KR101490109B1 - Semiconductor device and methods of manufacturing and operating the same - Google Patents

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Abstract

반도체 소자와 그의 제조 및 동작방법에 관해 개시되어 있다. 개시된 반도체 소자는 서로 다른 나노구조체들을 포함할 수 있다. 예컨대, 상기 반도체 소자는 나노와이어(nanowire)로 형성된 제1구성요소와 나노파티클(nanoparticle)로 형성된 제2구성요소를 포함할 수 있다. 여기서, 상기 나노와이어는 양극성(ambipolar)의 탄소나노튜브(carbon nanotube)일 수 있다. 상기 제1구성요소는 채널층일 수 있고, 제2구성요소는 전하트랩층일 수 있는데, 이 경우, 상기 반도체 소자는 트랜지스터나 메모리 소자일 수 있다. A semiconductor device and its manufacturing and operating method are disclosed. The disclosed semiconductor devices may include different nanostructures. For example, the semiconductor device may include a first component formed of a nanowire and a second component formed of a nanoparticle. Here, the nanowire may be an ambipolar carbon nanotube. The first component may be a channel layer and the second component may be a charge trap layer, in which case the semiconductor device may be a transistor or a memory device.

Description

반도체 소자와 그의 제조 및 동작방법{Semiconductor device and methods of manufacturing and operating the same}Semiconductor device and method of manufacturing and operating same

본 개시는 반도체 소자와 그의 제조 및 동작방법에 관한 것이다. This disclosure relates to semiconductor devices and methods of making and operating them.

실리콘(Si) 기반의 반도체 소자는 지금까지 빠른 속도로 고집적화 및 고성능화되어 왔다. 하지만 Si 물질의 특성 한계와 제조공정의 한계 등으로 인해, 향후 수년 후부터는, Si 기반의 반도체 소자를 더 이상 고집적화 및 고성능화시키는 것은 어려울 것이라 예상되고 있다. Silicon (Si) based semiconductor devices have been highly integrated and high performance at a high speed. However, due to limitations in the properties of Si materials and limitations of the manufacturing process, it is expected that from the next several years, it will be difficult to further increase the integration and performance of Si-based semiconductor devices.

이에, Si 기반의 반도체 소자의 한계를 뛰어넘을 수 있는 차세대 소자에 대한 연구가 진행되고 있다. 예컨대, 탄소나노튜브(carbon nanotube)(CNT)와 같은 나노구조체를 적용하여 우수한 성능의 미세 소자를 제조하려는 시도가 이루어지고 있다. 탄소나노튜브는 직경이 수 내지 수십 나노미터(nm) 정도로 매우 작아, 소자의 미세화에 유리할 수 있고, 높은 이동도(mobility), 높은 전기전도도, 높은 열전도도, 강한 기계적 강도 등 우수한 특성을 갖는다. 따라서 탄소나노튜브는 기존 소자의 한계를 극복할 수 있는 물질로 주목받고 있다. Therefore, research on a next-generation device that can overcome the limitations of Si-based semiconductor devices is underway. For example, attempts have been made to fabricate nanodevices such as carbon nanotubes (CNTs) to produce fine devices with excellent performance. Carbon nanotubes are very small in diameter from several to several tens nanometers (nm), and can be advantageous in miniaturization of devices, and have excellent properties such as high mobility, high electric conductivity, high thermal conductivity, and strong mechanical strength. Accordingly, carbon nanotubes are attracting attention as materials capable of overcoming the limitations of existing devices.

그러나 탄소나노튜브를 반도체 소자에 적용함에 있어서, 해결해야 할 문제점 들이 있기 때문에, 아직까지 이를 적용한 소자의 구현이 용이하지 않다. 대표적으로, 탄소나노튜브를 재현성 있게 합성하기 어렵다는 문제와 합성된 탄소나노튜브를 취급(handling)하기 어렵다는 문제가 있다. 예컨대, 탄소나노튜브를 이용해서 소자를 구현하기 위해서는, 탄소나노튜브를 소자 제작용 기판의 원하는 영역에 정확하게 배열할 수 있는 기술이 요구된다. 그 밖에도, 하나의 소자에 탄소나노튜브와 그와 다른 나노구조체를 함께 적용하기가 용이하지 않으므로, 고성능의 다양한 소자의 구현에 제약이 따른다. However, there are problems to be solved in applying carbon nanotubes to semiconductor devices, so it is not easy to implement the devices using them. Typically, there is a problem that it is difficult to reproducibly synthesize carbon nanotubes, and it is difficult to handle the synthesized carbon nanotubes. For example, in order to realize a device using carbon nanotubes, a technique for accurately arranging carbon nanotubes in a desired region of a substrate for device fabrication is required. In addition, since it is not easy to apply carbon nanotubes and other nanostructures together in one device, there are restrictions on implementation of various devices having high performance.

본 발명의 일 측면(aspect)은 양극성(ambipolar)의 나노구조체를 포함하는 반도체 소자를 제공한다. An aspect of the present invention provides a semiconductor device comprising an aminopolar nanostructure.

본 발명의 다른 측면은 상기 반도체 소자의 제조방법을 제공한다. Another aspect of the present invention provides a method of manufacturing the semiconductor device.

본 발명의 또 다른 측면은 상기 반도체 소자의 동작방법을 제공한다. Another aspect of the present invention provides a method of operating the semiconductor device.

본 발명의 일 실시예는 제1나노구조체를 포함하는 채널층; 상기 채널층 양단에 각각 접촉된 소오스 및 드레인; 상기 채널층 상에 구비된 제1터널절연층; 상기 제1터널절연층 상에 구비되고, 상기 제1나노구조체와 다른 제2나노구조체를 포함하는 제1전하트랩층; 상기 제1전하트랩층 상에 구비된 제1블로킹절연층; 및 상기 제1블로킹절연층 상에 구비된 제1컨트롤게이트;를 포함하는 반도체 소자를 제공한다. One embodiment of the present invention provides a nanostructure comprising: a channel layer comprising a first nanostructure; A source and a drain respectively connected to both ends of the channel layer; A first tunnel insulating layer provided on the channel layer; A first charge trap layer provided on the first tunnel insulating layer and including a second nanostructure different from the first nanostructure; A first blocking insulating layer disposed on the first charge trap layer; And a first control gate provided on the first blocking insulating layer.

상기 제1나노구조체는 양극성을 가질 수 있다. The first nanostructure may have polarity.

상기 제1나노구조체는 나노와이어(nanowire)일 수 있다. The first nanostructure may be a nanowire.

상기 나노와이어는 탄소나노튜브일 수 있다. The nanowire may be a carbon nanotube.

상기 제2나노구조체는 나노파티클(nanoparticle)일 수 있다. The second nanostructure may be a nanoparticle.

상기 채널층은 친수성층 상에 구비될 수 있다. The channel layer may be provided on the hydrophilic layer.

상기 채널층 주위의 상기 친수성층 상에 소수성층이 구비될 수 있고, 상기 소수성층 상에 상기 소오스 및 상기 드레인이 구비될 수 있다. A hydrophobic layer may be provided on the hydrophilic layer around the channel layer, and the source and the drain may be provided on the hydrophobic layer.

상기 제1터널절연층은 순차 적층된 제1 및 제2절연층을 포함할 수 있고, 상 기 제2절연층은 친수성분자층 또는 소수성분자층일 수 있다. The first tunnel insulating layer may include sequentially stacked first and second insulating layers, and the second insulating layer may be a hydrophilic molecular layer or a hydrophobic molecular layer.

상기 채널층과 이격된 제2컨트롤게이트가 더 구비될 수 있고, 상기 제1 및 제2컨트롤게이트 사이에 상기 채널층이 구비될 수 있다. A second control gate spaced apart from the channel layer may be further provided, and the channel layer may be provided between the first and second control gates.

상기 채널층과 상기 제2컨트롤게이트 사이에 제2전하트랩층; 상기 채널층과 상기 제2전하트랩층 사이에 제2터널절연층; 및 상기 제2전하트랩층과 상기 제2컨트롤게이트 사이에 제2블로킹절연층;이 더 구비될 수 있다. A second charge trap layer between the channel layer and the second control gate; A second tunnel insulating layer between the channel layer and the second charge trap layer; And a second blocking insulating layer between the second charge trap layer and the second control gate.

상기 제2전하트랩층은 나노구조체, 예컨대, 나노파티클을 포함할 수 있다.The second charge trap layer may comprise a nanostructure, such as nanoparticles.

본 실시예의 반도체 소자는 트랜지스터 또는 비휘발성 메모리 소자일 수 있다. The semiconductor device of this embodiment may be a transistor or a nonvolatile memory element.

본 발명의 다른 실시예는 기판 상에 제1나노구조체를 포함하는 채널층을 형성하는 단계; 상기 채널층의 양단에 각각 접촉하는 소오스 및 드레인을 형성하는 단계; 상기 채널층 상에 제1터널절연층을 형성하는 단계; 상기 제1터널절연층 상에 상기 제1나노구조체와 다른 제2나노구조체를 포함하는 제1전하트랩층을 형성하는 단계; 상기 제1전하트랩층 상에 제1블로킹절연층을 형성하는 단계; 및 상기 제1블로킹절연층 상에 제1컨트롤게이트를 형성하는 단계;를 포함하는 반도체 소자의 제조방법을 제공한다. Another embodiment of the present invention provides a method of fabricating a semiconductor device, comprising: forming a channel layer comprising a first nanostructure on a substrate; Forming a source and a drain in contact with both ends of the channel layer, respectively; Forming a first tunnel insulating layer on the channel layer; Forming a first charge trap layer on the first tunnel insulating layer, the first charge trap layer including a second nanostructure different from the first nanostructure; Forming a first blocking insulating layer on the first charge trap layer; And forming a first control gate on the first blocking insulating layer.

상기 제1나노구조체는 양극성을 가질 수 있다. The first nanostructure may have polarity.

상기 채널층을 형성하는 단계는, 상기 기판 상에 비소수성층을 형성하는 단계; 상기 비소수성층 상에 상기 비소수성층의 제1영역을 노출시키는 개구부를 갖는 소수성층을 형성하는 단계; 및 상기 개구부에 의해 노출된 상기 제1영역에 다수의 상기 제1나노구조체를 흡착시키는 단계;를 포함할 수 있다. Wherein forming the channel layer comprises: forming a non-aqueous layer on the substrate; Forming a hydrophobic layer on the non-aqueous layer, the hydrophobic layer having an opening exposing the first region of the non-aqueous layer; And adsorbing a plurality of the first nanostructures to the first region exposed by the openings.

상기 제1나노구조체는 나노와이어일 수 있다. The first nanostructure may be nanowires.

상기 나노와이어는 탄소나노튜브일 수 있다. The nanowire may be a carbon nanotube.

상기 제1터널절연층을 형성하는 단계는, 상기 채널층, 상기 소오스 및 상기 드레인을 덮는 절연층을 형성하는 단계; 및 상기 소오스 및 상기 드레인 사이의 상기 채널층 위쪽의 상기 절연층 상에 상기 제2나노구조체를 흡착하는 흡착층을 형성하는 단계;를 포함할 수 있다. The forming of the first tunnel insulating layer may include: forming an insulating layer covering the channel layer, the source and the drain; And forming an adsorption layer for adsorbing the second nanostructure on the insulating layer above the channel layer between the source and the drain.

본 실시예의 제조방법은 상기 절연층을 형성하는 단계와 상기 흡착층을 형성하는 단계 사이에, 상기 절연층의 상기 흡착층 형성 영역 이외의 영역 상에 상기 제2나노구조체를 흡착하지 않는 반흡착층을 형성하는 단계;를 더 포함할 수 있다. The manufacturing method of this embodiment is characterized in that, between the step of forming the insulating layer and the step of forming the adsorption layer, a semi-adsorptive layer which does not adsorb the second nanostructure on a region other than the adsorption layer- The method comprising the steps of:

상기 제2나노구조체는 나노구조체, 예컨대, 나노파티클일 수 있다. The second nanostructure may be a nanostructure, such as nanoparticles.

본 실시예의 제조방법은 상기 채널층과 이격된 제2컨트롤게이트를 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다. 이때, 상기 채널층은 상기 제1 및 제2컨트롤게이트 사이에 구비될 수 있다. The manufacturing method of the present embodiment may further include forming a second control gate spaced apart from the channel layer. At this time, the channel layer may be provided between the first and second control gates.

본 실시예의 제조방법은 상기 제2컨트롤게이트와 상기 채널층 사이에 제2전하트랩층을 형성하는 단계; 상기 제2컨트롤게이트와 상기 제2전하트랩층 사이에 제2블로킹절연층을 형성하는 단계; 및 상기 제2전하트랩층과 상기 채널층 사이에 제2터널절연층을 형성하는 단계;를 더 포함할 수 있다. The manufacturing method of the present embodiment includes: forming a second charge trap layer between the second control gate and the channel layer; Forming a second blocking insulating layer between the second control gate and the second charge trap layer; And forming a second tunnel insulating layer between the second charge trap layer and the channel layer.

본 발명의 또 다른 실시예는 제1나노구조체를 포함하는 채널층, 상기 채널층 양단에 각각 접촉된 소오스 및 드레인, 상기 채널층 상에 구비된 제1터널절연층, 상기 제1터널절연층 상에 구비되고 상기 제1나노구조체와 다른 제2나노구조체를 포함하는 제1전하트랩층, 상기 제1전하트랩층 상에 구비된 제1블로킹절연층 및 상기 제1블로킹절연층 상에 구비된 제1컨트롤게이트를 포함하는 반도체 소자의 동작방법에 있어서, 상기 제1전하트랩층에 전하를 트랩시키는 단계;를 포함하는 반도체 소자의 동작방법을 제공한다. In another embodiment of the present invention, there is provided a semiconductor device comprising: a channel layer including a first nanostructure; a source and a drain respectively contacting both ends of the channel layer; a first tunnel insulating layer provided on the channel layer; A first charge trap layer provided on the first charge trap layer and including a second nanostructure different from the first nanostructure, a first blocking insulating layer provided on the first charge trap layer, and a second blocking insulating layer provided on the first blocking insulating layer, A method of operating a semiconductor device comprising one control gate, the method comprising: trapping charge in the first charge trap layer.

상기 전하는 전자 또는 정공(hole)일 수 있다. The charge may be electron or hole.

상기 반도체 소자는 제2전하트랩층 및 제2컨트롤게이트를 더 포함할 수 있고, 본 실시예의 동작방법은 상기 제2전하트랩층에 전자 또는 정공(hole)을 트랩시키는 단계를 더 포함할 수 있다. The semiconductor device may further include a second charge trap layer and a second control gate, and the method of operation of the present embodiment may further include trapping electrons or holes in the second charge trap layer .

본 발명의 실시예에 따르면, 소정의 나노구조체, 예컨대, 나노와이어나 나노파티클을 기판의 원하는 영역에 용이하게 배열시킬 수 있다. 또한, 서로 다른 적어도 두 개의 나노구조체를 하나의 소자에 함께 적용시킬 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시예를 이용하면 나노구조체를 적용한 다양한 소자를 용이하게 제조할 수 있다. According to an embodiment of the present invention, a predetermined nanostructure, for example, nanowires or nanoparticles, can be easily arranged in a desired region of a substrate. In addition, at least two different nanostructures can be applied together in one device. Therefore, by using the embodiment of the present invention, it is possible to easily manufacture various devices using the nanostructure.

특히, 본 발명의 실시예에 따른 반도체 소자는 가역적 형-변환(type-switching) 소자일 수 있기 때문에, 그에 따른 다양한 이점을 가질 수 있다. In particular, since the semiconductor device according to the embodiment of the present invention can be a reversible type-switching device, it can have various advantages.

이하, 본 발명의 실시예에 따른 반도체 소자와 그의 제조 및 동작방법을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 첨부된 도면에 도시된 층이나 영역들의 폭 및 두께는 명세서의 명확성을 위해 다소 과장되게 도시된 것이다. 상세한 설명 전체에 걸쳐 동일한 참조번호는 동일한 구성요소들을 나타낸다. DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, a semiconductor device according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. The widths and thicknesses of the layers or regions illustrated in the accompanying drawings are exaggeratedly shown for clarity of the description. Like reference numerals designate like elements throughout the specification.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 소자의 단면도이다. 1 is a cross-sectional view of a semiconductor device according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 기판(SUB1) 상에 채널층(C1)이 구비되어 있다. 채널층(C1)은 복수의 제1나노구조체(n1)를 포함할 수 있다. 제1나노구조체(n1)는 기판(SUB1) 위에 눕혀진 나노와이어(nanowire)일 수 있다. 제1나노구조체(n1)는 n형 반도체 특성과 p형 반도체 특성을 모두 갖는 양극성(ambipolar) 물질로 구성될 수 있다. 상기 양극성 물질은, 예컨대, 탄소나노튜브(carbon nanotube)(CNT)일 수 있다. 따라서 채널층(C1)은 탄소나노튜브로 이루어진 복수의 나노와이어를 포함할 수 있다. 채널층(C1)과 기판(SUB1) 사이에 비소수성층(L1)이 구비될 수 있다. 비소수성층(L1)은 기판(SUB1)의 전면 상에 형성될 수 있고, 채널층(C1)은 비소수성층(L1)의 소정 영역 상에 형성될 수 있다. 비소수성층(L1)은 친수성층일 수 있다. 예컨대, 비소수성층(L1)은 SiO2층, 유리(Glass), Al2O3층, ZrO2층, HfO2층과 같은 절연물질층일 수 있다. 채널층(C1) 주위의 비소수성층(L1) 상에 소수성층(L2)이 더 구비될 수 있다. 소수성층(L2)은 OTS(octadecyl-trichlorosilane), OTMS(octadecyl-trimethoxysilane), OTE(octadecyl-triethoxysilane) 등과 같은 소수성 분자를 포함하는 층일 수 있다. 제1나노구조체(n1)는 소수성층(L2)에는 흡착되지 않고, 비소수성층(L1)(예컨대, 친수성층)에만 흡착될 수 있기 때문에, 채널층(C1)은 소수성층(L2)이 형성되지 않은 비소수성층(L1) 상에 자기조립(self-assembly) 방식으로 형성될 수 있다. 비소수성층(L1)과 채널층(C1) 사이에 친수성 분자층(미도시)이 더 구비될 수 있다. 이 경우, 제1나노구조체(n1)는 상기 친수성 분자층(미도시)에 자기조립될 수 있다. 상기 친수성 분자층(미도시)은, 예컨대, APTES(aminopropyl-triexothysilane) 및 MPTMS[(3-mercaptopropyl)trimethoxysilane] 등과 같은 친수성 분자를 포함할 수 있다. Referring to FIG. 1, a channel layer C1 is provided on a substrate SUB1. The channel layer C1 may include a plurality of first nanostructures n1. The first nanostructure n1 may be a nanowire laid on the substrate SUB1. The first nanostructure n1 may be composed of an ambipolar material having both an n-type semiconductor characteristic and a p-type semiconductor characteristic. The bipolar material may be, for example, a carbon nanotube (CNT). Accordingly, the channel layer C1 may include a plurality of nanowires made of carbon nanotubes. The non-aqueous layer L1 may be provided between the channel layer C1 and the substrate SUB1. The non-aqueous layer L1 may be formed on the front surface of the substrate SUB1 and the channel layer C1 may be formed on a predetermined region of the non-aqueous layer L1. The non-aqueous layer (L1) may be a hydrophilic layer. For example, the non-aqueous layer L1 may be an insulating material layer such as a SiO 2 layer, a glass, an Al 2 O 3 layer, a ZrO 2 layer, and a HfO 2 layer. The hydrophobic layer L2 may be further provided on the non-aqueous layer L1 around the channel layer C1. The hydrophobic layer L2 may be a layer containing hydrophobic molecules such as octadecyl-trichlorosilane (OTS), octadecyl-trimethoxysilane (OTMS), octadecyl-triethoxysilane (OTE) Since the first nanostructure n1 is not adsorbed in the hydrophobic layer L2 but can be adsorbed only in the non-aqueous layer L1 (for example, the hydrophilic layer), the channel layer C1 is not formed in the hydrophobic layer L2 May be formed on the non-aqueous non-aqueous layer (L1) in a self-assembling manner. A hydrophilic molecular layer (not shown) may be further provided between the non-aqueous layer L1 and the channel layer C1. In this case, the first nanostructure n1 may be self-assembled to the hydrophilic molecular layer (not shown). The hydrophilic molecular layer (not shown) may include hydrophilic molecules such as, for example, APTES (aminopropyl-triexothysilane) and MPTMS [(3-mercaptopropyl) trimethoxysilane].

채널층(C1)의 양단에 각각 접촉된 소오스전극(S1) 및 드레인전극(D1)이 구비되어 있다. 소오스전극(S1) 및 드레인전극(D1)은 채널층(C1)의 양단에서 소수성층(L2)으로 확장된 구조를 가질 수 있다. 소오스전극(S1) 및 드레인전극(D1)은 금(Au)이나 팔라듐(Pd)과 같은 금속이나, 금속산화물 또는 도전성 불순물이 고농도로 도핑된 반도체로 형성될 수 있다. And a source electrode S1 and a drain electrode D1 which are in contact with both ends of the channel layer C1, respectively. The source electrode S1 and the drain electrode D1 may have a structure extending from both ends of the channel layer C1 to the hydrophobic layer L2. The source electrode S1 and the drain electrode D1 may be formed of a metal such as gold (Au) or palladium (Pd), or a semiconductor doped with a metal oxide or a conductive impurity at a high concentration.

채널층(C1) 위쪽에 제1전하트랩층(CT1)이 구비될 수 있다. 제1전하트랩층(CT1)은, 경우에 따라서는, 부유게이트(floating gate)라고 부를 수도 있다. 제1전하트랩층(CT1)은 복수의 제2나노구조체(n2)를 포함할 수 있다. 제2나노구조체(n2)는 제1나노구조체(n1)와 다른 구조를 가질 수 있다. 예컨대, 제2나노구조체(n2)는 나노파티클(nanoparticle)일 수 있다. 상기 나노파티클은 금속, 금속산화물 및 반도체 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다. 일례로, 상기 제2나노구조체(n2)는 금(Au)과 같은 금속으로 형성된 나노파티클일 수 있다. A first charge trap layer CT1 may be provided above the channel layer C1. The first charge trap layer CT1 may be referred to as a floating gate in some cases. The first charge trap layer CT1 may include a plurality of second nanostructures n2. The second nanostructure n2 may have a different structure from the first nanostructure n1. For example, the second nanostructure n2 may be a nanoparticle. The nanoparticle may include at least one of a metal, a metal oxide, and a semiconductor. For example, the second nanostructure n2 may be a nanoparticle formed of a metal such as gold (Au).

채널층(C1)과 제1전하트랩층(CT1) 사이에 제1터널절연층(TL1)이 구비될 수 있다. 제1터널절연층(TL1)은 채널층(C1) 상에 차례로 구비된 제1층(L10) 및 제2층(L20)을 포함할 수 있다. 제1층(L10)은 소오스전극(S1) 및 드레인전극(D1) 상으 로 연장된 구조를 가질 수 있고, 제2층(L20)은 소오스전극(S1)과 드레인전극(D1) 사이의 채널층(C1) 위쪽에 구비될 수 있다. 제2층(L20)이 구비되지 않은 제1층(L10) 상에는 제3층(L30)이 더 구비될 수 있다. 제1층(L10)은 예컨대, SiO2, Al2O3, ZrO2, HfO2 및 그 밖의 다른 절연물질로 형성될 수 있고, 예컨대, 약 10nm 이하, 좁게는, 1∼5nm 정도의 두께로 형성될 수 있다. 제2층(L20)은 제2나노구조체(n2)의 용이한 흡착을 위한 흡착층으로서, 친수성 분자층 또는 소수성 분자층일 수 있다. 제2나노구조체(n2)의 종류에 따라 제2층(L20)의 물질이 결정될 수 있다. 제3층(L30)은 제2나노구조체(n2)가 흡착되지 않는 반흡착층일 수 있다. 제3층(L30)은 제2층(L20)과 반대의 특성을 가질 수 있다. 즉, 제2층(L20)이 친수성 분자층인 경우, 제3층(L30)은 소수성 분자층일 수 있다. 반대로, 제2층(L20)이 소수성 분자층인 경우, 제3층(L30)은 친수성 분자층일 수 있다. 제2나노구조체(n2)는 제3층(L30)에는 흡착되지 않고, 제2층(L20)에만 흡착될 수 있기 때문에, 제1전하트랩층(CT1)은 제2층(L20) 상에 자기조립(self-assembly) 방식으로 형성될 수 있다. 제2나노구조체(n2)가 금(Au) 나노파티클인 경우, 제2층(L20)은 APTES와 같은 친수성 분자로 형성된 층일 수 있고, 제3층(L30)은 OTS, OTMS, OTE 등과 같은 소수성 분자로 형성된 층일 수 있다. 제2나노파티클(n2) 및 제1층(L10)의 물질에 따라, 제2층(L20)은 필요하지 않을 수도 있다. 또한 경우에 따라서는, 제2층(L20)만 구비시키고, 제3층(L30)은 구비시키지 않을 수도 있다. 또 다른 경우, 제1층(L10)을 소오스전극(S1) 및 드레인전극(D1) 사이의 채널층(C1) 상에만 형성하고, 제2층(L20) 및 제3층(L30)을 구비시키지 않을 수도 있다. A first tunnel insulating layer TL1 may be provided between the channel layer C1 and the first charge trap layer CT1. The first tunnel insulating layer TL1 may include a first layer L10 and a second layer L20 sequentially disposed on the channel layer C1. The first layer L10 may have a structure extending over the source electrode S1 and the drain electrode D1 and the second layer L20 may have a structure extending from the channel layer between the source electrode S1 and the drain electrode D1. (C1). The third layer L30 may be further provided on the first layer L10 where the second layer L20 is not provided. The first layer (L10) is, for example, as SiO 2, Al 2 O 3, ZrO 2, HfO 2 , and the other may be formed of other insulating materials, e.g., about 10nm or less, the smaller the thickness of about 1~5nm . The second layer L20 is an adsorption layer for easy adsorption of the second nanostructure n2, and may be a hydrophilic molecular layer or a hydrophobic molecular layer. The material of the second layer L20 may be determined depending on the kind of the second nanostructure n2. The third layer L30 may be a semi-adsorptive layer to which the second nanostructure n2 is not adsorbed. The third layer L30 may have properties opposite to those of the second layer L20. That is, when the second layer L20 is a hydrophilic molecular layer, the third layer L30 may be a hydrophobic molecular layer. Conversely, when the second layer L20 is a hydrophobic molecular layer, the third layer L30 may be a hydrophilic molecular layer. Since the second nanostructure n2 can be adsorbed only on the second layer L20 without being adsorbed on the third layer L30, the first charge trap layer CT1 is formed on the second layer L20, And may be formed in a self-assembly manner. When the second nanostructure n2 is a gold nanoparticle, the second layer L20 may be a layer formed of a hydrophilic molecule such as APTES, and the third layer L30 may be a hydrophobic molecule such as OTS, OTMS, OTE, May be a layer formed of a molecule. Depending on the material of the second nanoparticle n2 and the first layer L10, the second layer L20 may not be required. In some cases, only the second layer L20 may be provided, and the third layer L30 may not be provided. In other cases, the first layer L10 is formed only on the channel layer C1 between the source electrode S1 and the drain electrode D1, and the second layer L20 and the third layer L30 are provided .

제1전하트랩층(CT1)과 제3층(L30) 상에 제1블로킹절연층(BL1)이 구비될 수 있다. 제1블로킹절연층(BL1)은 예컨대, SiO2, Al2O3, ZrO2, HfO2 및 그 밖의 다른 절연물질로 형성된 층일 수 있다. 제1블로킹절연층(BL1)은 비소수성층(L1) 및 제1층(L10)과 같거나 다른 물질로 형성될 수 있다. 제1블로킹절연층(BL1)의 두께는 제1층(L10)보다 두꺼울 수 있다. 예를 들어, 제1블로킹절연층(BL1)의 두께는 수십nm 이상일 수 있다. A first blocking insulating layer BL1 may be provided on the first charge trap layer CT1 and the third layer L30. A first blocking insulating layer (BL1) can be a layer formed of another insulating material, e.g., SiO 2, Al 2 O 3 , ZrO 2, HfO 2 and others. The first blocking insulating layer BL1 may be formed of the same material as or different from the non-aqueous layer L1 and the first layer L10. The thickness of the first blocking insulating layer BL1 may be thicker than that of the first layer L10. For example, the thickness of the first blocking insulating layer BL1 may be several tens of nanometers or more.

제1전하트랩층(CT1) 위쪽의 제1블로킹절연층(BL1) 상에 제1컨트롤게이트(G1)가 구비될 수 있다. 제1컨트롤게이트(G1)는 금(Au)이나 팔라듐(Pd)과 같은 금속이나, 금속산화물 또는 도전성 불순물이 고농도로 도핑된 반도체로 형성될 수 있다. A first control gate G1 may be provided on the first blocking insulating layer BL1 above the first charge trap layer CT1. The first control gate G1 may be formed of a metal such as gold (Au) or palladium (Pd), or a semiconductor doped with a metal oxide or a conductive impurity at a high concentration.

도 1에서는 싱글게이트 구조를 갖는 반도체 소자에 대해 도시하였지만, 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 더블게이트 구조를 갖는 반도체 소자도 가능하다. 그 예들이 도 2 및 도 3에 도시되어 있다. Although FIG. 1 shows a semiconductor device having a single gate structure, according to another embodiment of the present invention, a semiconductor device having a double gate structure is also possible. Examples thereof are shown in Figs. 2 and 3. Fig.

도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 반도체 소자를 보여준다. 2 shows a semiconductor device according to another embodiment of the present invention.

도 2를 참조하면, 기판(SUB1')의 상층부 내에 제2컨트롤게이트(G2)가 구비될 수 있다. 기판(SUB1')은 반도체 기판일 수 있고, 제2컨트롤게이트(G2)는 도전성 불순물이 고농도로 도핑된 영역일 수 있다. 제2컨트롤게이트(G2)는 채널층(C1)의 아래에서 소오스전극(S1) 및 드레인전극(D1)의 아래쪽으로 확장된 구조를 가질 수 있으나, 채널층(C1)의 아래쪽에만 구비될 수도 있다. 제2컨트롤게이트(G2)와 채널 층(C1) 사이의 비소수성층(L1)은 게이트절연층일 수 있다. 도 2에서 비소수성층(L1) 및 그 상부 구조는 도 1의 그것과 동일할 수 있다. Referring to FIG. 2, a second control gate G2 may be provided in an upper portion of the substrate SUB1 '. The substrate SUB1 'may be a semiconductor substrate, and the second control gate G2 may be a region doped with a conductive impurity at a high concentration. The second control gate G2 may extend under the source electrode S1 and the drain electrode D1 under the channel layer C1 but may be provided only under the channel layer C1 . The non-aqueous layer L1 between the second control gate G2 and the channel layer C1 may be a gate insulating layer. In Fig. 2, the non-aqueous layer L1 and its superstructure may be the same as those of Fig.

본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 도 2의 제2컨트롤게이트(G2)와 채널층(C1) 사이에 제2전하트랩층이 더 구비될 수 있다. 그 예가 도 3에 도시되어 있다. According to another embodiment of the present invention, a second charge trap layer may further be provided between the second control gate G2 and the channel layer C1 of FIG. An example thereof is shown in Fig.

도 3을 참조하면, 제2컨트롤게이트(G2)와 채널층(C1) 사이에 제2전하트랩층(CT2)이 더 구비되어 있다. 제1전하트랩층(CT1)과 유사하게, 제2전하트랩층(CT2)도 부유게이트(floating gate)라 부를 수 있다. 제2전하트랩층(CT2)은 나노구조체를 포함할 수 있다. 예컨대, 제2전하트랩층(CT2)은 제1전하트랩층(CT1)과 유사하거나 동일한 층일 수 있다. 즉, 제2전하트랩층(CT2)은 제2나노구조체(n2)와 유사하거나 동일한 나노구조체(n2')를 포함할 수 있다. 그러나 본 발명은 이에 한정되지 않는다. 제2전하트랩층(CT2)은 제1전하트랩층(CT1)와 다른 구조 및 물질로 구성될 수도 있다. 제2전하트랩층(CT2)과 제2컨트롤게이트(G2) 사이에 몇몇 층들(L10', L20', L30')이 구비될 수 있다. 보다 구체적으로 설명하면, 제2컨트롤게이트(G2) 상에 제4층(L10')이 구비될 수 있고, 제2전하트랩층(CT2)과 제4층(L10') 사이에 제5층(L20')이 더 구비될 수 있다. 제5층(L20')은 나노구조체(n2')의 흡착을 위한 흡착층일 수 있다. 제5층(L20') 주위의 제4층(L10') 상에는 제6층(L30')이 더 구비될 수 있다. 제6층(L30')은 나노구조체(n2')가 흡착되지 않는 반흡착층일 수 있다. 제2전하트랩층(CT2)과 제2컨트롤게이트(G2) 사이에 구비된 제4 및 제5층(L10', L20')은 제2블로킹절연층을 구성할 수 있다. 제4 내지 제6층(L10', L20', L30')의 물질 은 각각 제1 내지 제3층(L10, L20, L30)의 물질에 대응될 수 있다. 따라서, 제2전하트랩층(CT2)은 제5층(L20') 상에 자기조립(self-assembly) 방식으로 형성된 층일 수 있다. 또한 제2층(L20) 및 제3층(L30)을 구비시키는 것이 선택적(optional)이듯이, 제5층(L20') 및 제6층(L30')을 구비시키는 것도 선택적이다. 제6층(L30') 상에 제2전하트랩층(CT2)을 덮는 비소수성층(L1')이 구비될 수 있다. 비소수성층(L1')은 도 1의 비소수성층(L1)에 대응될 수 있다. 제2전하트랩층(CT2)과 채널층(C1) 사이의 비소수성층(L1')은 제2터널절연층일 수 있다. 비소수성층(L1') 상에 형성되는 구조는 도 1에서 비소수성층(L1) 상에 형성되는 구조와 유사할 수 있다. Referring to FIG. 3, a second charge trap layer CT2 is further provided between the second control gate G2 and the channel layer C1. Similar to the first charge trap layer CT1, the second charge trap layer CT2 may also be referred to as a floating gate. The second charge trap layer CT2 may comprise a nanostructure. For example, the second charge trap layer CT2 may be the same or the same layer as the first charge trap layer CT1. That is, the second charge trap layer CT2 may include the same or the same nano structure n2 'as the second nano structure n2. However, the present invention is not limited thereto. The second charge trap layer CT2 may be composed of a different structure and material from the first charge trap layer CT1. Several layers L10 ', L20', L30 'may be provided between the second charge trap layer CT2 and the second control gate G2. More specifically, a fourth layer L10 'may be provided on the second control gate G2 and a fifth layer L10' may be provided between the second charge trap layer CT2 and the fourth layer L10 ' L20 ') may be further provided. The fifth layer L20 'may be an adsorption layer for adsorption of the nanostructure n2'. A sixth layer L30 'may be further provided on the fourth layer L10' around the fifth layer L20 '. The sixth layer L30 'may be a semi-adsorptive layer in which the nanostructure n2' is not adsorbed. The fourth and fifth layers L10 'and L20' provided between the second charge trap layer CT2 and the second control gate G2 may constitute a second blocking insulating layer. The materials of the fourth to sixth layers L10 ', L20' and L30 'may correspond to the materials of the first to third layers L10, L20 and L30, respectively. Accordingly, the second charge trap layer CT2 may be a layer formed in a self-assembled manner on the fifth layer L20 '. It is also optional to provide the fifth layer L20 'and the sixth layer L30' as it is optional to provide the second layer L20 and the third layer L30. The non-aqueous electrolyte layer L1 'covering the second charge trap layer CT2 may be provided on the sixth layer L30'. The non-aqueous layer L1 'may correspond to the non-aqueous layer L1 of FIG. The non-aqueous layer L1 'between the second charge trap layer CT2 and the channel layer C1 may be a second tunnel insulating layer. The structure formed on the non-aqueous layer L1 'may be similar to the structure formed on the non-aqueous layer L1 in FIG.

도 2 및 도 3에서는 제2컨트롤게이트(G2)가 기판(SUB1')의 상층부 내에 구비되었지만, 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 기판 상에 제2컨트롤게이트를 별도의 층(금속층 또는 도핑된 반도체층)으로 구비시킬 수도 있다. 또한, 도 3에서 제1전하트랩층(CT1) 및 제1컨트롤게이트(G1)가 없는 구조도 가능하다. 즉, 바텀(bottom) 싱글게이트 구조도 가능하다. Although the second control gate G2 is provided in the upper portion of the substrate SUB1 'in FIGS. 2 and 3, according to another embodiment of the present invention, the second control gate may be formed on a separate layer (a metal layer or a doped Semiconductor layer). In addition, a structure in which the first charge trap layer CT1 and the first control gate G1 are not provided in FIG. 3 is also possible. That is, a bottom single gate structure is also possible.

도 4a 내지 도 4g는 본 발명의 실시예에 따른 반도체 소자의 제조방법을 보여주는 사시도이다. 4A to 4G are perspective views illustrating a method of manufacturing a semiconductor device according to an embodiment of the present invention.

도 4a를 참조하면, 기판(SUB1) 상에 비소수성층(L1)을 형성할 수 있다. 비소수성층(L1)은 친수성층일 수 있다. 예컨대, 비소수성층(L1)은 SiO2층, 유리(Glass), Al2O3층, ZrO2층, HfO2층과 같은 절연물질층일 수 있다. 비소수성층(L1) 상에 비소수성층(L1)의 일부(이하, 제1영역)를 노출시키는 개구부를 갖는 소수성층(L2)을 형성 할 수 있다. 소수성층(L2)은 OTS, OTMS, OTE 등과 같은 소수성 분자를 포함하는 층일 수 있다. 소수성층(L2)을 형성하는 방법에 대해 보다 구체적으로 설명하면, 먼저 비소수성층(L1)의 상기 제1영역 상에 레진막(resin layer)(미도시)을 형성한 후, 기판(SUB1)을 소수성 분자가 녹아 있는 용액에 넣어주면, 상기 레진막이 없는 부분에만 상기 소수성 분자가 흡착되므로, 소수성층(L2)을 형성할 수 있다. 상기 레진막은 감광막일 수 있고, 예컨대, 포토리소그라피(photolithography) 방법 등으로 형성할 수 있다. 또한, 상기 소수성 분자가 녹아 있는 용액의 용매는 헥산과 같이 레진막을 녹이지 않는 것일 수 있다. 소수성층(L2) 형성 후, 상기 레진막은 아세톤과 같은 용매를 이용해서 선택적으로 제거할 수 있다. 소수성층(L2)을 형성하는 방법은 다양하게 변화될 수 있다. 예컨대, 소수성층(L2)을 형성하는데, 미세접촉 프린팅(microcontact printing)이나 포토리소그라피 방법을 이용할 수도 있다. Referring to FIG. 4A, the non-aqueous layer L1 may be formed on the substrate SUB1. The non-aqueous layer (L1) may be a hydrophilic layer. For example, the non-aqueous layer L1 may be an insulating material layer such as a SiO 2 layer, a glass, an Al 2 O 3 layer, a ZrO 2 layer, and a HfO 2 layer. The hydrophobic layer L2 having an opening for exposing a part of the non-aqueous layer L1 (hereinafter referred to as the first region) may be formed on the non-aqueous layer L1. The hydrophobic layer L2 may be a layer containing hydrophobic molecules such as OTS, OTMS, OTE, and the like. A method of forming the hydrophobic layer L2 will be described in more detail. First, a resin layer (not shown) is formed on the first region of the non-aqueous layer L1, If the hydrophobic molecule is put in a solution in which the hydrophobic molecule is dissolved, the hydrophobic molecule is adsorbed only to the portion where the resin film is not present, so that the hydrophobic layer (L2) can be formed. The resin film may be a photoresist or a photolithography method, for example. In addition, the solvent of the solution in which the hydrophobic molecules are dissolved may not dissolve the resin film like hexane. After forming the hydrophobic layer (L2), the resin film can be selectively removed using a solvent such as acetone. The method of forming the hydrophobic layer L2 can be variously changed. For example, microcontact printing or photolithography may be used to form the hydrophobic layer L2.

여기서 도시하지는 않았지만, 비소수성층(L1)의 노출된 영역, 즉, 상기 제1영역에 친수성 분자층을 더 구비시킬 수도 있다. 이를 위해, 기판(SUB1)을 친수성 분자가 분산된 용액에 넣어줄 수 있다. 이 경우, 상기 친수성 분자는 비소수성층(L1)에만 흡착되고, 소수성층(L2)에는 흡착되지 않을 수 있다. 상기 친수성 분자는, 예컨대, APTES 및 MPTMS 등일 수 있고, 상기 친수성 분자가 분산된 용액의 용매는 에탄올, 헥산 등일 수 있다. 비소수성층(L1) 자체가 친수성층일 수 있으므로, 상기 친수성 분자층을 형성하는 것은 선택적이다. Although not shown here, it is also possible to further provide the exposed region of the non-aqueous layer (L1), that is, the hydrophilic molecule layer in the first region. To this end, the substrate SUB1 may be put into a solution in which hydrophilic molecules are dispersed. In this case, the hydrophilic molecule may be adsorbed only in the non-aqueous layer (L1) and not in the hydrophobic layer (L2). The hydrophilic molecule may be, for example, APTES and MPTMS, and the solvent of the solution in which the hydrophilic molecule is dispersed may be ethanol, hexane and the like. Since the non-aqueous layer (L1) itself may be a hydrophilic layer, it is optional to form the hydrophilic molecular layer.

도 4b를 참조하면, 다수의 제1나노구조체(n1)가 분산된 용액(이하, 제1나노구조체 용액)(NS1)을 마련한다. 제1나노구조체(n1)는 나노와이어, 예컨대, 탄소나 노튜브일 수 있다. 제1나노구조체 용액(NS1)의 용매는 디클로로벤젠(dichlorobenzen)과 같이 제1나노구조체(n1)에 영향을 주지 않는 것일 수 있다. 제1나노구조체 용액(NS1)에 도 4a의 구조물을 넣어준다. 제1나노구조체(n1)는 소수성층(L2)에는 흡착되지 않고, 비소수성층(L1)(예컨대, 친수성층)에만 흡착될 수 있기 때문에, 소수성층(L2)이 형성되지 않은 비소수성층(L1) 상에 자기조립(self-assembly)될 수 있다. 그 결과물이 도 4c에 도시되어 있다. Referring to FIG. 4B, a solution (hereinafter referred to as a first nanostructure solution) NS1 in which a plurality of first nanostructures n1 are dispersed is provided. The first nanostructure n1 may be a nanowire, for example, carbon or nanotubes. The solvent of the first nanostructure solution (NS1) may not affect the first nanostructure (n1) like dichlorobenzene. The structure of FIG. 4A is put into the first nanostructure solution NS1. Since the first nanostructure n1 is not adsorbed in the hydrophobic layer L2 and can be absorbed only in the non-aqueous layer L1 (for example, the hydrophilic layer), the non-aqueous layer L1 in which the hydrophobic layer L2 is not formed, And can be self-assembled on the substrate. The result is shown in Figure 4c.

도 4c에서 다수의 제1나노구조체(n1)는 하나의 채널층(C1)을 구성할 수 있다. 이와 같이, 자기조립 방식을 이용하면, 기판(SUB1)의 원하는 위치에 원하는 모양의 나노구조 채널층(C1)을 용이하게 형성할 수 있다. In FIG. 4C, the plurality of first nanostructures n1 may constitute one channel layer C1. As described above, by using the self-assembly method, the nanostructure channel layer C1 having a desired shape can be easily formed at a desired position of the substrate SUB1.

도 4d를 참조하면, 채널층(C1)의 양단에 각각 접하는 소오스전극(S1) 및 드레인전극(D1)을 형성한다. 소오스전극(S1) 및 드레인전극(D1)은 채널층(C1)의 양단에서 소수성층(L2)으로 확장된 구조로 형성할 수 있다. 소오스전극(S1) 및 드레인전극(D1)은 금(Au)이나 팔라듐(Pd)과 같은 금속이나 금속산화물로 형성하거나 또는 도전성 불순물이 고농도로 도핑된 반도체로 형성할 수 있다. 이때, 막 증착을 위해 스퍼터링(sputtering) 법 및 열증발(thermal evaporation) 법과 같은 PVD(physical vapor deposition)나 CVD(chemical vapor deposition) 등을 사용할 수 있고, 증착된 막의 패터닝을 위해 포토리소그라피나 전자빔(E-beam) 리소그라피 등의 방법을 사용할 수 있다. Referring to FIG. 4D, a source electrode S1 and a drain electrode D1, which are in contact with both ends of the channel layer C1, are formed. The source electrode S1 and the drain electrode D1 may be formed in a structure extending from both ends of the channel layer C1 to the hydrophobic layer L2. The source electrode S1 and the drain electrode D1 may be formed of a metal such as gold (Au) or palladium (Pd), a metal oxide, or a semiconductor doped with a conductive impurity at a high concentration. In this case, PVD (Physical Vapor Deposition) or CVD (Chemical Vapor Deposition) such as a sputtering method and a thermal evaporation method can be used for the film deposition. In order to pattern the deposited film, photolithography or electron beam E-beam lithography and the like can be used.

도 4e를 참조하면, 소수성층(L2) 상에 채널층(C1), 소오스전극(S1) 및 드레인전극(D1)을 덮는 제1절연층(L10)을 형성할 수 있다. 제1절연층(L10)은 예컨대, SiO2, Al2O3, ZrO2, HfO2 및 그 밖의 다른 절연물질로 형성할 수 있고, 약 10nm 이하, 예컨대, 1∼5nm 정도의 두께로 형성할 수 있다. 제1절연층(L10)을 형성하는데 CVD, PE(plasma enhanced)-CVD 및 ALD(atomic layer deposition)와 같은 방법을 이용할 수 있다. 제1절연층(L10)을 형성하는 공정은 제1나노구조체(n1)의 특성에 영향을 주지 않을 수 있다. Referring to FIG. 4E, a first insulating layer L10 may be formed on the hydrophobic layer L2 to cover the channel layer C1, the source electrode S1, and the drain electrode D1. A first insulating layer (L10) is, for example, SiO 2, Al 2 O 3 , ZrO 2, HfO 2 , and the other may be formed of other insulating material, be formed with about 10nm or less, for example, a thickness of about 1~5nm . Methods such as CVD, plasma enhanced-CVD, and atomic layer deposition (ALD) may be used to form the first insulating layer L10. The step of forming the first insulating layer L10 may not affect the characteristics of the first nanostructure n1.

도 4f를 참조하면, 소오스전극(S1)과 드레인전극(D1) 사이의 채널층(C1) 위쪽의 제1절연층(L10) 상에 제2절연층(L20)을 형성할 수 있고, 제2절연층(L20)이 형성되지 않은 제1절연층(L10) 상에 제3절연층(L30)을 형성할 수 있다. 제3절연층(L30)을 먼저 형성한 후, 제2절연층(L20)을 형성할 수 있고, 그 반대일 수도 있다. 제2절연층(L20)은 제2나노구조체(n2)(도 4g 참조)를 흡착하는 특성을 갖는 흡착층일 수 있고, 제3절연층(L30)은 제2나노구조체(n2)를 흡착하지 않는 반흡착층일 수 있다. 제2 및 제3절연층(L20, L30) 중 어느 하나는 친수성이고, 다른 하나는 소수성일 수 있다. 예컨대, 제2절연층(L20)이 친수성층이고, 제3절연층(L30)이 소수성층일 수 있다. 이 경우, 먼저 도 4a의 소수성층(L2)을 형성하는 방법과 유사한 방법으로 제3절연층(L30)을 형성한 후, 제2절연층(L20)을 형성할 수 있다. 이때, 제2절연층(L20)을 형성하기 위해서, 제3절연층(L30)이 형성된 기판(SUB1)을 친수성 분자가 분산된 용액에 넣어줄 수 있다. 이 경우, 상기 친수성 분자는 제1절연층(L10)에만 흡착되고, 제3절연층(L30)에는 흡착되지 않으므로, 도 4f와 같은 구조가 얻어질 수 있다. 상기 친수성 분자는, 예컨대, APTES 및 MPTMS 등일 수 있고, 상기 친수성 분자가 분산된 용액의 용매는 에탄올, 헥산 등일 수 있다. 경우에 따라서는, 제3절연층(L30)은 형성하지 않고 제2절연층(L20)만 형성하거나, 제2 및 제3절연층(L20, L30) 모두 형성하지 않을 수도 있다. Referring to FIG. 4F, the second insulating layer L20 may be formed on the first insulating layer L10 above the channel layer C1 between the source electrode S1 and the drain electrode D1, The third insulating layer L30 may be formed on the first insulating layer L10 where the insulating layer L20 is not formed. The third insulating layer L30 may be formed first, and then the second insulating layer L20 may be formed, or vice versa. The second insulating layer L20 may be an adsorption layer having a property of adsorbing the second nanostructure n2 (see FIG. 4G), and the third insulating layer L30 may be a layer that does not adsorb the second nanostructure n2 Semi-adsorptive layer. Any one of the second and third insulating layers L20 and L30 may be hydrophilic and the other may be hydrophobic. For example, the second insulating layer L20 may be a hydrophilic layer, and the third insulating layer L30 may be a hydrophobic layer. In this case, the third insulating layer L30 may be formed by a method similar to the method of forming the hydrophobic layer L2 of FIG. 4A, and then the second insulating layer L20 may be formed. At this time, in order to form the second insulating layer L20, the substrate SUB1 on which the third insulating layer L30 is formed may be put into a solution in which the hydrophilic molecules are dispersed. In this case, since the hydrophilic molecules are adsorbed only to the first insulating layer L10 and not to the third insulating layer L30, the structure as shown in FIG. 4F can be obtained. The hydrophilic molecule may be, for example, APTES and MPTMS, and the solvent of the solution in which the hydrophilic molecule is dispersed may be ethanol, hexane and the like. In some cases, only the second insulating layer L20 may be formed without forming the third insulating layer L30, or both the second and third insulating layers L20 and L30 may not be formed.

도 4g를 참조하면, 다수의 제2나노구조체(n2)가 분산된 용액(이하, 제2나노구조체 용액)(NS2)을 마련한다. 제2나노구조체(n2)는 예컨대, 나노파티클일 수 있다. 제2나노구조체 용액(NS2)의 용매는 순수(deionized water) 등일 수 있다. 제2나노구조체 용액(NS2)에 도 4f의 구조체를 넣어준다. 제2나노구조체(n2)는 제2절연층(L20)에만 흡착되고, 제3절연층(L30)에는 흡착되지 않기 때문에, 제2절연층(L20) 상에 자기조립될 수 있다. 그 결과물이 도 4h에 도시되어 있다. Referring to FIG. 4G, a solution (hereinafter referred to as a second nanostructure solution) NS2 in which a plurality of second nanostructures n2 are dispersed is provided. The second nanostructure n2 may be, for example, a nanoparticle. The solvent of the second nanostructure solution (NS2) may be deionized water or the like. Put the structure of Figure 4f into the second nanostructure solution (NS2). The second nanostructure n2 is adsorbed only on the second insulating layer L20 and not on the third insulating layer L30 so that it can be self-assembled on the second insulating layer L20. The result is shown in Figure 4h.

도 4h에서 자기조립된 다수의 제2나노구조체(n2)는 제1전하트랩층(CT1)을 구성할 수 있다. 이와 같이, 자기조립 방식을 이용하면, 나노구조의 제1전하트랩층(CT1)을 기판(SUB1)의 원하는 위치에 원하는 모양으로 용이하게 형성할 수 있다. The plurality of second nano structures n2 self-assembled in Fig. 4H may constitute the first charge trap layer CT1. As described above, by using the self-assembly method, the first charge trap layer CT1 of the nanostructure can be easily formed in a desired shape at a desired position of the substrate SUB1.

도 4i를 참조하면, 제3절연층(L30) 상에 제1전하트랩층(CT1)을 덮는 제1블로킹절연층(BL1)을 형성한다. 제1블로킹절연층(BL1)은 예컨대, SiO2, Al2O3, ZrO2, HfO2 및 그 밖의 다른 절연물질로 형성할 수 있다. 제1블로킹절연층(BL1)은 비소수성층(L1) 및 제1절연층(L10)과 같거나 다른 물질로 형성할 수 있다. 그리고 제1블로킹절연층(BL1)은 제1절연층(L10)보다 두껍게, 예컨대, 약 수십nm 이상의 두께로 형성할 수 있다. 제1블로킹절연층(BL1)은 CVD, PE-CVD, ALD 등의 방법으로 형성할 수 있고, 이러한 공정 중 제2나노구조체(n2)의 특성은 변하지 않을 수 있다. 제1블 로킹절연층(BL1) 상에 제1컨트롤게이트(G1)를 형성한다. 제1컨트롤게이트(G1)는 채널층(C1)의 중앙부 위쪽을 지나는 제1부분(P1)과 제1부분(P1)의 일단에서 연장된 제2부분(P2)을 포함할 수 있다. 제2부분(P2)은 제1부분(P1)에 수직할 수 있다. 제1컨트롤게이트(G1)의 형태는 다양하게 변화될 수 있다. 제1컨트롤게이트(G1)는 금(Au)이나 팔라듐(Pd)과 같은 금속이나, 금속산화물 또는 도전성 불순물이 고농도로 도핑된 반도체로 형성할 수 있다. 이때, 막 증착을 위해 스퍼터링법 및 열증발법과 같은 PVD나 CVD 등을 사용할 수 있고, 증착된 막의 패터닝을 위해 포토리소그라피나 전자빔 리소그라피 등의 방법을 사용할 수 있다. 도 4i의 I-I'선에 따른 단면도가 도 1의 구조에 대응될 수 있다. Referring to FIG. 4I, a first blocking insulating layer BL1 is formed on the third insulating layer L30 to cover the first charge trap layer CT1. A first blocking insulating layer (BL1), for example, may be formed of other insulating materials SiO 2, Al 2 O 3, ZrO 2, HfO 2 and others. The first blocking insulating layer BL1 may be formed of the same material as or different from the non-aqueous layer L1 and the first insulating layer L10. The first blocking insulating layer BL1 may be thicker than the first insulating layer L10, for example, a thickness of about several tens of nm or more. The first blocking insulating layer BL1 may be formed by a method such as CVD, PE-CVD or ALD, and the characteristics of the second nanostructure n2 may not change. A first control gate G1 is formed on the first blocking insulating layer BL1. The first control gate G1 may include a first portion P1 extending over the central portion of the channel layer C1 and a second portion P2 extending from one end of the first portion P1. The second portion P2 may be perpendicular to the first portion P1. The shape of the first control gate G1 can be variously changed. The first control gate G1 may be formed of a metal such as gold (Au) or palladium (Pd), or a semiconductor doped with a metal oxide or a conductive impurity at a high concentration. In this case, PVD or CVD such as sputtering and thermal evaporation may be used for film deposition, and photolithography or electron beam lithography may be used for patterning the deposited film. Sectional view taken along line I-I 'of FIG. 4I may correspond to the structure of FIG.

도 4a 내지 도 4i에서는 도 1과 같은 싱글게이트 구조를 갖는 반도체 소자를 제조하는 방법에 대해서 도시하고 설명하였지만, 본 실시예를 변형하면, 도 2 및 도 3과 같은 더블게이트 구조의 반도체 소자를 제조할 수 있다. Although FIGS. 4A to 4I illustrate and describe a method of manufacturing a semiconductor device having a single gate structure as shown in FIG. 1, by modifying the present embodiment, it is possible to manufacture a semiconductor device having a double gate structure as shown in FIGS. can do.

예컨대, 도 4a의 단계에서 비소수성층(L1)을 형성하기 전 또는 후에, 기판(SUB1)의 상층부에 도전성 불순물을 고농도로 도핑하면, 도 2의 제2컨트롤게이트(G2)를 형성할 수 있다. 기판(SUB1)의 상층부를 도핑하여 제2컨트롤게이트(G2)를 형성하는 대신에, 기판(SUB1) 상에 별도의 층 구조로 제2컨트롤게이트를 형성할 수도 있다. 또한, 제1전하트랩층(CT1)을 형성하는 방법과 유사한 방법으로, 제2컨트롤게이트(G2)와 채널층(C1) 사이에 도 3의 제2전하트랩층(CT2)을 형성할 수 있다. For example, the second control gate G2 of FIG. 2 can be formed by doping the upper portion of the substrate SUB1 with a high concentration of conductive impurities before or after the formation of the non-aqueous layer L1 in the step of FIG. 4A. Instead of forming the second control gate G2 by doping the upper portion of the substrate SUB1, a second control gate may be formed on the substrate SUB1 with a separate layer structure. The second charge trap layer CT2 of FIG. 3 can also be formed between the second control gate G2 and the channel layer C1 in a manner similar to the method of forming the first charge trap layer CT1 .

이와 같이, 본 발명의 실시예에 따르면, 소정의 나노구조체, 예컨대, 나노와이어(탄소나노튜브)나 나노파티클을 기판의 원하는 영역에 용이하게 배열시킬 수 있다. 또한, 서로 다른 적어도 두 개의 나노구조체를 하나의 소자에 함께 적용시킬 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시예를 이용하면 하나 이상의 나노구조체를 적용한 고성능의 다양한 소자를 용이하게 제조할 수 있다. As described above, according to the embodiment of the present invention, it is possible to easily arrange a predetermined nanostructure, for example, a nanowire (carbon nanotube) or a nanoparticle in a desired region of a substrate. In addition, at least two different nanostructures can be applied together in one device. Therefore, by using the embodiment of the present invention, it is possible to easily manufacture various high-performance devices using one or more nanostructures.

이하에서는, 본 발명의 실시예들에 따른 반도체 소자의 동작방법, 특성 및 적용분야 등에 대해서 설명하도록 한다. Hereinafter, operation methods, characteristics, and application fields of semiconductor devices according to embodiments of the present invention will be described.

도 1의 소자의 경우, 제1전하트랩층(CT1)에 전자 또는 정공(hole)을 트랩시킨 후, 소오스전극(S1), 드레인전극(D1) 및 제1컨트롤게이트(G1)에 정상 동작전압을 인가하여 동작시킬 수 있다. 또한 도 1의 소자를 사용하는 동안, 제1전하트랩층(CT1)에 트랩되는 전하의 종류를 바꿔줄 수 있다. 제1전하트랩층(CT1)에 전자를 트랩시키기 위해서는 제1컨트롤게이트(G1)에 양(+)의 고전압, 예컨대, +10V 정도의 전압을 인가할 수 있다. 이때, 상기 양(+)의 고전압에 의해 전자가 채널층(C1)에서 제1전하트랩층(CT1)으로 이동되어 트랩될 수 있다. 한편, 정공을 트랩시키기 위해서는 제1컨트롤게이트(G1)에 음(-)의 고전압, 예컨대, -10V 정도의 전압을 인가할 수 있다. 이때는, 상기 음(-)의 고전압에 의해 정공이 채널층(C1)에서 제1전하트랩층(CT1)으로 이동되어 트랩될 수 있다. 제1컨트롤게이트(G1)에 양(+) 또는 음(-)의 고전압을 인가하여 제1전하트랩층(CT1)에 어떤 전하(전자 또는 정공)를 트랩시키느냐에 따라, 도 1의 소자의 특성이 달라질 수 있다. 예컨대, 제1컨트롤게이트(G1)에 음(-)의 고전압을 인가하여 제1전하트랩층(CT1)에 정공을 트랩시킨 경우, 상기 정상 동작전압 범위에서 도 1의 소자는 n-형 채널을 갖는 트랜지스터(이하, n-형 트랜지스터)의 특성을 나타낼 수 있다. 또한, 제1컨트롤게이트(G1)에 양(+)의 고전압 을 인가하여 제1전하트랩층(CT1)에 전자를 트랩시킨 경우, 상기 정상 동작전압 범위에서 도 1의 소자는 p-형 채널을 갖는 트랜지스터(이하, p-형 트랜지스터)의 특성을 나타낼 수 있다. 이에 관련해서는, 도 5를 참조하여 보다 자세하게 설명한다. 1, after electrons or holes are trapped in the first charge trap layer CT1, a normal operation voltage Vs is applied to the source electrode S1, the drain electrode D1 and the first control gate G1, To operate. Also, while using the element of FIG. 1, the type of charge trapped in the first charge trap layer CT1 can be changed. In order to trap electrons in the first charge trap layer CT1, a positive high voltage, for example, about + 10V, can be applied to the first control gate G1. At this time, electrons can be moved from the channel layer C1 to the first charge trap layer CT1 and trapped by the positive high voltage. On the other hand, in order to trap holes, a negative (-) high voltage, for example, about -10 V, can be applied to the first control gate G1. At this time, holes can be moved from the channel layer C1 to the first charge trap layer CT1 and trapped by the negative high voltage. Depending on what charges (electrons or holes) are trapped in the first charge trap layer CT1 by applying a positive (+) or negative (-) high voltage to the first control gate G1, Can vary. For example, when a high voltage of negative (-) is applied to the first control gate G1 to trap holes in the first charge trap layer CT1, in the normal operating voltage range, the device of FIG. (Hereinafter referred to as " n-type transistor "). Also, when electrons are trapped in the first charge trap layer CT1 by applying a positive high voltage to the first control gate G1, in the normal operating voltage range, the device of FIG. (Hereinafter referred to as a p-type transistor). This will be described in more detail with reference to FIG.

도 5는 도 1의 소자의 게이트전압(Vg)-드레인전류(Id) 특성을 보여주는 그래이다. 여기서, 게이트전압(Vg)은 제1컨트롤게이트(G1)에 인가하는 전압을 의미하고, 드레인전류(Id)는 소오스전극(S1)과 드레인전극(D1) 사이에 흐르는 전류를 의미한다. 게이트전압(Vg)을 변화시키면서 드레인전류(Id)를 측정하였고, 이때 소오스전극(S1)과 드레인전극(D1) 사이에 1V 정도의 전압을 인가하였다. FIG. 5 is a graph showing the gate voltage (Vg) -drain current (Id) characteristic of the device of FIG. Here, the gate voltage Vg means a voltage applied to the first control gate G1, and the drain current Id means a current flowing between the source electrode S1 and the drain electrode D1. The drain current Id was measured while changing the gate voltage Vg and a voltage of about 1 V was applied between the source electrode S1 and the drain electrode D1.

도 5를 참조하면, 게이트전압(Vg)이 -10V에서 +10V로 증가될 때의 그래프(이하, 제1그래프)(G1)와 게이트전압(Vg)이 +10V에서 -10V로 감소될 때의 그래프(이하, 제2그래프)(G2)는 뚜렷한 차이가 있음을 알 수 있다. 즉, 전기적 이력현상(hysteresis)이 뚜렷한 것이다. 보다 구체적으로 설명하면, -10V의 게이트전압(Vg)을 인가한 후, 게이트전압(Vg)을 증가시키면, +10V의 게이트전압(Vg)이 인가되기 전까지 제1그래프(G1)의 특성을 따른다. -10V의 게이트전압(Vg)이 인가되면, 제1전하트랩층(CT1)에 정공이 트랩되고, 상기 트랩된 정공에 의해, 채널층(C1)에 인가되는 전계(elecric field)가 양(+)의 방향으로 증가한다. 따라서, 제1그래프(G1)는 전체적으로 음(-)의 방향으로 치우칠 수 있다. 일단 제1전하트랩층(CT1)에 정공이 트랩되면, 임계 전압 이하의 양(+)의 전압까지는 제1전하트랩층(CT1)에 트랩된 전하는 정공으로 유지되다가, 임계 전압 이상의 양(+)의 고전압이 인가될 때, 제1전하트랩층(CT1)에 트랩된 전하의 종류가 전자로 바뀔 수 있다. 상기 임계 전압 이상의 양(+)의 고전압에 대응하는 +10V의 게이트전압(Vg)을 인가한 후, 게이트전압(Vg)을 감소시키면, -10V의 게이트전압(Vg)이 인가되기 전까지 제2그래프(G2)의 특성을 따른다. +10V의 게이트전압(Vg)이 인가되면, 제1전하트랩층(CT1)에 전자가 트랩되고, 상기 트랩된 전자에 의해, 채널층(C1)에 인가되는 전계가 음(-)의 방향으로 감소한다. 따라서, 제2그래프(G2)는 제1그래프(G1)보다 전체적으로 양(+)의 방향으로 치우칠 수 있다. 5, when the gate voltage Vg is increased from -10 V to +10 V (hereinafter referred to as a first graph) G1 and the gate voltage Vg is decreased from + 10V to -10V It can be seen that the graph (hereinafter referred to as the second graph) G2 has a distinct difference. That is, the electrical hysteresis is obvious. More specifically, if the gate voltage Vg is increased after the gate voltage Vg of -10V is applied, the characteristic of the first graph G1 is followed until the gate voltage Vg of + 10V is applied . When a gate voltage Vg of -10V is applied, holes are trapped in the first charge trap layer CT1 and the electric field applied to the channel layer C1 by the trapped holes is positive + ). Therefore, the first graph G1 can be biased toward the negative direction as a whole. Once the holes are trapped in the first charge trap layer CT1, the charges trapped in the first charge trap layer CT1 are held in the positive holes until a positive (+) voltage equal to or lower than the threshold voltage, The kind of charge trapped in the first charge trap layer CT1 can be changed to electrons. When the gate voltage Vg is decreased after applying the gate voltage Vg of +10 V corresponding to the high positive voltage higher than the threshold voltage, (G2). Electrons are trapped in the first charge trap layer CT1 when a gate voltage Vg of +10 V is applied and the electric field applied to the channel layer C1 is shifted in the negative direction . Therefore, the second graph G2 can be biased toward the positive direction as a whole rather than the first graph G1.

이렇게 제1전하트랩층(CT1)에 어떤 전하가 트랩되느냐에 따라 게이트전압(Vg)-드레인전류(Id) 특성이 크게 달라질 수 있다. 제1그래프(G1)와 제2그래프(G2)는 소정의 전압 범위 내에서 서로 반대되는 특성을 나타낼 수 있다. 예컨대, 약 -4V에서 약 +5V 사이의 게이트전압(Vg) 범위(이하, 제1범위)(R1)에서 게이트전압(Vg)이 증가함에 따라 제1그래프(G1)는 증가하는 반면, 제2그래프(G2)는 감소한다. 게이트전압(Vg)이 증가함에 따라 드레인전류(Id)가 증가하는 것은 n-형 트랜지스터의 특징이고, 게이트전압(Vg)이 증가함에 따라 드레인전류(Id)가 감소하는 것은 p-형 트랜지스터의 특징이다. 정상 동작전압은 상기 제1범위(R1) 내에 있을 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시예에 따른 반도체 소자는 제1전하트랩층(CT1)에 트랩된 전하의 종류에 따라 n-형 트랜지스터 특징 또는 p-형 트랜지스터 특징을 가질 수 있다. 이는 본 발명의 실시예에 따른 소자를 사용할 때, 소정의 제1목적을 위해 n-형 트랜지스터로 이용하다가, 소정의 제2목적을 위해 형(type)을 변환시켜 p-형 트랜지스터로 이용할 수 있다는 것을 의미한다. 이렇게 본 발명의 실시예에 따른 반도체 소자는 가역적 형-변환(type-switching) 소자(트랜지스터 또는 메모리 소 자)일 수 있기 때문에, 다양한 이점을 갖는다. 예컨대, 본 발명의 실시예를 이용하면, 재형성 회로(reconfigurable circuit)를 제작할 수 있다. The characteristics of the gate voltage Vg-drain current Id can be greatly changed depending on what charge is trapped in the first charge trap layer CT1. The first graph G1 and the second graph G2 may exhibit properties opposite to each other within a predetermined voltage range. For example, the first graph G1 increases as the gate voltage Vg increases in a gate voltage (Vg) range (hereinafter referred to as a first range) R1 between about -4 V and about +5 V, The graph G2 decreases. The increase in the drain current Id as the gate voltage Vg increases is a feature of the n-type transistor and the decrease in the drain current Id as the gate voltage Vg increases is due to the characteristics of the p- to be. The normal operating voltage may be in the first range R1. Therefore, the semiconductor device according to the embodiment of the present invention may have an n-type transistor characteristic or a p-type transistor characteristic depending on the type of charge trapped in the first charge trap layer CT1. This can be used as an n-type transistor for a given first purpose when using the device according to an embodiment of the present invention, and as a p-type transistor by converting the type for a given second purpose . Thus, the semiconductor device according to the embodiment of the present invention has various advantages because it can be a reversible type-switching device (transistor or memory device). For example, using an embodiment of the present invention, a reconfigurable circuit can be fabricated.

도 6은 도 1의 소자에 인가하는 게이트전압(Vg)의 파형도 및 게이트전압(Vg)에 따른 드레인전류(Id)의 변화를 보여주는 그래프이다. FIG. 6 is a graph showing the waveform of the gate voltage Vg applied to the element of FIG. 1 and the change of the drain current Id according to the gate voltage Vg.

도 6을 참조하면, 양(+)의 고전압을 제1컨트롤게이트(G1)에 인가한 후, 작은 세기의 제1전압(V1)을 인가했을 때, 제1전압(V1)의 파형과 그(V1)에 의해 발생하는 드레인전류(Id)의 파형은 반대이다. 이는 상기 양(+)의 고전압을 제1컨트롤게이트(G1)에 인가하면, 소자는 p-형 트랜지스터의 특징을 나타낼 수 있음을 보여준다. 한편, 음(-)의 고전압을 제1컨트롤게이트(G1)에 인가한 후, 작은 세기의 제2전압(V2)을 인가했을 때, 제2전압(V2)의 파형과 그(V2)에 의해 발생하는 드레인전류(Id)의 파형은 유사한 경향성을 나타낸다. 이는 상기 음(-)의 고전압을 제1컨트롤게이트(G1)에 인가하면, 소자는 n-형 트랜지스터의 특징을 나타낼 수 있음을 보여준다. 6, when a first positive voltage V1 of a small intensity is applied after applying a positive high voltage to the first control gate G1, the waveform of the first voltage V1 and the The waveform of the drain current Id generated by V1 is opposite. This shows that when the positive high voltage is applied to the first control gate G1, the device can characterize the p-type transistor. On the other hand, when the second voltage V2 of a small intensity is applied after the negative high voltage is applied to the first control gate G1, the waveform of the second voltage V2 and the waveform of the second voltage V2 The waveform of the generated drain current Id shows a similar tendency. This shows that when the negative (-) high voltage is applied to the first control gate G1, the device can exhibit the characteristics of an n-type transistor.

한편, 본 발명의 실시예에 따른 반도체 소자를 메모리 소자로 이용할 경우, 제1전하트랩층(CT1)에 어떤 전하(전자 또는 정공)가 트랩되었느냐에 따라, 또는 전하가 트랩되었느냐 그렇지 않느냐에 따라, 드레인전류(Id)의 크기는 달라질 수 있다. 이러한 원리를 이용하면, 제1전하트랩층(CT1)을 메모리층으로 이용한 비휘발성 메모리 소자를 구현할 수 있다. On the other hand, when the semiconductor device according to the embodiment of the present invention is used as a memory device, depending on whether a charge (electron or hole) is trapped in the first charge trap layer CT1 or whether or not the charge is trapped, The magnitude of the drain current Id may vary. With this principle, a nonvolatile memory device using the first charge trap layer CT1 as a memory layer can be realized.

도 7은 도 2의 소자, 즉, 더블게이트 소자에 인가하는 두 가지 게이트전압(이하, 제1 및 제2게이트전압)(Vg1, Vg2)의 파형도 및 제1 및 제2게이트전압(Vg1, Vg2)에 따른 드레인전류(Id)의 변화를 보여주는 그래프이다. 제1 및 제2게이트전압(Vg1, Vg2)은 각각 도 2의 제1 및 제2컨트롤게이트(G1, G2)에 인가하는 전압을 나타낸다. 7 is a waveform diagram of two gate voltages (hereinafter referred to as first and second gate voltages) Vg1 and Vg2 applied to the element of FIG. 2, that is, the double gate element, and the waveforms of the first and second gate voltages Vg1, Vg2) of the drain current Id. The first and second gate voltages Vg1 and Vg2 represent voltages applied to the first and second control gates G1 and G2, respectively.

도 7을 참조하면, +10V의 제1게이트전압(Vg1)을 인가한 후, 제2컨트롤게이트(G2)에 정상 동작전압 수준의 제1전압(V1')을 인가하면, 그(V1')에 의해 발생하는 드레인전류(Id)의 파형과 제1전압(V1')의 파형은 반대이다. 이는 +10V의 제1게이트전압(Vg1)을 인가하면, 소자는 p-형 트랜지스터의 특징을 나타낼 수 있음을 보여준다. 또한, 제1컨트롤게이트(G1)로 제1전하트랩층(CT1)에 전자를 트랩시킨 후, 제2컨트롤게이트(G2)로 소자를 정상 동작시킬 수 있음을 보여준다. 한편, -10V의 제1게이트전압(Vg1)을 인가한 후, 제2컨트롤게이트(G2)에 정상 동작전압 수준의 제2전압(V2')을 인가하면, 그(V2')에 의해 발생하는 드레인전류(Id)의 파형과 제2전압(V2')의 파형은 유사하다. 이는 -10V의 제1게이트전압(Vg1)을 인가하면, 소자는 n-형 트랜지스터의 특징을 나타낼 수 있음을 보여준다. 또한, 제1컨트롤게이트(G1)로 제1전하트랩층(CT1)에 정공을 트랩시킨 후, 제2컨트롤게이트(G2)로 소자를 정상 동작시킬 수 있음을 보여준다. 다시 말해, 도 2의 소자의 경우, 제1전하트랩층(CT1)에 전자 또는 정공을 트랩시킨 후, 소오스전극(S1), 드레인전극(D1) 및 제1컨트롤게이트(G1)에 정상 동작전압을 인가하거나, 소오스전극(S1), 드레인전극(D1) 및 제2컨트롤게이트(G2)에 정상 동작전압을 인가할 수 있다. 도 2의 소자도 트랜지스터나 메모리 소자로 이용할 수 있다. Referring to FIG. 7, if a first voltage V1 'having a normal operating voltage level is applied to the second control gate G2 after applying the first gate voltage Vg1 of +10 V, The waveform of the drain current Id generated by the first voltage V1 'and the waveform of the first voltage V1' are opposite. This shows that when the first gate voltage Vg1 of + 10V is applied, the device can characterize a p-type transistor. It is also shown that after the electrons are trapped in the first charge trap layer CT1 by the first control gate G1, the device can be normally operated by the second control gate G2. On the other hand, if the second voltage V2 'having the normal operating voltage level is applied to the second control gate G2 after applying the first gate voltage Vg1 of -10V, The waveform of the drain current Id and the waveform of the second voltage V2 'are similar. This shows that applying a first gate voltage (Vgl) of-10V can characterize an n-type transistor. It is also shown that the device can be normally operated by the second control gate G2 after trapping holes in the first charge trap layer CT1 with the first control gate G1. 2, after the electrons or the holes are trapped in the first charge trap layer CT1, the source electrode S1, the drain electrode D1 and the first control gate G1 are supplied with a normal operation voltage Or a normal operation voltage can be applied to the source electrode S1, the drain electrode D1 and the second control gate G2. The element of Fig. 2 can also be used as a transistor or a memory element.

도 8a 및 도 8b는 도 3의 구조를 갖되 제조방법이 다소 다른 두 소자의 게이 트전압(Vg)-드레인전류(Id) 특성을 보여주는 그래프이다. 여기서, 게이트전압(Vg)은 제1컨트롤게이트(G1)에 인가하는 전압을 의미하고, 드레인전류(Id)는 소오스전극(S1)과 드레인전극(D1) 사이에 흐르는 전류를 의미한다. 게이트전압(Vg)을 변화시키면서 드레인전류(Id)를 측정하였고, 이때 소오스전극(S1)과 드레인전극(D1) 사이에 1V 정도의 전압을 인가하였다. FIGS. 8A and 8B are graphs showing the gate voltage (Vg) -drain current (Id) characteristics of the two devices having the structure of FIG. 3 but somewhat different in manufacturing method. Here, the gate voltage Vg means a voltage applied to the first control gate G1, and the drain current Id means a current flowing between the source electrode S1 and the drain electrode D1. The drain current Id was measured while changing the gate voltage Vg and a voltage of about 1 V was applied between the source electrode S1 and the drain electrode D1.

도 8a의 경우, 도 5와 매우 유사한 양상을 보인다. 즉, 약 -4V에서 약 +5V 사이의 게이트전압(Vg) 범위에서 게이트전압(Vg)이 증가함에 따라 제1그래프(G1')는 n-형 트랜지스터의 특징을 보이고, 제2그래프(G2')는 p-형 트랜지스터의 특징을 보인다. In the case of FIG. 8A, a very similar pattern as FIG. 5 is shown. That is, the first graph G1 'shows the characteristic of the n-type transistor as the gate voltage Vg increases in the gate voltage Vg range of about -4 V to about +5 V, and the second graph G2' ) Characterize a p-type transistor.

한편, 도 8b의 경우, 양(+)의 고전압을 인가했을 때의 드레인전류(Id)가 0.2㎂ 정도로 도 8a에서의 0.4㎂에 비해 상당히 낮아진 것을 알 수 있다. 또한, -10V 정도에서 0V 정도까지 제1 및 제2그래프(G1", G2")는 모두 p-형 트랜지스터의 특성을 보이는 것을 알 수 있다. On the other hand, in the case of FIG. 8B, it can be seen that the drain current Id when a positive high voltage is applied is about 0.2 ㎂, which is considerably lower than 0.4 에서 in Fig. 8A. It can also be seen that the first and second graphs G1 "and G2" show the characteristics of the p-type transistor from about -10V to about 0V.

즉, 도 8a에 대응하는 소자의 경우 n-형 트랜지스터의 특성과 p-형 트랜지스터의 특성이 균형을 이루는 반면, 도 8b에 대응하는 소자의 경우 n-형 트랜지스터의 특성보다 p-형 트랜지스터의 특성이 강한 것을 알 수 있다. 이러한 도 8a와 도 8b의 차이로부터, 구조가 유사하다고 하더라도 제조방법에 따라 이력현상의 양상, 즉, 게이트전압(Vg)-드레인전류(Id) 특성은 서로 다를 수 있음을 알 수 있다. 이는 도 1 및 도 2의 소자에 대해서도 마찬가지일 수 있다. That is, in the case of the device corresponding to FIG. 8A, the characteristics of the n-type transistor and the characteristics of the p-type transistor are in balance, while the characteristics of the p-type transistor This is strong. 8A and 8B, the characteristics of the hysteresis phenomenon, that is, characteristics of the gate voltage (Vg) -drain current (Id) may be different depending on the manufacturing method even if the structures are similar. This may be the same for the elements of Figs. 1 and 2 as well.

도 3의 소자를 동작시킴에 있어서, 제1전하트랩층(CT1)에 전자 또는 정공을 트랩시키고, 제2전하트랩층(CT2)에 전자 또는 정공을 트랩시킨 후, 소오스전극(S1), 드레인전극(D1) 및 제1컨트롤게이트(G1)에 정상 동작전압을 인가하거나, 소오스전극(S1), 드레인전극(D1) 및 제2컨트롤게이트(G2)에 정상 동작전압을 인가할 수 있다. 또한 도 3의 소자는 도 1 및 도 2의 소자와 마찬가지로 트랜지스터나 메모리 소자로 이용할 수 있다. 도 3의 소자는 두 개의 전하트랩층(CT1, CT2)을 갖기 때문에, 하나의 전하트랩층(CT1)을 갖는 도 1 및 도 2의 소자보다 다양한 상태를 가질 수 있다. 도 3의 소자를 메모리 소자로 이용하는 경우, 제1전하트랩층(CT1)에 트랩되는 전하의 종류 및 제2전하트랩층(CT2)에 트랩되는 전하의 종류에 따라, 도 3의 소자는 서로 다른 네 가지 상태, 즉, (0,0), (1,0), (0,1) 및 (1,1)에 대응하는 상태를 가질 수 있다. 상기 네 가지 상태는 각각 도 9a 내지 도 9d의 상태에 대응될 수 있다. In operation of the device of FIG. 3, electrons or holes are trapped in the first charge trap layer CT1, electrons or holes are trapped in the second charge trap layer CT2, and then the source electrode S1, A normal operation voltage can be applied to the electrode D1 and the first control gate G1 or a normal operation voltage can be applied to the source electrode S1, the drain electrode D1 and the second control gate G2. In addition, the element of Fig. 3 can be used as a transistor or a memory element as in the elements of Figs. Since the device of FIG. 3 has two charge trap layers CT1 and CT2, it can have various states than the devices of FIGS. 1 and 2 having one charge trap layer CT1. 3 are different from each other depending on the type of charge trapped in the first charge trap layer CT1 and the type of charge trapped in the second charge trap layer CT2, (0, 0), (1,0), (0,1), and (1,1). The four states may correspond to the states of Figs. 9A to 9D, respectively.

도 9a를 참조하면, 제1전하트랩층(CT1) 및 제2전하트랩층(CT2)에 모두 전자가 트랩되어 있다. 이를 위해, 제1컨트롤게이트(G1) 및 제2컨트롤게이트(G2)에 양(+)의 고전압을 인가할 수 있다. Referring to FIG. 9A, electrons are trapped in both the first charge trap layer CT1 and the second charge trap layer CT2. To this end, a positive high voltage may be applied to the first control gate G1 and the second control gate G2.

도 9b를 참조하면, 제1전하트랩층(CT1)에는 정공이 트랩되고, 제2전하트랩층(CT2)에는 전자가 트랩되어 있다. 이를 위해, 제1컨트롤게이트(G1)에 음(-)의 고전압을 인가하고, 제2컨트롤게이트(G2)에 양(+)의 고전압을 인가할 수 있다. Referring to FIG. 9B, holes are trapped in the first charge trap layer CT1, and electrons are trapped in the second charge trap layer CT2. To this end, a negative high voltage may be applied to the first control gate G1 and a positive high voltage may be applied to the second control gate G2.

도 9c를 참조하면, 제1전하트랩층(CT1)에는 전자가 트랩되고, 제2전하트랩층(CT2)에는 정공이 트랩되어 있다. 이를 위해, 제1컨트롤게이트(G1)에 양(+)의 고전압을 인가하고, 제2컨트롤게이트(G2)에 음(-)의 고전압을 인가할 수 있다. 도 9c 의 상태는, 채널층(C1) 일측에 정공이 트랩되고 타측에 전자가 트랩된다는 점에서, 도 9b의 상태와 유사하다고 여겨질 수 있다. 그러나 채널층(C1)을 중심으로 채널층(C1) 위쪽의 구성과 아래쪽의 구성이 완전 대칭을 이루지 않는다면, 도 9b와 도 9c의 상태는 서로 다른 저항을 나타낼 수 있다. 보다 구체적으로, 제1터널절연층(TL1)과 제2터널절연층(L10'+L20')의 두께 및 물질의 차이, 그리고 제1 및 제2전하트랩층(CT1, CT2)의 물질 및 크기의 차이 등이 있을 때, 그로 인해, 도 9b와 도 9c의 상태는 서로 다른 저항을 나타낼 수 있다. Referring to FIG. 9C, electrons are trapped in the first charge trap layer CT1, and holes are trapped in the second charge trap layer CT2. To this end, a positive high voltage may be applied to the first control gate G1 and a negative high voltage may be applied to the second control gate G2. The state of FIG. 9C can be considered to be similar to the state of FIG. 9B in that holes are trapped on one side of the channel layer C1 and electrons are trapped on the other side. However, if the configuration above the channel layer C1 and the configuration below the channel layer C1 are not perfectly symmetric about the channel layer C1, the states of FIGS. 9B and 9C may exhibit different resistances. More specifically, the thickness and material difference between the first tunnel insulating layer TL1 and the second tunnel insulating layer L10 '+ L20' and the material and size of the first and second charge trap layers CT1 and CT2 The state of Fig. 9B and Fig. 9C may exhibit different resistances.

도 9d를 참조하면, 제1전하트랩층(CT1) 및 제2전하트랩층(CT2)에 모두 정공이 트랩되어 있다. 이를 위해, 제1컨트롤게이트(G1) 및 제2컨트롤게이트(G2)에 음(-)의 고전압을 인가할 수 있다. Referring to FIG. 9D, holes are trapped in both the first charge trap layer CT1 and the second charge trap layer CT2. To this end, a negative high voltage may be applied to the first control gate G1 and the second control gate G2.

따라서, 본 발명의 실시예에 따르면, 하나의 단위 메모리 셀이 네 개의 서로 다른 저항 상태를 갖는 멀티-비트(multi-bit) 메모리 소자의 구현이 가능하다. Therefore, according to the embodiment of the present invention, it is possible to implement a multi-bit memory device in which one unit memory cell has four different resistance states.

도 10은 도 3의 소자의 제1 및 제2컨트롤게이트(G1, G2)에 인가하는 두 전압(즉, 제1 및 제2게이트전압)(Vg1, Vg2)과 그에 따른 드레인전류(Id)의 변화를 보여준다. 본 결과는 도 3의 구조를 갖되 도 8a에 대응하는 특성을 갖는 소자에 대한 결과이다. 이러한 결과를 얻는데 사용한 드레인전압, 즉, 소오스전극(S1)과 드레인전극(D1) 사이의 전압은 1V 정도였다. 10 is a graph showing the relationship between two voltages (i.e., first and second gate voltages) Vg1 and Vg2 applied to the first and second control gates G1 and G2 of the device of FIG. 3 and the drain current Id Show changes. This result is the result for a device having the structure of FIG. 3 but having characteristics corresponding to FIG. 8A. The drain voltage used to obtain such a result, that is, the voltage between the source electrode S1 and the drain electrode D1 was about 1V.

도 10을 참조하면, (0,0) 상태는 제1 및 제2컨트롤게이트(G1, G2)에 +10V를 인가한 이후의 상태를, (1,0) 상태는 제1컨트롤게이트(G1)에 -10V의 전압을 인가하고, 제2컨트롤게이트(G2)에 +10V의 전압을 인가한 이후의 상태를, (0,1) 상태는 제 1컨트롤게이트(G1)에 +10V의 전압을 인가하고, 제2컨트롤게이트(G2)에 -10V의 전압을 인가한 이후의 상태를, 그리고, (1,1) 상태는 제1 및 제2컨트롤게이트(G1, G2)에 -10V를 인가한 이후의 상태를 나타낸다. (0,0), (1,0), (0,1) 및 (1,1) 상태에서 드레인전류(Id)는 서로 다른 것을 알 수 있다. 10, the (0, 0) state is a state after applying +10 V to the first and second control gates G1 and G2, the (1,0) state is a state after the first control gate G1, A voltage of -10 V is applied to the second control gate G2 and a voltage of +10 V is applied to the second control gate G2. In the (0,1) state, a voltage of +10 V is applied to the first control gate G1 The state after the voltage of -10 V is applied to the second control gate G2 and the state of (1, 1) after applying -10 V to the first and second control gates G1 and G2 Lt; / RTI > The drain currents Id in the (0, 0), (1,0), (0,1), and (1,1) states are different from each other.

상기한 설명에서 많은 사항이 구체적으로 기재되어 있으나, 그들은 발명의 범위를 한정하는 것이라기보다, 바람직한 실시예의 예시로서 해석되어야 한다. 예들 들어, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면, 도 1 내지 도 3의 구조 및 도 4a 내지 도 4i의 제조방법은 다양하게 변화될 수 있음을 알 수 있을 것이다. 구체적인 예로, 도 1 내지 도 3에서 채널층(C1)은 탄소나노튜브가 아닌 다른 양극성 물질, 예컨대, 그래핀(graphene)으로 형성될 수 있음을 알 수 있을 것이다. 또한, 본 발명의 사상(idea)을 이용해서 여기에 구체적으로 개시되지 않은 다른 소자들을 제조할 수 있음을 알 수 있을 것이다. 때문에 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 의하여 정하여 질 것이 아니고 특허 청구범위에 기재된 기술적 사상에 의해 정하여져야 한다.Although a number of matters have been specifically described in the above description, they should be interpreted as examples of preferred embodiments rather than limiting the scope of the invention. For example, those of ordinary skill in the art will appreciate that the structures of FIGS. 1-3 and the fabrication methods of FIGS. 4A-4I may vary. As a specific example, it is to be understood that the channel layer C1 in FIGS. 1 to 3 may be formed of a bipolar material other than carbon nanotubes, for example, graphene. It will also be appreciated that other devices not specifically disclosed herein may be fabricated using the idea of the present invention. Therefore, the scope of the present invention is not to be determined by the described embodiments but should be determined by the technical idea described in the claims.

도 1 내지 도 3은 본 발명의 실시예들에 따른 반도체 소자의 단면도이다. 1 to 3 are sectional views of semiconductor devices according to embodiments of the present invention.

도 4a 내지 도 4i는 본 발명의 실시예에 따른 반도체 소자의 제조방법을 보여주는 사시도이다. 4A to 4I are perspective views illustrating a method of manufacturing a semiconductor device according to an embodiment of the present invention.

도 5는 도 1의 소자의 게이트전압(Vg)-드레인전류(Id) 특성을 보여주는 그래이다.FIG. 5 is a graph showing the gate voltage (Vg) -drain current (Id) characteristic of the device of FIG.

도 6은 도 1의 소자에 인가하는 게이트전압(Vg)의 파형도 및 상기 게이트전압(Vg)에 따른 드레인전류(Id)의 변화를 보여주는 그래프이다. 6 is a graph showing the waveform of the gate voltage Vg applied to the element of FIG. 1 and the change of the drain current Id in accordance with the gate voltage Vg.

도 7은 도 2의 소자에 인가하는 두 가지 게이트전압(Vg1, Vg2)의 파형도 및 상기 두 가지 게이트전압(Vg1, Vg2)에 따른 드레인전류(Id)의 변화를 보여주는 그래프이다. FIG. 7 is a graph showing waveforms of two gate voltages Vg1 and Vg2 applied to the device of FIG. 2 and a change of a drain current Id according to the two gate voltages Vg1 and Vg2.

도 8a 및 도 8b는 도 3의 구조를 갖되 제조방법이 다소 다른 두 소자의 게이트전압(Vg)-드레인전류(Id) 특성을 보여주는 그래프이다. FIGS. 8A and 8B are graphs showing gate voltage (Vg) -drain current (Id) characteristics of the two devices having the structure of FIG. 3 but somewhat different from each other.

도 9a 내지 도 9d는 도 3의 소자의 서로 다른 네 가지 상태를 보여주는 단면도이다. 9A-9D are cross-sectional views showing four different states of the device of FIG.

도 10은 도 3의 소자에 인가하는 두 가지 게이트전압(Vg1, Vg2)의 파형도 및 상기 두 가지 게이트전압(Vg1, Vg2)에 따른 드레인전류(Id)의 변화를 보여주는 그래프이다. 10 is a graph showing waveforms of two gate voltages Vg1 and Vg2 applied to the device of FIG. 3 and a graph of changes in drain current Id according to the two gate voltages Vg1 and Vg2.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호설명 *Description of the Related Art [0002]

BL1 : 블로킹절연층 C1 : 채널층BL1: blocking insulating layer C1: channel layer

CT1, CT2 : 전하트랩층 D1 : 드레인전극CT1, CT2: charge trap layer D1: drain electrode

G1, G2 : 컨트롤게이트 L1, L1' : 비소수성층G1, G2: control gate L1, L1 ': non-aqueous layer

L2 : 소수성층 L10∼L30 : 제1 내지 제3층L2: hydrophobic layer L10 to L30: first to third layers

L10'∼L30' : 제4 내지 제6층 n1 : 제1나노구조체L10 'to L30': fourth to sixth layers n1: first nanostructure

n2 : 제2나노구조체 NS1 : 제1나노구조체 용액n2: second nanostructure NS1: first nanostructure solution

NS2 : 제2나노구조체 용액 R1 : 제1영역NS2: second nanostructure solution R1: first region

S1 : 소오스전극 SUB1, SUB1' : 기판S1: source electrode SUB1, SUB1 ': substrate

TL1 : 터널절연층TL1: Tunnel insulation layer

Claims (24)

제1나노구조체를 포함하는 채널층; A channel layer comprising a first nanostructure; 상기 채널층 양단에 각각 접촉된 소오스 및 드레인; A source and a drain respectively connected to both ends of the channel layer; 상기 채널층 상에 구비된 제1터널절연층; A first tunnel insulating layer provided on the channel layer; 상기 제1터널절연층 상에 구비되고, 상기 제1나노구조체와 다른 제2나노구조체를 포함하는 제1전하트랩층; A first charge trap layer provided on the first tunnel insulating layer and including a second nanostructure different from the first nanostructure; 상기 제1전하트랩층 상에 구비된 제1블로킹절연층; 및 A first blocking insulating layer disposed on the first charge trap layer; And 상기 제1블로킹절연층 상에 구비된 제1컨트롤게이트;를 포함하고,And a first control gate provided on the first blocking insulating layer, 상기 채널층은 친수성층 상에 구비되고, The channel layer is provided on the hydrophilic layer, 상기 채널층 주위의 상기 친수성층 상에 소수성층이 구비되고, Wherein a hydrophobic layer is provided on the hydrophilic layer around the channel layer, 상기 소수성층 상에 상기 소오스 및 상기 드레인이 구비되는 반도체 소자. And the source and the drain are provided on the hydrophobic layer. 제 1 항에 있어서, The method according to claim 1, 상기 제1나노구조체는 양극성을 갖는 반도체 소자. Wherein the first nanostructure has a polarity. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 3. The method according to claim 1 or 2, 상기 제1나노구조체는 나노와이어인 반도체 소자. Wherein the first nanostructure is a nanowire. 제 1 항에 있어서, The method according to claim 1, 상기 제2나노구조체는 나노파티클인 반도체 소자. And the second nanostructure is a nanoparticle. 삭제delete 삭제delete 제 1 항에 있어서, The method according to claim 1, 상기 제1터널절연층은 순차 적층된 제1 및 제2절연층을 포함하고, Wherein the first tunnel insulating layer includes first and second insulating layers sequentially stacked, 상기 제2절연층은 친수성분자층 또는 소수성분자층인 반도체 소자. Wherein the second insulating layer is a hydrophilic molecular layer or a hydrophobic molecular layer. 제 1 항에 있어서, The method according to claim 1, 상기 채널층과 이격된 제2컨트롤게이트를 더 포함하고, Further comprising a second control gate spaced apart from the channel layer, 상기 제1 및 제2컨트롤게이트 사이에 상기 채널층이 구비되는 반도체 소자. And the channel layer is provided between the first and second control gates. 제 8 항에 있어서, 9. The method of claim 8, 상기 채널층과 상기 제2컨트롤게이트 사이에 제2전하트랩층; A second charge trap layer between the channel layer and the second control gate; 상기 채널층과 상기 제2전하트랩층 사이에 제2터널절연층; 및 A second tunnel insulating layer between the channel layer and the second charge trap layer; And 상기 제2전하트랩층과 상기 제2컨트롤게이트 사이에 제2블로킹절연층;을 더 포함하는 반도체 소자. And a second blocking insulating layer between the second charge trap layer and the second control gate. 제 9 항에 있어서, 10. The method of claim 9, 상기 제2전하트랩층은 나노파티클을 포함하는 반도체 소자. Wherein the second charge trap layer comprises nanoparticles. 제 1 항에 있어서, The method according to claim 1, 상기 반도체 소자는 트랜지스터 또는 비휘발성 메모리 소자인 반도체 소자.Wherein the semiconductor element is a transistor or a nonvolatile memory element. 기판 상에 제1나노구조체를 포함하는 채널층을 형성하는 단계; Forming a channel layer comprising a first nanostructure on a substrate; 상기 채널층의 양단에 각각 접촉하는 소오스 및 드레인을 형성하는 단계; Forming a source and a drain in contact with both ends of the channel layer, respectively; 상기 채널층 상에 제1터널절연층을 형성하는 단계; Forming a first tunnel insulating layer on the channel layer; 상기 제1터널절연층 상에 상기 제1나노구조체와 다른 제2나노구조체를 포함하는 제1전하트랩층을 형성하는 단계; Forming a first charge trap layer on the first tunnel insulating layer, the first charge trap layer including a second nanostructure different from the first nanostructure; 상기 제1전하트랩층 상에 제1블로킹절연층을 형성하는 단계; 및 Forming a first blocking insulating layer on the first charge trap layer; And 상기 제1블로킹절연층 상에 제1컨트롤게이트를 형성하는 단계;를 포함하고,Forming a first control gate on the first blocking insulating layer, 상기 채널층을 형성하는 단계는, Wherein forming the channel layer comprises: 상기 기판 상에 비소수성층을 형성하는 단계; Forming a non-aqueous layer on the substrate; 상기 비소수성층 상에 상기 비소수성층의 제1영역을 노출시키는 개구부를 갖는 소수성층을 형성하는 단계; 및 Forming a hydrophobic layer on the non-aqueous layer, the hydrophobic layer having an opening exposing the first region of the non-aqueous layer; And 상기 개구부에 의해 노출된 상기 제1영역에 다수의 상기 제1나노구조체를 흡착시키는 단계;를 포함하는 반도체 소자의 제조방법. And adsorbing a plurality of the first nanostructures to the first region exposed by the opening. 제 12 항에 있어서, 13. The method of claim 12, 상기 제1나노구조체는 양극성을 갖는 반도체 소자의 제조방법. Wherein the first nanostructure has a polarity. 삭제delete 제 12 항 또는 제 13 항에 있어서, The method according to claim 12 or 13, 상기 제1나노구조체는 나노와이어인 반도체 소자의 제조방법. Wherein the first nanostructure is a nanowire. 제 12 항에 있어서, 상기 제1터널절연층을 형성하는 단계는, 13. The method of claim 12, wherein forming the first tunnel insulating layer comprises: 상기 채널층, 상기 소오스 및 상기 드레인을 덮는 절연층을 형성하는 단계; 및 Forming an insulating layer covering the channel layer, the source and the drain; And 상기 소오스 및 상기 드레인 사이의 상기 채널층 위쪽의 상기 절연층 상에 상기 제2나노구조체를 흡착하는 흡착층을 형성하는 단계;를 포함하는 반도체 소자의 제조방법. And forming an adsorption layer for adsorbing the second nanostructure on the insulating layer above the channel layer between the source and the drain. 제 16 항에 있어서, 17. The method of claim 16, 상기 절연층을 형성하는 단계와 상기 흡착층을 형성하는 단계 사이에, Between the step of forming the insulating layer and the step of forming the adsorption layer, 상기 절연층의 상기 흡착층 형성 영역 이외의 영역 상에 상기 제2나노구조체를 흡착하지 않는 반흡착층을 형성하는 단계;를 더 포함하는 반도체 소자의 제조방 법. Forming a semi-adsorptive layer on the insulating layer, the semi-adsorptive layer not adsorbing the second nanostructure on a region other than the adsorption layer formation region. 제 12, 16 및 17 항 중 어느 한 항에 있어서, The method according to any one of claims 12,16 and 17, 상기 제2나노구조체는 나노파티클인 반도체 소자의 제조방법. And the second nanostructure is a nanoparticle. 제 12 항에 있어서, 13. The method of claim 12, 상기 채널층과 이격된 제2컨트롤게이트를 형성하는 단계를 더 포함하고, Further comprising forming a second control gate spaced apart from the channel layer, 상기 제1 및 제2컨트롤게이트 사이에 상기 채널층이 구비되는 반도체 소자의 제조방법.And the channel layer is provided between the first and second control gates. 제 19 항에 있어서, 20. The method of claim 19, 상기 제2컨트롤게이트와 상기 채널층 사이에 제2전하트랩층을 형성하는 단계; Forming a second charge trap layer between the second control gate and the channel layer; 상기 제2컨트롤게이트와 상기 제2전하트랩층 사이에 제2블로킹절연층을 형성하는 단계; 및 Forming a second blocking insulating layer between the second control gate and the second charge trap layer; And 상기 제2전하트랩층과 상기 채널층 사이에 제2터널절연층을 형성하는 단계;를 더 포함하는 반도체 소자의 제조방법.And forming a second tunnel insulating layer between the second charge trap layer and the channel layer. 청구항 1에 기재된 반도체 소자의 동작방법에 있어서, The method of operating a semiconductor device according to claim 1, 상기 제1전하트랩층에 전하를 트랩시키는 단계;를 포함하는 반도체 소자의 동작방법. Trapping charges in the first charge trap layer. 제 21 항에 있어서,22. The method of claim 21, 상기 전하는 전자 또는 정공(hole)인 반도체 소자의 동작방법. Wherein the charge is electrons or holes. 제 21 항에 있어서,22. The method of claim 21, 상기 반도체 소자는 제2전하트랩층 및 제2컨트롤게이트를 더 포함하고, Wherein the semiconductor device further comprises a second charge trap layer and a second control gate, 상기 제2전하트랩층에 전자 또는 정공(hole)을 트랩시키는 단계를 더 포함하는 반도체 소자의 동작방법. Trapping electrons or holes in the second charge trap layer. ≪ RTI ID = 0.0 > 11. < / RTI > 제1나노구조체를 포함하는 채널층; A channel layer comprising a first nanostructure; 상기 채널층 양단에 각각 접촉된 소오스 및 드레인; A source and a drain respectively connected to both ends of the channel layer; 상기 채널층 상에 구비된 제1터널절연층; A first tunnel insulating layer provided on the channel layer; 상기 제1터널절연층 상에 구비되고, 상기 제1나노구조체와 다른 제2나노구조체를 포함하는 제1전하트랩층; A first charge trap layer provided on the first tunnel insulating layer and including a second nanostructure different from the first nanostructure; 상기 제1전하트랩층 상에 구비된 제1블로킹절연층; 및 A first blocking insulating layer disposed on the first charge trap layer; And 상기 제1블로킹절연층 상에 구비된 제1컨트롤게이트;를 포함하고,And a first control gate provided on the first blocking insulating layer, 상기 제1터널절연층은 순차 적층된 제1 및 제2절연층을 포함하고, 상기 제2절연층은 친수성분자층 및 소수성분자층 중 하나인 반도체 소자. Wherein the first tunnel insulating layer comprises first and second insulating layers sequentially stacked, and the second insulating layer is one of a hydrophilic molecular layer and a hydrophobic molecular layer.
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