KR102382555B1 - Semiconductor device - Google Patents
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Abstract
반도체 장치가 제공된다. 반도체 장치는 제1 영역 및 제2 영역을 포함하는 기판, 상기 제1 영역 및 제2 영역의 상기 기판 상에 각각 형성되는 제1 및 제2 유전막, 및 상기 제1 및 제2 유전막 상에 각각 형성되는 제1 및 제2 게이트 스택을 포함하고, 상기 제1 게이트 스택은 상기 제1 유전막과 접촉하는 제1 TiAlC막과, 상기 제1 TiAlC막 상에 순차 적층되는 제1 배리어막과 제1 금속층을 포함하고, 상기 제2 게이트 스택은 상기 제2 유전막과 접촉하는 제2 산화 란탄(LaO)막과, 상기 제2 산화 란탄막 상에 순차 적층되는 제2 TiAlC막, 제2 배리어막 및 제2 금속층을 포함한다..A semiconductor device is provided. A semiconductor device includes a substrate including a first region and a second region, first and second dielectric films respectively formed on the substrate in the first region and the second region, and formed on the first and second dielectric films, respectively and a first and second gate stacks, the first gate stack comprising a first TiAlC film in contact with the first dielectric film, a first barrier film and a first metal layer sequentially stacked on the first TiAlC film; wherein the second gate stack includes a second lanthanum oxide (LaO) film in contact with the second dielectric film, a second TiAlC film, a second barrier film, and a second metal layer sequentially stacked on the second lanthanum oxide film includes..
Description
본 발명은 반도체 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a semiconductor device.
반도체 장치는 서로 다른 문턱 전압(threshold voltage)을 가지는 트랜지스터들을 포함할 수 있다. 이렇게 문턱 전압이 다른 트랜지스터들의 예로는, 로직(Logic) 트랜지스터와, SRAM(Static Random Access Memory) 또는 DRAM(Dynamic Random Access Memory) 트랜지스터 등의 조합을 들 수 있다.The semiconductor device may include transistors having different threshold voltages. Examples of the transistors having different threshold voltages include a combination of a logic transistor and a static random access memory (SRAM) or dynamic random access memory (DRAM) transistor.
한편, 이렇게 반도체 장치에 포함되는 트렌지스터들의 문턱 전압을 조절하는 방법으로는 여러가지가 연구되고 있다.On the other hand, various methods for adjusting the threshold voltage of transistors included in the semiconductor device are being studied.
본 발명이 해결하려는 과제는, 복수의 트렌지스터의 문턱 전압이 조절된 반도체 장치를 제공하는 것이다.SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a semiconductor device in which threshold voltages of a plurality of transistors are adjusted.
본 발명의 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The technical problems of the present invention are not limited to the technical problems mentioned above, and other technical problems not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the following description.
상술한 기술적 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 반도체 장치는 제1 영역 및 제2 영역을 포함하는 기판; 상기 제1 영역 및 제2 영역의 상기 기판 상에 각각 형성되는 제1 및 제2 유전막; 및 상기 제1 및 제2 유전막 상에 각각 형성되는 제1 및 제2 게이트 스택을 포함하고, 상기 제1 게이트 스택은 상기 제1 유전막과 접촉하는 제1 TiAlC막과, 상기 제1 TiAlC막 상에 순차 적층되는 제1 배리어막과 제1 금속층을 포함하고, 상기 제2 게이트 스택은 상기 제2 유전막과 접촉하는 제2 산화 란탄(LaO)막과, 상기 제2 산화 란탄막 상에 순차 적층되는 제2 TiAlC막, 제2 배리어막 및 제2 금속층을 포함할 수 있다.In order to solve the above technical problem, a semiconductor device according to some embodiments of the present invention includes: a substrate including a first region and a second region; first and second dielectric layers respectively formed on the substrate in the first region and the second region; and first and second gate stacks respectively formed on the first and second dielectric layers, wherein the first gate stack includes a first TiAlC layer in contact with the first dielectric layer and on the first TiAlC layer a first barrier layer and a first metal layer sequentially stacked, wherein the second gate stack includes a second lanthanum oxide (LaO) layer in contact with the second dielectric layer and a second lanthanum oxide (LaO) layer sequentially stacked on the second lanthanum oxide layer 2 may include a TiAlC layer, a second barrier layer, and a second metal layer.
본 발명의 몇몇 실시예들에 있어서, 상기 제2 TiAlC막은 상기 제2 산화 란탄막과 접촉할 수 있다.In some embodiments of the present invention, the second TiAlC layer may be in contact with the second lanthanum oxide layer.
본 발명의 몇몇 실시예들에 있어서, 상기 제1 및 제2 게이트 스택은 질화 탄탈륨(TaN)을 미포함할 수 있다.In some embodiments of the present invention, the first and second gate stacks may not include tantalum nitride (TaN).
본 발명의 몇몇 실시예들에 있어서, 상기 기판은 제3 영역 및 제4 영역을 더 포함하고, 상기 제3 영역 및 제4 영역의 상기 기판 상에 각각 형성되는 제3 및 제4 유전막; 및 상기 제3 및 제4 유전막 상에 각각 형성되는 제3 및 제4 게이트 스택을 더 포함하되, 상기 제3 게이트 스택은 상기 제3 유전막 상에 순차 적층되는 제3 TiN막, 제3 TiAlC막, 제3 배리어막 및 제3 금속층을 포함하고, 상기 제4 게이트 스택은 상기 제4 유전막 상에 순차 적층되는 제4 산화 란탄막, 제4 TiN막, 제4 TiAlC막, 제4 배리어막 및 제4 금속층을 포함할 수 있다.In some embodiments of the present invention, the substrate further includes a third region and a fourth region, and the third and fourth dielectric layers are respectively formed on the substrate in the third region and the fourth region; and third and fourth gate stacks respectively formed on the third and fourth dielectric layers, wherein the third gate stack includes a third TiN layer and a third TiAlC layer sequentially stacked on the third dielectric layer; a third barrier layer and a third metal layer, wherein the fourth gate stack includes a fourth lanthanum oxide layer, a fourth TiN layer, a fourth TiAlC layer, a fourth barrier layer, and a fourth sequentially stacked on the fourth dielectric layer It may include a metal layer.
본 발명의 몇몇 실시예들에 있어서, 상기 제1 내지 제4 게이트 스택은 각각 제1 내지 제4 트랜지스터를 형성하고, 상기 제1 내지 제4 트랜지스터의 문턱 전압은 서로 다를 수 있다.In some embodiments of the present invention, the first to fourth gate stacks may form first to fourth transistors, respectively, and threshold voltages of the first to fourth transistors may be different from each other.
본 발명의 몇몇 실시예들에 있어서, 상기 제1 내지 제4 트랜지스터는 N형 트랜지스터일 수 있다.In some embodiments of the present invention, the first to fourth transistors may be N-type transistors.
본 발명의 몇몇 실시예들에 있어서, 상기 제3 TiN막과 상기 제4 TiN막은 서로 다른 두께를 가질 수 있다.In some embodiments of the present invention, the third TiN layer and the fourth TiN layer may have different thicknesses.
본 발명의 몇몇 실시예들에 있어서, 상기 기판과 상기 제1 및 제2 유전막 사이에 각각 형성되는 제1 및 제2 인터페이스막을 더 포함할 수 있다.In some embodiments of the present invention, first and second interface layers respectively formed between the substrate and the first and second dielectric layers may be further included.
본 발명의 몇몇 실시예들에 있어서, 상기 제1 및 제2 유전막 각각은 상기 제1 및 제2 게이트 스택의 하면 및 측벽을 따라 상부로 연장될 수 있다.In some embodiments of the present invention, each of the first and second dielectric layers may extend upwardly along lower surfaces and sidewalls of the first and second gate stacks.
상술한 기술적 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 반도체 장치는 제1 내지 제4 영역을 포함하는 기판; 상기 제1 내지 제4 영역의 상기 기판 상에 각각 형성되는 제1 내지 제4 유전막; 및 상기 제1 내지 제4 유전막 상에 각각 형성되는 제1 내지 제4 게이트 스택을 포함하고, 상기 제1 게이트 스택은 상기 제1 유전막 상에 순차 적층되는 제1 TiAlC막, 제1 배리어막과 제1 금속층을 포함하고, 상기 제2 게이트 스택은 상기 제2 유전막 상에 순차 적층되는 제2 산화 란탄(LaO)막, 제2 TiAlC막, 제2 배리어막 및 제2 금속층을 포함하고, 상기 제3 게이트 스택은 상기 제3 유전막 상에 순차 적층되는 제3 TiN막, 제3 TiAlC막, 제3 배리어막 및 제3 금속층을 포함하고, 상기 제4 게이트 스택은 상기 제4 유전막 상에 순차 적층되는 제4 산화 란탄막, 제4 TiN막, 제4 TiAlC막, 제4 배리어막 및 제4 금속층을 포함하되, 상기 제2 TiAlC막은 상기 제2 산화 란탄막과 접촉할 수 있다.In order to solve the above technical problem, a semiconductor device according to some embodiments of the present invention includes: a substrate including first to fourth regions; first to fourth dielectric layers respectively formed on the substrate in the first to fourth regions; and first to fourth gate stacks respectively formed on the first to fourth dielectric layers, wherein the first gate stack includes a first TiAlC layer, a first barrier layer and a second layer sequentially stacked on the first dielectric layer. 1 , the second gate stack includes a second lanthanum oxide (LaO) layer, a second TiAlC layer, a second barrier layer, and a second metal layer sequentially stacked on the second dielectric layer, and the third The gate stack includes a third TiN layer, a third TiAlC layer, a third barrier layer, and a third metal layer sequentially stacked on the third dielectric layer, and the fourth gate stack is a fourth gate stack sequentially stacked on the fourth dielectric layer. 4 lanthanum oxide layer, a fourth TiN layer, a fourth TiAlC layer, a fourth barrier layer, and a fourth metal layer, wherein the second TiAlC layer may be in contact with the second lanthanum oxide layer.
본 발명의 몇몇 실시예들에 있어서, 상기 제1 내지 제4 게이트 스택은 질화 탄탈륨(TaN)을 미포함할 수 있다.In some embodiments of the present invention, the first to fourth gate stacks may not include tantalum nitride (TaN).
본 발명의 몇몇 실시예들에 있어서, 상기 제1 내지 제4 게이트 스택은 각각 제1 내지 제4 트랜지스터를 형성하고, 상기 제1 내지 제4 트랜지스터의 문턱 전압은 서로 다를 수 있다.In some embodiments of the present invention, the first to fourth gate stacks may form first to fourth transistors, respectively, and threshold voltages of the first to fourth transistors may be different from each other.
본 발명의 몇몇 실시예들에 있어서, 상기 제1 내지 제4 트랜지스터는 N형 트랜지스터일 수 있다.In some embodiments of the present invention, the first to fourth transistors may be N-type transistors.
본 발명의 몇몇 실시예들에 있어서, 상기 제3 TiN막과 상기 제4 TiN막은 서로 다른 두께를 가질 수 있다.In some embodiments of the present invention, the third TiN layer and the fourth TiN layer may have different thicknesses.
본 발명의 몇몇 실시예들에 있어서, 상기 제1 내지 제4 유전막 각각은 상기 제1 내지 제4 게이트 스택의 하면 및 측벽을 따라 상부로 연장될 수 있다.In some embodiments of the present invention, each of the first to fourth dielectric layers may extend upwardly along lower surfaces and sidewalls of the first to fourth gate stacks.
본 발명의 기타 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.Other specific details of the invention are included in the detailed description and drawings.
도 1은 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 반도체 장치를 설명하기 위한 단면도이다.
도 2은 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 반도체 장치를 설명하기 위한 단면도이다.
도 3 내지 도 20은 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 반도체 장치의 제조 방법을 설명하기 위한 사시도 및 단면도들이다.
도 21은 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 반도체 장치를 설명하기 위한 단면도이다.
도 22 내지 도 24는 몇몇 실시예에 따른 반도체 장치를 설명하기 위한 사시도 및 단면도들이다.
도 25는 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 반도체 장치를 설명하기 위한 단면도이다.
도 26은 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 반도체 장치를 설명하기 위한 단면도이다.
도 27은 본 발명의 몇몇 실시예에 따라 제조된 반도체 장치를 포함하는 전자 시스템의 블록도이다.
도 28는 본 발명의 몇몇 실시예에 따라 제조된 반도체 장치를 적용할 수 있는 예시적인 반도체 시스템이다1 is a cross-sectional view for explaining a semiconductor device according to some embodiments of the present invention.
2 is a cross-sectional view illustrating a semiconductor device according to some embodiments of the present invention.
3 to 20 are perspective and cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a semiconductor device according to some embodiments of the present invention.
21 is a cross-sectional view for explaining a semiconductor device according to some embodiments of the present invention.
22 to 24 are perspective views and cross-sectional views illustrating semiconductor devices according to some embodiments.
25 is a cross-sectional view for explaining a semiconductor device according to some embodiments of the present invention.
26 is a cross-sectional view for explaining a semiconductor device according to some embodiments of the present invention.
27 is a block diagram of an electronic system including a semiconductor device manufactured in accordance with some embodiments of the present invention.
28 is an exemplary semiconductor system to which a semiconductor device manufactured according to some embodiments of the present disclosure may be applied.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.Advantages and features of the present invention and methods of achieving them will become apparent with reference to the embodiments described below in detail in conjunction with the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments disclosed below, but will be implemented in a variety of different forms, and only these embodiments allow the disclosure of the present invention to be complete, and common knowledge in the technical field to which the present invention belongs It is provided to fully inform the possessor of the scope of the invention, and the present invention is only defined by the scope of the claims. Like reference numerals refer to like elements throughout.
하나의 소자(elements)가 다른 소자와 "접속된(connected to)" 또는 "커플링된(coupled to)" 이라고 지칭되는 것은, 다른 소자와 직접 연결 또는 커플링된 경우 또는 중간에 다른 소자를 개재한 경우를 모두 포함한다. 반면, 하나의 소자가 다른 소자와 "직접 접속된(directly connected to)" 또는 "직접 커플링된(directly coupled to)"으로 지칭되는 것은 중간에 다른 소자를 개재하지 않은 것을 나타낸다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다. "및/또는"은 언급된 아이템들의 각각 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다. When one element is referred to as “connected to” or “coupled to” with another element, it means that it is directly connected or coupled to another element, or with the other element intervening. including all cases. On the other hand, when one element is referred to as “directly connected to” or “directly coupled to” with another element, it indicates that another element is not interposed therebetween. Like reference numerals refer to like elements throughout. “and/or” includes each and every combination of one or more of the recited items.
비록 제1, 제2 등이 다양한 소자, 구성요소 및/또는 섹션들을 서술하기 위해서 사용되나, 이들 소자, 구성요소 및/또는 섹션들은 이들 용어에 의해 제한되지 않음은 물론이다. 이들 용어들은 단지 하나의 소자, 구성요소 또는 섹션들을 다른 소자, 구성요소 또는 섹션들과 구별하기 위하여 사용하는 것이다. 따라서, 이하에서 언급되는 제1 소자, 제1 구성요소 또는 제1 섹션은 본 발명의 기술적 사상 내에서 제2 소자, 제2 구성요소 또는 제2 섹션일 수도 있음은 물론이다.It should be understood that although first, second, etc. are used to describe various elements, components, and/or sections, these elements, components, and/or sections are not limited by these terms. These terms are only used to distinguish one element, component, or sections from another. Accordingly, it goes without saying that the first element, the first element, or the first section mentioned below may be the second element, the second element, or the second section within the spirit of the present invention.
본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.The terminology used herein is for the purpose of describing the embodiments and is not intended to limit the present invention. In this specification, the singular also includes the plural unless specifically stated otherwise in the phrase. As used herein, "comprises" and/or "comprising" refers to the presence of one or more other components, steps, operations and/or elements mentioned. or addition is not excluded.
다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다. Unless otherwise defined, all terms (including technical and scientific terms) used herein may be used with the meaning commonly understood by those of ordinary skill in the art to which the present invention belongs. In addition, terms defined in a commonly used dictionary are not to be interpreted ideally or excessively unless clearly defined in particular.
본 발명의 몇몇 실시예에 따른 반도체 장치에 관한 도면에서는, 예시적으로, 핀형 패턴 형상의 채널 영역을 포함하는 핀형 트랜지스터(FinFET)을 도시하였지만, 이에 제한되는 것은 아니다. 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 반도체 장치는 터널링 트랜지스터(tunneling FET), 나노 와이어를 포함하는 트랜지스터, 나노 시트(sheet)를 포함하는 트랜지스터, 또는 3차원(3D) 트랜지스터를 포함할 수 있음은 물론이다. 또한, 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 반도체 장치는 양극성 접합(bipolar junction) 트랜지스터, 횡형 이중 확산 트랜지스터(LDMOS) 등을 포함할 수도 있다.In the drawings of semiconductor devices according to some embodiments of the present invention, for example, a fin-type transistor (FinFET) including a channel region having a fin-type pattern shape is illustrated, but the present invention is not limited thereto. Of course, the semiconductor device according to some embodiments of the present invention may include a tunneling transistor (FET), a transistor including a nanowire, a transistor including a nanosheet, or a three-dimensional (3D) transistor. . In addition, the semiconductor device according to some embodiments of the present invention may include a bipolar junction transistor, a lateral double diffusion transistor (LDMOS), or the like.
이어서, 도 1을 참조하여 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 반도체 장치를 설명한다.Next, semiconductor devices according to some exemplary embodiments will be described with reference to FIG. 1 .
도 1은 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 반도체 장치의 단면도이다.1 is a cross-sectional view of a semiconductor device according to some embodiments of the present invention.
도 1을 참조하면, 본 실시예에 따른 반도체 장치의 기판(101)은 제1 및 제2 영역(Ⅰ, Ⅱ)을 포함한다. 제1 영역(Ⅰ)과 제2 영역(Ⅱ)은 서로 연결될 수도, 떨어져 있을 수도 있다.Referring to FIG. 1 , a
제1 영역(Ⅰ)에는 제1 핀(F1), 제1 유전막(143) 및 제1 게이트 스택(170)이 형성될 수 있고, 제2 영역(Ⅱ)은 제2 핀(F2), 제2 유전막(243) 및 제2 게이트 스택(270)이 형성될 수 있다.A first fin F1 , a first
여기서, 기판(101)은, 예를 들어, 벌크 실리콘 또는 SOI(silicon-on-insulator)일 수 있다. 이와 달리, 기판(101)은 실리콘 기판일 수도 있고, 또는 다른 물질, 예를 들어, 실리콘게르마늄, 안티몬화 인듐, 납 텔루르 화합물, 인듐 비소, 인듐 인화물, 갈륨 비소 또는 안티몬화 갈륨을 포함할 수 있다. Here, the
또는, 기판(101)은 베이스 기판 상에 에피층이 형성된 것일 수도 있다. 베이스 기판 상에 형성된 에피층을 이용하여 액티브 핀을 형성할 경우, 에피층은 원소 반도체 물질인 실리콘 또는 게르마늄을 포함할 수 있다. 또한, 에피층은 화합물 반도체를 포함할 수 있고, 예를 들어, IV-IV족 화합물 반도체 또는 III-V족 화합물 반도체를 포함할 수 있다. 구체적으로, IV-IV족 화합물 반도체를 예로 들면, 에피층은 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. III-V족 화합물 반도체를 예로 들면, 에피층은 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.Alternatively, the
본 실시예에서, 기판(101)의 제1 및 제2 영역(I, Ⅱ) 영역에는, 각각 제1 및 제2 트랜지스터(TR1, TR2)가 형성될 수 있다. 제1 및 제2 트랜지스터(TR1, TR2)는 도시되지 않았지만, 기판(101) 내에 형성된 소자 분리막에 의해 서로 분리될 수 있다. 이러한 소자 분리막은 예를 들어, STI(Shallow Trench Isolation) 또는 DTI(Deep Trench Isolation)일 수 있다.In the present exemplary embodiment, first and second transistors TR1 and TR2 may be respectively formed in the first and second regions I and II of the
제1 및 제2 트랜지스터(TR1, TR2)는 각각 제1 및 제2 소오스-드레인 영역(123, 223), 제1 및 제2 스페이서(121, 221), 제1 및 제2 인터페이스막(141, 241), 제1 및 제2 유전막(143, 243) 및 제1 및 제2 게이트 스택(170, 270)을 포함할 수 있다. The first and second transistors TR1 and TR2 include first and second source-
구체적으로, 기판(101)의 제1 영역(Ⅰ)에 형성된 제1 트랜지스터(TR1)는, 제1 소오스-드레인 영역(123), 제1 스페이서(121), 제1 인터페이스막(141), 제1 유전막(143) 및 제1 게이트 스택(170)을 포함할 수 있다. 여기서, 제1 게이트 스택(170)은 제1 TiAlC막(151), 제2 배리어막(153) 및 제1 금속층(155)를 포함할 수 있다.Specifically, the first transistor TR1 formed in the first region I of the
또한, 기판(101)의 제2 영역(Ⅱ)에 형성된 제2 트랜지스터(TR2)는, 제2 소오스-드레인 영역(223), 제2 스페이서(221), 제2 인터페이스막(241), 제2 유전막(243) 및 제2 게이트 스택(260)을 포함할 수 있다. 여기서, 제2 게이트 스택(260)은 제2 TiAlC막(251), 제2 배리어막(253) 및 제2 금속층(255)를 포함할 수 있다.In addition, the second transistor TR2 formed in the second region II of the
제1 및 제2 소오스-드레인 영역(123. 223)은 도시된 것과 같이 기판(101) 내에 소정의 불순물(impurity) 주입됨으로써 형성될 수 있다. 본 실시예에 따른 제1 및 제2 트랜지스터(TR1, TR2)가 NMOS 트랜지스터일 경우, 제1 및 제2 소오스-드레인 영역(123. 223)에는 n형 불순물이 주입될 수 있다.The first and second source-
한편, 제1 및 제2 소오스-드레인 영역(123. 223)은 도시된 바와 같이 상승된(elevated) 형태로 형성될 수도 있다. 이 경우, 제1 및 제2 소오스-드레인 영역(123. 223)은 기판(101)에 형성된 트렌치 내에 에피층 형태로 형성될 수 있다. 그러나, 제1 및 제2 소오스-드레인 영역(123. 223) 각각의 형상은 도시된 것에 제한되지 않는다.Meanwhile, the first and second source-
층간 절연막(130)은 기판(101)의 제1 및 제2 영역(I, Ⅱ) 상에 각각 형성된 제1 트렌치(135)와 제2 트렌치(235)를 포함할 수 있다. 그리고 제1 트렌치(135)와 제2 트렌치(235) 각각의 양측으로는 도시된 것과 같이 제1 및 제2 스페이서(121, 221)가 배치될 수 있다.The interlayer insulating
각각의 제1 및 제2 스페이서(121, 221)는 예를 들어, 실리콘 질화물(SiN), 실리콘 산질화물(SiON), 실리콘 산화물(SiO2), 실리콘 산탄질화물(SiOCN) 및 이들의 조합 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.Each of the first and
각각의 제1 및 제2 스페이서(121, 221)는 각각 단일막인 것으로 도시되었지만, 설명의 편의성을 위한 것일 뿐, 이에 제한되는 것은 아니다. 제1 및 제2 스페이서(121, 221)가 복수의 막일 경우, 각각의 제1 및 제2 스페이서(121, 221)에 포함된 막 중 적어도 하나의 막은 실리콘 산탄질화물(SiOCN)과 같은 저유전율 물질을 포함할 수 있다. Although each of the first and
또한, 제1 및 제2 스페이서(121, 221)가 복수의 막일 경우, 각각의 제1 및 제2 스페이서(121, 221)에 포함된 막 중 적어도 하나의 막은 L자 모양의 형상을 가질 수 있다.Also, when the first and
경우에 따라, 제1 및 제2 스페이서(121, 221)는 자기 정렬 컨택(Self Aligned Contact)을 형성하기 위한 가이드 역할을 할 수 있다. 이에, 제1 및 제2 스페이서(121, 221)는 층간 절연막(130)에 대한 식각 선택비를 갖는 물질을 포함할 수 있다.In some cases, the first and
기판(101)의 제1 및 제2 영역(I, Ⅱ) 각각에 형성된 제1 및 제2 트렌치(135, 235) 내에는 도시된 것과 같이 제1 및 제2 인터페이스막(141, 241), 제1 및 제2 유전막(143, 243) 및 제1 및 제2 게이트 스택(170, 270)이 순차적으로 형성될 수 있다.In the first and
제1 및 제2 인터페이스막(141, 241)은 기판(101)과 제1 및 제2 유전막(143, 243) 사이의 불량 계면을 방지하는 역할을 할 수 있다. 제1 및 제2 인터페이스막(141, 241)은 유전율(k)이 9 이하인 저유전 물질층, 예를 들면 실리콘 산화막(k는 약 4) 또는 실리콘 산질화막 (산소 원자 및 질소 원자 함량에 따라 k는 약 4~8)을 포함할 수 있다. 또는, 제1 및 제2 인터페이스막(141, 241) 각각은 실리케이트로 이루어질 수도 있으며, 앞서 예시된 막들의 조합으로 이루어질 수도 있다.The first and second interface layers 141 and 241 may serve to prevent a defective interface between the
제1 및 제2 유전막(143, 243)은 고유전율을 갖는 물질로 이루어질 수 있다. 본 발명의 몇몇 실시예에서, 이러한 제1 및 제2 유전막(143, 243)은 예를 들어, HfO2, Al2O3, ZrO2, TaO2 등의 물질로 이루어질 수 있으나, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다The first and second
다시 도 1을 참조하면, 제1 및 제2 유전막(143, 243) 각각은 제1 및 제2 스페이서(121, 221)의 측벽을 따라 제1 방향(예를 들어, 도 1의 상하 방향)으로 연장된 형상으로 배치될 수 있다. 본 실시예에서, 제1 및 제2 유전막(143, 243)의 형상이 이러한 것은, 제1 및 제2 유전막(143, 243)이 리플레이스먼트 공정(replacement process)(또는 게이트 라스트 공정(gate last process))을 통해서 형성된 것이기 때문일 수 있다. Referring back to FIG. 1 , each of the first and second
그러나, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니며, 제1 및 제2 유전막(143, 243)의 형상은 얼마든지 다른 형태로 변형될 수 있다. 즉, 본 발명의 다른 몇몇 실시예에서, 제1 및 제2 유전막(143, 243)의 형상은 게이트 퍼스트 공정(gate first process)을 사용함으로써, 도 1에 도시된 것과 달리 제1 및 제2 스페이서(121, 221)의 측벽을 따라 상부로 연장되지 않을 수 있다.However, the present invention is not limited thereto, and the shapes of the first and second
다시 도 1을 참조하면, 기판(101)의 제1 및 제2 영역(I, Ⅱ) 각각의 제1 및 제2 유전막(143, 243) 상에 제1 및 제2 게이트 금속(170, 270)이 형성될 수 있다. Referring back to FIG. 1 , the first and
구체적으로, 제1 게이트 금속(150)은 제1 유전막(143) 상에 순차적으로 형성된 제1 TiAlC막(151), 제1 배리어막(153) 및 제1 금속층(155)을 포함할 수 있으며, 제2 게이트 금속(250)은 제2 유전막(243) 상에 순차적으로 형성된 제2 산화 란탄막(245), 제2 TiAlC막(251), 제2 배리어막(253) 및 제2 금속층(255)을 포함할 수 있다.Specifically, the
제1 및 제2 TiAlC막(151, 251)은 TiAlC을 포함할 수 있다. 제1 및 제2 배리어막(153, 253)은 예를 들어, TiN을 포함할 수 있으며, 제1 및 제2 금속층(155, 255)이 포함하는 물질이 제1 및 제2 TiAlC막(151, 251)으로 확산하는 것을 방지할 수 있다. 제1 및 제2 금속층(155, 255)은 Al, W 등을 포함할 수 있으며, 제1 및 제2 영역(I, Ⅱ) 내의 제1 및 제2 트랜치(135, 235)의 나머지 부분을 채울 수 있다.The first and second TiAlC layers 151 and 251 may include TiAlC. The first and second barrier layers 153 and 253 may include, for example, TiN, and the material included in the first and
한편, 제2 영역(Ⅱ)은 제1 영역(Ⅰ)과 달리, 제2 산화 란탄막(245)를 포함할 수 있다. 제2 산화 란탄막(245)는 예를 들어, LaO를 포함할 수 있다. 이를 통해, 제1 영역(Ⅰ)에 형성된 제1 트랜지스터(TR1)과 제2 영역(Ⅱ)에 형성된 제2 트랜지스터(TR2)는 서로 다른 문턱 전압을 가질 수 있다. 보다 구체적으로는, 제2 산화 란탄막(245)을 포함하는 제2 트랜지스터(TR2)의 문턱 전압(Vt2)이, 제1 트랜지스터(TR1)의 문턱 전압(Vt1)보다 작을 수 있다. 다만, 이에 제한되는 것은 아니다.Meanwhile, the second region (II) may include a second
본 발명에 따른 제1 및 제2 게이트 스택(170, 270)은 일함수 조절 물질로 질화 탄탈륨(TaN)을 미포함한다. 따라서, 제1 및 제2 트랜지스터(TR1, TR2)의 문턱 전압(Vt1, Vt2) 각각은 제2 산화 란탄막(245)의 유무를 통해 제어될 수 있다.The first and second gate stacks 170 and 270 according to the present invention do not include tantalum nitride (TaN) as a work function control material. Accordingly, each of the threshold voltages Vt1 and Vt2 of the first and second transistors TR1 and TR2 may be controlled through the presence or absence of the second
이어서, 도 2를 참조하여, 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 반도체 장치를 설명한다.Next, semiconductor devices according to some exemplary embodiments will be described with reference to FIG. 2 .
도 2는 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 반도체 장치를 설명하기 위한 단면도이다.2 is a cross-sectional view illustrating a semiconductor device according to some embodiments of the present invention.
본 실시예에 따른 반도체 장치는 게이트 스택 상에 캡핑막을 포함하는 것을 제외하고, 도 1을 통해 설명한 반도체 장치와 실질적으로 동일하다. 따라서, 동일한 참조번호는 동일한 구성요소를 지칭하며, 반복되는 설명은 생략할 수 있다.The semiconductor device according to the present exemplary embodiment is substantially the same as the semiconductor device described with reference to FIG. 1 , except that a capping layer is included on the gate stack. Accordingly, the same reference numerals refer to the same components, and repeated descriptions may be omitted.
도 2를 참조하면, 본 실시예에 따른 반도체 장치는 제1 및 제2 영역(Ⅰ, Ⅱ)을 포함한다. 기판(101)의 제1 및 제2 영역(I, Ⅱ) 영역에는, 각각 제1 및 제2 트랜지스터(TR1, TR2)가 형성될 수 있다. Referring to FIG. 2 , the semiconductor device according to the present exemplary embodiment includes first and second regions I and II. First and second transistors TR1 and TR2 may be respectively formed in the first and second regions I and II of the
제1 및 제2 트랜지스터(TR1, TR2)는 각각 제1 및 제2 소오스-드레인 영역(123, 223), 제1 및 제2 스페이서(121, 221), 제1 및 제2 인터페이스막(141, 241), 제1 및 제2 유전막(143, 243) 및 제1 및 제2 게이트 스택(170, 270)을 포함할 수 있다. The first and second transistors TR1 and TR2 include first and second source-
또한, 제1 및 제2 게이트 스택(170, 270) 상에 각각 제1 및 제2 캡핑막(180, 280)을 배치할 수 있다. 구체적으로, 제1 및 제2 캡핑막(180, 280)은 각각 제1 및 제2 게이트 스택(170, 270) 상에 형성되고, 제1 및 제2 트렌치(135, 235)를 덮을 수 있다. 제1 및 제2 캡핑막(180, 280)은 질화물(예를 들어, SiN, SiON, SiCON 중 적어도 하나) 또는 산화물을 포함할 수 있다. 제1 및 제2 캡핑막(180, 280)은 제1 및 제2 게이트 스택(170, 270)을 외부와 차단하여 제1 및 제2 게이트 스택(170, 270)의 성능 변화를 방지할 수 있다. 예를 들어, 제1 및 제2 게이트 스택(170, 270) 내로 산소 원자가 침투할 수 있으며, 이 경우 제1 및 제2 게이트 스택(170, 270)의 문턱(threshold) 전압은 바뀔 수 있다. 따라서, 제1 및 제2 게이트 스택(170, 270)의 문턱 전압을 일정하게 유지하기 위해 제1 및 제2 캡핑막(180, 280)을 형성할 수 있다.Also, first and second capping layers 180 and 280 may be disposed on the first and second gate stacks 170 and 270 , respectively. Specifically, the first and second capping layers 180 and 280 may be formed on the first and second gate stacks 170 and 270 , respectively, and may cover the first and
이어서, 도 3 내지 도 20을 참조하여, 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 반도체 장치의 제조 방법을 설명한다. Next, a method of manufacturing a semiconductor device according to some exemplary embodiments will be described with reference to FIGS. 3 to 20 .
도 3 내지 도 20은 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 반도체 장치의 제조 방법을 설명하기 위한 사시도 및 단면도들이다. 도 3 내지 도 6, 및 도 18은 사시도이고, 도 7 내지 도 17, 도 19 및 도 20은 단면도이다.3 to 20 are perspective and cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a semiconductor device according to some embodiments of the present invention. 3 to 6 and 18 are perspective views, and FIGS. 7 to 17, 19 and 20 are cross-sectional views.
도 3을 참조하면, 기판(101) 상에 각각 제1 핀(F1)과 제2 핀(F2)을 형성한다. 기판(101)에는 제1 영역(Ⅰ)과 제2 영역(Ⅱ)이 정의될 수 있다. 제1 영역(Ⅰ)과 제2 영역(Ⅱ)은 서로 붙어있을 수도, 떨어져 있을 수도 있다.Referring to FIG. 3 , a first fin F1 and a second fin F2 are respectively formed on the
제1 핀(F1)은 제1 영역(Ⅰ)에 형성되고, 제2 핀(F2)은 제2 영역(Ⅱ)에 형성될 수 있다. 제1 및 제2 핀(F1, F2)은 제3 방향(Z1)으로 돌출될 수 있다. 제1 및 제2 핀(F1, F2)은 길이 방향인 제2 방향(Y1)을 따라 길게 연장될 수 있으며, 제2 방향(Y1)의 장변과 제1 방향(X1)의 단변을 가질 수 있다. 그러나, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 장변 방향이 제1 방향(X1)이고 단변 방향이 제2 방향(Y1)일 수 있다.The first fin F1 may be formed in the first region I, and the second fin F2 may be formed in the second region II. The first and second fins F1 and F2 may protrude in the third direction Z1. The first and second fins F1 and F2 may extend long in the second direction Y1 which is the longitudinal direction, and may have a long side in the second direction Y1 and a short side in the first direction X1 . . However, the present invention is not limited thereto, and for example, the long side direction may be the first direction X1 and the short side direction may be the second direction Y1 .
제1 및 제2 핀(F1, F2)은 기판(101)의 일부일 수도 있고, 기판(101)으로부터 성장된 에피층(epitaxial layer)을 포함할 수 있다. 예를 들어, Si 또는 SiGe 등을 포함할 수 있다.The first and second fins F1 and F2 may be a part of the
도 4를 참조하면, 기판(101) 상에 제1 및 제2 핀(F1, F2)의 측벽을 덮도록 필드 절연막(110)을 형성한다. 필드 절연막(110)은 실리콘 산화막, 실리콘 질화막, 실리콘 산질화막 중 적어도 하나를 포함하는 물질로 형성될 수 있다.Referring to FIG. 4 , a
도 5를 참조하면, 필드 절연막(110)의 상부를 리세스하여 제1 및 제2 핀(F1, F2)의 상부를 노출시킨다. 리세스 공정은 선택적 식각 공정을 포함할 수 있다.Referring to FIG. 5 , upper portions of the
한편, 필드 절연막(110) 위로 돌출된 제1 및 제2 핀(F1, F2)의 일부는, 에피택셜 공정에 의하여 형성될 수도 있다. 예를 들어, 필드 절연막(110) 형성 후, 리세스 공정없이 필드 절연막(110)에 의하여 노출된 제1 및 제2 핀(F1, F2)의 상면을 씨드로 하는 에피택셜 공정에 의하여 제1 및 제2 핀(F1, F2)의 일부가 형성될 수 있다.Meanwhile, a portion of the first and second fins F1 and F2 protruding above the
또한, 노출된 제1 및 제2 핀(F1, F2)에 문턱 전압 조절용 도핑이 수행될 수 있다. 예를 들어, 제1 영역(Ⅰ)의 제1 핀(F1)에는 불순물로 붕소(B)를 이용하여 도핑할 수 있고, 제2 영역(Ⅱ)의 제2 핀(F2)에는 불순물로 인(P) 또는 비소(As)를 이용하여 도핑할 수 있다. 다만, 이에 제한되는 것은 아니며, 제1 및 제2 핀(F1, F2)에는 동일한 종류의 불순물이 도핑될 수 있다.In addition, doping for adjusting the threshold voltage may be performed on the exposed first and second fins F1 and F2 . For example, the first fin F1 of the first region (I) may be doped with boron (B) as an impurity, and the second fin F2 of the second region (II) may be doped with phosphorus ( P) or arsenic (As) may be used for doping. However, the present invention is not limited thereto, and the first and second fins F1 and F2 may be doped with the same type of impurities.
이어서, 제1 및 제2 핀(F1, F2) 상에 제1 및 제2 핀(F1, F2)을 교차하는 제1 및 제2 더미 게이트 구조체(111, 211)를 각각 형성한다. 도 5에서는 제1 및 제2 더미 게이트 구조체(111, 211)가 직각으로 즉, 제1 방향(X1)으로 제1 및 제2 핀(F1, F2)을 교차하는 것으로 도시되어 있지만 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니며, 제1 및 제2 더미 게이트 구조체(111, 211)는 제1 방향(X1)과 예각 및/또는 둔각을 이루면서 제1 및 제2 핀(F1, F2)과 각각 교차할 수 있다. Next, first and second
제1 및 제2 더미 게이트 구조체(111, 211)는 각각 더미 게이트 절연막(113, 213)과 더미 게이트 전극(115, 215)을 포함할 수 있다. 더미 게이트 절연막(113, 213)과 더미 게이트 전극(115, 215)은 순차적으로 적층될 수 있다.The first and second
더미 게이트 절연막(113, 213)은 필드 절연막(110)에 의해 덮이지 않고 노출된 제1 및 제2 핀(F1, F2)의 측벽의 상부와 상면에 컨포말하게 형성될 수 있다. 또한, 더미 게이트 절연막(113, 213)은 더미 게이트 전극(115, 215)과 필드 절연막(110) 사이에 배치될 수 있다.The dummy
더미 게이트 전극(115, 215)은 더미 게이트 절연막(113, 213) 상에 형성될 수 있다.The
예를 들어, 더미 게이트 전극(115, 215)은 실리콘 산화물을 포함할 수 있고, 더미 게이트 절연막(113, 213)은 폴리 실리콘을 포함할 수 있다.For example, the
더미 하드 마스크막(117, 217) 각각은 제1 및 제2 더미 게이트 구조체(111, 211) 상에 형성될 수 있다. 더미 하드 마스크막(117, 217)은 실리콘 산화물, 실리콘 질화물, 실리콘 산질화물 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.Each of the dummy hard mask layers 117 and 217 may be formed on the first and second
도 6과 도 6의 A-A와 B-B를 전달한 단면도인 도 7을 참조하면, 제1 및 제2 더미 게이트 구조체(111, 211)의 양 측벽에 스페이서(121, 221)를 형성한다. 도 7은 도 6의 A-A와 B-B를 전달한 단면도이다.6 and 7 , which is a cross-sectional view taken along lines A-A and B-B of FIGS. 6 and 6 ,
스페이서(121, 221)는 하드 마스크막(117, 217)의 상면을 노출할 수 있다. 스페이서(121, 221)는 실리콘 질화물 또는 실리콘 산질화물일 수 있다.The
이어서, 제1 및 제2 더미 게이트 구조체(111, 211)가 덮지 않고 노출된 제1 및 제2 핀(F1, F2)을 식각한다. 스페이서(121, 221)와 제1 및 제2 더미 게이트 구조체(111, 211)를 식각 마스크로 이용하여, 제1 및 제2 핀(F1, F2)을 식각할 수 있다.Next, the first and second fins F1 and F2 exposed without covering the first and second
이어서, 제1 및 제2 핀(F1, F2)의 식각된 부분에 제1 및 제2 소오스/드레인 영역(123, 223)을 형성한다. 제1 핀(F1) 내에 제1 소오스/드레인 영역(123)을, 제2 핀(F2) 내에 제2 소오스/드레인 영역(223)을 형성할 수 있다. 제1 및 제2 소오스/드레인 영역(123, 223)은 상승된(elevated) 소오스/드레인 영역일 수 있다. 따라서, 도 20과 같이 제1 및 제2 소오스/드레인 영역(123, 223)의 상면은 제1 및 제2 핀(F1, F2)의 상면보다 높을 수 있다.Next, first and second source/
제1 소오스/드레인 영역(123) 및/또는 제2 소오스/드레인 영역(223)은 인장 스트레스 물질을 포함할 수 있다. 제1 소오스/드레인 영역(123) 및/또는 제2 소오스/드레인 영역(223)은 기판(101)과 동일 물질 또는, 인장 스트레스 물질일 수 있다. 예를 들어, 기판(101)이 Si일 때, 제1 소오스/드레인 영역(123) 및/또는 제2 소오스/드레인 영역(223)은 Si이거나, Si보다 격자 상수가 작은 물질(예를 들어, SiC, SiP)일 수 있다.The first source/
다만, 이에 제한되는 것은 아니며 제1 소오스/드레인 영역(123) 및/또는 제2 소오스/드레인 영역(223)은 압축 스트레스 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 압축 스트레스 물질은 Si에 비해서 격자상수가 큰 물질일 수 있고, 예를 들어 SiGe일 수 있다. 제1 및 제2 소오스/드레인 영역(123, 223)은 에피택셜 성장시켜 형성할 수 있다.However, the present invention is not limited thereto, and the first source/
한편, 도 6에서는 제1 및 제2 소오스/드레인 영역(123, 223)이 오각형인 것으로 도시하였으나, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니며, 예를 들어 제1 및 제2 소오스/드레인 영역(123, 223)은 사각형, 원형, 육각형 등의 형상을 가질 수 있다.Meanwhile, although the first and second source/
도 8을 참조하면, 제1 및 제2 소오스/드레인 영역(123, 223)을 덮는 층간 절연막(130)을 형성한다. 층간 절연막(130)은 스페이서(121, 221)의 측벽을 덮을 수 있으며, 하드 마스크막(117, 217)의 상면은 노출시킨다. 층간 절연막(130)은 예를 들어, 실리콘 산화물을 포함할 수 있다.Referring to FIG. 8 , an
도 9를 참조하면, 제1 및 제2 핀(F1, F2)의 상부를 노출시키는 제1 및 제2 트렌치(135, 235)를 형성한다. 먼저, 하드 마스크막(117, 217)을 제거한다. 하드 마스크막(117, 217)은 평탄화 공정 등을 통해 제거될 수 있으며, 평탄화 공정을 수행하면, 층간 절연막(130)도 일부 식각될 수 있다.Referring to FIG. 9 , first and
이어서, 제1 및 제2 더미 게이트 구조체(111, 211)를 제거한다. 더미 게이트 전극(115, 215)과 더미 게이트 절연막(113, 213)을 제거하여 제1 및 제2 핀(F1, F2)을 노출한다. 제1 트렌치(135)는 제1 더미 게이트 구조체(111)가 있던 자리에, 제2 트렌치(235)는 제2 더미 게이트 구조체(211)가 있던 자리에 형성된다. 제1 및 제2 트렌치(135, 235)에 의하여 스페이서(121, 221)의 측벽이 노출될 수 있다.Next, the first and second
도 10을 참조하면, 제1 및 제2 트렌치(135, 235) 내에 제1 및 제2 인터페이스막(141, 241)을 형성한다. 제1 및 제2 인터페이스막(141, 241)은 제1 및 제2 핀(F1, F2)의 상면과 측벽의 상부를 따라 형성될 수 있다.Referring to FIG. 10 , first and second interface layers 141 and 241 are formed in the first and
제1 및 제2 인터페이스막(141, 241)은 제1 및 제2 트렌치(135, 235) 내의 노출된 제1 및 제2 핀(F1, F2)을 산화시켜서 형성할 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 제1 및 제2 인터페이스막(141, 241)은 각각 제1 및 제2 트렌치(135, 235)의 바닥면을 따라서 형성될 수 있다. The first and second interface layers 141 and 241 may be formed by oxidizing the exposed first and second fins F1 and F2 in the first and
이어서, 제1 트렌치(135) 내에 제1 유전막(143a)을, 제2 트렌치(235) 내에 제2 유전막(243a)을 형성한다. 구체적으로, 제1 유전막(143a)은 제1 트렌치(135)의 측벽과 하면을 따라 컨포말하게 형성될 수 있고, 필드 절연막(110), 제1 핀(F1)의 측벽 상부와 상면을 따라 컨포말하게 형성될 수 있다. 제2 유전막(243a)은 제2 트렌치(235)의 측벽과 바닥면을 따라 컨포말하게 형성될 수 있고, 필드 절연막(210), 제2 핀(F2)의 측벽 상부와 상면을 따라 컨포말하게 형성될 수 있다. 또한, 제1 및 제2 유전막(143a, 243a)은 층간 절연막(130) 상에도 형성될 수 있다.Next, a
제1 및 제2 유전막(143a, 243a)은 실리콘 산화막보다 높은 유전 상수를 갖는 고유전체 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제1 및 제2 유전막(143a, 243a)은, HfSiON, HfO2, ZrO2, Ta2O5, TiO2, SrTiO3 또는 (Ba,Sr)TiO3 등을 포함하는 그룹에서 선택된 물질을 포함할 수 있다. 이러한 제1 및 제2 유전막(143a, 243a)은 형성하고자 하는 소자의 종류에 따라 적절한 두께로 형성될 수 있다.The first and second
도 11를 참조하면, 제1 트렌치(135) 내에 제1 산화 란탄막(145a)을 형성하고, 제2 트렌치(235) 내에 제2 산화 란탄막(245a)을 형성한다. 제1 및 제2 산화 란탄막(145a, 245a)은 각각 제1 및 제2 트렌치(145, 245) 내의 측벽과 바닥면을 따라 컨포말하게 형성될 수 있다. 또한, 제1 및 제2 핀(F1, F2)의 측벽 상부와 상면을 따라 형성될 수 있다. 제1 및 제2 산화 란탄막(145a, 245a)은 예를 들어, LaO을 포함할 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다.Referring to FIG. 11 , a first
도 12를 참조하면, 제1 마스크 패턴(1001)을 통해, 제1 영역(Ⅰ)의 제1 산화 란탄막(145a)을 제거한다. 구체적으로, 제1 및 제2 영역(Ⅰ, Ⅱ)을 덮는 마스크층을 형성하고, 상기 마스크층을 패터닝하여 제1 마스크 패턴(1001)을 형성할 수 있다. 이어서, 제1 마스크 패턴(1001)을 식각 마스크로 이용하여 제1 영역(Ⅰ)의 제1 산화 란탄막(145a)을 식각 공정을 통해 제거할 수 있다. 따라서, 제1 유전막(143a)이 노출될 수 있다.Referring to FIG. 12 , the first
도 13을 참조하면, 제1 및 제2 확산막(147, 247)과 제1 및 제2 차단막(149, 249)을 순차적으로 형성한다. 제1 트렌치(135) 내에 제1 확산막(147)을 형성하고, 제2 트렌치(235) 내에 제2 확산막(247)을 형성한다. 제1 및 제2 확산막(147, 247)은 각각 제1 및 제2 트렌치(135, 235) 내의 측벽과 바닥면을 따라 컨포말하게 형성될 수 있다. 또한, 제1 및 제2 핀(F1, F2)의 측벽 상부와 상면을 따라 형성될 수 있다. 제1 및 제2 확산막(147, 247)은 예를 들어, TiN을 포함할 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다.Referring to FIG. 13 , first and
이어서, 제1 및 제2 확산막(147, 247) 상에 제1 및 제2 차단막(149, 249)을 형성한다. 제1 및 제2 차단막(149, 249)은 각각 제1 및 제2 트렌치(135, 235)를 채울 수 있으며, 제1 및 제2 확산막(147, 247)이 외부로 노출되지 않도록 덮을 수 있다. 제1 및 제2 차단막(149, 249)은 예를 들어, Si를 포함할 수 있다.Next, first and second blocking layers 149 and 249 are formed on the first and second diffusion layers 147 and 247 . The first and second blocking layers 149 and 249 may fill the first and
이어서, 어닐링(150)을 수행한다. 제1 및 제2 유전막(143a, 243a)은 산소 원자를 포함하고 있다. 산소 원자는 제1 및 제2 유전막(143a, 243a) 내의 다른 물질(예를 들어, Hf, Zr, Ta, Ti 등)과 결합되어 있는데, 일부는 결합이 깨져 있을 수 있다. 결합이 깨져 있으면, 누설 전류 등이 발생하여 트랜지스터의 성능이 열화될 수 있다. 이러한 문제를 방지하기 위하여, 결합이 깨져있는 부분에 산소 원자를 결합시키기 위하여 어닐링(150)을 수행한다. 어닐링(150)을 수행하면, 제1 확산막(147)에 포함되어 있는 산소 원자가 제1 유전막(143a)에 제공될 수 있다. 또한, 제2 확산막(247) 및/또는 제2 산화 란탄막(245a)에 포함되어 있는 산소 원자가 제2 유전막(243a)에 제공될 수 있다.Then, annealing 150 is performed. The first and second
한편, 어닐링(150)을 수행할 때 제1 및 제2 확산막(147, 247)이 노출되어 있으면, 어닐링(150) 시 외부의 산소 원자가 제1 및 제2 확산막(147, 247)에 침투하여 제1 및 제2 확산막(147, 247) 하부로 이동하는 산소 원자 수가 증가한다. 제1 및 제2 유전막(143a, 243a)이 필요로 하는 산소 원자 수를 초과하여 산소 원자가 공급되면, 초과 분의 산소 원자가 제1 및 제2 트렌치(135, 235) 내의 제1 및 제2 핀(F1, F2)과 반응할 수 있다. 이에 따라 제1 및 제2 인터페이스막(141, 241)의 두께가 두꺼워지며 트랜지스터의 성능이 열화될 수 있다. 따라서, 제1 및 제2 확산막(147, 247) 상에 제1 및 제2 차단막(149, 249)을 형성하여 어닐링(150) 시 제1 및 제2 확산막(147, 247)을 외부와 차단함으로써 산소 원자의 공급량을 적절하게 조절할 수 있다.On the other hand, if the first and
어닐링(150)은 500℃ 내지 1500℃ 온도에서 수행될 수 있다.Annealing 150 may be performed at a temperature of 500 °C to 1500 °C.
제1 및 제2 확산막(147, 247)의 두께는 공급하고자 하는 산소 원자의 개수에 따라 달라질 수 있다.The thickness of the first and second diffusion layers 147 and 247 may vary depending on the number of oxygen atoms to be supplied.
도 14를 참조하면, 순차적으로 제1 및 제2 차단막(149, 249)과 제1 및 제2 확산막(147, 247)을 제거한다. 이에 따라 제1 유전막(143a)과 제2 산화 란탄막(245a)이 노출될 수 있다. Referring to FIG. 14 , the first and second blocking layers 149 and 249 and the first and second diffusion layers 147 and 247 are sequentially removed. Accordingly, the
이어서, 도 15를 참조하면, 제1 유전막(143a)와 제2 산화 란탄막(245a) 상에 각각 제1 및 제2 TiAlC막(151a, 251a)을 형성한다. 제1 및 제2 TiAlC막(151a, 251a)은 각각 제1 및 제2 트렌치(135, 235)의 측벽과 바닥면을 따라 컨포말하게 형성할 수 있다. 또한, 제1 및 제2 배리어막(151a, 251a)은 예를 들어, TiAlC를 포함할 수 있다.Next, referring to FIG. 15 , first and
이어서, 제1 및 제2 TiAlC막(151a, 251a)상에 각각 제1 및 제2 배리어막(153a, 253a)을 형성한다. 구체적으로, 제1 및 제2 배리어막(153a, 253a)은 각각 제1 및 제2 트렌치(130, 230)의 측벽과 바닥면을 따라서 컨포말하게 형성될 수 있다. 제1 및 제2 배리어막(153a, 253a)은 예를 들어, TiN을 포함할 수 있다. 제1 및 제2 배리어막(153a, 253a)은 제1 및 제2 금속막(155a, 255a)이 포함하는 물질이 제1 및 제2 트렌치(130, 230) 내로 확산되는 것을 방지할 수 있다.Next, first and
제1 및 제2 배리어막(153a, 253a) 상에는 각각 제1 및 제2 금속막(155a, 255a)이 형성된다. 제1 및 제2 금속막(155a, 255a)은 제1 및 제2 트렌치(130, 230)의 나머지 부분을 채울 수 있다. 제1 및 제2 금속막(155a, 255a)은 예를 들어, Al, W 등을 포함할 수 있다.First and
도 16을 참조하면, 제1 및 제2 게이트 구조체(170, 270)를 형성한다. 도 15의 결과물에서, 층간 절연막(130)이 노출되도록 평탄화 공정을 수행하면, 제1 영역(Ⅰ)에서는 제1 게이트 구조체(170)를 형성할 수 있고, 제2 영역(Ⅱ)에서는 제2 게이트 구조체(270)를 형성할 수 있다. Referring to FIG. 16 , first and
도 17을 참조하면, 제1 및 제2 게이트 구조체(170, 270) 상에 각각 제1 및 제2 캡핑막(180, 280)을 형성한다. Referring to FIG. 17 , first and second capping layers 180 and 280 are formed on the first and
제1 및 제2 캡핑막(180, 280)을 형성하기 전에, 제1 및 제2 게이트 구조체(170, 270)의 높이 조절을 위하여 제1 및 제2 게이트 구조체(170, 270)를 일부 제거할 수 있다. 따라서, 제1 및 제2 트렌치(135, 235) 내의 제1 및 제2 유전막(143, 243), 제1 및 제2 배리어막(153, 253), 제1 및 제2 TiAlC막(151, 251), 제1 및 제2 금속막(155, 255) 및 제2 산화 란탄막(245)은 일부 제거될 수 있다. 이 경우, 제1 및 제2 캡핑막(180, 280) 각각의 측벽은 스페이서(121, 221)의 측벽과 접할 수 있다. 또한, 제1 및 제2 캡핑막(180, 280)의 상면은 층간 절연막(130)과 동일 평면 상에 배치될 수 있다.Before forming the first and second capping layers 180 and 280 , the first and
이어서, 도 18 내지 도 20을 참조하면, 제1 영역(Ⅰ)에 제1 트랜지스터(TR1)이 형성되고, 제2 영역(Ⅱ)에 제2 트랜지스터(TR2)가 형성될 수 있다. 참고로, 도 19는 도 18의 A-A 및 B-B를 따라 절단한 단면도이고, 도 20은 도 18의 C-C 및 D-D를 따라 절단한 단면도이다.Subsequently, referring to FIGS. 18 to 20 , a first transistor TR1 may be formed in the first region I, and a second transistor TR2 may be formed in the second region II. For reference, FIG. 19 is a cross-sectional view taken along lines A-A and B-B of FIG. 18 , and FIG. 20 is a cross-sectional view taken along line C-C and D-D of FIG. 18 .
층간 절연막(130) 상에 제2 층간 절연막(132, 232)을 형성한다. 제2 층간 절연막(132, 232)은 제1 및 제2 캡핑막(180, 280)을 덮을 수 있다. 제2 층간 절연막(132, 232)은 층간 절연막(130)과 동일한 물질을 포함할 수 있으며, 예를 들어, 실리콘 산화물을 포함할 수 있다.Second
제1 및 제2 소오스/드레인 영역(123, 223) 상에 각각 제1 및 제2 실리사이드막(191, 291)을 형성하고, 제1 및 제2 소오스/드레인 영역(123, 223) 상에 층간 절연막(130)과 제2 층간 절연막(132, 232)을 관통하는 제1 및 제2 컨택(193, 293)을 형성하여 본 실시예에 따른 반도체 장치를 형성할 수 있다. 다만, 이에 본 발명의 기술적 사상이 제한되는 것은 아니다. 제1 및 제2 실리사이드막(191, 291)은 제1 및 제2 소오스/드레인 영역(123, 223)의 면 저항, 접촉 저항 등을 감소시키는 역할을 할 수 있으며, 예를 들어, Pt, Ni, Co 등을 포함할 수 있다. 제1 및 제2 컨택(193, 293)은 예를 들어, W, Al Cu 등을 포함할 수 있다.First and second silicide layers 191 and 291 are respectively formed on the first and second source/
이어서, 도 21을 참조하면, 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 반도체 장치를 설명한다. 도 21은 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 반도체 장치를 설명하기 위한 단면도이다. 본 실시예에 따른 반도체 장치는 상술한 반도체 장치의 도 20과 대응될 수 있다. 따라서, 본 실시예에 따른 반도체 장치는 핀과 필드 절연막 사이에 제2 필드 절연막을 더 포함하는 것을 제외하고 도 21의 실시예와 실질적으로 동일하다. 따라서, 동일한 참조번호는 동일한 구성요소를 지칭하며 반복되는 설명은 생략될 수 있다.Next, referring to FIG. 21 , semiconductor devices according to some exemplary embodiments will be described. 21 is a cross-sectional view for explaining a semiconductor device according to some embodiments of the present invention. The semiconductor device according to the present embodiment may correspond to FIG. 20 of the above-described semiconductor device. Accordingly, the semiconductor device according to this embodiment is substantially the same as the embodiment of FIG. 21 except that a second field insulating film is further included between the fin and the field insulating film. Accordingly, the same reference numerals refer to the same components, and repeated descriptions may be omitted.
도 21을 참조하면, 제1 및 제2 핀(F1, F2)과 필드 절연막(110) 사이에 제2 필드 절연막(105, 205)를 더 포함할 수 있다. 구체적으로, 제2 필드 절연막(105, 205)는 기판(101)의 상면과 제1 및 제2 핀(F1, F2)의 측벽을 덮을 수 있다. 제2 필드 절연막(105, 205)는 상면과 제1 및 제2 핀(F1, F2)의 측벽을 따라 컨포말하게 형성될 수 있다.Referring to FIG. 21 , second
이어서, 도 22 내지 도 24를 참조하여, 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 반도체 장치를 설명한다.Next, semiconductor devices according to some exemplary embodiments will be described with reference to FIGS. 22 to 24 .
도 22 내지 도 24는 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 반도체 장치를 설명하기 위한 사시도 및 단면도들이다. 도 22는 본 실시예에 따른 반도체 장치의 사시도이다. 도 23은 도 22의 A1-A1 및 B1-B1를 따라 절단한 단면도이고, 도 24는 도 22의 C1-C1 및 D1-D1을 따라 절단한 단면도이다.22 to 24 are perspective and cross-sectional views illustrating semiconductor devices according to some embodiments of the present disclosure. 22 is a perspective view of a semiconductor device according to the present embodiment. 23 is a cross-sectional view taken along lines A1-A1 and B1-B1 of FIG. 22 , and FIG. 24 is a cross-sectional view taken along lines C1-C1 and D1-D1 of FIG. 22 .
본 실시예에 따른 반도체 장치는 도 18 내지 도 20을 통해 설명한 반도체 장치와 비교하여, 제1 및 제2 게이트 스택 각각이 제1 TiN막 및 제2 TiN막을 더 포함하는 것을 제외하고는 실질적으로 동일하다. 따라서, 동일한 참조번호는 동일한 구성요소를 지칭하며, 반복되는 설명은 생략할 수 있다.The semiconductor device according to this embodiment is substantially the same as the semiconductor device described with reference to FIGS. 18 to 20 , except that the first and second gate stacks further include a first TiN layer and a second TiN layer, respectively. Do. Accordingly, the same reference numerals refer to the same components, and repeated descriptions may be omitted.
도 18 내지 도 20을 참조하면, 기판(101)은 제1 및 제2 영역(I, Ⅱ) 영역을 포함할 수 있고, 제1 및 제2 영역(I, Ⅱ) 영역 각각에는 제1 및 제2 트랜지스터(TR1, TR2)가 형성될 수 있다. 18 to 20 , the
제1 및 제2 트랜지스터(TR1, TR2)는 각각 제1 및 제2 소오스-드레인 영역(123, 223), 제1 및 제2 스페이서(121, 221), 제1 및 제2 인터페이스막(141, 241), 제1 및 제2 유전막(143, 243) 및 제1 및 제2 게이트 스택(170, 270)을 포함할 수 있다. The first and second transistors TR1 and TR2 include first and second source-
제1 트랜지스터(TR1)는, 제1 소오스-드레인 영역(123), 제1 스페이서(121), 제1 인터페이스막(141), 제1 유전막(143) 및 제1 게이트 스택(170)을 포함할 수 있다. 여기서, 제1 게이트 스택(170)은 제1 TiN막(157), 제1 TiAlC막(151), 제2 배리어막(153) 및 제1 금속층(155)를 포함할 수 있다.The first transistor TR1 may include a first source-
제2 트랜지스터(TR2)는, 제2 소오스-드레인 영역(223), 제2 스페이서(221), 제2 인터페이스막(241), 제2 유전막(243) 및 제2 게이트 스택(260)을 포함할 수 있다. 여기서, 제2 게이트 스택(260)은 제2 산화 란탄막(245), 제2 TiN막(257), 제2 TiAlC막(251), 제2 배리어막(253) 및 제2 금속층(255)를 포함할 수 있다.The second transistor TR2 may include a second source-
본 실시예에 있어서, 제1 및 제2 트랜지스터(TR1, TR2) 각각은 제1 TiN막(157) 및 제2 TiN막(257)을 포함할 수 있고, 이를 통해, 제1 및 제2 트랜지스터(TR1, TR2) 각각의 문턱 전압을 제어할 수 있다. 본 실시예에 있어서, 제1 TiN막(157) 및 제2 TiN막(257)는 TiN을 포함할 수 있으며, 서로 다른 두께를 가질 수 있다.In the present embodiment, each of the first and second transistors TR1 and TR2 may include a
이어서, 도 25를 참조하여, 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 반도체 장치를 설명한다. Next, semiconductor devices according to some exemplary embodiments will be described with reference to FIG. 25 .
도 25는 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 반도체 장치를 설명하기 위한 단면도이다. 25 is a cross-sectional view for explaining a semiconductor device according to some embodiments of the present invention.
본 실시예에 따른 반도체 장치는 제1 내지 제4 영역(I~IV)을 포함할 수 있다. 제1 내지 제4 영역(I~IV) 각각은 제1 내지 제4 트랜지스터(T1, T2, T3, T4)를 포함할 수 있다. The semiconductor device according to the present exemplary embodiment may include first to fourth regions I to IV. Each of the first to fourth regions I to IV may include first to fourth transistors T1 , T2 , T3 , and T4 .
제1 트랜지스터(T1)는 도 1을 통해 설명한 제1 트랜지스터(TR1)과 실질적으로 동일하고, 제2 트랜지스터(T2)는 도 1을 통해 설명한 제2 트랜지스터(TR2)와 실질적으로 동일하다. 따라서, 동일한 참조번호는 동일한 구성요소를 지칭하며, 반복되는 설명은 생략할 수 있다.The first transistor T1 is substantially the same as the first transistor TR1 described with reference to FIG. 1 , and the second transistor T2 is substantially the same as the second transistor TR2 described with reference to FIG. 1 . Accordingly, the same reference numerals refer to the same components, and repeated descriptions may be omitted.
또한, 제3 트랜지스터(T3)은 도 23을 통해 설명한 제1 트랜지스터(TR1)와 실질적으로 동일하고, 제4 트랜지스터(T4)는 도 23을 통해 설명한 제2 트랜지스터(TR2)와 실질적으로 동일하다. Also, the third transistor T3 is substantially the same as the first transistor TR1 described with reference to FIG. 23 , and the fourth transistor T4 is substantially the same as the second transistor TR2 described with reference to FIG. 23 .
보다 구체적으로, 제3 트랜지스터(T3)는 제3 소오스-드레인 영역(323), 제3 스페이서(321), 제3 인터페이스막(341), 제3 유전막(343) 및 제3 게이트 스택(370)을 포함하고, 제3 게이트 스택(370)은 제3 TiN막(357), 제3 TiAlC막(351), 제3 배리어막(353) 및 제3 금속층(355)를 포함할 수 있다.More specifically, the third transistor T3 includes a third source-
여기서, 제3 소오스-드레인 영역(323), 제3 스페이서(321), 제3 인터페이스막(341), 제3 유전막(343) 및 제3 게이트 스택(370), 제3 TiN막(357), 제3 TiAlC막(351), 제3 배리어막(353) 및 제3 금속층(355) 각각은 도 23의 제1 트랜지스터(TR1)이 포함하는, 제1 소오스-드레인 영역(123), 제1 스페이서(121), 제1 인터페이스막(141), 제1 유전막(143) 및 제1 게이트 스택(170), 제1 TiN막(157), 제1 TiAlC막(151), 제1 배리어막(153) 및 제1 금속층(155)과 실질적으로 대응될 수 있다.Here, the third source-
또한, 제4 트랜지스터(T4)는, 제4 소오스-드레인 영역(423), 제4 스페이서(421), 제4 인터페이스막(441), 제4 유전막(443), 제4 산화 란탄막(445) 및 제4 게이트 스택(460)을 포함할 수 있고, 제4 게이트 스택(460)은 제4 TiN막(457), 제4 TiAlC막(451), 제4 배리어막(453) 및 제4 금속층(455)를 포함할 수 있다.In addition, the fourth transistor T4 includes a fourth source-
여기서, 제4 소오스-드레인 영역(423), 제4 스페이서(421), 제4 인터페이스막(441), 제4 유전막(443), 제4 게이트 스택(460), 제4 TiN막(457), 제4 TiAlC막(451), 제4 배리어막(453), 제4 금속층(455) 및 제4 산화 란탄막(445) 은 도 23의 제2 트랜지스터(TR2)이 포함하는, 제2 소오스-드레인 영역(223), 제2 스페이서(221), 제2 인터페이스막(241), 제2 유전막(243), 제2 게이트 스택(260), 제2 TiN막(257), 제2 TiAlC막(251), 제2 배리어막(253), 제2 금속층(255) 및 제2 산화 란탄막(245)과 실질적으로 대응될 수 있다.Here, the fourth source-
본 실시예에 있어서, 제1 내지 제4 트랜지스터(T1~T4) 각각은 서로 다른 문턱전압을 가질 수 있다. 구체적으로, 제2 및 제4 트랜지스터(T2, T4)는 LaO를 포함하는 제2 및 제4 산화 란탄막(245, 445)를 포함하고, 제1 및 제3 트랜지스터(T1, T3)은 LaO를 포함하지 않는다. 나아가, 제3 및 제4 트랜지스터(T3, T4)는 각각 TiN을 포함하는 제3 TiN막(357) 및 제4 TiN막(457)을 포함한다. 또한, 제1 및 제2 트랜지스터(T1, T2)는 제3 TiN막(357) 및 제4 TiN막(457)와 대응되는 구성을 포함하지 않는다. 한편, 제1 내지 제4 트랜지스터(T1~T4) 각각은 모두 TaN을 미포함한다.In this embodiment, each of the first to fourth transistors T1 to T4 may have different threshold voltages. Specifically, the second and fourth transistors T2 and T4 include second and fourth
즉, 본 실시예에 있어서, 제1 내지 제4 트랜지스터(T1~T4) 각각은 TaN을 포함하지 않으면서, 일부 트랜지스터는 LaO를 포함하고, 나머지 트랜지스터는 LaO를 포함하지 않는 것을 통해, 문턱전압을 달리할 수 있다. 한편, 본 실시예에 있어서, 제1 내지 제4 트랜지스터(T1~T4) 각각은 N형 트랜지스터일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.That is, in the present embodiment, each of the first to fourth transistors T1 to T4 does not contain TaN, some transistors contain LaO, and the other transistors do not contain LaO, thereby increasing the threshold voltage. can be different Meanwhile, in the present embodiment, each of the first to fourth transistors T1 to T4 may be an N-type transistor, but is not limited thereto.
제1 내지 제4 트랜지스터(T1~T4) 각각은 N형 트랜지스터인 경우, 제2 트랜지스터(T2), 제1 트랜지스터(T1), 제4 트랜지스터(T4) 및 제3 트랜지스터(T3) 순으로 문턱 전압이 커질 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.When each of the first to fourth transistors T1 to T4 is an N-type transistor, the threshold voltage of the second transistor T2 , the first transistor T1 , the fourth transistor T4 , and the third transistor T3 is sequentially applied. may be large, but is not limited thereto.
이어서, 도 26을 참조하면, 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 반도체 장치를 설명한다. Next, referring to FIG. 26 , semiconductor devices according to some exemplary embodiments will be described.
도 26은 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 반도체 장치를 설명하기 위한 단면도이다. 본 실시예에 따른 반도체 장치는 도 25를 통해 설명한 반도체 장치와 비교하여, 제1 및 제2 TiN막(157, 257)을 더 포함하는 것을 제외하고 실질적으로 동일하다. 따라서, 동일한 참조번호는 동일한 구성요소를 지칭하며, 반복되는 설명은 생략될 수 있다.26 is a cross-sectional view for explaining a semiconductor device according to some embodiments of the present invention. The semiconductor device according to the present embodiment is substantially the same as the semiconductor device described with reference to FIG. 25 , except that the first and second TiN layers 157 and 257 are further included. Accordingly, the same reference numerals refer to the same components, and repeated descriptions may be omitted.
도 26을 참조하면, 제1 트랜지스터(T1)는 제1 TiN막(157)을 더 포함하고, 제2 트랜지스터(T2)는 제2 TiN막(257)을 더 포함할 수 있다. 제1 내지 제4 TiN막(157, 257, 357, 457) 각각은 서로 다른 두께를 가질 수 있다. 한편, 제1, 제2 및 제4 TiN막(157, 257, 457)이 다층 구조인 것으로 도시하였지만, 이에 제한되는 것은 아니며, 제1, 제2 및 제4 TiN막(157, 257, 457)은 하나의 층으로 형성될 수 있다.Referring to FIG. 26 , the first transistor T1 may further include a
본 실시예에 있어서, 제1 내지 제4 트랜지스터(T1~T4) 각각은 서로 다른 문턱전압을 가질 수 있다. 구체적으로, 제2 및 제4 트랜지스터(T2, T4)는 LaO를 포함하는 제2 및 제4 산화 란탄막(245, 445)를 포함하고, 제1 및 제3 트랜지스터(T1, T3)은 LaO를 포함하지 않는다. 한편, 제1 내지 제4 트랜지스터(T1~T4) 각각은 모두 TaN을 미포함한다.In this embodiment, each of the first to fourth transistors T1 to T4 may have different threshold voltages. Specifically, the second and fourth transistors T2 and T4 include second and fourth
즉, 본 실시예에 있어서, 제1 내지 제4 트랜지스터(T1~T4) 각각은 TaN을 포함하지 않으면서, 일부 트랜지스터는 LaO를 포함하고, 나머지 트랜지스터는 LaO를 포함하지 않는 것을 통해, 문턱전압을 달리할 수 있다. 한편, 본 실시예에 있어서, 제1 내지 제4 트랜지스터(T1~T4) 각각은 P형 트랜지스터일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.That is, in the present embodiment, each of the first to fourth transistors T1 to T4 does not contain TaN, some transistors contain LaO, and the other transistors do not contain LaO, thereby increasing the threshold voltage. can be different Meanwhile, in the present embodiment, each of the first to fourth transistors T1 to T4 may be a P-type transistor, but is not limited thereto.
제1 내지 제4 트랜지스터(T1~T4) 각각은 P형 트랜지스터인 경우, 제1 트랜지스터(T1), 제2 트랜지스터(T2), 제3 트랜지스터(T3) 및 제4 트랜지스터(T4) 순으로 문턱 전압이 커질 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.When each of the first to fourth transistors T1 to T4 is a P-type transistor, the threshold voltage of the first transistor T1 , the second transistor T2 , the third transistor T3 , and the fourth transistor T4 is sequentially may be large, but is not limited thereto.
도 27은 본 발명의 몇몇 실시예들에 따른 반도체 장치를 포함하는 전자 시스템의 블록도이다.27 is a block diagram of an electronic system including a semiconductor device according to some embodiments of the present disclosure;
도 27을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 전자 시스템(11000)은 컨트롤러(11100), 입출력 장치(11200, I/O), 기억 장치(11300, memory device), 인터페이스(11400) 및 버스(11500, bus)를 포함할 수 있다. 컨트롤러(11100), 입출력 장치(11200), 기억 장치(11300) 및/또는 인터페이스(11400)는 버스(11500)를 통하여 서로 결합 될 수 있다. 버스(11500)는 데이터들이 이동되는 통로(path)에 해당한다.Referring to FIG. 27 , an
컨트롤러(11100)는 마이크로프로세서, 디지털 신호 프로세스, 마이크로컨트롤러, 및 이들과 유사한 기능을 수행할 수 있는 논리 소자들 중에서 적어도 하나를 포함할 수 있다. 입출력 장치(11200)는 키패드(keypad), 키보드 및 디스플레이 장치 등을 포함할 수 있다. 기억 장치(11300)는 데이터 및/또는 명령어 등을 저장할 수 있다. 인터페이스(11400)는 통신 네트워크로 데이터를 전송하거나 통신 네트워크로부터 데이터를 수신하는 기능을 수행할 수 있다. 인터페이스(11400)는 유선 또는 무선 형태일 수 있다. 예컨대, 인터페이스(11400)는 안테나 또는 유무선 트랜시버 등을 포함할 수 있다. 도시하지 않았지만, 전자 시스템(11000)은 컨트롤러(11100)의 동작을 향상시키기 위한 동작 메모리로서, 고속의 디램 및/또는 에스램 등을 더 포함할 수도 있다. 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 반도체 장치(1~11)는 기억 장치(11300) 내에 제공되거나, 컨트롤러(11100), 입출력 장치(11200, I/O) 등의 일부로 제공될 수 있다.The
전자 시스템(11000)은 개인 휴대용 정보 단말기(PDA, personal digital assistant) 포터블 컴퓨터(portable computer), 웹 타블렛(web tablet), 무선 전화기(wireless phone), 스마트 폰(smart phone), 모바일 폰(mobile phone), 디지털 뮤직 플레이어(digital music player), 메모리 카드(memory card), 또는 정보를 무선환경에서 송신 및/또는 수신할 수 있는 모든 전자 제품에 적용될 수 있다.The
도 28는 본 발명의 몇몇 실시예들에 따른 반도체 장치를 적용할 수 있는 예시적인 반도체 시스템이다. 도 2는 태블릿 PC를 도시한 것이다. 본 발명의 몇몇 실시예에 따라 제조된 반도체 장치는 태블릿 PC, 노트북 등에 사용될 수 있다. 본 발명의 몇몇 실시예에 따라 제조된 반도체 장치는 예시하지 않는 다른 집적 회로 장치에도 적용될 수 있음은 당업자에게 자명하다.28 is an exemplary semiconductor system to which a semiconductor device according to some embodiments of the present invention may be applied. 2 shows a tablet PC. The semiconductor device manufactured according to some embodiments of the present invention may be used in a tablet PC, a notebook computer, and the like. It is apparent to those skilled in the art that the semiconductor device manufactured according to some embodiments of the present invention may also be applied to other integrated circuit devices not illustrated.
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 the embodiments of the present invention have been described above with reference to the accompanying drawings, the present invention is not limited to the above embodiments, but may be manufactured in various different forms, and those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains. It will be understood by those skilled in the art that the present invention may be embodied in other specific forms without changing the technical spirit or essential features of the present invention. Therefore, it should be understood that the embodiments described above are illustrative in all respects and not restrictive.
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 the embodiments of the present invention have been described above with reference to the accompanying drawings, the present invention is not limited to the above embodiments, but may be manufactured in various different forms, and those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains. It will be understood by those skilled in the art that the present invention may be embodied in other specific forms without changing the technical spirit or essential features of the present invention. Therefore, it should be understood that the embodiments described above are illustrative in all respects and not restrictive.
110: 기판 130: 층간 절연막
123, 223, 323, 423: 소오스/드레인 영역
121, 221, 321, 421: 스페이서
135, 235, 335, 435: 트렌치 141, 241, 341, 441: 인터페이스막
143, 243, 343, 443: 유전막 170, 270, 370, 470: 게이트 스택110: substrate 130: interlayer insulating film
123, 223, 323, 423: source/drain area
121, 221, 321, 421: spacers
135, 235, 335, 435:
143, 243, 343, 443:
Claims (10)
상기 제1 영역 및 제2 영역의 상기 기판 상에 각각 형성되는 제1 및 제2 유전막; 및
상기 제1 및 제2 유전막 상에 각각 형성되는 제1 및 제2 게이트 스택을 포함하고,
상기 제1 게이트 스택은 상기 제1 유전막과 접촉하는 제1 TiAlC막과, 상기 제1 TiAlC막 상에 순차 적층되는 제1 배리어막과 제1 금속층을 포함하고,
상기 제2 게이트 스택은 상기 제2 유전막과 접촉하는 제2 산화 란탄(LaO)막과, 상기 제2 산화 란탄막 상에 순차 적층되는 제2 TiAlC막, 제2 배리어막 및 제2 금속층을 포함하는 반도체 장치.a substrate comprising a first region and a second region;
first and second dielectric layers respectively formed on the substrate in the first region and the second region; and
and first and second gate stacks respectively formed on the first and second dielectric layers;
the first gate stack includes a first TiAlC film in contact with the first dielectric film, a first barrier film and a first metal layer sequentially stacked on the first TiAlC film;
The second gate stack includes a second lanthanum oxide (LaO) film in contact with the second dielectric film, and a second TiAlC film, a second barrier film, and a second metal layer sequentially stacked on the second lanthanum oxide film semiconductor device.
상기 제2 TiAlC막은 상기 제2 산화 란탄막과 접촉하는 반도체 장치.The method of claim 1,
The second TiAlC film is in contact with the second lanthanum oxide film.
상기 제1 및 제2 게이트 스택은 질화 탄탈륨(TaN)을 미포함하는 반도체 장치.3. The method of claim 2,
The first and second gate stacks do not include tantalum nitride (TaN).
상기 기판은 제3 영역 및 제4 영역을 더 포함하고,
상기 제3 영역 및 제4 영역의 상기 기판 상에 각각 형성되는 제3 및 제4 유전막; 및
상기 제3 및 제4 유전막 상에 각각 형성되는 제3 및 제4 게이트 스택을 더 포함하되,
상기 제3 게이트 스택은 상기 제3 유전막 상에 순차 적층되는 제3 TiN막, 제3 TiAlC막, 제3 배리어막 및 제3 금속층을 포함하고,
상기 제4 게이트 스택은 상기 제4 유전막 상에 순차 적층되는 제4 산화 란탄막, 제4 TiN막, 제4 TiAlC막, 제4 배리어막 및 제4 금속층을 포함하는 반도체 장치.3. The method of claim 2,
The substrate further includes a third region and a fourth region,
third and fourth dielectric layers respectively formed on the substrate in the third region and the fourth region; and
Further comprising third and fourth gate stacks respectively formed on the third and fourth dielectric layers,
the third gate stack includes a third TiN film, a third TiAlC film, a third barrier film, and a third metal layer sequentially stacked on the third dielectric film;
and the fourth gate stack includes a fourth lanthanum oxide film, a fourth TiN film, a fourth TiAlC film, a fourth barrier film, and a fourth metal layer sequentially stacked on the fourth dielectric film.
상기 제1 내지 제4 게이트 스택은 각각 제1 내지 제4 트랜지스터를 형성하고, 상기 제1 내지 제4 트랜지스터의 문턱 전압은 서로 다른 반도체 장치.5. The method of claim 4,
The first to fourth gate stacks form first to fourth transistors, respectively, and threshold voltages of the first to fourth transistors are different from each other.
상기 제1 내지 제4 트랜지스터는 N형 트랜지스터인 반도체 장치.6. The method of claim 5,
The first to fourth transistors are N-type transistors.
상기 제3 TiN막과 상기 제4 TiN막은 서로 다른 두께를 가지는 반도체 장치.5. The method of claim 4,
The third TiN layer and the fourth TiN layer have different thicknesses.
상기 기판과 상기 제1 및 제2 유전막 사이에 각각 형성되는 제1 및 제2 인터페이스막을 더 포함하는 반도체 장치.The method of claim 1,
and first and second interface layers respectively formed between the substrate and the first and second dielectric layers.
상기 제1 및 제2 유전막 각각은 상기 제1 및 제2 게이트 스택의 하면 및 측벽을 따라 상부로 연장되는 반도체 장치.The method of claim 1,
Each of the first and second dielectric layers extends upward along lower surfaces and sidewalls of the first and second gate stacks.
상기 제1 내지 제4 영역의 상기 기판 상에 각각 형성되는 제1 내지 제4 유전막; 및
상기 제1 내지 제4 유전막 상에 각각 형성되는 제1 내지 제4 게이트 스택을 포함하고,
상기 제1 게이트 스택은 상기 제1 유전막 상에 순차 적층되는 제1 TiAlC막, 제1 배리어막과 제1 금속층을 포함하고,
상기 제2 게이트 스택은 상기 제2 유전막 상에 순차 적층되는 제2 산화 란탄(LaO)막, 제2 TiAlC막, 제2 배리어막 및 제2 금속층을 포함하고,
상기 제3 게이트 스택은 상기 제3 유전막 상에 순차 적층되는 제3 TiN막, 제3 TiAlC막, 제3 배리어막 및 제3 금속층을 포함하고,
상기 제4 게이트 스택은 상기 제4 유전막 상에 순차 적층되는 제4 산화 란탄막, 제4 TiN막, 제4 TiAlC막, 제4 배리어막 및 제4 금속층을 포함하되,
상기 제2 TiAlC막은 상기 제2 산화 란탄막과 접촉하는 반도체 장치.a substrate including first to fourth regions;
first to fourth dielectric layers respectively formed on the substrate in the first to fourth regions; and
and first to fourth gate stacks respectively formed on the first to fourth dielectric layers;
the first gate stack includes a first TiAlC film, a first barrier film, and a first metal layer sequentially stacked on the first dielectric film;
the second gate stack includes a second lanthanum oxide (LaO) film, a second TiAlC film, a second barrier film, and a second metal layer sequentially stacked on the second dielectric film;
the third gate stack includes a third TiN film, a third TiAlC film, a third barrier film, and a third metal layer sequentially stacked on the third dielectric film;
wherein the fourth gate stack includes a fourth lanthanum oxide film, a fourth TiN film, a fourth TiAlC film, a fourth barrier film, and a fourth metal layer sequentially stacked on the fourth dielectric film;
The second TiAlC film is in contact with the second lanthanum oxide film.
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