KR20070096983A - Semiconductor memory device - Google Patents
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Abstract
Description
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 반도체 메모리 소자를 나타낸 사시도이다.1 is a perspective view illustrating a semiconductor memory device according to an embodiment of the present invention.
도 2a는 도 1의 I-I' 선을 따라 절단한 수직 단면을 나타낸 도면이다.FIG. 2A illustrates a vertical cross section taken along the line II ′ of FIG. 1.
도 2b는 도 1의 J-J' 선을 따라 절단한 단면을 나타낸 평단면도를 나타낸 도면이다.FIG. 2B is a cross-sectional view illustrating a cross section taken along the line JJ ′ of FIG. 1.
도 3a 내지 도 3g는 본 발명의 실시예에 의한 반도체 메모리 소자의 제조 공정을 나타낸 도면이다.3A to 3G are views illustrating a manufacturing process of a semiconductor memory device according to an embodiment of the present invention.
도 4a는 도 3a의 l-l' 선을 따라 절단한 단면을 나타낸 도면이다.FIG. 4A is a cross-sectional view taken along the line II ′ of FIG. 3A.
도 4b는 도 4a 구조의 제조 공정을 나타낸 도면이다.4B is a view showing a manufacturing process of the structure of FIG. 4A.
도 5a는 도 3c의 A-A' 선을 따라 절개한 단면도이다. 5A is a cross-sectional view taken along the line AA ′ of FIG. 3C.
도 5b는 도 3c의 B-B' 선을 따라 절개한 단면도이다. FIG. 5B is a cross-sectional view taken along the line BB ′ of FIG. 3C.
도 5c는 도 3c의 C-C' 선을 따라 절개한 단면도이다. 5C is a cross-sectional view taken along the line CC ′ of FIG. 3C.
도 6a는 도 3d의 A-A' 선을 따라 절개한 단면도이다.6A is a cross-sectional view taken along the line AA ′ of FIG. 3D.
도 6b는 도 3d의 B-B' 선을 따라 절개한 단면도이다.FIG. 6B is a cross-sectional view taken along the line BB ′ of FIG. 3D.
도 6c는 도 3d의 C-C' 선을 따라 절개한 단면도이다.FIG. 6C is a cross-sectional view taken along the line CC ′ of FIG. 3D.
도 7a는 도 3e의 A-A' 선을 따라 절개한 단면도이다.FIG. 7A is a cross-sectional view taken along the line AA ′ of FIG. 3E.
도 7b는 도 3e의 B-B' 선을 따라 절개한 단면도이다.FIG. 7B is a cross-sectional view taken along the line BB ′ of FIG. 3E.
도 8a는 도 3f의 A-A' 선을 따라 절개한 단면도이다.8A is a cross-sectional view taken along the line AA ′ of FIG. 3F.
도 8b는 도 3e의 B-B' 선을 따라 절개한 단면도이다.FIG. 8B is a cross-sectional view taken along the line BB ′ of FIG. 3E.
도 9a는 도 3g의 A-A' 선을 따라 절개한 단면도이다.9A is a cross-sectional view taken along the line AA ′ of FIG. 3G.
도 9b는 도 3f의 B-B' 선을 따라 절개한 단면도이다.FIG. 9B is a cross-sectional view taken along the line BB ′ of FIG. 3F.
< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ><Description of Symbols for Main Parts of Drawings>
10, 20... 반도체 기판 11a, 11b, 21a, 21b... 핀들10, 20
12, 22... 제 1 절연층 13, 23... 제 2 절연층12, 22 ... first
16, 26... 스토리지 노드 17, 27... 게이트 전극16, 26
24... PR층 25... 산화층24 ...
CH1, CH2... 채널 영역 CH1, CH2 ... Channel Area
본 발명은 반도체 소자에 관한 것으로서, 특히 핀-타입 채널 영역을 구비하는 반도체 소자 및 랜덤 액세스 메모리(random access memory; RAM)에 관한 것이다. 예를 들어, 반도체 소자는 핀-펫(FinFET)을 포함할 수 있고, 랜덤 액세스 메모리는 DRAM, RRAM, FeRAM 또는 노어-타입 플래시 메모리를 포함할 수 있다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to semiconductor devices, and more particularly, to semiconductor devices having pin-type channel regions and random access memory (RAM). For example, the semiconductor device may include a fin-FET, and the random access memory may include DRAM, RRAM, FeRAM, or NOR-type flash memory.
반도체 소자의 성능을 향상시킬 수 있는 핀-펫(FinFET) 구조가 연구되고 있다. 예를 들어, David M. Fried등에 의한 미국등록특허 US 6,664,582호, "FIN MEMORY CELL AND METHOD OF FABRICATION"은 핀-펫 및 핀 메모리 셀에 대해서 개시 하고 있다. 다른 예로, Bin Yu 등에 의한 미국등록특허 US 6,876,042호, "ADDITIONAL GATE CONTROL FOR A DOUBLE-GATE MOSFET"은 절연층 상에 형성된 핀을 포함하는 핀-펫에 대해서 개시하고 있다.Fin-FET structures that can improve the performance of semiconductor devices have been studied. For example, US Pat. No. 6,664,582 to "FIN MEMORY CELL AND METHOD OF FABRICATION" by David M. Fried et al. Discloses a fin-pet and a pin memory cell. As another example, US Pat. No. 6,876,042, "ADDITIONAL GATE CONTROL FOR A DOUBLE-GATE MOSFET" by Bin Yu et al., Discloses a pin-pet comprising a fin formed on an insulating layer.
핀-펫은 물고기 지느러미 모양으로 형성된 핀(fin)의 상면 및 측면들을 채널 영역으로 이용할 수 있다. 이에 따라, 핀-펫은 평면형 트랜지스터보다 채널 면적을 넓게 할 수 있어, 큰 전류의 흐름을 제공할 수 있다. 그 결과, 핀-펫은 평면형 트랜지스터보다 높은 성능을 제공할 수 있다.The fin-pet may use the upper and side surfaces of the fins formed in the shape of fish fins as channel regions. As a result, the pin-pet may have a larger channel area than the planar transistor, thereby providing a large current flow. As a result, the pin-pet can provide higher performance than planar transistors.
하지만, David M. Fried 등 및 Bin Yu 등에 의한 핀-펫은 SOI 기판을 이용하여 제조됨으로써, 핀이 기판 몸체로부터 플로팅 되는 문제가 있다. 이에 따라, 바디-바이어스(body-bias)를 이용한 트랜지스터의 문턱전압 제어가 불가능하고, 그 결과 CMOS 트랜지스터의 문턱전압 조절이 어렵다. 반면, 통상의 벌크 기판을 이용하면 드레인 공핍 영역이 확장되어 접합 누설 전류, 오프 전류 및 접합 커패시턴스 증가될 수 있다. 나아가, 고집적 소자에서는 단채널 효과에 의해 문턱전압이 감소하고 오프 전류가 더욱 증가할 수 있다.However, the pin-pet by David M. Fried et al. And Bin Yu et al. Is manufactured using an SOI substrate, so that the pin is floated from the substrate body. Accordingly, it is impossible to control the threshold voltage of the transistor using body-bias, and as a result, it is difficult to adjust the threshold voltage of the CMOS transistor. On the other hand, using a conventional bulk substrate can extend the drain depletion region to increase junction leakage current, off current, and junction capacitance. Furthermore, in the highly integrated device, the threshold voltage may be decreased and the off current may be further increased by the short channel effect.
핀-펫에 있어서 또 하나의 문제는 높은 콘택 저항이다. 예를 들어, David M. Fried에 의한 핀-펫은 핀들을 가로질러 형성된 비트 라인 콘택들을 포함한다. 이 경우, 비트 라인 콘택과 핀들의 좁은 상면이 접촉하게 되어, 비트 라인 콘택 저항이 매우 높을 수 있다. 더불어, 비트 라인 콘택을 형성하기 위하여 핀들이 굽어지는 구조가 될 수 있어 제조상의 어려움이 있다.Another problem with pin-pets is high contact resistance. For example, the pin-pet by David M. Fried includes bit line contacts formed across the pins. In this case, the bit line contact and the narrow upper surface of the pin come into contact with each other, so that the bit line contact resistance may be very high. In addition, since the pins may be bent to form a bit line contact, there is a manufacturing difficulty.
Bin Yu 등에 의하면, 소오스 및 드레인 영역이 핀과 연결되고 콘택 면적을 확보하도록 넓게 형성되어 있다. 하지만, 소오스 및 드레인 영역 때문에 핀들 간의 거리가 넓어지게 되고, 그 결과 핀-펫의 집적도가 낮아지는 문제가 발생할 수 있다.According to Bin Yu et al., The source and drain regions are formed wide to connect with the fins and to secure the contact area. However, the source and drain regions may increase the distance between the fins, resulting in a low pin-pet integration.
따라서, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 전술한 문제점을 극복하기 위한 것으로서, 바디-바이어스 제어가 가능하면서 SOI 구조의 장점을 채택할 수 있고, 높은 동작 전류와 낮은 콘택 저항을 제공하여 높은 성능을 갖는 반도체 소자를 제공하는 데 있다. Therefore, the technical problem to be achieved by the present invention is to overcome the above-mentioned problems, it is possible to adopt the advantages of the SOI structure while being able to control the body-bias, and provide a high performance by providing a high operating current and low contact resistance It is providing the semiconductor element which has.
본 발명에서는 상기 목적을 달성하기 위해, In the present invention, to achieve the above object,
반도체 기판;Semiconductor substrates;
상기 반도체 기판으로부터 각각 돌출되고 서로 대향되도록 이격된 적어도 한 쌍의 핀들;At least a pair of fins each protruding from the semiconductor substrate and spaced apart from each other;
상기 한 쌍의 핀들 사이에 형성된 절연층;An insulating layer formed between the pair of fins;
상기 한 쌍의 핀들 및 상기 절연층의 일부 표면 상에 형성된 스토리지 노드; 및 A storage node formed on the pair of fins and a portion of the surface of the insulating layer; And
상기 스토리지 노드 상에 형성된 게이트 전극;을 포함하는 반도체 메모리 소자를 제공한다.And a gate electrode formed on the storage node.
본 발명에 있어서, 상기 한 쌍의 핀들 및 상기 스토리지 노드가 접촉하는 영역을 중심으로 서로 이격되어 상기 한 쌍의 핀들에 각각 형성된 소스 및 드레인; 및According to an embodiment of the present invention, a source and a drain formed on the pair of pins are spaced apart from each other about an area where the pair of pins and the storage node contact each other; And
상기 소스 및 드레인 사이의 상기 한 쌍의 핀들 부분의 적어도 내측면 표면 부근에 각각 형성된 한 쌍의 채널 영역;을 포함하는 것을 특징으로 한다.And a pair of channel regions each formed near at least an inner surface of the pair of fin portions between the source and the drain.
본 발명에 있어서, 상기 스토리지 노드가 접촉하는 영역의 상기 한 쌍의 핀들의 폭은 상기 소스 및 드레인이 형성된 영역의 한 쌍의 핀들의 폭보다 작은 것을 특징으로 한다.In the present invention, the width of the pair of fins of the region contacted by the storage node is smaller than the width of the pair of fins of the region where the source and drain are formed.
본 발명에 있어서, 상기 반도체 기판 및 상기 스토리지 노드 사이에 형성된 산화층;을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.In the present invention, an oxide layer formed between the semiconductor substrate and the storage node; characterized in that it further comprises.
본 발명에 있어서, 상기 스토리지 노드는 폴리실리콘, 실리콘-게르마늄, 금속 도트, 실리콘 도트 또는 실리콘 질화막을 포함하여 형성된 것을 특징으로 한다.In the present invention, the storage node is formed by including polysilicon, silicon-germanium, metal dots, silicon dots or silicon nitride.
본 발명에 있어서, 상기 스토리지 노드는 유전 물질, 저항 변환 물질, 상전이 물질 또는 강유전체 물질을 포함하여 형성된 것을 특징으로 한다.In the present invention, the storage node is formed by including a dielectric material, a resistance conversion material, a phase change material or a ferroelectric material.
본 발명에 있어서, 상기 반도체 기판은 벌크 실리콘, 벌크 실리콘-게르마늄 또는 이들 상에 실리콘 또는 실리콘-게르마늄 에피층을 포함하는 것을 특징으로 한다.In the present invention, the semiconductor substrate is characterized in that it comprises bulk silicon, bulk silicon-germanium or a silicon or silicon-germanium epi layer thereon.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 매몰된 채널 구조를 지닌 반도체 메모리 소자에 대해 상세하게 설명하고자 한다. 여기서, 본 발명은 이하에서 개시된 실시예에 한정되지 않으며, 다양한 형태로 구현될 수 있다. 본 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 도면에서 구성 요소들은 설명의 편의 를 위하여 그 크기가 다소 과장된 것임을 명심하여야 한다.Hereinafter, a semiconductor memory device having a buried channel structure according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. Here, the present invention is not limited to the embodiments disclosed below, and may be implemented in various forms. This embodiment is provided to complete the disclosure of the present invention and to fully inform those skilled in the art the scope of the present invention. In the drawings, the components are to be noted that the size is somewhat exaggerated for convenience of description.
도 1은 본 발명의 실시예에 의한 반도체 메모리 소자를 나타낸 사시도이다. 도 2a는 도 1에 나타낸 반도체 메모리 소자의 I-I' 라인을 따라 절개한 수직 단면도이며, 도 2b는 도 1에 나타낸 반도체 메모리 소자의 J-J' 라인을 따라 절개한 평단면도이다. 1 is a perspective view illustrating a semiconductor memory device according to an embodiment of the present invention. FIG. 2A is a vertical cross-sectional view taken along the line II ′ of the semiconductor memory device illustrated in FIG. 1, and FIG. 2B is a cross-sectional plan view taken along the line J-J ′ of the semiconductor memory device illustrated in FIG. 1.
도 1, 도 2a 및 도 2b를 참조하면, 본 발명의 실시예에 의한 반도체 메모리 소자는 반도체 기판(10)의 상에 한 쌍의 핀들(11a, 11b)이 형성되어 있으며, 한 쌍의 핀들(11a, 11b) 사이의 기판 상에는 제 1절연층(12)이 형성되어 있다. 그리고, 제 1절연층(12) 상의 한 쌍의 핀들(11a, 11b) 사이에는 스토리지 노드(16) 및 게이트 전극(17)이 형성된 구조를 지니고 있다. 스토리지 노드(16)가 형성된 부위의 한 쌍의 핀들(11a, 11b)의 폭은 스토리지 노드(16)가 형성되지 않은 영역, 즉 소스 및 드레인이 형성된 영역의 한 쌍의 핀들(11a, 11b)의 폭에 비해 크게 감소된 것을 알 수 있다. 이에 따라 공핍 영역이 크게 제한된다. 1, 2A and 2B, in the semiconductor memory device according to the embodiment of the present invention, a pair of
스토리지 노드(16)와 한 쌍의 핀들(11a, 11b)이 접촉하는 영역에는 각각 채널 영역(CH1, CH2)이 형성되어 있다. 채널 영역(CH1, CH2)의 양쪽의 한 쌍의 핀들(11a, 11b) 영역에는 소스(S) 및 드레인(D)이 형성된다. 따라서, 본 발명의 실시예에 의한 메모리 소자는 한 쌍의 핀들(11a, 11b) 영역에 채널 영역(CH1, CH2)이 형성되어 있으므로 핀-펫(FinFET) 구조를 지니고 있다. 여기서, 스토리지 노드(16)는 메모리의 종류에 따라 선택적으로 형성시킬 수 있다. 예를 들어, DRAM의 경우, 유전물질을 도포하여 캐패시터 구조로 형성시킬 수 있으며, RRAM의 경우 전이금속 산화물을 도포할 수 있고, PRAM의 경우 상전이 물질을 도포할 수 있으며, FeRAM의 경우 강유전체 물질을 도포할 수 있다. SONOS 구조의 경우 산화물, 질화물, 산화물의 다층 구조로 형성시킬 수 있다. 상기 스토리지 노드는 폴리실리콘, 실리콘-게르마늄, 금속 도트, 실리콘 도트 또는 실리콘 질화막을 포함하여 형성된 것일 수 있다. 또한, 상기 스토리지 노드는 유전 물질, 저항 변환 물질, 상전이 물질 또는 강유전체 물질을 포함하여 형성된 것일 수 있다.Channel regions CH1 and CH2 are formed in regions where the
반도체 기판(10)은 통상적으로 반도체 메모리 소자에 사용되는 재료를 사용할 수 있으며, 예를 들어, 벌크 실리콘, 벌크 실리콘-게르마늄 또는 이들 상에 실리콘 또는 실리콘-게르마늄 에피층을 포함하는 복합 구조일 수 있다. 반도체 기판(10) 상에 형성된 한 쌍의 핀들(11a, 11b)은 반도체 기판(10)과 동일한 물질이거나, 반도체 기판(10) 상에 형성된 에피층일 수도 있다. 제 1핀들(11a) 및 제 2핀들(11b) 사이에는 제 2절연층(13)이 형성되어 있다. 제 1절연층(12) 및 제 2절연층(13)은 실리콘 산화막, 실리콘 질화막 또는 고-유전율막으로 형성되거나 또는 그들의 복합막으로 형성될 수 있다. 후술할 제조 공정상의 편의를 위해 제 2절연층(13)은 제 1절연층과 다른 물질로 형성된 것이 바람직하다. 예를 들어 제 1절연층(12)은 실리콘 산화물로 형성되며, 제 2절연층은 실리콘 질화물로 형성된 것일 수 있다. The
채널 영역(CH1, CH2)은 한 쌍의 핀들(11a, 11b)가 스토리지 노드(16)와 접촉하는 부위의 표면 내에 형성될 수 있으며, 소스(S) 및 드레인(D) 사이의 전하의 이동 경로의 역할을 한다. 도면을 참조하면, 하나의 게이트 전극(17)에 대해 두 개의 채널 영역(CH1, CH2)이 전하의 이동 경로로 제공되는 것을 알 수 있다. 따라서, 두 개의 채널 영역(CH1, CH2)를 동시에 이용할 수 있으므로 반도체 메모리 소자의 동작 전류를 높일 수 있으며, 결과적으로 동작 속도도 높일 수 있는 장점이 있다. 따라서, 높은 동작 전류가 필요한 메모리, 예를 들어, 상전이 메모리(PRAM) 또는 저항 변환 메모리(RRAM) 소자에 이용될 수 있다. 또한, DRAM에 사용되는 경우, 동작 전류를 높임으로써 센싱 마진을 증가시킬 수 있는 장점이 있다.The channel regions CH1 and CH2 may be formed in the surface of the portion where the pair of
채널 영역(CH1, CH2)들 양쪽의 핀들(11a, 11b)들 부분에는 적어도 한 쌍의 소스(S) 및 드레인(D)이 형성될 수 있으며, 소스(S) 및 드레인(D)은 명칭에 의해 구분되지 않고, 그 기능에 의해 구분되며 서로 바뀌어 불릴 수도 있다. 소스(S) 및 드레인(D)은 반도체 기판(10) 또는 소스(S) 및 드레인(D) 영역을 제외한 핀들(11a, 11b) 부분에 다이오드 접합 되어 있다. 예를 들어, 소스(S) 및 드레인(D)이 n형 불순물로 도핑된 경우, 소스(S) 및 드레인(D) 영역을 제외한 핀들(11a, 11b) 부분 또는 반도체 기판(10)은 p형 불순물로 도핑될 수 있으며, 그 반대의 경우도 가능하다.At least a pair of sources S and drains D may be formed in portions of the
게이트 전극(17)은 스토리지 노드(16) 상에 형성되며, 전도성 물질로 형성된다. 예를 들어, 폴리 실리콘, 금속, 금속 실리사이드 또는 이들의 복합 물질로 형성될 수 있다. 도면에 나타낸 바와 같이, 게이트 전극(17)은 한 쌍의 채널 영역(CH1, CH2)에 공통으로 대응할 수 있으며, 어레이 구조로 형성시킨 경우, 제 2절연층(13) 상부를 통하여 다른 단위 소자에도 전기적으로 연결될 수 있다. The
이하, 도 1, 도 2a 및 도 2b를 참조하여 본 발명의 실시예에 의한 반도체 메 모리 소자의 동작 특성에 대해 설명하고자 한다.Hereinafter, an operation characteristic of a semiconductor memory device according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1, 2A, and 2B.
도 1, 도 2a 및 도 2b를 참조하면, 먼저 게이트 전극(17)에 턴-온(turn-on) 전압을 인가하면, 채널 영역(CH1, CH2)들은 동시에 턴-온 되어 도전 통로를 형성할 수 있다. 이에 따라, 핀들(11a, 11b)에 형성된 소오스(S) 및 드레인(D) 사이에 동작 전압이 인가되고, 드레인(D)으로부터 채널 영역(CH1, CH2)을 통하여 소스(S)로 전류가 흐를 수 있다. 즉, 반도체 소자는 하나의 핀-펫 동작을 제공할 수 있다.1, 2A, and 2B, when a turn-on voltage is first applied to the
반도체 소자의 동작 시, 핀들(11a, 11b)의 폭이 얇을수록 공핍 영역은 제한될 수 있다. 따라서, 핀들(11a, 11b)이 반도체 기판(10)에 연결되어 있음에도 불구하고, 반도체 기판(10)은 SOI 구조와 유사한 즉, SOI-유사 구조가 된다. 이에 따라, 공핍 영역의 확장에 의해서 발생할 수 있는 오프-전류, 접합 누설 전류, 접합 커패시턴스가 감소될 수 있다. 접합 누설 전류의 감소는 반도체 소자, 예컨대 메모리 소자의 센싱 마진을 개선시킬 수 있고 파워 소비를 감소시킬 수 있다. 또한, 반도체 소자의 집적도가 높아질수록 문제가 될 수 있는 단채널 효과(short channel effect)도 억제될 수 있다. 그러나, 반도체 기판(10)에 전압을 인가함으로써 핀들(11a, 11b)에 바디-바이어스를 인가할 수 있는 장점은 유지된다. 이에 따라, 반도체 소자, 예컨대 CMOS 핀-펫의 문턱 전압을 용이하게 조절할 수 있다. 예를 들어, NMOS 핀-펫과 PMOS 핀-펫의 바디-바이어스를 조절하여 두 핀-펫들의 문턱전압을 비슷하게 조절할 수 있다.In operation of the semiconductor device, as the widths of the
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 반도체 메모리 소자의 제조 공정에 대해 상세히 설명하도록 한다. 도 3a 내지 도 3g는 본 발명의 실시예에 따 른 반도체 메모리 소자의 제조 공정을 나타낸 평면도이다. Hereinafter, a manufacturing process of a semiconductor memory device according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. 3A to 3G are plan views illustrating a process of manufacturing a semiconductor memory device according to an embodiment of the present invention.
도 3a를 참조하면, 제 1방향으로 형성된 다수의 제 1절연층(22) 및 제 2절연층(23)이 마련되어 있다. 도 3a의 l-l' 방향으로 절개한 단면은 도 4a에 나타내었다. 도 4a를 참조하면, 상방으로 돌출된 한 쌍의 핀들(21a, 21b)를 포함하는 반도체 기판(21)을 제공한다. 반도체 기판(21)의 제 1핀들(21a) 및 제 2핀들(21b) 사이에는 각각 제 1절연층(22) 및 제 2절연층(23)이 형성되어 있다. Referring to FIG. 3A, a plurality of first insulating
도 4b는 도 4a에 나타낸 구조를 형성하는 공정을 나타내었다. 도 4b를 참조하면, 핀들(21a, 21b)의 형성 방법은 발명이 속하는 기술 분야의 통상의 지식을 지닌 자들에게 알려진 일반적인 방법을 이용할 수 있다. 구체적으로 예를 들면 Si 기판에 핀들이 형성될 위치를 제외한 영역을 포토리소그래피 및 식각 기술을 이용하여 트랜치(30a, 30b)를 형성함으로써 핀들(21a, 21b)을 용이하게 형성할 수 있다. 그리고, 제 1트렌치(30a) 및 제 2 트렌치(30b)를 매립하는 제 1 절연층(22)을 형성한다. 제 1 절연층(22)은 예를 들어, 실리콘 산화물을 도포하여 트렌치들(30a, 30b)을 매립하고 평탄화하여 형성할 수 있다. 그리고, 제 2트랜치(30b)에 매립된 절연물질을 식각하여 제거한다. 그리고, 제 2트랜치(30b)를 매립하는 제 2절연층(23)을 형성한 뒤 평탄화 공정을 실시한다. 제 2절연층(23)은 예를 들어, 실리콘 질화물을 도포하여 형성할 수 있다. 여기서, 제 2트랜치(30b)를 매립하기 전에 노출된 핀들(21a, 21b)의 노출된 상면 및 내측면에 불순물을 주입하여 소스 및 드레인을 형성할 수 있다. FIG. 4B shows the process of forming the structure shown in FIG. 4A. Referring to FIG. 4B, the method of forming the
도 3b를 참조하면, 제 1절연층(22) 및 제 2절연층(23)과 교차하는 제 2방향 으로 패턴된 PR(photoresist)층(24)을 형성시킨다. 도 3c를 참조하면, 노출된 제 1절연층(22) 영역을 식각하여 홀(미도시)을 형성시킨다. 그리고, PR층(24)을 제거한다. Referring to FIG. 3B, a photoresist (PR)
도 5a는 도 3c의 A-A' 선을 따라 절개한 단면도이다. 도 3c의 A-A' 부분은 PR층(24)을 형성시켜 제 1절연층(22)이 식각되지 않고 잔존하고 있음을 알 수 있다. 도 5b는 도 3c의 B-B' 선을 따라 절개한 단면도이다. 도 5b를 참조하면, 도 3b의 PR층(24) 사이의 제 1절연층(22)이 식각되어 제거됨으로써, 홀(h1)이 핀들(21a, 21b) 사이 영역에 형성되어 있음을 알 수 있다. 도 5c는 도 3c의 C-C' 선을 따라 절개한 단면도이다. 도 5c를 참조하면, 식각되지 않고 잔존한 제 1절연층(22)사이 영역에 홀(h1)이 형성된 것을 확인할 수 있다. 5A is a cross-sectional view taken along the line AA ′ of FIG. 3C. The portion A-A ′ of FIG. 3C forms the
도 5b에 나타낸 홀(h1) 내부에 산화 공정을 실시한다. 예를 들어 열산화 공정을 실시할 수 있다. 산화 공정에 의해 홀(h1) 측면의 핀들(21a, 21b)은 예를 들어 실리콘 산화물이 형성되며 핀들(21a, 21b)의 폭이 감소한다. 따라서, 도 3d를 참조하면, 홀(h)이 형성된 부위의 핀들(21a, 21b) 및 제 2절연층(23)의 폭이 좁아진 것을 알 수 있다. 제 2절연층(23)의 폭이 좁은 영역은 도 5b에 나타낸 홀(h1) 측면의 핀들(21a, 21b)이 산화되어 산화물(25)이 형성된 영역이다. An oxidation process is performed inside the hole h1 shown in FIG. 5B. For example, a thermal oxidation process can be performed. By the oxidation process, for example, silicon oxide is formed on the
도 6a는 도 3d의 A-A' 선을 따라 절개한 단면도로서, 제 1절연층(22)이 그대로 잔존하고 있는 것을 알 수 있다. 도 6b는 도 3d의 B-B' 선을 따라 절개한 단면도로서, 핀들(21a, 21b)의 측면이 식각되어 폭이 감소된 것을 확인할 수 있다. 그리고, 핀들(21a, 21b)의 측면 및 반도체 기판(21) 상부에는 산화물(25)이 형성되어 있음을 알 수 있다. 도 6c는 도 3d의 C-C' 선을 따라 절개한 단면도이다. 도 6c를 참조하면, 반도체 기판(21) 상에 제 1절연층(22)이 패턴된 구조로 형성되어 있으며, 제 1절연층(22)의 측면 및 제 1절연층(22) 사이의 기판 상에는 절연층(25)이 형성되어 있음을 알 수 있다. 여기서, 산화물(25)은 제 1절연층(22)과 동일한 물질을 사용할 수 있으며, 예를 들어 실리콘 산화물일 수 있다. 이하, 산화물(25)과 제 1절연층(22)을 동일한 부재 번호를 사용하여 표기하기로 한다. 6A is a cross-sectional view taken along the line AA ′ of FIG. 3D, and it can be seen that the first insulating
도 3e를 참조하면, 도 3d의 홀(h1) 내부에 산화물을 매립(fill up)한 뒤, 예를 들어 CMP 공정에 의해 평탄화를 실시한다. 도 7a는 도 3e의 A-A' 선을 따라 절개한 단면도로서, 제 1절연층(22)이 그대로 잔존하고 있는 것을 알 수 있다. 도 7b는 도 3e의 B-B' 선을 따라 절개한 단면도로서, 폭이 감소한 핀들(21a, 21b) 사이의 반도체 기판(21) 상에는 제 1절연층(22)이 매립된 구조인 것을 알 수 있다. Referring to FIG. 3E, an oxide is filled up in the hole h1 of FIG. 3D, and then planarized by, for example, a CMP process. FIG. 7A is a cross-sectional view taken along the line AA ′ of FIG. 3E, and it can be seen that the first insulating
도 3f를 참조하면, 제 1절연층(22)을 소정 깊이만큼 선택적으로 식각한다. 이때 잔존한 제 1절연층(22')은 소자 분리막의 역할을 할 수 있다. 도 8a는 도 3f의 A-A' 선을 따라 절개한 단면도로서, 제 1절연층(22)이 소정 깊이만큼 식각된 것을 알 수 있다. 도 8b는 도 3e의 B-B' 선을 따라 절개한 단면도로서, 폭이 감소한 핀들(21a, 21b) 사이의 반도체 기판(21) 상에는 제 1절연층(22)이 소정 깊이만큼 식각된 것을 알 수 있다. Referring to FIG. 3F, the first insulating
도 3g를 참조하면, 측면이 식각된 핀들(21a, 21b) 영역 사이에 스토리지 노드(26)(미도시)를 형성시킨 뒤, 전도성 물질을 도포하여 게이트 전극(27)을 형성시킨다. 도 9a는 도 3g의 A-A' 선을 따라 절개한 단면도로서, 이 영역에는 별도의 공 정을 진행하지 않으므로 제 1절연층(22)이 소정 깊이만큼 식각된 상태인 것을 알 수 있다. 도 9b는 도 3f의 B-B' 선을 따라 절개한 단면도로서, 폭이 감소한 핀들(21a, 21b) 사이의 반도체 기판(21) 상에는 제 1절연층(22)이 형성되어 있으며, 그 상부에 스토리지 노드(26) 및 게이트 전극(27)이 형성되어 있음을 알 수 있다.Referring to FIG. 3G, a storage node 26 (not shown) is formed between regions of the side surfaces of the
여기서, 스토리지 노드(26)는 메모리의 종류에 따라 선택적으로 형성시킬 수 있다. 예를 들어, DRAM의 경우, 유전물질을 도포하여 캐패시터 구조로 형성시킬 수 있으며, RRAM의 경우 전이금속 산화물을 도포할 수 있고, PRAM의 경우 상전이 물질을 도포할 수 있으며, FeRAM의 경우 강유전체 물질을 도포할 수 있다. SONOS 구조의 경우 산화물, 질화물, 산화물의 다층 구조로 형성시킬 수 있다. The storage node 26 may be selectively formed according to the type of memory. For example, in the case of DRAM, a dielectric material may be applied to form a capacitor structure, in the case of RRAM, a transition metal oxide may be applied, in the case of PRAM, a phase change material may be applied, and in the case of FeRAM, ferroelectric materials may be applied. It can be applied. In the case of the SONOS structure, a multilayer structure of an oxide, a nitride, and an oxide may be formed.
발명의 특정 실시예들에 대한 이상의 설명은 예시 및 설명을 목적으로 제공되었다. 예를 들어, 본 발명에서 반도체 소자는 핀-펫 및 이를 이용하는 메모리 소자를 포함할 수 있다. 또한, 본 발명에서 랜덤 액세스 메모리는 제시한 단위셀이 행렬로 배열된 노어-타입의 어레이 구조를 포함할 수 있다. 본 발명은 상기 실시예들에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 해당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 상기 실시예들을 조합하여 실시하는 등 여러 가지 많은 수정 및 변경이 가능함은 명백하다.The foregoing description of specific embodiments of the invention has been presented for purposes of illustration and description. For example, in the present invention, the semiconductor device may include a pin-pet and a memory device using the same. In addition, in the present invention, the random access memory may include a NOR-type array structure in which the presented unit cells are arranged in a matrix. The present invention is not limited to the above embodiments, and it is apparent that many modifications and changes can be made in the technical spirit of the present invention by those having ordinary skill in the art in combination. .
본 발명에 따른, 반도체 소자는 하나의 게이트 전극에 대응하여 한 쌍의 핀들에 각각 형성된 채널 영역들을 전하의 도전 통로로 동시에 이용할 수 있다. 따라서, 하나의 소자 내에서 두 개의 채널을 동시에 구현하는 것이 가능하며, 2개의 메 모리 노드를 구현할 수 있다. 또한, 반도체 소자의 동작 전류를 높일 수 있고, 그 결과 동작 속도를 높일 수 있다. 이에 따라, 반도체 소자는 높은 동작 전류가 필요한 메모리, 예컨대 PRAM 또는 RRAM에 이용될 수 있다. 더불어, 반도체 소자는 DRAM에 이용된 경우, 동작 전류를 높임으로써 증가된 센싱 마진을 가질 수 있다.According to the present invention, the semiconductor devices may simultaneously use channel regions respectively formed in the pair of fins corresponding to one gate electrode as the conductive path for charge. Therefore, it is possible to implement two channels at the same time in one device, it is possible to implement two memory nodes. In addition, the operating current of the semiconductor element can be increased, and as a result, the operating speed can be increased. Accordingly, semiconductor devices can be used in memories that require high operating currents, such as PRAM or RRAM. In addition, when used in a DRAM, the semiconductor device may have an increased sensing margin by increasing an operating current.
또한, 본 발명의 반도체 소자에 따르면, 반도체 기판의 핀들이 몸체에 연결되어 있음에도 불구하고, 반도체 기판은 SOI 구조와 유사한 즉, SOI-유사 구조가 될 수 있다. 이에 따라, 공핍 영역의 확장에 의해서 발생할 수 있는 오프-전류, 접합 누설 전류 및 접합 커패시턴스가 감소될 수 있다. 또한, 반도체 기판에 전압을 인가함으로써 핀들에 바디-바이어스를 인가할 수 있다. 나아가, 반도체 소자의 집적도가 높아질수록 문제가 될 수 있는 단채널 효과도 억제될 수 있다.In addition, according to the semiconductor device of the present invention, the semiconductor substrate may have a similar SOI structure, that is, an SOI-like structure, even though the fins of the semiconductor substrate are connected to the body. Accordingly, off-current, junction leakage current and junction capacitance, which may occur due to the expansion of the depletion region, can be reduced. In addition, a body-bias may be applied to the pins by applying a voltage to the semiconductor substrate. Furthermore, as the degree of integration of semiconductor devices increases, short channel effects, which may be problematic, may also be suppressed.
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