KR20170060247A - Semiconductor device - Google Patents

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KR20170060247A KR1020150164373A KR20150164373A KR20170060247A KR 20170060247 A KR20170060247 A KR 20170060247A KR 1020150164373 A KR1020150164373 A KR 1020150164373A KR 20150164373 A KR20150164373 A KR 20150164373A KR 20170060247 A KR20170060247 A KR 20170060247A
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신창환
조재성
조가람
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서울시립대학교 산학협력단
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Abstract

본 발명은 반도체 장치에 관한 것으로, 더욱 구체적으로는 네거티브 커패시턴스를 가지는 강유전체 커패시터와 트랜지스터를 연결하는 것을 통하여 트랜지스터의 서브스레숄드 슬로프(subthreshold slope, SS) 특성을 개선하고 스티프 스위칭(steep switching)을 구현할 수 있는 반도체 장치에 관한 것이다.
본 발명에 따르면 트랜지스터; 네거티브 커패시턴스를 가지는 커패시터; 및 상기 트랜지스터와 상기 커패시터를 전기적으로 연결하는 연결부를 포함하는 반도체 장치가 제공된다.
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor device, and more particularly, to a semiconductor device which improves a subthreshold slope (SS) characteristic of a transistor through coupling a transistor with a ferroelectric capacitor having a negative capacitance and can implement steep switching To a semiconductor device.
According to the present invention, A capacitor having a negative capacitance; And a connection portion for electrically connecting the transistor and the capacitor.

Description

반도체 장치{SEMICONDUCTOR DEVICE}Technical Field [0001] The present invention relates to a semiconductor device,

본 발명은 반도체 장치에 관한 것으로, 더욱 구체적으로는 네거티브 커패시턴스를 가지는 강유전체 커패시터와 트랜지스터를 연결하는 것을 통하여 트랜지스터의 서브스레숄드 슬로프(subthreshold slope, SS) 특성을 개선하고 스티프 스위칭(steep switching)을 구현할 수 있는 반도체 장치에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor device, and more particularly, to a semiconductor device which improves a subthreshold slope (SS) characteristic of a transistor through coupling a transistor with a ferroelectric capacitor having a negative capacitance and can implement steep switching To a semiconductor device.

투명 광전자 소자(transparent optoelectronics device)에 대한 관심이 커지면서, 투명 산화물 반도체(transparent oxide semiconductor, TOS)에 대한 연구 개발도 진행되고 있다. 다양한 TOS 중에서 특히 비정질 IZO(amorphous Indium Zinc Oxide)는 투명 박막 트랜지스터(transparent thin film transistor)의 액티브 레이어 물질로서 주목받고 있다. 그러나 산화물 반도체 재료를 사용하는 박막 트랜지스터는 그 구동 전압 범위가 매우 넓어서 전력 소모가 많다는 단점을 가진다.As interest in transparent optoelectronic devices has increased, research and development on transparent oxide semiconductors (TOS) is under way. Among various TOS, amorphous IZO (amorphous Indium Zinc Oxide) is attracting attention as an active layer material of a transparent thin film transistor. However, a thin film transistor using an oxide semiconductor material has a disadvantage that its driving voltage range is very wide and power consumption is high.

일반적으로 트랜지스터를 미세화하면, 문턱 전압이나 서브스레숄드 슬로프 등의 트랜지스터의 전기 특성이 악화되는 것이 알려져 있다. 또한 트랜지스터의 구동 전압을 낮추기 위해서는 서브스레숄드 슬로프 특성을 개선하는 것이 필수적이다.In general, it is known that when a transistor is miniaturized, the electrical characteristics of a transistor such as a threshold voltage and a subthreshold slope are deteriorated. It is also necessary to improve the subthreshold slope characteristic in order to lower the driving voltage of the transistor.

예컨대 가부시키가이샤 고베 세이코쇼와 삼성디스플레이 주식회사에 의해서 출원되고 2015년08월19일 공개된 "박막 트랜지스터의 반도체층용 산화물 및 스퍼터링 타깃 및 박막 트랜지스터"라는 명칭의 한국 공개특허 제10-2015-0094783호(특허문헌 1)는 높은 이동도를 실현할 수 있고, 또한, 스트레스 내성도 우수한 박막 트랜지스터용 산화물 및 이를 이용한 박막 트랜지스터를 개시하고 있다.For example, Korean Patent Laid-Open No. 10-2015-0094783 entitled " Oxide for Semiconductor Layer of Thin Film Transistor and Sputtering Target and Thin Film Transistor " filed by Kobe Seiko Co., Ltd. and Samsung Display Co., (Patent Document 1) discloses an oxide for a thin film transistor capable of realizing high mobility and also excellent in stress resistance and a thin film transistor using the same.

그러나 한국 공개특허 제10-2015-0094783호에서는 특히 서브스레숄드 슬로프가 1V/dec 이하인 경우를 합격으로 평가하고 있으므로, 박막 트랜지스터의 구동 전압을 낮추는 것은 불가능하다는 단점을 가진다.However, in Korean Patent Laid-Open No. 10-2015-0094783, it is disadvantageous in that it is impossible to lower the driving voltage of the thin film transistor because it is evaluated that the subthreshold slope is less than 1 V / dec.

1. 한국 공개특허 제10-2015-0094783호.1. Korean Patent Publication No. 10-2015-0094783.

본 발명의 목적은 네거티브 커패시턴스를 가지는 강유전체 커패시터와 트랜지스터를 연결하는 것을 통하여 트랜지스터의 서브스레숄드 슬로프 특성을 개선하고 스티프 스위칭을 구현할 수 있는 반도체 장치를 제공하는 데 있다.SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a semiconductor device capable of improving the subthreshold slope characteristic of a transistor by connecting a ferroelectric capacitor having a negative capacitance to a transistor and implementing stiff switching.

상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명은 트랜지스터; 네거티브 커패시턴스를 가지는 커패시터; 및 상기 트랜지스터와 상기 커패시터를 전기적으로 연결하는 연결부를 포함하는 반도체 장치를 제공한다.According to an aspect of the present invention, A capacitor having a negative capacitance; And a connection part for electrically connecting the transistor and the capacitor.

본 발명에 따른 반도체 장치에 있어서, 상기 커패시터는 돌출부를 구비하는 하부 전극; 상기 돌출부의 측면에 배치되는 절연막; 상기 돌출부 및 상기 절연막을 제외한 상기 하부 전극 상에 배치되는 강유전체층; 상기 강유전체층 상에 배치되며 상기 돌출부보다 아래에 위치하는 상부 전극; 및 상기 상부 전극 상에 배치되며 상기 상부 전극에 구동 전압을 인가하는 도전층을 포함할 수 있다.In the semiconductor device according to the present invention, the capacitor may include a lower electrode having a protrusion; An insulating film disposed on a side surface of the protrusion; A ferroelectric layer disposed on the lower electrode except for the protrusions and the insulating film; An upper electrode disposed on the ferroelectric layer and positioned below the protrusion; And a conductive layer disposed on the upper electrode and applying a driving voltage to the upper electrode.

또한 본 발명에 따른 반도체 장치에 있어서, 상기 하부 전극, 상기 상부 전극, 상기 도전층 및 상기 연결부 각각은 TiN, TaN, Pt, Au, Al 및 폴리실리콘을 포함하는 그룹으로부터 선택되는 재료를 포함할 수 있다.Further, in the semiconductor device according to the present invention, each of the lower electrode, the upper electrode, the conductive layer, and the connection portion may include a material selected from the group consisting of TiN, TaN, Pt, Au, have.

또한 본 발명에 따른 반도체 장치에 있어서, 상기 절연막은 SiO2, HfO2, Al2O3 및 high-k 물질을 포함하는 그룹으로부터 선택되는 재료를 포함할 수 있다.Further, in the semiconductor device according to the present invention, the insulating film may include a material selected from the group including SiO 2 , HfO 2 , Al 2 O 3, and high-k material.

또한 본 발명에 따른 반도체 장치에 있어서, 상기 강유전체층은 P(VDF-TrFE)[poly(vinylidenefluoride-trifluoroethylene)], PZT(lead zirconate titanate), BTO(barium titanate)를 포함하는 그룹으로부터 선택되는 재료를 포함할 수 있다.In the semiconductor device according to the present invention, the ferroelectric layer may be formed of a material selected from the group consisting of P (VDF-TrFE) [poly (vinylidenefluoride-trifluoroethylene)], PZT (lead zirconate titanate) .

또한 본 발명에 따른 반도체 장치에 있어서, 상기 연결부는 상기 돌출부와 상기 트랜지스터를 연결할 수 있다.In the semiconductor device according to the present invention, the connection portion may connect the protrusion to the transistor.

또한 본 발명에 따른 반도체 장치에 있어서, 상기 트랜지스터는 박막 트랜지스터(thin film transistor)를 포함할 수 있다.In addition, in the semiconductor device according to the present invention, the transistor may include a thin film transistor.

또한 본 발명에 따른 반도체 장치에 있어서, 상기 트랜지스터는 백게이트; 상기 백게이트를 덮도록 게이트 절연막; 상기 게이트 절연막 상에 배치되는 채널 영역; 및 상기 채널 영역의 양 측면에 배치되는 소스 영역 및 드레인 영역을 포함할 수 있다.In the semiconductor device according to the present invention, the transistor may include a back gate; A gate insulating film covering the back gate; A channel region disposed on the gate insulating film; And source and drain regions disposed on both sides of the channel region.

또한 본 발명에 따른 반도체 장치에 있어서, 상기 백게이트, 상기 소스 영역 및 상기 드레인 영역 각각은 TiN, TaN, Pt, Au, Al 및 폴리실리콘을 포함하는 그룹으로부터 선택되는 재료를 포함할 수 있다.In addition, in the semiconductor device according to the present invention, each of the back gate, the source region, and the drain region may include a material selected from the group including TiN, TaN, Pt, Au, Al and polysilicon.

또한 본 발명에 따른 반도체 장치에 있어서, 상기 게이트 절연막은 SiOx, SiNx, Si2N3, HfOx 및 AlOx(단 x는 0보다 크고 4보다 작거나 같은 실수임)를 포함하는 그룹으로부터 선택되는 재료를 포함할수 있다.Further, in the semiconductor device according to the present invention, the gate insulating film may be formed from a group including SiO x , SiN x , Si 2 N 3 , HfO x and AlO x (where x is a real number greater than 0 and less than or equal to 4) And may include selected materials.

또한 본 발명에 따른 반도체 장치에 있어서, 상기 채널 영역은 IGZO(Indium Gallium Zinc Oxide), IZO(Indium Zinc Oxide) 및 ZnO를 포함하는 그룹으로부터 선택되는 재료를 포함할 수 있다.In addition, in the semiconductor device according to the present invention, the channel region may include a material selected from the group consisting of indium gallium zinc oxide (IGZO), indium zinc oxide (IZO), and ZnO.

또한 본 발명에 따른 반도체 장치에 있어서, 상기 연결부는 상기 돌출부와 상기 백게이트를 연결할 수 있다.Further, in the semiconductor device according to the present invention, the connection portion may connect the protrusion and the back gate.

또한 본 발명에 따른 반도체 장치에 있어서, 상기 트랜지스터는, 백게이트; 상기 백게이트를 덮도록 게이트 절연막; 상기 게이트 절연막 상에 배치되는 채널 영역; 및 상기 채널 영역의 양 측면에 배치되는 소스 영역 및 드레인 영역을 포함할 수 있다.Further, in the semiconductor device according to the present invention, the transistor may include: a back gate; A gate insulating film covering the back gate; A channel region disposed on the gate insulating film; And source and drain regions disposed on both sides of the channel region.

또한 본 발명에 따른 반도체 장치에 있어서, 상기 연결부는 상기 돌출부와 상기 백게이트를 연결할 수 있다.Further, in the semiconductor device according to the present invention, the connection portion may connect the protrusion and the back gate.

또한 본 발명에 따른 반도체 장치에 있어서, 상기 트랜지스터는 상기 커패시터와 평행하게 배치될 수 있다.In the semiconductor device according to the present invention, the transistor may be disposed in parallel with the capacitor.

또한 본 발명은 복수의 트랜지스터; 네거티브 커패시턴스를 가지는 커패시터; 및 상기 복수의 트랜지스터와 상기 커패시터를 전기적으로 연결하는 연결부를 포함하는 반도체 장치를 제공한다.The present invention also provides a semiconductor device comprising: a plurality of transistors; A capacitor having a negative capacitance; And a connection part electrically connecting the plurality of transistors and the capacitor.

본 발명에 따른 반도체 장치에 있어서, 상기 연결부는 상기 커패시터로부터의 전압을 상기 복수의 트랜지스터 중 적어도 하나로 인가하는 디코딩부를 포함할 수 있다.In the semiconductor device according to the present invention, the connection portion may include a decoding portion for applying a voltage from the capacitor to at least one of the plurality of transistors.

또한 본 발명에 따른 반도체 장치에 있어서, 상기 커패시터는, 돌출부를 구비하는 하부 전극; 상기 돌출부의 측면에 배치되는 절연막; 상기 돌출부 및 상기 절연막을 제외한 상기 하부 전극 상에 배치되는 강유전체층; 상기 강유전체층 상에 배치되며 상기 돌출부보다 아래에 위치하는 상부 전극; 및 상기 상부 전극 상에 배치되며 상기 상부 전극에 구동 전압을 인가하는 도전층을 포함할 수 있다.Further, in the semiconductor device according to the present invention, the capacitor may include: a lower electrode having a protrusion; An insulating film disposed on a side surface of the protrusion; A ferroelectric layer disposed on the lower electrode except for the protrusions and the insulating film; An upper electrode disposed on the ferroelectric layer and positioned below the protrusion; And a conductive layer disposed on the upper electrode and applying a driving voltage to the upper electrode.

또한 본 발명에 따른 반도체 장치에 있어서, 상기 하부 전극, 상기 상부 전극, 상기 도전층 및 상기 연결부 각각은 TiN, TaN, Pt, Au, Al 및 폴리실리콘을 포함하는 그룹으로부터 선택되는 재료를 포함할 수 있다.Further, in the semiconductor device according to the present invention, each of the lower electrode, the upper electrode, the conductive layer, and the connection portion may include a material selected from the group consisting of TiN, TaN, Pt, Au, have.

또한 본 발명에 따른 반도체 장치에 있어서, 상기 절연막은 SiO2, HfO2, Al2O3 및 high-k 물질을 포함하는 그룹으로부터 선택되는 재료를 포함할 수 있다.Further, in the semiconductor device according to the present invention, the insulating film may include a material selected from the group including SiO 2 , HfO 2 , Al 2 O 3, and high-k material.

또한 본 발명에 따른 반도체 장치에 있어서, 상기 강유전체층은 P(VDF-TrFE), PZT, BTO를 포함하는 그룹으로부터 선택되는 재료를 포함할 수 있다.In the semiconductor device according to the present invention, the ferroelectric layer may include a material selected from the group consisting of P (VDF-TrFE), PZT, and BTO.

또한 본 발명에 따른 반도체 장치에 있어서, 상기 연결부는 상기 돌출부와 상기 복수의 트랜지스터를 연결할 수 있다.Further, in the semiconductor device according to the present invention, the connection portion may connect the protrusion to the plurality of transistors.

또한 본 발명에 따른 반도체 장치에 있어서, 상기 복수의 트랜지스터 각각은 박막 트랜지스터를 포함할 수 있다.Further, in the semiconductor device according to the present invention, each of the plurality of transistors may include a thin film transistor.

또한 본 발명에 따른 반도체 장치에 있어서, 상기 복수의 트랜지스터 각각은, 백게이트; 상기 백게이트를 덮도록 게이트 절연막; 상기 게이트 절연막 상에 배치되는 채널 영역; 및 상기 채널 영역의 양 측면에 배치되는 소스 영역 및 드레인 영역을 포함할 수 있다.Further, in the semiconductor device according to the present invention, each of the plurality of transistors includes: a back gate; A gate insulating film covering the back gate; A channel region disposed on the gate insulating film; And source and drain regions disposed on both sides of the channel region.

또한 본 발명에 따른 반도체 장치에 있어서, 상기 백게이트, 상기 소스 영역 및 상기 드레인 영역 각각은 TiN, TaN, Pt, Au, Al 및 폴리실리콘을 포함하는 그룹으로부터 선택되는 재료를 포함할 수 있다.In addition, in the semiconductor device according to the present invention, each of the back gate, the source region, and the drain region may include a material selected from the group including TiN, TaN, Pt, Au, Al and polysilicon.

또한 본 발명에 따른 반도체 장치에 있어서, 상기 게이트 절연막은 SiOx, SiNx, Si2N3, HfOx 및 AlOx(단 x는 0보다 크고 4보다 작거나 같은 실수임)를 포함하는 그룹으로부터 선택되는 재료를 포함할 수 있다.Further, in the semiconductor device according to the present invention, the gate insulating film may be formed from a group including SiO x , SiN x , Si 2 N 3 , HfO x and AlO x (where x is a real number greater than 0 and less than or equal to 4) And may include selected materials.

또한 본 발명에 따른 반도체 장치에 있어서, 상기 채널 영역은 IGZO, IZO 및 ZnO를 포함하는 그룹으로부터 선택되는 재료를 포함할 수 있다.Further, in the semiconductor device according to the present invention, the channel region may include a material selected from the group including IGZO, IZO, and ZnO.

또한 본 발명에 따른 반도체 장치에 있어서, 상기 연결부는 상기 돌출부와 상기 복수의 트랜지스터 각각의 백게이트를 연결할 수 있다.Further, in the semiconductor device according to the present invention, the connection portion may connect the protrusion and the back gate of each of the plurality of transistors.

또한 본 발명에 따른 반도체 장치에 있어서, 상기 복수의 트랜지스터 각각은, 백게이트; 상기 백게이트를 덮도록 게이트 절연막; 상기 게이트 절연막 상에 배치되는 채널 영역; 및 상기 채널 영역의 양 측면에 배치되는 소스 영역 및 드레인 영역을 포함할 수 있다.Further, in the semiconductor device according to the present invention, each of the plurality of transistors includes: a back gate; A gate insulating film covering the back gate; A channel region disposed on the gate insulating film; And source and drain regions disposed on both sides of the channel region.

또한 본 발명에 따른 반도체 장치에 있어서, 상기 연결부는 상기 돌출부와 상기 복수의 트랜지스터 각각의 백게이트를 연결할 수 있다.Further, in the semiconductor device according to the present invention, the connection portion may connect the protrusion and the back gate of each of the plurality of transistors.

또한 본 발명에 따른 반도체 장치에 있어서, 상기 복수의 트랜지스터 각각은 상기 커패시터와 평행하게 배치될 수 있다.Further, in the semiconductor device according to the present invention, each of the plurality of transistors may be disposed in parallel with the capacitor.

본 발명에 따르면 네거티브 커패시턴스를 가지는 강유전체 커패시터와 트랜지스터를 연결하는 것을 통하여 트랜지스터의 서브스레숄드 슬로프 특성을 개선하고 스티프 스위칭을 구현할 수 있다.According to the present invention, by connecting a ferroelectric capacitor having a negative capacitance to a transistor, the subthreshold slope characteristic of the transistor can be improved and the stiff switching can be realized.

특히 기존의 트랜지스터의 제조 공정을 이용하여 제조할 수 있으며, 반도체 장치의 저전력 동작이 가능하다.Particularly, it can be manufactured by using a manufacturing process of an existing transistor, and low power operation of the semiconductor device is possible.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 장치의 예시적인 구성을 나타내는 도면.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 장치에 있어서 커패시터의 예시적인 구성을 나타내는 도면.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 장치에 있어서 트랜지스터의 예시적인 구성을 나타내는 도면.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 장치의 실험예에 있어서 게이트 전압과 드레인 전류의 관계를 나타내는 도면.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 장치의 실험예에 있어서 게이트 전압과 내부 전압의 관계를 나타내는 도면.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 반도체 장치의 예시적인 구성을 나타내는 도면.
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS Fig. 1 is a diagram showing an exemplary configuration of a semiconductor device according to an embodiment of the present invention. Fig.
2 is a diagram showing an exemplary configuration of a capacitor in a semiconductor device according to an embodiment of the present invention;
3 is a diagram showing an exemplary configuration of a transistor in a semiconductor device according to an embodiment of the present invention;
4 is a graph showing a relationship between a gate voltage and a drain current in an experimental example of a semiconductor device according to an embodiment of the present invention.
5 is a graph showing a relationship between a gate voltage and an internal voltage in an experimental example of a semiconductor device according to an embodiment of the present invention.
6 is a view showing an exemplary configuration of a semiconductor device according to another embodiment of the present invention;

이하, 본 발명의 반도체 장치의 실시예를 첨부한 도면을 참조로 보다 구체적으로 설명한다.Hereinafter, embodiments of the semiconductor device of the present invention will be described more specifically with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 장치의 예시적인 구성을 나타내는 도면이다. 도 1에서 각 부분의 형상 또는 비율은 설명을 위해서 실제 형상 또는 비율과 차이가 있을 수 있다. 또한 발명의 특징과 무관한 부분은 생략될 수도 있다. 이러한 사항은 이하의 도면에서도 마찬가지이다.1 is a diagram showing an exemplary configuration of a semiconductor device according to an embodiment of the present invention. In Fig. 1, the shape or ratio of each part may differ from the actual shape or ratio for the sake of explanation. Also, parts irrelevant to the features of the invention may be omitted. These matters are the same in the following drawings.

도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 반도체 장치는 커패시터(100)와, 트랜지스터(200)와, 연결부(300)를 포함한다.Referring to FIG. 1, a semiconductor device according to the present invention includes a capacitor 100, a transistor 200, and a connection portion 300.

커패시터(100)와 트랜지스터(200)는 도 1을 참조하면 서로에 대해서 평행하게 배치된다.The capacitor 100 and the transistor 200 are arranged parallel to each other with reference to FIG.

연결부(300)는 커패시터(100)와 트랜지스터(200)를 전기적으로 연결한다.The connection part 300 electrically connects the capacitor 100 and the transistor 200.

연결부(300)는 예컨대 TiN, TaN, Pt, Au, Al 및 폴리실리콘을 포함하는 그룹으로부터 선택되는 재료를 포함할 수 있다.The connection 300 may comprise a material selected from the group including, for example, TiN, TaN, Pt, Au, Al and polysilicon.

커패시터(100)는 네거티브 커패시턴스를 가지는 커패시터이다.The capacitor 100 is a capacitor having a negative capacitance.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 장치에 있어서 커패시터의 예시적인 구성을 나타내는 도면으로서, 커패시터의 단면도를 나타내는 도면이다.2 is a diagram showing an exemplary configuration of a capacitor in a semiconductor device according to an embodiment of the present invention, and is a diagram showing a cross-sectional view of a capacitor.

도 2를 참조하면, 커패시터(100)는 하부 전극(110)과, 절연막(130)과, 강유전체층(150)과, 상부 전극(170)과, 도전층(190)을 포함한다.2, the capacitor 100 includes a lower electrode 110, an insulating layer 130, a ferroelectric layer 150, an upper electrode 170, and a conductive layer 190.

하부 전극(110)은 도시되듯이 돌출부(115)를 포함한다.The lower electrode 110 includes a protrusion 115 as shown.

돌출부(115)는 도전층(190)을 통하여 인가되는 구동 전압을 트랜지스터(200)로 전달한다.The protrusion 115 transfers the driving voltage applied through the conductive layer 190 to the transistor 200.

하부 전극(110)은 예컨대 TiN, TaN, Pt, Au, Al 및 폴리실리콘을 포함하는 그룹으로부터 선택되는 재료를 포함할 수 있다.The lower electrode 110 may comprise a material selected from the group including, for example, TiN, TaN, Pt, Au, Al and polysilicon.

절연막(130)은 하부 전극(110)의 돌출부(115)의 측면에 배치된다. 절연막(130)은 하부 전극(110)의 돌출부(115)를 강유전체층(150) 및 상부 전극(170)과 전기적으로 절연하기 위한 막이다. 절연막(130)은 예컨대 돌출부(115)와 강유전체층(150) 및 상부 전극(170) 사이에 배치되며, 돌출부(115) 중의 상부 전극(170)보다 윗부분에는 절연막(130)이 형성되지 않아도 무방하다.The insulating film 130 is disposed on the side of the protrusion 115 of the lower electrode 110. The insulating layer 130 is a layer for electrically insulating the protrusions 115 of the lower electrode 110 from the ferroelectric layer 150 and the upper electrode 170. The insulating layer 130 may be disposed between the protruding portion 115 and the ferroelectric layer 150 and the upper electrode 170 and may not be formed on the upper portion 170 of the protruding portion 115 .

절연막(130)은 예컨대 SiO2, HfO2, Al2O3 및 high-k 물질을 포함하는 그룹으로부터 선택되는 재료를 포함할 수 있다. 하이-k 물질은 예컨대 하프늄 다이옥사이드(HfO2), 지르코늄다이옥사이드(ZrO2) 등을 포함한다.The insulating layer 130 may comprise a material selected from the group including, for example, SiO 2 , HfO 2 , Al 2 O 3, and high-k materials. The high-k material includes, for example, hafnium dioxide (HfO 2 ), zirconium dioxide (ZrO 2 ), and the like.

강유전체층(150)은 하부 전극(110) 상에 배치된다. 도 2를 참조하면 강유전체층(150)은 돌출부(115) 및 절연막(130)에 해당하는 부분을 제외한 하부 전극(110) 상에 배치된다.The ferroelectric layer 150 is disposed on the lower electrode 110. Referring to FIG. 2, the ferroelectric layer 150 is disposed on the lower electrode 110 except for the portion corresponding to the protrusion 115 and the insulating layer 130.

강유전체층(150)은 예컨대 P(VDF-TrFE), PZT, BTO를 포함하는 그룹으로부터 선택되는 재료를 포함할 수 있다.The ferroelectric layer 150 may include a material selected from the group including, for example, P (VDF-TrFE), PZT, BTO.

상부 전극(170)은 강유전체층(150) 상에 배치된다. 도 2를 참조하면 돌출부(115)보다 아래에 즉 돌출부(115)의 상단보다 상부 전극(170)의 상단이 아래에 위치하도록 배치된다.The upper electrode 170 is disposed on the ferroelectric layer 150. Referring to FIG. 2, the upper end of the upper electrode 170 is disposed below the protrusion 115, that is, the upper end of the protrusion 115 is positioned below.

상부 전극(170)은 예컨대 TiN, TaN, Pt, Au, Al 및 폴리실리콘을 포함하는 그룹으로부터 선택되는 재료를 포함할 수 있다.The upper electrode 170 may comprise a material selected from the group including, for example, TiN, TaN, Pt, Au, Al, and polysilicon.

도전층(190)은 상부 전극(170) 상에 배치되며 상부 전극(170)에 구동 전압을 인가한다. 도 2를 참조하면, 도전층(190)은 상부 전극(170) 중에서 돌출부(115)와는 접하지 않는 부분의 일부에 배치된다.The conductive layer 190 is disposed on the upper electrode 170 and applies a driving voltage to the upper electrode 170. Referring to FIG. 2, the conductive layer 190 is disposed on a portion of the upper electrode 170 that does not contact the protrusion 115.

도전층(190)은 예컨대 TiN, TaN, Pt, Au, Al 및 폴리실리콘을 포함하는 그룹으로부터 선택되는 재료를 포함할 수 있다.The conductive layer 190 may comprise a material selected from the group including, for example, TiN, TaN, Pt, Au, Al, and polysilicon.

한편 도1 및 도 2를 참조하면, 연결부(300)는 돌출부(115)와 트랜지스터(200)를 전기적으로 연결하도록 구성된다.Referring to FIGS. 1 and 2, the connection unit 300 is configured to electrically connect the protrusion 115 and the transistor 200.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 장치에 있어서 트랜지스터의 예시적인 구성을 나타내는 도면으로서, 트랜지스터의 단면도를 나타내는 도면이다.3 is a diagram showing an exemplary configuration of a transistor in a semiconductor device according to an embodiment of the present invention, showing a cross-sectional view of a transistor.

트랜지스터(200)는 예컨대 박막 트랜지스터를 포함한다. 트랜지스터(100)는 박막 트랜지스터 이외에도 다른 트랜지스터, 예컨대 FinFET 등을 포함할 수도 있다.The transistor 200 includes, for example, a thin film transistor. Transistor 100 may include other transistors besides thin film transistors, such as FinFETs.

도 3을 참조하면, 트랜지스터(200)로서 예컨대 백게이트를 구비하는 형태의 박막 트랜지스터가 도시된다.Referring to FIG. 3, a thin film transistor in the form of a transistor 200 having, for example, a back gate is shown.

도 3을 참조하면, 트랜지스터(200)는 백게이트(210)와, 게이트 절연막(230)과, 채널 영역(250)과, 소스 영역(270) 및 드레인 영역(290)을 포함한다.Referring to FIG. 3, the transistor 200 includes a back gate 210, a gate insulating film 230, a channel region 250, a source region 270, and a drain region 290.

백게이트(210)는 예컨대 TiN, TaN, Pt, Au, Al 및 폴리실리콘을 포함하는 그룹으로부터 선택되는 재료를 포함할 수 있다.Back gate 210 may comprise a material selected from the group including, for example, TiN, TaN, Pt, Au, Al, and polysilicon.

백게이트(210)는 예컨대 연결부(300)에 의해서 돌출부(115)와 전기적으로 연결될 수 있다.The back gate 210 may be electrically connected to the protrusion 115 by, for example, a connection portion 300.

도 1 및 도 3을 참조하면 게이트 절연막(230)은 백게이트(210)를 덮도록 배치된다.Referring to FIGS. 1 and 3, the gate insulating layer 230 is disposed to cover the back gate 210.

게이트 절연막(230)은 예컨대 SiOx, SiNx, Si2N3, HfOx 및 AlOx(단 x는 0보다 크고 4보다 작거나 같은 실수임)를 포함하는 그룹으로부터 선택되는 재료를 포함할 수 있다.The gate insulating film 230 may include a material selected from the group including, for example, SiO x , SiN x , Si 2 N 3 , HfO x and AlO x (where x is a real number greater than 0 and less than or equal to 4) have.

채널 영역(250)은 게이트 절연막(230) 상에 배치된다. 채널 영역(250)은 IGZO, IZO 및 ZnO를 포함하는 그룹으로부터 선택되는 재료를 포함할 수 있다.The channel region 250 is disposed on the gate insulating film 230. The channel region 250 may comprise a material selected from the group consisting of IGZO, IZO, and ZnO.

소스 영역(270) 및 드레인 영역(290)은 채널 영역(250)의 양 측면에 배치된다. 소스 영역(270) 및 드레인 영역(290)은 예컨대 TiN, TaN, Pt, Au, Al 및 폴리실리콘을 포함하는 그룹으로부터 선택되는 재료를 포함할 수 있다.A source region 270 and a drain region 290 are disposed on both sides of the channel region 250. The source region 270 and the drain region 290 may comprise a material selected from the group including, for example, TiN, TaN, Pt, Au, Al, and polysilicon.

이하 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 장치를 이용하여 실험한 결과를 구체적으로 설명한다.Hereinafter, experimental results using a semiconductor device according to an embodiment of the present invention will be described in detail.

특히 네거티브 커패시턴스를 가지는 커패시터(100)에 따른 영향을 실험적으로 검증하기 위해서 다음과 같이 반도체 장치를 제작하였다.Particularly, in order to experimentally verify the influence of the capacitor 100 having a negative capacitance, a semiconductor device was manufactured as follows.

네거티브 커패시턴스를 가지는 커패시터(100)로서는 도 2 및 도 3의 구조, 즉 MIM(metal-insulator-metal) 구조를 사용하였다.As the capacitor 100 having a negative capacitance, the structure of FIGS. 2 and 3, that is, a metal-insulator-metal (MIM) structure is used.

P(VDF0.75-TrFE0.25)를 메틸에킬케톤(methyl ethyl ketone, MEK) 용매를 이용하여 1.4 wt%(중량 퍼센트)를 가지도록 용해한 후, 용액을 TiN 기판을 3000 rpm으로 회전시키면서 스핀-코팅하였다. 그 후 대략 1시간 동안 150 ℃에서 어닐링하였다. 그후 상부 전극은 금을 이용하여 증착하였다. 상부 전극은 0.2 mm 지름을 가지는 섀도우 마스크를 이용하여 패터닝하였다.P (VDF 0.75 -TrFE 0.25 ) was dissolved in methyl ethyl ketone (MEK) solvent to have 1.4 wt% (weight percent), and the solution was spin-coated while rotating the TiN substrate at 3000 rpm Respectively. Then annealed at < RTI ID = 0.0 > 150 C < / RTI > The upper electrode was then deposited using gold. The upper electrode was patterned using a shadow mask having a diameter of 0.2 mm.

박막 트랜지스터(200)로서는 a-IZO(amorphous IZO) 박막 트랜지스터를 사용하였다. 우선 n++ 헤비 도핑된 실리콘 기판 상에 100nm의 실리콘 산화막(SiO2)을 형성하였다. 그 후 15nm의 IZO 채널 영역을 실리콘 산화막 상에 형성하였다. 그 후 알루미늄 소스/드레인 전극을 형성하였다. 소스/드레인 전극은 섀도우 마스크를 이용하여 패터닝하였다. 게이트 길이 및 폭은 각각 200㎛ 및 2000㎛로 하였다.As the thin film transistor 200, an a-IZO (amorphous IZO) thin film transistor was used. First, a silicon oxide film (SiO 2 ) of 100 nm was formed on an n ++ heavily doped silicon substrate. Thereafter, an IZO channel region of 15 nm was formed on the silicon oxide film. Thereafter, an aluminum source / drain electrode was formed. The source / drain electrodes were patterned using a shadow mask. The gate length and width were set to 200 탆 and 2000 탆, respectively.

그 후 박막 트랜지스터(200)와 네거티브 커패시턴스를 가지는 커패시터(100)를 연결하였다. 네거티브 커패시턴스를 가지는 커패시터(100)에 따른 박막 트랜지스터(200)의 입력 특성을 평가하기 위해서, 게이트 전압은 -20V 내지 +20V로 바이어스되고 드레인 전압은 20V로 고정하였다. 측정은 Keithly 4200-SCS 반도체 측정 시스템을 이용하여 측정하였다.Then, the thin film transistor 200 is connected to the capacitor 100 having a negative capacitance. In order to evaluate the input characteristics of the thin film transistor 200 according to the capacitor 100 having a negative capacitance, the gate voltage was biased at -20 V to + 20 V and the drain voltage was fixed at 20 V. Measurements were made using a Keithly 4200-SCS semiconductor measurement system.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 장치의 실험예에 있어서 게이트 전압과 드레인 전류의 관계를 나타내는 도면이다.4 is a graph showing a relationship between a gate voltage and a drain current in an experimental example of a semiconductor device according to an embodiment of the present invention.

도 4를 참조하면, 네거티브 커패시턴스를 가지는 커패시터(100)와 연결된 경우(도 4에서 'o'로 표시됨)와 연결되지 않은 경우(도 4에서 'x'로 표시됨)의 박막 트랜지스터(200)의 게이트 전압과 드레인 전류의 관계가 도시된다.4, the gate of the thin film transistor 200 in the case of being connected to the capacitor 100 having a negative capacitance (indicated by 'o' in FIG. 4) and not connected to the capacitor 100 The relationship between voltage and drain current is shown.

도 4를 참조하면 네거티브 커패시턴스를 가지는 커패시터(100)와 연결되지 않은 경우 게이트 전압이 -7.5V일 때 서브스레숄드 슬로프(SS) 값은 대략 342 mV/dec를 가진다. 그러나 네거티브 커패시턴스를 가지는 커패시터(100)와 연결된 경우에는 게이트 전압이 -17.5V일 때 서브스레숄드 슬로프(SS) 값은 대략 102 mV/dec를 가진다. 이러한 결과는 네거티브 커패시턴스를 가지는 커패시터(100)와 연결된 경우에는 박막 트랜지스터(200)의 누적 모드(accumulation mode)는 보다 더 네거티브 게이트 전압에서도 구현될 수 있다는 것을 의미한다. 또한 게이트 전압의 SS 역시 큰 폭으로 개선될 수 있다는 것을 의미한다.Referring to FIG. 4, when the gate voltage is -7.5 V, the subthreshold slope (SS) value is about 342 mV / dec, when the gate voltage is not connected to the capacitor 100 having a negative capacitance. However, when connected to the capacitor 100 having a negative capacitance, the subthreshold slope (SS) value is about 102 mV / dec when the gate voltage is -17.5V. This result implies that the accumulation mode of the thin film transistor 200 can be implemented even more at the negative gate voltage when connected to the capacitor 100 having a negative capacitance. It also means that the SS of the gate voltage can be greatly improved.

또한 실험 결과 네거티브 커패시턴스를 가지는 커패시터(100)와 연결된 경우에도 박막 트랜지스터(200)의 특성 저하가 없다는 것을 확인할 수 있었다. 즉 도 4를 참조하면, 단일 게이트 전압에서만 드레인 전류의 급격한 증가가 관측된다. 이는 즉 네거티브 커패시턴스의 영향이 정적(static)이고 동적(dynamic)이 아니라는 것을 나타낸다.As a result of the experiment, it was confirmed that the characteristics of the thin film transistor 200 were not deteriorated even when the capacitor 100 was connected to the capacitor having the negative capacitance. That is, referring to FIG. 4, a drastic increase in drain current is observed only at a single gate voltage. This indicates that the effect of the negative capacitance is static and not dynamic.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 장치의 실험예에 있어서 게이트 전압과 내부 전압의 관계를 나타내는 도면이다. 도 5는 네거티브 커패시턴스를 가지는 커패시터와 연결된 경우에는 게이트 전압과 내부 전압의 관계를 도시한다.5 is a graph showing a relationship between a gate voltage and an internal voltage in an experimental example of a semiconductor device according to an embodiment of the present invention. FIG. 5 shows the relationship between the gate voltage and the internal voltage when connected to a capacitor having a negative capacitance.

도 5를 참조하면, 게이트 전압이 -17.5V에서, 즉 도 4에서 드레인 전류가 급격히 증가하는 경우에서, 내부 전압이 순간적으로 상승하는 것이 관측되었다. 종래의 MOSFET의 경우 내부 전압 게인(gain)은 게이트 스택에서의 전압 강하로 인하여 1 미만이다. 그러나 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 장치의 실험예에서는 네거티브 커패시턴스를 가지는 커패시터에 따른 영향에 의해서 내부 전압 게인이 1보다 크게 측정되는 것을 확인할 수 있다.Referring to FIG. 5, it was observed that the internal voltage instantaneously rises when the gate voltage is -17.5 V, that is, when the drain current rapidly increases in FIG. For conventional MOSFETs, the internal voltage gain is less than one due to the voltage drop in the gate stack. However, in the experimental example of the semiconductor device according to the embodiment of the present invention, it is confirmed that the internal voltage gain is measured to be greater than 1 by the influence of the capacitor having the negative capacitance.

도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 반도체 장치의 예시적인 구성을 나타내는 도면이다.6 is a diagram showing an exemplary configuration of a semiconductor device according to another embodiment of the present invention.

도 6을 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 반도체 장치는 커패시터(100)와, 복수의 트랜지스터(200)와, 연결부(300)를 포함한다.Referring to FIG. 6, a semiconductor device according to another embodiment of the present invention includes a capacitor 100, a plurality of transistors 200, and a connection portion 300.

도 6을 참조로 한 본 발명의 다른 실시예에 따른 반도체 장치는 도 1 내지 도 5를 참조로 한 실시예와는 복수의 트랜지스터(200)가 배치된다는 점과 그에 따라서 연결부(300)의 구성이 달라지는 점을 제외하면 유사하므로 상세한 설명을 생략하고 차이점만을 설명한다.6, a semiconductor device according to another embodiment of the present invention has a structure in which a plurality of transistors 200 are arranged in accordance with the embodiment of FIGS. 1 to 5, Except for the differences, the descriptions are similar, so the detailed description is omitted and only the differences are described.

도 6을 참조로 한 본 발명의 다른 실시예에 따른 반도체 장치에서도 커패시터(100)와 복수의 트랜지스터(200)는 서로에 대해서 평행하게 배치된다.In the semiconductor device according to another embodiment of the present invention with reference to FIG. 6, the capacitor 100 and the plurality of transistors 200 are arranged parallel to each other.

또한 연결부(300)는 커패시터(100)의 돌출부(115, 도 2 참조)와 복수의 트랜지스터(200) 각각의 백게이트(210, 도 4 참조)를 연결한다.2) of the capacitor 100 and the back gate 210 (see FIG. 4) of each of the plurality of transistors 200. The connection portion 300 connects the protrusion 115 of the capacitor 100 (see FIG.

또한 연결부(300)는 도시되지는 않지만 커패시터(100)의 돌출부(115, 도 2 참조)를 통하여 인가되는 전압을 복수의 트랜지스터(200) 중의 적어도 하나로 인가하기 위한 디코딩부를 더 포함할 수 있다.The connection unit 300 may further include a decoding unit for applying a voltage, not shown, through the protrusion 115 of the capacitor 100 (see FIG. 2) to at least one of the plurality of transistors 200.

즉 복수의 트랜지스터(200) 중의 일부에만 커패시터(100)의 돌출부(115, 도 2 참조)를 통하여 인가되는 전압을 인가하기 위하여 디코딩부는 복수의 트랜지스터(200) 중의 적어도 일부를 선택한다. 따라서 복수의 트랜지스터(200)가 어레이 형태로 구성될 때, 디코딩부를 통하여 복수의 트랜지스터(200) 각각에 대한 랜덤 억세스(random access)가 가능하다.That is, the decoding unit selects at least a part of the plurality of transistors 200 in order to apply a voltage applied to only a part of the plurality of transistors 200 through the protrusion 115 (see FIG. 2) of the capacitor 100. Therefore, when the plurality of transistors 200 are configured in an array form, random access to each of the plurality of transistors 200 is possible through the decoding unit.

이상에서 설명한 본 발명에 따르면 네거티브 커패시턴스를 가지는 강유전체 커패시터와 트랜지스터를 연결하는 것을 통하여 트랜지스터의 서브스레숄드 슬로프 특성을 개선하고 스티프 스위칭을 구현할 수 있다.According to the present invention described above, the subthreshold slope characteristic of the transistor can be improved and the stiff switching can be realized by connecting the ferroelectric capacitor having a negative capacitance to the transistor.

비록 본 발명의 구성이 구체적으로 설명되었지만 이는 단지 본 발명을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가지는 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변형이 가능할 것이다.Although the present invention has been described in detail, it should be understood that the present invention is not limited thereto. Those skilled in the art will appreciate that various modifications may be made without departing from the essential characteristics of the present invention. Will be possible.

따라서 본 명세서에 개시된 실시예들은 본 발명을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 사상과 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 범위는 아래의 청구범위에 의해 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.Therefore, the embodiments disclosed in the present specification are intended to illustrate rather than limit the present invention, and the scope and spirit of the present invention are not limited by these embodiments. The scope of the present invention should be construed according to the following claims, and all the techniques within the scope of equivalents should be construed as being included in the scope of the present invention.

본 발명에 따르면 네거티브 커패시턴스를 가지는 강유전체 커패시터와 트랜지스터를 연결하는 것을 통하여 트랜지스터의 서브스레숄드 슬로프 특성을 개선하고 스티프 스위칭을 구현할 수 있다.According to the present invention, by connecting a ferroelectric capacitor having a negative capacitance to a transistor, the subthreshold slope characteristic of the transistor can be improved and the stiff switching can be realized.

특히 기존의 트랜지스터의 제조 공정을 이용하여 제조할 수 있으며, 반도체 장치의 저전력 동작이 가능하다.Particularly, it can be manufactured by using a manufacturing process of an existing transistor, and low power operation of the semiconductor device is possible.

100: 커패시터 110: 하부 전극
115: 돌출부 130: 절연막
150: 강유전체층 170: 상부 전극
190: 도전층 200: 트랜지스터
210: 백게이트 230: 게이트 절연막
250: 채널 영역 270: 소스 영역
290: 드레인 영역 300: 연결부
100: Capacitor 110: Lower electrode
115: protrusion 130: insulating film
150: ferroelectric layer 170: upper electrode
190: conductive layer 200: transistor
210: back gate 230: gate insulating film
250: channel region 270: source region
290: drain region 300:

Claims (31)

트랜지스터;
네거티브 커패시턴스를 가지는 커패시터; 및
상기 트랜지스터와 상기 커패시터를 전기적으로 연결하는 연결부
를 포함하는 반도체 장치.
transistor;
A capacitor having a negative capacitance; And
A connection part electrically connecting the transistor and the capacitor,
.
제1항에 있어서,
상기 커패시터는,
돌출부를 구비하는 하부 전극;
상기 돌출부의 측면에 배치되는 절연막;
상기 돌출부 및 상기 절연막을 제외한 상기 하부 전극 상에 배치되는 강유전체층;
상기 강유전체층 상에 배치되며 상기 돌출부보다 아래에 위치하는 상부 전극; 및
상기 상부 전극 상에 배치되며 상기 상부 전극에 구동 전압을 인가하는 도전층
을 포함하는 것인 반도체 장치.
The method according to claim 1,
The capacitor
A lower electrode having a protrusion;
An insulating film disposed on a side surface of the protrusion;
A ferroelectric layer disposed on the lower electrode except for the protrusions and the insulating film;
An upper electrode disposed on the ferroelectric layer and positioned below the protrusion; And
A conductive layer disposed on the upper electrode and applying a driving voltage to the upper electrode,
The semiconductor device comprising: a semiconductor substrate;
제2항에 있어서,
상기 하부 전극, 상기 상부 전극, 상기 도전층 및 상기 연결부 각각은 TiN, TaN, Pt, Au, Al 및 폴리실리콘을 포함하는 그룹으로부터 선택되는 재료를 포함하는 것인 반도체 장치.
3. The method of claim 2,
Wherein each of the lower electrode, the upper electrode, the conductive layer, and the connection portion comprises a material selected from the group consisting of TiN, TaN, Pt, Au, Al, and polysilicon.
제2항에 있어서,
상기 절연막은 SiO2, HfO2, Al2O3 및 high-k 물질을 포함하는 그룹으로부터 선택되는 재료를 포함하는 것인 반도체 장치.
3. The method of claim 2,
The semiconductor device and the insulating film comprises a material selected from the group consisting of SiO 2, HfO 2, Al 2 O 3 and a high-k material.
제2항에 있어서,
상기 강유전체층은 P(VDF-TrFE)[poly(vinylidenefluoride-trifluoroethylene)], PZT(lead zirconate titanate), BTO(barium titanate)를 포함하는 그룹으로부터 선택되는 재료를 포함하는 것인 반도체 장치.
3. The method of claim 2,
Wherein the ferroelectric layer comprises a material selected from the group consisting of P (VDF-TrFE) [poly (vinylidenefluoride-trifluoroethylene)], PZT (lead zirconate titanate), BTO (barium titanate).
제2항에 있어서,
상기 연결부는 상기 돌출부와 상기 트랜지스터를 연결하는 것인 반도체 장치.
3. The method of claim 2,
And the connection portion connects the protrusion and the transistor.
제1항에 있어서,
상기 트랜지스터는 박막 트랜지스터(thin film transistor)를 포함하는 것인 반도체 장치.
The method according to claim 1,
Wherein the transistor comprises a thin film transistor.
제7항에 있어서,
상기 트랜지스터는,
백게이트;
상기 백게이트를 덮도록 게이트 절연막;
상기 게이트 절연막 상에 배치되는 채널 영역; 및
상기 채널 영역의 양 측면에 배치되는 소스 영역 및 드레인 영역
을 포함하는 것인 반도체 장치.
8. The method of claim 7,
The transistor comprising:
Back gate;
A gate insulating film covering the back gate;
A channel region disposed on the gate insulating film; And
A source region and a drain region disposed on both sides of the channel region,
The semiconductor device comprising: a semiconductor substrate;
제8항에 있어서,
상기 백게이트, 상기 소스 영역 및 상기 드레인 영역 각각은 TiN, TaN, Pt, Au, Al 및 폴리실리콘을 포함하는 그룹으로부터 선택되는 재료를 포함하는 것인 반도체 장치.
9. The method of claim 8,
Wherein each of the back gate, the source region, and the drain region comprises a material selected from the group consisting of TiN, TaN, Pt, Au, Al, and polysilicon.
제8항에 있어서,
상기 게이트 절연막은 SiOx, SiNx, Si2N3, HfOx 및 AlOx(단 x는 0보다 크고 4보다 작거나 같은 실수임)를 포함하는 그룹으로부터 선택되는 재료를 포함하는 것인 반도체 장치.
9. The method of claim 8,
Wherein the gate insulating film comprises a material selected from the group consisting of SiO x , SiN x , Si 2 N 3 , HfO x, and AlO x (where x is greater than 0 and less than or equal to 4 real numbers) .
제8항에 있어서,
상기 채널 영역은 IGZO(Indium Gallium Zinc Oxide), IZO(Indium Zinc Oxide) 및 ZnO를 포함하는 그룹으로부터 선택되는 재료를 포함하는 것인 반도체 장치.
9. The method of claim 8,
Wherein the channel region comprises a material selected from the group consisting of Indium Gallium Zinc Oxide (IGZO), IZO (Indium Zinc Oxide), and ZnO.
제8항에 있어서,
상기 연결부는 상기 돌출부와 상기 백게이트를 연결하는 것인 반도체 장치.
9. The method of claim 8,
And the connecting portion connects the protrusion and the back gate.
제2항에 있어서,
상기 트랜지스터는,
백게이트;
상기 백게이트를 덮도록 게이트 절연막;
상기 게이트 절연막 상에 배치되는 채널 영역; 및
상기 채널 영역의 양 측면에 배치되는 소스 영역 및 드레인 영역
을 포함하는 것인 반도체 장치.
3. The method of claim 2,
The transistor comprising:
Back gate;
A gate insulating film covering the back gate;
A channel region disposed on the gate insulating film; And
A source region and a drain region disposed on both sides of the channel region,
The semiconductor device comprising: a semiconductor substrate;
제13항에 있어서,
상기 연결부는 상기 돌출부와 상기 백게이트를 연결하는 것인 반도체 장치.
14. The method of claim 13,
And the connecting portion connects the protrusion and the back gate.
제1항에 있어서,
상기 트랜지스터는 상기 커패시터와 평행하게 배치되는 것인 반도체 장치.
The method according to claim 1,
And the transistor is disposed in parallel with the capacitor.
복수의 트랜지스터;
네거티브 커패시턴스를 가지는 커패시터; 및
상기 복수의 트랜지스터와 상기 커패시터를 전기적으로 연결하는 연결부
를 포함하는 반도체 장치.
A plurality of transistors;
A capacitor having a negative capacitance; And
And a connection portion electrically connecting the plurality of transistors and the capacitor,
.
제16항에 있어서,
상기 연결부는 상기 커패시터로부터의 전압을 상기 복수의 트랜지스터 중 적어도 하나로 인가하는 디코딩부를 포함하는 것인 반도체 장치.
17. The method of claim 16,
And the connection portion includes a decoding portion for applying a voltage from the capacitor to at least one of the plurality of transistors.
제16항에 있어서,
상기 커패시터는,
돌출부를 구비하는 하부 전극;
상기 돌출부의 측면에 배치되는 절연막;
상기 돌출부 및 상기 절연막을 제외한 상기 하부 전극 상에 배치되는 강유전체층;
상기 강유전체층 상에 배치되며 상기 돌출부보다 아래에 위치하는 상부 전극; 및
상기 상부 전극 상에 배치되며 상기 상부 전극에 구동 전압을 인가하는 도전층
을 포함하는 것인 반도체 장치.
17. The method of claim 16,
The capacitor
A lower electrode having a protrusion;
An insulating film disposed on a side surface of the protrusion;
A ferroelectric layer disposed on the lower electrode except for the protrusions and the insulating film;
An upper electrode disposed on the ferroelectric layer and positioned below the protrusion; And
A conductive layer disposed on the upper electrode and applying a driving voltage to the upper electrode,
The semiconductor device comprising: a semiconductor substrate;
제18항에 있어서,
상기 하부 전극, 상기 상부 전극, 상기 도전층 및 상기 연결부 각각은 TiN, TaN, Pt, Au, Al 및 폴리실리콘을 포함하는 그룹으로부터 선택되는 재료를 포함하는 것인 반도체 장치.
19. The method of claim 18,
Wherein each of the lower electrode, the upper electrode, the conductive layer, and the connection portion comprises a material selected from the group consisting of TiN, TaN, Pt, Au, Al, and polysilicon.
제18항에 있어서,
상기 절연막은 SiO2, HfO2, Al2O3 및 high-k 물질을 포함하는 그룹으로부터 선택되는 재료를 포함하는 것인 반도체 장치.
19. The method of claim 18,
The semiconductor device and the insulating film comprises a material selected from the group consisting of SiO 2, HfO 2, Al 2 O 3 and a high-k material.
제18항에 있어서,
상기 강유전체층은 P(VDF-TrFE), PZT, BTO를 포함하는 그룹으로부터 선택되는 재료를 포함하는 것인 반도체 장치.
19. The method of claim 18,
Wherein the ferroelectric layer includes a material selected from the group consisting of P (VDF-TrFE), PZT, and BTO.
제18항에 있어서,
상기 연결부는 상기 돌출부와 상기 복수의 트랜지스터를 연결하는 것인 반도체 장치.
19. The method of claim 18,
And the connection portion connects the protrusion and the plurality of transistors.
제16항에 있어서,
상기 복수의 트랜지스터 각각은 박막 트랜지스터를 포함하는 것인 반도체 장치.
17. The method of claim 16,
And each of the plurality of transistors includes a thin film transistor.
제23항에 있어서,
상기 복수의 트랜지스터 각각은,
백게이트;
상기 백게이트를 덮도록 게이트 절연막;
상기 게이트 절연막 상에 배치되는 채널 영역; 및
상기 채널 영역의 양 측면에 배치되는 소스 영역 및 드레인 영역
을 포함하는 것인 반도체 장치.
24. The method of claim 23,
Wherein each of the plurality of transistors includes:
Back gate;
A gate insulating film covering the back gate;
A channel region disposed on the gate insulating film; And
A source region and a drain region disposed on both sides of the channel region,
The semiconductor device comprising: a semiconductor substrate;
제24항에 있어서,
상기 백게이트, 상기 소스 영역 및 상기 드레인 영역 각각은 TiN, TaN, Pt, Au, Al 및 폴리실리콘을 포함하는 그룹으로부터 선택되는 재료를 포함하는 것인 반도체 장치.
25. The method of claim 24,
Wherein each of the back gate, the source region, and the drain region comprises a material selected from the group consisting of TiN, TaN, Pt, Au, Al, and polysilicon.
제24항에 있어서,
상기 게이트 절연막은 SiOx, SiNx, Si2N3, HfOx 및 AlOx(단 x는 0보다 크고 4보다 작거나 같은 실수임)를 포함하는 그룹으로부터 선택되는 재료를 포함하는 것인 반도체 장치.
25. The method of claim 24,
Wherein the gate insulating film comprises a material selected from the group consisting of SiO x , SiN x , Si 2 N 3 , HfO x, and AlO x (where x is greater than 0 and less than or equal to 4 real numbers) .
제24항에 있어서,
상기 채널 영역은 IGZO, IZO 및 ZnO를 포함하는 그룹으로부터 선택되는 재료를 포함하는 것인 반도체 장치.
25. The method of claim 24,
Wherein the channel region comprises a material selected from the group consisting of IGZO, IZO, and ZnO.
제24항에 있어서,
상기 연결부는 상기 돌출부와 상기 복수의 트랜지스터 각각의 백게이트를 연결하는 것인 반도체 장치.
25. The method of claim 24,
And the connecting portion connects the protrusion and the back gate of each of the plurality of transistors.
제18항에 있어서,
상기 복수의 트랜지스터 각각은,
백게이트;
상기 백게이트를 덮도록 게이트 절연막;
상기 게이트 절연막 상에 배치되는 채널 영역; 및
상기 채널 영역의 양 측면에 배치되는 소스 영역 및 드레인 영역
을 포함하는 것인 반도체 장치.
19. The method of claim 18,
Wherein each of the plurality of transistors includes:
Back gate;
A gate insulating film covering the back gate;
A channel region disposed on the gate insulating film; And
A source region and a drain region disposed on both sides of the channel region,
The semiconductor device comprising: a semiconductor substrate;
제29항에 있어서,
상기 연결부는 상기 돌출부와 상기 복수의 트랜지스터 각각의 백게이트를 연결하는 것인 반도체 장치.
30. The method of claim 29,
And the connecting portion connects the protrusion and the back gate of each of the plurality of transistors.
제16항에 있어서,
상기 복수의 트랜지스터 각각은 상기 커패시터와 평행하게 배치되는 것인 반도체 장치.
17. The method of claim 16,
And each of the plurality of transistors is disposed in parallel with the capacitor.
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USD970750S1 (en) * 2020-02-26 2022-11-22 Sus Co., Ltd. Smoking booth
USD971439S1 (en) * 2020-02-26 2022-11-29 Sus Co., Ltd. Smoking booth
WO2024205242A1 (en) * 2023-03-29 2024-10-03 성균관대학교산학협력단 Method for manufacturing ferroelectric materials through plasma-enhanced chemical vapor deposition-based ferroelectric crystal structure induction

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