形成晶體管的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明一般涉及半導(dǎo)體器件的制造并且特別地涉及替換金屬柵處理中的晶體管的制造。
【背景技術(shù)】
[0002]在半導(dǎo)體器件制造的領(lǐng)域中，通過通常被稱為前端制程(front end of line，F(xiàn)EOL)技術(shù)或處理的處理來制造諸如晶體管之類的有源半導(dǎo)體器件。晶體管可以是例如場效應(yīng)晶體管(FET)并且更具體地可以是互補(bǔ)的金屬一氧化物一半導(dǎo)體FET(CMOS-FET)。FET還可以是P型摻雜劑摻雜的FET (pFET)或η型摻雜劑摻雜的FET (nFET)。
[0003]近來，已經(jīng)開始廣泛地采用利用高k金屬柵(HKMG)制作的半導(dǎo)體晶體管，這是因?yàn)樗鼈兊男阅軆?yōu)于常規(guī)的或傳統(tǒng)的基于多晶硅的晶體管。另外，為了改善可制造性并且易于與其它先進(jìn)的器件特征集成，新處理(諸如替換金屬柵(RMG)處理)已經(jīng)被開發(fā)用于制造HKMG晶體管。
[0004]然而，與RMG處理相關(guān)聯(lián)地，存在與在晶體管的偽柵極之上并且特別地在以越過襯底或晶片(wafer)的相對大距離分隔的晶體管的偽柵極之上形成氮化物硬掩模的一個(gè)或多個(gè)步驟有關(guān)的處理變化。更具體地，處理變化導(dǎo)致氮化物硬掩模的厚度的變化，其可能最終導(dǎo)致柵極高度變化并且引起所關(guān)心的晶體管之間的引人注意的性能變化，其全部依賴于在使用當(dāng)前常規(guī)的制造的RMG處理時(shí)在襯底或晶片上何處制造晶體管。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的實(shí)施例提供利用替換金屬柵形成半導(dǎo)體晶體管的方法。該方法包括:在同一襯底上形成第一和第二柵極結(jié)構(gòu)，所述第一和第二柵極結(jié)構(gòu)分別具有第一和第二偽柵極，所述第一和第二偽柵極具有基本上相同的高度并且被不同厚度的第一和第二硬掩模覆蓋；從所述第一和第二偽柵極去除所述第一和第二硬掩模，所述去除步驟刻蝕了分別鄰近所述第一和第二偽柵極并且被嵌入一個(gè)或更多個(gè)電介質(zhì)層內(nèi)的第一組和第二組側(cè)壁間隔件的頂部，由此得到由所述一個(gè)或更多個(gè)電介質(zhì)層圍繞的所述第一組和第二組側(cè)壁間隔件之上的不同深度的凹坑(divot);在所述第一和第二偽柵極之上以及在所述凹坑內(nèi)沉積保形的(conformal)電介質(zhì)層，所述保形的電介質(zhì)層足夠厚來填滿所述凹坑；去除所述保形的電介質(zhì)層的部分來暴露所述部分下面的所述第一和第二偽柵極；以及用第一和第二高k金屬柵替換所述第一和第二偽柵極。
[0006]根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，去除所述保形的電介質(zhì)層的部分包括:各向同性地刻蝕所述保形的電介質(zhì)層的在所述第一和第二偽柵極之上的第一部分而不影響所述保形的電介質(zhì)層的沉積在所述凹坑內(nèi)的第二部分。
[0007]根據(jù)另一個(gè)實(shí)施例，該方法還包括使用所述第一和第二偽柵極作為刻蝕停止件來平坦化圍繞所述第一和第二柵極結(jié)構(gòu)的所述一個(gè)或更多個(gè)電介質(zhì)層。
[0008]根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，替換所述第一和第二偽柵極包括:選擇性地去除所述第一和第二偽柵極以便暴露所述第一和第二偽柵極下面的所述襯底以及所述第一組和第二組側(cè)壁間隔件，由此產(chǎn)生柵極開口 ；以及用功函數(shù)金屬和導(dǎo)電材料來填充柵極開口以便形成所述第一和第二高k金屬柵。
[0009]根據(jù)另一個(gè)實(shí)施例，該方法還包括在所述第一和第二高k金屬柵中產(chǎn)生凹進(jìn)部并且用氮化物蓋層填充所述凹進(jìn)部。
[0010]根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，在所述凹坑內(nèi)沉積所述保形的電介質(zhì)層包括:在它們各自的第一組和第二組側(cè)壁間隔件之上的在所述第一和第二偽柵極的所述角落周圍的所述凹坑內(nèi)沉積鉿氧化物材料。
[0011]根據(jù)另一個(gè)實(shí)施例，該方法還包括:通過選擇性刻蝕處理在所述一個(gè)或更多個(gè)電介質(zhì)層內(nèi)產(chǎn)生至少一個(gè)接觸開口，所述選擇性刻蝕處理對于所述保形的電介質(zhì)層的在所述凹坑內(nèi)的所述其余部分是選擇性的，所述接觸開口對于所述第一組和第二組側(cè)壁間隔件是自對準(zhǔn)的；以及用導(dǎo)電材料填充所述接觸開口來形成源極/漏極接觸件。
【附圖說明】
[0012]根據(jù)以下的結(jié)合附圖進(jìn)行的本發(fā)明的詳細(xì)描述，將更完全地理解和明白本發(fā)明，在附圖中:
[0013]圖1a-1d是如本領(lǐng)域中已知的形成具有替換金屬柵的晶體管的方法的說明性圖示;
[0014]圖2是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的形成具有替換金屬柵的晶體管的方法的說明性圖不；
[0015]圖3是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的繼圖2中示出的步驟之后的形成具有替換金屬柵的晶體管的方法的說明性圖示；
[0016]圖4是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的繼圖3中示出的步驟之后的形成具有替換金屬柵的晶體管的方法的說明性圖示；
[0017]圖5是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的繼圖4中示出的步驟之后的形成具有替換金屬柵的晶體管的方法的說明性圖示；
[0018]圖6是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的繼圖5中示出的步驟之后的形成具有替換金屬柵的晶體管的方法的說明性圖示；
[0019]圖7是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的繼圖6中示出的步驟之后的形成具有替換金屬柵的晶體管的方法的說明性圖示；
[0020]圖8是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的繼圖7中示出的步驟之后的形成具有替換金屬柵的晶體管的方法的說明性圖示；
[0021]圖9是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的繼圖8中示出的步驟之后的形成具有替換金屬柵的晶體管的方法的說明性圖示；以及
[0022]圖10是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的繼圖9中示出的步驟之后的形成具有替換金屬柵的晶體管的方法的說明性圖示。
[0023]本領(lǐng)域技術(shù)人員將明白，出于簡單化原因以及出于圖示的清楚性，附圖中示出的要素不一定按比例繪制。例如，出于清楚的目的，一些要素的尺寸可以相對于其它要素被放大。
【具體實(shí)施方式】
[0024]在下面的詳細(xì)描述中，闡述了許多的具體細(xì)節(jié)，以便提供對本發(fā)明的實(shí)施例的徹底的理解。然而，本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解本發(fā)明的實(shí)施例可以在沒有這些具體細(xì)節(jié)的情況下被實(shí)踐。在其它例子中，沒有詳細(xì)描述公知的方法和過程，以免模糊本發(fā)明的實(shí)施例的本質(zhì)的描述。
[0025]在下面的描述中，各種圖、圖表、流程圖、模型和描述被呈現(xiàn)作為用于有效地傳達(dá)實(shí)質(zhì)(convey substances)并且圖示在本申請中提出的本發(fā)明的不同實(shí)施例的不同手段。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該理解它們僅僅被提供作為示例性的樣本，而不應(yīng)該被解釋為限制本發(fā)明。
[0026]在下面的詳細(xì)描述中，可以通過一系列的制造中的半導(dǎo)體器件的截面圖來圖示地示出該方法的一些步驟。為了不模糊本發(fā)明的實(shí)施例的本質(zhì)的描述，可以故意省略一些公知的步驟和/或處理。
[0027]圖1a-1d是如本領(lǐng)域中已知的形成具有替換金屬柵的晶體管的方法的說明性圖示。更具體地，圖1a說明性地圖示在單個(gè)襯底101上形成多個(gè)晶體管(諸如晶體管110和120)的常規(guī)方法的典型的步驟。晶體管110和120被假設(shè)為以越過單個(gè)襯底101的相對大的距離被分隔。這里，“相對大的距離”指的是其中兩個(gè)或更多個(gè)晶體管(諸如晶體管110和120)以使得在偽柵極113和123之上形成的氮化物蓋(cap)層或氮化物硬掩模111和121表現(xiàn)出引人注意的且有時(shí)甚至顯著的厚度差異的方式被分隔的情形，如本領(lǐng)域中已知的且在當(dāng)前的替換金屬柵(RMG)處理的步驟中頻繁地觀察到的。為了表示這個(gè)“相對大的距離”，在圖1a-1d中晶體管110和120被象征性地圖示為由符號90分離。氮化物硬掩模111和121的厚度變化可能是由一個(gè)或更多個(gè)原因所引起，諸如由在使用反應(yīng)離子刻蝕(RIE)的硅氮化物(SiN)間隔件形成處理期間的負(fù)載效應(yīng)所引起，和/或由在采用CMP處理來拋光柵極之上的氧化物層間電介質(zhì)(ILD)層以便暴露下面的氮化物蓋或硬掩模時(shí)的化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)處理的不均勻性所引起。
[0028]如圖1a中說明性地圖示的，晶體管110和120可以在其制造的常規(guī)處理期間被形成為分別具有多晶硅(多晶Si)或非晶硅(a-Si)偽柵極113和123，該偽柵極113和123之上覆蓋有氮化物硬掩?；蛏w層111和121。偽柵極113和123與其之上的氮化物蓋層111和121 —起可以由一個(gè)或更多個(gè)側(cè)壁間隔件112和122圍繞。偽柵極113和123、氮化物蓋層111和121以及側(cè)壁間隔件112和122全部又可以被嵌入一個(gè)或更多個(gè)電介質(zhì)層102和103內(nèi)，該一個(gè)或更多個(gè)電介質(zhì)層102和103可以是易流動的(flow-able)氧化物或氧化物的層間電介質(zhì)(ILD)層。如圖1a中說明性地圖示的，可以在制造處理期間使得一個(gè)或更多個(gè)電介質(zhì)層102和103的頂表面(諸如電介質(zhì)層103的頂表面)與氮化物蓋層111和121的頂表面共面。
[0029]側(cè)壁間隔件112和122各自的高度可以等于側(cè)壁間隔件112和122分別鄰近的偽柵極113和其之上的氮化物蓋層111或偽柵極123和其之上的氮化物蓋層121的結(jié)合總高度。然而，因?yàn)椴煌木w管110和120的氮化物蓋層111和121可能具有不同的厚度，諸如氮化物蓋層111的厚度hi和氮化物蓋層121的厚度h2，它們各自的側(cè)壁間隔件也可能具有不同的高度。
[0030]如圖1b中示出的，根據(jù)當(dāng)前的常規(guī)的