在晶体管装置上形成取代栅极结构的方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及在晶体管装置上形成取代栅极结构的方法，本文中所揭示的一种说明性方法格外包括在半导体衬底上面形成牺牲栅极结构，该牺牲栅极结构包含牺牲栅极绝缘层及牺牲栅极电极材料，进行第一栅极切口蚀刻程序，从而在该牺牲栅极电极材料中形成开口，以及在该开口中形成内部侧壁间隔物。在这项实施例中，该方法亦包括：在形成该内部侧壁间隔物之后，穿过该开口进行第二栅极切口蚀刻程序，该第二栅极切口蚀刻程序适于移除该牺牲栅极电极材料，进行氧化退火程序，以及在至少该开口中形成绝缘材料。

【技术实现步骤摘要】
在晶体管装置上形成取代栅极结构的方法
本申请大体上涉及集成电路的制作，并且更尤指在晶体管装置上形成取代栅极结构的各种新颖方法以及所产生的新颖装置结构。
技术介绍
在诸如微处理器、储存装置及类似者等现代集成电路中，有限芯片面积上提供非常大量的电路组件，特别是晶体管。场效晶体管(FET)有各种形状及形式，例如平面型晶体管、FinFET晶体管、垂直晶体管、奈米线装置等。传统的平面型FET是一种平面型装置，其中装置的整个信道区是平行于且稍低于半导电性衬底(substrate)的平面型上表面而形成。与平面型FET相比，有所谓的3D装置，诸如说明性FinFET装置，其为一种三维结构。图1为半导体材料12上面形成的说明性先前技术FinFET半导体装置10的透视图，其中装置10的鳍片14是由衬底12的材料所制成，例如：硅。装置10包括复数个鳍片形成沟槽13、三个说明性鳍片14、栅极结构16、侧壁间隔物18以与栅极覆盖层20。间隔物18一般是由氮化硅所制成，但在一些情况下，其可由具有比氮化硅更低介电常数(k)的材料所制成。绝缘材料17(例如：二氧化硅)在诸鳍片14之间提供电隔离。鳍片14具有三维组态：高度H、宽度W及轴向长度L。轴向长度L对应于装置的栅极长度，亦即装置10运作时其内电流行进的方向。装置10的栅极宽度正交于栅极长度方向。鳍片14由栅极结构16所包覆的部分为FinFET装置10的信道区。鳍片14置于间隔物18外侧的部分将会变为装置10的部分源极/漏极区。对于许多FET装置，栅极结构最初是形成为连续线型结构，其跨整个衬底延展，包括跨主动区及隔离区延展。在先进集成电路(IC)产品中，晶体管装置的栅极结构一般是使用众所周知的取代栅极(或“栅极后制”)制造技巧来制造。大体上，取代栅极制造技巧涉及形成由牺牲栅极绝缘层(例如：二氧化硅)及一层牺牲栅极电极材料(例如：多晶硅或非晶硅)所构成的牺牲(或“虚设”)栅极结构。进行各种程序(process)操作而在原位具有牺牲栅极结构，例如源极/漏极布植程序，在晶体管装置的源极/漏极区中形成磊晶半导体材料等。在制造程序中的某制点，将移除牺牲栅极结构以界定取代栅极凹穴(cavity)。之后，将在取代栅极凹穴中形成用于取代栅极结构的材料，并且将在取代栅极结构上方形成最终栅极盖体。在先进装置中，此一取代栅极结构可包含高k(k值为10或更大)栅极绝缘层及一或多个含金属材料层，其共同作用为用于取代栅极结构的导电栅极电极。对于许多FET装置，初始牺牲栅极结构最初是形成为连续线型结构，其跨整个衬底延展，包括跨主动区及隔离区延展。长连续线型牺牲栅极结构是通过以下程序来形成：跨整个衬底沉积用于牺牲栅极结构的材料、在所沉积牺牲栅极材料上面形成图型化栅极蚀刻掩模、以及透过图型化栅极蚀刻掩模进行一或多个蚀刻程序以移除牺牲栅极材料的曝露部分。于该制点，将在与长连续线型牺牲栅极结构相邻处形成间隔物结构。如上所述，在已发生其它处理之后的某制点，例如在装置的源极/漏极区中形成磊晶材料之后，长连续线型牺牲栅极结构有部分将遭受移除或“切割”，以便界定原始长连续线型牺牲栅极结构将于最后遭受移除并以最终取代栅极结构取代的个别部分或节段。在切割程序完成之后，现已分离的第一与第二牺牲栅极结构的两个已切割端面之间有“栅极切割”开口或空间。这有时可称为介于所述个别牺牲栅极结构之间的“尖部对尖部”间隔。位于所述牺牲栅极结构的所述已切割端面之间的栅极切割开口一般是以绝缘材料填充。随着装置尺寸持续缩减，并且随着衬底上晶体管装置的堆积密度持续增大，由于涉及在晶体管装置上制造取代栅极结构而引发各种问题。更具体而言，由于装置持续比例缩放，牺牲栅极结构的垂直高度已增大，而牺牲栅极结构的横宽(即栅极长度或关键尺寸)已减小。结果是，深宽比(高度/横宽)已增大，从而使得将原始长连续线型牺牲栅极结构切割成个别牺牲栅极结构节段更成问题。举例而言，假定更先进装置上牺牲栅极结构的深宽比增大，切割原始长连续线型牺牲栅极结构的作用可能不完整，原因在于牺牲栅极材料不理想的残余量在切割程序完成后可能留在原位。存在此类出自牺牲栅极结构的不理想的残余材料可能使得质量取代栅极结构更加难以形成，而且，在一些情况下，将为了晶体管装置而形成的所述最终取代栅极结构之间构成导电路径。亦即，留在栅极切割开口的底端处的牺牲栅极结构的残余导电材料可在其于IC产品上形成时，构成介于两个最终取代栅极结构之间的电气短路，这可从而导致装置效能降低及/或装置完全故障。本申请是针对在晶体管装置上形成取代栅极结构的各种新颖方法以及所产生的新颖装置结构，其可消除或至少减轻上述问题其中的一或多者。
技术实现思路
以下介绍本专利技术的简化概要，以便对本专利技术的一些方面有基本的了解。本概要并非本专利技术的详尽概述。用意不在于指认本专利技术的重要或关键要素，或叙述本专利技术的范畴。目的仅在于以简化形式介绍一些概念，作为下文更详细说明的引言。大体上，本申请是针对在晶体管装置上形成取代栅极结构的各种新颖方法、以及所产生的新颖装置结构。本文中所揭示的一种说明性方法格外包括在半导体衬底上面形成牺牲栅极结构，该牺牲栅极结构包含牺牲栅极绝缘层及牺牲栅极电极材料，进行第一栅极切口蚀刻程序，从而在该牺牲栅极电极材料中形成开口，以及在该开口中形成内部侧壁间隔物。在这项实施例中，该方法亦包括：在形成该内部侧壁间隔物之后，穿过该开口进行第二栅极切口蚀刻程序，该第二栅极切口蚀刻程序适于移除该牺牲栅极电极材料，进行氧化退火程序，以及在至少该开口中形成绝缘材料。本文中所揭示的一种说明性集成电路产品包括具有第一端面的第一最终栅极结构、以及具有第二端面的第二最终栅极结构。在这项具体实施例中，该集成电路产品亦包括置于所述第一与第二最终栅极结构之间的绝缘栅极分离结构，其中该第一端面接触该绝缘栅极分离结构的第一侧表面，而该第二端面接触该绝缘栅极分离结构的第二侧表面。在这项具体实施例中，该绝缘栅极分离结构具有分阶底端表面，该分阶底端表面具有由实质水平取向已凹陷表面围绕的实质水平取向底端中央表面，其中该实质水平取向底端中央表面置于该衬底上面的第一阶，而该实质水平取向已凹陷表面置于该衬底上面的第二阶，其中该第二阶大于该第一阶。附图说明本申请可搭配附图参照以下说明来了解，其中相似的附图标记表示相似的组件，并且其中：图1为说明性先前技术FinFET装置的简图；以及图2至图22绘示本方法所揭示与在晶体管装置上形成取代栅极结构有关的各种新颖方法、以及所产生的装置结构。尽管本文所揭示的专利目标易受各种修改和替代形式所影响，其特定具体实施例仍已通过图式中的实施例予以表示并且在本文中予以详述。然而，应了解的是，本文中特定具体实施例的说明用意不在于将本专利技术限制于所揭示的特定形式，相反地，如随附权利要求书所界定，用意在于涵盖落于本专利技术的精神及范畴内的所有修改、均等例、及替代方案。主要附图标记说明10FinFET半导体装置、装置、FinFET装置12半导体材料、衬底13沟槽14、106鳍片16栅极结构17绝缘材料18侧壁间隔物、间隔物20栅极覆盖层100IC产品102半导体衬底、衬底104图型化鳍片形成蚀刻掩模、图型化蚀刻掩模104A二氧化硅层104B氮化硅层105鳍片形成沟槽本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种方法，包含：在半导体衬底上面形成牺牲栅极结构，该牺牲栅极结构包含牺牲栅极绝缘层及牺牲栅极电极材料；进行第一栅极切口蚀刻程序，从而在该牺牲栅极电极材料中形成开口；在该开口中形成内部侧壁间隔物；在形成该内部侧壁间隔物之后，穿过该开口进行第二栅极切口蚀刻程序，该第二栅极切口蚀刻程序适于移除该牺牲栅极电极材料；进行氧化退火程序；以及在至少该开口中形成绝缘材料。

【技术特征摘要】
2017.10.30 US 15/797,8371.一种方法，包含：在半导体衬底上面形成牺牲栅极结构，该牺牲栅极结构包含牺牲栅极绝缘层及牺牲栅极电极材料；进行第一栅极切口蚀刻程序，从而在该牺牲栅极电极材料中形成开口；在该开口中形成内部侧壁间隔物；在形成该内部侧壁间隔物之后，穿过该开口进行第二栅极切口蚀刻程序，该第二栅极切口蚀刻程序适于移除该牺牲栅极电极材料；进行氧化退火程序；以及在至少该开口中形成绝缘材料。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，进行该第一栅极切口蚀刻程序包含进行该第一栅极切口蚀刻程序以从而形成具有在该牺牲栅极电极材料内终止的底端的该开口，以及该第二栅极切口蚀刻程序在该牺牲栅极绝缘层上终止，并且在该开口的该底端处移除该牺牲栅极电极材料。3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，形成该内部侧壁间隔物包含形成该内部侧壁间隔物而使得该牺牲栅极电极材料的一部分垂直置于该内部侧壁间隔物下面。4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，该氧化退火程序将垂直置于该内部侧壁间隔物下面的该牺牲栅极电极材料的至少该部分转换成二氧化硅区域。5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，进行该氧化退火程序包含进行蒸汽退火程序。6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，至少该开口中的该绝缘材料以及该内部侧壁间隔物至少部分界定绝缘栅极分离结构。7.如权利要求6所述的方法，进一步包含：移除该绝缘栅极分离结构的对立面上该牺牲栅极结构的材料，以在该绝缘栅极分离结构的对立面上形成第一与第二取代栅极凹穴；以及分别在该第一与第二取代栅极凹穴中形成第一与第二取代栅极结构。8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，该第一与第二取代栅极结构包含高k取代栅极绝缘层以及包含至少一个含金属材料层的取代栅极电极。9.如权利要求1所述的方法，其特征在于，该牺牲栅极结构是为了FinFET装置、平面型晶体管装置或垂直晶体管装置其中一者而形成，其中，该牺牲栅极绝缘层包含二氧化硅，并且其中，该牺牲栅极电极材料包含多晶硅或非晶硅。10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，该第一栅极切口蚀刻程序及该第二栅极切口蚀刻程序以至少一种卤基材料作为蚀刻剂材料来进行。11.如权利要求1所述的方法，其特征在于，至少该开口中的该绝缘材料以及该内部侧壁间隔物两者都是由相同绝缘材料所构成。12.一种方法，包含：在半导体衬底上面形成连续线型牺牲栅极结构，该牺牲栅极结构包含牺牲栅极绝缘层及牺牲栅极电极材料；...

【专利技术属性】
技术研发人员：舒杰辉，朴彰绪，山口新平，韩涛，梁容模，刘金平，梁赫洙，
申请(专利权)人：格芯公司，
类型：发明
国别省市：开曼群岛,KY