KR20230118257A - Semiconductor devices - Google Patents

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KR20230118257A
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성유리
강상정
김주연
김진우
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삼성전자주식회사
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Abstract

A semiconductor device includes: active patterns that protrude to the upper part of a substrate, have a lower sidewall covered by a device isolation pattern, extend in a first direction parallel to the upper surface of the substrate, and are spaced apart from each other in a first direction parallel to the upper surface of the substrate and a second direction intersecting the first direction; gate structures that extend in the second direction on the active patterns and the device isolation pattern and are spaced apart from each other in the second direction; and an isolation pattern formed between the gate structures on the substrate to separate them from each other and include polysilicon. Therefore, it is possible to provide a semiconductor device with excellent characteristics.

Description

반도체 장치 및 그 제조 방법{SEMICONDUCTOR DEVICES}Semiconductor device and its manufacturing method {SEMICONDUCTOR DEVICES}

본 발명은 반도체 장치 및 그 제조 방법에 관한 것이다. 보다 상세하게 본 발명은 금속 게이트 전극을 포함하는 반도체 장치 및 그 제조 방법에 관한 것이다. The present invention relates to a semiconductor device and a manufacturing method thereof. More specifically, the present invention relates to a semiconductor device including a metal gate electrode and a manufacturing method thereof.

반도체 장치의 집적도가 증가함에 따라서, 상기 반도체 장치에 포함된 게이트 전극들 사이의 전기적 쇼트나 간섭 현상이 심해지고 있다. 예를 들어, 일 방향으로 연장되는 게이트 전극의 가운데 부분을 제거하여 개구를 형성하고 이를 채우는 분리 패턴을 형성하는 경우, 상기 개구의 종횡비가 커짐에 따라서 상기 게이트 전극이 잘 제거되지 않을 수 있으며, 이에 따라 상기 분리 패턴의 양 측들에 형성된 게이트 전극들이 서로 전기적으로 연결될 수 있다. As the degree of integration of semiconductor devices increases, electrical short circuits or interference between gate electrodes included in the semiconductor devices are becoming more severe. For example, when an opening is formed by removing a central portion of a gate electrode extending in one direction and a separation pattern filling the opening is formed, the gate electrode may not be easily removed as the aspect ratio of the opening increases. Accordingly, gate electrodes formed on both sides of the separation pattern may be electrically connected to each other.

본 발명의 일 목적은 우수한 특성을 갖는 반도체 장치를 제공하는 데 있다.One object of the present invention is to provide a semiconductor device having excellent characteristics.

본 발명의 다른 목적은 우수한 특성을 갖는 반도체 장치를 제조하는 방법을 제공하는 데 있다.Another object of the present invention is to provide a method for manufacturing a semiconductor device having excellent characteristics.

상기 본 발명의 일 목적을 달성하기 위한 예시적인 실시예들에 따른 반도체 장치는, 기판의 상부로 돌출되어 소자 분리 패턴에 의해 하부 측벽이 커버되며, 상기 기판의 상면에 평행한 제1 방향으로 각각 연장되고, 상기 기판 상면에 평행하고 상기 제1 방향과 교차하는 제2 방향으로 서로 이격된 액티브 패턴들; 상기 액티브 패턴들 및 상기 소자 분리 패턴 상에서 상기 제2 방향으로 각각 연장되며, 상기 제2 방향으로 서로 이격된 게이트 구조물들; 및 상기 기판 상에서 상기 게이트 구조물들 사이에 형성되어 이들을 서로 분리시키며, 폴리실리콘을 포함하는 분리 패턴을 포함할 수 있다.A semiconductor device according to example embodiments for achieving one object of the present invention protrudes above a substrate and has a lower sidewall covered by an element isolation pattern, each in a first direction parallel to the upper surface of the substrate. active patterns extending and spaced apart from each other in a second direction parallel to the upper surface of the substrate and crossing the first direction; gate structures extending in the second direction on the active patterns and the device isolation pattern and spaced apart from each other in the second direction; and a separation pattern formed between the gate structures on the substrate to separate them from each other and including polysilicon.

상기 본 발명의 다른 목적을 달성하기 위한 다른 실시예들에 따른 반도체 장치의 제조 방법에서, 기판 상에 상기 기판의 상면에 평행한 제1 방향으로 연장되는 더미 게이트 구조물을 형성할 수 있다. 상기 더미 게이트 구조물 상에 마스크를 형성할 수 있다. 상기 마스크를 사용하는 식각 공정을 수행하여 상기 더미 게이트 구조물을 식각함으로써 분리 패턴을 형성하되, 상기 분리 패턴의 상기 제1 방향으로의 양 측들에는 각각 제1 개구들이 형성될 수 있다. 상기 각 제1 개구들을 채우는 게이트 구조물을 형성할 수 있다.In the method of fabricating a semiconductor device according to other embodiments of the present disclosure, a dummy gate structure extending in a first direction parallel to an upper surface of the substrate may be formed on a substrate. A mask may be formed on the dummy gate structure. An isolation pattern may be formed by etching the dummy gate structure by performing an etching process using the mask, and first openings may be formed on both sides of the isolation pattern in the first direction, respectively. A gate structure filling each of the first openings may be formed.

예시적인 실시예들에 따른 반도체 장치에서, 서로 가까운 거리만큼 이격되도록 형성되는 게이트 구조물들이 서로 부분적으로 연결되어 전기적 쇼트가 발생하는 현상이 방지될 수 있다.In the semiconductor device according to example embodiments, a phenomenon in which gate structures formed to be spaced apart from each other by a short distance are partially connected to each other may prevent an electrical short circuit from occurring.

다만, 본 발명의 효과는 상기 언급한 효과에 한정되는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위에서 다양하게 확장될 수 있을 것이다.However, the effects of the present invention are not limited to the above-mentioned effects, and may be variously extended without departing from the spirit and scope of the present invention.

도 1 내지 도 17은 예시적인 실시예들에 따른 반도체 장치의 제조 방법을 설명하기 위한 평면도들 및 단면도들이다.
도 18 내지 도 20은 예시적인 실시예들에 따른 반도체 장치의 제조 방법을 설명하기 위한 단면도들이다.
1 to 17 are plan views and cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a semiconductor device according to example embodiments.
18 to 20 are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a semiconductor device according to example embodiments.

이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다. 도면상의 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 사용하고 동일한 구성요소에 대해서 중복된 설명은 생략한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings, preferred embodiments of the present invention will be described in more detail. The same reference numerals are used for the same components in the drawings, and redundant descriptions of the same components are omitted.

[실시예][Example]

도 1 내지 도 17은 예시적인 실시예들에 따른 반도체 장치의 제조 방법을 설명하기 위한 평면도들 및 단면도들이다. 구체적으로, 도 1, 4, 7 및 13은 평면도들이고, 도 2-3, 5-6, 8-12 및 14-17은 단면도들이다. 1 to 17 are plan views and cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a semiconductor device according to example embodiments. Specifically, Figs. 1, 4, 7 and 13 are plan views, and Figs. 2-3, 5-6, 8-12 and 14-17 are cross-sectional views.

이때, 도 2, 8-12, 14 및 16은 대응하는 평면도들의 A-A'선을 따라 각각 절단한 단면도들이고, 도 3, 5, 15 및 17은 대응하는 평면도들의 B-B'선을 따라 각각 절단한 단면도들이며, 도 6은 대응하는 평면도의 C-C'선을 따라 절단한 단면도이다.At this time, FIGS. 2, 8-12, 14 and 16 are cross-sectional views taken along line A-A' of corresponding plan views, and FIGS. 3, 5, 15 and 17 are cross-sectional views taken along line BB' of corresponding plan views. These are cross-sectional views, respectively, and FIG. 6 is a cross-sectional view taken along the line C-C' of the corresponding plan view.

이하의 발명의 상세한 설명에서는, 기판(100)의 상면에 평행하고 서로 교차하는 두 방향들을 각각 제1 및 제2 방향들(D1, D2)로 정의하고, 기판(100) 상면에 수직한 방향을 제3 방향(D3)으로 정의한다. 예시적인 실시예들에 있어서, 제1 및 제2 방향들(D1, D2)은 서로 직교할 수 있다.In the following detailed description of the invention, two directions that are parallel to the top surface of the substrate 100 and cross each other are defined as first and second directions D1 and D2, respectively, and a direction perpendicular to the top surface of the substrate 100 is defined as first and second directions D1 and D2. It is defined as the third direction (D3). In example embodiments, the first and second directions D1 and D2 may be orthogonal to each other.

도 1 내지 도 3을 참조하면, 기판(100)의 상부를 부분적으로 식각하여 트렌치를 형성하고, 상기 트렌치의 하부를 채우는 소자 분리 패턴(110)을 형성할 수 있다.Referring to FIGS. 1 to 3 , an upper portion of the substrate 100 may be partially etched to form a trench, and an element isolation pattern 110 filling the lower portion of the trench may be formed.

기판(100)은 실리콘, 게르마늄, 실리콘-게르마늄 등과 같은 반도체 물질, 혹은 GaP, GaAs, GaSb 등과 같은 Ⅲ-Ⅴ족 화합물을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에 따르면, 기판(100)은 실리콘-온-인슐레이터(SOI) 기판 또는 게르마늄-온-인슐레이터(GOI) 기판일 수 있다. The substrate 100 may include a semiconductor material such as silicon, germanium, silicon-germanium, or a group III-V compound such as GaP, GaAs, or GaSb. According to some embodiments, the substrate 100 may be a silicon-on-insulator (SOI) substrate or a germanium-on-insulator (GOI) substrate.

예시적인 실시예들에 있어서, 소자 분리 패턴(110)은 상기 트렌치를 채우는 소자 분리막을 기판(100) 상에 형성하고, 기판(100) 상면이 노출될 때까지 상기 소자 분리막을 평탄화한 후, 상기 트렌치의 상부가 노출되도록 상기 소자 분리막의 상부를 제거함으로써 형성될 수 있다. 상기 소자 분리막은 예를 들어, 실리콘 산화물과 같은 산화물을 포함할 수 있다. In example embodiments, the device isolation pattern 110 may be formed by forming a device isolation layer filling the trench on the substrate 100 and planarizing the device isolation layer until an upper surface of the substrate 100 is exposed. It may be formed by removing an upper portion of the isolation layer to expose an upper portion of the trench. The device isolation layer may include, for example, an oxide such as silicon oxide.

소자 분리 패턴(110)이 형성됨에 따라, 기판(100)에는 상면이 소자 분리 패턴(110)에 의해 커버된 필드 영역, 및 상면이 소자 분리 패턴(110)에 의해 커버되지 않으며 소자 분리 패턴(110)으로부터 상부로 돌출된 액티브 영역(105)이 정의될 수 있다. 액티브 영역(105)은 핀(fin) 형상을 가지므로 액티브 핀으로 지칭될 수도 있고 일종의 패턴이므로 액티브 패턴으로 지칭될 수도 있으며, 이하에서는 주로 액티브 패턴(105)으로 지칭하기로 한다. 또한, 액티브 패턴(105)과 구별하여, 상기 필드 영역, 및 액티브 패턴(105)의 하부에 형성된 기판(100) 부분만을 기판(100)으로 정의하기로 한다.As the device isolation pattern 110 is formed, the substrate 100 has a field region whose upper surface is covered by the device isolation pattern 110 and a field region whose upper surface is not covered by the device isolation pattern 110 and which is not covered by the device isolation pattern 110 . An active area 105 protruding upward from ) may be defined. Since the active region 105 has a fin shape, it may be referred to as an active fin or, since it is a kind of pattern, it may be referred to as an active pattern. In addition, to distinguish from the active pattern 105 , only the field region and the portion of the substrate 100 formed under the active pattern 105 will be defined as the substrate 100 .

액티브 패턴(105)은 측벽이 소자 분리 패턴(110)에 의해 커버된 하부 액티브 패턴(105a), 및 측벽이 소자 분리 패턴(110)에 의해 커버되지 않는 상부 액티브 패턴(105b)를 포함할 수 있다. 예시적인 실시예들에 있어서, 액티브 패턴(105)은 제1 방향(D1)으로 연장될 수 있으며, 제2 방향(D2)을 따라 서로 이격되도록 복수 개로 형성될 수 있다. The active pattern 105 may include a lower active pattern 105a whose sidewall is covered by the device isolation pattern 110 and an upper active pattern 105b whose sidewall is not covered by the device isolation pattern 110. . In example embodiments, the active pattern 105 may extend in the first direction D1 and may be formed in plural to be spaced apart from each other along the second direction D2.

이후, 액티브 패턴(105) 및 소자 분리 패턴(110)이 형성된 기판(100) 상에 더미 게이트 구조물(150)을 형성할 수 있다. 더미 게이트 구조물(150)은 순차적으로 적층된 더미 게이트 절연 패턴(120), 더미 게이트 전극(130) 및 더미 게이트 마스크(140)를 포함할 수 있다.Thereafter, a dummy gate structure 150 may be formed on the substrate 100 on which the active pattern 105 and the device isolation pattern 110 are formed. The dummy gate structure 150 may include a dummy gate insulating pattern 120 , a dummy gate electrode 130 , and a dummy gate mask 140 sequentially stacked.

더미 게이트 절연 패턴(120)은 예를 들어, 실리콘 산화물과 같은 산화물을 포함할 수 있고, 더미 게이트 전극(130)은 예를 들어, 폴리실리콘을 포함할 수 있으며, 더미 게이트 마스크(140)는 예를 들어, 실리콘 질화물과 같은 질화물을 포함할 수 있다. The dummy gate insulating pattern 120 may include, for example, an oxide such as silicon oxide, the dummy gate electrode 130 may include, for example, polysilicon, and the dummy gate mask 140 may include, for example, polysilicon. For example, it may include a nitride such as silicon nitride.

예시적인 실시예들에 있어서, 더미 게이트 구조물(150)은 제2 방향(D2)으로 연장될 수 있으며, 제1 방향(D2)을 따라 서로 이격되도록 복수 개로 형성될 수 있다.In example embodiments, the dummy gate structure 150 may extend in the second direction D2 and may be formed in plurality to be spaced apart from each other along the first direction D2.

이후, 더미 게이트 구조물(150)의 제1 방향(D1)으로의 측벽에 게이트 스페이서(160)를 형성할 수 있으며, 이때 액티브 패턴(105)의 제2 방향(D2)으로의 측벽에는 핀 스페이서(170)가 형성될 수 있다.Thereafter, gate spacers 160 may be formed on sidewalls of the dummy gate structure 150 in the first direction D1 , and at this time, fin spacers 160 may be formed on sidewalls of the active pattern 105 in the second direction D2. 170) may be formed.

게이트 스페이서(160) 및 핀 스페이서(170)는 액티브 패턴(105), 소자 분리 패턴(110) 및 더미 게이트 구조물(150)이 형성된 기판(100) 상에 스페이서 막을 형성하고, 이를 이방성 식각함으로써 형성할 수 있다. 상기 스페이서 막은 예를 들어, 실리콘 질화물(SiN), 실리콘 산탄질화물(SiOCN) 등과 같은 질화물을 포함할 수 있다.The gate spacer 160 and the fin spacer 170 may be formed by forming a spacer film on the substrate 100 on which the active pattern 105, the device isolation pattern 110, and the dummy gate structure 150 are formed and anisotropically etching the spacer film. can The spacer layer may include, for example, a nitride such as silicon nitride (SiN) or silicon oxycarbonitride (SiOCN).

도 4 내지 도 6을 참조하면, 더미 게이트 구조물(150) 및 게이트 스페이서(160)를 식각 마스크로 사용하여 이들에 의해 커버되지 않은 액티브 패턴(105)의 상부를 식각함으로써 제1 리세스(180)를 형성할 수 있다. 4 to 6 , the first recess 180 is formed by etching the upper portion of the active pattern 105 not covered by the dummy gate structure 150 and the gate spacer 160 as an etch mask. can form

도면 상에서는 제1 리세스(180)가 상부 액티브 패턴(105b)만을 부분적으로 제거하여 형성된 것이 도시되어 있으나, 본 발명의 개념은 이에 한정되지는 않으며, 제1 리세스(180)는 상부 액티브 패턴(105b)과 함께 하부 액티브 패턴(105a)도 부분적으로 제거하여 형성될 수도 있다.In the drawing, it is shown that the first recess 180 is formed by partially removing only the upper active pattern 105b, but the concept of the present invention is not limited thereto, and the first recess 180 may be formed by partially removing the upper active pattern 105b ( 105b) may also be formed by partially removing the lower active pattern 105a.

한편, 제1 리세스(180)를 형성하는 식각 공정은 도 1 내지 도 3을 참조로 설명한 상기 스페이서 막에 대한 이방성 식각 공정과 인-시튜(in-situ)로 수행될 수도 있다. Meanwhile, the etching process for forming the first recess 180 may be performed in-situ with the anisotropic etching process for the spacer layer described with reference to FIGS. 1 to 3 .

이후, 제1 리세스(180)에 의해 노출된 액티브 패턴(105)의 상면을 시드(seed)로 사용하는 선택적 에피택시얼 성장(SEG) 공정을 수행함으로써, 액티브 패턴(105) 상에 소스/드레인 층(190)을 형성할 수 있다. Thereafter, by performing a selective epitaxial growth (SEG) process using the upper surface of the active pattern 105 exposed by the first recess 180 as a seed, a source/material layer is formed on the active pattern 105. A drain layer 190 may be formed.

상기 선택적 에피택시얼 성장(SEG) 공정은 예를 들어, 디클로로실란(SiH2Cl2) 가스, 사수소화 게르마늄(GeH4) 가스 등을 소스 가스로 사용하여 수행할 수 있으며, 이에 따라 단결정 실리콘-게르마늄(SiGe) 층이 형성될 수 있다. 이때, p형 불순물 소스 가스, 예를 들어, 디보란(B2H6) 가스 등을 함께 사용하여, p형 불순물이 도핑된 단결정 실리콘-게르마늄 층을 형성할 수 있다. 이에 따라, 소스/드레인 층(190)은 피모스 트랜지스터의 소스/드레인 영역의 기능을 수행할 수 있다. The selective epitaxial growth (SEG) process may be performed using, for example, a dichlorosilane (SiH 2 Cl 2 ) gas, a germanium tetrahydrogenide (GeH 4 ) gas, or the like as a source gas, and accordingly, single-crystal silicon- A germanium (SiGe) layer may be formed. In this case, a single crystal silicon-germanium layer doped with a p-type impurity may be formed by using a p-type impurity source gas, such as diborane (B 2 H 6 ) gas. Accordingly, the source/drain layer 190 may function as a source/drain region of the PMOS transistor.

또는, 상기 선택적 에피택시얼 성장(SEG) 공정은 예를 들어, 다이실란(Si2H6) 가스 및 SiH3CH3 가스 등을 소스 가스로 사용하여 수행할 수 있으며, 이에 따라 단결정 실리콘 탄화물(SiC) 층이 형성될 수 있다. 이때, n형 불순물 소스 가스, 예를 들어, 포스핀(PH3) 가스 등을 함께 사용하여, n형 불순물이 도핑된 단결정 실리콘 탄화물 층을 형성할 수 있다. 이와는 달리, 상기 선택적 에피택시얼 성장(SEG) 공정은 상기 n형 불순물 소스 가스와 함께, 예를 들어, 다이실란(Si2H6) 가스와 같은 실리콘 소스만을 사용하여 n형 불순물이 도핑된 단결정 실리콘 층을 형성할 수도 있다. 이에 따라, 소스/드레인 층(190)은 엔모스 트랜지스터의 소스/드레인 영역 기능을 수행할 수도 있다. Alternatively, the selective epitaxial growth (SEG) process may be performed using, for example, disilane (Si 2 H 6 ) gas and SiH 3 CH 3 gas as a source gas, and accordingly, single crystal silicon carbide ( SiC) layer may be formed. In this case, a single crystal silicon carbide layer doped with an n-type impurity may be formed by using an n-type impurity source gas, for example, a phosphine (PH 3 ) gas. In contrast, the selective epitaxial growth (SEG) process uses only a silicon source such as a disilane (Si 2 H 6 ) gas together with the n-type impurity source gas to form a single crystal doped with an n-type impurity. A silicon layer may also be formed. Accordingly, the source/drain layer 190 may function as a source/drain region of the NMOS transistor.

소스/드레인 층(190)은 제1 리세스(180)를 채울 수 있으며, 나아가 게이트 스페이서(160)의 하부 측벽과 접촉하도록 상부로 성장할 수 있다. 이때, 소스/드레인 층(190)은 수직 방향뿐만 아니라 수평 방향으로도 성장할 수 있으며, 제2 방향(D2)을 따라 절단된 단면이 5각형에 유사한 형상을 가질 수 있다. 한편, 제2 방향(D2)으로 서로 이웃하는 액티브 패턴들(105)의 이격 거리가 작은 경우, 액티브 패턴들(105)의 상면들로부터 각각 성장한 소스/드레인 층들(190)은 서로 부분적으로 병합될 수 있다.The source/drain layer 190 may fill the first recess 180 and may further grow upward to contact the lower sidewall of the gate spacer 160 . In this case, the source/drain layer 190 may grow not only in the vertical direction but also in the horizontal direction, and a cross section cut along the second direction D2 may have a shape similar to a pentagon. Meanwhile, when the separation distance between the active patterns 105 adjacent to each other in the second direction D2 is small, the source/drain layers 190 respectively grown from the upper surfaces of the active patterns 105 may be partially merged with each other. can

이후, 더미 게이트 구조물(150), 게이트 스페이서(160), 핀 스페이서(170), 및 소스/드레인 층(190), 및 소자 분리 패턴(110)이 형성된 기판(100) 상에 층간 제1 절연막(200)을 형성하고, 더미 게이트 구조물(150)에 포함된 더미 게이트 전극(130)의 상면이 노출될 때까지 이를 평탄화할 수 있다. 이에 따라, 더미 게이트 구조물(150)에 포함된 더미 게이트 마스크(140)가 제거될 수 있으며, 게이트 스페이서(160)의 상부도 함께 제거될 수 있다. 층간 절연막(200)은 예를 들어, 실리콘 산화물과 같은 산화물을 포함할 수 있다.Thereafter, a first interlayer insulating film ( 200) may be formed and planarized until the upper surface of the dummy gate electrode 130 included in the dummy gate structure 150 is exposed. Accordingly, the dummy gate mask 140 included in the dummy gate structure 150 may be removed, and the upper portion of the gate spacer 160 may also be removed. The interlayer insulating layer 200 may include, for example, an oxide such as silicon oxide.

도 7 및 8을 참조하면, 층간 절연막(200), 더미 게이트 전극(130) 및 게이트 스페이서(160) 상에 희생막(210) 및 포토레지스트 막을 순차적으로 형성하고, 상기 포토레지스트 막을 패터닝하여 포토레지스트 패턴을 형성할 수 있다.7 and 8 , a sacrificial layer 210 and a photoresist layer are sequentially formed on the interlayer insulating layer 200, the dummy gate electrode 130, and the gate spacer 160, and the photoresist layer is patterned to form the photoresist layer. patterns can be formed.

희생막(210)은 예를 들어, 테오스(TetraEthyl OrthoSilicate: TEOS)와 같은 산화물, 스핀-온-하드마스크(Spin-On-Hardmask: SOH), 비정질 탄소막(Amorphous Carbon Layer: ACL) 등을 포함할 수 있다.The sacrificial layer 210 includes, for example, an oxide such as TetraEthyl OrthoSilicate (TEOS), a spin-on-hardmask (SOH), an amorphous carbon layer (ACL), and the like. can do.

이후, 상기 포토레지스트 패턴을 식각 마스크로 사용하는 식각 공정을 수행하여 희생막(210)을 식각할 수 있으며, 이에 따라 희생막(210)을 관통하여 더미 게이트 전극(130)의 상면을 노출시키는 제1 개구(230)가 형성될 수 있다.Thereafter, the sacrificial layer 210 may be etched by performing an etching process using the photoresist pattern as an etch mask, thereby exposing the upper surface of the dummy gate electrode 130 through the sacrificial layer 210 . One opening 230 may be formed.

예시적인 실시예들에 있어서, 제1 개구(230)는 제2 방향(D2)으로 배치된 액티브 패턴들(105)의 사이에 형성된 소자 분리 패턴(110) 부분에 제3 방향(D3)으로 오버랩될 수 있으며, 제1 방향(D1)으로 일정한 길이만큼, 예를 들어, 적어도 더미 게이트 전극(130)의 제1 방향(D1)으로의 폭과 같거나 이보다 큰 길이만큼 연장되도록 형성될 수 있다. 이에 따라 일 실시예에 있어서, 제1 개구(230)는 더미 게이트 전극(130)의 상면뿐만 아니라 제1 방향(D1)으로 이에 인접하는 게이트 스페이서(160) 및/또는 층간 절연막(200) 부분의 상면도 노출시킬 수 있다.In example embodiments, the first opening 230 overlaps a portion of the device isolation pattern 110 formed between the active patterns 105 disposed in the second direction D2 in the third direction D3. It may be formed to extend by a predetermined length in the first direction D1, for example, by a length equal to or greater than the width of the dummy gate electrode 130 in the first direction D1. Accordingly, in one embodiment, the first opening 230 is formed not only on the top surface of the dummy gate electrode 130 but also on the gate spacer 160 and/or the interlayer insulating film 200 adjacent thereto in the first direction D1. The top surface can also be exposed.

도 9를 참조하면, 제1 개구(230)에 의해 노출된 더미 게이트 전극(130), 게이트 스페이서(160) 및/또는 층간 절연막(200)의 상면, 제1 개구(230)의 측벽 및 희생막(210)의 상면에 예를 들어, 실리콘 산화물을 포함하는 희생 스페이서 막을 형성할 수 있으며, 이후 상기 희생 스페이서 막을 이방성 식각하여 제1 개구(230)의 측벽에 희생 스페이서(240)를 형성할 수 있다.Referring to FIG. 9 , the top surface of the dummy gate electrode 130, the gate spacer 160 and/or the interlayer insulating film 200 exposed by the first opening 230, the sidewall of the first opening 230, and the sacrificial film A sacrificial spacer layer including, for example, silicon oxide may be formed on the upper surface of the 210 , and then the sacrificial spacer layer 240 may be formed on the sidewall of the first opening 230 by anisotropically etching the sacrificial spacer layer. .

예시적인 실시예들에 있어서, 상기 희생 스페이서 막은 원자층 증착(Atomic Layer Deposition: ALD) 공정을 통해 형성될 수 있으며, 이에 따라 얇은 두께를 가질 수 있다.In example embodiments, the sacrificial spacer layer may be formed through an atomic layer deposition (ALD) process and thus may have a thin thickness.

제1 개구(230) 내에 희생 스페이서(240)가 형성됨에 따라서, 제1 개구(230)의 제2 방향(D2)으로의 폭이 감소될 수 있다.As the sacrificial spacer 240 is formed in the first opening 230 , the width of the first opening 230 in the second direction D2 may be reduced.

도 10을 참조하면, 제1 개구(230)에 의해 노출된 더미 게이트 전극(130), 게이트 스페이서(160) 및/또는 층간 절연막(200)의 상면, 희생 스페이서(240) 및 희생막(210) 상에 제1 개구(230)를 채우는 마스크 막을 형성하고, 희생막(210)의 상면이 노출될 때까지 상기 마스크 막을 평탄화할 수 있다.Referring to FIG. 10 , the top surface of the dummy gate electrode 130, the gate spacer 160 and/or the interlayer insulating film 200 exposed by the first opening 230, the sacrificial spacer 240, and the sacrificial film 210 A mask film filling the first opening 230 may be formed on the top surface of the mask film, and the mask film may be planarized until the upper surface of the sacrificial film 210 is exposed.

이에 따라, 제1 개구(230) 내에는 마스크(250)가 형성될 수 있으며, 마스크(250)의 측벽은 희생 스페이서(240)에 의해 커버될 수 있다.Accordingly, a mask 250 may be formed in the first opening 230 , and sidewalls of the mask 250 may be covered by the sacrificial spacer 240 .

마스크(250)는 예를 들어, 실리콘 질화물과 같은 질화물을 포함할 수 있다.Mask 250 may include, for example, a nitride such as silicon nitride.

도 11을 참조하면, 희생막(210) 및 희생 스페이서(240)를 제거할 수 있다.Referring to FIG. 11 , the sacrificial layer 210 and the sacrificial spacer 240 may be removed.

일 실시예에 있어서, 희생막(210) 및 희생 스페이서(240)는 습식 식각 공정을 통해 제거할 수 있다. 이와는 달리, 희생막(210)이 SOH 혹은 ACL을 포함하는 경우, 애싱(ashing) 및/또는 스트립(stripping) 공정을 통해 제거될 수도 있다.In one embodiment, the sacrificial layer 210 and the sacrificial spacer 240 may be removed through a wet etching process. Alternatively, when the sacrificial layer 210 includes SOH or ACL, it may be removed through an ashing and/or stripping process.

희생막(210) 및 희생 스페이서(240)가 제거됨에 따라서, 더미 게이트 전극(130), 게이트 스페이서(160) 및/또는 층간 절연막(200)의 상면에는 마스크(250)만이 잔류할 수 있다.As the sacrificial layer 210 and the sacrificial spacer 240 are removed, only the mask 250 may remain on the top surface of the dummy gate electrode 130 , the gate spacer 160 and/or the interlayer insulating layer 200 .

도 12를 참조하면, 마스크(250)를 식각 마스크로 사용하는 식각 공정을 통해 하부에 형성된 더미 게이트 전극(130)을 식각할 수 있으며, 이에 따라 마스크(250) 하부에는 제1 분리 패턴(135)이 잔류할 수 있다.Referring to FIG. 12 , the dummy gate electrode 130 formed on the lower portion may be etched through an etching process using the mask 250 as an etching mask, and accordingly, the first separation pattern 135 is formed on the lower portion of the mask 250 . this may remain.

상기 식각 공정 수행 후, 마스크(250)는 제거될 수 있다.After performing the etching process, the mask 250 may be removed.

제1 분리 패턴(135)은 제2 방향(D2)으로 배치된 액티브 패턴들(105) 사이에 형성되어 이들을 서로 분리시킬 수 있다.The first separation pattern 135 may be formed between the active patterns 105 disposed in the second direction D2 to separate them from each other.

한편, 더미 게이트 전극(130)이 제거된 부분은 제2 개구(260)를 형성할 수 있으며, 제2 개구(260)에 의해 더미 게이트 절연 패턴(120)이 노출될 수 있다.Meanwhile, a portion where the dummy gate electrode 130 is removed may form a second opening 260 , and the dummy gate insulating pattern 120 may be exposed by the second opening 260 .

일 실시예에 있어서, 상기 노출된 더미 게이트 절연 패턴(120)을 추가적으로 제거하여 액티브 패턴(105)의 표면을 노출시킬 수 있으며, 이 경우에는 후술하는 고유전막을 형성하기 이전에 액티브 패턴(105) 상면에 예를 들어, 열산화 공정을 수행하여 실리콘 산화물을 포함하는 인터페이스 패턴을 형성할 수 있다.In one embodiment, the surface of the active pattern 105 may be exposed by additionally removing the exposed dummy gate insulating pattern 120. For example, a thermal oxidation process may be performed on the upper surface to form an interface pattern including silicon oxide.

이와는 달리, 더미 게이트 절연 패턴(120)이 제거되지 않고, 이후 형성되는 게이트 구조물(300, 도 13 내지 도 15 참조)의 게이트 절연 패턴의 일부로 사용될 수도 있다. 이하에서는 예시적으로, 더미 게이트 절연 패턴(120)을 제거하지 않고 게이트 절연 패턴의 일부로 사용하는 것에 대해서만 설명한다. Alternatively, the dummy gate insulating pattern 120 may not be removed and may be used as a part of a gate insulating pattern of a gate structure 300 (see FIGS. 13 to 15) to be formed later. Hereinafter, by way of example, only using the dummy gate insulating pattern 120 as a part of the gate insulating pattern without removing it will be described.

도 13 내지 도 15를 참조하면, 제2 개구(260)를 채우는 게이트 구조물(300)을 형성할 수 있다.Referring to FIGS. 13 to 15 , a gate structure 300 filling the second opening 260 may be formed.

구체적으로, 제2 개구(260)에 의해 노출된 더미 게이트 절연 패턴(120)의 상면, 제1 분리 패턴(135)의 측벽 및 상면, 게이트 스페이서(160)의 측벽 및 상면, 및 층간 절연막(200)의 상면에 고유전막을 형성하고, 상기 고유전막 상에 제2 개구(260)의 나머지 부분을 충분히 채우는 게이트 전극막을 형성할 수 있다.Specifically, the top surface of the dummy gate insulating pattern 120 exposed by the second opening 260, the sidewall and top surface of the first isolation pattern 135, the sidewall and top surface of the gate spacer 160, and the interlayer insulating layer 200 ), and a gate electrode film that sufficiently fills the remaining portion of the second opening 260 may be formed on the high-k dielectric layer.

상기 고유전막은 예를 들어, 하프늄 산화물(HfO2), 탄탈륨 산화물(Ta2O5), 지르코늄 산화물(ZrO2) 등과 같은 고유전율을 갖는 금속 산화물을 포함할 수 있다. The high dielectric layer may include, for example, a metal oxide having a high dielectric constant, such as hafnium oxide (HfO2), tantalum oxide (Ta2O5), or zirconium oxide (ZrO2).

상기 게이트 전극막은 예를 들어, 텅스텐(W), 알루미늄(Al), 구리(Cu), 탄탈륨(Ta) 등의 저 저항 금속, 혹은 티타늄 알루미늄(TiAl), 티타늄 알루미늄 탄화물(TiAlC), 티타늄 알루미늄 산질화물(TiAlON), 티타늄 알루미늄 탄질화물(TiAlCN), 티타늄 알루미늄 산탄질화물(TiAlOCN) 등과 같은 금속 합금, 금속 탄화물, 금속 산질화물, 금속 탄질화물, 금속 산탄질화물을 포함할 수 있다.The gate electrode film is, for example, a low-resistance metal such as tungsten (W), aluminum (Al), copper (Cu), or tantalum (Ta), titanium aluminum (TiAl), titanium aluminum carbide (TiAlC), or titanium aluminum acid. metal alloys, metal carbides, metal oxynitrides, metal carbonitrides, metal oxycarbonitrides such as nitride (TiAlON), titanium aluminum carbonitride (TiAlCN), titanium aluminum oxycarbonitride (TiAlOCN), and the like.

일 실시예에 있어서, 상기 게이트 전극막을 형성하기 이전에, 상기 고유전막 상에 게이트 배리어 막을 더 형성할 수도 있다. 이때, 상기 게이트 배리어 막은 예를 들어, 티타늄 질화물(TiN), 티타늄 알루미늄 질화물(TiAlN), 탄탈륨 질화물(TaN), 탄탈륨 알루미늄 질화물(TaAlN) 등과 같은 금속 질화물을 포함할 수 있다. In an embodiment, before forming the gate electrode layer, a gate barrier layer may be further formed on the high dielectric layer. In this case, the gate barrier layer may include, for example, a metal nitride such as titanium nitride (TiN), titanium aluminum nitride (TiAlN), tantalum nitride (TaN), and tantalum aluminum nitride (TaAlN).

이후, 제1 분리 패턴(135), 게이트 스페이서(160) 및 층간 절연막(200)의 상면이 노출될 때까지, 상기 게이트 전극막, 상기 게이트 배리어 막 및 상기 고유전막을 평탄화하여, 제2 개구(260) 내에 게이트 구조물(300)을 형성할 수 있다. Thereafter, the gate electrode film, the gate barrier film, and the high dielectric film are planarized until the upper surfaces of the first separation pattern 135, the gate spacer 160, and the interlayer insulating film 200 are exposed, thereby opening a second opening ( The gate structure 300 may be formed in 260 .

게이트 구조물(300)은 순차적으로 적층된 더미 게이트 절연 패턴(120), 고유전 패턴(270) 및 게이트 전극(280)을 포함할 수 있으며, 고유전 패턴(270)과 게이트 전극(280) 사이에는 게이트 배리어 패턴이 더 형성될 수도 있다. 이때, 더미 게이트 절연 패턴(120) 및 고유전 패턴(270)은 함께 게이트 구조물(300)의 게이트 절연 패턴의 역할을 수행할 수 있다.The gate structure 300 may include a dummy gate insulating pattern 120, a high dielectric pattern 270, and a gate electrode 280 that are sequentially stacked, and between the high dielectric pattern 270 and the gate electrode 280 A gate barrier pattern may be further formed. In this case, the dummy gate insulating pattern 120 and the high dielectric pattern 270 may serve as a gate insulating pattern of the gate structure 300 together.

도 16 및 17을 참조하면, 게이트 구조물(300), 게이트 스페이서(160), 제1 분리 패턴(135) 및 층간 절연막(200) 상에 제1 캐핑막(310)을 형성할 수 있다.Referring to FIGS. 16 and 17 , a first capping layer 310 may be formed on the gate structure 300 , the gate spacer 160 , the first separation pattern 135 , and the interlayer insulating layer 200 .

제1 캐핑막(310)은 예를 들어, 실리콘 질화물과 같은 질화물을 포함할 수 있다.The first capping layer 310 may include, for example, a nitride such as silicon nitride.

이후, 소스/드레인 층(190) 및/또는 게이트 전극(280)에 전기적으로 연결되는 콘택 플러그 및 배선을 형성함으로써, 금속을 포함하는 게이트 전극(280)을 구비하며 제1 분리 패턴(135)에 의해 서로 분리된 게이트 구조물(300)을 포함하는 상기 반도체 장치의 제조를 완성할 수 있다.Then, by forming a contact plug and wires electrically connected to the source/drain layer 190 and/or the gate electrode 280, the gate electrode 280 including metal is provided and the first separation pattern 135 is formed. Manufacturing of the semiconductor device including the gate structures 300 separated from each other may be completed.

전술한 바와 같이, 제2 방향(D2)으로 연장되는 게이트 구조물(300)은 제1 분리 패턴(135)을 통해 분리될 수 있으며, 제1 분리 패턴(135)은 예를 들어, 제2 방향(D2)으로 연장되는 더미 게이트 전극(130)을 식각하여 개구를 형성하고 상기 개구를 채우는 방식으로 형성되는 대신에, 오히려 분리되어야 할 영역에 형성된 더미 게이트 전극(130) 부분을 잔류시킴으로써 형성될 수 있다.As described above, the gate structure 300 extending in the second direction D2 may be separated through the first separation pattern 135, and the first separation pattern 135 is, for example, in the second direction ( Instead of forming an opening by etching the dummy gate electrode 130 extending to D2) and filling the opening, it may be formed by leaving a portion of the dummy gate electrode 130 formed in the region to be separated. .

즉, 소자의 집적도가 증가함에 따라서 제2 방향(D2)으로 배치되는 액티브 패턴들(105) 사이의 거리가 감소되고, 액티브 패턴들(105) 사이의 영역에서 식각 공정을 통해 더미 게이트 전극(130)을 식각하여 개구를 형성할 경우 상기 개구의 종횡비가 클 수 있으며, 이에 따라 상기 식각 공정 시 더미 게이트 전극(130)이 제대로 식각되지 않을 수 있다. 그 결과, 더미 게이트 전극(130)을 제거하고 이를 게이트 전극(280)으로 대체하는 경우, 제2 방향(D2)으로 서로 분리되어야 할 게이트 전극들(280)이 분리되지 않아 전기적 쇼트가 발생할 수 있다.That is, as the degree of integration of the device increases, the distance between the active patterns 105 disposed in the second direction D2 decreases, and the dummy gate electrode 130 is formed in the region between the active patterns 105 through an etching process. ) may be etched to form an opening, the aspect ratio of the opening may be large, and accordingly, the dummy gate electrode 130 may not be properly etched during the etching process. As a result, when the dummy gate electrode 130 is removed and replaced with the gate electrode 280, the gate electrodes 280 to be separated from each other in the second direction D2 are not separated, and an electrical short may occur. .

하지만 예시적인 실시예들에 있어서, 제2 방향(D2)으로 연장되는 더미 게이트 전극(130)을 식각하여 종횡비가 큰 개구를 형성하고 이를 채우도록 분리 패턴을 형성하는 것이 아니라, 분리되어야 할 영역에 형성된 더미 게이트 전극(130) 부분 이외의 부분을 마스크(250)를 사용하는 식각 공정을 통해 제거하여 제1 분리 패턴(135)에 의해 제2 방향(D2)으로 분리된 제2 개구들(260)을 형성하고, 각 제2 개구들(260) 내에 게이트 전극(280)을 형성함으로써, 서로 이웃하는 게이트 전극들(280)이 서로 연결되지 않을 수 있다.However, in exemplary embodiments, an opening having a large aspect ratio is formed by etching the dummy gate electrode 130 extending in the second direction D2 and a separation pattern is not formed to fill the opening, but in an area to be separated. Second openings 260 separated in the second direction D2 by the first separation pattern 135 by removing portions other than the formed dummy gate electrode 130 through an etching process using a mask 250 , and forming the gate electrode 280 in each of the second openings 260 , the gate electrodes 280 adjacent to each other may not be connected to each other.

따라서 예시적인 실시예들에 따른 반도체 장치 제조 방법에서는, 제2 방향(D2)으로 서로 이웃하는 게이트 전극들(280) 사이에 전기적 쇼트가 발생하는 현상이 방지될 수 있다.Accordingly, in the method of manufacturing the semiconductor device according to example embodiments, occurrence of an electrical short between gate electrodes 280 adjacent to each other in the second direction D2 may be prevented.

한편, 제1 개구(230) 내에 희생 스페이서(240)를 형성함으로써, 더미 게이트 전극(130)이 잔류하여 형성되는 제1 분리 패턴(135)의 제2 방향(D2)으로의 폭을 조절할 수 있으며, 이에 따라 제2 방향(D2)으로 서로 인접하는 액티브 패턴들(105) 사이의 거리가 작아지더라도 적절한 폭을 갖는 제1 분리 패턴(135)을 용이하게 형성할 수 있다.Meanwhile, by forming the sacrificial spacer 240 in the first opening 230, the width of the first separation pattern 135 formed with the dummy gate electrode 130 remaining can be adjusted in the second direction D2. Accordingly, even if the distance between the active patterns 105 adjacent to each other in the second direction D2 is reduced, the first separation pattern 135 having an appropriate width can be easily formed.

한편, 상기 공정들에 의해 형성된 상기 반도체 장치는 다음과 같은 구조적 특징을 가질 수 있다.Meanwhile, the semiconductor device formed by the above processes may have the following structural characteristics.

즉, 상기 반도체 장치는 기판(100)의 상부로 돌출되어 소자 분리 패턴(110)에 의해 하부 측벽이 커버되며, 제1 방향(D1)으로 각각 연장되고 제2 방향(D2)으로 서로 이격된 액티브 패턴들(105); 액티브 패턴들(105) 및 소자 분리 패턴(110) 상에서 제2 방향(D2)으로 각각 연장되며, 제2 방향(D2)으로 서로 이격된 게이트 구조물들(300); 및 기판(100) 상에서 게이트 구조물들(300) 사이에 형성되어 이들을 서로 분리시키며, 폴리실리콘을 포함하는 제1 분리 패턴(135)을 포함할 수 있다.That is, the semiconductor device protrudes from the top of the substrate 100, has a lower sidewall covered by the device isolation pattern 110, and extends in the first direction D1 and is spaced apart from each other in the second direction D2. patterns 105; gate structures 300 extending in the second direction D2 on the active patterns 105 and the device isolation pattern 110 and spaced apart from each other in the second direction D2; and a first separation pattern 135 formed between the gate structures 300 on the substrate 100 to separate them from each other and including polysilicon.

예시적인 실시예들에 있어서, 제1 분리 패턴(135)은 게이트 구조물들(300)의 제2 방향(D2)으로의 말단에 직접 접촉할 수 있다.In example embodiments, the first separation pattern 135 may directly contact ends of the gate structures 300 in the second direction D2 .

예시적인 실시예들에 있어서, 각 게이트 구조물들(300)은 순차적으로 적층된 제1 게이트 절연 패턴(120), 제2 게이트 절연 패턴(270) 및 게이트 전극(280)을 포함할 수 있으며, 제1 게이트 절연 패턴(120)은 실리콘 산화물을 포함할 수 있고, 제2 게이트 절연 패턴(270)은 금속 산화물과 같은 고유전 물질을 포함할 수 있다.In example embodiments, each of the gate structures 300 may include a first gate insulating pattern 120, a second gate insulating pattern 270, and a gate electrode 280 sequentially stacked. The first gate insulating pattern 120 may include silicon oxide, and the second gate insulating pattern 270 may include a high-k material such as metal oxide.

예시적인 실시예들에 있어서, 제1 분리 패턴(135)은 제2 게이트 절연 패턴(270)에 직접 접촉할 수 있다.In example embodiments, the first separation pattern 135 may directly contact the second gate insulating pattern 270 .

도 18 내지 도 20은 예시적인 실시예들에 따른 반도체 장치의 제조 방법을 설명하기 위한 단면도들이다. 구체적으로, 도 18 및 20은 대응하는 평면도들의 A-A'선을 따라 각각 절단한 단면도들이고, 도 19는 대응하는 평면도의 B-B'선을 따라 각각 절단한 단면도이다.18 to 20 are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a semiconductor device according to example embodiments. Specifically, FIGS. 18 and 20 are cross-sectional views taken along the line A-A' of the corresponding plan views, and FIG. 19 is a cross-sectional view taken along the line BB' of the corresponding plan views.

상기 반도체 장치의 제조 방법은 도 1 내지 도 17을 참조로 설명한 설명들과 실질적으로 동일하거나 유사한 공정들을 포함하므로, 중복적인 설명은 생략한다.Since the method of manufacturing the semiconductor device includes substantially the same or similar processes as those described with reference to FIGS. 1 to 17 , redundant descriptions will be omitted.

도 18 및 19를 참조하면, 도 1 내지 도 15를 참조로 설명한 설명들과 실질적으로 동일하거나 유사한 공정들을 수행한 후, 게이트 구조물(300)의 상부를 제거하여 제2 리세스를 형성할 수 있다.Referring to FIGS. 18 and 19 , after processes substantially the same as or similar to those described with reference to FIGS. 1 to 15 are performed, an upper portion of the gate structure 300 may be removed to form a second recess. .

이후, 상기 제2 리세스를 채우는 제2 캐핑막을 게이트 구조물(300), 게이트 스페이서(160), 제1 분리 패턴(135) 및 층간 절연막(200) 상에 형성하고, 게이트 스페이서(160), 제1 분리 패턴(135) 및 층간 절연막(200)의 상면이 노출될 때까지 상기 제2 캐핑막을 평탄화할 수 있다.Thereafter, a second capping layer filling the second recess is formed on the gate structure 300 , the gate spacer 160 , the first separation pattern 135 and the interlayer insulating layer 200 , and the gate spacer 160 The second capping layer may be planarized until upper surfaces of the first separation pattern 135 and the interlayer insulating layer 200 are exposed.

이에 따라, 게이트 구조물(300) 상에는 제2 캐핑 패턴(315)이 형성될 수 있다. 제2 캐핑 패턴(315)은 예를 들어, 실리콘 질화물과 같은 질화물을 포함할 수 있다.Accordingly, the second capping pattern 315 may be formed on the gate structure 300 . The second capping pattern 315 may include, for example, a nitride such as silicon nitride.

도 20을 참조하면, 제1 분리 패턴(135)을 제거하여 더미 게이트 절연 패턴(120)의 상면을 노출시키는 제3 개구를 형성하고, 이를 채우는 제2 분리막을 상기 노출된 더미 게이트 절연 패턴(120) 상면, 제2 캐핑 패턴(315), 게이트 스페이서(160) 및 층간 절연막(200) 상에 형성한 후, 제2 캐핑 패턴(315), 게이트 스페이서(160) 및 층간 절연막(200)의 상면이 노출될 때까지 이를 평탄화함으로써, 제2 분리 패턴(320)을 형성할 수 있다.Referring to FIG. 20 , the first separation pattern 135 is removed to form a third opening exposing the upper surface of the dummy gate insulating pattern 120, and a second separation film filling the opening is formed to expose the exposed dummy gate insulating pattern 120. ) After forming on the upper surface, the second capping pattern 315, the gate spacer 160, and the interlayer insulating film 200, the upper surface of the second capping pattern 315, the gate spacer 160, and the interlayer insulating film 200 is By flattening it until it is exposed, the second separation pattern 320 may be formed.

제2 분리 패턴(320)은 예를 들어, 실리콘 질화물과 같은 질화물을 포함할 수 있다.The second separation pattern 320 may include, for example, a nitride such as silicon nitride.

전술한 공정을 통해서, 도 1 내지 도 17을 참조로 설명한 반도체 장치에서 폴리실리콘을 포함하는 제1 분리 패턴(135)을 형성하는 것과는 달리, 질화물을 포함하는 제2 분리 패턴(320)을 형성할 수 있다.Unlike the formation of the first isolation pattern 135 containing polysilicon in the semiconductor device described with reference to FIGS. 1 to 17 through the above process, the second isolation pattern 320 containing nitride may be formed. can

이상에서는 본 발명의 실시예들을 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.Although the above has been described with reference to the embodiments of the present invention, those skilled in the art can variously modify and change the present invention without departing from the spirit and scope of the present invention described in the claims below. You will understand that you can.

전술한 반도체 장치는 예를 들어, 중앙처리장치(CPU, MPU) 애플리케이션 프로세서(AP) 등과 같은 로직 소자, 예를 들어, 에스램(SRAM) 장치, 디램(DRAM) 장치 등과 같은 휘발성 메모리 소자, 및 예를 들어, 플래시 메모리 장치, 피램(PRAM) 장치, 엠램(MRAM) 장치, 알램(RRAM) 장치 등과 같은 불휘발성 메모리 장치의 제조 방법에서, 금속을 포함하는 게이트 전극을 분리하는 분리 패턴 형성 공정에 적용될 수 있으며, 상기 분리 패턴은 예시적으로 설명한 핀펫(finFET)뿐만 아니라, 멀티 브릿지 채널 트랜지스터(Multi-Bridge Channel FET: MBCFET) 혹은 게이트 올 어라운드(Gate All Around: GAA) 트랜지스터 등에도 적용될 수 있다.The above-described semiconductor device includes, for example, a logic device such as a central processing unit (CPU, MPU), an application processor (AP), and the like, a volatile memory device such as an SRAM device and a DRAM device, and For example, in a method of manufacturing a nonvolatile memory device such as a flash memory device, a PRAM device, an MRAM device, and an RRAM device, a separation pattern forming process for separating a gate electrode including a metal The separation pattern may be applied not only to the illustratively described finFET, but also to a Multi-Bridge Channel FET (MBCFET) or a Gate All Around (GAA) transistor.

100: 기판 105: 액티브 영역, 액티브 패턴
105a, 105b: 하부, 상부 액티브 패턴
110: 소자 분리 패턴
120: 더미 게이트 절연 패턴, 제1 게이트 절연 패턴
130: 더미 게이트 전극 135, 320: 제1, 제2 분리 패턴
140: 더미 게이트 마스크 150: 더미 게이트 구조물
160: 게이트 스페이서 170: 핀 스페이서
180: 제1 리세스 190: 소스/드레인 층
200: 층간 절연막 210: 희생막
230, 260: 제1, 제2 개구
270: 고유전 패턴, 제2 게이트 절연 패턴
270: 게이트 절연 패턴 280: 게이트 배리어
280: 게이트 전극 300: 게이트 구조물
310: 제1 캐핑막 315: 제2 캐핑 패턴
100: substrate 105: active region, active pattern
105a, 105b: lower, upper active patterns
110: element isolation pattern
120: dummy gate insulating pattern, first gate insulating pattern
130: dummy gate electrode 135, 320: first and second separation patterns
140: dummy gate mask 150: dummy gate structure
160: gate spacer 170: pin spacer
180: first recess 190: source/drain layer
200: interlayer insulating film 210: sacrificial film
230, 260: first and second openings
270: high dielectric pattern, second gate insulation pattern
270: gate insulation pattern 280: gate barrier
280: gate electrode 300: gate structure
310: first capping layer 315: second capping pattern

Claims (10)

기판의 상부로 돌출되어 소자 분리 패턴에 의해 하부 측벽이 커버되며, 상기 기판의 상면에 평행한 제1 방향으로 각각 연장되고, 상기 기판 상면에 평행하고 상기 제1 방향과 교차하는 제2 방향으로 서로 이격된 액티브 패턴들;
상기 액티브 패턴들 및 상기 소자 분리 패턴 상에서 상기 제2 방향으로 각각 연장되며, 상기 제2 방향으로 서로 이격된 게이트 구조물들; 및
상기 기판 상에서 상기 게이트 구조물들 사이에 형성되어 이들을 서로 분리시키며, 폴리실리콘을 포함하는 분리 패턴을 포함하는 반도체 장치.
The device isolation pattern protrudes from the top of the substrate and covers the lower sidewall, each extends in a first direction parallel to the upper surface of the substrate, and mutually extends in a second direction parallel to the upper surface of the substrate and intersecting the first direction. active patterns spaced apart;
gate structures extending in the second direction on the active patterns and the device isolation pattern and spaced apart from each other in the second direction; and
A semiconductor device comprising: an isolation pattern formed between the gate structures on the substrate to separate the gate structures from each other and including polysilicon.
제 1 항에 있어서, 상기 분리 패턴은 상기 게이트 구조물들의 상기 제2 방향으로의 말단에 직접 접촉하는 반도체 장치.The semiconductor device of claim 1 , wherein the separation pattern directly contacts ends of the gate structures in the second direction. 제 1 항에 있어서, 상기 각 게이트 구조물들은 순차적으로 적층된 제1 게이트 절연 패턴, 제2 게이트 절연 패턴 및 게이트 전극을 포함하며,
상기 제1 게이트 절연 패턴은 실리콘 산화물을 포함하고, 상기 제2 게이트 절연 패턴은 금속 산화물을 포함하는 반도체 장치.
The method of claim 1 , wherein each of the gate structures includes a first gate insulating pattern, a second gate insulating pattern, and a gate electrode sequentially stacked,
The semiconductor device of claim 1 , wherein the first gate insulating pattern includes silicon oxide, and the second gate insulating pattern includes metal oxide.
제 3 항에 있어서, 상기 분리 패턴은 상기 제2 게이트 절연 패턴에 직접 접촉하는 반도체 장치.The semiconductor device of claim 3 , wherein the isolation pattern directly contacts the second gate insulating pattern. 기판 상에 상기 기판의 상면에 평행한 제1 방향으로 연장되는 더미 게이트 구조물을 형성하고;
상기 더미 게이트 구조물 상에 마스크를 형성하고;
상기 마스크를 사용하는 식각 공정을 수행하여 상기 더미 게이트 구조물을 식각함으로써 분리 패턴을 형성하되, 상기 분리 패턴의 상기 제1 방향으로의 양 측들에는 각각 제1 개구들이 형성되고; 그리고
상기 각 제1 개구들을 채우는 게이트 구조물을 형성하는 것을 포함하는 반도체 장치의 제조 방법.
forming a dummy gate structure on a substrate and extending in a first direction parallel to an upper surface of the substrate;
forming a mask on the dummy gate structure;
forming an isolation pattern by etching the dummy gate structure by performing an etching process using the mask, wherein first openings are formed on both sides of the isolation pattern in the first direction; and
and forming a gate structure filling each of the first openings.
제 5 항에 있어서, 상기 더미 게이트 구조물은 폴리실리콘을 포함하는 더미 게이트 전극을 포함하며, 이에 따라 상기 분리 패턴은 폴리실리콘을 포함하는 반도체 장치의 제조 방법.The method of claim 5 , wherein the dummy gate structure includes a dummy gate electrode made of polysilicon, and thus the separation pattern includes polysilicon. 제 5 항에 있어서, 상기 더미 게이트 구조물 상에 상기 마스크를 형성하는 것은
상기 더미 게이트 구조물 상에 제2 개구를 포함하는 희생막을 형성하고;
상기 제2 개구의 상기 제1 방향으로의 측벽에 희생 스페이서를 형성하고;
상기 제2 개구를 채우는 상기 마스크를 형성하고; 그리고
상기 희생막 및 상기 희생 스페이서를 제거하는 것을 포함하는 반도체 장치의 제조 방법.
6. The method of claim 5, wherein forming the mask on the dummy gate structure
forming a sacrificial layer including a second opening on the dummy gate structure;
forming a sacrificial spacer on a sidewall of the second opening in the first direction;
forming the mask filling the second opening; and
A method of manufacturing a semiconductor device comprising removing the sacrificial layer and the sacrificial spacer.
제 7 항에 있어서, 상기 희생 스페이서를 형성하는 것은
상기 제2 개구의 저면 및 측벽, 및 상기 희생막 상에 희생 스페이서 막을 형성하고; 그리고
상기 희생 스페이서 막을 이방성 식각하는 것을 포함하는 반도체 장치의 제조 방법.
8. The method of claim 7, wherein forming the sacrificial spacer
forming a sacrificial spacer layer on a bottom surface and a sidewall of the second opening and on the sacrificial layer; and
A method of manufacturing a semiconductor device comprising anisotropically etching the sacrificial spacer layer.
제 5 항에 있어서, 상기 더미 게이트 구조물을 형성하기 이전에
상기 기판의 상부를 부분적으로 제거하여, 상기 기판 상면에 평행하고 상기 제1 방향과 교차하는 제2 방향으로 각각 연장된 트렌치들을 형성하고; 그리고
상기 트렌치들의 하부에 소자 분리 패턴을 형성하여, 상기 기판 상부로 돌출되어 상기 제2 방향으로 각각 연장되고 상기 제1 방향으로 서로 이격된 액티브 패턴들을 정의하는 것을 더 포함하며,
상기 더미 게이트 구조물은 상기 액티브 패턴들 및 상기 소자 분리 패턴 상에 형성되는 반도체 장치의 제조 방법.
6. The method of claim 5, before forming the dummy gate structure.
partially removing an upper portion of the substrate to form trenches parallel to the upper surface of the substrate and extending in a second direction crossing the first direction; and
forming device isolation patterns under the trenches to define active patterns that protrude above the substrate, extend in the second direction, and are spaced apart from each other in the first direction;
The dummy gate structure is formed on the active patterns and the device isolation pattern.
제 9 항에 있어서, 상기 마스크는 상기 기판 상면에 수직한 제3 방향을 따라서, 상기 제1 방향으로 서로 이웃하는 액티브 패턴들 사이 영역에 오버랩되는 반도체 장치의 제조 방법.The method of claim 9 , wherein the mask overlaps a region between adjacent active patterns in a third direction perpendicular to the upper surface of the substrate in the first direction.
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