KR950000157B1 - Manufacturing method of fet - Google Patents
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Abstract
Description
제 1 도는 종래의 금속-반도체 전계효과 트랜지스터의 단면도.1 is a cross-sectional view of a conventional metal-semiconductor field effect transistor.
제 2 도는 이 발명의 실시예에 따른 금속-반도체 전계효과 트랜지스터의 제조공정도이다.2 is a manufacturing process diagram of the metal-semiconductor field effect transistor according to the embodiment of the present invention.
이 발명은 화합물 반도체의 전계효과 트랜지스터에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 전극 등의 구성요소간을 자기 정합(Self align)으로 형성하여 고속으로 동작할 수 있는 개선된 전계효과 트랜지스터의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a field effect transistor of a compound semiconductor, and more particularly, to a method of manufacturing an improved field effect transistor capable of operating at high speed by forming a self-alignment between components such as electrodes. .
최근 새로운 반도체 제조기술 및 회로설계 등과 더불어 GaAs 공정기술이 발달하여 실리콘(Si)에 버금가는 GaAs의 IC기술이 가능하게 되었다.Recently, GaAs process technology has been developed along with new semiconductor manufacturing technology and circuit design, enabling GaAs IC technology comparable to that of silicon (Si).
정보사회의 발달은 초고속 컴퓨터, 초고주파 및 광통신 분야에서 고성능의 반도체 장치를 요구하게 되었다. 기존 실리콘(Si)을 이용한 소자로는 이러한 필요성을 만족시키는데 기술적 한계가 있기 때문에 물질 특성이 우수한 화합물 반도체에 관한 연구가 활발히 진행되고 있다.The development of the information society has demanded high performance semiconductor devices in the fields of high speed computers, high frequency and optical communication. Since there are technical limitations in satisfying such a necessity with conventional silicon (Si) devices, research on compound semiconductors having excellent material properties is being actively conducted.
상기 화합물 반도체중 GaAs는 Si에 비하여 고유의 세가지 장점을 갖고 있다. ① 전자이동도가 크므로 주어진 디바이스 구조에서 직렬저항이 감소하고, ② 주어진 전계에서 드리프트 속도가 크므로 디바이스 속도가 향상되며, ③ GaAs는 격자상수가 정합된 반절연성 반도체 기판으로 만들 수 있다.Among the compound semiconductors, GaAs has three inherent advantages over Si. Because of the large electron mobility, the series resistance is reduced in a given device structure, and the device speed is improved because of the large drift speed in a given electric field. GaAs can be made of semi-insulating semiconductor substrate with matching lattice constant.
이러한 GaAs의 우수한 물질특성을 이용하여 여러종류의 소자들이 개발되고 있다.Various kinds of devices have been developed by using the excellent material properties of GaAs.
몇 가지 예를 들어 보면, 금속-반도체 전계효과 트랜지스터(이하, MESFET라 한다), 이종접합 바이폴라 트랜지스터(Heterojunction Bipolar Transistor), 고전자이동도 트랜지스터(High Electron Mobility Transistor)등이 그것이다.Some examples include metal-semiconductor field effect transistors (hereinafter referred to as MESFETs), heterojunction bipolar transistors, and high electron mobility transistors.
그중에서 가장 큰 비중을 두는 기술은 다수 케리어가 금속-반도체 접촉사이를 전송하게 되는 상기 MESFET 분야이다.The most significant of these techniques is in the field of MESFETs, where multiple carriers transfer between metal-semiconductor contacts.
통상적으로 MESFET는 반절연성 GaAs기판 위에 소스, 드레인 전극이 오믹접촉(Ohmic contact)되어 있고, 이들 전극 사이에 형성된 채널층위에 게이트 전극이 쇼트키 접촉(Schottky contact)된다. 이 게이트 전극에 전압을 인가하면, 인가되는 전압의 세기에 따라 채널층의 공핍영역의 두께가 변화되고, 이로써 채널층을 통해 흐르는 소스, 드레인 간의 전류를 제어한다.In general, a MESFET has source and drain electrodes on ohmic contacts on a semi-insulating GaAs substrate, and a gate electrode is Schottky contact on a channel layer formed between these electrodes. When a voltage is applied to the gate electrode, the thickness of the depletion region of the channel layer changes according to the intensity of the applied voltage, thereby controlling the current between the source and the drain flowing through the channel layer.
그리고 소스, 드레인 전극 밑에는 오믹저항을 낮게 할 목적으로 n+형의 불순물 영역이 형성된다.An n + type impurity region is formed under the source and drain electrodes to lower ohmic resistance.
이러한 MESFET의 동작속도는 주로 상호 컨덕턴스(gm)와 소스, 드레인 전극 사이의 저항에 의해 결정된다. 다시 말하면, 상호 컨덕턴스가 클수록, 그리고 소스와 드레인 사이의 저항이 적을수록 동작속도가 커진다. 상호 컨덕턴스는 게이트의 길이에 반비례하고, 상기의 저항은 채널길이와 소스, 드레인 사이의 간격이 작을수록 적어진다. 따라서, MESFET의 고속동작을 위해서는 전극 등의 구성요소 상호간의 길이를 각각 작게 할 필요가 있다.The operating speed of the MESFET is mainly determined by the mutual conductance (gm) and the resistance between the source and drain electrodes. In other words, the greater the mutual conductance, and the less resistance between the source and drain, the faster the operating speed. The mutual conductance is inversely proportional to the gate length, and the resistance is smaller as the gap between the channel length and the source and drain becomes smaller. Therefore, for the high speed operation of the MESFET, it is necessary to shorten the length between the components such as the electrodes.
이들 전극 등의 구성요소를 통상의 포토리소그래피 공정으로 제작한다면, 마스크 맞춤의 정밀도에 의하여 이들의 길이가 제한된다.If components such as these electrodes are manufactured by a conventional photolithography process, their length is limited by the precision of mask fitting.
이와 같이 MESFET는 그 제조 공정상 소스, 드레인 전극 및 게이트 전극 등의 구성요소 간의 바른정렬에 여러가지 어려움이 있다. 이런 문제의 해결을 위하여 포토리소 그래피 공정에 의하지 않고 전극등의 구성요소 사이의 위치를 맞추는 여러가지 자기정합 공정이 개발되었다.As described above, the MESFET has various difficulties in proper alignment between components such as the source, drain electrode, and gate electrode. In order to solve this problem, various self-aligning processes have been developed to match the positions of components such as electrodes without using a photolithography process.
그중, 자기정합(Self align)으로 베리드(Buried) 게이트 전극을 형성하는 기술이 Very High Speed Integrated Circuits, SEMICONDUCTORS AND SEMIMETALS vol.29/1991 문헌에 제안되었다.Among them, a technique for forming a buried gate electrode by self aligning has been proposed in the Very High Speed Integrated Circuits, SEMICONDUCTORS AND SEMIMETALS vol. 29/1991.
상기 문헌의 MESFET의 제조방법을 제 1 도에 나타내었다. 이를 참조하여 종래의 MESFET의 제조방법을 설명한다.The manufacturing method of the MESFET of this document is shown in FIG. This will be described with reference to the manufacturing method of the conventional MESFET.
출발 재료는 반절연성 GaAs기판이다. 제 1 도(a)에 나타낸 바와 같이 기판(10)위에 n형 이온, 예를 들어 Si 등의 이온을 선택적으로 주입하여 n형 채널층(12)을 형성한다. 그후 상기 채널층(12)위에 산화실리콘막(SiO2)을 증착하고, 그 위에 알루미늄(Al)막을 증착한 후 패턴닝하여 캡메탈(Cap metal)(15)을 형성한다. 이 캡메탈(15)을 에칭 마스크로 반응성 이온에칭(RIE)을 하여 길이 1.5㎛, 두께 1㎛의 SiO2가상 게이트(Dummy gate)를 형성한다.The starting material is a semi-insulating GaAs substrate. As shown in FIG. 1A, n-type ions, for example, Si and the like, are selectively implanted onto the substrate 10 to form the n-type channel layer 12. Thereafter, a silicon oxide film (SiO 2 ) is deposited on the channel layer 12, an aluminum (Al) film is deposited thereon, and then patterned to form a cap metal 15. The cap metal 15 is subjected to reactive ion etching (RIE) using an etching mask to form a SiO 2 dummy gate having a length of 1.5 m and a thickness of 1 m.
그 다음, 제 1 도(b)에 나타낸 바와 같이 소스, 드레인 영역을 정의하기 위한 포토레지스트 패턴(13)을 형성하고, 이 포토레지스트 패턴(13)과 캠메탈/가상 게이트(15/14)를 이온주입 마스크로 하여 예를 들어 Si등의 이온을 선택적으로 주입하여 n+형 소스, 드레인 영역(16)을 형성한다. 그후, 상기 가상 게이트(14)의 측벽을 0.2㎛정도 에칭한다. 그 결과 가상 게이트(15)의 길이(d2)는 1.1㎛정도가 되고, 가상 게이트(15)와, 소스, 드레인 영역 사이의 길이(d1)가 0.2㎛정도가 된다.Next, as shown in FIG. 1 (b), a photoresist pattern 13 for defining source and drain regions is formed, and the photoresist pattern 13 and the cammetal / virtual gate 15/14 are formed. As an ion implantation mask, ions such as Si are selectively implanted to form the n + type source and drain regions 16. After that, the sidewall of the virtual gate 14 is etched by about 0.2 mu m. As a result, the length d 2 of the virtual gate 15 is about 1.1 μm, and the length d 1 between the virtual gate 15 and the source and drain regions is about 0.2 μm.
상기 가상 게이트(14)의 측벽 에칭이 끝난 후, 제 1 도(c)에 나타낸 바와 같이 포토레지스트 패턴(13)과 Al-캡메탈(15)을 제거하고, 그 결과적 구조위에 0.15㎛ 두께의 SiO2막(17)을 형성한 후, 어닐링을 한다.After the sidewall etching of the virtual gate 14 is finished, the photoresist pattern 13 and the Al-capmetal 15 are removed as shown in FIG. 1C, and the resulting SiO is 0.15 mu m thick on the structure. After the second film 17 is formed, annealing is performed.
계속해서, 제 1 도(d)에 나타낸 바와 같이 소스, 드레인 전극을 형성하기 위하여 통상의 리프트 오프(Lift off)법으로 AuGe/Ni/Au 오믹콘택(18)을 형성하고, 점선으로 나타낸 포토레지스트(19a)를 도포한다. 그리고 이 포토레지스트(19a)를 가상 게이트(14)의 표면(14a)이 노출될 때까지 RIE 방법으로 에칭한다.Subsequently, as shown in FIG. 1 (d), in order to form source and drain electrodes, the AuGe / Ni / Au ohmic contact 18 is formed by a normal lift off method, and the photoresist shown by dotted lines is shown. (19a) is applied. The photoresist 19a is then etched by the RIE method until the surface 14a of the virtual gate 14 is exposed.
마지막으로 제 1 도(e)에 나타낸 바와 같이 가상 게이트(14)를 NHF+HF 혼합 에천트로 에칭하면 역전된 패턴이 얻어진다. 즉, 그 결과적 구조로서 포토레지스트(19)내에 길이 1.1㎛, 깊이 1.15㎛의 수직 홀이 남는다. 상기 구조위에 Pt(21)를 증착하고 포토레지스트(19)를 리프트 오프(Lift off)한다. 이 공정 단계에서 가상 게이트(14)는 Pt게이트(22)로 교체된다.Finally, as shown in FIG. 1E, the inverted pattern is obtained by etching the virtual gate 14 with an NHF + HF mixed etchant. That is, as a result, a vertical hole of 1.1 m in length and 1.15 m in depth remains in the photoresist 19. Pt 21 is deposited on the structure and the photoresist 19 is lifted off. In this process step, the virtual gate 14 is replaced with a Pt gate 22.
이와 같이 제조되는 종래의 MESFET는 상기 SiO2가상 게이트(14)의 측벽 에칭을 위해 RIE 등과 같은 드라이 에칭하게 되는데, SiO2는 그 재료특성상 드라이 에칭시 재현성이 좋지 않다. 또한, 기판으로 사용되는 GaAs결정과의 접착력이 좋지 않아 이미 언급하였듯이 1.5㎛ 이하의 미세선폭을 가지는 가상 게이트(14)로서의 만족할 만한 역할을 기대하기가 어렵다.The conventional MESFET manufactured as described above is subjected to dry etching, such as RIE, for sidewall etching of the SiO 2 virtual gate 14. SiO 2 has poor reproducibility in dry etching due to its material properties. In addition, it is difficult to expect a satisfactory role as the virtual gate 14 having a fine line width of 1.5 mu m or less as mentioned above because the adhesive strength with the GaAs crystal used as the substrate is not good.
또한, Pt게이트 전극을 형성한 후 리프트 오프 공정을 실하게 되는데, 이 공정에서 가상 게이트에 의해 만들어진 수직 홀 내에 Pt게이트가 산화막 및 포토레지스터의 밑부분 사이에 빈틈없이 형성되어 리프트 오프공정이 용이하지 못하다.In addition, the lift-off process is performed after the Pt gate electrode is formed. In this process, the Pt gate is formed between the oxide film and the bottom of the photoresist in the vertical hole made by the virtual gate, so that the lift-off process is not easy. .
이 발명의 목적은 메사에칭으로 형성한 새로운 형태의 가상 게이트로 실제 게이트의 채널길이를 짧게 형성할 수 있는 전계효과 트랜지스터의 제조방법을 제공하는데 있다.An object of the present invention is to provide a method for manufacturing a field effect transistor that can form a short channel length of an actual gate with a new type of virtual gate formed by mesa etching.
이 발명의 다른 목적은 서브 마이크론급의 미세한 선폭을 갖는 게이트의 형성시 가상 게이트로서의 적합한 재료를 제시하는 전계효과 트랜지스터의 제조방법을 제공하는데 있다.It is another object of the present invention to provide a method for manufacturing a field effect transistor which presents a suitable material as a virtual gate in the formation of a gate having a submicron fine line width.
이 발명의 또다른 목적은 리프트 오프공정이 용이한 전계효과 트랜지스터를 제공하는데 있다.Another object of the present invention is to provide a field effect transistor which is easy to lift off process.
상기 목적을 달성하기 위한 이 발명은 반도체 기판위에 상기 반도체 기판과 격자정합하는 제 1 재료층을 형성하는 제 1 공정과, 상기 제 1 재료층 및 상기 반도체 기판 표면에 제 1 불순물 영역을 형성하는 제 2 공정과, 상기 제 1 불순물 영역위에 캡메탈을 형성하는 제 3 공정과, 상기 캡메탈을 마스크로 상기 제 1 재료층을 에칭하는 제 4 공정과, 제 2 불순물 주입영역을 정의하는 포토레지스트 패턴을 형성하는 제 5 공정과, 상기 포토레지스트 패턴 및 캡메탈을 마스크로 제 2 불순물 영역을 형성하는 제 6 공정과, 상기 제 4 공정에서 에칭된 제 1 재료층의 측면을 더욱 메사에칭하여 가상 게이트를 형성하는 제 7 공정과, 상기 포토레지스트 패턴 및 캡메탈을 제거하는 제 8 공정과, 가상 게이트가 형성된 반도체 기판의 전표면에 산화막을 형성하고 어닐링하여 제 1 및 제 2 불순물 영역을 활성화하는 제 9 공정과, 상기 산화막을 개구하여 제 2 불순물 영역과 오믹 접촉하는 제 1 및 제 2 전극을 형성하는 제 10 공정과, 상기 제 10 공정의 결과적 구조위에 포토레지스트를 도포하고 상기 가상 게이트의 표면이 노출되게 에칭하는 제 11 공정과, 상기 가상 게이트를 제거하여 상기 가상 게이트와 동일한 모양의 홀을 형성하는 제 12 공정과, 상기 제 12 공정의 결과적 구조 위에 금속재료를 증착하여 상기 홀내에 제 3 전극을 형성하는 제 13 공정과, 리프트 오프 공정으로 상기 포토레지스트를 그 위의 금속 재료층과 함께 제거하는 제 14 공정을 포함한다.The present invention for achieving the above object is a first step of forming a first material layer lattice matched with the semiconductor substrate on a semiconductor substrate, and a first impurity region formed on the surface of the first material layer and the semiconductor substrate A second step of forming a cap metal on the first impurity region, a fourth process of etching the first material layer using the cap metal as a mask, and a photoresist pattern defining a second impurity implantation region Forming a second impurity region using the photoresist pattern and the cap metal as a mask; and mesa-etching the side surface of the first material layer etched in the fourth process. A seventh step of forming an oxide layer, an eighth step of removing the photoresist pattern and a cap metal, and an oxide film formed on the entire surface of the semiconductor substrate on which the virtual gate is formed and A ninth process of activating the first and second impurity regions, a tenth process of opening the oxide film to form first and second electrodes in ohmic contact with a second impurity region, and on the resulting structure of the tenth process. An eleventh process of applying a photoresist and etching to expose the surface of the virtual gate, a twelfth process of removing the virtual gate to form a hole having the same shape as the virtual gate, and the resulting structure of the twelfth process And a thirteenth step of forming a third electrode in the hole by depositing a metal material, and a fourteenth step of removing the photoresist together with the metal material layer thereon by a lift-off step.
이와 같은 구성을 갖는 이 발명은 채널층 위에 형성되는 게이트 전극의 길이를 줄이는 방법으로 메사에칭하여 형성한 가상 게이트 구조를 제시한다.The present invention having such a configuration provides a virtual gate structure formed by mesa etching in a method of reducing the length of the gate electrode formed on the channel layer.
상기 가상 게이트는 미세선폭을 가지며 실제 게이트와 대체 형성될 반도체 기판상에 위치한다. 그러므로 미세선폭 가상 게이트의 재료로서 상기 기판과 격자정합하여 접착력이 우수한 AlXGS1-XAs(단, x=0.5)를 사용하고, 이들은 에피텍시 성장하여 형성된다.The virtual gate has a fine line width and is positioned on a semiconductor substrate to be formed to substitute with the actual gate. Therefore, Al X GS 1-X As (where x = 0.5), which is lattice matched with the substrate and has excellent adhesion, is used as the material of the fine line width virtual gate, and they are formed by epitaxy growth.
가상 게이트의 제거로 상기 포토레지스트가 형성하는 메사형 홀의 상부폭이 제 3 전극, 즉 실제 게이트의 길이를 결정하게 된다.The removal of the virtual gate causes the upper width of the mesa hole formed by the photoresist to determine the length of the third electrode, that is, the actual gate.
상기 제 3 전극의 길이는 메사형 홀의 폭과 같은 크기로 형성되어 유효 채널길이가 짧게 형성된다. 따라서 상호 컨덕턴스의 증가로 고속으로 동작하는 전계효과 트랜지스터가 실현된다.The length of the third electrode is formed to be the same size as the width of the mesa hole to form a short effective channel length. Therefore, the field effect transistor operating at high speed due to the increase in the mutual conductance is realized.
그리고 상기 메사형 홀 하부에 제 3 전극의 형성 후에도 남게 되는 공간은 리프트 오프공정에 유리하게 작용된다.The space remaining after the formation of the third electrode under the mesa type hole is advantageous for the lift-off process.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 이 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
제 2 도(a) 내지 (f)는 실시예에 따른 MESFET의 제조공정 단면도이다.2 (a) to (f) are cross-sectional views of a manufacturing process of the MESFET according to the embodiment.
출발 재료는 반절연성 GaAs기판으로 한다. 그러나 InP, GaP 또는 InGaP 등의 반도체 기판을 목적에 따라 사용될 수 있다. 제 2 도(a)에 나타낸 바와 같이 상기 GaAs기판(20)위에 통상의 에피텍시법 예를 들어 LPE, MBE 또는 MOCVD 등으로 0.5~1㎛의 제 1 재료층, 즉 AlXGa1-XAs층(단, x=0.5)(24a)을 성장한다. 이 AlXGa1-XAs층(24a)은 후술되는 가상 게이트 형성용이다.The starting material is a semi-insulating GaAs substrate. However, a semiconductor substrate such as InP, GaP or InGaP may be used depending on the purpose. As shown in FIG. 2 (a), a first material layer of 0.5 to 1 탆, i.e., Al X Ga 1-X , is deposited on the GaAs substrate 20 by a conventional epitaxy method such as LPE, MBE, or MOCVD As layer (but x = 0.5) 24a is grown. This Al X Ga 1-X As layer 24a is for forming a virtual gate to be described later.
그후, 채널층을 형성하기 위하여 상기 AlXGa1-XAs층(24a)의 전면으로 n형 이온 예를 들어 Si 등의 이온을 선택적으로 주입한다. 주입 이온은 기판(20) 표면까지 침투시켜 제 1 불순물 영역, 즉 n형의 채널층(22)을 형성한다. 이때, 주입 에너지는 50~200KeV로 하고 도즈량을 1012~1013㎝-2으로 한다.Thereafter, n-type ions such as Si or the like are selectively implanted into the entire surface of the Al X Ga 1-X As layer 24a to form a channel layer. The implanted ions penetrate to the surface of the substrate 20 to form a first impurity region, that is, an n-type channel layer 22. At this time, the injection energy is 50 to 200 KeV and the dose is 10 12 to 10 13 cm -2 .
상기 이온주입 공정이 끝난 다음, 상기 AlXGa1-XAs층(24a)위에 통상의 리프트 오프법으로 알루미늄(Al)막 패턴인 캡메탈(25)을 형성한다. 이 캡메탈(25)을 에칭 마스크로 사용하여 반응성 이온에칭(RIE)등의 건식 혹은 습식 에칭하여 AlGaAs 가상 게이트(Dummy gate)(24)를 형성한다(제 2 도(b) 참조). 이때, 가상 게이트(24)는 메사(Mesa)에칭되는데, 메사에칭은 건식 혹은 습식식각에 의해 자연적으로 형성된다.After the ion implantation process is completed, a cap metal 25 having an aluminum (Al) film pattern is formed on the Al X Ga 1-X As layer 24a by a normal lift-off method. Using this capmetal 25 as an etching mask, dry or wet etching such as reactive ion etching (RIE) is performed to form an AlGaAs dummy gate 24 (see FIG. 2 (b)). At this time, the virtual gate 24 is etched in Mesa (mesa), the mesa etching is naturally formed by dry or wet etching.
제 2 도(b)에서 보듯이 메사에칭으로 양 측면이 역경사진 가상 게이트(24)가 형성된 상태에서 캡메탈(25)의 길이(d1)는 가상 게이트(24)의 아랫면 길이와 같고, 그 길이는 약 1.5㎛ 정도가 된다. 그리고 가상 게이트(24)의 윗면 길이(d2)는 0.7~1㎛ 정도가 된다. 이렇게 미세한 선폭으로 가상 게이트(24)를 메사형으로 형성할 수 있는 것은 에피덱셜 성장된 AlGaAs의 재료 특성상 가능하다. 이 재료는 에칭 재형성이 우수 할 뿐만 아니라 접착력 또한 종래의 산화실리콘층 보다 우수하다.As shown in FIG. 2 (b), the length d 1 of the cap metal 25 is equal to the bottom length of the virtual gate 24 in the state where the virtual gate 24 having both sides reversely inclined by mesa etching is formed. The length becomes about 1.5 micrometers. The upper surface length d 2 of the virtual gate 24 is about 0.7 to 1 μm. It is possible to form the virtual gate 24 in a mesa shape with such a fine line width in view of the material properties of AlGaAs epitaxially grown. This material not only has excellent etching reforming but also has superior adhesion to conventional silicon oxide layers.
그 다음, 제 2 도(c)에 나타낸 바와 같이 소스, 드레인 영역을 정의하기 위한 포토레지스트 패턴(23)을 형성하고, 이 포토레지스트 패턴(23)과 캡메탈(25)을 이온주입 마스크로하여 n형 이온, 예를 들어 Si+등의 이온을 선택적으로 주입하여 제 2 불순물 영역 즉, n+형 소스, 드레인 영역(26)을 형성한다. 이때, 이온주입 조건은 주입 에너지를 50~200KeV로 하고 도즈량을 1013~101cm-2으로 한다. 그후, 상기 가상 게이트(24)의 측면을 0.2㎛ 정도(d3만큼) 더 메사에칭한다. 그 결과 가상 게이트(24)의 아랫면 길이는 캡메탈의 길이보다 작은 약 1.1㎛ 정도가 된다. 그리고 가상 게이트(24)의 윗면 길이(d4)는 추후 설명되는 게이트 전극의 길이를 결정하게 되는데, 소자특성을 고려하여 적절히 결정될 수 있다. 바람직하게는 0.3~0.6㎛의 길이로 형성한다.Next, as shown in FIG. 2C, a photoresist pattern 23 for defining source and drain regions is formed, and the photoresist pattern 23 and the cap metal 25 are used as ion implantation masks. N-type ions, for example, Si + and the like, are selectively implanted to form a second impurity region, that is, an n + -type source and drain region 26. At this time, the ion implantation conditions are the implantation energy is 50 ~ 200 KeV and the dose amount is 10 13 ~ 10 1 cm -2 . Thereafter, the side surface of the virtual gate 24 is further mesa-etched by about 0.2 μm (d 3 ). As a result, the bottom surface length of the virtual gate 24 becomes about 1.1 micrometers smaller than the length of a cap metal. The length d 4 of the upper surface of the virtual gate 24 determines the length of the gate electrode, which will be described later, and may be appropriately determined in consideration of device characteristics. Preferably it is formed in the length of 0.3-0.6 micrometer.
여기서, 가상 게이트(24)를 굳이 메사에칭하는 것은 실제 게이트가 대체형성될때, 종래의 수직 홀에 비해 유효 게이트 길이를 작게 형성할 수 있기 때문이다. 즉, 가상 게이트(24)의 윗면 길이(d4)가 유효 게이트 길이가 된다.Here, the mesa etching of the virtual gate 24 is because the effective gate length can be made smaller than the conventional vertical holes when the actual gate is formed. That is, the upper surface length d 4 of the virtual gate 24 becomes the effective gate length.
또한, 실제 게이트 형성후 리프트 오프공정이 용이하기 때문이다. 이에 대해서는 후술된다.This is because the lift-off process is easy after the actual gate formation. This will be described later.
이렇게 소스, 드레인 영역(26)을 형성하고, 더욱 작게 메사에칭된 가상 게이트(24)를 형성한 다음에는 제 2 도(d)에 나타낸 바와 같이 포토레지스트 패턴(23)과 Al-캡메탈(25)을 제거하고, 그 결과적 구조 위에 0.15㎛ 두께의 SiO2막(27)을 형성한 후, 채널층(22)및 소스, 드레인 영역(26), 즉 불순물 주입영역을 활성화시키기 위해 800℃ 이상의 온도에서 어닐링을 한다. 상기 SiO2막(27)은 어닐링시 소스, 드레인 영역(26)에서 As의 외부 확산(Out diffusion)을 막기 위해 형성된다.After the source and drain regions 26 are formed, and the smaller mesa-etched virtual gate 24 is formed, the photoresist pattern 23 and the Al-capmetal 25 are formed as shown in FIG. ) And a 0.15 μm thick SiO 2 film 27 formed over the resulting structure, followed by a temperature of 800 ° C. or higher to activate the channel layer 22 and the source and drain regions 26, i.e., the impurity implantation regions. Anneal in The SiO 2 film 27 is formed to prevent Out diffusion of As in the source and drain regions 26 during annealing.
계속해서, 제 2 도(e)에 나타낸 바와 같이 제 1 및 제 2 전극, 즉 소스, 드레인 전극(28)을 형성하기 위하여 통상의 리프트 오프(Lift off)법으로 AuGe/Ni/Au 오믹콘택(28)을 형성하고, 점선으로 나타낸 포토레지스트(29a)를 스핀 도포한다. 그리고 이 포토레지스트(29a)를 가상 게이트(24)의 표면이 노출될 때까지 플라즈마 에칭(Plasma ashing)한다.Subsequently, in order to form the first and second electrodes, that is, the source and drain electrodes 28 as shown in FIG. 2 (e), AuGe / Ni / Au ohmic contacts ( 28) is formed and spin-coated the photoresist 29a indicated by the dotted line. The photoresist 29a is plasma etched until the surface of the virtual gate 24 is exposed.
마지막으로 제 2 도(f)에 나타낸 바와 같이 가상 게이트(24)를 H4SO4계 에천트로 에칭하면 역전된 패턴이 얻어진다. 즉, 그 결과적 구조로서 포토레지스트(29)내에 홀 입구의 길이 0.3~0.7㎛, 깊이 0.65~1.15㎛의 메사형 홀이 남는다.Finally, as shown in FIG. 2 (f), the inverted pattern is obtained by etching the virtual gate 24 with an H 4 SO 4 based etchant. That is, as a result of the structure, mesa-shaped holes of 0.3-0.7 µm in length and 0.65-1.15 µm in depth remain in the photoresist 29.
상기 구조 위에 금속막(31) 예를 들어 Ti/Pt/Al의 다층막, Al 또는 Pt 등을 증착하고, 포토레지스트(29)을 리프트 오프한다. 즉, 포토레지스트(29)를 용해시키므로써 그위의 금속막(31)을 제거한다. 이 공정 단계에서 가상 게이트(24)는 금속 게이트(32)로 교체되어 홀내에 상기 홀 입구와 같은 크기의 제 3 전극, 즉 게이트 전극(32)이 형성된다.A metal film 31, for example, a multilayer film of Ti / Pt / Al, Al or Pt, or the like is deposited on the structure, and the photoresist 29 is lifted off. That is, the photoresist 29 is dissolved to remove the metal film 31 thereon. In this process step, the virtual gate 24 is replaced with a metal gate 32 to form a third electrode, the gate electrode 32, of the same size as the hole inlet in the hole.
여기서, 게이트 전극(32)은 가상 게이트(24)가 제거되고 남은 역시 메사형의 홀을 통하여 채널층(22) 상부에 자기정합적으로 형성된다. 그러므로 금속 게이트의 길이(d5)는 상기 메사형의 홀 입구의 크기에 의해 결정되고 이렇게 형성되는 게이트 전극(32)의 길이는 이미 언급된 상기 가상 게이트의 윗면의 길이(d4)에 의해 결정되므로, 소자 특성에 매우 중요한 짧은 유효 게이트 길이 형성이 용이하다. 짧은 유효 게이트의 길이는 채널길이의 짧은 형성이 가능하다는 것이고, 이는 상호 컨덕턴스를 크게 해서 고속의 전계효과 트랜지스터를 가능하게 한다.Here, the gate electrode 32 is formed self-aligned on the channel layer 22 through the mesa-shaped hole remaining after the virtual gate 24 is removed. Therefore, the length of the metal gate d 5 is determined by the size of the mesa type hole inlet, and the length of the gate electrode 32 thus formed is determined by the length d 4 of the upper surface of the virtual gate. Therefore, it is easy to form a short effective gate length which is very important for device characteristics. The short effective gate length allows for short formation of the channel length, which increases the mutual conductance and enables high speed field effect transistors.
그리고 제조공정상 게이트 전극(32)은 형성후 불필요 부분을 제거하는 리프트 오프공정시 게이트 전극과 포토레지스터간의 간격이 형성되어 포토레지스터 제거액의 작용에 의한 포토레지스터의 제거가 용이하게 된다.In the manufacturing process, the gate electrode 32 is formed between the gate electrode and the photoresist during the lift-off process of removing unnecessary portions after formation, thereby facilitating the removal of the photoresist by the action of the photoresist removal liquid.
따라서, 이 발명에 의하면, 미세선폭을 갖는 가상 게이트 형성이 가능하여 유효 게이트 길이 감소로 고속의 전계효과 트랜지스터를 실현할 수 있다.Therefore, according to the present invention, a virtual gate having a fine line width can be formed, and a high speed field effect transistor can be realized with an effective gate length reduction.
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