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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2024012255
(43)【公開日】2024-01-30
(54)【発明の名称】半導体装置
(51)【国際特許分類】
   H01L 21/336 20060101AFI20240123BHJP
   H01L 29/786 20060101ALI20240123BHJP
   H01L 21/8234 20060101ALI20240123BHJP
【FI】
H01L29/78 301X
H01L29/78 301S
H01L29/78 616T
H01L29/78 618C
H01L27/088 B
【審査請求】未請求
【請求項の数】20
【出願形態】OL
(21)【出願番号】P 2023093530
(22)【出願日】2023-06-06
(31)【優先権主張番号】10-2022-0088256
(32)【優先日】2022-07-18
(33)【優先権主張国・地域又は機関】KR
(71)【出願人】
【識別番号】390019839
【氏名又は名称】三星電子株式会社
【氏名又は名称原語表記】Samsung Electronics Co.,Ltd.
【住所又は居所原語表記】129,Samsung-ro,Yeongtong-gu,Suwon-si,Gyeonggi-do,Republic of Korea
(74)【代理人】
【識別番号】110000051
【氏名又は名称】弁理士法人共生国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】趙 南 奎
(72)【発明者】
【氏名】金 錫 勳
(72)【発明者】
【氏名】金 正 澤
(72)【発明者】
【氏名】朴 判 貴
(72)【発明者】
【氏名】鄭 ソ 珍
【テーマコード(参考)】
5F048
5F110
5F140
【Fターム(参考)】
5F048AA01
5F048AA07
5F048AC01
5F048BA02
5F048BA15
5F048BB01
5F048BB02
5F048BB09
5F048BB11
5F048BB20
5F048BC07
5F048BD10
5F110AA30
5F110CC01
5F110CC10
5F110DD01
5F110DD05
5F110DD12
5F110EE02
5F110EE04
5F110EE06
5F110EE14
5F110EE22
5F110EE24
5F110EE25
5F110FF01
5F110FF02
5F110FF03
5F110FF04
5F110FF12
5F110GG02
5F110GG03
5F110GG04
5F110GG12
5F110GG22
5F110GG23
5F110GG30
5F110GG42
5F110HK05
5F110HK09
5F110HK10
5F110HK11
5F110HK21
5F110HM04
5F110HM05
5F110NN22
5F110NN23
5F110NN24
5F110NN28
5F140AA04
5F140AA21
5F140AA39
5F140AB01
5F140AC01
5F140AC36
5F140BA01
5F140BA03
5F140BA05
5F140BA06
5F140BA07
5F140BA09
5F140BA16
5F140BB05
5F140BB06
5F140BC12
5F140BD05
5F140BD07
5F140BD09
5F140BD11
5F140BD12
5F140BF05
5F140BF06
5F140BF07
5F140BF10
5F140BH02
5F140BH05
5F140BH30
5F140BJ08
5F140CC02
5F140CC03
5F140CC08
5F140CC09
5F140CC12
5F140CC15
(57)【要約】
【課題】素子性能及び信頼性を改善できる半導体装置を提供する。
【解決手段】第1方向に離隔した第1チャネル構造及び第2チャネル構造と、第1チャネル構造と第2チャネル構造との間に配置され、第1チャネル構造と接触する第1境界面と第2チャネル構造と接触する第2境界面とを含むソース/ドレインパターンと、を有し、平面図で、ソース/ドレインパターンは、第1方向と直交する第2方向に対向する第1側壁及び第2側壁を含み、ソース/ドレインパターンの第1側壁は、第1傾斜側壁と、第2傾斜側壁と、第1傾斜側壁及び第2傾斜側壁が接する第1水平交差点と、を含み、第1境界面の第2方向への幅は、第2境界面の第2方向への幅と異なり、第1境界面から第1水平交差点までの第1方向への距離は、第2境界面から第1水平交差点までの第1方向への距離より大きい。
【選択図】図8
【特許請求の範囲】
【請求項1】
第1方向に離隔した第1チャネル構造及び第2チャネル構造と、
前記第1チャネル構造と前記第2チャネル構造との間に配置され、前記第1チャネル構造と接触する第1境界面と前記第2チャネル構造と接触する第2境界面とを含むソース/ドレインパターンと、を有し、
平面図で、前記ソース/ドレインパターンは、前記第1方向と直交する第2方向に対向する第1側壁及び第2側壁を含み、
前記ソース/ドレインパターンの第1側壁は、第1傾斜側壁と、第2傾斜側壁と、前記第1傾斜側壁及び前記第2傾斜側壁が接する第1水平交差点と、を含み、
前記第1境界面の前記第2方向への幅は、前記第2境界面の前記第2方向への幅と異なり、
前記第1境界面から前記第1水平交差点までの前記第1方向への距離は、前記第2境界面から前記第1水平交差点までの前記第1方向への距離より大きいことを特徴とする半導体装置。
【請求項2】
前記第1境界面の前記第2方向への幅は、前記第2境界面の前記第2方向への幅より小さいことを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。
【請求項3】
前記第1境界面及び前記第2境界面それぞれは、前記第2方向に離隔した第1終点と第2終点と、を含み、
前記第1境界面の第1終点は、前記第1境界面の第2終点より前記ソース/ドレインパターンの第1側壁に近く、
前記第2境界面の第1終点は、前記第2境界面の第2終点より前記ソース/ドレインパターンの第1側壁に近く、
前記第1境界面の第1終点を通過して前記第1方向に延長される終点延長線は、前記第2境界面の第1終点を通過しないことを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。
【請求項4】
平面図で、前記ソース/ドレインパターンの第2側壁は、第3傾斜側壁と、第4傾斜側壁と、前記第3傾斜側壁及び前記第4傾斜側壁が接する第2水平交差点と、を含み、
前記第1チャネル構造から前記第2水平交差点までの距離は、前記第2チャネル構造から前記第2水平交差点までの距離と同じであることを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。
【請求項5】
前記第1境界面及び前記第2境界面それぞれは、前記第2方向に離隔した第1終点と第2終点と、を含み、
前記第1境界面の第1終点は、前記第1境界面の第2終点より前記ソース/ドレインパターンの第1側壁に近く、
前記第2境界面の第1終点は、前記第2境界面の第2終点より前記ソース/ドレインパターンの第1側壁に近く、
前記第1境界面の第1終点を通過して前記第1方向に延長される第1終点延長線は、前記第2境界面の第1終点を通過せず、
前記第1境界面の第2終点を通過して前記第1方向に延長される第2終点延長線は、前記第2境界面の第2終点を通過することを特徴とする請求項4に記載の半導体装置。
【請求項6】
前記ソース/ドレインパターンの第2側壁は、第3傾斜側壁と、第4傾斜側壁と、前記第3傾斜側壁及び前記第4傾斜側壁が接する第2水平交差点と、を含み、
前記第1チャネル構造から前記第2水平交差点までの距離は、前記第2チャネル構造から前記第2水平交差点までの距離より大きいことを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。
【請求項7】
前記第1境界面及び前記第2境界面それぞれは、前記第2方向に離隔した第1終点と第2終点と、を含み、
前記第1境界面の第1終点は、前記第1境界面の第2終点より前記ソース/ドレインパターンの第1側壁に近く、
前記第2境界面の第1終点は、前記第2境界面の第2終点より前記ソース/ドレインパターンの第1側壁に近く、
前記第1境界面の第1終点を通過して前記第1方向に延長される第1終点延長線は、前記第2境界面の第1終点を通過せず、
前記第1境界面の第2終点を通過して前記第1方向に延長される第2終点延長線は、前記第2境界面の第2終点を通過しないことを特徴とする請求項6に記載の半導体装置。
【請求項8】
前記ソース/ドレインパターンは、前記第1チャネル構造及び前記第2チャネル構造と接触する半導体ライナ膜と、前記半導体ライナ膜上の半導体フィリング膜と、を含み、
平面図で、前記半導体ライナ膜は、前記第1チャネル構造と接触した第1サブライナ膜と、前記第2チャネル構造と接触した第2サブライナ膜と、を含み、
前記半導体フィリング膜は、前記第1サブライナ膜と前記第2サブライナ膜との間に配置され、
前記第1サブライナ膜の前記第2方向への幅は、前記第2サブライナ膜の前記第2方向への幅より小さいことを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。
【請求項9】
前記第1サブライナ膜の前記第1方向への厚さは、前記第2サブライナ膜の前記第1方向への厚さと異なることを特徴とする請求項8に記載の半導体装置。
【請求項10】
前記第1サブライナ膜及び前記第2サブライナ膜は、それぞれ前記半導体フィリング膜に向かう内側面を含み、
前記第1サブライナ膜の内側面は、第1ファセット部分と、前記第1ファセット部分と接続されて前記第2方向に延長される第1接続部分と、を含み、
前記第2サブライナ膜の内側面は、第2ファセット部分と、前記第2ファセット部分と接続されて前記第2方向に延長される第2接続部分と、を含み、
前記第1接続部分の前記第2方向への幅は、前記第2接続部分の前記第2方向への幅と異なることを特徴とする請求項8に記載の半導体装置。
【請求項11】
前記第1チャネル構造及び前記第2チャネル構造それぞれは、基板上に垂直に配列された複数のシートパターンを含むことを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。
【請求項12】
第1方向に離隔した第1チャネル構造及び第2チャネル構造と、
前記第1チャネル構造と前記第2チャネル構造との間に配置され、前記第1チャネル構造と接触する第1境界面と前記第2チャネル構造と接触する第2境界面とを含むソース/ドレインパターンと、を有し、
平面図で、前記ソース/ドレインパターンは、前記第1方向と直交する第2方向に対向する第1側壁及び第2側壁を含み、
前記ソース/ドレインパターンの第1側壁は、第1傾斜側壁と、第2傾斜側壁と、前記第1傾斜側壁及び前記第2傾斜側壁が接する第1水平交差点と、を含み、
前記ソース/ドレインパターンの第2側壁は、第3傾斜側壁と、第4傾斜側壁と、前記第3傾斜側壁及び前記第4傾斜側壁が接する第2水平交差点と、を含み、
前記第1境界面の前記第2方向への幅は、前記第2境界面の前記第2方向への幅より小さく、
前記第1境界面から前記第1水平交差点までの距離は、前記第1境界面から前記第2水平交差点までの距離と異なることを特徴とする半導体装置。
【請求項13】
前記第1境界面から前記第1水平交差点までの距離は、前記第1境界面から前記第2水平交差点までの距離より大きく、
前記第1チャネル構造から前記第2水平交差点までの距離は、前記第2チャネル構造から前記第2水平交差点までの距離と同じであることを特徴とする請求項12に記載の半導体装置。
【請求項14】
前記第1境界面及び前記第2境界面それぞれは、前記第2方向に離隔した第1終点と第2終点と、を含み、
前記第1境界面の第1終点は、前記第1境界面の第2終点より前記ソース/ドレインパターンの第1側壁に近く、
前記第2境界面の第1終点は、前記第2境界面の第2終点より前記ソース/ドレインパターンの第1側壁に近く、
前記第1境界面の第1終点を通過して前記第1方向に延長される第1終点延長線は、前記第2境界面の第1終点を通過せず、
前記第1境界面の第2終点を通過して前記第1方向に延長される第2終点延長線は、前記第2境界面の第2終点を通過することを特徴とする請求項13に記載の半導体装置。
【請求項15】
前記ソース/ドレインパターンは、前記第1チャネル構造及び前記第2チャネル構造と接触する半導体ライナ膜と、前記半導体ライナ膜上の半導体フィリング膜と、を含み、
平面図で、前記半導体ライナ膜は、前記第1チャネル構造と接触した第1サブライナ膜と、前記第2チャネル構造と接触した第2サブライナ膜と、を含み、
前記半導体フィリング膜は、前記第1サブライナ膜と前記第2サブライナ膜との間に配置され、
前記第1サブライナ膜の前記第1方向への厚さは、前記第2サブライナ膜の前記第1方向への厚さより大きいことを特徴とする請求項12に記載の半導体装置。
【請求項16】
前記第1サブライナ膜及び前記第2サブライナ膜は、それぞれ前記半導体フィリング膜に向かう内側面を含み、
前記第1サブライナ膜の内側面は、第1ファセット部分と、前記第1ファセット部分と接続されて前記第2方向に延長される第1接続部分と、を含み、
前記第2サブライナ膜の内側面は、第2ファセット部分と、前記第2ファセット部分と接続されて前記第2方向に延長される第2接続部分と、を含み、
前記第1接続部分の前記第2方向への幅は、前記第2接続部分の前記第2方向への幅より小さいことを特徴とする請求項15に記載の半導体装置。
【請求項17】
第1方向に対向した第1側壁及び第2側壁を含む少なくとも一つ以上の第1チャネル構造と、
前記第1チャネル構造の第1側壁と接触する第1ソース/ドレインパターンと、
前記第1チャネル構造の第2側壁と接触する第2ソース/ドレインパターンと、を有し、
平面図で、前記第1ソース/ドレインパターン及び前記第2ソース/ドレインパターンは、それぞれ前記第1方向と直交する第2方向に対向する第1側壁及び第2側壁を含み、
前記第1ソース/ドレインパターンの第1側壁は、第1傾斜側壁と、第2傾斜側壁と、前記第1傾斜側壁及び前記第2傾斜側壁が接する第1水平交差点と、を含み、
前記第1ソース/ドレインパターンの第2側壁は、第3傾斜側壁と、第4傾斜側壁と、前記第3傾斜側壁及び前記第4傾斜側壁が接する第2水平交差点と、を含み、
前記第2ソース/ドレインパターンの第1側壁は、第5傾斜側壁と、第6傾斜側壁と、前記第5傾斜側壁及び前記第6傾斜側壁が接する第3水平交差点と、を含み、
前記第2ソース/ドレインパターンの第2側壁は、第7傾斜側壁と、第8傾斜側壁と、前記第7傾斜側壁及び前記第8傾斜側壁が接する第4水平交差点と、を含み、
前記第1チャネル構造の第1側壁から前記第1水平交差点までの距離は、前記第1チャネル構造の第1側壁から前記第2水平交差点までの距離と異なり、
前記第1チャネル構造の第2側壁から前記第3水平交差点までの距離は、前記第1チャネル構造の第2側壁から前記第4水平交差点までの距離と同じであることを特徴とする半導体装置。
【請求項18】
前記第1チャネル構造と前記第1方向に離隔し、前記第1ソース/ドレインパターンと接触する第2チャネル構造をさらに有し、
前記第2チャネル構造は、前記第1ソース/ドレインパターンと接触する第1側壁を含み、
前記第2チャネル構造の第1側壁の前記第2方向への幅は、前記第1チャネル構造の第1側壁の前記第2方向への幅と異なることを特徴とする請求項17に記載の半導体装置。
【請求項19】
前記第1ソース/ドレインパターンは、前記第1チャネル構造及び前記第2チャネル構造と接触する半導体ライナ膜と、前記半導体ライナ膜上の半導体フィリング膜と、を含み、
平面図で、前記半導体ライナ膜は、前記第1チャネル構造と接触した第1サブライナ膜と、前記第2チャネル構造と接触した第2サブライナ膜と、を含み、
前記半導体フィリング膜は、前記第1サブライナ膜と前記第2サブライナ膜との間に配置され、
前記第1サブライナ膜の前記第1方向への厚さは、前記第2サブライナ膜の前記第1方向への厚さと異なることを特徴とする請求項18に記載の半導体装置。
【請求項20】
前記第1チャネル構造と前記第1方向に離隔し、前記第2ソース/ドレインパターンと接触する第2チャネル構造をさらに有し、
前記第2チャネル構造は、前記第2ソース/ドレインパターンと接触する第1側壁を含み、
前記第2チャネル構造の第1側壁の前記第2方向への幅は、前記第1チャネル構造の第2側壁の前記第2方向への幅と同じであることを特徴とする請求項17に記載の半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、半導体装置に関し、特に、電界効果トランジスタ(Field Effect Transistor)を含む半導体装置に関する。
【背景技術】
【0002】
半導体装置の高密度化への要求が増加するにつれ、ゲート構造に囲まれた構造として一つ以上の活性パターンを有する電界効果トランジスタが提案された。
電界効果トランジスタは、チャネル構造として基板から突出してゲート構造によって囲まれた一つ以上のフィン構造を有するフィン型電界効果トランジスタ(FinFET)であるか、チャネル構造として基板上に垂直方向に積層され、ゲート構造によって囲まれた一つ以上のシートパターン又はナノシート膜を有するナノシートトランジスタであり得る。
ナノシートトランジスタは、GAA(gate-all-around)トランジスタ、MBCFET(登録商標)(multi-bridge channel field-effect transistor)などと呼ばれる。
電界効果トランジスタのチャネル構造は、3次元であるので、電界効果トランジスタを含む半導体装置のスケーリングが容易である。
また、電界効果トランジスタは、ゲート構造物の寸法を大きくしなくても電流制御能力を向上させることができる。
また、ナノシートトランジスタのような電界効果トランジスタでは、ソース/ドレイン電圧によってチャネル構造の電位が影響を受けるSCE(short channel effect)を効果的に抑制することができる。
【0003】
したがって、電界効果トランジスタ(Field Effect Transistor)を含む半導体装置の素子性能及び信頼性を向上させることが課題として存在する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特開2006-245461号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
本発明は上記従来の半導体装置における課題に鑑みてなされたものであって、本発明の目的は、素子性能及び信頼性を改善できる半導体装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0006】
上記目的を達成するためになされた本発明による半導体装置は、第1方向に離隔した第1チャネル構造及び第2チャネル構造と、前記第1チャネル構造と前記第2チャネル構造との間に配置され、前記第1チャネル構造と接触する第1境界面と前記第2チャネル構造と接触する第2境界面とを含むソース/ドレインパターンと、を有し、平面図で、前記ソース/ドレインパターンは、前記第1方向と直交する第2方向に対向する第1側壁及び第2側壁を含み、前記ソース/ドレインパターンの第1側壁は、第1傾斜側壁と、第2傾斜側壁と、前記第1傾斜側壁及び前記第2傾斜側壁が接する第1水平交差点と、を含み、前記第1境界面の前記第2方向への幅は、前記第2境界面の前記第2方向への幅と異なり、前記第1境界面から前記第1水平交差点までの前記第1方向への距離は、前記第2境界面から前記第1水平交差点までの前記第1方向への距離より大きいことを特徴とする。
【0007】
また、上記目的を達成するためになされた本発明による半導体装置は、第1方向に離隔した第1チャネル構造及び第2チャネル構造と、前記第1チャネル構造と前記第2チャネル構造との間に配置され、前記第1チャネル構造と接触する第1境界面と前記第2チャネル構造と接触する第2境界面とを含むソース/ドレインパターンと、を有し、平面図で、前記ソース/ドレインパターンは、前記第1方向と直交する第2方向に対向する第1側壁及び第2側壁を含み、前記ソース/ドレインパターンの第1側壁は、第1傾斜側壁と、第2傾斜側壁と、前記第1傾斜側壁及び前記第2傾斜側壁が接する第1水平交差点と、を含み、前記ソース/ドレインパターンの第2側壁は、第3傾斜側壁と、第4傾斜側壁と、前記第3傾斜側壁及び前記第4傾斜側壁が接する第2水平交差点と、を含み、前記第1境界面の前記第2方向への幅は、前記第2境界面の前記第2方向への幅より小さく、前記第1境界面から前記第1水平交差点までの距離は、前記第1境界面から前記第2水平交差点までの距離と異なることを特徴とする。
【0008】
また、上記目的を達成するためになされた本発明による半導体装置は、第1方向に対向した第1側壁及び第2側壁を含む少なくとも一つ以上の第1チャネル構造と、前記第1チャネル構造の第1側壁と接触する第1ソース/ドレインパターンと、前記第1チャネル構造の第2側壁と接触する第2ソース/ドレインパターンと、を有し、平面図で、前記第1ソース/ドレインパターン及び前記第2ソース/ドレインパターンは、それぞれ前記第1方向と直交する第2方向に対向する第1側壁及び第2側壁を含み、前記第1ソース/ドレインパターンの第1側壁は、第1傾斜側壁と、第2傾斜側壁と、前記第1傾斜側壁及び前記第2傾斜側壁が接する第1水平交差点と、を含み、前記第1ソース/ドレインパターンの第2側壁は、第3傾斜側壁と、第4傾斜側壁と、前記第3傾斜側壁及び前記第4傾斜側壁が接する第2水平交差点と、を含み、前記第2ソース/ドレインパターンの第1側壁は、第5傾斜側壁と、第6傾斜側壁と、前記第5傾斜側壁及び前記第6傾斜側壁が接する第3水平交差点と、を含み、前記第2ソース/ドレインパターンの第2側壁は、第7傾斜側壁と、第8傾斜側壁と、前記第7傾斜側壁及び前記第8傾斜側壁が接する第4水平交差点と、を含み、前記第1チャネル構造の第1側壁から前記第1水平交差点までの距離は、前記第1チャネル構造の第1側壁から前記第2水平交差点までの距離と異なり、前記第1チャネル構造の第2側壁から前記第3水平交差点までの距離は、前記第1チャネル構造の第2側壁から前記第4水平交差点までの距離と同じであることを特徴とする。
【発明の効果】
【0009】
本発明に係る半導体装置によれば、チャネル構造である同じシートパターンに接続された異なる大きさを有する複数のソース/ドレインパターンは、第1方向D1に延長される同じ活性パターン上に形成され、同じ基板上の互いに異なる活性パターン上に形成されるので、互いに異なる特性を有するソース/ドレインパターンが形成された半導体装置又は電界効果トランジスタ、メモリ回路、論理回路などのための複数の相違する高性能/低電力消費装置に対する要求を解決するために使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【0010】
図1】本発明の一実施形態による半導体装置の概略構成を説明するためのレイアウト図である。
図2図1のA-A線に沿って切断した例示的な断面図である。
図3図1のB-B線及びC-C線に沿って切断した断面図である。
図4図1のB-B線及びC-C線に沿って切断した断面図である。
図5図1のD-D線、E-E線、及びF-F線に沿って切断した断面図である。
図6図1のD-D線、E-E線、及びF-F線に沿って切断した断面図である。
図7図1のD-D線、E-E線、及びF-F線に沿って切断した断面図である。
図8図2のG-G線に沿って切断して上から見た平面図である。
図9図8のP領域を拡大して示す図である。
図10図8のQ領域を拡大して示す図である。
図11図8のR領域を拡大して示す図である。
図12】本発明の他の実施形態による半導体装置の概略構成を説明するためのレイアウト図である。
図13図12の半導体装置を図2のG-G線に沿って切断して上から見た平面図である。
図14図13のP領域を拡大して示す図である。
図15】本発明のまた他の実施形態による半導体装置を説明するための図である。
図16】本発明のまた他の実施形態による半導体装置の概略構成を説明するためのレイアウト図である。
図17図16の第1活性パターンAP1を特定の高さで切断して上から見た平面図である。
図18】本発明のまた他の実施形態による半導体装置の概略構成を説明するためのレイアウト図である。
図19図18のH-H線に沿って切断した例示的な断面図である。
図20図18の半導体装置を図2のG-G線に沿って切断して上から見た平面図である。
図21図19のJ-J線に沿って切断して上から見た平面図である。
図22】本発明のまた他の実施形態による半導体装置の概略構成を説明するためのレイアウト図である。
【発明を実施するための形態】
【0011】
次に、本発明に係る半導体装置を実施するための形態の具体例を図面を参照しながら説明する。
【0012】
ここで説明する実施形態は、例示的な実施形態に過ぎないので、本発明はこれに限定されず、他の多様な形態で実現することができる。
前記説明で提供されるそれぞれの実施形態は、本明細書でも提供されるか、本明細書では提供されないが、本開示内容と一致するまた他の例又は他の実施形態の一つ以上の特徴に関連することから排除されない。
例えば、特定の例又は実施形態で説明された事項が他の例又は実施形態で説明されなくても、その説明で別に言及されない限り、他の例又は実施形態と関連するか又は組み合わせ可能なものとして理解され得る。
また、本発明の原理、様態、例及び特定の実施形態のすべての説明は、その構造的及び機能的等価物を含むことを意図していると理解しなければならない。
また、これらの均等物は、現在の公知された均等物だけでなく、将来開発される均等物、すなわち、その構造に関係なく同じ機能を果たすように発明されたすべての装置を含むものとして理解しなければならない。
【0013】
要素又は層が「上(over)」、「上(above)」、「上(on)」、「下(below)」、「下(under)」、「下(beneath)」、「接続された(connected to)」又は「結合された(coupled to)」他の要素と言及されるとき、又は層、それは他の要素又は層のすぐ上(directly over)、上(above)、上(on)、下(below)、下(under)、下(beneath)、接続又は結合されることができるか、又は中間要素又は層が存在し得る。
逆に「すぐ上に(directly over)」、「すぐ上に(directly above)」、「すぐ上に(directly on)」、「すぐ下に(directly below)」、「すぐ下に(directly under)」、「すぐ下に(directly beneath)」、「直接接続される(directly connected to)」又は「直接接続される(directly coupled to)」要素と言及される場合は「他の要素又は層に」、中間要素又は層が存在しない。
【0014】
本明細書で使用するように、要素のリストの前にある「~の少なくとも一つ」のような表現は全体要素リストを修飾し、リストの個別要素を修飾しない。
例えば、「a、b、及びcの少なくとも一つ」という表現は、aのみ、bのみ、cのみ、aとbの両方、aとcの両方、bとcの両方又はa、b及びcのすべてを含むものとして理解しなければならない。
【0015】
本発明の実施形態による半導体装置は、電界効果トランジスタ(FET)、3次元(3D)トランジスタ又は2次元物質をベースにするトランジスタ(2D material based FETs)、及びそのヘテロ構造(heterostructure)を含むことができる。
また、本発明の実施形態による半導体装置は、バイポーラ接合(bipolar junction)トランジスタ、横型二重拡散トランジスタ(LDMOS)などを含むこともできる。
【0016】
図1図11を参照して、本発明の一実施形態による半導体装置について説明する。
図1は、本発明の一実施形態による半導体装置の概略構成を説明するためのレイアウト図であり、図2は、図1のA-A線に沿って切断した例示的な断面図であり、図3及び図4は、図1のB-B線及びC-C線に沿って切断した断面図であり、図5図7は、図1のD-D線、E-E線、及びF-F線に沿って切断した断面図であり、図8は、図2のG-G線に沿って切断して上から見た平面図であり、図9図11は、それぞれ図8のP領域、Q領域、及びR領域を拡大して示す図である。
【0017】
以下では、図5図7は、一つの活性パターンの互いに異なる部分を切断した断面図として説明するが、本発明はこれに制限されるものではない。
すなわち、互いに分離され、互いに異なる幅を有する複数の活性パターンを切断した断面図は、図5図7と同様であり得る。
【0018】
以下では、図8図2と関連する平面図として説明するが、説明の便宜のためのものであり、これに制限されるものではない。
すなわち、図1のようなレイアウトを有する半導体装置が特定の高さで水平に切断して上から見るとき、図2とは関係なく図8のような平面図が見られる。
したがって、本発明の実施形態による半導体装置で、図8図2と関連するものに限定して解釈する必要なない。
【0019】
図1図11を参照すると、本発明の一実施形態による半導体装置は、第1活性パターンAP1と、複数の第1ゲート電極120と、第1ソース/ドレインパターン150Aと、第2ソース/ドレインパターン150Bと、第3ソース/ドレインパターン150Cを含む。
【0020】
基板100は、バルクシリコン又はSOI(silicon-on-insulator)である。
これとは異なり、基板100は、シリコン基板であり得、又は他の物質、例えば、シリコンゲルマニウム、SGOI(silicon germanium on insulator)、アンチモン化インジウム、鉛テルル化合物、インジウム砒素、インジウムリン化物、ガリウム砒素又はアンチモン化ガリウムを含み得るが、これに限定されるものではない。
【0021】
第1活性パターンAP1は、基板100上に配置される。
第1活性パターンAP1は、第1方向D1に長く延長される。
例えば、第1活性パターンAP1は、少なくとも一つ以上のPMOS(p-type metal-oxide-semiconductor field-effect transistors)が形成される領域に配置される。
第1活性パターンAP1は、少なくとも一つ以上の第1拡張領域(AP1_LR)と、少なくとも一つ以上の第1縮小領域(AP1_SR)と、第1テーパ領域(AP1_TA)を含む。
第1テーパ領域(AP1_TA)は、第1拡張領域(AP1_LR)と、第1縮小領域(AP1_SR)の間に配置される。
第1テーパ領域(AP1_TA)は、第1拡張領域(AP1_LR)と、第1縮小領域(AP1_SR)を接続する。
【0022】
以下の説明では、第1活性パターンAP1の第2方向D2への幅は、後述する第1下部パターンBP1の上面の幅である。
第1方向D1は、第2方向と垂直である。
例えば、第1活性パターンAP1の第2方向D2への幅は、第1ゲート電極120と第3方向D3に重なった部分で第1下部パターンBP1の上面の幅である。
第3方向D3は第1方向D1及び第2方向D2と垂直である。
ここで、第1方向D1及び第2方向D2は、それぞれチャネル長さ及びチャネル幅の方向であり、ここで説明する複数のシートパターンは、ソース/ドレイン領域及びシートパターンを囲んだゲート構造が形成されたトランジスタのチャネル又はチャネル構造である。
【0023】
第1拡張領域(AP1_LR)の第2方向D2への幅W11は、第1拡張領域(AP1_LR)での第1下部パターンの上面(BP1_US1)の幅である。
第1縮小領域(AP1_SR)の第2方向D2への幅W12は、第1縮小領域(AP1_SR)での第1下部パターンの上面(BP1_US2)の幅である。
第1拡張領域(AP1_LR)の幅W11は、第1縮小領域(AP1_SR)の幅W12より大きい。
第1拡張領域(AP1_LR)の幅W11及び第1縮小領域(AP1_SR)の幅W12は、第1方向D1に一定である。
第1テーパ領域(AP1_TA)の第2方向D2への幅は、第1拡張領域(AP1_LR)から遠くなるにつれて一定でなくて小さくなる。
第1テーパ領域(AP1_TA)の第2方向D2への幅は、第1拡張領域(AP1_LR)で第1縮小領域(AP1_SR)まで第1方向D1に変化する。
【0024】
また、第1活性パターンAP1の側壁は、第1下部パターンBP1の側壁である。
第1下部パターンBP1は、第2方向D2に対向(opposite)する第1側壁(BP1_SW1)及び第2側壁(BP1_SW2)を含む。
第1下部パターンの第1側壁(BP1_SW1)は、第1活性パターンAP1の第1側壁である。
第1下部パターンの第2側壁(BP1_SW2)は、第1活性パターンAP1の第2側壁である。
平面図である図1に示すように、第1下部パターンの第1側壁(BP1_SW1)は、第1方向D1に延長され、凸凹形状を有する。
第1下部パターンの第2側壁(BP1_SW2)は、第1方向D1に延長され、直線形状を有する。
【0025】
本発明の一実施形態による半導体装置では、平面図において、第1拡張領域(AP1_LR)での第2側壁(BP1_SW2)は、第1縮小領域(AP1_SR)での第2側壁(BP1_SW2)と第1方向D1に沿って直線に整列する。
第1拡張領域(AP1_LR)での第1側壁(BP1_SW1)は、第1縮小領域(AP1_SR)での第1側壁(BP1_SW1)と第1方向D1に沿って直線に整列しない。
【0026】
第1活性パターンAP1は、第1下部パターンBP1と、少なくとも一つの第1シートパターンNS11セットと、少なくとも一つの第2シートパターンNS12セットと、少なくとも一つの第3シートパターンNS13セットを含む。
このようなシートパターン(NS11、NS12、NS13)は、ゲート構造物(例えば、後述する内部ゲート構造物(INT_GS1))を間に置いて垂直に積層されて形成される。
第1下部パターンBP1は、基板100から突出する。
第1下部パターンBP1は、第1方向D1に長く延長される。
第1シートパターンNS11は、第1拡張領域(AP1_LR)に含まれる。
第1シートパターンNS11は、第1拡張領域(AP1_LR)での第1下部パターンの上面(BP1_US1)上に配置される。
【0027】
第1シートパターンNS11が第1方向D1に対向する第1側壁及び第2側壁を含む。
平面視において、第1シートパターンNS11の第1側壁の第2方向D2への幅は、第1シートパターンNS11の第2側壁の第2方向D2への幅と同一である。
第1シートパターンNS11が第2方向D2に対向する第3側壁及び第4側壁を含む。
平面視において、第1シートパターンNS11の第3側壁及び第1シートパターンNS11の第4側壁は、実質的に平行である。
【0028】
第2シートパターンNS12は、第1縮小領域(AP1_SR)に含まれる。
第2シートパターンNS12は、第1縮小領域(AP1_SR)での第1下部パターンの上面(BP1_US2)上に配置される。
第2シートパターンNS12は、第1方向D1に対向する第1側壁及び第2側壁を含む。
平面視において、第2シートパターンNS12の第1側壁の第2方向D2への幅は、第2シートパターンNS12の第2側壁の第2方向D2への幅と同一である。
第2シートパターンNS12は、第2方向D2に対向する第3側壁及び第4側壁を含む。
平面視において、第2シートパターンNS12の第3側壁及び第2シートパターンNS12の第4側壁は実質的に平行である。
【0029】
第3シートパターンNS13セットの一部は、第1拡張領域(AP1_LR)に含まれ、複数の第3シートパターンNS13の残りは、第1テーパ領域(AP1_TA)に含まれる。
別の言葉で言えば、複数の第3シートパターンNS13は、第1拡張領域(AP1_LR)及び第1テーパ領域(AP1_TA)の境界部分に配置される。
図に示していないが、他の第3シートパターンNS13のセットは、第1縮小領域(AP1_SR)及び第1テーパ領域(AP1_TA)の境界部分に配置される。
別の言葉で言えば、第3シートパターンNS13のセットは、第1拡張領域(AP1_LR)及び第1テーパ領域(AP1_TA)にかけて配置される。
又は、図に示していないが、他の第3シートパターンNS13のセットは、第1縮小領域(AP1_SR)及び第1テーパ領域(AP1_TA)にかけて配置される。
【0030】
第3シートパターンNS13は、第1方向D1に対向する第1側壁及び第2側壁を含む。
平面図で、第3シートパターンNS13の第1側壁の第2方向D2への幅は、第3シートパターンNS13の第2側壁の第2方向D2への幅と異なる。
第3シートパターンNS13は、第2方向D2に対向する第3側壁及び第4側壁を含む。
平面図の視点から、第3シートパターンNS13の第3側壁と第3シートパターンNS13の第4側壁との間の第2方向D2への距離は、距離が測定される位置によって変わる。
【0031】
第1シートパターンNS11、第2シートパターンNS12、及び第3シートパターンNS13は、第1下部パターンBP1と第3方向D3に離隔する。
第1シートパターンNS11は、第3方向D3に離隔する。
第2シートパターンNS12は、第3方向D3に離隔する。
第3シートパターンNS13は、第3方向D3に離隔する。
第3方向D3は、第1方向D1及び第2方向D2と交差(直交)する方向である。
例えば、第3方向D3は、基板100の厚さ方向である。
第1方向D1は、第2方向D2と交差(直交)する方向である。
第1シートパターンNS11は、第2シートパターンNS12及び第3シートパターンNS13と第1方向D1に離隔する。
第2シートパターンNS12は、第3シートパターンNS13と第1方向D1に離隔する。
第1シートパターンNS11、第2シートパターンNS12、及び第3シートパターンNS13は、それぞれ第3方向D3に3個が配置されるように示したが、説明の便宜のためのものであり、これに制限されるものではない。
【0032】
第1下部パターンBP1は、基板100の一部にエッチングを行って形成したものであり、基板100から成長したエピ層(epitaxial layer)を含む。
第1下部パターンBP1は、元素半導体物質であるシリコン又はゲルマニウムを含み得る。
また、第1下部パターンBP1は、化合物半導体を含み得、例えば、IV-IV族化合物半導体又はIII-V族化合物半導体を含み得る。
IV-IV族化合物半導体は、例えば、炭素(C)、ケイ素(Si)、ゲルマニウム(Ge)、スズ(Sn)の内の少なくとも2個以上を含む二元系化合物(binary compound)、三元系化合物(ternary compound)、又はこれらにIV族元素がドープされた化合物であり得る。
III-V族化合物半導体は、例えば、III族元素としてアルミニウム(Al)、ガリウム(Ga)及びインジウム(In)の少なくとも一つと、V族元素のリン(P)、ヒ素(As)及びアンチモニウム(Sb)の内の一つが結合されて形成される二元系化合物、三元系化合物、又は四元系化合物の内の一つであり得る。
【0033】
第1シートパターンNS11、第2シートパターンNS12、及び第3シートパターンNS13は、それぞれ元素半導体物質であるシリコン又はゲルマニウム、IV-IV族化合物半導体、及びIII-V族化合物半導体の内の一つを含む。
第1シートパターンNS11、第2シートパターンNS12、及び第3シートパターンNS13は、それぞれ同じ物質を含む。
第1シートパターンNS11、第2シートパターンNS12、及び第3シートパターンNS13は、第1下部パターンBP1と同じ物質を含み得、第1下部パターンBP1と異なる物質を含むこともできる。
本発明のいくつかの実施形態による半導体装置で、第1下部パターンBP1は、シリコンを含むシリコン下部パターンであり、第1シートパターンNS11、第2シートパターンNS12、及び第3シートパターンNS13は、それぞれシリコンを含むシリコンシートパターンである。
【0034】
図3及び図4で、第1シートパターンNS11の第2方向D2への幅及び第2シートパターンNS12の第2方向D2への幅は、第1下部パターンBP1の第2方向D2への幅に比例して大きくなるか、小さくなる。
第1シートパターンNS11を例に挙げると、第3方向D3に積層された第1シートパターンNS11の第2方向D2への幅は、同一であるように示したが、説明の便宜のためのものであり、これに制限されるものではない。
図とは異なり、第1下部パターンBP1から遠くなるにつれて、第3方向D3に積層された第1シートパターンNS11の第2方向D2への幅は、小さくなることもある。
【0035】
フィールド絶縁膜105は、基板100上に形成される。
フィールド絶縁膜105は、第1下部パターンの第1側壁(BP1_SW1)及び第1下部側壁の第2側壁(BP1_SW2)上に配置される。
フィールド絶縁膜105は、第1下部パターンの上面(BP1_US1、BP1_US2)上には配置されない。
一例として、フィールド絶縁膜105は、第1下部パターンの第1側壁(BP1_SW1)及び第1下部側壁の第2側壁(BP1_SW2)を全体的に覆う。
図とは異なり、フィールド絶縁膜105は、第1下部パターンの第1側壁(BP1_SW1)及び第1下部側壁の第2側壁(BP1_SW2)の少なくとも一つの一部を覆うこともある。
第1シートパターンNS11、第2シートパターンNS12、及び第3シートパターンNS13は、フィールド絶縁膜105の上面より高く配置される。
フィールド絶縁膜105は、例えば、酸化膜、窒化膜、酸窒化膜、又はこれらの組み合わせ膜を含み得る。
フィールド絶縁膜105は、単一膜で示したが、説明の便宜のためのものであり、これに制限されるものではない。
【0036】
複数の第1ゲート構造体GS1は、基板100上に配置される。
それぞれの第1ゲート構造体GS1は、第2方向D2に延長される。
第1ゲート構造体GS1は、第1方向D1に離隔して配置される。
第1ゲート構造体GS1は、互いに第1方向D1に隣接する。
例えば、第1ゲート構造体GS1は、第1方向D1に第1~第3ソース/ドレインパターン(150A、150B、150C)の両側に配置される。
第1ゲート構造体GS1は、第1活性パターンAP1上に配置される。
第1ゲート構造体GS1は、第1活性パターンAP1と交差する。
第1ゲート構造体GS1は、第1下部パターンBP1と交差する。
第1ゲート構造体GS1は、それぞれの第1~第3シートパターン(NS11、NS12、NS13)を囲む。
第1ゲート構造体GS1は、第1ゲート電極120、第1ゲート絶縁膜130、第1ゲートスペーサ140、及び第1ゲートキャッピングパターン145を含む。
【0037】
第1ゲート構造体GS1は、第3方向D3に隣接した第1~第3シートパターン(NS11、NS12、NS13)の間に配置された第1インナー(inner)ゲート構造体(INT_GS1)を含む。
第1インナーゲート構造体(INT_GS1)は、第1下部パターンBP1及びシートパターン(NS11、NS12、NS13)の間にも配置される。
第1インナーゲート構造体(INT_GS1)は、第1下部パターンBP1の上面、第1~第3シートパターン(NS11、NS12、NS13)の上面及び第1~第3シートパターン(NS11、NS12、NS13)の下面と接触する。
第1インナーゲート構造体(INT_GS1)は、後述する第1~第3ソース/ドレインパターン(150A、150B、150C)と直接接触しる。
第1インナーゲート構造体(INT_GS1)は、隣接した第1~第3シートパターン(NS11、NS12、NS13)の間に配置された第1ゲート電極120及び第1ゲート絶縁膜130を含む。
第1インナーゲート構造体(INT_GS1)は、第1下部パターンBP1及び第1~第3シートパターン(NS11、NS12、NS13)の間に配置された第1ゲート電極120及び第1ゲート絶縁膜130を含む。
【0038】
図2において、第3方向D3に配置されたそれぞれの第1インナーゲート構造体(INT_GS1)の第1方向D1への幅は、同一であるように示したが、これに制限されるものではない。
図とは異なり、第3方向D3に配置された第1インナーゲート構造体(INT_GS1)は、第1方向D1に互いに異なる幅を有することもある。
第1インナーゲート構造体(INT_GS1)の幅は、第3方向D3に対向する第1~第3シートパターン(NS11、NS12、NS13)の上面及び第1~第3シートパターン(NS11、NS12、NS13)の下面の間の中間で測定する。
【0039】
参考までに、第3方向D3に中央付近に配置されたレベルで第1~第3シートパターン(NS11、NS12、NS13)の平面図を図8に示した。
図に示していないが、第1ソース/ドレインコンタクト180が形成された部分が除外される場合、他のレベルでの第1~第3シートパターン(NS11、NS12、NS13)の平面図も図8と類似する。
図に示していないが、第1~第3シートパターン(NS11、NS12、NS13)が除外される場合、第3方向D3に隣接した第1~第3シートパターン(NS11、NS12、NS13)の間に配置された第1インナーゲート構造体(INT_GS1)のレベルでの平面図は、図8を用いて類推することができる。
【0040】
第1ゲート電極120は、第1下部パターンBP1上に配置される。
第1ゲート電極120は、第1下部パターンBP1と交差する。
第1ゲート電極120は、第1~第3シートパターン(NS11、NS12、NS13)を囲む。
第1ゲート電極120の一部は、第1拡張領域(AP1_LR)及び第1テーパ領域(AP1_TA)にかけて配置される。
又は、図に示していないが、第1ゲート電極120の一部は、第1縮小領域(AP1_SR)及び第1テーパ領域(AP1_TA)にかけて配置される。
図とは異なり、第1ゲート電極120は、第1テーパ領域(AP1_TA)に第3方向D3に重なるように配置されないこともある。
【0041】
第1ゲート電極120は、金属、金属合金、導電性金属窒化物、導電性金属炭化物、導電性金属炭窒化物、金属シリサイド、ドープされた半導体物質、導電性金属酸化物、及び導電性金属酸窒化物の少なくとも一つを含み得る。
第1ゲート電極120は、例えば、チタン窒化物(TiN)、タンタル炭化物(TaC)、タンタル窒化物(TaN)、チタンシリコン窒化物(TiSiN)、タンタルシリコン窒化物(TaSiN)、タンタルチタン窒化物(TaTiN)、チタンアルミニウム窒化物(TiAlN)、タンタルアルミニウム窒化物(TaAlN)、タングステン窒化物(WN)、ルテニウム(Ru)、チタンアルミニウム(TiAl)、チタンアルミニウム炭窒化物(TiAlC-N)、チタンアルミニウム炭化物(TiAlC)、チタン炭化物(TiC)、タンタル炭窒化物(TaCN)、タングステン(W)、アルミニウム(Al)、銅(Cu)、コバルト(Co)、チタン(Ti)、タンタル(Ta)、ニッケル(Ni)、白金(Pt)、ニッケル白金(Ni-Pt)、ニオブ(Nb)、ニオブ窒化物(NbN)、ニオブ炭化物(NbC)、モリブデン(Mo)、モリブデン窒化物(MoN)、モリブデン炭化物(MoC)、タングステン炭化物(WC)、ロジウム(Rh)、パラジウム(Pd)、イリジウム(Ir)、オスミウム(Os)、銀(Ag)、金(Au)、亜鉛(Zn)、バナジウム(V)、及びこれらの組み合わせの少なくとも一つを含み得るが、これに制限されるものではない。
導電性金属酸化物及び導電性金属酸窒化物は、上述した物質が酸化された形態を含み得るが、これに制限されるものではない。
【0042】
第1ゲート電極120は、後述する第1~第3ソース/ドレインパターン(150A、150B、150C)の両側に配置される。
第1ゲート構造体GS1は、第1~第3ソース/ドレインパターン(150A、150B、150C)の第1方向D1に両側に配置される。
一例として、第1~第3ソース/ドレインパターン(150A、150B、150C)の両側に配置された第1ゲート電極120がすべてトランジスタのゲートとして機能するノーマルゲート電極である。
他の例として、第1~第3ソース/ドレインパターン(150A、150B、150C)の一側に配置された第1ゲート電極120は、トランジスタのゲートとして機能するが、第1~第3ソース/ドレインパターン(150A、150B、150C)の他側に配置された第1ゲート電極120は、ダミーゲート電極である。
【0043】
第1ゲート絶縁膜130は、フィールド絶縁膜105の上面、第1下部パターンの上面(BP1_US1、BP1_US2)に沿って延長される。
第1ゲート絶縁膜130は、第1~第3シートパターン(NS11、NS12、NS13)を囲む。
第1ゲート絶縁膜130は、第1~第3シートパターン(NS11、NS12、NS13)の周囲に沿って配置される。
第1ゲート電極120は、第1ゲート絶縁膜130上に配置される。
第1ゲート絶縁膜130は、第1ゲート電極120及び第1~第3シートパターン(NS11、NS12、NS13)の間に配置される。
【0044】
第1ゲート絶縁膜130は、シリコン酸化物、シリコン-ゲルマニウム酸化物、ゲルマニウム酸化物、シリコン酸窒化物、シリコン窒化物、又はシリコン酸化物より誘電定数が大きい高誘電率物質を含み得る。
高誘電率物質は、例えば、ホウ素窒化物(boron nitride)、ハフニウム酸化物(hafnium oxide)、ハフニウムシリコン酸化物(hafnium silicon oxide)、ハフニウムアルミニウム酸化物(hafnium aluminum oxide)、ランタン酸化物(lanthanum oxide)、ランタンアルミニウム酸化物(lanthanum aluminum oxide)、ジルコニウム酸化物(zirconium oxide)、ジルコニウムシリコン酸化物(zirconium silicon oxide)、タンタル酸化物(tantalum oxide)、チタン酸化物(titanium oxide)、バリウムストロンチウムチタン酸化物(barium strontium titanium oxide)、バリウムチタン酸化物(barium titanium oxide)、ストロンチウムチタン酸化物(strontium titanium oxide)、イットリウム酸化物(yttrium oxide)、アルミニウム酸化物(aluminum oxide)、鉛スカンジウムタンタル酸化物(lead scandium tantalum oxide)、又は鉛亜鉛ニオブ酸塩(lead zinc niobate)の内の一つ以上を含むことができる。
【0045】
第1ゲート絶縁膜130は、単一膜で示したが、説明の便宜のためのものであり、これに制限されるものではない。
第1ゲート絶縁膜130は、複数の膜を含むことができる。
第1ゲート絶縁膜130は、第1~第3シートパターン(NS11、NS12、NS13)と第1ゲート電極120の間に配置された界面膜(interfacial layer)と、高誘電率絶縁膜を含むこともできる。
いくつかの実施形態による半導体装置は、負のキャパシタ(Negative Capacitor)を用いたNC(Negative Capacitance) FET(field-effect transistor)を含むことができる。
例えば、第1ゲート絶縁膜130は、強誘電体特性を有する強誘電体物質膜と、常誘電体特性を有する常誘電体物質膜を含むことができる。
【0046】
強誘電体物質膜は、負のキャパシタンスを有し、常誘電体物質膜は、正のキャパシタンスを有する。
例えば、二個以上のキャパシタが直列接続され、それぞれのキャパシタのキャパシタンスが正の値を有する場合、全体キャパシタンスは、それぞれの個別キャパシタのキャパシタンスより減少する。
反面、直列接続された二個以上のキャパシタのキャパシタンスの少なくとも一つが負の値を有する場合、全体キャパシタンスは正の値を有し、かつそれぞれの個別キャパシタンスの絶対値より大きい。
負のキャパシタンスを有する強誘電体物質膜と、正のキャパシタンスを有する常誘電体物質膜が直列に接続される場合、直列に接続された強誘電体物質膜及び常誘電体物質膜の全体的なキャパシタンス値は増加する。
全体的なキャパシタンス値が増加することを用いて、強誘電体物質膜を含むトランジスタは、常温で、60mV/decade未満のサブスレッショルドスイング(subthreshold swing(SS))を有する。
【0047】
強誘電体物質膜は、強誘電体特性を有する。
強誘電体物質膜は、例えば、ハフニウム酸化物(hafnium oxide)、ハフニウムジルコニウム酸化物(hafnium zirconium oxide)、バリウムストロンチウムチタン酸化物(barium strontium titanium oxide)、バリウムチタン酸化物(barium titanium oxide)、及び鉛ジルコニウムチタン酸化物(lead zirconium titanium oxide)の少なくとも一つを含み得る。
ここで、一例として、ハフニウムジルコニウム酸化物(hafnium zirconium oxide)は、ハフニウム酸化物(hafnium oxide)にジルコニウム(Zr)がドープされた物質である。
他の例としては、ハフニウムジルコニウム酸化物(hafnium zirconium oxide)は、ハフニウム(Hf)とジルコニウム(Zr)と酸素(O)の化合物である。
【0048】
強誘電体物質膜は、ドープされたドーパントをさらに含むことができる。
例えば、ドーパントは、アルミニウム(Al)、チタン(Ti)、ニオブ(Nb)、ランタン(La)、イットリウム(Y)、マグネシウム(Mg)、シリコン(Si)、カルシウム(Ca)、セリウム(Ce)、ジスプロシウム(Dy)、エルビウム(Er)、ガドリニウム(Gd)、ゲルマニウム(Ge)、スカンジウム(Sc)、ストロンチウム(Sr)、及びスズ(Sn)の少なくとも一つを含むことができる。
強誘電体物質膜がどの強誘電体物質を含むかによって、強誘電体物質膜に含まれたドーパントの種類は変わり得る。
強誘電体物質膜がハフニウム酸化物を含む場合、強誘電体物質膜に含まれたドーパントは、例えば、ガドリニウム(Gd)、シリコン(Si)、ジルコニウム(Zr)、アルミニウム(Al)、及びイットリウム(Y)の少なくとも一つを含み得る。
【0049】
ドーパントがアルミニウム(Al)の場合、強誘電体物質膜は、3~8at%(atomic%)のアルミニウムを含み得る。
ここで、ドーパントの比率は、ハフニウム及びアルミニウムの和に対するアルミニウムの比率である。
ドーパントがシリコン(Si)の場合、強誘電体物質膜は、2~10at%のシリコンを含み得る。
ドーパントがイットリウム(Y)の場合、強誘電体物質膜は、2~10at%のイットリウムを含み得る。
ドーパントがガドリニウム(Gd)の場合、強誘電体物質膜は、1~7at%のガドリニウムを含み得る。
ドーパントがジルコニウム(Zr)の場合、強誘電体物質膜は、50~80at%のジルコニウムを含み得る。
【0050】
常誘電体物質膜は、常誘電体特性を有する。
常誘電体物質膜は、例えば、シリコン酸化物(silicon oxide)及び高誘電率を有する金属酸化物の少なくとも一つを含む。
常誘電体物質膜に含まれた金属酸化物は、例えば、ハフニウム酸化物(hafnium oxide)、ジルコニウム酸化物(zirconium oxide)、及びアルミニウム酸化物(aluminum oxide)の少なくとも一つを含み得るが、これに制限されるものではない。
強誘電体物質膜及び常誘電体物質膜は、同じ物質を含み得る。
強誘電体物質膜は、強誘電体特性を有するが、常誘電体物質膜は、強誘電体特性を有さなくてもよい。
例えば、強誘電体物質膜及び常誘電体物質膜がハフニウム酸化物を含む場合、強誘電体物質膜に含まれたハフニウム酸化物の結晶構造は、常誘電体物質膜に含まれたハフニウム酸化物の結晶構造と異なる。
【0051】
強誘電体物質膜は、強誘電体特性を有する厚さを有する。
強誘電体物質膜の厚さは、例えば、0.5~10nmであり得るが、これに制限されるものではない。
それぞれの強誘電体物質ごとに強誘電体特性を示す臨界の厚さは変わり得るので、強誘電体物質膜の厚さは、強誘電体物質によって変わり得る。
一例として、第1ゲート絶縁膜130は、一つの強誘電体物質膜を含む。
他の例として、第1ゲート絶縁膜130は、互いの間に離隔した複数の強誘電体物質膜を含む。
第1ゲート絶縁膜130は、複数の強誘電体物質膜と、複数の常誘電体物質膜が交互に積層された積層膜構造を有することもできる。
【0052】
第1ゲートスペーサ140は、第1ゲート電極120の側壁上に配置される。
第1ゲートスペーサ140は、第1下部パターンBP1と第1~第3シートパターン(NS11、NS12、NS13)の間と、第3方向D3に隣接する第1~第3シートパターン(NS11、NS12、NS13)の間に配置されない。
第1ゲートスペーサ140は、内側壁140ISと、接続側壁140CSと、外側壁140OSを含む。
第1ゲートスペーサの内側壁140ISは、第2方向D2に延長される第1ゲート電極120の側壁に向かう。
第1ゲートスペーサの内側壁140ISは、第2方向D2に延長される。
第1ゲートスペーサの内側壁140ISは、層間絶縁膜190に向かう第1ゲートスペーサの外側壁140OSと反対になる面である。
【0053】
第1ゲートスペーサの接続側壁140CSは、第1ゲートスペーサの内側壁140IS及び第1ゲートスペーサの外側壁140OSを接続する。
第1拡張領域(AP1_LR)及び第1縮小領域(AP1_SR)と重なる領域に配置された第1ゲートスペーサ140で、第1ゲートスペーサの接続側壁140CSは、第1方向D1に延長される。
第1テーパ領域(AP1_TA)と重なる領域に配置された第1ゲートスペーサ140で、第1ゲートスペーサの接続側壁140CSは、第1方向D1と所定の角度を有して延長される。
一例として、第1テーパ領域(AP1_TA)と重なる領域で第1ゲートスペーサ140の厚さは、第1拡張領域(AP1_LR)及び第1縮小領域(AP1_SR)と重なる領域で第1ゲートスペーサ140の厚さと同一である。
ここで、第1ゲートスペーサ140の厚さは、第1方向D1への厚さである。
他の例として、第1テーパ領域(AP1_TA)と重なる領域で第1ゲートスペーサ140の厚さは、第1拡張領域(AP1_LR)及び第1縮小領域(AP1_SR)と重なる領域で第1ゲートスペーサ140の厚さと異なってもよい。
【0054】
第1ゲート絶縁膜130は、第1ゲートスペーサの内側壁140ISに沿って延長される。
第1ゲート絶縁膜130は、第1ゲートスペーサの内側壁140ISと接触する。
第1ゲートスペーサ140は、例えば、シリコン窒化物(SiN)、シリコン酸窒化物(SiON)、シリコン酸化物(SiO)、シリコン酸炭窒化物(SiOCN)、シリコンホウ素窒化物(SiBN)、シリコン酸ホウ素窒化物(SiOBN)、シリコン酸炭化物(SiOC)、及びこれらの組み合わせの少なくとも一つを含み得る。
第1ゲートスペーサ140は、単一膜で示したが、説明の便宜のためのものであり、これに制限されるものではない。
【0055】
第1ゲートキャッピングパターン145は、第1ゲート電極120及び第1ゲートスペーサ140上に配置される。
第1ゲートキャッピングパターン145の上面は、層間絶縁膜190の上面と同一平面に置かれる。
図とは異なり、第1ゲートキャッピングパターン145は、第1ゲートスペーサ140の間に配置されることもできる。
第1ゲートキャッピングパターン145は、例えば、シリコン窒化物(SiN)、シリコン酸窒化物(SiON)、シリコン炭窒化物(SiCN)、シリコン酸炭窒化物(SiOCN)、及びこれらの組み合わせの少なくとも一つを含み得る。
第1ゲートキャッピングパターン145は、層間絶縁膜190に対するエッチング選択比を有する物質を含む。
【0056】
第1ソース/ドレインパターン150Aと、第2ソース/ドレインパターン150Bと、第3ソース/ドレインパターン150Cは、第1活性パターンAP1上に配置される。
第1ソース/ドレインパターン150Aと、第2ソース/ドレインパターン150Bと、第3ソース/ドレインパターン150Cは、第1下部パターンBP1上に配置される。
第1ソース/ドレインパターン150Aと、第2ソース/ドレインパターン150Bと、第3ソース/ドレインパターン150Cは、第1下部パターンBP1と接触する。
第1ソース/ドレインパターン150Aは、第1テーパ領域(AP1_TA)の第1下部パターンBP1上に配置される。
【0057】
第1ソース/ドレインパターン150Aは、第1方向D1に隣接した第2シートパターンNS12及び第3シートパターンNS13と接続される。
第1ソース/ドレインパターン150Aは、第2シートパターンNS12及び第3シートパターンNS13と接触する。
図とは異なり、一例として、第1ソース/ドレインパターン150Aは、第1シートパターンNS11及び第3シートパターンNS13と接続されることもできる。
他の例として、第1ソース/ドレインパターン150Aは、第1方向D1に隣接した第3シートパターンNS13の間に配置され、第1方向D1に隣接した第3シートパターンNS13と接続されることもできる。
【0058】
第2ソース/ドレインパターン150Bは、第1拡張領域(AP1_LR)の第1下部パターンBP1上に配置される。
第2ソース/ドレインパターン150Bは、第1方向D1に隣接した第1シートパターンNS11及び第3シートパターンNS13と接続される。
第2ソース/ドレインパターン150Bは、第1シートパターンNS11及び第3シートパターンNS13と接触する。
図には示していないが、第2ソース/ドレインパターン150Bは、第1方向D1に隣接した第1シートパターンNS11の間に配置され、第1方向D1に隣接した第1シートパターンNS11と接続される。
【0059】
第3ソース/ドレインパターン150Cは、第1縮小領域(AP1_SR)の第1下部パターンBP1の間に配置される。
第3ソース/ドレインパターン150Cは、第1方向D1に隣接した第2シートパターンNS12の間に配置され、第1方向D1に隣接した第2シートパターンNS12と接続される。
第3ソース/ドレインパターン150Cは、第2シートパターンNS12と接触する。
図には示していないが、第3ソース/ドレインパターン150Cは、第1方向D1に隣接した第2シートパターンNS12及び第3シートパターンNS13と接続される。
【0060】
第1ソース/ドレインパターン150Aと、第2ソース/ドレインパターン150Bと、第3ソース/ドレインパターン150Cは、第1インナーゲート構造体(INT_GS1)に含まれた第1ゲート絶縁膜130と接触する。
第1ソース/ドレインパターン150Aと、第2ソース/ドレインパターン150Bと、第3ソース/ドレインパターン150Cは、それぞれ複数の幅拡張領域を含む。
図2で、第1ソース/ドレインパターン150Aの外側壁と、第2ソース/ドレインパターン150Bの外側壁と、第3ソース/ドレインパターン150Cの外側壁は、それぞれ波状(wavy)又は凹凸形状を有する。
【0061】
第2ソース/ドレインパターン150Bを例に挙げると、幅拡張領域で第2ソース/ドレインパターン150Bの第1方向D1への幅は、第1下部パターンBP1から遠くなるにつれて増加した後に減少する。
第2ソース/ドレインパターン150Bの幅拡張領域は、第3方向D3に隣接した第1シートパターンNS11の間に定義される。
第2ソース/ドレインパターン150Bの幅拡張領域は、第1下部パターンBP1と、第1シートパターンNS11の内の第1下部パターンBP1に最隣接した第1シートパターンNS11の間に定義される。
それぞれの第2ソース/ドレインパターン150Bの幅拡張領域で、第2ソース/ドレインパターン150Bの幅が最大である地点は、第1シートパターンNS11及び第1下部パターンBP1の間、又は第3方向D3に隣接した第1シートパターンNS11の間に位置する。
【0062】
第1ソース/ドレインパターン150Aと、第2ソース/ドレインパターン150Bと、第3ソース/ドレインパターン150Cは、第1ゲートスペーサ140と接触する。
例えば、第1ソース/ドレインパターン150Aと、第2ソース/ドレインパターン150Bと、第3ソース/ドレインパターン150Cは、それぞれ第1ゲートスペーサの接続側壁140CSと接触する。
また、第1ソース/ドレインパターン150Aと、第2ソース/ドレインパターン150Bと、第3ソース/ドレインパターン150Cは、それぞれ第1ゲートスペーサの外側壁140OSと接触する。
平面視において、第1ソース/ドレインパターン150Aと、第2ソース/ドレインパターン150Bと、第3ソース/ドレインパターン150Cは、それぞれ第1ゲートスペーサの外側壁140OSの一部上に配置される。
第1ソース/ドレインパターン150Aと、第2ソース/ドレインパターン150Bと、第3ソース/ドレインパターン150Cは、それぞれエピタキシャルパターンを含む。
第1ソース/ドレインパターン150Aと、第2ソース/ドレインパターン150Bと、第3ソース/ドレインパターン150Cは、それぞれ半導体物質を含む。
【0063】
第1ソース/ドレインパターン150Aは、第1半導体ライナ膜151Aと、第1半導体フィリング膜152Aを含む。
第2ソース/ドレインパターン150Bは、第2半導体ライナ膜151Bと、第2半導体フィリング膜152Bを含む。
第3ソース/ドレインパターン150Cは、第3半導体ライナ膜151Cと、第3半導体フィリング膜152Cを含む。
第1~第3半導体ライナ膜(151A、151B、151C)は、第1下部パターンBP1上に配置される。
第1~第3半導体フィリング膜(152A、152B、152C)は、半導体ライナ膜(151A、151B、151C)上に配置される。
半導体フィリング膜(152A、152B、152C)は、単一膜で示したが、説明の便宜のためのものであり、これに制限されるものではない。
【0064】
第1半導体ライナ膜151Aは、第2シートパターンNS12、第3シートパターンNS13、第1下部パターンBP1、及び第1インナーゲート構造体(INT_GS1)と接触する。
第1半導体ライナ膜151Aは、第1インナーゲート構造体(INT_GS1)の第1ゲート絶縁膜130と接触する。
第1~第3半導体ライナ膜(151A、151B、151C)は、第1~第3シートパターン(NS11、NS12、NS13)、第1下部パターンBP1及び第1インナーゲート構造体(INT_GS1)と接触する。
第1~第3半導体ライナ膜(151A、151B、151C)は、第1インナーゲート構造体(INT_GS1)の第1ゲート絶縁膜130と接触する。
第1~第3半導体フィリング膜(152A、152B、152C)は、第1~第3半導体ライナ膜(151A、151B、151C)と接触する。
第1~第3半導体フィリング膜(152A、152B、152C)は、第1~第3シートパターン(NS11、NS12、NS13)、第1下部パターンBP1及び第1インナーゲート構造体(INT_GS1)と接触しない。
【0065】
第1~第3半導体ライナ膜(151A、151B、151C)は、それぞれシリコン-ゲルマニウムを含む。
第1~第3半導体ライナ膜(151A、151B、151C)は、それぞれシリコン-ゲルマニウム膜を含み得る。
第1~第3半導体ライナ膜(151A、151B、151C)は、それぞれエピタキシャル半導体膜であり得る。
第1半導体ライナ膜151Aのゲルマニウム分率は、第2半導体ライナ膜151Bのゲルマニウム分率及び第3半導体ライナ膜151Cのゲルマニウム分率と同じである。
第1半導体ライナ膜151A、第2半導体ライナ膜151B、及び第3半導体ライナ膜151Cは、同じエピタキシャル工程により形成され得る。
第1半導体ライナ膜151A、第2半導体ライナ膜151B、及び第3半導体ライナ膜151Cは、単一エピタキシャル工程により形成され得る。
【0066】
第1~第3半導体フィリング膜(152A、152B、152C)は、それぞれシリコン-ゲルマニウム膜を含み得る。
第1~第3半導体フィリング膜(152A、152B、152C)は、それぞれエピタキシャル半導体膜であり得る。
第1半導体フィリング膜152Aのゲルマニウム分率は、第2半導体フィリング膜152Bのゲルマニウム分率及び第3半導体フィリング膜152Cのゲルマニウム分率と同じである。
第1~第3半導体フィリング膜(152A、152B、152C)のゲルマニウム分率は、第1~第3半導体ライナ膜(151A、151B、151C)のゲルマニウムの分率より大きい。
第1~第3半導体ライナ膜(151A、151B、151C)及び第1~第3半導体フィリング膜(152A、152B、152C)は、ドープされたp型不純物を含み得る。
例えば、p型不純物は、ホウ素(B)、インジウム(In)及びガリウム(Ga)の少なくとも一つを含み得るが、これに制限されるものではない。
【0067】
図には示していないが、第1~第3ソース/ドレインパターン(150A、150B、150C)は、第1~第3半導体フィリング膜(152A、152B、152C)上に配置された半導体キャッピング膜をさらに含む。
一例として、半導体キャッピング膜は、シリコン膜を含み得る。
他の例として、半導体キャッピング膜は、シリコン-ゲルマニウム膜を含み得る。
半導体キャッピング膜がシリコン-ゲルマニウム膜を含む場合、半導体キャッピング膜のゲルマニウムの分率は、第1~第3半導体フィリング膜(152A、152B、152C)のゲルマニウムの分率より小さい。
【0068】
以下では、図2図8図11を用いて、第1~第3ソース/ドレインパターン(150A、150B、150C)の形状を説明する。
第3シートパターンNS13は、第1方向D1に対向する第1側壁及び第2側壁を含む。
例えば、第3シートパターンNS13の第1側壁は、第1ソース/ドレインパターン150Aと接触し、第3シートパターンNS13の第2側壁は、第2ソース/ドレインパターン150Bと接触する。
第2シートパターンNS12は、第1方向D1に対向する第1側壁及び第2側壁を含む。
例えば、第2シートパターンNS12の第1側壁は、第1ソース/ドレインパターン150Aと接触し、第2シートパターンNS12の第2側壁は、第3ソース/ドレインパターン150Cと接触する。
【0069】
図8及び図9で、第1ソース/ドレインパターン150Aは、第2シートパターンNS12と接触する第1境界面(150A_F1)と、第3シートパターンNS13と接触する第2境界面(150A_F2)を含む。
第1ソース/ドレインパターンの第1境界面(150A_F1)は、第1ソース/ドレインパターンの第2境界面(150A_F2)と第1方向D1に反対の位置になる。
第1ソース/ドレインパターンの第1境界面(150A_F1)及び第1ソース/ドレインパターンの第2境界面(150A_F2)は、第1半導体ライナ膜151Aに含まれる。
第1ソース/ドレインパターンの第1境界面(150A_F1)及び第1ソース/ドレインパターンの第2境界面(150A_F2)は、第1半導体ライナ膜151Aの外側面の一部である。
第1ソース/ドレインパターンの第1境界面(150A_F1)及び第1ソース/ドレインパターンの第2境界面(150A_F2)は、第1半導体ライナ膜151Aにより定義される。
【0070】
第1ソース/ドレインパターンの第1境界面(150A_F1)の第2方向D2への幅W21は、第1ソース/ドレインパターンの第2境界面(150A_F2)の第2方向D2への幅W22と異なる。
例えば、第1ソース/ドレインパターンの第1境界面(150A_F1)の第2方向D2への幅W21は、第1ソース/ドレインパターンの第2境界面(150A_F2)の第2方向D2への幅W22より小さい。
【0071】
第1ソース/ドレインパターン150Aは、第2方向D2に対向する第1水平側壁(150A_LSW1)と、第2水平側壁(150A_LSW2)を含む。
第1ソース/ドレインパターンの第1水平側壁(150A_LSW1)は、第1水平傾斜側壁(150A_LSW11)と、第2水平傾斜側壁(150A_LSW12)を含む。
第1水平傾斜側壁(150A_LSW11)と、第2水平傾斜側壁(150A_LSW12)は、それぞれ第1ゲートスペーサの外側壁140OSから延長される。
第1ソース/ドレインパターンの第1水平側壁(150A_LSW1)は、第1水平傾斜側壁(150A_LSW11)と、第2水平傾斜側壁(150A_LSW12)が接する第1水平交差点(150A_LFC1)を含む。
第1水平交差点(150A_LFC1)付近で第1ソース/ドレインパターンの第1水平側壁(150A_LSW1)は、ラウンド形状を有するように示したが、これに制限されるものではない。
図とは異なり、第1水平交差点(150A_LFC1)付近で第1ソース/ドレインパターンの第1水平側壁(150A_LSW1)は、角張った尖点の形状を有することもできる。
【0072】
第1ソース/ドレインパターンの第2水平側壁(150A_LSW2)は、第3水平傾斜側壁(150A_LSW21)と、第4水平傾斜側壁(150A_LSW22)を含む。
第3水平傾斜側壁(150A_LSW21)と、第4水平傾斜側壁(150A_LSW22)は、それぞれ第1ゲートスペーサの外側壁140OSから延長される。
第1ソース/ドレインパターンの第2水平側壁(150A_LSW2)は、第3水平傾斜側壁(150A_LSW21)と、第4水平傾斜側壁(150A_LSW22)が接する第2水平交差点(150A_LFC2)を含む。
第1ソース/ドレインパターンの第1水平側壁(150A_LSW1)及び第1ソース/ドレインパターンの第2水平側壁(150A_LSW2)は、第1半導体フィリング膜152Aにより定義される。
第1ソース/ドレインパターンの第1水平側壁(150A_LSW1)は、第1ソース/ドレインパターンの第2水平側壁(150A_LSW2)と非対称である。
【0073】
第1ソース/ドレインパターンの第1境界面(150A_F1)から第1水平交差点(150A_LFC1)までの距離L11は、第1ソース/ドレインパターンの第2境界面(150A_F2)から第1水平交差点(150A_LFC1)までの距離L12より大きい。
第1水平交差点(150A_LFC1)付近で、第1ソース/ドレインパターンの第1水平側壁(150A_LSW1)がラウンド形状を有する場合、距離L11は、第1境界面(150A_F1)から第1水平傾斜側壁(150A_LSW11)と、第2水平傾斜側壁(150A_LSW12)が延長されて接する仮想の地点までの距離である。
第1ソース/ドレインパターンの第1境界面(150A_F1)から第2水平交差点(150A_LFC2)までの距離L21は、第1ソース/ドレインパターンの第2境界面(150A_F2)から第2水平交差点(150A_LFC2)までの距離L22と同一である。
【0074】
別の言葉で言えば、第1ソース/ドレインパターンの第1境界面(150A_F1)から第1水平交差点(150A_LFC1)までの距離L11は、第1ソース/ドレインパターンの第1境界面(150A_F1)から第2水平交差点(150A_LFC2)までの距離L21と異なる。
例えば、第1ソース/ドレインパターンの第1境界面(150A_F1)から第1水平交差点(150A_LFC1)までの距離L11は、第1ソース/ドレインパターンの第1境界面(150A_F1)から第2水平交差点(150A_LFC2)までの距離L21より大きい。
第1ソース/ドレインパターンの第2境界面(150A_F2)から第1水平交差点(150A_LFC1)までの距離L12は、第1ソース/ドレインパターンの第2境界面(150A_F2)から第2水平交差点(150A_LFC2)までの距離L22より小さい。
【0075】
第1水平交差点(150A_LFC1)及び第2水平交差点(150A_LFC2)の位置の差異は、第1ゲートスペーサの外側壁140OSからの距離を用いて説明する。
第2シートパターンNS12と接触した第1ゲートスペーサの外側壁140OSから第1水平交差点(150A_LFC1)までの距離(L11_S)は、第3シートパターンNS13と接触した第1ゲートスペーサの外側壁140OSから第1水平交差点(150A_LFC1)までの距離(L12_S)より大きい。
第2シートパターンNS12と接触した第1ゲートスペーサの外側壁140OSから第2水平交差点(150A_LFC2)までの距離(L21_S)は、第3シートパターンNS13と接触した第1ゲートスペーサの外側壁140OSから第2水平交差点(150A_LFC2)までの距離(L22_S)と同一である。
【0076】
第1ソース/ドレインパターンの第1境界面(150A_F1)は、第2方向D2に離隔した第1終点(150A_P11)と、第2終点(150A_P12)を含む。
第1ソース/ドレインパターンの第2境界面(150A_F2)は、第2方向D2に離隔した第1終点(150A_P21)と、第2終点(150A_P22)を含む。
第1境界面(150A_F1)の第1終点(150A_P11)と、第1境界面(150A_F1)の第2終点(150A_P12)は、第1ソース/ドレインパターンの第1境界面(150A_F1)と第1ゲートスペーサの接続側壁140CSが接する地点である。
第2境界面(150A_F2)の第1終点(150A_P21)と、第2境界面(150A_F2)の第2終点(150A_P22)は、第1ソース/ドレインパターンの第2境界面(150A_F2)と第1ゲートスペーサの接続側壁140CSが接する地点である。
第1境界面(150A_F1)の第1終点(150A_P11)は、第1境界面(150A_F1)の第2終点(150A_P12)より第1ソース/ドレインパターンの第1水平側壁(150A_LSW1)に近い。
第2境界面(150A_F2)の第1終点(150A_P21)は、第2境界面(150A_F2)の第2終点(150A_P22)より第1ソース/ドレインパターンの第1水平側壁(150A_LSW1)に近い。
【0077】
第1終点延長線(150A_EX1)は、第1境界面(150A_F1)の第1終点(150A_P11)を通過して第1方向D1に延長される。
第2終点延長線(150A_EX2)は、第1境界面(150A_F1)の第2終点(150A_P12)を通過して第1方向D1に延長される。
第1終点延長線(150A_EX1)と第2終点延長線(150A_EX2)は、互い間に平行である。
例えば、第1終点延長線(150A_EX1)は、図1の第1縮小領域(AP1_SR)での第1側壁(BP1_SW1)と平行である。
第2終点延長線(150A_EX2)は、図1の第1縮小領域(AP1_SR)での第2側壁(BP1_SW2)と平行である。
いくつかの実施形態による半導体装置で、第1終点延長線(150A_EX1)は、第2境界面(150A_F2)の第1終点(150A_P21)を通過しない。
第2終点延長線(150A_EX2)は、第2境界面(150A_F2)の第2終点(150A_P22)を通過する。
【0078】
図8及び図10で、第2ソース/ドレインパターン150Bは、第3シートパターンNS13と接触する第1境界面(150B_F1)と、第1シートパターンNS11と接触する第2境界面(150B_F2)を含む。
第2ソース/ドレインパターンの第1境界面(150B_F1)は、第2ソース/ドレインパターンの第2境界面(150B_F2)と第1方向D1に反対の位置となる。
第2ソース/ドレインパターンの第1境界面(150B_F1)及び第2ソース/ドレインパターンの第2境界面(150B_F2)は、第2半導体ライナ膜151Bに含まれる。
第2ソース/ドレインパターンの第1境界面(150B_F1)及び第2ソース/ドレインパターンの第2境界面(150B_F2)は、第2半導体ライナ膜151Bの外側面の一部である。
第2ソース/ドレインパターンの第1境界面(150B_F1)及び第2ソース/ドレインパターンの第2境界面(150B_F2)は、第2半導体ライナ膜151Bにより定義される。
第2ソース/ドレインパターンの第1境界面(150B_F1)の第2方向D2への幅W23は、第1ソース/ドレインパターンの第2境界面(150A_F2)の幅W22より大きい。
第2ソース/ドレインパターンの第2境界面(150B_F2)の第2方向D2への幅は、第2ソース/ドレインパターンの第1境界面(150B_F1)の幅W23と同一である。
【0079】
第2ソース/ドレインパターン150Bは、第2方向D2に対向する第1水平側壁(150B_LSW1)と、第2水平側壁(150B_LSW2)を含む。
第2ソース/ドレインパターンの第1水平側壁(150B_LSW1)は、第1水平傾斜側壁(150B_LSW11)と、第2水平傾斜側壁(150B_LSW12)を含む。
第1水平傾斜側壁(150B_LSW11)と、第2水平傾斜側壁(150B_LSW12)は、それぞれ第1ゲートスペーサの外側壁140OSから延長される。
第2ソース/ドレインパターンの第1水平側壁(150B_LSW1)は、第1水平傾斜側壁(150B_LSW11)と、第2水平傾斜側壁(150B_LSW12)が接する第3水平交差点(150B_LFC1)を含む。
第2ソース/ドレインパターンの第2水平側壁(150B_LSW2)は、第3水平傾斜側壁(150B_LSW21)と、第4水平傾斜側壁(150B_LSW22)を含む。
第3水平傾斜側壁(150B_LSW21)と、第4水平傾斜側壁(150B_LSW22)は、それぞれ第1ゲートスペーサの外側壁140OSから延長される。
第2ソース/ドレインパターンの第2水平側壁(150B_LSW2)は、第3水平傾斜側壁(150B_LSW21)と、第4水平傾斜側壁(150B_LSW22)が接する第4水平交差点(150B_LFC2)を含む。
【0080】
第2ソース/ドレインパターンの第1水平側壁(150B_LSW1)及び第2ソース/ドレインパターンの第2水平側壁(150B_LSW2)は、第2半導体フィリング膜152Bにより定義される。
第2ソース/ドレインパターンの第1水平側壁(150B_LSW1)は、第2ソース/ドレインパターンの第2水平側壁(150B_LSW2)と対称である。
第2ソース/ドレインパターンの第1境界面(150B_F1)から第3水平交差点(150B_LFC1)までの距離L31は、第2ソース/ドレインパターンの第2境界面(150B_F2)から第3水平交差点(150B_LFC1)までの距離L32と同一である。
第2ソース/ドレインパターンの第1境界面(150B_F1)から第4水平交差点(150B_LFC2)までの距離L41は、第2ソース/ドレインパターンの第2境界面(150B_F2)から第4水平交差点(150B_LFC2)までの距離L42と同一である。
第2ソース/ドレインパターンの第1境界面(150B_F1)から第3水平交差点(150B_LFC1)までの距離L31は、第2ソース/ドレインパターンの第1境界面(150B_F1)から第4水平交差点(150B_LFC2)までの距離L41と同一である。
【0081】
図8及び図11で、第3ソース/ドレインパターン150Cは、第2シートパターンNS12と接触する第1境界面(150C_F1)と、第1境界面(150C_F1)と接触する第2シートパターンと異なる第2シートパターンNS12と接触する第2境界面(150C_F2)を含む。
第3ソース/ドレインパターンの第1境界面(150C_F1)は、第3ソース/ドレインパターンの第2境界面(150C_F2)と第1方向D1に反対の位置となる。
第3ソース/ドレインパターンの第1境界面(150C_F1)及び第3ソース/ドレインパターンの第2境界面(150C_F2)は、第3半導体ライナ膜151Cに含まれる。
第3ソース/ドレインパターンの第1境界面(150C_F1)及び第3ソース/ドレインパターンの第2境界面(150C_F2)は、第3半導体ライナ膜151Cの外側面の一部である。
第3ソース/ドレインパターンの第2境界面(150C_F2)の第2方向D2への幅は、第3ソース/ドレインパターンの第1境界面(150C_F1)の第2方向D2への幅と同一である。
第3ソース/ドレインパターンの第2境界面(150C_F2)の第2方向D2への幅は、第1ソース/ドレインパターンの第1境界面(150A_F1)の幅W21と同一である。
【0082】
第3ソース/ドレインパターン150Cは、第2方向D2に対向する第1水平側壁(150C_LSW1)と、第2水平側壁(150C_LSW2)を含む。
第3ソース/ドレインパターンの第1水平側壁(150C_LSW1)は、第1水平傾斜側壁(150C_LSW11)と、第2水平傾斜側壁(150C_LSW12)を含む。
第1水平傾斜側壁(150C_LSW11)と、第2水平傾斜側壁(150C_LSW12)は、それぞれ第1ゲートスペーサの外側壁140OSから延長される。
第3ソース/ドレインパターンの第1水平側壁(150C_LSW1)は、第1水平傾斜側壁(150C_LSW11)と、第2水平傾斜側壁(150C_LSW12)が接する第5水平交差点(150C_LFC1)を含む。
第3ソース/ドレインパターンの第2水平側壁(150C_LSW2)は、第3水平傾斜側壁(150C_LSW21)と、第4水平傾斜側壁(150C_LSW22)を含む。
第3水平傾斜側壁(150C_LSW21)と、第4水平傾斜側壁(150C_LSW22)は、それぞれ第1ゲートスペーサの外側壁140OSから延長される。
【0083】
第3ソース/ドレインパターンの第2水平側壁(150C_LSW2)は、第3水平傾斜側壁(150C_LSW21)と、第4水平傾斜側壁(150C_LSW22)が接する第6水平交差点(150C_LFC2)を含む。
第3ソース/ドレインパターンの第1水平側壁(150C_LSW1)及び第3ソース/ドレインパターンの第2水平側壁(150C_LSW2)は、第3半導体フィリング膜152Cにより定義される。
第3ソース/ドレインパターンの第1水平側壁(150C_LSW1)は、第3ソース/ドレインパターンの第2水平側壁(150C_LSW2)と対称である。
第3ソース/ドレインパターンの第1境界面(150C_F1)から第5水平交差点(150C_LFC1)までの距離L51は、第3ソース/ドレインパターンの第2境界面(150C_F2)から第5水平交差点(150C_LFC1)までの距離L52と同一である。
【0084】
第3ソース/ドレインパターンの第1境界面(150C_F1)から第6水平交差点(150C_LFC2)までの距離L61は、第3ソース/ドレインパターンの第2境界面(150C_F2)から第6水平交差点(150C_LFC2)までの距離L62と同一である。
第3ソース/ドレインパターンの第1境界面(150C_F1)から第5水平交差点(150C_LFC1)までの距離L51は、第3ソース/ドレインパターンの第1境界面(150C_F1)から第6水平交差点()150C_LFC2)までの距離L61と同一である。
ここで、距離(L11、L11_S、L12、L12_S、L21、L21_S、L22、L22_S、L31、L32、L41、L42、L51、L52、L61、L62)は、いずれも第1方向D1で測定した水平距離である。
【0085】
図9で、平面図で、第1半導体ライナ膜151Aは、第2シートパターンNS12と接触する第1サブライナ膜151A1と、第3シートパターンNS13と接触する第2サブライナ膜151A2を含む。
第1半導体フィリング膜152Aは、第1サブライナ膜151A1及び第2サブライナ膜151A2の間に配置される。
【0086】
図8図10で、第1ソース/ドレインパターンの第1境界面(150A_F1)は、第1サブライナ膜151A1により定義される。
第1ソース/ドレインパターンの第2境界面(150A_F2)は、第2サブライナ膜151A2により定義される。
第1サブライナ膜151A1の第2方向D2への幅W21は、第2サブライナ膜151A2の第2方向D2への幅W22より小さい。
第2半導体ライナ膜151Bの第2方向D2への幅W23は、第1サブライナ膜151A1の幅W21及び第2サブライナ膜151A2の幅W22より大きい。
第1サブライナ膜151A1の第1方向D1への厚さT11は、第2サブライナ膜151A2の第1方向D1への厚さT12と異なる。
例えば、第1サブライナ膜151A1の厚さT11は、第2サブライナ膜151A2の厚さT12より大きい。
第2半導体ライナ膜151Bの第1方向D1への厚さT13は、第2サブライナ膜151A2の厚さT12と異なる。
例えば、第2半導体ライナ膜151Bの厚さT13は、第2サブライナ膜151A2の厚さT12より小さい。
【0087】
第1サブライナ膜151A1は、第1半導体フィリング膜152Aに向かう内側面(151A1_IS)を含む。
第2サブライナ膜151A2は、第1半導体フィリング膜152Aに向かう内側面(151A2_IS)を含む。
第2半導体ライナ膜151Bは、第2半導体フィリング膜152Bに向かう内側面(151B_IS)を含む。
第1サブライナ膜の内側面(151A1_IS)は、第2方向D2に延長される第1接続部分(151A1_IC)と、第1ファセット部分(151A1_IF)を含む。
第2サブライナ膜の内側面(151A2_IS)は、第2方向D2に延長される第2接続部分(151A2_IC)と、第2ファセット部分(151A2_IF)を含む。
第2半導体ライナ膜の内側面(151B_IS)は、第2方向D2に延長される第3接続部分(151B_IC)と、第3ファセット部分(151B_IF)を含む。
第1ファセット部分(151A1_IF)、第2ファセット部分(151A2_IF)、及び第3ファセット部分(151B_IF)は、それぞれ第1ゲートスペーサの接続側壁140CSから延長される。
【0088】
第1接続部分(151A1_IC)の第2方向D2への幅W31は、第2接続部分(151A2_IC)の第2方向D2への幅W32と異なる。
例えば、第1接続部分(151A1_IC)の幅W31は、第2接続部分(151A2_IC)の幅W32より小さい。
第3接続部分(151B_IC)の第2方向D2への幅W33は、第2接続部分(151A2_IC)の幅W32と異なる。
例えば、第3接続部分(151B_IC)の幅W33は、第2接続部分(151A2_IC)の幅W32より大きい。
図とは異なり、第1ソース/ドレインパターンの第1境界面(150A_F1)の第2方向D2への長さが減少することにより、第1サブライナ膜の内側面(151A1_IS)は、第1接続部分(151A1_IC)を含まなくてもよい。
【0089】
以下では、図1図2図5図7を用いて、断面図でのソース/ドレインパターン(150A、150B、150C)の形状を説明する。
第1ソース/ドレインパターン150Aは、底面(150A_BS)と、垂直側壁(150A_VSW)を含む。
第1ソース/ドレインパターンの底面(150A_BS)は、第1テーパ領域(AP1_TA)の第1下部パターンBP1と接触する。
第1ソース/ドレインパターンの垂直側壁(150A_VSW)は、第1ソース/ドレインパターンの底面(150A_BS)から第3方向D3に延長される。
第1ソース/ドレインパターンの垂直側壁(150A_VSW)は、下部傾斜側壁(150A_VSW1)と、上部傾斜側壁(150A_VSW2)と、第1垂直ファセット(facet)交差点(150A_VFC)を含む。
第1垂直ファセット交差点(150A_VFC)は、第1ソース/ドレインパターンの下部傾斜側壁(150A_VSW1)と、第1ソース/ドレインパターンの上部傾斜側壁(150A_VSW2)が接する地点である。
断面図において、第1垂直ファセット交差点(150A_VFC)で、第1ソース/ドレインパターン150Aの第2方向D2への幅は、最大である。
【0090】
第2ソース/ドレインパターン150Bは、底面(150B_BS)と、第2方向D2に対向する垂直側壁(150B_VSW)を含む。
第2ソース/ドレインパターンの底面(150B_BS)は、第1拡張領域(AP1_LR)の第1下部パターンBP1と接触する。
第2ソース/ドレインパターンの垂直側壁(150B_VSW)は、第2ソース/ドレインパターンの底面(150B_BS)から第3方向D3に延長される。
第2ソース/ドレインパターンの垂直側壁(150B_VSW)は、下部傾斜側壁(150B_VSW1)と、上部傾斜側壁(150B_VSW2)と、第2垂直ファセット交差点(150B_VFC)を含む。
第2垂直ファセット交差点(150B_VFC)は、第2ソース/ドレインパターンの下部傾斜側壁(150B_VSW1)と、第2ソース/ドレインパターンの上部傾斜側壁(150B_VSW2)が接する地点である。
断面図において、第2垂直ファセット交差点(150B_VFC)で、第2ソース/ドレインパターン150Bの第2方向D2への幅は、最大である。
【0091】
第3ソース/ドレインパターン150Cは、底面(150C_BS)と、第2方向D2に対向する垂直側壁(150C_VSW)を含む。
第3ソース/ドレインパターンの底面(150C_BS)は、第1縮小領域(AP1_SR)の第1下部パターンBP1と接触する。
第3ソース/ドレインパターンの垂直側壁(150C_VSW)は、第3ソース/ドレインパターンの底面(150C_BS)から第3方向D3に延長される。
第3ソース/ドレインパターンの垂直側壁(150C_VSW)は、下部傾斜側壁(150C_VSW1)と、上部傾斜側壁(150C_VSW2)と、第3垂直ファセット交差点(150C_VFC)を含む。
第3垂直ファセット交差点(150C_VFC)は、第3ソース/ドレインパターンの下部傾斜側壁(150C_VSW1)と、第3ソース/ドレインパターンの上部傾斜側壁(150C_VSW2)が接する地点である。
断面図において、第3垂直ファセット交差点(150C_VFC)で、第3ソース/ドレインパターン150Cの第2方向D2への幅は、最大である。
【0092】
第2ソース/ドレインパターン150Bは、第2方向D2に対向する第2ソース/ドレインパターンの垂直側壁(150B_VSW)を接続する上面(150B_US)を含む。
図には示していないが、第1ソース/ドレインコンタクト180がない場合、第1ソース/ドレインパターン150Aは、第1ソース/ドレインパターンの垂直側壁(150A_VSW)を接続する上面を含む。
第3ソース/ドレインパターン150Cは、第3ソース/ドレインパターンの垂直側壁(150C_VSW)を接続する上面を含んでもよく、含まなくてもよい。
第1ソース/ドレインパターン150Aを例に挙げると、第1ソース/ドレインパターンの底面(150A_BS)の第2方向D2への幅W43は、第1ソース/ドレインパターン150Aと第1下部パターンBP1の間の境界面の幅と同一である。
第1ソース/ドレインパターンの底面(150A_BS)の幅W43は、第2ソース/ドレインパターンの底面(150B_BS)の第2方向D2への幅W41より小さい。
第1ソース/ドレインパターンの底面(150A_BS)の幅W43は、第3ソース/ドレインパターンの底面(150C_BS)の第2方向D2への幅W42より大きい。
【0093】
第1半導体ライナ膜151Aの第3方向D3への厚さT23は、第2半導体ライナ膜151Bの第3方向D3への厚さT21と異なる。
例えば、第1半導体ライナ膜151Aの厚さT23は、第2半導体ライナ膜151Bの厚さT21より大きい。
第1半導体ライナ膜151Aの厚さT23は、第3半導体ライナ膜151Cの第3方向D3への厚さT22と異なる。
例えば、第1半導体ライナ膜151Aの厚さT23は、第3半導体ライナ膜151Cの厚さT22より小さい。
【0094】
第1下部パターンBP1から第1垂直ファセット交差点(150A_VFC)までの高さH13は、第1下部パターンBP1から第2垂直ファセット交差点(150B_VFC)までの高さH11と異なる。
例えば、第1下部パターンBP1から第1垂直ファセット交差点(150A_VFC)までの高さH13は、第1下部パターンBP1から第2垂直ファセット交差点(150B_VFC)までの高さH11より大きい。
第1下部パターンBP1から第1垂直ファセット交差点(150A_VFC)までの高さH13は、第1下部パターンBP1から第3垂直ファセット交差点(150C_VFC)までの高さH12と異なる。
例えば、第1下部パターンBP1から第1垂直ファセット交差点(150A_VFC)までの高さH13は、第1下部パターンBP1から第3垂直ファセット交差点(150C_VFC)までの高さH12より小さい。
【0095】
図2で、第1ソース/ドレインパターン150Aの高さは、第3ソース/ドレインパターン150Cの高さより大きい。
別の言葉で言えば、第1ソース/ドレインパターン150Aの最下部から第1ソース/ドレインパターン150Aの上面までの長さは、第3ソース/ドレインパターン150Cの最下部から第3ソース/ドレインパターン150Cの上面までの長さより大きい。
第2ソース/ドレインパターン150Bの高さは、第3ソース/ドレインパターン150Cの高さより大きい。
【0096】
上述したような第1~第3垂直ファセット交差点(150A_VFC、150B_VFC、150C_VFC)の高さ関係は、互いに分離された下部パターン上のソース/ドレインパターンにも適用することができる。
また、上述したように第1~第3半導体ライナ膜(151A、151B、151C)の厚さ関係は、互いに分離された下部パターン上のソース/ドレインパターンにも適用することができる。
【0097】
互いに空間的に分離され、第1方向D1に長く延長される第3下部パターン、第4下部パターン、及び第5下部パターンが基板上に配置されると仮定する。
例えば、第4下部パターンの第2方向D2への幅は、第3下部パターンの第2方向D2への幅より大きく、第5下部パターンの第2方向D2への幅より小さい。
このような場合、第1ソース/ドレインパターン150Aは、第4下部パターン上に配置される。
第2ソース/ドレインパターン150Bは、第5下部パターン上に配置される。
第3ソース/ドレインパターン150Cは、第3下部パターン上に配置される。
第4下部パターンから第1垂直ファセット交差点(150A_VFC)までの第3方向D3への長さは、第3下部パターンから第3垂直ファセット交差点(150C_VFC)までの第3方向D3への長さより小さい。
第4下部パターンから第1垂直ファセット交差点(150A_VFC)までの第3方向D3への長さは、第5下部パターンから第2垂直ファセット交差点(150B_VFC)までの第3方向D3への長さより大きい。
【0098】
ソース/ドレインエッチング停止膜185は、第1ゲートスペーサの外側壁140OSと、第1~第3ソース/ドレインパターン(150A、150B、150C)のプロファイルに従って延長される。
ソース/ドレインエッチング停止膜185は、フィールド絶縁膜105の上面上に配置される。
ソース/ドレインエッチング停止膜185は、後述する層間絶縁膜190に対してエッチング選択比を有する物質を含む。
ソース/ドレインエッチング停止膜185は、例えば、シリコン窒化物(SiN)、シリコン酸窒化物(SiON)、シリコン酸炭窒化物(SiOCN)、シリコンホウ素窒化物(SiBN)、シリコン酸ホウ素窒化物(SiOBN)、シリコン酸炭化物(SiOC)、及びこれらの組み合わせの少なくとも一つを含み得る。
【0099】
層間絶縁膜190は、ソース/ドレインエッチング停止膜185上に配置される。
層間絶縁膜190は、第1~第3ソース/ドレインパターン(150A、150B、150C)上に配置される。
層間絶縁膜190は、第1ゲートキャッピングパターン145の上面上に配置されなくてもよい。
例えば、層間絶縁膜190の上面は、第1ゲートキャッピングパターン145の上面と同一レベルに置かれる。
層間絶縁膜190は、例えば、シリコン酸化物、シリコン窒化物、シリコン酸窒化物、及び低誘電率物質の少なくとも一つを含み得る。
【0100】
低誘電率物質は、例えば、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)、Tonen SilaZen(TOSZ)、Fluoride Silicate Glass(FSG)、polypropylene oxideのようなpolyimide nanofoams、Carbon Doped silicon Oxide(CDO)、Organo Silicate Glass(OSG)、SiLK、Amorphous Fluorinated Carbon、silica aerogels、silica xerogels、mesoporous silica又はこれらの組み合わせを含み得るが、これに制限されるものではない。
【0101】
第1ソース/ドレインコンタクト180は、第1~第3ソース/ドレインパターン(150A、150B、150C)上に配置される。
第1ソース/ドレインコンタクト180は、第1~第3ソース/ドレインパターン(150A、150B、150C)と接続される。
第1ソース/ドレインコンタクト180は、層間絶縁膜190及びソース/ドレインエッチング停止膜185を通過して第1~第3ソース/ドレインパターン(150A、150B、150C)と接続される。
第1ソース/ドレインコンタクト180と第1~第3ソース/ドレインパターン(150A、150B、150C)の間に、第1コンタクトシリサイド膜155がさらに配置されることができる。
第1ソース/ドレインコンタクト180は、単一膜で示したが、説明の便宜のためのものであり、これに制限されるものではない。
第1ソース/ドレインコンタクト180は、例えば、金属、金属合金、導電性金属窒化物、導電性金属炭化物、導電性金属酸化物、導電性金属炭窒化物、及び2次元物質(Two-dimensional(2D) material)の少なくとも一つを含み得る。
第1コンタクトシリサイド膜155は、金属シリサイドを含み得る。
【0102】
図12図14は、本発明の他の実施形態による半導体装置を説明するための図である。
説明の便宜上、図1図11を用いて説明した内容と異なる点を中心に説明する。
参考までに、図12は、本発明の他の実施形態による半導体装置の概略構成を説明するためのレイアウト図であり、図12のA-A線に沿って切断した断面図は、図2と同一である。
図13は、図12の半導体装置を図2のG-G線に沿って切断して上から見た平面図であり、図14は、図13のP領域を拡大して示す図である。
【0103】
図12図14を参照すると、本発明の他の実施形態による半導体装置において、平面視において、それぞれの第1下部パターンの第1側壁(BP1_SW1)及び第1下部パターンの第2側壁(BP1_SW2)は、第1方向D1に延長され、凸凹形状を有する。
第1拡張領域(AP1_LR)での第1側壁(BP1_SW1)及び第2側壁(BP1_SW2)は、第1縮小領域(AP1_SR)での第1側壁(BP1_SW1)及び第2側壁(BP1_SW2)と第1方向D1に沿って直線に整列しない。
平面図で、第1拡張領域(AP1_LR)での第1側壁(BP1_SW1)は、第1縮小領域(AP1_SR)での第1側壁(BP1_SW1)と第2方向D2に第1幅間隔WD11だけ離隔する。
平面図で、第1拡張領域(AP1_LR)での第2側壁(BP1_SW2)は、第1縮小領域(AP1_SR)での第2側壁(BP1_SW2)と第2方向D2に第2幅間隔WD12だけ離隔する。
第1幅間隔WD11は、第2幅間隔WD12と同一であるように示したが、これに制限されるものではない。
第1幅間隔WD11は、第2幅間隔WD12と同一でなくてもよい。
【0104】
第1ソース/ドレインパターンの第1水平側壁(150A_LSW1)は、第1ソース/ドレインパターンの第2水平側壁(150A_LSW2)と対称である。
図とは異なり、第1ソース/ドレインパターンの第1水平側壁(150A_LSW1)は、第1ソース/ドレインパターンの第2水平側壁(150A_LSW2)と非対称である。
第1ソース/ドレインパターンの第1境界面(150A_F1)から第2水平交差点(150A_LFC2)までの距離L21は、第1ソース/ドレインパターンの第2境界面(150A_F2)から第2水平交差点(150A_LFC2)までの距離L22より大きい。
又は、第2シートパターンNS12と接触した第1ゲートスペーサの外側壁140OSから第2水平交差点(150A_LFC2)までの距離(L21_S)は、第3シートパターンNS13と接触した第1ゲートスペーサの外側壁140OSから第2水平交差点(150A_LFC2)までの距離(L22_S)より大きい。
【0105】
第1ソース/ドレインパターンの第1境界面(150A_F1)から第1水平交差点(150A_LFC1)までの距離L11は、第1ソース/ドレインパターンの第1境界面(150A_F1)から第2水平交差点(150A_LFC2)までの距離L21と同一である。
図とは異なり、第1ソース/ドレインパターンの第1境界面(150A_F1)から第1水平交差点(150A_LFC1)までの距離L11は、第1ソース/ドレインパターンの第1境界面(150A_F1)から第2水平交差点(150A_LFC2)までの距離L21と異なる。
第1幅間隔WD11及び第2幅間隔WD12により、第1水平交差点(150A_LFC1)及び第2水平交差点(150A_LFC2)の位置は、変わり得る。
第1終点延長線(150A_EX1)は、第2境界面(150A_F2)の第1終点(150A_P21)を通過しない。
第2終点延長線(150A_EX2)は、第2境界面(150A_F2)の第2終点(150A_P22)を通過しない。
【0106】
図15は、本発明のまた他の実施形態による半導体装置を説明するための図である。
説明の便宜上、図1図11を用いて説明した内容と異なる点を中心に説明する。
図15を参照すると、本発明のまた他の実施形態による半導体装置で、第1~第3ソース/ドレインパターン(150A、150B、150C)は、それぞれ幅拡張領域を含まない。
第1~第3ソース/ドレインパターン(150A、150B、150C)の第1方向D1への幅は、第1下部パターンBP1から遠くなるにつれて増加した後に減少する。
【0107】
図16及び図17は、本発明のまた他の実施形態による半導体装置を説明するための図である。
説明の便宜上、図1図11を用いて説明した内容と異なる点を中心に説明する。
参考までに、図16は、本発明のまた他の実施形態による半導体装置の概略構成を説明するためのレイアウト図であり、図17は、図16の第1活性パターンAP1を特定の高さで切断して上から見た平面図である。
別の言葉で言えば、図16のA-A線に沿って切断した断面図は、図2と同一である。 図17は、図16の半導体装置を図2のG-G線に沿って切断して上から見た平面図である。
【0108】
図16及び図17を参照すると、本発明のまた他の実施形態による半導体装置において、第1拡張領域(AP1_LR)での第1側壁(BP1_SW1)と、第1テーパ領域(AP1_TA)での第1側壁(BP_SW1)の境界は、ラウンド形状を有する。
第1縮小領域(AP1_SR)での第1側壁(BP1_SW1)と、第1テーパ領域(AP1_TA)での第1側壁(BP_SW1)の境界は、ラウンド形状を有する。
第3シートパターンNS13は、第2方向D2に対向する第3側壁及び第4側壁を含む。
第3シートパターンNS13の第3側壁は、第1下部パターンの第1側壁(BP1_SW1)に対応し、第3シートパターンNS13の第4側壁は、第1下部パターンの第2側壁(BP1_SW2)に対応する。
すなわち、第3シートパターンNS13の第3側壁は、第3シートパターンNS13の第4側壁より第1水平交差点(150A_LFC1)に近い。
【0109】
第1拡張領域(AP1_LR)での第1側壁(BP1_SW1)と、第1テーパ領域(AP1_TA)での第1側壁(BP_SW1)の境界は、ラウンド形状を有するので、平面図で第3シートパターンNS13の第3側壁は、ラウンド形状を有する。
第3シートパターンNS13の第3側壁とは異なり、第3シートパターンNS13の第4側壁は、直線形状を有する。
第1ソース/ドレインパターン150Aと接触した第2シートパターンNS12は、第2方向D2に対向する第3側壁及び第4側壁を含む。
第2シートパターンNS12の第3側壁は、第1下部パターンの第1側壁(BP1_SW1)に対応し、第2シートパターンNS12の第4側壁は、第1下部パターンの第2側壁(BP1_SW2)に対応する。
平面図で、第2シートパターンNS12の第3側壁及び第1ソース/ドレインパターン150Aと接触する第1ゲートスペーサの接続側壁140CSは、ラウンド形状を有する。
反面、第2シートパターンNS12の第4側壁及び第1ソース/ドレインパターン150Aと接触する第1ゲートスペーサの接続側壁140CSは、直線形状を有する。
【0110】
図18は、本発明のまた他の実施形態による半導体装置の概略構成を説明するためのレイアウト図であり、図19は、図18のH-H線に沿って切断した例示的な断面図であり、図20は、図18の半導体装置を図2のG-G線に沿って切断して上から見た平面図であり、図21は、図19のJ-J線に沿って切断して上から見た平面図である。
図18のA-A線に沿って切断した断面図は、図2と同一である。
さらに、図18の第1領域(I)に関連する説明は、図1図11を用いて説明した内容と実質的に同一である。
したがって、以下の説明は、図18の第2領域(II)に関連する内容を中心に説明する。
【0111】
図18図21を参照すると、本発明のまた他の実施形態による半導体装置は、第1活性パターンAP1と、第2活性パターンAP2と、複数の第1ゲート電極120と、複数の第2ゲート電極220と、第1ソース/ドレインパターン150Aと、第2ソース/ドレインパターン150Bと、第3ソース/ドレインパターン150Cと、第4ソース/ドレインパターン250Aと、第5ソース/ドレインパターン250Bと、第6ソース/ドレインパターン250Cを含む。
基板100は、第1領域(I)及び第2領域(II)を含む。
第1領域(I)及び第2領域(II)は、一つ以上のPMOSが形成される領域である。
第1活性パターンAP1と、複数の第1ゲート電極120と、第1ソース/ドレインパターン150Aと、第2ソース/ドレインパターン150Bと、第3ソース/ドレインパターン150Cは、基板100の第1領域(I)に配置される。
第2活性パターンAP2と、複数の第2ゲート電極220と、第4ソース/ドレインパターン250Aと、第5ソース/ドレインパターン250Bと、第6ソース/ドレインパターン250Cは、基板100の第2領域(II)に配置される。
【0112】
第1活性パターンAP1及び第2活性パターンAP2は、互いに平行であり、第2方向D2に離隔する。
しかし、これに制限されず、二つの活性パターン(AP1、AP2)は、第1方向D1に互いに整列又は接続される。
第2活性パターンAP2は、基板100上に配置される。
第2活性パターンAP2は、第1方向D1に長く延長される。
第2活性パターンAP2は、第2拡張領域(AP2_LR)と、第2縮小領域(AP2_SR)と、第2テーパ領域(AP1_TA)を含む。
第2テーパ領域(AP2_TA)は、第2拡張領域(AP2_LR)と、第2縮小領域(AP2_SR)の間に配置される。
例えば、第2拡張領域(AP2_LR)の幅W51は、第2縮小領域(AP2_SR)の幅W52より大きい。
【0113】
第2活性パターンAP2の第1側壁は、第2下部パターンの第1側壁(BP2_SW1)である。
第2活性パターンAP2の第2側壁は、第2下部パターンの第2側壁(BP2_SW2)である。
平面図で、第2下部パターンの第1側壁(BP2_SW1)は、第1方向D1に延長され、凸凹形状を有する。
第2下部パターンの第2側壁(BP2_SW2)は、第1方向D1に延長され、直線形状を有する。
平面図で、第1拡張領域(AP1_LR)での第1側壁(BP1_SW1)は、第1縮小領域(AP1_SR)での第1側壁(BP1_SW1)と第2方向D2に第3幅間隔WD21だけ離隔する。
第2拡張領域(AP2_LR)での第1側壁(BP2_SW1)は、第2縮小領域(AP2_SR)での第2側壁(BP2_SW1)と第2方向D2に第4幅間隔WD22だけ離隔する。
第3幅間隔WD21は、第4幅間隔WD22と異なる。
【0114】
第2活性パターンAP2は、第2下部パターンBP2と、少なくとも一つ以上の第4シートパターンNS21セットと、少なくとも一つ以上の第5シートパターンNS22セットと、少なくとも一つ以上の第6シートパターンNS23セットを含む。
第2下部パターンBP2は、基板100から突出する。
第2下部パターンBP2は、第1方向D1に長く延長される。
第4シートパターンNS21は、第2拡張領域(AP2_LR)に配置される。
第5シートパターンNS22は、第2縮小領域(AP2_SR)に配置される。
第6シートパターンNS23は、第2拡張領域(AP2_LR)及び第2テーパ領域(AP2_TA)の境界部分に配置される。
図には示していないが、他の第6シートパターンNS23セットは、第2縮小領域(AP2_SR)及び第2テーパ領域(AP2_TA)の境界部分に配置される。
第4シートパターンNS21、第5シートパターンNS22、及び第6シートパターンNS23は、それぞれ第3方向D3に3個配置されるように示したが、説明の便宜のためのものであり、これに制限されるものではない。
第2下部パターンBP2及び第4~第6シートパターン(NS21、NS22、NS23)は、それぞれ元素半導体物質であるシリコン又はゲルマニウム、IV-IV族化合物半導体、又はIII-V族化合物半導体の内の一つを含み得る。
本発明のまた他の実施形態による半導体装置において、第2下部パターンBP2は、シリコンを含むシリコン下部パターンであり、第4~第6シートパターン(NS21、NS22、NS23)は、シリコンを含むシリコンシートパターンである。
【0115】
複数の第2ゲート構造体GS2は、基板100上に配置される。
第2ゲート構造体GS2は、第2活性パターンAP2上に配置される。
第2ゲート構造体GS2は、第2下部パターンBP2と交差する。
第2ゲート構造体GS2は、第4~第6シートパターン(NS21、NS22、NS23)を囲む。
第2ゲート構造体GS2は、第2ゲート電極220、第2ゲート絶縁膜230、第2ゲートスペーサ240、及び第2ゲートキャッピングパターン245を含む。
第2ゲート構造体GS2は、第2インナーゲート構造体(INT_GS2)を含む。
第2ゲートスペーサ240は、内側壁240ISと、接続側壁240CSと、外側壁240OSを含む。
第2ゲート構造体GS2に関連する説明は、第1ゲート構造体GS1に関連する説明と実質的に同一であるので、以下では省略する。
【0116】
第4ソース/ドレインパターン250Aと、第5ソース/ドレインパターン250Bと、第6ソース/ドレインパターン250Cは、第2活性パターンAP2上に配置される。
第4ソース/ドレインパターン250Aは、第2テーパ領域(AP2_TA)の第2下部パターンBP2上に配置される。
第4ソース/ドレインパターン250Aは、第1方向D1に隣接した第5シートパターンNS22及び第6シートパターンNS23と接続される。
第4ソース/ドレインパターン250Aは、第5シートパターンNS22及び第6シートパターンNS23と接触する。
第5ソース/ドレインパターン250Bは、第2拡張領域(AP2_LR)の第2下部パターンBP2上に配置される。
第5ソース/ドレインパターン250Bは、第1方向D1に隣接した第4シートパターンNS21及び第6シートパターンNS23と接触する。
第6ソース/ドレインパターン250Cは、第2縮小領域(AP2_SR)の第2下部パターンBP2の間に配置される。
第6ソース/ドレインパターン250Cは、第1方向D1に隣接した第5シートパターンNS22の間に配置され、第1方向D1に隣接した第5シートパターンNS22と接触する。
【0117】
第4ソース/ドレインパターン250Aと、第5ソース/ドレインパターン250Bと、第6ソース/ドレインパターン250Cは、第2インナーゲート構造体(INT_GS2)に含まれた第2ゲート絶縁膜230と接触する。
第4ソース/ドレインパターン250Aは、第4半導体ライナ膜251Aと、第4半導体フィリング膜252Aを含む。
第5ソース/ドレインパターン250Bは、第5半導体ライナ膜251Bと、第5半導体フィリング膜252Bを含む。
第6ソース/ドレインパターン250Cは、第6半導体ライナ膜251Cと、第6半導体フィリング膜252Cを含む。
【0118】
第4~第6半導体ライナ膜(251A、251B、251C)は、それぞれシリコン-ゲルマニウム膜を含む。
第4~第6半導体フィリング膜(252A、252B、252C)は、それぞれシリコン-ゲルマニウム膜を含む。
第4~第6半導体フィリング膜(252A、252B、252C)のゲルマニウム分率は、第4~第6半導体ライナ膜(251A、251B、251C)のゲルマニウムの分率より大きい。
第4~第6半導体ライナ膜(251A、251B、251C)及び半導体フィリング膜(252A、252B、252C)は、ドープされたp型不純物を含む。
【0119】
以下では、図19及び図21を用いて、平面図での第4~第6ソース/ドレインパターン(250A、250B、250C)の形状を説明する。
第4ソース/ドレインパターン250Aは、第5シートパターンNS22と接触する第1境界面(250A_F1)と、第6シートパターンNS23と接触する第2境界面(250A_F2)を含む。
第4ソース/ドレインパターンの第1境界面(250A_F1)及び第4ソース/ドレインパターンの第2境界面(250A_F2)は、第4半導体ライナ膜251Aにより定義される。
第4ソース/ドレインパターンの第1境界面(250A_F1)の第2方向D2への幅W61は、第4ソース/ドレインパターンの第2境界面(250A_F2)の第2方向D2への幅W62より小さい。
【0120】
第4ソース/ドレインパターン250Aは、第2方向D2に対向する第1水平側壁(250A_LSW1)と、第2水平側壁(250A_LSW2)を含む。
第4ソース/ドレインパターンの第1水平側壁(250A_LSW1)は、第7水平交差点(250A_LFC1)を含む。
第4ソース/ドレインパターンの第2水平側壁(250A_LSW2)は、第8水平交差点(250A_LFC2)を含む。
第4ソース/ドレインパターンの第1水平側壁(250A_LSW1)は、第4ソース/ドレインパターンの第2水平側壁(250A_LSW2)と非対称である。
【0121】
第4ソース/ドレインパターンの第1境界面(250A_F1)から第7水平交差点(250A_LFC1)までの距離L71は、第4ソース/ドレインパターンの第2境界面(250A_F2)から第7水平交差点(250A_LFC1)までの距離L72より大きい。
第4ソース/ドレインパターンの第1境界面(250A_F1)から第8水平交差点(250A_LFC2)までの距離L81は、第4ソース/ドレインパターンの第2境界面(250A_F2)から第8水平交差点(250A_LFC2)までの距離L82と同一である。
第4ソース/ドレインパターンの第1境界面(250A_F1)から第7水平交差点(250A_LFC1)までの距離L71は、第4ソース/ドレインパターンの第1境界面(250A_F1)から第8水平交差点(250A_LFC2)までの距離L81より大きい。
第4ソース/ドレインパターンの第2境界面(250A_F2)から第7水平交差点(250A_LFC1)までの距離L72は、第4ソース/ドレインパターンの第2境界面(250A_F2)から第8水平交差点(250A_LFC2)までの距離L82より小さい。
ここで、距離(L71、L72、L81、L82)は、いずれも第1方向D1で測定した水平距離である。
【0122】
第4ソース/ドレインパターン250Aで、第7水平交差点(250A_LFC1)は、第8水平交差点(250A_LFC2)と第1方向D1に第2チップ間隔LD2だけ離隔する。
図20の第1ソース/ドレインパターン150Aで、第1水平交差点(150A_LFC1)は、第2水平交差点(150A_LFC2)と第1方向D1に第1チップ間隔LD1だけ離隔する。
第1チップ間隔LD1は、第2チップ間隔LD2と異なる。
第1チップ間隔LD1と第2チップ間隔LD2の差異は、第3幅間隔WD21と第4幅間隔WD22の差異から起因する。
第3幅間隔WD21は、第1チップ間隔LD1に影響を与える。
第4幅間隔WD22は、第2チップ間隔LD2に影響を与える。
例えば、第3幅間隔WD21が大きくなると、第1チップ間隔LD1も大きくなる。
第3幅間隔WD21と第4幅間隔WD22の差異が大きくなると、第1チップ間隔LD1と第2チップ間隔LD2の差異も大きくなる。
【0123】
第5ソース/ドレインパターン250Bは、第2方向D2に対向する第1水平側壁(250B_LSW1)と、第2水平側壁(250B_LSW2)を含む。
第5ソース/ドレインパターンの第1水平側壁(250B_LSW1)は、第9水平交差点(250B_LFC1)を含む。
第5ソース/ドレインパターンの第2水平側壁(250B_LSW2)は、第10水平交差点(250B_LFC2)を含む。
第6ソース/ドレインパターン250Cは、第2方向D2に対向する第1水平側壁(250C_LSW1)と、第2水平側壁(250C_LSW2)を含む。
第6ソース/ドレインパターンの第1水平側壁(250C_LSW1)は、第11水平交差点(250C_LFC1)を含む。
第6ソース/ドレインパターンの第2水平側壁(250C_LSW2)は、第12水平交差点(250C_LFC2)を含む。
【0124】
第5ソース/ドレインパターンの第1水平側壁(250B_LSW1)は、第5ソース/ドレインパターンの第2水平側壁(250B_LSW2)と対称である。
第6ソース/ドレインパターンの第1水平側壁(250C_LSW1)は、第6ソース/ドレインパターンの第2水平側壁(250C_LSW2)と対称である。
第5ソース/ドレインパターン250B及び第6ソース/ドレインパターン250Cに関連する説明は、第2ソース/ドレインパターン150B及び第3ソース/ドレインパターン150Cに関連する説明と実質的に同一であるので、以下では省略する。
【0125】
平面図で、第5シートパターンN22と接触する第4半導体ライナ膜251Aの幅W61は、第6シートパターンN23と接触する第4半導体ライナ膜251Aの幅W62より小さい。
第6シートパターンNS23と接触する第5半導体ライナ膜251Bの幅W63は、第6シートパターンN23と接触する第4半導体ライナ膜251Aの幅W62より大きい。
第5シートパターンN22と接触する第4半導体ライナ膜251Aの厚さT31は、第6シートパターンN23と接触する第4半導体ライナ膜251Aの厚さT32より大きい。
第6シートパターンNS23と接触する第5半導体ライナ膜251Bの厚さT33は、第6シートパターンN23と接触する第4半導体ライナ膜251Aの厚さT32より小さい。
【0126】
第2ソース/ドレインコンタクト280は、第4~第6ソース/ドレインパターン(250A、250B、250C)上に配置される。
第2ソース/ドレインコンタクト280は、第4~第6ソース/ドレインパターン(250A、250B、250C)と接続される。
第2ソース/ドレインコンタクト280は、層間絶縁膜190及びソース/ドレインエッチング停止膜185を通過して第4~第6ソース/ドレインパターン(250A、250B、250C)と接続される。
第2ソース/ドレインコンタクト280と第4~第6ソース/ドレインパターン(250A、250B、250C)の間に、第2コンタクトシリサイド膜255がさらに配置され得る。
第2ソース/ドレインコンタクト280は、単一膜で示したが、説明の便宜のためのものであり、これに制限されるものではない。
第2ソース/ドレインコンタクト280は、例えば、金属、金属合金、導電性金属窒化物、導電性金属炭化物、導電性金属酸化物、導電性金属炭窒化物、及び2次元物質(Two-dimensional(2D) material)の少なくとも一つを含み得る。
第2コンタクトシリサイド膜255は、金属シリサイドを含み得る。
【0127】
図22は、本発明のまた他の実施形態による半導体装置の概略構成を説明するためのレイアウト図である。
説明の便宜上、図18図21を用いて説明した内容と異なる点を中心に説明する。
参考までに、図22の第2領域(II)を特定の高さで切断して上から見るとき、平面図は、図13と類似する。
【0128】
図22を参照すると、本発明のまた他の実施形態による半導体装置において、平面図で、それぞれの第2下部パターンの第1側壁(BP2_SW1)及び第2下部パターンの第2側壁(BP2_SW2)は、第1方向D1に延長され、凸凹形状を有する。
第2拡張領域(AP2_LR)での第1側壁(BP2_SW1)は、第2縮小領域(AP2_SR)での第1側壁(BP2_SW1)と第1方向D1に沿って直線に整列しない。
第2拡張領域(AP2_LR)での第2側壁(BP2_SW2)は、第2縮小領域(AP2_SR)での第2側壁(BP2_SW2)と第1方向D1に沿って直線に整列しない。
【0129】
上記実施形態で、チャネル構造である同じシートパターンに接続された異なる大きさを有する複数のソース/ドレインパターンは、第1方向D1に延長される同じ活性パターン上に形成され、同じ基板上の互いに異なる活性パターン上に形成される。
したがって、互いに異なる特性を有するソース/ドレインパターンが形成された半導体装置又は電界効果トランジスタ(例えば、ナノシートトランジスタ)は、メモリ回路、論理回路などのための複数の相違する高性能/低電力消費装置に対する要求を解決するために使用することができる。
【0130】
上述した実施形態で、多様な半導体装置は、互いに異なる大きさのソース/ドレイン領域をベースにそれぞれのナノシートトランジスタを形成するチャネル構造であって、複数のシートパターンセット、すなわち、ナノシート層で形成される。
しかし、本発明は、ナノシートトランジスタに限定されず、フィン型電界効果トランジスタ(FinFET)のような他の類型の電界効果トランジスタに適用することができる。
したがって、上述し、図面に示す複数のシートパターンは、それぞれのフィン型電界効果トランジスタを形成するフィン構造が代用され得る。
【0131】
尚、本発明は、上述の実施形態に限られるものではない。本発明の技術的範囲から逸脱しない範囲内で多様に変更実施することが可能である。
【符号の説明】
【0132】
100 基板
105 フィールド絶縁膜
120 第1ゲート電極
130 第1ゲート絶縁膜
140 第1ゲートスペーサ
145 第1ゲートキャッピングパターン
150(A~C) (第1~第3)ソース/ドレインパターン
151(A~C) (第1~第3)半導体ライナ膜
152(A~C) (第1~第3)半導体フィリング膜
155 第1コンタクトシリサイド膜
180 第1ソース/ドレインコンタクト
185 ソース/ドレインエッチング停止膜
190 層間絶縁膜
AP1 第1活性パターン
BP1 第1下部パターン
GS1 第1ゲート構造体
INT_GS1 第1インナーゲート構造体
NS11、NS12、NS13 第1~第3シートパターン
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