雙鑲嵌式金屬柵極的制作方法
【專利摘要】一種用于制造雙鑲嵌式金屬柵極的方法包括在襯底上形成偽柵極，在襯底和偽柵極上沉積保護(hù)層，在偽柵極的側(cè)面上生長(zhǎng)擴(kuò)展層。該方法進(jìn)一步包括去除保護(hù)層，在偽柵極周圍形成隔離件以及沉積和平坦化介電層。該方法進(jìn)一步包括選擇性地去除擴(kuò)展層和去除偽柵極。本發(fā)明還提供了一種雙鑲嵌式金屬柵極。
【專利說明】雙鑲嵌式金屬柵極
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及半導(dǎo)體領(lǐng)域，更具體地，本發(fā)明涉及一種雙鑲嵌式金屬柵極。
【背景技術(shù)】
[0002]晶體管是一種形成到集成電路中的通用部件。通常通過在半導(dǎo)體襯底上方設(shè)置導(dǎo)電材料形成帶有柵極氧化物中介層的柵極來形成晶體管。處在柵極的相對(duì)面上的半導(dǎo)體襯底的部分受到摻雜從而形成晶體管的源極和漏極區(qū)域。
[0003]通常由非金屬導(dǎo)電材料(諸如，多晶硅)形成晶體管柵極。這是因?yàn)樘幵诙嗑Ч韬蜄艠O氧化物之間的界面可能是有益的。但是，多晶硅層的導(dǎo)電性相對(duì)較低，它能夠產(chǎn)生低電荷積聚。這反過來可能導(dǎo)致電路中不期望的延遲。而且，多晶硅電極的使用可以導(dǎo)致多晶硅氧化物上產(chǎn)生損耗，該損耗可能對(duì)溝道的形成具有反作用。因此，一些電路設(shè)計(jì)者對(duì)金屬柵極進(jìn)行研究。
[0004]然而，金屬柵極具有設(shè)計(jì)者不得不克服的問題。例如，金屬材料易于被各種光刻處理步驟損壞。尤其是，在半導(dǎo)體襯底上執(zhí)行的熱退火工藝可能損壞金屬柵極。因此，經(jīng)常在金屬柵極的位置上形成偽柵極。在執(zhí)行了可能會(huì)損壞金屬柵極的工序之后，可以利用金屬柵極替換偽柵極。需要以一種干凈、精確和費(fèi)用低廉的方式去除和替換偽柵極。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為了解決現(xiàn)有技術(shù)中所存在的問題，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種制造金屬柵極的方法，所述方法包括:在襯底上形成偽柵極；在所述襯底上和所述偽柵極的頂部上沉積保護(hù)層；在所述偽柵極的側(cè)面上生長(zhǎng)擴(kuò)展層；去除所述保護(hù)層；在所述偽柵極和所述擴(kuò)展層周圍形成隔離件；在所述隔離件周圍沉積介電層并將所述介電層平坦化；去除所述擴(kuò)展層；以及去除所述偽柵極。
[0006]在所述方法中，所述保護(hù)層包括抗反射涂布材料。
[0007]在所述方法中，所述擴(kuò)展層包括能夠通過外延工藝選擇性地生長(zhǎng)在形成所述偽柵極的材料上的材料。
[0008]在所述方法中，所述偽柵極包括半導(dǎo)體材料，并且所述擴(kuò)展層包括硅鍺。
[0009]在所述方法中，在去除所述偽柵極之前，選擇性地從所述偽柵極的側(cè)面去除所述
擴(kuò)展層。
[0010]在所述方法中，通過濕式蝕刻工藝去除所述偽柵極。
[0011]在所述方法中，所述保護(hù)層厚到足以在去除所述偽柵極之后留下的孔內(nèi)設(shè)置擱架件。
[0012]在所述方法中，進(jìn)一步包括:以金屬柵極填充去除所述偽柵極之后所留下的孔。
[0013]根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種用于制造金屬柵極的方法，所述方法包括:在襯底和和偽柵極上沉積保護(hù)層，所述保護(hù)層不形成在所述偽柵極的側(cè)面上；通過外延工藝在所述偽柵極的側(cè)面上生長(zhǎng)擴(kuò)展層；在去除所述保護(hù)層之后，在所述偽柵極周圍形成隔離件；在所述偽柵極周圍的區(qū)域中填充介電材料；平坦化所述介電層、所述隔離件和所述偽柵極；在去除所述偽柵極之前去除所述擴(kuò)展層。
[0014]在所述方法中，所述保護(hù)層包括抗反射涂布材料。
[0015]在所述方法中，所述擴(kuò)展層包括能夠通過外延工藝在形成所述偽柵極的材料上選擇性地生長(zhǎng)但不在所述保護(hù)層上生長(zhǎng)的材料。
[0016]在所述方法中，所述偽柵極包括半導(dǎo)體材料，并且所述擴(kuò)展層包括硅鍺。
[0017]在所述方法中，所述擴(kuò)展層能夠被選擇性地從所述偽柵極的側(cè)面去除。
[0018]在所述方法中，通過濕式蝕刻工藝去除所述偽柵極。
[0019]在所述方法中，所述保護(hù)層厚到足以在去除所述偽柵極之后留下的孔內(nèi)設(shè)置擱架件。
[0020]在所述方法中，進(jìn)一步包括:以金屬材料填充去除所述偽柵極之后留下的孔。
[0021]根據(jù)本發(fā)明的又一方面，提供了一種雙鑲嵌式金屬柵極，包括:被介電層包圍的金屬柵極的下部，所述金屬柵極的所述下部具有第一寬度；所述金屬柵極的上部，具有大于所述第一寬度的第二尺寸，使得所述下部和所述上部之間具有擱架件；其中，所述金屬柵極的所述下部的空間由所述偽柵極形成，并且所述金屬柵極的所述上部的空間由所述偽柵極和外延形成在所述偽柵極的側(cè)面上的擴(kuò)展層兩者形成。
[0022]在所述柵極中，進(jìn)一步包括:處在所述金屬柵極和下面的半導(dǎo)體材料之間的高k介電層。
[0023]在所述柵極中，所述金屬柵極是鰭式場(chǎng)效應(yīng)晶體管(FinFET)的一部分。
[0024]在所述柵極中，所述金屬柵極是在集成電路中形成的多個(gè)類似金屬柵極中的一個(gè)。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0025]當(dāng)結(jié)合附圖進(jìn)行閱讀時(shí)，根據(jù)下面詳細(xì)的描述可以更好地理解本發(fā)明。應(yīng)該強(qiáng)調(diào)的是，根據(jù)工業(yè)中的標(biāo)準(zhǔn)實(shí)踐，各種部件沒有被按比例繪制并且僅僅用于說明的目的。實(shí)際上，為了清楚的討論，各種部件的尺寸可以被任意增大或減小。
[0026]圖1A-圖1H是根據(jù)在此所述的原理的一個(gè)實(shí)例示出了以雙鑲嵌式金屬柵極替代偽柵極的說明性工藝的視圖；
[0027]圖2是根據(jù)在此所述的原理的一個(gè)實(shí)例示出了說明性的完整的雙鑲嵌式金屬柵極的視圖；
[0028]圖3是根據(jù)在此所述的原理的一個(gè)實(shí)例的流程圖，示出了形成雙鑲嵌式金屬柵極的方法。
【具體實(shí)施方式】
[0029]應(yīng)該理解，以下公開提供了多種不同實(shí)施例或?qū)嵗糜趯?shí)現(xiàn)本發(fā)明的不同特征。以下將描述組件和布置的特定實(shí)例以簡(jiǎn)化本發(fā)明。當(dāng)然，這些僅是實(shí)例并且不旨在限制本發(fā)明。而且，下面說明中的在第二工藝之前執(zhí)行第一工藝可以包括在第一工藝之后立即執(zhí)行第二工藝的實(shí)施例，而且還可以包括在第一和第二工藝之間可以執(zhí)行附加工藝的實(shí)施例。為了簡(jiǎn)單和清楚，可以任意比例繪制各個(gè)部件。另外，在以下描述中，在第二部件上方或上形成第一部件可以包括第一部件和第二部件直接接觸的實(shí)施例，也可以包括其他部件可以形成在第一部件和第二部件之間使得第一部件和第二部件不直接接觸的實(shí)施例。
[0030]此外，為了簡(jiǎn)化說明在此可使用諸如“在...之下”、“在...下面”、“下面的”、“在...上面”、以及“上面的”等的空間關(guān)系術(shù)語描述如圖中所示的一個(gè)元件或部件與另一元件或部件的關(guān)系。應(yīng)當(dāng)理解，除圖中所示的方位之外，空間關(guān)系術(shù)語將包括使用或操作中的裝置的各種不同的方位。例如，如果翻轉(zhuǎn)圖中所示的裝置，則被描述為在其他元件或部件“下面”或“之下”的元件將被定位為在其他元件或部件的“上面”。因此，示例性術(shù)語“在...下面”包括在上面和在下面的方位。裝置可以以其它方式定位(旋轉(zhuǎn)90度或在其他方位)，并且通過在此使用的空間關(guān)系描述符進(jìn)行相應(yīng)地解釋。
[0031]圖1A-圖1H是示出了以雙鑲嵌式金屬柵極替代偽柵極的說明性工藝100的視圖。下面討論形成雙鑲嵌式金屬柵極所包括的各種工藝。下面不旨在全面地討論形成體現(xiàn)出在此所述的原理的金屬柵極所使用的每個(gè)工序。
[0032]根據(jù)本實(shí)例，圖1A示出了形成在襯底102上的偽柵極104。偽柵極104可以由在其上可以執(zhí)行外延工藝的結(jié)晶材料形成。例如，偽柵極可以由多晶硅形成?？梢允褂脴?biāo)準(zhǔn)的光刻技術(shù)形成偽柵極104。襯底102可以由標(biāo)準(zhǔn)的半導(dǎo)體材料(諸如，硅)形成。
[0033]在形成了偽柵極104之后，在襯底102和偽柵極的頂部?jī)烧呱铣练e保護(hù)層106。保護(hù)層106可以由材料，諸如，硅抗反射涂布(SiARC)形成。保護(hù)層由不與外延工藝相容的材料形成。這使得在偽柵極104上可以選擇性地外延生長(zhǎng)材料。
[0034]圖1B示出了形成在偽柵極104的側(cè)面上的擴(kuò)展層108。通過外延工藝形成該擴(kuò)展層108，該擴(kuò)展層被設(shè)計(jì)成在偽柵極材料104上生長(zhǎng)而不在形成保護(hù)層106的材料上生長(zhǎng)。例如，擴(kuò)展層108可以由硅鍺(SiGe)或硅碳(SiC)形成。外延工藝包括在結(jié)晶襯底上沉積結(jié)晶覆蓋層。在此情況下，擴(kuò)展層108充當(dāng)結(jié)晶覆蓋層而偽柵極104充當(dāng)結(jié)晶襯底。
[0035]圖1C示出了在去除了保護(hù)層106之后的工藝狀態(tài)?？梢酝ㄟ^蝕刻工藝來去除保護(hù)層106，該蝕刻工藝選擇性地去除保護(hù)層材料而不去除偽柵極或擴(kuò)展層材料。在去除了保護(hù)層106之后，偽柵極104保留有包圍著上部但未包圍下部的擴(kuò)展層108。通過下面的論述這種結(jié)構(gòu)的益處將變得更為明顯。
[0036]圖1D示出了形成在偽柵極104和擴(kuò)展層108周圍的隔離件110材料的形成。隔離件110通常被使用在光刻工藝中用于多種目的。例如，可以使用隔離件來防止處在柵極附近的下面的襯底102受到摻雜工藝的損害?？蛇x地，可以將隔離件用于自校準(zhǔn)目的。與體現(xiàn)出了在此所述的原理的柵極一起使用的隔離件材料可以是標(biāo)準(zhǔn)的隔離件材料，該隔離材料不被特定的后面的蝕刻工藝蝕刻掉。
[0037]圖1E示出了用于包圍隔離件材料110的介電層112的形成。這種介電層112可以被稱為層間電介質(zhì)(ILD)。這種介電層112通常處在多層集成電路中。電介質(zhì)材料112防止電流通過不期望的路徑進(jìn)行傳導(dǎo)。因此，晶體管的柵極與電路內(nèi)部的其他部件相互絕緣。只有形成在與柵極的連接中的導(dǎo)電路徑才能夠允許電流流至或源于柵極。
[0038]圖1F示出了平坦化工藝114。該平坦化工藝暴露出介電層112的頂部且暴露出偽柵極104和擴(kuò)展層108的頂部。因此，偽柵極104和擴(kuò)展層108可以被暴露給多個(gè)蝕刻工藝。該平坦化工藝可以是標(biāo)準(zhǔn)的平坦化工藝，諸如，化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)工藝。
[0039]圖1G示出了選擇性地去除擴(kuò)展層108的蝕刻工藝116。也就是說僅有通過外延工藝形成的擴(kuò)展層108被去除，而偽柵極104被保留下來。這在隔離件110和偽柵極104的上部處的偽柵極之間留下了敞開的空間。蝕刻工藝116可以是濕式蝕刻工藝。通過首先去除擴(kuò)展層，偽柵極104被更多地暴露給后續(xù)的蝕刻工藝。
[0040]圖1H示出了去除偽柵極104的蝕刻工藝118。由于擴(kuò)展層108所留出的空間暴露出了更多的偽柵極104,所以更容易去除偽柵極104。完全去除(clear removal)偽柵極104使得形成在由偽柵極104所留出的空間中的金屬柵極具有更高質(zhì)量。這個(gè)蝕刻工藝118也可以是濕式蝕刻工藝，并且這種工藝對(duì)介電層112產(chǎn)生的損害較小。一些干式蝕刻技術(shù)可能對(duì)介電層112造成損害。
[0041]圖2是示出了說明性的完整的雙鑲嵌式金屬柵極200的視圖。根據(jù)本實(shí)例，由偽柵極104所留出的空間被填充了金屬材料從而形成金屬柵極200。在一些情況下，在襯底上，金屬柵極所留下的空間底部形成了其他層，諸如，高k介電層。出于說明目的沒有示出這種層。
[0042]最終的結(jié)構(gòu)包括具有兩個(gè)寬度的金屬柵極。具體地，金屬柵極202的下部206的寬度210具有小于金屬柵極202的上部208的寬度212。上部208的較大的寬度212是擴(kuò)展層的結(jié)果，該擴(kuò)展層在由偽柵極104所留出的孔的上部208上形成了較大的空間。尺寸上的區(qū)別產(chǎn)生了處在上部208和下部206之間的區(qū)域上的擱架件(shelf) 204。
[0043]通過鑲嵌工藝所形成的之一是金屬鑲嵌柵極。由于圖案化金屬層更為困難，所以在溝槽中通常形成有金屬部件，諸如，導(dǎo)線或柵極。這被稱為鑲嵌工藝。在這種情況下，金屬柵極形成在如上所述由偽柵極所留出的孔或溝槽中。雙鑲嵌工藝是金屬填充到圖案內(nèi)的圖案或溝槽內(nèi)的更小的溝槽中的情況。在本實(shí)例中，金屬柵極被稱為雙鑲嵌式金屬柵極202，其原因在于金屬填充到了由偽柵極所留出的孔的下部206的較小的寬度210以及上部208的較大的寬度212中。
[0044]可以使用雙鑲嵌式金屬柵極來形成用于多種晶體管的柵極。例如，雙鑲嵌式金屬柵極202可以是標(biāo)準(zhǔn)的MOSFET晶體管器件的一部分。在一些實(shí)例中，雙鑲嵌式金屬柵極可以是鰭式場(chǎng)效應(yīng)晶體管(FinFET)的一部分。FinFET是具有“鰭”狀柵極的晶體管類型?？梢允褂蒙鲜龅碾p鑲嵌工藝來形成其他類型的晶體管柵極。
[0045]體現(xiàn)出在此所述的原理的雙鑲嵌式金屬柵極沒有使用額外的用于不同金屬柵極部分的掩模。具體地，由于擴(kuò)展層可以選擇性地生長(zhǎng)在偽柵極的側(cè)面上，所以不必使用額外的掩模來不同地圖案化上部。因此，可以費(fèi)用更為低廉的方式制造這種雙鑲嵌式金屬柵極。而且，上述工藝可以被用來制造與集成電路內(nèi)的金屬柵極類似的多個(gè)柵極。
[0046]圖3是示出了形成雙鑲嵌式金屬柵極的說明性方法的流程圖。根據(jù)本實(shí)例，該方法包括在襯底上形成偽柵極的步驟302。該方法還包括在襯底和偽柵極上沉積保護(hù)層的步驟304。該方法還包括在偽柵極的側(cè)面上生長(zhǎng)擴(kuò)展層的步驟306。該方法還包括去除保護(hù)層的步驟308。該方法還包括在偽柵極周圍形成隔離件的步驟310。該方法還包括沉積和平坦化介電層的步驟312。該方法還包括選擇性地去除擴(kuò)展層的步驟314。該方法還包括去除偽柵極的步驟316。
[0047]根據(jù)特定的說明性實(shí)例，用于制造雙鑲嵌式金屬柵極的方法包括在襯底上形成偽柵極，在襯底和偽柵極上沉積保護(hù)層，在偽柵極的側(cè)面上生長(zhǎng)擴(kuò)展層，去除保護(hù)層，在偽柵極周圍形成隔離件，沉積和平坦化介電層，選擇性地去除擴(kuò)展層以及去除偽柵極。[0048]根據(jù)特定的說明性實(shí)例，用于制造雙鑲嵌式金屬柵極的方法包括在襯底和和偽柵極上沉積保護(hù)層，該保護(hù)層不形成在偽柵極的側(cè)面上。該方法進(jìn)一步包括通過外延工藝在偽柵極的側(cè)面上生長(zhǎng)擴(kuò)展層。該方法進(jìn)一步包括在去除保護(hù)層之后在偽柵極周圍形成隔離件，在偽柵極周圍的區(qū)域中填充介電材料。該方法進(jìn)一步包括平坦化介電層、隔離件和偽柵極。該方法進(jìn)一步包括在去除偽柵極之前去除擴(kuò)展層。
[0049]根據(jù)特定的說明性實(shí)例，雙鑲嵌式金屬柵極包括被介電層所包圍的金屬柵極的下部，金屬柵極的下部具有第一寬度，金屬柵極的上部具有大于第一尺寸的第二尺寸，從而使得在下部和上部之間出現(xiàn)了擱架件。金屬柵極的下部用的空間由偽柵極形成，而金屬柵極的上部用的空間由偽柵極和外延形成在偽柵極的側(cè)面上的擴(kuò)展層兩者形成。
[0050]應(yīng)該理解以上所列出的實(shí)施例和步驟的各種不同組合可以多種順序或平行地使用，而且沒有特定的步驟是決定性的或必要的。另外，盡管在此使用了術(shù)語“電極”，但將意識(shí)到埃術(shù)語包括了“電極接觸”的理念。另外，以上借助一些實(shí)施例示出和論述的部件可以與以上借助其他實(shí)施例示出和論述的部件相接合。因此，所有這些更改均旨在包括在該發(fā)明的范圍以內(nèi)。
[0051]上面論述了若干實(shí)施例的部件，使得本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可以更好地理解本發(fā)明的各個(gè)方面。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員應(yīng)該理解，可以很容易地使用本發(fā)明作為基礎(chǔ)來設(shè)計(jì)或更改其他用于達(dá)到與這里所介紹實(shí)施例相同的目的和/或?qū)崿F(xiàn)相同優(yōu)點(diǎn)的處理和結(jié)構(gòu)。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員也應(yīng)該意識(shí)到，這種等效構(gòu)造并不背離本發(fā)明的精神和范圍，并且在不背離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，可以進(jìn)行多種變化、替換以及改變。
【權(quán)利要求】
1.一種制造金屬柵極的方法，所述方法包括: 在襯底上形成偽柵極； 在所述襯底上和所述偽柵極的頂部上沉積保護(hù)層； 在所述偽柵極的側(cè)面上生長(zhǎng)擴(kuò)展層； 去除所述保護(hù)層； 在所述偽柵極和所述擴(kuò)展層周圍形成隔離件； 在所述隔離件周圍沉積介電層并將所述介電層平坦化； 去除所述擴(kuò)展層；以及 去除所述偽柵極。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述保護(hù)層包括抗反射涂布材料。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述擴(kuò)展層包括能夠通過外延工藝選擇性地生長(zhǎng)在形成所述偽柵極的材料上的材料。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其中，所述偽柵極包括半導(dǎo)體材料，并且所述擴(kuò)展層包括娃鍺。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，在去除所述偽柵極之前，選擇性地從所述偽柵極的側(cè)面去除所述擴(kuò)展層。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，通過濕式蝕刻工藝去除所述偽柵極。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述保護(hù)層厚到足以在去除所述偽柵極之后留下的孔內(nèi)設(shè)置擱架件。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，進(jìn)一步包括:以金屬柵極填充去除所述偽柵極之后所留下的孔。
9.一種用于制造金屬柵極的方法，所述方法包括: 在襯底和和偽柵極上沉積保護(hù)層，所述保護(hù)層不形成在所述偽柵極的側(cè)面上； 通過外延工藝在所述偽柵極的側(cè)面上生長(zhǎng)擴(kuò)展層； 在去除所述保護(hù)層之后，在所述偽柵極周圍形成隔離件； 在所述偽柵極周圍的區(qū)域中填充介電材料； 平坦化所述介電層、所述隔離件和所述偽柵極； 在去除所述偽柵極之前去除所述擴(kuò)展層。
10.一種雙鑲嵌式金屬柵極，包括: 被介電層包圍的金屬柵極的下部，所述金屬柵極的所述下部具有第一寬度； 所述金屬柵極的上部，具有大于所述第一寬度的第二尺寸，使得所述下部和所述上部之間具有擱架件； 其中，所述金屬柵極的所述下部的空間由所述偽柵極形成，并且所述金屬柵極的所述上部的空間由所述偽柵極和外延形成在所述偽柵極的側(cè)面上的擴(kuò)展層兩者形成。
【文檔編號(hào)】H01L29/78GK103928337SQ201310193011
【公開日】2014年7月16日 申請(qǐng)日期:2013年5月22日 優(yōu)先權(quán)日:2013年1月10日
【發(fā)明者】王俊杰, 蕭文助, 周櫻旻, 葛翔翔 申請(qǐng)人:臺(tái)灣積體電路制造股份有限公司