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KR20230029112A - Semiconductor device and manufacturing method thereof - Google Patents

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KR20230029112A
KR20230029112A KR1020210111196A KR20210111196A KR20230029112A KR 20230029112 A KR20230029112 A KR 20230029112A KR 1020210111196 A KR1020210111196 A KR 1020210111196A KR 20210111196 A KR20210111196 A KR 20210111196A KR 20230029112 A KR20230029112 A KR 20230029112A
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semiconductor device
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barrier layer
channel
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조주영
박경호
정상현
김종민
정해용
황재석
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(재)한국나노기술원
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Abstract

The present invention relates to a semiconductor device and a manufacturing method thereof. The semiconductor device includes: a channel layer formed on a substrate and including a two-dimensional electron gas channel therein; an intermediate layer formed on the channel layer to form a two-dimensional electron gas channel and forming a bottom surface of the recess region; a recess structure including a peripheral layer forming a side surface of the recess region; a gate electrode formed on the intermediate layer in the recess region; and a source electrode and a drain electrode formed on the peripheral layer. Therefore, it is possible to provide a semiconductor device with improved ohmic characteristics.

Description

반도체 소자 및 이의 제조 방법{SEMICONDUCTOR DEVICE AND MANUFACTURING METHOD THEREOF} Semiconductor device and its manufacturing method {SEMICONDUCTOR DEVICE AND MANUFACTURING METHOD THEREOF}

본 발명은 반도체 소자 및 이의 제조 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 선택적 재성장 공정을 이용하여 리세스 구조를 형성하고, 오믹 특성을 향상시킬 수 있는 반도체 소자 및 이의 제조 방법에 관한 것이다. The present invention relates to a semiconductor device and a method for manufacturing the same, and more particularly, to a semiconductor device capable of forming a recess structure using a selective regrowth process and improving ohmic characteristics, and a method for manufacturing the same.

일반적으로 문턱전압(threshold voltage)을 제어하거나, 게이트 누설 전류를 감소시키거나, 단채널 효과(short channel effect)를 방지하는 등 전력 소자의 성능을 개선하기 위해 소자 제작 시 리세스(recess) 식각 공정이 적용된다. In general, a recess etching process is used to improve the performance of power devices, such as controlling threshold voltage, reducing gate leakage current, or preventing short channel effects. this applies

특히, 질화갈륨(GaN) 기반의 고전자 이동도 트랜지스터(High Electron Mobility Transistor, 이하 HEMT)는 리세스 식각 공정을 적용하여 노멀리 오프(normally-off) 소자로 제작하여 전력 반도체 소자에 응용할 수 있다. 또한, 리세스 식각 공정은 RF 소자의 차단 주파수(cut-off frequency)를 향상시키기 위해 적용할 수 있다. In particular, a gallium nitride (GaN)-based High Electron Mobility Transistor (HEMT) can be applied to a power semiconductor device by manufacturing it as a normally-off device by applying a recess etching process. . In addition, a recess etching process may be applied to improve a cut-off frequency of an RF device.

도 1a는 일반적인 HEMT 소자의 구조를 설명하기 위해 도시한 도면이고, 도 1b는 리세스 식각 공정이 적용된 HEMT 소자의 구조를 설명하기 위해 도시한 도면이다.FIG. 1A is a diagram for explaining the structure of a general HEMT device, and FIG. 1B is a diagram for explaining the structure of a HEMT device to which a recess etching process is applied.

도 1a를 참조하면, 일반적인 HEMT 소자(10)는 기판(11), GaN 버퍼층(13), GaN 채널층(15), AlGaN 배리어층(17), 게이트 전극(19), 소스 전극(21) 및 드레인 전극(23)을 포함할 수 있다. 여기에서, GaN 버퍼층(13)은 기판(11) 상에 형성되고, GaN 채널층(15)은 GaN 버퍼층(13) 상에 형성된다. 또한, AlGaN 배리어층(17)은 GaN 채널층(15) 상에 형성되고, 게이트 전극(19), 소스 전극(21) 및 드레인 전극(23) 각각은 AlGaN 배리어층(17) 상에 형성된다. Referring to FIG. 1A, a general HEMT device 10 includes a substrate 11, a GaN buffer layer 13, a GaN channel layer 15, an AlGaN barrier layer 17, a gate electrode 19, a source electrode 21, and A drain electrode 23 may be included. Here, the GaN buffer layer 13 is formed on the substrate 11, and the GaN channel layer 15 is formed on the GaN buffer layer 13. In addition, the AlGaN barrier layer 17 is formed on the GaN channel layer 15, and each of the gate electrode 19, the source electrode 21 and the drain electrode 23 is formed on the AlGaN barrier layer 17.

AlGaN 배리어층(17)은 GaN 채널층(15) 보다 큰 밴드갭과 작은 격자 상수를 가지므로 GaN 채널층(15)과 AlGaN 배리어층(17) 사이의 계면에는 밴드갭의 불연속성이 존재한다. 여기에 GaN 채널층(15)과 AlGaN 배리어층(17) 간의 격자 상수 차이로 인한 압전 분극 전하와 자연 발생적으로 생성되는 분극 전하가 한정되어 2차원 전자 가스(2-Dimensional Electron Gas, 이하 2DEG)이 형성된다. Since the AlGaN barrier layer 17 has a larger band gap and a smaller lattice constant than the GaN channel layer 15, a discontinuity in the band gap exists at the interface between the GaN channel layer 15 and the AlGaN barrier layer 17. Here, the piezoelectric polarization charge due to the difference in lattice constant between the GaN channel layer 15 and the AlGaN barrier layer 17 and the naturally generated polarization charge are limited, so that the 2-Dimensional Electron Gas (hereinafter referred to as 2DEG) is formed. is formed

2DEG은 소스 전극(21)과 드레인 전극(23) 사이의 채널로서 이용되고, 채널을 통해 흐르는 전류는 소스 전극(21)과 드레인 전극(23)에 인가되는 전압에 따라 달라질 수 있다. 이러한 2DEG 채널과 게이트 전극(19) 사이의 거리는 HEMT 소자(10)의 성능에 중요한 영향을 미친다.2DEG is used as a channel between the source electrode 21 and the drain electrode 23, and the current flowing through the channel may vary depending on the voltage applied to the source electrode 21 and the drain electrode 23. The distance between the 2DEG channel and the gate electrode 19 has a significant effect on performance of the HEMT device 10 .

따라서, 도 1b에 도시된 바와 같이, 2DEG 채널과 게이트 전극(19) 간의 거리를 조절하기 위해 리세스 식각 공정을 이용할 수 있다. 즉, AlGaN 배리어층(17)의 일부 영역에 리세스(25)를 형성하여 2DEG 채널과 게이트 전극(19) 간의 거리를 조절할 수 있다. Accordingly, as shown in FIG. 1B , a recess etching process may be used to adjust the distance between the 2DEG channel and the gate electrode 19 . That is, the distance between the 2DEG channel and the gate electrode 19 may be adjusted by forming the recess 25 in a partial region of the AlGaN barrier layer 17 .

이러한 리세스 식각 공정은 건식 또는 습식 식각 공정을 이용하여 AlGaN 배리어층(17)의 일부 두께를 감소시키는 방법으로 적용되고 있다. 리세스 식각 공정은 주로 고밀도 플라즈마 식각 장치를 이용하기 때문에 플라즈마에 의해 GaN 채널층(15)의 손상을 유발할 수 있다.This recess etching process is applied as a method of reducing a partial thickness of the AlGaN barrier layer 17 using a dry or wet etching process. Since the recess etching process mainly uses a high-density plasma etching apparatus, the GaN channel layer 15 may be damaged by plasma.

또한, 식각 위치에 따라 리세스(25)의 표면이 불균일하게 식각되거나, 손상되어 게이트 누설 전류가 증가하고, HEMT 소자(10)의 성능이나 신뢰성이 저하될 수 있다. 이를 해결하기 위해 식각 조건을 최적화하거나, 식각 공정 이후 표면 처리를 진행하여 식각 손상을 최소화하는 등의 여러 방법을 적용하고 있으나, 결국 식각 공정으로 인한 손상이 발생한다.In addition, the surface of the recess 25 may be unevenly etched or damaged depending on the etched position, so that gate leakage current may increase and performance or reliability of the HEMT device 10 may deteriorate. In order to solve this problem, various methods are applied, such as optimizing etching conditions or minimizing etching damage by performing surface treatment after the etching process, but damage due to the etching process eventually occurs.

본 발명의 일 실시예는 선택적 재성장 공정을 이용하여 리세스 구조를 형성하고, 오믹 특성을 향상시킬 수 있는 반도체 소자 및 이의 제조 방법을 제공하고자 한다.One embodiment of the present invention is to provide a semiconductor device capable of forming a recess structure using a selective regrowth process and improving ohmic characteristics, and a manufacturing method thereof.

실시예들 중에서, 반도체 소자는 기판 상에 형성되고, 내부에 2차원 전자가스 채널을 포함하는 채널층; 상기 채널층 상에 형성되어 상기 2차원 전자가스 채널을 형성시키고, 리세스 영역의 바닥면을 형성하는 중간층 및 상기 리세스 영역의 측면을 형성하는 주변층을 포함하는 리세스 구조물; 상기 리세스 영역 내의 상기 중간층 상에 형성된 게이트 전극; 및 상기 주변층 상에 형성된 소스 전극 및 드레인 전극을 포함한다.Among embodiments, a semiconductor device may include a channel layer formed on a substrate and including a two-dimensional electron gas channel therein; a recess structure formed on the channel layer to form the two-dimensional electron gas channel and including an intermediate layer forming a bottom surface of the recess region and a peripheral layer forming a side surface of the recess region; a gate electrode formed on the intermediate layer in the recess region; and a source electrode and a drain electrode formed on the peripheral layer.

여기에서, 상기 중간층은 상기 채널층의 전체 표면 상에 형성된 배리어층을 포함한다.Here, the intermediate layer includes a barrier layer formed on the entire surface of the channel layer.

여기에서, 상기 배리어층은 InxAlyGa1-x-yN(여기에서, 0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤(x+y)≤1)층으로 형성된다.Here, the barrier layer is formed of In x Al y Ga 1-xy N (here, 0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤(x+y)≤1) layer.

여기에서, 상기 주변층은 상기 리세스 영역을 제외한 영역의 상기 배리어층 상에 형성된 재성장 배리어층을 포함한다.Here, the peripheral layer includes a regrowth barrier layer formed on the barrier layer in regions other than the recess region.

여기에서, 상기 재성장 배리어층은 InxAlyGa1-x-yN(여기에서, 0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤(x+y)≤1)층으로 형성된다. Here, the regrowth barrier layer is formed of In x Al y Ga 1-xy N (where 0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤(x+y)≤1) layer.

여기에서, 상기 주변층은 상기 재성장 배리어층 상에 형성된 오믹 콘택층을 더 포함한다.Here, the peripheral layer further includes an ohmic contact layer formed on the regrowth barrier layer.

여기에서, 상기 오믹 콘택층은 n형 불순물이 도핑된 AlGaN, GaN 및 이들의 적층 구조 중 적어도 어느 하나로 형성된다.Here, the ohmic contact layer is formed of at least one of AlGaN and GaN doped with an n-type impurity, and a stacked structure thereof.

여기에서, 상기 n형 불순물은 Si을 포함한다.Here, the n-type impurity includes Si.

여기에서, 상기 n형 불순물은 1019/cm3 이상의 농도로 도핑된다.Here, the n-type impurity is doped at a concentration of 10 19 /cm 3 or higher.

여기에서, 상기 중간층은 상기 리세스 영역에 대응하는 상기 채널층 상에 형성된 재성장 배리어층을 포함한다.Here, the intermediate layer includes a regrowth barrier layer formed on the channel layer corresponding to the recess region.

여기에서, 상기 재성장 배리어층은 InxAlyGa1-x-yN(여기에서, 0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤(x+y)≤1)층으로 형성된다.Here, the regrowth barrier layer is formed of In x Al y Ga 1-xy N (where 0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤(x+y)≤1) layer.

여기에서, 상기 주변층은 상기 리세스 영역을 제외한 영역의 상기 채널층 상에 형성된 오믹 콘택층을 포함한다.Here, the peripheral layer includes an ohmic contact layer formed on the channel layer in a region other than the recess region.

여기에서, 상기 오믹 콘택층은 n형 불순물이 1019/cm3 이상의 농도로 도핑된 GaN으로 형성된다.Here, the ohmic contact layer is formed of GaN doped with n-type impurities at a concentration of 10 19 /cm 3 or more.

여기에서, 상기 채널층은 GaN으로 형성된다.Here, the channel layer is formed of GaN.

실시예들 중에서, 반도체 소자의 제조 방법은 기판 상에 2차원 전자가스 채널을 포함하는 채널층을 형성하는 단계; 상기 채널층 상에 리세스 영역의 바닥면을 형성하는 중간층 및 상기 리세스 영역의 측면을 형성하는 주변층을 포함하는 리세스 구조물을 형성하는 단계; 상기 리세스 영역 내의 상기 중간층 상에 게이트 전극을 형성하는 단계; 및 상기 주변층 상에 소스 전극 및 드레인 전극을 형성하는 단계를 포함한다.Among the embodiments, a method of manufacturing a semiconductor device includes forming a channel layer including a two-dimensional electron gas channel on a substrate; forming a recess structure on the channel layer including an intermediate layer forming a bottom surface of a recess area and a peripheral layer forming a side surface of the recess area; forming a gate electrode on the intermediate layer in the recess region; and forming a source electrode and a drain electrode on the peripheral layer.

여기에서, 상기 중간층을 형성하는 단계는 상기 채널층의 전체 표면 상에 상기 2차원 전자가스 채널을 형성시키는 배리어층을 형성하는 단계를 포함한다.Here, the step of forming the intermediate layer includes forming a barrier layer for forming the two-dimensional electron gas channel on the entire surface of the channel layer.

여기에서, 상기 배리어층은 InxAlyGa1-x-yN(여기에서, 0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤(x+y)≤1)층으로 형성한다.Here, the barrier layer is formed of In x Al y Ga 1-xy N (here, 0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤(x+y)≤1) layer.

여기에서, 상기 주변층을 형성하는 단계는 상기 배리어층 상에 리세스 영역을 덮는 마스크 패턴을 형성하는 단계; 상기 마스크 패턴에 의해 노출된 배리어층 상에 재성장층을 형성하는 단계; 및 상기 마스크 패턴을 제거하는 단계를 포함한다.Here, the forming of the peripheral layer may include forming a mask pattern on the barrier layer to cover a recessed area; forming a re-growth layer on the barrier layer exposed by the mask pattern; and removing the mask pattern.

여기에서, 상기 재성장층은 재성장 배리어층, 오믹 콘택층 및 이들의 적층 구조 중 적어도 어느 하나로 형성한다.Here, the regrowth layer is formed of at least one of a regrowth barrier layer, an ohmic contact layer, and a stacked structure thereof.

여기에서, 상기 재성장 배리어층은 InxAlyGa1-x-yN(여기에서, 여기에서, 0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤(x+y)≤1)층으로 형성한다.Here, the regrowth barrier layer is formed of In x Al y Ga 1-xy N (here, here, 0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤(x+y)≤1) layer .

여기에서, 상기 오믹 콘택층은 n형 불순물이 도핑된 AlGaN, GaN 및 이들의 적층 구조 중 적어도 어느 하나로 형성한다.Here, the ohmic contact layer is formed of at least one of AlGaN and GaN doped with an n-type impurity, and a stacked structure thereof.

여기에서, 상기 n형 불순물은 Si을 포함한다.Here, the n-type impurity includes Si.

여기에서, 상기 n형 불순물은 1019/cm3 이상의 농도로 도핑된다.Here, the n-type impurity is doped at a concentration of 10 19 /cm 3 or higher.

여기에서, 상기 주변층을 형성하는 단계는 상기 채널층의 전체 표면 상에 오믹 콘택층을 형성하는 단계; 상기 오믹 콘택층 상에 상기 리세스 영역을 노출시키는 마스크 패턴을 형성하는 단계; 및 상기 마스크 패턴을 식각 마스크로 상기 오믹 콘택층을 식각하여 상기 채널층을 노출시키는 단계를 포함한다.Here, forming the peripheral layer may include forming an ohmic contact layer on the entire surface of the channel layer; forming a mask pattern exposing the recess region on the ohmic contact layer; and exposing the channel layer by etching the ohmic contact layer using the mask pattern as an etch mask.

여기에서, 상기 오믹 콘택층은 n형 불순물이 1019/cm3 이상의 농도로 도핑된 GaN으로 형성한다.Here, the ohmic contact layer is formed of GaN doped with an n-type impurity at a concentration of 10 19 /cm 3 or more.

여기에서, 상기 중간층을 형성하는 단계는 상기 마스크 패턴에 의해 노출된 상기 채널층 상에 상기 2차원 전자가스 채널을 형성시키는 재성장 배리어층을 형성하는 단계; 및 상기 마스크 패턴을 제거하는 단계를 포함한다.Here, the forming of the intermediate layer may include forming a regrowth barrier layer for forming the two-dimensional electron gas channel on the channel layer exposed by the mask pattern; and removing the mask pattern.

여기에서, 상기 재성장 배리어층은 InxAlyGa1-x-yN(여기에서, 0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤(x+y)≤1)층으로 형성한다.Here, the regrowth barrier layer is formed of In x Al y Ga 1-xy N (where 0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤(x+y)≤1) layer.

개시된 기술은 다음의 효과를 가질 수 있다. 다만, 특정 실시예가 다음의 효과를 전부 포함하여야 한다거나 다음의 효과만을 포함하여야 한다는 의미는 아니므로, 개시된 기술의 권리범위는 이에 의하여 제한되는 것으로 이해되어서는 아니 될 것이다.The disclosed technology may have the following effects. However, it does not mean that a specific embodiment must include all of the following effects or only the following effects, so it should not be understood that the scope of rights of the disclosed technology is limited thereby.

본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 소자 및 이의 제조 방법은 선택적 재성장 공정을 이용하여 리세스 구조를 형성하고, 오믹 특성을 향상시킬 수 있다. A semiconductor device and a manufacturing method thereof according to an exemplary embodiment of the present invention may form a recess structure and improve ohmic characteristics by using a selective regrowth process.

도 1a는 일반적인 HEMT 소자의 구조를 설명하기 위해 도시한 도면이다.
도 1b는 리세스 식각 공정이 적용된 HEMT 소자의 구조를 설명하기 위해 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 소자를 도시한 도면이다.
도 3a 내지 도 3e는 도 2에 도시된 반도체 소자의 제조 방법에 대한 일 실시예를 도시한 도면이다.
도 4a 내지 도 4d는 도 2에 도시된 반도체 소자의 제조 방법에 대한 다른 실시예를 도시한 도면이다.
도 5a 내지 도 5d는 도 2에 도시된 반도체 소자의 제조 방법에 대한 또 다른 실시예를 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 반도체 소자를 도시한 도면이다.
도 7a 내지 도 7e는 도 6에 도시된 반도체 소자의 제조 방법에 대한 일 실시예를 도시한 도면이다.
도 8은 n+형 GaN층을 적용한 경우 오믹 특성을 설명하기 위해 도시한 도면이다.
도 9는 TLM(Transfer Length Method) 패턴을 이용하여 측정한 오믹 저항을 설명하기 위해 도시한 도면이다.
1A is a diagram for explaining the structure of a general HEMT device.
1B is a diagram for explaining the structure of a HEMT device to which a recess etching process is applied.
2 is a diagram illustrating a semiconductor device according to an exemplary embodiment of the present invention.
3A to 3E are diagrams illustrating an embodiment of a method of manufacturing the semiconductor device shown in FIG. 2 .
4A to 4D are diagrams illustrating another embodiment of a method of manufacturing the semiconductor device shown in FIG. 2 .
5A to 5D are diagrams illustrating another embodiment of a method of manufacturing the semiconductor device shown in FIG. 2 .
6 is a diagram illustrating a semiconductor device according to another exemplary embodiment of the present invention.
7A to 7E are diagrams illustrating an embodiment of a method of manufacturing the semiconductor device shown in FIG. 6 .
8 is a diagram for explaining ohmic characteristics when an n+ type GaN layer is applied.
9 is a diagram for explaining ohmic resistance measured using a TLM (Transfer Length Method) pattern.

본 발명에 관한 설명은 구조적 내지 기능적 설명을 위한 실시예에 불과하므로, 본 발명의 권리범위는 본문에 설명된 실시예에 의하여 제한되는 것으로 해석되어서는 아니 된다. 즉, 실시예는 다양한 변경이 가능하고 여러 가지 형태를 가질 수 있으므로 본 발명의 권리범위는 기술적 사상을 실현할 수 있는 균등물들을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 또한, 본 발명에서 제시된 목적 또는 효과는 특정 실시예가 이를 전부 포함하여야 한다거나 그러한 효과만을 포함하여야 한다는 의미는 아니므로, 본 발명의 권리범위는 이에 의하여 제한되는 것으로 이해되어서는 아니 될 것이다.Since the description of the present invention is only an embodiment for structural or functional description, the scope of the present invention should not be construed as being limited by the embodiments described in the text. That is, since the embodiment can be changed in various ways and can have various forms, it should be understood that the scope of the present invention includes equivalents capable of realizing the technical idea. In addition, since the object or effect presented in the present invention does not mean that a specific embodiment should include all of them or only such effects, the scope of the present invention should not be construed as being limited thereto.

한편, 본 출원에서 서술되는 용어의 의미는 다음과 같이 이해되어야 할 것이다. 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어"있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결될 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어"있다고 언급된 때에는 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 한편, 구성요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 "~사이에"와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 이웃하는"과 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.Meanwhile, the meaning of terms described in this application should be understood as follows. It should be understood that when an element is referred to as being “connected” to another element, it may be directly connected to the other element, but other elements may exist in the middle. On the other hand, when an element is referred to as being "directly connected" to another element, it should be understood that no intervening elements exist. Meanwhile, other expressions describing the relationship between components, such as “between” and “immediately between” or “adjacent to” and “directly adjacent to” should be interpreted similarly.

단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함하는 것으로 이해되어야 하고, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 실시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이며, 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.Expressions in the singular number should be understood to include plural expressions unless the context clearly dictates otherwise, and terms such as “comprise” or “have” refer to an embodied feature, number, step, operation, component, part, or these. It should be understood that it is intended to indicate that a combination exists, and does not preclude the possibility of the presence or addition of one or more other features, numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof.

여기서 사용되는 모든 용어들은 다르게 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미를 지니는 것으로 해석될 수 없다.All terms used herein have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which the present invention belongs, unless defined otherwise. Terms defined in commonly used dictionaries should be interpreted as consistent with meanings in the context of the related art, and cannot be interpreted as having ideal or excessively formal meanings unless explicitly defined in the present application.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 소자를 도시한 도면이다.2 is a diagram illustrating a semiconductor device according to an exemplary embodiment of the present invention.

도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 소자(100)는 기판(110), 버퍼층(120), 채널층(130), 리세스 구조물(RS), 게이트 전극(170), 소스 전극(180) 및 드레인 전극(190)을 포함할 수 있다. 여기에서, 반도체 소자(100)가 질화 갈륨(GaN) 기반의 화합물 반도체 소자, 즉 HEMT 소자인 경우를 예를 들어 설명하나, 반도체 소자(100)는 다른 화합물 반도체 소자, 전력 반도체 소자, 통신 소자, 센서 소자 등 다른 소자로 구현될 수 있다. Referring to FIG. 2 , a semiconductor device 100 according to an embodiment of the present invention includes a substrate 110, a buffer layer 120, a channel layer 130, a recess structure RS, a gate electrode 170, a source An electrode 180 and a drain electrode 190 may be included. Here, a case in which the semiconductor device 100 is a gallium nitride (GaN)-based compound semiconductor device, that is, a HEMT device will be described as an example, but the semiconductor device 100 may include other compound semiconductor devices, power semiconductor devices, communication devices, It may be implemented with other elements such as sensor elements.

기판(110)은 사파이어, AlN, BN, SiC 및 GaN 중 적어도 어느 하나로 형성할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 버퍼층(120)은 기판(110) 상에 형성되고, GaN으로 형성될 수 있다. 채널층(130)은 버퍼층(120) 상에 형성되고, GaN으로 형성될 수 있다. 본 발명의 일 실시예는 이에 한정되지 않고, 2DEG 채널(132)이 형성될 수 있는 물질이라면 채널층(130)은 다른 물질로 형성될 수 있다.The substrate 110 may be formed of at least one of sapphire, AlN, BN, SiC, and GaN, but is not limited thereto. The buffer layer 120 is formed on the substrate 110 and may be formed of GaN. The channel layer 130 is formed on the buffer layer 120 and may be formed of GaN. An embodiment of the present invention is not limited thereto, and the channel layer 130 may be formed of any other material as long as the 2DEG channel 132 can be formed.

리세스 구조물(RS)은 채널층(130) 상에 형성되고, 리세스 영역(160)을 정의하는 중간층 및 주변층을 포함할 수 있다. 여기에서, 리세스 영역(160)은 게이트 전극(170)이 형성될 게이트 예정 영역에 대응하는 영역이며, 리세스 구조물(RS)은 MBE(molecular beam epitaxy), MOCVD(metal organic chemical vapor deposition) 등의 에피택셜 성장 공정을 이용하여 형성될 수 있다. The recess structure RS may be formed on the channel layer 130 and may include an intermediate layer and a peripheral layer defining the recess region 160 . Here, the recess region 160 is a region corresponding to a planned gate region where the gate electrode 170 is to be formed, and the recess structure RS is formed by molecular beam epitaxy (MBE), metal organic chemical vapor deposition (MOCVD), or the like. It can be formed using an epitaxial growth process of.

본 발명의 일 실시예에 따른 중간층은 리세스 영역(160)의 바닥면을 형성하고, 2DEG 채널(132)을 형성시키는 배리어층(140)으로 형성될 수 있다. 배리어층(140)은 채널층(130)의 전체 표면 상에 형성되고, 채널층(130) 보다 밴드갭이 크고, 격자 상수가 작은 물질로 형성될 수 있다.The middle layer according to an embodiment of the present invention may be formed of the barrier layer 140 forming the bottom surface of the recess region 160 and forming the 2DEG channel 132 . The barrier layer 140 may be formed on the entire surface of the channel layer 130 and may be formed of a material having a larger band gap and a smaller lattice constant than the channel layer 130 .

예를 들어, 배리어층(140)은 InxAlyGa1-x-yN(여기에서, 0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤(x+y)≤1)층으로 형성될 수 있다. 즉, 배리어층(140)은 AlN, InAlN, InGaN, AlGaN 및 InAlGaN 중 적어도 어느 하나로 형성될 수 있다. For example, the barrier layer 140 may be formed of In x Al y Ga 1-xy N (where 0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤(x+y)≤1) layer. there is. That is, the barrier layer 140 may be formed of at least one of AlN, InAlN, InGaN, AlGaN, and InAlGaN.

배리어층(140)은 2DEG 채널(132)과 게이트 전극(170) 간에 미리 설정된 타겟 거리에 따라 두께가 조절될 수 있다. 즉, 배리어층(140)의 두께를 조절하여 반도체 소자(100)의 성능을 제어할 수 있다. The thickness of the barrier layer 140 may be adjusted according to a preset target distance between the 2DEG channel 132 and the gate electrode 170 . That is, the performance of the semiconductor device 100 may be controlled by adjusting the thickness of the barrier layer 140 .

주변층은 리세스 영역(160)의 측면을 형성한다. 본 발명의 일 실시예에 따른 주변층은 재성장층(150)으로 형성될 수 있다. 재성장층(150)은 리세스 영역(160)을 제외한 배리어층(140) 상에 재성장된 에피택시 박막층으로서, 배리어층(140)과 동일한 물질로 형성되거나, 오믹 접합을 위한 물질로 형성될 수 있다. 여기에서, 오믹 접합을 위한 물질은 n형 불순물이 도핑된 AlGaN, GaN 등을 포함할 수 있다. n형 불순물은 Si을 포함할 수 있고, 1019/cm3 이상의 농도로 도핑될 수 있다.The peripheral layer forms a side surface of the recessed region 160 . The peripheral layer according to an embodiment of the present invention may be formed of the regrowth layer 150 . The re-growth layer 150 is an epitaxial thin film layer re-grown on the barrier layer 140 excluding the recess region 160, and may be formed of the same material as the barrier layer 140 or a material for ohmic junction. . Here, the material for the ohmic junction may include AlGaN or GaN doped with an n-type impurity. The n-type impurity may include Si and may be doped at a concentration of 10 19 /cm 3 or higher.

게이트 전극(170)은 리세스 영역(160) 내에 형성되고, 소스 전극(180) 및 드레인 전극(190)은 재성장층(150) 상에 형성될 수 있다. 즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 소자(100)는 배리어층(140) 및 재성장층(150)으로 리세스 영역(160)의 바닥면 및 측면을 형성함으로써 리세스 영역(160)을 포함하는 리세스 구조물(RS)을 형성할 수 있다.The gate electrode 170 may be formed in the recess region 160 , and the source electrode 180 and the drain electrode 190 may be formed on the regrowth layer 150 . That is, the semiconductor device 100 according to an embodiment of the present invention includes the recess region 160 by forming the bottom and side surfaces of the recess region 160 with the barrier layer 140 and the regrowth layer 150. A recess structure RS may be formed.

따라서, 리세스 식각 공정이 불필요하여 리세스 식각 공정에 의한 손상으로 반도체 소자(100)의 성능이나 신뢰성이 저하되는 현상을 방지할 수 있다. 또한, 배리어층(140)의 두께를 조절하여 리세스 식각 공정의 효과를 얻을 수 있고, 배리어층(140)을 균일한 두께로 형성하여 공정의 재현성 및 신뢰성을 확보할 수 있다. Accordingly, since a recess etching process is unnecessary, a phenomenon in which performance or reliability of the semiconductor device 100 is deteriorated due to damage caused by the recess etching process may be prevented. In addition, the effect of the recess etching process can be obtained by adjusting the thickness of the barrier layer 140, and reproducibility and reliability of the process can be secured by forming the barrier layer 140 with a uniform thickness.

도 3a 내지 도 3e는 도 2에 도시된 반도체 소자의 제조 방법에 대한 일 실시예를 도시한 도면이다.3A to 3E are diagrams illustrating an embodiment of a method of manufacturing the semiconductor device shown in FIG. 2 .

도 3a를 참조하면, 먼저 기판(110)을 준비한다. 여기에서, 기판(110)은 사파이어, AlN, BN, SiC 및 GaN 중 적어도 어느 하나로 형성할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 그 다음, 기판(110) 상에 HEMT 소자의 구조 제작을 위한 다층의 에피택시 박막을 성장시킨다. 여기에서, 에피택시 박막의 성장 공정은 MBE(molecular beam epitaxy), MOCVD(metal organic chemical vapor deposition) 등의 에피택셜 성장 공정을 이용할 수 있다. Referring to FIG. 3A , first, a substrate 110 is prepared. Here, the substrate 110 may be formed of at least one of sapphire, AlN, BN, SiC, and GaN, but is not limited thereto. Next, a multilayer epitaxial thin film for fabricating the structure of a HEMT device is grown on the substrate 110 . Here, an epitaxial growth process such as molecular beam epitaxy (MBE) or metal organic chemical vapor deposition (MOCVD) may be used for the growth process of the epitaxial thin film.

구체적으로, 기판(110) 상에 버퍼층(120) 및 채널층(130)을 순차적으로 적층할 수 있다. 여기에서, 버퍼층(120) 및 채널층(130) 각각은 GaN층으로 형성할 수 있다. 본 발명의 일 실시예는 이에 한정되지 않고, 채널층(130)을 2DEG 채널(132)이 형성될 수 있는 다른 물질로 형성할 수 있다.Specifically, the buffer layer 120 and the channel layer 130 may be sequentially stacked on the substrate 110 . Here, each of the buffer layer 120 and the channel layer 130 may be formed of a GaN layer. An embodiment of the present invention is not limited thereto, and the channel layer 130 may be formed of another material in which the 2DEG channel 132 may be formed.

그 다음, 채널층(130) 상에 배리어층(140)을 형성한다. 배리어층(140)은 리세스 영역(160)의 바닥면을 형성하는 중간층으로서, 채널층(130) 내에 2DEG 채널(132)을 형성시킨다. 배리어층(140)은 채널층(130)의 전체 표면 상에 형성할 수 있고, 2DEG 채널(132)과 게이트 전극(170) 간에 미리 설정된 타겟 거리에 대응하는 두께로 형성할 수 있다. Then, a barrier layer 140 is formed on the channel layer 130 . The barrier layer 140 is an intermediate layer forming the bottom surface of the recess region 160 and forms the 2DEG channel 132 in the channel layer 130 . The barrier layer 140 may be formed on the entire surface of the channel layer 130 and may have a thickness corresponding to a preset target distance between the 2DEG channel 132 and the gate electrode 170 .

배리어층(140)은 채널층(130) 보다 밴드갭이 크고, 격자 상수가 작은 물질로 형성할 수 있다. 예를 들어, 배리어층(140)은 InxAlyGa1-x-yN(여기에서, 0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤(x+y)≤1)층으로 형성할 수 있다. 즉, 배리어층(140)은 AlN, InAlN, InGaN, AlGaN 및 InAlGaN 중 적어도 어느 하나로 형성할 수 있다. The barrier layer 140 may be formed of a material having a larger band gap and a smaller lattice constant than the channel layer 130 . For example, the barrier layer 140 may be formed of In x Al y Ga 1-xy N (where 0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤(x+y)≤1) layer. there is. That is, the barrier layer 140 may be formed of at least one of AlN, InAlN, InGaN, AlGaN, and InAlGaN.

도 3b를 참조하면, 배리어층(140) 상에 게이트 예정 영역을 덮는 마스크 패턴(142)을 형성한다. 여기에서, 마스크 패턴(142)은 반도체 박막의 재성장이 불가능한 비결정질(amorphous) 물질로 형성할 수 있다. 예를 들어, 마스크 패턴(142)은 SiO2 및 SiN 중 적어도 어느 하나로 형성할 수 있다. 마스크 패턴(142)은 감광막을 이용한 포토리소그래피 공정 및 식각 공정에 의해 패터닝될 수 있다. 마스크 패턴(142)은 약 10nm~1μm의 두께로 형성할 수 있다.Referring to FIG. 3B , a mask pattern 142 covering a target gate region is formed on the barrier layer 140 . Here, the mask pattern 142 may be formed of an amorphous material in which re-growth of the semiconductor thin film is impossible. For example, the mask pattern 142 may be formed of at least one of SiO 2 and SiN. The mask pattern 142 may be patterned by a photolithography process using a photoresist film and an etching process. The mask pattern 142 may be formed to a thickness of about 10 nm to 1 μm.

도 3c를 참조하면, 마스크 패턴(142)에 의해 노출된 배리어층(140) 상에 재성장층(150)을 형성한다. 재성장층(150)은 리세스 영역(160)의 측면을 형성하는 주변층으로서, 배리어층(140)과 동일한 물질로 형성할 수 있다. 즉, 재성장층(150)은 재성장 배리어층(150a)으로 형성할 수 있다. 여기에서, 재성장 배리어층(150a)은 InxAlyGa1-x-yN(여기에서, 0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤(x+y)≤1)층으로 형성할 수 있다. 예를 들어, 재성장 배리어층(150a)은 AlN, InAlN, InGaN, AlGaN 및 InAlGaN 중 적어도 어느 하나로 형성할 수 있다.Referring to FIG. 3C , a re-growth layer 150 is formed on the barrier layer 140 exposed by the mask pattern 142 . The regrowth layer 150 is a peripheral layer forming a side surface of the recess region 160 and may be formed of the same material as the barrier layer 140 . That is, the regrowth layer 150 may be formed of the regrowth barrier layer 150a. Here, the regrowth barrier layer 150a may be formed of In x Al y Ga 1-xy N (where 0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤(x+y)≤1) layer. there is. For example, the regrowth barrier layer 150a may be formed of at least one of AlN, InAlN, InGaN, AlGaN, and InAlGaN.

도 3d를 참조하면, 마스크 패턴(142)을 제거한다. 이에 따라, 리세스 영역(160)을 포함하는 리세스 구조물(RS1)이 형성된다. Referring to FIG. 3D , the mask pattern 142 is removed. Accordingly, a recess structure RS1 including the recess region 160 is formed.

도 3e를 참조하면, 재성장 배리어층(150a) 상에 소스 전극(180) 및 드레인 전극(190)을 형성한다. 그 다음, 오믹 접합을 완성하기 위해 열처리 공정을 수행한다. 여기에서, 열처리는 약 600~1200℃의 온도에서 수행될 수 있고, 공정 시간 단축을 위해 급속 열처리 공정(Rapid Thermal Process; RTP)에 의해 수행될 수 있다. 그 다음, 리세스 영역(160) 내에 게이트 전극(170)을 형성한다. 이에 따라, 반도체 소자(100a)가 완성된다.Referring to FIG. 3E , a source electrode 180 and a drain electrode 190 are formed on the regrowth barrier layer 150a. Then, a heat treatment process is performed to complete the ohmic junction. Here, the heat treatment may be performed at a temperature of about 600 to 1200° C., and may be performed by a rapid thermal process (RTP) to reduce process time. Next, a gate electrode 170 is formed in the recess region 160 . Thus, the semiconductor element 100a is completed.

즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 소자의 제조 방법은 1차적으로 2DEG 채널(132)과 게이트 전극(170) 간의 타겟 거리에 따라 채널층(130) 상에 배리어층(140)을 형성하고, 2차적으로 게이트 예정 영역을 제외한 영역 상에 재성장 배리어층(150a)을 형성한다.That is, in the method of manufacturing a semiconductor device according to an embodiment of the present invention, the barrier layer 140 is primarily formed on the channel layer 130 according to the target distance between the 2DEG channel 132 and the gate electrode 170, , secondarily forming the re-growth barrier layer 150a on the region other than the planned gate region.

따라서, Top-down 방식의 리세스 식각 공정 대신 Bottom-up 방식으로 리세스 영역(160)을 포함하는 리세스 구조물(RS1)을 형성할 수 있다. 이로 인해, 리세스 식각 공정 시 발생하는 식각 손상에 의한 소자 성능 저하를 방지할 수 있고, 배리어층(140)을 균일한 두께로 형성 가능하여 공정 상의 재현성 및 신뢰성을 확보할 수 있다. Accordingly, the recess structure RS1 including the recess region 160 may be formed by a bottom-up method instead of a top-down method of etching the recess. Accordingly, deterioration in device performance due to etching damage occurring during the recess etching process can be prevented, and reproducibility and reliability in the process can be secured because the barrier layer 140 can be formed with a uniform thickness.

도 4a 내지 도 4d는 도 2에 도시된 반도체 소자의 제조 방법에 대한 다른 실시예를 도시한 도면이다. 4A to 4D are diagrams illustrating another embodiment of a method of manufacturing the semiconductor device shown in FIG. 2 .

도 4a를 참조하면, 먼저 기판(110)을 준비하고, 기판(110) 상에 버퍼층(120), 채널층(130) 및 배리어층(140)을 형성한다. 그 다음, 배리어층(140) 상에 게이트 예정 영역을 덮는 마스크 패턴(142)을 형성한다. 여기에서, 기판(110), 버퍼층(120), 채널층(130), 배리어층(140) 및 마스크 패턴(142)의 형성 공정은 도 3a 및 도 3b의 공정과 동일하므로 자세한 설명은 생략한다. Referring to FIG. 4A , first, a substrate 110 is prepared, and a buffer layer 120, a channel layer 130, and a barrier layer 140 are formed on the substrate 110. Next, a mask pattern 142 is formed on the barrier layer 140 to cover the planned gate region. Here, since the process of forming the substrate 110, the buffer layer 120, the channel layer 130, the barrier layer 140, and the mask pattern 142 is the same as the process of FIGS. 3A and 3B, a detailed description thereof will be omitted.

도 4b를 참조하면, 마스크 패턴(142)에 의해 노출된 배리어층(140) 상에 재성장층(150)을 형성한다. 여기에서, 재성장층(150)은 리세스 영역(160)의 측면을 형성하는 주변층으로서, 이후에 형성될 소스 전극 및 드레인 전극(180, 190)과 오믹 접합을 형성하는 오믹 콘택층(150b)으로 형성할 수 있다. 본 발명은 이에 한정되지 않고, 재성장층(150)을 배리어층(140)으로부터 재성장되어 형성된 재성장 배리어층(150a) 및 오믹 콘택층(150b)의 적층 구조로 형성할 수 있다.Referring to FIG. 4B , a re-growth layer 150 is formed on the barrier layer 140 exposed by the mask pattern 142 . Here, the re-growth layer 150 is a peripheral layer forming the side surface of the recess region 160 and includes an ohmic contact layer 150b forming an ohmic junction with the source and drain electrodes 180 and 190 to be formed later. can be formed as The present invention is not limited thereto, and the regrowth layer 150 may be formed in a stacked structure of the regrowth barrier layer 150a formed by re-growth from the barrier layer 140 and the ohmic contact layer 150b.

오믹 콘택층(150b)은 n형 불순물이 도핑된 AlGaN층으로 형성할 수 있다. 여기에서, n형 불순물은 Si을 포함할 수 있다. 즉, 본 발명의 다른 실시예는 재성장층(150)을 배리어층(140)과 동종 물질이 아닌 Si으로 도핑된 에피택시 박막으로 형성한다. The ohmic contact layer 150b may be formed of an AlGaN layer doped with n-type impurities. Here, the n-type impurity may include Si. That is, in another embodiment of the present invention, the regrowth layer 150 is formed of an epitaxial thin film doped with Si rather than the same material as the barrier layer 140 .

일반적으로 Si으로 도핑된 에피택시 박막은 전도도가 향상되므로 이후에 형성될 소스 전극 및 드레인 전극(180, 190)에 대한 오믹 저항을 미 도핑된 에피택시 박막보다 낮출 수 있다. 따라서, 2DEG 채널(132)을 통해 흐르는 전류의 양을 증가시킬 수 있다. In general, since the conductivity of the epitaxial thin film doped with Si is improved, the ohmic resistance of the source and drain electrodes 180 and 190 to be formed later can be lower than that of the undoped epitaxial thin film. Accordingly, the amount of current flowing through the 2DEG channel 132 can be increased.

도 4c를 참조하면, 마스크 패턴(142)을 제거한다. 이에 따라, 리세스 영역(160)을 포함하는 리세스 구조물(RS2)이 형성된다.Referring to FIG. 4C , the mask pattern 142 is removed. Accordingly, the recess structure RS2 including the recess region 160 is formed.

도 4d를 참조하면, 오믹 콘택층(150b) 상에 소스 전극(180) 및 드레인 전극(190)을 형성한다. 그 다음, 오믹 접합을 완성하기 위한 열처리 공정을 수행한다.Referring to FIG. 4D , a source electrode 180 and a drain electrode 190 are formed on the ohmic contact layer 150b. Then, a heat treatment process is performed to complete the ohmic junction.

그 다음, 리세스 영역(160) 내에 게이트 전극(170)을 형성하여 반도체 소자(100b)를 완성한다. 여기에서, 게이트 전극(170)은 소스 전극(180) 및 드레인 전극(190) 대비 상대적으로 폭이 좁기 때문에 소스 전극(180) 및 드레인 전극(190)을 얼라인 키(align key)로 하거나, 기판(100)의 더미 영역 상에 별도로 형성된 얼라인 키를 이용하는 이빔(Electron-Beam) 리소그래피 공정을 통해 형성할 수 있다.Then, the gate electrode 170 is formed in the recess region 160 to complete the semiconductor device 100b. Here, since the gate electrode 170 has a relatively narrow width compared to the source electrode 180 and the drain electrode 190, the source electrode 180 and the drain electrode 190 are used as an align key, or the substrate It can be formed through an electron-beam lithography process using an align key separately formed on the dummy region of (100).

그런데, 오믹 접합을 위한 열처리 공정 시 소스 전극 및 드레인 전극(180. 190)의 표면이 거칠어지는(roughness) 현상이 발생할 수 있다. 이와 마찬가지로, 더미 영역에 형성된 얼라인 키의 표면도 거칠어지는 현상이 발생할 수 있다. 이 상태로 이빔 리소그래피 공정을 진행하면 게이트 전극(170)이 오정렬(misalign)될 수 있다. 또한, 소스 전극 및 드레인 전극(180, 190)의 오믹 저항도 증가할 수 있다. 따라서, 열처리 공정 없이 오믹 접합을 형성할 수 있는 본 발명의 다른 실시예에 따른 제조 방법을 이하에서 구체적으로 설명한다.However, during the heat treatment process for the ohmic junction, the surface of the source and drain electrodes 180 and 190 may become rough. Similarly, the surface of the align key formed in the dummy area may also become rough. If the e-beam lithography process is performed in this state, the gate electrode 170 may be misaligned. Also, the ohmic resistance of the source and drain electrodes 180 and 190 may increase. Therefore, a manufacturing method according to another embodiment of the present invention capable of forming an ohmic junction without a heat treatment process will be described in detail below.

도 5a 내지 도 5d는 도 2에 도시된 반도체 소자의 제조 방법에 대한 또 다른 실시예를 도시한 도면이다. 5A to 5D are diagrams illustrating another embodiment of a method of manufacturing the semiconductor device shown in FIG. 2 .

도 5a를 참조하면, 먼저 기판(110)을 준비하고, 기판(110) 상에 버퍼층(120), 채널층(130) 및 배리어층(140)을 형성한다. 그 다음, 배리어층(140) 상에 게이트 예정 영역을 덮는 마스크 패턴(142)을 형성한다. 여기에서, 기판(110), 버퍼층(120), 채널층(130), 배리어층(140) 및 마스크 패턴(142)의 형성 공정은 도 3a 및 도 3b의 공정과 동일하므로 자세한 설명은 생략한다. Referring to FIG. 5A , first, a substrate 110 is prepared, and a buffer layer 120 , a channel layer 130 , and a barrier layer 140 are formed on the substrate 110 . Next, a mask pattern 142 is formed on the barrier layer 140 to cover the planned gate region. Here, since the process of forming the substrate 110, the buffer layer 120, the channel layer 130, the barrier layer 140, and the mask pattern 142 is the same as the process of FIGS. 3A and 3B, a detailed description thereof will be omitted.

도 5b를 참조하면, 마스크 패턴(142)에 의해 노출된 배리어층(140) 상에 재성장층(150)을 형성한다. 여기에서, 재성장층(150)은 리세스 영역(160)의 측면을 형성하는 주변층으로서, 배리어층(140)과 동일한 물질로 형성되는 재성장 배리어층(150a) 및 이후에 형성될 소스 전극 및 드레인 전극(180, 190)과 오믹 접합을 형성하는 오믹 콘택층(150c)의 적층 구조로 형성할 수 있다. 본 발명의 다른 실시예는 이에 한정되지 않고, 재성장층(150)으로 오믹 콘택층(150c)의 단일층으로 형성할 수도 있다.Referring to FIG. 5B , a re-growth layer 150 is formed on the barrier layer 140 exposed by the mask pattern 142 . Here, the regrowth layer 150 is a peripheral layer forming the side surface of the recess region 160, and includes the regrowth barrier layer 150a formed of the same material as the barrier layer 140 and the source electrode and drain to be formed later. It may be formed in a laminated structure of the electrodes 180 and 190 and the ohmic contact layer 150c forming an ohmic junction. In another embodiment of the present invention, the regrowth layer 150 is not limited thereto, and may be formed as a single layer of the ohmic contact layer 150c.

오믹 콘택층(150c)은 n형 불순물이 도핑된 GaN층으로 형성할 수 있다. 여기에서, n형 불순물은 Si을 포함할 수 있고, 1019/cm3 이상의 농도로 도핑될 수 있다. Si을 고농도로 도핑할 경우 저농도에 비해 오믹 저항이 낮아져 열처리 공정 없이 오믹 접합을 형성할 수 있고, 2DEG 채널(132)을 통해 흐르는 전류의 양을 증가시킬 수 있다. 이에 대한 구체적인 설명은 도 8 및 도 9를 참조하여 설명한다.The ohmic contact layer 150c may be formed of a GaN layer doped with n-type impurities. Here, the n-type impurity may include Si and may be doped at a concentration of 10 19 /cm 3 or higher. When Si is doped at a high concentration, the ohmic resistance is lowered compared to a low concentration, so an ohmic junction can be formed without a heat treatment process, and the amount of current flowing through the 2DEG channel 132 can be increased. A detailed description of this will be described with reference to FIGS. 8 and 9 .

도 5c를 참조하면, 마스크 패턴(142)을 제거한다. 이에 따라, 리세스 영역(160)을 포함하는 리세스 구조물(RS3)이 형성된다.Referring to FIG. 5C , the mask pattern 142 is removed. Accordingly, the recess structure RS3 including the recess region 160 is formed.

도 5d를 참조하면, 오믹 콘택층(150c) 상에 소스 전극(180) 및 드레인 전극(190)을 형성한다. 그 다음, 리세스 영역(160) 내에 게이트 전극(170)을 형성하여 반도체 소자(100c)를 완성한다. Referring to FIG. 5D , a source electrode 180 and a drain electrode 190 are formed on the ohmic contact layer 150c. Then, the gate electrode 170 is formed in the recess region 160 to complete the semiconductor device 100c.

상기와 같은 구조를 갖는 반도체 소자(100c)는 배리어층(140) 상에 재성장층(150)으로써 재성장 배리어층(150a) 및 오믹 콘택층(150c)을 형성함으로써 리세스 구조물(RS3)을 형성할 수 있다. 또한, 오믹 콘택층(150c)을 고농도로 도핑된 n+형 GaN층으로 형성함으로써 별도의 열처리 공정 없이 오믹 저항을 낮출 수 있다. 따라서, 열처리 공정에 의해 소스 전극(180) 및 게이트 전극(190)의 표면이 거칠어지는 현상을 방지하여 게이트(170) 형성 공정 시 게이트(170)가 오정렬되는 현상을 방지할 수 있다. In the semiconductor device 100c having the above structure, the recess structure RS3 is formed by forming the regrowth barrier layer 150a and the ohmic contact layer 150c as the regrowth layer 150 on the barrier layer 140. can In addition, by forming the ohmic contact layer 150c as a heavily doped n+ type GaN layer, the ohmic resistance can be reduced without a separate heat treatment process. Accordingly, it is possible to prevent a phenomenon in which the surfaces of the source electrode 180 and the gate electrode 190 are roughened by the heat treatment process, thereby preventing a phenomenon in which the gate 170 is misaligned during the forming process of the gate 170 .

도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 반도체 소자를 도시한 도면이다.6 is a diagram illustrating a semiconductor device according to another exemplary embodiment of the present invention.

도 6을 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 반도체 소자(200)는 기판(210), 버퍼층(220), 채널층(230), 리세스 구조물(RS'), 게이트 전극(270), 소스 전극(280) 및 드레인 전극(290)을 포함할 수 있다. 기판(210)은 사파이어, AlN, BN, SiC 및 GaN 중 적어도 어느 하나로 형성할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.Referring to FIG. 6 , a semiconductor device 200 according to another embodiment of the present invention includes a substrate 210, a buffer layer 220, a channel layer 230, a recess structure RS′, a gate electrode 270, A source electrode 280 and a drain electrode 290 may be included. The substrate 210 may be formed of at least one of sapphire, AlN, BN, SiC, and GaN, but is not limited thereto.

버퍼층(220)은 기판(210) 상에 형성되고, GaN으로 형성될 수 있다. 채널층(230)은 버퍼층(220) 상에 형성되고, GaN으로 형성될 수 있다. 본 발명의 일 실시예는 이에 한정되지 않고, 2DEG 채널(232)이 형성될 수 있는 물질이라면 채널층(230)은 다른 물질로 형성될 수 있다.The buffer layer 220 is formed on the substrate 210 and may be formed of GaN. The channel layer 230 is formed on the buffer layer 220 and may be formed of GaN. An embodiment of the present invention is not limited thereto, and the channel layer 230 may be formed of any other material as long as the material in which the 2DEG channel 232 can be formed.

리세스 구조물(RS')은 채널층(230) 상에 형성되고, 리세스 영역(260)을 정의하는 주변층 및 중간층을 포함할 수 있다. 여기에서, 리세스 구조물(RS')은 MBE(molecular beam epitaxy), MOCVD(metal organic chemical vapor deposition) 등의 에피택셜 성장 공정을 이용하여 형성될 수 있다. The recess structure RS′ may be formed on the channel layer 230 and may include a peripheral layer and an intermediate layer defining the recess region 260 . Here, the recess structure RS' may be formed using an epitaxial growth process such as molecular beam epitaxy (MBE) or metal organic chemical vapor deposition (MOCVD).

본 발명의 다른 실시예에 따른 주변층은 리세스 영역(260)의 측면을 형성하고, 소스 전극 및 드레인 전극(280. 290)과 오믹 접합을 형성하는 오믹 콘택층(240)으로 형성될 수 있다. 여기에서, 오믹 콘택층(240)은 리세스 영역(260)의 측면뿐만 아니라 배리어층(250)의 측면에도 형성될 수 있다. 즉, 오믹 콘택층(240)은 리세스 영역(260)을 제외한 영역의 채널층(230) 상에 형성될 수 있다. The peripheral layer according to another embodiment of the present invention may be formed of an ohmic contact layer 240 forming a side surface of the recess region 260 and forming an ohmic junction with the source and drain electrodes 280 and 290. . Here, the ohmic contact layer 240 may be formed not only on the side surface of the recess region 260 but also on the side surface of the barrier layer 250 . That is, the ohmic contact layer 240 may be formed on the channel layer 230 except for the recess region 260 .

오믹 콘택층(240)은 n형 불순물이 도핑된 AlGaN, GaN 등으로 형성될 수 있다. 바람직하게, 오믹 콘택층(240)은 Si이 1019/cm3 이상의 농도로 도핑된 n+형 GaN으로 형성될 수 있다.The ohmic contact layer 240 may be formed of AlGaN or GaN doped with an n-type impurity. Preferably, the ohmic contact layer 240 may be formed of n+ type GaN doped with Si at a concentration of 10 19 /cm 3 or higher.

또한, 본 발명의 다른 실시예에 따른 중간층은 리세스 영역(260)의 바닥면을 형성하고, 2DEG 채널(232)을 형성시키는 재성장 배리어층(250)으로 형성될 수 있다. 재성장 배리어층(250)은 채널층(230)의 일부 영역, 즉 리세스 영역(260)에 대응하는 영역 상에 재성장된 에피택시 박막층으로서, 채널층(230) 보다 밴드갭이 크고, 격자 상수가 작은 물질로 형성될 수 있다.In addition, the intermediate layer according to another embodiment of the present invention may be formed of the regrowth barrier layer 250 forming the bottom surface of the recess region 260 and forming the 2DEG channel 232 . The re-growth barrier layer 250 is an epitaxial thin film layer re-grown on a portion of the channel layer 230, that is, a region corresponding to the recess region 260, and has a larger band gap and a lattice constant than the channel layer 230. It can be made of small materials.

예를 들어, 재성장 배리어층(250)은 InxAlyGa1-x-yN(여기에서, 0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤(x+y)≤1)층으로 형성될 수 있다. 즉, 재성장 배리어층(250)은 AlN, InAlN, InGaN, AlGaN 및 InAlGaN 중 적어도 어느 하나로 형성될 수 있다. 재성장 배리어층(250)은 2DEG 채널(232)과 게이트 전극(270) 간에 미리 설정된 타겟 거리에 따라 두께가 조절될 수 있다. 즉, 재성장 배리어층(250)의 두께를 조절하여 반도체 소자(200)의 성능을 제어할 수 있다. For example, the regrowth barrier layer 250 may be formed of In x Al y Ga 1-xy N (where 0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤(x+y)≤1). can That is, the regrowth barrier layer 250 may be formed of at least one of AlN, InAlN, InGaN, AlGaN, and InAlGaN. The thickness of the regrowth barrier layer 250 may be adjusted according to a preset target distance between the 2DEG channel 232 and the gate electrode 270 . That is, the performance of the semiconductor device 200 can be controlled by adjusting the thickness of the regrowth barrier layer 250 .

게이트 전극(270)은 리세스 영역(260) 상에 형성되고, 소스 전극(280) 및 드레인 전극(290)은 오믹 콘택층(240) 상에 형성될 수 있다. 즉, 본 발명의 다른 실시예에 따른 반도체 소자(200)는 리세스 영역(260)의 바닥면에만 재성장 배리어층(250)을 형성하고, 재성장 배리어층(250)의 측면 및 리세스 영역(260)의 측면에 오믹 콘택층(240)을 형성하여 리세스 구조물(RS')을 형성할 수 있다.The gate electrode 270 may be formed on the recess region 260 , and the source electrode 280 and the drain electrode 290 may be formed on the ohmic contact layer 240 . That is, in the semiconductor device 200 according to another embodiment of the present invention, the regrowth barrier layer 250 is formed only on the bottom surface of the recess region 260, and the side surface of the regrowth barrier layer 250 and the recess region 260 The recess structure RS' may be formed by forming the ohmic contact layer 240 on the side surface of the ).

도 7a 내지 도 7e는 도 6에 도시된 반도체 소자의 제조 방법에 대한 일 실시예를 도시한 도면이다.7A to 7E are diagrams illustrating an embodiment of a method of manufacturing the semiconductor device shown in FIG. 6 .

도 7a를 참조하면, 먼저 기판(210)을 준비한다. 여기에서, 기판(210)은 사파이어, AlN, BN, SiC 및 GaN 중 적어도 어느 하나로 형성할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 그 다음, 기판(210) 상에 HEMT 소자의 구조 제작을 위한 다층의 에피택시 박막을 성장시킨다. 여기에서, 에피택시 박막의 성장 공정은 MBE(molecular beam epitaxy), MOCVD(metal organic chemical vapor deposition) 등의 에피택셜 성장 공정을 이용할 수 있다. Referring to FIG. 7A , first, a substrate 210 is prepared. Here, the substrate 210 may be formed of at least one of sapphire, AlN, BN, SiC, and GaN, but is not limited thereto. Next, a multilayer epitaxial thin film for fabricating the structure of a HEMT device is grown on the substrate 210 . Here, an epitaxial growth process such as molecular beam epitaxy (MBE) or metal organic chemical vapor deposition (MOCVD) may be used for the growth process of the epitaxial thin film.

구체적으로, 기판(210) 상에 버퍼층(220) 및 채널층(230)을 순차적으로 적층할 수 있다. 여기에서, 버퍼층(220) 및 채널층(230) 각각은 GaN층으로 형성할 수 있다. 본 발명의 실시예는 이에 한정되지 않고, 채널층(230)을 2DEG 채널(232)이 형성될 수 있는 다른 물질로 형성할 수 있다.Specifically, the buffer layer 220 and the channel layer 230 may be sequentially stacked on the substrate 210 . Here, each of the buffer layer 220 and the channel layer 230 may be formed of a GaN layer. The embodiment of the present invention is not limited thereto, and the channel layer 230 may be formed of other materials in which the 2DEG channel 232 may be formed.

그 다음, 채널층(230) 상에 오믹 콘택층(240)을 형성한다. 여기에서, 오믹 콘택층(240)은 리세스 영역(260)의 측면을 형성하는 주변층으로서, n형 불순물이 도핑된 GaN으로 형성할 수 있다. 바람직하게, 오믹 콘택층(240)은 Si이 1019/cm3 이상의 농도로 도핑된 n+형 GaN으로 형성할 수 있다.Then, an ohmic contact layer 240 is formed on the channel layer 230 . Here, the ohmic contact layer 240 is a peripheral layer forming a side surface of the recess region 260 and may be formed of GaN doped with an n-type impurity. Preferably, the ohmic contact layer 240 may be formed of n+ type GaN doped with Si at a concentration of 10 19 /cm 3 or higher.

도 7b를 참조하면, 오믹 콘택층(240) 상에 게이트 예정 영역을 노출시키는 마스크 패턴(242)을 형성한다. 여기에서, 마스크 패턴(242)은 반도체 박막의 재성장이 불가능한 비결정질(amorphous) 물질로 형성할 수 있다.Referring to FIG. 7B , a mask pattern 242 exposing a planned gate region is formed on the ohmic contact layer 240 . Here, the mask pattern 242 may be formed of an amorphous material in which re-growth of the semiconductor thin film is impossible.

예를 들어, 마스크 패턴(242)은 SiO2 및 SiN 중 적어도 어느 하나로 형성할 수 있다. 마스크 패턴(242)은 감광막을 이용한 포토리소그래피 공정 및 식각 공정에 의해 패터닝될 수 있다. For example, the mask pattern 242 may be formed of at least one of SiO 2 and SiN. The mask pattern 242 may be patterned by a photolithography process using a photoresist film and an etching process.

도 7c를 참조하면, 마스크 패턴(242)을 식각 마스크로 오믹 콘택층(240)을 식각하여 채널층(230)을 노출시킨다.Referring to FIG. 7C , the channel layer 230 is exposed by etching the ohmic contact layer 240 using the mask pattern 242 as an etch mask.

도 7d를 참조하면, 마스크 패턴(242)에 의해 노출된 채널층(230) 상에 재성장 배리어층(250)을 형성한다. 재성장 배리어층(250)은 리세스 영역(260)의 바닥면을 형성하는 중간층으로서, 채널층(230) 내에 2DEG 채널(232)을 형성시킨다. Referring to FIG. 7D , a regrowth barrier layer 250 is formed on the channel layer 230 exposed by the mask pattern 242 . The regrowth barrier layer 250 is an intermediate layer forming the bottom surface of the recess region 260 and forms the 2DEG channel 232 in the channel layer 230 .

재성장 배리어층(250)은 2DEG 채널(232)과 게이트 전극(270) 간에 미리 설정된 타겟 거리에 대응하는 두께로 형성할 수 있다. 여기에서, 재성장 배리어층(250)은 InxAlyGa1-x-yN(여기에서, 0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤(x+y)≤1)층으로 형성될 수 있다. 즉, 재성장 배리어층(250)은 AlN, InAlN, InGaN, AlGaN 및 InAlGaN 중 적어도 어느 하나로 형성될 수 있다. The regrowth barrier layer 250 may be formed to a thickness corresponding to a preset target distance between the 2DEG channel 232 and the gate electrode 270 . Here, the regrowth barrier layer 250 may be formed of In x Al y Ga 1-xy N (where 0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤(x+y)≤1) layer. there is. That is, the regrowth barrier layer 250 may be formed of at least one of AlN, InAlN, InGaN, AlGaN, and InAlGaN.

그 다음, 마스크 패턴(242)을 제거한다. 이에 따라, 리세스 영역(260)을 포함하는 리세스 구조물(RS')이 형성된다. Then, the mask pattern 242 is removed. Accordingly, a recess structure RS′ including the recess region 260 is formed.

도 7e를 참조하면, 오믹 콘택층(240) 상에 소스 전극(280) 및 드레인 전극(290)을 형성한다. 그 다음, 리세스 영역(260) 내에 게이트 전극(270)을 형성하여 반도체 소자(200)를 완성한다. Referring to FIG. 7E , a source electrode 280 and a drain electrode 290 are formed on the ohmic contact layer 240 . Then, the gate electrode 270 is formed in the recess region 260 to complete the semiconductor device 200 .

즉, 본 발명의 다른 실시예는 1차적으로 채널층(230) 상에 게이트 예정 영역을 노출시키는 오믹 콘택층(240)을 형성하고, 2차적으로 게이트 예정 영역의 채널층(230) 상에 재성장 배리어층(250)을 형성한다. 따라서, Top-down 방식의 리세스 식각 공정 대신 Bottom-up 방식으로 리세스 영역(260)을 포함하는 리세스 구조물(RS')을 형성할 수 있다.That is, in another embodiment of the present invention, the ohmic contact layer 240 exposing the planned gate region is firstly formed on the channel layer 230, and the ohmic contact layer 240 is secondarily re-grown on the channel layer 230 in the planned gate region. A barrier layer 250 is formed. Accordingly, the recess structure RS′ including the recess region 260 may be formed by a bottom-up method instead of a top-down method of etching the recess.

이로 인해, 리세스 식각 공정 시 발생하는 식각 손상에 의한 소자 성능 저하를 방지할 수 있고, 선택적 재성장 공정에 의해 배리어층(250)을 균일하게 형성 가능하며, 공정 상의 재현성 및 신뢰성을 확보할 수 있다.As a result, device performance degradation due to etching damage occurring during the recess etching process can be prevented, the barrier layer 250 can be uniformly formed by the selective regrowth process, and reproducibility and reliability in the process can be secured. .

또한, 열처리 공정 없이 오믹 접합을 완성함으로써 열처리 공정에 의해 소스 전극 및 드레인 전극(280, 290)의 표면이 거칠어지는 현상을 방지하여 게이트 전극(270) 형성 공정 시 오정렬이 발생하는 현상을 방지할 수 있다. In addition, by completing the ohmic junction without a heat treatment process, it is possible to prevent a phenomenon in which the surfaces of the source and drain electrodes 280 and 290 become rough due to the heat treatment process, thereby preventing misalignment during the forming process of the gate electrode 270. there is.

도 8은 n+형 GaN층을 적용한 경우 오믹 특성을 설명하기 위해 도시한 도면이고, 도 9는 TLM(Transfer Length Method) 패턴을 이용하여 측정한 오믹 저항을 설명하기 위해 도시한 도면이다. 8 is a diagram for explaining ohmic characteristics when an n+ type GaN layer is applied, and FIG. 9 is a diagram for explaining ohmic resistance measured using a TLM (Transfer Length Method) pattern.

도 8에서, 소스 전극 및 드레인 전극(180, 190)을 형성한 이후 오믹 접합을 완성하기 위해 열처리 공정을 650℃에서 수행한 경우나 850℃에서 수행한 경우 (a) 및 (b)에 도시된 바와 같이, 소스 전극 및 드레인 전극(180, 190) 표면이 거칠어진 것을 볼 수 있다. 반면, 본 발명의 일 실시예와 같이, 열처리 공정 없이 Si이 1019/cm3 이상의 고농도로 도핑된 n+형 GaN층을 적용한 경우 (c)에 도시된 바와 같이, 소스 전극 및 드레인 전극(180, 190) 표면의 거칠기가 상대적으로 적고, 매끄러운 상태인 것을 볼 수 있다. 따라서, 이빔(Electron-Beam) 리소그래피 공정을 통해 게이트 전극(170) 형성 시 소스 전극 및 드레인 전극(180, 190)의 표면 거칠기로 인해 오정렬이 발생하는 현상을 최소화할 수 있다. In FIG. 8, when the heat treatment process is performed at 650° C. or 850° C. to complete the ohmic junction after forming the source and drain electrodes 180 and 190, (a) and (b) show As shown, it can be seen that the surfaces of the source and drain electrodes 180 and 190 are rough. On the other hand, as in one embodiment of the present invention, in the case of applying an n+ type GaN layer doped with Si at a high concentration of 10 19 /cm 3 or more without a heat treatment process, as shown in (c), the source and drain electrodes 180, 190) It can be seen that the roughness of the surface is relatively small and it is in a smooth state. Therefore, when forming the gate electrode 170 through an electron-beam lithography process, a phenomenon in which misalignment occurs due to surface roughness of the source and drain electrodes 180 and 190 can be minimized.

또한, 도 9에 도시된 바와 같이, 소스 전극 및 드레인 전극(180, 190)을 형성한 이후 열처리 공정을 850℃에서 수행한 경우 (a)에 도시된 바와 같이, 오믹 저항이 약 0.69Ω·mm이나, 본 발명의 일 실시예와 같이 Si이 고농도로 도핑된 n+형 GaN층이 적용된 경우 (b)에 도시된 바와 같이, 오믹 저항이 약 0.25Ω·mm로 낮아진 것을 볼 수 있다.In addition, as shown in FIG. 9, when the heat treatment process is performed at 850° C. after forming the source and drain electrodes 180 and 190, as shown in (a), the ohmic resistance is about 0.69 Ω mm However, as shown in (b), when an n+ type GaN layer doped with Si at a high concentration is applied, as in one embodiment of the present invention, it can be seen that the ohmic resistance is lowered to about 0.25Ω·mm.

즉, 소스 전극 및 드레인 전극(180, 190)과 접하는 에피택시 박막층을 Si이 고농도로 도핑된 n+형 GaN층으로 형성할 경우 열처리 공정 없이 오믹 특성을 확보할 수 있다. That is, when the epitaxial thin film layer in contact with the source and drain electrodes 180 and 190 is formed of an n+ type GaN layer doped with a high concentration of Si, ohmic characteristics can be secured without a heat treatment process.

100, 200: 반도체 소자
110, 210: 기판 120, 220: 버퍼층
130, 230: 채널층 140: 배리어층
150: 재성장층 160, 260: 리세스 영역
170, 270: 게이트 전극 180, 280: 소스 전극
190, 290: 드레인 전극 240: 오믹 콘택층
250: 재성장 배리어층
100, 200: semiconductor element
110, 210: substrate 120, 220: buffer layer
130, 230: channel layer 140: barrier layer
150: regrowth layer 160, 260: recess area
170, 270: gate electrode 180, 280: source electrode
190, 290: drain electrode 240: ohmic contact layer
250: regrowth barrier layer

Claims (27)

기판 상에 형성되고, 내부에 2차원 전자가스 채널을 포함하는 채널층;
상기 채널층 상에 형성되어 상기 2차원 전자가스 채널을 형성시키고, 리세스 영역의 바닥면을 형성하는 중간층 및 상기 리세스 영역의 측면을 형성하는 주변층을 포함하는 리세스 구조물;
상기 리세스 영역 내의 상기 중간층 상에 형성된 게이트 전극; 및
상기 주변층 상에 형성된 소스 전극 및 드레인 전극을 포함하는 반도체 소자.
a channel layer formed on the substrate and including a two-dimensional electron gas channel therein;
a recess structure formed on the channel layer to form the two-dimensional electron gas channel and including an intermediate layer forming a bottom surface of the recess region and a peripheral layer forming a side surface of the recess region;
a gate electrode formed on the intermediate layer in the recess region; and
A semiconductor device including a source electrode and a drain electrode formed on the peripheral layer.
제1항에 있어서, 상기 중간층은
상기 채널층의 전체 표면 상에 형성된 배리어층을 포함하는 반도체 소자.
The method of claim 1, wherein the intermediate layer
A semiconductor device comprising a barrier layer formed on an entire surface of the channel layer.
제2항에 있어서, 상기 배리어층은
InxAlyGa1-x-yN(여기에서, 0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤(x+y)≤1)층으로 형성되는 반도체 소자.
The method of claim 2, wherein the barrier layer
A semiconductor device formed of In x Al y Ga 1-xy N (here, 0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤(x+y)≤1) layers.
제2항에 있어서, 상기 주변층은
상기 리세스 영역을 제외한 영역의 상기 배리어층 상에 형성된 재성장 배리어층을 포함하는 반도체 소자.
The method of claim 2, wherein the peripheral layer
A semiconductor device comprising a regrowth barrier layer formed on the barrier layer in a region other than the recess region.
제4항에 있어서, 상기 재성장 배리어층은
InxAlyGa1-x-yN(여기에서, 0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤(x+y)≤1)층으로 형성되는 반도체 소자.
5. The method of claim 4, wherein the regrowth barrier layer
A semiconductor device formed of In x Al y Ga 1-xy N (here, 0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤(x+y)≤1) layers.
제4항에 있어서, 상기 주변층은
상기 재성장 배리어층 상에 형성된 오믹 콘택층을 더 포함하는 반도체 소자.
5. The method of claim 4, wherein the peripheral layer is
The semiconductor device further comprises an ohmic contact layer formed on the regrowth barrier layer.
제6항에 있어서, 상기 오믹 콘택층은
n형 불순물이 도핑된 AlGaN, GaN 및 이들의 적층 구조 중 적어도 어느 하나로 형성되는 반도체 소자.
The method of claim 6 , wherein the ohmic contact layer
A semiconductor device formed of at least one of AlGaN and GaN doped with n-type impurities, and a stacked structure thereof.
제7항에 있어서, 상기 n형 불순물은
Si을 포함하는 반도체 소자.
The method of claim 7, wherein the n-type impurity
A semiconductor device containing Si.
제7항에 있어서, 상기 n형 불순물은
1019/cm3 이상의 농도로 도핑된 반도체 소자.
The method of claim 7, wherein the n-type impurity
A semiconductor device doped at a concentration of 10 19 /cm 3 or more.
제1항에 있어서, 상기 중간층은
상기 리세스 영역에 대응하는 상기 채널층 상에 형성된 재성장 배리어층을 포함하는 반도체 소자.
The method of claim 1, wherein the intermediate layer
and a regrowth barrier layer formed on the channel layer corresponding to the recess region.
제10항에 있어서, 상기 재성장 배리어층은
InxAlyGa1-x-yN(여기에서, 0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤(x+y)≤1)층으로 형성되는 반도체 소자.
11. The method of claim 10, wherein the regrowth barrier layer
A semiconductor device formed of In x Al y Ga 1-xy N (here, 0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤(x+y)≤1) layers.
제10항에 있어서, 상기 주변층은
상기 리세스 영역을 제외한 영역의 상기 채널층 상에 형성된 오믹 콘택층을 포함하는 반도체 소자.
11. The method of claim 10, wherein the peripheral layer
A semiconductor device comprising an ohmic contact layer formed on the channel layer in a region other than the recess region.
제12항에 있어서, 상기 오믹 콘택층은
n형 불순물이 1019/cm3 이상의 농도로 도핑된 GaN으로 형성되는 반도체 소자.
13. The method of claim 12, wherein the ohmic contact layer
A semiconductor device formed of GaN doped with an n-type impurity at a concentration of 10 19 /cm 3 or higher.
제1항에 있어서, 상기 채널층은
GaN으로 형성되는 반도체 소자.
The method of claim 1, wherein the channel layer
A semiconductor device made of GaN.
기판 상에 2차원 전자가스 채널을 포함하는 채널층을 형성하는 단계;
상기 채널층 상에 리세스 영역의 바닥면을 형성하는 중간층 및 상기 리세스 영역의 측면을 형성하는 주변층을 포함하는 리세스 구조물을 형성하는 단계;
상기 리세스 영역 내의 상기 중간층 상에 게이트 전극을 형성하는 단계; 및
상기 주변층 상에 소스 전극 및 드레인 전극을 형성하는 단계를 포함하는 반도체 소자의 제조 방법.
Forming a channel layer including a two-dimensional electron gas channel on a substrate;
forming a recess structure on the channel layer including an intermediate layer forming a bottom surface of a recess area and a peripheral layer forming a side surface of the recess area;
forming a gate electrode on the intermediate layer in the recess region; and
A method of manufacturing a semiconductor device comprising forming a source electrode and a drain electrode on the peripheral layer.
제15항에 있어서, 상기 중간층을 형성하는 단계는
상기 채널층의 전체 표면 상에 상기 2차원 전자가스 채널을 형성시키는 배리어층을 형성하는 단계를 포함하는 반도체 소자의 제조 방법.
16. The method of claim 15, wherein forming the intermediate layer
and forming a barrier layer for forming the two-dimensional electron gas channel on the entire surface of the channel layer.
제16항에 있어서, 상기 배리어층은
InxAlyGa1-x-yN(여기에서, 0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤(x+y)≤1)층으로 형성하는 반도체 소자의 제조 방법.
17. The method of claim 16, wherein the barrier layer
A method of manufacturing a semiconductor device formed of In x Al y Ga 1-xy N (where 0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤(x+y)≤1) layers.
제16항에 있어서, 상기 주변층을 형성하는 단계는
상기 배리어층 상에 리세스 영역을 덮는 마스크 패턴을 형성하는 단계;
상기 마스크 패턴에 의해 노출된 배리어층 상에 재성장층을 형성하는 단계; 및
상기 마스크 패턴을 제거하는 단계를 포함하는 반도체 소자의 제조 방법.
17. The method of claim 16, wherein forming the peripheral layer comprises
forming a mask pattern covering a recessed area on the barrier layer;
forming a re-growth layer on the barrier layer exposed by the mask pattern; and
A method of manufacturing a semiconductor device comprising removing the mask pattern.
제18항에 있어서, 상기 재성장층은
재성장 배리어층, 오믹 콘택층 및 이들의 적층 구조 중 적어도 어느 하나로 형성하는 반도체 소자의 제조 방법.
19. The method of claim 18, wherein the regrowth layer
A method of manufacturing a semiconductor device by forming at least one of a regrowth barrier layer, an ohmic contact layer, and a stacked structure thereof.
제19항에 있어서, 상기 재성장 배리어층은
InxAlyGa1-x-yN(여기에서, 0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤(x+y)≤1)층으로 형성하는 반도체 소자의 제조 방법.
20. The method of claim 19, wherein the regrowth barrier layer
A method of manufacturing a semiconductor device formed of In x Al y Ga 1-xy N (where 0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤(x+y)≤1) layers.
제19항에 있어서, 상기 오믹 콘택층은
n형 불순물이 도핑된 AlGaN, GaN 및 이들의 적층 구조 중 적어도 어느 하나로 형성하는 반도체 소자의 제조 방법.
20. The method of claim 19, wherein the ohmic contact layer
A method of manufacturing a semiconductor device formed of at least one of n-type impurity-doped AlGaN, GaN, and a stacked structure thereof.
제21항에 있어서, 상기 n형 불순물은
Si을 포함하는 반도체 소자의 제조 방법.
22. The method of claim 21, wherein the n-type impurity is
Method for manufacturing a semiconductor device containing Si.
제21항에 있어서, 상기 n형 불순물은
1019/cm3 이상의 농도로 도핑된 반도체 소자의 제조 방법.
22. The method of claim 21, wherein the n-type impurity is
A method of manufacturing a semiconductor device doped at a concentration of 10 19 /cm 3 or more.
제15항에 있어서, 상기 주변층을 형성하는 단계는
상기 채널층의 전체 표면 상에 오믹 콘택층을 형성하는 단계;
상기 오믹 콘택층 상에 상기 리세스 영역을 노출시키는 마스크 패턴을 형성하는 단계; 및
상기 마스크 패턴을 식각 마스크로 상기 오믹 콘택층을 식각하여 상기 채널층을 노출시키는 단계를 포함하는 반도체 소자의 제조 방법.
16. The method of claim 15, wherein forming the peripheral layer comprises
forming an ohmic contact layer on the entire surface of the channel layer;
forming a mask pattern exposing the recess region on the ohmic contact layer; and
and etching the ohmic contact layer using the mask pattern as an etching mask to expose the channel layer.
제24항에 있어서, 상기 오믹 콘택층은
n형 불순물이 1019/cm3 이상의 농도로 도핑된 GaN으로 형성하는 반도체 소자의 제조 방법.
25. The method of claim 24, wherein the ohmic contact layer
A method of manufacturing a semiconductor device formed of GaN doped with an n-type impurity at a concentration of 10 19 /cm 3 or higher.
제24항에 있어서, 상기 중간층을 형성하는 단계는
상기 마스크 패턴에 의해 노출된 상기 채널층 상에 상기 2차원 전자가스 채널을 형성시키는 재성장 배리어층을 형성하는 단계; 및
상기 마스크 패턴을 제거하는 단계를 포함하는 반도체 소자의 제조 방법.
25. The method of claim 24, wherein forming the intermediate layer
forming a regrowth barrier layer for forming the two-dimensional electron gas channel on the channel layer exposed by the mask pattern; and
A method of manufacturing a semiconductor device comprising removing the mask pattern.
제26항에 있어서, 상기 재성장 배리어층은
InxAlyGa1-x-yN(여기에서, 0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤(x+y)≤1)층으로 형성하는 반도체 소자의 제조 방법.
27. The method of claim 26, wherein the regrowth barrier layer
A method of manufacturing a semiconductor device formed of In x Al y Ga 1-xy N (where 0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤(x+y)≤1) layers.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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