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KR102261740B1 - High frequency device and manufacturing method thereof - Google Patents

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KR102261740B1
KR102261740B1 KR1020170027956A KR20170027956A KR102261740B1 KR 102261740 B1 KR102261740 B1 KR 102261740B1 KR 1020170027956 A KR1020170027956 A KR 1020170027956A KR 20170027956 A KR20170027956 A KR 20170027956A KR 102261740 B1 KR102261740 B1 KR 102261740B1
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강동민
김성일
김해천
안호균
이종민
김동영
이상흥
임종원
장우진
지홍구
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한국전자통신연구원
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Abstract

본 발명에 따른 고주파 소자는 반도체 기판(100), 상기 반도체 기판 상부에 제공되고, 서로 이격되는 제1 트렌치 및 제2 트렌치, 상기 제1 트렌치 및 상기 제2 트렌치 사이의 제3 트렌치 및 제4 트렌치, 상기 제1 트렌치를 채우는 소스 오믹금속전극(210), 상기 제2 트렌치를 채우는 드레인 오믹금속전극(220), 및 상기 제3 트렌치 및 상기 제4 트렌치를 채우는 비대칭 게이트 전극(400)을 포함한다. 상기 제3 트렌치는 기판의 상면에 평행한 제1 방향으로의 제1 폭을 가지고, 상기 제4 트렌치는 상기 제1 방향으로의 제2 폭을 가지고,상기 제2 폭은 상기 제1 폭보다 작다.The high frequency device according to the present invention includes a semiconductor substrate 100 , a first trench and a second trench provided on the semiconductor substrate and spaced apart from each other, a third trench and a fourth trench between the first trench and the second trench , a source ohmic metal electrode 210 filling the first trench, a drain ohmic metal electrode 220 filling the second trench, and an asymmetric gate electrode 400 filling the third trench and the fourth trench. . The third trench has a first width in a first direction parallel to a top surface of the substrate, the fourth trench has a second width in the first direction, and the second width is smaller than the first width. .

Description

고주파 소자 및 이의 제조 방법{HIGH FREQUENCY DEVICE AND MANUFACTURING METHOD THEREOF}A high-frequency device and a manufacturing method therefor {HIGH FREQUENCY DEVICE AND MANUFACTURING METHOD THEREOF}

본 발명은 고주파 소자 및 이의 제조 방법에 관한 것으로, 구체적으로 전기적 특성이 개선된 고주파 소자의 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a high-frequency device and a method for manufacturing the same, and more particularly, to a method for manufacturing a high-frequency device with improved electrical characteristics.

고 전자 이동도 트랜지스터(High-Electron-Mobility Transistor, HEMT)는 서로 다른 에너지 밴드갭을 가지는 이종 반도체층의 분극(polarization) 특성으로 인해 2차원 전자가스(2-dimensional electron gas, 2DEG)를 형성한다. 2DEG는 소스와 드레인 전극 사이에 채널을 형성하며, 게이트 전극의 바이어스 전압에 의해 제어된다. HEMT는 높은 항복전압 및 빠른 응답속도로 인해 고전압 및 고주파 시스템에 응용되고 있다.High-Electron-Mobility Transistor (HEMT) forms a 2-dimensional electron gas (2DEG) due to the polarization characteristics of hetero semiconductor layers having different energy band gaps. . The 2DEG forms a channel between the source and drain electrodes and is controlled by the bias voltage of the gate electrode. HEMTs are being applied to high voltage and high frequency systems due to their high breakdown voltage and fast response speed.

본 발명이 해결하고자 하는 일 과제는 전기적 특성이 개선된 고주파 소자 제조 방법을 제공하는 것에 있다.One problem to be solved by the present invention is to provide a method of manufacturing a high-frequency device having improved electrical characteristics.

다만, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 상기 개시에 제한되지 않는다.However, the problem to be solved by the present invention is not limited to the above disclosure.

상기 과제를 해결하기위한 본 발명의 예시적인 실시예들에 따른 고주파 소자 제조 방법은 고저항 실리콘 기판 상에 차례로 AlGaN/AlN 전이층, 도핑되지 않은 AlGaN 버퍼층, GaN 채널층, 도핑되지 않은 AlN 층, 도핑되지 않은 AlxGa1-xN(x=20~28%) 쇼트키층, 및 도핑되지 않은 GaN 캡핑층을 증착하여 반도체 기판을 형성하는 단계; 상기 반도체 기판의 상부의 일측을 격자모양으로 트렌치 식각한 후, 상기 트렌치 식각을 통해 제거된 영역을 채우는 오믹전극을 형성하는 단계; 상기 반도체 기판의 상기 상부의 타측에 이온주입 공정을 통해 소자격리영역을 형성하는 단계; 상기 반도체 기판 상에 차례로 LPCVD SiN 박막 및 PECVD SiN 박막을 증착하는 단계; 전자빔 리소그라피 방법으로 상기 PECVD SiN 박막 상에 게이트 패턴과 슬릿 모양의 보조 게이트 패턴을 구비한 비대칭 게이트 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계; 상기 비대칭 게이트 포토레지스트 패턴을 식각마스크로 이용하여 상기 PECVD SiN 박막과 상기 LPCVD SiN 박막을 차례로 식각하여 PECVD SiN 패턴과 LPCVD SiN 패턴을 형성하는 단계; 상기 비대칭 게이트 포토레지스트 패턴을 제거한 후, 광리소그라피 방법을 통해 상기 PECVD SiN 패턴과 LPCVD SiN 패턴 상에 비대칭 게이트 전극의 T-형 헤드 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계; 플라즈마 식각 방법을 통해 도핑되지 않은 GaN 캡핑층 및 도핑되지 않은 AlxGa1-xN(x=20~28%) 쇼트키층을 차례로 리세스하는 단계; 상기 PECVD SiN 패턴 상에 게이트 금속을 증착한 후, 상기 비대칭 게이트 전극의 T-형 헤드 포토레지스트 패턴을 제거하여, 비대칭 T-자형 게이트 전극을 형성하는 단계; 원자층증착(atomic layer deposition, ALD) 방법을 통해 알루미늄계열의 산화막을 상기 PECVD SiN 패턴 및 상기 비대칭 T-자형 게이트 전극 상에 증착하는 단계를 포함할 수 있다. A high-frequency device manufacturing method according to exemplary embodiments of the present invention for solving the above problems is an AlGaN/AlN transition layer, an undoped AlGaN buffer layer, a GaN channel layer, an undoped AlN layer, forming a semiconductor substrate by depositing an undoped AlxGa1-xN (x=20-28%) Schottky layer and an undoped GaN capping layer; forming an ohmic electrode filling the region removed through the trench etching after trench-etching one side of the upper portion of the semiconductor substrate in a lattice shape; forming a device isolation region on the other side of the upper portion of the semiconductor substrate through an ion implantation process; depositing an LPCVD SiN thin film and a PECVD SiN thin film sequentially on the semiconductor substrate; forming an asymmetric gate photoresist pattern having a gate pattern and a slit-shaped auxiliary gate pattern on the PECVD SiN thin film by electron beam lithography; forming a PECVD SiN pattern and an LPCVD SiN pattern by sequentially etching the PECVD SiN thin film and the LPCVD SiN thin film using the asymmetric gate photoresist pattern as an etch mask; after removing the asymmetric gate photoresist pattern, forming a T-type head photoresist pattern of an asymmetric gate electrode on the PECVD SiN pattern and the LPCVD SiN pattern through a photolithography method; Recessing the undoped GaN capping layer and the undoped AlxGa1-xN (x=20-28%) Schottky layer sequentially through a plasma etching method; depositing a gate metal on the PECVD SiN pattern and then removing the T-shaped head photoresist pattern of the asymmetric gate electrode to form an asymmetric T-shaped gate electrode; The method may include depositing an aluminum-based oxide film on the PECVD SiN pattern and the asymmetric T-shaped gate electrode through an atomic layer deposition (ALD) method.

일반적으로, 도핑되지 않은 GaN 캡핑층과 도핑되지 않은 AlGaN 쇼트키층으로 인해 오믹전극의 저항이 커질 수 있다. 또한, 게이트와 드레인 사이에 높은 전기장이 형성되어, 소자의 항복전압(breakdown voltage)이 낮아질 수 있다. 본 발명의 개념에 따르면, 반도체 기판(100)의 상부를 격자모양으로 트렌치 식각한 후, 그 내부를 채우는 오믹전극을 형성하였는바, 오믹전극의 저항이 낮아질 수 있다. 또한, 슬릿 모양의 보조 게이트 전극을 통해 게이트와 드레인 사이의 전기장의 크기가 작아지므로, 항복전압이 높아질 수 있다. In general, the resistance of the ohmic electrode may increase due to the undoped GaN capping layer and the undoped AlGaN Schottky layer. In addition, a high electric field is formed between the gate and the drain, so that the breakdown voltage of the device may be lowered. According to the concept of the present invention, after trench-etching the upper portion of the semiconductor substrate 100 in a lattice shape, an ohmic electrode filling the inside is formed, so that the resistance of the ohmic electrode can be lowered. In addition, since the magnitude of the electric field between the gate and the drain is reduced through the slit-shaped auxiliary gate electrode, the breakdown voltage may be increased.

다만, 본 발명의 효과는 상기 개시에 한정되지 않을 수 있다.However, the effects of the present invention may not be limited to the above disclosure.

도 1 내지 도 8은 본 발명의 예시적인 실시예들에 따른 고주파 소자의 제조 방법을 설명하기 위한 단면도들이다.1 to 8 are cross-sectional views for explaining a method of manufacturing a high-frequency device according to exemplary embodiments of the present invention.

이상의 본 발명의 목적들, 다른 목적들, 특징들 및 이점들은 첨부된 도면과 관련된 이하의 바람직한 실시예들을 통해서 쉽게 이해될 것이다. 그러나, 본 발명은 여기서 설명되는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예는 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 통상의 기술자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다.The above objects, other objects, features and advantages of the present invention will be easily understood through the following preferred embodiments in conjunction with the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments described herein and may be embodied in other forms. Rather, the embodiments introduced herein are provided so that the disclosed content may be thorough and complete, and the spirit of the present invention may be sufficiently conveyed to those skilled in the art.

본 명세서에서, 어떤 막(또는 층)이 다른 막(또는 층) 또는 기판 상에 있다고 언급되는 경우에 그것은 다른 막(또는 층) 또는 기판 상에 직접 형성될 수 있거나 또는 그들 사이에 제 3의 막(또는 층)이 개재될 수도 있다 또한, 도면들에 있어서, 구성들의 크기 및 두께 등은 명확성을 위하여 과장된 것이다. 또한, 본 명세서의 다양한 실시예들에서 제1, 제2, 제3 등의 용어가 다양한 방향들, 막들(또는 층들) 등을 기술하기 위해서 사용되었지만, 이들 방향들 및 막들(또는 층들)이 이 같은 용어들에 의해서 한정되어서는 안 된다. 이들 용어들은 단지 어느 소정 방향 또는 막(또는 층)을 다른 방향 또는 막(또는 층)과 구별시키기 위해서 사용되었을 뿐이다. 따라서, 어느 한 실시예에의 제 1 막(또는 층)으로 언급된 막이 다른 실시예에서는 제 2 막(또는 층)으로 언급될 수도 있다. 여기에 설명되고 예시되는 각 실시예는 그것의 상보적인 실시예도 포함한다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호로 표시된 부분들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.In this specification, when a certain film (or layer) is referred to as being on another film (or layer) or substrate, it may be formed directly on the other film (or layer) or substrate or a third film between them. (or layer) may be interposed. In addition, in the drawings, the sizes and thicknesses of components are exaggerated for clarity. In addition, although the terms first, second, third, etc. are used to describe various directions, films (or layers), etc. in various embodiments of the present specification, these directions and films (or layers) It should not be limited by the same terms. These terms are only used to distinguish one direction or film (or layer) from another direction or film (or layer). Thus, a film referred to as a first film (or layer) in one embodiment may be referred to as a second film (or layer) in another embodiment. Each embodiment described and illustrated herein also includes a complementary embodiment thereof. Parts indicated with like reference numerals throughout the specification indicate like elements.

도 1 내지 도 8은 본 발명의 예시적인 실시예들에 따른 고주파 소자의 제조 방법을 설명하기 위한 단면도들이다.1 to 8 are cross-sectional views for explaining a method of manufacturing a high-frequency device according to exemplary embodiments of the present invention.

도 1을 참조하면, 반도체 기판(100)이 형성될 수 있다. 반도체 기판(100)를 형성하는 것은 기판(110) 상에 차례로 전이층(120), 버퍼층(130), 채널층(140), 도핑되지 않은 AlN 층(150), 쇼트키층(160), 및 캡핑층(170)을 증착하는 것을 포함할 수 있다. 기판(110)은 고저항 실리콘(Si) 기판일 수 있다. 전이층(120)은 AlGaN/AlN 층을 포함할 수 있다. 버퍼층(130)은 AlN 층을 포함할 수 있다. 채널층(140)은 도핑되지 않은 GaN 층을 포함할 수 있다. 쇼트키층(160)은 도핑되지 않은 AlGaN 층을 포함할 수 있다. 예시적인 실시예들에서, 쇼트키층(160)은 AlxGa1 -xN(x=20~28 %) 층을 포함할 수 있다. 캡핑층(170)은 도핑되지 않은 GaN 층을 포함할 수 있다. 캡핑층(170) 상에 오믹용 포토레지스트 패턴(10)이 형성될 수 있다. 다만, 격자모양의 오믹용 포토레지스트 패턴(10)의 패턴 모양은 격자 모양으로 한정되지 않을 수 있다. Referring to FIG. 1 , a semiconductor substrate 100 may be formed. Forming the semiconductor substrate 100 is performed on the substrate 110 in sequence by the transition layer 120 , the buffer layer 130 , the channel layer 140 , the undoped AlN layer 150 , the Schottky layer 160 , and the cap. Depositing the ping layer 170 may be included. The substrate 110 may be a high-resistance silicon (Si) substrate. The transition layer 120 may include an AlGaN/AlN layer. The buffer layer 130 may include an AlN layer. The channel layer 140 may include an undoped GaN layer. The Schottky layer 160 may include an undoped AlGaN layer. In exemplary embodiments, the Schottky layer 160 may include an Al x Ga 1 -x N (x=20 to 28%) layer. The capping layer 170 may include an undoped GaN layer. An ohmic photoresist pattern 10 may be formed on the capping layer 170 . However, the pattern shape of the grid-shaped ohmic photoresist pattern 10 may not be limited to the grid shape.

도 2를 참조하면, 소스 오믹 영역(OR1) 및 드레인 오믹 영역(OR2)이 형성될 수 있다. 소스 오믹 영역(OR1) 및 드레인 오믹 영역(OR2)은 제1 트렌치 및 제2 트렌치로 명칭될 수도 있다. 제1 트렌치 및 제2 트렌치는 복수개로 형성될 수 있다. 소스 및 드레인 오믹 영역들(OR1, OR2)을 형성하는 것은 격자모양의 오믹용 포토레지스트 패턴(10)을 식각마스크로 이용하는 트렌치 식각 공정을 포함할 수 있다. 상기 소스 오믹 영역(OR1) 및 드레인 오믹 영역(OR1)은 캡핑층(170)의 상면부터 쇼트키층(150) 내부까지 연장될 수 있다. Referring to FIG. 2 , a source ohmic region OR1 and a drain ohmic region OR2 may be formed. The source ohmic region OR1 and the drain ohmic region OR2 may be referred to as a first trench and a second trench. The first trench and the second trench may be formed in plurality. Forming the source and drain ohmic regions OR1 and OR2 may include a trench etching process using the lattice-shaped ohmic photoresist pattern 10 as an etch mask. The source ohmic region OR1 and the drain ohmic region OR1 may extend from the top surface of the capping layer 170 to the inside of the Schottky layer 150 .

도 3을 참조하면, 소스 오믹금속전극(210) 및 드레인 오믹금속전극(220)이 형성될 수 있다. 소스 오믹금속전극(210) 및 드레인 오믹금속전극(220)을 형성하는 것은 격자모양의 오믹용 포토레지스트 패턴(10)을 제거하는 공정, 오믹전극용 포토레지스트 패턴(미도시)을 형성하는 공정, 전자빔 진공증착방법을 이용하여 Ti, Al, Ni, 및 Au 금속을 차례로 증착한 후 상기 금속들을 리프트 오프하는 공정, 및 상기 리프트 오프된 금속들을 열처리하는 공정을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 리프트 오프된 금속들을 열처리하는 공정은 급속열처리(Rapid Thermal Annealing, RTA) 방법을 포함할 수 있다. 예시적인 실시예들에서, 상기 급속열처리 방법은 약 900 ℃의 온도에서 약 30초(sec) 동안 수행될 수 있다. 상기 소스 오믹금속전극(210) 및 드레인 오믹금속전극(220)의 하면은 복수개의 요철부 형상을 가질 수 있다. 상기 오믹금속전극을 제작한 후, 이온주입 방법을 이용하여 소자격리영역(180)이 형성될 수 있다. 소자격리영역(180)은 반도체 기판(100)의 상부에 형성될 수 있다. Referring to FIG. 3 , a source ohmic metal electrode 210 and a drain ohmic metal electrode 220 may be formed. Forming the source ohmic metal electrode 210 and the drain ohmic metal electrode 220 is a process of removing the grid-shaped ohmic photoresist pattern 10, forming a photoresist pattern (not shown) for the ohmic electrode, The method may include sequentially depositing Ti, Al, Ni, and Au metals using an electron beam vacuum deposition method, and then lifting off the metals, and heat treating the lifted off metals. For example, the heat treatment of the lifted-off metals may include a rapid thermal annealing (RTA) method. In exemplary embodiments, the rapid heat treatment method may be performed at a temperature of about 900° C. for about 30 seconds (sec). The lower surfaces of the source ohmic metal electrode 210 and the drain ohmic metal electrode 220 may have a plurality of concavo-convex portions. After the ohmic metal electrode is manufactured, the device isolation region 180 may be formed using an ion implantation method. The device isolation region 180 may be formed on the semiconductor substrate 100 .

도 4를 참조하면, 소스 오믹금속전극(210) 및 드레인 오믹금속전극(220) 상에 LPCVD SiN 박막(310)과 PECVD SiN 박막(320)이 차례로 증착될 수 있다. LPCVD SiN 박막(310)과 PECVD SiN 박막(320)은 각각 제1 SiN 박막(310) 및 제2 SiN 박막(320)으로 명칭될 수 있다. LPCVD SiN 박막(310)은 저압 화학 기상 증착(LPCVD) 공정을 통해 형성될 수 있다. PECVD SiN 박막(320)은 플라즈마 화학 기상 증착법(PECVD)을 통해 형성될 수 있다. LPCVD SiN 박막(310)은 PECVD SiN 박막(320)보다 높은 밀도를 가질 수 있다. LPCVD SiN 박막(310)과 PECVD SiN 박막(320)은 반도체 기판(100)의 활성 영역과 소스 오믹금속전극(210) 및 드레인 오믹금속전극(220)을 보호할 수 있다. 상기 활성 영역은 상기 소자격리영역(180) 사이에 배치되는 영역일 수 있다.Referring to FIG. 4 , an LPCVD SiN thin film 310 and a PECVD SiN thin film 320 may be sequentially deposited on the source ohmic metal electrode 210 and the drain ohmic metal electrode 220 . The LPCVD SiN thin film 310 and the PECVD SiN thin film 320 may be referred to as a first SiN thin film 310 and a second SiN thin film 320 , respectively. The LPCVD SiN thin film 310 may be formed through a low pressure chemical vapor deposition (LPCVD) process. The PECVD SiN thin film 320 may be formed through plasma chemical vapor deposition (PECVD). The LPCVD SiN thin film 310 may have a higher density than the PECVD SiN thin film 320 . The LPCVD SiN thin film 310 and the PECVD SiN thin film 320 may protect the active region of the semiconductor substrate 100 , the source ohmic metal electrode 210 , and the drain ohmic metal electrode 220 . The active region may be a region disposed between the device isolation regions 180 .

도 5를 참조하면, 비대칭 게이트 절연막 패턴(302)이 형성될 수 있다. 비대칭 게이트 절연막 패턴(302)을 형성하는 것은 전자빔 리소그라피 방법으로 게이트 패턴(GP)과 슬릿 모양의 보조 게이트 패턴(SGP)을 구비한 비대칭 게이트 포토레지스트 패턴(20)을 형성하는 공정 및 비대칭 게이트 포토레지스트 패턴(20)을 식각마스크로 이용하여 CHF4/SF6 플라즈마로 PECVD SiN 박막(도 4의 320)과 LPCVD SiN 박막(도 4의 310)을 차례로 건식 식각하는 것을 포함할 수 있다. PECVD SiN 박막(도 4의 320)과 LPCVD SiN 박막(도 4의 310)을 차례로 건식 식각되어, PECVD SiN 패턴(322)과 LPCVD SiN 패턴(312)이 형성될 수 있다. 즉, 비대칭 게이트 절연막 패턴(302)은 PECVD SiN 패턴(322)과 LPCVD SiN 패턴(312)을 포함할 수 있다. 비대칭 게이트 절연막 패턴(302)은 내부에 게이트 패턴(GP)과 슬릿모양의 보조 게이트 패턴(SGP)을 포함할 수 있다. Referring to FIG. 5 , an asymmetric gate insulating layer pattern 302 may be formed. Forming the asymmetric gate insulating film pattern 302 is a process of forming an asymmetric gate photoresist pattern 20 having a gate pattern GP and a slit-shaped auxiliary gate pattern SGP by an electron beam lithography method, and an asymmetric gate photoresist Dry etching of the PECVD SiN thin film (320 of FIG. 4 ) and the LPCVD SiN thin film (310 of FIG. 4 ) with CHF 4 /SF 6 plasma sequentially may include dry etching using the pattern 20 as an etching mask. The PECVD SiN thin film ( 320 in FIG. 4 ) and the LPCVD SiN thin film ( 310 in FIG. 4 ) are sequentially dry-etched to form a PECVD SiN pattern 322 and an LPCVD SiN pattern 312 . That is, the asymmetric gate insulating layer pattern 302 may include a PECVD SiN pattern 322 and an LPCVD SiN pattern 312 . The asymmetric gate insulating layer pattern 302 may include a gate pattern GP and a slit-shaped auxiliary gate pattern SGP therein.

도 6을 참조하면, 비대칭 게이트 포토레지스트 패턴(20)을 제거한 후, 비대칭 게이트 전극의 T-형 헤드 포토레지스트 패턴(30)이 형성될 수 있다. 예시적인 실시예들에서, 비대칭 게이트 전극의 T-형 헤드 포토레지스트 패턴(30)은 광리소그라피 방법(예를 들어, 이미지 리버셜 방법)을 통해 형성될 수 있다. 이후, 캡핑층(170) 및 쇼트키층(160)이 비대칭 게이트 전극의 T-형 헤드 포토레지스트 패턴(30)을 식각마스크로 이용하는 BCl3/Cl2 ICP(inductively coupled plasma) 플라즈마 식각 방법을 통해 차례로 식각될 수 있다. 캡핑층(170) 및 쇼트키층(160)이 식각됨으로써, 제3 트렌치 및 제4 트렌치가 형성될 수 있다. 제3 트렌치는 게이트 절연 패턴(GP)에 제4 트렌치는 슬릿모양의 보조 패턴(SGP)에 대응될 수 있다. 제3 트렌치 및 제4 트렌치는 제1 트렌치들 및 제2 트렌치들 사이에 개재될 수 있다. 제3 트렌치는 기판의 상면에 평행한 제1 방향으로의 제1 폭을 가질 수 있고, 제4 트렌치는 상기 제1 방향으로의 제2 폭을 가질 수 있다. 제4 트렌치의 제2 폭은 제3 트렌치의 제1 폭보다 작을 수 있다.
도 7을 참조하면, 비대칭 T-자형 게이트 전극(300)이 형성될 수 있다. 비대칭 T-자형 게이트 전극(310)을 형성하는 것은 반도체 기판(100) 상에 O2 플라즈마를 이용한 플라즈마 처리 공정, HCl을 식각액으로 이용한 습식 식각 공정, 게이트 금속(미도시) 증착 공정, 및 비대칭 게이트 전극의 T-형 헤드 포토레지스트 패턴(도 6의 30) 제거 공정을 포함할 수 있다. 예시적인 실시예들에서, 게이트 금속은 Ni/Au 또는 W/Ti/Au를 포함할 수 있다. 예시적인 실시예들에서, 게이트 금속 증착 공정은 전자빔 진공증착 방법 또는 스퍼터링 진공 증착 방법을 통해 수행될 수 있다. 비대칭 T-자형 게이트 전극(400)은 게이트 전극 헤드부(410), 게이트 전극 다리부(420), 및 슬릿 모양의 보조 게이트 전극(430)을 포함할 수 있다. 게이트 전극 다리부(420)은 제3 트렌치 내에 배치되고, 보조 게이트 전극(430)은 제4 트렌치 내에 배치될 수 있다. 게이트 헤드부(410)는 게이트 전극 다리부(420) 및 보조 게이트 전극(430)으로부터 연장되고, 게이트 전극 다리부(420) 및 보조 게이트 전극(430)을 연결할 수 있다.
Referring to FIG. 6 , after the asymmetric gate photoresist pattern 20 is removed, a T-type head photoresist pattern 30 of the asymmetric gate electrode may be formed. In example embodiments, the T-shaped head photoresist pattern 30 of the asymmetric gate electrode may be formed through a photolithography method (eg, an image reversal method). Thereafter, the capping layer 170 and the Schottky layer 160 are sequentially formed through a BCl 3 /Cl 2 ICP (inductively coupled plasma) plasma etching method using the T-type head photoresist pattern 30 of the asymmetric gate electrode as an etch mask. can be etched. By etching the capping layer 170 and the Schottky layer 160 , a third trench and a fourth trench may be formed. The third trench may correspond to the gate insulating pattern GP, and the fourth trench may correspond to the slit-shaped auxiliary pattern SGP. The third trench and the fourth trench may be interposed between the first trenches and the second trenches. The third trench may have a first width in a first direction parallel to the upper surface of the substrate, and the fourth trench may have a second width in the first direction. The second width of the fourth trench may be smaller than the first width of the third trench.
Referring to FIG. 7 , an asymmetric T-shaped gate electrode 300 may be formed. Forming the asymmetric T-shaped gate electrode 310 includes a plasma treatment process using O 2 plasma, a wet etching process using HCl as an etchant, a gate metal (not shown) deposition process, and an asymmetric gate on the semiconductor substrate 100 . It may include a process of removing the T-shaped head photoresist pattern (30 in FIG. 6 ) of the electrode. In exemplary embodiments, the gate metal may include Ni/Au or W/Ti/Au. In example embodiments, the gate metal deposition process may be performed through an electron beam vacuum deposition method or a sputtering vacuum deposition method. The asymmetric T-shaped gate electrode 400 may include a gate electrode head portion 410 , a gate electrode leg portion 420 , and a slit-shaped auxiliary gate electrode 430 . The gate electrode leg 420 may be disposed in the third trench, and the auxiliary gate electrode 430 may be disposed in the fourth trench. The gate head part 410 may extend from the gate electrode leg part 420 and the auxiliary gate electrode 430 , and may connect the gate electrode leg part 420 and the auxiliary gate electrode 430 .

삭제delete

도 8을 참조하면, 패시베이션 패턴(330), 소스 배선 전극(SE), 및 드레인 배선 전극(DE)이 형성될 수 있다. 예시적인 실시예들에서, 패시베이션 패턴(330)을 형성하는 것은 알루미늄계열의 산화막(예를 들어, Al2O3 막)(미도시)을 원자층증착(atomic layer deposition, ALD) 방법을 통해 PECVD SiN 패턴(322) 및 게이트 전극 헤드부(410) 상에 증착한 후, 알루미늄계열의 산화막의 일부를 제거하여 소스 오믹금속전극(210) 및 드레인 오믹금속전극(220)의 상면을 노출하는 공정을 포함할 수 있다. Referring to FIG. 8 , a passivation pattern 330 , a source wiring electrode SE, and a drain wiring electrode DE may be formed. In exemplary embodiments, forming the passivation pattern 330 may include PECVD of an aluminum-based oxide film (eg, Al 2 O 3 film) (not shown) through an atomic layer deposition (ALD) method. After deposition on the SiN pattern 322 and the gate electrode head 410, a portion of the aluminum-based oxide film is removed to expose the top surfaces of the source ohmic metal electrode 210 and the drain ohmic metal electrode 220. may include

소스 배선 전극(SE) 및 드레인 배선 전극(DE)을 형성하는 것은 패시베이션 패턴(330), 소스 오믹금속전극(210), 및 드레인 오믹금속전극(220) 상에 전자빔 진공증착 방법으로 Ti/Au 금속층(미도시)을 증착한 후, 상기 Ti/Au 금속층을 리프트 오프하는 공정을 포함할 수 있다.The source wiring electrode SE and the drain wiring electrode DE are formed on the passivation pattern 330 , the source ohmic metal electrode 210 , and the drain ohmic metal electrode 220 by electron beam vacuum deposition on the Ti/Au metal layer. After depositing (not shown), a step of lifting off the Ti/Au metal layer may be included.

일반적으로, 도핑되지 않은 GaN 캡핑층과 도핑되지 않은 AlGaN 쇼트키층으로 인해 오믹전극의 저항이 커질 수 있다. 또한, 게이트와 드레인 사이에 높은 전기장이 형성되어, 소자의 항복전압(breakdown voltage)이 낮아질 수 있다. 본 발명의 개념에 따르면, 반도체 기판(100)의 상부를 격자모양으로 트렌치 식각한 후, 그 내부를 채우는 오믹전극을 형성하였는바, 오믹전극의 저항이 낮아질 수 있다. 또한, 슬릿 모양의 보조 게이트 전극을 통해 게이트와 드레인 사이의 전기장의 크기가 작아지므로, 항복전압이 높아질 수 있다. In general, the resistance of the ohmic electrode may increase due to the undoped GaN capping layer and the undoped AlGaN Schottky layer. In addition, a high electric field is formed between the gate and the drain, so that the breakdown voltage of the device may be lowered. According to the concept of the present invention, after trench-etching the upper portion of the semiconductor substrate 100 in a lattice shape, an ohmic electrode filling the inside is formed, so that the resistance of the ohmic electrode can be lowered. In addition, since the magnitude of the electric field between the gate and the drain is reduced through the slit-shaped auxiliary gate electrode, the breakdown voltage may be increased.

이제까지 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시 예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시 예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.So far, the present invention has been looked at with respect to preferred embodiments thereof. Those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains will understand that the present invention can be implemented in modified forms without departing from the essential characteristics of the present invention. Therefore, the disclosed embodiments should be considered in an illustrative rather than a restrictive sense. The scope of the present invention is indicated in the claims rather than the foregoing description, and all differences within the scope equivalent thereto should be construed as being included in the present invention.

Claims (10)

실리콘 기판(110) 상에 차례로 AlGaN/AlN 전이층(120), 도핑되지 않은 AlGaN 버퍼층(130), GaN 채널층(140), 도핑되지 않은 AlN 층(150), 도핑되지 않은 AlxGa1-xN(x=20~28%) 쇼트키층(160), 및 도핑되지 않은 GaN 캡핑층(170)을 증착하여 반도체 기판(100)을 형성하는 것;
상기 반도체 기판(100)의 상부에 복수개의 제1 트렌치들 및 복수개의 제2 트렌치들을 형성하는 것;
상기 제1 트렌치들을 채우는 소스 오믹금속전극(210) 및 상기 제2 트렌치들을 채우는 드레인 오믹금속전극(220)을 형성하는 것;
상기 반도체 기판(100)의 상부에 상기 제1 트렌치들 및 상기 제2 트렌치들 사이에 개재되는 제3 트렌치 및 제4 트렌치를 형성하는 것; 및
상기 제3 트렌치 및 상기 제4 트렌치를 채우는 비대칭 게이트 전극(400)을 형성하는 것을 포함하고,
상기 제3 트렌치는 기판의 상면에 평행한 제1 방향으로의 제1 폭을 가지고,
상기 제4 트렌치는 상기 제1 방향으로의 제2 폭을 가지고,
상기 제2 폭은 상기 제1 폭보다 작고,
상기 제1 트렌치들, 제2 트렌치들, 제3트렌치 및 제4 트렌치는 도핑되지 않은 AlxGa1-xN(x=20~28%) 쇼트키층(160), 및 도핑되지 않은 GaN 캡핑층(170) 내에 형성되고,
상기 제1 트렌치들, 제2 트렌치들, 제3트렌치 및 제4 트렌치의 각각의 바닥면들은 상기 도핑되지 않은 AlN 층(150)의 상면보다 위(above)에 제공되는 고주파 소자의 제조 방법.
AlGaN/AlN transition layer 120, undoped AlGaN buffer layer 130, GaN channel layer 140, undoped AlN layer 150, undoped AlxGa1-xN(x) sequentially on the silicon substrate 110 = 20 to 28%) forming a semiconductor substrate 100 by depositing a Schottky layer 160 and an undoped GaN capping layer 170;
forming a plurality of first trenches and a plurality of second trenches on the semiconductor substrate 100 ;
forming a source ohmic metal electrode 210 filling the first trenches and a drain ohmic metal electrode 220 filling the second trenches;
forming a third trench and a fourth trench interposed between the first trenches and the second trenches on the semiconductor substrate 100 ; and
forming an asymmetric gate electrode 400 filling the third trench and the fourth trench;
the third trench has a first width in a first direction parallel to the upper surface of the substrate;
the fourth trench has a second width in the first direction;
The second width is smaller than the first width,
The first trenches, the second trenches, the third trench and the fourth trench are in an undoped AlxGa1-xN (x=20-28%) Schottky layer 160 and an undoped GaN capping layer 170 . formed,
The bottom surfaces of each of the first trenches, the second trenches, the third trench and the fourth trench are provided above the top surface of the undoped AlN layer (150).
삭제delete 제1항에 있어서,
상기 제1 트렌치들 및 제2 트렌치들을 형성하는 것은:
상기 도핑되지 않은 GaN 캡핑층 상에 오믹용 포토레지스트 패턴을 형성하는 것; 및
상기 오믹용 포토레지스트 패턴을 식각마스크로 이용하여 상기 도핑되지 않은 GaN 캡핑층의 상면으로부터 상기 도핑되지 않은 AlxGa1-xN(x=20~28%) 쇼트키 층의 내부까지 식각하는 것을 포함하고,
상기 오믹용 포토레지스트 패턴은 격자 모양을 가지는 고주파 소자의 제조 방법.
According to claim 1,
Forming the first trenches and the second trenches comprises:
forming an ohmic photoresist pattern on the undoped GaN capping layer; and
Using the ohmic photoresist pattern as an etch mask to etch from the top surface of the undoped GaN capping layer to the inside of the undoped AlxGa1-xN (x=20 to 28%) Schottky layer,
The photoresist pattern for ohmic is a method of manufacturing a high-frequency device having a lattice shape.
제1항에 있어서,
상기 제3 트렌치 및 제4 트렌치를 형성하는 것은:
상기 소스 오믹금속전극 및 상기 드레인 오믹금속전극 상에 차례로 저압 화학 기상 증착(LPCVD) 공정을 통해 제1 SiN 박막을 형성하는 것, 플라즈마 화학 기상 증착(PECVD) 공정을 통해 제2 SiN박막을 형성하는 것;
상기 제1 SiN 박막 및 상기 제2 SiN박막을 건식 식각하여 비대칭 게이트 절연막 패턴을 형성하는 것, 상기 비대칭 게이트 절연막 패턴은 개구인 게이트 패턴 및 슬릿 모양의 보조 게이트 패턴을 포함하고; 및
상기 게이트 패턴 및 슬릿 모양의 보조 게이트 패턴을 통해서 도핑되지 않은 GaN 캡핑층 및 도핑되지 않은 AlxGa1-xN(x=20~28%) 쇼트키층을 차례로 식각하는 단계를 포함하는 고주파 소자의 제조 방법.
According to claim 1,
Forming the third trench and the fourth trench comprises:
Forming a first SiN thin film on the source ohmic metal electrode and the drain ohmic metal electrode sequentially through a low-pressure chemical vapor deposition (LPCVD) process, forming a second SiN thin film through a plasma chemical vapor deposition (PECVD) process that;
forming an asymmetric gate insulating film pattern by dry etching the first SiN thin film and the second SiN thin film, the asymmetric gate insulating film pattern including an opening gate pattern and a slit-shaped auxiliary gate pattern; and
and sequentially etching an undoped GaN capping layer and an undoped AlxGa1-xN (x=20 to 28%) Schottky layer through the gate pattern and the slit-shaped auxiliary gate pattern.
제4항에 있어서,
원자층 증착(ALD)을 통해 알루미늄 산화막을 절연 패턴 및 비대칭 게이트 전극 상에 형성하는 것을 더 포함하는 고주파 소자의 제조 방법.

5. The method of claim 4,
The method of manufacturing a high-frequency device further comprising forming an aluminum oxide film on the insulating pattern and the asymmetric gate electrode through atomic layer deposition (ALD).

반도체 기판(100);
상기 반도체 기판 상부에 제공되고, 서로 이격되는 제1 트렌치 및 제2 트렌치;
상기 제1 트렌치 및 상기 제2 트렌치 사이의 제3 트렌치 및 제4 트렌치;
상기 제1 트렌치를 채우는 소스 오믹금속전극(210);
상기 제2 트렌치를 채우는 드레인 오믹금속전극(220); 및
상기 제3 트렌치 및 상기 제4 트렌치를 채우는 비대칭 게이트 전극(400)을 포함하고,
상기 제3 트렌치는 기판의 상면에 평행한 제1 방향으로의 제1 폭을 가지고,
상기 제4 트렌치는 상기 제1 방향으로의 제2 폭을 가지고,
상기 제2 폭은 상기 제1 폭보다 작고,
상기 반도체 기판은:
실리콘 기판;
상기 실리콘 기판 상의 쇼트키층; 및
상기 쇼트키층 상의 캡핑층을 포함하고,
상기 쇼트키층은 도핑되지 않은 AlxGa1-xN(x=20~28%)을 포함하고,
상기 캡핑층은 도핑되지 않은 GaN을 포함하되,
상기 제1 내지 제4 트렌치는 상기 쇼트키층 및 상기 캡핑층 내에 제공되는 고주파 소자.
semiconductor substrate 100;
a first trench and a second trench provided on the semiconductor substrate and spaced apart from each other;
a third trench and a fourth trench between the first trench and the second trench;
a source ohmic metal electrode 210 filling the first trench;
a drain ohmic metal electrode 220 filling the second trench; and
an asymmetric gate electrode 400 filling the third trench and the fourth trench;
the third trench has a first width in a first direction parallel to the upper surface of the substrate;
the fourth trench has a second width in the first direction;
The second width is smaller than the first width,
The semiconductor substrate comprises:
silicon substrate;
a schottky layer on the silicon substrate; and
A capping layer on the Schottky layer,
The Schottky layer contains undoped AlxGa1-xN (x=20-28%),
The capping layer includes undoped GaN,
The first to fourth trenches are provided in the Schottky layer and the capping layer.
삭제delete 제6항에 있어서,
상기 제1 트렌치 및 상기 제2 트렌치는 복수개로 제공되고,
상기 기판의 상부는 상기 제1 트렌치들 및 상기 제2 트렌치들이 위치하는 영역에서 격자(grid) 형상을 가지는 고주파 소자.
7. The method of claim 6,
The first trench and the second trench are provided in plurality,
The upper portion of the substrate has a grid shape in regions in which the first trenches and the second trenches are located.
제8항에 있어서,
상기 소스 오믹금속전극의 하면 및 상기 드레인 오믹금속전극의 하면은 복수개의 요철부 형상을 가지는 고주파 소자.
9. The method of claim 8,
A lower surface of the source ohmic metal electrode and a lower surface of the drain ohmic metal electrode have a plurality of concavo-convex portions.
제6항에 있어서,
상기 비대칭 게이트 전극은:
상기 제3 트렌치 내의 게이트 전극 다리부;
상기 제4 트렌치 내의 보조 게이트 전극; 및
상기 게이트 전극 다리부 및 상기 보조 게이트 전극으로부터 연장되고, 상기 게이트 전극 다리부 및 상기 보조 게이트 전극을 연결하는 게이트 헤드부를 포함하는 고주파 소자.
7. The method of claim 6,
The asymmetric gate electrode comprises:
a gate electrode leg in the third trench;
an auxiliary gate electrode in the fourth trench; and
and a gate head extending from the gate electrode leg and the auxiliary gate electrode and connecting the gate electrode leg and the auxiliary gate electrode.
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