WO2023224331A1 - Tunneling field effect transistor having fin-shaped semiconductor pattern - Google Patents

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WO2023224331A1
WO2023224331A1 PCT/KR2023/006526 KR2023006526W WO2023224331A1 WO 2023224331 A1 WO2023224331 A1 WO 2023224331A1 KR 2023006526 W KR2023006526 W KR 2023006526W WO 2023224331 A1 WO2023224331 A1 WO 2023224331A1
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홍진표
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한양대학교 산학협력단
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    • H01L29/739Transistor-type devices, i.e. able to continuously respond to applied control signals controlled by field-effect, e.g. bipolar static induction transistors [BSIT]

Definitions

  • the present invention relates to semiconductor devices, and more particularly to tunneling field effect transistors.
  • tunneling field effect transistors operate using tunneling between source-channel-drain without operation such as depletion or inversion of the channel region, so they have a low subthreshold swing. It is known to be suitable for low-power devices because it can implement .
  • n-type transistor among tunneling field effect transistors when a positive voltage higher than the threshold voltage is applied to the gate electrode, the energy band of the channel region goes down, and the valence band of the source region and the channel region The tunneling width between the conduction bands can be reduced. Accordingly, as electrons tunnel from the valence band of the source region to the conduction band of the channel region, current flows between the source region and the drain region, turning the transistor into an on state.
  • the energy band of the channel region increases, and the tunneling width between the valence band of the channel region and the conduction band of the drain region may decrease. Accordingly, electrons tunnel from the valence band of the channel region to the conduction band of the drain region, allowing current to flow between the source region and the drain region.
  • This is called an ambipolar current
  • a negative voltage when a negative voltage is applied to the gate electrode, it can be defined as a leakage current in a circuit where the transistor must remain in the off state, which can cause malfunction and power consumption. .
  • the problem to be solved by the present invention is to provide a tunneling field effect transistor that can suppress off-current while improving on-current without increasing the surface area occupied by one transistor.
  • the tunneling field effect transistor is defined by a device isolation layer disposed on a substrate and includes a fin-shaped semiconductor pattern that protrudes upward from the top surface of the device isolation layer.
  • the semiconductor pattern includes a channel region and a source region and a drain region on both sides thereof, and the width of the drain region is narrow compared to the width of the channel region.
  • the source region has a first conductivity type region, and the drain region has a second conductivity type region.
  • a gate electrode is disposed on the upper surface of the channel region, wherein the gate electrode extends on a first sidewall of the channel region and a second sidewall of the channel region facing the first sidewall of the channel region.
  • a gate insulating film is interposed between the channel region and the gate electrode.
  • a source electrode is connected to the source region.
  • a drain electrode is connected to the drain region.
  • the first sidewall of the drain region may be located in the same plane as the first sidewall of the channel region.
  • the top surface of the drain region may be located in the same plane as the top surface of the channel region.
  • the height of the drain region may be lower than the height of the channel region.
  • the upper surface of the drain region may be recessed compared to the upper surface of the channel region.
  • the first conductivity type region may be a charge plasma region of the first conductivity type induced by the source electrode.
  • the source electrode may be a metal electrode whose work function is large compared to the work function of the source region.
  • the charge plasma of the first conductivity type may be a hole plasma
  • the first conductivity type region may be a p-type region.
  • the second conductivity type region may be a charge plasma region of the second conductivity type induced by the drain electrode.
  • the drain electrode may be a metal electrode whose work function is small compared to the work function of the drain region.
  • the charge plasma of the second conductivity type may be an electron plasma
  • the second conductivity type region may be an n-type drain region.
  • FIG. 1A and 1B are perspective views of a tunneling field effect transistor according to a first embodiment.
  • FIG. 2 is a plan view showing the semiconductor pattern and gate electrode shown in FIG. 1A.
  • Figure 3 is a cross-sectional view taken along line II' of Figure 1b.
  • FIG. 4A is a cross-sectional view of the channel region and gate electrode of the tunneling field effect transistor according to the first embodiment viewed from the source region
  • FIG. 4B is a cross-sectional view of the channel region and gate electrode of the tunneling field effect transistor according to the first embodiment from the drain region side. This is a cross-sectional view.
  • Figure 5 is a perspective view of the tunneling field effect transistor according to the second embodiment, excluding the source electrode and drain electrode.
  • FIG. 6 is a plan view showing the semiconductor pattern and gate electrode shown in FIG. 5.
  • Figure 7 is a cross-sectional view of the channel region and gate electrode of the tunneling field effect transistor according to the second embodiment as seen from the drain region.
  • FIGS. 8A and 8B are perspective views of a tunneling field effect transistor according to a third embodiment.
  • FIG. 9 is a plan view showing the semiconductor pattern and gate electrode shown in FIG. 8A.
  • Figure 10 is a cross-sectional view taken along line II' of Figure 8b.
  • FIG. 11A is a cross-sectional view of the channel region and gate electrode of the tunneling field effect transistor according to the third embodiment viewed from the source region
  • FIG. 11B is a cross-sectional view of the channel region and gate electrode of the tunneling field effect transistor according to the third embodiment from the drain region side. This is a cross-sectional view.
  • Figure 12 is a perspective view of the tunneling field effect transistor according to the fourth embodiment, excluding the source electrode and drain electrode.
  • FIG. 13 is a plan view showing the semiconductor pattern and gate electrode shown in FIG. 12.
  • Figure 14 is a cross-sectional view of the channel region and gate electrode of the tunneling field effect transistor according to the fourth embodiment as seen from the drain region.
  • FIG. 1A and 1B are perspective views of a tunneling field effect transistor according to a first embodiment.
  • FIG. 1A is a perspective view excluding the source electrode and drain electrode shown in FIG. 1B.
  • FIG. 2 is a plan view showing the semiconductor pattern and gate electrode shown in FIG. 1A
  • FIG. 3 is a cross-sectional view taken along the cutting line II' of FIG. 1B.
  • a substrate 100 may be provided.
  • the substrate may be a semiconductor substrate, a metal substrate, a glass substrate, or a flexible substrate.
  • the flexible substrate may be a polymer substrate, such as a polyethylene terephthalate (PET) or polyimide (PI) substrate. Elements for operation circuits, etc. may be formed on the substrate 100.
  • a protective layer 105 such as an insulating film may be formed covering the substrate or the device.
  • the protective layer 105 may be a silicon oxide film, a silicon nitride film, or a composite layer thereof.
  • a base semiconductor layer can be formed on the protective layer 105.
  • the base semiconductor layer may be a silicon layer. As an example, it may be a single crystalline silicon layer, a polycrystalline silicon layer, or an amorphous silicon layer. Specifically, it may be an epitaxially grown single crystal silicon layer.
  • the substrate 100, the protective layer 105, and the base semiconductor layer may be a silicon on insulator (SOI) substrate.
  • SOI silicon on insulator
  • the semiconductor pattern 120 may be formed on the lower semiconductor layer 110, which is the lower region of the base semiconductor layer, by patterning the upper region of the base semiconductor layer. After stacking a device isolation film 115 on the lower semiconductor layer 110 on which the semiconductor pattern 120 is formed, the stacked device isolation film 115 is etched to form the device isolation film 115. It can be made to protrude upward from the upper surface and have a pin-shape.
  • the fin-shaped semiconductor pattern 120 includes a channel region 125 and a source region 123 and a drain region 121 on both sides of the channel region 125, respectively.
  • the width W 1 of the drain region 121 may be narrower than the width W 2 of the channel region 125 or the source region 123 .
  • the first sidewall 121x of the drain region 121 may be located in the same plane as the first sidewall 125x of the channel region 125.
  • the second sidewall 121y facing the first sidewall 121x of the drain region 121 is a drain area compared to the second sidewall 125y facing the first sidewall 125x of the channel region 125. It may be recessed in the direction of the first side wall (121x) of (121).
  • the width between the first sidewall 121x and the second sidewall 121y of the drain region 121 is equal to the first sidewall of the channel region 125.
  • the width between (125x) and the second side wall 125y, that is, may be narrower than the width (W 2 ) of the channel region 125.
  • the upper surface 121z of the drain region 121 may be located in the same plane as the upper surface 125z of the channel region 125.
  • a gate insulating film 130 may be formed on the fin-shaped semiconductor pattern 120.
  • the gate insulating film 130 may be a silicon oxide film, a silicon oxynitride film, an aluminum oxide film, an aluminum oxynitride film, or a composite film thereof.
  • the gate insulating layer 130 may also be formed on the top surface and sidewalls of the fin-shaped semiconductor pattern 120.
  • the gate insulating film may be interposed between the channel region 125 and the gate electrode 140.
  • the gate electrode 140 is formed on a wide portion of the fin-shaped semiconductor pattern 120, that is, on the upper surface 125z of the channel region 125 and the first and second sidewalls 125x and 125y. can be formed in The gate electrode 140 may be formed using Al, Cr, Cu, Ta, Ti, Mo, W, or an alloy thereof.
  • a source electrode 160 connected to the source region 123 can be formed.
  • the source electrode 160 may be formed on the source region 123, which is a wide portion of the fin-shaped semiconductor pattern 120 adjacent to the gate electrode 140.
  • the source electrode 160 may be a metal electrode having a large work function compared to the work function of the semiconductor pattern 120 adjacent thereto, that is, the source region 123.
  • the source electrode 160 is made of nickel (Ni), iridium (Ir), palladium (Pd), or platinum with a work function greater than silicon, for example, 5 eV or more. (Pt), or a combination thereof.
  • a charge plasma of the first conductivity type may be formed in the source region 123 adjacent to the source region 123 to induce a p-type region, that is, a first conductivity type region 123p.
  • a drain electrode 150 connected to the drain region 121 can be formed.
  • the drain electrode 150 may be formed on the drain region 121, which is a narrow portion of the fin-shaped semiconductor pattern 120 adjacent to the gate electrode 140.
  • the drain electrode 150 may be a metal electrode having a small work function compared to the work function of the semiconductor pattern 120, that is, the drain region 121.
  • the drain electrode 150 is made of hafnium (Hf) or indium (In), which has a work function smaller than that of silicon, for example, a work function of 4.5 eV, specifically, a work function of 4.2 eV or less.
  • a charge plasma of a second conductivity type may be formed in the drain region 121 adjacent to the n-type region, that is, a second conductivity type region 121p.
  • the channel region 125 between the first conductive region 123p and the second conductive region 121p may be an intrinsic semiconductor region.
  • the first conductive region 123p and the second conductive region 121p can be induced into the conductive region through charge plasma generation without impurity doping using ion implantation or the like. Accordingly, the manufacturing process is simpler compared to impurity doping such as ion implantation, and the production of defects can be suppressed.
  • the present invention is not limited to this, and the first conductivity type region 123p and the second conductivity type region 121p may be formed by impurity doping using ion implantation, etc. rather than charge plasma generation.
  • the first conductive region (123p) is described as p-type and the second conductive region (121p) as n-type. However, this is not limited to this, and the first conductive region (123p) is described as n-type and the second conductive region (121p) is described as n-type.
  • the conductive region 121p may be formed as a p-type.
  • the gate insulating film 130 is formed between the semiconductor pattern 120 and the gate electrode 140, and may extend between the source electrode 160 and the drain electrode 150 and the semiconductor pattern 120. .
  • FIG. 4A is a cross-sectional view of the channel region and gate electrode of the tunneling field effect transistor according to the first embodiment viewed from the source region
  • FIG. 4B is a cross-sectional view of the channel region and gate electrode of the tunneling field effect transistor according to the first embodiment from the drain region side. This is a cross-sectional view.
  • a tunneling field effect transistor generates an on-current by charge tunneling between the source region and the channel region.
  • the area where the channel region 125 overlaps the gate electrode 140 is not only the upper surface 125z of the channel region 125, but also the side walls 125x, As the channel region 125 extends to 125y), the effective channel width (SW eff ) where the on-current is generated at the portion where the channel region 125 is in contact with the source region 123 increases, thereby increasing the on-current.
  • a tunneling field effect transistor generates an off-current by charge tunneling between the drain region and the channel region.
  • the first sidewall 121x of the drain region 121 is located in the same plane as the first sidewall 125x of the channel region 125, and the width (W) of the drain region 121 is 1 ) is smaller than the width (W 2 ) of the channel region 125, so the effective channel width (DW eff ) where the off-current is generated in the portion 125d where the channel region overlaps the drain region 121 is on -Off-current can be suppressed because it is small compared to the effective channel width (SW eff ) where the current is generated.
  • the on-current can be improved and the off-current can be suppressed without increasing the planar area occupied by one tunneling field effect transistor.
  • FIG. 5 is a perspective view of the tunneling field effect transistor according to the second embodiment, excluding the source electrode and drain electrode.
  • FIG. 6 is a plan view showing the semiconductor pattern and gate electrode shown in FIG. 5.
  • Figure 7 is a cross-sectional view of the channel region and gate electrode of the tunneling field effect transistor according to the second embodiment as seen from the drain region.
  • FIGS. 5, 6, and 7 correspond to FIGS. 1A, 2, and 4B, respectively, according to the first embodiment
  • the tunneling field effect transistor according to the second embodiment is similar to that of the first embodiment, except as described later. It is substantially the same as the example.
  • the tunneling field effect transistor according to the second embodiment may have only the location of the drain region relative to the channel region changed compared to the tunneling field effect transistor according to the first embodiment.
  • the first sidewall 121y of the drain region 121 may be located in the same plane as the first sidewall 125y of the channel region 125.
  • the second side wall 121x facing the first side wall 121y of the drain region 121 is a drain region compared to the second side wall 125x facing the first side wall 125y of the channel region 125. It may be recessed in the direction of the first side wall (121y) of (121).
  • the width between the first sidewall 121y and the second sidewall 121x of the drain region 121 that is, the width W 1 of the drain region 121, is equal to the first sidewall of the channel region 125.
  • the width between (125y) and the second side wall 125x, that is, may be narrower than the width (W 2 ) of the channel region 125.
  • the effective channel width (DW eff ) at which the off-current is generated in the region 125d where the channel region 125 overlaps the drain region 121 is the effective channel width at which the on-current is generated (SW in FIG. 4A eff ), so the off-current can be suppressed.
  • FIG. 8A and 8B are perspective views of a tunneling field effect transistor according to a third embodiment.
  • FIG. 8A is a perspective view excluding the source electrode and drain electrode shown in FIG. 8B.
  • FIG. 9 is a plan view showing the semiconductor pattern and gate electrode shown in FIG. 8A
  • FIG. 10 is a cross-sectional view taken along the cutting line II' of FIG. 8B.
  • FIG. 11A is a cross-sectional view of the channel region and gate electrode of the tunneling field effect transistor according to the third embodiment viewed from the source region
  • FIG. 11B is a cross-sectional view of the channel region and gate electrode of the tunneling field effect transistor according to the third embodiment from the drain region side. This is a cross-sectional view.
  • the tunneling field effect transistor according to the third embodiment is substantially the same as the first embodiment except as described later. Specifically, the tunneling field effect transistor according to the third embodiment may be changed only in the area of the overlapping area of the drain region with respect to the channel region compared to the tunneling field effect transistor according to the first embodiment.
  • the first sidewall 121x of the drain region 121 is the same as the first sidewall 125x of the channel region 125. It can be located within a plane.
  • the second side wall 121y facing the first side wall 121x of the drain region 121 is a drain region compared to the second side wall 125y facing the first side wall 125x of the channel region 125. It may be recessed in the direction of the first side wall (121x) of (121).
  • the width between the first sidewall 121x and the second sidewall 121y of the drain region 121 is equal to the first sidewall of the channel region 125.
  • the width between (125x) and the second side wall 125y, that is, may be narrower than the width (W 2 ) of the channel region 125.
  • the upper surface 121z of the drain region 121 is recessed compared to the upper surface 125z of the channel region 125, so that the height (h 1 ) of the drain region 121 is greater than the channel region ( It may be lower than the height (h 2 ) of 125).
  • the area of the region 125d where the channel region 125 overlaps the drain region 121 is reduced, and the effective channel width (DW eff ) at which the off-current is generated is reduced to the effective channel width at which the on-current is generated ( It is smaller than SW eff ) in Figure 11a, so the off-current can be further suppressed.
  • FIG. 12 is a perspective view of the tunneling field effect transistor according to the fourth embodiment, excluding the source electrode and drain electrode.
  • FIG. 13 is a plan view showing the semiconductor pattern and gate electrode shown in FIG. 12.
  • Figure 14 is a cross-sectional view of the channel region and gate electrode of the tunneling field effect transistor according to the fourth embodiment as seen from the drain region.
  • FIGS. 12, 13, and 14 correspond to FIGS. 8A, 9, and 11B, respectively, according to the third embodiment, and the tunneling field effect transistor according to the fourth embodiment is similar to that of the third embodiment, except as described later. It is substantially the same as the example.
  • the tunneling field effect transistor according to the fourth embodiment may have only the location of the drain region relative to the channel region changed compared to the tunneling field effect transistor according to the third embodiment.
  • the first sidewall 121y of the drain region 121 may be located in the same plane as the first sidewall 125y of the channel region 125.
  • the second side wall 121x facing the first side wall 121y of the drain region 121 is a drain region compared to the second side wall 125x facing the first side wall 125y of the channel region 125. It may be recessed in the direction of the first side wall (121y) of (121).
  • the width between the first sidewall 121y and the second sidewall 121x of the drain region 121 that is, the width W 1 of the drain region 121, is equal to the first sidewall of the channel region 125.
  • the width between (125y) and the second side wall 125x, that is, may be narrower than the width (W 2 ) of the channel region 125.
  • the upper surface 121z of the drain region 121 is recessed compared to the upper surface 125z of the channel region 125, so that the height (h 1 ) of the drain region 121 is greater than the channel region ( It may be lower than the height (h 2 ) of 125).
  • the area of the region 125d where the channel region 125 overlaps the drain region 121 is reduced, and the effective channel width (DW eff ) at which the off-current is generated is reduced to the effective channel width at which the on-current is generated ( It is smaller than SW eff ) in Figure 11a, so the off-current can be further suppressed.

Abstract

A tunneling field effect transistor is provided. The tunneling field effect transistor is defined by a device isolation layer disposed on a substrate, and comprises a fin-shaped semiconductor pattern that protrudes farther upward than an upper surface of the device isolation layer. The semiconductor pattern includes a channel region and a source region and a drain region on both sides of the channel region, and the width of the drain region is narrower than the width of the channel region. The source region has a first conductivity type region, and the drain region has a second conductivity type region. A gate electrode is disposed on an upper surface of the channel region, wherein the gate electrode extends on a first sidewall of the channel region and a second sidewall of the channel region facing the first sidewall of the channel region. A gate insulating film is interposed between the channel region and the gate electrode. A source electrode is connected to the source region. A drain electrode is connected to the drain region.

Description

핀 형태의 반도체 패턴을 갖는 터널링 전계 효과 트랜지스터 Tunneling field effect transistor with fin-shaped semiconductor pattern
본 발명은 반도체 소자에 관한 것으로, 보다 상세하게는 터널링 전계 효과 트랜지스터에 관한 것이다.The present invention relates to semiconductor devices, and more particularly to tunneling field effect transistors.
일반적인 전계 효과 트랜지스터와는 달리 터널링 전계 효과 트랜지스터는 채널 영역의 공핍(depletion), 반전(inversion) 등의 동작없이 소오스-채널-드레인 간 터널링을 사용하여 동작하므로, 낮은 임계값 이하 기울기(subthreshold swing)를 구현할 수 있어 저전력소자에 적합한 것으로 알려져 있다.Unlike general field effect transistors, tunneling field effect transistors operate using tunneling between source-channel-drain without operation such as depletion or inversion of the channel region, so they have a low subthreshold swing. It is known to be suitable for low-power devices because it can implement .
이러한, 터널링 전계 효과 트랜지스터 중 n형 트랜지스터를 예로 들어 설명하면, 게이트 전극에 문턱 전압 이상의 양의 전압이 인가된 경우 채널 영역의 에너지 밴드가 내려가면서, 소오스 영역의 가전자대(valence band)와 채널 영역의 전도대(conduction band) 사이의 터널링 폭이 작아질 수 있다. 이에 따라, 소오스 영역의 가전자대에서 채널 영역의 전도대로 전자가 터널링하면서 소오스 영역과 드레인 영역 사이에 전류가 흘러 트랜지스터가 온 상태로 변화될 수 있다. Taking an n-type transistor among tunneling field effect transistors as an example, when a positive voltage higher than the threshold voltage is applied to the gate electrode, the energy band of the channel region goes down, and the valence band of the source region and the channel region The tunneling width between the conduction bands can be reduced. Accordingly, as electrons tunnel from the valence band of the source region to the conduction band of the channel region, current flows between the source region and the drain region, turning the transistor into an on state.
반면, 게이트 전극에 음의 전압이 인가된 경우, 채널 영역의 에너지 밴드가 올라가면서, 채널 영역의 가전자대와 드레인 영역의 전도대 사이의 터널링 폭이 작아질 수 있다. 이에 따라, 채널 영역의 가전자대에서 드레인 영역의 전도대로 전자가 터널링하여 소오스 영역과 드레인 영역 사이에 전류가 흐를 수 있다. 이를 양방향 전류(ambipolar current)라고 칭하며, 게이트 전극에 음의 전압이 인가된 경우 트랜지스터는 오프상태를 유지하여야 하는 회로에서는 누설 전류로 정의될 수 있으며, 이로 인한 오동작 및 전력소모의 원인이 될 수 있다.On the other hand, when a negative voltage is applied to the gate electrode, the energy band of the channel region increases, and the tunneling width between the valence band of the channel region and the conduction band of the drain region may decrease. Accordingly, electrons tunnel from the valence band of the channel region to the conduction band of the drain region, allowing current to flow between the source region and the drain region. This is called an ambipolar current, and when a negative voltage is applied to the gate electrode, it can be defined as a leakage current in a circuit where the transistor must remain in the off state, which can cause malfunction and power consumption. .
소자의 저전력화를 위해서는 터널링 전계 효과 트랜지스터의 온-전류(On-current)를 향상시킬 필요가 있다. 그러나, 온-전류 향상은 오프-전류 즉, 양방향 전류가 동시에 커지는 결과를 초래할 수 있다. 따라서, 터널링 전계 효과 트랜지스터의 온-전류를 향상시키면서도 오프-전류를 억제할 수 있는 방법이 필요하다.In order to reduce the power of the device, it is necessary to improve the on-current of the tunneling field effect transistor. However, improving the on-current may result in the off-current, that is, the bidirectional current, increasing simultaneously. Therefore, there is a need for a method that can suppress the off-current while improving the on-current of the tunneling field effect transistor.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 하나의 트랜지스터가 차지하는 평면적의 증가없이 온-전류 향상과 더불어 오프-전류를 억제할 수 있는 터널링 전계 효과 트랜지스터를 제공함에 있다.The problem to be solved by the present invention is to provide a tunneling field effect transistor that can suppress off-current while improving on-current without increasing the surface area occupied by one transistor.
본 발명의 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The technical problems of the present invention are not limited to the technical problems mentioned above, and other technical problems not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the description below.
상기 기술적 과제를 이루기 위하여 본 발명의 일 측면은 터널링 전계 효과 트랜지스터를 제공한다. 상기 터널링 전계 효과 트랜지스터는 기판 상에 배치된 소자분리막에 의해 정의되고 상기 소자분리막의 상부면보다 상부로 돌출된 핀-형태의 반도체 패턴을 포함한다. 상기 반도체 패턴은 채널 영역과 이의 양측에 소오스 영역과 드레인 영역을 각각 구비하되, 상기 드레인 영역의 폭은 상기 채널 영역의 폭 대비 좁다. 상기 소오스 영역은 제1 도전형 영역을 갖고, 상기 드레인 영역은 제2 도전형 영역을 갖는다. 상기 채널 영역의 상부면 상에 게이트 전극이 배치되되, 상기 게이트 전극은 상기 채널 영역의 제1 측벽, 및 상기 채널 영역의 제1 측벽을 마주보는 상기 채널 영역의 제2 측벽 상으로 연장된다. 상기 채널 영역과 상기 게이트 전극 사이에 게이트 절연막이 개재된다. 상기 소오스 영역에 소오스 전극이 접속한다. 상기 드레인 영역에 드레인 전극이 접속한다.In order to achieve the above technical problem, one aspect of the present invention provides a tunneling field effect transistor. The tunneling field effect transistor is defined by a device isolation layer disposed on a substrate and includes a fin-shaped semiconductor pattern that protrudes upward from the top surface of the device isolation layer. The semiconductor pattern includes a channel region and a source region and a drain region on both sides thereof, and the width of the drain region is narrow compared to the width of the channel region. The source region has a first conductivity type region, and the drain region has a second conductivity type region. A gate electrode is disposed on the upper surface of the channel region, wherein the gate electrode extends on a first sidewall of the channel region and a second sidewall of the channel region facing the first sidewall of the channel region. A gate insulating film is interposed between the channel region and the gate electrode. A source electrode is connected to the source region. A drain electrode is connected to the drain region.
상기 드레인 영역의 제1 측벽은 상기 채널 영역의 제1 측벽과 동일 평면 내에 위치할 수 있다. The first sidewall of the drain region may be located in the same plane as the first sidewall of the channel region.
일 예에서, 상기 드레인 영역의 상부면은 상기 채널 영역의 상부면과 동일 평면 내에 위치할 수 있다. 다른 예에서, 상기 드레인 영역의 높이는 상기 채널 영역의 높이 대비 낮을 수 있다. 구체적으로, 상기 드레인 영역의 상부면은 상기 채널 영역의 상부면 대비 리세스될 수 있다.In one example, the top surface of the drain region may be located in the same plane as the top surface of the channel region. In another example, the height of the drain region may be lower than the height of the channel region. Specifically, the upper surface of the drain region may be recessed compared to the upper surface of the channel region.
상기 제1 도전형 영역은 상기 소오스 전극에 의해 유도된 제1 도전형의 전하 플라즈마 영역일 수 있다. 이를 위해, 상기 소오스 전극은 상기 소오스 영역의 일함수 대비 일함수가 큰 금속 전극일 수 있다. 이 경우, 상기 제1 도전형의 전하 플라즈마는 정공 플라즈마이고, 상기 제1 도전형 영역은 p형 영역일 수 있다. The first conductivity type region may be a charge plasma region of the first conductivity type induced by the source electrode. To this end, the source electrode may be a metal electrode whose work function is large compared to the work function of the source region. In this case, the charge plasma of the first conductivity type may be a hole plasma, and the first conductivity type region may be a p-type region.
상기 제2 도전형 영역은 상기 드레인 전극에 의해 유도된 제2 도전형의 전하 플라즈마 영역일 수 있다. 이를 위해, 상기 드레인 전극은 상기 드레인 영역의 일함수 대비 일함수가 작은 금속 전극일 수 있다. 이 경우, 상기 제2 도전형의 전하 플라즈마는 전자 플라즈마이고, 상기 제2 도전형 영역은 n형 드레인 영역일 수 있다.The second conductivity type region may be a charge plasma region of the second conductivity type induced by the drain electrode. To this end, the drain electrode may be a metal electrode whose work function is small compared to the work function of the drain region. In this case, the charge plasma of the second conductivity type may be an electron plasma, and the second conductivity type region may be an n-type drain region.
상술한 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 따르면, 하나의 트랜지스터가 차지하는 평면상의 면적을 넓히지 않으면서도 온전류는 향상시키면서도 역전류 혹은 양방향 전류(ambipolar current) 발생을 억제할 수 있다. 그 결과, 소자 집적도를 감소시키지 않으면서도 온전류 향상과 더불어 누설전류를 억제할 수 있다.As described above, according to an embodiment of the present invention, it is possible to suppress the generation of reverse current or ambipolar current while improving on-state current without increasing the planar area occupied by one transistor. As a result, it is possible to improve on-current and suppress leakage current without reducing device integration.
그러나, 본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.However, the effects of the present invention are not limited to the effects mentioned above, and other effects not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the description below.
도 1a 및 도 1b는 제1 실시예에 따른 터널링 전계 효과 트랜지스터를 사시도들이다. 1A and 1B are perspective views of a tunneling field effect transistor according to a first embodiment.
도 2는 도 1a에 도시된 반도체 패턴과 게이트 전극을 나타낸 평면도이다.FIG. 2 is a plan view showing the semiconductor pattern and gate electrode shown in FIG. 1A.
도 3은 도 1b의 절단선 I-I'를 따라 취해진 단면도이다.Figure 3 is a cross-sectional view taken along line II' of Figure 1b.
도 4a는 제1 실시예에 따른 터널링 전계 효과 트랜지스터의 채널 영역 및 게이트 전극을 소오스 영역 쪽에서 바라본 단면도이고, 도 4b는 제1 실시예에 따른 터널링 전계 효과 트랜지스터의 채널 영역 및 게이트 전극을 드레인 영역 쪽에서 바라본 단면도이다.FIG. 4A is a cross-sectional view of the channel region and gate electrode of the tunneling field effect transistor according to the first embodiment viewed from the source region, and FIG. 4B is a cross-sectional view of the channel region and gate electrode of the tunneling field effect transistor according to the first embodiment from the drain region side. This is a cross-sectional view.
도 5는 제2 실시예에 따른 터널링 전계 효과 트랜지스터를 사시도로서, 소오스 전극과 드레인 전극을 제외하고 나타낸 사시도이다. Figure 5 is a perspective view of the tunneling field effect transistor according to the second embodiment, excluding the source electrode and drain electrode.
도 6은 도 5에 도시된 반도체 패턴과 게이트 전극을 나타낸 평면도이다. FIG. 6 is a plan view showing the semiconductor pattern and gate electrode shown in FIG. 5.
도 7은 제2 실시예에 따른 터널링 전계 효과 트랜지스터의 채널 영역 및 게이트 전극을 드레인 영역 쪽에서 바라본 단면도이다.Figure 7 is a cross-sectional view of the channel region and gate electrode of the tunneling field effect transistor according to the second embodiment as seen from the drain region.
도 8a 및 도 8b는 제3 실시예에 따른 터널링 전계 효과 트랜지스터를 사시도들이다. 8A and 8B are perspective views of a tunneling field effect transistor according to a third embodiment.
도 9는 도 8a에 도시된 반도체 패턴과 게이트 전극을 나타낸 평면도이다.FIG. 9 is a plan view showing the semiconductor pattern and gate electrode shown in FIG. 8A.
도 10은 도 8b의 절단선 I-I'를 따라 취해진 단면도이다. Figure 10 is a cross-sectional view taken along line II' of Figure 8b.
도 11a는 제3 실시예에 따른 터널링 전계 효과 트랜지스터의 채널 영역 및 게이트 전극을 소오스 영역 쪽에서 바라본 단면도이고, 도 11b는 제3 실시예에 따른 터널링 전계 효과 트랜지스터의 채널 영역 및 게이트 전극을 드레인 영역 쪽에서 바라본 단면도이다.FIG. 11A is a cross-sectional view of the channel region and gate electrode of the tunneling field effect transistor according to the third embodiment viewed from the source region, and FIG. 11B is a cross-sectional view of the channel region and gate electrode of the tunneling field effect transistor according to the third embodiment from the drain region side. This is a cross-sectional view.
도 12는 제4 실시예에 따른 터널링 전계 효과 트랜지스터를 사시도로서, 소오스 전극과 드레인 전극을 제외하고 나타낸 사시도이다. Figure 12 is a perspective view of the tunneling field effect transistor according to the fourth embodiment, excluding the source electrode and drain electrode.
도 13은 도 12에 도시된 반도체 패턴과 게이트 전극을 나타낸 평면도이다. FIG. 13 is a plan view showing the semiconductor pattern and gate electrode shown in FIG. 12.
도 14은 제4 실시예에 따른 터널링 전계 효과 트랜지스터의 채널 영역 및 게이트 전극을 드레인 영역 쪽에서 바라본 단면도이다.Figure 14 is a cross-sectional view of the channel region and gate electrode of the tunneling field effect transistor according to the fourth embodiment as seen from the drain region.
이하, 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명한다. 그러나, 본 발명은 여기서 설명되어지는 실시예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 도면들에 있어서, 층이 다른 층 또는 기판 "상"에 있다고 언급되어지는 경우에 그것은 다른 층 또는 기판 상에 직접 형성될 수 있거나 또는 그들 사이에 제 3의 층이 개재될 수도 있다. 본 실시예들에서 "제1", "제2", 또는 "제3"는 구성요소들에 어떠한 한정을 가하려는 것은 아니며, 다만 구성요소들을 구별하기 위한 용어로서 이해되어야 할 것이다.Hereinafter, in order to explain the present invention in more detail, preferred embodiments according to the present invention will be described in more detail with reference to the attached drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments described herein and may be embodied in other forms. In the drawings, where a layer is referred to as being “on” another layer or substrate, it may be formed directly on the other layer or substrate, or there may be a third layer interposed between them. In the present embodiments, “first,” “second,” or “third” are not intended to impose any limitation on the components, but should be understood as terms for distinguishing the components.
도 1a 및 도 1b는 제1 실시예에 따른 터널링 전계 효과 트랜지스터를 사시도들이다. 여기서, 도 1a는 도 1b에 도시된 소오스 전극과 드레인 전극을 제외하고 나타낸 사시도이다. 도 2는 도 1a에 도시된 반도체 패턴과 게이트 전극을 나타낸 평면도이고, 도 3은 도 1b의 절단선 I-I'를 따라 취해진 단면도이다.1A and 1B are perspective views of a tunneling field effect transistor according to a first embodiment. Here, FIG. 1A is a perspective view excluding the source electrode and drain electrode shown in FIG. 1B. FIG. 2 is a plan view showing the semiconductor pattern and gate electrode shown in FIG. 1A, and FIG. 3 is a cross-sectional view taken along the cutting line II' of FIG. 1B.
도 1a, 도 1b, 도 2, 및 도 3을 참조하면, 기판(100)이 제공될 수 있다. 상기 기판은 반도체 기판, 금속 기판, 유리 기판, 또는 플렉시블 기판일 수 있다. 예를 들어, 상기 플렉시블 기판은 고분자 기판, 일 예로서 PET(polyethylene terephthalate) 또는 PI (polyimide) 기판일 수 있다. 상기 기판(100) 상에는 동작회로 등을 위한 소자들이 형성되어 있을 수 있다. 또한, 상기 기판 혹은 상기 소자를 덮는 절연막 등의 보호층(105)이 형성되어 있을 수 있다. 상기 보호층(105)은 실리콘 산화막, 실리콘 질화막, 혹은 이들의 복합층일 수 있다.Referring to FIGS. 1A, 1B, 2, and 3, a substrate 100 may be provided. The substrate may be a semiconductor substrate, a metal substrate, a glass substrate, or a flexible substrate. For example, the flexible substrate may be a polymer substrate, such as a polyethylene terephthalate (PET) or polyimide (PI) substrate. Elements for operation circuits, etc. may be formed on the substrate 100. Additionally, a protective layer 105 such as an insulating film may be formed covering the substrate or the device. The protective layer 105 may be a silicon oxide film, a silicon nitride film, or a composite layer thereof.
상기 보호층(105) 상에 베이스 반도체층을 형성할 수 있다. 상기 베이스 반도체층은 실리콘층(silicon layer)일 수 있다. 일 예로서, 단결정질 실리콘층, 다결정질 실리콘층, 또는 비정질 실리콘층일 수 있다. 구체적으로, 에피성장된 단결정 실리콘층일 수 있다. 일 예에서, 상기 기판(100), 상기 보호층(105) 및 상기 베이스 반도체층은 SOI (Silicon on Insulator) 기판일 수 있다.A base semiconductor layer can be formed on the protective layer 105. The base semiconductor layer may be a silicon layer. As an example, it may be a single crystalline silicon layer, a polycrystalline silicon layer, or an amorphous silicon layer. Specifically, it may be an epitaxially grown single crystal silicon layer. In one example, the substrate 100, the protective layer 105, and the base semiconductor layer may be a silicon on insulator (SOI) substrate.
상기 베이스 반도체층의 상부영역을 패터닝하여 상기 베이스 반도체층의 하부 영역인 하부 반도체층(110) 상에 반도체 패턴(120)을 형성할 수 있다. 상기 반도체 패턴(120)이 형성된 하부 반도체층(110) 상에 소자분리막(115)을 적층한 후 상기 적층된 소자분리막(115)을 식각하여 상기 반도체 패턴(120)이 상기 소자분리막(115)의 상부면보다 상부로 돌출되어 핀-형태를 갖도록 할 수 있다.The semiconductor pattern 120 may be formed on the lower semiconductor layer 110, which is the lower region of the base semiconductor layer, by patterning the upper region of the base semiconductor layer. After stacking a device isolation film 115 on the lower semiconductor layer 110 on which the semiconductor pattern 120 is formed, the stacked device isolation film 115 is etched to form the device isolation film 115. It can be made to protrude upward from the upper surface and have a pin-shape.
이 때, 상기 핀-형태의 반도체 패턴(120)은 채널 영역(125)과 이의 양측에 각각 소오스 영역(123)과 드레인 영역(121)을 구비한다. 상기 드레인 영역(121)의 폭(W1)은 상기 채널 영역(125) 혹은 상기 소오스 영역(123)의 폭(W2) 대비 좁을 수 있다. 또한, 드레인 영역(121)의 제1 측벽(121x)은 상기 채널 영역(125)의 제1 측벽(125x)과 동일 평면 내에 위치할 수 있다. 또한, 드레인 영역(121)의 제1 측벽(121x)과 마주보는 제2 측벽(121y)은, 상기 채널 영역(125)의 제1 측벽(125x)과 마주보는 제2 측벽(125y) 대비 드레인 영역(121)의 제1 측벽(121x) 방향으로 리세스될 수 있다. 그 결과, 드레인 영역(121)의 제1 측벽(121x)과 제2 측벽(121y) 사이의 폭 즉, 드레인 영역(121)의 폭(W1)은, 상기 채널 영역(125)의 제1 측벽(125x)과 제2 측벽(125y) 사이의 폭 즉, 상기 채널 영역(125)의 폭(W2) 대비 좁을 수 있다.At this time, the fin-shaped semiconductor pattern 120 includes a channel region 125 and a source region 123 and a drain region 121 on both sides of the channel region 125, respectively. The width W 1 of the drain region 121 may be narrower than the width W 2 of the channel region 125 or the source region 123 . Additionally, the first sidewall 121x of the drain region 121 may be located in the same plane as the first sidewall 125x of the channel region 125. In addition, the second sidewall 121y facing the first sidewall 121x of the drain region 121 is a drain area compared to the second sidewall 125y facing the first sidewall 125x of the channel region 125. It may be recessed in the direction of the first side wall (121x) of (121). As a result, the width between the first sidewall 121x and the second sidewall 121y of the drain region 121, that is, the width W 1 of the drain region 121, is equal to the first sidewall of the channel region 125. The width between (125x) and the second side wall 125y, that is, may be narrower than the width (W 2 ) of the channel region 125.
여기서, 상기 드레인 영역(121)의 상부면(121z)은 상기 채널 영역(125)의 상부면(125z)과 동일 평면 내에 위치할 수 있다.Here, the upper surface 121z of the drain region 121 may be located in the same plane as the upper surface 125z of the channel region 125.
이 후, 상기 핀-형태의 반도체 패턴(120) 상에 게이트 절연막(130)을 형성할 수 있다. 상기 게이트 절연막(130)은 실리콘 산화막, 실리콘 산질화막, 알루미늄 산화막, 알루미늄 산질화막, 또는 이들의 복합막일 수 있다. 상기 게이트 절연막(130)은 상기 핀-형태의 반도체 패턴(120)의 상부면 및 측벽들 상에도 형성될 수 있다. Afterwards, a gate insulating film 130 may be formed on the fin-shaped semiconductor pattern 120. The gate insulating film 130 may be a silicon oxide film, a silicon oxynitride film, an aluminum oxide film, an aluminum oxynitride film, or a composite film thereof. The gate insulating layer 130 may also be formed on the top surface and sidewalls of the fin-shaped semiconductor pattern 120.
상기 게이트 절연막(130) 상에 게이트 전극(140)을 형성하여, 상기 채널 영역(125)과 상기 게이트 전극(140) 사이에 게이트 절연막이 개재될 수 있다. 상기 게이트 전극(140)은 상기 핀-형태의 반도체 패턴(120)의 폭이 넓은 부분 즉, 상기 채널 영역(125)의 상부면(125z), 제1 및 제2 측벽들(125x, 125y) 상에 형성될 수 있다. 상기 게이트 전극(140)은 Al, Cr, Cu, Ta, Ti, Mo, W, 또는 이들의 합금을 사용하여 형성할 수 있다.By forming the gate electrode 140 on the gate insulating film 130, the gate insulating film may be interposed between the channel region 125 and the gate electrode 140. The gate electrode 140 is formed on a wide portion of the fin-shaped semiconductor pattern 120, that is, on the upper surface 125z of the channel region 125 and the first and second sidewalls 125x and 125y. can be formed in The gate electrode 140 may be formed using Al, Cr, Cu, Ta, Ti, Mo, W, or an alloy thereof.
상기 소오스 영역(123)에 접속하는 소오스 전극(160)을 형성할 수 있다. 구체적으로 상기 게이트 전극(140)에 인접한 상기 핀-형태의 반도체 패턴(120)의 폭이 넓은 부분인 상기 소오스 영역(123) 상에 소오스 전극(160)을 형성할 수 있다. 상기 소오스 전극(160)은 이에 인접하는 상기 반도체 패턴(120) 즉, 상기 소오스 영역(123)의 일함수 대비 일함수가 큰 금속 전극일 수 있다. 상기 소오스 영역(123)이 실리콘층인 경우 상기 소오스 전극(160)은 실리콘보다 일함수가 큰, 일 예로서 일함수가 5 eV 이상인 니켈(Ni), 이리듐(Ir), 팔라듐(Pd), 플래티넘(Pt), 또는 이들의 조합을 함유할 수 있다. 이와 같이, 상기 소오스 영역(123)과 상기 소오스 전극(160) 사이의 일함수의 차이로 인해, 상기 소오스 영역(123) 내의 전자는 상기 소오스 전극(160)으로 이동할 수 있어, 상기 소오스 전극(160)에 인접한 상기 소오스 영역(123) 내에 제1 도전형의 전하 플라즈마 구체적으로, 정공 플라즈마(hole plasma)가 형성되어, p형 영역 다시 말해서 제1 도전형 영역 (123p)이 유도될 수 있다.A source electrode 160 connected to the source region 123 can be formed. Specifically, the source electrode 160 may be formed on the source region 123, which is a wide portion of the fin-shaped semiconductor pattern 120 adjacent to the gate electrode 140. The source electrode 160 may be a metal electrode having a large work function compared to the work function of the semiconductor pattern 120 adjacent thereto, that is, the source region 123. When the source region 123 is a silicon layer, the source electrode 160 is made of nickel (Ni), iridium (Ir), palladium (Pd), or platinum with a work function greater than silicon, for example, 5 eV or more. (Pt), or a combination thereof. In this way, due to the difference in work function between the source region 123 and the source electrode 160, electrons in the source region 123 can move to the source electrode 160, ) A charge plasma of the first conductivity type, specifically, a hole plasma, may be formed in the source region 123 adjacent to the source region 123 to induce a p-type region, that is, a first conductivity type region 123p.
상기 드레인 영역(121)에 접속하는 드레인 전극(150)을 형성할 수 있다. 구체적으로, 상기 게이트 전극(140)에 인접한 상기 핀-형태의 반도체 패턴(120)의 폭이 좁은 부분인 상기 드레인 영역(121) 상에 드레인 전극(150)을 형성할 수 있다. 상기 드레인 전극(150)은 상기 반도체 패턴(120) 즉, 상기 드레인 영역(121)의 일함수 대비 일함수가 작은 금속 전극일 수 있다. 상기 드레인 영역(121)이 실리콘층인 경우 상기 드레인 전극(150)은 실리콘보다 일함수가 작은, 일 예로서 일함수가 4.5 eV 구체적으로는 일함수가 4.2 eV 이하인 하프늄(Hf), 인듐(In), 지르코늄(Zr), 탈륨(Tl), 탄탈륨(Ta), 티타늄(Ti), 알루미늄(Al), 또는 이들의 조합을 함유할 수 있다. 이와 같이, 상기 드레인 영역(121)과 상기 드레인 전극(150) 사이의 일함수의 차이로 인해, 전자는 상기 드레인 전극(150)으로부터 상기 드레인 영역(121)으로 이동할 수 있어, 상기 드레인 전극(150)에 인접한 상기 드레인 영역(121) 내에 제2 도전형의 전하 플라즈마 구체적으로, 전자 플라즈마(electron plasma)가 형성되어, n형 영역 다시 말해서 제2 도전형 영역 (121p)이 유도될 수 있다.A drain electrode 150 connected to the drain region 121 can be formed. Specifically, the drain electrode 150 may be formed on the drain region 121, which is a narrow portion of the fin-shaped semiconductor pattern 120 adjacent to the gate electrode 140. The drain electrode 150 may be a metal electrode having a small work function compared to the work function of the semiconductor pattern 120, that is, the drain region 121. When the drain region 121 is a silicon layer, the drain electrode 150 is made of hafnium (Hf) or indium (In), which has a work function smaller than that of silicon, for example, a work function of 4.5 eV, specifically, a work function of 4.2 eV or less. ), zirconium (Zr), thallium (Tl), tantalum (Ta), titanium (Ti), aluminum (Al), or a combination thereof. In this way, due to the difference in work function between the drain region 121 and the drain electrode 150, electrons can move from the drain electrode 150 to the drain region 121, so that the drain electrode 150 ) A charge plasma of a second conductivity type, specifically, an electron plasma, may be formed in the drain region 121 adjacent to the n-type region, that is, a second conductivity type region 121p.
상기 제1 도전형 영역 (123p)과 상기 제2 도전형 영역 (121p) 사이 구체적으로, 채널 영역(125)은 진성 반도체 영역일 수 있다. 이와 같이, 상기 제1 도전형 영역 (123p)과 상기 제2 도전형 영역 (121p)은 이온 주입 등을 사용한 불순물 도핑없이 전하 플라즈마 생성을 통해 전도성 영역으로 유도될 수 있다. 이에 따라, 이온주입 등의 불순물 도핑 대비 제조공정이 간단하면서도 결함생성이 억제되는 효과를 가져올 수 있다. 그러나, 이에 제한되는 것은 아니고, 전하 플라즈마 생성이 아닌 이온 주입 등을 사용한 불순물 도핑으로 상기 제1 도전형 영역 (123p)과 상기 제2 도전형 영역 (121p)을 형성할 수도 있다. 위에서 상기 제1 도전형 영역 (123p)을 p형으로 상기 제2 도전형영역 (121p)을 n형으로 설명하였으나, 이에 한정되지 않고 상기 제1 도전형 영역 (123p)을 n형으로 상기 제2 도전형 영역 (121p)을 p형으로 형성할 수도 있다. Specifically, the channel region 125 between the first conductive region 123p and the second conductive region 121p may be an intrinsic semiconductor region. In this way, the first conductive region 123p and the second conductive region 121p can be induced into the conductive region through charge plasma generation without impurity doping using ion implantation or the like. Accordingly, the manufacturing process is simpler compared to impurity doping such as ion implantation, and the production of defects can be suppressed. However, the present invention is not limited to this, and the first conductivity type region 123p and the second conductivity type region 121p may be formed by impurity doping using ion implantation, etc. rather than charge plasma generation. Above, the first conductive region (123p) is described as p-type and the second conductive region (121p) as n-type. However, this is not limited to this, and the first conductive region (123p) is described as n-type and the second conductive region (121p) is described as n-type. The conductive region 121p may be formed as a p-type.
상기 게이트 절연막(130)은 상기 반도체 패턴(120)과 상기 게이트 전극(140) 사이에 형성되되, 상기 소오스 전극(160) 및 상기 드레인 전극(150)과 상기 반도체 패턴(120) 사이로 연장될 수도 있다.The gate insulating film 130 is formed between the semiconductor pattern 120 and the gate electrode 140, and may extend between the source electrode 160 and the drain electrode 150 and the semiconductor pattern 120. .
도 4a는 제1 실시예에 따른 터널링 전계 효과 트랜지스터의 채널 영역 및 게이트 전극을 소오스 영역 쪽에서 바라본 단면도이고, 도 4b는 제1 실시예에 따른 터널링 전계 효과 트랜지스터의 채널 영역 및 게이트 전극을 드레인 영역 쪽에서 바라본 단면도이다.FIG. 4A is a cross-sectional view of the channel region and gate electrode of the tunneling field effect transistor according to the first embodiment viewed from the source region, and FIG. 4B is a cross-sectional view of the channel region and gate electrode of the tunneling field effect transistor according to the first embodiment from the drain region side. This is a cross-sectional view.
도 4a를 참조하면, 일반적으로 터널링 전계 효과 트랜지스터는 소오스 영역과 채널 영역 사이의 전하 터널링에 의해 온-전류가 발생한다. 상기 본 실시예에 따른 핀-형태의 반도체 패턴(120)은 채널 영역(125)이 게이트 전극(140)과 중첩되는 영역이 채널 영역(125)의 상부면(125z) 뿐 아니라 측벽들(125x, 125y)로 연장됨에 따라, 채널 영역(125)이 소오스 영역(123)과 접하는 부분에서 온-전류가 생성되는 유효 채널 폭(SWeff)이 커져 온-전류가 증가할 수 있다.Referring to FIG. 4A, in general, a tunneling field effect transistor generates an on-current by charge tunneling between the source region and the channel region. In the fin-shaped semiconductor pattern 120 according to the present embodiment, the area where the channel region 125 overlaps the gate electrode 140 is not only the upper surface 125z of the channel region 125, but also the side walls 125x, As the channel region 125 extends to 125y), the effective channel width (SW eff ) where the on-current is generated at the portion where the channel region 125 is in contact with the source region 123 increases, thereby increasing the on-current.
도 4b를 참조하면, 일반적으로 터널링 전계 효과 트랜지스터는 드레인 영역과 채널 영역 사이의 전하 터널링에 의해 오프-전류가 발생한다. 본 실시예에 따른 소자에서 드레인 영역(121)의 제1 측벽(121x)은 상기 채널 영역(125)의 제1 측벽(125x)과 동일 평면 내에 위치하되, 상기 드레인 영역(121)의 폭(W1)은 상기 채널 영역(125) 폭(W2) 대비 작으므로, 채널 영역이 상기 드레인 영역(121)과 중첩하는 부분(125d)에서 오프-전류가 생성되는 유효 채널 폭(DWeff)은 온-전류가 생성되는 유효 채널 폭(SWeff) 대비 작아 오프-전류는 억제될 수 있다.Referring to FIG. 4B, in general, a tunneling field effect transistor generates an off-current by charge tunneling between the drain region and the channel region. In the device according to this embodiment, the first sidewall 121x of the drain region 121 is located in the same plane as the first sidewall 125x of the channel region 125, and the width (W) of the drain region 121 is 1 ) is smaller than the width (W 2 ) of the channel region 125, so the effective channel width (DW eff ) where the off-current is generated in the portion 125d where the channel region overlaps the drain region 121 is on -Off-current can be suppressed because it is small compared to the effective channel width (SW eff ) where the current is generated.
따라서, 본 발명의 일 실시예에서는 하나의 터널링 전계 효과 트랜지스터가 차지하는 평면적의 증가없이 온-전류 향상과 더불어 오프-전류를 억제할 수 있다.Accordingly, in one embodiment of the present invention, the on-current can be improved and the off-current can be suppressed without increasing the planar area occupied by one tunneling field effect transistor.
도 5는 제2 실시예에 따른 터널링 전계 효과 트랜지스터를 사시도로서, 소오스 전극과 드레인 전극을 제외하고 나타낸 사시도이다. 도 6은 도 5에 도시된 반도체 패턴과 게이트 전극을 나타낸 평면도이다. 도 7은 제2 실시예에 따른 터널링 전계 효과 트랜지스터의 채널 영역 및 게이트 전극을 드레인 영역 쪽에서 바라본 단면도이다. 도 5, 도 6, 및 도 7은 제1 실시예에 따른 도 1a, 도 2, 및 도 4b에 각각 대응되며, 제2 실시예에 따른 터널링 전계 효과 트랜지스터는 후술하는 것을 제외하고는 제1 실시예와 실질적으로 동일하다. 구체적으로, 제2 실시예에 따른 터널링 전계 효과 트랜지스터는 제1 실시예에 따른 터널링 전계 효과 트랜지스터 대비 채널 영역에 대한 드레인 영역의 위치만 변경된 것일 수 있다.Figure 5 is a perspective view of the tunneling field effect transistor according to the second embodiment, excluding the source electrode and drain electrode. FIG. 6 is a plan view showing the semiconductor pattern and gate electrode shown in FIG. 5. Figure 7 is a cross-sectional view of the channel region and gate electrode of the tunneling field effect transistor according to the second embodiment as seen from the drain region. FIGS. 5, 6, and 7 correspond to FIGS. 1A, 2, and 4B, respectively, according to the first embodiment, and the tunneling field effect transistor according to the second embodiment is similar to that of the first embodiment, except as described later. It is substantially the same as the example. Specifically, the tunneling field effect transistor according to the second embodiment may have only the location of the drain region relative to the channel region changed compared to the tunneling field effect transistor according to the first embodiment.
도 5, 도 6, 및 도 7을 참조하면, 드레인 영역(121)의 제1 측벽(121y)은 상기 채널 영역(125)의 제1 측벽(125y)과 동일 평면 내에 위치할 수 있다. 또한, 드레인 영역(121)의 제1 측벽(121y)을 마주보는 제2 측벽(121x)은, 상기 채널 영역(125)의 제1 측벽(125y)을 마주보는 제2 측벽(125x) 대비 드레인 영역(121)의 제1 측벽(121y) 방향으로 리세스될 수 있다. 그 결과, 드레인 영역(121)의 제1 측벽(121y)과 제2 측벽(121x) 사이의 폭 즉, 드레인 영역(121)의 폭(W1)은, 상기 채널 영역(125)의 제1 측벽(125y)과 제2 측벽(125x) 사이의 폭 즉, 상기 채널 영역(125)의 폭(W2) 대비 좁을 수 있다.Referring to FIGS. 5, 6, and 7, the first sidewall 121y of the drain region 121 may be located in the same plane as the first sidewall 125y of the channel region 125. In addition, the second side wall 121x facing the first side wall 121y of the drain region 121 is a drain region compared to the second side wall 125x facing the first side wall 125y of the channel region 125. It may be recessed in the direction of the first side wall (121y) of (121). As a result, the width between the first sidewall 121y and the second sidewall 121x of the drain region 121, that is, the width W 1 of the drain region 121, is equal to the first sidewall of the channel region 125. The width between (125y) and the second side wall 125x, that is, may be narrower than the width (W 2 ) of the channel region 125.
이에 따라, 채널 영역(125)이 드레인 영역(121)과 중첩하는 영역(125d)에서 오프-전류가 생성되는 유효 채널 폭(DWeff)은 온-전류가 생성되는 유효 채널 폭(도 4a의 SWeff) 대비 작아 오프-전류는 억제될 수 있다.Accordingly, the effective channel width (DW eff ) at which the off-current is generated in the region 125d where the channel region 125 overlaps the drain region 121 is the effective channel width at which the on-current is generated (SW in FIG. 4A eff ), so the off-current can be suppressed.
도 8a 및 도 8b는 제3 실시예에 따른 터널링 전계 효과 트랜지스터를 사시도들이다. 여기서, 도 8a는 도 8b에 도시된 소오스 전극과 드레인 전극을 제외하고 나타낸 사시도이다. 도 9는 도 8a에 도시된 반도체 패턴과 게이트 전극을 나타낸 평면도이고, 도 10은 도 8b의 절단선 I-I'를 따라 취해진 단면도이다. 도 11a는 제3 실시예에 따른 터널링 전계 효과 트랜지스터의 채널 영역 및 게이트 전극을 소오스 영역 쪽에서 바라본 단면도이고, 도 11b는 제3 실시예에 따른 터널링 전계 효과 트랜지스터의 채널 영역 및 게이트 전극을 드레인 영역 쪽에서 바라본 단면도이다. 제3 실시예에 따른 터널링 전계 효과 트랜지스터는 후술하는 것을 제외하고는 제1 실시예와 실질적으로 동일하다. 구체적으로, 제3 실시예에 따른 터널링 전계 효과 트랜지스터는 제1 실시예에 따른 터널링 전계 효과 트랜지스터 대비 채널 영역에 대한 드레인 영역의 중첩 영역의 넓이만 변경된 것일 수 있다.8A and 8B are perspective views of a tunneling field effect transistor according to a third embodiment. Here, FIG. 8A is a perspective view excluding the source electrode and drain electrode shown in FIG. 8B. FIG. 9 is a plan view showing the semiconductor pattern and gate electrode shown in FIG. 8A, and FIG. 10 is a cross-sectional view taken along the cutting line II' of FIG. 8B. FIG. 11A is a cross-sectional view of the channel region and gate electrode of the tunneling field effect transistor according to the third embodiment viewed from the source region, and FIG. 11B is a cross-sectional view of the channel region and gate electrode of the tunneling field effect transistor according to the third embodiment from the drain region side. This is a cross-sectional view. The tunneling field effect transistor according to the third embodiment is substantially the same as the first embodiment except as described later. Specifically, the tunneling field effect transistor according to the third embodiment may be changed only in the area of the overlapping area of the drain region with respect to the channel region compared to the tunneling field effect transistor according to the first embodiment.
도 8a, 도 8b, 도 9, 도 10, 도 11a, 및 도 11b를 참조하면, 드레인 영역(121)의 제1 측벽(121x)은 상기 채널 영역(125)의 제1 측벽(125x)과 동일 평면 내에 위치할 수 있다. 또한, 드레인 영역(121)의 제1 측벽(121x)을 마주보는 제2 측벽(121y)은, 상기 채널 영역(125)의 제1 측벽(125x)을 마주보는 제2 측벽(125y) 대비 드레인 영역(121)의 제1 측벽(121x) 방향으로 리세스될 수 있다. 그 결과, 드레인 영역(121)의 제1 측벽(121x)과 제2 측벽(121y) 사이의 폭 즉, 드레인 영역(121)의 폭(W1)은, 상기 채널 영역(125)의 제1 측벽(125x)과 제2 측벽(125y) 사이의 폭 즉, 상기 채널 영역(125)의 폭(W2) 대비 좁을 수 있다.Referring to FIGS. 8A, 8B, 9, 10, 11A, and 11B, the first sidewall 121x of the drain region 121 is the same as the first sidewall 125x of the channel region 125. It can be located within a plane. In addition, the second side wall 121y facing the first side wall 121x of the drain region 121 is a drain region compared to the second side wall 125y facing the first side wall 125x of the channel region 125. It may be recessed in the direction of the first side wall (121x) of (121). As a result, the width between the first sidewall 121x and the second sidewall 121y of the drain region 121, that is, the width W 1 of the drain region 121, is equal to the first sidewall of the channel region 125. The width between (125x) and the second side wall 125y, that is, may be narrower than the width (W 2 ) of the channel region 125.
이에 더하여, 상기 드레인 영역(121)의 상부면(121z)은 상기 채널 영역(125)의 상부면(125z) 대비 리세스되어, 상기 드레인 영역(121)의 높이(h1)는 상기 채널 영역(125)의 높이(h2) 대비 낮을 수 있다.In addition, the upper surface 121z of the drain region 121 is recessed compared to the upper surface 125z of the channel region 125, so that the height (h 1 ) of the drain region 121 is greater than the channel region ( It may be lower than the height (h 2 ) of 125).
이에 따라, 채널 영역(125)이 드레인 영역(121)과 중첩하는 영역(125d)의 면적은 줄어들고, 오프-전류가 생성되는 유효 채널 폭(DWeff)은 온-전류가 생성되는 유효 채널 폭(도 11a의 SWeff) 대비 작아 오프-전류는 더욱 억제될 수 있다.Accordingly, the area of the region 125d where the channel region 125 overlaps the drain region 121 is reduced, and the effective channel width (DW eff ) at which the off-current is generated is reduced to the effective channel width at which the on-current is generated ( It is smaller than SW eff ) in Figure 11a, so the off-current can be further suppressed.
도 12는 제4 실시예에 따른 터널링 전계 효과 트랜지스터를 사시도로서, 소오스 전극과 드레인 전극을 제외하고 나타낸 사시도이다. 도 13은 도 12에 도시된 반도체 패턴과 게이트 전극을 나타낸 평면도이다. 도 14은 제4 실시예에 따른 터널링 전계 효과 트랜지스터의 채널 영역 및 게이트 전극을 드레인 영역 쪽에서 바라본 단면도이다. 도 12, 도 13, 및 도 14는 제3 실시예에 따른 도 8a, 도 9, 및 도 11b에 각각 대응되며, 제4 실시예에 따른 터널링 전계 효과 트랜지스터는 후술하는 것을 제외하고는 제3 실시예와 실질적으로 동일하다. 구체적으로, 제4 실시예에 따른 터널링 전계 효과 트랜지스터는 제3 실시예에 따른 터널링 전계 효과 트랜지스터 대비 채널 영역에 대한 드레인 영역의 위치만 변경된 것일 수 있다.Figure 12 is a perspective view of the tunneling field effect transistor according to the fourth embodiment, excluding the source electrode and drain electrode. FIG. 13 is a plan view showing the semiconductor pattern and gate electrode shown in FIG. 12. Figure 14 is a cross-sectional view of the channel region and gate electrode of the tunneling field effect transistor according to the fourth embodiment as seen from the drain region. FIGS. 12, 13, and 14 correspond to FIGS. 8A, 9, and 11B, respectively, according to the third embodiment, and the tunneling field effect transistor according to the fourth embodiment is similar to that of the third embodiment, except as described later. It is substantially the same as the example. Specifically, the tunneling field effect transistor according to the fourth embodiment may have only the location of the drain region relative to the channel region changed compared to the tunneling field effect transistor according to the third embodiment.
도 12, 도 13, 및 도 14을 참조하면, 드레인 영역(121)의 제1 측벽(121y)은 상기 채널 영역(125)의 제1 측벽(125y)과 동일 평면 내에 위치할 수 있다. 또한, 드레인 영역(121)의 제1 측벽(121y)을 마주보는 제2 측벽(121x)은, 상기 채널 영역(125)의 제1 측벽(125y)을 마주보는 제2 측벽(125x) 대비 드레인 영역(121)의 제1 측벽(121y) 방향으로 리세스될 수 있다. 그 결과, 드레인 영역(121)의 제1 측벽(121y)과 제2 측벽(121x) 사이의 폭 즉, 드레인 영역(121)의 폭(W1)은, 상기 채널 영역(125)의 제1 측벽(125y)과 제2 측벽(125x) 사이의 폭 즉, 상기 채널 영역(125)의 폭(W2) 대비 좁을 수 있다.Referring to FIGS. 12, 13, and 14, the first sidewall 121y of the drain region 121 may be located in the same plane as the first sidewall 125y of the channel region 125. In addition, the second side wall 121x facing the first side wall 121y of the drain region 121 is a drain region compared to the second side wall 125x facing the first side wall 125y of the channel region 125. It may be recessed in the direction of the first side wall (121y) of (121). As a result, the width between the first sidewall 121y and the second sidewall 121x of the drain region 121, that is, the width W 1 of the drain region 121, is equal to the first sidewall of the channel region 125. The width between (125y) and the second side wall 125x, that is, may be narrower than the width (W 2 ) of the channel region 125.
이에 더하여, 상기 드레인 영역(121)의 상부면(121z)은 상기 채널 영역(125)의 상부면(125z) 대비 리세스되어, 상기 드레인 영역(121)의 높이(h1)는 상기 채널 영역(125)의 높이(h2) 대비 낮을 수 있다.In addition, the upper surface 121z of the drain region 121 is recessed compared to the upper surface 125z of the channel region 125, so that the height (h 1 ) of the drain region 121 is greater than the channel region ( It may be lower than the height (h 2 ) of 125).
이에 따라, 채널 영역(125)이 드레인 영역(121)과 중첩하는 영역(125d)의 면적은 줄어들고, 오프-전류가 생성되는 유효 채널 폭(DWeff)은 온-전류가 생성되는 유효 채널 폭(도 11a의 SWeff) 대비 작아 오프-전류는 더욱 억제될 수 있다.Accordingly, the area of the region 125d where the channel region 125 overlaps the drain region 121 is reduced, and the effective channel width (DW eff ) at which the off-current is generated is reduced to the effective channel width at which the on-current is generated ( It is smaller than SW eff ) in Figure 11a, so the off-current can be further suppressed.
이상, 본 발명을 바람직한 실시예를 들어 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않고, 본 발명의 기술적 사상 및 범위 내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러가지 변형 및 변경이 가능하다.Above, the present invention has been described in detail with preferred embodiments, but the present invention is not limited to the above embodiments, and various modifications and changes can be made by those skilled in the art within the technical spirit and scope of the present invention. This is possible.

Claims (9)

  1. 기판 상에 배치된 소자분리막에 의해 정의되고 상기 소자분리막의 상부면보다 상부로 돌출된 핀-형태를 갖고, 채널 영역과 이의 양측에 제1 도전형 영역을 갖는 소오스 영역과 제2 도전형 영역을 갖는 드레인 영역을 각각 구비하되, 상기 드레인 영역의 폭은 상기 채널 영역의 폭 대비 좁은 반도체 패턴;It is defined by a device isolation film disposed on a substrate and has a fin-shape that protrudes upward from the upper surface of the device isolation film, and has a channel region and a source region having a first conductivity type region on both sides thereof and a second conductivity type region. Semiconductor patterns each having a drain region, wherein the width of the drain region is narrower than the width of the channel region;
    상기 채널 영역의 상부면 상에 배치되고 상기 채널 영역의 제1 측벽, 및 상기 채널 영역의 제1 측벽을 마주보는 상기 채널 영역의 제2 측벽 상으로 연장된 게이트 전극;a gate electrode disposed on an upper surface of the channel region and extending on a first sidewall of the channel region and a second sidewall of the channel region facing the first sidewall of the channel region;
    상기 채널 영역과 상기 게이트 전극 사이에 개재된 게이트 절연막;a gate insulating film interposed between the channel region and the gate electrode;
    상기 소오스 영역에 접속하는 소오스 전극; 및a source electrode connected to the source region; and
    상기 드레인 영역에 접속하는 드레인 전극을 구비하는 터널링 전계 효과 트랜지스터.A tunneling field effect transistor having a drain electrode connected to the drain region.
  2. 청구항 1에 있어서,In claim 1,
    상기 드레인 영역의 제1 측벽은 상기 채널 영역의 제1 측벽과 동일 평면 내에 위치하는 터널링 전계 효과 트랜지스터.A tunneling field effect transistor wherein the first sidewall of the drain region is located in the same plane as the first sidewall of the channel region.
  3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,In claim 1 or claim 2,
    상기 드레인 영역의 상부면은 상기 채널 영역의 상부면과 동일 평면 내에 위치하는 터널링 전계 효과 트랜지스터.A tunneling field effect transistor wherein the upper surface of the drain region is located in the same plane as the upper surface of the channel region.
  4. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,In claim 1 or claim 2,
    상기 드레인 영역의 높이는 상기 채널 영역의 높이 대비 낮은 터널링 전계 효과 트랜지스터.A tunneling field effect transistor with a height of the drain region that is lower than that of the channel region.
  5. 청구항 4에 있어서,In claim 4,
    상기 드레인 영역의 상부면은 상기 채널 영역의 상부면 대비 리세스된 터널링 전계 효과 트랜지스터.A tunneling field effect transistor wherein the upper surface of the drain region is recessed compared to the upper surface of the channel region.
  6. 청구항 1에 있어서,In claim 1,
    상기 제1 도전형 영역은 상기 소오스 전극에 의해 유도된 제1 도전형의 전하 플라즈마 영역인 터널링 전계 효과 트랜지스터.A tunneling field effect transistor wherein the first conductivity type region is a charge plasma region of the first conductivity type induced by the source electrode.
  7. 청구항 6에 있어서,In claim 6,
    상기 소오스 전극은 상기 소오스 영역의 일함수 대비 일함수가 큰 금속 전극이고, 상기 제1 도전형의 전하 플라즈마는 정공 플라즈마이고, 상기 제1 도전형 영역은 p형 영역인, 터널링 전계 효과 트랜지스터.The source electrode is a metal electrode having a large work function compared to the work function of the source region, the charge plasma of the first conductivity type is a hole plasma, and the first conductivity type region is a p-type region.
  8. 청구항 1에 있어서,In claim 1,
    상기 제2 도전형 영역은 상기 드레인 전극에 의해 유도된 제2 도전형의 전하 플라즈마 영역인 터널링 전계 효과 트랜지스터.A tunneling field effect transistor, wherein the second conductivity type region is a charge plasma region of the second conductivity type induced by the drain electrode.
  9. 청구항 8에 있어서,In claim 8,
    상기 드레인 전극은 상기 드레인 영역의 일함수 대비 일함수가 작은 금속 전극이고, 상기 제2 도전형의 전하 플라즈마는 전자 플라즈마이고, 상기 제2 도전형 영역은 n형 드레인 영역인, 터널링 전계 효과 트랜지스터.The drain electrode is a metal electrode having a small work function compared to the work function of the drain region, the charge plasma of the second conductivity type is an electron plasma, and the second conductivity type region is an n-type drain region.
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