KR20090098194A - Semiconductor device and method of fabricating the same - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 반도체 소자 및 그 제조 방법에 관한 것으로서, 특히 개선된 핀 트랜지스터(Fin transistor)를 포함한 반도체 소자 및 그 제조 방법에 관한 것이다.TECHNICAL FIELD The present invention relates to a semiconductor device and a method for manufacturing the same, and more particularly, to a semiconductor device including an improved fin transistor and a method for manufacturing the same.
일반적으로, 핀 채널 어레이 트랜지스터(FCAT: Fin channel array transistor)에서 핀 채널 트랜지스터는 삼면 게이트(Tri gate)가 채널을 감싼 형태의 핀 채널 구조이다. 핀 채널 구조는 기존의 제조기술에서 크게 벗어나지 않으면서 3차원 구조로 제작이 가능하고, 구조적인 특징 때문에 게이트 제어력이 좋아 단 채널 효과(Short channel effect)를 줄일 수 있어 드레인 영역과 소스 영역 사이의 영향을 최소화할 수 있다. 그리고 핀 채널 구조는 채널 도핑 농도를 낮출 수 있고, 이로 인해 접합 영역을 통한 누설전류가 개선할 수 있다.In general, in a fin channel array transistor (FCAT), a fin channel transistor has a fin channel structure in which a tri gate surrounds a channel. The fin channel structure can be manufactured in a three-dimensional structure without deviating significantly from the existing manufacturing technology, and because of its structural characteristics, the gate control is good due to the structural characteristics, so that the short channel effect can be reduced. Can be minimized. In addition, the fin channel structure can lower the channel doping concentration, thereby improving leakage current through the junction region.
그러나, 핀 채널 트랜지스터의 하부 게이트 전극이 p+ 폴리실리콘층으로 형성된 경우에, 이러한 p+ 폴리실리콘층의 일함수는 p- 실리콘 기판의 일함수보다 더 크기 때문에 핀 채널 트랜지스터가 OFF 상태에서 드레인 영역에 "1" 상태의 전압이 있을 때, GIDL(Gate induced drain leakage) 현상으로 인한 드레인 영역의 누설 전류가 증가한다. 따라서, 디램 셀의 저장 전극에 저장되어 있는 "1" 상태의 자료가 쉽게 손실되어 디램의 리프레쉬 특성이 저하된다.However, in the case where the lower gate electrode of the fin channel transistor is formed of a p + polysilicon layer, the work function of such a p + polysilicon layer is larger than that of the p− silicon substrate, so that the fin channel transistor is formed in the drain region in the OFF state. When there is a voltage of 1 "state, the leakage current in the drain region increases due to a gate induced drain leakage (GIDL) phenomenon. Therefore, the data of the "1" state stored in the storage electrode of the DRAM cell is easily lost, and the refresh characteristic of the DRAM is degraded.
본 발명은 핀 채널 게이트(Fin channel gate) 구조를 갖는 핀 트랜지스터(Fin transistor)에서 핀 채널 게이트 구조의 측면 채널과 상부 채널에 다른 게르마늄(Ge) 농도를 갖도록 게르마늄(Ge)을 포함한 게이트 전극으로 형성한 반도체 소자를 설계함으로써, GIDL 효과를 개선하고, 소자의 리프레쉬 특성을 향상시킬 수 있다.According to the present invention, a fin electrode having a fin channel gate structure is formed of a gate electrode including germanium (Ge) so as to have different germanium (Ge) concentrations in the side channel and the upper channel of the fin channel gate structure. By designing a semiconductor device, the GIDL effect can be improved and the refresh characteristics of the device can be improved.
본 발명의 일 실시 예에 따른 반도체 소자는,A semiconductor device according to an embodiment of the present invention,
소자 분리 구조를 포함한 반도체 기판에 정의된 핀형 활성 영역과, 핀형 활성 영역 상에 형성되며, 게르마늄(Germanium: Ge) 농도 차이를 갖는 도전층과 실리콘 게르마늄층(Si1 - xGex)의 적층 구조를 포함한 게이트 전극을 포함한다.A stacked structure of a fin active region defined in a semiconductor substrate including an isolation structure, a conductive layer having a germanium (Ge) concentration difference, and a silicon germanium layer (Si 1 - x Ge x ) formed on the fin active region It includes a gate electrode including.
그리고, 본 발명에 따른 반도체 소자의 제조 방법은And the manufacturing method of the semiconductor element which concerns on this invention is
반도체 기판에 상부가 돌출된 핀형 활성 영역을 정의하는 소자 분리 구조를 형성하는 단계와, 핀형 활성 영역을 매립하며, 게르마늄(Germanium: Ge) 농도 차이를 갖도록 실리콘 게르마늄층(Si1 - xGex)을 포함한 게이트 구조물을 형성하는 단계를 포함한다.Forming a device isolation structure defining a fin-type active region protruding from the upper surface of the semiconductor substrate, filling the fin-type active region, and having a germanium (Ge) concentration difference; a silicon germanium layer (Si 1 - x Ge x ) Forming a gate structure comprising a.
본 발명은 핀 트랜지스터의 하부 게이트 전극을 p+ 다결정 실리콘층과 p+ 다 결정 게르마늄층의 적층 구조로 형성하여 핀 채널 게이트 구조의 측면 채널에서 게르마늄(Ge) 농도가 상부 채널에서보다 증가한다. 따라서, 증가된 게르마늄(Ge) 농도로 인하여 상부 채널보다 측면 채널의 GIDL 특성이 개선할 수 있는 효과가 있다. 또한, 상부 채널과 측면 채널에 게르마늄(Ge) 농도가 존재하여 문턱 전압 특성을 개선할 수 있는 이점이 있다.According to the present invention, the lower gate electrode of the fin transistor is formed as a stacked structure of a p + polycrystalline silicon layer and a p + polycrystalline germanium layer, thereby increasing the germanium (Ge) concentration in the side channel of the fin channel gate structure than in the upper channel. Therefore, due to the increased germanium (Ge) concentration, there is an effect that the GIDL characteristics of the side channel than the upper channel can be improved. In addition, the germanium (Ge) concentration is present in the upper channel and the side channel, thereby improving the threshold voltage characteristic.
이하에서는 본 발명의 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings an embodiment of the present invention will be described in detail.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따라 소자 분리 영역(120)에 의해 정의되는 활성 영역(101), 리세스 게이트 영역(103) 및 게이트 영역(105)을 도시한 반도체 소자의 레이아웃이다. 한편, 이하에서 게이트 영역(105)의 길이 방향(II-II' 방향)을 "수직 방향"으로 정의하고, 활성 영역(101)의 길이 방향(I-I' 방향)을 "수평 방향"으로 정의한다. 리세스 게이트 영역(103)은 게이트 영역(105)과 중첩한 곳에 위치한다. 리세스 게이트 영역(103)의 일측에서 수평 방향의 선폭은 F보다 D만큼 더 좁게 도시된다(0≤D<F/2). 즉, 리세스 게이트 영역(103)의 수평 방향 선폭은 F-2D으로 도시된다.1 is a layout of a semiconductor device illustrating an
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 반도체 소자를 도시한 단면도들이며, 도 2(i)는 도 1의 I-I'을 따른 단면도이고, 도 2(ii)는 도 1의 II-II'을 따른 단면도이다. 게이트 구조물(280)은 게이트 절연막(240) 상부에 하부 게이트 전극(250), 상부 게이트 전극(260) 및 게이트 하드 마스크층(270)의 적층 구조로 형성하는 것 을 도시한다.2 is a cross-sectional view illustrating a semiconductor device in accordance with an embodiment of the present invention, FIG. 2 (i) is a cross-sectional view taken along line II ′ of FIG. 1, and FIG. 2 (ii) is a line II-II ′ of FIG. 1. The cross section along the. The
이때, 하부 게이트 전극(250)은 핀형 활성 영역(230)을 매립하도록 제1 하부 게이트 전극(242), 제2 하부 게이트 전극(244) 및 제3 하부 게이트 전극(246)의 적층 구조로 형성하는 것이 바람직하다. 또한, 제1 하부 게이트 전극(242)은 p+ 다결정 실리콘층인 것이 바람직하다. 또한, 제1 하부 게이트 전극(242)의 두께는 1 내지 50nm인 것이 바람직하다. 한편, 본 발명의 제1 하부 게이트 전극(242)은 p+ 다결정 실리콘층으로 구현하였으나, 이는 설명을 위한 예시로 이에 제한되지 않음을 주의해야 한다. 따라서, 제1 하부 게이트 전극(242)은 게르마늄(Ge) 이온의 확산 버퍼층으로 사용되는 도전층일 수 있다.In this case, the
또한, 제2 하부 게이트 전극(244)은 게르마늄(Ge)을 포함한 실리콘층으로 형성하는 것이 바람직하다. 특히, 제2 하부 게이트 전극(244)은 p+ 다결정 실리콘 게르마늄(Si1-xGex)층(244)으로 형성하는 것이 바람직하다(단, 0<X<1). 이때, 제2 하부 게이트 전극(244)의 두께는 5 내지 100nm인 것이 바람직하다. 한편, 제2 하부 게이트 전극(244)의 게르마늄(Ge) 이온은 제1 하부 게이트 전극(242)으로 확산되어 제1 게이트 하부 전극(242)과 게이트 절연막(240) 사이의 계면에 불균일한 게르마늄(Ge) 농도로 분포한다.In addition, the second
그리고, p+ 다결정 실리콘 게르마늄(Si1-xGex)층(244)에서 Ge의 농도 계수 X가 일정할 때, p+ 다결정 실리콘 게르마늄층(244)의 두께에 따라 제1 하부 게이트 전극(242)과 게이트 절연막(240)의 계면에 분포된 농도가 달라진다. 예를 들면, 핀 형 활성 영역의 측면(230a)의 게르마늄 농도는 핀형 활성 영역의 상부(230b)보다 큰 것이 바람직하다. When the concentration coefficient X of Ge is constant in the p + polycrystalline silicon germanium (Si 1-x Ge x )
결국, 제1 하부 게이트 전극(242)과 게이트 절연막(240)의 계면에 위치한 게르마늄 농도 분포로 인하여 문턱 전압 특성을 개선할 수 있다. 따라서, 소자의 GIDL(Gate induced drain leakage) 특성을 개선할 수 있다. 또한, 핀형 활성 영역의 측면(230a)의 게르마늄 농도가 핀형 활성 영역의 상부(230b)보다 커 측면의 문턱 전압 특성을 개선할 수 있어, GIDL 특성을 더욱 개선할 수 있다.As a result, the threshold voltage characteristic may be improved due to the germanium concentration distribution located at the interface between the first
제3 하부 게이트 전극(246)은 제2 하부 게이트 전극(244) 상부에 위치한다. 또한, 제3 하부 게이트 전극(246)은 p+ 다결정 실리콘층인 것이 바람직하다. 한편, 본 발명은 제3 하부 게이트 전극(246)을 제2 하부 게이트 전극(246)과 상부 게이트 전극(260) 사이에 위치하는 것으로 구현하였으나, 이는 설명을 위한 예시로 이에 제한되지 않음을 주의해야 한다. 따라서, 본 발명의 다른 실시 예에 따르면, 제3 하부 게이트 전극(246)을 형성하지 않을 수도 있다.The third
도 3a 내지 3g는 본 발명의 일 실시 예에 따른 반도체 소자의 제조 방법을 도시한 단면도들이다. 도 3a(i) 내지 3g(i)은 도 1의 I-I'을 따른 단면도들이며, 도 3a(ii) 내지 3g(ii)은 도 1의 II-II'을 따른 단면도들이다. 반도체 기판(310) 상부에 패드 산화막(312) 및 패드 질화막(314)을 형성한 후, 패드 질화막(314) 감광막(미도시)을 형성한다. 다음으로, 소자 분리 마스크(미도시)로 감광막을 노광 및 현상하여 소자 분리 영역을 정의하는 감광막 패턴(미도시)을 형성한다.3A to 3G are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a semiconductor device in accordance with an embodiment of the present invention. 3A (i) to 3G (i) are cross-sectional views taken along the line II ′ of FIG. 1, and FIGS. 3A (ii) to 3g (ii) are cross-sectional views taken along the line II-II ′ of FIG. 1. After the
이후, 감광막 패턴을 식각 마스크로 패드 질화막(314), 패드 산화막(312) 및 반도체 기판(310)을 소정 두께 식각하여 도 1의 활성 영역(101)을 정의하는 트렌치(미도시)를 형성한 후, 감광막 패턴을 제거한다. 그 다음, 트렌치를 매립하는 소자 분리용 절연막(미도시)을 형성한 후, 패드 질화막(314)을 노출할 때까지 소자 분리용 절연막을 평탄화 식각하여 소자 분리 구조(320)를 형성한다. 이때, 소자 분리용 절연막에 대한 평탄화 식각 공정은 씨엠피(CMP: Chemical mechanical polishing) 방법 또는 에치-백(Etch-back) 방법으로 수행하는 것이 바람직하다.Thereafter, the
도 3b를 참조하면, 소자 분리 구조(320)를 선택 식각하여 그 높이를 낮춘 후, 패드 질화막(314) 및 패드 산화막(312)을 제거하여 반도체 기판(310)을 노출한다. 이때, 소자 분리 구조(320)에 대한 선택 식각 공정은 습식 식각 방법으로 수행하는 것이 바람직하다. 또한, 패드 질화막(314) 및 패드 산화막(312)의 제거 공정은 습식 식각 방법으로 수행하는 것이 바람직하다. 이후, 노출된 반도체 기판(310) 상부에 제1 산화막(322)을 형성한 후, 반도체 기판(310) 상부에 감광막(미도시)을 형성한다. 이후, 셀 영역(Cell region)을 노출하는 마스크로 감광막을 노광 및 현상하여 감광막 패턴(미도시)을 형성한다.Referring to FIG. 3B, after the
다음으로, 상기 감광막 패턴을 마스크로 이온 주입 공정을 수행하여 셀 및 채널 이온 주입 영역(미도시)을 형성한다. 그 다음, 감광막 패턴을 제거한 후, 소자 분리 구조(320)를 포함한 반도체 기판(310) 상부에 하드 마스크층(324)을 형성한다. 이때, 하드 마스크층(324)은 비정질 탄소막, 폴리실리콘층, 질화막 및 이들의 조합으로 이루어진 일군으로부터 선택된 어느 하나로 형성하는 것이 바람직하다.Next, an ion implantation process is performed using the photoresist pattern as a mask to form a cell and a channel ion implantation region (not shown). After removing the photoresist pattern, the
도 3c를 참조하면, 하드 마스크층(324) 상부에 감광막(미도시)을 형성한 후, 리세스 게이트 마스크(미도시)로 감광막을 노광 및 현상하여 도 1의 리세스 게이트 영역(103)을 정의하는 감광막 패턴(326)을 형성한다. 이후, 감광막 패턴(326)을 식각 마스크로 하드 마스크층(324)을 식각하여 그 하부에 제1 산화막(322)을 노출한다. 다음으로, 소자 분리 구조(320)의 일부를 선택 식각하여 소자 분리 구조(320) 상부로 돌출된 핀형 활성 영역(330)을 노출하는 리세스(332)를 형성한다. 이때, 소자 분리 구조(320)의 식각 시 노출된 제1 산화막(322)을 함께 제거하여 핀형 활성 영역(330)을 노출하는 것이 바람직하다.Referring to FIG. 3C, after forming a photoresist film (not shown) on the
도 3d를 참조하면, 리세스(332)에 노출된 반도체 기판(310)에 소프트 식각 공정을 수행하여 리세스(332) 내에 노출된 반도체 기판(310)과 핀형 활성 영역(330)의 표면을 둥글게 만든다. 이때, 소프트 식각 공정은 등방성 식각 방법으로 수행하는 것이 바람직하다. 다음으로, 표면이 둥글게 된 반도체 기판(310)과 핀형 활성 영역(330)에 불순물 이온을 주입하여 문턱 전압 조절용 이온 주입 영역(미도시)을 형성한 후, 감광막 패턴(326)과 하드 마스층(324)을 제거한다. 이후, 제1 산화막(322)을 제거하여 반도체 기판(310)을 노출한다. 또한, 제1 산화막(322)에 대한 제거 공정은 습식 식각 방법으로 수행하는 것이 바람직하다.Referring to FIG. 3D, a soft etching process is performed on the
도 3e를 참조하면, 핀형 활성 영역(330)을 포함한 노출된 반도체 기판(310) 상부 표면에 게이트 절연막(340)을 형성한다. 다음으로, 게이트 절연막(340) 상부에 제1 하부 게이트 도전층(342)을 형성한다. 이때, 제1 하부 게이트 도전층(342)은 p+ 다결정 실리콘층인 것이 바람직하다. 또한, 제1 하부 게이트 도전층(342)의 두께는 1 내지 50nm인 것이 바람직하다. 이후, 제1 하부 게이트 도전층(342) 상부에 제2 하부 게이트 도전층(344)을 형성하여 핀형 활성 영역(330)을 매립한 후, 제1 하부 게이트 도전층(342)을 노출할 때까지 제2 하부 게이트 도전층(344)을 평탄화 식각한다. 이때, 제2 하부 게이트 도전층(344)에 대한 평탄화 식각 공정은 씨엠피(CMP) 방법 또는 에치-백 방법으로 수행하는 것이 바람직하다.Referring to FIG. 3E, a
이때, 제2 하부 게이트 도전층(344)은 활성 영역 중에서 핀형 활성 영역의 측면(330a)과 상부(330b)에만 남아있다. 또한, 제2 하부 게이트 도전층(344)은 게르마늄(Ge)을 포함한 실리콘층으로 형성하는 것이 바람직하다. 특히, 제2 하부 게이트 도전층(344)은 p+ 다결정 실리콘 게르마늄(Si1 - xGex)층으로 형성하는 것이 바람직하다(단, 0<X<1). 이때, p+ 다결정 실리콘 게르마늄(Si1 - xGex)층은 실란(SiH4)과 게르마늄(GeH4)을 소스 가스로 증착 공정으로 형성하는 것이 바람직하다. 본 발명의 제2 하부 게이트 도전층(344)은 상기와 같은 소스 가스를 이용한 증착 공정으로 형성하도록 구현하였으나, 이는 설명을 위한 예시로 이에 제한되지 않음을 주의해야 한다.In this case, the second lower gate
또한, 제2 하부 게이트 도전층(344)의 두께는 5 내지 100nm인 것이 바람직하다. 한편, 제2 하부 게이트 도전층(344)의 게르마늄(Ge) 이온은 제1 하부 게이트 도전층(342)으로 확산되어 제1 게이트 하부 도전층(342)과 게이트 절연막(340) 사이의 계면에 불균일한 게르마늄(Ge) 농도로 분포한다. 또한, p+ 다결정 실리콘 게르마늄(Si1-xGex)층에서 Ge의 농도 계수 X가 일정할 때, p+ 다결정 실리콘 게르마늄 층의 두께에 따라 제1 하부 게이트 도전층(342)과 게이트 절연막(340)의 계면에 분포된 농도가 달라진다. 예를 들면, 핀형 활성 영역의 측면(330a)의 게르마늄 농도는 핀형 활성 영역의 상부(330b)보다 크게 된다. 한편, 본 발명의 제1 하부 게이트 도전층(342)은 p+ 다결정 실리콘층으로 구현하였으나, 이는 설명을 위한 예시로 이에 제한되지 않음을 주의해야 한다. 따라서, 제1 하부 게이트 도전층(342)은 게르마늄(Ge) 이온의 확산 버퍼층으로 사용되는 도전층일 수 있다.In addition, the thickness of the second lower gate
도 3f를 참조하면, 제2 하부 게이트 도전층(344) 상부에 제3 하부 게이트 도전층(346)을 형성하여 도전층과 실리콘 게르마늄층(Si1 - xGex)의 적층 구조를 포함한 하부 게이트 도전층(350)을 형성한다. 이때, 제3 하부 게이트 도전층(346)은 p+ 다결정 실리콘층인 것이 바람직하다. 한편, 본 발명은 제3 하부 게이트 도전층(346)을 제2 하부 게이트 도전층(346)과 상부 게이트 도전층(360) 사이에 위치하는 것으로 구현하였으나, 이는 설명을 위한 예시로 이에 제한되지 않음을 주의해야 한다. 예를 들면, 본 발명의 다른 실시 예에 따르면, 제3 하부 게이트 도전층(346)을 형성하지 않을 수도 있다.Referring to FIG. 3F, a third lower gate
다음으로, 하부 게이트 도전층(350) 상부에 상부 게이트 도전층(360)과 게이트 하드 마스크층(370)을 형성한다. 이때, 상부 게이트 도전층(360)은 티타늄 질화(TiN)층, 텅스텐 질화(WN)층, 텅스텐(W)층, 티타늄(Ti)층, 코발트(Co)층, 티타늄 실리사이드(TiSix)층, 텅스텐 실리사이드(WSix)층, 코발트 실리사이드(CoSix)층 및 이들의 조합으로 이루어진 일군으로부터 선택된 어느 하나로 형성하는 것이 바람직 하다.Next, an upper gate
도 3g를 참조하면, 게이트 하드 마스크층(370) 상부에 감광막(미도시)을 도포한 후, 도 1의 게이트 영역(105)을 정의하는 마스크로 감광막을 노광 및 현상하여 감광막 패턴(미도시)을 형성한다. 다음으로, 감광막 패턴을 식각 마스크로 게이트 하드 마스크층(370), 상부 게이트 도전층(360) 및 하부 게이트 도전층(350)을 패터닝하여 게이트 구조물(380)을 형성한 후, 감광막 패턴을 제거한다. 이후, 이온 주입 공정을 수행하여 LDD 영역과 소스/드레인 영역으로 사용되는 저장 전극 접합 영역(미도시)과 비트 라인 접합 영역(미도시)을 형성한다. Referring to FIG. 3G, after the photoresist film (not shown) is applied on the gate
이후 공정은 보통의 트랜지스터 형성 공정과 같이 게이트 측벽 절연막 형성 공정, 랜딩 플러그 형성 공정, 비트 라인 콘택 및 비트 라인 형성 공정, 캐패시터 콘택 및 캐패시터 형성 공정, 금속 배선 콘택 및 금속 배선 형성 공정 등을 수행할 수 있다. 또한, 상술한 바와 같은 본 발명은 바람직한 실시 예에 따라 기술되어 있으나, 상기한 실시 예는 그 설명을 위한 것이며 제한하기 위한 것이 아님을 주의하여야 한다.After the process, the gate sidewall insulating film forming process, the landing plug forming process, the bit line contact and the bit line forming process, the capacitor contact and the capacitor forming process, the metal wiring contact and the metal wiring forming process can be performed like the normal transistor forming process. have. In addition, although the present invention as described above is described according to a preferred embodiment, it should be noted that the above embodiment is for the purpose of description and not limitation.
도 4a 내지 4c는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 반도체 소자의 제조 방법을 도시한 단면도들이다. 특히, 도 4a 내지 4c는 도 3e 내지 도 3g를 형성하기 위한 반도체 소자의 제조 방법을 도시한 단면도들이다. 핀형 활성 영역(430)을 포함한 노출된 반도체 기판(410) 상부 표면에 게이트 절연막(440)을 형성한다. 다음으로, 게이트 절연막(440) 상부에 제1 하부 게이트 도전층(442)을 형성한다. 이때, 제1 하부 게이트 도전층(442)은 p+ 다결정 실리콘층인 것이 바람직하다. 또한, 제1 하 부 게이트 도전층(442)의 두께는 1 내지 50nm인 것이 바람직하다. 4A to 4C are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a semiconductor device in accordance with another embodiment of the present invention. In particular, FIGS. 4A to 4C are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a semiconductor device for forming FIGS. 3E to 3G. A
이후, 제1 하부 게이트 도전층(442) 상부에 제2 하부 게이트 도전층(444)을 형성하여 핀형 활성 영역(430)을 매립한다. 이때, 제2 하부 게이트 도전층(444)은 게르마늄(Ge)을 포함한 실리콘층으로 형성하는 것이 바람직하다. 특히, 제2 하부 게이트 도전층(444)은 p+ 다결정 실리콘 게르마늄(Si1 - xGex)층으로 형성하는 것이 바람직하다(단, 0<X<1). 그리고, 제2 하부 게이트 도전층(444)의 두께는 5 내지 100nm인 것이 바람직하다. 제1 하부 게이트 도전층(442)의 두께가 제2 하부 게이트 도전층(444)보다 상대적으로 작아, 제1 하부 게이트 도전층(442)과 게이트 절연막(440)의 계면에 불균일한 게르마늄(Ge) 농도 분포를 갖는다(도 3e 설명 참조).Thereafter, the second lower gate
도 4b를 참조하면, 제2 하부 게이트 도전층(444) 상부에 제3 하부 게이트 도전층(446)을 형성한 후, 제3 하부 게이트 도전층(446)을 평탄화 식각한다. 이때, 제3 하부 게이트 도전층(446)에 대한 평탄화 식각 공정은 씨엠피(CMP) 방법 또는 에치-백 방법으로 수행하는 것이 바람직하다. 또한, 제3 하부 게이트 도전층(446)을 형성하여 도전층과 실리콘 게르마늄층(Si1 - xGex)의 적층 구조를 포함한 하부 게이트 도전층(450)을 형성한다. 한편, 본 발명은 제3 하부 게이트 도전층(446)을 제2 하부 게이트 도전층(446)과 상부 게이트 도전층(460) 사이에 위치하는 것으로 구현하였으나, 이는 설명을 위한 예시로 이에 제한되지 않음을 주의해야 한다. 예를 들면, 본 발명의 다른 실시 예에 따르면, 제3 하부 게이트 도전층(446)을 형성하지 않을 수도 있다.Referring to FIG. 4B, after the third lower gate
다음으로, 하부 게이트 도전층(450) 상부에 상부 게이트 도전층(460)과 게이트 하드 마스크층(470)을 형성한다. 이때, 상부 게이트 도전층(460)은 티타늄 질화(TiN)층, 텅스텐 질화(WN)층, 텅스텐(W)층, 티타늄(Ti)층, 코발트(Co)층, 티타늄 실리사이드(TiSix)층, 텅스텐 실리사이드(WSix)층, 코발트 실리사이드(CoSix)층 및 이들의 조합으로 이루어진 일군으로부터 선택된 어느 하나로 형성하는 것이 바람직하다.Next, an upper gate
도 4c를 참조하면, 게이트 하드 마스크층(470) 상부에 감광막(미도시)을 도포한 후, 도 1의 게이트 영역(105)을 정의하는 마스크로 감광막을 노광 및 현상하여 감광막 패턴(미도시)을 형성한다. 다음으로, 감광막 패턴을 식각 마스크로 게이트 하드 마스크층(470), 상부 게이트 도전층(460) 및 하부 게이트 도전층(450)을 패터닝하여 게이트 구조물(480)을 형성한 후, 감광막 패턴을 제거한다. 이후, 이온 주입 공정을 수행하여 LDD 영역과 소스/드레인 영역으로 사용되는 저장 전극 접합 영역(미도시)과 비트 라인 접합 영역(미도시)을 형성한다. 한편, 상술한 바와 같은 본 발명은 바람직한 실시 예에 따라 기술되어 있으나, 상기한 실시 예는 그 설명을 위한 것이며 제한하기 위한 것이 아님을 주의하여야 한다.Referring to FIG. 4C, after the photoresist film (not shown) is applied on the gate
도 5은 p+ 다결정 실리콘 게르마늄(Si1 - xGex)층에서 게르마늄 농도(X)에 따른 p+ 다결정 실리콘층과의 일함수 차이를 나타내는 실험도이며, "IEEE TRANSACTIONS ON ELECTRON DEVICES, Vol. 47, No. 4, April, 2000, pp 848-855"을 인용하였다. 게르마늄(Ge) 분자 농도(X) 0일 경우(즉, X=0)는 p+ 다결정 실리콘 게르마늄(Si1 - xGex)층이 p+ 다결정 실리콘층인 경우로 p+ 다결정 실리콘층과의 일함수 차가 없으며, 게르마늄 농도(X)가 증가함에 따라 그 차가 커지는 것을 볼 수 있다.FIG. 5 is an experimental diagram illustrating a work function difference between a p + polycrystalline silicon layer according to germanium concentration (X) in a p + polycrystalline silicon germanium (Si 1 - x Ge x ) layer, and “IEEE TRANSACTIONS ON ELECTRON DEVICES, Vol. 47, No. 4, April, 2000, pp 848-855 ". If the germanium (Ge) molecular concentration (X) is zero (i.e., X = 0), the p + polycrystalline silicon germanium (Si 1 -x Ge x ) layer is a p + polycrystalline silicon layer and the work function difference from the p + polycrystalline silicon layer is different. No difference can be seen as the germanium concentration (X) increases.
아울러 상기와 같은 본 발명의 바람직한 실시 예는 예시의 목적을 위한 것으로, 당업자라면 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상과 범위를 통해 다양한 수정, 변경, 대체 및 부가가 가능할 것이며, 이러한 수정 변경 등은 이하의 특허청구범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.In addition, the preferred embodiment of the present invention as described above is for the purpose of illustration, those skilled in the art will be possible to various modifications, changes, substitutions and additions through the spirit and scope of the appended claims, such modifications and changes are as follows It should be regarded as belonging to the claims.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 반도체 소자의 레이아웃.1 is a layout of a semiconductor device in accordance with an embodiment of the present invention.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 반도체 소자의 단면도.2 is a cross-sectional view of a semiconductor device according to an embodiment of the present disclosure.
도 3a 내지 3g는 본 발명의 일 실시 예에 따른 반도체 소자의 제조 방법을 도시한 단면도들.3A to 3G are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a semiconductor device in accordance with an embodiment of the present invention.
도 4a 내지 4c는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 반도체 소자의 제조 방법을 도시한 단면도들.4A to 4C are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a semiconductor device in accordance with another embodiment of the present invention.
도 5는 p+ 다결정 실리콘 게르마늄(Si1 - xGex)층에서 게르마늄 농도(X)에 따라 p+ 다결정 실리콘층과의 일함수 차이를 나타내는 실험도.5 is an experimental diagram showing the difference in work function with the p + polycrystalline silicon layer in accordance with the germanium concentration (X) in the p + polycrystalline silicon germanium (Si 1 - x Ge x ) layer.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for the main parts of the drawings>
101: 활성 영역 103: 리세스 게이트 영역101: active region 103: recess gate region
105: 게이트 영역 120: 소자 분리 영역105: gate region 120: device isolation region
230: 핀형 활성 영역 230a: 핀형 활성 영역의 측면230: finned
230b: 핀형 활성 영역의 상부 240: 게이트 절연막230b:
242: 제1 하부 게이트 전극 244: 제2 하부 게이트 전극242: first lower gate electrode 244: second lower gate electrode
246: 제3 하부 게이트 전극 250: 하부 게이트 전극246: third lower gate electrode 250: lower gate electrode
260: 상부 게이트 전극 270: 게이트 하드 마스크층260: upper gate electrode 270: gate hard mask layer
280: 게이트 구조물 310: 반도체 기판280: gate structure 310: semiconductor substrate
312: 패드 산화막 314: 패드 질화막312: pad oxide film 314: pad nitride film
320: 소자 분리 구조 322: 제1 산화막320: device isolation structure 322: first oxide film
324: 하드 마스크층 326: 감광막 패턴324: Hard mask layer 326: Photosensitive film pattern
330: 핀형 활성 영역 330a: 핀형 활성 영역의 측면330: finned active region 330a: side of finned active region
330b: 핀형 활성 영역의 상부 332: 리세스330b:
340: 게이트 절연막 342: 제1 하부 게이트 도전층340: gate insulating film 342: first lower gate conductive layer
344: 제2 하부 게이트 도전층 346: 제3 하부 게이트 도전층344: second lower gate conductive layer 346: third lower gate conductive layer
350: 하부 게이트 도전층 360: 상부 게이트 도전층350: lower gate conductive layer 360: upper gate conductive layer
370: 게이트 하드 마스크층 380: 게이트 구조물370: gate hard mask layer 380: gate structure
410: 반도체 기판 430: 핀형 활성 영역410: semiconductor substrate 430: fin type active region
440: 게이트 절연막 442: 제1 하부 게이트 도전층440: gate insulating layer 442: first lower gate conductive layer
444: 제2 하부 게이트 도전층 446: 제3 하부 게이트 도전층444: second lower gate conductive layer 446: third lower gate conductive layer
450: 하부 게이트 도전층 460: 상부 게이트 도전층450: lower gate conductive layer 460: upper gate conductive layer
470: 게이트 하드 마스크층 480: 게이트 구조물470: gate hard mask layer 480: gate structure
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