專利名稱：半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)及其形成方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體FET(場效應(yīng)晶體管)，更具體地說，涉及一種具有靠近柵極的接觸孔的FET。
背景技術(shù)：
在典型的FET(場效應(yīng)晶體管)的制造過程中，在形成了典型的FET器件的柵極和源極/漏極(S/D)區(qū)之后，電介質(zhì)層淀積在整個(gè)FET的頂部上。接著，S/D接觸孔形成在電介質(zhì)層中，然后以導(dǎo)電材料填充以便提供到FET的S/D區(qū)的電通路。結(jié)果，為了增加器件密度，需要一種晶體管結(jié)構(gòu)(及其形成方法)，其中S/D接觸孔被形成在靠近晶體管結(jié)構(gòu)的柵極附近但與其電絕緣。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種結(jié)構(gòu)形成方法，包括提供一種結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)包括(a)包括(i)溝道區(qū)和(ii)第一和第二源極/漏極(S/D)區(qū)的半導(dǎo)體層，其中溝道區(qū)設(shè)置在第一和第二S/D區(qū)之間并與第一和第二S/D區(qū)電耦接，(b)通過接合表面與溝道區(qū)直接物理接觸的柵極電介質(zhì)區(qū)，該接合表面限定了垂直于該接合表面的參考方向，其中在參考方向上柵極電介質(zhì)區(qū)是在溝道區(qū)之上，(c)與柵極電介質(zhì)區(qū)直接物理接觸的柵極區(qū)，其中柵極電介質(zhì)區(qū)被夾在柵極區(qū)和溝道區(qū)之間并使柵極區(qū)和溝道區(qū)電絕緣，和(d)在柵極區(qū)上的硬蓋區(qū)；由硬蓋區(qū)形成保護(hù)傘狀區(qū)以使柵極區(qū)完全處于保護(hù)傘狀區(qū)的陰影區(qū)之下，其中保護(hù)傘狀區(qū)的陰影區(qū)包括通過保護(hù)傘狀區(qū)屏蔽了(i)沿參考方向在保護(hù)傘狀區(qū)正上方且(ii)相對于保護(hù)傘狀區(qū)無限遠(yuǎn)的虛擬點(diǎn)光源的空間；在執(zhí)行了所說的形成保護(hù)傘狀區(qū)的步驟之后在該結(jié)構(gòu)上掩蓋淀積層間電介質(zhì)(ILD)層；在ILD層中形成位于第二S/D區(qū)正上方并與保護(hù)傘狀區(qū)的邊緣對準(zhǔn)的接觸孔，其中接觸孔通過ILD層與柵極區(qū)物理隔離；和以導(dǎo)電材料填充接觸孔。
本發(fā)明還提供了一種結(jié)構(gòu)形成方法，包括提供一種結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)包括(a)包括(i)溝道區(qū)和(ii)第一和第二源極/漏極(S/D)區(qū)的半導(dǎo)體層，其中溝道區(qū)設(shè)置在第一和第二S/D區(qū)之間并與第一和第二S/D區(qū)電耦接，(b)通過接合表面與溝道區(qū)直接物理接觸的柵極電介質(zhì)區(qū)，該接合表面限定了垂直于該接合表面的參考方向，其中在參考方向上柵極電介質(zhì)區(qū)是在溝道區(qū)之上，(c)與柵極電介質(zhì)區(qū)直接物理接觸的柵極區(qū)，其中柵極電介質(zhì)區(qū)被夾在柵極區(qū)和溝道區(qū)之間并使柵極區(qū)和溝道區(qū)電絕緣，并且其中柵極區(qū)包括(i)在柵極電介質(zhì)區(qū)上并與其直接物理接觸的多晶硅區(qū)和(ii)分別在多晶硅區(qū)的第一和第二側(cè)壁上的第一和第二柵極硅化物區(qū)；和(d)在柵極區(qū)上的硬蓋區(qū)；從硬蓋區(qū)形成保護(hù)傘狀區(qū)以使柵極區(qū)完全處于保護(hù)傘狀區(qū)的陰影區(qū)之下，其中保護(hù)傘狀區(qū)的陰影區(qū)包括通過保護(hù)傘狀區(qū)屏蔽了(i)沿參考方向在保護(hù)傘狀區(qū)正上方且(ii)距保護(hù)傘狀區(qū)無限遠(yuǎn)的虛擬點(diǎn)光源的空間；在執(zhí)行了所說的形成保護(hù)傘狀區(qū)的步驟之后在該結(jié)構(gòu)上掩蓋淀積層間電介質(zhì)(ILD)層；在ILD層中形成位于第二S/D區(qū)正上方并與保護(hù)傘狀區(qū)的邊緣對準(zhǔn)的接觸孔，其中接觸孔通過ILD層與柵極區(qū)物理隔離，并且其中所說的形成接觸孔的步驟包括(i)在ILD層上形成氧化物層、(ii)在氧化物層中形成開口和(iii)使用氧化物層和保護(hù)傘狀區(qū)作為屏蔽掩模通過開口蝕刻ILD層；和以導(dǎo)電材料填充接觸孔。
本發(fā)明還提供一種結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)包括(a)包括(i)溝道區(qū)和(ii)第一和第二源極/漏極(S/D)區(qū)的半導(dǎo)體層，其中溝道區(qū)設(shè)置在第一和第二S/D區(qū)之間并與第一和第二S/D區(qū)電耦接，(b)通過接合表面與溝道區(qū)直接物理接觸的柵極電介質(zhì)區(qū)，該接合表面限定了垂直于該接合表面的參考方向，其中在參考方向上柵極電介質(zhì)區(qū)是在溝道區(qū)之上，(c)與柵極電介質(zhì)區(qū)直接物理接觸的柵極區(qū)，其中柵極電介質(zhì)區(qū)被夾在柵極區(qū)和溝道區(qū)之間并使柵極區(qū)和溝道區(qū)電絕緣，和(d)在柵極區(qū)上的保護(hù)傘狀區(qū)，其中保護(hù)傘狀區(qū)包括第一電介質(zhì)材料，其中柵極區(qū)完全處于保護(hù)傘狀區(qū)的陰影區(qū)之下，并且其中保護(hù)傘狀區(qū)的陰影區(qū)包括通過保護(hù)傘狀區(qū)屏蔽了(i)沿參考方向在保護(hù)傘狀區(qū)正上方且(ii)距保護(hù)傘狀區(qū)無限遠(yuǎn)的虛擬點(diǎn)光源的空間；和(e)填充的接觸孔，該接觸孔(i)在第二S/D區(qū)正上方并與其電連接，且(ii)與保護(hù)傘狀區(qū)的邊緣對準(zhǔn)，其中接觸孔通過層間電介質(zhì)(ILD)層與柵極區(qū)物理隔離，以及其中ILD層包括與第一電介質(zhì)材料不同的第二電介質(zhì)材料。
本發(fā)明提供了一種晶體管結(jié)構(gòu)(及其形成方法)，其中S/D接觸孔被形成為靠近晶體管結(jié)構(gòu)的柵極但與其電絕緣。


附圖1A-1I所示為根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例形成第一FET的制造步驟。
附圖2A-2F所示為根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例形成第二FET的制造步驟。
具體實(shí)施例方式
附圖1A-1I所示為根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例形成第一FET 100的制造步驟。更具體地說，參考附圖1A，在一個(gè)實(shí)施例中，形成第一FET 100的制造步驟以半導(dǎo)體(例如，硅、鍺等)襯底110開始。
接著，在一個(gè)實(shí)施例中，柵極電介質(zhì)層120被形成在Si襯底110的頂部上。作為說明性舉例，柵極電介質(zhì)層120包括二氧化硅(SiO2)，并通過Si襯底110的頂部表面119的氧化作用形成。
接著，在一個(gè)實(shí)施例中，柵極層130形成在柵極電介質(zhì)層120的頂部表面上。作為說明性舉例，柵極層130包括多晶硅，并通過多晶硅的化學(xué)汽相淀積(CVD)形成在柵極電介質(zhì)層120的頂部上。
接著，在一個(gè)實(shí)施例中，氧化物硬掩模層140例如通過SiO2的CVD形成在多晶硅柵極層130的頂部上。
接著，在一個(gè)實(shí)施例中，經(jīng)構(gòu)圖的光抗蝕劑層150形成在氧化物硬掩模層140的頂部上以使氧化物硬掩模層140上后來要被清除的區(qū)域不被經(jīng)構(gòu)圖的光抗蝕劑層150覆蓋，而氧化物硬掩模層140上要保留的區(qū)域由經(jīng)構(gòu)圖的光抗蝕劑層150覆蓋。在一個(gè)實(shí)施例中，使用任何常規(guī)的光刻處理形成構(gòu)圖的光抗蝕劑層150。
接著，在一個(gè)實(shí)施例中，經(jīng)構(gòu)圖的光抗蝕劑層150被用作針對(i)氧化物硬掩模層140及之后針對(ii)多晶硅柵極層130的方向性蝕刻的屏蔽掩模。在一個(gè)實(shí)施例中，多晶硅柵極層130的方向選擇性的(即使用屏蔽掩模)蝕刻僅僅是部分的(即，不完全通過多晶硅柵極層130)。氧化物硬掩模層140的方向性蝕刻形成了經(jīng)構(gòu)圖的氧化物硬蓋層140’(附圖1B)。接著，清除經(jīng)構(gòu)圖的光抗蝕劑層150，形成了附圖1B的結(jié)構(gòu)100。
接著，在一個(gè)實(shí)施例中，參考附圖1C，柵極硅化物間隔物160a和160b分別形成在多晶硅柵極層130的側(cè)壁132a和132b上。作為說明性舉例，柵極硅化物間隔物160a和160b包括金屬硅化物(比如硅化鎢)并通過如下過程形成首先(i)在附圖1B的結(jié)構(gòu)100的頂部上掩蓋淀積硅化鎢(未示)的保形層，然后(ii)方向性蝕刻淀積的硅化鎢層，這將柵極硅化物間隔物160a和160b分別留在多晶硅柵極層130的側(cè)壁132a和132b上，同時(shí)從水平表面清除硅化物。在一個(gè)實(shí)施例中，執(zhí)行步驟(ii)以使氧化物硬蓋層140’的側(cè)壁142a和142b不分別被硅化物間隔物160a和160b覆蓋。
在上述的實(shí)施例中，柵極間隔物160a和160b包括硅化鎢并通過如下過程形成掩蓋淀積硅化鎢，之后方向性蝕刻淀積的硅化鎢。在變型實(shí)施例中，柵極間隔物160a和160b可以包括金屬并通過如下過程形成掩蓋淀積金屬，之后方向性蝕刻淀積的金屬。在另一變型實(shí)施例中，柵極間隔物160a和160b可以包括硅化鎢(如上文所描述)，但由如下過程形成(a)將鎢掩蓋淀積在附圖1B的結(jié)構(gòu)100的頂部上，(b)然后加熱結(jié)構(gòu)100以使淀積的鎢與硅化學(xué)反應(yīng)以形成硅化鎢，然后(c)清除未反應(yīng)的鎢，以及然后(d)方向性蝕刻所形成的硅化鎢以從水平表面清除硅化鎢，僅僅在多晶硅柵極層130的側(cè)壁132a和132b上分別留下硅化鎢柵極間隔物160a和160b。
接著，參考附圖1D，在一個(gè)實(shí)施例中，柵極硅化物間隔物160a和160b和氧化物硬蓋層140’被用作針對在柵極電介質(zhì)層120處停止的多晶硅柵極層130的方向性蝕刻的屏蔽掩模。結(jié)果，多晶硅柵極層130所剩下的是多晶硅柵極區(qū)130’。多晶硅柵極區(qū)130’、氧化物硬蓋層140’和柵極硅化物間隔物160a和160b的組合可以被稱為柵極疊層130’，140’，160a，160b，而多晶硅柵極區(qū)130’和柵極硅化物間隔物160a和160b的組合可以被稱為柵極區(qū)130’，160a，160b。
接著，在一個(gè)實(shí)施例中，柵極疊層130’，140’，160a，160b被用作在柵極疊層130’，140’，160a，160b的相對兩側(cè)上的Si襯底110中形成暈圈區(qū)(為了簡明起見，沒有示出)和源極/漏極(S/D)延伸區(qū)111a和111b的屏蔽掩模。S/D延伸區(qū)111a和111b和暈圈區(qū)的形成可以通過離子注入實(shí)現(xiàn)。
接著，參考附圖1E，在一個(gè)實(shí)施例中，氮化物間隔物170a和170b形成在柵極疊層130’，140’，160a，160b的側(cè)壁上。作為說明性舉例，氮化物間隔物170a和170b通過如下過程形成(a)將氮化物間隔物層(未示)淀積在附圖1D的整個(gè)結(jié)構(gòu)100上，然后(b)方向性蝕刻淀積的氮化物間隔物層，由此在柵極疊層130’，140’，160a，160b的側(cè)壁上形成了氮化物間隔物170a和170b。針對淀積的氮化物間隔物層的所說的方向性蝕刻通常也清除了柵極電介質(zhì)層120上沒有被柵極疊層130’，140’，160a，160b和氮化物間隔物170a和170b屏蔽的部分。
接著，在一個(gè)實(shí)施例中，氮化物間隔物170a和170b和柵極疊層130’，140’，160a，160b被用作在柵極疊層130’，140’，160a，160b的相對兩側(cè)上的Si襯底110中形成S/D區(qū)112a和112b的屏蔽掩模。S/D區(qū)112a和112b的形成可以通過離子注入之后跟著進(jìn)行退火步驟的實(shí)現(xiàn)。
S/D延伸區(qū)111a和S/D區(qū)112a都可以被稱為S/D塊111a，112a。類似地，S/D延伸區(qū)111b和S/D區(qū)112b都可以被稱為S/D塊111b，112b。S/D塊111a，112a和111b，112b限定了設(shè)置于柵極電介質(zhì)層120正下方、S/D塊111a，112a和111b，112b之間的溝道區(qū)113。所得的結(jié)構(gòu)100被描述在附圖1E中。
接著，參考附圖1F，在一個(gè)實(shí)施例中，從氧化物硬蓋層140’形成保護(hù)傘狀區(qū)140”以使柵極區(qū)130’，160a，160b完全在保護(hù)傘狀區(qū)140”的陰影區(qū)之下。在此，保護(hù)傘狀區(qū)140”的陰影區(qū)被限定為由保護(hù)傘狀區(qū)140”屏蔽了在保護(hù)傘狀區(qū)140”正上方且距保護(hù)傘狀區(qū)140”無窮遠(yuǎn)的虛擬點(diǎn)光源(未示)的空間。
在一個(gè)實(shí)施例中，保護(hù)傘狀區(qū)140”通過將二氧化硅選擇性地僅淀積在氧化物硬蓋層140’上以便加大氧化物硬蓋層140’而形成。繼續(xù)加大氧化物硬蓋層140’直到柵極硅化物間隔物160a和160b完全處于所形成的保護(hù)傘狀區(qū)140”的陰影區(qū)之中。在一個(gè)實(shí)施例中，所說的僅在氧化物硬蓋層140’上選擇性淀積二氧化硅涉及 (i)將附圖1F的結(jié)構(gòu)100浸沒在H2O中的H2SiF6(六氟化硅酸)溶液中，然后(ii)使該溶液過飽和(在一個(gè)實(shí)施例中通過增加溶液的溫度)以便形成在氧化物硬蓋層140’上淀積的SiO2，由此形成了保護(hù)傘狀區(qū)140”。由H2O中的H2SiF6溶液的過飽和產(chǎn)生的化學(xué)反應(yīng)如下。
H2SiF6+2H2O→6HF+SiO2應(yīng)該注意，所形成的SiO2僅僅淀積在具有活性羥基“OH”的表面上。結(jié)果，所形成的SiO2僅僅淀積在氧化物硬蓋層140’的SiO2的表面(它具有活性羥基)上，而沒有淀積在區(qū)域160a，160b，114a，114b，170a和170b的硅化物或氮化物表面(它們沒有活性羥基)上。在一個(gè)實(shí)施例中，在美國專利US6251753、US5232781和US6653245(在此以引用參考的方式將其并入在本說明書中)中指定的條件和設(shè)備中實(shí)施上文描述的僅在SiO2表面上的SiO2的液相淀積，以形成保護(hù)傘狀區(qū)140”。
接著，在一個(gè)實(shí)施例中，使用任何常規(guī)的處理將S/D硅化物區(qū)114a和114b分別形成在S/D區(qū)112a和112b的頂部上。
接著，參考附圖1G，在一個(gè)實(shí)施例中，層間(inter-level)電介質(zhì)(ILD)層180在一個(gè)實(shí)施例中包括低K(即K＜3.5，其中K是介電常數(shù))材料，并且例如通過CVD或旋涂處理被形成在附圖1F的結(jié)構(gòu)100的頂部上。接著，在一個(gè)實(shí)施例中，低K電介質(zhì)層180被平面化直到保護(hù)傘狀區(qū)140”的頂部表面144被暴露在周圍環(huán)境中。
接著，參考附圖1H，在一個(gè)實(shí)施例中，氧化物層190形成在附圖1F的整個(gè)結(jié)構(gòu)100的頂部上。接著，例如通過常規(guī)的光刻處理將開口191形成在氧化物層190中。在氧化物層190中的開口191的形成可能由于過度蝕刻而在保護(hù)傘狀區(qū)140”中導(dǎo)致凹口192。在一個(gè)實(shí)施例中，凹口192較淺以致柵極疊層130’，140’，160a，160b的導(dǎo)電區(qū)都不暴露在周圍環(huán)境中。
接著，參考附圖1I，在一個(gè)實(shí)施例中，氧化物層190和保護(hù)傘狀區(qū)140”被用作針對低K電介質(zhì)層180的方向性蝕刻的屏蔽掩模以便在低K電介質(zhì)層180中形成接觸孔197，以使S/D硅化物區(qū)114b通過接觸孔197暴露在周圍環(huán)境中。在一個(gè)實(shí)施例中，氧化物層190中的開口191相對于硅化物間隔物160b的相對位置使接觸孔197與保護(hù)傘狀區(qū)140”的邊緣143對準(zhǔn)。接著，在一個(gè)實(shí)施例中，以導(dǎo)電材料(在一個(gè)實(shí)施例中是鎢(W))填充接觸孔197以便提供到S/D區(qū)112b的電通路。
應(yīng)該注意，因?yàn)闁艠O區(qū)130’，160a，160b完全處于保護(hù)傘狀區(qū)140”的陰影區(qū)中，因此在低K電介質(zhì)層180中形成接觸孔197時(shí)硅化物間隔物160b不會暴露在周圍環(huán)境中。結(jié)果，填充W的接觸孔197通過低K電介質(zhì)層180與柵極區(qū)130’，160a，160b(包括區(qū)域130’，160a和160b)電絕緣。
附圖2A-2F所示為根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例形成第二FET 200的制造步驟。更具體地說，參考附圖2A，在一個(gè)實(shí)施例中，形成第二FET200的制造步驟以類似于附圖1A的結(jié)構(gòu)100的結(jié)構(gòu)開始。為了簡潔起見，在此所有的附圖標(biāo)記具有以數(shù)字圖編號開始的三位數(shù)字。此外，除了用于指示數(shù)字圖編號的第一個(gè)數(shù)字之外，類似的區(qū)域具有相同的附圖標(biāo)記。例如，襯底110(附圖1A)和襯底210(附圖2A)類似。
接著，在一個(gè)實(shí)施例中，經(jīng)構(gòu)圖的光抗蝕劑層250用作針對(i)氧化物硬掩模層240及之后針對(ii)在柵極電介質(zhì)層220處停止的多晶硅柵極層230的方向性蝕刻的屏蔽掩模。氧化物硬掩模層240和多晶硅柵極層230的方向選擇性(即，使用屏蔽掩模)蝕刻產(chǎn)生了氧化物硬蓋層240’和多晶硅柵極區(qū)230’(附圖2B)。接著，經(jīng)構(gòu)圖的光抗蝕劑層250被清除，產(chǎn)生了附圖2B的結(jié)構(gòu)200。參考附圖2B，氧化物硬蓋層240’和多晶硅柵極區(qū)230’可以被稱為柵極疊層230’，240’。
接著，在一個(gè)實(shí)施例中，柵極疊層230’，240’被用作在柵極疊層230’，240’的相對兩側(cè)上的Si襯底210中形成暈圈區(qū)(為了簡潔起見沒有示出)和源極/漏極(S/D)延伸區(qū)211a和211b的屏蔽掩模。S/D延伸區(qū)211a和211b和暈圈區(qū)的形成可以通過離子注入實(shí)現(xiàn)。
接著，參考附圖2C，在一個(gè)實(shí)施例中，氮化物間隔物270a和270b分別形成在多晶硅柵極區(qū)230’的側(cè)壁242a和242b上。作為說明性舉例，氮化物間隔物270a和270b通過如下過程形成(a)將氮化物間隔物層(未示)淀積在附圖2B的整個(gè)結(jié)構(gòu)200上，然后(b)方向性蝕刻淀積的氮化物間隔物層，由此形成了氮化物間隔物270a和270b。在一個(gè)實(shí)施例中，執(zhí)行針對淀積的氮化物間隔物層的所說的方向性蝕刻以使多晶硅柵極區(qū)230’的側(cè)壁242a和242b各自的側(cè)壁部分242a’和242b’暴露在周圍環(huán)境中(即，沒有被氮化物間隔物270a和270b覆蓋)。對淀積的氮化物間隔物層的所說的方向性蝕刻通常也清除了柵極電介質(zhì)層220上沒有被柵極疊層230’，240’，260a，260b和氮化物間隔物270a和270b屏蔽的部分。
接著，氮化物間隔物270a和270b和柵極疊層230’，240’被用作在柵極疊層230’，240’的相對兩側(cè)上的Si襯底210中形成S/D區(qū)212a和212b的屏蔽掩模。S/D區(qū)212a和212b的形成可以通過離子注入之后進(jìn)行退火處理實(shí)現(xiàn)。
S/D延伸區(qū)211a和S/D區(qū)212a可以被稱為S/D塊211a，212a。類似地，S/D延伸區(qū)211b和S/D區(qū)212b可以被稱為S/D塊211b，212b。S/D塊211a，212a和211b，212b限定了設(shè)置于柵極電介質(zhì)層120正下方、S/D塊211a，212a和211b，212b之間的溝道區(qū)113。
接著，參考附圖2D，在一個(gè)實(shí)施例中，柵極硅化物區(qū)260a和260b分別形成在多晶硅柵極區(qū)230’的暴露在周圍環(huán)境中的側(cè)壁部分242a’和242b’(附圖2C)上，同時(shí)S/D硅化物區(qū)214a和214b分別形成在S/D區(qū)212a和212b上。在一個(gè)實(shí)施例中，柵極硅化物區(qū)260a和260b和S/D硅化物區(qū)214a和214b通過如下過程形成(i)將金屬層(未示)淀積在附圖2C的整個(gè)結(jié)構(gòu)200的頂部上，然后(ii)在高溫下退火(加熱)結(jié)構(gòu)200以便使淀積的金屬層中的金屬與硅化學(xué)反應(yīng)以形成柵極硅化物區(qū)260a和260b和S/D硅化物214a和214b。最后，淀積的金屬層的未反應(yīng)的金屬通過例如濕蝕刻步驟清除，由此形成了附圖2D的結(jié)構(gòu)200。多晶硅柵極區(qū)230’和柵極硅化物間隔物260a和260b的組合可以被稱為柵極區(qū)230’，260a，260b。
接著，參考附圖2E，在一個(gè)實(shí)施例中，從氧化物硬蓋層240’形成保護(hù)傘狀區(qū)240”以使柵極區(qū)230’，260a，260b完全處于保護(hù)傘狀區(qū)240”的陰影區(qū)之下。在一個(gè)實(shí)施例中，保護(hù)傘狀區(qū)240”的形成類似于附圖1F的保護(hù)傘狀區(qū)140”的形成。
接著，在一個(gè)實(shí)施例中，ILD層280(在一個(gè)實(shí)施例中包括低K(即K＜3.5，其中K是介電常數(shù))材料)通過例如CVD或旋涂處理被形成在結(jié)構(gòu)200的頂部上。接著，在一個(gè)實(shí)施例中，低K電介質(zhì)層280被平面化直到保護(hù)傘狀區(qū)240”的頂部表面244被暴露在周圍環(huán)境中。
接著，參考附圖2F，在一個(gè)實(shí)施例中，氧化物層290形成在附圖2E的整個(gè)結(jié)構(gòu)200的頂部上。接著，類似于附圖1I的填充W的接觸孔197的填充金屬的接觸孔297形成在氧化物層290和低K電介質(zhì)層280中。在一個(gè)實(shí)施例中，填充金屬的接觸孔297包括鎢(W)，并且填充W的接觸孔297的形成類似于附圖1I的填充W的接觸孔197的形成。
應(yīng)該注意，因?yàn)闁艠O區(qū)230’，260a，260b完全處于保護(hù)傘狀區(qū)240”的陰影區(qū)之下，因此當(dāng)在氧化物層290中和低K電介質(zhì)層280中形成接觸孔297時(shí)，柵極硅化物間隔物260b不暴露在周圍環(huán)境中。結(jié)果，填充W的接觸孔297通過低K電介質(zhì)層280與柵極區(qū)230’，260a，260b電絕緣。
雖然為了說明的目的已經(jīng)描述了本發(fā)明的具體的實(shí)施例，但是許多修改和改進(jìn)對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來說是顯然的。因此，希望所附權(quán)利要求包含落入本發(fā)明的實(shí)際精神和范圍內(nèi)的所有的這些修改和改進(jìn)。
權(quán)利要求
1.一種結(jié)構(gòu)形成方法，包括提供一種結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)包括(a)包括(i)溝道區(qū)和(ii)第一和第二源極/漏極(S/D)區(qū)的半導(dǎo)體層，其中溝道區(qū)設(shè)置在第一和第二S/D區(qū)之間并與第一和第二S/D區(qū)電耦接，(b)通過接合表面與溝道區(qū)直接物理接觸的柵極電介質(zhì)區(qū)，該接合表面限定了垂直于該接合表面的參考方向，其中在參考方向上柵極電介質(zhì)區(qū)是在溝道區(qū)之上，(c)與柵極電介質(zhì)區(qū)直接物理接觸的柵極區(qū)，其中柵極電介質(zhì)區(qū)被夾在柵極區(qū)和溝道區(qū)之間并使柵極區(qū)和溝道區(qū)電絕緣，和(d)在柵極區(qū)上的硬蓋區(qū)；從硬蓋區(qū)形成保護(hù)傘狀區(qū)以使柵極區(qū)完全處于保護(hù)傘狀區(qū)的陰影區(qū)之下，其中保護(hù)傘狀區(qū)的陰影區(qū)包括通過保護(hù)傘狀區(qū)屏蔽了(i)沿參考方向在保護(hù)傘狀區(qū)正上方且(ii)距保護(hù)傘狀區(qū)無限遠(yuǎn)的虛擬點(diǎn)光源的空間；在執(zhí)行了所說的形成保護(hù)傘狀區(qū)的步驟之后在該結(jié)構(gòu)上掩蓋淀積層間電介質(zhì)(ILD)層；在ILD層中形成位于第二S/D區(qū)正上方并與保護(hù)傘狀區(qū)的邊緣對準(zhǔn)的接觸孔，其中接觸孔通過ILD層與柵極區(qū)物理隔離；和以導(dǎo)電材料填充接觸孔。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中保護(hù)傘狀區(qū)包括二氧化硅，ILD層包括低K電介質(zhì)材料，其中K＜3.5。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其中導(dǎo)電材料包括鎢。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其中柵極區(qū)包括(i)在柵極電介質(zhì)區(qū)上并與其直接物理接觸的多晶硅區(qū)和(ii)分別在多晶硅區(qū)的第一和第二側(cè)壁上的第一和第二柵極硅化物區(qū)。
5.如權(quán)利要求4所述的方法，其中第一和第二柵極硅化物區(qū)與柵極電介質(zhì)區(qū)不直接物理接觸。
6.如權(quán)利要求4所述的方法，其中所說的提供結(jié)構(gòu)的步驟包括提供半導(dǎo)體層；在半導(dǎo)體層上形成柵極電介質(zhì)層；在柵極電介質(zhì)層上形成多晶硅柵極層；在多晶硅柵極層上形成硬掩模層；選擇性地蝕刻硬掩模層以便形成硬蓋區(qū)；使用硬蓋區(qū)作為第一屏蔽掩模，部分地蝕刻多晶硅柵極層以便從多晶硅柵極層形成多晶硅柵極塊；在多晶硅柵極塊的側(cè)壁上形成第一和第二柵極硅化物區(qū)；和使用硬蓋區(qū)和第一和第二柵極硅化物區(qū)作為第二屏蔽掩模，蝕刻在柵極電介質(zhì)層上停止的多晶硅柵極塊以便從多晶硅柵極塊形成多晶硅區(qū)。
7.如權(quán)利要求4所述的方法，其中所說的提供結(jié)構(gòu)的步驟包括提供半導(dǎo)體層；在半導(dǎo)體層上形成柵極電介質(zhì)層；在柵極電介質(zhì)層上形成多晶硅柵極層；在多晶硅柵極層上形成硬掩模層；選擇性地蝕刻硬掩模層以便形成硬蓋區(qū)；使用硬蓋區(qū)作為屏蔽掩模，蝕刻在柵極電介質(zhì)層上停止的多晶硅柵極層以便從多晶硅柵極層形成多晶硅區(qū)；在多晶硅區(qū)的第一和第二側(cè)壁上分別形成第一和第二氮化物區(qū)以便使多晶硅柵極塊的第一和第二側(cè)壁上的第一和第二側(cè)壁部分分別不被第一和第二氮化物區(qū)覆蓋；和在第一和第二側(cè)壁部分上分別形成第一和第二硅化物區(qū)。
8.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所說的從硬蓋區(qū)形成保護(hù)傘狀區(qū)的步驟包括僅在硬蓋區(qū)上選擇性地淀積電介質(zhì)材料。
9.如權(quán)利要求8所述的方法，其中硬蓋區(qū)包括二氧化硅，并且其中電介質(zhì)材料包括二氧化硅。
10.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所說的形成接觸孔的步驟包括使用包括保護(hù)傘狀區(qū)的屏蔽掩模蝕刻ILD層。
11.如權(quán)利要求10所述的方法，其中所說的蝕刻ILD層的步驟包括在ILD層上形成氧化物層；在氧化物層中形成開口；和使用氧化物層和保護(hù)傘狀區(qū)作為屏蔽掩模，通過開口蝕刻ILD層。
12.一種結(jié)構(gòu)形成方法，包括提供一種結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)包括(a)包括(i)溝道區(qū)和(ii)第一和第二源極/漏極(S/D)區(qū)的半導(dǎo)體層，其中溝道區(qū)設(shè)置在第一和第二S/D區(qū)之間并與第一和第二S/D區(qū)電耦接，(b)通過接合表面與溝道區(qū)直接物理接觸的柵極電介質(zhì)區(qū)，該接合表面限定了垂直于該接合表面的參考方向，其中在參考方向上柵極電介質(zhì)區(qū)是在溝道區(qū)之上，(c)與柵極電介質(zhì)區(qū)直接物理接觸的柵極區(qū)，其中柵極電介質(zhì)區(qū)被夾在柵極區(qū)和溝道區(qū)之間并使柵極區(qū)和溝道區(qū)電絕緣，并且其中柵極區(qū)包括(i)在柵極電介質(zhì)區(qū)上并與其直接物理接觸的多晶硅區(qū)和(ii)分別在多晶硅區(qū)的第一和第二側(cè)壁上的第一和第二柵極硅化物區(qū)；和(d)在柵極區(qū)上的硬蓋區(qū)；從硬蓋區(qū)形成保護(hù)傘狀區(qū)以使柵極區(qū)完全處于保護(hù)傘狀區(qū)的陰影區(qū)之下，其中保護(hù)傘狀區(qū)的陰影區(qū)包括通過保護(hù)傘狀區(qū)屏蔽了(i)沿參考方向在保護(hù)傘狀區(qū)正上方且(ii)距保護(hù)傘狀區(qū)無限遠(yuǎn)的虛擬點(diǎn)光源的空間；在執(zhí)行了所說的形成保護(hù)傘狀區(qū)的步驟之后在該結(jié)構(gòu)上掩蓋淀積層間電介質(zhì)(ILD)層；在ILD層中形成位于第二S/D區(qū)正上方并與保護(hù)傘狀區(qū)的邊緣對準(zhǔn)的接觸孔，其中接觸孔通過ILD層與柵極區(qū)物理隔離，并且其中所說的形成接觸孔的步驟包括(i)在ILD層上形成氧化物層、(ii)在氧化物層中形成開口和(iii)使用氧化物層和保護(hù)傘狀區(qū)作為屏蔽掩模通過開口蝕刻ILD層；和以導(dǎo)電材料填充接觸孔。
13.如權(quán)利要求12所述的方法，其中保護(hù)傘狀區(qū)包括二氧化硅，并且其中ILD層包括低K電介質(zhì)材料，其中K＜3.5。
14.如權(quán)利要求12所述的方法，其中導(dǎo)電材料包括鎢。
15.如權(quán)利要求12所述的方法，其中所說的從硬蓋區(qū)形成保護(hù)傘狀區(qū)的步驟包括僅在硬蓋區(qū)上選擇性地淀積電介質(zhì)材料。
16.一種結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)包括(a)包括(i)溝道區(qū)和(ii)第一和第二源極/漏極(S/D)區(qū)的半導(dǎo)體層，其中溝道區(qū)設(shè)置在第一和第二S/D區(qū)之間并與第一和第二S/D區(qū)電耦接，(b)通過接合表面與溝道區(qū)直接物理接觸的柵極電介質(zhì)區(qū)，該接合表面限定了垂直于該接合表面的參考方向，其中在參考方向上柵極電介質(zhì)區(qū)是在溝道區(qū)之上，(c)與柵極電介質(zhì)區(qū)直接物理接觸的柵極區(qū)，其中柵極電介質(zhì)區(qū)被夾在柵極區(qū)和溝道區(qū)之間并使柵極區(qū)和溝道區(qū)電絕緣，和(d)在柵極區(qū)上的保護(hù)傘狀區(qū)，其中保護(hù)傘狀區(qū)包括第一電介質(zhì)材料，其中柵極區(qū)完全處于保護(hù)傘狀區(qū)的陰影區(qū)之下，并且其中保護(hù)傘狀區(qū)的陰影區(qū)包括通過保護(hù)傘狀區(qū)屏蔽了(i)沿參考方向在保護(hù)傘狀區(qū)正上方且(ii)距保護(hù)傘狀區(qū)無限遠(yuǎn)的虛擬點(diǎn)光源的空間；和(e)填充的接觸孔，該接觸孔(i)在第二S/D區(qū)正上方并與其電連接，且(ii)與保護(hù)傘狀區(qū)的邊緣對準(zhǔn)，其中接觸孔通過層間電介質(zhì)(ILD)層與柵極區(qū)物理隔離，以及其中ILD層包括與第一電介質(zhì)材料不同的第二電介質(zhì)材料。
17.如權(quán)利要求16所述的結(jié)構(gòu)，其中第一電介質(zhì)材料包括二氧化硅，并且其中第二電介質(zhì)材料包括低K電介質(zhì)材料，其中K＜3.5。
18.如權(quán)利要求16所述的結(jié)構(gòu)，填充的接觸孔包括鎢。
19.如權(quán)利要求16所述的結(jié)構(gòu)，其中柵極區(qū)包括(i)在柵極電介質(zhì)區(qū)上并與其直接接觸的多晶硅區(qū)和(ii)分別在多晶硅區(qū)的第一和第二側(cè)壁上的第一和第二柵極硅化物區(qū)。
20.如權(quán)利要求19所述的結(jié)構(gòu)，其中第一和第二柵極硅化物區(qū)與柵極電介質(zhì)區(qū)不直接物理接觸。
全文摘要
本發(fā)明提供一種結(jié)構(gòu)及其形成方法。該結(jié)構(gòu)包括(a)包括在第一和第二S/D區(qū)之間設(shè)置的溝道區(qū)的半導(dǎo)體層；(b)在溝道區(qū)上的柵極電介質(zhì)區(qū)；(c)在柵極電介質(zhì)區(qū)上并通過柵極電介質(zhì)區(qū)與溝道區(qū)電絕緣的柵極區(qū)；和(d)在柵極區(qū)上的保護(hù)傘狀區(qū)，其中保護(hù)傘狀區(qū)包括第一電介質(zhì)材料，并且其中柵極區(qū)完全處于保護(hù)傘狀區(qū)的陰影區(qū)之中；和(e)填充的接觸孔，它(i)在第二S/D區(qū)正上方并與其電連接，并且(ii)與保護(hù)傘狀區(qū)的邊緣對準(zhǔn)，其中接觸孔通過層間電介質(zhì)(ILD)層與柵極區(qū)物理隔離，該ILD層包括與第一電介質(zhì)材料不同的第二電介質(zhì)材料。
文檔編號H01L29/78GK1983530SQ20061014393
公開日2007年6月20日 申請日期2006年11月3日 優(yōu)先權(quán)日2005年11月4日
發(fā)明者戴維·V.·霍拉克, 馬克·C.·哈克, 斯蒂芬·J.·霍姆斯, 古川俊治, 查爾斯·W.克伯格三世, 威廉·羅伯特·湯迪 申請人:國際商業(yè)機(jī)器公司