KR930009811B1 - Mes fet transistor and manufacturing method thereof - Google Patents
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Abstract
Description
제 1a 도는 메사형태의 금속-반도체 전계효과 트랜지스터의 수직단면도.1a is a vertical cross-sectional view of a mesa-type metal-semiconductor field effect transistor.
제 1b 도는 제 1a 도의 M-M'선을 자른 측단면도.Figure 1b is a side cross-sectional view taken along the line M-M 'of Fig. 1a.
제 2 도는 플래너 형태의 금속-반도체 전계효과 트랜지스터의 수직단면도.2 is a vertical cross-sectional view of a metal-semiconductor field effect transistor in planar form.
제 3 도는 본 발명에 의한 금속-반도체 전계효과 트랜지스터의 수직단면도.3 is a vertical cross-sectional view of a metal-semiconductor field effect transistor according to the present invention.
제 4a 도 내지 제 4d 도는 본 발명에 의한 고립우물형 금속-반도체 전계효과 트랜지스터의 공정순서도.4A to 4D are process flow diagrams of an isolated well type metal-semiconductor field effect transistor according to the present invention.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for main parts of the drawings
1 : 반절연성기판 2 : n-GaAs 버퍼층1: semi-insulating substrate 2: n-GaAs buffer layer
3 : n GaAs 활성층 4 : n+이온주입영역3: n GaAs active layer 4: n + ion implantation region
5 : 소오스전극 6 : 드레인전극5
7 : 게이트전극 8 : p+GaAs 장벽층7: gate electrode 8: p + GaAs barrier layer
9 : n+GaAs 활성층 10 : n-게이트버퍼층9: n + GaAs active layer 10: n - gate buffer layer
20 : n GaAs 활성층20: n GaAs active layer
본 발명은 화합물 반도체소자 및 그 제조방법에 관한 것으로, 특히 소자의 고집적화, 고속화를 가능하게 하는 금속-반도체 전계효과 트랜지스터 및 그 제조방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE
반도체소자의 고집적화, 고속화는 정보통신사회로의 급속한 발전에 따라 그 필요성이 더욱 증대되고 있다. 주기율표상에서 III족과 V족의 원소들이 공유결합을 이룬 III-V족 화합물은 전자이동도가 높고, 절연성이 크며, 직접 천이형의 밴드 갭(Band gap)을 얻을 수 있기 때문에 우수한 동작속도와 작은 전격소비특성을 가진다. III-V족 화합물중에서도 GaAs의 우수한 물질특성을 이용하여 초고속, 저소비전력 GaAs 디지틀 IC를 제작하려는 연구가 활발히 진행되고 있는데, 특히 전기전도층의 양단에 소오스, 드레인 2개의 저항성(Ohmic) 접합을 형성하고 그 사이에 쇼트키(Schottky) 접합을 형성시켜 전압변화에 의한 전기전도층폭의 변화로써 전류를 제어하는 금속-반도체 전계효과 트랜지스터(이하 MESFET라 칭함)는 GaAs 디지틀 IC 성능을 좌우하는 기본소자로써 그의 특성개선은 더욱 중요시되고 있다.The necessity of the high integration and speed of semiconductor devices is increasing with the rapid development into the information and communication society. Group III-V compounds, in which the elements of group III and group V are covalently bonded on the periodic table, have high electron mobility, high insulation, and direct transition band gaps. Lightning consumption Among the III-V compounds, researches are being actively made to manufacture ultra-high speed, low power consumption GaAs digital ICs using the excellent material properties of GaAs. In particular, ohmic junctions of two sources and drains are formed at both ends of the conductive layer. In addition, a metal-semiconductor field effect transistor (hereinafter referred to as MESFET) that controls current by forming a Schottky junction and changing the width of the conductive layer due to voltage change is a basic device that determines GaAs digital IC performance. His improvement is becoming more important.
MESFET 제조방법에는 에피웨이퍼를 이용한 메사(Mesa)형태(제1a도)와 이온주입법에 의한 플래너(Planar)형태(제 2 도)가 있으나, 소자특성균일성이 좋고 소자분리가 불필요한 이온주입법에 의한 제조가 지배적이다.MESFET manufacturing methods include Mesa type (Fig. 1a) using epi wafer and Planar type (Fig. 2) by ion implantation method, but by ion implantation method with good device characteristic uniformity and no device separation. Manufacturing is dominant
도면과 함께 각 소자제조법에 대해 설명하고자 한다.Each device manufacturing method will be described with reference to the drawings.
제 1 도는 에피웨이퍼를 이용한 메사형태의 MESFET를 보여주고 있다.1 shows a mesa type MESFET using an epi wafer.
동작속도를 결정짓는 변수의 하나의 기생용량을 최소화시키고 소자간의 절연을 쉽게하는 반절연성 GaAs를 기판(1)으로 하여 그 위에 n-GaAs 버퍼층(2)을 분자선 에피텍시(MBE : Molecula Beam Epitaxy) 혹은 유기금속기상성장(MOCVD : Metal Organic Chemical Vapor Deposition)법으로 성장시키는 공정, 상기 버퍼층(2)위에 n GaAs 활성층(3)을 상기와 같은 방법으로 성장시키는 공정, 상기 버퍼층(2) 및 할성층(3)의 가장자리에 n-GaAs 버퍼층(2)까지 실리콘이온을 주입한 후 어닐링하는 공정, 통상의 사진 식각법을 이용하여 소오스전극(5)과 드레인전극(6)을 형성하는 공정, 포토레지스터의 언더컷(Undercut) 현상을 이용하여 게이트전극(7)을 만드는 공정으로 이루어지는 메사형태 MESFET는, 반도체재료로 GaAs를 사용함으로써 실리콘반도체소자로써는 얻을 수 없는 고속의 반도체소자를 얻을 수는 있지만, n GaAs를 활성층으로 사용할 경우 게이트전극하부에 형성되는 채널의 도핑농도가 이온주입 영역의 농도보다 낮기 때문에 생기는 큰 소오스저항은 트랜스컨덕턴스(gm: Transconductance)를 나쁘게 하여 저잡음 특성을 좋지 않게 한다. 또한 저농도 도핑에 의한 공핍영역증가는 게이트 정전용량을 크게하여 고주파특성을 저하시킨다. 고집적화를 위해 게이트전극 길이를 짧게 할 경우, n GaAs 활성층(3)과 n-GaAs 버퍼층(4)사이는 에너지 장벽이 낮기 때문에 활성층을 흐르는 전류의 일부가 버퍼층(4)으로 흐르게 되는 기생전류가 문제되며, 디지틀 집적회로에서 필수적인 증식형/결핍형 MESFET(Enhancement mode/Depletion mode MESFET)를 만들기 어렵다. 그리고 직접회로 제작시 중요한 소자들간의 격리와 게이트패드를 만들기 위해서 별도의 식각 공정이 요구되므로 공정상 어려움을 준다. 제 1b 도는 식각후 게이트패드를 형성한 모습을 제 1a 도의 M-M'선을 자른 단면도로써 보여주고 있다. 이러한 식각공정은 공정자체를 번거롭게 하는 단점도 있지만 식각후 생기는 단차에 의한 소자 최상층의 비평탄화 때문에 MMIC(Monolythic Microwave IC)등 집적회로 제작시 재현성에 문제점을 준다.A semi-insulating GaAs that minimizes the parasitic capacitance of the variable that determines the operation speed and facilitates the isolation between devices is used as the substrate (1), and the n-GaAs buffer layer (2) is placed on the molecular beam epitaxy (MBE). ) Or growing by the Metal Organic Chemical Vapor Deposition (MOCVD) method, growing the n GaAs active layer (3) on the buffer layer (2) in the same manner as described above, the buffer layer (2) and ha Implanting silicon ions to n-
제 2 도는 이온주입법에 의한 플래너형태의 MESFET를 보여주고 있다.Figure 2 shows a planar type MESFET by ion implantation.
반절연성 GaAs 기판(1)에 실리콘, 유황 혹은 텔루르(Si, S or Te)이온을 주입하여 게이트전압의 변화에 의해 전류가 제어되는 n GaAs 활성층(20)을 형성하는 공정, 상기 활성층(20) 가장자리에 고농도의 불순물을 도핑한 후 어닐링하여 이온주입영역(4)을 형성하는 공정, 통상의 사진식각법에 의해 소오스전극(5) 및 드레인전극(6)을 형성하는 공정, 포토레지스터의 언더컷 현상을 이용하여 게이트전극(7)을 형성하는 공정으로 이루어진다.Implanting silicon, sulfur, or tellurium (Si, S or Te) ions into the
상기 이온주입법에 의한 플래너형태의 MESFET는 공정이 간단하여 소자특성 균일성이 좋고, 반절연성기판(1)에 바로 이온주입을 하므로 메사형태에서 필요했던 소자들간의 격리 혹은 게이트패드형성을 위한 별도의 식각공정이 필요하지 않다. 하지만 소자특성 개선을 위해 트랜스컨덕턴스의 손상없이 게이트전극하부에 여러층의 불순물 도핑층을 만들려고 할때, 각층 사이의 경계면이 정확하게 구분지어지지 않는다는 문제점과 트랜스컨덕턴스가 큰 MESFET를 만들기 위해선 낮은 에너지 이온주입과 RTP(Rapid Thermal Process)활성화공정이 필수적인데 이는 불순물 주입깊이를 감소시키기 때문에 다층의 불순물도핑층 형성을 어렵게 만든다. 그리고 고집적화시 활성을 흐르는 전류의 일부가 반절연성기판으로 흐르게 되는 누설전류문제가 발생하게 된다.The planar type MESFET by the ion implantation method has a simple process and good device characteristic uniformity. Since the ion implantation is directly performed on the
본 발명의 목적은 상기와 같은 종래 금속-반도체 전계효과 트랜지스터의 여러 문제점을 해결하기 위한, 고립우물형 금속-반도체 전계효과 트랜지스터를 제공하는데 있다.SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide an isolated well type metal-semiconductor field effect transistor for solving various problems of the conventional metal-semiconductor field effect transistor.
본 발명의 다른 목적은 상기 고립우물형 금속-반도체 전계효과 트랜지스터의 제조방법을 제공하는데 있다.Another object of the present invention is to provide a method of manufacturing the isolation well type metal-semiconductor field effect transistor.
본 발명의 상기 목적은 반절연성기판에 소자형성영역으로써 형성되는 고립우물, 상기 고립우물내에 미세결정성장기술에 의해 각각 소정두께로 순차적층되어 채워지는 제 1 전도형 장벽층, 제 2 전도형 활성층 및 제 2 전도형 게이트버퍼층, 상기 장벽층, 활성층 및 게이트버퍼층 가장자리에 상기 장벽층까지의 깊이로 제 2 전도형의 불순물이 도핑되는 이온주입영역, 상기 이온주입영역 사이의 상기 게이트버퍼층상에 형성되는 게이트전극, 상기 이온주입영역상에 형성되는 소오스전극 및 드레인전극에 의해 달성된다.The object of the present invention is to isolate a well formed as an element formation region on a semi-insulating substrate, a first conductivity type barrier layer and a second conductivity type active layer, each of which is sequentially filled with a predetermined thickness by a microcrystalline growth technique. And an ion implantation region doped with a second conductivity type impurity at a depth to the barrier layer at edges of the second conductivity type gate buffer layer, the barrier layer, the active layer and the gate buffer layer, and formed on the gate buffer layer between the ion implantation regions. And a source electrode and a drain electrode formed on the ion implantation region.
본 발명의 또 다른 목적은, 화합물 금속-반도체 전계효과 트랜지스터의 제조방법에 있어서, 반절연성기판에 통상의 사진식각방식에 의해 고립우물을 형성하는 공정, 상기 고립우물내에 미세결정성장기술로써 제 1 전도형 장벽층을 성장시키는 공정, 상기 장벽층위에 제 2 전도형 활성층을 상기 성장기술로써 성장시키는 공정, 상기 활성층위에 제 2 전도형 게이트버퍼층을 상기 성장기술로써 성장시키는 공정, 상기 게이트버퍼층 성장공정후 상기 장벽층, 활성층 및 게이트버퍼층 가장자리에 고농도의 불순물을 상기 장벽층까지 도핑하여 어닐링시킴으로써 이온주입영역을 형성하는 공정, 상기 어닐링 공정 후 상기 이온주입영역상에 소오스전극 및 드레인전극을 형성하는 공정, 상기 이온주입영역사이의 게이트버퍼층상에 게이트전극을 형성하는 공정으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.Still another object of the present invention is to provide a method of manufacturing a compound metal-semiconductor field effect transistor, comprising: forming an isolated well on a semi-insulating substrate by a conventional photolithography method; Growing a conductive barrier layer, growing a second conductive active layer on the barrier layer with the growth technique, growing a second conductive gate buffer layer on the active layer with the growth technique, growing the gate buffer layer A process of forming an ion implantation region by doping and annealing a high concentration of impurities to the barrier layer at the edge of the barrier layer, the active layer and the gate buffer layer, and forming a source electrode and a drain electrode on the ion implantation region after the annealing process And forming a gate electrode on the gate buffer layer between the ion implantation regions. Characterized in that consists of.
따라서 본 발명은 고립우물과 미세결정성장기술에 의한 다층의 소자형성영역에 의해 상기 메사형태의 MESFET(제 1a 도)에서 소자격리와 게이트패드 형성시 발생되는 평탄화문제, 누설전류, 기생전류문제를 해결하고 저잡음, 고주파특성을 개선하며, 상기 플래너형태의 MESFET(제 2 도)에서 다층의 불순물도핑층 형성곤란이 가져다준 소자특성개선의 어려움을 해결한 금속-반도체 전계효과 트랜지스터를 얻을 수 있다.Therefore, the present invention solves the planarization problem, leakage current, and parasitic current problem that occur when device isolation and gate pad are formed in the mesa type MESFET (FIG. 1a) by the multi-layered device formation region by the isolation well and the microcrystal growth technique. It is possible to obtain a metal-semiconductor field effect transistor that solves low noise and high frequency characteristics, and solves the difficulty in improving the device characteristics caused by the difficulty of forming a multilayer impurity doping layer in the planar type MESFET (FIG. 2).
본 발명은 첨부된 도면을 참조로 하여 설명하기로 한다.The invention will be described with reference to the accompanying drawings.
제 3 도의 본 발명에 따른 금속-반도체 전계효과 트랜지스터는 반절연성기판(1)에 식각에 의해 형성된 고립우물과, 상기 고립우물내에 에피성장으로 형성되는 제 1 전도형 장벽층(8), 제 2 전도형 활성층(9) 및 제 2 전도형 게이트버퍼층(10)과, 이온주입영역(4)으로 구성된다.The metal-semiconductor field effect transistor according to the present invention of FIG. 3 has an isolation well formed by etching on a
도면에서 고립우물은 반절연성기판(1)에 통상의 사진식각방식에 의해 형성된다. 제 1 전도형 장벽층(8)은 상기 고립우물내에 미세결정성장 기술로 적층되어 형성된다. 제 2 전도형 활성층(9)은 상기 장벽층(8) 위에 상기 성장법에 의해 형성된다. 제 2 전도형 게이트버퍼층(10)은 상기 활성층(9)위에 상기 성장법에 의해 형성된다. 상기 장벽층(8)까지의 깊이로 제 2 전도형의 불순물이 도핑되는 이온주입영역은 상기 장벽층, 활성층 및 게이트버퍼층, 가장자리에 형성된다. 소오스전극 및 드레인전극은 상기 이온주입영역상에 형성되고 상기 두 전극사이의 게이트버퍼층상에 게이트전극이 형성된다. 전류는 게이트전극에 의한 채널변화에 의해 변화된다.In the figure, an isolation well is formed on the
제 4a 도 내지 제 4d 도로써 본 발명에 따른 개선된 금속-반도체 전계효과 트랜지스터의 공정순서를 설명하고자 한다.4a to 4d illustrate the process sequence of an improved metal-semiconductor field effect transistor according to the present invention.
제 4a 도는 동작속도를 결정짓는 변수의 하나인 기생용량을 최소화시키고 소자간의 절연을 쉽게하는 반절연성 GaAs 기판(1)에 소자가 형성된 고립우물을 식각에 의해 얻은 도면이다. 제 4a 도와 같이 고립우물을 형성하여 소자를 제조할땐 공정전에 소자간격리(Isolation)가 이루어지기 때문에, 고집적시 공정후 소자간 격리에서 발생되는 불안정한 고립화의 문제점을 해결할 수 있고 게이트패드를 별도의 식각공정없이 바로 반 절연성기판위에 형성시킬 수 있으므로 평탄화문제를 자연히 해결할 수 있다.4A is a view obtained by etching isolated wells in which elements are formed in a
제 4b 도는 상기 제 4a 도에서 형성된 상기 고립우물내에 MBE 혹은 MOCVD 미세결정성장기술을 이용하여 베릴륨, 마그네슘 혹은 아연(Be, Mg or Zn)등의 불순물중 어느 하나를 함유한 p+GaAs 장벽층(8)과, 실리콘, 유황 혹은 텔루르(Si, S or Te)등의 불순물중 어느 하나를 함유한 n+GaAs 활성층(9) 및 n-GaAs 게이트버퍼층(10)을 순서대로 성장시킨 후 얻어진 도면이다. 종래 메사형태의 MESFET(제 1a도)에서는 n-버퍼층과 n활성층 사이의 작은 에너지장벽에 의해 기생전류문제가 생겼으나, 본 발명에서는 p+GaAs 장벽층(8)위에 n+GaAs 활성층(9)을 성장시킴으로써 두층 사이의 높은 에너지 장벽을 이용하여 기생전류 문제를 해결하였다. 또한 고농도의 불순물에 의해 소오스저항을 줄이므로 트랜스컨덕턴스를 좋게 하여 잡음 특성을 개선하였다. 상기 활성층(9)의 두께를 임의로 조절할 수 있으므로 디지틀 집적회로시 필수적인 증식형/결핍형 MESFET를 가능하도록 하였고, n+GaAs 활성층(9) 위에 저농도의 불순물을 함유한 n-GaAs 게이트버퍼층(10)을 성장시킴으로써 게이트정전용량을 줄일 수 있어 고주파특성이 개선되고, 누설전류문제를 해결하였다.Figure 4b is a p + GaAs barrier layer containing any one of impurities such as beryllium, magnesium or zinc (Be, Mg or Zn) in the isolation well formed in Figure 4a by using MBE or MOCVD microcrystalline growth technology ( 8) and an n + GaAs
제 4c 도는 상기 장벽층, 활성층 및 게이트버퍼층 가장자리에 상기 장벽층(8)까지 실리콘, 유황 혹은 텔루르 등의 이온중 어느 하나를 주입하여 어닐링한 도면이다. III-V족 화합물 반도체에 상기와 같은 이온들을 주입하면 상기 이온들은 도우너로써 작용하여 n+타입의 이온주입 영역을 만들게 된다. n+이온주입영역은 소오스전극(5) 및 드레인전극(6)과의 접합에 의한 저항성접촉을 이루게 된다.FIG. 4C is a diagram illustrating annealing by implanting any one of ions such as silicon, sulfur or tellurium to the
제 4 d도는 상기 제 4a 도 내지 제 4c 도 공정 후 소오스전극(5), 드레인전극(6) 및 게이트전극(7)을 형성한 본 발명에 따른 완성된 도면이다. 상기 제 4c 도의 표면위에 금속을 입힌 후, 통상의 사진식각법에 의해 소오스전극(5)과 드레인전극(6)을 만든다. 게이트전극(7)은 포토레지스터의 언더컷(Undercut)을 이용한 리프트오프(Lift off)법을 이용하여 상기 게이트버퍼층(10)과 정류성접촉을 이루게 한다. 게이트전극(7) 형성시, 리프트오프공정이 사용되는 이유는 다수의 금속식각액들은 GaAs기판 그 자체도 식각하고, AuGe, Ni, Ti, Pi, Au 같은 금속들은 화학적인 방법으로 식각하기가 어렵기 때문이다. III-V족 화합물 반도체에서 저항성접촉은 일반적으로 Au를 바탕으로 한 Ni, Ti, Ag, Zn등과 Ge, Zn, In과 같은 도핑금속들을 사용하고 있고, 정류성접촉재료로는 Al, Ti, Pt나 W같은 내열성금속이 사용되고 있다.FIG. 4d is a view showing the completed embodiment of the present invention in which the
상기 실시예에서는 화합물 반도체 재료로써 III-V족 화합물인 GaAs를 사용하였으나, 다른 여러종류의 화합물 반도체 재료로써도 상기와 같은 목적을 달성할 수 있음은 상세한 실시예로써 첨가하지는 않았지만 당분야에서 통상의 지식을 가진자에 의하여 가능함은 명백하다.In the above embodiment, GaAs, which is a group III-V compound, was used as the compound semiconductor material. However, it was not added to the detailed examples that the same purpose can be achieved with other various types of compound semiconductor materials. It is obvious by the one who has.
상기과 같이 본 발명에 의한 금속-반도체 전계효과 트랜지스터는 공정전에 고립우물을 형성하고, 이 고립우물내에 에피성장시켜 소자를 형성하므로 종래 메사형태 MESFET에서 발생된 고립화, 평탄화문제를 자연스럽게 해결하였으며 p+장벽층, n+활성층 및 n-게이트버퍼층을 차례로 성장시켜 종래 메사형태 MESFET와 플래너형태 MESFET에서 발생한 누설전류, 기생전류문제를 해결하였고, 높은 소오스저항과 게이트 정전용량을 줄여줌으로써 잡음특성 및 고주파특성을 개선하였다. 그리고 상기 활성층의 두께를 조절할 수 있게 하여 증식형/결핍형 MESFET를 가능하도록 하였다.As sanggigwa according to the present invention, a metal-semiconductor field effect transistor to form isolated well before the step, since the epitaxial growth by forming a device in the isolated well solved naturally the isolation, leveling problem in the conventional mesa type MESFET p + barrier Layer, n + active layer and n-gate buffer layer are grown in order to solve the leakage current and parasitic current problem in mesa-type MESFET and planar-type MESFET, and reduce noise and high-frequency characteristics by reducing high source resistance and gate capacitance. Improved. In addition, it is possible to control the thickness of the active layer to enable a growth type / deficient MESFET.
본 발명이 상기 실시예에 한정되지 않으며 많은 변형이 본 발명의 기술적 사상내에서 당분야에서 통상의 지식을 가진자에 의하여 가능함은 명백하다.It is apparent that the present invention is not limited to the above embodiments, and many modifications are possible by those skilled in the art within the technical idea of the present invention.
Claims (12)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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KR1019900014661A KR930009811B1 (en) | 1990-09-17 | 1990-09-17 | Mes fet transistor and manufacturing method thereof |
Applications Claiming Priority (1)
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KR1019900014661A KR930009811B1 (en) | 1990-09-17 | 1990-09-17 | Mes fet transistor and manufacturing method thereof |
Publications (2)
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KR920007078A KR920007078A (en) | 1992-04-28 |
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Family Applications (1)
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KR1019900014661A KR930009811B1 (en) | 1990-09-17 | 1990-09-17 | Mes fet transistor and manufacturing method thereof |
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-
1990
- 1990-09-17 KR KR1019900014661A patent/KR930009811B1/en not_active IP Right Cessation
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KR920007078A (en) | 1992-04-28 |
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