KR20100033333A - Semiconductor device and forming method of the same - Google Patents

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Abstract

PURPOSE: An N type capping film and a semiconductor device and a method of formation thereof are provided to reduce flat band voltage. The threshold voltage of the metal gate electrode can be low made. CONSTITUTION: A first well domain(106) is arranged in a semiconductor substrate(100). A first gate electrode(140) is arranged on the first well domain. A first N type capping pattern(110), and a first P-type the capping pattern(130) and a first gate insulation pattern(120) are allowed in between the first well domain and the first gate electrode. The first N type capping pattern comprises at least one of laO, gdO, dyO, srO, baO and ErO. The first P-type capping pattern comprises an aluminum oxide film and an aluminum metal oxide layer.

Description

반도체 소자 및 그 형성 방법{SEMICONDUCTOR DEVICE AND FORMING METHOD OF THE SAME}Semiconductor device and method for forming the same

본 발명은 반도체 소자에 관한 것이다. 더 구체적으로 MOS 반도체 소자에 관한 것이다.The present invention relates to a semiconductor device. More specifically, it relates to a MOS semiconductor device.

최소 선폭 45nm급 이하의 MOS 트랜지스터의 게이트 구조가 활발히 연구가 진행되고 있다. 상기 게이트 구조는 고유전체막/금속 게이트 전극의 적층 구조 또는 고유전체막/폴리 실리콘 게이트 전극의 적층 구조일 수 있다. 상기 고유전체막/금속 게이트 전극의 적층 구조는 고유전체막/폴리실리콘 게이트 전극의 적층 구조보다 문턱 전압(Vth, threshold voltage)를 낮출 수 있다. 그러나, 고성능의 트렌지스터 동작을 위하여, 상기 고유전체막 및 금속 게이트 전극의 적층 구조의 문턱 전압은 더 낮아져야 한다. Gate structures of MOS transistors with a minimum line width of 45nm or less are being actively researched. The gate structure may be a stacked structure of a high dielectric film / metal gate electrode or a stacked structure of a high dielectric film / polysilicon gate electrode. The stacked structure of the high dielectric film / metal gate electrode may lower the threshold voltage (Vth) than the stacked structure of the high dielectric film / polysilicon gate electrode. However, for high performance transistor operation, the threshold voltage of the stacked structure of the high dielectric film and the metal gate electrode should be lowered.

본 발명이 해결하고자 하는 일 기술적 과제는 복수의 케핑 패턴을 사용하여 문턱 전압의 조절이 가능한 반도체 소자를 제공하는 것이다.One technical problem to be solved by the present invention is to provide a semiconductor device capable of adjusting the threshold voltage using a plurality of keping patterns.

본 발명이 해결하고자 하는 일 기술적 과제는 복수의 케핑 패턴을 사용하여 문턱 전압의 조절이 가능한 반도체 소자의 형성 방법을 제공하는 것이다.One technical problem to be solved by the present invention is to provide a method of forming a semiconductor device capable of adjusting the threshold voltage using a plurality of keping patterns.

본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 소자는 반도체 기판, 상기 반도체 기판에 배치된 제1 웰 영역, 상기 제1 웰 영역 상에 배치된 제1 게이트 전극, 및 상기 제1 웰 영역과 상기 제1 게이트 전극 사이에 개재된 제1 N형 케핑 패턴, 제1 P형 케핑 패턴, 및 제1 게이트 절연 패턴을 포함한다.In an embodiment, a semiconductor device may include a semiconductor substrate, a first well region disposed on the semiconductor substrate, a first gate electrode disposed on the first well region, and the first well region and the first gate. And a first N-type keping pattern, a first P-type keping pattern, and a first gate insulation pattern interposed between the electrodes.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 제1 N형 케핑 패턴은 LaO,GdO,DyO,SrO,BaO, 및 ErO 중에서 적어도 하나를 포함할 수 있다.In one embodiment of the present invention, the first N-type keping pattern may include at least one of LaO, GdO, DyO, SrO, BaO, and ErO.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 제1 P형 케핑 패턴은 알루미늄산화막, 및 알루미늄 금속 산화막 중에서 적어도 하나를 포함할 수 있다.In one embodiment of the present invention, the first P-type kepping pattern may include at least one of an aluminum oxide film and an aluminum metal oxide film.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 제1 게이트 절연 패턴은 실리콘 산화막, 실리콘 산화질화막, 하프늄 산화막, 하프늄 실리콘 산화막, 지르코늄 산화막, 지르코늄 실리콘 산화막, 하프늄 산화질화막, 하프늄 실리콘 산화질화막, 지르코늄 산화질화막, 지르코늄 실리콘 산화질화막, 및 타이타늄 산화막 중에서 적어도 하나를 포함할 수 있다.In one embodiment of the present invention, the first gate insulating pattern is a silicon oxide film, silicon oxynitride film, hafnium oxide film, hafnium silicon oxide film, zirconium oxide film, zirconium silicon oxide film, hafnium oxynitride film, hafnium silicon oxynitride film, zirconium oxynitride film, It may include at least one of a zirconium silicon oxynitride film and a titanium oxide film.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 제1 게이트 전극은 TaC,TaN, TaCN, 및 TiN 중에서 적어도 하나를 포함할 수 있다.In one embodiment of the present invention, the first gate electrode may include at least one of TaC, TaN, TaCN, and TiN.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 제1 게이트 절연 패턴은 제1 상부 게이트 절연 패턴 및 제1 하부 게이트 절연 패턴을 포함할 수 있다.In example embodiments, the first gate insulation pattern may include a first upper gate insulation pattern and a first lower gate insulation pattern.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 반도체 기판 상에 배치된 제2 웰 영역,상기 제2 웰 영역 상에 배치된 제2 게이트 전극, 및 상기 제2 웰 영역과 상기 제2 게이트 전극 사이에 개재된 제2 P형 케핑 패턴, 및 제2 게이트 절연 패턴을 더 포함하되, 상기 제1 게이트 절연 패턴과 상기 제2 게이트 절연 패턴은 같은 물질이고, 상기 제1 게이트 전극과 상기 제2 게이트 전극은 같은 물질일 수 있다.In an exemplary embodiment, a second well region disposed on the semiconductor substrate, a second gate electrode disposed on the second well region, and interposed between the second well region and the second gate electrode. And a second P-type kepping pattern and a second gate insulation pattern, wherein the first gate insulation pattern and the second gate insulation pattern are made of the same material, and the first gate electrode and the second gate electrode are made of the same material. It may be a substance.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 제1 웰 영역은 P형 불순물 영역이고, 상기 제2 웰 영역은 N형 불순물 영역일 수 있다.In example embodiments, the first well region may be a P-type impurity region, and the second well region may be an N-type impurity region.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 반도체 기판에 돌출된 반도체 핀을 더 포함하되, 상기 제1 웰 영역은 반도체 핀에 배치되고, 상기 제1 게이트 절연 패턴은 상기 제1 웰 영역을 가로지를 수 있다.The semiconductor device may further include semiconductor fins protruding from the semiconductor substrate, wherein the first well region may be disposed on the semiconductor fin, and the first gate insulation pattern may cross the first well region. have.

본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 소자의 형성 방법은 반도체 기판에 트렌치를 형성하여 소자분리막을 형성하는 단계, 상기 반도체 기판 상에 제1 웰 영역을 형성하는 단계, 상기 소자 분리막이 형성된 상기 반도체 기판 상에 제1 N형 케핑막을 형성하는 단계, 상기 제1 N형 케핑막 상에 제1 게이트 절연막을 형성하는 단계,상기 제1 게이트 절연막 상에 제1 P형 케핑막을 형성하는 단계, 상기 제1 P형 케핑 패턴 상에 제1 게이트 도전막을 형성하는 단계, 및 제1 게이트 전극, 제1 P형 케핑 패턴, 제1 게이트 절연 패턴, 제1 N형 케핑 패턴을 형성하는 단계를 포함하되, 상기 제1 N형 케핑 패턴은 플랫 밴드 전압을 감소시키고, 상기 제1 P형 케핑 패턴은 플랫 밴드 전압을 증가시킬 수 있다.A method of forming a semiconductor device according to an embodiment of the present invention includes forming a device isolation film by forming a trench in a semiconductor substrate, forming a first well region on the semiconductor substrate, and forming the semiconductor substrate on which the device isolation film is formed. Forming a first N-type capping layer on the first N-type capping layer, forming a first gate insulating layer on the first gate insulating layer, and forming a first P-type capping layer on the first gate insulating layer Forming a first gate conductive layer on the P-type keping pattern, and forming a first gate electrode, a first P-type keping pattern, a first gate insulation pattern, and a first N-type keping pattern The 1 N-type keping pattern may reduce the flat band voltage, and the first P-type keping pattern may increase the flat band voltage.

본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 소자의 형성 방법은 반도체 기판에 트렌 치를 형성하여 소자분리막을 형성하는 단계, 상기 반도체 기판에 제1 웰 영역 및 제2 웰 영역을 형성하는 단계, 및 상기 제1 웰 영역 상에 제1 게이트 구조체, 상기 제2 웰 영역 상에 제2 게이트 구조체를 형성하는 단계를 포함하되, 상기 제1 게이트 구조체는 제1 N형 케핑 패턴, 제1 게이트 절연 패턴, 제1 P형 케핑 패턴, 및 제1 게이트 전극을 포함하고, 상기 제2 게이트 구조체는 제2 게이트 절연 패턴, 제2 P형 케핑 패턴, 및 제2 게이트 전극을 포함하되, 상기 제1 P형 케핑 패턴과 상기 제2 P형 케핑 패턴은 같은 물질이고, 상기 제1 게이트 전극과 상기 제2 게이트 전극은 같은 물질로 형성될 수 있다.A method of forming a semiconductor device according to an embodiment of the present invention includes forming a device isolation film by forming a trench in a semiconductor substrate, forming a first well region and a second well region on the semiconductor substrate, and forming the first well region and the first well region. Forming a first gate structure on the well region, and a second gate structure on the second well region, wherein the first gate structure comprises a first N-type keping pattern, a first gate insulating pattern, a first P; And a first gate electrode, wherein the second gate structure includes a second gate insulating pattern, a second P-type kepping pattern, and a second gate electrode, wherein the first P-type keping pattern and the The second P-type kepping pattern may be made of the same material, and the first gate electrode and the second gate electrode may be formed of the same material.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 제1 웰 영역 상에 제1 게이트 구조체, 상기 제2 웰 영역 상에 제2 게이트 구조체를 형성하는 단계는 상기 제1 웰 영역 상에 N형 케핑막을 형성하는 단계, 상기 제1 웰 영역 및 상기 제2 웰 영역 상에 게이트 절연막을 형성하는 단계, 상기 게이트 절연막 전면 상에 P형 케핑막을 형성하는 단계, 상기 P형 케핑막 상에 게이트 도전막을 형성하는 단계, 및 상기 제1 웰 영역 및 상기 제2 웰 영역에 적층된 물질을 패터닝하여 제1 게이트 구조체 및 제2 게이트 구조체를 형성하는 단계를 포함할 수 있다.In an exemplary embodiment, the forming of the first gate structure on the first well region and the second gate structure on the second well region may include forming an N-type capping layer on the first well region. Forming a gate insulating film on the first well region and the second well region, forming a P-type capping film on the entire gate insulating film, forming a gate conductive film on the P-type capping film, And patterning a material stacked on the first well region and the second well region to form a first gate structure and a second gate structure.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 제1 웰 영역 상에 제1 게이트 구조체, 상기 제2 웰 영역 상에 제2 게이트 구조체를 형성하는 단계는 상기 제1 웰 영역 및 상기 제 2 웰 영역 상에 하부 게이트 절연막을 형성하는 단계, 상기 제1 웰 영역의 상기 하부 게이트 상에 N형 케핑막을 형성하는 단계, 상기 제1 웰 영역 및 상기 제2 웰 영역 상에 상부 게이트 절연막을 형성하는 단계, 상기 상부 게이트 절연막 전면 상에 P형 케핑막을 형성하는 단계, 상기 P형 케핑막 상에 게이트 도전막을 형성하는 단계, 및 상기 제1 웰 영역 및 상기 제2 웰 영역에 적층된 물질을 패터닝하여 제1 게이트 구조체 및 제2 게이트 구조체를 형성하는 단계를 포함할 수 있다.In example embodiments, forming a first gate structure on the first well region and a second gate structure on the second well region may be performed on the first well region and the second well region. Forming a lower gate insulating film, forming an N-type capping film on the lower gate of the first well region, forming an upper gate insulating film on the first well region and the second well region, and forming the upper gate insulating film. Forming a P-type capping layer on the entire gate insulating film, forming a gate conductive layer on the P-type capping layer, and patterning a material stacked in the first well region and the second well region to form a first gate structure And forming a second gate structure.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 제1 웰 영역 상에 제1 게이트 구조체, 상기 제2 웰 영역 상에 제2 게이트 구조체를 형성하는 단계는 상기 제1 웰 영역 상에 N형 케핑막을 형성하는 단계, 상기 제2 웰 영역 상에 하부 게이트 절연막을 형성하는 단계, 상기 N형 케핑막 및 상기 하부 게이트 절연막을 질화시키는 단계, 상기 N형 케핑막 및 상기 하부 게이트 절연막 전면 상에 상부 게이트 절연막을 형성하는 단계, 상기 상부 게이트 절연막 전면 상에 P형 케핑막을 형성하는 단계, 상기 P형 케핑막 상에 게이트 도전막을 형성하는 단계, 및 상기 제1 웰 영역 및 상기 제2 웰 영역에 적층된 물질을 패터닝하여 제1 게이트 구조체 및 제2 게이트 구조체를 형성하는 단계를 포함할 수 있다.In an exemplary embodiment, the forming of the first gate structure on the first well region and the second gate structure on the second well region may include forming an N-type capping layer on the first well region. Forming a lower gate insulating film on the second well region, nitriding the N-type capping film and the lower gate insulating film, and forming an upper gate insulating film on the entire surface of the N-type capping film and the lower gate insulating film Forming a P-type capping layer on the entire upper gate insulating layer, forming a gate conductive layer on the P-type capping layer, and patterning a material stacked on the first well region and the second well region Thereby forming a first gate structure and a second gate structure.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 제1 웰 영역 상에 제1 게이트 구조체, 상기 제2 웰 영역 상에 제2 게이트 구조체를 형성하는 단계는 상기 제1 웰 영역 상에 N형 케핑막을 형성하는 단계, 상기 N형 케핑막 및 상기 제2 웰 영역 상에 게이트 절연막을 형성하는 단계, 상기 N형 케핑막 및 상기 게이트 절연막 전면 상에 P형 케핑막을 형성하는 단계, 상기 P형 케핑막 상에 게이트 도전막을 형성하는 단계, 및 상기 제1 웰 영역 및 상기 제2 웰 영역에 적층된 물질을 패터닝하여 제1 게이트 구조체 및 제2 게이트 구조체를 형성하는 단계를 포함할 수 있다.In an exemplary embodiment, the forming of the first gate structure on the first well region and the second gate structure on the second well region may include forming an N-type capping layer on the first well region. Forming a gate insulating film on the N-type keping film and the second well region, forming a P-type keping film on the entire surface of the N-type keping film and the gate insulating film, and forming a gate on the P-type keping film The method may include forming a conductive layer and patterning a material stacked on the first well region and the second well region to form a first gate structure and a second gate structure.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 제1 N형 케핑 패턴은 LaO,GdO,DyO,SrO,BaO, 및 ErO 중에서 적어도 하나를 포함할 수 있다.In one embodiment of the present invention, the first N-type keping pattern may include at least one of LaO, GdO, DyO, SrO, BaO, and ErO.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 제1 P형 케핑 패턴은 알루미늄산화막, 및 알루미늄 금속 산화막 중에서 적어도 하나를 포함할 수 있다.In one embodiment of the present invention, the first P-type kepping pattern may include at least one of an aluminum oxide film and an aluminum metal oxide film.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 제1 게이트 절연 패턴 및 상기 제2 게이트 절연 패턴은 실리콘 산화막, 실리콘 산화질화막, 하프늄 산화막, 하프늄 실리콘 산화막, 지르코늄 산화막, 지르코늄 실리콘 산화막, 하프늄 산화질화막, 하프늄 실리콘 산화질화막, 지르코늄 산화질화막, 지르코늄 실리콘 산화질화막, 및 타이타늄 산화막 중에서 적어도 하나를 포함할 수 있다.In an embodiment, the first gate insulation pattern and the second gate insulation pattern may include a silicon oxide film, a silicon oxynitride film, a hafnium oxide film, a hafnium silicon oxide film, a zirconium oxide film, a zirconium silicon oxide film, a hafnium oxynitride film, and a hafnium silicon film. It may include at least one of an oxynitride film, a zirconium oxynitride film, a zirconium silicon oxynitride film, and a titanium oxide film.

 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 소자는 제1 N형 케핑 패턴 및 제1 P형 케핑 패턴을 적층하여 문턱 전압을 조절할 할 수 있다. 또한, 상기 반도체 소자의 형성 공정이 간단하다.In the semiconductor device according to the exemplary embodiment, the threshold voltage may be adjusted by stacking the first N-type keping pattern and the first P-type keping pattern. In addition, the process of forming the semiconductor element is simple.

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 so that the disclosure may be made thorough and complete, and to fully convey the spirit of the invention to those skilled in the art. 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 일 실시예에 따른 반도체 소자의 구조(NMOS 축전기(capacitor))에 따른 플랫밴드 전압(flat band voltage)을 설명하는 도면이다.FIG. 1 is a diagram illustrating a flat band voltage according to a structure (NMOS capacitor) of a semiconductor device according to an embodiment of the present invention.

도 1 을 참조하면, 상기 NMOS 축전기는 반도체 기판 상에 게이트 구조체가 배치될 수 있다. 상기 게이트 구조체는 게이트 절연막 및 게이트 전극을 포함할 수 있다. 상기 게이트 전극이 TaC이고, 상기 게이트 절연막은 HfSiON, HfSiON/LaO, HfSiON/AlO, 및 HfSiON/LaO/AlO 적층 구조를 가질 수 있다. 상기 게이트 절연막의 구조에 따라, 상기 축전기의 플랫 밴드 전압 및 유효 산화막 두께(effective oxide thickness:EOT)를 측정하였다. HiSiON 구조(control 구조)의 플랫 밴드 전압은 -0.64 V이었고, HfSiON/LaO 구조(LaO capped)의 플랫 밴드 전압이 -1.184V이었고, HfSiON/AlO 구조(AlO capped)의 플랫 밴드 전압은 -0.35 V이었고, HfSiON/LaO/AlO 구조(LaO/AlO capped)의 플랫 밴드 전압은 -0.91 V이었다. 이 경우, 상기 HfSiON의 두께는 모두 동일하였고, LaO 및 AlO의 물리적 두께는 1 nm이었다. 그러나, HfSiON/LaO/AlO 구조의 EOT는 HfSiON/AlO의 구조의 EOT에 비하여 거의 증가하지 않았다. 따라서, LaO 계열 물질 및 AlO 계열 물질을 적절히 조합하면, 원하는 문턱 전압을 얻을 수 있다. 상기 LaO 계열 물질은 LaO,GdO,DyO,SrO,BaO, 및 ErO 중에서 적어도 하나를 포함할 수 있다. 상기 LaO 계열 물질은 N형 케핑 물질일 수 있다. 또한, 상기 AlO 계열물질은 알루미늄산화막, 및 알루미늄 금속 산화막 중에서 적어도 하나를 포함할 수 있다. 상기 ALO 계열 물질은 P형 케핑 물질일 수 있다. Referring to FIG. 1, a gate structure may be disposed on a semiconductor substrate of the NMOS capacitor. The gate structure may include a gate insulating layer and a gate electrode. The gate electrode may be TaC, and the gate insulating layer may have a HfSiON, HfSiON / LaO, HfSiON / AlO, and HfSiON / LaO / AlO stack structure. According to the structure of the gate insulating film, the flat band voltage and the effective oxide thickness (EOT) of the capacitor were measured. The flat band voltage of the HiSiON structure (control structure) was -0.64 V, the flat band voltage of the HfSiON / LaO structure (LaO capped) was -1.184 V, and the flat band voltage of the HfSiON / AlO structure (AlO capped) was -0.35 V The flat band voltage of the HfSiON / LaO / AlO structure (LaO / AlO capped) was -0.91 V. In this case, the thicknesses of the HfSiON were all the same, and the physical thicknesses of LaO and AlO were 1 nm. However, the EOT of HfSiON / LaO / AlO structure hardly increased as compared to the EOT of HfSiON / AlO structure. Therefore, when the LaO-based material and AlO-based material are properly combined, a desired threshold voltage can be obtained. The LaO-based material may include at least one of LaO, GdO, DyO, SrO, BaO, and ErO. The LaO based material may be an N-type kepping material. In addition, the AlO-based material may include at least one of an aluminum oxide film and an aluminum metal oxide film. The ALO based material may be a P-type kepping material.

반도체 소자의 문턱 전압은 게이트 절연막의 두께 및 반도체 기판의 이온 주입 농도에 의존할 수 있다. 본 발명의 실시예에 따르면, 게이트 절연막, N형 케핑막, 및 P 형 케핑막의 조합에 의하여 반도체 소자의 문턱 전압은 EOT에 변화를 거의 주지 않고 변경될 수 있다. 상기 N형 케핑막은 플랫 밴드 전압을 감소시키는 물질일 수 있고, 상기 P형 케핑막은 플랫 밴드 전압을 증가시키는 물질일 수 있다. 상기 N형 케핑막은 LaO,GdO,DyO,SrO,BaO, 및 ErO 중에서 적어도 하나를 포함할 수 있다. 상기 P형 케핑막은 알루미늄산화막, 및 알루미늄 금속 산화막 중에서 적어도 하나를 포함할 수 있다.The threshold voltage of the semiconductor device may depend on the thickness of the gate insulating layer and the ion implantation concentration of the semiconductor substrate. According to the embodiment of the present invention, the threshold voltage of the semiconductor device can be changed with little change in the EOT by the combination of the gate insulating film, the N-type kepping film, and the P-type kepping film. The N-type capping layer may be a material that reduces the flat band voltage, and the P-type capping layer may be a material that increases the flat band voltage. The N-type capping layer may include at least one of LaO, GdO, DyO, SrO, BaO, and ErO. The p-type capping film may include at least one of an aluminum oxide film and an aluminum metal oxide film.

도 2a 및 도 2b는 본 발명의 실시예들에 따른 반도체 소자를 설명하는 단면도들이다.2A and 2B are cross-sectional views illustrating semiconductor devices in accordance with example embodiments of the inventive concept.

도 2a를 참조하면, 상기 반도체 소자는 반도체 기판(100), 상기 반도체 기판(100)에 배치된 제1 웰 영역(106), 상기 제1 웰 영역(106) 상에 배치된 제1 게이트 전극(140), 및 상기 제1 웰 영역(106)과 상기 제1 게이트 전극(140) 사이에 개재된 제1 N형 케핑 패턴(110), 제1 P형 케핑 패턴(130), 및 제1 게이트 절연 패턴(120)을 포함한다. 상기 제1 N형 케핑 패턴(110)은 플랫 밴드 전압을 감소시킬 수 있고, 상기 제1 P형 케핑 패턴(130)은 플랫 밴드 전압을 증가시킬 수 있다. 상기 반도체 소자는 축전기 또는 트랜지스터로 동작할 수 있다. 상기 제1 N형 케핑 패턴(110), 제1 게이트 절연 패턴(120), 및 제1 P형 케핑 패턴(130)은 차례로 적층 될 수 있다.Referring to FIG. 2A, the semiconductor device may include a semiconductor substrate 100, a first well region 106 disposed on the semiconductor substrate 100, and a first gate electrode disposed on the first well region 106. 140, and a first N-type kepping pattern 110, a first P-type kepping pattern 130, and a first gate insulation interposed between the first well region 106 and the first gate electrode 140. Pattern 120. The first N-type keping pattern 110 may reduce the flat band voltage, and the first P-type kepping pattern 130 may increase the flat band voltage. The semiconductor device may operate as a capacitor or a transistor. The first N-type keping pattern 110, the first gate insulation pattern 120, and the first P-type keping pattern 130 may be sequentially stacked.

상기 반도체 기판(100)은 실리콘 기판 또는 SOI기판 일 수 있다. 상기 제1 웰 영역(106)은 P 웰 또는 N 웰일 수 있다. 상기 제1 게이트 전극(140)은 TaC,TaN, TaCN, 및 TiN 중에서 적어도 하나를 포함할 수 있다. 상기 제1 게이트 전극(140)은 복층 구조를 가질 수 있다. 상기 제1 게이트 전극(140)은 금속막, 금속 실리사이드, 금속 산화막, 금속 질화막, 도핑된 폴리실리콘 중에서 적어도 하나를 포함할 수 있다.The semiconductor substrate 100 may be a silicon substrate or an SOI substrate. The first well region 106 may be a P well or an N well. The first gate electrode 140 may include at least one of TaC, TaN, TaCN, and TiN. The first gate electrode 140 may have a multilayer structure. The first gate electrode 140 may include at least one of a metal film, a metal silicide, a metal oxide film, a metal nitride film, and a doped polysilicon.

상기 제1 N형 케핑 패턴(110)은 LaO,GdO,DyO,SrO,BaO, 및 ErO 중에서 적어도 하나를 포함할 수 있다. 상기 제1 N형 케핑 패턴(110)은 상기 반도체 소자의 플랫 밴드 전압을 감소시킬 수 있다. 상기 제1 N형 케핑 패턴(110)의 두께는 0.1 nm 내지 10 nm일 수 있다.The first N-type keping pattern 110 may include at least one of LaO, GdO, DyO, SrO, BaO, and ErO. The first N-type keping pattern 110 may reduce the flat band voltage of the semiconductor device. The thickness of the first N-type keping pattern 110 may be 0.1 nm to 10 nm.

상기 제1 P형 케핑 패턴(130)은 알루미늄산화막, 및 알루미늄 금속 산화막 중에서 적어도 하나를 포함할 수 있다. 상기 제1 P형 케핑 패턴(130)은 상기 반도체 소자의 플랫 밴드 전압을 증가시킬 수 있다. 상기 제1 P형 케핑 패턴(130)의 두께는 0.1 nm 내지 10 nm일 수 있다. 상기 제1 N형 케핑 패턴(110) 및 상기 제1 P형 케핑 패턴(130)의 두께는 상기 게이트 절연 패턴(120)의 두께보다 작을 수 있다.The first P-type kepping pattern 130 may include at least one of an aluminum oxide layer and an aluminum metal oxide layer. The first P-type kepping pattern 130 may increase the flat band voltage of the semiconductor device. The thickness of the first P-type kepping pattern 130 may be 0.1 nm to 10 nm. The thickness of the first N-type kepping pattern 110 and the first P-type keping pattern 130 may be smaller than the thickness of the gate insulating pattern 120.

상기 제1 게이트 절연 패턴(120)은 실리콘 산화막, 실리콘 산화질화막, 하프늄 산화막, 하프늄 실리콘 산화막, 지르코늄 산화막, 지르코늄 실리콘 산화막, 하프늄 산화질화막, 하프늄 실리콘 산화질화막, 지르코늄 산화질화막, 지르코늄 실리 콘 산화질화막, 및 타이타늄 산화막 중에서 적어도 하나를 포함할 수 있다. 상기 제1 게이트 절연 패턴(120)은 실리콘 산화막보다 유전율이 큰 고유전체물질일 수 있다.The first gate insulating pattern 120 may include a silicon oxide film, a silicon oxynitride film, a hafnium oxide film, a hafnium silicon oxide film, a zirconium oxide film, a zirconium silicon oxide film, a hafnium oxynitride film, a hafnium silicon oxynitride film, a zirconium oxynitride film, a zirconium silicon oxynitride film, And a titanium oxide film. The first gate insulating pattern 120 may be a high dielectric material having a higher dielectric constant than that of the silicon oxide layer.

본 발명의 변형된 실시예에 따르면, 상기 제1 P형 케핑 패턴(110) 및 상기 제1 N형 케핑 패턴(130)은 교번되면서 적층될 수 있다.According to a modified embodiment of the present invention, the first P-type kepping pattern 110 and the first N-type keping pattern 130 may be alternately stacked.

본 발명의 변형된 실시예에 따르면, 제1 게이트 절연 패턴(120), 상기 제1 N형 케핑 패턴(110), 및 제1 P형 케핑 패턴(130)은 차례로 적층될 수 있다. According to a modified embodiment of the present invention, the first gate insulating pattern 120, the first N-type keping pattern 110, and the first P-type keping pattern 130 may be sequentially stacked.

본 발명의 변형된 실시예에 따르면, 상기 제1 게이트 절연 패턴(120), 상기 제1 N형 케핑 패턴(110), 및 제1 P형 케핑 패턴(130)이 적층되는 순서는 서로 변경될 수 있다.According to the modified embodiment of the present invention, the order in which the first gate insulation pattern 120, the first N-type keping pattern 110, and the first P-type keping pattern 130 are stacked may be changed. have.

본 발명의 변형된 실시예에 따르면, 상기 제1 게이트 절연 패턴(120)은 제1 하부 게이트 절연 패턴 및 제1 상부 게이트 절연 패턴을 포함할 수 있다. 상기 제1 하부 게이트 절연 패턴 및 상기 상부 게이트 절연 패턴은 서로 다른 물질일 수 있다. 또한, 상기 제1 하부 게이트 절연 패턴 및 상기 상부 게이트 절연 패턴은 서로 연속적으로 적층되지 않을 수 있다.According to a modified embodiment of the present invention, the first gate insulating pattern 120 may include a first lower gate insulating pattern and a first upper gate insulating pattern. The first lower gate insulating pattern and the upper gate insulating pattern may be different materials. In addition, the first lower gate insulating pattern and the upper gate insulating pattern may not be sequentially stacked on each other.

도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 반도체 소자를 나타내는 사시도이다.3 is a perspective view illustrating a semiconductor device in accordance with another embodiment of the present invention.

도 3을 참조하면, 상기 반도체 소자는 반도체 기판(100), 상기 반도체 기판(100)에 배치된 제1 웰 영역(106), 상기 제1 웰 영역(106) 상에 배치된 제1 게이트 전극(140), 및 상기 제1 웰 영역(106)과 상기 제1 게이트 전극(140) 사이에 개재된 제1 N형 케핑 패턴(110), 제1 P형 케핑 패턴(130), 및 제1 게이트 절연 패 턴(120)을 포함한다. 상기 제1 N형 케핑 패턴(110)은 플랫 밴드 전압을 감소시킬 수 있고, 상기 제1 P형 케핑 패턴(130)은 플랫 밴드 전압을 증가시킬 수 있다. 상기 반도체 소자는 트랜지스터로 동작할 수 있다. 상기 제1 게이트 절연 패턴(120), 상기 제1 N형 케핑 패턴(110), 및 상기 제1 P형 케핑 패턴(130)은 차례로 적층될 수 있다.Referring to FIG. 3, the semiconductor device may include a semiconductor substrate 100, a first well region 106 disposed on the semiconductor substrate 100, and a first gate electrode disposed on the first well region 106. 140, and a first N-type kepping pattern 110, a first P-type kepping pattern 130, and a first gate insulation interposed between the first well region 106 and the first gate electrode 140. Pattern 120 is included. The first N-type keping pattern 110 may reduce the flat band voltage, and the first P-type kepping pattern 130 may increase the flat band voltage. The semiconductor device may operate as a transistor. The first gate insulating pattern 120, the first N-type keping pattern 110, and the first P-type keping pattern 130 may be sequentially stacked.

상기 반도체 기판에 트렌치(103)를 형성하여 활성 영역(102)을 정의할 수 있다. 상기 트렌치(103)는 소자 분리막(104)에 의하여 채워질 수 있다. 상기 소자 분리막(104)은 얕은 트렌치 소자 분리 공정(shallow trench isolation process)에 의하여 형성될 수 있다. 상기 활성 영역(102)의 상부면과 상기 소자 분리막(104)의 상부면은 실질적으로 같은 높이일 수 있다.The trench 103 may be formed in the semiconductor substrate to define the active region 102. The trench 103 may be filled by the device isolation layer 104. The device isolation layer 104 may be formed by a shallow trench isolation process. The upper surface of the active region 102 and the upper surface of the device isolation layer 104 may be substantially the same height.

상기 소자 분리막(104)이 형성된 반도체 기판(100)에 이온 주입 공정이 수행될 수 있다. 상기 이온 주입 공정은 제1 웰 영역(106)을 형성할 수 있다. 상기 제1 웰 영역(106)의 하부면은 상기 소자 분리막(104)의 하부면보다 낮을 수 있다. 상기 제1 웰 영역(106)은 P 웰 또는 N 웰일 수 있다. 상기 제1 웰 영역(106) 상에 게이트 구조체(200)가 배치될 수 있다. 상기 게이트 구조체(200)는 차례로 적층된 제1 게이트 절연 패턴(120), 제1 N형 케핑 패턴(110), 제1 P형 케핑 패턴(120), 및 제1 게이트 전극(140)을 포함할 수 있다. 상기 게이트 구조체(200)의 측벽에는 스페이서 절연막(190)이 배치될 수 있다. 상기 게이트 구조체(200)의 양측의 상기 활성 영역(102)에 소오스/드레인(107)이 배치될 수 있다.An ion implantation process may be performed on the semiconductor substrate 100 on which the device isolation layer 104 is formed. The ion implantation process may form the first well region 106. The lower surface of the first well region 106 may be lower than the lower surface of the device isolation layer 104. The first well region 106 may be a P well or an N well. The gate structure 200 may be disposed on the first well region 106. The gate structure 200 may include a first gate insulating pattern 120, a first N-type keping pattern 110, a first P-type keping pattern 120, and a first gate electrode 140 that are sequentially stacked. Can be. A spacer insulating layer 190 may be disposed on sidewalls of the gate structure 200. Source / drain 107 may be disposed in the active region 102 at both sides of the gate structure 200.

도 4 내지 도 6은 본 발명의 실시예들에 따른 반도체 소자를 설명하는 사시 도들이다.4 to 6 are perspective views illustrating semiconductor devices according to exemplary embodiments of the present invention.

도 4를 참조하면, 상기 반도체 소자는 반도체 기판(100), 상기 반도체 기판(100)에 배치된 제1 웰 영역(106n), 상기 제1 웰 영역(106n) 상에 배치된 제1 게이트 구조체(200n), 상기 반도체 기판(100)에 배치된 제2 웰 영역(106p), 상기 제2 웰 영역(106p) 상에 배치된 제2 게이트 구조체(200p)를 포함할 수 있다. 상기 제1 게이트 구조체(200n)는 제1 게이트 전극(140n), 상기 제1 웰 영역(106n)과 상기 제1 게이트 전극(140n) 사이에 개재된 제1 N형 케핑 패턴(110n), 제1 P형 케핑 패턴(130n), 및 제1 게이트 절연 패턴(120n)을 포함할 수 있다. 상기 제1 게이트 절연 패턴(120n)은 제1 하부 게이트 절연 패턴(122n) 및 제1 상부 게이트 절연 패턴(124n)을 포함할 수 있다. 상기 제1 N형 케핑 패턴(110n)은 플랫 밴드 전압을 감소시킬 수 있고, 상기 제1 P형 케핑 패턴(130n)은 플랫 밴드 전압을 증가시킬 수 있다. Referring to FIG. 4, the semiconductor device may include a semiconductor substrate 100, a first well region 106n disposed on the semiconductor substrate 100, and a first gate structure disposed on the first well region 106n. 200n), a second well region 106p disposed on the semiconductor substrate 100, and a second gate structure 200p disposed on the second well region 106p. The first gate structure 200n may include a first gate electrode 140n, a first N-type keping pattern 110n interposed between the first well region 106n and the first gate electrode 140n, and a first gate structure 200n. It may include a P-type kepping pattern 130n and a first gate insulating pattern 120n. The first gate insulating pattern 120n may include a first lower gate insulating pattern 122n and a first upper gate insulating pattern 124n. The first N-type keping pattern 110n may reduce the flat band voltage, and the first P-type kepping pattern 130n may increase the flat band voltage.

상기 제2 게이트 구조체(200p)는 상기 제2 웰 영역(106p) 상에 배치된 제2 게이트 전극(140p), 상기 제2 웰 영역(106p)과 상기 제2 게이트 전극(140p) 사이에 개재된 제2 P형 케핑 패턴(130p), 및 제2 게이트 절연 패턴(120p)을 포함할 수 있다. 상기 제1 게이트 전극(140n)과 상기 제2 게이트 전극(140p)은 같은 물질일 수 있다. 상기 제2 게이트 절연패턴(120p)는 제2 하부 게이트 절연 패턴(122p) 및 제2 상부 게이트 절연패턴(124p)을 포함할 수 있다. The second gate structure 200p is interposed between the second gate electrode 140p disposed on the second well region 106p, the second well region 106p, and the second gate electrode 140p. The second P-type kepping pattern 130p and the second gate insulating pattern 120p may be included. The first gate electrode 140n and the second gate electrode 140p may be the same material. The second gate insulating pattern 120p may include a second lower gate insulating pattern 122p and a second upper gate insulating pattern 124p.

상기 반도체 기판(100)에 소자분리막(104)이 배치된다. 상기 소자 분리막(104)은 얕은 트랜치 소자 분리 공정에 의하여 형성될 수 있다. 상기 소자분리 막(104)에 의하여 활성 영역이 정의된다. 상기 소자 분리막은 활성 영역을 서로 전기적으로 서로 분리할 수 있다. 상기 반도체 기판 상에 제1 게이트 구조체(200n) 및 제2 게이트 구조체(200p)가 배치될 수 있다. 상기 제1 웰 영역(106n)은 P형 불순물로 도핑될 수 있다. 상기 제2 웰 영역(106p)은 N형 불순물로 도핑될 수 있다. 상기 제1 웰 영역(106n)에 NMOS가 배치될 수 있고, 상기 제2 웰 영역(106p)에 PMOS가 배치될 수 있다.An isolation layer 104 is disposed on the semiconductor substrate 100. The device isolation layer 104 may be formed by a shallow trench device isolation process. An active region is defined by the device isolation film 104. The device isolation layer may electrically separate the active regions from each other. A first gate structure 200n and a second gate structure 200p may be disposed on the semiconductor substrate. The first well region 106n may be doped with a P-type impurity. The second well region 106p may be doped with N-type impurities. An NMOS may be disposed in the first well region 106n, and a PMOS may be disposed in the second well region 106p.

NMOS는 상기 제1 웰 영역(106n) 및 상기 제1 게이트 구조체(200n)를 포함할 수 있다. PMOS는 상기 제2 웰 영역(106p) 및 상기 제2 게이트 구조체(106p)를 포함할 수 있다.The NMOS may include the first well region 106n and the first gate structure 200n. The PMOS may include the second well region 106p and the second gate structure 106p.

상기 제1 N형 케핑 패턴(110n)은 LaO,GdO,DyO,SrO,BaO, 및 ErO 중에서 적어도 하나를 포함할 수 있다. 상기 제1 P형 케핑 패턴(130n) 및 상기 제2 P형 케핑 패턴(130p)은 알루미늄산화막, 및 알루미늄 금속 산화막 중에서 적어도 하나를 포함할 수 있다. 상기 제1 P형 케핑 패턴(130n) 과 상기 제2 P형 케핑 패턴(130p)은 같은 물질일 수 있다.The first N-type keping pattern 110n may include at least one of LaO, GdO, DyO, SrO, BaO, and ErO. The first P-type kepping pattern 130n and the second P-type keping pattern 130p may include at least one of an aluminum oxide layer and an aluminum metal oxide layer. The first P-type kepping pattern 130n and the second P-type keping pattern 130p may be made of the same material.

상기 제1 하부 게이트 절연 패턴(122n), 상기 제1 상부 게이트 절연 패턴(124n), 상기 제2 하부 게이트 절연패턴(122p), 및 상기 제2 상부 게이트 절연 패턴(124p)은 실리콘 산화막, 실리콘 산화질화막, 하프늄 산화막, 하프늄 실리콘 산화막, 지르코늄 산화막, 지르코늄 실리콘 산화막, 하프늄 산화질화막, 하프늄 실리콘 산화질화막, 지르코늄 산화질화막, 지르코늄 실리콘 산화질화막, 및 타이타늄 산화막 중에서 적어도 하나를 포함할 수 있다. 상기 제1 하부 게이트 절연 패 턴(122n)과 상기 제2 하부 게이트 절연 패턴(122p)은 같은 물질일 수 있다. 상기 제1 상부 게이트 절연 패턴(124n)과 상기 제2 상부 게이트 절연 패턴(124p)은 같은 물질일 수 있다.The first lower gate insulating pattern 122n, the first upper gate insulating pattern 124n, the second lower gate insulating pattern 122p, and the second upper gate insulating pattern 124p may be formed of a silicon oxide layer and a silicon oxide layer. And at least one of a nitride film, a hafnium oxide film, a hafnium silicon oxide film, a zirconium oxide film, a zirconium silicon oxide film, a hafnium oxynitride film, a hafnium silicon oxynitride film, a zirconium oxynitride film, a zirconium silicon oxynitride film, and a titanium oxide film. The first lower gate insulating pattern 122n and the second lower gate insulating pattern 122p may be made of the same material. The first upper gate insulating pattern 124n and the second upper gate insulating pattern 124p may be the same material.

상기 제1 게이트 전극(140n) 및 상기 제2 게이트 전극(140p)는 TaC,TaN, TaCN, 및 TiN 중에서 적어도 하나를 포함할 수 있다. 상기 제1,2 게이트 전극(140n,140p)은 복층 구조를 가질 수 있다. 상기 제1,2 게이트 전극(140n,140p)은 금속막, 금속 실리사이드, 금속 산화막, 금속 질화막, 도핑된 폴리실리콘 중에서 적어도 하나를 포함할 수 있다. 상기 제1 게이트 전극(140n)과 상기 제2 게이트 전극(140p)은 같은 물질일 수 있다.The first gate electrode 140n and the second gate electrode 140p may include at least one of TaC, TaN, TaCN, and TiN. The first and second gate electrodes 140n and 140p may have a multilayer structure. The first and second gate electrodes 140n and 140p may include at least one of a metal film, a metal silicide, a metal oxide film, a metal nitride film, and a doped polysilicon. The first gate electrode 140n and the second gate electrode 140p may be the same material.

본 발명의 변형된 실시예에 따르면, 상기 제1 하부 게이트 절연패턴(122n) 및 상기 제2 하부 게이트 절연 패턴(122p)은 제거될 수 있다.According to a modified embodiment of the present invention, the first lower gate insulating pattern 122n and the second lower gate insulating pattern 122p may be removed.

45nm급 이하의 MOS 트렌지스터의 게이트 구조체는 고유전체막/금속 게이트 전극이 가능하다. 고유전체막/금속 게이트 전극의 게이트 구조체는 고유전체/폴리 실리콘 구조에 비하여 문턱 전압을 낮출 수 있다 그러나, 실용화되기 위하여는 고유전체막/금속 게이트 전극의 게이트 구조체의 문턱 전압은 더 낮아져야 한다. The gate structure of the MOS transistor of 45 nm or less can be a high dielectric film / metal gate electrode. The gate structure of the high dielectric film / metal gate electrode can lower the threshold voltage compared to the high dielectric / polysilicon structure. However, in order to be practical, the threshold voltage of the gate structure of the high dielectric film / metal gate electrode must be lowered.

듀얼 금속 게이트(dual metal gate)를 이용하는 CMOS의 경우, NMOS 및 PMOS에 최적의 금속 게이트 물질의 확보가 어렵다. 또한, 듀얼 금속 게이트 공정은 고유전체막에 손상을 유발할 수 있다. 하나의 금속 게이트(singale metal gate)을 사용하고 하나의 케핑막을 사용하는 CMOS의 경우, PMOS에만 케핑막을 적용할 수 있다. 따라서, 최적의 NMOS 금속 게이트 물질을 확보해야 하며, PMOS 형성 공정시 고 유전체막이 손상될 수 있다. In the case of CMOS using dual metal gates, it is difficult to obtain an optimal metal gate material for NMOS and PMOS. In addition, the dual metal gate process may cause damage to the high dielectric film. In the case of a CMOS using a single metal gate and a single capping layer, the keping layer may be applied only to the PMOS. Therefore, an optimal NMOS metal gate material must be ensured and the high dielectric film can be damaged during the PMOS formation process.

하나의 금속 게이트를 사용하고 두개의 케핑막을 사용하는 CMOS의 경우, NMOS 및 PMOS에 각각 다른 케핑막을 증착 및 제거해야 하는 공정의 복잡성을 가질 수 있다. 또한, NMOS 및 PMOS 공정시 고유전체막이 손상될 수 있다. 따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 소자는 상술한 문제점을 극복하고, 문턱 전압 감소 효과가 P 형 케핑막에 비하여 우수한 N형 케핑막을 이용하는 방법을 제시한다.In the case of a CMOS using one metal gate and two keping layers, a process complexity of depositing and removing different keping layers on NMOS and PMOS may be required. In addition, high-k dielectric films may be damaged in NMOS and PMOS processes. Accordingly, the semiconductor device according to an embodiment of the present invention overcomes the above-mentioned problems and provides a method of using an N-type capping film having a threshold voltage reduction effect superior to that of a P-type capping film.

도 5를 참조하면, 상기 반도체 소자는 반도체 기판(100), 상기 반도체 기판(100)에 배치된 제1 웰 영역(106n), 상기 제1 웰 영역(106n) 상에 배치된 제1 게이트 구조체(200n), 상기 반도체 기판(100)에 배치된 제2 웰 영역(106p), 상기 제1 웰 영역(106p) 상에 배치된 제2 게이트 구조체(200p)를 포함할 수 있다. Referring to FIG. 5, the semiconductor device may include a semiconductor substrate 100, a first well region 106n disposed on the semiconductor substrate 100, and a first gate structure disposed on the first well region 106n. 200n), a second well region 106p disposed on the semiconductor substrate 100, and a second gate structure 200p disposed on the first well region 106p.

상기 제1 게이트 구조체(200n)는 상기 제1 웰 영역(106n) 상에 차례로 적층된 제1 N형 케핑 패턴(110n), 제1 게이트 절연 패턴(120n), 제1 P형 케핑 패턴(130n), 및 제1 게이트 전극(140n)을 포함할 수 있다. The first gate structure 200n includes a first N-type keping pattern 110n, a first gate insulation pattern 120n, and a first P-type keping pattern 130n sequentially stacked on the first well region 106n. , And the first gate electrode 140n.

상기 제2 게이트 구조체(200p)는 상기 제2 웰 영역(106p) 상에 차례로 적층된 제2 하부 게이트 절연 패턴(122p), 제2 상부 게이트 절연 패턴(124p), 제2 P형 케핑 패턴(130p), 및 제2 게이트 전극(140p)을 포함할 수 있다. 제2 게이트 절연 패턴(120p)은 상기 제2 하부 게이트 절연 패턴(122p) 및 상기 제2 상부 게이트 절연 패턴(124p)을 포함할 수 있다.The second gate structure 200p may include a second lower gate insulating pattern 122p, a second upper gate insulating pattern 124p, and a second P-type keping pattern 130p sequentially stacked on the second well region 106p. ), And the second gate electrode 140p. The second gate insulating pattern 120p may include the second lower gate insulating pattern 122p and the second upper gate insulating pattern 124p.

상기 제1 게이트 전극(140n)과 상기 제2 게이트 전극(140p)은 같은 물질일 수 있다. 상기 제1 게이트 절연 패턴(120n)과 상기 제2 상부 게이트 절연 패턴(124p) 은 같은 물질일 수 있다. 상기 제1 P형 케핑 패턴(130n)과 상기 제2 P형 케핑 패턴(130p)은 같은 물질 일 수 있다.The first gate electrode 140n and the second gate electrode 140p may be the same material. The first gate insulating pattern 120n and the second upper gate insulating pattern 124p may be the same material. The first P-type kepping pattern 130n and the second P-type keping pattern 130p may be made of the same material.

상기 제1 N형 케핑 패턴(110n)은 LaO,GdO,DyO,SrO,BaO, 및 ErO 중에서 적어도 하나를 포함할 수 있다. 상기 제1 P형 케핑 패턴(130n) 및 상기 제2 P형 케핑 패턴(130p)은 알루미늄산화막, 및 알루미늄 금속 산화막 중에서 적어도 하나를 포함할 수 있다. The first N-type keping pattern 110n may include at least one of LaO, GdO, DyO, SrO, BaO, and ErO. The first P-type kepping pattern 130n and the second P-type keping pattern 130p may include at least one of an aluminum oxide layer and an aluminum metal oxide layer.

상기 제1 게이트 절연 패턴(120n), 상기 제2 하부 게이트 절연패턴(122p), 및 상기 제2 상부 게이트 절연 패턴(124p)은 실리콘 산화막, 실리콘 산화질화막, 하프늄 산화막, 하프늄 실리콘 산화막, 지르코늄 산화막, 지르코늄 실리콘 산화막, 하프늄 산화질화막, 하프늄 실리콘 산화질화막, 지르코늄 산화질화막, 지르코늄 실리콘 산화질화막, 및 타이타늄 산화막 중에서 적어도 하나를 포함할 수 있다.The first gate insulating pattern 120n, the second lower gate insulating pattern 122p, and the second upper gate insulating pattern 124p may include a silicon oxide film, a silicon oxynitride film, a hafnium oxide film, a hafnium silicon oxide film, a zirconium oxide film, And a zirconium silicon oxide film, a hafnium oxynitride film, a hafnium silicon oxynitride film, a zirconium oxynitride film, a zirconium silicon oxynitride film, and a titanium oxide film.

도 6을 참조하면, 상기 반도체 소자는 반도체 기판(100), 상기 반도체 기판(100)에 배치된 제1 웰 영역(106n), 상기 제1 웰 영역(106n) 상에 배치된 제1 게이트 구조체(200n), 상기 반도체 기판(100)에 배치된 제2 웰 영역(106p), 상기 제2 웰 영역(106p) 상에 배치된 제2 게이트 구조체(200p)를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 6, the semiconductor device may include a semiconductor substrate 100, a first well region 106n disposed on the semiconductor substrate 100, and a first gate structure disposed on the first well region 106n. 200n), a second well region 106p disposed on the semiconductor substrate 100, and a second gate structure 200p disposed on the second well region 106p.

상기 제1 게이트 구조체(200n)는 상기 제1 웰 영역(106n) 상에 차례로 적층된 제1 N형 케핑 패턴(110n), 제1 게이트 절연 패턴(120n), 제1 P형 케핑 패턴(130n), 및 제1 게이트 전극(140n)을 포함할 수 있다.The first gate structure 200n includes a first N-type keping pattern 110n, a first gate insulation pattern 120n, and a first P-type keping pattern 130n sequentially stacked on the first well region 106n. , And the first gate electrode 140n.

상기 제2 게이트 구조체(200p)는 상기 제2 웰 영역(106p) 상에 차례로 적층된 제2 게이트 절연 패턴(120p), 제2 P형 케핑 패턴(130p), 및 제2 게이트 전극(140p) 을 포함할 수 있다. 상기 제1 게이트 전극(140n)과 상기 제2 게이트 전극(140p)은 같은 물질일 수 있다. 상기 제1 게이트 절연 패턴(120n)과 상기 제2 게이트 절연 패턴(120p)은 같은 물질일 수 있다. 상기 제1 게이트 절연 패턴(120n)의 두께와 상기 제2 게이트 절연 패턴(120p)의 두께는 서로 다를 수 있다. 상기 제1 P형 케핑 패턴(130n)과 상기 제2 P형 케핑 패턴(130p)은 같은 물질 일 수 있다.The second gate structure 200p may include a second gate insulating pattern 120p, a second P-type kepping pattern 130p, and a second gate electrode 140p that are sequentially stacked on the second well region 106p. It may include. The first gate electrode 140n and the second gate electrode 140p may be the same material. The first gate insulation pattern 120n and the second gate insulation pattern 120p may be the same material. The thickness of the first gate insulating pattern 120n and the thickness of the second gate insulating pattern 120p may be different from each other. The first P-type kepping pattern 130n and the second P-type keping pattern 130p may be made of the same material.

도 7a 내지 도 7e는 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 소자의 형성 방법을 설명하는 사시도들이다.7A to 7E are perspective views illustrating a method of forming a semiconductor device in accordance with an embodiment of the present invention.

도 7a를 참조하면, 반도체 기판(100) 상에 트렌치(103)를 형성하여 활성 영역(102)을 정의한다. 소자 분리막(104)은 상기 트렌치(103)를 채울 수 있다. 상기 소자분리막(104)의 상부면은 상기 활성영역(102)의 상부면과 실질적으로 같은 높이일 수 있다. 상기 소자분리막(104)은 얕은 트렌치 소자 분리 공정에 의하여 수행될 수 있다. 상기 소자 분리막(104)의 형성 후, 상기 반도체 기판(100)에 제1 웰 영역(106n) 및 제2 웰 영역(106p)을 형성할 수 있다. 상기 제1 웰 영역(106n) 및 상기 제2 웰 영역(106p)은 이온 주입 공정에 의하여 수행될 수 있다. 상기 제1 웰 영역(106n)은 P 웰일 수 있고, 상기 제2 웰 영역(106p)은 N 웰일 수 있다. 본 발명의 변형된 실시예에 따르면, 상기 제1 웰 영역(106n) 및 상기 제2 웰 영역(106p)의 형성은 상기 소자 분리막(104)이 형성되기 전에 수행될 수 있다.Referring to FIG. 7A, the trench 103 is formed on the semiconductor substrate 100 to define the active region 102. The device isolation layer 104 may fill the trench 103. The upper surface of the device isolation layer 104 may be substantially the same height as the upper surface of the active region 102. The isolation layer 104 may be performed by a shallow trench isolation process. After formation of the device isolation layer 104, a first well region 106n and a second well region 106p may be formed in the semiconductor substrate 100. The first well region 106n and the second well region 106p may be performed by an ion implantation process. The first well region 106n may be a P well, and the second well region 106p may be an N well. According to a modified embodiment of the present invention, the formation of the first well region 106n and the second well region 106p may be performed before the device isolation layer 104 is formed.

도 7b를 참조하면, 상기 반도체 기판(100)의 전면에 하부 게이트 절연막(122)을 형성할 수 있다. 상기 하부 게이트 절연막(122)은 실리콘 산화막, 실리콘 산화질화막, 고유전체막 중에서 적어도 하나일 수 있다. 상기 하부 게이트 절연막(122) 은 화학 기상 증착법, 열 산화법, 또는 원자층 증착법으로 형성할 수 있다. 열 산화막인 경우, 상기 소자 분리막(104) 상에는 하부 게이트 절연막(122)이 성장하지 않을 수 있다.Referring to FIG. 7B, a lower gate insulating layer 122 may be formed on the entire surface of the semiconductor substrate 100. The lower gate insulating layer 122 may be at least one of a silicon oxide film, a silicon oxynitride film, and a high dielectric film. The lower gate insulating layer 122 may be formed by chemical vapor deposition, thermal oxidation, or atomic layer deposition. In the case of a thermal oxide layer, the lower gate insulating layer 122 may not grow on the device isolation layer 104.

상기 하부 게이트 절연막(122) 상에 N형 케핑막(112)을 형성할 수 있다. 이어서, 상기 제2 웰 영역(106p) 상의 상기 N형 케핑막(112)은 선택적으로 식각될 수 있다. 상기 선택적 식각은 습식 식각 또는 건식 식각일 수 있다. 상기 N형 케핑막(112)은 LaO,GdO,DyO,SrO,BaO, 및 ErO 중에서 적어도 하나를 포함할 수 있다. 상기 N 형 케핑막(112)은 반도체 소자의 플랫 밴드 전압을 감소시킬 수 있다.An N-type capping layer 112 may be formed on the lower gate insulating layer 122. Subsequently, the N-type capping layer 112 on the second well region 106p may be selectively etched. The selective etching may be wet etching or dry etching. The N-type capping layer 112 may include at least one of LaO, GdO, DyO, SrO, BaO, and ErO. The N-type capping layer 112 may reduce the flat band voltage of the semiconductor device.

본 발명의 변형된 실시예에 따르면, 상기 하부 게이트 절연막(122)을 형성하지 않고, 상기 제1 웰 영역(106n)에만 상기 N형 케핑막(112)이 형성될 수 있다.According to a modified embodiment of the present invention, the N-type capping layer 112 may be formed only in the first well region 106n without forming the lower gate insulating layer 122.

도 7c를 참조하면, 상기 반도체 기판(100)의 전면에 상부 게이트 절연막(124)을 형성할 수 있다. 상기 상부 게이트 절연막(124)은 화학 기상 증착법, 또는 원자층 증착법으로 형성할 수 있다. 상기 상부 게이트 절연막(124)은 실리콘 산화막, 실리콘 산화질화막, 하프늄 산화막, 하프늄 실리콘 산화막, 지르코늄 산화막, 지르코늄 실리콘 산화막, 하프늄 산화질화막, 하프늄 실리콘 산화질화막, 지르코늄 산화질화막, 지르코늄 실리콘 산화질화막, 및 타이타늄 산화막 중에서 적어도 하나를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 7C, an upper gate insulating layer 124 may be formed on the entire surface of the semiconductor substrate 100. The upper gate insulating layer 124 may be formed by chemical vapor deposition or atomic layer deposition. The upper gate insulating layer 124 may include a silicon oxide film, a silicon oxynitride film, a hafnium oxide film, a hafnium silicon oxide film, a zirconium oxide film, a zirconium silicon oxide film, a hafnium oxynitride film, a hafnium silicon oxynitride film, a zirconium oxynitride film, a zirconium silicon oxynitride film, and a titanium oxide film. It may include at least one of.

도 7d를 참조하면, 반도체 기판(100) 전면 상에 P형 케핑막(132)을 형성할 수 있다. 상기 P형 케핑막(132)은 알루미늄산화막, 및 알루미늄 금속 산화막 중에서 적어도 하나를 포함할 수 있다. 상기 P형 케핑막(132)은 화학 기상 증착법, 또는 원자층 증착법으로 형성할 수 있다. 상기 P형 케핑막(132)은 반도체 소자의 플랫 밴드 전압을 증가시킬 수 있다.Referring to FIG. 7D, a P-type capping layer 132 may be formed on the entire surface of the semiconductor substrate 100. The P-type capping layer 132 may include at least one of an aluminum oxide layer and an aluminum metal oxide layer. The P-type capping layer 132 may be formed by chemical vapor deposition or atomic layer deposition. The P-type capping layer 132 may increase the flat band voltage of the semiconductor device.

도 7e를 참조하면, 상기 반도체 기판(100) 전면 상에 게이트 도전막(142)을 형성할 수 있다. 상기 게이트 도전막(142)은 물리적 기상 증착법, 화학 기상 증착법, 또는 원자층 증착법에 의하여 형성될 수 있다. 상기 게이트 도전막(142)은 TaC,TaN, TaCN, 및 TiN 중에서 적어도 하나를 포함할 수 있다. 상기 게이트 도전막(142)은 복층 구조를 가질 수 있다. 상기 게이트 도전막(142)은 금속막, 금속 산화막, 금속 질화막, 도핑된 폴리실리콘 중에서 적어도 하나를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 7E, a gate conductive layer 142 may be formed on the entire surface of the semiconductor substrate 100. The gate conductive layer 142 may be formed by physical vapor deposition, chemical vapor deposition, or atomic layer deposition. The gate conductive layer 142 may include at least one of TaC, TaN, TaCN, and TiN. The gate conductive layer 142 may have a multilayer structure. The gate conductive layer 142 may include at least one of a metal layer, a metal oxide layer, a metal nitride layer, and a doped polysilicon.

다시 도 4를 참조하면, 상기 게이트 도전막(142) 및 그 하부에 적층된 물질을 패터닝하여 제1 게이트 구조체(200n) 및 제2 게이트 구조체(200p)를 형성할 수 있다. Referring to FIG. 4 again, the gate conductive layer 142 and the material stacked thereon may be patterned to form the first gate structure 200n and the second gate structure 200p.

상기 제1 게이트 구조체(200n)는 상기 제1 웰 영역(106n) 상에 차례로 적층된 제1 하부 게이트 절연 패턴(122n), 제1 N형 케핑 패턴(110n), 제1 상부 게이트 절연 패턴(124n), 제1 P형 케핑 패턴(130n), 및 제1 게이트 전극(140n)을 포함할 수 있다. The first gate structure 200n may include a first lower gate insulating pattern 122n, a first N-type keping pattern 110n, and a first upper gate insulating pattern 124n sequentially stacked on the first well region 106n. ), A first P-type kepping pattern 130n, and a first gate electrode 140n.

상기 제2 게이트 구조체(200p)는 상기 제2 웰 영역(106p) 상에 차례로 적층된 제2 하부 게이트 절연 패턴(122p), 제2 상부 게이트 절연 패턴(124p), 제2 P형 케핑 패턴(130p), 및 제2 게이트 전극(140p)을 포함할 수 있다. The second gate structure 200p may include a second lower gate insulating pattern 122p, a second upper gate insulating pattern 124p, and a second P-type keping pattern 130p sequentially stacked on the second well region 106p. ), And the second gate electrode 140p.

상기 제1 게이트 구조체(200n) 및 상기 제2 게이트 구조체(200p)의 측면에 스페이서 절연막이 배치될 수 있다. 상기 제1 게이트 구조체(200n)의 양측의 활성영 역에 소오스/드레인(미도시)이 형성될 수 있다. 상기 제2 게이트 구조체(200p)의 양측의 활성영역에 소오스/드레인이 형성될 수 있다. 상기 소오스/드레인의 도전형은 상기 제1 웰 영역 또는 상기 제2 웰 영역의 도전형과 반대일 수 있다.Spacer insulating layers may be disposed on side surfaces of the first gate structure 200n and the second gate structure 200p. Source / drain (not shown) may be formed in active regions on both sides of the first gate structure 200n. Source / drain may be formed in active regions on both sides of the second gate structure 200p. The conductivity type of the source / drain may be opposite to that of the first well region or the second well region.

도 8a 내지 도 8f는 본 발명의 다른 실시예에 따른 반도체 소자를 형성하는 방법을 설명하는 사시도들이다.8A to 8F are perspective views illustrating a method of forming a semiconductor device in accordance with another embodiment of the present invention.

도 8a를 참조하면, 반도체 기판(100) 상에 트렌치(103)를 형성하여 활성 영역을 정의한다. 소자 분리막(104)은 상기 트렌치(103)를 채울 수 있다. 상기 소자분리막(103)의 상부면은 상기 활성영역의 상부면과 실질적으로 같은 높이일 수 있다. 상기 소자분리막(103)은 얕은 트렌치 소자 분리 공정에 의하여 수행될 수 있다. 상기 소자 분리막(104)의 형성 후, 상기 반도체 기판(100)에 제1 웰 영역(106n) 및 제2 웰 영역(106p)을 형성할 수 있다. 상기 제1 웰 영역(106n) 및 상기 제2 웰 영역(106p)은 이온 주입 공정에 의하여 수행될 수 있다. 상기 제1 웰 영역(106n)은 P 웰일 수 있고, 상기 제2 웰 영역(106p)은 N 웰일 수 있다. 본 발명의 변형된 실시예에 따르면, 상기 제1 웰 영역(106n) 및 상기 제2 웰 영역(106)은 상기 소자 분리막(104)이 형성되기 전에 형성될 수 있다. 상기 반도체 기판(100)의 전면에 N형 케핑막(112)을 형성할 수 있다. 상기 N형 케핑막(112)을 패터닝하여 상기 제2 웰 영역(106p) 상의 상기 N형 케핑막(112)을 식각할 수 있다. 상기 식각은 습식 식각 또는 건식 식각일 수 있다.Referring to FIG. 8A, a trench 103 is formed on the semiconductor substrate 100 to define an active region. The device isolation layer 104 may fill the trench 103. The upper surface of the device isolation layer 103 may be substantially the same height as the upper surface of the active region. The isolation layer 103 may be performed by a shallow trench isolation process. After formation of the device isolation layer 104, a first well region 106n and a second well region 106p may be formed in the semiconductor substrate 100. The first well region 106n and the second well region 106p may be performed by an ion implantation process. The first well region 106n may be a P well, and the second well region 106p may be an N well. According to a modified embodiment of the present invention, the first well region 106n and the second well region 106 may be formed before the device isolation layer 104 is formed. An N-type capping layer 112 may be formed on the entire surface of the semiconductor substrate 100. The N-type capping layer 112 may be patterned to etch the N-type capping layer 112 on the second well region 106p. The etching may be wet etching or dry etching.

도 8b를 참조하면, 상기 제2 웰 영역(106p) 상에 선택적으로 상기 하부 게이트 절연막(123)을 형성할 수 있다. 상기 하부 게이트 절연막(123)은 실리콘 산화막 또는 실리콘산화질화막일 수 있다. 상기 하부 게이트 절연막(123)은 열산화 공정, 물리적 기상 증착법, 화학 기상 증착법, 또는 원자층 증착법에 의하여 형성될 수 있다.Referring to FIG. 8B, the lower gate insulating layer 123 may be selectively formed on the second well region 106p. The lower gate insulating layer 123 may be a silicon oxide layer or a silicon oxynitride layer. The lower gate insulating layer 123 may be formed by a thermal oxidation process, a physical vapor deposition method, a chemical vapor deposition method, or an atomic layer deposition method.

도 8c를 참조하면, 상기 N형 케핑막(112) 및 상기 하부 게이트 절연막(123)이 형성된 반도체 기판 전면에 질화 공정을 수행할 수 있다. 상기 질화공정은 질소를 포함하는 플라즈마를 이용하여 될 수 있다. 상기 질화 공정은 상기 반도체 기판(100)과 상기 N형 케핑막(112) 사이의 계면(interface) 특성 및 상기 반도체 기판(100)과 상기 하부 게이트 절연막(123) 사이의 계면 특성을 향상시킬 수 있다. 상기 질화 공정은 유효 산화막 두께(EOT)의 증가를 억제할 수 있다.Referring to FIG. 8C, a nitride process may be performed on the entire surface of the semiconductor substrate on which the N-type capping layer 112 and the lower gate insulating layer 123 are formed. The nitriding process may be performed using a plasma containing nitrogen. The nitriding process may improve an interface property between the semiconductor substrate 100 and the N-type capping layer 112 and an interface property between the semiconductor substrate 100 and the lower gate insulating layer 123. . The nitriding process can suppress an increase in the effective oxide film thickness (EOT).

도 8d를 참조하면, 상기 N형 케핑막(112) 및 상기 하부 게이트 절연막(123) 상에 상부 게이트 절연막(125)을 형성할 수 있다. 상기 상부 게이트 절연막(125)은 실리콘 산화막, 실리콘 산화질화막, 하프늄 산화막, 하프늄 실리콘 산화막, 지르코늄 산화막, 지르코늄 실리콘 산화막, 하프늄 산화질화막, 하프늄 실리콘 산화질화막, 지르코늄 산화질화막, 지르코늄 실리콘 산화질화막, 및 타이타늄 산화막 중에서 적어도 하나를 포함할 수 있다. 상기 상부 게이트 절연막(125)는 물리적 기상 증착법, 화학 기상 증착법, 또는 원자층 증착법에 의하여 형성될 수 있다.Referring to FIG. 8D, an upper gate insulating layer 125 may be formed on the N-type capping layer 112 and the lower gate insulating layer 123. The upper gate insulating layer 125 may include a silicon oxide film, a silicon oxynitride film, a hafnium oxide film, a hafnium silicon oxide film, a zirconium oxide film, a zirconium silicon oxide film, a hafnium oxynitride film, a hafnium silicon oxynitride film, a zirconium oxynitride film, a zirconium silicon oxynitride film, and a titanium oxide film. It may include at least one of. The upper gate insulating layer 125 may be formed by physical vapor deposition, chemical vapor deposition, or atomic layer deposition.

도 8e를 참조하면, 상기 반도체 기판(100) 전면 상에 P형 케핑막(132)을 형성할 수 있다. 상기 P형 케핑막(132)은 알루미늄산화막, 및 알루미늄 금속 산화막 중에서 적어도 하나를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 8E, a P-type capping layer 132 may be formed on the entire surface of the semiconductor substrate 100. The P-type capping layer 132 may include at least one of an aluminum oxide layer and an aluminum metal oxide layer.

도 8f를 참조하면, 상기 반도체 기판(100) 전면 상에 게이트 도전막(142)을 형성할 수 있다. 상기 게이트 도전막(142)은 TaC,TaN, TaCN, 및 TiN 중에서 적어도 하나를 포함할 수 있다. 상기 게이트 도전막(142)은 복층 구조를 가질 수 있다. 상기 게이트 도전막(142)은 금속막, 금속 산화막, 금속 질화막, 도핑된 폴리실리콘 중에서 적어도 하나를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 8F, a gate conductive layer 142 may be formed on the entire surface of the semiconductor substrate 100. The gate conductive layer 142 may include at least one of TaC, TaN, TaCN, and TiN. The gate conductive layer 142 may have a multilayer structure. The gate conductive layer 142 may include at least one of a metal layer, a metal oxide layer, a metal nitride layer, and a doped polysilicon.

다시 도 5를 참조하면, 상기 게이트 도전막(142) 및 그 하부에 적층된 물질을 패터닝하여 제1 게이트 구조체(200n) 및 제2 게이트 구조체(200p)를 형성할 수 있다. Referring to FIG. 5 again, the gate conductive layer 142 and the material stacked thereon may be patterned to form the first gate structure 200n and the second gate structure 200p.

상기 제1 게이트 구조체(200n)는 상기 제1 웰 영역(106n) 상에 차례로 적층된 제1 N형 케핑 패턴(110n), 제1 게이트 절연 패턴(120n), 제1 P형 케핑 패턴(130n), 및 제1 게이트 전극(140n)을 포함할 수 있다. The first gate structure 200n includes a first N-type keping pattern 110n, a first gate insulation pattern 120n, and a first P-type keping pattern 130n sequentially stacked on the first well region 106n. , And the first gate electrode 140n.

상기 제2 게이트 구조체(200p)는 상기 제2 웰 영역(106p) 상에 차례로 적층된 제2 하부 게이트 절연 패턴(122p), 제2 상부 게이트 절연 패턴(124p), 제2 P형 케핑 패턴(130p), 및 제2 게이트 전극(140p)을 포함할 수 있다. The second gate structure 200p may include a second lower gate insulating pattern 122p, a second upper gate insulating pattern 124p, and a second P-type keping pattern 130p sequentially stacked on the second well region 106p. ), And the second gate electrode 140p.

도 9a 내지 도 9d는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 반도체 소자의 형성방법을 설명하는 사시도들이다.9A to 9D are perspective views illustrating a method of forming a semiconductor device in accordance with still another embodiment of the present invention.

도 9a를 참조하면, 반도체 기판(100) 상에 트렌치(103)를 형성하여 활성 영역을 정의한다. 소자 분리막(104)은 상기 트렌치(103)를 채울 수 있다. 상기 소자분리막(104)의 상부면은 상기 활성영역의 상부면과 실질적으로 같은 높이일 수 있다. 상기 소자분리막(104)은 얕은 트렌치 소자 분리 공정에 의하여 수행될 수 있다. 상기 소자 분리막(104)의 형성 후, 상기 반도체 기판(100)에 제1 웰 영역(106n) 및 제2 웰 영역(106p)을 형성할 수 있다. 상기 제1 웰 영역(106n) 및 상기 제2 웰 영역(106p)은 이온 주입 공정에 의하여 수행될 수 있다. 상기 제1 웰 영역(106n)은 P 웰일 수 있고, 상기 제2 웰 영역(106p)은 N 웰일 수 있다. Referring to FIG. 9A, a trench 103 is formed on the semiconductor substrate 100 to define an active region. The device isolation layer 104 may fill the trench 103. The upper surface of the device isolation layer 104 may be substantially the same height as the upper surface of the active region. The isolation layer 104 may be performed by a shallow trench isolation process. After formation of the device isolation layer 104, a first well region 106n and a second well region 106p may be formed in the semiconductor substrate 100. The first well region 106n and the second well region 106p may be performed by an ion implantation process. The first well region 106n may be a P well, and the second well region 106p may be an N well.

상기 반도체 기판(100)의 전면에 N형 케핑막(112)을 형성할 수 있다. 상기 N형 케핑막(112)은 LaO,GdO,DyO,SrO,BaO, 및 ErO 중에서 적어도 하나를 포함할 수 있다. 상기 N 형 케핑막(112)은 반도체 소자의 플랫 밴드 전압을 감소시킬 수 있다. 상기 N형 케핑막(112)을 패터닝하여 상기 제2 웰 영역(106p) 상의 상기 N형 케핑막(112)을 식각할 수 있다. 상기 식각은 습식 식각 또는 건식 식각일 수 있다. An N-type capping layer 112 may be formed on the entire surface of the semiconductor substrate 100. The N-type capping layer 112 may include at least one of LaO, GdO, DyO, SrO, BaO, and ErO. The N-type capping layer 112 may reduce the flat band voltage of the semiconductor device. The N-type capping layer 112 may be patterned to etch the N-type capping layer 112 on the second well region 106p. The etching may be wet etching or dry etching.

도 9b를 참조하면, 상기 반도체 기판(100) 전면에 게이트 절연막(126)을 형성할 수 있다. 상기 게이트 절연막(126)은 상기 N형 케핑막 패턴(112) 및 상기 제2 웰 영역(106p) 상에 형성될 수 있다. 상기 게이트 절연막(126)은 화학 기상 증착법 또는 원자층 증착법에 의하여 형성될 수 있다. 상기 게이트 절연막(126)은 실리콘 산화막, 실리콘 산화질화막, 하프늄 산화막, 하프늄 실리콘 산화막, 지르코늄 산화막, 지르코늄 실리콘 산화막, 하프늄 산화질화막, 하프늄 실리콘 산화질화막, 지르코늄 산화질화막, 지르코늄 실리콘 산화질화막, 및 타이타늄 산화막 중에서 적어도 하나를 포함할 수 있다. 상기 N형 케핑막 패턴(112) 상의 상기 게이트 절연막(126)의 두께는 상기 제2 웰 영역(106p) 상의 상기 게이트 절연막(126)의 두께보다 작을 수 있다.Referring to FIG. 9B, a gate insulating layer 126 may be formed over the semiconductor substrate 100. The gate insulating layer 126 may be formed on the N-type capping layer pattern 112 and the second well region 106p. The gate insulating layer 126 may be formed by chemical vapor deposition or atomic layer deposition. The gate insulating film 126 is formed of a silicon oxide film, a silicon oxynitride film, a hafnium oxide film, a hafnium silicon oxide film, a zirconium oxide film, a zirconium silicon oxide film, a hafnium oxynitride film, a hafnium silicon oxynitride film, a zirconium oxynitride film, a zirconium silicon oxynitride film, and a titanium oxide film. It may include at least one. The thickness of the gate insulating layer 126 on the N-type capping layer pattern 112 may be smaller than the thickness of the gate insulating layer 126 on the second well region 106p.

도 9c를 참조하면, 상기 게이트 절연막(126) 상에 P형 케핑막(132)을 형성할 수 있다. 상기 P형 케핑막(132)은 알루미늄산화막, 및 알루미늄 금속 산화막 중에 서 적어도 하나를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 9C, a P-type capping layer 132 may be formed on the gate insulating layer 126. The P-type capping film 132 may include at least one of an aluminum oxide film and an aluminum metal oxide film.

도 9d를 참조하면, 상기 P형 케핑막(132) 상에 게이트 도전막(142)을 형성할 수 있다. 상기 게이트 도전막(142)은 TaC,TaN, TaCN, 및 TiN 중에서 적어도 하나를 포함할 수 있다. 상기 게이트 도전막(142)은 복층 구조를 가질 수 있다. 상기 게이트 도전막(142)은 금속막, 금속 산화막, 금속 질화막, 도핑된 폴리실리콘 중에서 적어도 하나를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 9D, a gate conductive layer 142 may be formed on the P-type capping layer 132. The gate conductive layer 142 may include at least one of TaC, TaN, TaCN, and TiN. The gate conductive layer 142 may have a multilayer structure. The gate conductive layer 142 may include at least one of a metal layer, a metal oxide layer, a metal nitride layer, and a doped polysilicon.

다시, 도 6을 참조하면, 상기 게이트 도전막(142) 및 그 하부에 적층된 물질을 패터닝하여 제1 게이트 구조체(200n) 및 제2 게이트 구조체(200p)를 형성할 수 있다. 6, the first gate structure 200n and the second gate structure 200p may be formed by patterning the gate conductive layer 142 and the material stacked under the gate conductive layer 142.

상기 제1 게이트 구조체(200n)는 상기 제1 웰 영역(106n) 상에 차례로 적층된 제1 N형 케핑 패턴(110n), 제1 게이트 절연 패턴(120n), 제1 P형 케핑 패턴(130n), 및 제1 게이트 전극(140n)을 포함할 수 있다. The first gate structure 200n includes a first N-type keping pattern 110n, a first gate insulation pattern 120n, and a first P-type keping pattern 130n sequentially stacked on the first well region 106n. , And the first gate electrode 140n.

상기 제2 게이트 구조체(200p)는 상기 제2 웰 영역(106p) 상에 차례로 적층된 제2 게이트 절연 패턴(120p), 제2 P형 케핑 패턴(130p), 및 제2 게이트 전극(140p)을 포함할 수 있다. The second gate structure 200p may include a second gate insulating pattern 120p, a second P-type kepping pattern 130p, and a second gate electrode 140p that are sequentially stacked on the second well region 106p. It may include.

도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 소자를 설명하는 사시도이다.10 is a perspective view illustrating a semiconductor device according to an embodiment of the present invention.

도 10을 참조하면, 반도체 기판(300)에 상기 반도체 기판(360)으로부터 수직으로 연장된 반도체 핀(350)이 배치된다. 상기 반도체 핀(fin, 300)의 상부를 가로지르는 게이트 전극(340)이 배치된다. 상기 게이트 전극(340)은 상기 반도체 핀(350)의 양쪽 측벽들 및 상면의 상부를 지날 수 있다. 상기 게이트 전극(340)과 상기 반도체 핀(350) 사이에 게이트 절연 패턴(320), N형 케핑 패턴(310), P형 케핑 패턴(330)이 배치될 수 있다. 상기 반도체 핀(350)의 상부 영역은 제1 웰 영역(306)일 수 있다. 상기 제1 웰 영역(306)은 N형 또는 P형 불순물로 도핑될 수 있다. 상기 게이트 전극(340)의 양측의 상기 반도체 핀(350)은 소오스/드레인일 수 있다.Referring to FIG. 10, a semiconductor fin 350 extending vertically from the semiconductor substrate 360 is disposed on the semiconductor substrate 300. A gate electrode 340 is disposed across the upper portion of the semiconductor fin 300. The gate electrode 340 may pass through both sidewalls and an upper surface of the semiconductor fin 350. A gate insulating pattern 320, an N-type kepping pattern 310, and a P-type keping pattern 330 may be disposed between the gate electrode 340 and the semiconductor fin 350. An upper region of the semiconductor fin 350 may be a first well region 306. The first well region 306 may be doped with N-type or P-type impurities. The semiconductor fin 350 on both sides of the gate electrode 340 may be a source / drain.

상기 게이트 절연 패턴(320)은 실리콘 산화막, 실리콘 산화질화막, 하프늄 산화막, 하프늄 실리콘 산화막, 지르코늄 산화막, 지르코늄 실리콘 산화막, 하프늄 산화질화막, 하프늄 실리콘 산화질화막, 지르코늄 산화질화막, 지르코늄 실리콘 산화질화막, 및 타이타늄 산화막 중에서 적어도 하나를 포함할 수 있다. 상기 N형 케핑 패턴(310)은 LaO,GdO,DyO,SrO,BaO, 및 ErO 중에서 적어도 하나를 포함할 수 있다. 상기 P형 케핑 패턴(330)은 알루미늄산화막, 및 알루미늄 금속 산화막 중에서 적어도 하나를 포함할 수 있다. 상기 게이트 전극(340)은 TaC,TaN, TaCN, 및 TiN 중에서 적어도 하나를 포함할 수 있다.The gate insulating pattern 320 may include a silicon oxide film, a silicon oxynitride film, a hafnium oxide film, a hafnium silicon oxide film, a zirconium oxide film, a zirconium silicon oxide film, a hafnium oxynitride film, a hafnium silicon oxynitride film, a zirconium oxynitride film, a zirconium silicon oxynitride film, and a titanium oxide film. It may include at least one of. The N-type keping pattern 310 may include at least one of LaO, GdO, DyO, SrO, BaO, and ErO. The P-type keping pattern 330 may include at least one of an aluminum oxide layer and an aluminum metal oxide layer. The gate electrode 340 may include at least one of TaC, TaN, TaCN, and TiN.

도 11은 본 발명의 실시예들에 따른 반도체 소자를 갖는 전자 시스템을 나타내는 블럭도이다.11 is a block diagram illustrating an electronic system having a semiconductor device according to example embodiments.

도 11를 참조하면, 전자 시스템(1300)은 제어기(1310), 입출력 장치(1320) 및 기억 장치(1330)를 포함할 수 있다. 상기 제어기(1310), 입출력 장치(1320) 및 기억 장치(1330)는 버스(1350, bus)를 통하여 서로 결합 되어 있다. 상기 반도체 소자는 상기 기억 장치(1330)에 포함될 수 있다. 상기 버스(1350)는 데이터들이 이동하는 통로에 해당한다. 상기 제어기(1310)는 적어도 하나의 마이크로프로세서, 디지털 신호 프로세서, 마이크로컨트롤러, 및 이들과 유사한 기능을 수행할 수 있는 논리 소자들 중에서 적어도 하나를 포함할 수 있다. 상기 입출력 장치(1320)는 키패드, 키보드 및 표시 장치(display device)등에서 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있다. 상기 기억 장치(1330)는 데이터를 저장하는 장치이다. 상기 기억 장치(1330)는 데이터 및/또는 상기 제어기(1310)에 의해 실행되는 명령어 등을 저장할 수 있다. 상기 기억 장치(1330)는 상술한 실시예들에 개시된 반도체 소자들 중에서 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있다. 상기 전자 시스템(3100)은 통신 네트워크로 데이터를 전송하거나 통신 네트워크로부터 데이터를 수신하기 위한 인터페이스(1340)를 더 포함할 수 있다. 상기 인터페이스(1340)는 유선 또는 무선 형태일 수 있다. 예컨대, 상기 인터페이스(1340)는 안테나 또는 유무선 트랜시버등을 포함할 수 있다.Referring to FIG. 11, the electronic system 1300 may include a controller 1310, an input / output device 1320, and a memory device 1330. The controller 1310, the input / output device 1320, and the memory device 1330 are coupled to each other through a bus 1350. The semiconductor device may be included in the memory device 1330. The bus 1350 corresponds to a path through which data travels. The controller 1310 may include at least one of at least one microprocessor, a digital signal processor, a microcontroller, and logic elements capable of performing functions similar thereto. The input / output device 1320 may include at least one selected from a keypad, a keyboard, a display device, and the like. The memory device 1330 is a device for storing data. The memory device 1330 may store data and / or instructions executed by the controller 1310. The memory device 1330 may include at least one selected from the semiconductor devices disclosed in the above embodiments. The electronic system 3100 may further include an interface 1340 for transmitting data to or receiving data from the communication network. The interface 1340 may be in a wired or wireless form. For example, the interface 1340 may include an antenna or a wired / wireless transceiver.

상기 전자 시스템(1300)은 모바일 시스템, 개인용 컴퓨터, 산업용 컴퓨터 또는 다양한 기능을 수행하는 시스템 등으로 구현될 수 있다. 예컨대, 상기 모바일 시스템은 개인 휴대용 정보 단말기(PDA; Personal Digital Assistant), 휴대용 컴퓨터, 웹 타블렛(web tablet), 모바일폰(mobile phone), 무선폰(wireless phone), 랩톱(laptop) 컴퓨터, 메모리 카드, 디지털 뮤직 시스템(digital music system) 또는 정보 전송/수신 시스템 등일 수 있다. 상기 전자 시스템(1300)이 무선 통신을 수행할 수 있는 장비인 경우에, 상기 전자 시스템(1300)은 CDMA, GSM, NADC, E-TDMA, WCDAM, CDMA2000 같은 3세대 통신 시스템 같은 통신 인터페이스 프로토콜에서 사용될 수 있다.The electronic system 1300 may be implemented as a mobile system, a personal computer, an industrial computer, or a system that performs various functions. For example, the mobile system may be a personal digital assistant (PDA), a portable computer, a web tablet, a mobile phone, a wireless phone, a laptop computer, a memory card. , A digital music system or an information transmission / reception system. If the electronic system 1300 is a device capable of performing wireless communication, the electronic system 1300 may be used in a communication interface protocol such as a third generation communication system such as CDMA, GSM, NADC, E-TDMA, WCDAM, CDMA2000, etc. Can be.

다음으로, 본 발명의 실시예들에 따른 메모리 카드를 도면을 참조하여 구체적으로 설명한다.Next, a memory card according to embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

도 12는 본 발명의 실시예들에 따른 반도체 소자를 갖는 메모리 카드를 나타내는 블럭도이다.12 is a block diagram illustrating a memory card having a semiconductor device according to example embodiments.

도 12을 참조하면, 메모리 카드(1400)는 비휘발성 기억 장치(1410) 및 메모리 제어기(1420)를 포함한다. 상기 반도체 소자는 상기 비휘발성 기억 장치 또는 메모리 제어기(1420)에 포함될 수 있다. 상기 비휘발성 기억 장치(1410)는 데이터를 저장하거나 저장된 데이터를 판독할 수 있다. 상기 비휘발성 기억 장치(1410)는 실시예들에 개시된 비휘발성 기억 소자들 중에서 적어도 하나를 포함한다. 상기 메모리 제어기(1420)는 호스트(host)의 판독/쓰기 요청에 응답하여 저장된 데이터를 독출하거나, 데이터를 저장하도록 상기 비휘발성 기억 장치(1410)를 제어한다.Referring to FIG. 12, the memory card 1400 includes a nonvolatile memory device 1410 and a memory controller 1420. The semiconductor device may be included in the nonvolatile memory device or the memory controller 1420. The nonvolatile memory device 1410 may store data or read stored data. The nonvolatile memory device 1410 includes at least one of the nonvolatile memory devices disclosed in the embodiments. The memory controller 1420 controls the nonvolatile memory device 1410 to read stored data or to store data in response to a read / write request of a host.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 소자의 구조(NMOS 축전기(capacitor))에 따른 플랫밴드 전압(flat band voltage)을 설명하는 도면이다.FIG. 1 is a diagram illustrating a flat band voltage according to a structure (NMOS capacitor) of a semiconductor device according to an embodiment of the present invention.

도 2a 및 도 2b는 본 발명의 실시예들에 따른 반도체 소자를 설명하는 단면도들이다.2A and 2B are cross-sectional views illustrating semiconductor devices in accordance with example embodiments of the inventive concept.

도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 반도체 소자를 나타내는 사시도이다.3 is a perspective view illustrating a semiconductor device in accordance with another embodiment of the present invention.

도 4 내지 도 6은 본 발명의 실시예들에 따른 반도체 소자를 설명하는 사시도들이다.4 to 6 are perspective views illustrating a semiconductor device in accordance with embodiments of the present invention.

도 7a 내지 도 7e는 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 소자의 형성 방법을 설명하는 사시도들이다.7A to 7E are perspective views illustrating a method of forming a semiconductor device in accordance with an embodiment of the present invention.

도 8a 내지 도 8f는 본 발명의 다른 실시예에 따른 반도체 소자를 형성하는 방법을 설명하는 사시도들이다.8A to 8F are perspective views illustrating a method of forming a semiconductor device in accordance with another embodiment of the present invention.

도 9a 내지 도 9d는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 반도체 소자의 형성방법을 설명하는 사시도들이다.9A to 9D are perspective views illustrating a method of forming a semiconductor device in accordance with still another embodiment of the present invention.

도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 소자를 설명하는 사시도이다.10 is a perspective view illustrating a semiconductor device according to an embodiment of the present invention.

도 11은 본 발명의 실시예들에 따른 반도체 소자를 갖는 전자 시스템을 나타내는 블럭도이다.11 is a block diagram illustrating an electronic system having a semiconductor device according to example embodiments.

도 12는 본 발명의 실시예들에 따른 반도체 소자를 갖는 메모리 카드를 나타내는 블럭도이다.12 is a block diagram illustrating a memory card having a semiconductor device according to example embodiments.

Claims (18)

반도체 기판;Semiconductor substrates; 상기 반도체 기판에 배치된 제1 웰 영역; A first well region disposed in the semiconductor substrate; 상기 제1 웰 영역 상에 배치된 제1 게이트 전극; 및A first gate electrode on the first well region; And 상기 제1 웰 영역과 상기 제1 게이트 전극 사이에 개재된 제1 N형 케핑 패턴, 제1 P형 케핑 패턴, 및 제1 게이트 절연 패턴을 포함 반도체 소자.The semiconductor device includes a first N-type kepping pattern, a first P-type kepping pattern, and a first gate insulating pattern interposed between the first well region and the first gate electrode. 제1 항에 있어서,According to claim 1, 상기 제1 N형 케핑 패턴은 LaO,GdO,DyO,SrO,BaO, 및 ErO 중에서 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자.The first N-type keping pattern includes at least one of LaO, GdO, DyO, SrO, BaO, and ErO. 제1 항에 있어서,According to claim 1, 상기 제1 P형 케핑 패턴은 알루미늄산화막, 및 알루미늄 금속 산화막 중에서 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자.The first P-type keping pattern includes at least one of an aluminum oxide film and an aluminum metal oxide film. 제1 항에 있어서,According to claim 1, 상기 제1 게이트 절연 패턴은 실리콘 산화막, 실리콘 산화질화막, 하프늄 산화막, 하프늄 실리콘 산화막, 지르코늄 산화막, 지르코늄 실리콘 산화막, 하프늄 산화질화막, 하프늄 실리콘 산화질화막, 지르코늄 산화질화막, 지르코늄 실리콘 산 화질화막, 및 타이타늄 산화막 중에서 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자.The first gate insulating pattern may include a silicon oxide film, a silicon oxynitride film, a hafnium oxide film, a hafnium silicon oxide film, a zirconium oxide film, a zirconium silicon oxide film, a hafnium oxynitride film, a hafnium silicon oxynitride film, a zirconium oxynitride film, a zirconium silicon oxynitride film, and a titanium oxide film. A semiconductor device comprising at least one of. 제1 항에 있어서,According to claim 1, 상기 제1 게이트 전극은 TaC,TaN, TaCN, 및 TiN 중에서 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자.The first gate electrode includes at least one of TaC, TaN, TaCN, and TiN. 제1 항에 있어서,According to claim 1, 상기 제1 게이트 절연 패턴은 제1 상부 게이트 절연 패턴 및 제1 하부 게이트 절연 패턴을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자.The first gate insulating pattern may include a first upper gate insulating pattern and a first lower gate insulating pattern. 제1 항에 있어서,According to claim 1, 상기 반도체 기판 상에 배치된 제2 웰 영역; A second well region disposed on the semiconductor substrate; 상기 제2 웰 영역 상에 배치된 제2 게이트 전극; 및A second gate electrode disposed on the second well region; And 상기 제2 웰 영역과 상기 제2 게이트 전극 사이에 개재된 제2 P형 케핑 패턴, 및 제2 게이트 절연 패턴을 더 포함하되, 상기 제1 게이트 절연 패턴과 상기 제2 게이트 절연 패턴은 같은 물질이고, 상기 제1 게이트 전극과 상기 제2 게이트 전극은 같은 물질인 것을 특징으로 하는 반도체 소자.And a second P-type kepping pattern and a second gate insulating pattern interposed between the second well region and the second gate electrode, wherein the first gate insulating pattern and the second gate insulating pattern are made of the same material. And the first gate electrode and the second gate electrode are made of the same material. 제7 항에 있어서,The method of claim 7, wherein 상기 제1 웰 영역은 P형 불순물 영역이고, 상기 제2 웰 영역은 N형 불순물 영역인 것을 특징으로 하는 반도체 소자.And the first well region is a P-type impurity region, and the second well region is an N-type impurity region. 제1 항에 있어서,According to claim 1, 상기 반도체 기판에 돌출된 반도체 핀을 더 포함하되,Further comprising a semiconductor pin protruding from the semiconductor substrate, 상기 제1 웰 영역은 반도체 핀에 배치되고, 상기 제1 게이트 절연 패턴은 상기 제1 웰 영역을 가로지르는 것을 특징으로 하는 반도체 소자.And the first well region is disposed in the semiconductor fin, and the first gate insulating pattern crosses the first well region. 반도체 기판에 트렌치를 형성하여 소자분리막을 형성하는 단계;Forming a device isolation film by forming a trench in the semiconductor substrate; 상기 반도체 기판 상에 제1 웰 영역을 형성하는 단계; Forming a first well region on the semiconductor substrate; 상기 소자 분리막이 형성된 상기 반도체 기판 상에 제1 N형 케핑막을 형성하는 단계;Forming a first N-type capping layer on the semiconductor substrate on which the device isolation layer is formed; 상기 제1 N형 케핑막 상에 제1 게이트 절연막을 형성하는 단계;Forming a first gate insulating film on the first N-type capping film; 상기 제1 게이트 절연막 상에 제1 P형 케핑막을 형성하는 단계;Forming a first P-type capping film on the first gate insulating film; 상기 제1 P형 케핑 패턴 상에 제1 게이트 도전막을 형성하는 단계; 및Forming a first gate conductive layer on the first P-type keping pattern; And 제1 게이트 전극, 제1 P형 케핑 패턴, 제1 게이트 절연 패턴, 제1 N형 케핑 패턴을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 형성 방법.Forming a first gate electrode, a first P-type keping pattern, a first gate insulation pattern, and a first N-type keping pattern. 반도체 기판에 트렌치를 형성하여 소자분리막을 형성하는 단계;Forming a device isolation film by forming a trench in the semiconductor substrate; 상기 반도체 기판에 제1 웰 영역 및 제2 웰 영역을 형성하는 단계; 및Forming a first well region and a second well region in the semiconductor substrate; And 상기 제1 웰 영역 상에 제1 게이트 구조체, 상기 제2 웰 영역 상에 제2 게이트 구조체를 형성하는 단계를 포함하되,Forming a first gate structure on the first well region, and a second gate structure on the second well region, 상기 제1 게이트 구조체는 제1 N형 케핑 패턴, 제1 게이트 절연 패턴, 제1 P형 케핑 패턴, 및 제1 게이트 전극을 포함하고, 상기 제2 게이트 구조체는 제2 게이트 절연 패턴, 제2 P형 케핑 패턴, 및 제2 게이트 전극을 포함하되, 상기 제1 P형 케핑 패턴과 상기 제2 P형 케핑 패턴은 같은 물질이고, 상기 제1 게이트 전극과 상기 제2 게이트 전극은 같은 물질로 형성되는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 형성 방법.The first gate structure includes a first N-type keping pattern, a first gate insulating pattern, a first P-type keping pattern, and a first gate electrode, and the second gate structure includes a second gate insulating pattern and a second P And a second gate electrode, wherein the first P-type kepping pattern and the second P-type keping pattern are made of the same material, and the first gate electrode and the second gate electrode are formed of the same material. A method of forming a semiconductor device, characterized in that. 제 11 항에 있어서, The method of claim 11, 상기 제1 웰 영역 상에 제1 게이트 구조체, 상기 제2 웰 영역 상에 제2 게이트 구조체를 형성하는 단계는:Forming a first gate structure on the first well region and a second gate structure on the second well region may include: 상기 제1 웰 영역 상에 N형 케핑막을 형성하는 단계;Forming an N-type capping film on the first well region; 상기 제1 웰 영역 및 상기 제2 웰 영역 상에 게이트 절연막을 형성하는 단계;Forming a gate insulating film on the first well region and the second well region; 상기 게이트 절연막 전면 상에 P형 케핑막을 형성하는 단계;Forming a P-type capping film on the entire gate insulating film; 상기 P형 케핑막 상에 게이트 도전막을 형성하는 단계; 및Forming a gate conductive film on the P-type capping film; And 상기 제1 웰 영역 및 상기 제2 웰 영역에 적층된 물질을 패터닝하여 제1 게이트 구조체 및 제2 게이트 구조체를 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 형성 방법.And forming a first gate structure and a second gate structure by patterning the materials stacked in the first well region and the second well region. 제 11 항에 있어서, The method of claim 11, 상기 제1 웰 영역 상에 제1 게이트 구조체, 상기 제2 웰 영역 상에 제2 게이트 구조체를 형성하는 단계는:Forming a first gate structure on the first well region and a second gate structure on the second well region may include: 상기 제1 웰 영역 및 상기 제 2 웰 영역 상에 하부 게이트 절연막을 형성하는 단계;Forming a lower gate insulating layer on the first well region and the second well region; 상기 제1 웰 영역의 상기 하부 게이트 상에 N형 케핑막을 형성하는 단계;Forming an N-type capping layer on the lower gate of the first well region; 상기 제1 웰 영역 및 상기 제2 웰 영역 상에 상부 게이트 절연막을 형성하는 단계;Forming an upper gate insulating layer on the first well region and the second well region; 상기 상부 게이트 절연막 전면 상에 P형 케핑막을 형성하는 단계;Forming a P-type capping film on the entire upper gate insulating film; 상기 P형 케핑막 상에 게이트 도전막을 형성하는 단계; 및Forming a gate conductive film on the P-type capping film; And 상기 제1 웰 영역 및 상기 제2 웰 영역에 적층된 물질을 패터닝하여 제1 게이트 구조체 및 제2 게이트 구조체를 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 형성 방법.And forming a first gate structure and a second gate structure by patterning the materials stacked in the first well region and the second well region. 제 11 항에 있어서, The method of claim 11, 상기 제1 웰 영역 상에 제1 게이트 구조체, 상기 제2 웰 영역 상에 제2 게이트 구조체를 형성하는 단계는:Forming a first gate structure on the first well region and a second gate structure on the second well region may include: 상기 제1 웰 영역 상에 N형 케핑막을 형성하는 단계;Forming an N-type capping film on the first well region; 상기 제2 웰 영역 상에 하부 게이트 절연막을 형성하는 단계;Forming a lower gate insulating layer on the second well region; 상기 N형 케핑막 및 상기 하부 게이트 절연막을 질화시키는 단계;Nitriding the N-type capping layer and the lower gate insulating layer; 상기 N형 케핑막 및 상기 하부 게이트 절연막 전면 상에 상부 게이트 절연막을 형성하는 단계;Forming an upper gate insulating film on an entire surface of the N-type kepping layer and the lower gate insulating film; 상기 상부 게이트 절연막 전면 상에 P형 케핑막을 형성하는 단계;Forming a P-type capping film on the entire upper gate insulating film; 상기 P형 케핑막 상에 게이트 도전막을 형성하는 단계; 및Forming a gate conductive film on the P-type capping film; And 상기 제1 웰 영역 및 상기 제2 웰 영역에 적층된 물질을 패터닝하여 제1 게이트 구조체 및 제2 게이트 구조체를 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 형성 방법.And forming a first gate structure and a second gate structure by patterning the materials stacked in the first well region and the second well region. 제 11 항에 있어서, The method of claim 11, 상기 제1 웰 영역 상에 제1 게이트 구조체, 상기 제2 웰 영역 상에 제2 게이트 구조체를 형성하는 단계는:Forming a first gate structure on the first well region and a second gate structure on the second well region may include: 상기 제1 웰 영역 상에 N형 케핑막을 형성하는 단계;Forming an N-type capping film on the first well region; 상기 N형 케핑막 및 상기 제2 웰 영역 상에 게이트 절연막을 형성하는 단계;Forming a gate insulating film on the N-type capping film and the second well region; 상기 N형 케핑막 및 상기 게이트 절연막 전면 상에 P형 케핑막을 형성하는 단계; Forming a P-type capping layer on the N-type capping layer and the gate insulating layer; 상기 P형 케핑막 상에 게이트 도전막을 형성하는 단계; 및Forming a gate conductive film on the P-type capping film; And 상기 제1 웰 영역 및 상기 제2 웰 영역에 적층된 물질을 패터닝하여 제1 게이트 구조체 및 제2 게이트 구조체를 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 형성 방법.And forming a first gate structure and a second gate structure by patterning the materials stacked in the first well region and the second well region. 제 11 항에 있어서, The method of claim 11, 상기 제1 N형 케핑 패턴은 LaO,GdO,DyO,SrO,BaO, 및 ErO 중에서 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 형성 방법.The first N-type keping pattern includes at least one of LaO, GdO, DyO, SrO, BaO, and ErO. 제11 항에 있어서,The method of claim 11, wherein 상기 제1 P형 케핑 패턴은 알루미늄산화막, 및 알루미늄 금속 산화막 중에서 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 형성 방법.The first P-type keping pattern includes at least one of an aluminum oxide film and an aluminum metal oxide film. 제11 항에 있어서,The method of claim 11, wherein 상기 제1 게이트 절연 패턴 및 상기 제2 게이트 절연 패턴은 실리콘 산화막, 실리콘 산화질화막, 하프늄 산화막, 하프늄 실리콘 산화막, 지르코늄 산화막, 지르코늄 실리콘 산화막, 하프늄 산화질화막, 하프늄 실리콘 산화질화막, 지르코늄 산화질화막, 지르코늄 실리콘 산화질화막, 및 타이타늄 산화막 중에서 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 형성방법.The first gate insulating pattern and the second gate insulating pattern may include a silicon oxide film, a silicon oxynitride film, a hafnium oxide film, a hafnium silicon oxide film, a zirconium oxide film, a zirconium silicon oxide film, a hafnium oxynitride film, a hafnium silicon oxynitride film, a zirconium oxynitride film, and a zirconium silicon. A method of forming a semiconductor device, comprising at least one of an oxynitride film and a titanium oxide film.
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