在共同襯底上具有不同功函數(shù)的非平面i/o和邏輯半導(dǎo)體器件的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明的實施例屬于半導(dǎo)體器件和工藝領(lǐng)域，具體而言，屬于在共同襯底上具有不同功函數(shù)的非平面I/o和邏輯半導(dǎo)體器件及在共同襯底上制造具有不同功函數(shù)的非平面I/O和邏輯半導(dǎo)體器件的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]過去幾十年中，集成電路中部件的規(guī)模縮小是日益增長的半導(dǎo)體工業(yè)背后的驅(qū)動力。到越來越小的部件的規(guī)?？s小實現(xiàn)了功能單元在半導(dǎo)體芯片的有限基板面上增大的密度。例如，收縮晶體管尺寸允許在芯片上包含增大數(shù)量的存儲或邏輯器件，導(dǎo)致制造出具有增大容量的產(chǎn)品。但對于更大容量的驅(qū)策并非沒有問題。優(yōu)化每一個器件的性能的必要性變得日益顯著。
[0003]在集成電路器件的制造中，隨著器件尺寸不斷縮小，諸如鰭式場效應(yīng)晶體管(fin-FET)的多柵晶體管已經(jīng)變得更為普遍。在傳統(tǒng)工藝中，通常在大塊硅襯底或絕緣體上硅結(jié)構(gòu)襯底上制造fin-FET。在一些實例中，由于其較低的成本和與現(xiàn)有高產(chǎn)量大塊硅襯底基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的兼容性，大塊硅襯底是優(yōu)選的。
[0004]但多柵晶體管的規(guī)?？s小并非沒有后果。隨著微電子電路的這些基本結(jié)構(gòu)單元的尺寸減小，并且隨著在給定區(qū)域中制造的基本結(jié)構(gòu)單元的絕對數(shù)量增大，對用于制造這些結(jié)構(gòu)單元的半導(dǎo)體工藝的約束變得令人難以應(yīng)對。
【附圖說明】
[0005]圖1A示出了具有布置在共同襯底上的I/O晶體管和邏輯晶體管的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的非完整部分的橫截面圖。
[0006]圖1B示出了根據(jù)本發(fā)明實施例的具有布置在共同襯底上的I/O晶體管和邏輯晶體管的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的非完整部分的橫截面圖。
[0007]圖2A-2F示出了根據(jù)本發(fā)明實施例的在共同襯底上制造I/O晶體管和邏輯晶體管的方法中的多個操作的橫截面圖，其中:
[0008]圖2A示出了具有在邏輯晶體管的柵極電極區(qū)中、但不在I/O晶體管的柵極電極區(qū)中形成的硬掩模的不完整半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)；
[0009]圖2B示出了去除了功函數(shù)金屬層在I/O晶體管的柵極電極區(qū)的部分的圖2A的結(jié)構(gòu)；
[0010]圖2C示出了具有形成于其上的第二功函數(shù)金屬層和第二硬掩模層的圖2B的結(jié)構(gòu)；
[0011]圖2D示出了在凹陷第二硬掩模層后的圖2C的結(jié)構(gòu)；
[0012]圖2E示出了在去除第二功函數(shù)層的露出部分后的圖2D的結(jié)構(gòu);及
[0013]圖2F示出了在去除硬掩模的剩余部分和第二硬掩模層后的圖2E的結(jié)構(gòu)。
[0014]圖3A示出了根據(jù)本發(fā)明實施例的非平面半導(dǎo)體器件的橫截面圖。
[0015]圖3B示出了根據(jù)本發(fā)明實施例的沿圖3A的半導(dǎo)體器件的a-a’軸的平面圖。
[0016]圖4示出了根據(jù)本發(fā)明一個實現(xiàn)方式的計算設(shè)備。
【具體實施方式】
[0017]說明了在共同襯底上具有不同功函數(shù)的非平面I/O和邏輯半導(dǎo)體器件及在共同襯底上制造具有不同功函數(shù)的非平面I/O和邏輯半導(dǎo)體器件的方法。在以下說明中，闡述了多個特定細節(jié)，例如特定集成和材料狀況，以便提供對本發(fā)明的實施例的透徹理解。對于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說，顯然，本發(fā)明的實施例的實踐可以無需這些特定細節(jié)。在其他實例中，沒有詳細說明諸如集成電路設(shè)計布局的公知的特征，以免不必要地使得本發(fā)明的實施例模糊不清。而且，會理解，附圖中所示的不同實施例是說明性表示，不一定按照比例繪制。
[0018]本文所述的一個或多個實施例針對為在共同襯底上制造的半導(dǎo)體器件的不同間距制造多個功函數(shù)(WF)的方案?？梢詰?yīng)用于制造金屬氧化物半導(dǎo)體(MOS)與具有由在共同襯底上公用工藝方案制造的I/O晶體管(例如驅(qū)動晶體管)和邏輯晶體管(例如運算晶體管)的結(jié)構(gòu)。在一個示例中，與相應(yīng)的邏輯晶體管相比，制造I/O晶體管以具有較大柵極長度和不同功函數(shù)。
[0019]為了提供背景，當(dāng)前，在片上系統(tǒng)(SoC)集成電路中的不同器件的性能由不同間距、臨界尺寸(CD)和注入調(diào)整控制。但相同導(dǎo)電類型(例如N型和P型)的所有器件具有相同的功函數(shù)(WF)。相反，本文所述的一個或多個實施例提供了為不同器件形成不同功函數(shù)圖案的方案，實現(xiàn)了每一個器件類型的獨立控制性能。
[0020]具體而言，一個或多個實施例利用在具有不同CD的不同結(jié)構(gòu)之間碳硬掩模(CHM)的蝕刻速率相關(guān)性(例如較寬CD具有比較窄CD更快的蝕刻速率)。因而，可以為不同器件(例如I/O相對于邏輯器件)形成不同功函數(shù)層(例如金屬柵極層)圖案。于是，一個或多個實施例提供了為具有不同功能，例如I/O器件與邏輯器件，的相似器件(例如N型器件)實現(xiàn)不同實際柵極功函數(shù)的機會。通過區(qū)分器件之間的功函數(shù)，在不使用任何額外掩模操作的情況下，可以將每一個器件的性能獨立地作為目標(biāo)。
[0021]用于為具有不同功能的相似器件(例如N型器件)，例如I/O器件與邏輯器件，提供不同有效柵極功函數(shù)的以前方案包括使用襯底注入?yún)^(qū)別來控制不同器件的性能。示例性地，圖1A示出了具有布置在共同襯底1lA上并由層間電介質(zhì)區(qū)103A分隔的I/O晶體管102A和邏輯晶體管104A的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)100A的非完整部分的橫截面圖。參考圖1Α，Ι/0晶體管102A形成于第一鰭狀物106A上，邏輯晶體管104A形成于第二鰭狀物108A上。在所示的具體示例中，I/O晶體管102A具有三個相對較寬的柵極電極區(qū)110A、112A和114A(橫截面圖顯示了在源/漏區(qū)之間得到的柵極長度111A)。下層鰭狀物106A可以包括外延源/漏區(qū)116A，如所示的。同時，邏輯晶體管104A具有三個相對較窄的柵極電極區(qū)120A、122A和124A(橫截面圖顯示了在源/漏區(qū)之間得到的柵極長度121A)。下層鰭狀物108A還可以包括外延源/漏區(qū)126A，如所示的。
[0022]再次參考圖1A，在所示的處理點，執(zhí)行了取代柵極工藝，其中，在柵極電極區(qū)110A、112六、1144、12(^、1224和1244以功函數(shù)金屬層1184取代虛擬柵極材料。但功函數(shù)金屬層118A對于I/O晶體管102A和邏輯晶體管104A的柵極電極區(qū)是相同的。因此，為了區(qū)分I/O晶體管102A和邏輯晶體管104A的有效功函數(shù)，使用了諸如鰭狀物摻雜區(qū)別的方案。會理解，隨后可以執(zhí)行額外的處理以完成圖1A的器件，例如柵極填充、觸點形成和后端工藝(BEOL)互連制造。
[0023]與相關(guān)于圖1A所述的布置相反，圖1B示出了根據(jù)本發(fā)明實施例的具有布置在共同襯底1lB上并由層間電介質(zhì)區(qū)103B分隔的I/O晶體管102B和邏輯晶體管104B的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)100B的非完整部分的橫截面圖。參考圖1B，I/O晶體管102B形成于第一鰭狀物106B上，邏輯晶體管104B形成于第二鰭狀物108B上。在所示的具體示例中，I/O晶體管102B具有三個相對較寬的柵極電極區(qū)110B、112B和114B(橫截面圖顯示了在源/漏區(qū)之間得到的柵極長度1118)。下層鰭狀物1068可以包括外延源/漏區(qū)1168，如所示的。同時，邏輯晶體管1048具有三個相對較窄的柵極電極區(qū)120B、122B和124B(橫截面圖顯示了在源/漏區(qū)之間得到的柵極長度121B)。下層鰭狀物108B還可以包括外延源/漏區(qū)126B，如所示的。
[0024]再次參考圖1B，在所示的處理點，執(zhí)行了取代柵極工藝，其中，在邏輯晶體管104B的柵極電極區(qū)120B、122B和124B以功函數(shù)金屬層118B取代虛擬柵極材料。但在實施例中，I/O晶體管102B的柵極電極區(qū)110B、112B和114B包括不同功函數(shù)金屬層119，甚至對于相同導(dǎo)電類型器件(即在I/O晶體管102B和邏輯晶體管104B都是N型，或者I/O晶體管102B和邏輯晶體管104B都是P型的情況下)。在實施例中，功函數(shù)金屬層119具有的實際功函數(shù)與功函數(shù)金屬層118B的實際功函數(shù)不同。在一個此類實施例中，功函數(shù)金屬層119具有的厚度與功函數(shù)金屬層118B的厚度不同(如所示的)。在另一個此類實施例中，功函數(shù)金屬層119具有的總材料成分與功函數(shù)金屬層118B的總材料成分不同。在再另一個實施例中，功函數(shù)金屬層119在厚度和總材料成分方面都與功函數(shù)金屬層118B不同。在一個具體實施例中，