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KR0150679B1 - Thin film transistor - Google Patents

Thin film transistor

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Publication number
KR0150679B1
KR0150679B1 KR1019940020693A KR19940020693A KR0150679B1 KR 0150679 B1 KR0150679 B1 KR 0150679B1 KR 1019940020693 A KR1019940020693 A KR 1019940020693A KR 19940020693 A KR19940020693 A KR 19940020693A KR 0150679 B1 KR0150679 B1 KR 0150679B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
gate electrode
gate
thin film
film transistor
semiconductor substrate
Prior art date
Application number
KR1019940020693A
Other languages
Korean (ko)
Inventor
양종열
강지성
Original Assignee
김주용
현대전자산업주식회사
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 김주용, 현대전자산업주식회사 filed Critical 김주용
Priority to KR1019940020693A priority Critical patent/KR0150679B1/en
Application granted granted Critical
Publication of KR0150679B1 publication Critical patent/KR0150679B1/en

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  • Thin Film Transistor (AREA)

Abstract

본 발명은 오프 상태일 때 누설전류를 감소시키며, 온상태일 때는 온 전류의 감소없이 온/오프 전류비를 향상시킬 수 있는 박막트랜지스터에 관한 것으로, 반도체기판 상에 형성된 제1 게이트 전극, 상기 게이트 전극의 양측벽에 접하며 상기 게이트 전극 보다 비저항이 높은 제2 게이트 전극, 상기 제1 게이트 전극 및 제2 게이트 전극상에 형성된 게이트 절연막, 상기 게이트 절연막을 사이에 두고 상기 제1 및 제2 게이트 전극과 대향하는 채널 및 상기 채널의 양단, 상기 게이트 절연막 및 상기 반도체기판 표면과 각각 접하는 소오스 및 드레인을 포함하는 박막트랜지스터를 제공한다. 이에 의해 오프상태일 때는 상대적으로 비저항이 낮은 제1 게이트 전극만 동작하여, 제1 게이트 전극 보다 비저항이 높은 제2 게이트 전극의 가장자리에 전기장이 감소하기 때문에 누설전류를 줄일 수 있는 효과가 있다. 또한, 온 상태일 때는 제2 게이트까지 게이트 전극으로 동작하기 때문에, 종래의 오프셋 구조를 갖는 박막트랜지스터에서와 같이 비저항증가에 따라 온 전류가 감소하는 것을 방지할 수 있다.The present invention relates to a thin film transistor capable of reducing leakage current when in an off state and improving on / off current ratio without reducing on current when in an on state, wherein the first gate electrode and the gate are formed on a semiconductor substrate. A second gate electrode contacting both sidewalls of the electrode and having a higher resistivity than the gate electrode, a gate insulating film formed on the first gate electrode and the second gate electrode, and the first and second gate electrodes interposed therebetween; A thin film transistor includes an opposing channel, a source and a drain in contact with both ends of the channel, the gate insulating layer, and a surface of the semiconductor substrate, respectively. As a result, in the off state, only the first gate electrode having a relatively low resistivity operates to reduce an electric field at the edge of the second gate electrode having a higher resistivity than the first gate electrode, thereby reducing leakage current. In addition, since the second gate is operated as the gate electrode in the on state, the on-current can be prevented from decreasing with increasing resistivity as in the conventional thin film transistor having an offset structure.

Description

박막트랜지스터 및 그 제조 방법Thin film transistor and its manufacturing method

제1도는 본 발명에 따른 박막트랜지스터의 단면도.1 is a cross-sectional view of a thin film transistor according to the present invention.

제2a도 내지 제2e도 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 박막트랜지스터 형성 공정 단면도.2A through 2E are cross-sectional views of a thin film transistor forming process according to an exemplary embodiment of the present invention.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for main parts of the drawings

1 : 반도체 기판 2, 22 : 제1 게이트 전극1 semiconductor substrate 2, 22 first gate electrode

3, 23 : 제2 게이트 전극 6, 26 : 소오스/드레인3, 23: second gate electrode 6, 26: source / drain

21 : 실리콘 기판 4, 24 : 게이트 절연막21: silicon substrate 4, 24: gate insulating film

25 : 폴리실리콘막 5, 25` : 채널25: polysilicon film 5, 25`: channel

본 발명은 박막트랜지스터에 관한 것으로, 특히 저 소비전력을 요하는 반도체 집적소자에 적합한 박막트랜지스터 및 그 제조 방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to thin film transistors, and more particularly, to thin film transistors suitable for semiconductor integrated devices requiring low power consumption and a method of manufacturing the same.

종래의 박막트랜지스터에서는 오프(off)상태일 때 전류감소를 위해 드레인단과 게이트단 사이에 오프셋(offset)영역을 형성시켜 누설전류를 감소시켰으나 오프셋 영역의 비저항증가에 따라 온전류 또한 약간 감소되어 온/오프 전류 특성이 저하되는 문제점이 있다.In the conventional thin film transistors, the leakage current is reduced by forming an offset region between the drain terminal and the gate terminal to reduce the current in the off state, but the on-current is also slightly reduced by increasing the specific resistance of the offset region. There is a problem that the off current characteristics are degraded.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 본 발명은 오프 상태일 때 누설전류를 감소시키며, 온상태일 때는 온전류의 감소없이 온/오프 전류비를 향상시킬 수 있는 박막트랜지스터 및 그 제조 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention devised to solve the above problems is to reduce the leakage current when in the off state, and provides a thin film transistor and a method of manufacturing the same that can improve the on / off current ratio without reducing the on current in the on state. Its purpose is to.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 반도체 기판 상에 형성된 제1 게이트 전극; 상기 게이트 전극의 양측벽에 접하며 상기 게이트 전극 보다 비저항이 높은 제2 게이트 전극; 상기 제1 게이트 전극 및 제2 게이트 전극 상에 형성된 게이트 절연막; 상기 게이트 절연막을 사이에 두고 상기 제1 및 제2 게이트 전극과 대향하는 채널; 및 상기 채널의 양단, 상기 게이트 절연막 및 상기 반도체 기판 표면과 각각 접하는 소오스 및 드레인을 포함하는 박막트랜지스터를 제공한다.The present invention to achieve the above object is a first gate electrode formed on a semiconductor substrate; A second gate electrode contacting both sidewalls of the gate electrode and having a higher resistivity than the gate electrode; A gate insulating film formed on the first gate electrode and the second gate electrode; A channel facing the first and second gate electrodes with the gate insulating layer interposed therebetween; And a source and a drain in contact with both ends of the channel, the gate insulating layer, and a surface of the semiconductor substrate, respectively.

또한, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은 반도체 기판 상에, 제1 불순물 도핑 농도를 갖는 제1 게이트 전극을 형성하는 단계; 상기 제2 게이트 전극 양측벽에 상기 제1 불순물 도핑 농도 보다 적은 제2 불순물 도핑 농도를 갖는 제2 게이트 전극을 형성하는 단계; 상기 제1 게이트 전극 및 상기 제2 게이트 전극 상에 게이트 절연막을 형성하는 단계; 및 상기 게이트 절연막을 사이에 두고 상기 제1 게이트 전극 및 상기 제1 게이트 전극의 일측벽에 형성된 상기 제2 게이트 전극과 대향하는 채널 및 상기 채널의 양단, 상기 게이트 절연막 및 상기 반도체 기판 표면과 각각 접하는 소오스 및 드레인을 형성하는 단계를 포함하는 박막트랜지스터 제조 방법을 제공한다.In addition, the present invention for achieving the above object is a step of forming a first gate electrode having a first impurity doping concentration on a semiconductor substrate; Forming a second gate electrode having a second impurity doping concentration less than the first impurity doping concentration on both sidewalls of the second gate electrode; Forming a gate insulating film on the first gate electrode and the second gate electrode; And a channel facing the first gate electrode and the second gate electrode formed on one side wall of the first gate electrode with the gate insulating layer interposed therebetween, and both ends of the channel, the gate insulating layer and the surface of the semiconductor substrate respectively. It provides a thin film transistor manufacturing method comprising the step of forming a source and a drain.

이하, 첨부된 도면 제1도 및 제2도를 참조하여 본 발명을 상술한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to FIGS. 1 and 2.

첨부된 도면 제1도는 본 발명에 따른 박막트랜지스터의 단면도이다. 본 발명에 따른 박막트랜지스터는 제1도에 도시된 바와 같이 반도체 기판(1) 상에 형성된 제1 게이트 전극(2), 상기 게이트 전극(2)의 양측벽에 스페이서(spacer) 형태로 형성되되, 상기 게이트 전극(2)보다 비저항이 높은 제2 게이트 전극(3), 상기 제1 및 제2게이트 전극(2,3) 상에 형성된 게이트 절연막(4), 상기 게이트 절연막(4)을 사이에 두고 상기 제1 및 제2 게이트 전극(2,3)과 대향하는 채널(5), 상기 채널(5)의 양단으로부터 상기 반도체 기판(1) 표면에 이르는 소오스 및 드레인(6)으로 이루어진다. 상기 제1 및 제2 게이트 전극(2,3)은 폴리실리콘막으로 형성되며, 상기 제1 게이트 전극(2)을 이루는 폴리실리콘막 내에 도핑된 불순물의 농도가 제2 게이트 전극(3)을 이루는 폴리실리콘막 내에 도핑된 불순물이 농도보다 높다.1 is a cross-sectional view of a thin film transistor according to the present invention. The thin film transistor according to the present invention is formed in the form of a spacer (spacer) on both side walls of the first gate electrode 2, the gate electrode 2 formed on the semiconductor substrate 1, as shown in FIG. The second gate electrode 3 having a higher resistivity than the gate electrode 2, the gate insulating film 4 formed on the first and second gate electrodes 2 and 3, and the gate insulating film 4 interposed therebetween. A channel 5 facing the first and second gate electrodes 2 and 3, and a source and a drain 6 extending from both ends of the channel 5 to the surface of the semiconductor substrate 1. The first and second gate electrodes 2 and 3 are formed of a polysilicon film, and the dopant concentration of the doped impurities in the polysilicon film forming the first gate electrode 2 forms the second gate electrode 3. The doped impurities in the polysilicon film are higher than the concentration.

상대적으로 비저항이 낮은 제1 게이트 전극(2) 측벽에 제1 게이트 전극(2) 보다 큰 비저항을 갖는 제2 게이트 전극(3)을 형성함으로써, 오프상태일 때 전기장의 감소에 따라 누설전류를 감소시킬 수 있으며, 온(on) 상태일 때는 제1 및 제2 게이트 전극(2,3)이 동일한 동작을 하므로 온전류의 감소 없이 온/오프 전류비를 향상시킬 수 있다.By forming a second gate electrode 3 having a larger resistivity than the first gate electrode 2 on the sidewalls of the first gate electrode 2 having a relatively low resistivity, the leakage current is reduced as the electric field decreases in the off state. In the on state, since the first and second gate electrodes 2 and 3 perform the same operation, the on / off current ratio can be improved without reducing the on current.

제2a도 내지 제2e도는 본 발명의 바람직한 일실시예에 따라 전술한 박막트렌지스터의 제조 공정을 보이는 단면도이다.2a to 2e are cross-sectional views showing the manufacturing process of the above-described thin film transistor according to an embodiment of the present invention.

먼저, 제2a도에 도시한 바와 같이 실리콘 기판(21) 상에 n형 불순물이 고농도로 도핑된 폴리실리콘막을 형성하고, 상기 폴리실리콘막을 선택적으로 식각하여 제1 게이트 전극(22)을 형성한다.First, as shown in FIG. 2A, a polysilicon film doped with a high concentration of n-type impurities is formed on the silicon substrate 21, and the polysilicon film is selectively etched to form a first gate electrode 22.

이어서, 제2b도에 도시한 바와 같이 실리콘 기판(21) 및 제1 게이트 전극(22) 상에 폴리실리콘막(23')을 증착하고, 상기 폴리실리콘막(23') 내에 n형 불순물을 저농도로 이온주입한다.Subsequently, as shown in FIG. 2B, a polysilicon film 23 'is deposited on the silicon substrate 21 and the first gate electrode 22, and a low concentration of n-type impurities is formed in the polysilicon film 23'. Ion implantation with.

다음으로, 제2c도에 도시한 바와 같이, 상기 폴리실리콘막(23')을 전면식각하여 상기 제1 게이트 전극(22) 양측벽에 스페이서 형태의 제2 게이트 전극(23)을 형성한다.Next, as shown in FIG. 2C, the polysilicon layer 23 ′ is etched to form a second gate electrode 23 having a spacer shape on both sidewalls of the first gate electrode 22.

다음으로, 제2d도에 도시한 바와 같이 상기 실리콘 기판(21), 상기 제1 게이트 전극(22) 및 상기 제2 게이트 전극(23) 상에 게이트 절연막(24)을 형성하고, 상기 게이트 절연막(24) 상에 폴리실리콘막(25)을 형성한다.Next, as shown in FIG. 2D, a gate insulating film 24 is formed on the silicon substrate 21, the first gate electrode 22, and the second gate electrode 23, and the gate insulating film ( The polysilicon film 25 is formed on 24.

다음으로, 제2e도에 도시한 바와 같이 상기 폴리실리콘막(25) 내에 선택적으로 이온을 주입하고, 상기 폴리실리콘막(25)을 선택적으로 식각하여 상기 게이트 절연막(24)을 사이에 두고 상기 제1 및 제2 게이트 전극(23,24)과 대향하는 채널(25') 및 상기 채널(25')의 양단에서 상기 실리콘 기판(21) 표면에 이르는 소오스 및 드레인(26)을 형성한다.Next, as shown in FIG. 2E, ions are selectively implanted into the polysilicon film 25, and the polysilicon film 25 is selectively etched to interpose the gate insulating film 24 therebetween. A channel 25 'facing the first and second gate electrodes 23 and 24 and a source and a drain 26 extending from both ends of the channel 25' to the surface of the silicon substrate 21 are formed.

상기와 같이 이루어지는 본 발명에 따른 박막트랜지스터의 경우 오프상태일 때는 상대적으로 비저항이 낮은 제1 게이트 전극만 동작하여, 제1 게이트 전극(23) 보다 비저항이 높은 제2 게이트 전극(24)의 가장자리에 전기장이 감소하기 때문에 누설전류를 줄일 수 있는 효과가 있다. 또한, 온 상태일 때는 제2 게이트까지 게이트 전극으로 동작하기 때문에, 종래의 오프셋 구조를 갖는 박막트렌지스터에서와 같이 비저항증가에 따라 온 전류가 감소하는 것을 방지할 수 있다.In the case of the thin film transistor according to the present invention as described above, only the first gate electrode having a relatively low resistivity is operated when the thin film transistor is in an off state, and thus the edge of the second gate electrode 24 having a higher resistivity than the first gate electrode 23 is operated. Since the electric field is reduced, the leakage current can be reduced. In addition, since the second gate is operated as the gate electrode in the on state, the on-current can be prevented from decreasing with increasing resistivity as in the conventional thin film transistor having an offset structure.

따라서, 박막트랜지스터의 온/오프 전류비를 향상시킴으로써 안정된 셀 확보 및 저소비전력을 요하는 집적회로 개발이 용이하다.Accordingly, by improving the on / off current ratio of the thin film transistor, it is easy to develop an integrated circuit requiring stable cell security and low power consumption.

이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.The present invention described above is not limited to the above-described embodiments and the accompanying drawings, and various substitutions, modifications, and changes can be made in the art without departing from the technical spirit of the present invention. It will be apparent to those of ordinary knowledge.

Claims (4)

박막트랜지스터에 있어서, 반도체 기판 상에 형성된 제1 게이트 전극; 상기 게이트 전극의 양측벽에 접하며 상기 게이트 전극 보다 비저항이 높은 제2 게이트 전극; 상기 제1 게이트 전극 및 제2 게이트 전극 상에 형성된 게이트 절연막; 상기 게이트 절연막을 사이에 두고 상기 제1 및 제2 게이트 전극과 대향하는 채널; 및 상기 채널의 양단, 상기 게이트 절연막 및 상기 반도체 기판 표면과 각각 접하는 소오스 및 드레인을 포함하는 박막트랜지스터.A thin film transistor, comprising: a first gate electrode formed on a semiconductor substrate; A second gate electrode contacting both sidewalls of the gate electrode and having a higher resistivity than the gate electrode; A gate insulating film formed on the first gate electrode and the second gate electrode; A channel facing the first and second gate electrodes with the gate insulating layer interposed therebetween; And a source and a drain in contact with both ends of the channel, the gate insulating layer, and a surface of the semiconductor substrate, respectively. 제1항에 있어서, 상기 채널은 상기 제1 게이트 전극과 상기 제1 게이트 전극의 일측벽에 접하는 상기 제2 게이트 전극과 대향하는 것을 특징으로 하는 박막트랜지스터.The thin film transistor of claim 1, wherein the channel faces the first gate electrode and the second gate electrode in contact with one side wall of the first gate electrode. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 제2 게이트 전극은 상기 제1 게이트 전극의 측벽 접하는 스페이서(spacer) 형태로 이루어지는 것을 특징으로 하는 박막트랜지스터.The thin film transistor of claim 1 or 2, wherein the second gate electrode is formed in the form of a spacer in contact with the sidewall of the first gate electrode. 박막트랜지스터 제조 방법에 있어서, 반도체 기판 상에, 제1 불순물 도핑 농도를 갖는 제1 게이트 전극을 형성하는 단계; 상기 제2 게이트 전극 양측벽에 상기 제1 불순물 도핑 농도 보다 적은 제2 불순물 도핑 농도를 갖는 제2 게이트 전극을 형성하는 단계; 상기 제1 게이트 전극 및 상기 제2 게이트 전극 상에 게이트 절연막을 형성하는 단계; 및 상기 게이트 절연막을 사이에 두고 상기 제1 게이트 전극 및 상기 제1 게이트 전극의 일측벽에 형성된 상기 제2 게이트 전극과 대향하는 채널 및 상기 채널의 양단, 상기 게이트 절연막 및 상기 반도체 기판 표면과 각각 접하는 소오스 및 드레인을 형성하는 단계를 포함하는 박막트랜지스터 제조 방법.A thin film transistor manufacturing method, comprising: forming a first gate electrode having a first impurity doping concentration on a semiconductor substrate; Forming a second gate electrode having a second impurity doping concentration less than the first impurity doping concentration on both sidewalls of the second gate electrode; Forming a gate insulating film on the first gate electrode and the second gate electrode; And a channel facing the first gate electrode and the second gate electrode formed on one side wall of the first gate electrode with the gate insulating layer interposed therebetween, and both ends of the channel, the gate insulating layer and the surface of the semiconductor substrate respectively. A thin film transistor manufacturing method comprising the step of forming a source and a drain.
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