KR102471449B1 - Semiconductor structure and method of manufacturing the same - Google Patents
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- H01L29/78681—Thin film transistors, i.e. transistors with a channel being at least partly a thin film having a semiconductor body comprising AIIIBV or AIIBVI or AIVBVI semiconductor materials, or Se or Te
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.
Description
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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,
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,
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)
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.
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.
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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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A107 | Divisional application of patent | ||
E902 | Notification of reason for refusal | ||
AMND | Amendment | ||
E601 | Decision to refuse application | ||
AMND | Amendment | ||
X701 | Decision to grant (after re-examination) | ||
GRNT | Written decision to grant |