KR102471449B1 - Semiconductor structure and method of manufacturing the same - Google Patents

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Abstract

본 개시 내용은 반도체 구조체를 제공하며, 해당 반도체 구조체는 반도체 기판, 상기 반도체 기판 위의 절연체 핀 - 상기 절연체 핀은 단면도 상에서 상기 반도체 기판의 상부면에 수직인 주 치수를 가짐 -, 및 상기 주 치수를 따라 상기 절연체 핀을 피복하는 반도체 캡핑층을 포함한다. 반도체 구조체를 제조하는 방법도 본 개시 내용에 제공된다.The present disclosure provides a semiconductor structure comprising a semiconductor substrate, an insulator fin over the semiconductor substrate, the insulator fin having a major dimension perpendicular to a top surface of the semiconductor substrate in a cross-sectional view, and the major dimension and a semiconductor capping layer covering the insulator fins along the. A method of manufacturing a semiconductor structure is also provided in this disclosure.

Figure R1020210134784
Figure R1020210134784

Description

반도체 구조체 및 그 제조 방법{SEMICONDUCTOR STRUCTURE AND METHOD OF MANUFACTURING THE SAME}Semiconductor structure and its manufacturing method {SEMICONDUCTOR STRUCTURE AND METHOD OF MANUFACTURING THE SAME}

관련 출원에 대한 상호 참조CROSS REFERENCES TO RELATED APPLICATIONS

본 출원은 2018 년 11월 29일자로 출원되고 참고로 그 전체가 포함된, 사전 출원된 가출원 제62/772,994호의 이익을 주장한다.This application claims the benefit of previously filed Provisional Application Serial No. 62/772,994, filed on November 29, 2018 and incorporated by reference in its entirety.

집적 회로의 회로 밀도의 증가를 달성하기 위해, 이러한 집적 회로 내의 전계 효과 트랜지스터와 같은 반도체 장치의 크기가 감소되어 왔다. 그러나, 반도체 장치의 크기를 감소시키면 반도체 장치의 채널 길이가 감소될 수 있다. 채널 길이가 감소되면, 반도체 장치의 소스 영역과 드레인 영역이 서로 더 가까워 질 수 있으며, 이는 소스 및 드레인 영역이 채널 또는 오히려 채널 내의 캐리어에 과도한 영향을 줄 수 있는 데, 이는 통상 단채널 효과(short-channel effect)로 지칭된다. 결과적으로, 단채널 효과를 겪는 반도체 장치의 게이트는 채널에 대한 제어를 감소시켰으며, 이는 특히 게이트가 반도체 장치의 온 상태 및/또는 오프 상태를 제어하는 능력을 방해한다.In order to achieve an increase in circuit density of integrated circuits, the size of semiconductor devices such as field effect transistors in such integrated circuits has been reduced. However, if the size of the semiconductor device is reduced, the channel length of the semiconductor device may be reduced. When the channel length is reduced, the source and drain regions of the semiconductor device may come closer to each other, which may cause the source and drain regions to excessively influence the channel or rather the carriers in the channel, which is commonly referred to as short-channel effect. -channel effect). As a result, the gate of the semiconductor device experiencing the short-channel effect has reduced control over the channel, which in particular hinders the ability of the gate to control the on-state and/or off-state of the semiconductor device.

본 개시 내용의 여러 양태들은 첨부 도면을 함께 판독시 다음의 상세한 설명으로부터 가장 잘 이해된다. 산업계에서의 표준 관행에 따라 다양한 특징부들은 비율대로 작성된 것은 아님을 알아야 한다. 실제, 다양한 특징부의 치수는 논의의 명확성을 위해 임의로 증감될 수 있다.
도 1은 본 개시 내용의 일부 실시예에 따른 FinFET 구조체의 사시도이다.
도 2a는 본 개시 내용의 일부 실시예에 따른 FinFET 구조체의 단면도이다.
도 2b는 본 개시 내용의 일부 실시예에 따른 FinFET 구조체의 단면도이다.
도 3은 본 개시 내용의 일부 실시예에 따른 FinFET 구조체의 사시도이다.
도 4는 본 개시 내용의 일부 실시예에 따른 FinFET 구조체의 단면도이다.
도 5a는 본 개시 내용의 일부 비교 실시예에 따른 FinFET 구조체의 단면도이다.
도 5b는 본 개시 내용의 일부 비교 실시예에 따른 FinFET 구조체의 단면도이다.
도 6~16은 본 개시 내용의 일부 실시예에 따라 FinFET 구조체를 형성하는 예시적인 제조 공정의 중간 단계의 단면도를 예시한다.
도 17a는 본 개시 내용의 일부 실시예에 따른 다양한 제조 동작 하의 FinFET의 단면도이다.
도 17ba~도 17bb는 본 개시 내용의 일부 실시예에 따른 다양한 제조 동작 하의 FinFET의 단면도이다.
도 17ca~도 17cb는 본 개시 내용의 일부 실시예에 따른 다양한 제조 동작 하의 FinFET의 단면도이다.
도 18a는 본 개시 내용의 일부 비교 실시예에 따른 FinFET 구조체의 단면도이다.
도 18b는 본 개시 내용의 일부 실시예에 따른 FinFET 구조체의 단면도이다.
도 19a는 본 개시 내용의 일부 비교 실시예에 따른 FinFET 구조체의 단면도이다.
도 19b는 본 개시 내용의 일부 실시예에 따른 FinFET 구조체의 단면도이다.
Several aspects of the present disclosure are best understood from the following detailed description when read in conjunction with the accompanying drawings. It should be noted that, in accordance with the standard practice in the industry, various features are not drawn to scale. Indeed, the dimensions of various features may be arbitrarily increased or decreased for clarity of discussion.
1 is a perspective view of a FinFET structure in accordance with some embodiments of the present disclosure.
2A is a cross-sectional view of a FinFET structure in accordance with some embodiments of the present disclosure.
2B is a cross-sectional view of a FinFET structure in accordance with some embodiments of the present disclosure.
3 is a perspective view of a FinFET structure in accordance with some embodiments of the present disclosure.
4 is a cross-sectional view of a FinFET structure in accordance with some embodiments of the present disclosure.
5A is a cross-sectional view of a FinFET structure according to some comparative embodiments of the present disclosure.
5B is a cross-sectional view of a FinFET structure according to some comparative embodiments of the present disclosure.
6-16 illustrate cross-sectional views of intermediate steps in an example fabrication process for forming a FinFET structure in accordance with some embodiments of the present disclosure.
17A is a cross-sectional view of a FinFET under various fabrication operations in accordance with some embodiments of the present disclosure.
17BA-17BB are cross-sectional views of FinFETs under various fabrication operations in accordance with some embodiments of the present disclosure.
17ca-17cb are cross-sectional views of FinFETs under various fabrication operations in accordance with some embodiments of the present disclosure.
18A is a cross-sectional view of a FinFET structure according to some comparative embodiments of the present disclosure.
18B is a cross-sectional view of a FinFET structure in accordance with some embodiments of the present disclosure.
19A is a cross-sectional view of a FinFET structure according to some comparative embodiments of the present disclosure.
19B is a cross-sectional view of a FinFET structure in accordance with some embodiments of the present disclosure.

다음의 설명은 제공된 주제의 여러 가지 다른 특징부의 구현을 위한 다수의 상이한 실시예 또는 실례를 제공한다. 본 개시 내용을 단순화하기 위해 구성 성분 및 배열의 특정 예들을 아래에 설명한다. 이들은 물론 단지 여러 가지 예일 뿐이고 한정하고자 의도된 것이 아니다. 예를 들면, 이어지는 설명에서 제2 특징부 상에 제1 특징부의 형성은 제1 및 제2 특징부가 직접 접촉되게 형성되는 실시예를 포함할 수 있고 제1 및 제2 특징부가 직접 접촉되지 않을 수 있게 추가의 특징부가 제1 및 제2 특징부 사이에 형성될 수 있는 실시예도 포함할 수 있다. 추가로, 본 개시 내용은 여러 예에서 참조 번호 및/또는 문자를 반복할 수 있다. 이러한 반복은 단순 및 명료를 위한 것으로 그 자체가 논의되는 다양한 실시예 및/또는 구성 간의 관계를 지시하는 것은 아니다.The following description provides a number of different embodiments or examples for implementation of several different features of the presented subject matter. Specific examples of components and arrangements are described below to simplify the present disclosure. These, of course, are merely various examples and are not intended to be limiting. For example, the formation of a first feature over a second feature in the description that follows may include embodiments in which the first and second features are formed in direct contact and the first and second features may not be in direct contact. It may also include embodiments in which additional features may be formed between the first and second features. Additionally, the disclosure may repeat reference numbers and/or letters in the various instances. This repetition is for the purpose of simplicity and clarity and does not in itself dictate a relationship between the various embodiments and/or configurations discussed.

또한, "아래"(예, beneath, below, lower), "위"(예, above, upper) 등의 공간 관계 용어는 여기서 도면에 예시되는 바와 같이 다른 요소(들) 또는 특징부(들)에 대한 하나의 요소 또는 특징부의 관계를 기술하는 설명의 용이성을 위해 사용될 수 있다. 공간 관계 용어는 도면에 표현된 배향 외에도 사용 중 또는 작동 중인 소자의 다른 배향을 포함하도록 의도된 것이다. 장치는 달리 배향될 수 있으며(90도 회전 또는 다른 배향), 여기 사용되는 공간 관계 기술어도 그에 따라 유사하게 해석될 수 있다.In addition, spatial relational terms such as "below" (eg, beneath, below, lower), "above" (eg, above, upper) refer to other element(s) or feature(s) as illustrated in the figures herein. It can be used for ease of explanation describing the relationship of an element or feature to a relationship. Spatial relational terms are intended to include other orientations of elements in use or operation other than the orientations depicted in the figures. The device may be otherwise oriented (rotated 90 degrees or at other orientations) and the spatial relational descriptors used herein may be similarly interpreted accordingly.

본 개시 내용의 넓은 범위를 나타내는 수치 범위 및 파라미터는 근사값임에도 불구하고, 특정 실시예에서 제시된 수치값은 가능한 정확하게 보고된다. 그러나, 임의의 수치값은 본질적으로 각각의 시험 측정에서 발견된 표준 편차에 기인하는 특정 오차를 포함한다. 또한, 본원에 사용된 "약"이라는 용어는 주어진 값 또는 범위의 10%, 5%, 1% 또는 0.5% 이내를 보통 의미한다. 대안적으로, "약"이라는 용어는 당업자에 의해 고려될 때 평균에서 허용 가능한 표준 오차 내를 의미한다. 조작/작업 예를 제외하거나, 또는 달리 명시적으로 언급되지 않는 한, 본 명세서에 개시된 모든 수치 범위, 양, 값 및 백분율(예, 물질량, 지속 시간, 온도, 작동 조건, 양의 비율 등)은 "약"이라는 용어에 의해 모든 경우에 수정된 것으로 이해되어야 한다. 따라서, 달리 지시되지 않는 한, 본 개시 내용 및 첨부된 청구범위에 제시된 수치 파라미터는 원하는 대로 변할 수 있는 근사값이다. 적어도, 각각의 수치 파라미터는 최소한 보고된 유효 자릿수의 수에 비추어 그리고 통상적인 반올림 기술을 적용하여 해석되어야 한다. 범위는 하나의 종단점으로부터 다른 종단점까지 또는 두 종단점 사이로서 표현될 수 있다. 달리 명시되지 않는 한, 본 명세서에 개시된 모든 범위는 종단점을 포함한다.Although numerical ranges and parameters representing the broad scope of this disclosure are approximations, numerical values presented in certain embodiments are reported as accurately as possible. Any numerical value, however, inherently contains certain errors resulting from the standard deviation found in their respective testing measurements. Also, as used herein, the term “about” usually means within 10%, 5%, 1% or 0.5% of a given value or range. Alternatively, the term "about" means within an acceptable standard error of the mean as considered by one skilled in the art. Except for operational/operational examples, or unless expressly stated otherwise, all numerical ranges, amounts, values and percentages (eg, amounts of materials, durations, temperatures, operating conditions, ratios of amounts, etc.) disclosed herein are all It should be understood as modified in all instances by the term "about". Accordingly, unless otherwise indicated, the numerical parameters presented in this disclosure and appended claims are approximate values that can vary as desired. At a minimum, each numerical parameter should be interpreted in light of at least the number of reported significant digits and applying conventional rounding techniques. A range can be expressed as from one endpoint to the other or between two endpoints. Unless otherwise specified, all ranges disclosed herein are inclusive of the endpoints.

하나 이상의 반도체 장치 및 이러한 반도체 장치를 형성하는 기술이 여기에 제공된다. 핀형 전계 효과 트랜지스터(FinFET)와 같은 반도체 장치는 반도체 기판 상에 형성된 핀을 포함한다. 게이트 구조체가 적어도 핀의 일부, 예컨대, 핀의 상부 내의 채널을 둘러싼다. 채널의 제1 측면 상의 핀의 제1 부분 내에 소스 영역이 형성되고, 채널의 제2 측면 상의 핀의 제2 부분 내에 드레인 영역이 형성된다. 게이트 구조체는 다수의 측면 상에서 채널 주위에 형성되기 때문에, 게이트 구조체는 예를 들어, 채널 바로 위에 형성된 게이트 구조체와 관련하여 채널 및 그 내부의 캐리어에 대해 비교적 큰 제어 능력을 가진다. 선폭 크기 감소와 함께, 공핍층 폭에 필적하는 채널 길이를 갖는 FinFET은 완전 공핍(depletion)을 달성할 수 있다. 그러나, 공핍층 폭보다 채널 길이가 긴 FinFET는 작동 중에 임계 전압 또는 그 이상에서 여전히 불완전한 공핍을 겪을 수 있다. 결과적으로, 단채널 효과로 인해 누설 전류가 유도될 수 있다. 통상적으로, 공핍층 폭보다 긴 채널 길이를 갖는 FinFET의 핀 폭은 작동 중에 채널에서 완전한 공핍을 달성하기 위해 감소될 수 있다. 그럼에도 불구하고, 게이트-채널 계면의 크기가 감소함에 따라 캐리어 이동도가 감소한다.One or more semiconductor devices and techniques for forming such semiconductor devices are provided herein. A semiconductor device, such as a finned field effect transistor (FinFET), includes a fin formed on a semiconductor substrate. A gate structure surrounds at least a portion of the fin, eg, a channel within the top of the fin. A source region is formed in a first portion of the fin on a first side of the channel and a drain region is formed in a second portion of the fin on a second side of the channel. Because the gate structure is formed around the channel on multiple sides, the gate structure has relatively greater control over the channel and the carriers therein, for example with respect to a gate structure formed directly over the channel. With a reduced feature size, a FinFET with a channel length comparable to the depletion layer width can achieve full depletion. However, a FinFET with a channel length greater than the depletion layer width may still experience incomplete depletion at or above the threshold voltage during operation. As a result, a leakage current may be induced due to the short-channel effect. Typically, the fin width of a FinFET having a channel length greater than the depletion layer width may be reduced to achieve complete depletion in the channel during operation. Nevertheless, the carrier mobility decreases as the size of the gate-channel interface decreases.

따라서, 본 개시 내용은 작동 중에 활성 영역 또는 채널에서 완전 공핍을 달성하는 FinFET 소자를 제공한다. 이러한 효과는 채널 길이를 단축시키거나 핀 폭을 감소시키지 않는다.Accordingly, the present disclosure provides a FinFET device that achieves full depletion in an active region or channel during operation. This effect does not shorten the channel length or reduce the pin width.

실리콘-온-인슐레이터(SOI) 기술은 기생 소자 커패시턴스를 효율적으로 감소시켜 성능을 향상시킨다. FinFET 소자를 제조할 때 SOI 기술의 장점을 최대한 활용하기 위해 핀형 절연체가 기판 상에 설계되고 반도체 필름이 핀의 상부에 캡으로서 구성된다. 본 발명에서, FinFET 및 SOI의 장점을 보다 확실히 결합시키기 위해 기판 상의 핀형 절연체 상에 FinFET의 새로운 구조가 제안된다.Silicon-on-insulator (SOI) technology improves performance by effectively reducing parasitic capacitance. To fully utilize the advantages of SOI technology when manufacturing FinFET devices, a fin-type insulator is designed on the substrate and a semiconductor film is constructed as a cap on top of the fin. In the present invention, a novel structure of FinFET on a fin-type insulator on a substrate is proposed in order to more surely combine the advantages of FinFET and SOI.

도 1을 참조하면, 도 1은 본 개시 내용의 일부 실시예에 따른 FinFET 구조체(10)의 사시도이다. 상부에 유전체 층(103)이 형성된 기판(101)이 예시되어 있다. 기판(101)은 예를 들어 실리콘으로 형성될 수 있다. 도 1에서 기판(101)은 단일 물질을 포함하는 벌크 웨이퍼(예, 벌크 실리콘 웨이퍼)로서 예시되어 있지만, 다른 예에서, 반도체-온-인슐레이터 또는 실리콘-온-인슐레이터(SOI) 웨이퍼, 또는 유리 기판이 대용될 수 있다. 이러한 SOI 웨이퍼가 사용되는 경우, 유전체 층(103)은 SOI 웨이퍼의 상부 실리콘 층(도 1에 도시되지 않음)과 실리콘 베이스 층(예, 하부 실리콘 층) 사이에 형성된 절연층(예, 산화물 층)일 수 있다.Referring to FIG. 1 , FIG. 1 is a perspective view of a FinFET structure 10 in accordance with some embodiments of the present disclosure. A substrate 101 having a dielectric layer 103 formed thereon is illustrated. The substrate 101 may be formed of silicon, for example. Although substrate 101 in FIG. 1 is illustrated as a bulk wafer containing a single material (eg, a bulk silicon wafer), in other examples, a semiconductor-on-insulator or silicon-on-insulator (SOI) wafer, or a glass substrate. this can be substituted. When such an SOI wafer is used, the dielectric layer 103 is an insulating layer (eg, oxide layer) formed between an upper silicon layer (not shown in FIG. 1) and a silicon base layer (eg, lower silicon layer) of the SOI wafer. can be

기판(101)에 적절한 임의의 물질이 사용될 수 있으며, 기판(101)에 대한 물질은 실리콘으로 제한되지 않을 수 있다. 예를 들어, 기판(101)은 갈륨 비소화물, 게르마늄, 또는 임의의 다른 물질 또는 물질들의 조합을 포함할 수 있는 벌크 기판일 수 있다. 또한, 기판(101)은 기판(101) 상에 또는 기판(102) 내에 형성된 다른 특징부 또는 구조체를 포함할 수 있다. 유전체 층(103)은 기판(101)의 에칭을 가능케 하는 유전체 물질을 포함할 수 있다. 일 예에서, 기판(101)은 단결정 실리콘일 수 있고, 유전체 층(103)은 실질적으로 기판(101) 위에 퇴적된 실리콘 질화물을 포함할 수 있다.Any material suitable for the substrate 101 may be used, and the material for the substrate 101 may not be limited to silicon. For example, substrate 101 may be a bulk substrate that may include gallium arsenide, germanium, or any other material or combination of materials. Substrate 101 may also include other features or structures formed on substrate 101 or in substrate 102 . Dielectric layer 103 may include a dielectric material that allows etching of substrate 101 . In one example, substrate 101 may be single crystal silicon, and dielectric layer 103 may substantially include silicon nitride deposited over substrate 101 .

사시도 상으로 유전체 층(103) 위에 위치된 복수의 절연체 핀(105)은 기판(101) 위에서 제1 방향(11)을 따라 연장된다. 도 1에 예시된 바와 같이, 복수의 절연체 핀(105)은 제 1 스트라이프의 코어일 수 있고, 여기서 코어는 적어도 절연체 핀(105)의 상부면(105t) 및/또는 측벽(105s)으로부터 반도체 캡 또는 캡핑층(107)에 의해 피복된다. 조합하여, 절연체 핀(105)과 캡핑층(107)은 기판(101) 위에서 제1 방향(11)을 따라 연장되는 제1 스트라이프를 형성한다. 게이트(109)가 기판(101) 위에서 제2 방향(12)을 따라 복수의 절연체 핀(105)을 교차한다. 일부 실시예에서, 제2 방향(12)은 제1 방향(11)에 실질적으로 수직하다. 게이트(109)는 반도체 기판 (101) 위의 제 2 방향을 따라 연장되는 제 2 스트라이프를 형성한다. 제2 스트라이프는 적어도 제1 스트라이프의 캡핑층(107)과 접촉한다. 달리 말하면, 게이트(109)는 복수의 절연체 핀(105) 각각의 상부면(105t) 및 측벽(105s)을 감싸는 캡핑층(107)의 부분과 접촉하고 있다. 일부 실시예에서, 절연체 핀(105) 및 유전체 층(103)은 SOI 웨이퍼의 절연층으로부터 패터닝된 연속 영역일 수 있다. 일부 실시예에서, 절연체 핀(105) 및 유전체 층(103)은 절연 물질, 하이-k 유전체 물질, 또는 SiO2, HfO2, SiOCN, 또는 GeO와 같은 반도체 유도체로 구성될 수 있다In a perspective view, a plurality of insulator fins 105 positioned over the dielectric layer 103 extend along the first direction 11 over the substrate 101 . As illustrated in FIG. 1 , the plurality of insulator fins 105 may be cores of a first stripe, where the cores are semiconductor caps from at least the top surface 105t and/or sidewalls 105s of the insulator fins 105 . or covered by the capping layer 107 . In combination, the insulator fins 105 and the capping layer 107 form a first stripe extending along a first direction 11 over the substrate 101 . A gate 109 crosses a plurality of insulator fins 105 along a second direction 12 above the substrate 101 . In some embodiments, the second direction 12 is substantially perpendicular to the first direction 11 . The gate 109 forms a second stripe extending along a second direction over the semiconductor substrate 101 . The second stripe is in contact with at least the capping layer 107 of the first stripe. In other words, the gate 109 is in contact with a portion of the capping layer 107 surrounding the top surface 105t and the sidewall 105s of each of the plurality of insulator fins 105 . In some embodiments, insulator fins 105 and dielectric layer 103 may be contiguous regions patterned from an insulator layer of an SOI wafer. In some embodiments, insulator fin 105 and dielectric layer 103 may be composed of an insulating material, a high-k dielectric material, or a semiconductor derivative such as SiO 2 , HfO 2 , SiOCN, or GeO.

일부 실시예에서, 캡핑층은 Si, SiGe, Ge, 다른 III-V족 물질, 또는 그래핀, MoS2, WSe2, 또는 HfTe2 등의 2차원 물질과 같은 결정질, 다결정질 또는 반 결정질 반도체 물질로 구성될 수 있다.In some embodiments, the capping layer is a crystalline, polycrystalline, or semi-crystalline semiconductor material such as Si, SiGe, Ge, another III-V material, or a two-dimensional material such as graphene, MoS 2 , WSe 2 , or HfTe 2 . may consist of

도 1에서, 제2 스트라이프 또는 게이트(109)로부터 노출되는 제1 스트라이프, 또는 절연체 핀(105)과 캡핑층(107)의 조합은 소스 또는 드레인(이하 S/D 영역)을 포함한다. 일부 실시예에서, S/D 영역은 게이트(109)로부터 노출되고 게이트(109)에 측방향으로 인접하는 캡핑층(107)의 일부일 수 있다. 일부 실시예에서, S/D 영역은 본 개시 내용에서 후술되는 바와 같이 이온 주입 조작 또는 에칭 조작에 이은 에피택셜 재성장 조작에 의해 형성될 수 있다.In FIG. 1 , the second stripe or the first stripe exposed from the gate 109 or the combination of the insulator fin 105 and the capping layer 107 includes a source or drain (hereinafter referred to as an S/D region). In some embodiments, the S/D region may be a portion of the capping layer 107 exposed from the gate 109 and laterally adjacent to the gate 109 . In some embodiments, the S/D regions may be formed by an ion implantation operation or an etching operation followed by an epitaxial regrowth operation, as described below in this disclosure.

도 2a를 참조하면, 도 2a는 본 개시 내용의 일부 실시예에 따른 FinFET 구조체(10)에 대한 AA 라인을 따른 단면도이다. 일부 실시예에서, 도 2a에 예시된 캡핑층(107)은 FinFET 구조체(10)의 S/D 영역이다. 복수의 절연체 핀(105)은 각각 도 2a에 예시된 바와 같이 부(minor) 치수(B)와 대조되는 주(principle) 치수(A)를 가진다. 주 치수(A)는 기판(101)의 상부면(101t)에 실질적으로 수직이다. 캡핑층(107)은 절연체 핀(105)의 주 치수(A)를 따라 측벽(105s)과 부 치수(B)를 따라 상부면(105t) 위를 적어도 피복한다. 주 치수(A)의 값은 절연체 핀(105)의 상부면(105t)으로부터 하부까지 측정되고, 부 치수(B)의 값은 절연체 핀(105)의 일 측벽으로부터 반대쪽 측벽까지 측정된다. 일부 실시예에서, 주 치수(A)는 약 5 nm 내지 약 100 nm의 범위에 있고, 부 치수(B)는 약 2 nm 내지 약 30 nm의 범위에 있다. 주 치수(A)가 100 nm보다 큰 반면, 부 치수(B)가 상기 범위 내에 있을 때, 절연체 핀(105)은 높은 종횡비를 가지므로, 절연체 핀(105)은 후속 제조 공정 도중에, 예를 들어, 복수의 절연체 핀(105) 위에 폴리 게이트를 형성하는 도중에 변형되거나 붕괴되기 쉽다. 주 치수(A)가 5 nm 미만인 반면, 부 치수(B)가 상기 범위 내에 있으면, 캡핑층(107)과 절연체 핀(105)의 접촉 면적이 너무 작아서 FinFET 소자의 채널 치수가 합리적이지 않다. 부 치수(B)가 30 nm보다 큰 반면, 주 치수(A)가 상기 범위 내에 있으면, 단위 칩 면적 당 트랜지스터의 수가 크게 감소된다. 부 치수(B)가 2 nm 미만인 반면, 주 치수(A)가 상기 범위 내에 있으면, 너무 큰 종횡비로 인해 후속 제조 조작 중에 절연체 핀(105)이 다시 변형되거나 붕괴되기 쉬을 것이다.Referring to FIG. 2A , FIG. 2A is a cross-sectional view along line AA of a FinFET structure 10 in accordance with some embodiments of the present disclosure. In some embodiments, capping layer 107 illustrated in FIG. 2A is the S/D region of FinFET structure 10 . The plurality of insulator fins 105 each have a principal dimension A as opposed to a minor dimension B as illustrated in FIG. 2A. The principal dimension A is substantially perpendicular to the upper surface 101t of the substrate 101 . The capping layer 107 covers at least over the sidewall 105s along the major dimension A and the top surface 105t along the minor dimension B of the insulator fin 105 . The value of the major dimension (A) is measured from the top surface 105t of the insulator fin 105 to the bottom, and the value of the minor dimension (B) is measured from one sidewall of the insulator fin 105 to the opposite sidewall. In some embodiments, major dimension (A) ranges from about 5 nm to about 100 nm and minor dimension (B) ranges from about 2 nm to about 30 nm. When the major dimension (A) is greater than 100 nm, while the minor dimension (B) is within the above range, the insulator fin 105 has a high aspect ratio, so that the insulator fin 105 can be removed during a subsequent manufacturing process, for example , it is easy to deform or collapse during the formation of a poly gate over the plurality of insulator fins 105. When the major dimension (A) is less than 5 nm, while the minor dimension (B) is within the above range, the contact area between the capping layer 107 and the insulator fin 105 is too small to make the channel dimension of the FinFET device unreasonable. When the minor dimension (B) is greater than 30 nm, while the major dimension (A) is within the above range, the number of transistors per unit chip area is greatly reduced. If the minor dimension (B) is less than 2 nm, while the major dimension (A) is within this range, the insulator fin 105 will be liable to deform or collapse again during subsequent fabrication operations due to the aspect ratio being too large.

도 2a에 예시된 바와 같이, 캡핑층(107)의 두께(C)는 소정의 조작 바이어스 하에서 캡핑층(107) 내에 완전 공핍된 영역을 형성할 수 있도록 결정된다. 일부 실시예에서, 캡핑층(107)의 두께(C)는 약 40Å 내지 약 20 nm의 범위일 수 있다. 캡핑층(107)의 두께(C)가 20 nm보다 두꺼우면, 단위 칩 면적 당 트랜지스터의 수가 크게 감소된다. 캡핑층(107)의 두께(C)가 40Å보다 얇으면, 일부 실시예에서 단결정 에피택셜 층인 캡핑층(107)의 결정성이 저하될 수 있다. 또한, 40Å보다 얇은 캡핑층(107)은 본 개시 내용의 도 14 및 도 15에서 추가로 논의되는 바와 같이 후속 제조 조작에 제조상의 곤란함을 야기할 수 있다.As illustrated in FIG. 2A, the thickness C of the capping layer 107 is determined such that a fully depleted region can be formed in the capping layer 107 under a predetermined operating bias. In some embodiments, the thickness C of the capping layer 107 may range from about 40 Å to about 20 nm. When the thickness C of the capping layer 107 is thicker than 20 nm, the number of transistors per unit chip area is greatly reduced. If the thickness C of the capping layer 107 is smaller than 40 Å, the crystallinity of the capping layer 107, which is a single-crystal epitaxial layer in some embodiments, may be reduced. In addition, capping layer 107 thinner than 40 Å may cause manufacturing difficulties in subsequent manufacturing operations, as further discussed in FIGS. 14 and 15 of the present disclosure.

유전체 층(103)은 절연체 핀(105)의 하부와 기판(101)의 상부면 사이에 위치된다. 일부 실시예에서, 유전체 층(103)은 절연체 핀(105)의 측벽을 피복하지 않는다. 유전체 층(103)은 캡핑층(107)과 접촉하는 후속으로 형성되는 금속 게이트와 기판(101) 사이에 위치된다. 달리 말하면, 캡핑층(107)은 기판(101)과 접촉하지 않으므로, 기판(101)으로 흐르는 누설 전류를 효과적으로 감소시킨다.A dielectric layer 103 is located between the bottom of the insulator fin 105 and the top surface of the substrate 101 . In some embodiments, dielectric layer 103 does not cover sidewalls of insulator fins 105 . Dielectric layer 103 is positioned between substrate 101 and a subsequently formed metal gate in contact with capping layer 107 . In other words, since the capping layer 107 does not contact the substrate 101, leakage current flowing into the substrate 101 is effectively reduced.

도 2b를 참조하면, 도 2b는 본 개시 내용의 일부 실시예에 따른 FinFET 구조체(10)에 대한 AA 라인을 따른 단면도이다. 일부 실시예에서, 도 2a에 예시된 캡핑층(107)은 FinFET 구조체(10)의 S/D 영역이다. 도 2b에 예시된 바와 같이, 캡핑층(107)은 적어도, 절연체 핀(105)의 주 치수(A)를 따라 측벽(105s)과 부 치수(B)를 따라 상부면(105t) 위를 피복하고 있다. 캡핑층(107)의 주 치수(A), 부 치수(B) 및 두께(C)의 값은 도 2a에서 논의된 것을 참조할 수 있으며, 간결성을 위해 여기서는 반복되지 않는다. 캡핑층(107)의 퇴적은 절연체 핀(105)의 상부면(105t) 및 측벽(105s)을 따라 어디나 동일한 두께를 갖지 않을 수 있으며, 예를 들어, 캡핑층(107)의 라운딩 특징부가 절연체 핀(105)의 코너에서 관찰될 수 있다. 이 조건 하의 캡핑층(107)의 두께(C)는 캡핑층(107)이 유전체 층(103)과 접촉하는 캡핑층(107)의 하부에서 측정될 수 있다.Referring to FIG. 2B , FIG. 2B is a cross-sectional view along line AA of a FinFET structure 10 in accordance with some embodiments of the present disclosure. In some embodiments, capping layer 107 illustrated in FIG. 2A is the S/D region of FinFET structure 10 . As illustrated in FIG. 2B , the capping layer 107 covers at least the sidewalls 105s along the major dimension A and the top surface 105t along the minor dimension B of the insulator fin 105 , and have. Values for the major dimension (A), minor dimension (B) and thickness (C) of the capping layer 107 may refer to those discussed in FIG. 2A and are not repeated here for brevity. The deposition of the capping layer 107 may not have the same thickness everywhere along the top surface 105t and sidewalls 105s of the insulator fin 105, for example, the rounded features of the capping layer 107 may It can be observed at the corner of (105). The thickness C of the capping layer 107 under this condition can be measured at the bottom of the capping layer 107 where the capping layer 107 contacts the dielectric layer 103.

도 3은 본 개시 내용의 일부 실시예에 따른 FinFET 구조체의 사시도이다. 도 3 및 도 1에서의 동일한 번호 표시는 실질적으로 동일한 구성 요소 또는 그 등가물을 지시하므로 그것으로 참조될 수 있다. 도 3에서, 절연체 핀(105) 및 캡핑층(107)은 게이트(109) 아래에 피복된다. 도 1에 비해, 게이트(109)로부터 노출된 절연체 핀(105) 및 캡핑층(107)의 부분은 제거되어 FinFET 구조체(10)의 S/D 영역으로서 구성된 도전 영역(110)으로 대체된다. 도전 영역(110)은 기판(101) 위에서 제1 방향(11)을 따라 그리고 게이트(109)에 측방향으로 인접하게 배치된다.3 is a perspective view of a FinFET structure in accordance with some embodiments of the present disclosure. Like numbers in FIGS. 3 and 1 indicate substantially the same components or equivalents thereof and may therefore be referred to as such. In FIG. 3 , an insulator fin 105 and a capping layer 107 are covered under the gate 109 . Compared to FIG. 1 , portions of the insulator fin 105 and the capping layer 107 exposed from the gate 109 are removed and replaced with a conductive region 110 configured as the S/D region of the FinFET structure 10 . A conductive region 110 is disposed over the substrate 101 along a first direction 11 and laterally adjacent to the gate 109 .

도 4를 참조하면, 도 4는 본 개시 내용의 일부 실시예에 따른 FinFET 구조체(10)의 단면도이다. 도 3에 예시된 바와 같이 게이트(109) 아래에 피복된 절연체 핀(105) 및 캡핑층(107)의 부분은 도 2a 또는 도 2b에 사전 취급된 단면도를 보유하므로 간결성을 위해 여기서 반복되지 않는다. 그러나, 도 3의 S/D 영역으로서 구성된 도전 영역(110)은 도 4에 예시된 단면도를 가진다. 일부 실시예에서, 도전 영역(110)은 기판(101)의 상부면과 접촉할 수 있다. 일부 실시예에서, 유전체 층(103)은 도전 영역(110)을 기판(101)의 상부면으로부터 격리시킬 수 있다.Referring to FIG. 4 , FIG. 4 is a cross-sectional view of a FinFET structure 10 in accordance with some embodiments of the present disclosure. The portion of the insulator fin 105 and capping layer 107 covered under the gate 109 as illustrated in FIG. 3 retains the cross-sectional views pre-treated in FIG. 2A or 2B and is not repeated here for brevity. However, the conductive region 110 configured as the S/D region in FIG. 3 has the cross-sectional view illustrated in FIG. 4 . In some embodiments, conductive region 110 may contact a top surface of substrate 101 . In some embodiments, dielectric layer 103 may isolate conductive region 110 from a top surface of substrate 101 .

도 5a 및 도 5b를 참조하면, 도 5a는 비교 FinFET 구조체의 단면도이고, 도 5b는 본 개시 내용의 일부 비교 실시예에 따른 비교 FinFET 구조체의 단면도이다. 본 개시 내용의 FinFET 구조체와 비교하면, 도 5a 및 도 5b에 예시된 FinFET 구조체는 모두 복수의 반도체 핀(505) 및 유전체 층(503)을 포함한다. 도 5a의 반도체 핀(505)은 반도체 기판(501)으로부터 패터닝되므로, 반도체 핀(505) 및 반도체 기판(501)은 연속적인 반도체 영역을 형성한다. 유전체 층(503)은 반도체 기판(501)의 상부면 위에 반도체 핀(505)을 부분적으로 둘러싸도록 형성된다. 그러나, 도 5b의 반도체 핀(505)은 SOI 웨이퍼의 상부 반도체 층으로부터 패터닝된다. SOI 웨이퍼의 유전체 층(503)은 SOI 웨이퍼의 하부 반도체 층과 반도체 핀(505) 사이에 배치되어, 반도체 핀(505)을 반도체 기판(501)으로부터 전기적으로 절연시킨다.5A and 5B , FIG. 5A is a cross-sectional view of a comparative FinFET structure and FIG. 5B is a cross-sectional view of a comparative FinFET structure according to some comparative embodiments of the present disclosure. Compared to the FinFET structures of the present disclosure, the FinFET structures illustrated in FIGS. 5A and 5B both include a plurality of semiconductor fins 505 and a dielectric layer 503 . The semiconductor fin 505 in FIG. 5A is patterned from the semiconductor substrate 501 so that the semiconductor fin 505 and the semiconductor substrate 501 form a continuous semiconductor region. A dielectric layer 503 is formed on the upper surface of the semiconductor substrate 501 to partially surround the semiconductor fins 505 . However, the semiconductor fin 505 in Figure 5b is patterned from the top semiconductor layer of the SOI wafer. The dielectric layer 503 of the SOI wafer is disposed between the bottom semiconductor layer of the SOI wafer and the semiconductor fin 505 to electrically insulate the semiconductor fin 505 from the semiconductor substrate 501 .

도 5a 및 도 5에 예시된 2개의 비교 실시예는 적어도 반도체 핀(505)이 절연체 대신에 반도체 물질로 구성된다는 점에서 본 개시 내용의 실시예와 상이하다. 반도체 핀(505)은 본 개시 내용의 실시예에서 전술된 바와 같이 코어 및 캡핑층이 없는 벌크 구조체이다.The two comparative embodiments illustrated in FIGS. 5A and 5 differ from embodiments of the present disclosure in that at least semiconductor fin 505 is constructed of a semiconductor material instead of an insulator. Semiconductor fin 505 is a bulk structure without a core and capping layer as described above in embodiments of the present disclosure.

본 개시 내용은 여기에 설명된 FinFET 구조체를 제조하는 방법을 제공한다. 도 6 내지 도 16을 참조하면, 도 6 내지 도 16은 본 개시 내용의 일부 실시예에 따른 FinFET 구조체를 형성하는 예시적인 제조 공정의 중간 단계의 단면도를 예시한다. 도 6을 참조하면, 반도체 기판(60)에 상부 절연층(62)이 제공된다. 일부 실시예에서, 반도체 기판(60) 및 절연층(62)은 SOI 웨이퍼의 일부일 수 있다. 다른 실시예에서, 절연층(62)은 제조 조작 중에 반도체 기판(60)의 표면 위에 퇴적된다. 절연층(62)을 도 1의 절연체 핀(105)으로 후속으로 패터닝하기 위해 하드 마스크 층(64) 및 반사 방지층(66)이 절연층(62) 위에 위치된다. 마스킹 패턴층(68)이 반사 방지층(66) 위에 위치되며, 마스킹 패턴층(68)의 특징부는 반도체 기판(60) 위의 절연체 핀의 미리 결정된 위치와 정렬된다.The present disclosure provides methods of fabricating the FinFET structures described herein. Referring to FIGS. 6-16 , FIGS. 6-16 illustrate cross-sectional views of intermediate steps in an example fabrication process for forming a FinFET structure in accordance with some embodiments of the present disclosure. Referring to FIG. 6 , an upper insulating layer 62 is provided on a semiconductor substrate 60 . In some embodiments, semiconductor substrate 60 and insulating layer 62 may be part of an SOI wafer. In another embodiment, insulating layer 62 is deposited over the surface of semiconductor substrate 60 during a manufacturing operation. A hard mask layer 64 and an antireflective layer 66 are placed over the insulating layer 62 for subsequent patterning of the insulating layer 62 into the insulator fins 105 of FIG. 1 . A masking pattern layer 68 is positioned over the antireflective layer 66, and features of the masking pattern layer 68 are aligned with predetermined positions of the insulator fins on the semiconductor substrate 60.

일부 실시예에서, 절연층(62)은 절연 물질, 하이-k 유전체 물질, 또는 SiO2, HfO2, SiOCN 또는 GeO와 같은 반도체 유도체로 구성될 수 있다. 일부 실시예에서, 하드 마스크 층(64)은 하부 절연층(62)과 구별되는 물리적 및/또는 화학적 특성을 갖는 물질, 예를 들어 실리콘 질화물 층으로 구성될 수 있다. 일부 실시예에서, 반사 방지층(66)은 하드 마스크 층(64)으로부터 마스킹 패턴층(68)까지 적층된 APF(advanced patterning film)(66A), 실리콘 산질화물 층(66B) 및 반사 방지 코팅(66C)을 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 마스킹 패턴층(68)은 종래 기술로 패터닝된 포토레지스트 층일 수 있다.In some embodiments, insulating layer 62 may be composed of an insulating material, a high-k dielectric material, or a semiconductor derivative such as SiO 2 , HfO 2 , SiOCN, or GeO. In some embodiments, the hard mask layer 64 may be composed of a material having physical and/or chemical properties distinct from those of the lower insulating layer 62, for example, a silicon nitride layer. In some embodiments, the antireflective layer 66 is an advanced patterning film (APF) 66A, a silicon oxynitride layer 66B, and an antireflective coating 66C deposited from the hard mask layer 64 to the masking pattern layer 68 . ) may be included. In some embodiments, masking pattern layer 68 may be a conventionally patterned photoresist layer.

도 7에서, 하드 마스크 층(64)을 패터닝하도록 에칭 공정이 수행된다. 하드 마스크 층(64)의 나머지 특징은 마스킹 패턴층(68)의 특징을 따른다. 이어서, 마스킹 패턴층(68)은, APF(66A), 실리콘 산질화물 층(66B) 및 반사 방지 코팅(66C)과 함께, 제거된다. 도 8에서, 패터닝된 하드 마스크 층(64')은 절연층(62)을 절연체 핀(63) 및 유전체 층(603)으로 패터닝하기 위해 다른 에칭 조작, 예를 들어, 건식 에칭 조작, 습식 에칭 조작 또는 이들의 조합에 사용된다. 절연체 핀(63)을 얻기 위해 수행된 에칭 조작은 마스킹된 위치에서 절연층(62)의 전체 두께를 소비하지 않는다. 대신에, 시간 모드 에칭을 구현함으로써, 연속 절연 물질층이 의도적으로 보존되어 유전체 층(603), 또는 전술한 바와 같이, 도 1의 FinFET 소자(10)의 유전체 층(103)을 형성한다. 이어서, 도 9에 예시된 바와 같이, 패터닝된 하드 마스크 층(64')이 제거된다.In FIG. 7 , an etching process is performed to pattern the hard mask layer 64 . The remaining characteristics of the hard mask layer 64 follow those of the masking pattern layer 68 . Masking pattern layer 68 is then removed, along with APF 66A, silicon oxynitride layer 66B and antireflective coating 66C. In FIG. 8 , the patterned hard mask layer 64 ′ is subjected to different etching operations, eg dry etching operations, wet etching operations, to pattern the insulating layer 62 into insulator fins 63 and dielectric layer 603 . or a combination thereof. The etching operation performed to obtain the insulator fin 63 does not consume the entire thickness of the insulator layer 62 at the masked location. Instead, by implementing time mode etching, a continuous insulating material layer is intentionally preserved to form dielectric layer 603, or dielectric layer 103 of FinFET device 10 of FIG. 1, as described above. Then, as illustrated in FIG. 9, the patterned hard mask layer 64' is removed.

도 9에서, 복수의 절연체 핀(63) 각각은 부 치수(B)와 대조적으로 주 치수(A)를 가진다. 주 치수(A)는 기판(60)의 상부면에 실질적으로 수직하다. 일부 실시예에서, 주 치수(A)는 약 5 nm 내지 약 100 nm의 범위이고, 부 치수(B)는 약 2 nm 내지 약 30 nm의 범위에 있다. 상기 범위 내의 주 치수(A) 및 부 치수(B)를 가지는 임계치는 도 2a를 참조할 수 있으며, 간결성을 위해 여기서는 반복되지 않는다. 사시도에서 볼 때, 도 9의 절연체 핀(63)은 반도체 기판(60) 위로 제1 방향(11)(도 1 참조)을 따라 연장되어 절연체 스트라이프를 형성한다.In Fig. 9, each of the plurality of insulator pins 63 has a major dimension A as opposed to a minor dimension B. Principal dimension A is substantially perpendicular to the top surface of the substrate 60 . In some embodiments, major dimension (A) ranges from about 5 nm to about 100 nm, and minor dimension (B) ranges from about 2 nm to about 30 nm. A threshold having a major dimension A and a minor dimension B within the above ranges may refer to FIG. 2A and is not repeated here for brevity. When viewed from a perspective view, the insulator fins 63 of FIG. 9 extend along the first direction 11 (see FIG. 1) over the semiconductor substrate 60 to form an insulator stripe.

도 10에서, 사시도에서 볼 때, 캡핑층(507)이 절연체 핀(63) 위에 연속적으로 형성되거나, 달리 말하면, 절연체 스트라이프 위에 연속적으로 형성된다. 절연체 핀(63)의 상부면(63t)과 측벽(63s) 및 유전체 층(603)의 상부면이 퇴적된 캡핑층(507)에 의해 피복된다. 일부 실시예에서, 캡핑층(507)은 Si, SiGe, Ge, 다른 III-V족 물질, 또는 그래핀, MoS2, WSe2, 또는 HfTe2 등의 2차원 물질과 같은 결정질, 다결정질 또는 반 결정질 반도체 물질로 구성될 수 있다. 일부 실시예에서, 캡핑층 물질을 퇴적하기 전에, 절연체 핀(63) 및 유전체 층(603)은 어닐링 조작을 거친 다음, 캡핑층(507)으로서 결정질, 다 결정질 또는 반 결정질 반도체 물질을 퇴적한다. 대안적으로, 일부 실시예에서, 캡핑층 물질이 그 결정도 상태에 관계없이 먼저 절연체 핀(63) 및 유전체 층(603) 위에 퇴적된 다음, 캡핑층 물질을 결정질, 다 결정질 또는 반 결정질 상으로 결정화하기 위한 어닐링 조작이 수행된다.In Fig. 10, as viewed from a perspective view, a capping layer 507 is continuously formed over the insulator fins 63, or in other words, continuously formed over the insulator stripes. The top surface 63t and sidewall 63s of the insulator fin 63 and the top surface of the dielectric layer 603 are covered by the deposited capping layer 507 . In some embodiments, capping layer 507 is crystalline, polycrystalline, or semi-crystalline, such as Si, SiGe, Ge, other group III-V materials, or two-dimensional materials such as graphene, MoS 2 , WSe 2 , or HfTe 2 . It can be made of crystalline semiconductor material. In some embodiments, prior to depositing the capping layer material, the insulator fins 63 and the dielectric layer 603 undergo an annealing operation, followed by depositing a crystalline, polycrystalline or semi-crystalline semiconductor material as the capping layer 507 . Alternatively, in some embodiments, a capping layer material, regardless of its crystallinity state, is first deposited over the insulator fins 63 and dielectric layer 603, and then the capping layer material is transferred to a crystalline, polycrystalline or semi-crystalline phase. An annealing operation for crystallization is performed.

도 11 내지 도 16은 인접한 절연체 핀(63) 사이의 캡핑층(507)을 중단시키거나 차단하는 조작을 예시한다. 도 11에서, 절연층(1101)은 캡핑층(507)으로 피복된 절연체 핀(63) 위에 형성된 피복이다. 절연층(1101)은 하부의 절연체 핀(63)의 형태에 부합할 수 있다. 절연층(1101)과 절연체 핀(63)의 상부면(63t) 위에 퇴적된 캡핑층(507)의 부분 사이에 평탄한 상부면(1103)을 얻기 위해 평탄화 조작, 예를 들어, 화학적 기계적 연마(CMP)가 수행된다. 일부 실시예에서, 여기에 퇴적된 절연층(1101)은 도 6의 절연층(62)과 실질적으로 동일한 물질로 구성될 수 있다.11 to 16 illustrate an operation of interrupting or blocking the capping layer 507 between adjacent insulator fins 63. In FIG. 11 , an insulating layer 1101 is a coating formed over the insulator fin 63 covered with a capping layer 507 . The insulating layer 1101 may conform to the shape of the lower insulating fin 63 . To obtain a flat top surface 1103 between the insulating layer 1101 and the portion of the capping layer 507 deposited over the top surface 63t of the insulator fin 63, a planarization operation, such as chemical mechanical polishing (CMP), is performed. ) is performed. In some embodiments, the insulating layer 1101 deposited therein may be composed of substantially the same material as the insulating layer 62 of FIG. 6 .

도 12에서, 캡핑층(507)의 후속 패터닝을 위해, 하드 마스크 층(1204), 반사 방지층(1206) 및 마스킹 층(1208)이 상기 평탄화된 상부면(1103) 위에 형성된다. 마스킹 패턴층(1208)이 반사 방지층(1206) 위에 위치되고, 마스킹 패턴층(1208)의 특징부는 반도체 기판(60) 위의 절연체 핀(63)의 위치와 정렬된다.In FIG. 12 , a hard mask layer 1204 , an antireflective layer 1206 and a masking layer 1208 are formed over the planarized top surface 1103 for subsequent patterning of the capping layer 507 . A masking pattern layer 1208 is positioned over the anti-reflective layer 1206, and features of the masking pattern layer 1208 align with the locations of the insulator fins 63 on the semiconductor substrate 60.

일부 실시예에서, 하드 마스크 층(1204)은 하부의 절연층(1101)과 상이한 물리적 및/또는 화학적 특성을 갖는 물질, 예를 들어 실리콘 질화물 층으로 구성될 수 있다. 일부 실시예에서, 반사 방지층(1206)은 하드 마스크 층(1204)으로부터 마스킹 패턴층(1208)까지 적층된 APF(advanced patterning film)(1206A), 실리콘 산질화물 층(1206B) 및 반사 방지 코팅(1206C)을 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 마스킹 패턴층(1208)은 종래 기술로 패터닝된 포토레지스트 층일 수 있다.In some embodiments, the hard mask layer 1204 may be composed of a material having different physical and/or chemical properties than the underlying insulating layer 1101 , for example a silicon nitride layer. In some embodiments, the antireflective layer 1206 is an advanced patterning film (APF) 1206A, a silicon oxynitride layer 1206B and an antireflective coating 1206C deposited from the hard mask layer 1204 to the masking pattern layer 1208. ) may be included. In some embodiments, masking pattern layer 1208 may be a conventionally patterned photoresist layer.

도 13에서, 하드 마스크 층(1204)을 패터닝하기 위해 에칭 조작이 수행된다. 하드 마스크 층(1204)의 나머지 특징은 마스킹 패턴층(1208)의 특징을 따른다. 이어서, 마스킹 패턴층(68)은, APF(1206A), 실리콘 산질화물 층(1206B) 및 반사 방지 코팅(1206C)과 함께, 제거된다. 도 14에서, 패터닝된 하드 마스크 층(1204')은 절연층(1101)을 제거하기 위해 다른 에칭 조작, 예를 들어, 건식 에칭 조작, 습식 에칭 조작 또는 이들의 조합에 사용된다. 에칭 조작은 절연층(1101)에 의해 사전에 피복된 캡핑층(507)의 노출까지 중단된다. 절연층(1101)과 캡핑층(507) 사이에 충분한 물질 선택도를 가지는 에칭 화학 물질이 사용될 수 있다. 예를 들어, 반도체 물질을 제거하는 것보다 적어도 10배 빠른 속도로 산화물 물질을 제거하는 에칭제가 도 14의 에칭 조작에 사용될 수 있다.In FIG. 13 , an etching operation is performed to pattern the hard mask layer 1204 . The remaining characteristics of the hard mask layer 1204 follow those of the masking pattern layer 1208 . Masking pattern layer 68 is then removed, along with APF 1206A, silicon oxynitride layer 1206B and antireflective coating 1206C. In FIG. 14 , the patterned hard mask layer 1204 ′ is used in another etching operation to remove the insulating layer 1101 , such as a dry etching operation, a wet etching operation, or a combination thereof. The etching operation is stopped until the exposure of the capping layer 507 previously covered by the insulating layer 1101. An etching chemistry with sufficient material selectivity between the insulating layer 1101 and the capping layer 507 can be used. For example, an etchant that removes oxide material at least 10 times faster than it removes semiconductor material can be used in the etching operation of FIG. 14 .

도 2a에 예시된 바와 같이, 40Å보다 얇은 캡핑층은 후속 제조 조작에서 제조 상의 곤란성을 증가시킬 수 있다. 예를 들어, 도 12에 기술된 조작에서, 캡핑층(507)이 40Å보다 얇으면, 상기 에칭제 선택비는 얇은 캡핑층(507)을 비교적 많이 소비하지 않으면서 에칭 조작을 수행하기에 충분하지 않을 수 있다. 결과적으로, 얇은 캡핑층(507)은 절연체 핀(63)의 상부면(63t) 및 측벽(63s)을 따라 다양한 위치에서 완전 소비되어 FinFET 소자의 능동 영역 또는 채널을 손상시킬 ㅅ수 있다. 결국, 에칭 처리 윈도우 또는 선택비를 고려하여 적절한 두께, 예를 들어 40Å보다 두꺼운 두께로 캡핑층(507)을 퇴적하는 것이 요구된다.As illustrated in FIG. 2A , capping layers thinner than 40 Å may increase fabrication difficulties in subsequent fabrication operations. For example, in the operation described in FIG. 12, if the capping layer 507 is thinner than 40 Å, the etchant selectivity is not sufficient to perform the etching operation without relatively consuming the thin capping layer 507. may not be As a result, the thin capping layer 507 can be completely consumed at various locations along the top surface 63t and sidewall 63s of the insulator fin 63, damaging the active region or channel of the FinFET device. As a result, it is required to deposit the capping layer 507 with an appropriate thickness, for example greater than 40 angstroms, in consideration of the etching process window or selectivity.

도 15에서, 유전체 층(603)의 상부면 상에 배치된 캡핑층의 일부를 제거하기 위해, 패터닝된 하드 마스크 층(1204')은 다른 에칭 조작, 예를 들어 건식 에칭 조작, 습식 에칭 조작 또는 이들의 조합에 사용된다. 에칭 조작은 캡핑층(507)에 의해 미리 피복된 유전체 층(603)의 노출까지 중지된다. 유전체 층(603)과 캡핑층(507) 사이에 충분한 물질 선택비를 가지는 에칭 화학 물질이 사용될 수 있다. 예를 들어, 유전체 물질을 제거하는 것보다 적어도 10배 빠른 속도로 반도체 물질을 제거하는 에칭제가 도 15의 에칭 조작에 사용될 수 있다. 도 16에 예시된 바와 같이, 패터닝된 하드 마스크 층(1204 ')은 이후에 제거된다. 인접한 절연체 핀(63) 사이의 캡핑층(507)을 절단한 후에 복수의 절연체 핀(63)을 가로 질러 게이트(609)가 형성된다. 사시도에서 볼 때, 게이트(609)는 반도체 기판 위에서 제2 방향을 따라 연장되는 게이트 스트라이프로 보인다. 게이트(609)는 폴리 실리콘 게이트 또는 대체 게이트(예, 금속 게이트)를 포함할 수 있다. 제2 방향(12)은 도 1에서 이미 예시된 바와 같이 실질적으로 제1 방향(11)에 수직할 수 있다.15, to remove a portion of the capping layer disposed on the upper surface of the dielectric layer 603, the patterned hard mask layer 1204' is subjected to another etch operation, such as a dry etch operation, a wet etch operation, or A combination of these is used. The etching operation is stopped until the exposure of the dielectric layer 603 previously covered by the capping layer 507. An etching chemistry with sufficient material selectivity between the dielectric layer 603 and the capping layer 507 may be used. For example, an etchant that removes semiconductor material at least 10 times faster than it removes dielectric material can be used in the etching operation of FIG. 15 . As illustrated in Figure 16, the patterned hard mask layer 1204' is then removed. Gates 609 are formed across a plurality of insulator fins 63 after cutting the capping layer 507 between adjacent insulator fins 63 . When viewed from a perspective view, the gate 609 appears as a gate stripe extending along the second direction on the semiconductor substrate. Gate 609 may include a polysilicon gate or an alternate gate (eg, a metal gate). The second direction 12 may be substantially perpendicular to the first direction 11 as already illustrated in FIG. 1 .

도 17a, 도 17ba, 도 17bb, 도 17ca 및 도 17cb는 본 개시 내용의 일부 실시예에 따른 다양한 제조 조작 하의 FinFET의 단면도이다. 도 17a에서, 게이트(609)에 의해 피복되지 않고 게이트(609)에 측방향으로 인접하는 캡핑층(507)의 일부를 나타내는 도전 영역(1701)이 이온 주입 조작(1703)에 의해 형성된다. 예를 들어, 상기 캡핑층(507)의 일부는 절연체 핀(63) 위에 소스 또는 드레인 영역을 형성하기에 충분한 양으로 이온 주입이 이루어진다. 상기 캡핑층(507)의 부분에서의 주입 조작 후에 적절한 어닐링 조작이 수행될 수 있다.17a, 17ba, 17bb, 17ca and 17cb are cross-sectional views of FinFETs under various manufacturing operations in accordance with some embodiments of the present disclosure. In FIG. 17A , a conductive region 1701 representing the portion of the capping layer 507 not covered by the gate 609 and laterally adjacent to the gate 609 is formed by an ion implantation operation 1703 . For example, a portion of the capping layer 507 is ion-implanted in an amount sufficient to form a source or drain region on the insulator fin 63 . An appropriate annealing operation may be performed after the implant operation in the portion of the capping layer 507 .

도 17ba 및 도 17bb에서, 원래 퇴적된 캡핑층(507)은 도 15에 개시된 것과 유사하지만 패터닝된 하드 마스크 층(1204')이 없는 에칭 조작에 이은 에피택셜 재성장에 의해 제거되어 원하는 재성장 물질 또는 도전 물질로 도전 영역(1701)을 형성한다. 재성장 물질 또는 도전 물질은 원래의 캡핑층 물질과 상이할 수 있다. 재성장 물질 또는 도전 물질은 SiGe, SiC, Ge, 그래핀, MoS2, WSe2 또는 HfTe2 또는 이들의 조합을 포함하지만, 이에 제한되지는 않는다. 일부 실시예에서, 재성장 물질 또는 도전 물질을 퇴적하기 전에 절연체 핀(63) 및 유전체 층(603)은 어닐링 조작을 거친 후, 결정질, 다결정질 또는 반 결정질 반도체 물질을 도전 영역으로서 퇴적한다. 대안적으로, 일부 실시예에서, 재성장 물질 또는 도전 물질은 결정도 상태에 관계없이 먼저 절연체 핀(63) 및 유전체 층(603) 위에 퇴적된 후, 어닐링 조작을 거쳐 재성장 물질 또는 도전 물질을 결정질, 다 결정질, 또는 반 결정질 상으로 결정화한다. 재성장 물질 또는 도전 물질이 합쳐지면 인접한 절연체 핀(63)에서 재성장 물질 또는 도전 물질을 절단하는 적절한 에칭 조작이 수행될 수 있다. 도전 영역(1701')은 여러 개의 패싯(facet)(미도시) 또는 도 17ba에 예시된 바와 같이 라운딩딩 표면을 갖도록 성장될 수 있다.17BA and 17BB, the originally deposited capping layer 507 is removed by an etch operation similar to that disclosed in FIG. 15 but without the patterned hard mask layer 1204' followed by epitaxial regrowth to obtain the desired regrowth material or conductivity. A conductive region 1701 is formed with a material. The regrowth material or conductive material may be different from the original capping layer material. The regrowth material or conductive material includes, but is not limited to, SiGe, SiC, Ge, graphene, MoS 2 , WSe 2 or HfTe 2 or combinations thereof. In some embodiments, the insulator fins 63 and the dielectric layer 603 are subjected to an annealing operation prior to depositing the regrowth material or the conductive material, and then depositing the crystalline, polycrystalline or semi-crystalline semiconductor material as the conductive region. Alternatively, in some embodiments, the regrowth material or conductive material, regardless of its crystallinity state, is first deposited over the insulator fins 63 and dielectric layer 603 and then subjected to an annealing operation to make the regrowth material or conductive material crystalline, Crystallizes in a polycrystalline or semi-crystalline phase. When the regrowth material or conductive material is joined, an appropriate etching operation may be performed to cut the regrowth material or conductive material from adjacent insulator fins 63 . The conductive region 1701' can be grown to have several facets (not shown) or a rounded surface as illustrated in FIG. 17B.

도 17ca 및 도 17cb에서, 원래 퇴적된 캡핑층(507) 및 원래의 절연체 핀(63)은 에칭 조작에 의해 제거된 후, 에피택셜 재성장 조작에 의해 원하는 재성장 물질 또는 도전 물질로 도전 영역(1701)이 형성된다. 캡핑층(507) 및 절연체 핀(63)은 부분적으로 또는 전체적으로 제거될 수 있다. 도 17ca에 예시된 바와 같이, 캡핑층(507)과 절연체 핀(63)의 제거된 부분은 점선으로 표시된 리세스(1705)를 형성하거나, 리세스(1705)는 사시도에서 절연체 스트라이프를 따라 관찰될 수 있다. 이어서, 재성장 물질 또는 도전 물질은 도 17cb에 예시된 바와 같이 도전 영역(1701')을 얻기 위해 리세스(1705) 내에 퇴적되고 충전된다. 일부 실시예에서, 리세스(1705) 아래에 있는 유전체 층(603)도 역시 하부의 반도체 기판(60)의 노출을 위한 다른 리소그래피 조작에서 제거될 수 있다. 이후, 재성장 물질 또는 도전 물질이 노출된 반도체 기판(60) 위에 에피택셜 성장될 수 있다.17ca and 17cb, the originally deposited capping layer 507 and the original insulator fin 63 are removed by an etching operation, and then the conductive region 1701 is formed with a desired regrowth material or conductive material by an epitaxial regrowth operation. is formed Capping layer 507 and insulator fin 63 may be partially or entirely removed. As illustrated in FIG. 17ca, the capping layer 507 and the removed portions of the insulator fins 63 form a recess 1705 indicated by dotted lines, or the recess 1705 can be seen along the insulator stripe in a perspective view. can A regrowth material or conductive material is then deposited and filled into the recess 1705 to obtain a conductive region 1701' as illustrated in Figure 17cb. In some embodiments, the dielectric layer 603 underlying the recess 1705 may also be removed in another lithography operation to expose the underlying semiconductor substrate 60 . Thereafter, a regrowth material or a conductive material may be epitaxially grown on the exposed semiconductor substrate 60 .

재성장 물질 또는 도전 물질은 원래의 캡핑층 물질과 상이할 수 있다. 재성장 물질 또는 도전 물질은 SiGe, SiC, Ge, 그래핀, MoS2, WSe2 또는 HfTe2 또는 이들의 조합을 포함하지만, 이에 제한되지는 않는다. 일부 실시예에서, 리세스(1705) 아래에 있는 유전체 층(603)이 재성장 조작 전에 제거되지 않으면, 유전체 층(603)은 어닐링 공정에 이어, 결정질, 다 결정질 또는 반 결정질 반도체 물질을 도전 영역(1701)으로서 퇴적하는 조작을 거친다. 대안적으로, 일부 실시예에서, 재성장 물질 또는 도전 물질은 결정도 상태와 무관하게 먼저 유전체 층(603) 위에 퇴적된 후 어닐링 조작을 거쳐 재성장 물질 또는 도전 물질을 결정질, 다 결정질 또는 반 결정질 상으로 결정화한다. 재성장 물질 또는 도전 물질이 합쳐지면 인접한 도전 영역(1701)에서 재성장 물질 또는 도전 물질을 절단하는 적절한 에칭 조작이 수행될 수 있다. 도전 영역(1701)은 도 17c"에 예시된 바와 같이 여러 개의 패싯(facet)을 가지거나 도 17bb에 예시된 바와 같이 라운딩딩 표면을 갖도록 성장될 수 있다.The regrowth material or conductive material may be different from the original capping layer material. The regrowth material or conductive material includes, but is not limited to, SiGe, SiC, Ge, graphene, MoS 2 , WSe 2 or HfTe 2 or combinations thereof. In some embodiments, if dielectric layer 603 under recess 1705 is not removed prior to the regrowth operation, dielectric layer 603 may, following an annealing process, form a crystalline, polycrystalline or semi-crystalline semiconductor material into a conductive region ( 1701), the deposition operation is performed. Alternatively, in some embodiments, the regrowth material or conductive material, regardless of its crystallinity state, is first deposited over the dielectric layer 603 and then subjected to an annealing operation to convert the regrowth material or conductive material into a crystalline, polycrystalline, or semi-crystalline phase. crystallize When the regrowth material or conductive material is combined, an appropriate etching operation may be performed to cut the regrowth material or conductive material in the adjacent conductive region 1701 . The conductive region 1701 can be grown to have multiple facets as illustrated in FIG. 17C″ or to have a rounded surface as illustrated in FIG. 17BB.

도 18a 및 도 18b를 참조하면, 도 18a는 비교 FinFET 구조체의 단면도이고, 도 18b는 본 실시예의 FinFET의 단면도이다. 본 개시 내용의 FinFET 구조체를 사용함으로써, 동일한 핀 폭(F1), 예를 들어 8 nm의 핀 폭을 가지는 FinFET 구조체(180A 및 180B)는 상이한 임계 전압을 가질 수 있다. 핀 구조체(1805, 1805')와 관련된 해칭 영역은 대응하는 임계 바이어스 하에서 생성된 공핍 영역을 표시한다. FinFET 구조체(180A)에서 완전 공핍을 달성하기 위해, 예를 들어 핀 폭(F1)을 가지는 전체 반도체 핀(1805)으로부터의 캐리어를 공핍시키기 위해 임계 전압(Vt1)이 요구된다. FinFET 구조체(180B)에 완전 공핍을 달성하기 위해, 절연체 핀(1805') 위의 캡핑층(1807')으로부터 캐리어를 공핍시키기 위해 임계 전압(Vt2)이 요구되며, 캡핑층(1807 ')과 절연체 핀(1805')의 폭은 예컨대, 핀 폭(F1)을 구성한다. FinFET 구조체(180B)에 인가된 임계 전압(Vt2)은 FinFET 구조체(180A)에 인가된 임계 전압(Vt1)보다 실질적으로 낮다.Referring to Figures 18a and 18b, Figure 18a is a cross-sectional view of a comparative FinFET structure, and Figure 18b is a cross-sectional view of the FinFET of this embodiment. By using the FinFET structures of the present disclosure, FinFET structures 180A and 180B having the same fin width F1, eg, 8 nm, can have different threshold voltages. The hatched regions associated with fin structures 1805 and 1805' indicate depletion regions created under corresponding critical biases. To achieve full depletion in FinFET structure 180A, threshold voltage Vt1 is required to deplete carriers from the entire semiconductor fin 1805 having fin width F1, for example. To achieve full depletion of the FinFET structure 180B, a threshold voltage (Vt2) is required to deplete carriers from the capping layer 1807' over the insulator fin 1805', and the capping layer 1807' and the insulator The width of the fin 1805' constitutes, for example, the fin width F1. The threshold voltage Vt2 applied to FinFET structure 180B is substantially lower than the threshold voltage Vt1 applied to FinFET structure 180A.

도 19a 및 도 19b를 참조하면, 도 19a는 비교 FinFET 구조체의 단면도이고, 도 19b는 본 실시예의 FinFET의 단면도이다. 본 개시 내용의 FinFET 구조체를 사용함으로써, 예컨대 16 nm의 동일한 핀 폭(F2)을 가지는 FinFET 구조체(190A, 190B)는 다른 공핍도를 가질 수 있다. 핀 구조체(1905, 1905')와 관련된 해칭 영역은 미리 결정된 바이어스 하에서 생성된 공핍 영역을 표시한다. FinFET 구조체(190A)에 미리 결정된 바이어스를 인가할 때, 반도체 핀(1905)은 반도체 핀(1905)의 상부면 및 측벽에 공핍 영역을 생성하지만, 반도체 핀(1905)은 완전히 공핍되지 않으므로, 단채널 효과에 의해 누설이 발생할 수 있다. FinFET 구조체(190B)에 미리 결정된 바이어스를 인가할 때, 반도체 핀(1905')은 절연체 핀(1905') 위의 캡핑층(1907')에 공핍 영역을 생성하고, 캡핑층은 완전 공핍을 달성함으로써 누설이 발생하는 것을 방지한다.Referring to FIGS. 19A and 19B , FIG. 19A is a cross-sectional view of a comparative FinFET structure, and FIG. 19B is a cross-sectional view of the FinFET of this embodiment. By using the FinFET structures of the present disclosure, FinFET structures 190A and 190B having the same fin width F2 of, for example, 16 nm can have different depletion degrees. The hatched regions associated with fin structures 1905 and 1905' indicate depletion regions created under predetermined biases. When a predetermined bias is applied to the FinFET structure 190A, the semiconductor fin 1905 creates a depletion region on the top surface and sidewall of the semiconductor fin 1905, but the semiconductor fin 1905 is not fully depleted, so a short channel Leakage may occur as a result. Upon application of a predetermined bias to FinFET structure 190B, semiconductor fin 1905' creates a depletion region in capping layer 1907' over insulator fin 1905', and the capping layer achieves full depletion by prevent leaks from occurring.

본 개시 내용의 일부 실시예는 반도체 구조체를 제공하며, 해당 반도체 구조체는 반도체 기판, 반도체 기판 위의 절연체 핀 - 절연체 핀은 단면도 상에서 반도체 기판의 상부면에 수직인 주 치수를 가짐 - 및 주 치수를 따라 절연체 핀을 피복하는 반도체 캡핑층을 포함한다.Some embodiments of the present disclosure provide a semiconductor structure comprising: a semiconductor substrate, an insulator fin over the semiconductor substrate, the insulator fin having a major dimension perpendicular to a top surface of the semiconductor substrate in a cross-sectional view, and a major dimension and a semiconductor capping layer covering the insulator fin along the surface.

본 개시 내용의 일부 실시예는 반도체 구조체를 제공하며, 해당 반도체 구조체는 반도체 기판, 제1 방향을 따라 연장되는 제1 스트라이프 및 제1 방향에 실질적으로 수직인 제2 방향을 따라 연장되는 제2 스트라이프를 포함한다. 제1 스트라이프는 절연체 코어 및 절연체 코어의 상부면 및 측벽을 피복하는 반도체 캡을 포함한다. 제2 스트라이프는 제1 스트라이프의 반도체 캡과 접촉한다.Some embodiments of the present disclosure provide a semiconductor structure comprising a semiconductor substrate, a first stripe extending along a first direction and a second stripe extending along a second direction substantially perpendicular to the first direction. includes The first stripe includes an insulator core and a semiconductor cap covering the upper surface and sidewalls of the insulator core. The second stripe contacts the semiconductor cap of the first stripe.

본 개시 내용의 일부 실시예는 반도체 구조체를 제조하는 방법을 제공한다. 방법은 반도체 기판 위에 절연체 스트라이프를 패터닝하고, 절연체 스트라이프 위에 반도체 캡핑층을 연속적으로 퇴적하고, 절연체 스트라이프 사이의 반도체 캡핑층을 절단하는 단계를 포함한다.Some embodiments of the present disclosure provide a method of fabricating a semiconductor structure. The method includes patterning an insulator stripe over a semiconductor substrate, successively depositing a semiconductor capping layer over the insulator stripe, and cutting the semiconductor capping layer between the insulator stripes.

이상의 설명은 당업자가 본 개시 내용의 여러 측면들을 잘 이해할 수 있도록 여러 실시예의 특징부들의 개요를 설명한 것이다. 당업자들은 자신들이 여기 도입된 실시예와 동일한 목적을 수행하거나 및/또는 동일한 장점을 달성하기 위해 다른 공정 또는 구조를 설계 또는 변형하기 위한 기초로서 본 개시 내용을 용이하게 이용할 수 있음을 알아야 한다. 또한, 당업자들은 균등적인 구성이 본 개시 내용의 취지 및 범위를 벗어나지 않으며 그리고 본 개시 내용의 취지 및 범위를 벗어나지 않고 다양한 변화, 대체 및 변경을 이룰 수 있음을 알아야 한다.The foregoing outlines features of several embodiments so that those skilled in the art may better understand the various aspects of the present disclosure. Skilled artisans should appreciate that they may readily use the present disclosure as a basis for designing or modifying other processes or structures for carrying out the same purposes and/or achieving the same advantages of the embodiments introduced herein. In addition, those skilled in the art should be aware that equivalent configurations may make various changes, substitutions, and modifications without departing from the spirit and scope of the present disclosure, and without departing from the spirit and scope of the present disclosure.

또한, 본 출원의 범위는 본 명세서에 기술된 공정, 기계, 제조, 물질의 조성, 수단, 방법 및 단계의 특정 실시예에 제한되도록 의도되지 않는다. 당업자는 본 발명의 개시 내용으로부터 본 명세서에 기술된 대응하는 실시예와 실질적으로 동일한 기능을 수행하거나 실질적으로 동일한 결과를 달성하는 현존하는 또는 추후 개발될 공정, 기계, 제조, 물질의 조성, 수단, 방법 또는 단계가 본 발명에 따라 활용될 수 있다는 것을 쉽게 이해할 것이다. 따라서, 첨부된 청구범위는 이러한 공정, 기계, 제조, 물질 조성, 수단, 방법 또는 단계를 자체의 범위 내에 포함하도록 의도된 것이다.Furthermore, the scope of this application is not intended to be limited to the specific embodiments of the processes, machines, manufacture, compositions of matter, means, methods and steps described herein. Those skilled in the art will, from the disclosure of this invention, recognize existing or later developed processes, machines, manufactures, compositions of matter, means, or devices that perform substantially the same function or achieve substantially the same results as the corresponding embodiments described herein. It will be readily appreciated that methods or steps may be utilized in accordance with the present invention. Accordingly, the appended claims are intended to include within their scope such processes, machines, manufactures, compositions of matter, means, methods or steps.

실시예들Examples

실시예 1. 반도체 구조체로서,Example 1. As a semiconductor structure,

반도체 기판;semiconductor substrate;

상기 반도체 기판 위의 절연체 핀(insulator fin) - 상기 절연체 핀은 단면도 상에서 상기 반도체 기판의 상부면에 수직인 주 치수(principal dimension)를 가짐 -; 및an insulator fin over the semiconductor substrate, the insulator fin having a principal dimension perpendicular to the top surface of the semiconductor substrate in cross-sectional view; and

상기 주 치수를 따라 상기 절연체 핀을 피복(cover)하는 반도체 캡핑층(capping layer)a semiconductor capping layer covering the insulator fin along the major dimension;

을 포함하는, 반도체 구조체.A semiconductor structure comprising a.

실시예 2. 실시예 1에 있어서, 상기 반도체 캡핑층은 상기 절연체 핀의 상부면을 더 피복하는 것인, 반도체 구조체.Embodiment 2. The semiconductor structure according to Embodiment 1, wherein the semiconductor capping layer further covers an upper surface of the insulator fin.

실시예 3. 실시예 2에 있어서, 상기 상부면에서 상기 절연체 핀의 주 치수를 따라 상기 캡핑층과 접촉하는 게이트를 더 포함하는, 반도체 구조체.Embodiment 3. The semiconductor structure of Embodiment 2, further comprising a gate in contact with the capping layer along a major dimension of the insulator fin at the top surface.

실시예 4. 실시예 1에 있어서, 상기 절연체 핀과 상기 반도체 기판 사이에 절연체 층을 더 포함하는, 반도체 구조체.Embodiment 4. The semiconductor structure of Embodiment 1, further comprising an insulator layer between the insulator fin and the semiconductor substrate.

실시예 5. 실시예 1에 있어서, 상기 절연체 핀은 SiO2, HfO2, SiOCN 또는 GeO를 포함하는 것인, 반도체 구조체.Example 5. The semiconductor structure according to Example 1, wherein the insulator fin comprises SiO 2 , HfO 2 , SiOCN or GeO.

실시예 6. 실시예 1에 있어서, 상기 반도체 캡핑층은 Si, Ge, SiGe, 그래핀, MoS2, WSe2 또는 HfTe2를 포함하는 것인, 반도체 구조체.Example 6. The semiconductor structure according to Example 1, wherein the semiconductor capping layer includes Si, Ge, SiGe, graphene, MoS 2 , WSe 2 or HfTe 2 .

실시예 7. 반도체 구조체로서,Example 7. As a semiconductor structure,

반도체 기판;semiconductor substrate;

제1 방향을 따라 연장되는 제1 스트라이프 - 상기 제1 스트라이프는,A first stripe extending along a first direction - the first stripe,

절연체 코어; 및insulator core; and

상기 절연체 코어의 상부면 및 측벽을 피복하는 반도체 캡을 포함함 -; 및a semiconductor cap covering the upper surface and sidewall of the insulator core; and

상기 제1 방향에 수직인 제2 방향을 따라 연장되고, 상기 제1 스트라이프의 반도체 캡과 접촉하는 제2 스트라이프A second stripe extending along a second direction perpendicular to the first direction and contacting the semiconductor cap of the first stripe.

를 포함하는, 반도체 구조체.A semiconductor structure comprising a.

실시예 8. 실시예 7에 있어서, 상기 반도체 캡의 두께는 미리 결정된 바이어스 하에서 상기 반도체 캡 내에 완전 공핍된 영역의 형성을 허용하는 것인, 반도체 구조체.[0083] [0042] [0041] [0024] [0018] [0019] [0019] [0019] [0018] [0018] [0018] [0019] [0019] [0019] [0019] [0019] [0019] [0019] [0018] [0019] [0017] [0018] [0018] [0027] [0117] The semiconductor structure of Embodiment 7, wherein the thickness of the semiconductor cap allows formation of a fully depleted region within the semiconductor cap under a predetermined bias.

실시예 9. 실시예 7에 있어서, 상기 반도체 캡은 결정질 물질을 포함하는 것인, 반도체 구조체.[0080] [0082] [0042] [0044] [0042] [0043] [0043] [0044] [0041] [0042] [0042] [0048] [0043] [0048] [0043] [0043] [0043] [0048] [0048] [0042] [0038] Embodiment 9. The semiconductor structure of Embodiment 7, wherein the semiconductor cap comprises a crystalline material.

실시예 10. 실시예 7에 있어서, 상기 제1 스트라이프와 상기 반도체 기판 사이에 절연층을 더 포함하는, 반도체 구조체.Example 10. The semiconductor structure of example 7, further comprising an insulating layer between the first stripe and the semiconductor substrate.

실시예 11. 실시예 7에 있어서, 상기 제1 스트라이프의 상기 반도체 캡 내에 도전 영역을 더 포함하고, 상기 도전 영역은 상기 제2 스트라이프와 접하는 것인, 반도체 구조체.Example 11. The semiconductor structure of example 7 further comprising a conductive region within the semiconductor cap of the first stripe, wherein the conductive region abuts the second stripe.

실시예 12. 반도체 구조체를 제조하는 방법으로서,Example 12. A method for manufacturing a semiconductor structure,

반도체 기판 위에 절연체 스트라이프를 패터닝하는 단계;patterning an insulator stripe over a semiconductor substrate;

상기 절연체 스트라이프 위에 반도체 캡핑층을 연속적으로 퇴적하는 단계; 및successively depositing a semiconductor capping layer over the insulator stripe; and

상기 절연체 스트라이프들 사이의 상기 반도체 캡핑층을 절단하는 단계cutting the semiconductor capping layer between the insulator stripes;

를 포함하는, 반도체 구조체를 제조하는 방법.Including, a method of manufacturing a semiconductor structure.

실시예 13. 실시예 12에 있어서, 상기 반도체 캡핑층을 퇴적하기 전에 상기 절연체 스트라이프를 어닐링하는 단계를 더 포함하는, 반도체 구조체를 제조하는 방법.Example 13. The method of example 12, further comprising annealing the insulator stripe prior to depositing the semiconductor capping layer.

실시예 14. 실시예 12에 있어서, 상기 절연체 스트라이프 위에 상기 반도체 캡핑층을 퇴적한 후에 상기 반도체 캡핑층을 어닐링하는 단계를 더 포함하는, 반도체 구조체를 제조하는 방법.Example 14. The method of example 12, further comprising annealing the semiconductor capping layer after depositing the semiconductor capping layer over the insulator stripe.

실시예 15. 실시예 12에 있어서, 상기 반도체 캡핑층을 절단하는 단계는,Example 15. The step of cutting the semiconductor capping layer according to Example 12,

상기 반도체 캡핑층 위에 절연층을 형성하는 단계;forming an insulating layer on the semiconductor capping layer;

상기 절연층을 상기 반도체 캡핑층의 상부면과 평탄화(level)하는 단계; 및leveling the insulating layer with an upper surface of the semiconductor capping layer; and

상기 절연체 스트라이프들 사이의 상기 반도체 캡핑층이 노출될 때까지 상기 절연층을 제거하는 단계removing the insulating layer until the semiconductor capping layer between the insulator stripes is exposed;

를 포함하는 것인, 반도체 구조체를 제조하는 방법.A method of manufacturing a semiconductor structure comprising a.

실시예 16. 실시예 12에 있어서,Example 16. According to Example 12,

상기 반도체 캡핑층을 절단한 후에 상기 절연체 스트라이프 및 상기 반도체 캡핑층 위에 게이트 스트라이프를 패터닝하는 단계를 더 포함하는, 반도체 구조체를 제조하는 방법.patterning a gate stripe over the insulator stripe and the semiconductor capping layer after cutting the semiconductor capping layer.

실시예 17. 실시예 16에 있어서,Example 17. According to Example 16,

주입 조작에 의해 상기 게이트 스트라이프에 의해 피복되지 않은 상기 반도체 캡핑층의 일부에 도전 영역을 형성하는 단계를 더 포함하는, 반도체 구조체를 제조하는 방법.forming a conductive region in a portion of the semiconductor capping layer not covered by the gate stripe by an implantation operation.

실시예 18. 실시예 16에 있어서, Example 18. According to Example 16,

재성장 조작에 의해 상기 게이트 스트라이프에 의해 피복되지 않은 상기 절연체 스트라이프의 일부에 도전 영역을 형성하는 단계를 더 포함하는, 반도체 구조체를 제조하는 방법.and forming a conductive region in a portion of the insulator stripe not covered by the gate stripe by a regrowth operation.

실시예 19. 실시예 18에 있어서, 상기 재성장 조작은,Example 19. The regrowth operation according to Example 18,

상기 절연체 스트라이프를 노출시키도록 상기 반도체 캡핑층의 일부를 제거하는 단계; 및removing a portion of the semiconductor capping layer to expose the insulator stripe; and

상기 노출된 절연체 스트라이프를 피복하는 도전층을 형성하는 단계forming a conductive layer covering the exposed insulator stripe;

를 포함하는 것인, 반도체 구조체를 제조하는 방법.A method of manufacturing a semiconductor structure comprising a.

실시예 20. 실시예 18에 있어서, 상기 재성장 조작은,Example 20. The regrowth operation according to Example 18,

상기 반도체 캡핑층의 일부 및 상기 절연체 스트라이프의 일부를 제거하여 리세스를 형성하는 단계; 및forming a recess by removing a portion of the semiconductor capping layer and a portion of the insulator stripe; and

상기 리세스 내에 전도성 층을 형성하는 단계forming a conductive layer within the recess;

를 포함하는 것인, 반도체 구조체를 제조하는 방법.A method of manufacturing a semiconductor structure comprising a.

Claims (10)

반도체 구조체로서,
게이트 영역을 포함하는 반도체 기판;
상기 반도체 기판 위의 절연체 핀(insulator fin) - 상기 절연체 핀은 단면도 상에서 상기 반도체 기판의 상부면에 수직인 주 치수(principal dimension)를 가짐 -;
상기 절연체 핀의 상부면 및 상기 주 치수를 따라 상기 절연체 핀을 피복(cover)하고 결정질 물질을 포함하는 반도체 캡핑층(capping layer); 및
게이트 구조체 - 상기 게이트 구조체는 상기 게이트 영역 위의 상기 절연체 핀의 주 치수를 따라 그리고 상기 상부면에서 상기 반도체 캡핑층과 물리적으로 접촉하고, 상기 게이트 구조체에 의해 피복된 상기 반도체 캡핑층의 제1 부분은 채널 구조체로서 구성됨 -
를 포함하고, 상기 제1 부분에 인접하고 상기 절연체 핀을 피복하는 상기 반도체 캡핑층의 제2 부분은 소스/드레인 영역으로서 구성되고, 상기 반도체 캡핑층의 제2 부분은 상기 게이트 구조체로부터 노출되고 상기 게이트 구조체에 인접하고,
상기 절연체 핀, 상기 반도체 캡핑층 및 상기 게이트 구조체의 최하부 표면들은 동일한 높이에 있는 것인, 반도체 구조체.
As a semiconductor structure,
a semiconductor substrate including a gate region;
an insulator fin over the semiconductor substrate, the insulator fin having a principal dimension perpendicular to the top surface of the semiconductor substrate in cross-sectional view;
a semiconductor capping layer comprising a crystalline material and covering an upper surface of the insulator fin and the insulator fin along the major dimension; and
a gate structure - the gate structure in physical contact with the semiconductor capping layer at the top surface and along a major dimension of the insulator fin over the gate region, and a first portion of the semiconductor capping layer covered by the gate structure is configured as a channel structure -
wherein a second portion of the semiconductor capping layer adjacent to the first portion and covering the insulator fin is configured as a source/drain region, and the second portion of the semiconductor capping layer is exposed from the gate structure and adjacent to the gate structure;
wherein the bottom surfaces of the insulator fin, the semiconductor capping layer and the gate structure are at the same level.
제1항에 있어서, 상기 반도체 캡핑층의 두께는 미리 결정된 바이어스 하에서 상기 반도체 캡핑층 내에 완전 공핍된(fully depleted) 영역의 형성을 허용하는 것인, 반도체 구조체.The semiconductor structure of claim 1 , wherein the thickness of the semiconductor capping layer allows formation of a fully depleted region in the semiconductor capping layer under a predetermined bias. 제1항에 있어서, 상기 반도체 캡핑층 내의 도전 영역을 더 포함하고, 상기 도전 영역은 상기 게이트 구조체에 인접한 것인, 반도체 구조체.The semiconductor structure of claim 1 , further comprising a conductive region within the semiconductor capping layer, the conductive region being adjacent to the gate structure. 제1항에 있어서, 상기 절연체 핀과 상기 반도체 기판 사이에 절연체 층을 더 포함하는, 반도체 구조체.The semiconductor structure of claim 1 , further comprising an insulator layer between the insulator fin and the semiconductor substrate. 제1항에 있어서, 상기 절연체 핀은 SiO2, HfO2, SiOCN 또는 GeO를 포함하는 것인, 반도체 구조체.The semiconductor structure according to claim 1 , wherein the insulator fin comprises SiO 2 , HfO 2 , SiOCN or GeO. 제1항에 있어서, 상기 반도체 캡핑층은 Si, Ge, SiGe, 그래핀, MoS2, WSe2 또는 HfTe2를 포함하는 것인, 반도체 구조체.The semiconductor structure of claim 1 , wherein the semiconductor capping layer includes Si, Ge, SiGe, graphene, MoS 2 , WSe 2 or HfTe 2 . 반도체 구조체로서,
게이트 영역을 포함하는 반도체 기판;
제1 방향을 따라 연장되는 제1 스트라이프 - 상기 제1 스트라이프는,
절연체 코어; 및
상기 절연체 코어의 상부면 및 측벽을 피복하고, 결정질 물질을 포함하는 반도체 캡을 포함함 -; 및
상기 제1 방향에 수직인 제2 방향을 따라 연장되고, 상기 제1 스트라이프의 반도체 캡과 접촉하는 제2 스트라이프
를 포함하고,
상기 제2 스트라이프는 게이트 구조체로서 구성되고, 상기 제2 스트라이프에 의해 피복된 상기 반도체 캡의 제1 부분은 채널 구조체로서 구성되며, 상기 제1 부분에 인접하고 상기 절연체 코어를 피복하는 상기 반도체 캡의 제2 부분은 소스/드레인 영역으로서 구성되고,
상기 절연체 코어, 상기 반도체 캡 및 상기 게이트 구조체의 최하부 표면들은 동일한 높이에 있는 것인, 반도체 구조체.
As a semiconductor structure,
a semiconductor substrate including a gate region;
A first stripe extending along a first direction - the first stripe,
insulator core; and
a semiconductor cap covering an upper surface and sidewalls of the insulator core and including a crystalline material; and
A second stripe extending along a second direction perpendicular to the first direction and contacting the semiconductor cap of the first stripe.
including,
The second stripe is configured as a gate structure, and the first portion of the semiconductor cap covered by the second stripe is configured as a channel structure, the semiconductor cap adjacent to the first portion and covering the insulator core. The second part is configured as a source/drain region,
The semiconductor structure of claim 1 , wherein the bottom surfaces of the insulator core, the semiconductor cap, and the gate structure are at the same level.
제7항에 있어서, 상기 반도체 캡의 두께는 미리 결정된 바이어스 하에서 상기 반도체 캡 내에 완전 공핍된 영역의 형성을 허용하는 것인, 반도체 구조체.8. The semiconductor structure of claim 7, wherein the thickness of the semiconductor cap allows formation of a fully depleted region within the semiconductor cap under a predetermined bias. 제7항에 있어서, 상기 제1 스트라이프의 상기 반도체 캡 내에 도전 영역을 더 포함하고, 상기 도전 영역은 상기 제2 스트라이프와 인접한 것인, 반도체 구조체.8. The semiconductor structure of claim 7, further comprising a conductive region within the semiconductor cap of the first stripe, wherein the conductive region is adjacent to the second stripe. 반도체 구조체를 제조하는 방법으로서,
반도체 기판 위에 절연체 스트라이프를 패터닝하는 단계 - 상기 절연체 스트라이프와 상기 반도체 기판 사이에 절연체 층이 배치됨 - ;
상기 절연체 스트라이프 위에 결정질 물질을 포함하는 반도체 캡핑층을 연속적으로 퇴적하는 단계;
상기 절연체 스트라이프들 사이의 상기 반도체 캡핑층을 절단하는 단계; 및
상기 반도체 캡핑층을 절단한 후에 상기 절연체 스트라이프 및 상기 반도체 캡핑층 위에 게이트 스트라이프를 패터닝하는 단계
를 포함하고,
상기 게이트 스트라이프는 상기 반도체 캡핑층과 직접 접촉하고, 상기 게이트 스트라이프에 의해 피복된 상기 반도체 캡핑층의 제1 부분은 채널 구조체로서 구성되며, 상기 제1 부분에 인접하고 상기 절연체 스트라이프를 피복하는 상기 반도체 캡핑층의 제2 부분은 소스/드레인 영역으로서 구성되고,
상기 절연체 층의 적어도 일부는 상기 반도체 캡핑층의 피복 아래에 있지 않고, 상기 반도체 캡핑층은 상기 반도체 기판과 직접 접촉하지 않고,
상기 절연체 스트라이프, 상기 반도체 캡핑층 및 상기 게이트 스트라이프의 최하부 표면들은 동일한 높이에 있는 것인, 반도체 구조체를 제조하는 방법.
As a method of manufacturing a semiconductor structure,
patterning an insulator stripe over a semiconductor substrate, wherein an insulator layer is disposed between the insulator stripe and the semiconductor substrate;
continuously depositing a semiconductor capping layer including a crystalline material on the insulator stripe;
cutting the semiconductor capping layer between the insulator stripes; and
patterning a gate stripe over the insulator stripe and the semiconductor capping layer after cutting the semiconductor capping layer;
including,
The gate stripe is in direct contact with the semiconductor capping layer, and a first portion of the semiconductor capping layer covered by the gate stripe is configured as a channel structure, and the semiconductor adjacent to the first portion and covering the insulator stripe. The second part of the capping layer is configured as a source/drain region,
at least a portion of the insulator layer is not under the cladding of the semiconductor capping layer, and the semiconductor capping layer is not in direct contact with the semiconductor substrate;
wherein the bottom surfaces of the insulator stripe, the semiconductor capping layer and the gate stripe are at the same height.
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