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      具有不同寬度的柵極結(jié)構(gòu)及其制造方法_3

      文檔序號:8513672閱讀:來源:國知局
      ,會通過回蝕工藝移除過多的寬金屬柵極結(jié)構(gòu)118,諸如寬金屬柵極結(jié)構(gòu)118的功函數(shù) 金屬層124和金屬柵極電極層126的頂部。因此,縮短的寬金屬柵極結(jié)構(gòu)可能被破壞,該結(jié) 構(gòu)的閾值電壓也會發(fā)生改變。相應(yīng)地,如根據(jù)一些實(shí)施例在圖2F中所示,掩膜結(jié)構(gòu)311用 以防止寬金屬柵極結(jié)構(gòu)118被回蝕工藝破壞。
      [0060] 如圖2F中所示,根據(jù)一些實(shí)施例,掩膜結(jié)構(gòu)311形成在寬金屬柵極結(jié)構(gòu)118上方 以使寬金屬柵極結(jié)構(gòu)118免于后續(xù)蝕刻工藝的影響。如圖2F中所示,掩膜結(jié)構(gòu)311覆蓋寬 金屬柵極結(jié)構(gòu)118但不覆蓋窄金屬柵極結(jié)構(gòu)120。因此,在后續(xù)回蝕工藝期間,寬金屬柵極 結(jié)構(gòu)118受到掩膜結(jié)構(gòu)311的保護(hù),而露出了窄金屬柵極結(jié)構(gòu)120的上表面。在一些實(shí)施 例中,掩膜結(jié)構(gòu)311包括光刻膠層和底部抗反射覆蓋層(BARC)。
      [0061] 如根據(jù)一些實(shí)施例在圖2G中所示,在形成掩膜結(jié)構(gòu)311之后,執(zhí)行回蝕工藝127 以縮短窄金屬柵極結(jié)構(gòu)120。由于寬金屬柵極結(jié)構(gòu)118受到掩膜結(jié)構(gòu)311保護(hù),在執(zhí)行回蝕 工藝127之后,寬金屬柵極結(jié)構(gòu)118的高度保持不變。然而,在回蝕工藝127期間暴露了窄 金屬柵極結(jié)構(gòu)120的上表面,因此,在執(zhí)行回蝕工藝127之后,窄金屬柵極結(jié)構(gòu)120被縮短 以形成縮短的窄金屬柵極結(jié)構(gòu)120'。
      [0062] 在一些實(shí)施例中,寬金屬柵極結(jié)構(gòu)118具有第一高度氏,而縮短的窄金屬柵極結(jié)構(gòu) 120'具有比第一高度氏小的第二高度H2。在一些實(shí)施例中,第一高度&在大約400A到 大約1000A的范圍內(nèi)。在一些實(shí)施例中,第二高度H2在大約100A到大約990A的范圍 內(nèi)。在一些實(shí)施例中,第一高度氏和第二高度H2的比值在大約4到10的范圍內(nèi)。
      [0063] 此外,由于寬金屬柵極結(jié)構(gòu)118通過取代寬偽柵極結(jié)構(gòu)104形成且縮短的窄金屬 柵極結(jié)構(gòu)120'通過取代窄偽柵極結(jié)構(gòu)106形成,因此,寬金屬柵極結(jié)構(gòu)118同樣具有第一 寬度A,且縮短的窄金屬柵極結(jié)構(gòu)120'具有小于第一寬度A的第二寬度W2。在一些實(shí)施 例中,第一高度氏與第一寬度%的比值在大約25到大約1的范圍內(nèi)。在一些實(shí)施例中,第 二高度H2與第二寬度W2的比值在大約1到大約30的范圍內(nèi)。
      [0064] 根據(jù)一些實(shí)施例,在執(zhí)行回蝕工藝127之后,移除掩膜結(jié)構(gòu)311,并在縮短的窄金 屬柵極結(jié)構(gòu)120'上形成絕緣層128。如圖2H中所示,絕緣層128形成在縮短的窄金屬柵極 結(jié)構(gòu)120'上而并未形成在寬金屬柵極結(jié)構(gòu)118上。在一些實(shí)施例中,通過在襯底102上方 沉積絕緣材料并將該絕緣材料的頂部移除以暴露出寬金屬柵極結(jié)構(gòu)118的上表面而形成 絕緣層128。
      [0065] 在一些實(shí)施例中,絕緣層128具有第三高度H3。在一些實(shí)施例中,第三高度比在 大約1A到大約300A的范圍內(nèi)。在一些實(shí)施例中,寬金屬柵極結(jié)構(gòu)118的第一高度Hi基 本上等于縮短的窄金屬柵極結(jié)構(gòu)120'的第二高度H2和絕緣層128的第三高度H3之和。
      [0066] 在一些實(shí)施例中,絕緣層128由氮化物材料、碳化物材料或者氧化物材料構(gòu)成,諸 如氮化硅、碳化硅、氮氧化硅或者氧化鋁。此外,其他的低k介電材料也可用于形成絕緣層 128。絕緣層128可通過在襯底102上方沉積絕緣材料并隨后執(zhí)行CMP工藝而形成。該絕 緣材料可通過CVD工藝進(jìn)行沉積。
      [0067] 接下來,如根據(jù)一些實(shí)施例在圖21中所示,在ILD層112、絕緣層128以及寬金屬 柵極結(jié)構(gòu)118上形成介電層130。在一些實(shí)施例中,介電層130由氧化硅、氮化硅、氮氧化硅 或者其他與ILD層112類似或相同的合適的介電材料構(gòu)成。介電層130可通過CVD工藝形 成。
      [0068] 之后,如根據(jù)一些實(shí)施例在圖21中所不,在介電層130上方形成光刻膠層313。光 刻膠層313具有第一開口 315和第二開口 317。如根據(jù)一些實(shí)施例在圖2J中所示,執(zhí)行蝕 刻工藝以移除光刻膠層313的第一開口 315和第二開口 317下面的ILD層112和介電層 130的部分。因此形成了第一接觸件溝道319和第二接觸件溝道321。在一些實(shí)施例中,該 蝕刻工藝為濕蝕刻工藝。第一接觸件溝道319和第二接觸件溝道321的寬度可以根據(jù)需要 調(diào)整。
      [0069] 接下來,如根據(jù)一些實(shí)施例在圖2K中所示,分別在第一接觸件溝道319和第二接 觸件溝道321中形成第一接觸件132和第二接觸件134。在一些實(shí)施例中,第一接觸件132 和第二接觸件134由導(dǎo)電材料構(gòu)成,諸如鋁、銅、鎢、鈦、鉭、氮化鈦、氮化鉭、硅化鎳、硅化 鈷、TaC、TaSiN、TaCN、TiAl、TiAIN、其他合適的導(dǎo)電材料或它們的組合。
      [0070] 如圖2K中所示,第一接觸件132鄰近寬金屬柵極結(jié)構(gòu)118在S/D區(qū)域307上方形 成,且第二接觸件134鄰近窄金屬柵極結(jié)構(gòu)120'在S/D區(qū)域307上方形成。此外,由于絕 緣層128形成在縮短的窄金屬柵極結(jié)構(gòu)120'上并配置為防止第二接觸件134和縮短的窄 金屬柵極結(jié)構(gòu)120'之間發(fā)生短路,故第二接觸件134能夠自對準(zhǔn)到縮短的窄金屬柵極結(jié)構(gòu) 120'。也就是說,在如圖2J所示通過蝕刻工藝形成第二接觸件溝道321時(shí),絕緣層128可 以用作掩膜。因此,形成在第二接觸件溝道321中的第二接觸件134能夠?qū)?zhǔn)到縮短的窄 金屬柵極結(jié)構(gòu)120',而第二接觸件134將不會與縮短的窄金屬柵極結(jié)構(gòu)120'直接接觸。
      [0071] 如前所述,絕緣層128形成在縮短的窄金屬柵極結(jié)構(gòu)120'上以防止第二接觸件 134和縮短的窄金屬柵極結(jié)構(gòu)120'之間的短路。因此,第二接觸件134可以是對準(zhǔn)到縮短 的窄金屬柵極結(jié)構(gòu)120'的自對準(zhǔn)接觸件。此外,由于掩膜結(jié)構(gòu)311被用于在進(jìn)行回蝕工藝 127期間保護(hù)寬金屬柵極結(jié)構(gòu)118,所以寬金屬柵極結(jié)構(gòu)118的導(dǎo)電材料不會被損壞,且閾 值電壓也會保持為涉及電壓。
      [0072] 回到圖1,根據(jù)一些實(shí)施例,半導(dǎo)體器件結(jié)構(gòu)100進(jìn)一步包括第三縮短的金屬柵極 結(jié)構(gòu)120"以及第三接觸件134'。圖3示出了根據(jù)一些實(shí)施例的半導(dǎo)體器件結(jié)構(gòu)100沿著 圖1中的線B-B'所示出的橫截面圖。用于形成第三縮短的金屬柵極結(jié)構(gòu)120"的材料和工 藝與用于形成縮短的窄柵極結(jié)構(gòu)120'的類似。更具體地,第三縮短的金屬柵極結(jié)構(gòu)120" 也包括柵極介電層122、功函數(shù)金屬層124以及金屬柵極電極層126。此外,絕緣層128形 成在第三縮短的金屬柵極結(jié)構(gòu)120"上。
      [0073] 如圖1中所示,寬金屬柵極結(jié)構(gòu)118具有第一長度U,而第三縮短的金屬柵極結(jié)構(gòu) 120"具有小于第一長度U的第二長度L2。由于第三縮短的金屬柵極結(jié)構(gòu)120"長度相對較 短,所以也會增加在第三縮短的金屬柵極結(jié)構(gòu)120"與毗鄰第三縮短的金屬柵極結(jié)構(gòu)120" 形成的第三接觸件134'之間發(fā)生短路的風(fēng)險(xiǎn)。因此,如根據(jù)一些實(shí)施例在圖3中所示,同 樣會在在第三縮短的金屬柵極結(jié)構(gòu)120"上形成絕緣層128以防止第三縮短的金屬柵極結(jié) 構(gòu)120"和第三接觸件134'之間發(fā)生短路。在一些實(shí)施例中,第三接觸件134'的材料和形 成工藝與第二接觸件134的類似。在一些實(shí)施例中,第三接觸件134'為自對準(zhǔn)接觸件。
      [0074] 應(yīng)該注意的是,圖2中所示的寬金屬柵極結(jié)構(gòu)118、縮短的窄金屬柵極結(jié)構(gòu)120'、 第三縮短的金屬柵極結(jié)構(gòu)120"僅僅是示例,并不意在限制本公開的范圍。在一些實(shí)施例中, 半導(dǎo)體器件結(jié)構(gòu)只包括兩個(gè)金屬柵極結(jié)構(gòu),諸如寬金屬柵極結(jié)構(gòu)118和縮短的窄金屬柵極 結(jié)構(gòu)120'。在一些實(shí)施例中,半導(dǎo)體器件結(jié)構(gòu)包括三個(gè)以上金屬柵極結(jié)構(gòu)。
      [0075] 此外,上述方法(包括利用掩膜結(jié)構(gòu)311)也可用于形成包括鰭式場效應(yīng)晶體管 (FinFET)結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體器件結(jié)構(gòu)。圖4A示出了根據(jù)一些實(shí)施例的半導(dǎo)體器件結(jié)構(gòu)400的 俯視圖。圖4B示出了根據(jù)一些實(shí)施例的半導(dǎo)體器件結(jié)構(gòu)400沿著圖4A中的線C-C'所示出 的的橫截面圖。圖4C示出了根據(jù)一些實(shí)施例的半導(dǎo)體器件結(jié)構(gòu)400沿著圖4A中的線D-D' 所示出的的橫截面圖。
      [0076] 如圖4A中所示,半導(dǎo)體器件結(jié)構(gòu)400包括形成在襯底102上方的第四柵極結(jié)構(gòu) 518、第五柵極結(jié)構(gòu)520'以及第六柵極結(jié)構(gòu)520"。此外,第四柵極結(jié)構(gòu)518、第五柵極結(jié)構(gòu) 520'以及第六個(gè)柵極結(jié)構(gòu)520"分別越過鰭結(jié)構(gòu)502形成。第一接觸件132鄰近第四柵極 結(jié)構(gòu)518形成。第二接觸件134鄰近第五個(gè)柵極結(jié)構(gòu)520'形成。第三接觸件134'鄰近第 六柵極結(jié)構(gòu)520"形成。
      [0077] 如圖4B中所示,根據(jù)一些實(shí)施例,第四柵極結(jié)構(gòu)518可以類似于寬金屬柵極結(jié)構(gòu) 118,且第五柵極結(jié)構(gòu)520'可以類似于縮短的窄金屬柵極結(jié)構(gòu)120'。在一些實(shí)施例中,第四 柵極結(jié)構(gòu)518和第五柵極結(jié)構(gòu)520'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。此外,因?yàn)榈谖鍠艠O結(jié)構(gòu)520'具有相對小的寬度,絕緣層128形成在
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