KR20000073155A - 실리콘 이중 산화막 구조 를 이용한 단전자 트랜지스터 및 그 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
실리콘 이중 산화막(silicon on insulator;SOI) 구조의 기판을 이용하여, 2차원전자가스층(2DEG)을 형성하는 상층게이트와 2차원전자가스층을 유한한 곳에 국한시켜 양자점(Quantum dot)을 형성하는 하층게이트의 이중게이트로 이루어진 단전자 트랜지스터 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 특히 하층게이트 전압에 따른 전계 효과를 이용하여 반전층에 형성된 여러 개의 양자점들의 크기 및 모양을 임의로 조절할 수 있으며, SOI구조를 이용하기 때문에 나노패터닝이 용이하며, 기존의 단전자 트랜지스터의 제조 방법과 달리 재현성 있는 소자를 제조할 수 있는 특징을 갖고 있다.
Description
차세대 초고집적 반도체 기억소자 제조 기술 향상에 관한 연구는 현대사회가 요구하는 고도의 정보통신 수행을 위함은 물론, 거의 세계 정상이라 할 수 있는 국내 반도체 메모리 소자 산업의 국제 경쟁력 확보를 위해 필수적이다. 현재 64M DRAM은 전자 백만 개로, 16M 비휘발성 메모리는 전자 만개로 1bit의 정보를 기억하고 있다. 최근의 메모리 발전속도의 추세로 2010년에는 10개 이하의 전자로 1bit의 정보를 저장하게 되는 초소형 저 전압 메모리 소자 출현의 가능성이 예견된다. 지금까지는 MOSFET의 기본구조는 변하지 않고 소자의 크기를 줄이는 방법으로 고 집적화가 이루어져 왔으나, 4G DRAM 이상에서는 이러한 연속적인 발전이 한계를 보일 것으로 예상된다. 이러한 한계를 극복하기 위한 방법 중에 대표적인 것이 단전자 트랜지스터 소자이다.
본 발명은 상기와 같은 요구에 대응해 창안된 것으로서, 궁극적으로 전자 한 개를 제어하여 그 특성인 전류 표준과 고집적 소자를 제조할 수 있는 가능성을 가진 단전자 트랜지스터에 관한 것으로서, SOI 구조의 기판을 사용하며, 이중게이트의 전계 효과를 이용하는 단전자 트랜지스터 및 그 제조 방법에 관한 것이다. 특히 양자점들의 크기 및 모양을 nanoscale에서 임의로 조절할 수 있는 특성을 갖는다.
도1은 본 발명에 의한 단전자 트랜지스터를 나타내 보인 사시도 이고,
도2는 본 발명에 의한 단전자 트랜지스터의 측면도이다.
도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
1: 실리콘 기판
2: 실리콘 산화막
3: 위층 실리콘
4: 소오스
5: 하층게이트
6: 상층게이트
7: 드레인
8: 게이트산화막
9: 중간산화막
10: 실리콘산화막
본 발명의 단전자 트랜지스터의 작동원리는 다음과 같다. 기존의 MOSFET의 게이트와 동일한 역할을 하는 상층게이트(6)에 양전압을 가하면 소오스(4)-드레인(7)간에 1차원 전자전도채널이 형성되며, 상층게이트에 양전압을 더욱 크게 가하면 1차원 채널에 유도되는 전하량은 포화될 때까지 연속적으로 증가한다. 상층게이트의 양전압에 의해 유도된 반전층의 전자들은 하층게이트(5)에 음전압이 가해지기 시작하면 하층게이트 바로 아래에서는 Coulomb 척력으로 인해 전자들이 고갈되고, 이 영역에서 1차원 채널을 가로지르는 터널링 장벽이 형성되며, 터널링 장벽들 사이에 2차원 전자가스층으로부터 고립된 전자의 양자점이 형성된다. 이러한 방법으로 하층게이트의 음전압의 크기에 따라 터널링 장벽의 조절이 가능하며, 또한 양자점의 크기도 임의로 조절이 가능하다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 단전자 트랜지스터의 제조 방법을 보다 상세하게 설명한다.
본 발명에서 사용한 SOI 구조의 기판은 전도성을 갖는 위층 실리콘(3), 절연성을 가진 실리콘 산화막(2), 그리고 다시 실리콘 기판(1)으로 구성되어 있다. SOI 기판에서 단전자 트랜지스터 제작시 사용하는 부분은 위층 실리콘(3)으로 , 소오스(4), 드레인(7)등의 전극으로 만들어질 부분과 소오스-드레인간의 전자전도채널부분을 제외한 나머지 위층 실리콘은 모두 제거된다. 다음은 게이트 실리콘 산화막(8)을 20nm 정도의 두께로 형성한 후, 폴리실리콘을 100nm 정도의 두께로 형성한다. 이 후에 폴리실리콘을 전자선 직접 묘화(electron-beam direct writing)와 반응성 이온 식각(reactive ion etching)을 이용하여 하층게이트를 만든다. 다시 중간 실리콘 산화막(9)을 100nm 정도의 두께로 형성한 후, 폴리실리콘을 100nm 정도의 두께로 형성하고 사진 식각 공정을 이용해 상층게이트(6)를 만든다. 이 후의 공정은 일반적인 MOSFET 공정과 동일하게 진행한다.
본 발명에 따른 단전자 트랜지스터 및 그 제조 방법에 따르면 하층게이트 전압에 따른 전계 효과를 이용하여 반전층에 형성된 양자점의 크기 및 모양을 임의로 조절할 수 있으며, SOI 구조를 이용하기 때문에 나노패터닝이 용이하며, 기존의 단전자 트랜지스터의 제조 방법과 달리 재현성 있는 소자를 제조할 수 있다.
Claims (6)
- 단전자 트랜지스터 제조 방법에 있어서,단전자 트랜지스터 형성을 위한 전도 영역을 갖는 반도체 기판 상에 소자의 활성영역을 한정하는 공정과,상기 위층 실리콘의 활성영역 상에 게이트 산화막과 상기 게이트 산화막 위에 하층게이트들을 형성하는 공정과,상기 하층게이트 위에 중간 산화막과 상기 중간 산화막 위에 상층게이트를 형성하는 공정으로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 단전자 트랜지스터
- 청구항 1에 있어서,상기 기판은 실리콘 기판 내에 중간 산화막을 갖는 SOI 구조의 기판을 사용한 것을 특징으로 하는 단전자 트랜지스터
- 청구항 1에 있어서,상기 전자 이동 경로 및 전극 부분의 위층실리콘을 제외한 나머지 위층실리콘을 제거하는 것을 특징으로 하는 단전자 트랜지스터
- 청구항 1에 있어서,상기 상층게이트와 하층게이트는 모두 폴리실리콘으로 형성한 것을 특징으로 하는 단전자 트랜지스터
- 청구항 4에 있어서,상기 하층게이트는 게이트 산화막을 사이에 두고 전자 이동 경로 바로 위에 위치하기 때문에 터널링 장벽 및 양자점의 크기 조절이 용이한 것을 특징으로 하는 단전자 트랜지스터
- 청구항 5에 있어서,상기 하층게이트의 수는 4개 이하로 3개 이하의 양자점을 형성하며, 상기 하층게이트는 모두 독립된 전극을 가지므로 각각 전압 변화가 가능한 것을 특징으로 하는 단전자 트랜지스터
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Cited By (5)
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|---|---|---|---|---|
| KR100444270B1 (ko) * | 2002-07-06 | 2004-08-12 | 재단법인서울대학교산학협력재단 | 음 미분 전도도를 갖는 반도체 소자의 제조 방법 |
| KR100462055B1 (ko) * | 2001-04-03 | 2004-12-17 | 재단법인서울대학교산학협력재단 | 물질의 결정구조를 이용한 패턴 형성 방법 및 장치 |
| KR100517126B1 (ko) * | 2003-04-21 | 2005-10-18 | 재단법인서울대학교산학협력재단 | 양자점 크기를 조절할 수 있는 단전자 트랜지스터와동일한 ｓｏｉ기판에 집적할 수 있는 단전자 트랜지스터및 이중게이트 ｍｏｓｆｅｔ과 그 각각의 제조방법 |
| KR100968032B1 (ko) * | 2007-09-14 | 2010-07-08 | 충북대학교 산학협력단 | 상온 동작 단전자 나노소자 제조방법 |
| KR101036692B1 (ko) * | 2006-10-09 | 2011-05-24 | 충북대학교 산학협력단 | 다중 양자점 나노소자의 제작방법 및 그에 따른 다중 양자점 나노소자 |
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1999
- 1999-05-07 KR KR1019990016273A patent/KR20000073155A/ko not_active Application Discontinuation
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