專利名稱：具有無邊界接觸的取代金屬柵極的制作方法
具有無邊界接觸的取代金屬柵極技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明總體上涉及半導(dǎo)體器件制造領(lǐng)域，并且具體地涉及形成具有無邊界(borderless)接觸的取代金屬柵極的方法。
背景技術(shù)：
在半導(dǎo)體器件制造領(lǐng)域中，一般通過常稱為前端線(FEOL)技術(shù)的過程制造或者制作例如比如晶體管的有源半導(dǎo)體器件。晶體管例如可以是場效應(yīng)晶體管(FET)，并且可以更具體為互補金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)FET。FET也可以是P型摻雜劑摻雜的PFET或者η型摻雜劑摻雜的NFET。近來，已經(jīng)由于高k金屬柵極(HKMG)半導(dǎo)體晶體管較常規(guī)的基于多晶硅的CMOS-FET而言的優(yōu)良性能而引入它們。此外，已經(jīng)開發(fā)取代金屬柵極(RMG)過程以進一步提高HKMG晶體管的性能。
一般地，在形成晶體管的結(jié)構(gòu)之后，形成用以連接到晶體管的源極、漏極和/或柵極的導(dǎo)電接觸以使晶體管具有完善的功能。隨著集成電路裝置中的器件尺度持續(xù)按比例縮減，用于形成對應(yīng)接觸的有效面積也變得越來越小。作為結(jié)果，一般需要更少有效面積并且已經(jīng)在動態(tài)隨機存取存儲器(DRAM)中暫時使用的與柵極無邊界的接觸正在融入比如晶體管的邏輯結(jié)構(gòu)中。
如本領(lǐng)域所知，為了形成用于通過非取代金屬柵極(非RMG)過程制造的晶體管的無邊界接觸，通常在沉積層間電介質(zhì)之前形成或者沉積HfO2層或者其他類型的高度地耐受RIE(反應(yīng)離子蝕刻)的蝕刻停止層以覆蓋晶體管的柵層疊。然后在蝕刻停止層旁邊形成金屬接觸以與柵極無邊界。然而，盡管證實上述方式對于各種非RMG過程制成的晶體管可行，但是在試圖向RMG過程中集成上述方式時已經(jīng)遇到技術(shù)困難。具體而言，在應(yīng)用上述方式以在RMG過程中形成無邊界接觸時，在柵極旁邊形成的間隔物的頂部分在RMG過程期間、特別是在用來打開柵極區(qū)域以便去除其中的虛置柵極(du_y gate)的拋光步驟期間將不可避免受損。
例如，圖11示范性地圖示在如本領(lǐng)域已知的形成用于晶體管的無邊界接觸的過程期間的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)。更具體而言，在形成晶體管1100的過程期間，可以首先在半導(dǎo)體襯底1102上面形成諸如金屬柵極1101的柵層疊?？梢耘c金屬柵極1101相鄰在其側(cè)壁處形成諸如氮化物間隔物1103的間隔物。在襯底1102中在氮化物間隔物1103旁邊的源極和漏極區(qū)1104中形成硅化物后，可以沉積HfO2層1105或者其他類型的蝕刻停止層以覆蓋金屬柵極1101和間隔物1103 二者。接著，如本領(lǐng)域所知，沉積電介質(zhì)層1106以覆蓋源極和漏極區(qū)1104以及金屬柵極1101，并且隨后在電介質(zhì)層1106內(nèi)部產(chǎn)生接觸孔或者通孔(未示出)?？梢越柚g刻停止層1105的蝕刻選擇性，可以恰在蝕刻停止層1105旁邊形成接觸孔并且與蝕刻停止層1105相接。最后，可以通過用適當導(dǎo)電或者金屬材料填充接觸孔然后針對晶體管1100形成無邊界接觸。
然而，在非RMG過程中常用的上述方式不可直接應(yīng)用于RMG過程或者不容易與RMG過程組合。例如，在RMG過程中，如圖11中所示的金屬柵極1101可以是需要去除、然后用相同或者其他適當金屬材料取代或者重新形成的圖12中所示虛置柵極1201。虛置柵極1201可以由金屬或者多晶硅或者其他材料制成。為了執(zhí)行虛置柵極1201的取代，在圖11中所示步驟之后，將通過例如通過化學(xué)機械拋光(CMP)過程去除虛置柵極1201的頂部分來打開柵極區(qū)域以暴露虛置柵極1201。遺憾的是，去除和暴露虛置柵極1201的過程可能同時去除與虛置柵極1201相鄰的間隔物1103的頂部分從而產(chǎn)生使間隔物1203也被暴露而未覆蓋蝕刻停止層1105的頂表面1207。在形成用來產(chǎn)生接觸孔的取代金屬柵極之后，暴露的間隔物1103易受后續(xù)反應(yīng)離子蝕刻(RIE)過程影響。因此，可能需要形成需要與取代柵極過程兼容的附加保護層以便覆蓋和保護間隔物1103。在某些情形中，無邊界接觸甚至有可能用上述RMG過程也不可能實現(xiàn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的實施例提供一種形成具有取代金屬柵極的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)(比如場效應(yīng)晶體管)的方法。該方法可以包括:在襯底上面形成柵極和與柵極的側(cè)壁相鄰的間隔物；降低間隔物的高度以暴露柵極的側(cè)壁的上部分；沉積覆蓋高度降低的間隔物和柵極的側(cè)壁的暴露的上部分的蝕刻停止層；在間隔物上方的層級并且在側(cè)壁的上部分內(nèi)產(chǎn)生開口以從柵極的頂部暴露柵極；以及從開口去除柵極的現(xiàn)有柵極材料并且用新柵極材料取代以形成取代柵極。根據(jù)一個實施例，產(chǎn)生開口可以包括:沉積第一層級間電介質(zhì)(ILD)層，該ILD層覆蓋高度降低的間隔物和柵極的側(cè)壁的暴露的上部分的至少部分；以及通過平坦化將第一ILD層的頂表面降低至所述層級，由此從柵極的頂表面去除蝕刻停止層并且產(chǎn)生開口。在一個實施例中，該方法還可以包括:沉積覆蓋取代柵極和第一 ILD層的第二 ILD層；在第一和第二 ILD層中產(chǎn)生通路開口，通路開口暴露蝕刻停止層，蝕刻停止層覆蓋間隔物和柵極的側(cè)壁的上部分；去除暴露的蝕刻停止層的在源極/漏極區(qū)上面的至少部分；以及用形成金屬接觸的金屬材料填充通路開口。在另一實施例中，新柵極材料在其頂部被在第一和第二 ILD層中產(chǎn)生通路開口的過程期間保護取代柵極的柵極帽層覆蓋。在又一實施例中，柵極帽層可以是氧化鋁、氮化鋁或者與第二 ILD層不同的電介質(zhì)材料。根據(jù)一個實施例，沉積第一 ILD層可以包括沉積第一 ILD層以通過蝕刻停止層完全覆蓋側(cè)壁的暴露的上部分和柵極的頂表面。柵極的側(cè)壁的頂部分可以具有表示柵極的總高度的約10 %到70 %的、在約5nm與約35nm之間的高度范圍，高度范圍足以使得在間隔物上方的層級產(chǎn)生開口。在一個實施例中，降低間隔物的高度可以包括在反應(yīng)離子蝕刻(RIE)過程中蝕刻間隔物，而RIE過程是定向蝕刻過程并且對柵極的現(xiàn)有柵極材料有選擇性。


現(xiàn)在將參照附圖僅通過例子描述本發(fā)明的實施例，在附圖中:圖1是根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的形成具有取代金屬柵極和無邊界接觸的晶體管的方法的示范性圖示；圖2是根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的、在圖1中所示步驟之后形成具有取代金屬柵極和無邊界接觸的晶體管的方法的示范性圖示；
圖3是根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的、在圖2中所示步驟之后形成具有取代金屬柵極和無邊界接觸的晶體管的方法的示范性圖示；
圖4是根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的、在圖3中所示步驟之后形成具有取代金屬柵極和無邊界接觸的晶體管的方法的示范性圖示；
圖5是根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的、在圖4中所示步驟之后形成具有取代金屬柵極和無邊界接觸的晶體管的方法的示范性圖示；
圖6是根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的、在圖5中所示步驟之后形成具有取代金屬柵極和無邊界接觸的晶體管的方法的示范性圖示；
圖7是根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的、在圖6中所示步驟之后形成具有取代金屬柵極和無邊界接觸的晶體管的方法的示范性圖示；
圖8是根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的、在圖7中所示步驟之后形成具有取代金屬柵極和無邊界接觸的晶體管的方法的示范性圖示；
圖9是根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的、在圖8中所示步驟之后形成具有取代金屬柵極和無邊界接觸的晶體管的方法的示范性圖示；
圖10是根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的、在圖9中所示步驟之后形成具有取代金屬柵極和無邊界接觸的晶體管的方法的示范性圖示；
圖11是如本領(lǐng)域已知的在形成用于晶體管的無邊界接觸的過程期間的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的過程中的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的示范性圖示；以及
圖12是如本領(lǐng)域已知的將取代金屬柵極過程直接應(yīng)用于圖11中所示的形成無邊界接觸的過程的示范性圖示。
將理解為了圖示簡化和清楚，附圖中的元件未必已經(jīng)按比例繪制。例如，出于清楚的目的，一些元件的尺度可以相對于其他元件的尺度有所夸大。
具體實施方式
在下文詳細描述中，闡述許多具體細節(jié)以便提供對本發(fā)明的各種實施例的透徹理解。然而將理解，無這些具體細節(jié)也可以實現(xiàn)本發(fā)明的實施例。
為了不模糊本發(fā)明的實質(zhì)和/或?qū)嵤├某尸F(xiàn)，在下文詳細描述中，本領(lǐng)域已知的一些處理步驟和/或操作可能已經(jīng)出于呈現(xiàn)和/或說明的目的而被組合在一起并且在一些實例中可以沒有被詳細地加以描述。在其他實例中，可能完全未描述本領(lǐng)域已知的一些處理步驟和/或操作。此外，可以尚未詳細描述一些眾所周知的器件處理技術(shù)并且在一些實例中它們可以參閱作為參考的其他公開的文章、專利和/或公開的專利文獻，以免模糊本發(fā)明的實質(zhì)和/或?qū)嵤├拿枋?。將理解下文描述可以已?jīng)實際上聚焦于本發(fā)明的各種實施例的區(qū)別性特征和/或元件。
圖1是根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的、形成具有取代金屬柵極和無邊界接觸的晶體管的方法的示范性圖示。更具體而言，該方法可以包括在襯底101上面形成晶體管100。襯底101可以是適合于在其上形成晶體管的任何半導(dǎo)體襯底，例如比如硅襯底、鍺摻雜的硅襯底、應(yīng)變硅襯底、具有隱埋氧化物(BOX)的襯底或者直接在絕緣體上的應(yīng)變硅(SSDOI)。也可以使用其他類型的襯底。該方法可以形成晶體管100以包括具有虛置柵極102的柵極結(jié)構(gòu)和與虛置柵極102相鄰用以覆蓋其側(cè)壁的間隔物103。一般而言，例如通過在虛置柵極102上面沉積的共形電介質(zhì)層的定向蝕刻過程來形成間隔物103，因此具有與虛置柵極102的高度相同的高度。換而言之，虛置柵極102的側(cè)壁可以完全被間隔物103覆蓋。晶體管100也可以包括在間隔物103旁邊形成的源極和漏極區(qū)104。為了不模糊本發(fā)明的實質(zhì)的描述和/或說明，可能未在附圖中示出也未在下文詳細描述晶體管100的一些眾所周知的特征和元件。例如，通常在虛置柵極102下面形成柵極電介質(zhì)層，但是在圖1中未示出，也未示出一些其他眾所周知的晶體管元件。例如，可以在間隔物103下面和/或與間隔物103相鄰在襯底101中形成晶體管100的元件/漏極延伸，但是在圖1中也未示出它們。根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，可以在過程的以后階段形成源極/漏極104和源極/或漏極延伸。本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解，本發(fā)明的實施例可以未必依賴于形成晶體管100的不同元件的步驟的某些具體順序，并且可以以其他適當?shù)奶娲樞蚣右詫嵤榱讼挛拿枋龅哪康?，假設(shè)已經(jīng)在襯底101內(nèi)部形成了晶體管100的源極/漏極區(qū)104和源極/或漏極延伸。圖2是根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的、在圖1中所示步驟之后形成具有取代金屬柵極和無邊界接觸的晶體管的方法的示范性圖示。具體而言，該方法包括降低間隔物103的高度低于虛置柵極102的頂表面，并且作為結(jié)果暴露虛置柵極102的側(cè)壁的部分?？梢栽谥T如反應(yīng)離子蝕刻(RIE)過程的選擇性定向蝕刻過程中執(zhí)行下拉的間隔物103，可以進行或者在化學(xué)上調(diào)整反應(yīng)離子蝕刻(RIE)過程以對虛置柵極102的材料有選擇性。作為這一選擇性蝕刻過程的結(jié)果，可以僅蝕刻掉側(cè)壁103的頂部分，并且虛置柵極102保持完整或者基本上完整。同時，即使蝕刻過程可以是定向的，但是間隔物103的下拉過程卻可以使間隔物103的寬度在某一程度上收縮或者變窄。因此，需要采取預(yù)防以保證下拉的間隔物203的最終(在下拉過程之后)寬度“w”充分寬以防止源極/漏極延伸泄漏電流。這樣的預(yù)防例如可以包括初始地形成間隔物103以具有比它們必然需要的寬度略微更寬的寬度以預(yù)補償在間隔物高度下拉過程期間的潛在變窄。此外，虛置柵極102的側(cè)壁被暴露的部分的高度(在這里被稱為下拉高度“h”)一般不考慮，因為如稍后更詳細描述的那樣，側(cè)壁將被可以比間隔物203的材料更耐受RIE的RIE耐受層覆蓋，用于充分保護和免于以后接觸RIE蝕刻過程的條件。圖3是根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的、在圖2中所示步驟之后形成具有取代金屬柵極和無邊界接觸的晶體管的方法的示范性圖示。在間隔物高度下拉過程之后，可以在虛置柵極102、其暴露的側(cè)壁和下拉的間隔物203之上形成或者沉積蝕刻停止層301。可以形成蝕刻停止層301以便有助于在間隔物203之上沉積的電介質(zhì)層中產(chǎn)生接觸孔的后續(xù)步驟，而未使取代柵極(稍后將形成)和間隔物203被過程腐蝕或者蝕刻掉。例如，如果稍后使用RIE過程以在電介質(zhì)層中產(chǎn)生接觸孔(下文更詳細描述)，則蝕刻停止層301應(yīng)當由與電介質(zhì)材料(將在其上沉積)不同的材料制成，從而可以使RIE過程對蝕刻停止層301有選擇性。換而言之，應(yīng)當使用耐受RIE過程的適當蝕刻停止層材料。作為一些非限制例子，例如，形式為HfO2的氧化鉿層、分子層沉積氮化物、CVD Al2O3和/或Ta2O5層以及氧化釔層可以在過程期間用作蝕刻停止層以被空白(blank)沉積以覆蓋虛置柵極102及其側(cè)壁、可能是氮化物間隔物的間隔物203和在襯底101中的源極/漏極區(qū)104。
圖4是根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的、在圖3中所示步驟之后形成具有取代金屬柵極和無邊界接觸的晶體管的方法的示范性圖示。在虛置柵極102、間隔物203和包圍區(qū)域被蝕刻停止層301覆蓋之后，可以沉積層間電介質(zhì)層(ILD)401以覆蓋現(xiàn)在都被蝕刻停止層301覆蓋的源極/漏極區(qū)104、側(cè)壁間隔物203和虛擬柵極102的暴露的側(cè)壁的至少部分。在一個實施例中，整個虛置柵極102 (頂表面和側(cè)壁)被ILD層401覆蓋。例如，可以沉積ILD層401以具有從襯底101的表面測量的至少比下拉的間隔物203的高度更高的高度。優(yōu)選地但是非必需地，可以沉積ILD層401以具有比虛置柵極102的高度更高的高度。
圖5是根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的、在圖4中所示步驟之后形成具有取代金屬柵極和無邊界接觸的晶體管的方法的示范性圖示。在已經(jīng)沉積ILD層401以至少部分覆蓋虛置柵極102之后，該方法的實施例包括應(yīng)用化學(xué)機械拋光過程以平坦化ILD層401直至去除在虛置柵極102上面的蝕刻停止層301，由此暴露在其下面的虛置柵極102。根據(jù)一個實施例，可以仔細控制這一平坦化過程以在去除在虛置柵極102上面的蝕刻停止層301之后、但是在到達下拉的間隔物203的頂部之前、當虛置柵極102被暴露時停止。換而言之，平坦化過程可以產(chǎn)生處于下拉高度“h”的范圍內(nèi)的頂表面501。例如，在一個實施例中，對于具有約50nm的總柵極高度的場效應(yīng)晶體管，下拉高度“h”可以在約5nm與約35nm之間。上述范圍的下拉高度保證對于位于下拉高度內(nèi)的ILD層401的頂表面501有足夠的余裕。
圖6是根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的、在圖5中所示步驟之后形成具有取代金屬柵極和無邊界接觸的晶體管的方法的示范性圖示。在通過CMP過程暴露虛置柵極102之后，本發(fā)明的實施例繼續(xù)去除虛置柵極102的步驟，由此在襯底101的柵極區(qū)之上產(chǎn)生開口 601。根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，開口 601的上部分可以與蝕刻停止層301對齊而下部分由下拉的間隔物203包圍。換而言之，開口 601沒有任何地方直接暴露于ILD層401。
圖7是根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的、在圖6中所示步驟之后形成具有取代金屬柵極和無邊界接觸的晶體管的方法的示范性圖示。在去除虛置柵極102、產(chǎn)生開口 601之后，可以在開口 601中形成取代柵極701。多種候選金屬材料，例如鋁(Al)和/或鎢(W)或者不同導(dǎo)電材料的組合，可以用于取代柵極701并且可以通過本領(lǐng)域已知的方法來形成。例如，可以通過濺射過程在開口 601中沉積鋁，繼而通過熱退火過程“回流”沉積的鋁。熱退火過程一般提高鋁的間隙填充容量并且消除空穴形成。優(yōu)選地，在用導(dǎo)電材料填充開口 601之前，可以在開口 601的底部和內(nèi)側(cè)壁周圍形成諸如氧化鉿的襯墊以防止柵極材料(稍后在其中形成)可能擴散進入柵極下面的溝道區(qū)和/或進入間隔物。在沉積柵極金屬之后，可以通過應(yīng)用例如化學(xué)機械拋光(CMP)過程來去除在柵極上面的過量金屬。
在一個實施例中，在填充開口 601時用來形成金屬柵極701的金屬材料可以優(yōu)選地在它的頂表面自氧化，以形成與蝕刻停止層301相似、高度地耐受稍后用來在ILD層401中產(chǎn)生接觸孔的RIE過程的氧化物層702。例如，鋁(Al)可以用作取代金屬柵極材料?？梢栽阡X柵極材料的頂部形成柵極帽(gate cap)，例如比如氧化鋁、氮化物帽層或者與電介質(zhì)材料401不同的材料的其他適當?shù)母采w層，該覆蓋層是。在使用氧化物覆蓋層的情形下，鋁柵極材料701可以在室溫氛圍中自氧化以形成Al2O3以具有約3nm或者更多的適當深度。厚度可以大于先前打開的柵極的側(cè)壁以在間隔物203的高度以下?？梢允褂醚醯入x子體處理來形成厚氧化鋁覆蓋層。例如，氧等離子體處理可以在不到20分鐘內(nèi)將氧化鋁生長多至50nm的厚度。可以通過眾所周知的大馬士革(damascene)技術(shù)形成其他材料(比如氮化物或者電介質(zhì))的覆蓋層。圖8是根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的、在圖7中所示步驟之后形成具有取代金屬柵極和無邊界接觸的晶體管的方法的示范性圖示。在形成取代金屬柵極701和抗蝕刻頂部層702之后，可以在取代柵極701和ILD層401上面沉積可以與ILD層401相同或者不同的另一個層級間電介質(zhì)(ILD)層801。如下文更詳細描述的那樣，可以在ILD層401和801 二者以內(nèi)形成接觸和/或互連。圖9是根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的、在圖8中所示步驟之后形成具有取代金屬柵極和無邊界接觸的晶體管的方法的示范性圖示。在這一步驟期間，可以產(chǎn)生一個或者多個接觸孔以到達晶體管100的源極和/或漏極區(qū)104中的接觸點，比如硅化物。例如，可以通過如上文討論的諸如RIE過程的選擇性蝕刻過程來產(chǎn)生接觸孔901。與間隔物203和取代柵極701的側(cè)壁的部分相接的蝕刻停止層301可以阻止蝕刻接觸孔或者開口 901。在一個實施例中，接觸孔901還可以暴露取代柵極701的頂表面702的部分。由于取代柵極701被抗蝕刻氧化鋁Al2O3覆蓋，所以可以保持取代柵極701的過度蝕刻最少。圖10是根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的、在圖9中所示步驟之后形成具有取代金屬柵極和無邊界接觸的晶體管的方法的示范性圖示。更具體而言，可以去除蝕刻停止層301的位于晶體管100的源極/漏極區(qū)上面的至少部分以便暴露在其下面的源極/漏極硅化物接觸104?？梢岳缤ㄟ^定向蝕刻過程，比如在等離子體環(huán)境中運用離子或者中性轟擊的過程，去除在源極/漏極硅化物104上面的蝕刻停止層301。定向蝕刻過程可以在去除晶體管100的源極/漏極區(qū)中的、蝕刻停止層301的在硅化物104上面的部分之后讓柵極701的側(cè)壁繼續(xù)被蝕刻停止層301覆蓋。在定向蝕刻之后，蝕刻停止層301的剩余部分可以服務(wù)于隔離柵極701以免于接觸稍后形成的接觸1001。備選地，可以通過應(yīng)用各向同性蝕刻過程(比如RIE蝕刻過程)或者其他濕蝕刻過程來去除蝕刻停止層301。在其中通過各向同性蝕刻過程完全去除蝕刻停止層301的情形中，根據(jù)一個實施例，如圖10中所示，氧化物層702的厚度應(yīng)當充分大或者厚以例如在間隔物203的水平高度(或者高度)以下延伸以便充分隔離導(dǎo)電柵極區(qū)701以免于接觸后續(xù)形成的接觸1001。在暴露源極/漏極區(qū)的硅化物104之后，可以通過在開口 901中填充導(dǎo)電材料，例如比如鎢(W)、銅(Cu)或者鈷(Co)，來形成與晶體管100的源極/漏極的接觸1001。由于抗蝕刻層Al2O3覆蓋取代柵極701的頂表面，可以形成與晶體管100無邊界的接觸通路1001。在其中在去除蝕刻停止層301時應(yīng)用定向蝕刻過程的情形中，薄的蝕刻停止層301仍然可以存在于柵極701的側(cè)壁的上部分與接觸1001之間以及在間隔物203的側(cè)壁與接觸1001之間。本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解，在產(chǎn)生開口 901的電介質(zhì)蝕刻過程期間，由于下拉的間隔物203完全被蝕刻停止層301覆蓋，所以未損害間隔物203的完整性。取代柵極701的側(cè)壁在蝕刻過程期間也未被腐蝕，從而實現(xiàn)如先前關(guān)于圖11和圖12描述的那樣在現(xiàn)有技術(shù)中不可能的效果。盡管這里已經(jīng)圖示和描述本發(fā)明的某些特征，但是本領(lǐng)域普通技術(shù)人員現(xiàn)在將想到許多修改、取代、改變和等效物。因此將理解，所附權(quán)利要求旨在于覆蓋落入本發(fā)明的范圍內(nèi)的所有這樣的修改和改變。
權(quán)利要求
1.一種用于形成取代金屬柵極的方法，包括: 在襯底上面形成柵極和與所述柵極的側(cè)壁相鄰的第一組間隔物； 降低所述第一組間隔物的高度以暴露所述柵極的所述側(cè)壁的上部分； 沉積覆蓋所述高度降低的間隔物和所述柵極的所述側(cè)壁的所述暴露的上部分的蝕刻停止層； 在所述間隔物上方的層級并且在所述側(cè)壁的所述上部分內(nèi)產(chǎn)生開口以從所述柵極的頂部暴露所述柵極；以及 從所述開口去除所述柵極的現(xiàn)有柵極材料并且用新柵極材料取代以形成取代柵極。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述產(chǎn)生開口包括: 沉積層級間電介質(zhì)(ILD)層，所述層級間電介質(zhì)層覆蓋所述高度降低的間隔物和所述柵極的所述側(cè)壁的所述暴露的上部分的至少部分；以及 通過平坦化將所述ILD層的頂表面降低至所述層級，由此從所述柵極的頂表面去除所述蝕刻停止層并且產(chǎn)生所述開口。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中所述ILD層是第一ILD層，還包括: 沉積覆蓋所述取代柵極和所述第一 ILD層的第二 ILD層； 在所述第一 ILD層和所述第二 ILD層中產(chǎn)生通路開口，所述通路開口暴露所述蝕刻停止層，所述蝕刻停止層覆蓋所述間隔物和所述柵極的所述側(cè)壁的所述上部分； 去除所述暴露的蝕刻停止層的在源極/漏極區(qū)上面的至少部分；以及 用形成金屬接觸的金屬材料填充所述通路開口。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其中所述新柵極材料在其頂部被在所述在所述第一ILD層和所述第二 ILD層中產(chǎn)生所述通路開口的過程期間保護所述取代柵極的柵極帽層覆至JHL ο
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其中所述柵極帽層是氧化鋁、氮化鋁或者與所述第二ILD層不同的電介質(zhì)材料。
6.根據(jù)權(quán)利要求2至5中任一 項所述的方法，其中所述沉積所述ILD層包括沉積所述ILD層以通過所述蝕刻停止層完全覆蓋所述側(cè)壁的所述暴露的上部分和所述柵極的所述頂表面。
7.根據(jù)前述權(quán)利要求任一項所述的方法，其中所述柵極的所述側(cè)壁的所述上部分具有表示所述柵極的總高度的約10%到70%的、在約5nm與約35nm之間的高度范圍，所述高度范圍足以使得在所述間隔物上方的所述層級產(chǎn)生所述開口。
8.根據(jù)前述權(quán)利要求任一項所述的方法，其中所述降低所述間隔物的高度包括在反應(yīng)離子蝕刻(RIE)過程中蝕刻所述間隔物，所述RIE過程是定向蝕刻過程并且對所述柵極的所述現(xiàn)有柵極材料有選擇性。
9.根據(jù)前述權(quán)利要求任一項所述的方法，其中: 所述降低所述第一組間隔物的高度以暴露所述柵極的所述側(cè)壁的上部分形成第二組間隔物； 所述蝕刻停止層覆蓋所述第二組間隔物和所述柵極的所述側(cè)壁的所述暴露的上部分；以及 在所述第二組間隔物上方的層級并且在所述側(cè)壁的所述上部分的范圍內(nèi)暴露所述柵極的所述頂表面。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中所述暴露所述柵極的頂表面包括: 沉積層級間電介質(zhì)(ILD)層，所述ILD層覆蓋所述第二組間隔物和所述柵極的所述側(cè)壁的所述暴露的上部分的至少部分；以及 將所述ILD層平坦化至所述層級，由此從所述柵極的所述頂表面去除所述蝕刻停止層。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，還包括: 在所述第一 ILD層和所述第二 ILD層中產(chǎn)生通路開口，所述通路開口暴露覆蓋所述第二組間隔物和所述柵極的所述側(cè)壁的所述頂部分的所述蝕刻停止層。
12.根據(jù)前述權(quán)利要求任一項所述的方法，其中所述新柵極材料由鋁制成。
13.根據(jù)權(quán)利要求4至9中任一項所述的方法，其中所述柵極帽層在其頂部具有耐受所述在所述第一 ILD層和所述第二 ILD層中產(chǎn)生所述通路開口的過程的氧化鋁層
14.根據(jù)權(quán)利要求9至13中的任一項所述的方法，還包括形成所述氧化鋁以具有在所述第二組間隔物的頂部層級以下延伸的厚度。
15.一種形成場效應(yīng)晶體管的取代柵極的方法，所述方法包括: 在襯底上面形成虛置柵極和在所述虛置柵極的側(cè)壁處的第一組間隔物； 對所述虛置柵極的材料有選擇性地定向 蝕刻所述第一組間隔物以暴露所述虛置柵極的所述側(cè)壁的上部分，所述蝕刻形成由高度降低的第一組間隔物制成的第二組間隔物； 沉積蝕刻停止層，所述蝕刻停止層覆蓋所述第二組間隔物、所述側(cè)壁的所述上部分和所述虛置柵極的頂表面； 在所述第二組間隔物上方的層級并且在所述側(cè)壁的所述上部分的范圍內(nèi)從所述虛置柵極的頂部暴露所述虛置柵極；以及 用新柵極材料取代所述虛置柵極、由此形成取代柵極。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其中沉積所述蝕刻停止層包括沉積氧化鉿層以覆蓋所述第二組間隔物、所述側(cè)壁的所述上部分和所述虛置柵極的頂表面。
17.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，還包括:在所述暴露所述虛置柵極之前，沉積層級間電介質(zhì)層(ILD)層，所述ILD層覆蓋所述第二組間隔物和所述虛置柵極的所述側(cè)壁的所述暴露的上部分的至少部分。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其中所述ILD層是第一ILD層，還包括: 沉積覆蓋所述取代柵極和所述第一 ILD層的第二 ILD層； 在所述第一 ILD層和所述第二 ILD層中產(chǎn)生通路開口，所述通路開口暴露覆蓋所述第二組間隔物、所述虛置柵極的所述側(cè)壁的所述上部分和在源極/漏極區(qū)上面的硅化物的所述蝕刻停止層； 去除所述蝕刻停止層的在所述硅化物上面的至少部分；以及 用形成金屬接觸的金屬材料填充所述通路開口。
全文摘要
本發(fā)明的實施例提供一種在取代金屬柵極過程中形成用于晶體管的無邊界接觸(1001)的方法。該方法包括在襯底上面形成柵極(102)，并且形成與柵極的側(cè)壁相鄰的間隔物(103)；降低間隔物的高度以暴露柵極的側(cè)壁的頂部分；沉積覆蓋間隔物和柵極的側(cè)壁的上部分的蝕刻停止層(301)；在間隔物上方的層級并且在側(cè)壁的上部分中制成開口(601)以暴露柵極；并且用新柵極材料(701)取代開口的柵極的材料，由此形成取代柵極。該方法還在包圍柵極和間隔物的層級間電介質(zhì)層中產(chǎn)生通路開口(901)，而通路開口暴露蝕刻停止層；去除蝕刻停止層并且用金屬材料填充通路開口以形成無邊界接觸。
文檔編號H01L21/768GK103210485SQ201180054728
公開日2013年7月17日 申請日期2011年11月16日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月17日
發(fā)明者D·V·霍拉克, 范淑貞, T·E·斯坦戴特 申請人:國際商業(yè)機器公司