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KR100666187B1 - Vertical semiconductor device using nanowires and manufacturing method thereof - Google Patents

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KR100666187B1
KR100666187B1 KR1020040061347A KR20040061347A KR100666187B1 KR 100666187 B1 KR100666187 B1 KR 100666187B1 KR 1020040061347 A KR1020040061347 A KR 1020040061347A KR 20040061347 A KR20040061347 A KR 20040061347A KR 100666187 B1 KR100666187 B1 KR 100666187B1
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vertical
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이정호
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학교법인 한양학원
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Abstract

본 발명은 나노선을 이용한 수직형 반도체 소자 및 이의 제조 방법에 관한 것으로, 다공성 나노템플레이트를 이용하여 자발적으로 형성되는 고밀도 기판수직형 나노기공안에 반도체 나노선을 수직 성장시켜, 수직형 나노선 반도체소자를 고밀도로 집적하여 제조할 수 있고, 실리콘 나노선의 게이트 전극 하단에 놓여지는 실린더모양의 나노선 내부가 채널이 되며, 나노선의 내부는 매우 작은 부피를 가지므로 완전한 공핍 상태가 구현될 수 있고, 매우 높은 전류 구동력을 얻을 수 있으며, 별도의 사진 식각장비 없이도 채널길이를 축소시키는 것이 가능하여 수 nm급의 반도체 소자 및 이의 제조 방법을 제공할 수 있다. The present invention relates to a vertical semiconductor device using nanowires and a method for manufacturing the same, wherein vertical growth of semiconductor nanowires in a high-density substrate vertical nano-pores spontaneously formed using a porous nanoplate, vertical nanowire semiconductor devices Can be fabricated by integrating densely, and the inside of the cylinder-shaped nanowire placed under the gate electrode of the silicon nanowire becomes a channel, and since the inside of the nanowire has a very small volume, a complete depletion state can be realized. It is possible to obtain a high current driving force, it is possible to reduce the channel length without a separate photo-etching equipment can provide a semiconductor device of several nm class and a manufacturing method thereof.

다공성 나노 플레이트, 나노선, 나노기공, 실린더 게이트, 실리콘 나노선Porous nanoplates, nanowires, nanopores, cylinder gates, silicon nanowires

Description

나노선을 이용한 수직형 반도체 소자 및 이의 제조 방법{Vertical semiconductor devices using nanowires and method of manufacturing the same}Vertical semiconductor devices using nanowires and method of manufacturing the same

도 1 내지 도 3은 다양한 형태의 반도체소자를 설명하기 위한 개념도 들이다. 1 to 3 are conceptual diagrams for describing various types of semiconductor devices.

도 4은 여러가지 반도체 소자의 구조와 게이트 길이에 따른 소자의 스윙 특성을 나타낸 그래프이다. 4 is a graph illustrating swing characteristics of devices according to structures and gate lengths of various semiconductor devices.

도 5a 내지 도 5c는 알루미늄 박막을 이용하여 AAO 나노 템플레이트의 제조 방법을 설명하기 위한 단면도이다. 5A to 5C are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing an AAO nano template using an aluminum thin film.

도 6a 내지 도 6d는 AAO 나노 템플레이트가 제조되는 메카니즘을 설명하기 위한 개념도 이다. 6A to 6D are conceptual diagrams for explaining the mechanism by which AAO nano templates are manufactured.

도 7은 나노 템플레이트의 나노기공의 크기와 전압과의 관계를 설명하기 위한 그래프이다. 7 is a graph for explaining the relationship between the size of the nano-pores and the voltage of the nano-template.

도 8은 실리콘 기판상에 형성된 AAO 나노 템플레이트의 SEM 사진이다.8 is an SEM photograph of an AAO nano template formed on a silicon substrate.

도 9a 내지 도 9d는 PS와 PMMA을 이용한 나노템플레이트의 제조 방법을 설명하기 위한 단면도들이고, 도 10는 도 9a 내지 도 9b에 의해 제조된 나노템플레이트를 설명하기 위한 사진 및 그래프이다.9A to 9D are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a nano template using PS and PMMA, and FIG. 10 is a photograph and a graph for explaining the nano template manufactured by FIGS. 9A to 9B.

도 11a 내지 도 11h는 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 소자의 제조 방법 을 설명하기 위한 단면 개념도 들이다. 11A to 11H are cross-sectional conceptual views illustrating a method of manufacturing a semiconductor device in accordance with an embodiment of the present invention.

도 12는 미세한 수직 기공을 갖는 나노 템플레이트의 형성을 설명하기 위한 개념도 이다. 12 is a conceptual diagram illustrating the formation of a nano template having fine vertical pores.

도 13은 본 발명에 따른 게이트 절연막 증착후의 단면 TEM 사진이다. Figure 13 is a cross-sectional TEM photograph after the gate insulating film deposition according to the present invention.

도 14는 반도체 나노선의 간격에 따른 반도체 소자의 특성을 나타낸 그래프이다. 14 is a graph showing the characteristics of semiconductor devices according to the spacing of semiconductor nanowires.

도 15a 내지 도 15c는 본 발명에 따른 수직형 반도체 소자의 개념도이다. 15A to 15C are conceptual views of a vertical semiconductor device according to the present invention.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for the main parts of the drawings>

10, 110 : 기판 20 : 하드 마스크10, 110: substrate 20: hard mask

25, 150 : 나노템플레이트 30 : PS막25, 150: nano-template 30: PS film

40, 1100 : 게이트 전극 50, 1200 : 소스40, 1100: gate electrode 50, 1200: source

60, 1300 : 드레인 45, 180, 1400 : 게이트 절연막60, 1300: drain 45, 180, 1400: gate insulating film

70, 170, 1000 : 나노선 120 : 산화막70, 170, 1000: nanowire 120: oxide film

130 : 알루미늄 140 : 알루미늄 산화막130: aluminum 140: aluminum oxide film

190, 210, 1500, 1700 : 층간 절연막 200, 1600 : 도전성 물질막190, 210, 1500, 1700: interlayer insulating film 200, 1600: conductive material film

220 : 금속배선 1800 : 절연막 스페이스220: metal wiring 1800: insulating film space

본 발명은 나노선을 이용한 수직형 반도체 소자 및 이의 제조 방법에 관한 것으로, 특히 다공성 나노템플레이트(Nanotemplate)를 이용하여 자발적으로 형성되는 고밀도 기판 수직형 나노기공을 이용한 수직형 나노선 반도체 소자의 제조 방법에 관한 것이다. The present invention relates to a vertical semiconductor device using nanowires and a method of manufacturing the same, in particular, a method of manufacturing a vertical nanowire semiconductor device using a high-density substrate vertical nano-pores spontaneously formed using a porous nanotemplate (Nanotemplate) It is about.

현재의 반도체 제조 공정에 있어서 극소 패턴을 얼마나 신뢰성 있게 형성하느냐에 반도체 소자의 미세화 및 집적화가 좌우된다. 물론 현재의 기술은 앞으로 발전하여 패턴의 선폭이 약 50 내지 70nm급의 소자를 직접화 할 수 있을 것으로 예상된다. 하지만, 기존의 반도체 제조 공정은 공정 특성상 수 나노미터 이하의 소자의 제조에 있어서는 그 한계가 있고, 반도체 패터닝 및 식각기술에 의존하는 액티브 영역의 분할 또한 그 한계가 있어, 현재는 대략 50 nm이하의 폭을 절개하는 것이 어려운 것으로 알려지고 있다. 또한, 종래의 CMOS 소자로서 채널이 기판 표면에만 형성되어 구동 전하 농도가 낮게되는 문제가 있다. In the present semiconductor manufacturing process, the miniaturization and integration of semiconductor devices depend on how reliably the micro patterns are formed. Of course, the current technology is expected to evolve in the future, and it is expected that the line width of the pattern can directly direct devices of about 50 to 70 nm. However, the conventional semiconductor manufacturing process has a limitation in the fabrication of devices of several nanometers or less due to the process characteristics, and also has a limitation in the division of active regions depending on semiconductor patterning and etching techniques. It is known to make incisions difficult. In addition, as a conventional CMOS device, there is a problem in that a channel is formed only on the surface of a substrate so that the driving charge concentration is low.

이에, 전세계의 많은 사람들이 이미 10 nm 이하, 더 나아가 1 nm 이하의, 원자 수 개의 크기를 가지는 소자를 구현하려 노력하고 있고, 반도체의 활성영역을 여러 개로 분할하고자 하는 시도가 진행중이다. 이러한 소위 나노소자의 세계는 최근 주목받고 있는 나노 과학 기술의 핵심적인 부분의 하나로 인식되고 있다. Accordingly, many people all over the world are already trying to implement devices having a size of several atomic atoms, which are 10 nm or less and even 1 nm or less, and attempts are being made to divide the active region of the semiconductor into several. The world of so-called nanodevices is recognized as one of the core parts of nanotechnology that has recently attracted attention.

이러한 나노 소자에 관해서는 2001년의 Appl. Phys. Lett. 78, P2214, Y. Cui, et al.에 의해 게재되어 있고, 2000년의 J. Phys. Chem. B104, P5213, Y. Cui, et al.에 의해 게재되어 있으며, 2001년 Science 291, P851, Y. Cui, et al.에 의해 게재되어 있으며, 2003년 Science 302, P1377, Z. Zhong에 의해 게재되어 있다. 상기 문헌들은 각기 나노선의 직경을 결정할 수 있는 금속 클러스터(Metal Cluster)를 이용한 반도체 나노선 성장에 관한 것과, 디보라네(diborane)를 이용하여 실리콘 나노성장시 P 혹은 N형 도핑레벨이 조절된 반도체 나노선 제조에 관한 것과, P 혹은 N 타입 실리콘 나노선을 이용하여 다이오드(Diode), 바이폴라(Bipolar), 트랜지스터(Transistor) 및 인버터(Inverter)등의 다양한 소자의 제조에 관해 언급되어 있다. 하지만, 상기의 문헌들은 프리 스텐딩(Free Standing) 반도체 나노선의 금속촉매에 의한 제조를 주로 기술하고 있으며, 이들에 의해 제조된 소자는 실리콘 기판위에 수평으로 배열된 크로스와이어드 어레이 디바이스(Crosswired Array Device)이다. 이러한 종래의 기술은 나노선을 수직으로 성장시킬 수 없다. For such nanodevices, see Appl. Phys. Lett. 78, P2214, published by Y. Cui, et al., J. Phys. Chem. B104, P5213, published by Y. Cui, et al., Published by Science 291, P851, Y. Cui, et al., 2001, published by Science 302, P1377, Z. Zhong, 2003. It is. These documents are related to the growth of semiconductor nanowires using metal clusters, each of which can determine the diameter of nanowires, and the control of P or N-type doping levels during silicon nanogrowth using diborane. Reference is made to route fabrication and to fabrication of various devices such as diodes, bipolars, transistors and inverters using P or N type silicon nanowires. However, the above documents mainly describe the manufacturing by metal catalysts of free standing semiconductor nanowires, and the device manufactured by them is a crosswired array device arranged horizontally on a silicon substrate. . This conventional technique cannot grow nanowires vertically.

따라서, 본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위하여 AAO와 같은 다공성 나노템플레이트를 이용하여 자발적으로 형성되는 고밀도 기판수직형 나노기공안에 실리콘 나노선을 수직 성장시켜, 수직형 나노선 반도체소자를 고밀도로 집적하여 완전히 공핍된 채널 구조를 갖는 소자를 제조 할 수 있고, 종래에 비해 동일 면적 에너지 높은 전류 구동력을 얻을 수 있고, 다양한 길이의 채널을 형성할 수 있는 나노선을 이용한 수직형 반도체 소자 및 이의 제조 방법을 제공함을 그 목적으로 한다. Therefore, in order to solve the above problems, silicon nanowires are vertically grown in high-density substrate vertical nanopores spontaneously formed by using porous nano-templates such as AAO to integrate vertical nanowire semiconductor devices at high density. To manufacture a device having a fully depleted channel structure, a current driving force having the same area energy as compared with the conventional one, and a vertical semiconductor device using a nanowire capable of forming channels of various lengths, and a method of manufacturing the same. To provide that purpose.

본 발명에 따른 반도체 기판에 대해 수직하게 형성된 반도체 나노선과, 상기 반도체 나노선의 표면에 형성된 게이트 절연막 및 상기 반도체 나노선을 감싸도록 순차적으로 적층된 제 1 층간 절연막, 게이트 도전막 및 제 2 층간 절연막;을 포함하는 나노선을 이용한 수직형 반도체 소자를 제공한다. A semiconductor nanowire formed perpendicular to the semiconductor substrate according to the present invention, a gate insulating film formed on a surface of the semiconductor nanowire, and a first interlayer insulating film, a gate conductive film, and a second interlayer insulating film sequentially stacked to surround the semiconductor nanowire; It provides a vertical semiconductor device using a nanowire comprising a.

상기 제 1 및 제 2 층간 절연막과 게이트 도전막 사이에 형성된 제 1 및 제 2 절연막 스페이스를 더 포함할 수 있다. The display device may further include first and second insulating film spaces formed between the first and second interlayer insulating films and the gate conductive film.

이때, 상기 반도체 나노선에 불순물 영역을 형성하기 위해 기 제 1 및 제 2 층간 절연막으로 소정의 불순물로 도핑된 절연막을 사용할 수 있으며, 상기 반도체 나노선은 상기 반도체 기판상에 다공성 나노 템플레이트를 형성하고, 상기 나노 템플레이트의 다공안에 소정의 반도체 물질을 성장시켜 형성할 수 있다. 또한, 상기 반도체 나노선은 그 형상이 선형태, 카본 나노튜브 형태 또는 나노 케이블 형태로 형성하고, 상기 게이트 절연막은 0.1 내지 10nm의 두께로 형성하는 것이 바람직하다.In this case, in order to form an impurity region in the semiconductor nanowire, an insulating film doped with a predetermined impurity may be used as the first and second interlayer insulating films, and the semiconductor nanowire may form a porous nano template on the semiconductor substrate. It may be formed by growing a predetermined semiconductor material in the pores of the nano-template. In addition, the semiconductor nanowires may have a linear shape, a carbon nanotube shape, or a nano cable shape, and the gate insulating film may be formed to a thickness of 0.1 to 10 nm.

또한, 반도체 기판상에 다수의 수직한 나노 기공이 형성된 나노 템플레이트를 형성하는 단계와, 상기 나노 템플레이트의 상기 나노 기공 내부에 반도체 물질을 성장시켜 반도체 나노선을 형성한 다음, 상기 나노 템플레이트를 제거하는 단계와, 상기 반도체 나노선의 표면에 게이트 절연막을 형성하는 단계 및 상기 반도체 나노선 사이에 제 1 층간 절연막, 도전성 물질막 및 제 2 층간 절연막을 순차적으로 형성하여 게이트 전극, 소스 및 드레인을 형성하는 단계를 포함하는 나노선을 이용한 수직형 반도체 소자의 제조 방법을 제공한다. In addition, forming a nano-template formed with a plurality of vertical nano-pores on the semiconductor substrate, by growing a semiconductor material inside the nano-pores of the nano-template to form a semiconductor nanowire, and then removing the nano-template And forming a gate insulating film on the surface of the semiconductor nanowire, and sequentially forming a first interlayer insulating film, a conductive material film, and a second interlayer insulating film between the semiconductor nanowires to form a gate electrode, a source, and a drain. It provides a method of manufacturing a vertical semiconductor device using a nanowire comprising a.

이때, 상기 반도체 기판상에 다수의 상기 수직한 나노 기공이 형성된 상기 나노 템플레이트를 형성하는 단계는, 금속막을 형성하는 단계와, 상기 금속막의 일부를 제 1 양극화 처리하여 다공성 금속산화막을 형성하는 단계와, 소정의 식각공정을 통해 상기 금속산화막과 상기 금속막의 경계영역을 제외한 금속산화막을 제거하는 단계 및 잔류하는 상기 금속막을 제 2 양극화 처리하여 다수의 상기 수직한 나노기공이 형성된 상기 나노 템플레이트를 형성하는 단계를 포함한다. 여기서, 잔류하는 상기 금속막을 제 2 양극화 처리하여 다수의 상기 수직한 나노기공이 형성된 상기 나노 템플레이트를 형성하는 단계후, 상기 수직한 나노기공의 직경을 줄이기 위해 상기 나노 템플레이트의 상기 수직한 나노 기공내부에 소정의 전구체 용액을 도포한 다음, 소정의 건조 공정을 실시하는 단계를 더 포함할 수 있다. 상기 전구체 용액은 에탄올, TEOS, HCl 수용액등을 15 내지 200℃사이에서 혼합한 다음, 추가로 CTAB와 HCl 용액을 넣은 다음, 다시 충분히 혼합하여 제조하는 것이 바람직하다. 여기서, 상기 제 1 및 제 2 양극화 처리는,인산, 옥살산, 황산등을 포함하는 전해질 용액에 상기 반도체 기판을 침전하는 단계 및 상기 반도체 기판에 0.1 내지 500V의 전압을 인가하는 단계를 포함할 수 있다. 여기서, 상기 금속막을 형성하는 단계 전에, 상기 반도체 기판에 산화막을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다. In this case, the forming of the nano-template in which the plurality of vertical nano pores is formed on the semiconductor substrate may include forming a metal film, and forming a porous metal oxide film by first anodizing a portion of the metal film; Removing the metal oxide film except for the boundary region between the metal oxide film and the metal film through a predetermined etching process and performing a second anodization on the remaining metal film to form the nano-template in which the plurality of vertical nanopores are formed. Steps. Here, after the second anodizing of the remaining metal film to form the nano-template in which a plurality of the vertical nano-pores are formed, the inside of the vertical nano-pores of the nano-template to reduce the diameter of the vertical nano-pores The method may further include applying a predetermined precursor solution to and then performing a predetermined drying process. The precursor solution is preferably prepared by mixing ethanol, TEOS, HCl aqueous solution and the like between 15 to 200 ℃, further put CTAB and HCl solution, and then sufficiently mixed again. Here, the first and second anodization treatment may include depositing the semiconductor substrate in an electrolyte solution including phosphoric acid, oxalic acid, sulfuric acid, and the like, and applying a voltage of 0.1 to 500 V to the semiconductor substrate. . Here, before the forming of the metal film, the method may further include forming an oxide film on the semiconductor substrate.

이때, 상기 반도체 기판상에 다수의 상기 수직한 나노 기공이 형성된 상기 나노 템플레이트를 형성하는 단계는, 상기 반도체 기판상에 산화막 및 폴리스탈랜/PMMA와 같은 폴리머를 증착하는 단계와, 열처리 공정을 실시하여 상기 폴리머를 상분리 하는 단계와, 소정의 화학 용재를 통해 상분리된 PMMA를 습식제거하여 다공 성 폴리머층을 형성하는 단계 및 상기 다공성 폴리머층을 마스크로 하여 산화막을 식각하여 상기 수직한 나노 기공이 형성된 상기 나노 템플레이트를 형성하는 단계를 포함한다. In this case, the forming of the nano template on which the plurality of vertical nano pores are formed on the semiconductor substrate may include depositing a polymer such as an oxide film and a polytalan / PMMA on the semiconductor substrate, and performing a heat treatment process. Phase separation of the polymer, wet removal of the phase separated PMMA through a predetermined chemical solvent to form a porous polymer layer, and etching the oxide layer using the porous polymer layer as a mask to form the vertical nanopores. Forming the nano template.

여기서, 상기 나노 템플레이트의 상기 나노 기공 내부에 반도체 물질을 성장시켜 반도체 나노선을 형성한 다음, 상기 나노 템플레이트를 제거하는 단계전에, 상기 나노 템플레이트의 기공 바닥면에 Pt, Fe, Au 및 Ni 중 적어도 어느 하나를 포함하는 금속촉매를 증착하는 단계를 더 포함할 수 있다. Here, the semiconductor material is grown inside the nano-pores of the nano-template to form a semiconductor nanowire, and before removing the nano-template, at least Pt, Fe, Au and Ni on the bottom surface of the pore of the nano-template The method may further include depositing a metal catalyst including any one.

상기에서, 1 내지 100 mTorr의 압력과, Ar, He 및 H2 중 적어도 어느 하나의 가스 분위기와 300 내지 600℃의 온도하에서, 5 내지 200 sccm의 SiH4, GeH4, B 2H6 및 PH4 중 적어도 어느 하나의 가스를 10 내지 30분간 흘려주어 상기 반도체 나노선을 형성하는 것이 바람직하다. 또한, 1 내지 100 mTorr의 압력과, 50 내지 1000 ℃의 온도하에서, 실리콘 분말 및/또는 게르마늄 파우더를 알루미나보트를 이용하여 고온부위로 밀어넣고 아르곤(Ar)과 수소를 혼합하여 10 내지 100 sccm의 속도로 흘려주어 상기 반도체 나노선을 형성할 수 있다. 뿐만 아니라, 1 내지 100mTorr의 압력하에서 이온건이나 미세 레이저를 이용하여 합성하고자 하는 원소를 갖는 타겟을 스퍼터링하여 증발되는 소스 증기와 이온들을 통해 상기 반도체 나노선을 형성할 수 있다. In the above, at a pressure of 1 to 100 mTorr, at least any one of Ar, He and H 2 and a gas atmosphere at a temperature of 300 to 600 ° C., 5 to 200 sccm of SiH 4 , GeH 4 , B 2 H 6 and PH It is preferable to form the semiconductor nanowire by flowing at least one of four gases for 10 to 30 minutes. Further, under a pressure of 1 to 100 mTorr and a temperature of 50 to 1000 ° C., silicon powder and / or germanium powder were pushed to a high temperature region using an alumina boat, and argon (Ar) and hydrogen were mixed to give a speed of 10 to 100 sccm. The semiconductor nanowires may be formed by flowing through. In addition, the semiconductor nanowire may be formed through source vapors and ions evaporated by sputtering a target having an element to be synthesized using an ion gun or a micro laser under a pressure of 1 to 100 mTorr.

앞서 설명한 상기 나노 템플레이트는 CrO3 와 H3PO4의 wt%를 조절한 이들의 혼합용액을 사용하여 제거하는 것이 효과적이다. It is effective to remove the nano-template described above using a mixed solution of these in which wt% of CrO 3 and H 3 PO 4 are adjusted.

여기서, 상기 게이트 절연막으로 500 내지 1000℃ 범위의 온도와 산소 또는 H2O 분위기 하에서 30 내지 90분간 열처리하여 형성된 실리콘 열 산화막을 사용하거나, Hf, Zr, La 및 Al 중 적어도 어느 하나의 산화막 및 이들의 실리케이트를 이용하여 형성된 고유전율 산화막을 사용하는 것이 바람직하다. Here, using the silicon thermal oxide film formed by heat treatment for 30 to 90 minutes in a temperature in the range of 500 to 1000 ℃ and oxygen or H 2 O atmosphere as the gate insulating film, or at least any one of Hf, Zr, La and Al, and these It is preferable to use a high dielectric constant oxide film formed using the silicate.

앞서 설명한 상기 반도체 나노선 사이에 상기 제 1 층간 절연막, 상기 도전성 물질막 및 상기 제 2 층간 절연막을 순차적으로 형성하여 상기 게이트 전극, 상기 소스 및 상기 드레인을 형성하는 단계는, 상기 반도체 나노선 하부를 감싸도록 소정의 불순물로 도핑된 상기 제 1 층간 절연막을 형성하는 단계와, 상기 제 1 층간 절연막 상에 상기 반도체 나노선의 일부를 감싸도록 상기 게이트 전극용 상기 도전성 물질막을 형성하는 단계와, 상기 도전성 물질막 상에 상기 반도체 나노선의 상부를 감싸도록 소정의 불순물이 도핑된 상기 제 2 층간 절연막을 형성하는 단계 및 상기 제 1 및 제 2 층간 절연막에 도핑된 불순물을 상기 반도체 나노선으로 확산시키기 위해 소정의 열처리 공정을 실시하는 단계를 포함한다. 이때, 상기 제 1 층간 절연막을 형성하는 단계와 상기 도전성 물질을 형성하는 단계 사이와, 상기 도전성물질을 형성하는 단계와 상기 제 2 층간 절연막을 형성하는 단계 사이에, 절연막 스페이스 절연막을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다. 여기서, 상기 제 1 및 제 2 층간 절연막으로 TEOS (tetraethyl orthosilicate), BSG (borosilicate glass), PSG (phosporosilicate glass) 등을 사용하되, 상기 제 1 및 제 2 층간 절연막 각각은 소스 및 드레인의 두께만큼 형성하는 것이 바람직하다. The first interlayer insulating film, the conductive material film, and the second interlayer insulating film may be sequentially formed between the semiconductor nanowires to form the gate electrode, the source, and the drain. Forming the first interlayer insulating film doped with a predetermined impurity so as to wrap, forming the conductive material film for the gate electrode to cover a portion of the semiconductor nanowire on the first interlayer insulating film, and the conductive material Forming the second interlayer insulating film doped with a predetermined impurity so as to surround an upper portion of the semiconductor nanowire on the film and spreading the impurities doped in the first and second interlayer insulating films to the semiconductor nanowire. Performing a heat treatment process. At this time, between the forming of the first interlayer insulating film and the forming of the conductive material, and between the forming of the conductive material and the forming of the second interlayer insulating film, forming an insulating film space insulating film It may further include. In this case, TEOS (tetraethyl orthosilicate), BSG (borosilicate glass), PSG (phosporosilicate glass) and the like are used as the first and second interlayer insulating films, and the first and second interlayer insulating films are formed to have a thickness of a source and a drain. It is desirable to.

앞서 설명한 게이트 전극, 소스 및 드레인을 형성하는 단계 이후에, 상기 제 2 층간 절연막 상부에 노출된 상기 반도체 나노선과 상기 게이트 절연막을 제거하기 위한 평탄화 공정을 실시하는 단계 및 금속배선 공정을 실시하는 단계를 더 포함할 수 있다. After forming the gate electrode, the source and the drain described above, the step of performing a planarization process for removing the semiconductor nanowire and the gate insulating film exposed on the second interlayer insulating film and performing a metal wiring process It may further include.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 더욱 상세히 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described an embodiment of the present invention in more detail. However, the present invention is not limited to the embodiments disclosed below, but will be implemented in various forms, and only the embodiments are intended to complete the disclosure of the present invention, and to those skilled in the art to fully understand the scope of the invention. It is provided to inform you. Like numbers refer to like elements in the figures.

본 발명의 구체적인 실시예의 설명에 앞서, 본 발명의 기술적 사상과 본 발명 나노선을 이용한 반도체 소자의 특징을 설명하도록 한다. Prior to the description of the specific embodiment of the present invention, the technical spirit of the present invention and the features of the semiconductor device using the nanowire of the present invention will be described.

이하, 도면을 참조하여 다양한 형상의 CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor) 반도체 소자에 관해 설명하기로 한다. Hereinafter, various types of complementary metal oxide semiconductor (CMOS) semiconductor devices will be described with reference to the accompanying drawings.

도 1 내지 도 3은 다양한 형태의 반도체소자를 설명하기 위한 개념도 들이다. 1 to 3 are conceptual diagrams for describing various types of semiconductor devices.

먼저 도 1은 플래너(Planar) CMOS 반도체 소자의 조감도이다. 도 1의 a는 활성영역 상에 직선형태의 게이트전극(40)이 형성되고, 그 양측에 소스(50)와 드레인(60)이 형성된 플래너 CMOS 반도체 소자를 나타낸 평면도이다. 이는 반도체 기판을 활성영역과 필드 영역으로 분할한 다음, 그 상부에 게이트 전극(40)을 형성한 다 음, 게이트 전극(40)양측의 반도체 기판에 소스(50)와 드레인(60)을 형성한다. 다음으로 도 1의 b는 활성영역이 여러개로 분할된 직사각형 막대기(Rectangular Bar)모양으로 나누어 제조된 반도체 소자의 평면도이고 c는 사시도이다. 이는 반도체 기판(10)상에 게이트 전극(40)을 형성하고, 게이트 전극(40) 양측에 소스(50), 드레인(60)을 형성하되, 소스(50)와 드레인(60)을 실리콘 레그(Silicon Legs) 형태로 제작하여 3차원적으로 게이트 전극(40)에 접속되도록 형성한다. 이와 같이 활성영역을 여러개로 분할하여 게이트 전극 양측에 형성하게 되면, 금속 게이트전극(40)과 액티브영역을 접하는 면이 3차원적으로 발생하여 액티브 실리콘 내에서의 전하를 더욱 많이 발생시킬 수 있게 되며, 결과적으로 더욱 큰 전류 구동력을 얻을 수 있게 된다.1 is a bird's eye view of a planar CMOS semiconductor device. 1A is a plan view illustrating a planar CMOS semiconductor device in which a linear gate electrode 40 is formed on an active region, and a source 50 and a drain 60 are formed on both sides thereof. This divides the semiconductor substrate into an active region and a field region, forms a gate electrode 40 thereon, and then forms a source 50 and a drain 60 on the semiconductor substrates on both sides of the gate electrode 40. . Next, FIG. 1B is a plan view of a semiconductor device manufactured by dividing the active region into a rectangular bar shape divided into several parts, and c is a perspective view. The gate electrode 40 is formed on the semiconductor substrate 10, and the source 50 and the drain 60 are formed on both sides of the gate electrode 40, but the source 50 and the drain 60 are formed of silicon legs ( Silicon Legs) to form a three-dimensional connection to the gate electrode 40. In this way, if the active region is divided into two and formed on both sides of the gate electrode, a surface in contact with the metal gate electrode 40 and the active region is generated three-dimensionally to generate more charge in the active silicon. As a result, a larger current driving force can be obtained.

뿐만아니라, 도 2는 실린더형 나노와이어를 이용하여 제작된 반도체 소자의 조감도이다. 도 2의 a는 게이트 전극(40)이 실리콘의 활성영역을 완전히 감싸는 형상으로 제작된 반도체 소자의 개념도이고, 도 2의 b는 a의 단면 개념도이다. 이와 같이 실리더형의 실리콘 나노선(70)의 소정영역에 게이트 절연막(45)과 게이트 전극(40)을 형성하고, 그 양측에 소스(50)와 드레인(60)을 형성한다. 도 2의 b에서와 같이 금속 게이트 전극(40)이 액티브 실리콘을 완전히 감쌀 수 있는 토폴로지(topology)로 형성하여 실리콘 내에서 유도될 수 있는 전하 농도를 극대화한다. 이와 같이 실리더형 나노 와이어를 이용하여 형성할 경우 가장 이상적인 소자 구조를 갖는다. 2 is a bird's eye view of a semiconductor device fabricated using cylindrical nanowires. 2A is a conceptual diagram of a semiconductor device in which the gate electrode 40 completely surrounds an active region of silicon, and FIG. 2B is a cross-sectional conceptual view of a. In this way, the gate insulating film 45 and the gate electrode 40 are formed in a predetermined region of the silicon silicon wire 70 of the cylinder type, and the source 50 and the drain 60 are formed on both sides thereof. As shown in b of FIG. 2, the metal gate electrode 40 is formed in a topology capable of completely encapsulating active silicon to maximize charge concentrations that can be induced in the silicon. Thus, when formed using the cylinder-type nanowire has the most ideal device structure.

다음으로 도 3의 a는 삼각형의 나노 와이어를 채택한 반도체 소자의 구조를 나타낸 것이고, b는 직사각형의 나노 와이어를 채택한 반도체 소자의 구조를 나타낸 것이고, c는 매우 얇은 몸체(Ultrathin Body)를 갖는 이중 게이트(Double Gate) 구조를 갖는 반도체 소자를 나타낸 것이다. Next, FIG. 3A shows the structure of a semiconductor device employing triangular nanowires, b shows a structure of a semiconductor device employing rectangular nanowires, and c is a double gate having a very thin body. A semiconductor device having a (Double Gate) structure is shown.

표 1 및 표 2는 여러가지 반도체 소자의 구조에 따른 소자의 동작 특성을 비교하기 위한 소자 시뮬레이션 결과표이다. Table 1 and Table 2 are device simulation result tables for comparing the operation characteristics of the device according to the structure of the various semiconductor devices.

DGDG TW<110>TW <110> RW<110>RW <110> RW<100>RW <100> CW<100>CW <100> WSL(nm)W SL (nm) N/AN / A 4.24.2 4.04.0 4.04.0 3.03.0 W (nm)W (nm) N/AN / A 6.76.7 6.06.0 6.06.0 5.05.0 ρ(nm)ρ (nm) N/AN / A 6.76.7 8.08.0 8.08.0 5.05.0 Ion(㎂/㎛)I on (㎂ / ㎛) 20002000 16301630 14601460 16501650 35503550 S(mV/dec)S (mV / dec) 9797 9191 9696 9797 7777 DIBL(mV/V)DIBL (mV / V) 120120 6969 104104 109109 2121 Delay(Ps)Delay (Ps) 0.0750.075 0.0560.056 0.0690.069 0.0620.062 0.0460.046

DGDG TW<110>TW <110> RW<110>RW <110> RW<100>RW <100> CW<100>CW <100> WSL(nm)W SL (nm) N/AN / A 8.58.5 4.04.0 4.04.0 6.06.0 W (nm)W (nm) N/AN / A 10.910.9 6.06.0 6.06.0 8.08.0 ρ(nm)ρ (nm) N/AN / A 10.910.9 8.08.0 8.08.0 8.08.0 Ion(㎂/㎛)I on (㎂ / ㎛) 930930 940940 16801680 18601860 22902290 S(mV/dec)S (mV / dec) 144144 122122 101101 102102 9696 DIBL(mV/V)DIBL (mV / V) 396396 195195 157157 163163 129129 Delay(Ps)Delay (Ps) 0.1670.167 0.1440.144 0.0920.092 0.0820.082 0.0790.079

상기의 표 1은 1nm 두께의 게이트 산화막과 10nm의 게이트 길이를 갖고, 몸체 두께가 3nm일 경우의 더블 게이트 전극 구조를 갖는 소자(DG), 삼각형 게이트 전극 구조를 갖는 소자(TW<110>), 사각형 게이트 전극 구조를 갖는 소자(RW<110> 및 RW<100>)와, 실리더형 게이트 전극 구조를 갖는 소자(CW<100>) 각각의 소자 특 성을 나타낸 표이다. 또한, 표 2는 몸체 두께가 6nm일 경우의 상술한 소자들의 특성을 타나낸 표이다. Table 1 above shows a device having a double gate electrode structure (DG) having a gate oxide film having a thickness of 1 nm and a gate length of 10 nm, and having a body thickness of 3 nm, a device having a triangle gate electrode structure (TW <110>), Table 1 shows the device characteristics of the devices RW <110> and RW <100> having a rectangular gate electrode structure and the elements CW <100> having a cylinder type gate electrode structure. In addition, Table 2 is a table showing the characteristics of the above-described device when the body thickness is 6nm.

상기의 표 1 및 표 2를 살펴보면, 실리더형의 게이트 전극 구조를 갖는 반도체 소자의 경우가 구동전류(Ion) 특성, DIBL(Drain-Induced Barrier Lowering) 특성, 스윙(S; Swing) 특성, 딜레이(Delay) 특성이 우수함을 알 수 있다. Referring to Tables 1 and 2 above, a semiconductor device having a cylinder type gate electrode structure has a driving current (I on ) characteristic, a drain-induced barrier lowering (DIBL) characteristic, a swing characteristic (S; swing characteristic), It can be seen that the delay characteristics are excellent.

도 4은 여러가지 반도체 소자의 구조와 게이트 길이에 따른 소자의 스윙 특성을 나타낸 그래프이다. 4 is a graph illustrating swing characteristics of devices according to structures and gate lengths of various semiconductor devices.

상기의 표 1 및 표 2와 도 4를 참조하여 10nm 이하의 게이트 길이를 갖는 나노 구조에 다른 스윙 특성을 살펴본 결과, 실리더형의 게이트 전극 구조를 갖는 반도체 소자가 가장 우수한 스윙 특성을 갖게 된다. 또한, 게이트 길이가 감소하면 할수록 실리더형 게이트 전극 구조를 갖는 소자의 스윙 특성이 극대화됨을 알 수 있다. Referring to Table 1, Table 2, and FIG. 4, as a result of examining the swing characteristics of the nanostructure having the gate length of 10 nm or less, the semiconductor device having the cylinder type gate electrode structure has the best swing characteristics. In addition, it can be seen that as the gate length decreases, the swing characteristic of the device having the cylinder type gate electrode structure is maximized.

이와 같은 실리더형의 게이트 전극 구조를 갖는 반도체 소자를 형성하기 위해서 실리콘 기판위에 고밀도의 수직 나노기공을 규칙적으로 성장시켜 이러한 기공내에 실리콘 나노선을 성장시키고 나노템플레이트를 습식으로 제거하여 실리콘 나노선을 제조한다. 이후, 실리콘 나노선을 완전히 둘러싸도록 게이트 전극을 형성하여 앞서 언급한 도 2에서와 같은 형상의 반도체 구조를 형성할 수 있다. 이러한 형상과 구조를 갖는 반도체 소자의 제조 방법에 관한 실시예를 도면을 참조하여 후술한다. In order to form a semiconductor device having such a gate type gate electrode structure, high-density vertical nanopores are regularly grown on a silicon substrate to grow silicon nanowires in these pores, and the nano-templates are removed by wet removal. Manufacture. Thereafter, the gate electrode may be formed to completely surround the silicon nanowires, thereby forming a semiconductor structure having the same shape as in FIG. 2. An embodiment of a method of manufacturing a semiconductor device having such a shape and structure will be described later with reference to the drawings.

먼저, 반도체 소자의 제조 공정에 앞서 AAO 나노 템플레이트(Anodized Aluminum Oxide Nanotemplate)의 제조 방법과 그 기술적 원리를 간략하게 살펴보면 다음과 같다. First, prior to the manufacturing process of the semiconductor device, a brief description of the manufacturing method and technical principle of AAO nano-template (Anodized Aluminum Oxide Nanotemplate) is as follows.

도 5a 내지 도 5c는 알루미늄 박막을 이용하여 AAO 나노 템플레이트의 제조 방법을 설명하기 위한 단면도이다. 5A to 5C are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing an AAO nano template using an aluminum thin film.

도 5a를 참조하면, 실리콘 기판에 증착된 알루미늄박막을 이용하여 AAO 나노 템플레이트를 제조하기 위해서는 실리콘 기판(110)위에 얇은 산화막(120)을 형성한후, 알루미늄 박막(130)을 증착한다. 물론 얇은 산화막(120)을 형성하지 않고, 알루미늄박막(130)을 바로 증착할 수도 있다. 그런 다음, 적절한 산성용액에서 제 1 양극화처리(Anodization)를 실시하여 알루미늄 산화막(140)을 형성한다. 이때, 알루미늄 산화막(140)은 자발적으로 알루미늄박막사이에서 수직한 형상으로 형성된다. 즉, 도면에서 보는 바와 같이 하부의 물결무늬와 같이 소정의 곡률을 갖는 영역과 수직하게 돌출된 영역(도면의 수직한 벽을 형성하는 부분)이 존재하게 된다. 이에 관해서는 후술한다. Referring to FIG. 5A, in order to manufacture an AAO nano template using an aluminum thin film deposited on a silicon substrate, a thin oxide film 120 is formed on the silicon substrate 110 and then an aluminum thin film 130 is deposited. Of course, the aluminum thin film 130 may be directly deposited without forming the thin oxide film 120. Thereafter, a first anodization is performed in a suitable acid solution to form the aluminum oxide film 140. At this time, the aluminum oxide film 140 is spontaneously formed in a vertical shape between the aluminum thin film. That is, as shown in the drawing, there is a region (a portion forming a vertical wall of the drawing) that protrudes perpendicularly to an area having a predetermined curvature such as a wavy pattern at the bottom. This will be described later.

도 5b를 참조하면, 제 1 양극화처리를 통해 형성된 알루미늄 산화막(140)이 무질서하게 돌출 형성된 영역 즉, 불규칙영역(Disordered Part)을 제거한다. 이때 습식식각방법으로 돌출된 영역을 제거하는 것이 바람직하다. 물론 이외의 건식 방법 및 습식과 건식의 혼합 방법을 사용할 수도 있다. Referring to FIG. 5B, an area in which the aluminum oxide layer 140 formed through the first anodization process protrudes randomly, that is, the disordered part, is removed. At this time, it is preferable to remove the protruding region by the wet etching method. Of course, other dry methods and mixing methods of wet and dry can also be used.

도 5c를 참조하면, 알루미늄 산화막(140)과 하단에 잔류하는 알루미늄 박막(130)에 대한 제 2 양극화처리를 실시하여 나노템플레이트(150)를 형성한다. 이러 한 2번의 양극화처리와 한번의 식각공정을 통해 균일성 및 규칙성이 향상되고, 깨끗한 나노템플레이트(150)가 형성될 수 있다. Referring to FIG. 5C, the nanoplate 150 is formed by performing a second anodization process on the aluminum oxide layer 140 and the aluminum thin film 130 remaining at the bottom thereof. The uniformity and regularity may be improved through the two anodization and one etching process, and a clean nano template 150 may be formed.

도 6a 내지 도 6d는 AAO 나노 템플레이트가 제조되는 메카니즘을 설명하기 위한 개념도 이다. 6A to 6D are conceptual diagrams for explaining the mechanism by which AAO nano templates are manufactured.

도 6a 내지 도 6d를 참조하면, AAO 나노템플레이트는 인산, 황산, 옥살산등의 전해질용액내에서 알루미늄박막(130)에 전압을 인가하면 도면에서처럼(도 6c 및 도 6d 참조) 양이온인 알루미늄이온(Al2+)은 용액으로, 음이온인 산소이온(O3-)은 산화가 진행되는 알루미늄박막(130)/알루미늄 산화막(140)의 경계계면으로 이동하려한다. 이때 산화막형성으로 인한 박막내에 압축응력을 완화시키기 위해 반응이 일어나는 계면에 규칙적인 곡률이 생기며, 이러한 곡률의 반경은 인가된 전압에 의존한다. 이러한 곡률의 반경은 나노 템플레이트의 기공의 크기 및 기공의 간격과 나노템플레이트의 형상에 있어서 매우 중요한 요소가 된다. Referring to FIGS. 6A to 6D, AAO nano-templates are aluminum ions that are positive ions as shown in the drawing (see FIGS. 6C and 6D) when voltage is applied to the aluminum thin film 130 in an electrolyte solution such as phosphoric acid, sulfuric acid, and oxalic acid. 2+ ) is a solution, and oxygen ions (O 3- ), which are anions, try to move to the interface between the aluminum thin film 130 and the aluminum oxide film 140 where oxidation proceeds. At this time, regular curvature occurs at the interface where the reaction occurs in order to alleviate the compressive stress in the thin film due to the oxide film formation, the radius of curvature depends on the applied voltage. The radius of curvature is a very important factor in the size of the pores of the nano-template and the pore spacing and the shape of the nano-template.

도 7은 나노 템플레이트의 나노기공의 크기와 전압과의 관계를 설명하기 위한 그래프이다. 7 is a graph for explaining the relationship between the size of the nano-pores and the voltage of the nano-template.

도 7을 참조하면, 나노템플레이트내에서 형성되는 나노기공의 크기와 전해질내에서 인가되는 전압의 의존성을 보여준다. 즉, 전압이 감소함에 따라 기공의 직경이 감소하여 단위 면적당 많은 수의 기공이 형성된다.Referring to FIG. 7, the dependence of the size of the nanopores formed in the nano template and the voltage applied in the electrolyte is shown. That is, as the voltage decreases, the diameter of the pores decreases, thereby forming a large number of pores per unit area.

도 8은 실리콘 기판상에 형성된 AAO 나노 템플레이트의 SEM 사진이다. 8 is an SEM photograph of an AAO nano template formed on a silicon substrate.

도 8에서 보여주듯이 상기의 방법으로 실리콘 기판상에 형성된 나노 템플레 이트는 다수의 수직 나노기공이 미세한 크기로 매우 규칙적으로 형성됨을 알 수 있다. As shown in FIG. 8, it can be seen that the nano-template formed on the silicon substrate by the above method is formed in a very regular manner with a plurality of vertical nanopores.

이하에서는 나노 템플레이트를 제조하는 다른 방법 및 그 기술적 원리를 살펴본다. Hereinafter, another method of manufacturing a nano template and a technical principle thereof will be described.

도 9a 내지 도 9d는 PS와 PMMA을 이용한 나노템플레이트의 제조 방법을 설명하기 위한 단면도들이고, 도 10는 도 9a 내지 도 9b에 의해 제조된 나노템플레이트를 설명하기 위한 사진 및 그래프이다. 9A to 9D are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a nano template using PS and PMMA, and FIG. 10 is a photograph and a graph for explaining the nano template manufactured by FIGS. 9A to 9B.

도 9a 내지 도 9d와 도 10를 참조하면, 실리콘 기판(10)상에 산화막(20)를 형성하고, 산화막(20)상에 PS/PMMA(Polystyrene/Poly Methyl Meta Acrylrate) 폴리머막(30)을 형성한다. 이후 열처리를 실시하여 PMMA상(30b)을 분리한다. 이처럼 상이 분리된 PMMA막(30b)을 습식제거한다. 전체 폴리머막(30)에서 PMMA가 제거됨에 의해 다공성의 PS막(30a)을 형성한다. PS막(30)을 마스크로 하여 산화막(20)을 식각하므로 다수의 나노 기공이 형성된 다공성 나노템플레이트(25)를 형성한다. 도 10의 a 사진은 상분리된 PMMA를 제거한 후의 평면사진이고, 도 10의 b 사진은 산화막에 패턴 트랜스퍼된 후의 평면사진이다. 다음으로 형성된 나노기공에 실리콘(미도시)을 채운후 산화막(20)을 제거한다. 도 10의 c 사진은 나노기둥에 실리콘을 채운후, 산화막을 제거한 후의 평면사진이다. 도 10의 d 그래프는 a 내지 c 사진 각각의 경우에 대한 가우시안 분포를 나타낸 그래프로써, 각각의 경우 모두 20nm 근처를 중심으로 단일 입경크기 분포를 보인다. 9A to 9D and 10, an oxide film 20 is formed on a silicon substrate 10, and a PS / PMMA polymer film 30 is formed on the oxide film 20. Form. Thereafter, heat treatment is performed to separate the PMMA phase 30b. The PMMA film 30b in which the phases are separated in this way is wet-removed. PMMA is removed from the entire polymer film 30 to form a porous PS film 30a. Since the oxide film 20 is etched using the PS film 30 as a mask, a porous nano template 25 having a plurality of nano pores is formed. A photograph of FIG. 10 is a planar photograph after removing the phase-separated PMMA, and a photograph b of FIG. 10 is a plan photograph after pattern transfer to the oxide film. Next, after filling silicon (not shown) in the formed nanopores, the oxide layer 20 is removed. Figure 10c is a planar photograph after removing the oxide film after filling the silicon nano pillars. 10D is a graph showing a Gaussian distribution for each case of a to c photographs, and each case shows a single particle size distribution centered around 20 nm.

이하, AAO 나노 템플레이트를 이용한 반도체 소자의 제조 방법을 설명한다. Hereinafter, the manufacturing method of the semiconductor device using AAO nano template is demonstrated.

도 11a 내지 도 11h는 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 소자의 제조 방법을 설명하기 위한 단면 개념도 들이다. 11A to 11H are cross-sectional conceptual views illustrating a method of manufacturing a semiconductor device in accordance with an embodiment of the present invention.

도 11a를 참조하면, 반도체 기판(110)상에 수직한 다수의 나노 기공(150a)이 형성된 나노 템플레이트(150)를 형성한다. 이때 앞서 언급한 AAO 나노 템플레이트의 제조 방법과 그 기술적 원리를 이용한다. Referring to FIG. 11A, a nano template 150 having a plurality of nano pores 150a perpendicular to the semiconductor substrate 110 is formed. In this case, the method of manufacturing the AAO nano-template mentioned above and its technical principle are used.

이를 위해 먼저, 반도체 기판(110)상에 소정의 산화막(도 5의 120 참조)과 금속막(도 5의 130 참조)을 형성한다. 반도체 기판(110)으로는 실리콘 기판을 사용한다. 물론 이에 한정되지 않고, 반도체 업계에서 사용되고 있는 다양한 종류의 기판을 사용할 수 있다. 상기의 반도체 기판(110)상에 템플레이트 제거를 용이하게 하기 위해 약 500Å미만의 두께의 산화막을 형성한다. 바람직하게는 80 내지 120Å두께로 형성한다. 이때, 산화막으로 자연산화막을 사용할 수 있고, 별도의 산화공정을 통해 형성되는 열 산화막을 사용할 수 있다. 이후 산화막이 형성된 반도체 기판(110)상에 목표로 하는 높이의 템플레이트를 형성하기 위해 1000 내지 10000nm 두께의 금속막을 형성한다. 바람직하게 5000 내지 50000Å두께로 형성한다. 상기의 금속막은 반도체 업계에서 사용하는 증착공정 또는 도금공정을 통해 형성한다. 또한, 금속막으로 알루미늄(Al)을 사용한다. 산화막과 금속막 각각을 형성하는 공정 전후에 기판의 오염물을 제거하기 위한 소정의 세정공정을 실시할 수 있다. 세정공정은 H2O2/NH4OH 수용액을 사용할 수 있다. To this end, first, a predetermined oxide film (see 120 in FIG. 5) and a metal film (see 130 in FIG. 5) are formed on the semiconductor substrate 110. A silicon substrate is used as the semiconductor substrate 110. Of course, the present invention is not limited thereto, and various kinds of substrates used in the semiconductor industry may be used. An oxide film having a thickness of less than about 500 kPa is formed on the semiconductor substrate 110 to facilitate template removal. Preferably it is formed in thickness of 80-120 micrometers. In this case, a natural oxide film may be used as the oxide film, and a thermal oxide film formed through a separate oxidation process may be used. Then, a metal film having a thickness of 1000 to 10000 nm is formed on the semiconductor substrate 110 on which the oxide film is formed to form a template having a target height. Preferably, it is formed to a thickness of 5000 to 50000 mm 3. The metal film is formed through a deposition process or a plating process used in the semiconductor industry. In addition, aluminum (Al) is used as a metal film. Before and after each step of forming the oxide film and the metal film, a predetermined cleaning step for removing contaminants on the substrate can be performed. The washing process may use a H 2 O 2 / NH 4 OH aqueous solution.

이후, 제 1 양극화처리 공정을 실시하여 다공성 금속 산화막을 형성한다. 제 1 양극화처리 공정은 인산, 옥살산, 황산등을 포함하는 전해질 용액에 침전된 기판에 전압을 인가하여 양극화(Anodization)가 발생되도록 한다. 제 1 양극화 처리 공정을 통해 금속막 높이의 10 내지 50% 정도 산화시켜 다공성 금속 산화막을 형성한다. 금속 산화막 표면을 제외한 영역의 금속 산화막을 제거한다. 즉, 다공성막의 수직한 벽을 형성하는 비정렬된 부분(Disordered Part)만을 습식 식각으로 제거하여 하단의 나노기공의 곡률만 남는 정렬된(Ordered) 금속 산화막 표면을 잔류시킨다. 물론 금속 산화막의 제거되는 양은 한정하지 않았지만, 이는 나노 템플레이트(150)의 목적과 기능에 따라 다양하게 변화 될 수 있다. 그 다음 제 2 양극화처리 공정을 실시하여 균일하게 배열된 수직 나노기공을 형성하여 나노 템플레이트(150)를 형성한다. 제 2 양극화처리는 제 1 양극화처리와 동일한 방법으로 실시하는 것이 바람직하다. 이와 같이 완료된 나노 템플레이트(150)의 수직 기공이 기판까지 연결될 수 있도록 전해질 내에서 소정의 트리트먼트 공정을 실시하여 곡률이 형성된 부위의 금속 산화막을 제거한다. 상술한 바와 같이 먼저 충분한 간격으로 나노 기공이 배치될 수 있도록 양극화처리 공정을 조절하고, 2번의 양극화처리 공정을 실시하여 기공의 직경을 확장시킬 수 있다. 이때, 금속으로 알루미늄을 사용할 경우에는 다공성 나노템플레이트(150)는 AAO가 된다. Thereafter, a first anodization process is performed to form a porous metal oxide film. In the first anodization process, anodization is generated by applying a voltage to a substrate precipitated in an electrolyte solution including phosphoric acid, oxalic acid, sulfuric acid, and the like. The porous metal oxide film is formed by oxidizing about 10 to 50% of the height of the metal film through the first anodization process. The metal oxide film in the region except the metal oxide film surface is removed. That is, only the disordered parts forming the vertical walls of the porous membrane are removed by wet etching, leaving an ordered metal oxide film surface in which only the curvature of the nanopores at the bottom remains. Of course, the removal amount of the metal oxide film is not limited, but this may be variously changed according to the purpose and function of the nano template 150. Then, a second anodization process is performed to form vertically aligned vertical nanopores to form the nano template 150. The second anodization treatment is preferably carried out in the same manner as the first anodization treatment. Thus, a predetermined treatment process is performed in the electrolyte so that the vertical pores of the completed nano template 150 are connected to the substrate to remove the metal oxide film of the portion where the curvature is formed. As described above, the anodization process may be adjusted so that the nanopores may be disposed at a sufficient interval, and the diameter of the pores may be expanded by performing two anodization processes. In this case, when aluminum is used as the metal, the porous nano-template 150 becomes AAO.

뿐만 아니라 폴리스탈랜/PMMA등의 폴리머 소재를 사용할 수 있다. 이러한 폴리스탈랜/PMMA 템플레이트의 제조는 실리콘 기판위에 두꺼운(약 500 내지 5000Å) 산화막을 증착한 다음, 두 종류의 폴리머를 그 위에 증착하고 열처리하면, 폴리머상에 상분리가 발생하여 PMMA가 PS 메트릭스 내에 실린더모양으로 응집한다. 후속의 PMMA를 용해하는 화학용재를 투입하면 나노기공을 만드는 PS만 산화막위에 남게되고 이를 계속해서 건식식각하면 PS의 모양이 실리콘 산화막에 패턴 트랜스퍼(Pattern Transfer)된다. 그런 다음 PS를 녹여내면, 실리콘 산화막에 기판수직형 나노기공이 규칙적으로 형성된 나노 템플레이트가 제조될 수 있다. In addition, polymer materials such as polytallan / PMMA can be used. The fabrication of such polytallan / PMMA template involves the deposition of a thick (about 500 to 5000 micron) oxide film on a silicon substrate followed by the deposition and heat treatment of two polymers thereon, resulting in phase separation on the polymer resulting in PMMA in the PS matrix. Agglomerate in cylinder shape. Subsequent injection of chemicals to dissolve PMMA leaves only the PS, which makes nanopores, remain on the oxide layer, and if it is continuously etched, the shape of the PS is pattern transferred to the silicon oxide layer. Then, by dissolving PS, a nano-template in which substrate vertical nano-pores are regularly formed in a silicon oxide film can be produced.

본 실시예에서는 양극화처리 공정의 조건을 조절하여 2 내지 300nm의 직경과 3 내지 10000nm 높이의 수직 기공을 갖는 나노 템플레이트(150)를 형성할 수 있다. 즉, 앞선 도 9에서 설명하였던 바와 같이 전압을 조절함으로 인해 목표로 하는 직경과 높이의 수직 기공을 갖는 나노 템플레이트(150)를 형성한다. 양극화처리 공정 조건에서 전압을 낮추어 주면 형성되는 기공의 크기를 감소시킬 수 있다. 본 실시예에서는 0.1 내지 500V의 전압을 기판에 인가하여 목표로 하는 직경의 기공을 갖는 나노 템플레이트(150)를 형성한다. 만일 10 nm 미만의 극미세 나노기공을 균일하게 형성하기 위해서는 1V 미만의 미세한 전압조절과 아울러, 전해질의 농도와 반응온도 등을 미세히 조절해야 한다.In the present exemplary embodiment, the nano template 150 having the diameter of 2 to 300 nm and the vertical pores of 3 to 10000 nm in height may be formed by adjusting the conditions of the anodization process. That is, as described above with reference to Figure 9 by adjusting the voltage to form a nano-template 150 having vertical pores of the target diameter and height. When the voltage is lowered under the anodization process conditions, the size of pores formed can be reduced. In this embodiment, a voltage of 0.1 to 500V is applied to the substrate to form a nano template 150 having pores of a target diameter. In order to uniformly form ultra-fine nanopores of less than 10 nm, it is necessary to finely control the concentration of the electrolyte and the reaction temperature, as well as to control the minute voltage of less than 1V.

또한, 상기의 나노 템플레이트(150)는 그 직경을 조절하기 위해 큰 사이즈의 기공을 형성한 다음, 그 내부에 소정의 물질을 증착하여 작은 사이즈의 기공을 형성할 수 있다. In addition, the nano template 150 may form pores of a large size to control the diameter thereof, and then deposit a predetermined material therein to form pores of a small size.

도 12는 미세한 수직 기공을 갖는 나노 템플레이트의 형성을 설명하기 위한 개념도 이다. 12 is a conceptual diagram illustrating the formation of a nano template having fine vertical pores.

도 12를 참조하면, 앞서 언급한 바와 같이 제 1 크기의 기공을 갖는 나노 템플레이트(150)를 형성한다. 이후, 실리카-계면활성제의 분자체 물질(Silica- Surfactant Molecular Sieve Precursor Solution)을 채워서 제 2 크기의 기공을 형성한다. 이를 통해 약 2nm 크기 정도의 초미세 나노 기공을 템플레이트(150) 벽을 따라 수직으로 형성시킬 수 있다. 또한, 소정의 전구체 용액을 템플레이트(150)의 기공내에 도포한 다음, 상온의 대기 중에서 건조하여 약 3nm 정도의 미세한 수직형 나노 기공을 형성할 수도 있다. 상기의 전구체 용액은 에탄올, TEOS(tetraethyl orthosilicate), HCl 수용액등을 상온에서 200℃사이에서 혼합한 다음, 추가로 CTAB와 HCl 용액을 넣은 다음, 다시 충분히 혼합하여 제조한다.Referring to FIG. 12, as described above, the nano template 150 having the pores of the first size is formed. Thereafter, the silica-surfactant molecular sieve material (Silica-Suractant Molecular Sieve Precursor Solution) is filled to form pores of a second size. Through this, ultra-fine nano pores having a size of about 2 nm may be vertically formed along the wall of the template 150. In addition, a predetermined precursor solution may be applied in the pores of the template 150 and then dried in an air at room temperature to form fine vertical nanopores of about 3 nm. The precursor solution is Ethanol, TEOS (tetraethyl orthosilicate), HCl aqueous solution, etc. are mixed at room temperature between 200 ℃, additionally added CTAB and HCl solution, and then sufficiently mixed again to prepare.

본 실시예에서는 나노 구조체의 제작후, 배선을 용이하게 하기 위해 증착된 알루미늄을 모두 양극화시키지 않고 템플레이트(150) 하단에 약간의 알루미늄 금속을 잔류시키거나, 혹은 기판과 알루미늄증착 전에 다른 종류의 배선용 금속막(미도시)을 삽입할 수도 있다. 이렇게 삽입되는 금속은 Cu, Nb, 및 Al 중 적어도 어느 하나인 금속을 사용할 수 있다. 이와 같이 소정의 금속을 삽입할 경우, 나노템플레이트(150)의 형성이 완료된 후, 하단의 기판(혹은 증착된 금속막)과 나노기공이 연결될 수 있도록 곡률이 크게 형성된 정렬된 알루미늄 산화막의 하단을 전해질내(주로 크롬산)에서 제거하는 것이 바람직하다. In the present embodiment, after fabrication of the nanostructure, some aluminum metal is left at the bottom of the template 150 without polarizing all of the deposited aluminum to facilitate wiring, or other types of wiring metals before deposition of the substrate and aluminum. A membrane (not shown) may be inserted. As the metal to be inserted, a metal which is at least one of Cu, Nb, and Al may be used. When the predetermined metal is inserted as described above, after the formation of the nano-template 150 is completed, the lower end of the aligned aluminum oxide film having a large curvature so as to connect the lower substrate (or the deposited metal film) and the nanopores is electrolyte. It is preferable to remove from inside (mainly chromic acid).

도 11b를 참조하면, 다수의 수직한 나노 기공을 포함하는 나노 템플레이트(150)의 나노 기공 내부에 반도체 물질을 수직하게 성장시켜 반도체 나노선(170)을 형성한다.Referring to FIG. 11B, the semiconductor material is vertically grown in the nano-pores of the nano-template 150 including the plurality of vertical nano-pores to form the semiconductor nanowires 170.

반도체 물질을 성장시키는 방법은 소정의 금속촉매(미도시)를 이용하여 성장하는 방법과 금속촉매를 사용하지 않는 방법을 적용할 수 있다. As a method of growing a semiconductor material, a method of growing using a predetermined metal catalyst (not shown) and a method of not using a metal catalyst may be applied.

소정의 금속촉매를 사용할 경우에는 전해질 내에서 전해증착법(Electrodeposition; 전기 도금)을 이용하여 나노 템플레이트의 기공 바닥면에 금속 나노 클러스터(미도시)를 증착한다. 금속촉매(금속 나노 클러스트)로 Pt, Fe, Au 및 Ni을 포함하는 금속을 사용하는 것이 바람직하다. 금속을 촉매로 하는 방법은 전해질내에서 이들의 금속을 전기도금하여 나노기공의 바닥부위에 금속막이 증착되도록 할 수 있다. 이처럼 나노 플레이트의 기공바닥면에 금속나노클러스터를 형성한 후, 이를 핵으로하여 그 위에 반도체 나노선을 형성한다. 이렇게 성장되는 나노선의 직경은 템플레이트(150)내의 기공직경에 의해 결정되는 것이 아니고 전해증착된 금속 클러스터의 입자크기에 의해 결정된다. 이로인해 성장된 나노선과 나노기공간에 빈공간(Gap)이 존재할 수 있게 된다. In the case of using a predetermined metal catalyst, metal nano clusters (not shown) are deposited on the bottom surface of the pores of the nano template using electrodeposition (electroplating) in an electrolyte. It is preferable to use a metal containing Pt, Fe, Au and Ni as the metal catalyst (metal nanocluster). In the method using metal as a catalyst, these metals may be electroplated in an electrolyte so that a metal film is deposited on the bottom of the nanopores. As such, after forming a metal nanocluster on the bottom surface of the nanoplate, a semiconductor nanowire is formed thereon using the nucleus as a nucleus. The diameter of the nanowires thus grown is not determined by the pore diameter in the template 150, but by the particle size of the electrolytically deposited metal clusters. This allows gaps to exist in the grown nanowires and nanospaces.

한편 금속촉매을 사용하지 않는 경우에는 일명 OAG(Oxide-Assisted Growth)라고 하는 방법으로 SIO 분말등을 고온열처리로에서 적절한 분위기 하에 열증발시키면 증발된 실리콘증기가 템플레이트(150)의 기공내에 곡률이 큰 부위에서 선택적으로 흡착되어 성장되는 원리를 이용한다. 이는 금속촉매의 사용이 반도체 나노선(170)에 화학적으로 불순물 역할을 하게 되는 환경에서 사용하는 것이 바람직하다. 이러한 방법은 매우 간단하게 수행될 수 있지만, 형성되는 반도체 나노선(170)의 결정성이 금속 나노 클러스터를 이용할 때 보나 낮으며, 형성되는 반도체 나노선(170)의 직경 또한 나노 기공의 형상에 크게 의존하게 되므로 나노 템플레이트(150) 내에 형성되는 기공의 균일도 및 형상을 매우 우수하게 제조하여야 한다.On the other hand, when a metal catalyst is not used, a portion of the curvature in the pores of the template 150 is evaporated by the vaporization of SIO powder under a suitable atmosphere in a high temperature heat treatment furnace by a method called OAG (Oxide-Assisted Growth). It uses the principle of selective adsorption and growth at. It is preferable to use the metal catalyst in an environment in which the semiconductor nanowire 170 chemically plays an impurity role. This method can be performed very simply, but the crystallinity of the semiconductor nanowires 170 to be formed is lower than when using the metal nano-cluster, and the diameter of the semiconductor nanowires 170 to be formed is also large in the shape of the nano-pores Since it depends, the uniformity and shape of the pores formed in the nano-template 150 should be manufactured very well.

이때의 반도체 나노선(170)의 합성은 실리콘(Si)의 경우 SiH4, Si2H6, SiH 2Cl4등의 소스 가스를 사용하고, 게르마늄(Ge)의 경우 마찬가지로 GeH4등의 소스가스를 사용할 수 있다. 또한, 고온 열처리 공정(노를 이용)에서 Ge, Si 등이 함유된 분말을 열분해 시켜 성장시킬 수도 있다. 이뿐만 아니라 물리적 기상 증착법으로 이들 원소가 함유된 타겟(target)이 설치된 챔버내에서 이온 스퍼터링에 의해 물리적으로 이들 원소의 증기를 발생시켜 합성할 수 있다. 이러한 방법들이 구현되는 온도를 낮추어 주기 위해서는 플라즈마가 발생되는 장비를 사용하면 효과적이다. At this time, the synthesis of the semiconductor nanowire 170 uses a source gas such as SiH 4 , Si 2 H 6 , SiH 2 Cl 4 in the case of silicon (Si), and source gas such as GeH 4 in the case of germanium (Ge). Can be used. In addition, the powder containing Ge, Si, or the like may be thermally decomposed and grown in a high temperature heat treatment process (using a furnace). In addition, physical vapor deposition can be synthesized by physically generating vapors of these elements by ion sputtering in a chamber in which a target containing these elements is installed. It is effective to use equipment that generates plasma to lower the temperature at which these methods are implemented.

이에 관해 좀더 자세히 살펴보면, 먼저 소스 가스를 이용하여 반도체 나노선(170)을 성장시키기 위한 조건은 100 mTorr 이하의 압력과, Ar, He 및 H2 중 적어도 어느 하나의 가스 분위기와 300 내지 600℃의 온도하에서, 약 20분 내외로 소스 가스를 약 5 내지 200sccm 정도 흘려준다. 즉, 반응기 내부의 진공도를 10 내지 90mTorr으로 유지시킨 상태에서 Ar, He 및 H2 중 적어도 어느 하나의 가스 분위기 하에서 반응기 내부의 온도를 300 내지 600℃정도로 올려준다. 이후에 SiH4를 약 5 내지 200 sccm 정도로 10 내지 30분이내로 챔버내부에 흘려주면 실리콘 단결정 나노선이 성장된다. 이때, 반응 가스로 GeH4를 넣어주면 Ge 나노선이 성장된다. 또한, 반응 가스로 SiH4와 GeH4를 혼합하여 넣어주면 SiGe 나노선이 성장될 수 있다. SiH 4와 GeH4를 혼합할 경우 SiH4에 대비하여 챔버의 온도를 다소 낮게(50 내지 90%) 유 지할 수 있다. 또한, 성장시 B2H6 나 PH4 등을 넣어주면 성장하는 반도체 나노선(170)이 붕소(B) 나 인(P) 에 의해 각각 p 타입 혹은 n 타입으로 도핑될 수 있다. 본 실시에에서는 SiH4등의 반응가스를 이용하여 화학기상증착법으로 실리콘 단결정 나노선이 금속클러스터가 있는 위치에서 성장되도록 한다. 물론 앞서 언급한 바와 같이 GeH4, B2H6, PH4등을 첨가하면 각각 Ge, B, P가 함유되는 반도체 단결정 나노선이 성장될 수 있다. In more detail, first, the conditions for growing the semiconductor nanowires 170 using a source gas may include a pressure of 100 mTorr or less, a gas atmosphere of at least one of Ar, He, and H 2 , and 300 to 600 ° C. Under temperature, the source gas is flowed in about 5 to 200 sccm in about 20 minutes. That is, while maintaining the degree of vacuum in the reactor at 10 to 90 mTorr, the temperature inside the reactor is raised to about 300 to 600 ° C. under at least one gas atmosphere of Ar, He, and H 2 . Thereafter, when SiH 4 is poured into the chamber within about 10 to 30 minutes at about 5 to 200 sccm, silicon single crystal nanowires are grown. At this time, when GeH 4 is added as a reaction gas, Ge nanowires are grown. In addition, when SiH 4 and GeH 4 are mixed into the reaction gas, SiGe nanowires may be grown. When SiH 4 and GeH 4 are mixed, the temperature of the chamber can be kept slightly lower (50 to 90%) compared to SiH 4 . In addition, when B 2 H 6 or PH 4 is added during growth, the growing semiconductor nanowires 170 may be doped with p type or n type by boron (B) or phosphorus (P), respectively. In this embodiment, the silicon single crystal nanowires are grown at the position of the metal cluster by chemical vapor deposition using a reaction gas such as SiH 4 . Of course, as mentioned above, when GeH 4 , B 2 H 6 , and PH 4 are added, semiconductor single crystal nanowires containing Ge, B, and P may be grown.

또한, 소스 분말을 이용하여 반도체 나노선(170)을 성장시키는 조건은 반응기 내부의 진공도를 100 mTorr 이하로 유지하는 상태에서, 반응기내에 알루미나보트를 이용하여 실리콘 산화막 분말을 보트에 태워 고온부위로 밀어넣고 아르곤(Ar)과 수소를 혼합하여 10 내지 100 sccm의 속도로 흘려준다. 이때, 가열되는 반응기의 온도는 50 내지 1000 ℃ 영역이며, 20 내지 40분 정도 열처리하면 실리콘 나노선이 성장된다. 이때 알루미나 보트에 게르마늄 파우더(Ge powder)를 넣으면 게르마늄 나노선이 성장되고 실리콘 산화막 분말과 혼합하면 실리콘 게르마늄(SiGe) 나노선이 성장된다.In addition, the conditions for growing the semiconductor nanowires 170 by using the source powder is a state in which the vacuum degree inside the reactor is maintained at 100 mTorr or less, by using the alumina boat in the reactor by burning the silicon oxide film powder in the boat to the high temperature site and Argon (Ar) and hydrogen are mixed and flowed at a rate of 10 to 100 sccm. At this time, the temperature of the reactor to be heated is in the range of 50 to 1000 ℃, heat treatment for 20 to 40 minutes to grow the silicon nanowires. In this case, when germanium powder (Ge powder) is added to the alumina boat, germanium nanowires are grown, and when mixed with silicon oxide film, silicon germanium (SiGe) nanowires are grown.

또한, 타겟을 이용할 경우에는 반응기 내부의 진공도를 100mTorr 이하로 유지한 상태에서 이온건(Ion Gun)이나 미세 레이저(Eximer Laser)를 이용하여 합성하고자 하는 원소를 갖는 타겟을 스퍼터링 한다. 이로써 증발되는 소스 증기와 이온들이 나노선의 형태로 기판에 성장될 수 있다. In addition, in the case of using the target, the target having the element to be synthesized is sputtered by using an ion gun or an ion laser while maintaining the vacuum degree within the reactor at 100 mTorr or less. This allows evaporated source vapors and ions to grow on the substrate in the form of nanowires.

상기의 방법들을 통해 나노 기공내에 성장되는 반도체 나노선(170)은 그 형 상이 선(Wire)형태, 카본 나노튜브(Carbon Nanotube) 형태 또는 나노선 외부에 나노선 물질과 다른 성분으로 피복되어 있는(반도체 나노선 외부에 형성되는 자연 산화막) 나노 케이블 형태일 수도 있다. 반도체 나노선(170)의 성분은 Si, Ge, C, O, Ga, As, P, B, Zn, Se, S, Cd, Sn, Al 및 In 중 적어도 어느 하나의 요소가 포함된 것이 바람직하다. 물론 상술한 바에 의해 이들로 이루어진 화합물도 가능하며, 이러한 화합물에 관해 다시 한번 언급하면, SiO2, SiGe, GaAs, AlGaAs, GaAsP, InAs, Sn, InAsP, InGaAs, AlAs, InP, GaP, ZnO, ZnSe, CdS, ZnCdS, CdSe와 같은 물질이 그 성분에 포함될 수 있다. The semiconductor nanowires 170 grown in the nano pores through the above methods are coated in a wire form, a carbon nanotube form, or outside the nanowires with a different material from the nanowire material ( A natural oxide film formed outside the semiconductor nanowire. The semiconductor nanowire 170 may include at least one of Si, Ge, C, O, Ga, As, P, B, Zn, Se, S, Cd, Sn, Al, and In. . Of course, compounds made of these are also possible as described above, and once again referring to such compounds, SiO 2 , SiGe, GaAs, AlGaAs, GaAsP, InAs, Sn, InAsP, InGaAs, AlAs, InP, GaP, ZnO, ZnSe Substances such as CdS, ZnCdS, and CdSe may be included in the component.

도 11c를 참조하면, 소정의 식각공정을 통해 나노 템플레이트(150)를 제거한다. 이로써, 반도체 기판(110) 위에 수직으로 성장된 반도체 나노선(170)이 고밀도로 균일하게 배열된 어레이가 남게된다.Referring to FIG. 11C, the nano template 150 is removed through a predetermined etching process. As a result, an array in which the semiconductor nanowires 170 vertically grown on the semiconductor substrate 110 are uniformly and densely arranged remains.

상기의 도면 11b에서와 같이 반도체 나노선(170)이 합성된 이후에 잔류되는 나노템플레이트(150)는 습식 식각을 통해 제거한다. 이때 사용되는 용액으로는 CrO3 와 H3PO4의 wt%를 조절한 이들의 혼합용액을 사용하고, 각각을 10wt% 이내로 사용하는 것이 바람직하다. 물론 이에 한정되지 않고, 다양한 식각방법과 식각제가 사용될 수 있다. As shown in FIG. 11B, the nano template 150 remaining after the semiconductor nanowire 170 is synthesized is removed by wet etching. In this case, it is preferable to use these mixed solutions in which the wt% of CrO 3 and H 3 PO 4 are adjusted, and each is used within 10 wt%. Of course, the present invention is not limited thereto, and various etching methods and etching agents may be used.

도 13은 본 발명에 따른 게이트 절연막 증착후의 단면 TEM 사진이다. Figure 13 is a cross-sectional TEM photograph after the gate insulating film deposition according to the present invention.

도 11d 및 도 13을 참조하면, 반도체 나노선(170)의 표면에 게이트 절연막(180)을 형성한다. 여기서 도 13은 약 5nm 직경의 실리콘 나노선(170)에 ALD 방법 을 통해 게이트 절연막(180)으로 약 2nm 두께의 고유전율 산화막을 증착한 시편을 관찰한 TEM 사진이다. 11D and 13, a gate insulating layer 180 is formed on the surface of the semiconductor nanowire 170. FIG. 13 is a TEM photograph of a specimen in which a high dielectric constant oxide film having a thickness of about 2 nm is deposited on the silicon nanowire 170 having a diameter of about 5 nm through the ALD method.

게이트 절연막(180) 형성전에 소정의 세정공정을 통해 반도체 나노선(170) 표면에 생성된 자연산화막을 제거한다. 세정공정은 혼합된 HF을 이용한다. 그런 다음, 고온 산화 공정을 실시하여 반도체 나노선(170) 표면에 게이트 절연막(180)을 형성한다. 이때, 게이트 절연막(180)은 다양한 절연성 물질막이 사용될 수 있지만, 본 실시에에서는 고온 산화분위기로 열처리하여 형성하는 실리콘 산화막을 사용하거나, ALD 혹은 CVD 방법을 통해 증착되는 고유전율 산화막을 게이트 절연막으로 사용한다.Before the gate insulating layer 180 is formed, a natural oxide film formed on the surface of the semiconductor nanowire 170 is removed through a predetermined cleaning process. The cleaning process uses mixed HF. Thereafter, a high temperature oxidation process is performed to form a gate insulating layer 180 on the surface of the semiconductor nanowire 170. In this case, various insulating material films may be used for the gate insulating film 180, but in the present embodiment, a silicon oxide film formed by heat treatment with a high temperature oxidation atmosphere is used, or a high dielectric constant oxide film deposited through an ALD or CVD method is used as the gate insulating film. do.

상기의 실리콘 열산화막은 노(Furnace)를 이용하여 형성하되, 산소나 H2O 분위기와 500 내지 1000℃ 범위의 온도하에서 30 내지 90분간 열처리하여 얻어진다. 상기의 고유전율 산화막에는 Hf, Zr, La, Al 등의 산화막이나 이들의 실리케이트이며, 이들을 혼합하여 제작된 산화막이나 실리케이트도 적용이 가능하다. 즉, 고유전율 산화막을 게이트 절연막(180)으로 사용하려 한다면 세정 공정후에 단원자층 증착(Atomic layer deposition; ALD)과 같은 증착장비에서 원자층으로 두께가 조절된 고유전율 산화막을 증착할 수 있다. 즉, ALD 혹은 CVD에 의해 형성되는 고유전율 산화막은 Hf, Zr, La, Al 등을 포함한 HfCl4와 같은 유기 전구체(Organic Precursor)를 600 내지 800℃로 가열된 반응기내에서 산소분위기에 노출시켜 반도체 나노선 표면에 증착한다. 이때, 실리콘 전구체(Si-precursor)를 함께 넣어주면 증착되는 고유전율 막은 HfOx에서 HfSiOx 와 같은 실리케이트로 치환될 수 있다. 실리케이트는 일반적으로 산화막보다 유전율은 감소하지만, 열안정성이 다소 우수하여 선호될 수 있다. 또한, ALD를 사용하는 주된 이유는 본 실시예와 같이 증착하려는 대상이 높은 종횡비(Aspect Ratio)를 갖는 경우에 복잡한 형상에 대해 우수한 스텝 커버리지(Step Coverage)를 갖는 증착기법을 사용하여야 하기 때문이다. The silicon thermal oxide film is formed by using a furnace, and is obtained by heat treatment for 30 to 90 minutes in an oxygen or H 2 O atmosphere and a temperature in the range of 500 to 1000 ° C. Oxide films, such as Hf, Zr, La, and Al, or these silicates, are applicable to the said high dielectric constant oxide film, The oxide film and the silicate produced by mixing them are also applicable. That is, if the high dielectric constant oxide film is to be used as the gate insulating film 180, a high dielectric constant oxide film having a thickness adjusted to an atomic layer may be deposited in a deposition apparatus such as atomic layer deposition (ALD) after the cleaning process. That is, a high dielectric constant oxide film formed by ALD or CVD is exposed to an oxygen atmosphere in a reactor heated at 600 to 800 ° C. such as an organic precursor such as HfCl 4 including Hf, Zr, La, and Al. Deposit on the surface of the nanowires. In this case, when the silicon precursor (Si-precursor) is put together, the deposited high dielectric constant film may be replaced with silicates such as HfOx to HfSiOx. Silicates generally have a lower dielectric constant than oxide films, but may be preferred because of their superior thermal stability. In addition, the main reason for using ALD is that a deposition technique having excellent step coverage for complex shapes should be used when the object to be deposited has a high aspect ratio as in the present embodiment.

도 11e 내지 도 11g를 참조하면, 반도체 나노선(170) 사이에 제 1 층간 절연막(190), 도전성 물질막(200) 및 제 2 층간 절연막(210)을 순차적으로 형성하여 게이트 전극, 소스 및 드레인을 형성한다. 11E through 11G, a first interlayer insulating layer 190, a conductive material layer 200, and a second interlayer insulating layer 210 are sequentially formed between the semiconductor nanowires 170 to form a gate electrode, a source, and a drain. To form.

게이트 절연막(180) 형성이후에 소정의 증착 공정을 통해 반도체 나노선(170) 사이의 하부 영역에 제 1 층간 절연막(190)을 형성하되, 제 1 층간 절연막(190)으로 TEOS (tetraethyl orthosilicate), BSG (borosilicate glass), PSG (phosporosilicate glass) 등을 이용한다. 특히, BSG와 PSG는 각각 B 와 P를 함유하므로 이들을 이용하여 반도체 나노선(170)에 확산도핑을 실시할 수 있다. 확산도핑은 매립된 BSG 나 PSG에 둘러싸인 반도체 나노선(170)이 고온에서 후속 열처리시 BSG (혹은 PSG)로부터 확산되어 빠져나오는 B(혹은 P)원자들에 의해 도핑됨을 지칭한다. 이때 실리콘 나노선(170)의 도핑레벨은 반도체 나노선(170) 직경, 후속열처리 온도 및 사용되는 BSG(혹은 PSG)에서의 도핑원소 함유량에 의해 결정될 수 있다. 따라서, pMOS 소자제작시 BSG를 절연막으로 사용하고, nMOS제조시 PSG를 사용함으로서 자발적으로 도핑된 나노선소자를 얻을 수 있다. After the gate insulating layer 180 is formed, a first interlayer insulating layer 190 is formed in a lower region between the semiconductor nanowires 170 through a predetermined deposition process, and TEOS (tetraethyl orthosilicate) is formed as the first interlayer insulating layer 190, BSG (borosilicate glass), PSG (phosporosilicate glass) and the like. In particular, since BSG and PSG each contain B and P, diffusion doping may be performed on the semiconductor nanowires 170 by using them. Diffusion doping refers to buried semiconductor nanowires 170 surrounded by BSG or PSG doped by B (or P) atoms diffused out of BSG (or PSG) during subsequent heat treatment at high temperature. In this case, the doping level of the silicon nanowires 170 may be determined by the diameter of the semiconductor nanowires 170, the subsequent heat treatment temperature, and the doping element content in the BSG (or PSG) used. Therefore, spontaneously doped nanowire devices can be obtained by using BSG as an insulating film in pMOS device fabrication and PSG in nMOS fabrication.

제 1 층간 절연막(190) 형성후, 도전성 물질막(200)을 형성하되, 도전성 물 질막(200)은 게이트 전극물질을 지칭하는 것으로, 반도체 소자의 게이트 전극이 될 물질을 사용한다. 즉, 도전성 물질막(200)으로 Al, W, Pt, Au, Mo, Cu, C, Ti, TiN, WN 및 AlN 중 어느 하나의 물질을 사용한다. 아울러 NiSix, CoSix, TiSix, MoSix, WSix 등과 같은 이들 금속의 실리사이드도 사용이 가능하며, 폴리 크리스탈린(polycrystalline) 실리콘도 높은 농도로 도핑원소를 함유한다면 금속과 비슷한 전도도를 가질 수 있으므로 사용이 가능하다. 이러한 도전성 물질의 증착은 CVD 나 PVD등에 의한 증착법을 사용할 수 있고, 알루미늄 리플로우(Al reflow)와 같은 열처리후에 금속의 낮은 점도(viscosity)를 이용하여 간격을 채우는 방법을 사용할 수 있고, 이러한 금속을 함유한 화학용액(예를 들면 금속 알콕사이드(metal alkoxide)와 같은)을 채운 후 금속의 침전을 유도시키는 형태로 증착하는 방법이 가능하다. 이때, 반도체 나노선(170) 사이에 채워지는 도전성 물질막(200)의 두께가 길이를 결정하므로 정밀하게 조절되어야 한다.After the first interlayer insulating layer 190 is formed, the conductive material layer 200 is formed, and the conductive material layer 200 refers to a gate electrode material, and a material to be the gate electrode of the semiconductor device is used. That is, any one of Al, W, Pt, Au, Mo, Cu, C, Ti, TiN, WN and AlN is used as the conductive material film 200. In addition, silicides of these metals such as NiSix, CoSix, TiSix, MoSix, and WSix can be used, and polycrystalline silicon can be used because it can have similar conductivity as metal if it contains a high concentration of doping element. . The deposition of the conductive material may use a deposition method such as CVD or PVD, and may fill a gap by using a low viscosity of the metal after heat treatment such as aluminum reflow. Filling a chemical solution (such as metal alkoxide) and then depositing in a form that induces precipitation of metals is possible. At this time, since the thickness of the conductive material film 200 filled between the semiconductor nanowires 170 determines the length, it should be precisely controlled.

도전성 물질막(200) 형성후 제 2 층간 절연막(210)을 형성하되, 제 2 층간 절연막(210)을 제 1 층간 절연막(190)과 동일한 물질막을 사용한다. 제 1 층간 절연막(190), 도전성 물질막(200), 제 2 층간 절연막(210)을 통해 반도체 나노선(170) 사이의 공간이 완전히 매립될 수도 있고, 일정높이 까지 매립될 수 있다. 또한, 제 1 및 제 2 층간 절연막(190 및 210)은 소스/드레인이 형성될 영역의 반도체 나노선(170)을 덮을 수 있을 정도의 두께를 갖게 형성할 수 있다. 즉, 소스의 두께만큼 제 1 층간 절연막(190)을 겝필링(Gapfilling)하고, 게이트 전극의 두께만큼 도전성 물질막(200)을 겝필링하고, 드레인의 두께만큼 제 2 층간 절연막(210)을 겝 필링한다. 이후에 소정의 열처리 공정을 실시하여 제 1 및 제 2 층간 절연막(190 및 210)에 도핑된 불순물이 반도체 나노선(170)내부로 확산되어 별도의 불순물층(소스/드레인)을 형성할 수 있다. After the conductive material film 200 is formed, the second interlayer insulating film 210 is formed, and the second interlayer insulating film 210 uses the same material film as the first interlayer insulating film 190. A space between the semiconductor nanowires 170 may be completely filled through the first interlayer insulating layer 190, the conductive material layer 200, and the second interlayer insulating layer 210, or may be filled to a predetermined height. In addition, the first and second interlayer insulating layers 190 and 210 may be formed to have a thickness sufficient to cover the semiconductor nanowire 170 in the region where the source / drain is to be formed. That is, the first interlayer insulating film 190 is filled by the thickness of the source, the conductive material film 200 is filled by the thickness of the gate electrode, and the second interlayer insulating film 210 is removed by the thickness of the drain. Peel. Subsequently, a predetermined heat treatment may be performed to diffuse impurities doped into the first and second interlayer insulating layers 190 and 210 into the semiconductor nanowire 170 to form a separate impurity layer (source / drain). .

또한, 만약 제 1 및 제 2 층간 절연막(190 및 210)으로 BSG(혹은 PSG)를 사용할 경우, 이들 사이에 형성되는 게이트 전극과 소스/드레인 영역 사이에 오버랩 커패시턴스(overlap capacitance)가 부담될 정도로 상승되면 층간 절연막과 게이트 도전막 사이에 소정의 절연막 스페이스 절연막을 더 형성할 수 있다. 이로써 형성된 구조를 살펴보면, 수직방향으로 제 1 BSG(or PSG)/제 1 절연막 스페이스/게이트 도전막/제 2 절연막 스페이스/제 2BSG(or PSG) 의 형태를 갖게될 수 있다. In addition, if BSG (or PSG) is used as the first and second interlayer insulating films 190 and 210, the amount of overlap capacitance between the gate electrode and the source / drain regions formed therebetween is increased. In this case, a predetermined insulating film space insulating film may be further formed between the interlayer insulating film and the gate conductive film. Looking at the structure formed by this, it can have a form of the first BSG (or PSG) / first insulating film space / gate conductive film / second insulating film space / second BSG (or PSG) in the vertical direction.

본 실시예에서는 상기 제 1 및 제 2 층간 절연막(190 및 210)을 1 내지 200nm 정도의 두께로 형성하고, 게이트 전극용 도전성 물질막(200)을 1 내지 50nm 정도의 두께로 형성한다. 또한, 절연막 스페이스를 형성할 경우, 절연막 스페이스로 SiO2, Si3N4, SiON 등과 같은 물질을 사용하여 1 내지 30nm 정도의 두께로 형성한다. In this embodiment, the first and second interlayer insulating films 190 and 210 are formed to a thickness of about 1 to 200 nm, and the conductive material film 200 for the gate electrode is formed to a thickness of about 1 to 50 nm. In addition, when forming the insulating film space, it is formed to a thickness of about 1 to 30nm using a material such as SiO 2 , Si 3 N 4 , SiON and the like as the insulating film space.

도 11h를 참조하면, 상술한 바와 같이 제 1 및 제 2 층간 절연막(190 및 210)과 도전성 물질막(200)을 증착하여 게이트 전극 및 소스/드레인을 형성한 다음, 소정의 평탄화 공정을 실시하여 제 2 층간 절연막(210) 상부에 노출된 반도체 나노선(170)과 게이트 절연막(180)을 제거한다. 평탄화 공정으로는 CMP 또는 전면식각(Etch-Back) 공정을 사용할 수 있다. Referring to FIG. 11H, as described above, the first and second interlayer insulating layers 190 and 210 and the conductive material layer 200 are deposited to form a gate electrode and a source / drain, and then a predetermined planarization process is performed. The semiconductor nanowire 170 and the gate insulating layer 180 exposed on the second interlayer insulating layer 210 are removed. As the planarization process, a CMP or an etching-back process may be used.

평탄화된 반도체 기판(110)상에 금속배선(220)을 형성한다. 즉, 매립이 완료된 후, 상부의 드레인 부위에 배선연결하여 드레인 패드를 형성케 한다. 또한, 게이트 전극도 패드로 배선되게 하여 전압을 인가할 수 있도록 하는 것이 효과적이다. 즉, 비트라인은 상부 트레인 단자에 메탈 배선을 통해 직접 연결하는 것이 바람직하고, 워드라인은 나노선의 절연층들 사이에 매립된 게이트 전극 물질을 소정의 패드를 이용하여 메탈 배선과 연결하는 것이 바람직하다. 또한 워드라인 연결전에 워드라인에 묶여야할 나노선들을 독립된 블록으로 고립되도록 하기 위한 게이트 라인 패터닝 공정을 실시할 수 있다. 이러한 게이트 라인 패터닝 공정을 사진 식각공정을 이용하되, 별도의 패드 층을 이용하여 실시할 수도 있다. 이러한 패터닝 공정후, 같은 블록내의 나노선들을 공통의 워드라인에 연결하기 위한 패드를 형성하는 공정을 실시할 수 있다. 이후에 앞서 언급한 배선 공정을 통해 금속 워드라인 배선을 형성하는 것이 바람직하다. The metal wiring 220 is formed on the planarized semiconductor substrate 110. That is, after the filling is completed, wiring is connected to the drain portion of the upper portion to form a drain pad. In addition, it is effective to allow the gate electrode to be wired with a pad so that a voltage can be applied. That is, it is preferable that the bit line is directly connected to the upper train terminal through metal wires, and the word line is preferably connected to the metal wires by using a pad using a predetermined pad to connect the gate electrode material embedded between the insulating layers of the nano wires. . In addition, a gate line patterning process may be performed to isolate the nanowires to be tied to the word line into separate blocks before the word line connection. The gate line patterning process may be performed by using a photolithography process using a separate pad layer. After the patterning process, a process of forming a pad for connecting nanowires in the same block to a common word line may be performed. After that, it is preferable to form the metal word line wiring through the aforementioned wiring process.

본 실시예에서 언급한 바와 같이 도핑되지 않은(undoped) 실리콘 나노선을 성장시킨 후 후속의 층간절연막을 이용한 확산도핑에 의해 p 혹은 n형의 실리콘 나노소자의 제조가 가능하다. 또한, 다른 방법으로는 실리콘 나노선 성장시 도핑가스를 함께 넣어주는 방법이 있을 수 있지만, 이 경우에는 기판에 한가지 타입의 소자만 형성되므로 CMOS를 만들어 주기위해서는 패터닝을 통한 두 번에 걸친 p와 n형의 실리콘 나노선 성장이 요구되어 공정을 매우 복잡하게 함으로 생산성 향상측면에서 바람직하지 못하다. 본 실시예에서 설명한 바와 같은 방법에 의해 형성되는 채널은 실리콘 나노선의 게이트 전극 하단에 놓여지는 실린더모양의 나노선 내부가 되며, 나노선이 좁은 면적에서 매우 높은 밀도로 성장되므로 웨이퍼의 표면만을 채널로 사용하는 평판형 소자(Planar Device)에 비해 동일 면적에서 매우 높은 전류 구동력을 얻을 수 있게 된다.As mentioned in the present embodiment, p- or n-type silicon nanodevices may be manufactured by growing an undoped silicon nanowire and then diffusing doping using a subsequent interlayer insulating film. In addition, there may be another method of injecting the doping gas together when growing the silicon nanowire, but in this case, only one type of device is formed on the substrate, so that two p and n through patterning are needed to form CMOS. Formation of silicon nanowires is required, which makes the process very complex and undesirable in terms of productivity. The channel formed by the method described in this embodiment is inside a cylindrical nanowire placed under the gate electrode of the silicon nanowire, and since the nanowire is grown at a very high density in a small area, only the surface of the wafer is channeled. Compared to the planar device used, a very high current driving force can be obtained in the same area.

또한, 채널의 길이가 매립되는 게이트 메탈의 두께에 의해 결정되므로 향후 예상되는 sub-10 nm의 반도체 소자 제조기술에서 현재의 반도체 기술을 좌우하는 고가의 사진 식각(lithography) 장비에 의존하지 않고 채널길이를 축소시키는 것이 가능하게 된다. 또한, 채널은 실리콘 나노선의 게이트 전극 하단에 놓여지는 실린더모양의 나노선 내부가 되며, 나노선의 내부는 매우 작은 부피를 가지므로 완전한 공핍(Fully Depletion) 상태가 구현된다.In addition, since the length of the channel is determined by the thickness of the gate metal to be buried, the channel length is not dependent on expensive photolithography equipment that determines the current semiconductor technology in the future sub-10 nm semiconductor device manufacturing technology. It is possible to reduce the size. In addition, the channel becomes inside a cylindrical nanowire placed under the gate electrode of the silicon nanowire, and the inside of the nanowire has a very small volume, thereby achieving a fully depletion state.

또한, 고밀도 집적을 할수록 소자의 효과를 향상시킬 수 있다. In addition, the higher density integration can improve the effect of the device.

도 14는 반도체 나노선의 간격에 따른 반도체 소자의 특성을 나타낸 그래프이다. 14 is a graph showing the characteristics of semiconductor devices according to the spacing of semiconductor nanowires.

도 14를 참조하면, 동작 전류대 누설전류비(Ion/Ioff)와 스윙특성이 모두 반도체 나노선(나노구조체)의 집적밀도가 증가하면 할수록 큰 폭으로 개선됨을 알 수 있다. 즉, 반도체 소자를 고밀도로 집적하였을 경우에 큰 효과를 볼 수 있다. Referring to FIG. 14, it can be seen that both the operating current-leakage current ratio (Ion / Ioff) and the swing characteristics are greatly improved as the integration density of the semiconductor nanowire (nanostructure) increases. In other words, a large effect can be obtained when the semiconductor devices are integrated at a high density.

상술한 방법에 의해 형성된 본 발명의 소자를 살펴보면 다음과 같다. Looking at the device of the present invention formed by the method described above is as follows.

도 15a 내지 도 15c는 본 발명에 따른 수직형 반도체 소자의 개념도이다. 15A to 15C are conceptual views of a vertical semiconductor device according to the present invention.

도 15a를 참조하면, 본 발명의 수직형 반도체 소자는 기판에 대해 수직하게 형성된 반도체 나노선(1000)과, 반도체 나노선(1000)의 소정영역(소자의 채널 영역)을 감싸도록 형성된 게이트 전극(1100)과, 게이트 전극(1100)의 양측의 반도체 나노선(1000)에 형성된 소스(1200) 및 드레인(1300)을 포함한다. 뿐만 아니라 도 15b를 참조하면, 반도체 기판에 대해 수직하게 형성된 다수의 반도체 나노선(1000)과, 다수의 반도체 나노선(1000)의 표면에 형성된 게이트 절연막(1400)과, 반도체 나노선(1000) 사이에 반도체 나노선(1000)을 감싸도록 순차적으로 적층된 제 1 층간 절연막(1500), 게이트 도전막(1600), 제 2 층간 절연막(1700)을 포함한다. 이때 도 15c와 같이 제 1 및 제 2 층간 절연막(1500 및 1700)과 게이트 도전막(1600) 사이에 형성된 제 1 및 제 2 절연막 스페이스(1800 및 1900)를 더 포함할 수 있다. Referring to FIG. 15A, a vertical semiconductor device of the present invention includes a semiconductor nanowire 1000 formed perpendicular to a substrate and a gate electrode formed to surround a predetermined region (channel region of the device) of the semiconductor nanowire 1000. 1100 and a source 1200 and a drain 1300 formed on the semiconductor nanowires 1000 on both sides of the gate electrode 1100. In addition, referring to FIG. 15B, the plurality of semiconductor nanowires 1000 formed perpendicular to the semiconductor substrate, the gate insulating film 1400 formed on the surfaces of the plurality of semiconductor nanowires 1000, and the semiconductor nanowires 1000 may be used. The first interlayer insulating film 1500, the gate conductive film 1600, and the second interlayer insulating film 1700 are sequentially stacked to surround the semiconductor nanowire 1000 therebetween. In this case, as shown in FIG. 15C, the first and second insulating interlayers 1500 and 1700 and the first and second insulating layer spaces 1800 and 1900 formed between the gate conductive layer 1600 may be further included.

상기의 제 1 및 제 2 층간 절연막(1800 및 1900)은 소정의 불순물로 도핑된 절연막을 사용하여 반도체 나노선(1000)에 불순물 영역(소스/드레인)이 형성된다. 또한, 상기의 반도체 나노선(1000)은 AAO와 같은 다공성 나노 템플레이트를 이용하여 형성한다. In the first and second interlayer insulating films 1800 and 1900, impurity regions (sources / drains) are formed in the semiconductor nanowire 1000 using an insulating film doped with a predetermined impurity. In addition, the semiconductor nanowire 1000 is formed by using a porous nano template such as AAO.

이와 같이 본 실시예는 AAO와 같은 다공성 나노템플레이트를 이용하여 자발적으로 형성되는 고밀도 기판수직형 나노기공안에 반도체 나노선을 수직 성장시켜, 수직형 나노선 반도체소자를 고밀도로 집적하여 제조하여 이러한 고밀도 기판수직형 나노선 하나 하나가 각각의 CMOS 소자로 동작하게 하는 것이다. As such, the present embodiment vertically grows semiconductor nanowires in a vertical nanopore of a high-density substrate spontaneously formed by using a porous nano-template such as AAO, and manufactures a high-density integrated vertical nanowire semiconductor device. Each vertical nanowire acts as a separate CMOS device.

소자의 작동은 기존의 반도체 소자(CMOS 소자)와 동일하여, 패드로 연결되는 드레인과 게이트에 전압을 별도로 인가하여 소자의 턴온 /턴오프(on/off)를 조절하는 것이 가능하고 몸체(body) 두께가 극히 얇게 정의되므로 소자의 동작 특성이 기존 소자 대비 현저히 개선될 수 있다(표 1 및 표 2 참조). 또한, 반도체의 수축율(Shrink Ratio)을 결정하는 채널 길이가 매립되는 게이트 메탈의 두께에 의해 결정 되므로 매립되는 메탈 증착 두께만 낮추면 소자의 미세화가 가능해진다. 또한, 카본나노튜브에도 바로 적용이 가능하므로, 만약 같은 전도성을 갖는 싱글 웰드 카본 나노 튜브(single-walled CNT)를 AAO 템플레이트에 성장시킬 수 있다면 또다른 1차원 나노선소자를 제작할 수 있게된다. 이러한 고밀도 CNT 어레이들은 디스플레이분야의 필드 에미터(Field Emitter)로서 매우 높은 적용가능성을 갖게 된다. The operation of the device is the same as that of a conventional semiconductor device (CMOS device), and it is possible to adjust the turn on / off of the device by applying a voltage to the drain and the gate connected to the pad separately. Because the thickness is defined to be extremely thin, the device's operating characteristics can be significantly improved over existing devices (see Tables 1 and 2). In addition, since the channel length for determining the shrink ratio of the semiconductor is determined by the thickness of the gate metal to be embedded, it is possible to reduce the size of the device by lowering the deposition thickness of the embedded metal. In addition, since it can be directly applied to carbon nanotubes, if a single-welded carbon nanotube (single-walled CNT) having the same conductivity can be grown on an AAO template, another one-dimensional nanowire device can be manufactured. These high density CNT arrays have very high applicability as field emitters in the display field.

상술한 바와 같이, 본 발명은 다공성 나노템플레이트를 이용하여 자발적으로 형성되는 고밀도 기판수직형 나노기공안에 반도체 나노선을 수직 성장시켜, 수직형 나노선 반도체소자를 고밀도로 집적하여 제조할 수 있다. As described above, the present invention can be manufactured by vertically growing semiconductor nanowires in a high-density substrate vertical nano-pores spontaneously formed using porous nano-templates, and integrating vertical nanowire semiconductor devices with high density.

또한, 수직형 나노선을 통해 형성된 반도체 소자의 채널은 실리콘 나노선의 게이트 전극 하단에 놓여지는 실린더모양의 나노선 내부가 되며, 나노선이 좁은 면적에서 매우 높은 밀도로 성장되므로 웨이퍼의 표면부만을 채널로 사용하는 평판형 소자에 비해 동일 면적에서 매우 높은 전류 구동력을 얻을 수 있다.In addition, the channel of the semiconductor device formed through the vertical nanowires becomes a cylinder-shaped nanowire placed under the gate electrode of the silicon nanowire, and since the nanowires grow at a very high density in a small area, only the surface of the wafer is channeled. Compared to the planar element used in the present invention, very high current driving force can be obtained in the same area.

또한, 실리콘 나노선의 게이트 전극 하단에 놓여지는 실린더모양의 나노선 내부가 채널이 되며, 나노선의 내부는 매우 작은 부피를 가지므로 완전한 공핍 상태가 구현될 수 있다. In addition, the inside of the cylinder-shaped nanowires placed under the gate electrode of the silicon nanowires becomes a channel, and the inside of the nanowires has a very small volume, so that a complete depletion state can be realized.

또한, 반도체의 수축율(Shrink Ratio)을 결정하는 채널 길이가 매립되는 게이트 메탈의 두께에 의해 결정되므로 향후 예상되는 sub-10 nm의 반도체 소자 제조기술에서 현재의 반도체 기술을 좌우하는 고가의 사진 식각(lithography) 장비에 의존하지 않고 채널길이를 축소시키는 것이 가능하고, 매립되는 메탈 증착 두께만 낮추면 소자의 미세화가 가능해진다. In addition, since the channel length that determines the shrink ratio of the semiconductor is determined by the thickness of the gate metal to be buried, the expensive photolithography that influences the current semiconductor technology in the expected sub-10 nm semiconductor device manufacturing technology ( It is possible to reduce the channel length without depending on lithography equipment, and to reduce the thickness of the metal deposition to be buried, it is possible to refine the device.

또한, 카본 나노튜브에 적용하여 디스플레이 분야에서도 적용가능하다. In addition, it is applicable to the carbon nanotubes in the display field.

Claims (22)

반도체 기판에 대해 수직하게 형성된 반도체 나노선;Semiconductor nanowires formed perpendicular to the semiconductor substrate; 상기 반도체 나노선의 표면에 형성된 게이트 절연막; A gate insulating film formed on a surface of the semiconductor nanowire; 상기 반도체 나노선의 중심영역을 감싸는 게이트 도전막; A gate conductive layer surrounding a central region of the semiconductor nanowire; 상기 게이트 도전막 양측에 마련되어 상기 반도체 나노선을 감싸는 제 1 및 제 2 층간 절연막;을 포함하고, And first and second interlayer insulating layers provided on both sides of the gate conductive layer to surround the semiconductor nanowires. 상기 제 1 및 제 2 층간 절연막 하측의 상기 반도체 나노선 내에 형성된 불순물 영역을 포함하는 나노선을 이용한 수직형 반도체 소자.A vertical semiconductor device using nanowires including impurity regions formed in the semiconductor nanowires under the first and second interlayer insulating films. 제 1 항에 있어서, The method of claim 1, 상기 제 1 및 제 2 층간 절연막과 게이트 도전막 사이에 형성된 제 1 및 제 2 절연막 스페이스를 더 포함하는 나노선을 이용한 수직형 반도체 소자.A vertical semiconductor device using nanowires further comprising first and second insulating film spaces formed between the first and second interlayer insulating films and a gate conductive film. 제 1 항에 있어서, The method of claim 1, 상기 반도체 나노선에 상기 불순물 영역을 형성하기 위해 기 제 1 및 제 2 층간 절연막으로 소정의 불순물로 도핑된 절연막을 사용하는 나노선을 이용한 수직형 반도체 소자.The vertical semiconductor device using a nanowire using an insulating film doped with a predetermined impurity with the first and second interlayer insulating film to form the impurity region in the semiconductor nanowire. 제 1 항에 있어서, The method of claim 1, 상기 반도체 나노선은 상기 반도체 기판상에 다공성 나노 템플레이트를 형성하고, 상기 나노 템플레이트의 다공안에 소정의 반도체 물질을 성장시켜 형성하는 나노선을 이용한 수직형 반도체 소자.The semiconductor nanowire is a vertical semiconductor device using nanowires formed by forming a porous nano-template on the semiconductor substrate, by growing a predetermined semiconductor material in the pores of the nano-template. 제 1 항에 있어서, The method of claim 1, 상기 반도체 나노선은 그 형상이 선형태, 카본 나노튜브 형태 또는 나노 케이블 형태로 형성하고, 상기 게이트 절연막은 0.1 내지 10nm의 두께로 형성하는 나노선을 이용한 수직형 반도체 소자.The semiconductor nanowire has a shape of a linear, carbon nanotube or nano-cable form, the gate insulating film is a vertical semiconductor device using a nanowire to form a thickness of 0.1 to 10nm. 반도체 기판상에 다수의 수직한 나노 기공이 형성된 나노 템플레이트를 형성하는 단계;Forming a nano template having a plurality of vertical nano pores formed on the semiconductor substrate; 상기 나노 템플레이트의 상기 나노 기공 내부에 반도체 물질을 성장시켜 반도체 나노선을 형성한 다음, 상기 나노 템플레이트를 제거하는 단계;Forming a semiconductor nanowire by growing a semiconductor material inside the nano pores of the nano template, and then removing the nano template; 상기 반도체 나노선의 표면에 게이트 절연막을 형성하는 단계; 및 Forming a gate insulating film on a surface of the semiconductor nanowire; And 상기 반도체 나노선 사이에 불순물 도핑된 제 1 층간 절연막, 도전성 물질막 및 불순물 도핑된 제 2 층간 절연막을 순차적으로 형성하여 상기 반도체 나노선 외측에 게이트 전극을 형성하고, 상기 반도체 나노선 내측에 소스 및 드레인을 형성하는 단계;를 포함하는 나노선을 이용한 수직형 반도체 소자의 제조 방법.The impurity doped first interlayer insulating film, the conductive material film, and the impurity doped second interlayer insulating film are sequentially formed between the semiconductor nanowires to form a gate electrode outside the semiconductor nanowires, and a source and Forming a drain; Method of manufacturing a vertical semiconductor device using a nanowire comprising a. 제 6 항에 있어서, 상기 반도체 기판상에 다수의 상기 수직한 나노 기공이 형성된 상기 나노 템플레이트를 형성하는 단계는, The method of claim 6, wherein the forming of the nano template on which the plurality of vertical nano pores is formed is performed on the semiconductor substrate. 금속막을 형성하는 단계;Forming a metal film; 상기 금속막의 일부를 제 1 양극화 처리하여 다공성 금속산화막을 형성하는 단계;First anodizing a portion of the metal film to form a porous metal oxide film; 소정의 식각공정을 통해 상기 금속산화막과 상기 금속막의 경계영역을 제외한 금속산화막을 제거하는 단계; 및Removing the metal oxide film except for the boundary region between the metal oxide film and the metal film through a predetermined etching process; And 잔류하는 상기 금속막을 제 2 양극화 처리하여 다수의 상기 수직한 나노기공이 형성된 상기 나노 템플레이트를 형성하는 단계;를 포함하는 나노선을 이용한 수직형 반도체 소자의 제조 방법.Forming the nano-template on which the plurality of vertical nanopores are formed by subjecting the remaining metal film to a second anodization process. 제 7 항에 있어서, 잔류하는 상기 금속막을 제 2 양극화 처리하여 다수의 상기 수직한 나노기공이 형성된 상기 나노 템플레이트를 형성하는 단계후, 8. The method of claim 7, wherein after the second anodization of the remaining metal film to form the nano-template formed with a plurality of the vertical nano-pores, 상기 수직한 나노기공의 직경을 줄이기 위해 상기 나노 템플레이트의 상기 수직한 나노 기공내부에 소정의 전구체 용액을 도포한 다음, 소정의 건조 공정을 실시하는 단계를 더 포함하는 나노선을 이용한 수직형 반도체 소자의 제조 방법.In order to reduce the diameter of the vertical nano-pores vertical semiconductor device using a nano-wire further comprising applying a predetermined precursor solution to the inside of the vertical nano-pores of the nano template, and then performing a predetermined drying process Method of preparation. 제 8 항에 있어서, The method of claim 8, 상기 전구체 용액은 에탄올, TEOS, HCl 수용액등을 15 내지 200℃사이에서 혼합한 다음, 추가로 CTAB와 HCl 용액을 넣은 다음, 다시 충분히 혼합하여 제조하는 나노선을 이용한 수직형 반도체 소자의 제조 방법.The precursor solution is a method of manufacturing a vertical semiconductor device using a nanowire prepared by mixing ethanol, TEOS, HCl aqueous solution and the like between 15 to 200 ℃, further put CTAB and HCl solution, and then fully mixed again. 제 7 항에 있어서, 상기 제 1 및 제 2 양극화 처리는,The method of claim 7, wherein the first and second anodization treatment, 인산, 옥살산, 황산등을 포함하는 전해질 용액에 상기 반도체 기판을 침전하는 단계; 및 Precipitating the semiconductor substrate in an electrolyte solution containing phosphoric acid, oxalic acid, sulfuric acid, and the like; And 상기 반도체 기판에 0.1 내지 500V의 전압을 인가하는 단계를 포함하는 나노선을 이용한 수직형 반도체 소자의 제조 방법.Method of manufacturing a vertical semiconductor device using a nanowire comprising the step of applying a voltage of 0.1 to 500V to the semiconductor substrate. 제 7 항에 있어서, 상기 금속막을 형성하는 단계 전에, The method of claim 7, wherein before forming the metal film, 상기 반도체 기판에 산화막을 형성하는 단계를 더 포함하는 나노선을 이용한 수직형 반도체 소자의 제조 방법.The method of manufacturing a vertical semiconductor device using a nanowire further comprising the step of forming an oxide film on the semiconductor substrate. 제 6 항에 있어서, 상기 반도체 기판상에 다수의 상기 수직한 나노 기공이 형성된 상기 나노 템플레이트를 형성하는 단계는, The method of claim 6, wherein the forming of the nano template on which the plurality of vertical nano pores is formed is performed on the semiconductor substrate. 상기 반도체 기판상에 산화막 및 폴리스탈랜/PMMA와 같은 폴리머를 증착하는 단계;Depositing an oxide film and a polymer such as polytallan / PMMA on the semiconductor substrate; 열처리 공정을 실시하여 상기 폴리머를 상분리 하는 단계;Performing a heat treatment process to phase separate the polymer; 소정의 화학 용재를 통해 상분리된 PMMA를 습식제거하여 다공성 폴리머층을 형성하는 단계; 및 Wet removing the phase separated PMMA through a predetermined chemical solvent to form a porous polymer layer; And 상기 다공성 폴리머층을 마스크로 하여 산화막을 식각하여 상기 수직한 나노 기공이 형성된 상기 나노 템플레이트를 형성하는 단계;를 포함하는 나노선을 이용한 수직형 반도체 소자의 제조 방법.And etching the oxide film using the porous polymer layer as a mask to form the nano-template in which the vertical nano-pores are formed. 제 6 항에 있어서, 상기 나노 템플레이트의 상기 나노 기공 내부에 반도체 물질을 성장시켜 반도체 나노선을 형성한 다음, 상기 나노 템플레이트를 제거하는 단계전에, The method of claim 6, wherein the semiconductor material is grown inside the nano pores of the nano template to form a semiconductor nanowire, and then before removing the nano template, 상기 나노 템플레이트의 기공 바닥면에 Pt, Fe, Au 및 Ni 중 적어도 어느 하나를 포함하는 금속촉매를 증착하는 단계를 더 포함하는 나노선을 이용한 수직형 반도체 소자의 제조 방법.Method of manufacturing a vertical semiconductor device using a nanowire further comprises the step of depositing a metal catalyst containing at least one of Pt, Fe, Au and Ni on the bottom surface of the nano-template. 제 6 항에 있어서, The method of claim 6, 1 내지 100 mTorr의 압력과, Ar, He 및 H2 중 적어도 어느 하나의 가스 분위기와 300 내지 600℃의 온도하에서, 5 내지 200 sccm의 SiH4, GeH4, B2 H6 및 PH4 중 적어도 어느 하나의 가스를 10 내지 30분간 흘려주어 상기 반도체 나노선을 형성하 는 나노선을 이용한 수직형 반도체 소자의 제조 방법.At a pressure of 1 to 100 mTorr, at least one of Ar, He and H 2 , and a gas atmosphere and a temperature of 300 to 600 ° C., at least 5 to 200 sccm of SiH 4 , GeH 4 , B 2 H 6 and PH 4 10. A method of manufacturing a vertical semiconductor device using nanowires which flow one of the gases for 10 to 30 minutes to form the semiconductor nanowires. 제 6 항에 있어서, The method of claim 6, 1 내지 100 mTorr의 압력과, 50 내지 1000 ℃의 온도하에서, 실리콘 분말 및/또는 게르마늄 파우더를 알루미나보트를 이용하여 고온부위로 밀어넣고 아르곤(Ar)과 수소를 혼합하여 10 내지 100 sccm의 속도로 흘려주어 상기 반도체 나노선을 형성하는 나노선을 이용한 수직형 반도체 소자의 제조 방법.At a pressure of 1 to 100 mTorr and a temperature of 50 to 1000 ° C., silicon powder and / or germanium powder were pushed to a high temperature region using an alumina boat, mixed with argon (Ar) and hydrogen, and flowed at a rate of 10 to 100 sccm. A method of manufacturing a vertical semiconductor device using nanowires to form the semiconductor nanowires. 제 6 항에 있어서, The method of claim 6, 1 내지 100mTorr의 압력하에서 이온건이나 미세 레이저를 이용하여 합성하고자 하는 원소를 갖는 타겟을 스퍼터링하여 증발되는 소스 증기와 이온들을 통해 상기 반도체 나노선을 형성하는 나노선을 이용한 수직형 반도체 소자의 제조방법.A method of manufacturing a vertical semiconductor device using nanowires to form the semiconductor nanowires through source vapors and ions evaporated by sputtering a target having an element to be synthesized using an ion gun or a fine laser under a pressure of 1 to 100 mTorr . 제 6 항에 있어서,The method of claim 6, 상기 나노 템플레이트는 CrO3 와 H3PO4의 wt%를 조절한 이들의 혼합용액을 사용하여 제거하는 나노선을 이용한 수직형 반도체 소자의 제조 방법.The nano-template is a method for manufacturing a vertical semiconductor device using a nanowire to remove using a mixed solution in which the wt% of CrO 3 and H 3 PO 4 are adjusted. 제 6 항에 있어서, The method of claim 6, 상기 게이트 절연막으로 500 내지 1000℃ 범위의 온도와 산소 또는 H2O 분위기 하에서 30 내지 90분간 열처리하여 형성된 실리콘 열 산화막을 사용하거나, Hf, Zr, La 및 Al 중 적어도 어느 하나의 산화막 및 이들의 실리케이트를 이용하여 형성된 고유전율 산화막을 사용하는 나노선을 이용한 수직형 반도체 소자의 제조 방법.Using a silicon thermal oxide film formed by heat treatment for 30 to 90 minutes in a temperature in the range of 500 to 1000 ℃ and oxygen or H 2 O atmosphere as the gate insulating film, or at least one oxide film of Hf, Zr, La and Al and silicates thereof A method of manufacturing a vertical semiconductor device using nanowires using a high dielectric constant oxide film formed by using a. 제 6 항에 있어서, 상기 반도체 나노선 사이에 불순물 도핑된 제 1 층간 절연막, 도전성 물질막 및 불순물 도핑된 제 2 층간 절연막을 순차적으로 형성하여 상기 반도체 나노선 외측에 게이트 전극을 형성하고, 상기 반도체 나노선 내측에 소스 및 드레인을 형성하는 단계는,The semiconductor device of claim 6, wherein an impurity doped first interlayer insulating film, a conductive material film, and an impurity doped second interlayer insulating film are sequentially formed between the semiconductor nanowires to form a gate electrode outside the semiconductor nanowires. Forming a source and a drain inside the nanowires, 상기 반도체 나노선 하부를 감싸도록 상기 불순물로 도핑된 제 1 층간 절연막을 형성하는 단계;Forming a first interlayer insulating layer doped with the impurity to surround a lower portion of the semiconductor nanowire; 상기 제 1 층간 절연막 상에 상기 반도체 나노선의 일부를 감싸도록 상기 게이트 전극용 상기 도전성 물질막을 형성하는 단계;Forming the conductive material film for the gate electrode to surround a portion of the semiconductor nanowire on the first interlayer insulating film; 상기 도전성 물질막 상에 상기 반도체 나노선의 상부를 감싸도록 상기 불순물이 도핑된 제 2 층간 절연막을 형성하는 단계; 및Forming a second interlayer insulating layer doped with the impurities on the conductive material layer to surround an upper portion of the semiconductor nanowire; And 상기 제 1 및 제 2 층간 절연막에 도핑된 불순물을 상기 반도체 나노선 내측으로 확산시키기 위해 소정의 열처리 공정을 실시하는 단계를 포함하는 나노선을 이용한 수직형 반도체 소자의 제조 방법.And performing a predetermined heat treatment process to diffuse the impurities doped into the first and second interlayer insulating films into the semiconductor nanowires. 제 19 항에 있어서, 상기 제 1 층간 절연막을 형성하는 단계와 상기 도전성 물질을 형성하는 단계 사이와, 상기 도전성물질을 형성하는 단계와, 상기 제 2 층간 절연막을 형성하는 단계 사이에, 20. The method of claim 19, wherein between forming the first interlayer insulating film and forming the conductive material, forming the conductive material, and forming the second interlayer insulating film, 절연막 스페이스 절연막을 형성하는 단계를 더 포함하는 나노선을 이용한 수직형 반도체 소자의 제조 방법.A method for manufacturing a vertical semiconductor device using nanowires, further comprising forming an insulating film space insulating film. 제 19 항에 있어서, The method of claim 19, 상기 제 1 및 제 2 층간 절연막으로 TEOS (tetraethyl orthosilicate), BSG (borosilicate glass), PSG (phosporosilicate glass) 등을 사용하되, 상기 제 1 및 제 2 층간 절연막 각각은 소스 및 드레인의 두께만큼 형성하는 나노선을 이용한 수직형 반도체 소자의 제조방법.TEOS (tetraethyl orthosilicate), BSG (borosilicate glass), PSG (phosporosilicate glass), etc. may be used as the first and second interlayer insulating films, wherein each of the first and second interlayer insulating films is formed to have a thickness of a source and a drain. A method of manufacturing a vertical semiconductor device using a route. 제 6 항에 있어서, 게이트 전극, 소스 및 드레인을 형성하는 단계 이후에, The method of claim 6, wherein after forming the gate electrode, the source and the drain, 상기 제 2 층간 절연막 상부에 노출된 상기 반도체 나노선과 상기 게이트 절연막을 제거하기 위한 평탄화 공정을 실시하는 단계; 및 Performing a planarization process to remove the semiconductor nanowires and the gate insulating layer exposed on the second interlayer insulating layer; And 금속배선 공정을 실시하는 단계를 더 포함하는 나노선을 이용한 수직형 반도체 소자의 제조 방법.Method of manufacturing a vertical semiconductor device using a nanowire further comprising the step of performing a metal wiring process.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101271787B1 (en) 2012-03-13 2013-06-07 포항공과대학교 산학협력단 Nanowire field effect transistor and method for fabricating the same

Families Citing this family (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100688542B1 (en) * 2005-03-28 2007-03-02 삼성전자주식회사 Vertical nanotube semiconductor device and manufacturing method thereof
KR101530379B1 (en) * 2006-03-29 2015-06-22 삼성전자주식회사 A method of manufacturing a silicon nanowire using a porous glass template and a device including the silicon nanowire formed thereby
KR101533455B1 (en) * 2006-04-06 2015-07-03 삼성전자주식회사 Nanowire composite and preparation method therof
KR100810983B1 (en) * 2006-05-11 2008-03-10 재단법인서울대학교산학협력재단 Positionally selective vertical nanowire growth method, semiconductor nano device comprising vertical nanowire and method for manufacturing same
KR100829159B1 (en) * 2006-11-03 2008-05-13 한양대학교 산학협력단 Nano wire and semiconductor device manufacturing method
KR100802495B1 (en) * 2006-12-01 2008-02-12 한양대학교 산학협력단 Semiconductor nanowires and manufacturing method thereof, and semiconductor device comprising the same
KR100822745B1 (en) * 2006-12-05 2008-04-17 한양대학교 산학협력단 Semiconductor nanowires manufactured by using porous nano-templates and methods for manufacturing the same, and semiconductor devices including the same
KR100834896B1 (en) * 2007-01-17 2008-06-03 한양대학교 산학협력단 Semiconductor nanostructures and manufacturing method thereof, and semiconductor device comprising the same
KR100817535B1 (en) * 2007-01-19 2008-03-27 한양대학교 산학협력단 Semiconductor nanowires and manufacturing method thereof, and semiconductor device comprising the same
KR101018294B1 (en) * 2008-09-19 2011-03-04 한국과학기술원 Vertical transistor element
KR101725112B1 (en) * 2010-12-14 2017-04-11 한국전자통신연구원 Semiconductor device and Method of manufacturing the same
US8871576B2 (en) * 2011-02-28 2014-10-28 International Business Machines Corporation Silicon nanotube MOSFET
US9466668B2 (en) 2013-02-08 2016-10-11 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. Inducing localized strain in vertical nanowire transistors
US9368619B2 (en) * 2013-02-08 2016-06-14 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. Method for inducing strain in vertical semiconductor columns
US9209247B2 (en) 2013-05-10 2015-12-08 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. Self-aligned wrapped-around structure
US10854735B2 (en) * 2014-09-03 2020-12-01 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company Limited Method of forming transistor
US9564493B2 (en) 2015-03-13 2017-02-07 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. Devices having a semiconductor material that is semimetal in bulk and methods of forming the same

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20020001260A (en) * 2000-06-27 2002-01-09 윤종용 Vertical nano-size transistor using carbon nanotubes and manufacturing method thereof
KR20020001259A (en) * 2000-06-27 2002-01-09 윤종용 Vertical nano-size transistor using carbon nanotubes and manufacturing method thereof
US6709929B2 (en) 2001-06-25 2004-03-23 North Carolina State University Methods of forming nano-scale electronic and optoelectronic devices using non-photolithographically defined nano-channel templates
KR20040043043A (en) * 2002-11-15 2004-05-22 삼성전자주식회사 Nonvolatile memory device utilizing vertical nanotube

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20020001260A (en) * 2000-06-27 2002-01-09 윤종용 Vertical nano-size transistor using carbon nanotubes and manufacturing method thereof
KR20020001259A (en) * 2000-06-27 2002-01-09 윤종용 Vertical nano-size transistor using carbon nanotubes and manufacturing method thereof
US6709929B2 (en) 2001-06-25 2004-03-23 North Carolina State University Methods of forming nano-scale electronic and optoelectronic devices using non-photolithographically defined nano-channel templates
KR20040043043A (en) * 2002-11-15 2004-05-22 삼성전자주식회사 Nonvolatile memory device utilizing vertical nanotube

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
1020040061347 - 653347 *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101271787B1 (en) 2012-03-13 2013-06-07 포항공과대학교 산학협력단 Nanowire field effect transistor and method for fabricating the same

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