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      具有不同寬度的柵極結(jié)構(gòu)及其制造方法_2

      文檔序號(hào):8513672閱讀:來源:國(guó)知局
      一些實(shí)施例提供了襯底102。襯底102可以是諸如硅晶圓的 半導(dǎo)體晶圓??蛇x地或附加地,襯底102可包括元素半導(dǎo)體材料、化合物半導(dǎo)體材料和/或 合金半導(dǎo)體材料。元素半導(dǎo)體材料的實(shí)例可為晶體硅、多晶硅、非晶硅、鍺和/或金剛石,但 并不局限于此?;衔锇雽?dǎo)體材料的實(shí)例可為碳化硅、砷化鎵、磷化鎵、磷化銦、砷化銦和 /或銻化銦,但并不局限于此。合金半導(dǎo)體材料的實(shí)例可為SiGe、GaAsP、AlInAs、AlGaAs、 GalnAs、GalnP和/或GalnAsP,但并不局限于此。
      [0041] 在一些實(shí)施例中,襯底102包括諸如摻雜區(qū)域、隔離部件、層間介電(ILD)層和/ 或?qū)щ姴考慕Y(jié)構(gòu)。此外,襯底102可進(jìn)一步包括要被圖案化的單個(gè)或多個(gè)材料層。例如, 該材料層可包括娃層、介電層和/或摻雜多晶娃層。
      [0042] 根據(jù)一些實(shí)施例,如圖2A中所示,在襯底102上方形成寬偽柵極結(jié)構(gòu)104和窄偽 柵極結(jié)構(gòu)106。在一些實(shí)施例中,寬偽柵極結(jié)構(gòu)104具有第一寬度&,而窄偽柵極結(jié)構(gòu)106 具有小于第一寬度A的第二寬度W2。在一些實(shí)施例中,寬偽柵極結(jié)構(gòu)104的第一寬度A在 大約10nm到大約500nm的范圍內(nèi)。在一些實(shí)施例中,窄偽柵極結(jié)構(gòu)106的第二寬度^在 大約5nm到250nm的范圍內(nèi)。在一些實(shí)施例中,第一寬度%和第二寬度W2的比在大約2到 大約15的范圍內(nèi)。
      [0043] 在一些實(shí)施例中,寬偽柵極結(jié)構(gòu)104和窄偽柵極結(jié)構(gòu)106各自均包括偽柵極介電 層108和偽柵極電極層110。在一些實(shí)施例中,偽柵極介電層108由高k介電材料形成, 諸如金屬氧化物、金屬氮化物、金屬硅酸鹽、過渡金屬氧化物、過渡金屬氮化物、過渡金屬硅 酸鹽或者金屬氮氧化物。高k介電材料的實(shí)例包括但不限制于氧化鉿(Hf02)、硅氧化鉿 (HfSiO)、氮氧化硅鉿(HfSiON)、氧化鉭鉿(HfTaO)、氧化鈦鉿(HfTiO)、氧化鋯鉿(HfZrO)、 氮化娃、氮氧化娃、氧化锫、氧化鈦、氧化錯(cuò)、二氧化鉿-氧化錯(cuò)(Hf02-Al203)合金或其它適 用的介電材料。在一些實(shí)施例中,偽柵極電極層110由多晶硅組成。
      [0044] 寬偽柵極結(jié)構(gòu)104和窄偽柵極結(jié)構(gòu)106可通過包括沉積處理、光刻圖案化處理以 及蝕刻處理的工序形成。沉積處理可包括化學(xué)氣相沉積(CVD)、物理氣相沉積(PVD)、原 子層沉積(ALD)、高密度等離子體CVD(HDPCVD)、有機(jī)金屬CVD(MOCVD)或者等離子體增強(qiáng) CVD(PECVD)。光刻圖案化工藝可包括光刻膠涂覆(例如,旋涂)、軟烘、掩模對(duì)準(zhǔn)、曝光、曝光 后烘烤、顯影光刻膠、漂洗、干燥(例如,硬烘)和/或其他合適的工藝。蝕刻工藝可包括干 蝕刻、濕蝕刻和/或其他蝕刻方法(例如,反應(yīng)離子蝕刻)。
      [0045] 應(yīng)該注意的是,寬偽柵極結(jié)構(gòu)104和窄偽柵極結(jié)構(gòu)106可以彼此毗鄰,或者在寬偽 柵極結(jié)構(gòu)104和窄偽柵極結(jié)構(gòu)106之間可形成其他結(jié)構(gòu),本公開的范圍并不意在限制。
      [0046] 在一些實(shí)施例中,密封層301形成在寬偽柵極結(jié)構(gòu)104和窄偽柵極結(jié)構(gòu)106的側(cè) 壁上。密封層301可保護(hù)寬偽柵極結(jié)構(gòu)104和窄偽柵極結(jié)構(gòu)106在后續(xù)處理期間免于損害 或損失,且還可在后續(xù)處理期間防止它們被氧化。在一些實(shí)施例中,密封層301由氮化硅、 氧化硅、氮氧化硅、碳化硅或者其他合適的介電材料構(gòu)成。密封層301可包括單層或多層。
      [0047] 根據(jù)一些實(shí)施例,間隔層303進(jìn)一步形成在密封層301上。在一些實(shí)施例中,間隔 層303由氮化硅、氧化硅、碳化硅、氮氧化硅或其他適用的材料構(gòu)成。間隔層303可通過沉 積和蝕刻工藝形成。
      [0048] 另外,也可在襯底102中形成多個(gè)摻雜區(qū)域。在一些實(shí)施例中,如根據(jù)一些實(shí)施例 在圖2A中所示,輕摻雜的源/漏極(LDD)區(qū)305和源/漏極(S/D)區(qū)307形成在襯底102 中。LDD區(qū)305和S/D區(qū)307可通過離子注入工藝、光刻、擴(kuò)散和/或其他適用的工藝形成。 在一些實(shí)施例中,LDD區(qū)305和S/D區(qū)307摻雜有諸如硼或BF2的p型摻雜劑和/或諸如磷 或砷的n型摻雜劑。
      [0049] 根據(jù)一些實(shí)施例,如圖2B中所示,在形成寬偽柵極結(jié)構(gòu)104和窄偽柵極結(jié)構(gòu)106 之后,在襯底102上形成接觸蝕刻停止層(CESL)309以覆蓋寬偽柵極結(jié)構(gòu)104和窄偽柵 極結(jié)構(gòu)106。在一些實(shí)施例中,CESL309由氮化硅、氮氧化硅和/或其他適用的材料制成。 CESL309可通過等離子體增強(qiáng)CVD、低壓CVD、ALD或其他適用的工藝形成。
      [0050] 根據(jù)一些實(shí)施例,在形成CESL309之后,在襯底102上方的CESL309上形成ILD層 112。ILD層112可包括由多種介電材料制成的多個(gè)層,這些介電材料諸如為氧化硅、氮化 硅、氮氧化硅、正硅酸乙酯(TE0S)、磷硅酸鹽玻璃(PSG)、硼磷酸鹽玻璃(BPSG)、低k介電材 料和/或其他適用的介電材料。低k介電材料的實(shí)例包括但不限于氟化硅玻璃(FSG)、摻雜 碳的氧化硅、氟化非晶碳、聚對(duì)二甲苯、雙-苯并環(huán)丁烯(BCB)或聚酰亞胺。ILD層112可通 過化學(xué)氣相沉積(CVD)、物理氣相沉積(PVD)、原子層沉積(ALD)、旋涂或其他適用的工藝形 成。
      [0051] 此后,如根據(jù)一些實(shí)施例在圖2C中所示,對(duì)ILD層112進(jìn)行拋光處理。在一些實(shí) 施例中,通過化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)工藝平坦化ILD層112,直到露出寬偽柵極結(jié)構(gòu)104和窄 偽柵極結(jié)構(gòu)106的上表面。
      [0052] 在進(jìn)行拋光處理之后,由寬金屬柵極結(jié)構(gòu)118取代寬偽柵極結(jié)構(gòu)104,并由窄金屬 柵極結(jié)構(gòu)120取代窄偽柵極結(jié)構(gòu)106。更具體地,如根據(jù)一些實(shí)施例在圖2D中所示,移除寬 偽柵極結(jié)構(gòu)104和窄偽柵極結(jié)構(gòu)106以形成寬溝道114和窄溝道116。在一些實(shí)施例中,通 過第一蝕刻工藝將偽柵極電極層110移除,并在執(zhí)行第一蝕刻工藝之后通過第二蝕刻工藝 將偽柵極介電層108移除。之后,如根據(jù)一些實(shí)施例在圖2E中所示,在寬溝道114和窄溝 道116中分別形成寬金屬柵極結(jié)構(gòu)118和窄金屬柵極結(jié)構(gòu)120。
      [0053] 在一些實(shí)施例中,寬金屬柵極結(jié)構(gòu)118和窄金屬柵極結(jié)構(gòu)120各自均包括柵極介 電層122、功函數(shù)金屬層124以及金屬柵極電極層126。
      [0054] 在一些實(shí)施例中,柵極介電層122由高k介電材料構(gòu)成。高k介電材料的實(shí)例可 包括但不限于氧化鉿(Hf02)、硅氧化鉿(HfSiO)、氮氧化硅鉿(HfSiON)、氧化鉭鉿(HfTaO)、 氧化鈦鉿(HfTiO)、氧化鋯鉿(HfZrO)、金屬氧化物、金屬氮化物、金屬硅酸鹽、過渡金屬氧 化物、過渡金屬氮化物、過渡金屬硅酸鹽、金屬氮氧化物、金屬鋁酸鹽、硅酸鋯、鋁酸鋯、氧化 娃、氮化娃、氮氧化娃、氧化锫、氧化鈦、氧化錯(cuò)或者氧化鉿-錯(cuò)(Hf02-Al203)合金。
      [0055] 功函數(shù)金屬層124形成在柵極介電層122上方。功函數(shù)金屬層124被調(diào)整為具有 適當(dāng)?shù)墓瘮?shù)。例如,如果需要用于PM0S器件的P型功函數(shù)金屬(P金屬),那么可使用TiN、 WN或者W。相反,如果需要用于NM0S器件的N型功函數(shù)金屬(N金屬),那么可使用TiAl、 TiAIN或者TaCN。
      [0056] 金屬柵極電極層126在功函數(shù)金屬層124上方形成。在一些實(shí)施例中,金屬柵極電 極層126由導(dǎo)電材料構(gòu)成,諸如由錯(cuò)、銅、鶴、欽、組、氣化欽、氣化組、娃化鎮(zhèn)、娃化鉆、TaC、 TaSiN、TaCN、TiAl、TiAIN或其他適用的材料構(gòu)成。可通過任何適用的工藝將柵極介電層 122、功函數(shù)金屬層124以及金屬柵極電極層126成形為任何適用的厚度。
      [0057] 應(yīng)該注意的是,可在柵極介電層122、功函數(shù)金屬層124以及金屬柵極電極層126 之上和/或之下形成諸如襯墊層、界面層、種晶層、粘附層、勢(shì)壘層等的附加層。此外,柵極 介電層122、功函數(shù)金屬層124以及金屬柵極電極層126可包括一種或多種材料和/或一個(gè) 或多個(gè)層。
      [0058] 如圖2E中所示,寬金屬柵極結(jié)構(gòu)118形成在寬溝道114中并具有第一寬度A。窄 金屬柵極結(jié)構(gòu)120形成在窄溝道116中并具有小于第一寬度%的第二寬度W2。然而,當(dāng)窄 金屬柵極結(jié)構(gòu)120的第二寬度W2太小時(shí),可能難于在窄金屬柵極結(jié)構(gòu)120和第二接觸件134 之間沒有短路的情況下對(duì)準(zhǔn)和形成第二接觸件134。因此,通過回蝕工藝將窄金屬柵極結(jié)構(gòu) 120縮短以形成縮短的窄金屬柵極結(jié)構(gòu)120',這樣,就能夠在縮短的窄金屬柵極結(jié)構(gòu)120' 上形成絕緣層128以防止第二接觸件134和縮短的窄金屬柵極結(jié)構(gòu)120'之間發(fā)生短路。
      [0059] 此外,在回蝕工藝期間,還可蝕刻寬金屬柵極結(jié)構(gòu)118。然而,如果寬金屬柵極結(jié)構(gòu) 118和窄金屬柵極結(jié)構(gòu)120都通過回蝕工藝蝕刻,那么,因?yàn)樨?fù)載效應(yīng),寬金屬柵極結(jié)構(gòu)118 的頂部被回蝕工藝移除的量會(huì)大于窄金屬柵極結(jié)構(gòu)120的頂部被回蝕工藝移除的量。也就 是說
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