KR940004274B1 - 이종구조 갈륨 비소 반도체 장치의 소자분리 방법 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

이종구조 갈륨 비소 반도체 장치의 소자분리 방법

제1a도∼h도는 본 발명의 제조공정을 나타낸 단면도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 반절연성 갈륨 비소기판 2 : 제1소자용 에피층

3a, 3b : 알루미늄 갈륨 비소층 3c : 갈륨 비소층

3 : 절연층 4, 4a : 제2소자용 에피층

5, 5a : 감광막 6 : 금속막 패턴

7 : 소자분리영역

본 발명은 갈륨 비소(GaAS) 반도체 장치의 제조방법에 관한 것으로 특히, 서로 상이한 구조를 갖는 다수의 갈륨 비소 소자들이 동일한 기판 위에 형성되는 이종 구조 갈륨 비소 반도체 장치를 제조할 때 소자들간의 전기적 흐름을 보다 효율적으로 차단시킬 수 있는 소자 분리 방법에 관한 것이다.

종래의 소자 분리 방법으로서는 식각이나 이온 주입 방법을 이용하는 수평적인 분리 방법이 널리 사용되어 왔으며 이러한 수평적 분리 방법은 회로를 구성하는 소자들이 동일한 종류일 때나 성장된 에피층(epitaxy layer)의 구조가 동일할 때 매우 효과적이라고 할 수 있다.

그러나 일정한 에피층 내에 다른 종류의 소자들을 동시에 제조하고 싶을 때는 이와 같은 소자 분리 방법은 상당히 많은 문제점을 가지게 된다.

최근, 갈륨 비소 반도체를 기판으로서 사용하는 갈륨 비소 소자들 중 서로 상이한 구조의 소자들을 동일한 기판 상에 함께 형성하려는 시도, 예를 들어, 바이폴라(bipolar) 트랜지스터와 전계효과 트랜지스터(FET), 레이저 다이오드와 트랜지스터, 상보형(complementary type) 전계효과 트랜지스터 또는, 증가(enhancement)형 전계효과 트랜지스터와 공핍(depletion)형 전계효과 트랜지스터 등을 동일한 기판 위에 함께 제조하려는 시도가 지속적으로 이루어지고 있는데, 특수한 공정들의 수행이 이루어지지 않고서는 그와 같은 방식의 제조가 불가능한 것으로 알려져 있다.

한가지 예로서, 증가형 전계효과 트랜지스터와 공핍형 전계효과 트랜지스터를 동일한 기판 위에 제조하기 위해서는 성장시킨 에피층 내에 이온을 주입하는 방법이나 2단계 게이트 리세스(gate recess) 건식식각을 이용한 방법이 사용되어 왔다.

그러나, 전자의 방법은 높은 에너지의 이온주입에 의한 기판 표면의 손상과 이온이 주입된 층의 불확실한 특성 때문에 많은 문제가 제기되어 왔으며, 후자의 방법은 정확한 식각률 및 높은 선택비(selectivity)가 요구되어 왔다. 또한 건식식각에 의한 기판표면 손상문제도 고려해야 하는 등 기술적인 문제점이 많다.

이에 따라, 본 발명은 이종 구조의 갈륨 비소 반도체 장치의 소자들 간의 격리를 위한 소자 격리 공정에 있어서 간단한 공정으로 소자들 상호간의 전기적인 흐름을 효과적으로 차단할 수 있도록 하는 것을 그 목적으로 한다.

이와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 반절연성 갈륨 비소 기판의 표면 위에 제1구조의 소자를 형성하기 위한 제1의 에피층을 형성하는 단계와, 이 제1에피층의 표면 위에 제1의 알루미늄 갈륨 비소층과 절연성 갈륨 비소층 및 제2의 알루미늄 갈륨 비소층을 순차로 증착하여 절연층을 형성하는 단계와, 상기 제1의 갈륨 비소층의 상면에 제2의 에피층을 성장시킨 후 상기 제2에피층의 표면에 감광막을 도포하고 마스크를 사용하여 상기 제1구조의 소자가 형성될 영역에 제1의 감광막 패턴을 형성하는 단계와, 상기 제1의 감광막 패턴(5)을 마스크로서 사용하여 상기 제2의 알루미늄 갈륨 비소층과 상기 갈륨 비소층 및 상기 제1의 알루미늄 갈륨 비소층을 순차로 식각한 후 상기 감광막 패턴을 제거하여 드러나게 하는 단계와, 상기 제1의 에피층의 표면과 상기 제2의 에피층의 표면 위에 금속막을 소정의 두께로 증착한 후 소자의 활성영역에 해당하는 영역에만 금속막이 남도록 금속막 패턴을 형성하는 단계와, 기판의 표면에 소정의 두께로 감광막을 도포한 후 마스크를 사용하여 제2의 감광막 패턴을 형성하는 단계와, 상기 제2의 감광막 패턴을 마스크로서 이용하여 기판에 소정의 에너지로 주입하여 절연성을 갖는 소자 분리 영역을 형성하는 단계를 포함하는 것이 특징이다.

본 발명을 첨부도면에 의거 상세히 기술하면 다음과 같다.

제1a도는 제1구조의 소자를 제조하기 위한 제1의 에피층을 형성하는 공정을 나타낸 것이다. 이 공정에서는 분자선 에피택시(MBC : Molecular Beam Epitaxy) 방법을 이용하여 반절연성 갈륨 비소 기판(1)의 표면 위에 갈륨 비소층, 알루미늄 갈륨 비소층, 또는 인듐 갈륨 비소층 등을 소정의 두께로 성장시켜 제1구조의 소자를 형성하기 위한 제1의 에피층(2)을 형성한다.

이때, 제1의 에피층(2)을 갈륨 비소층으로 형성하는 경우 520∼550℃의 온도에서 성장시키고, 알루미늄 갈륨 비소층으로 형성하는 경우 640∼690℃의 온도로, 인듐 갈륨 비소층으로 하는 경우 580∼550℃의 온도로 각각 성장시킨다.

제1b도는 절연층을 형성하는 공정을 나타낸 것으로, 이 공정에서는 먼저, 제1에피층(2)의 표면 위에 알루미늄 갈륨 비소층(3a)을 686℃ 정도의 온도에서 소정의 두께로 증착하고, 그 상면에 상대적으로 낮은 온도인 200℃ 정도의 저온에서 소정의 두께로 절연성 갈륨 비소층(3c)을 증착한 후, 다시 그 위에 686℃ 정도의 온도에서 소정의 두께로 알루미늄 갈륨 비소층(3b)을 증착한다.

이와 같은 공정을 통하여 형성되는 절연층(3)은 절연성 갈륨 비소층(3c)이 두 알루미늄 갈륨 비소층(3a, 3b) 사이에 형성되기 때문에 두 알루미늄 갈륨 비소층(3a, 3b)은 절연성 갈륨 비소층(3c)으로부터 비소(As)원자 외부로 확산(out-diffusion)되는 것을 방지하는 것은 물론 소자를 제조할 때 식각저항층으로서 작용한다.

제1c도는 제2구조의 소자를 제조하기 위한 제2의 에피층을 형성하는 공정을 나타낸 것으로, 이 공정에서는 상기 절연층(3)의 상면에 제2의 에피층(4)을 통상적인 온도에서 소정의 두께로 성장시킨다.

두가지 이상의 서로 상이한 구조로 갖는 소자들을 동일한 하나의 기판 위에 제조하려고 할 때 상술한 공정 1a, b도를 반복수행하는 것에 의해 복합기능의 소자를 제조할 수 있다.

제1d도는 감광막 패턴을 형성하는 공정을 나타낸 것으로, 미세패턴이 형성된 마스크(Mask)를 통하여 광원을 조사하는 과정을 거쳐 상기 제2에피층(4)의 표면에 감광막 패턴(5)을 소정의 크기로 형성하는 과정을 도시한 것이다.

제1e도는 3단계 선택적 식각공정이 완료된 상태를 나타낸 것이다. 이 3단계 식각 공정에서는 먼저, 상부의 갈륨 비소층(3a)을 식각 멈춤막으로서 이용하여 제2의 에피층(4)을 선택적으로 식각하고, 이어, 절연성 갈륨 비소층(3c)을 식각 멈춤막으로서 이용하여 상기의 식각 단계에서 식각 멈춤막으로 사용된 상기 알루미늄 갈륨 비소층(3a)을 선택적으로 식각한 후, 상기 절연성 갈륨 비소층(3c)과 하부의 알루미늄 갈륨 비소층(3b)을 순차로 식각하고 감광막 패턴(5)을 제거하여 제1구조 및 제2구조의 소자가 각각 형성될 영역에 구조가 서로 상이한 제1의 에피층(2)과 제2의 에피층(4a)이 동시에 드러나도록 한다.

제1f도는 금속막을 형성하는 공정을 나타낸 것으로, 이 공정에서는 표면이 드러난 제1의 에피층(2)과 식각된 제2에피층(4a)의 표면 위에 금속막을 소정의 두계로 증착한 후 각 소자의 활성영역에 해당하는 영역에만 금속막이 남도록 금속막 패턴(6)을 형성한다.

제1g도는 소자 분리 영역의 형성을 위한 감광막의 패턴을 형성하는 공정을 나타낸 것으로, 이 공정에서는 기판의 표면에 감광막을 도포하되 이후에 실시될 소정의 이온주입 에너지에 상응하는 두께로 도포하고, 패턴이 형성된 마스크를 통하여 광을 조사한 후 현상을 거쳐 감광막 패턴(5a)을 형성한다.

제1h도는 소자 분리 영역을 완성한 상태를 나타낸 것으로, 이 공정에서는 소자 분리를 위한 감광막 패턴(5a)을 마스크로서 이용하여 기판에 붕소(B) 이온과 프로톤(H⁺) 이온을 소정의 에너지로 주입한다. 이와 같은 이온주입에 의해 절연성을 갖는 소자 분리 영역(7)이 기판에 수직방향으로 형성된다.

이상에서 설명된 바와 같이 구조가 상이한 두가지 이상의 소자들이 하나의 기판에 함께 형성되는 반도체 집적장치를 구현하는데 있어서 종래에 비해 매우 간단한 공정에 의하면서도 기판의 손상을 야기시키지 않고 각 소자간의 전류흐름을 완벽하게 차단할 수 있게 된다.

Claims (1)

1. 서로 상이한 구조를 갖는 적어도 두 개 이상의 소자들이 하나의 동일한 기판상에 형성되는 이종 구조의 갈륨 비소 반도체 장치를 제조하기 위해 상기 적어도 두 개 이상의 소자들 상호간을 전기적으로 분리하는 방법에 있어서, 분자선 에피택시(MBE) 방법을 이용하여 반절연성 갈륨 비소 기판(1)의 표면 위에 제1구조의 소자를 형성하기 위한 제1의 에피층(2)을 형성하는 단계와, 상기 제1에피층(2)의 표면 위에 제1의 알루미늄 갈륨 비소층(3b)과 절연성 갈륨 비소층(3c) 및 제2의 알루미늄 갈륨 비소층(3a)을 순차로 증착하여 절연층(3)을 형성하되 상기 제1 및 상기 제2의 알루미늄 갈륨 비소층(3a, 3b)은 소정의 온도에서 동일한 조건으로 형성하고 상기 갈륨 비소층(3c)은 상기 제1 및 상기 제2의 알루미늄 갈륨 비소층(3a, 3b)의 형성온도보다 상대적으로 낮은 온도에서 형성하는 단계와, 상기 절연층(3)의 상면에 제2의 에피층(4)을 성장시킨 후 상기 제2에피층(4)의 표면에 감광막을 도포하고 마스크를 사용하여 상기 제1구조의 소자가 형성될 영역에 감광막 패턴(5)을 형성하는 단계와, 상기 감광막 패턴(5)을 형성하는 단계와, 상기 감광막 패턴(5)을 마스크로서 사용하여 상기 제2의 알루미늄 갈륨 비소층(3a)과 상기 갈륨 비소층(3c) 및 상기 제1의 알루미늄 갈륨 비소층(3b)을 순차로 식각한 후 상기 감광막 패턴(5)을 제거하여 상기 제1구조 및 상기 제2구조의 소자가 각각 형성될 영역에 제1의 에피층(2)과 제2의 에피층(4a)이 드러나게 하는 단계와, 상기 제1의 에피층(2)의 표면과 상기 제2의 에피층(4a)의 표면 위에 금속막을 소정의 두께로 증착한 후 각 소자의 활성영역에 해당하는 영역에만 금속막이 남도록 금속막 패턴(6)을 형성하는 단계와, 기판의 표면에 소정의 두께로 감광막을 도포한 후 마스크를 사용하여 감광막 패턴(5a)을 형성하는 단계와, 상기 감광막 패턴(5a)을 마스크로서 이용하여 기판에 붕소(B) 이온과 프로톤(H⁺) 이온을 소정의 에너지로 주입하여 기판에 수직방향으로 소자 분리 영역(7)을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 이종 구조 갈륨 비소 반도체 장치의 소자 분리 방법.