用于形成垂直晶体管的取代栅极结构的方法技术

本揭示内容针对用于形成垂直晶体管的取代栅极结构的方法的各种具体实施例。揭示于本文的一示范方法主要包括，但不限于：形成第一及第二垂直半导体结构，形成各自毗邻该第一及该第二垂直半导体结构的沟道区的第一及第二牺牲间隔体，形成毗邻该第一及该第二牺牲间隔体的环形间隔体，移除该环形间隔体的端部以暴露该第一及该第二牺牲间隔体的端部，用包括第一栅极绝缘层及第一导电栅极材料的第一取代栅极结构取代该第一牺牲间隔体，用包括第二栅极绝缘层及第二导电栅极材料的第二取代栅极结构取代该第二牺牲间隔体，移除该环形间隔体的剩余部分以界定间隔体空腔，以及形成电介质材料于该间隔体空腔中。

【技术实现步骤摘要】
用于形成垂直晶体管的取代栅极结构的方法
本揭示内容大体涉及半导体装置的制造，且更特别的是，涉及一种用于形成垂直晶体管的取代栅极结构的方法。
技术介绍
制造诸如CPU、储存装置、ASIC(特殊应用集成电路)之类的先进集成电路需要根据指定的电路布局在给定芯片区中形成大量电路元件。场效应晶体管(NMOS及PMOS晶体管)为实质决定此类集成电路的效能的重要电路元件之一。在用例如MOS技术制造复杂集成电路期间，在包括结晶半导体层的衬底上形成数百万个晶体管，例如，NMOS晶体管及/或PMOS晶体管。不论NMOS装置还是PMOS装置，场效应晶体管均为平面装置，其通常包括源极区、漏极区、位在源极区与漏极区之间的沟道区、以及位于沟道区之上的栅极结构。栅极结构通常由极薄的栅极绝缘层与用作导电栅极电极的一或多个导电层构成。在场效应晶体管中，是通过施加适当的电压至栅极电极来控制沟道区的导电系数，亦即，导电沟道的驱动电流能力。场效应晶体管有各种不同组态，例如，平面装置、FinFET装置、垂直晶体管装置等等。随着技术进步，持续存在有减小IC产品总体尺寸的需求以减小含有此类IC产品的消费者产品的尺寸。就先进IC产品而言，具有垂直定向沟道结构的垂直晶体管装置为一个不错的选择，因为利用此类装置能够达成潜在的空间节省。现代集成电路(IC)产品通常包括极大量的主动个别电路元件，例如场效应晶体管，以及许多被动电路元件，例如电容器、电阻器等等。这些电路元件组合成各种配置以做出可执行各种功能的集成电路，而使得IC产品能够执行预期功能。为了平衡CMOS装置的临界电压，PMOS装置、NMOS装置通常使用不同的栅极材料。栅极材料的形成一般使用以所欲栅极材料取代占位材料(placeholdermaterial)的取代栅极工艺。由于有与垂直晶体管装置关连的空间限制，因此难以实施取代栅极工艺以形成不同的栅极材料。本揭示内容针对各种方法及所产生的装置，这可解决或至少减少上述问题中的一或多个的影响。
技术实现思路
以下提出本专利技术的示范具体实施例的简化概要以提供本专利技术示范具体实施例的一些方面的基本理解。此概要并非具体描述于本文的本专利技术示范具体实施例的穷举式总览。它不是旨在识别本专利技术的关键或重要元件或者是描绘本专利技术的范畴。唯一的目的是要以简要的形式提出一些概念作为以下更详细的说明的前言。一般而言，本揭示内容针对用于形成垂直晶体管的取代栅极结构的各种方法具体实施例。揭示于本文的一示范方法主要包括：形成第一及第二垂直半导体结构，形成各自毗邻该第一及该第二垂直半导体结构的沟道区的第一及第二牺牲间隔体，形成毗邻该第一及该第二牺牲间隔体的环形间隔体，移除该环形间隔体的端部以暴露该第一及该第二牺牲间隔体的端部，用包括第一栅极绝缘层及第一导电栅极材料的第一取代栅极结构取代该第一牺牲间隔体，用包括第二栅极绝缘层及第二导电栅极材料的第二取代栅极结构取代该第二牺牲间隔体，移除该环形间隔体的剩余部分以界定间隔体空腔，以及形成电介质材料于该间隔体空腔中。揭示于本文的另一示范方法包括，但不限于：形成具有第一底部源极/漏极区的第一垂直半导体结构，形成具有第二底部源极/漏极区的第二垂直半导体结构，形成底部间隔体于该第一及该第二底部源极/漏极区之上，各自在该第一及该第二垂直半导体结构的侧壁上形成第一及第二牺牲间隔体，形成毗邻该第一及该第二牺牲间隔体的环形间隔体，移除该环形间隔体的端部以暴露该第一及该第二牺牲间隔体的端部，通过该第一及该第二牺牲间隔体的暴露端部来移除该第一及该第二牺牲间隔体以界定毗邻该第一垂直半导体结构的第一栅极空腔与毗邻该第二垂直半导体结构的第二栅极空腔，形成栅极绝缘层于该第一及该第二栅极空腔中，形成第一导电栅极材料于该第一及该第二栅极空腔中，从该第二栅极空腔选择性地移除该第一导电栅极材料的至少一部分，形成第二导电材料于该第二栅极空腔中，移除该环形间隔体的剩余部分以界定间隔体空腔，以及形成电介质材料于该间隔体空腔中。附图说明参考以下结合附图的说明可明白本揭示内容，其中类似的元件以相同的附图标记表示，且其中：图1至图22的横截面图及上视图描绘揭示于本文用于垂直晶体管的形成取代栅极结构的各种方法。尽管揭示于本文的专利标的容易做成各种修改及替代形式，然而仍以附图举例图示其特定具体实施例且详述于本文。不过，应了解本文所描述的特定及示范具体实施例并非旨在把本专利技术限定为本文所揭示的特定形式，反而是，本专利技术是要涵盖落在如随附权利要求书所界定的本专利技术精神及范畴内的所有修改、等价及替代性陈述。具体实施方式以下描述本专利技术的各种示范具体实施例。为了清楚说明，本专利说明书没有描述实际具体实现的所有特征。当然，应了解，在开发任一此类的实际具体实施例时，必需做许多与具体实现有关的决策以达成开发人员的特定目标，例如遵循与系统相关及商务有关的限制，这些都会随着每一个具体实现而有所不同。此外，应了解，此类开发即复杂又花时间，但尽管如此，对本领域技术人员而言，在阅读本揭示内容后仍将如例行工作一般。此时以参照附图来描述本专利技术。示意图示于附图的各种结构、系统及装置仅供解释以及避免本领域技术人员所熟知的细节混淆本专利技术。尽管如此，仍纳入附图以描述及解释本揭示内容的示范实施例。应使用与相关领域技术人员所熟悉的意思一致的方式理解及解释用于本文的词汇及用语。本文没有特别定义的术语或用语(亦即，与本领域技术人员所理解的普通惯用意思不同的定义)旨在用术语或用语的一致用法来说明。如果术语或用语旨在具有特定的意思时(亦即，不同于本领域技术人员所理解的意思)，则会在本专利说明书中以直接明白地提供特定定义的方式清楚地陈述用于该术语或用语的特定定义。以下所描述的各种材料层可用各种不同已知技术中的任一形成，例如化学气相沉积(CVD)工艺、原子层沉积(ALD)工艺、热生长工艺、磊晶生长工艺、旋涂技术等等。此外，如使用于本文及随附权利要求书中的用词“毗邻”是要赋予宽广的解释且应被解释成可涵盖一特征与另一特征实际接触或与该另一特征靠得很近的情况。图1至图22图示在形成于衬底105上的集成电路装置100中用于形成垂直晶体管的取代栅极结构的各种方法具体实施例。图1图示装置100沿着两个毗邻示范鳍片110A、110B的轴向长度绘出的横截面图。在该示范具体实施例中，鳍片110A为垂直N型晶体管112N的一部分，且鳍片110B为垂直P型晶体管112P的一部分。N型晶体管112N与垂直P型晶体管112P合作以界定为记忆单元中的基本元件的反相器。当然，描述于本文的方法也可应用于其他电路元件。硬掩模层115(例如，包括二氧化硅层及氮化硅层的堆叠)形成于衬底105之上且经图案化为可界定形成鳍片110A、110B的鳍片开口。鳍片110A、110B形成于以隔离结构120(例如，二氧化硅)为界的主动区内。根据晶体管的类型加以掺杂的底部源极/漏极区125A、125B形成于鳍片110A、110B的基底。形成隔离间断部位(isolationbreak)130以分离设置在鳍片110A本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种方法，包含：/n形成第一垂直半导体结构及第二垂直半导体结构；/n形成各自毗邻该第一垂直半导体结构及该第二垂直半导体结构的沟道区的第一牺牲间隔体及第二牺牲间隔体；/n形成毗邻该第一牺牲间隔体及该第二牺牲间隔体的环形间隔体；/n移除该环形间隔体的端部以暴露该第一牺牲间隔体及该第二牺牲间隔体的端部；/n用包括第一栅极绝缘层及第一导电栅极材料的第一取代栅极结构取代该第一牺牲间隔体；/n用包括第二栅极绝缘层及第二导电栅极材料的第二取代栅极结构取代该第二牺牲间隔体；/n移除该环形间隔体的剩余部分以界定间隔体空腔；以及/n形成电介质材料于该间隔体空腔中。/n

【技术特征摘要】
20180705 US 16/027,8341.一种方法，包含：
形成第一垂直半导体结构及第二垂直半导体结构；
形成各自毗邻该第一垂直半导体结构及该第二垂直半导体结构的沟道区的第一牺牲间隔体及第二牺牲间隔体；
形成毗邻该第一牺牲间隔体及该第二牺牲间隔体的环形间隔体；
移除该环形间隔体的端部以暴露该第一牺牲间隔体及该第二牺牲间隔体的端部；
用包括第一栅极绝缘层及第一导电栅极材料的第一取代栅极结构取代该第一牺牲间隔体；
用包括第二栅极绝缘层及第二导电栅极材料的第二取代栅极结构取代该第二牺牲间隔体；
移除该环形间隔体的剩余部分以界定间隔体空腔；以及
形成电介质材料于该间隔体空腔中。


2.如权利要求1所述的方法，进一步包含：
形成毗邻该第一垂直半导体结构的第一底部源极/漏极区；
形成毗邻该第二垂直半导体结构的第二底部源极/漏极区；
形成底部间隔体于该第一底部源极/漏极区及该第二底部源极/漏极区之上；以及
形成该第一牺牲间隔体及该第二牺牲间隔体于该底部间隔体之上。


3.如权利要求1所述的方法，其中，用该第一取代栅极结构取代该第一牺牲间隔体包含：
移除该第一牺牲间隔体以界定第一栅极空腔；
形成该第一栅极绝缘层于该第一栅极空腔中；以及
形成该第一导电栅极材料于该第一栅极空腔中。


4.如权利要求3所述的方法，其中，用该第二取代栅极结构取代该第二牺牲间隔体包含：
移除该第二牺牲间隔体以界定第二栅极空腔，其中，该第二牺牲间隔体的移除与该第一牺牲间隔体的移除同时；
形成栅极绝缘材料层于该第一栅极空腔及该第二栅极空腔中以界定该第一栅极绝缘层及该第二栅极绝缘层；
形成该第一导电材料于该第一栅极空腔及该第二栅极空腔中；以及
在形成该第二导电材料于该第二栅极空腔中之前，从该第二栅极空腔选择性地移除该第一导电栅极材料的至少一部分。


5.如权利要求4所述的方法，其中，从该第二栅极空腔选择性地移除该第一导电栅极材料的至少一部分进一步包含：
形成覆盖该第一栅极空腔的掩模层；
在有该掩模层在场的情况下，执行蚀刻工艺以从该第二栅极空腔选择性地移除该第一导电栅极材料的至少一部分；以及
移除该掩模层。


6.如权利要求1所述的方法，其中，安置硬掩模层于该第一垂直半导体结构及该第二垂直半导体结构的一顶面上，且该方法进一步包含：
移除该硬掩模层以界定数个帽盖空腔；
各自在该第一垂直半导体结构及该第二垂直半导体结构的该顶面上形成第一顶部源极/漏极区及第二顶部源极/漏极区；以及
形成帽盖层于该第一顶部源极/漏极区及该第二顶部源极/漏极区之上。


7.如权利要求6所述的方法，进一步包含：
在形成第一顶部源极/漏极区及第二顶部源极/漏极区之前，凹陷该第一牺牲间隔体及该第二牺牲间隔体；以及
在该凹陷第一及第二牺牲间隔体之上形成在该帽盖空腔中的内部间隔体。


8.如权利要求1所述的方法，进一步包含：
移除该环形间隔体在该第一垂直半导体结构及该第二垂直半导体结构之间的内部部分以界定暴露各自毗邻该第一导电栅极材料及该第二导电栅极材料的该第一栅极绝缘层及该第二栅极绝缘层的接触空腔；
移除该第一栅极绝缘层及该第二栅极绝缘层暴露于该接触空腔的部分以暴露该第一导电栅极材料及该第二导电栅极材料；以及
形成导电栅极插塞于该接触空腔中。


9.如权利要求8所述的方法，进一步包含：
在移除该环形间隔体的剩余部分之前，凹陷该导电栅极插塞；以及
形成该电介质材料于该间隔体空腔中以及于该导电栅极插塞之上。<...

【专利技术属性】
技术研发人员：S·索斯，史帝文·本利，
申请(专利权)人：格芯公司，
类型：发明
国别省市：开曼群岛;KY