KR100601053B1 - Transistor using impact ionization and method for manufacturing the same - Google Patents
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Abstract
충돌 이온화를 이용한 트랜지스터 및 그 제조 방법을 제시한다. 본 발명에 따르면, 반도체 기판 상에 게이트 유전막, 게이트 및 제1 및 제2 측벽 스페이서를 형성하고, 반도체 기판에 불순물을 경사 이온 주입하여 게이트 및 제1 및 제2스페이서에 마스킹(masking)되어 제1스페이서로부터 이격된 제1불순물층 및 제2스페이서 아래에 중첩되게 연장된 제2불순물층을 형성한다. 상호 간의 사이의 반도체 기판 영역을 이온화 영역으로 설정하는 소스 및 드레인을 제1 및 제2스페이서에 각각 자기 정렬되게 반도체 기판 상에 형성한다. 이때, 소스가 이온화 영역과 쇼트키 접합(schottky junction)을 이루게 제1금속 실리사이드막을 포함하여 형성되고, 드레인이 제2스페이서 아래에 중첩되는 제2불순물층 부분 및 제2불순물층 영역과 저항성 접촉(ohmic contact)을 이루게 제2스페이서에 정렬되는 제2실리사이드막을 포함하여 형성된다. A transistor using collision ionization and a method of manufacturing the same are provided. According to the present invention, a gate dielectric layer, a gate, and first and second sidewall spacers are formed on a semiconductor substrate, and an impurity is implanted into the semiconductor substrate, thereby masking the gate and the first and second spacers. A first impurity layer spaced apart from the spacer and a second impurity layer extending overlapping under the second spacer are formed. Sources and drains that set the semiconductor substrate regions therebetween as ionization regions are formed on the semiconductor substrate so as to be self-aligned to the first and second spacers, respectively. In this case, the source is formed to include a first metal silicide layer to form a schottky junction with the ionization region, and the resistive contact with the second impurity layer portion and the second impurity layer region where the drain overlaps under the second spacer. and a second silicide film aligned with the second spacer to form an ohmic contact.
충돌 이온화, 애벌랜치 항복, 실리사이드, 쇼트키 장벽, 비대칭 소스 드레인 Collision ionization, avalanche breakdown, silicides, Schottky barriers, asymmetric source drains
Description
도 1은 전형적인 쇼트키 장벽 트랜지스터를 설명하기 위해서 개략적으로 도시한 단면도이다. 1 is a schematic cross-sectional view for explaining a typical Schottky barrier transistor.
도 2a 내지 2c는 전형적인 쇼트키 장벽 트랜지스터의 동작 원리를 설명하기 위해서 개략적으로 도시한 에너지 밴드 다이어그램(energy band diagram) 도면들이다.2A-2C are schematic diagrams of energy band diagrams for explaining the principle of operation of a typical Schottky barrier transistor.
도 3은 종래의 충돌 이온화 트랜지스터를 설명하기 위해서 개략적으로 도시한 단면도이다. 3 is a cross-sectional view schematically illustrating a conventional collision ionization transistor.
도 4는 종래의 충돌 이온화 트랜지스터의 시뮬레이션(simulation) 동작 특성을 설명하기 위해서 개략적으로 도시한 도면이다. FIG. 4 is a diagram schematically illustrating a simulation operation characteristic of a conventional collision ionization transistor.
도 5는 종래의 측벽을 이용한 충돌 이온화 트랜지스터를 설명하기 위해서 개략적으로 도시한 단면도이다. 5 is a schematic cross-sectional view for describing a collision ionization transistor using a conventional sidewall.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 충돌 이온화 트랜지스터를 설명하기 위해서 개략적으로 도시한 단면도이다. 6 is a cross-sectional view schematically illustrating a collision ionization transistor according to an embodiment of the present invention.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 충돌 이온화 트랜지스터의 동작을 설명하기 위해서 개략적으로 도시한 에너지 밴드 다이어그램 도면이다. 7 is an energy band diagram schematically illustrating an operation of a collision ionization transistor according to an exemplary embodiment of the present invention.
도 8 내지 도 11은 본 발명의 실시예에 따른 충돌 이온화 트랜지스터 제조 방법을 설명하기 위해서 개략적으로 도시한 단면도들이다. 8 to 11 are cross-sectional views schematically illustrating a method of manufacturing a collision ionization transistor according to an embodiment of the present invention.
본 발명은 반도체 소자에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 충돌 이온화(impact ionization)에 의한 접합(junction)의 항복전압(breakdown voltage) 조절을 이용하는 트랜지스터 소자 및 그 제조 방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor device, and more particularly, to a transistor device using breakdown voltage control of a junction by impact ionization and a method of manufacturing the same.
반도체 기술이 발전할수록 고성능/고집적 소자에 대한 요구가 증가되고 있다. 전형적인 트랜지스터는 캐리어(carrier)들의 페르미-디락(Fermi-Dirac) 분포와 드리프트(drift)-확산(diffusion) 수송에 의해 동작하도록 만들어져 왔다. 그런데, 이러한 금속-산화막-반도체 전계 효과 트랜지스터(MOSFET)의 동작원리는 상온에서 부문턱전압 기울기(subthreshold slope)가 60mV/decade 아래로 낮추기 어려운 것으로 이해되고 있다. 이에 따라, 트랜지스터의 소형화에 제약이 발생되고 있다. As semiconductor technology advances, there is an increasing demand for high performance / integrated devices. Typical transistors have been made to operate by Fermi-Dirac distribution and drift-diffusion transport of carriers. However, it is understood that the operation principle of the metal-oxide-semiconductor field effect transistor (MOSFET) is difficult to lower the subthreshold slope below 60 mV / decade at room temperature. As a result, there is a limitation in miniaturization of transistors.
이러한 부문턱전압 기울기의 한계를 극복하기 위한 기술로, 캐리어의 주입 방식이 확산이 아닌 터널링(tunneling)을 이용하는 쇼트키 장벽 트랜지스터(schottky barrier MOSFET)가 제시되고 있다. As a technique for overcoming the limitation of the sector threshold voltage, a schottky barrier MOSFET has been proposed in which a carrier injection method uses tunneling rather than diffusion.
도 1은 전형적인 쇼트키 장벽 트랜지스터를 설명하기 위해서 개략적으로 도시한 단면도이다. 도 2a 내지 2c는 도 1의 쇼트키 장벽 트랜지스터의 동작 원리를 설명하기 위해서 개략적으로 도시한 도면들이다. 1 is a schematic cross-sectional view for explaining a typical Schottky barrier transistor. 2A through 2C are schematic views for explaining an operating principle of the Schottky barrier transistor of FIG. 1.
도 1을 참조하면, 쇼트키 장벽 트랜지스터는 기판(11)의 채널 영역(12) 상에 게이트 유전막(13) 및 게이트(14)를 구비하고, 기판(11)에 소스(16) 및 드레인(17)을 바람직하게 실리콘과 금속의 반응물인 실리사이드(silicide)로 구비한 소자이다. 게이트(14)의 측벽에는 스페이서(spacer: 15)가 도입될 수 있다. Referring to FIG. 1, a Schottky barrier transistor includes a gate
쇼트키 장벽 트랜지스터는 1960년대에 처음 제안되어 최근에 많은 연구가 이루어져온 소자로, 단면 구조는 일반적인 MOSFET과 매우 유사하다. 그럼에도 불구하고, 쇼트키 장벽 트랜지스터는 소스(16) 및 드레인(17)을 불순물이 주입된 반도체 물질을 이용하지 않고, 실리콘과 금속의 반응물인 실리사이드를 사용하고 있다. 이에 따라, 소스(16) 및 드레인(17)과 채널 영역(12)으로 사용되는 실리콘(Si)의 접합부(junction region)에 쇼트키 장벽이 형성되게 된다. Schottky barrier transistors were first proposed in the 1960s and have been studied recently. The cross-sectional structure is very similar to that of a typical MOSFET. Nevertheless, the Schottky barrier transistor uses silicide, which is a reactant of silicon and metal, without using a semiconductor material into which the
도 2a를 참조하면, 도 1에 제시된 바와 같이 구성되는 쇼트키 장벽 트랜지스터에서 게이트(14)와 소스(16) 사이의 전압(VGS)과, 드레인(17)과 소스(16) 사이의 전압(VDS)이 0V일 경우, 기판(11)의 채널 영역(12)과 소스(16) 사이에는 높은 일함수(work function)의 장벽이 존재하여 채널 영역(12)에 전류가 흐르지 않게 된다. 이때, 소스(16)와 채널 영역(12) 사이에는 정공(hole)에 대한 장벽(qφbp)이 성립된다. Referring to FIG. 2A, the voltage V GS between the
도 2b를 참조하면, VGS가 채널 영역(12)의 문턱전압(VT) 보다 크고 VDS가 0V이면, 채널 영역(12)과 소스(16) 사이에는 전자에 대한 장벽(qφbn)이 성립되나 그 폭 이 도시된 바와 같이 얇아지게 되므로, 전자가 이러한 장벽(qφbn)을 터널링할 수 있게 된다. Referring to FIG. 2B, when V GS is greater than the threshold voltage V T of the
도 2c를 참조하면, VGS가 채널 영역(12)의 문턱전압(VT) 보다 크고 VDS가 0V보다 큰 값으로 인가되면, 채널 영역(12)과 소스(16) 사이의 전자에 대한 장벽(qφbn)을 터널링한 전자가 소스(16)에서 드레인(17)으로 채널 영역(12)을 지나 흐를 수 있게 된다. Referring to FIG. 2C, when V GS is applied to a value greater than the threshold voltage V T of the
쇼트키 장벽 트랜지스터는 도 1 및 도 2a 내지 2c에 제시된 바와 같이 쇼트키 장벽을 통한 캐리어(carrier)의 터널링을 조절하여 전류의 흐름을 조절하는 방식으로 작동하게 된다. 그런데, 쇼트키 장벽 트랜지스터는 터널링 장벽이 존재하고, 소스(16)나 드레인(17) 접합과 채널 영역(12)사이의 간격이 존재하기 때문에 기생 저항이 커져 동작 전류가 작다는 취약점을 나타낼 수 있다. Schottky barrier transistors operate in a manner that modulates the flow of current by controlling the tunneling of carriers through the Schottky barrier, as shown in FIGS. 1 and 2A-2C. However, the Schottky barrier transistor has a tunneling barrier and a gap between the junction of the
이러한 부문턱전압 기울기의 한계를 극복하기 위한 다른 기술로, 충돌 이온화를 이용하여 동작 전류를 증폭시켜 트랜지스터가 동작하도록 하는 충돌 이온화 트랜지스터(Impact ionization MOS: I-MOS)가 제시되고 있다. As another technique for overcoming the limitation of the sector threshold voltage, an impulse ionization transistor (I-MOS) has been proposed to amplify an operating current by using collision ionization to operate the transistor.
도 3은 종래의 충돌 이온화 트랜지스터를 설명하기 위해서 개략적으로 도시한 단면도이다. 도 4는 종래의 충돌 이온화 트랜지스터의 시뮬레이션(simulation) 동작특성을 설명하기 위해서 개략적으로 도시한 도면이다. 3 is a cross-sectional view schematically illustrating a conventional collision ionization transistor. 4 is a diagram schematically illustrating a simulation operation characteristic of a conventional collision ionization transistor.
도 3을 참조하면, 충돌 이온화 트랜지스터는 SOI(Silicon On Insulator) 기판(31)의 매몰 산화막 상의 실리콘층에 p-i-n 다이오드(diode) 구조를 구비하고, 접합에서의 충돌 이온화에 의한 애벌랜치(avalanche) 항복 전압을 조절하여 전류를 증폭시키는 원리를 이용하고 있다. Referring to FIG. 3, a collision ionization transistor has a pin diode structure in a silicon layer on an buried oxide film of a silicon on insulator (SOI)
I-MOS 트랜지스터의 동작 원리를 설명하면, 도 1에 제시된 바와 같이 게이트 유전막(32)을 수반하는 게이트(33)에 인가되는 게이트 전압이 낮을 때에는, 소스(34)와 드레인(35) 사이에 도입된 이온화 영역(I-region: 37)까지가 실질적인 게이트 길이가 되어 전류가 흐르지 않게 된다. 이온화 영역(37)은 게이트(33)에 중첩되는 영역(LGATE)과 게이트(33) 인근의 비중첩된 영역(Li)을 포함하게 구비된다. Referring to the operation principle of the I-MOS transistor, as shown in FIG. 1, when the gate voltage applied to the
게이트 전압이 증가하면서 게이트(33) 아래 채널 영역이 반전(inversion)되고, 실질적인 게이트 길이는 줄어들면서 I-영역(37)에 상대적으로 높은 전계가 형성된다. 이에 따라, I-영역(37)에 충돌 이온화에 의한 애벌랜치 항복에 의하여 전류가 흐르게 된다. As the gate voltage increases, the channel region under the
이때, 소스(34)는 일정 두께 tsi를 가지는 P+ 영역일 수 있으며, 드레인(35)은 N+ 영역일 수 있다. 또한, 게이트 유전막(32)은 일정 등가 산화막 두께 tox를 가지게 형성될 수 있다. In this case, the
도 4에 제시된 바와 같이, 도 3의 I-MOS 트랜지스터는 시뮬레이션 결과 부문턱전압 기울기(subthreshold slope)가 5mV/decade까지 가능할 수 있다고 보고되고 있다. As shown in FIG. 4, the I-MOS transistor of FIG. 3 is reported to have a subthreshold slope of 5 mV / decade as a result of the simulation.
그럼에도 불구하고, 종래의 I-MOS 트랜지스터는 소스(도 3의 34)와 드레인( 도 3의 35) 접합이 반대 종류의 불순물로 주입되어야 하고, 오프셋(offset)을 가지는 I-영역(37)을 만들어야 하기 때문에 자기 정렬(Self-align) 공정의 적용이 어려운 취약점을 가질 수 있다. 이러한 취약점을 해소하여 자기 정렬이 가능한 소자의 개발이 보고되고 있다. Nevertheless, conventional I-MOS transistors require the source (34 in FIG. 3) and drain (35 in FIG. 3) junctions to be implanted with the opposite type of impurity and the I-
도 5는 종래의 측벽을 이용한 충돌 이온화 트랜지스터를 설명하기 위해서 개략적으로 도시한 단면도이다. 5 is a schematic cross-sectional view for describing a collision ionization transistor using a conventional sidewall.
도 5를 참조하면, 종래의 측벽을 이용한 I-MOS 트랜지스터는, 기판(51)에 단차를 구비하고, 기판(51) 상에 게이트 유전막(53)을 수반하는 게이트(53)를 측벽에 세워지게 형성하고, 드레인(54) 및 소스(55)를 형성하고, 절연층(56) 및 스페이서(57)를 포함하여 형성될 수 있다. 이러한 구조는 자기 정렬이 가능하나, 벌크(bulk) 기판(51)의 이용에 따라 누설 전류가 상대적으로 크고, 일반적인 MOSFET과 다른 구조를 갖고 있어서 상용화 공정 개발이나 회로 설계에 취약할 수 있다. Referring to FIG. 5, a conventional I-MOS transistor using sidewalls includes a step on the
따라서, 이러한 종래의 트랜지스터들의 취약점들을 해소할 수 있는 트랜지스터의 개발이 요구되고 있다. Therefore, there is a need for the development of transistors that can solve the weaknesses of these conventional transistors.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, MOSFET에서의 소자 소형화의 한계를 극복할 수 있으며 자기 정렬 공정의 적용이 가능한 충돌 이온화 트랜지스터 및 그 제조 방법을 제시하는 데 있다. SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in an effort to provide a collision ionization transistor capable of overcoming the limitation of device miniaturization in a MOSFET and to which a self-aligning process can be applied, and a manufacturing method thereof.
상기의 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 관점은, 반도체 기판 상 에 게이트 유전막을 형성하는 단계, 상기 게이트 유전막 상에 게이트를 형성하는 단계, 상기 게이트의 양측벽에 각각 제1 및 제2스페이서를 형성하는 단계, 상기 반도체 기판에 불순물을 경사 이온 주입하여 상기 게이트 및 제1 및 제2스페이서에 마스킹(masking)되어 상기 제1스페이서로부터 이격된 제1불순물층 및 상기 제2스페이서 아래에 중첩되게 연장된 제2불순물층을 형성하는 단계, 및 상호 간의 사이의 상기 반도체 기판 영역을 이온화 영역으로 설정하는 소스 및 드레인을 상기 제1 및 제2스페이서에 각각 자기 정렬되게 상기 반도체 기판 상에 형성하되, 상기 소스가 상기 이온화 영역과 쇼트키 접합(schottky junction) 을 이루게 제1금속 실리사이드막을 포함하여 상기 소스를 형성하고, 상기 드레인이 상기 제2스페이서 아래에 중첩되는 상기 제2불순물층 부분 및 상기 제2불순물층 영역과 저항성 접촉(ohmic contact)을 이루게 상기 제2스페이서에 정렬되는 제2실리사이드막을 포함하여 형성되게 상기 드레인을 형성하는 단계를 포함하는 충돌 이온화를 이용한 트랜지스터 제조 방법을 제시한다. According to an aspect of the present invention, a gate dielectric layer is formed on a semiconductor substrate, a gate is formed on the gate dielectric layer, and first and second spacers are formed on both sidewalls of the gate, respectively. Forming an impurity in the semiconductor substrate so as to mask the gate and the first and second spacers so as to overlap the first impurity layer and the second spacer spaced apart from the first spacer. Forming an elongated second impurity layer, and forming a source and a drain on each of said first and second spacers to self-align said source and drain to set said semiconductor substrate region to an ionization region therebetween, The source includes a first metal silicide layer to form a schottky junction with the ionization region. And a second silicide layer aligned with the second spacer to form ohmic contact with the second impurity layer portion and the second impurity layer region overlapping the drain below the second spacer. The present invention provides a transistor manufacturing method using collision ionization including forming the drain.
본 발명의 다른 일 관점은, 반도체 기판 상에 형성된 게이트 유전막, 상기 게이트 유전막 상에 형성된 게이트, 상기 게이트의 양측벽에 각각 형성된 제1 및 제2스페이서들, 상기 제1스페이서에 자기 정렬되게 상기 반도체 기판 상에 제1금속 실리사이드막을 포함하여 형성되어 상기 제1스페이서 및 상기 게이트 아래의 상기 반도체 기판 영역으로 설정되는 이온화 영역과 쇼트키 접합(schottky junction)을 이루는 소스, 및 상기 소스와의 사이에 상기 이온화 영역이 설정되게 상기 제2스페이서 아래 영역으로 연장되게 상기 반도체 기판에 불순물을 경사 이온 주입하여 형 성된 불순물층 및 상기 불순물층 영역과 저항성 접촉(ohmic contact)을 이루게 상기 제2스페이서에 정렬되는 제2실리사이드막을 포함하여 형성된 드레인을 포함하여 구성되는 충돌 이온화를 이용한 트랜지스터 구조를 제시한다. According to another aspect of the present invention, a gate dielectric layer formed on a semiconductor substrate, a gate formed on the gate dielectric layer, first and second spacers respectively formed on both sidewalls of the gate, and the semiconductor to self-align to the first spacer A source including a first metal silicide layer formed on the substrate and configured to form a schottky junction with an ionization region set as the semiconductor substrate region under the gate and the first spacer, and between the source and the source; An impurity layer formed by oblique ion implantation into the semiconductor substrate such that an ionization region extends to a region below the second spacer, and an ohmic contact formed with the impurity layer and the impurity layer region to be aligned with the second spacer. Using collisional ionization comprising a drain formed including a silicide film One transistor structure is presented.
이때, 상기 기판으로 실리콘 기판 또는 에스오아이(SOI) 기판을 사용할 수 있다. 또는, 상기 기판으로 애벌랜치 항복 전압을 낮추기 위해 저매니움 기판 또는 실리콘-저매니움 기판을 사용할 수 있다. In this case, a silicon substrate or an SOI substrate may be used as the substrate. Alternatively, a low manor substrate or a silicon-low manor substrate may be used to lower the avalanche breakdown voltage.
상기 이온화 영역으로 설정된 상기 반도체 기판의 영역은 진성 반도체 영역이거나 또는 많아야 1016㎝-3의 도핑(doping) 농도로 상기 제2불순물층과 반대 도전형의 불순물이 도핑된 영역을 포함할 수 있다. The region of the semiconductor substrate set as the ionization region may include an intrinsic semiconductor region or a region doped with impurities of an opposite conductivity type to the second impurity layer at a doping concentration of at most 10 16 cm −3 .
상기 게이트 유전막은 열산화 실리콘 산화물(SiO2), 화학 기상 증착(CVD)된 실리콘 질화물(Si3N4)막 또는 실리콘 하프늄 산질화물(SiHfON)막을 포함하여 형성될 수 있다. The gate dielectric layer may include a thermal silicon oxide (SiO 2 ), a chemical vapor deposition (CVD) silicon nitride (Si 3 N 4 ) film, or a silicon hafnium oxynitride (SiHfON) film.
상기 제1 및 제2실리사이드막을 형성하는 단계는 상기 반도체 기판 상 및 상기 게이트를 덮는 금속막을 형성하는 단계, 상기 금속막을 실리사이드화시키는 단계, 및 실리사이드화되지 않은 금속막 부분을 선택적으로 제거하는 단계를 포함하여 수행될 수 있다. Forming the first and second silicide films includes forming a metal film over the semiconductor substrate and covering the gate, silicifying the metal film, and selectively removing portions of the unsilicided metal film. Can be performed.
상기 금속막은 어븀, 이터븀, 백금, 이리듐, 코발트, 니켈 및 타이타늄을 포함하는 일군에서 선택되는 어느 하나를 포함하여 형성될 수 있다. The metal film may be formed including any one selected from the group consisting of erbium, ytterbium, platinum, iridium, cobalt, nickel, and titanium.
본 발명에 따르면, MOSFET에서의 소자 소형화의 한계를 극복할 수 있으며 자 기 정렬 공정의 적용이 가능한 충돌 이온화 트랜지스터 및 그 제조 방법을 제시할 수 있다. According to the present invention, it is possible to overcome the limitation of device miniaturization in a MOSFET and to provide a collision ionization transistor and a method of manufacturing the same, which can be applied to a self alignment process.
이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명의 실시예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상술하는 실시예들로 인해 한정되어지는 것으로 해석되어져서는 안 된다. 본 발명의 실시예들은 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되어지는 것으로 해석되는 것이 바람직하다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, embodiments of the present invention may be modified in many different forms, and the scope of the present invention should not be construed as being limited by the embodiments described below. Embodiments of the invention are preferably to be interpreted as being provided to those skilled in the art to more fully describe the invention.
본 발명의 실시예에서는, 쇼트키 접합을 가지는 소스를 포함하는 충돌 이온화 트랜지스터 및 그 제조 방법을 제시한다. 본 발명의 실시예에 따른 충돌 이온화 트랜지스터는 소스에 대향되는 LDD(Lightly Doped Drain) 영역의 제1드레인 영역 및 제1드레인 영역 배후의 바람직하게 실리사이드(silicide)를 포함하는 제2드레인 영역, 소스에 인접한 오프셋(offset) 측벽 스페이서 아래의 이온화 영역, 게이트 아래의 채널 영역 및 게이트 유전막을 수반하는 게이트를 포함하여 형성될 수 있다. In an embodiment of the present invention, a collision ionization transistor comprising a source having a Schottky junction and a method of manufacturing the same are provided. The collision ionization transistor according to the embodiment of the present invention is provided with a first drain region of a lightly doped drain (LDD) region opposed to a source and a second drain region, preferably including silicide behind the first drain region. And an ionization region under adjacent offset sidewall spacers, a channel region under the gate and a gate accompanying the gate dielectric layer.
N형 I-MOS 트랜지스터를 구성하는 경우를 예로 들면, 본 발명의 실시예에 따르면, 종래의 P+ 불순물 영역으로 형성되던 소스 접합을 대신하여 정공(hole)에 대해 상대적으로 장벽이 낮은 실리사이드(silicide) 또는 금속을 포함하여 소스를 형성할 수 있다. As an example of configuring an N-type I-MOS transistor, in accordance with an embodiment of the present invention, a silicide having a relatively low barrier to holes instead of a source junction formed of a conventional P + impurity region is formed. Or metal to form a source.
본 발명의 실시예에 따르면, 소스 쪽으로 측벽 스페이서 아래에 오프셋을 주어, 바람직하게 실리사이드로 형성된 소스와 게이트 아래의 채널 영역 사이에 이온화 영역(I-region)을 확보할 수 있다. 이에 따라, 본 발명의 실시예에 따른 트랜지스터는 게이트 전압에 따른 채널의 반전(inversion)에 의해 I-영역에서 충돌 이온화로 전류가 증폭될 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시예에 따른 트랜지스터는 상대적으로 높은 부문턱전압 기울기(subthreshold slope)를 갖는 I-MOS 트랜지스터로 동작할 수 있다. According to an embodiment of the invention, an ionization region (I-region) can be secured between a source formed of silicide and a channel region under the gate, preferably by being offset under the sidewall spacer toward the source. Accordingly, in the transistor according to the embodiment of the present invention, current may be amplified by collision ionization in the I-region by inversion of the channel according to the gate voltage. Accordingly, the transistor according to the embodiment of the present invention can operate as an I-MOS transistor having a relatively high subthreshold slope.
본 발명의 실시예에 따른 트랜지스터의 소스쪽 쇼트키 접합과 드레인쪽 LDD의 구조는, 핫 캐리어 효과(hot carrier effect)를 감소시키는데 기여할 수 있으며 또한 기생 저항의 감소로 구동 전류를 개선시킬 수 있다. 드레인쪽 채널에서 높은 전계에 의한 충돌 이온화에 의해 발생되어 기판 몸체(body)에 축적되는 정공들은, 바람직하게 실리사이드로 형성된 소스 접합의 상대적으로 낮은 높이의 쇼트키 장벽을 통과해서 빠져나갈 수 있으므로, HCE를 줄일 수 있다. The structure of the source-side Schottky junction and the drain-side LDD of the transistor according to the embodiment of the present invention can contribute to reducing the hot carrier effect and can also improve the drive current by reducing the parasitic resistance. Holes generated by collision ionization by a high electric field in the drain side channel and accumulate in the substrate body can escape through a relatively low height Schottky barrier, preferably of a silicided source junction, thereby reducing HCE. Can be reduced.
본 발명의 실시예에 따르면, 드레인 접합은 실리사이드 형성 전에 상대적으로 큰 각도로 기울어진 이온주입, 즉, 경사 이온 주입을 통해 바람직하게 N-로 도핑된 LDD 영역을 포함하여 형성될 수 있다. LDD 영역은 드레인쪽 채널의 높은 전계를 낮추어 HCE를 줄일 수 있다. LDD 영역은 배후의 실리사이드막과 저항성 접촉을 이루고 있어, 채널 사이의 기생저항을 줄여 구동 전류를 증가시킬 수 있다. According to an embodiment of the present invention, the drain junction may be formed including an LDD region preferably doped with N − through ion implantation, that is, oblique ion implantation, which is inclined at a relatively large angle before silicide formation. The LDD region can reduce the HCE by lowering the high field of the drain side channel. Since the LDD region is in ohmic contact with the silicide layer behind it, the parasitic resistance between the channels can be reduced to increase the driving current.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 충돌 이온화 트랜지스터를 설명하기 위해서 개략적으로 도시한 단면도이다. 도 7은 본 발명의 실시예에 따른 충돌 이온화 트랜지스터의 동작을 설명하기 위해서 개략적으로 도시한 에너지 밴드 다이어그램(energy band diagram) 도면이다. 6 is a cross-sectional view schematically illustrating a collision ionization transistor according to an embodiment of the present invention. FIG. 7 is a schematic energy band diagram for explaining the operation of the collision ionization transistor according to the embodiment of the present invention.
도 6을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 충돌 이온화 트랜지스터는, 바람직하게 SOI 기판(100)에 소스(510)를 구비하여 구성될 수 있다. 이때, SOI 기판(100)은 활성 영역으로서의 실리콘층(110)과 하부의 바닥 산화막(120) 및 기저부(130)를 포함하여 구성될 수 있다. 이때, 소스(510)는 금속 또는 금속 실리사이드를 포함하여 구성되어, 소스(510)와 기판(100)의 실리콘층(110)의 계면 부분에 쇼트키 장벽을 구성하게 된다. Referring to FIG. 6, the collision ionization transistor according to the embodiment of the present invention may be configured to include a
또한, 트랜지스터는 소스(510)에 대향되게 바람직하게 불순물이 도핑된 반도체 물질 영역을 포함하는 제1드레인(451) 및 배후의 제2드레인(550)을 구비할 수 있다. 제2드레인(550)은 금속 또는 금속 실리사이드를 포함하여 형성될 수 있다. In addition, the transistor may include a
한편, 소스(510)와 제1드레인(451) 사이의 SOI 기판(100) 부분, 즉, 채널 부분 상에는 게이트 유전막(200)을 수반하는 게이트(300)가 형성된다. 게이트(300)는 게이트(300) 내의 공핍층의 발생을 방지하고 또한 저항의 감소를 구현할 수 있도록 금속 게이트로 형성될 수 있다. 게이트(300) 아래에는 게이트 중첩 영역(101)이 설정되게 된다. The
게이트(300)가 측벽에는 측벽 스페이서(350)가 절연 물질을 포함하여 형성될 수 있다. 이러한 양 측벽 스페이서(350)들 중 소스(510) 쪽의 제1측벽 스페이서(351)는 그 아래에 게이트(300)로부터 오프셋되는 영역(103)이 설정되도록 유도하 기 위해 도입된다. 따라서, 제1측벽 스페이서(351) 아래에 게이트(300)에 중첩되지 않고 제1측벽 스페이서(351)에 중첩되고 제1측벽 스페이서(351)에 정렬되게 설정된 오프셋 영역(103)이 설정된다. 게이트 중첩 영역(101)과 오프셋 영역(103)을 포함하는 이온화 영역(105)은 소스(510)와 제1드레인(451) 사이의 영역으로 설정되게 된다.
한편, 제1드레인(451)은 제2측벽 스페이서(353) 아래의 영역으로 설정될 수 있다. 제1드레인(451)은 실리콘층(110)에 불순물이 도핑된 영역으로서 바람직하게 LDD(Lightly Doped Drain) 영역으로 형성될 수 있다. 제1드레인(451) 배후의 제2드레인(550)은 바람직하게 금속 실리사이드를 포함하여 형성될 수 있는 데, 이때, 제2드레인(550)을 이루는 금속 실리사이드는 측벽 스페이서(353)에 의해 열린 실리콘층(110) 영역에만 선택적으로 형성될 수 있다. 따라서, 제2드레인(550)은 제2측벽 스페이서(353)에 정렬되게 되고, 또한, 제1드레인(451)은 제2측벽 스페이서(353)에 의해 정렬된 제2드레인(550)에 의해 그 영역이 제한되게 된다. Meanwhile, the
제2드레인(550)이 금속 실리사이드로 형성되는 과정에서 함께 제1측벽 스페이서(351)에 노출되는 인근의 실리콘층(110) 영역에도 금속 실리사이드가 형성될 수 있다. 따라서, 소스(510)는 이러한 금속 실리사이드를 포함하여 형성되므로, 소스(510)는 제1측벽 스페이서(351)에 정렬되게 형성되게 된다. In the process of forming the
SOI 기판(100)의 실리콘층(110)은 분순물이 도핑되지 않은 진성 실리콘을 포함하여 형성되거나 또는 대략 1015cm-3 정도로 상대적으로 낮은 도핑 농도로 예컨대, p형으로 도핑될 수 있다. 따라서, 소스(510)와 제1드레인(451) 사이의 이온화 영역(105), 즉, 채널 영역은 진성 실리콘 영역이거나 낮은 농도로 p형 불순물로 도핑된 영역이게 된다. The
소스(510)가 바람직하게 금속 실리사이드로 만들어지게 되므로, 소스(501)와 이온화 영역(105), 특히, 오프셋 영역(103) 사이의 계면 부분에서는 쇼트키 장벽이 구성되게 된다. 이에 비해 제1드레인(451)은 소스(510)와는 달리 제2측벽 스페이서(353) 아래의 바람직하게 n형 불순물이 도핑된 n- 불순물 도핑 영역으로 구성되게 된다. 이와 같이 소스(510)와 드레인(451, 550)이 게이트(300)를 중심으로 비대칭적인 구조로 형성되게 된다. Since the
도 7을 참조하면, 도 6에 제시된 바와 같은 본 발명의 실시예에 따른 트랜지스터의 소스(510)에 (-)극성의 소스 전압(V소스)을 인가하고, 드레인(451, 550)에 (+)극성의 전압의 드레인 전압(V드레인)을 인가할 경우, 도 7에 제시된 바와 같은 에너지 밴드 다이어그램이 고려될 수 있다. Referring to FIG. 7, a negative source voltage (V source ) is applied to a
도 7에서 제시된 바와 같이, 게이트(도 6의 300)에 인가되는 게이트 전압이 트랜지스터의 채널이 오프(OFF)되게 낮을 경우, 드레인에서의 전자가 쇼트키 장벽을 터널링해서 통과하지 못하게 된다. 비록, 소수의 전자나 정공(hole)이 I-영역(도 6의 105)에 들어갈 수 있다 하더라도, I-영역(105)에서 충돌 이온화가 일어나기에 충분한 전계에 도달하지 못하므로 채널을 통해 전류가 흐르지 않게 된다. As shown in FIG. 7, when the gate voltage applied to the
게이트 전압이 온(ON)으로 높아지면, 소스의 쇼트키 장벽의 두께가 얇아져서 전자가 양자역학적인 터널링을 통해 I-영역(105)으로 주입된다. 주입된 전자는 I-영역(105)에서 임계 전압 이상의 높은 전계에 의해 충분한 운동 에너지를 얻어되어 충돌 이온화를 통해 애벌랜치 항복을 채널에 일으키게 된다. 충돌 이온화에 의해 새로운 전자/정공홀 쌍이 생성되고, 전자는 계속 전계에 의해 다시 가속되며, 정공홀은 가전대(valance) 밴드로 내려와 다시 소스쪽으로 흘러 내려가게 된다. 따라서, 채널을 흐르는 전류는 급격히 증가하게 된다. As the gate voltage rises to ON, the source's Schottky barrier becomes thinner and electrons are injected into I-
채널에서의 정공홀도 높은 전계에 의해 소스쪽으로 가속되면 역시 충돌 이온화를 일으킬 수 있다. 이러한 전류의 증배는 매우 급격히 일어나기 때문에, 트랜지스터의 부문턱전압 기울기(subthreshold slope)은 kT/q보다 작은 10mV/decade 이하로 작아지게 된다. 그러므로, 본 발명의 실시예에 따른 I-MOS 트랜지스터는 고성능/초고속 디지털(digital) 응용 분야에 유효하게 이용될 수 있다. Hole holes in the channel can also cause collision ionization if they are accelerated toward the source by a high electric field. Since this multiplication of current occurs very rapidly, the subthreshold slope of the transistor becomes smaller than 10 mV / decade less than kT / q. Therefore, the I-MOS transistor according to the embodiment of the present invention can be effectively used for high performance / high speed digital applications.
종래의 I-MOS 트랜지스터에서는 PN 접합이 이용되고 있으며, PN 접합에서의 소수 캐리어(minor carrier)에 의해서 충돌 이온화를 이용하고 있다. 반면에, 본 발명의 실시예에서는 I 영역(105)과 소스(510) 사이에서의 쇼트키 접합을 이용하고 있으며, 쇼트키 접합에서는 다수 캐리어(major carrier)에 의한 충돌 이온화를 이용하고 있다. PN junctions are used in conventional I-MOS transistors, and collision ionization is used by minor carriers in PN junctions. On the other hand, in the embodiment of the present invention, a Schottky junction between the
이에 따라, 본 발명의 실시예에 의한 트랜지스터는 보다 많은 전류 증폭을 구현할 수 있고 또한 보다 낮은 항복 전압을 구현할 수 있다. 소스(510)에 상대적으로 큰 (-) 전압을 인가해주기 위한 추가 회로 구성이 본 발명의 실시예에서는 요구되지만, 항복 전압을 크게 낮출 수 있어 트랜지스터의 동작에 요구되는 필요 전 압의 크기를 낮출 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시예에 따른 트랜지스터는 소비 전력을 크게 줄일 수 있다. Accordingly, the transistor according to the embodiment of the present invention can implement more current amplification and lower breakdown voltage. An additional circuit configuration for applying a relatively large negative voltage to the
본 발명의 실시예에 따른 트랜지스터의 항복 전압을 낮추는 방법으로 3가지가 고려될 수 있다. Three methods can be considered as a method of lowering the breakdown voltage of a transistor according to an embodiment of the present invention.
첫째, I-영역(105)의 도핑된 불순물의 농도를 상대적으로 높이면, 애벌랜치 항복 전압을 효과적으로 낮출 수 있다. 접합에서의 최대전계는 I-영역(105)의 도핑농도 에 비례하며, 애벌랜치 항복 전압은 에 비례한다. 그럼에도 불구하고, I-영역(105)에서의 도핑 농도가 1018cm-3 정도 이상일 경우, I-영역(105)에서 밴드간 터널링에 의한 제너 항복이 일어날 수 있으므로, I-영역(105)에서의 불순물 농도는 그 이하인 것이 바람직하다. First, by relatively increasing the concentration of the doped impurities in the I-
둘째, 소스 영역(510)을 이루는 금속 실리사이드의 쇼트키 장벽의 높이를 낮추면, 더 많은 수의 전자가 양자 역학적인 터널링을 통해 I-영역(105)으로 주입되게 되고, 이로 인해 충돌 이온화가 보다 더 가속되어 항복전압을 상대적으로 더 낮출 수 있게 된다.Second, lowering the height of the Schottky barrier of the metal silicide constituting the
셋째, 실리콘(Si)보다 금지대폭(energy band gap)의 에너지가 작은 저매니움(Ge) 이나 실리콘-저매니움(SiXGe1-X)을 I-영역(105)으로 사용하면, 충돌에 의해 전자/정공홀 쌍을 발생시키는데 보다 더 작은 운동 에너지를 필요로 하기 때문에 항복 전압이 작아질 수 있다. 또한, 소자의 스케일링을 통해 게이트 유전막(200)의 두께를 보다 더 감소시키는 것도 항복 전압을 낮추는데 도움이 될 수 있다. Third, when using low manganese (Ge) or silicon low manganese (Si X Ge 1-X ), which has a lower energy band gap than silicon (Si), as the I-
도 6을 다시 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 트랜지스터의 드레인쪽에는, 높은 전계에 의한 HCE를 줄이기 위해 낮게 도핑된 드레인(LDD) 구조가 구성되어 전계를 낮출 수 있게 한다. 즉, 제1드레인(451)은 LDD 영역으로 구성될 수 있으며, 배후의 제2드레인(550)은 소스(510)와 마찬가지로 금속 또는 금속 실리사이드를 포함하여 형성될 수 있다.Referring back to FIG. 6, a low doped drain (LDD) structure is formed at the drain side of the transistor according to the embodiment of the present invention to reduce HCE due to a high electric field, thereby lowering an electric field. That is, the
이러한 LDD 구조는 배후의 실리사이드와 채널 사이의 간격에 의한 기생저항 성분을 감소시키는 역할을 하게 된다. 일반적으로 벌크 실리콘 기판을 이용하는 벌크 MOSFET이나 부분적으로 공핑화된 SOI 기판을 이용하는 PD(partially-depleted) SOI MOSFET에서는 드레인에서 HCE에 의해 생긴 홀이 기판에 축적되어 래치업(latch-up) 현상을 일으킬 수 있다. 그러나, 본 발명의 실시예에 따른 트랜지스터 구조에서는 소스(510)쪽에 인가된 (-)전압에 의해, 홀들이 기판(100)에 축적되지 않고 모두 빠져나가게 된다. This LDD structure serves to reduce the parasitic resistance component due to the gap between the silicide and the channel behind it. In general, in bulk MOSFETs using bulk silicon substrates or partially-depleted (PD) SOI MOSFETs using partially doped SOI substrates, holes caused by HCE in the drain accumulate on the substrate, causing latch-up. Can be. However, in the transistor structure according to the embodiment of the present invention, the holes do not accumulate in the
도 8 내지 도 11은 본 발명의 실시예에 따른 충돌 이온화를 이용한 트랜지스터 제조 방법을 설명하기 위해서 개략적으로 도시한 단면도들이다. 8 to 11 are cross-sectional views schematically illustrating a transistor manufacturing method using collision ionization according to an embodiment of the present invention.
도 8을 참조하면, 기판(100) 상에 게이트 유전막(200)을 수반하는 게이트(300)를 형성한다. 기판(100)은 반도체 기판, 예컨대, 실리콘 기판을 이용할 수 있으며, 또한, 도 6에 제시된 바와 같은 SOI 기판을 이용할 수도 있다. 이때, 게이트(300) 측벽에는 게이트(300) 아래의 게이트 채널의 절연을 위한 측벽 스페이서(350: 351, 353)가 절연 물질을 포함하여 형성될 수 있다. Referring to FIG. 8, a
이러한 트랜지스터를 위한 게이트 유전막(200), 게이트(300) 및 측벽 스페이 서(350)를 형성하는 일련의 공정 과정들은 일반적인 MOSFET 제조 공정을 따라 수행될 수 있다. 예컨대, 게이트 유전막(200)을 형성하고, 게이트 유전막(200) 상에 게이트(300)를 위한 층을 형성한 후 패터닝하고, 패터닝된 구조물 상에 측벽 스페이서(350)를 위한 층을 형성한 후 이방성 식각하여 스페이서를 형성하는 과정 등을 수행할 수 있다. A series of process steps for forming the
게이트 유전막(200)은 실리콘(Si)을 열산화하여 형성되는 실리콘 산화물(SiO2)막을 포함하여 형성될 수 있다. 또한, 게이트 유전막(200)은 화학 기상 증착(CVD)된 실리콘 질화물(Si3N4)막 또는 실리콘 하프늄 산질화물(SiHfON)막과 같은 고유전율의 박막을 사용하여 형성될 수도 있다. The
또한, 게이트(300) 전극으로 사용되는 물질은 현재 널리 사용되고 있는 도전성 폴리 실리콘을 사용할 수 있다. 그럼에도 불구하고, 게이트(300)는 공핍층(depletion layer)의 발생이 방지될 수 있고, 또한 보다 낮은 게이트 저항을 구현할 수 있는 금속 게이트로 형성될 수 있다. In addition, the material used as the
한편, 측벽 스페이서(350)는 가급적 낮은 유전 상수 k를 가지는 물질을 포함하여 형성되는 것이 바람직하다. 예컨대, 측벽 스페이서(350)는 실리콘 산화물(SiO2)과 같은 저유전율의 절연 물질의 박막을 포함하여 형성될 수 있다. On the other hand, the
도 6에 제시된 바와 같이, 측벽 스페이서(350)의 폭은 I-영역(105)에서 충돌 이온화가 일어날 수 있는 조건을 고려하여 결정될 수 있다. 이온화 영역(105)은 게이트(300) 아래에 중첩되는 게이트 중첩 영역(101)과 오프셋 영역(103)을 포함하여 설정되는 것으로 이해될 수 있다. 이때, 게이트 중첩 영역(101)은 게이트(300)에 중첩되는 부분이므로 게이트 길이(LGATE)로 그 길이가 설정되게 된다. 제2측벽 스페이서(353)에 대향되어 소스(510)에 인접하는 제1측벽 스페이서(351) 아래에 중첩되는 영역으로 설정될 수 있는 오프셋 영역(103)의 길이(Li)는 실질적으로 충돌 이온화가 일어나는 영역의 길이(Li)로 이해될 수 있으며, 측벽 스페이서(350)의 폭에 의존하여 결정될 수 있다. As shown in FIG. 6, the width of the
소자의 크기가 작아질수록 게이트 유전막(200)의 두께와 게이트(300)의 길이 및 게이트 전압도 작아지므로, 측벽 스페이서(350)의 폭 또한 이에 따라 작아질 수 있다. 측벽 스페이서(350)의 폭이 작아짐에 따라 도 6에 제시된 바와 같은 오프셋 영역(103)의 길이(Li) 또한 작아질 수 있다. As the size of the device decreases, the thickness of the
도 9를 참조하면, 경사 이온 주입(401)을 이용하여 반도체 기판(100)에 비대칭 불순물층 구조(410, 450)를 형성한다. 이때, 불순물층 구조(450)는, 경사 이온 주입 과정에 의해서, 제1불순물층(410)은 제1측벽 스페이서(351)로부터 이격되어 형성되고, 제2불순물층(450)은 제2측벽 스페이서(353)의 아래에 중첩되는 형태로 형성되어 게이트(300)를 중심으로 비대칭 구조를 이루게 형성될 수 있다. Referring to FIG. 9, asymmetric
경사 이온 주입 과정은 측벽 스페이서(350) 및 게이트(300)를 마스크(mask)로 이용하여 노출된 반도체 기판(100)에 불순물을 이온 주입하는 과정으로 수행될 수 있다. 이때, 드레인(도 6의 451, 550)쪽으로 큰 각도로 기울여서 이온 주입 (401)하여 예컨대 N-로 도핑된 비대칭 형태의 불순물 구조(410, 450)를 형성할 수 있다. 이때, 이온 주입(401)의 경사 각도는 예컨대, 기판(100)의 면에 대해 대략 45ㅀ 각도를 이루게 설정될 수 있으나, 제2불순물층(450)이 제2측벽 스페이서(353)에 중첩되는 정도 또는 제2측벽 스페이서(353)의 폭 등을 고려하여 달리 설정될 수 있다. The gradient ion implantation process may be performed by implanting impurities into the exposed
이와 같은 경사 이온 주입(401)에 의해서 형성되는 비대칭 불순물층 구조의 제2불순물층(450)은 트랜지스터의 제2측벽 스페이서(353)에 중첩되게 연장되는 바람직하게 LDD 구조로 형성되는 제1드레인(도 6의 451)으로 이용될 수 있다. 즉, 드레인쪽 LDD 영역을 포함하는 제1드레인(451)은 제2측벽 스페이서(353)아래에서 게이트 채널이 시작되는 부분까지 불순물이 주입되도록 이온 주입과 후속되는 활성화를 위한 열처리를 통해 형성되게 된다. 소스쪽은 게이트 구조가 이온 주입의 마스크로 작용하여 게이트 채널과 제1측벽 스페이서(351)에서 간격을 두고 떨어진 곳에 불순물이 도핑되어 제1불순물층(410)이 이루어지게 된다. The
이와 같은 경사 이온 주입(401)에 의해서 이온 주입되는 불순물은 인(P), 비소(As), 안티몬(Sb) 등을 포함할 수 있다. The impurities implanted by the
도 10을 참조하면, 소스, 드레인 및 게이트에 실리사이드막(510, 530, 550)을 형성한다. 구체적으로, 기판(100) 전면에 금속 물질을 증착하고, 열처리하여 실리사이드화 반응이 일어나도록 유도하여 실리사이드막(510, 530, 550)을 형성한다. 이후에, 반응되지 않은 금속 물질의 막 부분은 선택적 습식 식각 등으로 제거된다. Referring to FIG. 10, silicide layers 510, 530, and 550 are formed in a source, a drain, and a gate. Specifically,
이에 따라, 제1측벽 스페이서(351)에 끝단이 정렬되는 제1실리사이드막(510)을 포함하는 소스(510)가 형성된다. 또한, 게이트(300) 상에는 도전성 폴리 실리콘과 함께 게이트를 이루는 제2실리사이드막(530)이 형성된다. 그리고, 제2측벽 스페이서(353)에 끝단이 정렬되는 제3실리사이드막(550)이 제1드레인(451)을 이루는 제2불순물층(450)에 접촉하게 형성되어 제1드레인(451)의 배후에 전기적으로 연결되는 제2드레인(550)을 형성하게 된다. Accordingly, a
제1실리사이드막(510)을 포함하는 소스(510)는 제1측벽 스페이서(351) 아래의 오프셋 영역(103)과 쇼트키 접합을 이루게 된다. 제3실리사이드막(550)을 포함하는 제2드레인(550)은 제2불순물층(450)을 포함하는 제1드레인(451)을 마치 LDD 구조 형태로 수반하게 된다. 제1드레인(451)은 게이트(300) 아래의 게이트 중첩 영역(101)과 접합을 이루게 된다. 이에 따라, 소스(510)와 드레인(451, 550) 사이에는 이온화 영역(105)이 게이트(300)를 중심으로 비대칭적인 구조로 설정되게 된다. 즉, 소스(510) 및 드레인(451, 550)은 비대칭 구조로 형성된다. The
실리사이드를 형성하기 위한 금속 물질로서는 어븀(Erbium), 이터븀(Ytterbium), 백금(Platinum), 이리듐(Iridium), 코발트(Cobalt), 니켈(Nikel), 타이타늄(Titanium) 등을 사용할 수 있다. 어떤 금속을 선택하느냐에 의존하여 소스(510)쪽에서의 캐리어 주입을 위한 터널링 장벽의 높이가 결정된다. 또한, 터널링 장벽의 높이에 따라 트랜지스터의 항복 전압도 달라진다. Erbium, Ytterbium, Platinum, Iridium, Cobalt, Nickel, Titanium, or the like may be used as the metal material for forming the silicide. Depending on the metal selected, the height of the tunneling barrier for carrier injection on the
N형 채널 I-MOS 트랜지스터의 경우, 예컨대, 제1드레인(451)이 N-형 불순물 층을 포함하여 형성되고 이온화 영역(105)이 진성 반도체 영역 또는 P형 불순물이 상대적으로 낮은 농도로 도핑된 경우, 전자에 대한 쇼트키 장벽의 높이가 상대적으로 낮은 어븀이나 이터븀이 소스(510)를 이루는 제1실리사이드막(510)을 형성하는 데 적절하다. In the case of an N-type channel I-MOS transistor, for example, a
P형 채널 I-MOS 트랜지스터의 경우, 예컨대, 제1드레인(451)이 P-형 불순물층을 포함하여 형성되고 이온화 영역(105)이 진성 반도체 영역 또는 N형 불순물이 상대적으로 낮은 농도로 도핑된 경우, 정공홀에 대한 쇼트키 장벽의 높이가 상대적으로 낮은 백금 및 이리듐을 사용하여 실리사이드를 형성하는 것이 항복전압을 낮추는 데 보다 유리할 수 있다. 또한 N형, P형 트랜지스터 모두에 같이 사용할 수 있는 중간 정도의 쇼트키 장벽을 구현할 경우, 코발트, 니켈 또는 타이타늄을 사용하여 실리사이드를 형성하는 것이 바람직하다.In the case of a P-type channel I-MOS transistor, for example, a
도 11을 참조하면, 소스(510) 및 드레인(550), 게이트(300, 530) 등을 덮어 절연하는 층간 절연막(600)을 증착한다. 이때, 층간 절연막(600)을 평탄화하는 과정이 추가로 도입될 수 있다. 이후에, 층간 절연막(600)을 관통하는 콘택, 예컨대, 소스(510) 상에 정렬되어 접촉하는 제1콘택(710), 게이트(300, 530) 상에 정렬되어 접촉하는 제2콘택(730) 및 제2드레인(550) 상에 정렬되어 접촉하는 제3콘택(750)을 형성한다. 이후에, 제1콘택(710)에 전기적으로 연결되는 제1배선(810), 제2콘택(730)에 전기적으로 연결되는 제2배선(830) 및 제3콘택(750)에 전기적으로 연결되는 제3배선(850)을 형성하는 금속 배선 공정을 수행하여 소자를 완성한다. Referring to FIG. 11, an
이와 같은 본 발명의 실시예에 따른 충돌 이온화를 이용한 트랜지스터 제조 방법은 일반적인 MOSFET의 제조 공정을 응용할 수 있으며, 비대칭 구조의 p-i-n 구조의 이온화 영역(105)의 구조를 형성하기 위한 별도의 마스크가 요구되지 않는 자기 정렬(self-align)이 가능한 공정이다. 따라서, 현재의 반도체 소자 생산 기술을 응용하여 본 발명의 실시예에 따른 충돌 이온화를 이용한 트랜지스터를 실용화하는 것이 가능하다. Such a transistor manufacturing method using collision ionization according to an embodiment of the present invention can apply a general MOSFET manufacturing process, and does not require a separate mask for forming the structure of the pinned
상술한 바와 같이, 본 발명은 종래의 채널 장벽의 높이를 조절하여 트랜지스터의 스위칭(switching)을 조절하는 금속-산화막-반도체 전계 효과 트랜지스터(MOSFET)에서의 소자 소형화 한계를 극복할 수 있는 새로운 충돌 이온화 트랜지스터 구조 및 제조 방법을 제시할 수 있다. As described above, the present invention provides a novel collision ionization that overcomes the limitations of device miniaturization in metal-oxide-semiconductor field effect transistors (MOSFETs) that control the switching of transistors by adjusting the height of conventional channel barriers. Transistor structure and manufacturing method can be presented.
본 발명에 따른 충돌 이온화 트랜지스터(I-MOSFET)는 게이트가 있는 p-i-n 접합 구조의 항복전압을 조절하여 전류의 흐름을 조절할 수 있다. 또한, 본 발명에서 제안하는 제조 방법은 기존의 일반적인 MOSFET의 제작 공정을 용이하게 응용할 수 있다. The collision ionization transistor (I-MOSFET) according to the present invention can control the flow of current by controlling the breakdown voltage of the gated p-i-n junction structure. In addition, the manufacturing method proposed in the present invention can be easily applied to the conventional manufacturing process of the MOSFET.
본 발명에 따르면, 쇼트키 접합과 비대칭 LDD 구조에서의 충돌 이온화를 이용한 I-MOS 트랜지스터를 제시할 수 있다. 이러한 트랜지스터 소자는 무어(Moore)의 법칙을 근간으로 최근까지 진행되고 있는 MOSFET의 한계를 극복하여, 새로운 동작 원리를 기반으로 초고속/고성능 디지털 회로에서의 응용이 가능하다. 또한, 현재 집적회로의 로드맵(road map)을 이끌어가고 있는 실리콘 기반 소자가 향후에도 계속해서 주도적인 역할을 할 수 있도록 하는 데 기여할 것으로 예측된다. According to the present invention, an I-MOS transistor using a schottky junction and collision ionization in an asymmetric LDD structure can be proposed. These transistor devices overcome the limitations of MOSFETs that have been advanced until recently based on Moore's law, and can be applied to ultra-high speed / high performance digital circuits based on new operating principles. It is also expected that silicon-based devices, which are currently driving the road map of integrated circuits, will continue to play a leading role in the future.
이상, 본 발명을 구체적인 실시예를 통하여 상세히 설명하였으나, 본 발명은 이에 한정되지 않고, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 그 변형이나 개량이 가능함이 명백하다. 또한, 도면과 명세서에서 최적의 실시예들이 개시되고 있으나, 이에 사용된 특정한 용어들은 본 발명을 구체적으로 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이지, 의미 한정이나 특허청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것으로 이해되어서는 안된다. 그러므로, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 형태의 변형이 가능할 것으로 이해되어야 한다. As mentioned above, although this invention was demonstrated in detail through the specific Example, this invention is not limited to this, It is clear that the deformation | transformation and improvement are possible by the person of ordinary skill in the art within the technical idea of this invention. In addition, while the best embodiments have been disclosed in the drawings and specification, specific terminology used herein is for the purpose of describing the present invention in detail, and is intended to limit the scope of the invention as defined in the meanings and claims. It should not be understood as being used for Therefore, it should be understood by those skilled in the art that various modifications and equivalent other forms of modifications may be possible therefrom.
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