KR20230111867A - 반도체 소자 및 그의 제조 방법 - Google Patents

반도체 소자 및 그의 제조 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR20230111867A
KR20230111867A KR1020220007849A KR20220007849A KR20230111867A KR 20230111867 A KR20230111867 A KR 20230111867A KR 1020220007849 A KR1020220007849 A KR 1020220007849A KR 20220007849 A KR20220007849 A KR 20220007849A KR 20230111867 A KR20230111867 A KR 20230111867A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
pattern
semiconductor
layer
region
thickness
Prior art date
Application number
KR1020220007849A
Other languages
English (en)
Inventor
김승규
박용희
신동관
김대신
김상용
유주형
Original Assignee
삼성전자주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 삼성전자주식회사 filed Critical 삼성전자주식회사
Priority to KR1020220007849A priority Critical patent/KR20230111867A/ko
Priority to TW111129674A priority patent/TW202332058A/zh
Priority to US17/890,547 priority patent/US20230231026A1/en
Priority to EP22199501.2A priority patent/EP4216282A1/en
Priority to CN202211280701.6A priority patent/CN116504785A/zh
Publication of KR20230111867A publication Critical patent/KR20230111867A/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00—Semiconductor devices adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching, or capacitors or resistors with at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof  ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/40—Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/41—Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape, relative sizes or dispositions
    • H01L29/423—Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape, relative sizes or dispositions not carrying the current to be rectified, amplified or switched
    • H01L29/42312—Gate electrodes for field effect devices
    • H01L29/42316—Gate electrodes for field effect devices for field-effect transistors
    • H01L29/4232—Gate electrodes for field effect devices for field-effect transistors with insulated gate
    • H01L29/42384—Gate electrodes for field effect devices for field-effect transistors with insulated gate for thin film field effect transistors, e.g. characterised by the thickness or the shape of the insulator or the dimensions, the shape or the lay-out of the conductor
    • H01L29/42392—Gate electrodes for field effect devices for field-effect transistors with insulated gate for thin film field effect transistors, e.g. characterised by the thickness or the shape of the insulator or the dimensions, the shape or the lay-out of the conductor fully surrounding the channel, e.g. gate-all-around
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00—Semiconductor devices adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching, or capacitors or resistors with at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof  ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66007—Multistep manufacturing processes
    • H01L29/66075—Multistep manufacturing processes of devices having semiconductor bodies comprising group 14 or group 13/15 materials
    • H01L29/66227—Multistep manufacturing processes of devices having semiconductor bodies comprising group 14 or group 13/15 materials the devices being controllable only by the electric current supplied or the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched, e.g. three-terminal devices
    • H01L29/66409—Unipolar field-effect transistors
    • H01L29/66477—Unipolar field-effect transistors with an insulated gate, i.e. MISFET
    • H01L29/66545—Unipolar field-effect transistors with an insulated gate, i.e. MISFET using a dummy, i.e. replacement gate in a process wherein at least a part of the final gate is self aligned to the dummy gate
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/02—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having at least one potential-jump barrier or surface barrier; including integrated passive circuit elements with at least one potential-jump barrier or surface barrier
    • H01L27/04—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having at least one potential-jump barrier or surface barrier; including integrated passive circuit elements with at least one potential-jump barrier or surface barrier the substrate being a semiconductor body
    • H01L27/08—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having at least one potential-jump barrier or surface barrier; including integrated passive circuit elements with at least one potential-jump barrier or surface barrier the substrate being a semiconductor body including only semiconductor components of a single kind
    • H01L27/085—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having at least one potential-jump barrier or surface barrier; including integrated passive circuit elements with at least one potential-jump barrier or surface barrier the substrate being a semiconductor body including only semiconductor components of a single kind including field-effect components only
    • H01L27/088—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having at least one potential-jump barrier or surface barrier; including integrated passive circuit elements with at least one potential-jump barrier or surface barrier the substrate being a semiconductor body including only semiconductor components of a single kind including field-effect components only the components being field-effect transistors with insulated gate
    • H01L27/092—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having at least one potential-jump barrier or surface barrier; including integrated passive circuit elements with at least one potential-jump barrier or surface barrier the substrate being a semiconductor body including only semiconductor components of a single kind including field-effect components only the components being field-effect transistors with insulated gate complementary MIS field-effect transistors
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/70—Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components formed in or on a common substrate or of parts thereof; Manufacture of integrated circuit devices or of parts thereof
    • H01L21/77—Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components or integrated circuits formed in, or on, a common substrate
    • H01L21/78—Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components or integrated circuits formed in, or on, a common substrate with subsequent division of the substrate into plural individual devices
    • H01L21/82—Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components or integrated circuits formed in, or on, a common substrate with subsequent division of the substrate into plural individual devices to produce devices, e.g. integrated circuits, each consisting of a plurality of components
    • H01L21/822—Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components or integrated circuits formed in, or on, a common substrate with subsequent division of the substrate into plural individual devices to produce devices, e.g. integrated circuits, each consisting of a plurality of components the substrate being a semiconductor, using silicon technology
    • H01L21/8232—Field-effect technology
    • H01L21/8234—MIS technology, i.e. integration processes of field effect transistors of the conductor-insulator-semiconductor type
    • H01L21/823462—MIS technology, i.e. integration processes of field effect transistors of the conductor-insulator-semiconductor type with a particular manufacturing method of the gate insulating layers, e.g. different gate insulating layer thicknesses, particular gate insulator materials or particular gate insulator implants
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/70—Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components formed in or on a common substrate or of parts thereof; Manufacture of integrated circuit devices or of parts thereof
    • H01L21/77—Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components or integrated circuits formed in, or on, a common substrate
    • H01L21/78—Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components or integrated circuits formed in, or on, a common substrate with subsequent division of the substrate into plural individual devices
    • H01L21/82—Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components or integrated circuits formed in, or on, a common substrate with subsequent division of the substrate into plural individual devices to produce devices, e.g. integrated circuits, each consisting of a plurality of components
    • H01L21/822—Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components or integrated circuits formed in, or on, a common substrate with subsequent division of the substrate into plural individual devices to produce devices, e.g. integrated circuits, each consisting of a plurality of components the substrate being a semiconductor, using silicon technology
    • H01L21/8232—Field-effect technology
    • H01L21/8234—MIS technology, i.e. integration processes of field effect transistors of the conductor-insulator-semiconductor type
    • H01L21/823475—MIS technology, i.e. integration processes of field effect transistors of the conductor-insulator-semiconductor type interconnection or wiring or contact manufacturing related aspects
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/70—Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components formed in or on a common substrate or of parts thereof; Manufacture of integrated circuit devices or of parts thereof
    • H01L21/77—Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components or integrated circuits formed in, or on, a common substrate
    • H01L21/78—Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components or integrated circuits formed in, or on, a common substrate with subsequent division of the substrate into plural individual devices
    • H01L21/82—Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components or integrated circuits formed in, or on, a common substrate with subsequent division of the substrate into plural individual devices to produce devices, e.g. integrated circuits, each consisting of a plurality of components
    • H01L21/822—Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components or integrated circuits formed in, or on, a common substrate with subsequent division of the substrate into plural individual devices to produce devices, e.g. integrated circuits, each consisting of a plurality of components the substrate being a semiconductor, using silicon technology
    • H01L21/8232—Field-effect technology
    • H01L21/8234—MIS technology, i.e. integration processes of field effect transistors of the conductor-insulator-semiconductor type
    • H01L21/8238—Complementary field-effect transistors, e.g. CMOS
    • H01L21/823814—Complementary field-effect transistors, e.g. CMOS with a particular manufacturing method of the source or drain structures, e.g. specific source or drain implants or silicided source or drain structures or raised source or drain structures
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/70—Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components formed in or on a common substrate or of parts thereof; Manufacture of integrated circuit devices or of parts thereof
    • H01L21/77—Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components or integrated circuits formed in, or on, a common substrate
    • H01L21/78—Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components or integrated circuits formed in, or on, a common substrate with subsequent division of the substrate into plural individual devices
    • H01L21/82—Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components or integrated circuits formed in, or on, a common substrate with subsequent division of the substrate into plural individual devices to produce devices, e.g. integrated circuits, each consisting of a plurality of components
    • H01L21/822—Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components or integrated circuits formed in, or on, a common substrate with subsequent division of the substrate into plural individual devices to produce devices, e.g. integrated circuits, each consisting of a plurality of components the substrate being a semiconductor, using silicon technology
    • H01L21/8232—Field-effect technology
    • H01L21/8234—MIS technology, i.e. integration processes of field effect transistors of the conductor-insulator-semiconductor type
    • H01L21/8238—Complementary field-effect transistors, e.g. CMOS
    • H01L21/823857—Complementary field-effect transistors, e.g. CMOS with a particular manufacturing method of the gate insulating layers, e.g. different gate insulating layer thicknesses, particular gate insulator materials or particular gate insulator implants
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/02—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having at least one potential-jump barrier or surface barrier; including integrated passive circuit elements with at least one potential-jump barrier or surface barrier
    • H01L27/04—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having at least one potential-jump barrier or surface barrier; including integrated passive circuit elements with at least one potential-jump barrier or surface barrier the substrate being a semiconductor body
    • H01L27/08—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having at least one potential-jump barrier or surface barrier; including integrated passive circuit elements with at least one potential-jump barrier or surface barrier the substrate being a semiconductor body including only semiconductor components of a single kind
    • H01L27/085—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having at least one potential-jump barrier or surface barrier; including integrated passive circuit elements with at least one potential-jump barrier or surface barrier the substrate being a semiconductor body including only semiconductor components of a single kind including field-effect components only
    • H01L27/088—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having at least one potential-jump barrier or surface barrier; including integrated passive circuit elements with at least one potential-jump barrier or surface barrier the substrate being a semiconductor body including only semiconductor components of a single kind including field-effect components only the components being field-effect transistors with insulated gate
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/02—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having at least one potential-jump barrier or surface barrier; including integrated passive circuit elements with at least one potential-jump barrier or surface barrier
    • H01L27/04—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having at least one potential-jump barrier or surface barrier; including integrated passive circuit elements with at least one potential-jump barrier or surface barrier the substrate being a semiconductor body
    • H01L27/08—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having at least one potential-jump barrier or surface barrier; including integrated passive circuit elements with at least one potential-jump barrier or surface barrier the substrate being a semiconductor body including only semiconductor components of a single kind
    • H01L27/085—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having at least one potential-jump barrier or surface barrier; including integrated passive circuit elements with at least one potential-jump barrier or surface barrier the substrate being a semiconductor body including only semiconductor components of a single kind including field-effect components only
    • H01L27/088—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having at least one potential-jump barrier or surface barrier; including integrated passive circuit elements with at least one potential-jump barrier or surface barrier the substrate being a semiconductor body including only semiconductor components of a single kind including field-effect components only the components being field-effect transistors with insulated gate
    • H01L27/0886—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having at least one potential-jump barrier or surface barrier; including integrated passive circuit elements with at least one potential-jump barrier or surface barrier the substrate being a semiconductor body including only semiconductor components of a single kind including field-effect components only the components being field-effect transistors with insulated gate including transistors with a horizontal current flow in a vertical sidewall of a semiconductor body, e.g. FinFET, MuGFET
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00—Semiconductor devices adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching, or capacitors or resistors with at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof  ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/02—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/04—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their crystalline structure, e.g. polycrystalline, cubic or particular orientation of crystalline planes
    • H01L29/045—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their crystalline structure, e.g. polycrystalline, cubic or particular orientation of crystalline planes by their particular orientation of crystalline planes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00—Semiconductor devices adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching, or capacitors or resistors with at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof  ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/02—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/06—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions
    • H01L29/0657—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions characterised by the shape of the body
    • H01L29/0665—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions characterised by the shape of the body the shape of the body defining a nanostructure
    • H01L29/0669—Nanowires or nanotubes
    • H01L29/0673—Nanowires or nanotubes oriented parallel to a substrate
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00—Semiconductor devices adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching, or capacitors or resistors with at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof  ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/02—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/06—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions
    • H01L29/08—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions with semiconductor regions connected to an electrode carrying current to be rectified, amplified or switched and such electrode being part of a semiconductor device which comprises three or more electrodes
    • H01L29/0843—Source or drain regions of field-effect devices
    • H01L29/0847—Source or drain regions of field-effect devices of field-effect transistors with insulated gate
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00—Semiconductor devices adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching, or capacitors or resistors with at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof  ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/40—Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/41—Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape, relative sizes or dispositions
    • H01L29/417—Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape, relative sizes or dispositions carrying the current to be rectified, amplified or switched
    • H01L29/41725—Source or drain electrodes for field effect devices
    • H01L29/41766—Source or drain electrodes for field effect devices with at least part of the source or drain electrode having contact below the semiconductor surface, e.g. the source or drain electrode formed at least partially in a groove or with inclusions of conductor inside the semiconductor
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00—Semiconductor devices adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching, or capacitors or resistors with at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof  ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/40—Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/41—Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape, relative sizes or dispositions
    • H01L29/423—Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape, relative sizes or dispositions not carrying the current to be rectified, amplified or switched
    • H01L29/42312—Gate electrodes for field effect devices
    • H01L29/42316—Gate electrodes for field effect devices for field-effect transistors
    • H01L29/4232—Gate electrodes for field effect devices for field-effect transistors with insulated gate
    • H01L29/42364—Gate electrodes for field effect devices for field-effect transistors with insulated gate characterised by the insulating layer, e.g. thickness or uniformity
    • H01L29/42368—Gate electrodes for field effect devices for field-effect transistors with insulated gate characterised by the insulating layer, e.g. thickness or uniformity the thickness being non-uniform
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00—Semiconductor devices adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching, or capacitors or resistors with at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof  ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66007—Multistep manufacturing processes
    • H01L29/66075—Multistep manufacturing processes of devices having semiconductor bodies comprising group 14 or group 13/15 materials
    • H01L29/66227—Multistep manufacturing processes of devices having semiconductor bodies comprising group 14 or group 13/15 materials the devices being controllable only by the electric current supplied or the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched, e.g. three-terminal devices
    • H01L29/66409—Unipolar field-effect transistors
    • H01L29/66439—Unipolar field-effect transistors with a one- or zero-dimensional channel, e.g. quantum wire FET, in-plane gate transistor [IPG], single electron transistor [SET], striped channel transistor, Coulomb blockade transistor
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00—Semiconductor devices adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching, or capacitors or resistors with at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof  ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66007—Multistep manufacturing processes
    • H01L29/66075—Multistep manufacturing processes of devices having semiconductor bodies comprising group 14 or group 13/15 materials
    • H01L29/66227—Multistep manufacturing processes of devices having semiconductor bodies comprising group 14 or group 13/15 materials the devices being controllable only by the electric current supplied or the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched, e.g. three-terminal devices
    • H01L29/66409—Unipolar field-effect transistors
    • H01L29/66477—Unipolar field-effect transistors with an insulated gate, i.e. MISFET
    • H01L29/66553—Unipolar field-effect transistors with an insulated gate, i.e. MISFET using inside spacers, permanent or not
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00—Semiconductor devices adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching, or capacitors or resistors with at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof  ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66007—Multistep manufacturing processes
    • H01L29/66075—Multistep manufacturing processes of devices having semiconductor bodies comprising group 14 or group 13/15 materials
    • H01L29/66227—Multistep manufacturing processes of devices having semiconductor bodies comprising group 14 or group 13/15 materials the devices being controllable only by the electric current supplied or the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched, e.g. three-terminal devices
    • H01L29/66409—Unipolar field-effect transistors
    • H01L29/66477—Unipolar field-effect transistors with an insulated gate, i.e. MISFET
    • H01L29/6656—Unipolar field-effect transistors with an insulated gate, i.e. MISFET using multiple spacer layers, e.g. multiple sidewall spacers
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00—Semiconductor devices adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching, or capacitors or resistors with at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof  ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/68—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by only the electric current supplied, or only the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched
    • H01L29/76—Unipolar devices, e.g. field effect transistors
    • H01L29/772—Field effect transistors
    • H01L29/775—Field effect transistors with one dimensional charge carrier gas channel, e.g. quantum wire FET
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00—Semiconductor devices adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching, or capacitors or resistors with at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof  ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/68—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by only the electric current supplied, or only the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched
    • H01L29/76—Unipolar devices, e.g. field effect transistors
    • H01L29/772—Field effect transistors
    • H01L29/78—Field effect transistors with field effect produced by an insulated gate
    • H01L29/78391—Field effect transistors with field effect produced by an insulated gate the gate comprising a layer which is used for its ferroelectric properties
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00—Semiconductor devices adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching, or capacitors or resistors with at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof  ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/68—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by only the electric current supplied, or only the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched
    • H01L29/76—Unipolar devices, e.g. field effect transistors
    • H01L29/772—Field effect transistors
    • H01L29/78—Field effect transistors with field effect produced by an insulated gate
    • H01L29/786—Thin film transistors, i.e. transistors with a channel being at least partly a thin film
    • H01L29/78696—Thin film transistors, i.e. transistors with a channel being at least partly a thin film characterised by the structure of the channel, e.g. multichannel, transverse or longitudinal shape, length or width, doping structure, or the overlap or alignment between the channel and the gate, the source or the drain, or the contacting structure of the channel
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82—NANOTECHNOLOGY
    • B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y10/00—Nanotechnology for information processing, storage or transmission, e.g. quantum computing or single electron logic
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/70—Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components formed in or on a common substrate or of parts thereof; Manufacture of integrated circuit devices or of parts thereof
    • H01L21/77—Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components or integrated circuits formed in, or on, a common substrate
    • H01L21/78—Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components or integrated circuits formed in, or on, a common substrate with subsequent division of the substrate into plural individual devices
    • H01L21/82—Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components or integrated circuits formed in, or on, a common substrate with subsequent division of the substrate into plural individual devices to produce devices, e.g. integrated circuits, each consisting of a plurality of components
    • H01L21/822—Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components or integrated circuits formed in, or on, a common substrate with subsequent division of the substrate into plural individual devices to produce devices, e.g. integrated circuits, each consisting of a plurality of components the substrate being a semiconductor, using silicon technology
    • H01L21/8232—Field-effect technology
    • H01L21/8234—MIS technology, i.e. integration processes of field effect transistors of the conductor-insulator-semiconductor type
    • H01L21/8238—Complementary field-effect transistors, e.g. CMOS
    • H01L21/823828—Complementary field-effect transistors, e.g. CMOS with a particular manufacturing method of the gate conductors, e.g. particular materials, shapes
    • H01L21/82385—Complementary field-effect transistors, e.g. CMOS with a particular manufacturing method of the gate conductors, e.g. particular materials, shapes gate conductors with different shapes, lengths or dimensions
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00—Semiconductor devices adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching, or capacitors or resistors with at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof  ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/02—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/12—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by the materials of which they are formed
    • H01L29/16—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by the materials of which they are formed including, apart from doping materials or other impurities, only elements of Group IV of the Periodic System
    • H01L29/161—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by the materials of which they are formed including, apart from doping materials or other impurities, only elements of Group IV of the Periodic System including two or more of the elements provided for in group H01L29/16, e.g. alloys
    • H01L29/165—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by the materials of which they are formed including, apart from doping materials or other impurities, only elements of Group IV of the Periodic System including two or more of the elements provided for in group H01L29/16, e.g. alloys in different semiconductor regions, e.g. heterojunctions
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00—Semiconductor devices adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching, or capacitors or resistors with at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof  ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66007—Multistep manufacturing processes
    • H01L29/66075—Multistep manufacturing processes of devices having semiconductor bodies comprising group 14 or group 13/15 materials
    • H01L29/66227—Multistep manufacturing processes of devices having semiconductor bodies comprising group 14 or group 13/15 materials the devices being controllable only by the electric current supplied or the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched, e.g. three-terminal devices
    • H01L29/66409—Unipolar field-effect transistors
    • H01L29/66477—Unipolar field-effect transistors with an insulated gate, i.e. MISFET
    • H01L29/665—Unipolar field-effect transistors with an insulated gate, i.e. MISFET using self aligned silicidation, i.e. salicide
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00—Semiconductor devices adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching, or capacitors or resistors with at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof  ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/68—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by only the electric current supplied, or only the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched
    • H01L29/76—Unipolar devices, e.g. field effect transistors
    • H01L29/772—Field effect transistors
    • H01L29/78—Field effect transistors with field effect produced by an insulated gate
    • H01L29/7842—Field effect transistors with field effect produced by an insulated gate means for exerting mechanical stress on the crystal lattice of the channel region, e.g. using a flexible substrate
    • H01L29/7848—Field effect transistors with field effect produced by an insulated gate means for exerting mechanical stress on the crystal lattice of the channel region, e.g. using a flexible substrate the means being located in the source/drain region, e.g. SiGe source and drain

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Nanotechnology (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Insulated Gate Type Field-Effect Transistor (AREA)
  • Thin Film Transistor (AREA)

Abstract

본 발명은 반도체 소자 및 그의 제조 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 활성 패턴을 포함하는 기판; 상기 활성 패턴 상의 채널 패턴, 상기 채널 패턴은 서로 이격되어 수직적으로 적층된 복수개의 반도체 패턴들을 포함하고; 상기 복수개의 반도체 패턴들에 연결된 소스/드레인 패턴; 상기 복수개의 반도체 패턴들 상의 게이트 전극, 상기 게이트 전극은 제1 방향으로 연장되고; 및 상기 복수개의 반도체 패턴들과 상기 게이트 전극 사이의 게이트 절연막을 포함한다. 상기 복수개의 반도체 패턴들 중 제1 반도체 패턴은, 상기 제1 방향으로 서로 대향하는 양 측면들, 바닥면 및 상면을 포함하고, 상기 게이트 절연막은, 상기 제1 반도체 패턴의 상기 양 측면들, 상기 바닥면 및 상기 상면을 덮으며, 상기 게이트 절연막은: 상기 제1 반도체 패턴의 상기 양 측면들 중 하나 상의 제1 영역; 및 상기 제1 반도체 패턴의 상기 상면 및 상기 바닥면 중 하나 상의 제2 영역을 포함하고, 상기 제1 영역의 두께는 상기 제2 영역의 두께보다 크다.

Description

반도체 소자 및 그의 제조 방법{Semiconductor device and method for manufacturing the same}
본 발명은 반도체 소자 및 그의 제조 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 전계 효과 트랜지스터를 포함하는 반도체 소자 및 그의 제조 방법에 관한 것이다.
반도체 소자는 모스 전계 효과 트랜지스터들(MOS(Metal Oxide Semiconductor) FET)로 구성된 집적회로를 포함한다. 반도체 소자의 크기 및 디자인 룰(Design rule)이 점차 축소됨에 따라, 모스 전계 효과 트랜지스터들의 크기 축소(scale down)도 점점 가속화되고 있다. 모스 전계 효과 트랜지스터들의 크기 축소에 따라 반도체 소자의 동작 특성이 저하될 수 있다. 이에 따라, 반도체 소자의 고집적화에 따른 한계를 극복하면서 보다 우수한 성능을 반도체 소자를 형성하기 위한 다양한 방법이 연구되고 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 전기적 특성이 향상된 반도체 소자를 제공하는데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 다른 과제는 전기적 특성이 향상된 반도체 소자의 제조 방법을 제공하는데 있다.
본 발명의 개념에 따른, 반도체 소자는, 활성 패턴을 포함하는 기판; 상기 활성 패턴 상의 채널 패턴, 상기 채널 패턴은 서로 이격되어 수직적으로 적층된 복수개의 반도체 패턴들을 포함하고; 상기 복수개의 반도체 패턴들에 연결된 소스/드레인 패턴; 상기 복수개의 반도체 패턴들 상의 게이트 전극, 상기 게이트 전극은 제1 방향으로 연장되고; 및 상기 복수개의 반도체 패턴들과 상기 게이트 전극 사이의 게이트 절연막을 포함할 수 있다. 상기 복수개의 반도체 패턴들 중 제1 반도체 패턴은, 상기 제1 방향으로 서로 대향하는 양 측면들, 바닥면 및 상면을 포함하고, 상기 게이트 절연막은, 상기 제1 반도체 패턴의 상기 양 측면들, 상기 바닥면 및 상기 상면을 덮으며, 상기 게이트 절연막은: 상기 제1 반도체 패턴의 상기 양 측면들 중 하나 상의 제1 영역; 및 상기 제1 반도체 패턴의 상기 상면 및 상기 바닥면 중 하나 상의 제2 영역을 포함하고, 상기 제1 영역의 두께는 상기 제2 영역의 두께보다 클 수 있다.
본 발명의 다른 개념에 따른, 반도체 소자는, 활성 패턴을 포함하는 기판; 상기 활성 패턴 상의 채널 패턴, 상기 채널 패턴은 서로 이격되어 수직적으로 적층된 복수개의 반도체 패턴들을 포함하고; 상기 복수개의 반도체 패턴들에 연결된 소스/드레인 패턴; 상기 복수개의 반도체 패턴들 상의 게이트 전극; 및 상기 복수개의 반도체 패턴들과 상기 게이트 전극 사이의 게이트 절연막을 포함할 수 있다. 상기 게이트 전극은, 상기 복수개의 반도체 패턴들 중 서로 인접하는 제1 반도체 패턴과 제2 반도체 패턴 사이에 개재된 부분을 포함하고, 상기 게이트 절연막은: 상기 게이트 전극의 상기 부분과 상기 소스/드레인 패턴의 측면 사이의 제1 영역; 및 상기 게이트 전극의 상기 부분과 상기 제2 반도체 패턴의 바닥면 사이의 제2 영역을 포함하고, 상기 게이트 절연막의 상기 제1 영역은, 상기 소스/드레인 패턴의 상기 측면을 직접 덮으며, 상기 제1 영역의 두께는 상기 제2 영역의 두께보다 클 수 있다.
본 발명의 또 다른 개념에 따른, 반도체 소자는, 활성 영역을 포함하는 기판; 상기 활성 영역 상의 활성 패턴을 정의하는 소자 분리막; 상기 활성 패턴 상의 채널 패턴 및 소스/드레인 패턴; 상기 채널 패턴 상의 게이트 전극, 상기 게이트 전극은 제1 방향으로 연장되고; 상기 게이트 전극과 상기 채널 패턴 사이에 개재된 게이트 절연막; 상기 게이트 전극의 측벽 상의 게이트 스페이서; 상기 게이트 전극의 상면 상의 게이트 캐핑 패턴; 상기 게이트 캐핑 패턴 상의 층간 절연막; 상기 층간 절연막을 관통하여 상기 소스/드레인 패턴에 전기적으로 연결되는 활성 콘택; 상기 활성 콘택과 상기 소스/드레인 패턴 사이에 개재된 금속-반도체 화합물 층; 상기 층간 절연막 및 상기 게이트 캐핑 패턴을 관통하여, 상기 게이트 전극과 전기적으로 연결되는 게이트 콘택; 상기 층간 절연막 상의 제1 금속 층, 상기 제1 금속 층은 파워 배선, 및 상기 활성 콘택 및 상기 게이트 콘택에 각각 전기적으로 연결되는 제1 배선들을 포함하고; 및 상기 제1 금속 층 상의 제2 금속 층을 포함할 수 있다. 상기 제2 금속 층은 상기 제1 금속 층과 전기적으로 연결되는 제2 배선들을 포함하며, 상기 채널 패턴은, 상기 기판의 상면에 수직한 제2 방향으로 적층된 복수개의 반도체 패턴들을 포함하고, 상기 게이트 절연막은, 상기 반도체 패턴들 중 제1 반도체 패턴을 둘러싸며, 상기 제1 반도체 패턴을 둘러싸는 상기 게이트 절연막은, 상기 제1 방향으로의 제1 두께 및 상기 제2 방향으로의 제2 두께를 가지며, 상기 제1 두께는 상기 제2 두께보다 클 수 있다.
본 발명의 또 다른 개념에 따른, 반도체 소자의 제조 방법은, 기판 상에 적층 패턴을 형성하는 것, 상기 적층 패턴은 서로 교번적으로 적층된 활성층들 및 희생층들을 포함하고; 상기 적층 패턴 상에 제1 방향으로 연장되는 희생 패턴을 형성하는 것; 상기 희생 패턴의 일 측에 인접하는 상기 적층 패턴을 식각하여, 리세스를 형성하는 것; 상기 리세스 내에 소스/드레인 패턴을 형성하는 것, 상기 소스/드레인 패턴에 연결된 상기 활성층들로부터 채널 패턴을 구성하는 반도체 패턴들이 각각 형성되고; 상기 희생 패턴 및 상기 희생층들을 제거하여, 상기 반도체 패턴들을 노출하는 것; 및 노출된 상기 반도체 패턴들을 상에 게이트 절연막 및 게이트 전극을 순차적으로 형성하는 것을 포함할 수 있다. 상기 복수개의 반도체 패턴들 중 제1 반도체 패턴은, 상기 제1 방향으로 서로 대향하는 양 측면들, 바닥면 및 상면을 포함하고, 상기 게이트 절연막을 형성하는 것은, 상기 제1 반도체 패턴의 상기 양 측면들, 상기 바닥면 및 상기 상면 상에 계면막을 형성하는 것을 포함하며, 상기 양 측면들 상에서의 상기 계면막의 형성률은, 상기 바닥면 및 상기 상면 상에서의 상기 계면막의 형성률보다 클 수 있다.
본 발명에 따른 3차원 전계 효과 트랜지스터에 있어서, 게이트 절연막의 수평 방향으로의 두께가 수직 방향으로의 두께보다 커질 수 있다. 이로써 온 상태 및 오프 상태에서의 트랜지스터의 누설 전류를 줄일 수 있다. 또한 게이트 전극과 소스/드레인 패턴 사이의 캐패시턴스를 감소시킬 수 있다. 결과적으로 본 발명에 따른 반도체 소자의 전기적 특성이 향상될 수 있다.
도 1 내지 도 3는 본 발명의 실시예들에 따른 반도체 소자의 로직 셀들을 설명하기 위한 개념도들이다.
도 4는 본 발명의 실시예들에 따른 반도체 소자를 설명하기 위한 평면도이다.
도 5a 내지 도 5d는 각각 도 4의 A-A'선, B-B'선, C-C'선 및 D-D'선에 따른 단면도들이다.
도 6a는 도 5a의 M 영역의 일 실시예를 나타낸 확대도이다.
도 6b는 도 5d의 N 영역의 일 실시예를 나타낸 확대도이다.
도 7a 내지 도 12c는 본 발명의 실시예들에 따른 반도체 소자의 제조방법을 설명하기 위한 단면도들이다.
도 13a, 도 14a 및 도 15a는 도 11a의 M 영역을 형성하는 방법을 설명하기 위한 확대도들이다.
도 13b, 도 14b 및 도 15b는 도 11c의 N 영역을 형성하는 방법을 설명하기 위한 확대도들이다.
도 16a, 도 17a 및 도 18 각각은 도 5a의 M 영역의 다른 실시예를 나타낸 확대도이다.
도 16b 및 도 17b 각각은 도 5d의 N 영역의 다른 실시예를 나타낸 확대도이다.
도 1 내지 도 3는 본 발명의 실시예들에 따른 반도체 소자의 로직 셀들을 설명하기 위한 개념도들이다.
도 1을 참조하면, 싱글 하이트 셀(Single Height Cell, SHC)이 제공될 수 있다. 구체적으로, 기판(100) 상에 제1 파워 배선(M1_R1) 및 제2 파워 배선(M1_R2)이 제공될 수 있다. 제1 파워 배선(M1_R1)은 소스 전압(VSS), 일 예로 접지 전압이 제공되는 통로일 수 있다. 제2 파워 배선(M1_R2)은 드레인 전압(VDD), 일 예로 파워 전압이 제공되는 통로일 수 있다.
제1 파워 배선(M1_R1) 및 제2 파워 배선(M1_R2) 사이에 싱글 하이트 셀(SHC)이 정의될 수 있다. 싱글 하이트 셀(SHC)은 하나의 제1 활성 영역(AR1) 및 하나의 제2 활성 영역(AR2)을 포함할 수 있다. 제1 및 제2 활성 영역들(AR1, AR2) 중 어느 하나는 PMOSFET 영역일 수 있고, 제1 및 제2 활성 영역들(AR1, AR2) 중 다른 하나는 NMOSFET 영역일 수 있다. 다시 말하면, 싱글 하이트 셀(SHC)은 제1 파워 배선(M1_R1) 및 제2 파워 배선(M1_R2) 사이에 제공된 CMOS 구조를 가질 수 있다.
제1 및 제2 활성 영역들(AR1, AR2) 각각은 제1 방향(D1)으로 제1 폭(WI1)을 가질 수 있다. 싱글 하이트 셀(SHC)의 제1 방향(D1)으로의 길이는 제1 높이(HE1)로 정의될 수 있다. 제1 높이(HE1)는, 제1 파워 배선(M1_R1)과 제2 파워 배선(M1_R2) 사이의 거리(예를 들어, 피치)와 실질적으로 동일할 수 있다.
싱글 하이트 셀(SHC)은 하나의 로직 셀을 구성할 수 있다. 본 명세서에서 로직 셀은 특정 기능을 수행하는 논리 소자(예를 들어, AND, OR, XOR, XNOR, inverter 등)를 의미할 수 있다. 즉, 로직 셀은 논리 소자를 구성하기 위한 트랜지스터들 및 상기 트랜지스터들을 서로 연결하는 배선들을 포함할 수 있다.
도 2를 참조하면, 더블 하이트 셀(Double Height Cell, DHC)이 제공될 수 있다. 구체적으로, 기판(100) 상에 제1 파워 배선(M1_R1), 제2 파워 배선(M1_R2) 및 제3 파워 배선(M1_R3)이 제공될 수 있다. 제1 파워 배선(M1_R1)은, 제2 파워 배선(M1_R2)과 제3 파워 배선(M1_R3) 사이에 배치될 수 있다. 제3 파워 배선(M1_R3)은 소스 전압(VSS)이 제공되는 통로일 수 있다.
제2 파워 배선(M1_R2)과 제3 파워 배선(M1_R3) 사이에 더블 하이트 셀(DHC)이 정의될 수 있다. 더블 하이트 셀(DHC)은 두 개의 제1 활성 영역들(AR1) 및 두 개의 제2 활성 영역들(AR2)을 포함할 수 있다.
두 개의 제2 활성 영역들(AR2) 중 하나는 제2 파워 배선(M1_R2)에 인접할 수 있다. 두 개의 제2 활성 영역들(AR2) 중 다른 하나는 제3 파워 배선(M1_R3)에 인접할 수 있다. 두 개의 제1 활성 영역들(AR1)은 제1 파워 배선(M1_R1)에 인접할 수 있다. 평면적 관점에서, 제1 파워 배선(M1_R1)은 두 개의 제1 활성 영역들(AR1) 사이에 배치될 수 있다.
더블 하이트 셀(DHC)의 제1 방향(D1)으로의 길이는 제2 높이(HE2)로 정의될 수 있다. 제2 높이(HE2)는 도 1의 제1 높이(HE1)의 약 두 배일 수 있다. 더블 하이트 셀(DHC)의 두 개의 제1 활성 영역들(AR1)은 묶여서 하나의 활성 영역으로 동작할 수 있다.
본 발명에 있어서, 도 2에 나타난 더블 하이트 셀(DHC)은 멀티 하이트 셀로 정의될 수 있다. 도시되진 않았지만, 멀티 하이트 셀은, 셀 높이가 싱글 하이트 셀(SHC)의 약 세 배인 트리플 하이트 셀을 포함할 수 있다.
도 3을 참조하면, 기판(100) 상에 제1 싱글 하이트 셀(SHC1), 제2 싱글 하이트 셀(SHC2) 및 더블 하이트 셀(DHC)이 이차원 적으로 배치될 수 있다. 제1 싱글 하이트 셀(SHC1)은 제1 및 제2 파워 배선들(M1_R1, M1_R2) 사이에 배치될 수 있다. 제2 싱글 하이트 셀(SHC2)은 제1 및 제3 파워 배선들(M1_R1, M1_R3) 사이에 배치될 수 있다. 제2 싱글 하이트 셀(SHC2)은 제1 싱글 하이트 셀(SHC1)과 제1 방향(D1)으로 인접할 수 있다.
더블 하이트 셀(DHC)은 제2 및 제3 파워 배선들(M1_R2, M1_R3) 사이에 배치될 수 있다. 더블 하이트 셀(DHC)은 제1 및 제2 싱글 하이트 셀들(SHC1, SHC2)과 제2 방향(D2)으로 인접할 수 있다.
제1 싱글 하이트 셀(SHC1)과 더블 하이트 셀(DHC) 사이, 및 제2 싱글 하이트 셀(SHC2)과 더블 하이트 셀(DHC) 사이에 분리 구조체(DB)가 제공될 수 있다. 분리 구조체(DB)에 의해, 더블 하이트 셀(DHC)의 활성 영역은, 제1 및 제2 싱글 하이트 셀들(SHC1, SHC2) 각각의 활성 영역으로부터 전기적으로 분리될 수 있다.
도 4는 본 발명의 실시예들에 따른 반도체 소자를 설명하기 위한 평면도이다. 도 5a 내지 도 5d는 각각 도 4의 A-A'선, B-B'선, C-C'선 및 D-D'선에 따른 단면도들이다. 도 6a는 도 5a의 M 영역의 일 실시예를 나타낸 확대도이다. 도 6b는 도 5d의 N 영역의 일 실시예를 나타낸 확대도이다. 도 4 및 도 5a 내지 도 5d에 도시된 반도체 소자는, 도 1의 싱글 하이트 셀(SHC)을 보다 구체적으로 나타낸 일 예이다.
도 4 및 도 5a 내지 도 5d를 참조하면, 기판(100) 상에 싱글 하이트 셀(SHC)이 제공될 수 있다. 싱글 하이트 셀(SHC) 상에는 로직 회로를 구성하는 로직 트랜지스터들이 배치될 수 있다. 기판(100)은 실리콘, 저마늄, 실리콘-저마늄 등을 포함하는 반도체 기판이거나 화합물 반도체 기판일 수 있다. 일 예로, 기판(100)은 실리콘 기판일 수 있다.
기판(100)은 제1 활성 영역(AR1) 및 제2 활성 영역(AR2)을 포함할 수 있다. 제1 및 제2 활성 영역들(AR1, AR2) 각각은 제2 방향(D2)으로 연장될 수 있다. 일 실시예로, 제1 활성 영역(AR1)은 NMOSFET 영역일 수 있고, 제2 활성 영역(AR2)은 PMOSFET 영역일 수 있다.
기판(100)의 상부에 형성된 트렌치(TR)에 의해 제1 활성 패턴(AP1) 및 제2 활성 패턴(AP2)이 정의될 수 있다. 제1 활성 패턴(AP1)은 제1 활성 영역(AR1) 상에 제공될 수 있고, 제2 활성 패턴(AP2)은 제2 활성 영역(AR2) 상에 제공될 수 있다. 제1 및 제2 활성 패턴들(AP1, AP2)은 제2 방향(D2)으로 연장될 수 있다. 제1 및 제2 활성 패턴들(AP1, AP2)은 기판(100)의 일부로써, 수직하게 돌출된 부분들일 수 있다.
기판(100) 상에 소자 분리막(ST)이 제공될 수 있다. 소자 분리막(ST)은 트렌치(TR)를 채울 수 있다. 소자 분리막(ST)은 실리콘 산화막을 포함할 수 있다. 소자 분리막(ST)은 후술할 제1 및 제2 채널 패턴들(CH1, CH2)을 덮지 않을 수 있다.
제1 활성 패턴(AP1) 상에 제1 채널 패턴(CH1)이 제공될 수 있다. 제2 활성 패턴(AP2) 상에 제2 채널 패턴(CH2)이 제공될 수 있다. 제1 채널 패턴(CH1) 및 제2 채널 패턴(CH2) 각각은, 순차적으로 적층된 제1 반도체 패턴(SP1), 제2 반도체 패턴(SP2) 및 제3 반도체 패턴(SP3)을 포함할 수 있다. 제1 내지 제3 반도체 패턴들(SP1, SP2, SP3)은 수직적 방향(즉, 제3 방향(D3))으로 서로 이격될 수 있다.
제1 내지 제3 반도체 패턴들(SP1, SP2, SP3) 각각은 실리콘(Si), 저마늄(Ge) 또는 실리콘-저마늄(SiGe)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제1 내지 제3 반도체 패턴들(SP1, SP2, SP3) 각각은 결정질 실리콘(crystalline silicon)을 포함할 수 있다.
제1 활성 패턴(AP1) 상에 복수개의 제1 소스/드레인 패턴들(SD1)이 제공될 수 있다. 제1 활성 패턴(AP1)의 상부에 복수개의 제1 리세스들(RS1)이 형성될 수 있다. 제1 소스/드레인 패턴들(SD1)이 제1 리세스들(RS1) 내에 각각 제공될 수 있다. 제1 소스/드레인 패턴들(SD1)은 제1 도전형(예를 들어, n형)의 불순물 영역들일 수 있다. 한 쌍의 제1 소스/드레인 패턴들(SD1) 사이에 제1 채널 패턴(CH1)이 개재될 수 있다. 다시 말하면, 적층된 제1 내지 제3 반도체 패턴들(SP1, SP2, SP3)이 한 쌍의 제1 소스/드레인 패턴들(SD1)을 서로 연결할 수 있다.
제2 활성 패턴(AP2) 상에 복수개의 제2 소스/드레인 패턴들(SD2)이 제공될 수 있다. 제2 활성 패턴(AP2)의 상부에 복수개의 제2 리세스들(RS2)이 형성될 수 있다. 제2 소스/드레인 패턴들(SD2)이 제2 리세스들(RS2) 내에 각각 제공될 수 있다. 제2 소스/드레인 패턴들(SD2)은 제2 도전형(예를 들어, p형)의 불순물 영역들일 수 있다. 한 쌍의 제2 소스/드레인 패턴들(SD2) 사이에 제2 채널 패턴(CH2)이 개재될 수 있다. 다시 말하면, 적층된 제1 내지 제3 반도체 패턴들(SP1, SP2, SP3)이 한 쌍의 제2 소스/드레인 패턴들(SD2)을 서로 연결할 수 있다.
제1 및 제2 소스/드레인 패턴들(SD1, SD2)은 선택적 에피택시얼 성장(SEG) 공정으로 형성된 에피택시얼 패턴들일 수 있다. 일 예로, 제1 및 제2 소스/드레인 패턴들(SD1, SD2) 각각의 상면은, 제3 반도체 패턴(SP3)의 상면보다 높을 수 있다. 다른 예로, 제1 및 제2 소스/드레인 패턴들(SD1, SD2) 중 적어도 하나의 상면은, 제3 반도체 패턴(SP3)의 상면과 실질적으로 동일한 레벨에 위치할 수 있다.
본 발명의 일 실시예로, 제1 소스/드레인 패턴들(SD1)은 기판(100)과 동일한 반도체 원소(예를 들어, Si)를 포함할 수 있다. 제2 소스/드레인 패턴들(SD2)은 기판(100)의 반도체 원소의 격자 상수보다 큰 격자 상수를 갖는 반도체 원소(예를 들어, SiGe)를 포함할 수 있다. 이로써, 한 쌍의 제2 소스/드레인 패턴들(SD2)은, 그들 사이의 제2 채널 패턴(CH2)에 압축 응력(compressive stress)을 제공할 수 있다.
제1 및 제2 소스/드레인 패턴들(SD1, SD2) 각각의 측벽은 울퉁불퉁한 엠보싱 형태를 가질 수 있다. 다시 말하면, 제1 및 제2 소스/드레인 패턴들(SD1, SD2) 각각의 측벽은 물결 모양의 프로파일을 가질 수 있다. 제1 및 제2 소스/드레인 패턴들(SD1, SD2) 각각의 측벽은 후술할 게이트 전극(GE)의 제1 내지 제3 부분들(PO1, PO2, PO3)을 향해 돌출될 수 있다.
제1 및 제2 채널 패턴들(CH1, CH2)을 가로지르며 제1 방향(D1)으로 연장되는 게이트 전극들(GE)이 제공될 수 있다. 게이트 전극들(GE)은 제1 피치에 따라 제2 방향(D2)으로 배열될 수 있다. 각각의 게이트 전극들(GE)은 제1 및 제2 채널 패턴들(CH1, CH2)과 수직적으로 중첩될 수 있다.
게이트 전극(GE)은, 활성 패턴(AP1 또는 AP2)과 제1 반도체 패턴(SP1) 사이에 개재된 제1 부분(PO1), 제1 반도체 패턴(SP1)과 제2 반도체 패턴(SP2) 사이에 개재된 제2 부분(PO2), 제2 반도체 패턴(SP2)과 제3 반도체 패턴(SP3) 사이에 개재된 제3 부분(PO3), 및 제3 반도체 패턴(SP3) 위의 제4 부분(PO4)을 포함할 수 있다.
도 5d를 참조하면, 게이트 전극(GE)은 제1 내지 제3 반도체 패턴들(SP1, SP2, SP3) 각각의 상면(TS), 바닥면(BS) 및 양 측벽들(SW) 상에 제공될 수 있다. 다시 말하면, 본 실시예에 따른 트랜지스터는, 게이트 전극(GE)이 채널을 3차원적으로 둘러싸는 3차원 전계 효과 트랜지스터(예를 들어, MBCFET 또는 GAAFET)일 수 있다.
도 4 및 도 5a 내지 도 5d를 다시 참조하면, 게이트 전극(GE)의 제4 부분(PO4)의 양 측벽들 상에 한 쌍의 게이트 스페이서들(GS)이 각각 배치될 수 있다. 게이트 스페이서들(GS)은 게이트 전극(GE)을 따라 제1 방향(D1)으로 연장될 수 있다. 게이트 스페이서들(GS)의 상면들은 게이트 전극(GE)의 상면보다 높을 수 있다. 게이트 스페이서들(GS)의 상면들은 후술할 제1 층간 절연막(110)의 상면과 공면을 이룰 수 있다. 일 실시예로, 게이트 스페이서들(GS)은 SiCN, SiCON 및 SiN 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 다른 실시예로, 게이트 스페이서들(GS)은 SiCN, SiCON 및 SiN 중 적어도 두 개로 이루어진 다중 막(multi-layer)을 포함할 수 있다. 예를 들어 도 6에 나타난 바와 같이, 게이트 스페이서(GS)는 제1 스페이서(GS1) 및 제2 스페이서(GS2)를 포함할 수 있다.
게이트 전극(GE) 상에 게이트 캐핑 패턴(GP)이 제공될 수 있다. 게이트 캐핑 패턴(GP)은 게이트 전극(GE)을 따라 제1 방향(D1)으로 연장될 수 있다. 게이트 캐핑 패턴(GP)은 후술하는 제1 및 제2 층간 절연막들(110, 120)에 대하여 식각 선택성이 있는 물질을 포함할 수 있다. 구체적으로, 게이트 캐핑 패턴(GP)은 SiON, SiCN, SiCON 및 SiN 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
게이트 전극(GE)과 제1 채널 패턴(CH1) 사이 및 게이트 전극(GE)과 제2 채널 패턴(CH2) 사이에 게이트 절연막(GI)이 개재될 수 있다. 게이트 절연막(GI)은, 제1 내지 제3 반도체 패턴들(SP1, SP2, SP3) 각각의 상면(TS), 바닥면(BS) 및 양 측벽들(SW)을 덮을 수 있다. 게이트 절연막(GI)은, 게이트 전극(GE) 아래의 소자 분리막(ST)의 상면을 덮을 수 있다.
본 발명의 일 실시예로, 도 6a 및 도 6b를 참조하면, 게이트 절연막(GI)은 계면막(IL) 및 고유전막(HK)을 포함할 수 있다. 계면막(IL)은 실리콘 산화막 또는 실리콘 산화질화막을 포함할 수 있다. 고유전막(HK)은 실리콘 산화막보다 유전상수가 높은 고유전율 물질을 포함할 수 있다. 일 예로, 고유전막(HK)은 하프늄 산화물, 하프늄 실리콘 산화물, 하프늄 지르코늄 산화물, 하프늄 탄탈 산화물, 란탄 산화물, 지르코늄 산화물, 지르코늄 실리콘 산화물, 탄탈 산화물, 티타늄 산화물, 바륨 스트론튬 티타늄 산화물, 바륨 티타늄 산화물, 스트론튬 티타늄 산화물, 리튬 산화물, 알루미늄 산화물, 납 스칸듐 탄탈 산화물, 및 납 아연 니오브산염 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
다른 실시예로, 본 발명의 반도체 소자는 네거티브 커패시터(Negative Capacitor)를 이용한 NC(Negative Capacitance) FET을 포함할 수 있다. 예를 들어, 게이트 절연막(GI)은 강유전체 특성을 갖는 강유전체 물질막과, 상유전체 특성을 갖는 상유전체 물질막을 포함할 수 있다.
강유전체 물질막은 음의 커패시턴스를 가질 수 있고, 상유전체 물질막은 양의 커패시턴스를 가질 수 있다. 예를 들어, 두 개 이상의 커패시터가 직렬 연결되고, 각각의 커패시터의 커패시턴스가 양의 값을 가질 경우, 전체 커패시턴스는 각각의 개별 커패시터의 커패시턴스보다 감소하게 된다. 반면, 직렬 연결된 두 개 이상의 커패시터의 커패시턴스 중 적어도 하나가 음의 값을 가질 경우, 전체 커패시턴스는 양의 값을 가지면서 각각의 개별 커패시턴스의 절대값보다 클 수 있다.
음의 커패시턴스를 갖는 강유전체 물질막과, 양의 커패시턴스를 갖는 상유전체 물질막이 직렬로 연결될 경우, 직렬로 연결된 강유전체 물질막 및 상유전체 물질막의 전체적인 커패시턴스 값은 증가할 수 있다. 전체적인 커패시턴스 값이 증가하는 것을 이용하여, 강유전체 물질막을 포함하는 트랜지스터는 상온에서 60 mV/decade 미만의 문턱전압이하 스윙(subthreshold swing(SS))을 가질 수 있다.
강유전체 물질막은 강유전체 특성을 가질 수 있다. 강유전체 물질막은 예를 들어, 하프늄 산화물(hafnium oxide), 하프늄 지르코늄 산화물(hafnium zirconium oxide), 바륨 스트론튬 티타늄 산화물(barium strontium titanium oxide), 바륨 티타늄 산화물(barium titanium oxide) 및 납 지르코늄 티타늄 산화물(lead zirconium titanium oxide) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 여기에서, 일 예로, 하프늄 지르코늄 산화물(hafnium zirconium oxide)은 하프늄 산화물(hafnium oxide)에 지르코늄(Zr)이 도핑된 물질일 수 있다. 다른 예로, 하프늄 지르코늄 산화물(hafnium zirconium oxide)은 하프늄(Hf)과 지르코늄(Zr)과 산소(O)의 화합물일 수도 있다.
강유전체 물질막은 도핑된 도펀트를 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 도펀트는 알루미늄(Al), 티타늄(Ti), 니오븀(Nb), 란타넘(La), 이트륨(Y), 마그네슘(Mg), 실리콘(Si), 칼슘(Ca), 세륨(Ce), 디스프로슘(Dy), 어븀(Er), 가돌리늄(Gd), 저마늄(Ge), 스칸듐(Sc), 스트론튬(Sr) 및 주석(Sn) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 강유전체 물질막이 어떤 강유전체 물질을 포함하냐에 따라, 강유전체 물질막에 포함된 도펀트의 종류는 달라질 수 있다.
강유전체 물질막이 하프늄 산화물을 포함할 경우, 강유전체 물질막에 포함된 도펀트는 예를 들어, 가돌리늄(Gd), 실리콘(Si), 지르코늄(Zr), 알루미늄(Al) 및 이트륨(Y) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
도펀트가 알루미늄(Al)일 경우, 강유전체 물질막은 3 내지 8 at%(atomic %)의 알루미늄을 포함할 수 있다. 여기에서, 도펀트의 비율은 하프늄 및 알루미늄의 합에 대한 알루미늄의 비율일 수 있다.
도펀트가 실리콘(Si)일 경우, 강유전체 물질막은 2 내지 10 at%의 실리콘을 포함할 수 있다. 도펀트가 이트륨(Y)일 경우, 강유전체 물질막은 2 내지 10 at%의 이트륨을 포함할 수 있다. 도펀트가 가돌리늄(Gd)일 경우, 강유전체 물질막은 1 내지 7 at%의 가돌리늄을 포함할 수 있다. 도펀트가 지르코늄(Zr)일 경우, 강유전체 물질막은 50 내지 80 at%의 지르코늄을 포함할 수 있다.
상유전체 물질막은 상유전체 특성을 가질 수 있다. 상유전체 물질막은 예를 들어, 실리콘 산화물(silicon oxide) 및 고유전율을 갖는 금속 산화물 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 상유전체 물질막에 포함된 금속 산화물은 예를 들어, 하프늄 산화물(hafnium oxide), 지르코늄 산화물(zirconium oxide) 및 알루미늄 산화물(aluminum oxide) 중 적어도 하나를 포함할 수 있지만, 이에 제한되는 것은 아니다.
강유전체 물질막 및 상유전체 물질막은 동일한 물질을 포함할 수 있다. 강유전체 물질막은 강유전체 특성을 갖지만, 상유전체 물질막은 강유전체 특성을 갖지 않을 수 있다. 예를 들어, 강유전체 물질막 및 상유전체 물질막이 하프늄 산화물을 포함할 경우, 강유전체 물질막에 포함된 하프늄 산화물의 결정 구조는 상유전체 물질막에 포함된 하프늄 산화물의 결정 구조와 다르다.
강유전체 물질막은 강유전체 특성을 갖는 두께를 가질 수 있다. 강유전체 물질막의 두께는 예를 들어, 0.5 내지 10nm 일 수 있지만, 이에 제한되는 것은 아니다. 각각의 강유전체 물질마다 강유전체 특성을 나타내는 임계 두께가 달라질 수 있으므로, 강유전체 물질막의 두께는 강유전체 물질에 따라 달라질 수 있다.
일 예로, 게이트 절연막(GI)은 하나의 강유전체 물질막을 포함할 수 있다. 다른 예로, 게이트 절연막(GI)은 서로 간에 이격된 복수의 강유전체 물질막을 포함할 수 있다. 게이트 절연막(GI)은 복수의 강유전체 물질막과, 복수의 상유전체 물질막이 교대로 적층된 적층막 구조를 가질 수 있다.
도 4 및 도 5a 내지 도 5d를 다시 참조하면, 게이트 전극(GE)은, 제1 금속 패턴, 및 상기 제1 금속 패턴 상의 제2 금속 패턴을 포함할 수 있다. 제1 금속 패턴은 게이트 절연막(GI) 상에 제공되어, 제1 내지 제3 반도체 패턴들(SP1, SP2, SP3)에 인접할 수 있다. 제1 금속 패턴은 트랜지스터의 문턱 전압을 조절하는 일함수 금속을 포함할 수 있다. 제1 금속 패턴의 두께 및 조성을 조절하여, 트랜지스터의 목적하는 문턱 전압을 달성할 수 있다. 예를 들어, 게이트 전극(GE)의 제1 내지 제3 부분들(PO1, PO2, PO3)은 일함수 금속인 제1 금속 패턴으로 구성될 수 있다.
제1 금속 패턴은 금속 질화막을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제1 금속 패턴은 티타늄(Ti), 탄탈(Ta), 알루미늄(Al), 텅스텐(W) 및 몰리브덴(Mo)으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나의 금속 및 질소(N)를 포함할 수 있다. 나아가, 제1 금속 패턴은 탄소(C)를 더 포함할 수도 있다. 제1 금속 패턴은, 적층된 복수개의 일함수 금속막들을 포함할 수 있다.
제2 금속 패턴은 제1 금속 패턴에 비해 저항이 낮은 금속을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제2 금속 패턴은 텅스텐(W), 알루미늄(Al), 티타늄(Ti) 및 탄탈(Ta)로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나의 금속을 포함할 수 있다. 예를 들어, 게이트 전극(GE)의 제4 부분(PO4)은 제1 금속 패턴 및 제1 금속 패턴 상의 제2 금속 패턴을 포함할 수 있다.
기판(100) 상에 제1 층간 절연막(110)이 제공될 수 있다. 제1 층간 절연막(110)은 게이트 스페이서들(GS) 및 제1 및 제2 소스/드레인 패턴들(SD1, SD2)을 덮을 수 있다. 제1 층간 절연막(110)의 상면은, 게이트 캐핑 패턴(GP)의 상면 및 게이트 스페이서(GS)의 상면과 실질적으로 공면을 이룰 수 있다. 제1 층간 절연막(110) 상에, 게이트 캐핑 패턴(GP)을 덮는 제2 층간 절연막(120)이 배치될 수 있다. 제2 층간 절연막(120) 상에 제3 층간 절연막(130)이 제공될 수 있다. 제3 층간 절연막(130) 상에 제4 층간 절연막(140)이 제공될 수 있다. 일 예로, 제1 내지 제4 층간 절연막들(110-140)은 실리콘 산화막을 포함할 수 있다.
싱글 하이트 셀(SHC)은 제2 방향(D2)으로 서로 대향하는 제1 경계(BD1) 및 제2 경계(BD2)를 가질 수 있다. 제1 및 제2 경계들(BD1, BD2)은 제1 방향(D1)으로 연장될 수 있다. 싱글 하이트 셀(SHC)은 제1 방향(D1)으로 서로 대향하는 제3 경계(BD3) 및 제4 경계(BD4)를 가질 수 있다. 제3 및 제4 경계들(BD3, BD4)은 제2 방향(D2)으로 연장될 수 있다.
싱글 하이트 셀(SHC)의 양 측에 제2 방향(D2)으로 서로 대향하는 한 쌍의 분리 구조체들(DB)이 제공될 수 있다. 예를 들어, 한 쌍의 분리 구조체들(DB)은 싱글 하이트 셀(SHC)의 제1 및 제2 경계들(BD1, BD2) 상에 각각 제공될 수 있다. 분리 구조체(DB)는 제1 방향(D1)으로 게이트 전극들(GE)과 평행하게 연장될 수 있다. 분리 구조체(DB)와 그에 인접하는 게이트 전극(GE)간의 피치는 상기 제1 피치와 동일할 수 있다.
분리 구조체(DB)는 제1 및 제2 층간 절연막들(110, 120)을 관통하여, 제1 및 제2 활성 패턴들(AP1, AP2) 내부로 연장될 수 있다. 분리 구조체(DB)는 제1 및 제2 활성 패턴들(AP1, AP2) 각각의 상부를 관통할 수 있다. 분리 구조체(DB)는, 싱글 하이트 셀(SHC)의 활성 영역을 인접하는 다른 셀의 활성 영역으로부터 전기적으로 분리시킬 수 있다.
제1 및 제2 층간 절연막들(110, 120)을 관통하여 제1 및 제2 소스/드레인 패턴들(SD1, SD2)과 각각 전기적으로 연결되는 활성 콘택들(AC)이 제공될 수 있다. 한 쌍의 활성 콘택들(AC)이, 게이트 전극(GE)의 양 측에 각각 제공될 수 있다. 평면적 관점에서, 활성 콘택(AC)은 제1 방향(D1)으로 연장되는 바 형태를 가질 수 있다.
활성 콘택(AC)은 자기 정렬된 콘택(self-aligned conatact)일 수 있다. 다시 말하면, 활성 콘택(AC)은 게이트 캐핑 패턴(GP) 및 게이트 스페이서(GS)를 이용하여 자기 정렬적으로 형성될 수 있다. 예를 들어, 활성 콘택(AC)은 게이트 스페이서(GS)의 측벽의 적어도 일부를 덮을 수 있다. 도시되진 않았지만, 활성 콘택(AC)은, 게이트 캐핑 패턴(GP)의 상면의 일부를 덮을 수 있다.
활성 콘택(AC)과 제1 소스/드레인 패턴(SD1) 사이, 및 활성 콘택(AC)과 제2 소스/드레인 패턴(SD2) 사이 각각에 금속-반도체 화합물 층(SC), 예를 들어 실리사이드 층이 각각 개재될 수 있다. 활성 콘택(AC)은, 금속-반도체 화합물 층(SC)을 통해 소스/드레인 패턴(SD1, SD2)과 전기적으로 연결될 수 있다. 예를 들어, 금속-반도체 화합물 층(SC)은 티타늄-실리사이드, 탄탈륨-실리사이드, 텅스텐-실리사이드, 니켈-실리사이드, 및 코발트-실리사이드 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
제2 층간 절연막(120) 및 게이트 캐핑 패턴(GP)을 관통하여 게이트 전극들(GE)과 각각 전기적으로 연결되는 게이트 콘택들(GC)이 제공될 수 있다. 평면적 관점에서, 게이트 콘택들(GC)은, 제1 활성 영역(AR1) 및 제2 활성 영역(AR2)에 각각 중첩되게 배치될 수 있다. 일 예로, 게이트 콘택(GC)이 제2 활성 패턴(AP2) 상에 제공될 수 있다 (도 5b 참조).
본 발명의 일 실시예로, 도 5b를 참조하면, 게이트 콘택(GC)에 인접하는 활성 콘택(AC)의 상부는 상부 절연 패턴(UIP)으로 채워질 수 있다. 상부 절연 패턴(UIP)의 바닥면은 게이트 콘택(GC)의 바닥면보다 더 낮을 수 있다. 다시 말하면, 게이트 콘택(GC)에 인접하는 활성 콘택(AC)의 상면은, 상부 절연 패턴(UIP)에 의해 게이트 콘택(GC)의 바닥면보다 더 낮게 내려올 수 있다. 이로써, 게이트 콘택(GC)이 그와 인접하는 활성 콘택(AC)과 접촉하여 쇼트가 발생하는 문제를 방지할 수 있다.
활성 콘택(AC) 및 게이트 콘택(GC) 각각은, 도전 패턴(FM) 및 도전 패턴(FM)을 감싸는 배리어 패턴(BM)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 도전 패턴(FM)은 알루미늄, 구리, 텅스텐, 몰리브데늄 및 코발트 중 적어도 하나의 금속을 포함할 수 있다. 배리어 패턴(BM)은 도전 패턴(FM)의 측벽들 및 바닥면을 덮을 수 있다. 배리어 패턴(BM)은 금속막/금속 질화막을 포함할 수 있다. 상기 금속막은 티타늄, 탄탈륨, 텅스텐, 니켈, 코발트 및 백금 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 상기 금속 질화막은 티타늄 질화막(TiN), 탄탈륨 질화막(TaN), 텅스텐 질화막(WN), 니켈 질화막(NiN), 코발트 질화막(CoN) 및 백금 질화막(PtN) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
제3 층간 절연막(130) 내에 제1 금속 층(M1)이 제공될 수 있다. 예를 들어, 제1 금속 층(M1)은 제1 파워 배선(M1_R1), 제2 파워 배선(M1_R2) 및 제1 배선들(M1_I)을 포함할 수 있다. 제1 금속 층(M1)의 배선들(M1_R1, M1_R2, M1_I) 각각은 제2 방향(D2)으로 서로 평행하게 연장될 수 있다.
구체적으로, 제1 및 제2 파워 배선들(M1_R1, M1_R2)은 싱글 하이트 셀(SHC)의 제3 및 제4 경계들(BD3, BD4) 상에 각각 제공될 수 있다. 제1 파워 배선(M1_R1)은 제3 경계(BD3)를 따라 제2 방향(D2)으로 연장될 수 있다. 제2 파워 배선(M1_R2)은 제4 경계(BD4)를 따라 제2 방향(D2)으로 연장될 수 있다.
제1 금속 층(M1)의 제1 배선들(M1_I)은 제1 및 제2 파워 배선들(M1_R1, M1_R2) 사이에 배치될 수 있다. 제1 금속 층(M1)의 제1 배선들(M1_I)은 제2 피치로 제1 방향(D1)을 따라 배열될 수 있다. 상기 제2 피치는 상기 제1 피치보다 작을 수 있다. 제1 배선들(M1_I) 각각의 선폭은, 제1 및 제2 파워 배선들(M1_R1, M1_R2) 각각의 선폭보다 작을 수 있다.
제1 금속 층(M1)은, 제1 비아들(VI1)을 더 포함할 수 있다. 제1 비아들(VI1)은 제1 금속 층(M1)의 배선들(M1_R1, M1_R2, M1_I) 아래에 각각 제공될 수 있다. 제1 비아(VI1)를 통해 활성 콘택(AC)과 제1 금속 층(M1)의 배선이 서로 전기적으로 연결될 수 있다. 제1 비아(VI1)를 통해 게이트 콘택(GC)과 제1 금속 층(M1)의 배선이 서로 전기적으로 연결될 수 있다.
제1 금속 층(M1)의 배선과 그 아래의 제1 비아(VI1)는 서로 각각 별도의 공정으로 형성될 수 있다. 다시 말하면, 제1 금속 층(M1)의 배선 및 제1 비아(VI1) 각각은 싱글 다마신 공정으로 형성될 수 있다. 본 실시예에 따른 반도체 소자는, 20 nm 미만의 공정을 이용하여 형성된 것일 수 있다.
제4 층간 절연막(140) 내에 제2 금속 층(M2)이 제공될 수 있다. 제2 금속 층(M2)은 복수개의 제2 배선들(M2_I)을 포함할 수 있다. 제2 금속 층(M2)의 제2 배선들(M2_I) 각각은 제1 방향(D1)으로 연장되는 라인 형태 또는 바 형태를 가질 수 있다. 다시 말하면, 제2 배선들(M2_I)은 제1 방향(D1)으로 서로 평행하게 연장될 수 있다.
제2 금속 층(M2)은, 제2 배선들(M2_I) 아래에 각각 제공된 제2 비아들(VI2)을 더 포함할 수 있다. 제2 비아(VI2)를 통해 제1 금속 층(M1)의 배선과 제2 금속 층(M2)의 배선이 서로 전기적으로 연결될 수 있다. 일 예로, 제2 금속 층(M2)의 배선과 그 아래의 제2 비아(VI2)는 듀얼 다마신 공정으로 함께 형성될 수 있다.
제1 금속 층(M1)의 배선과 제2 금속 층(M2)의 배선은 서로 동일하거나 다른 도전 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제1 금속 층(M1)의 배선과 제2 금속 층(M2)의 배선은, 알루미늄, 구리, 텅스텐, 몰리브데늄, 루테늄 및 코발트 중에서 선택된 적어도 하나의 금속 물질을 포함할 수 있다. 도시되진 않았지만, 제4 층간 절연막(140) 상에 적층된 금속 층들(예를 들어, M3, M4, M5...)이 추가로 배치될 수 있다. 상기 적층된 금속 층들 각각은 셀들간의 라우팅을 위한 배선들을 포함할 수 있다.
도 6a 및 도 6b를 참조하여, 게이트 절연막(GI)에 대해 보다 상세히 설명한다. 먼저 도 6a를 참조하면, 게이트 전극(GE)의 제1 내지 제3 부분들(PO1, PO2, PO3) 각각은 오목한 측벽을 가질 수 있다. 제1 내지 제3 부분들(PO1, PO2, PO3) 각각의 오목한 측벽은, 제1 소스/드레인 패턴(SD1)의 돌출된 측벽에 대응할 수 있다.
본 발명의 일 실시예로, 제1 내지 제3 부분들(PO1, PO2, PO3)은 서로 다른 폭을 가질 수 있다. 예를 들어, 제3 부분(PO3)의 제2 방향(D2)으로의 최대폭은, 제2 부분(PO2)의 제2 방향(D2)으로의 최대폭보다 클 수 있다. 제1 부분(PO1)의 제2 방향(D2)으로의 최대폭은, 제3 부분(PO3)의 제2 방향(D2)으로의 최대폭보다 클 수 있다.
대표적으로 게이트 전극(GE)의 제2 부분(PO2)과 제2 부분(PO2)을 둘러싸는 게이트 절연막(GI)에 대해 설명한다. 게이트 절연막(GI)은 제2 부분(PO2)과 제1 반도체 패턴(SP1) 사이, 제2 부분(PO2)과 제2 반도체 패턴(SP2) 사이, 및 제2 부분(PO2)과 제1 소스/드레인 패턴(SD1) 사이에 개재될 수 있다.
게이트 절연막(GI)은 계면막(IL) 및 고유전막(HK)을 포함할 수 있다. 계면막(IL)은 제1 반도체 패턴(SP1), 제2 반도체 패턴(SP2) 및 제1 소스/드레인 패턴(SD1)을 직접 덮을 수 있다. 고유전막(HK)은 계면막(IL)과 제2 부분(PO2) 사이에 개재될 수 있다. 고유전막(HK)은 제2 부분(PO2)의 표면을 직접 덮을 수 있다.
게이트 절연막(GI)의 두께는, 계면막(IL)의 두께와 고유전막(HK)의 두께의 합일 수 있다. 게이트 절연막(GI)의 수평 방향으로의 두께, 즉 제2 방향(D2)으로의 두께는 제1 두께(TK1)일 수 있다. 게이트 절연막(GI)의 수직 방향으로의 두께, 즉 제3 방향(D3)으로의 두께는 제2 두께(TK2)일 수 있다. 제1 두께(TK1)와 제2 두께(TK2)는 서로 다를 수 있다. 제1 두께(TK1)는 제2 두께(TK2)보다 클 수 있다. 제1 두께(TK1)에 대한 제2 두께(TK2)의 비(TK2/TK1)는, [0.3 내지 0.8]일 수 있다.
본 실시예에 따르면, 고유전막(HK)은 균일한 두께를 가질 수 있다. 그러나 계면막(IL)은 수평 방향으로의 두께가 수직 방향으로의 두께보다 클 수 있다. 계면막(IL)의 두께 변화에 의해, 게이트 절연막(GI)의 제1 두께(TK1)가 제2 두께(TK2)보다 커질 수 있다.
제1 두께(TK1)를 갖는 게이트 절연막(GI)의 제1 영역(PA1)은, 제1 소스/드레인 패턴(SD1)의 제1 면(FA1) 상에 제공될 수 있다. 제1 소스/드레인 패턴(SD1)의 제1 면(FA1)은 제2 방향(D2)을 법선으로 갖는 결정면일 수 있다. 예를 들어, 제1 면(FA1)은 {1 1 0} 결정면일 수 있다.
제2 두께(TK2)를 갖는 게이트 절연막(GI)의 제2 영역(PA2)은, 제1 반도체 패턴(SP1) 및 제2 반도체 패턴(SP2) 각각의 제2 면(FA2) 상에 제공될 수 있다. 제2 면(FA2)은, 제1 반도체 패턴(SP1)의 상면 또는 제2 반도체 패턴(SP2)의 바닥면일 수 있다. 제2 면(FA2)은 제3 방향(D3)을 법선으로 갖는 결정면일 수 있다. 예를 들어, 제2 면(FA2)은 {1 0 0} 결정면일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 계면막(IL)의 형성 공정에 있어서, {1 1 0} 결정면 상에서의 형성률(formation rate)이 {1 0 0} 결정면 상에서의 형성률보다 클 수 있다. 이로써 계면막(IL)의 {1 1 0} 결정면 상에서의 두께(예를 들어, TK1)가 {1 0 0} 결정면 상에서의 두께(예를 들어, TK2)보다 커질 수 있다. 본 발명은 게이트 절연막(GI)이 {1 1 0} 결정면인 제1 면(FA1) 상에서 제1 두께(TK1)를 갖고, {1 0 0} 결정면인 제2 면(FA2) 상에서 제2 두께(TK2)를 갖도록 할 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 게이트 절연막(GI)의 제1 영역(PA1)의 제1 두께(TK1)가 제2 영역(PA2)의 제2 두께(TK2)보다 커짐으로써, 오프 상태에서의 트랜지스터의 누설 전류를 감소시킬 수 있다. 나아가 게이트 전극(GE)의 제1 내지 제3 부분들(PO1, PO2, PO3)과 제1 소스/드레인 패턴(SD1) 사이의 캐패시턴스를 감소시킬 수 있다. 결과적으로 본 발명은, 게이트 절연막(GI)의 두께를 선택적으로 증가시킴으로써 반도체 소자의 전기적 특성을 향상시킬 수 있다.
도 6b를 참조하면, 제1 활성 패턴(AP1) 상에 제1 내지 제3 반도체 패턴들(SP1, SP2, SP3)이 서로 수직적으로 이격되어 적층될 수 있다. 게이트 절연막(GI)이 각각의 제1 내지 제3 반도체 패턴들(SP1, SP2, SP3)을 둘러쌀 수 있다. 대표적으로 제2 반도체 패턴(SP2)과 이를 둘러싸는 게이트 절연막(GI)에 대해 설명한다.
게이트 절연막(GI)은, 제2 반도체 패턴(SP2)의 측벽, 예를 들어 제1 면(FA1) 상의 제3 영역(PA3)을 포함할 수 있다. 게이트 절연막(GI)은, 제2 반도체 패턴(SP2)의 상면 또는 바닥면, 예를 들어 제2 면(FA2) 상의 제4 영역(PA4)을 포함할 수 있다.
제1 면(FA1)은 제1 방향(D1)을 법선으로 갖는 결정면일 수 있다. 예를 들어, 제1 면(FA1)은 {1 1 0} 결정면일 수 있다. 제2 면(FA2)은 제3 방향(D3)을 법선으로 갖는 결정면일 수 있다. 예를 들어, 제2 면(FA2)은 {1 0 0} 결정면일 수 있다.
게이트 절연막(GI)의 수평 방향으로의 두께, 즉 제3 영역(PA3)의 두께는 제1 두께(TK1)일 수 있다. 게이트 절연막(GI)의 수직 방향으로의 두께, 즉 제4 영역(PA4)의 두께는 제2 두께(TK2)일 수 있다. 제1 두께(TK1)는 제2 두께(TK2)보다 클 수 있다.
본 실시예에 따르면, 고유전막(HK)은 균일한 두께를 가질 수 있다. 그러나 계면막(IL)은 수평 방향으로의 두께가 수직 방향으로의 두께보다 클 수 있다. 계면막(IL)의 두께 변화에 의해, 게이트 절연막(GI)의 제1 두께(TK1)가 제2 두께(TK2)보다 커질 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 게이트 절연막(GI)의 제3 영역(PA3)의 제1 두께(TK1)가 제4 영역(PA4)의 제2 두께(TK2)보다 커짐으로써, 온 상태에서의 트랜지스터의 누설 전류를 감소시킬 수 있다. 게이트 절연막(GI)의 제4 영역(PA4)이 상대적으로 작은 두께(TK2)를 가질 경우, 서로 인접하는 반도체 패턴들(SP1-SP3) 사이의 공간(SPA)이 증가할 수 있다. 이로써 게이트 전극(GE)의 제1 내지 제3 부분들(PO1-PO3)이 반도체 패턴들(SP1-SP3) 사이의 공간들(SPA) 내부를 안정적으로 채울 수 있다. 결과적으로 본 발명은, 게이트 절연막(GI)의 두께를 변화시킴으로써, 반도체 소자의 전기적 특성을 향상시키고 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
도 6a 및 도 6b에서는 제1 채널 패턴(CH1) 상의 게이트 절연막(GI)을 예시하였다. 그러나 본 발명은 제1 채널 패턴(CH1)뿐만 아니라 제2 채널 패턴(CH2) 상의 게이트 절연막(GI) 역시 도 6a 및 도 6b에 나타난 것과 동일한 특징을 가질 수 있다.
도 7a 내지 도 12c는 본 발명의 실시예들에 따른 반도체 소자의 제조방법을 설명하기 위한 단면도들이다. 구체적으로, 도 7a, 도 8a, 도 9a, 도 10a, 도 11a 및 도 12a는 도 4의 A-A'선에 대응하는 단면도들이다. 도 9b, 도 10b, 도 11b 및 도 12b는 도 4의 C-C'선에 대응하는 단면도들이다. 도 7b, 도 8b, 도 9c, 도 10c, 도 11c 및 도 12c는 도 4의 D-D'선에 대응하는 단면도들이다.
도 7a 및 도 7b를 참조하면, 제1 및 제2 활성 영역들(AR1, AR2)을 포함하는 기판(100)이 제공될 수 있다. 기판(100) 상에 서로 교번적으로 적층된 활성층들(ACL) 및 희생층들(SAL)이 형성될 수 있다. 활성층들(ACL)은 실리콘(Si), 저마늄(Ge) 및 실리콘-저마늄(SiGe) 중 하나를 포함할 수 있고, 희생층들(SAL)은 실리콘(Si), 저마늄(Ge) 및 실리콘-저마늄(SiGe) 중 다른 하나를 포함할 수 있다.
희생층(SAL)은 활성층(ACL)에 대해 식각 선택비를 가질 수 있는 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 활성층들(ACL)은 실리콘(Si)을 포함할 수 있고, 희생층들(SAL)은 실리콘-저마늄(SiGe)을 포함할 수 있다. 희생층들(SAL) 각각의 저마늄(Ge)의 농도는 10 at% 내지 30 at%일 수 있다.
기판(100)의 제1 및 제2 활성 영역들(AR1, AR2) 상에 마스크 패턴들이 각각 형성될 수 있다. 상기 마스크 패턴은 제2 방향(D2)으로 연장되는 라인 형태 또는 바(bar) 형태를 가질 수 있다.
상기 마스크 패턴들을 식각 마스크로 패터닝 공정을 수행하여, 제1 활성 패턴(AP1) 및 제2 활성 패턴(AP2)을 정의하는 트렌치(TR)가 형성될 수 있다. 제1 활성 패턴(AP1)은 제1 활성 영역(AR1) 상에 형성될 수 있다. 제2 활성 패턴(AP2)은 제2 활성 영역(AR2) 상에 형성될 수 있다.
각각의 제1 및 제2 활성 패턴들(AP1, AP2) 상에 적층 패턴(STP)이 형성될 수 있다. 적층 패턴(STP)은 서로 교번적으로 적층된 활성층들(ACL) 및 희생층들(SAL)을 포함할 수 있다. 적층 패턴(STP)은 상기 패터닝 공정 동안 제1 및 제2 활성 패턴들(AP1, AP2)과 함께 형성될 수 있다.
트렌치(TR)를 채우는 소자 분리막(ST)이 형성될 수 있다. 구체적으로, 기판(100)의 전면 상에 제1 및 제2 활성 패턴들(AP1, AP2) 및 적층 패턴들(STP)을 덮는 절연막이 형성될 수 있다. 적층 패턴들(STP)이 노출될 때까지 상기 절연막을 리세스하여, 소자 분리막(ST)이 형성될 수 있다.
소자 분리막(ST)은, 실리콘 산화막 같은 절연 물질을 포함할 수 있다. 적층 패턴들(STP)은 소자 분리막(ST) 위로 노출될 수 있다. 다시 말하면, 적층 패턴들(STP)은 소자 분리막(ST) 위로 수직하게 돌출될 수 있다.
도 8a 및 도 8b를 참조하면, 기판(100) 상에 적층 패턴들(STP)을 가로지르는 희생 패턴들(PP)이 형성될 수 있다. 각각의 희생 패턴들(PP)은 제1 방향(D1)으로 연장되는 라인 형태(line shape) 또는 바 형태(bar shape)로 형성될 수 있다. 희생 패턴들(PP)은 제1 피치로 제2 방향(D2)을 따라 배열될 수 있다.
구체적으로 희생 패턴들(PP)을 형성하는 것은, 기판(100)의 전면 상에 희생막을 형성하는 것, 상기 희생막 상에 하드 마스크 패턴들(MP)을 형성하는 것, 및 하드 마스크 패턴들(MP)을 식각 마스크로 상기 희생막을 패터닝하는 것을 포함할 수 있다. 상기 희생막은 폴리실리콘을 포함할 수 있다.
희생 패턴들(PP) 각각의 양 측벽들 상에 한 쌍의 게이트 스페이서들(GS)이 형성될 수 있다. 게이트 스페이서들(GS)을 형성하는 것은, 기판(100)의 전면 상에 게이트 스페이서막을 콘포멀하게 형성하는 것, 및 상기 게이트 스페이서막을 이방성 식각하는 것을 포함할 수 있다. 본 발명의 일 실시예로, 게이트 스페이서(GS)는 적어도 두 개의 막들을 포함하는 다중 막일 수 있다.
도 9a 내지 도 9c를 참조하면, 제1 활성 패턴(AP1) 상의 적층 패턴(STP) 내에 제1 리세스들(RS1)이 형성될 수 있다. 제2 활성 패턴(AP2) 상의 적층 패턴(STP) 내에 제2 리세스들(RS2)이 형성될 수 있다. 제1 및 제2 리세스들(RS1, RS2)을 형성하는 동안, 제1 및 제2 활성 패턴들(AP1, AP2) 각각의 양 측 상의 소자 분리막(ST)이 더 리세스될 수 있다 (도 9b 참고).
구체적으로, 하드 마스크 패턴들(MA) 및 게이트 스페이서들(GS)을 식각 마스크로 제1 활성 패턴(AP1) 상의 적층 패턴(STP)을 식각하여, 제1 리세스들(RS1)이 형성될 수 있다. 제1 리세스(RS1)는, 한 쌍의 희생 패턴들(PP) 사이에 형성될 수 있다. 제1 리세스(RS1)를 형성하는 것은, 노출된 희생층들(SAL)에 대한 선택적 식각 공정을 추가로 수행하는 것을 포함할 수 있다. 상기 선택적 식각 공정에 의해 각각의 희생층들(SAL)은 인덴트(indented)되어, 인덴트 영역(IDE)이 형성될 수 있다. 이로써 제1 리세스(RS1)는 물결 모양의 내측벽을 가질 수 있다. 제2 활성 패턴(AP2) 상의 적층 패턴(STP) 내의 제2 리세스들(RS2)은, 제1 리세스들(RS1)을 형성하는 것과 동일한 방법으로 형성될 수 있다.
활성층들(ACL)로부터, 서로 인접하는 제1 리세스들(RS1) 사이에 순차적으로 적층된 제1 내지 제3 반도체 패턴들(SP1, SP2, SP3)이 각각 형성될 수 있다. 서로 인접하는 제1 리세스들(RS1) 사이의 제1 내지 제3 반도체 패턴들(SP1, SP2, SP3)은, 제1 채널 패턴(CH1)을 구성할 수 있다. 서로 인접하는 제2 리세스들(RS2) 사이의 제1 내지 제3 반도체 패턴들(SP1, SP2, SP3)은, 제2 채널 패턴(CH2)을 구성할 수 있다.
도 10a 내지 도 10c를 참조하면, 제1 리세스들(RS1) 내에 제1 소스/드레인 패턴들(SD1)이 각각 형성될 수 있다. 구체적으로, 제1 리세스(RS1)의 내측벽을 시드층(seed layer)으로 하는 SEG 공정을 수행하여, 제1 리세스(RS1)를 채우는 에피택시얼 층이 형성될 수 있다. 상기 에피택시얼 층은, 제1 리세스(RS1)에 의해 노출된 제1 내지 제3 반도체 패턴들(SP1, SP2, SP3) 및 기판(100)을 시드로 하여 성장될 수 있다. 일 예로, 상기 SEG 공정은 화학 기상 증착(Chemical Vapor Deposition: CVD) 공정 또는 분자 빔 에피택시(Molecular Beam Epitaxy: MBE) 공정을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예로, 제1 소스/드레인 패턴(SD1)은 기판(100)과 동일한 반도체 원소(예를 들어, Si)를 포함할 수 있다. 제1 소스/드레인 패턴(SD1)이 형성되는 동안, 제1 소스/드레인 패턴(SD1)이 n형을 갖도록 하는 불순물(예를 들어, 인, 비소 또는 안티모니)이 인-시추(in-situ)로 주입될 수 있다. 다른 예로, 제1 소스/드레인 패턴(SD1)이 형성된 후 제1 소스/드레인 패턴(SD1)에 불순물이 주입될 수 있다.
제2 리세스들(RS2) 내에 제2 소스/드레인 패턴들(SD2)이 각각 형성될 수 있다. 구체적으로, 제2 소스/드레인 패턴(SD2)은 제2 리세스(RS2)의 내측벽을 시드층으로 하는 SEG 공정을 수행하여 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예로, 제2 소스/드레인 패턴(SD2)은 기판(100)의 반도체 원소의 격자 상수보다 큰 격자 상수를 갖는 반도체 원소(예를 들어, SiGe)를 포함할 수 있다. 제2 소스/드레인 패턴(SD2)이 형성되는 동안, 제2 소스/드레인 패턴(SD2)이 p형을 갖도록 하는 불순물(예를 들어, 보론, 갈륨 또는 인듐)이 인-시추(in-situ)로 주입될 수 있다. 다른 예로, 제2 소스/드레인 패턴(SD2)이 형성된 후 제2 소스/드레인 패턴(SD2)에 불순물이 주입될 수 있다.
도 11a 내지 도 11c를 참조하면, 제1 및 제2 소스/드레인 패턴들(SD1, SD2), 하드 마스크 패턴들(MP) 및 게이트 스페이서들(GS)을 덮는 제1 층간 절연막(110)이 형성될 수 있다. 일 예로, 제1 층간 절연막(110)은 실리콘 산화막을 포함할 수 있다.
희생 패턴들(PP)의 상면들이 노출될 때까지 제1 층간 절연막(110)이 평탄화될 수 있다. 제1 층간 절연막(110)의 평탄화는 에치백(Etch Back) 또는 CMP(Chemical Mechanical Polishing) 공정을 이용하여 수행될 수 있다. 상기 평탄화 공정 동안, 하드 마스크 패턴들(MP)은 모두 제거될 수 있다. 결과적으로, 제1 층간 절연막(110)의 상면은 희생 패턴들(PP)의 상면들 및 게이트 스페이서들(GS)의 상면들과 공면을 이룰 수 있다.
노출된 희생 패턴들(PP)이 선택적으로 제거될 수 있다. 희생 패턴들(PP)이 제거됨으로써, 제1 및 제2 채널 패턴들(CH1, CH2)을 노출하는 외측 영역(ORG)이 형성될 수 있다 (도 11c 참조). 희생 패턴들(PP)을 제거하는 것은, 폴리실리콘을 선택적으로 식각하는 식각액을 이용한 습식 식각을 포함할 수 있다.
외측 영역(ORG)을 통해 노출된 희생층들(SAL)이 선택적으로 제거되어, 내측 영역들(IRG)이 형성될 수 있다 (도 11c 참조). 구체적으로, 희생층들(SAL)을 선택적으로 식각하는 식각 공정을 수행하여, 제1 내지 제3 반도체 패턴들(SP1, SP2, SP3)은 그대로 잔류시킨 채 희생층들(SAL)만을 제거할 수 있다. 상기 식각 공정은, 상대적으로 높은 저마늄 농도를 갖는 실리콘-저마늄에 대해 높은 식각률을 가질 수 있다. 예를 들어, 상기 식각 공정은 저마늄 농도가 10 at%보다 큰 실리콘-저마늄에 대해 높은 식각률을 가질 수 있다.
상기 식각 공정 동안 제1 및 제2 활성 영역들(AR1, AR2) 상의 희생층들(SAL)이 제거될 수 있다. 상기 식각 공정은 습식 식각일 수 있다. 상기 식각 공정에 사용되는 식각 물질은 상대적으로 높은 저마늄 농도를 갖는 희생층(SAL)을 빠르게 제거할 수 있다.
도 11c를 다시 참조하면, 희생층들(SAL)이 선택적으로 제거됨으로써, 각각의 제1 및 제2 활성 패턴들(AP1, AP2) 상에는 적층된 제1 내지 제3 반도체 패턴들(SP1, SP2, SP3)만이 잔류할 수 있다. 희생층들(SAL)이 제거된 영역들을 통해 제1 내지 제3 내측 영역들(IRG1, IRG2, IRG3)이 각각 형성될 수 있다.
구체적으로, 활성 패턴(AP1 또는 AP2)과 제1 반도체 패턴(SP1) 사이에 제1 내측 영역(IRG1)이 형성되고, 제1 반도체 패턴(SP1)과 제2 반도체 패턴(SP2) 사이에 제2 내측 영역(IRG2)이 형성되며, 제2 반도체 패턴(SP2)과 제3 반도체 패턴(SP3) 사이에 제3 내측 영역(IRG3)이 형성될 수 있다.
도 11a 내지 도 11c를 다시 참조하면, 노출된 제1 내지 제3 반도체 패턴들(SP1, SP2, SP3) 상에 게이트 절연막(GI)이 형성될 수 있다. 게이트 절연막(GI)은 각각의 제1 내지 제3 반도체 패턴들(SP1, SP2, SP3)을 둘러싸도록 형성될 수 있다.
도 13a, 도 14a 및 도 15a는 도 11a의 M 영역을 형성하는 방법을 설명하기 위한 확대도들이다. 도 13b, 도 14b 및 도 15b는 도 11c의 N 영역을 형성하는 방법을 설명하기 위한 확대도들이다.
도 13a 및 도 13b를 참조하면, 상술한 바와 같이 희생 패턴(PP)이 선택적으로 제거되어 외측 영역(ORG)이 형성될 수 있다. 외측 영역(ORG)을 통해 노출된 희생층들(SAL)이 선택적으로 제거되어, 제1 내지 제3 내측 영역들(IRG1-IRG3)이 형성될 수 있다.
도 13a를 참조하면, 대표적으로 제2 내측 영역(IRG2)은 제1 소스/드레인 패턴(SD1)의 제1 면(FA1)을 노출할 수 있다. 제2 내측 영역(IRG2)은 제1 및 제2 반도체 패턴들(SP1, SP2)의 제2 면(FA2)을 노출할 수 있다. 제1 면(FA1)은 기판(100)의 상면에 평행한 방향으로의 법선을 갖는 결정면일 수 있다. 예를 들어, 제1 면(FA1)은 {1 1 0} 결정면일 수 있다. 제2 면(FA2)은 기판(100)의 상면에 수직한 방향으로의 법선으로 갖는 결정면일 수 있다. 예를 들어, 제2 면(FA2)은 {1 1 0} 결정면일 수 있다.
도 13b를 참조하면, 대표적으로 제2 반도체 패턴(SP2)의 상면, 바닥면 및 양 측면들이 노출될 수 있다. 제2 반도체 패턴(SP2)의 양 측면들 각각은 제1 면(FA1)일 수 있다. 제2 반도체 패턴(SP2)의 상면 및 바닥면 각각은 제2 면(FA2)일 수 있다.
도 14a 및 도 14b를 참조하면, 외측 영역(ORG) 및 제1 내지 제3 내측 영역들(IRG1-IRG3) 내에 계면막(IL)이 형성될 수 있다. 계면막(IL)은, 외측 영역(ORG) 및 제1 내지 제3 내측 영역들(IRG1-IRG3)에 의해 노출된 반도체 결정면 상에 선택적으로 형성될 수 있다. 본 발명의 일 실시예로, 계면막(IL)은 게이트 스페이서(GS) 상에는 형성되지 않을 수 있다. 본 발명의 다른 실시예로, 계면막(IL)은 게이트 스페이서(GS) 상에도 형성될 수 있다.
제1 면(FA1) 상의 계면막(IL)은 제3 두께(TK3)를 가질 수 있고, 제2 면(FA2) 상의 계면막(IL)은 제4 두께(TK4)를 가질 수 있다. 제3 두께(TK3)는 제4 두께(TK4)보다 클 수 있다. 다시 말하면, 계면막(IL)은 반도체 결정면의 결정 방향에 따라 두께가 달라지도록 형성될 수 있다.
일 실시예로, 계면막(IL)을 형성하는 공정은, {1 1 0} 결정면인 제1 면(FA1) 상에서의 계면막(IL)의 형성률(formation rate)이, {1 1 0} 결정면인 제2 면(FA2) 상에서의 계면막(IL)의 형성률보다 더 크도록 조절될 수 있다. 다시 말하면, 계면막(IL)의 수평 방향으로의 형성률이 계면막(IL)의 수직 방향으로의 형성률보다 더 크도록 조절될 수 있다. 이로써 계면막(IL)의 제3 두께(TK3)가 제4 두께(TK4)보다 커질 수 있다.
계면막(IL)을 형성하는 공정은, 반도체 산화 공정 및/또는 산화막 증착 공정을 포함할 수 있다. 상술한 바와 같이, 수평 방향으로의 형성 속도와 수직 방향으로의 형성 속도가 서로 달라지도록 계면막(IL)의 형성 공정을 조절할 수 있다.
본 발명에서 사용되는 용어 "형성률" 또는 "형성 속도"는, 계면막(IL)의 형성 공정 동안 계면막(IL)의 성장률(growth rate) 또는 증착률(deposition rate)을 의미할 수 있다. 일 예로, 계면막(IL)이 반도체 산화 공정으로 형성된 것이라면, 계면막(IL)의 형성률은 성장률을 의미하는 것일 수 있다. 다른 예로, 계면막(IL)이 산화막 증착 공정으로 형성된 것이라면, 계면막(IL)의 형성률은 증착률을 의미하는 것일 수 있다.
도 15a 및 도 15b를 참조하면, 외측 영역(ORG) 및 제1 내지 제3 내측 영역들(IRG1-IRG3) 내에 고유전막(HK)이 형성될 수 있다. 고유전막(HK)은 계면막(IL) 상에 형성될 수 있다. 계면막(IL)과 고유전막(HK)은 게이트 절연막(GI)을 형성할 수 있다.
본 발명의 일 실시예로, 고유전막(HK)은 콘포멀하게 형성될 수 있다. 다시 말하면, 고유전막(HK)의 수평 방향으로의 두께는 수직 방향으로의 두께와 동일할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예로, 고유전막(HK)의 형성 공정은, 고유전막(HK)의 수평 방향으로의 형성률이 수직 방향으로의 형성률보다 더 크도록 조절될 수 있다. 이로써, 고유전막(HK)의 수평 방향으로의 두께가 수직 방향으로의 두께보다 커질 수 있다.
본 발명에 따르면, 제1 면(FA1) 상의 게이트 절연막(GI)의 두께(TK1)는 제2 면(FA2) 상의 게이트 절연막(GI)의 두께(TK2)보다 클 수 있다. 다시 말하면, 게이트 절연막(GI)의 수평 방향으로의 두께(TK1)가 수직 방향으로의 두께(TK2)보다 클 수 있다. 이로써 본 발명은 트랜지스터의 누설 전류를 감소시킬 수 있고, 소자의 전기적 특성을 향상시킬 수 있다.
한편 도 15b에 나타난 바와 같이, 게이트 절연막(GI)의 수직 방향으로의 두께(TK2)가 상대적으로 작으므로, 각각의 제1 내지 제3 내측 영역들(IRG1, IRG2, IRG3)에 소정의 공간(SPA)이 확보될 수 있다. 상기 소정의 공간(SPA) 내에 후술할 도 12c의 게이트 전극(GE)의 제1 내지 제3 부분들(PO1, PO2, PO3) 각각이 채워질 수 있다.
도 12a 내지 도 12c를 참조하면, 게이트 절연막(GI) 상에 게이트 전극(GE)이 형성될 수 있다. 게이트 전극(GE)은, 제1 내지 제3 내측 영역들(IRG1, IRG2, IRG3) 내에 각각 형성되는 제1 내지 제3 부분들(PO1, PO2, PO3) 및 외측 영역(ORG) 내에 형성되는 제4 부분(PO4)을 포함할 수 있다. 게이트 전극(GE)이 리세스되어, 그 높이가 줄어들 수 있다. 리세스된 게이트 전극(GE) 상에 게이트 캐핑 패턴(GP)이 형성될 수 있다.
도 5a 내지 도 5d를 다시 참조하면, 제1 층간 절연막(110) 상에 제2 층간 절연막(120)이 형성될 수 있다. 제2 층간 절연막(120)은 실리콘 산화막을 포함할 수 있다. 제2 층간 절연막(120) 및 제1 층간 절연막(110)을 관통하여 제1 및 제2 소스/드레인 패턴들(SD1, SD2)과 전기적으로 연결되는 활성 콘택들(AC)이 형성될 수 있다. 제2 층간 절연막(120) 및 게이트 캐핑 패턴(GP)을 관통하여 게이트 전극(GE)과 전기적으로 연결되는 게이트 콘택(GC)이 형성될 수 있다.
각각의 활성 콘택(AC) 및 게이트 콘택(GC)을 형성하는 것은, 배리어 패턴(BM)을 형성하는 것 및 배리어 패턴(BM) 상에 도전 패턴(FM)을 형성하는 것을 포함할 수 있다. 배리어 패턴(BM)은 콘포멀하게 형성될 수 있으며, 금속막/금속 질화막을 포함할 수 있다. 도전 패턴(FM)은 저저항 금속을 포함할 수 있다.
싱글 하이트 셀(SHC)의 제1 경계(BD1) 및 제2 경계(BD2)에 분리 구조체들(DB)이 각각 형성될 수 있다. 분리 구조체(DB)는, 제2 층간 절연막(120)으로부터 게이트 전극(GE)을 관통하여 활성 패턴(AP1 또는 AP2) 내부로 연장될 수 있다. 분리 구조체(DB)는 실리콘 산화막 또는 실리콘 질화막과 같은 절연 물질을 포함할 수 있다.
활성 콘택들(AC) 및 게이트 콘택들(GC) 상에 제3 층간 절연막(130)이 형성될 수 있다. 제3 층간 절연막(130) 내에 제1 금속 층(M1)이 형성될 수 있다. 제3 층간 절연막(130) 상에 제4 층간 절연막(140)이 형성될 수 있다. 제4 층간 절연막(140) 내에 제2 금속 층(M2)이 형성될 수 있다.
이하 본 발명의 다양한 실시예들에 대해 설명한다. 후술할 본 발명의 실시예들에서는, 앞서 도 6a 및 도 6b를 참조하여 설명한 것과 중복되는 기술적 특징에 대한 상세한 설명은 생략하고, 차이점에 대해 상세히 설명한다.
도 16a, 도 17a 및 도 18 각각은 도 5a의 M 영역의 다른 실시예를 나타낸 확대도이다. 도 16b 및 도 17b 각각은 도 5d의 N 영역의 다른 실시예를 나타낸 확대도이다.
도 16a 및 도 16b를 참조하면, 고유전막(HK)의 수평 방향으로의 두께가 수직 방향으로의 두께보다 클 수 있다. 다시 말하면, 제1 면(FA1) 상의 고유전막(HK)의 두께는, 제2 면(FA2) 상의 고유전막(HK)의 두께보다 클 수 있다. 고유전막(HK)의 두께 변화에 의해, 게이트 절연막(GI)의 제1 두께(TK1)가 제2 두께(TK2)보다 커질 수 있다.
일 실시예로, 계면막(IL)은 균일한 두께를 가질 수 있다. 다른 실시예로, 계면막(IL) 역시 도 6a 및 도 6b에 나타난 것처럼 수평 방향으로의 두께가 수직 방향으로의 두께보다 클 수 있다.
도 17a 및 도 17b를 참조하면, 게이트 절연막(GI)은 계면막(IL)과 고유전막(HK) 사이에 개재된 중간막(IDL)을 더 포함할 수 있다. 중간막(IDL)은 제1 면(FA1) 상에만 선택적으로 제공되고, 제2 면(FA2) 상에는 생략될 수 있다. 예를 들어, 제2 면(FA2) 상의 게이트 절연막(GI)은, 중간막(IDL)이 생략된 계면막(IL)과 고유전막(HK)만을 포함할 수 있다. 이로써 게이트 절연막(GI)의 제1 두께(TK1)가 제2 두께(TK2)보다 커질 수 있다.
중간막(IDL)은 고유전막(HK)보다 유전율이 낮은 저유전율 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 중간막(IDL)은 실리콘 질화막 또는 실리콘 산화질화막을 포함할 수 있다.
도 18을 참조하면, 게이트 전극(GE)의 제1 내지 제3 부분들(PO1, PO2, PO3)과 제1 소스/드레인 패턴(SD1) 사이에 내측 스페이서들(INS)이 각각 개재될 수 있다. 내측 스페이서들(INS)은 제1 소스/드레인 패턴(SD1)과 직접 접촉할 수 있다. 게이트 전극(GE)의 제1 내지 제3 부분들(PO1, PO2, PO3) 각각은, 내측 스페이서(INS)에 의해 제1 소스/드레인 패턴(SD1)과 이격될 수 있다. 내측 스페이서(INS)는 실리콘 산화막, 실리콘 질화막 또는 실리콘 산화질화막을 포함할 수 있다.
이상, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시 예들을 설명하였지만, 본 발명은 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수도 있다. 그러므로 이상에서 기술한 실시 예들에는 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야 한다.

Claims (20)

  1. 활성 패턴을 포함하는 기판;
    상기 활성 패턴 상의 채널 패턴, 상기 채널 패턴은 서로 이격되어 수직적으로 적층된 복수개의 반도체 패턴들을 포함하고;
    상기 복수개의 반도체 패턴들에 연결된 소스/드레인 패턴;
    상기 복수개의 반도체 패턴들 상의 게이트 전극, 상기 게이트 전극은 제1 방향으로 연장되고; 및
    상기 복수개의 반도체 패턴들과 상기 게이트 전극 사이의 게이트 절연막을 포함하되,
    상기 복수개의 반도체 패턴들 중 제1 반도체 패턴은, 상기 제1 방향으로 서로 대향하는 양 측면들, 바닥면 및 상면을 포함하고,
    상기 게이트 절연막은, 상기 제1 반도체 패턴의 상기 양 측면들, 상기 바닥면 및 상기 상면을 덮으며,
    상기 게이트 절연막은:
    상기 제1 반도체 패턴의 상기 양 측면들 중 하나 상의 제1 영역; 및
    상기 제1 반도체 패턴의 상기 상면 및 상기 바닥면 중 하나 상의 제2 영역을 포함하고,
    상기 제1 영역의 두께는 상기 제2 영역의 두께보다 큰 반도체 소자.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 게이트 절연막은, 상기 제1 반도체 패턴을 직접 덮는 계면막 및 상기 계면막 상의 고유전막을 포함하는 반도체 소자.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제1 영역의 상기 계면막의 두께는, 상기 제2 영역의 상기 계면막의 두께보다 큰 반도체 소자.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 제1 영역의 상기 고유전막의 두께는, 상기 제2 영역의 상기 고유전막의 두께보다 큰 반도체 소자.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 게이트 절연막은, 상기 계면막과 상기 고유전막 사이의 중간막을 더 포함하고,
    상기 중간막은 상기 제2 영역을 제외한 상기 제1 영역에 선택적으로 제공되는 반도체 소자.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제1 반도체 패턴의 상기 양 측면들 중 하나는, 상기 제1 방향으로의 법선을 갖는 제1 결정면을 포함하고,
    상기 제1 반도체 패턴의 상기 상면 및 상기 바닥면 중 하나는, 상기 기판의 상면에 수직한 방향으로의 법선을 갖는 제2 결정면을 포함하는 반도체 소자.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제1 결정면은 {1 1 0} 결정면이고,
    상기 제2 결정면은 {1 0 0} 결정면인 반도체 소자.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 게이트 전극은, 상기 복수개의 반도체 패턴들 중 상기 제1 반도체 패턴과 상기 제1 반도체 패턴에 인접하는 제2 반도체 패턴 사이에 개재된 부분을 포함하고,
    상기 게이트 절연막은, 상기 부분과 상기 소스/드레인 패턴 사이의 제3 영역, 및 상기 부분과 상기 제2 반도체 패턴 사이의 제4 영역을 포함하며,
    상기 제3 영역의 두께는 상기 제4 영역의 두께보다 큰 반도체 소자.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 게이트 절연막의 상기 제3 영역은, 상기 소스/드레인 패턴의 측면을 직접 덮는 반도체 소자.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 소스/드레인 패턴은 상기 게이트 전극의 상기 부분을 향해 돌출된 돌출부를 포함하고,
    상기 소스/드레인 패턴의 측면은 물결 모양의 프로파일을 갖는 반도체 소자.
  11. 활성 패턴을 포함하는 기판;
    상기 활성 패턴 상의 채널 패턴, 상기 채널 패턴은 서로 이격되어 수직적으로 적층된 복수개의 반도체 패턴들을 포함하고;
    상기 복수개의 반도체 패턴들에 연결된 소스/드레인 패턴;
    상기 복수개의 반도체 패턴들 상의 게이트 전극; 및
    상기 복수개의 반도체 패턴들과 상기 게이트 전극 사이의 게이트 절연막을 포함하되,
    상기 게이트 전극은, 상기 복수개의 반도체 패턴들 중 서로 인접하는 제1 반도체 패턴과 제2 반도체 패턴 사이에 개재된 부분을 포함하고,
    상기 게이트 절연막은:
    상기 게이트 전극의 상기 부분과 상기 소스/드레인 패턴의 측면 사이의 제1 영역; 및
    상기 게이트 전극의 상기 부분과 상기 제2 반도체 패턴의 바닥면 사이의 제2 영역을 포함하고,
    상기 게이트 절연막의 상기 제1 영역은, 상기 소스/드레인 패턴의 상기 측면을 직접 덮으며,
    상기 제1 영역의 두께는 상기 제2 영역의 두께보다 큰 반도체 소자.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 소스/드레인 패턴의 상기 측면은 {1 1 0} 결정면을 포함하고,
    상기 제2 반도체 패턴의 상기 바닥면은 {1 0 0} 결정면을 포함하는 반도체 소자.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 게이트 절연막은, 상기 소스/드레인 패턴의 상기 측면과 상기 제2 반도체 패턴의 상기 바닥면을 덮는 계면막, 및 상기 계면막 상의 고유전막을 포함하는 반도체 소자.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 제1 영역의 상기 계면막의 두께는, 상기 제2 영역의 상기 계면막의 두께보다 큰 반도체 소자.
  15. 제13항에 있어서,
    상기 게이트 절연막은, 상기 계면막과 상기 고유전막 사이의 중간막을 더 포함하고,
    상기 중간막은 상기 제2 영역을 제외한 상기 제1 영역에 선택적으로 제공되는 반도체 소자.
  16. 활성 영역을 포함하는 기판;
    상기 활성 영역 상의 활성 패턴을 정의하는 소자 분리막;
    상기 활성 패턴 상의 채널 패턴 및 소스/드레인 패턴;
    상기 채널 패턴 상의 게이트 전극, 상기 게이트 전극은 제1 방향으로 연장되고;
    상기 게이트 전극과 상기 채널 패턴 사이에 개재된 게이트 절연막;
    상기 게이트 전극의 측벽 상의 게이트 스페이서;
    상기 게이트 전극의 상면 상의 게이트 캐핑 패턴;
    상기 게이트 캐핑 패턴 상의 층간 절연막;
    상기 층간 절연막을 관통하여 상기 소스/드레인 패턴에 전기적으로 연결되는 활성 콘택;
    상기 활성 콘택과 상기 소스/드레인 패턴 사이에 개재된 금속-반도체 화합물 층;
    상기 층간 절연막 및 상기 게이트 캐핑 패턴을 관통하여, 상기 게이트 전극과 전기적으로 연결되는 게이트 콘택;
    상기 층간 절연막 상의 제1 금속 층, 상기 제1 금속 층은 파워 배선, 및 상기 활성 콘택 및 상기 게이트 콘택에 각각 전기적으로 연결되는 제1 배선들을 포함하고; 및
    상기 제1 금속 층 상의 제2 금속 층을 포함하되,
    상기 제2 금속 층은 상기 제1 금속 층과 전기적으로 연결되는 제2 배선들을 포함하며,
    상기 채널 패턴은, 상기 기판의 상면에 수직한 제2 방향으로 적층된 복수개의 반도체 패턴들을 포함하고,
    상기 게이트 절연막은, 상기 반도체 패턴들 중 제1 반도체 패턴을 둘러싸며,
    상기 제1 반도체 패턴을 둘러싸는 상기 게이트 절연막은, 상기 제1 방향으로의 제1 두께 및 상기 제2 방향으로의 제2 두께를 가지며,
    상기 제1 두께는 상기 제2 두께보다 큰 반도체 소자.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 게이트 절연막은, 상기 제1 반도체 패턴을 직접 덮는 계면막 및 상기 계면막 상의 고유전막을 포함하는 반도체 소자.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 계면막의 상기 제1 방향으로의 두께는, 상기 제2 방향으로의 두께보다 큰 반도체 소자.
  19. 제17항에 있어서,
    상기 고유전막의 상기 제1 방향으로의 두께는, 상기 제2 방향으로의 두께보다 큰 반도체 소자.
  20. 제17항에 있어서,
    상기 게이트 절연막은, 상기 계면막과 상기 고유전막 사이의 중간막을 더 포함하고,
    상기 계면막, 상기 중간막, 및 상기 고유전막은 상기 제1 방향을 따라 적층되며,
    상기 중간막은, 상기 제2 방향을 따라 적층된 상기 계면막 및 상기 고유전막 사이에는 생략되는 반도체 소자.
KR1020220007849A 2022-01-19 2022-01-19 반도체 소자 및 그의 제조 방법 KR20230111867A (ko)

Priority Applications (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020220007849A KR20230111867A (ko) 2022-01-19 2022-01-19 반도체 소자 및 그의 제조 방법
TW111129674A TW202332058A (zh) 2022-01-19 2022-08-08 半導體裝置
US17/890,547 US20230231026A1 (en) 2022-01-19 2022-08-18 Semiconductor device and method of fabricating the same
EP22199501.2A EP4216282A1 (en) 2022-01-19 2022-10-04 Semiconductor device and method of fabricating the same
CN202211280701.6A CN116504785A (zh) 2022-01-19 2022-10-19 半导体装置和制造该半导体装置的方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020220007849A KR20230111867A (ko) 2022-01-19 2022-01-19 반도체 소자 및 그의 제조 방법

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20230111867A true KR20230111867A (ko) 2023-07-26

Family

ID=83994892

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020220007849A KR20230111867A (ko) 2022-01-19 2022-01-19 반도체 소자 및 그의 제조 방법

Country Status (5)

Country Link
US (1) US20230231026A1 (ko)
EP (1) EP4216282A1 (ko)
KR (1) KR20230111867A (ko)
CN (1) CN116504785A (ko)
TW (1) TW202332058A (ko)

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11462536B2 (en) * 2018-09-28 2022-10-04 Intel Corporation Integrated circuit structures having asymmetric source and drain structures
KR20200133842A (ko) * 2019-05-13 2020-12-01 삼성전자주식회사 강유전체를 포함하는 강유전성 반도체 소자 및 그 제조 방법
US11430779B2 (en) * 2019-11-04 2022-08-30 Samsung Electronics Co., Ltd. Semiconductor device and method of fabricating the same
US11018222B1 (en) * 2019-12-27 2021-05-25 Intel Corporation Metallization in integrated circuit structures
KR20210134445A (ko) * 2020-04-29 2021-11-10 삼성전자주식회사 반도체 소자

Also Published As

Publication number Publication date
EP4216282A1 (en) 2023-07-26
US20230231026A1 (en) 2023-07-20
CN116504785A (zh) 2023-07-28
TW202332058A (zh) 2023-08-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR20220163538A (ko) 반도체 소자
KR20230041108A (ko) 반도체 소자
KR20220072119A (ko) 반도체 소자
KR20220067590A (ko) 반도체 소자
KR20230111867A (ko) 반도체 소자 및 그의 제조 방법
EP4362103A1 (en) Semiconductor device
US20240088264A1 (en) Semiconductor device
US20230420552A1 (en) Semiconductor device and method of fabricating the same
US20240136398A1 (en) Semiconductor device
US20230231049A1 (en) Semiconductor device and method of fabricating the same
US20240079466A1 (en) Semiconductor device and method of fabricating the same
EP4307388A1 (en) Semiconductor device and method of fabricating the same
EP4261891A1 (en) Semiconductor device and method for manufacturing the same
US20230163213A1 (en) Semiconductor device
US20240105789A1 (en) Semiconductor device including a field effect transistor
KR20230111555A (ko) 반도체 소자 및 그의 제조 방법
KR20240057932A (ko) 반도체 소자
KR20230174636A (ko) 반도체 소자
KR20240009785A (ko) 반도체 소자 및 그의 제조 방법
KR20230100786A (ko) 반도체 소자 및 그의 제조 방법
KR20220133356A (ko) 반도체 소자 및 그의 제조방법
KR20230045715A (ko) 반도체 소자 및 그의 제조 방법
KR20230016759A (ko) 반도체 소자
KR20230171144A (ko) 반도체 소자
CN117936566A (zh) 半导体器件