor |
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2020
- 2020-03-30 KR KR1020200038370A patent/KR20210058620A/en not_active Application Discontinuation
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