KR102919819B1 - GaN-based E-mode transistor - Google Patents
GaN-based E-mode transistorInfo
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Abstract
게이트 저항을 감소시켜서 스위칭 특성을 향상시킬 수 있는 GaN 기반 E-mode 트랜지스터가 개시된다.
개시된 GaN 기반 E-mode 트랜지스터는,
기판; 상기 기판 상에 형성된 버퍼층; 상기 버퍼층 상에 형성되며, 2차원 전자채널을 포함하는 채널층; 상기 채널층 상에 이격되어 형성되는 소스 전극 및 드레인 전극; 상기 소스 전극과 드레인 전극 사이에 형성되며, 상기 채널층과의 경계면에 상기 2차원 전자채널이 형성되도록 유도하는 장벽층; 상기 장벽층 상에 형성되는 p-GaN층; 상기 p-GaN층 상에 형성되는 게이트 전극; 상기 소스 전극 상에 형성된 메탈층; 상기 메탈층과 절연되며 상기 게이트 전극과 부분적으로 접촉되는 게이트 피드 라인;을 포함한다.A GaN-based E-mode transistor capable of improving switching characteristics by reducing gate resistance is disclosed.
The disclosed GaN-based E-mode transistor is
A device comprising: a substrate; a buffer layer formed on the substrate; a channel layer formed on the buffer layer and including a two-dimensional electron channel; a source electrode and a drain electrode formed spaced apart from each other on the channel layer; a barrier layer formed between the source electrode and the drain electrode and inducing the two-dimensional electron channel to be formed at a boundary surface with the channel layer; a p-GaN layer formed on the barrier layer; a gate electrode formed on the p-GaN layer; a metal layer formed on the source electrode; and a gate feed line insulated from the metal layer and partially in contact with the gate electrode.
Description
본 발명은 게이트 저항을 감소시켜서 스위칭 특성을 향상시킬 수 있는 GaN 기반 E-mode 트랜지스터에 관한 것이다.The present invention relates to a GaN-based E-mode transistor capable of improving switching characteristics by reducing gate resistance.
GaN(질화갈륨)은 넓은 에너지 밴드갭을 갖는 물질로써 빠른 스위칭 특성, 높은 항복 전압 및 높은 전자 이동도 등의 장점을 가지고 있으며, 기존 반도체에 일반적으로 사용되어온 Si의 물질적인 한계를 극복하여 전력반도체 분야에 활발하게 적용되기 위해 연구되고 있다. GaN (gallium nitride) is a material with a wide energy band gap and has advantages such as fast switching characteristics, high breakdown voltage, and high electron mobility. It is being actively studied for application in the power semiconductor field by overcoming the material limitations of Si, which has been commonly used in existing semiconductors.
특히 AlGaN과 GaN의 이종접합(hetero-jucntion) 구조는 결정 구조 및 격자 상수 등의 차이로 인해 자발분극 및 압전분극 현상이 생기게 되고, AlGaN/GaN 사이에 전자들이 쌓이는 2차원 전자채널(2DEG)을 형성한다. 2차원 전자채널은 특별한 도핑없이도 높은 전자밀도 및 전자이동도를 갖는 장점이 있다.In particular, the heterojunction structure of AlGaN and GaN causes spontaneous polarization and piezoelectric polarization due to differences in crystal structure and lattice constants, and forms a two-dimensional electron channel (2DEG) in which electrons accumulate between the AlGaN/GaN. The 2D electron channel has the advantage of having high electron density and electron mobility even without special doping.
도 1a은 종래 기술에 따른 GaN 기반 D-mode 트랜지스터가 도시된 단면도이고, 도 1b 및 도 1c는 종래 기술에 따른 GaN 기반 E-mode 트랜지스터가 도시된 단면도이다.FIG. 1a is a cross-sectional view illustrating a GaN-based D-mode transistor according to the prior art, and FIGS. 1b and 1c are cross-sectional views illustrating a GaN-based E-mode transistor according to the prior art.
도 1a를 참조하면, 종래 기술에 따른 GaN 기반 D-mode 트랜지스터(10a)는, 기판(1), 버퍼층(2), 채널층(3), 장벽층(4), 소스 전극(S), 드레인 전극(D), 게이트 전극(G)을 포함한다. 채널층(3)은 GaN으로, 장벽층(4)은 AlGaN으로 형성될 수 있으며, 채널층(3)과 장벽층(4)의 경계면에는 2차원 전자채널(2-DEG)이 형성된다. 2차원 전자채널(2-DEG)으로 인해 AlGaN/GaN 이종접합 구조의 전계효과 트랜지스터는 상시도통(normally-on) 특성을 가지게 된다. 하지만 2차원 전자채널로 인해 AlGaN/GaN 이종접합 소자의 경우 상시도통(normally-on) 특성을 가지고 있기 때문에 이를 상시불통(normally-off)로 제작하는 방식이 중요하다. Referring to FIG. 1a, a GaN-based D-mode transistor (10a) according to the prior art includes a substrate (1), a buffer layer (2), a channel layer (3), a barrier layer (4), a source electrode (S), a drain electrode (D), and a gate electrode (G). The channel layer (3) can be formed of GaN, and the barrier layer (4) can be formed of AlGaN, and a two-dimensional electron channel (2-DEG) is formed at the interface between the channel layer (3) and the barrier layer (4). Due to the two-dimensional electron channel (2-DEG), the field effect transistor of the AlGaN/GaN heterojunction structure has a normally-on characteristic. However, since the AlGaN/GaN heterojunction device has a normally-on characteristic due to the two-dimensional electron channel, it is important to manufacture it as a normally-off device.
대표적인 normally-off 동작 특성 구현 방법으로, 도 1b에 도시된 바와 같이, 게이트 하부의 AlGaN을 식각하는 recessed MIS 게이트 구조의 GaN 기반 E-mode 트랜지스터(10b), 또는, 도 1c에 도시된 바와 같이, 게이트 금속 하부에 p-GaN층(5)을 이용하는 p-GaN 게이트 구조의 GaN 기반 E-mode 트랜지스터(10c)가 있다.As a representative method for implementing normally-off operation characteristics, there is a GaN-based E-mode transistor (10b) with a recessed MIS gate structure in which AlGaN under the gate is etched, as shown in FIG. 1b, or a GaN-based E-mode transistor (10c) with a p-GaN gate structure in which a p-GaN layer (5) is used under the gate metal, as shown in FIG. 1c.
도 2는 종래 기술에 따른 GaN 기반 E-mode 트랜지스터에서 소스 전극 상에 형성된 메탈층이 도시된 단면도이고, 도 3은 도 2의 평면도이며, 도 4는 도 3에서 소스/드레인 전극을 제거한 상태가 도시된 평면도이다.FIG. 2 is a cross-sectional view illustrating a metal layer formed on a source electrode in a GaN-based E-mode transistor according to the prior art, FIG. 3 is a plan view of FIG. 2, and FIG. 4 is a plan view illustrating a state in which the source/drain electrodes are removed from FIG. 3.
도 2를 참조하면, 도 2의 우하단 네모(부호 A) 안에 도 1c의 GaN 기반 E-mode 트랜지스터(10c)가 도시되어 있다. 이러한 GaN 기반 E-mode 트랜지스터(10c)에서 제1 메탈층(M1)의 일부는 소스 전극(S)과 드레인 전극(D)를 형성하고, 소스 전극(S)과 드레인 전극(D) 상에는 복수의 메탈층(M2, M3)이 적층되어 소스 전극(S)과 드레인 전극(D)의 일부를 구성하고, 최상층의 메탈층(M4)은 소스 패드(SP)와 드레인 패드(DP)를 구성한다. Referring to FIG. 2, a GaN-based E-mode transistor (10c) of FIG. 1c is illustrated in the lower right square (symbol A) of FIG. 2. In this GaN-based E-mode transistor (10c), a portion of a first metal layer (M1) forms a source electrode (S) and a drain electrode (D), and a plurality of metal layers (M2, M3) are stacked on the source electrode (S) and the drain electrode (D) to form portions of the source electrode (S) and the drain electrode (D), and the uppermost metal layer (M4) forms a source pad (SP) and a drain pad (DP).
소스 패드(SP)는 소스 전극(S)을 외부 회로나 소스 전위에 연결하여 전류 경로를 형성한다. 드레인 패드(DP)는 드레인 전극(D)을 외부 회로나 부하에 연결하여 전류가 소스에서 드레인으로 흐를 수 있도록 한다. The source pad (SP) connects the source electrode (S) to an external circuit or source potential to form a current path. The drain pad (DP) connects the drain electrode (D) to an external circuit or load to allow current to flow from the source to the drain.
도 2에 도시된 바와 같은 종래의 GaN 기반 E-mode 트랜지스터에서 pGaN/AlGaN/GaN HFET의 경우 M1, M2, M3, M4의 적층으로 인해 전류는 소스 전극(S)에서 수직방향으로 direct하게 흐르게 되고, 도 3에 도시된 바와 같이 게이트 전극(G)(pGaN층(5) 위에 형성됨)은 활성 영역(AA) 전체에 걸쳐서 형성된다.In the case of a pGaN/AlGaN/GaN HFET in a conventional GaN-based E-mode transistor as illustrated in FIG. 2, the current flows directly in the vertical direction from the source electrode (S) due to the stacking of M1, M2, M3, and M4, and as illustrated in FIG. 3, the gate electrode (G) (formed on the pGaN layer (5)) is formed over the entire active area (AA).
도 3에서 L1 - L1'에서 바라 본 단면이 도 2에서 최상층의 메탈층(M4)을 제외한 상태의 트랜지스터(10c)에 해당한다.In Fig. 3, the cross-section viewed from L1 - L1' corresponds to the transistor (10c) in Fig. 2 except for the top metal layer (M4).
이러한 구조의 트랜지스터(10c)에서 게이트 전극(G)은 도 4에서와 같이 작은 크기의 폭(W)으로 얇고 길게 배치되어, 큰 게이트 저항을 가지게 되고, 큰 게이트 저항은 스위칭 손실의 주요 원인이 되어 스위칭 특성을 악화시키는 원인이 된다. 즉, 게이트 저항이 커서 고속 스위칭을 구현하기 어려워지는 문제가 있다.In a transistor (10c) of this structure, the gate electrode (G) is arranged thinly and long with a small width (W) as shown in Fig. 4, resulting in a large gate resistance. The large gate resistance is a major cause of switching loss and deteriorates switching characteristics. In other words, there is a problem that it is difficult to implement high-speed switching due to the large gate resistance.
본 발명은 게이트 저항을 감소시켜서 스위칭 특성을 향상시킬 수 있는 GaN 기반 E-mode 트랜지스터를 제공하는 것을 목적으로 한다.The present invention aims to provide a GaN-based E-mode transistor capable of improving switching characteristics by reducing gate resistance.
본 발명의 실시예에 따른 GaN 기반 E-mode 트랜지스터는,A GaN-based E-mode transistor according to an embodiment of the present invention,
기판; 상기 기판 상에 형성된 버퍼층; 상기 버퍼층 상에 형성되며, 2차원 전자채널을 포함하는 채널층; 상기 채널층 상에 이격되어 형성되는 소스 전극 및 드레인 전극; 상기 소스 전극과 드레인 전극 사이에 형성되며, 상기 채널층과의 경계면에 상기 2차원 전자채널이 형성되도록 유도하는 장벽층; 상기 장벽층 상에 형성되는 p-GaN층; 상기 p-GaN층 상에 형성되는 게이트 전극; 상기 소스 전극 상에 형성된 메탈층; 상기 메탈층과 절연되며 상기 게이트 전극과 부분적으로 접촉되는 게이트 피드 라인;을 포함한다.A device comprising: a substrate; a buffer layer formed on the substrate; a channel layer formed on the buffer layer and including a two-dimensional electron channel; a source electrode and a drain electrode formed spaced apart from each other on the channel layer; a barrier layer formed between the source electrode and the drain electrode and inducing the two-dimensional electron channel to be formed at a boundary surface with the channel layer; a p-GaN layer formed on the barrier layer; a gate electrode formed on the p-GaN layer; a metal layer formed on the source electrode; and a gate feed line insulated from the metal layer and partially in contact with the gate electrode.
본 발명의 실시예에 따른 GaN 기반 E-mode 트랜지스터에 있어서, 상기 메탈층은 순차적으로 적층되는 제1 내지 제3 메탈층을 포함하고, 상기 게이트 피드 라인은 제3 메탈층에 형성되고, 상기 게이트 전극과 상기 게이트 피드 라인은 제2 메탈층에 형성된 브릿지를 통해 연결될 수 있다.In a GaN-based E-mode transistor according to an embodiment of the present invention, the metal layer includes first to third metal layers that are sequentially stacked, the gate feed line is formed in the third metal layer, and the gate electrode and the gate feed line can be connected through a bridge formed in the second metal layer.
본 발명의 실시예에 따른 GaN 기반 E-mode 트랜지스터에 있어서, 상기 브릿지는 상기 게이트 전극과 상기 게이트 피드 라인 사이에 기설정된 간격으로 복수개로 구비될 수 있다.In a GaN-based E-mode transistor according to an embodiment of the present invention, a plurality of bridges may be provided at preset intervals between the gate electrode and the gate feed line.
본 발명의 실시예에 따른 GaN 기반 E-mode 트랜지스터에 있어서, 상기 게이트 피드 라인은 한 쌍의 제3 메탈층 사이에 형성될 수 있다.In a GaN-based E-mode transistor according to an embodiment of the present invention, the gate feed line may be formed between a pair of third metal layers.
본 발명의 실시예에 따른 GaN 기반 E-mode 트랜지스터에 있어서, 상기 게이트 피드 라인은 상기 소스 전극의 상부에 형성되고, 한 쌍의 소스 전극이 상기 게이트 피드 라인의 양 측에 각각 형성될 수 있다.In a GaN-based E-mode transistor according to an embodiment of the present invention, the gate feed line may be formed on an upper portion of the source electrode, and a pair of source electrodes may be formed on each of both sides of the gate feed line.
본 발명의 실시예에 따른 GaN 기반 E-mode 트랜지스터에 있어서, 상기 제1 메탈층의 상면 전체가 상기 제2 메탈층의 하면과 직접 접촉하도록 상기 제2 메탈층이 적층될 수 있다. In a GaN-based E-mode transistor according to an embodiment of the present invention, the second metal layer may be laminated so that the entire upper surface of the first metal layer is in direct contact with the lower surface of the second metal layer.
본 발명의 실시예에 따른 GaN 기반 E-mode 트랜지스터에 있어서, 상기 게이트 피드 라인은 상기 제3 메탈층의 양 측에 각각 형성될 수 있다.In a GaN-based E-mode transistor according to an embodiment of the present invention, the gate feed line may be formed on each of both sides of the third metal layer.
본 발명의 실시예에 따른 GaN 기반 E-mode 트랜지스터에 있어서, 상기 게이트 전극과 상기 드레인 전극 사이의 간격 보다 상기 게이트 피드 라인과 상기 드레인 전극 사이의 간격이 더 작도록 배치될 수 있다.In a GaN-based E-mode transistor according to an embodiment of the present invention, the gap between the gate feed line and the drain electrode may be arranged to be smaller than the gap between the gate electrode and the drain electrode.
본 발명의 실시예에 따른 GaN 기반 E-mode 트랜지스터에 있어서, 상기 게이트 피드 라인은, 수직 방향으로 연장된 한 쌍의 제1 라인과, 상기 한 쌍의 제1 라인을 연결하며 수평 방향으로 연장된 복수개의 제2 라인을 포함하며, 상기 브릿지는 상기 게이트 전극의 상면과 상기 제2 라인의 하면을 연결하도록 형성될 수 있다.In a GaN-based E-mode transistor according to an embodiment of the present invention, the gate feed line includes a pair of first lines extending in a vertical direction and a plurality of second lines extending in a horizontal direction while connecting the pair of first lines, and the bridge may be formed to connect the upper surface of the gate electrode and the lower surface of the second line.
본 발명의 실시예에 따른 GaN 기반 E-mode 트랜지스터에 있어서, 상기 소스 전극의 양 측에 배치된 한 쌍의 게이트 전극은 한 쌍의 게이트 피드 라인의 내측에 배치될 수 있다.In a GaN-based E-mode transistor according to an embodiment of the present invention, a pair of gate electrodes arranged on both sides of the source electrode may be arranged on the inner side of a pair of gate feed lines.
기타 본 발명의 다양한 측면에 따른 구현예들의 구체적인 사항은 이하의 상세한 설명에 포함되어 있다.Specific details of implementation examples according to various aspects of the present invention are included in the detailed description below.
본 발명에 따르면, 게이트 저항을 감소시켜서 스위칭 특성을 향상시킬 수 있다. According to the present invention, switching characteristics can be improved by reducing gate resistance.
도 1a은 종래 기술에 따른 GaN 기반 D-mode 트랜지스터가 도시된 단면도이다.
도 1b 및 도 1c는 종래 기술에 따른 GaN 기반 E-mode 트랜지스터가 도시된 단면도이다.
도 2는 종래 기술에 따른 GaN 기반 E-mode 트랜지스터에서 소스 전극 상에 형성된 메탈층이 도시된 단면도이다.
도 3은 도 2의 평면도이다.
도 4는 도 3에서 소스/드레인 전극을 제거한 상태가 도시된 평면도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 GaN 기반 E-mode 트랜지스터가 도시된 단면도이다.
도 6은 도 5의 평면도이다.
도 7은 도 6에서 소스/드레인 전극을 제거한 상태가 도시된 평면도이다.
도 8은 도 7의 M2-M2'에서 바라 본 단면도이다.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 GaN 기반 E-mode 트랜지스터가 도시된 단면도이다.
도 10은 도 9의 평면도이다.
도 11은 도 10에서 소스/드레인 전극을 제거한 상태가 도시된 평면도이다.
도 12는 도 11의 M3-M3'에서 바라 본 단면도이다.
도 13a 내지 도 13g는 본 발명의 일 실시예에 따른 GaN 기반 E-mode 트랜지스터의 제조방법이 도시된 단면도이다.
도 14a 내지 도 14c는 본 발명의 다른 실시예에 따른 GaN 기반 E-mode 트랜지스터의 제조방법이 도시된 단면도이다. FIG. 1a is a cross-sectional view illustrating a GaN-based D-mode transistor according to the prior art.
FIG. 1b and FIG. 1c are cross-sectional views illustrating a GaN-based E-mode transistor according to the prior art.
FIG. 2 is a cross-sectional view illustrating a metal layer formed on a source electrode in a GaN-based E-mode transistor according to the prior art.
Figure 3 is a plan view of Figure 2.
Fig. 4 is a plan view showing the state in which the source/drain electrodes in Fig. 3 are removed.
FIG. 5 is a cross-sectional view illustrating a GaN-based E-mode transistor according to one embodiment of the present invention.
Figure 6 is a plan view of Figure 5.
Fig. 7 is a plan view showing the state in which the source/drain electrodes in Fig. 6 are removed.
Figure 8 is a cross-sectional view taken along line M2-M2' of Figure 7.
FIG. 9 is a cross-sectional view illustrating a GaN-based E-mode transistor according to another embodiment of the present invention.
Figure 10 is a plan view of Figure 9.
Fig. 11 is a plan view showing the state in which the source/drain electrodes are removed from Fig. 10.
Fig. 12 is a cross-sectional view taken along line M3-M3' of Fig. 11.
FIGS. 13a to 13g are cross-sectional views illustrating a method for manufacturing a GaN-based E-mode transistor according to one embodiment of the present invention.
FIGS. 14a to 14c are cross-sectional views illustrating a method for manufacturing a GaN-based E-mode transistor according to another embodiment of the present invention.
본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예를 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.The present invention is susceptible to various modifications and embodiments. Specific embodiments are illustrated and described in detail in the detailed description. However, this is not intended to limit the present invention to specific embodiments, but rather to encompass all modifications, equivalents, and alternatives falling within the spirit and technical scope of the present invention.
본 발명에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 발명에서, '포함하다' 또는 '가지다' 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다. The terminology used in the present invention is only used to describe specific embodiments and is not intended to limit the present invention. The singular expression includes the plural expression unless the context clearly indicates otherwise. In the present invention, it should be understood that the terms "comprise" or "have" are intended to specify the presence of a feature, number, step, operation, component, part, or combination thereof described in the specification, but do not exclude in advance the possibility of the presence or addition of one or more other features, numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명한다. 이 때, 첨부된 도면에서 동일한 구성 요소는 가능한 동일한 부호로 나타내고 있음에 유의한다. 또한, 본 발명의 요지를 흐리게 할 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략할 것이다. 마찬가지 이유로 첨부 도면에 있어서 일부 구성요소는 과장되거나 생략되거나 개략적으로 도시되었다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the attached drawings. Please note that, where possible, identical components are represented by identical reference numerals throughout the drawings. Furthermore, detailed descriptions of well-known functions and configurations that may obscure the gist of the present invention will be omitted. For the same reason, some components in the attached drawings are exaggerated, omitted, or schematically depicted.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 GaN 기반 E-mode 트랜지스터가 도시된 단면도이다.FIG. 5 is a cross-sectional view illustrating a GaN-based E-mode transistor according to one embodiment of the present invention.
도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 GaN 기반 E-mode 트랜지스터(100_1, 이하 "트랜지스터"라 함)는, 기판(110), 버퍼층(120), 채널층(130), 장벽층(140), p-GaN층(150), 소스 전극(S), 드레인 전극(D), 게이트 전극(G), 메탈층(M1, M2, M3, M4), 게이트 피드 라인(160)을 포함한다. 도 5는 2개의 트랜지스터(100_1)가 소스 전극(S)을 기준으로 거울 대칭으로 배치된 상태이다.Referring to FIG. 5, a GaN-based E-mode transistor (100_1, hereinafter referred to as “transistor”) according to one embodiment of the present invention includes a substrate (110), a buffer layer (120), a channel layer (130), a barrier layer (140), a p-GaN layer (150), a source electrode (S), a drain electrode (D), a gate electrode (G), metal layers (M1, M2, M3, M4), and a gate feed line (160). FIG. 5 shows two transistors (100_1) arranged mirror-symmetrically with respect to the source electrode (S).
기판(110)은 사파이어 기판, AlN 기판, GaN 기판, SiC 기판 또는 Si 기판 등의 성장 기판일 수 있으며, 반도체를 성장시킬 수 있는 기판이면 특별히 한정되지 않는다.The substrate (110) may be a growth substrate such as a sapphire substrate, an AlN substrate, a GaN substrate, a SiC substrate, or a Si substrate, and is not particularly limited as long as it is a substrate capable of growing a semiconductor.
버퍼층(120)은 채널층(130)이 성장되도록 하는 핵층의 역할을 할 수 있고, 기판(110)과 채널층(130) 사이의 격자 상수 불일치를 완화하는 역할을 할 수 있다. 바람직하게, 버퍼층(120)은 GaN으로 이루어진 GaN 버퍼층일 수 있다. The buffer layer (120) can serve as a nucleus layer that allows the channel layer (130) to grow, and can serve to alleviate the lattice constant mismatch between the substrate (110) and the channel layer (130). Preferably, the buffer layer (120) can be a GaN buffer layer made of GaN.
채널층(130)은 버퍼층(120) 상에 형성되고, 제1 에너지 밴드갭을 갖는 제1 질화물계 반도체로 형성된다. 제1 질화물계 반도체는 특별히 한정되지 않으며, 예컨대 언도프 GaN, InN 등의 2성분계, AlGaN, InGaN 등의 3성분계, AlInGaN 등의 4성분계 질화물 반도체일 수 있다. 또한, 채널층(130)은 n형 불순물(Donor) 또는 p형 불순물(Accepter)로 도핑될 수 있다. 바람직하게, 채널층(130)은 GaN으로 이루어진 GaN 채널층일 수 있다.The channel layer (130) is formed on the buffer layer (120) and is formed of a first nitride semiconductor having a first energy band gap. The first nitride semiconductor is not particularly limited, and may be, for example, a binary nitride semiconductor such as undoped GaN or InN, a ternary nitride semiconductor such as AlGaN or InGaN, or a quaternary nitride semiconductor such as AlInGaN. In addition, the channel layer (130) may be doped with an n-type impurity (Donor) or a p-type impurity (Acceptor). Preferably, the channel layer (130) may be a GaN channel layer made of GaN.
채널층(130) 상에는 소스 전극(S), 드레인 전극(D)이 이격 형성된다.A source electrode (S) and a drain electrode (D) are formed spaced apart from each other on the channel layer (130).
장벽층(140)은 소스 전극(S)과 드레인 전극(D) 사이의 채널층(130) 상에 형성되며, 채널층(130)과의 경계면에 2차원 전자채널(2-DEG)이 형성되도록 유도한다. 장벽층(140)은 제2 에너지 밴드갭을 갖는 제2 질화물계 반도체로 형성된다. 제2 에너지 밴드갭은 제1 에너지 밴드갭과 서로 다른 에너지 밴드갭을 의미한다. 제2 질화물계 반도체는 특별히 한정되지 않으며, 예컨대 언도프 GaN, InN 등의 2성분계, AlGaN, InGaN 등의 3성분계, AlInGaN 등의 4성분계 질화물 반도체일 수 있다. 또한, 장벽층(140)은 n형 또는 p형 불순물로 도핑될 수 있다. 또한, 제2 질화물계 반도체는 채널층(130)을 형성하는 제1 질화물계 반도체보다 큰 에너지 밴드갭을 갖는 물질일수 있다. 바람직하게, 장벽층(140)은 AlGaN으로 이루어진 AlGaN 장벽층일 수 있다. 채널층(130)과 장벽층(140)의 계면에는 2차원 전자채널이 형성된다.The barrier layer (140) is formed on the channel layer (130) between the source electrode (S) and the drain electrode (D), and induces the formation of a two-dimensional electron channel (2-DEG) at the interface with the channel layer (130). The barrier layer (140) is formed of a second nitride semiconductor having a second energy band gap. The second energy band gap means an energy band gap that is different from the first energy band gap. The second nitride semiconductor is not particularly limited, and may be, for example, a binary nitride semiconductor such as undoped GaN or InN, a ternary nitride semiconductor such as AlGaN or InGaN, or a quaternary nitride semiconductor such as AlInGaN. In addition, the barrier layer (140) may be doped with an n-type or p-type impurity. In addition, the second nitride semiconductor may be a material having a larger energy band gap than the first nitride semiconductor forming the channel layer (130). Preferably, the barrier layer (140) may be an AlGaN barrier layer made of AlGaN. A two-dimensional electron channel is formed at the interface between the channel layer (130) and the barrier layer (140).
그리고, 장벽층(140) 상에는 p-GaN층(150)과 게이트 전극(G)이 형성된다.And, a p-GaN layer (150) and a gate electrode (G) are formed on the barrier layer (140).
제1 메탈층(M1)의 일부는 소스 전극(S)과 드레인 전극(D)를 형성하고, 소스 전극(S)과 드레인 전극(D) 상에는 복수개의 메탈층(M2, M3)이 적층되어 소스 전극(S)과 드레인 전극(D)의 일부를 구성하며, 최상층의 메탈층(M4)은 소스 패드(SP)와 드레인 패드(DP)를 구성한다. 도 5에서 복수개의 메탈층(M2, M3)은 2개의 층을 예시하고 있으나, 메탈층의 개수는 이에 한정되지 않는다. 메탈층의 개수는 요구하는 전압이나 전류 크기에 따라 증가될 수 있다.A portion of the first metal layer (M1) forms a source electrode (S) and a drain electrode (D), and a plurality of metal layers (M2, M3) are stacked on the source electrode (S) and the drain electrode (D) to form a portion of the source electrode (S) and the drain electrode (D), and the uppermost metal layer (M4) forms a source pad (SP) and a drain pad (DP). In Fig. 5, the plurality of metal layers (M2, M3) exemplify two layers, but the number of metal layers is not limited thereto. The number of metal layers can be increased depending on the required voltage or current size.
제1 메탈층(M1)과 그 위에 적층되는 복수개의 메탈층(M2, M3)은 전체적으로 소스 전극(S)을 구성한다. 제1 메탈층(M1)은 고전압이 인가되었을 때, 게이트 전극(G)과 드레인 전극(D) 사이에 전기장이 집중되는 것을 완화시키기 위한 필드 플레이트(Field Plate) 형태로 형성될 수 있다.The first metal layer (M1) and the multiple metal layers (M2, M3) stacked thereon constitute a source electrode (S) as a whole. The first metal layer (M1) may be formed in the form of a field plate to alleviate the concentration of an electric field between the gate electrode (G) and the drain electrode (D) when a high voltage is applied.
제1 메탈층(M1) 상에는 제2 메탈층(M2)이 적층된다. 여기서, 제1 메탈층(M1)의 상면 전체가 제2 메탈층(M2)의 하면과 직접 접촉하도록 제2 메탈층(M2)이 적층될 수 있다. 즉, 제1 메탈층(M1)과 제2 메탈층(M2) 사이에는 패시베이션층이 개재되지 않은 형태일 수 있다. 이에 따라, 제1 메탈층(M1)과 제2 메탈층(M2)은 대면적으로 접촉하는 형태가 되어 전자의 이동 면적이 넓게 되어 열확산을 촉진시킬 수 있다. A second metal layer (M2) is laminated on the first metal layer (M1). Here, the second metal layer (M2) may be laminated so that the entire upper surface of the first metal layer (M1) is in direct contact with the lower surface of the second metal layer (M2). In other words, a passivation layer may not be interposed between the first metal layer (M1) and the second metal layer (M2). Accordingly, the first metal layer (M1) and the second metal layer (M2) come into contact over a large area, thereby increasing the electron movement area and promoting heat diffusion.
제2 메탈층(M2) 상에는 제3 메탈층(M3)이 적층된다. 제3 메탈층(M3)은 패시베이션층에 의해 이격된 한 쌍으로 구비될 수 있고, 한 쌍의 제3 메탈층(M3)은 제2 메탈층(M2)과 접촉한 형태이다. A third metal layer (M3) is laminated on the second metal layer (M2). The third metal layers (M3) may be provided as a pair separated by a passivation layer, and one pair of the third metal layers (M3) is in contact with the second metal layer (M2).
한 쌍의 제3 메탈층(M3) 사이에 게이트 피드 라인(160)이 형성된다. 게이트 피드 라인(160)은 제3 메탈층(M3)과 절연되어 형성된다. 게이트 피드 라인(160)과 제2 메탈층(M2) 및 제3 메탈층(M3)은 패시베이션층에 의해 절연된다. 위에서 바라볼 때 게이트 피드 라인(160)은 소스 전극(S)의 상부에 형성되고, 한 쌍의 소스 전극(S)은 게이트 피드 라인(160)의 양 측에 각각 형성된다. 게이트 피드 라인(160)은 제2 패시베이션층(IMD2) 위에 위치하며 제3 패시베이션층(IMD3)에 의해 둘러싸인 형태이다.A gate feed line (160) is formed between a pair of third metal layers (M3). The gate feed line (160) is formed to be insulated from the third metal layer (M3). The gate feed line (160) and the second metal layer (M2) and the third metal layer (M3) are insulated by a passivation layer. When viewed from above, the gate feed line (160) is formed on an upper portion of a source electrode (S), and a pair of source electrodes (S) are formed on each of both sides of the gate feed line (160). The gate feed line (160) is positioned on the second passivation layer (IMD2) and is surrounded by a third passivation layer (IMD3).
한편, 제2 메탈층(M2)에 게이트 피드 라인을 형성할 경우, 제1 패시베이션층(IMD1)의 두께가 제2 패시베이션층(IMD2)보다 얇아서 커패시턴스(Capacitance)가 커지는 현상이 발생하게 된다. 하지만, 제3 메탈층(M3)에 게이트 피드 라인(160)을 형성하는 경우, 비교적 더 두꺼운 제2 패시베이션층(IMD2) 위에 형성되므로 전자(제2 메탈층(M2)에 게이트 피드 라인을 형성)의 경우 보다 낮은 커패시턴스(Capacitance)를 형성하게 되는 장점이 있다.Meanwhile, when forming a gate feed line in the second metal layer (M2), the thickness of the first passivation layer (IMD1) is thinner than that of the second passivation layer (IMD2), which causes a phenomenon in which the capacitance increases. However, when forming a gate feed line (160) in the third metal layer (M3), since it is formed on the relatively thicker second passivation layer (IMD2), there is an advantage in that a lower capacitance is formed in the former case (forming a gate feed line in the second metal layer (M2)).
게이트 피드 라인(160)은 입력 신호를 게이트 전극(G)에 전달하여 소자를 스위칭할 수 있다. 게이트 피드 라인(160)은 낮은 저항을 유지하기 위해 고전도성 금속(예: Al, Cu, Au 등)으로 구성될 수 있다.The gate feed line (160) can transmit an input signal to the gate electrode (G) to switch the device. The gate feed line (160) can be made of a highly conductive metal (e.g., Al, Cu, Au, etc.) to maintain low resistance.
게이트 전극(G)은 브릿지(B)를 통해 게이트 피드 라인(160)과 연결될 수 있다. 이에 대해 도 6 및 도 7을 참조하여 설명한다.The gate electrode (G) can be connected to the gate feed line (160) via a bridge (B). This will be described with reference to FIGS. 6 and 7.
도 6은 도 5의 평면도이고, 도 7은 도 6에서 소스/드레인 전극을 제거한 상태가 도시된 평면도이며, 도 8은 도 7의 M2-M2'에서 바라 본 단면도이다. 도 6에서 L2 - L2'에서 바라 본 단면이 도 5의 트랜지스터에 해당한다. Fig. 6 is a plan view of Fig. 5, Fig. 7 is a plan view showing the state in which the source/drain electrodes are removed from Fig. 6, and Fig. 8 is a cross-sectional view taken along M2-M2' of Fig. 7. The cross-section taken along L2-L2' in Fig. 6 corresponds to the transistor of Fig. 5.
도 6 및 도 7에서 소스 패드(SP), 드레인 패드(DP) 및 게이트 패드(GP)는 제4 메탈층(M4)에 형성된다. 그리고, 소스 전극(S)과 드레인 전극(D)과 게이트 피드 라인(160)은 제3 메탈층(M3)에 형성된 것을 도시하고 있으며, 브릿지(B)는 제2 메탈층(M2)에 형성된 것을 도시하고 있다. 게이트 전극(G)의 상부에 게이트 피드 라인(160)이 배치되며, 게이트 피드 라인(160)은 브릿지(B)를 통해 게이트 전극(G)과 접촉된다. In FIGS. 6 and 7, the source pad (SP), the drain pad (DP), and the gate pad (GP) are formed on the fourth metal layer (M4). In addition, the source electrode (S), the drain electrode (D), and the gate feed line (160) are shown to be formed on the third metal layer (M3), and the bridge (B) is shown to be formed on the second metal layer (M2). The gate feed line (160) is arranged on the upper portion of the gate electrode (G), and the gate feed line (160) is in contact with the gate electrode (G) through the bridge (B).
도 5 내지 도 8을 참조하면, 소스 전극(S)의 양 측에 배치된 게이트 전극(G1, G2)은, 위에서 바라 볼 때, 하나의 게이트 피드 라인(160)의 양 측에 배치되고, 각각의 게이트 전극(G1, G2)은 브릿지(B)를 통해 게이트 피드 라인(160)과 각각 부분적으로 접촉한다. 브릿지(B)는 게이트 전극(G : G1, G2)과 게이트 피드 라인(160)을 연결하는 부재로서, 게이트 전극과 게이트 피드 라인 사이에 기설정된 간격으로 복수개로 구비될 수 있다.Referring to FIGS. 5 to 8, the gate electrodes (G1, G2) arranged on both sides of the source electrode (S) are arranged on both sides of one gate feed line (160) when viewed from above, and each gate electrode (G1, G2) partially contacts the gate feed line (160) through a bridge (B). The bridge (B) is a member that connects the gate electrode (G: G1, G2) and the gate feed line (160), and may be provided in multiple numbers at a preset interval between the gate electrode and the gate feed line.
상기와 같은 본 발명의 일 실시예에 따른 GaN 기반 E-mode 트랜지스터에 의하면, 게이트 전극(G)이 브릿지(B) 및 게이트 피드 라인(160)을 통해 게이트 패드와 전기적으로 연결되고, 브릿지(B)는 일정한 간격 마다 게이트 피드 라인(160)과 접촉 연결됨으로써, 결과적으로 게이트 전극(G)은 더 작은 게이트 저항으로 게이트 패드와 전기적으로 연결되어 고속 스위칭을 구현할 수 있는 효과가 있다. 그리고, 제1 메탈층(M1)과 제2 메탈층(M2)은 대면적으로 접촉하는 형태가 되어 전자의 이동 면적을 확대시키고, 전자는 제2 메탈층(M2)에서 양 방향으로 나뉘면서 제3 메탈층(M3)으로 이동하므로 열확산을 촉진시켜서 방열 효과를 향상시킬 수 있는 효과가 있다.According to the GaN-based E-mode transistor according to one embodiment of the present invention as described above, the gate electrode (G) is electrically connected to the gate pad through the bridge (B) and the gate feed line (160), and the bridge (B) is connected to the gate feed line (160) by making contact at regular intervals, so that the gate electrode (G) is electrically connected to the gate pad with a smaller gate resistance, thereby having the effect of implementing high-speed switching. In addition, the first metal layer (M1) and the second metal layer (M2) are in contact with a large area, thereby expanding the movement area of electrons, and the electrons are divided in both directions in the second metal layer (M2) and move to the third metal layer (M3), thereby promoting heat diffusion, thereby having the effect of improving the heat dissipation effect.
다음, 도 9 내지 도 12를 참조하여 본 발명의 다른 실시예에 따른 GaN 기반 E-mode 트랜지스터를 설명한다.Next, a GaN-based E-mode transistor according to another embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 9 to 12.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 GaN 기반 E-mode 트랜지스터가 도시된 단면도이다.FIG. 9 is a cross-sectional view illustrating a GaN-based E-mode transistor according to another embodiment of the present invention.
도 9를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 GaN 기반 E-mode 트랜지스터(100_2, 이하 "트랜지스터"라 함)는, 기판(110), 버퍼층(120), 채널층(130), 장벽층(140), p-GaN층(150), 소스 전극(S), 드레인 전극(D), 게이트 전극(G), 메탈층(M1, M2, M3, M4), 게이트 피드 라인(160)을 포함한다. 도 9는 2개의 트랜지스터(100_2)가 소스 전극(S)을 기준으로 거울 대칭으로 배치된 상태이다.Referring to FIG. 9, a GaN-based E-mode transistor (100_2, hereinafter referred to as “transistor”) according to another embodiment of the present invention includes a substrate (110), a buffer layer (120), a channel layer (130), a barrier layer (140), a p-GaN layer (150), a source electrode (S), a drain electrode (D), a gate electrode (G), metal layers (M1, M2, M3, M4), and a gate feed line (160). FIG. 9 shows two transistors (100_2) arranged mirror-symmetrically with respect to the source electrode (S).
기판(110), 버퍼층(120), 채널층(130), 장벽층(140), p-GaN층(150), 소스 전극(S), 드레인 전극(D), 게이트 전극(G), 제1 메탈층(M1), 제2 메탈층(M2)은 전술한 일 실시예와 실질적으로 동일하므로 반복 설명은 생략한다.The substrate (110), buffer layer (120), channel layer (130), barrier layer (140), p-GaN layer (150), source electrode (S), drain electrode (D), gate electrode (G), first metal layer (M1), and second metal layer (M2) are substantially the same as those in the above-described embodiment, so a repeated description thereof is omitted.
본 실시예에서, 제2 메탈층(M2) 상에는 제3 메탈층(M3)이 적층되고, 제3 메탈층(M3)의 양 측에 각각 게이트 피드 라인(160)이 형성된다. 게이트 피드 라인(160)과 제2 메탈층(M2) 및 제3 메탈층(M3)은 패시베이션층에 의해 절연된다. 위에서 바라볼 때 게이트 피드 라인(160)은 게이트 전극(G)과 드레인 전극(D) 사이에 형성된다.In the present embodiment, a third metal layer (M3) is laminated on a second metal layer (M2), and gate feed lines (160) are formed on both sides of the third metal layer (M3). The gate feed lines (160) and the second metal layer (M2) and the third metal layer (M3) are insulated by a passivation layer. When viewed from above, the gate feed lines (160) are formed between the gate electrode (G) and the drain electrode (D).
게이트 전극(G)은 브릿지(B)를 통해 게이트 피드 라인(160)과 연결될 수 있다. 이에 대해 도 10 내지 도 12를 참조하여 설명한다.The gate electrode (G) can be connected to the gate feed line (160) via a bridge (B). This will be described with reference to FIGS. 10 to 12.
도 10은 도 9의 평면도이고, 도 11은 도 10에서 소스/드레인 전극을 제거한 상태가 도시된 평면도이며, 도 12는 도 11의 M3-M3'에서 바라 본 단면도이다. 도 10에서 L3 - L3'에서 바라 본 단면이 도 9의 트랜지스터에 해당한다. Fig. 10 is a plan view of Fig. 9, Fig. 11 is a plan view showing the state in which the source/drain electrodes are removed from Fig. 10, and Fig. 12 is a cross-sectional view taken along M3-M3' of Fig. 11. The cross-section taken along L3-L3' of Fig. 10 corresponds to the transistor of Fig. 9.
도 10 내지 도 12에서 소스 패드(SP), 드레인 패드(DP) 및 게이트 패드(GP)는 제4 메탈층(M4)에 형성된다. 그리고, 소스 전극(S)과 드레인 전극(D)과 게이트 피드 라인(160)은 제3 메탈층(M3)에 형성된 것을 도시하고 있으며, 브릿지(B)는 제2 메탈층(M2)에 형성된다. In FIGS. 10 to 12, the source pad (SP), the drain pad (DP), and the gate pad (GP) are formed on the fourth metal layer (M4). In addition, the source electrode (S), the drain electrode (D), and the gate feed line (160) are shown to be formed on the third metal layer (M3), and the bridge (B) is formed on the second metal layer (M2).
게이트 전극(G)의 상부에 게이트 피드 라인(160)이 배치되며, 게이트 피드 라인(160)은 브릿지(B)를 통해 게이트 전극(G)과 접촉된다. 게이트 피드 라인(160)은 제3 메탈층(M3)에서 소스 전극 외측에 배치되어, 설계에 따라 게이트 피드 라인(160)을 필드 플레이트로 활용할 수 있다.A gate feed line (160) is arranged on top of the gate electrode (G), and the gate feed line (160) is in contact with the gate electrode (G) through a bridge (B). The gate feed line (160) is arranged outside the source electrode in the third metal layer (M3), so that the gate feed line (160) can be utilized as a field plate depending on the design.
본 실시예에서 게이트 피드 라인(160)은 수직 방향으로 연장된 한 쌍의 제1 라인(161)과, 한 쌍의 제1 라인(161)을 연결하며 수평 방향으로 연장된 복수개의 제2 라인(162)을 포함한다. 그리고, 브릿지(B)는 게이트 전극(G)의 상면과 제2 라인(162)의 하면을 연결하도록 형성된다. 즉, 도 11에서 제2 라인(162)의 하면은 브릿지(B)와 연결 형성된다.In this embodiment, the gate feed line (160) includes a pair of first lines (161) extending vertically and a plurality of second lines (162) extending horizontally while connecting the pair of first lines (161). In addition, a bridge (B) is formed to connect the upper surface of the gate electrode (G) and the lower surface of the second line (162). That is, in FIG. 11, the lower surface of the second line (162) is formed to be connected to the bridge (B).
도 9 내지 도 12를 참조하면, 소스 전극(S)의 양 측에 배치된 게이트 전극(G1, G2)은 한 쌍의 게이트 피드 라인(160)의 내측에 배치되고, 각각의 게이트 전극(G1, G2)은 브릿지(B)를 통해 게이트 피드 라인(160)의 제2 라인(162)에 각각 부분적으로 접촉한다. 브릿지(B)는 게이트 전극(G1, G2)과 게이트 피드 라인(160)을 연결하는 부재로서, 게이트 전극(G1, G2)의 상면에 수직 방향으로 기설정된 간격으로 복수개로 구비될 수 있다.Referring to FIGS. 9 to 12, gate electrodes (G1, G2) arranged on both sides of a source electrode (S) are arranged on the inner side of a pair of gate feed lines (160), and each gate electrode (G1, G2) partially contacts a second line (162) of the gate feed line (160) through a bridge (B). The bridge (B) is a member that connects the gate electrodes (G1, G2) and the gate feed line (160), and may be provided in multiple numbers at preset intervals in the vertical direction on the upper surface of the gate electrodes (G1, G2).
상기와 같은 본 발명의 다른 실시예에 따른 GaN 기반 E-mode 트랜지스터에 의하면, 게이트 전극(G)이 브릿지(B) 및 게이트 피드 라인(160)을 통해 게이트 패드와 전기적으로 연결되고, 브릿지(B)는 일정한 간격 마다 게이트 피드 라인(160)과 접촉 연결됨으로써, 결과적으로 게이트 전극(G)은 더 작은 게이트 저항으로 게이트 패드와 전기적으로 연결되어 고속 스위칭을 구현할 수 있는 효과가 있다. 그리고, 게이트 피드 라인(160)이 게이트 전극(G) 보다 드레인 전극(D) 측으로 더 근접한 위치에 배치됨에 따라 게이트 피드 라인(160)은 필드 플레이트를 동시에 구현할 수 있는 효과가 있다.According to the GaN-based E-mode transistor according to another embodiment of the present invention as described above, the gate electrode (G) is electrically connected to the gate pad through the bridge (B) and the gate feed line (160), and the bridge (B) is connected to the gate feed line (160) by contact at regular intervals, so that the gate electrode (G) is electrically connected to the gate pad with a smaller gate resistance, thereby enabling high-speed switching. In addition, since the gate feed line (160) is arranged closer to the drain electrode (D) than the gate electrode (G), the gate feed line (160) has the effect of simultaneously implementing a field plate.
도 13a 내지 도 13g는 본 발명의 일 실시예에 따른 GaN 기반 E-mode 트랜지스터의 제조방법이 도시된 단면도이다.FIGS. 13a to 13g are cross-sectional views illustrating a method for manufacturing a GaN-based E-mode transistor according to one embodiment of the present invention.
먼저, 도 13a에 도시된 바와 같이, 기판(110) 상에 버퍼층(120)/채널층(130)/장벽층(140)/P-GaN층(150)을 순차적으로 적층한 후, 소자 클리닝을 수행한다. 소자 클리닝은 Acetone, IPA, SPM, BOE(7:1) 등을 사용하여 수행될 수 있다. First, as illustrated in Fig. 13a, a buffer layer (120)/channel layer (130)/barrier layer (140)/P-GaN layer (150) are sequentially stacked on a substrate (110), and then device cleaning is performed. Device cleaning can be performed using Acetone, IPA, SPM, BOE (7:1), etc.
다음, 도 13b에 도시된 바와 같이, 식각 마스크를 사용하여 P-GaN층(150)을 선택 에칭하여 P-GaN층 패턴(150)을 형성하고, P-GaN층 패턴(150) 상에 메탈을 증착하여 게이트 전극(G)을 형성한다. 엄밀히는, P-GaN층과 P-GaN층 패턴은 구별되는 것이나, 설명의 편의를 위해 P-GaN층 패턴을 P-GaN층(150)이라 한다. Next, as illustrated in FIG. 13b, the P-GaN layer (150) is selectively etched using an etching mask to form a P-GaN layer pattern (150), and a metal is deposited on the P-GaN layer pattern (150) to form a gate electrode (G). Strictly speaking, the P-GaN layer and the P-GaN layer pattern are distinct, but for convenience of explanation, the P-GaN layer pattern is referred to as the P-GaN layer (150).
다음, 도 13c에 도시된 바와 같이, 전면에 제1 패시베이션층(P1)을 형성한 후, 소스 전극(S) 및 드레인 전극(D)이 형성될 영역을 에칭하여 제1 리세스(R1)를 형성하고, 전면에 오믹 메탈 물질을 증착한 다음, 에칭하여 제1 메탈층(M1)을 형성한다. 오믹 메탈 물질은 예를 들어 Ti/Al을 포함한 금속을 사용 할 수 있다. 이때, 소스 전극(S)이 되는 제1 메탈층(M1)은 T 형상이 되도록 에칭하여 필드 플레이트가 구비되도록 한다. Next, as illustrated in FIG. 13c, after forming a first passivation layer (P1) on the front surface, the area where the source electrode (S) and the drain electrode (D) are to be formed is etched to form a first recess (R1), an ohmic metal material is deposited on the front surface, and then etched to form a first metal layer (M1). The ohmic metal material may be a metal including Ti/Al, for example. At this time, the first metal layer (M1) that becomes the source electrode (S) is etched to have a T shape so that a field plate is provided.
다음, 도 13d에 도시된 바와 같이, 전면에 제2 패시베이션층(P2)을 형성한 후, 식각 마스크를 사용하여 제2 메탈층(M2)이 형성될 영역의 제2 패시베이션층(P2)을 에칭하여 제2 리세스(R2)를 형성하고, 전면에 오믹 메탈 물질을 증착한 다음, 에칭하여 제2 메탈층(M2)을 형성한다. 제2 메탈층(M2)의 폭(W2)은 제1 메탈층(M1)의 폭(W1)보다 크게 형성한다. Next, as illustrated in FIG. 13d, after forming a second passivation layer (P2) on the front surface, an etching mask is used to etch the second passivation layer (P2) in the area where the second metal layer (M2) is to be formed to form a second recess (R2), an ohmic metal material is deposited on the front surface, and then etched to form the second metal layer (M2). The width (W2) of the second metal layer (M2) is formed to be larger than the width (W1) of the first metal layer (M1).
다음, 도 13e에 도시된 바와 같이, 전면에 제3 패시베이션층(P3)을 형성한 후, 식각 마스크를 사용하여 제3 메탈층(M3)이 형성될 영역의 제3 패시베이션층(P3)을 에칭하여 제3 리세스(R3)를 형성하고, 전면에 오믹 메탈 물질을 증착한다. 그 다음, 식각 마스크를 사용하여 선택 에칭하여 제3 메탈층(M3) 및 게이트 피드 라인(160)을 형성한다. 이때, 게이트 피드 라인(160)은 한 쌍의 제3 메탈층(M3) 사이에 형성된다. (도 5 내지 도 8 참조)Next, as illustrated in FIG. 13e, after forming a third passivation layer (P3) on the front surface, an etching mask is used to etch the third passivation layer (P3) in the area where the third metal layer (M3) is to be formed, thereby forming a third recess (R3), and an ohmic metal material is deposited on the front surface. Then, selective etching is performed using the etching mask to form the third metal layer (M3) and the gate feed line (160). At this time, the gate feed line (160) is formed between a pair of third metal layers (M3). (See FIGS. 5 to 8)
다음, 도 13f에 도시된 바와 같이, 전면에 제4 패시베이션층(P4)을 형성한 후, 식각 마스크를 사용하여 제4 메탈층(M4)이 형성될 영역의 제4 패시베이션층(P4)을 에칭하여 제4 리세스(R4)를 형성하고, 전면에 오믹 메탈 물질을 증착한 다음, 에칭하여 제4 메탈층(M4)을 형성한다.Next, as illustrated in FIG. 13f, after forming a fourth passivation layer (P4) on the front surface, an etching mask is used to etch the fourth passivation layer (P4) in the area where the fourth metal layer (M4) is to be formed to form a fourth recess (R4), and an ohmic metal material is deposited on the front surface, followed by etching to form the fourth metal layer (M4).
다음, 도 13g에 도시된 바와 같이, 전면에 최종 패시베이션층(P5)을 형성한다.Next, as shown in FIG. 13g, a final passivation layer (P5) is formed on the front surface.
제1 패시베이션층(P1)은 ILD 층일 수 있고, 제2 내지 제5 패시베이션층(P2 ~ P5)은 IMD 층일 수 있다. ILD은 반도체 소자의 활성층과 메탈층 사이 또는 메탈층 간 절연을 위해 사용되는 절연 물질층이고, IMD는 금속 배선 간의 전기적 절연을 위해 사용되는 절연 물질층이다.The first passivation layer (P1) may be an ILD layer, and the second to fifth passivation layers (P2 to P5) may be IMD layers. ILD is an insulating material layer used for insulation between an active layer and a metal layer of a semiconductor device or between metal layers, and IMD is an insulating material layer used for electrical insulation between metal wires.
도 14a 내지 도 14c는 본 발명의 다른 실시예에 따른 GaN 기반 E-mode 트랜지스터의 제조방법이 도시된 단면도이다.FIGS. 14a to 14c are cross-sectional views illustrating a method for manufacturing a GaN-based E-mode transistor according to another embodiment of the present invention.
제2 메탈층(M2)을 형성하기까지의 과정은 전술한 도 13a 내지 도 13d의 과정과 동일하므로 반복 설명은 생략한다. The process for forming the second metal layer (M2) is the same as the process of FIGS. 13a to 13d described above, so a repeated description is omitted.
도 14a에 도시된 바와 같이, 제2 메탈층(M2)의 전면에 제3 패시베이션층(P3)을 형성한 후, 식각 마스크를 사용하여 제3 메탈층(M3)이 형성될 영역의 제3 패시베이션층(P3)을 에칭하여 제3 리세스(R3)를 형성하고, 전면에 오믹 메탈 물질을 증착한다. 그 다음, 식각 마스크를 사용하여 선택 에칭하여 제3 메탈층(M3) 및 게이트 피드 라인(160)을 형성한다. 이때, 게이트 피드 라인(160)은 제3 메탈층(M3)의 양 측에 배치되는 한 쌍으로 형성되며, 한 쌍의 게이트 피드 라인(160)의 내측에 한 쌍의 게이트 전극(G1, G2)이 배치되도록 형성된다. (도 9 내지 도 12 참조)As illustrated in FIG. 14a, after forming a third passivation layer (P3) on the entire surface of the second metal layer (M2), the third passivation layer (P3) in the area where the third metal layer (M3) is to be formed is etched using an etching mask to form a third recess (R3), and an ohmic metal material is deposited on the entire surface. Then, the third metal layer (M3) and the gate feed line (160) are formed by selective etching using the etching mask. At this time, the gate feed lines (160) are formed as a pair arranged on both sides of the third metal layer (M3), and a pair of gate electrodes (G1, G2) are formed so as to be arranged on the inner side of the pair of gate feed lines (160). (See FIGS. 9 to 12)
다음, 도 14b에 도시된 바와 같이, 전면에 제4 패시베이션층(P4)을 형성한 후, 식각 마스크를 사용하여 제4 메탈층(M4)이 형성될 영역의 제4 패시베이션층(P4)을 에칭하여 제4 리세스(R4)를 형성하고, 전면에 오믹 메탈 물질을 증착한 다음, 에칭하여 제4 메탈층(M4)을 형성한다.Next, as shown in FIG. 14b, after forming a fourth passivation layer (P4) on the front surface, an etching mask is used to etch the fourth passivation layer (P4) in the area where the fourth metal layer (M4) is to be formed to form a fourth recess (R4), and an ohmic metal material is deposited on the front surface, followed by etching to form the fourth metal layer (M4).
다음, 도 14c에 도시된 바와 같이, 전면에 최종 패시베이션층(P5)을 형성한다.Next, as shown in Fig. 14c, a final passivation layer (P5) is formed on the front surface.
이상, 본 발명의 실시예에 대하여 설명하였으나, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서, 구성 요소의 부가, 변경, 삭제 또는 추가 등에 의해 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있을 것이며, 이 또한 본 발명의 권리범위 내에 포함된다고 할 것이다.Above, the embodiments of the present invention have been described, but those of ordinary skill in the art will be able to modify and change the present invention in various ways by adding, changing, deleting or adding components, etc., within the scope that does not depart from the spirit of the present invention described in the claims, and this will also be considered to be included within the scope of the rights of the present invention.
100_1, 100_2 : GaN 기반 E-mode 트랜지스터
110 : 기판 120 : 버퍼층
130 : 채널층 140 : 장벽층
150 : p-GaN층 160 : 게이트 피드 라인
S : 소스 전극 D: 드레인 전극
G : 게이트 전극
M1 ~ M4 : 메탈층
P1 ~ P5 : 패시베이션층 100_1, 100_2: GaN-based E-mode transistors
110: substrate 120: buffer layer
130: Channel layer 140: Barrier layer
150: p-GaN layer 160: gate feed line
S: source electrode D: drain electrode
G: Gate electrode
M1 ~ M4: Metal layer
P1 ~ P5: Passivation layer
Claims (10)
상기 기판 상에 형성된 버퍼층;
상기 버퍼층 상에 형성되며, 2차원 전자채널을 포함하는 채널층;
상기 채널층 상에 이격되어 형성되는 소스 전극 및 드레인 전극;
상기 소스 전극과 드레인 전극 사이에 형성되며, 상기 채널층과의 경계면에 상기 2차원 전자채널이 형성되도록 유도하는 장벽층;
상기 장벽층 상에 형성되는 p-GaN층;
상기 p-GaN층 상에 형성되는 게이트 전극;
상기 소스 전극 상에 형성된 메탈층;
상기 메탈층과 절연되며 상기 게이트 전극과 부분적으로 접촉되는 게이트 피드 라인;
을 포함하며,
상기 메탈층은 순차적으로 적층되는 제1 내지 제3 메탈층을 포함하고,
상기 게이트 피드 라인은 제3 메탈층의 양 측에 각각 형성되고,
상기 게이트 전극과 상기 게이트 피드 라인은 제2 메탈층에 형성된 브릿지를 통해 연결되며,
상기 게이트 피드 라인은 수직 방향으로 연장된 한 쌍의 제1 라인과, 상기 한 쌍의 제1 라인을 연결하며 수평 방향으로 연장된 복수개의 제2 라인을 포함하며,
상기 브릿지는 상기 게이트 전극의 상면과 상기 제2 라인의 하면을 연결하도록 형성되는,
GaN 기반 E-mode 트랜지스터.
substrate;
A buffer layer formed on the substrate;
A channel layer formed on the buffer layer and including a two-dimensional electron channel;
A source electrode and a drain electrode formed spaced apart from each other on the channel layer;
A barrier layer formed between the source electrode and the drain electrode and inducing the formation of the two-dimensional electron channel at the interface with the channel layer;
A p-GaN layer formed on the above barrier layer;
A gate electrode formed on the above p-GaN layer;
A metal layer formed on the source electrode;
A gate feed line insulated from the metal layer and partially in contact with the gate electrode;
Includes,
The above metal layer includes first to third metal layers that are sequentially laminated,
The above gate feed lines are formed on both sides of the third metal layer,
The above gate electrode and the above gate feed line are connected through a bridge formed in the second metal layer,
The above gate feed line includes a pair of first lines extending in a vertical direction and a plurality of second lines extending in a horizontal direction, connecting the pair of first lines,
The above bridge is formed to connect the upper surface of the gate electrode and the lower surface of the second line.
GaN-based E-mode transistor.
상기 브릿지는 상기 게이트 전극과 상기 게이트 피드 라인 사이에 기설정된 간격으로 복수개로 구비되는, GaN 기반 E-mode 트랜지스터.
In the first paragraph,
A GaN-based E-mode transistor, wherein the above bridge is provided in multiple numbers at a preset interval between the gate electrode and the gate feed line.
상기 제1 메탈층의 상면 전체가 상기 제2 메탈층의 하면과 직접 접촉하도록 상기 제2 메탈층이 적층되는, GaN 기반 E-mode 트랜지스터.
In the first paragraph,
A GaN-based E-mode transistor, wherein the second metal layer is laminated so that the entire upper surface of the first metal layer is in direct contact with the lower surface of the second metal layer.
상기 게이트 전극과 상기 드레인 전극 사이의 간격 보다 상기 게이트 피드 라인과 상기 드레인 전극 사이의 간격이 더 작도록 배치되는, GaN 기반 E-mode 트랜지스터.
In the first paragraph,
A GaN-based E-mode transistor, wherein the gap between the gate feed line and the drain electrode is arranged to be smaller than the gap between the gate electrode and the drain electrode.
상기 소스 전극의 양 측에 배치된 한 쌍의 게이트 전극은 한 쌍의 게이트 피드 라인의 내측에 배치되는, GaN 기반 E-mode 트랜지스터.In the first paragraph,
A GaN-based E-mode transistor, wherein a pair of gate electrodes arranged on both sides of the source electrode are arranged on the inner side of a pair of gate feed lines.
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR102919819B1 true KR102919819B1 (en) | 2026-01-30 |
Family
ID=
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20190088772A1 (en) * | 2016-03-17 | 2019-03-21 | Cree, Inc. | Bypassed gate transistors having improved stability |
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20190088772A1 (en) * | 2016-03-17 | 2019-03-21 | Cree, Inc. | Bypassed gate transistors having improved stability |
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