KR102662942B1 - Semiconductor device and method of fabricating the same - Google Patents
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Abstract
반도체 소자 및 이의 제조 방법이 제공된다. 이 반도체 소자는 제 1 영역과 제 2 영역을 포함하는 기판; 상기 기판 상의 버퍼층; 상기 버퍼층 상의 반도체층; 상기 반도체층 상의 베리어층; 상기 제 1 영역 상에서 상기 베리어층 상에 배치되는 제 1 소스 전극, 제 1 드레인 전극 및 이들 사이의 제 1 게이트 전극; 상기 제 2 영역 상에서 상기 베리어층 상에 배치되는 제 2 소스 전극, 제 2 드레인 전극 및 이들 사이의 제 2 게이트 전극; 및 상기 제1 게이트 전극과 상기 베리어층 사이에 개재되는 강유전체 패턴을 포함한다.A semiconductor device and a method for manufacturing the same are provided. This semiconductor device includes a substrate including a first region and a second region; a buffer layer on the substrate; a semiconductor layer on the buffer layer; A barrier layer on the semiconductor layer; a first source electrode, a first drain electrode, and a first gate electrode disposed on the barrier layer in the first area; a second source electrode, a second drain electrode, and a second gate electrode disposed on the barrier layer in the second area; and a ferroelectric pattern interposed between the first gate electrode and the barrier layer.
Description
본 발명은 반도체 소자 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to semiconductor devices and methods for manufacturing the same.
고전자 이동도 트랜지스터(HEMT: High Electron Mobility Transistor)는 서로 다른 에너지 밴드갭(bandgap)을 가지는 반도체 물질의 이종접합 계면에서 분극(polarization)과 밴드 단절(band discontinuity)에 의해 발생하는 2DEG(2Dimensional Electron Gas)층을 반도체 소자의 채널층(전자가 소스에서 드레인으로 이동하는 통로)으로 사용한다. 이런 HEMT 소자는 2DEG층에서의 높은 전자이동도로 인하여 고출력-고주파 시스템에 사용되고 있다.High Electron Mobility Transistor (HEMT) is a 2DEG (2Dimensional Electron) generated by polarization and band discontinuity at the heterojunction interface of semiconductor materials with different energy bandgaps. The gas layer is used as a channel layer (a path through which electrons move from source to drain) of semiconductor devices. These HEMT devices are used in high-power-high-frequency systems due to the high electron mobility in the 2DEG layer.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 고출력-고주파 시스템에 이용될 수 있는 유연한 반도체 소자를 제공하는데 있다.The problem to be solved by the present invention is to provide a flexible semiconductor device that can be used in a high-output-high-frequency system.
본 발명이 해결하고자 하는 다른 과제는 불량을 줄이고 제작 비용을 절감할 수 있는 반도체 소자의 제조 방법을 제공하는데 있다.Another problem that the present invention aims to solve is to provide a method for manufacturing semiconductor devices that can reduce defects and reduce manufacturing costs.
상기 과제를 달성하기 위한 본 발명의 개념에 따른 반도체 소자는 제 1 영역과 제 2 영역을 포함하는 기판; 상기 기판 상의 버퍼층; 상기 버퍼층 상의 반도체층; 상기 반도체층 상의 베리어층; 상기 제 1 영역 상에서 상기 베리어층 상에 배치되는 제 1 소스 전극, 제 1 드레인 전극 및 이들 사이의 제 1 게이트 전극; 상기 제 2 영역 상에서 상기 베리어층 상에 배치되는 제 2 소스 전극, 제 2 드레인 전극 및 이들 사이의 제 2 게이트 전극; 및 상기 제1 게이트 전극과 상기 베리어층 사이에 개재되는 강유전체 패턴을 포함한다. A semiconductor device according to the concept of the present invention for achieving the above object includes a substrate including a first region and a second region; a buffer layer on the substrate; a semiconductor layer on the buffer layer; a barrier layer on the semiconductor layer; a first source electrode, a first drain electrode, and a first gate electrode disposed on the barrier layer in the first area; a second source electrode, a second drain electrode, and a second gate electrode disposed on the barrier layer in the second area; and a ferroelectric pattern interposed between the first gate electrode and the barrier layer.
상기 기판은 유연할 수 있다. The substrate may be flexible.
상기 반도체 소자는 상기 기판과 상기 버퍼층 사이에 개재되는 접착층을 더 포함할 수 있다.The semiconductor device may further include an adhesive layer interposed between the substrate and the buffer layer.
상기 반도체 소자는 상기 기판과 상기 버퍼층 사이에 개재되는 육방정 질화붕소층을 더 포함할 수 있다. The semiconductor device may further include a hexagonal boron nitride layer interposed between the substrate and the buffer layer.
상기 제 1 소스 전극, 상기 제 1 드레인 전극, 상기 제 2 소스 전극 및 상기 제 2 드레인 전극은 상기 베리어층을 관통하여 상기 반도체층 내부로 연장될 수 있다. The first source electrode, the first drain electrode, the second source electrode, and the second drain electrode may extend into the semiconductor layer through the barrier layer.
상기 강유전체 패턴은 복수개로 제공되어 제 1 방향을 따라 일 열로 배열되고, 상기 제 1 게이트 전극은 상기 제 1 방향으로 연장되어 상기 강유전체 패턴들의 측면들과 상부면들을 덮을 수 있다.The ferroelectric patterns may be provided in plural numbers and arranged in a row along a first direction, and the first gate electrode may extend in the first direction to cover side surfaces and top surfaces of the ferroelectric patterns.
상기 제 1 게이트 전극, 상기 제 1 소스 전극 및 상기 제 1 드레인 전극은 제 1 트랜지스터를 구성하고, 상기 제 2 게이트 전극, 상기 제 2 소스 전극 및 상기 제 2 드레인 전극은 제 2 트랜지스터를 구성하고, 상기 제 1 트랜지스터는 양의 문턱전압을 가지고, 상기 제 2 트랜지스터는 음의 문턱전압을 가질 수 있다.The first gate electrode, the first source electrode, and the first drain electrode constitute a first transistor, and the second gate electrode, the second source electrode, and the second drain electrode constitute a second transistor, The first transistor may have a positive threshold voltage, and the second transistor may have a negative threshold voltage.
상기 반도체 소자는 상기 반도체층 내에 위치하는 2DEG(2-Dimensional Electron Gas)층을 더 포함할 수 있다. The semiconductor device may further include a 2-Dimensional Electron Gas (2DEG) layer located within the semiconductor layer.
상기 반도체 소자는 상기 제 1 게이트 전극의 일측에서 상기 베리어층과 상기 반도체층의 상부에 형성된 리세스 영역을 더 포함하며, 상기 리세스 영역의 내측벽에서 상기 강유전체의 측벽이 노출되며, 상기 제 1 게이트 전극은 상기 리세스 영역의 내측벽과 바닥면을 덮을 수 있다. The semiconductor device further includes a recess region formed on one side of the first gate electrode and an upper portion of the barrier layer and the semiconductor layer, wherein a sidewall of the ferroelectric is exposed at an inner wall of the recess region, and the first The gate electrode may cover the inner wall and bottom surface of the recess area.
상기 반도체 소자는 상기 제 1 게이트 전극과 상기 반도체 층 사이, 상기 제 1 게이트 전극과 상기 베리어층의 측벽 사이, 상기 제 1 게이트 전극과 상기 강유전체의 측벽 사이에 개재된 제 3 절연 패턴을 더 포함할 수 있다. The semiconductor device may further include a third insulating pattern interposed between the first gate electrode and the semiconductor layer, between the first gate electrode and the sidewall of the barrier layer, and between the first gate electrode and the sidewall of the ferroelectric. You can.
상기 반도체 소자는 상기 베리어층과 상기 강유전체 패턴 사이에 개재된 제 1 절연 패턴; 상기 강유전체 패턴과 상기 제 1 게이트 전극 사이에 개재된 제 2 절연 패턴; 및 상기 제 1 게이트 전극의 상부면과 측면, 상기 제 1 절연 패턴의 측면, 상기 강유전체 패턴의 측면 및 상기 제 2 절연 패턴의 측면과 접하는 보호막을 더 포함할 수 있다.The semiconductor device includes a first insulating pattern interposed between the barrier layer and the ferroelectric pattern; a second insulating pattern interposed between the ferroelectric pattern and the first gate electrode; And it may further include a protective film in contact with the top surface and side surface of the first gate electrode, the side surface of the first insulating pattern, the side surface of the ferroelectric pattern, and the side surface of the second insulating pattern.
상기 제 2 게이트 전극은 상기 베리어층과 접할 수 있다.The second gate electrode may be in contact with the barrier layer.
상기 다른 과제를 달성하기 위한 본 발명의 개념에 따른 반도체 소자의 제조 방법은, 제 1 영역과 제 2 영역을 포함하는 제 1 희생 기판 상에 분리층, 버퍼층, 반도체층 및 베리어층을 차례로 적층하는 단계; 상기 제 1 영역에서 상기 베리어층 상에 제 1 소스 전극과 제 1 드레인 전극을 형성하고, 상기 제 2 영역에서 상기 베리어층 상에 제 2 소스 전극과 제 2 드레인 전극을 형성하는 단계; 상기 제 1 소스 전극과 상기 제 1 드레인 전극 사이에서 상기 베리어층 상에 강유전체 패턴을 형성하는 단계; 상기 강유전체 패턴 상에 제 1 게이트 전극을 형성하고, 상기 제 2 소스 전극과 상기 제 2 드레인 전극 사이에서 상기 베리어층 상에 제 2 게이트 전극을 형성하는 단계; 및 상기 제 1 희생 기판을 제거하는 단계를 포함한다.A method of manufacturing a semiconductor device according to the concept of the present invention for achieving the above other problems includes sequentially stacking a separation layer, a buffer layer, a semiconductor layer, and a barrier layer on a first sacrificial substrate including a first region and a second region. step; forming a first source electrode and a first drain electrode on the barrier layer in the first area, and forming a second source electrode and a second drain electrode on the barrier layer in the second area; forming a ferroelectric pattern on the barrier layer between the first source electrode and the first drain electrode; forming a first gate electrode on the ferroelectric pattern and forming a second gate electrode on the barrier layer between the second source electrode and the second drain electrode; and removing the first sacrificial substrate.
상기 분리층은 육방정 질화붕소층을 포함한다.The separation layer includes a hexagonal boron nitride layer.
상기 방법은, 상기 제 1 희생 기판을 제거하는 단계 전에, 상기 제 1 게이트 전극 및 상기 제 2 게이트 전극 상에 제 1 접착층을 형성하는 단계; 및 상기 제 1 접착층 상에 제 2 희생 기판을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.The method includes forming a first adhesive layer on the first gate electrode and the second gate electrode before removing the first sacrificial substrate; And it may further include forming a second sacrificial substrate on the first adhesive layer.
상기 방법은, 상기 제 1 접착층을 형성하는 단계 전에, 상기 제 1 게이트 전극과 상기 제 2 게이트 전극이 형성된 상기 제 1 희생 기판의 전면을 덮는 보호막을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.The method may further include, before forming the first adhesive layer, forming a protective film covering the entire surface of the first sacrificial substrate on which the first gate electrode and the second gate electrode are formed.
상기 방법은, 상기 제 1 희생 기판을 제거한 후에, 상기 분리층 아래에 유연 기판을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.The method may further include forming a flexible substrate under the separation layer after removing the first sacrificial substrate.
상기 방법은, 상기 제 1 희생 기판을 제거한 후에, 상기 분리층 아래에 제 2 접착층을 형성하는 단계; 및 상기 제 2 접착층에 유연 기판을 접착시키는 단계를 더 포함할 수 있다.The method includes forming a second adhesive layer under the separation layer after removing the first sacrificial substrate; And it may further include the step of adhering a flexible substrate to the second adhesive layer.
상기 방법은, 상기 제 1 게이트 전극과 상기 제 2 게이트 전극을 형성하는 단계 전에, 상기 강유전체 패턴 옆의 상기 베리어층과 상기 반도체 층의 일부를 식각하여 리세스 영역을 형성하는 단계; 및 상기 리세스 영역의 내측벽과 바닥면을 덮는 제3절연 패턴을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.The method includes forming a recess region by etching a portion of the barrier layer and the semiconductor layer next to the ferroelectric pattern before forming the first gate electrode and the second gate electrode; and forming a third insulating pattern covering the inner wall and bottom surface of the recess area.
상기 제 1 소스 전극, 상기 제 1 드레인 전극, 상기 제 2 소스 전극 및 상기 제 2 드레인 전극을 형성하는 단계는, 상기 베리어층 상에 서로 이격된 금속 패턴들을 형성하는 단계; 및 열처리 공정을 진행하여 상기 금속 패턴 내의 금속을 상기 베리어층 및 상기 반도체 층의 일부로 확산시키는 단계를 포함할 수 있다.Forming the first source electrode, the first drain electrode, the second source electrode, and the second drain electrode may include forming metal patterns spaced apart from each other on the barrier layer; and performing a heat treatment process to diffuse the metal in the metal pattern into parts of the barrier layer and the semiconductor layer.
본 발명의 실시예들에 따른 반도체 소자에서는 제 1 트랜지스터가 강유전체 패턴을 포함하고 핀 게이트 구조를 사용하므로, 핀의 폭의 감소와 드레인 전류의 감소를 최소화하고 양의 문턱 전압을 가질 수 있다. 이로써 출력과 주파수 특성의 열화가 없이 양의 문턱 전압을 가지는 HEMT소자를 구현할 수 있다. 이로써 고출력-고주파 시스템에 이용될 수 있는 유연한 반도체 소자를 제공할 수 있다.In the semiconductor device according to embodiments of the present invention, since the first transistor includes a ferroelectric pattern and uses a fin gate structure, a decrease in fin width and drain current can be minimized and a positive threshold voltage can be achieved. As a result, it is possible to implement a HEMT device with a positive threshold voltage without deterioration in output and frequency characteristics. This can provide a flexible semiconductor device that can be used in high-power-high-frequency systems.
또한 본 발명의 실시예들에 따른 반도체 소자의 제조 방법은, 분리층으로 육방정 질화붕소층을 사용하므로써 버퍼층을 잘 형성할 수 있고, 제 1 희생 기판을 쉽게 분리할 수 있다. 이로써 불량 없이 유연하며 신뢰성이 향상된 반도체 소자를 제조할 수 있다. 뿐만 아니라 상기 제 1 희생 기판을 재활용할 수 있어 제작 비용을 절감할 수 있다.Additionally, in the method of manufacturing a semiconductor device according to embodiments of the present invention, a buffer layer can be well formed by using a hexagonal boron nitride layer as a separation layer, and the first sacrificial substrate can be easily separated. This makes it possible to manufacture semiconductor devices that are defect-free, flexible, and have improved reliability. In addition, the first sacrificial substrate can be recycled, thereby reducing manufacturing costs.
도 1은 본 발명의 실시예들에 따른 반도체 소자의 평면도이다.
도 2는 도 1을 A-A’ 선으로 자른 단면도이다.
도 3은 도 1을 B-B’ 선으로 자른 단면도이다.
도 4는 본 발명의 반도체 소자에 전압을 인가했을 때 강유전체 패턴의 분극 현상을 나타낸다.
도 5 내지 도 10 및 도 11a 내지 도 13a는 본 발명의 실시예들에 따라 도 2의 단면을 가지는 반도체 소자를 제조하는 과정을 순차적으로 나타내는 단면도들이다.
도 11b 내지 도 13b는 본 발명의 실시예들에 따라 도 3의 단면을 가지는 반도체 소자를 제조하는 과정을 순차적으로 나타내는 단면도들이다.1 is a plan view of a semiconductor device according to embodiments of the present invention.
FIG. 2 is a cross-sectional view of FIG. 1 taken along line A-A'.
Figure 3 is a cross-sectional view taken along line B-B' of Figure 1.
Figure 4 shows the polarization phenomenon of the ferroelectric pattern when voltage is applied to the semiconductor device of the present invention.
FIGS. 5 to 10 and FIGS. 11A to 13A are cross-sectional views sequentially showing the process of manufacturing a semiconductor device having the cross-section of FIG. 2 according to embodiments of the present invention.
FIGS. 11B to 13B are cross-sectional views sequentially showing the process of manufacturing a semiconductor device having the cross-section of FIG. 3 according to embodiments of the present invention.
이상의 본 발명의 목적들, 다른 목적들, 특징들 및 이점들은 첨부된 도면과 관련된 이하의 바람직한 실시예들을 통해서 쉽게 이해될 것이다. 그러나 본 발명은 여기서 설명되는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다.The above objects, other objects, features and advantages of the present invention will be easily understood through the following preferred embodiments related to the attached drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments described herein and may be embodied in other forms. Rather, the embodiments introduced herein are provided so that the disclosure will be thorough and complete and so that the spirit of the invention can be sufficiently conveyed to those skilled in the art.
본 명세서에서, 어떤 구성 요소가 다른 구성 요소 상에 있다고 언급되는 경우에 그것은 다른 구성요소 상에 직접 형성될 수 있거나 또는 그들 사이에 제 3의 구성요소가 개재될 수도 있다는 것을 의미한다. 또한, 도면들에 있어서, 구성요소들의 두께는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이다. In this specification, when an element is referred to as being on another element, it means that it may be formed directly on the other element or that a third element may be interposed between them. Additionally, in the drawings, the thickness of components is exaggerated for effective explanation of technical content.
본 명세서에서 기술하는 실시예들은 본 발명의 이상적인 예시도인 단면도 및/또는 평면도들을 참고하여 설명될 것이다. 도면들에 있어서, 막 및 영역들의 두께는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이다. 따라서, 제조 기술 및/또는 허용 오차 등에 의해 예시도의 형태가 변형될 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시예들은 도시된 특정 형태로 제한되는 것이 아니라 제조 공정에 따라 생성되는 형태의 변화도 포함하는 것이다. 예를 들면, 직각으로 도시된 식각 영역은 라운드지거나 소정 곡률을 가지는 형태일 수 있다. 따라서, 도면에서 예시된 영역들은 속성을 가지며, 도면에서 예시된 영역들의 모양은 소자의 영역의 특정 형태를 예시하기 위한 것이며 발명의 범주를 제한하기 위한 것이 아니다. 본 명세서의 다양한 실시예들에서 제1, 제2 등의 용어가 다양한 구성요소들을 기술하기 위해서 사용되었지만, 이들 구성요소들이 이 같은 용어들에 의해서 한정되어서는 안 된다. 이들 용어들은 단지 어느 구성요소를 다른 구성요소와 구별시키기 위해서 사용되었을 뿐이다. 여기에 설명되고 예시되는 실시예들은 그것의 상보적인 실시예들도 포함한다. Embodiments described herein will be explained with reference to cross-sectional views and/or plan views, which are ideal illustrations of the present invention. In the drawings, the thicknesses of films and regions are exaggerated for effective explanation of technical content. Accordingly, the form of the illustration may be modified depending on manufacturing technology and/or tolerance. Accordingly, embodiments of the present invention are not limited to the specific form shown, but also include changes in form produced according to the manufacturing process. For example, an etch area shown at a right angle may be rounded or have a shape with a predetermined curvature. Accordingly, the regions illustrated in the drawings have properties, and the shapes of the regions illustrated in the drawings are intended to illustrate a specific shape of the region of the device and are not intended to limit the scope of the invention. In various embodiments of the present specification, terms such as first and second are used to describe various components, but these components should not be limited by these terms. These terms are merely used to distinguish one component from another. Embodiments described and illustrated herein also include complementary embodiments thereof.
본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 '포함한다(comprise)' 및/또는 '포함하는(comprising)'은 언급된 구성요소는 하나 이상의 다른 구성요소의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.The terminology used herein is for describing embodiments and is 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, 'comprise' and/or 'comprising' do not exclude the presence or addition of one or more other elements.
이하, 도면들을 참조하여, 본 발명의 실시예들에 대해 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
도 1은 본 발명의 실시예들에 따른 반도체 소자의 평면도이다. 도 2는 도 1을 A-A' 선으로 자른 단면도이다. 도 3은 도 1을 B-B' 선으로 자른 단면도이다.1 is a plan view of a semiconductor device according to embodiments of the present invention. FIG. 2 is a cross-sectional view of FIG. 1 taken along line A-A'. Figure 3 is a cross-sectional view taken along line B-B' of Figure 1.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 예에 따른 반도체 소자(1000)는 기판(601)을 포함한다. 상기 기판(601)은 제 1 영역(R1)과 제 2 영역(R2)을 포함할 수 있다. 상기 제 1 영역(R1)은 양의 문턱전압을 가지는 트랜지스터 영역일 수 있다. 상기 제 2 영역(R2)은 음의 문턱전압을 가지는 트랜지스터 영역일 수 있다. 상기 기판(601) 상에 기판 접착층(501), 분리층(101), 버퍼층(102), 반도체층(103), 베리어층(104)이 차례로 적층된다. 상기 기판(601)은 유연할 수 있다. 바람직하게는 상기 기판(601)은 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET)나 폴리이미드를 포함할 수 있다. 상기 기판 접착층(501)은 제 BCB(Benzocyclobutene) 수지, 또는 왁스 중 어느 하나를 포함할 수 있다. 상기 분리층(101)은 육방정 질화붕소층을 포함할 수 있다. 상기 반도체층(103)은 III-V족 반도체 화합물일 수 있다. 상기 반도체층(103)은 바람직하게는 AlN, InN, GaN, AlGaN, InGaN, AlInN, AlGaInN, 및 GaAs 중 선택되는 적어도 하나를 포함할 수 있다. 상기 반도체층(103)은 불순물로 도핑되거나 도핑되지 않을 수 있다. 상기 버퍼층(102)은 상기 반도체층(103)과 격자 상수가 다른 물질일 수 있다. 상기 버퍼층(102)은 상기 반도체 층(103)보다 넓은 에너지 밴드갭을 가질 수 있다. 상기 버퍼층(102)은 예를 들면 GaN 또는 AlN일 수 있다. 1 to 3, the
상기 베리어층(104)은 상기 반도체층(103)과 이종접합을 이룰 수 있다. 상기 베리어층(104)은 Al, Ga, In 및 B 중 선택되는 적어도 하나 또는 이의 질화물을 포함할 수 있다. 상기 베리어층(104)에는 불순물이 도핑되거나 도핑되지 않을 수 있다. 상기 베리어층(104)은 상기 반도체층(103)과 격자 상수가 다른 물질일 수 있다. 상기 베리어층(104)은 상기 반도체 층(103)보다 넓은 에너지 밴드갭을 가질 수 있다. 상기 반도체층(103)과 상기 베리어층(104)의 이종 접합 계면에서 분극(polarizaion)과 밴드 단절(band discontinuity)에 의해서 2DEG층이 형성될 수 있다. 상기 2DEG층은 상기 반도체 층(103) 내에 위치할 수 있다. 상기 2DEG층은 HEMT 소자에서 전자가 이동하는 채널층으로 사용될 수 있다. The
상기 제 1 영역(R1)에서 상기 베리어층(104) 상에 제 1 소스 전극(201sa)과 제 1 드레인 전극(201da)이 배치될 수 있다. 상기 제 2 영역(R2)에서 상기 베리어층(104) 상에 제 2 소스 전극(201sb)과 제 2 드레인 전극(201db)이 배치될 수 있다. 상기 제 1 소스 전극(201sa), 제 1 드레인 전극(201da), 제 2 소스 전극(201sb) 및 제 2 드레인 전극(201db)은 상기 베리어층(104)을 관통하여 상기 반도체층(103) 내부로 연장될 수 있다. 상기 제 1 소스 전극(201sa), 제 1 드레인 전극(201da), 제 2 소스 전극(201sb) 및 제 2 드레인 전극(201db)은 Ti, Al, Ni, Au, Pd, Cu, Co, 및 Pt 중 선택되는 적어도 하나의 금속과 상기 베리어층(104) 및 상기 반도체층(103)을 구성하는 반도체 물질이 결합된 물질 또는 상기 금속과 상기 반도체 물질의 합금을 포함할 수 있다. 상기 제 1 소스 전극(201sa), 제 1 드레인 전극(201da), 제 2 소스 전극(201sb) 및 제 2 드레인 전극(201db)은 각각 상기 베리어층(104) 상으로 돌출될 수 있다.A first source electrode 201sa and a first drain electrode 201da may be disposed on the
상기 제 1 소스 전극(201sa), 제 1 드레인 전극(201da), 제 2 소스 전극(201sb) 및 제 2 드레인 전극(201db) 상에는 배선 패턴들(203)이 각각 배치될 수 있다. 상기 제 1 소스 전극(201sa), 제 1 드레인 전극(201da), 제 2 소스 전극(201sb) 및 제 2 드레인 전극(201db)은 각각 2DEG층과 접할 수 있다. 상기 제 1 소스 전극(201sa)은 상기 2DEG층에 의해 제 1 드레인 전극(201da)과 연결되지 않을 수 있다. 그러나 상기 제 2 소스 전극(201sb)은 상기 2DEG층에 의해 제 2 드레인 전극(201db)과 연결될 수 있다.
도시하지는 않았지만, 상기 제 1 소스 전극(201sa)은 상기 배선 패턴들(203) 중 하나에 의해 상기 제 2 소스 전극(201sb)과 전기적으로 연결될 수 있다. 상기 제 1 드레인 전극(201da)은 상기 배선 패턴들(203) 중 다른 하나에 의해 제 2 드레인 전극(201db)과 전기적으로 연결될 수 있다. 상기 배선 패턴들(203)은 Ti, Al, Ni, Au, Pd, Cu, Co 및 Pt 중 선택되는 적어도 하나의 금속을 포함할 수 있다. 상기 제 1 소스 전극(201sa), 제 1 드레인 전극(201da), 제 2 소스 전극(201sb) 및 제 2 드레인 전극(201db)은 서로 제 1 방향(X1)으로 이격될 수 있으며, 상기 제 1 방향(X1)과 교차하는 제 2 방향(X2)으로 연장될 수 있다. Although not shown, the first source electrode 201sa may be electrically connected to the second source electrode 201sb through one of the
상기 제 1 소스 전극(201sa)과 제 1 드레인 전극(201da) 사이에서 강유전체 패턴(401p)이 제공될 수 있다. 상기 강유전체 패턴(401p)은 실리콘(Si), 알루미늄(Al), 또는 지르코늄(Zr)이 도핑된 HfO2을 포함할 수 있다. 또는 상기 강유전체 패턴(401p)은 강유전체 물질인 PZT(Lead Zirconate Titanate), PLZT(Lanthanum-modified Lead Zirconate Titanate), BLT(Bismuth Lanthanum Titanate), BST(Barium Strontium Titanate), SBT(Strontium Bismuth Tantalate) 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 것을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, 상기 PZT는 [Pb(ZrxTi1-x)O3]로 0.2<x<0.8고, 상기 PLZT는 [(Pb1-yLay)(ZrxTi1-x)O3]로 0.2<x<0.8 및 0.01<y<0.2고, 상기 BLT는 [Bi4-xLaxTi3O12]로 0.l<x<2고, 상기 BST는 [(BaxSr1-x)TiO3]로 0.5<x<1 이며, 상기 SBT는 [SrxBiyTa2O9]로 0.5<x<1.5 및 1.5<y<3 일 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. A
상기 강유전체 패턴(401p)은 상기 반도체층(103) 상에 복수개로 제공될 수 있다. 도 1에서 상기 강유전체 패턴(401p)은 예시적으로 3개가 도시되었으나 2개 이거나 또는 4개 이상일 수도 있다. 상기 강유전체 패턴들(401p)은 상기 제 2 방향(X2)으로 일 열로 배열될 수 있다. 상기 강유전체 패턴(401p)과 상기 베리어층(104) 사이에 제 1 절연 패턴(400p)이 개재될 수 있다. 상기 강유전체 패턴(401p) 상에는 제 2 절연 패턴(402p)이 제공될 수 있다. 상기 제 1 절연 패턴(400p)과 상기 제 2 절연 패턴(402p)은 각각 SiO, SiN, SiON, 또는 Al2O3, HfOx, LaOx, ZrOx과 같은 산화막 중 선택되는 적어도 하나의 단일막 또는 다중막 구조를 가질 수 있다. The
도 1 및 도 3을 참조하면, 상기 강유전체 패턴들(401p) 사이에서, 상기 베리어층(104) 및 상기 반도체층(103)에는 리세스 영역(RC1)이 형성될 수 있다. 상기 리세스 영역(RC1)의 내측벽에서 상기 베리어층(104), 상기 제 1 절연 패턴(400p), 상기 강유전체 패턴(401p) 및 제 2 절연 패턴(402p)의 측벽들이 노출될 수 있다. 상기 리세스 영역(RC1)의 내측벽과 바닥면은 제 3 절연 패턴(301)으로 덮일 수 있다. 상기 제 3 절연 패턴(301)은 SiO, SiN, SiON, 또는 Al2O3, HfOx, LaOx, ZrOx과 같은 산화막 중 선택되는 적어도 하나의 단일막 또는 다중막 구조를 가질 수 있다. 상기 리세스 영역(RC1)은 도 1에서 제 1 방향(X1)으로 연장될 수 있다. 상기 리세스 영역(RC1)에 의해 상기 반도체층(103)의 일부는 핀(fin)구조를 가질 수 있다. Referring to FIGS. 1 and 3 , a recess region RC1 may be formed in the
상기 제 2 절연 패턴(402p) 상에 제 1 게이트 전극(204a)이 위치할 수 있다. 상기 제 2 소스 전극(201sb)과 상기 제 2 드레인 전극(201db) 사이에서 상기 베리어층(104) 상에 제 2 게이트 전극(204b)이 위치할 수 있다. 상기 제 1 게이트 전극(204a)과 상기 제 2 게이트 전극(204b)은 각각 Ti, Al, Ni, Au, Pd, Cu, Co 및 Pt 중에 선택되는 적어도 하나의 금속을 포함할 수 있다. 상기 제 1 게이트 전극(204a)은 제 2 방향(X2)으로 연장되어 상기 강유전체 패턴들(401p)의 상부면들과 측면들을 덮을 수 있다. 상기 제 1 게이트 전극(204a)은 상기 제 3 절연 패턴(301)과 접할 수 있다. A
상기 제 2 게이트 전극(204b)은 제 2 방향(X2)으로 연장될 수 있다. 상기 제 2 게이트 전극(204b)은 상기 베리어층(104)과 직접 접할 수 있다. 상기 제 2 게이트 전극(204b)은 상기 베리어층(104)과 쇼트키(Schottky) 접합을 이룰 수 있다. 따라서 상기 제 2 게이트 전극(204b)과 상기 베리어층(104) 간의 에너지 밴드갭이 크기에 게이트 절연막을 필요로 하지 않는다. 또한 상기 제 2 게이트 전극(204b)은 상기 베리어층(104)과 직접 접하는 경우 주파수 특성에서 보다 유리할 수 있다. The
상기 제 1 게이트 전극(204a)은 상기 제 1 소스 전극(201sa)과 상기 제 1 드레인 전극(201da) 사이의 중간 지점에 위치하거나 또는, 상기 제 1 드레인 전극(201da)보다는 상기 제 1 소스 전극(201sa)에 더욱 가깝게 위치할 수 있다. 상기 제 2 게이트 전극(204b)은 상기 제 2 소스 전극(201sb)과 상기 제 2 드레인 전극(201db) 사이의 중간 지점에 위치하거나 또는, 상기 제 2 드레인 전극(201db)보다는 상기 제 2 소스 전극(201sb)에 더욱 가깝게 위치할 수 있다.The
상기 제 1 게이트 전극(204a), 상기 제 2 게이트 전극(204b), 상기 배선 패턴들(203) 및 상기 베리어층(104)은 보호막(302)으로 덮일 수 있다. 상기 보호막(302)은 SiO, SiN, SiON, 또는 Al2O3, HfOx, LaOx, ZrOx과 같은 산화막 또는 폴리이미드를 포함할 수 있다. The
상기 제 1 영역(R1)에서 상기 제 1 게이트 전극(204a), 상기 제 1 소스 전극(201sa) 및 상기 제 1 드레인 전극(201da)은 제 1 트랜지스터(TR1)를 구성할 수 있다. 상기 제 2 영역(R2)에서 상기 제 2 게이트 전극(204b), 상기 제 2 소스 전극(201sb) 및 상기 제 2 드레인 전극(201db)은 제 2 트랜지스터(TR2)를 구성할 수 있다. 상기 제 1 트랜지스터(TR1)는 양의 문턱전압을 가질 수 있다. 상기 제 2 트랜지스터(TR2)은 음의 문턱 전압을 가질 수 있다. 상기 제 1 트랜지스터(TR1)과 상기 제 2 트랜지스터(TR2)를 포함하는 반도체 소자(1000)는 HEMT 소자일 수 있다.In the first region R1, the
도 4는 본 발명의 반도체 소자에 전압을 인가했을 때 강유전체 패턴의 분극 현상을 나타낸다. Figure 4 shows the polarization phenomenon of the ferroelectric pattern when voltage is applied to the semiconductor device of the present invention.
도 4를 참조하면, 본 예에 따른 반도체 소자(1000)는 유연한 기판(601)에 의해 휘어질 수 있다. 상기 제 1 게이트 전극(204a)에 음의 전압을 (펄스 형태로) 인가하면, 강유전체 패턴(401p) 내에 도 4와 같이 분극이 형성될 수 있다. 이로써 상기 2DEG층에 존재하는 전자는 척력에 의해 밀려나고(또는 공핍되고) 이로 인해 상기 제 1 트랜지스터(TR1)은 양의 문턱전압을 가질 수 있다. Referring to FIG. 4, the
HEMT 소자를 사용한 유연 집적회로를 제작하기 위해서는 문턱전압이 음(-)을 가지는 반도체 소자와 양(+)을 가지는 소자가 하나의 기판에 동시에 제작될 수 있어야 한다. 또한, 집적회로가 제작된 후 기판에서 집적회로를 분리하여 유연 기판과 접합시켜야 한다. 그러나 HEMT소자는 일반적으로 고농도 2DEG로 인하여 문턱전압이 음(-)의 값만을 가지게 된다. 양(+) 문턱전압을 가지는 HEMT 소자를 얻기 위하여 다양한 노력을 하지만, 공정의 어려움이나, 드레인 전류의 감소로 인하여 고출력-고주파 소자에서 필요로 하는 성능을 획득하는 것이 매우 어렵다. 그러나, 본 발명에서는 제 1 트랜지스터(TR1)이 강유전체 패턴(401p)을 포함하고 핀(fin) 게이트 구조를 사용하므로, 핀의 폭과 드레인 전류의 감소를 최소화하고 양의 문턱 전압을 가질 수 있다. 이로써 출력과 주파수 특성의 열화가 없이 양의 문턱 전압을 가지는 HEMT소자를 구현할 수 있다. In order to manufacture a flexible integrated circuit using a HEMT device, a semiconductor device with a negative (-) threshold voltage and a device with a positive (+) threshold voltage must be manufactured simultaneously on one substrate. Additionally, after the integrated circuit is manufactured, the integrated circuit must be separated from the substrate and bonded to the flexible substrate. However, HEMT devices generally have a threshold voltage of only negative (-) values due to the high concentration of 2DEG. Various efforts are made to obtain a HEMT device with a positive threshold voltage, but it is very difficult to obtain the performance required for a high-output-high-frequency device due to processing difficulties or a decrease in drain current. However, in the present invention, since the first transistor TR1 includes a
도 5 내지 도 10 및 도 11a 내지 도 13a는 본 발명의 실시예들에 따라 도 2의 단면을 가지는 반도체 소자를 제조하는 과정을 순차적으로 나타내는 단면도들이다. 도 11b 내지 도 13b는 본 발명의 실시예들에 따라 도 3의 단면을 가지는 반도체 소자를 제조하는 과정을 순차적으로 나타내는 단면도들이다.FIGS. 5 to 10 and FIGS. 11A to 13A are cross-sectional views sequentially showing the process of manufacturing a semiconductor device having the cross-section of FIG. 2 according to embodiments of the present invention. FIGS. 11B to 13B are cross-sectional views sequentially showing the process of manufacturing a semiconductor device having the cross-section of FIG. 3 according to embodiments of the present invention.
도 5를 참조하면, 제 1 영역(R1)과 제 2 영역(R2)을 포함하는 제 1 희생 기판(100)이 제공된다. 상기 제 1 희생 기판(100)은 예를 들면 사파이어(sapphire), 실리콘(Si), 탄화규소(SiC)일 수 있다. 상기 제 1 희생 기판(100) 상에 분리층(101), 버퍼층(102), 반도체층(103) 및 베리어층(104)을 차례로 적층한다. 상기 분리층(101)은 육방정 질화붕소층일 수 있다. 육방정 질화붕소는 2D (2-dimensional) 물질로 각 층과 층은 약한 반데르발스력 (Van del Waals force)으로 접합되어 있을 수 있다. 상기 분리층(101)은 상기 제 1 희생 기판(100) 상에 접촉하여 형성되며, 후속 공정에서 제 1 희생 기판(100)을 분리하기 위한 층으로 사용될 수 있다. 상기 버퍼층(102)은 상기 제 1 희생 기판(100)과 상기 반도체층(103) 간의 열팽창 계수 및 격자 상수 차이를 완화시켜주기 위한 층일 수 있다. 상기 버퍼층(102), 반도체층(103) 및 베리어층(104)의 물질들은 위에서 설명한 바와 동일/유사할 수 있다. 상기 분리층(101), 버퍼층(102), 반도체층(103) 및 베리어층(104)은 각각 CVD(Chemical Vapor Deposition), ALD(Atomic Layer Deposition) 또는 SEG(Selective Epitaxial Growth)와 같은 증착 공정으로 형성될 수 있다. 상기 분리층(101)이 육방정 질화붕소이며 상기 버퍼층(102)이 질화갈륨을 포함하는 경우 동일한 질화물 기반의 반도체 소재이기에 육방정 질화 붕소 위에 질화갈륨을 성장시키는 것이 용이하다. 이로써 고품질의 질화갈륨 에피층인 버퍼층(102)을 형성할 수 있다. Referring to FIG. 5 , a first
도 6을 참조하면, 상기 베리어층(104) 상에 금속 패턴들(200)을 형성할 수 있다. 상기 금속 패턴들(200)은 Ti, Al, Ni, Au, Pd, Cu, Co 및 Pt 중에 선택되는 적어도 하나를 포함할 수 있다. 상기 금속 패턴들(200)은 후속의 제 1 소스 전극(201sa), 제 1 드레인 전극(201da), 제 2 소스 전극(201sb) 및 제 2 드레인 전극(201db)의 위치를 한정할 수 있다. 상기 금속 패턴들(200)은 증착 공정, 리프트-오프(Lift-Off) 및/또는 식각 공정으로 형성될 수 있다. 금속 패턴들(200)은 수 나노미터에서 수 마이크로미터의 두께를 가질 수 있다. Referring to FIG. 6,
도 7을 참조하면, 급속 열처리(Rapid Thermal Anealing, RTA) 공정을 진행하여, 상기 금속 패턴들(200)을 활성화시켜 제 1 소스 전극(201sa), 제 1 드레인 전극(201da), 제 2 소스 전극(201sb) 및 제 2 드레인 전극(201db)을 형성한다. 상기 급속 열처리 공정을 통해 금속 패턴들(200)에 포함된 금속들이 상기 베리어층(104)과 상기 반도체층(103) 내부로 확산될 수 있다. 이로써 상기 금속들이 된다. 상기 베리어층(104)과 상기 반도체층(103)을 구성하는 물질과 합금을 형성하여 상기 제 1 소스 전극(201sa), 제 1 드레인 전극(201da), 제 2 소스 전극(201sb) 및 제 2 드레인 전극(201db)이 형성될 수 있다. 상기 급속 열처리 공정의 온도는 약 1000℃ 이하일 수 있다.Referring to FIG. 7, a rapid thermal annealing (RTA) process is performed to activate the
도 8을 참조하면, 상기 베리어층(104)의 전면 상에 캐핑층(300)을 콘포말하게 형성한다. 상기 캐핑층(300)은 예를 들면 SiO, SiN, SiON, 또는 Al2O3, HfOx, LaOx, ZrOx과 같은 산화막 중 선택되는 적어도 하나의 단일막 또는 다중막 구조를 가질 수 있다. 식각 공정 또는 CMP(Chemical Mechanical Polishing) 공정을 진행하여 상기 캐핑층(300)의 일부를 제거하여 상기 제 1 소스 전극(201sa), 제 1 드레인 전극(201da), 제 2 소스 전극(201sb) 및 제 2 드레인 전극(201db)의 상부면들을 노출시킬 수 있다. Referring to FIG. 8, a
도 9를 참조하면, 상기 제 1 소스 전극(201sa), 제 1 드레인 전극(201da), 제 2 소스 전극(201sb) 및 제 2 드레인 전극(201db)의 상부면들 상에 배선패턴들(203)을 각각 형성할 수 있다. 상기 배선 패턴들(203)을 형성하기 위해 증착 공정, 리프트-오프 및/또는 식각 공정이 진행될 수 있다. 배선패턴들(203)의 일부는 상기 캐핑층(300) 상에도 형성되어 상기 제 1 소스 전극(201sa), 제 1 드레인 전극(201da), 제 2 소스 전극(201sb) 및 제 2 드레인 전극(201db) 중 일부를 서로 연결시킬 수 있다. Referring to FIG. 9,
도 10을 참조하면, 상기 제 1 소스 전극(201sa), 제 1 드레인 전극(201da) 사이에서, 상기 캐핑층(300)을 패터닝하여 상기 베리어층(104)을 노출시킬 수 있다. 상기 캐핑층(300) 상에 제 1 절연막(400), 강유전체막(401) 및 제 2 절연막(402)을 차례로 콘포말하게 형성할 수 있다. 그리고 상기 강유전체막(401)의 분극 특성 향상을 위해서 급속 열처리 공정을 진행할 수 있다. 이때 상기 급속 열처리 공정 수 백 ℃ 이하일 수 있다.Referring to FIG. 10, the
도 11a 및 도 11b를 참조하면, 상기 제 2 절연막(402), 상기 강유전체막(401) 및 상기 제 1 절연막(400)을 차례대로 식각하여 제 2 절연 패턴들(402p), 강유전체 패턴들(401p) 및 제 1 절연 패턴들(400p)을 형성한다. 상기 제 1 절연막(400) 아래의 상기 캐핑층(300)을 제거한다. 그리고 상기 베리어층(104)과 상기 반도체 층(103)의 일부를 식각하여 리세스 영역들(R1)을 형성할 수 있다. Referring to FIGS. 11A and 11B, the second
도 12a 및 도 12b를 참조하면, 상기 제 1 희생 기판(100)의 전면 상에 제 3 절연막(미도시)을 콘포말하게 적층한 후 식각하여 상기 리세스 영역(RC1)의 내측벽과 바닥면을 덮는 제 3 절연 패턴(301)을 형성한다. 상기 제 1 희생 기판(100)의 전면 상에 게이트막(미도시)을 콘포말하게 적층하고 패터닝하여 상기 제 2 절연 패턴(402p) 및 상기 제 3 절연 패턴(301) 상에 제 1 게이트 전극(204a)을 형성하고 상기 제 2 영역(R2)에서 상기 베리어층(104) 상에 제 2 게이트 전극(204b)을 형성한다. 상기 제 1 희생 기판(100)의 전면 상에 보호막(302)을 콘포말하게 적층한다. 보호막(302)은 소자의 표면을 보호함과 동시에 베리어층(104) 표면에 존재하는 댕글링 본드(dangling bond)를 줄여 2DEG의 농도를 높이고, 드레인 전압에 의한 전류붕괴현상을 개선하여 고주파 특성을 높일 수 있다. 또한, 드레인 전압에 의한 전기장을 약화시켜 항복전압을 증가시키는 역할도 한다. Referring to FIGS. 12A and 12B, a third insulating film (not shown) is conformally stacked on the front surface of the first
도면에 도시되지 않지만 상기 보호막(302) 형성 후 베리어층(104)과 보호막(302) 간의 계면 특성의 향상을 위해서 급속 열처리를 할 수 있으나, 강유전체 패턴(401p)의 분극 특성에 영향을 주지 않는 온도에서 진행한다. 또한, 도면상에 도시되지 않지만 상기 보호막(302) 형성 후 외부 바이어스(Bias) 인가를 위해서 배선 패턴(203)의 일부인 접촉 패트 영역을 개구할 수 있다. 접촉 패트 영역은 습식, 건식 또는 이를 혼용한 식각 방법을 사용하여 상기 보호막(302)을 식각하여 개구할 수 있다.Although not shown in the drawing, rapid heat treatment may be performed to improve the interface characteristics between the
상기 보호막(302) 상에 희생 접착막(500)과 제 2 희생 기판(600)을 차례로 적층할 수 있다. 희생 접착막(500)은 BCB(Benzocyclobutene) 수지, 또는 왁스 등을 사용할 수 있다. 상기 제 2 희생 기판(600)은 사파이어(sapphire), 실리콘(Si), 탄화규소(SiC)일 수 있다.A
도 12a 및 도 12b 그리고, 도 13a 및 도 13b를 참조하면, 상기 제 1 희생 기판(100)을 상기 분리층(101)으로부터 분리한다. 도 12a 및 도 12b의 상태의 구조를 예를 들면 에천트(etchant)(예를 들면 알루미늄 에천트 또는 불산)에 담그면 육방정 질화붕소층으로 이루어진 상기 분리층(101)과 상기 제 1 희생 기판(100) 사이에 에천트가 침투하면서 상기 제 1 희생 기판(100)이 상기 분리층(101)으로부터 분리될 수 있다. 이때 육방정 질화붕소는 2D (2-dimensional) 물질로 각 층과 층은 약한 반데르발스력 (Van del Waals force)으로 접합되어 있어 (상기 제 1 희생 기판(100)이 대면적을 가질지라도) 상기 제 1 희생 기판(100)의 분리가 용이하게 진행될 수 있다. 상기 제 1 희생 기판(100)을 분리한 후에 기판 접착층(501)을 개재하여 기판(601)을 본딩할 수 있다. Referring to FIGS. 12A and 12B and 13A and 13B, the first
다시 도 1 내지 도 3을 참조하여, 상기 제 2 희생 기판(600)을 분리하고 상기 희생 접착막(500)을 제거하여 상기 보호막(302)을 노출시킬 수 있다. 이로써 도 1 내지 도 3의 반도체 소자(1000)를 제조할 수 있다. Referring again to FIGS. 1 to 3 , the second
본 발명의 실시예들에 따른 반도체 소자의 제조 방법에 있어서, 분리층(101)으로 육방정 질화붕소층을 사용하므로써 버퍼층(102)을 잘 형성할 수 있고, 제 1 희생 기판(100)을 쉽게 분리할 수 있다. 이로써 불량 없이 유연하며 신뢰성이 향상된 반도체 소자를 제조할 수 있다. 뿐만 아니라 상기 제 1 희생 기판(100)을 재활용할 수 있어 제작 비용을 절감할 수 있다. In the method of manufacturing a semiconductor device according to embodiments of the present invention, by using a hexagonal boron nitride layer as the
이상, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징으로 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예에는 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.Above, embodiments of the present invention have been described with reference to the attached drawings, but those skilled in the art will understand that the present invention can be implemented in other specific forms without changing its technical idea or essential features. You will be able to understand it. Therefore, the embodiments described above should be understood as illustrative in all respects and not restrictive.
Claims (20)
상기 기판 상의 버퍼층;
상기 버퍼층 상의 반도체층;
상기 반도체층 상의 베리어층;
상기 제 1 영역 상에서 상기 베리어층 상에 배치되는 제 1 소스 전극, 제 1 드레인 전극 및 이들 사이의 제 1 게이트 전극;
상기 제 2 영역 상에서 상기 베리어층 상에 배치되는 제 2 소스 전극, 제 2 드레인 전극 및 이들 사이의 제 2 게이트 전극; 및
상기 제1 게이트 전극과 상기 베리어층 사이에 개재되는 강유전체 패턴을 포함하고,
상기 제 1 게이트 전극의 일측에서 상기 베리어층과 상기 반도체층의 상부에 형성된 리세스 영역을 더 포함하며,
상기 리세스 영역의 내측벽에서 상기 강유전체의 측벽이 노출되며,
상기 제 1 게이트 전극은 상기 리세스 영역의 내측벽과 바닥면을 덮고,
상기 제 1 게이트 전극과 상기 반도체 층 사이, 상기 제 1 게이트 전극과 상기 베리어층의 측벽 사이, 상기 제 1 게이트 전극과 상기 강유전체의 측벽 사이에 개재된 제 3 절연 패턴을 더 포함하는 반도체 소자.A substrate including a first region and a second region;
a buffer layer on the substrate;
a semiconductor layer on the buffer layer;
a barrier layer on the semiconductor layer;
a first source electrode, a first drain electrode, and a first gate electrode disposed on the barrier layer in the first area;
a second source electrode, a second drain electrode, and a second gate electrode disposed on the barrier layer in the second area; and
It includes a ferroelectric pattern interposed between the first gate electrode and the barrier layer,
It further includes a recess area formed on one side of the first gate electrode and on top of the barrier layer and the semiconductor layer,
A side wall of the ferroelectric is exposed at the inner wall of the recess area,
The first gate electrode covers the inner wall and bottom surface of the recess area,
A semiconductor device further comprising a third insulating pattern interposed between the first gate electrode and the semiconductor layer, between the first gate electrode and the sidewall of the barrier layer, and between the first gate electrode and the sidewall of the ferroelectric.
상기 기판은 유연한 반도체 소자.According to claim 1,
The substrate is a flexible semiconductor device.
상기 기판과 상기 버퍼층 사이에 개재되는 접착층을 더 포함하는 반도체 소자.According to claim 1,
A semiconductor device further comprising an adhesive layer interposed between the substrate and the buffer layer.
상기 기판과 상기 버퍼층 사이에 개재되는 육방정 질화붕소층을 더 포함하는 반도체 소자.According to claim 1,
A semiconductor device further comprising a hexagonal boron nitride layer interposed between the substrate and the buffer layer.
상기 제 1 소스 전극, 상기 제 1 드레인 전극, 상기 제 2 소스 전극 및 상기 제 2 드레인 전극은 상기 베리어층을 관통하여 상기 반도체층 내부로 연장되는 반도체 소자.According to claim 1,
The first source electrode, the first drain electrode, the second source electrode, and the second drain electrode penetrate the barrier layer and extend into the semiconductor layer.
상기 강유전체 패턴은 복수개로 제공되어 제 1 방향을 따라 일 열로 배열되고,
상기 제 1 게이트 전극은 상기 제 1 방향으로 연장되어 상기 강유전체 패턴들의 측면들과 상부면들을 덮는 반도체 소자.According to claim 1,
The ferroelectric pattern is provided in plural numbers and arranged in a row along a first direction,
The first gate electrode extends in the first direction to cover side surfaces and top surfaces of the ferroelectric patterns.
상기 제 1 게이트 전극, 상기 제 1 소스 전극 및 상기 제 1 드레인 전극은 제 1 트랜지스터를 구성하고,
상기 제 2 게이트 전극, 상기 제 2 소스 전극 및 상기 제 2 드레인 전극은 제 2 트랜지스터를 구성하고,
상기 제 1 트랜지스터는 양의 문턱전압을 가지고,
상기 제 2 트랜지스터는 음의 문턱전압을 가지는 반도체 소자. According to claim 1,
The first gate electrode, the first source electrode, and the first drain electrode constitute a first transistor,
The second gate electrode, the second source electrode, and the second drain electrode constitute a second transistor,
The first transistor has a positive threshold voltage,
The second transistor is a semiconductor device having a negative threshold voltage.
상기 반도체층 내에 위치하는 2DEG(2-Dimensional Electron Gas)층을 더 포함하는 반도체 소자.According to claim 1,
A semiconductor device further comprising a 2-Dimensional Electron Gas (2DEG) layer located within the semiconductor layer.
상기 베리어층과 상기 강유전체 패턴 사이에 개재된 제 1 절연 패턴;
상기 강유전체 패턴과 상기 제 1 게이트 전극 사이에 개재된 제 2 절연 패턴; 및
상기 제 1 게이트 전극의 상부면과 측면, 상기 제 1 절연 패턴의 측면, 상기 강유전체 패턴의 측면 및 상기 제 2 절연 패턴의 측면과 접하는 보호막을 더 포함하는 반도체 소자. According to claim 1,
a first insulating pattern interposed between the barrier layer and the ferroelectric pattern;
a second insulating pattern interposed between the ferroelectric pattern and the first gate electrode; and
A semiconductor device further comprising a protective film in contact with a top surface and a side surface of the first gate electrode, a side surface of the first insulating pattern, a side surface of the ferroelectric pattern, and a side surface of the second insulating pattern.
상기 제 2 게이트 전극은 상기 베리어층과 접하는 반도체 소자. According to claim 1,
The second gate electrode is a semiconductor device in contact with the barrier layer.
상기 제 1 영역에서 상기 베리어층 상에 제 1 소스 전극과 제 1 드레인 전극을 형성하고, 상기 제 2 영역에서 상기 베리어층 상에 제 2 소스 전극과 제 2 드레인 전극을 형성하는 단계;
상기 제 1 소스 전극과 상기 제 1 드레인 전극 사이에서 상기 베리어층 상에 강유전체 패턴을 형성하는 단계;
상기 강유전체 패턴 옆의 상기 베리어층과 상기 반도체 층의 일부를 식각하여 리세스 영역을 형성하는 단계;
상기 리세스 영역의 내측벽과 바닥면을 덮는 제3절연 패턴을 형성하는 단계;
상기 강유전체 패턴 상에 제 1 게이트 전극을 형성하고, 상기 제 2 소스 전극과 상기 제 2 드레인 전극 사이에서 상기 베리어층 상에 제 2 게이트 전극을 형성하는 단계; 및
상기 제 1 희생 기판을 제거하는 단계를 포함하는 반도체 소자의 제조 방법.sequentially stacking a separation layer, a buffer layer, a semiconductor layer, and a barrier layer on a first sacrificial substrate including a first region and a second region;
forming a first source electrode and a first drain electrode on the barrier layer in the first area, and forming a second source electrode and a second drain electrode on the barrier layer in the second area;
forming a ferroelectric pattern on the barrier layer between the first source electrode and the first drain electrode;
forming a recess area by etching a portion of the barrier layer and the semiconductor layer next to the ferroelectric pattern;
forming a third insulating pattern covering the inner wall and bottom of the recess area;
forming a first gate electrode on the ferroelectric pattern and forming a second gate electrode on the barrier layer between the second source electrode and the second drain electrode; and
A method of manufacturing a semiconductor device comprising removing the first sacrificial substrate.
상기 분리층은 육방정 질화붕소층을 포함하는 반도체 소자의 제조 방법.According to claim 13,
The separation layer is a method of manufacturing a semiconductor device including a hexagonal boron nitride layer.
상기 제 1 희생 기판을 제거하는 단계 전에,
상기 제 1 게이트 전극 및 상기 제 2 게이트 전극 상에 제 1 접착층을 형성하는 단계; 및
상기 제 1 접착층 상에 제 2 희생 기판을 형성하는 단계를 더 포함하는 반도체 소자의 제조 방법.According to claim 13,
Before removing the first sacrificial substrate,
forming a first adhesive layer on the first gate electrode and the second gate electrode; and
A method of manufacturing a semiconductor device further comprising forming a second sacrificial substrate on the first adhesive layer.
상기 제 1 접착층을 형성하는 단계 전에,
상기 제 1 게이트 전극과 상기 제 2 게이트 전극이 형성된 상기 제 1 희생 기판의 전면을 덮는 보호막을 형성하는 단계를 더 포함하는 반도체 소자의 제조 방법. According to claim 15,
Before forming the first adhesive layer,
A method of manufacturing a semiconductor device further comprising forming a protective film covering the entire surface of the first sacrificial substrate on which the first gate electrode and the second gate electrode are formed.
상기 제 1 희생 기판을 제거한 후에,
상기 분리층 아래에 유연 기판을 형성하는 단계를 더 포함하는 반도체 소자의 제조 방법.According to claim 13,
After removing the first sacrificial substrate,
A method of manufacturing a semiconductor device further comprising forming a flexible substrate under the separation layer.
상기 제 1 희생 기판을 제거한 후에,
상기 분리층 아래에 제 2 접착층을 형성하는 단계; 및
상기 제 2 접착층에 유연 기판을 접착시키는 단계를 더 포함하는 반도체 소자의 제조 방법. According to claim 13,
After removing the first sacrificial substrate,
forming a second adhesive layer below the separation layer; and
A method of manufacturing a semiconductor device further comprising adhering a flexible substrate to the second adhesive layer.
상기 제 1 소스 전극, 상기 제 1 드레인 전극, 상기 제 2 소스 전극 및 상기 제 2 드레인 전극을 형성하는 단계는,
상기 베리어층 상에 서로 이격된 금속 패턴들을 형성하는 단계; 및
열처리 공정을 진행하여 상기 금속 패턴 내의 금속을 상기 베리어층 및 상기 반도체 층의 일부로 확산시키는 단계를 포함하는 반도체 소자의 제조 방법.According to claim 13,
Forming the first source electrode, the first drain electrode, the second source electrode, and the second drain electrode includes:
forming metal patterns spaced apart from each other on the barrier layer; and
A method of manufacturing a semiconductor device comprising performing a heat treatment process to diffuse the metal in the metal pattern to a portion of the barrier layer and the semiconductor layer.
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