KR20110025075A - 축적형 핀 전계 효과 트랜지스터, 회로 및 그 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
FinFET는 기판 및 상기 기판 위에 있는 핀 구조를 포함한다. 상기 핀 구조는 소스와 드레인 사이에 있는 채널을 포함하며, 상기 소스, 상기 드레인, 및 상기 채널은 제1타입의 도펀트를 갖는다. 상기 채널은 Ge, SiGe, 또는 III-V족 반도체를 포함한다. 게이트 유전체 레이어는 상기 채널 위로 위치하고, 게이트는 상기 게이트 유전체 레이어 위로 위치한다.
Description
여기서 개시되는 내용은 일반적으로 반도체 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 축적형(accumulation type) FinFET에 관한 것이다.
집적 회로의 크기가 감소함에 따라, 이런 크기 감소에 직면한 문제를 극복하고자 하는 노력이 있어 왔다. 예를 들면, 누설 전류(leakage current) 문제를 포함하여 감소된 채널 길이(channel length)로부터 MOSFET의 성능이 저하되는 문제가 있다. 따라서, MOSFET의 성능을 향상시키는 새로운 방법 및 구조가 요구된다.
본 출원은 2009년 09월 01일자로 출원된 미국 예비 특허 출원 번호 61/238,828를 우선권 주장한 것으로, 상기 미국 예비 특허 출원을 참조함으로써 그 내용은 본 명세서에 포함될 것이다.
본 발명의 한 양상에 따르는 FinFET는, 기판; 소스와 드레인 사이에 있는 채널을 포함하며, 상기 기판 위에 있는 핀 구조; 상기 채널 위로 있는 게이트 유전체 레이어(gate dielectric layer); 및 상기 게이트 유전체 레이어 위로 있는 게이트를 포함한다. 상기 소스, 상기 드레인, 및 상기 채널은 제1타입의 도펀트를 갖고, 상기 채널은 Ge, SiGe, 또는 III-V족 반도체 중 적어도 하나를 포함한다.
상기 채널은 약 1e18 cm-3과 약 3e18 cm-3 사이의 도펀트 농도를 가질 수 있다.
상기 게이트는 전압을 받아들일 수 있고, 상기 전압은 상기 채널의 페르미 준위를 상기 채널의 밴드갭의 중앙 쪽으로 이동시킬 수 있다.
상기 FinFET는 N-타입 FinFET이고, 상기 소스와 상기 드레인 중 적어도 하나는 Ge, SiGe, 또는 Si 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 FinFET는 P-타입 FinFET이고, 상기 소스와 상기 드레인 중 적어도 하나는 Ge, GeSn, SiGeSn 또는 III-V족 반도체 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 양상에 따르는 FinFET의 형성 방법은, 소스와 드레인 사이에 있는 채널을 포함하는 핀 구조를 기판 위에 형성하는 단계; 상기 채널 위로 게이트 유전체 레이어를 형성하는 단계; 및 상기 게이트 유전체 레이어 위로 게이트를 형성하는 단계를 포함하고, 상기 소스, 상기 드레인, 및 상기 채널은 제1타입의 도펀트를 갖고, 상기 채널은 Ge, SiGe, 또는 III-V족 반도체 중 적어도 하나를 포함한다.
본 발명의 또 다른 양상에 따르는 집적 회로는, 기판; 상기 기판 위에서 적어도 하나의 제1핀 구조를 포함하는 더미 패턴(dummy pattern)으로서, 상기 제1핀 구조는 제1소스와 제1드레인 사이에 있는 제1채널을 포함하며, 상기 제1소스, 상기 제1드레인, 및 상기 제1채널은 제1타입의 도펀트를 갖는 더미 패턴; 및 상기 기판 위로 있는 FinFET를 포함한다. 상기 FinFET는, 제2소스와 제2드레인 사이에 있는 제2채널을 포함하며, 상기 기판 위에 있는 제2핀 구조; 상기 제2채널 위로 있는 게이트 유전체 레이어; 및 상기 게이트 유전체 레이어 위로 있는 게이트를 포함하고, 상기 제2소스, 상기 제2드레인, 및 상기 제2채널은 상기 제1타입의 도펀트를 갖고, 상기 제2채널은 Ge, SiGe, 또는 III-V족 반도체 중 적어도 하나를 포함한다.
본 실시 예 및 본 실시 예의 장점에 대한 더욱 완벽한 이해를 위하여, 첨부된 도면과 함께 아래의 설명을 참조하기 바란다. 여기서,
도 1a는 도 1b - 도 1c를 위하여 서로 다른 단면 방향을 나타내는 FinFET의 개략도를 도시한 것;
도 1b - 도 1c는 본 발명의 일 측면에 따르는 축적형 FinFET의 단면도를 도시한 것;
도 2는 본 실시 예와 통상적인 소자의 한 사례에 대한 턴온 전류(Ion)를 비교하여 도시한 것;
도 3은 본 실시 예와 통상적인 소자에 대한 벌크 전자 밀도를 비교하여 도시한 것;
도 4는 본 실시 예의 다른 측면에 따라 축적형 FinFET를 형성하는 공정에 대한 흐름도를 도시한 것; 그리고
도 5는 본 실시 예의 또 다른 측면에 따라 다중 축적형 FinFET 구조를 갖는 FinFET 소자와 더미 패턴을 포함하는 집적 회로의 단면도를 도시한 것이다.
도 1a는 도 1b - 도 1c를 위하여 서로 다른 단면 방향을 나타내는 FinFET의 개략도를 도시한 것;
도 1b - 도 1c는 본 발명의 일 측면에 따르는 축적형 FinFET의 단면도를 도시한 것;
도 2는 본 실시 예와 통상적인 소자의 한 사례에 대한 턴온 전류(Ion)를 비교하여 도시한 것;
도 3은 본 실시 예와 통상적인 소자에 대한 벌크 전자 밀도를 비교하여 도시한 것;
도 4는 본 실시 예의 다른 측면에 따라 축적형 FinFET를 형성하는 공정에 대한 흐름도를 도시한 것; 그리고
도 5는 본 실시 예의 또 다른 측면에 따라 다중 축적형 FinFET 구조를 갖는 FinFET 소자와 더미 패턴을 포함하는 집적 회로의 단면도를 도시한 것이다.
이제 바람직한 실시 예의 제조 및 이용에 관하여 아래에서 상세히 설명될 것이다. 그러나, 이런 실시 예는 특정 내용이 다양하게 변형되도록 실시될 수 있는 많은 적용가능한 발명적 사상을 제공하는 점이 이해되어야만 할 것이다. 여기서 설명되는 특정 실시 예는 단지 이런 실시 예를 제조하고 이용하는 특정 방법을 예시적으로 보여주기 위한 것이며 본 발명의 범위를 제한하는 것은 아니다.
Si 이외에 다른 물질을 이용하는 어떤 평면 MOSFET는(예컨대, Ge 평면 MOS 소자) 통상적인 Si 평면 MOS 소자보다 유리한 장점을 갖는다. 이는 예컨대 Si보다 약 2.6/4배 정도 높은 캐리어(전자/정공) 이동도가 될 수 있다. Ge 평면 MOS 소자는 다음과 같은 문제에 직면함이 알려져 있다. 즉, 1) 낮은 에너지 갭(Eg) 및 높은 문턱아래(subthreshold) 누설 전류(Isub), 2) 높은 유전 상수(ε) 및 단채널 효과(short channel effect; SCE), 그리고 3) Ge NMOS에서 좋지 못한 캐리어 이동도(μ)를 야기하는 높은 계면 결함(interface defect; Nit)이 그것이다.
채널 길이가 줄어들게 되면, 평면 MOSFET는 소스 및 드레인 정션의 공핍층(depletion-layer)과 동일한 크기 정도의 채널 길이를 가질 수 있다. 다른 MOSFET와 비교하여 SCE는 성능을 저하시킨다. 작동 속도와 단위 칩당 소자 수를 모두 증가시키기 위하여 채널 길이가 줄어들게 되면 SCE가 발생한다. SCE는 다음의 두 가지 물리적 현상에 기인한 것으로 볼 수 있다. 즉, 1) 채널 안에서의 전자 유동성(electron drift characteristics)에 부가되는 제한, 그리고 2) 짧아진 채널 길이에 의한 문턱 전압(threshold voltage)의 변경이 그것이다. SCE는 1) 드레인 유도성 전위장벽저하(drain-induced barrier lowering; DIBL)과 펀치 쓰루(punch through), 2) 표면 산란(surface scattering), 3) 속도 포화(velocity saturation), 4) 충격 이온화(impact ionization), 및 5) 열 전자(hot electron)를 포함한다. 특히, Ge 평면형 MOS는 높은 ε때문에 악화된 DIBL를 보여준다.
Ge NMOS에 있어서, 유전체 필름 레이어와 Ge에 인접한 전도대(conduction band; Ec) 사이의 계면(interface)에서 높은 Nit 밀도가 관측되는데, 이는 전자 이동도를 상당히 떨어뜨린다. GeO(또는 다른 유전체 필름) 및 Ge는 SiO2 및 Si 시스템과 비교하여 원하는 계면을 가지지 못한다. SiO2 및 Si 시스템에서는 SiO2/Si가 Si MOS에 대하여 원하는 계면 품질과 낮은 Nit를 제공하는 양호한 계면을 가진다.
앞선 내용으로부터 MOSFET 구조 및 이런 MOSFET 구조를 형성하는 방법이 요구된다. 예시적인 실시 예에 있어서, MOSFET의 성능을 향상시키기 위하여 축적형 FinFET 소자가 제공된다. 도 1a는 예시적인 FinFET의 개략도를 도시한 것이다. 도 1a에 있어서, FinFET(100)는 핀 구조(102)를 포함할 수 있다. 도 1b - 도 1c는 각각 절단선 1B 및 1C에 대한 도 1a의 축적형 FinFET(100)의 단면도를 도시한 것이다. 도 1a - 도 1b에 있어서, 축적형 FinFET(100)는 기판(120) 및 기판(120) 위에 있는 핀 구조(102)를 보여준다. 핀 구조(102)는 소스(106)와 드레인(110) 사이에 있는 채널(108)을 포함한다. 소스(106), 드레인(110), 및 채널(108)은 제1타입의 도펀트(dopant)를 갖는다. 소스(106), 드레인(110), 및 채널(108) 아래에 있는 웰(112; well)은 제2타입의 도펀트를 갖는다. 채널(108)은 Ge, SiGe, 또는 III-V족 반도체를 포함한다. 게이트 유전체 레이어(114; gate dielectric layer)는 채널(108) 위로 위치한다. 게이트(116)는 게이트 유전체 레이어(114) 위로 위치한다.
N-타입 축적형 Ge FinFET를 형성하는 실시 예에 있어서, 소스(106) ― 예를 들어, n+ 소스 영역 ― 는 실리사이드(107; silicide)를 통하여 소스 전압(Vs)과 연결될 수 있다. 채널(108) ― 예를 들어, n- 채널 영역 ― 은 예컨대 Ge 핀 영역을 포함할 수 있다. 드레인(110) ― 예를 들어, n+ 드레인 영역 ― 은 실리사이드(111)를 통하여 드레인 전압(VD)과 연결될 수 있다. 웰(112) ― 예를 들어, p-타입 웰 ― 은 다른 소자들로부터의 전기적 절연(electrical isolation)을 제공할 수 있다. 게이트 유전체 레이어(114)는 산화물, 질화물, 산질화물(oxynitride), 고 유전상수(high-k) 유전체, 또는 이들이 조합된 것을 포함할 수 있다. 게이트(116) ― 예를 들어, 금속 게이트 ― 는 게이트 전압(VG)과 연결된다. 산화물 레이어(115) 및 질화물 스페이서(117)는 게이트(116) 옆에 나타나 있다. 기판(120)은 Si, Ge, SiGe, III-V족 화합물, 및/또는 이들이 조합된 것을 포함할 수 있다. 고 유전상수 유전체 물질의 예는 하프늄 실리케이트(hafnium silicate), 지르코늄 실리케이트(zirconium silicate), 하프늄 다이옥사이드(hafnium dioxide), 지르코늄 다이옥사이드(zirconium dioxide), 다른 고 유전상수 물질, 또는 이들이 조합된 것을 포함할 수 있다. 다른 실시 예에서, 채널(108)은 SiGe 또는 AlGaAs, InGaAs, 등등과 같은 III-V족 반도체 물질을 포함할 수 있다.
도 1c에서, 축적형 FinFET(100)의 단면도는 채널(108), 게이트 유전체 레이어(114), 및 게이트(116)를 보여준다. 핀 아래에 있는 웰(112)은 전기적 절연을 제공한다. 일 실시 예에 있어서, 채널(108) ― 예를 들어, n- 채널 ― 은 Ge 핀 영역을 포함한다. 웰(112) ― 예를 들어, p-웰 ― 은 전기적 절연을 제공한다. 게이트(116)는 게이트 유전체 레이어(114) 위로 배치될 수 있다. 샐로우 트렌치 아이소레이션(shallow trench isolation; STI)(118)은 웰(112)에 인접하게 형성될 수 있다. 다른 실시 예에서, 채널(108)은 SiGe 또는 AlGaAs, InGaAs, 등등과 같은 III-V족 반도체 물질을 포함할 수 있다.
축적형 N-타입 FinFET(102)에 대하여, 채널(108), 소스(106), 및 드레인(110)은 n-타입 도펀트를 가질 수 있다. 축적형 P-타입 PMOS 소자에 대한 다른 실시 예에서, 채널(108), 소스(106), 및 드레인(110)은 p-타입 도펀트를 가질 수 있다. 축적형 FinFET는 계면 결함(Nit)의 영향을 억제하는 페르미 준위(Fermi level; EF) 위치와 전자/정공 프로파일(electron/hole profile)을 변화시킬 수 있다. 또한, SeGe 스트레서(stressor)가 Ge FinFET NMOS에 포함되어 성능을 향상시킬 수 있다.
통상적인 반전형(inversion type) NMOS(p-채널을 갖는)에 대하여, 전자는 계면에 쌓이게 되고 소자는 Nit 때문에 이동도의 저하를 겪을 수 있다. 통상적인 반전형 NMOS와는 다르게, 축적형 NMOS에 있어서는 문턱아래 전류 스윙(sub-threshold current swing) 및 전자 이동도를 저해할 수 있는 Nit의 영향을 벌크 반전(bulk inversion)이 감소시킨다. 벌크 반전은 반전된 전하(inversion charge) 대부분이 도 1c에서 핀의 중앙에 있는 벌크 핀 영역(bulk Fin region)에 벌크 전자(bulk electron)로서 위치하는 것을 의미한다. 반면에 통상적인 표면 반전형 소자에서는 대부분의 전자가 게이트 유전체/핀 표면에 표면 전자(surface electron)로서 쌓이게 된다. VG=VDD를 이용하여, 축적 영역의 페르미 준위는 중간 밴드갭(mid-bandgap; Eg)에 더욱 가까워지고 Nit의 영향은 실질적으로 제거될 수 있다.
채널 도펀트 농도 및/또는 드레인(110)에 가해지는 전압(VDD)이 축적형 FinFET(100)의 전기적 성능에 영향을 미칠 수 있다는 점이 발견되었다. 예를 들어 NMOS/PMOS에 관한 일 실시 예에서, 채널 안의 카운터 도핑 농도(counter doping density)는 n-타입/p-타입 1e18 cm-3 ∼ 3e18 cm-3이고 VDD는 0.5V이다. NMOS 축적형 소자에 있어서, n-타입 채널은 페르미 준위(EF)를 감소시킬 수 있고 벌크 전자 밀도(bulk electron density)를 증가시킬 수 있어서, 표면 Nit의 영향을 줄이게 된다. 예를 들어 축적형 NMOS의 일 실시 예에서 전자 밀도는 7.1e12 cm-2인데, 이는 반전형 NMOS가 6.7e12 cm-2인 것과 비교된다. 또한, 낮은 VDD는 EF를 중간 밴드갭 쪽으로 이동시키고, 벌크 전자/정공 비율(bulk electron/hole percentage)을 증가시키고, NMOS/PMOS에서 표면 Nit의 영향을 감소시킨다.
Ge 및 III-V족 반도체 채널 물질(예컨대, AlGaAs, InGaAs, 등등)은 Si보다 높은 캐리어 이동도를 제공할 수 있다. FinFET 아키텍처(architecture)는 더욱 양호한 게이트 제어, 더욱 낮은 누설 전류, 및 더욱 양호한 확장성을 제공한다. 기판(120)은 Si 또는 Ge 기판 웨이퍼가 될 수 있다. 일 실시 예에서, 기판(120) 위에 Ge 에피(epi)가 수행되어 채널(108)을 위한 Ge 핀(Ge-fin)을 형성할 수 있다. NMOS의 실시 예에서는, Ge이 또한 소스(106) 또는 드레인(110) 용으로 이용될 수 있다. SiGe 또는 Si 소스/드레인이 바람직한데, 이는 SiGe 또는 Si 소스/드레인이 채널(108) ― 예컨대, Ge 채널 ― 에서 인장 응력을 만들어서 전자 이동도를 증가시킬 수 있기 때문이다. PMOS 소스/드레인 영역에서는 Ge도 이용될 수 있으나 GeSn, SiGeSn 또는 III-V족 반도체 소스/드레인이 바람직한데, 이는 GeSn, SiGeSn 또는 III-V족 반도체 소스/드레인이 채널(108) ― 예컨대, Ge 채널 ― 에서 압축 응력을 만들어서 정공 이동도를 증가시킬 수 있기 때문이다.
Ge 핀 채널 영역(108)을 갖는 FinFET 구조는 높은 ε에 의해 야기되는 SCE를 감소시키는데 도움이 될 수 있다. FinFET 아키텍처는 축적형 소자에서 누설 전류를 크게 억제할 수 있다. 평면 소자와 비교하여, FinFET 구조는 낮은 채널 도핑(예컨대, ∼1e17 cm-3)과 감소된 전력 공급 전압(VDD)에 의하여 밴드간 터널링(band-to-band tunneling; BTBT) 누설 전류를 상당히 감소시킬 수 있다.
도 2는 Ge 축적형 FinFET와 통상적인 소자의 한 사례에 대한 턴온 전류(turn-on current; Ion)를 비교하여 도시한 것이다. 도시된 결과는 Ge 소자에서의 계면 결함(트랩) Nit 때문에 핀 표면 영역에서 80%의 전자 이동도 저하가 NMOS에서 발생한 것을 가정한 것이다.
도 2에서는 Nit가 없는 경우에서의 통상적인 반전형 Si FinFET NMOS 소자의 턴온 전류(Ion)가 나타나 있다. Ge FinFET의 턴온 전류(Ion)는 반전형 Si FinFET에 대하여 정규화되어(normalized) 비교되었다. Nit가 있는 반전형 Ge FinFET NMOS는 74%의 Ion을 보이는데, 이는 Ge에서의 Nit로부터 핀 표면에서 전자 이동도가 저하되기 때문이다. 즉, Si FinFET(반전 모드)와 비교하여, Nit 때문에 -26%의 턴온 전류(Ion) 저하가 있음을 TCAD 시뮬레이션이 보여주었다. 반전형 Ge FinFET NMOS 소자는 축적형이 아니며 또한 스트레서(stressor)를 가지지 않는다. 그러나, 축적형 Ge FinFET NMOS 소자는 Ge에서의 Nit에도 불구하고 Ion이 108%로 증가하였다. 따라서, 축적형 채널을 이용함으로써 34%의 Ion 이득이 얻어질 수 있으며, 이는 축적 채널(accumulation channel)이 있는 Ge가 Si FinFET보다 8% 더 높은 Ion을 갖는다는 것을 의미한다. 또한, SiGe 스트레서를 추가함으로써 성능은 132%의 Ion까지 더욱 향상된다. 어떤 실시 예에서는, 바람직한 표면 패시베이션(surface passivation) 기술이 Ge 축적형 FinFET의 Nit를 더욱 감소시킬 수 있다.
축적형 소자에 있어서, 핀 영역(Wfin)의 폭이 더욱 좁아지면 턴오프(turn-off) 누설 전류(Ioff)를 억제할 수 있고 SCE/DIBL에 의해 영향을 받는 소자 성능을 향상시킬 수 있다. 일 실시 예에서, 30nm 미만의 핀 폭은 바람직한 성능을 보여준다. 폭이 넓은 Wfin과 평면 소자에서는 하이 포켓 도핑(high pocket doping)이 요구되어서 축적 채널이 구현되기 어려울 수 있다.
또한, 축적형 소자는 벌크 영역에서 더 높은 전자 밀도를 보여주는데, 특히 VDD와 VG가 낮은 경우(예컨대, 0.5V)에 그러하다. 도 3은 본 발명의 일 실시 예와 통상적인 소자에 대한 벌크 전자 밀도(bulk electron density)를 비교하여 도시한 것이다. 도 3에 도시된 바와 같이, VG = 0.5V인 경우에 반전형 소자는 약 40%의 벌크 전자 밀도를 갖는 것과 비교하여 본 발명의 일 실시 예의 축적형 Ge FinFET는 약 70%의 벌크 전자 밀도를 보여준다. 축적형 Ge FinFET NMOS 소자는 약 1e18cm-3의 채널 도핑 농도(N-타입)와 DIBL = 105mV/V를 가지며, 반면에 반전형 소자는 5e18cm-3의 채널 도핑 농도(P-타입)을 갖는다.
도 4는 또 다른 실시 예에 따라 FinFET를 형성하는 공정에 대한 흐름도를 도시한 것이다. 단계(402)에서, 핀 구조가 기판(120) 위에 형성되며, 이런 핀 구조는 소스(106)와 드레인(110) 사이에 있는 채널(108)을 포함한다 (소스(106), 드레인(110), 및 채널(108)은 동일한 유형의 반도체를 갖고, 채널(108)은 Ge, SiGe, 또는 III-V족 반도체를 포함함). 단계(404)에서, 게이트 유전체 레이어(114)(예컨대, 산화물 및/또는 고 유전상수 유전체)가 채널(108) 위로 형성된다. 단계(406)에서, 게이트(116)가 게이트 유전체 레이어(114) 위로 형성된다. 이런 공정은 인접한 소자로부터의 절연을 제공하는 STI(118)를 증착하고 에칭하는 단계를 더 포함할 수 있다.
이런 공정은 소스(106), 드레인(110), 및 채널(108) 아래로 웰(112)를 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다. 여기서 웰(112)은 제2타입의 도펀트를 갖는다. 채널(108)은 약 1e18 cm-3과 약 3e18 cm-3 사이의 도펀트 농도를 가질 수 있다. 게이트(116)는 전압을 받아들일 수 있고, 이런 전압은 채널의 페르미 준위를 채널의 밴드갭의 중간 쪽으로 이동시킬 수 있다. 핀 구조의 형성은 채널(108)의 폭을 형성하는 단계를 포함할 수 있다. 일 실시 예에서, 채널(108)의 폭은 약 30nm이거나 이보다 작을 수 있다. 소스(106) 및 드레인(110)의 적어도 하나는 NMOS용으로 Ge, SiGe, 또는 Si를 포함한다. 소스(106) 및 드레인(110)의 적어도 하나는 PMOS용으로 Ge, GeSn, SiGeSn 또는 III-V족 반도체를 포함한다
도 5는 또 다른 실시 예에 따라 다중(multiple) 축적형 FinFET 구조를 갖는 FinFET 소자와 더미 패턴(dummy pattern)을 포함하는 집적 회로의 단면도를 도시한 것이다. 이런 집적 회로는 기판(120), 더미 패턴(502), 및 FinFET 소자(504, 506)를 포함한다. 더미 패턴(502)은 기판 위에 적어도 하나의 핀 구조를 포함한다. 이런 핀 구조는 제1소스와 제1드레인 사이에 있는 채널(508)을 포함한다. 소스, 드레인, 및 채널(508)은 제1타입의 도펀트를 갖는다. 다른 소자들로부터의 전기적 절연을 제공하는 웰(112)은 제2타입의 도펀트를 가질 수 있다.
기판(120) 위에 있는 FinFET(504, 506)도 역시 기판(120) 위에 있는 핀 구조를 포함한다. 이런 핀 구조는 소스와 드레인 사이에 있는 채널(108)을 포함한다. 소스, 드레인, 및 제2채널(108)은 제1타입의 도펀트를 갖는다. 채널(108)은 Ge, SiGe, 또는 III-V족 반도체를 포함한다. 게이트 유전체 레이어(114)는 채널(108) 위로 위치한다. 그리고 게이트(116)는 게이트 유전체 레이어(114) 위로 위치한다. 이런 실시 예에서는, 다중 채널(108)이 한 소자 내에서 사용된다.
이런 소자는 축적 채널을 갖는데, 따라서 FinFET 소자(504, 506)는 모두 동일한 타입의 반도체로 된 채널(108), 소스, 드레인을 갖는다 (예컨대, NMOS/PMOS 각각에 대하여 n-타입/p-타입). 웰(112)은 NMOS에 대해서는 p-타입이고, PMOS에 대해서는 n-타입이다. 그리고 소자간 전기적 및 물리적 절연으로서 STI(118)가 이용된다. 게이트(116)가 없는 더미 패턴(502)은 또한 더욱 양호한 화학적 기계적 평탄화(chemical mechanical planarization; CMP), 에칭, 또는 핀 프로파일의 균일도(fin-profile uniformity)를 위하여 배치될 수 있다. 이런 소자는 Si 또는 Ge 기판(120) 위에 형성될 수 있다.
앞선 내용으로부터, 축적형 FinFET는 소자 성능을 향상시킬 수 있는 원하는 전자 또는 정공 이동도를 제공할 수 있다. 이전에는 통상적인 Ge 평면형 MOS 소자를 저해하였던 누설 전류, 계면 결함(트랩), 및 SCE의 효과는 축적형 FinFET 아키텍처를 이용함으로써 본 실시 예에 영향을 미치지 않게 된다. 본 실시 예는 Ge 채널뿐만이 아니라 SiGe 및 다른 III-V족 채널 물질에도 적용된다.
또한, 한 소자 구조 내에 있는 다중 핀은 단위 풋프린트(footprint) 당 더 높은 전류를 제공할 수 있다. 예를 들면, Ge와 실리콘은 격자 부정합(lattice mismatch)를 갖기 때문에, 핀 폭이 넓은 경우와 비교하여 좁은 핀 폭에서 좋은 품질의 Ge 에피층을 성장시키는 것이 더 쉬어진다. 격자 부정합이 야기한 응력은 폭이 좁은 핀에서 완화될 수 있고 Ge 에피는 더욱 적은 결함 및 전위(dislocation)를 갖는다. 예를 들면, 이전의 Ge 소자에서 50nm의 핀 폭이 이용된다면, 이는 25nm의 폭을 갖는 두 개의 핀으로 분할될 수 있다. 해당 분야에 통상적인 지식을 가진 자는 본 발명에 대한 다양한 변형 실시 예가 존재할 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
여기서 개시되는 내용과 그 장점이 상세히 설명되었지만, 첨부된 청구항에 의해 정의되는 발명의 범위 및 사상을 벗어나지 않는 한도에서 다양한 변경, 치환, 및 개조가 이루어질 수 있다는 점이 이해되어야만 할 것이다. 더욱이, 본 출원의 범위는 상세한 설명에서 기재된 공정, 장치, 제조, 및 물질의 조성, 수단, 방법, 및 단계의 특정한 실시 예에 한정되도록 의도되지 않는다. 해당 분야에 통상적인 기술을 가진 자가 여기서 개시되는 내용을 이해하게 된다면, 현재 존재하거나 추후에 개발될 수 있는 공정, 장치, 제조, 물질의 조성, 수단, 방법 또는 단계로서 여기서 설명된 실시 예에 대응되는 것과 실질적으로 동일한 기능을 수행하거나 실질적으로 동일한 결과를 달성할 수 있는 공정, 장치, 제조, 물질의 조성, 수단, 방법 또는 단계가 여기서 개시된 내용에 따라 실시될 수 있을 것이다.
Claims (10)
- 기판;
소스와 드레인 사이에 있는 채널을 포함하며, 상기 기판 위에 있는 핀 구조(fin structure);
상기 채널 위로 있는 게이트 유전체 레이어(gate dielectric layer); 및
상기 게이트 유전체 레이어 위로 있는 게이트를 포함하고,
상기 소스, 상기 드레인, 및 상기 채널은 제1타입의 도펀트를 갖고, 상기 채널은 Ge, SiGe, 또는 III-V족 반도체 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 FinFET. - 제1항에 있어서,
상기 채널은 약 1e18 cm-3과 약 3e18 cm-3 사이의 도펀트 농도를 갖는 것을 특징으로 하는 FinFET. - 제1항에 있어서,
상기 게이트는 전압을 받아들일 수 있고, 상기 전압은 상기 채널의 페르미 준위를 상기 채널의 밴드갭의 중앙 쪽으로 이동시킬 수 있는 것을 특징으로 하는 FinFET. - 제1항에 있어서,
상기 FinFET는 N-타입 FinFET이고, 상기 소스와 상기 드레인 중 적어도 하나는 Ge, SiGe, 또는 Si 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 FinFET. - 제1항에 있어서,
상기 FinFET는 P-타입 FinFET이고, 상기 소스와 상기 드레인 중 적어도 하나는 Ge, GeSn, SiGeSn 또는 III-V족 반도체 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 FinFET. - 소스와 드레인 사이에 있는 채널을 포함하는 핀 구조를 기판 위에 형성하는 단계;
상기 채널 위로 게이트 유전체 레이어를 형성하는 단계; 및
상기 게이트 유전체 레이어 위로 게이트를 형성하는 단계를 포함하고,
상기 소스, 상기 드레인, 및 상기 채널은 제1타입의 도펀트를 갖고, 상기 채널은 Ge, SiGe, 또는 III-V족 반도체 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 FinFET의 형성 방법. - 제6항에 있어서,
상기 채널은 약 1e18 cm-3과 약 3e18 cm-3 사이의 도펀트 농도를 갖는 것을 특징으로 하는 FinFET의 형성 방법. - 기판;
상기 기판 위에서 적어도 하나의 제1핀 구조를 포함하는 더미 패턴(dummy pattern)으로서, 상기 제1핀 구조는 제1소스와 제1드레인 사이에 있는 제1채널을 포함하며, 상기 제1소스, 상기 제1드레인, 및 상기 제1채널은 제1타입의 도펀트를 갖는 더미 패턴; 및
상기 기판 위로 있는 FinFET를 포함하고,
상기 FinFET는,
제2소스와 제2드레인 사이에 있는 제2채널을 포함하며, 상기 기판 위에 있는 제2핀 구조;
상기 제2채널 위로 있는 게이트 유전체 레이어; 및
상기 게이트 유전체 레이어 위로 있는 게이트를 포함하고,
상기 제2소스, 상기 제2드레인, 및 상기 제2채널은 상기 제1타입의 도펀트를 갖고, 상기 제2채널은 Ge, SiGe, 또는 III-V족 반도체 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 집적 회로. - 제8항에 있어서,
상기 제2채널은 약 1e18 cm-3과 약 3e18 cm-3 사이의 도펀트 농도를 갖는 것을 특징으로 하는 집적 회로. - 제8항에 있어서,
상기 제2소스와 상기 제2드레인 중 적어도 하나는 Ge, SiGe, Si, GeSn, SiGeSn, 또는 III-V족 반도체 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 집적 회로.
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