KR102583271B1 - Monolithic metal-insulator transition device and method for manufacturing the same - Google Patents

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Abstract

모놀리식 금속-절연체 전이 소자가 제공된다. 모놀리식 금속-절연체 전이 소자는 구동 영역 및 스위칭 영역을 포함하는 기판; 상기 구동 영역 상의 제1 및 제2 소스/드레인 영역들; 상기 제1 및 제2 소스/드레인 영역들 사이의 게이트 전극; 상기 스위칭 영역 상에 상기 기판의 상면과 인접하게 형성된 인렛 웰 영역; 상기 인렛 웰 영역과 상기 기판의 하면 사이에, 상기 인렛 웰 영역과 다른 도전형을 갖는 콘트롤 웰 영역; 상기 제1 소스/드레인 영역 및 상기 콘트롤 웰 영역을 전기적으로 연결하는 제1 배선; 및 상기 제2 소스/드레인 영역 및 상기 인렛 웰 영역을 전기적으로 연결하는 제2 배선을 포함할 수 있다.A monolithic metal-insulator transition device is provided. A monolithic metal-insulator transition device includes a substrate containing a driving region and a switching region; first and second source/drain regions on the driving region; a gate electrode between the first and second source/drain regions; an inlet well region formed on the switching region and adjacent to a top surface of the substrate; a control well region between the inlet well region and the lower surface of the substrate and having a conductivity type different from that of the inlet well region; a first wiring electrically connecting the first source/drain region and the control well region; and a second wiring electrically connecting the second source/drain region and the inlet well region.

Figure R1020210133941
Figure R1020210133941

Description

모놀리식 금속-절연체 전이 소자 및 그 제조방법{Monolithic metal-insulator transition device and method for manufacturing the same}Monolithic metal-insulator transition device and method for manufacturing the same}

본 발명은 금속-절연체 전이 유도를 위한 임계전류 공급영역(구동 영역)을 포함하는 모놀리식 금속-절연체 전이 소자에 관한 것이다.The present invention relates to a monolithic metal-insulator transition device including a critical current supply region (drive region) for inducing a metal-insulator transition.

구체적으로, 본 발명은 단일 기판 상에 집적된 두 종류의 트랜지스터의 결합으로 구성된 모놀리식 금속-절연체-전이 소자의 개발에 관한 것으로 반도체 소자 설계 및 제조 분야에 속한다.Specifically, the present invention relates to the development of a monolithic metal-insulator-transition device consisting of a combination of two types of transistors integrated on a single substrate, and belongs to the field of semiconductor device design and manufacturing.

금속-절연체 전이 소자는 물질의 상태 전이를 이용한 스위칭 소자로서, 전력 반도체 소자(Power Semiconductor device)로 사용될 수 있다. 전력 반도체 소자는 전자기기 내에서 전력 제어처리를 수행하는 소자이다. 전력 반도체 소자는 파워 모듈 및 시스템에 필수적으로 사용되고 있다. 파워 모듈은, 예컨대, (직류-직류 변환기(DC-DC Converter), 파워 인버터(Power Inverter), 파워 서플라이(Power Supply) 등을 포함할 수 있다. 전력 반도체 소자는 스위치 오프 시 항복 전압이 높아야 하며, 스위치 온 시 허용전류가 커야 한다. 또한, 전력 반도체 소자는 턴온시 적은 발열이 요구된다. 모놀리식 금속-절연체 전이 소자의 온-저항은 부성미분저항(Negative Differential Resistance, NDR) 특성을 이용하여 감소시킬 수 있다.A metal-insulator transition device is a switching device that uses state transitions of materials and can be used as a power semiconductor device. A power semiconductor device is a device that performs power control processing within an electronic device. Power semiconductor devices are essentially used in power modules and systems. The power module may include, for example, a DC-DC Converter, a Power Inverter, a Power Supply, etc. The power semiconductor device must have a high breakdown voltage when switched off. , the allowable current must be large when switching on. In addition, power semiconductor devices require low heat generation when turned on. The on-resistance of monolithic metal-insulator transition devices uses negative differential resistance (NDR) characteristics. This can be reduced.

(특허문헌 1) US 9281812 B2 (MIT transistor system including critical current supply device)(Patent Document 1) US 9281812 B2 (MIT transistor system including critical current supply device)

(비특허문헌 1) Hyun-tak Kim,'Negative-differential-resistance-switching Si-transistor operated by power pulse and identity of Zener breakdown', Applied Physics Letters 103, 173501 (2013)(Non-patent document 1) Hyun-tak Kim, 'Negative-differential-resistance-switching Si-transistor operated by power pulse and identity of Zener breakdown', Applied Physics Letters 103, 173501 (2013)

본원 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 전기적 특성이 우수하고 제조가 용이한 모놀리식 금속-절연체 전이 소자를 제공하는 데 있다.The technical problem to be solved by the present invention is to provide a monolithic metal-insulator transition device that has excellent electrical characteristics and is easy to manufacture.

상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 실시예들에 따른 모놀리식 금속-절연체 전이 소자는 금속-절연체-전이 스위칭 현상이 일어나는 스위칭 영역; 및 금속-절연체-전이 스위칭 현상이 일어나도록 상기 스위칭 영역에 임계전류를 공급하는 구동 영역을 포함하되, 상기 스위칭 영역 및 상기 구동 영역은 하나의 실리콘 기판에 존재하는 구조를 가질 수 있다.A monolithic metal-insulator transition device according to embodiments of the present invention for solving the above problems includes a switching region where a metal-insulator-transition switching phenomenon occurs; and a driving region that supplies a critical current to the switching region so that a metal-insulator-transition switching phenomenon occurs, wherein the switching region and the driving region may have a structure that exists on one silicon substrate.

실시예들에 따르면, 상기 구동 영역 상의 제1 및 제2 소스/드레인 영역들; 상기 제1 및 제2 소스/드레인 영역들 사이의 게이트 전극; 상기 스위칭 영역에 상기 기판의 상면과 인접하게 형성되고, 제1 도전형의 불순물이 도핑된 인렛 웰 영역; 상기 인렛 웰 영역과 상기 기판의 하면 사이에, 상기 제1 도전형과 다른 제2 도전형의 불순물이 도핑된 콘트롤 웰 영역; 상기 제1 소스/드레인 영역 및 상기 콘트롤 웰 영역을 전기적으로 연결하는 제1 배선; 및 상기 제2 소스/드레인 영역 및 상기 인렛 웰 영역을 전기적으로 연결하는 제2 배선을 더 포함하고, 상기 실리콘 기판은 상기 제1 도전형의 불순물로 도핑될 수 있다.According to embodiments, first and second source/drain regions on the driving region; a gate electrode between the first and second source/drain regions; an inlet well region formed adjacent to the upper surface of the substrate in the switching region and doped with an impurity of a first conductivity type; a control well region doped with impurities of a second conductivity type different from the first conductivity type between the inlet well region and the lower surface of the substrate; a first wiring electrically connecting the first source/drain region and the control well region; and a second wiring electrically connecting the second source/drain region and the inlet well region, and the silicon substrate may be doped with an impurity of the first conductivity type.

상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 실시예들에 따른 모놀리식 금속-절연체 전이 소자는 구동 영역 및 스위칭 영역을 포함하는 기판; 상기 구동 영역 상의 제1 및 제2 소스/드레인 영역들; 상기 제1 및 제2 소스/드레인 영역들 사이의 게이트 전극; 상기 스위칭 영역 상에 상기 기판의 상면과 인접하게 형성된 인렛 웰 영역; 상기 인렛 웰 영역과 상기 기판의 하면 사이에, 상기 인렛 웰 영역과 다른 도전형을 갖는 콘트롤 웰 영역; 상기 제1 소스/드레인 영역 및 상기 콘트롤 웰 영역을 전기적으로 연결하는 제1 배선; 및 상기 제2 소스/드레인 영역 및 상기 인렛 웰 영역을 전기적으로 연결하는 제2 배선을 포함할 수 있다.A monolithic metal-insulator transition device according to embodiments of the present invention for solving the above problems includes a substrate including a driving region and a switching region; first and second source/drain regions on the driving region; a gate electrode between the first and second source/drain regions; an inlet well region formed on the switching region and adjacent to a top surface of the substrate; a control well region between the inlet well region and the lower surface of the substrate and having a conductivity type different from that of the inlet well region; a first wiring electrically connecting the first source/drain region and the control well region; and a second wiring electrically connecting the second source/drain region and the inlet well region.

실시예들에 따르면, 상기 제2 소스/드레인 영역을 감싸며 상기 게이트 전극의 아래로 연장된 확장 영역을 포함하되, 상기 확장 영역은 상기 제2 소스/드레인 영역에 비해 낮은 불순물 농도를 가질 수 있다.According to embodiments, the extended region surrounds the second source/drain region and extends below the gate electrode, and the expanded region may have a lower impurity concentration than the second source/drain region.

실시예들에 따르면, 상기 제1 소스/드레인 영역은 제1 도전형의 제1 불순물 영역 및 상기 제1 도전형과 다른 제2 도전형의 제2 불순물 영역을 포함할 수 있다.According to embodiments, the first source/drain region may include a first impurity region of a first conductivity type and a second impurity region of a second conductivity type different from the first conductivity type.

실시예들에 따르면, 상기 제1 배선과 제1 소스/드레인 영역을 연결하는 제1 콘택 및 상기 제2 배선과 상기 인렛 웰 영역을 연결하는 인렛 콘택을 더 포함하되, 상기 인렛 콘택의 하단은 상기 제1 콘택의 하단에 비해 큰 폭을 가질 수 있다.According to embodiments, it may further include a first contact connecting the first wiring and the first source/drain region and an inlet contact connecting the second wiring and the inlet well region, wherein the bottom of the inlet contact is It may have a larger width than the bottom of the first contact.

실시예들에 따르면, 상기 제2 배선과 상기 인렛 웰 영역을 연결하는 인렛 콘택을 더 포함하되, 상기 인렛 콘택의 하단은 상기 게이트 전극에 비해 큰 폭을 가질 수 있다.According to embodiments, it may further include an inlet contact connecting the second wiring and the inlet well region, and the bottom of the inlet contact may have a width greater than that of the gate electrode.

실시예들에 따르면, 상기 구동 영역 상에 상기 제1 및 제2 소스/드레인 영역을 둘러싸는 채널 웰 영역을 포함하고, 상기 채널 웰 영역은 상기 기판과 다른 도전형을 가질 수 있다.According to embodiments, the driving region may include a channel well region surrounding the first and second source/drain regions, and the channel well region may have a conductivity type different from that of the substrate.

실시예들에 따르면, 상기 제2 소스/드레인 영역은 상기 인렛 웰 영역과 동일한 도전형을 가질 수 있다.According to embodiments, the second source/drain region may have the same conductivity type as the inlet well region.

실시예들에 따르면, 상기 스위칭 영역 상의 금속-절연체 전이 트랜지스터를 포함하고, 상기 금속-절연체 전이 트랜지스터는 부성 미분 저항 (NDR: Negative Differential Resistance)모드로 작동할 수 있다.According to embodiments, it includes a metal-insulator transition transistor on the switching region, and the metal-insulator transition transistor may operate in a negative differential resistance (NDR) mode.

실시예들에 따르면, 상기 기판의 하면 상에, 상기 기판과 전기적으로 연결되는 하부 전극을 더 포함할 수 있다.According to embodiments, a lower electrode electrically connected to the substrate may be further included on the lower surface of the substrate.

실시예들에 따르면, 상기 콘트롤 웰 영역 내에 상기 콘트롤 웰 영역에 비해 높은 불순물 농도를 갖는 복수의 콘트롤 콘택 영역들을 포함할 수 있다.According to embodiments, the control well region may include a plurality of control contact regions having a higher impurity concentration than the control well region.

실시예들에 따르면, 상기 기판은 하부층 및 상기 하부층 상에 상기 하부층에 비해 낮은 불순물 농도를 갖는 상부층을 포함하고, 상기 콘트롤 웰 영역은 상기 상부층 내에 배치되어, 상기 하부층과 연결될 수 있다.According to embodiments, the substrate includes a lower layer and an upper layer on the lower layer having a lower impurity concentration than the lower layer, and the control well region may be disposed in the upper layer and connected to the lower layer.

본 발명의 실시예들에 따른 금속-절연체 전이 소자는 하부 전극; 상기 하부 전극 상에 제1 도전형을 갖는 기판, 상기 기판은 구동 영역 및 스위칭 영역을 포함하고; 상기 스위칭 영역 상에 상기 제1 도전형과 다른 제2 도전형을 갖는 콘트롤 웰 영역; 상기 콘트롤 웰 영역 내에 상기 제1 도전형을 갖는 인렛 웰 영역; 상기 구동 영역 상에 상기 제1 도전형을 갖는 제1 불순물 영역 및 상기 제2 도전형을 갖는 제2 불순물 영역을 포함하는 제1 소스/드레인 영역; 상기 구동 영역 상에 상기 제1 도전형을 갖는 제1 및 제2 소스/드레인 영역; 상기 제1 소스/드레인 영역 및 상기 제2 소스/드레인 영역들 사이의 게이트 전극을 포함하되, 상기 제1 소스/드레인 영역은 상기 콘트롤 웰 영역과 전기적으로 연결되고, 상기 제2 소스/드레인 영역은 인렛 웰 영역과 전기적으로 연결될 수 있다.A metal-insulator transition device according to embodiments of the present invention includes a lower electrode; a substrate having a first conductivity type on the lower electrode, the substrate including a driving region and a switching region; a control well region having a second conductivity type different from the first conductivity type on the switching region; an inlet well region having the first conductivity type within the control well region; a first source/drain region including a first impurity region having the first conductivity type and a second impurity region having the second conductivity type on the driving region; first and second source/drain regions having the first conductivity type on the driving region; A gate electrode between the first source/drain region and the second source/drain region, wherein the first source/drain region is electrically connected to the control well region, and the second source/drain region is electrically connected to the control well region. It may be electrically connected to the inlet well area.

실시예들에 따르면, 상기 제2 소스/드레인 영역을 감싸며 상기 게이트 전극의 아래로 연장된 확장 영역을 포함하되, 상기 확장 영역은 상기 제1 도전형을 갖고, 상기 확장 영역은 상기 제2 소스/드레인 영역에 비해 낮은 불순물 농도를 가질 수 있다.According to embodiments, it includes an extended area surrounding the second source/drain area and extending below the gate electrode, wherein the extended area has the first conductivity type, and the extended area includes the second source/drain area. It may have a lower impurity concentration than the drain region.

실시예들에 따르면, 상기 기판의 하면 상에, 상기 기판과 전기적으로 연결되는 하부 전극을 더 포함할 수 있다.According to embodiments, a lower electrode electrically connected to the substrate may be further included on the lower surface of the substrate.

실시예들에 따르면, 상기 구동 영역 상에 상기 제1 및 제2 소스/드레인 영역을 둘러싸는 채널 웰 영역을 포함하고, 상기 채널 웰 영역은 상기 제2 도전형을 가질 수 있다.According to embodiments, the driving region may include a channel well region surrounding the first and second source/drain regions, and the channel well region may have the second conductivity type.

실시예들에 따르면, 상기 제2 소스/드레인 영역은 상기 제1 도전형을 가질 수 있다.According to embodiments, the second source/drain region may have the first conductivity type.

실시예들에 따르면, 상기 콘트롤 웰 영역 내에 상기 콘트롤 웰 영역에 비해 높은 불순물 농도를 갖는 복수의 콘트롤 콘택 영역들을 포함할 수 있다.According to embodiments, the control well region may include a plurality of control contact regions having a higher impurity concentration than the control well region.

실시예들에 따르면, 상기 기판은 하부층 및 상기 하부층 상에 상기 하부층에 비해 낮은 불순물 농도를 갖는 상부층을 포함하고, 상기 콘트롤 웰 영역은 상기 상부층 내에 배치되어, 상기 하부층과 접촉할 수 있다.According to embodiments, the substrate includes a lower layer and an upper layer on the lower layer having a lower impurity concentration than the lower layer, and the control well area is disposed in the upper layer and may be in contact with the lower layer.

본 발명의 실시예들에 따르면, 전기적 특성이 우수하고 제조가 용이한 모놀리식 금속-절연체 전이 소자가 제공될 수 있다.According to embodiments of the present invention, a monolithic metal-insulator transition device that has excellent electrical properties and is easy to manufacture can be provided.

도 1 및 도 2는 본 발명의 실시예들에 따른 모놀리식 금속-절연체 전이 소자의 등가 회로도들이다.
도 3은 본 발명의 실시예들에 따른 모놀리식 금속-절연체 전이 소자의 평면도이다.
도 4는 도 3의 I-I'선을 따라 절취한 단면도이다.
도 5a 및 도 5b는 각각 도 4의 A 부분 및 B 부분을 확대한 확대 단면도들이다.
도 6a는 내지 도 6h는 실험예 1 내지 실험예 6에 따라 본 발명의 실시예들에 따른 모놀리식 금속-절연체 전이 소자의 전기적 특성을 측정하여 나타낸 그래프들이다.
도 7은 본 발명의 실시예들에 따른 모놀리식 금속-절연체 전이 소자의 단면도이다.
도 8a 내지 도 8p는 본 발명의 실시예들에 따른 모놀리식 금속-절연체 전이 소자의 제조방법을 설명하기 위한 단면도들이다.
1 and 2 are equivalent circuit diagrams of monolithic metal-insulator transition devices according to embodiments of the present invention.
Figure 3 is a top view of a monolithic metal-insulator transition device according to embodiments of the present invention.
Figure 4 is a cross-sectional view taken along line II' of Figure 3.
FIGS. 5A and 5B are enlarged cross-sectional views of portions A and B of FIG. 4, respectively.
6A to 6H are graphs showing measured electrical characteristics of monolithic metal-insulator transition devices according to embodiments of the present invention according to Experimental Examples 1 to 6.
Figure 7 is a cross-sectional view of a monolithic metal-insulator transition device according to embodiments of the present invention.
8A to 8P are cross-sectional views for explaining a method of manufacturing a monolithic metal-insulator transition device according to embodiments of the present invention.

본 발명의 구성 및 효과를 충분히 이해하기 위하여, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예들을 설명한다. 그러나 본 발명은, 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라, 여러 가지 형태로 구현될 수 있고 다양한 변경을 가할 수 있다. 단지, 본 실시예들의 설명을 통해 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위하여 제공되는 것이다. 당해 기술분야에서 통상의 기술을 가진 자는 본 발명의 개념이 어떤 적합한 환경에서 수행될 수 있다는 것을 이해할 것이다.In order to fully understand the configuration and effects of the present invention, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the attached drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments disclosed below, and can be implemented in various forms and various changes can be made. However, the description of the present embodiments is provided to ensure that the disclosure of the present invention is complete and to fully inform those skilled in the art of the present invention of the scope of the invention. Those of ordinary skill in the art will understand that the inventive concepts can be practiced in any suitable environment.

본 명세서에서 사용된 용어는 실시 예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 ‘포함한다(comprises)’ 및/또는 ‘포함하는(comprising)’은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.The terms used in this specification are for describing embodiments and are not intended to limit the invention. As used herein, singular forms also include plural forms, unless specifically stated otherwise in the context. As used in the specification, 'comprises' and/or 'comprising' refers to the presence of one or more other components, steps, operations and/or elements. or does not rule out addition.

본 명세서에서 어떤 막(또는 층)이 다른 막(또는 층) 또는 기판 상에 있다고 언급되는 경우에 그것은 다른 막(또는 층) 또는 기판 상에 직접 형성될 수 있거나 또는 그들 사이에 제 3의 막(또는 층)이 개재될 수도 있다. When a film (or layer) is referred to herein as being on another film (or layer) or substrate, it may be formed directly on the other film (or layer) or substrate or may have a third film (or layer) between them. or layer) may be interposed.

본 명세서의 다양한 실시예들에서 제1, 제2 등의 용어가 다양한 영역, 막들(또는 층들) 등을 기술하기 위해서 사용되었지만, 이들 영역, 막들이 이 같은 용어들에 의해서 한정되어서는 안 된다. 이들 용어들은 단지 어느 소정 영역 또는 막(또는 층)을 다른 영역 또는 막(또는 층)과 구별시키기 위해서 사용되었을 뿐이다. 따라서, 어느 한 실시 예에의 제1 막질로 언급된 막질이 다른 실시 예에서는 제2막질로 언급될 수도 있다. 여기에 설명되고 예시되는 각 실시 예는 그것의 상보적인 실시예도 포함한다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호로 표시된 부분들은 동일한 구성요소들을 나타낸다. In various embodiments of the present specification, terms such as first and second are used to describe various regions, films (or layers), etc., but these regions and films should not be limited by these terms. These terms are merely used to distinguish one region or film (or layer) from another region or film (or layer). Accordingly, a film quality referred to as a first film quality in one embodiment may be referred to as a second film quality in another embodiment. Each embodiment described and illustrated herein also includes its complementary embodiment. Parts indicated with the same reference numerals throughout the specification represent the same elements.

본 발명의 실시예들에서 사용되는 용어들은 다르게 정의되지 않는 한, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 통상적으로 알려진 의미로 해석될 수 있다.Unless otherwise defined, terms used in the embodiments of the present invention may be interpreted as meanings commonly known to those skilled in the art.

도 1 및 도 2는 본 발명의 실시예들에 따른 모놀리식 금속-절연체 전이 소자의 등가 회로도들이다.1 and 2 are equivalent circuit diagrams of monolithic metal-insulator transition devices according to embodiments of the present invention.

도 1 및 도 2 를 참조하면, 본 발명의 실시예들에 따른 전력 소자는 금속-절연체 전이 트랜지스터(MITTR) 및 보조 트랜지스터(STR)를 포함할 수 있다. 금속-절연체 전이 트랜지스터(MITTR)는 그를 구성하는 물질의 상태 변화를 이용한 스위칭 동작을 제공할 수 있다. 물질의 상태 변화는 물질의 상 변화 (phase transition) 또는 물질의 전기적 상태 변화를 포함할 수 있다. 금속-절연체 전이 트랜지스터(MITTR)는, 예컨대, 3단자 구조의 t-switch일 수 있다. 금속-절연체 전이 트랜지스터(MITTR)는 인렛 단자(Inlet terminal: I), 아웃렛 단자(Outlet terminal: O) 및 콘트롤 단자(control terminal: C)를 포함할 수 있다. 금속-절연체 전이 트랜지스터(MITTR)는 인렛 단자(I)를 통하여 전기 신호(예컨대, 파워)를 제공받을 수 있다. 아웃렛 단자(O)는 콘트롤 단자(C)의 제어에 따라 전기 신호를 출력하는 출력 단자일 수 있다. 금속-절연체 전이 트랜지스터(MITTR)는 콘트롤 단자(C)를 통해 전류를 제공받아, 콘트롤 단자(C)와 아웃렛 단자(O) 사이에 금속-절연체 전이 현상을 발생시킬 수 있다. 예컨대, 상기 금속-절연체 전이 현상은 절연체 또는 반도체 물질과 금속 간의 상태 변화를 포함할 수 있다. 이에 따라, 인렛 단자(I)에 인가되는 전기 신호가 아웃렛 단자(O)로 출력되거나 또는 제한될 수 있다Referring to FIGS. 1 and 2 , power devices according to embodiments of the present invention may include a metal-insulator transition transistor (MITTR) and an auxiliary transistor (STR). A metal-insulator transition transistor (MITTR) can provide switching operations using changes in the state of the materials that make it up. A change in the state of a material may include a phase transition or a change in the electrical state of the material. The metal-insulator transition transistor (MITTR) may be, for example, a t-switch with a three-terminal structure. The metal-insulator transition transistor (MITTR) may include an inlet terminal (I), an outlet terminal (O), and a control terminal (C). The metal-insulator transition transistor (MITTR) can receive an electrical signal (eg, power) through the inlet terminal (I). The outlet terminal (O) may be an output terminal that outputs an electrical signal under the control of the control terminal (C). The metal-insulator transition transistor (MITTR) can receive current through the control terminal (C) and generate a metal-insulator transition phenomenon between the control terminal (C) and the outlet terminal (O). For example, the metal-insulator transition phenomenon may include a change in state between an insulator or semiconductor material and a metal. Accordingly, the electrical signal applied to the inlet terminal (I) may be output to the outlet terminal (O) or may be limited.

구체적으로, 금속-절연체 전이 트랜지스터(MITTR)의 콘트롤 단자(C)에 인가되는 전류(또는 전압)이 증가됨에 따라, 인렛 단자(I)와 아웃렛 단자(O) 사이의 전류가 불연속적으로 증가될 수 있다. 인렛 단자(I)와 아웃렛 단자(O) 사이의 전류는 콘트롤 단자(C)에 인가되는 특정 전류값을 기준으로 급격하게 증가하거나 또는 감소할 수 있다. 이때, 특정 전류값은 임계전류로 언급될 수 있다. 실시예들에 따르면, 임계전류가 콘트롤 단자(C)에 인가될 때, 인렛 단자(I)와 아웃렛 단자(O) 사이의 전압이 감소할 수 있다. 이는 본 명세서에서 부성 미분 저항(Negative Differential Resistance, NDR) 모드로 언급된다. 즉, 본 발명의 실시예들에 따른 금속-절연체 전이 트랜지스터(MITTR)는 부성 미분 저항 모드로 동작할 수 있다.Specifically, as the current (or voltage) applied to the control terminal (C) of the metal-insulator transfer transistor (MITTR) increases, the current between the inlet terminal (I) and the outlet terminal (O) will increase discontinuously. You can. The current between the inlet terminal (I) and the outlet terminal (O) may rapidly increase or decrease based on a specific current value applied to the control terminal (C). At this time, the specific current value may be referred to as the critical current. According to embodiments, when the threshold current is applied to the control terminal (C), the voltage between the inlet terminal (I) and the outlet terminal (O) may decrease. This is referred to herein as Negative Differential Resistance (NDR) mode. That is, the metal-insulator transition transistor (MITTR) according to embodiments of the present invention may operate in the negative differential resistance mode.

보조 트랜지스터(STR)는, 예컨대, 전계효과 트랜지스터를 포함할 수 있다. 보조 트랜지스터(STR)는 게이트 단자(G), 소스 단자(S) 및 드레인 단자(D)를 포함할 수 있다. 게이트 단자(G)는 금속-절연체 전이 소자의 매니저 단자(M)일 수 있다. 보조 트랜지스터(STR)의 소스 단자(S) 및 드레인 단자(D)는 후술될 실시예들에 따라 금속-절연체 전이 트랜지스터(MITTR)의 콘트롤 단자(C) 및 인렛 단자(I) 중 어느 하나와 연결될 수 있다. 보조 트랜지스터(STR)는 콘트롤 단자(C)와 인렛 단자(I) 사이에 금속-절연체 전이 현상을 발생시키기 위한 임계 전류를 금속-절연체 전이 트랜지스터(MITTR)에 제공할 수 있다.The auxiliary transistor (STR) may include, for example, a field effect transistor. The auxiliary transistor (STR) may include a gate terminal (G), a source terminal (S), and a drain terminal (D). The gate terminal (G) may be the manager terminal (M) of a metal-insulator transition element. The source terminal (S) and drain terminal (D) of the auxiliary transistor (STR) may be connected to any one of the control terminal (C) and the inlet terminal (I) of the metal-insulator transition transistor (MITTR) according to embodiments to be described later. You can. The auxiliary transistor (STR) may provide a critical current to the metal-insulator transition transistor (MITTR) to generate a metal-insulator transition phenomenon between the control terminal (C) and the inlet terminal (I).

도 1 를 참조하면, 금속-절연체 전이 트랜지스터(MITTR) 및 보조 트랜지스터(STR)는 n형 MOS 트랜지스터들일 수 있다. 보조 트랜지스터(STR)의 드레인 단자(D)는 금속-절연체 전이 트랜지스터(MITTR)의 인렛 단자(I)와 연결될 수 있다. 보조 트랜지스터(STR)의 소스 단자(S)는 금속-절연체 전이 트랜지스터(MITTR)의 콘트롤 단자(C)와 연결될 수 있다. Referring to FIG. 1, the metal-insulator transition transistor (MITTR) and the auxiliary transistor (STR) may be n-type MOS transistors. The drain terminal (D) of the auxiliary transistor (STR) may be connected to the inlet terminal (I) of the metal-insulator transition transistor (MITTR). The source terminal (S) of the auxiliary transistor (STR) may be connected to the control terminal (C) of the metal-insulator transition transistor (MITTR).

도 2 를 참조하면, 금속-절연체 전이 트랜지스터(MITTR) 및 보조 트랜지스터(STR)는 p형 MOS 트랜지스터들일 수 있다. 보조 트랜지스터(STR)의 드레인 단자(D)는 금속-절연체 전이 트랜지스터(MITTR)의 아웃렛 단자(O)와 연결될 수 있다. 보조 트랜지스터(STR)의 소스 단자(S)는 금속-절연체 전이 트랜지스터(MITTR)의 콘트롤 단자(C)와 연결될 수 있다. Referring to FIG. 2, the metal-insulator transition transistor (MITTR) and the auxiliary transistor (STR) may be p-type MOS transistors. The drain terminal (D) of the auxiliary transistor (STR) may be connected to the outlet terminal (O) of the metal-insulator transition transistor (MITTR). The source terminal (S) of the auxiliary transistor (STR) may be connected to the control terminal (C) of the metal-insulator transition transistor (MITTR).

도 3은 본 발명의 실시예들에 따른 모놀리식 금속-절연체 전이 소자의 평면도이다. 도 4는 도 3의 I-I'선을 따라 절취한 단면도이다.Figure 3 is a top view of a monolithic metal-insulator transition device according to embodiments of the present invention. Figure 4 is a cross-sectional view taken along line II' of Figure 3.

도 3 및 도 4를 참조하면, 스위칭 영역(SWR) 및 구동 영역(CIR)을 포함하는 기판(100)이 제공될 수 있다. 기판(100)은 반도체 기판으로서, 예컨대, 실리콘, 실리콘 카바이드 및 실리콘 게르마늄 중 하나를 포함할 수 있다. 스위칭 영역(SWR) 및 구동 영역(CIR)은 각각, 도 1 및 도 2를 참조하여 설명된 금속-절연체 전이 트랜지스터(MITTR) 및 보조 트랜지스터(STR)를 포함할 수 있다. 스위칭 영역(SWR) 및 구동 영역(CIR)은 기판(100) 상에 수평적으로 서로 인접하도록 형성될 수 있다. 즉, 본 발명의 실시예들에 따른 금속-절연체 전이 트랜지스터(MITTR) 및 보조 트랜지스터(STR)는 하나의 반도체 기판 상에 모놀리식(Monolithic) 집적될 수 있다. Referring to FIGS. 3 and 4 , a substrate 100 including a switching region (SWR) and a driving region (CIR) may be provided. The substrate 100 is a semiconductor substrate and may include, for example, one of silicon, silicon carbide, and silicon germanium. The switching region (SWR) and the driving region (CIR) may include a metal-insulator transition transistor (MITTR) and an auxiliary transistor (STR) described with reference to FIGS. 1 and 2, respectively. The switching region SWR and the driving region CIR may be formed to be horizontally adjacent to each other on the substrate 100 . That is, the metal-insulator transition transistor (MITTR) and the auxiliary transistor (STR) according to embodiments of the present invention may be monolithically integrated on one semiconductor substrate.

기판(100)은 제1 도전형을 가질 수 있다. 달리 말해서, 기판(100)은 제1 도전형의 불순물로 도핑될 수 있고, 제1 도전형의 불순물을 포함할 수 있다. 제1 도전형은 n형 또는 p형 중 하나를 포함할 수 있다. 예컨대, 기판(100)이 실리콘(Si) 기판인 경우, n형 불순물은 인(P), 비소(As), 안티몬(Sb) 및 비스무스(Bi) 등을 포함할 수 있고, p형 불순물은 붕소(B), 알루미늄(Al), 갈륨(Ga) 및 인듐(In)등을 포함할 수 있다.The substrate 100 may have a first conductivity type. In other words, the substrate 100 may be doped with impurities of the first conductivity type and may include impurities of the first conductivity type. The first conductivity type may include either n-type or p-type. For example, when the substrate 100 is a silicon (Si) substrate, n-type impurities may include phosphorus (P), arsenic (As), antimony (Sb), and bismuth (Bi), and p-type impurities may include boron. (B), aluminum (Al), gallium (Ga), and indium (In).

기판(100)은 하부층(101) 및 하부층(101) 상의 상부층(102)을 포함할 수 있다. 하부층(101)은, 예컨대, 실리콘 웨이퍼를 포함할 수 있다. 상부층(102)은 하부층(101)으로부터 성장된 에피택시얼 층을 포함할 수 있다. 하부층(101)과 상부층(102)은 서로 다른 불순물 농도를 가질 수 있다. 예컨대, 상부층(102)의 불순물 농도는 하부층(101)에 비해 낮을 수 있다.The substrate 100 may include a lower layer 101 and an upper layer 102 on the lower layer 101 . The lower layer 101 may include, for example, a silicon wafer. The upper layer 102 may include an epitaxial layer grown from the lower layer 101. The lower layer 101 and the upper layer 102 may have different impurity concentrations. For example, the impurity concentration of the upper layer 102 may be lower than that of the lower layer 101.

기판(100)의 스위칭 영역(SWR) 및 구동 영역(CIR) 상에 불순물 영역들이 제공될 수 있다. 불순물 영역들은 기판(100) 내에, 기판(100)과 다른 도즈(dose)로 도핑된 영역들일 수 있다. 불순물 영역들의 각각은 기판(100)과 같거나 또는 다른 도전형을 가질 수 있다. 예컨대, 스위칭 영역(SWR) 상의 불순물 영역들은 콘트롤 웰 영역(210), 인렛 웰 영역(220), 인렛 콘택 영역(222) 및 콘트롤 콘택 영역들(212)을 포함할 수 있다. 예컨대, 구동 영역(CIR) 상의 불순물 영역들은 채널 웰 영역(302), 제1 소스/드레인 영역(310), 제2 소스/드레인 영역(320) 및 확장 영역(321)을 포함할 수 있다. 이하, 본 발명의 실시예들의 간결한 설명을 위하여 불순물 영역들의 경계(boundary)를 의미하는 용어들(예컨대, 불순물 영역의 바닥)이 사용될 수 있다. 불순물 영역들은 기판(100)의 상면(100u) 과 인접한 영역에서 피크(peak) 농도를 가질 수 있고, 기판(100)의 하면(100l)과 가까워질수록 작은 농도를 가질 수 있다. 본 명세서에서 불순물 영역의 경계는 불순물 영역의 피크 농도가 나타나는 부분을 기준으로, 1% 이상의 불순물 농도를 갖는 부분으로 정의될 수 있다. 제1 소스/드레인 영역(310)은 소스 영역 및 드레인 영역 중 하나일 수 있다. 제2 소스/드레인 영역(320)은 소스 영역 및 드레인 영역 중 제1 소스/드레인 영역(310)과 다른 하나일 수 있다.Impurity regions may be provided on the switching region (SWR) and driving region (CIR) of the substrate 100. The impurity regions may be regions within the substrate 100 that are doped with a dose different from that of the substrate 100 . Each of the impurity regions may have the same or different conductivity type than the substrate 100. For example, the impurity regions on the switching region SWR may include a control well region 210, an inlet well region 220, an inlet contact region 222, and control contact regions 212. For example, the impurity regions on the driving region CIR may include a channel well region 302, a first source/drain region 310, a second source/drain region 320, and an extension region 321. Hereinafter, for concise description of embodiments of the present invention, terms meaning boundaries of impurity regions (eg, bottom of impurity regions) may be used. The impurity regions may have a peak concentration in an area adjacent to the upper surface 100u of the substrate 100, and may have a smaller concentration as they approach the lower surface 100l of the substrate 100. In this specification, the boundary of the impurity region may be defined as a portion having an impurity concentration of 1% or more, based on the portion where the peak concentration of the impurity region appears. The first source/drain region 310 may be one of a source region and a drain region. The second source/drain region 320 may be different from the first source/drain region 310 among the source and drain regions.

스위칭 영역(SWR)의 기판(100) 상에 콘트롤 웰 영역(210)이 제공될 수 있다. 콘트롤 웰 영역(210)은 기판(100) 내에, 기판(100)과 다른 도전형의 불순물로 도핑된 영역일 수 있다. 콘트롤 웰 영역(210)은 제1 도전형과 다른 제2 도전형을 가질 수 있다. 예컨대, 기판(100)이 n형을 갖는 경우, 콘트롤 웰 영역(210)은 p형을 가질 수 있다. 콘트롤 웰 영역(210)은 기판(100)의 상부에 형성될 수 있고, 기판(100)의 상면(100u)에 비해 하면(100l)과 가까운 바닥(bottom)을 가질 수 있다. 실시예들에 따르면, 콘트롤 웰 영역(210)은 기판(100)의 상면(100u)으로부터 하면(100l)으로 갈수록 점진적으로 감소하는 불순물 농도를 가질 수 있다. A control well region 210 may be provided on the substrate 100 of the switching region (SWR). The control well region 210 may be a region in the substrate 100 doped with an impurity of a conductivity type different from that of the substrate 100 . The control well region 210 may have a second conductivity type different from the first conductivity type. For example, when the substrate 100 has an n-type type, the control well region 210 may have a p-type type. The control well area 210 may be formed at the top of the substrate 100 and may have a bottom that is closer to the lower surface 100l than the upper surface 100u of the substrate 100. According to embodiments, the control well region 210 may have an impurity concentration that gradually decreases from the upper surface 100u to the lower surface 100l of the substrate 100.

콘트롤 웰 영역(210) 내에 콘트롤 콘택 영역들(212)이 제공될 수 있다. 콘트롤 콘택 영역들(212)은 기판(100)의 상면(100u)과 인접하게 위치할 수 있다. 콘트롤 콘택 영역들(212)은 후술될 인렛 웰 영역(220)을 사이에 두고 서로 이격될 수 있다. 콘트롤 콘택 영역들(212)은 제2 도전형을 가질 수 있다. 콘트롤 콘택 영역들(212)의 각각은 콘트롤 웰 영역(210)에 비해 높은 불순물 농도를 가질 수 있다. Control contact areas 212 may be provided within the control well area 210. The control contact areas 212 may be located adjacent to the upper surface 100u of the substrate 100. The control contact areas 212 may be spaced apart from each other with an inlet well area 220, which will be described later, interposed therebetween. The control contact areas 212 may have a second conductivity type. Each of the control contact regions 212 may have a higher impurity concentration than the control well region 210 .

콘트롤 웰 영역(210) 내에 인렛 웰 영역(220)이 제공될 수 있다. 인렛 웰 영역(220)은 제1 도전형을 가질 수 있다. 인렛 웰 영역(220)은 콘트롤 콘택 영역들(212)의 사이에 위치할 수 있다. 인렛 웰 영역(220)의 바닥은 콘트롤 콘택 영역들(212)의 바닥들에 비해 낮은 레벨에 위치할 수 있다. 인렛 웰 영역(220)의 바닥은 콘트롤 웰 영역(210)의 바닥에 비해 높은 영역에 위치할 수 있다. 달리 말해서, 콘트롤 웰 영역(210)의 적어도 일부분은 인렛 웰 영역(220)과 기판(100)의 하면(100l) 사이에 위치할 수 있다.An inlet well area 220 may be provided within the control well area 210. The inlet well region 220 may have a first conductivity type. The inlet well area 220 may be located between the control contact areas 212 . The bottom of the inlet well area 220 may be located at a lower level than the bottoms of the control contact areas 212 . The bottom of the inlet well area 220 may be located at a higher area than the bottom of the control well area 210. In other words, at least a portion of the control well area 210 may be located between the inlet well area 220 and the lower surface 100l of the substrate 100.

인렛 웰 영역(220) 내에 인렛 콘택 영역(222)이 제공될 수 있다. 인렛 콘택 영역(222)은 제1 도전형을 가질 수 있다. 인렛 콘택 영역(222)은 인렛 웰 영역(220)에 비해 높은 불순물 농도를 가질 수 있다. An inlet contact area 222 may be provided within the inlet well area 220. The inlet contact area 222 may have a first conductivity type. The inlet contact region 222 may have a higher impurity concentration than the inlet well region 220 .

구동 영역(CIR)의 기판(100) 상에 채널 웰 영역(302)이 제공될 수 있다. 채널 웰 영역(302)은 콘트롤 웰 영역(210)과 수평적으로 이격될 수 있다. 채널 웰 영역(302)은 콘트롤 웰 영역(210)과 전기적으로 절연될 수 있다. 실시예들에 따르면, 콘트롤 웰 영역(210)과 채널 웰 영역(302)의 사이에는 소자 분리 영역이 형성될 수 있다. 일 예로, 소자 분리 영역은 고농도로 도핑된 제2 도전형의 불순물을 포함할 수 있다. 다른 예로, 소자 분리 영역은 트랜치 및 트랜치 내부를 채우는 절연막을 포함할 수 있다.A channel well region 302 may be provided on the substrate 100 in the driving region CIR. The channel well area 302 may be horizontally spaced apart from the control well area 210. Channel well region 302 may be electrically insulated from control well region 210. According to embodiments, a device isolation region may be formed between the control well region 210 and the channel well region 302. As an example, the device isolation region may include impurities of a second conductivity type doped at a high concentration. As another example, the device isolation region may include a trench and an insulating film that fills the inside of the trench.

채널 웰 영역(302) 내에 제1 소스/드레인 영역(310) 및 제2 소스/드레인 영역(320)이 제공될 수 있다. 제1 및 제2 소스/드레인 영역들(310, 320)은 게이트 전극(330)을 사이에 두고 서로 이격될 수 있다. 소스/드레인 영역은 소스 영역 및 드레인 영역 중 하나를 의미할 수 있다. 예컨대, 제1 소스/드레인 영역(310)은 소스 영역 및 드레인 영역 중 하나일 수 있고, 제2 소스/드레인 영역(320)은 소스 영역 및 드레인 영역 중 제1 소스/드레인 영역(310)과 다른 하나일 수 있다. 예컨대, 제1 및 제2 소스/드레인 영역들(310, 320)은 각각 도 1를 참조하여 설명된 보조 트랜지스터(STR)의 소스(S) 및 드레인(D)일 수 있다. A first source/drain region 310 and a second source/drain region 320 may be provided in the channel well region 302. The first and second source/drain regions 310 and 320 may be spaced apart from each other with the gate electrode 330 therebetween. Source/drain area may mean one of a source area and a drain area. For example, the first source/drain region 310 may be one of the source region and the drain region, and the second source/drain region 320 may be different from the first source/drain region 310 among the source region and drain region. It could be one. For example, the first and second source/drain regions 310 and 320 may be the source (S) and drain (D) of the auxiliary transistor (STR) described with reference to FIG. 1, respectively.

게이트 전극(330)이 제1 소스/드레인 영역(310) 및 제2 소스/드레인 영역(320)의 사이에 형성될 수 있다. 게이트 전극(330)은, 예컨대, 폴리 실리콘을 포함할 수 있다. 게이트 전극(330)의 측벽 상에 게이트 스페이서(331)가 제공될 수 있다. 게이트 스페이서(331)는 게이트 전극(330)의 상면을 덮지 않을 수 있다. 게이트 스페이서(331)는, 예컨대, 실리콘 산화물 및 실리콘 질화물 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.The gate electrode 330 may be formed between the first source/drain region 310 and the second source/drain region 320. The gate electrode 330 may include, for example, polysilicon. A gate spacer 331 may be provided on the sidewall of the gate electrode 330. The gate spacer 331 may not cover the top surface of the gate electrode 330. The gate spacer 331 may include, for example, at least one of silicon oxide and silicon nitride.

제1 소스/드레인 영역(310)은 제1 불순물 영역(311), 제2 불순물 영역(312) 및 제3 불순물 영역(313)을 포함할 수 있다. 제2 불순물 영역(312)은 제1 불순물 영역(311) 및 제3 불순물 영역(313)의 사이에 위치할 수 있다. 제1 불순물 영역(311) 및 제2 불순물 영역(312)은 제1 도전형을 가질 수 있다. 제3 불순물 영역(313)은 제2 도전형을 가질 수 있다. 이때 제1 불순물 영역(311)은 제2 불순물 영역(312)에 비해 낮은 불순물 농도를 가질 수 있다. The first source/drain region 310 may include a first impurity region 311, a second impurity region 312, and a third impurity region 313. The second impurity region 312 may be located between the first impurity region 311 and the third impurity region 313. The first impurity region 311 and the second impurity region 312 may have a first conductivity type. The third impurity region 313 may have a second conductivity type. At this time, the first impurity region 311 may have a lower impurity concentration than the second impurity region 312.

제2 소스/드레인 영역(320)은 제1 도전형을 가질 수 있다. 제2 소스/드레인 영역(320)은 게이트 전극(330)의 측벽으로부터 수평적으로 이격될 수 있다.The second source/drain region 320 may have a first conductivity type. The second source/drain region 320 may be horizontally spaced from the sidewall of the gate electrode 330.

제2 소스/드레인 영역(320) 상에 제2 소스/드레인 영역(320)에 비해 낮은 레벨에 위치한 바닥을 갖는 확장 영역(321)이 제공될 수 있다. 확장 영역(321)은 제2 소스/드레인 영역(320)을 감쌀 수 있다. 확장 영역(321)은 게이트 전극(330)의 아래로 연장될 수 있다. 확장 영역(321)은 제2 소스/드레인 영역(320)에 비해 낮은 불순물 농도를 가질 수 있다.An extended area 321 having a bottom located at a lower level than the second source/drain area 320 may be provided on the second source/drain area 320 . The extended area 321 may surround the second source/drain area 320 . The expansion area 321 may extend below the gate electrode 330. The extended region 321 may have a lower impurity concentration than the second source/drain region 320 .

상부 절연막(104)이 기판(100)의 상면(100u) 상에 제공될 수 있다. 상부 절연막(104)은 게이트 전극(330)과 채널 웰 영역(302)의 사이로 연장되어 게이트 절연막으로 기능할 수 있다. 상부 절연막(104)은 기판(100)의 상면(100u)에 전면적으로 형성될 수 있다. 상부 절연막(104)은, 예컨대, 실리콘 산화물을 포함할 수 있다.An upper insulating film 104 may be provided on the upper surface 100u of the substrate 100. The upper insulating layer 104 extends between the gate electrode 330 and the channel well region 302 and may function as a gate insulating layer. The upper insulating film 104 may be formed entirely on the upper surface 100u of the substrate 100. The upper insulating film 104 may include, for example, silicon oxide.

스위칭 영역(SWR)과 구동 영역(CIR)의 사이에 필드 절연막(103)이 제공될 수 있다. 필드 절연막(103)은 상부 절연막(104)과 연결될 수 있다. 필드 절연막(103)은 상부 절연막(104)에 비해 두꺼운 두께를 가질 수 있다. 필드 절연막(103)은 예컨대, 실리콘 산화물을 포함할 수 있다.A field insulating layer 103 may be provided between the switching region (SWR) and the driving region (CIR). The field insulating layer 103 may be connected to the upper insulating layer 104. The field insulating film 103 may have a thicker thickness than the upper insulating film 104. The field insulating layer 103 may include, for example, silicon oxide.

기판(100)의 상면(100u) 상에 층간 절연막(110)이 제공될 수 있다. 층간 절연막(110)은 게이트 전극(330), 게이트 스페이서(331), 상부 절연막(104) 및 필드 절연막(103)을 덮을 수 있다. 층간 절연막(110)은, 예컨대, 실리콘 산화물, 실리콘 질화물 및 실리콘 산질화물 중 하나를 포함할 수 있다. An interlayer insulating film 110 may be provided on the upper surface 100u of the substrate 100. The interlayer insulating film 110 may cover the gate electrode 330, the gate spacer 331, the upper insulating film 104, and the field insulating film 103. The interlayer insulating film 110 may include, for example, one of silicon oxide, silicon nitride, and silicon oxynitride.

층간 절연막(110) 상에 제1 배선(412), 제2 배선(414) 및 제3 배선(420)이 제공될 수 있다. 제1 배선(412)은 제1 소스/드레인 영역(310) 및 콘트롤 웰 영역(210)을 전기적으로 연결할 수 있다. 제2 배선(414)은 제2 소스/드레인 영역(320) 및 인렛 웰 영역(220)을 전기적으로 연결할 수 있다. 제1 배선(412) 및 제2 배선(414)은 서로 전기적으로 절연될 수 있다. 제3 배선(420)은 게이트 전극(330)과 전기적으로 연결될 수 있다. 제1 배선(412), 제2 배선(414) 및 제3 배선(420) 전기적으로 서로 분리될 수 있다. 제2 배선(414) 및 제3 배선(420)은 서로 다른 단자에 연결되어 독립적으로 제어될 수 있다. A first wiring 412, a second wiring 414, and a third wiring 420 may be provided on the interlayer insulating film 110. The first wiring 412 may electrically connect the first source/drain region 310 and the control well region 210. The second wiring 414 may electrically connect the second source/drain region 320 and the inlet well region 220. The first wire 412 and the second wire 414 may be electrically insulated from each other. The third wiring 420 may be electrically connected to the gate electrode 330. The first wiring 412, the second wiring 414, and the third wiring 420 may be electrically separated from each other. The second wire 414 and the third wire 420 are connected to different terminals and can be controlled independently.

제1 콘택(431) 및 제2 콘택(432)이 층간 절연막(110) 및 상부 절연막(104)을 관통하여 제1 소스/드레인 영역(310) 및 제2 소스/드레인 영역(320)에 각각 접속될 수 있다. 제1 콘택(431)의 하단은 제2 불순물 영역(312) 및 제3 불순물 영역(313)과 접촉할 수 있다. 제2 콘택(432)의 하단은 제2 소스/드레인 영역(320)과 접촉할 수 있다. 제1 콘택(431)은 제1 소스/드레인 영역(310)과 제1 배선(412)을 전기적으로 연결할 수 있다. 제2 콘택(432)은 제2 소스/드레인 영역(320)과 제2 배선(414)을 전기적으로 연결할 수 있다.The first contact 431 and the second contact 432 penetrate the interlayer insulating film 110 and the upper insulating film 104 and are connected to the first source/drain region 310 and the second source/drain region 320, respectively. It can be. The bottom of the first contact 431 may contact the second impurity region 312 and the third impurity region 313. The bottom of the second contact 432 may contact the second source/drain region 320 . The first contact 431 may electrically connect the first source/drain region 310 and the first wiring 412. The second contact 432 may electrically connect the second source/drain region 320 and the second wiring 414.

게이트 콘택(433)이 층간 절연막(110)을 관통하여 게이트 전극(330)에 연결될 수 있다. 게이트 콘택(433)은 게이트 전극(330)과 제3 배선(420)을 전기적으로 연결할 수 있다.The gate contact 433 may penetrate the interlayer insulating film 110 and be connected to the gate electrode 330. The gate contact 433 may electrically connect the gate electrode 330 and the third wiring 420.

인렛 콘택(441)이 층간 절연막(110) 및 상부 절연막(104)을 관통하여 인렛 콘택 영역(222)과 연결될 수 있다. 인렛 콘택(441)이 인렛 콘택 영역(222)을 통하여 인렛 웰 영역(220)에 접속될 수 있다. 인렛 콘택(441)은 인렛 웰 영역(220)을 제2 배선(414)과 전기적으로 연결시킬 수 있다.The inlet contact 441 may penetrate the interlayer insulating layer 110 and the upper insulating layer 104 and be connected to the inlet contact region 222 . The inlet contact 441 may be connected to the inlet well region 220 through the inlet contact region 222. The inlet contact 441 may electrically connect the inlet well region 220 to the second wiring 414.

콘트롤 콘택들(442)이 층간 절연막(110) 및 상부 절연막(104)을 관통하여 콘트롤 콘택 영역들(212)에 각각 연결될 수 있다. 콘트롤 콘택들(442)이 콘트롤 콘택 영역들(212)을 통하여 콘트롤 웰 영역(210)에 접속될 수 있다. 콘트롤 콘택들(442)은 콘트롤 웰 영역(210)을 제1 배선(412)과 전기적으로 연결시킬 수 있다. The control contacts 442 may penetrate the interlayer insulating layer 110 and the upper insulating layer 104 and be respectively connected to the control contact regions 212 . Control contacts 442 may be connected to the control well area 210 through control contact areas 212 . The control contacts 442 may electrically connect the control well area 210 to the first wiring 412 .

기판(100)의 하면(100l) 상에 하부 전극(140)이 제공될 수 있다. 하부 전극(140)은 기판(100)의 하면(100l)을 전면적으로 덮을 수 있다. 달리 말해서, 하부 전극(140)은 기판(100)의 스위칭 영역(SWR) 및 구동 영역(CIR)의 불순물 영역들과 수직적으로 중첩될 수 있다. 하부 전극(140)은 기판(100)의 하부층(101)과 전기적으로 연결될 수 있다.A lower electrode 140 may be provided on the lower surface 100l of the substrate 100. The lower electrode 140 may completely cover the lower surface 100l of the substrate 100. In other words, the lower electrode 140 may vertically overlap the impurity regions of the switching region (SWR) and the driving region (CIR) of the substrate 100. The lower electrode 140 may be electrically connected to the lower layer 101 of the substrate 100.

도 5a 및 도 5b는 각각 도 4의 A 부분 및 B 부분을 확대한 확대 단면도들이다.FIGS. 5A and 5B are enlarged cross-sectional views of portions A and B of FIG. 4, respectively.

도4, 도 5a 및 도 5b를 참조하면, 모놀리식 금속-절연체 전이 소자는 인렛 콘택(441)을 통하여 전력을 제공 받아, 하부 전극(140)을 통하여 전력을 출력하는 전력 반도체 소자일 수 있다. 인렛 콘택(441) 및 하부 전극(140)에는 제1 및 제2 콘택들(431, 432)에 비해 높은 전류가 인가될 수 있다. 예컨대, 인렛 콘택 (441)은 제2 콘택(432)과 병렬 연결되되, 제2 콘택(432)에 비하여 높은 전류를 인가 받도록 구성될 수 있다. 인렛 콘택(441)의 하단의 폭(w1)은 제1 및 제2 콘택들(431, 432)의 하단들의 폭들(w3)에 비해 클 수 있다. 인렛 콘택(441)의 하단과 인렛 콘택 영역(222)의 접촉 면적은 제1 및 제2 콘택들(431, 432)의 하단들과 제1 및 제2 소스/드레인 영역들(310, 320)의 접촉 면적에 비해 클 수 있다. 이로써 모놀리식 금속-절연체 전이 소자의 전기적 신뢰성이 향상될 수 있다.Referring to FIGS. 4, 5A, and 5B, the monolithic metal-insulator transition device may be a power semiconductor device that receives power through the inlet contact 441 and outputs power through the lower electrode 140. . A higher current may be applied to the inlet contact 441 and the lower electrode 140 than to the first and second contacts 431 and 432. For example, the inlet contact 441 may be connected in parallel with the second contact 432 and may be configured to receive a higher current than the second contact 432. The width w1 of the lower end of the inlet contact 441 may be larger than the widths w3 of the lower ends of the first and second contacts 431 and 432. The contact area between the bottom of the inlet contact 441 and the inlet contact region 222 is that of the bottoms of the first and second contacts 431 and 432 and the first and second source/drain regions 310 and 320. It may be large compared to the contact area. This can improve the electrical reliability of monolithic metal-insulator transition devices.

실시예들에 따르면, 인렛 콘택(441)의 하단의 폭(w1)은 콘트롤 콘택들(442)의 하단들의 폭들(w2)에 비해 클 수 있다. 인렛 콘택(441)의 하단의 폭(w1)은 게이트 전극(330)의 폭(w4)에 비해 클 수 있다. 콘트롤 콘택들(442)의 하단들의 폭들(w2)의 각각은 제1 및 제2 콘택들(431, 432)의 하단들의 폭들(w3)의 각각에 비해 클 수 있다.According to embodiments, the width w1 of the bottom of the inlet contact 441 may be larger than the widths w2 of the bottom of the control contacts 442. The width (w1) of the bottom of the inlet contact 441 may be larger than the width (w4) of the gate electrode 330. Each of the widths w2 of the lower ends of the control contacts 442 may be larger than each of the widths w3 of the lower ends of the first and second contacts 431 and 432.

도 6a는 내지 도 6h는 본 발명의 실시예들에 따라 제조된 모놀리식 금속-절연체 전이 소자의 전기적 특성을 실험예1 내지 실험예 6에 따라 측정하여 나타낸 그래프들이다.6A to 6H are graphs showing the electrical characteristics of monolithic metal-insulator transition elements manufactured according to embodiments of the present invention measured according to Experimental Examples 1 to 6.

[실험예1][Experimental Example 1]

본 발명의 실시예들에 따른 모놀리식 금속-절연체 전이 소자의 콘트롤 단자에 정전류를 인가하였다. 금속-절연체 전이 트랜지스터의 인렛 단자와 아웃렛 단자의 양단에 인가되는 전압(VIO)을 선형적으로 증가시키면서 인렛 전류(II)를 측정하여 도 6a에 나타내었다. 금속 절연체 전이 트랜지스터의 전기적 특성 측정은 키사이트(Keysight) 4156 반도체파라미터분석기((Keysight 4156 Semiconductor parameter analyzer)를 사용하였다.A constant current was applied to the control terminal of the monolithic metal-insulator transition device according to embodiments of the present invention. The inlet current (I I ) was measured while linearly increasing the voltage (V IO ) applied to both ends of the inlet and outlet terminals of the metal-insulator transition transistor, and is shown in Figure 6a. The electrical characteristics of the metal-insulator transition transistor were measured using a Keysight 4156 semiconductor parameter analyzer.

도 6a를 참조하면, 콘트롤 단자에 인가되는 정전류(Ic)가 0A일 때 인렛 단자와 아웃렛 단자 사이의 전압(VIO)을 증가시키면 인렛 전류(II)가 불연속으로 증가하는 것(불연속 점프)을 확인할 수 있다. 또한, 불연속 점프가 관찰된 구간에서 인렛 단자와 아울렛 단자의 사이의 전압(VIO)이 감소함을 알 수 있다. 또한, 컨트롤 단자에 인가되는 정전류(Ic)가 증가할수록 불연속 점프시 인렛 단자와 아울렛 단자의 사이의 전압(VIO)이 감소함을 알 수 있다. 인렛 단자와 아울렛 단자의 사이의 전압(VIO)이 특정한 값 보다 클 때 불연속 점프가 관찰되지 않는 것을 알 수 있다.Referring to Figure 6a, when the constant current (Ic) applied to the control terminal is 0A, if the voltage (V IO ) between the inlet terminal and the outlet terminal is increased, the inlet current (I I ) increases discontinuously (discontinuous jump). can confirm. In addition, it can be seen that the voltage (V IO ) between the inlet terminal and the outlet terminal decreases in the section where discontinuous jumps are observed. In addition, it can be seen that as the constant current (Ic) applied to the control terminal increases, the voltage (V IO ) between the inlet terminal and the outlet terminal decreases during a discontinuous jump. It can be seen that no discontinuous jump is observed when the voltage (V IO ) between the inlet terminal and the outlet terminal is greater than a certain value.

[실험예2][Experimental Example 2]

본 발명의 실시예들에 따른 모놀리식 금속-절연체 전이 소자의 콘트롤 단자와 아웃렛 단자 사이에 정전압(Vco)을 인가하였다. 금속-절연체 전이 트랜지스터의 인렛 단자와 아웃렛 단자의 양단에 인가되는 전압(VIO)을 증가시키면서 인렛 전류(II)를 측정하여 도 6b에 나타내었다. 금속 절연체 전이 트랜지스터의 전기적 특성의 측정에는 키사이트 4156 반도체파라미터분석기(Keysight 4156 Semiconductor parameter analyzer)가 사용되었다.A constant voltage (Vco) was applied between the control terminal and the outlet terminal of the monolithic metal-insulator transition device according to embodiments of the present invention. The inlet current (I I ) was measured while increasing the voltage (V IO ) applied to both ends of the inlet terminal and the outlet terminal of the metal-insulator transition transistor, and is shown in FIG. 6b. The Keysight 4156 Semiconductor parameter analyzer was used to measure the electrical characteristics of the metal-insulator transition transistor.

도 6b를 참조하면, 콘트롤 단자와 아웃렛 단자 사이에 전압(Vco)이 0V일 때 인렛 단자와 아웃렛 단자 사이의 전압(VIO)을 증가시키면 인렛 전류(II)가 불연속으로 증가하는 것(불연속 점프 구간)을 확인할 수 있다. 또한, 정전압(Vco)이 증가함에 따라, 불연속 점프 구간에서 인렛 단자와 아울렛 단자의 사이의 전압(VIO)이 감소함을 알 수 있다. 또한, 콘트롤 단자와 아웃렛 단자 사이에 전압(Vco)이 특정한 값 보다 클 때 불연속 점프 구간 관찰되지 않는 것을 알 수 있다.Referring to Figure 6b, when the voltage (Vco) between the control terminal and the outlet terminal is 0V, if the voltage (V IO ) between the inlet terminal and the outlet terminal is increased, the inlet current (I I ) increases discontinuously (discontinuously You can check the jump section). Additionally, it can be seen that as the constant voltage (Vco) increases, the voltage (V IO ) between the inlet terminal and the outlet terminal decreases in the discontinuous jump section. Additionally, it can be seen that a discontinuous jump section is not observed when the voltage (Vco) between the control terminal and the outlet terminal is greater than a certain value.

[실험예3][Experimental Example 3]

본 발명의 실시예들에 따른 모놀리식 금속-절연체 전이 소자의 콘트롤 단자와 아웃렛 단자 사이에 정전압(Vco)을 인가하였다. 금속-절연체 전이 트랜지스터의 인렛 전류(II)를 증가시키면서 인렛 단자와 아웃렛 단자의 양단에 인가되는 전압(VIO)을 측정하여 측정하여 도 6c에 나타내었다. 금속 절연체 전이 트랜지스터의 전기적 특성의 측정은 키사이트(Keysight) 4156 반도체파라미터분석기((Keysight 4156 Semiconductor parameter analyzer)를 사용하였다.A constant voltage (Vco) was applied between the control terminal and the outlet terminal of the monolithic metal-insulator transition device according to embodiments of the present invention. While increasing the inlet current (I I ) of the metal-insulator transition transistor, the voltage (V IO ) applied to both ends of the inlet terminal and the outlet terminal was measured and shown in Figure 6c. The electrical characteristics of the metal-insulator transition transistor were measured using a Keysight 4156 semiconductor parameter analyzer.

도 6c를 참조하면, 콘트롤 단자와 아웃렛 단자 사이에 전압(Vco)이 0V일 때 인렛 전류(II)를 증가시키면, 인렛 단자와 아웃렛 단자 사이의 전압(VIO)이 불연속적으로 급격히 감소할 수 있다. 또한, 콘트롤 단자와 아웃렛 단자 사이에 전압(Vco)이 증가하는 경우, 인렛 단자와 아웃렛 단자 사이의 전압(VIO)이 불연속 적으로 감소할 수 있다. 또한, 콘트롤 단자와 아웃렛 단자 사이에 전압(Vco)이 증가하는 경우, 인렛 단자와 아웃렛 단자 사이의 점프 전압이 감소할 수 있다. 콘트롤 단자와 아웃렛 단자 사이에 전압(Vco)은 일정한 전압 이상에서 더 이상 불연속적으로 감소하는 현상을 나타내지 않을 수 있다. 콘트롤 단자와 아웃렛 단자 사이에 전압(Vco)은 일정한 전압 이상에서 연속적으로 증가할 수 있다. Referring to Figure 6c, if the inlet current (I I ) is increased when the voltage (Vco) between the control terminal and the outlet terminal is 0V, the voltage (V IO ) between the inlet terminal and the outlet terminal will rapidly and discontinuously decrease. You can. Additionally, when the voltage (Vco) increases between the control terminal and the outlet terminal, the voltage (V IO ) between the inlet terminal and the outlet terminal may discontinuously decrease. Additionally, when the voltage Vco increases between the control terminal and the outlet terminal, the jump voltage between the inlet terminal and the outlet terminal may decrease. The voltage (Vco) between the control terminal and the outlet terminal may no longer show a phenomenon of discontinuous decrease above a certain voltage. The voltage (Vco) between the control terminal and the outlet terminal can continuously increase above a certain voltage.

다시 도 6a 내지 도 6c를 참조하면 본 발명의 실시예들에 따른 금속-절연체 전이 트랜지스터는 부성 미분 저항 모드로 동작할 수 있음을 할 수 있다. 이에 따라 금속-절연체 전이 트랜지스터 온(on) 저항이 감소될 수 있다.Referring again to FIGS. 6A to 6C, it can be seen that the metal-insulator transition transistor according to embodiments of the present invention can operate in a negative differential resistance mode. Accordingly, the metal-insulator transition transistor on resistance may be reduced.

[실험예 4][Experimental Example 4]

본 발명의 실시예들에 따라 모놀리식 금속-절연체 전이 소자를 형성하였다. 보조 트랜지스터의 소자 파괴 전압을 측정하여 도 6d에 나타내었다. 본 발명의 실시예들에 따라 모놀리식 금속-절연체 전이 소자를 형성하되, 도 4를 참조하여 설명된 확장 영역(321) 없이 보조 트랜지스터를 형성하였다. 보조 트랜지스터의 소자 파괴 전압을 측정하여 도 6e에 나타내었다. 금속 절연체 전이 트랜지스터의 전기적 특성의 측정은 키사이트(Keysight) 4156 반도체파라미터분석기((Keysight 4156 Semiconductor parameter analyzer)를 사용하였다.A monolithic metal-insulator transition device was formed according to embodiments of the present invention. The device breakdown voltage of the auxiliary transistor was measured and shown in Figure 6d. A monolithic metal-insulator transition device was formed according to embodiments of the present invention, but an auxiliary transistor was formed without the extended region 321 described with reference to FIG. 4 . The device breakdown voltage of the auxiliary transistor was measured and shown in Figure 6e. The electrical characteristics of the metal-insulator transition transistor were measured using a Keysight 4156 semiconductor parameter analyzer.

도 6d 및 도 6e를 참조하면, 확장 영역(321)을 포함하는 보조 트랜지스터의 소자 파괴 전압이 확장 영역(321, 도 4 참조) 없이 형성된 보조 트랜지스터의 소자 파괴 전압에 비해 높은 것을 알 수 있다. 보조 트랜지스터는 금속-절연체 전이 트랜지스터의 인렛 및 콘트롤과 병렬 연결될 수 있으므로, 확장 영역(321)에 의해 모놀리식 금속-절연체 전이 소자의 신뢰성이 향상될 수 있음을 알 수 있다.Referring to FIGS. 6D and 6E, it can be seen that the device breakdown voltage of the auxiliary transistor including the extension region 321 is higher than the device breakdown voltage of the auxiliary transistor formed without the expansion region 321 (see FIG. 4). Since the auxiliary transistor can be connected in parallel with the inlet and control of the metal-insulator transition transistor, it can be seen that the reliability of the monolithic metal-insulator transition device can be improved by the expansion area 321.

[실험예 5][Experimental Example 5]

본 발명의 실시예들에 따라 모놀리식 금속-절연체 전이 소자를 형성하였다. 보조 트랜지스터의 게이트, 즉, 금속 절연체 전이 소자의 매니저 전극(M, 도 1 및 도2 참조)에 인가하는 전압(VMO)을 변화시키면서, 금속-절연체 전이 트랜지스터의 인렛 단자와 아웃렛 단자 사이의 전압(VIO)에 따른 인렛 단자에 흐르는 전류(II)를 측정하여 도 6f에 나타내었다. 보조 트랜지스터의 게이트와 금속-절연체 전이 트랜지스터의 아웃렛 단자 사이에 전압(VMO)을 인가하고, 인렛 단자와 아웃렛 단자 사이의 전압(VIO)에 따른 인렛 단자에 흐르는 전류(II)를 측정하여 도 6g에 나타내었다. 금속 절연체 전이 트랜지스터의 전기적 특성의 측정은 키사이트(Keysight) 4156 반도체파라미터분석기((Keysight 4156 Semiconductor parameter analyzer)를 사용하였다.A monolithic metal-insulator transition device was formed according to embodiments of the present invention. While changing the voltage (V MO ) applied to the gate of the auxiliary transistor, that is, the manager electrode (M, see FIGS. 1 and 2) of the metal-insulator transition element, the voltage between the inlet terminal and the outlet terminal of the metal-insulator transition transistor The current (I I ) flowing through the inlet terminal according to (V IO ) was measured and shown in Figure 6f. Apply a voltage (V MO ) between the gate of the auxiliary transistor and the outlet terminal of the metal-insulator transition transistor, and measure the current (I I ) flowing through the inlet terminal according to the voltage (V IO ) between the inlet terminal and the outlet terminal. It is shown in Figure 6g. The electrical characteristics of the metal-insulator transition transistor were measured using a Keysight 4156 semiconductor parameter analyzer.

도 6f 및 도 6g를 참조하면, 보조 트랜지스터의 임계전류 공급에 따라 불연속 점프 구간이 발생됨을 알 수 있다. 보조 트랜지스터의 게이트에 인가하는 전압(VMO)이 증가함에 따라, 불연속 점프 구간의 전압이 감소하는 것을 알 수 있다. 보조 트랜지스터의 게이트에 인가하는 전압(VMO)이 소정의 값 이상의 범위를 갖는 경우, 불연속 점프 구간이 관찰되지 않는 것을 확인할 수 있다. Referring to FIGS. 6F and 6G, it can be seen that a discontinuous jump section occurs depending on the supply of critical current to the auxiliary transistor. It can be seen that as the voltage (V MO ) applied to the gate of the auxiliary transistor increases, the voltage in the discontinuous jump section decreases. It can be seen that when the voltage (V MO ) applied to the gate of the auxiliary transistor has a range of more than a predetermined value, no discontinuous jump section is observed.

[실험예 6][Experimental Example 6]

본 발명의 실시예들에 따라 모놀리식 금속-절연체 전이 소자를 형성하였다. 텍트로닉스(Tektronix) 370A Curve Trace를 이용하여 모놀리식 금속-절연체 전이 소자의 전류 및 전압 특성을 측정하여 도 6h에 나타내었다. 금속 절연체 전이 트랜지스터의 전기적 특성의 측정은 키사이트(Keysight) 4156 반도체파라미터분석기((Keysight 4156 Semiconductor parameter analyzer)를 사용하였다.A monolithic metal-insulator transition device was formed according to embodiments of the present invention. The current and voltage characteristics of the monolithic metal-insulator transition device were measured using a Tektronix 370A Curve Trace and are shown in Figure 6h. The electrical characteristics of the metal-insulator transition transistor were measured using a Keysight 4156 semiconductor parameter analyzer.

도 6h를 참조하면, 모놀리식 금속-절연체 전이 소자의 부성 미분 저항 모드 동작에 따라 금속-절연체 전이 트랜지스터의 온 저항이 감소하는 것을 알 수 있다. Referring to FIG. 6H, it can be seen that the on-resistance of the metal-insulator transistor decreases according to the negative differential resistance mode operation of the monolithic metal-insulator transition element.

도 7은 본 발명의 실시예들에 따른 모놀리식 금속-절연체 전이 소자의 단면도이다.Figure 7 is a cross-sectional view of a monolithic metal-insulator transition device according to embodiments of the present invention.

도 7을 참조하면, 스위칭 영역(SWR)의 콘트롤 웰 영역(210)은 구동 영역(CIR)의 채널 웰 영역(302)에 비해 더 깊게 형성되어 기판(100)의 하부층(101)과 연결될 수 있다. 콘트롤 웰 영역(210)의 하단은 채널 웰 영역(302)의 하단과 하부층(101)의 상면의 사이의 수직적 레벨에 위치할 수 있다. 콘트롤 웰 영역(210)의 하단은 하부층(101)의 상면에 비해 높지 않은 레벨에 위치할 수 있다. Referring to FIG. 7, the control well region 210 of the switching region (SWR) is formed deeper than the channel well region 302 of the driving region (CIR) and may be connected to the lower layer 101 of the substrate 100. . The lower end of the control well area 210 may be located at a vertical level between the lower end of the channel well area 302 and the upper surface of the lower layer 101. The bottom of the control well area 210 may be located at a level that is not higher than the top surface of the lower layer 101.

실시예들에 따르면, 구동 영역(CIR)의 채널 웰 영역(302) 또한 하부층(101)의 상면에 비해 높지 않은 레벨에 위치한 하단을 갖도록 형성될 수도 있다.According to embodiments, the channel well region 302 of the driving region CIR may also be formed to have a bottom located at a level not higher than the top surface of the lower layer 101.

도 8a 내지 도 8p는 본 발명의 실시예들에 따른 모놀리식 금속-절연체 전이 소자의 제조방법을 설명하기 위한 단면도들이다.8A to 8P are cross-sectional views for explaining a method of manufacturing a monolithic metal-insulator transition device according to embodiments of the present invention.

도 8a를 참조하면, 하부층(101) 및 상부층(102)을 포함하는 기판(100)을 준비할 수 있다. 하부층(101)은 반도체 기판에 제1 도전형 불순물을 고농도로 도핑하여 형성할 수 있다. 상부층(102)은 하부층(101)의 상면 상에 에피택시얼 성장 공정을 수행하여 형성할 수 있다. 에피택시얼 성장 공정은, 예컨대, 화학 기상 증착(Chemical Vapor Deposition: CVD) 공정 또는 분자 빔 에피택시(Molecular Beam Epitaxy: MBE) 공정을 포함할 수 있다. 상부층(102)의 형성시 하부층(101)에 비해 낮은 도즈(dose)의 불순물이 주입될 수 있다. 예컨대, 상부층(102)은 4 x 1013cm-2 내지 6 x 1013cm-2 범위의 도즈(dose)로 제1 도전형의 불순물을 주입하여 도핑할 수 있다. 상부층(102)에 대한 도핑 공정은 인시츄로 수행될 수 있다. Referring to FIG. 8A, a substrate 100 including a lower layer 101 and an upper layer 102 can be prepared. The lower layer 101 can be formed by doping a semiconductor substrate with a first conductivity type impurity at a high concentration. The upper layer 102 can be formed by performing an epitaxial growth process on the upper surface of the lower layer 101. The epitaxial growth process may include, for example, a chemical vapor deposition (CVD) process or a molecular beam epitaxy (MBE) process. When forming the upper layer 102, a lower dose of impurities may be injected than that of the lower layer 101. For example, the upper layer 102 may be doped by injecting impurities of the first conductivity type at a dose ranging from 4 x 10 13 cm -2 to 6 x 10 13 cm -2 . The doping process for the upper layer 102 may be performed in situ.

기판(100)의 상면(100u) 상에 버퍼 절연막(BP)을 형성할 수 있다. 버퍼 절연막(BP)은 습식 산화 공정 또는 건식 산화 공정을 이용하여 형성될 수 있다. 버퍼 절연막(BP)은 기판(100)의 상면(100u)을 전면적으로 덮을 수 있다. 버퍼 절연막(BP)의 두께는 100Å~600Å 범위의 값을 가질 수 있다. 버퍼 절연막(BP) 상에 버퍼 절연막(BP)의 상면의 일부를 노출하는 제1 개구부(OP1)를 갖는 제1 마스크 패턴(MP1)을 형성할 수 있다. 제1 마스크 패턴(MP1)은, 예컨대, 포토레지스트(Photoresist)를 포함할 수 있다. A buffer insulating layer BP may be formed on the upper surface 100u of the substrate 100. The buffer insulating film BP may be formed using a wet oxidation process or a dry oxidation process. The buffer insulating film BP may completely cover the upper surface 100u of the substrate 100. The thickness of the buffer insulating film BP may range from 100Å to 600Å. A first mask pattern MP1 having a first opening OP1 exposing a portion of the upper surface of the buffer insulating layer BP may be formed on the buffer insulating layer BP. The first mask pattern MP1 may include, for example, photoresist.

제1 마스크 패턴(MP1) 상에 이온주입 공정을 수행하여 기판(100)의 상부에 제2 도전형을 갖는 제1 불순물 이온들(imp1)을 주입할 수 있다. 제1 불순물 이온들(imp1)은 1x1012 cm-3 내지 1x1014 cm-2의 도즈로 주입될 수 있다. 제1 마스크 패턴(MP1)은 이온주입 공정 이후 제거될 수 있다.First impurity ions (imp1) having a second conductivity type may be implanted into the upper part of the substrate 100 by performing an ion implantation process on the first mask pattern (MP1). The first impurity ions (imp1) may be implanted at a dose of 1x10 12 cm -3 to 1x10 14 cm -2 . The first mask pattern MP1 may be removed after the ion implantation process.

도 8b를 참조하면, 기판(100) 상에 열처리 공정을 수행하여 채널 웰 영역(302)을 형성할 수 있다. 채널 웰 영역(302)은 도 8a를 참조하여 설명된 제1 불순물 이온들(imp1)의 확산에 의해 형성될 수 있다. 열처리 공정은 950℃ 내지 1250℃의 온도 범위에서 수행될 수 있다. 열처리 공정은 질소 분위기에서 수행될 수 있다. Referring to FIG. 8B, a heat treatment process may be performed on the substrate 100 to form a channel well region 302. The channel well region 302 may be formed by diffusion of the first impurity ions imp1 described with reference to FIG. 8A. The heat treatment process may be performed in a temperature range of 950°C to 1250°C. The heat treatment process may be performed in a nitrogen atmosphere.

도 8c를 참조하면, 버퍼 절연막(BP) 상에 제2 개구부(OP2)를 갖는 제2 마스크 패턴(MP2)을 형성할 수 있다. 제2 개구부(OP2)는 채널 웰 영역(302) 상에 위치할 수 있다. 이온주입 공정을 수행하여 채널 웰 영역(302)의 상부에 제2 불순물 이온들(imp2)을 주입할 수 있다. 제2 불순물 이온들(imp2)은 1x1012 cm-2 내지 1x1014 cm-2의 도즈로 주입될 수 있다. 제2 불순물 이온들(imp2)은 제1 도전형을 가질 수 있다. 즉, 제2 불순물 이온들(imp2)은 채널 웰 영역(302) 내의 불순물들과 다른 도전형을 가질 수 있다. 이온주입 공정 이후, 제2 마스크 패턴(MP2)을 제거할 수 있다.Referring to FIG. 8C , a second mask pattern MP2 having a second opening OP2 may be formed on the buffer insulating film BP. The second opening OP2 may be located on the channel well area 302 . Second impurity ions (imp2) may be implanted into the upper part of the channel well region 302 by performing an ion implantation process. The second impurity ions (imp2) may be injected at a dose of 1x10 12 cm -2 to 1x10 14 cm -2 . The second impurity ions (imp2) may have a first conductivity type. That is, the second impurity ions imp2 may have a different conductivity type than the impurities in the channel well region 302. After the ion implantation process, the second mask pattern MP2 can be removed.

도 8d를 참조하면, 버퍼 절연막(BP) 상에 제3 개구부(OP3)를 갖는 제3 마스크 패턴(MP3)을 형성할 수 있다. 제3 개구부(OP3)는 도 8a를 참조하여 설명된 제1 개구부(OP1)에 비해 큰 폭을 가질 수 있다. 이온주입 공정을 수행하여 기판(100)의 상부에 제3 불순물 이온들(imp3)을 주입할 수 있다. 제3 불순물 이온들(imp3)은 제2 도전형을 가질 수 있다. 제3 불순물 이온들(imp3)은 제2 불순물 이온들(imp2)에 비해 놓은 도즈를 가질 수 있다. 제3 불순물 이온들(imp3)은 5x1012 cm-2 ~ 5 x1014 cm-2 의 도즈로 주입될 수 있다. 이온주입 공정 이후, 제3 마스크 패턴(MP3)을 제거할 수 있다.Referring to FIG. 8D , a third mask pattern MP3 having a third opening OP3 may be formed on the buffer insulating layer BP. The third opening OP3 may have a larger width than the first opening OP1 described with reference to FIG. 8A. Third impurity ions (imp3) may be implanted into the upper part of the substrate 100 by performing an ion implantation process. The third impurity ions (imp3) may have a second conductivity type. The third impurity ions (imp3) may have a higher dose than the second impurity ions (imp2). The third impurity ions (imp3) may be injected at a dose of 5x10 12 cm -2 to 5x10 14 cm -2 . After the ion implantation process, the third mask pattern MP3 can be removed.

도 8d 및 도 8e를 참조하면, 기판(100) 상에 열처리 공정을 수행하여 확장 영역(321) 및 콘트롤 웰 영역(210)을 형성할 수 있다. 확장 영역(321) 및 콘트롤 웰 영역(210)은 하나의 열처리 공정을 통하여 동시에 형성될 수 있다. 확장 영역(321)은 제2 불순물 이온들(imp2)의 확산에 의해 형성될 수 있고, 콘트롤 웰 영역(210)은 제3 불순물 이온들(imp3)의 확산에 의해 형성될 수 있다. 열처리 공정은 900℃ 내지 1200℃의 온도 범위에서 수행될 수 있다. 열처리 공정은 질소 분위기에서 수행될 수 있다.Referring to FIGS. 8D and 8E, a heat treatment process may be performed on the substrate 100 to form an expansion area 321 and a control well area 210. The expansion area 321 and the control well area 210 may be formed simultaneously through one heat treatment process. The extended area 321 may be formed by diffusion of second impurity ions (imp2), and the control well area 210 may be formed by diffusion of third impurity ions (imp3). The heat treatment process may be performed in a temperature range of 900°C to 1200°C. The heat treatment process may be performed in a nitrogen atmosphere.

기판(100)의 상면(100u)을 노출시킨 후, 기판(100)의 상면(100u) 상에 제1 버퍼 절연막(BP1) 및 제2 버퍼 절연막(BP2)을 형성할 수 있다. 제1 버퍼 절연막(BP1)은, 예컨대, 실리콘 산화물을 포함할 수 있다. 제2 버퍼 절연막(BP2)은, 예컨대, 실리콘 질화물을 포함할 수 있다. 제1 버퍼 절연막(BP1)은 100ÅÅ 범위의 두께를 가질 수 있다. 제2 버퍼 절연막(BP2)은 제1 버퍼 절연막(BP1)에 비해 두꺼울 수 있다. 제2 버퍼 절연막(BP2)은 1000Å~2000Å 범위의 두께를 가질 수 있다.After exposing the upper surface 100u of the substrate 100, the first buffer insulating film BP1 and the second buffer insulating film BP2 may be formed on the upper surface 100u of the substrate 100. The first buffer insulating layer BP1 may include, for example, silicon oxide. The second buffer insulating layer BP2 may include, for example, silicon nitride. The first buffer insulating film BP1 may have a thickness in the range of 100ÅÅ. The second buffer insulating layer BP2 may be thicker than the first buffer insulating layer BP1. The second buffer insulating film BP2 may have a thickness ranging from 1000Å to 2000Å.

도 8f를 참조하면, 제2 버퍼 절연막(BP2) 상에 제4 개구부(OP4)를 갖는 제4 마스크 패턴(MP4)을 형성할 수 있다. 제4 개구부(OP4)는 채널 웰 영역(302)과 콘트롤 웰 영역(210) 사이의 공간 상에 위치할 수 있다. 제4 마스크 패턴(MP4)을 이용한 식각 공정을 수행하여 제1 버퍼 절연막(BP1)의 상면을 부분적으로 노출시킬 수 있다. 식각 공정 이후 제4 마스크 패턴(MP4)을 제거할 수 있다.Referring to FIG. 8F , a fourth mask pattern MP4 having a fourth opening OP4 may be formed on the second buffer insulating layer BP2. The fourth opening OP4 may be located in the space between the channel well area 302 and the control well area 210. The upper surface of the first buffer insulating layer BP1 may be partially exposed by performing an etching process using the fourth mask pattern MP4. After the etching process, the fourth mask pattern MP4 can be removed.

도 8g를 참조하면, 제1 버퍼 절연막(BP1) 상에 습식 산화 공정을 수행하여 제1 버퍼 절연막(BP1)에 비해 두꺼운 두께를 갖는 필드 절연막(103)을 형성시킬 수 있다. 습식 산화 공정은, 예컨대, 파이로제닉 습식 산화(Pyrogenic Wet Oxidation) 를 포함할 수 있다. 필드 절연막(103)은, 예컨대, 3000Å~8000Å 범위의 두께를 가질 수 있다. 습식 산화 공정의 수행 이후, 제2 버퍼 절연막(BP2)을 제거할 수 있다. Referring to FIG. 8G, a wet oxidation process may be performed on the first buffer insulating layer BP1 to form a field insulating layer 103 having a thicker thickness than the first buffer insulating layer BP1. Wet oxidation processes may include, for example, pyrogenic wet oxidation. The field insulating film 103 may have a thickness ranging from 3000 Å to 8000 Å, for example. After performing the wet oxidation process, the second buffer insulating layer BP2 may be removed.

도 8h를 참조하면, 제1 버퍼 절연막(BP1) 상에 제5 개구부(OP5)를 갖는 제5 마스크 패턴(MP5)을 형성할 수 있다. 제5 개구부(OP5)는 콘트롤 웰 영역(210) 상에 위치할 수 있다. 이온주입 공정을 수행하여 콘트롤 웰 영역(210) 내에 제4 불순물 이온들(imp4)을 주입할 수 있다. 제4 불순물 이온들(imp4)은 제1 도전형을 가질 수 있다. 제4 불순물 이온들(imp4)은 5x1013 cm-3 ~ 7 x1015 cm-2 의 도즈로 주입될 수 있다. 이온주입 공정 이후, 제5 마스크 패턴(MP5)을 제거할 수 있다.Referring to FIG. 8H, a fifth mask pattern MP5 having a fifth opening OP5 may be formed on the first buffer insulating layer BP1. The fifth opening OP5 may be located on the control well area 210 . Fourth impurity ions (imp4) may be implanted into the control well region 210 by performing an ion implantation process. The fourth impurity ions imp4 may have a first conductivity type. The fourth impurity ions (imp4) may be injected at a dose of 5x10 13 cm -3 to 7 x10 15 cm -2 . After the ion implantation process, the fifth mask pattern MP5 can be removed.

도 8h 도 8i를 참조하면, 기판(100) 상에 열처리 공정을 수행하여 인렛 웰 영역(220)을 형성할 수 있다. 열처리 공정은 900℃ 내지 1100℃의 온도 범위에서 수행될 수 있다. 열처리 공정은 질소 분위기에서 수행될 수 있다.Referring to FIG. 8H and FIG. 8I , the inlet well region 220 may be formed by performing a heat treatment process on the substrate 100. The heat treatment process may be performed in a temperature range of 900°C to 1100°C. The heat treatment process may be performed in a nitrogen atmosphere.

제1 버퍼 절연막(BP1)을 제거하고, 기판(100)의 상면(100u)을 덮는 상부 절연막(104)을 형성할 수 있다. 상부 절연막(104)은 필드 절연막(103)과 연결될 수 있다. 상부 절연막(104)은 필드 절연막(103)에 비해 얇은 두께를 가질 수 있다. 상부 절연막(104)은, 예컨대, 100Å~1000Å 범위의 두께를 가질 수 있다. The first buffer insulating layer BP1 may be removed, and an upper insulating layer 104 covering the upper surface 100u of the substrate 100 may be formed. The upper insulating film 104 may be connected to the field insulating film 103. The upper insulating film 104 may have a thinner thickness than the field insulating film 103. The upper insulating film 104 may have a thickness ranging from 100 Å to 1000 Å, for example.

채널 웰 영역(302) 상에 게이트 전극(330)을 형성할 수 있다. 게이트 전극(330)은 확장 영역(321)과 부분적으로 중첩될 수 있다. 게이트 전극(330)을 형성하는 것은 기판(100)의 상면(100u) 상에 폴리실리콘층을 형성하는 것 및 폴리실리콘층을 패터닝하는 것을 포함할 수 있다. 폴리실리콘층을 저압화학증착법(Low Pressure Chemical Vapor Deposition, LPCVD)을 이용하여 증착될 수 있다. 폴리실리콘층은 POCl3 분위기에서 열처리하여 도핑할 수 있다.A gate electrode 330 may be formed on the channel well region 302. The gate electrode 330 may partially overlap the extended area 321. Forming the gate electrode 330 may include forming a polysilicon layer on the upper surface 100u of the substrate 100 and patterning the polysilicon layer. The polysilicon layer can be deposited using low pressure chemical vapor deposition (LPCVD). The polysilicon layer can be doped by heat treatment in a POCl 3 atmosphere.

도 8j를 참조하면, 상부 절연막(104) 상에 제6 개구부들(OP6)을 갖는 제6 마스크 패턴(MP6)을 형성할 수 있다. 제6 개구부들(OP6)은 채널 웰 영역(302), 확장 영역(321) 및 인렛 웰 영역(220) 상에 각각 위치할 수 있다. 채널 웰 영역(302) 상의 제6 개구부(OP6)는 게이트 전극(330)과 부분적으로 중첩될 수 있다. 이온주입 공정을 수행하여 채널 웰 영역(302), 확장 영역(321) 및 인렛 웰 영역(220)내에 제5 불순물 이온들(imp5)을 주입할 수 있다. 제5 불순물 이온들(imp5)은 제1 도전형을 가질 수 있다. 제5 불순물 이온들(imp5)은 5x1012 cm-3 ~ 1x1014 cm-2 의 도즈로 주입될 수 있다. 이온주입 공정 이후, 제6 마스크 패턴(MP6)을 제거할 수 있다.Referring to FIG. 8J , a sixth mask pattern MP6 having sixth openings OP6 may be formed on the upper insulating film 104. The sixth openings OP6 may be located on the channel well area 302, the expansion area 321, and the inlet well area 220, respectively. The sixth opening OP6 on the channel well region 302 may partially overlap the gate electrode 330. An ion implantation process may be performed to implant fifth impurity ions (imp5) into the channel well region 302, expansion region 321, and inlet well region 220. The fifth impurity ions imp5 may have a first conductivity type. The fifth impurity ions (imp5) may be implanted at a dose of 5x10 12 cm -3 to 1x10 14 cm -2 . After the ion implantation process, the sixth mask pattern MP6 can be removed.

도 8k를 참조하면, 기판(100) 상에 열처리 공정을 수행하여 예비 불순물 영역들(315)을 형성할 수 있다. 열처리 공정은 800℃ 내지 1050℃의 온도 범위에서 수행될 수 있다. 열처리 공정은 질소 분위기에서 수행될 수 있다.Referring to FIG. 8K, preliminary impurity regions 315 may be formed by performing a heat treatment process on the substrate 100. The heat treatment process may be performed in a temperature range of 800°C to 1050°C. The heat treatment process may be performed in a nitrogen atmosphere.

게이트 전극(330)의 측벽들 상에 게이트 스페이서(331)를 형성할 수 있다. 게이트 스페이서(331)를 형성하는 것은 기판(100)의 전면 상에 절연막을 형성하는 것 및 절연막을 등방성 식각하여 게이트 전극(330)의 측벽들 상에 절연막의 일부를 잔존시키는 것을 포함할 수 있다.A gate spacer 331 may be formed on the sidewalls of the gate electrode 330. Forming the gate spacer 331 may include forming an insulating film on the front surface of the substrate 100 and isotropically etching the insulating film to leave a portion of the insulating film on the sidewalls of the gate electrode 330.

도 8l를 참조하면, 기판(100) 상에 제7 개구부들(OP7)을 갖는 제7 마스크 패턴(MP7)을 형성할 수 있다. 제7 개구부들(OP7)은 예비 불순물 영역(315) 상에 위치할 수 있다. 이온주입 공정을 수행하여 예비 불순물 영역(315)내에 제6 불순물 이온들(imp6)을 주입할 수 있다. 이때, 예비 불순물 영역(315)의 일부는 게이트 스페이서(331)에 의해 가려질 수 있다. 제6 불순물 이온들(imp6)은 제1 도전형을 가질 수 있다. 제6 불순물 이온들(imp6)은 제5 불순물 이온들(imp5)에 비해 높은 도즈로 주입될 수 있다. 예컨대, 제6 불순물 이온들(imp6)은 1x1015 cm-2 내지 9x1015 cm-2의 도즈로 주입될 수 있다. 이온주입 공정 이후, 제7 마스크 패턴(MP7)을 제거할 수 있다.Referring to FIG. 8L , a seventh mask pattern MP7 having seventh openings OP7 may be formed on the substrate 100. The seventh openings OP7 may be located on the preliminary impurity region 315 . The sixth impurity ions (imp6) may be implanted into the preliminary impurity region 315 by performing an ion implantation process. At this time, a portion of the preliminary impurity region 315 may be obscured by the gate spacer 331. The sixth impurity ions imp6 may have a first conductivity type. The sixth impurity ions (imp6) may be implanted at a higher dose than the fifth impurity ions (imp5). For example, the sixth impurity ions (imp6) may be injected at a dose of 1x10 15 cm -2 to 9x10 15 cm -2 . After the ion implantation process, the seventh mask pattern MP7 can be removed.

도 8l 및 도 8m을 참조하면, 기판(100) 상에 열처리 공정을 수행하여 제2 불순물 영역(312), 제2 소스/드레인 영역(320) 및 인렛 콘택 영역(222)을 형성할 수 있다. 열처리 공정은 800℃ 내지 1050℃의 온도 범위에서 수행될 수 있다. 열처리 공정은 질소 분위기에서 수행될 수 있다. 제2 불순물 영역(312), 제2 소스/드레인 영역(320), 인렛 콘택 영역(222)은 예비 불순물 영역(315) 내에 주입된 제6 불순물 이온들(imp6)의 확산에 의해 형성될 수 있다. 제2 불순물 영역(312), 제2 소스/드레인 영역(320), 인렛 콘택 영역(222)은 제6 불순물 이온들(imp6)의 추가적인 확산에 따라 증가된 불순물 농도를 가질 수 있다. 제1 불순물 영역(311)은 게이트 스페이서(331)에 의해 가려진 예비 불순물 영역(315)으로부터 형성될 수 있다.Referring to FIGS. 8L and 8M , a heat treatment process may be performed on the substrate 100 to form a second impurity region 312, a second source/drain region 320, and an inlet contact region 222. The heat treatment process may be performed in a temperature range of 800°C to 1050°C. The heat treatment process may be performed in a nitrogen atmosphere. The second impurity region 312, the second source/drain region 320, and the inlet contact region 222 may be formed by diffusion of the sixth impurity ions (imp6) implanted into the preliminary impurity region 315. . The second impurity region 312, the second source/drain region 320, and the inlet contact region 222 may have an increased impurity concentration due to additional diffusion of the sixth impurity ions imp6. The first impurity region 311 may be formed from the preliminary impurity region 315 obscured by the gate spacer 331 .

이어서, 기판(100) 상에 제8 개구부들(OP8)을 갖는 제8 마스크 패턴(MP8)을 형성할 수 있다. 제8 개구부들(OP8)은 채널 웰 영역(302) 및 콘트롤 웰 영역(210) 상에 각각 위치할 수 있다. 이온주입 공정을 수행하여 채널 웰 영역(302) 및 콘트롤 웰 영역(210)내에 제7 불순물 이온들(imp7)을 주입할 수 있다. 제7 불순물 이온들(imp7)은 제2 도전형을 가질 수 있다. 제7 불순물 이온들(imp7)은 후에 1x1015 cm-2 ~ 9x1015cm-2의 도즈로 주입될 수 있다. 이온주입 공정 이후, 제8 마스크 패턴(MP8)을 제거할 수 있다.Subsequently, an eighth mask pattern MP8 having eighth openings OP8 may be formed on the substrate 100 . The eighth openings OP8 may be located on the channel well area 302 and the control well area 210, respectively. Seventh impurity ions (imp7) may be implanted into the channel well region 302 and the control well region 210 by performing an ion implantation process. The seventh impurity ions imp7 may have a second conductivity type. The seventh impurity ions (imp7) may later be injected at a dose of 1x10 15 cm -2 to 9x10 15 cm -2 . After the ion implantation process, the eighth mask pattern MP8 can be removed.

도 8n을 참조하면, 기판(100) 상에 열처리 공정을 수행하여 제3 불순물 영역(313) 및 콘트롤 콘택 영역들(212)을 형성할 수 있다. 열처리 공정은 800℃ 내지 1050℃의 온도 범위에서 수행될 수 있다. 열처리 공정은 질소 분위기에서 수행될 수 있다. 제1 불순물 영역(311) 제2 불순물 영역(312) 및 제3 불순물 영역(313)은 제1 소스/드레인 영역(310)을 구성할 수 있다.Referring to FIG. 8N, a heat treatment process may be performed on the substrate 100 to form the third impurity region 313 and the control contact regions 212. The heat treatment process may be performed in a temperature range of 800°C to 1050°C. The heat treatment process may be performed in a nitrogen atmosphere. The first impurity region 311 , second impurity region 312 , and third impurity region 313 may form a first source/drain region 310 .

도 8o을 참조하면, 기판(100)의 전면 상에 층간 절연막(110)을 형성할 수 있다. 층간 절연막(110)은 저압화학증착법(LPCVD) 공정을 이용하여 형성될 수 있다. 층간 절연막(110)은 게이트 전극(330)및 게이트 스페이서(331)를 덮을 수 있다. 층간 절연막(110)은, 예컨대, 3000Å~10000Å 범위의 두께를 가질 수 있다.Referring to FIG. 8O, an interlayer insulating film 110 may be formed on the entire surface of the substrate 100. The interlayer insulating film 110 may be formed using a low pressure chemical vapor deposition (LPCVD) process. The interlayer insulating film 110 may cover the gate electrode 330 and the gate spacer 331. The interlayer insulating film 110 may have a thickness ranging from 3,000 Å to 10,000 Å, for example.

이어서 층간 절연막(110)을 관통하는 홀들(H)을 형성할 수 있다. 홀들(H)은 제1 및 제2 소스/드레인 영역들(310, 320), 콘트롤 콘택 영역들(212), 인렛 콘택 영역(222) 및 게이트 전극(330)의 상면을 노출시킬 수 있다. 인렛 콘택 영역(222)을 노출하는 홀(H)은 다른 홀들(H)에 비해 큰 폭을 갖도록 형성될 수 있다.Subsequently, holes H that penetrate the interlayer insulating film 110 may be formed. The holes H may expose the top surfaces of the first and second source/drain regions 310 and 320, control contact regions 212, inlet contact region 222, and gate electrode 330. The hole H exposing the inlet contact area 222 may be formed to have a larger width than the other holes H.

도 8p를 참조하면, 층간 절연막(110) 상에 홀들(H)을 채우는 금속막(450)을 형성할 수 있다. 금속막(450)을 형성하는 것은 물리기상 증착(PVD: Physical Vapor Deposition), 화학 기상 증착(CVD: Chemical Vapor Deposition) 및 원자층 증착(ALD: Atomic Layer Deposition) 중 어느 하나를 이용하여 수행될 수 있다. 예컨대, 금속막(450)은 스퍼터링 공정을 이용하여 형성될 수 있다. 금속막(450)의 상면 상에 평탄화 공정이 수행될 수 있다.Referring to FIG. 8P, a metal film 450 filling the holes H may be formed on the interlayer insulating film 110. Forming the metal film 450 can be performed using any one of physical vapor deposition (PVD), chemical vapor deposition (CVD), and atomic layer deposition (ALD). there is. For example, the metal film 450 may be formed using a sputtering process. A planarization process may be performed on the upper surface of the metal film 450.

다시 도 3 및 도 4를 참조하면, 층간 절연막(110)의 상면 상의 금속막(450)을 패터닝하여 제1 배선(412), 제2 배선(414) 및 제3 배선(420)을 형성할 수 있다. 제1 배선(412), 제2 배선(414) 및 제3 배선(420)은 서로 전기적으로 분리될 수 있다. Referring again to FIGS. 3 and 4 , the first wiring 412, the second wiring 414, and the third wiring 420 can be formed by patterning the metal film 450 on the upper surface of the interlayer insulating film 110. there is. The first wiring 412, the second wiring 414, and the third wiring 420 may be electrically separated from each other.

기판(100)의 하면(100l) 상에 하부 전극(140)을 형성할 수 있다. 하부 전극(140)은 물리기상 증착(PVD) 공정을 이용하여 기판(100)의 하면(100l)의 전면 상에 형성될 수 있다. 물리기상 증착(PVD) 공정은, 예컨대, 스퍼터링 공정을 포함할 수 있다. The lower electrode 140 may be formed on the lower surface 100l of the substrate 100. The lower electrode 140 may be formed on the entire surface of the lower surface 100l of the substrate 100 using a physical vapor deposition (PVD) process. A physical vapor deposition (PVD) process may include, for example, a sputtering process.

발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.A person skilled in the art to which the invention pertains will understand that the present invention can be implemented in other specific forms without changing its technical idea or essential features. Therefore, the embodiments described above should be understood in all respects as illustrative and not restrictive.

100: 기판 101: 하부층
102: 상부층 103: 필드 절연막
104: 상부 절연막 110: 층간 절연막
140: 하부 전극 210: 콘트롤 웰 영역
212: 콘트롤 콘택 영역 220: 인렛 웰 영역
222: 인렛 콘택 영역 302: 채널 웰 영역
310: 제1 소스/드레인 영역 320: 제2 소스/드레인 영역
321: 확장 영역 330: 게이트 전극
331 게이트 스페이서 412: 제1 배선
414: 제2 배선 420: 제3 배선
431: 제1 콘택 432: 제2 콘택
433: 게이트 콘택 441: 인렛 콘택
442: 콘트롤 콘택
100: substrate 101: lower layer
102: upper layer 103: field insulating film
104: upper insulating film 110: interlayer insulating film
140: lower electrode 210: control well area
212: control contact area 220: inlet well area
222: inlet contact area 302: channel well area
310: first source/drain area 320: second source/drain area
321: expansion area 330: gate electrode
331 gate spacer 412: first wiring
414: second wiring 420: third wiring
431: first contact 432: second contact
433: gate contact 441: inlet contact
442: Control contact

Claims (20)

하부 전극;
상기 하부 전극 상에 제공되어 제 1 불순물을 갖고 구동 영역과 상기 구동 영역에 접하는 스위칭 영역을 갖는 기판;
상기 구동 영역의 상기 기판 내에 제공되고, 제 2 불순물을 갖는 채널 웰 영역;
상기 채널 웰 영역의 중심 상의 게이트 전극;
상기 채널 웰 영역의 일측 상에 제공되어 상기 제 1 불순물을 갖는 제 1 소스/드레인 영역;
상기 채널 웰 영역의 타측 상에 제공되어 상기 제 1 불순물을 갖고 상기 제 1 소스/드레인 영역보다 깊은 제 2 소스/드레인 영역;
상기 스위칭 영역의 상기 기판 내에 제공되고, 상기 제 2 불순물과 상기 채널 웰 영역의 깊이와 상이한 깊이를 갖는 콘트롤 웰 영역;
상기 콘트롤 웰 영역의 중심 내에 제공되는 인렛 웰 영역;
상기 인렛 웰 영역의 중심 내에 제공되어 제 1 깊이를 갖는 인렛 콘택 영역;
상기 인렛 웰 영역 양측들 외곽의 상기 콘트롤 웰 영역 가장자리 내의 콘트롤 콘택 영역;
상기 제 1 소스/드레인 영역 상에 제공되는 제 1 콘택;
상기 제 2 소스/드레인 영역 상에 제공되는 제 2 콘택;
상기 게이트 전극 상에 제공되는 게이트 콘택;
상기 인렛 콘택 영역 상에 제공되는 인렛 콘택;
상기 콘트롤 콘택 영역 상에 제공되는 콘트롤 콘택;
상기 제 1 콘택을 상기 콘트롤 콘택에 연결하는 제 1 배선;
상기 제 2 콘택을 상기 인렛 콘택에 연결하는 제 2 배선; 및
상기 게이트 콘택에 연결된 제 3 배선을 포함하되,
상기 제 1 소스/드레인 영역은:
상기 제 1 깊이와 제 1 폭을 갖고 상기 게이트 전극의 일측 가장자리와 정렬되는 제 1 가장자리를 갖는 제 1 저농도 불순물 영역; 및
상기 제 1 저농도 불순물 영역 내에 제공되어 상기 제 1 깊이를 갖고, 상기 제 1 폭보다 작은 제 2 폭을 갖고, 상기 제 1 가장자리로부터 제 1 거리에 배치되고, 상기 제 1 저농도 불순물 영역의 농도보다 높은 농도의 상기 제 1 불순물을 갖는 제 1 고농도 불순물 영역을 포함하되,
상기 제 2 소스/드레인 영역은:
상기 제 1 깊이보다 깊은 제 2 깊이를 갖고, 상기 제 1 폭보다 넓은 제 2 폭을 갖고, 상기 게이트 전극의 타측 가장자리와 부분적으로 중첩하는 제 2 가장자리를 갖는 제 2 저농도 불순물 영역; 및
상기 제 2 저농도 불순물 영역 내에 제공되어 상기 제 1 깊이를 갖고, 상기 제 2 폭을 갖고, 상기 제 2 가장자리로부터 상기 제 1 거리보다 큰 제 2 거리에 배치되고, 상기 제 2 저농도 불순물 영역의 농도보다 높은 농도의 상기 제 1 불순물을 갖는 제 2 고농도 불순물 영역을 포함하는 모놀리식 금속-절연체-전이 소자.
lower electrode;
a substrate provided on the lower electrode, having a first impurity, a driving region and a switching region in contact with the driving region;
a channel well region provided within the substrate in the driving region and having a second impurity;
a gate electrode on the center of the channel well region;
a first source/drain region provided on one side of the channel well region and having the first impurity;
a second source/drain region provided on the other side of the channel well region, having the first impurity and being deeper than the first source/drain region;
a control well region provided within the substrate in the switching region and having a depth different from that of the second impurity and the channel well region;
an inlet well region provided within the center of the control well region;
an inlet contact area provided within the center of the inlet well area and having a first depth;
a control contact area within the edge of the control well area outside both sides of the inlet well area;
a first contact provided on the first source/drain region;
a second contact provided on the second source/drain region;
a gate contact provided on the gate electrode;
an inlet contact provided on the inlet contact area;
a control contact provided on the control contact area;
a first wire connecting the first contact to the control contact;
a second wire connecting the second contact to the inlet contact; and
Includes a third wire connected to the gate contact,
The first source/drain region is:
a first low-concentration impurity region having the first depth and the first width and having a first edge aligned with one edge of the gate electrode; and
provided within the first low-concentration impurity region, having a first depth, a second width less than the first width, disposed at a first distance from the first edge, and having a concentration higher than the first low-concentration impurity region. a first high concentration impurity region having a concentration of the first impurity,
The second source/drain region is:
a second low-concentration impurity region having a second depth deeper than the first depth, a second width wider than the first width, and a second edge partially overlapping the other edge of the gate electrode; and
is provided within the second low-concentration impurity region, has a first depth, has a second width, is disposed at a second distance from the second edge greater than the first distance, and has a concentration less than the second low-concentration impurity region. A monolithic metal-insulator-transition device comprising a second high concentration impurity region having a high concentration of the first impurity.
삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 제1 항에 있어서,
상기 인렛 콘택의 하단은 상기 제1 콘택의 하단에 비해 큰 폭을 갖는 모놀리식 금속-절연체-전이 소자.
According to claim 1,
A monolithic metal-insulator-transition device wherein the bottom of the inlet contact has a width greater than that of the first contact.
제1 항에 있어서,
상기 인렛 콘택의 하단은 상기 게이트 전극에 비해 큰 폭을 갖는 모놀리식 금속-절연체 전이 소자.
According to claim 1,
A monolithic metal-insulator transition device wherein the bottom of the inlet contact has a width greater than that of the gate electrode.
삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete
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Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009239202A (en) * 2008-03-28 2009-10-15 Sanyo Electric Co Ltd Amplifying element and manufacturing method thereof
WO2017215157A1 (en) * 2016-06-13 2017-12-21 骆宁 Semiconductor device

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101796146B1 (en) * 2013-07-05 2017-11-10 한국전자통신연구원 MIT Transistor system including critical current supply devices

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009239202A (en) * 2008-03-28 2009-10-15 Sanyo Electric Co Ltd Amplifying element and manufacturing method thereof
WO2017215157A1 (en) * 2016-06-13 2017-12-21 骆宁 Semiconductor device

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