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公開番号2025165864
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-11-05
出願番号2025038314
出願日2025-03-11
発明の名称半導体装置
出願人三星電子株式会社,Samsung Electronics Co.,Ltd.
代理人弁理士法人共生国際特許事務所
主分類H10D 30/67 20250101AFI20251028BHJP()
要約【課題】異なる閾値電圧を有するトランジスタの閾値電圧を最適化する半導体装置を提供する。
【解決手段】半導体装置は、第1領域10及び第2領域20を含む半導体基板100と、第1領域の半導体基板上に配置される第1ゲート構造体GS1と、第2領域の半導体基板上に配置される第2ゲート構造体GS2と、を備え、第1ゲート構造体は、第1金属パターンWF1、第1高誘電パターンHK1及び第1金属パターンの第1下部部分である第1仕事関数層を含み、第2ゲート構造体は、第2金属パターンWF2、第2高誘電パターンHK2及び第2高誘電パターンの第2上部部分である第2仕事関数層を含み、第1仕事関数層は、第1金属パターン内の第1金属元素及び第1高誘電パターン内のダイポール物質を含み、第2仕事関数層及び第2高誘電パターンは、金属酸化物を含み、第2仕事関数層内の酸素含量が第2高誘電パターン内の酸素含量よりも大きい。
【選択図】図2
特許請求の範囲【請求項１】
第１領域及び第２領域を含む半導体基板と、
前記第１領域の前記半導体基板上に配置される第１ゲート構造体と、
前記第２領域の前記半導体基板上に配置される第２ゲート構造体と、を備え、
前記第１ゲート構造体は、第１金属パターン、前記半導体基板と前記第１金属パターンとの間の第１高誘電パターン、及び前記第１高誘電パターンと前記第１金属パターンとの間の第１仕事関数層を含み、
前記第２ゲート構造体は、第２金属パターン、前記半導体基板と前記第２金属パターンとの間の第２高誘電パターン、及び前記第２高誘電パターンと前記第２金属パターンとの間の第２仕事関数層を含み、
前記第１仕事関数層は、前記第１金属パターン内の第１金属元素及び前記第１高誘電パターン内のダイポール物質を含み、
前記第２仕事関数層及び前記第２高誘電パターンは、金属酸化物を含み、前記第２仕事関数層内の酸素含量が前記第２高誘電パターン内の酸素含量よりも大きいことを特徴とする半導体装置。
続きを表示（約 830 文字）【請求項２】
前記第１仕事関数層及び前記第２仕事関数層は、前記半導体基板の上面から互いに異なる距離に位置す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３】
前記第２高誘電パターン及び前記第２仕事関数層は、前記第１高誘電パターン内の前記ダイポール物質を含ま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】
前記第１高誘電パターン内の前記ダイポール物質は、ランタン（ｌａｎｔｈａｎｕｍ）系列の物質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５】
前記第１高誘電パターン及び前記第２高誘電パターンは、第２金属元素、シリコン（Ｓｉ）、及び酸素（Ｏ）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６】
前記第１高誘電パターンは、前記第２高誘電パターンと同一の厚さを有す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７】
前記第１金属パターン及び前記第２金属パターンは、同一の仕事関数を有する金属物質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８】
前記第１金属パターンは、前記第２金属パターンと同一の厚さを有することを特徴とする請求項７に記載の半導体装置。
【請求項９】
前記第２仕事関数層は、前記第１金属元素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１０】
前記第１ゲート構造体は、前記半導体基板と前記第１高誘電パターンとの間の第１界面パターンを更に含み、
前記第２ゲート構造体は、前記半導体基板と前記第２高誘電パターンとの間の第２界面パターンを更に含み、
前記第１界面パターン及び第２界面パターンは、同一の誘電体物質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１１】以降は省略されています）
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、より詳細には、異なる閾値電圧を有するトランジスタを含む半導体装置に関する。
続きを表示（約 2,700 文字）【背景技術】
【０００２】
半導体装置はＭＯＳ電界効果トランジスタ（ＭＯＳ（ＭｅｔａｌＯｘｉｄｅＳｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）ＦＥＴ）で構成された集積回路を含む。このような半導体装置は高集積化するにつれてＭＯＳ電界効果トランジスタのサイズの縮小（ｓｃａｌｅｄｏｗｎ）もますます加速化しており、これによって半導体装置の動作特性が低下する。したがって、半導体装置の高集積化に伴う限界を克服しながら、より優れた性能の半導体装置を形成するための様々な方法が研究されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
米国特許第１１４３０６５１号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、上記従来技術に鑑みてなされたものであって、本発明の目的は、電気的特性を向上させた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】
【０００５】
上記目的を達成するためになされた本発明の一態による半導体装置は、第１領域及び第２領域を含む半導体基板と、前記第１領域の前記半導体基板上に配置される第１ゲート構造体と、前記第２領域の前記半導体基板上に配置される第２ゲート構造体と、を備え、前記第１ゲート構造体は、第１金属パターン、前記半導体基板と前記第１金属パターンとの間の第１高誘電パターン、及び前記第１高誘電パターンと前記第１金属パターンとの間の第１仕事関数層を含み、前記第２ゲート構造体は、第２金属パターン、前記半導体基板と前記第２金属パターンとの間の第２高誘電パターン、及び前記第２高誘電パターンと前記第２金属パターンとの間の第２仕事関数層を含み、前記第１仕事関数層は、前記第１金属パターン内の第１金属元素及び前記第１高誘電パターン内のダイポール物質を含み、前記第２仕事関数層及び前記第２高誘電パターンは、金属酸化物を含み、前記第２仕事関数層内の酸素含量が前記第２高誘電パターン内の酸素含量よりも大きい。
【０００６】
上記目的を達成するためになされた本発明の他の態による半導体装置は、第１領域及び第２領域を含む半導体基板と、前記第１領域の前記半導体基板上に配置される第１ゲート構造体と、前記第２領域の前記半導体基板上に配置される第２ゲート構造体と、を備え、前記第１ゲート構造体は、第１ゲート電極、前記第１ゲート電極と前記半導体基板との間の第１界面パターン、前記第１界面パターンと前記第１ゲート電極との間の第１高誘電パターン、及び前記第１高誘電パターンと前記第１ゲート電極との間の第１金属パターンを含み、前記第２ゲート構造体は、第２ゲート電極、前記第２ゲート電極と前記半導体基板との間の第２界面パターン、前記第２界面パターンと前記第２ゲート電極との間の第２高誘電パターン、及び前記第２高誘電パターンと前記第２ゲート電極との間の第２金属パターンを含み、前記第１金属パターン及び第２金属パターンは、同一の仕事関数を有する金属物質を含み、前記第１金属パターンは、前記第１高誘電パターンの上面に接する第１下部部分及び前記第１高誘電パターンから離隔される第１上部部分を含み、第２高誘電パターンは、前記第２界面パターンに隣接する第２下部部分及び前記第２金属パターンに隣接する第２上部部分を含み、前記第１高誘電パターン及び前記第１金属パターンの前記第１下部部分は、ランタン系列物質を含み、前記第２高誘電パターンの前記第２上部部分の酸素含量は、前記第２下部部分の酸素含量よりも大きい。
【０００７】
上記目的を達成するためになされた本発明の更に他の態による半導体装置は、セルアレイ領域と第１領域及び第２領域を含む周辺領域とを含む半導体基板と、前記セルアレイ領域のセル活性領域、前記第１領域の第１活性領域、及び前記第２領域の第２活性領域を定義する素子分離膜と、前記セルアレイ領域のセル活性領域を横切るビットライン構造体と、前記第１活性領域上に配置される第１ゲート構造体と、前記第２活性領域上に配置される第２ゲート構造体と、を備え、前記第１ゲート構造体は、第１ゲート電極、前記第１ゲート電極と前記半導体基板との間の第１界面パターン、前記第１界面パターンと前記第１ゲート電極との間の第１高誘電パターン、及び前記第１高誘電パターンと前記第１ゲート電極との間の第１金属パターンを含み、前記第２ゲート構造体は、第２ゲート電極、前記第２ゲート電極と前記半導体基板との間の第２界面パターン、前記第２界面パターンと前記第２ゲート電極との間の第２高誘電パターン、及び前記第２高誘電パターンと前記第２ゲート電極との間の第２金属パターンを含み、前記ビットライン構造体は、一方向に沿って延長されるビットライン及び前記ビットラインと前記セル活性領域との間のビットラインコンタクトパターンを含み、前記第１高誘電パターン及び前記第１高誘電パターンに接する前記第１ゲート電極の下部部分は、ダイポール物質を含み、前記第２高誘電パターンは、前記第２界面パターンに隣接する下部部分及び前記第２金属パターンに隣接する上部部分を含み、前記第２高誘電パターンの前記上部部分の酸素含量は、前記下部部分の酸素含量よりも大きい。
【０００８】
一実施形態による半導体装置の製造方法は、第１及び第２領域を含む半導体基板を提供する段階と、前記半導体基板上に高誘電膜を形成する段階と、前記第２領域の高誘電膜上に犠牲金属パターンを形成する段階と、前記第１領域の前記高誘電膜及び前記第２領域の前記犠牲金属パターン上にダイポール膜を形成する段階と、１次熱処理工程を遂行して前記ダイポール膜内のダイポール物質を前記第１領域の前記高誘電膜内に提供して前記犠牲金属パターンと前記高誘電膜との間に第１仕事関数層を形成する段階と、前記ダイポール膜及び前記犠牲金属パターンを除去する段階と、前記第１領域で前記ダイポール物質を含む高誘電膜上に金属膜を形成する段階と、２次熱処理工程を遂行して前記第１領域で前記高誘電膜と前記金属膜との間に前記ダイポール物質を含む第２仕事関数層を形成する段階と、を有する。
【０００９】
その他の実施形態の具体的な事項は詳細な説明及び図面に含まれる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、互いに異なる閾値電圧を有する第１及び第２トランジスタで、第１及び第２ゲート構造体の高さの差を減らしながら、第１及び第２トランジスタの閾値電圧を最適化することができる。
（【００１１】以降は省略されています）

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