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KR101707849B1 - Semiconductor device having asymmetric dual-gate structure and fabrication method thereof - Google Patents

Semiconductor device having asymmetric dual-gate structure and fabrication method thereof Download PDF

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KR101707849B1
KR101707849B1 KR1020150062734A KR20150062734A KR101707849B1 KR 101707849 B1 KR101707849 B1 KR 101707849B1 KR 1020150062734 A KR1020150062734 A KR 1020150062734A KR 20150062734 A KR20150062734 A KR 20150062734A KR 101707849 B1 KR101707849 B1 KR 101707849B1
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gate
insulating film
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etching
film
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박병국
김형진
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서울대학교산학협력단
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    • H01L29/7831
    • H01L29/7843
    • H01L29/7855

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Abstract

본 발명은 분리된 별개의 공정으로 2개의 게이트를 서로 비대칭적 구조를 갖도록 형성함으로써, 하나의 소자에서 게이트에 따라 서로 다른 전기적 특성을 얻을 수 있어, 이를 통해 휘발성/비휘발성 특징을 모두 가진 메모리 소자, 문턱 전압을 쉽게 조절할 수 있는 TFET, 단-장기기억전환이 가능한 시냅스 모방소자 등에 다양하게 활용될 수 있는 비대칭 듀얼게이트 구조를 갖는 반도체소자 및 그 제조방법을 제공한다.In the present invention, two gates are formed to have an asymmetric structure by a separate separate process, so that different electrical characteristics can be obtained according to gates in a single device, whereby a memory device having both a volatile / non- A TFET capable of easily adjusting a threshold voltage, and a synapse mimic element capable of short-term memory switching, and a method of manufacturing the semiconductor device.

Description

비대칭 듀얼게이트 구조를 갖는 반도체소자 및 그 제조방법{SEMICONDUCTOR DEVICE HAVING ASYMMETRIC DUAL-GATE STRUCTURE AND FABRICATION METHOD THEREOF}BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor device having an asymmetric dual gate structure,

본 발명은 반도체소자 및 그 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 독립적으로 제어 가능한 비대칭 듀얼게이트 구조를 갖는 반도체소자 및 그 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a semiconductor device and a method of manufacturing the same, and more particularly, to a semiconductor device having an asymmetric dual gate structure that can be independently controlled and a method of manufacturing the same.

종래 듀얼게이트 구조를 갖는 반도체소자는, 한국 등록특허 제10-1286707호에서와 같이 소스와 드레인 사이의 채널영역 상에서 채널길이 방향으로 또는 미국 공개특허 US2012/0032732에서와 같이 소스/드레인 및 채널영역(바디)을 공유하면서 2개의 독립적인 게이트가 형성된 구조를 갖는다.A semiconductor device having a conventional dual gate structure can be formed in the channel length direction on the channel region between the source and the drain as in Korean Patent No. 10-1286707 or on the source / drain and channel regions Body) and two independent gates are formed.

그런데, 종래의 듀얼게이트는 모두 대칭적으로 형성되어 하나의 반도체소자에서 독립적인 2개의 게이트에 따라 서로 다른 전기적 특성을 얻을 수 없어, 단-장기기억전환 기능이 있는 시냅스 모방소자 등으로 다양하게 활용할 수 없는 문제점이 있다.However, all conventional dual gates are symmetrically formed, so that different electrical characteristics can not be obtained according to two independent gates in one semiconductor device, and thus various kinds of devices can be utilized such as a synapse mimic element having a short-term memory switching function There is no problem.

이에 본 발명은 2개의 게이트가 서로 비대칭적 구조를 가지게 하여 하나의 소자에서 게이트에 따라 서로 다른 전기적 특성이 있도록 함으로써, 시냅스 모방소자 등에 다양하게 이용될 수 있는 반도체소자 구조와 에피텍셜 성장공정 없이 일반적인 CMOS 공정만으로 비대칭 듀얼게이트 소자를 제조할 수 있는 공정방법을 제공하고자 한다.Therefore, it is an object of the present invention to provide a semiconductor device structure which can be variously used for a synapse mimetic device or the like by making two gates have an asymmetric structure with each other, And to provide a process method capable of manufacturing an asymmetric dual gate device by only a CMOS process.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 의한 비대칭 듀얼게이트 구조를 갖는 반도체소자는 반도체 기판에 일정거리 이격된 소스 영역과 드레인 영역; 상기 소스 영역과 상기 드레인 영역을 연결하는 핀 바디(fin body); 상기 핀 바디의 일 측면으로 제 1 게이트 절연막을 사이에 두고 형성된 제 1 게이트; 상기 핀 바디 상 및 상기 제 1 게이트의 일 측면에 형상된 절연막 측벽; 및 상기 절연막 측벽 및 상기 핀 바디의 반대 측면 상에 제 2 게이트 절연막을 사이에 두고 형성된 제 2 게이트를 포함하여 구성되되, 상기 제 1 게이트 절연막 및 상기 제 2 게이트 절연막 중 어느 하나는 단일 물질층으로 형성되고, 다른 하나는 전하저장층을 포함하는 2 이상 물질층의 적층구조로 형성된 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, a semiconductor device having an asymmetric dual gate structure according to the present invention includes: a source region and a drain region spaced apart from a semiconductor substrate by a predetermined distance; A fin body connecting the source region and the drain region; A first gate formed on one side of the pin body with a first gate insulating film interposed therebetween; An insulating film side wall formed on the pin body and on one side of the first gate; And a second gate formed on the sidewall of the insulating film and on the opposite side of the pin body with a second gate insulating film interposed therebetween, wherein any one of the first gate insulating film and the second gate insulating film is a single material layer And the other is formed of a laminated structure of two or more material layers including a charge storage layer.

상기 제 1 게이트 절연막은 실리콘산화막이고, 상기 제 2 게이트 절연막은 산화막/나이트라이드(nitride)/산화막의 적층구조로 형성된 것일 수 있다.The first gate insulating film may be a silicon oxide film, and the second gate insulating film may be formed of a stacked structure of an oxide film, a nitride film, and an oxide film.

상기 소스 영역과 상기 드레인 영역은 서로 반대 도전형을 갖는 것일 수 있다.The source region and the drain region may have opposite conductivity types.

상기 반도체 기판은 SOI 기판이고, 상기 제 1 게이트 및 상기 제 2 게이트 절연막은 매몰 절연막 상에 형성된 것일 수 있다.The semiconductor substrate may be an SOI substrate, and the first gate and the second gate insulating film may be formed on the buried insulating film.

본 발명에 의한 비대칭 듀얼게이트 구조를 갖는 반도체소자의 제조방법은 SOI 기판상에 하드마스크를 형성하고, 상기 SOI 기판의 실리콘층을 식각하여 제 1 게이트용 홈을 형성하는 제 1 단계; 상기 제 1 게이트용 홈의 측면으로 드러난 상기 실리콘층을 산화시켜 제 1 게이트 산화막을 형성하고, 제 1 게이트 물질로 상기 제 1 게이트용 홈을 메워 제 1 게이트를 형성하는 제 2 단계; 상기 하드마스크를 제거하는 제 3 단계; 상기 SOI 기판상의 전면에 절연막을 증착하고 식각하여 상기 제 1 게이트의 측면으로 절연막 측벽을 형성하는 제 4 단계; 상기 제 1 게이트의 일 측면과 마주하는 상기 실리콘층에 액티브 영역을 정의하기 위한 식각 마스크를 형성하는 제 5 단계; 상기 식각 마스크로 상기 실리콘층을 식각하여 핀 바디(fin body)로 연결되는 액티브 영역을 형성하는 제 6 단계; 상기 SOI 기판상의 전면에 제 2 게이트 절연막 및 제 2 게이트 물질을 증착하고 식각하여 제 2 게이트를 형성하는 제 7 단계; 및 상기 제 1 게이트 및 상기 제 2 게이트를 식각하여 상기 액티브 영역을 드러내고 이온 주입하여 소스/드레인 영역을 형성하는 제 8 단계를 포함하여 구성되되, 상기 제 7 단계의 상기 제 2 게이트 절연막은 전하저장층을 포함하는 2 이상 물질층의 적층구조로 형성하는 것을 특징으로 한다.A method of fabricating a semiconductor device having an asymmetric dual gate structure according to the present invention includes a first step of forming a hard mask on an SOI substrate and etching a silicon layer of the SOI substrate to form a groove for a first gate; A second step of oxidizing the silicon layer exposed at the side of the first gate groove to form a first gate oxide film and filling the first gate material with the first gate material to form a first gate; A third step of removing the hard mask; A fourth step of depositing an insulation film on the entire surface of the SOI substrate and etching the insulation film to form a side wall of the insulation film on the side of the first gate; A fifth step of forming an etch mask for defining an active region in the silicon layer facing one side of the first gate; A sixth step of etching the silicon layer with the etching mask to form an active region connected to a fin body; Depositing a second gate insulating film and a second gate material over the entire surface of the SOI substrate and etching the second gate insulating film to form a second gate; And an eighth step of etching the first gate and the second gate to expose the active region and ion implantation to form a source / drain region, wherein the second gate insulating film in the seventh step includes a charge storage Layer structure including two or more material layers.

상기 제 1 단계는 상기 제 1 게이트용 홈의 일측으로 제 1 게이트 컨택용 홈이 함께 형성되도록 하고, 상기 제 2 단계는 상기 제 1 게이트 물질을 일정 두께로 증착한 후 상기 하드마스크가 드러나도록 평탄화 공정으로 식각하고, 상기 제 7 단계는 상기 제 2 게이트 물질을 일정 두께로 증착한 후 상기 제 2 게이트 절연막이 드러나도록 평탄화 공정으로 식각할 수 있다.The first step may include forming a first gate contact groove on one side of the first gate groove, and the second step may include depositing the first gate material to a predetermined thickness, and then planarizing In the seventh step, the second gate material is deposited to a predetermined thickness and then etched by a planarization process so that the second gate insulating film is exposed.

상기 제 4 단계의 상기 절연막 측벽은 LPCVD로 산화막을 증착한 후 식각한 것으로 상기 제 6 단계에서 핀 바디 형성을 위한 식각 마스크로 사용되고, 상기 제 5 단계의 상기 식각 마스크는 소스/드레인 영역 상에만 형성될 수 있다.The sidewall of the insulating film in the fourth step is etched after depositing an oxide film by LPCVD. In the sixth step, the sidewall of the insulating film is used as an etch mask for forming a fin body, and the etch mask in the fifth step is formed only on the source / .

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상기 하드마스크는 상기 SOI 기판상에서 산화막과 나이트라이드(nitride)를 순차 적층시킨 것이고, 상기 제 1 게이트 물질 및 상기 제 2 게이트 물질은 폴리 실리콘 또는 비정질 실리콘이고, 상기 제 2 게이트 절연막은 산화막/나이트라이드/산화막의 적층구조로 형성할 수 있다.Wherein the hard mask is formed by sequentially laminating an oxide film and a nitride on the SOI substrate, wherein the first gate material and the second gate material are polysilicon or amorphous silicon, and the second gate insulating film is an oxide film / / Oxide film can be formed.

본 발명은 분리된 별개의 공정으로 2개의 게이트를 서로 비대칭적 구조를 갖도록 형성함으로써, 하나의 소자에서 게이트에 따라 서로 다른 전기적 특성을 얻을 수 있어, 이를 통해 휘발성/비휘발성 특징을 모두 가진 메모리 소자, 어느 하나의 게이트를 통해 문턱 전압을 쉽게 조절할 수 있는 TFET(터널링 전계효과 트랜지스터), 단-장기기억전환이 가능한 시냅스 모방소자 등에 다양하게 활용될 수 있는 효과가 있다.In the present invention, two gates are formed to have an asymmetric structure by a separate separate process, so that different electrical characteristics can be obtained according to gates in a single device, whereby a memory device having both a volatile / non- , A TFET (Tunneling Field Effect Transistor) capable of easily adjusting a threshold voltage through any one of the gates, and a synapse mimic element capable of short-term memory switching.

도 1 내지 도 9는 본 발명의 일 실시예에 의한 비대칭 듀얼게이트 구조를 갖는 반도체소자의 제조방법을 보여주는 공정도(평면도, 단면도)이다. 특히, 도 1(b), 도 2(b), 도 3(b), 도 4(b), 도 6(b), 도 7(b)는 각각 도 1(a), 도 2(a), 도 3(a), 도 4(a), 도 6(a), 도 7(a)의 AA선 확대 단면도이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 의한 비대칭 듀얼게이트 구조를 갖는 반도체소자(도 8)에서 제 2 게이트(92)에 일정 전압을 인가한 상태에서 제 1 게이트(52)의 전압변화에 대한 드레인 전류 특성을 보여주는 전기적 특성도이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 의한 비대칭 듀얼게이트 구조를 갖는 반도체소자(도 8)에서 제 1 게이트(52)에 일정 전압을 인가한 상태에서 제 2 게이트(92)의 전압변화에 대한 드레인 전류 특성을 보여주는 전기적 특성도이다.
1 to 9 are process drawings (plan views, sectional views) showing a method of manufacturing a semiconductor device having an asymmetric dual gate structure according to an embodiment of the present invention. Particularly, Figures 1 (b), 2 (b), 3 (b), 4 (b), 6 (b) and 7 FIG. 3A is an enlarged cross-sectional view taken along line AA in FIG. 3A, FIG. 4A, FIG. 6A and FIG.
FIG. 10 is a graph showing the relationship between the drain voltage Vd of the first gate 52 and the drain voltage Vd of the first gate 52 in a state where a constant voltage is applied to the second gate 92 in the semiconductor device having the asymmetric dual gate structure according to the embodiment of the present invention This is an electrical characteristic diagram showing current characteristics.
FIG. 11 is a graph showing the relationship between the drain voltage Vd of the second gate 92 and the gate voltage Vd of the second gate 92 in a state where a constant voltage is applied to the first gate 52 in the semiconductor device having an asymmetric dual gate structure according to an embodiment of the present invention This is an electrical characteristic diagram showing current characteristics.

이하, 첨부된 도면을 참조하며 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.

본 발명의 일 실시예에 의한 비대칭 듀얼게이트 구조를 갖는 반도체소자는, 도 1 내지 도 9에 예시적으로 도시된 공정도로부터 알 수 있는 바와 같이, 반도체 기판(20)에 일정거리 이격된 소스 영역(24)과 드레인 영역(26); 상기 소스 영역과 상기 드레인 영역을 연결하는 핀 바디(fin body, 22); 상기 핀 바디의 일 측면으로 제 1 게이트 절연막(40)을 사이에 두고 형성된 제 1 게이트(52); 상기 핀 바디 상 및 상기 제 1 게이트의 일 측면에 형상된 절연막 측벽(60); 및 상기 절연막 측벽 및 상기 핀 바디의 반대 측면 상에 제 2 게이트 절연막(80)을 사이에 두고 형성된 제 2 게이트(92)를 포함하여 구성된다.A semiconductor device having an asymmetric dual gate structure according to an embodiment of the present invention includes a source region (not shown) spaced a certain distance from the semiconductor substrate 20, as shown in the process drawings exemplarily shown in FIGS. 1 to 9 24 and a drain region 26; A fin body (22) connecting the source region and the drain region; A first gate (52) formed on one side of the pin body with a first gate insulating film (40) interposed therebetween; An insulation film sidewall 60 formed on the fin body and on one side of the first gate; And a second gate (92) formed on the sidewall of the insulating film and on the opposite side of the pin body with a second gate insulating film (80) interposed therebetween.

상기 반도체 기판은 하나 이상의 불순물 도핑층으로 주변과 전기적으로 격리시킨 벌크 기판일 수 있으나, 도 1과 같이, 매몰 절연막(매몰 산화막: BOX, 10) 상에 실리콘층(20)을 갖는 SOI(Si-On-Insulator) 기판이 바람직하다.The semiconductor substrate may be a bulk substrate electrically isolated from the periphery by one or more impurity doping layers. However, as shown in FIG. 1, an SOI (Si-Si) layer having a silicon layer 20 on an embedded insulating film (buried oxide film: BOX) On-Insulator) substrate is preferable.

상기 제 1 게이트 절연막(40) 및 상기 제 2 게이트 절연막(80)은 동일한 물질 및/또는 동일한 적층 형태를 가질 수 있으나, 후술하는 바와 같이, 별개의 공정으로 진행하여, 둘 중 하나는 통상의 게이트 절연막(예컨대, 실리콘산화막)으로 형성하고 다른 하나는 전하저장층을 포함하는 스택구조(예컨대, 전하를 저장할 수 있는 전하저장층이 포함된 2 이상 물질층의 적층구조)로 형성함이 바람직하다. The first gate insulating film 40 and the second gate insulating film 80 may have the same material and / or the same stacking pattern, but as will be described later, proceeding to a separate process, (For example, a silicon oxide film), and the other is formed of a stack structure including a charge storage layer (for example, a stacked structure of two or more material layers including a charge storage layer capable of storing charges).

구체적 실시예로, 도 8과 같이, 상기 제 1 게이트 절연막(40)은 실리콘산화막으로, 상기 제 2 게이트 절연막(80)은 산화막/나이트라이드(nitride)/산화막의 적층구조로 형성할 수 있다.8, the first gate insulating layer 40 may be a silicon oxide layer, and the second gate insulating layer 80 may be formed of an oxide layer, a nitride layer, and an oxide layer. Referring to FIG.

상기와 같이, 제 1, 2 게이트(52, 92)가 서로 비대칭적이고, 제 1, 2 게이트 절연막(40, 80)도 서로 다른 물질 및/또는 구조로 형성함으로써, 도 10 및 도 11과 같이, 하나의 소자에서 게이트에 따라 서로 다른 전기적 특성을 얻을 수 있게 된다.As described above, since the first and second gates 52 and 92 are asymmetric with respect to each other and the first and second gate insulating films 40 and 80 are formed with different materials and / or structures, as shown in FIGS. 10 and 11, It is possible to obtain different electrical characteristics depending on the gate in one device.

도 10은 본 발명의 일 실시예에 의한 비대칭 듀얼게이트 구조를 갖는 반도체소자(도 8)에서 제 2 게이트(92)에 -2~2V 범위 내에 측정 스텝별로 1V씩 증가하며 일정 전압을 인가한 상태에서 제 1 게이트(52)의 전압변화에 대한 드레인 전류 특성을 보여주는 전기적 특성도이고, 도 11은 반대로 제 1 게이트(52)에 -1~1V 범위 내에 측정 스텝별로 0.5V씩 증가하며 일정 전압을 인가한 상태에서 제 2 게이트(92)의 전압변화에 대한 드레인 전류 특성을 보여주는 전기적 특성도이다.FIG. 10 shows a state in which a constant voltage is applied to the second gate 92 in a semiconductor device having an asymmetric dual gate structure (FIG. 8) according to an embodiment of the present invention, FIG. 11 is an electrical characteristic diagram showing a drain current characteristic with respect to a voltage change of the first gate 52 in the first gate 52. Conversely, FIG. FIG. 5 is an electrical characteristic diagram showing drain current characteristics with respect to a voltage change of the second gate 92 in an applied state.

따라서, 도 8과 같은 본 발명의 비대칭 듀얼게이트 구조를 갖는 반도체소자에 의하면, 하나의 소자로 휘발성/비휘발성 특징을 모두 가진 메모리 소자, 문턱 전압을 쉽게 조절할 수 있는 TFET(터널링 전계효과 트랜지스터), 단-장기기억전환이 가능한 시냅스 모방소자 등 다양하게 활용될 수 있게 된다.Therefore, according to the semiconductor device having the asymmetric dual gate structure of the present invention as shown in FIG. 8, a memory device having both volatile / nonvolatile characteristics as a single device, a TFET (tunneling field effect transistor) capable of easily adjusting a threshold voltage, And a synaptic mimic element capable of short-term memory switching.

여기서, TFET(터널링 전계효과 트랜지스터) 소자로 구현될 경우, 상기 소스 영역(24)과 상기 드레인 영역(26)은 서로 반대 도전형을 갖게 된다.Here, when implemented with a TFET (tunneling field effect transistor) device, the source region 24 and the drain region 26 have opposite conductivity types.

또한, 상기 반도체 기판을 SOI 기판으로 하여 형성할 경우, 도 8과 같이, 상기 제 1 게이트(52) 및 상기 제 2 게이트 절연막(80)은 매몰 절연막(10) 상에 형성될 수 있다.When the semiconductor substrate is formed as an SOI substrate, the first gate 52 and the second gate insulating film 80 may be formed on the buried insulating film 10, as shown in FIG.

이하, 도 1 내지 도 9를 참조하며, 본 발명의 일 실시예에 의한 비대칭 듀얼게이트 구조를 갖는 반도체소자의 제조방법에 대하여 설명한다.Hereinafter, a method of manufacturing a semiconductor device having an asymmetric dual gate structure according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 9. FIG.

우선, 도 1과 같이, SOI 기판(20)상에 하드마스크(30)를 형성하고, 상기 SOI 기판의 실리콘층(20)을 식각하여 제 1 게이트용 홈(12)을 형성한다(제 1 단계).First, as shown in FIG. 1, a hard mask 30 is formed on the SOI substrate 20, and the silicon layer 20 of the SOI substrate is etched to form the first gate groove 12 ).

이때, 상기 하드마스크(30)는 차후 상기 제 1 게이트용 홈(12)에 게이트 물질을 채우고 식각시 식각마스크 역할을 할 수 있도록 하기 위한 것이므로, 게이트 물질과 식각 선택비가 있는 물질이면 어떤 것도 가능하나, 도 1과 같이, 상기 SOI 기판(20)상에서 산화막(32)과 나이트라이드(nitride; 34)를 순차 적층시켜 형성함이 바람직하다. 후자의 경우, 최상단 나이트라이드(34)는 차후 평탄화 공정으로 CMP 공정을 진행할 때 식각 스토퍼(stopper)로 기능 하게 된다.At this time, the hard mask 30 is filled with a gate material for the first gate 12 and can serve as an etch mask when etched. Therefore, any material having a gate material and an etch selectivity ratio can be used An oxide layer 32 and a nitride layer 34 are sequentially formed on the SOI substrate 20 as shown in FIG. In the latter case, the uppermost nitride 34 functions as an etching stopper when the CMP process is performed in the subsequent planarization process.

또한, 도 1과 같이, 상기 제 1 게이트용 홈(12)의 일측으로 제 1 게이트 컨택용 홈(14)이 함께 형성되도록 하드마스크(30)를 형성하고, 상기 SOI 기판의 실리콘층(20)을 식각함이 바람직하다.1, a hard mask 30 is formed so that a first gate contact groove 14 is formed at one side of the first gate groove 12, and a silicon layer 20 of the SOI substrate is formed, Is preferably etched.

도 1에서 도 1(a)는 최상단층을 나이트라이드(34)로 하는 하드마스크(30)를 형성한 다음, SOI 기판의 실리콘층(20)을 식각하여 제 1 게이트용 홈(12) 및 제 1 게이트 컨택용 홈(14)이 만들어진 모습을 평면도로 도시한 것이고, 도 1(b)는 도 1(a)의 AA선 단면도로 확대하여 도시한 것이다.1, the hard mask 30 having the uppermost layer as the nitride layer 34 is formed, and then the silicon layer 20 of the SOI substrate is etched to form the grooves 12 for the first gate and the 1 is a plan view of the gate contact groove 14, and FIG. 1 (b) is an enlarged cross-sectional view taken along the line AA of FIG. 1 (a).

이어, 도 2와 같이, 도 1에서 상기 제 1 게이트용 홈(12)의 측면으로 드러난 상기 실리콘층(20)을 산화시켜 제 1 게이트 산화막(40)을 형성하고, 제 1 게이트 물질로 상기 제 1 게이트용 홈(12)을 메워 제 1 게이트(52)를 형성한다(제 2 단계).2, the silicon layer 20 exposed at the side of the first gate groove 12 is oxidized to form a first gate oxide film 40, The first gate 52 is formed by filling the groove for one gate 12 (second step).

상기 산화 공정시 제 1 게이트 산화막(40)은, 도 2(b)와 같이, 도 1에서 제 1 게이트용 홈(12)의 측면으로 드러난 실리콘층(20)뿐만 아니라 하드마스크(30)의 산화막(32)과 접하는 실리콘층(20)에도 실리콘산화막으로 형성될 수 있다.2 (b), the first gate oxide film 40 is formed on the oxide film 40 of the hard mask 30 as well as the silicon layer 20 exposed on the side of the first gate groove 12 in FIG. The silicon layer 20 in contact with the silicon oxide film 32 may be formed of a silicon oxide film.

그리고, 상기 제 1 단계에서 제 1 게이트 컨택용 홈(14)도 함께 형성된 경우에는, 도 2(a)와 같이, 제 1 게이트 물질이 제 1 게이트 컨택용 홈(14)에 메워져 제 1 게이트 컨택 패드(54)도 함께 형성하게 된다. When the first gate contact groove 14 is also formed in the first step, the first gate material is filled in the first gate contact groove 14 to form the first gate contact 14, A pad 54 is also formed.

이때, 상기 제 1 게이트 물질은 폴리 실리콘 또는 비정질 실리콘일 수 있고, 제 1 게이트 물질을 일정 두께로 증착한 후, 도 2(b)와 같이, 상기 하드마스크(30)가 드러나도록 평탄화 공정을 진행할 수 있다. 평탄화 공정은 공지의 CMP 공정으로 진행함이 바람직하고, 이때 상술한 바와 같이, 하드마스크(30)의 최상단 나이트라이드(34)는 식각 스토퍼(stopper)로 기능 하게 된다.In this case, the first gate material may be polysilicon or amorphous silicon. After the first gate material is deposited to a predetermined thickness, a planarization process is performed to expose the hard mask 30 as shown in FIG. 2 (b) . The planarization process preferably proceeds to a known CMP process, wherein the uppermost nitride 34 of the hard mask 30 functions as an etch stopper, as described above.

이후, 도 3과 같이, 상기 하드마스크(30)를 제거한다(제 3 단계). 하드마스크(30)의 나이트라이드(34)는 건식 식각(dry eth)으로, 하드마스크(30)의 산화막(32)은 불산에 의한 습식 식각(wet etch)으로 각각 제거할 수 있다.Thereafter, as shown in FIG. 3, the hard mask 30 is removed (step 3). The nitride layer 34 of the hard mask 30 may be removed by dry et and the oxide layer 32 of the hard mask 30 may be removed by wet etch by hydrofluoric acid.

다음, 도 4와 같이, 상기 하드마스크(30)의 제거로 제 1 게이트(52) 및 제 1 게이트 컨택 패드(54)가 돌출된 기판 전면에 절연막을 증착하고 비등방성으로 식각하여 제 1 게이트(52) 및 제 1 게이트 컨택 패드(54)의 각 측면으로 절연막 측벽(60)을 형성한다(제 4 단계). 4, an insulating film is deposited on the entire surface of the substrate where the first gate 52 and the first gate contact pad 54 protrude by removing the hard mask 30 and is anisotropically etched to form a first gate 52 and the first gate contact pad 54 (step 4).

이때, 상기 절연막 측벽(60)은 LPCVD로 산화막을 증착한 후 식각하여, 40nm 정도로 얇은 두께를 가진 측벽을 형성함이 바람직하다. 이는 후속공정에서 절연막 측벽(60)을 식각 마스크로 하여 얇은 두께를 갖는 핀(fin) 바디를 형성할 수 있기 때문이다.At this time, the insulating film sidewall 60 is preferably etched by depositing an oxide film by LPCVD to form sidewalls having a thickness of about 40 nm. This is because a fin body having a thin thickness can be formed using the insulating film side wall 60 as an etching mask in a subsequent process.

이어, 도 5와 같이, 상기 제 1 게이트(52)의 일 측면과 마주하는 상기 실리콘층(20)에 액티브 영역을 정의하기 위한 식각 마스크(70)를 형성한다(제 5 단계).5, an etching mask 70 for defining an active region is formed on the silicon layer 20 facing the one side of the first gate 52 (step 5).

이때, 상기 식각 마스크(70)는, 도 5와 같이, 차후 소스/드레인 영역(24, 26) 및 핀 바디(22)가 형성될 부분 모두를 커버 할 수 있도록 형성될 수도 있으나, 핀 바디(22)는 절연막 측벽(60)을 식각 마스크로 하고, 소스/드레인 영역(24, 26)만 커버 하도록 형성될 수 있다.5, the etch mask 70 may be formed so as to cover both the source / drain regions 24 and 26 and the portion where the fin body 22 is to be formed, but the fin body 22 May be formed to cover only the source / drain regions 24 and 26, using the insulating film side wall 60 as an etching mask.

이후, 도 6과 같이, 상기 식각 마스크(70)로 상기 실리콘층(20)을 식각하여 핀 바디(22)로 연결되는 액티브 영역(24, 26)을 형성한다(제 6 단계).6, the silicon layer 20 is etched with the etch mask 70 to form active regions 24 and 26 connected to the fin body 22 (step 6).

이때, 상기 식각 마스크(70)로 가려지지 않은 절연막 측벽(60)도, 도 6과 같이, 제거될 수 있고, 핀 바디(22)는 상술한 바와 같이 절연막 측벽(60)을 식각 마스크로 하여 형성될 수 있다.6, the fin body 22 is formed by using the insulating film sidewall 60 as an etching mask as described above, and the fin body 22 is formed using the insulating film side wall 60 as an etching mask as described above. .

이어, 도 7과 같이, 상기 기판 전면에 제 2 게이트 절연막(80) 및 제 2 게이트 물질(90)을 증착하고 식각하여 제 2 게이트(92)를 형성한다(제 7 단계).Next, as shown in FIG. 7, a second gate insulating layer 80 and a second gate material 90 are deposited on the entire surface of the substrate and etched to form a second gate 92 (Step 7).

이때, 상기 제 2 게이트 절연막(80)은 제 1 게이트 산화막(40)과 같이 단순히 실리콘산화막 등의 단일막으로 형성될 수도 있으나, 전하저장층을 포함하는 2 이상 물질층의 적층구조로, 예컨대 산화막/나이트라이드/산화막으로 제 1 게이트 산화막(40)과 다른 물질 및 적층구조로 형성함이 상술한 바와 같이 소자의 활용 측면에서 바람직하다. 본 실시예에 의하면, 상기 제 2 게이트 절연막(80)은 앞서 진행된 기판의 전면에 증착하는 것이어서, 2 이상의 물질층이라도 순차 적층 하면 되므로, 적층구조로 형성하는데 용이한 장점이 있다.At this time, the second gate insulating layer 80 may be formed of a single layer such as a silicon oxide layer as in the first gate oxide layer 40, but may have a stacked structure of two or more material layers including a charge storage layer, / Nitride / oxide film to have a different material from that of the first gate oxide film 40 and a laminated structure are preferable from the viewpoint of utilization of the device as described above. According to the present embodiment, the second gate insulating layer 80 is deposited on the entire surface of the substrate, which has been advanced, so that even if two or more material layers are sequentially stacked, it is easy to form a stacked structure.

그리고, 상기 제 2 게이트 물질(90)은 제 1 게이트 물질과 같이 폴리 실리콘 또는 비정질 실리콘일 수 있고, 이 또한 기판 전면에 일정 두께로 증착하고 상기 제 2 게이트 절연막(80)이 드러날 때까지 공지의 CMP 공정 등 평탄화 공정으로 식각하여 제 2 게이트(92)를 형성할 수 있다. The second gate material 90 may be polysilicon or amorphous silicon as well as the first gate material. The second gate material 90 may be deposited on the entire surface of the substrate to a predetermined thickness, The second gate 92 can be formed by a planarization process such as a CMP process.

이후, 도 9와 같이, 상기 제 1 게이트(52) 및 상기 제 2 게이트(92)를 식각하여 상기 액티브 영역(24, 26)을 드러내고 이온 주입하여 소스 영역(24) 및 드레인 영역(26)을 형성한다(제 8 단계).9, the first gate 52 and the second gate 92 are etched to expose the active regions 24 and 26, and ion implantation is performed to expose the source region 24 and the drain region 26 (Step 8).

이때, 제조되는 소자가 일반 MOSFET 구조라면 상기 액티브 영역(24, 26)을 드러내고 동시에 implant 공정을 진행하고, TFET일 경우에는 하나씩 다른 타입의 도펀트(dopant)를 implant 공정을 진행함으로써, 각각의 소스 영역(24) 및 드레인 영역(26)을 형성하게 된다.At this time, if the device to be manufactured is a general MOSFET structure, the active regions 24 and 26 are exposed and at the same time, the implant process is performed. In the case of a TFET, another type of dopant is implanted one by one, (24) and a drain region (26).

기타 미설명된 공정 단계 등은 일반적인 MOSFET이나 TFET의 제조공정에 따르면 되므로, 더 이상의 설명은 생략한다.The other process steps and the like described above can be performed according to the manufacturing process of a general MOSFET or TFET, so that further explanation is omitted.

10: 매몰 절연막 12: 제 1 게이트용 홈
14: 제 1 게이트 컨택용 홈 20: SOI 기판(실리콘층)
22: 핀 바디 24: 소스 영역
26: 드레인 영역 30: 하드마스크
32: 산화막 34: 나이트라이드
40: 제 1 게이트 절연막 52: 제 1 게이트
54: 제 1 게이트 컨택 패드 60: 절연막 측벽
70: 식각 마스크 80: 제 2 게이트 절연막
92: 제 2 게이트 94: 제 2 게이트 컨택 패드
10: buried insulating film 12: groove for first gate
14: groove for first gate contact 20: SOI substrate (silicon layer)
22: pin body 24: source region
26: drain region 30: hard mask
32: oxide film 34: nitride
40: first gate insulating film 52: first gate
54: first gate contact pad 60: insulating film side wall
70: etching mask 80: second gate insulating film
92: second gate 94: second gate contact pad

Claims (9)

반도체 기판에 일정거리 이격된 소스 영역과 드레인 영역;
상기 소스 영역과 상기 드레인 영역을 연결하는 핀 바디(fin body);
상기 핀 바디의 일 측면으로 제 1 게이트 절연막을 사이에 두고 형성된 제 1 게이트;
상기 핀 바디 상 및 상기 제 1 게이트의 일 측면에 형상된 절연막 측벽; 및
상기 절연막 측벽 및 상기 핀 바디의 반대 측면 상에 제 2 게이트 절연막을 사이에 두고 형성된 제 2 게이트를 포함하여 구성되되,
상기 제 1 게이트 절연막 및 상기 제 2 게이트 절연막 중 어느 하나는 단일 물질층으로 형성되고, 다른 하나는 전하저장층을 포함하는 2 이상 물질층의 적층구조로 형성된 것을 특징으로 하는 비대칭 듀얼게이트 구조를 갖는 반도체소자.
A source region and a drain region spaced apart from the semiconductor substrate by a predetermined distance;
A fin body connecting the source region and the drain region;
A first gate formed on one side of the pin body with a first gate insulating film interposed therebetween;
An insulating film side wall formed on the pin body and on one side of the first gate; And
And a second gate formed on the sidewall of the insulating film and on the opposite side of the pin body with a second gate insulating film interposed therebetween,
Wherein one of the first gate insulating film and the second gate insulating film is formed of a single material layer and the other is formed of a stacked structure of two or more material layers including a charge storage layer Semiconductor device.
제 1 항에 있어서,
상기 제 1 게이트 절연막은 실리콘산화막이고,
상기 제 2 게이트 절연막은 산화막/나이트라이드(nitride)/산화막의 적층구조로 형성된 것을 특징으로 하는 비대칭 듀얼게이트 구조를 갖는 반도체소자.
The method according to claim 1,
Wherein the first gate insulating film is a silicon oxide film,
Wherein the second gate insulating layer is formed of a stacked structure of an oxide layer, a nitride layer, and an oxide layer.
제 1 항에 있어서,
상기 소스 영역과 상기 드레인 영역은 서로 반대 도전형을 갖는 것을 특징으로 하는 비대칭 듀얼게이트 구조를 갖는 반도체소자.
The method according to claim 1,
Wherein the source region and the drain region have opposite conductivity types.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 반도체 기판은 SOI 기판이고,
상기 제 1 게이트 및 상기 제 2 게이트 절연막은 매몰 절연막 상에 형성된 것을 특징으로 하는 비대칭 듀얼게이트 구조를 갖는 반도체소자.
4. The method according to any one of claims 1 to 3,
Wherein the semiconductor substrate is an SOI substrate,
Wherein the first gate and the second gate insulating film are formed on the buried insulating film.
SOI 기판상에 하드마스크를 형성하고, 상기 SOI 기판의 실리콘층을 식각하여 제 1 게이트용 홈을 형성하는 제 1 단계;
상기 제 1 게이트용 홈의 측면으로 드러난 상기 실리콘층을 산화시켜 제 1 게이트 산화막을 형성하고, 제 1 게이트 물질로 상기 제 1 게이트용 홈을 메워 제 1 게이트를 형성하는 제 2 단계;
상기 하드마스크를 제거하는 제 3 단계;
상기 SOI 기판상의 전면에 절연막을 증착하고 식각하여 상기 제 1 게이트의 측면으로 절연막 측벽을 형성하는 제 4 단계;
상기 제 1 게이트의 일 측면과 마주하는 상기 실리콘층에 액티브 영역을 정의하기 위한 식각 마스크를 형성하는 제 5 단계;
상기 식각 마스크로 상기 실리콘층을 식각하여 핀 바디(fin body)로 연결되는 액티브 영역을 형성하는 제 6 단계;
상기 SOI 기판상의 전면에 제 2 게이트 절연막 및 제 2 게이트 물질을 증착하고 식각하여 제 2 게이트를 형성하는 제 7 단계; 및
상기 제 1 게이트 및 상기 제 2 게이트를 식각하여 상기 액티브 영역을 드러내고 이온 주입하여 소스/드레인 영역을 형성하는 제 8 단계를 포함하여 구성되되,
상기 제 7 단계의 상기 제 2 게이트 절연막은 전하저장층을 포함하는 2 이상 물질층의 적층구조로 형성하는 것을 특징으로 하는 비대칭 듀얼게이트 구조를 갖는 반도체소자의 제조방법.
A first step of forming a hard mask on an SOI substrate and etching a silicon layer of the SOI substrate to form a groove for a first gate;
A second step of oxidizing the silicon layer exposed at the side of the first gate groove to form a first gate oxide film and filling the first gate material with the first gate material to form a first gate;
A third step of removing the hard mask;
A fourth step of depositing an insulation film on the entire surface of the SOI substrate and etching the insulation film to form a side wall of the insulation film on the side of the first gate;
A fifth step of forming an etch mask for defining an active region in the silicon layer facing one side of the first gate;
A sixth step of etching the silicon layer with the etching mask to form an active region connected to a fin body;
Depositing a second gate insulating film and a second gate material over the entire surface of the SOI substrate and etching the second gate insulating film to form a second gate; And
And etching the first gate and the second gate to expose the active region and implant ions to form a source / drain region,
Wherein the second gate insulating film in the seventh step is formed in a stacked structure of two or more material layers including a charge storage layer.
제 5 항에 있어서,
상기 제 1 단계는 상기 제 1 게이트용 홈의 일측으로 제 1 게이트 컨택용 홈이 함께 형성되도록 하고,
상기 제 2 단계는 상기 제 1 게이트 물질을 일정 두께로 증착한 후 상기 하드마스크가 드러나도록 평탄화 공정으로 식각하고,
상기 제 7 단계는 상기 제 2 게이트 물질을 일정 두께로 증착한 후 상기 제 2 게이트 절연막이 드러나도록 평탄화 공정으로 식각하는 것을 특징으로 하는 비대칭 듀얼게이트 구조를 갖는 반도체소자의 제조방법.
6. The method of claim 5,
The first step may include forming a first gate contact groove on one side of the first gate groove,
The second step may include depositing the first gate material to a predetermined thickness, etching the second gate material by a planarization process so that the hard mask is exposed,
Wherein the second gate material is deposited to a predetermined thickness and then etched by a planarization process to expose the second gate insulation layer.
제 6 항에 있어서,
상기 제 4 단계의 상기 절연막 측벽은 LPCVD로 산화막을 증착한 후 식각한 것으로 상기 제 6 단계에서 핀(fin) 바디 형성을 위한 식각 마스크로 사용되고,
상기 제 5 단계의 상기 식각 마스크는 소스/드레인 영역 상에만 형성되는 것을 특징으로 하는 비대칭 듀얼게이트 구조를 갖는 반도체소자의 제조방법.
The method according to claim 6,
The sidewall of the insulating film in the fourth step is etched after the oxide film is deposited by LPCVD. In the sixth step, the sidewall is used as an etch mask for forming a fin body,
Wherein the etching mask in the fifth step is formed only on the source / drain regions.
삭제delete 제 5 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 하드마스크는 상기 SOI 기판상에서 산화막과 나이트라이드(nitride)를 순차 적층시킨 것이고,
상기 제 1 게이트 물질 및 상기 제 2 게이트 물질은 폴리 실리콘 또는 비정질 실리콘이고,
상기 제 2 게이트 절연막은 산화막/나이트라이드/산화막의 적층구조로 형성하는 것을 특징으로 하는 비대칭 듀얼게이트 구조를 갖는 반도체소자의 제조방법.
8. The method according to any one of claims 5 to 7,
The hard mask is formed by sequentially stacking an oxide film and a nitride on the SOI substrate,
Wherein the first gate material and the second gate material are polysilicon or amorphous silicon,
Wherein the second gate insulating film is formed of a laminated structure of an oxide film, a nitride film, and an oxide film.
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Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008124457A (en) * 2006-11-13 2008-05-29 Internatl Business Mach Corp <Ibm> Asymmetric multi-gate transistor and formation method
KR101286707B1 (en) * 2012-05-17 2013-07-16 서강대학교산학협력단 Tunneling field effect transistor having finfet structure of independent dual gates and fabrication method thereof

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100423907B1 (en) * 2001-06-14 2004-03-22 삼성전자주식회사 Semiconductor device and method of fabricating the same

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008124457A (en) * 2006-11-13 2008-05-29 Internatl Business Mach Corp <Ibm> Asymmetric multi-gate transistor and formation method
KR101286707B1 (en) * 2012-05-17 2013-07-16 서강대학교산학협력단 Tunneling field effect transistor having finfet structure of independent dual gates and fabrication method thereof

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