KR101217327B1 - 핀 전계효과 트랜지스터 및 이를 형성하기 위한 방법 - Google Patents
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- H01L29/785—Field effect transistors with field effect produced by an insulated gate having a channel with a horizontal current flow in a vertical sidewall of a semiconductor body, e.g. FinFET, MuGFET
- H01L2029/7858—Field effect transistors with field effect produced by an insulated gate having a channel with a horizontal current flow in a vertical sidewall of a semiconductor body, e.g. FinFET, MuGFET having contacts specially adapted to the FinFET geometry, e.g. wrap-around contacts
Abstract
핀 전계효과 트랜지스터(FinFET)는 기판 위에 핀-채널 몸체를 포함한다. 게이트 유전체는 핀 채널 몸체 위에 형성된다. 적어도 한 개의 소스/드레인(S/D) 영역은 핀 채널 몸체에 인접하여 설치된다. 적어도 한 개의 S/D 영역은 실질적으로 어떤 핀 구조를 포함하느냐에 대해 자유롭다.
Description
본 출원은 일반적으로 반도체소자 분야에 관한 것이고, 더욱 상세하게는 핀 전계효과 트랜지스터(FinFET; Fin field effect transistor) 및 FinFET를 형성하기 위한 방법에 관한 것이다.
본 출원은 2009.10.01.에 출원된 미국 가특허출원 No. 61/247,757의 우선권 주장 출원이며, 이는 참조를 위해 전체적으로 여기에 통합된다. 본 출원은 또한 2008.11.07.에 출원된 미국 특허출원 No. 12/267,121(발명의 명칭; FINFET PROCESS COMPATIBLE NATIVE TRANSISTOR)에 관련되며, 이는 모든 목적을 위해 여기에 참조로서 통합된다.
반도체 집적회로(IC) 산업은 급속한 성장을 경험하고 있다. IC 재료와 설계에서의 기술적 진보는 IC 세대를 형성하였다. 각 세대는 이전 세대보다 더 작고 더 복잡한 회로를 갖는다. 예를 들면, 반도체 산업은 메모리 셀의 크기를 줄이기 위해 열심히 노력하고 있다. 채용된 한 가지 전략은 다르게는 FinFET로 알려진 멀티플 게이트 트랜지스터(multiple gate transistor)의 사용을 포함한다.
본 명세는 첨부된 도면과 함께 아래의 상세한 설명으로부터 잘 이해될 수 있다. 당해 산업의 표준 관행에 따라 여러 피처들(features)은 축척대로 도시되지 않으며, 단지 예시의 목적으로 사용된다는 것을 강조한다. 사실, 여러 피처들의 치수는 설명의 명확성을 위해 임의로 키우거나 줄일 수 있다.
도 1은 집적회로의 FinFET의 일 예를 개략적으로 나타내는 평면도;
도 2a는 도 1의 집적회로(100)를 선 2A-2A를 따라 절단하여 개략적으로 나타낸 단면도;
도 2b는 도 1의 집적회로(100)를 선 2B-2B를 따라 절단하여 개략적으로 나타낸 단면도;
도 2c는 도 1의 집적회로(100)를 선 2C-2C를 따라 절단하여 개략적으로 나타낸 단면도;
도 3은 예시적인 FinFET의 응력 대 거리(d)의 시뮬레이션 결과를 개략적으로 나타낸 도면;
도 4는 기판과 절연 영역의 일부를 포함하는 FinFET의 다른 예를 개략적으로 나타내는 확대 단면도;
도 5a-5d는 FinFET를 형성하기 위한 방법을 예시하기 위해 도 1의 선 2C-2C를 따라 절단하여 개략적으로 나타낸 단면도이고,
도 6은 FinFET의 일 예를 형성하기 위한 방법의 일 예를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 1은 집적회로의 FinFET의 일 예를 개략적으로 나타내는 평면도;
도 2a는 도 1의 집적회로(100)를 선 2A-2A를 따라 절단하여 개략적으로 나타낸 단면도;
도 2b는 도 1의 집적회로(100)를 선 2B-2B를 따라 절단하여 개략적으로 나타낸 단면도;
도 2c는 도 1의 집적회로(100)를 선 2C-2C를 따라 절단하여 개략적으로 나타낸 단면도;
도 3은 예시적인 FinFET의 응력 대 거리(d)의 시뮬레이션 결과를 개략적으로 나타낸 도면;
도 4는 기판과 절연 영역의 일부를 포함하는 FinFET의 다른 예를 개략적으로 나타내는 확대 단면도;
도 5a-5d는 FinFET를 형성하기 위한 방법을 예시하기 위해 도 1의 선 2C-2C를 따라 절단하여 개략적으로 나타낸 단면도이고,
도 6은 FinFET의 일 예를 형성하기 위한 방법의 일 예를 개략적으로 나타내는 도면이다.
종래의 FinFET 소자는 반도체 기판에서 돌출된 실리콘 핀(silicon fin)을 사용하여 제조되었다. 소자의 채널(channel)은 핀에 형성되고, 게이트(gate)는 핀 위로(예를 들면, 핀들 둘러싸게) 제공된다. 예를 들면, 게이트는 핀의 상부와 측벽에 접촉하도록 형성된다. 채널(예를 들면, 핀)을 둘러싸는 게이트는 세 측면에서 채널을 제어할 수 있다는 점에서 이점이 있다. 소스/드레인(source/drain) 영역은 핀의 양단에 형성된다.
아래의 설명은 본 발명의 다른 특징들을 실시하기 위해 많은 다른 실시예들 또는 예를 제공하고 있다. 아래에서 기술된 구성요소와 배치의 특정한 예는 본 설명을 단순화하기 위한 것이다. 물론 이것들은 단순한 예일 뿐이며 본 발명을 제한하기 위한 것은 아니다. 예를 들면, 아래의 설명에서 제2피처 위에 또는 접촉하여 제1피처를 형성하는 것은 제1 및 제2피처가 직접 접촉하도록 형성된 실시예를 포함할 수 있고, 또 추가적인 피처가 제1 및 제2피처 사이에 형성되어 제1 및 제2피처는 직접 접촉하지 않는 실시예를 포함할 수 있다. 또한, 본 설명은 여러 실시예에서 참조번호 및/또는 기호를 반복할 수 있다. 이 반복은 단순화와 명확성을 위한 것이고, 그 자체가 설명되는 여러 실시예 및/또는 구성 사이의 관계를 지시하는 것은 아니다.
도 1은 집적회로의 FinFET의 일 예를 개략적으로 나타내는 평면도이다. 도 1에서, 집적회로(100)는 적어도 한 개의 FinFET, 예를 들면, FinFET(105a, 105b)를 포함할 수 있다. FinFET(105a, 105b) 각각은 기판(101) 위로 핀-채널 몸체(fin-channel body)(예를 들면, 핀-채널 몸체(110a, 110b))를 포함할 수 있다. 게이트 전극(115)은 핀-채널 몸체(110a, 110b) 위에 설치될 수 있다. 적어도 한 개의 소스/드레인(S/D) 영역(예를 들면, S/D 영역들 120a-120b, 125a-125b)은 각각 핀-채널 몸체(110a, 110b) 근처에 설치된다. S/D 영역들(120a, 120b) 중 적어도 한 개는 실질적으로 어떤 핀 구조(fin structure)를 포함하느냐에 대해 자유롭다.
핀-채널 몸체(110a, 110b)는 게이트 전극(115) 아래에 있다는 것을 유의해야 한다. 핀-채널 몸체(110a, 110b)는 FinFET(105a, 105b)의 상부에서는 볼 수 없다. 핀-채널 몸체(110a, 110b)는 FinFET(105a, 105b)에서 그들의 위치를 나타내기 위해 도 1에서 점선으로 표시된다.
일부 실시예에서, 핀-채널 몸체(110a)는 핀 구조를 가지며 단지 S/D 영역들(120a, 120b) 사이에 채널을 제공하기 위해 사용되는 몸체를 의미할 수 있다. 다른 일부 실시예에서, 핀-채널 몸체(110a)는 게이트 전극(115)에 의해 단지 덮여지는 핀 몸체를 포함할 수 있다. 또 다른 실시예에서, 핀-채널 몸체(110a)는 게이트 전극(115)에 의해 단지 덮여지는 핀 몸체와 게이트 전극(115)의 측벽에 있는 스페이서(107a, 107b)를 포함할 수 있다.
일부 실시예에서, 기판(101)은 결정, 다결정 또는 비결정(amorphous) 구조로 실리콘 또는 게르마늄을 포함하는 단원소 반도체(elementary semiconductor); 실리콘 카바이드(silicon carbide), 갈륨 비소(gallium arsenic), 갈륨 인(gallium phosphide), 인듐 인(indium phosphide), 인듐 비소(indium arsenide), 또는 인듐 안티몬(indium antimonide)을 포함하는 복합 반도체(compound semiconductor); SiGe, GaAsP, AlInAs, AlGaAs, GaInAs, GaInP, 또는 GaInAsP를 포함하는 합금 반도체(alloy semiconductor); 다른 적절한 물질; 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 일 실시예서, 합금 반도체 기판은 증감 SiGe 피처(gradient SiGe fiture)를 가질 수 있다. 증감 SiGe 피처에서 Si와 Ge의 조성은 변화하여 증감 SiGe 피처의 하나의 위치에서 하나의 비를 갖고 다른 위치에서는 다른 비를 갖는다. 다른 실시예에서 합금 SiGe는 실리콘 기판 위에 형성된다. 또 다른 실시예에서, SiGe 기판은 긴장된다(strained). 또한, 반도체 기판은 SOI(silicon on insulator), TFT(thin film transistor)와 같은 절연체 위에 있는 반도체일 수 있다. 일부 예에서, 반도체 기판은 도핑된 에피층(doped epi layer) 또는 매복층(buried layer)을 포함할 수 있다. 다른 예에서, 복합 반도체 기판은 멀티층 구조(multilayer structure)를 가질 수 있다. 또는 상기 기판은 멀티층 복합 반도체 구조를 포함할 수 있다.
도 1을 참조하면, 절연 구조(insulation structure)(103)는 적어도 한 개의 절연 영역, 예를 들면 절연 영역들(103a-103c)을 포함할 수 있다. 절연 구조(103)는 FinFET(105a,105b) 둘레에 설치될 수 있으며, 전기적으로 FinFET(105a)를 FinFET(105b)로부터 절연시킨다. 상기 절연구조(103)는 STI(shallow trench isolation) 구조, LOCOS(local oxidation of silicon) 구조, 다른 절연 구조들, 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다.
도 1을 참조하면, 스페이서(107a, 107b)는 게이트 전극(115) 근처에 설치될 수 있다. 스페이서(107a, 107b)는 바람직하게 S/D 영역들(120a, 120b, 125a, 125b)을 게이트 전극(115)으로부터 이격시킬 수 있다. 스페이서(107a, 107b)의 각각은 산화물(oxide), 질화물(nitride), 산화질화물(oxynitride), 다른 유전체 물질, 또는 이들의 조합 중 적어도 한 개의 물질을 포함할 수 있다.
도 2a는 도 1의 집적회로(100)를 단면 선 2A-2A를 따라 절단하여 개략적으로 나타낸 단면도이다. 도 2a에서, 기판(101)은 적어도 한 개의 부분, 예를 들면 부분들(102a, 102b)을 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 상기 부분(102a)은 절연 영역들(103a, 103b) 사이에 위치할 수 있다. 게이트 유전체(130)는 게이트 전극(115) 아래에 설치될 수 있다. 핀-채널 몸체(110a, 110b)(도 1에 도시됨)는 각각 S/D 영역(120a, 120b)의 뒤에 있어 이들에 의해 막혀있다.
일부 실시예에서, 게이트 유전체(130)는 단일층(single layer) 또는 멀티층(multi-layer) 구조일 수 있다. 멀티층 구조를 위한 일부 실시예에서, 게이트 유전체(130)는 계면층(interfacial layer)과 고 k 유전체층(high-k dielectric layer)을 포함할 수 있다. 계면층은 실리콘 산화물(silicon oxide), 실리콘 질화물(silicon nitride), 실리콘 산화질화물(silicon oxynitride), 다른 유전체 물질, 및/또는 이들의 조합과 같은 유전체 물질을 포함할 수 있다. 고-k 유전체층은 HfO2, HfSiO, HfSiON, HfTaO, HfTiO, HfZrO, 다른 적절한 고-k 유전체 물질, 및/또는 이들의 조합과 같은 고-k 유전체 물질을 포함할 수 있다. 고-k 물질은 더욱 금속 산화물(metal oxide), 금속 질화물(metal nitride), 금속 실리케이트(metal silicate), 전이금속 산화물(transition metal-oxide), 전이금속 질화물, 전이금속 실리케이트, 금속의 산화질화물, 금속 알루미네이트(metal aluminate), 지르코늄 실리케이트(zirconium silicate), 지르코늄 알루미네이트, 실리콘 산화물, 실리콘 질화물, 실리콘 산화질화물, 지르코늄 산화물, 티타늄 산화물, 알루미늄 산화물, 하프늄 다이옥사이드-알루미나 합금(hafnium dioxide-alumia alloy), 다른 적절한 물질, 및/또는 이들의 조합들로부터 선택될 수 있다.
일부 실시예에서, 게이트 전극(115)은 폴리실리콘, 실리콘-게르마늄, Al, Mo, Cu, W, Ti, Ta, TiN, TaN, NiSi, CoSi과 같은 금속 화합물을 포함하는 금속 물질, 종래 기술로 알려진 다른 적절한 전도 물질, 이들의 조합을 포함할 수 있다. 다른 실시예에서, 게이트 전극(115)은 금속층(metallic layer) 위에 폴리실리콘층(polysilicon layer)을 포함할 수 있다. 또 다른 실시예에서, 게이트 전극(115)은 금속 게이트의 N-금속 일함수(N-metal work function) 또는 P-금속 일함수를 제공하는 일함수 금속층(work function metal layer)을 포함할 수 있다. P형 일함수 물질은 루테늄(ruthenium), 팔라듐(palladium), 백금(platinum), 코발트(cobalt), 닉켈(nickel), 전도성 금속 산화물, 및/또는 다른 적절한 물질과 같은 화합물을 포함한다. N형 일함수 물질은 하프늄(hafnium), 지르코늄(zirconium), 티타늄(titanium), 탄탈(tantalum), 알루미늄(aluminum), 금속 카바이드(metal carbide)(예를 들면, 하프늄 카바이드, 지르코늄 카바이드, 티타늄 카바이드, 알루미늄 카바이드), 알루미나이드(aluminide), 및/또는 ekfms 적절한 물질과 같은 화합물을 포함한다.
일부 실시예에서, S/D 영역들(120a, 125a)의 각각은 에피택셜 성장 영역(epitaxially-grown region), 예를 들면, 에피택셜 성장 영역들(121, 126)을 포함할 수 있다. 에피택셜 성장 영역(121)은 기판(101)의 부분(102a) 위에 설치될 수 있다. 에피택셜 성장 영역들(121)과 부분(102a)은 경계면(104)을 가질 수 있다. 일부 실시예에서, 경계면(104)의 중앙영역은 절연영역(103a)의 표면(106)과 실질적으로 동일한 높이일 수 있다. 다른 실시예에서, 경계면(104)의 중앙 영역은 절연영역(103a)의 표면(106) 아래에 있을 수 있다. 또 다른 실시예에서, 경계면(104)의 중앙영역은 절연영역(103a)의 표면(106)과 거리 "d" 만큼 이격될 수 있다. 또 다른 실시예에서, 경계면(104)의 중앙영역은 실질적으로 평평(flat)할 수 있다.
일부 실시예에서, 에피택셜 성장 영역들(121, 123)은 도펀트(dopants)를 포함할 수 있다. N형 FinFET를 형성하는 일부 실시예를 위해, 에피택셜 성장 영역들(121, 123)은 비소(As), 인(P), 다른 V족 원소, 또는 이들의 조합과 같은 도펀트를 가질 수 있다. P형 FinFET를 형성하는 일부 실시예를 위해, 에피택셜 성장 영역들(121, 123)은 붕소(B), 다른 Ⅲ족 원소, 또는 이들의 조합과 같은 도펀트를 가질 수 있다. 일부 실시예에서, 에피택셜 성장 영역들(121, 123)은 멀티층 구조(예를 들면 2층 구조 또는 3층 구조)를 포함할 수 있다. 예를 들면, 2층(bi-layer) 구조는 Si 캡층(Si cap layer) 아래에 SiGe층을 포함할 수 있다.
일부 실시예에서, FinFET(110a)는 에피택셜 성장 영역들(121,126) 위에 설치된 실리사이드(silicide) 구조(도시되지 않음)를 포함할 수 있다. 상기 실리사이드 구조는 니켈 실리사이드(NiSi), 니켈-백금 실리사이드(NiPtSi), 니켈-백금-게르마늄 실리사이드(NiPtGeSi), 니켈-게르마늄 실리사이드(NiGeSi), 이테르븀 실리사이드(YbSi), 백금 실리사이드(PtSi), 이리듐 실리사이드(IrSi), 에르븀 실리사이드(ErSi), 코발트 실리사이드(CoSi), 다른 적절한 물질 및/또는 이들의 조합과 같은 물질들을 포함할 수 있다.
도 2b는 도 1의 집적회로(100)를 단면선 2B-2B를 따라 절단하여 개략적으로 나타낸 단면도이다. 도 2b에서, 기판(101)은 적어도 한 개의 부분, 예를 들면 부분들(102c, 102d)을 포함할 수 있다. 핀-채널 몸체(110a)는 부분(102c) 위에 설치될 수 있다. 핀-채널 몸체(110a)는 높이 "h"를 가질 수 있다. 상기 부분(102c)은 절연영역(103a, 103b) 사이에 설치될 수 있다. 상기 부분(102c)은 상기 부분(102a)(도 2a에 도시됨)과 연결될 수 있다. 일부 실시예에서, 핀-채널 몸체(110a)와 상기 부분(102c)은 동일한 물질, 예를 들면 실리콘을 가질 수 있다. 다른 실시예에서, 핀-채널 몸체(110a)와 상기 부분(102c)은 다른 물질, 예를 들면 SiGe와 Si을 각각 가질 수 있다.
도 2c는 도 1의 집적회로(100)를 단면선 2C-2C를 따라 절단하여 개략적으로 나타낸 단면도이다. 도 2c에서, 에피택셜 성장 영역들(121, 123)은 각각 기판(101)의 상기 부분들(102a, 102e) 위에 설치될 수 있다. 핀-채널 몸체(110a)는 기판(101)의 상기 부분(102c) 위에 설치될 수 있다. 알려진 바와 같이, 일부 실시예에서, 경계면(104)와 절연영역(103)의 표면(106)은 거리 "d"를 가질 수 있다. 핀-채널 몸체(110a)는 높이 "h"를 가질 수 있다. 일부 실시예에서, 높이 "h"에 대한 거리 "d"의 비(d/h)는 약 10 또는 이보다 작을 수 있다. 적어도 일 실시예에서, 상기 비(d/h)는 약 1이다.
도 2c를 참조하면, 에피택셜 성장 영역들(121, 123)은 핀-채널 몸체(110a)에 응력(stress), 예를 들면, 압축 응력 또는 인장 응력을 가할 수 있다. 압축된 또는 인장된 핀-채널 몸체(110a)는 FinFET(105a)를 위해 원하는 전자 이동도(electron mobility) 또는 정공 이동도(hole mobility)를 제공할 수 있다. 압축 응력을 가하는 일부 실시예에서, 핀-채널 몸체(110a)는 Si 물질을 갖고, 에피택셜 성장 영역들(121, 123)은 SiGe 물질을 가질 수 있다. 압축 응력을 제공하는 다른 실시예에서, 핀-채널 몸체(110a)와 에피택셜 성장 영역들(121, 123)은 SiGe 물질을 가질 수 있다. 에피택셜 성장 영역들(121, 123)은 핀-채널 몸체(110a)보다 높은 게르마늄 농도를 가질 수 있다.
인장 응력을 제공하는 일부 실시예에서, 핀-채널 몸체(110a)는 Si 물질을 가질 수 있고, 에피택셜 성장 영역들(121, 123)은 SiC 물질을 가질 수 있다. 인장 응력을 제공하는 다른 실시예에서, 핀-채널 몸체(110a)와 에피택셜 성장 영역들(121, 123)은 SiC 물질을 가질 수 있다. 에피택셜 성장 영역들(121, 123)은 핀-채널 몸체(110a)보다 높은 카본(carbon) 농도를 가질 수 있다.
도 3은 일부 실시예에 따르는 예시적인 FinFET의 응력(stress) 대 거리(d)의 시뮬레이션 결과를 개략적으로 나타낸 도면이다. 도 3에서, 수직축은 핀-채널 몸체에 가해지는 응력을 나타내고, 수평축은 거리"d"를 나타낸다. 시뮬레이션에서 핀-채널 몸체(110a)는 약 40nm의 높이 "h"를 가지며, Si 물질을 가진다. 에피택셜 성장 영역들(121, 123)은 약 36 원자%의 게르마늄 농도를 갖는 SiGe 물질을 가질 수 있다. 에피택셜 실리콘층(도시되지 않음)은 에피택셜 성장 영역들(121, 123) 각각에 형성된다. 곡선 A는 FinFET(105a)가 게이트 우선 공정(gate-first process)에 의해 형성된 것을 나타낸다. 곡선 B는 FinFET(105a)가 게이트 최후 공정(gate-last process)에 의해 형성된 것을 나타낸다.
다시 도 3을 참조하면, 일부 실시예에서 거리 "d"는 약 0이다. 경계면(104)의 중앙 영역은 절연 영역(103a)의 표면(106)과 실질적으로 같은 높이이다. 약 -400Mpa 및 -700Mpa의 응력이 각각 게이트 우선 공정 및 게이트 최후 공정에 의해 형성된 FinFET(105a)를 위해 핀-채널 몸체(110a)에 가해질 수 있다. 거리 "d"를 증가시키면, 게이트 우선 공정 및 게이트 최후 공정에 의해 형성된 FinFET(105a)의 핀-채널 몸체(110a)를 위해 응력이 증가한다. 다른 실시예에서, 거리 "d"가 높이 "h"와 실질적으로 같거나 더 크다면, FinFET(105a)를 위한 핀-채널 몸체(110a)에 인가되는 응력의 증가는 느려질 수 있다. 상술한 설명으로부터, 에피택셜 성장 영역들(121, 123)은 어떠한 미세한 구조(fine structure)를 포함하는가에 대해 자유롭다. 에피택셜 성장 영역들(121, 123)의 양은 FinFET(105a)를 위한 핀-채널 몸체(110a)에 원하는 응력을 제공할 수 있다.
도 4는 기판과 절연 영역의 일부를 포함하는 FinFET의 다른 예를 개략적으로 나타내는 확대 단면도이다. 도 2a의 구성요소와 동일한 도 4의 구성요소는 300을 증가시켜 동일한 참조번호에 의해 표시하였다. 일부 실시예에서, 절연 영역(403a)은 코너(408)를 가질 수 있다. 이 코너(408)에서 절연 영역(403a)의 표면(406)과 절연 영역(403a)과 기판(401)의 부분(402a) 사이의 경계면(409)이 교차한다. 기판(401)의 부분(402a)은 첨단(tip)(411)을 가질 수 있다. 이 첨단(411)에서 기판(401)의 부분(402a)의 표면(404)과 절연 영역(403a)과 기판(401)의 부분(402a) 사이의 경계면(409)이 교차한다. 상기 코너(408)는 실질적으로 상기 첨단(411)에 인접한다. 일부 실시예에서, 에피택셜 성장 영역(421)을 형성하기 위한 공정은 수소 함유 환경에서 환류(reflow) 공정을 포함할 수 있다. 상기 환류 공정은 표면(404)의 중앙 표면을 평평하게 할 수 있다.
만일 코너(408)가 상기 첨단(411)에 실질적으로 인접하고 있다면, 원하는 양의 에피택셜 성장 영역(421)은 기판(401)의 부분(402a)으로부터 형성될 수 있다. 원하는 양의 에피택셜 성장 영역(421)은 FinFET를 위한 핀-채널 몸체에 응력을 제공할 수 있다. 상기 양의 에피택셜 성장 영역(421)은 또한 소스/드레인 영역의 저항을 감소시킬 수 있다. 일부 실시예에서, 인-시튜(in-situ) 공정에 의해 에피택셜 성장 영역(421)에 추가된 도펀트는 소스/드레인 영역의 저항을 더 감소시킬 수 있다.
도 5a-5d는 FinFET를 형성하기 위한 방법을 예시하기 위해 도 1의 선 2C-2C를 따라 절단하여 개략적으로 나타낸 단면도이다. 도 5a에서, 절연 구조(103)는 기판 내 및/또는 위에 형성될 수 있다. 핀(fin)(135)은 기판(101) 위에 형성될 수 있다. 핀(135)은 높이 "h"를 가질 수 있다. 게이트 유전체(130)와 게이트 전극(115)은 핀(135) 위에 형성될 수 있다. 하드 마스크층(hard mask layer)(140)은 게이트 전극(115) 위에 형성될 수 있다. 스페이서층(spacer layer)(107)은 핀(135), 하드 마스크층(140), 및 게이트 전극(115)과 게이트 유전체(130)의 측벽 위로 실질적으로 일치하도록 형성될 수 있다. 절연 구조(103), 게이트 유전체(130), 게이트 전극(115), 스페이서층(107), 핀(135) 및/또는 하드 마스크층(140)은 여러 공정들, 예를 들면, 증착(deposition) 공정, 식각(etch) 공정, 클린(clean) 공정, 리소그라피(lithographic) 공정, 및/또는 이들의 조합을 포함하는 공정들에 의해 형성될 수 있다.
도 5b를 참조하면, 스페이서층(107)(도 5a에 도시됨)의 부분이 스페이서(107a-107d)를 형성하기 위해 제거될 수 있다. 스페이서(107a, 107b)는 게이트 전극(115)의 측벽에 형성될 수 있다. 스페이서(107c, 107d)는 핀(135)의 측벽에 형성될 수 있다. 일부 실시예에서, 게이트 전극(115)의 측벽으로부터의 에피택시 성장결과로 나타나는 버섯 효과(mushroom effect)를 피하기 위해 스페이서(107a, 107b)가 게이트 전극(115)를 덮을 수 있다. 절연 구조(103), 게이트 유전체(130), 게이트 전극(115), 스페이서(107a, 107b), 핀(135) 및/또는 하드 마스크층(140)은 여러 공정들, 예를 들면, 증착 공정, 식각 공정, 클린 공정, 리소그라피 공정, 및/또는 이들의 조합을 포함하는 공정들에 의해 형성될 수 있다.
도 5c를 참조하면, 제거 공정(145)은 적어도 핀의 일부를 제거하여 기판(101)의 부분(102a)의 표면(145a)과 부분(102e)의 표면(145b)을 노출하고, 핀-채널 몸체(110a)를 정의할 수 있다. 제거 공정(145)은 또한 스페이서(107c, 107d)를 제거할 수 있다. 일부 실시예에서, 제거 공정(145)은 실질적으로 핀(135)의 부분을 제거하여 노출 표면(145a)의 중앙 영역이 절연 구조(103)의 표면(106)과 실질적으로 동일한 높이가 될 수 있도록 할 수 있다. 다른 실시예에서, 제거 공정(145)은 기판(101)의 부분을 제거하여 노출 표면(145a)의 중앙 영역이 절연 구조(103)의 표면(106) 아래에 있도록 할 수 있다. 거리 "d"는 노출 표면(145a)과 절연구조(103)의 표면(106) 사이로 정의될 수 있다. 높이 "h"에 대한 거리 "d"의 비(d/h)는 약 10 또는 그 이하일 수 있다. 적어도 일 실시예에서, 상기 비(d/h)는 약 1일 수 있다.
일부 실시예에서, 도 5a-5c와 관련하여 위에서 설명한 공정 단계는 기판(101) 위에 핀-채널 몸체(145a)를 형성하는 공정과 핀-채널 몸체(145a) 위에 게이트 전극(115)을 형성하는 공정으로 지칭될 수 있다(도 6에서 공정 610과 620). 다른 실시예에서, 공정 610은 핀-채널 몸체(145a)를 형성하기 위해 한 개 이상의 공지된 반도체 공정단계를 포함할 수 있다. 또 다른 실시예에서, 도 5a-5c와 관련하여 위에서 기술한 한 개 이상의 단계는 공정 610과 620을 수행하기 위해 제외될 수 있다.
도 5d를 참조하면, 적어도 한 개의 소스/드레인(S/D) 영역, 예를 들면 S/D 영역(120a, 120b)은 핀-채널 몸체(110a)에 인접하여 형성될 수 있다. 일부 실시예에서, S/D 영역(120a, 120b)을 형성하는 것은 기판(101)의 부분(102a)의 노출 표면(145a)과 부분(102e)의 노출 표면(145b)으로부터 각각 에피택셜 성장 영역들(121, 123)을 에피택셜 성장시키는 것을 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 에피택셜 성장 영역들(121, 123)의 각각은 (1 0 0) 파셋(facet)을 가질 수 있다.
일부 실시예에서, 도 5a-5d와 관련하여 위에서 기술한 공정 단계들은 핀-채널 몸체에 인접한 적어도 한 개의 소스/드레인(S/D) 영역을 형성하는 공정으로 지칭될 수 있다. 여기서 상기 적어도 한 개의 S/D 영역은 어떠한 핀 구조를 포함하느냐에 대해 실질적으로 자유롭다(도 6의 공정 630).
일부 실시예에서, FinFET(100)를 형성하기 위한 방법은 S/D 영역(120a, 120b) 내에 도펀트를 주입하는 것을 포함할 수 있다. N-채널 메모리 셀(memory cell)을 형성하는 실시예에 대해, S/D 영역(120a, 120b)은 비소(As), 인(P), 다른 5족 원소 또는 이들의 조합과 같은 도펀트를 포함할 수 있다.
다른 실시예에서, FinFET(100)를 형성하기 위한 방법은 에피택셜 성장 영역들(121,123)의 적어도 일 부분을 살리시데이팅(salicidating)하는 것을 포함할 수 있다. 에피택셜 성장 영역들(121, 123)의 실리사이드(silicide)는 원하는 전도성(conductivity)을 제공할 수 있다. 실리사이드는 니켈 실리사이드(NiSi), 니켈-백금 실리사이드(NiPtSi), 니켈-백금-게르마늄 실리사이드(NiPtGeSi), 니켈-게르마늄 실리사이드(NiGeSi), 이테르븀 실리사이드(YbSi), 백금 실리사이드(PtSi), 이리듐 실리사이드(IrSi), 에르븀 실리사이드(ErSi), 코발트 실리사이드(CoSi), 다른 적절한 물질 및/또는 이들의 조합과 같은 물질들을 포함할 수 있다. 실리사이드를 생성하기 위해 사용되는 물질들은 스퍼터링 및 증발(evaporation)과 같은 PVD; 도금(plating); 플라즈마 강화 CVD(PECVD), 대기압 CVD(atmospheric pressure CVD)(APCVD), 저압 CVD(LPCVD), 고밀도 플라즈마 CVD(HDPCVD), 및 원자층 CVD(atomic layer CVD)(ALCVD)와 같은 CVD; 다른 적절한 중착공정; 및/또는 이들의 조합들을 사용하여 증착될 수 있다. 증착 후에, 살리시데이션 공정(salicidation process)은 특정 물질 또는 물질들을 기초로 선택된 상승된 온도에서 증착된 물질과 도핑된 영역 사이의 반응과 함께 계속될 수 있다. 이것은 어닐링(annealing)이라고 지칭되며, 급속 열 공정(Rapid Thermal Process)(RTP)을 포함할 수 있다. 반응한 실리사이드는 한 단계의 RTP 또는 여러 단계의 RTP를 필요로 할 수 있다.
일부 실시예에서, FinFET(100)를 형성하기 위한 방법은 에피택셜 성장 영역들(121, 123) 각각 위로 에피택셜층(도시되지 않음), 예를 들면 실리콘 에피택셜층을 형성하는 단계를 포함할 수 있다. 실리콘 에피택셜층을 형성한 후, 상기 방법은 에피택셜층의 적어도 일부분을 살리시데이팅하는 단계를 포함할 수 있다. 실리콘 에피택셜층으로부터 형성된 실리사이드는 실리사이드의 결함을 바람직하게 줄일 수 있다. 바람직한 실리사이드의 전도성도 얻을 수 있다.
다른 실시예에서, FinFET(100)을 형성하는 방법은 기판(101)의 일부분을 제거하기 위한 식각 공정(etch process)(도시하지 않음)을 포함할 수 있다. 식각 공정은 예를 들면, 건식 식각, 습식 식각, 및/또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 상기 식각 공정은 도 2b와 관련하여 상기에서 설명한 제거 공정(145) 후에 및/또는 도 2c와 관련하여 위에서 설명한 에피택셜 성장 영역들(121, 123)을 형성하기 전에 수행될 수 있다. 일부 실시예에서, 제거공정(145) 후에, 절연 구조(103)의 상부 코너는 기판(101)의 부분(102a)의 첨단보다 높을 수 있다. 식각 공정은 기판(101)의 부분을 제거하여 절연 구조(103)의 코너가 도 4와 관련하여 위에서 기술한 것처럼 기판(101)의 부분(102a)의 첨단에 실질적으로 인접하도록 할 수 있다. 실질적으로 동일한 높이의 코너와 첨단은 원하는 양의 에피택셜 성장 영역들(121,123)이 각각 노출 표면(145a, 145b)으로부터 형성되도록 할 수 있다. 원하는 양의 에피택셜 성장 영역들(121, 123)은 핀-채널 몸체(110a)에 원하는 응력을 제공할 수 있다.
또 다른 실시예에서, FinFET(100)을 형성하는 방법은 기판(101)의 노출 표면(145a, 145b)을 환류시켜 기판의 노출 표면(145a, 145b)의 중앙 영역이 실질적으로 평평하게 하는 단계를 포함할 수 있다. 노출 표면(145a, 145b)의 실질적으로 평평한 중앙 영역은 에피택셜 성장 영역들(121, 123)이 각각 노출 표면(145a, 145b)으로부터 형성되도록 할 수 있다. 일부 실시예에서, 노출 표면(145a, 145b)을 환류시키는 단계는 수소 포함 환경과 약 600℃와 약 800℃ 사이의 공정온도에서 약 30분 동안 수행될 수 있다.
일부 실시예에서, 적어도 한 개의 유전체 구조(도시되지 않음)는 기판 위에 형성될 수 있다. 유전체 구조는 산화물(oxide), 질화물(nitride), 산화질화물(oxynitride), 저-k 유전체 물질, 초저-k(ultra low-k) 유전체 물질, 또는 이들의 조합과 같은 물질을 포함할 수 있다. 상기 유전체 구조는, 예를 들면, CVD 공정, HDP CVD 공정, HARP, 스핀 코팅 공정, 다른 증착공정, 및/또는 이들의 조합에 의해 형성될 수 있다.
일부 실시예에서, 접점 플러그들(contact plugs), 비아 플러그들(via plugs), 금속 영역들, 및/또는 금속 선들은 상호 연결을 위해 유전체 구조 내에 형성될 수 있다. 접점 플러그들, 비아 플러그들, 금속 영역들, 및/또는 금속 선들은 텅스텐, 알루미늄, 구리, 티타늄, 탄탈륨, 티타늄 질화물, 탄탈륨 질화물, 니켈 실리사이드, 코발트 실리사이드, 다른 적절한 전도 물질, 및/또는 이들의 조합과 같은 물질을 포함할 수 있다. 상기 접점 플러그들, 비아 플러그들, 금속 영역들, 및/또는 금속 선들은 증착, 포토리소그라피, 식각 공정 및/또는 이들의 조합과 같은 적정한 공정에 의해 형성될 수 있다. 도 5a-5d와 관련하여 상기에서 설명한 방법은 단지 예시적이라는 것이 유념되어야 한다. 상기 방법은 게이트 우선 공정 또는 게이트 최후 공정이 될 수 있다. 본 발명의 범위는 여기에 제한되지 않는다.
일부 실시예에서, FinFET(105a, 105b)는 전자 조립체(electronic assembly)를 형성하기 위해 인쇄 와이어링 보드(printed wiring board) 또는 인쇄 회로 기판(PCB)과 물리적이며 전기적으로 연결될 수 있는 패키지(package) 내에 형성될 수 있다. 전자 조립체는 컴퓨터, 무선 통신장치, 컴퓨터 관련 주변기기, 엔터테인먼트 장치 등과 같은 전자 시스템의 부분일 수 있다.
일부 실시예에서, 집적회로(100)를 포함하는 시스템은 한 개의 IC에 전체 시스템을 제공하는 것, 소위 시스템 온 칩(SOC) 또는 시스템 온 집적회로(SOIC) 소자일 수 있다. 이들 SOC 소자들은 예를 들면, 휴대폰, PDA, 디지털 VCR, 디지털 캠코더, 디지털 카메라, MP3 플레이어 등을 한 개의 집적회로에서 구현하기 위해 필요로 하는 모든 회로를 제공할 수 있다.
상기에서는 여러 실시예들의 특징들을 약술하였으므로, 당업자들은 본 발명의 양상들을 더 잘 이해할 수 있을 것이다. 당업자들은 동일한 목적을 수행하고 여기서 소개된 실시예들과 동일한 이점을 달성하기 위해 다른 공정과 구조를 설계하거나 수정하기 위해 본 발명을 기초로 쉽게 사용할 수 있음을 알아야 한다. 당업자들은 상기와 같은 동등한 구조는 본 발명의 사상과 범위를 벗어나지 않는다는 것을 이해해야 한다. 그리고 본 발명의 사상과 범위를 벗어나지 않고 다양한 변경, 치환, 교체가 행해질 수 있다는 것을 이해해야 한다.
Claims (10)
- 핀 전계 효과 트랜지스터(Fin field effect transistor; FinFET)에 있어서,
기판 위에 있는 핀-채널 몸체;
상기 핀-채널 몸체 위에 배치된 게이트 전극; 및
상기 핀-채널 몸체에 인접하여 배치된 적어도 한 개의 소스/드레인(S/D) 영역을 포함하고,
상기 적어도 한 개의 S/D 영역은 어떠한 핀 구조도 포함하지 않는 것이고,
상기 기판은 제1 절연 영역과 제2 절연 영역 사이에 부분을 구비하고, 상기 적어도 한 개의 S/D 영역은 에피택셜 성장 영역을 포함하며, 상기 에피택셜 성장 영역은 상기 기판의 부분의 위에 배치되는 것이고,
상기 제1 절연 영역은 상기 제1 절연 영역과 상기 기판의 부분 사이의 경계면과 상기 제1 절연 영역의 표면이 교차하는 코너를 구비하고, 상기 기판의 부분은 상기 제1 절연 영역과 상기 기판의 부분 사이의 경계면과 상기 기판의 부분의 표면이 교차하는 첨단(tip)을 구비하며, 상기 코너는 상기 첨단에 인접한 것인 핀 전계 효과 트랜지스터(FinFET). - 삭제
- 제 1 항에 있어서,
상기 에피택셜 성장 영역과 상기 기판의 부분은 경계면을 구비하며, 상기 경계면의 중앙 영역은 상기 제1 절연 영역의 표면 아래에 있고, 상기 경계면의 중앙 영역과 상기 제1 절연 영역의 표면 사이의 거리는 상기 핀-채널 몸체의 높이와 동일한 것인 핀 전계 효과 트랜지스터. - 제 3 항에 있어서, 상기 경계면의 중앙 영역은 평평한 것인 핀 전계 효과 트랜지스터.
- 삭제
- 핀 전계 효과 트랜지스터(FinFET)를 형성하는 방법에 있어서,
기판 위에 핀을 형성하는 단계;
제1 절연 영역 및 제2 절연 영역에 의해 둘러싸인 상기 기판의 부분의 표면을 노출시켜서, 상기 기판 위에 핀-채널 몸체를 형성하기 위해 상기 핀의 적어도 한 개의 단부를 제거하는 단계;
상기 핀-채널 몸체 위에 게이트 전극을 형성하는 단계; 및
상기 핀-채널 몸체에 인접하게 적어도 한 개의 소스/드레인(S/D) 영역을 형성하기 위해, 상기 기판의 부분의 노출된 표면으로부터 적어도 한 개의 S/D 영역을 에피택셜 성장시키는 단계를 포함하고,
상기 제1 절연 영역은 상기 제1 절연 영역의 표면과 상기 제1 절연 영역의 측벽이 교차하는 코너를 구비하고, 상기 기판의 부분은 상기 기판의 부분의 표면과 상기 기판의 부분의 측벽이 교차하는 첨단(tip)을 구비하며, 상기 코너는 상기 첨단에 인접한 것이며,
상기 적어도 한 개의 S/D 영역은 어떠한 핀 구조도 포함하지 않는 것인 핀 전계 효과 트랜지스터(FinFET)의 형성 방법. - 삭제
- 제 6 항에 있어서,
상기 기판의 부분을 제거하는 단계를 더 포함하고,
상기 기판의 부분의 노출된 표면의 중앙 영역은 상기 제1 절연 영역의 표면 아래에 있는 것이며,
상기 기판의 상기 노출된 표면의 중앙 영역과 상기 제1 절연 영역의 표면 사이의 거리는 상기 핀-채널 몸체의 높이와 동일한 것인 핀 전계 효과 트랜지스터의 형성 방법. - 삭제
- 제 6 항에 있어서,
상기 적어도 한 개의 S/D 영역 위에 에피택셜 층을 형성하는 단계; 및
상기 에피택셜 층의 적어도 한 개를 살리시데이팅(salicidating)하는 단계;를 더 포함하는 핀 전계 효과 트랜지스터 형성 방법.
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