金属栅极结构、半导体器件及其制造方法技术

提供了一种金属栅极结构以及包括实施金属栅极切割工艺的相关方法。金属栅极切割工艺包括多个蚀刻步骤。例如，实施第一各向异性干刻蚀，实施第二各向同性干刻蚀，并且实施第三湿刻蚀。在一些实施例中，第二各向同性蚀刻去除包括含金属层的金属栅极层的残留部分。在一些实施例中，第三蚀刻去除介电层的残留部分。本发明专利技术还提供了半导体器件及其制造方法。

【技术实现步骤摘要】
金属栅极结构、半导体器件及其制造方法
本专利技术的实施例一般地涉及半导体
，更具体地，涉及半导体器件及其制造方法。
技术介绍
电子产业已经经历了对更小和更快的电子器件的不断增长的需求，更小和更快的电子器件能够同时支持更多日益复杂和精密的功能件。因此，半导体产业中持续存在制造低成本、高性能和低功耗的集成电路(IC)的趋势。到目前为止，已经通过按比例缩小半导体IC尺寸(例如，最小部件尺寸)在很大程度上实现了这些目标，从而提高了生产效率并且降低了相关成本。然而，这种按比例缩小还产生了半导体制造工艺的增加的复杂程度。因此，实现半导体IC和器件的持续进步需要半导体制造工艺和技术中的类似的进步。已经引入多栅极器件以通过增加栅极-沟道连接、减小截止电流和降低短沟道效应(SCE)试图改进栅极控制。已经引入的一种这样的多栅极器件是鳍式场效应晶体管(FinFET)。FinFET的名字来源于鳍结构，鳍结构从衬底(其上形成该鳍结构)延伸，并且鳍结构用于形成FET沟道。FinFET与传统的互补金属氧化物半导体(CMOS)工艺兼容并且它们的三维结构允许它们积极地按比例缩小同时保持栅极控制和缓解SCE。另外，已经引入了金属栅电极作为多晶硅栅电极的替代物。金属栅电极提供了优于多晶硅栅电极的许多优势，诸如避免多晶硅耗尽效应、通过选择适当的栅极金属的功函数调整；以及其他益处。举例来说，金属栅电极制造工艺可以包括金属层沉积，接着是后续的金属层切割工艺。在一些情况下，金属栅极线切割工艺可能导致损失层间电介质(ILD)的部分，金属层的不期望的残留物和/或包括可能导致器件可靠性降低的其他问题。因此，现有技术还没有证明在所有方面都完全令人满意。
技术实现思路
根据本专利技术的一方面，提供了一种制造半导体器件的方法，包括：在衬底上形成第一鳍和第二鳍，所述第一鳍具有第一栅极区，以及所述第二鳍具有第二栅极区；在所述第一栅极区和所述第二栅极区上方形成金属栅极线，其中，所述金属栅极线从所述第一鳍延伸至所述第二鳍；以及实施线切割工艺以将所述金属栅极线分成第一金属栅极线和第二金属栅极线，其中，所述线切割工艺包括：实施第一蚀刻：在所述第一蚀刻之后，实施第二蚀刻；以及在所述第二蚀刻之后，实施第三蚀刻。根据本专利技术的另一方面，提供了一种制造半导体器件的方法，包括：在衬底上方的沟槽中形成金属栅极结构，其中，形成所述金属栅极结构包括：形成栅极介电层；在所述栅极介电层上方形成第一金属层；以及在所述第一金属层上方形成第二金属层；以及对所述金属栅极结构实施切割栅极工艺以形成所述金属栅极结构的第一部分和所述金属栅极结构的第二部分，所述第一部分和第二部分具有位于其间的切口区，其中，实施所述切割栅极工艺包括：实施第一蚀刻工艺以去除所述第二金属层的第一区域、所述第一金属层的第一区域和所述栅极介电层的第一区域；实施第二蚀刻工艺以去除所述第一金属层的第二区域；以及实施第三蚀刻工艺以去除所述栅极介电层的第二区域。根据本专利技术的又一方面，提供了一种半导体器件，包括：第一鳍和第二鳍，从衬底延伸，所述第一鳍具有第一栅极区，以及所述第二鳍具有第二栅极区，并且浅沟槽隔离(STI)结构介于所述第一鳍和所述第二鳍之间；金属栅极结构的第一部分，设置在所述第一栅极区上方，以及所述金属栅极结构的第二部分，设置在所述第二栅极区上方，其中，通过切口栅极区分离所述第一部分和所述第二部分；以及介电层，设置在所述切口栅极区中；其中，所述金属栅极结构的第一部分具有邻接所述切口栅极区的第一面，其中，所述第一面具有与所述STI结构相邻的第一宽度和位于所述第一宽度之上的第二宽度，所述第二宽度小于所述第一宽度。附图说明当结合附图进行阅读时，从以下详细描述可最佳地理解本专利技术的各个方面。应该注意，根据工业中的标准实践，各个部件未按比例绘制。实际上，为了清楚的讨论，各种部件的尺寸可以被任意增大或减小。图1是根据本专利技术的一个或多个方面的FinFET器件的实施例的立体图；图2是根据一些实施例的相邻的鳍、金属栅极结构和金属栅极切口图案的顶视图；图3示出根据本专利技术的实施例的其中已经切割金属栅极线的FinFET结构的截面图；图4示出根据本专利技术实施例的其中已经切割金属栅极线的FinFET结构的对应的截面图；图5是根据本专利技术的一个或多个方面的半导体制造方法的流程图；图6A、图7A、图8A、图9A、图10A、图11A、图12A和图13A示出沿着与由图1的截面X-X’限定的平面大致平行的平面的FinFET结构的截面图，并且根据图5的方法的实施例制造；图6B、图7B、图8B、图9B、图10B、图11B、图12B和图13B示出沿着与由图1的截面Y-Y’限定的平面大致平行的平面的FinFET结构的截面图，并且根据图5的方法的实施例制造；以及图8C、图10C、图11C和图12C分别示出根据本专利技术的一些实施例的对应于图8A、图10A、图11A和图12A的截面的栅极结构的截面图，并且额外的细节示出为栅极结构的层。图14示出根据本专利技术的一些实施例的在切割栅极工艺中使用的蚀刻步骤的一些实施例的蚀刻速率。具体实施方式以下公开内容提供了许多用于实现所提供主题的不同特征的不同实施例或实例。下面描述了组件和布置的具体实例以简化本专利技术。当然，这些仅仅是实例，而不旨在限制本专利技术。例如，在以下描述中，在第二部件上方或者上形成第一部件可以包括以直接接触的方式形成第一部件和第二部件的实施例，并且也可以包括在第一部件和第二部件之间可以形成额外的部件，从而使得第一部件和第二部件可以不直接接触的实施例。此外，本专利技术可在各个实例中重复参考标号和/或字符。该重复是为了简单和清楚的目的，并且其本身不指示所讨论的各个实施例和/或配置之间的关系。而且，为了便于描述，在此可以使用诸如“在…下方”、“在…下面”、“下部”、“在…之上”、“上部”等空间相对术语以描述如图所示的一个元件或部件与另一个(或另一些)元件或部件的关系。除了图中所示的方位外，空间相对术语旨在包括器件在使用或操作中的不同方位。装置可以以其他方式定向(旋转90度或在其他方位上)，并且在此使用的空间相对描述符可以同样地作出相应的解释。应当注意，本专利技术以多栅极晶体管或鳍型多栅极晶体管(在本文中称为FinFET器件)的形式来呈现实施例。这种器件可以包括P型金属氧化物半导体FinFET器件或N型金属氧化物半导体FinFET器件。FinFET器件可以是双栅极器件、三栅极器件、块状器件、绝缘体上硅(SOI)器件和/或其他的配置。本领域普通技术人员可以意识到受益于本专利技术的各个方面的半导体器件的其他实施例。例如，本文中描述的一些实施例也可以应用于全环栅极(GAA)器件、欧米茄栅极(Ω栅极)器件或Pi栅极(Π栅极)器件。在其他实施例中，可以使用本文所讨论的一个或多个结构或方法来制造平面器件。本申请通常涉及一种金属栅极结构及相关方法。特别地，本专利技术涉及一种金属栅极切割工艺及相关结构。已经引入金属栅电极作为多晶硅栅电极的替代物。金属栅电极提供了优于多晶硅栅电极的许多优势，诸如避免多晶硅耗尽效应、通过选择适当的栅极金属的功函数调整以及其他益处。举例来说，金属栅电极制造工艺可以包括金属层沉积，接着是后续的金属层切割工艺。本专利技术的实施例提供了优于现有技术的优势，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种制造半导体器件的方法，包括：在衬底上形成第一鳍和第二鳍，所述第一鳍具有第一栅极区，以及所述第二鳍具有第二栅极区；在所述第一栅极区和所述第二栅极区上方形成金属栅极线，其中，所述金属栅极线从所述第一鳍延伸至所述第二鳍；以及实施线切割工艺以将所述金属栅极线分成第一金属栅极线和第二金属栅极线，其中，所述线切割工艺包括：实施第一蚀刻：在所述第一蚀刻之后，实施第二蚀刻；以及在所述第二蚀刻之后，实施第三蚀刻。

【技术特征摘要】
2017.07.31 US 62/539,357;2017.10.31 US 15/799,5551.一种制造半导体器件的方法，包括：在衬底上形成第一鳍和第二鳍，所述第一鳍具有第一栅极区，以及所述第二鳍具有第二栅极区；在所述第一栅极区和所述第二栅极区上方形成金属栅极线，其中，所述金属栅极线从所述第一鳍延伸至所述第二鳍；以及实施线切割工艺以将所述金属栅极线分成第一金属栅极线和第二金属栅极线，其中，所述线切割工艺包括：实施第一蚀刻：在所述第一蚀刻之后，实施第二蚀刻；以及在所述第二蚀刻之后，实施第三蚀刻。2.根据权利要求1所述的制造半导体器件的方法，其中，实施所述线切割工艺包括：在所述金属栅极线上方形成图案化的硬掩模，其中，所述图案化的硬掩模限定开口；以及通过所述开口蚀刻所述金属栅极线。3.根据权利要求1所述的制造半导体器件的方法，其中，所述第一蚀刻是干蚀刻，所述第二蚀刻是干蚀刻，并且所述第三蚀刻是湿蚀刻。4.根据权利要求1所述的制造半导体器件的方法，其中，所述第一蚀刻是各向异性蚀刻，以及所述第二蚀刻是各向同性蚀刻。5.根据权利要求1所述的制造半导体器件的方法，其中，所述第二蚀刻去除所述金属栅极线的含金属层的残留部分。6.根据权利要求5所述的制造半导体器件的方法，其中，所述含金属层包括氮化钛。7.根据权利要求6所述的制造半导体器件的...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄铭淇，庄英良，叶明熙，黄国彬，
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