KR20050055978A - Fin field effect transistors and methods of forming the same - Google Patents

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Abstract

본 발명은 핀 전계 효과 트랜지스터 및 그 형성 방법을 제공한다. 핀 전계 효과 트랜지스터는 기판으로 부터 수직으로 연장되고, 그것의 하부(lower part)가 절연물로 형성된 핀을 갖는다. 게이트 전극이 핀의 상부(over)를 가로지르고, 게이트 전극과 핀 사이에 게이트 절연막이 개재된다. 게이트 전극 양측의 핀 내에 소오스/드레인 영역이 배치된다.The present invention provides a fin field effect transistor and a method of forming the same. The fin field effect transistor has a fin that extends vertically from the substrate and whose lower part is formed of an insulator. The gate electrode crosses over the fin, and a gate insulating film is interposed between the gate electrode and the fin. Source / drain regions are disposed in the fins on both sides of the gate electrode.

Description

핀 전계 효과 트랜지스터 및 그 형성 방법{FIN FIELD EFFECT TRANSISTORS AND METHODS OF FORMING THE SAME}Fin field effect transistor and its formation method {FIN FIELD EFFECT TRANSISTORS AND METHODS OF FORMING THE SAME}

본 발명은 반도체 소자 및 그 형성 방법에 관한 것으로, 특히, 핀 전계 효과 트랜지스터 및 그 형성 방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor device and a method of forming the same, and more particularly to a fin field effect transistor and a method of forming the same.

일반적으로, 반도체 소자의 전계 효과 트랜지스터(이하, 트랜지스터라 함)는 수평 채널을 갖는다. 반도체 소자의 고집적화가 심화됨에 따라, 상기 수평 채널을 갖는 트랜지스터는 여러가지 원인들에 의하여 축소(scale-down)에 한계가 있다. 상기 여러가지 원인들의 대표적인 것은 채널의 길이가 짧아짐으로써 발생하는 단채널 효과(short channel effect) 및 DIBL(Drain Induced Barrier Lower)현상등이다. In general, the field effect transistor (hereinafter referred to as a transistor) of a semiconductor device has a horizontal channel. As the high integration of semiconductor devices is intensified, the transistor having the horizontal channel is limited in scale-down due to various causes. Representative of the various causes of the short channel effect (short channel effect) and the DIBL (Drain Induced Barrier Lower) phenomenon caused by the shorter channel length.

최근에, 이러한 문제점들을 해결하기 위한 방안들 중의 하나로, 이중 게이트 트랜지스터(double gate transistor)의 한 종류인 핀(fin) 전계 효과 트랜지스터(이하, 핀 트랜지스터라 함)가 제안된 바 있다. 상기 핀 트랜지스터는 기판으로 부터 수직으로 돌출된 얇은 핀을 갖는다. 상기 핀의 적어도 양측벽을 지나는 게이트 전극이 배치된다.Recently, as one of methods for solving these problems, a fin field effect transistor (hereinafter, referred to as a fin transistor), which is a type of a double gate transistor, has been proposed. The fin transistor has thin fins that protrude vertically from the substrate. A gate electrode passing through at least both side walls of the fin is disposed.

종래의 수평 채널을 갖는 트랜지스터는 게이트 전극이 상기 수평 채널 상부(over)에만 형성되어 상기 수평 채널영역에 상하 비대칭적으로 전계가 인가된다. 이에 따라, 상기 수평 채널을 갖는 트랜지스터의 온오프가 효과적으로 제어되지 못하여 단채널 효과 및 DIBL 현상의 영향이 극심해질 수 있다. 이에 반하여, 상기 핀 트랜지스터는 얇은 채널의 양측벽에 게이트 전극이 배치됨으로써, 게이트 전극의 채널에 대한 제어 능력(controllability)이 향상된다. 이에 따라, 상기 핀 트랜지스터의 온오프 특성이 향상되며, 단채널 효과 또는 DIBL 현상등의 영향을 억제할 수 있다.In a conventional transistor having a horizontal channel, a gate electrode is formed only on the horizontal channel over to apply an electric field asymmetrically to the horizontal channel region. As a result, the on-off of the transistor having the horizontal channel may not be effectively controlled, and the influence of the short channel effect and the DIBL phenomenon may be severe. In contrast, in the fin transistor, gate electrodes are disposed on both sidewalls of the thin channel, thereby improving controllability of the gate electrode channel. As a result, the on-off characteristic of the pin transistor is improved, and the influence of the short channel effect or the DIBL phenomenon can be suppressed.

한편, "2002 Symposium On VLSI Technology Digest of Technical Paper"에서, Fu-Liang Yang등은 "35nm CMOS FinFETs" 이란 제목으로 SOI(Silicon On insulator)기판의 매몰산화막(buried oxide) 상에 형성된 핀과, 핀 상부를 가로지르는 게이트 전극을 포함하는 핀 트랜지스터를 개시한 바 있다. 핀 트랜지스터를 SOI기판에 형성하는 이유는 핀 트랜지스터를 벌크기판(bulk substrate)에 직접 형성함으로써 발생할 수 있는 여러가지 문제점들을 해결하기 위함이다. 즉, 벌크기판에 핀 트랜지스터가 형성될 경우, 소오스/드레인 영역과 기판간의 누설전류 또는, 이웃하는 핀 트랜지스터들에 의한 기생 트랜지스터의 형성등으로 인하여 핀 트랜지스터의 특성이 크게 열화될 수 있다. 이에, SOI기판의 매몰산화막 상에 핀 트랜지스터를 형성함으로써, 누설 전류를 감소시킬 수 있으며, 기생 트랜지스터의 형성을 방지하여 핀 트랜지스터의 특성을 향상시킬 수 있다.On the other hand, in the 2002 Symposium On VLSI Technology Digest of Technical Paper, Fu-Liang Yang et al., Titled "35nm CMOS FinFETs", pins formed on buried oxide of silicon on insulator (SOI) substrate, A fin transistor comprising a gate electrode across the top has been disclosed. The reason for forming the fin transistor on the SOI substrate is to solve various problems that may occur by directly forming the fin transistor on the bulk substrate. That is, when the fin transistor is formed on the bulk substrate, the characteristics of the fin transistor may be greatly deteriorated due to leakage current between the source / drain region and the substrate or the formation of parasitic transistors by neighboring fin transistors. Accordingly, by forming the fin transistor on the buried oxide film of the SOI substrate, the leakage current can be reduced, and the formation of the parasitic transistor can be prevented to improve the characteristics of the fin transistor.

하지만, SOI기판은 제조 공정이 매우 복잡하고 어려워 고가로 거래되고 있다. 즉, SOI 기판을 사용함으로써, 반도체 소자의 제조 단가가 상승하여 생산성이 저하될 수 있다.However, SOI substrates are traded at high prices due to the complexity and difficulty of manufacturing processes. In other words, by using the SOI substrate, the manufacturing cost of the semiconductor element may increase and productivity may decrease.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 벌크기판을 사용하여 누설전류를 감소시킬 수 있는 핀 전계 효과 트랜지스터 및 그 형성 방법을 제공하는데 있다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in an effort to provide a fin field effect transistor capable of reducing leakage current using a bulk substrate and a method of forming the same.

본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는 벌크기판을 사용하여 기생 트랜지스터의 형성을 방지할 수 있는 핀 전계 효과 트랜지스터 및 그 형성 방법을 제공하는데 있다.Another object of the present invention is to provide a fin field effect transistor capable of preventing the formation of parasitic transistors using a bulk substrate and a method of forming the same.

상술한 기술적 과제 및 다른 기술적 과제를 해결하기 위한 핀 전계 효과 트랜지스터를 제공한다. 상기 핀 전계 효과 트랜지스터는 기판으로 부터 수직으로 연장되되, 그것의 하부(lower part)가 절연물(insulator)로 이루어진 핀을 포함한다. 게이트 전극이 상기 핀을 가로지르고, 상기 게이트 전극과 핀 사이에 게이트 절연막이 개재된다. 상기 게이트 전극 양측의 상기 핀 내에 소오스/드레인 영역이 배치된다. Provided are a fin field effect transistor for solving the above technical problem and other technical problems. The fin field effect transistor includes a fin extending vertically from the substrate, the lower part of which is made of an insulator. A gate electrode crosses the fin, and a gate insulating film is interposed between the gate electrode and the fin. Source / drain regions are disposed in the fins on both sides of the gate electrode.

구체적으로, 상기 절연물의 일부는 상기 핀 주변의 상기 기판의 표면을 따라 연장되는 것이 바람직하다. 상기 핀 전계 효과 트랜지스터는 상기 핀의 측벽에 차례로 적층된 라이너 및 주 매립 패턴을 포함할 수 있다. 상기 라이너는 상기 핀의 상부측벽이 노출되도록 상기 핀 측벽의 일부분에 형성되며, 상기 주 매립 패턴은 상기 라이너에 비하여 높은 상부면을 갖는다. 이 경우에, 상기 게이트 전극은 상기 핀의 노출된 상부(upper part)를 가로지른다. 상기 라이너와 상기 기판 사이에 개재된 보조 매립 패턴이 더 배치될 수 있다. 상기 소오스/드레인 영역의 하부면은 상기 절연물의 상부면 이상의 높이에 위치하는 것이 바람직하다.Specifically, it is preferable that a portion of the insulator extends along the surface of the substrate around the fin. The fin field effect transistor may include a liner and a main buried pattern sequentially stacked on sidewalls of the fin. The liner is formed on a portion of the sidewall of the fin to expose the upper sidewall of the fin, and the main buried pattern has a higher top surface than the liner. In this case, the gate electrode crosses the exposed upper part of the fin. An auxiliary buried pattern interposed between the liner and the substrate may be further disposed. The lower surface of the source / drain region is preferably located above the upper surface of the insulator.

상술한 기술적 과제 및 다른 기술적 과제를 해결하기 위한 핀 전계 효과 트랜지스터의 형성 방법을 제공한다. 이 방법은 기판을 선택적으로 식각하여 상기 기판으로 부터 수직으로 연장된 핀을 형성하는 단계 및 상기 핀의 하부(lower part)를 절연물로 형성시키는 단계를 포함한다. 게이트 절연막을 개재하여 상기 핀을 가로지르는 게이트 전극을 형성하고, 상기 게이트 전극 양측의 상기 핀 내에 소오스/드레인 영역을 형성한다.Provided are a method of forming a fin field effect transistor to solve the above technical problem and other technical problems. The method includes selectively etching a substrate to form a fin that extends vertically from the substrate and forming a lower part of the fin as an insulator. A gate electrode crossing the fin is formed through a gate insulating film, and a source / drain region is formed in the fin on both sides of the gate electrode.

구체적으로, 상기 핀 및 절연물을 형성하는 방법은 기판 상에 하드마스크 패턴을 형성하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 하드마스크 패턴을 마스크로 사용하여 상기 기판을 식각하여 상기 핀을 형성하고, 적어도 상기 핀의 측벽 및 상기 핀 주변의 기판 표면에 희생 절연층을 형성한다. 상기 희생 절연층을 개재하여 상기 핀 및 하드마스크 패턴의 측벽에 산화방지 스페이서를 형성하고, 적어도 상기 산화방지 스페이서의 하부면 아래에 위치한 상기 희생절연층을 제거하여 상기 핀 측벽의 일부분을 노출시킨다. 상기 기판에 산화 공정을 수행하여 상기 절연물을 형성하고, 적어도 상기 산화방지 스페이서를 제거한다. 적어도 상기 핀의 상부측벽(upper sidewall)을 노출시킨다. 상기 절연물을 형성하기 전에, 상기 노출된 핀의 측벽을 리세스하는 단계를 더 수행할 수 있다.Specifically, the method of forming the fin and the insulator may include forming a hard mask pattern on the substrate. The fin is formed by etching the substrate using the hard mask pattern as a mask, and a sacrificial insulating layer is formed on at least a sidewall of the fin and a surface of the substrate around the fin. An anti-oxidation spacer is formed on sidewalls of the fin and hard mask patterns through the sacrificial insulating layer, and at least a portion of the sidewall of the fin is exposed by removing the sacrificial insulating layer located under the lower surface of the anti-oxidation spacer. An oxidation process is performed on the substrate to form the insulator, and at least the antioxidant spacer is removed. At least expose the upper sidewall of the pin. Before forming the insulator, the step of recessing the exposed sidewall of the fin may be further performed.

일 실시예에 있어서, 상기 게이트 절연막을 형성하기 전에, 상기 방법은 상기 기판 전면에 라이너막을 콘포말하게 형성하는 단계, 상기 라이너막 상에 상기 기판의 식각된 영역을 채우는 주 매립 절연막을 형성하는 단계, 상기 주 매립 절연막 및 상기 라이너막을 상기 핀의 상부면이 노출될때까지 평탄화시키는 단계 및, 상기 평탄화된 라이너막을 선택적으로 리세스하여 상기 핀의 상부측벽을 노출시키는 단계를 더 포함할 수 있다. 이 경우에, 상기 게이트 전극은 상기 핀의 노출된 상부를 가로지른다. 상기 방법은 상기 라이너막을 형성하기 전에, 상기 기판의 식각된 영역을 채우는 보조 매립 절연막을 형성하는 단계, 상기 보조 매립절연막을 상기 핀의 상부면이 노출될때까지 평탄화시키는 단계 및, 상기 평탄화된 보조 매립절연막을 리세스하여 상기 식각된 영역의 일부를 채우는 보조 매립 패턴을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.In one embodiment, prior to forming the gate insulating film, the method includes conformally forming a liner film over the substrate, and forming a main buried insulating film filling the etched region of the substrate on the liner film. And planarizing the main buried insulating film and the liner film until the upper surface of the fin is exposed, and selectively recessing the planarized liner film to expose the upper sidewall of the fin. In this case, the gate electrode crosses the exposed top of the fin. The method includes forming an auxiliary buried insulating film filling the etched region of the substrate before forming the liner film, flattening the auxiliary buried insulating film until the top surface of the fin is exposed, and the planarized auxiliary buried film The method may further include forming an auxiliary buried pattern filling the portion of the etched region by recessing the insulating layer.

일 실시예에 있어서, 상기 소오스/드레인 영역을 형성하는 단계는 상기 게이트 전극을 마스크로 사용하여 불순물 이온들을 주입하여 상기 소오스/드레인 영역을 형성하는 단계를 포함할 수 있다. 이때, 상기 소오스/드레인 영역의 하부면은 상기 절연물의 상부면 이상의 높이를 갖도록 형성할 수 있다.In example embodiments, the forming of the source / drain regions may include implanting impurity ions using the gate electrode as a mask to form the source / drain regions. In this case, a lower surface of the source / drain region may be formed to have a height greater than or equal to an upper surface of the insulator.

이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명은 여기서 설명되어지는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예는 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되어지는 것이다. 도면들에 있어서, 층(또는 막) 및 영역들의 두께는 명확성을 기하기 위하여 과장되어진 것이다. 또한, 층(또는 막)이 다른 층(또는 막) 또는 기판 "상"에 있다고 언급되어지는 경우에 그것은 다른 층(또는 막) 또는 기판 상에 직접 형성될 수 있거나 또는 그들 사이에 제3의 층(또는 막)이 개재될 수도 있다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호로 표시된 부분들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments described herein and may be embodied in other forms. Rather, the embodiments introduced herein are provided to ensure that the disclosed subject matter is thorough and complete, and that the spirit of the present invention to those skilled in the art will fully convey. In the drawings, the thicknesses of layers (or films) and regions are exaggerated for clarity. In addition, where it is said that a layer (or film) is "on" another layer (or film) or substrate, it may be formed directly on another layer (or film) or substrate or a third layer between them. (Or membrane) may be interposed. Portions denoted by like reference numerals denote like elements throughout the specification.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 핀 전계 효과 트랜지스터를 나타내는 사시도이고, 도 2는 도 1의 Ⅰ-Ⅰ'을 따라 취해진 단면도이다.1 is a perspective view illustrating a fin field effect transistor according to an exemplary embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a cross-sectional view taken along line II ′ of FIG. 1.

도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 핀 트랜지스터는 반도체 기판(100, 이하 기판이라고 함)으로 부터 수직으로 연장된 핀(105)을 포함한다. 상기 기판(100)은 벌크 기판인 것이 바람직하다. 상기 기판(100)은 실리콘 벌크 기판일 수 있다. 상기 핀(105)은 상기 기판(100)과 동일한 물질인 것이 바람직하다.1 and 2, a fin transistor according to an embodiment of the present invention includes a fin 105 extending vertically from a semiconductor substrate 100 (hereinafter referred to as a substrate). The substrate 100 is preferably a bulk substrate. The substrate 100 may be a silicon bulk substrate. The pin 105 is preferably made of the same material as the substrate 100.

상기 핀(105)의 하부(lower part)는 절연물(112,insulator)로 이루어진다. 상기 절연물(112)은 열산화막인 것이 바람직하다. 상기 절연물(112)의 일부는 상기 핀(105) 주변의 기판(100) 표면을 따라 연장될 수 있다. 상기 핀(105) 내에 형성된 상기 절연물(112)의 일부분은 상기 절연물(112)의 연장된 부분의 상부면과 다른 높이의 상부면을 가질 수 있다. 특히, 상기 핀(105)에 형성된 절연물(112)의 일부분은 상기 절연물(112)의 연장된 부분에 비하여 높은 상부면을 가질 수 있다. 상기 핀(105)에 형성된 절연물(112)의 상부면 중 중앙부는 그것의 양 가장자리부들에 비하여 낮은 높이를 가질 수 있다.The lower part of the pin 105 is made of an insulator 112. The insulator 112 is preferably a thermal oxide film. A portion of the insulator 112 may extend along the surface of the substrate 100 around the fin 105. A portion of the insulator 112 formed in the pin 105 may have a top surface having a different height from the top surface of the extended portion of the insulator 112. In particular, a portion of the insulator 112 formed on the pin 105 may have a higher top surface than an extended portion of the insulator 112. The central portion of the top surface of the insulator 112 formed on the pin 105 may have a lower height than the edges thereof.

상기 핀(105)의 측벽에 라이너(116a') 및 주 매립 패턴(118a)이 차례로 적층된다. 상기 라이너(116a')는 상기 핀(105)의 상부측벽이 노출되도록 상기 핀(105) 측벽의 일부분에 형성된다. 즉, 상기 라이너(116a')의 최상부면은 상기 주 매립 패턴(118a)의 최상부면에 비하여 낮다. 상기 핀(105a)의 노출된 상부측벽, 상기 라이너(116a')의 최상부면 및 상기 주 매립 패턴(116a)의 상부측벽으로 둘러싸인 그루브가 형성된다. 상기 라이너(116a')의 하단(lower edge)은 상기 절연물(112)의 연장된 부분을 따라 연장될 수 있다. 상기 라이너(116a')의 연장된 부분은 상기 절연물(112)의 연장된 부분과 상기 주 매립 패턴(118a) 사이에 개재된다.The liner 116a 'and the main buried pattern 118a are sequentially stacked on the sidewalls of the fin 105. The liner 116a ′ is formed on a portion of the sidewall of the fin 105 such that the upper side wall of the fin 105 is exposed. That is, the top surface of the liner 116a 'is lower than the top surface of the main buried pattern 118a. A groove is formed surrounded by the exposed top side wall of the fin 105a, the top surface of the liner 116a 'and the top side wall of the main buried pattern 116a. A lower edge of the liner 116a ′ may extend along an extended portion of the insulator 112. An extended portion of the liner 116a 'is interposed between the extended portion of the insulator 112 and the main buried pattern 118a.

상기 주 매립 패턴(118a)은 소자분리를 위한 절연막으로 이루어질 수 있으며, 상기 라이너(116a')는 상기 주 매립 패턴(118a)에 대하여 식각선택비를 갖는 절연막으로 이루어지는 것이 바람직하다. 예를 들면, 상기 주 매립 패턴(118a)은 CVD 산화막으로 이루어질수 있으며, 상기 라이너(116a)는 질화막으로 이루어질 수 있다. The main buried pattern 118a may be formed of an insulating film for device isolation, and the liner 116a 'may be formed of an insulating film having an etching selectivity with respect to the main buried pattern 118a. For example, the main buried pattern 118a may be formed of a CVD oxide film, and the liner 116a may be formed of a nitride film.

상기 라이너(116a') 및 기판(100) 사이에 보조 매립 패턴(114a)이 배치될 수 있다. 구체적으로, 상기 보조 매립 패턴(114a)은 상기 절연물(112)과 상기 라이너(116a') 사이에 개재될 수 있다. 상기 보조 매립 패턴(114a)의 상부면은 상기 절연물(112)의 최상부면의 높이에 근접하도록 배치될 수 있다. 상기 보조 매립 패턴(114a)은 갭필 특성이 우수한 물질로 이루어질 수 있다. 예를 들면, 상기 보조 매립 패턴(114a)은 스핀 방식으로 형성되는 SOG막으로 이루어질 수 있다. 구체적으로, 상기 보조 매립 패턴(114a)은 HSQ막 또는 폴리실라제인 계열의 물질로 이루어질 수 있다.An auxiliary buried pattern 114a may be disposed between the liner 116a 'and the substrate 100. Specifically, the auxiliary buried pattern 114a may be interposed between the insulator 112 and the liner 116a '. An upper surface of the auxiliary buried pattern 114a may be disposed to approach the height of the uppermost surface of the insulator 112. The auxiliary buried pattern 114a may be formed of a material having excellent gapfill characteristics. For example, the auxiliary buried pattern 114a may be formed of an SOG film formed by a spin method. Specifically, the auxiliary buried pattern 114a may be formed of a material of a HSQ film or polysilase-based material.

상기 라이너(116a')와 상기 핀(105)의 측벽 사이에 희생 절연막(107)이 개재될 수 있다. 상기 희생 절연막(107)은 실리콘산화막으로 이루어질 수 있다.A sacrificial insulating layer 107 may be interposed between the liner 116a ′ and the sidewalls of the fin 105. The sacrificial insulating layer 107 may be formed of a silicon oxide layer.

게이트 전극(120)이 상기 핀(105)을 가로지른다. 상기 게이트 전극(120)과 상기 핀(105) 사이에 게이트 절연막(119)이 개재된다. 상기 게이트 전극(120)은 연장되어 상기 게이트 전극(120) 아래의 상기 그루브를 채운다. 이에 따라, 상기 게이트 전극(120)은 상기 핀(105)의 상부(upper part)의 양측벽 및 상부면을 지난다. 도시하지 않았지만, 상기 게이트 전극(120)과 상기 핀(105)의 상부면 사이에 상기 게이트 절연막(119)에 비하여 두꺼운 두께를 갖는 캐핑 절연층(미도시함)이 더 개재될수도 있다. 상기 게이트 전극(120)은 도전막인, 도핑된 폴리실리콘, 금속 또는 도전성 금속화합물로 이루어질 수 있다. 상기 게이트 절연막(119)은 실리콘 산화막, 특히, 열산화막으로 이루어질 수 있다.A gate electrode 120 crosses the fin 105. A gate insulating layer 119 is interposed between the gate electrode 120 and the fin 105. The gate electrode 120 extends to fill the groove under the gate electrode 120. Accordingly, the gate electrode 120 passes through both sidewalls and the top surface of the upper part of the fin 105. Although not shown, a capping insulating layer (not shown) having a thickness thicker than that of the gate insulating layer 119 may be interposed between the gate electrode 120 and the upper surface of the fin 105. The gate electrode 120 may be made of a doped polysilicon, a metal, or a conductive metal compound, which is a conductive film. The gate insulating layer 119 may be formed of a silicon oxide layer, in particular, a thermal oxide layer.

상기 게이트 전극(120) 양측의 상기 핀(105) 내에 불순물확산층으로 이루어진 소오스/드레인 영역(122)이 배치된다. 상기 소오스/드레인 영역(122)의 하부면은 상기 절연물(112)의 상부면 이상의 높이를 갖는 것이 바람직하다. 즉, 상기 소오스/드레인 영역(122)의 하부면은 상기 절연물(112)의 상부면과 접촉하거나, 높게 위치할 수 있다. 도 1에서는, 상기 소오스/드레인 영역(122)의 하부면이 상기 절연물(112)의 상부면 보다 높게 도시하였다.A source / drain region 122 including an impurity diffusion layer is disposed in the fin 105 on both sides of the gate electrode 120. The lower surface of the source / drain region 122 may have a height greater than or equal to the upper surface of the insulator 112. That is, the bottom surface of the source / drain region 122 may be in contact with the top surface of the insulator 112 or may be positioned high. In FIG. 1, the bottom surface of the source / drain region 122 is higher than the top surface of the insulator 112.

다른 형태로, 상기 핀 트랜지스터는 상기 보조 매립 패턴(114a), 라이너(116a'), 주 매립 패턴(118a)이 생략되어 상기 게이트 전극(120)이 상기 핀(105)의 양측벽(both sidewalls)의 상부(upper part) 및 하부(lower part) 전체를 지날 수도 있다. 이 경우에, 상기 핀(105) 양측(both sides)에 위치하는 상기 게이트 전극(120)의 일부분과 상기 기판(100) 사이에 상기 절연물(112)의 연장된 부분이 개재되는 것이 바람직하다.In another embodiment, the fin transistor has the auxiliary buried pattern 114a, the liner 116a ′, and the main buried pattern 118a omitted, so that the gate electrode 120 has both sidewalls of the fin 105. It may pass through the upper part and the lower part of the whole. In this case, it is preferable that an extended portion of the insulator 112 is interposed between a portion of the gate electrode 120 positioned on both sides of the fin 105 and the substrate 100.

상술한 구조의 핀 트랜지스터에 있어서, 상기 핀(105)의 하부(lower part)는 상기 절연물(112)로 이루어지며, 상기 소오스/드레인 영역(122)은 상기 절연물(112)의 상기 핀(105) 내에 배치된다. 이에 따라, 상기 소오스/드레인 영역(122)과 상기 기판(100)은 상기 절연물(122)에 의해 격리된다. 이에 따라, 종래의 누설전류를 방지할 수 있다. 또한, 상기 소오스/드레인 영역(122)은 이웃하는 다른 핀 트랜지스터(미도시함)의 소오스/드레인 영역(미도시함)과도 격리된다. 그 결과, 종래의 기생 트랜지스터의 형성을 방지하여 핀 전계 효과 트랜지스터의 특성 열화를 방지할 수 있다. 이에 더하여, 상기 기판(100)은 벌크 기판으로 이루어짐으로, 종래의 SOI기판의 고비용으로 인한, 반도체 소자의 생산성 저하를 크게 개선할 수 있다.In the fin transistor having the above-described structure, a lower part of the fin 105 is formed of the insulator 112, and the source / drain region 122 is the fin 105 of the insulator 112. Disposed within. Accordingly, the source / drain region 122 and the substrate 100 are separated by the insulator 122. Thus, the conventional leakage current can be prevented. The source / drain regions 122 are also isolated from source / drain regions (not shown) of other adjacent pin transistors (not shown). As a result, it is possible to prevent the formation of conventional parasitic transistors and to prevent deterioration of characteristics of the fin field effect transistors. In addition, since the substrate 100 is made of a bulk substrate, the productivity of the semiconductor device may be greatly improved due to the high cost of the conventional SOI substrate.

도 3 내지 도 10은 본 발명의 실시예에 따른 핀 전계 효과 트랜지스터의 형성 방법을 설명하기 위하여 도 1의 Ⅰ-Ⅰ'을 따라 취해진 공정단면도들이다.3 through 10 are process cross-sectional views taken along line II ′ of FIG. 1 to explain a method of forming a fin field effect transistor according to an embodiment of the present invention.

도 3을 참조하면, 기판(100) 전면 상에 하드마스크막을 형성하고, 상기 하드마스크막을 패터닝하여 상기 기판(100)의 소정영역 상에 하드마스크 패턴(103)을 형성한다. 상기 기판(100)은 반도체 소자에 널리 사용되는 통상적인 벌크 기판인 것이 바람직하다. 상기 하드마스크 패턴(103)은 상기 기판(100)에 대하여 식각선택비를 갖는 물질로 형성하는 것이 바람직하다. 이에 더하여, 상기 하드마스크 패턴(103)은 그것의 아래에 위치한 기판(100) 표면의 산화를 방지할 수 있는 물질로 형성하는 것이 바람직하다. 예를 들면, 상기 하드마스크 패턴(103)은 질화물(102)을 포함할 수 있다. 이때, 상기 하드마스크 패턴(103)은 상기 질화물(102)과 상기 기판(100) 사이에 개재된 버퍼 절연막(101)을 더 포함할 수 있다. 상기 버퍼 절연막(101)은 상기 질화물(102)과 상기 기판(100)의 장력 차이에 의한 스트레스를 완화하는 역활을 할 수 있다. 상기 버퍼 절연막(101)은 실리콘 산화막으로 형성할 수 있다. 물론, 상기 하드마스크 패턴(103)은 다른 물질로 형성될 수도 있다. 상기 질화물(102)은 질화실리콘으로 형성할 수 있다. 이에 더하여, 상기 질화물(102)은 질화티탄늄 또는 질화탄탈늄등으로 형성할 수도 있다.Referring to FIG. 3, a hard mask layer is formed on the entire surface of the substrate 100, and the hard mask layer is patterned to form a hard mask pattern 103 on a predetermined region of the substrate 100. The substrate 100 is preferably a conventional bulk substrate widely used in semiconductor devices. The hard mask pattern 103 may be formed of a material having an etching selectivity with respect to the substrate 100. In addition, the hard mask pattern 103 is preferably formed of a material that can prevent the oxidation of the surface of the substrate 100 positioned below it. For example, the hard mask pattern 103 may include a nitride 102. In this case, the hard mask pattern 103 may further include a buffer insulating film 101 interposed between the nitride 102 and the substrate 100. The buffer insulating layer 101 may play a role of alleviating stress due to a difference in tension between the nitride 102 and the substrate 100. The buffer insulating film 101 may be formed of a silicon oxide film. Of course, the hard mask pattern 103 may be formed of another material. The nitride 102 may be formed of silicon nitride. In addition, the nitride 102 may be formed of titanium nitride, tantalum nitride, or the like.

상기 하드마스크 패턴(103)을 마스크로 사용하여 상기 기판(100)을 식각하여 핀(105)을 형성한다. 상기 핀(105)은 상기 기판(100)으로 부터 수직으로 연장된 형태이다. 상기 핀(105)은 상기 기판(100)과 동일한 물질이다.The substrate 100 is etched using the hard mask pattern 103 as a mask to form the fin 105. The pin 105 extends vertically from the substrate 100. The pin 105 is made of the same material as the substrate 100.

도 4를 참조하면, 이어서, 적어도 상기 핀(105)의 측벽 및 기판(100) 표면에 희생 절연층(107)을 형성한다. 상기 희생 절연층(107)은 열산화막으로 형성하는 것이 바람직하다. 즉, 상기 핀(105)을 갖는 기판(100)에 소정의 산화 공정을 수행하여 상기 핀(105)의 측벽 및 상기 핀(105) 주변의 기판(100) 표면에 상기 희생 절연층(107)이 형성된다. 이때, 상기 하드마스크 패턴(103)은 산화방지용 물질이 포함되어 있음으로, 상기 핀(105)의 상부면에는 희생 절연층(107)이 형성되지 않을 수 있다. 이와는 다르게, 상기 희생 절연층(107)은 CVD 절연층으로 형성할 수도 있다.Referring to FIG. 4, a sacrificial insulating layer 107 is formed on at least the sidewall of the fin 105 and the surface of the substrate 100. The sacrificial insulating layer 107 is preferably formed of a thermal oxide film. That is, the sacrificial insulating layer 107 is formed on the sidewall of the fin 105 and the surface of the substrate 100 around the fin 105 by performing a predetermined oxidation process on the substrate 100 having the fin 105. Is formed. In this case, since the hard mask pattern 103 includes an antioxidant material, the sacrificial insulating layer 107 may not be formed on the upper surface of the fin 105. Alternatively, the sacrificial insulating layer 107 may be formed of a CVD insulating layer.

상기 희생 절연층(107)을 형성하기 전에, 상기 핀(105)을 갖는 기판(100)에 트리밍(trimming) 산화 공정 및 산화물 제거 공정을 적어도 1회 반복적으로 수행하여 상기 핀(105)의 폭을 조절하는 단계를 더 수행할 수도 있다. 이 경우에, 상기 핀(105)의 폭은 상기 하드마스크 패턴(105)의 폭에 비하여 얇을 수 있다.Before forming the sacrificial insulating layer 107, the substrate 100 having the fins 105 may be repeatedly trimmed and oxidized at least once to reduce the width of the fins 105. The adjusting step may be further performed. In this case, the width of the pin 105 may be thinner than the width of the hard mask pattern 105.

계속해서, 상기 희생 절연층(107)을 갖는 기판(100) 전면에 콘포말한 산화방지막을 형성하고, 상기 산화방지막을 에치백(etch-back)하여 상기 핀(105) 및 하드마스크 패턴(103)의 측벽에 산화방지 스페이서(109)를 형성한다. 상기 산화방지 스페이서(109) 및 상기 핀(105) 사이와, 상기 산화방지 스페이서(109) 및 상기 기판(100) 사이에 상기 희생 절연층(107)이 개재되어 있다. 상기 산화방지 스페이서(109)는 산화를 방지하는 물질로 형성한다. 이에 더하여, 상기 산화방지 스페이서(109)는 상기 희생 절연층(107)에 대하여 식각선택비를 갖는 물질로 형성한다. 예컨대, 상기 산화방지 스페이서(109)는 질화 실리콘과 같은 질화물로 형성할 수 있다. 상기 하드마스크 패턴(103)은 상기 산화방지 스페이서(109)와 동일한 물질을 포함할 수 있다.Subsequently, a conformal antioxidant film is formed on the entire surface of the substrate 100 having the sacrificial insulating layer 107, and the fin film 105 and the hard mask pattern 103 are etched back. The anti-oxidation spacer 109 is formed on the sidewall of the substrate. The sacrificial insulating layer 107 is interposed between the antioxidant spacer 109 and the fin 105 and between the antioxidant spacer 109 and the substrate 100. The anti-oxidation spacer 109 is formed of a material for preventing oxidation. In addition, the anti-oxidation spacer 109 is formed of a material having an etching selectivity with respect to the sacrificial insulating layer 107. For example, the antioxidant spacer 109 may be formed of a nitride such as silicon nitride. The hard mask pattern 103 may include the same material as the antioxidant spacer 109.

도 5 및 도 6을 참조하면, 등방성 식각 공정을 수행하여 적어도 상기 산화방지 스페이서(109) 아래의 상기 희생 절연층(107)을 제거하여 상기 핀(105) 측벽의 일부분을 노출시킨다. 이때, 상기 등방성 식각 공정으로 인하여, 상기 핀(105) 주변의 상기 기판(100) 표면에 형성된 희생 절연층(107)도 함께 제거된다. 상기 산화방지 스페이서(109)는 상기 희생 절연층(107)에 대하여 식각선택비를 가짐으로써, 상기 핀(105)의 상부(upper part)에 형성된 희생 절연층(107)은 보호될 수 있다.5 and 6, an isotropic etching process is performed to remove at least the sacrificial insulating layer 107 under the anti-oxidation spacer 109 to expose a portion of the sidewall of the fin 105. At this time, due to the isotropic etching process, the sacrificial insulating layer 107 formed on the surface of the substrate 100 around the fin 105 is also removed. The anti-oxidation spacer 109 has an etching selectivity with respect to the sacrificial insulating layer 107, so that the sacrificial insulating layer 107 formed on the upper part of the fin 105 may be protected.

이어서, 상기 핀(105)의 노출된 측벽을 갖는 기판(100)에 소정의 산화 공정을 수행하여 상기 핀(105) 하부(lower part)를 절연물(112)로 형성시킨다. 이로써, 상기 절연물(112)은 열산화막(thermal oxide)로 형성된다. 상기 절연물(112) 형성을 위한 산화공정시, 상기 핀(105) 주변의 기판(100) 표면도 노출되어 있음으로, 상기 절연물(112)의 일부는 상기 기판(100)의 표면을 따라 연장되도록 형성된다. 상기 절연물(112)을 형성하기 위한 산화 공정을 수행하는 동안에, 상기 핀(105)의 상부(upper part)는 상기 산화방지 스페이서(109) 및 하드마스크 패턴(103)에 의하여 보호됨으로써, 상기 핀(105)의 상부(upper part)가 산화되는 것이 방지된다.Subsequently, a predetermined oxidation process is performed on the substrate 100 having the exposed sidewall of the fin 105 to form a lower part of the fin 105 as an insulator 112. As a result, the insulator 112 is formed of a thermal oxide. During the oxidation process for forming the insulator 112, the surface of the substrate 100 around the fin 105 is also exposed, so that a part of the insulator 112 is formed to extend along the surface of the substrate 100. do. During the oxidation process to form the insulator 112, the upper part of the fin 105 is protected by the anti-oxidation spacer 109 and the hard mask pattern 103, thereby preventing the fin ( The upper part of 105 is prevented from oxidizing.

상기 절연물(112)을 형성하기 전에, 상기 핀(105)의 노출된 측벽을 리세스하는 공정을 더 수행하는 것이 바람직하다. 이는, 상기 핀(105)의 노출된 측벽에 리세스된 영역(110)을 형성함으로써, 상기 소정의 산화 공정에 상기 핀(105)의 노출면의 면적이 증가된다. 그 결과, 상기 절연물(112)의 형성을 위한 공정시간을 단축시킬 수 있다.Prior to forming the insulator 112, it is preferable to further perform the process of recessing the exposed sidewall of the fin 105. This results in the formation of recessed regions 110 on the exposed sidewalls of the fins 105, thereby increasing the area of the exposed surface of the fins 105 in the predetermined oxidation process. As a result, the process time for forming the insulator 112 can be shortened.

상기 절연물(112)의 형성을 위한 산화 공정은 등방성을 갖는다. 이에 따라, 상기 절연물(112)은 상기 핀(105)의 노출된 측벽으로 부터 등방적으로 형성된다. 그 결과, 상기 핀(105)의 하부(lower part)에 형성된 절연물(112)의 상부면은 그것의 가장자리에 비하여 그것의 중앙부가 낮은 높이를 갖도록 형성될 수 있다. 또한, 상기 핀(105)의 하부에 형성된 절연물(112)은 상기 기판(100) 표면에 형성된 절연물(112)의 일부분에 비하여 높은 상부면을 갖도록 형성될 수 있다.An oxidation process for forming the insulator 112 is isotropic. Accordingly, the insulator 112 is isotropically formed from the exposed sidewall of the fin 105. As a result, the upper surface of the insulator 112 formed in the lower part of the fin 105 can be formed such that its central portion has a lower height than its edges. In addition, the insulator 112 formed under the fin 105 may have a higher upper surface than a portion of the insulator 112 formed on the surface of the substrate 100.

도 7 및 도 8을 참조하면, 상기 절연물(112)을 갖는 기판(100)으로 부터 상기 산화방지 스페이서(109)를 제거한다. 이때, 상기 하드마스크 패턴(103)에 포함된 질화물(102)도 동시에 제거될 수 있다. 즉, 상기 핀(105)의 상부(upper part)는 상기 버퍼절연막(101) 및 희생 절연막(107)의 잔여물에 의하여 보호될 수 있다. 만약, 상기 하드마스크 패턴(103)이 상기 산화방지 스페이서(109)와 다른 물질로 형성될 경우, 상기 하드마스크 패턴(103)은 대부분이 잔존할 수도 있다.7 and 8, the antioxidant spacer 109 is removed from the substrate 100 having the insulator 112. In this case, the nitride 102 included in the hard mask pattern 103 may be removed at the same time. That is, the upper part of the fin 105 may be protected by the residues of the buffer insulating film 101 and the sacrificial insulating film 107. If the hard mask pattern 103 is formed of a material different from that of the anti-oxidation spacer 109, most of the hard mask pattern 103 may remain.

이어서, 상기 기판(100) 전면에 보조 매립 절연막(114)을 형성할 수 있다. 상기 보조 매립 절연막(114)은 상기 핀(105)의 형성을 위한 상기 기판(100)의 식각된 영역을 채울 수 있다. 상기 보조 매립 절연막(114)은 스핀 방식으로 형성되는 HSQ막 또는 폴리실라제인 계열과 같은 SOG막으로 형성할 수 있다.Subsequently, an auxiliary buried insulating layer 114 may be formed on the entire surface of the substrate 100. The auxiliary buried insulating layer 114 may fill an etched region of the substrate 100 for forming the fin 105. The auxiliary buried insulating layer 114 may be formed of an HSQ film formed of a spin method or an SOG film such as polysilase-based.

상기 보조 매립 절연막(114)을 상기 핀(105) 또는 상기 버퍼절연막(101)이 노출될때까지 평탄화시키고, 상기 평탄화된 보조 매립 절연막(114)을 리세스하여 보조 매립 패턴(114a)을 형성한다. 상기 보조 매립 패턴(114a)은 상기 기판(100)의 식각된 영역의 일부를 채운다. 상기 보조 매립 패턴(114a)은 상기 절연물(112)의 상부면에 근접하도록 형성될 수 있다.The auxiliary buried insulating layer 114 is planarized until the fin 105 or the buffer insulating layer 101 is exposed, and the flattened auxiliary buried insulating layer 114 is recessed to form an auxiliary buried pattern 114a. The auxiliary buried pattern 114a fills a portion of the etched region of the substrate 100. The auxiliary buried pattern 114a may be formed to be close to an upper surface of the insulator 112.

상기 보조 매립 패턴(114a)을 갖는 기판(100)에 콘포말한 라이너막(116)를 형성하고, 상기 라이너막(116) 상에 상기 기판(100)의 식각된 영역을 채우는 주 매립 절연막(118)을 형성한다. 상기 라이너막(116)은 상기 주 매립 절연막(118)에 대하여 식각 선택비를 갖는 절연 물질로 형성하는 것이 바람직하다. 예를 들면, 상기 주 매립 절연막(118)을 실리콘 산화막으로 형성하고, 상기 라이너막(116)은 실리콘 질화막으로 형성할 수 있다.A main buried insulating film 118 is formed on the substrate 100 having the auxiliary buried pattern 114a, and a conformal liner film 116 fills the etched region of the substrate 100 on the liner film 116. ). The liner layer 116 may be formed of an insulating material having an etch selectivity with respect to the main buried insulating layer 118. For example, the main buried insulating film 118 may be formed of a silicon oxide film, and the liner film 116 may be formed of a silicon nitride film.

도 9 및 도 10을 참조하면, 상기 버퍼절연막(101) 또는 상기 핀(105)의 상부면을 식각정지층으로 사용하여 상기 주 매립 절연막(118) 및 상기 라이너막(116)을 평탄화시킨다. 따라서, 상기 핀(103)의 측벽에는 평탄화된 라이너막(116a) 및 주 매립 패턴(118a)이 형성된다. 상기 주 매립 절연막(118) 및 라이너막(116)는 화학적기계적 연마공정으로 평탄화될 수 있다.9 and 10, the main buried insulating layer 118 and the liner layer 116 are planarized by using an upper surface of the buffer insulating layer 101 or the fin 105 as an etch stop layer. Accordingly, the planarized liner layer 116a and the main buried pattern 118a are formed on the sidewalls of the fin 103. The main buried insulating film 118 and the liner film 116 may be planarized by a chemical mechanical polishing process.

상기 평탄화한 후에, 상기 버퍼 절연막(101)을 제거하여 상기 핀(105)의 상부면을 노출시키고, 상기 핀(105)의 상부면을 산화시켜 캐핑 절연층(미도시함)을 형성할 수도 있다. 물론, 상기 캐핑 절연층을 형성하는 공정은 생략될수도 있다.After the planarization, the buffer insulating layer 101 may be removed to expose the upper surface of the fin 105, and the upper surface of the fin 105 may be oxidized to form a capping insulating layer (not shown). . Of course, the process of forming the capping insulating layer may be omitted.

이어서, 상기 평탄화된 라이너막(116a)을 선택적으로 리세스하여 상기 핀(105) 측벽의 일부분 상에 라이너(116a')를 형성하여 상기 핀(105)의 상부(upper part)에 형성된 희생 절연막(107)을 노출시킨다.Subsequently, the planarized liner layer 116a is selectively recessed to form a liner 116a 'on a portion of the sidewall of the fin 105 to form a sacrificial insulating layer formed on an upper part of the fin 105. 107).

상기 노출된 희생 절연막(107)을 제거하여 상기 핀(105)의 상부측벽을 노출시킨다. 결과적으로, 상기 핀(105)의 상부측벽, 라이너(116a')의 최상부면 및 주 매립 패턴(116a')으로 둘러싸인 그루브가 형성된다.The exposed sacrificial insulating layer 107 is removed to expose the upper side wall of the fin 105. As a result, a groove is formed surrounded by the upper side wall of the fin 105, the top surface of the liner 116a 'and the main buried pattern 116a'.

계속해서, 도 1 및 도 2에 도시된 게이트 절연막(119)을 형성하고, 상기 게이트 절연막(119) 상에 상기 핀(105)을 가로지르는 게이트 전극(120)을 형성한다. 상기 게이트 전극(120)은 그것의 하부에 위치한 그루브를 채운다. 따라서, 상기 게이트 전극(120)은 상기 핀(105)의 양 상부측벽들 및 상부면을 지난다.Subsequently, a gate insulating film 119 shown in FIGS. 1 and 2 is formed, and a gate electrode 120 that crosses the fin 105 is formed on the gate insulating film 119. The gate electrode 120 fills in a groove located below it. Thus, the gate electrode 120 passes through both upper sidewalls and the upper surface of the fin 105.

상기 캐핑 절연층(미도시함)이 형성되거나, 하드마스크 패턴(103)이 잔존할 경우, 이들은 상기 게이트 절연막(119)의 두께에 비하여 높게 형성시킴으로써, 상기 게이트 전극(120) 하부의 채널영역을 상기 핀(105)의 양 상부측벽들로 한정할 수도 있다.When the capping insulating layer (not shown) is formed or the hard mask pattern 103 remains, they are formed higher than the thickness of the gate insulating layer 119, thereby forming a channel region under the gate electrode 120. It may be limited to both upper side walls of the pin 105.

계속해서, 상기 게이트 전극(120)을 마스크로 사용하여 불순물 이온들을 주입하여 도 1에 도시된 소오스/드레인 영역(122)을 형성한다. 상기 소오스/드레인 영역(122)의 하부면은 상기 핀(105)에 형성된 절연물(112)의 상부면과 접촉하거나, 그 이상의 높이로 형성되는 것이 바람직하다.Subsequently, impurity ions are implanted using the gate electrode 120 as a mask to form a source / drain region 122 shown in FIG. 1. The lower surface of the source / drain region 122 may contact the upper surface of the insulator 112 formed on the fin 105 or may have a height higher than that.

상술한 핀 전계 효과 트랜지스터의 형성 방법에 있어서, 벌크 기판인 기판(100)을 식각하여 핀(105)을 형성한 후에, 산화방지 스페이서(109)를 이용하여 상기 핀(105)의 하부(lower part)를 절연물(112)로 형성시킨다. 상기 절연물(112)은 소오스/드레인 영역(122)과 기판(100)을 격리시킴으로써, 종래의 누설전류를 방지하고, 기생 트랜지스터의 형성을 방지할 수 있다. 또한, 종래의 고비용의 SOI기판을 사용하지 않음으로써, 반도체 제품의 생산단가를 절감하여 생산성을 향상시킬 수 있다.In the above-described method of forming the fin field effect transistor, after forming the fin 105 by etching the substrate 100, which is a bulk substrate, the lower part of the fin 105 using the anti-oxidation spacer 109. ) Is formed of an insulator 112. The insulator 112 may isolate the source / drain regions 122 and the substrate 100, thereby preventing a conventional leakage current and preventing formation of parasitic transistors. In addition, by not using a conventional high-cost SOI substrate, it is possible to reduce the production cost of the semiconductor product to improve productivity.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 벌크기판을 선택적으로 식각하여 핀을 형성하고, 상기 핀의 하부(lower part)를 절연물로 형성시킨다. 이에 따라, 소오스/드레인 영역과 기판이 격리됨으로써, 종래의 누설전류를 방지할 수 있으며, 종래의 기생 트랜지스터의 형성을 방지하여 핀 트랜지스터의 특성을 향상시킬 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 핀 전계 효과 트랜지스터는 고가의 SOI기판을 요구하지 않는다. 따라서, 반도체 제품의 생산단가를 절감하여 생산성을 향상시킬 수 있다.As described above, according to the present invention, the bulk substrate is selectively etched to form fins, and the lower part of the fin is formed of an insulator. As a result, the source / drain regions and the substrate are separated from each other, thereby preventing the conventional leakage current and preventing the formation of the conventional parasitic transistor, thereby improving the characteristics of the fin transistor. In addition, the fin field effect transistor according to the present invention does not require an expensive SOI substrate. Therefore, productivity can be improved by reducing the production cost of the semiconductor product.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 핀 전계 효과 트랜지스터를 나타내는 사시도이다.1 is a perspective view illustrating a fin field effect transistor according to an exemplary embodiment of the present invention.

도 2는 도 1의 Ⅰ-Ⅰ'을 따라 취해진 단면도이다.FIG. 2 is a cross-sectional view taken along the line II ′ of FIG. 1.

도 3 내지 도 10은 본 발명의 실시예에 따른 핀 전계 효과 트랜지스터의 형성 방법을 설명하기 위하여 도 1의 Ⅰ-Ⅰ'을 따라 취해진 공정단면도들이다.3 through 10 are process cross-sectional views taken along line II ′ of FIG. 1 to explain a method of forming a fin field effect transistor according to an embodiment of the present invention.

Claims (11)

기판으로 부터 수직으로 연장되되, 그것의 하부(lower part)가 절연물로 이루어진 핀;A pin extending vertically from the substrate, the lower part of which is made of an insulator; 상기 핀을 가로지르는 게이트 전극;A gate electrode across the pin; 상기 게이트 전극과 핀 사이에 개재된 게이트 절연막; 및A gate insulating layer interposed between the gate electrode and the fin; And 상기 게이트 전극 양측의 상기 핀 내에 형성된 소오스/드레인 영역을 포함하는 핀 전계 효과 트랜지스터.And a source / drain region formed in the fins on both sides of the gate electrode. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 절연물의 일부는 상기 핀 주변의 상기 기판 표면을 따라 연장되는 것을 특징으로 하는 핀 전계 효과 트랜지스터.And a portion of the insulator extends along the substrate surface around the fin. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 핀의 측벽에 차례로 형성되되, 상기 핀의 상부측벽이 노출되도록 상기 핀 측벽의 일부분에 형성된 라이너 및, 상기 라이너에 비하여 높은 상부면을 갖는 주 매립 패턴을 더 포함하되, 상기 게이트 전극은 상기 핀의 노출된 상부(upper part)를 가로지르는 것을 특징으로 하는 핀 전계 효과 트랜지스터.A liner formed on a sidewall of the fin, the liner formed on a portion of the sidewall of the fin so that the upper sidewall of the fin is exposed, and a main buried pattern having a higher top surface than the liner, wherein the gate electrode includes the fin And across an exposed upper part of the fin field effect transistor. 제 3 항에 있어서, The method of claim 3, wherein 상기 라이너와 상기 기판 사이에 개재된 보조 매립 패턴을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 핀 전계 효과 트랜지스터.And a subsidiary buried pattern interposed between the liner and the substrate. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 소오스/드레인 영역의 하부면은 상기 절연물의 상부면 이상의 높이에 위치하는 것을 특징으로 하는 핀 전계 효과 트랜지스터.And a lower surface of the source / drain region is at a height greater than or equal to an upper surface of the insulator. 기판을 선택적으로 식각하여 상기 기판으로 부터 수직으로 연장된 핀을 형성하는 단계;Selectively etching a substrate to form a fin extending vertically from the substrate; 상기 핀의 하부(lower part)를 절연물로 형성시키는 단계;Forming a lower part of the pin with an insulator; 게이트 절연막을 개재하여 상기 핀을 가로지르는 게이트 전극을 형성하는 단계; 및Forming a gate electrode across the fin via a gate insulating film; And 상기 게이트 전극 양측의 상기 핀 내에 소오스/드레인 영역을 형성하는 단계를 포함하는 핀 전계 효과 트랜지스터의 형성 방법.Forming a source / drain region in the fins on both sides of the gate electrode. 제 6 항에 있어서,The method of claim 6, 상기 핀 및 절연물을 형성하는 단계는,Forming the pins and insulators, 기판 상에 하드마스크 패턴을 형성하는 단계;Forming a hardmask pattern on the substrate; 상기 하드마스크 패턴을 마스크로 사용하여 상기 기판을 식각하여 상기 핀을 형성하는 단계; Etching the substrate to form the fin using the hard mask pattern as a mask; 적어도 상기 핀의 측벽 및 상기 핀 주변의 기판 표면에 희생 절연층을 형성하는 단계;Forming a sacrificial insulating layer on at least sidewalls of the fins and a substrate surface around the fins; 상기 희생 절연층을 개재하여 상기 핀 및 하드마스크 패턴의 측벽에 산화방지 스페이서를 형성하는 단계;Forming an anti-oxidation spacer on sidewalls of the fin and hard mask pattern through the sacrificial insulating layer; 적어도 상기 산화방지 스페이서의 하부면 아래에 위치한 상기 희생절연층을 제거하여 상기 핀 측벽의 일부분을 노출시키는 단계;Removing at least the sacrificial insulating layer located below the bottom surface of the antioxidant spacer to expose a portion of the fin sidewalls; 상기 기판에 산화 공정을 수행하여 상기 절연물을 형성하는 단계;Performing an oxidation process on the substrate to form the insulator; 적어도 상기 산화방지 스페이서를 제거하는 단계; 및Removing at least the antioxidant spacer; And 적어도 상기 핀의 상부측벽(upper sidewall)을 노출시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 핀 전계 효과 트랜지스터의 형성 방법.Exposing at least an upper sidewall of the fin. 제 7 항에 있어서,The method of claim 7, wherein 상기 절연물을 형성하기 전에,Before forming the insulator, 상기 노출된 핀의 측벽을 리세스하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 핀 전계 효과 트랜지스터의 형성 방법.And recessing sidewalls of the exposed fins. 제 6 항에 있어서,The method of claim 6, 상기 게이트 절연막을 형성하기 전에,Before forming the gate insulating film, 상기 기판 전면에 라이너막을 콘포말하게 형성하는 단계;Conformally forming a liner film on the entire surface of the substrate; 상기 라이너막 상에 상기 기판의 식각된 영역을 채우는 주 매립절연막을 형성하는 단계;Forming a main buried insulating film filling the etched region of the substrate on the liner film; 상기 주 매립 절연막 및 상기 라이너막을 상기 핀의 상부면이 노출될때까지 평탄화시키는 단계; 및Planarizing the main buried insulating film and the liner film until the upper surface of the fin is exposed; And 상기 평탄화된 라이너막을 선택적으로 리세스하여 상기 핀의 상부측벽을 노출시키는 단계를 더 포함하되, 상기 게이트 전극은 상기 핀의 노출된 상부를 가로지르는 것을 특징으로 하는 핀 전계 효과 트랜지스터의 형성 방법.Selectively recessing the planarized liner film to expose an upper sidewall of the fin, wherein the gate electrode crosses the exposed top of the fin. 제 9 항에 있어서,The method of claim 9, 상기 라이너막을 형성하기 전에,Before forming the liner film, 상기 기판의 식각된 영역을 채우는 보조 매립절연막을 형성하는 단계;Forming an auxiliary buried insulating film filling the etched region of the substrate; 상기 보조 매립절연막을 상기 핀의 상부면이 노출될때까지 평탄화시키는 단계; 및,Planarizing the auxiliary buried insulating film until the upper surface of the fin is exposed; And, 상기 평탄화된 보조 매립절연막을 리세스하여 상기 식각된 영역의 일부를 채우는 보조 매립 패턴을 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 핀 전계 효과 트랜지스터의 형성 방법.And recessing the planarized auxiliary buried insulating layer to form an auxiliary buried pattern filling a portion of the etched region. 제 6 항에 있어서,The method of claim 6, 상기 소오스/드레인 영역을 형성하는 단계는,Forming the source / drain region may include: 상기 게이트 전극을 마스크로 사용하여 불순물 이온들을 주입하여 상기 소오스/드레인 영역을 형성하는 단계를 포함하되, 상기 소오스/드레인 영역의 하부면은 상기 절연물의 상부면 이상의 높이를 갖도록 형성되는 것을 특징으로 하는 핀 전계 효과 트랜지스터의 형성 방법.Implanting impurity ions using the gate electrode as a mask to form the source / drain region, wherein a lower surface of the source / drain region is formed to have a height greater than or equal to an upper surface of the insulator; Method of forming a fin field effect transistor.
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