KR20230068241A - Semiconductor device - Google Patents
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Abstract
본 발명은 반도체 소자에 관한 것을 제공한다. 반도체 소자는 기판, 상기 기판 상에 제공되며, 상면 일부가 제거된 함몰부를 포함하는 에피택시얼층, 상기 함몰부 내에 제공되는 채널층, 상기 함몰부 내에서 상기 채널층 상에 제공되는 배리어층, 상기 배리어층의 상면 및 상기 에피택시얼층 상면을 덮는 보호층, 및 상기 배리어층 상에 배치되는 소스 컨택, 드레인 컨택 및 이들 사이에 제공되는 게이트 컨택을 포함한다.The present invention provides a semiconductor device. The semiconductor device includes a substrate, an epitaxial layer provided on the substrate and including a depression from which a portion of an upper surface is removed, a channel layer provided in the depression, a barrier layer provided on the channel layer in the depression, the A passivation layer covering an upper surface of the barrier layer and an upper surface of the epitaxial layer, and a source contact, a drain contact, and a gate contact provided between them disposed on the barrier layer.
Description
본 발명은 반도체 소자에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 매립형 GaN HEMT(High Electron Mobility Transistor) 소자를 제공하는 것이다. The present invention relates to a semiconductor device, and more particularly, to providing a buried GaN HEMT (High Electron Mobility Transistor) device.
질화물 반도체는 직접 천이형 반도체로서, 가시광선에서 자외선까지 다양한 파장을 구현할 수 있으며, 열적 안정성, 화학적 안정성, 포화 전자속도 및 큰 에너지 밴드갭 특성으로 가시광선 영역의 발광소자 및 고출력 및 고주파용 전자소자 등으로 응용범위가 확대되고 있다.Nitride semiconductor is a direct transition type semiconductor that can realize various wavelengths from visible light to ultraviolet light, and has thermal stability, chemical stability, saturated electron velocity, and large energy bandgap, making it a light emitting device in the visible light region and an electronic device for high power and high frequency. The scope of application is expanding.
특히 고출력 GaN HEMT 소자의 경우 기판방향으로의 누설전류를 줄이기 위해 반절연층(semi-insulating)의 에피택시 공정 기술 및 단위소자 사이 또는 대면적 소자간의 누설전류를 차단하는 소자분리(device isolation) 공정기술이 요구된다. In particular, in the case of high-power GaN HEMT devices, semi-insulating epitaxy process technology and device isolation process to block leakage current between unit devices or large-area devices to reduce leakage current toward the substrate skill is required
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 GaN HEMT 소자의 기판방향으로의 누설전류 및 소자와 소자 사이의 누설전류를 동시에 줄일 수 있는 반도체 소자를 제공하는데 있다.An object to be solved by the present invention is to provide a semiconductor device capable of simultaneously reducing leakage current in the direction of a substrate of a GaN HEMT device and leakage current between devices.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 과제에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The problem to be solved by the present invention is not limited to the problems mentioned above, and other problems not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the description below.
상기 해결하고자 하는 과제를 달성하기 위하여 본 발명의 실시예들에 따른 반도체 소자는 기판, 상기 기판 상에 제공되며, 상면 일부가 제거된 함몰부를 포함하는 에피택시얼층, 상기 함몰부 내에 제공되는 채널층, 상기 함몰부 내에서 상기 채널층 상에 제공되는 배리어층, 상기 배리어층의 상면 및 상기 에피택시얼층 상면을 덮는 보호층, 및 상기 배리어층 상에 배치되는 소스 컨택, 드레인 컨택 및 이들 사이에 제공되는 게이트 컨택을 포함한다.In order to achieve the object to be solved, a semiconductor device according to embodiments of the present invention includes a substrate, an epitaxial layer provided on the substrate and including a depression portion from which an upper surface is partially removed, and a channel layer provided in the depression portion. , a barrier layer provided on the channel layer in the depression, a protective layer covering the upper surface of the barrier layer and the upper surface of the epitaxial layer, and A source contact, a drain contact, and a gate contact provided between them are included on the barrier layer.
기타 실시예들의 구체적인 사향들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.Specific details of other embodiments are included in the detailed description and drawings.
본 발명의 실시예들에 따르면, HEMT 소자 제작 시 애피택시얼층은 매립형 채널층을 성장시킬 수 있는 기판 역할과 동시에 고저항의 특성을 가지므로 누설전류를 차단하는 역할을 수행할 수 있다. 또한, 에피택시얼층에 형성된 함몰부 내에 채널층이 제공되므로 기판방향 및 소자 간의 누설전류를 차단하는 효과를 얻을 수 있다.According to embodiments of the present invention, when manufacturing a HEMT device, the epitaxial layer serves as a substrate capable of growing a buried channel layer and at the same time has a high resistance characteristic, thereby blocking leakage current. In addition, since the channel layer is provided in the depression formed in the epitaxial layer, an effect of blocking leakage current in the direction of the substrate and between devices can be obtained.
도 1은 본 발명의 실시예들에 따른 반도체 소자를 설명하기 위한 단면도이다.
도 2a는 도 1을 A-A'으로 자른 에너지 밴드 그래프이다.
도 2b는 도 1을 B-B'으로 자른 에너지 밴드 그래프이다.
도 3a 내지 도 3g는 본 발명의 실시예들에 따른 반도체 소자의 제조방법을 설명하기 위한 단면도들이다.1 is a cross-sectional view illustrating a semiconductor device according to example embodiments.
FIG. 2A is an energy band graph of FIG. 1 cut along the line A-A'.
FIG. 2B is an energy band graph of FIG. 1 cut along line BB′.
3A to 3G are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a semiconductor device according to example embodiments.
본 발명의 구성 및 효과를 충분히 이해하기 위하여, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예들을 설명함으로써 본 발명을 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예들에 한정되는 것이 아니라, 여러 가지 형태로 구현될 수 있고 다양한 수정 및 변경을 가할 수 있다. 단지, 본 실시 예들의 설명을 통해 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위하여 제공되는 것이다. 첨부된 도면에서 구성 요소들은 설명의 편의를 위하여 그 크기가 실제보다 확대하여 도시한 것이며, 각 구성 요소의 비율은 과장되거나 축소될 수 있다. 또한 본 발명의 실시 예들에서 사용되는 용어들은 다르게 정의되지 않는 한, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 통상적으로 알려진 의미로 해석될 수 있다.In order to sufficiently understand the configuration and effects of the present invention, the present invention will be described in detail by describing preferred embodiments of the present invention with reference to the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments disclosed below, and may be implemented in various forms and various modifications and changes may be applied. However, it is provided to complete the disclosure of the present invention through the description of the present embodiments, and to completely inform those skilled in the art of the scope of the invention to which the present invention belongs. In the accompanying drawings, for convenience of explanation, the size of the components is shown larger than the actual size, and the ratio of each component may be exaggerated or reduced. In addition, terms used in the embodiments of the present invention may be interpreted as meanings commonly known to those skilled in the art unless otherwise defined.
설명의 편의상 도면의 위쪽 방향을 위쪽이라 지칭하고, 도면의 위쪽 방향을 향하는 면을 윗면이라 지칭하기로 한다. 또한 도면의 아래쪽 방향을 아래쪽이라 지칭하고, 도면의 아래쪽 방향을 향하는 면을 아랫면이라 지칭하기로 한다. 또한, 도면의 왼쪽에서 오른쪽으로 향하는 방향을 가로 방향이라 지칭하기로 한다. For convenience of explanation, the upper direction in the drawing will be referred to as the upper side, and the surface facing the upper direction in the drawing will be referred to as the upper side. In addition, the downward direction in the drawing will be referred to as the bottom, and the surface facing the downward direction in the drawing will be referred to as the bottom face. In addition, a direction from left to right in the drawing will be referred to as a horizontal direction.
본 명세서에서 어떤 층이 다른 층 ‘상(上)에’ 있다고 언급되는 경우에 그것은 다른 층 상면에 직접 형성되거나 그들 사이에 제 3의 층이 개재될 수도 있다.In this specification, when a layer is referred to as being 'on' another layer, it may be directly formed on the top surface of another layer or a third layer may be interposed therebetween.
이하, 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예들에 대해 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
도 1은 본 발명의 실시예들에 따른 반도체 소자의 단면도이다.1 is a cross-sectional view of a semiconductor device according to example embodiments.
도 1을 참조하면, 실시예들에 따른 반도체 소자는 기판(10), 에피택시얼층(20), 채널층(40), 배리어층(50), 보호층(60), 소스 및 드레인 컨택들(70), 및 게이트 컨택(80)을 포함할 수 있다.Referring to FIG. 1 , a semiconductor device according to embodiments includes a
기판(10)은 예를 들어 사파이어(Sapphire) 기판, 또는 탄화규소(SiC) 기판일 수 있다.The
에피택시얼층(20)은 기판(10) 상에 제공될 수 있다. 에피택시얼층(20)은 에피택시 공정에 의해 형성될 수 있다. 에피택시얼층(20)은 기판(10)과의 격자 정합이 우수하며, 고저항 특성을 갖는 물질로 이루어질 수 있다. 에피택시얼층(20)은 상면의 일부가 제거된 함몰부(21)를 가질 수 있다. 에피택시얼층(20)은 예를 들어 AlN를 포함할 수 있다. 에피택시얼층(20)의 두께는 약 0.5㎛ 내지 약 2㎛ 일 수 있다. An
채널층(40)은 에피택시얼층(20)의 함몰부(21) 내에 제공될 수 있다. 채널층(40)은 에피택시얼층(20)과 이종접합을 이룰 수 있다. 채널층(40)은 예를 들어 GaN를 포함할 수 있다. 채널층(40)의 두께는 약 50nm 내지 약 300nm 일 수 있다.The
배리어층(50)은 에피택시얼층(20)의 함몰부(21) 내에서 채널층(40) 상에 배치될 수 있다. 배리어층(50)은 채널층(40)과 이종접합을 이룰 수 있다. 배리어층(50)은 예를 들어 AlGaN를 포함할 수 있다. 배리어층(50)의 두께는 약 15nm 내지 약 25nm 일 수 있다.The
보호층(60)은 에피택시얼층(20)의 상면 및 배리어층(50)의 상면 상에 배치될 수 있다. 보호층(60)은 PECVD(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition) 또는 LPCVD(Low Pressure Chemical Vapor Deposition) 방법으로 형성될 수 있다. 보호층(60)은 예를 들어 SiO₂, SiNx 또는 Al₂O₃과 같은 절연막을 포함할 수 있다. 보호층(60)의 두께는 약 50nm 내지 약 100nm 일 수 있다.The
소스 및 드레인 컨택들(70)은 배리어층(50) 상에서 서로 이격되어 배치될 수 있다. 소스 및 드레인 컨택들(70)은 배리어층(50)과 오믹(Ohmic) 접합을 이룰 수 있다. 소스 및 드레인 컨택들(70)은 Ti, Al 및, Au 중에 적어도 하나를 포함할 수 있다.The source and
게이트 컨택(80)은 소스 및 드레인 컨택들(70) 사이에서 배리어층(50) 상에 배치될 수 있다. 게이트 컨택(80)은 배리어층(50)과 쇼트키(Schottky) 접합을 이룰 수 있다. 게이트 컨택(80)은 Ni, Pd 및 Au 중에 적어도 하나를 포함할 수 있다.A
도 2a 및 도 2b는 본 발명의 실시예들에 따른 반도체 소자의 특성을 설명하기 위한 에너지 밴드 그래프들이다.2A and 2B are energy band graphs for explaining characteristics of semiconductor devices according to example embodiments.
도 2a를 참조하면, 고방열 및 고저항의 특성을 가진 에피택시얼층(20)과 채널층(40) 사이에 높은 에너지 배리어가 형성될 수 있다. 채널층(40)에 있는 전자들은 에피택시얼층(20)의 높은 에너지 밴드로 인해 수직 방향으로 이동이 불가능할 수 있다. 따라서 채널층(40)에서 기판(10) 방향(즉, 수직 방향)으로의 누설전류를 최소화할 수 있다. Referring to FIG. 2A , a high energy barrier may be formed between the
도 2b를 참조하면, 고방열 및 고저항의 특성을 가진 에피택시얼층(20)이 채널층(40)을 감싸도록 제공된다. 채널층(40)의 양 측면에 에피택시얼층(20)이 존재하고 에피택시얼층(20)과 채널층(40) 사이에 높은 에너지 배리어가 형성될 수 있다. 에피택시얼층(20)의 높은 에너지 밴드로 인해 채널층(40)에 있는 전자들은 수평 방향으로 이동이 불가능할 수 있다. 따라서 인접하는 채널층들 간의 누설전류를 최소화할 수 있다. Referring to FIG. 2B , an
도 3a 내지 도 3g는 본 발명의 실시예들에 따른 반도체 소자의 제조방법을 설명하기 위한 단면도들이다.3A to 3G are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a semiconductor device according to example embodiments.
도 3a를 참조하면, 기판(10)이 준비될 수 있다. 기판(10) 상에 에피택시 공정에 의해 에피택시얼층(20)이 형성될 수 있다. 일 예에서, 에피택시 공정에 의해 AlN 에피택시얼층이 형성될 수 있으며, 이러한 에피택시얼층(20)의 결정성은 [002]방향으로 약 250arcsec 내외, [102] 방향으로 약 450arcsec 내외의 고품질 특성을 가질 수 있다. 에피택시얼층(20)은 약 0.5㎛ 이상의 두께를 가질 수 있다. Referring to FIG. 3A , a
도 3b를 참조하면, 에피택시얼층(20) 상에 마스크층(30)이 형성될 수 있다. 마스크층(30)은 CVD 또는 PVD 등의 방법으로 형성될 수 있다. 마스크층(30)은 예를 들어 SiO₂, SiNx일 수 있다. 마스크층(30)의 두께는 약 50nm 내지 약 300nm일 수 있다.Referring to FIG. 3B , a
도 3c를 참조하면, 마스크층(30)을 마스크로 이용하는 식각공정에 의해 에피택시얼층(20) 상면의 일부가 제거된 함몰부(21)가 형성될 수 있다. 식각 공정은 예를 들어 건식 식각 공정일 수 있다. 함몰부(21)의 깊이는 약 100nm 내지 약 300nm 일 수 있다. 단위소자인 경우, 함몰부(21)의 폭의 크기는 약 5㎛ 내지 약 30㎛ 일 수 있다. 대면적 멀티소자의 경우, 함몰부(21)의 폭의 크기는 약 0.5mm 내지 3mm 일 수 있다.Referring to FIG. 3C , a
도 3c의 식각 공정 이후, 에피택시얼층(20)에 표면처리 공정이 진행될 수 있다. 상기 표면처리 공정은 예를 들어 TMAH(Tetramethylammonium hydroxide)를 이용할 수 있다.After the etching process of FIG. 3C , a surface treatment process may be performed on the
도 3d를 참조하면, 함몰부(21) 내에 채널층(40) 및 배리어층(50)이 순차적으로 형성될 수 있다. 채널층(40)으로서 에피택시 공정을 이용하여 GaN층이 형성될 수 있다. 채널층(40)은 AlN 에피택시얼층(20) 상에 이종접합 형태로 성장하기 때문에 격자상수 차이에 의한 스트레스로 인하여 이차원 성장을 위한 최소 두께(약 50nm)가 요구될 수 있다. 또한, 반도체 소자 제작 시 발생하는 누설전류를 고려하여 최대 두께(약 300nm) 이내에서 성장될 수 있다.Referring to FIG. 3D , the
도 3e를 참조하면 에피택시얼층(20) 및 배리어층(50) 상에 증착공정을 이용하여 보호층(60)이 형성될 수 있다.Referring to FIG. 3E , a
도 3f를 참조하면, 상기 배리어층(50) 상에 소스 및 드레인 컨택들(70)이 형성될 수 있다. 상세하게, 포토리소그래피를 이용하여 소스 및 드레인 컨택들(70) 영역의 마스크를 형성한 후 식각공정으로 보호층(60)의 일부가 식각될 수 있다. 이어서, 배리어층(50)과 오믹 접촉하는 금속 물질을 증착하여 소스 및 드레인 컨택들(70)을 형성할 수 있다.Referring to FIG. 3F , source and
도 3g를 참조하면, 소스 및 드레인 컨택들(70) 사이에서 배리어층(50) 상에 게이트 컨택(80)이 형성될 수 있다. 상세하게, 소스 및 드레인 컨택들(70)을 형성한 후, 포토리소그래피 공정을 이용하여 게이트 컨택(80) 영역의 마스크를 형성하고, 식각공정으로 보호층(60)의 일부가 식각될 수 있다. 이어서, 배리어층(50)과 쇼트키 접촉하는 금속 물질을 증착하여 게이트 컨택(80)을 형성할 수 있다.Referring to FIG. 3G , a
이상, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 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 실시예에는 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.Although the embodiments of the present invention have been described with reference to the accompanying drawings, those skilled in the art can implement the present invention in other specific forms without changing its technical spirit or essential features. You will understand that there is Therefore, it should be understood that the embodiments described above are illustrative in all respects and not restrictive.
10: 기판
20: 에피택시얼층
30: 마스크층
40: 채널층
50: 배리어층
60: 보호층
70: 소스 및 드레인 컨택들
80: 게이트 컨택10: substrate
20: epitaxial layer
30: mask layer
40: channel layer
50: barrier layer
60: protective layer
70: source and drain contacts
80: gate contact
Claims (1)
상기 기판 상에 제공되며, 상면 일부가 제거된 함몰부를 포함하는 에피택시얼층;
상기 함몰부 내에 제공되는 채널층;
상기 함몰부 내에서 상기 채널층 상에 제공되는 배리어층;
상기 배리어층의 상면 및 상기 에피택시얼층의 상면을 덮는 보호층; 및
상기 배리어층 상에 배치되는 소스 컨택, 드레인 컨택 및 이들 사이에 제공되는 게이트 컨택을 포함하는 반도체 소자.
Board;
an epitaxial layer provided on the substrate and including a recessed portion from which a portion of an upper surface is removed;
a channel layer provided within the recessed portion;
a barrier layer provided on the channel layer within the depression;
a protective layer covering an upper surface of the barrier layer and an upper surface of the epitaxial layer; and
A semiconductor device comprising a source contact, a drain contact, and a gate contact provided between them disposed on the barrier layer.
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR20210153959 | 2021-11-10 | ||
KR1020210153959 | 2021-11-10 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
KR20230068241A true KR20230068241A (en) | 2023-05-17 |
Family
ID=86547351
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
KR1020220016464A KR20230068241A (en) | 2021-11-10 | 2022-02-08 | Semiconductor device |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
KR (1) | KR20230068241A (en) |
-
2022
- 2022-02-08 KR KR1020220016464A patent/KR20230068241A/en unknown
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