KR102608959B1 - 2차원 물질을 포함하는 소자 - Google Patents

2차원 물질을 포함하는 소자 Download PDF

Info

Publication number
KR102608959B1
KR102608959B1 KR1020170112493A KR20170112493A KR102608959B1 KR 102608959 B1 KR102608959 B1 KR 102608959B1 KR 1020170112493 A KR1020170112493 A KR 1020170112493A KR 20170112493 A KR20170112493 A KR 20170112493A KR 102608959 B1 KR102608959 B1 KR 102608959B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
dimensional material
insulating pattern
layer
material layer
electrode
Prior art date
Application number
KR1020170112493A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20190026139A (ko
Inventor
박태진
김진범
김봉수
이규필
홍형선
황유상
Original Assignee
삼성전자주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 삼성전자주식회사 filed Critical 삼성전자주식회사
Priority to KR1020170112493A priority Critical patent/KR102608959B1/ko
Priority to US16/120,705 priority patent/US11251307B2/en
Priority to US16/120,726 priority patent/US20190074381A1/en
Priority to CN201811024895.7A priority patent/CN109427879B/zh
Publication of KR20190026139A publication Critical patent/KR20190026139A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102608959B1 publication Critical patent/KR102608959B1/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/68—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by only the electric current supplied, or only the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched
    • H01L29/76—Unipolar devices, e.g. field effect transistors
    • H01L29/772—Field effect transistors
    • H01L29/778—Field effect transistors with two-dimensional charge carrier gas channel, e.g. HEMT ; with two-dimensional charge-carrier layer formed at a heterojunction interface
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/68—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by only the electric current supplied, or only the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched
    • H01L29/76—Unipolar devices, e.g. field effect transistors
    • H01L29/772—Field effect transistors
    • H01L29/78—Field effect transistors with field effect produced by an insulated gate
    • H01L29/786—Thin film transistors, i.e. transistors with a channel being at least partly a thin film
    • H01L29/78603—Thin film transistors, i.e. transistors with a channel being at least partly a thin film characterised by the insulating substrate or support
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/02—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/12—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by the materials of which they are formed
    • H01L29/16—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by the materials of which they are formed including, apart from doping materials or other impurities, only elements of Group IV of the Periodic Table
    • H01L29/1606—Graphene
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/68—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by only the electric current supplied, or only the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched
    • H01L29/76—Unipolar devices, e.g. field effect transistors
    • H01L29/772—Field effect transistors
    • H01L29/778—Field effect transistors with two-dimensional charge carrier gas channel, e.g. HEMT ; with two-dimensional charge-carrier layer formed at a heterojunction interface
    • H01L29/7788—Vertical transistors
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
    • H01L21/02612—Formation types
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/28—Manufacture of electrodes on semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/268
    • H01L21/28008—Making conductor-insulator-semiconductor electrodes
    • H01L21/28017—Making conductor-insulator-semiconductor electrodes the insulator being formed after the semiconductor body, the semiconductor being silicon
    • H01L21/28158—Making the insulator
    • H01L21/28167—Making the insulator on single crystalline silicon, e.g. using a liquid, i.e. chemical oxidation
    • H01L21/28185—Making the insulator on single crystalline silicon, e.g. using a liquid, i.e. chemical oxidation with a treatment, e.g. annealing, after the formation of the gate insulator and before the formation of the definitive gate conductor
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/28—Manufacture of electrodes on semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/268
    • H01L21/283—Deposition of conductive or insulating materials for electrodes conducting electric current
    • H01L21/285—Deposition of conductive or insulating materials for electrodes conducting electric current from a gas or vapour, e.g. condensation
    • H01L21/28506—Deposition of conductive or insulating materials for electrodes conducting electric current from a gas or vapour, e.g. condensation of conductive layers
    • H01L21/28512—Deposition of conductive or insulating materials for electrodes conducting electric current from a gas or vapour, e.g. condensation of conductive layers on semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table
    • H01L21/28568—Deposition of conductive or insulating materials for electrodes conducting electric current from a gas or vapour, e.g. condensation of conductive layers on semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table the conductive layers comprising transition metals
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/02—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/06—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions
    • H01L29/0657—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions characterised by the shape of the body
    • H01L29/0665—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions characterised by the shape of the body the shape of the body defining a nanostructure
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/40—Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/41—Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape, relative sizes or dispositions
    • H01L29/423—Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape, relative sizes or dispositions not carrying the current to be rectified, amplified or switched
    • H01L29/42312—Gate electrodes for field effect devices
    • H01L29/42316—Gate electrodes for field effect devices for field-effect transistors
    • H01L29/4232—Gate electrodes for field effect devices for field-effect transistors with insulated gate
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/40—Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/41—Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape, relative sizes or dispositions
    • H01L29/423—Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape, relative sizes or dispositions not carrying the current to be rectified, amplified or switched
    • H01L29/42312—Gate electrodes for field effect devices
    • H01L29/42316—Gate electrodes for field effect devices for field-effect transistors
    • H01L29/4232—Gate electrodes for field effect devices for field-effect transistors with insulated gate
    • H01L29/42356—Disposition, e.g. buried gate electrode
    • H01L29/4236—Disposition, e.g. buried gate electrode within a trench, e.g. trench gate electrode, groove gate electrode
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/40—Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/41—Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape, relative sizes or dispositions
    • H01L29/423—Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape, relative sizes or dispositions not carrying the current to be rectified, amplified or switched
    • H01L29/42312—Gate electrodes for field effect devices
    • H01L29/42316—Gate electrodes for field effect devices for field-effect transistors
    • H01L29/4232—Gate electrodes for field effect devices for field-effect transistors with insulated gate
    • H01L29/42384—Gate electrodes for field effect devices for field-effect transistors with insulated gate for thin film field effect transistors, e.g. characterised by the thickness or the shape of the insulator or the dimensions, the shape or the lay-out of the conductor
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/40—Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/41—Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape, relative sizes or dispositions
    • H01L29/423—Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape, relative sizes or dispositions not carrying the current to be rectified, amplified or switched
    • H01L29/42312—Gate electrodes for field effect devices
    • H01L29/42316—Gate electrodes for field effect devices for field-effect transistors
    • H01L29/4232—Gate electrodes for field effect devices for field-effect transistors with insulated gate
    • H01L29/42384—Gate electrodes for field effect devices for field-effect transistors with insulated gate for thin film field effect transistors, e.g. characterised by the thickness or the shape of the insulator or the dimensions, the shape or the lay-out of the conductor
    • H01L29/42392—Gate electrodes for field effect devices for field-effect transistors with insulated gate for thin film field effect transistors, e.g. characterised by the thickness or the shape of the insulator or the dimensions, the shape or the lay-out of the conductor fully surrounding the channel, e.g. gate-all-around
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66007—Multistep manufacturing processes
    • H01L29/66075—Multistep manufacturing processes of devices having semiconductor bodies comprising group 14 or group 13/15 materials
    • H01L29/66227—Multistep manufacturing processes of devices having semiconductor bodies comprising group 14 or group 13/15 materials the devices being controllable only by the electric current supplied or the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched, e.g. three-terminal devices
    • H01L29/66409—Unipolar field-effect transistors
    • H01L29/66477—Unipolar field-effect transistors with an insulated gate, i.e. MISFET
    • H01L29/66742—Thin film unipolar transistors
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66007—Multistep manufacturing processes
    • H01L29/66969—Multistep manufacturing processes of devices having semiconductor bodies not comprising group 14 or group 13/15 materials
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66977—Quantum effect devices, e.g. using quantum reflection, diffraction or interference effects, i.e. Bragg- or Aharonov-Bohm effects
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/68—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by only the electric current supplied, or only the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched
    • H01L29/76—Unipolar devices, e.g. field effect transistors
    • H01L29/772—Field effect transistors
    • H01L29/778—Field effect transistors with two-dimensional charge carrier gas channel, e.g. HEMT ; with two-dimensional charge-carrier layer formed at a heterojunction interface
    • H01L29/7789—Field effect transistors with two-dimensional charge carrier gas channel, e.g. HEMT ; with two-dimensional charge-carrier layer formed at a heterojunction interface the two-dimensional charge carrier gas being at least partially not parallel to a main surface of the semiconductor body
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/68—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by only the electric current supplied, or only the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched
    • H01L29/76—Unipolar devices, e.g. field effect transistors
    • H01L29/772—Field effect transistors
    • H01L29/78—Field effect transistors with field effect produced by an insulated gate
    • H01L29/785—Field effect transistors with field effect produced by an insulated gate having a channel with a horizontal current flow in a vertical sidewall of a semiconductor body, e.g. FinFET, MuGFET
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/68—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by only the electric current supplied, or only the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched
    • H01L29/76—Unipolar devices, e.g. field effect transistors
    • H01L29/772—Field effect transistors
    • H01L29/78—Field effect transistors with field effect produced by an insulated gate
    • H01L29/785—Field effect transistors with field effect produced by an insulated gate having a channel with a horizontal current flow in a vertical sidewall of a semiconductor body, e.g. FinFET, MuGFET
    • H01L29/7853—Field effect transistors with field effect produced by an insulated gate having a channel with a horizontal current flow in a vertical sidewall of a semiconductor body, e.g. FinFET, MuGFET the body having a non-rectangular crossection
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/68—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by only the electric current supplied, or only the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched
    • H01L29/76—Unipolar devices, e.g. field effect transistors
    • H01L29/772—Field effect transistors
    • H01L29/78—Field effect transistors with field effect produced by an insulated gate
    • H01L29/786—Thin film transistors, i.e. transistors with a channel being at least partly a thin film
    • H01L29/78606—Thin film transistors, i.e. transistors with a channel being at least partly a thin film with supplementary region or layer in the thin film or in the insulated bulk substrate supporting it for controlling or increasing the safety of the device
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/68—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by only the electric current supplied, or only the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched
    • H01L29/76—Unipolar devices, e.g. field effect transistors
    • H01L29/772—Field effect transistors
    • H01L29/78—Field effect transistors with field effect produced by an insulated gate
    • H01L29/786—Thin film transistors, i.e. transistors with a channel being at least partly a thin film
    • H01L29/78642—Vertical transistors
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/68—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by only the electric current supplied, or only the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched
    • H01L29/76—Unipolar devices, e.g. field effect transistors
    • H01L29/772—Field effect transistors
    • H01L29/78—Field effect transistors with field effect produced by an insulated gate
    • H01L29/786—Thin film transistors, i.e. transistors with a channel being at least partly a thin film
    • H01L29/78681—Thin film transistors, i.e. transistors with a channel being at least partly a thin film having a semiconductor body comprising AIIIBV or AIIBVI or AIVBVI semiconductor materials, or Se or Te
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/68—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by only the electric current supplied, or only the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched
    • H01L29/76—Unipolar devices, e.g. field effect transistors
    • H01L29/772—Field effect transistors
    • H01L29/78—Field effect transistors with field effect produced by an insulated gate
    • H01L29/786—Thin film transistors, i.e. transistors with a channel being at least partly a thin film
    • H01L29/78684—Thin film transistors, i.e. transistors with a channel being at least partly a thin film having a semiconductor body comprising semiconductor materials of Group IV not being silicon, or alloys including an element of the group IV, e.g. Ge, SiN alloys, SiC alloys
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/68—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by only the electric current supplied, or only the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched
    • H01L29/76—Unipolar devices, e.g. field effect transistors
    • H01L29/772—Field effect transistors
    • H01L29/78—Field effect transistors with field effect produced by an insulated gate
    • H01L29/786—Thin film transistors, i.e. transistors with a channel being at least partly a thin film
    • H01L29/78696—Thin film transistors, i.e. transistors with a channel being at least partly a thin film characterised by the structure of the channel, e.g. multichannel, transverse or longitudinal shape, length or width, doping structure, or the overlap or alignment between the channel and the gate, the source or the drain, or the contacting structure of the channel
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/86—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable only by variation of the electric current supplied, or only the electric potential applied, to one or more of the electrodes carrying the current to be rectified, amplified, oscillated or switched
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/86—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable only by variation of the electric current supplied, or only the electric potential applied, to one or more of the electrodes carrying the current to be rectified, amplified, oscillated or switched
    • H01L29/861—Diodes
    • H01L29/88—Tunnel-effect diodes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
    • H01L21/02436—Intermediate layers between substrates and deposited layers
    • H01L21/02439—Materials
    • H01L21/02488—Insulating materials
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
    • H01L21/02436—Intermediate layers between substrates and deposited layers
    • H01L21/02494—Structure
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
    • H01L21/02518—Deposited layers
    • H01L21/02521—Materials
    • H01L21/02568—Chalcogenide semiconducting materials not being oxides, e.g. ternary compounds
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
    • H01L21/02612—Formation types
    • H01L21/02614—Transformation of metal, e.g. oxidation, nitridation
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/02—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/12—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by the materials of which they are formed
    • H01L29/24—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by the materials of which they are formed including, apart from doping materials or other impurities, only semiconductor materials not provided for in groups H01L29/16, H01L29/18, H01L29/20, H01L29/22
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66007—Multistep manufacturing processes
    • H01L29/66015—Multistep manufacturing processes of devices having a semiconductor body comprising semiconducting carbon, e.g. diamond, diamond-like carbon, graphene
    • H01L29/66037—Multistep manufacturing processes of devices having a semiconductor body comprising semiconducting carbon, e.g. diamond, diamond-like carbon, graphene the devices being controllable only by the electric current supplied or the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched, e.g. three-terminal devices
    • H01L29/66045—Field-effect transistors

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Nanotechnology (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Thin Film Transistor (AREA)
  • Insulated Gate Type Field-Effect Transistor (AREA)
  • Electrodes Of Semiconductors (AREA)

Abstract

2차원 물질을 포함하는 소자가 제공된다. 이 2차원 물질을 포함하는 소자는 기판, 상기 기판 상에 위치하는 제1 전극, 상기 제1 전극으로부터 상기 기판에 수직한 방향으로 연장되는 절연 패턴, 상기 절연 패턴의 상단에 위치하는 제2 전극, 상기 절연 패턴의 측벽에 위치하고, 상기 절연 패턴의 측벽과 평행한 2차원 물질의 원자층을 적어도 하나 포함하는 2차원 물질층, 상기 2차원 물질층을 덮는 게이트 절연층, 및 상기 게이트 절연층 주위에 위치하는 게이트 전극을 포함할 수 있다.

Description

2차원 물질을 포함하는 소자 {Device comprising 2D material}
본 발명의 기술적 사상은 2차원 물질을 포함하는 소자에 관한 것이다. 보다 구체적으로는 2차원 물질을 포함하는 수직형 트랜지스터 소자, 핀(fin)형 트랜지스터 소자, 및 터널링 소자에 관한 것이다.
흑연으로부터 그래핀을 분리하는 데 성공한 이후로 그래핀, 육방정계질화붕소(hexagonal boron nitride, h-BN), 및 전이금속 칼코겐화물(transition metal dichalcogenide, TMDC)을 비롯한 2차원 물질들에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 2차원 물질에서, 동일 원자층 내의 원자들 사이에는 강한 결합이 형성되는 반면 원자층들 사이에는 약한 반데르 발스 힘만 작용한다. 따라서 2차원 물질은 단일 원자층 내지 수개의 원자층만을 가지도록 형성될 수 있다. 2차원 물질은 수 나노미터 이하의 얇은 두께를 가질 뿐만 아니라, 기존의 3차원 결정구조를 갖는 물질에 비해 뛰어난 전기적, 광학적, 열적, 및 화학적 특성을 가지므로 전자 소자 및 광학 소자의 새로운 재료로 주목받고 있다.
본 발명의 기술적 사상이 해결하고자 하는 과제는 2차원 물질을 포함하는 소자를 제공하는 것이다.
상술한 과제를 해결하기 위하여 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 의한 2차원 물질을 포함하는 소자는 기판, 상기 기판 상에 위치하는 제1 전극, 상기 제1 전극으로부터 상기 기판에 수직한 방향으로 연장되는 절연 패턴, 상기 절연 패턴의 상단에 위치하는 제2 전극, 상기 절연 패턴의 측벽에 위치하고, 상기 절연 패턴의 측벽과 평행한 2차원 물질의 원자층을 적어도 하나 포함하는 2차원 물질층, 상기 2차원 물질층을 덮는 게이트 절연층, 및 상기 게이트 절연층 주위에 위치하는 게이트 전극을 포함할 수 있다.
본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 의한 2차원 물질을 포함하는 소자는 기판, 상기 기판과 평행한 방향으로 연장되는 채널 구조체, 상기 채널 구조체의 양단에 위치하는 제1 전극 및 제2 전극, 상기 채널 구조체 상을 지나가는 게이트 전극, 및 상기 채널 구조체와 상기 게이트 전극 사이에 위치하는 게이트 절연층을 포함하고, 상기 채널 구조체는 절연 패턴 및 상기 절연 패턴의 표면에 위치하는 2차원 물질층을 포함하고, 상기 2차원 물질층은 상기 절연 패턴의 표면과 평행한 2차원 물질의 원자층을 적어도 하나 포함할 수 있다.
본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 의한 2차원 물질을 포함하는 소자는 기판, 기판과 수직한 방향으로 연장되는 절연 패턴, 상기 절연 패턴의 측벽에 위치하고, 상기 절연 패턴에 의해 서로 이격된 한 쌍의 2차원 물질층, 및 상기 한 쌍의 2차원 물질층 중 하나와 접하는 제1 전극, 상기 한 쌍의 2차원 물질층 중 다른 하나와 접하는 제2 전극을 포함하고, 상기 한 쌍의 2차원 물질층 각각은 상기 절연 패턴의 측벽과 평행한 2차원 물질의 원자층을 적어도 하나 포함할 수 있다.
본 발명의 기술적 사상에 의한 2차원 물질을 포함하는 소자는 균일하고 얇은 두께의 2차원 물질층을 포함할 수 있다. 상기 2차원 물질층의 두께를 조절함으로써 상기 2차원 물질층의 밴드갭 에너지가 조절될 수 있다. 상기 2차원 물질의 원자층은 기판에 실질적으로 수직할 수 있다. 2차원 물질을 포함하는 소자는 뛰어난 전기적 특성을 가질 수 있다. 뿐만 아니라, 상기 2차원 물질을 포함하는 소자는 소형화 및 고집적화에 적합할 수 있다.
도 1a 및 도 1b는 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 따른 2차원 물질을 포함하는 소자를 나타낸 단면도들이다. 도 1b는 도 1a의 AA'선을 따라 자른 단면도이다.
도 2a 및 도 2b는 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 따른 2차원 물질을 포함하는 소자를 나타낸 단면도들이다. 도 2b는 도 2a의 AA'선을 따라 자른 단면도이다.
도 3a 및 도 3b는 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 따른 2차원 물질을 포함하는 소자를 나타낸 단면도들이다. 도 3b는 도 3a의 AA'선을 따라 자른 단면도이다.
도 4a 및 도 4b는 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 따른 2차원 물질을 포함하는 소자를 나타낸 단면도들이다. 도 4b는 도 4a의 AA'선을 따라 자른 단면도이다.
도 5a는 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 따른 2차원 물질을 포함하는 소자를 나타낸 사시도이다. 도 5b는 도 5a의 AA'선을 따라 자른 단면도이다.
도 6a는 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 따른 2차원 물질을 포함하는 소자를 나타낸 사시도이다. 도 6b는 도 6a의 AA'선을 따라 자른 단면도이다.
도 7a는 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 따른 2차원 물질을 포함하는 소자를 나타낸 단면도들이다. 도 7b는 도 7a의 AA'선을 따라 자른 단면도이다.
도 8a 내지 도 8h는 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 따른 2차원 물질을 포함하는 소자의 제조 방법을 설명하기 위한 단면도들이다.
도 9a 내지 도 9e는 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 따른 2차원 물질을 포함하는 소자의 제조 방법을 설명하기 위한 단면도들이다.
도 10a 내지 도 10f는 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 따른 2차원 물질을 포함하는 소자의 제조 방법을 설명하기 위한 단면도들이다.
도 1a 및 도 1b는 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 따른 2차원 물질을 포함하는 소자를 나타낸 단면도들이다. 도 1b는 도 1a의 AA'선을 따라 자른 단면도이다.
도 1a를 참조하면, 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 따른 2차원 물질을 포함하는 소자(100)는 기판(110), 제1 전극(120), 제2 전극(140), 절연 패턴(130), 2차원 물질층(150), 게이트 절연층(160), 및 게이트 전극(170)을 포함할 수 있다. 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 따른 2차원 물질을 포함하는 소자(100)는 수직형 트랜지스터일 수 있다.
기판(110)은 반도체 물질, 유리, 또는 플라스틱을 포함할 수 있다. 상기 반도체 물질은 족 반도체 물질, -Ⅴ족 반도체 물질 또는 -Ⅵ족 반도체 물질을 포함할 수 있다. 상기 족 반도체 물질은 예를 들어 실리콘(Si), 게르마늄(Ge), 또는 실리콘(Si)-게르마늄(Ge)을 포함할 수 있다. 상기 -Ⅴ족 반도체 물질은 예를 들어 갈륨비소(GaAs), 인듐인(InP), 갈륨인(GaP), 인듐비소(InAs), 인듐 안티몬(InSb), 또는 인듐갈륨비소(InGaAs)를 포함할 수 있다. 상기 -Ⅵ족 반도체 물질은 예를 들어 텔루르화 아연(ZnTe), 또는 황화카드뮴(CdS)을 포함할 수 있다. 반도체를 포함하는 기판(110)은 벌크 웨이퍼 또는 에피택시얼층일 수 있다.
제1 전극(120)은 기판(110) 상에 위치할 수 있다. 제2 전극(140)은 절연 패턴(130)의 상단에 위치할 수 있다. 제1 전극(120) 및 제2 전극(140)은 금속, 금속 질화물, 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 상기 금속은 예를 들어 텅스텐(W), 구리(Cu), 금(Au), 은(Ag), 티타늄(Ti), 탄탈륨(Ta), 루테늄(Ru), 또는 코발트(Co)를 포함할 수 있다. 상기 금속 질화물은 예를 들어 질화 티타늄(TiN), 질화 탄탈륨(TaN), 질화 코발트(CoN), 또는 질화 텅스텐(WN)을 포함할 수 있다.
일부 실시예에 따르면, 제1 층간 절연층(125)이 제1 전극(120)의 측벽을 덮을 수 있다. 제1 전극(120)이 제1 층간 절연층(125)을 관통할 수 있다. 제1 층간 절연층(125)은 예를 들어 실리콘 산화물, 실리콘 질화물, 또는 실리콘 산질화물과 같은 절연물질을 포함할 수 있다.
일부 실시예에 따르면, 제1 전극(120)과 마찬가지로 제2 전극(140) 주위에 제3 층간 절연층(145)(도 2a 참조)이 위치할 수 있다. 제2 전극(140)이 제3 층간 절연층(145)(도 2a 참조)을 관통할 수 있다. 제3 층간 절연층(145)(도 2a 참조)은 예를 들어 실리콘 산화물, 실리콘 질화물, 또는 실리콘 산질화물과 같은 절연물질을 포함할 수 있다.
절연 패턴(130)은 제1 전극(120)으로부터 제2 전극(140)까지 기판(110)에 수직한 방향으로 연장될 수 있다. 도 1b에서, 절연 패턴(130)의 기판(110)에 평행한 단면은 직사각형으로 도시하였으나, 절연 패턴(130)의 단면의 형상은 이에 한정되지 않는다. 절연 패턴(130)은 다른 화학물질과 반응하여 2차원 물질을 형성할 수 있는 절연물질을 포함할 수 있다. 일부 실시예에 따르면, 절연 패턴(130)은 금속 산화물들, 특히 전이 금속 산화물들을 포함할 수 있다. 절연 패턴(130)은 예를 들어 텅스텐 산화물들, 구리 산화물들, 니켈 산화물들, 몰리브덴 산화물들, 티타늄 산화물들, 바나듐 산화물들, 지르코늄 산화물들, 하프늄 산화물들, 팔라듐 산화물들, 백금 산화물들, 니오븀 산화물들, 탄탈륨 산화물들, 테크네튬 산화물들, 또는 레늄 산화물들을 포함할 수 있다. 일부 실시예에 따르면, 절연 패턴(130)은 몰리브덴 이산화물(MoO2), 텅스텐 이산화물(WO2)과 같은 전이금속 이산화물을 포함할 수 있다.
2차원 물질층(150)은 절연 패턴(130)의 측벽에 위치할 수 있다. 2차원 물질층(150)은 절연 패턴(130) 측벽 전체를 둘러쌀 수 있다. 즉, 2차원 물질층(150)은 절연 패턴(130)의 측벽을 이루는 네 측면에 모두 형성될 수 있다. 2차원 물질층(150)은 그래핀(grapheme), 육방정계질화붕소(hexagonal boron nitride, h-BN), 또는 전이금속 칼코겐화물(transition metal dichalcogenide, TMDC)과 같은 이차원 물질 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 상기 전이금속 칼코겐화물은 MX2의 화학식을 갖고, 이 때 M은 몰리브덴(Mo), 텅스텐(W), 니켈(Ni), 티타늄(Ti), 바나듐(V), 지르코늄(Zr), 하프늄(Hf), 팔라듐(Pd), 백금(Pt), 니오븀(Nb), 탄탈륨(Ta), 테크네튬(Tc), 또는 레늄(Re)과 같은 전이 금속 원소이고, X는 황(S), 셀레늄(Se), 또는 텔루륨(Te)과 같은 칼코겐(chalcogen) 원소이다. 2차원 물질층(150)은 절연 패턴(130)과 다른 화학 물질의 반응에 의해 형성된 것일 수 있다. 일부 실시예에 따르면, 2차원 물질층(150)과 절연 패턴(130)은 동일한 전이금속 원소를 포함할 수 있다. 예를 들어, 2차원 물질층(150)은 몰리브덴 이황화물(MoS2)을 포함하고, 절연 패턴(130)은 몰리브덴 이산화물(MoO2)을 포함할 수 있다.
2차원 물질층(150)은 n형 또는 p형 도핑될 수 있다. n형 도펀트 또는 p형 도펀트는 이온주입이나 화학적 도핑 방식으로 도핑될 수 있다. p형 도펀트의 소스는 예를 들면, NO2BF4, NOBF4, NO2SbF6와 같은 이온성 액체(ionic liquid), HCl, H2PO4, CH3COOH, H2SO4, HNO3와 같은 산류 화합물(acidic compound), 디클로로디시아노퀴논(dichlorodicyanoquinone, DDQ), 옥손(oxone), 디미리스토일포스파티딜이노시톨(dimyristoylphosphatidylinositol, DMPI), 트리플루오로메탄술폰이미드(trifluoromethanesulfoneimide)와 같은 유기 화합물(organic compound) 등을 포함할 수 있다. 일부 실시예에 따르면, p형 도펀트의 소스는 HPtCl4, AuCl3, HAuCl4, 트리플루오로 메탄 술폰산 은(silver trifluoromethanesulfonate, AgOTf), AgNO3, H2PdCl6, Pd(OAc)2, Cu(CN)2 등을 포함할 수 있다. n형 도펀트의 소스는 예를 들면, 치환 또는 비치환된 니코틴아미드의 환원물(a reduction product of a substituted or unsubstituted nicotinamide); 치환 또는 비치환된 니코틴아미드와 화학적으로 결합된 화합물의 환원물; 또는 두 개 이상의 피리디늄 유도체(pyridinium moieties)를 포함하고 하나 이상의 피리디늄 유도체의 질소가 환원된 화합물을 포함할 수 있다. n형 도펀트의 소스는 예를 들어 NMNH(nicotinamide mononucleotide-H), NADH(nicotinamide adenine dinucleotide-H), NADPH(nicotinamide adenine dinucleotide phosphate-H, 또는 비올로겐(viologen)을 포함할 수 있다. 일부 실시예에 따르면, n형 도펀트의 소스는 PEI(polyethylenimine) 등의 폴리머, 또는 칼륨(K), 또는 리튬(Li)과 같은 알칼리 금속을 포함할 수 있다.
2차원 물질층(150)은 2차원 물질의 원자층을 적어도 하나 포함할 수 있다. 일부 실시예에 따르면, 2차원 물질층(150)은 하나 내지 수 겹의 원자층으로 이루어질 수 있다. 예를 들어 2차원 물질층(150)은 1 내지 9 개의 원자층으로 이루어질 수 있다. 2차원 물질층(150)이 복수개의 원자층을 갖는 경우, 복수개의 원자층은 서로 평행할 수 있다. 2차원 물질층(150)을 구성하는 원자층 각각은 절연 패턴(130)의 측벽과 평행할 수 있다. 절연 패턴(130)의 측벽은 기판(110)에 실질적으로 수직하고, 2차원 물질의 원자층은 기판(110)에 실질적으로 수직할 수 있다.
2차원 물질층(150)은 반도체일 수 있다. 2차원 물질층(150)의 밴드갭 에너지는 2차원 물질층(150)을 구성하는 원자층의 수에 따라 달라질 수 있다. 2차원 물질층(150)을 구성하는 원자층의 수가 증가할수록 2차원 물질층(150)의 밴드갭 에너지는 감소할 수 있다. 즉, 2차원 물질층(150)의 두께가 증가할수록 2차원 물질층(150)의 밴드갭 에너지는 감소할 수 있다. 절연 패턴(130)을 구성하는 물질의 밴드 갭 에너지는 2차원 물질층(150)의 밴드갭 에너지보다 클 수 있다. 예를 들어, 절연 패턴(130)을 구성하는 몰리브덴 이산화물(MoO2)의 밴드 갭 에너지는 약 3.9eV 이상일 수 있고, 몰리브덴 이황화물(MoS2)의 원자 한 층으로 이루어진 2차원 물질층(150)의 밴드 갭 에너지는 그보다 작은 약 2.1eV이하일 수 있다. 2차원 물질층(150)을 구성하는 원자층의 개수가 증가함에 따라 2차원 물질층(150)의 밴드 갭 에너지는 더 감소할 수 있다.
게이트 절연층(160)은 2차원 물질층(150)을 덮을 수 있다. 도 1b에 도시된 바와 같이, 게이트 절연층(160)은 2차원 물질층(150) 둘레를 둘러쌀 수 있다. 게이트 절연층(160)은 예를 들어 하프늄 산화물(HfO2), 지르코늄 산화물(ZrO2), 란타늄 산화물(La2O3), 탄탈륨 산화물(Ta2O5), 티타늄 산화물(TiO2), 이트륨 산화물(Y2O3), 알루미늄 산화물(Al2O3)과 같은 절연물질을 포함할 수 있다.
게이트 전극(170)은 게이트 절연층(160) 주위에 위치할 수 있다. 게이트 전극(170)은 게이트 절연층(160)과 접할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 게이트 전극(170)은 올 어라운드 게이트(all around gate)형일 수 있다. 즉, 게이트 전극(170)은 게이트 절연층(160)을 사이에 두고 2차원 물질층(150) 둘레를 둘러쌀 수 있다. 게이트 전극(170)은 예를 들어 티타늄(Ti), 탄탈륨(Ta), 알루미늄(Al), 텅스텐(W), 루테늄(Ru), 니오븀(Ni), 몰리브덴(Mo), 하프늄(Hf), 니켈(Ni), 코발트(Co), 백금(Pt), 및 팔라듐(Pd)과 같은 금속, 또는 이들 금속의 질화물을 포함할 수 있다.
일부 실시예에 따르면, 게이트 전극(170)은 제2 층간 절연층(180)에 의해 제2 전극(140)으로부터 이격될 수 있다. 제2 층간 절연층(180)은 예를 들어, 실리콘 산화물, 실리콘 질화물, 또는 실리콘 산질화물과 같은 절연물질을 포함할 수 있다.
일부 실시예에 따르면, 게이트 전극(170) 아래 제4 층간 절연층(미도시)을 더 포함할 수 있다. 즉, 게이트 전극(170) 하면과 게이트 절연층(160) 사이에 제4 층간 절연층(미도시)을 더 포함할 수 있다. 제4 층간 절연층(미도시)은 제2 층간 절연층(180)과 마찬가지로 실리콘 산화물, 실리콘 질화물, 또는 실리콘 산질화물과 같은 절연물질을 포함할 수 있다.
도 2a 및 도 2b는 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 따른 2차원 물질을 포함하는 소자를 나타낸 단면도들이다. 도 2b는 도 2a의 AA'선을 따라 자른 단면도이다. 이하에서는 도 1a 및 도 1b를 참조하여 설명한 실시예와의 차이들이 기술된다.
도 2a 및 도 2b를 참조하면, 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 따른 2차원 물질을 포함하는 소자(200)에 포함되는 게이트 전극(170)은 듀얼 게이트(dual gate)형일 수 있다. 즉, 절연 패턴(130)의 양 측에 게이트 전극(170)이 위치할 수 있다.
도 3a 및 도 3b는 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 따른 2차원 물질을 포함하는 소자를 나타낸 단면도들이다. 도 3b는 도 3a의 AA'선을 따라 자른 단면도이다. 이하에서는 도 1a 및 도 1b를 참조하여 설명한 실시예와의 차이들이 기술된다.
도 3a 및 도 3b를 참조하면, 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 따른 2차원 물질을 포함하는 소자(300)에 포함되는 게이트 전극(170)은 싱글 게이트(single gate)형일 수 있다. 즉, 절연 패턴(130)의 한 측에 게이트 전극(170)이 위치할 수 있다.
도 4a 및 도 4b는 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 따른 2차원 물질을 포함하는 소자를 나타낸 단면도들이다. 도 4b는 도 4a의 AA'선을 따라 자른 단면도이다. 이하에서는 도 1a 및 도 1b를 참조하여 설명한 실시예와의 차이들이 기술된다.
도 4a 및 도 4b를 참조하면, 2차원 물질층(150)이 절연 패턴(130)의 측벽뿐만 아니라 상면에도 위치할 수 있다. 즉, 제2 전극(140)과 절연 패턴(130) 사이에 2차원 물질층(150)이 위치할 수 있다. 일부 실시예에 따르면, 2차원 물질층(150) 중 절연 패턴(130)의 상면에 위치하는 부분은 2차원 물질층(150) 중 절연 패턴(130)의 측벽에 위치하는 부분보다 얇을 수 있다.
도 5a는 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 따른 2차원 물질을 포함하는 소자를 나타낸 사시도이다. 도 5b는 도 5a의 AA'선을 따라 자른 단면도이다.
본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 따른 2차원 물질을 포함하는 소자(500)는 기판(110), 채널 구조체(510), 제1 전극(120), 제2 전극(140), 게이트 전극(170), 및 게이트 절연층(160)을 포함할 수 있다. 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 따른 2차원 물질을 포함하는 소자(500)는 핀형 트랜지스터일 수 있다.
채널 구조체(510)는 기판(110)과 평행한 방향으로 연장될 수 있다. 채널 구조체(510)는 절연 패턴(130) 및 2차원 물질층(150)을 포함할 수 있다. 절연 패턴(130)은 기판(110)과 평행한 방향으로 연장될 수 있다. 2차원 물질층(150)은 절연 패턴(130)의 표면에 위치할 수 있다. 2차원 물질층(150)은 예를 들어 절연 패턴(130)의 상면 및 측벽에 위치할 수 있다. 2차원 물질층(150)을 구성하는 원자층은 절연 패턴(130)의 표면과 평행할 수 있다. 예를 들어, 2차원 물질층(150) 중 절연 패턴(130)의 상면에 형성된 부분의 원자층은 절연 패턴(130)의 상면과 평행할 수 있다. 절연 패턴(130)의 상면은 기판(110)과 실질적으로 평행할 수 있으며, 이 경우 2차원 물질층(150) 중 절연 패턴(130)의 상면에 위치하는 부분의 원자층은 기판(110)과 실질적으로 평행할 수 있다. 또한, 2차원 물질층(150) 중 절연 패턴(130)의 측벽에 형성된 부분의 원자층은 절연 패턴(130)의 측벽과 평행할 수 있다. 절연 패턴(130)의 측벽은 기판(110)과 실질적으로 수직할 수 있으며, 이 경우 2차원 물질층(150) 중 절연 패턴(130)의 측벽에 형성된 부분의 원자층은 기판(110)과 실질적으로 수직할 수 있다.
제1 전극(120) 및 제2 전극(140)은 채널 구조체(510)의 양단에 위치할 수 있다. 제1 전극(120) 및 제2 전극(140)은 채널 구조체(510)의 2차원 물질층(150)과 전기적으로 연결될 수 있다.
게이트 전극(170)이 채널 구조체(510) 상을 지나갈 수 있다. 게이트 전극(170)은 기판(110)과 평행하고, 채널 구조체(510)가 연장되는 방향과 교차하는 방향으로 연장될 수 있다. 게이트 절연층(160)이 채널 구조체(510)와 게이트 전극(170) 사이에 위치할 수 있다.
기판(110), 절연 패턴(130), 2차원 물질층(150), 제1 전극(120), 제2 전극(140), 게이트 전극(170), 및 게이트 절연층(160)의 각각의 구성 물질에 대한 설명은 도 1a 및 도 1b를 참조하여 설명한 바와 같다.
도 6a는 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 따른 2차원 물질을 포함하는 소자를 나타낸 사시도이다. 도 6b는 도 6a의 AA'선을 따라 자른 단면도이다. 이하에서는 도 5a 및 도 5b를 참조하여 설명한 실시예와의 차이들이 기술된다.
도 6a 및 도 6b를 참조하면, 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 따른 2차원 물질을 포함하는 소자(600)는 소자 분리막(620)을 더 포함할 수 있다. 소자 분리막(620)은 실리콘 산화물, 실리콘 질화물, 또는 실리콘 산질화물과 같은 절연 물질을 포함할 수 있다.
소자 분리막(620)의 상면은 절연 패턴(130)의 상면보다 낮을 수 있다. 즉, 절연 패턴(130)이 소자 분리막(620)으로부터 돌출될 수 있다. 소자 분리막(620)은 절연 패턴(130)의 측벽의 일부를 덮을 수 있다. 소자 분리막(620)은 절연 패턴(130)의 측벽의 나머지 부분 및 절연 패턴(130)의 상면을 덮지 않을 수 있다. 절연 패턴(130)의 측벽 중 소자 분리막(620)에 의해 덮이지 않은 부분 및 절연 패턴(130)의 상면에 2차원 물질층(150)이 위치할 수 있다.
도 7a는 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 따른 2차원 물질을 포함하는 소자를 나타낸 단면도들이다. 도 7b는 도 7a의 AA'선을 따라 자른 단면도이다.
본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 따른 2차원 물질을 포함하는 소자(700)는 기판(110), 절연 패턴(130), 한 쌍의 2차원 물질층(150), 제1 전극(120) 및 제2 전극(140)을 포함할 수 있다. 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 따른 2차원 물질을 포함하는 소자(700)는 터널링 소자일 수 있다.
절연 패턴(130)은 기판(110)과 실질적으로 수직한 방향으로 연장된다. 한 쌍의 2차원 물질층(150)이 절연 패턴(130)의 측벽에 위치한다. 한 쌍의 2차원 물질층(150)은 절연 패턴(130)에 의해 서로 이격된다. 제1 전극(120)은 한 쌍의 2차원 물질층(150) 중 하나와 접하고, 제2 전극(140)은 한 쌍의 2차원 물질층(150) 중 다른 하나와 접한다. 즉, 제1 전극(120)과 제2 전극(140)은 절연 패턴(130) 및 한 쌍의 2차원 물질층(150)을 사이에 두고 서로 이격된다.
일부 실시예에 따르면, 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 따른 2차원 물질을 포함하는 소자(700)는 제1 층간 절연층(125)을 더 포함할 수 있다. 제1 층간 절연층(125)은 기판(110) 상에 위치할 수 있다. 제1 전극(120), 제2 전극(140), 및 2차원 물질층(150)이 제1 층간 절연층(125) 상에 위치할 수 있다. 도 7a와 같이 절연 패턴(130)은 제1 층간 절연층(125) 상에 위치할 수 있다. 다른 실시예에서, 도 7a와 달리 절연 패턴(130)은 기판(110)으로부터 기판(110)에 실질적으로 수직한 방향으로 연장되어 제1 층간 절연층(125)을 관통할 수 있다.
일부 실시예에 따르면, 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 따른 2차원 물질을 포함하는 소자(700)는 제2 층간 절연층(180)을 더 포함할 수 있다. 제2 층간 절연층(180)은 제1 전극(120) 및 제2 전극(140)의 측벽을 덮을 수 있다.
기판(110), 절연 패턴(130), 2차원 물질층(150), 제1 전극(120), 제2 전극(140), 제1 층간 절연층(125), 및 제2 층간 절연층(180)을 구성하는 물질에 대한 자세한 설명은 도 1a 및 도 1b를 참조하여 설명한 바와 같다.
도 8a 내지 도 8h는 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 따른 2차원 물질을 포함하는 소자의 제조 방법을 설명하기 위한 단면도들이다.
도 8a를 참조하면, 기판(110) 상에 제1 전극(120) 및 제1 층간 절연층(125)이 형성된다.
도 8b를 참조하면, 제1 전극(120) 상에 절연 패턴(130)이 형성된다. 절연 패턴(130)은 예를 들어 절연층(미도시)을 형성하는 단계 및 절연층(미도시)을 패터닝하는 단계에 의해 형성될 수 있다. 절연층(미도시)을 형성하는 단계에는 이베퍼레이션(evaporation), 스퍼터링(sputtering), 화학 기상 증착(chemical vapor deposition, CVD), 플라즈마 화학 기상 증착(plasma enhanced chemical vapor deposition, PECVD), 또는 원자층 증착(atomic layer deposition, ALD)과 같은 다양한 박막 증착 방법이 사용될 수 있다. 절연층을 패터닝하는 단계는 리소그래피를 이용하여 절연층 상에 식각 마스크를 형성하는 단계 및 식각 공정을 통해 절연층의 일부를 식각하는 단계를 포함할 수 있다.
도 8c를 참조하면, 절연 패턴(130)의 표면에 2차원 물질층(150)이 형성될 수 있다. 2차원 물질층(150)은 소스 가스와 절연 패턴(130)의 표면의 반응에 의해 형성될 수 있다. 예를 들어, 전이 금속 또는 전이 금속 산화물을 포함하는 절연 패턴(130)의 표면과 칼코겐 원소를 포함하는 소스 물질의 반응에 의해 전이금속 칼코겐화물을 포함하는 2차원 물질층(150)이 형성될 수 있다. 구체적으로, 몰리브덴 이산화물(MoO2)을 포함하는 절연 패턴(130)의 표면과 황(S) 증기 사이의 황화반응에 의해 몰리브덴 이황화물(MoS2)을 포함하는 2차원 물질층(150)이 형성될 수 있다. 몰리브덴 이산화물(MoO2)과 황(S) 증기 사이의 황화반응 동안의 공정 온도는 몰리브덴 이산화물(MoO2)의 승화 온도보다 낮을 수 있다. 예를 들어, 반응 온도는 약 400℃ 내지 약 1100℃일 수 있다. 반응 온도 동안 몰리브덴 이산화물(MoO2)이 고체 상태로 유지되므로 절연 패턴(130)의 표면에 균일한 두께의 몰리브덴 이황화물(MoS2)을 포함하는 2차원 물질층(150)이 형성될 수 있다. 강한 몰리브덴(Mo)-산소(O) 결합으로 인해 2차원 물질층(150)은 균일하고 얇은 두께로 형성될 수 있다. 또한, 반응 시간이 증가함에 따라 2차원 물질층(150)을 이루는 원자층의 개수가 증가하므로, 반응 시간을 조절함으로써 형성되는 2차원 물질층(150)의 두께를 조절할 수 있다. 2차원 물질층(150)의 두께를 조절함으로써 2차원 물질층(150)의 밴드갭 에너지가 조절될 수 있다.
도 8d를 참조하면, 2차원 물질층(150)을 덮는 게이트 절연층(160)이 형성된다. 게이트 절연층(160)은 예를 들어 원자층 증착에 의해 형성될 수 있다.
도 8e를 참조하면, 게이트 절연층(160) 상에 게이트 전극(170)이 형성된다. 게이트 전극(170)은 예를 들어, 게이트 절연층(160) 상에 게이트층(미도시)을 형성하는 단계 및 게이트층(미도시)을 패터닝하는 단계에 의해 형성될 수 있다. 일 실시예에 따르면, 게이트 전극(170)은 올 어라운드형으로 패터닝될 수 있다. 게이트층(미도시)을 형성하는 단계에는 예를 들어 화학 기상 증착, 플라즈마 화학 기상 증착, 또는 원자층 증착이 사용될 수 있다. 게이트층(미도시)을 패터닝하는 단계에는 예를 들어 에치백(etch back) 공정이 사용될 수 있다.
도 8f를 참조하면, 게이트 전극(170) 상에 제2 층간 절연층(180)을 형성한다. 제2 층간 절연층(180)은 예를 들어 화학 기상 증착, 또는 플라즈마 화학 기상 증착에 의해 형성될 수 있다.
도 8g를 참조하면, 절연 패턴(130)의 상면이 노출되도록 제2 층간 절연층(180)의 일부, 게이트 절연층(160)의 일부, 및 2차원 물질층(150)의 일부를 제거한다. 2차원 물질층(150) 중 절연 패턴(130)의 상면에 형성된 부분이 제거될 수 있다. 상기 제거 단계에는 예를 들어, 화학적 기계적 연마(chemical mechanical polishing, CMP)가 사용될 수 있다.
도 8h를 참조하면, 절연 패턴(130)의 상단에 제2 전극(140)이 형성된다. 상기 제2 전극(140)은 2차원 물질층(150)과 전기적으로 연결되도록 형성될 수 있다.
도 8a 내지 도 8h에 도시된 공정들에 따라 도 1a 및 도 1b에 도시된 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 따른 2차원 물질을 포함하는 소자(100)가 제조될 수 있다.
도 8e에 도시된 게이트 전극(170) 형성 단계에서, 게이트 전극(170) 형상이 듀얼 게이트형으로 형성되는 경우, 도 2a 및 도 2b에 도시된 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 따른 2차원 물질을 포함하는 소자(200)가 제조될 수 있다.
도 8e에 도시된 게이트 전극(170) 형성 단계에서, 게이트 전극(170) 형상이 싱글 게이트형으로 형성되는 경우, 도 3a 및 도 3b에 도시된 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 따른 2차원 물질을 포함하는 소자(300)가 제조될 수 있다.
도 8g에 도시된 단계에서, 2차원 물질층(150) 중 절연 패턴(130)의 상면에 형성된 부분이 제거되지 않거나, 일부만 제거되는 경우, 도 4a 및 도 4b에 도시된 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 따른 2차원 물질을 포함하는 소자(400)가 제조될 수 있다.
도 9a 내지 도 9e는 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 따른 2차원 물질을 포함하는 소자의 제조 방법을 설명하기 위한 단면도들이다.
도 9a를 참조하면, 기판(110) 상에 절연 패턴(130)을 형성한다. 절연 패턴(130) 형성 단계에 대한 자세한 설명은 도 8b를 참조하여 설명한 바와 같다.
도 9b를 참조하면, 기판(110) 상에 소자 분리막(620)을 형성한다. 소자 분리막(620)은 절연 패턴(130)보다 낮은 높이로 형성되어 절연 패턴(130)의 일부는 소자 분리막(620)에 의해 덮이지 않을 수 있다. 소자 분리막(620)은 예를 들어 화학 기상 증착, 또는 플라즈마 화학 기상 증착, 또는 열 산화 공정에 의해 형성될 수 있다.
도 9c를 참조하면, 절연 패턴(130)의 표면에 2차원 물질층(150)을 형성한다. 이로써 절연 패턴(130) 및 2차원 물질층(150)을 포함하는 채널 구조체(510)가 형성된다. 일부 실시예에서, 2차원 물질층(150)은 절연 패턴(130) 중 소자 분리막(620)에 의해 덮이지 않은 부분의 표면에만 형성될 수 있다. 예를 들어, 도 9c에 도시된 바와 같이, 2차원 물질층(150)은 절연 패턴(130)의 측벽의 일부 및 상면에 형성될 수 있다. 2차원 물질층(150) 형성 단계에 대한 자세한 설명은 도 8c를 참조하여 설명한 바와 같다.
도 9d를 참조하면, 2차원 물질층(150) 상에 게이트 절연층(160)을 형성한다. 게이트 절연층(160) 형성 단계에 대한 자세한 설명은 도 8d를 참조하여 설명한 바와 같다.
도 9e를 참조하면, 게이트 절연층(160) 상에 게이트 전극(170)을 형성한다. 게이트 전극(170) 형성 단계에 대한 자세한 설명은 도 8e를 참조하여 설명한 바와 같다. 다음으로, 채널 구조체(510)의 양단에 제1 전극(120)(도 5a 참조) 및 제2 전극(140)(도 5a 참조)을 형성한다. 일부 실시예에 따르면, 제1 전극(120)(도 5a 참조) 및 제2 전극(140)(도 5a 참조)은 도 9c에 도시된 2차원 물질층(150) 형성 단계와 도 9d에 도시된 게이트 절연층(160) 형성 단계 사이에 수행될 수 있다.
도 9a 내지 도 9e에 도시된 공정들에 따라 도 6a 및 도 6b에 도시된 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 따른 2차원 물질을 포함하는 소자(600)가 제조될 수 있다.
일부 실시예에 따르면, 도 9d 및 도 9e에 도시된 바와 달리, 게이트 절연층(160) 및 게이트 전극(170)은 리플레이스먼트 게이트(replacement gate) 방법으로 형성될 수 있다. 예를 들어, 먼저 희생 게이트 구조체(미도시)를 형성한 후, 희생 게이트 구조체(미도시)의 측벽을 덮는 층간 절연층(미도시)을 형성한다. 이후, 희생 게이트 구조체(미도시)를 제거하고, 희생 게이트 구조체(미도시)가 제거된 공간 내에 게이트 절연층(160) 및 게이트 전극(170)을 형성할 수 있다.
도 9b에 도시된 소자 분리막(620) 형성 단계가 생략되는 경우, 도 5a 및 도 5b에 도시된 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 따른 2차원 물질을 포함하는 소자(500)가 제조될 수 있다.
도 10a 내지 도 10f는 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 따른 2차원 물질을 포함하는 소자의 제조 방법을 설명하기 위한 단면도들이다.
도 10a를 참조하면, 기판(110) 상에 제1 층간 절연층(125)이 형성된다. 제1 층간 절연층(125)은 예를 들어, 원자층 증착, 열적 산화, 화학 기상 증착, 또는 플라즈마 화학 기상 증착에 의해 형성될 수 있다.
도 10b를 참조하면, 제1 층간 절연층(125) 상에 절연 패턴(130)이 형성된다. 절연 패턴(130) 형성 단계에 대한 자세한 설명은 도 8b를 참조하여 설명한 바와 같다.
도 10c를 참조하면, 절연 패턴(130)의 표면에 2차원 물질층(150)이 형성된다. 2차원 물질층(150) 형성 단계에 대한 자세한 설명은 도 8c를 참조하여 설명한 바와 같다.
도 10d를 참조하면, 2차원 물질층(150) 상에 전극 패턴(EP)을 형성한다. 전극 패턴(EP) 형성 단계는 예를 들어 전극층(미도시) 형성 단계 및 전극층(미도시) 패터닝 단계를 포함할 수 있다. 전극층(미도시) 형성 단계에는 예를 들어 스퍼터링, 이베퍼레이션, 화학 기상 증착, 플라즈마 화학 기상 증착 등이 이용될 수 있다. 전극층(미도시) 패터닝에는 예를 들어 에치백 공정이 이용될 수 있다.
도 10e를 참조하면, 전극층 상에 제2 층간 절연층(180)을 형성한다. 제2 층간 절연층(180)은 예를 들어 화학 기상 증착, 플라즈마 화학 기상 증착에 의해 형성될 수 있다.
도 10f를 참조하면, 절연 패턴(130)의 상면이 노출되도록 제3 층간 절연층(145), 전극 패턴(EP), 및 2차원 물질층(150)의 일부를 제거한다. 예를 들어, 화학적 기계적 연마와 같은 연마 공정이 사용될 수 있다. 전극 패턴(EP)의 일부가 제거됨으로써 제1 전극(120) 및 제2 전극(140)이 형성될 수 있다. 2차원 물질층(150) 중 절연 패턴(130)의 상면에 형성된 부분이 제거됨으로써 절연 패턴(130)의 측벽에 위치하며, 서로 분리된 한 쌍의 2차원 물질층(150)이 형성될 수 있다.
도 10a 내지 도 10f에 도시된 공정들에 따라 도 7a 및 도 7b에 도시된 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 따른 2차원 물질을 포함하는 소자(700)가 제조될 수 있다.
본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술적 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술적 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
110: 기판, 120: 제1 전극, 125: 제1 층간 절연층, 130: 절연 패턴, 140: 제2 전극, 145: 제3 층간 절연층, 150: 2차원 물질층, 160: 게이트 절연층, 170: 게이트 전극, 180: 제2 층간 절연층, 510: 채널 구조체, 620: 소자 분리막, EP: 전극 패턴

Claims (10)

  1. 기판;
    상기 기판 상에 위치하는 제1 전극;
    상기 제1 전극으로부터 상기 기판에 수직한 방향으로 연장되는 절연 패턴;
    상기 절연 패턴의 상단에 위치하는 제2 전극;
    상기 절연 패턴의 측벽에 위치하고, 상기 절연 패턴의 측벽과 평행한 2차원 물질의 원자층을 적어도 하나 포함하는 2차원 물질층;
    상기 2차원 물질층을 덮는 게이트 절연층; 및
    상기 게이트 절연층 주위에 위치하는 게이트 전극을 포함하며,
    상기 절연 패턴은 몰리브덴 이산화물(MoO2) 또는 텅스텐 이산화물(WO2)을 포함하는 전이금속 이산화물을 포함하며, 상기 2차원 물질층은 전이금속 칼코겐화물을 포함하며,
    상기 2차원 물질층은 복수개의 원자층으로 이루어지며, 상기 2차원 물질층의 원자층의 수는 상기 절연 패턴을 구성하는 물질의 밴드 갭 에너지보다 상기 2차원 물질층의 밴드 갭 에너지가 작도록 조절된 것을 특징으로 하는 2차원 물질을 포함하는 소자.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 절연 패턴은 몰리브덴 이산화물(MoO2)을 포함하고, 상기 2차원 물질은 몰리브덴 이황화물(MoS2)을 포함하는 것을 특징으로 하는 2차원 물질을 포함하는 소자.
  6. 제1 항에 있어서,
    상기 절연 패턴의 측벽은 상기 기판에 수직하고, 상기 2차원 물질의 원자층은 상기 기판에 수직한 것을 특징으로 하는 2차원 물질을 포함하는 소자.
  7. 기판;
    상기 기판과 평행한 방향으로 연장되는 채널 구조체;
    상기 채널 구조체의 양단에 위치하는 제1 전극 및 제2 전극;
    상기 채널 구조체 상을 지나가는 게이트 전극; 및
    상기 채널 구조체와 상기 게이트 전극 사이에 위치하는 게이트 절연층;을 포함하고,
    상기 채널 구조체는 절연 패턴 및 상기 절연 패턴의 표면에 위치하는 2차원 물질층을 포함하고,
    상기 2차원 물질층은 상기 절연 패턴의 표면과 평행한 2차원 물질의 원자층을 적어도 하나 포함하며,
    상기 절연 패턴은 몰리브덴 이산화물(MoO2) 또는 텅스텐 이산화물(WO2)을 포함하는 전이금속 이산화물을 포함하며, 상기 2차원 물질층은 전이금속 칼코겐화물을 포함하며,
    상기 2차원 물질층은 복수개의 원자층으로 이루어지며, 상기 2차원 물질층의 원자층의 수는 상기 절연 패턴을 구성하는 물질의 밴드 갭 에너지보다 상기 2차원 물질층의 밴드 갭 에너지가 작도록 조절된 것을 특징으로 하는 2차원 물질을 포함하는 소자.
  8. 제7 항에 있어서,
    상기 2차원 물질층은 상기 절연 패턴의 상면 및 측벽에 위치하는 것을 특징으로 하는 2차원 물질을 포함하는 소자.
  9. 제7 항에 있어서,
    상기 기판 상에 소자 분리막을 더 포함하고,
    상기 절연 패턴의 측벽의 일부 및 상기 절연 패턴의 상면은 상기 소자 분리막에 의해 덮이지 않고,
    상기 2차원 물질층은 상기 절연 패턴의 측벽 중 상기 소자 분리막에 의해 덮이지 않은 부분 및 상기 절연 패턴의 상면에 위치하는 것을 특징으로 하는 2차원 물질을 포함하는 소자.
  10. 기판;
    기판과 수직한 방향으로 연장되는 절연 패턴;
    상기 절연 패턴의 측벽에 위치하고, 상기 절연 패턴에 의해 서로 이격된 한 쌍의 2차원 물질층; 및
    상기 한 쌍의 2차원 물질층 중 하나와 접하는 제1 전극;
    상기 한 쌍의 2차원 물질층 중 다른 하나와 접하는 제2 전극;을 포함하고,
    상기 한 쌍의 2차원 물질층 각각은 상기 절연 패턴의 측벽과 평행한 2차원 물질의 원자층을 적어도 하나 포함하며,
    상기 절연 패턴은 몰리브덴 이산화물(MoO2) 또는 텅스텐 이산화물(WO2)을 포함하는 전이금속 이산화물을 포함하며, 상기 2차원 물질층은 전이금속 칼코겐화물을 포함하며,
    상기 2차원 물질층은 복수개의 원자층으로 이루어지며, 상기 2차원 물질층의 원자층의 수는 상기 절연 패턴을 구성하는 물질의 밴드 갭 에너지보다 상기 2차원 물질층의 밴드 갭 에너지가 작도록 조절된 것을 특징으로 하는 2차원 물질을 포함하는 소자.
KR1020170112493A 2017-09-04 2017-09-04 2차원 물질을 포함하는 소자 KR102608959B1 (ko)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020170112493A KR102608959B1 (ko) 2017-09-04 2017-09-04 2차원 물질을 포함하는 소자
US16/120,705 US11251307B2 (en) 2017-09-04 2018-09-04 Device comprising 2D material
US16/120,726 US20190074381A1 (en) 2017-09-04 2018-09-04 Device comprising 2d material
CN201811024895.7A CN109427879B (zh) 2017-09-04 2018-09-04 包括2d材料的装置

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020170112493A KR102608959B1 (ko) 2017-09-04 2017-09-04 2차원 물질을 포함하는 소자

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20190026139A KR20190026139A (ko) 2019-03-13
KR102608959B1 true KR102608959B1 (ko) 2023-12-01

Family

ID=65514822

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020170112493A KR102608959B1 (ko) 2017-09-04 2017-09-04 2차원 물질을 포함하는 소자

Country Status (3)

Country Link
US (2) US11251307B2 (ko)
KR (1) KR102608959B1 (ko)
CN (1) CN109427879B (ko)

Families Citing this family (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10586864B2 (en) * 2018-08-05 2020-03-10 International Business Machines Corporation Vertical transistor with one-dimensional edge contacts
US10593798B2 (en) 2018-08-05 2020-03-17 International Business Machines Corporation Vertical transistor with one atomic layer gate length
CN109616510B (zh) * 2018-12-03 2020-04-14 惠科股份有限公司 薄膜晶体管结构及其制作方法、显示装置
US11581430B2 (en) 2019-08-22 2023-02-14 Globalfoundries U.S. Inc. Planar transistor device comprising at least one layer of a two-dimensional (2D) material and methods for making such transistor devices
US11004965B2 (en) 2019-09-17 2021-05-11 Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd. Forming semiconductor structures with two-dimensional materials
US11069819B2 (en) * 2019-10-30 2021-07-20 Globalfoundries U.S. Inc. Field-effect transistors with channel regions that include a two-dimensional material on a mandrel
US11489064B2 (en) * 2019-12-13 2022-11-01 Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd. Forming 3D transistors using 2D van per waals materials
CN111969058B (zh) * 2020-07-30 2022-07-01 电子科技大学中山学院 一种二硫化钼场效应晶体管及其制备方法和应用
US11728391B2 (en) * 2020-08-07 2023-08-15 Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd. 2d-channel transistor structure with source-drain engineering
US20230231058A1 (en) * 2022-01-18 2023-07-20 Tokyo Electron Limited Stackable semiconductor device with 2d material layer and methods of manufacturing thereof

Family Cites Families (24)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3182892B2 (ja) * 1992-07-03 2001-07-03 松下電器産業株式会社 量子素子の製造方法
KR101732462B1 (ko) 2010-11-12 2017-05-08 삼성전자주식회사 수직 채널 트랜지스터를 구비하는 반도체 장치 및 그 동작 방법
JP2014192493A (ja) * 2013-03-28 2014-10-06 Toyoda Gosei Co Ltd 半導体装置
US9673390B2 (en) 2014-02-21 2017-06-06 The Board Of Trustees Of The Leland Stanford Junior University Phase transformation in transition metal dichalcogenides
US9240478B2 (en) * 2014-04-16 2016-01-19 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. 3D UTB transistor using 2D material channels
US9711647B2 (en) * 2014-06-13 2017-07-18 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. Thin-sheet FinFET device
US20160093491A1 (en) 2014-09-29 2016-03-31 University Of North Texas LARGE SCALE AND THICKNESS-MODULATED MoS2 NANOSHEETS
US9425324B2 (en) * 2014-09-30 2016-08-23 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company Limited Semiconductor device and channel structure thereof
KR102245133B1 (ko) 2014-10-13 2021-04-28 삼성전자 주식회사 이종 게이트 구조의 finFET를 구비한 반도체 소자 및 그 제조방법
EP3023390B1 (en) 2014-11-18 2019-04-10 IMEC vzw MoS2 film formation and transfer to a substrate
CN104409508B (zh) * 2014-12-08 2017-07-21 沈阳工业大学 Soi衬底双向击穿保护双栅绝缘隧穿增强晶体管及制造方法
US20160233322A1 (en) 2015-02-06 2016-08-11 G-Force Nanotechnology Ltd. Method for fabricating chalcogenide films
US10269791B2 (en) * 2015-03-16 2019-04-23 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. Field-effect transistors having transition metal dichalcogenide channels and methods of manufacture
KR102335772B1 (ko) * 2015-04-07 2021-12-06 삼성전자주식회사 측면 게이트와 2차원 물질 채널을 포함하는 전자소자와 그 제조방법
US10217819B2 (en) * 2015-05-20 2019-02-26 Samsung Electronics Co., Ltd. Semiconductor device including metal-2 dimensional material-semiconductor contact
US9620665B1 (en) 2015-06-17 2017-04-11 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Army Method for improved growth of two-dimensional transition metal dichalcogenides
KR102455433B1 (ko) 2015-07-03 2022-10-17 삼성전자주식회사 수직 정렬된 2차원 물질을 포함하는 소자 및 수직 정렬된 2차원 물질의 형성방법
KR101682307B1 (ko) 2015-07-09 2016-12-05 연세대학교 산학협력단 전이금속 디칼코제나이드 대면적 성장 방법 및 상기 방법에 사용되는 장치
US9576950B1 (en) 2015-08-31 2017-02-21 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. Contacts to transition metal dichalcogenide and manufacturing methods thereof
US10276698B2 (en) * 2015-10-21 2019-04-30 International Business Machines Corporation Scalable process for the formation of self aligned, planar electrodes for devices employing one or two dimensional lattice structures
US10056498B2 (en) * 2016-11-29 2018-08-21 Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd. Semiconductor device and manufacturing method thereof
CN106653857B (zh) * 2016-12-19 2020-05-29 中国科学院微电子研究所 具有背栅负电容的半导体器件及其制造方法
US9947660B1 (en) 2017-04-18 2018-04-17 International Business Machines Corporation Two dimension material fin sidewall
US10446694B2 (en) * 2017-06-13 2019-10-15 National Applied Research Laboratories Field-effect transistor structure having two-dimensional transition metal dichalcogenide

Also Published As

Publication number Publication date
CN109427879B (zh) 2024-05-24
US20190074380A1 (en) 2019-03-07
CN109427879A (zh) 2019-03-05
US11251307B2 (en) 2022-02-15
US20190074381A1 (en) 2019-03-07
KR20190026139A (ko) 2019-03-13

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR102608959B1 (ko) 2차원 물질을 포함하는 소자
KR102334380B1 (ko) 2차원 물질을 포함하는 소자의 제조 방법
EP3115484B1 (en) Device including vertically aligned two-dimensional material and method of forming a vertically aligned two-dimensional material
KR102156320B1 (ko) 이차원 물질을 포함하는 인버터와 그 제조방법 및 인버터를 포함하는 논리소자
JP6437277B2 (ja) 二次元物質及びその形成方法、並びに該二次元物質を含む素子
US11532709B2 (en) Field effect transistor including channel formed of 2D material
US20120161098A1 (en) Substrate, manufacturing method of substrate, semiconductor element, and manufacturing method of semiconductor element
US20210226011A1 (en) Semiconductor device including two-dimensional semiconductor material
US10541135B2 (en) Source and drain formation using self-aligned processes
US20220238692A1 (en) Method of patterning two-dimensional material layer on substrate, and method of fabricating semiconductor device
US20210249527A1 (en) Forming semiconductor structures with two-dimensional materials
US20230081646A1 (en) Multi bridge channel field effect transistor and method of fabricating the same

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
AMND Amendment
E601 Decision to refuse application
AMND Amendment
X701 Decision to grant (after re-examination)
GRNT Written decision to grant