KR102096152B1 - Recessed Channel Type Transistor having Improved Current-leakage Characteristics - Google Patents

Recessed Channel Type Transistor having Improved Current-leakage Characteristics Download PDF

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Abstract

드레인 영역과 소스 영역이 각각 형성된 실리콘 몸체(2) 및 상기 드레인 영역과 상기 소스 영역 사이에서 상기 실리콘 몸체(2)에, 게이트 절연막(7)이 개재된 상태로 소정 부분이 매립된 게이트(8)를 포함하는 비평탄형 채널을 갖는 트랜지스터에 관한 것으로서, 상기 드레인 영역 및 상기 소스 영역은 상기 실리콘 몸체(2) 중 도핑 물질이 도핑된 부분이며, 상기 실리콘 몸체(2)에는 절연체(10)가 매립되되, 상기 실리콘 몸체(2)의 높이 방향(Y축 방향)을 기준으로, 상기 절연체(10)의 상면은 상기 실리콘 몸체(2)에 매립된 상기 게이트 절연막(7)의 하면보다 높은 위치에 있음과 동시에, 상기 드레인 영역 또는 소스 영역 내에 위치하는 것을 특징으로 하는 비평탄형 채널을 갖는 것을 특징으로 한다. A gate 8 in which a predetermined portion is buried in a state in which a gate insulating layer 7 is interposed in the silicon body 2 between the drain region and the source region and the silicon body 2 between the drain region and the source region. Regarding a transistor having a non-planar channel including a, the drain region and the source region are portions of the silicon body 2 doped with a doping material, and the silicon body 2 is filled with an insulator 10. , Based on the height direction (Y-axis direction) of the silicon body 2, the upper surface of the insulator 10 is higher than the lower surface of the gate insulating film 7 embedded in the silicon body 2 At the same time, it is characterized by having a non-planar channel, characterized in that located in the drain region or the source region.

Description

누설전류 특성이 개선된 비평탄형 채널을 갖는 트랜지스터 {Recessed Channel Type Transistor having Improved Current-leakage Characteristics}Recessed Channel Type Transistor having Improved Current-leakage Characteristics}

본 발명은 반도체 소자에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 종래의 RCAT(Recessed channel array transistor) 및 안장형 구조를 갖는 트랜지스터(saddle FinFET)와 같은 비평탄형 채널을 갖는 트랜지스터와 비교하여 GIDL(Gate Induced Drain Leakage)과 같은 누설전류 특성이 개선된 비평탄형 채널을 갖는 트랜지스터에 관한 것이다. The present invention relates to a semiconductor device, and more particularly, compared to a transistor having a non-planar channel such as a conventional recessed channel array transistor (RCA) and a saddle fin transistor (saddle finFET), GIDL (Gate Induced Drain Leakage) ) Is a transistor having a non-planar channel with improved leakage current characteristics.

최근 DRAM 셀 트랜지스터 기술을 위한 소자의 게이트 크기는 100nm이하의 영역에서 활발히 연구가 진행되고 있다. 게이트 크기 축소에 있어서 가장 큰 기술적 문제는 소위 짧은 채널 효과(short channel effect)로 알려진 누설전류의 발생이다. Recently, the gate size of a device for DRAM cell transistor technology has been actively studied in a region of 100 nm or less. The biggest technical problem in reducing the gate size is the generation of a leakage current known as the so-called short channel effect.

짧은 채널 효과는 반도체 소형화 경향에 의하여 게이트의 길이, 즉 소스와 드레인 사이의 거리가 짧아질 경우(도 1(a) 및 도 1(b) 참조)에 트랜지스터가 off인 상태에서도 드레인 전압에 의하여 드레인 전류가 흐르게 되는 현상으로서, 트랜지스터의 사이즈가 작아질수록 필연적으로 발생하게 되는 문제이다. The short channel effect is drained by the drain voltage even when the transistor is off when the length of the gate is shortened due to the tendency of semiconductor miniaturization, that is, the distance between the source and the drain (see FIGS. 1 (a) and 1 (b)). As a phenomenon in which current flows, it is a problem that inevitably occurs as the size of the transistor decreases.

더 나아가 DRAM 셀 트랜지스터 특성상 게이트 크기가 감소함에 따라 기존의 로직용 MOSFET에 비해 게이트 절연막의 두께를 줄일 수 없고, 상대적으로 소스/드레인의 도핑 깊이를 얕게 할 수 없기 때문에 셀 트랜지스터 축소화에 있어서 큰 문제를 갖고 있다. 따라서 기존의 평탄 채널을 갖는 MOSFET 소자의 경우 짧은 채널 효과는 소자의 소형화를 진행하는데 있어 큰 걸림돌이 되고 있다. Furthermore, as the gate size decreases due to the characteristics of DRAM cell transistors, the gate insulating film thickness cannot be reduced and the source / drain doping depth cannot be made shallow compared to conventional logic MOSFETs. Have Therefore, in the case of a conventional MOSFET device having a flat channel, a short channel effect is a major obstacle in miniaturization of the device.

이러한 문제를 해결하기 위한 방안 중 하나가 도 2에 도시된 바와 같이 게이트를 함몰시켜 비평탄형 채널로 만드는 RCAT(Recessed Channel Array Transistor)라고 불리는 반도체 소자이다. RCAT(Recessed Channel Array Transistor)는 기존의 평탄 채널 MOSFET에 비해 채널이 길어지기 때문에 짧은 채널효과를 개선할 수 있다. 하지만 기존의 평탄 채널을 갖는 MOSFET와의 구조적인 차이로 인해 기판 바이어스에 따른 문턱전압의 변화가 기존의 평탄채널 구조에 비해 매우 크다는 단점이 있을 뿐 아니라, 채널이 비평탄화 됨에 따라 채널 폭이 좁아지면서 전류 구동능력이 크게 저하되는 단점이 있다.One of the methods for solving this problem is a semiconductor device called a Recessed Channel Array Transistor (RCT) that recesses a gate to make a non-planar channel as shown in FIG. 2. RCAT (Recessed Channel Array Transistor) can improve the short channel effect because the channel is longer than the conventional flat channel MOSFET. However, due to the structural difference from the MOSFET having a conventional flat channel, the change in threshold voltage due to the substrate bias is very large compared to the conventional flat channel structure, and as the channel becomes unflattened, the channel width becomes narrower and the current decreases. There is a disadvantage in that the driving ability is greatly reduced.

RCAT의 낮은 전류구동능력과 평탄 채널을 갖는 MOSFET의 단점을 모두 극복하기 위해 제안된 반도체 소자는, 도 3에 도시된 바와 같이 게이트를 함몰시켜 비평탄형 채널을 갖는 동시에 게이트가 채널영역을 감싸는 삼중-게이트 형태의 안장형 구조를 갖는 트랜지스터(saddle FinFET, 출원번호:10-2004-0104560)로 불리는 반도체 소자이다. 이하에서는 안장형 구조를 갖는 트랜지스터는 설명의 편의를 위하여 saddle FinFET로 칭하기로 한다.The semiconductor device proposed to overcome all of the shortcomings of the RCAT's low current driving capability and the MOSFET having a flat channel has a non-planar channel by immersing the gate as shown in FIG. 3, while the gate surrounds the channel region. It is a semiconductor device called a transistor (saddle FinFET, application number: 10-2004-0104560) having a saddle structure in the form of a gate. Hereinafter, a transistor having a saddle structure will be referred to as a saddle FinFET for convenience of description.

도 2(b)는 RCAT(Recessed Channel Array Transistor)의 사시도이고, 도 2(a)는 RCAT(Recessed Channel Array Transistor)의 평면도이다. 도 2(c)는 도 2(a)에서 A-A’면을 따라 절개한 단면도이고, 도 2(d)는 도 2(a)에는 B-B’를 따라 절개한 단면도이다. 도 3(b)는 saddle FinFET의 사시도이고, 도 3(a)는 saddle FinFET의 평면도이다. 도 2(c)는 도 2(a)에서 A-A‘면을 따라 절개한 단면도이고, 도 2(d)는 도 2(a)에는 B-B’를 따라 절개한 단면도이다. 2 (b) is a perspective view of a Recessed Channel Array Transistor (RCA), and FIG. 2 (a) is a plan view of a Recessed Channel Array Transistor (RCA). FIG. 2 (c) is a cross-sectional view taken along the plane A-A 'in FIG. 2 (a), and FIG. 2 (d) is a cross-sectional view taken along B-B' in FIG. 2 (a). Figure 3 (b) is a perspective view of the saddle FinFET, Figure 3 (a) is a plan view of the saddle FinFET. FIG. 2 (c) is a cross-sectional view taken along the plane A-A 'in FIG. 2 (a), and FIG. 2 (d) is a cross-sectional view taken along B-B' in FIG. 2 (a).

평탄형 채널을 가지는 통상적인 MOSFET에서 게이트 전극은 실리콘 몸체 상단에 위치하는 것과는 다르게(도 1 참조), RCAT(Recessed Channel Array Transistor)와 saddle FinFET에서는 게이트 전극(18)의 하부가 담장형(wall-type) 실리콘 몸체(12) 내부에 게이트 절연막(17)을 사이에 두고 매립되어 있고, 게이트 전극(18)의 양쪽에 위치하는 실리콘 몸체(12) 부분이 도핑되어 소스/드레인 영역(19)이 형성된다. 위와 같은 비평탄형 채널을 갖는 트랜지스터에서는 소스 영역과 드레인 영역 사이의 채널이 길어지므로, 짧은 채널 효과는 감소시킬 수 있었다.In a typical MOSFET having a flat channel, the gate electrode is different from that located on the top of the silicon body (see FIG. 1), but in the recessed channel array transistor (RCA) and saddle FinFET, the bottom of the gate electrode 18 is wall-type. type) The silicon body 12 is buried with the gate insulating film 17 therebetween, and portions of the silicon body 12 located on both sides of the gate electrode 18 are doped to form the source / drain regions 19 do. In the transistor having the non-planar channel as described above, since the channel between the source region and the drain region becomes longer, a short channel effect can be reduced.

그렇지만 비평탄형 채널을 갖는 트랜지스터에 있어서도 GIDL(Gate Induced Drain Leakage)에 의한 off 상태에서의 누설전류 문제는 여전히 해결되지 못하고 있다. GIDL은 드레인과 게이트 사이에 존재하는 가파른 에너지밴드 차이에 의하여 밸런스밴드(Ev)에서 컨덕션 밴드(Ec)로 전자가 터널링되어 누설전류가 발생하게 되는 현상이다. 드레인 영역(19)과 게이트 전극(18)에 가해진 전압은 게이트 절연막(17)과 그 부근의 드레인 영역에 주로 걸리게 되는데, 드레인 전압이 커질수록 이 두 영역에서의 전압은 더욱 크게 걸리게 되어 에너지 밴드의 기울기가 더욱 커지게 된다. GIDL에 의한 누설전류 문제는 함몰된 게이트의 구조적인 특징 때문에 발생하므로 RCAT(Recessed Channel Array Transistor)에서도 발생하지만, saddle FinFET는 삼중게이트의 영향으로 소스/드레인 영역과 게이트의 오버랩(overlap)이 증가하여 GIDL에 의한 누설전류는 더욱 증가하게 된다.However, even in a transistor having a non-planar channel, the leakage current problem in the off state due to GIDL (Gate Induced Drain Leakage) has not been solved. GIDL is a phenomenon in which electrons are tunneled from the balance band (Ev) to the conduction band (Ec) due to the steep energy band difference between the drain and the gate, resulting in leakage current. The voltage applied to the drain region 19 and the gate electrode 18 is mainly applied to the gate insulating layer 17 and the drain region in the vicinity thereof. As the drain voltage increases, the voltage in these two regions becomes larger and the voltage of the energy band increases. The slope becomes larger. Since the leakage current problem caused by GIDL occurs due to the structural characteristics of the recessed gate, it also occurs in the RCAT (Recessed Channel Array Transistor), but the saddle FinFET increases the source / drain region and gate overlap due to the influence of the triple gate. The leakage current by GIDL is further increased.

도 3에 도시된 형태의 기본적인 saddle FinFET 이외에도, saddle FinFET의소스/드레인 영역과 게이트의 오버랩(overlap)영역을 조절하여 개량한 안장형 구조를 갖는 MOS 소자(출원번호:1020050082864)가 개발되었다. 그렇지만, 다양한 형태의 비평탄형 채널을 가진 MOSFET이 개발되었음에도 전류 구동 능력을 유지함과 동시에 GIDL에 의한 누설전류 문제를 만족스럽게 해결할 수 있는 솔루션은 여전히 제공되지 못하고 있다. In addition to the basic saddle FinFET of the type shown in FIG. 3, a MOS device having an improved saddle structure by controlling the source / drain region of the saddle FinFET and the overlap region of the gate (application number: 1020050082864) has been developed. However, even though MOSFETs having various types of non-planar channels have been developed, a solution that satisfactorily solves the leakage current problem caused by GIDL while maintaining current driving capability is still not provided.

본 발명의 발명자는 전술한 문제를 해결하기 위하여 드레인 또는 소스 영역 중 하나에 절연체를 매립하는 기술을 개발하고 출원한 바 있다(출원번호 제10-2017-01210101호, 2017.09.20. 출원). 위 발명을 통하여 누설전류 감소의 효과를 얻을 수 있었으나, 위 발명은 게이트와 드레인(또는 소스) 영역 사이의 오버랩된(overlapped) 영역의 도핑 농도를 낮게 유지하는 LDD(Lightly Doped Drain)형 공정이 적용된 트랜지스터를 대상으로 개발된 것으로서, 위 발명에서 제시된 최적화된 절연체의 파라메터(사이즈 및 위치)는 게이트와 드레인(또는 소스) 영역 사이의 오버랩된(overlapped) 영역까지 도핑 농도가 높게 유지되는 HDD(Highly Doped Drain)형 공정이 적용된 트랜지스터에서는 최적의 성능을 보장하지 못함을 확인하게 되었다. The inventor of the present invention has developed and applied a technique of embedding an insulator in one of the drain or source regions in order to solve the above-mentioned problems (application number 10-2017-01210101, filed on September 20, 2017). Although the effect of reducing the leakage current was obtained through the above invention, the above invention was applied with a lightly doped drain (LDD) type process to keep the doping concentration of the overlapped region between the gate and drain (or source) regions low. As a target developed for transistors, the optimized insulator parameters (size and position) presented in the above invention are highly doped (HDD) whose doping concentration is maintained to an overlapped region between the gate and drain (or source) regions. It was confirmed that the optimal performance cannot be guaranteed in transistors with Drain-type processes.

참고로, LDD 도핑은 게이트 주변에 사이드월(side wall)을 씌워서 일부 영역(게이트와 드레인(또는 소스)가 오버랩된 영역)에는 도핑 농도가 낮게 유지시키고 나머지 콘택트 영역 근처에만 높은 농도의 도핑을 가하는 방식으로 이루어질 수 있고, HDD 도핑은 사이드월을 씌우지 않고 바로 게이트와 드레인(또는 소스)가 오버랩된 영역에 도핑을 하는 방식으로 이루어질 수 있다. For reference, LDD doping places a side wall around the gate to maintain a low doping concentration in some regions (regions where the gate and drain (or source) overlap) and to apply a high concentration of doping only near the rest of the contact region. HDD doping may be performed by doping the region where the gate and drain (or source) overlap directly without sidewalls.

한국 공개특허공보 제10-2004-0092017호 (2004.11.03.)Korean Patent Publication No. 10-2004-0092017 (2004.11.03.) 미국 공개특허공보 US2017/0069764 (2017.03.09.)United States Published Patent Publication US2017 / 0069764 (2017.03.09.)

본 발명은 전술한 종래의 비평탄형 채널을 갖는 트랜지스터가 가지고 있는 기술적 문제, 즉 트랜지스터가 off인 상태에서 GIDL에 의하여 발생하는 누설전류 문제를 해결하면서도 적절한 전류 구동 능력을 유지할 수 있는 새로운 구조의 비평탄형 채널 구조를 갖는 트랜지스터를 제공하는 것을 목적으로 한다. The present invention is a non-planar type of a new structure capable of maintaining a proper current driving capability while solving the above-described technical problem of the conventional transistor having a non-planar channel, that is, a leakage current problem caused by GIDL when the transistor is off. It is an object to provide a transistor having a channel structure.

더 구체적으로는, HDD형 공정이 적용된 비평탄형 채널을 갖는 트랜지스터에 있어서, 누설전류를 최소화할 수 있는 조건을 찾아내는 것을 목적으로 한다. More specifically, in a transistor having a non-planar channel to which an HDD-type process is applied, an object of the present invention is to find a condition capable of minimizing leakage current.

본 발명은 드레인 영역과 소스 영역이 각각 형성된 실리콘 몸체(2) 및 상기 드레인 영역과 상기 소스 영역 사이에서 상기 실리콘 몸체(2)에, 게이트 절연막(7)이 개재된 상태로 적어도 일부가 매립된 게이트(8)를 포함하는 비평탄형 채널을 갖는 트랜지스터에 관한 것으로서, 상기 드레인 영역 및 상기 소스 영역은 상기 실리콘 몸체(2) 중 도핑 물질이 도핑된 부분이며, 상기 실리콘 몸체(2)에는 절연체(10)가 매립되되, 상기 실리콘 몸체(2)의 높이 방향(Y축 방향)을 기준으로, 상기 절연체(10)의 상면은 상기 실리콘 몸체(2)에 매립된 상기 게이트 절연막(7)의 하면보다 높은 위치에 있음과 동시에, 상기 드레인 영역 또는 소스 영역 내에 위치하는 것을 특징으로 한다.The present invention is a gate in which at least a portion of a silicon body 2 in which a drain region and a source region are formed, and at least a part of which is buried in the silicon body 2 between the drain region and the source region, with a gate insulating film 7 interposed therebetween. Regarding a transistor having a non-planar channel including (8), the drain region and the source region are portions of the silicon body 2 doped with a doping material, and the silicon body 2 has an insulator 10 Is buried, based on the height direction (Y-axis direction) of the silicon body 2, the upper surface of the insulator 10 is higher than the lower surface of the gate insulating film 7 embedded in the silicon body 2 At the same time, it is characterized in that located in the drain region or the source region.

상기 드레인 영역은 HDD(Highly Dopped Drain) 공정에 의하여 형성되는데, 상기 절연체(10)의 상면과 상기 게이트 절연막(7)의 하면 사이의 실리콘 몸체(2)의 높이 방향 거리(y)를 상기 게이트 절연막(7)이 상기 실리콘 몸체(2)에 매립된 깊이(D)로 나눈 α값은 0.6 이상 0.9 이하인 것이 바람직하다. The drain region is formed by a Highly Dopped Drain (HDD) process, wherein the distance y in the height direction of the silicon body 2 between the upper surface of the insulator 10 and the lower surface of the gate insulating film 7 is the gate insulating film. (7) It is preferable that the α value divided by the depth D embedded in the silicon body 2 is 0.6 or more and 0.9 or less.

더 나아가, 상기 절연체(10)와 상기 게이트 절연막(7) 사이의 수평 방향(X축 방향) 최단 거리(x)를, 상기 절연체(10)가 매립되어 있는 쪽의 상기 실리콘 몸체(2)의 측단면과 상기 게이트 절연막(7) 사이의 수평방향(X축 방향) 최단 거리(L)로 나눈 β값은 0.4 이하인 것이 바람직하다. Furthermore, the shortest distance (x) in the horizontal direction (X-axis direction) between the insulator 10 and the gate insulating film 7 is the side of the silicon body 2 on the side where the insulator 10 is buried. The β value divided by the shortest distance (L) in the horizontal direction (X-axis direction) between the cross-section and the gate insulating film 7 is preferably 0.4 or less.

여기에서, 상기 절연체는 유전체일 수 있는데, 바람직하게는, SiO2, Si3N4, 및 HfO2, ZrO2중에서 선택된 적어도 하나의 물질로 구성될 수 있다. 혹은 상기 절연체는 진공층에 의하여 형성될 수도 있다. Here, the insulator may be a dielectric, preferably, may be composed of at least one material selected from SiO 2 , Si3N 4 , and HfO 2 , ZrO 2 . Alternatively, the insulator may be formed by a vacuum layer.

더 나아가, 상기 절연체는 육면체 형상으로 형성되는 것이 바람직하다.Furthermore, it is preferable that the insulator is formed in a hexahedral shape.

본 발명에 따라 적용될 수 있는 비평탄형 채널을 갖는 트랜지스터 중에서, saddle FinFET의 드레인 영역 또는 소스 영역 일부에 절연체를 매립함으로써 드레인 전압이 가해졌을 때 생기는 드레인과 게이트 사이의 전압등고선을 형태를 변화시킬 수 있음을 확인하였다. 본 발명에 따라, 나머지 비평탄형 채널을 갖는 여러 트랜지스터도 같은 형태의 전압등고선 변화를 갖는다.Among the transistors having a non-planar channel that can be applied according to the present invention, a voltage contour line between a drain and a gate generated when a drain voltage is applied can be changed by embedding an insulator in a portion of a drain region or a source region of a saddle FinFET. Was confirmed. According to the present invention, several transistors with the remaining non-planar channels also have the same type of voltage contour change.

특히 본 발명을 통하여 발명자가 찾아낸 절연체의 파라미터(절연체의 사이즈 및 매립 위치)에 따라서 saddle FinFET 내부에서 발생하는 드레인과 게이트 사이의 전압등고선의 변화가 GIDL에 의한 누설전류 감소에 탁월한 효과를 가져옴을 확인하였다. In particular, it was confirmed through the present invention that the change in the voltage contour between the drain and the gate generated inside the saddle FinFET has an excellent effect on reducing leakage current by GIDL according to the parameters of the insulator found by the inventor (size of the insulator and buried position) Did.

도 1은 종래기술에 따른 MOSFET을 도시한 것이다.
도 2는 종래기술에 따른 RCAT(Recessed Channel Array Transistor)을 도시한 것이다.
도 3은 종래기술에 따른 saddle FinFET을 도시한 것이다.
도 4는 본 발명에 따른 RCAT(Recessed Channel Array Transistor)을 도시한 것이다.
도 5는 본 발명에 따른 saddle FinFET을 도시한 것이다.
도 6는 LDD 공정이 적용된 비평탄형 채널을 갖는 트렌지스터의 드레인과 게이트 사이의 전압분포를 도시한 것이다.
도 7은 HDD 공정이 적용된 비평탄형 채널을 갖는 트렌지스터의 드레인과 게이트 사이의 전압분포를 도시한 것이다.
도 8은 LDD형과 HDD형에 따른 도핑 영역을 도시한 개념도이다.
도 9는 LDD형 트랜지스터에 있어서, 절연체의 위치에 관한 파라미터인 α의 변화가 누설전류에 미치는 영향을 도시한 그래프이다.
도 10은 LDD형 트랜지스터에 있어서, 절연체의 위치에 관한 파라미터인 α의 변화가 구동전류에 미치는 영향을 도시한 그래프이다.
도 11은 LDD형 트랜지스터에 있어서, 절연체의 위치에 관한 파라미터인 β의 변화가 누설전류에 미치는 영향을 도시한 그래프이다.
도 12는 LDD형 트랜지스터에 있어서, 절연체의 위치에 관한 파라미터인 β의 변화가 구동전류에 미치는 영향을 도시한 그래프이다.
도 13은 HDD형 트랜지스터에 있어서, 절연체의 위치에 관한 파라미터인 α의 변화가 누설전류에 미치는 영향을 도시한 그래프이다.
도 14는 HDD형 트랜지스터에 있어서, 절연체의 위치에 관한 파라미터인 β의 변화가 누설전류에 미치는 영향을 도시한 그래프이다.
도 15 내지 16은 본 발명의 여러 실시예 따른 saddle FinFET의 형상을 도시한 것이다.
1 shows a MOSFET according to the prior art.
Figure 2 shows a RCAT (Recessed Channel Array Transistor) according to the prior art.
Figure 3 shows a saddle FinFET according to the prior art.
Figure 4 shows a RCAT (Recessed Channel Array Transistor) according to the present invention.
5 shows a saddle FinFET according to the present invention.
6 shows a voltage distribution between a drain and a gate of a transistor having a non-planar channel to which an LDD process is applied.
7 shows a voltage distribution between a drain and a gate of a transistor having a non-planar channel to which an HDD process is applied.
8 is a conceptual diagram showing a doped region according to the LDD type and the HDD type.
9 is a graph showing the effect of a change in α, a parameter on the position of an insulator, on a leakage current in an LDD transistor.
10 is a graph showing the effect of a change in parameter α related to the position of an insulator on a driving current in an LDD transistor.
11 is a graph showing the effect of a change in β, a parameter on the position of an insulator, on a leakage current in an LDD transistor.
12 is a graph showing the effect of a change in β, a parameter on the position of an insulator, on a driving current in an LDD transistor.
13 is a graph showing the effect of a change in parameter α on the position of an insulator on a leakage current in an HDD transistor.
14 is a graph showing the effect of a change in β, a parameter on the position of an insulator, on a leakage current in an HDD transistor.
15 to 16 show the shape of a saddle FinFET according to various embodiments of the present invention.

본 발명의 구체적 특징 및 이점들은 첨부된 도면에 의거한 다음의 설명으로 더욱 명백해질 것이다. 이에 앞서 본 발명에 관련된 공지 기능 및 그 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 구체적인 설명을 생략하였음에 유의해야 할 것이다.Specific features and advantages of the present invention will become more apparent from the following description based on the accompanying drawings. Prior to this, if it is determined that a detailed description of known functions and configurations related to the present invention may unnecessarily obscure the subject matter of the present invention, it should be noted that the detailed description is omitted.

도 4 및 도 5는 각각 본 발명에 따른 RCAT(Recessed Channel Array Transistor), saddle FinFET의 외관을 도시한 것이다. 도 4(b)는 본 발명에 따른 RCAT의 사시도이고, 도 4(a)는 본 발명에 따른 RACT를 상면에서 바라면 평면도이다. 도 4(c)는 도 4(a)에서 A-A‘을 따라 절개한 단면도이고, 도 4(d)는 도 4(a)에서 B-B’를 따라 절개한 단면도이다. 4 and 5 respectively show the appearance of a Recessed Channel Array Transistor (RCA) and a saddle FinFET according to the present invention. Fig. 4 (b) is a perspective view of the RCAT according to the present invention, and Fig. 4 (a) is a plan view when the RACT according to the present invention is viewed from the top. FIG. 4 (c) is a cross-sectional view taken along A-A 'in FIG. 4 (a), and FIG. 4 (d) is a cross-sectional view taken along B-B' in FIG. 4 (a).

도 5(b)는 본 발명에 따른 saddle FinFET의 사시도이고, 도 5(a)는 본 발명에 따른 saddle FinFET를 상면에서 바라면 평면도이다. 도 5(c)는 도 5(a)에서 A-A’을 따라 절개한 단면도이고, 도 5(e)는 도 5(a)에서 B-B’를 따라 절개한 단면도이다. 도 5(d)는 도 5(a)에서 C-C’를 따라 절개한 단면도이다. 5 (b) is a perspective view of the saddle FinFET according to the present invention, and FIG. 5 (a) is a plan view of the saddle FinFET according to the present invention when viewed from the top. 5 (c) is a sectional view taken along A-A 'in FIG. 5 (a), and FIG. 5 (e) is a sectional view taken along B-B' in FIG. 5 (a). 5 (d) is a cross-sectional view taken along line C-C 'in FIG. 5 (a).

본 발명에 따라 적용된 RCAT(Recessed Channel Array Transistor)와 saddle FinFET사이에서, GIDL에 의한 누설전류 특성의 개선 뿐 만 아니라 다른 전기적인 특성의 변화는 차이점이 없으므로 이후의 장에서는 saddle FinFET을 통해 본 발명을 설명하도록 한다.Between the RCAT (Recessed Channel Array Transistor) and the saddle FinFET applied according to the present invention, there is no difference in the improvement of the leakage current characteristic by GIDL as well as the change in other electrical characteristics. Explain.

종래기술에 따른 saddle FinFET과는 실리콘 몸체(2), 게이트 전극(8) 및 드레인 또는 소스영역(9)의 기본 구조에는 차이가 없다. 다만 본 발명에서는 드레인 영역 또는 소스 영역의 소정 깊이에 절연체(10)가 매립되어 있다는 점에서 종래의 saddle FinFET과 차이가 있다. 도 5(b) 및 도 5(c)를 통하여 파악할 수 있듯이, 절연체(10)는 드레인 영역 또는 소스영역(9)에서 실리콘 몸체(2)의 상면으로부터 소정 거리(d1)를 두고 매립되어 있다. There is no difference in the basic structure of the silicon body 2, the gate electrode 8 and the drain or source region 9 from the saddle FinFET according to the prior art. However, the present invention is different from the conventional saddle FinFET in that the insulator 10 is embedded in a predetermined depth of the drain region or the source region. 5 (b) and 5 (c), the insulator 10 is buried at a predetermined distance d1 from the top surface of the silicon body 2 in the drain region or the source region 9.

위 절연체(10)로는 유전율 3 ~ 50에 이르는 다양한 종류의 유전체를 사용할 수 있는데, 통상적으로 반도체 소자에 절연체로 가장 대표적으로 쓰이는 SiO2 및 Si3N4 를 비롯하여, HfO2, ZrO2 등의 high-k물질들을 사용할 수 있다. As the above insulator 10, various kinds of dielectric materials having a dielectric constant of 3 to 50 can be used, and SiO 2 and Si 3 N 4, which are most commonly used as insulators in semiconductor devices, are high, such as HfO 2 and ZrO 2 . -k materials can be used.

더 나아가 일반적인 유전체 뿐만 아니라, 유전체와 같은 성질을 보여줄 수 있는 에어층 또는 진공층을 실리콘 몸체(2) 내에 형성하는 것에 의해서도 누설전류 감소 효과를 얻을 수 있다. Furthermore, the leakage current reduction effect can be obtained not only by a general dielectric, but also by forming an air layer or a vacuum layer in the silicon body 2 that can exhibit properties such as dielectric.

본 발명의 발명자는 절연체(10)의 형성 위치를 적절히 조절함으로써 GIDL(Gate Induced Drain Leakage)에 의한 누설전류를 감소시킬 수 있음을 발견하였다. GIDL은 드레인과 게이트 사이에서 전자의 터널링에 의해 발생하여 누설전류가 발생하는 현상으로서, 도 6 및 도 7은 드레인에 전압을 가했을 때 드레인 영역(9)에 형성되는 전기장의 전압 등고선을 나타내고 있다. The inventors of the present invention have found that it is possible to reduce the leakage current caused by GIDL (Gate Induced Drain Leakage) by appropriately adjusting the formation position of the insulator 10. GIDL is a phenomenon that occurs due to the tunneling of electrons between the drain and the gate to generate a leakage current. FIGS. 6 and 7 show voltage contour lines of the electric field formed in the drain region 9 when a voltage is applied to the drain.

참고로 도 6에 도시된 트랜지스터의 소스/드레인 도핑 형태는 게이트와 드레인(또는 소스) 영역 사이의 오버랩된(overlapped) 영역의 도핑 농도를 낮게 유지시키는 LDD(Lightly Doped Drain) 공정이 적용된 것이고, 도 7에 도시된 트랜지스터의 도핑 형태는 게이트와 드레인(또는 소스) 영역 사이의 오버랩된(overlapped) 영역까지 도핑 농도가 높게 유지된 HDD(Highly Doped Drain) 공정이 적용된 것이다. 도핑 물질로는 안티몬(Sb), 비소(As), 인(P)과 같은 5족 원소, 또는 붕소(B), 갈륨(Ga), 인듐(In)과 같은 3족 원소가 사용될 수 있다. For reference, the source / drain doping type of the transistor illustrated in FIG. 6 is a lightly doped drain (LDD) process in which a doping concentration of an overlapped region between a gate and a drain (or source) region is kept low. The doping form of the transistor shown in 7 is a high doped drain (HDD) process in which the doping concentration is maintained to an overlapped region between the gate and drain (or source) regions. As the doping material, Group 5 elements such as antimony (Sb), arsenic (As), and phosphorus (P), or Group 3 elements such as boron (B), gallium (Ga), and indium (In) may be used.

도 8(a)는 LDD형 트랜지스터(saddle FinFET)에서 드레인과 소스가 도핑된 형태를, 도 8(b)는 HDD형 트랜지스터에서 드레인과 소스가 도핑된 형태를 개략적으로 보여주기 위한 것이다. 여기서 점선은 절연체를 표시하는데, 절연체의 위치 및 사이즈는 본 발명이 얻고자 하는 기술적 효과를 얻는데 중요한 파라메터로서 이하에서 자세하게 설명하도록 한다. 8 (a) is a drain and source doped form in the LDD type transistor (saddle FinFET), and FIG. 8 (b) is a schematic view showing a form in which the drain and source are doped in the HDD type transistor. Here, the dotted line indicates the insulator, and the position and size of the insulator are important parameters for obtaining the technical effect that the present invention seeks to be described in detail below.

도 6(a)는 실리콘 몸체(2) 내에 절연체(10)가 매립되지 않은 종래의 saddle FinFET 내에서의 전압등고선을, 도 6(b) 내지 도 6(f)는 다양한 사이즈 및 위치의 절연체(10)가 드레인 영역에 매립된 상태에서 saddle FinFET 내에서의 전압등고선을 도시하고 있는데, 여기서 절연체는 검정색 점선으로 표시되어 있다. 참고로 도 6에 도시된 것은 LDD형 공정이 적용된 것이다. 6 (a) shows voltage contour lines in a conventional saddle FinFET in which the insulator 10 is not embedded in the silicon body 2, and FIGS. 6 (b) to 6 (f) are insulators of various sizes and locations ( 10) shows the voltage contour line in the saddle FinFET in the state where it is buried in the drain region, where the insulator is marked with a black dotted line. For reference, what is shown in FIG. 6 is that the LDD type process is applied.

그리고 도 7(a)는 HDD형 공정이 적용된 종래의 saddle FinFET 내에서의 전압등고선을, 도 7(b) 내지 도 7(d)는 다양한 종류의 절연체(10; SiO2, Si3N4, HfO2)가 드레인 영역에 매립된 상태에서의 saddle FinFET 내에서의 전압등고선을 도시하고 있다. 7 (a) shows voltage contour lines in a conventional saddle finFET to which an HDD type process is applied, and FIGS. 7 (b) to 7 (d) show various types of insulators 10 (SiO2, Si3N4, HfO2) drained. It shows the voltage contour in the saddle FinFET in the region embedded state.

여기서 “드레인 영역”이란 표현은 드레인 도핑이 이루어진 영역을 의미하는 것으로서, 절연체(10)가 도핑된 영역과 떨어져서 별개로 형성되는 것이 아니라, 도핑된 영역 내에 절연체(10)가 위치하게 되는 것을 의미한다.Here, the expression “drain region” refers to a region in which drain doping is performed, and does not mean that the insulator 10 is formed separately from the doped region, but means that the insulator 10 is located in the doped region. .

동일한 전압을 드레인에 걸어주더라도, 절연체의 존재에 의하여 전압 등고선의 형태가 변화함을 확인할 수 있었다. 즉, 절연체(10)가 드레인 영역 내에 위치하는 것에 의하여 전압 등고선의 간격을 조절하게 됨을 알 수 있다. Even if the same voltage was applied to the drain, it was confirmed that the shape of the voltage contour line changed due to the presence of the insulator. That is, it can be seen that the spacing of the voltage contour lines is adjusted by the insulator 10 located in the drain region.

드레인 영역과 게이트 사이의 전압 등고선의 간격이 조밀할수록 GIDL에 의한 누설전류의 원인이 되는 Ev에서 Ec로 tunneling되는 전자의 개수가 증가하게 되는데, 절연체의 위치를 적절하게 조절해줌으로써 드레인 영역과 게이트 사이의 전압 등고선 형태를 변화시킬 수 있었고, 실제 누설 전류의 양을 감소시킬 수 있음을 실험을 통하여 확인할 수 있었다. As the distance between the drain region and the gate is denser, the number of electrons tunneling from Ev to Ec, which is the cause of leakage current due to GIDL, increases. Between the drain region and the gate by appropriately adjusting the position of the insulator. It was confirmed through experiments that it was possible to change the shape of the voltage contour and reduce the amount of actual leakage current.

본 발명의 발명자는 절연체의 사이즈 및 위치를 다양하게 변화시켜가면서 GIDL에 의한 누설전류의 양을 확인하였고, 누설전류 감소에 가장 영향을 미치는 파라미터를 확인하였다. 도 4(c) 및 도 5(c)를 살펴보면 절연체의 사이즈와 위치를 나타내는 여러가지 변수들이 도시되어 있음을 알수 있다. The inventor of the present invention confirmed the amount of leakage current by GIDL while varying the size and position of the insulator, and confirmed the parameters that most affect the leakage current reduction. Looking at Figures 4 (c) and 5 (c), it can be seen that various variables showing the size and position of the insulator are shown.

여기서 절연체(10)의 상단과 게이트 절연막(7)의 하단 사이의 Y축 방향으로의 거리(y), 그리고 절연체(10)의 일측면과 게이트 절연막(7) 일측면 사이의 X축 방향으로의 거리(x)가 누설 전류의 감소에 가장 영향을 미치는 파라미터였다.Here, the distance y in the Y-axis direction between the top of the insulator 10 and the bottom of the gate insulating film 7 and in the X-axis direction between one side of the insulator 10 and one side of the gate insulating film 7 Distance (x) was the most influential parameter for the reduction of leakage current.

절연체(10)의 높이 방향(Y축 방향)의 크기(d2)는 절연체의 하단이 게이트(8)의 하단보다 아래로만 내려와 있을 정도의 크기이면, 그 크기(d2)가 GIDL 개선에 큰 영향을 미치지 않음을 확인하였다. The size (d2) in the height direction (Y-axis direction) of the insulator 10 is such that if the bottom of the insulator is only down below the bottom of the gate 8, the size (d2) greatly affects the GIDL improvement. It was confirmed that it was not insane.

설명의 편의를 위하여, 이하에서는 절연체(10)의 게이트 절연막(7)의 하단 사이의 Y축 방향으로의 거리(y)를 게이트 절연막(7)이 실리콘 몸체(2)에 매립된 깊이(D)로 나누어 얻어진 무차원화된 변수 α, 즉 Y축 방향 상대거리를 사용한다. 더 나아가 절연체(10)와 게이트(7) 사이의 X축 방향으로의 거리(x)를 실리콘 몸체(2)의 일측면으로부터 게이트 절연막(7)의 일측면까지의 거리(L)로 나누어 얻어진 무차원화된 변수 β, 즉 X축 방향 상대거리를 사용한다. For convenience of description, hereinafter, the distance D in the Y-axis direction between the lower ends of the gate insulating films 7 of the insulator 10 is the depth D in which the gate insulating films 7 are embedded in the silicon body 2. The dimensionless variable α obtained by dividing by is used, that is, the relative distance in the Y-axis direction. Furthermore, the indifference obtained by dividing the distance x in the X-axis direction between the insulator 10 and the gate 7 by the distance L from one side of the silicon body 2 to one side of the gate insulating film 7 Use the originalized variable β, the relative distance in the X-axis direction.

즉, α는 절연체(10)와 게이트(8)의 높이 방향(Y축 방향)으로의 거리 관계를 나타내는 것으로서, 0 이하는 절연체(10)의 상단이 게이트 절연막(7)의 최단보다 아래에 있다는 것을, 1 이면 절연체(10)의 상면이 실리콘 몸체(2)의 상면에 맞닿는 것을 의미한다. That is, α denotes the distance relationship between the insulator 10 and the gate 8 in the height direction (Y-axis direction), wherein 0 or less indicates that the top of the insulator 10 is lower than the shortest of the gate insulating film 7 That is, 1 means that the upper surface of the insulator 10 is in contact with the upper surface of the silicon body 2.

그리고 β가 0 이면 절연체(10)가 게이트 절연막(7)에 거의 맞닿게 되는 것을, β가 1에 가까워지면 절연체(10)의 두께가 얇아져 거의 없다시피 하는 것을 의미한다. And when β is 0, it means that the insulator 10 is almost in contact with the gate insulating film 7, and when β is close to 1, it means that the thickness of the insulator 10 is thin and almost absent.

이하 도 9 및 10의 그래프에서 사용된 “Pi-FinFET”은 본 발명에 따른 트랜지스터를 지칭하는 하는 것으로서, LDD형 공정이 적용된 것이다. Hereinafter, “Pi-FinFET” used in the graphs of FIGS. 9 and 10 refers to a transistor according to the present invention, and an LDD type process is applied.

도 9는 α값을 변화시켜가면서 측정한 누설전류(Ioff)의 변동추이를 나타내는 그래프이고, 도 10은 α값을 변화시켜가면서 측정한 구동전류(Ion)의 변동추이를 나타내는 그래프이다. 9 is a graph showing a change trend of the leakage current Ioff measured while changing the α value, and FIG. 10 is a graph showing a change trend of the drive current Ion measured while changing the α value.

누설전류(Ioff)는 게이트(8)를 off 시켰을때, 드레인에 걸린 전압에 의하여 드레인 영역에 흐르는 전류로서, 트랜지스터가 정상적으로 작동하기 위해서는 전류가 0가 되거나 가급적 매우 작은 값으로 유지되어야 한다. 도 7에서 별표는 절연체(10)를 매립시키지 않은 종래의 saddle FinFET에서 얻어진 누설전류의 값이다. 그리고 나머지 그래프들은 α값을 변화시켜 가면서 얻어진 누설전류의 값들로서, 다양한 β에 대하여 실험을 실시하였다. The leakage current Ioff is a current flowing in the drain region by the voltage applied to the drain when the gate 8 is turned off, and the current must be 0 or kept at a very small value as much as possible for the transistor to operate normally. The asterisk in FIG. 7 is the value of the leakage current obtained in a conventional saddle FinFET without filling the insulator 10. And the rest of the graphs are the values of the leakage current obtained by changing the α value, and experiments were conducted on various βs.

α 값이 커짐에 따라서 전체적으로 누설전류(Ioff)는 감소하는 경향을 보이고 있고, 그 경향성은 β값의 차이에 의하여 크게 영향을 받지 않음을 알 수 있었다. 그리고 α값이 0.2 이상이면 종래의 saddle FinFET에서 발생하는 누설전류(Ioff)의 양이 확실히 감소함을 확인할 수 있었다. α이 커지면 커질수록 누설전류(Ioff)의 양은 지속적으로 감소하게 되지만, α가 1이 되면 절연체(10)가 실리콘 몸체(2) 밖으로 노출되고 드레인 영역 자체가 없어지게 된다. 드레인 영역으로 캐리어들이 이동할 수 있어야 하므로 α는 0.9 정도를 상한으로 하는 것이 바람직하다. As the α value increased, it was found that the leakage current Ioff tended to decrease as a whole, and the tendency was not significantly affected by the difference in the β value. And when the α value is 0.2 or more, it was confirmed that the amount of leakage current (Ioff) generated in the conventional saddle FinFET is certainly reduced. As α increases, the amount of leakage current (Ioff) decreases continuously, but when α becomes 1, the insulator 10 is exposed outside the silicon body 2 and the drain region itself disappears. Since carriers must be able to move to the drain region, it is preferable to set α to about 0.9 as an upper limit.

도 10은 게이트가 on 상태일 때 발생하는 구동전류(Ion)로서, 이는 트랜지스터가 동작하기 위한 정상적인 전류이므로 절연체에 의해서 그 값이 줄어드는 것은 바람직하지 못하다. 도 10에서 별표는 종래의 saddle FinFET에서의 구동전류(Ion)를 의미하고, α를 변화시켜 가면서 구동전류(Ion)가 변화하는 추세를 조사하였다. 누설전류(Ioff)가 α값의 변화에 민감하게 변화하는데 반하여, 구동전류(Ion)는 절연체의 존부 또는 α값에 크게 영향을 받지 않고 종래의 saddle FinFET에서의 구동전류(Ion)와 큰 차이 없는 값을 가지게 됨을 알 수 있다. 10 is a driving current (Ion) generated when the gate is on, which is a normal current for the transistor to operate, so it is not desirable to reduce the value by an insulator. In FIG. 10, an asterisk means a driving current (Ion) in a conventional saddle FinFET, and the trend of changing the driving current (Ion) while changing α was investigated. While the leakage current (Ioff) is sensitive to changes in the α value, the driving current (Ion) is not significantly affected by the presence or absence of the insulator or the α value, and is not significantly different from the driving current (Ion) in a conventional saddle finFET. You can see that it has a value.

그러므로 도 9 및 10의 데이터로부터, 절연체(10)의 존재가 구동전류(Ion)에는 영향을 크게 미치지 않으면서, 누설전류(Ioff)의 감소에는 크게 영향을 미침으로서 saddle FinFET 성능 개선에 크게 도움을 줌을 확인할 수 있었다. Therefore, from the data of FIGS. 9 and 10, the presence of the insulator 10 does not significantly affect the driving current Ion, and greatly affects the reduction of the leakage current Ioff, thereby greatly improving the saddle FinFET performance. I was able to check the zoom.

도 11은 β를 변화시켜가면서 조사한 누설전류(Ioff)의 양을 정리한 것이다. α값은 크면 클수록 누설전류(Ioff) 감소효과가 큰 것에 비하여, β값은 특정 범위에서 누설전류(Ioff) 감소효과가 두드러짐을 확인할 수 있었는데, β가 0.2 이상 0.7 이하일 때 충분한 누설전류(Ioff) 감소 효과를 얻을 수 있었다. 더 바람직하게는 0.3 이상 0.45 이하일 때 누설전류(Ioff) 감소 효과가 극대화됨을 알 수 있다. 참고로 여기서 별표는 절연체가 매립되지 않은 종래의 saddle FinFET에서 얻어진 누설전류의 값을 나타내고 있다. FIG. 11 summarizes the amount of leak current Ioff irradiated while changing β. The larger the α value, the greater the leakage current (Ioff) reduction effect, whereas the β value was found to have a significant leakage current (Ioff) reduction effect in a specific range. A reduction effect could be obtained. More preferably, it can be seen that the leakage current (Ioff) reduction effect is maximized when it is 0.3 or more and 0.45 or less. For reference, the asterisk here indicates the value of the leakage current obtained in a conventional saddle FinFET without an insulator.

도 12는 β를 변화시켜가면서 조사한 구동전류(Ion)의 양을 정리한 것으로서, β값이 작을 수록 구동전류(Ion)의 값이 작아지는 경향성을 보이고 있다. 그렇지만 누설전류(Ioff)의 감소효과가 현저한 영역, 즉, β값이 즉 0.2 이상 0.7 이하에서는 saddle FinFET의 구동에 실질적인 영향을 미칠 정도로 구동전류(Ion)의 감소폭이 크지는 아니함을 확인할 수 있었다. 참고로 여기서 별표는 절연체가 매립되지 않은 종래의 saddle FinFET에서 얻어진 구동전류의 값을 나타내고 있다. FIG. 12 summarizes the amount of driving current (Ion) irradiated while changing β, and shows a tendency that the smaller the value of β, the smaller the value of driving current (Ion). However, it was confirmed that in the region in which the reduction effect of the leakage current Ioff is remarkable, that is, the β value is 0.2 or more and 0.7 or less, the reduction width of the driving current Ion is not large enough to have a substantial effect on the driving of the saddle finFET. For reference, the asterisk here indicates the value of the driving current obtained in a conventional saddle FinFET without an insulator.

그러므로 도 11 및 12의 그래프로부터, β 값이 소정 범위에 있을 경우에는 절연체(10)의 존재가 구동전류(Ion)에는 영향을 크게 미치지 않으면서, 누설전류(Ion)의 감소에는 크게 영향을 미침으로서 saddle FinFET의 성능 개선에 크게 도움을 주는 것을 확인할 수 있었다. Therefore, from the graphs of FIGS. 11 and 12, when the β value is within a predetermined range, the presence of the insulator 10 does not significantly affect the driving current Ion, but greatly affects the reduction of the leakage current Ion. As a result, it was confirmed that it greatly helps to improve the performance of the saddle FinFET.

이하 도 13 및 14의 그래프에서 사용된 “saddle FinFET”은 본 발명에 따른 트랜지스터를 지칭하는 하는 것으로서, HDD형 공정이 적용된 것이다. Hereinafter, “saddle FinFET” used in the graphs of FIGS. 13 and 14 refers to a transistor according to the present invention, and is applied to an HDD type process.

도 13은 α값을 변화시켜가면서 측정한 누설전류(Ioff)의 변동추이를 나타내는 그래프이고, 도 14는 β값을 변화시켜가면서 측정한 누설전류(Ioff)의 변동추이를 나타내는 그래프이다. 13 is a graph showing a variation trend of the leakage current Ioff measured while changing the α value, and FIG. 14 is a graph showing a variation trend of the leakage current Ioff measured while changing the β value.

누설전류(Ioff)는 게이트(8)를 off 시켰을 때 발생하는 전류로써, 게이트와 드레인 영역이 오버랩(overlap) 된 영역에서 주로 발생한다. 트랜지스터가 정상적으로 작동하기 위해서는 전류가 0가 되거나 가급적 매우 작은 값으로 유지되어야하는 것임은 앞서 설명한 바와 같다. Leakage current (Ioff) is a current generated when the gate (8) is turned off, and occurs mainly in the region where the gate and drain regions overlap. It is as described above that the current must be 0 or kept as small as possible for the transistor to operate normally.

도 13 및 14에서 별표는 절연체(10)를 매립시키지 않은 종래의 saddle FinFET에서 얻어진 누설전류의 값이다. 그리고 나머지 그래프들은 α값을 변화시켜 가면서 얻어진 누설전류의 값들로서, 다양한 β에 대하여 실험을 실시하였다.  The asterisks in FIGS. 13 and 14 are the values of the leakage current obtained in the conventional saddle FinFET without embedding the insulator 10. And the rest of the graphs are the values of the leakage current obtained by changing the α value, and experiments were conducted on various βs.

도 13을 참조하면, α 값이 0.4 이상이 되면서부터 α 값이 커짐에 따라 누설전류(Ioff)가 큰 폭으로 작아짐을 확인할 수 있었고, α 값이 0.6 이상인 0.9 이하인 영역에서 실용적으로 유의미한 정도의 누설전류(Ioff) 감소량을 얻을 수 있었다. Referring to FIG. 13, it was confirmed that the leakage current (Ioff) was significantly reduced as the α value was increased from the value of α being 0.4 or more, and the leakage was practically significant in the region where the α value was 0.6 or more and 0.9 or less. The amount of current (Ioff) reduction was obtained.

그리고 도 14는 β 값을 변화시켜가면서 조사한 누설전류(Ioff)의 양을 정리한 것이다. β값이 0.4 이하인 범위에서 실용적으로 유의미한 정도의 누설전류(Ioff) 감소효과가 나타났는데, β값이 작아질수록 일관적으로 누설전류 감소효과가 타남을 확인할 수 있었다. β값의 하한은 0에 수렴(절연체가 게이트에 거의 맞닿는 상태)할 수 있으나, 실용적인 관점(제조 용이성 측면)에서 0.1 이상인 것이 바람직하다. And Figure 14 summarizes the amount of leakage current (Ioff) irradiated while changing the β value. In the range where the β value was 0.4 or less, a practically significant leakage current (Ioff) reduction effect was observed. As the β value decreased, it was confirmed that the leakage current reduction effect was consistent. The lower limit of the β value can converge to 0 (the state where the insulator is almost in contact with the gate), but is preferably 0.1 or more from a practical point of view (in terms of ease of manufacture).

결론적으로, HDD형 saddle FinFET에 있어서, 절연체의 상대적 깊이를 나타내는 파라메터인 α값은 0.6 이상 0.9 이하, β값은 0.4 이하의 범위에서 누설전류(Ioff) 감소효과가 극대화됨을 알 수 있다. In conclusion, it can be seen that in the HDD type saddle FinFET, the α value, which is a parameter representing the relative depth of the insulator, is 0.6 or more and 0.9 or less, and the β value is 0.4 or less, and the effect of reducing the leakage current (Ioff) is maximized.

도 15 및 16은 본 발명에 따른 또 다른 실시 예들을 도시한 것으로서, 종래의 다양한 형태의 saddle FinFET에도 본 발명에 따른 기술적 사상, 즉 드레인 영역 또는 소스 영역의 소정 부분에 절연체를 매립할 수 있음을 보여주는 것이다. 도 15 내지 16에 도시된 실시예들에 있어서, saddle FinFET의 구조에 다소 차이가 있다고 하더라도, 앞에서 설명한 절연체의 파라미터들은 그대로 적용될 수 있다. 15 and 16 illustrate further embodiments according to the present invention, and the technical idea according to the present invention, that is, an insulator may be embedded in a predetermined portion of a drain region or a source region in various conventional saddle FinFETs. It is showing. In the embodiments shown in FIGS. 15 to 16, even if there are some differences in the structure of the saddle FinFET, the parameters of the insulator described above can be applied as it is.

각각의 도면에서, (b)는 saddle FinFET의 사시도이고, (a)는 saddle FinFET를 상면에서 바라본 평면도이며, (c)는 (a)에서 A-A’를 따라 절개한 단면을, (d)는 (a)에서 C-C’를 절개한 단면을, (e)는 (a)에서 B-B’를 따라 절개한 단면을 도시한 것이다. In each figure, (b) is a perspective view of the saddle FinFET, (a) is a plan view of the saddle FinFET from the top, (c) is a cross-section cut along A-A 'in (a), (d) Is a cross-section of C-C 'in (a), and (e) is a cross-section of B-B' in (a).

도 15 및 16에 도시된 saddle FinFET은 게이트가 채널을 삼중으로 감싸고 있는 구조를 가지고 있는데, 도 15는 측면게이트는 형성시키지 않고 게이트 아래의 채널이 형성되는 영역 근처에 한해서 게이트가 채널을 삼중으로 감싸는 형태의 saddle FinFET을 도시하고 있고, 도 16은 채널 근처의 게이트 영역은 삼중게이트를 유지하고 측면 게이트 영역의 소스 및 드레인 영역과 오버랩되는 영역을 줄인 형태의 saddle FinFET을 도시하고 있다. The saddle FinFET shown in FIGS. 15 and 16 has a structure in which the gate surrounds the channel in a triple layer, and in FIG. 15, the gate surrounds the channel in a triple layer only in the region where the channel under the gate is formed without forming the side gate. A saddle FinFET of the form is shown, and FIG. 16 shows a saddle FinFET of the form where the gate region near the channel maintains a triple gate and reduces regions overlapping the source and drain regions of the side gate region.

절연체(10)를 제외한 나머지 saddle FinFET의 구조는 종래기술에 따른 것이므로 구체적인 설명은 생략하도록 한다. The structure of the remaining saddle FinFET except the insulator 10 is according to the prior art, so a detailed description thereof will be omitted.

1, 11 : 실리콘 기판
2, 12 : 담장형(Wall-type) 실리콘 몸체
3 : 제 1절연막
4 : 질화막
5 : 제 2절연막(필드 절연막 또는 격리 절연막)
6 : 폴리실리콘
7, 17 : 게이트 절연막
8, 18 : 게이트 전극
9, 19 : 소스/드레인 영역
10 : 절연체
Xj : 소스/드레인 junction
1, 11: silicon substrate
2, 12: Wall-type silicone body
3: 1st insulating film
4: nitride film
5: 2nd insulating film (field insulating film or insulating insulating film)
6: Polysilicon
7, 17: gate insulating film
8, 18: gate electrode
9, 19: source / drain area
10: insulator
Xj: source / drain junction

Claims (8)

드레인 영역과 소스 영역이 각각 형성된 실리콘 몸체(2) 및 상기 드레인 영역과 상기 소스 영역 사이에서 상기 실리콘 몸체(2)에, 게이트 절연막(7)이 개재된 상태로 적어도 일부가 매립된 게이트(8)를 포함하는 비평탄형 채널을 갖는 트랜지스터에 관한 것으로서,
상기 드레인 영역 및 상기 소스 영역은 상기 실리콘 몸체(2) 중 도핑 물질이 도핑된 부분이며,
상기 실리콘 몸체(2)에는 절연체(10)가 매립되되,
상기 실리콘 몸체(2)의 높이 방향(Y축 방향)을 기준으로, 상기 절연체(10)의 상면은 상기 실리콘 몸체(2)에 매립된 상기 게이트 절연막(7)의 하면보다 높은 위치에 있음과 동시에, 상기 드레인 영역 또는 소스 영역 내에 위치하며,
상기 드레인 영역은 HDD(Highly Dopped Drain) 공정에 의하여 형성되고,
상기 절연체(10)의 상면과 상기 게이트 절연막(7)의 하면 사이의 실리콘 몸체(2)의 높이 방향 거리(y)를 상기 게이트 절연막(7)이 상기 실리콘 몸체(2)에 매립된 깊이(D)로 나눈 α값은 0.6 이상 0.9 이하인 것을 특징으로 하는 비평탄형 채널을 갖는 트랜지스터.
A gate 8 in which at least a portion of the silicon body 2 having a drain region and a source region is formed, and at least a part of the silicon body 2 is interposed between the drain region and the source region with a gate insulating film 7 interposed therebetween. As for a transistor having a non-planar channel comprising a,
The drain region and the source region are portions of the silicon body 2 doped with a doping material,
Insulator 10 is buried in the silicon body 2,
With respect to the height direction (Y-axis direction) of the silicon body 2, the upper surface of the insulator 10 is at a higher position than the lower surface of the gate insulating film 7 embedded in the silicon body 2 and at the same time , Located in the drain region or the source region,
The drain region is formed by a HDD (Highly Dopped Drain) process,
The depth (D) in which the gate insulating film 7 is buried in the silicon body 2 is the distance y in the height direction of the silicon body 2 between the upper surface of the insulator 10 and the lower surface of the gate insulating film 7. The α value divided by) is 0.6 or more and 0.9 or less.
삭제delete 삭제delete 청구항 1에 있어서, 상기 절연체(10)와 상기 게이트 절연막(7) 사이의 수평 방향(X축 방향) 최단 거리(x)를, 상기 절연체(10)가 매립되어 있는 쪽의 상기 실리콘 몸체(2)의 측단면과 상기 게이트 절연막(7) 사이의 수평방향(X축 방향) 최단 거리(L)로 나눈 β값은 0.4 이하인 것을 특징으로 하는 비평탄형 채널을 갖는 트랜지스터.
The silicon body (2) of claim 1, wherein the shortest distance (x) between the insulator (10) and the gate insulating film (7) in the horizontal direction (X-axis direction) is buried. Transistor having a non-planar channel, characterized in that the β value divided by the shortest distance (L) in the horizontal direction (X-axis direction) between the side cross-section and the gate insulating film 7 is 0.4 or less.
청구항 1 또는 청구항 4에 있어서, 상기 절연체는 유전체인 것을 특징으로 하는 비평탄형 채널을 갖는 트랜지스터.
The transistor according to claim 1 or 4, wherein the insulator is a dielectric.
청구항 5에 있어서, 상기 유전체는 SiO2, Si3N4, 및 HfO2, ZrO2중에서 선택된 적어도 하나의 물질로 구성되는 것을 특징으로 하는 비평탄형 채널을 갖는 트랜지스터.
The transistor according to claim 5, wherein the dielectric is made of at least one material selected from SiO 2 , Si 3 N 4 , and HfO 2 and ZrO 2 .
청구항 1 또는 청구항 4에 있어서, 상기 절연체는 진공층에 의하여 형성된 것을 특징으로 하는 비평탄형 채널을 갖는 트랜지스터.
The transistor according to claim 1 or 4, wherein the insulator is formed by a vacuum layer.
청구항 1 또는 청구항 4에 있어서, 상기 절연체는 육면체 형상으로 형성되는 것을 특징으로 하는 비평탄형 채널을 갖는 트랜지스터.










The transistor according to claim 1 or 4, wherein the insulator is formed in a hexahedral shape.










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