KR20070059900A - Manufacturing schottky barrier mosfets with the schottky contact and manufacturing method thereof - Google Patents
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Abstract
Description
도 1 은 종래 기술에 따른 쇼트키 장벽 관통 트랜지스터의 구성을 나타낸 도면1 is a view showing the configuration of a Schottky barrier through transistor according to the prior art
도 2 는 본 발명에 따른 쇼트키 장벽 관통 트랜지스터의 구성을 나타낸 일 실시예2 is a diagram illustrating the configuration of a Schottky barrier through transistor according to the present invention.
도 3a 내지 도 3f는 본 발명의 일 실시예에 따른 쇼트키 장벽 관통 단전자 트랜지스터의 제조방법을 설명하기 위한 단면도3A to 3F are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a schottky barrier penetrating single electron transistor according to an embodiment of the present invention.
도 4 는 실리콘100 면과 실리콘111 면에 각각 제작된 어븀실리사이드 쇼트키 다이오드의 전기적 특성 측정 결과를 나타낸 도면4 is a view showing the electrical characteristics measurement results of the erbium silicide Schottky diode fabricated on the
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for the main parts of the drawings>
10 : 기판 20 : 절연층10: substrate 20: insulating layer
30 : 반도체층 30a : 소오스 영역30
30b : 드레인 영역 40 : 게이트 절연막30b: drain region 40: gate insulating film
50 : 측벽 절연막 60 : 게이트 전극50 sidewall
70 : 폴리실리콘 80 : 질화막70
90 : 채널 영역 100 : 금속 물질90
본 발명은 반도체 제조기술에 관한 것으로, 특히 쇼트키 장벽 관통 트랜지스터 및 그 제조방법에 관한 것이다.TECHNICAL FIELD The present invention relates to semiconductor manufacturing technology, and more particularly, to a Schottky barrier through transistor and a method of manufacturing the same.
반도체 제조기술은 저전력화, 고집적화, 고속 동작의 방향으로 진행되어 왔으며 MOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor Field Effect Transistor)는 이런 조건을 만족시키기 위해 소형화 되어 왔다. 지난 30년간의 집적화는 한 칩에 집적되는 트랜지스터의 수가 매 18개월 마다 두 배가 된다는 무어(Gordon Moore)의 법칙으로 잘 설명되어왔다. 그리하여 현재 트랜지스터는 그 게이트 길이가 100nm를 밑돌고 있다. Semiconductor manufacturing technology has been advanced in the direction of low power, high integration, and high speed operation, and MOSFET (Metal-Oxide-Semiconductor Field Effect Transistor) has been miniaturized to satisfy these conditions. Integration over the last three decades has been well illustrated by Gordon Moore's law that the number of transistors on a chip doubles every 18 months. Thus, the current transistor has a gate length of less than 100 nm.
한편 2003년 발표된 ITRS(International Technology Roadmap for Semiconductors) 자료는 2005년에 트랜지스터의 게이트 길이가 30 nm로, 2015년에는 10 nm가 될 것으로 예측하였다. The International Technology Roadmap for Semiconductors (ITRS), published in 2003, predicts that the gate length of transistors will be 30 nm in 2005 and 10 nm in 2015.
그러나 트랜지스터가 크기가 이 정도로 작아지면 기존의 소자와는 다른 특성이 나타나게 되는 데, 우선 게이트 절연막이 얇아지면서 두께의 불균일, 절연막을 통한 전자의 터널링, 단채널 효과(Short channel effect)로 인한 누설전류의 증가, 펀치-쓰루(punch-through) 등이 발생한다. 또한 채널부분의 불균일한 불순물 분포로 인하여 문턱전압의 변동이 발생하고, 핫-캐리어(Hot-Carrier) 효과로 인하여 절연막에 트랩된 전하들로 절연막이 열화되는 등의 문제가 발생하여 소자의 성능과 신뢰도가 떨어지게 된다. However, when the transistor is small in size, it exhibits different characteristics from those of the conventional device. First, as the gate insulating layer becomes thinner, the thickness of the gate insulating layer is reduced, the leakage current due to the tunneling of electrons through the insulating layer, and the short channel effect. Increase, punch-through and the like occur. In addition, there are problems such as fluctuations in threshold voltage due to uneven distribution of impurities in the channel portion, and deterioration of the insulating film due to charge trapped in the insulating film due to the hot-carrier effect. The reliability is lowered.
따라서, 상기 ITRS 자료에서 예측하고 있는 크기로 트랜지스터를 제작하고 제대로 동작시키기 위해서는 제작기술 이외에도 이렇게 극복해야 할 많은 문제들이 남아있다. Therefore, in order to fabricate and operate a transistor at a size predicted by the ITRS data, there are many problems to overcome in addition to the manufacturing technology.
이런 문제들 중 하나로 위에서 설명된 단채널 효과를 줄이기 위해서는 소오스, 드레인의 얕은 접합이 필요하다. 그러나 소오스, 드레인 형성을 위해 일반적으로 사용되는 이온주입에 의한 도핑은 얕고 균일하게 제어하기가 힘들 뿐 아니라 채널 저항에 상응하는 큰 면저항을 갖게 된다. One of these problems requires a shallow junction of source and drain to reduce the short channel effects described above. However, doping by ion implantation, which is generally used for source and drain formation, is not only difficult to control uniformly and shallowly, but also has a large sheet resistance corresponding to channel resistance.
이런 문제점들을 극복하기 위해서 절연막과 게이트, 소오스와 드레인을 새로운 물질로 대체하려는 연구가 진행되고 있으며 구조적인 변화도 시도되고 있다. In order to overcome these problems, researches are being conducted to replace insulating films, gates, sources and drains with new materials, and structural changes have been attempted.
그 중 하나가 쇼트키 장벽 관통 트랜지스터인데, 이는 소스와 드레인을 도핑이 아닌 실리콘의 금속화합물인 실리사이드로 만들어서 소스, 드레인과 채널 간 쇼트키 장벽을 형성한다. One of them is a Schottky barrier through transistor, which makes the source and drain a silicide, a metal compound of silicon rather than doping, forming a Schottky barrier between the source, drain and channel.
도 1 은 종래 기술에 따른 쇼트키 장벽 관통 트랜지스터의 구성을 나타낸 도면이다.1 is a view showing the configuration of a Schottky barrier through transistor according to the prior art.
도 1과 같이, 기판(10) 상에 형성된 절연층(20)과, 상기 절연층(20) 상의 소정영역에 형성되고, 채널 영역(90)과 소오스/드레인 영역(30a)(30b)으로 분리되며, 상기 소오스/드레인 영역(30a)(30b)의 적어도 일부분은 소정의 금속으로 실리사이드화되어 상기 채널 영역(90)과 쇼트키 접합되는 반도체층과, 상기 채널 영역(90) 상에 순차적으로 형성된 게이트 절연막(40) 및 게이트 전극(60)과, 상기 게이트 절 연막(40) 및 게이트 전극(60)의 양측벽에 형성된 측벽 절연막(60)을 포함하여 구성된다.As shown in FIG. 1, the
이때, 상기 반도체층은 실리콘 100 면(기판을 어떻게 잘랐는가에 따라 반도체 표면에 있는 원자들의 배열이 나타내는 방향지수가 100인 실리콘을 말한다.)에 쇼트키 접합을 가지고 있으며, 전자에 대한 그 장벽 높이는 0.4 V 이하가 얻어진다.In this case, the semiconductor layer has a Schottky junction on the
이와 같이 구성되는 쇼트키 장벽 관통 트랜지스터의 기술은 장벽의 높이가 유지되어 누설전류를 제어 할 수 있고, 소스 및 드레인이 금속이므로 얕은 접합에 작은 면저항을 갖도록 제작될 수 있다. 이처럼, 쇼트키 장벽 관통 트랜지스터가 갖는 소스와 드레인의 작은 면저항은 트랜지스터의 기생저항으로 동작속도를 비롯한 트랜지스터의 특성에 영향을 준다. 따라서 쇼트키 장벽 관통 트랜지스터는 소자의 소형화와 집적화 뿐만 아니라 고속화에 유리한 소자이다. The Schottky barrier through-transistor is configured to control the leakage current by maintaining the height of the barrier. Since the source and the drain are metal, the Schottky barrier through transistor can be manufactured to have a small sheet resistance at a shallow junction. As such, the small sheet resistance of the source and drain of the Schottky barrier through transistor is a parasitic resistance of the transistor and affects the characteristics of the transistor including the operating speed. Therefore, the Schottky barrier through transistor is an element that is advantageous for miniaturization and integration as well as high speed.
아울러 트랜지스터가 소형화함에 따라 드레인에 의한 채널의 전계를 효과적으로 낮추기 위하여 게이트 절연막(40)의 두께는 얇아져야 한다. 그러나 게이트 절연막(40)이 얇아짐에 따라 게이트 전극(60)의 누설전류가 커지므로 강유전물 희토류 산화막 물질로 기존의 실리콘 산화막을 대체하는 연구가 활발히 진행되고 있다. In addition, as the size of the transistor becomes smaller, the thickness of the
또한 다결정 실리콘 게이트는 채널이 n형 또는 p형에 따라 일함수를 조절할 수 있고 공정 자체가 잘 알려져 수율을 높일 수 있다는 장점이 있으나 다결정 실리콘의 계면에 공핍층이 형성되어 절연막을 두껍게 해주고 저항이 크다는 단점 때문 에 나이트라이드 게이트나 실리사이드 게이트로 대체되기 위해 연구되고 있다. In addition, the polycrystalline silicon gate has the advantage that the channel can control the work function according to the n-type or p-type, and the process itself is well known, and the yield can be increased. However, a depletion layer is formed at the interface of the polycrystalline silicon to thicken the insulating film and have a high resistance. Because of its shortcomings, it is being studied to be replaced by nitride gate or silicide gate.
이에 도 1과 같이 구성되는 쇼트키 장벽 관통 트랜지스터는 이러한 소오스/드레인 영역(30a)(30b)을 실리사이드로 만들기 때문에 기존의 모스 전계 효과 트랜지스터의 공정과는 달리 불순물의 주입이후 열처리가 필요하지 않으므로 600℃ 이하의 저온에서 공정이 이루어져서 실리사이드 금속게이트나, 절연막으로 강유전물질을 사용하기에도 적절하다. Accordingly, since the Schottky barrier through transistor configured as shown in FIG. 1 makes the source /
이와 같은 쇼트키 장벽 관통 트랜지스터는 금속 실리사이드와 실리콘계면의 쇼트키 접합이 성능에 따른 중요한 요인으로 발생한다. 즉, 쇼트키 접합시 쇼트키 장벽 높이는 계면 실리콘의 불순물과 계면 상태, 실리사이드의 일함수, 실리콘의 전자친화도, metal-induced gap states, 금속과 실리사이드의 격자 불일치의 정도 등에 따라 달라진다. In this Schottky barrier through transistor, the Schottky junction of the metal silicide and the silicon interface occurs as an important factor depending on the performance. In other words, the Schottky barrier height during Schottky bonding depends on the impurities and interfacial states of interfacial silicon, the work function of silicides, the electron affinity of silicon, the metal-induced gap states, and the degree of lattice mismatch between metals and silicides.
따라서, 낮은 쇼트키 장벽을 가진 트랜지스터는 동작전류나 꺼짐전류 특성이 좋지만, 반대로 높은 쇼트키 장벽을 가지면 저항이 커지기 때문에 동작전류가 낮아지고 부의 전하(N-형 일 경우 전자에 대한 홀)의 유입 때문에 꺼짐전류가 높아져 트랜지스터의 특성을 악화시킨다. Thus, transistors with low Schottky barriers have good operating or off-current characteristics, but on the contrary, high Schottky barriers increase resistance, resulting in lower operating currents and inflow of negative charges (holes for electrons in the N-type). As a result, the off current increases, which deteriorates the transistor characteristics.
이에 따라 낮은 쇼트키 장벽을 가지는 쇼트키 접합을 형성하는 것은 쇼트키 트랜지스터 제작에 있어 중요한 부분이 된다. 그래서 이러한 낮은 쇼트키 장벽을 형성하기 위해 N-형 쇼트키 장벽 관통 트랜지스터에서는 낮은 일함수를 갖는 어븀, 이터븀, 이트륨, 사마리움과 같은 금속으로 실리사이드를 만든다. As a result, forming a Schottky junction with a low Schottky barrier is an important part of Schottky transistor fabrication. Thus, to form such low Schottky barriers, silicides are made from metals such as erbium, ytterbium, yttrium, and samarium with low work functions in N-type Schottky barrier through transistors.
그러나 이와 같은 낮은 일함수를 갖는 물질들을 사용함에도 불구하고 실제 쇼트키 장벽 높이는 앞에 열거한 다른 조건들에 의해 영향을 받기 때문에 쉽게 제어 되지 않는 문제점을 가지고 있다. However, despite the use of materials with such low work functions, the actual Schottky barrier height is not easily controlled because it is affected by the other conditions listed above.
따라서 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로서, 비등방 에칭을 통해 생성되는 실리콘 111 면(실리콘 기판을 어떻게 잘랐는가에 따라 반도체 표면에 있는 원자들의 배열이 나타내는 방향지수가 111인 실리콘을 말한다.)에 쇼트키 접합을 형성시켜 안정적이고, 전자에 대해 낮은 쇼트키 장벽을 갖는 고성능의 N-형 쇼트키 장벽 관통 트랜지스터를 제작하는데 그 목적이 있다. Accordingly, the present invention has been made to solve the above problems, and refers to the
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 쇼트키 장벽 관통 트랜지스터의 특징은 절연층이 증착된 기판과, 상기 절연층 상의 소정영역에 채널 영역과 소오스/드레인 영역으로 분리되며, 상기 채널 영역과 소오스/드레인 영역의 경계면에 생성된 실리콘 111 면을 포함하여 소오스/드레인 영역의 적어도 일부분이 소정의 금속으로 실리사이드화되어 상기 채널 영역과 쇼트키 접합되는 반도체층과, 상기 채널 영역 상에 순차적으로 형성된 게이트 절연막 및 게이트 전극과, 상기 게이트 절연막 및 게이트 전극의 양측벽에 형성된 측벽 절연막을 포함하여 구성되는데 있다.A schottky barrier through transistor according to the present invention for achieving the above object is separated into a channel region and a source / drain region in a predetermined region on the substrate, the insulating layer is deposited, the channel region and At least a portion of the source / drain region, including the
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 쇼트키 장벽 관통 트랜지스터 제조방법의 특징은 기판 상에 절연층 및 반도체층을 순차적으로 형성하는 단 계와, 상기 반도체층을 패터닝하여 채널 영역, 소오스/드레인 영역을 정의하는 단계와, 상기 채널 영역과 소오스/드레인 영역의 경계면을 비등방 식각을 통해 실리콘 111 면을 생성하는 단계와, 상기 실리콘 111 면을 갖는 채널 영역 상에 게이트 절연막, 게이트 전극 및 질화막을 형성하는 단계와, 상기 게이트 절연막, 게이트 전극 및 질화막의 양측벽에 측벽 절연막을 형성하고 상기 질화막을 제거하는 단계와, 상기 결과물의 전체 상부면에 소정 두께의 금속물질을 형성한 후, 실리사이드화하여 실리콘 111 면을 포함하는 채널영역에 쇼트키 접합계면을 형성하는 단계를 포함하는데 있다.In order to achieve the above object, a Schottky barrier through transistor manufacturing method according to the present invention is characterized in that the step of sequentially forming an insulating layer and a semiconductor layer on the substrate, and by patterning the semiconductor layer channel region, source / Defining a drain region, generating an
바람직하게 상기 SOI 기판은 수 nm 에서 수십 nm 이하의 두께로, 상기 반도체층은 1nm 내지 20nm의 두께 범위로 형성되는 것을 특징으로 한다.Preferably, the SOI substrate has a thickness of several nm to several tens of nm or less, and the semiconductor layer is formed in a thickness range of 1 nm to 20 nm.
바람직하게 상기 SOI 기판의 불순물 농도는 1017 cm- 3이하의 저농도 도핑 기판을 사용하는 것을 특징으로 한다. Preferably the impurity concentration in the SOI substrate is 10 17 cm - characterized by using a low concentration doping of the substrate 3 or less.
바람직하게 상기 게이트 절연막은 실리콘 산화막(SiO2), 알루미늄 산화막(Al2O3), 하프늄 산화막(HfO2) 중 어느 하나로 이루어지는 것을 특징으로 한다.Preferably, the gate insulating film is formed of any one of a silicon oxide film (SiO 2 ), an aluminum oxide film (Al 2 O 3 ), and a hafnium oxide film (HfO 2 ).
바람직하게 상기 게이트 전극은 폴리실리콘, 알루미늄, 티탄(Ti) 중 어느 하나로 이루어지는 것을 특징으로 한다.Preferably, the gate electrode is made of one of polysilicon, aluminum, and titanium (Ti).
바람직하게 상기 측벽 절연막은 실리콘 산화막(SiO2)으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.Preferably, the sidewall insulating film is formed of a silicon oxide film (SiO 2 ).
바람직하게 상기 게이트 전극 크기 및 채널 영역의 폭은 10nm 이하로 이루어지는 것을 특징으로 한다.Preferably, the gate electrode size and the width of the channel region are 10 nm or less.
바람직하게 상기 비등방 식각은 KOH 또는 THAM(tetramethyl-ammonium-hydroxide)를 이용하여 비등방으로 습식(wet) 식각하는 것을 특징으로 한다.Preferably, the anisotropic etching is characterized in that the wet etching isotropically using KOH or THAM (tetramethyl-ammonium-hydroxide).
바람직하게 상기 쇼트키 접합계면을 형성하는 단계는 실리사이드에 반응되지 않은 금속 물질을 제거하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.Preferably, the forming of the Schottky junction interface further includes removing a metal material not reacted with the silicide.
바람직하게 상기 금속 물질로는 어븀(Erbium), 이터븀(Yb), 사마륨(Sm), 이트륨(Y), 가돌륨(Gd), 터븀(Tb), 세륨(Ce) 중 하나로 이루어지는 것을 특징으로 한다.Preferably, the metal material is formed of one of erbium, ytterbium (Yb), samarium (Sm), yttrium (Y), gadolium (Gd), terbium (Tb), and cerium (Ce). .
바람직하게 상기 실리사이드화는 400℃ 내지 600℃의 온도 범위에서 열처리하는 것을 특징으로 한다.Preferably the silicide is characterized in that the heat treatment in the temperature range of 400 ℃ to 600 ℃.
본 발명의 다른 목적, 특성 및 이점들은 첨부한 도면을 참조한 실시예들의 상세한 설명을 통해 명백해질 것이다.Other objects, features and advantages of the present invention will become apparent from the following detailed description of embodiments with reference to the accompanying drawings.
본 발명에 따른 쇼트키 장벽 관통 트랜지스터 및 그 제조방법의 바람직한 실시예에 대하여 첨부한 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다. 이때, 이하 실리콘 111이란 실리콘 기판을 어떻게 잘랐는가에 따라 반도체 표면에 있는 원자들의 배열이 나타내는 방향지수가 111인 실리콘을 말한다. 그리고 이하 명세서에서 실리콘 111의 실리사이드화는 실리콘 111 면에 금속 물질을 침투시켜 실리콘 111 면에 대하여 실리사이드화 하는 것을 말한다.A preferred embodiment of a Schottky barrier through transistor and a method of manufacturing the same according to the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. Herein,
도 2 는 본 발명에 따른 쇼트키 장벽 관통 트랜지스터의 구성을 나타낸 일 실시예이다. 2 is a diagram illustrating the configuration of a Schottky barrier through transistor according to the present invention.
도 2와 같이, 절연층(20)이 증착된 기판(10)과, 상기 절연층(20) 상에 형성된 소오스/드레인(30a)(30b)과, 상기 소오스/드레인(30a)(30b) 사이에 형성된 채널(90)과, 상기 채널(90) 상에 순차적으로 형성된 게이트 절연막(40) 및 게이트 전극(60)과, 상기 게이트 절연막(40) 및 게이트 전극(60)의 양측벽에 형성된 측벽 절연막(50)을 포함하여 구성된다. 이때, 상기 소오스 및 드래인(30a)(30b) 중 적어도 하나와 상기 채널(90)과의 경계면은 실리콘 111 면을 가지며, 상기 실리콘 111 면을 포함하여 소오스 및 드레인(30a)(30b)의 적어도 일부분이 소정의 금속물질로 실리사이드화되어 쇼트키 접합되게 된다.As shown in FIG. 2, between the
상기 채널의 높이는 상기 소오스 및 드레인의 높이보다 높게 형성하여, 상기 경계면이 기울어진 경사면을 갖는다. 그리고 상기 경사면에서 실리콘 111 실리사이드화가 이루어진다.The height of the channel is formed to be higher than the height of the source and drain, so that the interface has an inclined surface. And
또한 상기 기판(10)은 게이트 전극(60)이 채널 영역(90)의 전계를 효율적으로 조절하여 누설전류를 억제하도록 하기 위하여 두께가 약 50nm 이하의 두께로 구성하는 것이 바람직하며, 이때 사용되는 기판으로는 SOI 기판을 사용하는 것이 바람직하나, SOI 기판에 한정되지 않으며 벌크 실리콘 기판에서도 향후 기술하는 기술적인 내용을 적용하면 동일하게 제작할 수 있다. 한편, 실리콘 111기판을 사용하여 수직으로 쇼트키 장벽 관통 트랜지스터를 제작하면 실리콘 111 면에 바로 쇼트키 접합이 형성되므로 바로 적용할 수 있다. In addition, the
이와 같이 구성된 본 발명에 따른 쇼트키 장벽 관통 트랜지스터의 제조방법을 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.A method of manufacturing a Schottky barrier through transistor according to the present invention configured as described above will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 3a 내지 도 3f는 본 발명의 일 실시예에 따른 쇼트키 장벽 관통 단전자 트랜지스터의 제조방법을 설명하기 위한 단면도이다.3A to 3F are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a schottky barrier penetrating single electron transistor according to an embodiment of the present invention.
먼저 도 3a와 같이, SOI 기판은 최하부에 기계적인 지지를 위한 실리콘 기판(10), 그 상부에 절연층(20) 및 반도체층(30)이 순차적으로 형성한다. 그리고 소정의 식각 마스크(미도시)를 이용하여 채널, 소스 및 드레인을 형성할 액티브 영역을 잔류시키고 상기 반도체층(30)을 패터닝한다.First, as shown in FIG. 3A, a
이때, 상기 SOI 기판은 게이트 전극(60)이 채널 영역(90)의 전계를 효율적으로 조절하여 누설전류를 억제하도록 하기 위하여 수 nm 에서 수십 nm 이하의 두께 범위로 제작됨이 바람직하다. 또한 상기 반도체층(30)은 단전자 트랜지스터의 양자점으로 사용될 채널 영역(90)의 정전용량을 줄이기 위하여 약 20nm 이하(바람직하게는 약 1nm 내지 20nm)의 두께 범위로 형성됨이 바람직하다. At this time, the SOI substrate is preferably manufactured in a thickness range of several nm to several tens nm or less so that the
그리고 상기 SOI 기판의 불순물 농도는 1017 cm- 3이하의 저농도 도핑 기판을 사용한다. And the impurity concentration of the SOI substrate is 10 17 cm - uses a low-concentration doped substrate of 3 or less.
이어 도 3b와 같이, 상기 반도체층(30) 상부의 소정영역에 게이트 절연막(40) 및 폴리실리콘(70)을 증착하고, 그 위에 상기 폴리실리콘(70)을 보호하는 질화막(실리콘 나이트라이드)(80)이 순차적으로 형성한다. 그리고 포토레지스트 등의 식각 마스크를 이용하여 패터닝한 후, 건식 식각을 진행하여 상기 게이트 절 연막(40), 폴리실리콘(70) 및 질화막(80)을 식각한다. Next, as shown in FIG. 3B, a nitride film (silicon nitride) for depositing a
이때, 상기 게이트 절연막(40)은 일반적인 경우에는 실리콘을 열산화하여 형성하는 실리콘 산화막(SiO2)을 사용할 수 있으며, 더 높은 게이트의 전계 효과를 이용하기 위해서는 알루미늄 산화막(Al2O3) 또는 하프늄 산화막(HfO2) 등의 고유전율 박막을 사용하는 것도 가능하다. 또한 상기 폴리실리콘(70)으로 사용되는 물질로 현재 널리 사용되고 있는 폴리실리콘을 사용할 수 있으며, 더욱 향상된 쇼트키 장벽 관통 단전자 트랜지스터(SB-SET)의 성능을 위해서는 알루미늄 및 티탄(Ti) 등의 금속 물질을 사용하는 것도 가능하다.In this case, the
그리고 도 3c와 같이, 상기 게이트 절연막(40), 폴리실리콘(70) 및 질화막(80)의 측벽에 형성되어 소오스 및 드레인과 폴리실리콘(70)에 실리사이드 형성시의 전기적인 연결을 방지하기 위한 측벽 스페이서(sidewall spacer)를 증착한 후, 건식각 방법으로 에칭함으로써 상기 게이트 절연막(40), 폴리실리콘(70) 및 질화막(80)의 측벽에 측벽 절연막(50)을 형성한다.3C, sidewalls formed on sidewalls of the
이때, 상기 측벽 절연막(50)으로 사용되는 물질은 가급적 낮은 유전상수를 가지는 물질이 적합하며, 대표적인 것이 실리콘 산화막(SiO2) 물질로 구성된 절연막이다. 또한 양호한 특성을 가지는 단전자 트랜지스터를 제조하기 위해서 게이트 전극 크기 및 채널폭 모두 약 10nm 이하로 제작하는 것이 바람직하다.At this time, the material used as the
다음으로 도 3d와 같이, KOH나 THAM(tetramethyl-ammonium-hydroxide)를 이용하여 소오스/드레인 영역(30a, 도 2 참조)(30b, 도 2 참조)과 채널 영역(90, 도 2 참조)의 경계면을 비등방으로 습식(wet) 식각하여 실리콘 111 면을 갖도록 제조한다. 이때, 건식각의 적당한 조건을 이용하여 제작할 수 도 있다.Next, as shown in FIG. 3D, an interface between the source /
이와 같은 식각을 통해 상기 소오스/드레인 영역의 높이가 채널 영역보다 낮게 형성되어, 상기 경계면이 기울어진 경사면을 갖게 된다.Through such etching, the source / drain region has a height lower than that of the channel region, and thus the interface has an inclined slope.
그리고 도 3e와 같이, 상기 폴리실리콘(70)을 보호하기 위해 남겨 두었던 질화막(실리콘 나이트라이드)(80)을 습식 식각이나 건식각을 통해 제거하고, 상기 실리콘 111 면이 포함된 결과물의 전체 상부면에 소정 두께의 금속물질(100)을 증착한다. 3E, the nitride film (silicon nitride) 80 left to protect the
이때, 상기 습식 식각에서 사용되는 용액은 상기 측벽 절연막(50) 보다 선택비가 높은 용액을 이용하여, 습식 식각에 따른 측벽 절연막(50)의 손상을 최소화한다. 또한, 상기 금속물질(100)로는 어븀(Erbium), 이터븀(Yb), 사마륨(Sm), 이트륨(Y), 가돌륨(Gd), 터븀(Tb), 세륨(Ce)을 사용하는 것이 바람직하다.In this case, the solution used in the wet etching may use a solution having a higher selectivity than the
마지막으로 도 3f와 같이, 소정 두께의 금속물질(100)이 증착된 상기 실리콘 111 면이 포함된 결과물을 급속열처리(RTA) 장치에 의해 열처리를 하여 실리사이드를 형성한다. 이에 따라, 상기 반도체층(30)은 경계면에 실리콘 111 면을 갖는 채널 영역(90)과 소오스/드레인 영역(30a)(30b)으로 분리되며, 상기 소오스/드레인 영역(30a)(30b)의 적어도 일부분이 소정의 금속물질(100)로 실리사이드화되어 상기 채널 영역(90)과 쇼트키 접합되게 된다.Finally, as shown in FIG. 3F, the resultant including the
이때, 상기 실리사이드는 실리콘이 노출된 영역인 소오스/드레인 영역(30a)(30b) 및 폴리실리콘(70)에만 실리콘과 반응하여 쇼트키 접합계면을 갖게 되고, 실리콘이 존재하지 않는 절연층(20) 및 측벽 절연막(50) 영역에 증착된 미반응 금속물질(100)은 습식 식각에 의해 제거한다. 상기 미반응 금속물질(100)의 제거를 위해 습식 식각에 사용되는 용액으로는 황산과 과산화수가 1:1로 혼합된 용액을 사용하는 것이 바람직하다. In this case, the silicide reacts with the silicon only to the source /
상기 실리사이드화는 400℃ 내지 600℃의 온도 범위에서 열처리하는 것이 바람직하다. The silicide is preferably heat-treated in the temperature range of 400 ℃ to 600 ℃.
도 4 는 실리콘100 면과 실리콘111 면에 각각 제작된 어븀실리사이드 쇼트키 다이오드의 전기적 특성 측정 결과를 나타낸 도면이다. 4 is a view showing the electrical characteristics measurement results of the erbium silicide Schottky diode fabricated on the
도 4를 참조하면, 쇼트키 장벽 높이(Schottky Barrier Height : SBH)는 실리콘 100 면의 경우 0.39 V이고 실리콘111 면의 경우 0.31 V이다. 즉, 실리콘111 면이 0.08 V 만큼 더 낮다. 이는 쇼트키 장벽 트랜지스터에 적용한다면 트랜지스터의 동작전류와 꺼짐전류의 비율을 증가시켜 그 특성이 향상될 것으로 기대된다.Referring to FIG. 4, the Schottky Barrier Height (SBH) is 0.39 V for the 100 silicon side and 0.31 V for the 111 silicon side. In other words, the
또한 다이오드 이상지수(n)는 실리콘 100 면의 경우 1.06이고, 실리콘 111 면의 경우 1.03 으로 이 역시도 실리콘 111면인 경우가 이상적인 지수인 1에 더욱더 가깝게 접근함을 알 수 있다.In addition, the diode anomaly index (n) is 1.06 for the
이와 같은 실험치를 통해서 알 수 있듯이 본 발명은 보다 신뢰성 있고 고성능의 쇼트키 장벽 관통 트랜지스터의 제조가 가능함을 알 수 있다.As can be seen from the experimental results, it can be seen that the present invention can produce a more reliable and high-performance Schottky barrier through transistor.
이상에서와 같이 상세한 설명과 도면을 통해 본 발명의 최적 실시예를 개시하였다. 용어들은 단지 본 발명을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이지 의미 한정이나 특허청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아 니다. 그러므로 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다. As described above, the preferred embodiment of the present invention has been disclosed through the detailed description and the drawings. The terms are used only for the purpose of describing the present invention and are not used to limit the scope of the present invention as defined in the meaning or claims. Therefore, those skilled in the art will understand that various modifications and equivalent other embodiments are possible from this. Therefore, the true technical protection scope of the present invention will be defined by the technical spirit of the appended claims.
이상에서 설명한 바와 같은 본 발명에 따른 쇼트키 장벽 관통 트랜지스터 및 그 제조방법은 그 동안 문제가 되어왔던 낮은 포화전류를 가지는 N-형 쇼트키 장벽 관통 트랜지스터의 문제점을 해결하는 제조 공정 방법으로써, 신뢰성 있는 고성능 쇼트키 장벽 관통 트랜지스터의 제조를 가능케 함으로써 앞으로의 나노 영역에서의 적용 가능한 소자를 제시할 수 있다.As described above, the Schottky barrier through transistor and the manufacturing method thereof according to the present invention are a manufacturing process method that solves the problem of the N-type Schottky barrier through transistor having a low saturation current, which has been a problem in the past, By enabling the fabrication of high performance Schottky barrier through transistors, it is possible to present devices applicable in the future nano domain.
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