KR102589730B1 - Field Effect Transistor and Method of fabricating the same - Google Patents

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Abstract

전계효과 트랜지스터 및 그 제조 방법이 제공된다. 전계효과 트랜지스터는 제 1 반도체 물질로 이루어진 반도체 기판; 상기 반도체 기판 상에 배치되며, 상기 제 1 반도체 물질과 격자 상수가 다른 제 2 반도체 물질로 이루어진 핀 구조체로서, 상기 핀 구조체는: 상기 반도체 기판 상에서 제 1 방향으로 연장되는 하부 부분; 및 상기 하부 부분으로부터 돌출되며, 상기 제 1 방향과 교차하는 제 2 방향으로 연장되는 복수 개의 상부 부분들을 포함할 수 있다. A field effect transistor and a method of manufacturing the same are provided. The field effect transistor includes a semiconductor substrate made of a first semiconductor material; A fin structure disposed on the semiconductor substrate and made of a second semiconductor material having a lattice constant different from that of the first semiconductor material, the fin structure comprising: a lower portion extending in a first direction on the semiconductor substrate; and a plurality of upper parts protruding from the lower part and extending in a second direction intersecting the first direction.

Description

전계효과 트랜지스터 및 그 제조 방법{Field Effect Transistor and Method of fabricating the same}Field Effect Transistor and Method of fabricating the same}

본 발명은 반도체 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 전계효과 트랜지스터에 관한 것이다. The present invention relates to semiconductor devices, and more specifically to field effect transistors.

반도체 장치는 모스 전계 효과 트랜지스터들(MOS(Metal Oxide Semiconductor) FET)로 구성된 집적회로를 포함한다. 이러한 반도체 장치는 고집적화됨에 따라 모스 전계 효과 트랜지스터들의 크기 축소(scale down)도 점점 가속화되고 있으며, 이로 인해 반도체 장치의 동작 특성이 저하될 수 있다. 따라서, 반도체 장치의 고집적화에 따른 한계를 극복하면서 보다 우수한 성능을 갖는 반도체 장치를 형성하기 위한 다양한 방법이 연구되고 있다. 특히, 고성능(high performance)의 모스 트랜지스터를 구현하기 위해 캐리어(전자 또는 정공)의 이동도(mobility)를 증가시키는 방법이 개발되고 있다. The semiconductor device includes an integrated circuit comprised of MOS field effect transistors (MOS (Metal Oxide Semiconductor) FET). As these semiconductor devices become more highly integrated, the size down of MOS field effect transistors is also accelerating, which may deteriorate the operating characteristics of the semiconductor device. Accordingly, various methods are being studied to form semiconductor devices with better performance while overcoming the limitations caused by high integration of semiconductor devices. In particular, methods to increase the mobility of carriers (electrons or holes) are being developed to implement high-performance MOS transistors.

본원 발명이 해결하고자 하는 과제는 고집적 및 전기적 특성이 향상된 전계효과 트랜지스터를 제공하는데 있다. The problem to be solved by the present invention is to provide a field effect transistor with high integration and improved electrical characteristics.

본원 발명이 해결하고자 하는 과제는 고집적 및 전기적 특성이 향상된 전계효과 트랜지스터의 제조 방법을 제공하는데 있다. The problem to be solved by the present invention is to provide a method of manufacturing a field effect transistor with high integration and improved electrical characteristics.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 과제에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The problem to be solved by the present invention is not limited to the problems mentioned above, and other problems not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the description below.

상기 해결하고자 하는 과제를 달성하기 위하여 본 발명의 실시예들에 따른 전계효과 트랜지스터는 제 1 반도체 물질로 이루어진 반도체 기판; 상기 반도체 기판 상에 배치되며, 상기 제 1 반도체 물질과 격자 상수가 다른 제 2 반도체 물질로 이루어진 핀 구조체로서, 상기 핀 구조체는: 상기 반도체 기판 상에서 제 1 방향으로 연장되는 하부 부분; 및 상기 하부 부분으로부터 돌출되며, 상기 제 1 방향과 교차하는 제 2 방향으로 연장되는 복수 개의 상부 부분들을 포함할 수 있다. In order to achieve the problem to be solved, the field effect transistor according to embodiments of the present invention includes a semiconductor substrate made of a first semiconductor material; A fin structure disposed on the semiconductor substrate and made of a second semiconductor material having a lattice constant different from that of the first semiconductor material, the fin structure comprising: a lower portion extending in a first direction on the semiconductor substrate; and a plurality of upper parts protruding from the lower part and extending in a second direction intersecting the first direction.

상기 해결하고자 하는 과제를 달성하기 위하여 본 발명의 실시예들에 따른 전계효과 트랜지스터는 제 1 반도체 물질로 이루어진 반도체 기판; 상기 반도체 기판 상에 서로 이격되어 배치되는 복수 개의 핀 구조체들로서, 상기 핀 구조체들 각각은: 상기 반도체 기판 상에서 일 방향으로 연장되는 하부 부분; 및 상기 하부 부분으로부터 돌출되며, 상기 하부 부분을 가로지르는 복수 개의 상부 부분들을 포함하는 것; 상기 하부 부분들과 나란하게 상기일 방향으로 연장되어, 상기 핀 구조체들의 상기 상부 부분들을 가로지르는 게이트 전극; 및 상기 게이트 전극 양측에서, 상기 핀 구조체들의 상부 부분들 내에 제공되는 소오스/드레인 영역들을 포함할 수 있다. In order to achieve the problem to be solved, the field effect transistor according to embodiments of the present invention includes a semiconductor substrate made of a first semiconductor material; A plurality of fin structures arranged to be spaced apart from each other on the semiconductor substrate, each of the fin structures comprising: a lower portion extending in one direction on the semiconductor substrate; and a plurality of upper portions protruding from the lower portion and crossing the lower portion; a gate electrode extending in the direction parallel to the lower portions and crossing the upper portions of the fin structures; and source/drain regions provided in upper portions of the fin structures on both sides of the gate electrode.

상기 해결하고자 하는 과제를 달성하기 위하여 본 발명의 실시예들에 따른 전계효과 트랜지스터의 제조 방법은 반도체 기판의 일부분을 노출시키는 하부 트렌치를 갖는 소자 분리막을 형성하는 것; 상기 소자 분리막 상에서 상기 하부 트렌치들을 가로지르는 복수 개의 상부 트렌치들을 갖는 마스크 패턴을 형성하는 것; 상기 하부 트렌치 및 상기 상부 트렌치들에 의해 노출된 상기 반도체 기판의 상부면으로부터 에피택시얼 성장된 에피택시얼층을 형성하되, 상기 에피택시얼층은 상기 반도체 기판과 다른 격자 상수를 갖는 반도체 물질로 이루어지며, 상기 하부 트렌치를 채우는 하부 부분 및 상기 상부 트렌치들을 채우는 상부 부분들을 포함하는 것; 상기 에피택시얼층의 상부 부분들을 가로지르는 제 1 분리 절연 패턴을 형성하여, 상기 에피택시얼층을 복수 개의 에피택시얼 패턴들로 분리하는 것; 및 상기 에피택시얼층의 하부 부분을 가로지르는 제 2 분리 절연 패턴을 형성하여, 상기 에피택시얼 패턴들 각각을 복수 개의 핀 구조체들로 분리하는 것을 포함할 수 있다. In order to achieve the above problem, a method of manufacturing a field effect transistor according to embodiments of the present invention includes forming a device isolation film having a lower trench exposing a portion of the semiconductor substrate; forming a mask pattern having a plurality of upper trenches crossing the lower trenches on the device isolation layer; Forming an epitaxial layer epitaxially grown from the upper surface of the semiconductor substrate exposed by the lower trench and the upper trench, wherein the epitaxial layer is made of a semiconductor material having a lattice constant different from that of the semiconductor substrate, , comprising a lower portion filling the lower trench and upper portions filling the upper trenches; forming a first separation insulating pattern across upper portions of the epitaxial layer, thereby separating the epitaxial layer into a plurality of epitaxial patterns; and forming a second separation insulating pattern across a lower portion of the epitaxial layer to separate each of the epitaxial patterns into a plurality of fin structures.

본 발명의 실시예들에 따르면, 선택적 에피택시얼 성장 방법을 이용하여 핀 구조체들을 형성할 때, 핀 구조체들의 하부 부분에 트랩핑된 결정 결함들이 상부 부분들로 전파되는 것이 차단될 수 있다. 이에 따라, 핀 구조체들의 상부 부분들은 실질적으로 결정 결함들이 없는 반도체 물질로 이루어질 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시예들에 따른 핀 구조체들의 상부 부분들을 채널로 사용하는 전계효과 트랜지스터의 전기적 특성이 보다 향상될 수 있다. According to embodiments of the present invention, when forming fin structures using a selective epitaxial growth method, crystal defects trapped in lower portions of the fin structures can be prevented from propagating to upper portions. Accordingly, the upper portions of the fin structures may be made of semiconductor material substantially free of crystal defects. Accordingly, the electrical characteristics of the field effect transistor using the upper portions of the fin structures according to embodiments of the present invention as channels can be further improved.

도 1a 내지 도 10a는 본 발명의 실시예들에 따른 반도체 장치의 제조 방법을 설명하기 위한 평면도들이다.
도 1b 내지 도 10b는 도 1a 내지 도 10a의 I-I' 선 및 II-II' 선을 따라 자른 단면도들이다.
도 1c 내지 도 10c는 도 1a 내지 도 10a의 III-III' 선 및 IV-IV'선을 따라 자른 단면도들이다.
도 11a 및 도 11b는 본 발명의 다양한 실시예들에 따른 반도체 장치의 단면도들로서, 도 11a는 도 10a의 I-I' 선 및 II-II' 선을 따라 자른 단면을 나타내며, 도 11b는 도 10a의 III-III' 선 및 IV-IV' 선을 따라 자른 단면들을 나타낸다.
도 12는 본 발명의 실시예들에 따른 반도체 장치의 구조적 특징들을 예시적으로 도시하는 사시도이다.
도 13은 본 발명의 실시예들에 따른 반도체 장치의 핀 구조체를 나타내는 사시도이다.
도 14a, 도 14b, 도 15a 및 도 15b는 본 발명의 다양한 실시예들에 따른 반도체 장치를 설명하기 위한 도면들로서, 도 14b는 도 14a의 III-III' 선을 따라 자른 단면을 도시하며, 도 15b는 도 15a의 III-III' 선을 따라 자른 단면을 도시한다.
도 16 및 도 17은 본 발명의 다양한 실시예들에 따른 반도체 장치를 도시한다.
도 18a 내지 도 22a 및 도 18b 내지 도 22b는 본 발명의 다양한 실시예들에 따른 반도체 장치의 제조 방법을 설명하기 위한 단면도들이다.
1A to 10A are plan views for explaining a method of manufacturing a semiconductor device according to embodiments of the present invention.
FIGS. 1B to 10B are cross-sectional views taken along lines II' and II-II' of FIGS. 1A to 10A.
FIGS. 1C to 10C are cross-sectional views taken along lines III-III' and IV-IV' of FIGS. 1A to 10A.
FIGS. 11A and 11B are cross-sectional views of semiconductor devices according to various embodiments of the present invention. FIG. 11A shows a cross-section taken along lines II' and II-II' of FIG. 10A, and FIG. 11B shows a cross-section taken along lines III of FIG. 10A. Cross sections cut along the -III' line and IV-IV' line are shown.
FIG. 12 is a perspective view illustrating structural features of a semiconductor device according to embodiments of the present invention.
13 is a perspective view showing a fin structure of a semiconductor device according to embodiments of the present invention.
FIGS. 14A, 14B, 15A, and 15B are diagrams for explaining semiconductor devices according to various embodiments of the present invention. FIG. 14B shows a cross-section taken along line III-III' of FIG. 14A, and FIG. 15b shows a cross section taken along line III-III' in FIG. 15a.
16 and 17 illustrate semiconductor devices according to various embodiments of the present invention.
FIGS. 18A to 22A and FIGS. 18B to 22B are cross-sectional views for explaining a method of manufacturing a semiconductor device according to various embodiments of the present invention.

이하, 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예들에 따른 전계효과 트랜지스터 및 그 제조 방법에 대해 상세히 설명한다. Hereinafter, the field effect transistor and its manufacturing method according to embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

도 1a 내지 도 10a는 본 발명의 실시예들에 따른 반도체 장치의 제조 방법을 설명하기 위한 평면도들이다. 도 1b 내지 도 10b는 도 1a 내지 도 10a의 I-I' 선 및 II-II' 선을 따라 자른 단면도들이다. 도 1c 내지 도 10c는 도 1a 내지 도 10a의 III-III' 선 및 IV-IV'선을 따라 자른 단면도들이다.1A to 10A are plan views for explaining a method of manufacturing a semiconductor device according to embodiments of the present invention. FIGS. 1B to 10B are cross-sectional views taken along lines II-I' and II-II' of FIGS. 1A to 10A. FIGS. 1C to 10C are cross-sectional views taken along lines III-III' and IV-IV' of FIGS. 1A to 10A.

도 11a 및 도 11b는 본 발명의 다양한 실시예들에 따른 반도체 장치의 단면도들로서, 도 11a는 도 10a의 I-I' 선 및 II-II' 선을 따라 자른 단면을 나타내며, 도 11b는 도 10a의 III-III' 선 및 IV-IV' 선을 따라 자른 단면들을 나타낸다. FIGS. 11A and 11B are cross-sectional views of semiconductor devices according to various embodiments of the present invention. FIG. 11A shows a cross-section taken along lines II-I' and II-II' of FIG. 10A, and FIG. 11B shows a cross-section taken along lines III of FIG. 10A. Cross sections cut along the -III' line and IV-IV' line are shown.

도 1a, 도 1b, 및 도 1c를 참조하면, 반도체 기판(100)을 패터닝하여 예비 활성 패턴들(101)을 정의하는 소자 분리 트렌치(103)가 형성될 수 있다. Referring to FIGS. 1A, 1B, and 1C, a device isolation trench 103 defining preliminary active patterns 101 may be formed by patterning the semiconductor substrate 100.

반도체 기판(100)은 반도체 물질로 이루어질 수 있으며, 예를 들어, 실리콘(Si), 게르마늄(Ge), 실리콘 게르마늄(SiGe), 갈륨비소(GaAs), 인듐갈륨비소(InGaAs), 알루미늄갈륨비소(AlGaAs), 또는 이들의 혼합물 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. The semiconductor substrate 100 may be made of a semiconductor material, for example, silicon (Si), germanium (Ge), silicon germanium (SiGe), gallium arsenide (GaAs), indium gallium arsenide (InGaAs), aluminum gallium arsenide ( AlGaAs), or a mixture thereof.

반도체 기판(100)은 벌크(bulk) 실리콘 기판, 실리콘-온-인슐레이터(silicon on insulator: SOI) 기판, 게르마늄 기판, 게르마늄-온-인슐레이터(germanium on insulator: GOI) 기판, 실리콘-게르마늄 기판, 또는 선택적 에피택시얼 성장(selective epitaxial growth: SEG)을 수행하여 획득한 에피택시얼 박막의 기판일 수 있다. 또 다른 예로, 반도체 기판(100)은 III-V족 화합물 반도체 기판일 수 있다.The semiconductor substrate 100 may be a bulk silicon substrate, a silicon-on-insulator (SOI) substrate, a germanium substrate, a germanium-on-insulator (GOI) substrate, a silicon-germanium substrate, or It may be a substrate of an epitaxial thin film obtained by performing selective epitaxial growth (SEG). As another example, the semiconductor substrate 100 may be a group III-V compound semiconductor substrate.

일 예에서, 반도체 기판(100)은 단결정 실리콘 기판일 수 있으며, 반도체 기판(100)의 상부면은 (100) 결정면 또는 (110) 결정면을 가질 수 있다. In one example, the semiconductor substrate 100 may be a single crystal silicon substrate, and the upper surface of the semiconductor substrate 100 may have a (100) crystal plane or a (110) crystal plane.

실시예들에 따르면, 소자 분리 트렌치(103)를 형성하는 것은, 반도체 기판(100) 상에 반도체 기판(100)의 소정 영역들을 노출시키는 제 1 마스크 패턴(110)을 형성하는 것과, 제 1 마스크 패턴(110)을 식각 마스크로 이용하여 반도체 기판(100)을 이방성 식각함으로써 예비 활성 패턴들(101)을 정의하는 것을 포함할 수 있다. According to embodiments, forming the device isolation trench 103 includes forming a first mask pattern 110 on the semiconductor substrate 100 to expose predetermined areas of the semiconductor substrate 100, and forming the first mask pattern 110 on the semiconductor substrate 100. This may include defining preliminary active patterns 101 by anisotropically etching the semiconductor substrate 100 using the pattern 110 as an etch mask.

제 1 마스크 패턴(110)은 제 1 방향(D1)으로 연장되는 라인 형태일 수 있으며, 차례로 적층된 버퍼 산화막 패턴(111) 및 하드 마스크 패턴(113)을 포함한다. 보다 상세하게, 제 1 마스크 패턴(110)을 형성하는 것은, 반도체 기판(100) 상에 실리콘 산화막 및 하드 마스크막을 차례로 적층하는 것, 하드 마스크막 상에 예비 활성 패턴들(101)을 정의하는 포토레지스트 패턴(미도시)을 형성하는 것, 및 포토레지스트 패턴(미도시)을 식각 마스크로 이용하여 반도체 기판(100)의 상면이 노출되도록 하드 마스크막 및 실리콘 산화막을 차례로 이방성 식각하는 것을 포함할 수 있다. 여기서, 실리콘 산화막은 반도체 기판(100)을 열산화(thermal oxidation)시켜 형성될 수 있다. 하드 마스크막은 실리콘 질화막, 실리콘 산질화막, 및 폴리실리콘막 중에서 선택되는 어느 하나의 물질로 형성될 수 있다. 그리고, 하드 마스크막은 실리콘 산화막에 비해 두꺼울 수 있다. 하드 마스크막의 두께는 반도체 기판(100)에 형성되는 소자 분리 트렌치(103)의 깊이에 따라 달라질 수 있다. 실시예들에서, 제 1 마스크 패턴은 트렌치를 형성한 후 제거되거나, 소자 분리막(105)을 형성한 후에 제거될 수 있다. The first mask pattern 110 may be in the form of a line extending in the first direction D1 and includes a buffer oxide pattern 111 and a hard mask pattern 113 that are sequentially stacked. In more detail, forming the first mask pattern 110 involves sequentially stacking a silicon oxide film and a hard mask film on the semiconductor substrate 100, and forming a photo layer that defines preliminary active patterns 101 on the hard mask film. This may include forming a resist pattern (not shown), and sequentially anisotropically etching the hard mask layer and the silicon oxide layer to expose the top surface of the semiconductor substrate 100 using the photoresist pattern (not shown) as an etch mask. there is. Here, the silicon oxide film may be formed by thermal oxidation of the semiconductor substrate 100. The hard mask layer may be formed of any one material selected from a silicon nitride layer, a silicon oxynitride layer, and a polysilicon layer. Additionally, the hard mask layer may be thicker than the silicon oxide layer. The thickness of the hard mask layer may vary depending on the depth of the device isolation trench 103 formed in the semiconductor substrate 100. In embodiments, the first mask pattern may be removed after forming a trench or may be removed after forming the device isolation layer 105.

실시예들에 따르면, 예비 활성 패턴들(101)은 제 1 방향(D1)으로 연장되는 라인 형태를 가질 수 있으며, 제 1 방향(D1)에 수직하는 제 2 방향(D2)으로 서로 이격되어 배치될 수 있다. 일 예로, 예비 활성 패턴들(101) 간의 간격은 예비 활성 패턴들(101)의 폭(W1)보다 클 수 있다. 예비 활성 패턴들(101)은 하부로 갈수록 폭이 증가하는 측벽 프로파일을 가질 수도 있다. According to embodiments, the preliminary active patterns 101 may have a line shape extending in the first direction D1 and are arranged to be spaced apart from each other in the second direction D2 perpendicular to the first direction D1. It can be. For example, the gap between the preliminary active patterns 101 may be larger than the width W1 of the preliminary active patterns 101. The preliminary active patterns 101 may have a sidewall profile whose width increases toward the bottom.

소자 분리 트렌치(103)는 반도체 기판(100)의 상부면에 대해 실질적으로 수직하거나, 경사진 측벽을 가질 수 있다. 소자 분리 트렌치의 깊이(H1)는 예비 활성 패턴들(101)의 폭(W1)의 2배보다 클 수 있다. 그리고, 소자 분리 트렌치의 깊이(H1)는 예비 활성 패턴의 제 1 방향(D1)의 길이(L1)보다 작을 수 있다. The device isolation trench 103 may have sidewalls that are substantially perpendicular to the upper surface of the semiconductor substrate 100 or may be inclined. The depth H1 of the device isolation trench may be greater than twice the width W1 of the preliminary active patterns 101 . Additionally, the depth H1 of the device isolation trench may be smaller than the length L1 of the preliminary active pattern in the first direction D1.

도 2a 도 2b, 및 도 2c를 참조하면, 소자 분리 트렌치(103) 내에 소자 분리막(105)이 형성될 수 있다. 소자 분리막(105)은 예비 활성 패턴들(101)의 양측벽들을 덮을 수 있다. Referring to FIGS. 2A , 2B , and 2C , a device isolation film 105 may be formed in the device isolation trench 103 . The device isolation layer 105 may cover both side walls of the preliminary active patterns 101 .

소자 분리막(105)을 형성하는 것은, 소자 분리 트렌치(103)를 채우는 절연막을 형성하는 것, 및 예비 활성 패턴들(101)의 상부면들이 노출되도록 절연막을 평탄화하는 것을 포함할 수 있다. 여기서, 소자 분리 트렌치(103)를 채우는 절연막은 단차 도포성이 우수한 증착 기술을 이용하여 증착될 수 있다. 절연막은 예를 들어, 원자층 증착(ALD; atomic layer deposition) 방법, 화학기상 증착(CVD; chemical vapor deposition) 방법, 또는 플라즈마 강화 CVD(PE-CVD(Plasma Enhanced Chemical Deposition) 방법과 같은 증착 기술을 이용하여 증착될 수 있다. 또한, 절연막은 갭 필(gap fill) 특성이 우수한 절연 물질로 형성될 수 있으며, 예를 들어, BPSG(boron-phosphor silicate glass)막, HDP(High Density Plasma) 산화막, USG(Undoped Silicate Glass) 또는 TOSZ(Tonen SilaZene) 물질로 형성될 수 있다. 또한, 절연막에 대한 평탄화 공정으로는 에치백(etch back) 방법 및/또는 CMP(chemical mechanical polishing) 방법이 이용될 수 있다. Forming the device isolation layer 105 may include forming an insulating layer that fills the device isolation trench 103 and planarizing the insulating layer so that upper surfaces of the preliminary active patterns 101 are exposed. Here, the insulating film filling the device isolation trench 103 may be deposited using a deposition technique with excellent step coating properties. The insulating film may be formed using, for example, a deposition technique such as an atomic layer deposition (ALD) method, a chemical vapor deposition (CVD) method, or a plasma enhanced chemical deposition (PE-CVD) method. Additionally, the insulating film can be formed of an insulating material with excellent gap fill characteristics, for example, a boron-phosphor silicate glass (BPSG) film, a high density plasma (HDP) oxide film, It may be formed of USG (Undoped Silicate Glass) or TOSZ (Tonen SilaZene) material. Additionally, an etch back method and/or CMP (chemical mechanical polishing) method may be used as a planarization process for the insulating film. .

소자 분리막(105)은 반도체 기판(100)의 상부면에 대해 실질적으로 수직한 측벽을 가질 수 있으며, 이와 달리, 도 11a 및 도 11b에 도시된 바와 같이, 반도체 기판(100)의 상부면에 대해 경사진 측벽을 가질 수도 있다.The device isolation layer 105 may have a sidewall that is substantially perpendicular to the upper surface of the semiconductor substrate 100. Alternatively, as shown in FIGS. 11A and 11B, the device isolation layer 105 may have a sidewall that is substantially perpendicular to the upper surface of the semiconductor substrate 100. It may also have sloping side walls.

실시예들에서, 소자 분리막(105)이 반도체 기판(100) 내에 형성되는 것으로 설명하였으나, 본 발명은 이에 제한되지 않으며, 소자 분리막(105)은 반도체 기판(100)의 상부면 상에서 반도체 기판(100)의 일부분들을 노출시키도록 형성될 수도 있다. In the embodiments, the device isolation film 105 is described as being formed within the semiconductor substrate 100, but the present invention is not limited thereto, and the device isolation film 105 is formed on the upper surface of the semiconductor substrate 100. ) may be formed to expose portions of the.

도 3a 도 3b, 및 도 3c를 참조하면, 예비 활성 패턴들(101)을 가로지르는 상부 트렌치들(UR)을 갖는 제 2 마스크 패턴(120)이 형성될 수 있다. Referring to FIGS. 3A , 3B , and 3C , a second mask pattern 120 having upper trenches UR crossing the preliminary active patterns 101 may be formed.

제 2 마스크 패턴(120)을 형성하는 것은, 반도체 기판(100) 전면을 덮는 하드 마스크막을 증착하는것, 하드 마스크막 상에 제 1 방향(D1)에 수직하는 제 2 방향(D2)으로 연장되는 라인 형태의 포토레지스트 패턴(미도시)을 형성하는 것, 및 포토레지스트 패턴(미도시)을 식각 마스크로 이용하여 반도체 기판(100)의 상면이 노출되도록 하드 마스크막을 이방성 식각하는 것을 포함할 수 있다. 실시예들에 따르면, 제 2 마스크 패턴(120)은 반도체 기판(100) 및 소자 분리막(105)에 대해 식각 선택성을 갖는 절연 물질로 형성될 수 있다. 제 2 마스크 패턴(120)은, 예를 들어, 실리콘 질화막 또는 실리콘 산질화막으로 형성될 수 있다. Forming the second mask pattern 120 involves depositing a hard mask film that covers the entire surface of the semiconductor substrate 100, and forming a line extending in a second direction (D2) perpendicular to the first direction (D1) on the hard mask film. This may include forming a photoresist pattern (not shown) and anisotropically etching the hard mask layer to expose the top surface of the semiconductor substrate 100 using the photoresist pattern (not shown) as an etch mask. According to embodiments, the second mask pattern 120 may be formed of an insulating material having etch selectivity with respect to the semiconductor substrate 100 and the device isolation layer 105. The second mask pattern 120 may be formed of, for example, a silicon nitride film or a silicon oxynitride film.

실시예들에 따르면, 상부 트렌치들(UR)은 예비 활성 패턴들(101)의 일부분들을 노출시킬 수 있다. 상부 트렌치들(UR)은 예비 활성 패턴들(101)의 폭(W1)보다 작은 폭(W2)을 가질 수 있다. 예를 들어, 상부 트렌치들(UR)의 폭(W2)은 약 5nm 내지 50nm 범위에서 선택될 수 있다. 제 2 마스크 패턴(120)의 두께(H2; 즉, 상부 트렌치들(UR)의 높이)는 상부 트렌치들(UR)의 폭(W2)의 2배보다 클 수 있다. According to embodiments, the upper trenches UR may expose portions of the preliminary active patterns 101 . The upper trenches UR may have a width W2 that is smaller than the width W1 of the preliminary active patterns 101 . For example, the width W2 of the upper trenches UR may be selected in the range of about 5 nm to 50 nm. The thickness H2 (that is, the height of the upper trenches UR) of the second mask pattern 120 may be greater than twice the width W2 of the upper trenches UR.

도 4a 도 4b, 및 도 4c를 참조하면, 제 2 마스크 패턴(120)에 의해 노출된 예비 활성 패턴들(101)을 제거함으로써 제 2 마스크 패턴(120) 아래에 하부 트렌치들(LR)이 형성될 수 있다. 4A, 4B, and 4C, lower trenches LR are formed under the second mask pattern 120 by removing the preliminary active patterns 101 exposed by the second mask pattern 120. It can be.

일 예에 따르면, 하부 트렌치들(LR)은 예비 활성 패턴들(101)을 등방성 식각함으로써 형성될 수 있다. 하부 트렌치들(LR)을 형성시 소자 분리막(105) 및 제 2 마스크 패턴(120)에 대해 식각 선택성을 갖는 식각 레서피가 이용될 수 있다. 예를 들어, 반도체 기판(100)이 단결정 실리콘 기판일 경우, HF, HNO3, 또는 NH4F를 포함하는 에천트(enchant)가 사용될 수 있다. According to one example, the lower trenches LR may be formed by isotropically etching the preliminary active patterns 101 . When forming the lower trenches LR, an etch recipe having etch selectivity for the device isolation layer 105 and the second mask pattern 120 may be used. For example, if the semiconductor substrate 100 is a single crystal silicon substrate, an etchant (enchant) containing HF, HNO 3 , or NH 4 F may be used.

예비 활성 패턴들(101)에 대한 등방성 식각 공정에 의해 제 2 마스크 패턴(120)의 하부면의 일부분들과 소자 분리막(105)의 측벽이 하부 트렌치들(LR)에 노출될 수 있다. 이와 같이 형성된 하부 트렌치들(LR)은 예비 활성 패턴들(101)이 제거된 빈 공간으로서 제 1 방향(D1)으로 연장될 수 있다. Parts of the lower surface of the second mask pattern 120 and sidewalls of the device isolation layer 105 may be exposed to the lower trenches LR through an isotropic etching process for the preliminary active patterns 101 . The lower trenches LR formed in this way are empty spaces where the preliminary active patterns 101 have been removed and may extend in the first direction D1.

실시예들에 따르면, 하부 트렌치들(LR)의 제 1 높이(H1), 즉, 소자 분리막(105)의 상부면으로부터 하부 트렌치들(LR)의 바닥면까지의 거리는, 하부 트렌치들(LR)의 제 1 폭(W1)의 약 2배 이상일 수 있다. 다시 말해, 하부 트렌치들(LR)은 약 2:1 내지 3:1의 종횡비를 가질 수 있다 그리고, 하부 트렌치들(LR)에서 제 1 방향(D1)으로의 길이(L1)는 하부 트렌치들(LR)의 제 1 높이(H1)보다 클 수 있다. 예를 들어, 하부 트렌치들(LR)의 제 1 폭(W1)은 약 10nm 내지 100nm 범위에서 선택될 수 있다. 한편, 본 발명은 이에 제한되지 않으며, 하부 트렌치들(LR)의 길이(L1)는 반도체 장치의 설계에 따라 달라질 수 있다. According to embodiments, the first height H1 of the lower trenches LR, that is, the distance from the top surface of the device isolation layer 105 to the bottom surface of the lower trenches LR, is equal to the height H1 of the lower trenches LR. It may be about twice or more than the first width (W1) of . In other words, the lower trenches LR may have an aspect ratio of about 2:1 to 3:1, and the length L1 from the lower trenches LR in the first direction D1 is equal to the length of the lower trenches (LR). It may be greater than the first height (H1) of LR). For example, the first width W1 of the lower trenches LR may be selected in the range of about 10 nm to 100 nm. Meanwhile, the present invention is not limited thereto, and the length L1 of the lower trenches LR may vary depending on the design of the semiconductor device.

일 예에서, 하부 트렌치들(LR)의 높이(H1)는 소자 분리막(105)의 높이와 실질적으로 동일할 수 있다. 이와 달리, 하부 트렌치들(LR)이 식각 공정에 의해 형성되므로, 하부 트렌치들(LR)의 하부면들은 소자 분리막(105)의 하부면들과 다른 레벨에 위치할 수 있다. 다시 말해, 하부 트렌치들(LR)의 제 1 높이(H1)는 소자 분리막(105)의 높이보다 작거나 클 수도 있다. 즉, 하부 트렌치들(LR)의 하부면들은 소자 분리막(105)의 하부면보다 아래에 위치하거나 위에 위치할 수 있다. In one example, the height H1 of the lower trenches LR may be substantially equal to the height of the device isolation layer 105 . In contrast, since the lower trenches LR are formed through an etching process, the lower surfaces of the lower trenches LR may be located at a different level from the lower surfaces of the device isolation layer 105. In other words, the first height H1 of the lower trenches LR may be smaller or larger than the height of the device isolation layer 105 . That is, the lower surfaces of the lower trenches LR may be located below or above the lower surface of the device isolation layer 105.

나아가, 하부 트렌치들(LR)에 노출된 반도체 기판(100)의 표면은 (100) 결정면을 갖거나, (110) 결정면을 가질 수 있다. 또한, 하부 트렌치들(LR)에 노출된 반도체 기판(100)의 표면과 소자 분리막(105)의 측벽 사이에 약 50 내지 90도 사이의 경사각을 이룰 수 있다.Furthermore, the surface of the semiconductor substrate 100 exposed to the lower trenches LR may have a (100) crystal plane or a (110) crystal plane. Additionally, an inclination angle of about 50 to 90 degrees may be formed between the surface of the semiconductor substrate 100 exposed to the lower trenches LR and the sidewall of the device isolation layer 105.

도 5a, 도 5b, 및 도 5c를 참조하면, 하부 트렌치들(LR) 및 상부 트렌치들(UR)을 채우는 에피택시얼층(130)이 형성될 수 있다. Referring to FIGS. 5A, 5B, and 5C, an epitaxial layer 130 may be formed to fill the lower trenches LR and upper trenches UR.

에피택시얼층(130)은 하부 트렌치들(LR)에 노출된 반도체 기판(100)을 씨드(seed)로 이용하는 선택적 에피택시얼 성장(Selective Epitaxial Growth; SEG) 공정을 이용하여 형성될 수 있다. 선택적 에피택시얼 성장 공정으로는, 예를 들어, 고상 에피택시얼(SPE: Solid Phase Epitaxy), 기상 에피택시얼(VPE: Vapor Phase Epitaxy) 및 액상 에피택시얼(LPE: Liquid Phase Epitaxy) 방법이 이용될 수 있다. 일 실시예에 따르면, 에피택시얼층(130)은 화학기상증착법(Chemical Vapor Deposition; CVD), 감압화학기상증착법(Reduced Pressure Chemical Vapor Deposition; RPCVD), 고진공화학기상증착법(Ultra High Vacuum Chemical Vapor Deposition; UHCVD) 또는 분자 빔 에피택시(Molecular Beam Epitaxy: MBE) 방법을 이용한 에피택시얼 성장(예를 들어, 헤테로 에피택시(hetero-epitaxy))에 의해 형성될 수 있다. The epitaxial layer 130 may be formed using a selective epitaxial growth (SEG) process that uses the semiconductor substrate 100 exposed in the lower trenches LR as a seed. Selective epitaxial growth processes include, for example, solid phase epitaxy (SPE), vapor phase epitaxy (VPE), and liquid phase epitaxy (LPE) methods. It can be used. According to one embodiment, the epitaxial layer 130 is formed by chemical vapor deposition (CVD), reduced pressure chemical vapor deposition (RPCVD), or ultra high vacuum chemical vapor deposition (Ultra High Vacuum Chemical Vapor Deposition). It may be formed by epitaxial growth (e.g., hetero-epitaxy) using UHCVD) or Molecular Beam Epitaxy (MBE) method.

실시예들에서, 에피택시얼층(130)은 반도체 기판(100)을 이루는 반도체 물질과 다른 격자 상수를 갖는 반도체 물질로 형성될 수 있다. 에피택시얼층(130)은, 예를 들어, Si, Ge, SiGe, 또는 III-V족 화합물들을 포함할 수 있다. 또한, III-V 화합물들은, 예를 들어, 알루미늄 인화물(aluminum phosphide: AlP), 갈륨 인화물(gallium phosphide: GaP), 인듐 인화물(indium phosphide: InP), 알루미늄 비소(aluminum arsenide: AlAs), 갈륨 비소 (gallium arsenide: GaAs), 인듐 비소(indium arsenide: InAs), 알루미늄 안티모나이드(aluminum antimonide: AlSb), 갈륨 안티모나이드(gallium antimonide: GaSb), 또는 인듐 안티모나이드(indium antimonide: InSb)일 수 있다.In embodiments, the epitaxial layer 130 may be formed of a semiconductor material having a lattice constant different from the semiconductor material that makes up the semiconductor substrate 100. The epitaxial layer 130 may include, for example, Si, Ge, SiGe, or group III-V compounds. Additionally, III-V compounds include, for example, aluminum phosphide (AlP), gallium phosphide (GaP), indium phosphide (InP), aluminum arsenide (AlAs), and gallium arsenide. (gallium arsenide: GaAs), indium arsenide (InAs), aluminum antimonide (AlSb), gallium antimonide (GaSb), or indium antimonide (InSb). You can.

실시예들에 따르면, 선택적 에피택시얼 성장 공정에 의해 에피택시얼층(130)은 하부 트렌치들(LR)에 노출된 반도체 기판(100)의 표면으로부터 수직적으로(vertically) 및 수평적으로(laterally) 성장될 수 있다. 이에 따라, 에피택시얼층(130)은 하부 및 상부 트렌치들(LR, UR)을 채울 수 있다. 나아가, 선택적 에피택시얼 성장 공정시 과성장(over growth)에 의해 에피택시얼층(130)이 제 2 마스크 패턴(120)의 상부면보다 돌출될 수 있다. According to embodiments, the epitaxial layer 130 is grown vertically and laterally from the surface of the semiconductor substrate 100 exposed to the lower trenches LR by a selective epitaxial growth process. can grow Accordingly, the epitaxial layer 130 may fill the lower and upper trenches LR and UR. Furthermore, during the selective epitaxial growth process, the epitaxial layer 130 may protrude beyond the upper surface of the second mask pattern 120 due to overgrowth.

이와 같이 형성된 에피택시얼층(130)은 하부 트렌치들(LR) 내에 채워지는 하부 부분들(130L) 및 상부 트렌치들(UR) 내에 채워지는 상부 부분들(130U)을 포함할 수 있다. 에피택시얼층(130)은 하부 부분들(130L)과 상부 부분들(130U) 사이에 경계면들 없이 일체(single body)로 이루질 수 있다. 에피택시얼층(130)의 하부 부분들(130L)은 제 1 방향(D1)을 따라 연장될 수 있으며, 에피택시얼층(130)의 상부 부분들(130U)은 제 1 방향(D1)에 수직하는 제 2 방향(D2)으로 연장될 수 있다. 즉, 에피택시얼층(130)의 상부 부분들(130U)은 하부 부분들(130L) 상에서 소자 분리막(105) 상으로 수평적으로 연장될 수 있다. 또한, 에피택시얼층(130)의 하부 부분들(130L)의 측벽들은 소자 분리막(105)에 의해 정의될 수 있으며, 에피택시얼층(130)의 상부 부분들(130U)의 측벽들은 제 2 마스크 패턴(120)에 의해 정의될 수 있다.The epitaxial layer 130 formed in this way may include lower portions 130L filled in the lower trenches LR and upper portions 130U filled in the upper trenches UR. The epitaxial layer 130 may be formed as a single body without boundaries between the lower portions 130L and upper portions 130U. The lower portions 130L of the epitaxial layer 130 may extend along the first direction D1, and the upper portions 130U of the epitaxial layer 130 may extend perpendicular to the first direction D1. It may extend in the second direction D2. That is, the upper portions 130U of the epitaxial layer 130 may extend horizontally from the lower portions 130L onto the device isolation layer 105. Additionally, the sidewalls of the lower portions 130L of the epitaxial layer 130 may be defined by the device isolation layer 105, and the sidewalls of the upper portions 130U of the epitaxial layer 130 may be defined by the second mask pattern. It can be defined by (120).

일 예로, 에피택시얼층(130)은 (100) 결정면을 갖는 단결정 실리콘 기판의 상부면으로부터 성장될 수 있으며, 이와 달리, (110) 결정면을 갖는 단결정 실리콘 기판의 상부면으로부터 성장될 수도 있다. 그리고, 에피택시얼층(130)의 측벽들은 <110> 결정 방향으로 배향될 수 있다. 일 예로, 에피택시얼층(130)의 하부 부분들(130L)의 측벽들은 [110] 결정 방향으로 배향될 수 있으며, 에피택시얼층(130)의 상부 부분들(130U)의 측벽들은 [1-10] 방향으로 배향될 수 있다. As an example, the epitaxial layer 130 may be grown from the top surface of a single crystal silicon substrate having a (100) crystal plane. Alternatively, the epitaxial layer 130 may be grown from the top surface of a single crystal silicon substrate having a (110) crystal plane. And, the sidewalls of the epitaxial layer 130 may be oriented in the <110> crystal direction. As an example, the sidewalls of the lower portions 130L of the epitaxial layer 130 may be oriented in the [110] crystal direction, and the sidewalls of the upper portions 130U of the epitaxial layer 130 may be oriented in the [1-10] crystal direction. ] direction.

실시예들에 따르면, 선택적 에피택시얼 성장 공정 동안 에피택시얼층(130)을 이루는 반도체 물질과 반도체 기판(100)을 이루는 반도체 물질 간의 격자 상수 차이 및 결정면들 간의 성장 속도 차이 때문에, 에피택시얼층(130)의 하부 부분들(130L)은 결정 결함들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 에피택시얼층(130)의 하부 부분들(130L)은 스레딩 전위들(threading dislocations), 미스피트(misfit) 결함들, 적층 결함들(stacking faults), 이중 경계들(twin boundaries), 또는 역상 경계들(anti-phase boundaries)과 같은 다양한 결정 결함들을 포함할 수 있다. According to embodiments, during the selective epitaxial growth process, due to the lattice constant difference between the semiconductor material forming the epitaxial layer 130 and the semiconductor material forming the semiconductor substrate 100 and the growth rate difference between crystal planes, the epitaxial layer ( The lower portions 130L of 130 may include crystal defects. For example, the lower portions 130L of the epitaxial layer 130 have threading dislocations, misfit defects, stacking faults, twin boundaries, Alternatively, it may contain various crystal defects such as anti-phase boundaries.

보다 상세히 설명하면, 에피택시얼층(130)이 반도체 기판(100)의 표면(예를 들어, 실리콘 기판의 (001) 결정면)으로부터 성장될 때, 결정 결함들(130a, 130b; 예를 들어, 스레딩 전위들(threading dislocations)은 (111) 결정면을 따라 <110> 결정 방향으로 전파될 수 있다. 이러한 결정 결함들(130a, 130b)은 실리콘 기판의 (001) 결정면에 대해 약 55도 각도로 전파될 수 있다. In more detail, when the epitaxial layer 130 is grown from the surface of the semiconductor substrate 100 (e.g., the (001) crystal plane of a silicon substrate), crystal defects 130a and 130b; e.g., threading Dislocations (threading dislocations) may propagate in the <110> crystal direction along the (111) crystal plane.These crystal defects 130a, 130b may propagate at an angle of approximately 55 degrees with respect to the (001) crystal plane of the silicon substrate. You can.

실시예들에 따르면, 도 4a, 도 4b, 및 도 4c를 참조하여 설명한 것처럼, 하부 트렌치들(LR)의 폭(W1)과 높이(H1)가 H1>2W1의 조건을 만족시키므로, 하부 트렌치들(LR)의 폭 방향(widthwise direction; 즉, 제 2 방향(D2))에서 결정 결함들(130a)은 하부 트렌치들(LR)의 상부로 전파되지 않고, 하부 트렌치들(LR)의 측벽들(즉, 소자 분리막(105)의 측벽)에 의해 차단될 수 있다. 즉, 제 2 방향(D2)에서 결정 결함들(130a)은 하부 트렌치(LR)의 하부 부분에서 트랩핑될 수 있다. According to embodiments, as described with reference to FIGS. 4A, 4B, and 4C, the width (W1) and height (H1) of the lower trenches (LR) satisfy the condition of H1>2W1, so that the lower trenches In the widthwise direction (i.e., the second direction D2) of (LR), the crystal defects 130a do not propagate to the upper part of the lower trenches LR, but are formed on the sidewalls of the lower trenches LR. That is, it can be blocked by the sidewall of the device isolation film 105. That is, the crystal defects 130a may be trapped in the lower portion of the lower trench LR in the second direction D2.

한편, 하부 트렌치들(LR)의 높이(도 4의 H1)가 길이(도 4의 L1)보다 작으므로, 하부 트렌치들(LR)의 길이 방향(longitudinal direction; 즉, 제 1 방향(D1))에서 결정 결함들(130b)은 하부 트렌치들(LR)의 측벽들(즉, 소자 분리막(105)의 측벽)에 의해 차단되지 않고, 하부 트렌치들(LR)의 상부로 전파될 수 있다. 실시예들에서, 이러한 결정 결함들(130b)의 전파는 제 2 방향(D2)으로 연장되는 상부 트렌치들(UR)을 정의하는 제 2 마스크 패턴(120)에 의해 차단될 수 있다. 그러므로, 상부 트렌치들(UR)은 결정 결함들 없이 에피택시얼층(130)으로 채워질 수 있다. 즉, 에피택시얼층(130) 성장시 결정 결함들은 하부 트렌치들(LR) 내에서 트랩핑될 수 있으며, 상부 트렌치들(UR)을 채우는 에피택시얼층(130)의 상부 부분들(130U)은 실질적으로 결합이 없는(defect free) 반도체 물질로 이루어질 수 있다. Meanwhile, since the height (H1 in FIG. 4) of the lower trenches LR is smaller than the length (L1 in FIG. 4), the longitudinal direction (i.e., first direction D1) of the lower trenches LR The crystal defects 130b are not blocked by the sidewalls of the lower trenches LR (that is, the sidewalls of the device isolation layer 105) and may propagate to the upper portion of the lower trenches LR. In embodiments, propagation of these crystal defects 130b may be blocked by the second mask pattern 120 defining upper trenches UR extending in the second direction D2. Therefore, the upper trenches UR can be filled with the epitaxial layer 130 without crystal defects. That is, when growing the epitaxial layer 130, crystal defects may be trapped within the lower trenches LR, and the upper portions 130U of the epitaxial layer 130 filling the upper trenches UR may be substantially It can be made of a defect-free semiconductor material.

나아가, 선택적 에피택시얼 성장 공정시 결정면에 따른 성장 속도 차이에 의해 에피택시얼층(130)의 상부면은 반도체 기판(100)의 상부면에 대해 경사진 패싯들(facets)을 가질 수 있다. 예를 들어, 에피택시얼층(130)의 상부면은 (111) 결정면들로 이루어질 수 있다. 즉, 에피택시얼층(130)의 과성장에 의해 제 2 마스크 패턴(120)의 상부면 상으로 돌출된 에피택시얼층(130)의 돌출 부분은 피라미드 구조를 가질 수 있다. Furthermore, during the selective epitaxial growth process, the upper surface of the epitaxial layer 130 may have facets inclined with respect to the upper surface of the semiconductor substrate 100 due to differences in growth rates depending on the crystal plane. For example, the upper surface of the epitaxial layer 130 may be formed of (111) crystal planes. That is, the protruding portion of the epitaxial layer 130 that protrudes onto the upper surface of the second mask pattern 120 due to overgrowth of the epitaxial layer 130 may have a pyramid structure.

도 6a, 도 6b, 및 도 6c를 참조하면, 에피택시얼층(130)을 형성한 후, 소자 분리막(105)의 상부면 위로 돌출된 에피택시얼층(130)의 상부면을 평탄화하는 공정이 수행될 수 있다. 평탄화 공정으로는 에치백(etch back) 방법 및/또는 CMP(chemical mechanical polishing) 방법이 이용될 수 있다. 실시예들에 따르면, 평탄화 공정에 의해 에피택시얼층(130)의 상부면은 제 2 마스크 패턴(120)의 상부면과 실질적으로 공면(coplanar)을 이룰 수 있다. Referring to FIGS. 6A, 6B, and 6C, after forming the epitaxial layer 130, a process of planarizing the upper surface of the epitaxial layer 130 protruding above the upper surface of the device isolation film 105 is performed. It can be. As a planarization process, an etch back method and/or CMP (chemical mechanical polishing) method may be used. According to embodiments, the top surface of the epitaxial layer 130 may be substantially coplanar with the top surface of the second mask pattern 120 through the planarization process.

계속해서, 에피택시얼층(130)의 상부 부분들(130U)을 가로질러 제 1 방향(D1)으로 연장되는 제 1 분리 절연 패턴들(141)이 형성될 수 있다. Subsequently, first separation insulating patterns 141 extending in the first direction D1 across the upper portions 130U of the epitaxial layer 130 may be formed.

제 1 분리 절연 패턴들(141)을 형성하는 것은, 제 2 마스크 패턴(120) 상에 제 1 방향(D1)으로 연장되는 오프닝들을 갖는 마스크 패턴(미도시)을 형성하는 것, 마스크 패턴을 식각 마스크로 이용하여 에피택시얼층을 이방성 식각하여 트렌치들을 형성하는 것, 트렌치를 채우는 제 1 분리 절연막을 형성하는 것, 및 제 1 분리 절연막을 평탄화하여 에피택시얼층의 상부 부분들을 노출시키는 것을 포함할 수 있다. Forming the first separation insulating patterns 141 includes forming a mask pattern (not shown) having openings extending in the first direction D1 on the second mask pattern 120 and etching the mask pattern. This may include forming trenches by anisotropically etching the epitaxial layer using it as a mask, forming a first isolation insulating film to fill the trench, and planarizing the first isolation insulating film to expose upper portions of the epitaxial layer. there is.

일 예로, 제 1 분리 절연 패턴들(141)은 에피택시얼층(130)의 상부 부분들(130U) 및 소자 분리막(105)을 관통할 수 있다. 즉, 제 1 방향(D1)으로 연장되는 트렌치들을 형성할 때, 반도체 기판(100)이 노출되도록 에피택시얼층(130) 및 소자 분리막(105)이 식각될 수 있다. 이에 따라, 제 1 분리 절연 패턴들(141)은 반도체 기판(100)과 접촉할 수 있다. 일 예에서, 제 1 분리 절연 패턴들(141)의 하부면들이 소자 분리막(105)이 하부면보다 아래에 위치할 수 있다. 다른 예로, 제 1 분리 절연 패턴들(141)의 하부면들은, 도 11a 및 도 11b에 도시된 바와 같이, 소자 분리막(105)의 상부면과 하부면 사이에 위치할 수도 있다. As an example, the first isolation insulating patterns 141 may penetrate the upper portions 130U of the epitaxial layer 130 and the device isolation layer 105. That is, when forming trenches extending in the first direction D1, the epitaxial layer 130 and the device isolation layer 105 may be etched to expose the semiconductor substrate 100. Accordingly, the first separation insulating patterns 141 may contact the semiconductor substrate 100 . In one example, lower surfaces of the first isolation insulating patterns 141 may be located below the lower surface of the device isolation layer 105. As another example, the lower surfaces of the first isolation insulating patterns 141 may be located between the upper and lower surfaces of the device isolation layer 105, as shown in FIGS. 11A and 11B.

실시예들에 따르면, 제 1 분리 절연 패턴들(141)을 형성함으로써, 하나의 에피택시얼층(130)은 제 2 방향(D2)으로 서로 이격되는 복수 개의 에피택시얼 패턴들(131)로 나누어질 수 있다. 여기서, 에피택시얼 패턴들(131) 각각은 일체(single body)로 이루어질 수 있으며, 제 1 방향(D1)으로 연장되는 하부 부분 및 제 2 방향(D2)으로 연장되는 복수 개의 상부 부분들(131U)을 포함할 수 있다. 다시 말해, 각각의 에피택시얼 패턴들(131)에서, 상부 부분들(131U)이 하나의 하부 부분과 연결될 수 있다. 제 1 분리 절연 패턴들(141)은 에피택시얼 패턴들(131)의 하부 부분들(131L) 사이에 형성될 수 있으며, 에피택시얼 패턴들(131)의 하부 부분들(131L)과 나란하게 연장될 수 있다.According to embodiments, by forming the first separation insulating patterns 141, one epitaxial layer 130 is divided into a plurality of epitaxial patterns 131 spaced apart from each other in the second direction D2. You can lose. Here, each of the epitaxial patterns 131 may be formed as a single body, and may include a lower portion extending in the first direction D1 and a plurality of upper portions 131U extending in the second direction D2. ) may include. In other words, in each epitaxial pattern 131, upper portions 131U may be connected to one lower portion. The first separation insulating patterns 141 may be formed between the lower portions 131L of the epitaxial patterns 131 and are parallel to the lower portions 131L of the epitaxial patterns 131. It may be extended.

도 7a, 도 7b, 및 도 7c를 참조하면, 에피택시얼 패턴들(131)의 하부 부분들(131L)을 가로질러 제 2 방향(D2)으로 연장되는 제 2 분리 절연 패턴들(143)이 형성될 수 있다. Referring to FIGS. 7A, 7B, and 7C, second separation insulating patterns 143 extend in the second direction D2 across the lower portions 131L of the epitaxial patterns 131. can be formed.

제 2 분리 절연 패턴들(143)을 형성하는 것은, 제 2 마스크 패턴(120) 상에 제 2 방향(D2)으로 연장되는 오프닝들을 갖는 마스크 패턴을 형성하는 것, 마스크 패턴을 식각 마스크로 이용하여 제 2 마스크 패턴(120) 및 에피택시얼 패턴들(131)의 일부분들을 이방성 식각하여 트렌치들을 형성하는 것, 트렌치들 내에 제 2 분리 절연막을 채우는 것, 및 제 2 마스크 패턴(120)이 노출되도록 제 2 분리 절연막을 평탄화하는 것을 포함할 수 있다. Forming the second separation insulating patterns 143 involves forming a mask pattern having openings extending in the second direction D2 on the second mask pattern 120 and using the mask pattern as an etch mask. Anisotropically etching portions of the second mask pattern 120 and the epitaxial patterns 131 to form trenches, filling the trenches with a second isolation insulating film, and exposing the second mask pattern 120. This may include flattening the second isolation insulating film as much as possible.

다른 예로, 제 2 분리 절연 패턴들(143)을 형성하는 것은, 제 1 분리 절연 패턴들(141)을 형성하기 전에 수행될 수도 있다.As another example, forming the second separation insulating patterns 143 may be performed before forming the first separation insulating patterns 141 .

또 다른 예로, 제 2 분리 절연 패턴들(143)은 도 6a, 도 6b, 및 도 6c를 참조하여 설명된 제 1 분리 절연 패턴들(141)과 동시에 형성될 수도 있다. 이러한 경우, 에피택시얼층(130)을 형성한 후, 제 2 마스크 패턴(120) 상에 제 1 방향(D1) 및 제 2 방향(D2)으로 연장되는 오프닝들을 갖는 마스크 패턴이 형성될 수 있다. As another example, the second separation insulating patterns 143 may be formed simultaneously with the first separation insulating patterns 141 described with reference to FIGS. 6A, 6B, and 6C. In this case, after forming the epitaxial layer 130, a mask pattern having openings extending in the first direction D1 and the second direction D2 may be formed on the second mask pattern 120.

제 2 분리 절연 패턴들(143)은 에피택시얼 패턴들(131)의 하부 부분(131L)을 관통하여 반도체 기판(100)과 접촉할 수 있다. 제 2 분리 절연 패턴들(143)의 하부면은 소자 분리막(105)의 하부면들보다 아래에 위치할 수 있다. The second separation insulating patterns 143 may penetrate the lower portion 131L of the epitaxial patterns 131 and contact the semiconductor substrate 100 . The lower surfaces of the second isolation insulating patterns 143 may be positioned below the lower surfaces of the device isolation layer 105 .

실시예들에 따르면, 제 2 분리 절연 패턴들(143)을 형성함으로써, 에피택시얼 패턴들(131) 각각은 제 1 방향(D1)으로 서로 이격되는 복수 개의 핀 구조체들(133)로 나누어질 수 있다. 여기서, 핀 구조체들(133) 각각은 일체(single body)로 이루어질 수 있으며, 제 1 방향(D1)으로 연장되는 하부 부분(133L) 및 제 2 방향(D2)으로 연장되는 복수 개의 상부 부분들(133U)을 포함할 수 있다. 즉, 각각의 핀 구조체들(133)에서, 상부 부분들(133U)이 하나의 하부 부분(133L)과 연결될 수 있다. 제 2 분리 절연 패턴들(143)은 제 1 방향(D1)으로 인접하는 핀 구조체들(133)의 하부 부분들(133L) 사이에 형성될 수 있으며, 복수 개의 핀 구조체들(133)의 상부 부분들(133U)과 나란하게 연장될 수 있다. According to embodiments, by forming the second separation insulating patterns 143, each of the epitaxial patterns 131 is divided into a plurality of fin structures 133 spaced apart from each other in the first direction D1. You can. Here, each of the fin structures 133 may be formed as a single body, and may include a lower portion 133L extending in the first direction D1 and a plurality of upper portions extending in the second direction D2 ( 133U). That is, in each fin structure 133, upper portions 133U may be connected to one lower portion 133L. The second separation insulating patterns 143 may be formed between the lower portions 133L of the fin structures 133 adjacent in the first direction D1 and the upper portions of the plurality of fin structures 133. It may extend parallel to the fields 133U.

도 8a, 도 8b, 및 도 8c를 참조하면, 제 2 마스크 패턴(120)의 상부면 및 제 1 및 제 2 분리 절연 패턴들(141, 143)의 상부면들을 리세스하여, 핀 구조체들(133)의 상부 부분들(133U)의 측벽들의 일 부분들을 노출시킬 수 있다. Referring to FIGS. 8A, 8B, and 8C, the upper surface of the second mask pattern 120 and the upper surfaces of the first and second isolation insulating patterns 141 and 143 are recessed to form fin structures ( Parts of the side walls of the upper portions 133U of 133) may be exposed.

일 예에서, 제 1 및 제 2 분리 절연 패턴들(141, 143)은 제 2 마스크 패턴(120)에 대해 식각 선택성을 갖는 절연 물질로 형성될 수 있다. 이러한 경우, 핀 구조체들(133)의 상부 부분들(133U)의 측벽들을 노출시키는 리세스 공정은, 제 1 및 제 2 분리 절연 패턴들(141, 143)의 상부면들을 리세스하는 식각 공정 및 제 2 마스크 패턴(120)의 상부면을 리세스하는 식각 공정이 차례로 수행될 수 있다. 다른 예로, 제 1 및 제 2 분리 절연 패턴들(141, 143)의 상부면들과 제 2 마스크 패턴(120)의 상부면은 동시에 식각될 수도 있다. In one example, the first and second separation insulating patterns 141 and 143 may be formed of an insulating material that has etch selectivity with respect to the second mask pattern 120 . In this case, the recess process of exposing the side walls of the upper portions 133U of the fin structures 133 includes an etching process of recessing the upper surfaces of the first and second isolation insulating patterns 141 and 143, and An etching process to recess the upper surface of the second mask pattern 120 may be sequentially performed. As another example, the top surfaces of the first and second isolation insulating patterns 141 and 143 and the top surface of the second mask pattern 120 may be etched simultaneously.

실시예들에서, 리세스된 제 1 및 제 2 분리 절연 패턴들(141, 143) 및 리세스된 제 2 마스크 패턴(121)은 핀 구조체들(133)의 하부 부분들(133L) 상에서 핀 구조체들(133)의 상부 부분들(133U)의 일부분들을 둘러쌀 수 있다. In embodiments, the recessed first and second isolation insulating patterns 141 and 143 and the recessed second mask pattern 121 are formed on the lower portions 133L of the fin structures 133. The fields 133 may surround portions of the upper portions 133U.

도 9a, 도 9b, 및 도 9c를 참조하면, 핀 구조체들(133)의 상부 부분들(133U)을 가로지르는 게이트 절연막(151), 및 게이트 전극(153)이 형성될 수 있다.Referring to FIGS. 9A, 9B, and 9C, a gate insulating film 151 and a gate electrode 153 may be formed across the upper portions 133U of the fin structures 133.

실시예들에 따르면, 게이트 전극(153)은 핀 구조체들(133)의 하부 부분들(133L)과 나란하게 제 1 방향(D1)으로 연장될 수 있다. 게이트 절연막(151) 및 게이트 전극들(153)은, 평면적 관점에서 핀 구조체들(133)의 하부 부분들(133L)과 중첩될 수 있다. 즉, 핀 구조체들(133)의 하부 부분들(133L)은 게이트 전극(153) 아래에서 제 1 방향(D1)으로 이격되어 배치될 수 있다. 실시예들에서, 게이트 전극(153)은 핀 구조체들(133)의 하부 부분들(133L)의 폭보다 작거나 같은 수 있다. According to embodiments, the gate electrode 153 may extend in the first direction D1 parallel to the lower portions 133L of the fin structures 133. The gate insulating film 151 and the gate electrodes 153 may overlap lower portions 133L of the fin structures 133 in a plan view. That is, the lower portions 133L of the fin structures 133 may be arranged to be spaced apart from each other in the first direction D1 under the gate electrode 153. In embodiments, the gate electrode 153 may be less than or equal to the width of the lower portions 133L of the fin structures 133.

게이트 절연막(151)은, 예를 들어, 하프늄 산화물, 하프늄 실리케이트, 지르코늄 산화물, 또는 지르코늄 실리케이트와 같은 고유전막으로 형성될 수 있다. 게이트 절연막(151)은 원자층 증착 기술을 사용하여 형성될 수 있으며, 핀 구조체들(133)의 상부 부분들(133U)의 표면들을 컨포말하게 덮을 수 있다. 다른 예로, 게이트 절연막(151)은 리세스된 제 2 마스크 패턴(121)에 의해 노출된 핀 구조체들(133)의 상부 부분들(133U)의 표면들을 열산화하여 형성될 수도 있다. The gate insulating layer 151 may be formed of a high-k dielectric layer such as hafnium oxide, hafnium silicate, zirconium oxide, or zirconium silicate. The gate insulating layer 151 may be formed using atomic layer deposition technology and may conformally cover the surfaces of the upper portions 133U of the fin structures 133. As another example, the gate insulating layer 151 may be formed by thermally oxidizing the surfaces of the upper portions 133U of the fin structures 133 exposed by the recessed second mask pattern 121.

게이트 전극(153)은, 예를 들어, 불순물이 도우프된 폴리실리콘막, 언도우프된 폴리실리콘막, 실리콘 게르마늄막, 또는 실리콘 카바이드막으로 형성될 수 있다. 다른 예로, 게이트 전극들은, 도펀트로 도핑된 반도체 물질(ex, 도핑된 실리콘 등), 금속(ex, 텅스텐, 알루미늄, 티타늄 및/또는 탄탈륨), 도전성 금속 질화물(ex, 티타늄 질화물, 탄탈륨 질화물 및/또는 텅스텐 질화물) 및 금속-반도체 화합물(ex, 금속 실리사이드) 중에서 적어도 하나를 포함할 수 있다.The gate electrode 153 may be formed, for example, of a polysilicon film doped with impurities, an undoped polysilicon film, a silicon germanium film, or a silicon carbide film. As another example, the gate electrodes may be made of a semiconductor material doped with a dopant (e.g., doped silicon, etc.), a metal (e.g., tungsten, aluminum, titanium, and/or tantalum), or a conductive metal nitride (e.g., titanium nitride, tantalum nitride, and/or or tungsten nitride) and a metal-semiconductor compound (ex, metal silicide).

게이트 전극(153)을 형성한 후, 게이트 전극(153)의 양측벽들에 게이트 스페이서들(155)이 형성될 수 있다. 게이트 스페이서들을 형성하는 것은, 게이트 전극(153)을 컨포말하게 덮는 게이트 스페이서막을 형성하는 것, 게이트 스페이서막을 전면 이방성 식각하는 것을 포함할 수 있다. After forming the gate electrode 153, gate spacers 155 may be formed on both walls of the gate electrode 153. Forming the gate spacers may include forming a gate spacer film conformally covering the gate electrode 153 and anisotropically etching the entire gate spacer film.

도 10a, 도 10b, 및 도 10c를 참조하면, 게이트 전극(153) 양측에서 핀 구조체들(133)의 상부 부분들(133U) 내에 소오스 및 드레인 영역들(160)이 형성될 수 있다. Referring to FIGS. 10A, 10B, and 10C, source and drain regions 160 may be formed in the upper portions 133U of the fin structures 133 on both sides of the gate electrode 153.

일 예에 따르면, 소오스 및 드레인 영역들(160)을 형성하는 것은, 게이트 전극(153) 양측에서 핀 구조체들(133)의 상부 부분들(133U)의 일부분들을 식각하는 것, 및 에피택시얼층을 형성하는 것을 포함할 수 있다. 여기서, 에피택시얼층은 전계효과 트랜지스터의 채널 영역에서 인장성 또는 압축성 스트레인(tensile or compressive strain)을 제공하는 반도체 물질로 이루어질 수 있다. 예를 들어, NMOS 전계효과 트랜지스터들을 형성하는 경우, 에피택셜층은 실리콘 카바이드(SiC)로 이루어질 수 있다. 이와 달리, PMOS 전계효과 트랜지스터들을 형성하는 경우, 에피택셜층은 실리콘 게르마늄(SiGe)로 이루어질 수 있다. 한편, 도면에는 도시되지 않았으나, 소오스 및 드레인 전극들의 표면에 니켈 실리사이드, 코발트 실리사이드, 텅스텐 실리사이드, 티타늄 실리사이드, 니오븀 실리사이드, 또는 탄탈룸 실리사이드와 같은 실리사이드막이 형성될 수도 있다. According to one example, forming the source and drain regions 160 includes etching portions of the upper portions 133U of the fin structures 133 on both sides of the gate electrode 153, and forming the epitaxial layer. It may include forming a . Here, the epitaxial layer may be made of a semiconductor material that provides tensile or compressive strain in the channel region of the field effect transistor. For example, when forming NMOS field effect transistors, the epitaxial layer may be made of silicon carbide (SiC). In contrast, when forming PMOS field effect transistors, the epitaxial layer may be made of silicon germanium (SiGe). Meanwhile, although not shown in the drawing, a silicide film such as nickel silicide, cobalt silicide, tungsten silicide, titanium silicide, niobium silicide, or tantalum silicide may be formed on the surfaces of the source and drain electrodes.

다른 예에 따르면, 소오스 및 드레인 영역들(160)을 형성하는 것은, 게이트 전극(153)을 이온 주입 마스크로 이용하여 핀 구조체들(133)의 상부 부분들(133U) 내에 n형 또는 p형의 불순물들을 이온 주입하는 것을 포함할 수 있다. According to another example, forming the source and drain regions 160 uses the gate electrode 153 as an ion implantation mask to form n-type or p-type ions in the upper portions 133U of the fin structures 133. It may include ion implantation of impurities.

소오스 및 드레인 영역들(160)을 형성한 후, 게이트 전극(153) 및 소오스 및 드레인 영역들(160)을 덮는 제 1 층간 절연막(165)이 형성될 수 있다. 일 예로, 제 1 층간 절연막(165)은 게이트 전극들(153) 사이를 채우되 게이트 전극들(153)의 상부면들을 노출시킬 수 있다. After forming the source and drain regions 160, a first interlayer insulating film 165 may be formed covering the gate electrode 153 and the source and drain regions 160. As an example, the first interlayer insulating film 165 may fill the space between the gate electrodes 153 and expose the upper surfaces of the gate electrodes 153.

일부 실시예들에 따르면, 제 1 층간 절연막(165)들을 형성한 후, 게이트 전극들(153)을 금속 게이트 전극(170)으로 대체하는 공정들이 수행될 수 있다. 상세하게, 금속 게이트 전극(170)을 형성하는 것은, 게이트 전극(153)을 제거하여 게이트 스페이서들(155) 사이에 게이트 영역을 형성하는 것 및 게이트 영역들 내에 게이트 유전막(171), 배리어 금속막(173), 및 금속막(175)을 차례로 형성하는 것을 포함할 수 있다. According to some embodiments, after forming the first interlayer insulating films 165, processes may be performed to replace the gate electrodes 153 with metal gate electrodes 170. In detail, forming the metal gate electrode 170 involves removing the gate electrode 153 to form a gate region between the gate spacers 155 and forming a gate dielectric film 171 and a barrier metal film within the gate regions. It may include sequentially forming (173) and a metal film (175).

게이트 유전막(171)은 하프늄 산화물, 하프늄 실리케이트, 지르코늄 산화물, 또는 지르코늄 실리케이트와 같은 고유전막으로 형성될 수 있다. 배리어 금속막(173)은 소정의 일함수를 갖는 도전성 물질로 형성될 수 있으며, 예를 들어, 티타늄질화물, 탄탈늄질화물, 텅스텐질화물, 하프늄질화물, 및 지르코늄질화물과 같은 금속 질화막으로 형성될 수 있다. 금속막(175)은 배리어 금속막보다 낮은 비저항을 갖는 물질들 중의 하나로 형성될 수 있다. 금속막(175)은, 예를 들어, 텅스텐, 구리, 하프늄, 지르코늄, 티타늄, 탄탈륨, 알루미늄, 루테늄, 팔라듐, 백금, 코발트, 니켈 및 도전성 금속 질화물들 중에서 선택된 어느 하나 또는 이들의 조합으로 형성될 수 있다. The gate dielectric layer 171 may be formed of a high dielectric layer such as hafnium oxide, hafnium silicate, zirconium oxide, or zirconium silicate. The barrier metal film 173 may be formed of a conductive material having a predetermined work function, for example, a metal nitride film such as titanium nitride, tantalum nitride, tungsten nitride, hafnium nitride, and zirconium nitride. . The metal film 175 may be formed of one of materials having a lower resistivity than the barrier metal film. The metal film 175 may be formed of, for example, one or a combination of tungsten, copper, hafnium, zirconium, titanium, tantalum, aluminum, ruthenium, palladium, platinum, cobalt, nickel, and conductive metal nitride. You can.

이와 같이, 금속 게이트 전극(170)들을 형성한 후, 제 1 층간 절연막(165) 상에 금속 게이트 전극(170)들의 상부면들을 덮는 제 2 층간 절연막(180)이 형성될 수 있다. In this way, after forming the metal gate electrodes 170, the second interlayer insulating film 180 may be formed on the first interlayer insulating film 165 to cover the upper surfaces of the metal gate electrodes 170.

도 12는 본 발명의 실시예들에 따른 반도체 장치의 구조적 특징들을 예시적으로 도시하는 사시도이다. 도 13은 본 발명의 실시예들에 따른 반도체 장치의 핀 구조체를 나타내는 사시도이다. 설명의 간략함을 위해, 도 1a 내지 도 10a, 및 도 1b 내지 도 10b, 및 도 1c 내지 도 10c를 참조하여 앞서 설명된 제조 방법에서와 동일한 기술적 특징들에 대한 설명은 생략될 수 있다.FIG. 12 is a perspective view illustrating structural features of a semiconductor device according to embodiments of the present invention. 13 is a perspective view showing a fin structure of a semiconductor device according to embodiments of the present invention. For simplicity of description, description of the same technical features as in the manufacturing method described above with reference to FIGS. 1A to 10A, 1B to 10B, and 1C to 10C may be omitted.

도 12 및 도 13을 참조하면, 반도체 기판(100) 상에 복수 개의 핀 구조체들(133)이 서로 이격되어 배치될 수 있다. 일 예로, 핀 구조체들(133)은 서로 교차하는 제 1 방향(D1) 및 제 2 방향(D2)에서 서로 이격되어 배치될 수 있다. Referring to FIGS. 12 and 13 , a plurality of fin structures 133 may be arranged to be spaced apart from each other on the semiconductor substrate 100 . As an example, the fin structures 133 may be arranged to be spaced apart from each other in the first direction D1 and the second direction D2 that intersect each other.

실시예들에 따르면, 반도체 기판(100)은 제 1 반도체 물질로 이루어질 수 있으며, 핀 구조체들(133)은 제 1 반도체 물질과 다른 격자 상수를 갖는 제 2 반도체 물질로 이루어질 수 있다. 일 예로, 제 2 반도체 물질은 제 1 반도체 물질보다 큰 격자 상수를 가질 수 있다. 제 1 및 제 2 반도체 물질들은 예를 들어, 실리콘(Si), 게르마늄(Ge), 실리콘 게르마늄(SiGe), 갈륨비소(GaAs), 인듐갈륨비소(InGaAs), 알루미늄갈륨비소(AlGaAs), 또는 이들의 혼합물 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.According to embodiments, the semiconductor substrate 100 may be made of a first semiconductor material, and the fin structures 133 may be made of a second semiconductor material having a lattice constant different from the first semiconductor material. As an example, the second semiconductor material may have a lattice constant greater than that of the first semiconductor material. The first and second semiconductor materials are, for example, silicon (Si), germanium (Ge), silicon germanium (SiGe), gallium arsenide (GaAs), indium gallium arsenide (InGaAs), aluminum gallium arsenide (AlGaAs), or these. It may include at least one of a mixture of.

실시예들에 따르면, 핀 구조체들(133) 각각은 반도체 기판(100) 상에서 제 1 방향(D1)으로 연장되는 하부 부분(133L) 및 하부 부분으로부터 돌출되며 제 1 방향(D1)과 교차하는 제 2 방향(D2)으로 연장되는 복수 개의 상부 부분들(133U)을 포함할 수 있다. 여기서, 제 1 방향(D1)은 [110] 결정 방향일 수 있으며, 제 2 방향(D2)은 제 1 방향(D1)에 수직하는 [1-10]결정 방향일 수 있다. According to embodiments, each of the fin structures 133 includes a lower portion 133L extending in the first direction D1 on the semiconductor substrate 100 and a second portion protruding from the lower portion and intersecting the first direction D1. It may include a plurality of upper portions 133U extending in two directions D2. Here, the first direction D1 may be a [110] crystal direction, and the second direction D2 may be a [1-10] crystal direction perpendicular to the first direction D1.

보다 상세하게, 도 13을 참조하면, 각각의 핀 구조체들(133)에서, 하부 부분(133L)은 제 1 방향(D1)으로 제 1 길이(L1)를 가지며, 제 2 방향(D2)으로 제 1 폭(W1)을 가질 수 있다. 그리고, 하부 부분(133L)은 제 1 폭(W1)의 약 2배보다 큰 제 1 높이(H1)를 가질 수 있다. 또한, 하부 부분(133L)의 제 1 길이(L1)는 제 1 높이(H1)보다 클 수 있다. In more detail, referring to FIG. 13, in each of the fin structures 133, the lower portion 133L has a first length L1 in the first direction D1 and a first length L1 in the second direction D2. It can have a width of 1 (W1). Additionally, the lower portion 133L may have a first height H1 that is approximately twice the first width W1. Additionally, the first length L1 of the lower portion 133L may be greater than the first height H1.

각각의 핀 구조체들(133)에서, 상부 부분들(133U) 각각은 제 1 방향(D1)으로 제 1 폭(W1)보다 작은 제 2 폭(W2)을 가질 수 있으며, 제 2 방향(D2)으로 제 2 길이(L2)를 가질 수 있다. 그리고, 상부 부분들(133U)은 제 2 폭(W2)의 약 2배 보다 큰 제 2 높이(H2)를 가질 수 있다. In each of the fin structures 133, each of the upper portions 133U may have a second width W2 that is smaller than the first width W1 in the first direction D1, and It may have a second length (L2). Additionally, the upper portions 133U may have a second height H2 that is approximately twice the second width W2.

실시예들에서, 핀 구조체들(133) 각각은 일체(single body)로 이루어질 수 있다. 다시 말해, 각 핀 구조체(133)의 하부 부분(133L)과 상부 부분들(133U) 사이에 경계면이 존재하지 않을 수 있다. 핀 구조체들(133) 각각에서, 하부 부분(133L)은 반도체 기판(100)의 상부면에 경사진 방향으로 전파된 결정 결함들을 가질 수 있다. 예를 들어, (111) 결정면에서 제 2 방향(D2)으로 전파되는 결정 결함들(130a)과 제 1 방향(D1)으로 전파되는 결정 결함들(130b)을 포함할 수 있다. 여기서, 제 2 방향(D2)으로 전파되는 결정 결함들은 각 핀 구조체(133)의 상부 부분들(133U) 사이에 배치되는 마스크 패턴에 의해, 상부 부분들(133U)로의 전파는 차단될 수 있다. 이에 따라, 핀 구조체들(133)의 상부 부분들(133U)은 결정 결함들이 없는(defect-free) 제 2 반도체 물질로 이루어질 수 있다. In embodiments, each of the fin structures 133 may be formed as a single body. In other words, there may be no boundary between the lower portion 133L and the upper portions 133U of each fin structure 133. In each of the fin structures 133, the lower portion 133L may have crystal defects propagated in an oblique direction to the upper surface of the semiconductor substrate 100. For example, it may include crystal defects 130a propagating in the second direction D2 and crystal defects 130b propagating in the first direction D1 in the (111) crystal plane. Here, crystal defects propagating in the second direction D2 may be blocked from propagating to the upper portions 133U of each fin structure 133 by the mask pattern disposed between the upper portions 133U. Accordingly, the upper portions 133U of the fin structures 133 may be made of a defect-free second semiconductor material.

도 10a, 도 10b, 및 도 10c와 도 12를 참조하면, 제 2 방향(D2)으로 인접하는 핀 구조체들(133)의 하부 부분들(133L)은 제 1 거리(S1)만큼 서로 이격될 수 있으며, 상부 부분들(133U)은 제 1 거리(S1)보다 작은 제 2 거리(S2)만큼 서로 이격될 수 있다. 10A, 10B, and 10C and 12, the lower portions 133L of the fin structures 133 adjacent in the second direction D2 may be spaced apart from each other by a first distance S1. The upper portions 133U may be spaced apart from each other by a second distance S2 that is smaller than the first distance S1.

소자 분리막(105)이 제 2 방향(D2)으로 인접하는 핀 구조체들(133)의 하부 부분들(133L) 사이에 배치될 수 있다. 제 1 분리 절연 패턴(141)이 제 2 방향(D2)으로 인접하는 핀 구조체들(133)의 상부 부분들(133U) 사이에 배치될 수 있으며, 제 1 분리 절연 패턴(141)의 상부면은 핀 구조체들(133)의 상부 부분들(133U)의 상부면들보다 아래에 위치할 수 있다. The device isolation layer 105 may be disposed between lower portions 133L of adjacent fin structures 133 in the second direction D2. The first separation insulating pattern 141 may be disposed between the upper portions 133U of adjacent fin structures 133 in the second direction D2, and the upper surface of the first separation insulating pattern 141 may be It may be located below the upper surfaces of the upper portions 133U of the fin structures 133.

제 1 방향(D1)으로 인접하는 핀 구조체들(133)의 하부 부분들(133L)은 제 3 거리(S3)만큼 이격될 수 있으며, 제 1 방향(D1)으로 인접하는 핀 구조체들(133)의 상부 부분들(133U)은 제 3 거리(S3)보다 큰 제 4 거리(S4)만큼 이격될 수 있다. The lower portions 133L of the fin structures 133 adjacent in the first direction D1 may be spaced apart by a third distance S3, and the fin structures 133 adjacent in the first direction D1 may be spaced apart from each other by a third distance S3. The upper portions 133U may be spaced apart by a fourth distance S4 that is greater than the third distance S3.

제 2 분리 절연 패턴이 제 1 방향(D1)으로 인접하는 핀 구조체들(133)의 하부 부분들(133L) 사이에 배치될 수 있으며, 제 2 분리 절연 패턴(143)의 상부면은 핀 구조체들(133)의 상부 부분들(133U)의 상부면들보다 아래에 위치할 수 있다. A second separation insulating pattern may be disposed between lower portions 133L of adjacent fin structures 133 in the first direction D1, and the upper surface of the second separation insulating pattern 143 may be disposed between the fin structures 133L. It may be located below the upper surfaces of the upper portions (133U) of (133).

다시, 도 12를 참조하면, 금속 게이트 전극(170)이 제 1 방향(D1)으로 이격된 핀 구조체들(133)의 상부 부분들(133U)을 가로질러 배치될 수 있다. 그리고, 금속 게이트 전극(170)은 평면적 관점에서, 제 1 방향(D1)으로 이격된 핀 구조체들(133)의 하부 부분들(133L)과 중첩될 수 있다. 다시 말해, 제 1 방향(D1)에서 인접하는 핀 구조체들(133)의 하부 부분들(133L)이 금속 게이트 전극(170) 아래에서 서로 이격될 수 있다. Referring again to FIG. 12 , the metal gate electrode 170 may be disposed across the upper portions 133U of the fin structures 133 spaced apart in the first direction D1. In addition, the metal gate electrode 170 may overlap the lower portions 133L of the fin structures 133 spaced apart in the first direction D1 from a plan view. In other words, the lower portions 133L of the fin structures 133 adjacent in the first direction D1 may be spaced apart from each other under the metal gate electrode 170.

게이트 절연막은 금속 게이트 전극(170)과 핀 구조체(133)의 상부 부분들(133U) 사이에 배치될 수 있으며, 균일한 두께를 가지며 상부 부분들(133U)의 표면들을 덮을 수 있다. 금속 게이트 전극(170)의 양측에서 각 핀 구조체(133)의 상부 부분들(133U) 상에 소오스 및 드레인 영역들(160)이 제공될 수 있다. The gate insulating film may be disposed between the metal gate electrode 170 and the upper portions 133U of the fin structure 133, and may have a uniform thickness and cover the surfaces of the upper portions 133U. Source and drain regions 160 may be provided on the upper portions 133U of each fin structure 133 on both sides of the metal gate electrode 170.

도 14a, 도 14b, 도 15a 및 도 15b는 본 발명의 다양한 실시예들에 따른 반도체 장치를 설명하기 위한 도면들로서, 도 14b는 도 14a의 III-III' 선을 따라 자른 단면을 도시하며, 도 15b는 도 15a의 III-III' 선을 따라 자른 단면을 도시한다. 설명의 간략함을 위해, 앞서 설명된 제조 방법에서와 동일한 기술적 특징들에 대한 설명은 생략될 수 있다.FIGS. 14A, 14B, 15A, and 15B are diagrams for explaining semiconductor devices according to various embodiments of the present invention. FIG. 14B shows a cross-section taken along line III-III' of FIG. 14A, and FIG. 15b shows a cross section taken along line III-III' in FIG. 15a. For simplicity of explanation, description of the same technical features as in the previously described manufacturing method may be omitted.

도 14a 및 도 14b를 참조하면, 핀 구조체들(133)이 반도체 기판(100) 상에서 제 1 방향(D1) 및 제 2 방향(D2)으로 서로 이격되어 배치될 수 있다. 이 실시예에 따르면, 제 1 방향(D1)으로 인접하는 핀 구조체들(133) 간의 간격이 서로 달라질 수 있다. 즉, 제 2 방향(D2)으로 연장되는 제 2 분리 절연 패턴들(143a, 143b)의 폭이 서로 다를 수 있다. Referring to FIGS. 14A and 14B , the fin structures 133 may be arranged to be spaced apart from each other in the first direction D1 and the second direction D2 on the semiconductor substrate 100 . According to this embodiment, the spacing between adjacent fin structures 133 in the first direction D1 may be different. That is, the widths of the second separation insulating patterns 143a and 143b extending in the second direction D2 may be different from each other.

일부 실시예들에 따르면, 핀 구조체들(133)에서, 하부 부분(133L)으로부터 돌출되는 상부 부분들(133U)의 개수가 서로 다를 수 있다. 다시 말해, 핀 구조체들(133) 중 어느 하나에서 상부 부분들(133U)의 개수는 다른 하나에서 상부 부분들(133U)의 개수와 다를 수 있다.According to some embodiments, in the fin structures 133, the number of upper portions 133U protruding from the lower portion 133L may be different. In other words, the number of upper portions 133U in one of the fin structures 133 may be different from the number of upper portions 133U in the other fin structure 133.

도 15a 및 도 15b를 참조하면, 반도체 기판(100)은 제 1 영역(R1) 및 제 2 영역(R2)을 포함 할 수 있다. 복수 개의 핀 구조체들(133)이 제 1 및 제 2 영역들(R1, R2) 각각에서 제 1 방향(D1) 및 제 1 방향(D1)에 교차하는 제 2 방향(D2)으로 서로 이격될 수 있다. Referring to FIGS. 15A and 15B , the semiconductor substrate 100 may include a first region (R1) and a second region (R2). A plurality of fin structures 133 may be spaced apart from each other in the first direction D1 and a second direction D2 crossing the first direction D1 in each of the first and second regions R1 and R2. there is.

일 예에서, 소자 분리막(105)이 제 1 방향(D1)으로 제 1 영역(R1)의 핀 구조체들(133)과 제 2 영역(R2)의 핀 구조체들(133) 사이에 배치될 수 있다. 제 1 및 제 2 영역들(R1, R2) 각각에서, 제 1 방향(D1)으로 인접하는 핀 구조체들(133)의 하부 부분들(133L)은 제 2 분리 절연 패턴(143)에 의해 제 1 거리만큼 이격될 수 있다. 그리고, 제 1 방향(D1)으로 인접하는 제 1 및 제 2 영역들(R1, R2)의 핀 구조체들(133)의 하부 부분들(133L)은 소자 분리막(105)에 의해 제 2 거리만큼 이격될 수 있다. 여기서 제 2 거리는 제 1 거리보다 클 수 있다. In one example, the device isolation layer 105 may be disposed between the fin structures 133 in the first region R1 and the fin structures 133 in the second region R2 in the first direction D1. . In each of the first and second regions R1 and R2, the lower portions 133L of the fin structures 133 adjacent to each other in the first direction D1 are separated from the first by the second separation insulating pattern 143. They can be separated by distance. In addition, the lower portions 133L of the fin structures 133 of the first and second regions R1 and R2 adjacent in the first direction D1 are spaced apart by a second distance by the device isolation layer 105. It can be. Here, the second distance may be greater than the first distance.

금속 게이트 전극들(170)은 제 1 및 제 2 영역들(R1, R2)을 가로질러 배치될 수 있으며, 제 1 및 제 2 영역들(R1, R2)의 핀 구조체들(133)의 상부 부분들(133U)을 가로지를 수 있다. The metal gate electrodes 170 may be disposed across the first and second regions R1 and R2, and in the upper portions of the fin structures 133 of the first and second regions R1 and R2. You can cross the field (133U).

도 16 및 도 17은 본 발명의 다양한 실시예들에 따른 반도체 장치를 도시한다. 설명의 간략함을 위해, 앞서 설명된 제조 방법에서와 동일한 기술적 특징들에 대한 설명은 생략될 수 있다. 16 and 17 illustrate semiconductor devices according to various embodiments of the present invention. For simplicity of explanation, description of the same technical features as in the previously described manufacturing method may be omitted.

도 16 및 도 17을 참조하면, 반도체 기판(100)은 제 1 영역(R1) 및 제 2 영역(R2)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제 1 영역(R1)은 NMOS 전계 효과 트랜지스터들이 형성되는 영역일 수 있으며, 제 2 영역(R2)은 PMOS 전계 효과 트랜지스터들이 형성되는 영역일 수 있다.Referring to FIGS. 16 and 17 , the semiconductor substrate 100 may include a first region (R1) and a second region (R2). For example, the first region R1 may be a region where NMOS field effect transistors are formed, and the second region R2 may be a region where PMOS field effect transistors are formed.

실시예들에 따르면, 제 1 영역(R1)의 반도체 기판(100) 상에 제 1 핀 구조체(133N)가 배치될 수 있으며, 제 2 영역(R2)의 반도체 기판(100) 상에 제 2 핀 구조체(133P)가 배치될 수 있다. 일 예로, 제 1 핀 구조체(133N)와 제 2 핀 구조체(133P)는 제 1 방향(D1)으로 서로 이격될 수 있다. According to embodiments, a first fin structure 133N may be disposed on the semiconductor substrate 100 in the first region R1, and a second fin may be disposed on the semiconductor substrate 100 in the second region R2. The structure 133P may be disposed. For example, the first fin structure 133N and the second fin structure 133P may be spaced apart from each other in the first direction D1.

도 16에 도시된 실시예에 따르면, 제 1 핀 구조체(133N)는, 앞서 설명한 바와 같이, 제 1 방향(D1)으로 연장되는 하부 부분(133L) 및 하부 부분(133L)으로부터 돌출되어 제 2 방향(D2)으로 연장되는 상부 부분들(133U)을 포함할 수 있다. 제 1 핀 구조체(133N)는 일체의 에피택시얼 물질로 이루어질 수 있으며, 반도체 기판(100)과 다른 격자 상수를 가질 수 있다. 일 예에 따르면, 반도체 기판(100)은 실리콘(Si)으로 이루어지고, 제 1 핀 구조체(133N)는 실리콘 게르마늄(Si1-xGex)으로 이루어질 수 있다. According to the embodiment shown in FIG. 16, the first fin structure 133N has a lower portion 133L extending in the first direction D1 and protruding from the lower portion 133L in the second direction, as described above. It may include upper portions 133U extending to (D2). The first fin structure 133N may be made of any epitaxial material and may have a lattice constant different from that of the semiconductor substrate 100. According to one example, the semiconductor substrate 100 may be made of silicon (Si), and the first fin structure 133N may be made of silicon germanium (Si1-xGex).

제 2 핀 구조체(FS)는 반도체 기판(100) 상의 버퍼 패턴(133P) 및 버퍼 패턴(133P) 상의 채널 패턴들(137)을 포함할 수 있다. 제 2 핀 구조체(FS)의 버퍼 패턴(133P)은 일체의 에피택시얼층일 수 있다. 즉, 버퍼 패턴(133P)은, 제 1 핀 구조체(133N)와 유사하게, 제 1 방향(D1)으로 연장되는 하부 부분(133L) 및 하부 부분(133L)으로부터 돌출되어 제 2 방향(D2)으로 연장되는 상부 부분들(133U)을 포함할 수 있다. 제 2 핀 구조체(FS)에서 버퍼 패턴(133P)의 상부 부분들(133U)의 상부면들은 제 1 핀 구조체(133N)의 상부 부분들(133U)의 상부면들보다 아래에 위치할 수 있다. 그리고, 채널 패턴들(137)의 상부면들은 제 1 핀 구조체(133N)의 상부 부분들(133U)의 상부면들과 실질적으로 공면을 이룰 수 있다. The second fin structure FS may include a buffer pattern 133P on the semiconductor substrate 100 and channel patterns 137 on the buffer pattern 133P. The buffer pattern 133P of the second fin structure FS may be an integrated epitaxial layer. That is, similar to the first fin structure 133N, the buffer pattern 133P has a lower portion 133L extending in the first direction D1 and protruding from the lower portion 133L in the second direction D2. It may include extending upper portions 133U. In the second fin structure FS, the upper surfaces of the upper portions 133U of the buffer pattern 133P may be positioned below the upper surfaces of the upper portions 133U of the first fin structure 133N. Additionally, the upper surfaces of the channel patterns 137 may be substantially coplanar with the upper surfaces of the upper portions 133U of the first fin structure 133N.

일 예로, 제 2 핀 구조체(FS)의 버퍼 패턴(133P)은 제 1 핀 구조체(133N)와 동일한 반도체 물질로 이루어질 수 있다. 제 2 핀 구조체(FS)의 채널 패턴들(135)은 버퍼 패턴(133P)의 상부 부분들(133U) 상에 배치되며, 버퍼 패턴(133P)과 에너지 밴드 갭 차이를 갖는 물질로 이루어질 수 있다. 일 예로, 채널 패턴들(135)은 Si 또는 Ge로 이루어질 수 있다. 다른 예로, 버퍼 패턴(133P)은 Si1-xGex으로 이루어질 수 있으며, 채널 패턴들(135)은 Si1-yGey(여기서, y>x)이루어 질 수 있다. 또 다른 예로, 버퍼 패턴(133P) 및 채널 패턴들(135)은 III-V족 화합물로 이루어지되, 서로 에너지 밴드 갭이 다를 수 있다. 일 예에 따르면, 제 2 핀 구조체(FS)의 채널 패턴들(137)은 버퍼 패턴(133P)의 상부 부분들(133U)의 상부면들을 씨드로 이용한 선택적 에피택시얼 성장 공정을 이용하여 형성될 수 있다. 그리고, 버퍼 패턴(133P)의 상부 부분들(133U)과 채널 패턴들(137) 사이에 경계면이 존재할 수 있다. 실시예들에 따르면, 버퍼 패턴(133P)의 상부 부분들(133U)은 결정 결함들이 없는 반도체 물질로 이루어지므로, 채널 패턴들(137) 내의 결정 결함들이 감소될 수 있다. For example, the buffer pattern 133P of the second fin structure FS may be made of the same semiconductor material as that of the first fin structure 133N. The channel patterns 135 of the second fin structure FS are disposed on the upper portions 133U of the buffer pattern 133P, and may be made of a material having an energy band gap difference from that of the buffer pattern 133P. As an example, the channel patterns 135 may be made of Si or Ge. As another example, the buffer pattern 133P may be made of Si1-xGex, and the channel patterns 135 may be made of Si1-yGey (where y>x). As another example, the buffer pattern 133P and the channel patterns 135 are made of a group III-V compound, but their energy band gaps may be different from each other. According to one example, the channel patterns 137 of the second fin structure FS may be formed using a selective epitaxial growth process using the upper surfaces of the upper portions 133U of the buffer pattern 133P as seeds. You can. Additionally, an interface may exist between the upper portions 133U of the buffer pattern 133P and the channel patterns 137. According to embodiments, the upper portions 133U of the buffer pattern 133P are made of a semiconductor material without crystal defects, so crystal defects in the channel patterns 137 may be reduced.

도 17에 도시된 실시예에 따르면, 제 1 핀 구조체(FS1)는 제 1 버퍼 패턴(133N) 및 제 1 채널 패턴들(137)을 포함할 수 있으며, 제 2 핀 구조체(FS2)는 제 2 버퍼 패턴(133P) 및 제 2 채널 패턴들(135)을 포함할 수 있다. 여기서, 제 1 및 제 2 버퍼 패턴들(133N, 133P) 각각은, 앞서 설명한 바와 같이, 일체의 반도체 물질로 이루어질 수 있으며, 제 1 방향(D1)으로 연장되는 하부 부분(133L) 및 하부 부분(133L)으로부터 돌출되어 제 2 방향(D2)으로 연장되는 상부 부분들(133U)을 포함할 수 있다. According to the embodiment shown in FIG. 17, the first fin structure FS1 may include a first buffer pattern 133N and first channel patterns 137, and the second fin structure FS2 may include a second It may include a buffer pattern 133P and second channel patterns 135. Here, each of the first and second buffer patterns 133N and 133P may be made of an integrated semiconductor material, as described above, and may include a lower portion 133L extending in the first direction D1 and a lower portion ( It may include upper portions 133U that protrude from 133L and extend in the second direction D2.

제 1 채널 패턴들(137)은 제 1 버퍼 패턴(133N)과 에너지 밴드 갭 차이를 갖는 물질로 형성될 수 있다. 일 예에서, 제 1 버퍼 패턴(133N)이 Si1 - xGex으로 이루어질 수 있으며, 제 1 채널 패턴들(137)은 Si1 - yGey (여기서, x>y)으로 이루어질 수 있다. 또 다른 예로, 제 1 버퍼 패턴(133N)이은 In1 - xGaxAs으로 이루어질 수 있으며, 제 1 채널 패턴들(137)은 In1 - yGayAs (여기서, x<y)으로 이루어질 수 있다. 실시예들에 따르면, 제 1 채널 패턴들(137)은 제 1 버퍼 패턴(133N)의 상부 부분들(133U)의 상부면으로부터 성장된 에피택시얼 물질로 이루어질 수 있다. The first channel patterns 137 may be formed of a material having an energy band gap difference from the first buffer pattern 133N. In one example, the first buffer pattern 133N may be made of Si 1 - x Ge x , and the first channel patterns 137 may be made of Si 1 - y Ge y. (Here, x>y). As another example, the first buffer pattern 133N may be made of In 1 - x Ga x As, and the first channel patterns 137 may be made of In 1 - y Ga y As (where x < y). there is. According to embodiments, the first channel patterns 137 may be made of an epitaxial material grown from the upper surfaces of the upper portions 133U of the first buffer pattern 133N.

제 2 채널 패턴들(135)은 제 2 버퍼 패턴(133P)과 에너지 밴드 갭 차이를 갖는 물질로 형성될 수 있다. 또한, 제 2 채널 패턴들(135)은 제 1 채널 패턴들(137)과 다른 물질로 이루어질 수 있다. 일 예로, 제 2 버퍼 패턴(133P)이 Si1 - xGex으로 형성될 때, 제 2 채널 패턴들(135)은 Si1 - zGez(여기서, Z>x)으로 이루어질 수 있다. 또 다른 예로, 제 2 버퍼 패턴(133P)이 In1 - zGazAs으로 이루어질 때, 제 2 채널 패턴들(135)은 In1 - wGawAs (여기서, z>w)으로 이루어질 수 있다. 실시예들에 따르면, 제 2 채널 패턴들(135)은 제 2 버퍼 패턴(133P)의 상부 부분들(133U)의 상부면으로부터 성장된 에피택시얼 물질로 이루어질 수 있다. The second channel patterns 135 may be formed of a material having an energy band gap difference from the second buffer pattern 133P. Additionally, the second channel patterns 135 may be made of a different material from the first channel patterns 137 . For example, when the second buffer pattern 133P is formed of Si 1 - x Ge x , the second channel patterns 135 may be formed of Si 1 - z Ge z ( where Z>x). As another example, when the second buffer pattern 133P is made of In 1 - z Ga z As, the second channel patterns 135 may be made of In 1 - w Ga w As (where z>w). . According to embodiments, the second channel patterns 135 may be made of an epitaxial material grown from the upper surfaces of the upper portions 133U of the second buffer pattern 133P.

도 18a 내지 도 22a 및 도 18b 내지 도 22b는 본 발명의 다양한 실시예들에 따른 반도체 장치의 제조 방법을 설명하기 위한 단면도들로서, 도 18a 내지 도 22a는 도 10a의 I-I' 선 및 II-II' 선을 따라 자른 단면들을 나타내며, 도 18b 내지 도 22b는 도 10a의 III-III' 선 및 IV-IV'선을 따라 자른 단면들을 나타낸다.FIGS. 18A to 22A and 18B to 22B are cross-sectional views for explaining a method of manufacturing a semiconductor device according to various embodiments of the present invention. FIGS. 18A to 22A are taken along lines II-I' and II-II' of FIG. 10A. Figures 18b to 22b show cross-sections cut along lines III-III' and IV-IV' of Figure 10a.

설명의 간략함을 위해, 도 1a 내지 도 10a, 및 도 1b 내지 도 10b, 및 도 1c 내지 도 10c를 참조하여 앞서 설명된 제조 방법에서와 동일한 기술적 특징들에 대한 설명은 생략될 수 있다.For simplicity of description, description of the same technical features as in the manufacturing method described above with reference to FIGS. 1A to 10A, 1B to 10B, and 1C to 10C may be omitted.

도 1 내지 도 4를 참조하여 설명한 것처럼, 반도체 기판(100)의 일부분을 노출시키는 하부 트렌치(LR)를 갖는 소자 분리막과(105), 소자 분리막(105) 상에서 하부 트렌치들(LR)을 가로지르는 복수 개의 상부 트렌치들(UR)을 갖는 제 2 마스크 패턴(120)을 형성한 후에, 하부 트렌치들(LR) 및 상부 트렌치들(UR)을 채우는 에피택시얼층(130)이 형성될 수 있다. 에피택시얼층(130)은 도 5a, 도 5b, 및 도 5c를 참조하여 설명한 것처럼, 하부 트렌치(LR)를 채우는 하부 부분(133L) 및 상부 트렌치들(UR)을 채우는 상부 부분들(133U)을 포함할 수 있다. 일 예에 다르면, 에피택시얼층(130)의 상부 부분들(133U)은 상부 트렌치들(UR)의 일부를 채울 수 있다. As described with reference to FIGS. 1 to 4 , a device isolation film 105 having a lower trench LR exposing a portion of the semiconductor substrate 100, and a device isolation film 105 crossing the lower trenches LR After forming the second mask pattern 120 having a plurality of upper trenches UR, the epitaxial layer 130 may be formed to fill the lower trenches LR and the upper trenches UR. As described with reference to FIGS. 5A, 5B, and 5C, the epitaxial layer 130 includes a lower portion 133L that fills the lower trench LR and upper portions 133U that fill the upper trenches UR. It can be included. According to one example, the upper portions 133U of the epitaxial layer 130 may fill a portion of the upper trenches UR.

계속해서, 도 18a 및 도 18b를 참조하면, 에피택시얼층(130)의 상부 부분들(133U) 상에 제 1 반도체층들(210) 및 제 2 반도체층들(220)이 번갈아 반복적으로 적층될 수 있다. 제 1 및 제 2 반도체층들(210, 220)은 서로 식각 선택성을 갖는 반도체 물질로 이루어질 수 있으며, 선택적 에피택시얼 성장(SEG) 공정을 수행하여 적층될 수 있다. 또한, 제 1 반도체층들(210)은 에피택시얼층(130)에 대해 식각 선택성을 갖는 반도체 물질로 이루어질 수 있다. 제 2 반도체층들(210)은 에피택시얼층(130)과 동일한 반도체 물질로 이루어질 수도 있으며, 에피택시얼층(130)과 다른 반도체 물질로 이루어질 수도 있다. 실시예들에서, 제 1 반도체층들(210)은 제 2 반도체층들(220)과 다른 격자 상수를 가질 수 있다.Continuing to refer to FIGS. 18A and 18B, first semiconductor layers 210 and second semiconductor layers 220 are alternately and repeatedly stacked on the upper portions 133U of the epitaxial layer 130. You can. The first and second semiconductor layers 210 and 220 may be made of a semiconductor material having etch selectivity to each other, and may be stacked by performing a selective epitaxial growth (SEG) process. Additionally, the first semiconductor layers 210 may be made of a semiconductor material that has etch selectivity with respect to the epitaxial layer 130. The second semiconductor layers 210 may be made of the same semiconductor material as the epitaxial layer 130, or may be made of a semiconductor material different from the epitaxial layer 130. In embodiments, the first semiconductor layers 210 may have a different lattice constant than the second semiconductor layers 220 .

제 1 및 제 2 반도체층들(210, 220)은 예를 들어, Si, Ge, SiGe, 또는 III-V족 화합물들을 포함할 수 있다. 여기서, III-V 화합물들은, 예를 들어, 알루미늄 인화물(aluminum phosphide: AlP), 갈륨 인화물(gallium phosphide: GaP), 인듐 인화물(indium phosphide: InP), 알루미늄 비소(aluminum arsenide: AlAs), 갈륨 비소 (gallium arsenide: GaAs), 인듐 비소(indium arsenide: InAs), 알루미늄 안티모나이드(aluminum antimonide: AlSb), 갈륨 안티모나이드(gallium antimonide: GaSb), 또는 인듐 안티모나이드(indium antimonide: InSb)일 수 있다.The first and second semiconductor layers 210 and 220 may include, for example, Si, Ge, SiGe, or group III-V compounds. Here, III-V compounds include, for example, aluminum phosphide (AlP), gallium phosphide (GaP), indium phosphide (InP), aluminum arsenide (AlAs), and gallium arsenide. (gallium arsenide: GaAs), indium arsenide (InAs), aluminum antimonide (AlSb), gallium antimonide (GaSb), or indium antimonide (InSb). You can.

일 예로, 제 1 반도체층들(210)은 Ge으로 이루어질 수 있으며, 제 2 반도체층들(220)은 SiGe으로 이루어질 수 있다. 다른 예로, 제 1 및 제 2 반도체층들(210, 220)은 SiGe으로 이루어지되, 제 1 및 제 2 반도체층들(210, 220)에서 게르마늄 농도가 서로 다를 수 있다. 또 다른 예로, 제 1 반도체층들(210)은 인듐 비소(InAs)로 이루어질 수 있으며, 제 2 반도체층들(220)은 갈륨 안티모나이드(GaSb)로 이루어질 수도 있다. For example, the first semiconductor layers 210 may be made of Ge, and the second semiconductor layers 220 may be made of SiGe. As another example, the first and second semiconductor layers 210 and 220 may be made of SiGe, but the germanium concentration in the first and second semiconductor layers 210 and 220 may be different. As another example, the first semiconductor layers 210 may be made of indium arsenide (InAs), and the second semiconductor layers 220 may be made of gallium antimonide (GaSb).

실시예들에서, 제 1 및 제 2 반도체층들(210, 220)은 결정 결함이 없는 에피택시얼층(130)의 상부 부분들(133U) 상에 형성되므로, 제 1 및 제 2 반도체층들(210, 220)의 결정성이 향상될 수 있다.In embodiments, the first and second semiconductor layers 210 and 220 are formed on the upper portions 133U of the epitaxial layer 130 free of crystal defects, so that the first and second semiconductor layers ( 210, 220) crystallinity can be improved.

적층된 제 1 및 제 2 반도체층들(210, 220)은 제 2 마스크 패턴(120)에 의해 정의된 상부 트렌치들(UR)을 채울 수 있다. 이에 따라, 제 1 및 제 2 반도체층들(210, 220) 제 2 방향(D2)으로 연장되는 라인 형태를 가질 수 있다. The stacked first and second semiconductor layers 210 and 220 may fill the upper trenches UR defined by the second mask pattern 120 . Accordingly, the first and second semiconductor layers 210 and 220 may have a line shape extending in the second direction D2.

도 19a 및 도 19b를 참조하면, 도 6a, 도 6a 및 도 6c를 참조하여 설명한 것처럼, 제 1 방향(D1)으로 연장되는 제 1 분리 절연 패턴들(141)이 형성될 수 있으며, 도 7a, 도 7b, 및 도 7c를 참조하여 설명한 것처럼, 제 2 방향(D2)으로 연장되는 제 2 분리 절연 패턴들(143)이 형성될 수 있다. Referring to FIGS. 19A and 19B , first separation insulating patterns 141 extending in the first direction D1 may be formed, as described with reference to FIGS. 6A , 6A , and 6C . As described with reference to FIGS. 7B and 7C , second separation insulating patterns 143 extending in the second direction D2 may be formed.

제 1 분리 절연 패턴들(141)은 제 1 및 제 2 반도체층들(210, 220), 에피택시얼층(131)의 상부 부분들(131U), 및 소자 분리막(105)을 관통할 수 있으며, 제 2 분리 절연 패턴들(143)은 제 2 마스크 패턴(120) 및 에피택시얼층(131)의 하부 부분들(131L)을 관통할 수 있다. The first isolation insulating patterns 141 may penetrate the first and second semiconductor layers 210 and 220, upper portions 131U of the epitaxial layer 131, and the device isolation layer 105, The second separation insulating patterns 143 may penetrate the second mask pattern 120 and the lower portions 131L of the epitaxial layer 131.

제 1 및 제 2 분리 절연 패턴들(141, 143)을 형성함에 따라 제 1 방향(D1) 및 제 2 방향(D2)으로 서로 이격되는 복수 개의 핀 구조체들(133)이 형성될 수 있으며, 각각의 핀 구조체들(133) 상에 서로 번갈아 적층된 제 1 및 제 2 반도체 패턴들(211, 221)이 형성될 수 있다. 여기서, 핀 구조체들(133) 각각은 일체로 이루어질 수 있으며, 제 1 방향(D1)으로 연장되는 하부 부분(133L) 및 제 2 방향(D2)으로 연장되는 복수 개의 상부 부분들(133U)을 포함할 수 있다. 제 1 및 제 2 반도체 패턴들(211, 221)은 각 핀 구조체(133)의 상부 부분들(133U) 상에 번갈아 적층될 수 있다. As the first and second separation insulating patterns 141 and 143 are formed, a plurality of fin structures 133 spaced apart from each other in the first direction D1 and the second direction D2 may be formed, respectively. First and second semiconductor patterns 211 and 221 alternately stacked may be formed on the fin structures 133 . Here, each of the fin structures 133 may be integrally formed and includes a lower portion 133L extending in the first direction D1 and a plurality of upper portions 133U extending in the second direction D2. can do. The first and second semiconductor patterns 211 and 221 may be alternately stacked on the upper portions 133U of each fin structure 133.

핀 구조체들(133) 및 제 1 및 제 2 반도체 패턴들(211, 221)을 형성한 후, 제 2 마스크 패턴(120)의 상부면 및 제 1 및 제 2 분리 절연 패턴들(141, 143)의 상부면들이 리세스될 수 있다. 이에 따라, 제 1 및 제 2 반도체 패턴들(211, 221)의 측벽들이 노출될 수 있으며, 핀 구조체들(133)의 상부 부분들(133U)의 측벽들의 일 부분들이 노출될 수 있다. After forming the fin structures 133 and the first and second semiconductor patterns 211 and 221, the upper surface of the second mask pattern 120 and the first and second isolation insulating patterns 141 and 143 are formed. The upper surfaces of may be recessed. Accordingly, sidewalls of the first and second semiconductor patterns 211 and 221 may be exposed, and portions of sidewalls of the upper portions 133U of the fin structures 133 may be exposed.

도 20a 및 도 20b를 참조하면, 제 1 및 제 2 반도체 패턴들(211, 221)을 가로질러 제 1 방향(D1)으로 연장되는 희생 게이트 절연막(231) 및 희생 게이트 패턴들(233)이 형성될 수 있으며, 희생 게이트 패턴들(233)의 양측벽들 상에 게이트 스페이서들(235)이 형성될 수 있다. 실시예들에서, 희생 게이트 패턴들(233)은 게이트 스페이서(235), 제 2 반도체 패턴들(221), 및 핀 구조체들(133)에 대해 식각 선택성을 갖는 물질로 형성될 수 있다. 예를 들어, 희생 게이트 패턴들(233)은 불순물이 도우프된 폴리실리콘막, 언도우프된 폴리실리콘막, 실리콘 게르마늄막, 또는 실리콘 카바이드막으로 형성될 수 있다.Referring to FIGS. 20A and 20B , a sacrificial gate insulating layer 231 and sacrificial gate patterns 233 extending in the first direction D1 across the first and second semiconductor patterns 211 and 221 are formed. may be formed, and gate spacers 235 may be formed on both walls of the sacrificial gate patterns 233. In embodiments, the sacrificial gate patterns 233 may be formed of a material that has etch selectivity with respect to the gate spacer 235, the second semiconductor patterns 221, and the fin structures 133. For example, the sacrificial gate patterns 233 may be formed of a polysilicon film doped with impurities, an undoped polysilicon film, a silicon germanium film, or a silicon carbide film.

이어서, 희생 게이트 패턴들(233) 양측의 제 1 및 제 2 반도체 패턴들(211, 221)의 일부분들을 식각하여 리세스 영역들을 형성한 후, 리세스 영역들 내에 소오스 및 드레인 패턴들(240)을 형성할 수 있다. Subsequently, portions of the first and second semiconductor patterns 211 and 221 on both sides of the sacrificial gate patterns 233 are etched to form recess regions, and then source and drain patterns 240 are formed in the recess regions. ) can be formed.

소오스 및 드레인 패턴들(240)은 희생 게이트 패턴들(233) 양측의 핀 구조체들(133)의 상부 부분들(133U) 상에 형성될 수 있으며, 선택적 에피택시얼 성장 공정을 이용하여 형성된 에피택시얼층일 수 있다. 여기서, 소오스 및 드레인 패턴들(240)은 제 2 반도체 패턴들(221)에 인장성 또는 압축성 스트레인을 제공하는 반도체 물질로 이루어질 수 있다. Source and drain patterns 240 may be formed on the upper portions 133U of the fin structures 133 on both sides of the sacrificial gate patterns 233, and may be formed using a selective epitaxial growth process. It may be superficial. Here, the source and drain patterns 240 may be made of a semiconductor material that provides tensile or compressive strain to the second semiconductor patterns 221 .

도 21a 및 도 21b를 참조하면, 소오스 및 드레인 패턴들(240)을 덮으며 희생 게이트 패턴들(233)의 상부면을 노출시키는 층간 절연막(250)이 형성될 수 있다.Referring to FIGS. 21A and 21B , an interlayer insulating film 250 may be formed to cover the source and drain patterns 240 and expose the upper surfaces of the sacrificial gate patterns 233 .

층간 절연막(250)을 형성한 후, 희생 게이트 패턴들(233), 희생 게이트 절연막(231), 및 제 1 반도체 패턴들(211)을 차례로 제거함으로써 게이트 영역들(213)이 형성될 수 있다. After forming the interlayer insulating layer 250, gate regions 213 may be formed by sequentially removing the sacrificial gate patterns 233, the sacrificial gate insulating layer 231, and the first semiconductor patterns 211.

희생 게이트 패턴들(233)은 층간 절연막(250) 및 게이트 스페이서들(235)에 대해 식각 선택성을 갖는 식각 레서피를 사용하여 건식 또는 습식 식각될 수 있다. 희생 게이트 패턴들(233)을 제거하는 동안 희생 게이트 절연막(231)이 함께 제거될 수 있다. 희생 게이트 패턴들(233)을 제거함에 따라, 최상층에 배치된 제 2 반도체 패턴(221)의 상면이 노출될 수 있으며, 제 1 및 제 2 반도체 패턴들(211, 221)의 측벽들이 노출될 수 있다. The sacrificial gate patterns 233 may be dry or wet etched using an etch recipe having etch selectivity for the interlayer insulating film 250 and the gate spacers 235 . While removing the sacrificial gate patterns 233, the sacrificial gate insulating layer 231 may be removed together. By removing the sacrificial gate patterns 233, the top surface of the second semiconductor pattern 221 disposed on the uppermost layer may be exposed, and the sidewalls of the first and second semiconductor patterns 211 and 221 may be exposed. there is.

이어서, 제 2 반도체 패턴들(221)에 대해 식각 선택성을 갖는 식각 레서피를 사용하여 제 1 반도체 패턴들(211)이 건식 또는 습식 식각될 수 있다. 이에 따라, 게이트 영역들(213)이 제 2 반도체 패턴들(221) 사이로 연장될 수 있다. 이와 같이, 제 2 반도체 패턴들(221) 사이의 빈 공간인 게이트 영역들(213)이 형성됨에 따라, 소오스 및 드레인 패턴들(240)을 연결하는 브릿지(bridge) 채널 또는 나노 와이어(nano-wire) 채널들로서 제 2 반도체 패턴들(221)이 형성될 수 있다.Subsequently, the first semiconductor patterns 211 may be dry or wet etched using an etch recipe having etch selectivity for the second semiconductor patterns 221 . Accordingly, the gate regions 213 may extend between the second semiconductor patterns 221 . In this way, as the gate regions 213, which are empty spaces between the second semiconductor patterns 221, are formed, a bridge channel or nano-wire connecting the source and drain patterns 240 is formed. ) Second semiconductor patterns 221 may be formed as channels.

도 22a 및 도 22b를 참조하면, 제 2 반도체 패턴들(221)을 둘러싸는 금속 게이트 전극들(260)이 형성될 수 있다. 금속 게이트 전극들(260)은 핀 구조체들(133)의 하부 부분들(133L)과 나란하게, 제 1 방향(D1)으로 연장될 수 있다. 금속 게이트 전극들(260)은 게이트 영역들 내에 차례로 형성된 게이트 유전막(261), 배리어 금속막(263), 및 금속막(265)을 포함할 수 있다. 금속 게이트 전극들(260)은 게이트 스페이서들(235)들 사이와 제 2 반도체 패턴들(221) 사이를 채울 수 있다. 즉, 금속 게이트 전극들(260)은 제 2 반도체 패턴들(221)의 상면들, 하면들, 및 측면들을 덮을 수 있다. Referring to FIGS. 22A and 22B , metal gate electrodes 260 may be formed surrounding the second semiconductor patterns 221 . The metal gate electrodes 260 may extend in the first direction D1 and parallel to the lower portions 133L of the fin structures 133. The metal gate electrodes 260 may include a gate dielectric film 261, a barrier metal film 263, and a metal film 265 sequentially formed in the gate regions. Metal gate electrodes 260 may fill spaces between the gate spacers 235 and the second semiconductor patterns 221 . That is, the metal gate electrodes 260 may cover the top, bottom, and side surfaces of the second semiconductor patterns 221 .

이상, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예에는 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. Above, embodiments of the present invention have been described with reference to the attached drawings, but those skilled in the art will understand that the present invention can be implemented in other specific forms without changing the technical idea or essential features. You will understand that it exists. Therefore, the embodiments described above should be understood as illustrative in all respects and not restrictive.

Claims (20)

제 1 반도체 물질로 이루어진 반도체 기판;
상기 반도체 기판 상에 배치되며, 상기 제 1 반도체 물질과 격자 상수가 다른 제 2 반도체 물질로 이루어진 핀 구조체로서, 상기 핀 구조체는:
상기 반도체 기판 상에서 제 1 방향으로 연장되는 하부 부분; 및
상기 하부 부분으로부터 돌출되며, 상기 제 1 방향과 교차하는 제 2 방향으로 연장되어 상기 하부 부분과 교차하는 복수 개의 상부 부분들을 포함하는 것; 및
상기 핀 구조체의 상기 상부 부분들을 가로지르며 상기 하부 부분과 나란하게 상기 제1 방향으로 연장되는 게이트 구조체를 포함하는 전계효과 트랜지스터.
A semiconductor substrate made of a first semiconductor material;
A fin structure disposed on the semiconductor substrate and made of a second semiconductor material having a lattice constant different from the first semiconductor material, the fin structure comprising:
a lower portion extending in a first direction on the semiconductor substrate; and
comprising a plurality of upper parts protruding from the lower part and extending in a second direction intersecting the first direction and intersecting the lower part; and
A field effect transistor comprising a gate structure extending in the first direction across the upper portions of the fin structure and parallel to the lower portion.
제 1 항에 있어서,
상기 게이트 구조체는:
상기 핀 구조체의 상기 상부 부분들을 가로질러 상기 제 1 방향으로 연장되는 게이트 전극; 및
상기 게이트 전극과 상기 핀 구조체의 상기 상부 부분들 사이에 배치되는 게이트 절연막을 포함하는 전계효과 트랜지스터.
According to claim 1,
The gate structure is:
a gate electrode extending in the first direction across the upper portions of the fin structure; and
A field effect transistor including a gate insulating film disposed between the gate electrode and the upper portions of the fin structure.
제 2 항에 있어서,
상기 게이트 전극 양측에서 상기 핀 구조체의 상기 상부 부분들 내에 제공되는 소오스/드레인 영역들을 더 포함하는 전계효과 트랜지스터.
According to claim 2,
A field effect transistor further comprising source/drain regions provided within the upper portions of the fin structure on both sides of the gate electrode.
제 1 항에 있어서,
상기 하부 부분의 높이는 상기 하부 부분의 상기 제 2 방향의 폭의 2배보다 크고,
상기 하부 부분의 상기 제 1 방향의 길이는 상기 하부 부분의 상기 높이보다 큰 전계효과 트랜지스터.
According to claim 1,
The height of the lower portion is greater than twice the width of the lower portion in the second direction,
A field effect transistor wherein the length of the lower portion in the first direction is greater than the height of the lower portion.
제 1 항에 있어서,
상기 상부 부분의 상기 제 1 방향의 폭은 상기 하부 부분의 상기 제 2 방향의 폭보다 작고,
상기 상부 부분의 높이는 상기 상부 부분의 상기 제 1 방향의 폭의 2배보다 큰 전계효과 트랜지스터.
According to claim 1,
The width of the upper portion in the first direction is smaller than the width of the lower portion in the second direction,
A field effect transistor wherein the height of the upper portion is greater than twice the width of the upper portion in the first direction.
제 1 항에 있어서,
상기 상부 부분의 상기 제 2 방향의 길이는 상기 하부 부분의 상기 제 2 방향의 폭보다 큰 전계효과 트랜지스터.
According to claim 1,
A field effect transistor wherein the length of the upper portion in the second direction is greater than the width of the lower portion in the second direction.
제 1 항에 있어서,
상기 하부 부분은 결정 결함들을 포함하고, 상기 상부 부분들은 실질적으로 결정 결함이 없는(defect-free) 전계효과 트랜지스터.
According to claim 1,
A field effect transistor wherein the lower portion includes crystal defects and the upper portion is substantially defect-free.
제 1 항에 있어서,
상기 핀 구조체는 상기 하부 부분과 상기 상부 부분들 사이의 경계 없이 하나의 몸체로 이루어지는 전계효과 트랜지스터.
According to claim 1,
The fin structure is a field effect transistor consisting of one body without a boundary between the lower part and the upper part.
제 1 항에 있어서,
상기 제 2 방향으로 대향하는 상기 하부 부분의 양측벽들과 접촉하는 소자 분리막을 더 포함하는 전계효과 트랜지스터.
According to claim 1,
A field effect transistor further comprising a device isolation film in contact with both walls of the lower portion facing in the second direction.
제 9 항에 있어서,
상기 제 1 방향으로 대향하는 상기 하부 부분의 양측벽들과 접촉하는 제 1 분리 절연 패턴을 더 포함하되,
상기 제 1 분리 절연 패턴의 하부면은 상기 소자 분리막의 하부면 아래에 위치하는 전계효과 트랜지스터.
According to clause 9,
Further comprising a first separation insulating pattern in contact with both walls of the lower portion facing in the first direction,
A field effect transistor wherein the lower surface of the first isolation insulating pattern is located below the lower surface of the device isolation film.
제 1 항에 있어서,
상기 핀 구조체의 상기 상부 부분들 사이에 배치되어 상기 하부 부분의 상부면과 접촉하는 하드 마스크 패턴을 더 포함하는 전계효과 트랜지스터.
According to claim 1,
A field effect transistor further comprising a hard mask pattern disposed between the upper portions of the fin structure and in contact with an upper surface of the lower portion.
제 11 항에 있어서,
상기 제 1 방향으로 대향하는 상기 상부 부분들의 양측벽들과 접촉하는 제 2 분리 절연 패턴을 더 포함하는 전계효과 트랜지스터.
According to claim 11,
A field effect transistor further comprising a second isolation insulating pattern in contact with both walls of the upper portions facing in the first direction.
제 1 반도체 물질로 이루어진 반도체 기판;
상기 반도체 기판 상에 서로 이격되어 배치되는 복수 개의 핀 구조체들로서, 상기 핀 구조체들 각각은:
상기 반도체 기판 상에서 일 방향으로 연장되는 하부 부분; 및
상기 하부 부분으로부터 돌출되며, 상기 하부 부분과 교차하는 복수 개의 상부 부분들을 포함하는 것;
상기 핀 구조체들의 상기 하부 부분들과 나란하게 상기 일 방향으로 연장되며, 상기 핀 구조체들의 상기 상부 부분들을 가로지르는 복수의 게이트 전극들; 및
상기 게이트 전극들 양측에서, 상기 핀 구조체들의 상부 부분들 내에 제공되는 소오스/드레인 영역들을 포함하는 전계효과 트랜지스터.
A semiconductor substrate made of a first semiconductor material;
A plurality of fin structures arranged to be spaced apart from each other on the semiconductor substrate, each of the fin structures:
a lower portion extending in one direction on the semiconductor substrate; and
comprising a plurality of upper portions protruding from the lower portion and intersecting the lower portion;
a plurality of gate electrodes extending in the one direction parallel to the lower portions of the fin structures and crossing the upper portions of the fin structures; and
A field effect transistor comprising source/drain regions provided in upper portions of the fin structures, on both sides of the gate electrodes.
제 13 항에 있어서,
상기 핀 구조체들의 상기 하부 부분들은 상기 게이트 전극 아래에서 상기 일 방향으로 서로 이격되어 배치되는 전계효과 트랜지스터.
According to claim 13,
A field effect transistor wherein the lower portions of the fin structures are arranged to be spaced apart from each other in the one direction below the gate electrode.
제 13 항에 있어서,
상기 일 방향으로 상기 하부 부분의 길이는 상기 하부 부분의 높이보다 큰 전계효과 트랜지스터.
According to claim 13,
A field effect transistor wherein the length of the lower portion in the one direction is greater than the height of the lower portion.
제 13 항에 있어서,
상기 핀 구조체들 각각에서, 상기 상부 부분들 사이에 배치되어 상기 하부 부분의 상부면과 접촉하는 하드 마스크 패턴을 더 포함하는 전계효과 트랜지스터.
According to claim 13,
In each of the fin structures, a field effect transistor further comprising a hard mask pattern disposed between the upper portions and in contact with an upper surface of the lower portion.
제 12 항에 있어서,
상기 핀 구조체들은 서로 교차하는 제 1 방향 및 제 2 방향에서 서로 이격되는 전계효과 트랜지스터.
According to claim 12,
A field effect transistor wherein the fin structures are spaced apart from each other in a first direction and a second direction that intersect each other.
제 17 항에 있어서,
상기 핀 구조체들의 상기 하부 부분들은 상기 제 1 방향에 평행하고, 상기 핀 구조체들의 상기 상부 부분들은 상기 제 2 방향에 평행하되,
상기 제 2 방향으로 인접하는 상기 핀 구조체들에서, 상기 상부 부분들 간의 거리는 상기 하부 부분들 간의 거리보다 작은 전계효과 트랜지스터.
According to claim 17,
the lower portions of the fin structures are parallel to the first direction and the upper portions of the fin structures are parallel to the second direction,
A field effect transistor wherein, in the fin structures adjacent in the second direction, a distance between the upper portions is smaller than a distance between the lower portions.
제 17 항에 있어서,
상기 핀 구조체들의 상기 하부 부분들은 상기 제 1 방향에 평행하고, 상기 핀 구조체들의 상기 상부 부분들은 상기 제 2 방향에 평행하되,
상기 제 2 방향으로 인접하는 상기 핀 구조체들의 상기 하부 부분들 사이에 배치되어 상기 하부 부분들의 측벽들과 접촉하는 소자 분리막을 더 포함하는 전계효과 트랜지스터.
According to claim 17,
the lower portions of the fin structures are parallel to the first direction and the upper portions of the fin structures are parallel to the second direction,
A field effect transistor further comprising a device isolation film disposed between the lower portions of the fin structures adjacent in the second direction and in contact with sidewalls of the lower portions.
제 17 항에 있어서,
상기 제 2 방향으로 인접하는 상기 핀 구조체들 사이에서 상기 제 1 방향으로 연장하는 제 1 분리 절연 패턴; 및
상기 제 1 방향으로 인접하는 상기 핀 구조체들 사이에서 상기 제 2 방향으로 연장하는 제 2 분리 절연 패턴을 더 포함하되,
상기 제 1 분리 절연 패턴은 상기 제 2 방향으로 인접하는 상기 핀 구조체들의 상기 상부 부분들과 접촉하고,
상기 제 2 분리 절연 패턴은 상기 제 1 방향으로 인접하는 상기 핀 구조체들의 상기 하부 부분들과 접촉하는 전계효과 트랜지스터.
According to claim 17,
a first separation insulating pattern extending in the first direction between the fin structures adjacent in the second direction; and
Further comprising a second separation insulating pattern extending in the second direction between the fin structures adjacent in the first direction,
the first isolation insulating pattern contacts the upper portions of the fin structures adjacent in the second direction,
The second isolation insulating pattern is a field effect transistor in contact with the lower portions of the fin structures adjacent to each other in the first direction.
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