KR20240050238A - A semiconductor device - Google Patents
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Abstract
본 발명은 신뢰성이 향상된 반도체 장치에 관한 것이다. 본 발명의 반도체 장치는 서로 반대되는 상면 및 하면을 포함하는 기판, 상기 기판의 상면 상에, 제1 방향으로 연장하는 활성 패턴, 상기 기판의 상면 상에, 상기 활성 패턴의 측벽을 덮는 필드 절연막, 상기 기판의 하면 상에 배치되고, 상기 제1 방향으로 연장하는 파워 레일, 상기 기판 내에 형성되고, 상기 파워 레일의 일부를 노출하는 트렌치, 및 상기 트렌치의 적어도 일부를 채우고, 상기 파워 레일과 접속되는 금속 패턴을 포함하고, 상기 트렌치의 바닥면은 상기 기판의 하면과 동일 평면에 놓이고, 상기 트렌치의 측벽은 볼록한 형상을 갖고, 상기 필드 절연막의 적어도 일부는 상기 트렌치 내에 배치된다.The present invention relates to a semiconductor device with improved reliability. The semiconductor device of the present invention includes a substrate including upper and lower surfaces opposing each other, an active pattern extending in a first direction on the upper surface of the substrate, a field insulating film covering sidewalls of the active pattern on the upper surface of the substrate, a power rail disposed on the lower surface of the substrate and extending in the first direction, a trench formed in the substrate and exposing a portion of the power rail, and filling at least a portion of the trench and connected to the power rail. It includes a metal pattern, the bottom surface of the trench lies on the same plane as the bottom surface of the substrate, the sidewalls of the trench have a convex shape, and at least a portion of the field insulating film is disposed in the trench.
Description
본 발명은 반도체 장치에 관한 것이다. The present invention relates to semiconductor devices.
반도체 장치의 밀도를 높이기 위한 스케일링(scaling) 기술 중 하나로서, 기판 상에 핀(fin) 또는 나노 와이어(nanowire) 형상의 다채널 액티브 패턴(또는 실리콘 바디)을 형성하고 다채널 액티브 패턴의 표면 위에 게이트를 형성하는 멀티 게이트 트랜지스터(multi gate transistor)가 제안되었다. As one of the scaling technologies to increase the density of semiconductor devices, a multi-channel active pattern (or silicon body) in the shape of a fin or nanowire is formed on a substrate and placed on the surface of the multi-channel active pattern. A multi gate transistor forming a gate has been proposed.
이러한 멀티 게이트 트랜지스터는 3차원의 채널을 이용하기 때문에, 스케일링하는 것이 용이하다. 또한, 멀티 게이트 트랜지스터의 게이트 길이를 증가시키지 않아도, 전류 제어 능력을 향상시킬 수 있다. 뿐만 아니라, 드레인 전압에 의해 채널 영역의 전위가 영향을 받는 SCE(short channel effect)를 효과적으로 억제할 수 있다. Because these multi-gate transistors use three-dimensional channels, they are easy to scale. Additionally, current control ability can be improved without increasing the gate length of the multi-gate transistor. In addition, short channel effect (SCE), in which the potential of the channel region is affected by the drain voltage, can be effectively suppressed.
한편, 반도체 장치의 피치 크기가 줄어듦에 따라, 반도체 장치 내의 컨택들 사이에서 정전 용량 감소 및 전기적 안정성 확보하기 위한 연구가 필요하다.Meanwhile, as the pitch size of semiconductor devices decreases, research is needed to reduce capacitance and ensure electrical stability between contacts within the semiconductor device.
본 발명이 해결하려는 기술적 과제는 신뢰성이 향상된 반도체 장치를 제공하는 것이다. The technical problem to be solved by the present invention is to provide a semiconductor device with improved reliability.
본 발명이 해결하려는 과제들은 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다. The problems to be solved by the present invention are not limited to the problems mentioned above, and other problems not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the description below.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 반도체 장치는 서로 반대되는 상면 및 하면을 포함하는 기판, 상기 기판의 상면 상에, 제1 방향으로 연장하는 활성 패턴, 상기 기판의 상면 상에, 상기 활성 패턴의 측벽을 덮는 필드 절연막, 상기 기판의 하면 상에 배치되고, 상기 제1 방향으로 연장하는 파워 레일, 상기 기판 내에 형성되고, 상기 파워 레일의 일부를 노출하는 트렌치, 및 상기 트렌치의 적어도 일부를 채우고, 상기 파워 레일과 접속되는 금속 패턴을 포함하고, 상기 트렌치의 바닥면은 상기 기판의 하면과 동일 평면에 놓이고, 상기 트렌치의 측벽은 볼록한 형상을 갖고, 상기 필드 절연막의 적어도 일부는 상기 트렌치 내에 배치된다. A semiconductor device according to some embodiments of the present invention for achieving the above technical problem includes a substrate including opposing upper and lower surfaces, an active pattern extending in a first direction on the upper surface of the substrate, and an active pattern extending in a first direction on the upper surface of the substrate. A field insulating film covering a sidewall of the active pattern, a power rail disposed on a lower surface of the substrate and extending in the first direction, a trench formed in the substrate and exposing a portion of the power rail, and the trench fills at least a portion of and includes a metal pattern connected to the power rail, wherein a bottom surface of the trench lies on the same plane as a bottom surface of the substrate, side walls of the trench have a convex shape, and at least one of the field insulating films Some are placed within the trench.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 반도체 장치는 서로 반대되는 상면 및 하면을 포함하는 기판, 상기 기판의 상면 상에, 제1 방향으로 연장되는 활성 패턴, 상기 활성 패턴을 덮고, 상기 제1 방향과 교차하는 제2 방향으로 연장하는 게이트 전극, 상기 기판의 하면 상에 배치되고, 상기 제1 방향으로 연장하는 파워 레일, 상기 기판 내에 배치되고, 상기 파워 레일과 접속되는 금속 패턴, 및 상기 금속 패턴 상에, 상기 게이트 전극의 일측에 배치되고, 상기 금속 패턴을 통해 상기 파워 레일과 접속되는 파워 레일 비아를 포함하고, 상기 금속 패턴의 바닥면은 상기 기판의 하면과 나란하게 연장하며, 상기 기판의 하면과 동일 평면에 놓이고, 상기 금속 패턴의 상기 제1 방향과 교차하는 제2 방향으로의 폭 및 상기 제1 방향으로의 폭은 각각 상기 기판의 하면에서 상기 기판의 상면을 향함에 따라 점진적으로 증가하는 부분을 포함한다. A semiconductor device according to some embodiments of the present invention for achieving the above technical problem includes a substrate including opposing upper and lower surfaces, an active pattern extending in a first direction on the upper surface of the substrate, and covering the active pattern. , a gate electrode extending in a second direction intersecting the first direction, a power rail disposed on a lower surface of the substrate and extending in the first direction, a metal pattern disposed in the substrate and connected to the power rail. , and a power rail via disposed on one side of the gate electrode on the metal pattern and connected to the power rail through the metal pattern, wherein the bottom surface of the metal pattern extends parallel to the bottom surface of the substrate. It is placed on the same plane as the lower surface of the substrate, and the width of the metal pattern in the second direction intersecting the first direction and the width in the first direction are respectively defined by the lower surface of the substrate and the upper surface of the substrate. It includes parts that gradually increase as you go.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 반도체 장치는 서로 반대되는 상면 및 하면을 포함하는 기판, 상기 기판의 상면 상에, 제1 방향으로 연장되는 활성 패턴, 상기 활성 패턴을 덮고, 상기 제1 방향과 교차하는 제2 방향으로 연장하는 게이트 전극, 상기 기판의 상면 상에, 상기 활성 패턴의 측벽을 덮는 필드 절연막, 상기 기판의 하면 상에 배치되고, 상기 제1 방향으로 연장하는 파워 레일, 상기 기판 내에 형성되고, 상기 파워 레일의 일부를 노출하며, 볼록한 형상인 측벽을 갖는 트렌치, 상기 트렌치의 적어도 일부를 채우고, 상기 파워 레일과 접속되는 금속 패턴, 상기 활성 패턴 상에, 상기 게이트 전극의 일측에 배치되는 소오스/드레인 패턴, 상기 소오스/드레인 패턴 상의 소오스/드레인 컨택, 및 상기 금속 패턴 상에, 상기 게이트 전극의 일측에 배치되고, 상기 금속 패턴을 통해 상기 파워 레일과 접속되는 파워 레일 비아를 포함하고, 상기 트렌치의 바닥면은 상기 기판의 하면과 동일 평면에 놓이고, 상기 필드 절연막의 적어도 일부는 상기 트렌치 내에 배치되고, 상기 트렌치의 상기 제1 방향으로의 폭 및 상기 제2 방향으로의 폭은 각각 상기 기판의 하면에서 상기 기판의 상면을 향함에 따라 점진적으로 증가하다가 감소한다. A semiconductor device according to some embodiments of the present invention for achieving the above technical problem includes a substrate including opposing upper and lower surfaces, an active pattern extending in a first direction on the upper surface of the substrate, and covering the active pattern. , a gate electrode extending in a second direction intersecting the first direction, a field insulating film covering a sidewall of the active pattern on an upper surface of the substrate, disposed on a lower surface of the substrate and extending in the first direction. A power rail, a trench formed in the substrate, exposing a portion of the power rail, and having a convex sidewall, a metal pattern that fills at least a portion of the trench and connected to the power rail, on the active pattern, A source/drain pattern disposed on one side of the gate electrode, a source/drain contact on the source/drain pattern, and a source/drain contact on the metal pattern, disposed on one side of the gate electrode and connected to the power rail through the metal pattern. and a power rail via, wherein a bottom surface of the trench lies on the same plane as a bottom surface of the substrate, at least a portion of the field insulating film is disposed in the trench, and the width of the trench in the first direction and the first The width in the two directions gradually increases and then decreases from the bottom surface of the substrate toward the top surface of the substrate, respectively.
기타 실시예들의 구체적인 사항들은 발명의 설명 및 도면들에 포함되어 있다.Specific details of other embodiments are included in the description and drawings.
도 1은 몇몇 실시예들에 따른 반도체 장치를 설명하기 위한 예시적인 레이아웃도이다.
도 2는 도 1의 A-A' 선을 따라 절단한 예시적인 단면도이다.
도 3은 도 1의 B-B' 선을 따라 절단한 예시적인 단면도이다.
도 4는 도 1의 C-C' 선을 따라 절단한 예시적인 단면도이다.
도 5 내지 도 13은 다른 몇몇 실시예들에 따른 반도체 장치를 설명하기 위한 도면들이다.
도 14 내지 도 17은 다른 몇몇 실시예들에 따른 반도체 장치를 설명하기 위한 도면들이다.
도 18 내지 도 29는 몇몇 실시예에 따른 반도체 장치 제조 방법을 설명하기 위한 중간단계 도면들이다. 1 is an example layout diagram for explaining a semiconductor device according to some embodiments.
FIG. 2 is an exemplary cross-sectional view taken along line AA′ of FIG. 1.
FIG. 3 is an exemplary cross-sectional view taken along line BB′ in FIG. 1.
FIG. 4 is an exemplary cross-sectional view taken along line CC' of FIG. 1.
5 to 13 are diagrams for explaining semiconductor devices according to some other embodiments.
14 to 17 are diagrams for explaining semiconductor devices according to some other embodiments.
18 to 29 are intermediate stage diagrams for explaining a semiconductor device manufacturing method according to some embodiments.
본 명세서에서, 비록 제1, 제2 등이 다양한 소자나 구성요소들을 서술하기 위해서 사용되나, 이들 소자나 구성요소들은 이들 용어에 의해 제한되지 않음은 물론이다. 이들 용어들은 단지 하나의 소자나 구성요소를 다른 소자나 구성요소와 구별하기 위하여 사용하는 것이다. 따라서, 이하에서 언급되는 제1 소자나 구성요소는 본 발명의 기술적 사상 내에서 제2 소자나 구성요소일 수도 있음은 물론이다. In this specification, although first, second, etc. are used to describe various elements or components, these elements or components are of course not limited by these terms. These terms are merely used to distinguish one device or component from another device or component. Therefore, it goes without saying that the first element or component mentioned below may also be a second element or component within the technical spirit of the present invention.
몇몇 실시예에 따른 반도체 장치에 관한 도면에서는, 예시적으로, 핀형 패턴 형상의 채널 영역을 포함하는 핀형 트랜지스터(FinFET), 나노 와이어 또는 나노 시트를 포함하는 트랜지스터, MBCFETTM(Multi-Bridge Channel Field Effect Transistor) 또는 수직 트랜지스터(Vertical FET)을 도시하였지만, 이에 제한되는 것은 아니다. 몇몇 실시예에 따른 반도체 장치는 터널링 트랜지스터(tunneling FET), 또는 3차원(3D) 트랜지스터를 포함할 수 있음은 물론이다. 몇몇 실시예들에 따른 반도체 장치는 평면(planar) 트랜지스터를 포함할 수 있음은 물론이다. 덧붙여, 본 발명의 기술적 사상은 2차원 물질을 기반으로하는 트랜지스터(2D material based FETs) 및 이의 이종 구조(heterostructure)에 적용될 수 있다.In the drawings of semiconductor devices according to some embodiments, illustrative examples include a fin-type transistor (FinFET) including a channel region in the shape of a fin-type pattern, a transistor including a nanowire or nanosheet, and a MBCFET TM (Multi-Bridge Channel Field Effect Transistor or vertical transistor (Vertical FET) is shown, but is not limited thereto. Of course, the semiconductor device according to some embodiments may include a tunneling transistor (tunneling FET) or a three-dimensional (3D) transistor. Of course, a semiconductor device according to some embodiments may include a planar transistor. In addition, the technical idea of the present invention can be applied to 2D material based transistors (2D material based FETs) and their heterostructure.
또한, 몇몇 실시예에 따른 반도체 장치는 양극성 접합(bipolar junction) 트랜지스터, 횡형 이중 확산 트랜지스터(LDMOS) 등을 포함할 수도 있다.Additionally, a semiconductor device according to some embodiments may include a bipolar junction transistor, a horizontal double diffusion transistor (LDMOS), and the like.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 기술적 사상에 따른 실시예들에 대해 설명한다. Hereinafter, embodiments according to the technical idea of the present invention will be described with reference to the attached drawings.
먼저, 도 1 내지 도 4를 참조하여, 몇몇 실시예에 따른 반도체 장치에 대해 설명한다. First, with reference to FIGS. 1 to 4 , semiconductor devices according to some embodiments will be described.
도 1은 몇몇 실시예들에 따른 반도체 장치를 설명하기 위한 예시적인 레이아웃도이다. 도 2는 도 1의 A-A' 선을 따라 절단한 예시적인 단면도이다. 도 3은 도 1의 B-B' 선을 따라 절단한 예시적인 단면도이다. 도 4는 도 1의 C-C' 선을 따라 절단한 예시적인 단면도이다. 설명의 편의성을 위해, 도 1에서는 비아 플러그(195)를 도시하지 않았다. 1 is an example layout diagram for explaining a semiconductor device according to some embodiments. FIG. 2 is an exemplary cross-sectional view taken along line A-A' in FIG. 1. FIG. 3 is an exemplary cross-sectional view taken along line B-B' in FIG. 1. FIG. 4 is an exemplary cross-sectional view taken along line C-C' of FIG. 1. For convenience of explanation, the
도 1 내지 도 4를 참고하면, 몇몇 실시예들에 따른 반도체 장치는 적어도 하나 이상의 제1 활성 패턴(AP1)과, 적어도 하나 이상의 제2 활성 패턴(AP2)과, 복수의 게이트 전극들(120)과, 제1 소오스/드레인 컨택(170)과, 제2 소오스/드레인 컨택(270)과, 게이트 컨택(180)과, 파워 레일(PR)과, 파워 레일 비아(PRVA)와, 금속 패턴(MP)을 포함할 수 있다. 1 to 4 , a semiconductor device according to some embodiments includes at least one first active pattern AP1, at least one second active pattern AP2, and a plurality of
먼저, 기판(100)이 제공될 수 있다. 기판(100)은 복수의 활성 영역과, 필드 영역을 포함할 수 있다. 복수의 활성 영역들은 각각 제1 활성 패턴(AP1), 또는 제2 활성 패턴(AP2)이 배치되는 영역일 수 있다. 필드 영역은 복수의 활성 영역들과 바로 인접하여 형성될 수 있다. 필드 영역은 복수의 활성 영역들과 경계를 이룰 수 있다.First, a
복수의 활성 영역들은 서로 간에 이격되어 있다. 복수의 활성 영역들은 필드 영역에 의해 분리될 수 있다. 다르게 설명하면, 서로 이격되어 있는 복수의 활성 영역들 주변에, 소자 분리막이 배치될 수 있다. 이 때, 소자 분리막 중, 복수의 활성 영역들 사이에 있는 부분이 필드 영역일 수 있다. 예를 들어, 반도체 장치의 일례가 될 수 있는 트랜지스터의 채널 영역이 형성되는 부분이 활성 영역일 수 있고, 활성 영역에 형성된 트랜지스터의 채널 영역을 구분하는 부분이 필드 영역일 수 있다. 또는, 활성 영역은 트랜지스터의 채널 영역으로 사용되는 핀형 패턴 또는 나노 시트가 형성되는 부분이고, 필드 영역은 채널 영역으로 사용되는 핀형 패턴 또는 나노 시트가 형성되지 않는 영역일 수 있다.The plurality of active regions are spaced apart from each other. A plurality of active areas may be separated by a field area. In other words, a device isolation layer may be disposed around a plurality of active regions that are spaced apart from each other. At this time, a portion of the device isolation film between a plurality of active regions may be a field region. For example, a portion where a channel region of a transistor, which is an example of a semiconductor device, is formed may be an active region, and a portion that separates the channel region of a transistor formed in the active region may be a field region. Alternatively, the active region may be a portion where a fin-shaped pattern or nanosheet used as a channel region of a transistor is formed, and the field region may be a region where a fin-shaped pattern or nanosheet used as a channel region is not formed.
기판(100)은 제3 방향(Z)으로 반대(opposite)되는 상면(100US) 및 하면(100BS)을 포함할 수 있다. 기판(100)은 실리콘 기판 또는 SOI(silicon-on-insulator)일 수 있다. 이와 달리, 기판(100)은 실리콘-게르마늄, SGOI(silicon germanium on insulator), 안티몬화 인듐, 납 텔루르 화합물, 인듐 비소, 인듐 인화물, 갈륨 비소 또는 안티몬화 갈륨을 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.The
제1 활성 패턴(AP1), 및 제2 활성 패턴(AP2)은 각각 기판(100)의 상면(100US) 상에 배치될 수 있다. 제1 활성 패턴(AP1), 및 제2 활성 패턴(AP2)은 각각 기판(100) 상에, 제1 방향(X)을 따라 길게 연장될 수 있다. 제1 활성 패턴(AP1), 및 제2 활성 패턴(AP2)은 서로 제2 방향(Y)으로 이격될 수 있다. The first active pattern AP1 and the second active pattern AP2 may each be disposed on the upper surface 100US of the
제1 활성 패턴(AP1), 및 제2 활성 패턴(AP2)은 각각 제1 방향(X)으로 연장되는 장변과, 제2 방향(Y)으로 연장되는 단변을 포함할 수 있다. 여기에서, 제1 방향(X)은 제2 방향(Y) 및 제3 방향(Z)과 교차될 수 있다. 또한, 제2 방향(Y)은 제3 방향(Z)과 교차될 수 있다. 제3 방향(Z)은 기판(100)의 두께 방향일 수 있다.The first active pattern AP1 and the second active pattern AP2 may each include a long side extending in the first direction (X) and a short side extending in the second direction (Y). Here, the first direction (X) may intersect with the second direction (Y) and the third direction (Z). Additionally, the second direction (Y) may intersect the third direction (Z). The third direction (Z) may be the thickness direction of the
제1 활성 패턴(AP1)과, 제2 활성 패턴(AP2)은 각각 다채널 활성 패턴일 수 있다. 몇몇 실시예들에 따른 반도체 장치에서, 각각의 제1 활성 패턴(AP1), 및 제2 활성 패턴(AP2)은 예를 들어, 핀형 패턴일 수 있다. 제1 활성 패턴(AP1), 및 제2 활성 패턴(AP2)은 각각 트랜지스터의 채널 영역으로 사용될 수 있다. 제1 활성 패턴(AP1), 및 제2 활성 패턴(AP2)은 각각 3개인 것으로 도시하였지만, 설명의 편의를 위한 것일 뿐, 이에 제한되는 것은 아니다. 제1 활성 패턴(AP1), 및 제2 활성 패턴(AP2)은 각각 하나 이상일 수 있다. The first activation pattern (AP1) and the second activation pattern (AP2) may each be a multi-channel activation pattern. In the semiconductor device according to some embodiments, each of the first active pattern AP1 and the second active pattern AP2 may be, for example, a fin-type pattern. The first active pattern AP1 and the second active pattern AP2 may each be used as a channel region of a transistor. Although the number of the first active pattern AP1 and the second active pattern AP2 is shown to be three, this is only for convenience of explanation and is not limited thereto. There may be one or more first active patterns (AP1) and one or more second active patterns (AP2).
제1 활성 패턴(AP1), 및 제2 활성 패턴(AP2)은 각각 기판(100)의 일부일 수도 있고, 기판(100)으로부터 성장된 에피층(epitaxial layer)을 포함할 수 있다. 제1 활성 패턴(AP1), 및 제2 활성 패턴(AP2)은 예를 들어, 원소 반도체 물질인 실리콘 또는 게르마늄을 포함할 수 있다. 또한, 제1 활성 패턴(AP1), 및 제2 활성 패턴(AP2)은 화합물 반도체를 포함할 수 있고, 예를 들어, IV-IV족 화합물 반도체 또는 III-V족 화합물 반도체를 포함할 수 있다. The first active pattern AP1 and the second active pattern AP2 may each be part of the
IV-IV족 화합물 반도체는 예를 들어, 탄소(C), 규소(Si), 게르마늄(Ge), 주석(Sn) 중 적어도 2개 이상을 포함하는 이원계 화합물(binary compound), 삼원계 화합물(ternary compound) 또는 이들에 IV족 원소가 도핑된 화합물일 수 있다. Group IV-IV compound semiconductors are, for example, binary compounds or ternary compounds containing at least two of carbon (C), silicon (Si), germanium (Ge), and tin (Sn). compound) or a compound doped with a group IV element.
III-V족 화합물 반도체는 예를 들어, III족 원소로 알루미늄(Al), 갈륨(Ga) 및 인듐(In) 중 적어도 하나와 V족 원소인 인(P), 비소(As) 및 안티모늄(Sb) 중 하나가 결합되어 형성되는 이원계 화합물, 삼원계 화합물 또는 사원계 화합물 중 하나일 수 있다.Group III-V compound semiconductors include, for example, at least one of aluminum (Al), gallium (Ga), and indium (In) as group III elements and phosphorus (P), arsenic (As), and antimonium (as group V elements). It may be one of a binary compound, a ternary compound, or a quaternary compound formed by combining one of Sb).
몇몇 실시예에서, 제1 활성 패턴(AP1), 및 제2 활성 패턴(AP2)은 각각 동일한 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제1 활성 패턴(AP1), 및 제2 활성 패턴(AP2)은 각각 실리콘 핀형 패턴일 수 있다. 또는, 예를 들어, 제1 활성 패턴(AP1), 및 제2 활성 패턴(AP2)은 각각 실리콘-게르마늄 패턴을 포함하는 핀형 패턴일 수 있다. 다른 예로, 제1 활성 패턴(AP1), 및 제2 활성 패턴(AP2)은 서로 다른 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제1 활성 패턴(AP1), 및 제2 활성 패턴(AP2) 중 일부는 실리콘 핀형 패턴이고, 다른 일부는 실리콘-게르마늄 패턴을 포함하는 핀형 패턴일 수 있다. In some embodiments, the first active pattern AP1 and the second active pattern AP2 may each include the same material. For example, the first active pattern AP1 and the second active pattern AP2 may each be a silicon fin-type pattern. Or, for example, the first active pattern AP1 and the second active pattern AP2 may each be a fin-shaped pattern including a silicon-germanium pattern. As another example, the first active pattern AP1 and the second active pattern AP2 may include different materials. For example, some of the first active pattern AP1 and the second active pattern AP2 may be a silicon fin-type pattern, and other parts may be a fin-type pattern including a silicon-germanium pattern.
필드 절연막(105)은 기판(100) 상에 형성될 수 있다. 필드 절연막(105)은 기판(100)의 상면(100US) 상에 형성될 수 있다. 필드 절연막(105)은 후술될 금속 패턴(MP) 상에 배치될 수 있다. 필드 절연막(105)은 금속 패턴(MP)의 상면(MP_US)을 덮을 수 있다. 필드 절연막(105)의 적어도 일부는 기판(100) 내에 형성된 트렌치(TR)의 일부를 채울 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다. The
몇몇 실시예에서, 금속 패턴(MP)을 정의하는 필드 절연막(105)의 바닥면은 볼록한 형상일 수 있다. 예를 들어, 금속 패턴(MP)을 정의하는 필드 절연막(105)의 바닥면은 기판(100)의 하면(100BS)을 향해 볼록할 수 있다. 금속 패턴(MP)을 정의하는 필드 절연막(105)의 바닥면은 파워 레일(PR)을 향해 볼록할 수 있다. 기판(100)의 하면(100BS)에서 금속 패턴(MP)을 정의하는 필드 절연막(105)의 바닥면까지의 높이는 기판(100)의 두께보다 작을 수 있다. 다만, 본 발명의 기술적 사상이 이에 한정되는 것은 아니다. In some embodiments, the bottom surface of the
필드 절연막(105)은 제1 활성 패턴(AP1)의 측벽을 덮을 수 있다. 도시되진 않았지만, 필드 절연막(105)은 제2 활성 패턴(AP2)의 측벽을 덮을 수도 있다. 필드 절연막(105)은 예를 들어, 산화막, 질화막, 산질화막 또는 이들의 조합막을 포함할 수 있다. 필드 절연막(105)은 단일막인 것으로 도시되었지만 이에 제한되는 것은 아니다. 도시된 것과 달리, 필드 절연막(105)은 핀 트렌치의 측벽 및 바닥면을 따라 연장된 필드 라이너와, 필드 라이너 상의 필드 필링막을 포함할 수도 있다.The
복수의 게이트 전극들(120)은 기판(100) 상에 배치될 수 있다. 예를 들어, 복수의 게이트 전극들(120)은 필드 절연막(105) 상에 배치될 수 있다. 복수의 게이트 전극들(120)은 각각 제2 방향(Y)으로 연장될 수 있다. 복수의 게이트 전극들(120)은 서로 제1 방향(X)으로 이격될 수 있다.A plurality of
복수의 게이트 전극들(120)은 제1 활성 패턴(AP1), 및 제2 활성 패턴(AP2) 상에 배치될 수 있다. 복수의 게이트 전극들(120)은 제1 활성 패턴(AP1), 및 제2 활성 패턴(AP2)을 덮을 수 있다. 복수의 게이트 전극들(120)은 제1 활성 패턴(AP1), 및 제2 활성 패턴(AP2)과 교차할 수 있다. 복수의 게이트 전극들(120)은 각각 제2 방향(Y)으로 연장된 장변과, 제1 방향(X)으로 연장된 단변을 포함할 수 있다.A plurality of
도 3 및 도 4에서, 각각의 복수의 게이트 전극들(120)의 상면은 제1 활성 패턴(AP1)의 상면을 향해 리세스된 볼록한 곡면일 수 있지만, 이에 제한되는 것은 아니다. 즉, 도시된 것과 달리, 각각의 복수의 게이트 전극들(120)의 상면은 평평한 평면일 수도 있다. 3 and 4 , the top surface of each of the plurality of
복수의 게이트 전극들(120)은 예를 들어, 티타늄 질화물(TiN), 탄탈륨 탄화물(TaC), 탄탈륨 질화물(TaN), 티타늄 실리콘 질화물(TiSiN), 탄탈륨 실리콘 질화물(TaSiN), 탄탈륨 티타늄 질화물(TaTiN), 티타늄 알루미늄 질화물(TiAlN), 탄탈륨 알루미늄 질화물(TaAlN), 텅스텐 질화물(WN), 루테늄(Ru), 티타늄 알루미늄(TiAl), 티타늄 알루미늄 탄질화물(TiAlC-N), 티타늄 알루미늄 탄화물(TiAlC), 티타늄 탄화물(TiC), 탄탈륨 탄질화물(TaCN), 텅스텐(W), 알루미늄(Al), 구리(Cu), 코발트(Co), 티타늄(Ti), 탄탈륨(Ta), 니켈(Ni), 백금(Pt), 니켈 백금(Ni-Pt), 니오븀(Nb), 니오븀 질화물(NbN), 니오븀 탄화물(NbC), 몰리브덴(Mo), 몰리브덴 질화물(MoN), 몰리브덴 탄화물(MoC), 텅스텐 탄화물(WC), 로듐(Rh), 팔라듐(Pd), 이리듐(Ir), 오스뮴(Os), 은(Ag), 금(Au), 아연(Zn), 바나듐(V) 및 이들의 조합 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.The plurality of
복수의 게이트 전극들(120)은 각각 도전성 금속 산화물, 도전성 금속 산질화물 등을 포함할 수 있고, 상술한 물질이 산화된 형태를 포함할 수도 있다.Each of the plurality of
복수의 게이트 전극들(120)은 이 후에 설명될 소오스/드레인 패턴(150)의 양측에 배치될 수 있다. A plurality of
일례로, 소오스/드레인 패턴(150)의 양측에 배치된 게이트 전극(120)이 모두 트랜지스터의 게이트로 사용되는 노말 게이트 전극일 수 있다. 다른 예로, 소오스/드레인 패턴(150)의 일측에 배치된 게이트 전극(120)은 트랜지스터의 게이트로 사용되지만, 소오스/드레인 패턴(150)의 타측에 배치된 게이트 전극(120)은 더미 게이트 전극일 수 있다.For example, the
복수의 게이트 스페이서들(140)은 복수의 게이트 전극들(120) 각각의 측벽 상에 배치될 수 있다. 복수의 게이트 스페이서들(140)은 복수의 게이트 전극들(120)과 접촉하지는 않는다. 게이트 스페이서(140)와 게이트 전극(120)의 측벽 사이에 게이트 절연막(130)이 배치될 수 있다. 복수의 게이트 스페이서들(140)은 각각 제2 방향(Y)으로 연장될 수 있다. 복수의 게이트 스페이서들(140)은 예를 들어, 실리콘 질화물(SiN), 실리콘 산질화물(SiON), 실리콘 산화물(SiO2), 실리콘 산탄질화물(SiOCN), 실리콘 붕소질화물(SiBN), 실리콘 산붕소질화물(SiOBN), 실리콘 산탄화물(SiOC) 및 이들의 조합 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.A plurality of
게이트 절연막(130)은 복수의 게이트 전극들(120) 각각의 측벽 및 바닥면을 따라 연장될 수 있다. 게이트 절연막(130)은 제1 활성 패턴(AP1), 제2 활성 패턴(AP2), 및 필드 절연막(105) 상에 형성될 수 있다. 게이트 절연막(130)은 복수의 게이트 전극들(120)과, 복수의 게이트 스페이서들(140) 사이에 형성될 수 있다. The
게이트 절연막(130)은 실리콘 산화물, 실리콘 산질화물, 실리콘 질화물, 또는 실리콘 산화물보다 유전 상수가 큰 고유전율 물질을 포함할 수 있다. 고유전율 물질은 예를 들어, 보론 질화물(boron nitride), 하프늄 산화물(hafnium oxide), 하프늄 실리콘 산화물(hafnium silicon oxide), 하프늄 알루미늄 산화물(hafnium aluminum oxide), 란타늄 산화물(lanthanum oxide), 란타늄 알루미늄 산화물(lanthanum aluminum oxide), 지르코늄 산화물(zirconium oxide), 지르코늄 실리콘 산화물(zirconium silicon oxide), 탄탈륨 산화물(tantalum oxide), 티타늄 산화물(titanium oxide), 바륨 스트론튬 티타늄 산화물(barium strontium titanium oxide), 바륨 티타늄 산화물(barium titanium oxide), 스트론튬 티타늄 산화물(strontium titanium oxide), 이트륨 산화물(yttrium oxide), 알루미늄 산화물(aluminum oxide), 납 스칸듐 탄탈륨 산화물(lead scandium tantalum oxide), 또는 납 아연 니오브산염(lead zinc niobate) 중에서 하나 이상을 포함할 수 있다.The
게이트 절연막(130)은 단일막인 것으로 도시하였지만, 설명의 편의를 위한 것일 뿐, 이에 제한되는 것은 아니다. 게이트 절연막(130)은 복수의 막을 포함할 수 있다. 게이트 절연막(130)은 제1 활성 패턴(AP1) 및 게이트 전극(120) 사이와, 제2 활성 패턴(AP2) 및 복수의 게이트 전극들(120) 사이에 배치된 계면막(interfacial layer)과, 고유전율 절연막을 포함할 수도 있다. The
몇몇 실시예들에 따른 반도체 장치는 네거티브 커패시터(Negative Capacitor)를 이용한 NC(Negative Capacitance) FET을 포함할 수 있다. 예를 들어, 게이트 절연막(130)은 강유전체 특성을 갖는 강유전체 물질막과, 상유전체 특성을 갖는 상유전체 물질막을 포함할 수 있다. A semiconductor device according to some embodiments may include a negative capacitance (NC) FET using a negative capacitor. For example, the
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. The ferroelectric material film may have a negative capacitance, and the paraelectric material film may have a positive capacitance. For example, if two or more capacitors are connected in series and the capacitance of each capacitor has a positive value, the total capacitance will be less than the capacitance of each individual capacitor. On the other hand, when at least one of the capacitances of two or more capacitors connected in series has a negative value, the total capacitance may have a positive value and be greater than the absolute value of each individual capacitance.
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. When a ferroelectric material film with a negative capacitance and a paraelectric material film with a positive capacitance are connected in series, the overall capacitance value of the ferroelectric material film and the paraelectric material film connected in series may increase. By taking advantage of the increase in overall capacitance value, a transistor including a ferroelectric material film can have a subthreshold swing (SS) of less than 60 mV/decade at room temperature.
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.A ferroelectric material film may have ferroelectric properties. Ferroelectric material films include, for example, hafnium oxide, hafnium zirconium oxide, barium strontium titanium oxide, barium titanium oxide, and lead zirconium oxide. It may contain at least one of titanium oxide. Here, as an example, hafnium zirconium oxide may be a material in which zirconium (Zr) is doped into hafnium oxide. As another example, hafnium zirconium oxide may be a compound of hafnium (Hf), zirconium (Zr), and oxygen (O).
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), 게르마늄(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. The ferroelectric material film may further include a doped dopant. For example, dopants include aluminum (Al), titanium (Ti), niobium (Nb), lanthanum (La), yttrium (Y), magnesium (Mg), silicon (Si), calcium (Ca), and cerium (Ce). ), dysprosium (Dy), erbium (Er), gadolinium (Gd), germanium (Ge), scandium (Sc), strontium (Sr), and tin (Sn). Depending on what kind of ferroelectric material the ferroelectric material film contains, the type of dopant included in the ferroelectric material film may vary.
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. When the ferroelectric material film includes hafnium oxide, the dopant included in the ferroelectric material film is, for example, at least one of gadolinium (Gd), silicon (Si), zirconium (Zr), aluminum (Al), and yttrium (Y). It can be included.
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. When the dopant is aluminum (Al), the ferroelectric material film may contain 3 to 8 at% (atomic %) of aluminum. Here, the ratio of the dopant may be the ratio of aluminum to the sum of hafnium and aluminum.
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. When the dopant is silicon (Si), the ferroelectric material film may contain 2 to 10 at% of silicon. When the dopant is yttrium (Y), the ferroelectric material film may contain 2 to 10 at% of yttrium. When the dopant is gadolinium (Gd), the ferroelectric material film may contain 1 to 7 at% of gadolinium. When the dopant is zirconium (Zr), the ferroelectric material film may contain 50 to 80 at% of zirconium.
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. A paradielectric material film may have paradielectric properties. For example, the paradielectric material film may include at least one of silicon oxide and a metal oxide having a high dielectric constant. The metal oxide included in the paradielectric material film may include, but is not limited to, at least one of, for example, hafnium oxide, zirconium oxide, and aluminum oxide.
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. The ferroelectric material film and the paraelectric material film may include the same material. A ferroelectric material film may have ferroelectric properties, but a paraelectric material film may not have ferroelectric properties. For example, when the ferroelectric material film and the paraelectric material film include hafnium oxide, the crystal structure of the hafnium oxide included in the ferroelectric material film is different from the crystal structure of the hafnium oxide included in the paraelectric material film.
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.The ferroelectric material film may have a thickness having ferroelectric properties. The thickness of the ferroelectric material film may be, for example, 0.5 to 10 nm, but is not limited thereto. Since the critical thickness representing ferroelectric properties may vary for each ferroelectric material, the thickness of the ferroelectric material film may vary depending on the ferroelectric material.
일례로, 게이트 절연막(130)은 하나의 강유전체 물질막을 포함할 수 있다. 다른 예로, 게이트 절연막(130)은 서로 간에 이격된 복수의 강유전체 물질막을 포함할 수 있다. 게이트 절연막(130)은 복수의 강유전체 물질막과, 복수의 상유전체 물질막이 교대로 적층된 적층막 구조를 가질 수 있다.For example, the
복수의 게이트 캡핑막들(145)은 각각 복수의 게이트 전극들(120)의 상면 및 복수의 게이트 스페이서들(140)의 상면 상에 배치될 수 있다. 복수의 게이트 캡핑막들(145)은 예를 들어, 실리콘 질화물(SiN), 실리콘 산질화물(SiON), 실리콘 산화물(SiO2), 실리콘 탄질화물(SiCN), 실리콘 산탄질화물(SiOCN) 및 이들의 조합 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. The plurality of
소오스/드레인 패턴(150)은 기판(100) 상에 배치될 수 있다. 소오스/드레인 패턴(150)은 제1 활성 패턴(AP1) 상에 형성될 수 있다. 소오스/드레인 패턴(150)은 제1 활성 패턴(AP1)과 연결된다. 소오스/드레인 패턴(150)의 바닥면은 제1 활성 패턴(AP1)과 접촉한다.Source/
소오스/드레인 패턴(150)은 복수의 게이트 전극들(120) 각각의 측면에 배치될 수 있다. 소오스/드레인 패턴(150)은 복수의 게이트 전극들(120) 사이에 배치될 수 있다. The source/
예를 들어, 소오스/드레인 패턴(150)은 복수의 게이트 전극들(120)의 양측에 배치될 수 있다. 도시된 것과 달리, 소오스/드레인 패턴(150)은 복수의 게이트 전극들(120)의 일측에 배치되고, 복수의 게이트 전극들(120)의 타측에는 배치되지 않을 수 있다. For example, the source/
소오스/드레인 패턴(150)은 에피택셜 패턴을 포함할 수 있다. 소오스/드레인 패턴(150)은 반도체 물질을 포함할 수 있다. 소오스/드레인 패턴(150)은 제1 활성 패턴(AP1)을 채널 영역으로 사용하는 트랜지스터의 소오스/드레인에 포함될 수 있다. The source/
소오스/드레인 패턴(150)은 제1 활성 패턴(AP1) 중 채널로 사용되는 채널 영역과 연결될 수 있다. 소오스/드레인 패턴(150)은 각각의 제1 활성 패턴(AP1) 상에 형성된 3개의 에피택셜 패턴이 합쳐진(merged) 것으로 도시하였지만, 설명의 편의를 위한 것일 뿐, 이에 제한되는 것은 아니다. 즉, 각각의 제1 활성 패턴(AP1) 상에 형성된 에피택셜 패턴은 서로 간에 분리되어 있을 수 있다. The source/
일례로, 필드 절연막(105)과 합쳐진 소오스/드레인 패턴(150) 사이 공간에, 에어갭(air gap)이 배치될 수 있다. 다른 예로, 필드 절연막(105)과 합쳐진 소오스/드레인 패턴(150) 사이 공간에, 절연 물질이 채워질 수 있다.For example, an air gap may be disposed in the space between the
식각 정지막(160)은 필드 절연막(105)의 상면, 복수의 게이트 스페이서들(140)의 측벽, 소오스/드레인 패턴(150)의 프로파일을 따라 연장될 수 있다. 식각 정지막(160)은 소오스/드레인 패턴(150)의 상면과, 소오스/드레인 패턴(150)의 측벽과, 복수의 게이트 스페이서들(140)의 측벽 상에 배치될 수 있다. 일부 실시예에서, 식각 정지막(160)은 게이트 캡핑막(145)의 측벽 상에 배치되지는 않는다. 즉, 게이트 캡핑막(145)은 식각 정지막(160)의 상면 상에 배치될 수 있다. 또한, 식각 정지막(160)의 측벽은 게이트 캡핑막(145)의 외측벽과 연결될 수 있다. 도시된 것과 달리, 식각 정지막(160)은 게이트 캡핑막(145)의 측벽 상에 배치될 수도 있다. The
식각 정지막(160)은 이 후에 설명될 제1 층간 절연막(190)에 대해 식각 선택비를 갖는 물질을 포함할 수 있다. 식각 정지막(160)은 질화물 계열의 절연물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 실리콘 질화물(SiN), 실리콘 산질화물(SiON), 실리콘 산탄질화물(SiOCN), 실리콘 붕소질화물(SiBN), 실리콘 산붕소질화물(SiOBN), 및 이들의 조합 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. The
제1 층간 절연막(190)은 식각 정지막(160) 상에 배치된다. 제1 층간 절연막(190)은 필드 절연막(105) 상에 형성될 수 있다. 제1 층간 절연막(190)은 소오스/드레인 패턴(150) 상에 배치될 수 있다. 제1 층간 절연막(190)은 게이트 캡핑막(145)의 상면을 덮지 않을 수 있다. 예를 들어, 제1 층간 절연막(190)의 상면은 게이트 캡핑막(145)의 상면과 동일 평면에 놓일 수 있다. The first
제1 층간 절연막(190)은 예를 들어, 실리콘 산화물, 실리콘 질화물, 실리콘 산질화물 및 저유전율 물질 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 저유전율 물질은 예를 들어, Fluorinated TetraEthylOrthoSilicate (FTEOS), Hydrogen SilsesQuioxane (HSQ), Bis-benzoCycloButene (BCB), TetraMethylOrthoSilicate (TMOS), OctaMethyleyCloTetraSiloxane (OMCTS), HexaMethylDiSiloxane (HMDS), TriMethylSilyl Borate (TMSB), DiAcetoxyDitertiaryButoSiloxane (DADBS), TriMethylSilil Phosphate (TMSP), PolyTetraFluoroEthylene (PTFE), TOSZ(Tonen SilaZen), FSG(Fluoride Silicate Glass), polypropylene oxide와 같은 polyimide nanofoams, CDO(Carbon Doped silicon Oxide), OSG(Organo Silicate Glass), SiLK, Amorphous Fluorinated Carbon, silica aerogels, silica xerogels, mesoporous silica 또는 이들의 조합을 포함할 수 있지만, 이에 제한되는 것은 아니다.For example, the first
제1 소오스/드레인 컨택(170)은 제1 활성 패턴(AP1) 상의 소오스/드레인 패턴(150) 상에 배치될 수 있다. 제2 소오스/드레인 컨택(270)은 제2 활성 패턴(AP2) 상의 소오스/드레인 패턴 상에 배치될 수 있다. 제1 소오스/드레인 컨택(170)에 대한 설명은 제2 소오스/드레인 컨택(270)에 대한 설명과 동일할 수 있으므로, 이하에서 제1 소오스/드레인 컨택(170)에 대해서만 설명한다. The first source/
게이트 컨택(180)은 복수의 게이트 전극들(120) 중 일부와 접속될 수 있다. 게이트 컨택(180)은 복수의 게이트 전극들(120)과 중첩되는 위치에 배치될 수 있다. The
제1 소오스/드레인 컨택(170)은 식각 정지막(160)을 관통하여, 소오스/드레인 패턴(150)과 접속될 수 있다. 제1 소오스/드레인 컨택(170)은 소오스/드레인 패턴(150) 상에 배치될 수 있다. The first source/
제1 소오스/드레인 컨택(170)은 제1 층간 절연막(190) 내에 배치될 수 있다. 제1 소오스/드레인 컨택(170)은 제1 층간 절연막(190)에 의해 둘러싸일 수 있다. The first source/
제1 소오스/드레인 컨택(170)과 소오스/드레인 패턴(150) 사이에, 컨택 실리사이드막(155)이 배치될 수 있다. 컨택 실리사이드막(155)은 소오스/드레인 패턴(150)과 제1 소오스/드레인 컨택(170) 사이의 경계면의 프로파일을 따라 형성되는 것으로 도시하였지만, 이에 제한되는 것은 아니다. 컨택 실리사이드막(155)은 예를 들어, 금속 실리사이드 물질을 포함할 수 있다.A
제1 층간 절연막(190)은 제1 소오스/드레인 컨택(170)의 상면(170US)을 덮지 않는다. 일례로, 제1 소오스/드레인 컨택(170)의 상면(170US)은 제1 게이트 캡핑막(145)의 상면보다 위로 돌출되지 않을 수 있다. 제1 소오스/드레인 컨택(170)의 상면(170US)은 게이트 캡핑막(145)의 상면과 동일 평면에 놓일 수 있다. 도시된 것과 달리, 다른 예로, 제1 소오스/드레인 컨택(170)의 상면(170US)은 게이트 캡핑막(145)의 상면보다 위로 돌출될 수 있다. The first
또한, 제1 소오스/드레인 컨택(170)의 상면(170US)은 게이트 컨택(180)의 상면과 동일 평면에 놓일 수 있다. 제1 소오스/드레인 컨택(170)의 상면(170US)은 파워 레일 비아(PRVA)의 상면(PRVA_US)과 동일 평면에 놓일 수 있다. Additionally, the top surface 170US of the first source/
몇몇 실시예에서, 제1 소오스/드레인 컨택(170)은 소오스/드레인 배리어막(170a)과, 소오스/드레인 배리어막(170a) 상의 소오스/드레인 필링막(170b)을 포함할 수 있다. In some embodiments, the first source/
제1 소오스/드레인 컨택(170)의 바닥면은 평평한 형상을 갖는 것으로 도시되었지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 도시된 것과 달리, 제1 소오스/드레인 컨택(170)의 바닥면은 웨이비(wavy) 형상을 가질 수 있음은 물론이다.The bottom surface of the first source/
소오스/드레인 배리어막(170a)은 예를 들어, 탄탈륨(Ta), 탄탈륨 질화물(TaN), 티타늄(Ti), 티타늄 질화물(TiN), 티타늄 실리콘 질화물(TiSiN), 루테늄(Ru), 코발트(Co), 니켈(Ni), 니켈 보론(NiB), 텅스텐(W), 텅스텐 질화물(WN), 텅스텐 탄질화물(WCN), 지르코늄(Zr), 지르코늄 질화물(ZrN), 바나듐(V), 바나듐 질화물(VN), 니오븀(Nb), 니오븀 질화물(NbN), 백금(Pt), 이리듐(Ir), 로듐(Rh) 및 2차원 물질(Two-dimensional(2D) material) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 몇몇 실시예들에 따른 반도체 장치에서, 2차원 물질은 금속성 물질 및/또는 반도체 물질일 수 있다. 2차원 물질(2D material)은 2차원 동소체(allotrope) 또는 2차원 화합물(compound)를 포함할 수 있고, 예를 들어, 그래핀(graphene), 몰리브덴 이황화물(MoS2), 몰리브덴 디셀레나이드(MoSe2), 텅스텐 디셀레나이드(WSe2), 텅스텐 이황화물(WS2), 중 적어도 하나를 포함할 수 있지만, 이에 제한되는 것은 아니다. 즉, 상술한 2차원 물질은 예시적으로 열거되었을 뿐이므로, 본 발명의 반도체 장치에 포함될 수 있는 2차원 물질은 상술한 물질에 의해 제한되지 않는다.The source/
소오스/드레인 필링막(170b)은 예를 들어, 알루미늄(Al), 텅스텐(W), 코발트(Co), 루테늄(Ru), 은(Ag), 금(Au), 망간(Mn) 및 몰리브데넘(Mo) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.The source/
제1 소오스/드레인 컨택(170)은 복수의 도전막을 포함하는 것으로 도시되었지만, 이에 제한되는 것은 아니다. 도시된 것과 달리, 제1 소오스/드레인 컨택(170)은 단일막일 수 있음은 물론이다.The first source/
게이트 컨택(180)은 게이트 전극(120) 상에 배치될 수 있다. 게이트 컨택(180)은 게이트 캡핑막(145)을 관통하여, 게이트 전극(120)과 연결될 수 있다.
일례로, 게이트 컨택(180)의 상면은 게이트 캡핑막(145)의 상면과 동일 평면에 놓일 수 있다. 도시된 것과 달리, 다른 예로, 게이트 컨택(180)의 상면은 게이트 캡핑막(145)의 상면보다 위로 돌출될 수 있다.For example, the top surface of the
게이트 컨택(180)은 게이트 배리어막(180a)과, 게이트 배리어막(180a) 상의 게이트 필링막(180b)을 포함할 수 있다. 게이트 배리어막(180a) 및 게이트 필링막(180b)에 포함된 물질에 관한 내용은 소오스/드레인 배리어막(170a) 및 소오스/드레인 필링막(170b)에 관한 설명과 동일할 수 있다.The
게이트 컨택(180)은 복수의 도전막을 포함하는 것으로 도시되었지만, 이에 제한되는 것은 아니다. 도시된 것과 달리, 게이트 컨택(180)은 단일막일 수 있음은 물론이다.The
몇몇 실시예에 따른 반도체 장치는 하부 절연막(101)을 더 포함할 수 있다. A semiconductor device according to some embodiments may further include a lower insulating
하부 절연막(101)은 기판(100)의 하면(100BS) 상에 배치될 수 있다. 하부 절연막(101)은 기판(100)의 하면(100BS)과 접촉할 수 있다. 하부 절연막(101)은 금속 패턴(MP)의 바닥면(MP_BS)과 접촉할 수 있다. The lower
하부 절연막(101)은 예를 들어, 실리콘 산화물, 실리콘 질화물, 실리콘 산질화물 및 저유전율 물질 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 저유전율 물질은 예를 들어, Fluorinated TetraEthylOrthoSilicate (FTEOS), Hydrogen SilsesQuioxane (HSQ), Bis-benzoCycloButene (BCB), TetraMethylOrthoSilicate (TMOS), OctaMethyleyCloTetraSiloxane (OMCTS), HexaMethylDiSiloxane (HMDS), TriMethylSilyl Borate (TMSB), DiAcetoxyDitertiaryButoSiloxane (DADBS), TriMethylSilil Phosphate (TMSP), PolyTetraFluoroEthylene (PTFE), TOSZ(Tonen SilaZen), FSG(Fluoride Silicate Glass), polypropylene oxide와 같은 polyimide nanofoams, CDO(Carbon Doped silicon Oxide), OSG(Organo Silicate Glass), SiLK, Amorphous Fluorinated Carbon, silica aerogels, silica xerogels, mesoporous silica 또는 이들의 조합을 포함할 수 있지만, 이에 제한되는 것은 아니다. For example, the lower insulating
파워 레일(PR)은 제1 활성 패턴(AP1)과 제2 활성 패턴(AP2) 사이에 배치될 수 있다. 파워 레일(PR)은 하부 절연막(101) 내에 배치될 수 있다. 하부 절연막(101)은 파워 레일(PR)을 둘러쌀 수 있다. 파워 레일(PR)은 제1 방향(X)으로 길게 연장할 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다. The power rail PR may be disposed between the first active pattern AP1 and the second active pattern AP2. The power rail PR may be disposed within the lower insulating
파워 레일(PR)은 기판(100)의 하면(100BS) 상에 배치된다. 파워 레일(PR)은 하부 절연막(101) 내에 배치된다. 파워 레일(PR)은 금속 패턴(MP)의 바닥면(MP_BS)과 접촉할 수 있다. 파워 레일(PR)은 금속 패턴(MP)과 전기적으로 연결될 수 있다. The power rail PR is disposed on the lower surface 100BS of the
몇몇 실시예에서, 파워 레일(PR)은 소오스/드레인 패턴(150)과 접속될 수 있다. 예를 들어, 파워 레일(PR)은 금속 패턴(MP), 파워 레일 비아(PRVA), 비아 플러그(195), 및 제1 소오스/드레인 컨택(170)을 통해 소오스/드레인 패턴(150)과 접속될 수 있다. 파워 레일(PR)을 통해 소오스/드레인 패턴(150)으로 전압을 인가할 수 있다. In some embodiments, the power rail PR may be connected to the source/
몇몇 실시예에서, 파워 레일(PR)은 파워 레일 배리어막(PR_a)과, 파워 레일 배리어막(PR_a) 상의 파워 레일 필링막(PR_b)을 포함할 수 있다. 파워 레일 배리어막(PR_a) 및 파워 레일 필링막(PR_b)에 포함된 물질에 관한 내용은 소오스/드레인 배리어막(170a) 및 소오스/드레인 필링막(170b)에 관한 설명과 동일할 수 있다. 파워 레일(PR)은 복수의 도전막을 포함하는 것으로 도시되었지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 도시된 것과 달리, 파워 레일(PR)은 단일막일 수 있음은 물론이다.In some embodiments, the power rail PR may include a power rail barrier film PR_a and a power rail filling film PR_b on the power rail barrier film PR_a. Details regarding the materials included in the power rail barrier film (PR_a) and the power rail filling film (PR_b) may be the same as the descriptions of the source/
몇몇 실시예에서, 기판(100) 내에 트렌치(TR)가 형성될 수 있다. 트렌치(TR)의 바닥면(TR_BS)은 기판(100)의 하면(100BS)을 노출할 수 있다. 트렌치(TR)의 바닥면(TR_BS)은 기판(100)의 하면(100BS)과 동일 평면에 놓일 수 있다. 트렌치(TR)의 상면은 기판(100)의 상면(100US)과 동일 평면에 놓일 수 있다. In some embodiments, a trench TR may be formed in the
도 2에서, 트렌치(TR)의 제2 방향(Y)으로의 폭은 기판(100)의 하면(100BS)에서 기판(100)의 상면(100US)을 향함에 따라 점진적으로 증가하다가 감소할 수 있다. 도 4에서, 트렌치(TR)의 제1 방향(X)으로의 폭은 기판(100)의 하면(100BS)에서 기판(100)의 상면(100US)을 향함에 따라 점진적으로 증가하다가 감소할 수 있다. 즉, 트렌치(TR)의 측벽(TR_SW)은 볼록한 형상을 가질 수 있다. 트렌치(TR)의 측벽(TR_SW)은 금속 패턴(MP)을 향해 오목할 수 있다. In FIG. 2 , the width of the trench TR in the second direction Y may gradually increase and then decrease as it moves from the lower surface 100BS of the
몇몇 실시예에서, 트렌치(TR)의 측벽(TR_SW)의 기울기는 기판(100)의 하면(100BS)에서 기판(100)의 상면(100US)을 향함에 따라 점진적으로 감소하다가 증가할 수 있다. 본 명세서에서 "A의 기울기"란 제1 방향(X)을 따라 연장하는 기준선과 A가 이루는 각도 및/또는 제2 방향(Y)을 따라 연장하는 기준선과 A가 이루는 각도일 수 있다. 다시 말하면, 트렌치(TR)는 기판(100)의 하면(100BS)과 상면(100US) 사이의 임의의 위치에서 최대 폭을 가질 수 있다. 트렌치(TR)의 폭이 최대인 지점에서 트렌치(TR)의 측벽(TR_SW)의 기울기는 90°일 수 있다. 트렌치(TR)의 바닥면(TR_BS)의 폭은 트렌치(TR)의 최대 폭이 아니다. 트렌치(TR)의 상면의 폭은 트렌치(TR)의 최대 폭이 아니다. In some embodiments, the slope of the sidewall TR_SW of the trench TR may gradually decrease and then increase as it moves from the bottom surface 100BS of the
몇몇 실시예에서, 금속 패턴(MP)은 트렌치(TR) 내에 배치될 수 있다. 금속 패턴(MP)은 트렌치(TR)의 적어도 일부를 채울 수 있다. 금속 패턴(MP)은 트렌치(TR)를 완전히 채우지 않을 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 금속 패턴(MP)은 기판(100) 내에 배치될 수 있다. 금속 패턴(MP)은 파워 레일(PR) 상에 배치될 수 있다. 금속 패턴(MP)은 파워 레일(PR)과 파워 레일 비아(PRVA) 사이에 배치될 수 있다. 금속 패턴(MP)은 파워 레일(PR) 및 파워 레일 비아(PRVA)와 접속될 수 있다. In some embodiments, the metal pattern MP may be disposed within the trench TR. The metal pattern MP may fill at least a portion of the trench TR. The metal pattern MP may not completely fill the trench TR, but is not limited thereto. The metal pattern MP may be disposed within the
몇몇 실시예에서, 금속 패턴(MP)의 바닥면(MP_BS)은 기판(100)의 하면(100BS)과 동일 평면에 놓일 수 있다. 금속 패턴(MP)의 바닥면(MP_BS)은 기판(100)의 하면(100BS)과 나란하게 연장할 수 있다. 금속 패턴(MP)의 바닥면(MP_BS)은 트렌치(TR)의 바닥면(TR_BS)일 수 있다. In some embodiments, the bottom surface MP_BS of the metal pattern MP may be placed on the same plane as the bottom surface 100BS of the
도 2에서, 금속 패턴(MP)의 제2 방향(Y)으로의 폭은 기판(100)의 하면(100BS)에서 기판(100)의 상면(100US)을 향함에 따라 점진적으로 증가하다가 감소할 수 있다. 도 4에서, 금속 패턴(MP)의 제1 방향(X)으로의 폭은 기판(100)의 하면(100BS)에서 기판(100)의 상면(100US)을 향함에 따라 점진적으로 증가하다가 감소할 수 있다. 즉, 금속 패턴(MP)의 측벽(MP_SW)은 볼록한 형상을 가질 수 있다. 금속 패턴(MP)의 측벽(MP_SW)은 금속 패턴(MP)의 중심을 향해 오목할 수 있다. 금속 패턴(MP)의 측벽(MP_SW)은 트렌치(TR)의 측벽(TR_SW)일 수 있다. In FIG. 2, the width of the metal pattern MP in the second direction Y may gradually increase and then decrease as it moves from the lower surface 100BS of the
몇몇 실시예에서, 금속 패턴(MP)의 측벽(MP_SW)의 기울기는 기판(100)의 하면(100BS)에서 기판(100)의 상면(100US)을 향함에 따라 점진적으로 감소하다가 증가할 수 있다. 다시 말하면, 금속 패턴(MP)은 기판(100)의 하면(100BS)과 상면(100US) 사이의 임의의 위치에서 최대 폭을 가질 수 있다. 금속 패턴(MP)의 폭이 최대인 지점에서, 금속 패턴(MP)의 측벽(MP_SW)의 기울기는 90°일 수 있다. 금속 패턴(MP)의 바닥면(MP_BS)의 폭은 금속 패턴(MP)의 최대 폭이 아니다. In some embodiments, the slope of the sidewall MP_SW of the metal pattern MP may gradually decrease and then increase as it moves from the lower surface 100BS of the
몇몇 실시예에서, 금속 패턴(MP)의 상면(MP_US)은 기판(100)의 하면(100BS)을 향해 볼록할 수 있다. 금속 패턴(MP)의 상면(MP_US)은 금속 패턴(MP)과 필드 절연막(105)의 경계면일 수 있다. 다시 말하면, 금속 패턴(MP)과 필드 절연막(105)의 경계면은 기판(100)의 하면(100BS)을 향해 볼록할 수 있다. In some embodiments, the upper surface MP_US of the metal pattern MP may be convex toward the lower surface 100BS of the
앞서 설명한 것과 같이, 금속 패턴(MP)은 트렌치(TR)를 완전히 채우지 않는다. 금속 패턴(MP)이 채워지고 남은 트렌치(TR) 내에 필드 절연막(105)이 배치될 수 있다. 즉, 필드 절연막(105)의 적어도 일부는 트렌치(TR) 내에 배치될 수 있다. 즉, 필드 절연막(105)의 적어도 일부는 기판(100)과 제1 방향(X) 및/또는 제2 방향(Y)으로 오버랩될 수 있다. As previously described, the metal pattern MP does not completely fill the trench TR. The
몇몇 실시예에서, 파워 레일 비아(PRVA)의 적어도 일부는 트렌치(TR) 내에 배치될 수 있다. 파워 레일 비아(PRVA)의 적어도 일부는 기판(100)과 제1 방향(X) 및/또는 제2 방향(Y)으로 오버랩될 수 있다. 또한, 몇몇 실시예에서, 기판(100)의 하면(100BS)을 기준으로 금속 패턴(MP)의 상면(MP_US)의 높이는 기판(100)의 하면(100BS)을 기준으로 기판(100)의 상면(100US)의 높이보다 작을 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.In some embodiments, at least a portion of the power rail via (PRVA) may be disposed within the trench (TR). At least a portion of the power rail via PRVA may overlap the
금속 패턴(MP)은 금속 패턴 배리어막(MP_a)과, 금속 패턴 배리어막(MP_a) 상의 금속 패턴 필링막(MP_b)을 포함할 수 있다. 금속 패턴 배리어막(MP_a) 및 금속 패턴 필링막(MP_b)에 포함된 물질에 관한 내용은 소오스/드레인 배리어막(170a) 및 소오스/드레인 필링막(170b)에 관한 설명과 동일할 수 있다. 도시된 것과 달리, 금속 패턴(MP)은 단일막일 수 있음은 물론이다.The metal pattern MP may include a metal pattern barrier film MP_a and a metal pattern filling film MP_b on the metal pattern barrier film MP_a. Details regarding the materials included in the metal pattern barrier film MP_a and the metal pattern filling film MP_b may be the same as the descriptions of the source/
파워 레일 비아(PRVA)는 파워 레일(PR) 상에 배치될 수 있다. 파워 레일 비아(PRVA)는 금속 패턴(MP) 상에 배치될 수 있다. 파워 레일 비아(PRVA)는 금속 패턴(MP)을 통해 파워 레일(PR)과 접속될 수 있다. 파워 레일 비아(PRVA)는 복수의 게이트 전극들(120) 사이에 배치될 수 있다. 또한, 파워 레일 비아(PRVA)는 제1 활성 패턴(AP1)과 제2 활성 패턴(AP2) 사이에 배치될 수 있다. 구체적으로, 파워 레일 비아(PRVA)는 소오스/드레인 패턴(150)의 일측에 배치될 수 있다. 파워 레일 비아(PRVA)는 제1 소오스/드레인 컨택(170)과 제2 소오스/드레인 컨택(270) 사이에 배치될 수도 있다.The power rail via (PRVA) may be placed on the power rail (PR). The power rail via (PRVA) may be placed on the metal pattern (MP). The power rail via (PRVA) may be connected to the power rail (PR) through a metal pattern (MP). A power rail via (PRVA) may be disposed between the plurality of
파워 레일 비아(PRVA)는 제1 층간 절연막(190), 식각 정지막(160), 및 필드 절연막(105)을 관통하여 금속 패턴(MP)과 접속될 수 있다. 파워 레일 비아(PRVA)의 바닥면은 금속 패턴(MP)의 상면(MP_US)과 접촉할 수 있다. The power rail via PRVA may penetrate the first
몇몇 실시예에서, 기판(100)의 하면(100BS)에서 파워 레일 비아(PRVA)의 바닥면까지의 높이는 기판(100)의 두께보다 작을 수 있다. 기판(100)의 하면(100BS)을 기준으로 파워 레일 비아(PRVA)의 바닥면은 기판(100)의 상면(100US)보다 낮은 레벨에 배치될 수 있다. 다만, 본 발명의 기술적 사상이 이에 한정되는 것은 아니다. In some embodiments, the height from the bottom surface 100BS of the
제1 층간 절연막(190)은 파워 레일 비아(PRVA)의 상면(PRVA_US)을 덮지 않을 수 있다. 예를 들어, 파워 레일 비아(PRVA)의 상면(PRVA_US)은 제1 층간 절연막(190)의 상면과 동일 평면에 놓일 수 있다. 또한, 파워 레일 비아(PRVA)의 상면(PRVA_US)은 제1 소오스/드레인 컨택(170)의 상면(170US)과 동일 평면에 놓일 수 있다. 또한, 파워 레일 비아(PRVA)의 상면(PRVA_US)은 게이트 컨택(180)의 상면 및 게이트 캡핑막(145)의 상면과 동일 평면에 놓일 수 있다. The first
몇몇 실시예에서, 파워 레일 비아(PRVA)는 파워 레일 비아 배리어막(PRVA_a)과, 파워 레일 비아 배리어막(PRVA_a) 상의 파워 레일 비아 필링막(PRVA_b)을 포함할 수 있다. 파워 레일 비아 배리어막(PRVA_a) 및 파워 레일 비아 필링막(PRVA_b)에 포함된 물질에 관한 내용은 소오스/드레인 배리어막(170a) 및 소오스/드레인 필링막(170b)에 관한 설명과 동일할 수 있다. In some embodiments, the power rail via (PRVA) may include a power rail via barrier layer (PRVA_a) and a power rail via filling layer (PRVA_b) on the power rail via barrier layer (PRVA_a). The information regarding the materials included in the power rail via barrier layer (PRVA_a) and the power rail via filling layer (PRVA_b) may be the same as the description of the source/
상부 정지막(191)은 제1 층간 절연막(190), 게이트 캡핑막(145), 제1 소오스/드레인 컨택(170), 파워 레일 비아(PRVA) 및 게이트 컨택(180) 상에 배치될 수 있다. 제2 층간 절연막(192)은 상부 정지막(191) 상에 배치된다. The
상부 정지막(191)은 제2 층간 절연막(192)에 대해 식각 선택비를 갖는 물질을 포함할 수 있다. 상부 정지막(191)은 예를 들어, 실리콘 질화물(SiN), 실리콘 산질화물(SiON), 실리콘 산탄질화물(SiOCN), 실리콘 붕소질화물(SiBN), 실리콘 산붕소질화물(SiOBN), 실리콘 산탄화물(SiOC), 알루미늄 산화물(AlO), 알루미늄 질화물(AlN) 및 알루미늄 산탄화물(AlOC) 및 이들의 조합 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 상부 정지막(191)은 단일막인 것으로 도시되었지만, 이에 제한되는 것은 아니다. 도시된 것과 달리, 상부 정지막(191)이 형성되지 않을 수도 있다. 제2 층간 절연막(192)은 예를 들어, 실리콘 산화물, 실리콘 질화물, 실리콘 탄질화물, 실리콘 산질화물 및 저유전율 물질 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.The
비아 플러그(195)는 제2 층간 절연막(192) 내에 배치될 수 있다. 비아 플러그(195)는 상부 정지막(191)을 통과하여, 제1 소오스/드레인 컨택(170), 파워 레일 비아(PRVA)와 직접 연결될 수 있다. The via
비아 플러그(195)의 일부는 제1 소오스/드레인 컨택(170)의 상면(170US)과 파워 레일 비아(PRVA)의 상면(PRVA_US)을 완전히 덮을 수 있다. 즉, 하나의 비아 플러그(195)에 제1 소오스/드레인 컨택(170) 및 파워 레일 비아(PRVA)가 연결될 수 있다. A portion of the via
비아 플러그(195)는 비아 배리어막(195a)과 비아 필링막(195b)을 포함할 수 있다. 비아 배리어막(195a)은 비아 필링막(195b)의 측벽 및 바닥면을 따라 연장될 수 있다. 비아 배리어막(195a)은 예를 들어, 탄탈륨(Ta), 탄탈륨 질화물(TaN), 티타늄(Ti), 티타늄 질화물(TiN), 티타늄 실리콘 질화물(TiSiN), 니켈(Ni), 니켈 보론(NiB), 텅스텐 질화물(WN), 텅스텐 탄질화물(WCN), 지르코늄(Zr), 지르코늄 질화물(ZrN), 바나듐(V), 바나듐 질화물(VN), 니오븀(Nb), 니오븀 질화물(NbN), 백금(Pt), 이리듐(Ir), 로듐(Rh) 및 2차원 물질(2D material) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 비아 필링막(195b)은 예를 들어, 알루미늄(Al), 텅스텐(W), 코발트(Co), 루테늄(Ru), 구리(Cu), 은(Ag), 금(Au), 망간(Mn) 및 몰리브데넘(Mo) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.The via
이하에서, 도 5 내지 도 17을 참조하여 다른 몇몇 실시예들에 따른 반도체 장치를 설명한다. 설명의 편의상 도 1 내지 도 4를 이용하여 설명한 것과 다른 점을 중심으로 설명한다. Hereinafter, a semiconductor device according to some other embodiments will be described with reference to FIGS. 5 to 17 . For convenience of explanation, the description will focus on differences from those described using FIGS. 1 to 4.
도 5 내지 도 13은 다른 몇몇 실시예들에 따른 반도체 장치를 설명하기 위한 도면들이다. 5 to 13 are diagrams for explaining semiconductor devices according to some other embodiments.
먼저, 도 5를 참조하면, 금속 패턴(MP)의 상면(MP_US)은 평평할 수 있다. 금속 패턴(MP)의 상면(MP_US)은 기판(100)의 상면(100US)과 평행할 수 있다. 금속 패턴(MP)의 상면(MP_US)은 기판(100)의 상면(100US)과 동일 평면에 놓일 수 있다. First, referring to FIG. 5 , the top surface (MP_US) of the metal pattern (MP) may be flat. The top surface (MP_US) of the metal pattern (MP) may be parallel to the top surface (100US) of the
금속 패턴(MP)과 필드 절연막(105)의 경계면은 평평할 수 있다. 금속 패턴(MP)과 필드 절연막(105)의 경계면은 기판(100)의 상면(100US)과 동일 평면에 놓일 수 있다. The interface between the metal pattern MP and the
금속 패턴(MP)은 트렌치(TR)를 완전히 채울 수 있다. 금속 패턴(MP)의 상면(MP_US)은 트렌치(TR)의 상면일 수 있다. 필드 절연막(105)은 트렌치(TR) 내에 배치되지 않는다. 또한, 파워 레일 비아(PRVA)는 기판(100)과 제1 방향(X) 및/또는 제2 방향(Y)으로 오버랩되지 않을 수 있다. The metal pattern (MP) may completely fill the trench (TR). The top surface (MP_US) of the metal pattern (MP) may be the top surface of the trench (TR). The
몇몇 실시예에서, 기판(100)의 하면(100BS)을 기준으로 금속 패턴(MP)의 상면(MP_US)의 높이는 기판(100)의 하면(100BS)을 기준으로 기판(100)의 상면(100US)의 높이와 동일할 수 있다. In some embodiments, the height of the upper surface (MP_US) of the metal pattern (MP) with respect to the lower surface (100BS) of the
도 6을 참조하면, 금속 패턴(MP)의 상면(MP_US)은 기판(100)의 하면(100BS)을 향해 오목할 수 있다. 금속 패턴(MP)의 적어도 일부는 기판(100)의 상면(100US)에서 제3 방향(Z)으로 돌출될 수 있다. 금속 패턴(MP)과 필드 절연막(105)의 경계면은 기판(100)의 하면(100BS)을 향해 오목할 수 있다. Referring to FIG. 6 , the upper surface (MP_US) of the metal pattern (MP) may be concave toward the lower surface (100BS) of the
필드 절연막(105)은 트렌치(TR) 내에 배치되지 않는다. 또한, 파워 레일 비아(PRVA)는 기판(100)과 제1 방향(X) 및/또는 제2 방향(Y)으로 오버랩되지 않을 수 있다. The
도 7을 참조하면, 트렌치(TR)의 제2 방향(Y)으로의 폭은 기판(100)의 하면(100BS)에서 기판(100)의 상면(100US)을 향함에 따라 점진적으로 증가한다. 트렌치(TR)의 제2 방향(Y)으로의 폭은 기판(100)의 하면(100BS)에서 기판(100)의 상면(100US)을 향함에 따라 감소하지 않는다. 마찬가지로, 금속 패턴(MP)의 제2 방향(Y)으로의 폭은 기판(100)의 하면(100BS)에서 기판(100)의 상면(100US)을 향함에 따라 점진적으로 증가한다. 금속 패턴(MP)의 제2 방향(Y)으로의 폭은 기판(100)의 하면(100BS)에서 기판(100)의 상면(100US)을 향함에 따라 감소하지 않는다. Referring to FIG. 7 , the width of the trench TR in the second direction Y gradually increases from the lower surface 100BS of the
도시되진 않았지만, 트렌치(TR)의 제1 방향(X)으로의 폭, 및 금속 패턴(MP)의 제1 방향(X)으로의 폭도 기판(100)의 하면(100BS)에서 기판(100)의 상면(100US)을 향함에 따라 점진적으로 증가한다. 트렌치(TR)의 제1 방향(X)으로의 폭, 및 금속 패턴(MP)의 제1 방향(X)으로의 폭도 기판(100)의 하면(100BS)에서 기판(100)의 상면(100US)을 향함에 따라 감소하지 않는다.Although not shown, the width of the trench TR in the first direction It gradually increases as it moves towards the upper surface (100US). The width of the trench TR in the first direction It does not decrease as it goes toward .
즉, 트렌치(TR)의 바닥면(TR_BS)의 폭은 트렌치(TR)의 최대 폭일 수 있다. 금속 패턴(MP)의 바닥면(MP_BS)의 폭은 금속 패턴(MP)의 최대 폭일 수 있다.That is, the width of the bottom surface TR_BS of the trench TR may be the maximum width of the trench TR. The width of the bottom surface MP_BS of the metal pattern MP may be the maximum width of the metal pattern MP.
또한, 트렌치(TR)의 측벽(TR_SW)의 기울기는 기판(100)의 하면(100BS)에서 기판(100)의 상면(100US)을 향함에 따라 점진적으로 감소한다. 트렌치(TR)의 측벽(TR_SW)의 기울기는 트렌치(TR)의 바닥면(TR_BS)에서 최소값을 갖는다. Additionally, the slope of the sidewall TR_SW of the trench TR gradually decreases from the lower surface 100BS of the
금속 패턴(MP)의 측벽(MP_SW)의 기울기는 기판(100)의 하면(100BS)에서 기판(100)의 상면(100US)을 향함에 따라 점진적으로 감소한다. 금속 패턴(MP)의 측벽(MP_SW)의 기울기는 금속 패턴(MP)의 바닥면(MP_BS)에서 최소값을 갖는다. The slope of the sidewall MP_SW of the metal pattern MP gradually decreases from the lower surface 100BS of the
도 8을 참조하면, 파워 레일 비아(PRVA)는 금속 패턴(MP)과 오정렬(misalign)될 수 있다. 파워 레일 비아(PRVA)와 금속 패턴(MP)이 오정렬된다는 것은 파워 레일 비아(PRVA)의 바닥면이 금속 패턴(MP)의 상면(MP_US)과 완전히 접촉하지 않는 것을 의미할 수 있다. 또한, 파워 레일 비아(PRVA)와 금속 패턴(MP)이 오정렬된다는 것은 파워 레일 비아(PRVA)와 금속 패턴(MP)이 제3 방향(Z)으로 오버랩되지 않는 부분을 포함한다는 것을 의미할 수 있다. Referring to FIG. 8, the power rail via (PRVA) may be misaligned with the metal pattern (MP). Misalignment of the power rail via (PRVA) and the metal pattern (MP) may mean that the bottom surface of the power rail via (PRVA) does not completely contact the top surface (MP_US) of the metal pattern (MP). Additionally, misalignment of the power rail via (PRVA) and the metal pattern (MP) may mean that the power rail via (PRVA) and the metal pattern (MP) include a portion that does not overlap in the third direction (Z). .
즉, 파워 레일 비아(PRVA)의 적어도 일부는 기판(100)과 접촉할 수 있다. 파워 레일 비아(PRVA)의 적어도 일부는 기판(100) 내에 배치된다. 파워 레일 비아(PRVA)의 적어도 일부는 금속 패턴(MP)의 측벽(MP_SW)과 접촉한다. 금속 패턴(MP)의 측벽(MP_SW)이 볼록한 구조를 갖기 때문에, 파워 레일 비아(PRVA)와 금속 패턴(MP)이 오정렬되어도 전기적으로 쇼트(short)가 일어날 확률이 감소할 수 있다. 이에 따라, 신뢰성이 향상된 반도체 장치가 제조될 수 있다. That is, at least a portion of the power rail via (PRVA) may contact the
도 9를 참조하면, 파워 레일 비아(PRVA)는 금속 패턴(MP)과 오정렬(misalign)될 수 있다. 또한, 파워 레일 비아(PRVA)의 적어도 일부는 파워 레일(PR)과 접촉할 수 있다. 파워 레일 비아(PRVA)의 바닥면은 파워 레일(PR)의 상면과 접촉할 수 있다. 파워 레일 비아(PRVA)의 적어도 일부는 기판(100) 내에 배치된다. 파워 레일 비아(PRVA)의 적어도 일부는 금속 패턴(MP)의 측벽(MP_SW)과 접촉할 수 있다. Referring to FIG. 9, the power rail via (PRVA) may be misaligned with the metal pattern (MP). Additionally, at least a portion of the power rail via (PRVA) may contact the power rail (PR). The bottom surface of the power rail via (PRVA) may contact the top surface of the power rail (PR). At least a portion of the power rail via (PRVA) is disposed within the
도 10을 참조하면, 파워 레일(PR)과 금속 패턴(MP)은 단일 공정에 의해 형성될 수 있다. 즉, 파워 레일(PR)과 금속 패턴(MP)의 경계가 불분명할 수 있다. 이 때, 파워 레일 배리어막(PR_a)은 금속 패턴(MP)의 바닥면(MP_BS)을 따라 연장되지 않는다. 파워 레일 배리어막(PR_a)은 금속 패턴 배리어막(MP_a)과 동일한 공정을 통해 형성될 수 있다. 파워 레일 필링막(PR_b)은 금속 패턴 필링막(MP_b)과 동일한 공정을 통해 형성될 수 있다. Referring to FIG. 10, the power rail (PR) and the metal pattern (MP) can be formed through a single process. That is, the boundary between the power rail (PR) and the metal pattern (MP) may be unclear. At this time, the power rail barrier film PR_a does not extend along the bottom surface MP_BS of the metal pattern MP. The power rail barrier layer (PR_a) may be formed through the same process as the metal pattern barrier layer (MP_a). The power rail filling film (PR_b) may be formed through the same process as the metal pattern filling film (MP_b).
도 11을 참고하면, 몇몇 실시예들에 따른 반도체 장치에서, 제1 소오스/드레인 컨택(170)은 제1 부분(170_1)과, 제2 부분(170_2)을 포함할 수 있다. Referring to FIG. 11 , in a semiconductor device according to some embodiments, the first source/
제1 소오스/드레인 컨택(170)의 제1 부분(170_1)은 제1 소오스/드레인 컨택(170)의 제2 부분(170_2)과 직접 연결될 수 있다. 제1 소오스/드레인 컨택(170)의 제2 부분(170_2)은 비아 플러그(195)가 랜딩되는 부분이다. 제1 소오스/드레인 컨택(170)은 제1 소오스/드레인 컨택(170)의 제2 부분(170_2)을 통해, 비아 플러그(195)와 연결될 수 있다. 제1 소오스/드레인 컨택(170)의 제1 부분(170_1)은 비아 플러그(195)가 랜딩되는 부분이 아니다. The first part 170_1 of the first source/
예를 들어, 제1 소오스/드레인 컨택(170)의 제2 부분(170_2)은 비아 플러그(195)와 연결되는 부분에 위치할 수 있다. 제1 소오스/드레인 컨택(170)의 제1 부분(170_1)은 비아 플러그(195)와 연결되지 않는 부분에 위치할 수 있다.For example, the second portion 170_2 of the first source/
또한, 도시되진 않았지만, 게이트 컨택(180)과 제1 소오스/드레인 컨택(170)이 쇼트(short)되는 것을 방지하기 위해, 게이트 컨택(180)과 연결된 부분의 게이트 전극(120)의 양측에, 제1 소오스/드레인 컨택(170)의 제1 부분(170_1)이 위치하고, 제1 소오스/드레인 컨택(170)의 제2 부분(170_2)이 위치하지 않을 수 있다. In addition, although not shown, in order to prevent the
제1 소오스/드레인 컨택(170)의 제2 부분(170_2)의 상면은 제1 소오스/드레인 컨택(170)의 제1 부분(170_1)의 상면보다 높다. 필드 절연막(105)의 상면을 기준으로, 제1 소오스/드레인 컨택(170)의 제2 부분(170_2)의 상면은 제1 소오스/드레인 컨택(170)의 제1 부분(170_1)의 상면보다 높다. 예를 들어, 제1 소오스/드레인 컨택(170)의 상면은 제1 소오스/드레인 컨택(170)의 제2 부분(170_2)의 상면일 수 있다.The top surface of the second part 170_2 of the first source/
도 11에서, 제1 소오스/드레인 컨택(170)은 'L'자 형상을 갖는 것으로 도시하였지만, 이에 제한되는 것은 아니다. 도시된 것과 달리, 제1 소오스/드레인 컨택(170)은 180도 회전된 T자 형상을 가질 수도 있다. 이와 같은 경우, 제1 소오스/드레인 컨택(170)의 제1 부분(170_1)은 제1 소오스/드레인 컨택(170)의 제2 부분(170_2)의 양측에 배치될 수 있다.In FIG. 11, the first source/
도 12를 참고하면, 몇몇 실시예들에 따른 반도체 장치에서, 제1 소오스/드레인 컨택(170)은 하부 소오스/드레인 컨택(171)과, 상부 소오스/드레인 컨택(172)을 포함할 수 있다. Referring to FIG. 12 , in a semiconductor device according to some embodiments, the first source/
하부 소오스/드레인 컨택(171)은 하부 소오스/드레인 배리어막(171a)과, 하부 소오스/드레인 필링막(171b)을 포함할 수 있다. 상부 소오스/드레인 컨택(172)은 상부 소오스/드레인 배리어막(172a)과, 상부 소오스/드레인 필링막(172b)을 포함할 수 있다.The lower source/drain contact 171 may include a lower source/drain barrier layer 171a and a lower source/drain filling layer 171b. The upper source/drain contact 172 may include an upper source/drain barrier layer 172a and an upper source/drain filling layer 172b.
제1 소오스/드레인 컨택(170)의 상면(170US)은 상부 소오스/드레인 컨택(172)의 상면(172US)일 수 있다. The top surface 170US of the first source/
하부 소오스/드레인 배리어막(171a) 및 상부 소오스/드레인 배리어막(172a)에 포함된 물질에 관한 내용은 소오스/드레인 배리어막(170a)에 관한 설명과 동일할 수 있다. 하부 소오스/드레인 필링막(171b) 및 상부 소오스/드레인 필링막(172b)에 포함된 물질에 관한 내용은 소오스/드레인 필링막(170b)에 관한 설명과 동일할 수 있다. 도시된 것과 달리, 상부 소오스/드레인 컨택(172)은 단일막으로 형성될 수 있다. Description of the materials included in the lower source/drain barrier layer 171a and the upper source/drain barrier layer 172a may be the same as the description of the source/
도 13을 참조하면, 제1 소오스/드레인 컨택(170)은 제2 방향(Y)으로 길게 연장할 수 있다. 제1 소오스/드레인 컨택(170)은 금속 패턴(MP)과 제3 방향(Z)으로 오버랩될 수 있다. 제1 소오스/드레인 컨택(170)은 파워 레일 비아(PRVA)와 제3 방향(Z)으로 오버랩될 수 있다. Referring to FIG. 13, the first source/
몇몇 실시예에서, 제1 소오스/드레인 컨택(170)의 바닥면(170BS)은 파워 레일 비아(PRVA)의 상면(PRVA_US)과 접촉할 수 있다. 파워 레일 비아(PRVA)의 상면(PRVA_US)은 소오스/드레인 패턴(150)의 상면(150US)과 동일 평면에 놓일 수 있다. 다만, 본 발명의 기술적 사상이 이에 한정되는 것은 아니다. In some embodiments, the bottom surface 170BS of the first source/
도 14 내지 도 17은 다른 몇몇 실시예들에 따른 반도체 장치를 설명하기 위한 도면들이다. 14 to 17 are diagrams for explaining semiconductor devices according to some other embodiments.
도 14는 몇몇 실시예들에 따른 반도체 장치를 설명하기 위한 예시적인 레이아웃도이다. 도 15는 도 14의 A-A' 선을 따라 절단한 예시적인 단면도이다. 도 16 및 도 17은 각각 도 14의 B-B' 선을 따라 절단한 단면도이다. 설명의 편의상, 도 1 내지 도 4를 이용하여 설명한 것과 다른 점을 중심으로 설명한다.14 is an example layout diagram for explaining a semiconductor device according to some embodiments. FIG. 15 is an exemplary cross-sectional view taken along line A-A' in FIG. 14. Figures 16 and 17 are cross-sectional views taken along line B-B' of Figure 14, respectively. For convenience of explanation, the description will focus on differences from those described using FIGS. 1 to 4.
도 14 내지 도 17을 참고하면, 몇몇 실시예들에 따른 반도체 장치에서, 제1 활성 패턴(AP1)은 하부 패턴(BP)과 적어도 하나 이상의 시트 패턴(NS)을 포함할 수 있다. 도시되지 않았지만, 제2 활성 패턴(AP2)은 하부 패턴과 적어도 하나 이상의 시트 패턴을 포함할 수 있다. Referring to FIGS. 14 to 17 , in semiconductor devices according to some embodiments, the first active pattern AP1 may include a lower pattern BP and at least one sheet pattern NS. Although not shown, the second active pattern AP2 may include a lower pattern and at least one sheet pattern.
하부 패턴(BP)은 제1 방향(X)을 따라 연장될 수 있다. 시트 패턴(NS)은 하부 패턴(BP) 상에, 하부 패턴(BP)과 이격되어 배치될 수 있다. The lower pattern BP may extend along the first direction (X). The sheet pattern NS may be disposed on the lower pattern BP and spaced apart from the lower pattern BP.
시트 패턴(NS)은 제3 방향(Z)으로 적층된 복수의 시트 패턴을 포함할 수 있다. 도시되진 않았지만, 시트 패턴(NS)은 3개인 것으로 도시하였지만, 설명의 편의를 위한 것일 뿐, 이에 제한되는 것은 아니다. 시트 패턴(NS) 중 최상부에 배치된 시트 패턴(NS)의 상면은 제1 활성 패턴(AP1)의 상면일 수 있다. The sheet pattern NS may include a plurality of sheet patterns stacked in the third direction (Z). Although not shown, there are three sheet patterns NS, but this is only for convenience of explanation and is not limited thereto. The top surface of the sheet pattern NS disposed at the top of the sheet patterns NS may be the top surface of the first active pattern AP1.
시트 패턴(NS)은 소오스/드레인 패턴(150)과 연결될 수 있다. 시트 패턴(NS)은 트랜지스터의 채널 영역으로 사용되는 채널 패턴일 수 있다. 예를 들어, 시트 패턴(NS)은 나노 시트 또는 나노 와이어일 수 있다. The sheet pattern NS may be connected to the source/
하부 패턴(BP)은 예를 들어, 원소 반도체 물질인 실리콘 또는 게르마늄을 포함할 수 있다. 또는, 하부 패턴(BP1)은 화합물 반도체를 포함할 수 있고, 예를 들어, IV-IV족 화합물 반도체 또는 III-V족 화합물 반도체를 포함할 수 있다.The lower pattern BP may include, for example, silicon or germanium, which are elemental semiconductor materials. Alternatively, the lower pattern BP1 may include a compound semiconductor, for example, a group IV-IV compound semiconductor or a group III-V compound semiconductor.
시트 패턴(NS)은 예를 들어, 원소 반도체 물질인 실리콘 또는 게르마늄을 포함할 수 있다. 또는, 시트 패턴(NS)은 화합물 반도체를 포함할 수 있고, 예를 들어, IV-IV족 화합물 반도체 또는 III-V족 화합물 반도체를 포함할 수 있다.The sheet pattern NS may include, for example, silicon or germanium, which are elemental semiconductor materials. Alternatively, the sheet pattern NS may include a compound semiconductor, for example, a group IV-IV compound semiconductor or a group III-V compound semiconductor.
소오스/드레인 패턴(150)은 하부 패턴(BP) 상에 배치될 수 있다. 소오스/드레인 패턴(150)은 복수의 게이트 전극들(120) 사이에 배치될 수 있다. 소오스/드레인 패턴(150)은 시트 패턴(NS)과 접속될 수 있다. The source/
파워 레일 비아(PRVA)는 하부 패턴(BP)의 일측에 배치될 수 있다. 파워 레일 비아(PRVA)는 소오스/드레인 패턴(150)의 일측에 배치된다. 또한, 파워 레일 비아(PRVA)는 복수의 게이트 전극들(120) 사이에 배치될 수 있다. The power rail via (PRVA) may be disposed on one side of the lower pattern (BP). The power rail via (PRVA) is disposed on one side of the source/
도시되진 않았지만, 게이트 절연막(130)은 하부 패턴(BP)의 상면과, 필드 절연막(105)의 상면을 따라 연장될 수 있다. 게이트 절연막(130)은 시트 패턴(NS)의 둘레를 감쌀 수 있다. Although not shown, the
게이트 전극(120)은 하부 패턴(BP) 상에 배치된다. 게이트 전극(120)은 하부 패턴(BP)과 교차한다. 게이트 전극(120)은 시트 패턴(NS)의 둘레를 감쌀 수 있다. The
도 16에서, 게이트 스페이서(140)는 외측 스페이서(141)와, 내측 스페이서(142)를 포함할 수 있다. 내측 스페이서(142)는 하부 패턴(BP) 및 시트 패턴(NS) 사이와, 인접하는 시트 패턴(NS) 사이에 배치될 수 있다.In FIG. 16, the
도 17에서, 게이트 스페이서(140)는 외측 스페이서만 포함할 수 있다. 하부 패턴(BP) 및 시트 패턴(NS) 사이와, 인접하는 시트 패턴(NS) 사이에, 내측 스페이서는 배치되지 않는다. In Figure 17, the
도 18 내지 도 29는 몇몇 실시예에 따른 반도체 장치 제조 방법을 설명하기 위한 중간단계 도면들이다. 참고적으로, 도 18 내지 도 29는 도 1의 A-A' 선을 따라 절단한 단면도일 수 있다. 이하의 제조 방법은 단면도 관점에서 설명한다. 18 to 29 are intermediate stage diagrams for explaining a semiconductor device manufacturing method according to some embodiments. For reference, FIGS. 18 to 29 may be cross-sectional views taken along line A-A' of FIG. 1. The following manufacturing method is explained in terms of cross-sectional views.
도 18을 참조하면, 프리 기판(100P)이 제공될 수 있다. 프리 기판(100P) 상에, 제1 활성 패턴(AP1)이 형성될 수 있다. 도시되진 않았지만, 프리 기판(100P) 상에 제2 활성 패턴(도 1의 AP2)이 형성될 수 있다. 프리 기판(100P)을 패터닝하여 제1 활성 패턴(AP1), 및 제2 활성 패턴(도 1의 AP2)이 형성될 수 있다. 프리 기판(100P)은 실리콘 기판일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. Referring to FIG. 18, a
도 19를 참조하면, 프리 기판(100P) 내에 트렌치(TR)가 형성될 수 있다. 상기 트렌치(TR)는 습식 식각 공정을 통해 형성될 수 있다. 따라서, 트렌치(TR)의 프로파일은 곡면일 수 있다. 트렌치(TR)의 프로파일은 트렌치(TR)의 중심을 향해 오목할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. Referring to FIG. 19, a trench TR may be formed in the
도 20을 참조하면, 프리 기판(100P) 상에 희생막(SCL)이 형성될 수 있다. 상기 희생막(SCL)은 제1 활성 패턴(AP1), 및 프리 기판(100P)을 덮을 수 있다. 희생막(SCL)은 트렌치(TR)를 채울 수 있다. 희생막(SCL)은 프리 기판(100P) 및 제1 활성 패턴(AP1)과 식각 선택비를 갖는 물질을 포함할 수 있다. Referring to FIG. 20, a sacrificial layer (SCL) may be formed on the
도 21을 참조하면, 희생막(SCL)의 일부를 제거하여 프리 기판(100P)을 노출할 수 있다. 또한, 희생막(SCL)의 일부를 제거하여 제1 활성 패턴(AP1)을 노출할 수 있다. 앞서 설명한 것처럼 희생막(SCL)은 프리 기판(100P) 및 제1 활성 패턴(AP1)과 식각 선택비를 갖기 때문에 희생막(SCL)이 제거되는 동안 프리 기판(100P) 및 제1 활성 패턴(AP1)은 제거되지 않을 수 있다. 즉, 희생막(SCL)이 선택적으로 제거될 수 있다. Referring to FIG. 21 , the
몇몇 실시예에서, 트렌치(TR) 내의 희생막(SCL)의 상면(SCL_US)은 프리 기판(100P)의 하면을 향해 리세스될 수 있다. 이는, 희생막(SCL)이 제거될 때 희생막(SCL)이 오버에치(over etch)되기 때문일 수 있다. In some embodiments, the top surface (SCL_US) of the sacrificial layer (SCL) in the trench (TR) may be recessed toward the bottom surface of the free substrate (100P). This may be because the sacrificial layer SCL is overetched when the sacrificial layer SCL is removed.
도 22를 참조하면, 필드 절연막(105)이 형성될 수 있다. 필드 절연막(105)은 기판(100)의 상면(100US)을 덮을 수 있다. 필드 절연막(105)은 희생막(SCL)의 상면(SCL_US)을 덮을 수 있다. 필드 절연막(105)은 제1 활성 패턴(AP1)의 측벽을 덮을 수 있다. Referring to FIG. 22, a
이어서, 소오스/드레인 패턴(150)이 형성될 수 있다. 소오스/드레인 패턴(150)은 제1 활성 패턴(AP1) 상에 형성된다. 소오스/드레인 패턴(150)은 에피택셜 패턴일 수 있다. Subsequently, source/
이어서, 식각 정지막(160), 제1 층간 절연막(190), 제1 소오스/드레인 컨택(170), 및 파워 레일 비아(PRVA)가 형성될 수 있다. Subsequently, the
먼저, 필드 절연막(105)의 상면, 소오스/드레인 패턴(150)의 프로파일을 따라 식각 정지막(160)이 형성될 수 있다. 이어서, 식각 정지막(160) 상에, 제1 층간 절연막(190)이 형성될 수 있다. First, an
소오스/드레인 패턴(150) 상에, 제1 층간 절연막(190)과 식각 정지막(160)을 관통하는 제1 소오스/드레인 컨택(170)이 형성된다. 제1 소오스/드레인 컨택(170)과 소오스/드레인 패턴(150)의 경계에, 컨택 실리사이드막(155)이 형성된다. On the source/
이어서, 희생막(SCL) 상에, 제1 층간 절연막(190), 식각 정지막(160), 및 필드 절연막(105)을 관통하는 파워 레일 비아(PRVA)가 형성될 수 있다. 파워 레일 비아(PRVA)는 소오스/드레인 패턴(150)의 일측에 형성될 수 있다. 파워 레일 비아(PRVA)는 제1 소오스/드레인 컨택(170)의 일측에 형성될 수 있다. 파워 레일 비아(PRVA)는 희생막(SCL)의 상면(SCL_US)에 랜딩될 수 있다. Subsequently, a power rail via (PRVA) penetrating the first
이어서, 제1 소오스/드레인 컨택(170), 파워 레일 비아(PRVA), 및 제1 층간 절연막(190) 상에 상부 정지막(191), 제2 층간 절연막(192), 및 비아 플러그(195)가 형성될 수 있다. Subsequently, an
도 23을 참조하면, 제2 층간 절연막(192), 및 비아 플러그(195) 상에 캡핑 기판(500)이 형성될 수 있다. 캡핑 기판(500)은 유리 기판일 수도 있고, 실리콘 기판일 수도 있다. 이어서, 반도체 장치를 180도 회전시킬 수 있다. Referring to FIG. 23 , a
도 24를 참조하면, 프리 기판(100P)을 식각하여 기판(100)이 형성될 수 있다. 기판(100)은 서로 반대되는 상면(100US)과 하면(100BS)을 포함할 수 있다. Referring to FIG. 24, the
프리 기판(100P)을 식각하여 희생막(SCL)을 노출할 수 있다. 구체적으로, 프리 기판(100P)은 평탄화 공정(CMP; Chemical Mechanical Polishing)을 통해 식각될 수 있다. 평탄과 공정을 수행하다가, 희생막(SCL)이 노출되면, 상기 평탄과 공정을 중단할 수 있다. 이에 따라, 기판(100)의 하면(100BS)은 희생막(SCL)의 바닥면(SCL_BS)과 동일 평면에 놓일 수 있다. 기판(100)의 하면(100BS)은 트렌치(TR)의 바닥면(TR_BS)과 동일 평면에 놓일 수 있다.The sacrificial layer (SCL) can be exposed by etching the free substrate (100P). Specifically, the
도 25를 참조하면, 희생막(SCL)을 제거할 수 있다. 희생막(SCL)을 제거하여 파워 레일 비아(PRVA) 및 필드 절연막(105)을 노출할 수 있다. 희생막(SCL)은 기판(100)과 식각 선택비를 가질 수 있다. 따라서, 희생막(SCL)을 제거하는 동안 기판(100)이 제거되지 않을 수 있다. 희생막(SCL)이 선택적으로 제거될 수 있다. Referring to FIG. 25, the sacrificial layer (SCL) can be removed. The sacrificial layer (SCL) may be removed to expose the power rail via (PRVA) and the
도 26을 참조하면, 트렌치(TR) 내에 금속 패턴(MP)이 형성될 수 있다. 먼저, 트렌치(TR)의 측벽(TR_SW)을 따라 금속 패턴 배리어막(MP_a)이 형성될 수 있다. 금속 패턴 배리어막(MP_a) 상에 금속 패턴 필링막(MP_b)이 형성될 수 있다. 트렌치(TR)의 측벽(TR_SW)은 볼록한 형상을 갖기에, 금속 패턴(MP)의 측벽(MP_SW)도 볼록한 형상을 가질 수 있다. 금속 패턴(MP)과 파워 레일 비아(PRVA)는 서로 전기적으로 연결될 수 있다. Referring to FIG. 26, a metal pattern (MP) may be formed in the trench (TR). First, a metal pattern barrier layer MP_a may be formed along the sidewall TR_SW of the trench TR. A metal pattern filling film (MP_b) may be formed on the metal pattern barrier film (MP_a). Since the sidewall TR_SW of the trench TR has a convex shape, the sidewall MP_SW of the metal pattern MP may also have a convex shape. The metal pattern (MP) and the power rail via (PRVA) may be electrically connected to each other.
도 27을 참조하면, 기판(100)의 하면(100BS) 및 상에 하부 절연막(101)이 형성될 수 있다. 하부 절연막(101)은 기판(100)의 하면(100BS) 및 금속 패턴(MP)을 덮을 수 있다. Referring to FIG. 27 , a lower insulating
도 28을 참조하면, 하부 절연막(101)의 일부를 식각하여 리세스(RC)가 형성될 수 있다. 상기 리세스(RC)는 금속 패턴(MP) 상에 형성된다. 상기 리세스(RC)는 금속 패턴(MP)의 바닥면(MP_BS)을 노출할 수 있다. Referring to FIG. 28, a recess RC may be formed by etching a portion of the lower insulating
도 29를 참조하면, 리세스(RC)를 채우는 파워 레일(PR)이 형성될 수 있다. 파워 레일(PR)은 금속 패턴(MP)과 접촉할 수 있다. 파워 레일(PR)은 금속 패턴(MP)과 접속될 수 있다. 파워 레일(PR)은 파워 레일 비아(PRVA)와 접속될 수 있다. 파워 레일(PR)은 금속 패턴(MP)을 통해 파워 레일 비아(PRVA)와 전기적으로 연결될 수 있다. 이어서, 도시되진 않았지만, 캡핑 기판(500)을 제거하고 반도체 장치를 다시 180도 회전시킬 수 있다. Referring to FIG. 29, a power rail (PR) may be formed filling the recess (RC). The power rail (PR) may be in contact with the metal pattern (MP). The power rail (PR) may be connected to the metal pattern (MP). The power rail (PR) may be connected to a power rail via (PRVA). The power rail (PR) may be electrically connected to the power rail via (PRVA) through a metal pattern (MP). Subsequently, although not shown, the capping
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 제조될 수 있으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.Although embodiments of the present invention have been described above with reference to the attached drawings, the present invention is not limited to the above embodiments and can be manufactured in various different forms, and can be manufactured in various different forms by those skilled in the art. It will be understood by those who understand that the present invention can be implemented in other specific forms without changing its technical spirit or essential features. Therefore, the embodiments described above should be understood in all respects as illustrative and not restrictive.
100: 기판
105: 필드 절연막
150: 소오스/드레인 패턴
170, 270: 소오스/드레인 컨택
145: 게이트 캡핑막
180: 게이트 컨택
120: 게이트 전극
140: 게이트 스페이서
PR: 파워 레일
PRVA: 파워 레일 비아
MP: 금속 패턴
AP1, AP2: 활성 패턴
190: 제1 층간 절연막100: substrate 105: field insulating film
150: source/
145: gate capping film 180: gate contact
120: gate electrode 140: gate spacer
PR: Power rail PRVA: Power rail via
MP: metal pattern
AP1, AP2: Active pattern 190: First interlayer insulating film
Claims (10)
상기 기판의 상면 상에, 제1 방향으로 연장하는 활성 패턴;
상기 기판의 상면 상에, 상기 활성 패턴의 측벽을 덮는 필드 절연막;
상기 기판의 하면 상에 배치되고, 상기 제1 방향으로 연장하는 파워 레일;
상기 기판 내에 형성되고, 상기 파워 레일의 일부를 노출하는 트렌치; 및
상기 트렌치의 적어도 일부를 채우고, 상기 파워 레일과 접속되는 금속 패턴을 포함하고,
상기 트렌치의 바닥면은 상기 기판의 하면과 동일 평면에 놓이고,
상기 트렌치의 측벽은 볼록한 형상을 갖고,
상기 필드 절연막의 적어도 일부는 상기 트렌치 내에 배치되는, 반도체 장치.A substrate including upper and lower surfaces opposing each other;
an active pattern extending in a first direction on the upper surface of the substrate;
a field insulating film covering sidewalls of the active pattern on the upper surface of the substrate;
a power rail disposed on a lower surface of the substrate and extending in the first direction;
a trench formed in the substrate and exposing a portion of the power rail; and
Filling at least a portion of the trench and including a metal pattern connected to the power rail,
The bottom surface of the trench is on the same plane as the bottom surface of the substrate,
The side walls of the trench have a convex shape,
At least a portion of the field insulating film is disposed within the trench.
상기 트렌치의 상기 제1 방향과 교차하는 제2 방향으로의 폭은 상기 기판의 하면에서 상기 기판의 상면을 향함에 따라 점진적으로 증가하다가 감소하는, 반도체 장치.According to clause 1,
A semiconductor device wherein the width of the trench in a second direction crossing the first direction gradually increases and then decreases from the bottom surface of the substrate toward the top surface of the substrate.
상기 트렌치의 상기 제1 방향으로의 폭은 상기 기판의 하면에서 상기 기판의 상면을 향함에 따라 점진적으로 증가하다가 감소하는, 반도체 장치.According to clause 1,
A semiconductor device wherein the width of the trench in the first direction gradually increases and then decreases from the bottom surface of the substrate toward the top surface of the substrate.
상기 필드 절연막과 상기 금속 패턴의 경계면은 상기 파워 레일을 향해 볼록한, 반도체 장치.According to clause 1,
A semiconductor device wherein an interface between the field insulating film and the metal pattern is convex toward the power rail.
상기 트렌치의 측벽의 기울기는 상기 기판의 하면에서 상기 기판의 상면을 향함에 따라 점진적으로 감소하다가 증가하는, 반도체 장치.According to clause 1,
A semiconductor device wherein the slope of the sidewall of the trench gradually decreases and then increases as it moves from the lower surface of the substrate toward the upper surface of the substrate.
상기 기판의 상면 상에, 제1 방향으로 연장되는 활성 패턴;
상기 활성 패턴을 덮고, 상기 제1 방향과 교차하는 제2 방향으로 연장하는 게이트 전극;
상기 기판의 하면 상에 배치되고, 상기 제1 방향으로 연장하는 파워 레일;
상기 기판 내에 배치되고, 상기 파워 레일과 접속되는 금속 패턴; 및
상기 금속 패턴 상에, 상기 게이트 전극의 일측에 배치되고, 상기 금속 패턴을 통해 상기 파워 레일과 접속되는 파워 레일 비아를 포함하고,
상기 금속 패턴의 바닥면은 상기 기판의 하면과 나란하게 연장하며, 상기 기판의 하면과 동일 평면에 놓이고,
상기 금속 패턴의 상기 제1 방향과 교차하는 제2 방향으로의 폭 및 상기 제1 방향으로의 폭은 각각 상기 기판의 하면에서 상기 기판의 상면을 향함에 따라 점진적으로 증가하는 부분을 포함하는, 반도체 장치.A substrate including upper and lower surfaces opposing each other;
an active pattern extending in a first direction on the upper surface of the substrate;
a gate electrode covering the active pattern and extending in a second direction intersecting the first direction;
a power rail disposed on a lower surface of the substrate and extending in the first direction;
a metal pattern disposed within the substrate and connected to the power rail; and
A power rail via is disposed on one side of the gate electrode on the metal pattern and connected to the power rail through the metal pattern,
The bottom surface of the metal pattern extends parallel to the bottom surface of the substrate and lies on the same plane as the bottom surface of the substrate,
The width of the metal pattern in the second direction intersecting the first direction and the width in the first direction each include a portion that gradually increases from the lower surface of the substrate toward the upper surface of the substrate. Device.
상기 기판의 하면에서 상기 파워 레일 비아의 바닥면까지의 높이는 상기 기판의 두께보다 작은, 반도체 장치.According to clause 6,
A semiconductor device wherein the height from the bottom surface of the substrate to the bottom surface of the power rail via is smaller than the thickness of the substrate.
상기 활성 패턴 상에, 상기 게이트 전극의 일측에 배치되는 소오스/드레인 패턴과, 상기 소오스/드레인 패턴 상의 소오스/드레인 컨택을 더 포함하고,
상기 파워 레일 비아는 상기 소오스/드레인 컨택과 접속되는, 반도체 장치.According to clause 6,
On the active pattern, it further includes a source/drain pattern disposed on one side of the gate electrode, and a source/drain contact on the source/drain pattern,
The power rail via is connected to the source/drain contact.
상기 파워 레일 비아의 적어도 일부는 상기 파워 레일과 직접 접촉하는, 반도체 장치.According to clause 6,
At least a portion of the power rail via is in direct contact with the power rail.
상기 기판의 상면 상에, 제1 방향으로 연장되는 활성 패턴;
상기 활성 패턴을 덮고, 상기 제1 방향과 교차하는 제2 방향으로 연장하는 게이트 전극;
상기 기판의 상면 상에, 상기 활성 패턴의 측벽을 덮는 필드 절연막;
상기 기판의 하면 상에 배치되고, 상기 제1 방향으로 연장하는 파워 레일;
상기 기판 내에 형성되고, 상기 파워 레일의 일부를 노출하며, 볼록한 형상인 측벽을 갖는 트렌치;
상기 트렌치의 적어도 일부를 채우고, 상기 파워 레일과 접속되는 금속 패턴;
상기 활성 패턴 상에, 상기 게이트 전극의 일측에 배치되는 소오스/드레인 패턴;
상기 소오스/드레인 패턴 상의 소오스/드레인 컨택; 및
상기 금속 패턴 상에, 상기 게이트 전극의 일측에 배치되고, 상기 금속 패턴을 통해 상기 파워 레일과 접속되는 파워 레일 비아를 포함하고,
상기 트렌치의 바닥면은 상기 기판의 하면과 동일 평면에 놓이고,
상기 필드 절연막의 적어도 일부는 상기 트렌치 내에 배치되고,
상기 트렌치의 상기 제1 방향으로의 폭 및 상기 제2 방향으로의 폭은 각각 상기 기판의 하면에서 상기 기판의 상면을 향함에 따라 점진적으로 증가하다가 감소하는, 반도체 장치.A substrate including upper and lower surfaces opposing each other;
an active pattern extending in a first direction on the upper surface of the substrate;
a gate electrode covering the active pattern and extending in a second direction intersecting the first direction;
a field insulating film covering sidewalls of the active pattern on the upper surface of the substrate;
a power rail disposed on a lower surface of the substrate and extending in the first direction;
a trench formed in the substrate, exposing a portion of the power rail, and having sidewalls having a convex shape;
a metal pattern that fills at least a portion of the trench and is connected to the power rail;
A source/drain pattern disposed on one side of the gate electrode on the active pattern;
Source/drain contacts on the source/drain pattern; and
A power rail via is disposed on one side of the gate electrode on the metal pattern and connected to the power rail through the metal pattern,
The bottom surface of the trench is on the same plane as the bottom surface of the substrate,
At least a portion of the field insulating film is disposed in the trench,
A semiconductor device wherein the width of the trench in the first direction and the width in the second direction gradually increase and then decrease respectively from the lower surface of the substrate toward the upper surface of the substrate.
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2023
- 2023-02-23 KR KR1020230024004A patent/KR20240050238A/en unknown
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