KR20210043414A - Vertical field-effect transistor(vfet) devices and methods of forming the same - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 일반적으로 전자분야 및 특히 수직 전계 효과 트랜지스터(vertical field-effect transistor, VFET) 장치들에 관한 것이다.TECHNICAL FIELD The present invention relates generally to the electronics field and in particular to vertical field-effect transistor (VFET) devices.
수직 전계 효과 트랜지스터 장치들의 높은 확장성으로 인해 수직 전계 효과 트랜지스터 장치들의 다양한 구조체들 및 제조 공정이 연구되어 왔다. 따라서, 수직 전계 효과 트랜지스터 장치들의 성능 및/또는 신뢰성을 향상시키는 제조 프로세스를 개발하는 것이 유리할 수 있다.Due to the high scalability of vertical field effect transistor devices, various structures and manufacturing processes of vertical field effect transistor devices have been studied. Accordingly, it may be advantageous to develop a manufacturing process that improves the performance and/or reliability of vertical field effect transistor devices.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 신뢰성이 향상된 수직 전계 효과 트랜지스터 장치를 제조하는 방법을 제공하는 것이다.The problem to be solved by the present invention is to provide a method of manufacturing a vertical field effect transistor device with improved reliability.
본 발명이 해결하려는 과제는 이상에서 언급한 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The problem to be solved by the present invention is not limited to the problems mentioned above, and other problems that are not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the following description.
본 기술적 사상의 몇몇 실시예들에 따르면 게이트 전극은 상부 소오스/드레인 영역이 형성된 후 형성될 수 있다. 따라서, 게이트 전극의 특성은 상부 소오스/드레인 영역을 형성하는 공정에 의해 영향을 받지 않을 수 있다. 구체적으로, 게이트 전극은 산화되거나 열에 의해 손상되지 않을 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 게이트 전극은 게이트 컨택이 나중에 형성되는 게이트 컨택 개구부를 통해 수행되는 교체 게이트 공정에 의해 형성될 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 상부 소오스/드레인 영역은 절연층의 개구부 내에 형성될 수 있고 상부 소오스/드레인 영역은 개구부 내에 한정될 수 있다.According to some embodiments of the inventive concept, the gate electrode may be formed after the upper source/drain regions are formed. Accordingly, the characteristics of the gate electrode may not be affected by the process of forming the upper source/drain regions. Specifically, the gate electrode may not be oxidized or damaged by heat. In some embodiments, the gate electrode may be formed by a replacement gate process performed through a gate contact opening in which the gate contact is formed later. In some embodiments, the upper source/drain region may be formed within the opening of the insulating layer and the upper source/drain region may be defined within the opening.
본 기술적 사상의 몇몇 실시예들에 따르면, 수직 전계 효과 트랜지스터 장치를 형성하는 방법은 기판 상에 예비 수직 전계 효과 트랜지스터를 형성하고, 절연층을 통해 연장되는 컨택 개구부를 형성하고, 컨택 개구부를 통해 패턴화된 희생층을 제거함으로써 채널 영역 및 절연층 사이에 공동(cavity)을 형성하고, 공동 내에 게이트 전극을 형성하는 것을 포함하되, 예비 수직 전계 효과 트랜지스터는, 기판 상의 하부 소오스/드레인 영역; 하부 소오스/드레인 영역 상에 채널 영역; 채널 영역 상에 상부 소오스/드레인 영역, 채널 영역의 측면 상에 패턴화된 희생층; 및 절연층을 포함하고, 하부 소오스/드레인 영역, 채널 영역 및 상부 소오스/드레인 영역은 기판 상에 순차적으로 적층되고, 상부 소오스/드레인 영역 및 패턴화된 희생층은 절연층에 둘러싸이고, 컨택 개구부는 패턴화된 희생층의 일부를 노출시킬 수 있다.. According to some embodiments of the present inventive concept, a method of forming a vertical field effect transistor device includes forming a preliminary vertical field effect transistor on a substrate, forming a contact opening extending through the insulating layer, and forming a pattern through the contact opening. Forming a cavity between the channel region and the insulating layer by removing the sacrificial layer, and forming a gate electrode in the cavity, wherein the preliminary vertical field effect transistor includes: a lower source/drain region on a substrate; A channel region on the lower source/drain region; An upper source/drain region on the channel region and a sacrificial layer patterned on a side surface of the channel region; And an insulating layer, wherein a lower source/drain region, a channel region, and an upper source/drain region are sequentially stacked on the substrate, the upper source/drain region and the patterned sacrificial layer are surrounded by the insulating layer, and contact openings May expose a portion of the patterned sacrificial layer.
본 기술적 사상의 몇몇 실시예에 따르면, 수직 전계 효과 트랜지스터 장치를 형성하는 방법은 기판 상에 마스크층을 형성하고, 마스크층을 식각 마스크로 사용하여 기판을 식각함으로써 채널 영역을 형성하고, 기판 상에 하부 소오스/드레인 영역을 형성하고, 채널 영역의 측면 및 마스크층의 측면 및 상면 상에 연장되는 제1 라이너를 형성하고, 채널 영역의 측면의 하부에 패턴화된 희생층을 형성하고, 채널 영역의 측면의 상부에 상부 스페이서를 형성하고, 기판 상에 절연층을 형성하고, 마스크층 및 상부 스페이서의 일부를 제거함으로써 절연층 내에 상부 소오스/드레인 개구부가 형성되고, 상부 소오스/드레인 개구부 내에 상부 소오스/드레인 영역이 형성되고, 절연층을 통해 연장되는 컨택 개구부를 형성하고, 컨택 개구부를 통해 패턴화된 희생층을 게이트 전극으로 대체함으로써 채널 영역의 측면의 하부에 게이트 전극을 형성하는 것을 포함하되, 상부 스페이서 및 패턴화된 희생층은 절연층으로 둘러싸이고, 컨택 개구부는 패턴화된 희생층의 일부를 노출시킬 수 있다. According to some embodiments of the present inventive concept, a method of forming a vertical field effect transistor device includes forming a mask layer on a substrate, etching the substrate using the mask layer as an etch mask, thereby forming a channel region, and forming a channel region on the substrate. A lower source/drain region is formed, a first liner extending on a side surface of the channel region and a side surface and an upper surface of the mask layer is formed, a patterned sacrificial layer is formed under the side surface of the channel region, and An upper spacer is formed on the upper side of the side surface, an insulating layer is formed on the substrate, and a portion of the mask layer and the upper spacer is removed to form an upper source/drain opening in the insulating layer. A drain region is formed, a contact opening extending through the insulating layer is formed, and the sacrificial layer patterned through the contact opening is replaced with a gate electrode, thereby forming a gate electrode on the lower side of the side of the channel region, The spacer and the patterned sacrificial layer may be surrounded by an insulating layer, and the contact opening may expose a portion of the patterned sacrificial layer.
본 기술적 사상의 몇몇 실시예에 따르면, 수직 전계 효과 트랜지스터 장치를 형성하는 방법은 기판 상에 수직 전계 효과 트랜지스터를 형성하는 것을 포함하되, 수직 전계 효과 트랜지스터는, 기판 상에 하부 소오스/드레인 영역, 하부 소오스/드레인 영역 상에 채널 영역, 채널 영역 상에 상부 소오스/드레인 영역, 및 채널 영역의 측면 상에 게이트 전극을 포함하되, 하부 소오스/드레인 영역, 채널 영역 및 상부 소오스/드레인 영역은 기판 상에 순차적으로 적층되고, 게이트 전극은 일 함수층 및 채널 영역의 측면 상에 순차적으로 적층된 금속 전극을 포함하고, 일 함수층은 단면도에서 금속 전극을 둘러쌀 수 있다.According to some embodiments of the inventive concept, a method of forming a vertical field effect transistor device includes forming a vertical field effect transistor on a substrate, wherein the vertical field effect transistor includes a lower source/drain region and a lower portion on the substrate. A channel region on the source/drain region, an upper source/drain region on the channel region, and a gate electrode on the side of the channel region, wherein the lower source/drain region, the channel region, and the upper source/drain region are on the substrate. It is sequentially stacked, and the gate electrode includes a work function layer and a metal electrode sequentially stacked on side surfaces of the channel region, and the work function layer may surround the metal electrode in a cross-sectional view.
도 1은 본 기술적 사상의 몇몇 실시예들에 따른 수직 전계 효과 트랜지스터 장치의 형성 방법들을 도시하는 흐름도이다.
도 2는 본 기술적 사상의 몇몇 실시예들에 따른 수직 전계 효과 트랜지스터 장치의 형성 방법들을 도시하는 흐름도이다.
도 3 내지 도 11, 도 13 내지 도 16, 도 18 내지 도 21 및 도 23은 본 기술적 사상의 몇몇 실시예들에 따른 수직 전계 효과 트랜지스터 장치의 형성 방법들을 도시하는 단면도들이다.
도 12, 도 17 및 도 22는 본 기술적 사상의 몇몇 실시예들에 따른 수직 전계 효과 트랜지스터 장치의 형성 방법들을 도시하는 평면도이다.
도 24 내지 도 28은 본 기술적 사상의 몇몇 실시예들에 따른 수직 전계 효과 트랜지스터 장치의 형성 방법들을 도시하는 단면도들이다.
도 29 내지 도 33은 본 기술적 사상의 몇몇 실시예들에 따른 수직 전계 효과 트랜지스터 장치의 형성 방법들을 도시하는 단면도들이다.1 is a flowchart illustrating methods of forming a vertical field effect transistor device according to some embodiments of the inventive concept.
2 is a flowchart illustrating methods of forming a vertical field effect transistor device according to some embodiments of the inventive concept.
3 to 11, 13 to 16, 18 to 21, and 23 are cross-sectional views illustrating methods of forming a vertical field effect transistor device according to some embodiments of the inventive concept.
12, 17, and 22 are plan views illustrating methods of forming a vertical field effect transistor device according to some embodiments of the inventive concept.
24 to 28 are cross-sectional views illustrating methods of forming a vertical field effect transistor device according to some embodiments of the inventive concept.
29 to 33 are cross-sectional views illustrating methods of forming a vertical field effect transistor device according to some embodiments of the inventive concept.
본 명세서에서, 첨부된 도면을 참조하여 예시적인 실시예들을 설명한다. 많은 다른 형태 및 실시예들은 본 발명의 사상 및 교시를 벗어나지 않고 가능하며, 따라서 본 발명은 본 명세서에서 설명된 예시적인 실시예들에 제한되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 오히려, 이러한 예시적인 실시예들은 본 발명을 완전하게 하고, 본 발명의 범위를 당업자에게 전달하도록 제공된다. 도면에서, 층 및 영역의 크기 및 상대적 크기는 명확하게 하기 위해 과장될 수 있다. 동일한 도면 부호는 동일한 구성 요소를 지칭한다. In the present specification, exemplary embodiments will be described with reference to the accompanying drawings. Many other forms and embodiments are possible without departing from the spirit and teachings of the present invention, and thus the present invention should not be construed as being limited to the exemplary embodiments described herein. Rather, these exemplary embodiments are provided to complete the present invention and convey the scope of the present invention to those skilled in the art. In the drawings, the sizes and relative sizes of layers and regions may be exaggerated for clarity. The same reference numerals refer to the same components.
본 발명의 기술적 사상의 예시적인 실시예들은 이상적인 실시예들 및 예시적인 실시예들의 중간 구조의 개략도인 단면도들을 참조하여 이하에서 설명된다. 이와 같이, 예를 들어 제조 기술 및/또는 허용 오차와 같은 결과로서의 일러스트레이션의 형상으로부터의 변형이 예상되어야 한다. 따라서, 본 발명의 기술적 사상의 예시적인 실시예들은 본 명세서에 예시된 특정 형상으로 제한되는 것으로 해석되어서는 안 되며, 예를 들어 제조 공정으로부터 초래되는 형상의 편차를 포함한다.Exemplary embodiments of the technical idea of the present invention are described below with reference to sectional views which are schematic diagrams of ideal embodiments and intermediate structures of exemplary embodiments. As such, variations from the shape of the illustration as a result, for example manufacturing techniques and/or tolerances, should be expected. Accordingly, exemplary embodiments of the technical idea of the present invention should not be construed as being limited to the specific shape exemplified herein, and include, for example, variations in shape resulting from the manufacturing process.
도 1은 본 기술적 사상의 몇몇 실시예들에 따른 수직 전계 효과 트랜지스터 장치를 형성하는 방법들을 나타내는 흐름도이다. 도 1을 참조하면 방법은 예비 수직 전계 효과 트랜지스터를 형성하고(예를 들어, 도 13에 도시된 수직 전계 효과 트랜지스터) 컨택 개구부를 순차적으로 형성하고(예를 들어, 도 14의 컨택 개구부(62)) 게이트 전극을 형성하는 것을(예를 들어, 도 18의 게이트 전극(74)) 포함할 수 있다. 예비 수직 전계 효과 트랜지스터는 상부 소오스/드레인 영역(예를 들어, 도 18의 상부 소오스/드레인 영역(52))을 포함할 수 있고, 이에 따라 게이트 전극은 상부 소오스/드레인 영역을 형성한 후에 형성될 수 있다.1 is a flowchart illustrating methods of forming a vertical field effect transistor device according to some embodiments of the inventive concept. Referring to FIG. 1, the method comprises forming a preliminary vertical field effect transistor (e.g., vertical field effect transistor shown in FIG. 13) and sequentially forming contact openings (e.g., contact opening 62 in FIG. 14). ) Forming a gate electrode (eg, the
예비 수직 전계 효과 트랜지스터는 하부 소오스/드레인 영역(예를 들어, 도 13의 하부 소오스/드레인 영역(22)), 채널 영역(예를 들어, 도 13의 채널 영역(12)), 패턴화된 희생층(예를 들어, 도 13의 패턴화된 희생층(33p)) 및 절연층(예를 들어, 도 13의 제2 절연층(46))을 더 포함할 수 있다. 하부 소오스/드레인 영역, 채널 영역 및 상부 소오스/드레인 영역은 기판(예를 들어, 도 13의 기판(10)) 상에 순차적으로 적층된다. The preliminary vertical field effect transistor includes a lower source/drain region (e.g., lower source/
도 2는 본 기술적 사상의 몇몇 실시예들에 따른 수직 전계 효과 트랜지스터 장치를 형성하는 방법을 나타내는 흐름도이다. 구체적으로, 도 2는 예비 수직 전계 효과 트랜지스터의 일부들을 형성하는 공정을 도시하는 흐름도이다. 2 is a flowchart illustrating a method of forming a vertical field effect transistor device according to some embodiments of the inventive concept. Specifically, FIG. 2 is a flow chart showing a process of forming portions of a preliminary vertical field effect transistor.
도 3 내지 도 11, 도 13 내지 도 16, 도 18 내지 도 21 및 도 23은 본 기술적 사상의 몇몇 실시예들에 따른 수직 전계 효과 트랜지스터 장치를 형성하기 위한 방법들을 도시하는 단면도들이고, 도 12, 도 17 및 도 22는 본 기술적 사상의 몇몇 실시예들에 따른 수직 전계 효과 트랜지스터를 형성하기 위한 방법들을 도시하는 평면도들이다. 3 to 11, 13 to 16, 18 to 21, and 23 are cross-sectional views illustrating methods for forming a vertical field effect transistor device according to some embodiments of the inventive concept. 17 and 22 are plan views illustrating methods for forming a vertical field effect transistor according to some embodiments of the inventive concept.
도 13 및 도 18은 각각 도 12 및 도 17의 A-A' 선을 따라 절단한 단면도들이고, 도 14 및 도 19는 각각 도 12 및 도 17의 B-B' 선을 따라 절단한 단면도들이다. 도 23은 도 22의 B-B' 라인을 따라 절단한 단면도이다. 도 20은 도 18의 C 영역의 확대도이고, 도 21은 도 19의 D 영역의 확대도이다.13 and 18 are cross-sectional views taken along line A-A' of FIGS. 12 and 17, respectively, and FIGS. 14 and 19 are cross-sectional views taken along line B-B' of FIGS. 12 and 17, respectively. 23 is a cross-sectional view taken along line B-B' of FIG. 22. FIG. 20 is an enlarged view of area C of FIG. 18, and FIG. 21 is an enlarged view of area D of FIG. 19.
도 2 및 도 3을 참조하면, 예비 수직 전계 효과 트랜지스터를 형성하는 것은 기판(10)상에 하부 소오스/드레인 영역(22) 및 채널 영역(12)을 형성하는 것을 포함한다. 몇몇 실시예들에서, 채널 영역(12)을 형성하는 것은 기판(10) 상에 마스크층(14)을 형성하고(도 2의 블록 110) 마스크층(14)을 식각 마스크로 사용하여 기판(10)을 식각함으로써 채널 영역(12)을 형성하는 것을(블록 120) 포함할 수 있다. 예를 들어, 마스크층(14)은 SiN 및/또는 SiON을 포함하는 하드 마스크층일 수 있다. 채널 영역(12)은 기판(10)으로부터 제3 방향(D3)으로 돌출될 수 있다. 제3 방향(D3)은 수직 방향일 수 있고, 제3 방향(D3)은 기판(10)의 상면(10u)과 수직일 수 있다.2 and 3, forming the preliminary vertical field effect transistor includes forming a lower source/
기판(10)은 하나 이상의 반도체 물질들(예를 들어, Si, Ge, SiGe, GaP, GaAs, SiC, SiGeC 및/또는 InP)을 포함할 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 기판(10)은 벌크(bulk) 기판(예를 들어, 벌크 실리콘 기판) 또는 반도체 온 인슐레이터(semiconductor on insulator , SOI) 기판일 수 있다. 도 3에 도시된 바와 같이, 2개의 채널 영역들(12)이 기판(10)상에 형성될 수 있다. 2개의 채널 영역들(12)은 제1 수평 방향(D1)으로 서로 이격될 수 있다. 제1 수평 방향(D1)은 기판(10)의 상면(10u)과 평행할 수 있다.The
하부 소오스/드레인 영역(22)은 채널 영역(12)을 형성하기 전 또는 후에 기판(10)상에 형성될 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 하부 소오스/드레인 영역(22)은 불순물 요소들(예를 들어, 붕소(B), 인(P) 및/또는 비소(As))을 기판(10)에 주입함으로써 형성될 수 있다. 몇몇 실시예들에서 하부 소오스/드레인 영역(22)은 기판(10)상에 불순물 요소들(예를 들어, 붕소(B), 인(P) 및/또는 비소(As))을 포함하는 에피택셜층(epitaxial layer)을 형성함으로써 형성될 수 있다. 하부 소오스/드레인 영역(22)의 에피택셜층은 기판(10)을 시드층(seed layer)으로 사용하여 에피택셜 성장(epitaxial growth) 공정을 수행함으로써 형성될 수 있다. The lower source/
하부 스페이서(24)는 하부 소오스/드레인 영역(22)상에 형성되어, 하부 소오스/드레인 영역(22)상에 순차적으로 형성된 요소들(예를 들어, 도 18의 게이트 전극(74))로부터 하부 소오스/드레인 영역(22)을 전기적으로 분리시킬 수 있다. 하부 스페이서(24)는 절연 물질들(예를 들어, silicon oxide, silicon nitride 또는 silicon oxynitride)을 포함할 수 있다.The
도 3에 도시된 바와 같이, 제1 라이너(26)는 하부 스페이서(24), 채널 영역(12)의 측면 및 마스크층(14)의 측면 및 상면 상에 형성될 수 있다(도 2의 블록 130). 제1 라이너(26)는 후속 공정 동안 채널 영역(12)을 보호하도록 형성될 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 제1 라이너(26)는 도 3에 도시된 바와 같이 채널 영역(12)의 측면 및 마스크층(14)의 측면 및 상면을 따라 균일한 두께를 가질 수 있다. 제1 라이너(26)는 제1 라이너(26)가 채널 영역(12)의 측면으로부터 선택적으로 제거될 수 있도록 채널 영역(12)과 다른 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제1 라이너는 실리콘 산화물층일 수 있다. As shown in FIG. 3, the
본 명세서 전체에서, 층(X)을 제거하는 것은 습식 식각(wet etch) 공정 및/또는 건식 식각(dry etch) 공정을 사용하여 층(X)을 제거하는 것을 의미할 수 있다. 도 3에서 제1 라이너(26)는 단일층으로 도시되어 있지만, 몇몇 실시예들에서, 제1 라이너(26)는 채널 영역(12)의 측면 상에 순차적으로 적층된 다수의 적층된층 들을 포함할 수 있다.Throughout this specification, removing the layer X may mean removing the layer X using a wet etch process and/or a dry etch process. Although the
도 4를 참조하면, 방법은 제1 라이너(26)상에 예비 희생층(32) 및 예비 제2 라이너(34)를 순차적으로 형성하는 것을 포함할 수 있다. 각각의 예비 희생층(32) 및 예비 제2 라이너(34)는 도 4에 도시된 바와 같이 균일한 두께를 가질 수 있다. 예를 들어, 예비 희생층(32)은 실리콘층(예를 들어, 비정질 실리콘층 및/또는 폴리 실리콘 층) 및/또는 금속층(예를 들어, TiN층 및/또는 Ti층)일 수 있다. 예를 들어, 예비 제2 라이너(34)는 절연 물질(예를 들어, 산소 및/또는 질화물을 포함하는 실리콘층)을 포함하는 층일 수 있다.Referring to FIG. 4, the method may include sequentially forming a preliminary
도 5를 참조하면, 방법은 채널 영역(12)의 측면의 하부에 제1 절연층(36)을 형성하는 것을 더 포함할 수 있다. 채널 영역(12)의 측면은 채널 영역(12)의 상부와 기판(10) 사이에 있는 상부 및 하부를 포함할 수 있다. 제1 절연층(36)은 절연 물질(예를 들어, 산소 및/또는 질화물 또는 이산화 규소보다 낮은 유전 상수를 갖는 저 유전층)을 포함할 수 있다. 제1 절연층(36)은 채널 영역(12)의 측면의 하부에만 형성되고, 제1 절연층(36)은 제1 절연층(36)상에 위치하는 예비 희생층(32) 및 예비 제2 라이너(34)의 일부들을 노출시킨다.Referring to FIG. 5, the method may further include forming the first insulating
도 6을 참조하면, 제1 절연층(36) 상에 예비 희생층(32) 및 예비 제2 라이너(34)의 일부들은 제거되어, 희생층(33) 및 제2 라이너(35)가 형성될 수 있다. 희생층(33) 및 제2 라이너(35)는 도 6에 도시된 바와 같이 채널 영역(12)의 측면의 하부 상에 형성될 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 제1 절연층(36) 상의 예비 희생층(32) 및 예비 제2 라이너(34)의 일 부분들은 하부의 제1 라이너(26)가 노출될 때까지 제거될 수 있다. 채널 영역(12) 및 마스크층(14)의 일부는 도 6에 도시된 바와 같이 희생층(33) 및 제2 라이너(35)의 상면을 넘어 제3 방향(D3)으로 돌출될 수 있다.6, portions of the preliminary
도 7을 참조하면, 상부 스페이서층(42)은 마스크층(14), 희생층(33), 제2 라이너(35) 및 제1 절연층(36)상에 형성될 수 있다. 상부 스페이서층(42)은 도 7에 도시된 바와 같이 희생층(33), 제2 라이너(35) 및 제1 절연층(36)의 상면들 및 제1 라이너(26)에 직접적으로 접촉할 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 상부 스페이서층(42)은 도 7에 도시된 바와 같이 마스크층(14)을 따라 균일한 두께를 가질 수 있다. 예를 들어, 상부 스페이서층(42)은 절연 물질(예를 들어, 실리콘 산화물, 실리콘 질화물 및/또는 실리콘 산질화물)을 포함할 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 상부 스페이서층(42)은 SiN층일 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 상부 스페이서층(42)은 다수의 적층된 층들일 수 있다.Referring to FIG. 7, the
도 8을 참조하면, 상부 스페이서층(42)의 일 부분들은 하부의 제1 절연층(36)이 노출될 때까지 제거될 수 있다. 마스크층(14)의 상면상에 있는 상부 스페이서층(42)의 일 부분들이 또한 제거되어, 상부 스페이서(44)를 형성할 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 상부 스페이서(44)는 도 8에 도시된 바와 같이 희생층(33)의 상면 및 제2 라이너(35)와 오버랩(overlap)될 수 있다.Referring to FIG. 8, portions of the
도 9를 참조하면, 일괄적으로 마스크층(14), 제1 라이너(26) 상부 스페이서(44)를 식각 마스크로 사용하여 도 9에 도시된 바와 같이 제1 절연층(36), 제2 라이너(35) 및 희생층(33)의 일 부분들이 제거됨으로써, 패턴화된 희생층(33p) 및 패턴화된 제2 라이너(35p)를 형성할 수 있다. 제1 절연층(36), 제2 라이너(35) 및 희생층(33)은 하부 스페이서(24)상에 연장되는 제1 라이너(26)의 일부가 노출될 때까지 제거될 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 제1 절연층(36)의 일부는 도 9에 도시된 바와 같이 패턴화된 제2 라이너(35p)의 측면에 남아있을 수 있다.Referring to FIG. 9, a first insulating
도 10을 참조하면, 제2 절연층(46)이 기판(10)상에 형성될 수 있다. 상부 스페이서(44), 패턴화된 희생층(33p) 및 패턴화된 제2 라이너(35p)는 제2 절연층(46)내에 위치할 수 있다. 패턴화된 제2 라이너(35p) 및 제2 절연층(46)의 측면 상의 제1 절연층(36)의 일 부분은 전체적으로 절연층으로 지칭될 수 있다. 제2 절연층(46)은 절연 물질(예를 들어, 산소, 및/또는 질화물을 포함하는 실리콘층 또는 저 유전층)을 포함할 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 제2 절연층(46) 및 제1 절연층(36)은 동일한 물질을 포함할 수 있고, 제2 절연층(46) 및 제1 절연층(36) 사이의 인터페이스(interface)는 보이지 않을 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 제2 절연층(46)의 상면 및 상부 스페이서(44) 및 마스크층(14)의 상면들은 도 10에 도시된 바와 같이 서로 동일 평면에 있을 수 있다.Referring to FIG. 10, a second insulating
도 11을 참조하면, 상부 스페이서(44), 마스크층(14) 및 채널 영역(12)상에 제1 라이너(26)의 일 부분들은 제거되어, 제2 절연층(46) 내에 상부 소오스/드레인 개구부(48)가 형성될 수 있다. 제2 절연층(46)의 일 부분은 도 9에 도시된 바와 같이 채널 영역(12) 상에 상부 소오스/드레인 개구부(48)를 정의한다. 상부 소오스/드레인 개구부(48)는 상부 스페이서(44) 및 채널 영역(12)을 노출시킬 수 있다. 상부 소오스/드레인 개구부(48)를 형성한 후에, 제1 라이너(26)는 상부 스페이서(44) 및 채널 영역(12)사이에 남을 수 있고, 제1 라이너(26)는 채널 영역(12)으로부터 상부 스페이서(44)를 분리할 수 있다.Referring to FIG. 11, portions of the
도 12 및 도 13을 참조하면, 상부 소오스/드레인 영역(52)은 상부 소오스/드레인 개구부(48) 내에 형성될 수 있다. 설명을 간략하게 하기 위해, 도 12는 도 13 및 도 14에 도시된 모든 요소들을 도시하진 않는다. 예를 들어, 상부 소오스/드레인 영역(52)은 채널 영역(12)을 시드층으로 사용하여 에피택셜 성장 공정을 수행함으로써 형성될 수 있다. 상부 소오스/드레인 영역(52)을 형성하기 위한 에피택셜 성장 공정은 고온(예를 들어, 약 400℃ 내지 약 700℃)에서 수행될 수 있다. 상부 소오스/드레인 영역(52)은 상부 소오스/드레인 영역(52)의 하부, 상부 스페이서(44) 및 채널 영역(12)과 접촉할 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 제3 절연층(56)은 상부 소오스/드레인 영역(52) 상의 상부 소오스/드레인 개구부(48) 내에 형성될 수 있다. 상부 소오스/드레인 영역(52)이 상부 소오스/드레인 개구부(48) 내에 형성되므로, 상부 소오스/드레인 영역(52)을 패턴화 하는 패턴화 공정이 수행되지 않을 수 있다.12 and 13, the upper source/
도 12 및 도 14를 참조하면, 하부 소오스/드레인 영역(22)은 필드 격리층(11) 내에 형성될 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 하부 소오스/드레인 영역(22)은 기판(10) 상에 형성된 활성 영역의 상부일 수 있다. 구체적으로, 활성 영역은 필드 격리층(11)의 측면 상에 위치할 수 있고, 필드 격리층(11)은 활성 영역을 둘러쌀 수 있다. 각각의 채널 영역들(12)은 제2 수평 방향(D2)인 종방향으로 연장될 수 있다. 제2 수평 방향(D2)은 기판(10)의 상면(예를 들어, 도 3의 10u)과 평행할 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 제2 수평 방향(D2)은 제1 수평 방향(D1)에 수직일 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 필드 격리층(11)은 도 12에서 도시된 바와 같이 하부 소오스/드레인 영역(22)을 둘러쌀 수 있다.12 and 14, the lower source/
컨택 개구부(62)는 제2 절연층(46)을 통하여 연장되도록 형성될 수 있다. 컨택 개구부(62)는 또한 필드 격리층(11) 상에 연장되는 패턴화된 희생층(33p) 및 패턴화된 제2 라이너(35p)의 일 부분들을 통하여 연장될 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 필드 격리층(11) 상에 연장된 제1 라이너(26)의 일 부분은 컨택 개구부(62)를 형성하는 동안 제거될 수 있고, 컨택 개구부(62)는 도 14에 도시된 바와 같이 필드 격리층(11)을 노출시킬 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 필드 격리층(11) 상에 연장된 제1 라이너(26)의 일부는 컨택 개구부(62)를 형성하는 동안 제거되지 않을 수 있고, 컨택 개구부(62)는 필드 격리층(11)상에 연장되는 제1 라이너(26)의 일부를 노출시킬 수 있다.The
컨택 개구부(62)는 필드 격리층(11)과 오버랩될 수 있고, 컨택 개구부(62)는 제2 수평 방향(D2)으로 채널 영역(12)과 이격될 수 있다. 패턴화된 희생층(33p)은 채널 영역(12)의 측면 상에 제1 두께(T1)를 가질 수 있고, 패턴화된 희생층(33p)은 또한 도 14에 도시된 바와 같이 필드 격리층(11) 상에 제1 두께(T1)를 가질 수 있다.The
도 15 및 도 16을 참조하면, 패턴화된 희생층(33p)은 컨택 개구부(62)를 통해 제거되어, 채널 영역(12) 및 제2 절연층(46) 사이에 공동(64)을 형성할 수 있다. 예를 들어, 패턴화된 희생층(33p)을 제거하는 식각액은 컨택 개구부(62)를 통해 공급될 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 공동(64)은 제1 라이너(26), 패턴화된 제2 라이너(35p) 및 제2 절연층(46)에 의해 정의될 수 있다.15 and 16, the patterned sacrificial layer 33p is removed through the
도 16을 참조하면, 공동(64)은 필드 격리층(11)상으로 연장되는 일 부분을 포함할 수 있다. 패턴화된 희생층(33p)을 제거하는 식각액은 패턴화된 희생층(33p)을 제거하면서 채널 영역(12)이 제1 라이너(26)에 의해 보호될 수 있도록 채널 영역(12)상에 연장된 제1 라이너(26)를 제거하지 않을 수 있다. 공동(64)은 패턴화된 희생층(33p)의 제1 두께(T1)와 동일한 폭을 가질 수 있다. 공동(64)은 컨택 개구부(62)에 연결될 수 있다.Referring to FIG. 16, the
도 17, 도 18 및 도 19를 참조하면, 게이트 절연체(72) 및 게이트 전극(74)은 컨택 개구부(62)를 통해 공동(64)내에 순차적으로 형성될 수 있다. 설명을 간략하게 하기 위해, 도 17은 도 18 및 도 19에 도시된 모든 요소들을 도시하진 않는다. 각각의 게이트 절연체(72) 및 게이트 전극(74)은 원자층 증착 공정(atomic layer deposition, ALD)을 수행함으로써 형성될 수 있다. 게이트 절연체(72)는 도 18 및 도 19에 도시된 바와 같이 공동(64)내에 컨포멀(conformally)하게 형성될 수 있다. 게이트 절연체(72)는 도 18 및 도 19에서 도시된 바와 같이 균일한 두께를 가질 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 게이트 절연체(72)는 도 18에 도시된 바와 같이 단면도에서 게이트 전극(74)을 둘러쌀 수 있다. 게이트 절연체(72)는 실리콘 산화물 및/또는 고 유전율 물질(예를 들어, 하프늄 산화물 또는 알루미늄 산화물)을 포함할 수 있다.17, 18, and 19, the
게이트 전극(74)은 공동(64) 내에 형성될 수 있다. 예들 들어, 게이트 전극(74)은 금속층(예를 들어, 텅스텐(W), 티탄(Ti), 구리(Cu), 및/또는 코발트(Co))을 포함할 수 있다. 게이트 전극(74)을 형성한 후에, 제1 라이너(26)의 일 부분은 상부 스페이서(44) 및 채널 영역(12) 사이에 여전히 위치할 수 있다.The
도 20은 도 18의 영역 C의 확대도이다. 도 20을 참조하면, 게이트 전극(74)은 일 함수층(75) 및 금속 전극(77)을 포함할 수 있다. 일 함수층(75) 및 금속 전극(77)은 게이트 절연체(72) 상에 순차적으로 형성될 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 일 함수층(75)은 도 20에 도시된 바와 같이 단면도에서 금속 전극(77)을 둘러쌀 수 있다. 일 함수층(75)은 게이트 전극(74)의 일 함수를 조정(tune)하는데 사용될 수 있고, 일 함수층(75)은 금속 질화물(예를 들어, TiN, TiAlN, TaAlN), TiAl, TaC, TiC, 또는 HfSi을 포함할 수 있다. 도 20에는 일 함수층(75)이 단일층으로 도시되어 있지만, 일 함수층(75)은 다수의 적층된층 들일 수 있다. 일 함수층(75)은 도 20에 도시된 바와 같이 게이트 절연체(72)의 표면을 따라 균일한 두께를 가질 수 있다.20 is an enlarged view of area C of FIG. 18. Referring to FIG. 20, the
금속 전극(77)은 금속(예를 들어, 알루미늄(Al), 텅스텐(W), 및/또는 구리(Cu))을 포함할 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 금속 전극(77)은 금속 전극(77)이 제2 두께(T2)를 가질때까지 일 함수층(75)의 표면상에 반복적으로 원자층을 증착함으로써 형성될 수 있다. 금속 전극(77)은 일 함수층(75)의 표면으로부터 일정한 거리(즉, 제2 두께(T2))만큼 이격된 심(seam)(78)을 포함할 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 금속 전극(77)의 심(78)이 보일 수 있다.The
도 21은 도 19의 영역 D의 확대도이다. 도 19를 참조하면, 게이트 절연체(72)는 제3 방향(D3)으로 서로 이격된 부분들을 가질 수 있고, 게이트 전극(74)은 게이트 절연체(72)의 다른 부분들 사이에 형성될 수 있다. 금속 전극(77)의 심(78)은 일 함수층(75)과 균일한 거리(즉, 제2 두께(T2))만큼 이격될 수 있다.21 is an enlarged view of area D of FIG. 19. Referring to FIG. 19, the
몇몇 실시예들에서, 게이트 절연체(72) 및 게이트 전극(74)은 컨택 개구부(62)를 정의하는 제2 절연층(46)의 측면(46s) 상에 형성될 수 있고, 게이트 절연체(72) 및 게이트 전극(74)의 일 부분은 제거될 수 있다.In some embodiments, the
설명을 간략하게 하기 위해, 도 22는 또한 도 23에 도시된 모든 요소들을 도시하지 않는다. 도 22 및 도 23을 참조하면, 게이트 전극(74)은 하부 소오스/드레인 영역(22)상에 형성된 자기 정렬 부분(74s) 및 필드 격리층(11)상에 연장된 필드 게이트 부분(74f)을 포함할 수 있다. 게이트 컨택(82)은 컨택 개구부(62) 내에 형성될 수 있다. 게이트 컨택(82)은 필드 격리층(11)과 오버랩할 수 있고, 게이트 컨택(82)은 게이트 전극(74)의 필드 게이트 부분(74f)에 접촉할 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 게이트 절연체(72)는 도 22에 도시된 바와 같이 평면도에서 게이트 컨택(82)의 하부를 둘러쌀 수 있고, 게이트 컨택(82)의 하부는 도 23에 도시된 바와 같이 게이트 전극(74)내에 위치할 수 있다. 게이트 컨택(82)은 전도성 물질(예를 들어, 도핑된 반도체 물질 및/또는 금속 물질)을 포함할 수 있다.To simplify the description, FIG. 22 also does not show all elements shown in FIG. 23. Referring to FIGS. 22 and 23, the
몇몇 실시예들에서, 게이트 전압은 수직 전계 효과 트랜지스터 장치가 동작하는 동안 게이트 컨택(82)을 통해 게이트 전극(74)에 인가될 수 있다. 게이트 컨택(82)은 게이트 전극(74)을 수직 전계 효과 트랜지스터 장치의 워드 라인에 전기적으로 연결할 수 있다.In some embodiments, the gate voltage may be applied to the
도 24 내지 도 28은 본 기술적 사상의 몇몇 실시예들에 따라 수직 전계 효과 트랜지스터 장치를 형성하기 위한 방법들을 도시하는 단면도들이다. 도 24를 참조하면, 몇몇 실시예들에서, 게이트 절연체(72)는 예비 희생층(예를 들어, 도 4의 예비 희생층(32)) 및 예비 제2 라이너(예를 들어, 도 4의 예비 제2 라이너(34))가 형성되기 전에 형성될 수 있다. 게이트 절연체(72)를 형성한 후에 도 4 내지 도 19를 참조하여 설명된 것과 유사한 공정을 수행함으로써, 도 25 및 도 26에 도시된 구조체들을 형성할 수 있다. 도 25 및 도 26은 도 18 및 도 19에 대응하는 도면들이다.24 to 28 are cross-sectional views illustrating methods for forming a vertical field effect transistor device according to some embodiments of the inventive concept. Referring to FIG. 24, in some embodiments, the
도 25를 참조하면, 게이트 절연체(72)는 게이트 전극(74)을 둘러싸지 않을 수 있다. 게이트 절연체(72)는 채널 영역(12) 및 게이트 전극(74) 사이 및 하부 스페이서(24) 및 게이트 전극(74) 사이에 위치할 수 있다. 게이트 절연체(72)는 다른 게이트 전극(74)의 표면에 없을 수도 있다. 몇몇 실시예들에서, 제1 라이너(26)는 도 25에 도시된 바와 같이 채널 영역(12) 및 게이트 절연체(72) 사이 및 하부 스페이서(24) 및 게이트 절연체(72)의 사이에 위치할 수 있다. 도 26을 참조하면, 컨택 개구부(62)는 게이트 절연체(72)의 일부를 관통하지 않을 수 있다.Referring to FIG. 25, the
도 27은 도 25의 영역 E의 확대도이고, 도 28은 도 26의 영역 F의 확대도이다. 게이트 전극(74)은 일 함수층(75) 및 금속 전극(77)을 포함할 수 있다. 일 함수층(75)은 도 27에 도시된 바와 같이 금속 전극(77)을 둘러쌀 수 있다. 금속 전극(77)은 제2 두께(T2)를 갖도록 형성될 수 있고, 심(78)은 제1 수평 방향(D1)으로 일 함수층(75)과 일정한 거리(예를 들어, 제2 두께(T2))만큼 이격되도록 형성될 수 있다. 필드 격리층(11)상에 연장되는 금속 전극(77)의 일부는 도 28에 도시된 바와 같이 제2 두께(T2)를 갖도록 형성될 수 있고, 심(78)은 제3 방향(D3)으로 일 함수층(75)과 일정한 거리(예를 들어, 제2 두께(T2))만큼 이격되도록 형성될 수 있다.FIG. 27 is an enlarged view of the area E of FIG. 25, and FIG. 28 is an enlarged view of the area F of FIG. 26. The
도 29 내지 도 33은 본 기술적 사상의 몇몇 실시예들에 따른 수직 전계 효과 트랜지스터 장치의 형성 방법을 도시하는 단면도들이다. 도 29 내지 도 33을 참조하면, 예비 희생층(예를 들어, 도 4의 예비 희생층(32)) 및 예비 제2 라이너(예를 들어, 도 4의 예비 제2 라이너(34))는 제1 절연층(예를 들어, 도 5의 제1 절연층(36))이 형성되기 전에 패턴화될 수 있으며, 이로 인해 패턴화된 예비 희생층(32p) 및 패턴화된 예비 제2 라이너(34p)를 형성한다. 예비 희생층 및 예비 제2 라이너는 마스크 패턴(예를 들어, 포토레지스트(photoresist) 패턴)을 식각 마스크로 사용하여 패턴화될 수 있다.29 to 33 are cross-sectional views illustrating a method of forming a vertical field effect transistor device according to some embodiments of the inventive concept. 29 to 33, the preliminary sacrificial layer (eg, the preliminary
도 30을 참조하면, 제1 절연층(36)은 패턴화된 예비 희생층(32p) 및 패턴화된 예비 제2 라이너(34p)상에 형성될 수 있고, 제1 절연층(36) 상에 패턴화된 예비 희생층(32p) 및 패턴화된 예비 제2 라이너(34p)의 일 부분들이 제거됨으로써, 이에 따라 패턴화된 희생층(33p) 및 패턴화된 제2 라이너(35p)를 형성할 수 있다.Referring to FIG. 30, the first insulating
도 31 내지 도 33을 참조하면, 도 8, 도 10 및 도 11을 참조하여 설명된 공정들과 유사하게 수행될 수 있다. 제1 절연층(36) 및 제2 절연층(46)은 도 33에 도시된 바와 같이 하부 스페이서(24)상에 순차적으로 적층될 수 있다. 제1 절연층(36) 및 제2 절연층(46)은 전체적으로 절연층으로 지칭될 수 있다.Referring to FIGS. 31 to 33, similarly to the processes described with reference to FIGS. 8, 10 and 11 may be performed. The first insulating
다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어들(기술 및 과학적 용어들을 포함)은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또한, 일반적으로 사용되는 사전들에서 정의된 용어들과 같은 용어들은 관련 기술의 맥락에서 그들의 의미와 일치하는 의미를 갖는 것으로 해석되어야 하며 이상적이거나 지나치게 형식적인 의미로 해석되지 않을 것이라고 이해될 것이다. 다만, 명시적으로 정의된 경우는 제외한다. Unless otherwise defined, all terms (including technical and scientific terms) used in the present specification may be used as meanings that can be commonly understood by those of ordinary skill in the art to which the present invention belongs. In addition, it will be understood that terms such as terms defined in commonly used dictionaries should be interpreted as having a meaning consistent with their meaning in the context of a related technology and not to be interpreted as an ideal or excessively formal meaning. However, cases explicitly defined are excluded.
본 명세서에서 사용된 용어는 특정 실시예들만을 설명하기 위한 것이며, 본 기술적 사상을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 발명을 기술하는 맥락에서(특히 이하의 청구항의 문맥에서) 용어 "a", "an", "the" 및 유사한 용어들은 여기에 달리 명시되거나 문맥에 의해 명확하게 모순되지 않는 한 단수 및 복수들을 모두 포함하는 것으로 해석된다. 본 명세서에 사용되는 "포함하는(comprises)", "포함하는(comprising)", "포함하는(includes)", 및/또는 "포함하는(including)"이라는 용어는 언급된 특징들(features), 단계들(steps), 동작들(operations), 요소들(elements), 및/또는 구성 요소(components)들의 존재를 명시하지만, 하나 이상의 다른 특징들, 단계들, 동작들, 요소들, 구성 요소들 및/또는 그룹들의 존재 또는 추가를 배재하지 않는 것으로 더 이해되어야 한다. 본 명세서에서 사용된 용어 "및/또는"은 하나 이상의 관련항목의 모든 조합을 포함한다.The terms used in this specification are for describing only specific embodiments, and are not intended to limit the technical idea. In the context of describing the invention (especially in the context of the following claims), the terms "a", "an", "the" and similar terms refer to the singular and plural unless otherwise specified herein or clearly contradicted by context. It is interpreted to be all inclusive. As used herein, the terms “comprises”, “comprising”, “includes”, and/or “including” refer to the recited features, Specifies the presence of steps, operations, elements, and/or components, but one or more other features, steps, actions, elements, components And/or the presence or addition of groups. The term "and/or" as used herein includes all combinations of one or more related items.
제1, 제2 등의 용어들은 다양한 구성 요소들을 설명하기 위해 본 명세서에서 사용될 수 있지만, 이들 구성 요소들은 이들 용어들에 의해 제한되어서는 안 됨을 이해할 것이다. 이러한 용어들은 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위해서만 사용된다. 따라서, 제1 구성 요소는 본 기술적 사상으로부터 벗어나지 않고 제2 구성 요소로 지칭될 수 있다.Terms such as first and second may be used herein to describe various elements, but it will be understood that these elements should not be limited by these terms. These terms are only used to distinguish one component from another. Accordingly, the first component may be referred to as a second component without departing from the present technical idea.
몇몇 다른 실시예들에서, 본 명세서의 흐름도 블록에 기록된 기능/동작들은 흐름도에 표시된 순서 이외로 발생할 수 있음에 유의해야 한다. 예를 들어, 연속적으로 도시된 2개의 블록은 사실상 실질적으로 동시에 실행될 수 있거나 또는 관련된 기능/동작들에 따라 블록이 때때로 역순으로 실행될 수 있다. 또한, 흐름도들 및/또는 블록도들의 주어진 블록의 기능은 다수의 블록들로 분리될 수 있고 및/또는 흐름도들 및/또는 블록도들의 2개 이상의 블록들의 기능은 적어도 부분적으로 통합될 수 있다. 마지막으로, 도시된 블록들 간에 다른 블록들이 추가/삽입될 수 있고, 및/또는 블록들/동작들이 본 기술적 사상의 범위를 벗어나지 않고 생략될 수 있다.It should be noted that, in some other embodiments, the functions/actions recorded in the flowchart blocks herein may occur out of the order indicated in the flowchart. For example, two blocks shown in succession may in fact be executed substantially simultaneously, or the blocks may sometimes be executed in the reverse order depending on the function/actions involved. Further, the functionality of a given block of flowcharts and/or block diagrams may be separated into multiple blocks and/or the functionality of two or more blocks of flowcharts and/or block diagrams may be at least partially integrated. Finally, other blocks may be added/inserted between the illustrated blocks, and/or blocks/operations may be omitted without departing from the scope of the present technical idea.
상기 설명된 본 발명의 기술적 사상은 예시적인 것으로 간주되어야 하며, 제한적이지 않으며, 첨부된 청구 범위는 본 발명의 기술적 사상 및 범위 내에 있는 그러한 모든 수정, 개선 및 다른 실시예를 포함하도록 의도된다. 따라서, 법률에 의해 허용되는 최대 범위까지, 범위는 이하의 청구 범위 및 그 균등물에 대한 가장 넓은 허용 가능한 해석에 의해 결정되며, 전술한 상세한 설명에 의해 제한되지 않아야 한다.The technical idea of the present invention described above should be regarded as illustrative, not restrictive, and the appended claims are intended to cover all such modifications, improvements and other embodiments that fall within the technical spirit and scope of the present invention. Accordingly, to the maximum extent permitted by law, the scope is determined by the widest acceptable interpretation of the following claims and their equivalents, and should not be limited by the foregoing detailed description.
10: 기판
11: 필드 격리층
12: 채널 영역
14: 마스크층
22: 하부 소오스/드레인 영역
24: 하부 스페이서
26: 제1 라이너
33, 33p: 패턴화된 희생층
35, 35p: 패턴화된 제2 라이너
44: 상부 스페이서
52: 상부 소오스/드레인 영역
62: 컨택 개구부
72: 게이트 절연체
74: 게이트 전극
75: 일 함수층
77: 금속 전극
78: 심
82: 게이트 컨택10: substrate 11: field isolation layer
12: channel region 14: mask layer
22: lower source/drain area 24: lower spacer
26:
35, 35p: patterned second liner 44: upper spacer
52: upper source/drain region 62: contact opening
72: gate insulator 74: gate electrode
75: work function layer 77: metal electrode
78: Sim 82: Gate Contact
Claims (20)
절연층을 통해 연장되는 컨택 개구부를 형성하고,
상기 컨택 개구부를 통해 패턴화된 희생층을 제거함으로써 채널 영역 및 상기 절연층 사이에 공동(cavity)을 형성하고,
상기 공동 내에 게이트 전극을 형성하는 것을 포함하되,
상기 예비 수직 전계 효과 트랜지스터는,
상기 기판 상의 하부 소오스/드레인 영역;
상기 하부 소오스/드레인 영역 상에 상기 채널 영역;
상기 채널 영역 상에 상부 소오스/드레인 영역,
상기 채널 영역의 측면 상에 패턴화된 희생층; 및
절연층을 포함하고,
상기 하부 소오스/드레인 영역, 상기 채널 영역 및 상기 상부 소오스/드레인 영역은 상기 기판 상에 순차적으로 적층되고,
상기 상부 소오스/드레인 영역 및 상기 패턴화된 희생층은 상기 절연층에 둘러싸이고,
상기 컨택 개구부는 상기 패턴화된 희생층의 일부를 노출시키는 수직 전계 효과 트랜지스터를 형성하는 방법.Forming a preliminary vertical field effect transistor on the substrate,
Forming a contact opening extending through the insulating layer,
A cavity is formed between the channel region and the insulating layer by removing the patterned sacrificial layer through the contact opening,
Forming a gate electrode in the cavity,
The preliminary vertical field effect transistor,
A lower source/drain region on the substrate;
The channel region on the lower source/drain region;
An upper source/drain region on the channel region,
A sacrificial layer patterned on a side surface of the channel region; And
Including an insulating layer,
The lower source/drain regions, the channel regions, and the upper source/drain regions are sequentially stacked on the substrate,
The upper source/drain region and the patterned sacrificial layer are surrounded by the insulating layer,
The contact opening is a method of forming a vertical field effect transistor exposing a portion of the patterned sacrificial layer.
상기 게이트 전극을 형성한 후 컨택 개구부 내에 게이트 컨택을 형성하는 것을 더 포함하되,
상기 게이트 컨택은 상기 게이트 전극과 접촉하는 수직 전계 효과 트랜지스터 장치를 형성하는 방법.The method of claim 1,
After forming the gate electrode, further comprising forming a gate contact in the contact opening,
The method of forming a vertical field effect transistor device in which the gate contact is in contact with the gate electrode.
상기 기판 상에 활성 영역 및 필드 격리층을 형성하는 것을 더 포함하되,
상기 활성 영역은 상기 필드 격리층의 측면 상에 위치하고, 상기 채널 영역은 상기 활성 영역 상에 형성되고, 상기 게이트 컨택은 상기 필드 격리층과 오버랩(overlap)되는 수직 전계 효과 트랜지스터 장치를 형성하는 방법.The method of claim 2,
Further comprising forming an active region and a field isolation layer on the substrate,
The active region is positioned on a side surface of the field isolation layer, the channel region is formed on the active region, and the gate contact overlaps the field isolation layer.
상기 공동 내에 상기 게이트 전극을 형성하기 전에 상기 공동 내에 게이트 절연체를 형성하는 것을 더 포함하되,
상기 게이트 절연체는 단면도에서 상기 게이트 전극을 둘러싸는 수직 전계 효과 트랜지스터 장치를 형성하는 방법.The method of claim 1,
Further comprising forming a gate insulator in the cavity prior to forming the gate electrode in the cavity,
The gate insulator is a method of forming a vertical field effect transistor device surrounding the gate electrode in a cross-sectional view.
상기 게이트 전극을 형성하는 것은 상기 공동 내에 일 함수층 및 금속 전극을 순차적으로 형성하는 것을 포함하고,
상기 일 함수층은 단면도에서 상기 금속 전극을 둘러싸는 수직 전계 효과 트랜지스터 장치를 형성하는 방법.The method of claim 1,
Forming the gate electrode includes sequentially forming a work function layer and a metal electrode in the cavity,
The work function layer is a method of forming a vertical field effect transistor device surrounding the metal electrode in a cross-sectional view.
상기 예비 수직 전계 효과 트랜지스터는,
상기 상부 소오스/드레인 영역으로부터 상기 패턴화된 희생층을 분리하는 상부 스페이서; 및
상기 패턴화된 희생층 및 상기 상부 스페이서로부터 상기 채널 영역을 분리하는 제1 라이너를 더 포함하는 수직 전계 효과 트랜지스터 장치를 형성하는 방법.The method of claim 1,
The preliminary vertical field effect transistor,
An upper spacer separating the patterned sacrificial layer from the upper source/drain regions; And
A method of forming a vertical field effect transistor device further comprising a first liner separating the channel region from the patterned sacrificial layer and the upper spacer.
상기 제1 라이너는 실리콘 산화층을 포함하는 수직 전계 효과 트랜지스터 장치를 형성하는 방법.The method of claim 6,
The method of forming a vertical field effect transistor device wherein the first liner comprises a silicon oxide layer.
상기 예비 수직 전계 효과 트랜지스터를 형성하는 것은,
상기 기판 상에 마스크층을 형성하고,
상기 마스크층을 식각 마스크로 사용하여 상기 기판을 식각함으로써 상기 채널 영역을 형성하고,
상기 채널 영역의 측면 및 상기 마스크층의 측면 및 상면으로 연장되는 제1 라이너를 형성하고,
상기 채널 영역의 측면의 하부에 상기 패턴화된 희생층을 형성하고, 상기 채널 영역의 측면의 상부에 상부 스페이서를 형성하는 것을 포함하되,
상기 제1 라이너는 상기 패턴화된 희생층 및 상기 상부 스페이서로부터 상기 채널 영역을 분리하는 수직 전계 효과 트랜지스터 장치를 형성하는 방법.The method of claim 1,
Forming the preliminary vertical field effect transistor,
Forming a mask layer on the substrate,
The channel region is formed by etching the substrate using the mask layer as an etching mask,
Forming a first liner extending to a side surface of the channel region and a side surface and an upper surface of the mask layer,
Forming the patterned sacrificial layer below the side surface of the channel region, and forming an upper spacer on the side surface of the channel region,
The first liner is a method of forming a vertical field effect transistor device separating the channel region from the patterned sacrificial layer and the upper spacer.
상기 예비 수직 전계 효과 트랜지스터를 형성하는 것은,
상기 기판 상에 상기 하부 소오스/드레인 영역 및 상기 채널 영역을 형성하고;
상기 채널 영역의 측면 상에 상기 패턴화된 희생층을 형성하고;
상기 패턴화된 희생층 상에 상부 스페이서를 형성하고;
상기 기판 상에 상기 절연층을 형성하고;
상기 상부 소오스/드레인 개구부 내에 상기 상부 소오스/드레인 영역을 형성하는 것을 포함하되,
상기 상부 스페이서 및 상기 패턴화된 희생층은 상기 절연층에 의해 둘러 싸이고, 상기 절연층은 상기 상부 스페이서 상의 상부 소오스/드레인 개구부를 포함하는 수직 전계 효과 트랜지스터 장치를 형성하는 방법.The method of claim 1,
Forming the preliminary vertical field effect transistor,
Forming the lower source/drain regions and the channel regions on the substrate;
Forming the patterned sacrificial layer on a side surface of the channel region;
Forming an upper spacer on the patterned sacrificial layer;
Forming the insulating layer on the substrate;
Including forming the upper source/drain region in the upper source/drain opening,
The upper spacer and the patterned sacrificial layer are surrounded by the insulating layer, and the insulating layer includes an upper source/drain opening on the upper spacer.
상기 상부 소오스/드레인 영역을 형성하는 것은,
상기 채널 영역을 시드층(seed layer)으로 사용하여 에피택셜 성장(epitaxial growth) 공정을 수행하는 것을 포함하는 수직 전계 효과 트랜지스터 장치를 형성하는 방법.The method of claim 9,
Forming the upper source/drain region,
A method of forming a vertical field effect transistor device comprising performing an epitaxial growth process using the channel region as a seed layer.
상기 상부 소오스/드레인 영역은 상기 상부 소오스/드레인 개구부를 정의하는 상기 절연층의 일부와 접촉하는 수직 전계 효과 트랜지스터 장치를 형성하는 방법.The method of claim 10,
The method of forming a vertical field effect transistor device in which the upper source/drain region contacts a portion of the insulating layer defining the upper source/drain opening.
상기 기판 상에 활성 영역 및 필드 격리층을 형성하는 것을 더 포함하되,
상기 활성 영역은 상기 필드 격리층의 측면에 위치하고, 상기 채널 영역은 상기 활성 영역 상에 형성되고, 상기 패턴화된 희생층의 일부는 상기 필드 격리층과 오버랩되는 수직 전계 효과 트랜지스터 장치를 형성하는 방법.The method of claim 1,
Further comprising forming an active region and a field isolation layer on the substrate,
The active region is located on the side of the field isolation layer, the channel region is formed on the active region, and a portion of the patterned sacrificial layer overlaps the field isolation layer. .
상기 마스크층을 식각 마스크로 사용하여 상기 기판을 식각함으로써 채널 영역을 형성하고;
상기 기판 상에 하부 소오스/드레인 영역을 형성하고;
상기 채널 영역의 측면 및 상기 마스크층의 측면 및 상면 상에 연장되는 제1 라이너를 형성하고;
상기 채널 영역의 측면의 하부에 패턴화된 희생층을 형성하고;
상기 채널 영역의 측면의 상부에 상부 스페이서를 형성하고;
상기 기판 상에 절연층을 형성하고;
상기 마스크층 및 상기 상부 스페이서의 일부를 제거함으로써 상기 절연층 내에 상부 소오스/드레인 개구부가 형성되고;
상기 상부 소오스/드레인 개구부 내에 상부 소오스/드레인 영역이 형성되고;
상기 절연층을 통해 연장되는 컨택 개구부를 형성하고;
상기 컨택 개구부를 통해 상기 패턴화된 희생층을 게이트 전극으로 대체함으로써 상기 채널 영역의 측면의 하부에 상기 게이트 전극을 형성하는 것을 포함하되,
상기 상부 스페이서 및 상기 패턴화된 희생층은 상기 절연층으로 둘러싸이고,
상기 컨택 개구부는 상기 패턴화된 희생층의 일부를 노출시키는 수직 전계 효과 트랜지스터 장치를 형성하는 방법.Forming a mask layer on the substrate;
Etching the substrate using the mask layer as an etching mask to form a channel region;
Forming a lower source/drain region on the substrate;
Forming a first liner extending on a side surface of the channel region and a side surface and an upper surface of the mask layer;
Forming a patterned sacrificial layer under the side surface of the channel region;
Forming an upper spacer on the side of the channel region;
Forming an insulating layer on the substrate;
An upper source/drain opening is formed in the insulating layer by removing a portion of the mask layer and the upper spacer;
An upper source/drain region is formed in the upper source/drain opening;
Forming a contact opening extending through the insulating layer;
Forming the gate electrode under the side surface of the channel region by replacing the patterned sacrificial layer with a gate electrode through the contact opening,
The upper spacer and the patterned sacrificial layer are surrounded by the insulating layer,
The contact opening is a method of forming a vertical field effect transistor device exposing a portion of the patterned sacrificial layer.
상기 기판 상에 활성 영역 및 필드 격리층을 형성하고,
상기 게이트 전극을 형성한 후에 상기 컨택 개구부 내에 게이트 컨택을 형성하는 것을 더 포함하되,
상기 활성 영역은 상기 필드 격리층 내에 위치하고, 상기 채널 영역은 상기 활성 영역 상에 형성되고,
상기 게이트 컨택은 상기 게이트 전극과 접촉하고 상기 필드 격리층과 오버랩하는 수직 전계 효과 트랜지스터 장치를 형성하는 방법.The method of claim 13,
Forming an active region and a field isolation layer on the substrate,
Further comprising forming a gate contact in the contact opening after forming the gate electrode,
The active region is located in the field isolation layer, the channel region is formed on the active region,
Wherein the gate contact contacts the gate electrode and overlaps the field isolation layer.
상기 제1 라이너는 상기 게이트 전극을 형성한 후에 상기 채널 영역의 측면의 상부 및 상기 상부 스페이서 사이에 위치하는 수직 전계 효과 트랜지스터 장치를 형성하는 방법.The method of claim 13,
The first liner is a method of forming a vertical field effect transistor device positioned between the upper spacer and the upper side of the channel region after forming the gate electrode.
상기 게이트 전극을 형성하는 것은,
상기 컨택 개구부를 통해 상기 패턴화된 희생층을 제거함으로써 상기 채널 영역 및 상기 절연층 사이에 공동을 형성하고,
상기 공동 내에 게이트 절연체 및 상기 게이트 전극을 순차적으로 형성하는 것을 포함하되,
상기 게이트 절연체는 단면도에서 상기 게이트 전극을 둘러싸는 것을 포함하는 수직 전계 효과 트랜지스터 장치를 형성하는 방법.The method of claim 13,
Forming the gate electrode,
Forming a cavity between the channel region and the insulating layer by removing the patterned sacrificial layer through the contact opening,
Including sequentially forming a gate insulator and the gate electrode in the cavity,
Wherein the gate insulator surrounds the gate electrode in a cross-sectional view.
상기 수직 전계 효과 트랜지스터는,
상기 기판 상에 하부 소오스/드레인 영역;
상기 하부 소오스/드레인 영역 상에 채널 영역;
상기 채널 영역 상에 상부 소오스/드레인 영역; 및
상기 채널 영역의 측면 상에 게이트 전극을 포함하되,
상기 하부 소오스/드레인 영역, 상기 채널 영역 및 상기 상부 소오스/드레인 영역은 상기 기판 상에 순차적으로 적층되고,
상기 게이트 전극은 일 함수층 및 상기 채널 영역의 측면 상에 순차적으로 적층된 금속 전극을 포함하고, 상기 일 함수층은 단면도에서 상기 금속 전극을 둘러싸는 수직 전계 효과 트랜지스터 장치를 형성하는 방법.Forming a vertical field effect transistor on the substrate,
The vertical field effect transistor,
A lower source/drain region on the substrate;
A channel region on the lower source/drain region;
An upper source/drain region on the channel region; And
Including a gate electrode on the side of the channel region,
The lower source/drain regions, the channel regions, and the upper source/drain regions are sequentially stacked on the substrate,
The gate electrode includes a work function layer and a metal electrode sequentially stacked on a side surface of the channel region, wherein the work function layer surrounds the metal electrode in a cross-sectional view.
상기 수직 전계 효과 트랜지스터는 상기 채널 영역의 측면 및 상기 게이트 전극 사이에 연장되는 게이트 절연체를 더 포함하고,
상기 게이트 절연체는 단면도에서 상기 게이트 전극을 둘러싸는 수직 전계 효과 트랜지스터 장치를 형성하는 방법.The method of claim 17
The vertical field effect transistor further includes a gate insulator extending between the side surface of the channel region and the gate electrode,
The gate insulator is a method of forming a vertical field effect transistor device surrounding the gate electrode in a cross-sectional view.
상기 기판 상에 활성 영역 및 필드 격리층을 형성하고,
상기 게이트 전극의 필드 게이트 부분과 접촉하는 게이트 컨택을 형성하는 것을 더 포함하되,
상기 활성 영역은 상기 필드 격리층의 측면 상에 위치하고, 상기 채널 영역은 상기 활성 영역 상에 위치하고, 상기 게이트 전극은 상기 필드 격리층 상에 연장되는 상기 필드 게이트 부분을 포함하는 수직 전계 효과 트랜지스터 장치를 형성하는 방법.The method of claim 17,
Forming an active region and a field isolation layer on the substrate,
Further comprising forming a gate contact in contact with the field gate portion of the gate electrode,
The active region is positioned on a side surface of the field isolation layer, the channel region is positioned on the active region, and the gate electrode includes a vertical field effect transistor device including the field gate portion extending on the field isolation layer. How to form.
상기 게이트 컨택의 하부는 상기 게이트 전극의 상기 필드 게이트 부분 내에 위치하는 수직 전계 효과 트랜지스터 장치를 형성하는 방법.The method of claim 19,
A method of forming a vertical field effect transistor device wherein a lower portion of the gate contact is located within the field gate portion of the gate electrode.
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