WO2022124868A1 - High electron mobility transistor and method for manufacturing same - Google Patents

High electron mobility transistor and method for manufacturing same Download PDF

Info

Publication number
WO2022124868A1
WO2022124868A1 PCT/KR2021/018823 KR2021018823W WO2022124868A1 WO 2022124868 A1 WO2022124868 A1 WO 2022124868A1 KR 2021018823 W KR2021018823 W KR 2021018823W WO 2022124868 A1 WO2022124868 A1 WO 2022124868A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
layer
regrowth
forming
electron mobility
mobility transistor
Prior art date
Application number
PCT/KR2021/018823
Other languages
French (fr)
Korean (ko)
Inventor
김대현
조현빈
윤승원
이인근
Original Assignee
경북대학교 산학협력단
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from KR1020210175998A external-priority patent/KR102628555B1/en
Application filed by 경북대학교 산학협력단 filed Critical 경북대학교 산학협력단
Publication of WO2022124868A1 publication Critical patent/WO2022124868A1/en

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00Semiconductor devices adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching, or capacitors or resistors with at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof  ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/02Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/06Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions
    • H01L29/08Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions with semiconductor regions connected to an electrode carrying current to be rectified, amplified or switched and such electrode being part of a semiconductor device which comprises three or more electrodes
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00Semiconductor devices adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching, or capacitors or resistors with at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof  ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/02Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/06Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions
    • H01L29/10Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions with semiconductor regions connected to an electrode not carrying current to be rectified, amplified or switched and such electrode being part of a semiconductor device which comprises three or more electrodes
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00Semiconductor devices adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching, or capacitors or resistors with at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof  ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/40Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/41Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape, relative sizes or dispositions
    • H01L29/423Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape, relative sizes or dispositions not carrying the current to be rectified, amplified or switched
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00Semiconductor devices adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching, or capacitors or resistors with at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof  ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor

Definitions

  • An embodiment of the present invention relates to a high electron mobility transistor and a method for manufacturing the same.
  • the present invention relates to the Civil-Military Technical Cooperation (R&D) (Ministry of Industry) of the Ministry of Trade, Industry and Energy (Project No.: 1415170814, Project No.: 19-CM-BD-05-MKE, Project Name: 3D TIV integration process for ultra-high frequency band and stacked InP/ GaN device technology development, task management institution: Defense Science Research Institute, research period: 2019.06.28. ⁇ 2022.06.27.)
  • R&D Civil-Military Technical Cooperation
  • High Electron Mobility Transistor is an electronic component that plays a key role in major national infrastructure projects such as national defense and communication fields due to excellent electron mobility characteristics and frequency characteristics.
  • a HEMT device having high frequency performance requires optimization when forming a gate etch region, and optimization of parasitic resistance and capacitance components is essential to improve electrical and frequency characteristics.
  • An object of the present invention is to provide a high electron mobility transistor capable of accurately controlling the size of a gate recess region and a method for manufacturing the same.
  • the method of manufacturing a high electron mobility transistor comprises a stacked structure in which a buffer layer, a channel layer, a barrier layer, an etch stop layer, a cap layer, a mask layer, and a patterned photoresist layer are sequentially stacked. forming; etching a region other than the patterned photoresist layer in the laminate structure; forming a first regrowth layer and a second regrowth layer, respectively, on the etched region of the stack structure through a selective regrowth technique; and forming a source electrode and a drain electrode on an upper surface of the second regrowth layer, respectively, and forming a gate electrode spaced apart from the source electrode and the drain electrode, respectively.
  • the laminate structure may include a horizontal surface and a vertical surface exposed by the etching, and the first regrowth layer may be formed along the horizontal surface and the vertical surface of the laminate structure, respectively.
  • the etching may include etching from the mask layer to a portion of the channel layer or from the mask layer until the surface of the buffer layer is exposed.
  • the first regrowth layer may be formed to a height corresponding to the cap layer when formed along the vertical surface.
  • the forming of the gate electrode may include a gate recess process, and the first regrowth layer may be made of a material having a higher etch selectivity than the cap layer etched in the gate recess process.
  • etching is stopped by the first regrowth layer and the etch stop layer, so that the size of the gate recess region may be limited.
  • the second regrowth layer may be formed in a region defined by the first regrowth layer on the first regrowth layer.
  • the second regrowth layer may be formed to a height corresponding to the cap layer.
  • a method of manufacturing a high electron mobility transistor includes: forming a stacked structure including a channel layer, a barrier layer, and a cap layer on a buffer layer; forming a patterned photoresist layer in the upper center of the stacked structure; etching regions other than the patterned photoresist layer in the laminate structure such that the laminate structure includes a horizontal surface and a vertical surface exposed by the etching; forming a first regrowth layer along the horizontal surface and the vertical surface through a selective regrowth technique in the etched region of the laminate structure; forming a second regrowth layer on the first regrowth layer through a selective regrowth technique; and forming a source electrode and a drain electrode on an upper surface of the second regrowth layer, respectively, and forming a gate electrode spaced apart from the source electrode and the drain electrode, respectively.
  • a portion of the patterned photoresist layer is etched in the stacked structure and the first regrowth layer and the second regrowth layer are formed in the etched region, thereby forming the gate recess region during the gate recess process. Accuracy and stability of size can be ensured.
  • the parasitic resistance component caused by the barrier layer can be reduced. can improve the performance of
  • FIG. 1 to 6 are views showing a method of manufacturing a high electron mobility transistor according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 7 is a scanning electron microscope photograph showing a state in which the first regrowth layer acts as an etch stop layer in a gate recess process according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 to 6 are views showing a method of manufacturing a high electron mobility transistor according to an embodiment of the present invention.
  • a stacked structure 110 is formed on a substrate (not shown).
  • the stacked structure 110 may constitute a device unit of a high electron mobility transistor.
  • the substrate (not shown) may support the stacked structure 110 .
  • the substrate (not shown) may be made of a material such as silicon carbide (SiC), sapphire (Al2O3), silicon (Si), or gallium nitride (GaN), but is not limited thereto. Also, the substrate (not shown) may be omitted in some cases.
  • the stacked structure 110 may be provided on the substrate (not shown).
  • the stacked structure 110 includes a buffer layer 111 , a channel layer 113 , a barrier layer 115 , an etch stop layer 117 , a cap layer 119 , a mask layer 121 , and a photoresist layer 123 . can do.
  • Each layer of the stacked structure 110 may be sequentially formed on an upper portion of a substrate (not shown) through deposition or growth.
  • Terms such as “deposition” and “growth” used below are used in the same meaning as for forming a layer of a semiconductor material, and the layer or thin film formed through various embodiments of the present invention is formed by metal-organometallic vapor deposition. It can be grown in a growth chamber using organic chemical vapor deposition: MOCVD or molecular beam epitaxy (MBE), and in addition to PECVD, APCVD, LPCVD, UHCVD, PVD, electron beam method, It may be deposited and formed by various methods such as a resistance heating method.
  • MOCVD organic chemical vapor deposition
  • MBE molecular beam epitaxy
  • the flow rate of the gas injected therein can be determined according to the volume of the MOCVD reaction chamber. properties such as thickness, surface roughness, and doped concentration of the dopant may vary. In particular, the higher the temperature, the better the crystallinity of the thin film can be obtained.
  • an atomic layer deposition (ALD) method may be used. According to the ALD method, thin film growth can be controlled atomically.
  • a buffer layer 111 may be provided on a substrate (not shown).
  • the buffer layer 111 serves as a buffer layer to reduce crystal defects caused by mismatch between the crystal lattice of the substrate (not shown) and the material grown on the substrate (not shown), and a current when a high voltage is applied. It can act as a resistive layer to prevent leakage.
  • the buffer layer 111 may be made of at least one of InAlAs, AlGaAs, GaN, InN, AlN, InGaN, AlGaN, and AlInN, but is not limited thereto, and various types of nucleation layers for reducing crystal defects in stages. may be done
  • a channel layer 113 may be provided on the buffer layer 111 .
  • the channel layer 113 may be made of a material having high electron mobility.
  • the channel layer 115 may be made of a material selected from GaAs, InAs, and InxGa1-xAs, but is not limited thereto.
  • a barrier layer 115 may be formed on the channel layer 113 .
  • the barrier layer 115 is formed on the channel layer 113 and the buffer layer 111 is formed under the channel layer 113 , so that the barrier layer 115 and the buffer layer 111 are formed on the channel layer 113 . ) to create a quantum well structure.
  • the barrier layer 115 may have a larger energy bandgap than the channel layer 113 and may be made of a high resistivity material.
  • the barrier layer 115 may be made of InAlAs or AlGaAs, but is not limited thereto.
  • An etch stop layer 117 may be provided on the barrier layer 115 .
  • the etch stop layer 117 may serve to stop etching so that etching is not performed to the lower portion of the etch stop layer 117 in an etching process (eg, an etching process for a gate recess) to be described later.
  • the etch stop layer 117 may be made of InP or the like.
  • a capping layer 119 may be provided on the etch stop layer 117 .
  • the cap layer 119 may be made of a material doped with a high concentration to have a low sheet resistance while lowering a contact resistance with an electrode to be formed later.
  • the cap layer 119 may be made of an n-type doped semiconductor material (eg, a material selected from GaAs, InAs, and InxGa1-xAs), but is not limited thereto.
  • a masking layer 121 may be provided on the cap layer 119 .
  • the mask layer 121 as a hard mask may protect the lower structure of the mask layer 121 in an etching process to be described later.
  • the mask layer 121 may be made of SiN, SiO2, amorphous carbon, or the like, but is not limited thereto.
  • the photoresist layer 123 may be provided on the mask layer 121 .
  • the photoresist layer 123 may be formed in a predetermined pattern on the mask layer 121 through a lithography process.
  • the photoresist layer 123 may be patterned to be formed in the center of the device unit region of the high electron mobility transistor.
  • regions other than the patterned photoresist layer 123 in the stacked structure 110 may be etched.
  • vertical etching may be performed up to a portion of the channel layer 113 . That is, in areas other than the patterned photoresist layer 123 , the mask layer 121 , the cap layer 119 , the etch stop layer 117 , and the barrier layer 115 are etched, and up to a portion of the channel layer 113 . can be etched.
  • the etching may be performed by wet etching or dry etching.
  • the etching may be performed in three steps. First, etching may be performed to remove even the cap layer 119 from areas other than the patterned photoresist layer 125 . Next, etching may be performed to remove the etch stop layer 117 . Next, etching may be performed from the barrier layer 115 to a portion of the channel layer 113 .
  • the etched stacked structure 110 ′ has a horizontal surface (a surface etched to a partial depth of the channel layer 113 in FIG. 2 ) S1 exposed by etching and a vertical surface (the mask layer 121 in FIG. 2 ). ) of the lower channel layer 113 , the barrier layer 115 , the etch stop layer 117 , and the cap layer 119 ) ( S2 ).
  • etching when etching a region other than the patterned photoresist layer 123 , the mask layer 121 , the cap layer 119 , the etch stop layer 117 , and the barrier layer 115 . , and even the channel layer 113 may be etched. That is, etching may be performed until the surface of the buffer layer 111 is exposed.
  • the first regrowth layer 131 may be formed in the etched region of the etched stack structure 110 ′ through a selective regrowth technique.
  • the first regrowth layer 131 may be grown along the surface of the etched stack structure 110 ′. That is, the first regrowth layer 131 may be respectively formed along the horizontal surface S1 and the vertical surface S2 in the etched stack structure 110 ′.
  • the first regrowth layer 131 is formed along the horizontal surface S1 , it is in electrical contact with the channel layer 113 on the upper surface of the channel layer 113 .
  • the first regrowth layer 131 is formed along the vertical surface S2 , it surrounds the side surfaces of the channel layer 113 , the barrier layer 115 , the etch stop layer 117 , and the cap layer 119 .
  • the first regrowth layer 131 when the first regrowth layer 131 is formed along the vertical surface S2 , it may grow to a height corresponding to the cap layer 119 .
  • the first regrowth layer 131 may be formed of a material having high etch selectivity during a gate recess process, which will be described later. That is, the first regrowth layer 131 may be formed of a material having a higher etch selectivity than the cap layer 119 etched in a gate recess process. In this case, the first regrowth layer 131 is used as an etch stop layer in the etching process for the gate recess.
  • the first regrowth layer 131 may be made of n-type doped InP, but is not limited thereto.
  • a second regrowth layer 133 may be formed on the first regrowth layer 131 through a selective regrowth technique. That is, the second regrowth layer 133 may be formed through selective regrowth in a region defined by the first regrowth layer 131 .
  • the second regrowth layer 133 may grow to a height of the first regrowth layer 131 (ie, a height corresponding to the cap layer 119 ).
  • the second regrowth layer 133 may be formed of a semiconductor material doped with a high concentration to have a low sheet resistance while lowering a contact resistance with an electrode.
  • the second regrowth layer 133 may be formed of a semiconductor material doped with n-type (eg, a material selected from GaAs, InAs, and InxGa1-xAs), but is not limited thereto.
  • the first regrowth layer 131 and the second regrowth layer 133 are formed by a metal-organic chemical vapor deposition (MOCVD) method or a molecular beam epitaxy (MBE) method. can be grown through In this way, the first regrowth layer 131 and the second regrowth layer 133 may be formed in the etched region of the stack structure 110 ′ through a multilayer selective regrowth technique.
  • MOCVD metal-organic chemical vapor deposition
  • MBE molecular beam epitaxy
  • each electrode of the high electron mobility transistor 100 may be formed. That is, the source electrode 135 and the drain electrode 137 may be respectively formed on the second regrowth layer 133 , and the gate electrode 139 may be formed on the barrier layer 115 .
  • each electrode of the high electron mobility transistor 100 may be formed by a known method.
  • the source electrode 135 and the drain electrode 137 may be respectively formed by removing the mask layer 121 and depositing a conductive material on the second regrowth layer 133 .
  • an insulating layer 141 may be formed on the cap layer 121 between the source electrode 135 and the drain electrode 137 .
  • the gate electrode 139 may be formed after performing a gate recess process for etching the insulating layer 141 and the cap layer 119 in order to secure a space for forming the gate electrode 139 .
  • the gate electrode 139 may be formed in a T shape.
  • the first regrowth layer 131 is made of a material having a higher etch selectivity than the cap layer 119 , it functions as an etch stop layer during a gate recess process. That is, since the first regrowth layer 131 acts as an etch stop layer on the side surface of the cap layer 119 and the etch stop layer 117 exists under the cap layer 119 , only the cap layer 119 portion is etched. and thus, accuracy and stability with respect to the size of the gate recess (GR) region can be secured, and a device with high reliability and reproducibility can be manufactured.
  • GR gate recess
  • the size of the gate recess region is limited by the first regrowth layer 131 and the etch stop layer 117 during the gate recess process, accuracy and stability with respect to the size of the gate recess GR region can be secured. be able to do
  • a portion is etched using the patterned photoresist layer 123 in the stacked structure 110 , and the first regrowth layer 131 and the second regrowth layer 133 are formed in the etched region. , it is possible to secure the accuracy and stability of the size of the gate recess region.
  • the first regrowth layer 131 contacts the side surface of the channel layer 113 to form a low contact resistance
  • the barrier layer 115 is disposed between the source electrode 135 and the drain electrode 137 and the channel layer 113 . ) is removed, it is possible to reduce the parasitic resistance component caused by the barrier layer 115, thereby improving the device performance.
  • FIG. 7 is a scanning electron microscope photograph showing a state in which the first regrowth layer 131 acts as an etch stop layer in a gate recess process according to an embodiment of the present invention.
  • InP was used as the first regrowth layer 131 .
  • FIG. 7 it can be seen that only the cap layer is removed by etching and the etching is inhibited by the first regrowth layer 131 on the side surface.

Abstract

Disclosed are a high electron mobility transistor and a method for manufacturing same. A method for manufacturing a high electron mobility transistor according to one embodiment disclosed herein comprises the steps of: forming a stacked structure in which a buffer layer, a channel layer, a barrier layer, an etch stop layer, a capping layer, a mask layer, and a patterned photoresist layer are sequentially stacked; etching regions other than the patterned photoresist layer in the stacked structure; forming each of a first regrowth layer and a second regrowth layer in the etched regions of the stacked structure through a selective regrowth technique; and forming each of a source electrode and a drain electrode on the upper surface of the second regrowth layer, and forming a gate electrode spaced apart from both the source electrode and the drain electrode.

Description

고전자이동도 트랜지스터 및 그 제조방법High electron mobility transistor and its manufacturing method
본 발명의 실시예는 고전자이동도 트랜지스터 및 그 제조방법과 관련된다.An embodiment of the present invention relates to a high electron mobility transistor and a method for manufacturing the same.
본 발명은 산업통상자원부의 민군기술협력(R&D)(산업부)(과제고유번호: 1415170814, 과제번호: 19-CM-BD-05-MKE, 과제명: 초고주파 대역용 3D TIV 집적화 공정 및 적층형 InP/GaN 소자 기술 개발, 과제관리기관: 국방과학연구소, 연구기간: 2019.06.28. ~ 2022.06.27.)의 일환으로 수행한 연구로부터 도출된 것이다.The present invention relates to the Civil-Military Technical Cooperation (R&D) (Ministry of Industry) of the Ministry of Trade, Industry and Energy (Project No.: 1415170814, Project No.: 19-CM-BD-05-MKE, Project Name: 3D TIV integration process for ultra-high frequency band and stacked InP/ GaN device technology development, task management institution: Defense Science Research Institute, research period: 2019.06.28. ~ 2022.06.27.)
한편, 본 발명의 모든 측면에서 과제 제공 주체인 한국 정부의 재산 이익은 없다.On the other hand, in all aspects of the present invention, there is no property interest of the Korean government, which is the subject of providing the task.
고전자이동도 트랜지스터(HEMT: High Electron Mobility Transistor)는 우수한 전자 이동도 특성 및 주파수 특성으로 인하여, 국방 및 통신 분야 등 국가의 주요 기반 사업에서 핵심적인 역할을 하는 전자 부품이다. 고 주파수 성능을 가지는 HEMT 소자는 게이트 식각 영역 형성 시 최적화가 요구되며, 전기적 특성 및 주파수 특성을 향상시키기 위해서는 기생 저항 성분 및 커패시턴스 성분의 최적화가 필수적이다. High Electron Mobility Transistor (HEMT) is an electronic component that plays a key role in major national infrastructure projects such as national defense and communication fields due to excellent electron mobility characteristics and frequency characteristics. A HEMT device having high frequency performance requires optimization when forming a gate etch region, and optimization of parasitic resistance and capacitance components is essential to improve electrical and frequency characteristics.
그러나, 기존의 게이트 영역 식각 방법은 캡층(capping layer)을 선택적으로 식각하기 어렵고 식각이 되는 정도(etch rate)를 정확하게 제어하기 어려워 소자의 동작 특성에 큰 영향을 주는 기생 성분들을 최적화하기 어려운 문제점이 있다.However, in the conventional gate region etching method, it is difficult to selectively etch the capping layer, and it is difficult to accurately control the etch rate, so it is difficult to optimize parasitic components that greatly affect the operating characteristics of the device. have.
본 발명은 게이트 리세스 영역의 크기를 정확하게 제어할 수 있는 고전자이동도 트랜지스터 및 그 제조방법을 제공하기 위한 것이다.An object of the present invention is to provide a high electron mobility transistor capable of accurately controlling the size of a gate recess region and a method for manufacturing the same.
한편, 본 발명에서 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.On the other hand, the technical problems to be achieved in the present invention are not limited to the technical problems mentioned above, and other technical problems not mentioned are clearly to those of ordinary skill in the art to which the present invention belongs from the description below. can be understood
본 발명의 일 실시예에 따른 고전자이동도 트랜지스터의 제조방법은, 버퍼층, 채널층, 배리어층, 식각 저지층, 캡층, 마스크층, 및 패턴화된 포토레지스트층이 순차적으로 적층된 적층 구조물을 형성하는 단계; 상기 적층 구조물에서 상기 패턴화된 포토레지스트층 이외의 영역을 에칭하는 단계; 상기 적층 구조물의 에칭된 영역에 선택적 재성장 기법을 통해 제1 재성장층 및 제2 재성장층을 각각 형성하는 단계; 및 상기 제2 재성장층의 상면에 소스 전극 및 드레인 전극을 각각 형성하고, 상기 소스 전극 및 상기 드레인 전극과 각각 이격된 게이트 전극을 형성하는 단계를 포함한다.The method of manufacturing a high electron mobility transistor according to an embodiment of the present invention comprises a stacked structure in which a buffer layer, a channel layer, a barrier layer, an etch stop layer, a cap layer, a mask layer, and a patterned photoresist layer are sequentially stacked. forming; etching a region other than the patterned photoresist layer in the laminate structure; forming a first regrowth layer and a second regrowth layer, respectively, on the etched region of the stack structure through a selective regrowth technique; and forming a source electrode and a drain electrode on an upper surface of the second regrowth layer, respectively, and forming a gate electrode spaced apart from the source electrode and the drain electrode, respectively.
상기 적층 구조물은, 상기 에칭에 의해 노출되는 수평 표면 및 수직 표면을 구비하고, 상기 제1 재성장층은, 상기 적층 구조물의 수평 표면 및 수직 표면을 따라 각각 형성시킬 수 있다.The laminate structure may include a horizontal surface and a vertical surface exposed by the etching, and the first regrowth layer may be formed along the horizontal surface and the vertical surface of the laminate structure, respectively.
상기 에칭하는 단계는, 상기 마스크층부터 상기 채널층의 일부분까지 에칭하거나 상기 마스크층부터 상기 버퍼층의 표면이 노출될 때까지 에칭할 수 있다.The etching may include etching from the mask layer to a portion of the channel layer or from the mask layer until the surface of the buffer layer is exposed.
상기 제1 재성장층은, 상기 수직 표면을 따라 형성될 때 상기 캡층과 대응되는 높이까지 형성될 수 있다.The first regrowth layer may be formed to a height corresponding to the cap layer when formed along the vertical surface.
상기 게이트 전극을 형성하는 단계는, 게이트 리세스(gate recess) 공정을 포함하고, 상기 제1 재성장층은, 상기 게이트 리세스 공정에서 에칭되는 상기 캡층 보다 식각 선택비가 높은 물질로 이루어질 수 있다.The forming of the gate electrode may include a gate recess process, and the first regrowth layer may be made of a material having a higher etch selectivity than the cap layer etched in the gate recess process.
상기 게이트 리세스 공정에서 상기 제1 재성장층 및 상기 식각 저지층에 의해 식각이 저지되어 게이트 리세스 영역의 크기가 한정될 수 있다.In the gate recess process, etching is stopped by the first regrowth layer and the etch stop layer, so that the size of the gate recess region may be limited.
상기 제2 재성장층은, 상기 제1 재성장층 상에서 상기 제1 재성장층으로 한정되는 영역 내에 형성될 수 있다.The second regrowth layer may be formed in a region defined by the first regrowth layer on the first regrowth layer.
상기 제2 재성장층은, 상기 캡층과 대응되는 높이까지 형성될 수 있다.The second regrowth layer may be formed to a height corresponding to the cap layer.
본 발명의 다른 실시예에 따른 고전자이동도 트랜지스터의 제조방법은, 버퍼층의 상부에 채널층, 배리어층, 및 캡층을 포함하는 적층 구조물을 형성하는 단계; 상기 적층 구조물의 상단 중심부에 패턴화된 포토레지스트층을 형성하는 단계; 상기 적층 구조물에서 상기 패턴화된 포토레지스트층 이외의 영역을 에칭하여 상기 적층 구조물이 상기 에칭에 의해 노출되는 수평 표면 및 수직 표면을 포함하도록 하는 단계; 상기 적층 구조물의 에칭된 영역에 선택적 재성장 기법을 통해 상기 수평 표면 및 상기 수직 표면을 따라 제1 재성장층을 형성하는 단계; 상기 제1 재성장층 상에 선택적 재성장 기법을 통해 제2 재성장층을 형성하는 단계; 및 상기 제2 재성장층의 상면에 소스 전극 및 드레인 전극을 각각 형성하고, 상기 소스 전극 및 상기 드레인 전극과 각각 이격된 게이트 전극을 형성하는 단계를 포함한다.A method of manufacturing a high electron mobility transistor according to another embodiment of the present invention includes: forming a stacked structure including a channel layer, a barrier layer, and a cap layer on a buffer layer; forming a patterned photoresist layer in the upper center of the stacked structure; etching regions other than the patterned photoresist layer in the laminate structure such that the laminate structure includes a horizontal surface and a vertical surface exposed by the etching; forming a first regrowth layer along the horizontal surface and the vertical surface through a selective regrowth technique in the etched region of the laminate structure; forming a second regrowth layer on the first regrowth layer through a selective regrowth technique; and forming a source electrode and a drain electrode on an upper surface of the second regrowth layer, respectively, and forming a gate electrode spaced apart from the source electrode and the drain electrode, respectively.
개시되는 실시예에 의하면, 적층 구조물에서 패턴화된 포토레지스트층을 이용하여 일부를 식각하고 식각된 영역에 제1 재성장층 및 제2 재성장층을 형성함으로써, 게이트 리세스 공정 시 게이트 리세스 영역의 크기에 대한 정확성 및 안정성을 확보할 수 있다. According to the disclosed embodiment, a portion of the patterned photoresist layer is etched in the stacked structure and the first regrowth layer and the second regrowth layer are formed in the etched region, thereby forming the gate recess region during the gate recess process. Accuracy and stability of size can be ensured.
또한, 제1 재성장층이 채널층의 측면과 접촉하여 낮은 접촉 저항을 이루게 되고, 소스 전극 및 드레인 전극과 채널층 사이에 배리어층이 제거되기 때문에, 배리어층에 의한 기생 저항 성분을 줄일 수 있어 소자의 성능을 향상시킬 수 있게 된다.In addition, since the first regrowth layer is in contact with the side surface of the channel layer to achieve low contact resistance, and the barrier layer is removed between the source electrode and the drain electrode and the channel layer, the parasitic resistance component caused by the barrier layer can be reduced. can improve the performance of
한편, 본 발명에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.On the other hand, the effects obtainable in the present invention are not limited to the above-mentioned effects, and other effects not mentioned will be clearly understood by those of ordinary skill in the art to which the present invention belongs from the following description. will be able
도 1 내지 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 고전자이동도 트랜지스터의 제조 방법을 나타낸 도면이고,1 to 6 are views showing a method of manufacturing a high electron mobility transistor according to an embodiment of the present invention,
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 제1 재성장층이 게이트 리세스 공정에서 식각 저지층으로 작용하는 상태를 나타낸 주사전자현미경 사진이다.7 is a scanning electron microscope photograph showing a state in which the first regrowth layer acts as an etch stop layer in a gate recess process according to an embodiment of the present invention.
이하에서는 본 발명의 구체적인 실시예들에 대하여 도면을 참조하여 상세히 설명한다.Hereinafter, specific embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
아울러 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.In addition, in describing the present invention, if it is determined that a detailed description of a related known configuration or function may obscure the gist of the present invention, the detailed description thereof will be omitted.
본 발명의 실시예들은 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이며, 하기 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다. Examples of the present invention are provided to more completely explain the present invention to those of ordinary skill in the art, and the following examples may be modified in various other forms, and the scope of the present invention is as follows It is not limited to an Example.
오히려, 이들 실시예는 본 개시를 더욱 충실하고 완전하게 하고, 당업자에게 본 발명의 사상을 완전하게 전달하기 위하여 제공되는 것이다.Rather, these examples are provided so that this disclosure will be more thorough and complete, and will fully convey the spirit of the invention to those skilled in the art.
또한, 이하의 도면에서 각 구성은 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장된 것이며, 도면 상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 용어 "및/또는" 는 해당 열거된 항목 중 어느 하나 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다.In addition, in the following drawings, each configuration is exaggerated for convenience and clarity of description, and the same reference numerals refer to the same elements in the drawings. As used herein, the term “and/or” includes any one and all combinations of one or more of those listed items.
본 명세서에서 사용된 용어는 특정 실시예를 설명하기 위하여 사용되며, 본 발명을 제한하기 위한 것이 아니다.The terminology used herein is used to describe specific embodiments, not to limit the present invention.
본 명세서에서 사용된 바와 같이, 단수 형태는 문맥상 다른 경우를 분명히 지적하는 것이 아니라면, 복수의 형태를 포함할 수 있다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 경우 "포함한다(comprise)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급한 형상들, 숫자, 단계, 동작, 부재, 요소 및/또는 이들 그룹의 존재를 특정하는 것이며,As used herein, the singular form may include the plural form unless the context clearly dictates otherwise. Also, as used herein, “comprise” and/or “comprising” refers to specifying the presence of the recited shapes, numbers, steps, actions, members, elements, and/or groups thereof. will,
하나 이상의 다른 형상, 숫자, 동작, 부재, 요소 및 /또는 그룹들의 존재 또는 부가를 배제하는 것이 아니다.It does not exclude the presence or addition of one or more other shapes, numbers, movements, members, elements and/or groups.
도 1 내지 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 고전자이동도 트랜지스터의 제조 방법을 나타낸 도면이다. 1 to 6 are views showing a method of manufacturing a high electron mobility transistor according to an embodiment of the present invention.
도 1을 참조하면, 기판(미도시) 상에 적층 구조물(110)을 형성한다. 적층 구조물(110)은 고전자이동도 트랜지스터의 소자 단위를 구성할 수 있다. 여기서, 기판(미도시)은 적층 구조물(110)을 지지할 수 있다. 기판(미도시)은 실리콘 카바이드(SiC), 사파이어(Al2O3), 실리콘(Si), 질화 갈륨(GaN) 등의 재질로 이루어질 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 또한, 기판(미도시)은 경우에 따라 생략될 수 있다. Referring to FIG. 1 , a stacked structure 110 is formed on a substrate (not shown). The stacked structure 110 may constitute a device unit of a high electron mobility transistor. Here, the substrate (not shown) may support the stacked structure 110 . The substrate (not shown) may be made of a material such as silicon carbide (SiC), sapphire (Al2O3), silicon (Si), or gallium nitride (GaN), but is not limited thereto. Also, the substrate (not shown) may be omitted in some cases.
적층 구조물(110)은 기판(미도시)의 상부에 마련될 수 있다. 적층 구조물(110)은 버퍼층(111), 채널층(113), 배리어층(115), 식각 저지층(117), 캡층(119), 마스크층(121), 및 포토레지스트층(123)을 포함할 수 있다. The stacked structure 110 may be provided on the substrate (not shown). The stacked structure 110 includes a buffer layer 111 , a channel layer 113 , a barrier layer 115 , an etch stop layer 117 , a cap layer 119 , a mask layer 121 , and a photoresist layer 123 . can do.
적층 구조물(110)의 각 층들은 기판(미도시)의 상부에 증착 또는 성장 등을 통해 순차적으로 형성될 수 있다. 이하에서 사용하는 "증착", "성장" 등의 용어는 반도체 물질 층을 형성한다는 의미와 같은 의미로 쓰이는 것이고, 본 발명의 다양한 실시 예들을 통해 형성되는 층 혹은 박막은 유기금속기상증착(metal-organic chemical vapor deposition: MOCVD)법 또는 분자선 성장(molecular beam epitaxy: MBE)법을 이용하여 성장용 챔버(chamber) 내에서 성장될 수 있으며, 이 밖에도 PECVD, APCVD, LPCVD, UHCVD, PVD, 전자빔 방식, 저항 가열방식 등 다양한 방식에 의해 증착되어 형성될 수 있다. Each layer of the stacked structure 110 may be sequentially formed on an upper portion of a substrate (not shown) through deposition or growth. Terms such as "deposition" and "growth" used below are used in the same meaning as for forming a layer of a semiconductor material, and the layer or thin film formed through various embodiments of the present invention is formed by metal-organometallic vapor deposition. It can be grown in a growth chamber using organic chemical vapor deposition: MOCVD or molecular beam epitaxy (MBE), and in addition to PECVD, APCVD, LPCVD, UHCVD, PVD, electron beam method, It may be deposited and formed by various methods such as a resistance heating method.
유기금속기상증착(MOCVD) 방식을 이용할 경우, MOCVD 반응 챔버의 용적에 따라, 그 안에 주입되는 기체의 유속을 결정할 수 있으며, 기체의 종류, 유속 반응 챔버 내부의 압력, 온도 조건 등에 따라 성장되는 박막의 두께, 표면 거칠기, 도펀트의 도핑된 농도 등의 특성이 달라질 수 있다. 특히 고온일수록 박막의 우수한 결정성을 얻을 수 있는데, 이는 반응 기체의 물성, 반응이 일어나는 온도 등을 고려하여 제한적으로 결정되어야 할 사항이다. 특히, 정밀한 성장을 위해선 ALD(Atomic layer deposition) 방식을 이용할 수 있다. ALD 방식에 의하면 박막 성장이 원자 단위로 제어될 수 있다.When using the metal organometallic vapor deposition (MOCVD) method, the flow rate of the gas injected therein can be determined according to the volume of the MOCVD reaction chamber. properties such as thickness, surface roughness, and doped concentration of the dopant may vary. In particular, the higher the temperature, the better the crystallinity of the thin film can be obtained. In particular, for precise growth, an atomic layer deposition (ALD) method may be used. According to the ALD method, thin film growth can be controlled atomically.
버퍼층(buffer layer)(111)은 기판(미도시) 상에 마련될 수 있다. 버퍼층(111)은 기판(미도시)과 기판(미도시)의 상부에 성장되는 물질의 결정 격자가 일치하지 않음으로 인해 발생하는 결정 결함을 줄이기 위한 완충 층의 역할을 하고, 고 전압 인가 시 전류 누설 방지를 위한 저항 층의 역할을 할 수 있다. 예를 들어, 버퍼층(111)은 InAlAs, AlGaAs, GaN, InN, AlN, InGaN, AlGaN, AlInN 중 적어도 하나로 이루어질 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며 결정 결함을 단계적으로 감소시키기 위한 여러 종류의 핵 형성층으로 이루어질 수도 있다. A buffer layer 111 may be provided on a substrate (not shown). The buffer layer 111 serves as a buffer layer to reduce crystal defects caused by mismatch between the crystal lattice of the substrate (not shown) and the material grown on the substrate (not shown), and a current when a high voltage is applied. It can act as a resistive layer to prevent leakage. For example, the buffer layer 111 may be made of at least one of InAlAs, AlGaAs, GaN, InN, AlN, InGaN, AlGaN, and AlInN, but is not limited thereto, and various types of nucleation layers for reducing crystal defects in stages. may be done
채널층(channel layer)(113)은 버퍼층(111)의 상부에 마련될 수 있다. 채널층(113)은 고전자이동도(High Electron Mobility)를 갖는 물질로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 채널층(115)은 GaAs, InAs, 및 InxGa1-xAs 등에서 선택된 물질로 이루어질 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. A channel layer 113 may be provided on the buffer layer 111 . The channel layer 113 may be made of a material having high electron mobility. For example, the channel layer 115 may be made of a material selected from GaAs, InAs, and InxGa1-xAs, but is not limited thereto.
배리어층(barrier layer)(115)은 채널층(113)의 상부에 형성될 수 있다. 여기서, 배리어층(115)이 채널층(113)의 상부에 형성되고, 채널층(113)의 하부에 버퍼층(111)이 형성됨으로써, 배리어층(115)과 버퍼층(111)이 채널층(113)을 감싸 양자 우물 구조를 만들 수 있다. A barrier layer 115 may be formed on the channel layer 113 . Here, the barrier layer 115 is formed on the channel layer 113 and the buffer layer 111 is formed under the channel layer 113 , so that the barrier layer 115 and the buffer layer 111 are formed on the channel layer 113 . ) to create a quantum well structure.
배리어층(115)은 채널층(113)보다 에너지 밴드갭이 크고 고저항(high resistivity) 물질로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 배리어층(115)은 InAlAs 또는 AlGaAs 등으로 이루어질 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. The barrier layer 115 may have a larger energy bandgap than the channel layer 113 and may be made of a high resistivity material. For example, the barrier layer 115 may be made of InAlAs or AlGaAs, but is not limited thereto.
식각 저지층(etch stop layer)(117)은 배리어층(115)의 상부에 마련될 수 있다. 식각 저지층(117)은 후술하는 에칭 공정(게이트 리세스(gate recess)를 위한 에칭 공정)에서 식각 저지층(117)의 하부로 에칭이 이루어지지 않도록 에칭을 저지시키는 역할을 할 수 있다. 예를 들어, 식각 저지층(117)은 InP 등으로 이루어질 수 있다. An etch stop layer 117 may be provided on the barrier layer 115 . The etch stop layer 117 may serve to stop etching so that etching is not performed to the lower portion of the etch stop layer 117 in an etching process (eg, an etching process for a gate recess) to be described later. For example, the etch stop layer 117 may be made of InP or the like.
캡층(capping layer)(119)은 식각 저지층(117)의 상부에 마련될 수 있다. 캡층(119)은 이후에 형성할 전극과의 접촉 저항을 낮추면서 낮은 면저항을 갖도록 고농도로 도핑된 물질로 이루어질 수 있다. 캡층(119)은 n-type으로 도핑된 반도체 물질(예를 들어, GaAs, InAs, 및 InxGa1-xAs 등에서 선택된 물질)로 이루어질 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. A capping layer 119 may be provided on the etch stop layer 117 . The cap layer 119 may be made of a material doped with a high concentration to have a low sheet resistance while lowering a contact resistance with an electrode to be formed later. The cap layer 119 may be made of an n-type doped semiconductor material (eg, a material selected from GaAs, InAs, and InxGa1-xAs), but is not limited thereto.
마스크층(masking layer)(121)은 캡층(119)의 상부에 마련될 수 있다. 마스크층(121)은 하드마스크(hard mask)로서 후술하는 에칭 공정에서 마스크층(121)의 하부 구조물을 보호할 수 있다. 예를 들어, 마스크층(121)은 SiN, SiO2, amorphous carbon 등으로 이루어질 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. A masking layer 121 may be provided on the cap layer 119 . The mask layer 121 as a hard mask may protect the lower structure of the mask layer 121 in an etching process to be described later. For example, the mask layer 121 may be made of SiN, SiO2, amorphous carbon, or the like, but is not limited thereto.
포토레지스트층(123)은 마스크층(121)의 상부에 마련될 수 있다. 포토레지스트층(123)은 리소그래피 공정을 통해 마스크층(121)의 상부에 기 설정된 패턴으로 형성될 수 있다. 포토레지스트층(123)은 고전자이동도 트랜지스터의 소자 단위의 영역에서 중심부에 형성되도록 패턴화 될 수 있다.The photoresist layer 123 may be provided on the mask layer 121 . The photoresist layer 123 may be formed in a predetermined pattern on the mask layer 121 through a lithography process. The photoresist layer 123 may be patterned to be formed in the center of the device unit region of the high electron mobility transistor.
도 2를 참조하면, 적층 구조물(110)에서 패턴화 된 포토레지스트층(123) 이외의 영역을 에칭할 수 있다. 이때, 채널층(113)의 일부분까지 수직 방향의 에칭이 이루어질 수 있다. 즉, 패턴화 된 포토레지스트층(123) 이외의 영역에서 마스크층(121), 캡층(119), 식각 저지층(117), 배리어층(115)이 에칭되고, 채널층(113)의 일부분까지 에칭될 수 있다. 여기서, 에칭은 습식 식각 또는 건식 식각 등으로 이루어질 수 있다. Referring to FIG. 2 , regions other than the patterned photoresist layer 123 in the stacked structure 110 may be etched. In this case, vertical etching may be performed up to a portion of the channel layer 113 . That is, in areas other than the patterned photoresist layer 123 , the mask layer 121 , the cap layer 119 , the etch stop layer 117 , and the barrier layer 115 are etched, and up to a portion of the channel layer 113 . can be etched. Here, the etching may be performed by wet etching or dry etching.
구체적으로, 에칭은 3단계에 걸쳐 이루어질 수 있다. 먼저, 패턴화 된 포토레지스트층(125) 이외의 영역에서 캡층(119)까지를 제거하기 위한 에칭을 수행할 수 있다. 다음으로, 식각 저지층(117)을 제거하기 위한 에칭이 이루어질 수 있다. 다음으로, 배리어층(115)부터 채널층(113)의 일부분까지 에칭이 이루어질 수 있다. Specifically, the etching may be performed in three steps. First, etching may be performed to remove even the cap layer 119 from areas other than the patterned photoresist layer 125 . Next, etching may be performed to remove the etch stop layer 117 . Next, etching may be performed from the barrier layer 115 to a portion of the channel layer 113 .
이 경우, 에칭된 적층 구조물(110')은 에칭에 의해 노출되는 수평 표면(도 2에서 채널층(113)의 일부 깊이로 식각된 표면)(S1) 및 수직 표면(도 2에서 마스크층(121) 하부의 채널층(113), 배리어층(115), 식각 저지층(117), 및 캡층(119)의 측면)(S2)을 포함하게 된다.In this case, the etched stacked structure 110 ′ has a horizontal surface (a surface etched to a partial depth of the channel layer 113 in FIG. 2 ) S1 exposed by etching and a vertical surface (the mask layer 121 in FIG. 2 ). ) of the lower channel layer 113 , the barrier layer 115 , the etch stop layer 117 , and the cap layer 119 ) ( S2 ).
한편, 도 3에 도시된 바와 같이, 패턴화 된 포토레지스트층(123) 이외의 영역을 에칭할 때, 마스크층(121), 캡층(119), 식각 저지층(117), 배리어층(115), 및 채널층(113)까지 에칭할 수도 있다. 즉, 버퍼층(111)의 표면이 노출될 때까지 에칭이 이루어질 수도 있다. Meanwhile, as shown in FIG. 3 , when etching a region other than the patterned photoresist layer 123 , the mask layer 121 , the cap layer 119 , the etch stop layer 117 , and the barrier layer 115 . , and even the channel layer 113 may be etched. That is, etching may be performed until the surface of the buffer layer 111 is exposed.
도 4를 참조하면, 에칭된 적층 구조물(110')에서 에칭된 영역에 선택적 재성장 기술을 통해 제1 재성장층(131)을 형성할 수 있다. 제1 재성장층(131)은 에칭된 적층 구조물(110')의 표면을 따라 성장될 수 있다. 즉, 제1 재성장층(131)은 에칭된 적층 구조물(110')에서 수평 표면(S1) 및 수직 표면(S2)을 따라 각각 형성될 수 있다. 제1 재성장층(131)은 수평 표면(S1)을 따라 형성될 때, 채널층(113)의 상면에서 채널층(113)과 전기적 접촉을 이루게 된다. 또한, 제1 재성장층(131)은 수직 표면(S2)을 따라 형성될 때, 채널층(113), 배리어층(115), 식각 저지층(117), 및 캡층(119)의 측면을 감싸며 형성되게 된다.Referring to FIG. 4 , the first regrowth layer 131 may be formed in the etched region of the etched stack structure 110 ′ through a selective regrowth technique. The first regrowth layer 131 may be grown along the surface of the etched stack structure 110 ′. That is, the first regrowth layer 131 may be respectively formed along the horizontal surface S1 and the vertical surface S2 in the etched stack structure 110 ′. When the first regrowth layer 131 is formed along the horizontal surface S1 , it is in electrical contact with the channel layer 113 on the upper surface of the channel layer 113 . In addition, when the first regrowth layer 131 is formed along the vertical surface S2 , it surrounds the side surfaces of the channel layer 113 , the barrier layer 115 , the etch stop layer 117 , and the cap layer 119 . will become
여기서, 제1 재성장층(131)은 수직 표면(S2)을 따라 형성될 때, 캡층(119)과 대응되는 높이까지 성장될 수 있다. 제1 재성장층(131)은 후술하는 게이트 리세스(gate recess) 공정 시 식각 선택비(etch selectivity)가 높은 물질로 이루어질 수 있다. 즉, 제1 재성장층(131)은 게이트 리세스(gate recess) 공정에서 에칭되는 캡층(119) 보다 식각 선택비가 높은 물질로 이루어질 수 있다. 이 경우, 제1 재성장층(131)은 게이트 리세스를 위한 에칭 공정에서 식각 저지층(etch stop layer)으로 사용되게 된다. 예를 들어, 제1 재성장층(131)은 n 타입 도핑된 InP 등으로 이루어질 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. Here, when the first regrowth layer 131 is formed along the vertical surface S2 , it may grow to a height corresponding to the cap layer 119 . The first regrowth layer 131 may be formed of a material having high etch selectivity during a gate recess process, which will be described later. That is, the first regrowth layer 131 may be formed of a material having a higher etch selectivity than the cap layer 119 etched in a gate recess process. In this case, the first regrowth layer 131 is used as an etch stop layer in the etching process for the gate recess. For example, the first regrowth layer 131 may be made of n-type doped InP, but is not limited thereto.
도 5를 참조하면, 선택적 재성장 기술을 통해 제1 재성장층(131) 상에 제2 재성장층(133)을 형성할 수 있다. 즉, 제2 재성장층(133)은 제1 재성장층(131)으로 한정되는 영역 내에 선택적 재성장을 통해 형성될 수 있다. 제2 재성장층(133)은 제1 재성장층(131)의 높이(즉, 캡층(119)과 대응되는 높이)까지 성장될 수 있다. Referring to FIG. 5 , a second regrowth layer 133 may be formed on the first regrowth layer 131 through a selective regrowth technique. That is, the second regrowth layer 133 may be formed through selective regrowth in a region defined by the first regrowth layer 131 . The second regrowth layer 133 may grow to a height of the first regrowth layer 131 (ie, a height corresponding to the cap layer 119 ).
제2 재성장층(133)은 전극과의 접촉 저항을 낮추면서 낮은 면저항을 갖도록 고농도로 도핑된 반도체 물질로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 제2 재성장층(133)은 n-type으로 도핑된 반도체 물질(예를 들어, GaAs, InAs, 및 InxGa1-xAs 등에서 선택된 물질)로 이루어질 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.The second regrowth layer 133 may be formed of a semiconductor material doped with a high concentration to have a low sheet resistance while lowering a contact resistance with an electrode. For example, the second regrowth layer 133 may be formed of a semiconductor material doped with n-type (eg, a material selected from GaAs, InAs, and InxGa1-xAs), but is not limited thereto.
예시적인 실시예에서, 제1 재성장층(131) 및 제2 재성장층(133)은 유기금속기상증착(metal-organic chemical vapor deposition: MOCVD)법 또는 분자선 성장(molecular beam epitaxy: MBE)법 등을 통해 성장될 수 있다. 이와 같이, 적층 구조물(110')에서 에칭된 영역에 다층 선택적 재성장 기술을 통해 제1 재성장층(131) 및 제2 재성장층(133)을 형성할 수 있다. In an exemplary embodiment, the first regrowth layer 131 and the second regrowth layer 133 are formed by a metal-organic chemical vapor deposition (MOCVD) method or a molecular beam epitaxy (MBE) method. can be grown through In this way, the first regrowth layer 131 and the second regrowth layer 133 may be formed in the etched region of the stack structure 110 ′ through a multilayer selective regrowth technique.
도 6을 참조하면, 고전자이동도 트랜지스터(100)의 각 전극을 형성할 수 있다. 즉, 제2 재성장층(133)의 상부에 소스 전극(135) 및 드레인 전극(137)을 각각 형성하고, 배리어층(115)의 상부에 게이트 전극(139)을 형성할 수 있다.Referring to FIG. 6 , each electrode of the high electron mobility transistor 100 may be formed. That is, the source electrode 135 and the drain electrode 137 may be respectively formed on the second regrowth layer 133 , and the gate electrode 139 may be formed on the barrier layer 115 .
한편, 고전자이동도 트랜지스터(100)의 각 전극은 기 공지된 방법에 의하여 형성할 수 있다. 예를 들어, 마스크층(121)을 제거하고, 제2 재성장층(133)의 상부에 도전성 물질을 증착하여 소스 전극(135) 및 드레인 전극(137)을 각각 형성할 수 있다. 다음으로, 소스 전극(135)과 드레인 전극(137) 사이에서 캡층(121)의 상부에 절연층(141)을 형성할 수 있다. Meanwhile, each electrode of the high electron mobility transistor 100 may be formed by a known method. For example, the source electrode 135 and the drain electrode 137 may be respectively formed by removing the mask layer 121 and depositing a conductive material on the second regrowth layer 133 . Next, an insulating layer 141 may be formed on the cap layer 121 between the source electrode 135 and the drain electrode 137 .
다음으로, 게이트 전극(139)을 형성할 공간을 확보하기 위해 절연층(141) 및 캡층(119)을 식각하는 게이트 리세스(gate recess) 공정을 수행한 후 게이트 전극(139)을 형성할 수 있다. 예시적인 실시예에서, 게이트 전극(139)은 T 형태로 이루어질 수 있다.Next, the gate electrode 139 may be formed after performing a gate recess process for etching the insulating layer 141 and the cap layer 119 in order to secure a space for forming the gate electrode 139 . have. In an exemplary embodiment, the gate electrode 139 may be formed in a T shape.
여기서, 제1 재성장층(131)은 캡층(119) 보다 식각 선택비가 높은 물질로 이루어지므로, 게이트 리세스(gate recess) 공정 시 식각 저지층(etch stop layer)으로 작용하게 된다. 즉, 캡층(119)의 측면에 제1 재성장층(131)이 식각 저지층으로 작용하고, 캡층(119)의 하부에 식각 저지층(117)이 존재하는 바, 캡층(119) 부분만 에칭에 의해 제거할 수 있게 되며, 그로 인해 게이트 리세스(GR) 영역의 크기에 대한 정확성 및 안정성을 확보할 수 있고, 신뢰성과 재현성이 높은 소자의 제작이 가능하다. 즉, 게이트 리세스 공정 시 제1 재성장층(131) 및 식각 저지층(117)에 의해 게이트 리세스 영역의 크기가 한정되므로, 게이트 리세스(GR) 영역의 크기에 대한 정확성 및 안정성을 확보할 할 수 있게 된다. Here, since the first regrowth layer 131 is made of a material having a higher etch selectivity than the cap layer 119 , it functions as an etch stop layer during a gate recess process. That is, since the first regrowth layer 131 acts as an etch stop layer on the side surface of the cap layer 119 and the etch stop layer 117 exists under the cap layer 119 , only the cap layer 119 portion is etched. and thus, accuracy and stability with respect to the size of the gate recess (GR) region can be secured, and a device with high reliability and reproducibility can be manufactured. That is, since the size of the gate recess region is limited by the first regrowth layer 131 and the etch stop layer 117 during the gate recess process, accuracy and stability with respect to the size of the gate recess GR region can be secured. be able to do
개시되는 실시예에서는, 적층 구조물(110)에서 패턴화된 포토레지스트층(123)을 이용하여 일부를 식각하고 식각된 영역에 제1 재성장층(131) 및 제2 재성장층(133)을 형성함으로써, 게이트 리세스 영역의 크기에 대한 정확성 및 안정성을 확보할 수 있다. In the disclosed embodiment, a portion is etched using the patterned photoresist layer 123 in the stacked structure 110 , and the first regrowth layer 131 and the second regrowth layer 133 are formed in the etched region. , it is possible to secure the accuracy and stability of the size of the gate recess region.
또한, 제1 재성장층(131)이 채널층(113)의 측면과 접촉하여 낮은 접촉 저항을 이루게 되고, 소스 전극(135) 및 드레인 전극(137)과 채널층(113) 사이에 배리어층(115)이 제거되기 때문에, 배리어층(115)에 의한 기생 저항 성분을 줄일 수 있어 소자의 성능을 향상시킬 수 있게 된다. In addition, the first regrowth layer 131 contacts the side surface of the channel layer 113 to form a low contact resistance, and the barrier layer 115 is disposed between the source electrode 135 and the drain electrode 137 and the channel layer 113 . ) is removed, it is possible to reduce the parasitic resistance component caused by the barrier layer 115, thereby improving the device performance.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 제1 재성장층(131)이 게이트 리세스 공정에서 식각 저지층으로 작용하는 상태를 나타낸 주사전자현미경 사진이다. 여기서, 제1 재성장층(131)으로는 InP을 사용하였다. 도 7을 참조하면, 캡층(Cap layer)만 에칭에 의해 제거되고 측면으로는 제1 재성장층(131)에 의해 식각이 저지되는 것을 볼 수 있다. 7 is a scanning electron microscope photograph showing a state in which the first regrowth layer 131 acts as an etch stop layer in a gate recess process according to an embodiment of the present invention. Here, InP was used as the first regrowth layer 131 . Referring to FIG. 7 , it can be seen that only the cap layer is removed by etching and the etching is inhibited by the first regrowth layer 131 on the side surface.
이상의 상세한 설명은 본 발명을 예시하는 것이다. 또한 전술한 내용은 본 발명의 바람직한 실시 형태를 나타내어 설명하는 것이며, 본 발명은 다양한 다른 조합, 변경 및 환경에서 사용할 수 있다. 즉 본 명세서에 개시된 발명의 개념의 범위, 저술한 개시 내용과 균등한 범위 및/또는 당업계의 기술 또는 지식의 범위내에서 변경 또는 수정이 가능하다. 저술한 실시예는 본 발명의 기술적 사상을 구현하기 위한 최선의 상태를 설명하는 것이며, 본 발명의 구체적인 적용 분야 및 용도에서 요구되는 다양한 변경도 가능하다. 따라서 이상의 발명의 상세한 설명은 개시된 실시 상태로 본 발명을 제한하려는 의도가 아니다. 또한 첨부된 청구범위는 다른 실시 상태도 포함하는 것으로 해석되어야 한다.The above detailed description is illustrative of the present invention. In addition, the above description shows and describes preferred embodiments of the present invention, and the present invention can be used in various other combinations, modifications, and environments. That is, changes or modifications are possible within the scope of the concept of the invention disclosed herein, the scope equivalent to the written disclosure, and/or within the scope of skill or knowledge in the art. The written embodiment describes the best state for implementing the technical idea of the present invention, and various changes required in specific application fields and uses of the present invention are possible. Accordingly, the detailed description of the present invention is not intended to limit the present invention to the disclosed embodiments. Also, the appended claims should be construed to include other embodiments.

Claims (10)

  1. 버퍼층, 채널층, 배리어층, 식각 저지층, 캡층, 마스크층, 및 패턴화된 포토레지스트층이 순차적으로 적층된 적층 구조물을 형성하는 단계;forming a stacked structure in which a buffer layer, a channel layer, a barrier layer, an etch stop layer, a cap layer, a mask layer, and a patterned photoresist layer are sequentially stacked;
    상기 적층 구조물에서 상기 패턴화된 포토레지스트층 이외의 영역을 에칭하는 단계;etching a region other than the patterned photoresist layer in the laminate structure;
    상기 적층 구조물의 에칭된 영역에 선택적 재성장 기법을 통해 제1 재성장층 및 제2 재성장층을 각각 형성하는 단계; 및forming a first regrowth layer and a second regrowth layer, respectively, on the etched region of the stack structure through a selective regrowth technique; and
    상기 제2 재성장층의 상면에 소스 전극 및 드레인 전극을 각각 형성하고, 상기 소스 전극 및 상기 드레인 전극과 각각 이격된 게이트 전극을 형성하는 단계를 포함하는, 고전자이동도 트랜지스터의 제조 방법.Forming a source electrode and a drain electrode on an upper surface of the second regrowth layer, respectively, and forming a gate electrode spaced apart from the source electrode and the drain electrode, respectively.
  2. 청구항 1에 있어서, The method according to claim 1,
    상기 적층 구조물은, 상기 에칭에 의해 노출되는 수평 표면 및 수직 표면을 구비하고, The laminate structure has a horizontal surface and a vertical surface exposed by the etching,
    상기 제1 재성장층은,The first regrowth layer,
    상기 적층 구조물의 수평 표면 및 수직 표면을 따라 각각 형성시키는, 고전자이동도 트랜지스터의 제조 방법.A method of manufacturing a high-electron mobility transistor, each of which is formed along a horizontal surface and a vertical surface of the laminate structure.
  3. 청구항 2에 있어서, 3. The method according to claim 2,
    상기 에칭하는 단계는, The etching step is
    상기 마스크층부터 상기 채널층의 일부분까지 에칭하거나 상기 마스크층부터 상기 버퍼층의 표면이 노출될 때까지 에칭하는, 고전자이동도 트랜지스터의 제조 방법.A method of manufacturing a high electron mobility transistor, in which etching is performed from the mask layer to a portion of the channel layer or from the mask layer until a surface of the buffer layer is exposed.
  4. 청구항 2에 있어서, 3. The method according to claim 2,
    상기 제1 재성장층은, The first regrowth layer,
    상기 수직 표면을 따라 형성될 때 상기 캡층과 대응되는 높이까지 형성되는, 고전자이동도 트랜지스터의 제조 방법.When formed along the vertical surface, it is formed to a height corresponding to the cap layer, a method of manufacturing a high electron mobility transistor.
  5. 청구항 4에 있어서,5. The method of claim 4,
    상기 게이트 전극을 형성하는 단계는, 게이트 리세스(gate recess) 공정을 포함하고,The forming of the gate electrode includes a gate recess process,
    상기 제1 재성장층은, The first regrowth layer,
    상기 게이트 리세스 공정에서 에칭되는 상기 캡층 보다 식각 선택비가 높은 물질로 이루어지는, 고전자이동도 트랜지스터의 제조 방법.A method of manufacturing a high electron mobility transistor comprising a material having an etch selectivity higher than that of the cap layer etched in the gate recess process.
  6. 청구항 5에 있어서,6. The method of claim 5,
    상기 게이트 리세스 공정에서 상기 제1 재성장층 및 상기 식각 저지층에 의해 식각이 저지되어 게이트 리세스 영역의 크기가 한정되는, 고전자이동도 트랜지스터의 제조 방법.In the gate recess process, etching is inhibited by the first regrowth layer and the etch stop layer, so that the size of the gate recess region is limited.
  7. 청구항 2에 있어서, 3. The method according to claim 2,
    상기 제2 재성장층은, The second regrowth layer,
    상기 제1 재성장층 상에서 상기 제1 재성장층으로 한정되는 영역 내에 형성되는, 고전자이동도 트랜지스터의 제조 방법.A method of manufacturing a high electron mobility transistor, which is formed in a region defined by the first regrowth layer on the first regrowth layer.
  8. 청구항 7에 있어서, 8. The method of claim 7,
    상기 제2 재성장층은, The second regrowth layer,
    상기 캡층과 대응되는 높이까지 형성되는, 고전자이동도 트랜지스터의 제조 방법.A method of manufacturing a high electron mobility transistor, which is formed up to a height corresponding to the cap layer.
  9. 버퍼층의 상부에 채널층, 배리어층, 및 캡층을 포함하는 적층 구조물을 형성하는 단계;forming a stacked structure including a channel layer, a barrier layer, and a cap layer on the buffer layer;
    상기 적층 구조물의 상단 중심부에 패턴화된 포토레지스트층을 형성하는 단계;forming a patterned photoresist layer in the upper center of the stacked structure;
    상기 적층 구조물에서 상기 패턴화된 포토레지스트층 이외의 영역을 에칭하여 상기 적층 구조물이 상기 에칭에 의해 노출되는 수평 표면 및 수직 표면을 포함하도록 하는 단계;etching regions other than the patterned photoresist layer in the laminate structure such that the laminate structure includes a horizontal surface and a vertical surface exposed by the etching;
    상기 적층 구조물의 에칭된 영역에 선택적 재성장 기법을 통해 상기 수평 표면 및 상기 수직 표면을 따라 제1 재성장층을 형성하는 단계;forming a first regrowth layer along the horizontal surface and the vertical surface through a selective regrowth technique in the etched region of the laminate structure;
    상기 제1 재성장층 상에 선택적 재성장 기법을 통해 제2 재성장층을 형성하는 단계; 및forming a second regrowth layer on the first regrowth layer through a selective regrowth technique; and
    상기 제2 재성장층의 상면에 소스 전극 및 드레인 전극을 각각 형성하고, 상기 소스 전극 및 상기 드레인 전극과 각각 이격된 게이트 전극을 형성하는 단계를 포함하는, 고전자이동도 트랜지스터의 제조 방법.Forming a source electrode and a drain electrode on an upper surface of the second regrowth layer, respectively, and forming a gate electrode spaced apart from the source electrode and the drain electrode, respectively.
  10. 청구항 1 내지 청구항 9 중 어느 하나의 항에 기재된 고전자이동도 트랜지스터의 제조방법에 의해 제조된 고전자이동도 트랜지스터.A high electron mobility transistor manufactured by the method for manufacturing a high electron mobility transistor according to any one of claims 1 to 9.
PCT/KR2021/018823 2020-12-11 2021-12-13 High electron mobility transistor and method for manufacturing same WO2022124868A1 (en)

Applications Claiming Priority (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR10-2020-0173523 2020-12-11
KR20200173523 2020-12-11
KR1020210175998A KR102628555B1 (en) 2020-12-11 2021-12-09 High electron mobility transistor and fabricating method thereof
KR10-2021-0175998 2021-12-09

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2022124868A1 true WO2022124868A1 (en) 2022-06-16

Family

ID=81974520

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/KR2021/018823 WO2022124868A1 (en) 2020-12-11 2021-12-13 High electron mobility transistor and method for manufacturing same

Country Status (1)

Country Link
WO (1) WO2022124868A1 (en)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20070032701A (en) * 2004-05-20 2007-03-22 크리 인코포레이티드 A method of manufacturing a nitride transistor having a regrown ohmic contact region and a nitride transistor having a regrown ohmic contact region
US20140001478A1 (en) * 2012-06-27 2014-01-02 Triquint Semiconductor, Inc. Group iii-nitride transistor using a regrown structure
WO2014003349A1 (en) * 2012-06-25 2014-01-03 서울반도체 주식회사 Iii-v transistor and method for manufacturing same
KR20140100692A (en) * 2013-02-07 2014-08-18 서울대학교산학협력단 Method for manufacturing AlGaN/GaN HEMT
KR102050012B1 (en) * 2019-05-09 2019-11-28 경북대학교 산학협력단 Transistor and Method for manufacturing the same

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20070032701A (en) * 2004-05-20 2007-03-22 크리 인코포레이티드 A method of manufacturing a nitride transistor having a regrown ohmic contact region and a nitride transistor having a regrown ohmic contact region
WO2014003349A1 (en) * 2012-06-25 2014-01-03 서울반도체 주식회사 Iii-v transistor and method for manufacturing same
US20140001478A1 (en) * 2012-06-27 2014-01-02 Triquint Semiconductor, Inc. Group iii-nitride transistor using a regrown structure
KR20140100692A (en) * 2013-02-07 2014-08-18 서울대학교산학협력단 Method for manufacturing AlGaN/GaN HEMT
KR102050012B1 (en) * 2019-05-09 2019-11-28 경북대학교 산학협력단 Transistor and Method for manufacturing the same

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP4068387A1 (en) Semiconductor device, method for manufacturing same, and use thereof
WO2019100793A1 (en) Algan/gan heterojunction hemt device compatible with si-cmos process, and manufacturing method therefor
JP3428962B2 (en) GaN based high mobility transistor
US8193539B2 (en) Compound semiconductor device using SiC substrate and its manufacture
JP2007165431A (en) Field effect transistor, and method of fabrication same
US20130248876A1 (en) Semiconductor device and method for producing the same
CN112420850B (en) Semiconductor device and preparation method thereof
CN103035697A (en) Semiconductor device and fabrication method
US10608102B2 (en) Semiconductor device having a drain electrode contacting an epi material inside a through-hole and method of manufacturing the same
JP5520432B2 (en) Manufacturing method of semiconductor transistor
WO2019100792A1 (en) Gan-based microwave power device with large gate width, and manufacturing method therefor
CN109860288A (en) Semiconductor device
US10629475B2 (en) Semiconductor device with two-part insulation structure within non-active region
WO2022124868A1 (en) High electron mobility transistor and method for manufacturing same
CN111969046A (en) High-linearity enhanced gallium nitride high-electron-mobility transistor and preparation method thereof
CN111668101B (en) Enhanced gallium nitride high electron mobility transistor and preparation method thereof
US20230103393A1 (en) Semiconductor Device and Manufacturing Method Thereof
CN114496788A (en) P-type channel gallium nitride transistor and preparation method thereof
CN109904227B (en) Diamond-based field effect transistor with low-work-function conductive grid and preparation method thereof
KR102659766B1 (en) High electron mobility transistor and fabricating method thereof
KR102628555B1 (en) High electron mobility transistor and fabricating method thereof
US20220115525A1 (en) Semiconductor structures and manufacturing methods thereof
WO2020111789A2 (en) Method for manufacturing aluminum nitride-based transistor
JP2000068497A (en) GaN-BASED COMPOUND SEMICONDUCTOR DEVICE
KR20220083619A (en) High electron mobility transistor and fabricating method thereof

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 21903913

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 21903913

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1