半导体装置及其制造方法制造方法及图纸

本公开提供半导体装置及其制造方法。在半导体装置的制造方法中，在基底上形成虚设栅极结构，在虚设栅极结构上形成第一绝缘层，移除虚设栅极结构以在第一绝缘层内形成栅极空间，在栅极空间内形成第一导电层以形成缩小的栅极空间，将与第一导电层不同材料制成的第二导电层填入缩小的栅极空间，将填入的第一导电层和第二导电层凹陷以形成第一栅极凹陷，在第一栅极凹陷内的第一导电层和第二导电层上形成第三导电层，在将填入的第一导电层和第二导电层凹陷之后，第二导电层自第一导电层突出。

【技术实现步骤摘要】
半导体装置及其制造方法
本公开涉及半导体装置的制造方法，特别涉及金属栅极结构的结构及其制造方法。
技术介绍
当半导体工业已进展至纳米科技工艺世代以追求更高的装置密度、更高的效能和更低的成本，来自生产和设计的考验造就了三维(3D)设计的发展，例如鳍式场效晶体管(Finfieldeffecttransistor，FinFET)和具有高介电常数(high-k)材料的金属栅极结构的使用。金属栅极结构通常使用栅极取代(gatereplacement)技术制造。
技术实现思路
根据本公开的一个观点，在半导体装置的制造方法中，在基底上形成虚设栅极结构，在虚设栅极结构上形成第一绝缘层，移除虚设栅极结构以在第一绝缘层内形成栅极空间，在栅极空间内形成第一导电层以形成缩小的栅极空间，将与第一导电层不同材料制成的第二导电层填入缩小的栅极空间，将填入的第一导电层和第二导电层凹陷以形成第一栅极凹陷，在第一栅极凹陷内的第一导电层和第二导电层上形成第三导电层，在将填入的第一导电层和第二导电层凹陷之后，第二导电层自第一导电层突出。在本公开的制造方法的一个实施方式中，还包括在形成该第三导电层之前，在该第二导电层上形成一第四导电层。在本公开的制造方法的另一个实施方式中，还包括：将该第三导电层凹陷以形成一第二栅极凹陷；以及在该第二栅极凹陷内的凹陷的该第三导电层上形成一第二绝缘层。在本公开的制造方法的另一个实施方式中，该第二导电层的材料与该第三导电层的材料相同。在本公开的制造方法的另一个实施方式中，该第二导电层的材料包含钨(W)、钴(Co)、钛(Ti)、铝(Al)和铜(Cu)的至少一者。在本公开的制造方法的另一个实施方式中，该第一导电层的材料包含TiN、Al、TaAlC和TiAl的至少一者。在本公开的制造方法的另一个实施方式中，该第四导电层的材料包含TiN、TaN和Ti的至少一者。根据本公开的另一观点，在半导体装置的制造方法中，在第一区形成第一场效晶体管的第一虚设栅极结构，第一场效晶体管具有第一栅极长度(Lg1)，以及在第二区形成第二场效晶体管的第二虚设栅极结构，第二场效晶体管具有第二栅极长度(Lg2)，第二栅极长度(Lg2)大于第一栅极长度(Lg1)。在第一虚设栅极结构和第二虚设栅极结构上形成第一绝缘层，移除第一虚设栅极结构和第二虚设栅极结构以在第一绝缘层内分别形成第一栅极空间和第二栅极空间，在第一栅极空间内形成第一区的第一导电层以形成缩小的第一栅极空间，以及在第二栅极空间内形成第二区的第一导电层以形成缩小的第二栅极空间。将与第一区的第一导电层不同材料制成的第一区的第二导电层填入缩小的第一栅极空间，以及将与第二区的第一导电层不同材料制成的第二区的第二导电层填入缩小的第二栅极空间。以掩模层覆盖第二区，将填入的第一区的第一导电层和第一区的第二导电层凹陷以形成第一栅极凹陷，同时掩模层覆盖第二区。在第一栅极凹陷内的第一区的第一导电层和第一区的第二导电层上形成第三导电层，同时掩模层覆盖第二区。在形成第三导电层之后，移除掩模层，以及将第一区内的第三导电层、第二区内的第二区的第一导电层和第二区的第二导电层凹陷。在本公开的制造方法的一个实施方式中，在将填入的该第一区的第一导电层和该第一区的第二导电层凹陷之后，该第一区的第二导电层自该第一区的第一导电层突出。在本公开的制造方法的另一个实施方式中，在将该第一区内的该第三导电层、该第二区内的该第二区的第一导电层和该第二区的第二导电层凹陷之后，该第二区的第二导电层自该第二区的第一导电层突出。在本公开的制造方法的另一个实施方式中，在将该第一区内的该第三导电层、该第二区内的该第二区的第一导电层和该第二区的第二导电层凹陷之后，凹陷的该第三导电层自一基底的高度与凹陷的该第二区的第二导电层自该基底的高度不同。在本公开的制造方法的另一个实施方式中，还包括在形成该第三导电层之前，在该第一区的第二导电层上形成一第四导电层。在本公开的制造方法的另一个实施方式中，还包括在将该第一区内的该第三导电层、该第二区内的该第二区的第一导电层和该第二区的第二导电层凹陷之后，在凹陷的该第三导电层、凹陷的该第二区的第二导电层和凹陷的该第二区的第一导电层上形成一第二绝缘层。在本公开的制造方法的另一个实施方式中，该第一区的第二导电层的材料与该第三导电层的材料相同。在本公开的制造方法的另一个实施方式中，该第一区的第二导电层和该第二区的第二导电层的材料包含钨(W)、钴(Co)、钛(Ti)、铝(Al)和铜(Cu)的至少一者。在本公开的制造方法的另一个实施方式中，该第一区的第一导电层和该第二区的第一导电层的材料包含TiN、Al、TaAlC和TiAl的至少一者。在本公开的制造方法的另一个实施方式中，该第四导电层的材料包含TiN、TaN和Ti的至少一者。根据本公开的另一观点，半导体装置包含第一场效晶体管，第一场效晶体管包含第一栅极介电层和第一栅极电极，第一栅极电极包含第一下导电层、第一上导电层和设置于第一下导电层和第一上导电层之间的中间导电层，第一下导电层包含与第一栅极介电层接触的第一底导电层和第一块状导电层，且第一块状导电层自第一底导电层突出。在本公开的半导体装置的一个实施方式中，还包括：一第二场效晶体管，包含一第二栅极介电层和一第二栅极电极，其中该第二栅极电极包含与该第二栅极介电层接触的一第二底导电层和一第二块状导电层，且一绝缘层接触该第二底导电层的一上表面。在本公开的半导体装置的另一个实施方式中，该第一上导电层自一基底的高度与该第二块状导电层自该基底的高度不同。附图说明通过以下的详述配合所附附图，可以更加理解本公开的内容。需强调的是，根据工业上的标准惯例，许多特征部件并未按照比例绘制且仅用于阐述目的。事实上，为了能清楚地讨论，不同特征部件的尺寸可能被增加或减少。图1A-图15是根据本公开一实施例，显示半导体装置的示范连续工艺；图16-图20是根据本公开另一实施例，显示半导体装置的示范连续工艺；图21-图23是根据本公开另一实施例，显示半导体装置的示范连续工艺；图24是根据本公开另一实施例，显示半导体装置的剖面示意图；图1B-图24显示沿图1A的X1-X1线的剖面示意图。其中，附图标记说明如下：10～基底；20～鳍状结构；30～隔离绝缘层；40、41、42～虚设栅极结构；43～虚设栅极介电层；44～虚设栅极电极层；46～掩模绝缘层；48～侧壁间隙物；60～源/漏极区；70～第一蚀刻停止层；75～第一层间介电层；81、82、83、81’、82’、83’～栅极空间；85、85A、85B、85C～栅极介电层；87、89～栅极凹陷；90、90A、90B、90A’～功函数调整层；91、92～第一栅极凹陷；93～第二栅极凹陷；94、94C～第一功函数调整层；96、96A、96B、96C～第二功函数调整层；100～第一金属材料层；100A、100B～第一导电层；101、102、101’、102’～短通道场效晶体管；103～长通道场效晶体管；104～N型短通道场效晶体管；105～P型短通道场效晶体管；106～N型长通道场效晶体管；110～保护层；115～掩模图案；120～第二金属材料层；120A、120A’～第二导电层；130～第三金属材料层；130A、130A’、1本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种半导体装置的制造方法，包括：在一基底上形成一虚设栅极结构；在该虚设栅极结构上形成一第一绝缘层；移除该虚设栅极结构以在该第一绝缘层内形成一栅极空间；在该栅极空间内形成一第一导电层以形成一缩小的栅极空间；将与该第一导电层不同材料制成的一第二导电层填入该缩小的栅极空间；将填入的该第一导电层和该第二导电层凹陷以形成一第一栅极凹陷；以及在该第一栅极凹陷内的该第一导电层和该第二导电层上形成一第三导电层，其中在将填入的该第一导电层和该第二导电层凹陷之后，该第二导电层自该第一导电层突出。

【技术特征摘要】
2015.12.31 US 62/273,706;2016.03.11 US 15/068,4091.一种半导体装置的制造方法，包括：在一基底上形成一虚设栅极结构；在该虚设栅极结构上形成一第一绝缘层；移除该虚设栅极结构以在该第一绝缘层内形成一栅极空间；在该栅极空间内形成一第一导电层以形成一缩小的栅极空间；将与该第一导电层不同材料制成的一第二导电层填入该缩小的栅极空间；将填入的该第一导电层和该第二导电层凹陷以形成一第一栅极凹陷；以及在该第一栅极凹陷内的该第一导电层和该第二导电层上形成一第三导电层，其中在将填入的该第一导电层和该第二导电层凹陷之后，该第二导电层自该第一导电层突出。2.如权利要求1所述的半导体装置的制造方法，还包括在形成该第三导电层之前，在该第二导电层上形成一第四导电层，其中该第四导电层的材料包含TiN、TaN和Ti的至少一者。3.如权利要求2所述的半导体装置的制造方法，还包括：将该第三导电层凹陷以形成一第二栅极凹陷；以及在该第二栅极凹陷内的凹陷的该第三导电层上形成一第二绝缘层。4.如权利要求1所述的半导体装置的制造方法，其中该第二导电层的材料与该第三导电层的材料相同。5.如权利要求1所述的半导体装置的制造方法，其中该第二导电层的材料包含钨(W)、钴(Co)、钛(Ti)、铝(Al)和铜(Cu)的至少一者。6.如权利要求1所述的半导体装置的制造方法，其中该第一导电层的材料包含TiN、Al、TaAlC和TiAl的至少一者。7.一种半导体装置的制造方法，包括：在一第一区形成一第一场效晶体管的一第一虚设栅极结构，该第一场效晶体管具有一第一栅极长度，以及在一第二区形成一第二场效晶体管的一第二虚设栅极结构，该第二场效晶体管具有一...

【专利技术属性】
技术研发人员：李勃学，叶志扬，黄渊圣，叶冠麟，萧君展，
申请(专利权)人：台湾积体电路制造股份有限公司，
类型：发明
国别省市：中国台湾,71