KR102356701B1 - Integrated circuit device and method of manufacturing the same - Google Patents
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- H01L2924/13091—Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor [MOSFET]
Abstract
집적회로 소자는 제1 고유전막 위에 형성되고 제1 일함수 조절 금속 함유 구조물을 가지는 제1 게이트 스택과, 상기 제2 고유전막 위에 형성되고 제1 일함수 조절 금속 함유 구조물에서의 산소 함량보다 더 큰 산소 함량을 가지는 제2 일함수 조절 금속 함유 구조물을 가지는 제2 게이트 스택을 포함한다. The integrated circuit device includes a first gate stack formed over a first high-k film and having a first workfunction controlling metal-containing structure, and a first gate stack formed over the second high-k film and having an oxygen content greater than an oxygen content in the first workfunction controlling metal-containing structure. and a second gate stack having a second work function control metal containing structure having an oxygen content.
Description
본 발명의 기술적 사상은 집적회로 소자 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 특히 MOS (metal-oxide-semiconductor) 트랜지스터를 구비하는 집적회로 소자 및 그 제조 방법에 관한 것이다. TECHNICAL FIELD The present invention relates to an integrated circuit device and a method for manufacturing the same, and more particularly, to an integrated circuit device including a metal-oxide-semiconductor (MOS) transistor and a method for manufacturing the same.
전자 기술의 발달로 인해, 최근 반도체 소자의 다운-스케일링(down-scaling)이 급속도로 진행되고 있다. 최근, 반도체 소자는 빠른 동작 속도뿐만 아니라, 동작에 관한 정확성도 요구되기 때문에, 반도체 소자에 포함되는 트랜지스터의 구조 최적화를 위한 다양한 연구가 진행되고 있다.Due to the development of electronic technology, down-scaling of semiconductor devices is rapidly progressing in recent years. Recently, since a semiconductor device requires not only a fast operation speed but also an operation accuracy, various studies for optimizing the structure of a transistor included in the semiconductor device are being conducted.
본 발명의 기술적 사상이 이루고자 하는 기술적 과제는 서로 다른 문턱 전압을 필요로 하는 복수의 트랜지스터들에 대하여 각각 최적화된 다양한 일함수를 갖는 게이트 구조를 구비한 집적회로 소자를 제공하는 것이다. An object of the present invention is to provide an integrated circuit device having a gate structure having various work functions optimized for a plurality of transistors requiring different threshold voltages.
본 발명의 기술적 사상이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는 서로 다른 문턱 전압을 필요로 하는 복수의 트랜지스터들에 대하여 각각 최적화된 다양한 일함수를 갖는 게이트 구조를 형성할 수 있는 집적회로 소자의 제조 방법을 제공하는 것이다. Another technical problem to be achieved by the technical idea of the present invention is to provide a method of manufacturing an integrated circuit device capable of forming a gate structure having various work functions optimized for a plurality of transistors requiring different threshold voltages, respectively will be.
본 발명의 기술적 사상에 의한 일 양태에 따른 집적회로 소자는 기판의 제1 활성 영역 위에 형성된 제1 고유전막과, 상기 제1 고유전막 위에 형성되고 제1 일함수 조절 금속 함유 구조물을 가지는 제1 게이트 스택과, 상기 기판의 제2 활성 영역 위에 형성된 제2 고유전막과, 상기 제2 고유전막 위에 형성되고 제1 일함수 조절 금속 함유 구조물에서의 산소 함량보다 더 큰 산소 함량을 가지는 제2 일함수 조절 금속 함유 구조물을 가지는 제2 게이트 스택을 포함한다. In an integrated circuit device according to an aspect of the inventive concept, a first gate having a first high-k film formed on a first active region of a substrate and a structure containing a first work function control metal formed on the first high-k film a stack; a second high-k film formed over the second active region of the substrate; and a second gate stack having a metal containing structure.
일부 실시예들에서, 상기 제1 고유전막 및 상기 제2 고유전막은 금속 산화물로 이루어지고, 상기 제1 고유전막 및 상기 제2 고유전막은 서로 다른 산소 베이컨시 (oxygen vacancy) 밀도를 가질 수 있다. In some embodiments, the first high-k layer and the second high-k layer may include a metal oxide, and the first high-k layer and the second high-k layer may have different oxygen vacancy densities. .
일부 실시예들에서, 상기 제1 고유전막 및 상기 제2 고유전막은 금속 산화물로 이루어지고, 상기 제2 고유전막은 상기 제1 고유전막에서 보다 산소 베이컨시 밀도가 더 낮을 수 있다. In some embodiments, the first high-k layer and the second high-k layer may include a metal oxide, and the second high-k layer may have a lower oxygen vacancy density than that of the first high-k layer.
일부 실시예들에서, 상기 제1 일함수 조절 금속 함유 구조물은 상기 제1 고유전막에 직접 접하고 제1 두께를 가지는 단일막으로 이루어지는 제1 도전막을 포함하고, 상기 제2 일함수 조절 금속 함유 구조물은 상기 제1 도전막과 동일 레벨에 형성되고 상기 제1 두께를 가지는 다중막으로 이루어지는 제2 도전막을 포함하고, 상기 제2 도전막은 상기 제2 고유전막에 직접 접하는 하부 제2 도전막과, 상기 제1 도전막에서의 산소 함량보다 더 큰 산소 함량을 가지는 상부 제2 도전막을 포함할 수 있다. 일 예에서, 상기 하부 제2 도전막은 상기 제1 도전막에서의 산소 함량과 동일한 산소 함량을 가질 수 있다. 다른 예에서, 상기 하부 제2 도전막은 산소를 포함하지 않는 금속 함유막으로 이루어질 수 있다. 상기 상부 제2 도전막은 상기 제1 두께의 10 ∼ 90 %인 제2 두께를 가질 수 있다. 상기 하부 제2 도전막의 두께와 상기 상부 제2 도전막의 두께의 합은 상기 제1 도전막의 두께와 동일할 수 있다. In some embodiments, the first work function control metal-containing structure includes a first conductive layer that is in direct contact with the first high-k layer and includes a single layer having a first thickness, and the second work function control metal-containing structure includes: a second conductive layer formed on the same level as the first conductive layer and including a multilayer having the first thickness, wherein the second conductive layer includes a lower second conductive layer in direct contact with the second high-k layer; The upper second conductive layer may include an upper second conductive layer having an oxygen content greater than an oxygen content in the first conductive layer. In an example, the lower second conductive layer may have the same oxygen content as the oxygen content in the first conductive layer. In another example, the lower second conductive layer may be formed of a metal-containing layer that does not contain oxygen. The upper second conductive layer may have a second thickness that is 10 to 90% of the first thickness. A sum of the thickness of the lower second conductive layer and the thickness of the upper second conductive layer may be equal to the thickness of the first conductive layer.
일부 실시예들에서, 상기 제1 일함수 조절 금속 함유 구조물은 상기 제1 고유전막에 직접 접하고, 제1 두께를 가지는 단일막으로 이루어지는 제1 도전막을 포함하고, 상기 제2 일함수 조절 금속 함유 구조물은 상기 제1 두께보다 더 큰 제2 두께를 가지는 다중막으로 이루어지는 제2 도전막을 포함하고, 상기 제2 도전막은 상기 제2 고유전막에 직접 접하고 상기 제1 도전막에서의 산소 함량보다 더 큰 산소 함량을 가지는 하부 제2 도전막과, 상기 제1 두께를 가지고 상기 제1 도전막에서와 동일한 산소 함량을 가지는 상부 제2 도전막을 포함할 수 있다. 일 예에서, 상기 제1 도전막 및 상기 상부 제2 도전막은 산소를 포함하지 않을 수 있다. 일 예에서, 상기 제1 도전막 및 상기 상부 제2 도전막은 동일한 물질로 이루어질 수 있다. In some embodiments, the first work function control metal-containing structure includes a first conductive layer in direct contact with the first high-k layer and includes a single layer having a first thickness, and the second work function control metal-containing structure includes a second conductive film made of a multi-layer having a second thickness greater than the first thickness, wherein the second conductive film is in direct contact with the second high-k film and has an oxygen content greater than an oxygen content in the first conductive film It may include a lower second conductive layer having a content, and an upper second conductive layer having the first thickness and having the same oxygen content as in the first conductive layer. In an example, the first conductive layer and the upper second conductive layer may not contain oxygen. In an example, the first conductive layer and the upper second conductive layer may be made of the same material.
일부 실시예들에서, 상기 제1 일함수 조절 금속 함유 구조물은 상기 제1 고유전막에 직접 접하고 제1 두께를 가지는 단일막으로 이루어지는 제1 도전막을 포함하고, 상기 제2 일함수 조절 금속 함유 구조물은 상기 제2 고유전막에 직접 접하고 상기 제1 두께를 가지고 상기 제1 도전막에서의 산소 함량보다 더 큰 산소 함량을 가지는 제2 도전막을 포함할 수 있다. 일 예에서, 상기 제1 도전막과 상기 제2 도전막은 동일한 금속을 포함할 수 있다. 일 예에서, 상기 제1 도전막은 산소를 포함하지 않을 수 있다. In some embodiments, the first work function control metal-containing structure includes a first conductive layer that is in direct contact with the first high-k layer and includes a single layer having a first thickness, and the second work function control metal-containing structure includes: A second conductive layer directly in contact with the second high-k layer, the second conductive layer having the first thickness, and having an oxygen content greater than an oxygen content in the first conductive layer may be included. In an example, the first conductive layer and the second conductive layer may include the same metal. In an example, the first conductive layer may not contain oxygen.
본 발명의 기술적 사상에 의한 일 양태에 따른 집적회로 소자에서, 상기 제1 일함수 조절 금속 함유 구조물은 단위 체적당 제1 산소 함량을 가지는 제1 도전막을 포함하고, 상기 제2 일함수 조절 금속 함유 구조물은 상기 제1 산소 함량보다 단위 체적당 5 ∼ 30 원자% 만큼 더 큰 제2 산소 함량을 가지는 도전막을 포함할 수 있다. In an integrated circuit device according to an aspect according to the inventive concept, the first work function control metal-containing structure includes a first conductive layer having a first oxygen content per unit volume, and contains the second work function control metal The structure may include a conductive layer having a second oxygen content greater than the first oxygen content by 5 to 30 atomic% per unit volume.
본 발명의 기술적 사상에 의한 일 양태에 따른 집적회로 소자에서, 상기 제1 활성 영역은 상기 제1 고유전막으로 덮이는 제1 도전형의 제1 채널 영역을 가지고, 상기 제2 활성 영역은 상기 제2 고유전막으로 덮이는 제2 도전형의 제2 채널 영역을 가질 수 있다. 일부 실시예들에서, 상기 제1 채널 영역은 N 형 채널 영역이고, 상기 제2 채널 영역은 P 형 채널 영역일 수 있다. In an integrated circuit device according to an aspect according to the inventive concept, the first active region has a first channel region of a first conductivity type covered with the first high-k film, and the second active region includes the It may have a second channel region of the second conductivity type covered with a second high-k film. In some embodiments, the first channel region may be an N-type channel region, and the second channel region may be a P-type channel region.
본 발명의 기술적 사상에 의한 일 양태에 따른 집적회로 소자에서, 상기 제1 활성 영역은 상기 제1 고유전막으로 덮이는 제1 도전형의 제1 채널 영역을 가지고, 상기 제2 활성 영역은 상기 제2 고유전막으로 덮이는 상기 제1 도전형의 제2 채널 영역을 가질 수 있다. 일 예에서, 상기 제1 채널 영역 및 상기 제2 채널 영역은 N 형 채널 영역일 수 있다. 다른 예에서, 상기 제1 채널 영역 및 상기 제2 채널 영역은 P 형 채널 영역일 수 있다. In an integrated circuit device according to an aspect according to the inventive concept, the first active region has a first channel region of a first conductivity type covered with the first high-k film, and the second active region includes the The second channel region of the first conductivity type may be covered with a second high-k film. In one example, the first channel region and the second channel region may be an N-type channel region. In another example, the first channel region and the second channel region may be a P-type channel region.
본 발명의 기술적 사상에 의한 다른 양태에 따른 집적회로 소자는 기판의 제1 활성 영역 위에 형성되고, 제1 산소 베이컨시 (oxygen vacancy) 밀도를 가지는 제1 고유전막과, 상기 제1 고유전막 위에 형성되고 제1 산소 함량을 가지는 제1 도전막을 포함하는 제1 일함수 조절 금속 함유 구조물을 가지는 제1 게이트 구조물과, 상기 기판의 제2 활성 영역 위에 형성되고 상기 제1 산소 베이컨시 밀도보다 더 낮은 제2 산소 베이컨시 밀도를 가지는 제2 고유전막과, 상기 제2 고유전막 위에 형성되고 상기 제1 산소 함량보다 더 큰 제2 산소 함량을 가지는 제2 도전막을 포함하는 제2 일함수 조절 금속 함유 구조물을 가지는 제2 게이트 구조물을 포함한다. An integrated circuit device according to another aspect of the inventive concept includes a first high-k film formed on a first active region of a substrate and having a first oxygen vacancy density, and formed on the first high-k film and a first gate structure having a first work function control metal-containing structure comprising a first conductive layer having a first oxygen content, and a first gate structure formed over a second active region of the substrate and having a lower first oxygen vacancy density than the first oxygen vacancy density. a second work function control metal-containing structure including a second high-k film having a density of 2 oxygen vacancy and a second conductive film formed on the second high-k film and having a second oxygen content greater than the first oxygen content; The branch includes a second gate structure.
본 발명의 기술적 사상에 의한 다른 양태에 따른 집적회로 소자에서, 상기 제1 고유전막 및 상기 제2 고유전막은 각각 제1 금속을 포함하고, 상기 제1 도전막 및 상기 제2 도전막은 각각 상기 제1 금속과 다른 제2 금속을 포함할 수 있다. In an integrated circuit device according to another aspect of the inventive concept, each of the first high-k film and the second high-k film includes a first metal, and the first conductive layer and the second conductive layer each include the It may include a second metal different from the first metal.
일부 실시예들에서, 상기 제1 도전막 및 상기 제2 도전막은 동일 두께를 가질 수 있다. In some embodiments, the first conductive layer and the second conductive layer may have the same thickness.
본 발명의 기술적 사상에 의한 다른 양태에 따른 집적회로 소자에서, 상기 제1 일함수 조절 금속 함유 구조물의 두께보다 상기 제2 일함수 조절 금속 함유 구조물의 두께가 더 클 수 있다. In an integrated circuit device according to another aspect of the inventive concept, a thickness of the second work function control metal-containing structure may be greater than a thickness of the first work function control metal-containing structure.
본 발명의 기술적 사상에 의한 다른 양태에 따른 집적회로 소자는 상기 기판의 제3 활성 영역 위에 형성되고 상기 제2 산소 베이컨시 밀도보다 더 낮은 제3 산소 베이컨시 밀도를 가지는 제3 고유전막과, 상기 제3 고유전막 위에 형성되고 상기 제2 산소 함량보다 더 큰 제3 산소 함량을 가지는 제3 도전막을 포함하는 제3 일함수 조절 금속 함유 구조물을 가지는 제3 게이트 구조물을 더 포함할 수 있다. 상기 제1 도전막, 상기 제2 도전막, 및 상기 제3 도전막은 동일 금속을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 상기 제1 활성 영역, 상기 제2 활성 영역, 및 상기 제3 활성 영역 중 적어도 2 개의 활성 영역은 동일한 도전형의 채널이 형성되는 채널 영역을 가질 수 있다. An integrated circuit device according to another aspect of the inventive concept includes a third high-k film formed on a third active region of the substrate and having a third oxygen vacancy density lower than the second oxygen vacancy density; A third gate structure may further include a third gate structure having a third work function control metal-containing structure formed on the third high-k film and including a third conductive film having a third oxygen content greater than the second oxygen content. The first conductive layer, the second conductive layer, and the third conductive layer may include the same metal. In some embodiments, at least two active regions of the first active region, the second active region, and the third active region may have a channel region in which a channel of the same conductivity type is formed.
본 발명의 기술적 사상에 의한 일 양태에 따른 집적회로 소자의 제조 방법에서는 제1 영역에서 기판 위에 제1 유전막을 형성하고, 제2 영역에서 상기 기판 위에 제2 유전막을 형성한다. 상기 제1 영역에서 상기 제1 유전막을 덮는 제1 일함수 조절 금속 함유 구조물과, 상기 제2 영역에서 상기 제2 유전막을 덮고 상기 제1 일함수 조절 금속 함유 구조물에서의 산소 함량보다 더 큰 산소 함량을 가지는 제2 일함수 조절 금속 함유 구조물을 형성한다. In a method of manufacturing an integrated circuit device according to an aspect of the inventive concept, a first dielectric layer is formed on a substrate in a first region, and a second dielectric layer is formed on the substrate in a second region. An oxygen content greater than an oxygen content in the first work function regulating metal-containing structure covering the first dielectric layer in the first region and the second work function regulating metal-containing structure covering the second dielectric layer in the second region To form a second work function control metal-containing structure having a.
상기 제1 일함수 조절 금속 함유 구조물과 상기 제2 일함수 조절 금속 함유 구조물을 형성하는 단계는 상기 제1 영역 및 상기 제2 영역에서 상기 제1 유전막 및 상기 제2 유전막을 덮는 일함수 조절 금속 함유막을 형성하는 단계와, 상기 제2 영역에서 상기 일함수 조절 금속 함유막 중 적어도 일부를 산화시키는 단계를 포함할 수 있다. The forming of the first work function control metal-containing structure and the second work function control metal-containing structure includes a work function control metal-containing structure covering the first dielectric layer and the second dielectric layer in the first region and the second region. The method may include forming a film and oxidizing at least a portion of the work function control metal-containing film in the second region.
상기 제2 영역에서 상기 일함수 조절 금속 함유막 중 적어도 일부를 산화시키는 단계는 상기 일함수 조절 금속 함유막 중 상기 제1 영역에 있는 부분은 마스크 패턴으로 덮여 있는 상태에서 상기 일함수 조절 금속 함유막 중 상기 제2 영역에 있는 부분을 산화 분위기에 노출시키는 단계를 포함할 수 있다. The step of oxidizing at least a portion of the work function regulating metal-containing layer in the second region includes the work function regulating metal-containing layer in a state in which a portion of the work function regulating metal-containing layer in the first region is covered with a mask pattern. and exposing the portion in the second region to an oxidizing atmosphere.
상기 제2 영역에서 상기 일함수 조절 금속 함유막 중 적어도 일부를 산화시키는 단계는 상기 제2 영역에서 상기 일함수 조절 금속 함유막의 하측 일부는 산화되지 않고 상기 일함수 조절 금속 함유막의 상측 일부만 산화되도록 상기 일함수 조절 금속 함유막을 산화시키는 단계를 포함할 수 있다. The step of oxidizing at least a portion of the work function regulating metal-containing layer in the second region may include oxidizing only an upper portion of the work function regulating metal-containing layer without oxidizing a lower portion of the work function regulating metal-containing layer in the second region. The method may include oxidizing the work function control metal-containing layer.
본 발명의 기술적 사상에 의한 일 양태에 따른 집적회로 소자의 제조 방법은 상기 제2 영역에서 상기 일함수 조절 금속 함유막 중 적어도 일부를 산화시키는 동안 상기 제2 유전막 내에서의 산소 베이컨시 밀도를 낮추는 단계를 더 포함할 수 있다. The method of manufacturing an integrated circuit device according to an aspect according to the technical concept of the present invention includes lowering the oxygen vacancy density in the second dielectric layer while oxidizing at least a portion of the work function control metal-containing layer in the second region. It may include further steps.
본 발명의 기술적 사상에 의한 일 양태에 따른 집적회로 소자의 제조 방법에서, 상기 제2 영역에서 상기 일함수 조절 금속 함유막 중 적어도 일부를 산화시키는 단계는 상기 제2 영역에서 상기 일함수 조절 금속 함유막 위에 산소 함유막을 형성하는 단계와, 상기 제1 영역에서는 상기 일함수 조절 금속 함유막이 노출되어 있는 상태에서 상기 산소 함유막이 형성된 결과물을 열처리하여 상기 제2 영역에서 상기 산소 함유막 내에 있는 산소 원자들을 상기 일함수 조절 금속 함유막 내로 확산시키는 단계를 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 상기 산소 함유막이 형성된 결과물을 열처리하는 동안 상기 제2 영역에서 상기 제2 유전막 내에서의 산소 베이컨시 밀도를 낮추는 단계를 더 포함할 수 있다. In the method of manufacturing an integrated circuit device according to an aspect according to the inventive concept, the step of oxidizing at least a portion of the work function control metal-containing layer in the second region includes the work function control metal in the second region forming an oxygen-containing film on the film, and in the first region, heat-treating the resultant product on which the oxygen-containing film is formed while the work function control metal-containing film is exposed to remove oxygen atoms in the oxygen-containing film in the second region The method may include diffusing into the work function control metal-containing layer. In some embodiments, the method may further include lowering an oxygen vacancy density in the second dielectric layer in the second region while heat-treating a resultant product on which the oxygen-containing layer is formed.
본 발명의 기술적 사상에 의한 일 양태에 따른 집적회로 소자의 제조 방법에서, 상기 제1 일함수 조절 금속 함유 구조물과 상기 제2 일함수 조절 금속 함유 구조물을 형성하는 단계는 상기 제1 영역 및 상기 제2 영역에서 상기 제1 유전막 및 상기 제2 유전막 위에 산소 원자를 포함하는 제1 금속 함유막을 형성하는 단계와, 상기 제1 금속 함유막 중 제1 영역에 있는 부분만 선택적으로 제거하는 단계와, 상기 제1 영역 및 상기 제2 영역에서 상기 제1 유전막 및 상기 제1 금속 함유막 위에 상기 제1 금속 함유막에서보다 더 적은 산소 함량을 가지는 제2 금속 함유막을 형성하는 단계를 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 상기 제2 금속 함유막은 상기 제1 영역에서는 상기 제1 유전막에 접하고 상기 제2 영역에서는 상기 제1 금속 함유막에 접하도록 형성될 수 있다. In the method of manufacturing an integrated circuit device according to an aspect according to the inventive concept, the forming of the first work function regulating metal-containing structure and the second work function regulating metal-containing structure includes the first region and the second forming a first metal-containing film including oxygen atoms on the first dielectric film and the second dielectric film in two regions; selectively removing only a portion of the first metal-containing film in the first region; and forming a second metal-containing layer having a lower oxygen content than in the first metal-containing layer on the first dielectric layer and the first metal-containing layer in the first region and the second region. In some embodiments, the second metal-containing layer may be formed to contact the first dielectric layer in the first region and to contact the first metal-containing layer in the second region.
본 발명의 기술적 사상에 의한 일 양태에 따른 집적회로 소자의 제조 방법에서, 상기 제1 일함수 조절 금속 함유 구조물과 상기 제2 일함수 조절 금속 함유 구조물을 형성하는 단계는 상기 제1 영역 및 상기 제2 영역에서 상기 제1 유전막 및 상기 제2 유전막 위에 산소 원자를 포함하는 금속 함유막을 형성하는 단계와, 상기 금속 함유막 중 제1 영역에 있는 부분에서만 선택적으로 상기 금속 함유막으로부터 산소 원자를 제거하는 단계를 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 상기 산소 원자를 제거하는 단계는 상기 금속 함유막 중 상기 제1 영역에 있는 부분만 선택적으로 환원시키는 단계를 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 상기 금속 함유막 중 상기 제1 영역에 있는 부분만 선택적으로 환원시키는 동안 상기 제1 유전막 내에서의 산소 베이컨시 밀도를 증가시키는 단계를 더 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 상기 산소 원자를 제거하는 단계는 상기 제1 영역에서 상기 금속 함유막을 덮는 산소 포착막을 형성하는 단계와, 상기 제2 영역에서는 상기 금속 함유막이 노출된 상태에서 상기 산소 포착막이 형성된 결과물을 열처리하여, 상기 제1 영역에서 상기 금속 함유막 내에 있는 산소 원자들을 상기 산소 포착막으로 이동시키는 단계를 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 상기 금속 함유막 내에 있는 산소 원자들을 상기 산소 포착막으로 이동시키는 동안 상기 제1 영역에서 상기 제1 유전막 내에서의 산소 베이컨시 밀도를 증가시키는 단계를 더 포함할 수 있다. In the method of manufacturing an integrated circuit device according to an aspect according to the inventive concept, the forming of the first work function control metal-containing structure and the second work function control metal-containing structure includes the first region and the second forming a metal-containing film including oxygen atoms on the first dielectric film and the second dielectric film in two regions; and selectively removing oxygen atoms from the metal-containing film only in a portion of the metal-containing film in the first region may include steps. In some embodiments, removing the oxygen atom may include selectively reducing only a portion of the metal-containing layer in the first region. In some embodiments, the method may further include increasing an oxygen vacancy density in the first dielectric layer while selectively reducing only a portion of the metal-containing layer in the first region. In some embodiments, the removing of the oxygen atoms includes forming an oxygen trapping film covering the metal-containing film in the first region, and forming the oxygen trapping film in the second region while the metal-containing film is exposed. and heat-treating the resultant to move oxygen atoms in the metal-containing film to the oxygen trapping film in the first region. In some embodiments, the method may further include increasing the oxygen vacancy density in the first dielectric film in the first region while moving oxygen atoms in the metal-containing film to the oxygen trapping film.
본 발명의 기술적 사상에 의한 집적회로 소자는 서로 다른 문턱 전압이 요구되는 복수의 영역에서 서로 다른 산소 함량을 가지는 일함수 조절 금속 함유 구조물을 포함하는 트랜지스터를 구비한다. 본 발명의 기술적 사상에 의한 집적회로 소자에서는 서로 다른 문턱 전압이 요구되는 복수의 영역마다 트랜지스터의 일함수 조절 금속 함유 구조물 내에서의 산소 함량을 서로 다르게 조절하여 일함수를 변화시킴으로써 다양한 문턱 전압을 가지는 트랜지스터들을 구현할 수 있다. 본 발명의 기술적 사상에 의한 집적회로 소자의 제조 방법에 의하면, 단순하고 용이한 공정을 이용하여 넓은 범위에 걸쳐 다양한 문턱 전압을 가지도록 조절(modulation)할 수 있으며, 산소 함량을 정확하게 제어함으로써 재현성이 우수한 문턱 전압 조절 방법을 확보할 수 있다. An integrated circuit device according to the inventive concept includes a transistor including a work function control metal-containing structure having different oxygen contents in a plurality of regions requiring different threshold voltages. In the integrated circuit device according to the technical concept of the present invention, the work function of the transistor is adjusted differently for each of a plurality of regions requiring different threshold voltages, and the oxygen content in the metal-containing structure is differently adjusted to change the work function to have various threshold voltages. Transistors can be implemented. According to the method of manufacturing an integrated circuit device according to the technical idea of the present invention, it is possible to control (modulation) to have various threshold voltages over a wide range using a simple and easy process, and reproducibility is achieved by accurately controlling the oxygen content. An excellent threshold voltage control method can be secured.
도 1은 본 발명의 기술적 사상에 의한 실시예들에 따른 집적회로 소자를 설명하기 위한 단면도이다.
도 2는 본 발명의 기술적 사상에 의한 실시예들에 따른 집적회로 소자의 제1 일함수 조절 금속 함유 구조물 및 제2 일함수 조절 금속 함유 구조물의 일 예를 보여주는 단면도이다.
도 3은 본 발명의 기술적 사상에 의한 실시예들에 따른 집적회로 소자의 제1 일함수 조절 금속 함유 구조물 및 제2 일함수 조절 금속 함유 구조물의 다른 예를 보여주는 단면도이다.
도 4는 본 발명의 기술적 사상에 의한 다른 실시예들에 따른 집적회로 소자를 설명하기 위한 단면도이다.
도 5는 본 발명의 기술적 사상에 의한 실시예들에 따른 집적회로 소자의 제1 일함수 조절 금속 함유 구조물 및 제2 일함수 조절 금속 함유 구조물의 또 다른 예를 보여주는 단면도이다.
도 6은 본 발명의 기술적 사상에 의한 또 다른 실시예들에 따른 집적회로 소자를 설명하기 위한 단면도이다.
도 7은 본 발명의 기술적 사상에 의한 또 다른 실시예들에 따른 집적회로 소자를 설명하기 위한 단면도이다.
도 8a 내지 도 8d는 본 발명의 기술적 사상에 의한 실시예들에 따른 집적회로 소자의 제조 방법을 설명하기 위하여 공정 순서에 따라 도시한 단면도들이다.
도 9a 내지 도 9e는 본 발명의 기술적 사상에 의한 다른 실시예들에 따른 집적회로 소자의 제조 방법을 설명하기 위하여 공정 순서에 따라 도시한 단면도들이다.
도 10a 내지 도 10d는 본 발명의 기술적 사상에 의한 또 다른 실시예들에 따른 집적회로 소자의 제조 방법을 설명하기 위하여 공정 순서에 따라 도시한 단면도들이다.
도 11a 내지 도 11c는 본 발명의 기술적 사상에 의한 또 다른 실시예들에 따른 집적회로 소자의 제조 방법을 설명하기 위하여 공정 순서에 따라 도시한 단면도들이다.
도 12a 내지 도 12c는 본 발명의 기술적 사상에 의한 또 다른 실시예들에 따른 집적회로 소자의 제조 방법을 설명하기 위하여 공정 순서에 따라 도시한 단면도들이다.
도 13a 내지 도 13c는 본 발명의 기술적 사상에 의한 또 다른 실시예들에 따른 집적회로 소자의 제조 방법을 설명하기 위하여 공정 순서에 따라 도시한 단면도들이다.
도 14a 내지 도 14d는 본 발명의 기술적 사상에 의한 또 다른 실시예들에 따른 집적회로 소자의 제조 방법을 설명하기 위하여 공정 순서에 따라 도시한 단면도들이다.
도 15a 내지 도 15f는 본 발명의 기술적 사상에 의한 또 다른 실시예들에 따른 집적회로 소자의 제조 방법을 설명하기 위하여 공정 순서에 따라 도시한 단면도들이다.
도 16a 내지 도 16c는 본 발명의 기술적 사상에 의한 실시예들에 따른 집적회로 소자를 설명하기 위한 도면들로서, 도 16a는 FinFET 구조를 가지는 트랜지스터들을 포함하는 집적회로 소자의 주요 구성들을 도시한 사시도이고, 도 16b는 도 16a의 B1 - B1' 선 및 B2 - B2' 선 단면도이고, 도 16c는 도 16a의 C1 - C1' 선 및 C2 - C2' 선 단면도이다.
도 17a 및 도 17b는 본 발명의 기술적 사상에 의한 실시예들에 따른 집적회로 소자를 설명하기 위한 도면들로서, 도 17a는 FinFET 구조를 가지는 트랜지스터들을 포함하는 집적회로 소자의 평면 레이아웃 다이어그램이고, 도 17b는 도 17a의 B1 - B1' 선 및 B2 - B2' 선 단면도이다.
도 18a 내지 도 18e는 본 발명의 기술적 사상에 의한 실시예들에 따라 FinFET 구조를 가지는 트랜지스터들을 포함하는 집적회로 소자의 제조 방법을 설명하기 위하여 공정 순서에 따라 도시한 단면도들이다.
도 19는 본 발명의 기술적 사상에 의한 실시예들에 따른 집적회로 소자의 블록 다이어그램이다.
도 20은 본 발명의 기술적 사상에 의한 실시예들에 따른 전자 시스템의 블록 다이어그램이다. 1 is a cross-sectional view illustrating an integrated circuit device according to embodiments according to the inventive concept.
2 is a cross-sectional view illustrating an example of a structure containing a first work function regulating metal and a structure containing a second work function regulating metal of an integrated circuit device according to embodiments of the inventive concept;
3 is a cross-sectional view illustrating another example of a structure containing a first work function regulating metal and a structure containing a second work function regulating metal of an integrated circuit device according to embodiments of the inventive concept;
4 is a cross-sectional view illustrating an integrated circuit device according to other exemplary embodiments according to the inventive concept.
5 is a cross-sectional view illustrating still another example of a structure containing a first work function control metal and a structure containing a second work function control metal of an integrated circuit device according to embodiments of the inventive concept;
6 is a cross-sectional view illustrating an integrated circuit device according to still other embodiments according to the inventive concept.
7 is a cross-sectional view illustrating an integrated circuit device according to still other embodiments according to the inventive concept.
8A to 8D are cross-sectional views illustrating a process sequence in order to explain a method of manufacturing an integrated circuit device according to embodiments according to the inventive concept.
9A to 9E are cross-sectional views illustrating a process sequence in order to explain a method of manufacturing an integrated circuit device according to other embodiments according to the inventive concept.
10A to 10D are cross-sectional views illustrating a process sequence in order to explain a method of manufacturing an integrated circuit device according to still other embodiments according to the inventive concept.
11A to 11C are cross-sectional views illustrating a process sequence in order to explain a method of manufacturing an integrated circuit device according to still other embodiments according to the inventive concept.
12A to 12C are cross-sectional views illustrating a process sequence in order to explain a method of manufacturing an integrated circuit device according to still other embodiments according to the inventive concept.
13A to 13C are cross-sectional views illustrating a process sequence in order to explain a method of manufacturing an integrated circuit device according to still other embodiments according to the inventive concept.
14A to 14D are cross-sectional views illustrating a process sequence in order to explain a method of manufacturing an integrated circuit device according to still other embodiments according to the inventive concept.
15A to 15F are cross-sectional views illustrating a process sequence in order to explain a method of manufacturing an integrated circuit device according to still other embodiments according to the inventive concept.
16A to 16C are views for explaining an integrated circuit device according to embodiments according to the inventive concept, and FIG. 16A is a perspective view illustrating main components of an integrated circuit device including transistors having a FinFET structure. , FIG. 16B is a cross-sectional view taken along lines B1 - B1' and line B2 - B2' of FIG. 16A, and FIG. 16C is a cross-sectional view taken along line C1 - C1' and line C2 - C2' of FIG. 16A.
17A and 17B are diagrams for explaining an integrated circuit device according to embodiments according to the inventive concept, and FIG. 17A is a plan layout diagram of an integrated circuit device including transistors having a FinFET structure, and FIG. 17B is a cross-sectional view taken along lines B1 - B1' and B2 - B2' of FIG. 17A.
18A to 18E are cross-sectional views illustrating a process sequence to explain a method of manufacturing an integrated circuit device including transistors having a FinFET structure according to embodiments of the inventive concept.
19 is a block diagram of an integrated circuit device according to embodiments according to the inventive concept.
20 is a block diagram of an electronic system according to embodiments of the inventive concept.
이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명한다. 도면상의 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 사용하고, 이들에 대한 중복된 설명은 생략한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. The same reference numerals are used for the same components in the drawings, and duplicate descriptions thereof are omitted.
본 발명의 실시예들은 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것으로, 아래의 실시예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래의 실시예들로 한정되는 것은 아니다. 오히려, 이들 실시예는 본 개시를 더욱 충실하고 완전하게 하며 당업자에게 본 발명의 사상을 완전하게 전달하기 위하여 제공되는 것이다. The embodiments of the present invention are provided to more completely explain the present invention to those of ordinary skill in the art, and the following embodiments may be modified in various other forms, and the scope of the present invention It is not limited to the following examples. Rather, these examples are provided so that this disclosure will be more thorough and complete, and will fully convey the spirit of the invention to those skilled in the art.
본 명세서에서 제1, 제2 등의 용어가 다양한 부재, 영역, 층들, 부위 및/또는 구성 요소들을 설명하기 위하여 사용되지만, 이들 부재, 부품, 영역, 층들, 부위 및/또는 구성 요소들은 이들 용어에 의해 한정되어서는 안 됨은 자명하다. 이들 용어는 특정 순서나 상하, 또는 우열을 의미하지 않으며, 하나의 부재, 영역, 부위, 또는 구성 요소를 다른 부재, 영역, 부위 또는 구성 요소와 구별하기 위하여만 사용된다. 따라서, 이하 상술할 제1 부재, 영역, 부위 또는 구성 요소는 본 발명의 가르침으로부터 벗어나지 않고서도 제2 부재, 영역, 부위 또는 구성 요소를 지칭할 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위로부터 이탈되지 않은 채 제1 구성 요소는 제2 구성 요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성 요소도 제1 구성 요소로 명명될 수 있다.Although the terms first, second, etc. are used herein to describe various members, regions, layers, regions, and/or components, these members, parts, regions, layers, regions, and/or components refer to these terms. It is self-evident that it should not be limited by These terms do not imply a specific order, upper and lower, or superiority, and are used only to distinguish one member, region, region, or component from another member, region, region, or component. Accordingly, a first member, region, region, or component described below may refer to a second member, region, region, or component without departing from the teachings of the present invention. For example, without departing from the scope of the present invention, a first component may be referred to as a second component, and similarly, the second component may also be referred to as a first component.
달리 정의되지 않는 한, 여기에 사용되는 모든 용어들은 기술 용어와 과학 용어를 포함하여 본 발명 개념이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 공통적으로 이해하고 있는 바와 동일한 의미를 지닌다. 또한, 통상적으로 사용되는, 사전에 정의된 바와 같은 용어들은 관련되는 기술의 맥락에서 이들이 의미하는 바와 일관되는 의미를 갖는 것으로 해석되어야 하며, 여기에 명시적으로 정의하지 않는 한 과도하게 형식적인 의미로 해석되어서는 아니 될 것임은 이해될 것이다.Unless defined otherwise, all terms used herein have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which the inventive concept belongs, including technical and scientific terms. In addition, commonly used terms as defined in the dictionary should be construed as having a meaning consistent with their meaning in the context of the relevant technology, and unless explicitly defined herein, in an overly formal sense. It will be understood that they shall not be construed.
어떤 실시예가 달리 구현 가능한 경우에 특정한 공정 순서는 설명되는 순서와 다르게 수행될 수도 있다. 예를 들어, 연속하여 설명되는 두 공정이 실질적으로 동시에 수행될 수도 있고, 설명되는 순서와 반대의 순서로 수행될 수도 있다.In cases where certain embodiments may be implemented otherwise, a specific process sequence may be performed different from the described sequence. For example, two processes described in succession may be performed substantially simultaneously, or may be performed in an order opposite to the described order.
첨부 도면에 있어서, 예를 들면, 제조 기술 및/또는 공차에 따라, 도시된 형상의 변형들이 예상될 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시예들은 본 명세서에 도시된 영역의 특정 형상에 제한된 것으로 해석되어서는 아니 되며, 예를 들면 제조 과정에서 초래되는 형상의 변화를 포함하여야 한다. 여기에 사용되는 모든 용어 "및/또는"은 언급된 구성 요소들의 각각 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 용어 "기판"은 기판 그 자체, 또는 기판과 그 표면에 형성된 소정의 층 또는 막 등을 포함하는 적층 구조체를 의미할 수 있다. 또한, 본 명세서에서 "기판의 표면"이라 함은 기판 그 자체의 노출 표면, 또는 기판 위에 형성된 소정의 층 또는 막 등의 외측 표면을 의미할 수 있다. 본 명세서에서, "고유전막"이라 함은 실리콘 이산화막 (SiO2 막)보다 더 큰 유전 상수를 가지는 금속 산화물로 이루어지는 유전막을 의미할 수 있다. 본 명세서에서 "산소 함량"이라 함은 달리 정의하지 않는 한 단위 체적당 산소 원자 수를 의미할 수 있다. In the accompanying drawings, variations of the illustrated shapes can be expected, for example depending on manufacturing technology and/or tolerances. Accordingly, the embodiments of the present invention should not be construed as limited to the specific shape of the region shown in the present specification, but should include, for example, changes in shape resulting from the manufacturing process. As used herein, all terms “and/or” include each and every combination of one or more of the recited elements. Also, as used herein, the term “substrate” may refer to a substrate itself or a laminate structure including a substrate and a predetermined layer or film formed on the surface thereof. Also, in this specification, the term "surface of a substrate" may mean an exposed surface of the substrate itself, or an outer surface of a predetermined layer or film formed on the substrate. In this specification, the term "high dielectric film" may mean a dielectric film made of a metal oxide having a higher dielectric constant than a silicon dioxide film (SiO 2 film). As used herein, the term “oxygen content” may mean the number of oxygen atoms per unit volume, unless otherwise defined.
도 1은 본 발명의 기술적 사상에 의한 실시예들에 따른 집적회로 소자를 설명하기 위한 단면도이다. 1 is a cross-sectional view illustrating an integrated circuit device according to embodiments according to the inventive concept.
도 1을 참조하면, 집적회로 소자(100)는 제1 활성 영역(AC1)이 형성된 제1 영역(I)과, 제2 활성 영역(AC2)이 형성된 제2 영역(II)을 가지는 기판(110)을 포함한다. Referring to FIG. 1 , the
제1 영역(I) 및 제2 영역(II)은 기판(110)의 서로 다른 영역들을 지칭하는 것으로, 기판(110) 상에서 서로 다른 기능을 수행하는 영역일 수 있다. 제1 영역(I) 및 제2 영역(II)은 서로 이격된 영역일 수도 있고, 서로 연결된 영역일 수도 있다. The first region I and the second region II refer to different regions of the
일부 실시예들에서, 제1 영역(I) 및 제2 영역(II)에는 각각 서로 다른 문턱 전압이 요구되는 제1 트랜지스터(TR11) 및 제2 트랜지스터(TR12)가 형성될 수 있다.In some embodiments, the first transistor TR11 and the second transistor TR12 each requiring different threshold voltages may be formed in the first region I and the second region II.
제1 영역(I)에 형성된 제1 트랜지스터(TR11)는 제1 활성 영역(AC1) 위에 차례로 형성된 제1 인터페이스막(112), 제1 고유전막(122), 및 제1 게이트 스택(GS11)을 포함한다. 상기 제1 게이트 스택(GS11)은 상기 제1 고유전막(122) 위에 형성된 제1 일함수 조절 금속 함유 구조물(132)과, 상기 제1 일함수 조절 금속 함유 구조물(132)을 덮는 제1 상부 게이트막(142)을 포함할 수 있다. The first transistor TR11 formed in the first region I includes the
제2 영역(II)에 형성된 제2 트랜지스터(TR12)는 제2 활성 영역(AC2) 위에 차례로 형성된 제2 인터페이스막(114), 제2 고유전막(124), 및 제2 게이트 스택(GS12)을 포함한다. 상기 제2 게이트 스택(GS12)은 상기 제2 고유전막(124) 위에 형성된 제2 일함수 조절 금속 함유 구조물(134)과, 상기 제2 일함수 조절 금속 함유 구조물(134)을 덮는 제2 상부 게이트막(144)을 포함할 수 있다. The second transistor TR12 formed in the second region II connects the
일부 실시예들에서, 제1 트랜지스터(TR11)의 제1 채널 영역(CH1)과 제2 트랜지스터(TR12)의 제2 채널 영역(CH2)에는 서로 다른 도전형의 채널이 형성될 수 있다. 예를 들면, 제1 영역(I)은 NMOS 트랜지스터 영역이며, 제1 채널 영역(CH1)에는 N 형 채널이 형성될 수 있다. 제2 영역(II)은 PMOS 트랜지스터 영역이며, 제2 채널 영역(CH2)에는 P 형 채널이 형성될 수 있다. 이 경우, 제1 트랜지스터(TR11)를 구성하는 제1 일함수 조절 금속 함유 구조물(132)은 약 4.1 ∼ 4.5 eV 사이의 일함수를 가지고, 제2 트랜지스터(TR12)를 구성하는 제2 일함수 조절 금속 함유 구조물(134)은 약 4.8 ∼ 5.2 eV 사이의 일함수를 가질 수 있다. In some embodiments, channels of different conductivity types may be formed in the first channel region CH1 of the first transistor TR11 and the second channel region CH2 of the second transistor TR12 . For example, the first region I may be an NMOS transistor region, and an N-type channel may be formed in the first channel region CH1 . The second region II is a PMOS transistor region, and a P-type channel may be formed in the second channel region CH2 . In this case, the first work function control metal-containing
다른 일부 실시예들에서, 상기 제1 활성 영역(AC1)에 형성되는 제1 채널 영역(CH1)과 상기 제2 활성 영역(AC2)에 형성되는 제2 채널 영역(CH2)에는 동일한 도전형의 채널이 형성될 수 있다. In some other embodiments, the first channel region CH1 formed in the first active region AC1 and the second channel region CH2 formed in the second active region AC2 have a channel of the same conductivity type. can be formed.
일 예에서, 제1 영역(I) 및 제2 영역(II)은 각각 NMOS 트랜지스터 영역일 수 있다. 이 경우, 제1 영역(I)은 제2 영역(II)에서보다 낮은 문턱 전압이 요구되는 저전압 NMOS 트랜지스터 영역이고, 제2 영역(II)은 제1 영역(I)에서보다 높은 문턱 전압이 요구되는 고전압 NMOS 트랜지스터 영역일 수 있다. In one example, each of the first region I and the second region II may be an NMOS transistor region. In this case, the first region (I) is a low-voltage NMOS transistor region requiring a lower threshold voltage than in the second region (II), and the second region (II) requires a higher threshold voltage than in the first region (I). It may be a high-voltage NMOS transistor region.
다른 예에서, 제1 영역(I) 및 제2 영역(II)은 각각 PMOS 트랜지스터 영역일 수 있다. 이 경우, 제1 영역(I)은 제2 영역(II)에서보다 높은 문턱 전압이 요구되는 고전압 PMOS 트랜지스터 영역이고, 제2 영역(II)은 제1 영역(I)에서보다 낮은 문턱 전압이 요구되는 저전압 PMOS 트랜지스터 영역일 수 있다. In another example, the first region I and the second region II may each be a PMOS transistor region. In this case, the first region (I) is a high voltage PMOS transistor region requiring a higher threshold voltage than in the second region (II), and the second region (II) requires a lower threshold voltage than in the first region (I). It may be a low-voltage PMOS transistor region.
또 다른 일부 실시예들에서, 제1 영역(I)은 제2 영역(II)에서보다 문턱 전압이 낮고 스위칭 속도가 빠른 트랜지스터들이 형성되는 영역이고, 제2 영역(II)은 제1 영역(I)에서보다 문턱 전압이 높고, 스위칭 속도가 빠르지 않더라도 신뢰성이 높은 트랜지스터가 형성되는 영역일 수 있다. 예를 들면, 제1 영역(I)은 단위 메모리 셀이 매트릭스 형태로 배열되어 있는 셀 어레이 영역일 수 있다. 일부 실시예들에서, 상기 제2 영역(II)은 로직 셀 영역 또는 메모리 셀 영역일 수 있다. 또한, 제2 영역(II)은 외부의 데이터를 집적회로 소자(100)의 내부 회로에 입력하거나, 집적회로 소자(100)의 내부 회로로부터 데이터를 외부로 출력하는 기능을 수행하는 주변 회로들이 형성된 주변회로 영역일 수 있다. 일부 실시예들에서, 상기 제2 영역(II)은 입출력(I/O) 회로 장치의 일부를 구성할 수 있다. 그러나, 상기 설명은 단지 예시에 불과하며, 본 발명의 기술적 사상이 상기 예시한 바에 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 상기 예시한 경우와 달리, 제1 영역(I)은 로직 셀 영역 또는 메모리 셀 영역이고, 제2 영역(II)은 주변회로 영역일 수 있다. In some other embodiments, the first region (I) is a region in which transistors having a lower threshold voltage and a faster switching speed than in the second region (II) are formed, and the second region (II) is the first region (I) ) may be a region in which a transistor with high threshold voltage and high reliability is formed even if the switching speed is not fast. For example, the first region I may be a cell array region in which unit memory cells are arranged in a matrix form. In some embodiments, the second region II may be a logic cell region or a memory cell region. Also, in the second region II, peripheral circuits performing a function of inputting external data into the internal circuit of the
상기 제1 인터페이스막(112) 및 제2 인터페이스막(114)은 각각 제1 활성 영역(AC1) 및 제2 활성 영역(AC2)의 표면을 산화시켜 얻어지는 막으로 이루어질 수 있다. 상기 제1 인터페이스막(112)은 제1 활성 영역(AC1)과 제1 고유전막(122)과의 사이의 계면 결함을 치유하는 역할을 할 수 있다. 상기 제2 인터페이스막(114)은 제1 활성 영역(AC2)과 제2 고유전막(124)과의 사이의 계면 결함을 치유하는 역할을 할 수 있다. The
일부 실시예들에서, 상기 제1 인터페이스막(112) 및 제2 인터페이스막(114)은 유전율이 약 9 이하인 저유전 물질층, 예를 들면 실리콘 산화막, 실리콘 산질화막, 또는 이들의 조합으로 이루어질 수 있다. 다른 일부 실시예들에서, 상기 제1 인터페이스막(112) 및 제2 인터페이스막(114)은 실리케이트, 실리케이트와 실리콘 산화막과의 조합, 또는 실리케이트와 실리콘 산질화막과의 조합으로 이루어질 수 있다. 일부 실시예들에서, 상기 제1 인터페이스막(112) 및 제2 인터페이스막(114)은 약 5 ∼ 20 Å의 두께를 가질 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 일부 실시예들에서, 상기 제1 인터페이스막(112) 및 제2 인터페이스막(114)은 생략될 수 있다. In some embodiments, the
상기 제1 고유전막(122) 및 제2 고유전막(124)은 각각 실리콘 산화막보다 유전 상수가 더 큰 금속 산화물로 이루어질 수 있다. 예를 들면, 상기 제1 고유전막(122) 및 제2 고유전막(124)은 각각 약 10 내지 25의 유전 상수를 가질 수 있다. 상기 제1 고유전막(122) 및 제2 고유전막(124)은 하프늄 산화물 (hafnium oxide), 하프늄 산질화물 (hafnium oxynitride), 하프늄 실리콘 산화물 (hafnium silicon oxide), 란타늄 산화물 (lanthanum oxide), 란타늄 알루미늄 산화물 (lanthanum aluminum oxide), 지르코늄 산화물 (zirconium oxide), 지르코늄 실리콘 산화물 (zirconium silicon oxide), 탄탈륨 산화물 (tantalum oxide), 티타늄 산화물 (titanium oxide), 바륨 스트론튬 티타늄 산화물 (barium strontium titanium oxide), 바륨 티타늄 산화물 (barium titanium oxide), 스트론튬 티타늄 산화물 (strontium titanium oxide), 이트륨 산화물 (yttrium oxide), 알루미늄 산화물 (aluminum oxide), 납 스칸듐 탄탈륨 산화물 (lead scandium tantalum oxide), 납 아연 니오브산염 (lead zinc niobate), 및 이들의 조합 중에서 선택되는 물질로 이루어질 수 있으나, 상기 예시된 바에 한정되는 것은 아니다. Each of the first high-
상기 제1 고유전막(122) 및 제2 고유전막(124)은 ALD (atomic layer deposition), CVD (chemical vapor deposition), 또는 PVD (physical vapor deposition) 공정에 의해 형성될 수 있다. 상기 제1 고유전막(122) 및 제2 고유전막(124)은 각각 약 10 ∼ 40 Å의 두께를 가질 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. The first high-
일부 실시예들에서, 상기 제1 고유전막(122) 및 제2 고유전막(124)은 서로 다른 산소 베이컨시 (oxygen vacancy) 밀도를 가지는 금속 산화막으로 이루어질 수 있다. 일부 실시예들에서, 상기 제2 고유전막(124)은 상기 제1 고유전막(122)에서 보다 더 낮은 산소 베이컨시 밀도를 가질 수 있다. 예를 들면, 상기 제1 고유전막(122) 내에서의 산소 베이컨시 밀도는 약 1 × 1012 cm-3 이상이고, 상기 제2 고유전막(124) 내에서 산소 베이컨시 밀도는 약 1 × 1012 cm-3 미만일 수 있으나, 이는 단지 예시에 불과한 것으로, 본 발명의 기술적 사상이 이에 한정되는 것은 아니다. In some embodiments, the first high-
다른 일부 실시예들에서, 상기 제1 고유전막(122) 및 제2 고유전막(124)은 서로 다른 산소 함량을 가지는 금속 산화막으로 이루어질 수 있다. 여기서, "산소 함량"이라 함은 상기 제1 고유전막(122) 및 제2 고유전막(124) 각각의 단위 체적당 산소 원자 수를 의미한다. 일부 실시예들에서, 상기 제1 고유전막(122)은 화학양론을 만족하지 않는 산소결핍 (non-stoichiometric oxygen-deficient) 금속 산화막으로 이루어지고, 상기 제2 고유전막(124)은 화학양론을 만족하는 금속 산화막, 또는 화학양론을 만족하지 않는 산소 과잉 (non-stoichiometric oxygen-rich) 금속 산화막으로 이루어질 수 있다. 예를 들면, 상기 제1 고유전막(122) 및 제2 고유전막(124)이 각각 하프늄 산화물로 이루어지는 경우, 상기 제1 고유전막(122)은 HfO2 -x(0.6 ≤ x ≤ 1) 막으로 이루어지고, 상기 제2 고유전막(124)은 HfOx(x ≥ 2) 막으로 이루어질 수 있다. In some other embodiments, the first high-
상기 제1 고유전막(122) 및 제2 고유전막(124)은 각각 결정상 또는 비결정상으로 존재할 수 있다. 상기 제1 고유전막(122) 및 제2 고유전막(124) 내의 산소 베이컨시의 밀도 및/또는 산소 함량은 제1 트랜지스터(TR11) 및 제2 트랜지스터(TR12) 각각의 문턱 전압에 영향을 미칠 수 있다. 예를 들면, 상기 제1 고유전막(122)에서는 비교적 높은 산소 베이컨시 밀도를 가지도록 형성하고, 상기 제2 고유전막(124)에서는 비교적 낮은 산소 베이컨시 밀도를 가지도록 형성함으로써, 상기 제1 트랜지스터(TR11) 및 제2 트랜지스터(TR12)에서 각각 원하는 문턱 전압이 얻어지도록 할 수 있다. 또는, 상기 제1 고유전막(122)에서는 화학양론적인 산소 함량보다 낮은 산소 함량을 가지도록 형성하고, 상기 제2 고유전막(124)에서는 상기 제1 고유전막(122)에서의 산소 함량보다 더 높은 산소 함량을 가지도록 형성하거나 화학양론을 만족하는 산소 함량을 가지도록 형성함으로써, 상기 제1 트랜지스터(TR11) 및 제2 트랜지스터(TR12)에서 각각 원하는 문턱 전압이 얻어지도록 할 수 있다. The first high-
제1 영역(I)에서, 상기 제1 일함수 조절 금속 함유 구조물(132)은 상기 제1 고유전막(122)에 접하고 제1 산소 함량을 가지는 제1 도전막을 포함할 수 있다. 제2 영역(II)에서, 상기 제2 일함수 조절 금속 함유 구조물(134)은 상기 제2 고유전막(124)에 접하고 상기 제1 산소 함량보다 더 큰 제2 산소 함량을 가지는 제2 도전막을 포함할 수 있다. 여기서, "산소 함량"이라 함은 상기 제1 도전막 및 제2 도전막 각각의 단위 체적당 산소 원자 수를 의미한다. 제1 영역(I)에 형성되는 제1 도전막은 도 2에 예시한 제1 도전막(132A1), 또는 도 3에 예시한 제1 도전막(132B1)일 수 있다. 제2 영역(II)에 형성되는 제2 도전막은 도 2에 예시한 제2 도전막(134A1, 134A2), 또는 도 3에 예시한 제2 도전막(134B1)일 수 있다. 상기 제1 도전막(132A1), 제1 도전막(132B1), 제2 도전막(134A1, 134A2), 및 제2 도전막(134B1)에 대하여는 도 2 및 도 3을 참조하여 후술한다. In the first region I, the first work function control metal-containing
제1 영역(I)에서 제1 일함수 조절 금속 함유 구조물(132)을 구성하는 제1 도전막과, 제2 영역(II)에서 제2 일함수 조절 금속 함유 구조물(134)을 구성하는 제2 도전막은 각각 Ti, Ta, Al, 및 이들의 조합으로 이루어지는 금속을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 상기 제1 도전막은 Ti 막, TiN 막, TiON 막, TiO 막, Ta 막, TaN 막, TaON 막, 산소 도핑된 TiAlN (이하, "TiAlN(O)"라 함) 막, 산소 도핑된 TaAlN (이하, "TaAlN(O)"라 함) 막, 또는 이들의 조합으로 이루어질 수 있다. 상기 제2 도전막은 TiON 막, TiO 막, TaON 막, TiAlN(O) 막, TaAlN(O) 막, 또는 이들의 조합으로 이루어질 수 있다. A first conductive layer constituting the first work function control metal-containing
일부 실시예들에서, 상기 제1 일함수 조절 금속 함유 구조물(132)은 제1 두께(TH11)를 가지는 단일막으로 이루어지고, 상기 제2 일함수 조절 금속 함유 구조물(134)은 제2 두께(TH12)를 가지는 단일막 또는 다중막으로 이루어질 수 있다. 상기 제2 두께(TH12)는 상기 제1 두께(TH11)와 동일하거나 유사할 수 있다. In some embodiments, the first work function control metal-containing
상기 제1 일함수 조절 금속 함유 구조물(132)을 덮는 제1 상부 게이트막(142)과, 상기 제2 일함수 조절 금속 함유 구조물(134)을 덮는 제2 상부 게이트막(144)은 서로 동일한 물질로 이루어질 수 있다. The first
일부 실시예들에서, 상기 제1 상부 게이트막(142) 및 제2 상부 게이트막(144)은 각각 제1 일함수 조절 금속 함유 구조물(132) 및 제2 일함수 조절 금속 함유 구조물(134) 상에 차례로 적층된 상부 일함수 조절막, 도전성 배리어막, 갭필 (gap-fill) 금속막, 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. In some embodiments, the first
상기 상부 일함수 조절막은 TiAl, TiAlC, TiAlN, TiC, TaC, HfSi, 또는 이들의 조합으로 이루어질 수 있으나, 상기 예시한 바에 한정되는 것은 아니다. The upper work function control layer may be formed of TiAl, TiAlC, TiAlN, TiC, TaC, HfSi, or a combination thereof, but is not limited thereto.
상기 도전성 배리어막은 금속 질화물, 예를 들면 TiN, TaN, 또는 이들의 조합으로 이루어질 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. The conductive barrier layer may be formed of a metal nitride, for example, TiN, TaN, or a combination thereof, but is not limited thereto.
상기 갭필 금속막은 상기 도전성 배리어막 위에 남아 있는 게이트 공간을 채우도록 형성될 수 있다. 상기 갭필 금속막은 W으로 이루어질 수 있다. The gap-fill metal layer may be formed to fill a gate space remaining on the conductive barrier layer. The gap-fill metal layer may be made of W.
상기 상부 일함수 조절막, 도전성 배리어막, 및 상기 갭필 금속막은 각각 ALD, CVD, 또는 PVD 공정에 의해 형성될 수 있다. 일부 실시예들에서, 제1 영역(I) 및 제2 영역(II)에서 각각 독립적으로 상기 상부 일함수 조절막, 상기 도전성 배리어막, 및 상기 갭필 금속막 중 적어도 하나가 생략될 수 있다. The upper work function control layer, the conductive barrier layer, and the gap-fill metal layer may be respectively formed by an ALD, CVD, or PVD process. In some embodiments, at least one of the upper work function control layer, the conductive barrier layer, and the gap-fill metal layer may be omitted in the first region I and the second region II, respectively.
도 2는 도 1에 예시한 집적회로 소자(100)의 일부 구성에 대한 보다 구체적인 예를 설명하기 위한 단면도이다. 도 2에 있어서, 도 1에서와 동일한 참조 부호는 동일 부재를 나타내며, 여기서는 이들에 대한 상세한 설명을 생략한다. FIG. 2 is a cross-sectional view for explaining a more specific example of a partial configuration of the
도 2에는 도 1에 예시한 제1 일함수 조절 금속 함유 구조물(132) 및 제2 일함수 조절 금속 함유 구조물(134)로서 채용 가능한 제1 일함수 조절 금속 함유 구조물(132A) 및 제2 일함수 조절 금속 함유 구조물(134A)이 예시되어 있다. 2 shows a first work function control metal-containing
도 2를 참조하면, 제1 일함수 조절 금속 함유 구조물(132A)은 제1 고유전막(122)에 직접 접하고 제1 두께(TH11)를 가지는 단일막으로 이루어지는 제1 도전막(132A1)을 포함한다. 상기 제1 도전막(132A1)은 Ti 막, TiN 막, TiON 막, TiO 막, Ta 막, TaN 막, TaON 막, TiAlN(O) 막, TaAlN(O) 막, 또는 이들의 조합으로 이루어질 수 있다. Referring to FIG. 2 , the first work function control metal-containing
상기 제2 일함수 조절 금속 함유 구조물(134A)은 상기 제1 도전막(132A1)과 동일 레벨에 형성되고 제2 두께(TH12)를 가지는 다중막으로 이루어지는 제2 도전막(134A1, 134A2)을 포함한다. 상기 제2 두께(TH12)는 상기 제1 두께(TH11)와 동일하거나 유사할 수 있다. The second work function control metal-containing
상기 제2 도전막(134A1, 134A2)은 제2 고유전막(124)에 직접 접하는 하부 제2 도전막(134A1)과, 상기 하부 제2 도전막(134A1)을 덮는 상부 제2 도전막(134A2)을 포함한다. 상기 상부 제2 도전막(134A2)은 제1 영역(I)에 형성된 제1 도전막(132A1)에서의 산소 함량보다 더 큰 산소 함량을 가진다. The second conductive layers 134A1 and 134A2 include a lower second conductive layer 134A1 in direct contact with the second high-
일부 실시예들에서, 상기 하부 제2 도전막(134A1)은 제1 영역(I)에 형성된 제1 도전막(132A1)에서의 산소 함량과 동일 또는 유사한 산소 함량을 가질 수 있다. 예를 들면, 상기 하부 제2 도전막(134A1)은 Ti 막, TiN 막, TiON 막, TiO 막, Ta 막, TaN 막, TaON 막, TiAlN(O) 막, TaAlN(O) 막, 또는 이들의 조합으로 이루어질 수 있다. In some embodiments, the lower second conductive layer 134A1 may have an oxygen content that is the same as or similar to that of the first conductive layer 132A1 formed in the first region I. For example, the lower second conductive film 134A1 may be a Ti film, a TiN film, a TiON film, a TiO film, a Ta film, a TaN film, a TaON film, a TiAlN(O) film, a TaAlN(O) film, or a combination thereof. It can be done in combination.
일부 실시예들에서, 상기 하부 제2 도전막(134A1)은 산소를 포함하지 않는 금속 함유막으로 이루어질 수 있다. 예를 들면, 상기 하부 제2 도전막(134A1)은 Ti 막, TiN 막, Ta 막, TaN 막, 또는 이들의 조합으로 이루어질 수 있다. In some embodiments, the lower second conductive layer 134A1 may be formed of a metal-containing layer that does not include oxygen. For example, the lower second conductive layer 134A1 may be formed of a Ti layer, a TiN layer, a Ta layer, a TaN layer, or a combination thereof.
일부 실시예들에서, 상기 상부 제2 도전막(134A2)은 산소를 포함하는 금속 함유막으로 이루어질 수 있다. 예를 들면, 상기 상부 제2 도전막(134A2)은 TiON 막, TiO 막, TaON 막, TiAlN(O) 막, TaAlN(O) 막, 또는 이들의 조합으로 이루어질 수 있다. In some embodiments, the upper second conductive layer 134A2 may be formed of a metal-containing layer including oxygen. For example, the upper second conductive layer 134A2 may be formed of a TiON layer, a TiO layer, a TaON layer, a TiAlN(O) layer, a TaAlN(O) layer, or a combination thereof.
일부 실시예들에서, 제1 영역(I)에 형성된 제1 도전막(132A1)과 제2 영역(II)에 형성된 하부 제2 도전막(134A1)은 동일한 조성을 가지는 동일한 물질로 이루어질 수 있다. 제1 도전막(132A1), 하부 제2 도전막(134A1), 및 상부 제2 도전막(134A2)은 서로 동일한 금속을 포함할 수 있다. 일 예에서, 상기 제1 도전막(132A1) 및 하부 제2 도전막(134A1)은 TiN 막으로 이루어지고, 상기 상부 제2 도전막(134A2)은 TiON 막으로 이루어질 수 있다. 다른 예에서, 상기 제1 도전막(132A1), 하부 제2 도전막(134A1), 및 상부 제2 도전막(134A2)은 각각 TiON 막으로 이루어지되, 상기 상부 제2 도전막(134A2) 내에서의 산소 함량이 상기 제1 도전막(132A1) 및 하부 제2 도전막(134A1) 각각에서의 산소 함량보다 더 클 수 있다. 예를 들면, 상기 상부 제2 도전막(134A2) 내에서의 산소 함량이 상기 제1 도전막(132A1) 및 하부 제2 도전막(134A1) 각각에서의 산소 함량보다 단위 체적당 약 5 ∼ 30 원자% 만큼 더 많을 수 있다. In some embodiments, the first conductive layer 132A1 formed in the first region I and the lower second conductive layer 134A1 formed in the second region II may be made of the same material having the same composition. The first conductive layer 132A1 , the lower second conductive layer 134A1 , and the upper second conductive layer 134A2 may include the same metal. In an example, the first conductive layer 132A1 and the lower second conductive layer 134A1 may be formed of a TiN layer, and the upper second conductive layer 134A2 may be formed of a TiON layer. In another example, each of the first conductive layer 132A1 , the lower second conductive layer 134A1 , and the upper second conductive layer 134A2 is formed of a TiON layer, and is formed in the upper second conductive layer 134A2 . Oxygen content of the first conductive layer 132A1 and the lower second conductive layer 134A1 may be greater than the oxygen content of each. For example, the oxygen content in the upper second conductive layer 134A2 is greater than the oxygen content in each of the first conductive layer 132A1 and the lower second conductive layer 134A1 by about 5 to 30 atoms per unit volume. It can be as many as %.
상기 상부 제2 도전막(134A2)의 두께(THA2)는 상기 제1 두께(TH11)보다 작고 상기 제2 두께(TH12)보다 작을 수 있다. 일부 실시예들에서, 상기 상부 제2 도전막(134A2)의 두께(THA2)는 제1 두께(TH11)의 약 10 ∼ 90 %, 또는 제2 두께(TH12)의 약 10 ∼ 90 % 일 수 있으나, 본 발명의 기술적 사상이 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 하부 제2 도전막(134A1)의 두께와 상기 상부 제2 도전막(134A2)의 두께(THA2)의 합은 제1 영역(I)에 형성된 제1 도전막(132A1)의 제1 두께(TH11)와 동일할 수 있다. A thickness THA2 of the upper second conductive layer 134A2 may be smaller than the first thickness TH11 and smaller than the second thickness TH12. In some embodiments, the thickness THA2 of the upper second conductive layer 134A2 may be about 10 to 90% of the first thickness TH11, or about 10 to 90% of the second thickness TH12. , the technical spirit of the present invention is not limited thereto. The sum of the thickness of the lower second conductive layer 134A1 and the thickness THA2 of the upper second conductive layer 134A2 is the first thickness TH11 of the first conductive layer 132A1 formed in the first region I ) can be the same as
도 3은 도 1에 예시한 집적회로 소자(100)의 일부 구성에 대한 보다 구체적인 다른 예를 설명하기 위한 단면도이다. 도 3에 있어서, 도 1 및 도 2에서와 동일한 참조 부호는 동일 부재를 나타내며, 여기서는 이들에 대한 상세한 설명을 생략한다. FIG. 3 is a cross-sectional view for explaining another more specific example of a partial configuration of the
도 3에는 도 1에 예시한 제1 일함수 조절 금속 함유 구조물(132) 및 제2 일함수 조절 금속 함유 구조물(134)로서 채용 가능한 제1 일함수 조절 금속 함유 구조물(132B) 및 제2 일함수 조절 금속 함유 구조물(134B)이 예시되어 있다. 3 shows a first work function control metal-containing
도 3을 참조하면, 제1 일함수 조절 금속 함유 구조물(132B)은 제1 고유전막(122)에 직접 접하고 제1 두께(TH11)를 가지는 단일막으로 이루어지는 제1 도전막(132B1)을 포함한다. 상기 제1 도전막(132B1)에 대한 보다 상세한 구성은 도 2를 참조하여 제1 도전막(132A1)에 대하여 설명한 바와 대체로 동일하다. Referring to FIG. 3 , the first work function control metal-containing
상기 제2 일함수 조절 금속 함유 구조물(134B)은 상기 제1 도전막(132B1)과 동일 레벨에 형성되고 제2 두께(TH12)를 가지는 단일막으로 이루어지는 제2 도전막(134B1)을 포함한다. The second work function control metal-containing
상기 제1 도전막(132B1)의 제1 두께(TH11)와 상기 제2 도전막(134B1)의 제2 두께(TH12)는 동일할 수 있다. The first thickness TH11 of the first conductive layer 132B1 and the second thickness TH12 of the second conductive layer 134B1 may be the same.
상기 제2 도전막(134B1)은 제2 고유전막(124)에 직접 접해 있으며, 제1 영역(I)에 형성된 제1 도전막(132B1)에서의 산소 함량보다 더 큰 산소 함량을 가진다. The second conductive layer 134B1 is in direct contact with the second high-
일부 실시예들에서, 상기 제1 도전막(132B1) 및 제2 도전막(134B1)은 동일한 금속을 포함할 수 있다. In some embodiments, the first conductive layer 132B1 and the second conductive layer 134B1 may include the same metal.
일부 실시예들에서, 상기 제1 도전막(132B1)은 산소를 포함하지 않는 금속 함유막으로 이루어지고, 상기 제2 도전막(134B1)은 산소를 포함하는 금속 함유막으로 이루어질 수 있다. In some embodiments, the first conductive layer 132B1 may be formed of a metal-containing layer not containing oxygen, and the second conductive layer 134B1 may be formed of a metal-containing layer containing oxygen.
다른 일부 실시예들에서, 상기 제1 도전막(132B1) 및 제2 도전막(134B1)은 각각 산소를 포함하는 금속 함유막으로 이루어지되, 상기 제1 도전막(132B1) 내에서의 산소 함량은 상기 제2 도전막(134B1) 내에서의 산소 함량보다 단위 체적당 약 5 ∼ 30 원자% 만큼 더 적을 수 있다. In some other embodiments, each of the first conductive layer 132B1 and the second conductive layer 134B1 is formed of a metal-containing layer including oxygen, and the oxygen content in the first conductive layer 132B1 is The oxygen content in the second conductive layer 134B1 may be less by about 5 to 30 atomic % per unit volume.
일부 실시예들에서, 상기 제1 도전막(132B1)은 Ti 막, TiN 막, TiON 막, TiO 막, Ta 막, TaN 막, TaON 막, TiAlN(O) 막, TaAlN(O) 막, 또는 이들의 조합으로 이루어질 수 있다. 일부 실시예들에서, 상기 제2 도전막(134B1)은 TiON 막, TiO 막, TaON 막, TiAlN(O) 막, TaAlN(O) 막, 또는 이들의 조합으로 이루어질 수 있다. 일 예에서, 상기 제1 도전막(132B1)은 TiN 막으로 이루어지고, 상기 제2 도전막(134B1)은 TiON 막으로 이루어질 수 있다. 다른 예에서, 상기 제1 도전막(132B1) 및 제2 도전막(134B1)은 각각 TiON 막으로 이루어지되, 상기 제2 도전막(134B1) 내에서의 산소 함량이 상기 제1 도전막(132B1) 내에서의 산소 함량보다 더 클 수 있다. In some embodiments, the first conductive film 132B1 is a Ti film, a TiN film, a TiON film, a TiO film, a Ta film, a TaN film, a TaON film, a TiAlN(O) film, a TaAlN(O) film, or these films. can be made by a combination of In some embodiments, the second conductive layer 134B1 may be formed of a TiON layer, a TiO layer, a TaON layer, a TiAlN(O) layer, a TaAlN(O) layer, or a combination thereof. In one example, the first conductive layer 132B1 may be formed of a TiN layer, and the second conductive layer 134B1 may be formed of a TiON layer. In another example, each of the first conductive layer 132B1 and the second conductive layer 134B1 is formed of a TiON layer, and the oxygen content in the second conductive layer 134B1 is determined by the first conductive layer 132B1. It may be greater than the oxygen content within.
도 4는 본 발명의 기술적 사상에 의한 다른 실시예들에 따른 집적회로 소자를 설명하기 위한 단면도이다. 도 4에 있어서, 도 1에서와 동일한 참조 부호는 동일 부재를 나타내며, 여기서는 이들에 대한 상세한 설명을 생략한다. 4 is a cross-sectional view illustrating an integrated circuit device according to other exemplary embodiments according to the inventive concept. In Fig. 4, the same reference numerals as in Fig. 1 denote the same members, and detailed descriptions thereof are omitted herein.
도 4를 참조하면, 집적회로 소자(200)는 기판(110)의 제1 영역(I)에 형성된 제1 트랜지스터(TR21)와, 제2 영역(II)에 형성된 제2 트랜지스터(TR22)를 포함한다. Referring to FIG. 4 , the
상기 제1 트랜지스터(TR21)는 제1 활성 영역(AC1) 위에 차례로 형성된 제1 인터페이스막(112), 제1 고유전막(122), 및 제1 게이트 스택(GS21)을 포함한다. 상기 제1 게이트 스택(GS21)은 상기 제1 고유전막(122) 위에 형성된 제1 일함수 조절 금속 함유 구조물(132)과, 상기 제1 일함수 조절 금속 함유 구조물(132)을 덮는 제1 상부 게이트막(142)을 포함할 수 있다. The first transistor TR21 includes a
상기 제2 트랜지스터(TR22)는 제2 활성 영역(AC2) 위에 차례로 형성된 제2 인터페이스막(114), 제2 고유전막(224), 및 제2 게이트 스택(GS22)을 포함한다. 상기 제2 고유전막(224)은 도 1을 참조하여 제2 고유전막(124)에 대하여 설명한 바와 대체로 동일한 구성을 가질 수 있다. 상기 제2 게이트 스택(GS22)은 상기 제2 고유전막(224) 위에 형성된 제2 일함수 조절 금속 함유 구조물(234)과, 상기 제2 일함수 조절 금속 함유 구조물(234)을 덮는 제2 상부 게이트막(144)을 포함할 수 있다. The second transistor TR22 includes a
일부 실시예들에서, 상기 제1 고유전막(122) 및 제2 고유전막(224)은 서로 다른 산소 베이컨시 밀도를 가지는 금속 산화막으로 이루어질 수 있다. 일부 실시예들에서, 상기 제2 고유전막(224)은 상기 제1 고유전막(122)에서 보다 산소 베이컨시 밀도가 더 낮을 수 있다. In some embodiments, the first high-
다른 일부 실시예들에서, 상기 제1 고유전막(122) 및 제2 고유전막(224)은 서로 다른 산소 함량을 가지는 금속 산화막으로 이루어질 수 있다. 일부 실시예들에서, 상기 제1 고유전막(122)은 화학양론을 만족하지 않는 산소결핍 금속 산화막으로 이루어지고, 상기 제2 고유전막(224)은 화학양론을 만족하는 금속 산화막, 또는 화학양론을 만족하지 않는 산소 과잉 금속 산화막으로 이루어질 수 있다. 예를 들면, 상기 제1 고유전막(122)은 HfO2 -x(0.6 ≤ x ≤ 1) 막으로 이루어지고, 상기 제2 고유전막(224)은 HfOx(x ≥ 2) 막으로 이루어질 수 있다. In some other embodiments, the first high-
상기 제1 일함수 조절 금속 함유 구조물(132)은 상기 제1 고유전막(122)에 접하고 제1 산소 함량을 가지는 제1 도전막을 포함할 수 있다. 상기 제2 일함수 조절 금속 함유 구조물(234)은 상기 제2 고유전막(224)에 접하고 상기 제1 산소 함량보다 더 큰 제2 산소 함량을 가지는 제2 도전막을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 상기 제1 도전막 및 제2 도전막에 대한 보다 상세한 구성은 도 1을 참조하여 설명한 바와 같을 수 있다. 다른 일부 실시예들에서, 상기 제1 도전막은 도 5에 예시한 제1 도전막(132C1)일 수 있다. 상기 제2 도전막은 도 5에 예시한 하부 제2 도전막(234C1)일 수 있다. 상기 제1 도전막(132C1) 및 하부 제2 도전막(234C1)에 대하여는 도 5를 참조하여 후술한다. The first work function control metal-containing
일부 실시예들에서, 상기 제1 일함수 조절 금속 함유 구조물(132)은 제1 두께(TH21)를 가지는 단일막으로 이루어지고, 상기 제2 일함수 조절 금속 함유 구조물(234)은 제2 두께(TH22)를 가지는 단일막 또는 다중막으로 이루어질 수 있다. 상기 제2 두께(TH22)는 상기 제1 두께(TH21)보다 더 클 수 있다. In some embodiments, the first work function control metal-containing
도 5는 도 4에 예시한 집적회로 소자(200)의 일부 구성에 대한 보다 구체적인 예를 설명하기 위한 단면도이다. 도 5에 있어서, 도 1 내지 도 4에서와 동일한 참조 부호는 동일 부재를 나타내며, 여기서는 이들에 대한 상세한 설명을 생략한다. FIG. 5 is a cross-sectional view for explaining a more specific example of a partial configuration of the
도 5에는 도 4에 예시한 제1 일함수 조절 금속 함유 구조물(132) 및 제2 일함수 조절 금속 함유 구조물(234)로서 채용 가능한 제1 일함수 조절 금속 함유 구조물(132C) 및 제2 일함수 조절 금속 함유 구조물(234C)이 예시되어 있다. 5 shows a first work function control metal-containing
제1 영역(I)에 형성된 제1 일함수 조절 금속 함유 구조물(132C)은 제1 고유전막(122)에 직접 접하고 제1 두께(TH21)를 가지는 단일막으로 이루어지는 제1 도전막(132C1)을 포함한다. 상기 제1 도전막(132C1)은 Ti 막, TiN 막, TiON 막, TiO 막, Ta 막, TaN 막, TaON 막, TiAlN(O) 막, TaAlN(O) 막, 또는 이들의 조합으로 이루어질 수 있다. The first work function control metal-containing
제2 영역(II)에 형성된 제2 일함수 조절 금속 함유 구조물(234C)은 제2 두께(TH22)를 가지는 다중막으로 이루어지는 제2 도전막(234C1, 234C2)을 포함한다. 상기 제2 두께(TH22)는 상기 제1 두께(TH21)보다 더 크다. The second work function control metal-containing
상기 제2 도전막(234C1, 234C2)은 제2 고유전막(224)에 직접 접하는 하부 제2 도전막(234C1)과, 상기 하부 제2 도전막(234C1)을 덮는 상부 제2 도전막(234C2)을 포함한다. 상기 하부 제2 도전막(234C1)은 제1 영역(I)에 형성된 제1 도전막(132C1)에서의 산소 함량보다 더 큰 산소 함량을 가질 수 있다. 상기 상부 제2 도전막(234C2)은 상기 하부 제2 도전막(234C1)에서의 산소 함량보다 더 적은 산소 함량을 가질 수 있다. 일부 실시예들에서, 상기 상부 제2 도전막(234C2)은 제1 영역(I)에 형성된 제1 도전막(132C1)에서의 산소 함량과 동일한 산소 함량을 가질 수 있다. 예를 들면, 상기 제1 도전막(132C1) 및 상부 제2 도전막(234C2)은 각각 상기 하부 제2 도전막(234C1) 내에서의 산소 함량보다 단위 체적당 약 5 ∼ 30 원자% 만큼 더 적은 산소 함량을 가질 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. The second conductive layers 234C1 and 234C2 include a lower second conductive layer 234C1 in direct contact with the second high-
일부 실시예들에서, 상기 하부 제2 도전막(234C1)은 산소를 포함하는 금속 함유막, 예를 들면 TiON 막, TiO 막, TaON 막, TiAlN(O) 막, TaAlN(O) 막, 또는 이들의 조합으로 이루어질 수 있다. In some embodiments, the lower second conductive film 234C1 is a metal-containing film including oxygen, for example, a TiON film, a TiO film, a TaON film, a TiAlN(O) film, a TaAlN(O) film, or these films. can be made by a combination of
일부 실시예들에서, 상기 제1 도전막(132C1) 및 상부 제2 도전막(234C2)은 산소를 포함하지 않는 금속 함유막으로 이루어질 수 있다. 예를 들면, 상기 제1 도전막(132C1) 및 상부 제2 도전막(234C2)은 Ti 막, TiN 막, Ta 막, TaN 막, 또는 이들의 조합으로 이루어질 수 있다. In some embodiments, the first conductive layer 132C1 and the upper second conductive layer 234C2 may be formed of a metal-containing layer that does not contain oxygen. For example, the first conductive layer 132C1 and the upper second conductive layer 234C2 may be formed of a Ti layer, a TiN layer, a Ta layer, a TaN layer, or a combination thereof.
다른 일부 실시예들에서, 상기 제1 도전막(132C1) 및 상부 제2 도전막(234C2)은 산소를 포함하는 금속 함유막으로 이루어질 수 있다. 이 경우, 상기 제1 도전막(132C1) 및 상부 제2 도전막(234C2) 내에서의 산소 함량은 상기 하부 제2 도전막(234C1) 내에서의 산소 함량보다 더 적을 수 있다. In some other embodiments, the first conductive layer 132C1 and the upper second conductive layer 234C2 may be formed of a metal-containing layer including oxygen. In this case, the oxygen content in the first conductive layer 132C1 and the upper second conductive layer 234C2 may be less than the oxygen content in the lower second conductive layer 234C1 .
일부 실시예들에서, 제1 영역(I)에 형성된 제1 도전막(132C1)과 제2 영역(II)에 형성된 상부 제2 도전막(234C2)은 동일한 조성을 가지는 동일한 물질로 이루어질 수 있다. In some embodiments, the first conductive layer 132C1 formed in the first region I and the upper second conductive layer 234C2 formed in the second region II may be made of the same material having the same composition.
상기 제1 영역(I)에 형성된 제1 도전막(132C1)과, 제2 영역(II)에 형성된 하부 제2 도전막(234C1) 및 상부 제2 도전막(234C2)은 서로 동일한 금속을 포함할 수 있다. 일 예에서, 상기 제1 도전막(132C1) 및 상부 제2 도전막(234C2)은 TiN 막으로 이루어지고, 상기 하부 제2 도전막(234C1)은 TiON 막으로 이루어질 수 있다. 다른 예에서, 상기 제1 도전막(132C1), 하부 제2 도전막(234C1), 및 상부 제2 도전막(234C2)은 각각 TiON 막으로 이루어지되, 상기 하부 제2 도전막(234C1) 내에서의 산소 함량이 상기 제1 도전막(132C1) 및 상부 제2 도전막(234C2) 내에서의 산소 함량보다 더 클 수 있다.The first conductive layer 132C1 formed in the first region (I) and the lower second conductive layer 234C1 and the upper second conductive layer 234C2 formed in the second region (II) may include the same metal. can In one example, the first conductive layer 132C1 and the upper second conductive layer 234C2 may be formed of a TiN layer, and the lower second conductive layer 234C1 may be formed of a TiON layer. In another example, each of the first conductive layer 132C1 , the lower second conductive layer 234C1 , and the upper second conductive layer 234C2 is made of a TiON layer, and is formed in the lower second conductive layer 234C1 . Oxygen content of , may be greater than oxygen content in the first conductive layer 132C1 and the upper second conductive layer 234C2 .
일부 실시예들에서, 상기 상부 제2 도전막(234C2)의 두께(THC2)는 상기 제1 도전막(132C1)의 제1 두께(TH21)와 동일할 수 있다. In some embodiments, the thickness THC2 of the upper second conductive layer 234C2 may be the same as the first thickness TH21 of the first conductive layer 132C1 .
도 6은 본 발명의 기술적 사상에 의한 또 다른 실시예들에 따른 집적회로 소자를 설명하기 위한 단면도이다. 도 6에 있어서, 도 1에서와 동일한 참조 부호는 동일 부재를 나타내며, 여기서는 이들에 대한 상세한 설명을 생략한다. 6 is a cross-sectional view illustrating an integrated circuit device according to still other embodiments according to the inventive concept. In Fig. 6, the same reference numerals as in Fig. 1 denote the same members, and detailed descriptions thereof are omitted herein.
도 6을 참조하면, 집적회로 소자(300)는 도 1에 예시한 집적회로 소자(100)와 대체로 동일한 구성을 가진다. 단, 집적회로 소자(300)는 기판(110)의 제3 영역(III)에 형성된 제3 트랜지스터(TR13)를 더 포함한다. Referring to FIG. 6 , the
상기 제3 트랜지스터(TR13)는 기판(110)의 제3 영역(III)에서 제3 활성 영역(AC3) 위에 차례로 형성된 제3 인터페이스막(116), 제3 고유전막(126), 및 제3 게이트 스택(GS13)을 포함한다. 상기 제3 게이트 스택(GS13)은 상기 제3 고유전막(126) 위에 형성된 제3 일함수 조절 금속 함유 구조물(136)과, 상기 제3 일함수 조절 금속 함유 구조물(136)을 덮는 제3 상부 게이트막(146)을 포함할 수 있다. The third transistor TR13 has a
제3 영역(III)은 제1 영역(I) 및 제2 영역(II) 중 적어도 하나의 영역으로부터 이격된 영역일 수도 있고, 제1 영역(I) 및 제2 영역(II) 중 적어도 하나와 서로 연결된 영역일 수도 있다. The third region (III) may be a region spaced apart from at least one of the first region (I) and the second region (II), and includes at least one of the first region (I) and the second region (II); They may be areas connected to each other.
일부 실시예들에서, 제1 트랜지스터(TR11), 제2 트랜지스터(TR12), 및 제3 트랜지스터(TR13)는 서로 다른 문턱 전압이 요구될 수 있다. In some embodiments, different threshold voltages may be required for the first transistor TR11 , the second transistor TR12 , and the third transistor TR13 .
일부 실시예들에서, 제3 트랜지스터(TR13)의 제3 채널 영역(CH13)에는 제1 트랜지스터(TR11)의 제1 채널 영역(CH11) 및 제2 트랜지스터(TR12)의 제2 채널 영역(CH12) 중 적어도 하나의 채널 영역에서와 동일한 도전형의 채널이 형성될 수 있다. 예를 들면, 제3 채널 영역(CH13)에는 N 형 채널 또는 P 형 채널이 형성될 수 있다. In some embodiments, the third channel region CH13 of the third transistor TR13 includes the first channel region CH11 of the first transistor TR11 and the second channel region CH12 of the second transistor TR12 . A channel having the same conductivity type as that in at least one channel region may be formed. For example, an N-type channel or a P-type channel may be formed in the third channel region CH13 .
다른 일부 실시예들에서, 제3 트랜지스터(TR13)의 제3 채널 영역(CH13)에는 제1 트랜지스터(TR11)의 제1 채널 영역(CH11) 및 제2 트랜지스터(TR12)의 제2 채널 영역(CH12) 중 어느 하나의 채널 영역에서와 동일한 도전형의 채널이 형성되지만, 다른 하나의 채널 영역과는 반대 도전형의 채널이 형성될 수 있다. 일 예에서, 제1 내지 제3 트랜지스터(TR11, TR12, TR13) 중에서 선택되는 2 개의 트랜지스터는 NMOS 트랜지스터이고, 나머지 하나의 트랜지스터는 PMOS 트랜지스터일 수 있다. 다른 예에서, 제1 내지 제3 트랜지스터(TR11, TR12, TR13) 중에서 선택되는 1 개의 트랜지스터는 NMOS 트랜지스터이고, 나머지 2 개의 트랜지스터는 PMOS 트랜지스터일 수 있다. In some other embodiments, the third channel region CH13 of the third transistor TR13 includes the first channel region CH11 of the first transistor TR11 and the second channel region CH12 of the second transistor TR12 . ), a channel of the same conductivity type as that in any one channel region is formed, but a channel of a conductivity type opposite to that of the other channel region may be formed. In one example, two transistors selected from among the first to third transistors TR11, TR12, and TR13 may be NMOS transistors, and the other transistor may be a PMOS transistor. In another example, one transistor selected from among the first to third transistors TR11, TR12, and TR13 may be an NMOS transistor, and the other two transistors may be a PMOS transistor.
일부 실시예들에서, 제1 활성 영역(AC1)에 형성되는 제1 채널 영역(CH11), 제2 활성 영역(AC2)에 형성되는 제2 채널 영역(CH12), 및 제3 활성 영역(AC3)에 형성되는 제3 채널 영역(CH13)에는 서로 동일한 도전형의 채널이 형성될 수 있다. In some embodiments, the first channel region CH11 formed in the first active region AC1 , the second channel region CH12 formed in the second active region AC2 , and the third active region AC3 Channels of the same conductivity type may be formed in the third channel region CH13 formed in .
일 예에서, 제1 영역(I), 제2 영역(II), 및 제3 영역(III)은 모두 NMOS 트랜지스터 영역이며, 제1 채널 영역(CH11), 제2 채널 영역(CH12), 및 제3 채널 영역(CH13)에는 각각 N 형 채널이 형성될 수 있다. 이 경우, 제1 영역(I)은 제2 영역(II)에서보다 낮은 문턱 전압이 요구되는 저전압 NMOS 트랜지스터 영역이고, 제3 영역(III)은 제1 영역(I)에서보다 높은 고전압 NMOS 트랜지스터 영역이고, 제2 영역(II)은 제1 영역(I)에서보다는 높지만 제3 영역(II)에서보다는 낮은 문턱 전압이 요구되는 중간 전압 (medium voltage) NMOS 트랜지스터 영역일 수 있다. In one example, the first region I, the second region II, and the third region III are all NMOS transistor regions, and the first channel region CH11 , the second channel region CH12 , and the second region III An N-type channel may be formed in each of the three channel regions CH13. In this case, the first region (I) is a low-voltage NMOS transistor region requiring a lower threshold voltage than in the second region (II), and the third region (III) is a high-voltage NMOS transistor region higher than that in the first region (I). , and the second region II may be a medium voltage NMOS transistor region in which a threshold voltage higher than that of the first region I but lower than that of the third region II is required.
다른 예에서, 제1 영역(I), 제2 영역(II), 및 제3 영역(III)은 모두 PMOS 트랜지스터 영역이며, 제1 채널 영역(CH11), 제2 채널 영역(CH12), 및 제3 채널 영역(CH13)에는 각각 P 형 채널이 형성될 수 있다. 이 경우, 제1 영역(I)은 제2 영역(II)에서보다 높은 문턱 전압이 요구되는 고전압 PMOS 트랜지스터 영역이고, 제3 영역(III)은 제1 영역(I)에서보다 낮은 저전압 PMOS 트랜지스터 영역이고, 제2 영역(II)은 제1 영역(I)에서보다는 낮고 제3 영역(II)에서보다는 높은 문턱 전압이 요구되는 중간 전압 PMOS 트랜지스터 영역일 수 있다. In another example, the first region I, the second region II, and the third region III are all PMOS transistor regions, and the first channel region CH11 , the second channel region CH12 , and the second region III A P-type channel may be formed in each of the three channel regions CH13. In this case, the first region (I) is a high-voltage PMOS transistor region requiring a higher threshold voltage than in the second region (II), and the third region (III) is a low-voltage PMOS transistor region lower than that in the first region (I). , and the second region II may be an intermediate voltage PMOS transistor region in which a threshold voltage lower than in the first region I and higher than in the third region II is required.
일부 실시예들에서, 제1 영역(I), 제2 영역(II), 및 제3 영역(III)은 각각 독립적으로 로직 셀 영역, 메모리 셀 영역, 또는 주변회로 영역일 수 있다. In some embodiments, the first region I, the second region II, and the third region III may each independently be a logic cell region, a memory cell region, or a peripheral circuit region.
도 6에 예시한 집적회로 소자(300)에서, 제3 인터페이스막(116)은 제3 활성 영역(AC3)의 표면을 산화시켜 얻어지는 막으로 이루어질 수 있다. 상기 제3 인터페이스막(116)은 제3 활성 영역(AC3)과 제3 고유전막(126)과의 사이의 계면 결함을 치유하는 역할을 할 수 있다. 상기 제3 인터페이스막(116)에 대한 보다 상세한 구성은 도 1을 참조하여 제1 인터페이스막(112) 및 제2 인터페이스막(114)에 대하여 설명한 바와 대체로 동일하다. 일부 실시예들에서, 상기 제3 인터페이스막(116)은 생략될 수 있다. In the
상기 제3 고유전막(126)은 도 1을 참조하여 제1 고유전막(122) 및 제2 고유전막(124)에 대하여 설명한 바와 대체로 동일한 구성을 가질 수 있다. 단, 제1 고유전막(122), 제2 고유전막(124), 및 제3 고유전막(126)은 서로 다른 산소 베이컨시 밀도를 가질 수 있다. 일부 실시예들에서, 상기 제3 고유전막(126)은 상기 제1 고유전막(122) 및 제2 고유전막(124)에서의 산소 베이컨시 밀도보다 더 낮은 산소 베이컨시 밀도를 가질 수 있다. The third high-
상기 제1 고유전막(122), 제2 고유전막(124), 및 제3 고유전막(126)은 서로 다른 산소 함량을 가질 수 있다. 일부 실시예들에서, 상기 제3 고유전막(126)은 상기 제1 고유전막(122) 및 제2 고유전막(124)에서의 산소 함량보다 더 높은 산소 함량을 가질 수 있다. The first high-
예를 들면, 상기 제1 고유전막(122), 제2 고유전막(124), 및 제3 고유전막(126)은 각각 하프늄 산화물로 이루어질 수 있다. 이 경우, 상기 제1 고유전막(122) 및 제2 고유전막(124)은 HfO2 -x(0.6 ≤ x ≤ 1) 막으로 이루어지되, 제1 고유전막(122)에서보다 제2 고유전막(124)에서의 산소 함량이 더 높고, 제3 고유전막(126)은 HfOx(x ≥ 2) 막으로 이루어질 수 있다. 또는, 상기 제1 고유전막(122)은 HfO2-x(0.6 ≤ x ≤ 1) 막으로 이루어지고, 상기 제2 고유전막(124) 및 제3 고유전막(126)은 HfOx(x ≥ 2) 막으로 이루어지되, 상기 제2 고유전막(124)에서보다 상기 제3 고유전막(126)에서의 산소 함량이 더 높을 수 있다. For example, each of the first high-
상기 제3 일함수 조절 금속 함유 구조물(136)은 상기 제3 고유전막(126)에 접하도록 형성될 수 있다. 상기 제3 일함수 조절 금속 함유 구조물(136)은 제2 영역(II)에 형성된 제2 일함수 조절 금속 함유 구조물(134)에서의 제2 산소 함량보다 더 큰 제3 산소 함량을 가지는 제3 도전막을 포함할 수 있다. 상기 제3 도전막은 상기 제2 일함수 조절 금속 함유 구조물(134)을 구성하는 제2 도전막에서보다 더 높은 산소 함량을 가지는 금속 함유막으로 이루어질 수 있다. 상기 제3 도전막은 제3 두께(TH13)를 가지는 단일막 또는 다중막으로 이루어질 수 있다. 상기 제3 두께(TH13)는 제1 두께(TH11)와 동일 또는 유사할 수 있다. 일부 실시예들에서, 상기 제3 도전막은 TiON 막, TiO 막, TaON 막, TiAlN(O) 막, TaAlN(O) 막, 또는 이들의 조합으로 이루어질 수 있다. The third work function control metal-containing
상기 제3 일함수 조절 금속 함유 구조물(136)을 덮는 제3 상부 게이트막(146)은 제1 영역(I)에 형성된 제1 상부 게이트막(142), 및/또는 제2 영역(II)에 형성된 제2 상부 게이트막(144)의 구성 물질과 동일한 물질로 이루어질 수 있다. 일부 실시예들에서, 상기 제3 상부 게이트막(146)은 제1 상부 게이트막(142) 및 제2 상부 게이트막(144)과 유사하게, 상부 일함수 조절막, 도전성 배리어막, 갭필 금속막, 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 상기 상부 일함수 조절막, 도전성 배리어막, 및 갭필 금속막에 대한 보다 상세한 구성은 도 1을 참조하여 제1 상부 게이트막(142) 및 제2 상부 게이트막(144)을 구성하는 상부 일함수 조절막, 도전성 배리어막, 및 갭필 금속막에 대하여 설명한 바를 참조한다. 일부 실시예들에서, 상기 제3 트랜지스터(TR13)에서, 제3 상부 게이트막(146)을 구성하는 상부 일함수 조절막, 도전성 배리어막, 및 갭필 금속막 중 적어도 하나는 생략 가능하다. The third
일부 실시예들에서, 상기 제3 트랜지스터(TR13)에 포함된 제3 일함수 조절 금속 함유 구조물(136)은 도 2를 참조하여 설명한 제2 일함수 조절 금속 함유 구조물(134A)과 동일한 구조를 가지되, 상기 제2 일함수 조절 금속 함유 구조물(134A)에서보다 더 큰 산소 함량을 가질 수 있다. In some embodiments, the third work function control metal-containing
다른 일부 실시예들에서, 상기 제3 트랜지스터(TR13)에 포함된 제3 일함수 조절 금속 함유 구조물(136)은 도 3을 참조하여 설명한 제2 일함수 조절 금속 함유 구조물(134B)과 동일한 구조를 가지되, 상기 제2 일함수 조절 금속 함유 구조물(134B)에서보다 더 큰 산소 함량을 가질 수 있다. In some other embodiments, the third work function control metal-containing
도 7은 본 발명의 기술적 사상에 의한 또 다른 실시예들에 따른 집적회로 소자를 설명하기 위한 단면도이다. 도 7에 있어서, 도 1 내지 도 6에서와 동일한 참조 부호는 동일 부재를 나타내며, 여기서는 이들에 대한 상세한 설명을 생략한다. 7 is a cross-sectional view illustrating an integrated circuit device according to still other embodiments according to the inventive concept. In Fig. 7, the same reference numerals as in Figs. 1 to 6 denote the same members, and detailed descriptions thereof are omitted herein.
도 7을 참조하면, 집적회로 소자(400)는 도 4에 예시한 집적회로 소자(200)와 대체로 동일한 구성을 가진다. 단, 집적회로 소자(400)는 기판(110)의 제3 영역(III)에 형성된 제3 트랜지스터(TR23)를 더 포함한다. Referring to FIG. 7 , the
상기 제3 트랜지스터(TR23)는 기판(110)의 제3 영역(III)에서 제3 활성 영역(AC3) 위에 차례로 형성된 제3 인터페이스막(116), 제3 고유전막(226), 및 제3 게이트 스택(GS23)을 포함한다. 상기 제3 게이트 스택(GS23)은 상기 제3 고유전막(226) 위에 형성된 제3 일함수 조절 금속 함유 구조물(236)과, 상기 제3 일함수 조절 금속 함유 구조물(236)을 덮는 제3 상부 게이트막(146)을 포함할 수 있다. The third transistor TR23 has a
일부 실시예들에서, 제1 트랜지스터(TR21), 제2 트랜지스터(TR22), 및 제3 트랜지스터(TR23)는 서로 다른 문턱 전압이 요구될 수 있다. In some embodiments, different threshold voltages may be required for the first transistor TR21 , the second transistor TR22 , and the third transistor TR23 .
일부 실시예들에서, 제3 트랜지스터(TR23)에 대한 보다 상세한 사항은 도 6을 참조하여 제3 트랜지스터(TR13)에 대하여 설명한 바와 대체로 유사하다. 단, 도 7에 예시한 집적회로 소자(400)에서, 상기 제3 일함수 조절 금속 함유 구조물(236)은 제2 영역(II)에 형성된 제2 일함수 조절 금속 함유 구조물(234)과 대체로 동일한 구성을 가지되, 상기 제2 일함수 조절 금속 함유 구조물(234)에서의 제2 산소 함량보다 더 큰 제3 산소 함량을 가지는 제3 도전막을 포함할 수 있다. In some embodiments, more details of the third transistor TR23 are substantially similar to those described with respect to the third transistor TR13 with reference to FIG. 6 . However, in the
상기 제3 일함수 조절 금속 함유 구조물(236)은 제3 두께(TH23)를 가지는 다중막으로 이루어질 수 있다. 상기 제3 두께(TH23)는 제1 두께(TH21)보다 더 크고 제2 두께(TH22)와 동일 또는 유사할 수 있다. 일부 실시예들에서, 상기 제3 일함수 조절 금속 함유 구조물(236)을 구성하는 제3 도전막은 TiON 막, TiO 막, TaON 막, TiAlN(O) 막, TaAlN(O) 막, 또는 이들의 조합으로 이루어질 수 있다. The third work function control metal-containing
일부 실시예들에서, 상기 제3 트랜지스터(TR23)에 포함된 제3 일함수 조절 금속 함유 구조물(236)은 도 5를 참조하여 설명한 제2 일함수 조절 금속 함유 구조물(234C)과 동일한 구조를 가지되, 상기 제2 일함수 조절 금속 함유 구조물(234C)에서보다 더 큰 산소 함량을 가질 수 있다. In some embodiments, the third work function control metal-containing
다음에, 본 발명의 기술적 사상에 의한 실시예들에 따른 집적회로 소자의 제조 방법에 대하여 상세히 설명한다. Next, a method of manufacturing an integrated circuit device according to embodiments according to the technical spirit of the present invention will be described in detail.
도 8a 내지 도 8d는 본 발명의 기술적 사상에 의한 실시예들에 따른 집적회로 소자의 제조 방법을 설명하기 위하여 공정 순서에 따라 도시한 단면도들이다. 도 8a 내지 도 8d에 있어서, 도 1 내지 도 7에서와 동일한 참조 부호는 동일 부재를 나타내며, 여기서는 이들에 대한 상세한 설명을 생략한다. 8A to 8D are cross-sectional views illustrating a process sequence in order to explain a method of manufacturing an integrated circuit device according to embodiments according to the inventive concept. 8A to 8D, the same reference numerals as in FIGS. 1 to 7 denote the same members, and detailed description thereof will be omitted herein.
도 8a를 참조하면, 제1 영역(I) 및 제2 영역(II)을 가지는 기판(110)을 준비한다. Referring to FIG. 8A , a
상기 기판(110)은 Si 또는 Ge와 같은 반도체, 또는 SiGe, SiC, GaAs, InAs, 또는 InP와 같은 화합물 반도체를 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 상기 기판(110)은 III-V 족 물질 및 IV 족 물질 중 적어도 하나로 이루어질 수 있다. 상기 III-V 족 물질은 적어도 하나의 III 족 원소와 적어도 하나의 V족 원소를 포함하는 2 원계, 3 원계, 또는 4 원계 화합물일 수 있다. 상기 III-V 족 물질은 III 족 원소로서 In, Ga 및 Al 중 적어도 하나의 원소와, V 족 원소로서 As, P 및 Sb 중 적어도 하나의 원소를 포함하는 화합물일 수 있다. 예를 들면, 상기 III-V 족 물질은 InP, InzGa1-zAs (0 ≤ z ≤ 1), 및 AlzGa1-zAs (0 ≤ z ≤ 1)로부터 선택될 수 있다. 상기 2 원계 화합물은, 예를 들면 InP, GaAs, InAs, InSb 및 GaSb 중 어느 하나일 수 있다. 상기 3 원계 화합물은 InGaP, InGaAs, AlInAs, InGaSb, GaAsSb 및 GaAsP 중 어느 하나일 수 있다. 상기 IV 족 물질은 Si 또는 Ge일 수 있다. 그러나, 본 발명의 기술적 사상에 의한 집적회로 소자에서 사용 가능한 III-V 족 물질 및 IV 족 물질이 상기 예시한 바에 한정되는 것은 아니다. 상기 III-V 족 물질과 Ge과 같은 IV 족 물질은 저전력, 고속 트랜지스터를 만들 수 있는 채널 재료로 이용될 수 있다. Si 기판에 비해 전자의 이동도가 높은 III-V 족 물질, 예를 들면 GaAs로 이루어지는 반도체 기판과, Si 기판에 비해 정공의 이동도가 높은 반도체 물질, 예를 들면 Ge로 이루어지는 반도체 기판을 이용하여 고성능 CMOS를 형성할 수 있다. 일부 실시예들에서, 상기 기판(110) 상에 MMOS 트랜지스터를 형성하는 경우, 상기 기판(110)은 위에서 예시한 III-V 족 물질들 중 어느 하나로 이루어질 수 있다. 다른 일부 실시예들에서, 상기 기판(110) 상에 PMOS 트랜지스터를 형성하는 경우, 상기 기판(110)의 적어도 일부는 Ge로 이루어질 수 있다. 다른 예에서, 상기 기판(110)은 SOI (silicon on insulator) 구조를 가질 수 있다. 상기 기판(110)은 도전 영역, 예를 들면 불순물이 도핑된 웰 (well), 또는 불순물이 도핑된 구조물을 포함할 수 있다. The
제1 영역(I)의 제1 활성 영역(AC1) 위에 제1 인터페이스막(112)을 형성하고, 제2 영역(II)의 제2 활성 영역(AC2) 위에 제2 인터페이스막(114)을 형성한다. The
상기 제1 인터페이스막(112) 및 제2 인터페이스막(114)은 동시에 형성될 수 있다. 상기 제1 인터페이스막(112) 및 제2 인터페이스막(114)은 유전율이 약 9 이하인 저유전 물질층, 예를 들면 실리콘 산화막, 실리콘 산질화막, 또는 이들의 조합으로 이루어질 수 있다. 일부 실시예들에서, 상기 제1 인터페이스막(112) 및 제2 인터페이스막(114)은 각각 제1 활성 영역(AC1) 및 제2 활성 영역(AC2)의 표면을 산화시켜 얻어질 수 있다. 다른 일부 실시예들에서, 상기 제1 인터페이스막(112) 및 제2 인터페이스막(114)은 실리케이트, 실리케이트와 실리콘 산화막과의 조합, 또는 실리케이트와 실리콘 산질화막과의 조합으로 이루어질 수 있다. 일부 실시예들에서, 상기 제1 인터페이스막(112) 및 제2 인터페이스막(114)은 각각 약 5 ∼ 20 Å의 두께를 가질 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. The
제1 영역(I)에서 제1 인터페이스막(112) 위에 제1 고유전막(122)을 형성하고, 제2 영역(II)에서 제2 인터페이스막(114) 위에 제2 고유전막(124)을 형성한다. A first high-
상기 제1 고유전막(122) 및 제2 고유전막(124)을 형성하기 위하여, 금속 산화물로 이루어지는 예비 고유전막을 형성한 후, 상기 예비 고유전막을 열처리할 수 있다. 상기 예비 고유전막에 대한 보다 상세한 구성은 도 9a를 참조하여 예비 고유전막(120)에 대하여 후술하는 바를 참조한다. 상기 열처리는 필요에 따라 산소 분위기 또는 불활성 가스 분위기에서 수행될 수 있다. In order to form the first high-
일부 실시예들에서, 상기 예비 고유전막을 열처리하는 데 있어서, 상기 예비 고유전막 중 제1 영역(I)에 있는 부분은 마스크 패턴(도시 생략)으로 덮고 제2 영역(II)에 있는 부분은 노출된 상태에서 산소 분위기 하에서 열처리를 수행할 수 있다. 이 경우, 상기 예비 고유전막 중 제1 영역(I)에 있는 부분은 조성의 변화 없이 제1 고유전막(122)으로 남고, 제2 영역(I)에 있는 부분은 상기 제1 고유전막(122)에서보다 산소 함량이 더 큰 제2 고유전막(124)으로 될 수 있다. 그 결과, 상기 제1 고유전막(122)에서의 산소 베이컨시 밀도는 상기 제2 고유전막(124)에서의 산소 베이컨시 밀도보다 더 높을 수 있다. 상기 열처리는 약 400 ∼ 1000 ℃의 온도 하에서 수행될 수 있다. In some embodiments, in the heat treatment of the preliminary high-k film, a portion of the preliminary high-k film in the first region I is covered with a mask pattern (not shown) and a portion in the second region II is exposed. The heat treatment may be performed in an oxygen atmosphere in the In this case, the portion in the first region (I) of the preliminary high-k film remains as the first high-
다른 일부 실시예들에서, 상기 예비 고유전막의 열처리는 불활성 가스 분위기, 예를 들면 질소 분위기에서 수행될 수 있다. 이 경우, 제1 영역(I) 및 제2 영역(II)에서 상기 예비 고유전막 내에서의 산소 함량의 실질적인 변화가 없을 수 있다. 이 경우, 상기 제1 고유전막(122) 및 제2 고유전막(124) 각각에서의 산소 베이컨시 밀도의 실질적인 차이가 없을 수 있다. In some other embodiments, the heat treatment of the preliminary high-k film may be performed in an inert gas atmosphere, for example, a nitrogen atmosphere. In this case, there may be no substantial change in oxygen content in the preliminary high-k film in the first region I and the second region II. In this case, there may be no substantial difference in oxygen vacancy density in each of the first high-
제1 영역(I) 및 제2 영역(II)에서 상기 제1 고유전막(122) 및 제2 고유전막(124) 위에 일함수 조절 금속 함유막(130)을 형성한다. A work function control metal-containing
일부 실시예들에서, 상기 일함수 조절 금속 함유막(130)은 Ti 막, TiN 막, TiON 막, TiO 막, Ta 막, TaN 막, TaON 막, TiAlN(O) 막, TaAlN(O) 막, 또는 이들의 조합으로 이루어질 수 있으나, 상기 예시한 바에 한정되는 것은 아니다. In some embodiments, the work function control metal-containing
도 8b를 참조하면, 일함수 조절 금속 함유막(130) 중 제1 영역(I)에 있는 부분 만을 선택적으로 덮는 마스크 패턴(160)을 형성한다. Referring to FIG. 8B , a
상기 마스크 패턴(160)이 형성된 후, 제2 영역(II)에서는 일함수 조절 금속 함유막(130)이 노출될 수 있다. 상기 마스크 패턴(160)은 예를 들면 포토레지스트 패턴 또는 하드마스크 패턴으로 이루어질 수 있다. 상기 하드마스크 패턴은 실리콘 산화막, 실리콘 질화막, 폴리실리콘 막, 또는 이들의 조합으로 이루어질 수 있으나, 상기 예시한 바에 한정되는 것은 아니다. After the
도 8c를 참조하면, 마스크 패턴(160)을 통해 노출되는 제2 영역(II)의 일함수 조절 금속 함유막(130)(도 8b 참조)의 상면으로부터 소정 깊이만큼 일부만 산화시켜, 제2 영역(II)에서 상기 일함수 조절 금속 함유막(130) 중 상측 일부에 상부 제2 도전막(134A2)을 형성한다. 제2 영역(II)에서 상기 일함수 조절 금속 함유막(130) 중 상기 상부 제2 도전막(134A2)을 제외한 나머지 두께 부분은 하부 제2 도전막(134A1)으로 남게 될 수 있다. Referring to FIG. 8C , only a portion of the work function control metal-containing film 130 (refer to FIG. 8B ) of the second region II exposed through the
제2 영역(II)에서 상기 일함수 조절 금속 함유막(130)의 상면으로부터 소정 깊이만큼 일부만 산화시키기 위하여 산화 분위기(162)를 이용할 수 있다. 일부 실시예들에서, 상기 산화 분위기(162)는 오존수를 포함할 수 있다. 예를 들면, 상기 상부 제2 도전막(134A2)을 형성하기 위하여 제2 영역(II)에서 노출된 일함수 조절 금속 함유막(130)의 상면을 오존수에 약 10 초 내지 약 3 분 동안 접촉시킬 수 있다. 이를 위하여, 오존수를 상기 기판(110) 상에 분사하거나 상기 기판(110)을 오존수 내에 딥핑(dipping)할 수 있다. 제2 영역(II)에서 노출된 일함수 조절 금속 함유막(130)의 상면을 오존수에 접촉시키는 동안, 상기 일함수 조절 금속 함유막(130)의 상면으로부터 소정 두께 범위 내에서 일함수 조절 금속 함유막(130)을 구성하는 물질이 산화될 수 있다. 예들 들면, 상기 일함수 조절 금속 함유막(130)이 TiN 막으로 이루어진 경우, 상기 오존수와의 접촉에 의해 상기 일함수 조절 금속 함유막(130)의 일부가 TiO로 산화되어, 상기 하부 제2 도전막(134A1)에서보다 산소 함량이 높은 상부 제2 도전막(134A2)이 얻어질 수 있다. In the second region II, the oxidizing
상기 상부 제2 도전막(134A2)의 두께(THA2)는 상기 일함수 조절 금속 함유막(130)의 총 두께의 약 10 ∼ 90 %일 수 있으나, 상기 예시한 범위에 한정되는 것은 아니다. The thickness THA2 of the upper second conductive layer 134A2 may be about 10 to 90% of the total thickness of the work function control metal-containing
제2 영역(II)에서 상기 상부 제2 도전막(134A2)이 형성되는 동안, 상기 일함수 조절 금속 함유막(130) 중 제1 영역(I)에 있는 부분은 실질적인 변화 없이 제1 도전막(132A1)으로 남을 수 있다. While the upper second conductive layer 134A2 is formed in the second region II, the portion of the work function control metal-containing
도 8d를 참조하면, 제1 영역(I)을 덮고 있던 마스크 패턴(160)(도 8c 참조)을 제거한 후, 제1 영역(I)에 있는 제1 도전막(132A1) 위에 제1 상부 게이트막(142)을 형성하고, 제2 영역(II)에 있는 상부 제2 도전막(134A2) 위에 제2 상부 게이트막(144)을 형성한다. Referring to FIG. 8D , after removing the mask pattern 160 (see FIG. 8C ) covering the first region I, the first upper gate layer is formed on the first conductive layer 132A1 in the first region I. 142 is formed, and a second
도 8d에는 상기 제1 상부 게이트막(142)이 제1 도전성 배리어막(142A1) 및 제1 갭필 금속막(142A2)의 적층 구조로 이루어지고, 상기 제2 상부 게이트막(144)이 제2 도전성 배리어막(144A1) 및 제2 갭필 금속막(144A2)의 적층 구조로 이루어진 경우를 예시하였다. In FIG. 8D , the first
일부 실시예들에서, 상기 제1 도전성 배리어막(142A1) 및 제2 도전성 배리어막(144A1)은 각각 TiN, TaN, 또는 이들의 조합으로 이루어질 수 있다. 일부 실시예들에서, 상기 제1 갭필 금속막(142A2) 및 제2 갭필 금속막(144A2)은 W으로 이루어질 수 있다. In some embodiments, each of the first conductive barrier layer 142A1 and the second conductive barrier layer 144A1 may be formed of TiN, TaN, or a combination thereof. In some embodiments, the first gap-fill metal layer 142A2 and the second gap-fill metal layer 144A2 may be formed of W.
일부 실시예들에서, 상기 제1 도전막(132A1)과 상기 제1 상부 게이트막(142)과의 사이, 및/또는 상기 상부 제2 도전막(134A2)과 상기 제2 상부 게이트막(144)과의 사이에 상부 일함수 조절막이 더 형성될 수도 있다. 상기 상부 일함수 조절막은 TiAlC, TiAlN, TiC, TaC, HfSi, 또는 이들의 조합으로 이루어질 수 있으나, 상기 예시한 바에 한정되는 것은 아니다. In some embodiments, between the first conductive layer 132A1 and the first
도 8a 내지 도 8d를 참조하여 설명한 집적회로 소자의 제조 방법에 따라 도 1에 예시한 집적회로 소자(100)의 제1 트랜지스터(TR11) 및 제2 트랜지스터(TR12)를 형성할 수 있다. According to the method of manufacturing the integrated circuit device described with reference to FIGS. 8A to 8D , the first transistor TR11 and the second transistor TR12 of the
도 9a 내지 도 9e는 본 발명의 기술적 사상에 의한 다른 실시예들에 따른 집적회로 소자의 제조 방법을 설명하기 위하여 공정 순서에 따라 도시한 단면도들이다. 도 9a 내지 도 9e에 있어서, 도 1 내지 도 8d에서와 동일한 참조 부호는 동일 부재를 나타내며, 여기서는 이들에 대한 상세한 설명을 생략한다. 9A to 9E are cross-sectional views illustrating a process sequence in order to explain a method of manufacturing an integrated circuit device according to other embodiments according to the inventive concept. 9A to 9E, the same reference numerals as in FIGS. 1 to 8D denote the same members, and detailed description thereof will be omitted herein.
도 9a를 참조하면, 도 8a를 참조하여 설명한 바와 같은 방법으로 기판(110)의 제1 영역(I)에서 제1 활성 영역(AC1) 위에 제1 인터페이스막(112)을 형성하고, 제2 영역(II)에서 제2 활성 영역(AC2) 위에 제2 인터페이스막(114)을 형성한다. Referring to FIG. 9A , the
그 후, 제1 영역(I) 및 제2 영역(II)에서 상기 제1 인터페이스막(112) 및 상기 제2 인터페이스막(114) 위에 예비 고유전막(120)을 형성한다. Thereafter, a preliminary high-
상기 예비 고유전막(120)은 하프늄 산화물, 하프늄 산질화물, 하프늄 실리콘 산화물, 란타늄 산화물, 란타늄 알루미늄 산화물, 지르코늄 산화물, 지르코늄 실리콘 산화물, 탄탈륨 산화물, 티타늄 산화물, 바륨 스트론튬 티타늄 산화물, 바륨 티타늄 산화물, 스트론튬 티타늄 산화물, 이트륨 산화물, 알루미늄 산화물, 납 스칸듐 탄탈륨 산화물, 납 아연 니오브산염, 및 이들의 조합 중에서 선택되는 물질로 이루어질 수 있으나, 상기 예시된 바에 한정되는 것은 아니다. The preliminary high-
제1 영역(I) 및 제2 영역(II)에서 상기 예비 고유전막(120) 위에 일함수 조절 금속 함유막(230)을 형성한다. A work function control metal-containing
상기 일함수 조절 금속 함유막(230)은 산소를 포함하는 금속 함유막으로 이루어질 수 있다. 예를 들면, 상기 일함수 조절 금속 함유막(230)은 TiON 막, TiO 막, TaON 막, TiAlN(O) 막, TaAlN(O) 막, 또는 이들의 조합으로 이루어질 수 있으나, 상기 예시한 바에 한정되는 것은 아니다. The work function control metal-containing
도 9b를 참조하면, 일함수 조절 금속 함유막(230) 중 제2 영역(II)에 있는 부분 만을 선택적으로 덮는 마스크 패턴(260)을 형성한다. Referring to FIG. 9B , a
상기 마스크 패턴(260)이 형성된 후, 제1 영역(I)에서는 일함수 조절 금속 함유막(230)이 노출될 수 있다. After the
일부 실시예들에서, 상기 마스크 패턴(260)은 포토레지스트 패턴으로 이루어질 수 있다. 다른 일부 실시예들에서, 상기 마스크 패턴(260)은 상기 일함수 조절 금속 함유막(230)과의 사이에 식각 선택비를 제공할 수 있는 하드마스크 패턴으로 이루어질 수 있다. 상기 하드마스크 패턴은 실리콘 산화막, 실리콘 질화막, 폴리실리콘 막, 또는 이들의 조합으로 이루어질 수 있으나, 상기 예시한 바에 한정되는 것은 아니다. In some embodiments, the
도 9c를 참조하면, 제1 영역(I)에서 노출된 일함수 조절 금속 함유막(230)(도 9b 참조)을 제거하여, 제1 영역(I)에서 예비 고유전막(120)을 노출시킨다. Referring to FIG. 9C , the work function control metal-containing layer 230 (refer to FIG. 9B ) exposed in the first region (I) is removed to expose the preliminary high-
상기 일함수 조절 금속 함유막(230) 중 제2 영역(II)에 남아 있는 부분은 하부 제2 도전막(234C1)으로 될 수 있다. A portion of the work function control metal-containing
도 9d를 참조하면, 제2 영역(II)을 덮고 있던 마스크 패턴(260)(도 9c 참조)을 제거한 후, 제1 영역(I) 및 제2 영역(II)에 도전막(132C1, 234C2)을 형성한다. Referring to FIG. 9D , after the mask pattern 260 (see FIG. 9C ) covering the second region II is removed, conductive layers 132C1 and 234C2 are formed in the first region I and the second region II. to form
상기 도전막(132C1, 234C2)은 제1 영역(I)에서 예비 고유전막(120) 위에 형성되는 제1 도전막(132C1)과, 제2 영역(II)에서 하부 제2 도전막(234C1) 위에 형성되는 상부 제2 도전막(234C2)을 포함한다. 상기 도전막(132C1, 234C2)은 제1 영역(I) 및 제2 영역(II)에서 동시에 형성될 수 있다. 상기 도전막(132C1, 234C2)은 제2 영역(II)에 형성되어 있는 하부 제2 도전막(234C1)에서의 산소 함량보다 더 낮은 산소 함량을 가질 수 있다. 일부 실시예들에서, 상기 도전막(132C1, 234C2)은 산소를 포함하지 않을 수 있다. 다른 일부 실시예들에서, 상기 도전막(132C1, 234C2)은 상기 하부 제2 도전막(234C1)에서의 산소 함량보다 단위 체적당 약 5 ∼ 30 원자% 만큼 더 낮은 산소 함량을 가질 수 있다. 일부 실시예들에서, 상기 도전막(132C1, 234C2)은 Ti 막, TiN 막, TiON 막, TiO 막, Ta 막, TaN 막, TaON 막, TiAlN(O) 막, TaAlN(O) 막, 또는 이들의 조합으로 이루어질 수 있으나, 상기 예시한 바에 한정되는 것은 아니다. The conductive layers 132C1 and 234C2 are formed on the first conductive layer 132C1 formed on the preliminary high-
상기 도전막(132C1, 234C2)은 제2 영역(II)에 형성된 하부 제2 도전막(234C1)의 두께보다 작거나 큰 두께를 가질 수 있다. 또는, 상기 도전막(132C1, 234C2)은 제2 영역(II)에 형성된 하부 제2 도전막(234C1)의 두께와 동일한 두께를 가질 수 있다. The conductive layers 132C1 and 234C2 may have a thickness less than or greater than a thickness of the lower second conductive layer 234C1 formed in the second region II. Alternatively, the conductive layers 132C1 and 234C2 may have the same thickness as that of the lower second conductive layer 234C1 formed in the second region II.
일부 실시예들에서, 제1 영역(I)에서 예비 고유전막(120)과 제1 도전막(132C1)과의 사이, 그리고 제2 영역(II)에서 하부 제2 도전막(234C1)과 상부 제2 도전막(234C2)과의 사이에 추가의 금속 함유막(도시 생략)을 더 포함할 수 있다. 예를 들면, 상기 추가의 금속 함유막은 TiN, TaN, 또는 이들의 조합으로 이루어질 수 있으나, 상기 예시한 바에 한정되는 것은 아니다. In some embodiments, between the preliminary high-
상기 제1 도전막(132C1), 하부 제2 도전막(234C1), 및 상부 제2 도전막(234C2)에 대한 보다 상세한 구성은 도 5를 참조하여 설명한 바와 같다. A more detailed configuration of the first conductive layer 132C1 , the lower second conductive layer 234C1 , and the upper second conductive layer 234C2 has been described with reference to FIG. 5 .
상기 도전막(132C1, 234C2)을 형성한 결과물을 열처리할 수 있다. 상기 열처리가 수행되는 동안, 제1 영역(I)에 있는 제1 도전막(132C1)으로부터 예비 고유전막(120)(도 9c 참조)으로 산소 원자가 확산될 수 있다. 상기 열처리는 불활성 가스 분위기, 예를 들면 질소 분위기에서 약 400 ∼ 1000 ℃의 온도로 수행될 수 있다. 상기 열처리는 약 1 초 내지 약 10 초 동안 수행될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. A resultant product of forming the conductive layers 132C1 and 234C2 may be heat-treated. While the heat treatment is performed, oxygen atoms may diffuse from the first conductive layer 132C1 in the first region I to the preliminary high-k layer 120 (refer to FIG. 9C ). The heat treatment may be performed in an inert gas atmosphere, for example, a nitrogen atmosphere at a temperature of about 400 to 1000 °C. The heat treatment may be performed for about 1 second to about 10 seconds, but is not limited thereto.
상기 제1 도전막(132C1)이 산소 원자를 포함하지 않는 경우, 상기 열처리가 수행되는 동안 상기 제1 도전막(132C1)으로부터 예비 고유전막(120)으로의 산소 원자의 확산은 이루어지지 않을 수 있다. 반면, 상기 열처리가 수행되는 동안 제2 영역(II)에 있는 하부 제2 도전막(234C1)으로부터 예비 고유전막(120)으로 산소 원자가 확산될 수 있다. 이 때, 상기 하부 제2 도전막(234C1)에서의 산소 함량은 상기 제1 도전막(132C1)에서의 산소 함량보다 더 크기 때문에, 상기 열처리가 수행된 후, 예비 고유전막(120) 중 제1 영역(I)에 있는 부분은 산소 함량이 비교적 적은 제1 고유전막(122)으로 남고, 제2 영역(II)에 있는 부분은 산소 함량이 비교적 큰 제2 고유전막(224)으로 남게 될 수 있다. 상기 제1 고유전막(122)에서의 산소 베이컨시 밀도는 상기 제2 고유전막(224)에서의 산소 베이컨시 밀도보다 더 높을 수 있다. 상기 제1 고유전막(122) 및 제2 고유전막(224)에 대한 보다 상세한 구성은 도 1, 도 4, 및 도 5를 참조하여 설명한 바와 같다. When the first conductive layer 132C1 does not contain oxygen atoms, diffusion of oxygen atoms from the first conductive layer 132C1 to the preliminary high-
일부 실시예들에서, 상기 열처리는 생략 가능하다. In some embodiments, the heat treatment may be omitted.
일부 실시예들에서, 상기 도전막(132C1, 234C2)을 형성하기 위한 증착 공정이 수행되는 동안, 증착 공정 온도에 의해 상기 예비 고유전막(120)으로의 산소 원자 확산이 이루어질 수 있다. 그 결과 상기 예비 고유전막(120)으로부터 상기 제1 고유전막(122) 및 제2 고유전막(224)이 얻어질 수 있다. In some embodiments, while a deposition process for forming the conductive layers 132C1 and 234C2 is performed, oxygen atoms may be diffused into the preliminary high-
도 9e를 참조하면, 제1 영역(I)에 있는 제1 도전막(132C1) 위에 제1 상부 게이트막(142)을 형성하고, 제2 영역(II)에 있는 상부 제2 도전막(234C2) 위에 제2 상부 게이트막(144)을 형성한다. Referring to FIG. 9E , a first
상기 제1 상부 게이트막(142) 및 제2 상부 게이트막(144)에 대한 상세한 구성은 도 8d를 참조하여 설명한 바를 참조한다. A detailed configuration of the first
도 9a 내지 도 9e를 참조하여 설명한 집적회로 소자의 제조 방법에 따라 도 4에 예시한 집적회로 소자(200)의 제1 트랜지스터(TR21) 및 제2 트랜지스터(TR22)를 형성할 수 있다. According to the method of manufacturing the integrated circuit device described with reference to FIGS. 9A to 9E , the first transistor TR21 and the second transistor TR22 of the
도 10a 내지 도 10d는 본 발명의 기술적 사상에 의한 또 다른 실시예들에 따른 집적회로 소자의 제조 방법을 설명하기 위하여 공정 순서에 따라 도시한 단면도들이다. 도 10a 내지 도 10d에 있어서, 도 1 내지 도 9e에서와 동일한 참조 부호는 동일 부재를 나타내며, 여기서는 이들에 대한 상세한 설명을 생략한다. 10A to 10D are cross-sectional views illustrating a process sequence in order to explain a method of manufacturing an integrated circuit device according to still other embodiments according to the inventive concept. 10A to 10D, the same reference numerals as in FIGS. 1 to 9E denote the same members, and detailed descriptions thereof are omitted herein.
도 10a를 참조하면, 도 9a를 참조하여 설명한 바와 같은 방법으로 기판(110)의 제1 영역(I)에서 제1 활성 영역(AC1) 위에 제1 인터페이스막(112)을 형성하고, 제2 영역(II)에서 제2 활성 영역(AC2) 위에 제2 인터페이스막(114)을 형성한다. 그 후, 제1 영역(I) 및 제2 영역(II)에서 상기 제1 인터페이스막(112) 및 상기 제2 인터페이스막(114) 위에 예비 고유전막(120)을 형성한다. Referring to FIG. 10A , the
그 후, 제1 영역(I) 및 제2 영역(II)에서 상기 예비 고유전막(120) 위에 일함수 조절 금속 함유막(130)을 형성한다. 상기 일함수 조절 금속 함유막(130)에 대한 상세한 사항은 도 8a를 참조하여 설명한 바를 참조한다. Thereafter, a work function control metal-containing
도 10b를 참조하면, 일함수 조절 금속 함유막(130) 중 제1 영역(I)에 있는 부분 만을 선택적으로 덮는 마스크 패턴(270)을 형성한다. Referring to FIG. 10B , a
상기 마스크 패턴(270)이 형성된 후, 제2 영역(II)에서는 일함수 조절 금속 함유막(130)이 노출될 수 있다. 상기 마스크 패턴(270)은 포토레지스트 패턴 또는 하드마스크 패턴으로 이루어질 수 있다. 상기 하드마스크 패턴은 실리콘 산화막, 실리콘 질화막, 폴리실리콘 막, 또는 이들의 조합으로 이루어질 수 있으나, 상기 예시한 바에 한정되는 것은 아니다. After the
상기 마스크 패턴(270)이 제1 영역(I)을 덮고 있는 상태에서 제2 영역(II)에 있는 일함수 조절 금속 함유막(130) 내에 산소 원자를 공급하여 제2 영역(II)에 있는 일함수 조절 금속 함유막(130)의 적어도 일부를 산화시킨다. 이를 위하여, 상기 마스크 패턴(270)이 형성된 결과물을 산소 함유 분위기(272)에서 어닐링할 수 있다. In a state in which the
일부 실시예들에서, 상기 산소 함유 분위기(272)는 O2, O3, H2O, 이들의 조합, 또는 이들의 플라즈마 분위기일 수 있다. In some embodiments, the oxygen-containing atmosphere 272 may be O 2 , O 3 , H 2 O, a combination thereof, or a plasma atmosphere thereof.
일부 실시예들에서, 상기 어닐링을 수행하기 위하여 상기 마스크 패턴(270)이 형성된 결과물에 대하여 RTA (rapid thermal annealing) 공정을 수행할 수 있다. 상기 RTA 공정은 약 400℃ 내지 1000 ℃의 온도로 수 ms 내지 수 초 동안, 예를 들면 약 1 ∼ 10 초 동안 수행될 수 있다. In some embodiments, in order to perform the annealing, a rapid thermal annealing (RTA) process may be performed on a resultant product on which the
상기 산소 함유 분위기(272) 하에서의 어닐링이 수행되는 동안, 제2 영역(II)에서 상기 산소 함유 분위기(272)에 노출되는 일함수 조절 금속 함유막(130) 내에 산소 원자가 공급되어 제2 도전막(134B1)이 형성될 수 있다. 또한, 상기 일함수 조절 금속 함유막(130) 내에 공급된 산소 원자들의 일부는 상기 일함수 조절 금속 함유막(130)의 하부에 있는 예비 고유전막(120) 내부까지 확산되어, 어닐링 전의 상기 예비 고유전막(120)에서의 산소 함량보다 더 큰 산소 함량을 가지는 제2 고유전막(124)이 형성될 수 있다.While the annealing is performed under the oxygen-containing atmosphere 272 , oxygen atoms are supplied into the work function control metal-containing
반면, 제1 영역(I)에서는 상기 일함수 조절 금속 함유막(130)이 마스크 패턴(270)에 의해 덮여 있으므로 상기 산소 함유 분위기(272)에서의 어닐링에 의한 실질적인 영향을 받지 않을 수 있다. 그 결과, 제1 영역(I)에서 상기 일함수 조절 금속 함유막(130)은 상기 제2 도전막(134B1)에서보다 낮은 산소 함량을 가지는 제1 도전막(132B1)으로 남게 되고, 제1 영역(I)에서 예비 고유전막(120)도 제2 고유전막(124)에서보다 산소 함량이 낮은 제1 고유전막(122)으로 남게 될 수 있다. 상기 제1 고유전막(122)에서의 산소 베이컨시 밀도는 상기 제2 고유전막(124)에서의 산소 베이컨시 밀도보다 더 높을 수 있다. 상기 제1 고유전막(122) 및 제2 고유전막(124)에 대한 보다 상세한 구성은 도 1 및 도 3을 참조하여 설명한 바와 같다. On the other hand, in the first region I, since the work function control metal-containing
도 10c를 참조하면, 마스크 패턴(270)(도 10b 참조)을 제거하여 제1 영역(I)에서 제1 도전막(132B1)을 노출시킨다. Referring to FIG. 10C , the mask pattern 270 (refer to FIG. 10B ) is removed to expose the first conductive layer 132B1 in the first region I.
도 10d를 참조하면, 제1 영역(I)에 있는 제1 도전막(132B1) 위에 제1 상부 게이트막(142)을 형성하고, 제2 영역(II)에 있는 제2 도전막(134B1) 위에 제2 상부 게이트막(144)을 형성한다. Referring to FIG. 10D , the first
상기 제1 상부 게이트막(142) 및 제2 상부 게이트막(144)에 대한 상세한 구성은 도 8d를 참조하여 설명한 바를 참조한다. A detailed configuration of the first
도 10a 내지 도 10d를 참조하여 설명한 집적회로 소자의 제조 방법에 따라 도 1에 예시한 집적회로 소자(100)의 제1 트랜지스터(TR11) 및 제2 트랜지스터(TR12)를 형성할 수 있다. The first transistor TR11 and the second transistor TR12 of the
도 11a 내지 도 11c는 본 발명의 기술적 사상에 의한 또 다른 실시예들에 따른 집적회로 소자의 제조 방법을 설명하기 위하여 공정 순서에 따라 도시한 단면도들이다. 도 11a 내지 도 11c에 있어서, 도 1 내지 도 10d에서와 동일한 참조 부호는 동일 부재를 나타내며, 여기서는 이들에 대한 상세한 설명을 생략한다. 11A to 11C are cross-sectional views illustrating a process sequence in order to explain a method of manufacturing an integrated circuit device according to still other embodiments according to the inventive concept. 11A to 11C, the same reference numerals as in FIGS. 1 to 10D denote the same members, and detailed descriptions thereof are omitted herein.
도 11a를 참조하면, 도 9a를 참조하여 설명한 바와 같은 방법으로, 기판(110)의 제1 영역(I)에서 제1 활성 영역(AC1) 위에 제1 인터페이스막(112)을 형성하고, 제2 영역(II)에서 제2 활성 영역(AC2) 위에 제2 인터페이스막(114)을 형성한다. 그 후, 제1 영역(I) 및 제2 영역(II)에서 상기 제1 인터페이스막(112) 및 상기 제2 인터페이스막(114) 위에 예비 고유전막(120) 및 일함수 조절 금속 함유막(230)을 차례로 형성한다. 상기 일함수 조절 금속 함유막(230)은 산소를 포함하는 금속 함유막으로 이루어질 수 있다. Referring to FIG. 11A , in the same manner as described with reference to FIG. 9A , the
도 11b를 참조하면, 일함수 조절 금속 함유막(230) 중 제2 영역(II)에 있는 부분 만을 선택적으로 덮는 마스크 패턴(280)을 형성한다. Referring to FIG. 11B , a
상기 마스크 패턴(280)은 도 9b를 참조하여 마스크 패턴(260)에 대하여 설명한 바와 동일한 구성을 가질 수 있다. The
제2 영역(II)에서 마스크 패턴(280)이 일함수 조절 금속 함유막(230)을 덮고 있는 상태에서 제1 영역(I)에 있는 일함수 조절 금속 함유막(230) 내에 환원 가스를 공급하여, 제1 영역(I)에 있는 일함수 조절 금속 함유막(230)의 적어도 일부를 환원시킨다. 이를 위하여, 상기 마스크 패턴(280)이 형성된 결과물을 환원 가스 분위기(282)에서 어닐링할 수 있다. In the second region (II), a reducing gas is supplied into the work function control metal-containing
일부 실시예들에서, 상기 환원 가스 분위기(282)는 NH3, 경수소 분자(H2), 중수소 분자(D2), 이들의 조합, 또는 이들의 플라즈마 분위기일 수 있다. In some embodiments, the reducing
일부 실시예들에서, 상기 환원 가스 분위기(282)에서의 어닐링을 수행하기 위하여, 상기 마스크 패턴(280)이 형성된 결과물을 약 400℃ 내지 700 ℃의 온도로 수 ms 내지 수 분 동안, 예를 들면 약 1 ∼ 60 초 동안 열처리할 수 있다. In some embodiments, in order to perform annealing in the reducing
상기 환원 가스 분위기(282)에서의 어닐링이 수행되는 동안, 제1 영역(I)에서 환원 가스 분위기(282)에 노출되는 일함수 조절 금속 함유막(230)의 적어도 일부 영역에서 환원 반응이 이루어져서, 어닐링 전의 상기 일함수 조절 금속 함유막(230)에서보다 산소 함량이 적은 제1 도전막(132B1)이 얻어질 수 있다. 또한, 상기 일함수 조절 금속 함유막(230) 내에 공급된 환원 가스 구성 원소들 중 일부는 상기 일함수 조절 금속 함유막(230)의 하부에 있는 예비 고유전막(120) 내부까지 확산되어, 제1 영역(I)에 있는 예비 고유전막(120)에서도 환원 반응이 이루어질 수 있다. 그 결과, 제1 영역(I)에서는 어닐링 전의 예비 고유전막(120)에서의 산소 함량 보다 더 적은 산소 함량을 가지는 제1 고유전막(122)이 형성될 수 있다. While the annealing in the reducing
반면, 제2 영역(II)에서는 상기 일함수 조절 금속 함유막(230)이 마스크 패턴(280)에 의해 덮여 있으므로 상기 환원 가스 분위기(282)에서의 어닐링에 의한 실질적인 영향을 받지 않을 수 있다. 그 결과, 제2 영역(II)에서 상기 일함수 조절 금속 함유막(230)은 상기 제1 도전막(132B1)에서보다 큰 산소 함량을 가지는 제2 도전막(134B1)으로 남게 되고, 제2 영역(II)에 있는 예비 고유전막(120)도 제1 고유전막(122)에서보다 산소 함량이 큰 제2 고유전막(124)으로 남게 될 수 있다. 상기 제1 고유전막(122)에서의 산소 베이컨시 밀도는 상기 제2 고유전막(124)에서의 산소 베이컨시 밀도보다 더 높을 수 있다. 상기 제1 고유전막(122) 및 제2 고유전막(124)에 대한 보다 상세한 구성은 도 1 및 도 3을 참조하여 설명한 바와 같다. On the other hand, in the second region II, since the work function control metal-containing
도 11c를 참조하면, 마스크 패턴(280)(도 11b 참조)을 제거한 후, 제1 영역(I)에 있는 제1 도전막(132B1) 위에 제1 상부 게이트막(142)을 형성하고, 제2 영역(II)에 있는 제2 도전막(134B1) 위에 제2 상부 게이트막(144)을 형성한다. Referring to FIG. 11C , after removing the mask pattern 280 (see FIG. 11B ), a first
상기 제1 상부 게이트막(142) 및 제2 상부 게이트막(144)에 대한 상세한 구성은 도 8d를 참조하여 설명한 바를 참조한다. A detailed configuration of the first
도 11a 내지 도 11c를 참조하여 설명한 집적회로 소자의 제조 방법에 따라 도 1에 예시한 집적회로 소자(100)의 제1 트랜지스터(TR11) 및 제2 트랜지스터(TR12)를 형성할 수 있다. According to the method of manufacturing the integrated circuit device described with reference to FIGS. 11A to 11C , the first transistor TR11 and the second transistor TR12 of the
도 12a 내지 도 12c는 본 발명의 기술적 사상에 의한 또 다른 실시예들에 따른 집적회로 소자의 제조 방법을 설명하기 위하여 공정 순서에 따라 도시한 단면도들이다. 도 12a 내지 도 12c에 있어서, 도 1 내지 도 11c에서와 동일한 참조 부호는 동일 부재를 나타내며, 여기서는 이들에 대한 상세한 설명을 생략한다. 12A to 12C are cross-sectional views illustrating a process sequence in order to explain a method of manufacturing an integrated circuit device according to still other embodiments according to the inventive concept. In FIGS. 12A to 12C , the same reference numerals as in FIGS. 1 to 11C denote the same members, and detailed descriptions thereof are omitted herein.
도 12a를 참조하면, 도 10a를 참조하여 설명한 바와 같은 방법으로, 기판(110)의 제1 영역(I)에서 제1 활성 영역(AC1) 위에 제1 인터페이스막(112)을 형성하고, 제2 영역(II)에서 제2 활성 영역(AC2) 위에 제2 인터페이스막(114)을 형성한다. 그 후, 제1 영역(I) 및 제2 영역(II)에서 상기 제1 인터페이스막(112) 및 상기 제2 인터페이스막(114) 위에 예비 고유전막(120) 및 일함수 조절 금속 함유막(130)을 차례로 형성한다. 상기 일함수 조절 금속 함유막(130)은 산소를 포함하지 않는 금속 함유막, 또는 산소를 포함하는 금속 함유막으로 이루어질 수 있다. Referring to FIG. 12A , in the same manner as described with reference to FIG. 10A , the
도 12b를 참조하면, 일함수 조절 금속 함유막(130) 중 제2 영역(II)에 있는 부분 만을 선택적으로 덮는 산소 함유막(292)을 형성한다. Referring to FIG. 12B , an oxygen-containing
상기 산소 함유막(292)은 열처리시 산소를 주변에 공급할 수 있는 막으로서, 예를 들면 하프늄 산화막, 지르코늄 산화막, 실리콘 산화막으로 이루어질 수 있으나, 이들에 한정되는 것은 아니다. The oxygen-containing
상기 산소 함유막(292)이 제2 영역(II)을 덮고 있는 결과물을 불활성 분위기(294), 예를 들면 질소 분위기 또는 아르곤 분위기 하에서 열처리하여, 제2 영역(II)에서 상기 산소 함유막(292) 내에 있는 산소 원자들을 상기 일함수 조절 금속 함유막(130) 내로 확산시켜, 제2 영역(II)에 있는 상기 일함수 조절 금속 함유막(130)의 적어도 일부를 산화시킨다. 일부 실시예들에서, 상기 열처리는 약 400 ∼ 1000 ℃의 온도로 수 ms 내지 수 초 동안, 예를 들면 약 1 ∼ 10 초 동안 수행될 수 있다. The oxygen-containing
산소 함유막(292)이 제2 영역(II)을 덮고 있는 결과물을 불활성 분위기(294) 하에서 열처리하는 동안, 제2 영역(II)에서 산소 함유막(292) 내에 있는 산소 원자들이 상기 일함수 조절 금속 함유막(130) 내로 확산됨으로써 열처리 전의 상기 일함수 조절 금속 함유막(130)에서보다 더 큰 산소 함량을 가지는 제2 도전막(134B1)이 형성될 수 있다. 또한, 상기 일함수 조절 금속 함유막(130) 내에 확산되어 온 산소 원자들의 일부는 상기 일함수 조절 금속 함유막(130)의 하부에 있는 예비 고유전막(120) 내부까지 확산되어, 열처리 전의 상기 예비 고유전막(120)에서의 산소 함량보다 더 큰 산소 함량을 가지는 제2 고유전막(124)이 형성될 수 있다.While the oxygen-containing
반면, 제1 영역(I)에서는 상기 산소 함유막(292)에 의한 실질적인 영향을 받지 않을 수 있다. 그 결과, 제1 영역(I)에서 상기 일함수 조절 금속 함유막(130)은 상기 제2 도전막(134B1)에서보다 낮은 산소 함량을 가지는 제1 도전막(132B1)으로 남게 되고, 제1 영역(I)에서 예비 고유전막(120)도 제2 고유전막(124)에서보다 산소 함량이 낮은 제1 고유전막(122)으로 남게 될 수 있다. 상기 제1 고유전막(122)에서의 산소 베이컨시 밀도는 상기 제2 고유전막(124)에서의 산소 베이컨시 밀도보다 더 높을 수 있다. On the other hand, the first region I may not be substantially affected by the oxygen-containing
도 12c를 참조하면, 산소 함유막(292)(도 12b 참조)을 제거한 후, 제1 영역(I)에 있는 제1 도전막(132B1) 위에 제1 상부 게이트막(142)을 형성하고, 제2 영역(II)에 있는 제2 도전막(134B1) 위에 제2 상부 게이트막(144)을 형성하여, 제1 트랜지스터(TR11) 및 제2 트랜지스터(TR12)를 형성할 수 있다. Referring to FIG. 12C , after removing the oxygen-containing layer 292 (see FIG. 12B ), a first
도 13a 내지 도 13c는 본 발명의 기술적 사상에 의한 또 다른 실시예들에 따른 집적회로 소자의 제조 방법을 설명하기 위하여 공정 순서에 따라 도시한 단면도들이다. 도 13a 내지 도 13c에 있어서, 도 1 내지 도 12c에서와 동일한 참조 부호는 동일 부재를 나타내며, 여기서는 이들에 대한 상세한 설명을 생략한다. 13A to 13C are cross-sectional views illustrating a process sequence in order to explain a method of manufacturing an integrated circuit device according to still other embodiments according to the inventive concept. 13A to 13C, the same reference numerals as in FIGS. 1 to 12C denote the same members, and detailed description thereof will be omitted herein.
도 13a를 참조하면, 도 9a를 참조하여 설명한 바와 같은 방법으로, 기판(110)의 제1 영역(I)에서 제1 활성 영역(AC1) 위에 제1 인터페이스막(112)을 형성하고, 제2 영역(II)에서 제2 활성 영역(AC2) 위에 제2 인터페이스막(114)을 형성한다. 그 후, 제1 영역(I) 및 제2 영역(II)에서 상기 제1 인터페이스막(112) 및 상기 제2 인터페이스막(114) 위에 예비 고유전막(120) 및 일함수 조절 금속 함유막(230)을 차례로 형성한다. 상기 일함수 조절 금속 함유막(230)은 산소를 포함하는 금속 함유막으로 이루어질 수 있다. Referring to FIG. 13A , in the same manner as described with reference to FIG. 9A , the
도 13b를 참조하면, 일함수 조절 금속 함유막(230) 중 제1 영역(I)에 있는 부분 만을 선택적으로 덮는 산소 포착막 (oxygen gettering film)(296)을 형성하고 불활성 분위기(298)에서의 열처리 공정을 수행한다. Referring to FIG. 13B , an
상기 산소 포착막(296)은 주변의 산소 함유막으로부터 산소 원자들을 끌어들여 포착하는 역할을 하는 것으로서, 산소와의 화학 결합 에너지가 상기 일함수 조절 금속 함유막(230)에서보다 더 낮은 물질로 이루어질 수 있다. 따라서, 제1 영역(I)에서는 불활성 분위기(298)에서의 열처리 공정에 의해 상기 일함수 조절 금속 함유막(230)에 있는 산소 원자들이 화살표(A) 방향으로 확산되어 상기 산소 포착막(296) 내로 이동할 수 있다. The
일부 실시예들에서, 상기 산소 포착막(296)은 금속, 예를 들면 Al, Ti, Mg, Zn, La, Ta, Zr, Cu, 또는 이들의 조합으로 이루어질 수 있다. 다른 일부 실시예들에서, 상기 산소 포착막(296)은 부분적으로 산화된 금속 산화막으로 이루어질 수 있다. 예를 들면, 상기 산소 포착막(296)은 TiO, TaO, AlO, 또는 이들의 조합으로 이루어질 수 있다. 일부 실시예들에서, 상기 산소 포착막(296)은 약 1 ∼ 100 nm의 두께로 형성될 수 있다. In some embodiments, the
상기 불활성 분위기(298)에서의 열처리 공정은 질소 분위기 또는 아르곤 분위기에서 약 400 ∼ 1000 ℃의 온도로 수 ms 내지 수 초 동안, 예를 들면 약 1 ∼ 10 초 동안 수행될 수 있다. The heat treatment process in the
상기 산소 포착막(296)이 제1 영역(I)을 덮고 있는 상태에서 불활성 분위기(298) 하에서 열처리하는 동안, 상기 일함수 조절 금속 함유막(230)에 있는 산소 원자들이 상기 산소 포착막(296) 내로 확산됨으로써, 제1 영역(I)에서는 열처리 공정 전의 상기 일함수 조절 금속 함유막(230)에서보다 더 작은 산소 함량을 가지는 제1 도전막(132B1)이 형성될 수 있다. 또한, 불활성 분위기(298) 하에서 열처리하는 동안, 제1 영역(I)에서 상기 일함수 조절 금속 함유막(230)의 하부에 있는 예비 고유전막(120)에 있는 산소 원자들도 화살표(A) 방향으로 확산되어, 열처리 전의 상기 예비 고유전막(120)에서의 산소 함량보다 더 적은 산소 함량을 가지는 제1 고유전막(122)이 형성될 수 있다.During the heat treatment under the
반면, 상기 불활성 분위기(298) 하에서 열처리 공정을 수행하는 동안, 제2 영역(II)에 있는 일함수 조절 금속 함유막(230) 및 예비 고유전막(120)은 실질적인 영향을 받지 않을 수 있다. 그 결과, 제2 영역(II)에서 상기 일함수 조절 금속 함유막(230)은 상기 제1 도전막(132B1)에서보다 큰 산소 함량을 가지는 제2 도전막(134B1)으로 남게 되고, 제2 영역(II)에 있는 예비 고유전막(120)도 제1 고유전막(122)에서보다 산소 함량이 큰 제2 고유전막(124)으로 남게 될 수 있다. On the other hand, while the heat treatment process is performed under the
도 13c를 참조하면, 산소 포착막(296)(도 13b 참조)을 제거한 후, 제1 영역(I)에 있는 제1 도전막(132B1) 위에 제1 상부 게이트막(142)을 형성하고, 제2 영역(II)에 있는 제2 도전막(134B1) 위에 제2 상부 게이트막(144)을 형성하여, 제1 트랜지스터(TR11) 및 제2 트랜지스터(TR12)를 형성할 수 있다. Referring to FIG. 13C , after the oxygen trapping film 296 (see FIG. 13B ) is removed, a first
도 14a 내지 도 14d는 본 발명의 기술적 사상에 의한 또 다른 실시예들에 따른 집적회로 소자의 제조 방법을 설명하기 위하여 공정 순서에 따라 도시한 단면도들이다. 도 14a 내지 도 14d에 있어서, 도 1 내지 도 13c에서와 동일한 참조 부호는 동일 부재를 나타내며, 여기서는 이들에 대한 상세한 설명을 생략한다. 14A to 14D are cross-sectional views illustrating a process sequence in order to explain a method of manufacturing an integrated circuit device according to still other embodiments according to the inventive concept. 14A to 14D, the same reference numerals as in FIGS. 1 to 13C denote the same members, and detailed description thereof will be omitted herein.
도 14a를 참조하면, 제1 영역(I), 제2 영역(II), 및 제3 영역(III)을 포함하는 기판(110)을 준비한다. 그 후, 도 10a 내지 도 10c를 참조하여 설명한 바와 유사한 방법으로, 제1 영역(I)에서 제1 활성 영역(AC1) 위에 제1 인터페이스막(112), 제1 고유전막(122), 및 제1 도전막(132B1)이 차례로 적층된 구조물을 형성하고, 제2 영역(II)에서 제2 활성 영역(AC2) 위에 제2 인터페이스막(114), 제2 고유전막(124), 및 제2 도전막(134B1)이 차례로 적층된 구조물을 형성한다. 이 때, 제3 영역(III)에서도 제2 영역(II)에서와 동일한 공정을 동시에 수행하여, 제3 활성 영역(AC3) 위에 제3 인터페이스막(116), 제1 고유전막(124), 및 제2 도전막(134B1)이 차례로 적층된 구조물을 형성한다.Referring to FIG. 14A , a
도 14b를 참조하면, 도 8b를 참조하여 설명한 바와 유사한 방법으로, 제1 영역(I)에 있는 제1 도전막(132B1)과 제2 영역(II)에 있는 제2 도전막(134B1)을 덮는 마스크 패턴(160)을 형성한다. 제3 영역(III)에는 마스크 패턴(160)이 형성되지 않는다. 따라서, 제3 영역(III)에 있는 제2 도전막(134B1)은 외부로 노출될 수 있다. 이 상태에서, 도 8c를 참조하여 설명한 바와 유사한 방법으로 산화 분위기(162)를 이용하여 제3 영역(III)에서 노출되는 제2 도전막(134B1)의 상면으로부터 소정 깊이만큼 일부만 산화시켜 상부 제2 도전막(134B2)을 형성한다. 상기 상부 제2 도전막(134B2)은 제3 영역(III)에 남아 있는 제2 도전막(134B1)과 함께 제3 일함수 조절 금속 함유 구조물(136)을 구성할 수 있다. Referring to FIG. 14B , in a manner similar to that described with reference to FIG. 8B , covering the first conductive layer 132B1 in the first region I and the second conductive layer 134B1 in the second region II is applied. A
상기 제3 일함수 조절 금속 함유 구조물(136)에서, 상기 상부 제2 도전막(134B2)은 그 하부에 남아 있는 제2 도전막(134B1)에서보다 더 큰 산소 함량을 가질 수 있다. In the third work function control metal-containing
상기 산화 분위기(162)를 이용하여 상기 상부 제2 도전막(134B2)을 형성한 후 추가의 열처리를 수행하여, 제3 영역(III)에서 상기 제3 일함수 조절 금속 함유 구조물(136)로부터 제2 고유전막(124)으로 산소 원자들을 확산시킬 수 있다. 그 결과, 제3 영역(III)에서 상기 제3 일함수 조절 금속 함유 구조물(136)의 하부에는 제2 영역(II)에 있는 제2 고유전막(124)에서의 산소 함량보다 더 큰 산소 함량을 가지는 제3 고유전막(126)이 얻어질 수 있다. After forming the upper second conductive layer 134B2 using the oxidizing
도 14c를 참조하면, 제1 영역(I) 및 제2 영역(II)을 덮고 있던 마스크 패턴(160)(도 14b 참조)을 제거하여 제1 영역(I)에 있는 제1 도전막(132B1)과 제2 영역(II)에 있는 제2 도전막(134B1)을 노출시킨다. Referring to FIG. 14C , the first conductive layer 132B1 in the first region I is removed by removing the mask pattern 160 (see FIG. 14B ) covering the first region I and the second region II. and the second conductive layer 134B1 in the second region II is exposed.
도 14d를 참조하면, 제1 영역(I)에 있는 제1 도전막(132B1) 위에 제1 상부 게이트막(142)을 형성하고, 제2 영역(II)에 있는 제2 도전막(134B1) 위에 제2 상부 게이트막(144)을 형성하고, 제3 영역(III)에 있는 제3 일함수 조절 금속 함유 구조물(136) 위에 제3 상부 게이트막(146)을 형성하여, 제1 트랜지스터(TR11), 제2 트랜지스터(TR12), 및 제3 트랜지스터(TR13)를 형성할 수 있다. Referring to FIG. 14D , the first
도 15a 내지 도 15f는 본 발명의 기술적 사상에 의한 또 다른 실시예들에 따른 집적회로 소자의 제조 방법을 설명하기 위하여 공정 순서에 따라 도시한 단면도들이다. 도 15a 내지 도 15f에 있어서, 도 1 내지 도 14d에서와 동일한 참조 부호는 동일 부재를 나타내며, 여기서는 이들에 대한 상세한 설명을 생략한다. 15A to 15F are cross-sectional views illustrating a process sequence in order to explain a method of manufacturing an integrated circuit device according to still other embodiments according to the inventive concept. 15A to 15F, the same reference numerals as in FIGS. 1 to 14D denote the same members, and detailed descriptions thereof are omitted herein.
도 15a를 참조하면, 제1 영역(I), 제2 영역(II), 및 제3 영역(III)을 포함하는 기판(110)을 준비한다. 그 후, 도 9a 내지 도 9c를 참조하여 설명한 바와 유사한 방법으로, 제1 영역(I)에서 제1 활성 영역(AC1) 위에 제1 인터페이스막(112) 및 예비 고유전막(120)이 차례로 적층된 구조물을 형성하고, 제2 영역(II)에서 제2 활성 영역(AC2) 위에 제2 인터페이스막(114), 예비 고유전막(120), 하부 제2 도전막(234C1), 및 마스크 패턴(260)이 차례로 적층된 구조물을 형성한다. 이 때, 제3 영역(III)에서도 제2 영역(II)에서와 동일한 공정을 동시에 수행하여, 제3 활성 영역(AC3) 위에 제3 인터페이스막(116), 예비 고유전막(120), 하부 제2 도전막(234C1), 및 마스크 패턴(260)이 차례로 적층된 구조물을 형성한다. Referring to FIG. 15A , a
도 15b를 참조하면, 제2 영역(II) 및 제3 영역(III)에서 마스크 패턴(260)(도 15a 참조)을 제거하여 하부 제2 도전막(234C1)을 노출시킨다. Referring to FIG. 15B , the mask pattern 260 (refer to FIG. 15A ) is removed from the second region II and the third region III to expose the lower second conductive layer 234C1 .
도 15c를 참조하면, 도 14b를 참조하여 설명한 바와 유사한 방법으로, 제1 영역(I)에 있는 예비 고유전막(120)과, 제2 영역(II)에 있는 하부 제2 도전막(234C1)을 덮는 마스크 패턴(160)을 형성한다. 제3 영역(III)에는 마스크 패턴(160)이 형성되지 않는다. 이 상태에서, 도 8c를 참조하여 설명한 바와 유사한 방법으로 산화 분위기(162)를 이용하여 제3 영역(III)에서 노출되는 하부 제2 도전막(234C1)의 상면으로부터 소정 깊이만큼 일부만 산화시킨다. 그 결과, 제3 영역(III)에 있는 하부 제2 도전막(234C1)의 상측 일부가 산화되어 상부 제2 도전막(134B2)이 형성된다. 제3 영역(III)에서 상기 상부 제2 도전막(134B2)은 상기 하부 제2 도전막(234C1)의 나머지 부분과 함께 제3 일함수 조절 금속 함유 구조물(236)을 구성할 수 있다. 상기 제3 일함수 조절 금속 함유 구조물(236)에서, 상기 상부 제2 도전막(134B2)은 그 하부에 남아 있는 제2 도전막(234C1)에서보다 더 큰 산소 함량을 가질 수 있다. Referring to FIG. 15C , the preliminary high-
도 15d를 참조하면, 마스크 패턴(160)(도 15c 참조)을 제거한 후 얻어진 결과물을 열처리하여, 제2 영역(II)에서는 하부 제2 도전막(234C1)으로부터 산소 원자들을 제2 영역(II)에 있는 예비 고유전막(120)으로 확산시키고, 제3 영역(III)에서는 상기 제3 일함수 조절 금속 함유 구조물(236)로부터 산소 원자들을 제3 영역(III)에 있는 예비 고유전막(120)으로 확산시킬 수 있다. 그 결과, 상기 예비 고유전막(120)으로부터 제1 영역(I)에 있는 제1 고유전막(122), 제2 영역(II)에 있는 제2 고유전막(124), 및 제3 영역(III)에 있는 제3 고유전막(126)이 얻어질 수 있다. Referring to FIG. 15D , the resultant obtained after removing the mask pattern 160 (see FIG. 15C ) is heat treated to remove oxygen atoms from the lower second conductive layer 234C1 in the second region II. diffusion into the preliminary high-
도 15e를 참조하면, 도 9d를 참조하여 도전막(132C1, 234C2)을 형성하는 방법에 대하여 설명한 바와 유사한 방법으로, 제1 영역(I)에 있는 제1 고유전막(122)의 상부, 제2 영역(II)에 있는 하부 제2 도전막(234C1)의 상부, 및 제3 영역(III)에 있는 제3 일함수 조절 금속 함유 구조물(236)의 상부에 도전막(132C1, 234C2)을 형성한다. Referring to FIG. 15E , in a method similar to that described for the method of forming the conductive films 132C1 and 234C2 with reference to FIG. 9D , the upper portion of the first high-
도 15f를 참조하면, 도 9e를 참조하여 설명한 바와 유사한 방법으로, 제1 영역(I), 제2 영역(II), 및 제3 영역(III)에 있는 도전막(132C1, 234C2) 위에 각각 제1 상부 게이트막(142), 제2 상부 게이트막(144), 및 제3 상부 게이트막(146)을 형성하여, 제1 트랜지스터(TR21), 제2 트랜지스터(TR22), 및 제3 트랜지스터(TR23)를 형성할 수 있다. Referring to FIG. 15F , in a manner similar to that described with reference to FIG. 9E , a first layer is formed on the conductive layers 132C1 and 234C2 in the first region (I), the second region (II), and the third region (III), respectively. The first
도 8a 내지 도 15f를 참조하여, 본 발명의 기술적 사상에 의한 집적회로 소자들의 예시적인 제조 방법들을 설명하였으나, 본 발명의 기술적 사상에 의한 집적회로 소자의 제조 방법은 상기 예시한 방법들에만 한정되는 것은 아니다. 상기 예시한 방법들로부터 다양한 변형 및 변경을 가하여 상기 설명한 바로부터 다양한 구조를 가지는 집적회로 소자들을 제조할 수 있다. Although exemplary manufacturing methods of integrated circuit devices according to the technical spirit of the present invention have been described with reference to FIGS. 8A to 15F , the manufacturing method of the integrated circuit device according to the technical spirit of the present invention is limited only to the above-described methods. it is not Integrated circuit devices having various structures can be manufactured from the above-described methods by applying various modifications and variations from the above-described methods.
도 16a 내지 도 16c는 본 발명의 기술적 사상에 의한 실시예들에 따른 집적회로 소자를 설명하기 위한 도면들로서, 도 16a는 FinFET 구조를 가지는 제1 트랜지스터(TR51) 및 제2 트랜지스터(TR52)를 포함하는 집적회로 소자(500)의 주요 구성들을 도시한 사시도이고, 도 16b는 도 16a의 B1 - B1' 선 및 B2 - B2' 선 단면도이고, 도 16c는 도 16a의 C1 - C1' 선 및 C2 - C2' 선 단면도이다. 도 16a 내지 도 16c에 있어서, 도 1에서와 동일한 참조 부호는 동일 부재를 나타내며, 여기서는 이들에 대한 상세한 설명을 생략한다. 16A to 16C are views for explaining an integrated circuit device according to embodiments according to the inventive concept, and FIG. 16A includes a first transistor TR51 and a second transistor TR52 having a FinFET structure. It is a perspective view showing main components of the
집적회로 소자(500)는 기판(110)의 제1 영역(I) 및 제2 영역(II)으로부터 각각 기판(110)의 주면에 수직인 방향 (Z 방향)으로 돌출된 제1 핀형 활성 영역(F1) 및 제2 핀형 활성 영역(F2)을 포함한다. The
상기 제1 핀형 활성 영역(F1) 및 제2 핀형 활성 영역(F2)은 일 방향 (도 16a 내지 도 16c에서 Y 방향)을 따라 연장될 수 있다. 제1 영역(I) 및 제2 영역(II)에서 상기 기판(110) 상에는 제1 핀형 활성 영역(F1) 및 제2 핀형 활성 영역(F2)의 하부 측벽을 덮는 제1 소자분리막(512) 및 제2 소자분리막(514)이 형성되어 있다. 제1 핀형 활성 영역(F1)은 제1 소자분리막(512) 위로 핀 형상으로 돌출되고, 제2 핀형 활성 영역(F2)은 제2 소자분리막(512) 위로 핀 형상으로 돌출되어 있다. The first fin-type active region F1 and the second fin-type active region F2 may extend in one direction (the Y-direction in FIGS. 16A to 16C ). On the
상기 제1 핀형 활성 영역(F1) 및 제2 핀형 활성 영역(F2)은 각각의 상부에 제1 채널 영역(CH1) 및 제2 채널 영역(CH2)을 가질 수 있다. The first fin-type active region F1 and the second fin-type active region F2 may have a first channel region CH1 and a second channel region CH2 thereon, respectively.
일부 실시예들에서, 상기 제1 핀형 활성 영역(F1) 및 제2 핀형 활성 영역(F2)은 단일 물질로 이루어질 수 있다. 예를 들면, 상기 제1 핀형 활성 영역(F1) 및 제2 핀형 활성 영역(F2)은 제1 채널 영역(CH1) 및 제2 채널 영역(CH2)을 포함하는 모든 영역이 Si으로 이루어질 수 있다. 다른 일부 실시예들에서, 상기 제1 핀형 활성 영역(F1) 및 제2 핀형 활성 영역(F2)은 각각 Ge로 이루어지는 영역과 Si로 이루어지는 영역을 포함할 수 있다 In some embodiments, the first fin-type active region F1 and the second fin-type active region F2 may be formed of a single material. For example, all regions of the first fin-type active region F1 and the second fin-type active region F2 including the first channel region CH1 and the second channel region CH2 may be made of Si. In some other embodiments, the first fin-type active region F1 and the second fin-type active region F2 may include a region made of Ge and a region made of Si, respectively.
상기 제1 및 제2 소자분리막(512, 514)은 각각 실리콘 산화막, 실리콘 질화막, 실리콘 산화질화막, 실리콘 탄화질화막 등과 같은 실리콘 함유 절연막, 폴리실리콘, 또는 이들의 조합으로 이루어질 수 있다. Each of the first and second device isolation layers 512 and 514 may be formed of a silicon-containing insulating layer such as a silicon oxide layer, a silicon nitride layer, a silicon oxynitride layer, or a silicon carbon nitride layer, polysilicon, or a combination thereof.
제1 영역(I)에서, 제1 핀형 활성 영역(F1) 위에는 제1 인터페이스막(112), 제1 고유전막(122), 제1 일함수 조절 금속 함유 구조물(132), 및 제1 상부 게이트막(142)이 차례로 적층된 제1 게이트 구조물(FG51)이 상기 제1 핀형 활성 영역(F1)의 연장 방향에 교차하는 방향 (도 16a 내지 도 16c에서 X 방향)으로 연장되어 있다. 상기 제1 트랜지스터(TR51)는 제1 핀형 활성 영역(F1)과 상기 제1 게이트 구조물(FG51)이 교차하는 부분에 형성된다. In the first region I, the
제2 영역(II)에서, 제2 핀형 활성 영역(F2) 위에는 제2 인터페이스막(114), 제2 고유전막(124), 제2 일함수 조절 금속 함유 구조물(134), 및 제2 상부 게이트막(144)이 차례로 적층된 제2 게이트 구조물(FG52)이 상기 제2 핀형 활성 영역(F2)의 연장 방향에 교차하는 방향 (도 16a 내지 도 16c에서 X 방향)으로 연장되어 있다. 상기 제2 트랜지스터(TR52)는 제2 핀형 활성 영역(F2)과 상기 제2 게이트 구조물(FG52)이 교차하는 부분에 형성된다. In the second region II, the
상기 제1 핀형 활성 영역(F1) 중 상기 제1 게이트 구조물(FG51)의 양 측에는 한 쌍의 제1 소스/드레인 영역(562)이 형성될 수 있다. 상기 제2 핀형 활성 영역(F2) 중 상기 제2 게이트 구조물(FG52)의 양 측에는 한 쌍의 제2 소스/드레인 영역(564)이 형성될 수 있다. A pair of first source/
상기 제1 및 제2 소스/드레인 영역(562, 564)은 각각 제1 및 제2 핀형 활성 영역(F1, F2)으로부터 에피택셜 성장된 반도체층을 포함할 수 있다. 상기 제1 및 제2 소스/드레인 영역(562, 564)은 에피택셜 성장된 복수의 SiGe층을 포함하는 임베디드 SiGe 구조, 에피택셜 성장된 Si 층, 또는 에피택셜 성장된 SiC 층으로 이루어질 수 있다. The first and second source/
도 16a 및 도 16c에서, 상기 제1 및 제2 소스/드레인 영역(562, 564)이 특정한 형상을 가지는 경우를 예시하였으나, 상기 제1 및 제2 소스/드레인 영역(562, 564)의 단면 형상이 도 16a 및 도 16c에 예시한 바에 한정되지 않고 다양한 형상을 가질 수 있다. 16A and 16C , the case where the first and second source/
상기 제1 및 제2 트랜지스터(TR51, TR52)는 각각 제1 및 제2 핀형 활성 영역(F1, F2)의 상면 및 양 측면에서 채널이 형성되는 3 차원 구조의 MOS 트랜지스터로 이루어진다. 상기 MOS 트랜지스터는 NMOS 트랜지스터 또는 PMOS 트랜지스터를 구성할 수 있다. The first and second transistors TR51 and TR52 include MOS transistors having a three-dimensional structure in which channels are formed on top and both sides of the first and second fin-type active regions F1 and F2, respectively. The MOS transistor may constitute an NMOS transistor or a PMOS transistor.
제1 영역(I) 및 제2 영역(II)에서, 제1 및 제2 게이트 구조물(FG51, FG52)의 양 측에는 절연 스페이서(572)가 형성될 수 있다. 도 16c에 예시한 바와 같이, 상기 절연 스페이서(572)를 중심으로 제1 및 제2 게이트 구조물(FG51, FG52)의 반대측에서 상기 절연 스페이서(572)를 덮는 절연막(578)이 형성될 수 있다. In the first region I and the second region II, insulating
상기 절연 스페이서(572)는 단일막 또는 다중막으로 이루어질 수 있다. 일부 실시예들에서, 상기 절연 스페이서(572)는 실리콘 질화막, 실리콘 산질화막, 탄소가 함유된 실리콘 산질화막, SiOCN 막, 또는 이들의 복합막으로 이루어질 수 있다. 상기 절연 스페이서(572)는 단면 형상이 I 자 형인 절연막, L 자형인 절연막, 또는 이들의 조합으로 이루어지는 다중층 구조를 가질 수 있다. 다른 일부 실시예들에서, 상기 절연 스페이서(572)는 내부에 에어 갭을 포함할 수 있다. The insulating
상기 절연막(578)은 실리콘 산화막으로 이루어질 수 있으나, 본 발명의 기술적 사상이 이에 한정되는 것은 아니다. The insulating
상기 집적회로 소자(500)에서, 제1 트랜지스터(TR51)의 제1 게이트 구조물(FG51)은, 도 1에 예시한 제1 트랜지스터(TR11)에서와 같이, 제1 인터페이스막(112), 제1 고유전막(122), 및 제1 게이트 스택(GS11)을 포함하는 적층 구조를 가지고, 상기 제1 게이트 스택(GS11)은 제1 일함수 조절 금속 함유 구조물(132) 및 제1 상부 게이트막(142)을 포함한다. 그리고, 제2 트랜지스터(TR52)의 제2 게이트 구조물(FG52)은, 도 1에 예시한 제2 트랜지스터(TR12)에서와 같이, 제2 인터페이스막(114), 제2 고유전막(124), 및 제2 게이트 스택(GS12)을 포함하고, 상기 제2 게이트 스택(GS12)은 제2 일함수 조절 금속 함유 구조물(134) 및 제2 상부 게이트막(144)을 포함한다. 그러나, 본 발명의 기술적 사상은 도 16a 내지 도 16c에 예시한 바에 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 집적회로 소자(500)의 제1 게이트 구조물(FG51) 및 제2 게이트 구조물(FG52)은 도 1 내지 도 15f를 참조하여 설명한 다양한 게이트 구조물들과 동일한 적층 구조들, 및 이들로부터 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 변형 및 변경된 다양한 적층 구조들 중에서 선택되는 구조를 가질 수 있다. In the
도 17a 및 도 17b는 본 발명의 기술적 사상에 의한 실시예들에 따른 집적회로 소자를 설명하기 위한 도면들로서, 도 17a는 FinFET 구조를 가지는 제1 트랜지스터(TR61) 및 제2 트랜지스터(TR62)를 포함하는 집적회로 소자(600)의 평면 레이아웃 다이어그램이고, 도 17b는 도 17a의 B1 - B1' 선 및 B2 - B2' 선 단면도이다. 도 17a 및 도 17b에 있어서, 도 1 내지 도 16c에서와 동일한 참조 부호는 동일 부재를 나타내며, 여기서는 이들에 대한 상세한 설명을 생략한다. 17A and 17B are views for explaining an integrated circuit device according to embodiments according to the inventive concept, and FIG. 17A includes a first transistor TR61 and a second transistor TR62 having a FinFET structure. is a plan layout diagram of the
도 17a 및 도 17b를 참조하면, 집적회로 소자(600)는 기판(110)의 제1 영역(I) 및 제2 영역(II)에서 각각 FinFET 구조를 가지는 제1 트랜지스터(TR61) 및 제2 트랜지스터(TR62)를 포함한다. 17A and 17B , the
상기 집적회로 소자(600)의 제1 영역(I) 및 제2 영역(II)은 서로 다른 기능을 수행하는 영역일 수 있다. 일부 실시예들에서, 집적회로 소자(600)에서 제1 영역(I)은 고전력 모드로 동작하는 소자들이 형성되는 영역이고, 제2 영역(II)은 저전력 모드로 동작하는 소자들이 형성되는 영역일 수 있다. 예를 들면, 집적회로 소자(600)에서 제1 영역(I)은 입출력 회로 장치와 같은 주변 회로가 형성되는 영역이고, 제2 영역(II)은 메모리 소자 또는 로직 회로가 형성되는 영역일 수 있다. The first region I and the second region II of the
제1 영역(I)에서 제1 핀형 활성 영역(F1) 위에 제1 게이트 라인(640A)이 제1 핀형 활성 영역(F1)과 교차하도록 연장되어 있다. 제1 핀형 활성 영역(F1) 및 제1 게이트 라인(640A)이 교차하는 지점에서 제1 트랜지스터(TR61)가 형성될 수 있다. 제2 영역(II)에서 제2 핀형 활성 영역(F2) 위에 제2 게이트 라인(640B)이 교차하도록 연장되어 있다. 제2 핀형 활성 영역(F2) 및 제2 게이트 라인(640B)이 교차하는 지점에서 제2 트랜지스터(TR62)가 형성될 수 있다. 제1 핀형 활성 영역(F1)의 길이 방향 (Y 방향)을 따르는 제1 게이트 라인(640A)의 제1 폭(W1)은 제2 핀형 활성 영역(F2)의 길이 방향(Y 방향)을 따르는 제2 게이트 라인(640B)의 제2 폭(W2)보다 더 크다. In the first region I, a
상기 제1 및 제2 트랜지스터(TR61, TR62)는 각각 NMOS 트랜지스터 또는 PMOS 트랜지스터를 구성할 수 있다. The first and second transistors TR61 and TR62 may constitute an NMOS transistor or a PMOS transistor, respectively.
도 17a에는 제1 영역(I) 및 제2 영역(II)에서 각각 1 개의 제1 및 제2 핀형 활성 영역(F1, F2) 및 1 개의 제1 및 제2 게이트 라인(640A, 640B)이 예시되어 있으나, 이들 각각의 개수가 특별히 제한되는 것은 아니며, 제1 영역(I) 및 제2 영역(II)에서 복수의 핀형 활성 영역 및 복수의 게이트 라인이 상호 교차하도록 형성될 수 있다. 17A illustrates one first and second fin-type active regions F1 and F2 and one first and
상기 집적회로 소자(600)에서, 제1 영역(I)에 형성된 제1 트랜지스터(TR61)는 기판(110)으로부터 돌출된 제1 핀형 활성 영역(F1)과, 상기 제1 핀형 활성 영역(F1)의 제1 채널 영역(CH1)의 상면 및 양 측벽을 차례로 덮는 제1 인터페이스막(612), 제1 고유전막(622), 및 제1 게이트 스택(GS61)을 포함하는 제1 게이트 구조물(FG61)을 가진다. 제2 영역(II)에 형성된 제2 트랜지스터(TR62)는 기판(110)으로부터 돌출된 제2 핀형 활성 영역(F2)과, 상기 제2 핀형 활성 영역(F2)의 제2 채널 영역(CH2)의 상면 및 양 측벽을 차례로 덮는 제2 인터페이스막(614), 제2 고유전막(624), 및 제2 게이트 스택(GS62)을 포함하는 제2 게이트 구조물(FG62)을 가진다. In the
도 17a 및 도 17b를 참조하여 설명한 집적회로 소자(600)에서, 제1 트랜지스터(TR61)의 제1 게이트 구조물(FG61)과 제2 트랜지스터(TR62)의 제2 게이트 구조물(FG62)은 각각 도 1 내지 도 15f를 참조하여 설명한 다양한 게이트 구조물들로부터 선택되는 것과 동일한 적층 구조, 또는 이들로부터 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 변형 및 변경된 다양한 적층 구조를 가질 수 있다. In the
도 18a 내지 도 18e는 본 발명의 기술적 사상에 의한 실시예들에 따른 집적회로 소자의 제조 방법을 설명하기 위하여 공정 순서에 따라 도시한 단면도들이다. 도 18a 내지 도 18e를 참조하여, 도 16a 내지 도 16c에 예시한 집적회로 소자(500)의 예시적인 제조 방법을 설명한다. 도 18a 내지 도 18e에 있어서, 도 1 내지 도 17c에서와 동일한 참조 부호는 동일 부재를 나타내며, 여기서는 이들에 대한 상세한 설명을 생략한다. 18A to 18E are cross-sectional views illustrating a process sequence in order to explain a method of manufacturing an integrated circuit device according to embodiments according to the inventive concept. An exemplary method of manufacturing the
도 18a를 참조하면, 제1 영역(I) 및 제2 영역(II)을 포함하는 기판(110)을 준비한다. 상기 기판(110)의 제1 영역(I) 및 제2 영역(II) 위에 복수의 패드산화막 패턴(712) 및 복수의 마스크 패턴(714)을 형성한다. Referring to FIG. 18A , a
상기 복수의 패드산화막 패턴(712) 및 복수의 마스크 패턴(714)은 기판(110) 상에서 일 방향 (Y 방향)을 따라 상호 평행하게 연장될 수 있다. 일부 실시예들에서, 상기 복수의 패드산화막 패턴(712)은 상기 기판(110)의 표면을 열산화시켜 얻어진 산화막으로 이루어질 수 있다. 상기 복수의 마스크 패턴(714)은 실리콘 질화막, 실리콘 산화질화막, SOG (spin on glass) 막, SOH (spin on hardmask) 막, 포토레지스트막, 또는 이들의 조합으로 이루어질 수 있으나, 상기 예시한 바에 한정되는 것은 아니다. The plurality of pad
도 18b를 참조하면, 복수의 마스크 패턴(714)을 식각 마스크로 이용하여 기판(110)의 일부 영역을 식각하여, 상기 기판(110)의 제1 영역(I)에 복수의 제1 트렌치(T1)를 형성하고 기판(110)의 제2 영역(II)에 복수의 제2 트렌치(T2)를 형성한다. 상기 복수의 제1 및 제2 트렌치(T1, T2)가 형성됨에 따라, 상기 기판(110)으로부터 상기 기판(110)의 주면에 수직인 방향 (Z 방향)을 따라 상부로 돌출되고 일 방향 (Y 방향)으로 연장되는 복수의 제1 및 제2 예비 핀형 활성 영역(P1, P2)이 얻어질 수 있다. Referring to FIG. 18B , a partial region of the
도 18c를 참조하면, 제1 영역(I) 및 제2 영역(II)에서 복수의 제1 및 제2 예비 핀형 활성 영역(P1, P2)의 노출 표면을 덮도록 복수의 제1 및 제2 트렌치(T1, T2)를 채우는 제1 소자분리막(512) 및 제2 소자분리막(514)을 형성한다. Referring to FIG. 18C , a plurality of first and second trenches to cover the exposed surfaces of the plurality of first and second preliminary fin-type active regions P1 and P2 in the first region I and the second region II. A first
상기 제1 소자분리막(512) 및 제2 소자분리막(514)을 형성하기 위하여, PECVD (plasma enhanced chemical vapor deposition), HDP CVD (high density plasma CVD), ICP CVD (inductively coupled plasma CVD), CCP CVD (capacitor coupled plasma CVD), FCVD (flowable chemical vapor deposition), 및/또는 스핀 코팅 (spin coating) 공정 공정을 이용할 수 있으나, 상기 예시한 방법들에만 한정되는 것은 아니다. To form the first
상기 제1 소자분리막(512) 및 제2 소자분리막(514)이 형성된 후, 복수의 마스크 패턴(714)이 노출되도록 상면을 평탄화할 수 있다. 이 때, 상기 복수의 마스크 패턴(714)의 일부가 소모되어 이들의 높이가 낮아질 수 있다. After the first
도 18d를 참조하면, 복수의 제1 및 제2 예비 핀형 활성 영역(P1, P2)(도 18c 참조) 각각의 상면과 상부 측벽들이 노출되도록 복수의 마스크 패턴(714) 및 복수의 패드산화막 패턴(712)(도 18c 참조)을 제거하고, 제1 소자분리막(512) 및 제2 소자분리막(514)의 일부를 제거하기 위한 리세스(recess) 공정을 수행한다. Referring to FIG. 18D , a plurality of
그 결과, 제1 영역(I) 및 제2 영역(II)에서 제1 소자분리막(512) 및 제2 소자분리막(514)의 상면의 높이가 낮아지고, 제1 및 제2 예비 핀형 활성 영역(P1, P2)의 상부가 상기 제1 소자분리막(512) 및 제2 소자분리막(514) 위로 돌출된 상태로 노출될 수 있다. As a result, the height of the top surfaces of the first
상기 리세스 공정을 수행하기 위하여, 건식 식각, 습식 식각, 또는 건식 및 습식을 조합한 식각 공정을 이용할 수 있다. In order to perform the recess process, dry etching, wet etching, or a combination of dry etching and wet etching may be used.
상기 복수의 마스크 패턴(714)이 실리콘 질화막으로 이루어진 경우, 상기 복수의 마스크 패턴(714)을 제거하기 위하여, 예를 들면 H3PO4를 사용하는 습식 식각 공정을 수행할 수 있다. 상기 복수의 패드산화막 패턴(712)을 제거하기 위하여, 예를 들면 DHF (diluted HF)를 사용하는 습식 식각 공정을 수행할 수 있다. When the plurality of
상기 제1 소자분리막(512) 및 제2 소자분리막(514)의 리세스 공정을 위하여, 에천트로서 HF, NH4OH, TMAH (tetramethyl ammonium hydroxide), KOH (potassium hydroxide) 용액 등을 이용하는 습식 식각 공정, 또는 ICP (inductively coupled plasma), TCP (transformer coupled plasma), ECR (electron cyclotron resonance), RIE (reactive ion etch) 등과 같은 건식 식각 공정을 이용할 수 있다. 건식 식각에 의해 상기 제1 소자분리막(512) 및 제2 소자분리막(514)의 리세스 공정을 수행하는 경우, CF4 등과 같은 불소 함유 가스, Cl2와 같은 염소 함유 가스, HBr 등을 이용할 수 있으나, 상기 예시한 바에 한정되는 것은 아니다. For the recess process of the first
상기 리세스 공정을 수행하는 동안, 제1 영역(I)과 제2 영역(II)에서 노출되는 제1 및 제2 예비 핀형 활성 영역(P1, P2) 각각의 상부가 플라즈마 등의 식각 분위기에 노출될 수 있으며, 제1 및 제2 예비 핀형 활성 영역(P1, P2)의 일부가 상기 리세스 공정을 위한 식각 분위기 또는 후속의 세정 분위기에 의해 소모되어, 제1 소자분리막(512) 및 제2 소자분리막(514)이 덮고 있는 하부 영역보다 더 작은 폭을 가지는 상부 영역을 가지는 제1 및 제2 핀형 활성 영역(F1, F2)이 얻어질 수 있다. During the recess process, upper portions of each of the first and second preliminary fin-type active regions P1 and P2 exposed in the first region I and the second region II are exposed to an etching atmosphere such as plasma. A portion of the first and second preliminary fin-type active regions P1 and P2 is consumed by an etching atmosphere for the recess process or a subsequent cleaning atmosphere, so that the first
일부 실시예들에서, 제1 영역(I) 및 제2 영역(II)에서 제1 및 제2 핀형 활성 영역(F1, F2) 각각의 상부에 문턱 전압 조절용 불순물 이온 주입 공정이 수행될 수 있다. 상기 문턱 전압 조절용 불순물 이온 주입 공정시, 상기 제1 영역(I) 및 제2 영역(II) 중 NMOS 트랜지스터가 형성되는 영역에는 불순물로서 붕소(B) 이온을 주입하고, PMOS 트랜지스터가 형성되는 영역에는 불순물로서 인(P) 또는 비소(As)를 이온주입할 수 있다. In some embodiments, an impurity ion implantation process for adjusting a threshold voltage may be performed on each of the first and second fin-type active regions F1 and F2 in the first region I and the second region II. During the impurity ion implantation process for controlling the threshold voltage, boron (B) ions as impurities are implanted into the region where the NMOS transistor is formed among the first region (I) and the second region (II), and into the region where the PMOS transistor is formed. As an impurity, phosphorus (P) or arsenic (As) may be ion-implanted.
도 18e를 참조하면, 제1 영역(I) 및 제2 영역(II)에서 제1 및 제2 핀형 활성 영역(F1, F2) 각각의 상부를 덮는 제1 게이트 구조물(FG51) 및 제2 게이트 구조물(FG52)을 형성하여, 제1 트랜지스터(TR51) 및 제2 트랜지스터(TR52)를 형성한다. Referring to FIG. 18E , the first gate structure FG51 and the second gate structure covering the upper portions of the first and second fin-type active regions F1 and F2 in the first region I and the second region II, respectively. FG52 is formed to form a first transistor TR51 and a second transistor TR52.
상기 제1 게이트 구조물(FG51) 및 제2 게이트 구조물(FG52)을 형성하기 위하여, 도 1 내지 도 15f를 참조하여 설명한 다양한 공정들을 이용하여 다양한 구조를 가지는 게이트 구조물을 형성할 수 있다. In order to form the first gate structure FG51 and the second gate structure FG52, gate structures having various structures may be formed using various processes described with reference to FIGS. 1 to 15F .
도 18a 내지 도 18e를 참조하여 도 17a 내지 도 17c에 예시한 집적회로 소자(500)의 예시적인 제조 방법에 대하여 설명하였으나, 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 이로부터 변형 및 변경된 다양한 방법을 이용하여 본 명세서에서 예시하는 다양한 구조를 가지는 집적회로 소자들, 예를 들면, 도 17a 및 도 17b에 예시한 집적회로 소자(600)를 용이하게 구현할 수 있다. Although an exemplary method of manufacturing the
또한, 도 18a 내지 도 18e를 참조하여 3 차원 구조의 채널을 구비하는 FinFET을 포함하는 집적회로 소자의 제조 방법에 대하여 설명하였으나, 본 발명의 기술적 사상은 상기 설명한 바에 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 다양한 변형 및 변경을 통하여 본 발명의 기술적 사상에 의한 특징들을 가지는 수평형 (planar) MOSFET을 포함하는 집적회로 소자들 및 그 제조 방법들을 제공할 수 있음은 당 업자들이면 잘 알 수 있을 것이다. In addition, although a method of manufacturing an integrated circuit device including a FinFET having a three-dimensional channel has been described with reference to FIGS. 18A to 18E , the technical spirit of the present invention is not limited thereto. For example, through various modifications and changes within the scope of the technical spirit of the present invention, it is possible to provide integrated circuit devices including planar MOSFETs having features according to the technical spirit of the present invention and methods for manufacturing the same. Those of ordinary skill in the art will know well.
도 19는 본 발명의 기술적 사상에 의한 실시예들에 따른 집적회로 소자의 블록 다이어그램이다. 19 is a block diagram of an integrated circuit device according to embodiments of the inventive concept.
도 19를 참조하면, 집적회로 소자(700)는 제1 영역(AR1), 제2 영역(AR2), 및 제3 영역(AR3)을 포함한다. Referring to FIG. 19 , the
기판(110)의 제1 영역(AR1), 제2 영역(AR2), 및 제3 영역(AR3)은 상기 기판(110)의 서로 다른 영역들을 지칭한다. The first area AR1 , the second area AR2 , and the third area AR3 of the
일부 실시예들에서, 제1 영역(AR1), 제2 영역(AR2), 및 제3 영역(AR3)은 서로 다른 문턱 전압이 요구되는 영역들일 수 있다. 일 예에서, 제1 영역(AR1)은 NMOS 트랜지스터 영역이고, 제2 영역(AR2) 및 제3 영역(AR3)은 PMOS 트랜지스터 영역일 수 있다. 다른 예에서, 제1 영역(AR1) 및 제2 영역(AR2)은 NMOS 트랜지스터 영역이고, 제3 영역(AR3)은 PMOS 트랜지스터 영역일 수 있다. In some embodiments, the first area AR1 , the second area AR2 , and the third area AR3 may be areas requiring different threshold voltages. In one example, the first region AR1 may be an NMOS transistor region, and the second region AR2 and the third region AR3 may be a PMOS transistor region. In another example, the first region AR1 and the second region AR2 may be an NMOS transistor region, and the third region AR3 may be a PMOS transistor region.
다른 일부 실시예들에서, 제1 영역(AR1), 제2 영역(AR2), 및 제3 영역(AR3)은 서로 다른 기능을 수행하는 영역일 수 있다. 제1 영역(AR1), 제2 영역(AR2), 및 제3 영역(AR3)은 서로 이격된 영역일 수도 있고, 서로 연결된 영역일 수도 있다. In some other embodiments, the first area AR1 , the second area AR2 , and the third area AR3 may be areas that perform different functions. The first area AR1 , the second area AR2 , and the third area AR3 may be spaced apart from each other or may be connected to each other.
일부 실시예들에서, 제1 영역(AR1), 제2 영역(AR2), 및 제3 영역(AR3)은 각각 NMOS 트랜지스터 영역일 수 있다. 이 경우, 제1 영역(AR1)은 제2 영역(AR2)에서보다 낮은 문턱 전압이 요구되는 저전압 NMOS 트랜지스터 영역이고, 제3 영역(AR3)은 제1 영역(AR1)에서보다 높은 고전압 NMOS 트랜지스터 영역이고, 제2 영역(AR2)은 제1 영역(AR1)에서보다는 높지만 제3 영역(AR3)에서보다는 낮은 문턱 전압이 요구되는 중간 전압 NMOS 트랜지스터 영역일 수 있다. In some embodiments, each of the first region AR1 , the second region AR2 , and the third region AR3 may be an NMOS transistor region. In this case, the first region AR1 is a low-voltage NMOS transistor region that requires a lower threshold voltage than that of the second region AR2 , and the third region AR3 is a high-voltage NMOS transistor region that is higher than that of the first region AR1 . , and the second region AR2 may be an intermediate voltage NMOS transistor region requiring a threshold voltage higher than that of the first region AR1 but lower than that of the third region AR3 .
다른 일부 실시예들에서, 제1 영역(AR1), 제2 영역(AR2), 및 제3 영역(AR3)은 각각 PMOS 트랜지스터 영역일 수 있다. 이 경우, 제1 영역(AR1)은 제2 영역(AR2)에서보다 높은 문턱 전압이 요구되는 고전압 PMOS 트랜지스터 영역이고, 제3 영역(AR3)은 제1 영역(AR1)에서보다 낮은 저전압 PMOS 트랜지스터 영역이고, 제2 영역(AR2)은 제1 영역(AR1)에서보다는 낮고 제3 영역(AR3)에서보다는 높은 문턱 전압이 요구되는 중간 전압 PMOS 트랜지스터 영역일 수 있다. In some other embodiments, each of the first region AR1 , the second region AR2 , and the third region AR3 may be a PMOS transistor region. In this case, the first region AR1 is a high-voltage PMOS transistor region requiring a higher threshold voltage than that of the second region AR2 , and the third region AR3 is a low-voltage PMOS transistor region lower than that of the first region AR1 . , and the second region AR2 may be an intermediate voltage PMOS transistor region in which a threshold voltage lower than that of the first region AR1 and higher than that of the third region AR3 is required.
본 명세서에서, 고전압 트랜지스터는 문턱 전압이 1 V 이상인 트랜지스터를 의미하고, 저전압 트랜지스터는 문턱 전압이 1 V 미만인 트랜지스터를 의미할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. In the present specification, a high voltage transistor may mean a transistor having a threshold voltage of 1 V or more, and a low voltage transistor may mean a transistor having a threshold voltage of less than 1 V, but is not limited thereto.
일부 실시예들에서, 제1 영역(AR1), 제2 영역(AR2), 및 제3 영역(AR3)은 각각 독립적으로 로직 셀 영역, 메모리 셀 영역, 또는 주변회로 영역일 수 있다. In some embodiments, the first area AR1 , the second area AR2 , and the third area AR3 may each independently be a logic cell area, a memory cell area, or a peripheral circuit area.
일부 실시예들에서, 제1 영역(AR1), 제2 영역(AR2), 및 제3 영역(AR3) 중 적어도 하나는 문턱 전압이 비교적 높고, 스위칭 속도가 빠르지 않더라도 신뢰성이 높은 트랜지스터가 형성되는 영역일 수 있다. 일부 실시예들에서, 제1 영역(AR1), 제2 영역(AR2), 및 제3 영역(AR3) 중 적어도 하나는 외부의 데이터를 집적회로 소자(500)의 내부 회로에 입력하거나, 집적회로 소자(500)의 내부 회로로부터 데이터를 외부로 출력하는 기능을 수행하는 주변 회로들이 형성된 주변회로 영역일 수 있다. 일부 실시예들에서, 제1 영역(AR1), 제2 영역(AR2), 및 제3 영역(AR3) 중 적어도 하나는 입출력(I/O) 회로 장치의 일부를 구성할 수 있다. In some embodiments, at least one of the first region AR1 , the second region AR2 , and the third region AR3 has a relatively high threshold voltage and a region in which a reliable transistor is formed even if the switching speed is not fast. can be In some embodiments, at least one of the first area AR1 , the second area AR2 , and the third area AR3 inputs external data to the internal circuit of the
다른 일부 실시예들에서, 제1 영역(AR1), 제2 영역(AR2), 및 제3 영역(AR3) 중 적어도 하나는 문턱 전압이 비교적 낮고 스위칭 속도가 빠른 트랜지스터가 형성되는 영역일 수 있다. 일부 실시예들에서, 제1 영역(AR1), 제2 영역(AR2), 및 제3 영역(AR3) 중 적어도 하나는 단위 메모리 셀이 매트릭스 형태로 배열되어 있는 셀 어레이 영역일 수 있다. 일부 실시예들에서, 제1 영역(AR1), 제2 영역(AR2), 및 제3 영역(AR3) 중 적어도 하나는 로직 셀 영역 또는 메모리 셀 영역일 수 있다. 상기 로직 셀 영역은 카운터(counter), 버퍼 (buffer) 등과 같은 원하는 논리적 기능을 수행하는 표준 셀 (standard cells)로서, 트랜지스터, 레지스터 등과 같은 복수의 회로 소자들(circuit elements)을 포함하는 다양한 종류의 논리 셀을 포함할 수 있다. 상기 논리 셀은 예를 들면, AND, NAND, OR, NOR, XOR (exclusive OR), XNOR (exclusive NOR), INV (inverter), ADD (adder), BUF (buffer), DLY (delay), FILL (filter), 멀티플렉서 (MXT/MXIT). OAI (OR/AND/INVERTER), AO (AND/OR), AOI (AND/OR/INVERTER), D 플립플롭, 리셋 플립플롭, 마스터-슬레이브 플립플롭(master-slaver flip-flop), 래치(latch) 등을 구성할 수 있다. 그러나, 상기 셀들은 단지 예시에 불과하며, 본 발명의 기술적 사상에 따른 집적회로 소자를 구성하는 논리 셀이 위에서 예시한 셀들에만 한정되는 것은 아니다. 상기 메모리 셀 영역은 SRAM, DRAM, MRAM, RRAM, 및 PRAM 중 적어도 하나의 메모리 셀 영역일 수 있다. In some other embodiments, at least one of the first region AR1 , the second region AR2 , and the third region AR3 may be a region in which a transistor having a relatively low threshold voltage and a high switching speed is formed. In some embodiments, at least one of the first area AR1 , the second area AR2 , and the third area AR3 may be a cell array area in which unit memory cells are arranged in a matrix form. In some embodiments, at least one of the first area AR1 , the second area AR2 , and the third area AR3 may be a logic cell area or a memory cell area. The logic cell region is a standard cell that performs a desired logical function such as a counter and a buffer, and includes various types of circuit elements such as transistors and resistors. It may contain logic cells. The logic cell is, for example, AND, NAND, OR, NOR, XOR (exclusive OR), XNOR (exclusive NOR), INV (inverter), ADD (adder), BUF (buffer), DLY (delay), FILL ( filter), multiplexers (MXT/MXIT). OAI (OR/AND/INVERTER), AO (AND/OR), AOI (AND/OR/INVERTER), D flip-flop, reset flip-flop, master-slaver flip-flop, latch ) can be configured. However, the cells are merely examples, and the logic cells constituting the integrated circuit device according to the inventive concept are not limited to the cells exemplified above. The memory cell region may be at least one of SRAM, DRAM, MRAM, RRAM, and PRAM.
도 1 내지 도 17b를 참조하여 설명한 본 발명의 기술적 사상에 의한 집적회로 소자(100, 200, 300, 400, 500, 600) 및 이들로부터 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 변형 및 변경된 구조를 가지는 집적회로 소자들은 각각 도 19에 예시한 제1 영역(AR1), 제2 영역(AR2), 및 제3 영역(AR3) 중 적어도 하나의 영역에 형성될 수 있다. 예를 들면, 도 1, 도 4, 도 16a 내지 도 16c, 도 17a 및 도 17b에 예시한 집적회로 소자(100, 200, 500, 600)의 제1 영역(I) 및 제2 영역(II)은 도 19에 예시한 제1 영역(AR1), 제2 영역(AR2), 및 제3 영역(AR3) 중 동일한 하나의 영역에 포함될 수도 있고, 서로 다른 영역에 포함될 수도 있다. 이와 유사하게, 도 6 및 도 7에 예시한 집적회로 소자(300, 400)의 제1 영역(I), 제2 영역(II), 및 제3 영역(III)은 도 19에 예시한 제1 영역(AR1), 제2 영역(AR2), 및 제3 영역(AR3) 중 동일한 하나의 영역에 포함될 수도 있고, 서로 다른 영역에 포함될 수도 있다.The
도 20은 본 발명의 기술적 사상에 의한 실시예들에 따른 전자 시스템(2000)의 블록 다이어그램이다. 20 is a block diagram of an
상기 전자 시스템(2000)은 콘트롤러(2010), 입출력 장치 (I/O)(2020), 메모리(2030), 및 인터페이스(2040)를 포함하며, 이들은 각각 버스(2050)를 통해 상호 연결되어 있다. The
상기 콘트롤러(2010)는 마이크로프로세서 (microprocessor), 디지탈 신호 프로세서, 또는 이들과 유사한 처리 장치 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 상기 입출력 장치(2020)는 키패드 (keypad), 키보드 (keyboard), 또는 디스플레이 (display) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 상기 메모리(2030)는 콘트롤러(2010)에 의해 실행된 명령을 저장하는 데 사용될 수 있다. 예를 들면, 상기 메모리(2030)는 유저 데이타 (user data)를 저장하는 데 사용될 수 있다. The
상기 전자 시스템(2000)은 무선 통신 장치, 또는 무선 환경 하에서 정보를 전송 및/또는 수신할 수 있는 장치를 구성할 수 있다. 상기 전자 시스템(2000)에서 무선 커뮤니케이션 네트워크를 통해 데이타를 전송/수신하기 위하여 상기 인터페이스(2040)는 무선 인터페이스로 구성될 수 있다. 상기 인터페이스(2040)는 안테나 및/또는 무선 트랜시버 (wireless transceiver)를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 상기 전자 시스템(2000)은 제3 세대 통신 시스템, 예를 들면, CDMA(code division multiple access), GSM (global system for mobile communications), NADC (north American digital cellular), E-TDMA (extended-time division multiple access), 및/또는 WCDMA (wide band code division multiple access)와 같은 제3 세대 통신 시스템의 통신 인터페이스 프로토콜에 사용될 수 있다. 상기 전자 시스템(2000)은 도 1 내지 도 17b를 참조하여 설명한 본 발명의 기술적 사상에 의한 실시예들에 따른 집적회로 소자(100, 200, 300, 400, 500, 600) 및 이들로부터 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 변형 및 변경된 구조를 가지는 집적회로 소자들 중 적어도 하나를 포함한다. The
이상, 본 발명을 바람직한 실시예를 들어 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않고, 본 발명의 기술적 사상 및 범위 내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러가지 변형 및 변경이 가능하다. Above, the present invention has been described in detail with reference to preferred embodiments, but the present invention is not limited to the above embodiments, and various modifications and changes by those skilled in the art within the technical spirit and scope of the present invention This is possible.
110: 기판, 112: 제1 인터페이스막, 114: 제2 인터페이스막, 122: 제1 고유전막, 124: 제2 고유전막, 132: 제1 일함수 조절 금속 함유 구조물, 134: 제2 일함수 조절 금속 함유 구조물, 142: 제1 상부 게이트막, 144: 제2 상부 게이트막, GS11: 제1 게이트 스택, GS12: 제2 게이트 스택. 110: substrate, 112: first interface film, 114: second interface film, 122: first high-k film, 124: second high-k film, 132: first work function control metal-containing structure, 134: second work function control Metal-containing structure, 142: first upper gate film, 144: second upper gate film, GS11: first gate stack, GS12: second gate stack.
Claims (20)
상기 제1 고유전막 위에 형성되고 제1 일함수 조절 금속 함유 구조물을 가지는 제1 게이트 스택과,
상기 기판의 제2 활성 영역 위에 형성된 제2 고유전막과,
상기 제2 고유전막 위에 형성되고 제1 일함수 조절 금속 함유 구조물에서의 산소 함량보다 더 큰 산소 함량을 가지는 제2 일함수 조절 금속 함유 구조물을 가지는 제2 게이트 스택을 포함하고,
상기 제1 고유전막 및 상기 제2 고유전막은 금속 산화물로 이루어지고,
상기 제1 고유전막 및 상기 제2 고유전막은 서로 다른 산소 베이컨시 (oxygen vacancy) 밀도를 가지는 것을 특징으로 하는 집적회로 소자. a first high-k film formed over the first active region of the substrate;
a first gate stack formed on the first high-k film and having a first work function control metal-containing structure;
a second high-k film formed on the second active region of the substrate;
a second gate stack formed over the second high-k film and having a second work function control metal-containing structure having an oxygen content greater than an oxygen content in the first work function control metal-containing structure;
the first high-k film and the second high-k film are made of a metal oxide;
and the first high-k film and the second high-k film have different oxygen vacancy densities.
상기 제2 고유전막은 상기 제1 고유전막에서 보다 산소 베이컨시 밀도가 더 낮은 것을 특징으로 하는 집적회로 소자. The method of claim 1,
and the second high-k film has a lower oxygen vacancy density than that of the first high-k film.
상기 제1 일함수 조절 금속 함유 구조물은 상기 제1 고유전막에 직접 접하고 제1 두께를 가지는 단일막으로 이루어지는 제1 도전막을 포함하고,
상기 제2 일함수 조절 금속 함유 구조물은 상기 제1 도전막과 동일 레벨에 형성되고 상기 제1 두께를 가지는 다중막으로 이루어지는 제2 도전막을 포함하고,
상기 제2 도전막은
상기 제2 고유전막에 직접 접하는 하부 제2 도전막과,
상기 제1 도전막에서의 산소 함량보다 더 큰 산소 함량을 가지는 상부 제2 도전막을 포함하는 것을 특징으로 하는 집적회로 소자. According to claim 1,
The first work function control metal-containing structure includes a first conductive layer that is in direct contact with the first high-k layer and includes a single layer having a first thickness;
The second work function control metal-containing structure includes a second conductive layer formed on the same level as the first conductive layer and formed of a multilayer having the first thickness,
The second conductive film is
a lower second conductive film in direct contact with the second high-k film;
and an upper second conductive layer having an oxygen content greater than an oxygen content in the first conductive layer.
상기 하부 제2 도전막은 상기 제1 도전막에서의 산소 함량과 동일한 산소 함량을 가지는 것을 특징으로 하는 집적회로 소자. 5. The method of claim 4,
and the lower second conductive layer has an oxygen content equal to that of the first conductive layer.
상기 하부 제2 도전막은 산소를 포함하지 않는 금속 함유막으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 집적회로 소자. 5. The method of claim 4,
and the lower second conductive layer is formed of a metal-containing layer that does not contain oxygen.
상기 상부 제2 도전막은 상기 제1 두께의 10 ∼ 90 %인 제2 두께를 가지는 것을 특징으로 하는 집적회로 소자. 5. The method of claim 4,
The upper second conductive layer has a second thickness that is 10 to 90% of the first thickness.
상기 하부 제2 도전막의 두께와 상기 상부 제2 도전막의 두께의 합은 상기 제1 도전막의 두께와 동일한 것을 특징으로 하는 집적회로 소자. 5. The method of claim 4,
The integrated circuit device of claim 1, wherein the sum of the thickness of the lower second conductive layer and the thickness of the upper second conductive layer is equal to the thickness of the first conductive layer.
상기 제1 일함수 조절 금속 함유 구조물은 상기 제1 고유전막에 직접 접하고, 제1 두께를 가지는 단일막으로 이루어지는 제1 도전막을 포함하고,
상기 제2 일함수 조절 금속 함유 구조물은 상기 제1 두께보다 더 큰 제2 두께를 가지는 다중막으로 이루어지는 제2 도전막을 포함하고,
상기 제2 도전막은
상기 제2 고유전막에 직접 접하고 상기 제1 도전막에서의 산소 함량보다 더 큰 산소 함량을 가지는 하부 제2 도전막과,
상기 제1 두께를 가지고 상기 제1 도전막에서와 동일한 산소 함량을 가지는 상부 제2 도전막을 포함하는 것을 특징으로 하는 집적회로 소자. The method of claim 1,
The first work function control metal-containing structure includes a first conductive layer in direct contact with the first high-k layer and formed of a single layer having a first thickness,
The second work function control metal-containing structure includes a second conductive layer formed of a multilayer having a second thickness greater than the first thickness,
The second conductive film is
a lower second conductive film directly in contact with the second high-k film and having an oxygen content greater than an oxygen content in the first conductive film;
and an upper second conductive layer having the first thickness and the same oxygen content as in the first conductive layer.
상기 제1 일함수 조절 금속 함유 구조물은 상기 제1 고유전막에 직접 접하고 제1 두께를 가지는 단일막으로 이루어지는 제1 도전막을 포함하고,
상기 제2 일함수 조절 금속 함유 구조물은 상기 제2 고유전막에 직접 접하고 상기 제1 두께를 가지고 상기 제1 도전막에서의 산소 함량보다 더 큰 산소 함량을 가지는 제2 도전막을 포함하는 것을 특징으로 하는 집적회로 소자. According to claim 1,
The first work function control metal-containing structure includes a first conductive layer that is in direct contact with the first high-k layer and includes a single layer having a first thickness;
wherein the second work function control metal-containing structure includes a second conductive layer directly in contact with the second high-k layer, the second conductive layer having the first thickness, and having an oxygen content greater than an oxygen content in the first conductive layer integrated circuit device.
상기 제1 일함수 조절 금속 함유 구조물은 단위 체적당 제1 산소 함량을 가지는 제1 도전막을 포함하고,
상기 제2 일함수 조절 금속 함유 구조물은 상기 제1 산소 함량보다 단위 체적당 5 ∼ 30 원자% 만큼 더 큰 제2 산소 함량을 가지는 도전막을 포함하는 것을 특징으로 하는 집적회로 소자. The method of claim 1,
The first work function control metal-containing structure includes a first conductive layer having a first oxygen content per unit volume,
and the second work function control metal-containing structure includes a conductive layer having a second oxygen content greater than the first oxygen content by 5 to 30 atomic% per unit volume.
상기 기판의 제2 활성 영역 위에 형성되고 상기 제1 산소 베이컨시 밀도보다 더 낮은 제2 산소 베이컨시 밀도를 가지는 제2 고유전막과, 상기 제2 고유전막 위에 형성되고 상기 제1 산소 함량보다 더 큰 제2 산소 함량을 가지는 제2 도전막을 포함하는 제2 일함수 조절 금속 함유 구조물을 가지는 제2 게이트 구조물을 포함하는 것을 특징으로 하는 집적회로 소자. A first first high-k film formed on the first active region of the substrate and having a first oxygen vacancy density, and a first conductive film formed on the first high-k film and having a first oxygen content. a first gate structure having a work function control metal containing structure;
a second high-k film formed over the second active region of the substrate and having a second oxygen vacancy density lower than the first oxygen vacancy density; An integrated circuit device comprising a second gate structure having a second work function control metal-containing structure including a second conductive layer having a second oxygen content.
상기 제1 고유전막 및 상기 제2 고유전막은 각각 제1 금속을 포함하고,
상기 제1 도전막 및 상기 제2 도전막은 각각 상기 제1 금속과 다른 제2 금속을 포함하는 것을 특징으로 하는 집적회로 소자. 13. The method of claim 12,
each of the first high-k film and the second high-k film includes a first metal;
The first conductive layer and the second conductive layer each include a second metal different from the first metal.
상기 기판의 제3 활성 영역 위에 형성되고 상기 제2 산소 베이컨시 밀도보다 더 낮은 제3 산소 베이컨시 밀도를 가지는 제3 고유전막과, 상기 제3 고유전막 위에 형성되고 상기 제2 산소 함량보다 더 큰 제3 산소 함량을 가지는 제3 도전막을 포함하는 제3 일함수 조절 금속 함유 구조물을 가지는 제3 게이트 구조물을 더 포함하고,
상기 제1 도전막, 상기 제2 도전막, 및 상기 제3 도전막은 동일 금속을 포함하는 것을 특징으로 하는 집적회로 소자. 13. The method of claim 12,
a third high-k film formed over a third active region of the substrate and having a third oxygen vacancy density lower than the second oxygen vacancy density; a third gate structure having a third work function control metal-containing structure including a third conductive film having a third oxygen content;
The first conductive layer, the second conductive layer, and the third conductive layer include the same metal.
상기 제1 영역에서 상기 제1 유전막을 덮는 제1 일함수 조절 금속 함유 구조물과, 상기 제2 영역에서 상기 제2 유전막을 덮고 상기 제1 일함수 조절 금속 함유 구조물에서의 산소 함량보다 더 큰 산소 함량을 가지는 제2 일함수 조절 금속 함유 구조물을 형성하는 단계를 포함하고,
상기 제1 일함수 조절 금속 함유 구조물과 상기 제2 일함수 조절 금속 함유 구조물을 형성하는 단계는
상기 제1 영역 및 상기 제2 영역에서 상기 제1 유전막 및 상기 제2 유전막을 덮는 일함수 조절 금속 함유막을 형성하는 단계와,
상기 제2 영역에서 상기 일함수 조절 금속 함유막 중 적어도 일부를 산화시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 집적회로 소자의 제조 방법. forming a first dielectric film on the substrate in a first region and forming a second dielectric film on the substrate in a second region;
An oxygen content greater than an oxygen content in the first work function regulating metal-containing structure covering the first dielectric layer in the first region and the second work function regulating metal-containing structure covering the second dielectric layer in the second region Comprising the step of forming a second work function control metal-containing structure having a,
Forming the first work function control metal-containing structure and the second work function control metal-containing structure comprises:
forming a work function control metal-containing film covering the first dielectric film and the second dielectric film in the first region and the second region;
and oxidizing at least a portion of the work function control metal-containing layer in the second region.
상기 제1 영역에서 상기 제1 유전막을 덮는 제1 일함수 조절 금속 함유 구조물과, 상기 제2 영역에서 상기 제2 유전막을 덮고 상기 제1 일함수 조절 금속 함유 구조물에서의 산소 함량보다 더 큰 산소 함량을 가지는 제2 일함수 조절 금속 함유 구조물을 형성하는 단계를 포함하고,
상기 제1 일함수 조절 금속 함유 구조물과 상기 제2 일함수 조절 금속 함유 구조물을 형성하는 단계는
상기 제1 영역 및 상기 제2 영역에서 상기 제1 유전막 및 상기 제2 유전막 위에 산소 원자를 포함하는 제1 금속 함유막을 형성하는 단계와,
상기 제1 금속 함유막 중 제1 영역에 있는 부분만 선택적으로 제거하는 단계와,
상기 제1 영역 및 상기 제2 영역에서 상기 제1 유전막 및 상기 제1 금속 함유막 위에 상기 제1 금속 함유막에서보다 더 적은 산소 함량을 가지는 제2 금속 함유막을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 집적회로 소자의 제조 방법. forming a first dielectric film on the substrate in a first region and forming a second dielectric film on the substrate in a second region;
An oxygen content greater than an oxygen content in the first work function regulating metal-containing structure covering the first dielectric layer in the first region and the second work function regulating metal-containing structure covering the second dielectric layer in the second region Comprising the step of forming a second work function control metal-containing structure having a,
Forming the first work function control metal-containing structure and the second work function control metal-containing structure comprises:
forming a first metal-containing film including oxygen atoms on the first dielectric film and the second dielectric film in the first region and the second region;
selectively removing only a portion of the first metal-containing film in the first region;
and forming a second metal-containing film having a lower oxygen content than in the first metal-containing film on the first dielectric film and the first metal-containing film in the first region and the second region A method of manufacturing an integrated circuit device.
상기 제1 영역에서 상기 제1 유전막을 덮는 제1 일함수 조절 금속 함유 구조물과, 상기 제2 영역에서 상기 제2 유전막을 덮고 상기 제1 일함수 조절 금속 함유 구조물에서의 산소 함량보다 더 큰 산소 함량을 가지는 제2 일함수 조절 금속 함유 구조물을 형성하는 단계를 포함하고,
상기 제1 일함수 조절 금속 함유 구조물과 상기 제2 일함수 조절 금속 함유 구조물을 형성하는 단계는
상기 제1 영역 및 상기 제2 영역에서 상기 제1 유전막 및 상기 제2 유전막 위에 산소 원자를 포함하는 금속 함유막을 형성하는 단계와,
상기 금속 함유막 중 제1 영역에 있는 부분에서만 선택적으로 상기 금속 함유막으로부터 산소 원자를 제거하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 집적회로 소자의 제조 방법. forming a first dielectric film on the substrate in a first region and forming a second dielectric film on the substrate in a second region;
An oxygen content greater than an oxygen content in the first work function regulating metal-containing structure covering the first dielectric layer in the first region and the second work function regulating metal-containing structure covering the second dielectric layer in the second region Comprising the step of forming a second work function control metal-containing structure having a,
Forming the first work function control metal-containing structure and the second work function control metal-containing structure comprises:
forming a metal-containing film including oxygen atoms on the first dielectric film and the second dielectric film in the first region and the second region;
and selectively removing oxygen atoms from the metal-containing layer only from a portion of the metal-containing layer in the first region.
상기 산소 원자를 제거하는 단계는 상기 금속 함유막 중 상기 제1 영역에 있는 부분만 선택적으로 환원시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 집적회로 소자의 제조 방법.19. The method of claim 18,
The method of claim 1 , wherein removing the oxygen atom includes selectively reducing only a portion of the metal-containing layer in the first region.
상기 산소 원자를 제거하는 단계는
상기 제1 영역에서 상기 금속 함유막을 덮는 산소 포착막을 형성하는 단계와,
상기 제2 영역에서는 상기 금속 함유막이 노출된 상태에서 상기 산소 포착막이 형성된 결과물을 열처리하여, 상기 제1 영역에서 상기 금속 함유막 내에 있는 산소 원자들을 상기 산소 포착막으로 이동시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 집적회로 소자의 제조 방법. 19. The method of claim 18,
The step of removing the oxygen atom is
forming an oxygen trapping film covering the metal-containing film in the first region;
and heat-treating a resultant formed with the oxygen trapping film in a state in which the metal-containing film is exposed in the second region to move oxygen atoms in the metal-containing film to the oxygen trapping film in the first region. A method of manufacturing an integrated circuit device comprising:
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