在finfet器件上形成替代柵極結(jié)構(gòu)的方法及其得到的器件的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]一般來說，本發(fā)明是涉及半導體器件的制造，尤指涉及在鰭式場效晶體管器件上形成替代柵極結(jié)構(gòu)的各種新穎方法及其所得到的器件。
【背景技術(shù)】
[0002]現(xiàn)代集成電路，像是微處理器、存儲器件等等，大量的電路器件，特別是晶體管，被設置在受限的芯片面積上。晶體管具有各種形狀及形式，例如，平面晶體管、鰭式場效晶體管、納米線器件等等。這些晶體管通常是NMOS(N型場效晶體管)或是PM0S(P型場效晶體管)型器件，其中“N”和“P”的指定是依據(jù)用于創(chuàng)造該器件的該源極/漏極的摻雜類型。所謂的CMOS (互補金屬氧化物半導體)技術(shù)或產(chǎn)品指的是用NMOS和PMOS晶體管器件制造的集成電路產(chǎn)品。不論該晶體管器件的物理配置，各器件包括漏極和源極區(qū)，以及位在該源極/漏極區(qū)上方及之間的柵極電極結(jié)構(gòu)。在施加適當?shù)目刂齐妷褐翓艠O電極，會在該漏極區(qū)和該源極區(qū)之間形成導通通道區(qū)。
[0003]圖1A顯示出一現(xiàn)有技術(shù)，在半導體襯底12上方形成的鰭式場效晶體管半導體器件10的透視圖，其將被引用以方便說明，在一非常高水平下，傳統(tǒng)鰭式場效晶體管器件的一些基本特征。在這個例子中，鰭式場效晶體管器件10包括三個示例性鰭部14、柵極結(jié)構(gòu)
16、側(cè)壁間隔件18和柵極蓋20。柵極結(jié)構(gòu)16通常包括絕緣材料層(未單獨示出)，例如高k絕緣材料層或二氧化硅層，以及一或多個導電材料層(例如，金屬和/或多晶硅)其作為器件10的柵極電極。鰭部14具有三維配置:高度14H、寬度14W和軸向長度14L。軸向長度14L對應電流行進的方向，例如，器件10的柵極長度(GL)，當它是可操作的。鰭部14被柵極結(jié)構(gòu)16覆蓋的部分是鰭式場效晶體管器件10的通道區(qū)。在常規(guī)處理流程中，鰭部14位于間隔件18外圍的部分，即是在器件10的該源極/漏極區(qū)，通過執(zhí)行一或多個磊晶生長工藝以生長額外的半導體材料于器件10的該源極/漏極區(qū)中的該鰭部上，以增大或甚至合并在一起(這種情況在圖1A中未示出)。
[0004]圖1B示出包括三個示例性鰭部14的傳統(tǒng)鰭式場效晶體管器件的簡化平面圖。器件10的剖面圖由圖1C示出的柵極結(jié)構(gòu)16中得到。參照圖1C，器件10包括位于鰭部14之間的絕緣材料層22，位于柵極蓋層20上方的另一絕緣材料層24，以及電耦接到柵極結(jié)構(gòu)16的柵極接觸結(jié)構(gòu)28。圖1C中示出的器件10是三柵(或三柵極)鰭式場效晶體管器件。也就是說，在操作過程中，會建構(gòu)一個非常淺的導電區(qū)26(僅在圖1C中的中間鰭部示出)，用于提供電流路徑或通道，以從該源極流到該漏極。導電區(qū)26形成向內(nèi)的側(cè)表面14S且位在鰭部14的頂表面14T下方。如圖所示，鰭式場效晶體管器件10的整體柵極長度(GL)和鰭式場效晶體管器件10的整體寬度(GW)全部取向于基本上平行于襯底10的水平面12A。
[0005]對許多早期的器件技術(shù)世代，大多數(shù)晶體管組件的柵極電極結(jié)構(gòu)是包括多個硅基材料，像是二氧化硅和/或氮氧化硅柵絕緣層，結(jié)合多晶硅柵極電極。然而，隨著積極地縮小晶體管組件，通道長度已逐漸變得越來越小，許多較新世代的器件采用包括替代材料的柵極電極堆棧，以努力避免短通道效應，其與傳統(tǒng)硅基材料用于通道長度變小的晶體管息息相關(guān)。舉例來說，在一些積極縮小的晶體管組件中，其可具有的通道長度等級約在14到32納米，柵極結(jié)構(gòu)包括高k柵極絕緣層(k值為10或更大)和一或多個金屬層，所謂的高k介電/金屬柵極(HK/MG)配置，已經(jīng)比迄今更常用二氧化硅/多晶硅(S1/poly)配置顯示出可提供顯著增強的運作性能。
[0006]一個已被用于形成具有高k/金屬柵極結(jié)構(gòu)的晶體管的已知處理方法為所謂的”后柵極”或”替代柵極”技術(shù)。在替代柵極技術(shù)中，所謂的”虛擬”或犧牲柵極結(jié)構(gòu)最初會形成并在執(zhí)行許多工藝運作以形成該器件時適當?shù)鼐S持，例如，摻雜源極/漏極區(qū)的形成，執(zhí)行退火工藝以修復由離子植入工藝讓該襯底造成的損傷，以及激活該植入的摻雜材料。在該工藝中的某些時候，會去除該犧牲柵極結(jié)構(gòu)，以在該器件的最終HK/MG柵極結(jié)構(gòu)形成的地方定義出柵極孔。
[0007]在鰭式場效晶體管器件上形成的柵極電極結(jié)構(gòu)顯現(xiàn)出幾個獨特的挑戰(zhàn)。通常鰭部14是通過執(zhí)行蝕刻工藝通過圖案化硬掩模層以在襯底中定義出多個溝槽而形成。襯底12被該圖案化硬掩模層覆蓋的部分為鰭部14。典型的硬掩模層包括形成于襯底12上的熱生長的二氧化硅層(氧化墊)以及形成于該襯墊氧化層上的氮化硅層(氮化墊)。接著該氮化墊和氧化墊使用光刻和蝕刻技術(shù)來圖案化，從而定義出該圖案化硬掩模層。現(xiàn)今的先進世代技術(shù)，鰭式場效晶體管器件的鰭部14相當薄，因此若該圖案化硬掩模不夠厚的話容易損壞。另外，若該硬掩模層的該氧化墊部分太厚，則很難確保能夠完全去除該氧化墊的部分，因此會難以形成三柵(三柵極)鰭式場效晶體管器件。一般來說，該工藝步驟，即執(zhí)行該蝕刻工藝模塊或步驟以蝕刻襯底12來定義鰭部14，是不容易轉(zhuǎn)換的，當鰭部14的結(jié)構(gòu)有所變化時。也就是說，若一個參數(shù)，像是鰭部高度、鰭部寬度或硬掩模厚度有所改變，則整個蝕刻工藝模塊便需要再加工，即該舊的蝕刻工藝模塊不能輕易地用于具有不同物理參數(shù)的鰭部14上。這會導致消耗甚多的研發(fā)的時間和資源以制造出新的蝕刻工藝模塊，新的蝕刻工藝模塊可在制造設備中采用來形成新設計的鰭部。這些問題，當涉及到鰭式場效晶體管器件的替代柵極結(jié)構(gòu)形成時，甚至可能會更不確定。
[0008]采用傳統(tǒng)制造技術(shù)來制造鰭式場效晶體管器件會遇到的另一個問題是涉及到表面形貌控制(topography control) 0通常，在該溝槽形成而定義該鰭部14時，絕緣材料凹層22在該溝槽中的鰭部14間形成。此后，犧牲柵絕緣層熱生長于鰭部14在絕緣材料凹層22上方暴露出的部分。接著，犧牲柵極的材料，例如非晶硅，是覆蓋式淀積于襯底12，以便過度填充該溝槽。給出鰭部14和該溝槽的地形，該殿積的犧牲柵極材料的該上表面是不平均且必須平面化(通過CMP)，于該柵極蓋材料，例如氮化硅形成之前。該平面化工藝是時控工藝(timed process)，即該拋光工藝不會停在另一材料層。因此，該犧牲柵極材料在鰭部14的該上表面上方的厚度是由該拋光工藝的持續(xù)時間控制。拋光速率和/或拋光工藝的持續(xù)時間的任何變化導致該犧牲柵極材料的厚度產(chǎn)生不希望的變化。這樣的厚度變化能從晶圓的單片到單片和/或一批到一批發(fā)生，且產(chǎn)生更多制造問題。
[0009]本發(fā)明是關(guān)于形成鰭式場效晶體管器件上的替代柵極結(jié)構(gòu)的方法及其所得到的器件，可解決或減少一或更多上述提到的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]下文給出本發(fā)明的簡化概要，以提供對本發(fā)明在一些方面的基本理解。此概要并非本發(fā)明的詳盡概述。它并不旨在標識本發(fā)明的關(guān)鍵或重要組件，或是描繪本發(fā)明的范圍。其唯一目的在于以簡化形式呈現(xiàn)一些概念，作為前奏對稍后論述的更詳細描述。
[0011]—般來說，本發(fā)明涉及到在鰭式場效晶體管器件上形成替代柵極結(jié)構(gòu)的各種新穎方法及其所得到的器件。于此揭露的一種說明性方法包括，除其他方法之外，在半導體襯底中形成多個溝槽，以便定義具有上表面及多個側(cè)表面的鰭部，形成犧牲柵極結(jié)構(gòu)包括具有密度小于1.8克/立方厘米的低密度氧化材料，位于該多個溝槽中，并與該鰭部的該上表面和該側(cè)表面接觸，該低密度氧化材料具有基本上是平坦的上表面，且其所在高度要高于該鰭部的該上表面的高度，以及犧牲柵極材料位于該低密度氧化材料的該上表面上并與其相接觸，以及形成側(cè)壁間隔件，相鄰于包括該犧牲柵極材料及該低密度氧化材料的該犧牲柵極結(jié)構(gòu)。在本實施例中，該方法還包括執(zhí)行第一蝕刻工藝以去除該犧牲柵極材料，以便由此暴露該低密度氧化材料，該低密度氧化材料于整個該第一蝕刻工藝中維持在該鰭部的該上表面和該側(cè)表面上的位置，去除該暴露出的低密度氧化材料以便定義替代柵極孔，且從而暴露出于該替代柵極孔內(nèi)的該鰭部的該上表面和該側(cè)表面，以及在該替代柵極孔中該鰭部的該暴露出的上表面和該側(cè)表面周圍形成替代柵極結(jié)構(gòu)。
【附圖說明】
[0012]本發(fā)明可以通過參考下文與結(jié)合附圖來理解，其中類似的參考數(shù)字標識相似的組件，其中:
[0013]圖1A到圖1C顯示現(xiàn)有技術(shù)的鰭式場效晶體管器件。
[0014]圖2A到圖2T顯示本發(fā)明所揭露的在鰭式場效晶體管器件上形成替代柵極結(jié)構(gòu)的各種示例性新穎方法及其所得到的新型器件。
[0015]盡管本發(fā)明所公開的主題可以接受有各種修改和替換形式，其特定實施例已經(jīng)通過在附圖中示例的方式示出并在本文中詳細描述。然而，應當理解，此處的特定實施例描述不是意在限制本發(fā)明于所公開的特定形式，而是相反，其意圖是涵蓋落入由所附權(quán)利要求限定的本發(fā)明的精神與范圍內(nèi)的所有修改、等同物及替代物。
【具體實施方式】
[0016]本發(fā)明的各種說明性的實施例描述如下。為清楚起見，并非實際實施的所有特征皆在本說明書中描述。當然應當理解，在任何這種實際實施例的發(fā)展下，必須作出許多實施方式特定的決定以實現(xiàn)開發(fā)者的特定目標，例如符合與系統(tǒng)相關(guān)和商業(yè)相關(guān)的限制，這將從一個實施形態(tài)變化到另一個實施形態(tài)。此外，可以理解，這樣的開發(fā)努力可能是復雜和費時的，但是對于在本領(lǐng)域中受益于本發(fā)明的普通技術(shù)人員，仍然是例行任務。
[0017]本主題現(xiàn)在將參照附圖描述。各種結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)和器件會示意性地描繪在附圖中，僅為了解釋的目的之用，以便不會因為那些本領(lǐng)域中的技術(shù)人士所熟知的細節(jié)而模糊本發(fā)明。盡管如此，附圖被包括以描述和解釋本發(fā)明的說明性實例。本文所用的詞語和短語，其含義應該被理解和解釋為與那些相關(guān)領(lǐng)域技術(shù)人員所理解的含義一致。這里的術(shù)語或詞組的連貫使用并不意圖暗含特別的定義，