WO2019059441A1 - High temperature operating transistor and manufacturing method therefor - Google Patents
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- H01L29/772—Field effect transistors
Definitions
- Embodiments of the present invention relate to a high-temperature operating transistor and a method of manufacturing the same.
- MOSFETs metal oxide silicon field-effect transistors
- a wide bandgap semiconductor device based on gallium nitride (GaN) and silicon carbide (SiC) is used for high temperature operation due to high thermal conductivity and excellent bandgap characteristics. It is recognized as a suitable device.
- silicon carbide (SiC) materials have various problems such as inherent defect structures of silicon carbide materials called micro-pipe defects. Since gallium nitride (GaN) has a lattice mismatch with silicon (Si), an intermediate buffer layer such as an aluminum gallium nitride (AlGaN) compound layer is required to be used as a semiconductor device.
- SiC silicon carbide
- GaN gallium nitride
- AlGaN aluminum gallium nitride
- a silicon-on-insulator substrate-based high temperature operating transistor has been proposed as a way to overcome these problems of wide bandgap semiconductor devices.
- this SOI substrate based high temperature operating transistor still exhibited high leakage current in high temperature operating environment.
- Embodiments of the present invention have a main purpose in providing a transistor of a new structure which is advantageous in manufacturing process as compared with a transistor using a wide bandgap semiconductor as a main material and can operate at a high temperature.
- Embodiments of the present invention have an object to provide a transistor capable of reducing charge injection in a high temperature environment by using a semiconductor substrate with an insulating layer buried therein, thereby reducing a leakage current.
- Embodiments of the present invention aim to provide a method of manufacturing a transistor capable of reducing a leakage current in a high temperature environment by locally forming a wide bandgap semiconductor material on a silicon substrate.
- One embodiment of the present invention is a semiconductor device comprising: a first region formed in a region of a substrate formed of a first material and separated from the substrate; A second region formed in another region of the substrate and formed in a region separated from the first region; A first insulating layer formed on at least one side of the substrate; A third region in which the first insulating layer is formed on a surface different from a surface in contact with the substrate; A fourth region formed of a second material having a larger energy bandgap than the first material, the fourth region being in contact with at least one surface of the first insulating layer; A first electrode formed on the first region so as to be electrically connected to the first region; A second electrode formed on the second region so as to be electrically connected to the second region; And a third electrode formed on the third region to be electrically connected to the third region.
- a method of manufacturing a semiconductor device comprising: forming a fourth region of a second material, which is a material having a larger energy bandgap than the first material, on a region of a substrate formed of a first material; Forming a first insulating layer on at least one side of the substrate such that the first insulating layer is in contact with at least a portion of the fourth region; Forming a first region and a second region separated from each other in the region separated from the substrate; Forming a third region on a surface of the first insulating layer that is different from a surface of the first insulating layer in contact with the substrate; And forming a first electrode, a second electrode and a third electrode so as to be electrically connected to the first region, the second region, and the third region, respectively. do.
- a transistor having a new structure that can be operated at a high temperature while having an advantage in a manufacturing process as compared with a transistor using a wide bandgap semiconductor as a main material is provided.
- an effect of providing a transistor manufacturing method capable of reducing a leakage current in a high-temperature environment by locally forming a wide bandgap semiconductor material on a semiconductor substrate having an insulating layer embedded therein have.
- compatibility with the silicon-based semiconductor manufacturing process can be enjoyed, thereby reducing fabrication cost and lowering fabrication difficulty.
- FIG. 1 is a conceptual diagram of a high-temperature operation transistor according to an embodiment of the present invention.
- FIG. 2 is a conceptual diagram of a double gate transistor according to an embodiment of the present invention.
- FIGS. 3A, 3B, 3C, 3D, 3E and 3F are diagrams showing steps of the method for manufacturing a high-temperature operating transistor of FIG. 1, and FIG. 4 is a flowchart briefly showing the method.
- FIG. 5 is a graph illustrating a gate voltage-drain current of the high-temperature operation transistor shown in FIG. 1 according to a type of a wide bandgap material formed locally.
- 6 and 7 are simulation results of an energy band diagram of the high-temperature operation transistor shown in FIG.
- FIG. 8 is a graph showing the on-off current ratio according to the energy barrier height of the high-temperature operation transistor shown in FIG.
- FIG. 9A, 9B and 9C is a conceptual diagram of a high-temperature operating transistor according to an embodiment of the present invention, a simulated gate voltage-drain current graph and an energy It is a band diagram.
- the first, second, i), ii), a), b) and the like can be used.
- Such a code is intended to distinguish the constituent element from other constituent elements, and the nature of the constituent element, the order or the order of the constituent element is not limited by the code. It is also to be understood that when an element is referred to as being “comprising” or “comprising”, it should be understood that it does not exclude other elements unless explicitly stated to the contrary, do.
- FIG. 1 is a conceptual diagram of a high-temperature operation transistor according to an embodiment of the present invention.
- the high temperature operation transistor includes a substrate 110, a first region 142, a second region 144, a third region 150, a fourth region 120, 132, a buried insulating layer 134, a first electrode 162, a second electrode 164, and a third electrode 170.
- the substrate 110 may be a semiconductor substrate.
- the substrate 110 may be an SOI substrate further comprising a silicon (Si) substrate or a buried insulating layer 134.
- the substrate 110 may be a wafer formed of a single material such as silicon (Si) and germanium (Ge) wafers, or a compound wafer composed of at least two materials.
- the substrate 110 may be formed of a single crystal wafer such as a silicon single crystal wafer.
- the substrate 110 is not limited to monocrystalline wafers, and various types of wafers, such as epitaxial wafers, polished wafers, annealed wafers, bonded wafers, . ≪ / RTI >
- the epitaxial wafer means a wafer in which a material is crystal-grown on a single crystal silicon substrate.
- the buried insulating layer 134 may be formed of an oxide such as SiO 2 or a nitride such as Si x N y .
- x and y are natural numbers.
- the buried insulating layer 134 may be formed of a high-k dielectric material having a large dielectric constant value.
- the buried insulating layer 134 may be a material comprising or selected from the group consisting of HfO 2 , ZrO 2 , TiO 2 , Ta 2 O 5 , Al 2 O 3, and the like.
- a substrate used in a semiconductor device such as a MOSFET is typically doped with n-type or p-type to provide electrons or holes as a charged carrier.
- the substrate 110 is doped with a p-type dopant and the doping concentration is 1 x 10 17 cm -3 .
- the substrate 110 according to an embodiment of the present invention is doped with a p-type dopant to have a doping concentration of 1 x 10 17 cm -3 , but the dopant type and the doping concentration are not limited thereto (S410).
- the fourth region 120 is formed by depositing a material different from the substrate 110 on a trench formed by etching a predetermined region of the substrate 110 to a desired depth.
- the etching may be an etching process using a focused ion beam.
- a hard mask is mainly used for the etching process using the focused ion beam.
- a hard mask is formed by a method such as spin coating or vapor deposition (S420), and a portion to be etched in the hard mask is patterned. Thereafter, a trench is formed using a focused ion beam, and a fourth region 120 is formed by depositing a material different from the substrate 110 on the formed trench.
- this planarization process may be performed by combining various physical polishing processes or chemical etching processes (S430).
- the shape of the fourth region 120 is determined by an etching process using a focused ion beam.
- the fourth region 120 may be formed to contact one surface of the buried insulating layer 134.
- the first region 142 and the second region 144 are formed in a partial region on the substrate 110 (S440).
- the first region 142 may be formed to have a region separated from the substrate 110 by doping a portion of the substrate 110 with a dopant of a type different from the dopant doped to the substrate 110.
- the substrate 110 can be divided into two regions by the buried insulating layer 134. In some of the areas including the first area 142 and the second area 144, a part of the area where the first area 142 and the second area 144 are not included is higher than the area not including the first area 142 and the second area 144 Additional doping may be performed to have a doping concentration to form a fifth region 112 that is distinct from the portion where no further doping is performed. This additional doping may be performed at any time prior to the process of forming the first region 142 and the second region 142. When the substrate 110 is doped with a p-type dopant to have a doping concentration of 1 ⁇ 10 17 cm -3 , the fifth region 112 may be doped to have a doping concentration of 1 ⁇ 10 17 cm -3 or more.
- the first region 142 is doped n-type because the substrate 110 is doped p-type.
- Doping can be performed through various methods such as a diffusion process, an ion implantation process, and the like. Doping methods such as the ion implantation process are preferred for precise doping to the designed area.
- the second region 144 may be formed to have a region separated from the substrate 110 by doping a portion of the substrate 110 with a dopant of a type different from that doped to the substrate 110.
- the second region 144 may be formed to be spaced a predetermined distance horizontally from the first region 142.
- the second region 144 may be formed using the same doping process under the same doping conditions as the first region 142.
- the second region 142 may be formed under different conditions using a dopant different from the dopant used in the first region 141.
- Each of the first region 142 and the second region 144 may function as a source and a drain or a drain and a source.
- the doping concentrations of the first region 132 and the second region 134 are all 1 ⁇ 10 20 cm -3 .
- the first insulating layer 132 is formed to cover at least a part of the exposed region of the fourth region 120.
- the exposed region of the fourth region 120 refers to the side of the CMP process.
- the first insulating layer 132 may be formed to cover the entirety of the fourth region 120 as the case may be.
- the first insulating layer 132 may be formed to a thickness of 10 nm or less, but is not limited thereto.
- the first insulating layer 132 may be formed by a chemical vapor deposition (CVD) method, a low pressure chemical vapor deposition (LPCVD) method, an atmospheric pressure chemical vapor deposition (APCVD) method, Various atomic or molecular deposition methods such as low temperature chemical vapor deposition (LTCVD), plasma enhanced chemical vapor deposition (PECVD), and atomic layer chemical vapor deposition (ALCVD) As shown in FIG.
- CVD chemical vapor deposition
- LPCVD low pressure chemical vapor deposition
- APCVD atmospheric pressure chemical vapor deposition
- Various atomic or molecular deposition methods such as low temperature chemical vapor deposition (LTCVD), plasma enhanced chemical vapor deposition (PECVD), and atomic layer chemical vapor deposition (ALCVD) As shown in FIG.
- the third region 150 may be formed by depositing a semiconductor material or a metal material on the first insulating layer 132.
- a third region 150 of the high temperature operating transistor according to an embodiment of the present invention may be formed by depositing polysilicon (S450).
- a third electrode 170 electrically connected to the third region 150 is formed to apply a voltage to the third region 150, that is, the first insulating layer 132 formed under the third region 150 .
- the third region 150 controls the on / off of the current flowing through the semiconductor region located under the first insulating layer 132, that is, the channel region, through the control of the voltage applied through the third electrode 166 So that it can function as a gate.
- the gate may have a structure including the third electrode 150 in the third region 150 or the third region 150. According to the embodiment, the third electrode 170 may be omitted.
- the substrate 110 may be formed of a different material.
- the channel region may be doped with a different concentration using a dopant of a type different from that of the dopant doped to the substrate 110.
- the first electrode 162 and the second electrode 164 may have a first region 142 and a second region 144 to electrically connect the first region 142 and the second region 144 to the outside, As shown in Fig.
- the first electrode 162 and the second electrode 164 may be formed so as to cover the entire first region 142 and the second region 144 in order to reduce a resistance component such as a contact resistance.
- the buried insulating layer 134 is formed of an insulating material through which a charged carrier can not pass, when the fourth region 120 is formed to contact one surface of the buried insulating layer 134, The current path connecting the first region 142 and the second region 144 must be formed so as to pass through the fourth region 120.
- the lower end of the fourth region 120 need not contact the buried insulating layer 134 if the first region 142 and the second region 144 are sufficiently far away from the buried insulating layer 134. That is, a current path between the first region 142 and the second region 144 is formed immediately below the first insulating layer 132, and no matter how much voltage is applied to the third electrode 170, The depth of the fourth region 120 may be shorter than that shown in FIG. 1 when the path is formed only in a portion directly under the first insulating layer 132.
- the current path formed between the first region 142 and the second region 144 is a current path between the first electrode 162 and the third electrode 164, It depends on the potential difference.
- FIG. 2 is a conceptual diagram of a double gate transistor according to an embodiment of the present invention.
- a double gate transistor includes a substrate 210, a first region 242, a second region 244, a third region 252, 254, a fourth region 220, Layers 232 and 234, a first electrode 262, a second electrode 264 and a third electrode 272 and 274.
- a double gate transistor according to an embodiment of the present invention can be manufactured by applying a process of forming a fourth region 220 to a conventional process for fabricating a conventional double gate transistor.
- a fourth region 220 of the double gate transistor according to an embodiment of the present invention is formed by depositing a material other than the substrate 210 on a trench formed by etching to penetrate a predetermined region of the substrate 210.
- the subsequent steps are the same as in the method for manufacturing a high-temperature operating transistor shown in Fig.
- FIGS. 3A, 3B, 3C, 3D, 3E and 3F are diagrams showing steps of the method for manufacturing a high-temperature operating transistor of FIG. 1, and FIG. 4 is a flowchart briefly showing the method.
- 3A shows a process of preparing the substrate 110 including the buried insulating layer 134 (S410).
- FIG. 3B illustrates a process of preparing a mask to form a trench in a portion of the substrate 110 including the buried insulating layer 134.
- FIG. 3B illustrates a process of preparing a mask to form a trench in a portion of the substrate 110 including the buried insulating layer 134.
- a hard mask is preferred.
- 3C shows a state after removing a part of the substrate 110 using a focused ion beam etching.
- the depth of the trench is formed so as to contact the top surface of the buried insulating layer 134 (S420).
- FIG. 3D shows the shape of the high-temperature operation transistor after forming the substrate 110 and another material in the formed trench and performing the process of planarizing the surface using the CMP process or the etching process. As shown in the figure, the lower end of the fourth region 120 contacts the upper surface of the buried insulating layer 134, and the upper end of the fourth region 120 is exposed to the outside (S430).
- FIG. 3E illustrates a process of forming the first region 142 and the second region 144 in a part of the substrate 110.
- the substrate 110 is a p-type semiconductor material
- the first region 142 and the second region 144 may be formed by doping with n-type through an ion implantation process (S440).
- the process of forming the first region 142 and the second region 144 may further include a process of forming a carrier having a charge different from that of the substrate 110 by using an ion implantation process and a heat treatment process can do.
- the first insulating layer 132 is formed to cover at least a part of the exposed region of the fourth region 120.
- the first insulating layer 132 may be formed to cover the entirety of the fourth region 120 as the case may be.
- the first insulating layer 132 may be formed to a thickness of about 10 nm or less, but is not limited thereto.
- the third region 150 may be formed by depositing a semiconductor material or a metal material on the first insulating layer 132.
- the semiconductor material may be one semiconductor material or one or more compound semiconductor materials.
- the metal material may be a single metal material or a mixed metal material including at least two metal materials.
- the metal material may be an alloy including at least two metal materials.
- a third region 150 of the high temperature operating transistor in accordance with an embodiment of the present invention is formed by depositing polycrystalline silicon on the first insulating layer 132.
- the first electrode 162 and the second electrode 164 may have a first region 142 and a second region 144 to electrically connect the first region 142 and the second region 144 to the outside, As shown in Fig.
- the first electrode 162 and the second electrode 164 may be formed so as to cover the entire first region 142 and the second region 144 in order to reduce a resistance component such as a contact resistance (S450) .
- the gate length that is, the length of the first insulating layer 132 was set to 100 nm, and the thickness of the first insulating layer 132 was set to 3 nm.
- the thickness of the buried insulating layer 134 was set at 10 nm, and the width of the fourth region was set at 10 nm.
- the doping concentration of the substrate 110 is a SOI substrate doped with p-type is 1 ⁇ 10 17 cm - was set to 3, the doping concentration of the first region 132 and second region 134 is 1 ⁇ 10 20 cm - 3 was set.
- FIG. 5 is a graph illustrating a gate voltage-drain current of the high-temperature operation transistor shown in FIG. 1 according to a type of a wide bandgap material formed locally.
- the temperature was set to 573 K and the drain voltage V D was set to 0.2 V.
- the materials used in the fourth region 120 for the simulation are silicon (Conventional SOI MOSFET), 6H structure silicon carbide (SiC-6H SOI MOSFET), 4H structure silicon carbide (SiC-4H SOI MOSFET), GaP SOI MOSFET) and AlP (AlP SOI MOSFET).
- the on / off current ratio is much larger than that of the transistor using the conventional SOI substrate.
- the energy band along the channel direction is shown in order to examine why the ON / OFF current ratio of the SOI transistor using the compound such as GaP or AlP is much larger.
- 6 and 7 are simulation results of an energy band diagram of the high-temperature operation transistor shown in FIG.
- the energy band diagram shown in FIG. 6 is an energy band diagram when the gate voltage V G is 0 V, that is, when the high-temperature operation transistor according to an embodiment of the present invention is in an off state. 6, it can be seen that an electron energy barrier is formed between the source and the channel region. This is because the fourth region 120 (see the inner figure at the bottom right of FIG. 6) . The electron energy barrier formed by the fourth region 120 serves to prevent electrons from the source from moving to the channel region in the off state.
- the energy band diagram shown in FIG. 7 is an energy band diagram when the gate voltage V G is 15 V, that is, when the high-temperature operation transistor according to an embodiment of the present invention is on-state.
- V G the gate voltage
- Fig. 7 when a voltage is applied to the gate, the electron energy barrier formed between the source and the channel region is lowered, electrons can be injected into the channel region, and current can flow accordingly. 7 is determined to be due to the trap charge existing at the boundary between the first region 132 and the fourth region 120. In this case,
- FIG. 8 is a graph showing the on-off current ratio according to the energy barrier height of the high-temperature operation transistor shown in FIG.
- the on current and the off current are the measured currents when the gate voltages are 14 V and -2 V, respectively.
- the on-off current ratio also increases substantially proportionally.
- FIG. 9A, 9B and 9C is a conceptual diagram of a high-temperature operating transistor according to an embodiment of the present invention, a simulated gate voltage-drain current graph and an energy It is a band diagram.
- the overlap ratio (OR) is A / B .
- the substrate 110 is a p-type doped SOI substrate
- the fourth region 120 is GaP.
- FIG. 9A it can be seen that the larger the portion where the fourth region 120 and the first insulating layer 132 overlap, the larger the on-off current ratio is.
- FIGS. 3 and 4 it is described that each process is sequentially executed, but it is not limited thereto. In other words, it can be applied to changing the processes described in FIG. 3 and FIG. 4 or executing one or more processes in parallel. Thus, FIGS. 3 and 4 are not limited to time series.
- a computer-readable recording medium includes all kinds of recording apparatuses in which data that can be read by a computer system is stored. That is, a computer-readable recording medium includes a magnetic storage medium (e.g., ROM, floppy disk, hard disk, etc.), an optical reading medium (e.g., CD ROM, And the like).
- the computer-readable recording medium may be distributed over a network-connected computer system so that computer-readable code can be stored and executed in a distributed manner.
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Abstract
Embodiments of the present invention provide: a high temperature operating transistor, which has a wide bandgap semiconductor material locally formed in a silicon substrate, can reduce leakage current in a high temperature environment and can provide compatibility with a silicon-based semiconductor manufacturing process, thereby enabling the difficulty level of production to be lower while saving manufacturing costs; and a manufacturing method therefor.
Description
본 발명의 실시예들은 고온동작 트랜지스터 및 그 제조 방법에 관한 것이다.Embodiments of the present invention relate to a high-temperature operating transistor and a method of manufacturing the same.
이하에 기술되는 내용은 단순히 본 발명에 따른 실시예들과 관련되는 배경 정보만을 제공할 뿐 종래기술을 구성하는 것이 아니다.The following description merely provides the background information related to the embodiments of the present invention and does not constitute the prior art.
종래의 실리콘 기반 금속 산화물 실리콘 전계효과 트랜지스터(silicon-based metal oxide silicon field-effect transistor; silicon-based MOSFET)는 동작 온도가 증가하면, 진성 캐리어 농도가 증가하여 누설전류를 증가시키고, 소비전력을 증가시키는 등, 트랜지스터 소자의 성능에 심각한 영향을 미친다. 최근에는 반도체 소자의 집적도가 더욱 증가하여, 이로 인해 발생하는 열과 소비전력 문제가 더욱 심각하다. 이러한 이유로 고온의 극한 환경에서 누설전류를 발생시키지 않으면서도 안정적인 동작이 가능한 다양한 소자들이 개발되어 왔다.Conventional silicon-based metal oxide silicon field-effect transistors (MOSFETs) increase the operating temperature to increase the intrinsic carrier concentration, thereby increasing the leakage current and increasing the power consumption The performance of the transistor device is seriously affected. In recent years, the degree of integration of semiconductor devices is further increased, and the heat and power consumption problems caused thereby are more serious. For this reason, various devices capable of stable operation without generating a leakage current in a high temperature extreme environment have been developed.
이러한 반도체 소자들 중에서도, 높은 열전도도 및 우수한 밴드갭 특성 때문에, 갈륨나이트라이드(gallium nitride; GaN) 및 실리콘카바이드(silicon carbide; SiC)에 기초한 넓은 밴드갭(wide-bandgap) 반도체 소자가 고온동작에 적합한 소자로 인식되고 있다.Among these semiconductor devices, a wide bandgap semiconductor device based on gallium nitride (GaN) and silicon carbide (SiC) is used for high temperature operation due to high thermal conductivity and excellent bandgap characteristics. It is recognized as a suitable device.
그러나 이러한 소자들은 실리콘에 기반한 소자에 비해 상대적으로 비용이 높고, 그 제조 공정이 복잡하다는 문제점을 안고 있다. 예컨대, 실리콘카바이드(SiC) 물질은 마이크로파이프 결함(micro-pipe defect)로 불리는 실리콘카바이드 물질의 고유 결함 구조 등과 같은 여러 가지 문제점을 내재하고 있다. 갈륨나이트라이드(GaN)는 실리콘(Si)과의 격자 부정합(lattice mismatch)이 크기 때문에, 반도체 소자로 사용되기 위해서는 알루미늄갈륨나이트라이드(aluminum gallium nitride; AlGaN) 화합물층과 같은 중간 버퍼층을 필요로 한다.However, these devices are relatively expensive compared to silicon-based devices, and the manufacturing process is complicated. For example, silicon carbide (SiC) materials have various problems such as inherent defect structures of silicon carbide materials called micro-pipe defects. Since gallium nitride (GaN) has a lattice mismatch with silicon (Si), an intermediate buffer layer such as an aluminum gallium nitride (AlGaN) compound layer is required to be used as a semiconductor device.
넓은 밴드갭 반도체 소자의 이러한 문제점들을 극복하기 위한 한 방안으로 SOI 기판(silicon-on-insulator substrate) 기반 고온동작 트랜지스터가 제안되었다. 그러나 이 SOI 기판 기반 고온동작 트랜지스터는 고온동작 환경에서 여전히 높은 누설전류를 나타내었다.A silicon-on-insulator substrate-based high temperature operating transistor has been proposed as a way to overcome these problems of wide bandgap semiconductor devices. However, this SOI substrate based high temperature operating transistor still exhibited high leakage current in high temperature operating environment.
따라서, 고온동작 환경에서 뛰어난 동작 특성을 보이면서도, Si에 기반한 반도체 제조공정 상의 이점을 지닌 트랜지스터가 필요하다.Therefore, there is a need for a transistor having advantages over a Si-based semiconductor manufacturing process while exhibiting excellent operating characteristics in a high temperature operating environment.
본 발명의 실시예들은 넓은 밴드갭 반도체를 주재료로 이용한 트랜지스터에 비하여 제조공정 상의 이점을 지님과 동시에 고온동작이 가능한 새로운 구조의 트랜지스터를 제공하는 데에 주된 목적이 있다.Embodiments of the present invention have a main purpose in providing a transistor of a new structure which is advantageous in manufacturing process as compared with a transistor using a wide bandgap semiconductor as a main material and can operate at a high temperature.
본 발명의 실시예들은 절연층이 매립된 반도체 기판을 이용함으로써 고온 환경에서 전하 주입을 감소시켜, 누설전류를 줄일 수 있는 트랜지스터를 제공하는 데에 일 목적이 있다.Embodiments of the present invention have an object to provide a transistor capable of reducing charge injection in a high temperature environment by using a semiconductor substrate with an insulating layer buried therein, thereby reducing a leakage current.
본 발명의 실시예들은 실리콘 기판에 국부적으로 넓은 밴드갭 반도체 물질을 형성함으로서, 고온환경에서 누설전류를 줄일 수 있는 트랜지스터 제조 방법을 제공하는 데에 일 목적이 있다.Embodiments of the present invention aim to provide a method of manufacturing a transistor capable of reducing a leakage current in a high temperature environment by locally forming a wide bandgap semiconductor material on a silicon substrate.
본 발명의 일 실시예는 제 1 물질로 형성되는 기판의 일부 영역에 형성되고, 상기 기판과 분리된 제 1 영역; 상기 기판의 다른 일부 영역에 형성되고, 상기 제 1 영역과는 분리된 영역에 형성되는 제 2 영역; 상기 기판의 적어도 하나의 면 상에 형성되는 제 1 절연층; 상기 제 1 절연층이 상기 기판과 접하는 면과는 다른 면 상에 형성되는 제 3 영역; 상기 제 1 물질보다 에너지 밴드갭이 더 큰 물질인 제 2 물질로 형성되며, 상기 제 1 절연층과 적어도 한 면이 접하는 제 4 영역; 상기 제 1 영역과 전기적으로 연결되도록 상기 제 1 영역 상에 형성되는 제 1 전극; 상기 제 2 영역과 전기적으로 연결되도록 상기 제 2 영역 상에 형성되는 제 2 전극; 및 상기 제 3 영역과 전기적으로 연결되도록 상기 제 3 영역 상에 형성되는 제 3 전극을 포함하는 것을 특징으로 하는 고온동작 트랜지스터를 제공한다.One embodiment of the present invention is a semiconductor device comprising: a first region formed in a region of a substrate formed of a first material and separated from the substrate; A second region formed in another region of the substrate and formed in a region separated from the first region; A first insulating layer formed on at least one side of the substrate; A third region in which the first insulating layer is formed on a surface different from a surface in contact with the substrate; A fourth region formed of a second material having a larger energy bandgap than the first material, the fourth region being in contact with at least one surface of the first insulating layer; A first electrode formed on the first region so as to be electrically connected to the first region; A second electrode formed on the second region so as to be electrically connected to the second region; And a third electrode formed on the third region to be electrically connected to the third region.
본 발명의 일 실시예는 제 1 물질로 형성되는 기판의 일부 영역에 상기 제 1 물질보다 에너지 밴드갭이 더 큰 물질인 제 2 물질로 제 4 영역을 형성하는 과정; 상기 기판의 적어도 하나의 면 상에, 상기 제 4 영역과 적어도 일부분이 접하도록 제 1 절연층을 형성하는 과정; 상기 기판과 분리된 영역에 서로 분리된 제 1 영역 및 제 2 영역을 형성하는 과정; 상기 제 1 절연층이 상기 기판과 접하는 면과는 다른 면 상에 제 3 영역을 형성하는 과정; 및 상기 제 1 영역, 상기 제 2 영역 및 상기 제 3 영역 각각과 전기적으로 연결되도록 제 1 전극, 제 2 전극 및 제 3 전극을 형성하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 고온동작 트랜지스터 제조방법을 제공한다.According to an embodiment of the present invention, there is provided a method of manufacturing a semiconductor device, comprising: forming a fourth region of a second material, which is a material having a larger energy bandgap than the first material, on a region of a substrate formed of a first material; Forming a first insulating layer on at least one side of the substrate such that the first insulating layer is in contact with at least a portion of the fourth region; Forming a first region and a second region separated from each other in the region separated from the substrate; Forming a third region on a surface of the first insulating layer that is different from a surface of the first insulating layer in contact with the substrate; And forming a first electrode, a second electrode and a third electrode so as to be electrically connected to the first region, the second region, and the third region, respectively. do.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 넓은 밴드갭 반도체를 주재료로 이용한 트랜지스터에 비하여 제조공정 상의 이점을 지님과 동시에 고온동작이 가능한 새로운 구조의 트랜지스터를 제공할 수 있는 효과가 있다.According to an embodiment of the present invention, a transistor having a new structure that can be operated at a high temperature while having an advantage in a manufacturing process as compared with a transistor using a wide bandgap semiconductor as a main material is provided.
본 발명의 일 실시예의 다른 측면에 따르면, 절연층이 매립된 반도체 기판 상에 국부적으로 넓은 밴드갭 반도체 물질을 형성함으로서, 고온환경에서 누설전류를 줄일 수 있는 트랜지스터 제조 방법을 제공할 수 있는 효과가 있다.According to another aspect of the present invention, there is provided an effect of providing a transistor manufacturing method capable of reducing a leakage current in a high-temperature environment by locally forming a wide bandgap semiconductor material on a semiconductor substrate having an insulating layer embedded therein have.
본 발명의 일 실시예의 또 다른 측면에 따르면, 실리콘 기반 반도체 제조공정과의 호환성을 누릴 수 있어, 제조비용을 절감하면서도 제작 난이도를 낮출 수 있는 효과가 있다.According to another aspect of an embodiment of the present invention, compatibility with the silicon-based semiconductor manufacturing process can be enjoyed, thereby reducing fabrication cost and lowering fabrication difficulty.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 고온동작 트랜지스터의 개념도이다.1 is a conceptual diagram of a high-temperature operation transistor according to an embodiment of the present invention.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 이중게이트 트랜지스터의 개념도이다.2 is a conceptual diagram of a double gate transistor according to an embodiment of the present invention.
도 3a, 도 3b, 도 3c, 도 3d, 도 3e 및 도 3f 각각은 도 1의 고온동작 트랜지스터 제조 방법을 단계별로 나타낸 도면이며, 도 4는 이를 간략히 나타낸 흐름도이다.FIGS. 3A, 3B, 3C, 3D, 3E and 3F are diagrams showing steps of the method for manufacturing a high-temperature operating transistor of FIG. 1, and FIG. 4 is a flowchart briefly showing the method.
도 5는 도 1에 도시한 고온동작 트랜지스터의 게이트 전압-드레인 전류를 국지적으로 형성된 넓은 밴드갭 물질의 종류에 따라 시뮬레이션하여 나타낸 그래프이다.FIG. 5 is a graph illustrating a gate voltage-drain current of the high-temperature operation transistor shown in FIG. 1 according to a type of a wide bandgap material formed locally.
도 6 및 도 7은 각각 도 1에 도시한 고온동작 트랜지스터의 에너지 밴드 다이어그램(energy band diagram) 시뮬레이션 결과이다.6 and 7 are simulation results of an energy band diagram of the high-temperature operation transistor shown in FIG.
도 8은 도 1에 도시한 고온동작 트랜지스터의 에너지 장벽 높이에 따른 온-오프 전류비(on-off current ratio)를 시뮬레이션하여 나타낸 그래프이다.FIG. 8 is a graph showing the on-off current ratio according to the energy barrier height of the high-temperature operation transistor shown in FIG.
도 9a, 도 9b 및 도 9c 각각은 본 발명의 일 실시예에 따른 고온동작 트랜지스터의 개념도, 제 4 영역과 제 1 절연층이 겹치는 부분의 비율을 변경시키면서 시뮬레이션한 게이트 전압-드레인 전류 그래프 및 에너지 밴드 다이어그램이다.Each of Figs. 9A, 9B and 9C is a conceptual diagram of a high-temperature operating transistor according to an embodiment of the present invention, a simulated gate voltage-drain current graph and an energy It is a band diagram.
이하, 본 발명의 일 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한 본 발명의 일 실시예를 설명함에 있어서 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 일 실시예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. It should be noted that, in the drawings, like reference numerals are used to denote like elements in the drawings, even if they are shown in different drawings. In the following description of the present invention, detailed description of known functions and configurations incorporated herein will be omitted when it may make the subject matter of the present invention rather unclear.
본 발명에 따른 실시예의 구성요소를 설명하는 데 있어서 제 1, 제 2, i), ii), a), b) 등의 부호를 사용할 수 있다. 이러한 부호는 그 구성요소를 다른 구성요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 부호에 의해 해당 구성요소의 본질 또는 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 또한 명세서에서 어떤 부분이 어떤 구성요소를 '포함' 또는 '구비'한다고 할 때, 이는 명시적으로 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.In describing the constituent elements of the embodiment according to the present invention, the first, second, i), ii), a), b) and the like can be used. Such a code is intended to distinguish the constituent element from other constituent elements, and the nature of the constituent element, the order or the order of the constituent element is not limited by the code. It is also to be understood that when an element is referred to as being "comprising" or "comprising", it should be understood that it does not exclude other elements unless explicitly stated to the contrary, do.
이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 실시예들에 따른 고온동작 트랜지스터 및 그 제조 방법을 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, a high-temperature operation transistor and a method of manufacturing the same according to embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 고온동작 트랜지스터의 개념도이다.1 is a conceptual diagram of a high-temperature operation transistor according to an embodiment of the present invention.
본 발명의 일 실시예에 따른 고온동작 트랜지스터는 기판(110), 제 1 영역(142), 제 2 영역(144), 제 3 영역(150), 제 4 영역(120), 제 1 절연층(132), 매립 절연층(134), 제 1 전극(162), 제 2 전극(164) 및 제 3 전극(170)을 포함한다.The high temperature operation transistor according to an embodiment of the present invention includes a substrate 110, a first region 142, a second region 144, a third region 150, a fourth region 120, 132, a buried insulating layer 134, a first electrode 162, a second electrode 164, and a third electrode 170.
기판(110)은 반도체 기판일 수 있다. 또한, 기판(110)은 실리콘(silicon, Si) 기판 또는 매립 절연층(134)을 더 포함하는 SOI 기판일 수 있다. 기판(110)은 실리콘(Si) 및 게르마늄(Ge) 웨이퍼(wafer)와 같이 단일 물질로 형성된 웨이퍼 또는 적어도 둘 이상의 물질로 구성된 화합물 웨이퍼로 형성될 수 있다. 또한, 기판(110)은 실리콘 단결정 웨이퍼와 같은 단결정(single crystal) 웨이퍼로 형성될 수 있다. 그러나 기판(110)은 단결정 웨이퍼에 한정되지 않고, 에피택셜(epitaxial) 웨이퍼, 연마가공된(polished) 웨이퍼, 열처리된(annealed) 웨이퍼, 접합(bonded) 웨이퍼 등 다양한 종류의 웨이퍼들이 기판(110)으로 이용될 수 있다. 여기서, 에피택셜 웨이퍼는 단결정 실리콘 기판 상에 물질을 결정 성장시킨 웨이퍼를 의미한다.The substrate 110 may be a semiconductor substrate. In addition, the substrate 110 may be an SOI substrate further comprising a silicon (Si) substrate or a buried insulating layer 134. The substrate 110 may be a wafer formed of a single material such as silicon (Si) and germanium (Ge) wafers, or a compound wafer composed of at least two materials. Further, the substrate 110 may be formed of a single crystal wafer such as a silicon single crystal wafer. However, the substrate 110 is not limited to monocrystalline wafers, and various types of wafers, such as epitaxial wafers, polished wafers, annealed wafers, bonded wafers, . ≪ / RTI > Here, the epitaxial wafer means a wafer in which a material is crystal-grown on a single crystal silicon substrate.
매립 절연층(134)은 SiO2와 같은 산화물 또는 SixNy와 같은 질화물로 형성될 수 있다. 여기서, x 및 y는 자연수이다. 또한, 매립 절연층(134)은 유전상수 값이 큰 유전체(high-k dielectric material)로 형성될 수도 있다. 예를 들어, 매립 절연층(134)은 HfO2, ZrO2, TiO2, Ta2O5, Al2O3 등의 물질이거나 이들로부터 선택된 조합을 포함하는 물질일 수 있다.The buried insulating layer 134 may be formed of an oxide such as SiO 2 or a nitride such as Si x N y . Here, x and y are natural numbers. In addition, the buried insulating layer 134 may be formed of a high-k dielectric material having a large dielectric constant value. For example, the buried insulating layer 134 may be a material comprising or selected from the group consisting of HfO 2 , ZrO 2 , TiO 2 , Ta 2 O 5 , Al 2 O 3, and the like.
MOSFET과 같은 반도체 소자에 이용되는 기판은 통상적으로, n형 또는 p형으로 도핑되어, 전자(electron) 또는 정공(hole)을 전하를 띤 캐리어로 제공할 수 있다. 본 발명에 따른 일 실시예에서 기판(110)은 p형 도펀트(dopant)로 도핑되며, 도핑 농도(doping concentration)는 1×1017 cm-3이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 기판(110)은 p형 도펀트로 1×1017 cm-3의 도핑 농도를 갖도록 도핑되었지만, 도펀트 유형(dopant type) 및 도핑 농도는 이에 한정되지 않는다(S410).A substrate used in a semiconductor device such as a MOSFET is typically doped with n-type or p-type to provide electrons or holes as a charged carrier. In one embodiment of the present invention, the substrate 110 is doped with a p-type dopant and the doping concentration is 1 x 10 17 cm -3 . The substrate 110 according to an embodiment of the present invention is doped with a p-type dopant to have a doping concentration of 1 x 10 17 cm -3 , but the dopant type and the doping concentration are not limited thereto (S410).
제 4 영역(120)은 기판(110)의 소정 영역을 원하는 깊이만큼 식각(etching)함으로써 형성된 트렌치(trench)에 기판(110)과는 다른 물질을 증착(deposition)시킴으로써 형성된다.The fourth region 120 is formed by depositing a material different from the substrate 110 on a trench formed by etching a predetermined region of the substrate 110 to a desired depth.
본 발명의 일 실시예에 따른 고온동작 트랜지스터 제조 방법에 있어서, 식각은 집속이온빔(focused ion beam)을 이용한 식각 공정일 수 있다. 집속이온빔을 이용한 식각 공정에는 하드 마스크(hard mask)가 주로 사용된다. 스핀 코팅, 증착 등의 방법을 이용하여 하드 마스크를 형성하고(S420), 하드 마스크에 식각되어야 할 부분을 패터닝한다. 그 후, 집속이온빔을 이용하여 트렌치를 형성하고, 형성된 트렌치에 기판(110)과는 다른 물질을 증착하여 제 4 영역(120)을 형성한다. 추가적으로, 화학기계적연마(chemical mechanical polishing; CMP) 공정 또는 식각 공정을 수행함으로써, 제 4 영역(120)이 형성된 부분과 제 4 영역(120) 이외의 기판(110) 부분을 평탄화하여 뒤따르는 공정이 원활히 수행될 수 있도록 한다. 이 평탄화 공정은 CMP 또는 식각 공정 이외에도, 다양한 물리적 연마 공정 또는 화학적 식각 공정을 조합하여 수행될 수 있다(S430).In the method for manufacturing a high-temperature operating transistor according to an embodiment of the present invention, the etching may be an etching process using a focused ion beam. A hard mask is mainly used for the etching process using the focused ion beam. A hard mask is formed by a method such as spin coating or vapor deposition (S420), and a portion to be etched in the hard mask is patterned. Thereafter, a trench is formed using a focused ion beam, and a fourth region 120 is formed by depositing a material different from the substrate 110 on the formed trench. In addition, by performing a chemical mechanical polishing (CMP) process or an etching process, a process of planarizing a portion of the substrate 110 other than the portion where the fourth region 120 is formed and the fourth region 120 is followed, So that it can be performed smoothly. In addition to the CMP or etching process, this planarization process may be performed by combining various physical polishing processes or chemical etching processes (S430).
전술한 바와 같이, 제 4 영역(120)은 집속이온빔을 이용한 식각 공정에 의해 그 형태가 결정된다. 여기서, 기판(110)이 매립 절연층(134)을 더 포함하는 SOI 기판인 경우, 제 4 영역(120)은 매립 절연층(134)의 한 면과 접촉하도록 형성될 수 있다.As described above, the shape of the fourth region 120 is determined by an etching process using a focused ion beam. Here, when the substrate 110 is an SOI substrate further including a buried insulating layer 134, the fourth region 120 may be formed to contact one surface of the buried insulating layer 134.
그 후, 제 1 영역(142)과 제 2 영역(144)을 기판(110) 상의 일부 영역에 형성한다(S440).Thereafter, the first region 142 and the second region 144 are formed in a partial region on the substrate 110 (S440).
여기서, 제 1 영역(142)은 기판(110) 상의 일부 영역에 기판(110)에 도핑된 도펀트와는 다른 유형의 도펀트로 도핑함으로써 기판(110)과는 분리된 영역을 갖도록 형성될 수 있다.The first region 142 may be formed to have a region separated from the substrate 110 by doping a portion of the substrate 110 with a dopant of a type different from the dopant doped to the substrate 110.
한편, 기판(110)은 매립 절연층(134)에 의해 두 개의 영역으로 구분될 수 있다. 이 두 개의 영역 중, 제 1 영역(142) 및 제 2 영역(144)이 포함되는 부분에 속한 일부의 영역에는 제 1 영역(142) 및 제 2 영역(144)이 포함되지 않는 부분보다 더 높은 도핑 농도를 갖도록 추가적인 도핑을 수행하여, 추가적인 도핑이 수행되지 않은 부분과 구분되는 제 5 영역(112)을 형성할 수 있다. 이 추가적인 도핑은 제 1 영역(142)과 제 2 영역(142)을 형성하는 과정 이전의 어느 한 시점에 수행될 수 있다. 기판(110)이 p형 도펀트로 1×1017 cm-3의 도핑 농도를 갖도록 도핑된 경우, 제 5 영역(112)은 1×1017 cm-3 이상의 도핑 농도를 갖도록 도핑될 수 있다.On the other hand, the substrate 110 can be divided into two regions by the buried insulating layer 134. In some of the areas including the first area 142 and the second area 144, a part of the area where the first area 142 and the second area 144 are not included is higher than the area not including the first area 142 and the second area 144 Additional doping may be performed to have a doping concentration to form a fifth region 112 that is distinct from the portion where no further doping is performed. This additional doping may be performed at any time prior to the process of forming the first region 142 and the second region 142. When the substrate 110 is doped with a p-type dopant to have a doping concentration of 1 × 10 17 cm -3 , the fifth region 112 may be doped to have a doping concentration of 1 × 10 17 cm -3 or more.
본 발명에 따른 일 실시예에서는 기판(110)이 p형으로 도핑되었기 때문에, 제 1 영역(142)는 n형으로 도핑된다. 도핑은 확산공정(diffusion process), 이온주입(ion implantation) 공정 등과 같은 다양한 방법을 통해 수행될 수 있다. 설계된 영역에 맞춰 정밀하게 도핑하기 위해서는 이온주입 공정과 같은 도핑 방법이 선호된다.In one embodiment of the present invention, the first region 142 is doped n-type because the substrate 110 is doped p-type. Doping can be performed through various methods such as a diffusion process, an ion implantation process, and the like. Doping methods such as the ion implantation process are preferred for precise doping to the designed area.
제 2 영역(144)은 기판(110) 상의 일부 영역에 기판(110)에 도핑된 도펀트와는 다른 유형의 도펀트로 도핑함으로써 기판(110)과는 분리된 영역을 갖도록 형성될 수 있다. 제 2 영역(144)은 제 1 영역(142)과 수평적으로 소정 거리만큼 떨어지도록 형성될 수 있다. 본 발명에 따른 일 실시예에서, 제 2 영역(144)은 제 1 영역(142)과 같은 도핑 조건에서 같은 도핑 공정을 이용하여 형성될 수 있다. 그러나 제 2 영역(142)은 제 1 영역(141)에 이용된 도펀트와는 다른 도펀트를 이용하여 다른 조건에서 형성될 수도 있다. 제 1 영역(142)과 제 2 영역(144) 각각은 소스(source) 및 드레인(drain) 또는 드레인 및 소스로 기능할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에서 제 1 영역(132) 및 제 2 영역(134)의 도핑 농도는 모두 1×1020 cm-3이다.The second region 144 may be formed to have a region separated from the substrate 110 by doping a portion of the substrate 110 with a dopant of a type different from that doped to the substrate 110. [ The second region 144 may be formed to be spaced a predetermined distance horizontally from the first region 142. In one embodiment according to the present invention, the second region 144 may be formed using the same doping process under the same doping conditions as the first region 142. However, the second region 142 may be formed under different conditions using a dopant different from the dopant used in the first region 141. [ Each of the first region 142 and the second region 144 may function as a source and a drain or a drain and a source. In one embodiment of the present invention, the doping concentrations of the first region 132 and the second region 134 are all 1 × 10 20 cm -3 .
제 1 절연층(132)은 제 4 영역(120) 중 노출된 영역의 적어도 일부를 덮도록 형성된다. 여기서, 제 4 영역(120)의 노출된 영역은 CMP 공정이 수행된 쪽의 면을 의미한다.The first insulating layer 132 is formed to cover at least a part of the exposed region of the fourth region 120. Here, the exposed region of the fourth region 120 refers to the side of the CMP process.
제 1 절연층(132)은 경우에 따라 제 4 영역(120)의 전체를 덮도록 형성될 수 있다. 이러한 제 1 절연층(132)은 10 nm 이하의 두께로 형성될 수 있지만, 이에 한정되지 않는다.The first insulating layer 132 may be formed to cover the entirety of the fourth region 120 as the case may be. The first insulating layer 132 may be formed to a thickness of 10 nm or less, but is not limited thereto.
이러한 제 1 절연층(132)은 화학기상증착법(chemical vapor deposition; CVD), 저압화학기상증착법(low presure chemical vapor deposition; LPCVD), 상압화학기상증착법(atmospheric pressure chemical vapor deposition; APCVD), 저온화학기상증착법(low temperature chemical vapor deposition; LTCVD), 플라즈마증강화학기상증착법(plasma enhanced chemical vapor deposition; PECVD), 원자층화학기상증착법(atomic layer chemical vapor deposition; ALCVD) 등 다양한 원자 또는 분자 단위의 증착 방법을 통해 형성될 수 있다.The first insulating layer 132 may be formed by a chemical vapor deposition (CVD) method, a low pressure chemical vapor deposition (LPCVD) method, an atmospheric pressure chemical vapor deposition (APCVD) method, Various atomic or molecular deposition methods such as low temperature chemical vapor deposition (LTCVD), plasma enhanced chemical vapor deposition (PECVD), and atomic layer chemical vapor deposition (ALCVD) As shown in FIG.
제 3 영역(150)은 제 1 절연층(132)의 상부에 반도체 물질 또는 금속 물질을 증착함으로써 형성될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 고온동작 트랜지스터의 제 3 영역(150)은 다결정 실리콘(polysilicon)을 증착함으로써 형성될 수 있다(S450).The third region 150 may be formed by depositing a semiconductor material or a metal material on the first insulating layer 132. A third region 150 of the high temperature operating transistor according to an embodiment of the present invention may be formed by depositing polysilicon (S450).
제 3 영역(150) 즉, 제 3 영역(150) 아래에 형성된 제 1 절연층(132)으로의 전압 인가를 위해, 추가적으로 제 3 영역(150)과 전기적으로 연결된 제 3 전극(170)이 형성될 수 있다.A third electrode 170 electrically connected to the third region 150 is formed to apply a voltage to the third region 150, that is, the first insulating layer 132 formed under the third region 150 .
제 3 영역(150)은 제 3 전극(166)을 통해 인가되는 전압의 제어를 통해 제 1 절연층(132) 아래에 위치한 반도체 영역, 즉, 채널 영역을 통해 흐르는 전류의 온·오프를 제어할 수 있게 되어 게이트(gate)로서 기능할 수 있게 된다. 게이트는 제 3 영역(150) 또는 제 3 영역(150)에 제 3 전극(170)을 더 포함한 구조일 수 있다. 실시예에 따라, 제 3 전극(170)은 생략될 수도 있다.The third region 150 controls the on / off of the current flowing through the semiconductor region located under the first insulating layer 132, that is, the channel region, through the control of the voltage applied through the third electrode 166 So that it can function as a gate. The gate may have a structure including the third electrode 150 in the third region 150 or the third region 150. According to the embodiment, the third electrode 170 may be omitted.
본 발명의 일 실시예에서는 기판(110)의 일부 영역이 채널 영역으로 기능하는 것으로 설명하였지만, 경우에 따라, 기판(110)과 다른 물질을 이용할 수도 있다. 또한, 채널 영역은 기판(110)에 도핑된 도펀트와는 다른 유형의 도펀트를 이용하여 다른 농도로 도핑되어 형성될 수도 있다.Although a portion of the substrate 110 functions as a channel region in one embodiment of the present invention, the substrate 110 may be formed of a different material. In addition, the channel region may be doped with a different concentration using a dopant of a type different from that of the dopant doped to the substrate 110.
제 1 전극(162) 및 제 2 전극(164)은 제 1 영역(142) 및 제 2 영역(144) 각각을 외부와 전기적으로 연결하기 위하여, 제 1 영역(142) 및 제 2 영역(144)의 적어도 일부와 접하도록 형성된다. 접촉 저항 등의 저항 성분을 줄이기 위해서, 제 1 전극(162) 및 제 2 전극(164) 각각은 제 1 영역(142) 및 제 2 영역(144) 전체를 덮을 수 있도록 형성될 수도 있다.The first electrode 162 and the second electrode 164 may have a first region 142 and a second region 144 to electrically connect the first region 142 and the second region 144 to the outside, As shown in Fig. The first electrode 162 and the second electrode 164 may be formed so as to cover the entire first region 142 and the second region 144 in order to reduce a resistance component such as a contact resistance.
한편, 매립 절연층(134)은 전하를 띤 캐리어가 통과할 수 없는 절연 물질로 이루어지기 때문에, 제 4 영역(120)이 매립 절연층(134)의 한 면과 접촉하도록 형성되면, 제 1 영역(142)과 제 2 영역(144)을 잇는 전류 경로는 제 4 영역(120)을 통과하지 않으면 안되도록 형성될 수 밖에 없다.Since the buried insulating layer 134 is formed of an insulating material through which a charged carrier can not pass, when the fourth region 120 is formed to contact one surface of the buried insulating layer 134, The current path connecting the first region 142 and the second region 144 must be formed so as to pass through the fourth region 120.
제 1 영역(142)과 제 2 영역(144)이 매립 절연층(134)과 충분히 멀리 떨어져 있으면, 제 4 영역(120)의 하단이 매립 절연층(134)과 접촉할 필요는 없다. 즉, 제 1 영역(142)과 제 2 영역(144) 사이의 전류 경로가 제 1 절연층(132)의 바로 아래에 형성되고, 제 3 전극(170)에 아무리 큰 전압이 인가된다고 하더라도 이 전류 경로가 제 1 절연층(132) 바로 아래 부분에만 형성되는 경우에는 제 4 영역(120)의 깊이를 도 1에 나타낸 것 보다는 짧게 형성할 수도 있다.The lower end of the fourth region 120 need not contact the buried insulating layer 134 if the first region 142 and the second region 144 are sufficiently far away from the buried insulating layer 134. That is, a current path between the first region 142 and the second region 144 is formed immediately below the first insulating layer 132, and no matter how much voltage is applied to the third electrode 170, The depth of the fourth region 120 may be shorter than that shown in FIG. 1 when the path is formed only in a portion directly under the first insulating layer 132. [
또한, 제 1 영역(142)과 제 2 영역(144) 사이에 형성되는 전류 경로는 제 3 전극(170)에 인가되는 전압의 크기 및 제 1 전극(162)과 제 3 전극(164) 사이의 전위차에 따라 달라진다.The current path formed between the first region 142 and the second region 144 is a current path between the first electrode 162 and the third electrode 164, It depends on the potential difference.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 이중게이트 트랜지스터의 개념도이다.2 is a conceptual diagram of a double gate transistor according to an embodiment of the present invention.
본 발명의 일 실시예에 따른 이중게이트 트랜지스터는 기판(210), 제 1 영역(242), 제 2 영역(244), 제 3 영역(252, 254), 제 4 영역(220), 제 1 절연층(232, 234), 제 1 전극(262), 제 2 전극(264) 및 제 3 전극(272, 274)를 포함한다.A double gate transistor according to an embodiment of the present invention includes a substrate 210, a first region 242, a second region 244, a third region 252, 254, a fourth region 220, Layers 232 and 234, a first electrode 262, a second electrode 264 and a third electrode 272 and 274.
본 발명의 일 실시예에 따른 이중게이트 트랜지스터는 통상적인 이중게이트 트랜지스터를 제작하는 통상적인 공정에 제 4 영역(220)을 형성하는 공정을 적용함으로써, 제작할 수 있다.A double gate transistor according to an embodiment of the present invention can be manufactured by applying a process of forming a fourth region 220 to a conventional process for fabricating a conventional double gate transistor.
본 발명의 일 실시예에 따른 이중게이트 트랜지스터의 제 4 영역(220)은 기판(210)의 소정 영역을 관통하도록 식각함으로써 형성된 트렌치에 기판(210)과는 다른 물질을 증착시킴으로써 형성된다. 이후의 공정은 도 1에 도시한 고온동작 트랜지스터 제조 방법에서와 동일하다.A fourth region 220 of the double gate transistor according to an embodiment of the present invention is formed by depositing a material other than the substrate 210 on a trench formed by etching to penetrate a predetermined region of the substrate 210. The subsequent steps are the same as in the method for manufacturing a high-temperature operating transistor shown in Fig.
도 3a, 도 3b, 도 3c, 도 3d, 도 3e 및 도 3f 각각은 도 1의 고온동작 트랜지스터 제조 방법을 단계별로 나타낸 도면이며, 도 4는 이를 간략히 나타낸 흐름도이다.FIGS. 3A, 3B, 3C, 3D, 3E and 3F are diagrams showing steps of the method for manufacturing a high-temperature operating transistor of FIG. 1, and FIG. 4 is a flowchart briefly showing the method.
도 3a는 매립 절연층(134)을 포함하는 기판(110)을 준비하는 과정을 도시한다(S410).3A shows a process of preparing the substrate 110 including the buried insulating layer 134 (S410).
도 3b는 매립 절연층(134)을 포함하는 기판(110)의 일부 영역에 트렌치를 형성하기 위해, 마스크를 준비하는 과정을 도시한다. 집속이온빔 식각을 이용하는 경우, 하드 마스크가 선호된다.FIG. 3B illustrates a process of preparing a mask to form a trench in a portion of the substrate 110 including the buried insulating layer 134. FIG. When using focused ion beam etching, a hard mask is preferred.
도 3c는 집속이온빔 식각을 이용하여 기판(110)의 일부 영역을 제거한 후의 모습을 도시한다. 제 4 영역(120)을 매립 절연층(134)에 접하도록 형성하기 위하여, 트렌치의 깊이를 매립 절연층(134)의 상면에 닿도록 형성하였다(S420).3C shows a state after removing a part of the substrate 110 using a focused ion beam etching. In order to form the fourth region 120 in contact with the buried insulating layer 134, the depth of the trench is formed so as to contact the top surface of the buried insulating layer 134 (S420).
도 3d는 기판(110)과 다른 물질을 형성된 트렌치 내부에 형성하고, CMP 공정 또는 식각 공정을 이용하여 표면을 평탄화하는 공정을 수행하는 과정을 거친 후의 고온동작 트랜지스터의 형상을 도시한다. 도면에서 확인할 수 있는 바와 같이, 제 4 영역(120)의 하단은 매립 절연층(134)의 상면에 접촉하며, 제 4 영역(120)의 상단은 외부에 노출되어 있다(S430).FIG. 3D shows the shape of the high-temperature operation transistor after forming the substrate 110 and another material in the formed trench and performing the process of planarizing the surface using the CMP process or the etching process. As shown in the figure, the lower end of the fourth region 120 contacts the upper surface of the buried insulating layer 134, and the upper end of the fourth region 120 is exposed to the outside (S430).
도 3e는 기판(110)의 일부 영역에 제 1 영역(142) 및 제 2 영역(144)을 형성하는 과정을 도시한다. 기판(110)이 p형 반도체 물질인 경우, 이온주입 공정을 통해 n형으로 도핑시킴으로써 제 1 영역(142) 및 제 2 영역(144)을 형성할 수 있다(S440).FIG. 3E illustrates a process of forming the first region 142 and the second region 144 in a part of the substrate 110. FIG. When the substrate 110 is a p-type semiconductor material, the first region 142 and the second region 144 may be formed by doping with n-type through an ion implantation process (S440).
또한, 제 1 영역(142) 및 제 2 영역(144)을 형성하는 과정은 이온주입 공정과 열처리 공정을 이용하여 기판(110)과는 다른 전하를 띤 캐리어를 형성할 수 있도록 하는 과정을 추가적으로 포함할 수 있다.In addition, the process of forming the first region 142 and the second region 144 may further include a process of forming a carrier having a charge different from that of the substrate 110 by using an ion implantation process and a heat treatment process can do.
도 3f는 제 1 절연층(132), 제 3 영역(150), 제 1 전극(162), 제 2 전극(164) 및 제 3 전극(170)을 형성하는 과정을 도시한다. 제 1 절연층(132)은 제 4 영역(120) 중 노출된 영역의 적어도 일부를 덮도록 형성된다. 제 1 절연층(132)은 경우에 따라 제 4 영역(120)의 전체를 덮도록 형성될 수 있다. 제 1 절연층(132)은 대략 10 nm 이하의 두께로 형성될 수 있지만, 이에 한정되지 않는다. 제 3 영역(150)은 제 1 절연층(132)의 상부에 반도체 물질 또는 금속 물질을 증착함으로써 형성될 수 있다. 여기서, 반도체 물질은 하나의 반도체 물질일 수도 있고, 하나 이상의 화합물 반도체 물질일 수도 있다. 또한, 여기서, 금속 물질은 단일 금속 물질 또는 적어도 둘 이상의 금속 물질을 포함하는 혼합 금속 물질일 수 있다. 또한, 여기서, 금속 물질은 적어도 둘 이상의 금속 물질을 포함하는 합금(alloy)일 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 고온동작 트랜지스터의 제 3 영역(150)은 다결정 실리콘을 제 1 절연층(132) 상에 증착함으로써 형성된다. 제 1 전극(162) 및 제 2 전극(164)은 제 1 영역(142) 및 제 2 영역(144) 각각을 외부와 전기적으로 연결하기 위하여, 제 1 영역(142) 및 제 2 영역(144)의 적어도 일부와 접하도록 형성된다. 접촉 저항 등의 저항 성분을 줄이기 위해서, 제 1 전극(162) 및 제 2 전극(164) 각각은 제 1 영역(142) 및 제 2 영역(144) 전체를 덮을 수 있도록 형성될 수도 있다(S450).3F illustrates a process of forming the first insulating layer 132, the third region 150, the first electrode 162, the second electrode 164, and the third electrode 170. Referring to FIG. The first insulating layer 132 is formed to cover at least a part of the exposed region of the fourth region 120. The first insulating layer 132 may be formed to cover the entirety of the fourth region 120 as the case may be. The first insulating layer 132 may be formed to a thickness of about 10 nm or less, but is not limited thereto. The third region 150 may be formed by depositing a semiconductor material or a metal material on the first insulating layer 132. Here, the semiconductor material may be one semiconductor material or one or more compound semiconductor materials. Further, the metal material may be a single metal material or a mixed metal material including at least two metal materials. Also, the metal material may be an alloy including at least two metal materials. A third region 150 of the high temperature operating transistor in accordance with an embodiment of the present invention is formed by depositing polycrystalline silicon on the first insulating layer 132. The first electrode 162 and the second electrode 164 may have a first region 142 and a second region 144 to electrically connect the first region 142 and the second region 144 to the outside, As shown in Fig. The first electrode 162 and the second electrode 164 may be formed so as to cover the entire first region 142 and the second region 144 in order to reduce a resistance component such as a contact resistance (S450) .
본 발명의 일 실시예에 따른 고온동작 트랜지스터의 온도에 따른 전기적 특성(electrical characteristics) 변화를 살펴보고, 소자구조를 최적화하기 위해 Synopsys Sentaurus TCAD를 이용하여 Thermode에서 시뮬레이션을 수행하였다. Shokely-Read-Hall 재결합, 페르미 통계학(Fermi statistics)은 물론, 도핑 및 전계 의존 이동도를 포함하는 모델을 사용하였다. 시뮬레이션을 위해, 게이트 길이, 즉 제 1 절연층(132)의 길이는 100 nm, 제 1 절연층(132)의 두께는 3 nm로 설정하였다. 매립 절연층(134)의 두께는 10 nm로 설정하였으며, 제 4 영역의 폭은 10 nm로 설정하였다. p형으로 도핑된 SOI 기판인 기판(110)의 도핑 농도는 1×1017 cm-
3로 설정하였고, 제 1 영역(132) 및 제 2 영역(134)의 도핑 농도는 1×1020 cm-3 설정하였다.In order to optimize the device structure, simulation was carried out in Thermode using Synopsys Sentaurus TCAD to examine the change of electrical characteristics according to temperature of a high temperature operation transistor according to an embodiment of the present invention. Shockley-Read-Hall recombination, Fermi statistics, as well as doping and field-dependent mobility. For the sake of simulation, the gate length, that is, the length of the first insulating layer 132 was set to 100 nm, and the thickness of the first insulating layer 132 was set to 3 nm. The thickness of the buried insulating layer 134 was set at 10 nm, and the width of the fourth region was set at 10 nm. The doping concentration of the substrate 110 is a SOI substrate doped with p-type is 1 × 10 17 cm - was set to 3, the doping concentration of the first region 132 and second region 134 is 1 × 10 20 cm - 3 was set.
도 5는 도 1에 도시한 고온동작 트랜지스터의 게이트 전압-드레인 전류를 국지적으로 형성된 넓은 밴드갭 물질의 종류에 따라 시뮬레이션하여 나타낸 그래프이다.FIG. 5 is a graph illustrating a gate voltage-drain current of the high-temperature operation transistor shown in FIG. 1 according to a type of a wide bandgap material formed locally.
본 발명의 일 실시예에 따른 고온동작 트랜지스터의 전기적 동작 특성을 살펴보기 위해, 온도는 573 K, 드레인 전압 VD는 0.2 V로 설정하였다. 시뮬레이션을 위해 제 4 영역(120)에 이용된 물질은 실리콘(Conventional SOI MOSFET), 6H 구조의 실리콘카바이드(SiC-6H SOI MOSFET), 4H 구조의 실리콘카바이드(SiC-4H SOI MOSFET), GaP(GaP SOI MOSFET) 및 AlP(AlP SOI MOSFET)이다.In order to examine the electrical operation characteristics of the high temperature operation transistor according to an embodiment of the present invention, the temperature was set to 573 K and the drain voltage V D was set to 0.2 V. [ The materials used in the fourth region 120 for the simulation are silicon (Conventional SOI MOSFET), 6H structure silicon carbide (SiC-6H SOI MOSFET), 4H structure silicon carbide (SiC-4H SOI MOSFET), GaP SOI MOSFET) and AlP (AlP SOI MOSFET).
도 5를 참조하면, 제 4 영역(120)의 물질로 GaP 또는 AlP 화합물을 사용한 경우, 종래의 SOI 기판을 이용한 트랜지스터에서보다 온·오프 전류비가 훨씬 크다는 것을 확인할 수 있다. GaP 또는 AlP 등의 화합물을 사용한 SOI 트랜지스터의 온·오프 전류비가 훨씬 큰 이유를 살펴보기 위해 채널 방향을 따라 에너지 밴드를 도시하였다.Referring to FIG. 5, when the GaP or AlP compound is used as the material of the fourth region 120, it can be seen that the on / off current ratio is much larger than that of the transistor using the conventional SOI substrate. The energy band along the channel direction is shown in order to examine why the ON / OFF current ratio of the SOI transistor using the compound such as GaP or AlP is much larger.
도 6 및 도 7은 각각 도 1에 도시한 고온동작 트랜지스터의 에너지 밴드 다이어그램(energy band diagram) 시뮬레이션 결과이다.6 and 7 are simulation results of an energy band diagram of the high-temperature operation transistor shown in FIG.
도 6에 나타낸 에너지 밴드 다이어그램은 게이트 전압 VG가 0 V일 때, 즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 고온동작 트랜지스터가 오프 상태(off state)일 때의 에너지 밴드 다이어그램이다. 도 6에 나타낸 바와 같이, 전자 에너지 장벽(electron energy barrier)이 소스와 채널영역 사이에 형성되어 있는 것을 확인할 수 있고, 이는 제 4 영역(120)(도 6 우하단의 내부 그림 참조)이 형성된 부분과 일치한다. 제 4 영역(120)에 의해 형성된 전자 에너지 장벽이 오프 상태에서 소스로부터의 전자가 채널 영역으로 이동하는 것을 방지하는 역할을 한다.The energy band diagram shown in FIG. 6 is an energy band diagram when the gate voltage V G is 0 V, that is, when the high-temperature operation transistor according to an embodiment of the present invention is in an off state. 6, it can be seen that an electron energy barrier is formed between the source and the channel region. This is because the fourth region 120 (see the inner figure at the bottom right of FIG. 6) . The electron energy barrier formed by the fourth region 120 serves to prevent electrons from the source from moving to the channel region in the off state.
도 7에 나타낸 에너지 밴드 다이어그램은 게이트 전압 VG가 15 V일 때, 즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 고온동작 트랜지스터가 온 상태(on state)일 때의 에너지 밴드 다이어그램이다. 도 7에 나타낸 바와 같이, 게이트에 전압이 인가된 경우, 소스와 채널영역 사이에 형성되어 있는 전자 에너지 장벽이 낮아져, 전자들이 채널영역으로 주입될 수 있고, 이에 따라 전류가 흐를 수 있다. 도 7의 에너지 밴드에 나타난 뾰족한 부분은 제 1 영역(132)과 제 4 영역(120)의 경계에 존재하는 트랩 전하(trap charge)에 기인한 것으로 판단된다.The energy band diagram shown in FIG. 7 is an energy band diagram when the gate voltage V G is 15 V, that is, when the high-temperature operation transistor according to an embodiment of the present invention is on-state. As shown in Fig. 7, when a voltage is applied to the gate, the electron energy barrier formed between the source and the channel region is lowered, electrons can be injected into the channel region, and current can flow accordingly. 7 is determined to be due to the trap charge existing at the boundary between the first region 132 and the fourth region 120. In this case,
도 8은 도 1에 도시한 고온동작 트랜지스터의 에너지 장벽 높이에 따른 온-오프 전류비(on-off current ratio)를 시뮬레이션하여 나타낸 그래프이다.FIG. 8 is a graph showing the on-off current ratio according to the energy barrier height of the high-temperature operation transistor shown in FIG.
여기서, 온 전류 및 오프 전류는 각각 게이트 전압이 14 V 및 -2 V일 때 측정된 전류이다. 도 8에서 관찰할 수 있는 바와 같이, 에너지 장벽의 높이가 증가함에 따라, 온-오프 전류비 또한 거의 비례하여 증가하는 것으로 나타난다.Here, the on current and the off current are the measured currents when the gate voltages are 14 V and -2 V, respectively. As can be seen in Fig. 8, as the height of the energy barrier increases, the on-off current ratio also increases substantially proportionally.
도 9a, 도 9b 및 도 9c 각각은 본 발명의 일 실시예에 따른 고온동작 트랜지스터의 개념도, 제 4 영역과 제 1 절연층이 겹치는 부분의 비율을 변경시면서 시뮬레이션한 게이트 전압-드레인 전류 그래프 및 에너지 밴드 다이어그램이다.Each of Figs. 9A, 9B and 9C is a conceptual diagram of a high-temperature operating transistor according to an embodiment of the present invention, a simulated gate voltage-drain current graph and an energy It is a band diagram.
A는 제 4 영역(120)과 제 1 절연층(132)이 겹치는 부분의 길이, B는 제 4 영역(120)의 전체 폭이라고 가정하면, 겹침 비율(overlap ratio; OR)은 A/B이다.Assuming that A is the length of the portion where the fourth region 120 overlaps the first insulating layer 132 and B is the entire width of the fourth region 120, the overlap ratio (OR) is A / B .
이 경우, 기판(110)은 p형으로 도핑된 SOI 기판이며, 제 4 영역(120)은 GaP이다. 도 9a에서 나타낸 바와 같이, 제 4 영역(120)과 제 1 절연층(132)이 겹치는 부분이 크면 클수록 온·오프 전류비가 큰 것을 확인할 수 있다.In this case, the substrate 110 is a p-type doped SOI substrate, and the fourth region 120 is GaP. As shown in FIG. 9A, it can be seen that the larger the portion where the fourth region 120 and the first insulating layer 132 overlap, the larger the on-off current ratio is.
또한, 겹침 비율이 100% 이하인 경우에는 여전히 큰 에너지 장벽이 소스 근처에 형성되어 있는 것을 알 수 있고, 이 에너지 장벽이 온 전류의 증가를 막는 것 역할을 하는 것으로 판단된다.In addition, when the overlap ratio is 100% or less, it can be seen that a large energy barrier is still formed near the source, and this energy barrier is considered to prevent the increase of the on current.
도 3 및 도 4에서는 각각의 과정을 순차적으로 실행하는 것으로 기재하고 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 다시 말해, 도 3 및 도 4에 기재된 과정을 변경하여 실행하거나 하나 이상의 과정을 병렬적으로 실행하는 것으로 적용 가능할 것이므로, 도 3 및 도 4는 시계열적인 순서로 한정되는 것은 아니다.In FIGS. 3 and 4, it is described that each process is sequentially executed, but it is not limited thereto. In other words, it can be applied to changing the processes described in FIG. 3 and FIG. 4 or executing one or more processes in parallel. Thus, FIGS. 3 and 4 are not limited to time series.
한편, 도 3 및 도 4에 도시된 흐름도의 각 단계는 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체(computer-readable recording medium)에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로서 구현하는 것이 가능하다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 컴퓨터 시스템에 의하여 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록장치를 포함한다. 즉, 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 마그네틱 저장매체(예를 들면, 롬, 플로피 디스크, 하드디스크 등), 광학적 판독 매체(예를 들면, 시디롬, 디브이디 등) 및 캐리어 웨이브(예를 들면, 인터넷을 통한 전송)와 같은 저장매체를 포함한다. 또한, 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어 분산방식으로 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드가 저장되고 실행될 수 있다.3 and 4 may be implemented as computer-readable codes in a computer-readable recording medium. A computer-readable recording medium includes all kinds of recording apparatuses in which data that can be read by a computer system is stored. That is, a computer-readable recording medium includes a magnetic storage medium (e.g., ROM, floppy disk, hard disk, etc.), an optical reading medium (e.g., CD ROM, And the like). In addition, the computer-readable recording medium may be distributed over a network-connected computer system so that computer-readable code can be stored and executed in a distributed manner.
이상의 설명은 본 발명에 따른 일 실시예의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명에 따른 일 실시예가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 따른 실시예들은 본 실시예의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 실시예의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명에 따른 일 실시예의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명에 따른 일 실시예의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.It will be understood by those skilled in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the spirit and scope of the present invention as defined by the following claims. Modifications and variations will be possible. Therefore, the embodiments according to the present invention are not intended to limit the scope of the technical idea of the present embodiment, but are intended to be illustrative, and the scope of the technical idea of the present embodiment is not limited by these embodiments. The scope of protection of an embodiment according to the present invention should be construed according to the following claims, and all technical ideas within the scope of equivalents should be interpreted as being included in the scope of the embodiment of the present invention.
(부호의 설명)(Explanation of Symbols)
110, 210: 기판 112: 제 5 영역110, 210: substrate 112: fifth region
120, 220: 제 4 영역 132, 232, 234: 제 1 절연층120, 220: fourth region 132, 232, 234: first insulating layer
134: 제 2 절연층 142, 242: 제 1 영역134: second insulating layer 142, 242: first region
144, 244: 제 2 영역 150, 252, 254: 제 3 영역144, 244: second area 150, 252, 254: third area
160, 290: 제 4 영역 162, 262: 제 1 전극160, 290: fourth region 162, 262: first electrode
164, 264: 제 2 전극 170, 272, 274: 제 3 전극164, 264: second electrode 170, 272, 274: third electrode
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본 특허출원은 2017년 9월 21일 한국에 출원한 특허출원번호 제10-2017-0122034호에 대해 미국 특허법 119(a)조(35 U.S.C § 119(a))에 따라 우선권을 주장하며, 그 모든 내용은 참고문헌으로 본 특허출원에 병합된다. 아울러, 본 특허출원은 미국 이외에 국가에 대해서도 위와 동일한 이유로 우선권을 주장하며 그 모든 내용은 참고문헌으로 본 특허출원에 병합된다.This patent application claims priority under 35 USC § 119 (a) to U.S. Patent Application No. 119 (a), U.S. Patent Application No. 10-2017-0122034, filed on September 21, 2017, All content is incorporated herein by reference. In addition, this patent application claims priority to the countries other than the United States for the same reason as above, and the entire contents of which are incorporated herein by reference.
Claims (14)
- 제 1 물질로 형성되는 기판의 일부 영역에 형성되고, 상기 기판과 분리된 제 1 영역;A first region formed in a region of the substrate formed of the first material and separated from the substrate;상기 기판의 다른 일부 영역에 형성되고, 상기 제 1 영역과는 분리된 영역에 형성되는 제 2 영역;A second region formed in another region of the substrate and formed in a region separated from the first region;상기 기판의 적어도 하나의 면 상에 형성되는 제 1 절연층;A first insulating layer formed on at least one side of the substrate;상기 제 1 절연층이 상기 기판과 접하는 면과는 다른 면 상에 형성되는 제 3 영역;A third region in which the first insulating layer is formed on a surface different from a surface in contact with the substrate;상기 제 1 물질보다 에너지 밴드갭이 더 큰 물질인 제 2 물질로 형성되며, 상기 제 1 절연층과 적어도 한 면이 접하는 제 4 영역;A fourth region formed of a second material having a larger energy bandgap than the first material, the fourth region being in contact with at least one surface of the first insulating layer;상기 제 1 영역과 전기적으로 연결되도록 상기 제 1 영역 상에 형성되는 제 1 전극;A first electrode formed on the first region so as to be electrically connected to the first region;상기 제 2 영역과 전기적으로 연결되도록 상기 제 2 영역 상에 형성되는 제 2 전극; 및A second electrode formed on the second region so as to be electrically connected to the second region; And상기 제 3 영역과 전기적으로 연결되도록 상기 제 3 영역 상에 형성되는 제 3 전극A third electrode formed on the third region so as to be electrically connected to the third region,을 포함하는 것을 특징으로 하는 고온동작 트랜지스터.Lt; RTI ID = 0.0 > 1, < / RTI >
- 제 1 항에 있어서,The method according to claim 1,상기 제 4 영역은,Wherein the fourth region comprises:상기 제 1 영역과 상기 제 2 영역 사이에 형성되는 전류 경로가 상기 제 4 영역을 통과하지 않으면 안되도록 형성되는 것을 특징으로 하는 고온동작 트랜지스터.Wherein a current path formed between the first region and the second region is formed so as to pass through the fourth region.
- 제 2 항에 있어서,3. The method of claim 2,상기 제 1 영역 및 상기 제 2 영역은,Wherein the first region and the second region are arranged in a matrix,동일한 전하를 띤 캐리어(carrier)를 제공하도록 도핑되는 것을 특징으로 하는 고온동작 트랜지스터.Lt; RTI ID = 0.0 > 1, < / RTI > is doped to provide the same charged carrier.
- 제 3 항에 있어서,The method of claim 3,상기 기판은,Wherein:상기 제 1 영역 및 상기 제 2 영역과는 다른 전하를 띤 캐리어를 제공하도록 도핑되는 것을 특징으로 하는 고온동작 트랜지스터.Lt; RTI ID = 0.0 > 1, < / RTI > wherein the first region and the second region are doped to provide carriers with different charges.
- 제 4 항에 있어서,5. The method of claim 4,상기 제 1 영역과 상기 제 2 영역 사이에 형성되는 전류 경로가 상기 제 4 영역을 최소 경로로 통과할 수 있도록 하기 위해, 상기 제 1 절연층과 접하는 면이 아닌 다른 면에 제 2 절연층을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 고온동작 트랜지스터.A second insulating layer is added to a surface other than a surface in contact with the first insulating layer so that a current path formed between the first and second regions can pass through the fourth path through the minimum path. Temperature transistor.
- 제 5 항에 있어서,6. The method of claim 5,상기 기판은,Wherein:상기 제 2 절연층에 의해 구분되는 두 영역 중, 상기 제 1 영역과 상기 제 2 영역이 속하는 한 영역에 추가적인 도핑을 수행함으로써 나머지 한 영역보다 도핑 농도가 더 높게 형성된 제 5 영역을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고온동작 트랜지스터.And a fifth region in which a doping concentration is higher than that of the remaining one region by performing additional doping in a region to which the first region and the second region belong, out of two regions separated by the second insulating layer Features a high temperature operating transistor.
- 제 6 항에 있어서,The method according to claim 6,상기 제 1 영역과 상기 제 2 영역 사이에 형성되는 전류 경로는,And a current path formed between the first region and the second region,상기 제 3 전극에 인가되는 전압의 크기 및 상기 제 1 전극과 상기 제 3 전극 사이의 전위차에 따라 달라지는 것을 특징으로 하는 고온동작 트랜지스터.Wherein the first electrode and the second electrode are different from each other depending on a magnitude of a voltage applied to the third electrode and a potential difference between the first electrode and the third electrode.
- 제 4 항에 있어서,5. The method of claim 4,상기 기판은,Wherein:상기 기판의 내부에 소정 위치에 절연층을 포함하여 형성된 기판인 것을 특징으로 하는 고온동작 트랜지스터.Wherein the substrate is a substrate including an insulating layer at a predetermined position inside the substrate.
- 제 2 항에 있어서,3. The method of claim 2,상기 제 4 영역은,Wherein the fourth region comprises:상기 제 1 절연층과 접하는 면적이 최대가 되도록 형성되는 것을 특징으로 하는 고온동작 트랜지스터.Wherein the first insulating layer is formed so as to maximize an area in contact with the first insulating layer.
- 제 9 항에 있어서,10. The method of claim 9,상기 제 1 영역과 상기 제 2 영역은 한 번의 공정으로 동시에 형성되는 것을 특징으로 하는 고온동작 트랜지스터.Wherein the first region and the second region are simultaneously formed in a single process.
- 제 1 물질로 형성되는 기판의 일부 영역에 상기 제 1 물질보다 에너지 밴드갭이 더 큰 물질인 제 2 물질로 제 4 영역을 형성하는 과정;Forming a fourth region from a second material that is a material having a larger energy band gap than the first material in a region of the substrate formed of the first material;상기 기판의 적어도 하나의 면 상에, 상기 제 4 영역과 적어도 일부분이 접하도록 제 1 절연층을 형성하는 과정;Forming a first insulating layer on at least one side of the substrate such that the first insulating layer is in contact with at least a portion of the fourth region;상기 기판과 분리된 영역에 서로 분리된 제 1 영역 및 제 2 영역을 형성하는 과정;Forming a first region and a second region separated from each other in the region separated from the substrate;상기 제 1 절연층이 상기 기판과 접하는 면과는 다른 면 상에 제 3 영역을 형성하는 과정; 및Forming a third region on a surface of the first insulating layer that is different from a surface of the first insulating layer in contact with the substrate; And상기 제 1 영역, 상기 제 2 영역 및 상기 제 3 영역 각각과 전기적으로 연결되도록 제 1 전극, 제 2 전극 및 제 3 전극을 형성하는 과정Forming a first electrode, a second electrode, and a third electrode so as to be electrically connected to the first region, the second region, and the third region, respectively;을 포함하는 것을 특징으로 하는 고온동작 트랜지스터 제조방법.Gt; a < / RTI > high-temperature operation transistor.
- 제 11 항에 있어서,12. The method of claim 11,상기 제 4 영역을 형성하는 과정은,The forming of the fourth region may include:마스크를 준비하고 식각하는 과정;The process of preparing and etching the mask;상기 제 2 물질을 증착하는 과정; 및Depositing the second material; And상기 제 2 물질이 포함된 부분 중 적어도 일부분을 화학적 또는 물리적인 방법을 이용하여 불필요한 부분을 제거하는 과정Removing at least a portion of the portion including the second material by using a chemical or physical method을 포함하는 것을 특징으로 하는 고온동작 트랜지스터 제조방법.Gt; a < / RTI > high-temperature operation transistor.
- 제 12 항에 있어서,13. The method of claim 12,상기 제 1 영역 및 제 2 영역을 형성하는 과정은,The process of forming the first region and the second region may include:이온주입(ion implantation) 공정과 열처리 공정을 이용하여 상기 기판과는 다른 전하를 띤 캐리어를 형성할 수 있도록 하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 고온동작 트랜지스터 제조방법.And forming a carrier having a charge different from that of the substrate by using an ion implantation process and a heat treatment process.
- 제 12 항에 있어서,13. The method of claim 12,상기 식각하는 과정은,The etching process may include:집속이온빔(focused ion beam)을 이용하여 nm 수준의 패턴을 형성할 수 있도록 하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 고온동작 트랜지스터 제조방법. And forming a pattern at a nm level using a focused ion beam.
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