KR101186574B1 - method of forming channel layer in electric device and method of manufacturing electric device using the same - Google Patents

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Abstract

일 실시 예에 따르는 전기소자의 채널층 형성 방법이 개시된다. 먼저, 절연층을 상부에 구비하는 전도성 기판을 제공한다. 상기 전도성 기판과 도금 대상인 금속을 전극으로 사용하여 전해질 용액 내에서 전기도금을 실시한다. 이때, 상기 전도성 기판으로부터 상기 절연층을 통과하는 터널링 전류가 제공하는 전자와 상기 전해질 용액 내의 상기 금속의 이온이 결합함으로써 상기 절연층 상에 금속 채널층이 형성된다.Disclosed is a method of forming a channel layer of an electric device, according to an embodiment. First, a conductive substrate having an insulating layer thereon is provided. Electroplating is performed in an electrolyte solution using the conductive substrate and the metal to be plated as electrodes. In this case, a metal channel layer is formed on the insulating layer by combining electrons provided by the tunneling current passing through the insulating layer from the conductive substrate with ions of the metal in the electrolyte solution.

Description

전기소자의 채널층 형성 방법 및 이를 이용하는 전기소자의 제조 방법{method of forming channel layer in electric device and method of manufacturing electric device using the same}Method of forming channel layer in electric device and method of manufacturing electric device using same {method of forming channel layer in electric device and method of manufacturing electric device using the same}

본 출원은 대체로 전기소자의 제조 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 전기소자의 채널층 형성 방법 및 이를 이용하는 전기소자의 제조 방법에 관한 것이다.The present application relates generally to a method of manufacturing an electric device, and more particularly, to a channel layer forming method of an electric device and a method of manufacturing the electric device using the same.

전기소자 기술, 일례로서, 반도체 소자 기술은 현재까지 괄목할 발전을 이루어왔다. 구체적으로, DRAM과 같은 고집적도를 요구하는 메모리 소자는 보다 작은 피쳐 크기(feature size)를 갖는 능동 및 수동 소자를 요구하여 왔으며, 반도체 소자 및 공정 기술은 이에 부응하여 피쳐 크기를 축소시켜 왔다. Electrical device technology, as an example, semiconductor device technology has made significant progress to date. In particular, memory devices that require high integration, such as DRAM, have required active and passive devices with smaller feature sizes, and semiconductor devices and process technologies have responded to shrinking feature sizes.

하지만, 트랜지스터 소자에서 50nm 이하의 길이를 갖는 채널층을 구현하는 경우, 단채널 효과가 발생하여 소자 구현에 어려움을 겪고 있다. 현재까지는 채널층의 도핑 농도를 높여 이를 일시적으로 해결하고 있으나, 피쳐 크기가 보다 감소하게 되는 경우에는 근원적으로 해결할 필요가 대두되고 있다. 일부의 연구는, 트랜지스터의 게이트 아래 채널 영역이 움푹 들어간 형태를 지닌 RCAT (Recess Channel Array Transistor) 소자를 제안하여 유효 게이트 길이를 늘이거나, 상기 RCAT에 비해 문턱전압을 보다 낮출 수 있는 SRCAT (Spherical Recess Channel Array Transisor) 소자를 제안하였다. 다른 일부의 연구는, 수직으로 세워진 소스와 드레인 사이의 채널을 게이트가 전부 감싼 형태인 수직 트랜지스터를 제안하였다. 이와 같이, 트랜지스터의 구조 변경을 통해 단채널 효과를 극복하고자 하나, 제조 공정이 복잡하다는 어려움을 가지고 있다.However, when a channel layer having a length of 50 nm or less is implemented in a transistor device, a short channel effect occurs and thus the device implementation is difficult. Up to now, this is temporarily solved by increasing the doping concentration of the channel layer, but when the feature size is further reduced, there is a need for a fundamental solution. Some studies have proposed a Recess Channel Array Transistor (RCAT) device with a recessed channel region under the gate of a transistor to increase the effective gate length or lower the threshold voltage compared to the RCAT. Channel Array Transisor) device is proposed. Some other work suggests a vertical transistor in which the gate is completely wrapped around the channel between the vertically oriented source and drain. As described above, the short channel effect is overcome by changing the structure of the transistor, but the manufacturing process is complicated.

최근에는 이러한 피쳐 사이즈 감소에 따른 트랜지스터의 성능 열화를 극복하기 위한 방법으로서, 금속 채널층을 가지는 트랜지스터 구조가 제안되고 있다. 상기 트랜지스터의 채널층을 금속으로 형성함으로써, 채널층에서의 전하의 이동도를 개선시키고 이에 따라 단채널 효과에 의해 야기되는 누설 전류 발생을 감소시킬 수 있다. 이와 같이, 상기 금속 채널층을 구비하는 트랜지스터 구조에 대한 관심이 높아질수록, 상기 금속 채널층 트랜지스터를 신뢰성 있게 제조할 수 있는 방법에 대한 연구도 함께 요청되고 있는 상황이다.Recently, a transistor structure having a metal channel layer has been proposed as a method for overcoming the performance degradation of transistors due to such feature size reduction. By forming the channel layer of the transistor with a metal, it is possible to improve the mobility of charge in the channel layer and thus to reduce the leakage current caused by the short channel effect. As such, as the interest in the transistor structure including the metal channel layer increases, research on a method of manufacturing the metal channel layer transistor with reliability is also requested.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 충분히 작은 길이, 폭 및 두께를 가지는 금속 채널층을 전기소자 내에서 형성하는 방법을 제공하는 것이다.It is an object of the present invention to provide a method of forming a metal channel layer in an electrical device having a sufficiently small length, width and thickness.

본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는 충분히 작은 길이, 폭 및 두께를 가지는 금속 채널층을 포함하는 전기소자를 제조하는 방법을 제공하는 것이다.Another technical problem to be solved by the present invention is to provide a method for manufacturing an electric device including a metal channel layer having a sufficiently small length, width and thickness.

상기의 기술적 과제를 이루기 위한 본 출원의 일 측면에 따른 전기소자의 채널층 형성 방법이 제공된다. 상기 전기소자의 채널층 형성 방법에 있어서, 우선 절연층을 상부에 구비하는 전도성 기판을 제공한다. 상기 전도성 기판과 도금 대상인 금속을 전극으로 사용하여 전해질 용액 내에서 전기도금을 실시한다. 이때, 상기 전도성 기판으로부터 상기 절연층을 통과하는 터널링 전류가 제공하는 전자와 상기 전해질 용액 내의 상기 금속의 이온이 결합함으로써 상기 절연층 상에 금속 채널층이 형성된다.Provided is a method of forming a channel layer of an electric device according to an aspect of the present application for achieving the above technical problem. In the method for forming a channel layer of the electric device, a conductive substrate having an insulating layer thereon is first provided. Electroplating is performed in an electrolyte solution using the conductive substrate and the metal to be plated as electrodes. In this case, a metal channel layer is formed on the insulating layer by combining electrons provided by the tunneling current passing through the insulating layer from the conductive substrate with ions of the metal in the electrolyte solution.

일 실시 예에 의하면, 상기 금속은 금, 은, 백금, 알루미늄, 납, 하프늄, 탄탈륨, 타이타늄, 구리, 주석 또는 팔라듐일 수 있다.According to one embodiment, the metal may be gold, silver, platinum, aluminum, lead, hafnium, tantalum, titanium, copper, tin or palladium.

다른 실시 예에 의하면, 상기 전기도금을 실시하는 공정에 있어서, 상기 전해질 용액 내에서 상기 금속이 양의 극성을 가지고 상기 전도성 기판이 음의 극성을 가지도록 전압을 인가할 수 있다.According to another embodiment, in the step of performing the electroplating, a voltage may be applied such that the metal has a positive polarity and the conductive substrate has a negative polarity in the electrolyte solution.

또 다른 실시 예에 의하면, 상기 전기도금을 실시하는 공정에 있어서, 상기 전해질 용액은 표면활성제를 포함하고, 상기 표면활성제는 상기 절연층 상에 원자층 단위의 상기 금속 채널층이 형성되도록 할 수 있다.In another embodiment, in the electroplating, the electrolyte solution may include a surface active agent, and the surface active agent may allow the metal channel layer in atomic layer units to be formed on the insulating layer. .

상기 기술적 과제를 이루기 위한 본 출원의 다른 측면에 따른 전기소자의 제조방법이 제공된다. 상기 전기소자의 제조방법에 있어서, 우선 전도성 기판 상에 절연층을 형성한다. 상기 절연층 상에 소스 전극층 및 드레인 전극층을 서로 이격하도록 형성한다. 상기 절연층, 상기 소스 전극층 및 상기 드레인 전극층을 포함하는 상기 전도성 기판을 전해질 용액에 담근다. 상기 전도성 기판과 도금 대상인 금속을 각각 전극으로 사용하여 전기도금을 실시한다. 이때, 상기 전도성 기판으로부터 상기 절연층을 통과하는 터널링 전류의 전자와 상기 전해질 용액 내의 상기 금속의 이온이 결합함으로써 상기 소스 전극층 및 상기 드레인 전극층 사이에 금속 채널층이 형성된다.Provided is a method of manufacturing an electrical device according to another aspect of the present application for achieving the above technical problem. In the method of manufacturing the electric element, an insulating layer is first formed on a conductive substrate. The source electrode layer and the drain electrode layer are formed on the insulating layer to be spaced apart from each other. The conductive substrate including the insulating layer, the source electrode layer, and the drain electrode layer is dipped in an electrolyte solution. Electroplating is performed using the conductive substrate and the metal to be plated as electrodes. In this case, a metal channel layer is formed between the source electrode layer and the drain electrode layer by combining electrons of the tunneling current passing through the insulating layer from the conductive substrate with ions of the metal in the electrolyte solution.

일 실시 예에 의하면, 상기 전기도금을 실시하는 단계는 상기 소스 전극층 및 상기 드레인 전극층 사이에 전압을 인가하고, 상기 소스 전극층 및 상기 드레인 전극층 사이에 흐르는 전류를 측정하여 상기 채널 금속층을 형성하는 상기 전기도금 공정의 완료 여부를 결정할 수 있다.In some embodiments, the electroplating may include applying an electric voltage between the source electrode layer and the drain electrode layer and measuring a current flowing between the source electrode layer and the drain electrode layer to form the channel metal layer. It may be determined whether the plating process is completed.

다른 실시 예에 의하면, 상기 전기소자의 제조방법은 상기 채널 금속층 상에 상부 게이트 유전막을 형성하는 공정과 상기 상부 게이트 유전막 상에 상부 게이트 전극층을 형성하는 단계를 추가적으로 포함할 수 있다.According to another embodiment, the method of manufacturing the electric device may further include forming an upper gate dielectric layer on the channel metal layer and forming an upper gate electrode layer on the upper gate dielectric layer.

또 다른 실시 예에 의하면, 상기 전해질 용액은 표면 활성제를 포함하고, 상기 표면활성제는 상기 절연층 상에 원자층 단위의 상기 채널 금속층이 형성되도록 할 수 있다.According to another embodiment, the electrolyte solution may include a surface active agent, and the surface active agent may allow the channel metal layer in atomic layer units to be formed on the insulating layer.

상기 기술적 과제를 이루기 위한 본 출원의 또 다른 측면에 따른 전기소자의 제조 방법이 제공된다. 상기 전기소자의 제조 방법에 있어서, 먼저, 전도성 기판 상에 절연층을 형성한다. 상기 절연층 상에 소스 전극층 및 드레인 전극층을 서로 이격하도록 형성한다. 상기 절연층, 상기 소스 전극층 및 상기 드레인 전극층을 포함하는 상기 전도성 기판 상에 베이스 금속층을 형성한다. 상기 전도성 기판 상에 포토레지스트를 도포하고, 리소그래피 공정을 통하여 상기 베이스 금속층의 일부분을 노출시키는 포토레지스트 패턴을 형성한다. 상기 노출된 베이스 금속층의 상기 일부분을 제거하여 상기 절연층의 일부분을 노출시킨다. 전해질 용액 내에서 상기 전도성 기판과 도금 대상인 금속을 각각 전극으로 사용하여 전기도금을 실시한다. 이때, 상기 전도성 기판으로부터 상기 절연층을 통과하는 터널링 전류의 전자와 상기 전해질 용액 내의 상기 금속의 이온이 결합함으로써 상기 절연층의 상기 일부분 상에 금속 채널층이 형성된다.Provided is a method of manufacturing an electrical device according to another aspect of the present application for achieving the above technical problem. In the method of manufacturing the electric element, first, an insulating layer is formed on a conductive substrate. The source electrode layer and the drain electrode layer are formed on the insulating layer to be spaced apart from each other. A base metal layer is formed on the conductive substrate including the insulating layer, the source electrode layer, and the drain electrode layer. A photoresist is applied onto the conductive substrate and a photoresist pattern is formed to expose a portion of the base metal layer through a lithography process. The portion of the exposed base metal layer is removed to expose a portion of the insulating layer. Electroplating is performed using the conductive substrate and the metal to be plated as electrodes in an electrolyte solution. In this case, a metal channel layer is formed on the portion of the insulating layer by combining electrons of the tunneling current passing through the insulating layer from the conductive substrate and ions of the metal in the electrolyte solution.

일 실시 예에 의하면, 상기 포토레지스트 패턴은 상기 전기도금에 의해 형성되는 상기 금속 채널층의 길이 및 폭을 결정할 수 있다.According to one embodiment, the photoresist pattern may determine the length and width of the metal channel layer formed by the electroplating.

다른 실시 예에 의하면, 상기 노출된 베이스 금속층의 상기 일부분을 제거하는 공정에 있어서, 먼저 상기 포토레지스트 패턴이 형성된 상기 전도성 기판에 전해질 용액을 제공할 수 있다. 그리고, 상기 전해질 용액과 상기 전도성 기판에 전압을 인가하여 상기 전해질 용액을 전기 분해할 수 있다. 이때, 상기 노출된 베이스 금속층의 금속이 상기 전기 분해의 산화 반응에 의해 상기 전해질 용액 내로 이온화됨으로써 상기 노출된 베이스 금속층의 상기 일부분이 식각될 수 있다.In another embodiment, in the process of removing the portion of the exposed base metal layer, an electrolyte solution may be first provided to the conductive substrate on which the photoresist pattern is formed. The electrolyte solution may be electrolyzed by applying a voltage to the electrolyte solution and the conductive substrate. In this case, the part of the exposed base metal layer may be etched by ionizing the metal of the exposed base metal layer into the electrolyte solution by the oxidation reaction of the electrolysis.

또 다른 실시 예에 의하면, 상기 전기도금을 실시하는 공정에 있어서, 상기 소스 전극층 및 상기 드레인 전극층 사이에 전압을 인가하고, 상기 소스 전극층 및 상기 드레인 전극층 사이에 흐르는 전류를 측정하여 상기 금속 채널층을 형성하는 상기 전기도금 공정의 완료 여부를 결정할 수 있다.In another embodiment, in the electroplating, a voltage is applied between the source electrode layer and the drain electrode layer, and a current flowing between the source electrode layer and the drain electrode layer is measured to determine the metal channel layer. It may be determined whether the electroplating process to be formed is completed.

또 다른 실시 예에 의하면, 상기 전기소자의 제조 방법은 상기 금속 채널층 상에 상부 게이트 유전막을 형성하는 공정 및 상기 상부 게이트 유전막 상에 상부 게이트 전극층을 형성하는 공정을 추가적으로 포함할 수 있다.According to another embodiment, the method of manufacturing the electric device may further include forming an upper gate dielectric layer on the metal channel layer and forming an upper gate electrode layer on the upper gate dielectric layer.

또 다른 실시 예에 의하면, 상기 전기도금을 실시하는 공정에 있어서, 상기 전해질 용액은 표면활성제를 포함하고, 상기 표면활성제는 상기 절연층 상에 원자층 단위의 상기 금속 채널층이 형성되도록 할 수 있다.In another embodiment, in the electroplating, the electrolyte solution may include a surface active agent, and the surface active agent may allow the metal channel layer in atomic layer units to be formed on the insulating layer. .

상기 기술적 과제를 이루기 위한 본 출원의 또 다른 측면에 따른 전기소자가 제공된다. 상기 전기소자는 게이트 전극층을 내부에 포함하는 기판, 상기 기판 상에 위치하는 게이트 절연층, 상기 게이트 절연층 상에서 서로 이격하여 배치되는 소스 전극층 및 드레인 전극층, 상기 소스 전극층 및 상기 드레인 전극층으로부터 각각 확장되어 서로 마주보도록 배치되는 소스 확장층 및 드레인 확장층 및 상기 소스 확장층 및 드레인 확장층 사이에 배치되는 전기도금된 금속 채널층을 포함한다. According to another aspect of the present application for achieving the above technical problem is provided an electric device. The electric device is extended from a substrate including a gate electrode layer therein, a gate insulating layer positioned on the substrate, a source electrode layer and a drain electrode layer spaced apart from each other on the gate insulating layer, and the source electrode layer and the drain electrode layer, respectively. A source extension layer and a drain extension layer disposed to face each other and an electroplated metal channel layer disposed between the source extension layer and the drain extension layer.

일 실시 예에 의하면, 상기 소스 확장층, 상기 드레인 확장층 및 상기 금속 채널층은 동일한 금속으로 이루어질 수 있다.In example embodiments, the source extension layer, the drain extension layer, and the metal channel layer may be made of the same metal.

본 출원에 의하면, 터널링 전류를 이용하는 전기도금법을 적용함으로써, 충분히 얇은 두께를 가지는 금속 채널층을 형성할 수 있다. According to the present application, by applying the electroplating method using the tunneling current, it is possible to form a metal channel layer having a sufficiently thin thickness.

그리고, 본 출원에 의하면, 전해질 용액의 전기분해법을 채널층 패터닝 방법에 적용하고, 터널링 전류에 의한 전기도금법을 금속 채널층 형성 방법으로 적용할 수 있다. 이로써, 업계에서 요구하는 충분히 작은 길이, 폭 및 두께의 금속 채널층을 갖는 전기소자를 제조할 수 있다.In addition, according to the present application, the electrolysis method of the electrolyte solution may be applied to the channel layer patterning method, and the electroplating method using the tunneling current may be applied to the metal channel layer forming method. This makes it possible to fabricate electrical devices having metal channel layers of sufficiently small length, width and thickness as required by the industry.

도 1은 본 출원의 일 실시 예에 따른 전기소자의 모식도이다.
도 2는 본 출원의 다른 실시 예에 따른 전기소자의 모식도이다.
도 3a 내지 도 3c는 본 출원의 일 실시 예에 따른 전기소자의 채널층을 형성 방법을 설명하는 단면도이다.
도 4a 내지 4g는 본 출원의 일 실시 예에 따른 전기소자의 제조 방법을 설명하는 단면도이다.
도 5a 내지 5c는 본 출원의 다른 실시 예에 따른 전기소자의 제조 방법을 설명하는 단면도이다.
도 6a 내지 도 6f는 본 출원의 일 실시 예에 따른 전기소자의 제조 방법을 설명하는 단면도이다.
도 7a 내지 7c는 본 출원의 다른 실시 예에 따른 전기소자의 제조 방법을 설명하는 단면도이다.
1 is a schematic view of an electrical device according to an embodiment of the present application.
2 is a schematic view of an electrical device according to another embodiment of the present application.
3A to 3C are cross-sectional views illustrating a method of forming a channel layer of an electric device according to an embodiment of the present application.
4A to 4G are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing an electrical device according to an embodiment of the present application.
5A to 5C are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing an electrical device according to another embodiment of the present application.
6A to 6F are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing an electrical device according to an embodiment of the present application.
7A to 7C are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing an electrical device according to another embodiment of the present application.

이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 출원의 실시 예들을 보다 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 본 출원에 개시된 기술은 여기서 설명되는 실시 예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 단지, 여기서 소개되는 실시 예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 출원의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다. 도면에서 여러 층(또는 막) 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 상기 층(또는 막) 및 영역들의 폭이나 두께를 다소 확대하여 나타내었다. 전체적으로 도면 설명시 관찰자 시점에서 설명하였고, 일 요소가 다른 요소 또는 기판 위에 위치하는 것으로 언급되는 경우, 이는 상기 일 요소가 다른 요소 또는 기판 위에 바로 위치하거나 또는 그들 요소들 사이에 추가적인 요소가 개재될 수 있다는 의미를 모두 포함한다. 또한, 해당 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 출원의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 본 출원의 사상을 다양한 다른 형태로 구현할 수 있을 것이다. 그리고, 복수의 도면들 상의 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다.
Hereinafter, exemplary embodiments of the present application will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, the technology disclosed in the present application is not limited to the embodiments described herein and may be embodied in other forms. However, the embodiments introduced herein are provided to ensure that the disclosed contents are thorough and complete, and that the spirit of the present application is sufficiently conveyed to those skilled in the art. In the drawings, the width and thickness of the layers (or layers) and regions are slightly enlarged in order to clearly represent the various layers (or layers) and regions. When described in the drawings as a whole, at the point of view of the observer, and when one element is referred to as being positioned on another element or substrate, it may be said that the one element is placed directly on another element or substrate or an additional element may be interposed between them. It includes everything that it is. In addition, one of ordinary skill in the art may implement the spirit of the present application in various other forms without departing from the technical spirit of the present application. Wherein like reference numerals refer to like elements throughout the several views.

도 1은 본 출원의 일 실시 예에 따른 전기소자의 모식도이다. 도 1을 참조하면, 전기소자(100)는 게이트 전극층(130)을 포함하는 기판(110), 기판(110) 상에 배치되는 절연층(120), 절연층(120) 상에서 서로 이격하여 배치되는 소스 전극층(140) 및 드레인 전극층(150), 소스 전극층(140)과 드레인 전극층(150) 사이에 위치하는 금속 채널층(160)을 포함한다. 전기소자(100)는 일례로서, 스위칭 소자일 수 있다. 소스 전극층(140)과 드레인 전극층(150) 사이에 전압을 인가하여 금속 채널층(160)을 통해 전하를 전도시킬 수 있다. 게이트 전극층(130)에 인가되는 게이트 전압은, 금속 채널층(160)에 전기장을 형성하여 상기 전하의 이동을 제어할 수 있다. 전기소자(100)의 금속 채널층(160)은 수 nm 의 두께를 가질 때, MOS 전계 효과 트랜지스터의 채널층과 유사한 동작을 할 수 있다. 즉, 외부에서 인가되는 전압에 따라, 금속 채널층(160)에서는 공핍, 축적 및 반전 현상이 발생할 수 있으며, 이에 따라 전하를 가진 전자 또는 홀이 전도할 수 있다. 전기소자(100)은 일 예로서, 공핍(depletion) 모드로 작동하는 트랜지스터일 수 있다. 상기 트랜지스터의 턴-온 동작에 있어서, 소자 전극층(140)과 드레인 전극층(150) 사이에 소정의 전압이 인가될 때, 금속 채널층(160)을 따라 전하를 가진 전자 또는 홀이 전도할 수 있다. 상기 트랜지스터의 턴-오프 동작에 있어서, 게이트 전극층(130)에 소정의 게이트 전압이 인가될 때, 금속 채널층(160)에는 상기 전하의 공핍(depletion) 현상을 발생시키는 전기장이 형성될 수 있다. 이에 따라, 금속 채널층(160)을 따라 이동하는 상기 전자 또는 상기 홀은 차단될 수 있다. 전기소자(100)은 다른 예로서, 활성(enhancement) 모드로 작동하는 트랜지스터일 수 있다. 소자 전극층(140)과 드레인 전극층(150) 사이에 전압을 인가하는 것 만으로는 금속 채널층(160)을 따라 전자 또는 홀이 전도되지 않고 턴-오프 상태를 유지한다. 상기 트랜지스터의 턴-온 동작에 있어서, 게이트 전극층(130)에 소정의 게이트 전압을 인가할 때, 금속 채널층(160)에는 전하의 축적층 또는 반전층(inversion layer)이 형성되고, 상기 축적층 또는 상기 반전층을 따라 소스 전극층(140)과 드레인 전극층(150) 사이에서 상기 전자 또는 상기 홀이 이동할 수 있다. 그리고, 상기 트랜지스터의 턴-오프 동작에 있어서, 게이트 전극층(130)에 인가된 상기 소정의 게이트 전압을 제거함으로써, 금속 채널층(160)에 형성된 상기 축적층 또는 반전층이 제거될 수 있다. 이에 따라 소스 전극층(140)과 드레인 전극층(150) 사이에 흐르는 상기 전자 또는 홀을 차단할 수 있다. 이와 같이, 전기소자(100)는 스위칭 소자로 작동할 수 있다. 상술한 금속 채널층(160)을 이용하는 스위칭 소자의 이론에 관하여는, 일 예로서, 국제공개특허 WO 2005/093868 에 개시되어 있으며, 이는 본 출원의 내용의 일부를 구성한다.1 is a schematic view of an electrical device according to an embodiment of the present application. Referring to FIG. 1, the electrical device 100 is disposed apart from each other on a substrate 110 including a gate electrode layer 130, an insulating layer 120 disposed on the substrate 110, and an insulating layer 120. And a metal channel layer 160 positioned between the source electrode layer 140 and the drain electrode layer 150, and between the source electrode layer 140 and the drain electrode layer 150. The electric device 100 may be, for example, a switching device. A voltage may be applied between the source electrode layer 140 and the drain electrode layer 150 to conduct charge through the metal channel layer 160. The gate voltage applied to the gate electrode layer 130 may form an electric field in the metal channel layer 160 to control the movement of the charge. When the metal channel layer 160 of the electric device 100 has a thickness of several nm, the metal channel layer 160 may operate similar to the channel layer of the MOS field effect transistor. That is, according to a voltage applied from the outside, depletion, accumulation, and inversion may occur in the metal channel layer 160, and thus electrons or holes having a charge may conduct. The electrical device 100 may be, for example, a transistor operating in a depletion mode. In the turn-on operation of the transistor, when a predetermined voltage is applied between the device electrode layer 140 and the drain electrode layer 150, electrons or holes having charge along the metal channel layer 160 may conduct. . In the turn-off operation of the transistor, when a predetermined gate voltage is applied to the gate electrode layer 130, an electric field may be formed in the metal channel layer 160 to generate a depletion of the charge. Accordingly, the electrons or the holes moving along the metal channel layer 160 may be blocked. As another example, the electrical device 100 may be a transistor that operates in an enhancement mode. Applying a voltage only between the device electrode layer 140 and the drain electrode layer 150 maintains a turn-off state without electrons or holes being conducted along the metal channel layer 160. In the turn-on operation of the transistor, when a predetermined gate voltage is applied to the gate electrode layer 130, a charge accumulation layer or an inversion layer is formed on the metal channel layer 160, and the accumulation layer Alternatively, the electrons or the holes may move between the source electrode layer 140 and the drain electrode layer 150 along the inversion layer. In addition, in the turn-off operation of the transistor, the accumulation layer or the inversion layer formed on the metal channel layer 160 may be removed by removing the predetermined gate voltage applied to the gate electrode layer 130. Accordingly, the electrons or holes flowing between the source electrode layer 140 and the drain electrode layer 150 may be blocked. As such, the electrical device 100 may operate as a switching device. Regarding the theory of the switching element using the above-described metal channel layer 160, as an example, it is disclosed in WO 2005/093868, which forms part of the content of the present application.

전기소자(100)에 있어서, 기판(110)은 전도성 기판일 수 있다. 본 명세서에서, 전도성 기판이 의미하는 바는, 기판 전체가 전도성을 띠는 경우, 또는 기판 내에 형성된 전도성 패턴 또는 전도성 회로에 의해 기판의 일부분이 전도성을 띠는 경우 모두를 포함하는 것으로 정의할 수 있다. 기판(110)은 일 예로서, 도핑된 반도체 기판, 금속 기판, 전도성 금속 산화물 또는 전도성 폴리머 기판일 수 있다. 기판(110)은 다른 예로서, 절연성 기판 또는 반도체 기판 내에 전도성 패턴을 형성함으로써 제조될 수 있다. 상기 반도체 기판은 일 예로서, 실리콘, 게르마늄, 갈륨비소, 인듐인 등 일 수 있다. 상기 절연성 기판은 일 예로서, 실리콘 산화물, 알루미늄 산화물, 다이아몬드 등 일 수 있다.In the electric device 100, the substrate 110 may be a conductive substrate. In the present specification, the conductive substrate may be defined to include both when the entire substrate is conductive, or when a portion of the substrate is conductive by a conductive pattern or a conductive circuit formed in the substrate. . The substrate 110 may be, for example, a doped semiconductor substrate, a metal substrate, a conductive metal oxide, or a conductive polymer substrate. As another example, the substrate 110 may be manufactured by forming a conductive pattern in an insulating substrate or a semiconductor substrate. The semiconductor substrate may be, for example, silicon, germanium, gallium arsenide, indium phosphorus, or the like. The insulating substrate may be, for example, silicon oxide, aluminum oxide, diamond, or the like.

기판(110)은 그 내부에 집적 회로(미도시)를 포함하여, 전기 신호를 송수신할 수 있다. 기판(110)은 게이트 전극층(130)을 포함할 수 있다. 게이트 전극층(130)은 외부로부터 게이트 전압을 인가받아, 금속 채널층(160)에 전기장을 형성할 수 있다. 상기 전기장은 금속 채널층(160)에서 상기 전하의 공핍(depletion), 축적(accumulation) 및 반전(inversion) 현상을 발생시킬 수 있다. 게이트 전극층(130)은 전도성 패턴으로 이루어질 수 있으며, 도핑된 반도체, 금속, 금속 규화물(metal silicide) 또는 전도성 금속 산화물로부터 형성될 수 있다. The substrate 110 may include an integrated circuit (not shown) therein to transmit and receive electrical signals. The substrate 110 may include a gate electrode layer 130. The gate electrode layer 130 may receive a gate voltage from the outside to form an electric field in the metal channel layer 160. The electric field may cause depletion, accumulation, and inversion of the charge in the metal channel layer 160. The gate electrode layer 130 may be formed of a conductive pattern, and may be formed from a doped semiconductor, a metal, a metal silicide, or a conductive metal oxide.

절연층(120)이 기판(110) 상에 배치된다. 절연층(120)은 게이트 전극층(130)에 대응하여 게이트 절연막으로서 기능할 수 있다. 절연층(120)은 일 예로서, 실리콘 산화막, 실리콘 질화산화막, 실리콘 질화막, 하프늄 산화막, 탄탈륨 산화막, 타이타늄 산화막 또는 알루미늄 산화막으로 형성될 수 있다. 일례로서, 기판(110)이 실리콘 재질인 경우, 절연층(120)은 열산화법에 의해 실리콘을 산화시켜 형성되는 실리콘 산화막일 수 있다. 절연층(120)은 일 예로서, 10Å 내지 200Å의 두께를 가질 수 있다.The insulating layer 120 is disposed on the substrate 110. The insulating layer 120 may function as the gate insulating layer corresponding to the gate electrode layer 130. For example, the insulating layer 120 may be formed of a silicon oxide film, a silicon nitride oxide film, a silicon nitride film, a hafnium oxide film, a tantalum oxide film, a titanium oxide film, or an aluminum oxide film. For example, when the substrate 110 is made of silicon, the insulating layer 120 may be a silicon oxide film formed by oxidizing silicon by thermal oxidation. For example, the insulating layer 120 may have a thickness of about 10 μs to about 200 μs.

소스 전극층(140) 및 드레인 전극층(150)이 절연층(120) 상에서 서로 이격되어 배치된다. 소스 전극층(140) 및 드레인 전극층(150)은 외부로부터 소스 전극층(140) 및 드레인 전극층(150) 사이에 전압이 인가될 때, 금속 채널층(160)을 따라 이동하는 전자 또는 홀을 제공하거나 수신하는 기능을 한다. 소스 전극층(140) 및 드레인 전극층(150)은 전도성 패턴으로 형성되며, 일 예로서, 도핑된 반도체, 금속, 금속 규화물(metal silicide) 또는 전도성 금속 산화물로부터 형성될 수 있다.The source electrode layer 140 and the drain electrode layer 150 are spaced apart from each other on the insulating layer 120. The source electrode layer 140 and the drain electrode layer 150 provide or receive electrons or holes that move along the metal channel layer 160 when a voltage is applied between the source electrode layer 140 and the drain electrode layer 150 from the outside. Function. The source electrode layer 140 and the drain electrode layer 150 may be formed in a conductive pattern. For example, the source electrode layer 140 and the drain electrode layer 150 may be formed from a doped semiconductor, a metal, a metal silicide, or a conductive metal oxide.

금속 채널층(160)이 소스 전극층(140) 및 드레인 전극층(150) 사이에 배치된다. 금속 채널층(160)은 일 예로서, 금, 은, 백금, 알루미늄, 납, 하프늄, 탄탈륨, 타이타늄, 구리, 주석 또는 팔라듐 으로부터 형성될 수 있다. 금속 채널층(160)은 일 예로서, 한 층 이상의 금속 원자층을 포함할 수 있으며, 약 5Å 이상의 두께를 가질 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 전자를 전도시키는 공핍 모드의 트랜지스터의 경우, 게이트 전극층(130)에 소정의 음의 전압을 인가함으로써, 금속 채널층(160)에 전하를 띤 전자의 공핍을 발생시킬 수 있다. 따라서, 소스 전극층(140) 및 드레인 전극층(150) 사이에 소정의 전압이 인가되더라도, 전자는 소스 전극층(140) 및 드레인 전극층(150) 사이에서 전도하지 못한다. 다른 실시 예에 따르면, 전자를 전도시키는 활성 모드의 트랜지스터의 경우, 게이트 전극층(130)에 소정의 양의 전압을 인가함으로써, 금속 채널층(160)에 전하를 띤 전자의 축적 또는 반전을 발생시킬 수 있다. 따라서, 소스 전극층(140) 및 드레인 전극층(150) 사이에 소정의 전압이 인가되는 경우, 전자는 소스 전극층(140) 및 드레인 전극층(150) 사이에서 전도할 수 있다. 다른 실시 예로서, 금속 채널층 내부에 존재하는 홀이 전하를 이동시키는 동작의 트랜지스터도 상술한 상기 방법과 실질적으로 동일한 공핍 모드 및 활성 모드로서 작동할 수 있다. 금속을 채널층으로 사용하는 스위칭 소자의 구동에 관하여는 일 예로서, 국제공개특허 WO 2005/093868 에 개시되어 있으며, 이는 본 출원의 내용의 일부를 구성한다.The metal channel layer 160 is disposed between the source electrode layer 140 and the drain electrode layer 150. The metal channel layer 160 may be formed from, for example, gold, silver, platinum, aluminum, lead, hafnium, tantalum, titanium, copper, tin, or palladium. As an example, the metal channel layer 160 may include one or more layers of metal atoms, and may have a thickness of about 5 GPa or more. According to an embodiment, in the case of a transistor in a depletion mode for conducting electrons, a depletion of charged electrons may be generated in the metal channel layer 160 by applying a predetermined negative voltage to the gate electrode layer 130. . Therefore, even if a predetermined voltage is applied between the source electrode layer 140 and the drain electrode layer 150, electrons do not conduct between the source electrode layer 140 and the drain electrode layer 150. According to another exemplary embodiment, in the case of an active mode transistor that conducts electrons, a predetermined amount of voltage is applied to the gate electrode layer 130, thereby accumulating or inverting charged electrons in the metal channel layer 160. Can be. Therefore, when a predetermined voltage is applied between the source electrode layer 140 and the drain electrode layer 150, electrons may conduct between the source electrode layer 140 and the drain electrode layer 150. In another embodiment, transistors in which holes in the metal channel layer move charges can also operate in substantially the same depletion mode and active mode as described above. As an example, the driving of a switching element using metal as a channel layer is disclosed in WO 2005/093868, which forms part of the content of the present application.

도 2는 본 출원의 다른 실시 예에 따른 전기소자의 모식도이다. 도 2를 참조하면, 전기소자(200)는 기판(210), 기판(210) 상에 배치되는 절연층(220), 절연층(220) 상에서 서로 이격하여 배치되는 소스 전극층(240) 및 드레인 전극층(250), 소스 전극층(240)과 드레인 전극층(250) 사이에 위치하는 금속 채널층(260)을 포함한다. 그리고, 전기소자(200)는 금속 채널층(260) 상에 배치되는 상부 절연층(225) 및 상부 게이트 전극층(230)을 포함한다.2 is a schematic view of an electrical device according to another embodiment of the present application. Referring to FIG. 2, the electric element 200 includes a substrate 210, an insulating layer 220 disposed on the substrate 210, a source electrode layer 240 and a drain electrode layer spaced apart from each other on the insulating layer 220. 250, a metal channel layer 260 positioned between the source electrode layer 240 and the drain electrode layer 250. The electric device 200 includes an upper insulating layer 225 and an upper gate electrode layer 230 disposed on the metal channel layer 260.

기판(210)은 전도성 기판일 수 있으며, 그 내부에 집적 회로(미도시)를 포함하여 전기 신호를 송수신할 수 있다. 도 1의 전기소자(100)과 대비하여, 전기소자(200)는 금속 채널층(160) 아래에 배치되는 게이트 전극층(130) 대신에 금속 채널층(260) 상부에 배치되는 상부 절연층(225) 및 상부 게이트 전극층(230)을 포함한다. 이를 제외하고는 전기소자(200)은 전기소자(100)과 대응하는 구성요소가 실질적으로 동일하다. 따라서, 중복을 피하기 위하여 상세한 설명은 생략하기로 한다.The substrate 210 may be a conductive substrate, and may include an integrated circuit (not shown) therein to transmit and receive electrical signals. In contrast to the electrical device 100 of FIG. 1, the electrical device 200 is formed on top of the metal channel layer 260 instead of the gate electrode layer 130 disposed below the metal channel layer 160. ) And the upper gate electrode layer 230. Except for this, the electric element 200 has substantially the same components as the electric element 100. Therefore, detailed description will be omitted to avoid duplication.

다른 몇몇 실시예들에 의하면, 전기소자(200)은 소스 전극층(240) 및 드레인 전극층(250) 사이에 위치하는 절연층(220) 아래의 기판(210)에 배치되는 하부 게이트 전극층(미도시)을 추가적으로 포함할 수 있다. 상기 하부 게이트 전극층은 도 1의 게이트 전극층(130)과 실질적으로 동일한 위치에서 실질적으로 동일한 작용을 할 수 있다. 이로서, 전기소자(200)는 상기 하부 게이트 전극층 및 상부 게이트 전극층(230)을 이용하여 금속 채널층(260)에 전기장을 인가할 수 있다. 상술한 바와 같이, 전기소자가 금속 채널층(160, 260)을 채용하는 경우, 금속 채널층(160, 260)을 통해 이동하는 전자 또는 홀의 전도도가 개선되며, 이로서, 상기 스위칭 소자의 크기가 축소되면서 발생하는 단채널효과(short channel effect) 문제 및 휴지 상태에서 증가되는 누설전류 문제를 억제할 수 있는 장점이 있다.
According to some other embodiments, the electric element 200 is a lower gate electrode layer (not shown) disposed on the substrate 210 under the insulating layer 220 positioned between the source electrode layer 240 and the drain electrode layer 250. It may further include. The lower gate electrode layer may function substantially the same at substantially the same position as the gate electrode layer 130 of FIG. 1. As such, the electric device 200 may apply an electric field to the metal channel layer 260 using the lower gate electrode layer and the upper gate electrode layer 230. As described above, when the electric element employs the metal channel layers 160 and 260, the conductivity of electrons or holes moving through the metal channel layers 160 and 260 is improved, thereby reducing the size of the switching element. There is an advantage in that it is possible to suppress the short channel effect problem and leakage current increase in the idle state.

이하에서는 본 출원의 실시예들에 의한 전기소자의 제조 방법에 대하여 설명하도록 한다.
Hereinafter, a method of manufacturing an electric device according to embodiments of the present application will be described.

도 3a 내지 도 3c는 본 출원의 일 실시 예에 따른 전기소자의 채널층을 형성 방법을 설명하는 단면도이다. 도 3a를 참조하면, 절연층(320)을 상부에 구비하는 전도성 기판(310)을 제공한다. 전도성 기판(310)은 일 예로서, n형 또는 p형으로 도핑된 반도체 기판, 금속 기판, 전도성 금속 산화물 또는 전도성 폴리머 기판일 수 있다. 전도성 기판(310)은 다른 예로서, 절연성 기판 또는 반도체 기판의 일부분에 전도성 패턴을 형성함으로써, 국부적으로 전도성을 가지는 기판일 수 있다. 상기 반도체 기판은 일 예로서, 실리콘, 게르마늄, 갈륨비소, 인듐인 등 일 수 있다. 상기 절연성 기판은 일 예로서, 실리콘 산화물, 알루미늄 산화물, 다이아몬드 등 일 수 있다. 전도성 기판(310)은 그 내부에 집적 회로(미도시)를 포함하여, 전기 신호를 송수신할 수 있다.3A to 3C are cross-sectional views illustrating a method of forming a channel layer of an electric device according to an embodiment of the present application. Referring to FIG. 3A, a conductive substrate 310 having an insulating layer 320 thereon is provided. The conductive substrate 310 may be, for example, a semiconductor substrate, a metal substrate, a conductive metal oxide, or a conductive polymer substrate doped with n-type or p-type. As another example, the conductive substrate 310 may be a substrate that is locally conductive by forming a conductive pattern on an insulating substrate or a portion of the semiconductor substrate. The semiconductor substrate may be, for example, silicon, germanium, gallium arsenide, indium phosphorus, or the like. The insulating substrate may be, for example, silicon oxide, aluminum oxide, diamond, or the like. The conductive substrate 310 may include an integrated circuit (not shown) therein to transmit and receive electrical signals.

일 실시 예에 따르면, 절연층(320)은 전도성 기판(310)을 열산화하여 형성할 수 있다. 절연층(120)은 실리콘 산화막, 실리콘 질화산화막, 실리콘 질화막, 하프늄 산화막, 탄탈륨 산화막, 타이타늄 산화막 또는 알루미늄 산화막으로 형성될 수 있다. 일례로서, 전도성 기판(310)이 실리콘 재질인 경우, 상기 도핑된 실리콘을 열산화함으로써, 실리콘 산화물박막을 전도성 기판(310)의 상부에 형성할 수 있다. 다른 예로서, 도전성 기판이 금속 기판인 경우, 상기 금속 기판을 열산화하여, 금속 산화물막을 형성할 수 있다. 다른 실시 예들에 의하면, 절연층(320)은 화학기상증착법, 스퍼터링법, 원자층 증착법, 열증발법(thermal evaporation) 또는 원자빔 증발법(electron beam evaporation) 등의 증착법을 실시함으로써 형성될 수 있다. 절연층(320)은 스위칭 소자의 게이트 산화막으로 적용될 수 있다. 절연층(120)은 일 예로서, 10Å 내지 200Å의 두께를 가지도록 형성될 수 있다.According to an embodiment, the insulating layer 320 may be formed by thermally oxidizing the conductive substrate 310. The insulating layer 120 may be formed of a silicon oxide film, a silicon nitride oxide film, a silicon nitride film, a hafnium oxide film, a tantalum oxide film, a titanium oxide film, or an aluminum oxide film. For example, when the conductive substrate 310 is made of silicon, the silicon oxide thin film may be formed on the conductive substrate 310 by thermally oxidizing the doped silicon. As another example, when the conductive substrate is a metal substrate, the metal substrate may be thermally oxidized to form a metal oxide film. According to other embodiments, the insulating layer 320 may be formed by performing a deposition method such as chemical vapor deposition, sputtering, atomic layer deposition, thermal evaporation, or electron beam evaporation. . The insulating layer 320 may be applied as a gate oxide film of the switching device. For example, the insulating layer 120 may be formed to have a thickness of about 10 μs to about 200 μs.

도 3b를 참조하면, 전도성 기판(310)과 도금 대상인 금속(350)을 전극으로 사용하여 전해질 용액(330) 내에서 전기도금을 실시한다. 절연층(320)을 상부에 구비하는 전도성 기판(310)을 전해질 용액(330)이 포함된 용기(340)에 담그고, 상기 전기도금을 통해 절연층(320) 상에 금속 채널층을 형성한다. 금속(350)은 일례로서, 금, 은, 백금, 알루미늄, 납, 하프늄, 탄탈륨, 타이타늄, 구리, 주석 또는 팔라듐일 수 있다. 전해질 용액(330)은 상기 도금 대상인 금속(350)의 이온을 포함할 수 있다. 일 예로서, 금속(350)이 금(Au)인 경우, 전해질 용액(330)은 염화금산(HAuCl4)을 포함하는 용액일 수 있다. 다른 예로서, 금속(350)이 은(Ag)인 경우, 전해질 용액(330)은 질산은(AgNO3)을 포함하는 용액일 수 있다. 또 다른 예로서, 금속(350)이 백금인 경우, 전해질 용액(330)은 디니트로백금황산염(H2Pt(NO2)2SO4) 또는 백금염화수소산(H2PtCl6) 등을 포함하는 용액일 수 있다. 전해질 용액(330)은 표면활성제를 부가적으로 포함할 수 있다. 상기 표면활성제는 후술하는 전기도금 시에 금속의 원자층 단위의 증착을 돕는 작용을 할 수 있다. 전원(360)은 전해질 용액(330) 내에 존재하는 전도성 기판(310)과 상기 도금 대상인 금속(350) 사이에 전압을 제공할 수 있다. Referring to FIG. 3B, electroplating is performed in the electrolyte solution 330 using the conductive substrate 310 and the metal 350 to be plated as electrodes. The conductive substrate 310 having the insulating layer 320 thereon is immersed in the container 340 including the electrolyte solution 330, and a metal channel layer is formed on the insulating layer 320 through the electroplating. The metal 350 may be, for example, gold, silver, platinum, aluminum, lead, hafnium, tantalum, titanium, copper, tin, or palladium. The electrolyte solution 330 may include ions of the metal 350 to be plated. As an example, when the metal 350 is gold (Au), the electrolyte solution 330 may be a solution containing gold chloride acid (HAuCl 4). As another example, when the metal 350 is silver (Ag), the electrolyte solution 330 may be a solution containing silver nitrate (AgNO 3). As another example, when the metal 350 is platinum, the electrolyte solution 330 may be a solution including dinitroplatinum sulfate (H 2 Pt (NO 2) 2 SO 4) or platinum hydrochloric acid (H 2 PtCl 6). The electrolyte solution 330 may additionally include a surfactant. The surface active agent may function to assist deposition of atomic layer units of metal during electroplating described below. The power source 360 may provide a voltage between the conductive substrate 310 present in the electrolyte solution 330 and the metal 350 to be plated.

일 실시 예에 있어서, 금속(350)이 양의 극성을 가지며 전도성 기판(310)이 상대적으로 음의 극성을 가지도록 전압이 인가될 수 있다. 이 때, 전해질 용액(330)과 접하는 금속(350)내의 원자가 산화되어 금속 이온(355)이 생성되며, 금속 이온(355)은 전해질 용액(330)으로 유입될 수 있다. 전도성 기판(310)은 전원(360)으로부터 인가되는 상기 전압에 대응하여, 절연층(320)을 통과하는 터널링 전류(365)를 발생시킬 수 있다. 터널링 전류(365)는 전하를 가지는 전자가 터널링 전도 방식으로 절연층(320)을 통과함으로써 발생할 수 있다. 일 예로서, 절연층(320)이 10Å 내지 200Å의 두께를 가지도록 형성될 때, 전도성 기판(310)에 인가되는 전압의 크기에 비례하여, 직접 터널링(direct tunneling) 방식 또는 파울러-노르다임 터널링(Fowler-Nordheim tunneling) 방식으로 전자가 절연층(320)를 통과하여 전도할 수 있다. In an embodiment, a voltage may be applied such that the metal 350 has a positive polarity and the conductive substrate 310 has a relatively negative polarity. At this time, atoms in the metal 350 in contact with the electrolyte solution 330 are oxidized to generate metal ions 355, and the metal ions 355 may flow into the electrolyte solution 330. The conductive substrate 310 may generate a tunneling current 365 passing through the insulating layer 320 in response to the voltage applied from the power source 360. The tunneling current 365 may be generated by electrons having a charge passing through the insulating layer 320 in a tunneling conduction manner. As an example, when the insulating layer 320 is formed to have a thickness of 10 kV to 200 kV, the direct tunneling method or the Fowler-Nordim tunneling is proportional to the magnitude of the voltage applied to the conductive substrate 310. Electrons may pass through the insulating layer 320 in a Fowler-Nordheim tunneling manner.

전도성 기판(310)으로부터 절연층(320)을 통과한 터널링 전류(365)의 상기 전자는 절연층(320)의 표면에서 전해질 용액(330) 내의 금속 이온(355)과 결합할 수 있다. 금속 이온(355)은 상기 전자와 결합하여 절연층(320) 상에서 금속 원자(370)로 환원될 수 있다. 환원되는 금속 원자(370)는 절연층(320) 상에 적층될 수 있다. 몇몇 실시 예들에 의하면, 전해질 용액(330)은 표면활성제를 포함할 수 있다. 표면활성제는 일 예로서, 절연층(320)의 표면, 또는 전기도금시에 환원되는 금속 원자(370)의 계면에 각각 작용하여, 절연층(320)의 표면에서 이물질을 제거하고, 환원되는 금속 원자(370)가 절연층(320) 상에 단일층(monolayer) 단위로 적층되도록 할 수 있다. 상기 표면활성제는 절연층(320) 및 금속 원자(370)의 종류에 따라 결정되는 공지의 다양한 물질이 적용될 수 있다.The electrons of the tunneling current 365 passing through the insulating layer 320 from the conductive substrate 310 may combine with the metal ions 355 in the electrolyte solution 330 at the surface of the insulating layer 320. The metal ions 355 may be combined with the electrons to be reduced to the metal atoms 370 on the insulating layer 320. The reduced metal atoms 370 may be stacked on the insulating layer 320. According to some embodiments, the electrolyte solution 330 may include a surfactant. As an example, the surface active agent acts on the surface of the insulating layer 320 or the interface of the metal atoms 370 reduced during electroplating to remove foreign substances from the surface of the insulating layer 320 and to reduce the metal. The atoms 370 may be stacked on the insulating layer 320 in a monolayer unit. The surfactant may be applied to various known materials determined according to the type of the insulating layer 320 and the metal atoms 370.

몇몇 실시 예들에 있어서, 도 3b와 관련된 전기도금을 실시하기 이전에, 절연층(320) 상에 티올 처리를 실시할 수 있다. 상기 티올 처리는 유기황화물의 일종으로 지방족탄화수소의 수소 원자를 메르캅토기로 치환한 화합물인 티올(thiol)을 절연층(320) 상에 제공하는 것을 의미한다. 상기 티올은 일반식 RSH (여기에서, R은 알킬기 일 수 있다)로 표기될 수 있다. 절연층(320) 상에 배치되는 상기 티올은 후속의 상기 전기도금 공정에서 절연층(320) 상에 도금되는 금속 원자(370)와 절연층(320)의 접합력을 증가시킬 수 있다. 이에 따라, 상기 도금된 금속 원자(370)로부터 형성되는 금속 채널층과 절연층(320) 사이의 계면 접합력을 향상시킬 수 있다. 일 예로서, 상기 도금되는 금속이 금인 경우, 상기 티올 처리는 3-메르캅토프로필트리메토옥시실렌(3-mercaptopropyltrimethoxysilane, MPTS)와 같은 물질을 이용하여 실시할 수 있다.In some embodiments, a thiol treatment may be performed on the insulating layer 320 prior to the electroplating associated with FIG. 3B. The thiol treatment is a kind of organic sulfide, which means to provide a thiol, which is a compound in which a hydrogen atom of aliphatic hydrocarbon is substituted with a mercapto group, on the insulating layer 320. The thiol may be represented by the general formula RSH, wherein R may be an alkyl group. The thiol disposed on the insulating layer 320 may increase the bonding force between the metal atom 370 and the insulating layer 320 to be plated on the insulating layer 320 in a subsequent electroplating process. Accordingly, the interface bonding force between the metal channel layer formed from the plated metal atom 370 and the insulating layer 320 may be improved. As an example, when the metal to be plated is gold, the thiol treatment may be performed using a material such as 3-mercaptopropyltrimethoxysilane (MPTS).

도 3c를 참조하면, 상술한 전기도금을 통해 절연층(320) 상에 적층되는 금속 원자(370)는 금속 채널층(390)를 형성한다. 금속 채널층(390)는 일 예로서, 한 층 이상의 금속 원자층을 포함할 수 있으며, 약 5Å 이상의 두께를 가질 수 있다. 금속 채널층(390)이 전기소자에 적용되는 일 예에 따르면, 10Å 내지 100Å의 두께를 가질 수 있으며, 수 개 내지 수십 개 층의 금속 원자층을 포함할 수 있다. 일 예로서, 금속(350)으로는 금(Au)을 사용하고, 전도성 기판(310)으로는 도핑된 실리콘 기판을 사용할 때, 상기 금(Au) 전극에 5V를 인가하고, 상기 도핑된 실리콘 기판에 그라운드 전압(예로서, 0V)을 인가하여, 도핑된 실리콘 기판 상의 실리콘 산화막 상에 금 원자층을 포함하는 금속 채널층을 형성할 수 있다.Referring to FIG. 3C, the metal atoms 370 stacked on the insulating layer 320 through the above-described electroplating form the metal channel layer 390. As an example, the metal channel layer 390 may include one or more layers of metal atoms, and may have a thickness of about 5 GPa or more. According to an example in which the metal channel layer 390 is applied to an electric device, the metal channel layer 390 may have a thickness of about 10 μs to about 100 μs, and may include several to several tens of layers of metal atoms. As an example, when gold (Au) is used as the metal 350 and a doped silicon substrate is used as the conductive substrate 310, 5V is applied to the gold (Au) electrode, and the doped silicon substrate is used. A ground voltage (eg, 0 V) may be applied to the metal channel layer including the gold atom layer on the silicon oxide film on the doped silicon substrate.

상술한 바와 같이, 본 출원의 일 실시 예에 따르는 터널링 전류를 이용하는 전기도금법을 적용함으로써 절연체 상에 수 개 내지 수십 개 원자층 단위의 얇은 금속 채널층을 신뢰성 있게 형성할 수 있다. 상기 금속 채널층이 스위칭 소자 내에 적용되는 경우, 상기 금속 채널층은 인가되는 전압의 크기에 따라 전자 또는 홀의 공핍, 축적 또는 반전 현상을 발생시킬 수 있다. As described above, by applying the electroplating method using the tunneling current according to an embodiment of the present application it is possible to reliably form a thin metal channel layer of several to several tens of atomic layer units on the insulator. When the metal channel layer is applied in the switching element, the metal channel layer may cause depletion, accumulation or inversion of electrons or holes depending on the magnitude of the applied voltage.

도 4a 내지 4g는 본 출원의 일 실시 예에 따른 전기소자의 제조 방법을 설명하는 단면도이다. 도 4a를 참조하면, 전도성 기판(410) 상에 절연층(420)을 형성한다. 전도성 기판(410)은 일 예로서, n형 또는 p형으로 도핑된 반도체 기판, 금속 기판, 전도성 금속 산화물 또는 전도성 폴리머 기판일 수 있다. 전도성 기판(410)은 다른 예로서, 절연성 기판 또는 반도체 기판의 일부분에 전도성 패턴을 형성함으로써, 국부적으로 전도성을 가지는 기판일 수 있다. 상기 반도체 기판은 일 예로서, 실리콘, 게르마늄, 갈륨비소, 인듐인 등 일 수 있다. 상기 절연성 기판은 일 예로서, 실리콘 산화물, 알루미늄 산화물, 다이아몬드 등 일 수 있다. 전도성 기판(410)은 그 내부에 집적 회로(미도시)를 포함하여, 전기 신호를 송수신할 수 있다.4A to 4G are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing an electrical device according to an embodiment of the present application. Referring to FIG. 4A, an insulating layer 420 is formed on the conductive substrate 410. The conductive substrate 410 may be, for example, a semiconductor substrate, a metal substrate, a conductive metal oxide, or a conductive polymer substrate doped with n-type or p-type. As another example, the conductive substrate 410 may be a locally conductive substrate by forming a conductive pattern on an insulating substrate or a portion of the semiconductor substrate. The semiconductor substrate may be, for example, silicon, germanium, gallium arsenide, indium phosphorus, or the like. The insulating substrate may be, for example, silicon oxide, aluminum oxide, diamond, or the like. The conductive substrate 410 may include an integrated circuit (not shown) therein to transmit and receive electrical signals.

일 실시 예에 따르면, 절연층(420)은 전도성 기판(410)을 열산화하여 형성할 수 있다. 절연층(420)은 실리콘 산화막, 실리콘 질화산화막, 실리콘 질화막, 하프늄 산화막, 탄탈륨 산화막, 타이타늄 산화막 또는 알루미늄 산화막으로 형성될 수 있다. 일례로서, 전도성 기판(410)이 실리콘 재질인 경우, 상기 도핑된 실리콘을 열산화함으로써, 실리콘 산화물박막을 전도성 기판(410)의 상부에 형성할 수 있다. 다른 예로서, 도전성 기판이 금속 기판인 경우, 상기 금속 기판을 열산화하여, 금속 산화물막을 형성할 수 있다. 다른 실시 예에 의하면, 절연층(420)은 화학기상증착법, 스퍼터링법, 원자층 증착법, 열증발법(thermal evaporation) 또는 원자빔 증발법(electron beam evaporation)으로 절연물질을 전도성 기판(410)상에 증착함으로써, 형성될 수 있다. 절연층(420)은 스위칭 소자의 게이트 산화막으로 적용될 수 있으며, 10Å 내지 200Å의 두께를 가지도록 형성될 수 있다.According to an embodiment, the insulating layer 420 may be formed by thermally oxidizing the conductive substrate 410. The insulating layer 420 may be formed of a silicon oxide film, a silicon nitride oxide film, a silicon nitride film, a hafnium oxide film, a tantalum oxide film, a titanium oxide film, or an aluminum oxide film. For example, when the conductive substrate 410 is made of silicon, the silicon oxide thin film may be formed on the conductive substrate 410 by thermally oxidizing the doped silicon. As another example, when the conductive substrate is a metal substrate, the metal substrate may be thermally oxidized to form a metal oxide film. According to another embodiment, the insulating layer 420 may be formed on the conductive substrate 410 by chemical vapor deposition, sputtering, atomic layer deposition, thermal evaporation, or electron beam evaporation. Can be formed by deposition. The insulating layer 420 may be applied as a gate oxide layer of the switching element, and may be formed to have a thickness of about 10 μs to about 200 μs.

도 4b를 참조하면, 절연층(420) 상에 소스 전극층(422) 및 드레인 전극층(424)을 서로 이격하도록 형성한다. 소스 전극층(422) 및 드레인 전극층(424)은 전도성 패턴으로 형성될 수 있다. 소스 전극층(422) 및 드레인 전극층(424)은 일 예로서, 도핑된 반도체, 금속, 금속 규화물(metal silicide) 또는 전도성 금속 산화물과 같은 전도성 박막을 절연층(420) 상에 형성한 후에 이를 패터닝함으로써 형성할 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 상기 전도성 박막은 일 예로서, 화학기상증착법, 스퍼터링법, 전자빔 증발법 또는 열 증발법 등의 공정에 의해 형성될 수 있다. 이후에, 상기 전도성 박막은 공지의 포토리소그래피 공정 및 식각 공정에 의해 패터닝되어 소스 전극층(422) 및 드레인 전극층(424)을 형성할 수 있다.Referring to FIG. 4B, the source electrode layer 422 and the drain electrode layer 424 are formed on the insulating layer 420 so as to be spaced apart from each other. The source electrode layer 422 and the drain electrode layer 424 may be formed in a conductive pattern. The source electrode layer 422 and the drain electrode layer 424 are, for example, formed by forming a conductive thin film on the insulating layer 420 and then patterning it, such as a doped semiconductor, metal, metal silicide or conductive metal oxide. Can be formed. According to an embodiment, the conductive thin film may be formed by, for example, a process such as chemical vapor deposition, sputtering, electron beam evaporation, or thermal evaporation. Thereafter, the conductive thin film may be patterned by a known photolithography process and an etching process to form the source electrode layer 422 and the drain electrode layer 424.

도 4c를 참조하면, 절연층(420), 소스 전극층(422) 및 드레인 전극층(424)를 포함하는 전도성 기판(410)을 전해질 용액(430)에 담근다. 그리고, 전도성 기판(410)과 도금 대상인 금속(450)을 각각 전극으로 사용하여 전기도금을 실시한다. 먼저, 전도성 기판(410)을 전해질 용액(430)이 포함된 용기(440)에 담근다. 전해질 용액(430)은 상기 도금 대상인 금속(450)의 이온을 포함할 수 있다. 금속(450)은 일례로서, 금, 은, 백금, 알루미늄, 납, 하프늄, 탄탈륨, 타이타늄, 구리, 주석 또는 팔라듐일 수 있다. 일 예로서, 금속(350)이 금(Au)인 경우, 전해질 용액(330)은 염화금산(HAuCl4)을 포함하는 용액일 수 있다. 다른 예로서, 금속(350)이 은(Ag)인 경우, 전해질 용액(330)은 질산은(AgNO3)을 포함하는 용액일 수 있다. 또 다른 예로서, 금속(350)이 백금인 경우, 전해질 용액(330)은 디니트로백금황산염(H2Pt(NO2)2SO4) 또는 백금염화수소산(H2PtCl6) 등을 포함하는 용액일 수 있다. 전해질 용액(430)은 표면활성제를 부가적으로 포함할 수 있다. 표면활성제는 일 예로서, 절연층(420)의 표면, 또는 전기도금시에 환원되는 금속 원자(470)의 계면에 각각 작용하여, 절연층(420)의 표면에서 이물질을 제거하고, 환원되는 금속 원자(470)가 절연층(420) 상에 단일층(monolayer) 단위로 적층될 수 있도록 기능할 수 있다. Referring to FIG. 4C, the conductive substrate 410 including the insulating layer 420, the source electrode layer 422, and the drain electrode layer 424 is immersed in the electrolyte solution 430. Then, electroplating is performed using the conductive substrate 410 and the metal 450 to be plated as electrodes. First, the conductive substrate 410 is immersed in the container 440 containing the electrolyte solution 430. The electrolyte solution 430 may include ions of the metal 450 to be plated. The metal 450 may be, for example, gold, silver, platinum, aluminum, lead, hafnium, tantalum, titanium, copper, tin, or palladium. As an example, when the metal 350 is gold (Au), the electrolyte solution 330 may be a solution containing gold chloride acid (HAuCl 4). As another example, when the metal 350 is silver (Ag), the electrolyte solution 330 may be a solution containing silver nitrate (AgNO 3). As another example, when the metal 350 is platinum, the electrolyte solution 330 may be a solution including dinitroplatinum sulfate (H 2 Pt (NO 2) 2 SO 4) or platinum hydrochloric acid (H 2 PtCl 6). The electrolyte solution 430 may additionally include a surfactant. For example, the surface active agent acts on the surface of the insulating layer 420 or the interface of the metal atoms 470 reduced during electroplating, thereby removing foreign substances from the surface of the insulating layer 420 and reducing the metal. The atoms 470 may function to be stacked in a monolayer on the insulating layer 420.

전원(460)을 사용하여 전해질 용액(430) 내에 존재하는 전도성 기판(410)과 상기 도금 대상인 금속(450) 사이에 전압을 제공함으로써 전기도금을 진행시킬 수 있다. 일 실시 예에 있어서, 금속(450)에는 양의 전압을 인가하며, 전도성 기판(410)에는 음의 전압을 인가하거나 또는 그라운드 상태를 유지하도록 조절할 수 있다. 이로서, 전해질 용액(430)과 접하는 금속(450)의 원자가 산화되어 금속 이온(455)이 생성되며, 금속 이온(455)은 전해질 용액(430)으로 유입될 수 있다. 전도성 기판(410)은 전원(460)으로부터 인가되는 상기 전압에 대응하여, 절연층(420)을 통과하는 터널링 전류(465)를 발생시킬 수 있다. 터널링 전류(465)는 전하를 가지는 전자가 터널링 전도 방식으로 절연층(420)을 통과함으로써 발생할 수 있다. 일 예로서, 절연층(420)가 10Å 내지 200Å의 두께를 가지도록 형성될 때, 전도성 기판(410)에 인가되는 전압의 크기에 비례하여, 직접 터널링(direct tunneling) 방식 또는 파울러-노르다임 터널링(Fowler-Nordheim tunneling) 방식으로 전자가 절연층(420)를 통과하여 전도할 수 있다. Electroplating may be performed by using a power source 460 to provide a voltage between the conductive substrate 410 present in the electrolyte solution 430 and the metal 450 to be plated. In an exemplary embodiment, a positive voltage may be applied to the metal 450, and a negative voltage may be applied to the conductive substrate 410 or may be adjusted to maintain a ground state. As a result, atoms of the metal 450 in contact with the electrolyte solution 430 are oxidized to generate metal ions 455, and the metal ions 455 may flow into the electrolyte solution 430. The conductive substrate 410 may generate a tunneling current 465 passing through the insulating layer 420 in response to the voltage applied from the power source 460. The tunneling current 465 may be generated by passing electrons having a charge through the insulating layer 420 in a tunneling conduction manner. As an example, when the insulating layer 420 is formed to have a thickness of 10 kV to 200 kV, a direct tunneling method or a Fowler-nordim tunneling is proportional to the magnitude of the voltage applied to the conductive substrate 410. Electrons may pass through the insulating layer 420 in a Fowler-Nordheim tunneling manner.

전도성 기판(410)으로부터 절연층(420)을 통과한 터널링 전류(465)의 상기 전자는 절연층(420)의 표면에서 전해질 용액(430) 내의 금속 이온(455)과 결합할 수 있다. 금속 이온(455)은 상기 전자와 결합하여 절연층(420) 상에서 금속 원자(470)로 환원될 수 있다. 환원되는 금속 원자(470)는 절연층(420) 상에 적층될 수 있다. 도시되지는 않았지만, 전도성 기판(410)으로부터 절연층(420)을 통과한 터널링 전류(465)의 상기 전자 중 일부는 소스 전극층(422) 또는 드레인 전극층(424)에 도달할 수 있다. 이때, 소스 전극층(422), 드레인 전극층(424)에 외부로부터 소정의 전압을 인가함으로써, 금속 이온(455)의 상기 환원 반응에 참여하지 않는 전자를 전도성 기판(410)으로부터 외부로 배출시킬 수 있다.The electrons of the tunneling current 465 passing through the insulating layer 420 from the conductive substrate 410 may combine with the metal ions 455 in the electrolyte solution 430 on the surface of the insulating layer 420. The metal ions 455 may be combined with the electrons to be reduced to the metal atoms 470 on the insulating layer 420. The reduced metal atoms 470 may be stacked on the insulating layer 420. Although not shown, some of the electrons of the tunneling current 465 passing through the insulating layer 420 from the conductive substrate 410 may reach the source electrode layer 422 or the drain electrode layer 424. In this case, by applying a predetermined voltage from the outside to the source electrode layer 422 and the drain electrode layer 424, electrons not participating in the reduction reaction of the metal ions 455 may be discharged from the conductive substrate 410 to the outside. .

일 실시 예에 따르면, 전도성 기판(410)은 상술한 바와 같이, 절연성 기판 또는 반도체 기판의 일부분에 전도성 패턴을 형성함으로써, 국부적으로 전도성을 가질 수 있다. 도 4c에서와 같이, 상기 전도성 패턴은 소스 전극층(422) 및 드레인 전극층(424) 사이의 공간에 해당되는 절연층(420) 아래의 전도성 기판(410)에 존재할 수 있다. 이 경우, 상기 터널링 전류에 의한 상기 전자는 소스 전극층(422) 및 드레인 전극층(424) 사이의 상기 공간에 제공될 수 있으며, 금속 이온(455)는 절연층(420) 상의 상기 공간에서 금속 원자(470)로 환원될 수 있다.According to one embodiment, as described above, the conductive substrate 410 may be locally conductive by forming a conductive pattern on a portion of the insulating substrate or the semiconductor substrate. As shown in FIG. 4C, the conductive pattern may be present in the conductive substrate 410 under the insulating layer 420 corresponding to the space between the source electrode layer 422 and the drain electrode layer 424. In this case, the electrons due to the tunneling current may be provided in the space between the source electrode layer 422 and the drain electrode layer 424, and the metal ions 455 may be formed in the space on the insulating layer 420. 470).

도 4d는 본 출원의 다른 실시예에 따르는 도금 방법을 설명하는 단면도이다. 도시된 바와 같이, 절연층(420), 소스 전극층(422) 및 드레인 전극층(424)를 포함하는 전도성 기판(410)을 전해질 용액(430)이 포함된 용기(440)에 담근다. 전원(460)을 이용하여 전해질 용액(430) 내에 존재하는 전도성 기판(410)과 상기 도금 대상인 금속(450) 사이에 전압을 제공하여 전기도금을 진행시킬 수 있다. 일 실시 예에 있어서, 금속(450)에는 양의 전압을 인가하며, 전도성 기판(410)에는 음의 전압을 인가하거나 또는 그라운드 상태를 유지하도록 조절할 수 있다.4D is a cross-sectional view illustrating a plating method according to another embodiment of the present application. As illustrated, the conductive substrate 410 including the insulating layer 420, the source electrode layer 422, and the drain electrode layer 424 is immersed in the container 440 including the electrolyte solution 430. Electroplating may be performed by providing a voltage between the conductive substrate 410 present in the electrolyte solution 430 and the metal 450 to be plated using the power source 460. In an exemplary embodiment, a positive voltage may be applied to the metal 450, and a negative voltage may be applied to the conductive substrate 410 or may be adjusted to maintain a ground state.

전원(480)을 이용하여 소스 전극층(422) 및 드레인 전극층(424) 사이에 전압을 인가하고, 계측기(485)를 이용하여 소스 전극층(422) 및 드레인 전극층(424) 사이에 흐르는 전류를 측정할 수 있다. 상기 전기도금이 진행되는 동안 소스 전극층(422) 및 드레인 전극층(424) 사이의 절연층(420) 상에는 금속 이온(455)로부터 환원된 금속 원자(470)가 적층된다. 적층된 금속 원자(470)는 소스 전극층(422) 및 드레인 전극층(424) 사이에 금속 채널층을 형성할 수 있다. 계측기(484)에 소정의 문턱 전류값 이상의 전류가 관측되는 경우에, 소스 전극층(422) 및 드레인 전극층(424) 사이에 금속 채널층이 형성되었음을 예측할 수 있다. 또한, 상기 측정되는 전류의 크기에 근거하여, 형성되는 상기 금속 채널층의 두께를 예측할 수 있다. A voltage is applied between the source electrode layer 422 and the drain electrode layer 424 using the power supply 480, and a current flowing between the source electrode layer 422 and the drain electrode layer 424 is measured using the measuring instrument 485. Can be. During the electroplating, the metal atoms 470 reduced from the metal ions 455 are stacked on the insulating layer 420 between the source electrode layer 422 and the drain electrode layer 424. The stacked metal atoms 470 may form a metal channel layer between the source electrode layer 422 and the drain electrode layer 424. When a current equal to or greater than a predetermined threshold current value is observed in the meter 484, it may be predicted that a metal channel layer is formed between the source electrode layer 422 and the drain electrode layer 424. In addition, based on the magnitude of the measured current, it is possible to predict the thickness of the metal channel layer to be formed.

일 실시 예에 있어서, 도금 대상인 금속(450)으로 금(Au)이 사용되고, 전도성 기판(410)으로 도핑된 실리콘 기판이 사용되는 경우, 상기 도핑된 실리콘 기판에 그라운드 전압(일 예로서, 0V)의 전압을 인가하고, 상기 금에 그라운드 전압을 기준으로 5V의 전압을 인가한다. 소스 전극층(422)에 상기 그라운드 전압을 기준으로 4.9V의 전압을 인가하고, 드레인 전극층(424)에 상기 그라운드 전압을 기준으로 5V의 전압을 인가할 수 있다. 이로서, 소스 전극층(422) 및 드레인 전극층(424) 사이의 절연층(420) 상에 금 원자가 적층되어 금의 금속 채널층을 형성한다. 소스 전극층(422) 및 드레인 전극층(424)은 상기 금 및 상기 도핑된 실리콘 기판 사이에 인가되는 5V의 전압과 유사한 크기의 전압을 각각 유지함으로써, 소스 전극층(422) 및 드레인 전극층(424) 상에서 금 원자가 환원되는 것을 방지할 수 있다. 계측기(485)에 의해 소정의 전류값이 관측되는 경우, 상기 전기도금 공정을 완료하여 소정의 두께의 금의 금속 채널층을 확보할 수 있다. In one embodiment, when gold (Au) is used as the metal 450 to be plated and a silicon substrate doped with the conductive substrate 410 is used, a ground voltage (for example, 0 V) is applied to the doped silicon substrate. Voltage of 5V is applied to gold, based on ground voltage. A voltage of 4.9V may be applied to the source electrode layer 422 based on the ground voltage, and a voltage of 5V may be applied to the drain electrode layer 424 based on the ground voltage. As a result, gold atoms are stacked on the insulating layer 420 between the source electrode layer 422 and the drain electrode layer 424 to form a metal channel layer of gold. The source electrode layer 422 and the drain electrode layer 424 maintain a voltage similar to the voltage of 5V applied between the gold and the doped silicon substrate, respectively, thereby providing gold on the source electrode layer 422 and the drain electrode layer 424. It is possible to prevent atoms from being reduced. When a predetermined current value is observed by the measuring instrument 485, the electroplating process may be completed to secure a metal channel layer of gold having a predetermined thickness.

몇몇 실시 예들에 의하면, 전해질 용액(330)은 표면활성제를 포함할 수 있다. 표면활성제는 일 예로서, 절연층(320)의 표면, 또는 전기도금시에 환원되는 금속 원자(370)의 계면에 각각 작용하여, 절연층(320)의 표면에서 이물질을 제거하고, 환원되는 금속 원자(370)가 절연층(320) 상에 단일층(monolayer) 단위로 적층될 수 있도록 기능할 수 있다. According to some embodiments, the electrolyte solution 330 may include a surfactant. As an example, the surface active agent acts on the surface of the insulating layer 320 or the interface of the metal atoms 370 reduced during electroplating to remove foreign substances from the surface of the insulating layer 320 and to reduce the metal. The atoms 370 may function to be stacked on the insulating layer 320 in a monolayer unit.

몇몇 실시 예들에 있어서, 도 4c 또는 도 4d와 관련되어 상술한 전기도금 공정 이전에, 소스 전극층(422) 및 드레인 전극층(424) 상에 티올 처리를 실시할 수 있다. 상기 티올 처리는 유기황화물의 일종으로 지방족탄화수소의 수소 원자를 메르캅토기로 치환한 화합물인 티올을 소스 전극층(422) 및 드레인 전극층(424)에 제공하는 것을 의미한다. 상기 티올은 일반식 RSH (여기에서, R은 알킬기 일 수 있다)로 표기될 수 있다. 소스 전극층(422) 및 드레인 전극층(424) 상에 배치되는 상기 티올은 후속의 상기 전기도금 공정에서, 전도체인 소스 전극층(422) 및 드레인 전극층(424) 상에는 금속 원자(470)가 부착되는 것을 억제할 수 있다. 일 예로서, 전기도금되는 상기 금속이 금인 경우, 상기 티올은 11-티오운데카노산 (11-thioundecanoic acid, HS-C10-COOH)을 적용할 수 있다.In some embodiments, a thiol treatment may be performed on the source electrode layer 422 and the drain electrode layer 424 prior to the electroplating process described above with reference to FIG. 4C or 4D. The thiol treatment is a kind of organic sulfide, which means that the thiol, which is a compound in which a hydrogen atom of aliphatic hydrocarbon is substituted with a mercapto group, is provided to the source electrode layer 422 and the drain electrode layer 424. The thiol may be represented by the general formula RSH, wherein R may be an alkyl group. The thiols disposed on the source electrode layer 422 and the drain electrode layer 424 prevent the metal atoms 470 from adhering to the source electrode layer 422 and the drain electrode layer 424 which are conductors in the subsequent electroplating process. can do. As an example, when the metal to be electroplated is gold, the thiol may apply 11-thioundecanoic acid (HS-C10-COOH).

몇몇 다른 실시 예들에 있어서, 도 4c 또는 도 4d와 관련되어 상술한 전기도금 공정 이전에, 절연층(420) 상에 티올 처리를 실시할 수 있다. 상기 티올 처리는 후속의 전기도금 공정에서 절연층(420) 상에 도금되는 금속 원자(470)와 절연층(420)의 접합력을 증가시킬 수 있다. 이에 따라, 상기 도금된 금속 원자(470)로부터 형성되는 금속 채널층과 절연층(420) 사이의 계면 접합력을 향상시킬 수 있다. 일 예로서, 상기 도금되는 금속이 금인 경우, 상기 티올 처리는 3-메르캅토프로필트리메토옥시실렌(3-mercaptopropyltrimethoxysilane, MPTS)와 같은 물질을 이용하여 실시할 수 있다. In some other embodiments, thiol treatment may be performed on the insulating layer 420 prior to the electroplating process described above with reference to FIG. 4C or 4D. The thiol treatment may increase the bonding force between the metal atom 470 and the insulating layer 420 plated on the insulating layer 420 in a subsequent electroplating process. Accordingly, the interface bonding force between the metal channel layer formed from the plated metal atoms 470 and the insulating layer 420 may be improved. As an example, when the metal to be plated is gold, the thiol treatment may be performed using a material such as 3-mercaptopropyltrimethoxysilane (MPTS).

도 4e를 참조하면, 도 4c 또는 도 4d의 전기도금법에 의하여 절연층(420) 상에 금속 채널층(490)이 형성된다. 금속 채널층(490)은 일 예로서, 한 층 이상의 금속 원자층을 포함할 수 있으며, 약 5Å 이상의 두께를 가질 수 있다. 금속 채널층(490)이 전기소자에 적용되는 일 예에 따르면, 10Å 내지 100Å의 두께를 가질 수 있으며, 수 개 내지 수십 개 층의 금속 원자층을 포함할 수 있다.Referring to FIG. 4E, the metal channel layer 490 is formed on the insulating layer 420 by the electroplating method of FIG. 4C or 4D. The metal channel layer 490 may include, for example, one or more layers of metal atoms, and may have a thickness of about 5 GPa or more. According to an example in which the metal channel layer 490 is applied to an electric device, the metal channel layer 490 may have a thickness of 10 μs to 100 μs, and may include several to several tens of metal atomic layers.

도 4f를 참조하면, 금속 채널층(490) 상에 게이트 유전막(492) 및 게이트 전극(494)이 형성된다. 우선, 도 4e의 금속 채널층(490)을 추가적으로 패터닝할 수 있다. 일례로서, 포토리소그래피 및 식각 공정을 이용하여, 전기소자의 채널층에 부합하는 형상 및 기능을 갖도록 금속 채널층(490)을 패터닝할 수 있다. 이후에, 게이트 유전막(492)으로서, 산화막 또는 질화막을 형성할 수 있다. 상기 산화막은 실리콘 산화물 또는 하프늄 산화물, 알루미늄 산화물, 탄탈륨 산화물, 타이타늄 산화물등과 같은 금속 산화물을 포함할 수 있다. 상기 질화막은 실리콘 질화물 또는 알루미늄 질화물, 탄탈륨 질화물, 타이타늄 질화물 등과 같은 금속 질화물을 포함할 수 있다. 게이트 유전막(492)은 화학기상증착법, 스퍼터링법, 원자층 증착법, 열증발법(thermal evaporation) 또는 원자빔 증발법(electron beam evaporation)을 실시하여 형성할 수 있다. 게이트 유전막(492)은 10Å 내지 200Å의 두께를 가지도록 형성할 수 있다. Referring to FIG. 4F, a gate dielectric layer 492 and a gate electrode 494 are formed on the metal channel layer 490. First, the metal channel layer 490 of FIG. 4E may be additionally patterned. As an example, the photolithography and etching processes may be used to pattern the metal channel layer 490 to have a shape and function that matches the channel layer of the electrical device. Thereafter, an oxide film or a nitride film can be formed as the gate dielectric film 492. The oxide layer may include a metal oxide such as silicon oxide or hafnium oxide, aluminum oxide, tantalum oxide, titanium oxide, or the like. The nitride film may include silicon nitride or metal nitride such as aluminum nitride, tantalum nitride, titanium nitride, or the like. The gate dielectric film 492 may be formed by performing chemical vapor deposition, sputtering, atomic layer deposition, thermal evaporation, or electron beam evaporation. The gate dielectric layer 492 may be formed to have a thickness of about 10 μs to about 200 μs.

게이트 유전막(492) 상에 게이트 전극(494)을 형성할 수 있다. 게이트 전극(494)의 형성에 있어서, 우선, 게이트 유전막(492) 상에 일 예로서, 도핑된 반도체, 금속, 금속 규화물(metal silicide) 또는 전도성 금속 산화물과 같은 전도성 박막을 형성한다. 일 실시 예에 따르면, 상기 전도성 박막은 화학기상증착법, 스퍼터링법, 전자빔 증발법 또는 열 증발법 등의 공정에 의해 형성될 수 있다. 이후에, 상기 전도성 박막은 포토리소그래피 공정 및 식각 공정에 의해 패터닝되어 게이트 전극(494)을 형성할 수 있다. 게이트 전극(494)은 외부로부터 소정의 게이트 전압을 인가받아 금속 채널층(490)에 전기장을 형성할 수 있다. 금속 채널층(490)에 형성되는 전기장은 금속 채널층(490)에 전하의 공핍 현상을 발생시키거나, 전하의 축적 또는 반전 현상을 발생시킴으로써, 금속 채널층(490)을 통해 소스 전극층(422)과 드레인 전극층(424) 사이를 전도하는 전하의 흐름을 조절할 수 있다.
The gate electrode 494 may be formed on the gate dielectric layer 492. In the formation of the gate electrode 494, first, a conductive thin film such as doped semiconductor, metal, metal silicide or conductive metal oxide is formed on the gate dielectric film 492 as an example. According to an embodiment, the conductive thin film may be formed by a process such as chemical vapor deposition, sputtering, electron beam evaporation, or thermal evaporation. Thereafter, the conductive thin film may be patterned by a photolithography process and an etching process to form the gate electrode 494. The gate electrode 494 may receive a predetermined gate voltage from the outside to form an electric field in the metal channel layer 490. The electric field formed in the metal channel layer 490 generates a depletion of charge in the metal channel layer 490, or accumulates or inverts the charge, thereby causing the source electrode layer 422 to pass through the metal channel layer 490. The flow of charges conducting between the drain electrode layer 424 and the drain electrode layer 424 may be controlled.

도 5a 내지 5c는 본 출원의 다른 실시 예에 따른 전기소자의 제조 방법을 설명하는 도면이다. 도 5a를 참조하면, 절연층(520)을 상부에 구비하는 기판(510)을 제공한다. 기판(510)에는 게이트 전극층(515)을 형성할 수 있다. 일 실시 예에 의하면, 기판(510)의 일부분에 대하여 이온 주입법 또는 확산법 등을 사용하여 도펀트를 주입함으로써, 기판(510)의 상기 일부분에 게이트 전극층(515)을 형성할 수 있다. 다른 실시예에 의하면, 기판(510)을 리소그래피 공정 및 식각 공정에 의하여 식각하여 소정의 컨택 패턴을 형성하고, 상기 컨택 패턴 내부를 전도성 물질로 채움으로써 게이트 전극층(515)을 형성할 수 있다. 게이트 전극층(515)은 일 예로서, 도핑된 반도체, 금속, 금속 규화물(metal silicide) 또는 전도성 금속 산화물로부터 형성될 수 있다. 게이트 전극층(515)이 형성된 기판(510) 상에는 절연층(520)이 형성될 수 있다. 기판(510)이 게이트 전극층(515)를 포함하는 점을 제외하고는 도 4a와 관련되어 설명한 전도성 기판(410) 및 절연층(420)과 실질적으로 동일하다.5A to 5C are views illustrating a manufacturing method of an electric device according to another embodiment of the present application. Referring to FIG. 5A, a substrate 510 having an insulating layer 520 thereon is provided. The gate electrode layer 515 may be formed on the substrate 510. According to an embodiment, the dopant may be implanted into a portion of the substrate 510 by using an ion implantation method or a diffusion method, and thus the gate electrode layer 515 may be formed on the portion of the substrate 510. In another embodiment, the substrate 510 may be etched by a lithography process and an etching process to form a predetermined contact pattern, and the gate electrode layer 515 may be formed by filling the contact pattern with a conductive material. The gate electrode layer 515 may be formed from, for example, a doped semiconductor, a metal, a metal silicide, or a conductive metal oxide. An insulating layer 520 may be formed on the substrate 510 on which the gate electrode layer 515 is formed. The substrate 510 is substantially the same as the conductive substrate 410 and insulating layer 420 described in connection with FIG. 4A except that the substrate 510 includes a gate electrode layer 515.

이후에, 도 4b 내지 도 4d와 관련하여 상술한 실시예에서와 실질적으로 동일한 공정을 진행할 수 있다. 결과적으로, 도 5b에 도시된 바와 같이, 소스 전극층(522) 및 드레인 전극층(524) 사이의 절연층(520) 상에, 금속 채널층(590)을 형성할 수 있다. 일례로서, 도 4c 또는 도 4d의 실시예의 전기도금 공정과 실질적으로 동일한 전기도금 공정이 진행될 수 있으며, 소정의 전압이 도금 대상인 금속과 게이트 전극층(515) 사이에 인가될 수 있다. 이 때, 게이트 전극층(515)으로부터 절연층(520)을 통과하는 터널링 전류가 발생할 수 있으며, 따라서, 게이트 전극층(515) 상부의 절연층(520) 상에 금속 채널층(590)이 형성될 수 있다.Thereafter, substantially the same process as in the embodiment described above with reference to FIGS. 4B-4D can be performed. As a result, as shown in FIG. 5B, the metal channel layer 590 may be formed on the insulating layer 520 between the source electrode layer 522 and the drain electrode layer 524. As an example, an electroplating process may be performed substantially the same as the electroplating process of the embodiment of FIG. 4C or 4D, and a predetermined voltage may be applied between the metal to be plated and the gate electrode layer 515. In this case, a tunneling current passing through the insulating layer 520 from the gate electrode layer 515 may occur, and thus, the metal channel layer 590 may be formed on the insulating layer 520 on the gate electrode layer 515. have.

몇몇 실시 예들에 따르면, 도 5c에 도시된 바와 같이, 금속 채널층(590) 상에 상부 게이트 유전막(592) 및 상부 게이트 전극(594)이 추가적으로 형성될 수 있다. 상부 게이트 유전막(592) 및 상부 게이트 전극(594)를 형성하는 공정은 도 4f와 관련하여 상술한 실시예에서 금속 채널층(490) 상에 게이트 유전막(492) 및 게이트 전극(494)을 형성하는 공정과 실질적으로 동일하므로 중복을 배제하기 위해 생략하도록 한다. 이로서, 금속 채널층(590)의 상부와 하부에 게이트 전극을 각각 구비하는 전기소자를 형성할 수 있다.According to some embodiments, as shown in FIG. 5C, an upper gate dielectric layer 592 and an upper gate electrode 594 may be additionally formed on the metal channel layer 590. The process of forming the upper gate dielectric film 592 and the upper gate electrode 594 may be performed by forming the gate dielectric film 492 and the gate electrode 494 on the metal channel layer 490 in the embodiment described above with reference to FIG. 4F. Since it is substantially the same as the process, it will be omitted to avoid duplication. As a result, an electric device may be formed on the upper and lower portions of the metal channel layer 590, respectively.

상술한 바와 같이, 터널링 전류를 이용하는 전기도금법을 실시하여 금속 채널층을 포함하는 전기소자를 제조할 수 있다. 상기 금속 채널층은 인가되는 게이트 전압의 크기에 따라 전자의 공핍, 축적 또는 반전 현상을 발생시킬 수 있다. 금속 채널층을 채용함으로써, 채널층의 전자 또는 홀의 전도도가 종래의 비해 우수하며, 휴지 상태에서의 누설전류가 상대적으로 작은 전기소자를 형성할 수 있게 된다.
As described above, an electroplating method using a tunneling current may be performed to manufacture an electric element including a metal channel layer. The metal channel layer may cause depletion, accumulation, or inversion of electrons according to the magnitude of the gate voltage applied thereto. By employing the metal channel layer, the conductivity of electrons or holes in the channel layer is superior to that of the conventional one, and an electric element having a relatively small leakage current in the idle state can be formed.

도 6a 내지 도 6f는 본 출원의 일 실시 예에 따른 전기소자의 제조 방법을 설명하는 단면도이다. 도 6a를 참조하면, 절연층(620)을 구비하는 전도성 기판(610) 상에 소스 전극층(622) 및 드레인 전극층(624)을 서로 이격하도록 형성한다. 전도성 기판(610), 절연층(620), 소스 전극층(622) 및 드레인 전극층(624)은 도 4a 내지 4e와 관련하여 상술한 전도성 기판(410), 절연층(420), 소스 전극층(422) 및 드레인 전극층(424)와 실질적으로 동일하며, 도 4a 및 도 4b와 관련하여 상술한 공정과 실질적으로 동일한 공정을 통해 형성될 수 있다.6A to 6F are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing an electrical device according to an embodiment of the present application. Referring to FIG. 6A, the source electrode layer 622 and the drain electrode layer 624 are formed to be spaced apart from each other on the conductive substrate 610 including the insulating layer 620. The conductive substrate 610, the insulating layer 620, the source electrode layer 622, and the drain electrode layer 624 include the conductive substrate 410, the insulating layer 420, and the source electrode layer 422 described above with reference to FIGS. 4A through 4E. And the drain electrode layer 424, and may be formed through a process substantially the same as the process described above with reference to FIGS. 4A and 4B.

도 6b를 참조하면, 절연층(620), 소스 전극층(622) 및 드레인 전극층(624)을 포함하는 전도성 기판(610) 상에 베이스 금속층(625)을 형성한다. 베이스 금속층(625)은 일 예로서, 도핑된 반도체, 금속, 금속 규화물(metal silicide) 또는 전도성 금속 산화물로부터 형성되는 전도성 박막일 수 있다. 일 예로서, 베이스 금속층(625)는 금, 은, 백금, 알루미늄, 납, 하프늄, 탄탈륨, 타이타늄, 구리, 주석 또는 팔라듐으로부터 제조될 수 있다. 일 예로서, 베이스 금속층(625)는 소스 전극층(622) 및 드레인 전극층(624)과 동일한 물질로부터 형성될 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 베이스 금속층(625)는 상기 전도성 박막을 화학기상증착법, 스퍼터링법, 전자빔 증발법 또는 열 증발법 등의 공정을 이용하여 전도성 기판(610) 상에 증착하여 형성할 수 있다.Referring to FIG. 6B, the base metal layer 625 is formed on the conductive substrate 610 including the insulating layer 620, the source electrode layer 622, and the drain electrode layer 624. The base metal layer 625 may be, for example, a conductive thin film formed from a doped semiconductor, a metal, a metal silicide, or a conductive metal oxide. As one example, the base metal layer 625 may be made from gold, silver, platinum, aluminum, lead, hafnium, tantalum, titanium, copper, tin or palladium. As an example, the base metal layer 625 may be formed from the same material as the source electrode layer 622 and the drain electrode layer 624. According to an embodiment, the base metal layer 625 may be formed by depositing the conductive thin film on the conductive substrate 610 using a process such as chemical vapor deposition, sputtering, electron beam evaporation, or thermal evaporation.

도 6c를 참조하면, 전도성 기판(610) 상에 포토레지스트를 도포하고, 리소그래피 공정을 수행하여 베이스 금속층(625)의 일부를 노출시키는 포토레지스트 패턴(626)을 형성한다. 포토레지스트 패턴(626)은 적어도 하나 이상의 리소그래피 공정을 수행하여 형성될 수 있으며, 베이스 금속층(625)의 일부를 노출시키는 비아홀(627)을 포함할 수 있다. 도시된 바와 같이, 비아홀(627)의 측면 방향 길이(X)는 소스 전극층(622) 및 드레인 전극층(624) 사이의 길이(Y)보다 작을 수 있다. Referring to FIG. 6C, a photoresist is applied on the conductive substrate 610 and a lithography process is performed to form a photoresist pattern 626 exposing a portion of the base metal layer 625. The photoresist pattern 626 may be formed by performing at least one lithography process, and may include a via hole 627 exposing a portion of the base metal layer 625. As shown, the lateral length X of the via hole 627 may be less than the length Y between the source electrode layer 622 and the drain electrode layer 624.

도 6d를 참조하면, 포토레지스트 패턴(626)에 의해 노출된 베이스 금속층(625)의 상기 일부분을 제거하여 절연층(620)의 일부분을 노출시킨다. 일 실시 예에 따르면, 전해질 용액(630)을 이용하는 전기 분해법으로 베이스 금속층(625)의 상기 일부분을 제거할 수 있다. 먼저, 포토레지스트 패턴(626)이 형성된 전도성 기판(610)에 전해질 용액(630)을 제공한다. 전해질 용액(630)을 전도성 기판(610)에 제공하는 방법은 일 예로서, 전도성 기판(610)을 전해질 용액(630)에 담그는 방법 또는 전도성 기판(610)에 전해질 용액(630)을 뿌리는(spray) 방법 등을 들 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니고 공지의 다양한 방법을 적용할 수 있다. 하기에서는 일 예로서, 전도성 기판(610)을 전해질 용액(630)에 담그는 방법을 도면과 함께 설명하도록 한다. Referring to FIG. 6D, the portion of the base metal layer 625 exposed by the photoresist pattern 626 is removed to expose a portion of the insulating layer 620. According to an embodiment, the portion of the base metal layer 625 may be removed by an electrolysis method using the electrolyte solution 630. First, the electrolyte solution 630 is provided to the conductive substrate 610 on which the photoresist pattern 626 is formed. The method of providing the electrolyte solution 630 to the conductive substrate 610 may be, for example, a method of dipping the conductive substrate 610 in the electrolyte solution 630 or spraying the electrolyte solution 630 on the conductive substrate 610 ( spray) and the like, but is not limited thereto, and various known methods may be applied. Hereinafter, as an example, a method of dipping the conductive substrate 610 in the electrolyte solution 630 will be described with reference to the accompanying drawings.

전도성 기판(610)을 전해질 용액(630)을 포함하는 용기(640) 내에 담그고, 전도성 기판(610)의 소스 전극층(622) 및 드레인 전극(624)를 양극 전극으로 사용하고 외부로부터 도입되는 전도체(650)를 음극 전극으로 사용하여 전해질 용액(630)을 전기 분해한다. 전도체(650)은 일례로서, 금, 은, 백금, 알루미늄, 납, 하프늄, 탄탈륨, 타이타늄, 구리, 주석 또는 팔라듐과 같은 금속일 수 있으나, 이에 한정되지 않고 공지의 전극 물질이 사용될 수 있다. 상기 전기 분해 과정에서 베이스 금속층(625)의 금속이 금속 이온(655)화되어 전해질 용액(630) 내로 유입되도록 함으로써, 베이스 금속층(625)의 상기 일부분을 제거할 수 있다. 결과적으로, 컨택 패턴(628) 및 컨택 패턴(628)에 의해 분리되는 소스 확장층(632) 및 드레인 확장층(634)을 형성할 수 있다. 컨택 패턴(628)의 크기는 후술하는 전기소자의 금속 채널층의 길이 및 폭을 결정할 수 있다. 소스 확장층(632) 및 드레인 확장층(634)는 각각 소스 전극층(622) 및 드레인 전극층(624)를 둘러싸며, 소스 전극층(622) 및 드레인 전극층(624) 각각으로부터 연장되어 서로 마주보도록 형성될 수 있다. 상기 전기 분해법은 베이스 금속층(625)의 일부를 제거하는 동안 하부의 절연층(620)이 손상되는 것을 방지할 수 있다. 따라서, 컨택 패턴(628)에 의해 노출되는 절연층(620)이 기계적 및 전기적 손상을 입지 않게 되고, 후술하는 바와 같이, 금속 채널층 형성 공정을 상기 노출된 절연층(620) 상에서 신뢰성 있게 진행할 수 있게 된다. 즉, 일례로서, 상기 노출된 절연층(620) 상에서 금속 채널층이 균일하게 형성될 수 있다.The conductive substrate 610 is immersed in the container 640 including the electrolyte solution 630, and the conductor introduced from the outside using the source electrode layer 622 and the drain electrode 624 of the conductive substrate 610 as the anode electrode. Electrolyte solution 630 is electrolyzed using 650 as a cathode electrode. The conductor 650 may be, for example, a metal such as gold, silver, platinum, aluminum, lead, hafnium, tantalum, titanium, copper, tin, or palladium, but a known electrode material may be used. In the electrolysis process, the metal of the base metal layer 625 is converted into metal ions 655 to be introduced into the electrolyte solution 630, thereby removing the portion of the base metal layer 625. As a result, the source extension layer 632 and the drain extension layer 634 separated by the contact pattern 628 and the contact pattern 628 can be formed. The size of the contact pattern 628 may determine the length and width of the metal channel layer of the electrical device to be described later. The source extension layer 632 and the drain extension layer 634 surround the source electrode layer 622 and the drain electrode layer 624, respectively, and extend from each of the source electrode layer 622 and the drain electrode layer 624 to be formed to face each other. Can be. The electrolysis method may prevent the lower insulating layer 620 from being damaged while removing a portion of the base metal layer 625. Therefore, the insulating layer 620 exposed by the contact pattern 628 is not subjected to mechanical and electrical damage, and as described below, the metal channel layer forming process can be reliably performed on the exposed insulating layer 620. Will be. That is, as an example, the metal channel layer may be uniformly formed on the exposed insulating layer 620.

일 실시 예에 따르면, 베이스 금속층(625)이 금으로 이루어진 경우, 전해질 용액(630)은 염산(HCl)을 포함하는 용액을 사용할 수 있다. 상기 염산(HCl)을 포함하는 전해질 용액(630)이 담겨있는 용기(640) 내에 포토레지스트 패턴(626)을 포함하는 전도성 기판(610)을 담근다. 전원(660)은 전도체(650)에 음의 전압을 인가하고, 소스 전극층(622) 및 드레인 전극층(624)에 그라운드 전압(일 예로서, 0 V)를 인가할 수 있다. 전해질 용액(630)의 전기 분해 과정에서, 포토레지스트 패턴(626)에 의해 부분적으로 노출되는 베이스 금속층(625)의 상기 금은 금 이온(655)으로 산화되어 전해질 용액(630) 내로 유입된다. 상술한 바와 같은 전기 분해를 통해, 베이스 금속층(625)의 상기 금은 부분적으로 제거되고, 콘택 패턴(628)이 형성될 수 있다. 콘택 패턴(628), 소스 확장층(632) 및 드레인 확장층(634)가 형성되면, 포토레지스트 패턴(626)은 제거될 수 있다. According to an embodiment, when the base metal layer 625 is made of gold, the electrolyte solution 630 may use a solution containing hydrochloric acid (HCl). The conductive substrate 610 including the photoresist pattern 626 is dipped in the container 640 in which the electrolyte solution 630 containing hydrochloric acid (HCl) is contained. The power source 660 may apply a negative voltage to the conductor 650, and apply a ground voltage (eg, 0 V) to the source electrode layer 622 and the drain electrode layer 624. In the electrolysis process of the electrolyte solution 630, the gold of the base metal layer 625 partially exposed by the photoresist pattern 626 is oxidized to gold ions 655 and introduced into the electrolyte solution 630. Through electrolysis as described above, the gold of the base metal layer 625 may be partially removed, and the contact pattern 628 may be formed. When the contact pattern 628, the source extension layer 632, and the drain extension layer 634 are formed, the photoresist pattern 626 may be removed.

몇몇 다른 실시 예들에 의하면, 포토레지스트 패턴(626)에 의하여 부분적으로 노출되는 베이스 금속층(625)의 제거는 도 6d의 실시예와는 달리 식각 공정에 의하여 이루어질 수 있다. 상기 식각 공정은 건식 식각, 습식 식각 또는 이들의 결합으로 이루어질 수 있다. 상기 식각 공정에서는 베이스 금속층(625)의 금속에 대하여 적용가능한 공지의 식각 용액 또는 식각 가스가 사용될 수 있다. 식각 공정에 의하여 콘택 패턴(628), 소스 확장층(632) 및 드레인 확장층(634)가 형성되면, 포토레지스트 패턴(626)은 제거될 수 있다. 그리고, 후속 열처리를 통해, 식각 공정에서의 절연체 표면의 손상을 보상할 수 있다.According to some other embodiments, removal of the base metal layer 625 partially exposed by the photoresist pattern 626 may be performed by an etching process unlike the embodiment of FIG. 6D. The etching process may be performed by dry etching, wet etching, or a combination thereof. In the etching process, a known etching solution or an etching gas applicable to the metal of the base metal layer 625 may be used. When the contact pattern 628, the source extension layer 632, and the drain extension layer 634 are formed by an etching process, the photoresist pattern 626 may be removed. Subsequent heat treatment can compensate for the damage of the insulator surface in the etching process.

도 6e를 참조하면, 컨택 패턴(628)을 포함하는 전도성 기판(610)을 전해질 용액(635)에 담근다. 그리고, 전도성 기판(610)과 도금 대상인 금속(652)을 각각 전극으로 사용하여 전기도금을 실시한다. 먼저, 전도성 기판(610)을 전해질 용액(635)이 포함된 용기(645)에 담근다. 전해질 용액(635)은 상기 도금 대상인 금속(652)의 이온을 포함할 수 있다. 금속(652)은 일례로서, 금, 은, 백금, 알루미늄, 납, 하프늄, 탄탈륨, 타이타늄, 구리, 주석 또는 팔라듐일 수 있다. 일 예로서, 금속(652)이 금(Au)인 경우, 전해질 용액(635)은 HAuCl4을 포함하는 용액일 수 있다. 전해질 용액(635)은 표면활성제를 부가적으로 포함할 수 있다. 상기 표면활성제는 전기도금 시에 금속의 원자층 단위의 증착을 돕는 작용을 할 수 있다. 전원(665)은 전해질 용액(635) 내에 존재하는 전도성 기판(610)과 상기 도금 대상인 금속(652) 사이에 전압을 제공하여 전기도금을 진행시킬 수 있다. 일 실시 예에 있어서, 금속(652)에는 양의 전압이 인가되며, 전도성 기판(610)에는 음의 전압이 인가되거나 또는 그라운드 상태를 유지하도록 조절될 수 있다. 금속(652)이 산화되어 금속 이온(656)이 생성되며, 금속 이온(656)은 전해질 용액(635)으로 유입될 수 있다. 전도성 기판(610)은 전원(665)으로부터 인가되는 상기 전압에 대응하여, 절연층(620)을 통과하는 터널링 전류(665)를 발생시킬 수 있다. 터널링 전류(665)는 전하를 가지는 전자가 터널링 전도 방식으로 절연층(620)을 통과함으로써 발생할 수 있다. 일 예로서, 절연층(620)가 10Å 내지 200Å의 두께를 가지도록 형성될 때, 전도성 기판(610)에 인가되는 전압의 크기에 비례하여, 직접 터널링(direct tunneling) 방식 또는 파울러-노르다임 터널링(Fowler-Nordheim tunneling) 방식으로 전자가 절연층(620)를 통과하여 전도할 수 있다. Referring to FIG. 6E, the conductive substrate 610 including the contact pattern 628 is immersed in the electrolyte solution 635. Then, electroplating is performed using the conductive substrate 610 and the metal 652 to be plated as electrodes. First, the conductive substrate 610 is immersed in a container 645 containing the electrolyte solution 635. The electrolyte solution 635 may include ions of the metal 652 to be plated. The metal 652 may be, for example, gold, silver, platinum, aluminum, lead, hafnium, tantalum, titanium, copper, tin or palladium. As an example, when the metal 652 is gold (Au), the electrolyte solution 635 may be a solution including HAuCl 4. The electrolyte solution 635 may additionally include a surfactant. The surface active agent may serve to assist deposition of atomic layer units of metal during electroplating. The power supply 665 may provide a voltage between the conductive substrate 610 present in the electrolyte solution 635 and the metal 652 to be plated to perform electroplating. In one embodiment, a positive voltage is applied to the metal 652 and a negative voltage is applied to the conductive substrate 610 or adjusted to maintain a ground state. The metal 652 is oxidized to produce metal ions 656, which may be introduced into the electrolyte solution 635. The conductive substrate 610 may generate a tunneling current 665 passing through the insulating layer 620 in response to the voltage applied from the power source 665. Tunneling current 665 may be generated by passing electrons with charge through insulating layer 620 in a tunneling conduction manner. As an example, when the insulating layer 620 is formed to have a thickness of 10 kV to 200 kV, a direct tunneling method or a Fowler-nordim tunneling is proportional to the magnitude of the voltage applied to the conductive substrate 610. Electrons may pass through the insulating layer 620 in a Fowler-Nordheim tunneling manner.

전도성 기판(610)으로부터 절연층(620)을 통과한 터널링 전류(665)의 상기 전자 중 일부는 컨택 패턴(628)에 의해 노출된 절연층(620)의 표면에서 도달할 수 있다. 컨택 패턴(628)에 의해 노출된 절연층(620)의 표면에서, 터널링 전류(665)의 상기 일부의 전자가 전해질 용액(635) 내의 금속 이온(656)과 결합할 수 있다. 금속 이온(656)은 상기 일부의 전자와 결합하여 컨택 패턴(628)에 의해 노출된 절연층(620) 상에서 금속 원자(670)로 환원될 수 있다. 환원되는 금속 원자(670)는 노출된 절연층(620) 상에 적층되어 금속 채널층을 형성할 수 있다. 도시되지는 않았지만, 전도성 기판(610)으로부터 절연층(620)을 통과한 터널링 전류(665)의 상기 전자 중 다른 일부는 소스 전극층(622), 소자 확장층(632), 드레인 전극층(624) 및 드레인 확장층(634)에 도달할 수 있다. 이때, 소스 전극층(622), 소자 확장층(632), 드레인 전극층(624) 및 드레인 확장층(634)에 소정의 전압을 외부로부터 인가함으로써, 금속 이온(656)의 상기 환원 반응에 참여하지 않는 전자를 전도성 기판(610)으로부터 외부로 배출할 수 있다.Some of the electrons in the tunneling current 665 passing through the insulating layer 620 from the conductive substrate 610 may reach the surface of the insulating layer 620 exposed by the contact pattern 628. At the surface of the insulating layer 620 exposed by the contact pattern 628, some of the electrons of the tunneling current 665 may combine with the metal ions 656 in the electrolyte solution 635. The metal ions 656 may be combined with some of the electrons to be reduced to the metal atoms 670 on the insulating layer 620 exposed by the contact pattern 628. The reduced metal atoms 670 may be stacked on the exposed insulating layer 620 to form a metal channel layer. Although not shown, other portions of the electrons of the tunneling current 665 passing through the insulating layer 620 from the conductive substrate 610 may include the source electrode layer 622, the device extension layer 632, the drain electrode layer 624, and the like. Drain extension layer 634 may be reached. At this time, a predetermined voltage is applied to the source electrode layer 622, the device extension layer 632, the drain electrode layer 624, and the drain extension layer 634 so as not to participate in the reduction reaction of the metal ions 656. Electrons may be emitted from the conductive substrate 610 to the outside.

일 실시 예에 따르면, 도 4d와 관련하여 상술한 방법과 실질적으로 동일한 방법을 적용하여, 상기 전기도금이 진행되는 동안 소스 전극층(522) 및 드레인 전극층(524) 사이에 전압을 인가할 수 있다. 상기 전기도금이 진행되는 동안, 전원(680)을 이용하여 소스 전극층(622) 및 드레인 전극층(624) 사이에 전압을 인가하고, 계측기(685)를 이용하여 소스 전극층(622) 및 드레인 전극층(624) 사이에 흐르는 전류를 측정할 수 있다. 상기 전류를 측정함으로써 상기 전기도금 공정의 완료 여부 및 형성되는 상기 금속 채널층의 두께를 예측할 수 있다. 일 예로서, 도금 대상인 금속(652)으로서 금(Au)이 사용되고, 전도성 기판(610)으로서 도핑된 실리콘 기판이 사용되는 경우, 상기 도핑된 실리콘 기판에 그라운드 전압(일 예로서, 0V)의 전압을 인가하고, 상기 금에 그라운드 전압을 기준으로 5V의 전압을 인가한다. 소스 전극층(622)에 상기 그라운드 전압을 기준으로 4.9V의 전압을 인가하고, 드레인 전극층(624)에 상기 그라운드 전압을 기준으로 5V의 전압을 인가할 수 있다. 이 경우, 소스 전극층(622), 드레인 전극층(624) 및 도핑된 실리콘 기판 각각과 전기적으로 연결되고, 도핑된 실리콘 기판에 위치하는 전압 인가용 패드(미도시)를 별도로 제공할 수 있다. 이로서, 소스 확장층(632) 및 드레인 확장층(634) 사이에서 컨택 패턴(628)에 의해 노출된 절연층(620) 상에 금 원자가 적층되어 금의 금속 채널층을 형성한다. 소스 전극층(622) 및 드레인 전극층(624)은 상기 금 및 상기 도핑된 실리콘 기판 사이에 인가되는 5V의 전압과 유사한 크기의 전압을 각각 유지함으로써, 소스 전극층(622), 소스 확장층(632), 드레인 전극층(624) 및 드레인 확장층(634) 상에서 금 원자가 환원되는 것을 방지할 수 있다. 계측기(685)에 의해 소정의 전류값이 관측되는 경우, 상기 전기도금 공정을 완료하여 소정의 두께의 금의 금속 채널층을 확보할 수 있다. According to an exemplary embodiment, a voltage may be applied between the source electrode layer 522 and the drain electrode layer 524 during the electroplating process by applying the same method as the method described above with reference to FIG. 4D. While the electroplating is in progress, a voltage is applied between the source electrode layer 622 and the drain electrode layer 624 using the power source 680, and the source electrode layer 622 and the drain electrode layer 624 using the meter 685. You can measure the current flowing between them. By measuring the current, it is possible to predict whether the electroplating process is completed and the thickness of the metal channel layer formed. As an example, when gold (Au) is used as the metal 652 to be plated and a doped silicon substrate is used as the conductive substrate 610, a voltage of a ground voltage (eg, 0 V) is applied to the doped silicon substrate. Apply a voltage of 5V to the gold based on the ground voltage. A voltage of 4.9V may be applied to the source electrode layer 622 based on the ground voltage, and a voltage of 5V may be applied to the drain electrode layer 624 based on the ground voltage. In this case, a voltage application pad (not shown) electrically connected to each of the source electrode layer 622, the drain electrode layer 624, and the doped silicon substrate and positioned on the doped silicon substrate may be separately provided. As such, gold atoms are deposited on the insulating layer 620 exposed by the contact pattern 628 between the source extension layer 632 and the drain extension layer 634 to form a metal channel layer of gold. The source electrode layer 622 and the drain electrode layer 624 respectively maintain a voltage having a magnitude similar to a voltage of 5V applied between the gold and the doped silicon substrate, so that the source electrode layer 622, the source extension layer 632, The reduction of gold atoms on the drain electrode layer 624 and the drain extension layer 634 can be prevented. When a predetermined current value is observed by the measuring device 685, the electroplating process may be completed to secure a metal channel layer of gold having a predetermined thickness.

몇몇 실시 예들에 의하면, 전해질 용액(635)은 표면활성제를 포함할 수 있다. 표면활성제는 일 예로서, 절연층(320)의 표면, 또는 전기도금시에 환원되는 금속 원자(370)의 계면에 각각 작용하여, 절연층(320)의 표면에서 이물질을 제거하고, 환원되는 금속 원자(370)가 절연층(320) 상에 단일층(monolayer) 단위로 적층될 수 있도록 기능할 수 있다.According to some embodiments, the electrolyte solution 635 may include a surfactant. As an example, the surface active agent acts on the surface of the insulating layer 320 or the interface of the metal atoms 370 reduced during electroplating to remove foreign substances from the surface of the insulating layer 320 and to reduce the metal. The atoms 370 may function to be stacked on the insulating layer 320 in a monolayer unit.

몇몇 다른 실시 예들에 있어서, 도 6e와 관련된 전기도금을 실시하기 이전에 절연층(620) 상에 티올 처리를 실시할 수 있다. 상기 티올 처리는 후속의 전기도금 공정에서 절연층(620) 상에 도금되는 금속 원자(670)와 절연층(620)의 접합력을 증가시킬 수 있다. 이에 따라, 상기 도금된 금속 원자(670)로부터 형성되는 금속 채널층과 절연층(620) 사이의 계면 접합력을 향상시킬 수 있다. 일 예로서, 상기 도금되는 금속이 금인 경우, 상기 티올 처리는 3-메르캅토프로필트리메토옥시실렌(3-mercaptopropyltrimethoxysilane, MPTS)와 같은 물질을 이용하여 실시할 수 있다.In some other embodiments, thiol treatment may be performed on the insulating layer 620 prior to the electroplating of FIG. 6E. The thiol treatment may increase the bonding force between the metal atom 670 and the insulating layer 620 plated on the insulating layer 620 in a subsequent electroplating process. Accordingly, the interface bonding force between the metal channel layer formed from the plated metal atom 670 and the insulating layer 620 may be improved. As an example, when the metal to be plated is gold, the thiol treatment may be performed using a material such as 3-mercaptopropyltrimethoxysilane (MPTS).

도 6f는 전기도금법을 실시한 결과 소스 확장층(632) 및 드레인 확장층(634) 사이의 절연층(620) 상에 형성되는 금속 채널층(690)을 예시적으로 도시한다. 도 6g를 참조하면, 금속 채널층(690) 상에 게이트 유전막(692) 및 게이트 전극(694)을 형성한다. 게이트 유전막(692) 및 게이트 전극(694)의 형성 방법은 도 4f와 관련하여 상술한 실시예에서 금속 채널층(490) 상에 게이트 유전막(492) 및 게이트 전극(494)을 형성하는 공정과 실질적으로 동일하므로, 중복 설명을 배제하기 위하여 생략한다.6F illustratively shows a metal channel layer 690 formed on the insulating layer 620 between the source extension layer 632 and the drain extension layer 634 as a result of the electroplating method. Referring to FIG. 6G, a gate dielectric film 692 and a gate electrode 694 are formed on the metal channel layer 690. The method of forming the gate dielectric film 692 and the gate electrode 694 is substantially the same as the process of forming the gate dielectric film 492 and the gate electrode 494 on the metal channel layer 490 in the embodiment described above with reference to FIG. 4F. Since the description is the same, it is omitted in order to exclude redundant descriptions.

상술한 바와 같이, 터널링 전류를 이용하는 전기도금법을 실시하여 절연체 상에 금속 채널층을 형성할 수 있다. 상기 금속 채널층은 인가되는 게이트 전압의 크기에 따라 전자의 공핍, 축적 또는 반전 현상을 발생시킬 수 있으므로, 스위칭 소자의 채널층으로 적용할 수 있다.
As described above, an electroplating method using a tunneling current may be performed to form a metal channel layer on the insulator. The metal channel layer may cause depletion, accumulation, or inversion of electrons according to the magnitude of the gate voltage applied thereto, and thus may be applied to the channel layer of the switching element.

도 7a 내지 7c는 본 출원의 다른 실시 예에 따른 전기소자의 제조 방법을 설명하는 도면이다. 도 7a를 참조하면, 절연층(720)을 상부에 구비하는 기판(710)을 제공한다. 기판(710)에는 게이트 전극층(715)이 형성될 수 있다. 일 실시 예에 의하면, 기판(710)의 일부분에 대하여 이온 주입법 또는 확산법 등을 사용하여 도펀트를 주입함으로써, 기판(710)의 상기 일부분에 게이트 전극층(715)을 형성할 수 있다. 다른 실시예에 의하면, 기판(710)을 리소그래피 공정 및 식각 공정에 의하여 식각하여 소정의 컨택 패턴을 형성하고, 상기 컨택 패턴 내부를 전도성 물질로 채움으로써 게이트 전극층(715)을 형성할 수 있다. 게이트 전극(715)은 일 예로서, 도핑된 반도체, 금속, 금속 규화물(metal silicide) 또는 전도성 금속 산화물로부터 형성될 수 있다. 게이트 전극층(715)이 형성된 기판(710) 상에는 절연층(720)이 형성될 수 있다. 기판(710)이 게이트 전극층(715)를 포함하는 점을 제외하고는 도 6a와 관련되어 설명한 전도성 기판(410) 및 절연층(420)과 실질적으로 동일하다.7A to 7C are views illustrating a method of manufacturing an electric device according to another embodiment of the present application. Referring to FIG. 7A, a substrate 710 having an insulating layer 720 thereon is provided. The gate electrode layer 715 may be formed on the substrate 710. According to an embodiment, a gate electrode layer 715 may be formed on the portion of the substrate 710 by implanting a dopant into a portion of the substrate 710 using an ion implantation method or a diffusion method. In another embodiment, the substrate 710 may be etched by a lithography process and an etching process to form a predetermined contact pattern, and the gate electrode layer 715 may be formed by filling the contact pattern with a conductive material. The gate electrode 715 may be formed from, for example, a doped semiconductor, a metal, a metal silicide, or a conductive metal oxide. An insulating layer 720 may be formed on the substrate 710 on which the gate electrode layer 715 is formed. The substrate 710 is substantially the same as the conductive substrate 410 and the insulating layer 420 described in connection with FIG. 6A except that the gate electrode layer 715 is included.

이후에, 도 6b 내지 도 6e와 관련하여 상술한 실시예에서와 실질적으로 동일한 공정을 진행할 수 있다. 결과적으로, 도 7b에 도시된 바와 같이, 소스 확장층(732) 및 드레인 확장층(734) 사이의 절연층(720) 상에, 금속 채널층(790)을 형성할 수 있다. 일례로서, 도 6e의 실시예의 전기도금 공정과 실질적으로 동일한 전기도금 공정이 진행될 수 있으며, 소정의 전압이 도금 대상인 금속과 게이트 전극층(715) 사이에 인가될 수 있다. 이 때, 게이트 전극층(715)으로부터 절연층(720)을 통과하는 터널링 전류가 발생할 수 있으며, 따라서, 게이트 전극(715) 상부의 절연층(720) 상에 금속 채널층(790)이 형성될 수 있다.Thereafter, substantially the same process as in the embodiment described above with reference to FIGS. 6B-6E can be performed. As a result, as shown in FIG. 7B, the metal channel layer 790 may be formed on the insulating layer 720 between the source extension layer 732 and the drain extension layer 734. As an example, an electroplating process may be performed substantially the same as the electroplating process of the embodiment of FIG. 6E, and a predetermined voltage may be applied between the metal to be plated and the gate electrode layer 715. In this case, a tunneling current passing through the insulating layer 720 from the gate electrode layer 715 may occur, and thus, the metal channel layer 790 may be formed on the insulating layer 720 above the gate electrode 715. have.

몇몇 실시 예들에 따르면, 도 7c에 도시된 바와 같이, 금속 채널층(790) 상에 상부 게이트 유전막(792) 및 상부 게이트 전극(794)이 추가적으로 형성될 수 있다. 상부 게이트 유전막(792) 및 상부 게이트 전극(794)를 형성하는 공정은 도 6g와 관련하여 상술한 실시예에서 금속 채널층(690) 상에 게이트 유전막(692) 및 게이트 전극(694)이 형성하는 공정과 실질적으로 동일하므로 중복을 배제하기 위해 생략하도록 한다. 이로서, 금속 채널층(790)의 상부와 하부에 게이트 전극을 각각 구비하는 전기소자를 형성할 수 있다.According to some embodiments, as shown in FIG. 7C, an upper gate dielectric layer 792 and an upper gate electrode 794 may be additionally formed on the metal channel layer 790. The process of forming the upper gate dielectric layer 792 and the upper gate electrode 794 may be performed by forming the gate dielectric layer 692 and the gate electrode 694 on the metal channel layer 690 in the above-described embodiment with reference to FIG. 6G. Since it is substantially the same as the process, it will be omitted to avoid duplication. As a result, an electric device having gate electrodes may be formed on the upper and lower portions of the metal channel layer 790, respectively.

상술한 바와 같이, 터널링 전류를 이용하는 전기도금법을 실시하여 금속 채널층을 포함하는 전기소자를 제조할 수 있다. 상기 금속 채널층은 수 개 내지 수십 개 정도의 금속 원자층을 가질 수 있으며, 인가되는 게이트 전압의 크기에 따라 전자의 공핍, 축적 또는 반전 현상을 발생시킬 수 있다. 금속채널층을 통한 전하의 전도도가 종래의 비해 우수하며, 대기 상태에서의 누설전류가 상대적으로 작은 전기소자를 형성할 수 있게 된다.As described above, an electroplating method using a tunneling current may be performed to manufacture an electric element including a metal channel layer. The metal channel layer may have several to several tens of metal atomic layers, and may cause depletion, accumulation, or inversion of electrons depending on the magnitude of the gate voltage applied thereto. The conductivity of the charge through the metal channel layer is superior to that of the related art, and it is possible to form an electric element having a relatively small leakage current in the atmospheric state.

상술한 도 6a 내지 도 6g 및 도 7a 내지 도 7c의 실시 예들에 따른 전기소자의 제조 방법은 소정의 길이 및 폭을 가지는 금속 채널층을 형성함에 있어서, 먼저 충분한 길이와 폭을 가지는 금속 베이스 층을 형성하고, 금속 베이스 층의 일부를 제거함으로써, 금속 채널층이 형성될 부분에 해당되는 컨택 패턴을 미리 형성할 수 있다. 그리고, 상기 컨택 패턴 내부의 절연체 상에 전기도금법으로 금속 채널층을 형성할 수 있다. 이로서, 상대적으로 크기가 작은 금속 채널층을 형성할 때, 그 두께, 길이 및 폭을 보다 용이하게 제어할 수 있다. 또한, 금속 베이스 층의 일부를 제거할 때, 전기 분해법을 사용하는 경우, 하부의 절연층이 손상되는 것을 방지할 수 있어, 후속의 전기도금법에서 금속 채널층이 균일하게 형성될 수 있다.6A to 6G and 7A to 7C illustrate a method of manufacturing an electric device, in forming a metal channel layer having a predetermined length and width, first, a metal base layer having a sufficient length and width is formed. By forming and removing a portion of the metal base layer, a contact pattern corresponding to a portion where the metal channel layer is to be formed may be previously formed. The metal channel layer may be formed on the insulator inside the contact pattern by electroplating. This makes it possible to more easily control the thickness, length, and width when forming a metal channel layer having a relatively small size. In addition, when removing a part of the metal base layer, when the electrolysis method is used, the underlying insulating layer can be prevented from being damaged, so that the metal channel layer can be uniformly formed in subsequent electroplating methods.

이상에서는 도면 및 실시 예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허청구범위에 기재된 본 출원의 기술적 사상으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 출원에 개시된 실시 예들을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.Although described above with reference to the drawings and embodiments, those skilled in the art various modifications and changes to the embodiments disclosed in the present application within the scope not departing from the spirit of the present application described in the claims below I can understand that you can.

100: 전기소자, 110: 기판, 120: 절연층, 130: 게이트 전극층, 140: 소스 전극층, 150: 드레인 전극층, 160: 금속 채널층,
200: 전기소자, 210: 기판, 220: 절연층, 225: 상부 절연층, 230: 상부 게이트 전극층, 240: 소스 전극층, 250: 드레인 전극층, 260: 금속 채널층,
310: 전도성 기판, 320: 절연층, 330: 전해질 용액, 340: 용기, 350: 금속, 355: 금속 이온, 360: 전원, 365: 터널링 전류, 370: 금속 원자 390: 금속 채널층,
410: 전도성 기판, 420: 절연층, 422: 소스 전극층, 424: 드레인 전극층, 430: 전해질 용액, 440: 용기, 450: 금속, 455: 금속 이온, 460: 전원, 465: 터널링 전류, 470: 금속 원자, 480: 전원, 485: 계측기, 490: 금속 채널층, 492: 게이트 유전막, 494: 게이트 전극,
510: 기판, 515: 게이트 전극층, 520: 절연층, 522: 소스 전극층, 524: 드레인 전극층, 590: 금속 채널층, 592: 상부 게이트 유전막, 594: 상부 게이트 전극,
610: 기판, 620: 절연층, 622: 소스 전극층, 624: 드레인 전극층, 625: 베이스 금속층, 626: 포토레지스트 패턴, 627: 비아홀, 628: 컨택 패턴, 630: 전해질 용액, 632: 소스 확장층, 634: 드레인 확장층, 635: 전해질 용액, 640,645: 용기, 650: 전도체, 652: 금속, 655, 656: 금속 이온, 660, 665: 전원, 670: 금속 원자, 680: 전원, 685: 계측기, 690: 금속 채널층, 692: 게이트 유전막, 694: 게이트 전극,
710: 기판, 715: 게이트 전극층, 720: 절연층, 722: 소스 전극층, 724: 드레인 전극층, 732: 소스 확장층, 734: 드레인 확장층, 790: 금속 채널층, 792: 상부 게이트 유전막, 794: 상부 게이트 전극.
100: electrical element, 110: substrate, 120: insulating layer, 130: gate electrode layer, 140: source electrode layer, 150: drain electrode layer, 160: metal channel layer,
200: electric element, 210: substrate, 220: insulating layer, 225: upper insulating layer, 230: upper gate electrode layer, 240: source electrode layer, 250: drain electrode layer, 260: metal channel layer,
310: conductive substrate, 320: insulating layer, 330: electrolyte solution, 340: container, 350: metal, 355: metal ion, 360: power source, 365: tunneling current, 370: metal atom 390: metal channel layer,
410: conductive substrate, 420: insulating layer, 422: source electrode layer, 424: drain electrode layer, 430: electrolyte solution, 440: container, 450: metal, 455: metal ions, 460: power, 465: tunneling current, 470: metal Atomic, 480: power source, 485: instrument, 490: metal channel layer, 492: gate dielectric film, 494: gate electrode,
510: substrate, 515: gate electrode layer, 520: insulating layer, 522: source electrode layer, 524: drain electrode layer, 590: metal channel layer, 592: upper gate dielectric layer, 594: upper gate electrode,
610: substrate, 620: insulating layer, 622: source electrode layer, 624: drain electrode layer, 625: base metal layer, 626: photoresist pattern, 627: via hole, 628: contact pattern, 630: electrolyte solution, 632: source extension layer, 634: drain extension layer, 635: electrolyte solution, 640, 645: container, 650: conductor, 652: metal, 655, 656: metal ion, 660, 665: power, 670: metal atom, 680: power, 685: instrument, 690 : Metal channel layer, 692: gate dielectric film, 694: gate electrode,
710: substrate, 715: gate electrode layer, 720: insulating layer, 722: source electrode layer, 724: drain electrode layer, 732: source extension layer, 734: drain extension layer, 790: metal channel layer, 792: upper gate dielectric film, 794: Top gate electrode.

Claims (33)

(a) 절연층을 상부에 구비하는 전도성 기판을 제공하는 단계;
(b) 상기 절연층을 포함하는 상기 전도성 기판과 도금 대상인 금속을 전해질 용액에 담그는 단계; 및
(c) 상기 전도성 기판과 상기 금속을 각각 전극으로 사용하여 상기 전도성 기판으로부터 전자가 상기 절연층을 통과하는 터널링 전류가 발생되도록 전압을 인가하여 상기 절연층을 통과한 전자와 상기 전해질 용액 내의 상기 금속의 이온을 결합시킴으로써 상기 절연층 상에 금속 채널층을 형성하는 단계를 포함하는
전기소자의 채널층 형성 방법.
(a) providing a conductive substrate having an insulating layer thereon;
(b) dipping the conductive substrate including the insulating layer and a metal to be plated in an electrolyte solution; And
(c) using the conductive substrate and the metal as electrodes, respectively, by applying a voltage to generate a tunneling current through which the electrons pass through the insulating layer from the conductive substrate, the electrons passing through the insulating layer and the metal in the electrolyte solution Forming a metal channel layer on the insulating layer by bonding ions of
Method of forming channel layer of electric element.
제1 항에 있어서,
상기 전도성 기판은 n형 또는 p형으로 도핑된 반도체 기판인
전기소자의 채널층 형성 방법.
The method according to claim 1,
The conductive substrate is a semiconductor substrate doped with n-type or p-type
Method of forming channel layer of electric element.
제1 항에 있어서,
상기 전도성 기판은 반도체 기판 또는 절연 기판 내에 전도성 패턴을 형성함으로써 이루어지는 전기소자의 채널층 형성 방법.
The method according to claim 1,
The conductive substrate is a method for forming a channel layer of an electric element formed by forming a conductive pattern in a semiconductor substrate or an insulating substrate.
제1 항에 있어서,
상기 전해질 용액은 도금 대상인 상기 금속의 이온을 포함하는 전기소자의 채널층 형성 방법.
The method according to claim 1,
The electrolyte solution is a channel layer forming method of an electric element containing ions of the metal to be plated.
제1 항에 있어서,
상기 금속은 금, 은, 백금, 알루미늄, 납, 하프늄, 탄탈륨, 타이타늄, 구리, 주석 및 팔라듐으로 구성되는 그룹에서 선택되는 어느 하나인 전기소자의 채널층 형성 방법.
The method according to claim 1,
And the metal is any one selected from the group consisting of gold, silver, platinum, aluminum, lead, hafnium, tantalum, titanium, copper, tin and palladium.
제1 항에 있어서,
(b) 단계는 상기 전해질 용액 내에서 상기 금속이 양의 극성을 가지고, 상기 전도성 기판이 음의 극성을 가지도록 전압을 인가하는 전기소자의 채널층 형성 방법.
The method according to claim 1,
Step (b) is a method of forming a channel layer of an electric device in which the voltage is applied such that the metal has a positive polarity and the conductive substrate has a negative polarity in the electrolyte solution.
제1 항에 있어서,
(b) 단계 이전에, 상기 절연층 상에 티올 처리를 실시하는 단계를 추가적으로 포함하여, (b) 단계에서 생성되는 상기 금속과 상기 절연층의 접합력을 증가시키는 전기소자의 채널층 형성 방법.
The method according to claim 1,
Before the step (b), further comprising the step of performing a thiol treatment on the insulating layer, the channel layer forming method of the electric element to increase the bonding force of the metal and the insulating layer produced in the step (b).
(a) 전도성 기판 상에 절연층을 형성하는 단계;
(b) 상기 절연층 상에 소스 전극층 및 드레인 전극층을 서로 이격하도록 형성하는 단계;
(c) 상기 절연층, 상기 소스 전극층 및 상기 드레인 전극층을 포함하는 상기 전도성 기판을 전해질 용액에 담그는 단계; 및
(d) 상기 전도성 기판과 도금 대상인 금속을 각각 전극으로 사용하여 전기도금을 실시하는 단계를 포함하되,
상기 전도성 기판으로부터 상기 절연층을 통과하는 터널링 전류의 전자와 상기 전해질 용액 내의 상기 금속의 이온을 결합시킴으로써 상기 소스 전극층 및 상기 드레인 전극층 사이에 금속 채널층을 형성하는 전기소자의 제조 방법.
(a) forming an insulating layer on the conductive substrate;
(b) forming a source electrode layer and a drain electrode layer on the insulating layer to be spaced apart from each other;
(c) dipping the conductive substrate including the insulating layer, the source electrode layer, and the drain electrode layer in an electrolyte solution; And
(d) performing electroplating using the conductive substrate and the metal to be plated as electrodes, respectively,
And forming a metal channel layer between the source electrode layer and the drain electrode layer by combining electrons of the tunneling current passing through the insulating layer from the conductive substrate with ions of the metal in the electrolyte solution.
제8 항에 있어서,
상기 전도성 기판은 n형 또는 p형으로 도핑된 반도체 기판인 전기소자의 제조 방법.
The method of claim 8,
The conductive substrate is a method of manufacturing an electric element is a semiconductor substrate doped with n-type or p-type.
제8 항에 있어서,
상기 전도성 기판은 반도체 기판 또는 절연 기판 내에 전도성 패턴을 형성함으로써 이루어지는 전기소자의 제조 방법.
The method of claim 8,
The conductive substrate is a method of manufacturing an electrical element formed by forming a conductive pattern in a semiconductor substrate or an insulating substrate.
제10 항에 있어서,
상기 전도성 패턴은 하부 게이트 전극층이며, 상기 절연층은 하부 게이트 유전막인
전기소자의 제조 방법.
The method of claim 10,
The conductive pattern is a lower gate electrode layer, and the insulating layer is a lower gate dielectric layer.
Method of manufacturing an electrical device.
제8 항에 있어서,
상기 전해질 용액은 도금 대상인 상기 금속의 이온을 포함하는 전기소자의 제조 방법.
The method of claim 8,
The electrolyte solution is a manufacturing method of an electric element containing the ions of the metal to be plated.
제8 항에 있어서,
(d) 단계는 상기 소스 전극층 및 상기 드레인 전극층 사이에 전압을 인가하고, 상기 소스 전극층 및 상기 드레인 전극층 사이에 흐르는 전류를 측정하여 상기 금속 채널층을 형성하는 상기 전기도금 공정의 완료 여부를 결정하는 전기소자의 제조 방법.
The method of claim 8,
In step (d), a voltage is applied between the source electrode layer and the drain electrode layer, and a current flowing between the source electrode layer and the drain electrode layer is measured to determine whether the electroplating process of forming the metal channel layer is completed. Method of manufacturing an electrical device.
제8 항에 있어서,
상기 소스 전극층 및 상기 드레인 전극층은 금속 박막을 상기 절연층 상에 증착하고 이를 패터닝하여 형성하는 전기소자의 제조 방법.
The method of claim 8,
And the source electrode layer and the drain electrode layer are formed by depositing and patterning a metal thin film on the insulating layer.
제8 항에 있어서,
(e) 상기 금속 채널층 상에 상부 게이트 유전막을 형성하는 단계; 및
(f) 상기 상부 게이트 유전막 상에 상부 게이트 전극층을 형성하는 단계를 추가적으로 포함하는 전기소자의 제조 방법.
The method of claim 8,
(e) forming an upper gate dielectric layer on the metal channel layer; And
(f) forming an upper gate electrode layer on the upper gate dielectric layer.
제8 항에 있어서,
(d) 단계에서, 상기 전해질 용액은 표면활성제를 포함하고, 상기 표면활성제는 상기 절연층 상에 원자층 단위의 상기 금속 채널층이 형성되도록 하는 전기소자의 제조 방법.
The method of claim 8,
In step (d), the electrolyte solution comprises a surface active agent, the surface active agent is a method of manufacturing an electric element such that the metal channel layer of the atomic layer unit is formed on the insulating layer.
제8 항에 있어서,
(d) 단계 이전에, 상기 절연층 상에 티올 처리를 실시하는 단계를 추가적으로 포함하여, (d) 단계에서 생성되는 상기 금속과 상기 절연층의 접합력을 증가시키는 전기소자의 채널층 형성 방법.
The method of claim 8,
Before the step (d), further comprising the step of performing a thiol treatment on the insulating layer, the channel layer forming method of the electric element to increase the bonding force of the metal and the insulating layer produced in the step (d).
제8 항에 있어서,
(d) 단계 이전에, 상기 소스 전극층 및 상기 드레인 전극층 상에 티올 처리를 실시하는 단계를 추가적으로 포함하여, (d) 단계에서 생성되는 상기 금속이 상기 소스 전극층 및 상기 드레인 전극층에 부착하는 것을 억제하는 전기소자의 채널층 형성 방법.
The method of claim 8,
prior to step (d), further comprising performing a thiol treatment on the source electrode layer and the drain electrode layer to inhibit the metal produced in step (d) from adhering to the source electrode layer and the drain electrode layer. Method of forming channel layer of electric element.
(a) 전도성 기판 상에 절연층을 형성하는 단계;
(b) 상기 절연층 상에 소스 전극층 및 드레인 전극층을 서로 이격하도록 형성하는 단계;
(c) 상기 절연층, 상기 소스 전극층 및 상기 드레인 전극층을 포함하는 상기 전도성 기판 상에 베이스 금속층을 형성하는 단계;
(d) 상기 전도성 기판 상에 포토레지스트를 도포하고, 리소그래피 공정을 통하여 상기 베이스 금속층의 일부분을 노출시키는 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계;
(e) 상기 노출된 베이스 금속층의 상기 일부분을 제거하여 상기 절연층의 일부분을 노출시키는 단계; 및
(f) 전해질 용액 내에서 상기 전도성 기판과 도금 대상인 금속을 각각 전극으로 사용하여 전기도금을 실시하는 단계를 포함하되,
상기 전도성 기판으로부터 상기 절연층을 통과하는 터널링 전류의 전자와 상기 전해질 용액 내의 상기 금속의 이온을 결합시킴으로써 상기 절연층의 상기 일부분 상에 금속 채널층을 형성하는
전기소자의 제조 방법.
(a) forming an insulating layer on the conductive substrate;
(b) forming a source electrode layer and a drain electrode layer on the insulating layer to be spaced apart from each other;
(c) forming a base metal layer on the conductive substrate including the insulating layer, the source electrode layer and the drain electrode layer;
(d) applying a photoresist on the conductive substrate and forming a photoresist pattern exposing a portion of the base metal layer through a lithography process;
(e) removing the portion of the exposed base metal layer to expose a portion of the insulating layer; And
(f) performing electroplating in the electrolyte solution using the conductive substrate and the metal to be plated as electrodes, respectively,
Forming a metal channel layer on the portion of the insulating layer by combining electrons of the tunneling current passing through the insulating layer from the conductive substrate with ions of the metal in the electrolyte solution.
Method of manufacturing an electrical device.
제19 항에 있어서,
(d) 단계의 상기 포토레지스트 패턴은 상기 전기도금에 의해 형성되는 상기 금속 채널층의 길이 또는 폭을 결정하는 전기소자의 제조 방법.
The method of claim 19,
and (d) the photoresist pattern determines the length or width of the metal channel layer formed by the electroplating.
제19 항에 있어서,
(e) 단계는
(e1) 상기 포토레지스트 패턴이 형성된 상기 전도성 기판에 전기 분해용 전해질 용액을 제공하는 단계; 및
(e2) 상기 전해질 용액과 상기 전도성 기판에 전압을 인가하여 상기 전기 분해용 전해질 용액을 전기 분해하는 단계를 포함하되,
상기 노출된 베이스 금속층의 금속이 상기 전기 분해의 산화 반응에 의해 상기 전기분해용 전해질 용액 내로 이온화됨으로써 상기 노출된 베이스 금속층의 상기 일부분이 식각되는 전기소자의 제조 방법.
The method of claim 19,
(e) step
(e1) providing an electrolyte solution for electrolysis on the conductive substrate on which the photoresist pattern is formed; And
(e2) electrolyzing the electrolyte solution for electrolysis by applying a voltage to the electrolyte solution and the conductive substrate,
And the part of the exposed base metal layer is etched by ionizing the exposed metal of the base metal layer into the electrolyte solution for electrolysis by an oxidation reaction of the electrolysis.
제19 항에 있어서,
상기 전도성 기판은 n형 또는 p형으로 도핑된 반도체 기판인 전기소자의 제조 방법.
The method of claim 19,
The conductive substrate is a method of manufacturing an electric element is a semiconductor substrate doped with n-type or p-type.
제19 항에 있어서,
상기 전도성 기판은 반도체 기판 또는 절연 기판 내에 전도성 패턴을 형성함으로써 이루어지는 전기소자의 제조 방법.
The method of claim 19,
The conductive substrate is a method of manufacturing an electrical element formed by forming a conductive pattern in a semiconductor substrate or an insulating substrate.
제19 항에 있어서,
상기 전도성 패턴은 하부 게이트 전극층이며, 상기 절연층은 하부 게이트 유전막인
전기소자의 제조 방법.
The method of claim 19,
The conductive pattern is a lower gate electrode layer, and the insulating layer is a lower gate dielectric layer.
Method of manufacturing an electrical device.
제19 항에 있어서,
상기 전해질 용액은 도금 대상인 상기 금속의 이온을 포함하는 전기소자의 제조 방법.
The method of claim 19,
The electrolyte solution is a manufacturing method of an electric element containing the ions of the metal to be plated.
제19 항에 있어서,
(f) 단계는 상기 소스 전극층 및 상기 드레인 전극층 사이에 전압을 인가하고, 상기 소스 전극층 및 상기 드레인 전극층 사이에 흐르는 전류를 측정하여 상기 금속 채널층을 형성하는 상기 전기도금 공정의 완료 여부를 결정하는 전기소자의 제조 방법.
The method of claim 19,
In step (f), a voltage is applied between the source electrode layer and the drain electrode layer, and a current flowing between the source electrode layer and the drain electrode layer is measured to determine whether the electroplating process of forming the metal channel layer is completed. Method of manufacturing an electric device.
제19 항에 있어서,
(g) 상기 금속 채널층 상에 상부 게이트 유전막을 형성하는 단계; 및
(h) 상기 상부 게이트 유전막 상에 상부 게이트 전극층을 형성하는 단계를 추가적으로 포함하는 전기소자의 제조 방법.
The method of claim 19,
(g) forming an upper gate dielectric layer on the metal channel layer; And
and (h) forming an upper gate electrode layer on the upper gate dielectric layer.
제19 항에 있어서,
(f) 단계에서, 상기 전해질 용액은 표면활성제를 포함하고, 상기 표면활성제는 상기 절연층 상에 원자층 단위의 상기 금속 채널층이 형성되도록 하는 전기소자의 제조 방법.
The method of claim 19,
In the step (f), the electrolyte solution comprises a surface active agent, the surface active agent is a method of manufacturing an electric element such that the metal channel layer of the atomic layer unit is formed on the insulating layer.
제19 항에 있어서,
(f) 단계 이전에, 상기 절연층의 상기 일부분 상에 티올 처리를 실시하는 단계를 추가적으로 포함하여, (f) 단계에서 생성되는 상기 금속과 상기 절연층의 상기 일부분과의 접합력을 증가시키는 전기소자의 채널층 형성 방법.
The method of claim 19,
prior to step (f), further comprising performing a thiol treatment on said portion of said insulating layer, thereby increasing the bonding force between said metal produced in step (f) and said portion of said insulating layer. Channel layer formation method.
게이트 전극층을 내부에 포함하는 기판;
상기 기판 상에 위치하는 게이트 절연층;
상기 게이트 절연층 상에서 서로 이격하여 배치되는 소스 전극층 및 드레인 전극층;
상기 소스 전극층 및 상기 드레인 전극층으로부터 각각 확장되어 서로 마주보도록 배치되는 소스 확장층 및 드레인 확장층; 및
상기 소스 확장층 및 드레인 확장층 사이에 배치되는 전기도금된 금속 채널층을 포함하는 전기소자.
A substrate including a gate electrode layer therein;
A gate insulating layer on the substrate;
A source electrode layer and a drain electrode layer spaced apart from each other on the gate insulating layer;
A source extension layer and a drain extension layer extending from the source electrode layer and the drain electrode layer to face each other; And
And an electroplated metal channel layer disposed between the source extension layer and the drain extension layer.
제30 항에 있어서,
상기 소스 확장층, 상기 드레인 확장층 및 상기 금속 채널층은 동일한 금속으로 이루어지는 전기소자.
31. The method of claim 30,
And the source extension layer, the drain extension layer and the metal channel layer are made of the same metal.
제30 항에 있어서,
상기 소스 확장층 및 상기 드레인 확장층 사이의 거리는 상기 소스 전극층 및 상기 드레인 전극층 사이의 거리보다 짧은 전기소자.
31. The method of claim 30,
And the distance between the source extension layer and the drain extension layer is shorter than the distance between the source electrode layer and the drain electrode layer.
제30 항에 있어서,
상기 금속 채널층 상에 배치되는 상부 게이트 절연층 및 상부 게이트 전극층을 추가적으로 포함하는 전기소자.

31. The method of claim 30,
And an upper gate insulating layer and an upper gate electrode layer disposed on the metal channel layer.

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