KR20170136961A - Field Effect Transistor and Method of fabricating the same - Google Patents
Field Effect Transistor and Method of fabricating the same Download PDFInfo
- Publication number
- KR20170136961A KR20170136961A KR1020160145958A KR20160145958A KR20170136961A KR 20170136961 A KR20170136961 A KR 20170136961A KR 1020160145958 A KR1020160145958 A KR 1020160145958A KR 20160145958 A KR20160145958 A KR 20160145958A KR 20170136961 A KR20170136961 A KR 20170136961A
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- pin structures
- portions
- lower portion
- upper portions
- patterns
- Prior art date
Links
- 230000005669 field effect Effects 0.000 title abstract description 18
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title abstract description 12
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims abstract description 163
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 80
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 47
- 238000002955 isolation Methods 0.000 claims description 96
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 52
- 239000013078 crystal Substances 0.000 claims description 39
- 230000007547 defect Effects 0.000 claims description 24
- 238000009413 insulation Methods 0.000 claims description 9
- 230000010354 integration Effects 0.000 abstract description 4
- 239000010408 film Substances 0.000 description 96
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 90
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 27
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 27
- 229910000577 Silicon-germanium Inorganic materials 0.000 description 14
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 13
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 12
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 10
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 10
- 125000006850 spacer group Chemical group 0.000 description 9
- 229910052732 germanium Inorganic materials 0.000 description 8
- 239000011229 interlayer Substances 0.000 description 8
- LEVVHYCKPQWKOP-UHFFFAOYSA-N [Si].[Ge] Chemical compound [Si].[Ge] LEVVHYCKPQWKOP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 7
- 238000005229 chemical vapour deposition Methods 0.000 description 6
- GNPVGFCGXDBREM-UHFFFAOYSA-N germanium atom Chemical compound [Ge] GNPVGFCGXDBREM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 229910021420 polycrystalline silicon Inorganic materials 0.000 description 5
- 229920005591 polysilicon Polymers 0.000 description 5
- 229910021332 silicide Inorganic materials 0.000 description 5
- FVBUAEGBCNSCDD-UHFFFAOYSA-N silicide(4-) Chemical compound [Si-4] FVBUAEGBCNSCDD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- IHGSAQHSAGRWNI-UHFFFAOYSA-N 1-(4-bromophenyl)-2,2,2-trifluoroethanone Chemical compound FC(F)(F)C(=O)C1=CC=C(Br)C=C1 IHGSAQHSAGRWNI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- JBRZTFJDHDCESZ-UHFFFAOYSA-N AsGa Chemical compound [As]#[Ga] JBRZTFJDHDCESZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229910000530 Gallium indium arsenide Inorganic materials 0.000 description 4
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- KXNLCSXBJCPWGL-UHFFFAOYSA-N [Ga].[As].[In] Chemical compound [Ga].[As].[In] KXNLCSXBJCPWGL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 4
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 4
- 229910052735 hafnium Inorganic materials 0.000 description 4
- 229910021421 monocrystalline silicon Inorganic materials 0.000 description 4
- 229910052814 silicon oxide Inorganic materials 0.000 description 4
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000010937 tungsten Substances 0.000 description 4
- 229910005542 GaSb Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000000231 atomic layer deposition Methods 0.000 description 3
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 3
- VTGARNNDLOTBET-UHFFFAOYSA-N gallium antimonide Chemical compound [Sb]#[Ga] VTGARNNDLOTBET-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- VBJZVLUMGGDVMO-UHFFFAOYSA-N hafnium atom Chemical compound [Hf] VBJZVLUMGGDVMO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- RPQDHPTXJYYUPQ-UHFFFAOYSA-N indium arsenide Chemical compound [In]#[As] RPQDHPTXJYYUPQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000011810 insulating material Substances 0.000 description 3
- 150000004767 nitrides Chemical class 0.000 description 3
- 230000000644 propagated effect Effects 0.000 description 3
- 230000001902 propagating effect Effects 0.000 description 3
- HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N silicon carbide Chemical compound [Si+]#[C-] HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910052715 tantalum Inorganic materials 0.000 description 3
- GUVRBAGPIYLISA-UHFFFAOYSA-N tantalum atom Chemical compound [Ta] GUVRBAGPIYLISA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- -1 tungsten nitride Chemical class 0.000 description 3
- GPXJNWSHGFTCBW-UHFFFAOYSA-N Indium phosphide Chemical compound [In]#P GPXJNWSHGFTCBW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- BPQQTUXANYXVAA-UHFFFAOYSA-N Orthosilicate Chemical compound [O-][Si]([O-])([O-])[O-] BPQQTUXANYXVAA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 208000012868 Overgrowth Diseases 0.000 description 2
- KDLHZDBZIXYQEI-UHFFFAOYSA-N Palladium Chemical compound [Pd] KDLHZDBZIXYQEI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910006990 Si1-xGex Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910007020 Si1−xGex Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052581 Si3N4 Inorganic materials 0.000 description 2
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- NRTOMJZYCJJWKI-UHFFFAOYSA-N Titanium nitride Chemical compound [Ti]#N NRTOMJZYCJJWKI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- FTWRSWRBSVXQPI-UHFFFAOYSA-N alumanylidynearsane;gallanylidynearsane Chemical compound [As]#[Al].[As]#[Ga] FTWRSWRBSVXQPI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 2
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- LVQULNGDVIKLPK-UHFFFAOYSA-N aluminium antimonide Chemical compound [Sb]#[Al] LVQULNGDVIKLPK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- MDPILPRLPQYEEN-UHFFFAOYSA-N aluminium arsenide Chemical compound [As]#[Al] MDPILPRLPQYEEN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910017052 cobalt Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010941 cobalt Substances 0.000 description 2
- GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N cobalt atom Chemical compound [Co] GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- HZXMRANICFIONG-UHFFFAOYSA-N gallium phosphide Chemical compound [Ga]#P HZXMRANICFIONG-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
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 2
- WPYVAWXEWQSOGY-UHFFFAOYSA-N indium antimonide Chemical compound [Sb]#[In] WPYVAWXEWQSOGY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000012212 insulator Substances 0.000 description 2
- 238000004943 liquid phase epitaxy Methods 0.000 description 2
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 2
- 238000001451 molecular beam epitaxy Methods 0.000 description 2
- RVTZCBVAJQQJTK-UHFFFAOYSA-N oxygen(2-);zirconium(4+) Chemical compound [O-2].[O-2].[Zr+4] RVTZCBVAJQQJTK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229920002120 photoresistant polymer Polymers 0.000 description 2
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Chemical compound [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000005498 polishing Methods 0.000 description 2
- 229910010271 silicon carbide Inorganic materials 0.000 description 2
- HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N silicon nitride Chemical compound N12[Si]34N5[Si]62N3[Si]51N64 HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000000348 solid-phase epitaxy Methods 0.000 description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 2
- MZLGASXMSKOWSE-UHFFFAOYSA-N tantalum nitride Chemical compound [Ta]#N MZLGASXMSKOWSE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 2
- WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N tungsten Chemical compound [W] WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000000927 vapour-phase epitaxy Methods 0.000 description 2
- 229910001928 zirconium oxide Inorganic materials 0.000 description 2
- GFQYVLUOOAAOGM-UHFFFAOYSA-N zirconium(iv) silicate Chemical compound [Zr+4].[O-][Si]([O-])([O-])[O-] GFQYVLUOOAAOGM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910000980 Aluminium gallium arsenide Inorganic materials 0.000 description 1
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910017855 NH 4 F Inorganic materials 0.000 description 1
- KJTLSVCANCCWHF-UHFFFAOYSA-N Ruthenium Chemical compound [Ru] KJTLSVCANCCWHF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- QCWXUUIWCKQGHC-UHFFFAOYSA-N Zirconium Chemical compound [Zr] QCWXUUIWCKQGHC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- GDFCWFBWQUEQIJ-UHFFFAOYSA-N [B].[P] Chemical compound [B].[P] GDFCWFBWQUEQIJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000005234 chemical deposition Methods 0.000 description 1
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 1
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 1
- 239000002019 doping agent Substances 0.000 description 1
- 238000001534 heteroepitaxy Methods 0.000 description 1
- 238000005468 ion implantation Methods 0.000 description 1
- 238000010030 laminating Methods 0.000 description 1
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 description 1
- 239000002070 nanowire Substances 0.000 description 1
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 1
- RUFLMLWJRZAWLJ-UHFFFAOYSA-N nickel silicide Chemical compound [Ni]=[Si]=[Ni] RUFLMLWJRZAWLJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910021334 nickel silicide Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052758 niobium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010955 niobium Substances 0.000 description 1
- GUCVJGMIXFAOAE-UHFFFAOYSA-N niobium atom Chemical compound [Nb] GUCVJGMIXFAOAE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 1
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 description 1
- 229910052763 palladium Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000000059 patterning Methods 0.000 description 1
- 239000012071 phase Substances 0.000 description 1
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052707 ruthenium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000005368 silicate glass Substances 0.000 description 1
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 1
- 229910021341 titanium silicide Inorganic materials 0.000 description 1
- WQJQOUPTWCFRMM-UHFFFAOYSA-N tungsten disilicide Chemical compound [Si]#[W]#[Si] WQJQOUPTWCFRMM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910021342 tungsten silicide Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052726 zirconium Inorganic materials 0.000 description 1
- ZVWKZXLXHLZXLS-UHFFFAOYSA-N zirconium nitride Chemical compound [Zr]#N ZVWKZXLXHLZXLS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor devices adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching, or capacitors or resistors with at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. 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
- H01L29/7831—Field effect transistors with field effect produced by an insulated gate with multiple gate structure
-
- 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
- H01L21/77—Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components or integrated circuits formed in, or on, a common substrate
- H01L21/78—Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components or integrated circuits formed in, or on, a common substrate with subsequent division of the substrate into plural individual devices
- H01L21/82—Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components or integrated circuits formed in, or on, a common substrate with subsequent division of the substrate into plural individual devices to produce devices, e.g. integrated circuits, each consisting of a plurality of components
- H01L21/822—Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components or integrated circuits formed in, or on, a common substrate with subsequent division of the substrate into plural individual devices to produce devices, e.g. integrated circuits, each consisting of a plurality of components the substrate being a semiconductor, using silicon technology
- H01L21/8232—Field-effect technology
- H01L21/8234—MIS technology, i.e. integration processes of field effect transistors of the conductor-insulator-semiconductor type
- H01L21/823462—MIS technology, i.e. integration processes of field effect transistors of the conductor-insulator-semiconductor type with a particular manufacturing method of the gate insulating layers, e.g. different gate insulating layer thicknesses, particular gate insulator materials or particular gate insulator implants
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor devices adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching, or capacitors or resistors with at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/40—Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/41—Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape, relative sizes or dispositions
- H01L29/423—Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape, relative sizes or dispositions not carrying the current to be rectified, amplified or switched
- H01L29/42312—Gate electrodes for field effect devices
- H01L29/42316—Gate electrodes for field effect devices for field-effect transistors
- H01L29/4232—Gate electrodes for field effect devices for field-effect transistors with insulated gate
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor devices adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching, or capacitors or resistors with at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. 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
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor devices adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching, or capacitors or resistors with at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. 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
- H01L29/7855—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 with at least two independent gates
Abstract
Description
본 발명은 반도체 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 전계효과 트랜지스터에 관한 것이다. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor device, and more particularly, to a field effect transistor.
반도체 장치는 모스 전계 효과 트랜지스터들(MOS(Metal Oxide Semiconductor) FET)로 구성된 집적회로를 포함한다. 이러한 반도체 장치는 고집적화됨에 따라 모스 전계 효과 트랜지스터들의 크기 축소(scale down)도 점점 가속화되고 있으며, 이로 인해 반도체 장치의 동작 특성이 저하될 수 있다. 따라서, 반도체 장치의 고집적화에 따른 한계를 극복하면서 보다 우수한 성능을 갖는 반도체 장치를 형성하기 위한 다양한 방법이 연구되고 있다. 특히, 고성능(high performance)의 모스 트랜지스터를 구현하기 위해 캐리어(전자 또는 정공)의 이동도(mobility)를 증가시키는 방법이 개발되고 있다. The semiconductor device includes an integrated circuit composed of MOS (Metal Oxide Semiconductor) FETs. As the semiconductor device is highly integrated, the scale down of the MOS field effect transistors is also being accelerated, which may degrade the operation characteristics of the semiconductor device. Accordingly, various methods for forming a semiconductor device having superior performance while overcoming the limitations of the high integration of the semiconductor device have been researched. Particularly, a method of increasing the mobility of a carrier (electron or hole) to realize a high-performance MOS transistor has been developed.
본원 발명이 해결하고자 하는 과제는 고집적 및 전기적 특성이 향상된 전계효과 트랜지스터를 제공하는데 있다. SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a field effect transistor having a high integration and improved electrical characteristics.
본원 발명이 해결하고자 하는 과제는 고집적 및 전기적 특성이 향상된 전계효과 트랜지스터의 제조 방법을 제공하는데 있다. SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a method for fabricating a field effect transistor with high integration and improved electrical characteristics.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 과제에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The problems to be solved by the present invention are not limited to the above-mentioned problems, and other problems not mentioned can be clearly understood by those skilled in the art from the following description.
상기 해결하고자 하는 과제를 달성하기 위하여 본 발명의 실시예들에 따른 전계효과 트랜지스터는 제 1 반도체 물질로 이루어진 반도체 기판; 상기 반도체 기판 상에 배치되며, 상기 제 1 반도체 물질과 격자 상수가 다른 제 2 반도체 물질로 이루어진 핀 구조체로서, 상기 핀 구조체는: 상기 반도체 기판 상에서 제 1 방향으로 연장되는 하부 부분; 및 상기 하부 부분으로부터 돌출되며, 상기 제 1 방향과 교차하는 제 2 방향으로 연장되는 복수 개의 상부 부분들을 포함할 수 있다. According to an aspect of the present invention, there is provided a field-effect transistor including: a semiconductor substrate made of a first semiconductor material; A fin structure disposed on the semiconductor substrate and made of a second semiconductor material having a lattice constant different from that of the first semiconductor material, the fin structure comprising: a lower portion extending in a first direction on the semiconductor substrate; And a plurality of upper portions projecting from the lower portion and extending in a second direction intersecting the first direction.
상기 해결하고자 하는 과제를 달성하기 위하여 본 발명의 실시예들에 따른 전계효과 트랜지스터는 제 1 반도체 물질로 이루어진 반도체 기판; 상기 반도체 기판 상에 서로 이격되어 배치되는 복수 개의 핀 구조체들로서, 상기 핀 구조체들 각각은: 상기 반도체 기판 상에서 일 방향으로 연장되는 하부 부분; 및 상기 하부 부분으로부터 돌출되며, 상기 하부 부분을 가로지르는 복수 개의 상부 부분들을 포함하는 것; 상기 하부 부분들과 나란하게 상기일 방향으로 연장되어, 상기 핀 구조체들의 상기 상부 부분들을 가로지르는 게이트 전극; 및 상기 게이트 전극 양측에서, 상기 핀 구조체들의 상부 부분들 내에 제공되는 소오스/드레인 영역들을 포함할 수 있다. According to an aspect of the present invention, there is provided a field-effect transistor including: a semiconductor substrate made of a first semiconductor material; A plurality of pin structures spaced apart from each other on the semiconductor substrate, each of the pin structures comprising: a lower portion extending in one direction on the semiconductor substrate; And a plurality of upper portions projecting from the lower portion and traversing the lower portion; A gate electrode extending in one direction parallel to the bottom portions, the gate electrode crossing the top portions of the pin structures; And source / drain regions provided in the upper portions of the pin structures, on both sides of the gate electrode.
상기 해결하고자 하는 과제를 달성하기 위하여 본 발명의 실시예들에 따른 전계효과 트랜지스터의 제조 방법은 반도체 기판의 일부분을 노출시키는 하부 트렌치를 갖는 소자 분리막을 형성하는 것; 상기 소자 분리막 상에서 상기 하부 트렌치들을 가로지르는 복수 개의 상부 트렌치들을 갖는 마스크 패턴을 형성하는 것; 상기 하부 트렌치 및 상기 상부 트렌치들에 의해 노출된 상기 반도체 기판의 상부면으로부터 에피택시얼 성장된 에피택시얼층을 형성하되, 상기 에피택시얼층은 상기 반도체 기판과 다른 격자 상수를 갖는 반도체 물질로 이루어지며, 상기 하부 트렌치를 채우는 하부 부분 및 상기 상부 트렌치들을 채우는 상부 부분들을 포함하는 것; 상기 에피택시얼층의 상부 부분들을 가로지르는 제 1 분리 절연 패턴을 형성하여, 상기 에피택시얼층을 복수 개의 에피택시얼 패턴들로 분리하는 것; 및 상기 에피택시얼층의 하부 부분을 가로지르는 제 2 분리 절연 패턴을 형성하여, 상기 에피택시얼 패턴들 각각을 복수 개의 핀 구조체들로 분리하는 것을 포함할 수 있다. According to an aspect of the present invention, there is provided a method of fabricating a field effect transistor, including: forming a device isolation layer having a lower trench exposing a portion of a semiconductor substrate; Forming a mask pattern having a plurality of upper trenches across the lower trenches on the device isolation layer; Forming an epitaxial layer epitaxially grown from the upper surface of the semiconductor substrate exposed by the lower trench and the upper trenches, wherein the epitaxial layer is composed of a semiconductor material having a lattice constant different from that of the semiconductor substrate A lower portion filling the lower trench, and upper portions filling the upper trenches; Forming a first isolation insulating pattern across the upper portions of the epitaxial layer, thereby separating the epitaxial layer into a plurality of epitaxial patterns; And forming a second isolation insulating pattern across the lower portion of the epitaxial layer, thereby separating each of the epitaxial patterns into a plurality of pin structures.
본 발명의 실시예들에 따르면, 선택적 에피택시얼 성장 방법을 이용하여 핀 구조체들을 형성할 때, 핀 구조체들의 하부 부분에 트랩핑된 결정 결함들이 상부 부분들로 전파되는 것이 차단될 수 있다. 이에 따라, 핀 구조체들의 상부 부분들은 실질적으로 결정 결함들이 없는 반도체 물질로 이루어질 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시예들에 따른 핀 구조체들의 상부 부분들을 채널로 사용하는 전계효과 트랜지스터의 전기적 특성이 보다 향상될 수 있다. According to embodiments of the present invention, when forming the pin structures using the selective epitaxial growth method, trapped crystal defects in the lower portion of the pin structures can be prevented from propagating to the upper portions. Accordingly, the upper portions of the pin structures can be made of a semiconductor material substantially free from crystal defects. Therefore, the electrical characteristics of the field effect transistor using the upper portions of the pin structures according to the embodiments of the present invention as a channel can be further improved.
도 1a 내지 도 10a는 본 발명의 실시예들에 따른 반도체 장치의 제조 방법을 설명하기 위한 평면도들이다.
도 1b 내지 도 10b는 도 1a 내지 도 10a의 I-I' 선 및 II-II' 선을 따라 자른 단면도들이다.
도 1c 내지 도 10c는 도 1a 내지 도 10a의 III-III' 선 및 IV-IV'선을 따라 자른 단면도들이다.
도 11a 및 도 11b는 본 발명의 다양한 실시예들에 따른 반도체 장치의 단면도들로서, 도 11a는 도 10a의 I-I' 선 및 II-II' 선을 따라 자른 단면을 나타내며, 도 11b는 도 10a의 III-III' 선 및 IV-IV' 선을 따라 자른 단면들을 나타낸다.
도 12는 본 발명의 실시예들에 따른 반도체 장치의 구조적 특징들을 예시적으로 도시하는 사시도이다.
도 13은 본 발명의 실시예들에 따른 반도체 장치의 핀 구조체를 나타내는 사시도이다.
도 14a, 도 14b, 도 15a 및 도 15b는 본 발명의 다양한 실시예들에 따른 반도체 장치를 설명하기 위한 도면들로서, 도 14b는 도 14a의 III-III' 선을 따라 자른 단면을 도시하며, 도 15b는 도 15a의 III-III' 선을 따라 자른 단면을 도시한다.
도 16 및 도 17은 본 발명의 다양한 실시예들에 따른 반도체 장치를 도시한다.
도 18a 내지 도 22a 및 도 18b 내지 도 22b는 본 발명의 다양한 실시예들에 따른 반도체 장치의 제조 방법을 설명하기 위한 단면도들이다. 1A to 10A are plan views illustrating a method of manufacturing a semiconductor device according to embodiments of the present invention.
Figs. 1B to 10B are cross-sectional views taken along line II 'and line II-II' in Figs. 1A to 10A.
Figs. 1C to 10C are cross-sectional views taken along line III-III 'and line IV-IV' in Figs. 1A to 10A.
11A and 11B are cross-sectional views of a semiconductor device according to various embodiments of the present invention, wherein FIG. 11A shows a cross section taken along line II 'and II-II' in FIG. 10A, -III 'and IV-IV', respectively.
12 is a perspective view exemplarily showing structural features of a semiconductor device according to embodiments of the present invention.
13 is a perspective view showing a fin structure of a semiconductor device according to embodiments of the present invention.
FIGS. 14A, 14B, 15A, and 15B are views for explaining a semiconductor device according to various embodiments of the present invention. FIG. 14B shows a cross section taken along the line III-III ' 15B shows a cross section taken along the line III-III 'in FIG. 15A.
Figures 16 and 17 illustrate a semiconductor device according to various embodiments of the present invention.
18A to 22A and 18B to 22B are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a semiconductor device according to various embodiments of the present invention.
이하, 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예들에 따른 전계효과 트랜지스터 및 그 제조 방법에 대해 상세히 설명한다. Hereinafter, a field effect transistor and a method of manufacturing the same according to embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
도 1a 내지 도 10a는 본 발명의 실시예들에 따른 반도체 장치의 제조 방법을 설명하기 위한 평면도들이다. 도 1b 내지 도 10b는 도 1a 내지 도 10a의 I-I' 선 및 II-II' 선을 따라 자른 단면도들이다. 도 1c 내지 도 10c는 도 1a 내지 도 10a의 III-III' 선 및 IV-IV'선을 따라 자른 단면도들이다.1A to 10A are plan views illustrating a method of manufacturing a semiconductor device according to embodiments of the present invention. Figs. 1B to 10B are cross-sectional views taken along lines I-I 'and II-II' in Figs. 1A to 10A. Figs. 1C to 10C are cross-sectional views taken along line III-III 'and line IV-IV' in Figs. 1A to 10A.
도 11a 및 도 11b는 본 발명의 다양한 실시예들에 따른 반도체 장치의 단면도들로서, 도 11a는 도 10a의 I-I' 선 및 II-II' 선을 따라 자른 단면을 나타내며, 도 11b는 도 10a의 III-III' 선 및 IV-IV' 선을 따라 자른 단면들을 나타낸다. 11A and 11B are cross-sectional views of a semiconductor device according to various embodiments of the present invention, wherein FIG. 11A shows a cross section taken along line II 'and II-II' in FIG. 10A, -III 'and IV-IV', respectively.
도 1a, 도 1b, 및 도 1c를 참조하면, 반도체 기판(100)을 패터닝하여 예비 활성 패턴들(101)을 정의하는 소자 분리 트렌치(103)가 형성될 수 있다. Referring to FIGS. 1A, 1B, and 1C, an
반도체 기판(100)은 반도체 물질로 이루어질 수 있으며, 예를 들어, 실리콘(Si), 게르마늄(Ge), 실리콘 게르마늄(SiGe), 갈륨비소(GaAs), 인듐갈륨비소(InGaAs), 알루미늄갈륨비소(AlGaAs), 또는 이들의 혼합물 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. The
반도체 기판(100)은 벌크(bulk) 실리콘 기판, 실리콘-온-인슐레이터(silicon on insulator: SOI) 기판, 게르마늄 기판, 게르마늄-온-인슐레이터(germanium on insulator: GOI) 기판, 실리콘-게르마늄 기판, 또는 선택적 에피택시얼 성장(selective epitaxial growth: SEG)을 수행하여 획득한 에피택시얼 박막의 기판일 수 있다. 또 다른 예로, 반도체 기판(100)은 III-V족 화합물 반도체 기판일 수 있다.The
일 예에서, 반도체 기판(100)은 단결정 실리콘 기판일 수 있으며, 반도체 기판(100)의 상부면은 (100) 결정면 또는 (110) 결정면을 가질 수 있다. In one example, the
실시예들에 따르면, 소자 분리 트렌치(103)를 형성하는 것은, 반도체 기판(100) 상에 반도체 기판(100)의 소정 영역들을 노출시키는 제 1 마스크 패턴(110)을 형성하는 것과, 제 1 마스크 패턴(110)을 식각 마스크로 이용하여 반도체 기판(100)을 이방성 식각함으로써 예비 활성 패턴들(101)을 정의하는 것을 포함할 수 있다. Forming the
제 1 마스크 패턴(110)은 제 1 방향(D1)으로 연장되는 라인 형태일 수 있으며, 차례로 적층된 버퍼 산화막 패턴(111) 및 하드 마스크 패턴(113)을 포함한다. 보다 상세하게, 제 1 마스크 패턴(110)을 형성하는 것은, 반도체 기판(100) 상에 실리콘 산화막 및 하드 마스크막을 차례로 적층하는 것, 하드 마스크막 상에 예비 활성 패턴들(101)을 정의하는 포토레지스트 패턴(미도시)을 형성하는 것, 및 포토레지스트 패턴(미도시)을 식각 마스크로 이용하여 반도체 기판(100)의 상면이 노출되도록 하드 마스크막 및 실리콘 산화막을 차례로 이방성 식각하는 것을 포함할 수 있다. 여기서, 실리콘 산화막은 반도체 기판(100)을 열산화(thermal oxidation)시켜 형성될 수 있다. 하드 마스크막은 실리콘 질화막, 실리콘 산질화막, 및 폴리실리콘막 중에서 선택되는 어느 하나의 물질로 형성될 수 있다. 그리고, 하드 마스크막은 실리콘 산화막에 비해 두꺼울 수 있다. 하드 마스크막의 두께는 반도체 기판(100)에 형성되는 소자 분리 트렌치(103)의 깊이에 따라 달라질 수 있다. 실시예들에서, 제 1 마스크 패턴은 트렌치를 형성한 후 제거되거나, 소자 분리막(105)을 형성한 후에 제거될 수 있다. The
실시예들에 따르면, 예비 활성 패턴들(101)은 제 1 방향(D1)으로 연장되는 라인 형태를 가질 수 있으며, 제 1 방향(D1)에 수직하는 제 2 방향(D2)으로 서로 이격되어 배치될 수 있다. 일 예로, 예비 활성 패턴들(101) 간의 간격은 예비 활성 패턴들(101)의 폭(W1)보다 클 수 있다. 예비 활성 패턴들(101)은 하부로 갈수록 폭이 증가하는 측벽 프로파일을 가질 수도 있다. According to the embodiments, the preliminary
소자 분리 트렌치(103)는 반도체 기판(100)의 상부면에 대해 실질적으로 수직하거나, 경사진 측벽을 가질 수 있다. 소자 분리 트렌치의 깊이(H1)는 예비 활성 패턴들(101)의 폭(W1)의 2배보다 클 수 있다. 그리고, 소자 분리 트렌치의 깊이(H1)는 예비 활성 패턴의 제 1 방향(D1)의 길이(L1)보다 작을 수 있다. The
도 2a 도 2b, 및 도 2c를 참조하면, 소자 분리 트렌치(103) 내에 소자 분리막(105)이 형성될 수 있다. 소자 분리막(105)은 예비 활성 패턴들(101)의 양측벽들을 덮을 수 있다. Referring to FIGS. 2A, 2B, and 2C, a
소자 분리막(105)을 형성하는 것은, 소자 분리 트렌치(103)를 채우는 절연막을 형성하는 것, 및 예비 활성 패턴들(101)의 상부면들이 노출되도록 절연막을 평탄화하는 것을 포함할 수 있다. 여기서, 소자 분리 트렌치(103)를 채우는 절연막은 단차 도포성이 우수한 증착 기술을 이용하여 증착될 수 있다. 절연막은 예를 들어, 원자층 증착(ALD; atomic layer deposition) 방법, 화학기상 증착(CVD; chemical vapor deposition) 방법, 또는 플라즈마 강화 CVD(PE-CVD(Plasma Enhanced Chemical Deposition) 방법과 같은 증착 기술을 이용하여 증착될 수 있다. 또한, 절연막은 갭 필(gap fill) 특성이 우수한 절연 물질로 형성될 수 있으며, 예를 들어, BPSG(boron-phosphor silicate glass)막, HDP(High Density Plasma) 산화막, USG(Undoped Silicate Glass) 또는 TOSZ(Tonen SilaZene) 물질로 형성될 수 있다. 또한, 절연막에 대한 평탄화 공정으로는 에치백(etch back) 방법 및/또는 CMP(chemical mechanical polishing) 방법이 이용될 수 있다. Formation of the
소자 분리막(105)은 반도체 기판(100)의 상부면에 대해 실질적으로 수직한 측벽을 가질 수 있으며, 이와 달리, 도 11a 및 도 11b에 도시된 바와 같이, 반도체 기판(100)의 상부면에 대해 경사진 측벽을 가질 수도 있다.The
실시예들에서, 소자 분리막(105)이 반도체 기판(100) 내에 형성되는 것으로 설명하였으나, 본 발명은 이에 제한되지 않으며, 소자 분리막(105)은 반도체 기판(100)의 상부면 상에서 반도체 기판(100)의 일부분들을 노출시키도록 형성될 수도 있다. The
도 3a 도 3b, 및 도 3c를 참조하면, 예비 활성 패턴들(101)을 가로지르는 상부 트렌치들(UR)을 갖는 제 2 마스크 패턴(120)이 형성될 수 있다. 3A, 3B, and 3C, a
제 2 마스크 패턴(120)을 형성하는 것은, 반도체 기판(100) 전면을 덮는 하드 마스크막을 증착하는것, 하드 마스크막 상에 제 1 방향(D1)에 수직하는 제 2 방향(D2)으로 연장되는 라인 형태의 포토레지스트 패턴(미도시)을 형성하는 것, 및 포토레지스트 패턴(미도시)을 식각 마스크로 이용하여 반도체 기판(100)의 상면이 노출되도록 하드 마스크막을 이방성 식각하는 것을 포함할 수 있다. 실시예들에 따르면, 제 2 마스크 패턴(120)은 반도체 기판(100) 및 소자 분리막(105)에 대해 식각 선택성을 갖는 절연 물질로 형성될 수 있다. 제 2 마스크 패턴(120)은, 예를 들어, 실리콘 질화막 또는 실리콘 산질화막으로 형성될 수 있다. The
실시예들에 따르면, 상부 트렌치들(UR)은 예비 활성 패턴들(101)의 일부분들을 노출시킬 수 있다. 상부 트렌치들(UR)은 예비 활성 패턴들(101)의 폭(W1)보다 작은 폭(W2)을 가질 수 있다. 예를 들어, 상부 트렌치들(UR)의 폭(W2)은 약 5nm 내지 50nm 범위에서 선택될 수 있다. 제 2 마스크 패턴(120)의 두께(H2; 즉, 상부 트렌치들(UR)의 높이)는 상부 트렌치들(UR)의 폭(W2)의 2배보다 클 수 있다. According to embodiments, the upper trenches UR may expose portions of the
도 4a 도 4b, 및 도 4c를 참조하면, 제 2 마스크 패턴(120)에 의해 노출된 예비 활성 패턴들(101)을 제거함으로써 제 2 마스크 패턴(120) 아래에 하부 트렌치들(LR)이 형성될 수 있다. Referring to FIGS. 4A, 4B and 4C, the lower trenches LR are formed under the
일 예에 따르면, 하부 트렌치들(LR)은 예비 활성 패턴들(101)을 등방성 식각함으로써 형성될 수 있다. 하부 트렌치들(LR)을 형성시 소자 분리막(105) 및 제 2 마스크 패턴(120)에 대해 식각 선택성을 갖는 식각 레서피가 이용될 수 있다. 예를 들어, 반도체 기판(100)이 단결정 실리콘 기판일 경우, HF, HNO3, 또는 NH4F를 포함하는 에천트(enchant)가 사용될 수 있다. According to one example, the lower trenches LR may be formed by isotropically etching the preliminary
예비 활성 패턴들(101)에 대한 등방성 식각 공정에 의해 제 2 마스크 패턴(120)의 하부면의 일부분들과 소자 분리막(105)의 측벽이 하부 트렌치들(LR)에 노출될 수 있다. 이와 같이 형성된 하부 트렌치들(LR)은 예비 활성 패턴들(101)이 제거된 빈 공간으로서 제 1 방향(D1)으로 연장될 수 있다. Portions of the lower surface of the
실시예들에 따르면, 하부 트렌치들(LR)의 제 1 높이(H1), 즉, 소자 분리막(105)의 상부면으로부터 하부 트렌치들(LR)의 바닥면까지의 거리는, 하부 트렌치들(LR)의 제 1 폭(W1)의 약 2배 이상일 수 있다. 다시 말해, 하부 트렌치들(LR)은 약 2:1 내지 3:1의 종횡비를 가질 수 있다 그리고, 하부 트렌치들(LR)에서 제 1 방향(D1)으로의 길이(L1)는 하부 트렌치들(LR)의 제 1 높이(H1)보다 클 수 있다. 예를 들어, 하부 트렌치들(LR)의 제 1 폭(W1)은 약 10nm 내지 100nm 범위에서 선택될 수 있다. 한편, 본 발명은 이에 제한되지 않으며, 하부 트렌치들(LR)의 길이(L1)는 반도체 장치의 설계에 따라 달라질 수 있다. The distance from the upper surface of the
일 예에서, 하부 트렌치들(LR)의 높이(H1)는 소자 분리막(105)의 높이와 실질적으로 동일할 수 있다. 이와 달리, 하부 트렌치들(LR)이 식각 공정에 의해 형성되므로, 하부 트렌치들(LR)의 하부면들은 소자 분리막(105)의 하부면들과 다른 레벨에 위치할 수 있다. 다시 말해, 하부 트렌치들(LR)의 제 1 높이(H1)는 소자 분리막(105)의 높이보다 작거나 클 수도 있다. 즉, 하부 트렌치들(LR)의 하부면들은 소자 분리막(105)의 하부면보다 아래에 위치하거나 위에 위치할 수 있다. In one example, the height H1 of the lower trenches LR may be substantially the same as the height of the
나아가, 하부 트렌치들(LR)에 노출된 반도체 기판(100)의 표면은 (100) 결정면을 갖거나, (110) 결정면을 가질 수 있다. 또한, 하부 트렌치들(LR)에 노출된 반도체 기판(100)의 표면과 소자 분리막(105)의 측벽 사이에 약 50 내지 90도 사이의 경사각을 이룰 수 있다.Furthermore, the surface of the
도 5a, 도 5b, 및 도 5c를 참조하면, 하부 트렌치들(LR) 및 상부 트렌치들(UR)을 채우는 에피택시얼층(130)이 형성될 수 있다. 5A, 5B, and 5C, an
에피택시얼층(130)은 하부 트렌치들(LR)에 노출된 반도체 기판(100)을 씨드(seed)로 이용하는 선택적 에피택시얼 성장(Selective Epitaxial Growth; SEG) 공정을 이용하여 형성될 수 있다. 선택적 에피택시얼 성장 공정으로는, 예를 들어, 고상 에피택시얼(SPE: Solid Phase Epitaxy), 기상 에피택시얼(VPE: Vapor Phase Epitaxy) 및 액상 에피택시얼(LPE: Liquid Phase Epitaxy) 방법이 이용될 수 있다. 일 실시예에 따르면, 에피택시얼층(130)은 화학기상증착법(Chemical Vapor Deposition; CVD), 감압화학기상증착법(Reduced Pressure Chemical Vapor Deposition; RPCVD), 고진공화학기상증착법(Ultra High Vacuum Chemical Vapor Deposition; UHCVD) 또는 분자 빔 에피택시(Molecular Beam Epitaxy: MBE) 방법을 이용한 에피택시얼 성장(예를 들어, 헤테로 에피택시(hetero-epitaxy))에 의해 형성될 수 있다. The
실시예들에서, 에피택시얼층(130)은 반도체 기판(100)을 이루는 반도체 물질과 다른 격자 상수를 갖는 반도체 물질로 형성될 수 있다. 에피택시얼층(130)은, 예를 들어, Si, Ge, SiGe, 또는 III-V족 화합물들을 포함할 수 있다. 또한, III-V 화합물들은, 예를 들어, 알루미늄 인화물(aluminum phosphide: AlP), 갈륨 인화물(gallium phosphide: GaP), 인듐 인화물(indium phosphide: InP), 알루미늄 비소(aluminum arsenide: AlAs), 갈륨 비소 (gallium arsenide: GaAs), 인듐 비소(indium arsenide: InAs), 알루미늄 안티모나이드(aluminum antimonide: AlSb), 갈륨 안티모나이드(gallium antimonide: GaSb), 또는 인듐 안티모나이드(indium antimonide: InSb)일 수 있다.In embodiments, the
실시예들에 따르면, 선택적 에피택시얼 성장 공정에 의해 에피택시얼층(130)은 하부 트렌치들(LR)에 노출된 반도체 기판(100)의 표면으로부터 수직적으로(vertically) 및 수평적으로(laterally) 성장될 수 있다. 이에 따라, 에피택시얼층(130)은 하부 및 상부 트렌치들(LR, UR)을 채울 수 있다. 나아가, 선택적 에피택시얼 성장 공정시 과성장(over growth)에 의해 에피택시얼층(130)이 제 2 마스크 패턴(120)의 상부면보다 돌출될 수 있다. According to embodiments, the
이와 같이 형성된 에피택시얼층(130)은 하부 트렌치들(LR) 내에 채워지는 하부 부분들(130L) 및 상부 트렌치들(UR) 내에 채워지는 상부 부분들(130U)을 포함할 수 있다. 에피택시얼층(130)은 하부 부분들(130L)과 상부 부분들(130U) 사이에 경계면들 없이 일체(single body)로 이루질 수 있다. 에피택시얼층(130)의 하부 부분들(130L)은 제 1 방향(D1)을 따라 연장될 수 있으며, 에피택시얼층(130)의 상부 부분들(130U)은 제 1 방향(D1)에 수직하는 제 2 방향(D2)으로 연장될 수 있다. 즉, 에피택시얼층(130)의 상부 부분들(130U)은 하부 부분들(130L) 상에서 소자 분리막(105) 상으로 수평적으로 연장될 수 있다. 또한, 에피택시얼층(130)의 하부 부분들(130L)의 측벽들은 소자 분리막(105)에 의해 정의될 수 있으며, 에피택시얼층(130)의 상부 부분들(130U)의 측벽들은 제 2 마스크 패턴(120)에 의해 정의될 수 있다.The
일 예로, 에피택시얼층(130)은 (100) 결정면을 갖는 단결정 실리콘 기판의 상부면으로부터 성장될 수 있으며, 이와 달리, (110) 결정면을 갖는 단결정 실리콘 기판의 상부면으로부터 성장될 수도 있다. 그리고, 에피택시얼층(130)의 측벽들은 <110> 결정 방향으로 배향될 수 있다. 일 예로, 에피택시얼층(130)의 하부 부분들(130L)의 측벽들은 [110] 결정 방향으로 배향될 수 있으며, 에피택시얼층(130)의 상부 부분들(130U)의 측벽들은 [1-10] 방향으로 배향될 수 있다. As an example, the
실시예들에 따르면, 선택적 에피택시얼 성장 공정 동안 에피택시얼층(130)을 이루는 반도체 물질과 반도체 기판(100)을 이루는 반도체 물질 간의 격자 상수 차이 및 결정면들 간의 성장 속도 차이 때문에, 에피택시얼층(130)의 하부 부분들(130L)은 결정 결함들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 에피택시얼층(130)의 하부 부분들(130L)은 스레딩 전위들(threading dislocations), 미스피트(misfit) 결함들, 적층 결함들(stacking faults), 이중 경계들(twin boundaries), 또는 역상 경계들(anti-phase boundaries)과 같은 다양한 결정 결함들을 포함할 수 있다. According to the embodiments, due to the lattice constant difference between the semiconductor material constituting the
보다 상세히 설명하면, 에피택시얼층(130)이 반도체 기판(100)의 표면(예를 들어, 실리콘 기판의 (001) 결정면)으로부터 성장될 때, 결정 결함들(130a, 130b; 예를 들어, 스레딩 전위들(threading dislocations)은 (111) 결정면을 따라 <110> 결정 방향으로 전파될 수 있다. 이러한 결정 결함들(130a, 130b)은 실리콘 기판의 (001) 결정면에 대해 약 55도 각도로 전파될 수 있다. More specifically, when the
실시예들에 따르면, 도 4a, 도 4b, 및 도 4c를 참조하여 설명한 것처럼, 하부 트렌치들(LR)의 폭(W1)과 높이(H1)가 H1>2W1의 조건을 만족시키므로, 하부 트렌치들(LR)의 폭 방향(widthwise direction; 즉, 제 2 방향(D2))에서 결정 결함들(130a)은 하부 트렌치들(LR)의 상부로 전파되지 않고, 하부 트렌치들(LR)의 측벽들(즉, 소자 분리막(105)의 측벽)에 의해 차단될 수 있다. 즉, 제 2 방향(D2)에서 결정 결함들(130a)은 하부 트렌치(LR)의 하부 부분에서 트랩핑될 수 있다. According to the embodiments, as described with reference to FIGS. 4A, 4B and 4C, since the width W1 and the height H1 of the lower trenches LR satisfy the condition of H1 > 2W1, The
한편, 하부 트렌치들(LR)의 높이(도 4의 H1)가 길이(도 4의 L1)보다 작으므로, 하부 트렌치들(LR)의 길이 방향(longitudinal direction; 즉, 제 1 방향(D1))에서 결정 결함들(130b)은 하부 트렌치들(LR)의 측벽들(즉, 소자 분리막(105)의 측벽)에 의해 차단되지 않고, 하부 트렌치들(LR)의 상부로 전파될 수 있다. 실시예들에서, 이러한 결정 결함들(130b)의 전파는 제 2 방향(D2)으로 연장되는 상부 트렌치들(UR)을 정의하는 제 2 마스크 패턴(120)에 의해 차단될 수 있다. 그러므로, 상부 트렌치들(UR)은 결정 결함들 없이 에피택시얼층(130)으로 채워질 수 있다. 즉, 에피택시얼층(130) 성장시 결정 결함들은 하부 트렌치들(LR) 내에서 트랩핑될 수 있으며, 상부 트렌치들(UR)을 채우는 에피택시얼층(130)의 상부 부분들(130U)은 실질적으로 결합이 없는(defect free) 반도체 물질로 이루어질 수 있다. Since the height H1 of the lower trenches LR is smaller than the length L1 of the lower trenches LR in the longitudinal direction of the lower trenches LR in the first direction D1, The
나아가, 선택적 에피택시얼 성장 공정시 결정면에 따른 성장 속도 차이에 의해 에피택시얼층(130)의 상부면은 반도체 기판(100)의 상부면에 대해 경사진 패싯들(facets)을 가질 수 있다. 예를 들어, 에피택시얼층(130)의 상부면은 (111) 결정면들로 이루어질 수 있다. 즉, 에피택시얼층(130)의 과성장에 의해 제 2 마스크 패턴(120)의 상부면 상으로 돌출된 에피택시얼층(130)의 돌출 부분은 피라미드 구조를 가질 수 있다. Further, the upper surface of the
도 6a, 도 6b, 및 도 6c를 참조하면, 에피택시얼층(130)을 형성한 후, 소자 분리막(105)의 상부면 위로 돌출된 에피택시얼층(130)의 상부면을 평탄화하는 공정이 수행될 수 있다. 평탄화 공정으로는 에치백(etch back) 방법 및/또는 CMP(chemical mechanical polishing) 방법이 이용될 수 있다. 실시예들에 따르면, 평탄화 공정에 의해 에피택시얼층(130)의 상부면은 제 2 마스크 패턴(120)의 상부면과 실질적으로 공면(coplanar)을 이룰 수 있다. 6A, 6B, and 6C, a process of planarizing the upper surface of the
계속해서, 에피택시얼층(130)의 상부 부분들(130U)을 가로질러 제 1 방향(D1)으로 연장되는 제 1 분리 절연 패턴들(141)이 형성될 수 있다. Subsequently, first
제 1 분리 절연 패턴들(141)을 형성하는 것은, 제 2 마스크 패턴(120) 상에 제 1 방향(D1)으로 연장되는 오프닝들을 갖는 마스크 패턴(미도시)을 형성하는 것, 마스크 패턴을 식각 마스크로 이용하여 에피택시얼층을 이방성 식각하여 트렌치들을 형성하는 것, 트렌치를 채우는 제 1 분리 절연막을 형성하는 것, 및 제 1 분리 절연막을 평탄화하여 에피택시얼층의 상부 부분들을 노출시키는 것을 포함할 수 있다. Forming the first
일 예로, 제 1 분리 절연 패턴들(141)은 에피택시얼층(130)의 상부 부분들(130U) 및 소자 분리막(105)을 관통할 수 있다. 즉, 제 1 방향(D1)으로 연장되는 트렌치들을 형성할 때, 반도체 기판(100)이 노출되도록 에피택시얼층(130) 및 소자 분리막(105)이 식각될 수 있다. 이에 따라, 제 1 분리 절연 패턴들(141)은 반도체 기판(100)과 접촉할 수 있다. 일 예에서, 제 1 분리 절연 패턴들(141)의 하부면들이 소자 분리막(105)이 하부면보다 아래에 위치할 수 있다. 다른 예로, 제 1 분리 절연 패턴들(141)의 하부면들은, 도 11a 및 도 11b에 도시된 바와 같이, 소자 분리막(105)의 상부면과 하부면 사이에 위치할 수도 있다. For example, the first
실시예들에 따르면, 제 1 분리 절연 패턴들(141)을 형성함으로써, 하나의 에피택시얼층(130)은 제 2 방향(D2)으로 서로 이격되는 복수 개의 에피택시얼 패턴들(131)로 나누어질 수 있다. 여기서, 에피택시얼 패턴들(131) 각각은 일체(single body)로 이루어질 수 있으며, 제 1 방향(D1)으로 연장되는 하부 부분 및 제 2 방향(D2)으로 연장되는 복수 개의 상부 부분들(131U)을 포함할 수 있다. 다시 말해, 각각의 에피택시얼 패턴들(131)에서, 상부 부분들(131U)이 하나의 하부 부분과 연결될 수 있다. 제 1 분리 절연 패턴들(141)은 에피택시얼 패턴들(131)의 하부 부분들(131L) 사이에 형성될 수 있으며, 에피택시얼 패턴들(131)의 하부 부분들(131L)과 나란하게 연장될 수 있다.According to the embodiments, by forming the first
도 7a, 도 7b, 및 도 7c를 참조하면, 에피택시얼 패턴들(131)의 하부 부분들(131L)을 가로질러 제 2 방향(D2)으로 연장되는 제 2 분리 절연 패턴들(143)이 형성될 수 있다. 7A, 7B and 7C, second
제 2 분리 절연 패턴들(143)을 형성하는 것은, 제 2 마스크 패턴(120) 상에 제 2 방향(D2)으로 연장되는 오프닝들을 갖는 마스크 패턴을 형성하는 것, 마스크 패턴을 식각 마스크로 이용하여 제 2 마스크 패턴(120) 및 에피택시얼 패턴들(131)의 일부분들을 이방성 식각하여 트렌치들을 형성하는 것, 트렌치들 내에 제 2 분리 절연막을 채우는 것, 및 제 2 마스크 패턴(120)이 노출되도록 제 2 분리 절연막을 평탄화하는 것을 포함할 수 있다. Forming the second
다른 예로, 제 2 분리 절연 패턴들(143)을 형성하는 것은, 제 1 분리 절연 패턴들(141)을 형성하기 전에 수행될 수도 있다.As another example, the formation of the second
또 다른 예로, 제 2 분리 절연 패턴들(143)은 도 6a, 도 6b, 및 도 6c를 참조하여 설명된 제 1 분리 절연 패턴들(141)과 동시에 형성될 수도 있다. 이러한 경우, 에피택시얼층(130)을 형성한 후, 제 2 마스크 패턴(120) 상에 제 1 방향(D1) 및 제 2 방향(D2)으로 연장되는 오프닝들을 갖는 마스크 패턴이 형성될 수 있다. As another example, the second
제 2 분리 절연 패턴들(143)은 에피택시얼 패턴들(131)의 하부 부분(131L)을 관통하여 반도체 기판(100)과 접촉할 수 있다. 제 2 분리 절연 패턴들(143)의 하부면은 소자 분리막(105)의 하부면들보다 아래에 위치할 수 있다. The second
실시예들에 따르면, 제 2 분리 절연 패턴들(143)을 형성함으로써, 에피택시얼 패턴들(131) 각각은 제 1 방향(D1)으로 서로 이격되는 복수 개의 핀 구조체들(133)로 나누어질 수 있다. 여기서, 핀 구조체들(133) 각각은 일체(single body)로 이루어질 수 있으며, 제 1 방향(D1)으로 연장되는 하부 부분(133L) 및 제 2 방향(D2)으로 연장되는 복수 개의 상부 부분들(133U)을 포함할 수 있다. 즉, 각각의 핀 구조체들(133)에서, 상부 부분들(133U)이 하나의 하부 부분(133L)과 연결될 수 있다. 제 2 분리 절연 패턴들(143)은 제 1 방향(D1)으로 인접하는 핀 구조체들(133)의 하부 부분들(133L) 사이에 형성될 수 있으며, 복수 개의 핀 구조체들(133)의 상부 부분들(133U)과 나란하게 연장될 수 있다. According to the embodiments, by forming the second
도 8a, 도 8b, 및 도 8c를 참조하면, 제 2 마스크 패턴(120)의 상부면 및 제 1 및 제 2 분리 절연 패턴들(141, 143)의 상부면들을 리세스하여, 핀 구조체들(133)의 상부 부분들(133U)의 측벽들의 일 부분들을 노출시킬 수 있다. Referring to FIGS. 8A, 8B, and 8C, the upper surfaces of the
일 예에서, 제 1 및 제 2 분리 절연 패턴들(141, 143)은 제 2 마스크 패턴(120)에 대해 식각 선택성을 갖는 절연 물질로 형성될 수 있다. 이러한 경우, 핀 구조체들(133)의 상부 부분들(133U)의 측벽들을 노출시키는 리세스 공정은, 제 1 및 제 2 분리 절연 패턴들(141, 143)의 상부면들을 리세스하는 식각 공정 및 제 2 마스크 패턴(120)의 상부면을 리세스하는 식각 공정이 차례로 수행될 수 있다. 다른 예로, 제 1 및 제 2 분리 절연 패턴들(141, 143)의 상부면들과 제 2 마스크 패턴(120)의 상부면은 동시에 식각될 수도 있다. In one example, the first and second
실시예들에서, 리세스된 제 1 및 제 2 분리 절연 패턴들(141, 143) 및 리세스된 제 2 마스크 패턴(121)은 핀 구조체들(133)의 하부 부분들(133L) 상에서 핀 구조체들(133)의 상부 부분들(133U)의 일부분들을 둘러쌀 수 있다. The recessed first and second
도 9a, 도 9b, 및 도 9c를 참조하면, 핀 구조체들(133)의 상부 부분들(133U)을 가로지르는 게이트 절연막(151), 및 게이트 전극(153)이 형성될 수 있다.9A, 9B, and 9C, a
실시예들에 따르면, 게이트 전극(153)은 핀 구조체들(133)의 하부 부분들(133L)과 나란하게 제 1 방향(D1)으로 연장될 수 있다. 게이트 절연막(151) 및 게이트 전극들(153)은, 평면적 관점에서 핀 구조체들(133)의 하부 부분들(133L)과 중첩될 수 있다. 즉, 핀 구조체들(133)의 하부 부분들(133L)은 게이트 전극(153) 아래에서 제 1 방향(D1)으로 이격되어 배치될 수 있다. 실시예들에서, 게이트 전극(153)은 핀 구조체들(133)의 하부 부분들(133L)의 폭보다 작거나 같은 수 있다. According to embodiments, the
게이트 절연막(151)은, 예를 들어, 하프늄 산화물, 하프늄 실리케이트, 지르코늄 산화물, 또는 지르코늄 실리케이트와 같은 고유전막으로 형성될 수 있다. 게이트 절연막(151)은 원자층 증착 기술을 사용하여 형성될 수 있으며, 핀 구조체들(133)의 상부 부분들(133U)의 표면들을 컨포말하게 덮을 수 있다. 다른 예로, 게이트 절연막(151)은 리세스된 제 2 마스크 패턴(121)에 의해 노출된 핀 구조체들(133)의 상부 부분들(133U)의 표면들을 열산화하여 형성될 수도 있다. The
게이트 전극(153)은, 예를 들어, 불순물이 도우프된 폴리실리콘막, 언도우프된 폴리실리콘막, 실리콘 게르마늄막, 또는 실리콘 카바이드막으로 형성될 수 있다. 다른 예로, 게이트 전극들은, 도펀트로 도핑된 반도체 물질(ex, 도핑된 실리콘 등), 금속(ex, 텅스텐, 알루미늄, 티타늄 및/또는 탄탈륨), 도전성 금속 질화물(ex, 티타늄 질화물, 탄탈륨 질화물 및/또는 텅스텐 질화물) 및 금속-반도체 화합물(ex, 금속 실리사이드) 중에서 적어도 하나를 포함할 수 있다.The
게이트 전극(153)을 형성한 후, 게이트 전극(153)의 양측벽들에 게이트 스페이서들(155)이 형성될 수 있다. 게이트 스페이서들을 형성하는 것은, 게이트 전극(153)을 컨포말하게 덮는 게이트 스페이서막을 형성하는 것, 게이트 스페이서막을 전면 이방성 식각하는 것을 포함할 수 있다. After the
도 10a, 도 10b, 및 도 10c를 참조하면, 게이트 전극(153) 양측에서 핀 구조체들(133)의 상부 부분들(133U) 내에 소오스 및 드레인 영역들(160)이 형성될 수 있다. 10A, 10B, and 10C, source and drain
일 예에 따르면, 소오스 및 드레인 영역들(160)을 형성하는 것은, 게이트 전극(153) 양측에서 핀 구조체들(133)의 상부 부분들(133U)의 일부분들을 식각하는 것, 및 에피택시얼층을 형성하는 것을 포함할 수 있다. 여기서, 에피택시얼층은 전계효과 트랜지스터의 채널 영역에서 인장성 또는 압축성 스트레인(tensile or compressive strain)을 제공하는 반도체 물질로 이루어질 수 있다. 예를 들어, NMOS 전계효과 트랜지스터들을 형성하는 경우, 에피택셜층은 실리콘 카바이드(SiC)로 이루어질 수 있다. 이와 달리, PMOS 전계효과 트랜지스터들을 형성하는 경우, 에피택셜층은 실리콘 게르마늄(SiGe)로 이루어질 수 있다. 한편, 도면에는 도시되지 않았으나, 소오스 및 드레인 전극들의 표면에 니켈 실리사이드, 코발트 실리사이드, 텅스텐 실리사이드, 티타늄 실리사이드, 니오븀 실리사이드, 또는 탄탈룸 실리사이드와 같은 실리사이드막이 형성될 수도 있다. According to one example, forming the source and drain
다른 예에 따르면, 소오스 및 드레인 영역들(160)을 형성하는 것은, 게이트 전극(153)을 이온 주입 마스크로 이용하여 핀 구조체들(133)의 상부 부분들(133U) 내에 n형 또는 p형의 불순물들을 이온 주입하는 것을 포함할 수 있다. According to another example, forming the source and drain
소오스 및 드레인 영역들(160)을 형성한 후, 게이트 전극(153) 및 소오스 및 드레인 영역들(160)을 덮는 제 1 층간 절연막(165)이 형성될 수 있다. 일 예로, 제 1 층간 절연막(165)은 게이트 전극들(153) 사이를 채우되 게이트 전극들(153)의 상부면들을 노출시킬 수 있다. After the source and drain
일부 실시예들에 따르면, 제 1 층간 절연막(165)들을 형성한 후, 게이트 전극들(153)을 금속 게이트 전극(170)으로 대체하는 공정들이 수행될 수 있다. 상세하게, 금속 게이트 전극(170)을 형성하는 것은, 게이트 전극(153)을 제거하여 게이트 스페이서들(155) 사이에 게이트 영역을 형성하는 것 및 게이트 영역들 내에 게이트 유전막(171), 배리어 금속막(173), 및 금속막(175)을 차례로 형성하는 것을 포함할 수 있다. According to some embodiments, after forming the first
게이트 유전막(171)은 하프늄 산화물, 하프늄 실리케이트, 지르코늄 산화물, 또는 지르코늄 실리케이트와 같은 고유전막으로 형성될 수 있다. 배리어 금속막(173)은 소정의 일함수를 갖는 도전성 물질로 형성될 수 있으며, 예를 들어, 티타늄질화물, 탄탈늄질화물, 텅스텐질화물, 하프늄질화물, 및 지르코늄질화물과 같은 금속 질화막으로 형성될 수 있다. 금속막(175)은 배리어 금속막보다 낮은 비저항을 갖는 물질들 중의 하나로 형성될 수 있다. 금속막(175)은, 예를 들어, 텅스텐, 구리, 하프늄, 지르코늄, 티타늄, 탄탈륨, 알루미늄, 루테늄, 팔라듐, 백금, 코발트, 니켈 및 도전성 금속 질화물들 중에서 선택된 어느 하나 또는 이들의 조합으로 형성될 수 있다. The
이와 같이, 금속 게이트 전극(170)들을 형성한 후, 제 1 층간 절연막(165) 상에 금속 게이트 전극(170)들의 상부면들을 덮는 제 2 층간 절연막(180)이 형성될 수 있다. After the
도 12는 본 발명의 실시예들에 따른 반도체 장치의 구조적 특징들을 예시적으로 도시하는 사시도이다. 도 13은 본 발명의 실시예들에 따른 반도체 장치의 핀 구조체를 나타내는 사시도이다. 설명의 간략함을 위해, 도 1a 내지 도 10a, 및 도 1b 내지 도 10b, 및 도 1c 내지 도 10c를 참조하여 앞서 설명된 제조 방법에서와 동일한 기술적 특징들에 대한 설명은 생략될 수 있다.12 is a perspective view exemplarily showing structural features of a semiconductor device according to embodiments of the present invention. 13 is a perspective view showing a fin structure of a semiconductor device according to embodiments of the present invention. For simplicity of explanation, the description of the same technical features as those of the manufacturing method described above with reference to Figs. 1A to 10A, 1B to 10B, and 1C to 10C can be omitted.
도 12 및 도 13을 참조하면, 반도체 기판(100) 상에 복수 개의 핀 구조체들(133)이 서로 이격되어 배치될 수 있다. 일 예로, 핀 구조체들(133)은 서로 교차하는 제 1 방향(D1) 및 제 2 방향(D2)에서 서로 이격되어 배치될 수 있다. 12 and 13, a plurality of
실시예들에 따르면, 반도체 기판(100)은 제 1 반도체 물질로 이루어질 수 있으며, 핀 구조체들(133)은 제 1 반도체 물질과 다른 격자 상수를 갖는 제 2 반도체 물질로 이루어질 수 있다. 일 예로, 제 2 반도체 물질은 제 1 반도체 물질보다 큰 격자 상수를 가질 수 있다. 제 1 및 제 2 반도체 물질들은 예를 들어, 실리콘(Si), 게르마늄(Ge), 실리콘 게르마늄(SiGe), 갈륨비소(GaAs), 인듐갈륨비소(InGaAs), 알루미늄갈륨비소(AlGaAs), 또는 이들의 혼합물 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.According to embodiments, the
실시예들에 따르면, 핀 구조체들(133) 각각은 반도체 기판(100) 상에서 제 1 방향(D1)으로 연장되는 하부 부분(133L) 및 하부 부분으로부터 돌출되며 제 1 방향(D1)과 교차하는 제 2 방향(D2)으로 연장되는 복수 개의 상부 부분들(133U)을 포함할 수 있다. 여기서, 제 1 방향(D1)은 [110] 결정 방향일 수 있으며, 제 2 방향(D2)은 제 1 방향(D1)에 수직하는 [1-10]결정 방향일 수 있다. Each of the
보다 상세하게, 도 13을 참조하면, 각각의 핀 구조체들(133)에서, 하부 부분(133L)은 제 1 방향(D1)으로 제 1 길이(L1)를 가지며, 제 2 방향(D2)으로 제 1 폭(W1)을 가질 수 있다. 그리고, 하부 부분(133L)은 제 1 폭(W1)의 약 2배보다 큰 제 1 높이(H1)를 가질 수 있다. 또한, 하부 부분(133L)의 제 1 길이(L1)는 제 1 높이(H1)보다 클 수 있다. 13, in each of the
각각의 핀 구조체들(133)에서, 상부 부분들(133U) 각각은 제 1 방향(D1)으로 제 1 폭(W1)보다 작은 제 2 폭(W2)을 가질 수 있으며, 제 2 방향(D2)으로 제 2 길이(L2)를 가질 수 있다. 그리고, 상부 부분들(133U)은 제 2 폭(W2)의 약 2배 보다 큰 제 2 높이(H2)를 가질 수 있다. Each of the
실시예들에서, 핀 구조체들(133) 각각은 일체(single body)로 이루어질 수 있다. 다시 말해, 각 핀 구조체(133)의 하부 부분(133L)과 상부 부분들(133U) 사이에 경계면이 존재하지 않을 수 있다. 핀 구조체들(133) 각각에서, 하부 부분(133L)은 반도체 기판(100)의 상부면에 경사진 방향으로 전파된 결정 결함들을 가질 수 있다. 예를 들어, (111) 결정면에서 제 2 방향(D2)으로 전파되는 결정 결함들(130a)과 제 1 방향(D1)으로 전파되는 결정 결함들(130b)을 포함할 수 있다. 여기서, 제 2 방향(D2)으로 전파되는 결정 결함들은 각 핀 구조체(133)의 상부 부분들(133U) 사이에 배치되는 마스크 패턴에 의해, 상부 부분들(133U)로의 전파는 차단될 수 있다. 이에 따라, 핀 구조체들(133)의 상부 부분들(133U)은 결정 결함들이 없는(defect-free) 제 2 반도체 물질로 이루어질 수 있다. In embodiments, each of the
도 10a, 도 10b, 및 도 10c와 도 12를 참조하면, 제 2 방향(D2)으로 인접하는 핀 구조체들(133)의 하부 부분들(133L)은 제 1 거리(S1)만큼 서로 이격될 수 있으며, 상부 부분들(133U)은 제 1 거리(S1)보다 작은 제 2 거리(S2)만큼 서로 이격될 수 있다. 10A, 10B, and 10C and 12, the
소자 분리막(105)이 제 2 방향(D2)으로 인접하는 핀 구조체들(133)의 하부 부분들(133L) 사이에 배치될 수 있다. 제 1 분리 절연 패턴(141)이 제 2 방향(D2)으로 인접하는 핀 구조체들(133)의 상부 부분들(133U) 사이에 배치될 수 있으며, 제 1 분리 절연 패턴(141)의 상부면은 핀 구조체들(133)의 상부 부분들(133U)의 상부면들보다 아래에 위치할 수 있다. The
제 1 방향(D1)으로 인접하는 핀 구조체들(133)의 하부 부분들(133L)은 제 3 거리(S3)만큼 이격될 수 있으며, 제 1 방향(D1)으로 인접하는 핀 구조체들(133)의 상부 부분들(133U)은 제 3 거리(S3)보다 큰 제 4 거리(S4)만큼 이격될 수 있다. The
제 2 분리 절연 패턴이 제 1 방향(D1)으로 인접하는 핀 구조체들(133)의 하부 부분들(133L) 사이에 배치될 수 있으며, 제 2 분리 절연 패턴(143)의 상부면은 핀 구조체들(133)의 상부 부분들(133U)의 상부면들보다 아래에 위치할 수 있다. The second isolation insulating pattern may be disposed between the
다시, 도 12를 참조하면, 금속 게이트 전극(170)이 제 1 방향(D1)으로 이격된 핀 구조체들(133)의 상부 부분들(133U)을 가로질러 배치될 수 있다. 그리고, 금속 게이트 전극(170)은 평면적 관점에서, 제 1 방향(D1)으로 이격된 핀 구조체들(133)의 하부 부분들(133L)과 중첩될 수 있다. 다시 말해, 제 1 방향(D1)에서 인접하는 핀 구조체들(133)의 하부 부분들(133L)이 금속 게이트 전극(170) 아래에서 서로 이격될 수 있다. 12, the
게이트 절연막은 금속 게이트 전극(170)과 핀 구조체(133)의 상부 부분들(133U) 사이에 배치될 수 있으며, 균일한 두께를 가지며 상부 부분들(133U)의 표면들을 덮을 수 있다. 금속 게이트 전극(170)의 양측에서 각 핀 구조체(133)의 상부 부분들(133U) 상에 소오스 및 드레인 영역들(160)이 제공될 수 있다. The gate insulating film can be disposed between the
도 14a, 도 14b, 도 15a 및 도 15b는 본 발명의 다양한 실시예들에 따른 반도체 장치를 설명하기 위한 도면들로서, 도 14b는 도 14a의 III-III' 선을 따라 자른 단면을 도시하며, 도 15b는 도 15a의 III-III' 선을 따라 자른 단면을 도시한다. 설명의 간략함을 위해, 앞서 설명된 제조 방법에서와 동일한 기술적 특징들에 대한 설명은 생략될 수 있다.FIGS. 14A, 14B, 15A, and 15B are views for explaining a semiconductor device according to various embodiments of the present invention. FIG. 14B shows a cross section taken along the line III-III ' 15B shows a cross section taken along the line III-III 'in FIG. 15A. For simplicity of explanation, the description of the same technical features as in the above-described manufacturing method can be omitted.
도 14a 및 도 14b를 참조하면, 핀 구조체들(133)이 반도체 기판(100) 상에서 제 1 방향(D1) 및 제 2 방향(D2)으로 서로 이격되어 배치될 수 있다. 이 실시예에 따르면, 제 1 방향(D1)으로 인접하는 핀 구조체들(133) 간의 간격이 서로 달라질 수 있다. 즉, 제 2 방향(D2)으로 연장되는 제 2 분리 절연 패턴들(143a, 143b)의 폭이 서로 다를 수 있다. 14A and 14B, the
일부 실시예들에 따르면, 핀 구조체들(133)에서, 하부 부분(133L)으로부터 돌출되는 상부 부분들(133U)의 개수가 서로 다를 수 있다. 다시 말해, 핀 구조체들(133) 중 어느 하나에서 상부 부분들(133U)의 개수는 다른 하나에서 상부 부분들(133U)의 개수와 다를 수 있다.According to some embodiments, in the
도 15a 및 도 15b를 참조하면, 반도체 기판(100)은 제 1 영역(R1) 및 제 2 영역(R2)을 포함 할 수 있다. 복수 개의 핀 구조체들(133)이 제 1 및 제 2 영역들(R1, R2) 각각에서 제 1 방향(D1) 및 제 1 방향(D1)에 교차하는 제 2 방향(D2)으로 서로 이격될 수 있다. 15A and 15B, the
일 예에서, 소자 분리막(105)이 제 1 방향(D1)으로 제 1 영역(R1)의 핀 구조체들(133)과 제 2 영역(R2)의 핀 구조체들(133) 사이에 배치될 수 있다. 제 1 및 제 2 영역들(R1, R2) 각각에서, 제 1 방향(D1)으로 인접하는 핀 구조체들(133)의 하부 부분들(133L)은 제 2 분리 절연 패턴(143)에 의해 제 1 거리만큼 이격될 수 있다. 그리고, 제 1 방향(D1)으로 인접하는 제 1 및 제 2 영역들(R1, R2)의 핀 구조체들(133)의 하부 부분들(133L)은 소자 분리막(105)에 의해 제 2 거리만큼 이격될 수 있다. 여기서 제 2 거리는 제 1 거리보다 클 수 있다. In one example, the
금속 게이트 전극들(170)은 제 1 및 제 2 영역들(R1, R2)을 가로질러 배치될 수 있으며, 제 1 및 제 2 영역들(R1, R2)의 핀 구조체들(133)의 상부 부분들(133U)을 가로지를 수 있다. The
도 16 및 도 17은 본 발명의 다양한 실시예들에 따른 반도체 장치를 도시한다. 설명의 간략함을 위해, 앞서 설명된 제조 방법에서와 동일한 기술적 특징들에 대한 설명은 생략될 수 있다. Figures 16 and 17 illustrate a semiconductor device according to various embodiments of the present invention. For simplicity of explanation, the description of the same technical features as in the above-described manufacturing method can be omitted.
도 16 및 도 17을 참조하면, 반도체 기판(100)은 제 1 영역(R1) 및 제 2 영역(R2)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제 1 영역(R1)은 NMOS 전계 효과 트랜지스터들이 형성되는 영역일 수 있으며, 제 2 영역(R2)은 PMOS 전계 효과 트랜지스터들이 형성되는 영역일 수 있다.16 and 17, the
실시예들에 따르면, 제 1 영역(R1)의 반도체 기판(100) 상에 제 1 핀 구조체(133N)가 배치될 수 있으며, 제 2 영역(R2)의 반도체 기판(100) 상에 제 2 핀 구조체(133P)가 배치될 수 있다. 일 예로, 제 1 핀 구조체(133N)와 제 2 핀 구조체(133P)는 제 1 방향(D1)으로 서로 이격될 수 있다. The
도 16에 도시된 실시예에 따르면, 제 1 핀 구조체(133N)는, 앞서 설명한 바와 같이, 제 1 방향(D1)으로 연장되는 하부 부분(133L) 및 하부 부분(133L)으로부터 돌출되어 제 2 방향(D2)으로 연장되는 상부 부분들(133U)을 포함할 수 있다. 제 1 핀 구조체(133N)는 일체의 에피택시얼 물질로 이루어질 수 있으며, 반도체 기판(100)과 다른 격자 상수를 가질 수 있다. 일 예에 따르면, 반도체 기판(100)은 실리콘(Si)으로 이루어지고, 제 1 핀 구조체(133N)는 실리콘 게르마늄(Si1-xGex)으로 이루어질 수 있다. According to the embodiment shown in Fig. 16, the
제 2 핀 구조체(FS)는 반도체 기판(100) 상의 버퍼 패턴(133P) 및 버퍼 패턴(133P) 상의 채널 패턴들(137)을 포함할 수 있다. 제 2 핀 구조체(FS)의 버퍼 패턴(133P)은 일체의 에피택시얼층일 수 있다. 즉, 버퍼 패턴(133P)은, 제 1 핀 구조체(133N)와 유사하게, 제 1 방향(D1)으로 연장되는 하부 부분(133L) 및 하부 부분(133L)으로부터 돌출되어 제 2 방향(D2)으로 연장되는 상부 부분들(133U)을 포함할 수 있다. 제 2 핀 구조체(FS)에서 버퍼 패턴(133P)의 상부 부분들(133U)의 상부면들은 제 1 핀 구조체(133N)의 상부 부분들(133U)의 상부면들보다 아래에 위치할 수 있다. 그리고, 채널 패턴들(137)의 상부면들은 제 1 핀 구조체(133N)의 상부 부분들(133U)의 상부면들과 실질적으로 공면을 이룰 수 있다. The second fin structure FS may include a
일 예로, 제 2 핀 구조체(FS)의 버퍼 패턴(133P)은 제 1 핀 구조체(133N)와 동일한 반도체 물질로 이루어질 수 있다. 제 2 핀 구조체(FS)의 채널 패턴들(135)은 버퍼 패턴(133P)의 상부 부분들(133U) 상에 배치되며, 버퍼 패턴(133P)과 에너지 밴드 갭 차이를 갖는 물질로 이루어질 수 있다. 일 예로, 채널 패턴들(135)은 Si 또는 Ge로 이루어질 수 있다. 다른 예로, 버퍼 패턴(133P)은 Si1-xGex으로 이루어질 수 있으며, 채널 패턴들(135)은 Si1-yGey(여기서, y>x)이루어 질 수 있다. 또 다른 예로, 버퍼 패턴(133P) 및 채널 패턴들(135)은 III-V족 화합물로 이루어지되, 서로 에너지 밴드 갭이 다를 수 있다. 일 예에 따르면, 제 2 핀 구조체(FS)의 채널 패턴들(137)은 버퍼 패턴(133P)의 상부 부분들(133U)의 상부면들을 씨드로 이용한 선택적 에피택시얼 성장 공정을 이용하여 형성될 수 있다. 그리고, 버퍼 패턴(133P)의 상부 부분들(133U)과 채널 패턴들(137) 사이에 경계면이 존재할 수 있다. 실시예들에 따르면, 버퍼 패턴(133P)의 상부 부분들(133U)은 결정 결함들이 없는 반도체 물질로 이루어지므로, 채널 패턴들(137) 내의 결정 결함들이 감소될 수 있다. For example, the
도 17에 도시된 실시예에 따르면, 제 1 핀 구조체(FS1)는 제 1 버퍼 패턴(133N) 및 제 1 채널 패턴들(137)을 포함할 수 있으며, 제 2 핀 구조체(FS2)는 제 2 버퍼 패턴(133P) 및 제 2 채널 패턴들(135)을 포함할 수 있다. 여기서, 제 1 및 제 2 버퍼 패턴들(133N, 133P) 각각은, 앞서 설명한 바와 같이, 일체의 반도체 물질로 이루어질 수 있으며, 제 1 방향(D1)으로 연장되는 하부 부분(133L) 및 하부 부분(133L)으로부터 돌출되어 제 2 방향(D2)으로 연장되는 상부 부분들(133U)을 포함할 수 있다. 17, the first fin structure FS1 may include a
제 1 채널 패턴들(137)은 제 1 버퍼 패턴(133N)과 에너지 밴드 갭 차이를 갖는 물질로 형성될 수 있다. 일 예에서, 제 1 버퍼 패턴(133N)이 Si1 - xGex으로 이루어질 수 있으며, 제 1 채널 패턴들(137)은 Si1 - yGey (여기서, x>y)으로 이루어질 수 있다. 또 다른 예로, 제 1 버퍼 패턴(133N)이은 In1 - xGaxAs으로 이루어질 수 있으며, 제 1 채널 패턴들(137)은 In1 - yGayAs (여기서, x<y)으로 이루어질 수 있다. 실시예들에 따르면, 제 1 채널 패턴들(137)은 제 1 버퍼 패턴(133N)의 상부 부분들(133U)의 상부면으로부터 성장된 에피택시얼 물질로 이루어질 수 있다. The
제 2 채널 패턴들(135)은 제 2 버퍼 패턴(133P)과 에너지 밴드 갭 차이를 갖는 물질로 형성될 수 있다. 또한, 제 2 채널 패턴들(135)은 제 1 채널 패턴들(137)과 다른 물질로 이루어질 수 있다. 일 예로, 제 2 버퍼 패턴(133P)이 Si1 - xGex으로 형성될 때, 제 2 채널 패턴들(135)은 Si1 - zGez(여기서, Z>x)으로 이루어질 수 있다. 또 다른 예로, 제 2 버퍼 패턴(133P)이 In1 - zGazAs으로 이루어질 때, 제 2 채널 패턴들(135)은 In1 - wGawAs (여기서, z>w)으로 이루어질 수 있다. 실시예들에 따르면, 제 2 채널 패턴들(135)은 제 2 버퍼 패턴(133P)의 상부 부분들(133U)의 상부면으로부터 성장된 에피택시얼 물질로 이루어질 수 있다. The
도 18a 내지 도 22a 및 도 18b 내지 도 22b는 본 발명의 다양한 실시예들에 따른 반도체 장치의 제조 방법을 설명하기 위한 단면도들로서, 도 18a 내지 도 22a는 도 10a의 I-I' 선 및 II-II' 선을 따라 자른 단면들을 나타내며, 도 18b 내지 도 22b는 도 10a의 III-III' 선 및 IV-IV'선을 따라 자른 단면들을 나타낸다.FIGS. 18A to 22A are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a semiconductor device according to various embodiments of the present invention. FIGS. 18A to 22A are cross-sectional views taken along line II 'and II-II' And FIGS. 18B to 22B show cross-sections taken along line III-III 'and line IV-IV in FIG. 10A.
설명의 간략함을 위해, 도 1a 내지 도 10a, 및 도 1b 내지 도 10b, 및 도 1c 내지 도 10c를 참조하여 앞서 설명된 제조 방법에서와 동일한 기술적 특징들에 대한 설명은 생략될 수 있다.For simplicity of explanation, the description of the same technical features as those of the manufacturing method described above with reference to Figs. 1A to 10A, 1B to 10B, and 1C to 10C can be omitted.
도 1 내지 도 4를 참조하여 설명한 것처럼, 반도체 기판(100)의 일부분을 노출시키는 하부 트렌치(LR)를 갖는 소자 분리막과(105), 소자 분리막(105) 상에서 하부 트렌치들(LR)을 가로지르는 복수 개의 상부 트렌치들(UR)을 갖는 제 2 마스크 패턴(120)을 형성한 후에, 하부 트렌치들(LR) 및 상부 트렌치들(UR)을 채우는 에피택시얼층(130)이 형성될 수 있다. 에피택시얼층(130)은 도 5a, 도 5b, 및 도 5c를 참조하여 설명한 것처럼, 하부 트렌치(LR)를 채우는 하부 부분(133L) 및 상부 트렌치들(UR)을 채우는 상부 부분들(133U)을 포함할 수 있다. 일 예에 다르면, 에피택시얼층(130)의 상부 부분들(133U)은 상부 트렌치들(UR)의 일부를 채울 수 있다. A
계속해서, 도 18a 및 도 18b를 참조하면, 에피택시얼층(130)의 상부 부분들(133U) 상에 제 1 반도체층들(210) 및 제 2 반도체층들(220)이 번갈아 반복적으로 적층될 수 있다. 제 1 및 제 2 반도체층들(210, 220)은 서로 식각 선택성을 갖는 반도체 물질로 이루어질 수 있으며, 선택적 에피택시얼 성장(SEG) 공정을 수행하여 적층될 수 있다. 또한, 제 1 반도체층들(210)은 에피택시얼층(130)에 대해 식각 선택성을 갖는 반도체 물질로 이루어질 수 있다. 제 2 반도체층들(210)은 에피택시얼층(130)과 동일한 반도체 물질로 이루어질 수도 있으며, 에피택시얼층(130)과 다른 반도체 물질로 이루어질 수도 있다. 실시예들에서, 제 1 반도체층들(210)은 제 2 반도체층들(220)과 다른 격자 상수를 가질 수 있다.18A and 18B, the first semiconductor layers 210 and the second semiconductor layers 220 are alternately repeatedly stacked on the
제 1 및 제 2 반도체층들(210, 220)은 예를 들어, Si, Ge, SiGe, 또는 III-V족 화합물들을 포함할 수 있다. 여기서, III-V 화합물들은, 예를 들어, 알루미늄 인화물(aluminum phosphide: AlP), 갈륨 인화물(gallium phosphide: GaP), 인듐 인화물(indium phosphide: InP), 알루미늄 비소(aluminum arsenide: AlAs), 갈륨 비소 (gallium arsenide: GaAs), 인듐 비소(indium arsenide: InAs), 알루미늄 안티모나이드(aluminum antimonide: AlSb), 갈륨 안티모나이드(gallium antimonide: GaSb), 또는 인듐 안티모나이드(indium antimonide: InSb)일 수 있다.The first and second semiconductor layers 210 and 220 may comprise, for example, Si, Ge, SiGe, or III-V compounds. Herein, the III-V compounds may be, for example, aluminum phosphide (AlP), gallium phosphide (GaP), indium phosphide (InP), aluminum arsenide gallium arsenide (GaAs), indium arsenide (InAs), aluminum antimonide (AlSb), gallium antimonide (GaSb), or indium antimonide (InSb) .
일 예로, 제 1 반도체층들(210)은 Ge으로 이루어질 수 있으며, 제 2 반도체층들(220)은 SiGe으로 이루어질 수 있다. 다른 예로, 제 1 및 제 2 반도체층들(210, 220)은 SiGe으로 이루어지되, 제 1 및 제 2 반도체층들(210, 220)에서 게르마늄 농도가 서로 다를 수 있다. 또 다른 예로, 제 1 반도체층들(210)은 인듐 비소(InAs)로 이루어질 수 있으며, 제 2 반도체층들(220)은 갈륨 안티모나이드(GaSb)로 이루어질 수도 있다. For example, the first semiconductor layers 210 may be made of Ge, and the second semiconductor layers 220 may be made of SiGe. In another example, the first and second semiconductor layers 210 and 220 are made of SiGe, and the germanium concentrations in the first and second semiconductor layers 210 and 220 may be different from each other. As another example, the first semiconductor layers 210 may be made of indium arsenide (InAs), and the second semiconductor layers 220 may be made of gallium antimonide (GaSb).
실시예들에서, 제 1 및 제 2 반도체층들(210, 220)은 결정 결함이 없는 에피택시얼층(130)의 상부 부분들(133U) 상에 형성되므로, 제 1 및 제 2 반도체층들(210, 220)의 결정성이 향상될 수 있다.In embodiments, the first and second semiconductor layers 210 and 220 are formed on the
적층된 제 1 및 제 2 반도체층들(210, 220)은 제 2 마스크 패턴(120)에 의해 정의된 상부 트렌치들(UR)을 채울 수 있다. 이에 따라, 제 1 및 제 2 반도체층들(210, 220) 제 2 방향(D2)으로 연장되는 라인 형태를 가질 수 있다. The stacked first and second semiconductor layers 210 and 220 may fill the upper trenches UR defined by the
도 19a 및 도 19b를 참조하면, 도 6a, 도 6a 및 도 6c를 참조하여 설명한 것처럼, 제 1 방향(D1)으로 연장되는 제 1 분리 절연 패턴들(141)이 형성될 수 있으며, 도 7a, 도 7b, 및 도 7c를 참조하여 설명한 것처럼, 제 2 방향(D2)으로 연장되는 제 2 분리 절연 패턴들(143)이 형성될 수 있다. Referring to FIGS. 19A and 19B, first
제 1 분리 절연 패턴들(141)은 제 1 및 제 2 반도체층들(210, 220), 에피택시얼층(131)의 상부 부분들(131U), 및 소자 분리막(105)을 관통할 수 있으며, 제 2 분리 절연 패턴들(143)은 제 2 마스크 패턴(120) 및 에피택시얼층(131)의 하부 부분들(131L)을 관통할 수 있다. The first
제 1 및 제 2 분리 절연 패턴들(141, 143)을 형성함에 따라 제 1 방향(D1) 및 제 2 방향(D2)으로 서로 이격되는 복수 개의 핀 구조체들(133)이 형성될 수 있으며, 각각의 핀 구조체들(133) 상에 서로 번갈아 적층된 제 1 및 제 2 반도체 패턴들(211, 221)이 형성될 수 있다. 여기서, 핀 구조체들(133) 각각은 일체로 이루어질 수 있으며, 제 1 방향(D1)으로 연장되는 하부 부분(133L) 및 제 2 방향(D2)으로 연장되는 복수 개의 상부 부분들(133U)을 포함할 수 있다. 제 1 및 제 2 반도체 패턴들(211, 221)은 각 핀 구조체(133)의 상부 부분들(133U) 상에 번갈아 적층될 수 있다. A plurality of
핀 구조체들(133) 및 제 1 및 제 2 반도체 패턴들(211, 221)을 형성한 후, 제 2 마스크 패턴(120)의 상부면 및 제 1 및 제 2 분리 절연 패턴들(141, 143)의 상부면들이 리세스될 수 있다. 이에 따라, 제 1 및 제 2 반도체 패턴들(211, 221)의 측벽들이 노출될 수 있으며, 핀 구조체들(133)의 상부 부분들(133U)의 측벽들의 일 부분들이 노출될 수 있다. The upper surface of the
도 20a 및 도 20b를 참조하면, 제 1 및 제 2 반도체 패턴들(211, 221)을 가로질러 제 1 방향(D1)으로 연장되는 희생 게이트 절연막(231) 및 희생 게이트 패턴들(233)이 형성될 수 있으며, 희생 게이트 패턴들(233)의 양측벽들 상에 게이트 스페이서들(235)이 형성될 수 있다. 실시예들에서, 희생 게이트 패턴들(233)은 게이트 스페이서(235), 제 2 반도체 패턴들(221), 및 핀 구조체들(133)에 대해 식각 선택성을 갖는 물질로 형성될 수 있다. 예를 들어, 희생 게이트 패턴들(233)은 불순물이 도우프된 폴리실리콘막, 언도우프된 폴리실리콘막, 실리콘 게르마늄막, 또는 실리콘 카바이드막으로 형성될 수 있다.20A and 20B, a sacrificial
이어서, 희생 게이트 패턴들(233) 양측의 제 1 및 제 2 반도체 패턴들(211, 221)의 일부분들을 식각하여 리세스 영역들을 형성한 후, 리세스 영역들 내에 소오스 및 드레인 패턴들(240)을 형성할 수 있다. Subsequently, portions of the first and
소오스 및 드레인 패턴들(240)은 희생 게이트 패턴들(233) 양측의 핀 구조체들(133)의 상부 부분들(133U) 상에 형성될 수 있으며, 선택적 에피택시얼 성장 공정을 이용하여 형성된 에피택시얼층일 수 있다. 여기서, 소오스 및 드레인 패턴들(240)은 제 2 반도체 패턴들(221)에 인장성 또는 압축성 스트레인을 제공하는 반도체 물질로 이루어질 수 있다. The source and
도 21a 및 도 21b를 참조하면, 소오스 및 드레인 패턴들(240)을 덮으며 희생 게이트 패턴들(233)의 상부면을 노출시키는 층간 절연막(250)이 형성될 수 있다.Referring to FIGS. 21A and 21B, an
층간 절연막(250)을 형성한 후, 희생 게이트 패턴들(233), 희생 게이트 절연막(231), 및 제 1 반도체 패턴들(211)을 차례로 제거함으로써 게이트 영역들(213)이 형성될 수 있다. The
희생 게이트 패턴들(233)은 층간 절연막(250) 및 게이트 스페이서들(235)에 대해 식각 선택성을 갖는 식각 레서피를 사용하여 건식 또는 습식 식각될 수 있다. 희생 게이트 패턴들(233)을 제거하는 동안 희생 게이트 절연막(231)이 함께 제거될 수 있다. 희생 게이트 패턴들(233)을 제거함에 따라, 최상층에 배치된 제 2 반도체 패턴(221)의 상면이 노출될 수 있으며, 제 1 및 제 2 반도체 패턴들(211, 221)의 측벽들이 노출될 수 있다. The
이어서, 제 2 반도체 패턴들(221)에 대해 식각 선택성을 갖는 식각 레서피를 사용하여 제 1 반도체 패턴들(211)이 건식 또는 습식 식각될 수 있다. 이에 따라, 게이트 영역들(213)이 제 2 반도체 패턴들(221) 사이로 연장될 수 있다. 이와 같이, 제 2 반도체 패턴들(221) 사이의 빈 공간인 게이트 영역들(213)이 형성됨에 따라, 소오스 및 드레인 패턴들(240)을 연결하는 브릿지(bridge) 채널 또는 나노 와이어(nano-wire) 채널들로서 제 2 반도체 패턴들(221)이 형성될 수 있다.Then, the
도 22a 및 도 22b를 참조하면, 제 2 반도체 패턴들(221)을 둘러싸는 금속 게이트 전극들(260)이 형성될 수 있다. 금속 게이트 전극들(260)은 핀 구조체들(133)의 하부 부분들(133L)과 나란하게, 제 1 방향(D1)으로 연장될 수 있다. 금속 게이트 전극들(260)은 게이트 영역들 내에 차례로 형성된 게이트 유전막(261), 배리어 금속막(263), 및 금속막(265)을 포함할 수 있다. 금속 게이트 전극들(260)은 게이트 스페이서들(235)들 사이와 제 2 반도체 패턴들(221) 사이를 채울 수 있다. 즉, 금속 게이트 전극들(260)은 제 2 반도체 패턴들(221)의 상면들, 하면들, 및 측면들을 덮을 수 있다. 22A and 22B,
이상, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예에는 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. While the present invention has been described in connection with what is presently considered to be practical exemplary embodiments, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed embodiments, but, on the contrary, It will be understood. It is therefore to be understood that the above-described embodiments are illustrative and not restrictive in every respect.
Claims (20)
상기 반도체 기판 상에 배치되며, 상기 제 1 반도체 물질과 격자 상수가 다른 제 2 반도체 물질로 이루어진 핀 구조체를 포함하되, 상기 핀 구조체는:
상기 반도체 기판 상에서 제 1 방향으로 연장되는 하부 부분; 및
상기 하부 부분으로부터 돌출되며, 상기 제 1 방향과 교차하는 제 2 방향으로 연장되는 복수 개의 상부 부분들을 포함하는 전계효과 트랜지스터.A semiconductor substrate made of a first semiconductor material; And
A fin structure disposed on the semiconductor substrate and made of a second semiconductor material having a lattice constant different from that of the first semiconductor material,
A lower portion extending in a first direction on the semiconductor substrate; And
And a plurality of upper portions projecting from the lower portion and extending in a second direction intersecting the first direction.
상기 핀 구조체의 상기 상부 부분들을 가로질러 상기 제 1 방향으로 연장되는 게이트 전극; 및
상기 게이트 전극과 상기 핀 구조체의 상기 상부 부분들 사이에 배치되는 게이트 절연막을 더 포함하는 전계효과 트랜지스터.The method according to claim 1,
A gate electrode extending in the first direction across the upper portions of the pin structure; And
And a gate insulating film disposed between the gate electrode and the upper portions of the fin structure.
상기 게이트 전극 양측에서 상기 핀 구조체의 상기 상부 부분들 내에 제공되는 소오스/드레인 영역들을 더 포함하는 전계효과 트랜지스터. 3. The method of claim 2,
And source / drain regions provided in the upper portions of the fin structure at both sides of the gate electrode.
상기 하부 부분의 높이는 상기 하부 부분의 상기 제 2 방향의 폭의 2배보다 크고,
상기 하부 부분의 상기 제 1 방향의 길이는 상기 하부 부분의 상기 높이보다 큰 전계효과 트랜지스터. The method according to claim 1,
The height of the lower portion is greater than twice the width of the lower portion in the second direction,
Wherein the length of the lower portion in the first direction is greater than the height of the lower portion.
상기 상부 부분의 상기 제 1 방향의 폭은 상기 하부 부분의 상기 제 2 방향의 폭보다 작고,
상기 상부 부분의 높이는 상기 상부 부분의 상기 제 1 방향의 폭의 2배보다 큰 전계효과 트랜지스터. The method according to claim 1,
Wherein a width of the upper portion in the first direction is smaller than a width of the lower portion in the second direction,
Wherein the height of the top portion is greater than twice the width of the top portion in the first direction.
상기 상부 부분의 상기 제 2 방향의 길이는 상기 하부 부분의 상기 제 2 방향의 폭보다 큰 전계효과 트랜지스터. The method according to claim 1,
Wherein the length of the upper portion in the second direction is greater than the width of the lower portion in the second direction.
상기 하부 부분은 결정 결함들을 포함하고, 상기 상부 부분들은 실질적으로 결정 결함이 없는(defect-free) 전계효과 트랜지스터. The method according to claim 1,
Wherein the lower portion comprises crystal defects and the upper portions are substantially crystal defect free.
상기 제 2 방향으로 대향하는 상기 하부 부분의 양측벽들과 접촉하는 소자 분리막을 더 포함하는 전계효과 트랜지스터.The method according to claim 1,
Further comprising: an element isolation layer in contact with both sidewalls of the lower portion facing in the second direction.
상기 제 1 방향으로 대향하는 상기 하부 부분의 양측벽들과 접촉하는 제 1 분리 절연 패턴을 더 포함하되,
상기 분리 절연 패턴의 하부면은 상기 소자 분리막의 하부면 아래에 위치하는 전계효과 트랜지스터.9. The method of claim 8,
Further comprising a first isolation insulation pattern in contact with both side walls of the lower portion opposite to each other in the first direction,
And the lower surface of the isolation insulating pattern is located below the lower surface of the isolation film.
상기 핀 구조체의 상기 상부 부분들 사이에 배치되어 상기 하부 부분의 상부면과 접촉하는 하드 마스크 패턴을 더 포함하는 전계효과 트랜지스터.The method according to claim 1,
And a hard mask pattern disposed between the upper portions of the pin structure and in contact with the upper surface of the lower portion.
상기 제 1 방향으로 대향하는 상기 상부 부분들의 양측벽들과 접촉하는 제 2 분리 절연 패턴을 더 포함하는 전계효과 트랜지스터.11. The method of claim 10,
And a second isolation insulation pattern in contact with both side walls of the upper portions opposite to each other in the first direction.
상기 반도체 기판 상에 서로 이격되어 배치되는 복수 개의 핀 구조체들로서, 상기 핀 구조체들 각각은:
상기 반도체 기판 상에서 일 방향으로 연장되는 하부 부분; 및
상기 하부 부분으로부터 돌출되며, 상기 하부 부분을 가로지르는 복수 개의 상부 부분들을 포함하는 것;
상기 핀 구조체들의 상기 하부 부분들과 나란하게 상기 일 방향으로 연장되며, 상기 핀 구조체들의 상기 상부 부분들을 가로지르는 게이트 전극; 및
상기 게이트 전극 양측에서, 상기 핀 구조체들의 상부 부분들 내에 제공되는 소오스/드레인 영역들을 포함하는 전계효과 트랜지스터. A semiconductor substrate made of a first semiconductor material;
A plurality of pin structures spaced apart from each other on the semiconductor substrate, each of the pin structures comprising:
A lower portion extending in one direction on the semiconductor substrate; And
A plurality of upper portions projecting from the lower portion and traversing the lower portion;
A gate electrode extending in one direction parallel to the bottom portions of the pin structures, the gate electrodes crossing the top portions of the pin structures; And
And source / drain regions provided in upper portions of the pin structures, at both sides of the gate electrode.
상기 핀 구조체들의 상기 하부 부분들은 상기 게이트 전극 아래에서 상기 일 방향으로 서로 이격되어 배치되는 전계효과 트랜지스터. 13. The method of claim 12,
Wherein the lower portions of the pin structures are spaced apart from one another in the one direction below the gate electrode.
상기 일 방향으로 상기 하부 부분의 길이는 상기 하부 부분의 상기 높이보다 큰 전계효과 트랜지스터. 13. The method of claim 12,
Wherein the length of the lower portion in the one direction is greater than the height of the lower portion.
상기 핀 구조체들 각각에서, 상기 상부 부분들 사이에 배치되어 상기 하부 부분의 상부면과 접촉하는 하드 마스크 패턴을 더 포함하는 전계효과 트랜지스터.13. The method of claim 12,
And a hard mask pattern disposed between the top portions and in contact with the top surface of the bottom portion, in each of the pin structures.
상기 핀 구조체들은 서로 교차하는 제 1 방향 및 제 2 방향에서 서로 이격되는 전계효과 트랜지스터.13. The method of claim 12,
Wherein the pin structures are spaced apart from each other in a first direction and a second direction that intersect each other.
상기 핀 구조체들의 상기 하부 부분들은 상기 제 1 방향에 평행하고, 상기 핀 구조체들의 상기 상부 부분들은 상기 제 2 방향에 평행하되,
상기 제 2 방향으로 인접하는 상기 핀 구조체들에서, 상기 상부 부분들 간의 거리는 상기 하부 부분들 간의 거리보다 작은 전계효과 트랜지스터.17. The method of claim 16,
Wherein the lower portions of the pin structures are parallel to the first direction and the upper portions of the pin structures are parallel to the second direction,
Wherein in the pin structures adjacent in the second direction, the distance between the upper portions is less than the distance between the lower portions.
상기 핀 구조체들의 상기 하부 부분들은 상기 제 1 방향에 평행하고, 상기 핀 구조체들의 상기 상부 부분들은 상기 제 2 방향에 평행하되,
상기 제 2 방향으로 인접하는 상기 핀 구조체들의 상기 하부 부분들 사이에 배치되어 상기 하부 부분들의 측벽들과 접촉하는 소자 분리막을 더 포함하는 전계효과 트랜지스터. 17. The method of claim 16,
Wherein the lower portions of the pin structures are parallel to the first direction and the upper portions of the pin structures are parallel to the second direction,
And a device isolation layer disposed between the lower portions of the pin structures adjacent in the second direction and in contact with the sidewalls of the lower portions.
상기 제 2 방향으로 인접하는 상기 핀 구조체들 사이에서 상기 제 1 방향으로 연장하는 제 1 분리 절연 패턴을 더 포함하되,
상기 제 1 분리 절연 패턴은 상기 제 2 방향으로 인접하는 상기 핀 구조체들의 상기 상부 부분들과 접촉하는 전계효과 트랜지스터.17. The method of claim 16,
And a first isolation insulation pattern extending in the first direction between the pin structures adjacent in the second direction,
Wherein the first isolation insulation pattern is in contact with the upper portions of the pin structures adjacent in the second direction.
상기 제 1 방향으로 인접하는 상기 핀 구조체들 사이에서 상기 제 2 방향으로 연장하는 제 2 분리 절연 패턴을 더 포함하되,
상기 제 2 분리 절연 패턴은 상기 제 1 방향으로 인접하는 상기 핀 구조체들의 상기 하부 부분들과 접촉하는 전계효과 트랜지스터.
17. The method of claim 16,
And a second isolation insulation pattern extending in the second direction between the pin structures adjacent in the first direction,
Wherein the second isolation insulating pattern contacts the lower portions of the pin structures adjacent in the first direction.
Priority Applications (5)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US15/602,593 US10181526B2 (en) | 2016-06-02 | 2017-05-23 | Field effect transistor including multiple aspect ratio trapping structures |
CN201710406601.6A CN107464846B (en) | 2016-06-02 | 2017-06-02 | Field effect transistor and semiconductor structure |
US16/211,624 US10734521B2 (en) | 2016-06-02 | 2018-12-06 | Field effect transistor including multiple aspect trapping ratio structures |
US16/923,389 US11411111B2 (en) | 2016-06-02 | 2020-07-08 | Field effect transistor including multiple aspect trapping ratio structures |
US17/860,820 US11843051B2 (en) | 2016-06-02 | 2022-07-08 | Field effect transistor including multiple aspect trapping ratio structures |
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020160068928 | 2016-06-02 | ||
KR20160068928 | 2016-06-02 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
KR20170136961A true KR20170136961A (en) | 2017-12-12 |
KR102589730B1 KR102589730B1 (en) | 2023-10-17 |
Family
ID=60944070
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
KR1020160145958A KR102589730B1 (en) | 2016-06-02 | 2016-11-03 | Field Effect Transistor and Method of fabricating the same |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
KR (1) | KR102589730B1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20220384263A1 (en) * | 2019-10-29 | 2022-12-01 | Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd. | Methods for Forming Stacked Layers and Devices Formed Thereof |
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR20140148188A (en) * | 2013-06-21 | 2014-12-31 | 삼성전자주식회사 | Semiconductor device and method for fabricating the same |
US20150249087A1 (en) * | 2014-02-28 | 2015-09-03 | Mirco Cantoro | Semiconductor fin devices and method of faricating the semiconductor fin devices |
-
2016
- 2016-11-03 KR KR1020160145958A patent/KR102589730B1/en active IP Right Grant
Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR20140148188A (en) * | 2013-06-21 | 2014-12-31 | 삼성전자주식회사 | Semiconductor device and method for fabricating the same |
US20150249087A1 (en) * | 2014-02-28 | 2015-09-03 | Mirco Cantoro | Semiconductor fin devices and method of faricating the semiconductor fin devices |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20220384263A1 (en) * | 2019-10-29 | 2022-12-01 | Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd. | Methods for Forming Stacked Layers and Devices Formed Thereof |
US11942363B2 (en) * | 2019-10-29 | 2024-03-26 | Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. | Methods for forming stacked layers and devices formed thereof |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
KR102589730B1 (en) | 2023-10-17 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US11664456B2 (en) | Semiconductor structures and methods of forming thereof | |
KR101949568B1 (en) | Finfet device having flat-top epitaxial features and method of making the same | |
TWI727071B (en) | Semiconductor devices and methods for forming the same | |
CN107424933B (en) | FINFET and method of forming a FINFET | |
US11894370B2 (en) | Semiconductor structure cutting process and structures formed thereby | |
US11843051B2 (en) | Field effect transistor including multiple aspect trapping ratio structures | |
KR20200136133A (en) | Semiconductor devices and methods of manufacturing the same | |
KR102260237B1 (en) | Transistors with recessed silicon cap and method forming same | |
KR102259709B1 (en) | Semiconductor device and method | |
KR20200020631A (en) | Semiconductor device and method | |
CN111244084A (en) | Confined source/drain epitaxial region and method of forming same | |
TW201803028A (en) | Semiconductor devices | |
KR102481746B1 (en) | Fin-end gate structures and method forming same | |
KR102444346B1 (en) | Self-aligned EPI contact flow | |
KR20220080770A (en) | Semiconductor device | |
KR102589730B1 (en) | Field Effect Transistor and Method of fabricating the same | |
CN110931545A (en) | Semiconductor device with a plurality of transistors | |
US20220293601A1 (en) | FINFET Device Having Flat-Top Epitaxial Features and Method of Making the Same | |
KR102527516B1 (en) | Source/drain formation with reduced selective loss defects | |
US20230135975A1 (en) | Semiconductor devices | |
KR20190025154A (en) | Semiconductor devices and method of fabricating the same | |
EP4287264A1 (en) | Semiconductor devices | |
KR20230166690A (en) | Semiconductor device and method for manufacturing the same | |
KR20230118257A (en) | Semiconductor devices |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A201 | Request for examination | ||
E902 | Notification of reason for refusal | ||
E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
GRNT | Written decision to grant |