KR20220083619A - High electron mobility transistor and fabricating method thereof - Google Patents

High electron mobility transistor and fabricating method thereof Download PDF

Info

Publication number
KR20220083619A
KR20220083619A KR1020210175999A KR20210175999A KR20220083619A KR 20220083619 A KR20220083619 A KR 20220083619A KR 1020210175999 A KR1020210175999 A KR 1020210175999A KR 20210175999 A KR20210175999 A KR 20210175999A KR 20220083619 A KR20220083619 A KR 20220083619A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
layer
regrowth
etch stop
forming
electron mobility
Prior art date
Application number
KR1020210175999A
Other languages
Korean (ko)
Other versions
KR102659766B1 (en
Inventor
김대현
이인근
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
Publication of KR20220083619A publication Critical patent/KR20220083619A/en
Application granted granted Critical
Publication of KR102659766B1 publication Critical patent/KR102659766B1/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
    • H01L29/02Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/06Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions
    • H01L29/08Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions with semiconductor regions connected to an electrode carrying current to be rectified, amplified or switched and such electrode being part of a semiconductor device which comprises three or more electrodes
    • H01L29/0843Source or drain regions of field-effect devices

Abstract

고전자이동도 트랜지스터 및 그 제조방법이 개시된다. 개시되는 일 실시예에 따른 고전자이동도 트랜지스터의 제조방법은, 버퍼층, 제1 식각 저지층, 채널층, 배리어층, 제2 식각 저지층, 캡층, 마스크층, 및 패턴화된 포토레지스트층이 순차적으로 적층된 적층 구조물을 형성하는 단계, 적층 구조물에서 상기 패턴화된 포토레지스트층 이외의 영역을 상기 제1 식각 저지층의 표면까지 에칭하는 단계, 적층 구조물의 에칭된 영역에 선택적 재성장 기법을 통해 재성장층을 형성하는 단계, 및 재성장층의 상면에 소스 전극 및 드레인 전극을 각각 형성하고, 소스 전극 및 드레인 전극과 각각 이격된 게이트 전극을 형성하는 단계를 포함한다.Disclosed are a high electron mobility transistor and a method for manufacturing the same. In the method of manufacturing a high electron mobility transistor according to an embodiment disclosed herein, a buffer layer, a first etch stop layer, a channel layer, a barrier layer, a second etch stop layer, a cap layer, a mask layer, and a patterned photoresist layer Forming a stacked structure sequentially stacked, etching areas other than the patterned photoresist layer in the stacked structure to the surface of the first etch stop layer, through a selective regrowth technique in the etched area of the stacked structure Forming a regrowth layer, and forming a source electrode and a drain electrode on an upper surface of the regrowth layer, respectively, and forming a gate electrode spaced apart from the source electrode and the drain electrode, respectively.

Description

고전자이동도 트랜지스터 및 그 제조방법{HIGH ELECTRON MOBILITY TRANSISTOR AND FABRICATING METHOD THEREOF} HIGH ELECTRON MOBILITY TRANSISTOR AND FABRICATING METHOD THEREOF

본 발명의 실시예는 고전자이동도 트랜지스터 및 그 제조방법과 관련된다.An embodiment of the present invention relates to a high electron mobility transistor and a method for manufacturing the same.

고전자이동도 트랜지스터(HEMT: High Electron Mobility Transistor)는 우수한 전자 이동도 특성 및 주파수 특성으로 인하여, 국방 및 통신 분야 등 국가의 주요 기반 사업에서 핵심적인 역할을 하는 전자 부품이다. 고 주파수 성능을 가지는 HEMT 소자는 게이트 식각 영역 형성 시 최적화가 요구되며, 전기적 특성 및 주파수 특성을 향상시키기 위해서는 기생 저항 성분 및 커패시턴스 성분의 최적화가 필수적이다.High Electron Mobility Transistor (HEMT) is an electronic component that plays a key role in major national infrastructure projects such as national defense and communication fields due to excellent electron mobility characteristics and frequency characteristics. A HEMT device having high frequency performance requires optimization when forming a gate etch region, and optimization of parasitic resistance and capacitance components is essential to improve electrical and frequency characteristics.

그러나, 일반적인 구조의 고전자이동도 트랜지스터는 도핑된 캡층과 채널 사이에 에너지 밴드갭이 큰 배리어(barrier)층이 존재하여 소스 전극 및 드레인 전극에서 전류가 채널에 도달하기 위해서는 배리어층을 지나야 하기 때문에 그에 따른 저항 성분이 추가되어 소자의 성능을 저하시킨다. 그리고, 채널의 활성 영역이 게이트 전극뿐 아니라 소스 전극 및 드레인 전극 영역으로도 확장될 수 있어 이를 정확히 제어하기가 어렵고 소자의 동작 특성에 큰 영향을 주는 기생 성분들을 최적화하기 어렵게 된다.However, in a high electron mobility transistor having a general structure, a barrier layer with a large energy bandgap exists between the doped cap layer and the channel. As a result, a resistance component is added to degrade the performance of the device. In addition, since the active region of the channel may be extended not only to the gate electrode but also to the source electrode and the drain electrode region, it is difficult to accurately control this, and it is difficult to optimize parasitic components that greatly affect the operating characteristics of the device.

한국등록특허공보 제10-1688965호(2016.12.22)Korean Patent Publication No. 10-1688965 (2016.12.22)

본 발명은 전체 저항을 줄이고 성능을 향상시킬 수 있는 고전자이동도 트랜지스터 및 그 제조방법을 제공하기 위한 것이다. An object of the present invention is to provide a high-electron-mobility transistor capable of reducing overall resistance and improving performance, and a method for manufacturing the same.

한편, 본 발명에서 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.On the other hand, the technical problems to be achieved in the present invention are not limited to the technical problems mentioned above, and other technical problems not mentioned are clearly to those of ordinary skill in the art to which the present invention belongs from the description below. can be understood

본 발명의 일 실시예에 따른 고전자이동도 트랜지스터의 제조방법은, 버퍼층, 제1 식각 저지층, 채널층, 배리어층, 제2 식각 저지층, 캡층, 마스크층, 및 패턴화된 포토레지스트층이 순차적으로 적층된 적층 구조물을 형성하는 단계; 상기 적층 구조물에서 상기 패턴화된 포토레지스트층 이외의 영역을 상기 제1 식각 저지층의 표면까지 에칭하는 단계; 상기 적층 구조물의 에칭된 영역에 선택적 재성장 기법을 통해 재성장층을 형성하는 단계; 및 상기 재성장층의 상면에 소스 전극 및 드레인 전극을 각각 형성하고, 상기 소스 전극 및 상기 드레인 전극과 각각 이격된 게이트 전극을 형성하는 단계를 포함한다.A method of manufacturing a high electron mobility transistor according to an embodiment of the present invention includes a buffer layer, a first etch stop layer, a channel layer, a barrier layer, a second etch stop layer, a cap layer, a mask layer, and a patterned photoresist layer forming the sequentially stacked multilayer structure; etching an area other than the patterned photoresist layer in the laminate structure to a surface of the first etch stop layer; forming a regrowth layer through a selective regrowth technique on the etched region of the laminate structure; and forming a source electrode and a drain electrode on an upper surface of the regrowth layer, respectively, and forming a gate electrode spaced apart from the source electrode and the drain electrode, respectively.

상기 패턴화된 포토레지스트층은, 고전자이동도 트랜지스터의 소자 단위를 구성하는 상기 적층 구조물의 중심부에 형성될 수 있다.The patterned photoresist layer may be formed in a central portion of the stacked structure constituting the device unit of the high electron mobility transistor.

상기 제1 식각 저지층의 표면까지 에칭하는 단계는, 상기 패턴화된 포토레지스트층 이외의 영역에서 상기 캡층까지를 제거하기 위한 에칭을 수행하는 단계; 상기 패턴화된 포토레지스트층 이외의 영역에서 상기 제2 식각 저지층을 제거하기 위한 에칭을 수행하는 단계; 및 상기 패턴화된 포토레지스트층 이외의 영역에서 상기 배리어층부터 상기 제1 식각 저지층의 표면까지 에칭을 수행하는 단계를 포함할 수 있다.The etching to the surface of the first etch stop layer may include: performing etching to remove even the cap layer from areas other than the patterned photoresist layer; performing etching to remove the second etch stop layer in areas other than the patterned photoresist layer; and performing etching from the barrier layer to the surface of the first etch stop layer in a region other than the patterned photoresist layer.

상기 재성장층은, 상기 적층 구조물의 에칭된 영역의 상기 제1 식각 저지층의 상부에서 상기 채널층의 측면과 접촉하고 상기 채널층의 측면을 감싸는 높이로 형성될 수 있다.The regrowth layer may be formed at a height of contacting a side surface of the channel layer from an upper portion of the first etch stop layer in the etched region of the stack structure and surrounding the side surface of the channel layer.

상기 재성장층은, 상기 제1 식각 저지층의 상부에서 상기 캡층과 대응되는 높이로 형성될 수 있다.The regrowth layer may be formed on an upper portion of the first etch stop layer to have a height corresponding to that of the cap layer.

상기 재성장층은, 상기 캡층과 동일한 물질로 이루어질 수 있다.The regrowth layer may be made of the same material as the cap layer.

본 발명의 다른 실시예에 따른 고전자이동도 트랜지스터의 제조방법은, 버퍼층의 상부에 채널층, 배리어층, 및 캡층을 포함하는 적층 구조물을 형성하는 단계; 상기 적층 구조물의 상단 중심부에 패턴화된 포토레지스트층을 형성하고, 상기 적층 구조물에서 상기 패턴화된 포토레지스트층 이외의 영역을 상기 버퍼층의 표면까지 에칭하는 단계; 상기 적층 구조물의 에칭된 영역에 선택적 재성장 기법을 통해 재성장층을 형성하되, 상기 재성장층이 상기 채널층의 측면과 접촉하여 상기 채널층을 감싸도록 하는 단계; 및 상기 재성장층의 상면에 소스 전극 및 드레인 전극을 각각 형성하고, 상기 소스 전극 및 상기 드레인 전극과 각각 이격된 게이트 전극을 형성하는 단계를 포함한다.A method of manufacturing a high electron mobility transistor according to another embodiment of the present invention includes: forming a stacked structure including a channel layer, a barrier layer, and a cap layer on a buffer layer; forming a patterned photoresist layer in the upper center of the stacked structure, and etching areas other than the patterned photoresist layer in the stacked structure to the surface of the buffer layer; forming a regrowth layer in the etched region of the stack structure through a selective regrowth technique, wherein the regrowth layer is in contact with a side surface of the channel layer to surround the channel layer; and forming a source electrode and a drain electrode on an upper surface of the regrowth layer, respectively, and forming a gate electrode spaced apart from the source electrode and the drain electrode, respectively.

개시되는 실시예에 의하면, 적층 구조물에서 패턴화된 포토레지스트층을 이용하여 일부를 식각하고 식각된 영역에 재성장층을 형성함으로써, 재성장층이 채널층의 측면과 접촉하여 낮은 접촉 저항을 이루게 되고, 소스 전극 및 드레인 전극과 채널층 사이에 배리어층이 제거되기 때문에, 기생 저항 성분을 줄일 수 있어 소자의 성능을 향상시킬 수 있게 된다. According to the disclosed embodiment, by etching a part using a patterned photoresist layer in the laminate structure and forming a regrowth layer in the etched region, the regrowth layer contacts the side surface of the channel layer to achieve low contact resistance, Since the barrier layer is removed between the source electrode and the drain electrode and the channel layer, it is possible to reduce a parasitic resistance component, thereby improving device performance.

한편, 본 발명에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.On the other hand, the effects obtainable in the present invention are not limited to the above-mentioned effects, and other effects not mentioned will be clearly understood by those of ordinary skill in the art to which the present invention belongs from the following description. will be able

도 1 내지 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 고전자이동도 트랜지스터의 제조 방법을 나타낸 도면이고,
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 재성장층(RG n+ InGaAs) 및 게이트 전극을 나타낸 주사전자현미경 사진이다.
1 to 4 are views showing a method of manufacturing a high electron mobility transistor according to an embodiment of the present invention,
5 is a scanning electron microscope photograph showing a regrowth layer (RG n+ InGaAs) and a gate electrode according to an embodiment of the present invention.

이하, 본 발명의 실시 예를 첨부된 도면들을 참조하여 더욱 상세하게 설명한다. 본 발명의 실시 예는 여러 가지 형태로 변형할 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래의 실시 예들로 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 실시 예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해 제공되는 것이다. 따라서 도면에서의 요소의 형상은 보다 명확한 설명을 강조하기 위해 과장되었다.Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawings. Embodiments of the present invention may be modified in various forms, and the scope of the present invention should not be construed as being limited to the following embodiments. This embodiment is provided to more completely explain the present invention to those of ordinary skill in the art. Accordingly, the shapes of elements in the drawings are exaggerated to emphasize a clearer description.

본 발명이 해결하고자 하는 과제의 해결 방안을 명확하게 하기 위한 발명의 구성을 본 발명의 바람직한 실시 예에 근거하여 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명하되, 도면의 구성요소들에 참조번호를 부여함에 있어서 동일 구성요소에 대해서는 비록 다른 도면상에 있더라도 동일 참조번호를 부여하였으며 당해 도면에 대한 설명 시 필요한 경우 다른 도면의 구성요소를 인용할 수 있음을 미리 밝혀둔다.The configuration of the invention for clarifying the solution to the problem to be solved by the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings based on a preferred embodiment of the present invention, but the same in assigning reference numbers to the components of the drawings For the components, even if they are on different drawings, the same reference numbers are given, and it is noted in advance that the components of other drawings can be cited when necessary in the description of the drawings.

한편, 상측, 하측, 일측, 타측 등과 같은 방향성 용어는 개시된 도면들의 배향과 관련하여 사용된다. 본 발명의 실시예의 구성 요소는 다양한 배향으로 위치 설정될 수 있으므로, 방향성 용어는 예시를 목적으로 사용되는 것이지 이를 제한하는 것은 아니다.Meanwhile, directional terms such as upper side, lower side, one side, the other side, etc. are used in connection with the orientation of the disclosed drawings. Since components of embodiments of the present invention may be positioned in various orientations, the directional terminology is used for purposes of illustration and not limitation.

도 1 내지 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 고전자이동도 트랜지스터의 제조 방법을 나타낸 도면이다. 1 to 4 are views showing a method of manufacturing a high electron mobility transistor according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 기판(미도시) 상에 적층 구조물(110)을 형성한다. 적층 구조물(110)은 고전자이동도 트랜지스터의 소자 단위를 구성할 수 있다. 여기서, 기판(미도시)은 적층 구조물(110)을 지지할 수 있다. 기판(102)은 실리콘 카바이드(SiC), 사파이어(Al2O3), 실리콘(Si), 질화 갈륨(GaN) 등의 재질로 이루어질 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 또한, 기판(미도시)은 경우에 따라 생략될 수 있다.Referring to FIG. 1 , a stacked structure 110 is formed on a substrate (not shown). The stacked structure 110 may constitute a device unit of a high electron mobility transistor. Here, the substrate (not shown) may support the stacked structure 110 . The substrate 102 may be made of a material such as silicon carbide (SiC), sapphire (Al 2 O 3 ), silicon (Si), or gallium nitride (GaN), but is not limited thereto. Also, the substrate (not shown) may be omitted in some cases.

적층 구조물(110)은 기판(미도시)의 상부에 마련될 수 있다. 적층 구조물(110)은 버퍼층(111), 제1 식각 저지층(113), 채널층(115), 배리어층(117), 제2 식각 저지층(119), 캡층(121), 마스크층(123), 및 포토레지스트층(125)을 포함할 수 있다. 그러나, 이에 한정되는 것은 아니며 필요에 따라 일부 층은 생략될 수 있다.The stacked structure 110 may be provided on the substrate (not shown). The stacked structure 110 includes a buffer layer 111 , a first etch stop layer 113 , a channel layer 115 , a barrier layer 117 , a second etch stop layer 119 , a cap layer 121 , and a mask layer 123 . ), and a photoresist layer 125 . However, the present invention is not limited thereto, and some layers may be omitted if necessary.

적층 구조물(110)의 각 층들은 기판(미도시)의 상부에 증착 또는 성장 등을 통해 순차적으로 형성될 수 있다. 이하에서 사용하는 "증착", "성장" 등의 용어는 반도체 물질 층을 형성한다는 의미와 같은 의미로 쓰이는 것이고, 본 발명의 다양한 실시 예들을 통해 형성되는 층 혹은 박막은 유기금속기상증착(metal-organic chemical vapor deposition: MOCVD)법 또는 분자선 성장(molecular beam epitaxy: MBE)법을 이용하여 성장용 챔버(chamber) 내에서 성장될 수 있으며, 이 밖에도 PECVD, APCVD, LPCVD, UHCVD, PVD, 전자빔 방식, 저항 가열방식 등 다양한 방식에 의해 증착되어 형성될 수 있다.Each layer of the stacked structure 110 may be sequentially formed on an upper portion of a substrate (not shown) through deposition or growth. Terms such as "deposition" and "growth" used below are used in the same meaning as for forming a layer of a semiconductor material, and the layer or thin film formed through various embodiments of the present invention is formed by metal-organometallic vapor deposition. It can be grown in a growth chamber using organic chemical vapor deposition: MOCVD or molecular beam epitaxy (MBE), and in addition to PECVD, APCVD, LPCVD, UHCVD, PVD, electron beam method, It may be deposited and formed by various methods such as a resistance heating method.

유기금속기상증착(MOCVD) 방식을 이용할 경우, MOCVD 반응 챔버의 용적에 따라, 그 안에 주입되는 기체의 유속을 결정할 수 있으며, 기체의 종류, 유속 반응 챔버 내부의 압력, 온도 조건 등에 따라 성장되는 박막의 두께, 표면 거칠기, 도펀트의 도핑된 농도 등의 특성이 달라질 수 있다. 특히 고온일수록 박막의 우수한 결정성을 얻을 수 있는데, 이는 반응 기체의 물성, 반응이 일어나는 온도 등을 고려하여 제한적으로 결정되어야 할 사항이다. 특히, 정밀한 성장을 위해선 ALD(Atomic layer deposition) 방식을 이용할 수 있다. ALD 방식에 의하면 박막 성장이 원자 단위로 제어될 수 있다.When using the metal organometallic vapor deposition (MOCVD) method, the flow rate of the gas injected therein can be determined according to the volume of the MOCVD reaction chamber. properties such as thickness, surface roughness, and doped concentration of the dopant may vary. In particular, the higher the temperature, the better the crystallinity of the thin film can be obtained. In particular, for precise growth, an atomic layer deposition (ALD) method may be used. According to the ALD method, thin film growth can be controlled atomically.

버퍼층(buffer layer)(111)은 기판(미도시) 상에 마련될 수 있다. 버퍼층(111)은 기판(미도시)과 기판(미도시)의 상부에 성장되는 물질의 결정 격자가 일치하지 않음으로 인해 발생하는 결정 결함을 줄이기 위한 완충 층의 역할을 하고, 고 전압 인가 시 전류 누설 방지를 위한 저항 층의 역할을 할 수 있다. 예를 들어, 버퍼층(111)은 InAlAs, AlGaAs, GaN, InN, AlN, InGaN, AlGaN, AlInN 중 적어도 하나로 이루어질 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며 결정 결함을 단계적으로 감소시키기 위한 여러 종류의 핵 형성층으로 이루어질 수도 있다.A buffer layer 111 may be provided on a substrate (not shown). The buffer layer 111 serves as a buffer layer to reduce crystal defects caused by mismatch between the crystal lattice of the substrate (not shown) and the material grown on the substrate (not shown), and a current when a high voltage is applied. It can act as a resistive layer to prevent leakage. For example, the buffer layer 111 may be made of at least one of InAlAs, AlGaAs, GaN, InN, AlN, InGaN, AlGaN, and AlInN, but is not limited thereto, and various types of nucleation layers for reducing crystal defects in stages. may be done

제1 식각 저지층(etch stop layer)(113)은 버퍼층(111)의 상부에 마련될 수 있다. 제1 식각 저지층(113)은 후술하는 에칭 공정에서 제1 식각 저지층(113)의 하부로 에칭이 이루어지지 않도록 에칭을 저지시키는 역할을 할 수 있다. 예를 들어, 제1 식각 저지층(113)은 InP 등으로 이루어질 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.A first etch stop layer 113 may be provided on the buffer layer 111 . The first etch stop layer 113 may serve to stop etching so that etching is not performed to the lower portion of the first etch stop layer 113 in an etching process to be described later. For example, the first etch stop layer 113 may be made of InP, but is not limited thereto.

채널층(channel layer)(115)은 버퍼층(111)의 상부에 마련될 수 있다. 채널층(115)은 고전자이동도(High Electron Mobility)를 갖는 물질로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 채널층(115)은 GaAs, InAs, 및 InxGa1-xAs 등에서 선택된 물질로 이루어질 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.A channel layer 115 may be provided on the buffer layer 111 . The channel layer 115 may be made of a material having high electron mobility. For example, the channel layer 115 may be made of a material selected from GaAs, InAs, and In x Ga 1-x As, but is not limited thereto.

배리어층(barrier layer)(117)은 버퍼층(111)의 상부에서 채널층(115)을 감싸며 마련될 수 있다. 예를 들어, 배리어층(117)은 채널층(115)의 하부 및 상부에 각각 형성되어 채널층(115)을 위 아래로 감싸 양자 우물(quantum-well) 구조를 만들 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 즉, 배리어층(117)이 채널층(115)의 상부에 형성되고, 채널층(115)의 하부에 버퍼층(111)이 형성됨으로써, 배리어층(117)과 버퍼층(111)이 채널층(115)을 감싸 양자 우물 구조로 만들 수도 있다.A barrier layer 117 may be provided on the buffer layer 111 to surround the channel layer 115 . For example, the barrier layer 117 may be respectively formed below and above the channel layer 115 to surround the channel layer 115 up and down to form a quantum-well structure, but is limited thereto. not. That is, the barrier layer 117 is formed on the channel layer 115 and the buffer layer 111 is formed under the channel layer 115 , so that the barrier layer 117 and the buffer layer 111 are formed on the channel layer 115 . ) to form a quantum well structure.

배리어층(117)은 채널층(115)보다 에너지 밴드갭이 크고 고저항(high resistivity) 물질로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 배리어층(117)은 InAlAs 또는 AlGaAs 등으로 이루어질 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.The barrier layer 117 has a larger energy bandgap than the channel layer 115 and may be made of a high resistivity material. For example, the barrier layer 117 may be made of InAlAs or AlGaAs, but is not limited thereto.

제2 식각 저지층(119)은 배리어층(117)의 상부에 마련될 수 있다. 제2 식각 저지층(119)은 후술하는 에칭 공정에서 제2 식각 저지층(119)의 하부로 에칭이 이루어지지 않도록 에칭을 저지시키는 역할을 할 수 있다. 예를 들어, 제2 식각 저지층(119)은 InP 등으로 이루어질 수 있다.The second etch stop layer 119 may be provided on the barrier layer 117 . The second etch stop layer 119 may serve to stop etching so that etching is not performed to the lower portion of the second etch stop layer 119 in an etching process to be described later. For example, the second etch stop layer 119 may be made of InP or the like.

캡층(capping layer)(121)은 제2 식각 저지층(119)의 상부에 마련될 수 있다. 캡층(121)은 이후에 형성할 전극과의 접촉 저항을 낮추면서 낮은 면저항을 갖도록 고농도로 도핑된 물질로 이루어질 수 있다. 캡층(121)은 n-type으로 도핑된 반도체 물질(예를 들어, GaAs, InAs, 및 InxGa1-xAs 등에서 선택된 물질)로 이루어질 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.A capping layer 121 may be provided on the second etch stop layer 119 . The cap layer 121 may be made of a material doped with a high concentration to have a low sheet resistance while lowering a contact resistance with an electrode to be formed later. The cap layer 121 may be made of an n-type doped semiconductor material (eg, a material selected from GaAs, InAs, and In x Ga 1-x As), but is not limited thereto.

마스크층(masking layer)(123)은 캡층(121)의 상부에 마련될 수 있다. 마스크층(123)은 하드마스크(hard mask)로서 후술하는 에칭 공정에서 마스크층(123)의 하부 구조물을 보호할 수 있다. 예를 들어, 마스크층(123)은 SiN, SiO2, armorphous carbon 등으로 이루어질 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.A masking layer 123 may be provided on the cap layer 121 . The mask layer 123 is a hard mask and may protect a lower structure of the mask layer 123 in an etching process to be described later. For example, the mask layer 123 may be made of SiN, SiO 2 , armorphous carbon, or the like, but is not limited thereto.

포토레지스트층(125)은 마스크층(123)의 상부에 마련될 수 있다. 포토레지스트층(125)은 리소그래피 공정을 통해 마스크층(123)의 상부에 기 설정된 패턴으로 형성될 수 있다. 포토레지스트층(125)은 고전자이동도 트랜지스터의 소자 단위의 영역에서 중심부에 형성되도록 패턴화 될 수 있다.The photoresist layer 125 may be provided on the mask layer 123 . The photoresist layer 125 may be formed in a predetermined pattern on the mask layer 123 through a lithography process. The photoresist layer 125 may be patterned to be formed in the center of the device unit region of the high electron mobility transistor.

도 2를 참조하면, 적층 구조물(110)에서 패턴화 된 포토레지스트층(125) 이외의 영역을 에칭할 수 있다. 이때, 제1 식각 저지층(113)까지 수직 방향의 에칭이 이루어질 수 있다. 즉, 에칭은 제1 식각 저지층(113)에 의해 저지되어 제1 식각 저지층(113)의 표면까지만 이루어질 수 있다. 여기서, 에칭은 습식 식각 또는 건식 식각 등으로 이루어질 수 있다.Referring to FIG. 2 , regions other than the patterned photoresist layer 125 in the stacked structure 110 may be etched. In this case, vertical etching may be performed up to the first etch stop layer 113 . That is, the etching is prevented by the first etch stop layer 113 and may be performed only up to the surface of the first etch stop layer 113 . Here, the etching may be performed by wet etching or dry etching.

구체적으로, 에칭은 3단계에 걸쳐 이루어질 수 있다. 먼저, 패턴화 된 포토레지스트층(125) 이외의 영역에서 캡층(121)까지를 제거하기 위한 에칭을 수행할 수 있다. 다음으로, 제2 식각 저지층(119)을 제거하기 위한 에칭이 이루어질 수 있다. 다음으로, 배리어층(117)부터 제1 식각 저지층(113)의 표면까지 에칭이 이루어질 수 있다.Specifically, the etching may be performed in three steps. First, etching to remove even the cap layer 121 from areas other than the patterned photoresist layer 125 may be performed. Next, etching may be performed to remove the second etch stop layer 119 . Next, etching may be performed from the barrier layer 117 to the surface of the first etch stop layer 113 .

도 3을 참조하면, 에칭된 적층 구조물(110')에서 에칭된 영역에 선택적 재성장 기술을 통해 재성장층(131)을 형성할 수 있다. 여기서, 재성장층(131)은 제1 식각 저지층(113)의 상부에서 캡층(121)과 대응되는 높이까지 성장될 수 있다. 이 경우, 재성장층(131)은 채널층(115)의 측면과 접촉하여 채널층(115)의 측면을 감싸면서 마련되게 된다. 이때, 재성장층(131)은 채널층(115)의 측면과 전기적 접촉을 형성하게 된다.Referring to FIG. 3 , the regrowth layer 131 may be formed in the etched region of the etched stack structure 110 ′ through a selective regrowth technique. Here, the regrowth layer 131 may be grown from an upper portion of the first etch stop layer 113 to a height corresponding to the cap layer 121 . In this case, the regrowth layer 131 is provided while being in contact with the side surface of the channel layer 115 and surrounding the side surface of the channel layer 115 . At this time, the regrowth layer 131 forms an electrical contact with the side surface of the channel layer 115 .

재성장층(131)은 전극과의 접촉 저항을 낮추면서 낮은 면저항을 갖도록 고농도로 도핑된 반도체 물질로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 재성장층(131)은 n-type으로 도핑된 반도체 물질(예를 들어, GaAs, InAs, 및 InxGa1-xAs 등에서 선택된 물질)로 이루어질 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 즉, 재성장층(131)은 캡층(121)과 동일한 물질로 이루어질 수 있다. 이 경우, 재성장층(131)과 채널층(115) 간의 낮은 접촉 저항을 확보할 수 있게 된다.The regrowth layer 131 may be made of a semiconductor material doped with a high concentration to have a low sheet resistance while lowering a contact resistance with an electrode. For example, the regrowth layer 131 may be formed of a semiconductor material doped with n-type (eg, a material selected from GaAs, InAs, In x Ga 1-x As, etc.), but is not limited thereto. That is, the regrowth layer 131 may be made of the same material as the cap layer 121 . In this case, it is possible to secure a low contact resistance between the regrowth layer 131 and the channel layer 115 .

예시적인 실시예에서, 재성장층(131)은 유기금속기상증착(metal-organic chemical vapor deposition: MOCVD)법 또는 분자선 성장(molecular beam epitaxy: MBE)법 등을 통해 성장될 수 있다.In an exemplary embodiment, the regrowth layer 131 may be grown through a metal-organic chemical vapor deposition (MOCVD) method or a molecular beam epitaxy (MBE) method.

도 4를 참조하면, 고전자이동도 트랜지스터(100)의 각 전극을 형성할 수 있다. 즉, 재성장층(131)의 상부에 소스 전극(133) 및 드레인 전극(135)을 각각 형성하고, 배리어층(117)의 상부에 게이트 전극(137)을 형성할 수 있다. 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 재성장층(131)(RG n+ InGaAs) 및 게이트 전극(137) 등을 나타낸 주사전자현미경 사진이다.Referring to FIG. 4 , each electrode of the high electron mobility transistor 100 may be formed. That is, the source electrode 133 and the drain electrode 135 may be respectively formed on the regrowth layer 131 , and the gate electrode 137 may be formed on the barrier layer 117 . 5 is a scanning electron microscope photograph showing the regrowth layer 131 (RG n+ InGaAs) and the gate electrode 137 according to an embodiment of the present invention.

한편, 고전자이동도 트랜지스터(100)의 각 전극은 기 공지된 방법에 의하여 형성할 수 있다. 예를 들어, 마스크층(123)을 제거하고, 재성장층(131)의 상부에 도전성 물질을 증착하여 소스 전극(133) 및 드레인 전극(135)을 각각 형성할 수 있다. 다음으로, 소스 전극(133)과 드레인 전극(135) 사이에서 캡층(121)의 상부에 절연층(139)을 형성할 수 있다.Meanwhile, each electrode of the high electron mobility transistor 100 may be formed by a known method. For example, the source electrode 133 and the drain electrode 135 may be respectively formed by removing the mask layer 123 and depositing a conductive material on the regrowth layer 131 . Next, an insulating layer 139 may be formed on the cap layer 121 between the source electrode 133 and the drain electrode 135 .

다음으로, 게이트 전극(137)을 형성할 공간을 확보하기 위해 절연층(139) 및 캡층(121)을 식각한 후 게이트 전극(137)을 형성할 수 있다. 상기 식각 공정에서 제2 식각 저지층(119)에 의해 배리어층(117)이 보호될 수 있게 된다. 예시적인 실시예에서, 게이트 전극(137)은 T 형태로 이루어질 수 있다. 이때, 캡층(121)의 측면이 게이트 전극(137)과 이격되도록 할 수 있다.Next, after etching the insulating layer 139 and the cap layer 121 to secure a space for forming the gate electrode 137 , the gate electrode 137 may be formed. In the etching process, the barrier layer 117 may be protected by the second etch stop layer 119 . In an exemplary embodiment, the gate electrode 137 may be formed in a T shape. In this case, the side surface of the cap layer 121 may be spaced apart from the gate electrode 137 .

개시되는 실시예에서는, 적층 구조물(110)에서 패턴화된 포토레지스트층(125)을 이용하여 일부를 식각하고 식각된 영역에 재성장층(131)을 형성함으로써, 재성장층(131)이 채널층(115)의 측면과 접촉하여 낮은 접촉 저항을 이루게 되고, 소스 전극(133) 및 드레인 전극(135)과 채널층(115) 사이에 배리어층(117)이 제거되기 때문에, 기생 저항 성분을 줄일 수 있어 소자의 성능을 향상시킬 수 있게 된다.In the disclosed embodiment, the regrowth layer 131 is formed as a channel layer ( 115) to achieve a low contact resistance, and since the barrier layer 117 is removed between the source electrode 133 and the drain electrode 135 and the channel layer 115, the parasitic resistance component can be reduced. It is possible to improve the performance of the device.

이상의 상세한 설명은 본 발명을 예시하는 것이다. 또한 전술한 내용은 본 발명의 바람직한 실시 형태를 나타내어 설명하는 것이며, 본 발명은 다양한 다른 조합, 변경 및 환경에서 사용할 수 있다. 즉 본 명세서에 개시된 발명의 개념의 범위, 저술한 개시 내용과 균등한 범위 및/또는 당업계의 기술 또는 지식의 범위내에서 변경 또는 수정이 가능하다. 저술한 실시예는 본 발명의 기술적 사상을 구현하기 위한 최선의 상태를 설명하는 것이며, 본 발명의 구체적인 적용 분야 및 용도에서 요구되는 다양한 변경도 가능하다. 따라서 이상의 발명의 상세한 설명은 개시된 실시 상태로 본 발명을 제한하려는 의도가 아니다. 또한 첨부된 청구범위는 다른 실시 상태도 포함하는 것으로 해석되어야 한다.The above detailed description is illustrative of the present invention. In addition, the above description shows and describes preferred embodiments of the present invention, and the present invention can be used in various other combinations, modifications, and environments. That is, changes or modifications are possible within the scope of the concept of the invention disclosed herein, the scope equivalent to the written disclosure, and/or within the scope of skill or knowledge in the art. The written embodiment describes the best state for implementing the technical idea of the present invention, and various changes required in specific application fields and uses of the present invention are possible. Accordingly, the detailed description of the present invention is not intended to limit the present invention to the disclosed embodiments. Also, the appended claims should be construed to include other embodiments.

100 : 고전자이동도 트랜지스터
110 : 적층 구조물
111 : 버퍼층
113 : 제1 식각 저지층
115 : 채널층
117 : 배리어층
119 : 제2 식각 저지층
121 : 캡층
123 : 마스크층
125 : 포토레지스트층
131 : 재성장층
133 : 소스 전극
135 : 드레인 전극
137 : 게이트 전극
139: 절연층
100: high electron mobility transistor
110: laminated structure
111: buffer layer
113: first etch stop layer
115: channel layer
117: barrier layer
119: second etch stop layer
121: cap layer
123: mask layer
125: photoresist layer
131: regrowth layer
133: source electrode
135: drain electrode
137: gate electrode
139: insulating layer

Claims (8)

버퍼층, 제1 식각 저지층, 채널층, 배리어층, 제2 식각 저지층, 캡층, 마스크층, 및 패턴화된 포토레지스트층이 순차적으로 적층된 적층 구조물을 형성하는 단계;
상기 적층 구조물에서 상기 패턴화된 포토레지스트층 이외의 영역을 상기 제1 식각 저지층의 표면까지 에칭하는 단계;
상기 적층 구조물의 에칭된 영역에 선택적 재성장 기법을 통해 재성장층을 형성하는 단계; 및
상기 재성장층의 상면에 소스 전극 및 드레인 전극을 각각 형성하고, 상기 소스 전극 및 상기 드레인 전극과 각각 이격된 게이트 전극을 형성하는 단계를 포함하는, 고전자이동도 트랜지스터의 제조 방법.
forming a stacked structure in which a buffer layer, a first etch stop layer, a channel layer, a barrier layer, a second etch stop layer, a cap layer, a mask layer, and a patterned photoresist layer are sequentially stacked;
etching an area other than the patterned photoresist layer in the laminate structure to a surface of the first etch stop layer;
forming a regrowth layer through a selective regrowth technique on the etched region of the laminate structure; and
Forming a source electrode and a drain electrode on an upper surface of the regrowth layer, respectively, and forming a gate electrode spaced apart from the source electrode and the drain electrode, respectively.
청구항 1에 있어서,
상기 패턴화된 포토레지스트층은,
고전자이동도 트랜지스터의 소자 단위를 구성하는 상기 적층 구조물의 중심부에 형성되는, 고전자이동도 트랜지스터의 제조 방법.
The method according to claim 1,
The patterned photoresist layer,
A method of manufacturing a high electron mobility transistor, which is formed in the center of the stacked structure constituting the element unit of the high electron mobility transistor.
청구항 2에 있어서,
상기 제1 식각 저지층의 표면까지 에칭하는 단계는,
상기 패턴화된 포토레지스트층 이외의 영역에서 상기 캡층까지를 제거하기 위한 에칭을 수행하는 단계;
상기 패턴화된 포토레지스트층 이외의 영역에서 상기 제2 식각 저지층을 제거하기 위한 에칭을 수행하는 단계; 및
상기 패턴화된 포토레지스트층 이외의 영역에서 상기 배리어층부터 상기 제1 식각 저지층의 표면까지 에칭을 수행하는 단계를 포함하는, 고전자이동도 트랜지스터의 제조방법.
3. The method according to claim 2,
The step of etching to the surface of the first etch stop layer,
performing etching to remove even the cap layer from areas other than the patterned photoresist layer;
performing etching to remove the second etch stop layer in areas other than the patterned photoresist layer; and
and performing etching from the barrier layer to the surface of the first etch stop layer in a region other than the patterned photoresist layer.
청구항 2에 있어서,
상기 재성장층은,
상기 적층 구조물의 에칭된 영역의 상기 제1 식각 저지층의 상부에서 상기 채널층의 측면과 접촉하고 상기 채널층의 측면을 감싸는 높이로 형성되는, 고전자이동도 트랜지스터의 제조방법.
3. The method according to claim 2,
The regrowth layer is
A method of manufacturing a high electron mobility transistor, which is formed in contact with a side surface of the channel layer on top of the first etch stop layer in the etched region of the stack structure and at a height surrounding the side surface of the channel layer.
청구항 4에 있어서,
상기 재성장층은,
상기 제1 식각 저지층의 상부에서 상기 캡층과 대응되는 높이로 형성되는, 고전자이동도 트랜지스터의 제조방법.
5. The method according to claim 4,
The regrowth layer is
A method of manufacturing a high electron mobility transistor, which is formed on an upper portion of the first etch stop layer to have a height corresponding to that of the cap layer.
청구항 4에 있어서,
상기 재성장층은,
상기 캡층과 동일한 물질로 이루어지는, 고전자이동도 트랜지스터의 제조방법.
5. The method according to claim 4,
The regrowth layer is
A method of manufacturing a high electron mobility transistor, which is made of the same material as the cap layer.
버퍼층의 상부에 채널층, 배리어층, 및 캡층을 포함하는 적층 구조물을 형성하는 단계;
상기 적층 구조물의 상단 중심부에 패턴화된 포토레지스트층을 형성하고, 상기 적층 구조물에서 상기 패턴화된 포토레지스트층 이외의 영역을 상기 버퍼층의 표면까지 에칭하는 단계;
상기 적층 구조물의 에칭된 영역에 선택적 재성장 기법을 통해 재성장층을 형성하되, 상기 재성장층이 상기 채널층의 측면과 접촉하여 상기 채널층을 감싸도록 하는 단계; 및
상기 재성장층의 상면에 소스 전극 및 드레인 전극을 각각 형성하고, 상기 소스 전극 및 상기 드레인 전극과 각각 이격된 게이트 전극을 형성하는 단계를 포함하는, 고전자이동도 트랜지스터의 제조 방법.
forming a stacked structure including a channel layer, a barrier layer, and a cap layer on the buffer layer;
forming a patterned photoresist layer in the upper center of the stacked structure, and etching areas other than the patterned photoresist layer in the stacked structure to the surface of the buffer layer;
forming a regrowth layer through a selective regrowth technique on the etched region of the stack structure, the regrowth layer being in contact with a side surface of the channel layer to surround the channel layer; and
Forming a source electrode and a drain electrode on an upper surface of the regrowth layer, respectively, and forming a gate electrode spaced apart from the source electrode and the drain electrode, respectively.
청구항 1 내지 청구항 7 중 어느 하나의 항에 기재된 고전자이동도 트랜지스터의 제조방법에 의해 제조된 고전자이동도 트랜지스터.A high electron mobility transistor manufactured by the method for manufacturing the high electron mobility transistor according to any one of claims 1 to 7.
KR1020210175999A 2020-12-11 2021-12-09 High electron mobility transistor and fabricating method thereof KR102659766B1 (en)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR20200173519 2020-12-11
KR1020200173519 2020-12-11

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20220083619A true KR20220083619A (en) 2022-06-20
KR102659766B1 KR102659766B1 (en) 2024-04-23

Family

ID=

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101688965B1 (en) 2015-03-25 2016-12-22 경북대학교 산학협력단 Manufacturing method for semiconductor device

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101688965B1 (en) 2015-03-25 2016-12-22 경북대학교 산학협력단 Manufacturing method for semiconductor device

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10522630B2 (en) High electron mobility transistor structure and method of making the same
EP3520144B1 (en) Doped gate dielectric materials
US7456443B2 (en) Transistors having buried n-type and p-type regions beneath the source region
US7709859B2 (en) Cap layers including aluminum nitride for nitride-based transistors
JP4179539B2 (en) Compound semiconductor device and manufacturing method thereof
US8946780B2 (en) Ohmic contact schemes for group III-V devices having a two-dimensional electron gas layer
JP2007165431A (en) Field effect transistor, and method of fabrication same
JP2011238931A (en) Enhancement mode field effect device and method of manufacturing the same
JP4474292B2 (en) Semiconductor device
US20220376074A1 (en) Nitride-based semiconductor device and method for manufacturing the same
US20190103483A1 (en) Semiconductor device and a method for manufacturing the same
WO2023019436A1 (en) Semiconductor device and method for manufacturing the same
TW202145579A (en) Depletion mode high electron mobility field effect transistor (hemt) semiconductor device having beryllium doped schottky contact layers
US9786775B2 (en) Normally-off high electron mobility transistors and fabrication methods thereof
KR102659766B1 (en) High electron mobility transistor and fabricating method thereof
JP2019114581A (en) Compound semiconductor device and manufacturing method thereof
KR102628555B1 (en) High electron mobility transistor and fabricating method thereof
KR20220083619A (en) High electron mobility transistor and fabricating method thereof
TWI791364B (en) Method of manufacturing normally-off gallium nitride device
US20230053045A1 (en) Semiconductor structure and manufacturing method therefor
WO2022204913A1 (en) Iii nitride semiconductor devices on patterned substrates
US20240088260A1 (en) Power semiconductor device and manufacturing method thereof
WO2022124868A1 (en) High electron mobility transistor and method for manufacturing same
WO2021102683A1 (en) Semiconductor structure and manufacturing method therefor
TW202345402A (en) Semiconductor device

Legal Events

Date Code Title Description
E90F Notification of reason for final refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant