KR20150081738A - Semiconductor device having air spacer - Google Patents
Semiconductor device having air spacer Download PDFInfo
- Publication number
- KR20150081738A KR20150081738A KR1020140001512A KR20140001512A KR20150081738A KR 20150081738 A KR20150081738 A KR 20150081738A KR 1020140001512 A KR1020140001512 A KR 1020140001512A KR 20140001512 A KR20140001512 A KR 20140001512A KR 20150081738 A KR20150081738 A KR 20150081738A
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- source
- gate electrode
- spacer
- drain region
- spacers
- Prior art date
Links
- 125000006850 spacer group Chemical group 0.000 title claims abstract description 131
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 title claims abstract description 96
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 35
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 65
- 150000004767 nitrides Chemical class 0.000 claims description 22
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 18
- 238000009413 insulation Methods 0.000 abstract description 13
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 74
- 239000011229 interlayer Substances 0.000 description 38
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 19
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 9
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 7
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 6
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 230000003071 parasitic effect Effects 0.000 description 5
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 5
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- MRELNEQAGSRDBK-UHFFFAOYSA-N lanthanum(3+);oxygen(2-) Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[La+3].[La+3] MRELNEQAGSRDBK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229910052814 silicon oxide Inorganic materials 0.000 description 4
- 229910052581 Si3N4 Inorganic materials 0.000 description 3
- 229910000577 Silicon-germanium Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 3
- 238000005137 deposition process Methods 0.000 description 3
- 230000010354 integration Effects 0.000 description 3
- HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N silicon nitride Chemical compound N12[Si]34N5[Si]62N3[Si]51N64 HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000001039 wet etching Methods 0.000 description 3
- LEVVHYCKPQWKOP-UHFFFAOYSA-N [Si].[Ge] Chemical compound [Si].[Ge] LEVVHYCKPQWKOP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910000449 hafnium oxide Inorganic materials 0.000 description 2
- WIHZLLGSGQNAGK-UHFFFAOYSA-N hafnium(4+);oxygen(2-) Chemical compound [O-2].[O-2].[Hf+4] WIHZLLGSGQNAGK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000005468 ion implantation Methods 0.000 description 2
- 229910001218 Gallium arsenide Inorganic materials 0.000 description 1
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910000673 Indium arsenide Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 description 1
- 238000005229 chemical vapour deposition Methods 0.000 description 1
- 239000000470 constituent Substances 0.000 description 1
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 1
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 1
- 239000003989 dielectric material Substances 0.000 description 1
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 1
- 229910052732 germanium Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000001657 homoepitaxy Methods 0.000 description 1
- RPQDHPTXJYYUPQ-UHFFFAOYSA-N indium arsenide Chemical compound [In]#[As] RPQDHPTXJYYUPQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000012212 insulator Substances 0.000 description 1
- 238000004518 low pressure chemical vapour deposition Methods 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 229910003465 moissanite Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005498 polishing Methods 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
- 229910010271 silicon carbide Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/66007—Multistep manufacturing processes
- H01L29/66075—Multistep manufacturing processes of devices having semiconductor bodies comprising group 14 or group 13/15 materials
- H01L29/66227—Multistep manufacturing processes of devices having semiconductor bodies comprising group 14 or group 13/15 materials the devices being controllable only by the electric current supplied or the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched, e.g. three-terminal devices
- H01L29/66409—Unipolar field-effect transistors
- H01L29/66477—Unipolar field-effect transistors with an insulated gate, i.e. MISFET
- H01L29/6653—Unipolar field-effect transistors with an insulated gate, i.e. MISFET using the removal of at least part of spacer, e.g. disposable spacer
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/70—Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components formed in or on a common substrate or of parts thereof; Manufacture of integrated circuit devices or of parts thereof
- H01L21/71—Manufacture of specific parts of devices defined in group H01L21/70
- H01L21/768—Applying interconnections to be used for carrying current between separate components within a device comprising conductors and dielectrics
- H01L21/76897—Formation of self-aligned vias or contact plugs, i.e. involving a lithographically uncritical step
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/66007—Multistep manufacturing processes
- H01L29/66075—Multistep manufacturing processes of devices having semiconductor bodies comprising group 14 or group 13/15 materials
- H01L29/66227—Multistep manufacturing processes of devices having semiconductor bodies comprising group 14 or group 13/15 materials the devices being controllable only by the electric current supplied or the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched, e.g. three-terminal devices
- H01L29/66409—Unipolar field-effect transistors
- H01L29/66477—Unipolar field-effect transistors with an insulated gate, i.e. MISFET
- H01L29/6656—Unipolar field-effect transistors with an insulated gate, i.e. MISFET using multiple spacer layers, e.g. multiple sidewall spacers
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/66007—Multistep manufacturing processes
- H01L29/66075—Multistep manufacturing processes of devices having semiconductor bodies comprising group 14 or group 13/15 materials
- H01L29/66227—Multistep manufacturing processes of devices having semiconductor bodies comprising group 14 or group 13/15 materials the devices being controllable only by the electric current supplied or the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched, e.g. three-terminal devices
- H01L29/66409—Unipolar field-effect transistors
- H01L29/66477—Unipolar field-effect transistors with an insulated gate, i.e. MISFET
- H01L29/66787—Unipolar field-effect transistors with an insulated gate, i.e. MISFET with a gate at the side of the channel
- H01L29/66795—Unipolar field-effect transistors with an insulated gate, i.e. MISFET with a gate at the side of the channel with a horizontal current flow in a vertical sidewall of a semiconductor body, e.g. FinFET, MuGFET
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/68—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by only the electric current supplied, or only the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched
- H01L29/76—Unipolar devices, e.g. field effect transistors
- H01L29/772—Field effect transistors
- H01L29/78—Field effect transistors with field effect produced by an insulated gate
- H01L29/785—Field effect transistors with field effect produced by an insulated gate having a channel with a horizontal current flow in a vertical sidewall of a semiconductor body, e.g. FinFET, MuGFET
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Ceramic Engineering (AREA)
- Insulated Gate Type Field-Effect Transistor (AREA)
Abstract
Description
본 발명의 기술적 사상은 반도체 소자에 관한 것으로, 특히 핀(fin) 구조의 트랜지스터를 구비하는 반도체 소자에 관한 것이다. TECHNICAL FIELD The present invention relates to a semiconductor device, and more particularly to a semiconductor device having a fin structure transistor.
집적도는 높이면서 상기 셀 트랜지스터의 채널 면적을 증가시키기 위한 핀 구조의 트랜지스터가 소개된 바 있다. 상기 핀 구조의 트랜지스터는 활성영역의 상부표면뿐만 아니라 활성영역의 측면에도 채널을 형성시켜 제한된 면적 내에서 유효채널의 폭을 증가시킬 수 있는 핀 구조의 활성영역을 갖는다. 이러한 핀구조의 트랜지스터에서는, 콘택 플러그와 게이트 전도체 사이의 기생 캐패시턴스(Parasitic capacitance)를 억제할 필요가 있다. A transistor having a pin structure for increasing the channel area of the cell transistor while increasing the degree of integration has been disclosed. The fin structure transistor has a fin structure active region that can increase the width of the effective channel within a limited area by forming a channel on the side of the active region as well as the upper surface of the active region. In such a fin structure transistor, it is necessary to suppress the parasitic capacitance between the contact plug and the gate conductor.
본 발명의 기술적 사상이 이루고자 하는 기술적 과제는 미세화된 반도체 소자에서의 전기적 특성 저하를 방지하고 신뢰성을 유지할 수 있는 반도체 소자를 제공하는 것이다. SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a semiconductor device capable of preventing deterioration of electrical characteristics in a miniaturized semiconductor device and maintaining reliability.
본 발명의 기술적 사상에 의한 일 양태에 따른 반도체 소자는 반도체 기판 상에 형성되고, 제1 소스/드레인 영역, 제2 소스/드레인 영역 및 채널 영역을 포함하는 반도체 핀과, 상기 채널영역 표면 위를 횡단하며, 상기 반도체 기판 상에 형성되는 게이트 전극과,상기 게이트 전극과 상기 채널 영역 사이에 위치하는 게이트 유전막과, 상기 제1 소스/드레인 영역 및 상기 제2 소스/드레인 영역에 접촉하는 콘택 플러그와, 상기 게이트 전극의 양 측벽을 덮는 다중층 구조의 절연 스페이서를포함하고, 상기 절연 스페이서는 에어 스페이서를 포함한다.A semiconductor device according to an aspect of the present invention includes a semiconductor fin formed on a semiconductor substrate and including a first source / drain region, a second source / drain region, and a channel region; A gate dielectric layer disposed between the gate electrode and the channel region; a contact plug contacting the first source / drain region and the second source / drain region; And a multilayered insulating spacer covering both side walls of the gate electrode, wherein the insulating spacer comprises an air spacer.
일부 실시예에서, 상기 절연 스페이서는 라이너 질화막을 더 포함하고, 상기 에어 스페이서는 상기 라이너 질화막을 사이에 두고 상기 게이트 전극과 이격되어 있을 수 있다.In some embodiments, the insulating spacer further comprises a liner nitride film, and the air spacer may be spaced apart from the gate electrode via the liner nitride film.
일부 실시예에서, 상기 절연 스페이서는 상기 에어 스페이서를 사이에 두고 상기 게이트 전극의 반대측에 있는 외측 스페이서를 더 포함하고, 상기 콘택 플러그는 상기 외측 스페이서에 의해 자기정렬될 수 있다.In some embodiments, the insulating spacer further comprises an outer spacer on the opposite side of the gate electrode with the air spacer therebetween, and the contact plug can be self-aligned by the outer spacer.
일부 실시예에서, 상기 에어 스페이서는 상기 게이트 전극의 상면보다 높은 레벨까지 연장되어 있을 수 있고, 상기 에어 스페이서는상기 제1 소스/드레인 영역 및 상기 제2 소스/드레인 영역의 상면보다 높은 레벨까지 연장되어 있을 수 있다.In some embodiments, the air spacers may extend to a level higher than the top surface of the gate electrode, and the air spacers extend to a level higher than the top surfaces of the first source / drain regions and the second source / .
일부 실시예에서, 상기 에어 스페이서는 상기 게이트 전극의 측벽을 따라 연속적으로 연장될 수 있다. 상기 에어 스페이서 중 상기 반도체 핀이 위치하는 영역의 에어 스페이서의 길이는 상기 반도체 핀이 위치하지 않는 영역의 에어 스페이서의길이보다 짧을 수 있다. In some embodiments, the air spacers may extend continuously along the sidewalls of the gate electrode. The length of the air spacers in the region where the semiconductor pins are located may be shorter than the length of the air spacers in the region where the semiconductor pins are not located.
일부 실시예에서, 상기 제1 소스/드레인 영역 및 상기 제2 소스/드레인 영역의 상면은 상기 채널 영역의 상면보다 높은 레벨에 위치할 수 있다. 한편, 상기 제1 소스/드레인 영역 및 상기 제2 소스/드레인 영역과 상기 채널 영역은 동일 물질로 이루어질 수 있다. 상기 반도체 핀이 연장되는 방향으로서, 상기 에어 스페이서의 상측 폭은 상기 에어 스페이서의 하측 폭보다 작을 수 있다.In some embodiments, the top surfaces of the first source / drain region and the second source / drain region may be located at a higher level than the top surface of the channel region. The first source / drain region and the second source / drain region and the channel region may be formed of the same material. The upper side width of the air spacers may be smaller than the lower side width of the air spacers as a direction in which the semiconductor pins extend.
본 발명의 기술적 사상에 의한 반도체 소자는 반도체 소자가 고도로 미세화된 피쳐 사이즈를 가지는 경우에도, 콘택 플러그와 게이트 전도체 사이에 에어 스페이서를 형성함으로써 에어 스페이서의 낮은 유전율로 인해 기생 캐패시턴스를 감소시킬 수 있는 효과가 있다. 기생 캐패시턴스가 감소함에 따라, 동작 속도 저하, 센싱 마진(sensing margin) 감소 등과 같은 문제들이 발생하는 것을 억제할 수 있으며, 반도체 소자의 전기적 특성 저하를 방지하고 반도체 소자의 높은 신뢰성을 유지할 수 있다.The semiconductor device according to the technical idea of the present invention can reduce the parasitic capacitance due to the low dielectric constant of the air spacer by forming an air spacer between the contact plug and the gate conductor even when the semiconductor device has a highly miniaturized feature size . As the parasitic capacitance is reduced, it is possible to suppress the occurrence of problems such as a reduction in operation speed and a reduction in sensing margin, a reduction in electrical characteristics of the semiconductor device, and a high reliability of the semiconductor device can be maintained.
도 1a는 본 발명의 기술적 사상에 의한 일 실시예에 따른 반도체 소자의 일부 구성을 보여주는 사시도이다.
도 1b는 도 1a의 x-y 평면을 따라 절개한 평면도이다.
도 1c는 도 1b의 C1 - C1' 선 단면도이다.
도 1d는 도 1b의 D1 - D1' 선 단면도이다.
도 2는 본 발명의 기술적 사상에 의한 일 실시예에 따른 반도체 소자(200)로서, 도 1b의 C1 - C1'선에 대응하는 선 단면도이다.
도 3은 본 발명의 기술적 사상에 의한 일 실시예에 따른 반도체 소자(300)로서, 도 1b의 D1 - D1'선에 대응하는 선 단면도이다.
도 4는 본 발명의 기술적 사상에 의한 일 실시예에 따른 반도체 소자(400)로서, 도 1b의 C1 - C1'선에 대응하는 선 단면도이다.
도 5a 내지 도 5i는 본 발명의 기술적 사상에 의한 일 실시예에 따른 반도체 소자의 제조 방법을 설명하기 위하여 공정 순서에 따라 도시한 사시도들이다.
도 6a 내지 도 6h는 본 발명의 기술적 사상에 의한 일 실시예에 따른 반도체 소자의 제조 방법을 설명하기 위하여 공정 순서에 따라 도시한 사시도들이다.
도 7a 내지 도 7j는 본 발명의 기술적 사상에 의한 일 실시예에 따른 반도체 소자의 제조 방법을 설명하기 위하여 공정 순서에 따라 도시한 사시도들이다.
도 8a 내지 도 8g는 본 발명의 기술적 사상에 의한 일 실시예에 따른 반도체 소자의 제조 방법을 설명하기 위하여 공정 순서에 따라 도시한 사시도들이다.FIG. 1A is a perspective view showing a part of a semiconductor device according to an embodiment of the present invention. FIG.
1B is a plan view cut along the xy plane of FIG. 1A.
1C is a sectional view taken along the line C1-C1 'in FIG. 1B.
1D is a sectional view taken along the line D1-D1 'of FIG. 1B.
FIG. 2 is a cross-sectional view taken along line C1-C1 'of FIG. 1B, illustrating a
3 is a cross-sectional view of the
4 is a cross-sectional view taken along line C1-C1 'of FIG. 1B, illustrating a
5A to 5I are perspective views illustrating a method of fabricating a semiconductor device according to an embodiment of the present invention.
6A to 6H are perspective views illustrating a method of fabricating a semiconductor device according to an embodiment of the present invention.
7A to 7J are perspective views illustrating a method of fabricating a semiconductor device according to an embodiment of the present invention.
8A to 8G are perspective views illustrating a method of fabricating a semiconductor device according to an embodiment of the present invention.
이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명한다. 도면상의 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 사용하고, 이들에 대한 중복된 설명은 생략한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. The same reference numerals are used for the same constituent elements in the drawings, and a duplicate description thereof will be omitted.
본발명의 실시예들은 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것으로, 아래의 실시예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래의 실시예들로한정되는 것은 아니다. 오히려, 이들 실시예는 본 개시를 더욱 충실하고 완전하게 하며 당업자에게 본 발명의 사상을 완전하게 전달하기 위하여 제공되는 것이다. Embodiments of the present invention will now be described more fully hereinafter with reference to the accompanying drawings, in which exemplary embodiments of the invention are shown. These embodiments are provided so that this disclosure will be thorough and complete, and will fully convey the scope of the invention to those skilled in the art. The present invention is not limited to the following embodiments. Rather, these embodiments are provided so that this disclosure will be more thorough and complete, and will fully convey the concept of the invention to those skilled in the art.
본명세서에서 제1, 제2 등의 용어가 다양한 부재, 영역, 층들, 부위 및/또는 구성 요소들을 설명하기 위하여 사용되지만, 이들 부재, 부품, 영역, 층들, 부위 및/또는 구성 요소들은 이들 용어에 의해 한정되어서는 안 됨은 자명하다. 이들 용어는 특정 순서나 상하, 또는 우열을 의미하지 않으며, 하나의 부재, 영역, 부위, 또는 구성 요소를 다른 부재, 영역, 부위 또는 구성 요소와 구별하기 위하여만 사용된다. 따라서, 이하 상술할 제1 부재, 영역, 부위 또는 구성 요소는 본 발명의 가르침으로부터 벗어나지 않고서도 제2 부재, 영역, 부위 또는 구성 요소를 지칭할 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위로부터이탈되지 않은 채 제1 구성 요소는 제2 구성 요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성 요소도 제1 구성 요소로 명명될 수 있다.Although the terms first, second, etc. are used herein to describe various elements, regions, layers, regions and / or elements, these elements, components, regions, layers, regions and / It should not be limited by. These terms do not imply any particular order, top, bottom, or top row, and are used only to distinguish one member, region, region, or element from another member, region, region, or element. Thus, a first member, region, region, or element described below may refer to a second member, region, region, or element without departing from the teachings of the present invention. For example, without departing from the scope of the present invention, the first component may be referred to as a second component, and similarly, the second component may also be referred to as a first component.
달리 정의되지 않는 한, 여기에 사용되는 모든 용어들은 기술 용어와 과학 용어를 포함하여 본 발명 개념이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 공통적으로 이해하고 있는 바와 동일한 의미를 지닌다. 또한, 통상적으로 사용되는, 사전에 정의된 바와 같은 용어들은 관련되는 기술의 맥락에서 이들이 의미하는 바와 일관되는 의미를 갖는 것으로 해석되어야 하며, 여기에 명시적으로 정의하지 않는 한 과도하게 형식적인 의미로 해석되어서는 아니 될 것임은 이해될 것이다.Unless otherwise defined, all terms used herein have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which the inventive concept belongs, including technical terms and scientific terms. In addition, commonly used, predefined terms are to be interpreted as having a meaning consistent with what they mean in the context of the relevant art, and unless otherwise expressly defined, have an overly formal meaning It will be understood that it will not be interpreted.
어떤 실시예가 달리 구현 가능한 경우에 특정한 공정 순서는 설명되는 순서와 다르게 수행될 수도 있다. 예를 들어, 연속하여 설명되는 두 공정이 실질적으로 동시에 수행될 수도 있고, 설명되는 순서와 반대의 순서로 수행될 수도 있다.If certain embodiments are otherwise feasible, the particular process sequence may be performed differently from the sequence described. For example, two processes that are described in succession may be performed substantially concurrently, or may be performed in the reverse order to that described.
첨부 도면에 있어서, 예를 들면, 제조 기술 및/또는 공차에 따라, 도시된 형상의 변형들이 예상될 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시예들은 본 명세서에 도시된 영역의 특정 형상에 제한된 것으로 해석되어서는 아니 되며, 예를 들면 제조 과정에서 초래되는 형상의 변화를 포함하여야 한다. In the accompanying drawings, for example, variations in the shape shown may be expected, depending on manufacturing techniques and / or tolerances. Accordingly, embodiments of the present invention should not be construed as limited to any particular shape of the regions shown herein, but should include variations in shape resulting from, for example, manufacturing processes.
도 1a는 본 발명의 기술적 사상에 의한 일 실시예에 따른 반도체 소자의 일부 구성을 보여주는 사시도이다. 도 1b는 도 1a의 x-y 평면을 따라 절개한 평면도이다. 도 1c는 도 1b의 C1 - C1' 선 단면도이다. 도 1d는 도 1b의 D1 - D1' 선 단면도이다.FIG. 1A is a perspective view showing a part of a semiconductor device according to an embodiment of the present invention. FIG. 1B is a plan view cut along the x-y plane of FIG. 1A. 1C is a sectional view taken along the line C1-C1 'in FIG. 1B. 1D is a sectional view taken along the line D1-D1 'of FIG. 1B.
도 1a 내지 도 1d를 참조하면, 반도체 소자(100)는 반도체 기판(101), 기판 절연층(102), 반도체 핀(110), 게이트 전극(120), 게이트 유전막(122), 층간 절연막(130), 콘택 플러그(140) 및 절연 스페이서(150)를 포함한다.1A to 1D, a
본 예에서는 SOI(Silicon-On-Insulator)기판을 사용하여 반도체 소자(100)를 구현한 예를 들어 설명한다. 그러나, 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정되지 않으며, 벌크형(bulk-type) 실리콘 기판을 이용하여 구현될 수도 있다.In this example, an example in which the
일부 실시예에서, 반도체 기판(101)은 실리콘으로 이루어질 수 있다. 기판 절연층(102)은 산화막으로 이루어 질 수 있다.In some embodiments, the
반도체 핀(110)은 Si, Ge, SiGe, SiC, GaAs, InAs, InP 또는 이들의 조합으로 이루어질 수 있다.The
반도체 핀(110)은 제1 소스/드레인 영역(110a), 제2 소스/드레인 영역(110b) 및 채널 영역(110c)을 포함한다. The
도5e에서 후술하는 바와 같이, 제1 소스/드레인 영역(110a) 및 제2 소스/드레인 영역(110b)과 채널 영역(110c)은 동일 물질로 이루어 질 수 있다. 다만 이에 한정되지 않고, 제1 소스/드레인 영역(110a) 및 제2 소스/드레인 영역(110b)과 채널 영역(110c)은 다른 물질로 이루어 질 수 있다.The first source /
제1 소스/드레인 영역(110a) 및 제2 소스/드레인 영역(110b)은 기초 반도체 핀(110x)을 선택적 에피텍셜 성장(Selective Epitaxial Growth: SEG)시켜 형성되며, 자세한 제조 방법은 도 5e에서 후술하도록 한다.The first source /
일부 실시예에서, 제1 소스/드레인 영역(110a)의 상면(110aT) 및 제2 소스/드레인 영역(110b)의 상면(110bT)은 채널 영역(110c)의 상면(110cT)보다 높은 레벨에 위치할 수 있다.In some embodiments, the top surface 110aT of the first source /
게이트 전극(120)은 반도체 핀(110)의 채널 영역(110c) 표면 위를 횡단하여, 기판 절연층(102) 상에 형성된다. 일부 실시예에서, 게이트 전극(120) 중 반도체 핀(110)이 위치하지 않는 영역의 게이트 전극(120)의 높이(120h1)는 게이트 전극(120) 중 반도체 핀(110)이 위치하는 영역의 게이트 전극(120)의 높이(120h2)보다 높다.The
게이트 유전막(122)은 게이트 전극(120)과 기판 절연층(102) 사이 또는 게이트 전극(120)과 채널 영역(110c) 사이에 개재될 수 있다. 즉, 게이트 유전막(122)은 게이트 전극(120)의 하면에 위치한다. 일부 실시예에 있어서, 게이트 유전막(122)은 실리콘 옥사이드일 수 있다. 그러나, 게이트 유전막(122)은 이에 한정되지 않으며, 하프늄 옥사이드, 란탄 옥사이드 등의 고유전 물질 또는 이들의 조합으로 이루어질 수 있다.A
층간 절연막(130)은 게이트 전극(120)과 절연 스페이서(150)를 덮도록 형성된다. 층간 절연막(130)은 예를 들면, 산화막, 질화막, 산질화막 또는 이들의 조합일 수 있다.The
콘택 플러그(140)는 제1 소스/드레인 영역(110a) 및 상기 제2 소스/드레인 영역(110b)에 접촉한다. 일부 실시예에서, 콘택 플러그(140)는 비트 라인 콘택(Direct Contact: DC) 또는 스토리지 콘택(Buried Contact: BC)일 수 있다. 도시되지 않았으나, 일부 실시예에서 비트라인 콘택은 후속공정에서 형성될 수 있는 비트라인(도시되지 않음)에 전기적으로 연결되고, 스토리지 콘택은 후속공정에서 형성될 수 있는 캐패시터(도시되지 않음)에 전기적으로 연결될 수 있다.The
절연 스페이서(150)는 게이트 전극(120)의 양 측벽을 덮는 다중층 구조를 가질 수 있다. 일부 실시예에서, 절연 스페이서(150)는 에어 스페이서(150a) 및 외측 스페이서(150b)를 포함한다. The insulating
도 1c에 도시된 바와 같이, 외측 스페이서(150b) 및 게이트 전극(120) 사이에는 공기가 채워진 에어 스페이서(150a)가 생성되어 있다. 이와 같이, 게이트 전극(120)과 콘택 플러그(140) 사이에 낮은 유전율을 가지는 공기가 채워짐으로서, 게이트 전극(120)과 콘택 플러그(140) 사이에서 발생하는 기생 캐패시턴스가 감소된다.An
일부 실시예에서, 에어 스페이서(150a)는 상기 게이트 전극(120)의 상면(120T)보다 높은 레벨까지 연장될 수 있다. 에어 스페이서(150a)는 제1 소스/드레인 영역(110a)의 상면(110aT) 및 제2 소스/드레인 영역(110b)의 상면(110bT)보다 높은 레벨까지 연장될 수 있다.In some embodiments, the
일부 실시예에서, 에어 스페이서(150a)는 게이트 전극(120)의 측벽을 따라 연속적으로 연장된다. 여기서, 에어 스페이서(150a) 중 반도체 핀(110)이 위치하는 영역의 에어 스페이서의 길이(150h2)는 반도체 핀(110)이 위치하지 않는 영역의 에어 스페이서의길이(150h1)보다 짧을 수 있다.In some embodiments, the
반도체 핀(110)이 연장되는 방향에서, 에어 스페이서(150a)의 상측 폭(D1)은 에어 스페이서(150a)의 하측 폭(D2)보다 작을 수 있다.The upper width D1 of the
외측 스페이서(150b)는 에어 스페이서(150a)를 사이에 두고 게이트 전극(120)의 반대측에 형성된다. 외측 스페이서(150b)는 도 5f에서 후술할 제조 공정에 의해 형성될 수 있다. 일부 실시예에서, 외측 스페이서(150b)는 층간 절연막(130)과 동일 물질일 수 있다. 다른 실시예에서, 외측 스페이서(150b)는 층간 절연막(130)과 다른 물질일 수 있다. 예를 들면, 외측 스페이서(150b)는 산화막, 질화막, 산질화막 또는 이들의 조합일 수 있다.
The
도2는 본 발명의 기술적 사상에 의한 일 실시예에 따른 반도체 소자(200)로서, 도 1b의 C1 - C1'선에 대응하는 선 단면도이다. 도 2에 있어서, 도 1a 내지 도 1d에서와 동일한 참조 부호는 동일 부재를 나타내며, 여기서는 설명의 간략화를 위하여 이들에 대한 중복 설명은 생략한다. FIG. 2 is a cross-sectional view taken along line C1-C1 'of FIG. 1B, illustrating a
도 2를 참조하면, 반도체 소자(200)는 반도체 기판(101), 기판 절연층(102), 게이트 전극(120), 게이트 유전막(122), 층간 절연막(230), 콘택 플러그(140) 및 절연 스페이서(250)를 포함한다.2, the
층간 절연막(230)은 게이트 전극(120)과 절연 스페이서(250)를 덮도록 형성된다. 층간 절연막(230)은 예를 들면, 산화막, 질화막, 산질화막 또는 이들의 조합일 수 있다.The
절연 스페이서(250)는 에어 스페이서(250a), 외측 스페이서(250b) 및 라이너 질화막(250c)을 포함한다.The insulating
도 2에 도시된 바와 같이, 에어 스페이서(250a)는 라이너 질화막(250c)을 사이에 두고 게이트 전극(120)과 이격되어 있다. As shown in FIG. 2, the
외측 스페이서(250b)는 에어 스페이서(250a) 및 라이너 질화막(250c)을 사이에 두고 게이트 전극(120)의 반대측에 형성된다. 외측 스페이서(250b)는 도 6e에서 후술할 제조 공정에 의해 형성될 수있다. 일부 실시예에서, 외측 스페이서(250b)는 층간 절연막(230)과 동일 물질일 수 있다. 다른 실시예에서, 외측 스페이서(250b)는 층간 절연막(230)과 다른 물질일 수 있다. 예를 들면, 외측 스페이서(250b)는 산화막, 질화막, 산질화막 또는 이들의 조합일 수 있다.The
라이너 질화막(250c)은 실리콘 나이트라이드 또는 실리콘 옥시나이트라이드로이루어질 수 있다. 그러나 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니며, 라이너 질화막(250c)은 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 다른 물질을 포함할 수 있다.The
절연 스페이서(250)가 라이너 질화막(250c)을 포함함으로써, 에어 스페이서(250a)의 형성 공정에서 발생할 수 있는 게이트 전극(120)의 손상을 방지할 수 있다.Since the insulating
도3은 본 발명의 기술적 사상에 의한 일 실시예에 따른 반도체 소자(300)로서, 도 1b의 D1 - D1'선에 대응하는 선 단면도이다. 도 3에 있어서, 도 1a 내지 도 2에서와 동일한 참조 부호는 동일 부재를 나타내며, 여기서는 설명의 간략화를 위하여 이들에 대한 중복 설명은 생략한다. 3 is a cross-sectional view of the
도 3을 참조하면, 반도체 소자(300)는 반도체 기판(101), 기판 절연층(102), 반도체 핀(110), 게이트 전극(120), 게이트 유전막(122), 고유전막(324), 층간 절연막(130), 콘택 플러그(140) 및 절연 스페이서(150)를 포함한다.3, the
일부 실시예에서, 고유전막(324)은 게이트 전극(120)과 게이트 유전막(122) 사이에 개재될 수 있다(도 7d 참조).In some embodiments, the high-
고유전막(324)은 실리콘 산화막보다 유전율이 더 큰 물질로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 고유전막(324)은 하프늄 옥사이드, 란탄 옥사이드 등으로 이루어질 수 있다. 다만, 고유전막(324)은 이에 한정하지 않고 다른 물질로 이루어질 수 있음은 물론이다.The high-
도4는 본 발명의 기술적 사상에 의한 일 실시예에 따른 반도체 소자(400)로서, 도 1b의 C1 - C1'선에 대응하는 선 단면도이다. 도 4에 있어서, 도 1a 내지 도 3에서와 동일한 참조 부호는 동일 부재를 나타내며, 여기서는 설명의 간략화를 위하여 이들에 대한 중복 설명은 생략한다. 4 is a cross-sectional view taken along line C1-C1 'of FIG. 1B, illustrating a
도 4를 참조하면, 반도체 소자(400)는 반도체 기판(101), 기판 절연층(102), 게이트 전극(120), 게이트 유전막(122), 층간 절연막(430), 콘택 플러그(440) 및 절연 스페이서(450)를 포함한다.4, the
층간 절연막(430)은 게이트 전극(120) 및 절연 스페이서(450)를 덮도록 형성된다. 층간 절연막(430)은 예를 들면, 산화막, 질화막, 산질화막 또는 이들의 조합일 수 있다.The
일부 실시예에서, 콘택 플러그(440)는 외측 스페이서(450b)에 의해 자기정렬될 수 있다. 즉, 콘택 플러그(440)는 자기정렬된 콘택(Self Align Contact: SAC) 공정에 의해 형성될 수 있다.In some embodiments, the contact plugs 440 may be self-aligned by the
자기정렬된 콘택(SAC) 공정은, 콘택 플러그(440) 형성을 위한 이방성 식각 시 게이트 전극(120)의 측벽에 형성된 외측 스페이서(450b)를 식각 마스크로 사용하는 공정으로써, 포토리소그래피 공정에서의 정렬 여유도(align margin)를 증가시킴은 물론, 메모리 소자 등의 제조에서 게이트 전극 간의 이격 거리를 감소시킬 수 있게 되어 반도체 소자의 집적도를 향상 시킬 수 있다.The self-aligned contact (SAC) process is a process of using an
절연 스페이서(450)는 에어 스페이서(450a) 및 외측 스페이서(450b)를 포함한다. 일부 실시예에서, 에어 스페이서(450a) 및 외측 스페이서(450b)는 도 8a 내지 도 8g에서 후술할 제조 공정에 의해 형성될 수 있다.
도5a 내지 도 5i는 본 발명의 기술적 사상에 의한 일 실시예에 따른 반도체 소자의 제조 방법을 설명하기 위하여 공정 순서에 따라 도시한 사시도들이다. 도 5a 내지 도 5i에 있어서, 도 1a 내지 도 4에서와 동일한 참조 부호는 동일 부재를 나타내며, 여기서는 설명의 간략화를 위하여 이들에 대한 중복 설명은 생략한다. 5A to 5I are perspective views illustrating a method of fabricating a semiconductor device according to an embodiment of the present invention. In Figs. 5A to 5I, the same reference numerals as in Figs. 1A to 4 denote the same members, and a duplicate description thereof will be omitted for the sake of brevity.
도 5a를 참조하면, 기판 절연층(102) 상에 기초 반도체 핀(110x)을 형성한다. 기초 반도체 핀(110x)은 식각 공정에 의해 형성될 수 있다. 본 예에서는 SOI 기판을 이용하여 기초 반도체 핀(110x)을 형성하는 공정을 예로 들어 설명하지만, 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 벌크형 실리콘 기판을 사용하여 반도체 핀(110x)을 형성할 수도 있다.Referring to FIG. 5A, a
도 5b를 참조하면, 게이트 유전막(122x)이 기판 절연층(102)과 기초 반도체 핀(110x)을 덮도록 형성된다. 게이트층(120x)은 게이트 유전막(122x)을 덮도록 형성된다. 일부 실시예에서, 게이트 유전막(122x) 및 게이트층(120x)은 증착 공정에 의해 형성될 수 있다. 게이트층(120x) 형성 후, 화학적 기계적 연마(Chemical Mechanical Polishing: CMP) 공정이 수행될 수 있다.Referring to FIG. 5B, a
도 5c를 참조하면, 게이트층(120x) 중 게이트 전극(120)이 위치할 곳에 게이트 마스크(126)를 형성한다. 게이트 마스크(126)는 산화막일 수 있다. 게이트 마스크(126)를 식각 마스크로 이용하여 노출된 게이트층(120x) 및 게이트 유전막(122x)을 식각한다.Referring to FIG. 5C, a
도 5d를 참조하면, 게이트 전극(120)의 양 측벽을 덮는 희생막(도시되지 않음)을 형성한다. 희생막은 게이트 마스크(126)와의 관계에서 높은 식각 선택비를 갖는 물질로 형성된다. 또한, 희생막은 습식 식각 공정을 통해 용이하게 제거될 수 있는 물질로 형성된다. 희생막으로 사용될 수 있는 물질로는, 예를 들면 실리콘 게르마늄 또는 실리콘 나이트라이드 등을 들 수 있다. 그 후, 희생막을 이방성 식각함으로써 희생 스페이서(550)를 형성한다. 희생막의 식각 공정 시간을 조절하여, 희생 스페이서(550)는 기초 반도체 핀(110x) 부분에 존재하지 않고, 게이트 전극(120) 부분에만 존재하도록 할 수 있다.Referring to FIG. 5D, a sacrificial layer (not shown) covering both side walls of the
도 5e를 참조하면, 상술한 5a 내지 도 5d 공정을 마친 결과물 외부에 노출된 기초 반도체 핀(110x) 부분을 선택적 에피텍셜 성장(SEG)시킴으로써, 반도체 핀(110)을 형성한다. 즉, 선택적 에피텍셜 성장 과정을 통해 기초 반도체 핀(110x)에 반도체 핀(110y)이 결합하여 반도체 핀(110)이 된다(도 1d 참조).Referring to FIG. 5E, the
선택적 에피텍셜 성장은 여러 가지 방법이 존재한다. 그 중 호모에피택시(homoepitaxy)의 경우, 기초 반도체 핀(110x) 및 반도체 핀(110y)은 동일 물질일 수 있다. 한편, 헤테로에피택시(heteroepitxy)의 경우 기초 반도체 핀(110x) 및 반도체 핀(110y)은 서로 다른 조성을 갖는 실리콘일 수 있다.There are various methods for selective epitaxial growth. In the case of homoepitaxy, the
선택적 에피택셜 성장은 감압 화학적 기상 증착(reduced pressure chemical vapor deposition)방법 또는 저압 화학적 기상 증착(low pressure chemical vapor deposition) 방법으로 구현될 수 있다. 선택적 에피택셜 성장은 플로우 가스로 수소 가스를 사용할 수 있다. The selective epitaxial growth can be realized by a reduced pressure chemical vapor deposition method or a low pressure chemical vapor deposition method. Selective epitaxial growth can use hydrogen gas as the flow gas.
반도체 핀(110)은 제1 소스/드레인 영역(110a)과 제2 소스/드레인 영역(110b)을 포함할 수 있다. 제1 소스/드레인 영역(110a) 및 제2 소스/드레인 영역(110b)은 예를 들면, 이온 주입 공정을 통하여 형성될 수 있다.The
도 5f및 도 5g를 참조하면, 희생 스페이서(550)를 덮는 외측 스페이서(150b)를 형성한 후, 희생 스페이서(550)를 제거한다. 도시된 바와 같이, 외측 스페이서(150b)는 희생 스페이서(550)의 상면이 노출되도록 형성한다. 즉, 기판 절연층(102)으로부터 외측 스페이서(150b)의 상면까지 높이는, 기판 절연층(102)으로부터 희생 스페이서(550)의 상면까지 높이보다 낮다. 희생 스페이서(550)를 제거하는 공정은 선택적 습식 식각 공정을 통해 수행될 수 있다.Referring to FIGS. 5F and 5G, after the
도 5h를 참조하면, 상술한 5a 내지 도 5g 공정을 마친 결과물의 상부를 덮는 층간 절연막(130x)을 형성한다. 일부 실시예에서, 층간 절연막(130x)은 PVD 공정에 의해 형성될 수 있다. 층간 절연막(130x)은 희생 스페이서(650)가 제거된 부분을 매립하지 않도록 형성됨으로써, 절연 스페이서(150)는 에어 스페이서(150a)를 갖는다. 층간 절연막(130x)이 형성된 후에 CMP 공정이 수행될 수 있다. 도 5h에 도시한 바와 같이, 상기 층간 절연막(130x)을 형성하는 동안 층간 절연막(130x) 형성 물질이 에어 스페이서(150a) 내부로 침입하여 게이트 전극(120)의 측벽을 덮을 수 있으나, 본 발명의 기술적 사상은 반드시 도 5h에 도시된 바에 한정되는 것은 아니다.Referring to FIG. 5H, an
도 5i를 참조하면, 층간 절연막(130x)의 소정 부분을 식각하고, 도전 물질을 증착함으로서 콘택 플러그(140)를 형성한다. Referring to FIG. 5I, a predetermined portion of the
상기 설명한 공정들을 이용함으로써, 도전 패턴들 사이에서 기생 캐패시턴스가 감소되는 반도체 소자를 제조할 수 있다.
By using the above-described processes, it is possible to manufacture a semiconductor device in which the parasitic capacitance is reduced between the conductive patterns.
도 6a 내지 도 6h는 본 발명의 기술적 사상에 의한 일 실시예에 따른 반도체 소자의 제조 방법을 설명하기 위하여 공정 순서에 따라 도시한 사시도들이다. 도 6a 내지 도 6h에 있어서, 도 1a 내지 도 5i에서와 동일한 참조 부호는 동일 부재를 나타내며, 여기서는 설명의 간략화를 위하여 이들에 대한 중복 설명은 생략한다.6A to 6H are perspective views illustrating a method of fabricating a semiconductor device according to an embodiment of the present invention. 6A to 6H, the same reference numerals as in Figs. 1A to 5I denote the same members, and a duplicate description thereof will be omitted for the sake of simplicity.
도 6a를 참조하면, 기판 절연층(102)에 기초 반도체 핀(110x), 게이트 전극(120), 게이트 유전막(122) 및 게이트 마스크(126)를 형성한다. 이러한 공정은 상술한 도 5a 내지 5c의 공정과 유사하게 수행될 수 있다.Referring to FIG. 6A, a
도 6b를 참조하면, 게이트 전극(120)의 양 측벽을 덮는 라이너 질화막(250c)을 형성하고, 라이너 질화막(250c)을 덮는 희생 스페이서(650)를 형성한다. 희생 스페이서(650)의 형성 과정은 도5d에서 상술한 바와 유사하게 수행될 수 있다.Referring to FIG. 6B, a
도 6c를 참조하면, 선택적 에피텍셜 성장 과정을 통해 반도체 핀(110)을 형성하고, 이온 주입 공정을 통하여 제1 소스/드레인 영역(110a) 및 제2 소스/드레인 영역(110b)을 형성한다. 반도체 핀(110)의 형성 과정은 도 5e에서 상술한 바와 유사하게 수행될 수 있다.Referring to FIG. 6C, a
도 6d 및 도 6e를 참조하면, 희생 스페이서(650)를 덮는 외측 스페이서(250b)를 형성한 후, 희생 스페이서(650)를 제거한다. 이러한 공정은 도 5f 및 도 5g에서 상술한 바와 유사하게 수행될 수 있다.6D and 6E, after forming the
도 6f를 참조하면, 상술한 도 6a 내지 도 6e 공정을 마친 결과물의 상부를 덮는 층간 절연막(230x)을 형성한다. 층간 절연막(230x)은 희생 스페이서(650)가 제거된 부분을 매립하지 않도록 형성됨으로써, 절연 스페이서(250)는 에어 스페이서(250a)를 갖는다.Referring to FIG. 6F, an
도 6f에 도시한 바와 같이, 상기 층간 절연막(230x)을 형성하는 동안 층간 절연막(230x) 형성 물질이 에어 스페이서(250a) 내부로 침입하여 게이트 전극(120)의 측벽을 덮을 수 있으나, 본 발명의 기술적 사상은 반드시 도 6f에 도시된 바에 한정되는 것은 아니다.The interlayer insulating
도 6g를 참조하면, 콘택 플러그(140)를 형성하기 위해, 층간 절연막(230x)의 일부를 식각한다. 이후, 노출된 제1 소스/드레인 영역 및 제2 소스/드레인 영역 각각에 접촉하는 콘택 플러그(140)가 형성되고, CMP 공정이 추가적으로 수행될 수 있다.6G, in order to form the
도 7a 내지 도 7j는 본 발명의 기술적 사상에 의한 일 실시예에 따른 반도체 소자의 제조 방법을 설명하기 위하여 공정 순서에 따라 도시한 사시도들이다. 도 7a 내지 도 7j에 있어서, 도 1a 내지 도 6g에서와 동일한 참조 부호는 동일 부재를 나타내며, 여기서는 설명의 간략화를 위하여 이들에 대한 중복 설명은 생략한다. 7A to 7J are perspective views illustrating a method of fabricating a semiconductor device according to an embodiment of the present invention. In Figs. 7A to 7J, the same reference numerals as in Figs. 1A to 6G denote the same members, and a duplicate description thereof will be omitted for the sake of brevity.
도 7a를 참조하면, 기판 절연층(102) 상에 기초 반도체 핀(110x)을 형성한다. 이러한 공정은 도 5a에서 상술한 바와 유사하게 수행될 수 있다.Referring to FIG. 7A, a
도 7b내지 7d를 참조하면, 기초 반도체 핀(110x)과 기판 절연층(102)의 상면을 덮도록 희생막(752a)을 형성한다. 희생막(752a)으로 사용될 수 있는 물질로는, 예를 들면 실리콘 게르마늄 또는 실리콘 나이트라이드 등을 들 수 있다. 7B to 7D, a
그 후, 후속공정으로 형성될 게이트 전극(120) 부분의 희생막(752a)을 식각함으로써, 희생막(752b)을 형성한다. Thereafter, the
희생막(752b) 형성 후, 노출된 기판 절연층(102)에 게이트 유전막(122), 고유전막(324) 및 게이트 전극(120)을 형성시킨다. 게이트 유전막(122), 고유전막(324) 및 게이트 전극(120)은 증착 공정에 의해 수행될 수 있다. The
그 후, 희생막(752b)의 상면이 노출되도록 CMP 공정을 수행한 후, 희생막(752b)을 제거한다. 희생막(752b)은 식각 공정을 통해 제거될 수 있다.Thereafter, the CMP process is performed so that the top surface of the
도 7e를 참조하면, 게이트 전극(120)의 양 측벽을 덮는 희생 스페이서(750a)를 형성한다. 희생 스페이서(750a)의 제조 공정은 도5d에서 상술한 바와 유사하게 수행될 수 있다. 7E, a
도 7f를 참조하면, 상술한 도 7a 내지 도 7f 공정을 마친 결과물 외부에 노출된 기초 반도체 핀(110x) 부분을 선택적 에피텍셜 성장시킴으로써, 반도체 핀(110)을 형성하고, 이온 주입 공정을 통하여 제1 소스/드레인 영역(110a) 및 제2 소스/드레인 영역(110b)을 형성한다. 반도체 핀(110)의 형성 과정은 도 5e에서 상술한 바와 유사하게 수행될 수 있다.Referring to FIG. 7F, the
반도체 핀(110) 형성 후, 희생 스페이서(750b)를 형성한다. 희생 스페이서(750b)는 희생 스페이서(750a)를 덮도록 형성되며, 제조 공정은 도 5d에서 상술한 바와 유사하게 수행될 수 있다.After forming the
도 7g 및 도 7h를 참조하면, 희생 스페이서(750b)를 덮는 외측 스페이서(150b)를 형성한 후, 희생 스페이서(750b)를 제거한다. 도시된 바와 같이, 외측 스페이서(150b)는 희생 스페이서(750b)의 상면이 노출되도록 형성한다. 즉, 기판 절연층(102)으로부터 외측 스페이서(150b)의 상면까지 높이는, 기판 절연층(102)으로부터 희생 스페이서(750b)의 상면까지 높이보다 낮다. 희생 스페이서(750b)를 제거하는 공정은 선택적 습식 식각 공정을 통해 수행될 수 있다.Referring to Figures 7G and 7H, after forming the
도 7i를 참조하면, 상술한 7a 내지 도 7h 공정을 마친 결과물의 상부를 덮는 층간 절연막(130x)을 형성한다. 층간 절연막(130x)은 희생 스페이서(750b)가 제거된 부분을 매립하지 않도록 형성됨으로써, 절연 스페이서(150)는 에어 스페이서(150a)를 갖는다. 도 7i에 도시한 바와 같이, 상기 층간 절연막(130x)을 형성하는 동안 층간 절연막(130x) 형성 물질이 에어 스페이서(150a) 내부로 침입하여 게이트 전극(120)의 측벽을 덮을 수 있으나, 본 발명의 기술적 사상은 반드시 도 7i에 도시된 바에 한정되는 것은 아니다. Referring to FIG. 7I, an
층간 절연막(130x)을 형성한 후, CMP 공정이 수행될 수 있다.After the
도 7j를 참조하면, 콘택 플러그(140)를 형성하기 위해, 층간 절연막(130x)의 일부를 식각한다. 이후, 노출된 제1 소스/드레인 영역 및 제2 소스/드레인 영역 각각에 접촉하는 콘택 플러그가 형성되고, CMP 공정이 추가적으로수행될 수 있다.Referring to FIG. 7J, a part of the
도 8a 내지 도 8g는 본 발명의 기술적 사상에 의한 일 실시예에 따른 반도체 소자의 제조 방법을 설명하기 위하여 공정 순서에 따라 도시한 사시도들이다. 도 8a 내지 도 8h에 있어서, 도 1a 내지 도 7k에서와 동일한 참조 부호는 동일 부재를 나타내며, 여기서는 설명의 간략화를 위하여 이들에 대한 중복 설명은 생략한다.8A to 8G are perspective views illustrating a method of fabricating a semiconductor device according to an embodiment of the present invention. In Figs. 8A to 8H, the same reference numerals as in Figs. 1A to 7K denote the same members, and a duplicate description thereof will be omitted for the sake of simplicity.
도 8a를 참조하면, 기판 절연층(102)에 기초 반도체 핀(110x)과 희생막(752b)을 형성한다. 이러한 공정은 상술한 도 7a 내지 7c의 공정과 유사하게 수행될 수 있다.Referring to FIG. 8A, a
도 8b를 참조하면, 희생막(752b) 형성 후 노출된 기판 절연층(102)에 게이트 유전막(122), 고유전막(324), 게이트 전극(120) 및 질화막(826)을 형성시킨 후, 희생막(752b)을 제거한다. 게이트 유전막(122), 고유전막(324), 게이트 전극(120) 및 질화막(826)은 증착 공정에 의해 수행될 수 있다. 희생막(752b)의 식각 공정에 앞서 CMP 공정이 수행될 수 있다.8B, a
도 8c를 참조하면, 게이트 전극(120)의 양 측벽을 덮는 질화 스페이서(850a)를 형성한다. 질화 스페이서(850a)의 제조 공정은 도 5d에서 상술한 바와 유사하게 수행될 수 있다. Referring to FIG. 8C, a
도 8d를 참조하면, 상술한 도 8a 내지 도 8c 공정을 마친 결과물 외부에 노출된 기초 반도체 핀(110x) 부분을 선택적 에피텍셜 성장시킴으로써, 반도체 핀(110)을 형성하고, 이온 주입 공정을 통하여 제1 소스/드레인 영역(110a) 및 제2 소스/드레인 영역(110b)을 형성한다. 반도체 핀(110)의 형성 과정은 도 5e에서 상술한 바와 유사하게 수행될 수 있다.8D, a
반도체 핀(110) 형성 후, 질화 스페이서(850b)를 형성한다. 질화 스페이서(850b)는 질화 스페이서(850a)를 덮도록 형성되며, 제조 공정은 도 5d에서 상술한 바와 유사하게 수행될 수 있다.After the
도 8e를 참조하면, 상술한 8a 내지 도 8d 공정을 마친 결과물의 상부를 덮는 층간 절연막(430x)을 형성한다. 층간 절연막(430x)을 형성한 후, CMP 공정이 수행될 수 있다.Referring to FIG. 8E, an
도 8f를 참조하면, 층간 절연막(430x)의 일부를 식각하여 콘택홀(도시되지 않음)을 형성한다. 콘택홀은 질화 스페이서(850b)에 의해 자기정렬되어 형성된다. 콘택홀이 자기정렬되어 형성될 경우, 정렬 여유도가 증가하고 단위 셀들의 집적도를 증가시킬 수 있다. 콘택 플러그(440)는 콘택홀에 형성된다. 콘택 플러그(440)는 제1 소스/드레인 영역 및 제2 소스/드레인 영역 각각에 접촉한다. 콘택 플러그(440) 형성 후에는 CMP 공정이 추가적으로 수행될 수 있다.Referring to FIG. 8F, a part of the
도 8g를 참조하면, 질화막(826) 및 질화 스페이서(850a, 850b)를 식각 공정을 통해 제거한다. 그 후, 질화막(826) 및 질화 스페이서(850a, 850b)가 제거된 공간에 실리콘 옥사이드를 증착시켜, 에어 스페이서(450a), 외측 스페이서(450b) 및 층간 절연막(430)을 형성한다. 일부 실시예에서, 외측 스페이서(450b) 및 층간 절연막(430)은 동일 물질일 수 있다. 외측 스페이서(450b) 및 층간 절연막(430)은 예를 들어, 실리콘 옥사이드일 수 있다.Referring to FIG. 8G, the
이상, 본 발명을 바람직한 실시예를 들어 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않고, 본 발명의 기술적 사상 및 범위 내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러가지 변형 및 변경이 가능하다. While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments, but, on the contrary, This is possible.
100: 반도체 소자
101: 반도체 기판
102: 기판 절연층
110: 반도체 핀
110a: 제1 소스/드레인 영역
110b: 제2 소스/드레인 영역
120: 게이트 전극
122: 게이트 유전막
130: 층간 절연막
140: 콘택 플러그
150: 절연 스페이서
150a: 에어 스페이서
150b: 외측 스페이서
250c: 라이너 질화막
324: 고유전막100: semiconductor element
101: semiconductor substrate 102: substrate insulating layer
110: semiconductor pin
110a: first source /
120: gate electrode 122: gate dielectric film
130: interlayer insulating film 140: contact plug
150:
150b:
324: high dielectric constant film
Claims (10)
상기 채널영역 표면 위를 횡단하며, 상기 반도체 기판 상에 형성되는 게이트 전극과,
상기 게이트 전극과 상기 채널 영역 사이에 위치하는 게이트 유전막과,
상기 제1 소스/드레인 영역 및 상기 제2 소스/드레인 영역에 접촉하는 콘택 플러그와,
상기 게이트 전극의 양 측벽을 덮는 다중층 구조의 절연 스페이서를 포함하고,
상기 절연 스페이서는 에어 스페이서를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자.A semiconductor fin formed on the semiconductor substrate and including a first source / drain region, a second source / drain region, and a channel region;
A gate electrode traversing the surface of the channel region and formed on the semiconductor substrate;
A gate dielectric layer positioned between the gate electrode and the channel region,
A contact plug in contact with the first source / drain region and the second source / drain region,
And an insulating spacer having a multi-layer structure covering both side walls of the gate electrode,
Wherein the insulating spacer comprises an air spacer.
상기 절연 스페이서는 라이너 질화막을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자.
The method according to claim 1,
Wherein the insulating spacer further comprises a liner nitride film.
상기 에어 스페이서는 상기 라이너 질화막을 사이에 두고 상기 게이트 전극과 이격되어 있는 것을 특징으로 하는 반도체 소자.3. The method of claim 2,
Wherein the air spacer is spaced apart from the gate electrode with the liner nitride film interposed therebetween.
상기 절연 스페이서는 상기 에어 스페이서를 사이에 두고 상기 게이트 전극의 반대측에 있는 외측 스페이서를 더 포함하고,
상기 콘택 플러그는 상기 외측 스페이서에 의해 자기정렬되는 것을 특징으로 하는 반도체 소자.The method according to claim 1,
Wherein the insulating spacer further comprises an outer spacer on the opposite side of the gate electrode with the air spacer therebetween,
And the contact plug is self-aligned by the outer spacers.
상기 에어 스페이서는 상기 게이트 전극의 상면보다 높은 레벨까지 연장되어 있는 것을 특징으로 하는 반도체 소자.The method according to claim 1,
Wherein the air spacers extend to a level higher than the upper surface of the gate electrode.
상기 에어 스페이서는 상기 제1 소스/드레인 영역 및 상기 제2 소스/드레인 영역의 상면보다 높은 레벨까지 연장되어 있는 것을 특징으로 하는 반도체 소자.The method according to claim 1,
And the air spacers extend to a level higher than the upper surfaces of the first source / drain region and the second source / drain region.
상기 에어 스페이서는 상기 게이트 전극의 측벽을 따라 연속적으로 연장되는 것을 특징으로 하는 반도체 소자.The method according to claim 1,
Wherein the air spacers extend continuously along a sidewall of the gate electrode.
상기 에어 스페이서 중 상기 반도체 핀이 위치하는 영역의 에어 스페이서의 길이는 상기 반도체 핀이 위치하지 않는 영역의 에어 스페이서의 길이보다 짧은 것을 특징으로 하는 반도체 소자.8. The method of claim 7,
Wherein a length of the air spacers in the region where the semiconductor pins are located is shorter than a length of air spacers in the region where the semiconductor pins are not located.
상기 제1 소스/드레인 영역 및 상기 제2 소스/드레인영역의 상면은 상기 채널 영역의 상면보다 높은 레벨에 위치하고,
상기 제1 소스/드레인 영역 및 상기 제2 소스/드레인 영역과 상기 채널 영역은 동일 물질로 이루어지는 것을 특징으로 하는 반도체 소자.The method according to claim 1,
Drain regions and upper surfaces of the first source / drain regions and the second source / drain regions are located at a level higher than the upper surface of the channel region,
Wherein the first source / drain region and the second source / drain region and the channel region are made of the same material.
상기 반도체 핀이 연장되는 방향을 따라, 상기 에어 스페이서의 상측 폭은 상기 에어 스페이서의 하측 폭보다 작은 것을 특징으로 하는 반도체 소자.The method according to claim 1,
Wherein an upper width of the air spacers is smaller than a lower width of the air spacers along a direction in which the semiconductor pins extend.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020140001512A KR102131325B1 (en) | 2014-01-06 | 2014-01-06 | Semiconductor device having air spacer |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020140001512A KR102131325B1 (en) | 2014-01-06 | 2014-01-06 | Semiconductor device having air spacer |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
KR20150081738A true KR20150081738A (en) | 2015-07-15 |
KR102131325B1 KR102131325B1 (en) | 2020-07-07 |
Family
ID=53793488
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
KR1020140001512A KR102131325B1 (en) | 2014-01-06 | 2014-01-06 | Semiconductor device having air spacer |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
KR (1) | KR102131325B1 (en) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US9627514B1 (en) | 2015-12-28 | 2017-04-18 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Semiconductor device and method of fabricating the same |
WO2019066788A1 (en) * | 2017-09-27 | 2019-04-04 | Intel Corporation | Epitaxial oxide plug for strained transistors |
KR20200108511A (en) * | 2018-02-15 | 2020-09-18 | 어플라이드 머티어리얼스, 인코포레이티드 | Air gap formation processes |
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20130221414A1 (en) * | 2012-02-27 | 2013-08-29 | Chao Zhao | Semiconductor FET and Method for Manufacturing the Same |
KR20130106622A (en) * | 2012-03-20 | 2013-09-30 | 삼성전자주식회사 | Semiconductor device and method for manufacturing the device |
-
2014
- 2014-01-06 KR KR1020140001512A patent/KR102131325B1/en active IP Right Grant
Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20130221414A1 (en) * | 2012-02-27 | 2013-08-29 | Chao Zhao | Semiconductor FET and Method for Manufacturing the Same |
KR20130106622A (en) * | 2012-03-20 | 2013-09-30 | 삼성전자주식회사 | Semiconductor device and method for manufacturing the device |
Cited By (10)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US9627514B1 (en) | 2015-12-28 | 2017-04-18 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Semiconductor device and method of fabricating the same |
WO2019066788A1 (en) * | 2017-09-27 | 2019-04-04 | Intel Corporation | Epitaxial oxide plug for strained transistors |
US11251302B2 (en) | 2017-09-27 | 2022-02-15 | Intel Corporation | Epitaxial oxide plug for strained transistors |
US11757037B2 (en) | 2017-09-27 | 2023-09-12 | Intel Corporation | Epitaxial oxide plug for strained transistors |
KR20200108511A (en) * | 2018-02-15 | 2020-09-18 | 어플라이드 머티어리얼스, 인코포레이티드 | Air gap formation processes |
CN111712924A (en) * | 2018-02-15 | 2020-09-25 | 应用材料公司 | Air gap forming process |
US11211286B2 (en) | 2018-02-15 | 2021-12-28 | Applied Materials, Inc. | Airgap formation processes |
KR20220100724A (en) * | 2018-02-15 | 2022-07-15 | 어플라이드 머티어리얼스, 인코포레이티드 | Airgap formation processes |
US11735467B2 (en) | 2018-02-15 | 2023-08-22 | Applied Materials, Inc. | Airgap formation processes |
CN111712924B (en) * | 2018-02-15 | 2023-12-29 | 应用材料公司 | Air gap forming process |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
KR102131325B1 (en) | 2020-07-07 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
TWI741076B (en) | Integrated circuit device | |
US11846871B2 (en) | Device with a recessed gate electrode that has high thickness uniformity | |
KR102413371B1 (en) | Semiconductor device | |
KR102432894B1 (en) | Semiconductor device | |
CN107452797B (en) | Semiconductor device with a plurality of transistors | |
KR20230118785A (en) | A semiconductor device | |
TW201907486A (en) | Integrated circuit device and method of manufacturing the same | |
CN107785273B (en) | Semiconductor device and method for manufacturing the same | |
CN102237364B (en) | Manufacturing method of storage device | |
KR102406663B1 (en) | Method of manufacturing integrated circuit device | |
US20200328207A1 (en) | Semiconductor devices | |
KR102495914B1 (en) | Semiconductor Device | |
US9966377B2 (en) | Semiconductor devices including fin-shaped active patterns in different conductivity type regions | |
US10186485B2 (en) | Planarized interlayer dielectric with air gap isolation | |
CN107689347B (en) | Method for manufacturing semiconductor device | |
US11282787B2 (en) | Semiconductor devices having improved electrical characteristics and methods of fabricating the same | |
KR102667796B1 (en) | Semiconductor device and manufacturing method of the same | |
CN111106176A (en) | Semiconductor device, method of manufacturing the same, and electronic apparatus including the same | |
CN106469725B (en) | Memory element and method for manufacturing the same | |
KR102131325B1 (en) | Semiconductor device having air spacer | |
TWI567752B (en) | Memory device and method of fabricating the same | |
US20230106015A1 (en) | Semiconductor devices | |
US20130049087A1 (en) | Semiconductor device and method of manufacturing the same | |
TWI718806B (en) | Memory device and method of manufacturing the same | |
KR102368594B1 (en) | Semiconductor device comprising fin capacitors |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
E902 | Notification of reason for refusal | ||
E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
GRNT | Written decision to grant |