具有无边界接触的取代金属栅极制造技术

本发明专利技术的实施例提供一种在取代金属栅极过程中形成用于晶体管的无边界接触(1001)的方法。该方法包括：在衬底上面形成栅极(102)，并且形成与栅极的侧壁相邻的间隔物(103)；降低间隔物的高度以暴露栅极的侧壁的顶部分；沉积覆盖间隔物和栅极的侧壁的上部分的蚀刻停止层(301)；在间隔物上方的层级并且在侧壁的上部分中制成开口(601)以暴露栅极；并且用新栅极材料(701)取代开口的栅极的材料，由此形成取代栅极。该方法还在包围栅极和间隔物的层级间电介质层中产生通路开口(901)，而通路开口暴露蚀刻停止层；去除蚀刻停止层并且用金属材料填充通路开口以形成无边界接触。

Substituted metal gate with borderless contact

Embodiments of the present invention provide a method of forming a borderless contact (1001) for a transistor in the process of replacing a metal gate. The method includes forming a gate electrode on a substrate (102), and a spacer is formed adjacent the side wall of the gate (103); the top part of the lower spacer height to expose the side wall of the gate; the side wall spacers and deposited over the gate electrode portion of the etch stop layer (301); in the spacer above level and opening made in the upper part of a side wall (601) to expose the gate; and the new gate material (701) instead of opening the gate material, thereby forming a gate to replace. The passage opening is surrounded by a gate spacer and method level between the dielectric layer (901), and the channel opening exposing the etch stop layer; removing the etch stop layer and fill the passage opening to form a borderless contact with metal materials.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有无边界接触的取代金属栅极
本专利技术总体上涉及半导体器件制造领域，并且具体地涉及形成具有无边界(borderless)接触的取代金属栅极的方法。
技术介绍
在半导体器件制造领域中，一般通过常称为前端线(FEOL)技术的过程制造或者制作例如比如晶体管的有源半导体器件。晶体管例如可以是场效应晶体管(FET)，并且可以更具体为互补金属氧化物半导体(CMOS)FET。FET也可以是P型掺杂剂掺杂的PFET或者η型掺杂剂掺杂的NFET。近来，已经由于高k金属栅极(HKMG)半导体晶体管较常规的基于多晶硅的CMOS-FET而言的优良性能而引入它们。此外，已经开发取代金属栅极(RMG)过程以进一步提高HKMG晶体管的性能。一般地，在形成晶体管的结构之后，形成用以连接到晶体管的源极、漏极和/或栅极的导电接触以使晶体管具有完善的功能。随着集成电路装置中的器件尺度持续按比例缩减，用于形成对应接触的有效面积也变得越来越小。作为结果，一般需要更少有效面积并且已经在动态随机存取存储器(DRAM)中暂时使用的与栅极无边界的接触正在融入比如晶体管的逻辑结构中。如本领域所知，为了形成用于通过非取代金属栅极(非RMG)过程制造的晶体管的无边界接触，通常在沉积层间电介质之前形成或者沉积HfO2层或者其他类型的高度地耐受RIE(反应离子蚀刻)的蚀刻停止层以覆盖晶体管的栅层叠。然后在蚀刻停止层旁边形成金属接触以与栅极无边界。然而，尽管证实上述方式对于各种非RMG过程制成的晶体管可行，但是在试图向RMG过程中集成上述方式时已经遇到技术困难。具体而言，在应用上述方式以在RMG过程中形成无边界接触时，在栅极旁边形成的间隔物的顶部分在RMG过程期间、特别是在用来打开栅极区域以便去除其中的虚置栅极(du_y gate)的抛光步骤期间将不可避免受损。例如，图11示范性地图示在如本领域已知的形成用于晶体管的无边界接触的过程期间的半导体结构。更具体而言，在形成晶体管1100的过程期间，可以首先在半导体衬底1102上面形成诸如金属栅极1101的栅层叠。可以与金属栅极1101相邻在其侧壁处形成诸如氮化物间隔物1103的间隔物。在衬底1102中在氮化物间隔物1103旁边的源极和漏极区1104中形成硅化物后，可以沉积HfO2层1105或者其他类型的蚀刻停止层以覆盖金属栅极1101和间隔物1103 二者。接着，如本领域所知，沉积电介质层1106以覆盖源极和漏极区1104以及金属栅极1101，并且随后在电介质层1106内部产生接触孔或者通孔(未示出)。可以借助蚀刻停止层1105的蚀刻选择性，可以恰在蚀刻停止层1105旁边形成接触孔并且与蚀刻停止层1105相接。最后，可以通过用适当导电或者金属材料填充接触孔然后针对晶体管1100形成无边界接触。然而，在非RMG过程中常用的上述方式不可直接应用于RMG过程或者不容易与RMG过程组合。例如，在RMG过程中，如图11中所示的金属栅极1101可以是需要去除、然后用相同或者其他适当金属材料取代或者重新形成的图12中所示虚置栅极1201。虚置栅极1201可以由金属或者多晶硅或者其他材料制成。为了执行虚置栅极1201的取代，在图11中所示步骤之后，将通过例如通过化学机械抛光(CMP)过程去除虚置栅极1201的顶部分来打开栅极区域以暴露虚置栅极1201。遗憾的是，去除和暴露虚置栅极1201的过程可能同时去除与虚置栅极1201相邻的间隔物1103的顶部分从而产生使间隔物1203也被暴露而未覆盖蚀刻停止层1105的顶表面1207。在形成用来产生接触孔的取代金属栅极之后，暴露的间隔物1103易受后续反应离子蚀刻(RIE)过程影响。因此，可能需要形成需要与取代栅极过程兼容的附加保护层以便覆盖和保护间隔物1103。在某些情形中，无边界接触甚至有可能用上述RMG过程也不可能实现。
技术实现思路
本专利技术的实施例提供一种形成具有取代金属栅极的半导体结构(比如场效应晶体管)的方法。该方法可以包括:在衬底上面形成栅极和与栅极的侧壁相邻的间隔物；降低间隔物的高度以暴露栅极的侧壁的上部分；沉积覆盖高度降低的间隔物和栅极的侧壁的暴露的上部分的蚀刻停止层；在间隔物上方的层级并且在侧壁的上部分内产生开口以从栅极的顶部暴露栅极；以及从开口去除栅极的现有栅极材料并且用新栅极材料取代以形成取代栅极。根据一个实施例，产生开口可以包括:沉积第一层级间电介质(ILD)层，该ILD层覆盖高度降低的间隔物和栅极的侧壁的暴露的上部分的至少部分；以及通过平坦化将第一ILD层的顶表面降低至所述层级，由此从栅极的顶表面去除蚀刻停止层并且产生开口。在一个实施例中，该方法还可以包括:沉积覆盖取代栅极和第一 ILD层的第二 ILD层；在第一和第二 ILD层中产生通路开口，通路开口暴露蚀刻停止层，蚀刻停止层覆盖间隔物和栅极的侧壁的上部分；去除暴露的蚀刻停止层的在源极/漏极区上面的至少部分；以及用形成金属接触的金属材料填充通路开口。在另一实施例中，新栅极材料在其顶部被在第一和第二 ILD层中产生通路开口的过程期间保护取代栅极的栅极帽层覆盖。在又一实施例中，栅极帽层可以是氧化铝、氮化铝或者与第二 ILD层不同的电介质材料。根据一个实施例，沉积第一 ILD层可以包括沉积第一 ILD层以通过蚀刻停止层完全覆盖侧壁的暴露的上部分和栅极的顶表面。栅极的侧壁的顶部分可以具有表示栅极的总高度的约10 %到70 %的、在约5nm与约35nm之间的高度范围，高度范围足以使得在间隔物上方的层级产生开口。在一个实施例中，降低间隔物的高度可以包括在反应离子蚀刻(RIE)过程中蚀刻间隔物，而RIE过程是定向蚀刻过程并且对栅极的现有栅极材料有选择性。附图说明现在将参照附图仅通过例子描述本专利技术的实施例，在附图中:图1是根据本专利技术的一个实施例的形成具有取代金属栅极和无边界接触的晶体管的方法的示范性图示；图2是根据本专利技术的一个实施例的、在图1中所示步骤之后形成具有取代金属栅极和无边界接触的晶体管的方法的示范性图示；图3是根据本专利技术的一个实施例的、在图2中所示步骤之后形成具有取代金属栅极和无边界接触的晶体管的方法的示范性图示；图4是根据本专利技术的一个实施例的、在图3中所示步骤之后形成具有取代金属栅极和无边界接触的晶体管的方法的示范性图示；图5是根据本专利技术的一个实施例的、在图4中所示步骤之后形成具有取代金属栅极和无边界接触的晶体管的方法的示范性图示；图6是根据本专利技术的一个实施例的、在图5中所示步骤之后形成具有取代金属栅极和无边界接触的晶体管的方法的示范性图示；图7是根据本专利技术的一个实施例的、在图6中所示步骤之后形成具有取代金属栅极和无边界接触的晶体管的方法的示范性图示；图8是根据本专利技术的一个实施例的、在图7中所示步骤之后形成具有取代金属栅极和无边界接触的晶体管的方法的示范性图示；图9是根据本专利技术的一个实施例的、在图8中所示步骤之后形成具有取代金属栅极和无边界接触的晶体管的方法的示范性图示；图10是根据本专利技术的一个实施例的、在图9中所示步骤之后形成具有取代金属栅极和无边界接触的晶体管的方法的示范性图示；图11是如本领域已知的在形成用于晶体管的无边界接触的过程期间的半导体结构的过程中的半导体结构的示范性图示；以及图12是如本领域已知本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：D·V·霍拉克，范淑贞，T·E·斯坦戴特，
申请(专利权)人：国际商业机器公司，
类型：
国别省市：