KR20070095062A - Fin fet and method for fabricating the same - Google Patents

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KR20070095062A
KR20070095062A KR1020060025266A KR20060025266A KR20070095062A KR 20070095062 A KR20070095062 A KR 20070095062A KR 1020060025266 A KR1020060025266 A KR 1020060025266A KR 20060025266 A KR20060025266 A KR 20060025266A KR 20070095062 A KR20070095062 A KR 20070095062A
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윤은정
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삼성전자주식회사
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Abstract

A fin field effect transistor and its manufacturing method are provided to increase the mobility of a carrier by enclosing an active pattern with a stress inducing layer. An active pattern(105) protrudes from a surface of a semiconductor substrate(100), and extends in a first direction, and a first hard mask pattern(120) is formed on the active pattern. An isolation film(140) is formed on the substrate in such a way that a portion of the active pattern protrudes. A stress inducing layer(130) is disposed between the isolation film and the active pattern. A gate structure(165) extends in a second direction to enclose the protruded portion of the active pattern and the first hard mask pattern.

Description

핀 전계 효과 트랜지스터 및 그 제조방법{Fin FET and method for fabricating the same}Fin field effect transistor and its manufacturing method {F FET and method for fabricating the same}

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

도 2a 내지 도 2h는 도 1의 핀 전계 효과 트랜지스터의 제조방법을 설명하기 위한 사시도이다.2A to 2H are perspective views illustrating a method of manufacturing the fin field effect transistor of FIG. 1.

도 3a 내지 도 3g는 도 1의 III-III 선에 따른, 핀 전계 효과 트랜지스터의 제조방법을 설명하기 위한 단면도이다.3A to 3G are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a fin field effect transistor, taken along line III-III of FIG. 1.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *Explanation of symbols on the main parts of the drawings

100 : 반도체 기판 105 : 액티브 패턴100 semiconductor substrate 105 active pattern

120, 170 : 하드 마스크 패턴 130 : 스트레스 유발층120, 170: hard mask pattern 130: stress-inducing layer

140 : 소자분리막 150 : 게이트 절연막140: device isolation layer 150: gate insulating film

160 : 게이트 전극패턴 165 : 게이트 구조물 160: gate electrode pattern 165: gate structure

181, 185 : 소오스 및 드레인 영역181, 185: source and drain regions

본 발명은 반도체 장치에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 스트레스를 유 발하여 구동능력을 증가시킨 핀 전계 효과 트랜지스터 및 그 제조방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor device, and more particularly, to a fin field effect transistor and a method of manufacturing the same, which induce stress and increase driving capability.

실리콘 반도체 기술을 이용한 시스템의 크기가 작아지고 낮은 전력소모를 필요로 하면서 소자 크기가 작아지는 추세이다. 이에 따라 트랜지스터의 게이트 크기가 계속하여 작아지게 되어 숏채널 효과 등과 같은 문제가 발생하게 되었다. 벌크 실리콘 기판을 이용하는 MOS 트랜지스터 제조기술로는 MOS 트랜지스터를 고집적화시키는데 한계가 발생하게 되어, SOI 기판을 이용하는 MOS 트랜지스터에 대한 연구가 활발하게 진행되고 있다. 그러나, SOI 기판을 이용한 MOS 트랜지스터는 바디 실리콘이 기판과 연결되지 않고 플로팅되어 있기 때문에, 플로팅 바디효과와 열전도가 잘 이루어지지 않아 소자의 성능이 떨어지는 문제가 있었다. The size of the system using silicon semiconductor technology is becoming smaller and the device size is smaller while requiring low power consumption. As a result, the gate size of the transistor continues to decrease, causing problems such as a short channel effect. MOS transistor manufacturing technology using a bulk silicon substrate has a limit to high integration of the MOS transistor, and research on the MOS transistor using the SOI substrate is being actively conducted. However, in the MOS transistor using the SOI substrate, since the body silicon is floated without being connected to the substrate, there is a problem in that the performance of the device is deteriorated due to poor floating body effect and thermal conductivity.

최근에는, 채널의 양쪽에 게이트가 존재하는 이중 게이트 트랜지스터로서, 핀 전계 효과 트랜지스터(FinFET)가 제안되었다. 핀 전계 효과 트랜지스터는 전류가 흐르는 채널의 양측에 게이트 전극이 존재하므로, 게이트 전극에 의한 채널의 제어특성을 개선할 수 있다. 상기 핀 전계 효과 트랜지스터에서, 게이트 전극에 의한 채널의 제어특성이 큰 경우, 소오스와 드레인사이의 누설전류를 종래의 단일 게이트 트랜지스터에 비하여 크게 개선할 수 있으므로, DIBL(drain induced barrier leakage) 특성을 개선할 수 있다. 또한, 채널양측에 게이트 전극이 존재하여 소자의 문턱전압을 동적으로 변화시킬 수 있으므로, 채널의 온-오프 특성이 종래의 단일 게이트 트랜지스터에 비하여 개선되고 숏채널효과를 억제할 수 있다.Recently, a fin field effect transistor (FinFET) has been proposed as a double gate transistor in which gates exist on both sides of a channel. In the fin field effect transistor, since gate electrodes exist on both sides of a channel through which current flows, the control characteristics of the channel by the gate electrode can be improved. In the fin field effect transistor, when the control characteristic of the channel by the gate electrode is large, the leakage current between the source and the drain can be greatly improved as compared with the conventional single gate transistor, thereby improving the drain induced barrier leakage (DIBL) characteristics. can do. In addition, since gate electrodes exist on both sides of the channel to dynamically change the threshold voltage of the device, the on-off characteristic of the channel can be improved compared to the conventional single gate transistor and the short channel effect can be suppressed.

그러나, 핀 전계 효과 트랜지스터도 고집적화에 따라 소자의 크기가 점점 축 소됨에 따라 핀을 구성하는 실리콘의 고유 이동도 특성에 의해 전류구동능력을 향상시키는데 한계가 있었다.However, the fin field-effect transistor has also been limited in improving the current driving capability due to the inherent mobility characteristics of the silicon constituting the fin as the size of the device is gradually reduced with high integration.

따라서, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 스트레스를 유발시켜 전류구동능력을 향상시킨 핀 전계 효과 트랜지스터 및 그 제조방법을 제공하는 것이다.Accordingly, it is an object of the present invention to provide a fin field effect transistor and a method of manufacturing the same, which induce stress and improve current driving capability.

상기한 본 발명의 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명은 핀 전계 효과 트랜지스터를 제공한다. 액티브 패턴이 반도체 기판 표면으로부터 돌출되어 제1방향으로 연장되고, 상기 액티브 패턴상에 제1하드 마스크 패턴이 형성된다. 상기 반도체 기판상에 소자분리막이 형성되어, 상기 액티브 패턴의 일부분이 돌출되어진다. 상기 소자분리막과 상기 액티브 패턴사이에 스트레스 유발층이 배열된다. 게이트 구조물이 상기 액티브 패턴의 돌출부분 및 상기 제1하드 마스크패턴을 감싸면서 제2방향으로 연장된다.In order to achieve the above technical problem of the present invention, the present invention provides a fin field effect transistor. The active pattern protrudes from the surface of the semiconductor substrate to extend in the first direction, and a first hard mask pattern is formed on the active pattern. An isolation layer is formed on the semiconductor substrate so that a portion of the active pattern protrudes. A stress inducing layer is arranged between the device isolation layer and the active pattern. The gate structure extends in a second direction while surrounding the protrusion of the active pattern and the first hard mask pattern.

상기 스트레스 유발층은 상기 액티브 패턴보다 격자상수가 큰 물질로서, SiGe 또는 SiGeC 등을 포함한다.The stress inducing layer is a material having a larger lattice constant than the active pattern, and includes SiGe or SiGeC.

또한, 본 발명은 핀 전계 효과 트랜지스터의 제조방법을 제공한다. 먼저, 반도체 기판상에 제1방향으로 연장되는 패드 산화막 및 제1하드 마스크 패턴을 형성한다. 상기 제1하드 마스크 패턴을 이용하여 상기 반도체 기판을 식각하여, 상기 반도체 기판 표면으로부터 돌출되어 제1방향으로 연장된 액티브 패턴을 형성한다. 상기 액티브 패턴의 일부분과 제1하드 마스크 패턴이 노출되도록, 상기 반도체 기 판상에 상기 액티브 패턴을 둘러싸는 스트레스 유발층과 소자분리막을 형성한다. 이어서, 상기 액티브 패턴의 돌출부분 및 상기 제1하드 마스크패턴을 감싸면서 제2방향으로 연장되는 게이트 구조물을 형성한다. The present invention also provides a method for manufacturing a fin field effect transistor. First, a pad oxide film and a first hard mask pattern extending in a first direction are formed on a semiconductor substrate. The semiconductor substrate is etched using the first hard mask pattern to form an active pattern protruding from the surface of the semiconductor substrate and extending in the first direction. A stress inducing layer and an isolation layer surrounding the active pattern are formed on the semiconductor substrate so that a portion of the active pattern and the first hard mask pattern are exposed. Subsequently, a gate structure extending in a second direction is formed to surround the protruding portion of the active pattern and the first hard mask pattern.

상기 스트레스 유발층과 상기 소자분리막을 형성하는 것은 먼저, 상기 액티브 패턴을 둘러싸도록 상기 스트레스 유발층을 성장시키고, 상기 반도체 기판의 식각된 부분이 채워지도록 절연막을 형성한 다음 상기 스트레스 유발층이 노출될 때까지 상기 절연막을 식각한다. 이어서, 상기 스트레스 유발층과 상기 소자분리막을 식각하여 상기 액티브 패턴의 상기 일부분과 상기 제1하드 마스크 패턴을 노출시켜 준다.The stress inducing layer and the device isolation layer may be formed by first growing the stress inducing layer to surround the active pattern, forming an insulating layer to fill the etched portion of the semiconductor substrate, and then exposing the stress inducing layer. The insulating film is etched until the insulating film is etched. Subsequently, the stress inducing layer and the device isolation layer are etched to expose the portion of the active pattern and the first hard mask pattern.

상기 게이트 구조물을 형성하는 것은 먼저, 상기 노출된 액티브 패턴의 일부분의 양측면에 게이트 절연막을 형성하고, 상기 게이트 절연막 및 상기 제1하드 마스크 패턴을 덮도록 게이트 전극층을 형성한다. 상기 게이트 전극층상에 하드 마스크층을 형성한다. 이어서, 상기 게이트 절연막, 게이트 전극층 및 하드 마스크층을 식각하여, 상기 게이트 절연막, 상기 제2방향으로 연장되는 게이트 전극패턴 및 제2하드 마스크 패턴을 구비하는 게이트 구조물을 형성한다.In forming the gate structure, first, a gate insulating layer is formed on both sides of a portion of the exposed active pattern, and a gate electrode layer is formed to cover the gate insulating layer and the first hard mask pattern. A hard mask layer is formed on the gate electrode layer. Subsequently, the gate insulating layer, the gate electrode layer, and the hard mask layer are etched to form a gate structure including the gate insulating layer, the gate electrode pattern extending in the second direction, and the second hard mask pattern.

이하 첨부한 도면에 의거하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하도록 한다. 그러나, 본 발명의 실시예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상술하는 실시예들로 인해 한정되어지는 것으로 해석되어져서는 안 된다. 본 발명의 실시예들은 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되어지는 것이다. 따라서, 도면에서 의 요소의 형상 등은 보다 명확한 설명을 강조하기 위해서 과장되어진 것이며, 도면상에서 동일한 부호로 표시된 요소는 동일한 요소를 의미한다. Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. However, embodiments of the present invention may be modified in many different forms, and the scope of the present invention should not be construed as being limited by the embodiments described below. Embodiments of the present invention are provided to more completely explain the present invention to those skilled in the art. Accordingly, the shape and the like of the elements in the drawings are exaggerated to emphasize a more clear description, and the elements denoted by the same reference numerals in the drawings means the same elements.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 핀 전계 효과 트랜지스터의 사시도이다. 도 1을 참조하면, 액티브 패턴(105)이 반도체 기판(100)과 일체로 되어 기판표면으로부터 돌출된다. 상기 액티브 패턴(105)은 제1방향으로 연장되어 배열된다. 상기 액티브 패턴(105)상에는 패드 산화막(110)과 하드 마스크패턴(120)이 형성된다. 상기 하드 마스크 패턴(120)은 게이트 구조물(165)과의 절연을 유지시켜 주는 역할 뿐만 아니라 액티브 패턴(105)에 형성된 소오스 및 드레인 영역(181, 185)을 보호하는 역할을 한다. 1 is a perspective view of a fin field effect transistor according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 1, the active pattern 105 is integrated with the semiconductor substrate 100 to protrude from the surface of the substrate. The active pattern 105 is arranged to extend in a first direction. The pad oxide layer 110 and the hard mask pattern 120 are formed on the active pattern 105. The hard mask pattern 120 not only maintains insulation from the gate structure 165, but also protects source and drain regions 181 and 185 formed in the active pattern 105.

상기 반도체 기판(100)상에는 상기 액티브 패턴(105)을 분리시켜 주기 위한 소자분리막(140)이 형성된다. 상기 소자분리막(140)은 상기 액티브 패턴(105)의 일정 높이까지만 형성되어, 상기 액티브 패턴(105)의 일정부분이 상기 소자분리막(140)으로부터 돌출되어진다. 상기 소자분리막(140)으로부터 돌출되는 상기 액티브 패턴(105)의 일정부분은 채널의 높이에 상응한다.An isolation layer 140 is formed on the semiconductor substrate 100 to separate the active pattern 105. The device isolation layer 140 is formed only up to a predetermined height of the active pattern 105, and a portion of the active pattern 105 protrudes from the device isolation layer 140. A portion of the active pattern 105 protruding from the device isolation layer 140 corresponds to the height of the channel.

상기 소자분리막(140)으로부터 돌출된 액티브 패턴(105), 패드산화막(110) 및 하드 마스크패턴(120)을 감싸면서 제2방향으로 연장되는 게이트 구조물(165)이 형성된다. 상기 게이트 구조물(165)은 상기 액티브 패턴(105)의 양측벽에 형성된 게이트 절연막(150), 상기 게이트 절연막(150) 및 상기 액티브 패턴(105), 패드 산화막(110) 및 하드 마스크패턴(120)을 감싸면서 제2방향으로 연장되는 게이트 전극패턴(160) 및 상기 게이트 전극패턴(160)상에 형성된 하드 마스크패턴(170)을 구비 한다. A gate structure 165 extending in the second direction is formed to surround the active pattern 105, the pad oxide layer 110, and the hard mask pattern 120 protruding from the device isolation layer 140. The gate structure 165 may include a gate insulating layer 150 formed on both sidewalls of the active pattern 105, the gate insulating layer 150, the active pattern 105, a pad oxide layer 110, and a hard mask pattern 120. The gate electrode pattern 160 extending in the second direction and surrounding the gate electrode 160 and the hard mask pattern 170 formed on the gate electrode pattern 160 are provided.

상기 게이트 구조물(165)의 양측의 상기 액티브 패턴(105)의 돌출부분에는 소정 도전형의 불순물이 주입된 소오스 및 드레인 영역(181, 185)이 형성된다. 상기 소자분리막(140)과 상기 소자분리막(140)에 의해 둘러싸여진 액티브 패턴(105)사이에는 스트레스 유발층(130)이 배치된다. 상기 스트레스 유발층(130)은 상기 액티브 패턴(105)의 실리콘과는 다른 격자상수, 예를 들어 실리콘보다 큰 격자상수를 갖는 물질을 포함한다. 상기 스트레스 유발층(130)은 SiGe 또는 SiGeC 등을 포함할 수 있다. 상기 소자분리막(140)에 의해 분리되어지는 액티브 패턴(105)이 상기 스트레스 유발층(130)에 의해 둘러싸여져 있으므로, 상기 액티브 패턴(105)에 스트레스를 인가하여 액티브 패턴(105)의 캐리어 이동도를 향상시켜 준다. 이때, 상기 액티브 패턴(105)에 형성된 소오스 및 드레인 영역(181, 185)이 n형 불순물 영역인 경우, 상기 스트레스 유발층(130)은 상기 액티브 패턴(105)에 인장응력(tensile stress)를 인가하여 전자의 이동도를 증가시켜 주고, p형 불순물 영역인 경우 압축응력(compressive stress)를 인가하여 홀의 이동도를 증가시켜 준다.Source and drain regions 181 and 185 in which impurities of a predetermined conductivity type are implanted are formed in the protruding portions of the active pattern 105 at both sides of the gate structure 165. The stress inducing layer 130 is disposed between the device isolation layer 140 and the active pattern 105 surrounded by the device isolation layer 140. The stress inducing layer 130 includes a material having a lattice constant different from silicon of the active pattern 105, for example, a lattice constant larger than silicon. The stress inducing layer 130 may include SiGe or SiGeC. Since the active pattern 105 separated by the device isolation layer 140 is surrounded by the stress inducing layer 130, the carrier mobility of the active pattern 105 is applied by applying stress to the active pattern 105. Improves. In this case, when the source and drain regions 181 and 185 formed in the active pattern 105 are n-type impurity regions, the stress-inducing layer 130 applies tensile stress to the active pattern 105. Therefore, the mobility of electrons is increased, and in the case of p-type impurity regions, compressive stress is applied to increase the mobility of holes.

도 2a 내지 도 2h는 도 1에 도시된 핀 전계 효과 트랜지스터의 제조방법을 설명하기 위한 사시도이다. 도 3a 내지 도 3g는 도 1의 III-III 선에 따른, 핀 전계 효과 트랜지스터의 제조방법을 설명하기 위한 단면도이다.2A to 2H are perspective views illustrating a method of manufacturing the fin field effect transistor illustrated in FIG. 1. 3A to 3G are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a fin field effect transistor, taken along line III-III of FIG. 1.

도 2a 및 도 3a를 참조하면, 실리콘 기판(100)상에 패드 산화막(110)과 하드 마스크층을 순차 형성한다. 상기 패드 산화막(110)은 상기 실리콘 기판(100)을 열산화시켜 형성하거나 또는 CVD 산화막을 증착시켜 형성할 수도 있다. 상기 하드 마 스크층은 질화막을 포함한다. 상기 하드 마스크층에 포토레지스트 패턴(도면상에는 도시되지 않음)을 형성한 다음, 상기 포토레지스트 패턴을 이용하여 상기 하드 마스크층과 패드 산화막(110)을 패터닝한다. 따라서, 제1방향으로 연장되는 하드 마스크 패턴(120)이 형성된다.2A and 3A, the pad oxide layer 110 and the hard mask layer are sequentially formed on the silicon substrate 100. The pad oxide layer 110 may be formed by thermally oxidizing the silicon substrate 100 or may be formed by depositing a CVD oxide layer. The hard mask layer includes a nitride film. After forming a photoresist pattern (not shown) on the hard mask layer, the hard mask layer and the pad oxide layer 110 are patterned using the photoresist pattern. Thus, the hard mask pattern 120 extending in the first direction is formed.

상기 포토레지스트 패턴을 제거한 다음, 상기 하드 마스크 패턴(120)을 마스크로 이용하여 상기 실리콘 기판(100)을 일정 두께만큼 건식식각한다. 따라서, 상기 실리콘 기판(100)과 일체형으로 되어, 상기 실리콘 기판(100)으로부터 돌출되어 상기 제1방향으로 연장되는 액티브 패턴(105)을 형성한다. 이때, 상기 실리콘 기판(100) 대신 지지기판, 매몰 산화막 및 액티브 패턴을 구비하는 SOI(Silicon-On-Insulator) 기판 등을 사용할 수도 있다. After removing the photoresist pattern, the silicon substrate 100 is dry-etched by a predetermined thickness using the hard mask pattern 120 as a mask. Therefore, the silicon substrate 100 is integrated with the silicon substrate 100 to form an active pattern 105 protruding from the silicon substrate 100 and extending in the first direction. In this case, instead of the silicon substrate 100, a silicon-on-insulator (SOI) substrate having a support substrate, an investment oxide layer, and an active pattern may be used.

도 2b 및 도 3b를 참조하면, 상기 액티브 패턴(105), 패드 산화막(110) 및 하드 마스크패턴(120)을 둘러싸도록 스트레스 유발층(130)을 성장시켜 준다. 상기 스트레스 유발층(130)은 상기 실리콘으로된 액티브 패턴(105)보다 격자상수가 큰 단결정 SiGe 막 또는 SiGeC 막을 포함할 수 있다. 2B and 3B, the stress inducing layer 130 is grown to surround the active pattern 105, the pad oxide layer 110, and the hard mask pattern 120. The stress inducing layer 130 may include a single crystal SiGe film or a SiGeC film having a larger lattice constant than the active pattern 105 made of silicon.

도 2c 및 도 3c를 참조하면, 상기 액티브 패턴(105)의 형성을 위하여 식각된 부분이 매립되도록 실리콘 기판(100)상에 절연막을 증착한 다음 CMP 공정 등을 수행하여 소자분리막(140)을 형성한다. 이때, 절연막의 CMP공정은 상기 스트레스 유발층(130)이 노출될 때까지 수행되어진다. 상기 소자분리막(140)은 HDP 산화막, SOG계열의 절연막 또는 CVD 산화막 등을 포함한다. 이웃하는 액티브 패턴(105)간의 간격이 미세한 경우에는 SOG 계열의 TOSZ을 사용하는 것이 바람직하다.2C and 3C, an isolation layer 140 is formed by depositing an insulating film on the silicon substrate 100 to fill the etched portion to form the active pattern 105, and then performing a CMP process or the like. do. In this case, the CMP process of the insulating film is performed until the stress inducing layer 130 is exposed. The device isolation layer 140 may include an HDP oxide film, an SOG-based insulating film, or a CVD oxide film. When the interval between neighboring active patterns 105 is minute, it is preferable to use SOG series TOSZ.

도면상에는 도시되지 않았으나, 상기 소자분리막(140)을 형성하기 전에, 액티브 패턴(105)의 산화를 방지하기 위하여 상기 액티브 패턴(105)의 측벽에 실리콘 질화막으로 된 라이너를 형성할 수도 있다. 또한, 상기 라이너와 액티브 패턴(105)간의 스트레스를 완화시켜 주기 위하여 라이너와 액티브 패턴(105)사이에 사이드웰 산화막(120)을 형성할 수도 있다.Although not shown in the drawing, before forming the device isolation layer 140, a liner made of a silicon nitride layer may be formed on sidewalls of the active pattern 105 to prevent oxidation of the active pattern 105. In addition, the side well oxide layer 120 may be formed between the liner and the active pattern 105 to relieve stress between the liner and the active pattern 105.

도 2d 및 도 3d를 참조하면, 상기 소자분리막(140)과 상기 스트레스 유발층(130)을 에치백공정 등을 통하여 일정 두께만큼 식각하여, 상기 액티브 패턴(105)이 상기 소자분리막(140)으로부터 일정두께만큼 돌출되도록 한다. 따라서, 상기 액티브 패턴(105)의 일부분, 패드 산화막(110) 및 하드 마스크 패턴(120)이 노출되어진다.2D and 3D, the device isolation layer 140 and the stress-inducing layer 130 are etched by a predetermined thickness through an etch back process or the like, so that the active pattern 105 is removed from the device isolation layer 140. Protrude to a certain thickness. Therefore, a portion of the active pattern 105, the pad oxide layer 110, and the hard mask pattern 120 are exposed.

도 2e 및 도 3e를 참조하면, 상기 소자분리막(140)으로부터 돌출된 액티브 패턴(105)의 양측면에 게이트 절연막(150)을 형성한다. 상기 게이트 절연막(150)은 상기 액티브 패턴(105)의 노출된 측면을 열산화시켜 형성하거나 또는 CVD 산화막을 증착시켜 형성할 수도 있다. 상기 게이트 절연막(150)을 형성하기 전에, 상기 돌출된 액티브 패턴(105)으로 채널도핑을 수행할 수도 있다. 2E and 3E, gate insulating layers 150 are formed on both side surfaces of the active pattern 105 protruding from the device isolation layer 140. The gate insulating layer 150 may be formed by thermally oxidizing the exposed side surface of the active pattern 105 or by depositing a CVD oxide layer. Before the gate insulating layer 150 is formed, channel doping may be performed with the protruding active pattern 105.

도 2f 및 도 3f를 참조하면, 상기 게이트 절연막(150), 하드 마스크 패턴(120)을 덮도록 상기 소자분리막(140)상에 게이트 전극층(160a)을 증착한 다음, CMP공정 등을 수행하여 평탄화시켜 준다. 상기 게이트 전극층(160a)상에 하드 마스크층(170a)을 형성한다. 상기 게이트 전극층(160a)을 형성하기 전에 패드 산화막(110)과 하드 마스크 패턴(120)을 제거할 수도 있다. 상기 게이트 전극층(160a)은 다층막으로 구성될 수도 있으며, 하부막층은 다결정 실리콘막, 다결정 실리콘 게르마늄, 도핑된 다결정 실리콘막, 또는 도핑된 다결정 실리콘 게르마늄 등을 포함하고, 상부막층은 텅스텐 실리사이드막, 니켈 실리사이드막 또는 티타늄 실리사이드막 등을 포함할 수도 있다. 상기 상부막층상에 텅스텐막, 질화텅스텐막, 또는 몰리브텐막 등이 더 형성될 수도 있다. 상기 하드 마스크층(170a)은 질화막을 포함할 수도 있다.2F and 3F, the gate electrode layer 160a is deposited on the device isolation layer 140 to cover the gate insulating layer 150 and the hard mask pattern 120, and then planarized by performing a CMP process or the like. Let it be. The hard mask layer 170a is formed on the gate electrode layer 160a. The pad oxide layer 110 and the hard mask pattern 120 may be removed before the gate electrode layer 160a is formed. The gate electrode layer 160a may be formed of a multilayer film, and the lower layer may include a polycrystalline silicon film, a polycrystalline silicon germanium, a doped polycrystalline silicon film, or a doped polycrystalline silicon germanium, and the upper layer may be a tungsten silicide film or nickel. Or a silicide film or a titanium silicide film. A tungsten film, tungsten nitride film, molybdenum film, or the like may be further formed on the upper film layer. The hard mask layer 170a may include a nitride film.

도 2g 및 도 3g를 참조하면, 상기 하드 마스크층(170a)상에 포토레지스트 패턴(도면상에는 도시되지 않음)을 형성하고, 상기 포토레지스트 패턴을 이용하여 상기 하드 마스크층(170a), 게이트 전극층(160a) 및 게이트 절연막(150)을 패터닝하여 게이트 구조물(165)을 형성한다. 이때, 상기 게이트 구조물(165)을 형성하기 위한 패터닝공정시 하드 마스크층(170a)과 게이트 전극층(160a)만을 패터닝할 수도 있다.2G and 3G, a photoresist pattern (not shown) is formed on the hard mask layer 170a, and the hard mask layer 170a and the gate electrode layer are formed using the photoresist pattern. The gate structure 165 is formed by patterning the 160a and the gate insulating layer 150. In this case, only the hard mask layer 170a and the gate electrode layer 160a may be patterned during the patterning process for forming the gate structure 165.

상기 게이트 구조물(165)은 상기 소자분리막(140)으로부터 돌출된 액티브 패턴(110) 및 하드 마스크패턴(115)을 감싸면서 제2방향으로 연장 형성된다. 상기 게이트 구조물(165)은 상기 액티브 패턴(105)의 양측벽에 형성된 게이트 절연막(150), 상기 게이트 절연막(150) 및 상기 액티브 패턴(105), 패드 산화막(110) 및 하드 마스크패턴(120)을 감싸면서 제2방향으로 연장되는 게이트 전극패턴(160) 및 상기 게이트 전극패턴(160)상에 형성된 하드 마스크패턴(170)을 구비한다. The gate structure 165 extends in a second direction while surrounding the active pattern 110 and the hard mask pattern 115 protruding from the device isolation layer 140. The gate structure 165 may include a gate insulating layer 150 formed on both sidewalls of the active pattern 105, the gate insulating layer 150, the active pattern 105, a pad oxide layer 110, and a hard mask pattern 120. The gate electrode pattern 160 extending in the second direction and enclosing the hard mask pattern 170 is formed on the gate electrode pattern 160.

도 2h를 참조하면, 상기 포토레지스트 패턴을 제거한 다음, 상기 게이트 구조물(150과 오버랩되지 않은 액티브 패턴(105)의 돌출부분으로 소정 도전형의 불순 물(190)을 이온주입하여 게이트 구조물(165)의 양측에 소오스 및 드레인 영역(181, 185)을 형성한다.Referring to FIG. 2H, the photoresist pattern is removed, and then the impurity 190 of a predetermined conductivity type is implanted into the protrusion of the active pattern 105 not overlapping with the gate structure 150 to form the gate structure 165. Source and drain regions 181 and 185 are formed on both sides of the substrate.

이상에서 자세히 설명한 바와 같이, 본 발명의 핀 전계효과 트랜지스터 및 그 제조방법은 실리콘으로 된 액티브 패턴을 격자상수가 큰 스트레스 유발층이 감싸도록 형성하여 줌으로써, 액티브 패턴에 스트레스를 인가하여 캐리어의 이동도를 증가시켜 줄 수 있다. 이에 따라 고집적소자에서 전류구동능력을 향상시킬 수 있다.As described in detail above, the fin field effect transistor of the present invention and a method of manufacturing the same are formed by forming an active pattern made of silicon so as to surround a stress-inducing layer having a large lattice constant, thereby applying a stress to the active pattern, thereby allowing carrier mobility. Can increase Accordingly, the current driving capability can be improved in the high integration device.

이상 본 발명을 바람직한 실시예를 들어 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않고, 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러가지 변형이 가능하다.Although the present invention has been described in detail with reference to preferred embodiments, the present invention is not limited to the above embodiments, and various modifications may be made by those skilled in the art within the scope of the technical idea of the present invention. .

Claims (9)

반도체 기판;Semiconductor substrates; 상기 반도체 기판 표면으로부터 돌출되어 제1방향으로 연장된 액티브 패턴;An active pattern protruding from a surface of the semiconductor substrate and extending in a first direction; 상기 액티브 패턴상에 형성된 제1하드 마스크 패턴;A first hard mask pattern formed on the active pattern; 상기 반도체 기판상에 형성되되, 상기 액티브 패턴의 일부분이 돌출되도록 형성된 소자분리막;An isolation layer formed on the semiconductor substrate and formed to protrude a portion of the active pattern; 상기 소자분리막과 상기 액티브 패턴사이에 배열된 스트레스 유발층; 및A stress inducing layer arranged between the device isolation layer and the active pattern; And 상기 액티브 패턴의 돌출부분 및 상기 제1하드 마스크패턴을 감싸면서 제2방향으로 연장된 게이트 구조물을 포함하는 핀 전계 효과 트랜지스터.And a gate structure extending in a second direction while surrounding the protruding portion of the active pattern and the first hard mask pattern. 제1항에 있어서, 상기 스트레스 유발층은 상기 액티브 패턴보다 격자상수가 큰 물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 핀 전계 효과 트랜지스터.The fin field effect transistor of claim 1, wherein the stress inducing layer comprises a material having a larger lattice constant than the active pattern. 제2항에 있어서, 상기 스트레스 유발층은 SiGe 또는 SiGeC를 포함하는 것을 특징으로 하는 핀 전계 효과 트랜지스터. 3. The fin field effect transistor of claim 2, wherein the stress inducing layer comprises SiGe or SiGeC. 제1항에 있어서, 상기 게이트 구조물은 The method of claim 1, wherein the gate structure 상기 액티브 패턴의 상기 돌출부분의 양측면에 형성된 게이트 절연막;Gate insulating layers formed on both sides of the protruding portion of the active pattern; 상기 게이트 절연막 및 상기 제1하드 마스크 패턴을 감싸도록 상기 제2방향 으로 연장된 게이트 전극패턴; 및A gate electrode pattern extending in the second direction to surround the gate insulating layer and the first hard mask pattern; And 상기 게이트 전극패턴상에 형성된 제2하드 마스크 패턴을 포함하는 것을 특징으로 하는 핀 전계 효과 트랜지스터.And a second hard mask pattern formed on the gate electrode pattern. 반도체 기판상에 제1방향으로 연장되는 패드 산화막 및 제1하드 마스크 패턴을 형성하는 단계;Forming a pad oxide layer and a first hard mask pattern extending in a first direction on the semiconductor substrate; 상기 제1하드 마스크 패턴을 이용하여 상기 반도체 기판을 식각하여, 상기 반도체 기판 표면으로부터 돌출되어 제1방향으로 연장된 액티브 패턴을 형성하는 단계;Etching the semiconductor substrate using the first hard mask pattern to form an active pattern protruding from a surface of the semiconductor substrate and extending in a first direction; 상기 액티브 패턴의 일부분과 제1하드 마스크 패턴이 노출되도록, 상기 반도체 기판상에 상기 액티브 패턴을 둘러싸는 스트레스 유발층과 소자분리막을 형성하는 단계; 및Forming a stress inducing layer and an isolation layer surrounding the active pattern on the semiconductor substrate to expose a portion of the active pattern and a first hard mask pattern; And 상기 액티브 패턴의 돌출부분 및 상기 제1하드 마스크패턴을 감싸면서 제2방향으로 연장되는 게이트 구조물을 형성하는 단계를 포함하는 핀 전계 효과 트랜지스터의 제조방법.And forming a gate structure extending in a second direction while surrounding the protruding portion of the active pattern and the first hard mask pattern. 제5항에 있어서, 상기 스트레스 유발층은 상기 액티브 패턴보다 격자상수가 큰 물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 핀 전계 효과 트랜지스터의 제조방법.The method of claim 5, wherein the stress inducing layer comprises a material having a larger lattice constant than the active pattern. 제6항에 있어서, 상기 스트레스 유발층은 SiGe 또는 SiGeC 를 포함하는 것을 특징으로 하는 핀 전계 효과 트랜지스터의 제조방법.The method of claim 6, wherein the stress inducing layer comprises SiGe or SiGeC. 제5항에 있어서, 상기 스트레스 유발층과 상기 소자분리막을 형성하는 것은 The method of claim 5, wherein the forming of the stress inducing layer and the device isolation layer is performed. 상기 액티브 패턴을 둘러싸도록 상기 스트레스 유발층을 성장시키는 단계;Growing the stress inducing layer to surround the active pattern; 상기 반도체 기판의 식각된 부분이 채워지도록 절연막을 형성하는 단계;Forming an insulating layer to fill the etched portion of the semiconductor substrate; 상기 스트레스 유발층이 노출될 때까지 상기 절연막을 식각하는 단계; 및Etching the insulating film until the stress inducing layer is exposed; And 상기 스트레스 유발층과 상기 소자분리막을 식각하여 상기 액티브 패턴의 상기 일부분과 상기 제1하드 마스크 패턴을 노출시켜 주는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 핀 전계 효과 트랜지스터의 제조방법.And etching the stress-inducing layer and the device isolation layer to expose the portion of the active pattern and the first hard mask pattern. 제5항에 있어서, 상기 게이트 구조물을 형성하는 것은The method of claim 5, wherein forming the gate structure 상기 노출된 액티브 패턴의 일부분의 양측면에 게이트 절연막을 형성하는 단계;Forming gate insulating layers on both sides of a part of the exposed active pattern; 상기 게이트 절연막 및 상기 제1하드 마스크 패턴을 덮도록 게이트 전극층을 형성하는 단계;Forming a gate electrode layer covering the gate insulating layer and the first hard mask pattern; 상기 게이트 전극층상에 하드 마스크층을 형성하는 단계; 및Forming a hard mask layer on the gate electrode layer; And 상기 게이트 절연막, 게이트 전극층 및 하드 마스크층을 식각하여, 상기 게이트 절연막, 상기 제2방향으로 연장되는 게이트 전극패턴 및 제2하드 마스크 패턴을 구비하는 게이트 구조물을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 핀 전계 효과 트랜지스터의 제조방법.Etching the gate insulating layer, the gate electrode layer, and the hard mask layer to form a gate structure including the gate insulating layer, the gate electrode pattern extending in the second direction, and the second hard mask pattern. Method for manufacturing a fin field effect transistor.
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