KR20210043414A - Vertical field-effect transistor(vfet) devices and methods of forming the same - Google Patents

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KR20210043414A
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서강일
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Abstract

Provided are vertical field effect transistor (VFET) devices to provide increased reliability and a forming method thereof. According to the present invention, the method comprises: a step of forming a preliminary VFET on a substrate; a step of forming a contact opening extending through an insulating layer; a step of forming a cavity between a channel region and the insulating layer by removing a patterned sacrificial layer through the contact opening; and a step of forming a gate electrode in the cavity. The preliminary VFET includes a lower source/drain region disposed on the substrate, the channel region disposed on the lower source/drain region, an upper source/drain region disposed on the channel region, the patterned sacrificial layer disposed on the side surfaces of the channel region, and the insulating layer. The lower source/drain region, the channel region, and the 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 the contact opening can expose a part of the patterned sacrificial layer.

Description

수직 전계 효과 트랜지스터 장치 및 수직 전계 효과 트랜지스터 장치의 형성방법{VERTICAL FIELD-EFFECT TRANSISTOR(VFET) DEVICES AND METHODS OF FORMING THE SAME}A vertical field effect transistor device and a method of forming a vertical field effect transistor device {VERTICAL FIELD-EFFECT TRANSISTOR(VFET) DEVICES AND METHODS OF FORMING THE SAME}

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 gate electrode 74 of FIG. 18) may be included. The preliminary vertical field effect transistor may include an upper source/drain region (e.g., the upper source/drain region 52 of FIG. 18), whereby the gate electrode is formed after forming the upper source/drain region. I can.

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/drain region 22 of FIG. 13), a channel region (e.g., the channel region 12 of FIG. 13), and patterned sacrificial A layer (eg, the patterned sacrificial layer 33p of FIG. 13) and an insulating layer (eg, the second insulating layer 46 of FIG. 13) may be further included. The lower source/drain regions, the channel regions, and the upper source/drain regions are sequentially stacked on a substrate (eg, the substrate 10 of FIG. 13 ).

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/drain region 22 and a channel region 12 on the substrate 10. In some embodiments, forming the channel region 12 comprises forming the mask layer 14 on the substrate 10 (block 110 in FIG. 2) and using the mask layer 14 as an etch mask to form the substrate 10. ) Is etched to form the channel region 12 (block 120). For example, the mask layer 14 may be a hard mask layer including SiN and/or SiON. The channel region 12 may protrude from the substrate 10 in the third direction D3. The third direction D3 may be a vertical direction, and the third direction D3 may be perpendicular to the upper surface 10u of the substrate 10.

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 substrate 10 may include one or more semiconductor materials (eg, Si, Ge, SiGe, GaP, GaAs, SiC, SiGeC, and/or InP). In some embodiments, the substrate 10 may be a bulk substrate (eg, a bulk silicon substrate) or a semiconductor on insulator (SOI) substrate. As shown in FIG. 3, two channel regions 12 may be formed on the substrate 10. The two channel regions 12 may be spaced apart from each other in the first horizontal direction D1. The first horizontal direction D1 may be parallel to the upper surface 10u of the substrate 10.

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/drain regions 22 may be formed on the substrate 10 before or after the channel region 12 is formed. In some embodiments, the lower source/drain region 22 is formed by implanting impurity elements (eg, boron (B), phosphorus (P) and/or arsenic (As)) into the substrate 10. I can. In some embodiments, the lower source/drain region 22 is an epitack including impurity elements (eg, boron (B), phosphorus (P) and/or arsenic (As)) on the substrate 10. It can be formed by forming an epitaxial layer. The epitaxial layer of the lower source/drain region 22 may be formed by performing an epitaxial growth process using the substrate 10 as a seed layer.

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 lower spacer 24 is formed on the lower source/drain region 22, and is formed from the elements sequentially formed on the lower source/drain region 22 (for example, the gate electrode 74 in FIG. 18). The source/drain regions 22 may be electrically separated. The lower spacer 24 may include insulating materials (eg, silicon oxide, silicon nitride, or silicon oxynitride).

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 first liner 26 may be formed on the lower spacer 24, the side surface of the channel region 12, and the side surface and the upper surface of the mask layer 14 (block 130 of FIG. 2 ). ). The first liner 26 may be formed to protect the channel region 12 during a subsequent process. In some embodiments, the first liner 26 may have a uniform thickness along a side surface of the channel region 12 and a side surface and an upper surface of the mask layer 14 as shown in FIG. 3. The first liner 26 may include a material different from the channel region 12 so that the first liner 26 can be selectively removed from the side surface of the channel region 12. For example, the first liner may be a silicon oxide layer.

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 first liner 26 in FIG. 3 is shown as a single layer, in some embodiments, the first liner 26 includes a plurality of stacked layers sequentially stacked on the side of the channel region 12. can do.

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 sacrificial layer 32 and a preliminary second liner 34 on the first liner 26. Each of the preliminary sacrificial layer 32 and the preliminary second liner 34 may have a uniform thickness as shown in FIG. 4. For example, the preliminary sacrificial layer 32 may be a silicon layer (eg, an amorphous silicon layer and/or a polysilicon layer) and/or a metal layer (eg, a TiN layer and/or a Ti layer). For example, the preliminary second liner 34 may be a layer including an insulating material (eg, a silicon layer including oxygen and/or nitride).

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 layer 36 under the side surface of the channel region 12. Side surfaces of the channel region 12 may include upper and lower portions between the upper portion of the channel region 12 and the substrate 10. The first insulating layer 36 may include an insulating material (eg, a low dielectric layer having a dielectric constant lower than that of oxygen and/or nitride or silicon dioxide). The first insulating layer 36 is formed only on the lower side of the side surface of the channel region 12, and the first insulating layer 36 is a preliminary sacrificial layer 32 and a preliminary second insulating layer on the first insulating layer 36. Parts of the liner 34 are exposed.

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 sacrificial layer 32 and the preliminary second liner 34 on the first insulating layer 36 are removed, so that the sacrificial layer 33 and the second liner 35 are formed. I can. The sacrificial layer 33 and the second liner 35 may be formed on the lower side of the channel region 12 as shown in FIG. 6. In some embodiments, portions of the preliminary sacrificial layer 32 and the preliminary second liner 34 on the first insulating layer 36 may be removed until the lower first liner 26 is exposed. A portion of the channel region 12 and the mask layer 14 may protrude in a third direction D3 beyond the upper surfaces of the sacrificial layer 33 and the second liner 35 as shown in FIG. 6.

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 upper spacer layer 42 may be formed on the mask layer 14, the sacrificial layer 33, the second liner 35, and the first insulating layer 36. The upper spacer layer 42 may directly contact the sacrificial layer 33, the second liner 35, and the upper surfaces of the first insulating layer 36 and the first liner 26 as shown in FIG. 7. have. In some embodiments, the upper spacer layer 42 may have a uniform thickness along the mask layer 14 as shown in FIG. 7. For example, the upper spacer layer 42 may include an insulating material (eg, silicon oxide, silicon nitride, and/or silicon oxynitride). In some embodiments, the upper spacer layer 42 may be a SiN layer. In some embodiments, the upper spacer layer 42 may be a plurality of stacked layers.

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 upper spacer layer 42 may be removed until the lower first insulating layer 36 is exposed. Portions of the upper spacer layer 42 on the top surface of the mask layer 14 may also be removed to form the upper spacer 44. In some embodiments, the upper spacer 44 may overlap the upper surface of the sacrificial layer 33 and the second liner 35 as shown in FIG. 8.

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 layer 36 and a second liner as shown in FIG. 9 are used as an etching mask using the mask layer 14, the first liner 26, and the upper spacer 44 as an etching mask. The patterned sacrificial layer 33p and the patterned second liner 35p may be formed by removing portions of the 35 and the sacrificial layer 33. The first insulating layer 36, the second liner 35, and the sacrificial layer 33 may be removed until a portion of the first liner 26 extending on the lower spacer 24 is exposed. In some embodiments, a portion of the first insulating layer 36 may remain on the side surface of the patterned second liner 35p as shown in FIG. 9.

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 layer 46 may be formed on the substrate 10. The upper spacer 44, the patterned sacrificial layer 33p, and the patterned second liner 35p may be located in the second insulating layer 46. A portion of the first insulating layer 36 on the side surfaces of the patterned second liner 35p and the second insulating layer 46 may be referred to as an insulating layer as a whole. The second insulating layer 46 may include an insulating material (eg, a silicon layer or a low dielectric layer including oxygen and/or nitride). In some embodiments, the second insulating layer 46 and the first insulating layer 36 may include the same material, and an interface between the second insulating layer 46 and the first insulating layer 36. ) May not be visible. In some embodiments, the upper surface of the second insulating layer 46 and the upper surface of the upper spacer 44 and the mask layer 14 may be on the same plane as shown in FIG. 10.

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 first liner 26 on the upper spacer 44, the mask layer 14 and the channel region 12 are removed, and the upper source/drain in the second insulating layer 46 is removed. An opening 48 may be formed. A portion of the second insulating layer 46 defines an upper source/drain opening 48 on the channel region 12 as shown in FIG. 9. The upper source/drain opening 48 may expose the upper spacer 44 and the channel region 12. After forming the upper source/drain opening 48, the first liner 26 can remain between the upper spacer 44 and the channel region 12, and the first liner 26 is removed from the channel region 12. The upper spacer 44 can be separated.

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/drain region 52 may be formed in the upper source/drain opening 48. To simplify the description, FIG. 12 does not show all elements shown in FIGS. 13 and 14. For example, the upper source/drain regions 52 may be formed by performing an epitaxial growth process using the channel region 12 as a seed layer. The epitaxial growth process for forming the upper source/drain regions 52 may be performed at a high temperature (eg, about 400°C to about 700°C). The upper source/drain region 52 may contact the lower portion of the upper source/drain region 52, the upper spacer 44, and the channel region 12. In some embodiments, the third insulating layer 56 may be formed in the upper source/drain opening 48 on the upper source/drain region 52. Since the upper source/drain regions 52 are formed in the upper source/drain openings 48, a patterning process of patterning the upper source/drain regions 52 may not be performed.

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/drain regions 22 may be formed in the field isolation layer 11. In some embodiments, the lower source/drain region 22 may be an upper portion of the active region formed on the substrate 10. Specifically, the active region may be located on the side of the field isolation layer 11, and the field isolation layer 11 may surround the active region. Each of the channel regions 12 may extend in a vertical direction, which is the second horizontal direction D2. The second horizontal direction D2 may be parallel to the upper surface of the substrate 10 (eg, 10u of FIG. 3 ). In some embodiments, the second horizontal direction D2 may be perpendicular to the first horizontal direction D1. In some embodiments, the field isolation layer 11 may surround the lower source/drain region 22 as illustrated in FIG. 12.

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 contact opening 62 may be formed to extend through the second insulating layer 46. The contact opening 62 may also extend through portions of the patterned sacrificial layer 33p and the patterned second liner 35p extending on the field isolation layer 11. In some embodiments, a portion of the first liner 26 extending over the field isolation layer 11 may be removed while forming the contact opening 62, and the contact opening 62 is shown in FIG. As described above, the field isolation layer 11 may be exposed. In some embodiments, a portion of the first liner 26 extending over the field isolation layer 11 may not be removed while forming the contact opening 62, and the contact opening 62 may be formed of the field isolation layer ( A part of the first liner 26 extending on 11) may be exposed.

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 contact opening 62 may overlap the field isolation layer 11, and the contact opening 62 may be spaced apart from the channel region 12 in the second horizontal direction D2. The patterned sacrificial layer 33p may have a first thickness T1 on the side surface of the channel region 12, and the patterned sacrificial layer 33p may also have a field isolation layer ( 11) It may have a first thickness T1 on it.

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 contact opening 62 to form a cavity 64 between the channel region 12 and the second insulating layer 46. I can. For example, an etchant for removing the patterned sacrificial layer 33p may be supplied through the contact opening 62. In some embodiments, the cavity 64 may be defined by the first liner 26, the patterned second liner 35p and the second insulating layer 46.

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 cavity 64 may include a portion extending over the field isolation layer 11. The etchant for removing the patterned sacrificial layer 33p extends on the channel region 12 so that the channel region 12 can be protected by the first liner 26 while removing the patterned sacrificial layer 33p. The first liner 26 may not be removed. The cavity 64 may have the same width as the first thickness T1 of the patterned sacrificial layer 33p. The cavity 64 may be connected to the contact opening 62.

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 gate insulator 72 and the gate electrode 74 may be sequentially formed in the cavity 64 through the contact opening 62. To simplify the description, FIG. 17 does not show all elements shown in FIGS. 18 and 19. Each of the gate insulator 72 and the gate electrode 74 may be formed by performing an atomic layer deposition (ALD) process. The gate insulator 72 may be formed conformally in the cavity 64 as shown in FIGS. 18 and 19. The gate insulator 72 may have a uniform thickness as shown in FIGS. 18 and 19. In some embodiments, the gate insulator 72 may surround the gate electrode 74 in a cross-sectional view as shown in FIG. 18. The gate insulator 72 may include silicon oxide and/or a high dielectric constant material (eg, hafnium oxide or aluminum oxide).

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 gate electrode 74 may be formed in the cavity 64. For example, the gate electrode 74 may include a metal layer (eg, tungsten (W), titanium (Ti), copper (Cu), and/or cobalt (Co)). After forming the gate electrode 74, a portion of the first liner 26 may still be positioned between the upper spacer 44 and the channel region 12.

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 gate electrode 74 may include a work function layer 75 and a metal electrode 77. The work function layer 75 and the metal electrode 77 may be sequentially formed on the gate insulator 72. In some embodiments, the work function layer 75 may surround the metal electrode 77 in a cross-sectional view as shown in FIG. 20. The work function layer 75 may be used to tune the work function of the gate electrode 74, and the work function layer 75 is a metal nitride (eg, TiN, TiAlN, TaAlN), TiAl, TaC, TiC, or HfSi may be included. Although the work function layer 75 is shown as a single layer in FIG. 20, the work function layer 75 may be a plurality of stacked layers. The work function layer 75 may have a uniform thickness along the surface of the gate insulator 72 as shown in FIG. 20.

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 metal electrode 77 may include a metal (eg, aluminum (Al), tungsten (W), and/or copper (Cu)). In some embodiments, the metal electrode 77 may be formed by repeatedly depositing an atomic layer on the surface of the work function layer 75 until the metal electrode 77 has a second thickness T2. The metal electrode 77 may include a seam 78 spaced apart from the surface of the work function layer 75 by a certain distance (ie, the second thickness T2). In some embodiments, the shim 78 of the metal electrode 77 can be seen.

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 gate insulator 72 may have portions spaced apart from each other in the third direction D3, and the gate electrode 74 may be formed between other portions of the gate insulator 72. The shim 78 of the metal electrode 77 may be spaced apart from the work function layer 75 by a uniform distance (ie, the second thickness T2).

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 gate insulator 72 and the gate electrode 74 may be formed on the side 46s of the second insulating layer 46 defining the contact opening 62, and the gate insulator 72 And a portion of the gate electrode 74 may be removed.

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 gate electrode 74 includes a self-aligned portion 74s formed on the lower source/drain region 22 and a field gate portion 74f extending on the field isolation layer 11. Can include. The gate contact 82 may be formed in the contact opening 62. The gate contact 82 may overlap the field isolation layer 11, and the gate contact 82 may contact the field gate portion 74f of the gate electrode 74. In some embodiments, the gate insulator 72 may surround a lower portion of the gate contact 82 in a plan view as shown in FIG. 22, and the lower portion of the gate contact 82 may be It can be located within the electrode 74. The gate contact 82 may include a conductive material (eg, a doped semiconductor material and/or a metal material).

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 gate electrode 74 through the gate contact 82 while the vertical field effect transistor device is operating. The gate contact 82 may electrically connect the gate electrode 74 to the word line of the vertical field effect transistor device.

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 gate insulator 72 includes a preliminary sacrificial layer (eg, the preliminary sacrificial layer 32 of FIG. 4) and a preliminary second liner (eg, the preliminary sacrificial layer 32 of FIG. 4 ). It may be formed before the second liner 34 is formed. After the gate insulator 72 is formed, the structures shown in FIGS. 25 and 26 may be formed by performing a process similar to that described with reference to FIGS. 4 to 19. 25 and 26 are views corresponding to FIGS. 18 and 19.

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 gate insulator 72 may not surround the gate electrode 74. The gate insulator 72 may be positioned between the channel region 12 and the gate electrode 74 and between the lower spacer 24 and the gate electrode 74. The gate insulator 72 may not be present on the surface of the other gate electrode 74. In some embodiments, the first liner 26 may be positioned between the channel region 12 and the gate insulator 72 and between the lower spacer 24 and the gate insulator 72 as shown in FIG. 25. have. Referring to FIG. 26, the contact opening 62 may not penetrate a part of the gate insulator 72.

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 gate electrode 74 may include a work function layer 75 and a metal electrode 77. The work function layer 75 may surround the metal electrode 77 as shown in FIG. 27. The metal electrode 77 may be formed to have a second thickness T2, and the shim 78 may have a predetermined distance from the work function layer 75 in the first horizontal direction D1 (eg, a second thickness ( It can be formed to be spaced apart by T2)). A part of the metal electrode 77 extending on the field isolation layer 11 may be formed to have a second thickness T2 as shown in FIG. 28, and the shim 78 may be formed in a third direction D3. It may be formed to be spaced apart from the work function layer 75 by a certain distance (eg, the second thickness T2).

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 sacrificial layer 32 of FIG. 4) and the preliminary second liner (eg, the preliminary second liner 34 of FIG. 4) are 1 The insulating layer (for example, the first insulating layer 36 of FIG. 5) may be patterned before being formed, and thus, the patterned preliminary sacrificial layer 32p and the patterned preliminary second liner 34p ) To form. The preliminary sacrificial layer and the preliminary second liner may be patterned using a mask pattern (eg, a photoresist pattern) as an etching mask.

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 layer 36 may be formed on the patterned preliminary sacrificial layer 32p and the patterned preliminary second liner 34p. Part of the patterned preliminary sacrificial layer 32p and the patterned preliminary second liner 34p are removed, thereby forming the patterned sacrificial layer 33p and the patterned second liner 35p. I can.

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 layer 36 and the second insulating layer 46 may be sequentially stacked on the lower spacer 24 as shown in FIG. 33. The first insulating layer 36 and the second insulating layer 46 may be referred to as insulating layers as a whole.

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 컨택
10: substrate 11: field isolation layer
12: channel region 14: mask layer
22: lower source/drain area 24: lower spacer
26: first liner 33, 33p: patterned sacrificial layer
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)

기판 상에 예비 수직 전계 효과 트랜지스터를 형성하고,
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.
제 1항에 있어서,
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.
제 2항에 있어서,
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.
제 1항에 있어서,
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.
제 1항에 있어서,
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.
제 1항에 있어서,
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.
제 6항에 있어서,
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.
제 1항에 있어서,
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.
제 1항에 있어서,
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.
제 9항에 있어서,
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.
제 10항에 있어서,
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.
제 1항에 있어서,
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. .
기판 상에 마스크층을 형성하고;
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.
제 13항에 있어서,
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.
제 13항에 있어서,
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.
제 13항에 있어서,
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.
기판 상에 수직 전계 효과 트랜지스터를 형성하는 것을 포함하되,
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.
제 17항에 있어서
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.
제 17항에 있어서,
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.
제 19항에 있어서,
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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