KR950001148B1 - 이종접합 바이폴라 트랜지스터 및 그의 제조방법 - Google Patents
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Abstract
내용없음.
Description
제1도는 종래의 HBT의 수직 단면도.
제2도는 이 발명의 일실시예에 의한 HBT의 수직 단면도.
제3a∼3d도는 이 발명의 일 실시예에 의한 제2도의 HBT의 제조공정 순서도.
이 발명은 이종접합 바이폴라 트랜지스터 및 그의 제조방법에 관한 것으로서, 특히 통신용 집적회로나 컴퓨터의 중앙처리장치등 빠른 속도의 특성을 요하는 회로에 사용되는 고속 및 고이득의 이동접합 바이폴라 트랜지스터 및 그의 제조방법에 관한 것이다.
실리콘(Si) 바이폴라 트랜지스터의 성능을 능가하는 장치로서는 이종접합 바이폴라 트랜지스터(Heterojunction Bipolar Transistor : 이하 HBT라 한다)가 있다.
HBT는 에미터(Emitter)와 베이스(Base)간에 이종접합을 형성하고 에미터의 에너지 밴드갭(Energy bandgap)을 베이스의 것보다 크게 하며, 이 HBT의 기본적인 특징이 베이스로부터 에미터로 소수 캐리어의 주입이 없다는 것이어서 에미터 주입효율을 높게 유지하도록 베이스의 불순물 농도를 높게할 수 있고, 내부(활성) 베이스 영역의 저항을 낮게 할 수 있다. 그리하여 보통의 바이폴라 트랜지스터에 비하여 HBT의 전류이득(전류 증폭율) 및 차단 주파수 fr를 크게 개선할 수 있다. 이러한 HBT가 화합물 반도체로 제작되고 있다.[예를들면, 마사미찌 오모리 편집, 초고속화 화합물 반도체 디바이스, (1986), PP105∼117(Baifukan)참조].
이와 같은 일반적인 자기정합(self-aligned)형 HBT는 제1도에 나타낸 바와 같이 일측의 소정부분에 H+이온이 주입되어 형성된 소자분리영역(40)이 형성된 반절연성 GaAs 기판(10)과 상기 기판(10)상에 소자분리영역(40) 상부에는 상기 소자분리영역(40)과 동일한 영역이 형성되어 있으며 타측에는 일부분에 제거되어 노출된 부콜렉터(sub-collector) 영역이 되는 N+형 GaAs 층(12)과, 상기 노출된 N+형 GaAs층(12)상의 소정부분에 형성된 콜렉터 전극(32)과, 상기 소자 분리영역(40)과 콜렉터 전극(32)의 형성된 영역이외 N+형 GaAs층(12) 위에 메사(mesa) 형태로 적층된 콜렉터 영역의 N형 AlGaAs층(14), 베이스 영역의 P+형 GaAs층(16), 에미터 영역의 N형 AlGaAs층(18) 및 저항 접촉층인 N+형 GaAs층(20)과 T자형의 에미터 전극(22)과 상기 에미터 전극(22)의 양쪽에 2개의 베이스 전극(28),(30)과 상기 베이스 전극(28),(30)의 하부에 형성된 고농도층인 2개의 P+형 이온주입영역(24),(26)으로 구성되어 잇다.
이와같이 구성된 자기정합형 HBT의 제조방법을 간단히 설명하면, 먼저 반절연성 GaAs 기판(10)상에 통상의 분자선 에피택시법(Molecular Beam Epitaxy; 이하 MBE라 하다)이나 유기 금속화합물을 이용하는 화학기상 성장법(Metal-Organic Chemical Vapor Deposition; 이하 MOCVD라 한다)에 의해 서브 콜렉터층 N+형 GaAs(12), 콜렉터층인 N형 AlGaAs층(14), 베이스층인 P+형 GaAs층(16), 에미터층인 N형 AlGaAs층(18) 및 접촉층인 N+형 GaAs(20)을 순차적으로 형성한다. 그 다음 상기 N+형 GaAs층(20)위에 Ge/Mo/W으로 이루어진 에미터 전극 금속막을 형성한 후 반응성 이온에칭(Reactive Ion Etching; 이하 RIE라 한다)법에 의해 T자형의 에미터 전극(22)을 형성한다. 이때, 상기 에미터 전극(22)은 N+형 GaAs(20)과 오믹접촉을 이루게 된다.
다음에, 베이스 전극이 형성되는 위치에서만 플라즈마 CVD법으로 유전막인 질화막(Si3N4)을 형성하고 나서 패터닝한 다음 상기 질화막을 마스크로 사용하여 아연(Zn)등의 P형 불순물을 고농도로 주입한 후 활성화되도록 열처리하여 2개의 P+형 이온주입영역(24),(26)을 형성한다. 그 다음 리프트 오프법에 의해 상기 P+형 이온주입영역(24),(26)위에 Au/Mn으로 이루어진 베이스 전극(28),(30)을 형성한 후 열처리하여 오믹접촉되게 된다.
다음에, N+형 GaAs층(12)이 노출될때까지 메사에칭하고, 상기 노출된 일측부분에 B+이온 또는 H+이온을 주입하여 이웃하는 트랜지스터와 전기적으로 분리시키는 소자분리영역(40)을 N+형 GaAs(12)과 기판(10)의 일부분까지 형성하여 완성시킨다.
이와같이 구성되어 이루어진 HBT는 광통신용의 저잡음 증폭기용 HBT로 보통의 바이폴라 트랜지스터 보다 전류 이득을 증가시키고 전자의 통과시간을 감소시킴으로써 스위칭시간이 단축되고 고주파 특성이 향상되는 이점이 있다.
그러나 이러한 종래의 기술은 에미터, 베이스, 콜렉터 전극 형성을 위해 여러 단계의 리소그래피 공정 및 에칭공정을 실시하게 됨에 따라 단차가 발생되고, 이 단차로 인하여 미세한 리소그래피 및 단차가 있는 표면에 전극을 형성하는데 어려움이 있었다.
이로 인하여 바이폴라 트랜지스터의 동작속도 및 전력소모 측면에서 좋은 특성을 얻을 수 없는 문제점이 있었다.
이와 같은 문제점을 해결하기 위하여 이 발명의 목적을 실리콘(Si)의 선택적 도핑기술을 이용한 고속, 고증폭율의 HBT를 제공하는데 있다.
이 발명의 다른 목적은 별도의 에칭공정을 행하지 않고도 베이스전극의 오믹접촉이 용이하게 적용될 수 있도록 된 HBT를 제공하는데 있다.
이 발명의 또 다른 목적은 상기 HBT의 제조방법을 제공하는데 있다.
상기한 목적을 달성하기 위하여 이 발명에 의한 이종접합 바이폴라 트랜지스터는, 테라스부를 갖는 반절연성 GaAs 기판과, 상기 기판상에 형성되어 완충층이 되는 제1층과, 상기 제1층상에 형성되어 베이스층이 되는 제2층과, 상기 제2층상에 형성되어 에미터층이 되는 제3층과, 상기 제3층상에 형성되어 저항층이 되는 제4충과, 상기 제4층 일측부분이 노출되어 형성되는 에미터 영역 및 상기 제4층의 소정부분에 형성되는 산화막과, 상기 제4층에서 제1층 일부분까지의 테라스부에 형성되는 P+형 베이스 영역과, 상기 에미터 영역에 형성되는 에미터 전극과, 상기 산화막 및 베이스 영역에 형성되는 베이스 전극과 기판의 하부에 형성되는 콜렉터 전극으로 구성된다.
또다른 이종접합 바이폴라 트랜지스터의 제조방법은, 결정성장전에 반절연성 GaAs 기판상에 포토에칭법에 의한 테라스형으로 에칭하여 테라스부를 형성하는 공정과; 상기 기판상에 분자선 에피택시법으로 제1, 제2, 제3층을 형성하는 공정과 : 상기 제3층상에 실리콘(Si)을 도핑하여 제4층을 형성하는 공정과 : 상기 제4층상에 산화막(SiO2)을 형성한 후 리소그래피법으로 선택에칭하여 제4층을 노출시켜 에미터 영역을 형성하는 공정과; 상기 제4, 제3, 제2 및 제1층의 테라스부에 불순물을 도우핑하여 베이스 영역을 형성하는 공정과; 상기 에미터 영역상에 에미터 전극, 산화막 및 베이스 영역상에 베이스 전극, 기판의 하부에 콜렉터 전극을 형성하는 공정으로 이루어진다.
이 발명에 있어서 이종접합 바이폴라 트랜지스터는 실리콘의 선택적 도핑기술을 이용하여서 별도의 에칭기술을 실시하지 않고도 베이스 전극의 오믹접촉을 용이하게 할 수 있도록 한 것이다.
이하, 첨부한 도면에 따라 이 발명의 일 실시예를 상세히 설명한다.
제2도는 이 발명의 일 실시예에 의한 HBT의 단면도로서, 테라스(Terrace)부를 갖는 반절연성 GaAs 기판(50)과, 상기 기판(50)상에 형성되어 완충층이 되는 제1층(52)과, 상기 제1층(52)상에 형성되어 베이스층이 되는 제2층(54)과, 상기 제2층(54)상에 형성되어 에미터층이 되는 제3층(56)과, 상기 제3층(56)상에 형성되어 저항층이 되는 제4층(58)이 순차적으로 적층되어 있으며, 상기 제4층(58) 일측부분이 노출되어 형성되는 에미터 영역 및 상기 제4층(58)의 소정부분에 형성되는 산화막(60)과, 상기 제4층(58)에서 제1층(52) 일부분까지의 테라스부에 형성되는 P+도우핑 베이스 영역(64)과, 상기 에미터 영역에 형성되는 에미터 전극(66)과, 상기 산화막(60) 및 베이스 영역(64)에 형성되는 베이스 전극(68)과, 기판(50)의 하부에 형성되는 콜렉터 전극(70)으로 구성되어 있다.
제3도의 (a)∼(d)는 이발명의 일 실시예에 의한 제2도의 제조공정 순서도로서, 제2도의 (a)를 참조하면, (100) 결정면을 갖는 고농도의 N+형 GaAs 기판(50)상에 리소그래피 기술과 화학에칭으로 선택에칭을 하여 기판(50)에 테라스부를 형성한다. 이때, 테라스부를 형성하기 위한 화학약품 즉, 에칭액(etchant)으로 인산과 과산화수소(H3PO4: H2O2=1 : 10)의 혼합액을 사용하여 에칭한다. 또 에칭되어 형성된 테라스부는 Ga이 노출된 (111) A 결정면을 갖는다.,
제3도의 (b)를 참조하면, 테라스부가 형성된 기판(50)상에 공지의 MBE법에 의해 완충층이 되는 N형 GaAs층(52), 베이스층이 되는 P+형 GaAs층(54), 에미터층이 되는 N형 GaAs층(56) 및 저항층이 되는 N+형 GaAs층(58)을 순차적으로 성장시킨다.
이때, 실리콘(Si)의 선택적 도핑기술을 적용시키면, MBE법에 의한 결정 성장시 Si-도우펀트(dopant)는 (100) 결정면에서는 N형 도우펀트로 작용하지만 (111) A 결정면상에서는 P형 도우펀트로 작용하게 되므로, N+형 GaAs층(58) 성장시 테라스부가 P형 GaAs층로 반전된다.
이것 때문에 베이스전극의 오믹접촉을 용이하게 실시할 수 있다. 또, 접촉저항을 낮추기 위해 베이스 영역인 P+형 이온주입형(64)의 형성시 고농도의 P형 불순물을 주입할때, N+형 층에 주입할때보다 도우즈(Dose)량을 상당히 감소시킬 수 있으므로 이온주입에 의한 결정손상(crystal damage)를 최소화할 수 있다.
또, 별도의 에칭공정을 하지 않고도 용이하게 오믹접촉을 얻을 수가 있다.
제3도의 (c)를 참조하면, 절연층으로 사용되는 산화막(SiO2)(60)을 CVD법으로 표면전역에 형성한다.
상기 산화막(60)을 리소그래피법으로 선택에칭하여 N+형 GaAs층(58)의 부분을 노출시킨다.
고농도의 P형 불순물을 이온주입법에 따라 창내의 N+형 GaAs층(58) 부분으로 도우핑하여 P+형 베이스 영역(64)을 형성한다. 이온주입 후에 열처리를 실시한다.
또, 이온 주입법 대신에 확산법으로 P+형 베이스 영역(64)을 형성할 수도 있다.
제3도의 (d)를 참조하면, 그리고 상기 산화막(60)을 리소그래피법으로 선택에칭하여 에미터 창을 형성 하도록 하여, 거기에서 N+형 GaAs층(58)의 부분을 노출시킨다. 그리고, 상기 노출된 N+형 GaAs층(58)의 에미터 영역에 에미터 전극(66)을 형성하며, 산화막(60) 및 P+형 베이스 영역(64)과 접촉한 베이스 전극(68)을 형성한다.
그리고 고농도의 N형 GaAs 기판(50)상의 하부에 콜렉터 전극(70)을 형성함으로서 HBT가 제조된다.
이와같이 구성되어 이루어진 HBT는 실리콘의 선택적 도우핑 기술을 적용하여 별도의 에칭공정을 행하지 않고도 베이스 전극의 오믹접촉을 용이하게 적용할 수 있다.
이 발명에 의하면, 단차없는 사진식각 및 금속배선 공정에 의한 재현성 있는 소자의 제작이 가능하고, P+이온주입시 도우즈량을 감소시켜 결정에의 손상을 최소화시킬 수 있는 효과가 있다.
Claims (15)
- 이종접합 바이폴라 트랜지스터에 있어서 테라스(Terrace)부를 갖는 반절연성 GaAs 기판과, 상기 기판상에 형성되어 완충층이 되는 제1층과, 상기 제1층상에 형성되어 베이스층이 되는 제2층과, 상기 제2층상에 형성되어 에미터층이 되는 제3층과, 상기 제3층상에 형성되어 저항층이 되는 제4층과, 상기 제4층 일측부분이 노출되어 형성되는 에미터 영역 및 상기 제4층 소정부분에 형성되는 산화막과, 상기 제4층에서 제1층 일부분까지의 테라스부에 형성되는 P+형 베이스 영여과, 상기 에미터 영역에 형성되는 에미터 전극과, 상기 산화막 및 베이스 영역에 형성되는 베이스 전극과 기판의 하부에 형성되는 콜렉터 전극으로 구성되어 있는 이종접합 바이폴라 트랜지스터.
- 제1항에 있어서, 상기 기판은 (100) 결정면을 갖는 고농도의 N형 GaAs로 된 이종접합 바이폴라 트랜지스터.
- 제1항에 있어서, 상기 테라스부는(111) A결정면이 노출된 이종접합 바이폴라 트랜지스터.
- 제3항에 있어서, 상기 (111) A 결정면은 Ga이 노출되도록 에칭된 이종접합 바이폴라 트랜지스터.
- 제1항에 있어서, 상기 제4층은 실리콘(Si)이 선택적으로 도우핑된 이종접합 바이폴라 트랜지스터.
- 제1항에 있어서, 상기 제4층의 테라스부는 Si의 선택적으로 도우핑된 기술에 의해 도전형이 반전(n→p)된 이종접합 바이폴라 트랜지스터.
- 이종접합 바이폴라 트랜지스터의 제조방법에 있어서, 반절연성 GaAs기판을 테라스형으로 에칭하여 테라스부를 형성하는 공정과, 상기 기판상에 완충층이 되는 제1층을 형성하는 공정과, 상기 제1층상에 베이스층이 되는 제2층을 형성하는 공정과, 상기 제2층상에 에미터층이 되는 제3층을 형성하는 공정과, 상기 제3층상에 실리콘을 도우핑하여 저항층에 되는 제4층을 형성하는 공정과, 상기 제4층상에 산화막을 형성한 후 리소그래피법으로 테라스부를 선택에칭하고 불순물을 이온주입하여 베이스 영역을 형성하는 공정과, 상기 산화막을 소정부분 게거하고 제4층의 일측부분을 노출시켜 에미터 영역을 형성하는 공정과, 상기 에미터 영역상에 에미터 전극 산화막 및 베이스 영역상에 베이스 전극 및 기판의 하부에 콜렉터 전극을 형성하는 공정으로 이루어지는 이종접합 바이폴라 트랜지스터의 제조방법.
- 제7항에 있어서, 상기 테라스부는 화학에칭에 의해 형성되도록 된 이종접합 바이폴라 트랜지스터의 제조방법.
- 제8항에 있어서, 상기 테라스부는 (111) A 결정면이 노출되도록 선택적 에칭액(etchant)을 사용하도록 된 이종접합 바이폴라 트랜지스터의 제조방법.
- 제9항에 있어서, 상기 에칭액(etchant)은 인산과 관산화수소(H3PO4: H2O2=1 : 10)의 혼합액을 사용되도록 된 이종접합 바이폴라 트랜지스터의 제조방법.
- 제7항에 있어서, 상기 제1층 내지 제4층은 MBE법에 의해 형성되는 이종접합 바이폴라 트랜지스터의 제조방법.
- 제7항에 있어서, 상기 제4층은 선택적으로 실리콘(Si) 도우핑을 실시하도록 된 이종접합 바이폴라 트랜지스터의 제조방법.
- 제12항에 있어서, 상기 실리콘 도우핑은 용이하게 베이스 전극의 오믹접촉이 가능하도록 된 이종접합 바이폴라 트랜지스터의 제조방법.
- 제7항에 있어서, 상기 제4층의 테라스부는 실리콘 도우핑에 의해 도전형이 N형에서 P형으로 반전 가능하도록 된 이종접합 바이폴라 트랜지스터의 제조방법.
- 제7항에 있어서, 상기 베이스 영역은 고농도의 P형 불순물을 주입시켜 실시하도록 된 이종접합 바이폴라 트랜지스터의 제조방법.
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- 1992-04-14 KR KR1019920006192A patent/KR950001148B1/ko not_active IP Right Cessation
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| Publication number | Publication date |
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| KR930022605A (ko) | 1993-11-24 |
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