[go: up one dir, main page]

KR101270643B1 - Tunneling field effect transistor and manufacturing method thereof - Google Patents

Tunneling field effect transistor and manufacturing method thereof Download PDF

Info

Publication number
KR101270643B1
KR101270643B1 KR1020120079375A KR20120079375A KR101270643B1 KR 101270643 B1 KR101270643 B1 KR 101270643B1 KR 1020120079375 A KR1020120079375 A KR 1020120079375A KR 20120079375 A KR20120079375 A KR 20120079375A KR 101270643 B1 KR101270643 B1 KR 101270643B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
recess
source
gate
drain
region
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
KR1020120079375A
Other languages
Korean (ko)
Inventor
박영준
김희중
Original Assignee
서울대학교산학협력단
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 서울대학교산학협력단 filed Critical 서울대학교산학협력단
Priority to KR1020120079375A priority Critical patent/KR101270643B1/en
Application granted granted Critical
Publication of KR101270643B1 publication Critical patent/KR101270643B1/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10DINORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
    • H10D10/00Bipolar junction transistors [BJT]
    • H10D10/231Tunnel BJTs
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10DINORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
    • H10D10/00Bipolar junction transistors [BJT]
    • H10D10/80Heterojunction BJTs
    • H10D10/821Vertical heterojunction BJTs
    • H10D10/881Resonant tunnelling transistors
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10DINORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
    • H10D48/00Individual devices not covered by groups H10D1/00 - H10D44/00
    • H10D48/01Manufacture or treatment
    • H10D48/031Manufacture or treatment of three-or-more electrode devices
    • H10D48/032Manufacture or treatment of three-or-more electrode devices of unipolar transistors having ohmic electrodes on emitter-like, base-like, and collector-like regions, e.g. hot electron transistors [HET], metal base transistors [MBT], resonant tunneling transistors [RTT], bulk barrier transistors [BBT], planar doped barrier transistors [PDBT] or charge injection transistors [CHINT]

Landscapes

  • Insulated Gate Type Field-Effect Transistor (AREA)

Abstract

본 발명에 의한 터널링 전계효과 트랜지스터는 일정 깊이의 게이트 리세스(gate recess)를 가지는 반도체 기판과, 상기 리세스 내에 게이트 절연막을 개재하여 형성된 게이트(gate)과, 제1 도전형 도펀트(dopant)로 도핑되고 상기 게이트 리세스의 일 측면에 상기 리세스의 깊이보다 더 깊게 형성된 소스(source) 및 제2 도전형 도펀트로 도핑되고 상기 리세스의 다른 측면에 상기 게이트 리세스의 깊이보다 더 깊게 형성된 드레인(drain)을 포함한다.The tunneling field effect transistor according to the present invention comprises a semiconductor substrate having a gate recess having a predetermined depth, a gate formed through a gate insulating layer in the recess, and a first conductive dopant. A drain doped with a source and a second conductivity type dopant formed on one side of the gate recess deeper than the depth of the recess and formed deeper than the depth of the gate recess on the other side of the recess (drain).

Description

터널링 전계 효과 트랜지스터 및 그 제조 방법{Tunneling Field Effect Transistor and Manufacturing Method Thereof}Tunneling Field Effect Transistor and Manufacturing Method Thereof}

본 발명은 터널링 전계 효과 트랜지스터와 그 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a tunneling field effect transistor and a method of manufacturing the same.

현재 MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)은 계속적으로 소자의 소형화, 집적화가 진행되고 있다. 이러한 경향에 따라 전계효과 트랜지스터(Field Effect Transistor)의 채널 길이는 계속적으로 축소되어 왔으며, 결과적으로 DIBL(Drain Induced Barrier Lowering), 펀치스루(punchthrough), 충격 이온화(impact ionization) 및 문턱전압 이하 누설전류 발생(subthreshold leakage current) 등의 단채널 효과(short channel effect)가 발생한다. 전력 소모는 단채널 효과와 함께 현재 나노 일렉트로닉스(nano electronics)에서의 또 다른 중요한 이슈 중 하나이다. 공급전원을 스케일링(scaling)하는 것은 스위칭에 필요한 에너지를 감소시키나, 요즈음의 집적 회로에 있어서 상온에서 전류를 10배 가량 증가시키기 위하여는 적어도 60mV의 게이트 전압의 증가를 요구한다. Currently, MOSFETs (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistors) continue to be miniaturized and integrated. Following this trend, the channel length of the Field Effect Transistor has been continuously reduced, resulting in drain induced barrier lowering (DIBL), punchthrough, impact ionization and subthreshold leakage currents. Short channel effects such as subthreshold leakage current occur. Power consumption, along with the short channel effect, is one of the other important issues in current nanoelectronics. Scaling the supply reduces the energy required for switching, but in today's integrated circuits an increase in gate voltage of at least 60 mV is required to increase the current by about 10 times at room temperature.

이러한 제한들을 극복하기 위하여 밴드 투 밴드 터널링(Band To Band Tunneling)이라는 양자역학적 효과를 이용하여 채널에 차지 캐리어(charge carrier)를 주입할 수 있는 터널링 전계효과 트랜지스터(Tunneling Field Effect Transistor, TFET)가 제안되었다. 이러한 터널링 전계효과 트랜지스터의 동작 메커니즘을 도 1을 참조하여 설명한다. n 채널 TFET에 바이어스를 가하기 전의 밴드 다이어그램을 보면 도 1(a)와 같다. 바이어스를 가하기 전 배일런스 밴드(Valence Band)에 위치하는 전자가 밴드를 터널링하여 바디영역으로 주입될 확률은 매우 낮다. 그러나, 일례로 소스(source)와 드레인(drain)에 일정한 전위를 가하고 게이트에 소정의 전위를 가하면 바디의 밴드는 도 1(b)에 도시된 바와 같이 가해진 전위에 의하여 일정량 하향 이동(shift down)된다. 따라서, 소스측 배일런스 밴드에 위치하는 전자가 밴드를 터널링하여 바디 영역으로 주입된다. 이러한 현상을 BTBT(Band To Band Tunneling)이라 하며, 이것이 TFET의 주요 동작 메커니즘이다.To overcome these limitations, Tunneling Field Effect Transistors (TFETs), which can inject charge carriers into channels using quantum mechanical effects called band-to-band tunneling, are proposed. It became. The operation mechanism of the tunneling field effect transistor will be described with reference to FIG. 1. The band diagram before biasing the n-channel TFET is shown in Figure 1 (a). It is very unlikely that electrons located in the valence band before being biased are injected into the body region by tunneling the band. However, if, for example, a constant potential is applied to the source and the drain and a predetermined potential is applied to the gate, the band of the body is shifted down by a certain amount by the applied potential as shown in FIG. do. Therefore, electrons located in the source side balance band are injected into the body region by tunneling the band. This phenomenon is called Band To Band Tunneling (BTBT), which is the main operating mechanism of the TFET.

기존의 TFET은 전류가 흐르는 채널의 폭이 직선으로 형성되어 최대로 흘릴 수 있는 전류의 양이 제한되어 있다는 단점이 있다. 이러한 단점을 개선하기 위하여 더블 게이트 구조(Double Gate Structure), 수직 필라 나노와이어 구조(Vertical Pillar Nanowire) 구조 및 III-V족 화합물 반도체를 활용하는 방안이 제시되었으나, 공정에 소모되는 비용이 크고, 공정 자체가 어렵다는 단점이 있다.Conventional TFETs have a drawback in that the width of the channel through which the current flows is formed in a straight line so that the maximum amount of current that can flow is limited. In order to remedy these shortcomings, a method of using a double gate structure, a vertical pillar nanowire structure, and a group III-V compound semiconductor has been proposed. The disadvantage is that it is difficult.

본 발명은 상술한 종래 기술의 단점을 극복하기 위한 것으로, 채널의 폭(Width)를 증가시켜 전류 구동 성능이 향상된 TFET의 구조를 제공하는 것을 목적 중 하나로 한다. 본 발명의 또 다른 목적 중 하나는 기존의 MOS 공정을 사용하여 전류 구동 성능이 개선된 TFET의 구조를 제공하는 것을 목적 중 하나로 한다. 본 발명의 또 다른 목적 중 하나는 채널폭이 증가되어 전류 구동 성능이 향상된 TFET을 제조할 수 있는 방법을 제공하는 것이다. 본 발명의 또 다른 목적 중 하나는 현재 사용되고 있는 MOS 공정을 이용하여 전류 구동 성능이 향상된 TFET을 제조하는 방법을 제공하는 것이다.The present invention is to overcome the above-mentioned disadvantages of the prior art, and to provide a structure of a TFET having improved current driving performance by increasing the width of the channel. Another object of the present invention is to provide a structure of a TFET having improved current driving performance using a conventional MOS process. It is another object of the present invention to provide a method for manufacturing a TFET having an increased channel width and an improved current driving performance. It is another object of the present invention to provide a method of manufacturing a TFET having improved current driving performance by using a current MOS process.

본 발명에 의한 터널링 전계효과 트랜지스터는, 일정 깊이의 게이트 리세스(gate recess)를 가지는 반도체 기판과, 상기 리세스 내에 게이트 절연막을 개재하여 형성된 게이트(gate)와, 제1 도전형 도펀트(dopant)로 도핑되고 상기 게이트 리세스의 일 측면에 상기 리세스의 깊이보다 더 깊게 형성된 소스(source) 및 제2 도전형 도펀트로 도핑되고 상기 리세스의 다른 측면에 상기 게이트 리세스의 깊이보다 더 깊게 형성된 드레인(drain)을 포함한다. A tunneling field effect transistor according to the present invention includes a semiconductor substrate having a gate recess having a predetermined depth, a gate formed through a gate insulating film in the recess, and a first conductive dopant. Doped with a source and a second conductivity type dopant formed on one side of the gate recess deeper than the depth of the recess and formed deeper than the depth of the gate recess on the other side of the recess. It includes a drain.

일 실시예에서, 상기 소스 및 드레인은 소정의 두께를 가지며 상기 기판과 매립 절연막 사이에 위치한다.In one embodiment, the source and drain have a predetermined thickness and are located between the substrate and the buried insulating film.

일 실시예에서, 상기 게이트가 형성된 리세스의 외주면(outer perimeter)은 상기 소스의 외주면 및 내주면을 실질적으로 넘지 않는다.In one embodiment, the outer perimeter of the gated recess does not substantially exceed the outer and inner circumferential surfaces of the source.

일 실시예에서, 상기 게이트, 상기 소스 및 드레인의 측면부는 평면이고, 저면부는 곡면으로 형성된다.In one embodiment, the side portions of the gate, the source and the drain are planar, and the bottom portion is formed in a curved surface.

일 실시예에서, 상기 소스와 드레인의 측면부 및 저면부는 모두 평면으로 형성된다.In one embodiment, the side and bottom portions of the source and drain are both planar.

일 실시예에서, 상기 게이트 리세스의 측면부과 저면부에 평행하게 채널(channel)이 형성된다.In one embodiment, a channel is formed parallel to the side and bottom portions of the gate recess.

일 실시예에서, 상기 소스 및 상기 드레인은 각각 고농도로 도핑된다.In one embodiment, the source and the drain are each heavily doped.

본 발명에 의한 터널링 전계효과 트랜지스터는, 복수의 리세스들이 형성된 반도체 기판과, 제1 깊이를 가지는 게이트 리세스의 내부에 게이트 절연막을 개재하여 형성된 게이트와, 제2 깊이를 가지는 일 리세스를 둘러싼 형태인 소스와 상기 게이트가 형성된 리세스를 중심으로 상기 소스와 대향하는 방향에 위치하며 제2 깊이를 가지는 다른 리세스를 둘러싼 드레인 및 상기 소스가 형성된 일 리세스와 상기 드레인이 형성된 다른 리세스를 매립하는 매립 절연막을 포함한다.The tunneling field effect transistor according to the present invention includes a semiconductor substrate in which a plurality of recesses are formed, a gate formed through a gate insulating film inside a gate recess having a first depth, and a recess having a second depth. A drain is formed around the recess in which the source is formed and the gate is formed in a direction opposite to the source, and surrounds another recess having a second depth, and the recess in which the source is formed and the other recess in which the drain is formed. A buried insulating film is included.

상기 소스 및 드레인은 소정의 두께를 가지며 상기 기판과 매립 절연막 사이에 위치한다.The source and drain have a predetermined thickness and are located between the substrate and the buried insulating film.

일 실시예에서, 상기 게이트 리세스의 외주면(outer perimeter)은 상기 소스의 외주면 및 내주면을 실질적으로 넘지 않는다.In one embodiment, the outer perimeter of the gate recess does not substantially exceed the outer and inner circumferential surfaces of the source.

일 실시예에서, 상기 게이트 리세스 및 상기 소스가 형성된 일 리세스의 측면부는 평면이고, 저면부는 곡면으로 형성된다.In one embodiment, the side portion of the recess in which the gate recess and the source are formed is planar, and the bottom portion is formed in a curved surface.

일 실시예에서, 상기 게이트 리세스, 상기 소스가 형성된 일 리세스의 측면부 및 저면부는 모두 평면으로 형성된다.In one embodiment, the gate recess, the side portion and the bottom portion of the one recessed source are all formed in a plane.

일 실시예에서, 상기 게이트 리세스의 측면부과 저면부를 따라 채널(channel)이 형성된다.In one embodiment, a channel is formed along the side and bottom portions of the gate recess.

일 실시예에서, 상기 소스 및 상기 드레인은 각각 고농도로 도핑된다.In one embodiment, the source and the drain are each heavily doped.

본 발명에 의한 터널링 전계효과 트랜지스터 제조 방법은 반도체 기판을 준비하는 단계와, 서로 다른 도전형의 도펀트를 주입하여 소스 영역 및 드레인 영역을 이격시켜 각각 형성하는 단계와, 상기 소스 영역과 상기 드레인 영역 사이의 상기 반도체 기판을 식각하여 게이트 리세스를 상기 소스 영역 및 상기 드레인 영역과 접하도록 형성하는 단계와, 상기 게이트 리세스에 게이트 절연막을 형성하는 단계와, 상기 게이트 리세스에 게이트를 형성하는 단계와, 상기 소스 영역과 드레인 영역의 일부를 각각 식각하여 소스 영역 리세스 및 드레인 영역 리세스를 형성하는 단계, 및 소스 영역 리세스 및 드레인 영역 리세스에 절연막을 매립하는 단계를 포함한다. The method of manufacturing a tunneling field effect transistor according to the present invention comprises the steps of preparing a semiconductor substrate, implanting dopants of different conductivity types to form a spaced apart source and drain regions, respectively, between the source region and the drain region. Etching the semiconductor substrate to form a gate recess in contact with the source region and the drain region, forming a gate insulating layer in the gate recess, and forming a gate in the gate recess; Etching a portion of the source region and the drain region, respectively, to form a source region recess and a drain region recess, and filling an insulating layer in the source region recess and the drain region recess.

일 실시예에서, 상기 소스 영역 및 드레인 영역을 각각 형성하는 단계는 서로 다른 도전형의 도펀트를 고농도로 주입하여 수행한다.In one embodiment, the step of forming the source region and the drain region, respectively, is performed by injecting a high concentration of dopants of different conductivity types.

일 실시예에서, 상기 게이트 리세스를 형성하는 단계는, 상기 소스 영역 및 상기 드레인 영역의 외주면을 벗어나지 않도록 상기 반도체 기판을 식각하여 수행한다.In example embodiments, the forming of the gate recess may be performed by etching the semiconductor substrate so as not to deviate from outer peripheral surfaces of the source region and the drain region.

일 실시예에서, 상기 도펀트를 주입하여 상기 드레인 영역을 형성하는 단계와 상기 소스 영역을 형성하는 단계는, 상기 드레인 영역 저면 및 상기 소스 영역 저면의 도핑 프로파일이 곡면으로 형성되도록 수행한다.In example embodiments, the forming of the drain region and the forming of the source region by implanting the dopant may be performed such that a doping profile of the bottom surface of the drain region and the bottom surface of the source region is curved.

일 실시예에서, 상기 게이트 리세스를 형성하는 단계는, 상기 게이트 리세스의 저면이 곡면으로 형성되도록 상기 반도체 기판을 식각하여 수행한다.In example embodiments, the forming of the gate recess may be performed by etching the semiconductor substrate to form a bottom surface of the gate recess.

일 실시예에서, 상기 소스 및 상기 드레인을 형성하는 단계는, 상기 도펀트를 서로 다른 농도로 주입하여 수행한다.In an embodiment, the forming of the source and the drain may be performed by injecting the dopants at different concentrations.

본 발명에 의한다면, 종래 기술의 단점을 극복한 터널링 전계효과 트랜지스터와 그 제조 방법이 제공된다. 즉, 리세스와 리세스 저면부에 의하여 터널링 전계효과 트랜지스터 채널폭이 증가되어 터널링 전계효과 트랜지스터의 전류 구동 성능이 향상된다는 장점이 제공되며, 이러한 터널링 전계효과 트랜지스터를 제조할 수 있는 방법이 제공된다. 또한, 기존의 MOS 공정을 사용하여 종래 기술보다 전류 구동 특성이 향상된 터널링 전계 효과 트랜지스터를 제조할 수 있다는 장점이 제공된다. According to the present invention, there is provided a tunneling field effect transistor and a method of manufacturing the same, which overcome the disadvantages of the prior art. In other words, the channel width of the tunneling field effect transistor is increased by the recess and the recess bottom part, so that the current driving performance of the tunneling field effect transistor is improved, and a method for manufacturing the tunneling field effect transistor is provided. In addition, the conventional MOS process is provided with the advantage that it is possible to manufacture a tunneling field effect transistor with improved current driving characteristics than the prior art.

도 1은 터널링 전계효과 트랜지스터의 밴드 투 밴드 터널링 메커니즘을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 투명 개요도이다.
도 3 및 도 4는 각각 도 2의 A-A', B-B' 단면도이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 투명 개요도이다.
도 6 및 도 7은 본 발명의 일 실시예의 특징을 설명하기 위한 단면도이다.
도 8 내지 도 13는 본 발명의 일 실시예에 따른 터널링 전계효과 트랜지스터를 제조하는 방법의 개요를 도시한 공정 단면도이다.
도 14는 본 발명의 실시예와 비교하기 위한 종래기술에 따른 비교예를 도시한 도면이다.
도 15는 본 발명의 일 실시예를 도시한 도면이다.
도 16은 본 발명의 일 실시예의 I-V 특성 곡선을 도시한 도면이다.
1 is a diagram illustrating a band-to-band tunneling mechanism of a tunneling field effect transistor.
2 is a transparent schematic diagram according to an embodiment of the present invention.
3 and 4 are cross-sectional views A-A 'and BB' of FIG. 2, respectively.
5 is a transparent schematic diagram according to another embodiment of the present invention.
6 and 7 are cross-sectional views illustrating the characteristics of one embodiment of the present invention.
8 to 13 are process cross-sectional views showing an outline of a method of manufacturing a tunneling field effect transistor according to an embodiment of the present invention.
14 is a view showing a comparative example according to the prior art for comparison with the embodiment of the present invention.
15 is a diagram illustrating an embodiment of the present invention.
16 is a diagram illustrating an IV characteristic curve of an embodiment of the present invention.

본 발명에 관한 설명은 구조적 내지 기능적 설명을 위한 실시예에 불과하므로, 본 발명의 권리범위는 본문에 설명된 실시예에 의하여 제한되는 것으로 해석되어서는 아니 된다. 즉, 실시예는 다양한 변경이 가능하고 여러 가지 형태를 가질 수 있으므로 본 발명의 권리범위는 기술적 사상을 실현할 수 있는 균등물들을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.Description of the present invention is only an embodiment for structural or functional description, the scope of the present invention should not be construed as limited by the embodiments described in the text. That is, the embodiments are to be construed as being variously embodied and having various forms, so that the scope of the present invention should be understood to include equivalents capable of realizing technical ideas.

한편, 본 출원에서 서술되는 용어의 의미는 다음과 같이 이해되어야 할 것이다.Meanwhile, the meaning of the terms described in the present application should be understood as follows.

"제1", "제2" 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위한 것으로 이들 용어들에 의해 권리범위가 한정되어서는 아니 된다. 예를 들어, 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.The terms "first "," second ", and the like are used to distinguish one element from another and should not be limited by these terms. For example, the first component may be referred to as a second component, and similarly, the second component may also be referred to as a first component.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "상부에" 또는 "위에"있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소의 바로 위에 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "접촉하여" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 한편, 구성요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 "개재하여"와 "바로 ~개재하여", "~사이에"와 "바로 ~ 사이에" 또는 "~에 이웃하는"과 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.It is to be understood that when an element is referred to as being "on" or "on" another element, it may be directly on top of the other element, but other elements may be present in between. On the other hand, when an element is referred to as being "in contact" with another element, it should be understood that there are no other elements in between. On the other hand, other expressions that describe the relationship between components, such as "intervening" and "intervening", between "between" and "immediately" or "neighboring" Direct neighbors "should be interpreted similarly.

단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함하는 것으로 이해되어야 하고, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 설시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.Singular expressions should be understood to include plural expressions unless the context clearly indicates otherwise, and terms such as "include" or "have" refer to features, numbers, steps, operations, components, parts, or parts thereof described. It is to be understood that the combination is intended to be present, but not to exclude in advance the possibility of the presence or addition of one or more other features or numbers, steps, operations, components, parts or combinations thereof.

각 단계들은 문맥상 명백하게 특정 순서를 기재하지 않은 이상 명기된 순서와 다르게 일어날 수 있다. 즉, 각 단계들은 명기된 순서와 동일하게 일어날 수도 있고 실질적으로 동시에 수행될 수도 있으며 반대의 순서대로 수행될 수도 있다.Each step may occur differently from the stated order unless the context clearly dictates the specific order. That is, each step may occur in the same order as described, may be performed substantially concurrently, or may be performed in reverse order.

본 개시의 실시예들을 설명하기 위하여 참조되는 도면은 설명의 편의 및 이해의 용이를 위하여 의도적으로 크기, 높이, 두께 등이 과장되어 표현되어 있으며, 비율에 따라 확대 또는 축소된 것이 아니다. 또한, 도면에 도시된 어느 구성요소는 의도적으로 축소되어 표현하고, 다른 구성요소는 의도적으로 확대되어 표현될 수 있다.The drawings referred to for explaining embodiments of the present disclosure are exaggerated in size, height, thickness, and the like intentionally for convenience of explanation and understanding, and are not enlarged or reduced in proportion. In addition, any component illustrated in the drawings may be intentionally reduced in size, and other components may be intentionally enlarged in size.

여기서 사용되는 모든 용어들은 다르게 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미를 지니는 것으로 해석될 수 없다.All terms used herein have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which this invention belongs, unless otherwise defined. Terms such as those defined in the commonly used dictionaries should be construed to be consistent with the meanings in the context of the related art and should not be construed as having ideal or overly formal meanings unless expressly defined in this application. .

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 설명한다. 도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 터널링 전계효과 트랜지스터(TFET, Tunneling Field Effect Transistor)의 투시 개요도이고, 도 3은 도 1의 A-A' 단면도이며, 도 4는 도 1의 B-B'단면도이다. 참고로, 도 2에서 이해의 편의를 위하여 반도체 기판(110)은 투명하게 도시하였다. 도 2, 도 3 및 도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 터널링 전계효과 트랜지스터는 일정 깊이의 게이트 리세스(gate recess, R)가 형성된 반도체 기판(110)과, 상기 리세스(R) 내에 형성된 게이트 절연막(120)과, 게이트 리세스(R) 내에 게이트 절연막(120)을 개재하여 형성된 게이트(gate, 130), 제1 도전형 도펀트(dopant)로 도핑되고 리세스(R)의 일 측면에 상기 리세스의 깊이보다 더 깊게 형성된 소스(source, 140) 및 제2 도전형 도펀트로 도핑되고 상기 리세스(R)의 다른 측면에 상기 리세스의 깊이보다 더 깊게 형성된 드레인(drain, 150)을 포함한다. 본 발명의 일 실시예에서, 도 2 및 도 4에 도시된 바와 같이 소스(140)와 드레인(150)은 반도체 기판(110)과 각각의 매립 절연막(160S, 160D) 사이에 소정의 두께로 형성된다. 이와 같은 구조를 통하여 게이트 소스간 커패시턴스(gate to source capacitance) 및 게이트 드레인 커패시턴스(gate to drain capacitance)를 최소화 시킬 수 있다. 다른 실시예에서, 도 5에 도시된 바와 같이, 소스(140)과 드레인(150)은 제조 공정을 간이하게 하기 위하여 매립 절연막(160S, 160D)이 매립되지 않은 구조도 가능하다. 소스와 드레인은 서로 반대 도전형으로 고농도 도핑된다. 일 실시예에서, 소스(140)가 P+로 도핑된다면 드레인(150)은 N+로 도핑된다. 다른 실시예에서, 소스(140)가 N+로 도핑된다면 드레인(150)은 P+ 도핑된다. Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described embodiments of the present invention. FIG. 2 is a perspective schematic view of a tunneling field effect transistor (TFET) according to an embodiment of the present invention, FIG. 3 is a sectional view taken along line AA ′ of FIG. 1, and FIG. 4 is a sectional view taken along line BB ′ of FIG. 1. to be. For reference, in FIG. 2, the semiconductor substrate 110 is illustrated as transparent for convenience of understanding. 2, 3, and 4, a tunneling field effect transistor according to an embodiment of the present invention includes a semiconductor substrate 110 having a gate recess R having a predetermined depth, and the recess ( The gate insulating layer 120 formed in R, the gate 130 formed through the gate insulating layer 120 in the gate recess R, and the first conductive dopant are doped and are recessed. A drain doped with a source 140 and a second conductivity type dopant formed deeper than the depth of the recess on one side of the drain and formed deeper than the depth of the recess on the other side of the recess R , 150). 2 and 4, the source 140 and the drain 150 are formed to have a predetermined thickness between the semiconductor substrate 110 and each of the buried insulating layers 160S and 160D. do. Through such a structure, gate-to-gate capacitance and gate-to-drain capacitance can be minimized. In another embodiment, as shown in FIG. 5, the source 140 and the drain 150 may have a structure in which the buried insulating layers 160S and 160D are not buried in order to simplify the manufacturing process. The source and drain are heavily doped with opposite conductivity types. In one embodiment, drain 150 is doped with N + if source 140 is doped with P +. In another embodiment, drain 150 is P + doped if source 140 is doped with N +.

일 실시예에서, 게이트 리세스(R)의 외주면은 소스(140)의 외주면 및 내주면을 실질적으로 넘지 않는다. 게이트 리세스(R)의 외주면이 소스(140)의 외주면 및 내주면을 실질적으로 넘지 않는다는 의미는 물리적으로 게이트 리세스(R)의 외주면이 소스(140)의 외주면 또는 내주면을 넘어서 형성되지 않는다는 의미가 아니라, 소스(140)와 드레인(150) 사이에 동작 전압을 가하고, 게이트(130)에 문턱전압(threshold voltage)를 가하였을 때, 밴드 투 밴드 터널링(BTBT, Band To Band Tunneling)이 일어나지 않을 정도로 게이트 리세스(R)의 외주면이 소스(140)의 외주면 및 내주면을 넘어서 형성되지 않는다는 것을 의미한다. 도 2와 도 6을 참조하여 이를 설명한다. 도 6은 소스(140)와 게이트가 형성된 리세스(R)가 접하는 면의 단면도로, 게이트의 외주면과 소스의 외주면 및 내주면의 관계에 따라 (a), (b), (c) 및 (d)로 나누어 도시하였다. 도 6 각각의 도면에는 게이트(130)와 게이트 절연막(120)이 도시되어 있으며, 해당 위치의 소스(140)쪽에는 매립 절연막(160S)이 위치한다. 게이트 리세스의 외주면의 단면을 RP라 표시하고, 소스(140)의 내주면(inner perimeter)은 소스(140)와 매립 절연막(140S)의 경계면으로, SIP로 표시하고, 소스(140)의 외주면(outer perimeter)은 소스(140)와 반도체 기판(110)의 경계면으로 SOP로 표시한다. 또한, 밴드 투 밴드 터널링이 일어나는 영역은 TR이라고 표시한다. 도 6(a)를 참조하면, 게이트가 형성된 리세스의 외주면(RP)은 소스의 내주면(SIP)과 일치한다. 이러한 경우에 밴드 투 밴드 터널링이 일어나는 영역(TR)은 소스의 내주면(SIP)와 외주면(SOP) 사이에 위치한다. 따라서 이와 같은 경우는 게이트 리세스의 외주면(outer perimeter)은 상기 소스 또는 상기 드레인의 외주면을 실질적으로 넘지 않는다. 도 6(b)를 참조하면, 게이트 리세스(R)의 외주면(RP)는 소스의 내주면(SIP)과 일치하지 않고, 물리적으로는 게이트 리세스의 외주면(RP)는 소스의 내주면(SIP)를 넘은 것을 알 수 있으나, 소스(140)와 드레인(150)에 구동전압을 인가하고, 게이트(130)에 문턱전압(Threshold voltage)를 인가한 경우에 TR 영역에서 밴드 투 밴드 터널링이 일어나는 것을 알 수 있다. 따라서, 도 6(b)의 경우는 게이트 리세스의 외주면(RP)은 상기 소스의 외주면(SOP) 또는 소스의 내주면(SIP)을 실질적으로 넘지 않는다. 도 6(c)를 참조하면, 게이트 리세스(R)의 외주면(RP)은 소스의 내주면(SIP)과 일치하지 않고, 물리적으로 소스의 내주면(SIP)를 넘어서 형성된다. 이와 같이 형성된 경우에 소스(140)와 드레인(150)에 구동전압을 인가하고, 게이트(130)에 문턱전압(Threshold voltage)를 인가한 경우에는 밴드 투 밴드 터널링이 일어나지 않는 것을 알 수 있다. 따라서, 도 6(c)와 같이 형성된 경우는 게이트 리세스의 외주면(RP)은 상기 소스의 내주면(SIP)을 실질적으로 넘는 것을 알 수 있다. 도 6(d)를 참조하면, 게이트 리세스(R)의 외주면(RP)은 소스의 내주면(SIP)과 일치하지 않고, 물리적으로 소스의 외주면(SOP)를 넘어서 형성된다. 이와 같이 형성된 소스(140)와 드레인(150)에 구동전압을 인가하고, 게이트(130)에 문턱전압(Threshold voltage)를 인가한 경우에 밴드 투 밴드 터널링이 일어나지 않는 것을 알 수 있다. 따라서, 도 6(d)의 경우는 게이트 리세스의 외주면(RP)은 상기 소스의 내주면(SOP)을 실질적으로 넘는 것을 알 수 있다.In one embodiment, the outer circumferential surface of the gate recess R does not substantially exceed the outer circumferential surface and the inner circumferential surface of the source 140. The fact that the outer circumferential surface of the gate recess R does not substantially exceed the outer circumferential surface and the inner circumferential surface of the source 140 means that the outer circumferential surface of the gate recess R is not physically formed beyond the outer circumferential surface or the inner circumferential surface of the source 140. Rather, when an operating voltage is applied between the source 140 and the drain 150, and a threshold voltage is applied to the gate 130, band to band tunneling (BTBT) does not occur. This means that the outer circumferential surface of the gate recess R is not formed beyond the outer circumferential surface and the inner circumferential surface of the source 140. This will be described with reference to FIGS. 2 and 6. 6 is a cross-sectional view of a surface where the source 140 is in contact with the gate in which the recess R is formed, and according to a relationship between the outer circumferential surface of the gate and the outer circumferential surface and the inner circumferential surface of the source, Shown by dividing). 6 illustrates a gate 130 and a gate insulating layer 120, and a buried insulating layer 160S is positioned toward the source 140 at a corresponding position. The cross section of the outer circumferential surface of the gate recess is denoted by RP, and the inner perimeter of the source 140 is the interface between the source 140 and the buried insulating film 140S, and is represented by SIP, and the outer circumferential surface of the source 140 ( The outer perimeter is indicated by SOP as an interface between the source 140 and the semiconductor substrate 110. In addition, the region where band-to-band tunneling occurs is indicated as TR. Referring to FIG. 6A, the outer circumferential surface RP of the gate-formed recess coincides with the inner circumferential surface SIP of the source. In this case, the region TR where band-to-band tunneling occurs is located between the inner circumferential surface SIP and the outer circumferential surface SOP of the source. In this case, therefore, the outer perimeter of the gate recess does not substantially exceed the outer circumferential surface of the source or the drain. Referring to FIG. 6B, the outer circumferential surface RP of the gate recess R does not coincide with the inner circumferential surface SIP of the source, and the outer circumferential surface RP of the gate recess is physically the inner circumferential surface SIP of the source. It can be seen that, but the band-to-band tunneling occurs in the TR region when the driving voltage is applied to the source 140 and the drain 150 and the threshold voltage is applied to the gate 130. Can be. Accordingly, in the case of FIG. 6B, the outer circumferential surface RP of the gate recess does not substantially exceed the outer circumferential surface SOP of the source or the inner circumferential surface SIP of the source. Referring to FIG. 6C, the outer circumferential surface RP of the gate recess R does not coincide with the inner circumferential surface SIP of the source, but is physically formed beyond the inner circumferential surface SIP of the source. In the case where the driving voltage is applied to the source 140 and the drain 150, and the threshold voltage is applied to the gate 130, band-to-band tunneling does not occur. Therefore, when formed as shown in FIG. 6C, it can be seen that the outer circumferential surface RP of the gate recess substantially exceeds the inner circumferential surface SIP of the source. Referring to FIG. 6 (d), the outer circumferential surface RP of the gate recess R does not coincide with the inner circumferential surface SIP of the source and is physically formed beyond the outer circumferential surface SOP of the source. It can be seen that band-to-band tunneling does not occur when a driving voltage is applied to the source 140 and the drain 150 formed as described above and a threshold voltage is applied to the gate 130. Therefore, in the case of FIG. 6D, it can be seen that the outer circumferential surface RP of the gate recess substantially exceeds the inner circumferential surface SOP of the source.

일 실시예에서, 도 2 내지 도 3에 도시된 바와 같이 게이트가 형성된 리세스(R)의 저면부, 게이트(130)의 저면부, 소스(140)의 저면부 및 드레인(150)의 저면부는 곡면으로 형성된다. 이와 같이 소스(140), 드레인(150) 및 게이트(130)이 반도체 기판에서 리세스된 깊이만큼 채널폭(width)이 늘어난다. 또한, 소스(140), 드레인(150) 및 게이트(130)의 저면부는 도시된 바와 같이 곡면으로 형성된다. 이 때, 소스(140), 드레인(150) 및 게이트(130)의 저면부의 단면을 고려하면 도 7에 도시된 바와 같이 소스(140), 드레인(150) 및 게이트(130)의 저면부를 평면으로 형성하였을 때에 비하여(점선) 곡면으로 형성하였을 때 채널폭(width)이 늘어남을 알 수 있다. 채널폭이 증가하는 것은 밴드 투 밴드 터널링이 일어나는 면적이 증가하는 것을 의미하며, 이는 곧 트랜지스터의 온상태에서의 전류가 증가함을 의미한다. 따라서, 본 발명의 일 실시예에 의한다면 구동전류 특성이 우수한 터널링 전계효과 트랜지스터를 얻을 수 있다는 장점이 제공된다.2 to 3, the bottom portion of the gated recess R, the bottom portion of the gate 130, the bottom portion of the source 140 and the bottom portion of the drain 150 are shown in FIGS. It is formed into a curved surface. As such, the channel width of the source 140, the drain 150, and the gate 130 is increased by the depth of the semiconductor substrate. In addition, the bottom portion of the source 140, the drain 150, and the gate 130 is formed as a curved surface as shown. At this time, considering the cross section of the bottom of the source 140, the drain 150 and the gate 130, as shown in Figure 7 the bottom of the source 140, drain 150 and the gate 130 in a plane It can be seen that the channel width increases when it is formed in a curved surface compared to when formed (dotted line). Increasing the channel width means that the area where band-to-band tunneling takes place increases, which means that the current in the on state of the transistor increases. Therefore, according to one embodiment of the present invention, there is provided an advantage that a tunneling field effect transistor having excellent driving current characteristics can be obtained.

다른 실시예에서, 도 7의 점선으로 도시된 바와 같이 게이트가 형성된 리세스(R)의 저면부, 게이트(130)의 저면부, 소스(140)의 저면부 및 드레인(150)의 저면부는 평면으로 형성된다. 본 실시예에 의한다면 소스(140), 드레인(150) 및 게이트(130)가 반도체 기판에서 리세스된 깊이만큼 채널폭(width)이 늘어난다. 리세스된 깊이만큼의 채널 폭 증가라는 장점과 리세스(R)의 저면부, 게이트(130)의 저면부, 소스(140)의 저면부 및 드레인(150)의 저면부를 평면으로 형성할 수 있어 공정의 단순화라는 장점을 동시에 얻을 수 있다.
In another embodiment, the bottom portion of the gated recess R, the bottom portion of the gate 130, the bottom portion of the source 140 and the bottom portion of the drain 150 are planar as shown by the dotted lines in FIG. 7. Is formed. According to the present exemplary embodiment, the channel width of the source 140, the drain 150, and the gate 130 is increased by the depth of the semiconductor substrate. Advantages of increasing the channel width by the recessed depth and the bottom portion of the recess R, the bottom portion of the gate 130, the bottom portion of the source 140 and the bottom portion of the drain 150 can be formed in a plane. The benefits of simplicity of process are at the same time.

이어서, 도 8 내지 도 13을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 터널링 전계효과 트랜지스터의 제조 방법을 설명한다. 도 8 내지 도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 터널링 전계효과 트랜지스터의 제조 방법의 공정의 개요를 나타내는 단면도이다. 도 8을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 터널링 전계효과 트랜지스터가 형성될 반도체 기판(110)을 준비한다. 일 실시예로 반도체 기판은 도 8에 도시된 바와 같이 실리콘 기판이다. 다른 실시예로, 반도체 기판은 도시되지 않았지만 매립 산화막(Burried Oxide)이 형성된 실리콘 기판이다. 반도체 기판에 도펀트를 주입하여 소스 영역(142) 및 드레인 영역(152)을 각각 형성한다. 일 실시예에서, 소스 영역(142) 및 드레인 영역(152)을 각각 형성하는 단계는 마스크 공정을 이용하여 서로 다른 도전형의 도펀트를 고농도로 주입하여 수행한다. 일 예로서, N타입 도펀트를 고농도로 주입하여 소스 영역(142)을 형성하면, 드레인 영역(152)은 P타입 도펀트를 고농도로 주입하여 형성된다. 다른 예로, P타입 도펀트를 고농도로 주입하여 소스 영역(142)을 형성하면, 드레인 영역(152)은 N타입 도펀트를 고농도로 주입하여 형성된다. 일 실시예에서, 소스 영역(142) 및 드레인 영역(152)을 형성하기 위하여 도펀트를 주입하는 경우에, 소스 영역(142) 및 드레인 영역(152)의 중앙부에는 도펀트 주입 에너지를 강하게 조절하고, 소스 영역(142) 및 드레인 영역(152)의 중앙부에서 주변으로 갈수록 주입 에너지를 약하게 조절하여 소스 영역(142) 및 드레인 영역(152)의 저면부를 도 2에 도시된 바와 같이 곡면으로 형성할 수 있다. 다른 실시예에서, 소스 영역(142)과 드레인 영역(152)의 저면부는 평면으로 형성된다. 이와 같이 형성하여 제조 공정의 단순화를 이룰 수 있다. 도 8은 제1 도전형의 도펀트를 주입하여 소스 영역(142)을 형성하는 것과 제2 도전형의 도펀트를 주입하여 드레인 영역(152)을 형성하는 것이 함께 도시되어 있으나, 이는 순전히 용이한 이해를 위한 것으로, 실제의 공정상으로는 소스 영역(142)을 형성하고, 드레인 영역(152)을 형성한다. 이와는 다른 예로, 드레인 영역(152)을 형성 후, 소스 영역(142)을 형성한다. Next, a method of manufacturing a tunneling field effect transistor according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 8 to 13. 8 to 13 are cross-sectional views illustrating an outline of a process of manufacturing a tunneling field effect transistor according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 8, a semiconductor substrate 110 on which a tunneling field effect transistor according to an embodiment of the present invention is formed is prepared. In one embodiment, the semiconductor substrate is a silicon substrate as shown in FIG. 8. In another embodiment, the semiconductor substrate is a silicon substrate on which a buried oxide film is formed although not shown. The dopant is implanted into the semiconductor substrate to form the source region 142 and the drain region 152, respectively. In an embodiment, the step of forming the source region 142 and the drain region 152 is performed by injecting high concentrations of dopants of different conductivity types using a mask process. As an example, when the N type dopant is implanted at a high concentration to form the source region 142, the drain region 152 is formed by implanting the P type dopant at a high concentration. As another example, when the P type dopant is implanted at a high concentration to form the source region 142, the drain region 152 is formed by implanting the N type dopant at a high concentration. In one embodiment, when dopants are implanted to form the source region 142 and the drain region 152, the dopant implantation energy is strongly controlled at the central portions of the source region 142 and the drain region 152, and the source As shown in FIG. 2, the bottom portion of the source region 142 and the drain region 152 may be formed to have a curved surface by slightly adjusting the injection energy toward the periphery of the region 142 and the drain region 152. In another embodiment, bottom portions of the source region 142 and the drain region 152 are formed in a plane. Forming in this way can simplify the manufacturing process. 8 illustrates the formation of the source region 142 by implanting the dopant of the first conductivity type and the formation of the drain region 152 by implanting the dopant of the second conductivity type, which is purely easy to understand. For this purpose, in the actual process, the source region 142 is formed and the drain region 152 is formed. As another example, after forming the drain region 152, the source region 142 is formed.

도 9를 참조하면, 반도체 기판(110)을 식각하여 게이트 리세스(R)를 형성한다. 일 실시예로, 상술한 바와 같이, 일 실시예에서, 게이트 리세스(R)의 외주면은 소스(140)의 외주면 및 내주면을 실질적으로 넘지 않는다. 게이트 리세스(R)의 외주면이 소스(140)의 외주면 및 내주면을 실질적으로 넘지 않는다는 의미는 물리적으로 게이트 리세스(R)의 외주면이 소스(140)의 외주면 또는 내주면을 넘어서 형성되지 않는다는 의미가 아니라, 소스(140)와 드레인(150) 사이에 동작 전압을 가하고, 게이트(130)에 문턱전압(threshold voltage)를 가하였을 때, 밴드 투 밴드 터널링(BTBT, Band To Band Tunneling)이 일어나지 않을 정도로 게이트 리세스(R)의 외주면이 소스(140)의 외주면 및 내주면을 넘어서 형성되지 않는다는 것을 의미한다.Referring to FIG. 9, the gate substrate R is formed by etching the semiconductor substrate 110. In one embodiment, as described above, in one embodiment, the outer circumferential surface of the gate recess R does not substantially exceed the outer circumferential surface and the inner circumferential surface of the source 140. The fact that the outer circumferential surface of the gate recess R does not substantially exceed the outer circumferential surface and the inner circumferential surface of the source 140 means that the outer circumferential surface of the gate recess R is not physically formed beyond the outer circumferential surface or the inner circumferential surface of the source 140. Rather, when an operating voltage is applied between the source 140 and the drain 150, and a threshold voltage is applied to the gate 130, band to band tunneling (BTBT) does not occur. This means that the outer circumferential surface of the gate recess R is not formed beyond the outer circumferential surface and the inner circumferential surface of the source 140.

도 10을 참조하면, 게이트 리세스(R)에 게이트 절연막(120)을 형성한다. 게이트 절연막은 트랜지스터의 성능을 좌우하는 중요한 구성요소로, 게이트 절연막을 높은 순도로 형성할 필요가 있다. 일 실시예에서, 게이트 리세스(R)를 형성한 후, 게이트 절연막(120)을 형성하기 이전에 순도 높은 게이트 절연막을 형성하기 위하여 세정(cleaning)공정을 수행한다. Referring to FIG. 10, a gate insulating layer 120 is formed in the gate recess R. Referring to FIG. The gate insulating film is an important component that determines the performance of the transistor, and it is necessary to form the gate insulating film in high purity. In one embodiment, after the gate recess R is formed, a cleaning process is performed to form a high purity gate insulating film before forming the gate insulating film 120.

도 11을 참조하면, 게이트 절연막(120)이 형성된 게이트 리세스(R)에 게이트(130)을 형성한다. 일 실시예에서, 게이트(130)를 형성하는 단계는 게이트를 형성하는 물질층을 게이트 리세스(R)가 매립되도록 형성한 후, 반도체 기판(110)을 타겟으로 한 평탄화 공정을 수행하여 이루어진다. 일 예로, 평탄화 공정은 화학적 기계적 연마(CMP, Chemical Mechanical Polishing)를 수행하여 이루어진다. 다른 예로, 평탄화 공정은 에치백(etch back)공종을 수행하여 이루어진다. Referring to FIG. 11, a gate 130 is formed in the gate recess R on which the gate insulating layer 120 is formed. In an embodiment, the forming of the gate 130 is performed by forming a material layer forming the gate such that the gate recess R is buried, and then performing a planarization process targeting the semiconductor substrate 110. For example, the planarization process is performed by performing chemical mechanical polishing (CMP). In another example, the planarization process is performed by performing an etch back process.

도 12 및 도 13은 도 8 내지 도 12와는 달리 X-X'에 따른 단면도이다. 도 12를 참조하면, 소스 영역(142)과 드레인 영역(152)의 일부를 각각 식각하여 소스 영역 리세스(SR) 및 드레인 영역 리세스(DR)를 형성한다. 소스 영역 리세스(SR) 및 드레인 영역 리세스(DR)에는 추후 공정에서 매립 절연막이 형성된다. 도 13에는 소스 영역 리세스(SR)만 도시되어 있으나, 실제로는 동일공정 또는 다른 공정을 통하여 드레인 영역 리세스(DR)가 형성된다.12 and 13 are cross-sectional views taken along line X-X ', unlike FIGS. Referring to FIG. 12, portions of the source region 142 and the drain region 152 are etched to form a source region recess SR and a drain region recess DR. A buried insulating film is formed in the source region recess SR and the drain region recess DR in a later step. Although only the source region recess SR is illustrated in FIG. 13, the drain region recess DR is formed through the same process or another process.

도 13을 참조하면, 소스 영역 리세스(SR)와 드레인 영역 리세스(DR)에 매립 절연막(160)을 형성한다. 일 실시예에서, 소스 영역 리세스과 드레인 영역 리세스에 매립 절연막(160S, 160D)을 형성하여 게이트(130)와 소스(140) 사이의 커패시턴스 및 게이트(130)와 드레인(150) 사이의 커패시턴스를 줄일 수 있다. 일 실시예에서, 매립 절연막(160S, 160D)은 소스 영역 리세스(SR) 및 드레인 영역 리세스(DR)가 매립되도록 반도체 기판(110)의 전면에 산화막을 형성한 후, 반도체 기판(110)의 전면을 타겟으로 하여 평탄화 공정을 수행하여 형성된다. 일 예로, 평탄화 공정은 상술한 화학적 기계적 연마를 수행하여 이루어진다. 다른 예로, 평탄화 공정은 상술한 에치 백(etch back) 공정을 수행하여 이루어진다.
Referring to FIG. 13, a buried insulating layer 160 is formed in the source region recess SR and the drain region recess DR. In one embodiment, the buried insulating layers 160S and 160D are formed in the source region recess and the drain region recess to form the capacitance between the gate 130 and the source 140 and the capacitance between the gate 130 and the drain 150. Can be reduced. In one embodiment, the buried insulating layers 160S and 160D form an oxide film on the entire surface of the semiconductor substrate 110 to fill the source region recess SR and the drain region recess DR, and then the semiconductor substrate 110. It is formed by performing a planarization process to target the front surface of. In one example, the planarization process is performed by performing the above-described chemical mechanical polishing. In another example, the planarization process is performed by performing the above-described etch back process.

비교예Comparative example

도 14는 비교예를 도시한 도면으로, 비교예는 종래 기술에 따른 평면형 터널링 전계효과 트랜지스터이다. 소자의 특성은 다음과 같다. 소스와 드레인의 도핑 농도는 9X10^19/cm^3, 채널 영역에서의 도핑 농도는 1X10^19/cm^3, 채널 길이는 30nm, 채널 폭은 60nm이고, 게이트 절연막으로는 하프늄옥사이드(HfO2)를 사용하고, 두께는 2nm로 형성하였다. 도 14에 도시된 바와 같이, 밴드 투 밴드 터널링이 이루어지는 부분은 주황색으로 도시되어 있으며, 밴드 투 밴드 터널링이 이루어지는 부분은 단순히 평면 형태로 형성되는 것을 알 수 있다.14 is a view showing a comparative example, which is a planar tunneling field effect transistor according to the prior art. The characteristics of the device are as follows. Source and drain doping concentration is 9X10 ^ 19 / cm ^ 3, doping concentration in channel region is 1X10 ^ 19 / cm ^ 3, channel length is 30nm, channel width is 60nm, and hafnium oxide (HfO2) as gate insulating film Was used and the thickness was formed at 2 nm. As shown in FIG. 14, the band-to-band tunneling part is shown in orange, and the band-to-band tunneling part is simply formed in a planar shape.

실시예Example

본 발명의 실시예에 따른 터널링 트랜지스터의 실시예를 도 15 내지 도 16을 참조하여 설명한다. 도 15에 도시된 터널링 전계효과 트랜지스터의 소자 특성은 다음과 같다. 소스와 드레인의 도핑 농도는 9X10^19/cm^3, 채널 영역에서의 도핑 농도는9X10^19/cm^3, 리세스 깊이는 230nm, 채널 길이는 30nm, 채널 폭은 piX30+2X200nm이고, 게이트 절연막으로는 하프늄옥사이드(HfO2)를 사용하고, 두께는 2nm로 형성하였다. 즉, 리세스에 따른 채널 폭 이외의 다른 특성은 모두 비교예와 동일하다. 도 15는 밴드 투 밴드 터널링이 이루어지는 영역을 주황색으로 도시한 투시도면이다. 소스 접하는 게이트의 단면의 형태를 따라 채널이 형성되는 것을 알 수 있으며, 도 14와 비교하여 검토하면, 단순히 평면 형태로 밴드 투 밴드 터널링이 이루어지는 종래 기술에 비하여 리세스의 측면부와 곡면으로 형성된 저면부를 통하여 밴드 투 밴드 터널링이 이루어지므로, 그 면적 차이가 크다는 것을 알 수 있으며, 이로부터 본 발명의 실시예에 따른 터널링 전계효과 트랜지스터의 구동 전류 특성이 비교예에 비하여 우월할 것이 예상된다.
An embodiment of a tunneling transistor according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 15 to 16. Device characteristics of the tunneling field effect transistor shown in FIG. 15 are as follows. Source and drain doping concentration is 9X10 ^ 19 / cm ^ 3, doping concentration in channel region is 9X10 ^ 19 / cm ^ 3, recess depth is 230nm, channel length is 30nm, channel width is piX30 + 2X200nm, gate Hafnium oxide (HfO2) was used as the insulating film, and the thickness was formed to 2 nm. That is, all other characteristics except the channel width according to the recess are the same as in the comparative example. FIG. 15 is a perspective view showing an orange region of band-to-band tunneling. FIG. It can be seen that the channel is formed along the shape of the cross section of the gate contacting the source. In comparison with FIG. Since band-to-band tunneling is performed, it can be seen that the area difference is large. From this, it is expected that driving current characteristics of the tunneling field effect transistor according to the embodiment of the present invention are superior to those of the comparative example.

도 16은 비교예에 따른 터널링 전계효과 트랜지스터와 본 발명의 실시예에 따른 터널링 전계효과 트랜지스터의 I-V 특성을 나타낸 도면이다. 도 16에서 청색으로 도시된 곡선은 비교예에 따른 터널링 전계효과 트랜지스터의 I-V 특성을 도시한 것이고, 적색으로 도시된 곡선은 리세스 깊이를 230nm로, 리세스의 저면부를 곡면으로 형성한 실시예에 따른 터널링 전계효과 트랜지스터의 I-V 특성을 도시한 것이다. 확대된 도면을 참조하면, 본 발명에 따른 터널링 전계효과 트랜지스터의 구동 전류 특성이 동일한 조건하에서 대략 10여배 우수한 것으로 나타난다. 16 illustrates I-V characteristics of a tunneling field effect transistor according to a comparative example and a tunneling field effect transistor according to an embodiment of the present invention. The curve shown in blue in FIG. 16 shows the IV characteristics of the tunneling field effect transistor according to the comparative example, and the curve shown in red shows the recess depth of 230 nm and the bottom portion of the recess having a curved surface. IV characteristics of the tunneling field effect transistor according to the present invention are shown. Referring to the enlarged drawings, it appears that the driving current characteristics of the tunneling field effect transistor according to the present invention are approximately 10 times better under the same conditions.

본 발명에 대한 이해를 돕기 위하여 도면에 도시된 실시 예를 참고로 설명되었으나, 이는 실시를 위한 실시예로, 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 첨부된 특허청구범위에 의해 정해져야 할 것이다. While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is clearly understood that the same is by way of illustration and example only and is not to be taken by way of illustration, It will be appreciated that other embodiments are possible. Accordingly, the true scope of the present invention should be determined by the appended claims.

110: 반도체 기판 120: 게이트 절연막
130: 게이트 140: 소스
142: 소스 영역 150: 드레인
152: 드레인 영역 160: 매립 절연막
R: 게이트 리세스 SOP: 소스 외주면
SIP: 소스 내주면 RP: 게이트 리세스 외주면
TR: 터널링 영역
110: semiconductor substrate 120: gate insulating film
130: gate 140: source
142: source region 150: drain
152: drain region 160: buried insulating film
R: Gate recess SOP: Source peripheral surface
SIP: circumferential surface of the source RP: circumferential surface of the gate recess
TR: Tunneling Zone

Claims (19)

일정 깊이의 게이트 리세스(gate recess)를 가지는 반도체 기판;
상기 리세스 내에 게이트 절연막을 개재하여 형성된 게이트(gate);
제1 도전형 도펀트(dopant)로 도핑되고 상기 게이트 리세스의 일 측면에 상기 리세스의 깊이보다 더 깊게 형성된 소스(source); 및
제2 도전형 도펀트로 도핑되고 상기 리세스의 다른 측면에 일부가 매립 절연막으로 매립되어 상기 게이트 리세스의 깊이보다 더 깊게 형성된 드레인(drain)을 포함하며, 상기 소스 및 드레인은 일부가 매립 절연막으로 매립되어 형성된 터널링 전계효과 트랜지스터.
A semiconductor substrate having a gate recess of a predetermined depth;
A gate formed through the gate insulating layer in the recess;
A source doped with a first conductivity type dopant and formed on one side of the gate recess deeper than the depth of the recess; And
A drain doped with a second conductivity type dopant and partially embedded in the other side of the recess with a buried insulating film formed deeper than a depth of the gate recess, wherein the source and the drain are partially filled with the buried insulating film A tunneling field effect transistor formed by being buried.
제1항에 있어서,
상기 게이트가 형성된 리세스의 외주면(outer perimeter)은 상기 소스의 외주면 및 내주면을 실질적으로 넘지 않는 터널링 전계효과 트랜지스터.
The method of claim 1,
And an outer perimeter of the recess in which the gate is formed does not substantially exceed the outer and inner circumferential surfaces of the source.
제1항에 있어서,
상기 게이트, 상기 소스 및 드레인의 측면부는 평면이고, 저면부는 곡면으로 형성된 터널링 전계효과 트랜지스터.
The method of claim 1,
A tunneling field effect transistor having side surfaces of the gate, the source, and the drain, and a bottom surface thereof is curved.
제1항에 있어서,
상기 소스와 드레인의 측면부 및 저면부는 모두 평면으로 형성된 터널링 전계효과 트랜지스터.
The method of claim 1,
And a side portion and a bottom portion of the source and drain are planar.
제1항에 있어서,
상기 게이트 리세스의 측면부과 저면부에 평행하게 채널(channel)이 형성되는 터널링 전계효과 트랜지스터.
The method of claim 1,
And a channel is formed in parallel to side and bottom portions of the gate recess.
제1항에 있어서,
상기 소스 및 상기 드레인은 각각 고농도로 도핑된 터널링 전계효과 트랜지스터.
The method of claim 1,
And the source and the drain are each heavily doped.
복수의 리세스들이 형성된 반도체 기판;
제1 깊이를 가지는 게이트 리세스의 내부에 게이트 절연막을 개재하여 형성된 게이트;
제2 깊이를 가지는 일 리세스를 둘러싼 형태인 소스;
상기 게이트가 형성된 리세스를 중심으로 상기 소스와 대향하는 방향에 위치하며 제2 깊이를 가지는 다른 리세스를 둘러싼 드레인; 및
상기 소스가 형성된 일 리세스와 상기 드레인이 형성된 다른 리세스를 매립하는 매립 절연막을 포함하는 터널링 전계효과 트랜지스터.
A semiconductor substrate on which a plurality of recesses are formed;
A gate formed through the gate insulating layer in the gate recess having the first depth;
A source shaped around a recess having a second depth;
A drain surrounding another recess having a second depth and positioned in a direction facing the source with respect to the recess in which the gate is formed; And
And a buried insulating film filling a recess in which the source is formed and another recess in which the drain is formed.
제7항에 있어서,
상기 소스 및 드레인은 소정의 두께를 가지며 상기 기판과 매립 절연막 사이에 위치하는 터널링 전계효과 트랜지스터.
The method of claim 7, wherein
And the source and the drain have a predetermined thickness and are positioned between the substrate and the buried insulating film.
제7항에 있어서,
상기 게이트 리세스의 외주면(outer perimeter)은 상기 소스의 외주면 및 내주면을 실질적으로 넘지 않는 터널링 전계효과 트랜지스터.
The method of claim 7, wherein
And an outer perimeter of the gate recess does not substantially exceed an outer circumferential surface and an inner circumferential surface of the source.
제7항에 있어서,
상기 게이트 리세스 및 상기 소스가 형성된 일 리세스의 측면부는 평면이고, 저면부는 곡면으로 형성된 터널링 전계효과 트랜지스터.
The method of claim 7, wherein
The tunneling field effect transistor of claim 1, wherein a side surface portion of the recess in which the gate recess and the source are formed is planar, and a bottom surface thereof is curved.
제7항에 있어서,
상기 게이트 리세스, 상기 소스가 형성된 일 리세스의 측면부 및 저면부는 모두 평면으로 형성된 터널링 전계효과 트랜지스터.
The method of claim 7, wherein
The tunneling field effect transistor of which the gate recess, the side portion and the bottom surface portion of the recess in which the source is formed are all formed in a plane.
제7항에 있어서,
상기 게이트 리세스의 측면부과 저면부를 따라 채널(channel)이 형성되는 터널링 전계효과 트랜지스터.
The method of claim 7, wherein
And a channel is formed along side and bottom portions of the gate recess.
제7항에 있어서,
상기 소스 및 상기 드레인은 각각 고농도로 도핑된 터널링 전계효과 트랜지스터.
The method of claim 7, wherein
And the source and the drain are each heavily doped.
반도체 기판을 준비하는 단계와,
서로 다른 도전형의 도펀트를 주입하여 소스 영역 및 드레인 영역을 이격시켜 각각 형성하는 단계와,
상기 소스 영역과 상기 드레인 영역 사이의 상기 반도체 기판을 식각하여 게이트 리세스를 상기 소스 영역 및 상기 드레인 영역과 접하도록 형성하는 단계와,
상기 게이트 리세스에 게이트 절연막을 형성하는 단계와,
상기 게이트 리세스에 게이트를 형성하는 단계와,
상기 소스 영역과 드레인 영역의 일부를 각각 식각하여 소스 영역 리세스 및 드레인 영역 리세스를 형성하는 단계, 및
소스 영역 리세스 및 드레인 영역 리세스에 절연막을 매립하는 단계를 포함하는 터널링 전계효과 트랜지스터 제조 방법.
Preparing a semiconductor substrate;
Implanting dopants of different conductivity types to form source and drain regions spaced apart from each other;
Etching the semiconductor substrate between the source region and the drain region to form a gate recess in contact with the source region and the drain region;
Forming a gate insulating film in the gate recess;
Forming a gate in the gate recess;
Etching a portion of the source region and the drain region, respectively, to form a source region recess and a drain region recess, and
A method of fabricating a tunneling field effect transistor comprising embedding an insulating film in a source region recess and a drain region recess.
제14항에 있어서,
상기 소스 영역 및 드레인 영역을 각각 형성하는 단계는 서로 다른 도전형의 도펀트를 고농도로 주입하여 수행하는 터널링 전계효과 트랜지스터 제조 방법.
15. The method of claim 14,
And forming the source region and the drain region, respectively, by implanting different conductive dopants in high concentrations.
제14항에 있어서,
상기 게이트 리세스를 형성하는 단계는,
상기 소스 영역 및 상기 드레인 영역의 외주면을 벗어나지 않도록 상기 반도체 기판을 식각하여 이루어지는 터널링 전계효과 트랜지스터 제조 방법.
15. The method of claim 14,
Forming the gate recess,
And fabricating the semiconductor substrate so as not to deviate from outer peripheral surfaces of the source region and the drain region.
제14항에 있어서,
상기 도펀트를 주입하여 상기 드레인 영역을 형성하는 단계와 상기 소스 영역을 형성하는 단계는, 상기 드레인 영역 저면 및 상기 소스 영역 저면의 도핑 프로파일이 곡면으로 형성되도록 수행하는 터널링 전계효과 트랜지스터 제조 방법.
15. The method of claim 14,
And forming the drain region by implanting the dopant and forming the source region, wherein the doping profiles of the bottom surface of the drain region and the bottom surface of the source region are formed to have a curved surface.
제14항에 있어서,
상기 게이트 리세스를 형성하는 단계는,
상기 게이트 리세스의 저면이 곡면으로 형성되도록 상기 반도체 기판을 식각하여 이루어지는 터널링 전계효과 트랜지스터 제조 방법.
15. The method of claim 14,
Forming the gate recess,
And etching the semiconductor substrate such that the bottom surface of the gate recess is curved.
제14항에 있어서,
상기 소스 및 상기 드레인을 형성하는 단계는, 상기 도펀트를 서로 다른 농도로 주입하여 수행하는 터널링 전계효과 트랜지스터 제조 방법.
15. The method of claim 14,
The forming of the source and the drain may include performing the implantation of the dopants at different concentrations.
KR1020120079375A 2012-07-20 2012-07-20 Tunneling field effect transistor and manufacturing method thereof Active KR101270643B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020120079375A KR101270643B1 (en) 2012-07-20 2012-07-20 Tunneling field effect transistor and manufacturing method thereof

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020120079375A KR101270643B1 (en) 2012-07-20 2012-07-20 Tunneling field effect transistor and manufacturing method thereof

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR101270643B1 true KR101270643B1 (en) 2013-06-03

Family

ID=48866073

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020120079375A Active KR101270643B1 (en) 2012-07-20 2012-07-20 Tunneling field effect transistor and manufacturing method thereof

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101270643B1 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101684798B1 (en) * 2015-09-03 2016-12-20 명지대학교 산학협력단 Tunneling transistor and manufacturing method thereof
KR102273935B1 (en) 2019-12-27 2021-07-06 서강대학교산학협력단 Tunnel field-effect transistor based on negative differential transconductance

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20060007756A (en) * 2004-07-21 2006-01-26 주식회사 하이닉스반도체 Transistors and manufacturing methods thereof
US20070007571A1 (en) 2005-07-06 2007-01-11 Richard Lindsay Semiconductor device with a buried gate and method of forming the same
KR20090063603A (en) * 2007-12-14 2009-06-18 삼성전자주식회사 Recessed channel transistor and method of manufacturing the same
KR20120053511A (en) * 2009-09-27 2012-05-25 씨에스엠씨 테크놀로지스 에프에이비2 코., 엘티디. Method for fabricating trench dmos transistor

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20060007756A (en) * 2004-07-21 2006-01-26 주식회사 하이닉스반도체 Transistors and manufacturing methods thereof
US20070007571A1 (en) 2005-07-06 2007-01-11 Richard Lindsay Semiconductor device with a buried gate and method of forming the same
KR20090063603A (en) * 2007-12-14 2009-06-18 삼성전자주식회사 Recessed channel transistor and method of manufacturing the same
KR20120053511A (en) * 2009-09-27 2012-05-25 씨에스엠씨 테크놀로지스 에프에이비2 코., 엘티디. Method for fabricating trench dmos transistor

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101684798B1 (en) * 2015-09-03 2016-12-20 명지대학교 산학협력단 Tunneling transistor and manufacturing method thereof
KR102273935B1 (en) 2019-12-27 2021-07-06 서강대학교산학협력단 Tunnel field-effect transistor based on negative differential transconductance

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US8785279B2 (en) High voltage field balance metal oxide field effect transistor (FBM)
US20170084735A1 (en) Silicon carbide semiconductor device and method for producing the same
US6946705B2 (en) Lateral short-channel DMOS, method of manufacturing the same, and semiconductor device
US9048267B2 (en) Semiconductor device
KR20100064263A (en) A semiconductor device and method for manufacturing the same
KR101315699B1 (en) Power mosfet having superjunction trench and fabrication method thereof
US8674436B2 (en) Lateral double diffusion metal-oxide semiconductor device and method for manufacturing the same
KR20130085751A (en) Lateral dmos transistor and method of fabricating the same
US10388785B2 (en) LDMOS transistors for CMOS technologies and an associated production method
US20060001110A1 (en) Lateral trench MOSFET
CN104124274A (en) Super junction lateral double diffusion metal oxide semiconductor field effect transistor and manufacturing method thereof
CN102254947A (en) Semiconductor device and production method thereof
KR101270643B1 (en) Tunneling field effect transistor and manufacturing method thereof
CN102800688B (en) Semiconductor structures and methods of operation
KR20110078621A (en) Semiconductor device and manufacturing method thereof
JP5258230B2 (en) Manufacturing method of semiconductor device
WO2021051856A1 (en) Laterally diffused metal oxide semiconductor device and manufacturing method therefor
KR102046663B1 (en) Semiconductor device and manufacturing method thereof
CN112993021A (en) Lateral double-diffused metal oxide semiconductor field effect transistor
CN102449770B (en) 3D channel architecture for semiconductor devices
TWI628791B (en) Gold oxygen half field effect power element with three-dimensional super junction and manufacturing method thereof
CN104332501A (en) Nldmos device and manufacturing method thereof
KR20110037030A (en) Semiconductor device and manufacturing method thereof
CN108666363A (en) LDMOS device and its manufacturing method
JP5486673B2 (en) Semiconductor device

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
PA0109 Patent application

Patent event code: PA01091R01D

Comment text: Patent Application

Patent event date: 20120720

PA0201 Request for examination
E701 Decision to grant or registration of patent right
PE0701 Decision of registration

Patent event code: PE07011S01D

Comment text: Decision to Grant Registration

Patent event date: 20130527

GRNT Written decision to grant
PR0701 Registration of establishment

Comment text: Registration of Establishment

Patent event date: 20130528

Patent event code: PR07011E01D

PR1002 Payment of registration fee

Payment date: 20130528

End annual number: 3

Start annual number: 1

PG1601 Publication of registration
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20160128

Year of fee payment: 4

PR1001 Payment of annual fee

Payment date: 20160128

Start annual number: 4

End annual number: 4

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20170421

Year of fee payment: 5

PR1001 Payment of annual fee

Payment date: 20170421

Start annual number: 5

End annual number: 5

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20180425

Year of fee payment: 6

PR1001 Payment of annual fee

Payment date: 20180425

Start annual number: 6

End annual number: 6

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20190828

Year of fee payment: 7

PR1001 Payment of annual fee

Payment date: 20190828

Start annual number: 7

End annual number: 7

PR1001 Payment of annual fee

Payment date: 20200513

Start annual number: 8

End annual number: 8

PR1001 Payment of annual fee

Payment date: 20210701

Start annual number: 9

End annual number: 9

PR1001 Payment of annual fee

Payment date: 20220706

Start annual number: 10

End annual number: 10

PR1001 Payment of annual fee

Payment date: 20230424

Start annual number: 11

End annual number: 11

PR1001 Payment of annual fee

Payment date: 20240424

Start annual number: 12

End annual number: 12