硅實(shí)施且犧牲電介質(zhì)結(jié)構(gòu)326用氧化物實(shí)施時(shí)，可由氮化物形成耐蝕刻層330。當(dāng)耐蝕刻層330用氮化物來實(shí)施時(shí)，具有較薄氮化物層會(huì)減小電容。
[0033]在已形成耐蝕刻層330之后，使用常規(guī)步驟在耐蝕刻層330上形成不導(dǎo)電層332以覆蓋耐蝕刻層330并填充腔328。不導(dǎo)電層332可用若干種材料來形成，例如經(jīng)沉積氧化物或在純一氧化二氮(N2O)、純一氧化氮(NO)氣體或N2O氣體與NO氣體的組合中生長的氧化物。在本實(shí)例中，不導(dǎo)電層332被形成為具有Inm到2nm的厚度。
[0034]如圖3E中所展示，在已形成不導(dǎo)電層332之后，對(duì)耐蝕刻層330及不導(dǎo)電層332進(jìn)行各向異性蝕刻直到犧牲柵極324的頂表面被暴露為止。所述各向異性蝕刻形成具有不導(dǎo)電耐蝕刻區(qū)段336及不導(dǎo)電區(qū)段338的側(cè)壁間隔件334。(在耐蝕刻層330厚到足以填充腔328時(shí)可省略不導(dǎo)電層332及不導(dǎo)電結(jié)構(gòu)338。)
[0035]如圖3F中所展示，在已形成側(cè)壁間隔件334之后，以常規(guī)方式將摻雜劑植入到襯底區(qū)312中以形成間隔開的經(jīng)輕摻雜區(qū)340及342。經(jīng)輕摻雜區(qū)340及342具有與襯底區(qū)312的導(dǎo)電性類型相反的導(dǎo)電性類型。
[0036]如圖3G中所展示，在已形成經(jīng)輕摻雜區(qū)340及342之后，將不導(dǎo)電側(cè)壁間隔件344形成為接觸側(cè)壁間隔件334且橫向環(huán)繞犧牲柵極324。不導(dǎo)電側(cè)壁間隔件344可以若干種方式來形成。舉例來說，可在犧牲柵極324及側(cè)壁間隔件334上形成氮化物層，且接著對(duì)其進(jìn)行各向異性蝕刻直到犧牲柵極324的頂表面被暴露以形成側(cè)壁間隔件344。側(cè)壁間隔件334與側(cè)壁間隔件344共同形成側(cè)壁間隔件345。
[0037]如圖3H中所展示，在已形成側(cè)壁間隔件345之后，以常規(guī)方式將摻雜劑植入到襯底區(qū)312以及經(jīng)輕慘雜區(qū)340及342中以形成間隔開的經(jīng)重慘雜區(qū)346及348。經(jīng)重慘雜區(qū)346及348各自具有與襯底區(qū)312的導(dǎo)電性類型相反的導(dǎo)電性類型。
[0038]經(jīng)輕摻雜區(qū)340及經(jīng)重?fù)诫s區(qū)346形成源極350，而經(jīng)輕摻雜區(qū)342及經(jīng)重?fù)诫s區(qū)348形成漏極352。源極區(qū)350及漏極區(qū)352界定襯底區(qū)312的溝道區(qū)354，溝道區(qū)354位于源極區(qū)350與漏極區(qū)352之間且分離源極區(qū)350與漏極區(qū)352。
[0039]如圖31中所展示，在已形成源極區(qū)350及漏極區(qū)352之后，以常規(guī)方式將不導(dǎo)電互連電介質(zhì)層356形成為接觸犧牲柵極324、側(cè)壁間隔件345、源極區(qū)350及漏極區(qū)352且位于這各者上方。在本實(shí)例中，通過首先使用常規(guī)程序?qū)⒉粚?dǎo)電蝕刻止擋層360沉積為接觸犧牲柵極324、側(cè)壁間隔件345、源極區(qū)350及漏極區(qū)352且位于這各者上方來形成互連電介質(zhì)層356。
[0040]此后，將不導(dǎo)電電介質(zhì)層362形成為接觸蝕刻止擋層360且位于蝕刻止擋層360上方。蝕刻止擋層360可用若干種材料來實(shí)施，例如氮化硅或氧氮化硅，而電介質(zhì)層362可用若干種材料來實(shí)施，例如氧化物。
[0041]如圖3J中所展示，在已形成電介質(zhì)層356之后，例如借助化學(xué)-機(jī)械拋光對(duì)電介質(zhì)層356進(jìn)行平面化，直到犧牲柵極324的頂表面被暴露為止。在本實(shí)例中，通過首先對(duì)電介質(zhì)層362進(jìn)行平面化直到檢測到蝕刻止擋層360的頂表面來對(duì)電介質(zhì)層356進(jìn)行平面化。此后，借助濕/干蝕刻移除蝕刻止擋層360及電介質(zhì)層362直到犧牲柵極324的頂表面被暴露為止。
[0042]所述平面化形成接觸側(cè)壁間隔件345且位于源極350及漏極352上方的互連電介質(zhì)結(jié)構(gòu)364。在本實(shí)例中，互連電介質(zhì)結(jié)構(gòu)364包含接觸側(cè)壁間隔件345的蝕刻止擋區(qū)段366及接觸蝕刻止擋區(qū)段366的電介質(zhì)區(qū)段368。(可任選地省略蝕刻止擋層360及蝕刻止擋區(qū)段366。)由于所述平面化，犧牲柵極324及互連電介質(zhì)結(jié)構(gòu)364的頂表面實(shí)質(zhì)上位于同一平面中。
[0043]如圖3K中所展示，在已暴露犧牲柵極324的頂表面之后，使用常規(guī)蝕刻劑及程序移除犧牲柵極324。接下來，使用常規(guī)蝕刻劑及程序移除犧牲電介質(zhì)結(jié)構(gòu)326以形成暴露耐蝕刻區(qū)段336及溝道區(qū)354的頂表面的開口 370。
[0044]如圖3L中所展示，在已形成開口 370之后，以常規(guī)方式將高k柵極電介質(zhì)層372形成為給開口 370加襯且接觸電介質(zhì)結(jié)構(gòu)364的頂表面。具有與側(cè)壁間隔件345不同的材料組成的高k柵極電介質(zhì)層372可用若干種材料來實(shí)施，例如氧化鉿及氧化硅鉿的順序?qū)印?br>[0045]接下來，以常規(guī)方式將金屬層374沉積為接觸高k柵極電介質(zhì)層372且填充開口370。金屬層374可用各自部分地填充開口 370的若干種材料來實(shí)施，例如氮化鈦、氮化鉭及鋁的順序?qū)印?br>[0046]如圖3M中所展示，在已沉積金屬層374之后，例如借助化學(xué)-機(jī)械拋光對(duì)高k電介質(zhì)層372及金屬層374進(jìn)行平面化，直到電介質(zhì)結(jié)構(gòu)364的頂表面已被暴露為止。所述平面化在開口 370中形成金屬柵極380以及接觸金屬柵極380及溝道區(qū)354的高k電介質(zhì)結(jié)構(gòu)382。金屬柵極380及高k電介質(zhì)結(jié)構(gòu)382形成柵極結(jié)構(gòu)384。所述平面化還形成金屬柵極MOS晶體管390。由于所述平面化，電介質(zhì)結(jié)構(gòu)364、金屬柵極380及高k電介質(zhì)結(jié)構(gòu)382的頂表面實(shí)質(zhì)上位于同一平面中。此后，方法300以常規(guī)步驟繼續(xù)。
[0047]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)之一是，金屬柵極230/380與源極區(qū)220/350及漏極區(qū)222/352分離將金屬柵極130與源極區(qū)120及漏極區(qū)122分離的較大距離。所述分離距離越大，就會(huì)越多地減小重疊電容。
[0048]因此，犧牲柵極電介質(zhì)層316被形成為越厚，將金屬柵極230/380與源極區(qū)220/350及漏極區(qū)222/352分離的垂直距離就越大。此外，腔328被形成為越深，將金屬柵極230/380與源極區(qū)220/350及漏極區(qū)222/352分離的水平距離就越大。
[0049]所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員將了解，在所主張發(fā)明的范圍內(nèi)，可對(duì)所描述實(shí)施例做出修改，并且許多其它實(shí)施例也為可能的。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，其包括: 半導(dǎo)體區(qū)，其具有一導(dǎo)電性類型； 源極，其接觸所述半導(dǎo)體區(qū)，所述源極具有與所述半導(dǎo)體區(qū)的所述導(dǎo)電性類型相反的導(dǎo)電性類型； 漏極，其接觸所述半導(dǎo)體區(qū)，所述漏極位于與所述源極間隔開之處，且具有與所述半導(dǎo)體區(qū)的所述導(dǎo)電性類型相反的導(dǎo)電性類型； 所述半導(dǎo)體區(qū)的溝道區(qū)，其位于所述源極與所述漏極之間； 柵極電介質(zhì)，其接觸所述溝道區(qū)且位于所述溝道區(qū)上方?’及 金屬柵極，其接觸所述柵極電介質(zhì)且位于所述柵極電介質(zhì)上方，所述金屬柵極具有下部寬度及大于所述下部寬度的上部寬度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的結(jié)構(gòu)，其中所述金屬柵極具有頂表面及接觸所述頂表面的外表面；且所述柵極電介質(zhì)接觸所述外表面的全部。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的結(jié)構(gòu)，其進(jìn)一步包括接觸所述柵極電介質(zhì)且橫向環(huán)繞所述柵極電介質(zhì)及所述金屬柵極兩者的不導(dǎo)電側(cè)壁間隔件。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的結(jié)構(gòu)，其中所述柵極電介質(zhì)及所述不導(dǎo)電側(cè)壁間隔件具有不同材料組成。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的結(jié)構(gòu)，其中所述柵極電介質(zhì)為高k柵極電介質(zhì)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的結(jié)構(gòu)，其中所述不導(dǎo)電側(cè)壁間隔件包含氮化物區(qū)。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的結(jié)構(gòu)，其中所述不導(dǎo)電側(cè)壁間隔件的一部分垂直位于所述半導(dǎo)體區(qū)與所述金屬柵極正中間。
8.根據(jù)權(quán)利要求3所述的結(jié)構(gòu)，其中所述不導(dǎo)電側(cè)壁間隔件的一部分垂直位于所述溝道區(qū)與所述金屬柵極正中間。
9.根據(jù)權(quán)利要求4所述的結(jié)構(gòu)，其進(jìn)一步包括接觸所述不導(dǎo)電側(cè)壁間隔件且位于所述源極及所述漏極上方的互連電介質(zhì)結(jié)構(gòu)。
10.一種半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，其包括: 半導(dǎo)體區(qū)，其具有一導(dǎo)電性類型； 源極，其接觸所述半導(dǎo)體區(qū)，所述源極具有與所述半導(dǎo)體區(qū)的所述導(dǎo)電性類型相反的導(dǎo)電性類型； 漏極，其接觸所述半導(dǎo)體區(qū)，所述漏極位于與所述源極間隔開之處，且具有與所述半導(dǎo)體區(qū)的所述導(dǎo)電性類型相反的導(dǎo)電性類型； 所述半導(dǎo)體區(qū)的溝道區(qū)，其位于所述源極與所述漏極之間； 柵極電介質(zhì)，其接觸所述溝道區(qū)且位于所述溝道區(qū)上方； 金屬柵極，其接觸所述柵極電介質(zhì)且位于所述柵極電介質(zhì)上方；及不導(dǎo)電側(cè)壁間隔件，其接觸所述柵極電介質(zhì)且橫向環(huán)繞所述柵極電介質(zhì)及所述金屬柵極兩者，所述不導(dǎo)電側(cè)壁間隔件的一部分垂直位于所述半導(dǎo)體區(qū)與所述金屬柵極正中間。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的結(jié)構(gòu)，其中所述柵極電介質(zhì)及所述不導(dǎo)電側(cè)壁間隔件具有不同材料組成。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的結(jié)構(gòu)，其中所述柵極電介質(zhì)為高k柵極電介質(zhì)。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的結(jié)構(gòu)，其中所述不導(dǎo)電側(cè)壁間隔件包含氮化物區(qū)。
14.根據(jù)權(quán)利要求11所述的結(jié)構(gòu)，其中所述金屬柵極具有頂表面及接觸所述頂表面的外表面；且所述柵極電介質(zhì)接觸所述頂表面的全部。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的結(jié)構(gòu)，且其進(jìn)一步包括接觸所述不導(dǎo)電側(cè)壁間隔件且位于所述源極及所述漏極上方的互連電介質(zhì)結(jié)構(gòu)。
16.—種形成半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的方法，其包括: 形成接觸半導(dǎo)體區(qū)的柵極結(jié)構(gòu)，所述柵極結(jié)構(gòu)具有犧牲柵極電介質(zhì)及犧牲柵極，所述犧牲柵極電介質(zhì)接觸所述半導(dǎo)體區(qū)，所述犧牲柵極接觸所述犧牲柵極電介質(zhì)，所述半導(dǎo)體區(qū)具有一導(dǎo)電性類型； 蝕刻掉所述犧牲柵極電介質(zhì)的一部分以形成犧牲電介質(zhì)結(jié)構(gòu)及腔，所述犧牲電介質(zhì)結(jié)構(gòu)接觸所述犧牲柵極及所述半導(dǎo)體區(qū)，所述腔垂直位于所述犧牲柵極的一部分正下方；及 在已形成所述犧牲電介質(zhì)結(jié)構(gòu)之后，形成接觸所述半導(dǎo)體區(qū)的源極及漏極，所述源極及所述漏極各自具有與所述半導(dǎo)體區(qū)的所述導(dǎo)電性類型相反的導(dǎo)電性類型。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其進(jìn)一步包括形成接觸所述犧牲電介質(zhì)結(jié)構(gòu)及所述犧牲柵極的不導(dǎo)電側(cè)壁間隔件，所述不導(dǎo)電側(cè)壁間隔件的一部分在所述腔中垂直位于所述半導(dǎo)體區(qū)與所述犧牲柵極正中間。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其進(jìn)一步包括在已形成所述不導(dǎo)電側(cè)壁間隔件之后移除所述柵極結(jié)構(gòu)以形成開口，所述開口暴露所述半導(dǎo)體區(qū)的溝道區(qū)。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，其進(jìn)一步包括在所述開口中形成柵極電介質(zhì)結(jié)構(gòu)及金屬柵極，所述柵極電介質(zhì)結(jié)構(gòu)接觸所述半導(dǎo)體區(qū)，所述金屬柵極接觸所述柵極電介質(zhì)結(jié)構(gòu)。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，其中所述柵極電介質(zhì)結(jié)構(gòu)與所述不導(dǎo)電側(cè)壁間隔件具有不同材料組成。
【專利摘要】通過沿著已被形成為位于較遠(yuǎn)離源極(220)及漏極(222)處的側(cè)壁結(jié)構(gòu)(236)的內(nèi)側(cè)形成高k柵極電介質(zhì)(226)來減小具有金屬柵極(230)及所述高k柵極電介質(zhì)(226)的MOS晶體管(200)的柵極到源極與柵極到漏極重疊電容。
【IPC分類】H01L21-336, H01L29-78
【公開號(hào)】CN104718626
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201380053370
【發(fā)明人】馬諾耶·梅赫羅特拉, 新美廣明
【申請(qǐng)人】德州儀器公司
【公開日】2015年6月17日
【申請(qǐng)日】2013年11月8日
【公告號(hào)】US9000539, US20140124874, US20150179783, WO2014074777A1