KR960000384B1 - 에미터 재성장을 이용한 hbt소자의 제조방법 - Google Patents
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Abstract
내용 없음.
Description
제1도는 반복적인 메사식각을 이용하여 바이폴라 트랜지스터를 제작하는 종래의 제조방법을 설명하기 위한 공정도.
제2도는 본 발명의 실시예에 의해 에미터 재성장을 이용한 이종접합 바이폴라 트랜지스터를 제조하는 방법을 설명하기 위한 공정도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
101 : 갈륨비소 기판(GaAs wafer)
102 : 콜렉터 접촉용 고농도 n형 불순물 에피층(highly n-type doped layer)
103 : 콜렉터의 n형 불순물 에피층(n-type epitaxial layer for collector)
104 : 베이스의 p+형 불순물 에피층(P+-type epitaxial layer for base)
105 : 에미터의 선택적 재성장 영역을 정의하는 마스크층
106 : 에미터의 n형 불순물 에피층(n-type epitaxial layer for emitter)
107 : 에미터 접촉용 고농도 n형 불순물 에피층(highly n-type epitaxial layer for emitter)
108 : 에미터 오믹 전극(Ohmic Contacts for Emitter)
109 : 베이스 오믹 전극(Ohmic Contacts for Base)
110 : 콜렉터 오믹 전극(Ohmic Contacts for Collector)
111 : 전극 배선 금속 120 : 전극 절연층(Insulator)
130 : 감광막
본 발명은 단결정 박막 성장법을 사용하여 에미터를 재성장한 이종접합 트랜지스터(heterojunction Bipolar Transistor)를 제조하는 방법에 관한 것이다.
HBT는 이종접합 바이폴라 트랜지스터(Heterojunction Bipolar Transistor)를 말하는 것으로, 이 소자는 1948년 쇼클리(Schockley)가 제안하여 1951년 미국특허를 얻고 그후 6년후 크로에머(Kroemer)가 확산 모델을 이용 이론을 정립하였고 LPE, MBE, MOCVD등 에피택시 기술이 발전하면서 개발이 활발히 진행되었다.
GaAs HBT소자는 Si 바이폴라 트랜지스터와 비교할 때 에미터로 밴드갭이 큰 이종접합물질을 선택할 수 있으며, GaAs내에서 전자이동도가 크며 기판이 반절연성 기판으로 고속소자에 유리하다는 장점이 있다.
이종접합 물질계는 초기에 Ge/GaAs, Ge/ZnSe, ZnSe/GaAs등이 1960년대에 연구되었으며 1970년대에 들어서 에피택시 기술이 발전하면서 GaAs/AlGaAs계, Ina As /InAlA계, Si/SiGe계 등으로 크게 대별되어 연구되어 오고 있다.
HBT소자는 수직구조의 소자이므로 에피택시 기술을 활용함으로써, 소자내에서의 전하의 흐름과정을 짧게 하여 고속소자를 제작할 수 있다.
즉, 수평구조인 MESFET 및 HEMT의 고속소자가 0.25μm 부근의 리소그래피 기술을 요구하고 있는데 반하여, 1μm의 설계규칙만으로 동등한 고주파 특성과 훨씬 우수한 투과전도도와 전력전달특성을 가지며, 저주파 영역에서도 잡음특성이 우수한 장점을 갖고 있다.
또한, 소자의 조절단자인 베이스 전압이 재료물성에 의하여 결정되므로 집적회로의 제작에 있어서 가장 중요한 소자의 임계전압의 균일도 조절이 양호하므로 고집적회로의 제작에 유리한 일면을 갖고 있기도 하다.
그러나, 에피성장이 완료된 기판으로부터 소자를 제작하는 과정에서 몇가지 어려운 공정이 있는데 그중에서도 베이스 접촉을 형성하기 위한 공정이 가장 어려운 문제로 인식되고 있다.
즉, 베이스층을 노출하기 위하여 상층부의 에미터 에피층인 N형 박막만을 선택적으로 식각하는 공정은 베이스 두께가 일반적으로 1,000Å 이하이므로 그 제어가 어렵고, 특히 집적회로의 제작에 있어서는 그 균일도가 정밀하게 조절되어야 하는 어려움이 있다.
건식식각 방법은 선택적 식각이 가능한 반응기체가 아직 개발되지 않아 시간을 조절하여 식각두께를 제어하여야 하므로 생산기술로는 적합하지 않다.
반면에 식각용액을 사용하는 습식식각 방법은 각 연구기관별로 고유의 식각용액을 사용하여 100 : 1 정도의 선택도를 얻고 있으나, 노하우(know-how)로 공개되지 않고 있으며 이 역시 초박막인 베이스에 피층을 보호하면서 상층부의 에피층만을 제거하는 생산기술로는 적합치 않다.
따라서 정밀하게 베이스층에 저정항성의 접합방법을 개발하는 것이 HBT 소자 제작시에 가장 먼저 개발되어야 할 단위공정이다.
이와 함께, 에미터-베이스저항이 바이폴라-트랜지스터의 성능을 결정하는 중요한 변수이므로, 동시에 에미터-베이스 간격을 축소시키는 방법이 고려되어야 한다.
제1도(a)~(h)는 종래의 선택적 식각방법에 의하여 갈륨비소 이종접합 바이폴라 트랜지스터를 제조하는 공정들을 보인 것이다.
제1도(a)에서, 반도체 기판(101)상에 콜렉터의 고농도 n형 불순물 에피택셜층 (102), n형 불순물 에피택셜층(103)과 베이스의 p+형 불순물 에피택셜층(104) 및 에미터의 n형 불순물 에피택셜층(106)을 차례로 형성한 다음, 상기 에미터의 n형 불순물 에피택셜층(106)상에 에미터 마스크를 사용하여 에미터 오믹전극(108)을 형성한다.
상기 에미터의 n형 불순물 에피택셜층(106)을 식각하여 상기 에미터 오믹전극 (108)의 하단부에 제1도(b)와 같이 상기 에피택셜층(106)이 남아있도록 한다.
이어서, 노출된 상기 베이스의 p+형 불순물 에피택셜층(104) 상에 에미터 마스크를 사용하여 제1도(c)와 같이 베이스 오믹전극(109)을 형성한 다음, 상기 에피택셜층(104)과 콜렉터 n형 불순물 에피택셜층(103)을 소정 패턴으로 식각하게 되면 제1도(d)와 같이 된다.
그 다음, 노출된 고농도 n형 불순물 에피택셜층(102) 상에 콜렉터 마스크를 사용하여 제1도(e)와 같이 콜렉터 오믹전극(110)을 형성한다. 또한, 소자격리를 위하여 노출된 고농도 n형 불순물 에피택셜층(102)을 제1도(f)와 같이 식각한 다음, 기판 전체에 절연막(120)을 형성하고 에미터전극, 베이스전극 및 콜렉터전극을 형성할 부분의 절연막을 식각하면 제1도(g)와 같이 되어 각 전극 간의 격리가 이루어진다.
그리고, 전극콘택과 콜렉터, 베이스 및 에미터 전극의 배선을 제1도(h)와 같이 형성한다.
이러한 제조방법은 에미터와 베이스 사이의 저항을 줄이기 위하여, 자기정렬법을 이용하여 베이스의 금속접합을 형성하거나 이온주입을 활용하기 때문에, 에피택셜층의 선택적 식각과정에서 정밀한 식각 깊이조절이 이루어지지 못할 경우, 예를들어 100nm 두께의 베이스층인 경우, 단자가 형성되지 못하여 결국 트랜지스터의 동작이 이루어지지 않는다.
따라서, 본 발명은 상기의 제반 문제점을 해결하기 위해 제안된 에미터 재성장을 이용한 소자의 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 에미터 재성장을 이용한 HBT 소자의 제조방법은 갈륨비소기판상에 콜렉터 접촉용 고농도 n형 불순물 에피택셜층과 콜렉터의 n형 불순물 에피택셜층 및 베이스의 P+형 불순물 에피택셜층을 차례로 형성하는 공정과, 상기 P+형 불순물 에피택셜층 상에 측면이 경사진 소정패턴의 마스크층을 형성하는 공정과, 상기 에피택셜층의 노출된 부분에 에미터의 재성장 영역을 형성하기 위해 에미터의 n형 불순물 에피택셜층과 에미터 접촉용 고농도 n형 불순물 에피택셜층을 차례로 형성하는 공정과, 상기 에피택셜층 상에 에미터 오믹전극을 형성한 다음 상기 마스크층을 제거하는 공정과, 상기 에미터 오믹전극 상과 상기 에피택셜층의 베이스전극이 형성될 부분에 베이스 오믹전극을 형성하는 공정과, 상기 에피택셜층의 노출된 부분과 이 하부에 있는 상기 에피택셜층을 차례로 제거한 다음 그 위에 콜렉터 오믹전극을 형성하는 공정을 포함한다.
이하, 첨부도면에 의거하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다.
제2도(a)~(i)는 본 발명의 실시예에 따라 에미터 재성장을 이용하여 이종접합 바이폴라 트랜지스터를 제조하는 공정을 예시하고 있다.
제2도(a)에서, 공지의 MBE 또는 MOCVD 방법을 이용하여 갈륨비소 기판(10 1)상에 콜렉터 접촉용 고농도 n형 불순물 에피택셜층(102)과 콜렉터의 n형 불순물 에피택셜층층(103) 및 베이스의 p+형 불순물 에피택셜층(104)을 차례로 형성한다.
상기 p+형 불순물 에피택셜층(104)상에 제2도(b)에 도시된 바와같이 측면이 경사진 소정 패턴에 텅스텐, 몰리브덴, 텅스텐 합금 또는 몰리브덴 합금 등의 내열성 금속이나, 또는, 질화 규소막 또는 산화규소막등의 절연막이 500~5000Å의 두께로 이루어진 마스크층(105)을 형성하여 에미터의 선택적 재성장 영역을 정의한다.
이어, 상기 재성장 영역에 대응하는 노출된 에피택셜층(104) 상에 MBE 또는 MOCVD 방법을 이용하여 에미터 n형 불순물 에피택셜층(106)과 에미터 접촉용 고농도 n형 불순물 에피택셜층(107)을 차례로 형성하면 노출된 에피택셜층(104)상에는 에피층이 단결정 상태로 성장하게 되고, 마스크층(105)으로 피복된 부위는 다결정 박막이 성장된다.
이때 다결정 박막만을 선택적으로 식각하면, 제2도(c)와 같이 된다. 또한, 상기 에피택셜층(107)상에 에미터 오믹전극(108)을 제2도(d)와 같이 형성하고, 상기 마스크층(105)을 제거하면 제2도(e)와 같이 된다.
이후, 감광막(도시되지 않음)을 이용하여 에미터전극과 베이스전극을 형성할 부분을 제2도(f)와 같이 정의한 후 상기 에미터 오믹전극(108)상에 그리고 노출된 상기 p+형 불순물 에피택셜층(104)의 베이스전극부위에 베이스 오믹전극(109)을 자기정합적으로 형성한다(제2도(g)).
또한, 전극(109)의 형성후 노출되어 있는 에피택셜층(104)과 이 하부에 있는 에피택셜층(103)을 제2도(h)와 같이 차례로 제거한 다음 제2도(i)와 같이 콜렉터 오믹전극(110)을 고농도 n형 콜렉터 에피택셜층(102)의 상부에 형성한다.
그 다음, 제1도(g) 및 (h)를 수행하여 이종접합 바이폴라 트랜지스터를 제조한다.
이와같이, 본 발명의 제조방법에 의해 베이스의 에피택셜층(104)을 손상시키지 않고 베이스 오믹전극을 형성하기 위하여 에피택셜층의 성장에 영향주지 않는 내열성 금속이나 절연층을 마스크로 사용하여 에미터부위에 선택적으로 n형의 에미터 에피택셜층을 재성하므로써, 바이폴라 트랜지스터를 제조하는 것이다.
상기 제조방법에서 상기 다결정 박막(예, 다결정 갈륨비소 박막)을 선택적으로 식각하는 용액으로는 HCl, 초산(CH3COOH), K2Cr2O7가 각각 5 : 1 : 5로 혼합된 용액이 사용될 수 있다.
상기 마스크층(105)을 측면이 경사진 패턴으로 형성한 것은 역메사형의 에미터 에피택셜층을 형성하기 위한 것으로, 수직 구조의 측면에 재성장의 측면 성장 효과를 이와 유사한 효과를 얻을 수도 있다.
그리고, 상기 역메사형 에피택셜층과 에미터 금속을 활용하면, 에미터 전극과의 이격거리를 리소그래피 한계 이내로 줄일 수 있다.
따라서, 본 발명에 의하면, 베이스층 이후의 에피택셜층을 재성장하여 베이스 에피택셜층을 손상시키지 않고, 두께 균일도를 조절하는 어려움을 제거할 수 있다.
또한, 재성장시에 얻어지는 에미터 에피택셜층의 역메사 구조의 단면을 이용하여 자기정렬하여 에미터-베이스 저항을 줄일 수 있다.
Claims (5)
- 갈륨비소 기판(101)상에 콜렉터 접촉용 고농도 n형 불순물 에피택셜층(102)과 콜렉터의 n형 불순물 에피택셜층(103) 및 베이스의 p+형 불순물 에피택셜층(104)을 차례로 형성하는 공정과, 상기 p+형 불순물 에피택셜층(104)상에 일면이 경사진 소정 패턴의 마스크층(105)을 형성하는 공정과, 상기 에피택셜층(104)의 노출된 부분에 에미터의 재성장 영역을 형성하기 위해 에미터의 n형 불순물 에피택셜층(106)과 에미터접촉용 고농도 n형 불순물 에피택셜층(107)을 차례로 형성하는 공정과, 상기 에피택셜층(107)상에 에미터오믹전극(108)을 형성한 다음 상기 마스크층(105)를 제거하는 공정과, 상기 에미터 오믹전극(108) 상과 상기 에피택셜층(104)의 베이스전극이 형성될 부분에 베이스 오믹전극(109)을 형성하는 공정과, 상기 에피택셜층(104)의 노출된 부분과 이 하부에 있는 상기 에피택셜층(103)을 차례로 제거한 다음 그 위에 콜렉터 오믹전극(110)을 형성하는 공정을 포함하는 에미터 재성장을 이용한 HBT 소자의 제조방법.
- 제1항에 있어서, 상기 마스크층(105)을 텅스텐, 몰리브덴, 텅스텐 합금 또는 몰리브덴 합금의 내열성 금속으로 형성하는 에미터 재성장을 이용한 HBT 소자의 제조방법.
- 제1항에 있어서, 상기 마스크층(105)을 질화규소막 또는 산화규소막의 절연막으로 형성하는 에미터 재성장을 이용한 HBT 소자의 제조방법.
- 제2항 또는 제3항에 있어서, 상기 마스크층(105)을 500~5000Å의 두께로 형성하는 에미터 재성장을 이용한 HBT 소자의 제조방법.
- 제1항에 있어서, 상기 마스크층(105)의 측면이 수직 구조인 에미터 재성장을 이용한 HBT 소자의 제조방법.
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A201 | Request for examination | ||
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| G160 | Decision to publish patent application | ||
| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
| GRNT | Written decision to grant | ||
| LAPS | Lapse due to unpaid annual fee |