KR101041866B1 - Semiconductor device manufacturing method - Google Patents
Semiconductor device manufacturing method Download PDFInfo
- Publication number
- KR101041866B1 KR101041866B1 KR1020090069032A KR20090069032A KR101041866B1 KR 101041866 B1 KR101041866 B1 KR 101041866B1 KR 1020090069032 A KR1020090069032 A KR 1020090069032A KR 20090069032 A KR20090069032 A KR 20090069032A KR 101041866 B1 KR101041866 B1 KR 101041866B1
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- oxide
- activation region
- layer
- region layer
- semiconductor device
- 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.)
- Expired - Fee Related
Links
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10D—INORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
- H10D30/00—Field-effect transistors [FET]
- H10D30/01—Manufacture or treatment
- H10D30/021—Manufacture or treatment of FETs having insulated gates [IGFET]
- H10D30/031—Manufacture or treatment of FETs having insulated gates [IGFET] of thin-film transistors [TFT]
- H10D30/0312—Manufacture or treatment of FETs having insulated gates [IGFET] of thin-film transistors [TFT] characterised by the gate electrodes
- H10D30/0314—Manufacture or treatment of FETs having insulated gates [IGFET] of thin-film transistors [TFT] characterised by the gate electrodes of lateral top-gate TFTs comprising only a single gate
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10D—INORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
- H10D30/00—Field-effect transistors [FET]
- H10D30/60—Insulated-gate field-effect transistors [IGFET]
- H10D30/67—Thin-film transistors [TFT]
- H10D30/6704—Thin-film transistors [TFT] having supplementary regions or layers in the thin films or in the insulated bulk substrates for controlling properties of the device
- H10D30/6713—Thin-film transistors [TFT] having supplementary regions or layers in the thin films or in the insulated bulk substrates for controlling properties of the device characterised by the properties of the source or drain regions, e.g. compositions or sectional shapes
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10D—INORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
- H10D30/00—Field-effect transistors [FET]
- H10D30/60—Insulated-gate field-effect transistors [IGFET]
- H10D30/67—Thin-film transistors [TFT]
- H10D30/6757—Thin-film transistors [TFT] characterised by the structure of the channel, e.g. transverse or longitudinal shape or doping profile
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10D—INORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
- H10D64/00—Electrodes of devices having potential barriers
- H10D64/60—Electrodes characterised by their materials
- H10D64/62—Electrodes ohmically coupled to a semiconductor
Landscapes
- Electrodes Of Semiconductors (AREA)
- Junction Field-Effect Transistors (AREA)
Abstract
본 개시는 다이오드 및 전계효과 트랜지스터와 같은 반도체 소자의 제조 방법에 관한 것으로, 활성화 영역을 위한 산화물 반도체층의 형성 시, 적어도 가스 분위기를 포함한 공정 조건을 조절하여 상기 산화물 반도체층의 전기적 특성을 조절하는 단계를 포함할 수 있고, 상기 가스 분위기는 캐리어 가스에서 산소의 비율을 조절하는 것일 수 있으며, 상기 산화물 반도체층 상에 쇼트키 접합 특성 또는 오믹 접합 특성을 갖는 금속층을 형성하는 단계를 더 포함하여, 반도체 소자의 특성을 향상하고, 기존의 공정을 통하여 금속 전극의 선택 사용을 용이하게 하며, 소자의 소형화에 따른 단채널 등의 문제를 해결하고, 기존의 실리콘 기반 전자소자를 탈피할 수 있다.The present disclosure relates to a method for manufacturing a semiconductor device, such as a diode and a field effect transistor, and when forming an oxide semiconductor layer for an activation region, controlling the electrical characteristics of the oxide semiconductor layer by controlling process conditions including at least a gas atmosphere. It may include the step, wherein the gas atmosphere may be to adjust the ratio of oxygen in the carrier gas, further comprising the step of forming a metal layer having a Schottky bonding characteristics or ohmic bonding characteristics on the oxide semiconductor layer, It is possible to improve the characteristics of the semiconductor device, to facilitate the selection and use of metal electrodes through existing processes, to solve problems such as short channels due to the miniaturization of the device, and to avoid the existing silicon-based electronic devices.
산화물 반도체, 활성화 영역, 쇼트키 접합, 오믹 접합, 가스 분위기 Oxide semiconductor, activation region, Schottky junction, ohmic junction, gas atmosphere
Description
본 개시는 다이오드 및 전계효과 트랜지스터와 같은 반도체 소자의 제조 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 산화물 반도체를 활성화 영역으로 사용하고, 저온 공정을 통하여 유연한 기판위에 제작할 수 있도록 하며, 소자의 고 직접화와 소형화에 따른 단 채널(short channel) 현상을 방지하기 위해 쇼트키 장벽(Schottky barrier) 구조를 적용하여 소자의 특성을 향상시킨, 반도체 소자 제조 방법에 관한 것이다. The present disclosure relates to a method for manufacturing a semiconductor device such as a diode and a field effect transistor, and more particularly, to use an oxide semiconductor as an activation region, to be fabricated on a flexible substrate through a low temperature process, and to improve the direct The present invention relates to a method of fabricating a semiconductor device in which a Schottky barrier structure is applied to prevent short channel phenomena due to miniaturization, thereby improving device characteristics.
일반적으로, 반도체 소자는 기존의 실리콘 기반으로 많은 발전을 이룩해 왔으며, 이를 이용한 디스플레이 분야의 소자 중 하나인 박막 트랜지스터(Thin film transistor)가 최근 몇 년간 구동소자로 활용되고 있고, 다양한 응용 분야에서 두각을 나타내고 있다. In general, semiconductor devices have made many advances based on the existing silicon, and thin film transistors, which are one of the devices in the display field, have been used as driving devices in recent years, and are prominent in various applications. Indicates.
현재 디스플레이용 구동 및 스위칭 소자로는 수소화된 비정질 실리콘 박막트랜지스터(a-Si-TFT:H) 및 많은 곳에서 연구 되고 있는 다결정 실리콘 박막 트랜지스터(poly-Si-TFT)가 있다. Currently, driving and switching devices for displays include hydrogenated amorphous silicon thin film transistors (a-Si-TFT: H) and polycrystalline silicon thin film transistors (poly-Si-TFTs) that are being studied in many places.
비정질 실리콘 박막트랜지스터는 유리 기판위에 넓은 면적과 낮은 기판온도 에서 집적하는 공정이 가능할 뿐만 아니라 높은 안정성과 제작비가 저렴하다는 장점을 가지고 있으나, 낮은 이동도(mobility)를 가지고 있어 빠른 속도를 요구하는 구동회로를 구성하기에는 장벽이 높은 현실이다. 이와 달리 다결정 실리콘은 저온 공정 기술의 발달과 함께 높은 이동도를 가지는 특성 등의 장점으로 인하여 많은 연구가 진행되고 있지만, 균일도(uniformity)가 떨어지는 등의 단점으로 인하여 아직까지는 해결해야 할 문제점이 존재하고 있다. Amorphous silicon thin film transistor has the advantage of not only the process of integrating a large area on the glass substrate and low substrate temperature but also high stability and low manufacturing cost, but it has low mobility and requires high speed. It is a high barrier to construct the reality. On the other hand, many studies have been conducted due to the advantages of high mobility with the development of low temperature process technology, but there are still problems to be solved due to the disadvantages such as poor uniformity. have.
위에서 언급한 비정질 및 결정형 실리콘 기술의 문제점을 극복하기 위하여 산화물 반도체의 기술 연구가 활발히 진행되고 있다. In order to overcome the problems of the above-mentioned amorphous and crystalline silicon technology, technical researches on oxide semiconductors are actively conducted.
최근 몇 년간 차세대 디스플레이의 구동소자로써 산화물 반도체인 ZnO 계열의 n형 산화물 반도체의 연구가 여러 곳에서 진행되고 있는데, ZnO 계열의 박막 및 소자들은 높은 이동도를 가지고 있어 구동회로에 내장이 가능할 뿐만 아니라 구동 소자로써도 활용이 가능하지만, 전기적으로나 광학적으로 불안정한 특성 때문에 B, Al, Ga, In과 같은 3족의 원소를 도핑 하여 안정적인 전기적 및 광학적인 특성을 가지게 되어 디스플레이, 태양전지, 메모리, 광학-전자 등 다양한 분야에서 활용되기 시작했다. In recent years, ZnO-based n-type oxide semiconductors, which are oxide semiconductors, are being researched in many places as driving devices for next-generation displays. ZnO-based thin films and devices have high mobility and can be embedded in driving circuits. It can be used as a driving device, but due to its electrical and optical instability, doping elements of
하지만 위와 같은 장점을 가지고 있음에도 불구하고, 전자 소자 분야에서 ZnO 기반의 소자들은 대부분 n 형의 물질의 특성을 보이고 있고, p형의 특성을 띠고 있는 ZnO 계열은 공정에 있어서 안정성과 정공의 농도 조절이 필수적이기 때문에 제작이 쉽지 않아 p-n 접합 소자와 실리콘 기반에서 가능한 CMOS구조의 제작이 어려운 현실이다. 이로 인하여 p-n 다이오드형의 소자를 대신하여 금속-반도체 접 합 구조의 쇼트키 다이오드 구조의 연구가 진행되고 있는 현실이다. However, despite the above advantages, ZnO-based devices in the field of electronic devices are mostly characterized by the n-type material, Z-type Z-type features the p-type characteristics of the process stability and hole concentration control Since it is essential, it is not easy to fabricate, making it difficult to fabricate a pn junction device and a silicon-based CMOS structure. For this reason, the study of the Schottky diode structure of the metal-semiconductor junction structure in place of the p-n diode type device is in progress.
하지만 쇼트키 접합의 구조를 하고 있는 대부분의 공정 제작에는 일함수가 일정한 ZnO 계열 박막 상에 일함수가 일정할 뿐만 아니라 큰 금속을 증착하여 다이오드 특성을 얻었을 뿐이다. 또한 ZnO를 활성화 영역으로 하며 고속 스위칭 및 가스(gas) 센서로 쓰이는 MESFET 소자의 공정 재료 선택 역시 쇼트키 접합의 금속과 산화물 접합의 일함수 차가 큰 재료를 게이트로 이용하였고 오믹(ohmic) 접합용 금속을 소스 및 드레인 전극을 선택함으로써 제작하였을 뿐이다. However, in most process fabrication of Schottky junction, not only the work function is constant on ZnO series thin film but also the large metal is deposited to obtain diode characteristics. In addition, the process material selection of the MESFET device used as ZnO as an active region and used as a high-speed switching and gas sensor also used a schottky junction material and a material having a large work function difference between the oxide junction as a gate and an ohmic junction metal. Is produced only by selecting the source and drain electrodes.
현재 ZnO 기반의 산화물 반도체에 있어서의 발전은 n-형 물질이 대부분이고, p형 물질의 기술 개발은 이루어졌으나 그 공정이 까다롭고, 재현성이 없어 실리콘 기반의 p-n 접합 다이오드형 등의 소자 기술 개발이 어렵다. 이에 따라 기존의 p-형 실리콘과 n-형의 물질을 가지는 ZnO 기반의 산화물 접합으로 이루어진 소자 개발이 주가 되고 있는 현실이다. 반면 다이오드 제작에 있어서 금속 물질 과 산화물 반도체 접합을 시켜 제작한 쇼트키 다이오드 연구는 여러 곳에서 진행되었지만, 일함수가 높은 금속의 물질을 제작한다거나 활성화 영역의 극면을 바꿔 제작 하였을 뿐이다. Currently, the development of ZnO-based oxide semiconductors is mostly made of n-type materials, and the development of p-type materials has been made, but the process is difficult and it is difficult to develop device technologies such as silicon-based pn junction diodes. it's difficult. Accordingly, the development of a device consisting of a ZnO-based oxide junction having a conventional p-type silicon and n-type material is a major reality. On the other hand, in the fabrication of diodes, research on Schottky diodes made of metal materials and oxide semiconductor junctions has been conducted in various places, but only the materials with high work functions or the polarity of the active region have been fabricated.
본 발명의 일 측면은 위에서 언급한 기존의 방법에서 벗어나 금속과 산화물 반도체간의 계면의 일함수 차를 인위적으로 제어할 수 있는 공정 기술을 제공하여 보다 쉽게 반도체 소자를 제작할 수 있도록 하는 것이다.One aspect of the present invention is to provide a process technology that can artificially control the work function difference between the interface between the metal and the oxide semiconductor to make the semiconductor device easier than the conventional method mentioned above.
본 발명의 다른 측면은 산화물 반도체를 이용한 활성화 영역의 형성 시 그 활성화 표면(surface)의 전자 친화도(electron affinity)나 일함수(work function)를 조절할 수 있도록 하여 일함수가 일정한 금속과 쇼트키 장벽을 쉽게 만들 수 있도록 하는, 반도체 소자로서의 다이오드의 제조 방법을 제공하는 것이다.According to another aspect of the present invention, a metal and a Schottky barrier having a constant work function can be controlled by adjusting an electron affinity or a work function of an activation surface when forming an activation region using an oxide semiconductor. It is to provide a method for manufacturing a diode as a semiconductor device, which makes it easy to make a structure.
본 발명의 또 다른 측면은 위와 같은 쇼트키 장벽 형성 기술을 이용하여 소스 및 드레인과 활성화 영역인 채널영역 사이에 쇼트키 장벽을 만듦으로써 소자의 소형화에 따른 산화물 반도체에서의 단채널 효과를 억제 할 수 있도록 하는, 반도체 소자로서의 전계효과 트랜지스터의 제조 방법 또는 이를 이용한 금속과 산화물 반도체 접합 전계 효과 트랜지스터 구조인 MESFET(Metal semiconductor field-effect transistor) 제조 방법을 제공하는 것이다. Another aspect of the present invention is to use the Schottky barrier formation technique as described above to create a Schottky barrier between the source and drain and the channel region as the active region to suppress the short-channel effect in the oxide semiconductor according to the miniaturization of the device The present invention provides a method of manufacturing a field effect transistor as a semiconductor device or a method of manufacturing a metal semiconductor field-effect transistor (MESFET), which is a structure of a metal and oxide semiconductor junction field effect transistor using the same.
본 발명의 일 측면에 따른 반도체 소자 제조 방법은, 활성화 영역을 위한 산화물 반도체층의 형성 시, 적어도 가스 분위기를 포함한 공정 조건을 조절하여 상기 산화물 반도체층의 전기적 특성을 조절하는 단계를 포함할 수 있고, 상기 가스 분위기는 캐리어 가스에서 산소의 비율을 조절하는 것일 수 있으며, 상기 산화물 반도체층 상에 쇼트키 접합 특성 또는 오믹 접합 특성을 갖는 금속층을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다. 상기 쇼트키 접합 특성을 갖는 상기 금속층은 일 예로 일함수 5eV 이상을 갖는 금속으로 이루어진 것일 수 있고, 이와 같은 금속은 금(Au), 은(Ag), 백금(Pt), 니켈(Ni), 팔라듐(Pd), 이리듐(Ir), 및 코발트(Co) 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 또한, 상기 산화물 반도체층은 인듐(In) 산화물, 갈 륨(Ga) 산화물, 아연(Zn) 산화물, 알루미늄(Al) 및 주석(Sn) 산화물 중 하나 이상의 금속 산화물을 포함하는 n형 또는 p형 산화물 반도체로 형성할 수 있다.According to an aspect of the present disclosure, a method of manufacturing a semiconductor device may include adjusting electrical characteristics of the oxide semiconductor layer by adjusting process conditions including at least a gas atmosphere when forming an oxide semiconductor layer for an activation region. The gas atmosphere may be to adjust the ratio of oxygen in the carrier gas, and may further include forming a metal layer having a Schottky bonding property or an ohmic bonding property on the oxide semiconductor layer. The metal layer having the Schottky bonding characteristic may be, for example, made of a metal having a work function of 5 eV or more, and the metal may be gold (Au), silver (Ag), platinum (Pt), nickel (Ni), or palladium. (Pd), iridium (Ir), and cobalt (Co). In addition, the oxide semiconductor layer is an n-type or p-type oxide including at least one metal oxide of indium (In) oxide, gallium (Ga) oxide, zinc (Zn) oxide, aluminum (Al) and tin (Sn) oxide. It can be formed with a semiconductor.
본 발명의 다른 측면에 따른 반도체 소자 제조 방법은, 기판상에 제 1 활성화 영역층을 형성하되, 적어도 가스 분위기를 포함한 제 1 공정 조건을 조절하여 상기 제 1 활성화 영역층의 전기적 특성을 조절하는 단계; 상기 제 1 활성화 영역층에 정의된 소오스 영역 및 드레인 영역 상에 제 2 활성화 영역층을 형성하되, 적어도 가스 분위기를 포함한 제 2 공정 조건을 조절하여 상기 제 2 활성화 영역층의 전기적 특성을 상기 제 1 활성화 영역층과 다르게 조절하는 단계; 및 상기 제 2 활성화 영역층 상에 소오스 전극 및 드레인 전극을 형성하고, 상기 제 1 활성화 영역층에 정의된 게이트 영역상에 게이트 전극을 형성하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 제 1 공정 조건은 20 mTorr 이하의 압력에서 O2/(Ar+O2) 비율이 5% 이하인 상기 가스 분위기를 포함할 수 있고, 상기 제 2 공정 조건은 20 mTorr 이하의 압력에서 O2/(Ar+O2) 비율이 5% 이상인 상기 가스 분위기를 포함할 수 있다. 또한, 상기 제 1 및 제 2 활성화 영역층은 인듐(In) 산화물, 갈륨(Ga) 산화물, 아연(Zn) 산화물, 알루미늄(Al) 및 주석(Sn) 산화물 중 하나 이상의 금속 산화물을 포함하는 n형 또는 p형 산화물 반도체로 형성할 수 있다.According to another aspect of the present invention, a method of manufacturing a semiconductor device includes forming a first activation region layer on a substrate, and controlling electrical characteristics of the first activation region layer by adjusting first process conditions including at least a gas atmosphere. ; A second activation region layer is formed on the source region and the drain region defined in the first activation region layer, and at least a second process condition including a gas atmosphere is adjusted to adjust the electrical characteristics of the second activation region layer. Adjusting differently from the active region layer; And forming a source electrode and a drain electrode on the second activation region layer, and forming a gate electrode on the gate region defined in the first activation region layer. The first process condition may include the gas atmosphere having an O 2 / (Ar + O 2 ) ratio of 5% or less at a pressure of 20 mTorr or less, and the second process condition is O 2 / at a pressure of 20 mTorr or less (Ar + O 2 ) ratio may include the above gas atmosphere of 5% or more. In addition, the first and second activation region layers are n-type including one or more metal oxides of indium (In) oxide, gallium (Ga) oxide, zinc (Zn) oxide, aluminum (Al), and tin (Sn) oxide. Or a p-type oxide semiconductor.
본 발명의 또 다른 측면에 따른 반도체 소자 제조 방법은, 기판상에 제 1 활성화 영역층을 형성하되, 적어도 가스 분위기를 포함한 제 1 공정 조건을 조절하여 상기 제 1 활성화 영역층의 전기적 특성을 조절하는 단계; 상기 제 1 활성화 영역 층에 정의된 게이트 영역 상에 제 2 활성화 영역층을 형성하되, 적어도 가스 분위기를 포함한 제 2 공정 조건을 조절하여 상기 제 2 활성화 영역층의 전기적 특성을 상기 제 1 활성화 영역층과 다르게 조절하는 단계; 및 상기 제 1 활성화 영역층에 정의된 소오스 영역 및 드레인 영역 상에 소오스 전극 및 드레인 전극을 형성함과 아울러, 상기 제 2 활성화 영역층 상에 게이트 전극을 형성하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 제 1 공정 조건에서 상기 가스 분위기는 O2/(Ar+O2)의 비율이 5% 이상이 되도록 조절하는 것일 수 있고, 상기 제 2 공정 조건에서 상기 가스 분위기는 O2/(Ar+O2)의 비율이 5% 이하로 조절하는 것일 수 있다. 또한, 상기 제 1 및 제 2 활성화 영역층은 인듐(In) 산화물, 갈륨(Ga) 산화물, 아연(Zn) 산화물, 알루미늄(Al) 및 주석(Sn) 산화물 중 하나 이상의 금속 산화물을 포함하는 n형 또는 p형 산화물 반도체로 형성하는 것일 수 있다. 또한, 상기 소오스 전극, 상기 드레인 전극, 및 상기 게이트 전극은 동일 금속층에 의해 형성될 수 있다.According to another aspect of the present invention, a method of manufacturing a semiconductor device includes forming a first activation region layer on a substrate, and controlling electrical characteristics of the first activation region layer by adjusting first process conditions including at least a gas atmosphere. step; A second activation region layer is formed on the gate region defined in the first activation region layer, and the electrical characteristics of the second activation region layer are adjusted by adjusting a second process condition including at least a gas atmosphere. Adjusting differently; And forming a source electrode and a drain electrode on the source region and the drain region defined in the first activation region layer, and forming a gate electrode on the second activation region layer. In the first process conditions, the gas atmosphere may be adjusted so that the ratio of O 2 / (Ar + O 2 ) is 5% or more, and in the second process conditions, the gas atmosphere is O 2 / (Ar + O The ratio of 2 ) may be adjusted to 5% or less. In addition, the first and second activation region layers are n-type including one or more metal oxides of indium (In) oxide, gallium (Ga) oxide, zinc (Zn) oxide, aluminum (Al), and tin (Sn) oxide. Or it may be formed of a p-type oxide semiconductor. In addition, the source electrode, the drain electrode, and the gate electrode may be formed by the same metal layer.
본 발명의 또 다른 측면에 따른 반도체 소자 제조 방법은, 기판상에 활성화 영역층을 형성하되, 적어도 가스 분위기를 포함한 공정 조건을 조절하여 상기 활성화 영역층에 정의된 적어도 소오스 영역 및 드레인 영역의 전기적 특성을 조절하는 단계; 상기 소오스 영역 및 상기 드레인 영역 상에 소오스 전극 및 드레인 전극을 각각 형성하는 단계; 상기 활성화 영역층 상에 정의된 게이트 영역 상에 게이트 절연층을 형성하는 단계; 및 상기 게이트 절연층 상에 게이트 전극을 형성하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 공정 조건에서 상기 가스 분위기는 O2/(Ar+O2)의 비율을 5% 이하가 되도록 조절하는 것일 수 있고, 상기 활성화 영역층은 인듐(In) 산화물, 갈륨(Ga) 산화물, 아연(Zn) 산화물, 알루미늄(Al) 및 주석(Sn) 산화물 중 하나 이상의 금속 산화물로 이루어진 것일 수 있다. 또한, 상기 활성화 영역층은 5nm~200nm의 두께로 이루어질 수 있고, 상기 게이트 절연층은 SiO2보다 유전 상수가 큰 고유전물질로 이루어질 수 있다. According to another aspect of the present invention, there is provided a method of fabricating a semiconductor device, wherein the active region layer is formed on a substrate, and at least source and drain regions defined in the activation region layer are controlled by controlling process conditions including at least a gas atmosphere. Adjusting; Forming a source electrode and a drain electrode on the source region and the drain region, respectively; Forming a gate insulating layer on the gate region defined on the activation region layer; And forming a gate electrode on the gate insulating layer. In the process conditions, the gas atmosphere may be adjusted to adjust the ratio of O 2 / (Ar + O 2 ) to 5% or less, and the active region layer may include indium (In) oxide, gallium (Ga) oxide, and zinc ( Zn) oxide, aluminum (Al) and tin (Sn) may be composed of one or more metal oxides. In addition, the activation region layer may be formed of a thickness of 5nm ~ 200nm, the gate insulating layer may be made of a high dielectric material having a larger dielectric constant than SiO 2 .
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명의 다양한 측면에 따른 반도체 소자 제조 방법에 따르면, 저온 공정을 통하여 다양한 기판 상에 제작할 수 있고 투명하거나 유연한 기판도 활용할 수 있다. 또한, 활성화 층을 증착할 때 케리어 가스를 조절하여 활성화 층의 전자 친화도 및 일함수를 조절하고, 그 활성화 층 상에 비교적 일함수가 큰 금속을 증착하여 후 열처리 공정 없이 다이오드를 제작할 수 있다. 또한, 상기 다이오드 제작과 동일한 방법으로 활성화 층을 제작한 후 일함수 가 작은 금속을 사용하여 오믹 소스 및 드레인을 형성하고, 일함수가 큰 게이트 금속 전극을 형성하여 MESFET 구조를 제작할 수 있다. 또한, 기판상에 위와 같은 방법의 활성화 층을 형성 후 유전율이 높은 게이트 절연막을 형성하고, 금속 게이트 전극을 증착하고, 소스 및 드레인을 형성하기 위하여 패터닝 및 식각하며, 활성화 영역과 소스 및 드레인 간의 접합 형성 시 전자에 대하여 낮은 장벽을 형성하여 MOSFET 구조를 제작할 수 있다.As described above, according to the semiconductor device manufacturing method according to various aspects of the present disclosure, a low temperature process may be performed on various substrates, and transparent or flexible substrates may also be utilized. In addition, when the activation layer is deposited, the carrier gas may be adjusted to control the electron affinity and work function of the activation layer, and a metal having a relatively large work function may be deposited on the activation layer to manufacture a diode without a post-heat treatment process. In addition, after the activation layer is manufactured in the same manner as the diode fabrication, the MESFET structure may be manufactured by forming an ohmic source and a drain using a metal having a small work function, and forming a gate metal electrode having a large work function. In addition, after forming the activation layer of the above method on the substrate to form a high dielectric constant gate insulating film, depositing a metal gate electrode, patterning and etching to form a source and drain, the junction between the activation region and the source and drain The MOSFET structure can be fabricated by forming a low barrier to electrons during formation.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명의 다양한 측면에 따르면, 금속과 접촉하 는 활성화 면의 전기적 특성을 변화 시켜 쇼트키 접합 또는 오믹 접합을 구성하므로, 쇼트키 접합 다이오드 및 이를 응용한 트랜지스터 등과 같은 반도체 소자의 특성을 좋게 할 뿐만 아니라 기존의 공정을 통하여 금속 전극의 선택 사용을 용이하게 하며, 소자의 소형화에 따른 단채널 등의 문제를 해결하며, 기존의 실리콘 기반 전자소자를 탈피할 수 있는 효과가 창출된다. As described above, according to various aspects of the present invention, since a Schottky junction or an ohmic junction is configured by changing electrical characteristics of an active surface in contact with a metal, a Schottky junction diode and a semiconductor device such as a transistor using the same It not only improves the characteristics, but also facilitates the selection and use of metal electrodes through existing processes, solves problems such as short channels due to the miniaturization of devices, and creates an effect of avoiding conventional silicon-based electronic devices. .
이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. First of all, in adding reference numerals to the components of each drawing, it should be noted that the same reference numerals are used as much as possible even if displayed on different drawings. In the following description of the present invention, a detailed description of known functions and configurations incorporated herein will be omitted when it may make the subject matter of the present invention rather unclear.
또한, 본 발명의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 또는 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 또 다른 구성 요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. In addition, in describing the component of this invention, terms, such as 1st, 2nd, A, B, (a), (b), can be used. These terms are only for distinguishing the components from other components, and the nature, order or order of the components are not limited by the terms. If a component is described as being "connected", "coupled" or "connected" to another component, that component may be directly connected to or connected to that other component, but there may be another configuration between each component. It is to be understood that the elements may be "connected", "coupled" or "connected".
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 소자의 제조 방법을 설명하는 도 면으로, 반도체 다이오드 소자의 단면도이다.1 is a cross-sectional view illustrating a method of manufacturing a semiconductor device in accordance with an embodiment of the present invention.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 반도체 다이오드 소자는 기판(101), 기판(101)상의 음극 전극(102), 음극 전극(102)상의 활성화 층(103), 및 활성화 층(또는 활성화 영역층이라 칭함) (103) 위의 금속 양극 전극(104)을 포함한다.As shown in FIG. 1, a semiconductor diode device according to an embodiment of the present invention includes a
기판(101)은 유연하고 투명한 ITO 기판을 사용할 수 있으며, 활성화 층(103)은 ZnO 계열에 In, Ga, Sn, Zr, Ti, Hf, Li, Al 등의 물질 중 적어도 하나가 일정하게 도핑 물질로 포함되거나 ZnO와 같은 비율로 형성된 산화물 반도체 물질로 이루어 질 수 있다.The
활성화 층(103)의 형성 방법은 예를 들어 저온 공정이 가능한 PVD(Physical vapor deposition), PLD (Pulsed Laser Deposition), MOCVD(Metal organic CVD) 방법 등이 이용 될 수 있으며, 졸-겔 및 Metal-halide 전구체(precursor) 등을 이용하여 박막을 형성하는 방법 또한 사용할 수 있다. For example, the method of forming the
또한, 본 발명의 실시예에 따른 활성화 층(103)의 형성 시, 비교적 일정한 일함수의 금속 즉, 본 실시예에서는 금속 양극 전극(104)에 대해 적합한 반도체 특성인 활성화 층(103)의 전자 친화도를 조절하여 비교적 차이가 큰 장벽(qΦn=qΦm-qχ: qΦm=금속 일함수, qχ=활성화 층(산화물 반도체)의 전자 친화도)을 형성함으로써 비교적 낮은 일함수를 가지는 금속에서도 쇼트키 접합을 형성하도록 한다. 금속의 일함수는 진공 준위와 페르미 준위 사이의 차, 전자 친화도는 전도대 바닥서 진 공 준위까지의 차를 말한다. ZnO 계열의 물질은 반도체 물질이기에 도핑을 통해 전도대 근처의 도너 준위(Doner level)를 변화 시킬 수 있을 뿐만 아니라, ZnO 계열을 형성 도중이나 그 이후에 도너 준위를 변화시켜 전자 친화도를 변화 시킬수 있어 금속과의 접합을 용이하게 선택 할 수 있다. In addition, in the formation of the
즉, 본 발명의 실시예에 따르면 활성화 층(103)의 형성 시 적어도 가스 분위기를 포함한 공정 조건을 조절하여 해당 활성화 층(103)의 전기적 특성으로서의 전자 친화도를 조절할 수 있고, 본 실시예에서 가스 분위기는 캐리어 가스에서 산소의 비율을 달리하여 조절할 수 있는데, 예를 들어 본 실시예에 따른 활성화 층(103)은 아르곤과 산소의 비율을 조절하여 형성된 InGaZnO 산화물 반도체로 형성할 수 있다.That is, according to the embodiment of the present invention, at the time of formation of the
본 실시예에서, 금속 양극 전극(104)은 일함수 5eV 이상을 갖는 금속으로서, 예를 들어, 금(Au), 은(Ag), 백금(Pt), 니켈(Ni), 팔라듐(Pd), 이리듐(Ir), 및 코발트(Co) 중 하나 이상을 포함할 수 있다. In this embodiment, the
본 실시예에서, 활성화 층(103)은 ZnO 물질에 상기에서 제시한 In, Ga, Sn, Zr, Ti, Hf, Li, Al 등의 물질을 조절함에 따라 형성될 수 있는 p형 또는 n형 타입 모두 다 쓸 수 있다. n형의 경우 활성화 영역층(103)이 형성 되었을 경우 활성화 영역층(103)의 전자 친화도가 비교적 작게 형성함으로써 금속 전극(104)과 활성화 영역층(103) 사이의 쇼트키 장벽 높이가 비교적 높게 형성되어 한쪽 방향으로 전류가 흐르는 정류(rectification)특성을 향상 시키는 것이 가능하다. 쇼트키 접합 다이오드는 pn 접합 다이오드와 같이 정류 특성을 보이지만 그 메커니즘은 다수 케리 어(majority carrier)를 이용하는 점에서 다르고, 좀 더 빠른 스위칭 특성을 보여 주는 장점을 가지고 있다. In the present embodiment, the
본 실시예에서 기판(101)은 ITO 전극이 형성되어 있는 유리 기판을 사용하였으며, 진공공정으로 많이 사용하고 있는 PVD(physical vapor deposition) 방식인 스퍼터링을 이용하여 유리 기판(101)위에 아르곤과 산소의 비율을 조절함으로써 형성된 InGaZnO 산화물 반도체를 증착하여 활성화 층(103)을 형성하였다. 각기 다른 가스 분위기에서 활성화 층(103)을 형성하였으며, 그 특성을 비교한 결과가 도 2에 나타나 있다. 쇼트키 금속 접합을 위한 금속 전극(104)으로는 Au를 사용하였는데, Pt와 같이 Au 보다 일함수가 비교적 높은 금속 등을 사용하여 정류 특성을 더 좋게 변화 시킬 수 있다. 또한, 도 2(a)와 도 2(b)에 도시된 바와 같이 활성화 층(103)의 형성 시 가스 분위기의 비율을 조절함으로써 그 전기적 특성이 오믹 접촉성 특성이 나타나거나 쇼트키 접촉 특성을 보일 수 있다. 또한, 활성화 층(103)을 형성한 후 수소 가스나 플라즈마 처리를 통하여 표면의 전기적 특성을 변화 시켜 줄 수 있다. In the present embodiment, the
활성화 영역의 증착 조건을 다르게 함에 따라 각기 다른 특성을 나타내는 이유는 일정한 일함수를 가지는 금속에 접하는 활성화 영역의 특성이 달라짐으로써 보여 지는 현상에서 기인한다. ZnO 계열은 금속과 접합하는 면의 극에 따라 접촉 특성이 달라 질 수도있고, 증착 조건의 가스 분위기에 따라 활성화 면의 특성이 변화하여 원하는 접촉을 형성할 수 있다는 것을 보여 준다. 도 2(a)의 쇼트키 접촉을 보여주는 I-V 특성 곡선은 음극 전극(102)을 ITO 전극을 사용하였고, 양극 전 극(104)을 Au를 형성하여 측정한 데이터이다. 측정은 -1V에서 1.5V까지 0.005V 간격으로 측정하였으며, 도 2(a)에서와 같이 한쪽 방향의 전류가 다른 한쪽 보다 비교적 높은 정류특성을 보여주었다. 이는 금속 과 산화물 반도체 접합이 쇼트키 전극이 형성되었음을 보여 주는 특성이다. 음의 방향의 전류에서 나타나는 전류는 음의 전압이 인가되었을 때 금속과 산화물 반도체 계면의 트랩에서 관통하여 생기는 전류로 열처리 등으로 계면특성을 좀 더 나아지게 할 수 있을 것이다. The reason for showing different characteristics according to different deposition conditions of the activation region is due to the phenomenon shown by the change of the characteristics of the activation region in contact with the metal having a constant work function. The ZnO series shows that the contact properties may vary depending on the poles of the metal and the contact surface, and the characteristics of the active surface may be changed according to the gas atmosphere of the deposition conditions to form a desired contact. The I-V characteristic curve showing the Schottky contact of FIG. 2 (a) is data measured by forming an
한편, 활성화 영역의 채널의 전도성의 증가인 도너 준위 변화 즉, 전자 친화도 변화의 다른 예가 도 3에 나타나 있다. 도 3의 데이터는 IGZO를 활성화 영역으로 제작한 TFT 소자의 게이트 전압에 따른 드레인 전류의 변화를 나타낸 데이터이다. 도 3에 도시된 TFT 소자는 TFT_vac은 진공 열처리 TFT_H2는 수소 열처리를 통하여 얻은 특성이다. 도시된 바와 같이 수소 열처리한 데이터의 전류특성은 진공열처리 특성보다도 높게 나타난 것을 알 수 있는데, 이는 수소 열처리를 통하여 채널에 도너 준위가 높아져 컨덕턴스가 증가되어 전자 친화도가 변화 되었다는 것을 알 수 있다. 이는 열처리를 통하여 박막의 특성을 변화 시킬 수 있다는 것을 보여주며, 열처리뿐만 아니라 공정 중 가스 분위기를 조절함으로써 박막이라던 지 박막의 표면의 전기적 특성을 변화 할 수 있다는 것을 보여준다. Meanwhile, another example of the change in donor level, that is, the change in electron affinity, which is an increase in the conductivity of the channel of the activation region, is shown in FIG. 3. The data of FIG. 3 is data showing the change of the drain current according to the gate voltage of the TFT element which produced IGZO as an active region. In the TFT device illustrated in FIG. 3, TFT_vac is a vacuum heat treatment TFT_H2 is a characteristic obtained through hydrogen heat treatment. As shown, the current characteristics of the hydrogen heat-treated data were higher than the vacuum heat treatment characteristics, which indicates that the donor level was increased in the channel through the hydrogen heat treatment to increase the conductance, thereby changing the electron affinity. This shows that the characteristics of the thin film can be changed through heat treatment, and that the electrical properties of the thin film or the surface of the thin film can be changed by controlling the gas atmosphere during the process as well as the heat treatment.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 반도체 소자의 제조 방법을 설명하는 도면으로, 금속과 산화물 반도체 접합 전계 효과 트랜지스터 구조인 MESFET(Metal semiconductor field-effect transistor)의 단면도이다.4 is a cross-sectional view illustrating a method of manufacturing a semiconductor device according to another exemplary embodiment of the present invention, which is a metal semiconductor field-effect transistor (MESFET) having a metal and oxide semiconductor junction field effect transistor structure.
도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 MESFET는 기판(401), 기판(401)상에 적어도 가스 분위기를 포함한 제 1 공정 조건을 조절하여 제 1 전기적 특성을 갖도록 형성된 제 1 활성화 영역층(402), 제 1 활성화 영역층(402)에 정의된 소오스 영역 및 드레인 영역 상에 적어도 가스 분위기를 포함한 제 2 공정 조건을 조절하여 제 1 전기적 특성과 다른 제 2 전기적 특성을 갖도록 형성된 제 2 활성화 영역층(403), 제 2 활성화 영역층(403) 상에 형성된 소오스 전극(404)과 드레인 전극(405), 제 1 활성화 영역층(402)에 정의된 게이트 영역상에 형성된 게이트 전극(406), 소자를 보호하기 위해 상기 구조 전체위에 형성된 보호막(407), 및 보호막(407)을 통해 소오스/드레인 전극(404,405)과 접속되는 접속 전극(408)을 포함한다.As shown in FIG. 4, a MESFET according to an embodiment of the present invention is a
본 실시예에서, 제 1 공정 조건은 20 mTorr 이하의 압력에서 O2/(Ar+O2)의 비율이 5% 이하인 가스 분위기를 포함하고, 제 2 공정 조건은 20 mTorr 이하의 압력에서 O2/(Ar+O2)의 비율이 5% 이상인 가스 분위기를 포함하여, 제 1 활성화 영역층(402)은 게이트 전극(406)과 쇼트키 접합 특성을 나타내도록 하고, 제 2 활성화 영역층(403)은 소오스/드레인 전극(404,405)과 오믹 접합 특성을 나타내도록 할 수 있다.In this embodiment, the first process condition includes a gas atmosphere having a ratio of O 2 / (Ar + O 2 ) of 5% or less at a pressure of 20 mTorr or less, and the second process condition is O 2 at a pressure of 20 mTorr or less Including a gas atmosphere having a ratio of / (Ar + O 2 ) of 5% or more, the first
제 1 및 제 2 활성화 영역층(402,403)은 인듐(In) 산화물, 갈륨(Ga) 산화물, 아연(Zn) 산화물, 알루미늄(Al) 및 주석(Sn) 산화물 중 하나 이상의 금속 산화물을 포함하는 n형 또는 p형 산화물 반도체로 형성할 수 있다. The first and second active region layers 402 and 403 are n-type including at least one metal oxide of indium (In) oxide, gallium (Ga) oxide, zinc (Zn) oxide, aluminum (Al) and tin (Sn) oxide. Or a p-type oxide semiconductor.
도 4를 참조하면, 소스 전극(404) 및 드레인 전극(405)은 오믹 특성을 보이 는 금속 전극을 별도로 사용할 수 있지만, 소스 전극(404) 및 드레인 전극(405)을 게이트 전극(406)과 동일한 금속을 사용하되, 상술된 제 1 및 제 2 공정 조건과 같이 가스 분위기를 조절하여 게이트 영역 부분에는 쇼트키 접합을 형성하기 위한 전기적 특성을 갖는 제 1 활성화 영역층(402)을, 소스 및 드레인 영역 부분에는 오믹 접합의 전기적 특성을 보이는 제 2 활성화 영역층(403)을 형성한다. Referring to FIG. 4, the
도 5 내지 도 7은 도 4의 MESFET의 제조 공정을 설명하는 단면도이다.5-7 is sectional drawing explaining the manufacturing process of the MESFET of FIG.
도 5 내지 도 7을 참조하면, 기판(401) 상에 게이트 전극(406)과 쇼트키 접합을 이룰 수 있도록 제 1 전기적 특성을 갖는 제 1 활성화 영역층(402))을 형성하고, 제 1 할성화 영역층(402) 상의 게이트 영역 위에 포토 공정을 통해 포토레지스트(409)를 형성한 후, 소스 및 드레인 전극(404,405)을 위하여 제 1 활성화 영역층(402)의 소오스/드레인 영역 부분을 식각한다. 5 to 7, a first
제 1활성화 영역층(402)의 게이트 영역을 제외한 소오스/드레인 영역 상에 소스 및 드레인 전극(404,405)과 오믹 전극 접합이 될 수 있는 제 2 활성화 영역층(403)을 형성하고, 제 2 활성화 영역층(403) 위에 소스 및 드레인 전극(404,405)을 증착시킨 후, 위 공정에 의해 게이트 영역 위에 차례로 형성된 포토레지스트(409), 제 2 활성화 영역층(403), 소오스/드레인 전극(404,405)의 형성시 형성된 금속층(403,404)을 리프트 오프(lift-off) 공정을 거쳐 제거하여 채널 부분을 노출한다. A second
또 한 번의 포토 공정을 통하여 쇼트키 게이트 형성을 위하여 게이트 (금속) 전극(406)을 증착하여 그 게이트 전극(406) 아래에 공핍영역을 형성토록 한다. 이 후, 소자의 보호막(407) 형성 후 컨택 홀을 통하여 컨택 전극(408)을 형성하는 과정을 통해 최종적으로 MESFET 소자를 제작한다. In another photo process, a gate (metal)
본 실시예에 따른 MESFET 소자는 소스 드레인 활성화 영역 즉 제 2 활성화 영역층(403)과 소오스/드레인 전극(404,405)간의 접합 및 게이트 아래에 존재하는 채널영역의 제 1 할성화 영역층(402)과 게이트 전극(406간의 접합이 동종 접합(homo junction)구조를 하고 있는 특징을 갖는다. The MESFET device according to the present embodiment includes a first
도 8 내지 도 9는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 반도체 소자의 제조 방법을 설명하는 도면으로, 도 4와는 다른 공정으로 제조된 MESFET의 공정 단면도이다.8 to 9 are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a semiconductor device in accordance with still another embodiment of the present invention, which is manufactured by a process different from that of FIG. 4.
도 9에 도시된 바와 같이, 본 발명의 다른 실시예에 따른 MESFET는 기판(801), 기판(801)상에 적어도 가스 분위기를 포함한 제 1 공정 조건을 조절하여 제 1 전기적 특성을 갖도록 형성된 제 1 활성화 영역층(802), 제 1 활성화 영역층(802)에 정의된 게이트 영역 상에 적어도 가스 분위기를 포함한 제 2 공정 조건을 조절하여 제 1 전기적 특성과 다른 제 2 전기적 특성을 갖도록 형성된 제 2 활성화 영역층(803), 제 1 활성화 영역층(802)에 정의된 소오스 영역과 드레인 영역상의 소오스 전극(804a) 및 드레인 전극(804b), 및 제 2 활성화 영역층(803) 상의 게이트 전극(804c)를 포함한다. As shown in FIG. 9, a MESFET according to another embodiment of the present invention is a
본 실시예에서, 제 1 공정 조건은 O2/(Ar+O2)의 비율이 5% 이상인 가스 분위기를 포함하고, 제 2 공정 조건은 O2/(Ar+O2)의 비율이 5% 이하인 가스 분위기를 포 함하여, 제 1 활성화 영역층(802)은 소오스/드레인 전극(804a,804b)과 오믹 접합 특성을 나타내고, 제 2 활성화 영역층(803)은 게이트 전극(804c)과 쇼트키 접합 특성을 나타내도록 할 수 있다.In the present embodiment, the first process condition includes a gas atmosphere having a ratio of O 2 / (Ar + O 2 ) of 5% or more, and the second process condition has a ratio of O 2 / (Ar + O 2 ) of 5% Including the following gas atmosphere, the first
본 실시예에서, 상기 제 1 및 제 2 활성화 영역층은 인듐(In) 산화물, 갈륨(Ga) 산화물, 아연(Zn) 산화물, 알루미늄(Al) 및 주석(Sn) 산화물 중 하나 이상의 금속 산화물을 포함하는 n형 또는 p형 산화물 반도체로 형성할 수 있고, 소오스 전극(804a), 드레인 전극(804b) 및 게이트 전극(804c)은 동종의 동일 금속층에 의해 형성될 수 있다.In the present embodiment, the first and second activation region layers include at least one metal oxide of indium (In) oxide, gallium (Ga) oxide, zinc (Zn) oxide, aluminum (Al) and tin (Sn) oxide. The
또한 본 실시예에서, 제 1 및 제 2 활성화 영역층(402,403)은 인듐(In) 산화물, 갈륨(Ga) 산화물, 아연(Zn) 산화물, 알루미늄(Al) 및 주석(Sn) 산화물 중 하나 이상의 금속 산화물을 포함하는 n형 또는 p형 산화물 반도체로 형성할 수 있다. In addition, in the present embodiment, the first and second activation region layers 402 and 403 may be formed of at least one metal of indium (In) oxide, gallium (Ga) oxide, zinc (Zn) oxide, aluminum (Al), and tin (Sn) oxide. It can be formed from an n-type or p-type oxide semiconductor containing an oxide.
도 8을 참조하면, 기판(801) 상에 활성화 영역을 증착할 때 선 증착 조건(제 1 공정 조건)은 소스 및 드레인 접합을 위한 제 1 활성화 영역층(802)으로 증착하고, 후 증착 조건(제 2 공정 조건)은 게이트 전극과 쇼트키 접합을 이룰 수 있는 제 2 활성화 영역층(803)으로 증착한다. 선 증착 조건(제 1 공정 조건)의 경우 소스 및 드레인 전극(804a,804b)에 오믹 접합이 형성 될 수 있는 조건, 즉, 진공 공정 시 O2/(Ar+O2) 비율이 5%이상의 가스 분위기에서 10~200nm의 두께로 제 1 활성화 영역층(802)을 증착한다. 이후 후 증착 조건(제 2 공정 조건)의 경우 선 증착 시와 동일한 진공 용기 안에서 증착 조건을 달리하여 게이트 전극과 쇼트키 접합을 이룰 수 있도록 제 2 공정 조건으로 제2 활성화 영역층(803)을 증착한다. 그 이후 전극을 형성하기 위하여 패턴 공정을 진행하여 포토레지스트(804)를 게이트 영역위에 형성한 후, 건식이나 습식 식각 방법을 통하여 선 증착한 제 1 활성화 영역층(802)이 드러날 때까지 제 2 활성화 영역층(803)을 식각한다. 이후 동일한 금속을 증착시켜 소스 및 드레인 전극(804a,804b)에는 오믹 접합을, 게이트 전극(804c)의 접합 부분에는 쇼트키 접합을 형성시켜 최종적으로 소자를 제작하게 된다. Referring to FIG. 8, when depositing an activation region on a
도 10은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 반도체 소자의 제조 방법을 설명하는 도면으로, MOSFET의 단면도이다.10 is a cross-sectional view illustrating a method of manufacturing a semiconductor device in accordance with still another embodiment of the present invention.
도 10에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 MOSFET는 기판(1001), 기판(1001) 상에 적어도 가스 분위기를 포함한 공정 조건을 조절하여 형성된 활성화 영역층(1002), 활성화 영역층(1002)의 소오스 영역 및 드레인 영역 상에 각각 형성된 소오스 및 드레인 전극(1003), 상기 활성화 영역층(1002) 상에 정의된 게이트 영역 상에 형성된 게이트 절연층(1004), 및 게이트 절연층(1004) 상의 게이트 전극(1005)을 포함한다. As shown in FIG. 10, a MOSFET according to an embodiment of the present invention may include a
본 실시예에서, 활성화 영역층(1002)의 공정 조건의 가스 분위기는 O2/(Ar+O2)의 비율을 5% 이하로 조절하는 것이고, 상기 활성화 영역층(1002)은 인듐(In) 산화물, 갈륨(Ga) 산화물, 아연(Zn) 산화물, 알루미늄(Al) 및 주석(Sn) 산화물 중 하나 이상의 금속 산화물로 이루어질 수 있으며, 활성화 영역층(1002)은 5nm~200nm의 두께로 이루어질 수 있다. 또한, 게이트 절연층(1004)은 SiO2보다 유전 상수가 큰 고유전물질로 이루어질 수 있다.In the present embodiment, the gas atmosphere under the process conditions of the
도 10을 참조하면, 기판(1001) 상에 ZnO 계열의 활성화 영역층(1002)을 증착할 때 소스 및 드레인 영역에 쇼트키 접합 구조를 하기에 알맞은 조건뿐만 아니라 기본적으로 트랜지스터로 동작하기에 알맞은 조건으로 증착하거나, 소스 및 드레인 전극 접합의 활성화 부분만 쇼트키 접합이 이루어질 수 있도록 증착한다. 또한 활성화 영역층(1002)의 두께는 공정상에서 소스 드레인(1003) 부분에 쇼트키 접합부분이 형성될 수 있는 두께로 형성한다. 상기 활성화 영역층(1002)이 형성된 기판(1001) 상에 소스 및 드레인(1003)을 형성하기 위해 패턴 공정 후 활성화 영역을 식각하고, 그 다음으로 금속을 증착하여 소스 및 드레인(1003)을 형성 한다. 소스 및 드레인 전극(1003)의 금속은 n 형의 트랜지스터를 제작하기위에 전자에 대하여 쇼트키 장벽이 형성될 수 있는 금속을 증착시킨다. 상기 제작된 금속 소스 드레인(1003)과 아닌 부분의 접합면에 쇼트키 장벽이 형성 되는 것이며, 이 접합 장벽을 관통하며 트랜지스터는 온오프 동작을 하게 된다. 활성화 영역층(1002)의 게이트 영역 상에 절연층을 형성하기 위하여 패턴 공정을 진행한 후 게이트 절연층(1004)을 형성하는데, 저온 공정이 가능하기 때문에 고온에서 결정화됨으로써 게이트 누설 전류를 유발하는 고유전율 물질인 HfO2, AlO2, Zr2O3로 형성할 수 있으며, 그 위에 게이트 전극(1005)를 형성하여 최종 MOSFET 구조의 쇼트키 관통 트랜지스터를 제작한다. Referring to FIG. 10, when the ZnO-based
또한, 이상에서 기재된 "포함하다", "구성하다" 또는 "가지다" 등의 용어는, 특별히 반대되는 기재가 없는 한, 해당 구성 요소가 내재될 수 있음을 의미하는 것이므로, 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다. 기술적이거나 과학적인 용어를 포함한 모든 용어들은, 다르게 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 사전에 정의된 용어와 같이 일반적으로 사용되는 용어들은 관련 기술의 문맥 상의 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 발명에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다. In addition, the terms "comprise", "comprise" or "having" described above mean that the corresponding component may be included, unless otherwise stated, and thus excludes other components. It should be construed that it may further include other components instead. All terms, including technical and scientific terms, have the same meanings as commonly understood by one of ordinary skill in the art unless otherwise defined. Terms commonly used, such as terms defined in a dictionary, should be interpreted to coincide with the contextual meaning of the related art, and shall not be construed in an ideal or excessively formal sense unless explicitly defined in the present invention.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.The foregoing description is merely illustrative of the technical idea of the present invention, and various changes and modifications may be made by those skilled in the art without departing from the essential characteristics of the present invention. Therefore, the embodiments disclosed in the present invention are not intended to limit the technical idea of the present invention but to describe the present invention, and the scope of the technical idea of the present invention is not limited by these embodiments. The protection scope of the present invention should be interpreted by the following claims, and all technical ideas within the equivalent scope should be interpreted as being included in the scope of the present invention.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명의 다양한 실시예에 따른 반도체 소자 제조 방법은 다이오드 및 전계효과 트랜지스터와 같은 반도체 소자의 제조 기술 분야에 적용되어, 금속과 접촉하는 활성화 면의 전기적 특성을 변화 시켜 쇼트키 접합 또 는 오믹 접합을 구성하므로, 쇼트키 접합 다이오드 및 이를 응용한 트랜지스터 등과 같은 반도체 소자의 특성을 좋게 할 뿐만 아니라 기존의 공정을 통하여 금속 전극의 선택 사용을 용이하게 하며, 소자의 소형화에 따른 단채널 등의 문제를 해결하며, 기존의 실리콘 기반 전자소자를 탈피할 수 있는 매우 유용한 발명이다.As described above, the semiconductor device manufacturing method according to various embodiments of the present invention is applied to the technical field of manufacturing a semiconductor device such as a diode and a field effect transistor to change the electrical properties of the activation surface in contact with the metal Schottky junction In addition, by configuring an ohmic junction, not only does it improve the characteristics of a semiconductor device such as a Schottky junction diode and a transistor using the same, but also facilitates the selective use of a metal electrode through an existing process, and short-channel due to the miniaturization of the device. It is a very useful invention that solves such problems and can escape the existing silicon-based electronic devices.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 소자의 제조 방법을 설명하는 도면으로, 반도체 다이오드 소자의 단면도1 is a cross-sectional view illustrating a method of manufacturing a semiconductor device in accordance with an embodiment of the present invention.
도 2(a) 및 도 2(b)는 본 발명의 실시예에 따른 반도체 다이오드 소자의 전기적 특성을 나타낸 도면,2 (a) and 2 (b) is a view showing the electrical characteristics of the semiconductor diode device according to an embodiment of the present invention,
도 3은 열처리 특성을 통한 활성화 영역의 특성 변화를 나타내는 도면,3 is a view showing a characteristic change of an activation region through heat treatment characteristics;
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 반도체 소자의 제조 방법을 설명하는 도면으로, 금속과 산화물 반도체 접합 전계 효과 트랜지스터 구조인 MESFET(Metal semiconductor field-effect transistor)의 단면도,4 is a cross-sectional view illustrating a method of manufacturing a semiconductor device according to another exemplary embodiment of the present invention, which is a metal semiconductor field-effect transistor (MESFET) having a metal and oxide semiconductor junction field effect transistor structure;
도 5 내지 도 7은 도 4의 MESFET의 제조 공정을 설명하는 단면도,5 to 7 are cross-sectional views illustrating a manufacturing process of the MESFET of FIG. 4;
도 8 내지 도 9는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 반도체 소자의 제조 방법을 설명하는 도면으로, 도 4와는 다른 공정으로 제조된 MESFET의 공정 단면도,8 to 9 are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a semiconductor device in accordance with still another embodiment of the present invention.
도 10은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 반도체 소자의 제조 방법을 설명하는 도면으로, MOSFET의 단면도이다.10 is a cross-sectional view illustrating a method of manufacturing a semiconductor device in accordance with still another embodiment of the present invention.
< 도면의 주요 장면에 대한 부호의 설명 ><Description of Symbols for Main Scenes in Drawings>
101,401,801,1001: 기판 101,401,801,1001: substrate
102: 음극 전극102: cathode electrode
103,402,403,802,803,1002: 활성화 영역층(또는 산화물 반도체층)103,402,403,802,803,1002: active region layer (or oxide semiconductor layer)
104: 금속 양극 전극 104: metal anode electrode
404,405,804a,804b,1003: 소오스/드레인 전극404,405,804a, 804b, 1003: source / drain electrodes
406,804c,1005: 게이트 전극 406,804c, 1005: gate electrode
407: 보호막407: shield
408: 컨택 전극408: contact electrode
409,804: 포토레지스트409,804: photoresist
1004: 게이트 절연층1004: gate insulating layer
Claims (20)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020090069032A KR101041866B1 (en) | 2009-07-28 | 2009-07-28 | Semiconductor device manufacturing method |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020090069032A KR101041866B1 (en) | 2009-07-28 | 2009-07-28 | Semiconductor device manufacturing method |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
KR20110011402A KR20110011402A (en) | 2011-02-08 |
KR101041866B1 true KR101041866B1 (en) | 2011-06-15 |
Family
ID=43771616
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
KR1020090069032A Expired - Fee Related KR101041866B1 (en) | 2009-07-28 | 2009-07-28 | Semiconductor device manufacturing method |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
KR (1) | KR101041866B1 (en) |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN110676303A (en) | 2014-07-22 | 2020-01-10 | 株式会社Flosfia | Crystalline semiconductor film, plate-like body, and semiconductor device |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR20070035373A (en) * | 2005-09-27 | 2007-03-30 | 삼성에스디아이 주식회사 | Transparent thin film transistor and manufacturing method thereof |
KR20080074515A (en) * | 2007-02-09 | 2008-08-13 | 삼성전자주식회사 | Thin Film Transistor and Manufacturing Method Thereof |
JP2009135380A (en) | 2007-05-30 | 2009-06-18 | Canon Inc | Thin film transistor manufacturing method and display device using oxide semiconductor |
-
2009
- 2009-07-28 KR KR1020090069032A patent/KR101041866B1/en not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR20070035373A (en) * | 2005-09-27 | 2007-03-30 | 삼성에스디아이 주식회사 | Transparent thin film transistor and manufacturing method thereof |
KR20080074515A (en) * | 2007-02-09 | 2008-08-13 | 삼성전자주식회사 | Thin Film Transistor and Manufacturing Method Thereof |
JP2009135380A (en) | 2007-05-30 | 2009-06-18 | Canon Inc | Thin film transistor manufacturing method and display device using oxide semiconductor |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
KR20110011402A (en) | 2011-02-08 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US7026713B2 (en) | Transistor device having a delafossite material | |
KR102391911B1 (en) | Semiconductor device including two-dimensional material | |
US20070069209A1 (en) | Transparent thin film transistor (TFT) and its method of manufacture | |
US20160043227A1 (en) | Thin film transistor and manufacturing method thereof | |
CN107104140B (en) | A two-dimensional material/semiconductor heterojunction tunneling transistor and its preparation method | |
CN107248530B (en) | A two-dimensional material/semiconductor heterojunction vertical tunneling transistor and its preparation method | |
CN101304046A (en) | Thin film transistor and manufacturing method thereof | |
JP2009010348A (en) | Channel layer and method for forming the same, thin film transistor including the channel layer, and method for manufacturing the same | |
Li et al. | Progress in semiconducting oxide-based thin-film transistors for displays | |
US11430889B2 (en) | Junctionless field-effect transistor having metal-interlayer-semiconductor structure and manufacturing method thereof | |
CN103390640B (en) | A kind of silicon Schottky junction with Bi2Se3 thin film as contact layer and its preparation method | |
TW201937744A (en) | Device and method | |
US9070779B2 (en) | Metal oxide TFT with improved temperature stability | |
CN114005868B (en) | A structure and preparation method for optimizing the surface electric field of a lateral gallium oxide power device | |
KR101041866B1 (en) | Semiconductor device manufacturing method | |
CN106856173A (en) | Preparation method, oxide thin film transistor of active layer and preparation method thereof | |
US20230118661A1 (en) | Space-free vertical field effect transistor including active layer having vertically grown crystal grains | |
KR101231724B1 (en) | Thinfilm transistor and method of manufacturing thereof | |
CN116072706A (en) | Gallium oxide heterojunction tunneling field effect transistor and preparation method thereof | |
KR102231372B1 (en) | Metal oxide thin film transistor and preparation method thereof | |
KR101457762B1 (en) | A Metal Thin Film Transistor and Manufacturing Method thereof | |
CN116056467B (en) | Memristor based on GaN/PEDOT (gallium nitride/gallium nitride) PSS (power supply system) plane heterojunction and preparation method thereof | |
US20240186421A1 (en) | Thin film transistor, method of manufacturing same, and display panel | |
KR102214812B1 (en) | Amorphous thin film transistor and manufacturing method thereof | |
GB2571351A (en) | Device and method |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A201 | Request for examination | ||
PA0109 | Patent application |
Patent event code: PA01091R01D Comment text: Patent Application Patent event date: 20090728 |
|
PA0201 | Request for examination | ||
E902 | Notification of reason for refusal | ||
PE0902 | Notice of grounds for rejection |
Comment text: Notification of reason for refusal Patent event date: 20110121 Patent event code: PE09021S01D |
|
PG1501 | Laying open of application | ||
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: 20110608 |
|
GRNT | Written decision to grant | ||
PR0701 | Registration of establishment |
Comment text: Registration of Establishment Patent event date: 20110609 Patent event code: PR07011E01D |
|
PR1002 | Payment of registration fee |
Payment date: 20110610 End annual number: 3 Start annual number: 1 |
|
PG1601 | Publication of registration | ||
FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20140522 Year of fee payment: 4 |
|
PR1001 | Payment of annual fee |
Payment date: 20140522 Start annual number: 4 End annual number: 4 |
|
FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20150528 Year of fee payment: 5 |
|
PR1001 | Payment of annual fee |
Payment date: 20150528 Start annual number: 5 End annual number: 5 |
|
FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20160419 Year of fee payment: 6 |
|
PR1001 | Payment of annual fee |
Payment date: 20160419 Start annual number: 6 End annual number: 6 |
|
LAPS | Lapse due to unpaid annual fee | ||
PC1903 | Unpaid annual fee |
Termination category: Default of registration fee Termination date: 20180320 |