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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】P2024021060
(43)【公開日】2024-02-15
(54)【発明の名称】集積回路素子
(51)【国際特許分類】
   H01L 21/336 20060101AFI20240207BHJP
   H01L 21/822 20060101ALI20240207BHJP
【FI】
H01L29/78 301X
H01L29/78 301Y
H01L27/04 A
H01L27/04 D
【審査請求】未請求
【請求項の数】10
【出願形態】OL
(21)【出願番号】P 2023119663
(22)【出願日】2023-07-24
(31)【優先権主張番号】10-2022-0096269
(32)【優先日】2022-08-02
(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】車 承 ミン
(72)【発明者】
【氏名】宋 昇 ミン
(72)【発明者】
【氏名】金 榮 佑
(72)【発明者】
【氏名】金 珍 圭
(72)【発明者】
【氏名】劉 素 羅
(72)【発明者】
【氏名】李 南 ヒョン
(72)【発明者】
【氏名】李 城 門
【テーマコード(参考)】
5F038
5F140
【Fターム(参考)】
5F038CA12
5F038CD02
5F038EZ20
5F140AA39
5F140BB05
5F140BB06
5F140BD01
5F140BD05
5F140BD06
5F140BD09
5F140BD11
5F140BD12
5F140BD13
5F140BE10
5F140BF10
5F140BF11
5F140BF22
5F140BF25
5F140BF27
5F140BG02
5F140BH06
5F140BH27
5F140BJ07
5F140BJ10
5F140BJ11
5F140BJ15
5F140BJ17
5F140CA01
5F140CB04
5F140CC03
5F140CC12
5F140CC16
(57)【要約】
【課題】高度に集積された集積回路素子内に信頼性のある電力伝達が可能な電力伝送網を有する集積回路素子を提供する。
【解決手段】本発明による集積回路素子は、互いに反対になる位置に前面と背面とを有し、前面にトレンチにより定義されるフィン型活性領域を有する基板と、トレンチを充填する素子分離膜と、フィン型活性領域上のソース/ドレイン領域と、ソース/ドレイン領域上に位置し、ソース/ドレイン領域と電気的に接続される第1導電性プラグと、基板の下面に少なくとも一部分が配置される電力配線ラインと、素子分離膜を貫通して電力配線ラインと接続され、電力配線ラインに向かって水平幅が減少する埋め込みレールと、埋め込みレールと第1導電性プラグとを接続する電力ビアと、を有する。
【選択図】図18
【特許請求の範囲】
【請求項1】
互いに反対になる位置に前面と背面とを有し、前記前面にトレンチにより定義されるフィン型活性領域を有する基板と、
前記トレンチを充填する素子分離膜と、
前記フィン型活性領域上のソース/ドレイン領域と、
前記ソース/ドレイン領域上に位置し、前記ソース/ドレイン領域と電気的に接続される第1導電性プラグと、
前記基板の下面に少なくとも一部分が配置される電力配線ラインと、
前記素子分離膜を貫通して前記電力配線ラインと接続され、前記電力配線ラインに向かって水平幅が減少する埋め込みレールと、
前記埋め込みレールと前記第1導電性プラグとを接続する電力ビアと、を有することを特徴とする集積回路素子。
【請求項2】
前記電力配線ラインは、前記埋め込みレールに向かって水平幅が減少することを特徴とする請求項1に記載の集積回路素子。
【請求項3】
前記フィン型活性領域と交差して延長される複数のゲート電極と、
前記ソース/ドレイン領域を覆い、前記複数のゲート電極間を充填するゲート間絶縁膜と、をさらに有し、
前記電力ビアは、前記ゲート間絶縁膜を貫通し、前記埋め込みレールに向かって水平幅が減少することを特徴とする請求項1に記載の集積回路素子。
【請求項4】
前記素子分離膜を貫通する第1電力ホールと、
前記第1電力ホールの内側面を覆い、前記埋め込みレールを取り囲む第1絶縁バリヤーと、
前記ゲート間絶縁膜を貫通する第2電力ホールと、
前記第2電力ホールの内側面を覆い、前記電力ビアを取り囲む第2絶縁バリヤーと、をさらに有し、
前記第1電力ホールの内側面上での前記第1絶縁バリヤーの厚みは、前記第2電力ホールの内側面上での前記第2絶縁バリヤーの厚みより大きいことを特徴とする請求項3に記載の集積回路素子。
【請求項5】
互いに反対になる位置に前面と背面とを有し、前記前面にトレンチにより定義されるフィン型活性領域を有する基板と、
前記トレンチを充填する素子分離膜と、
前記フィン型活性領域上のソース/ドレイン領域と、
前記フィン型活性領域と交差して延長される複数のゲート電極と、
前記ソース/ドレイン領域を覆い、前記複数のゲート電極間を充填するゲート間絶縁膜と、
前記ソース/ドレイン領域上に位置し、前記ソース/ドレイン領域と電気的に接続される第1導電性プラグと、
前記基板の下面に少なくとも一部分が配置される電力配線ラインと、
前記素子分離膜を貫通する第1電力ホールと、
前記第1電力ホールの内側面を第1厚みで覆う第1絶縁バリヤーと、
前記第1絶縁バリヤーにより取り囲まれ、前記電力配線ラインと電気的に接続される埋め込みレールと、
前記ゲート間絶縁膜を貫通する第2電力ホールと、
前記第2電力ホールの内側面を前記第1厚みより小さい第2厚みで覆う第2絶縁バリヤーと、
前記第2絶縁バリヤーにより取り囲まれ、前記埋め込みレールと前記第1導電性プラグとを接続する電力ビアと、を有することを特徴とする集積回路素子。
【請求項6】
前記第1電力ホール及び第2電力ホールそれぞれは、垂直方向に上側から下側に延長されつつ水平幅が減少するテーパー形状を有することを特徴とする請求項5に記載の集積回路素子。
【請求項7】
前記埋め込みレールと前記電力配線ラインとは、互いに向かって水平幅が減少し、互いに一体をなすことを特徴とする請求項6に記載の集積回路素子。
【請求項8】
前記第1絶縁バリヤーの最上端と前記第2絶縁バリヤーの最下端とは、第1垂直レベルで接し、
前記電力ビアの最下端と前記埋め込みレールの最上端とは、前記第1垂直レベルより低い、前記第1電力ホール内の第2垂直レベルで接することを特徴とする請求項5に記載の集積回路素子。
【請求項9】
互いに反対になる位置に前面と背面とを有し、前記前面にトレンチにより定義されるフィン型活性領域を有する基板と、
前記トレンチを充填する素子分離膜と、
前記フィン型活性領域上のソース/ドレイン領域と、
前記フィン型活性領域と交差して延長される複数のゲート電極と、
前記ソース/ドレイン領域を覆い、前記複数のゲート電極間を充填するゲート間絶縁膜と、
前記ソース/ドレイン領域上に位置し、前記ソース/ドレイン領域と電気的に接続される第1導電性プラグと、
前記基板の下面に少なくとも一部分が配置される電力配線ラインと、
前記素子分離膜を貫通する第1電力ホールと、
前記第1電力ホールの内側面を第1厚みに覆う第1絶縁バリヤーと、
前記第1絶縁バリヤーにより取り囲まれ、前記電力配線ラインと電気的に接続される埋め込みレールと、
前記ゲート間絶縁膜を貫通する第2電力ホールと、
前記第2電力ホールの内側面を前記第1厚みより小さい第2厚みで覆う第2絶縁バリヤーと、
前記第2絶縁バリヤーにより取り囲まれ、前記埋め込みレールと前記第1導電性プラグとを接続し、前記埋め込みレールに向かって水平幅が減少する電力ビアと、を有し、
前記埋め込みレールと前記電力配線ラインとは、互いに向かって水平幅が減少することを特徴とする集積回路素子。
【請求項10】
前記基板を貫通する貫通ホールと、
前記貫通ホールを充填し、前記電力配線ラインと前記埋め込みレールとを接続し、前記埋め込みレールに向かって水平幅が減少する貫通電極と、をさらに有し、
前記埋め込みレール、前記貫通電極、及び前記電力配線ラインは、同一物質で一体をなすことを特徴とする請求項9に記載の集積回路素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、集積回路素子に関し、特に、電力伝送網(power delivery network:PDN)を有する集積回路素子に関する。
【背景技術】
【0002】
電子技術の発達によって、集積回路素子のダウンスケーリング(down-scaling)が急速に進められている。
高度に集積された集積回路素子に電力を効率的に伝達するために、電力伝送網を有する集積回路素子が導入されている。
【0003】
従って、信頼性のある電力伝送網を有する集積回路素子の開発が課題となっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特表2017-507594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集積回路素子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、高度に集積された集積回路素子内に信頼性のある電力伝達が可能な電力伝送網を有する集積回路素子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集積回路素子は、互いに反対になる位置に前面と背面とを有し、前記前面にトレンチにより定義されるフィン型活性領域を有する基板と、前記トレンチを充填する素子分離膜と、前記フィン型活性領域上のソース/ドレイン領域と、前記ソース/ドレイン領域上に位置し、前記ソース/ドレイン領域と電気的に接続される第1導電性プラグと、前記基板の下面に少なくとも一部分が配置される電力配線ラインと、前記素子分離膜を貫通して前記電力配線ラインと接続され、前記電力配線ラインに向かって水平幅が減少する埋め込みレールと、前記埋め込みレールと前記第1導電性プラグとを接続する電力ビアと、を有することを特徴とする。
【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集積回路素子は、互いに反対になる位置に前面と背面とを有し、前記前面にトレンチにより定義されるフィン型活性領域を有する基板と、前記トレンチを充填する素子分離膜と、前記フィン型活性領域上のソース/ドレイン領域と、前記フィン型活性領域と交差して延長される複数のゲート電極と、前記ソース/ドレイン領域を覆い、前記複数のゲート電極間を充填するゲート間絶縁膜と、前記ソース/ドレイン領域上に位置し、前記ソース/ドレイン領域と電気的に接続される第1導電性プラグと、前記基板の下面に少なくとも一部分が配置される電力配線ラインと、前記素子分離膜を貫通する第1電力ホールと、前記第1電力ホールの内側面を第1厚みで覆う第1絶縁バリヤーと、前記第1絶縁バリヤーにより取り囲まれ、前記電力配線ラインと電気的に接続される埋め込みレールと、前記ゲート間絶縁膜を貫通する第2電力ホールと、前記第2電力ホールの内側面を前記第1厚みより小さい第2厚みで覆う第2絶縁バリヤーと、前記第2絶縁バリヤーにより取り囲まれ、前記埋め込みレールと前記第1導電性プラグとを接続する電力ビアと、を有す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集積回路素子は、互いに反対になる位置に前面と背面とを有し、前記前面にトレンチにより定義されるフィン型活性領域を有する基板と、前記トレンチを充填する素子分離膜と、前記フィン型活性領域上のソース/ドレイン領域と、前記フィン型活性領域と交差して延長される複数のゲート電極と、前記ソース/ドレイン領域を覆い、前記複数のゲート電極間を充填するゲート間絶縁膜と、前記ソース/ドレイン領域上に位置し、前記ソース/ドレイン領域と電気的に接続される第1導電性プラグと、前記基板の下面に少なくとも一部分が配置される電力配線ラインと、前記素子分離膜を貫通する第1電力ホールと、前記第1電力ホールの内側面を第1厚みに覆う第1絶縁バリヤーと、前記第1絶縁バリヤーにより取り囲まれ、前記電力配線ラインと電気的に接続される埋め込みレールと、前記ゲート間絶縁膜を貫通する第2電力ホールと、前記第2電力ホールの内側面を前記第1厚みより小さい第2厚みで覆う第2絶縁バリヤーと、前記第2絶縁バリヤーにより取り囲まれ、前記埋め込みレールと前記第1導電性プラグとを接続し、前記埋め込みレールに向かって水平幅が減少する電力ビアと、を有し、前記埋め込みレールと前記電力配線ラインは、互いに向かって水平幅が減少することを特徴とする。
【発明の効果】
【0009】
本発明に係る集積回路素子によれば、外部接続端子を介して提供される電力が、電力配線ライン、埋め込みレール及び電力ビアを介してソース/ドレイン領域に供給される電力伝送網を有することができる。
埋め込みレールは、セルフアラインにより電力ビアと接続されるように形成されるので、電力伝送網を構成する埋め込みレールと電力ビアとの接続信頼性が高くなり、集積回路素子内に信頼性のある電力伝達が可能である。
【図面の簡単な説明】
【0010】
図1A】本発明の実施形態による集積回路素子を説明するための平面図である。
図1B】本発明の実施形態による集積回路素子を説明するための平面図である。
図1C】本発明の実施形態による集積回路素子を説明するための平面図である。
図1D】本発明の実施形態による集積回路素子を説明するための平面図である。
図2】本発明の実施形態による集積回路素子の製造方法を説明するための断面図である。
図3】本発明の実施形態による集積回路素子の製造方法を説明するための断面図である。
図4】本発明の実施形態による集積回路素子の製造方法を説明するための断面図である。
図5】本発明の実施形態による集積回路素子の製造方法を説明するための断面図である。
図6】本発明の実施形態による集積回路素子の製造方法を説明するための断面図である。
図7】本発明の実施形態による集積回路素子の製造方法を説明するための断面図である。
図8】本発明の実施形態による集積回路素子の製造方法を説明するための断面図である。
図9A】本発明の実施形態による集積回路素子の製造方法を説明するための断面図である。
図9B】本発明の実施形態による集積回路素子の製造方法を説明するための断面図である。
図10A】本発明の実施形態による集積回路素子の製造方法を説明するための断面図である。
図10B】本発明の実施形態による集積回路素子の製造方法を説明するための断面図である。
図11A】本発明の実施形態による集積回路素子の製造方法を説明するための断面図である。
図11B】本発明の実施形態による集積回路素子の製造方法を説明するための断面図である。
図11C】本発明の実施形態による集積回路素子の製造方法を説明するための断面図である。
図12A】本発明の実施形態による集積回路素子の製造方法を説明するための断面図である。
図12B】本発明の実施形態による集積回路素子の製造方法を説明するための断面図である。
図13A】本発明の実施形態による集積回路素子の製造方法を説明するための断面図である。
図13B】本発明の実施形態による集積回路素子の製造方法を説明するための断面図である。
図14A】本発明の実施形態による集積回路素子の製造方法を説明するための断面図である。
図14B】本発明の実施形態による集積回路素子の製造方法を説明するための断面図である。
図15A】本発明の実施形態による集積回路素子の製造方法を説明するための断面図である。
図15B】本発明の実施形態による集積回路素子の製造方法を説明するための断面図である。
図15C】本発明の実施形態による集積回路素子の製造方法を説明するための断面図である。
図16】本発明の実施形態による集積回路素子の製造方法を説明するための断面図である。
図17】本発明の実施形態による集積回路素子の製造方法を説明するための断面図である。
図18】本発明の実施形態による集積回路素子を説明するための断面図である。
図19A】本発明の実施形態による集積回路素子の部分拡大図である。
図19B】本発明の実施形態による集積回路素子の部分拡大図である。
図19C】本発明の実施形態による集積回路素子の部分拡大図である。
図19D】本発明の実施形態による集積回路素子の部分拡大図である。
図20】本発明の実施形態による集積回路素子の製造方法を説明するための断面図である。
図21】本発明の実施形態による集積回路素子の製造方法を説明するための断面図である。
図22】本発明の実施形態による集積回路素子の製造方法を説明するための断面図である。
図23】本発明の実施形態による集積回路素子を説明するための断面図である。
図24】本発明の実施形態による集積回路素子を説明するための断面図である。
図25】本発明の実施形態による集積回路素子を説明するための断面図である。
【発明を実施するための形態】
【0011】
図1A図1Dは、本発明の実施形態による集積回路素子を説明するための平面図である。
図1Aを参照すると、集積回路素子1は、FinFET(fin field effect transistor)素子を含む。
FinFET素子は、ロジックセルを構成する。
ロジックセルは、トランジスタ、レジスタなどのような複数の回路素子(circuit elements)を含み、多様に構成可能である。
【0012】
ロジックセルは、例えば、AND、NAND、OR、NOR、XOR(exclusive OR)、XNOR(exclusive NOR)、INV(inverter)、ADD(adder)、BUF(buffer)、DLY(delay)、FIL(filter)、マルチプレクサ(MXT/MXIT)、OAI(OR/AND/INVERTER)、AO(AND/OR)、AOI(AND/OR/INVERTER)、Dフリップフロップ、リセットフリップフロップ、マスタ・スレーブフリップフロップ(master-slave flip-flop)、ラッチなどを構成することができ、ロジックセルは、カウンタ、バッファなどのような所望の論理的機能を行う標準セル(standard cells)を構成することができる。
【0013】
集積回路素子1は、複数のフィン型活性領域FA、複数のゲート電極GL、複数のソース/ドレイン領域160、第1導電性プラグCP1、第2導電性プラグCP2及び電力ビアPVを含む。
複数のフィン型活性領域FAは、第1水平方向(X方向)に沿って一定のピッチに配列され、互いに平行に第2水平方向(Y方向)に沿って延長される。
複数のゲート電極GLは、複数のフィン型活性領域FAと交差する方向である第1水平方向(X方向)に延長される。
【0014】
複数のゲート電極GLは、それぞれ第2水平方向(Y方向)に同一幅を有し、第2水平方向(Y方向)に沿って一定のピッチに配列される。
複数のゲート電極GLに沿って、複数のMOSトランジスタが形成される。
前記複数のMOSトランジスタは、それぞれ複数のフィン型活性領域FAの上面及び両側壁でチャネルが形成される三次元構造のMOSトランジスタである。
【0015】
一実施形態において、複数のゲート電極GLの内の少なくとも1つの一部分は、埋め込みレールPRと垂直方向(Z方向)にオーバーラップされる。
例えば、1つのゲート電極GLと埋め込みレールPRとは互いに交差し、ゲート電極GLと埋め込みレールPRとは互いに絶縁される。
一実施形態において、埋め込みレールPRは、第2水平方向(Y方向)に沿って延長される。
複数のフィン型活性領域FA上で、ゲート電極GLの両側には、複数のソース/ドレイン領域160が形成される。
【0016】
一実施形態において、複数のソース/ドレイン領域160の内の少なくとも一は、エピタキシャル成長した複数のSiGe層を含む埋め込まれたSiGe構造を有する。
複数のSiGe層は、互いに異なるGe含量を有する。
他の実施形態において、複数のソース/ドレイン領域160の内の少なくとも一は、エピタキシャル成長したSi層、又はエピタキシャル成長したSiC層からなり得る。
ソース/ドレイン領域160とゲート電極GLとは、互いに絶縁される。
【0017】
複数のゲート電極GLそれぞれの間には、電力ビアPV及び第1導電性プラグCP1が介在する。
電力ビアPVとゲート電極GLとは、互いに絶縁される。
第1導電性プラグCP1は、ソース/ドレイン領域160の上面の少なくとも一と接し、ソース/ドレイン領域160と電気的に接続される。
電力ビアPVは、第1導電性プラグCP1と埋め込みレールPRとを電気的に接続する。
第2導電性プラグCP2は、ゲート電極GLと電気的に接続される。
【0018】
一実施形態において、第1導電性プラグCP1は、平面視においてライン状又はバー状を有し、垂直方向(Z方向)に延長される垂直柱形状を有する。
一実施形態において、第2導電性プラグCP2は、平面視において円状、楕円状又は多角形状を有し、垂直方向(Z方向)に延長される垂直柱形状を有する。
一実施形態において、埋め込みレールPRは、平面視においてライン状又はバー状を有する。
一実施形態において、電力ビアPVは、平面視において円状、楕円状又は多角形形状を有し、垂直方向(Z方向)に延長される垂直柱形状を有する。
【0019】
図1Bを参照すると、集積回路素子1aは、複数のフィン型活性領域FA、複数のゲート電極GL、複数のソース/ドレイン領域160、第1導電性プラグCP1、第2導電性プラグCP2、電力ビアPVa及び埋め込みレールPRを含む。
電力ビアPVaは、第1導電性プラグCP1と埋め込みレールPRとを電気的に接続する。
【0020】
一実施形態において、電力ビアPVaは、埋め込みレールPR上で埋め込みレールPRの延長方向に沿って延長される。
例えば、電力ビアPVaは、第2水平方向(Y方向)に沿って延長される。
図1Bには、第1水平方向(X方向)への電力ビアPVaの水平幅が、埋め込みレールPRの水平幅より小さいものとして示しているが、これは、電力ビアPVaと埋め込みレールPRとの区分のためのものに過ぎず、これに限定されない。
例えば、第1水平方向(X方向)への電力ビアPVaの水平幅は、埋め込みレールPRの水平幅と同一であってもよい。
又は、例えば、第1水平方向(X方向)への電力ビアPVaの水平幅は、埋め込みレールPRの水平幅より大きくてもよい。
【0021】
電力ビアPVaとゲート電極GLとは、互いに絶縁される。
例えば、電力ビアPVaとゲート電極GLとは、垂直方向(Z方向)に互いに重畳しない。
例えば、平面視において、互いに対向するゲート電極GLの一端と電力ビアPVaの側面とは、互いに離隔される。
埋め込みレールPRとゲート電極GLとは、垂直方向(Z方向)に互いに重畳しない。
例えば、平面視において、互いに対向するゲート電極GLの一端と埋め込みレールPRの側面とは、互いに離隔される。
すなわち、ゲート電極GLは、平面視において、埋め込みレールPRに隣接して切断される一端を有する。
一実施形態において、埋め込みレールPR及び電力ビアPVaそれぞれは、平面視において、ライン状又はバー状を有する。
【0022】
図1Cを参照すると、集積回路素子1bは、複数のフィン型活性領域FA、複数のゲート電極GL、複数のソース/ドレイン領域160、第1導電性プラグCP1、第2導電性プラグCP2、電力ビアPVa及び埋め込みレールPRaを含む。
電力ビアPVaは、第1導電性プラグCP1と埋め込みレールPRaとを電気的に接続する。
例えば、電力ビアPVaは、第2水平方向(Y方向)に沿って延長される。
電力ビアPVaとゲート電極GLとは、互いに絶縁される。
例えば、電力ビアPVaとゲート電極GLとは、垂直方向(Z方向)に互いに重畳しない。
例えば、平面視において、互いに対向するゲート電極GLの一端と電力ビアPVaの側面とは、互いに離隔される。
一実施形態において、埋め込みレールPRaは、平面視において、円状、楕円状又は多角形形状を有し、垂直方向(Z方向)に延長される垂直柱形状を有する。
一実施形態において、電力ビアPVaは、平面視においてライン状又はバー状を有することができる。
【0023】
図1Dを参照すると、集積回路素子1cは、複数のフィン型活性領域FA、複数のゲート電極GL、複数のソース/ドレイン領域160、第1導電性プラグCP1、第2導電性プラグCP2、電力ビアPV及び埋め込みレールPRaを含む。
電力ビアPVは、第1導電性プラグCP1と埋め込みレールPRaとを電気的に接続する。
電力ビアPVとゲート電極GLとは、互いに絶縁される。
一実施形態において、埋め込みレールPRa及び電力ビアPVそれぞれは、平面視において、円状、楕円状又は多角形形状を有し、垂直方向(Z方向)に延長される垂直柱形状を有する。
【0024】
図2図17は、本発明の実施形態による集積回路素子の製造方法を説明するための断面図である。
具体的には、図2図3図4図5図6図7図8図9A図11A図12A図13A図14A、及び図15Aは、図1AのX1-X1’線に沿って切断した断面図であり、図10A図11B図12B図13B図14B図15B図16、及び図17は、図1AのX2-X2’線に沿って切断した断面図であり、図9B図10B図11C、及び図15Cは、図1AのY-Y’線に沿って切断した断面図である。
【0025】
図2を参照すると、基板110上に、複数の犠牲半導体層106Sと複数のナノシート半導体層NSとを1層ずつ交互に積層する。
複数の犠牲半導体層106S及び複数のナノシート半導体層NSは、互いに異なる半導体物質からなる。
一実施形態において、複数のナノシート半導体層NSは、単一物質からなる。
一実施形態において、複数のナノシート半導体層NSは、基板110の構成物質と同一物質からなる。
一実施形態において、複数の犠牲半導体層106Sは、SiGeからなり、複数のナノシート半導体層NSは、Siからなるが、例示したものに限定されるものではない。
【0026】
複数の犠牲半導体層106Sは、いずれも同一厚みに形成されるが、本発明の技術的思想がそれに限定されるものではない。
一実施形態において、複数の犠牲半導体層106Sの内の基板110に最も近い犠牲半導体層106Sの厚みは、他の犠牲半導体層106Sの厚みよりさらに大きい。
基板110は、Si又はGeのような半導体、あるいはSiGe、SiC、GaAs、InAs、又はInPのような化合物半導体を含んでもよい。
一実施形態において、基板110は、III-V族物質及びIV族物質の内の少なくとも1つからなる。
III-V族物質は、少なくとも1つのIII族元素と少なくとも1つのV族元素とを含む二元系、三元系又は四元系化合物であり得る。
【0027】
一実施形態において、基板110の一部上にNMOSトランジスタを形成する場合、基板110の一部は、前述のIII-V族物質のうちいずれか1つからなる。
他の実施形態において、基板110の一部上にPMOSトランジスタを形成する場合、基板110の一部は、Geからなる。
他の例において、基板110は、SOI(semiconductor on insulator)構造を有し得る。
基板110は、導電領域、例えば、不純物がドーピングされたウェル(well)、又は不純物がドーピングされた構造物を含む。
【0028】
図2及び図3を共に参照すると、複数の犠牲半導体層106S及び複数のナノシート半導体層NSの積層構造、並びに基板110の一部をエッチングし、複数のトレンチTREを形成する。
その結果、トレンチTREにより定義される複数のフィン型活性領域FAが形成される。
複数のフィン型活性領域FAは、互いに平行に第2水平方向(Y方向)に沿って延長される。
複数のフィン型活性領域FAは、基板110の主面110Mから上側に垂直方向(Z方向)に突出する。
複数のフィン型活性領域FAの内の少なくとも一部は、第1水平方向(X方向)に沿って同一ピッチに配列される。
複数のフィン型活性領域FA上には、複数の犠牲半導体層106Sと複数のナノシート(N1、N2、N3)の積層構造NSSとが配置される。
複数のナノシート(N1、N2、N3)の積層構造NSSは、複数のナノシート半導体層NSの一部がエッチングにより除去されて形成される。
【0029】
図4を参照すると、複数のトレンチTREを充填する予備素子分離膜118pを形成する。
予備素子分離膜118pは、トレンチTREを充填し、複数のフィン型活性領域FAの側壁、並びに複数のナノシート(N1、N2、N3)の積層構造NSSの側壁及び上面を覆うように形成する。
一実施形態において、予備素子分離膜118pの上面は、複数のナノシート(N1、N2、N3)の積層構造NSSの上端より高いレベルに位置する。
例えば、予備素子分離膜118pは、シリコン酸化物を含む。
【0030】
図4及び図5を共に参照すると、予備素子分離膜118pをその上部から一部厚みほど除去するためのリセス(recess)工程を実行し、素子分離膜118を形成する。
リセス工程を実行するために、ドライエッチング、ウェットエッチング、又はドライ及びウェットを組み合わせたエッチング工程を利用することができる。
素子分離膜118は、トレンチTREを充填する。
素子分離膜118は、複数のフィン型活性領域FAを定義する。
素子分離膜118の上面がフィン型活性領域FAの上面と同一であるか、あるいは、ほぼ類似したレベルになるように、前記リセス工程を実行する。
その結果、フィン型活性領域FA上にある複数のナノシート(N1、N2、N3)の積層構造NSS、及び複数の犠牲半導体層106Sの側壁が露出される。
【0031】
図6を参照すると、基板110の一部分を除去し、第1電力ホールPRHを形成する。
第1電力ホールPRHは、素子分離膜118の上面から素子分離膜118の一部分を除去して形成する。
第1電力ホールPRHは、素子分離膜118を貫通し、第1電力ホールPRHの底面に基板110が露出されるように形成する。
一実施形態において、第1電力ホールPRHの底面と基板110の主面110Mとは、同一垂直レベルに位置するが、それに限定されない。
他の実施形態において、第1電力ホールPRHの底面が基板110の主面110Mより低い垂直レベルに位置するように、第1電力ホールPRHが基板110内に延長されるように形成することも可能である。
【0032】
一実施形態において、第1電力ホールPRHは、図1Aに示した埋め込みレールPRに対応して第2水平方向(Y方向)に沿って延長されるように形成する。
第1電力ホールPRHは、埋め込みレールホールとも称する。
第1電力ホールPRHは、垂直方向(Z方向)に上側から下側に延長されつつ水平幅が減少するテーパー形状を有するように形成する。
第1電力ホールPRHは、素子分離膜118の上面から離れて水平幅が減少するように形成する。
【0033】
図7を参照すると、第1電力ホールPRHの内面を覆う第1絶縁バリヤーBPRを形成する。
第1絶縁バリヤーBPRは、第1電力ホールPRH内に限定空間RCHを限定する。
第1絶縁バリヤーBPRは、第1電力ホールPRHの内側面及び底面を覆うが、第1電力ホールPRHを充填しないように、第1電力ホールPRHの内面をコンフォーマルに覆う。
例えば、第1絶縁バリヤーBPRは、窒化物を含む。
一実施形態において、第1絶縁バリヤーBPRは、シリコン窒化物を含み得る。
【0034】
図8を参照すると、第1電力ホールPRHを充填するダミー埋め込みレールDPRを形成する。
ダミー埋め込みレールDPRは、第1絶縁バリヤーBPRを覆い、限定空間RCHを充填する。
第1絶縁バリヤーBPRとダミー埋め込みレールDPRとは、第1電力ホールPRHを全て充填する。
第1絶縁バリヤーBPRとダミー埋め込みレールDPRとを共にダミーレール構造体DPRSとも称する。
例えば、ダミー埋め込みレールDPRは、シリコン酸化物を含む。
一実施形態において、ダミー埋め込みレールDPRの上面と素子分離膜118の上面とは、同一垂直レベルに位置し、共面(coplanar)をなす。
ダミー埋め込みレールDPRは、垂直方向(Z方向)に上側から下側に延長されつつ水平幅が減少するテーパー形状を有するように形成する。
ダミー埋め込みレールDPRは、素子分離膜118の上面から離れて水平幅が減少するように形成する。
【0035】
図9A及び図9Bを共に参照すると、複数のナノシート(N1、N2、N3)の積層構造NSS及び複数の犠牲半導体層106Sが形成された複数のフィン型活性領域FA上で、複数のフィン型活性領域FAの少なくとも一部分と交差して延長される複数のダミーゲート構造体DGSを形成する。
複数のダミーゲート構造体DGSは、互いに平行に第1水平方向(X方向)に沿って延長される。
ダミーゲート構造体DGSは、酸化膜D12、ダミーゲート層D14、及びキャッピング層D16が順次に積層された構造を有する。
一実施形態において、複数のフィン型活性領域FAを覆っている複数のナノシート(N1、N2、N3)の積層構造NSS及び複数の犠牲半導体層106Sの露出表面、複数のフィン型活性領域FAの露出表面、並びに素子分離膜118の上面をそれぞれ覆うように、酸化膜D12、ダミーゲート層D14、及びキャッピング層D16を順次に形成した後、それらをパターニングし、酸化膜D12、ダミーゲート層D14、及びキャッピング層D16が必要な部分にのみ残るようにして、ダミーゲート構造体DGSを形成する。
【0036】
一実施形態において、ダミーゲート層D14は、ポリシリコンからなり、キャッピング層D16は、シリコン窒化物からなるが、それに限定されるものではない。
次いで、ダミーゲート構造体DGSが形成された半導体基板110上にスペーサ層を形成した後、スペーサ層を再びエッチバックし、ダミーゲート構造体DGSの両側壁を覆う一対のゲートスペーサ130を形成する。
ゲートスペーサ130は、例えば、シリコン窒化物を含む。
【0037】
図10A及び図10Bを共に参照すると、ダミーゲート構造体DGS及びゲートスペーサ130をエッチングマスクとして利用して、複数のナノシート(N1、N2、N3)の積層構造NSS及び複数の犠牲半導体層106Sの一部をエッチングにより除去し、リセス領域RSを形成する。
リセス領域RSの底面には、フィン型活性領域FAが露出される。
一実施形態において、複数のナノシート(N1、N2、N3)の積層構造NSS及び複数の犠牲半導体層106Sの一部をエッチングする過程において、フィン型活性領域FAの上側一部分が共に除去される。
【0038】
次いで、等方性エッチング工程を利用して、複数のナノシート(N1、N2、N3)の積層構造NSSそれぞれの両側で露出される複数の犠牲半導体層106Sの一部分を除去し、除去空間を形成した後、ナノシート(N1、N2、N3)それぞれの間に形成された除去空間を充填する絶縁スペーサ140を形成する。
絶縁スペーサ140は、例えば、シリコン窒化物を含む。
一実施形態において、絶縁スペーサ140は、複数の絶縁層が積層されて形成される。
絶縁スペーサ140を形成した後、複数のナノシート(N1、N2、N3)の露出された両側壁及びフィン型活性領域FAの露出表面から半導体物質をエピタキシャル成長させ、複数のソース/ドレイン領域160を形成する。
【0039】
一実施形態において、複数のソース/ドレイン領域160の内の一部と他の一部とは、異なる物質を含み、互いに異なる物質を含む複数のソース/ドレイン領域160の内の一部と他の一部とは、それぞれ別途のエピタキシャル成長工程を実行して形成する。
例えば、複数のソース/ドレイン領域160の内の一部は、Geを含む。
一実施形態において、複数のソース/ドレイン領域160の内の一部は、Siを含む半導体物質と、Geを含む半導体物質との多層構造からなる。
例えば、複数のソース/ドレイン領域160の内の他の一部は、Siを含むが、Geを含まない。
一実施形態において、複数のソース/ドレイン領域160の内の他の一部は、Siを含む半導体物質、及びSiのような半導体物質又はSiCのような化合物半導体物質の多層構造からなる。
【0040】
図10A図10B図11A図11B、及び図11Cを共に参照すると、複数のダミーゲート構造体DGS及び複数のソース/ドレイン領域160上にゲート間絶縁膜172を形成した後、ゲート間絶縁膜172の上側一部分、キャッピング層D16、及びキャッピング層D16の周囲にあるゲートスペーサ130の部分を除去する平坦化工程を実行し、ゲート間絶縁膜172の上面がダミーゲート層D14の上面とほぼ同一レベルに位置するようにする。
一実施形態において、ゲート間絶縁膜172は、シリコン酸化物を含む。
【0041】
図12A及び図12Bを共に参照すると、ゲート間絶縁膜172の一部分を除去し、第2電力ホールPVHを形成する。
第2電力ホールPVHは、ゲート間絶縁膜172を貫通して、第2電力ホールPVHの底面にダミーレール構造体DPRSが露出されるように形成する。
一実施形態において、第2電力ホールPVHは、図1に示した電力ビアPVに対応して垂直方向(Z方向)に沿って延長されるように形成する。
第2電力ホールPVHは、電力ビアホールとも称する。
【0042】
一実施形態において、第2電力ホールPVHの底面は、第1絶縁バリヤーBPRの上端と同一垂直レベルに位置する。
他の実施形態において、第2電力ホールPVHを形成する過程において、ダミー埋め込みレールDPRの上側一部分が除去され、第2電力ホールPVHの底面は、第1絶縁バリヤーBPRの上端より低い垂直レベルに位置する。
例えば、第2電力ホールPVHを形成する過程において、ダミー埋め込みレールDPRの上側一部分が除去され、ダミー埋め込みレールDPRの上端は、第1絶縁バリヤーBPRの上端より低い垂直レベルに位置する。
第2電力ホールPVHは、垂直方向(Z方向)に上側から下側に延長されつつ水平幅が減少するテーパー形状を有するように形成する。
第2電力ホールPVHは、基板110の主面110M又は素子分離膜118の上面に向かって水平幅が減少するように形成する。
【0043】
図13A及び図13Bを共に参照すると、第2電力ホールPVHの内側面を覆う第2絶縁バリヤーBPV、及び第2絶縁バリヤーBPVを覆い、第2電力ホールPVHを充填する電力ビアPVを形成する。
第2絶縁バリヤーBPVと電力ビアPVとを共にビア構造体PVSとも称する。
電力ビアPV及びビア構造体PVSは、ゲート間絶縁膜172を貫通する。
第2絶縁バリヤーBPVは、第2電力ホールPVHの内側面を覆うが、第2電力ホールPVHを充填しないように、第2電力ホールPVHの内側面をコンフォーマルに覆う。
第2絶縁バリヤーBPVと電力ビアPVとは、第2電力ホールPVHを全て充填する。
第2絶縁バリヤーBPVは、電力ビアPVを取り囲み、電力ビアPVとゲート間絶縁膜172との間に介在する。
【0044】
例えば、第2絶縁バリヤーBPVは、窒化物を含む。
一実施形態において、第2絶縁バリヤーBPVは、シリコン窒化物を含み得る。
一実施形態において、電力ビアPVは、導電性バリヤー層、及び導電性バリヤー層を覆う導電性コア層からなる。
導電性バリヤー層は、Ti、Ta、TiN、TaN、又はそれらの組み合わせを含み、導電性コア層は、Co、W、Cu又はそれらの組み合わせを含む。
電力ビアPVは、垂直方向(Z方向)に上側から下側に延長されつつ水平幅が減少するテーパー形状を有するように形成する。
電力ビアPVは、基板110の主面110Mに向かって水平幅が減少するように形成する。
【0045】
図11C図13A図14A、及び図14Bを共に参照すると、ゲート間絶縁膜172及びゲートスペーサ130を介して露出されるダミーゲート層D14、並びにその下部の酸化膜D12を除去し、フィン型活性領域FA上に残っている複数の犠牲半導体層106Sの内の少なくとも一部を除去し、複数のゲート空間GSを形成する。
複数のフィン型活性領域FAそれぞれの上面上には、垂直方向(Z方向)に互いに離隔される複数のナノシート(N1、N2、N3)の積層構造NSSが配置される。
ゲート空間GSを介して、複数のナノシート(N1、N2、N3)の表面、及びフィン型活性領域FAの上面の一部分が露出される。
一実施形態において、複数の犠牲半導体層106Sの内の一部分は、除去されずに残留する。
例えば、フィン型活性領域FAの上面上に位置する犠牲半導体層106Sの一部分は、除去されずに残留する。
【0046】
図14A図14B図15A図15B、及び図15Cを共に参照すると、複数のゲート空間GSそれぞれで露出される表面上にゲート誘電膜145を形成し、ゲート誘電膜145上で複数のゲート空間GSを充填する複数のゲート電極150を形成する。
複数のゲート電極150は、互いに平行に第1水平方向(X方向)に沿って延長される。
ゲート電極150は、図1に示したゲート電極GLである。
ゲート誘電膜145は、インターフェース膜(interfacial layer)と高誘電膜との積層構造からなる。
一実施形態において、インターフェース膜は、誘電率が約9以下である低誘電物質層、例えば、シリコン酸化物、シリコン酸窒化物又はそれらの組み合わせを含み得る。
一実施形態において、インターフェース膜は省略可能である。
高誘電膜は、シリコン酸化物より誘電定数がさらに大きい物質からなる。
例えば、高誘電膜は、約10~25の誘電定数を有し得る。
【0047】
高誘電膜は、ハフニウム酸化物、ハフニウム酸窒化物、ハフニウムシリコン酸化物、ランタン酸化物、ランタンアルミニウム酸化物、ジルコニウム酸化物、ジルコニウムシリコン酸化物、タンタル酸化物、チタン酸化物、バリウムストロンチウムチタン酸化物、バリウムチタン酸化物、ストロンチウムチタン酸化物、イットリウム酸化物、アルミニウム酸化物、鉛スカンジウムタンタル酸化物、鉛亜鉛ニオブ酸塩、及びそれらの組み合わせの内から選択される物質からなるが、高誘電膜を構成する物質が上記例示したものに限定されるものではない。
高誘電膜は、ALD(atomic layer deposition)、CVD(chemical vapor deposition)又はPVD(physical vapor deposition)工程によっても形成される。
高誘電膜は、約10Å~約40Åの厚みを有するが、それに限定されるものではない。
【0048】
一実施形態において、ゲート誘電膜145は、強誘電体特性を有する強誘電体物質膜、又は常誘電体特性を有する常誘電体物質膜を含み得る。
例えば、ゲート誘電膜145は、1つの強誘電体物質膜を含む。
例えば、ゲート誘電膜145は、互いに離隔された複数の強誘電体物質膜を含む。
例えば、ゲート誘電膜145は、複数の強誘電体物質膜と複数の常誘電体物質膜とが交互に積層された積層膜構造を有する。
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、2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、全体のキャパシタンスは、それぞれの個々のキャパシタのキャパシタンスよりも小さい。
一方、直列接続された2以上のキャパシタのキャパシタンスの内の少なくとも1つが負の値を有する場合、全体のキャパシタンスは、正の値を有し、かつそれぞれの個々のキャパシタンスの絶対値よりも大きい。
【0049】
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と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利用して、強誘電体物質膜を含むトランジスタは、常温で60mV/decade未満の閾値下スイング(subthreshold swing:SS)を有する。
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、ハフニウムジルコニウム酸化物、バリウムストロンチウムチタン酸化物、バリウムチタン酸化物及び鉛ジルコニウムチタン酸化物の内の少なくとも1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は、ハフニウム酸化物にジルコニウム(Zr)がドーピングされた物質である。
他の例として、ハフニウムジルコニウム酸化物は、ハフニウム(Hf)とジルコニウム(Zr)と酸素(O)との化合物である。
【0050】
強誘電体物質膜は、ドーピングされたドーパントをさらに含み得る。
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)の内の少なくとも1つを含み得る。
強誘電体物質膜がいかなる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、変わりうる。
【0051】
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)の内の少なくとも1つを含む。
ドーパントがアルミニウム(Al)である場合、強誘電体物質膜は、3~8at%(atomic%)のアルミニウムを含む。
ここで、ドーパントの割合は、ハフニウムとアルミニウムとの和に対するアルミニウムの割合である。
ドーパントがシリコン(Si)である場合、強誘電体物質膜は、2~10at%のシリコンを含む。
ドーパントがイットリウム(Y)である場合、強誘電体物質膜は、2~10at%のイットリウムを含む。
ドーパントがガドリニウム(Gd)である場合、強誘電体物質膜は、1~7at%のガドリニウムを含む。
ドーパントがジルコニウム(Zr)である場合、強誘電体物質膜は、50~80at%のジルコニウムを含む。
【0052】
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、及び高誘電率を有する金属酸化物の内の少なくとも1つを含み得る。
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、ジルコニウム酸化物、及びアルミニウム酸化物の内の少なくとも1つを含むが、そ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、同一物質を含み得る。
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、強誘電体特性を有しない。
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っている。
【0053】
強誘電体物質膜は、強誘電体特性を有する厚みを有する。
強誘電体物質膜の厚みは、例えば、0.5~10nmであるが、そ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厚みが変わりうるので、強誘電体物質膜の厚みは、強誘電体物質によっても変わる。
【0054】
ゲート電極150は、仕事関数調節用金属含有層と、仕事関数調節用金属含有層の上部空間を充填するギャップフィル(gap-fill)用金属含有層とを含む。
一実施形態において、ゲート電極150は、金属窒化物層、金属層、導電性キャッピング層、及びギャップフィル金属膜が順次に積層された構造を有する。
金属窒化物層及び金属層は、Ti、Ta、W、Ru、Nb、Mo、又はHfの内から選択される少なくとも1つの金属を含み得る。
ギャップフィル金属膜は、W膜又はAl膜を含み得る。
ゲート電極150は、仕事関数金属含有層を含む。
仕事関数金属含有層は、Ti、W、Ru、Nb、Mo、Hf、Ni、Co、Pt、Yb、Tb、Dy、Er、及びPdの内から選択される少なくとも1つの金属を含み得る。
一実施形態において、ゲート電極150は、それぞれTiAlC/TiN/Wの積層構造、TiN/TaN/TiAlC/TiN/Wの積層構造、又はTiN/TaN/TiN/TiAlC/TiN/Wの積層構造を含むが、上記例示したものに限定されるものではない。
【0055】
一実施形態において、複数のゲート電極150上には、複数のゲートキャッピング層が配置される。
複数のゲートキャッピング層は、シリコン窒化物を含む。
複数のゲートキャッピング層は、複数のゲート電極150上で複数のゲート電極150のように互いに平行に第1水平方向(X方向)に沿って延長される。
ゲート電極150は、複数のナノシート(N1、N2、N3)を含むナノシート積層構造NSSの上面を覆うメインゲート部分150Mと、メインゲート部分150Mに接続され、複数のナノシート(N1、N2、N3)それぞれとフィン型活性領域FAとの空間に形成される複数のサブゲート部分150Sとを含む。
複数のサブゲート部分150Sそれぞれの両端上には、ゲート誘電膜145を挟んで複数の絶縁スペーサ140が配置される。
【0056】
図15Aには、ゲート電極150が第1水平方向(X方向)に沿ってダミーレール構造体DPRS上に延長されるものと示しているが、それに限定されない。
例えば、図1Bに示したゲート電極GLが埋め込みレールPRと垂直方向(Z方向)に重畳しないように、平面視において埋め込みレールPRに隣接して切断される一端を有するものと同様に、ゲート電極150は、第1水平方向(X方向)に沿って延長されるが、ダミーレール構造体DPRSと垂直方向(Z方向)に重畳しないように、平面視においてダミーレール構造体DPRSに隣接して切断される一端を有する。
【0057】
一実施形態において、ゲート誘電膜145とダミーレール構造体DPRSとの間、すなわち、ゲート誘電膜145と第1絶縁バリヤーBPRとの間、及びゲート誘電膜145とダミー埋め込みレールDPRとの間には、素子分離膜118の一部分が介在する。
例えば、ゲート間絶縁膜172を形成する前に、又はゲート誘電膜145及びゲート電極150を形成する前に、図10Aに示したダミーレール構造体DPRSの上側一部分を除去した後、上側一部分が除去されたダミーレール構造体DPRSの上面を覆う素子分離膜118の部分をさらに形成する。
【0058】
一方、ゲート間絶縁膜172の一部分を除去し、ゲート間絶縁膜172を貫通してソース/ドレイン領域160を露出させる第1プラグホールCH1を形成し、第1プラグホールCH1を充填する第1導電性プラグCP1を形成する。
第1プラグホールCH1を形成する過程において、ビア構造体PVSの一部分、例えば、第2絶縁バリヤーBPVの一部分を共に除去し、第1プラグホールCH1内に電力ビアPVが露出される。
第1導電性プラグCP1は、電力ビアPVとソース/ドレイン領域160とを電気的に接続する。
一実施形態において、第1導電性プラグCP1は、ゲート誘電膜145及びゲート電極150を形成する前に形成する。
第1導電性プラグCP1は、複数のフィン型活性領域FAを横切る方向に延長されるように形成する。
例えば、第1導電性プラグCP1は、第1水平方向(X方向)に延長される。
【0059】
第1導電性プラグCP1及びゲート電極150上には、層間絶縁層180が配置される。
層間絶縁層180は、例えば、HDP(High Density Plasma)酸化膜、オルトケイ酸テトラエチル(TEOS)酸化膜、TOSZ(Tonen SilaZene)、SOG(Spin On Glass)、USG(Undoped Silica Glass)、又は低誘電膜(low-k dielectric layer)のような絶縁物質を含み得る。
【0060】
層間絶縁層180を貫通してゲート電極150を露出させる第2プラグホールCH2を形成した後、第2プラグホールCH2を充填する第2導電性プラグCP2を形成する。
例えば、第2導電性プラグCP2は、層間絶縁層180を貫通してゲート電極150と電気的に接続される。
一実施形態において、ゲート電極150上にゲートキャッピング層が配置される場合、第2プラグホールCH2は、層間絶縁層180及びゲートキャッピング層を貫通してゲート電極150を露出させるように形成する。
例えば、第2導電性プラグCP2は、層間絶縁層180及びゲートキャッピング層を貫通してゲート電極150と電気的に接続される。
【0061】
第1導電性プラグCP1及び第2導電性プラグCP2は、それぞれ導電性バリヤー層、及び導電性バリヤー層を覆う導電性コア層からなる。
導電性バリヤー層は、Ti、Ta、TiN、TaN、又はそれらの組み合わせを含み、導電性コア層は、Co、W、Cu、又はそれらの組み合わせを含む。
第1導電性プラグCP1及び第2導電性プラグCP2それぞれは、垂直方向(Z方向)に上側から下側に延長されつつ水平幅が減少するテーパー形状を有するように形成する。
第1導電性プラグCP1及び第2導電性プラグCP2それぞれは、基板110に向かって水平幅が減少するように形成する。
【0062】
図15A図16を共に参照すると、基板110の下側一部分を除去し、基板110の下面を覆う下部絶縁層105を形成する。
次いで、下部絶縁層105及び基板110の一部分を除去し、ダミーレール構造体DPRSを露出させる配線リセスPDHを形成し、配線リセスPDHを介してダミー埋め込みレールDPRを除去する。
ダミー埋め込みレールDPRが除去され、第1電力ホールPRH内は、第1絶縁バリヤーBPRにより限定空間RCHが限定される。
下部絶縁層105は、酸化シリコン(SiO)、窒化シリコン(SiN)、酸窒化シリコン(SiON)、酸化ゲルマニウム(GeO)、窒化ゲルマニウム(GeN)、酸化アルミニウム(Al)、酸化タンタル(Ta)、酸化ハフニウム(HfO)、及び窒化アルミニウム(AlN)の内の1つの絶縁膜、又はそれらの内の少なくとも2つの絶縁膜の積層構造からなる。
【0063】
図16及び図17を共に参照すると、配線リセスPDHの内面、すなわち、配線リセスPDH内に露出される下部絶縁層105、基板110、及び素子分離膜118を覆う配線バリヤーPDBを形成した後、配線リセスPDH及び限定空間RCHを充填する電力配線ラインPDL及び埋め込みレールPRを形成する。
一実施形態において、埋め込みレールPRと電力配線ラインPDLとは、一体をなすように共に形成する。
例えば、埋め込みレールPRと電力配線ラインPDLとは、同一物質を含む。
埋め込みレールPRは、配線リセスPDHを充填するように形成するので、埋め込みレールPRは、セルフアライン(self-align)により電力ビアPVと接続されるように形成される。
電力配線ラインPDL、埋め込みレールPR及び電力ビアPVは、電力伝送網を構成する。
【0064】
第1絶縁バリヤーBPRと埋め込みレールPRとを共にレール構造体PRSとも称する。
埋め込みレールPR及びレール構造体PRSは、素子分離膜118を貫通する。
第1絶縁バリヤーBPRは、第1電力ホールPRHの内側面を覆うが、第1電力ホールPRHを充填しないように、第1電力ホールPRHの内側面をコンフォーマルに覆う。
第1絶縁バリヤーBPRと埋め込みレールPRとは、第1電力ホールPRHを全て充填する。
第1絶縁バリヤーBPRは、埋め込みレールPRを取り囲み、埋め込みレールPRと素子分離膜118との間に介在する。
埋め込みレールPRは、垂直方向(Z方向)に上側から下側に延長されつつ水平幅が減少するテーパー形状を有するように形成する。
埋め込みレールPRは、電力配線ラインPDLに向かって水平幅が減少するように形成する。
【0065】
電力配線ラインPDLは、基板110及び下部絶縁層105を貫通する。
電力配線ラインPDLは、垂直方向(Z方向)に下側から上側に延長されつつ水平幅が減少するテーパー形状を有するように形成する。
電力配線ラインPDLは、埋め込みレールPRに向かって水平幅が減少するように形成する。
すなわち、埋め込みレールPRと電力配線ラインPDLとは、互いに向かって水平幅が減少するように形成する。
配線バリヤーPDBは、電力配線ラインPDLと下部絶縁層105との間、及び電力配線ラインPDLと基板110との間に介在する。
一実施形態において、配線バリヤーPDBは、シリコン窒化物を含み得る。
【0066】
埋め込みレールPR及び電力配線ラインPDLは、埋め込みバリヤー層及び埋め込み導電層からなる。
埋め込みバリヤー層は、限定空間RCHの内側面及び底面、並びに配線リセスPDHの内側面及び底面をコンフォーマルに覆うように形成する。
埋め込み導電層は、埋め込みバリヤー層の表面を覆い、配線リセスPDH及び限定空間RCHを充填するように形成する。
埋め込みバリヤー層は、例えば、Ti、Ta、TiN、TaN、又はそれらの組み合わせを含み得る。
埋め込み導電層は、例えば、W、Cu、Mo、Ru、Nb、Hf、又はそれらの組み合わせを含み得る。
【0067】
図18は、本発明の実施形態による集積回路素子を説明するための断面図である。
具体的には、図18は、図1AのX2-X2’線に沿って切断した断面図である。
図18を参照すると、下部絶縁層105及び電力配線ラインPDL下に、配線間絶縁層210、並びに配線ライン222及び配線ビア224からなる配線構造220を形成する。
配線間絶縁層210は、配線ライン222及び配線ビア224の少なくとも一部分を取り囲む。
配線間絶縁層210の下面には、配線ライン222の一部分が露出される。
配線間絶縁層210の下面に露出される配線ライン222の一部分は、外部接続パッドの機能を行う。
配線間絶縁層210の下面に露出され、外部接続パッドの機能を行う配線ライン222の一部分上には、外部接続端子250が付着可能である。
【0068】
通常の集積回路素子において、基板、半導体基板、又は半導体層の両面の内のFinFET素子のようなトランジスタが配置される面を前面と称し、前面に反対になる面を背面と称する。
電力配線ラインPDL、配線間絶縁層210、及び配線構造220は、基板110において、複数のフィン型活性領域FAが形成される面と反対になる面、すなわち、基板110の背面上に配置され、ゲート電極150、ソース/ドレイン領域160、第1導電性プラグCP1、及び第2導電性プラグCP2は、基板110の前面上に配置される。
【0069】
集積回路素子1は、トレンチTREにより定義される複数のフィン型活性領域FAを有する基板110、トレンチTREを充填する素子分離膜118、素子分離膜118内に介在する埋め込みレールPR、埋め込みレールPRと接続される電力ビアPV、ソース/ドレイン領域160、電力ビアPVとソース/ドレイン領域160とを接続する第1導電性プラグCP1、ゲート電極150、及びゲート電極150と接続される第2導電性プラグCP2を含む。
埋め込みレールPRは、電力配線ラインPDLを介して外部接続端子250と接続される。
複数のフィン型活性領域FAは、第1水平方向(X方向)に沿って一定のピッチに配列され、互いに平行に第2水平方向(Y方向)に沿って延長される。
一実施形態において、複数のフィン型活性領域FAそれぞれの上面上には、垂直方向(Z方向)に互いに離隔される複数のナノシート(N1、N2、N3)の積層構造NSSが配置される。
ナノシート(N1、N2、N3)それぞれの間には、絶縁スペーサ140が介在する。
【0070】
複数のゲート電極150は、複数のフィン型活性領域FAと交差する方向である第1水平方向(X方向)に延長される。
複数のゲート電極150は、それぞれ第2水平方向(Y方向)に同一幅を有し、第2水平方向(Y方向)に沿って一定のピッチに配列される。
複数のフィン型活性領域FAにおいて、ゲート電極150の両側には、複数のソース/ドレイン領域160が形成される。
複数のゲート電極150それぞれの間には、電力ビアPV及び第1導電性プラグCP1が介在する。
ゲート間絶縁層172は、複数のソース/ドレイン領域160を覆い、複数のゲート電極150それぞれの間を充填する。
第1導電性プラグCP1は、ソース/ドレイン領域160の上面の少なくとも一部と接し、ソース/ドレイン領域160と電気的に接続される。
電力ビアPVは、ゲート間絶縁層172を貫通し、第1導電性プラグCP1と埋め込みレールPRとを電気的に接続する。
第2導電性プラグCP2は、ゲート電極150と電気的に接続される。
【0071】
埋め込みレールPRは、素子分離膜118を貫通する第1電力ホールPRH内に配置される。
第1電力ホールPRH及び埋め込みレールPRは、第2水平方向(Y方向)に沿って延長される。
埋め込みレールPRは、電力配線ラインPDLと一体をなすように共に形成される。
例えば、埋め込みレールPRと電力配線ラインPDLとは、同一物質を含み得る。
埋め込みレールPRは、セルフアラインにより電力ビアPVと接続されるように形成される。
第1電力ホールPRH及び埋め込みレールPRは、垂直方向(Z方向)に上側から下側に延長されつつ水平幅が減少するテーパー形状を有するように形成される。
電力配線ラインPDLは、垂直方向(Z方向)に下側から上側に延長されつつ水平幅が減少するテーパー形状を有するように形成される。
すなわち、埋め込みレールPRと電力配線ラインPDLとは、互いに向かって水平幅が減少するように形成される。
【0072】
電力ビアPVは、第1電力ホールPRHと接続される第2電力ホールPVH内に配置される。
電力ビアPVは、埋め込みレールPRと第1導電性プラグCP1とを接続する。
電力ビアPV及び第2電力ホールPVHは、垂直方向(Z方向)に上側から下側に延長されつつ水平幅が減少するテーパー形状を有するように形成される。
第1導電性プラグCP1は、複数のフィン型活性領域FAを横切る方向に延長されるように形成される。
例えば、第1導電性プラグCP1は、第1水平方向(X方向)に延長される。
第1導電性プラグCP1及び第2導電性プラグCP2それぞれは、垂直方向(Z方向)に上側から下側に延長されつつ水平幅が減少するテーパー形状を有するように形成される。
本発明の実施形態による集積回路素子1において、外部接続端子250を介して提供される電力が、電力配線ラインPDL、埋め込みレールPR、電力ビアPV、及び第1導電性プラグCP1を介してソース/ドレイン領域160に供給される。
【0073】
図19A図19Dは、本発明の実施形態による集積回路素子の部分断面図である。
具体的には、図19A図19Dは、図18のXIV部分を拡大して示す断面図である。
図19Aを参照すると、第1絶縁バリヤーBPRは、第1電力ホールPRHの内側面上で第1厚みT1を有し、第2絶縁バリヤーBPVは、第2電力ホールPVHの内側面上で第2厚みT2を有する。
第1厚みT1は、第2厚みT2より大きい値を有する。
【0074】
水平方向において、電力ビアPVの最下端は、第1幅W1を有し、埋め込みレールPRの最上端は、第2幅W2を有する。
第2幅W2は、第1電力ホールPRH内で第1絶縁バリヤーBPRにより限定される限定空間RCHの最上端の幅、又はダミー埋め込みレールDPRの最上端の幅である。
第1幅W1及び第2幅W2は、実質的に同一値を有する。
水平方向において、第2電力ホールPVHの最下端は、第3幅W3を有し、第1電力ホールPRHの最上端は、第4幅W4を有する。
第3幅W3は、第4幅W4より小さい値を有し、第2幅W2より大きい値を有する。
【0075】
図19A図12Bと共に参照すると、第2電力ホールPVHの最下端の第3幅W3は、第1電力ホールPRHの最上端の第4幅W4より小さく、限定空間RCHの最上端の第2幅W2よりも大きい。
したがって、第2電力ホールPVHを形成する過程において、第2電力ホールPVHの底面には、ダミーレール構造体DPRSのみが露出され、素子分離膜118が露出されない。
また、第2電力ホールPVHの底面のエッジは、第1絶縁バリヤーBPR上に位置する。
【0076】
図19A図17と共に参照すると、第2絶縁バリヤーBPVは、第2電力ホールPVHの内側面上で第1厚みT1より小さい第2厚みT2を有し、電力ビアPVの最下端の第1幅W1は、埋め込みレールPRの最上端の第2幅W2と実質的に同一値を有する。
したがって、埋め込みレールPRは、セルフアラインにより電力ビアPVと接続されるように形成され、埋め込みレールPRの最上端と電力ビアPVの最下端とは、互いに接する。
したがって、埋め込みレールPRと電力ビアPVとの接続信頼性が高くなる。
【0077】
図19Bを参照すると、第1絶縁バリヤーBPRは、第1電力ホールPRHの内側面上で第1厚みT1を有し、第2絶縁バリヤーBPVは、第2電力ホールPVHの内側面上で第2厚みT2を有する。
第1厚みT1は、第2厚みT2より大きい値を有する。
水平方向において、電力ビアPVの最下端は、第1幅W1aを有し、埋め込みレールPRの最上端は、第2幅W2aを有する。
第1幅W1aは、第2幅W2aより大きい値を有する。
【0078】
図19B図17と共に参照すると、第2絶縁バリヤーBPVは、第2電力ホールPVHの内側面上で第1厚みT1より小さい第2厚みT2を有し、電力ビアPVの最下端の第1幅W1aは、埋め込みレールPRの最上端の第2幅W2aより大きい値を有する。
したがって、埋め込みレールPRは、セルフアラインにより電力ビアPVと接続されるように形成され、埋め込みレールPRの最上端の全ての部分は、電力ビアPVの最下端の部分と接する。
したがって、埋め込みレールPRと電力ビアPVとの接続信頼性が高くなる。
【0079】
図19Cを参照すると、第1絶縁バリヤーBPRは、第1電力ホールPRHの内側面上で第1厚みT1を有し、第2絶縁バリヤーBPVは、第2電力ホールPVHの内側面上で第2厚みT2を有する。
第1厚みT1は、第2厚みT2より大きい値を有する。
水平方向において、電力ビアPVの最下端は、第1幅W1bを有し、埋め込みレールPRの最上端は、第2幅W2bを有する。
第1幅W1b及び第2幅W2bは、実質的に同一値を有する。
【0080】
第1絶縁バリヤーBPRの最上端と第2絶縁バリヤーBPVの最下端とは、第1垂直レベルLV1で接し、電力ビアPVの最下端と埋め込みレールPRの最上端とは、第2垂直レベルLV2で接する。
第2垂直レベルLV2は、第1垂直レベルLV1より低い垂直レベルに位置する。
電力ビアPVは、第2電力ホールPVHから第1電力ホールPRH内に延長される。
例えば、電力ビアPVは、第2電力ホールPVHから、第1電力ホールPRH内で第1絶縁バリヤーBPRにより限定される限定空間RCH内に延長される。
すなわち、限定空間RCHは、電力ビアPVの一部分及び埋め込みレールPRにより全て充填される。
【0081】
図19C図12B及び図13Bと共に参照すると、第2電力ホールPVHの最下端を形成する過程において、ダミーレール構造体DPRSの上側一部分が共に除去され、図19C図13Bと共に参照すると、電力ビアPVは、第2電力ホールPVH、及びダミーレール構造体DPRSの上側一部分が除去された限定空間RCHの上側部分を充填するように形成される。
【0082】
図19C図17と共に参照すると、埋め込みレールPRの最上端と電力ビアPVの最下端とは、第1絶縁バリヤーBPRにより限定される限定空間RCH内で互いに接する。
埋め込みレールPRは、第1電力ホールPRHの下側部分、すなわち、限定空間RCHの下側部分を充填し、電力ビアPVは、第1電力ホールPRHの上側部分、すなわち、限定空間RCHの上側部分を充填する。
したがって、埋め込みレールPRと電力ビアPVとの界面は、第1絶縁バリヤーBPRにより取り囲まれるので、埋め込みレールPRと電力ビアPVとの接続信頼性が高くなる。
【0083】
図19Dを参照すると、第1絶縁バリヤーBPRは、第1電力ホールPRHの内側面上で第1厚みT1を有し、第2絶縁バリヤーBPVは、第2電力ホールPVHの内側面上で第2厚みT2を有する。
第1厚みT1は、第2厚みT2より大きい値を有する。
第1絶縁バリヤーBPRの最上端と第2絶縁バリヤーBPVの最下端とは、第1垂直レベルLV1で接し、電力ビアPVの最下端と埋め込みレールPRの最上端とは、第2垂直レベルLV2で接する。
第2垂直レベルLV2は、第1垂直レベルLV1より低い垂直レベルに位置する。
【0084】
電力ビアPVは、第1電力ホールPRH内で第1絶縁バリヤーBPRにより限定される限定空間RCH内に延長される。
すなわち、限定空間RCHは、電力ビアPVの一部分及び埋め込みレールPRにより全て充填される。
第1垂直レベルLV1において、電力ビアPVは、水平方向に第1幅W1cを有することができ、埋め込みレールPRの最上端は、第2幅W2cを有することができる。第1幅W1cは、第2幅W2cより大きい値を有することができる。第2幅W2cは、第2垂直レベルLV2において電力ビアPVの幅、すなわち、電力ビアPVの最下端の幅でもある。
【0085】
図19D図12B及び図13Bと共に参照すると、第2電力ホールPVHの最下端を形成する過程において、ダミーレール構造体DPRSの上側一部分が共に除去され、図19D図13Bと共に参照すると、電力ビアPVは、第2電力ホールPVH、及びダミーレール構造体DPRSの上側一部分が除去された限定空間RCHの上側部分を充填するように形成される。
図19D図17と共に参照すると、埋め込みレールPRの最上端と電力ビアPVの最下端とは、第1絶縁バリヤーBPRにより限定される限定空間RCH内で互いに接する。
したがって、埋め込みレールPRと電力ビアPVとの界面は、第1絶縁バリヤーBPRにより取り囲まれるので、埋め込みレールPRと電力ビアPVとの接続信頼性が高くなる。
【0086】
図20図22は、本発明の実施形態による集積回路素子の製造方法を説明するための断面図である。
具体的には、図20図22は、図1AのX2-X2’線に沿って切断した断面図である。
図15B及び図20を共に参照すると、ダミーレール構造体DPRSが露出されないように、基板110の下側一部分を除去する。
【0087】
図20及び図21を共に参照すると、基板110の下側一部分を除去し、基板110の下面から一部分を除去して、貫通ホールTVHを形成する。
貫通ホールTVHの底面には、ダミーレール構造体DPRSが露出される。
貫通ホールTVHは、第1電力ホールPRHと接続される。
貫通ホールTVHは、基板110を貫通する。
次いで、基板110の下面を覆う下部絶縁層105を形成する。
次いで、下部絶縁層105の一部分を除去して、貫通ホールTVHと接続される配線リセスPDHを形成し、配線リセスPDH及び貫通ホールTVHを介してダミー埋め込みレールDPRを除去する。
【0088】
ダミー埋め込みレールDPRが除去され、第1電力ホールPRH内は、第1絶縁バリヤーBPRにより限定空間RCHが限定される。
貫通ホールTVHは、限定空間RCHと接続される。
貫通ホールTVHは、垂直方向(Z方向)に下側から上側に延長されつつ水平幅が減少するテーパー形状を有するように形成する。
貫通ホールTVHは、限定空間RCHに向かって水平幅が減少するように形成される。すなわち、貫通ホールTVHと限定空間RCHとは、互いに向かって水平幅が減少するように形成される。
【0089】
図21及び図22を共に参照すると、貫通ホールTVH及び配線リセスPDHの内側面を覆う配線バリヤーPDBaを形成した後、配線リセスPDH、貫通ホールTVH、及び限定空間RCHを充填する電力配線ラインPDLa、貫通電極TSV、及び埋め込みレールPRを形成する。
一実施形態において、埋め込みレールPR、貫通電極TSV、及び電力配線ラインPDLaは、一体をなすように共に形成する。
【0090】
例えば、埋め込みレールPR、貫通電極TSV、及び電力配線ラインPDLaは、同一物質を含み得る。
埋め込みレールPRは、配線リセスPDHを充填するように形成されるので、埋め込みレールPRは、セルフアラインにより電力ビアPVと接続されるように形成され、貫通電極TSVは、貫通ホールTVHを充填するように形成されるので、貫通電極TSVは、セルフアラインにより埋め込みレールPRと接続されるように形成される。
貫通電極TSVは、基板110を貫通する。
電力配線ラインPDLa、貫通電極TSV、埋め込みレールPR、及び電力ビアPVは、電力伝送網を構成する。
【0091】
貫通電極TSVは、垂直方向(Z方向)に下側から上側に延長されつつ水平幅が減少するテーパー形状を有するように形成する。
貫通電極TSVは、埋め込みレールPRに向かって水平幅が減少するように形成する。
すなわち、貫通電極TSVと埋め込みレールPRとは、互いに向かって水平幅が減少するように形成する。
電力配線ラインPDLaは、垂直方向(Z方向)に下側から上側に延長されつつ水平幅が減少するテーパー形状を有するように形成する。
電力配線ラインPDLaは、貫通電極TSVに向かって水平幅が減少するように形成する。
【0092】
図23は、本発明の実施形態による集積回路素子を説明するための断面図である。
具体的には、図23は、図1AのX2-X2’線に沿って切断した断面図である。
図23を参照すれば、下部絶縁層105及び電力配線ラインPDLa下に、配線間絶縁層210、並びに配線ライン222及び配線ビア224からなる配線構造220を形成する。
配線間絶縁層210は、配線ライン222及び配線ビア224の少なくとも一部分を取り囲む。
配線間絶縁層210の下面には、配線ライン222の一部分が露出される。
配線間絶縁層210の下面に露出される配線ライン222の一部分は、外部接続パッドの機能を行う。
配線間絶縁層210の下面に露出され、外部接続パッドの機能を行う配線ライン222の一部分上には、外部接続端子250が付着可能である。
本発明の実施形態による集積回路素子2において、外部接続端子250を介して提供される電力が、電力配線ラインPDLa、貫通電極TSV、埋め込みレールPR、電力ビアPV、及び第1導電性プラグCP1を介してソース/ドレイン領域160に供給される。
【0093】
図24は、本発明の実施形態による集積回路素子を説明するための断面図である。
具体的には、図24は、図1AのX2-X2’線に沿って切断した断面図である。
図24を参照すると、集積回路素子1aは、図18に示した集積回路素子1が含むレール構造体PRS及び電力配線ラインPDLの代わりに、レール構造体PRSb及び電力配線ラインPDLbを有する。
レール構造体PRSbは、第1絶縁バリヤーBPRb及び埋め込みレールPRbを含む。
第1電力ホールPRHbは、素子分離膜118を貫通して基板110内に延長される。
【0094】
例えば、第1電力ホールPRHbは、素子分離膜118を貫通し、基板110内に延長されて基板110の上側部分を貫通する。
第1絶縁バリヤーBPRbは、第1電力ホールPRHbの内面を覆う。
第1絶縁バリヤーBPRbは、第1電力ホールPRHb内に限定空間RCHbを限定する。
埋め込みレールPRbは、限定空間RCHbを充填する。
埋め込みレールPRbは、素子分離膜118を貫通し、基板110内に延長されて基板110の上側部分を貫通する。
【0095】
配線リセスPDHbは、下部絶縁層105及び基板110の下側部分を貫通する。
配線リセスPDHbは、第1電力ホールPRHbと接続される。
電力配線ラインPDLb及び配線バリヤーPDBbは、配線リセスPDHbを充填する。
配線バリヤーPDBbは、電力配線ラインPDLbと下部絶縁層105との間、及び電力配線ラインPDLbと基板110の下側部分との間に介在する。
一実施形態において、埋め込みレールPRbと電力配線ラインPDLbとは、一体をなすように共に形成される。
例えば、埋め込みレールPRbと電力配線ラインPDLbとは、同一物質を含み得る。
電力配線ラインPDLb、埋め込みレールPRb、及び電力ビアPVは、電力伝送網を構成する。
【0096】
図25は、本発明の実施形態による集積回路素子を説明するための断面図である。
具体的には、図25は、図1AのX2-X2’線に沿って切断した断面図である。
図25を参照すると、集積回路素子1bは、図18に示した集積回路素子1が含むレール構造体PRS及び電力配線ラインPDLの代わりに、レール構造体PRSc及び電力配線ラインPDLcを有する。
レール構造体PRScは、第1絶縁バリヤーBPRc及び埋め込みレールPRcを含む。
第1電力ホールPRHcは、素子分離膜118を貫通して基板110内に延長される。
例えば、第1電力ホールPRHcは、素子分離膜118及び基板110を貫通する。
【0097】
第1絶縁バリヤーBPRcは、第1電力ホールPRHcの内面を覆う。
第1絶縁バリヤーBPRcは、第1電力ホールPRHc内に限定空間RCHcを限定する。
埋め込みレールPRcは、限定空間RCHcを充填する。
埋め込みレールPRcは、素子分離膜118を貫通し、基板110内に延長されて基板110を貫通する。
配線リセスPDHcは、下部絶縁層105を貫通する。
配線リセスPDHcは、第1電力ホールPRHcと接続される。
【0098】
電力配線ラインPDLc及び配線バリヤーPDBcは、配線リセスPDHcを充填する。
配線バリヤーPDBcは、電力配線ラインPDLcと下部絶縁層105との間に介在する。
一実施形態において、配線バリヤーPDBcは、電力配線ラインPDLcと基板110の下面との間にも介在する。
一実施形態において、埋め込みレールPRcと電力配線ラインPDLcとは、一体をなすように共に形成される。
例えば、埋め込みレールPRcと電力配線ラインPDLcとは、同一物質を含み得る。
電力配線ラインPDLc、埋め込みレールPRc、及び電力ビアPVは、電力伝送網を構成する。
【0099】
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】
【0100】
1、1a、1b、2 集積回路素子
105 下部絶縁層
106S 犠牲半導体層
110 基板
110M 主面
118 素子分離膜
118p 予備素子分離膜
130 ゲートスペーサ
140 絶縁スペーサ
145 ゲート誘電膜
150 ゲート電極
150M メインゲート部分
150S サブゲート部分
160 ソース/ドレイン領域
172 ゲート間絶縁膜
180 層間絶縁層
210 配線間絶縁層
220 配線構造
222 配線ライン
224 配線ビア
250 外部接続端子
BPR 第1絶縁バリヤー
BPV 第2絶縁バリヤー
CH1 第1プラグホール
CP1 第1導電性プラグ
CP2 第2導電性プラグ
D12 酸化膜
D14 ダミーゲート層
D16 キャッピング層
DGS ダミーゲート構造体
DPR ダミー埋め込みレール
DPRS ダミーレール構造体
FA フィン型活性領域
GL ゲート電極
GS ゲート空間
N1、N2、N3 ナノシート
NS ナノシート半導体層
NSS 積層構造
PDB 配線バリヤー
PDL、PDLb、PDLc 電力配線ライン
PDH 配線リセス
PR、PRa、PRb 埋め込みレール
PRH 第1電力ホール
PRS レール構造体
PV、PVa 電力ビア
PVH 第2電力ホール
PVS ビア構造体
RCH 限定空間
RS リセス領域
TRE トレンチ
TSV 貫通電極


図1A
図1B
図1C
図1D
図2
図3
図4
図5
図6
図7
図8
図9A
図9B
図10A
図10B
図11A
図11B
図11C
図12A
図12B
図13A
図13B
図14A
図14B
図15A
図15B
図15C
図16
図17
図18
図19A
図19B
図19C
図19D
図20
図21
図22
図23
図24
図25