形成用于晶体管的替换闸极结构的方法及其造成的装置制造方法及图纸

本揭露是包括形成用于晶体管的替换闸极结构的方法及其造成的装置。在一些具体实施例中，该间隔物的该内表面具有阶梯剖面结构或锥形剖面结构。在一范例中，揭露一装置，其中，用于PMOS装置的该P型功函数金属仅设在由该间隔物的未修整内表面所定义的侧向空间内，同时用于NMOS装置的功函数调整金属是侧向地设在由该侧壁间隔物的已修整内表面和未修整内表面两者所定义的侧向空间之间。

【技术实现步骤摘要】
形成用于晶体管的替换闸极结构的方法及其造成的装置
一般而言，本专利技术关于半导体装置的制造，尤其是关于形成用于晶体管装置和其所造成的装置的替换闸极结构的各种创新方法。
技术介绍
譬如⑶I1、储存装置、八31“特殊应用集成电路，￡1卯011邓一。#。丨社一取^七一己011-01111:8)等等的先进集成电路的制造需要依据特定的电路布局在既定的芯片面积内形成大量的电路组件，其中，所谓的金氧半导体场效晶体管(邮仏丨0X1(16 8611110011(11101:01- 061(16打6(^廿￡1118代表一种重要的电路组件类型，其实质上决定了该集成电路的效能。该晶体管典型地不是匪03(即￡1)就是？103 类型的装置，其中，“X”和“？”的名称依据用来创造该装置的源极/汲极区域的掺杂剂的种类而定。所谓的0103(互补式金氧半导体，00,1611161117 16仏1 0x1(16 361111 (3011(111(31:010技术或产品是指使用匪03和？103两者来制造的集成电路产品。 场效晶体管，不论是匪03或？103装置，典型地包含源极区域、汲极区域、设置在该源极区域和汲极区域之间的信道区域，以及设置在该信道区域上方的闸极电极。藉由控制施加在该闸极电极上的电压来控制流过该？￡1的电流。对于匪03装置，如果没有电压(或是逻辑上的低电压)被施加到该闸极电极，则没有电流流经过该装置(忽略不想要的漏电流，其相对来说是小的然而，当适当的正电压(或是逻辑上的高电压)被施加到该闸极电极，该匪03装置的信道区域变成导电的，且允许电子流在该源极区域和该汲极区域之间通过该导电的信道区域来流通。对于？103装置，该控制电压是相反的。场效晶体管可以是各种不同的实体形状，例如，所谓的平面而！'装置和所谓的30或？1必价装置。 数十年来，平面装置是用来制作集成电路产品的主要选择，因为用来形成这些平面装置的制造方法相较于包含形成30装置的制造方法来说相对简单。为了改良平面 的运作速度并增加在集成电路装置上的平面？￡1的密度，装置设计者过去几年已经大量的缩减平面？￡1的实体尺寸。特别是，平面？￡1的通道长度已有相当地降低，其具有增强平面开关速度的结果。然而，降低平面的通道长度也降低了源极和汲极区域之间的距离。在一些情况下，源极和汲极区域之间的分隔的缩小使得由该汲极区域的电位能对该源极区域的电位能和信道区域的反向影响难以有效抑制。这有时称为短通道效应，其中，作为主动开关的平面的特性降低了。 如上所述，相对于平面而1，所谓的30或？1必21装置具有三维(30)结构。特别是，在？1必21中，一般是垂直设置的鳍片形状主动区域形成在半导体基板中且闸极结构(闸极绝缘层加上闸极电极)设置成环绕该鳍片形状主动区域的侧面和上表面两者以形成三闸极结构(1^1-职1:6，从而使用具有三维结构而非平面结构的信道。在一些情况下，例如氮化硅的绝缘盖帽层被设置在鳍片的顶部，而该？1必价装置仅具有双闸极结构。不同于平面？￡1，在？1必21装置中，垂直于该半导体基板的表面来形成通道，从而降低该半导体装置的物理尺寸。此外，在？111而1中，在装置的汲极区域上的接合电容大量的降低，其倾向于降低至少一部分的短通道效应。当施加适当的电压在？1必21装置的闸极电极上时，该鳍片的表面(以及接近该表面的内部部分)，亦即该鳍片实质上垂直方向的侧壁和顶部上表面，变成导电信道区域，因而允许电流流过。在？111而1装置中，该“通道宽度”大约是垂直鳍片高度加上该鳍片的顶部表面宽度(亦即，鳍片宽度)的两倍(23。可以在和平面晶体管装置相同的印迹江00〖中形成多个鳍片。因此，对于既定的标地空间(￠101: 81)806)(或印迹)，相较于平面晶体管装置，？倾向于能够产生显着较大的驱动电流。此外，因为在？1必2！'装置上的“鳍片”通道的优越闸极电极控制，相较于平面而丁的漏电流，在装置转为“关闭”之后的？1必21装置的漏电流显着的降低。总而言之，相较于平面的结构，？111而1装置的30结构是优越的结构，特别是在20110和以下的0103技术节点中。 对于许多早期的装置技术世代，大多数晶体管组件的闸极结构是由复数个硅基材料所组成，譬如二氧化硅及/或氮氧化硅闸极绝缘层结合多晶硅闸极电极。然而，积极微缩的晶体管组件的信道长度已经变得更小，许多新世代的装置使用包含其他材料的闸极结构，以努力避免关于在减低通道长度的晶体管中的传统硅基材料的使用的短通道效应。举例而言，在一些积极微缩的晶体管组件中，其信道长度可以是大约10到32=0或更低的等级，已经实施包含所谓的高&介电闸极绝缘层和一层或多层金属层其作用为闸极电极(皿/10的闸极结构。这些替代的闸极结构已经证明能提供显着加强的操作特性，超过至今为止更多传统的二氧化硅/多晶硅闸极结构的操作特性。 依据特定的整体装置需求，数种不同的高&材料，亦即具有大约10或更大的介电常数或&值的材料，已经以不同程度地成功被用于册/咖闸极电极结构的闸极绝缘层中。举例而言，在一些晶体管组件设计中，高&闸极绝缘层可能包含氧化钽(^^(^)、氧化铪(把02〉、氧化锆(21^)、氧化钛01100、氧化铝(八120上硅酸铪(把310,)等等。再者，一种或多种非多晶硅金属闸极电极材料，亦即金属闸极堆栈，可以被用于皿/1(}结构中以控制该晶体管的功函数。这些金属闸极电极材料可包含，举例而言，一层或多层的钛(11)、氮化钛(酬、钛铝(丁1八1)、钛铝碳(11^10、铝(八1)、氮化铝(酬、钽(?)、氮化钽(酬、碳化钽(丁乂)、氮碳化钽(化⑶)、钽娃氮化物(了必;!^)、钽娃化物(1331)等等。 一种习知被用来形成具有高V金属闸极结构的晶体管的制程方法是所谓的“后闸极”或“替换闸极”技术。该替换闸极制程可以用于形成平面装置或30装置。第1八至10图简化的描绘了一种使用替换闸极技术来形成册/咖替换闸极结构的先前技术方法。如第1八图所示，该制程包含形成基本的晶体管结构在半导体基板12上方的由浅沟槽隔离结构13所定义的主动区域中。在如第1八图所示的制造时间点上，该装置10包含牺牲闸极绝缘层14、伪闸极电极或牺牲闸极电极15、侧壁间隔物16、绝缘材料层17以及形成在该基板12中的源极/汲极区域18。该装置10的各种组件和结构可以使用各种不同材料并藉由实行各种习知技术来形成。举例而言，该牺牲闸极绝缘层14可包含二氧化硅、该牺牲闸极电极15可包含多晶硅，该侧壁间隔物16可包含氮化硅且该绝缘材料层17可包含二氧化硅。该源极丨汲极区域18可包含植入掺杂物材料(用于匪03装置的~型掺杂物和用于？103装置的？型掺杂物)，其使用习知掩膜和离子布植技术来植入在该基板12中。当然，本领域的技术人员将了解为了简洁的目的，该晶体管10有其他的特征未描绘在图中。举例而言，所谓的晕圈植入(匕匕区域并未显示在图中，以及典型可在高效能？103晶体管中发现的各种硅丨锗层或区域。在如第1八图所示的制造时间点上，该装置10的各种结构已经形成且已经实行化学机械研磨11160118111081 ￠011 ^卜丨叩，⑶?)制程来移除在该牺牲闸极电极15上方的任本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种方法，包括：实行至少一个蚀刻制程以移除用于晶体管的牺牲闸极结构，从而藉由分隔开的侧壁间隔物的内表面定义闸极空腔，该闸极空腔具有一拥有第一宽度的开口；沉积至少一个材料层在该闸极空腔中；形成凹入式牺牲材料层在该闸极空腔中并在该至少一个材料层上方；实行至少一个蚀刻制程以移除在该闸极空腔中并在该凹入式牺牲材料层上方的该至少一个材料层，从而将位在该牺牲材料层上方的该分隔开的侧壁间隔物的该内表面的部份曝露出来；以及实行间隔物修整蚀刻制程在该分隔开的侧壁间隔物的该内表面的该曝露部份上以减少该侧壁间隔物至少一个部分的厚度并从而将该开口的尺寸增加到第二宽度，其大于该第一宽度。

【技术特征摘要】
2013.08.06 US 13/959,8471.一种方法，包括: 实行至少一个蚀刻制程以移除用于晶体管的牺牲闸极结构，从而藉由分隔开的侧壁间隔物的内表面定义闸极空腔，该闸极空腔具有一拥有第一宽度的开口 ； 沉积至少一个材料层在该闸极空腔中； 形成凹入式牺牲材料层在该闸极空腔中并在该至少一个材料层上方； 实行至少一个蚀刻制程以移除在该闸极空腔中并在该凹入式牺牲材料层上方的该至少一个材料层，从而将位在该牺牲材料层上方的该分隔开的侧壁间隔物的该内表面的部份曝露出来；以及 实行间隔物修整蚀刻制程在该分隔开的侧壁间隔物的该内表面的该曝露部份上以减少该侧壁间隔物至少一个部分的厚度并从而将该开口的尺寸增加到第二宽度，其大于该第一宽度。2.如权利要求1所述的方法，其中，在实行该间隔物修整蚀刻制程之后，该分隔开的侧壁间隔物的该内表面具有阶梯状的剖面结构。3.如权利要求1所述的方法，其中，接受该间隔物修整蚀刻制程的该分隔开的间隔物的该内表面是向外形成锥形的表面。4.如权利要求1所述的方法，其中，该间隔物修整蚀刻制程是非等向性蚀刻制程或等向性蚀刻制程中的一者。5.如权利要求1所述的方法，其中，该晶体管是NMOS晶体管或PMOS晶体管中的一者。6.如权利要求1所述的方法，其中，在实行该间隔物修整蚀刻制程之后，该方法还包括: 移除该牺牲材料层；以及 形成另外的材料层在具有该开口是该第二宽度的该闸极空腔中。7.如权利要求1所述的方法，其中，形成该凹入式牺牲材料层包括: 以该牺牲材料过填充该闸极空腔；以及 在该牺牲材料上实行凹进蚀刻制程。8.一种方法，包括: 形成侧壁间隔物，邻接该牺牲闸极结构； 执行至少一个蚀刻制程以移除用于该晶体管的该牺牲闸极结构，从而藉由该侧壁间隔物的内表面定义闸极空腔，该闸极空腔具有一拥有第一宽度的开口 ； 沉积闸极绝缘层在该闸极空腔中并在该侧壁间隔物的该内表面上； 沉积第一金属层在该闸极空腔中的该闸极绝缘层上； 形成凹入式牺牲材料层在该闸极空腔中并在该第一金属层上方； 实行至少一个蚀刻制程以移除位在该闸极空腔中并在该凹入式牺牲材料层上方的该闸极绝缘层和该第一金属层，从而将该侧壁间隔物的该内表面的部份曝露出来；以及 实行至少一个蚀刻制程在该侧壁间隔物的该内表面的该曝露部份上以减少该侧壁间隔物至少一个部分的厚度并将该开口的尺寸增加到第二宽度，其大于该第一宽度。9.如权利要求8所述的方法，其中，在实行该间隔物修整蚀刻制程之后，该侧壁间隔物的该内表面具有阶梯状的剖面结构。10.如权利要求8所述的方法，其中，接受该间隔物修整蚀刻制程的该侧壁间隔物的该内表面是向外形成锥形的表面。11.如权利要求8所述的方法，其中，该间隔物修整蚀刻制程是非等向性蚀刻制程或等向性蚀刻制程中的一者。12.如权利要求8所述的方法，其中，在实行该间隔物修整蚀刻制程之后，该方法还包括: 移除该牺牲材料层；以及 形成另外的金属层在具有该开口是该第二宽度的该闸极空腔中。13.如权利要求8所述的方法，其中，在实行该间隔物修整蚀刻制程之后，该方法还包括: 移除该牺牲材料层； 从该闸极空腔内部移除该第一金属层以曝露出该闸极绝缘层； 形成第二金属层在该闸极绝缘层上；以及 形成另外的金属层在该闸极空腔中并在该第二金属层上方。14.如权利要求8所述的方法，其中，在实行该间隔物修整蚀刻制程之后，该方法还包括: 移除该牺牲材料层以曝露出该第一金属层；...

【专利技术属性】
技术研发人员：谢瑞龙，崔起植，S·C·范，S·普诺施，
申请(专利权)人：格罗方德半导体公司，国际商业机器公司，
类型：发明
国别省市：开曼群岛;KY