專利名稱：在替代柵極結(jié)構(gòu)上方形成柵極覆蓋層的方法以及相關(guān)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及復(fù)雜半導(dǎo)體裝置以及此類裝置的制造，尤其涉及在替代柵極結(jié)構(gòu)上方形成柵極覆蓋層的多種方法以及具有此類柵極覆蓋層的多種裝置。
背景技術(shù)：
制造例如CPU (中央處理單元)、儲存裝置、ASIC (專用集成電路)等先進(jìn)集成電路需要依據(jù)特定的電路布局及特定的流程操作在給定的芯片面積上形成大量電路組件，場效應(yīng)晶體管(NM0S及PMOS晶體管)是制造此類集成電路產(chǎn)品中使用的一種重要類型的電路組件。場效應(yīng)晶體管，無論是NMOS晶體管還是PMOS晶體管，通常由形成于半導(dǎo)體基板中由溝道區(qū)隔離的摻雜源極和漏極區(qū)組成。柵極絕緣層位于該溝道區(qū)上方，且導(dǎo)電柵極電極位于該柵極絕緣層上方。在該柵極電極施加適當(dāng)?shù)碾妷菏乖摐系绤^(qū)導(dǎo)電，從而使電流在該源極區(qū)與該漏極區(qū)之間流動。在目前的超高密度集成電路產(chǎn)品中使用的晶體管的溝道長度，亦即源極區(qū)與漏極區(qū)之間的橫向間距，不斷縮小，以提升晶體管的性能以及包含此類晶體管的集成電路產(chǎn)品的總體功能。例如，隨著溝道長度的縮小，晶體管較前幾代晶體管具有更高的驅(qū)動電流能力以及更快的開關(guān)速度。迫于提升晶體管性能的持續(xù)壓力，裝置設(shè)計(jì)人員一直在努力縮小晶體管的溝道長度。不過，晶體管的溝道長度的不斷縮小以及該晶體管的其它特征的尺寸的縮小導(dǎo)致一些特定的問題，其至少部分抵消縮小該裝置的溝道長度所獲得的優(yōu)點(diǎn)。例如，隨著晶體管的溝道長度的縮小，相鄰晶體 管之間的間距也同樣縮小，從而限制設(shè)于相鄰晶體管之間的可用空間中的導(dǎo)電接觸組件(例如為晶體管提供電性連接的組件，例如接觸導(dǎo)孔等)的物理尺寸。由于此類導(dǎo)電接觸組件的橫截面積相應(yīng)縮小，因此其電阻成為總體晶體管設(shè)計(jì)中的一個重要問題。而且，接觸導(dǎo)孔的橫截面積及其所包含材料的特性可對該些電路組件的有效電阻及總體性能產(chǎn)生顯著影響。另外，相鄰晶體管之間的小間距使精確定位并形成導(dǎo)電接觸組件于該集成電路產(chǎn)品上的適當(dāng)位置變得更具挑戰(zhàn)性。例如，如導(dǎo)電接觸未對準(zhǔn)，例如其部分形成于源極區(qū)及相鄰的柵極結(jié)構(gòu)上，則裝置可能不會像設(shè)計(jì)的那樣工作。最壞的情況是，這樣的未對準(zhǔn)可能形成短路，導(dǎo)致裝置完全失效。對于許多早期的裝置技術(shù)，大多數(shù)晶體管組件的柵極電極結(jié)構(gòu)由硅基材料構(gòu)成，例如二氧化硅和/或氮氧化硅柵極絕緣層結(jié)合多晶硅柵極電極。不過，隨著尺寸不斷縮小的晶體管組件的溝道長度的日益縮小，許多較新一代的裝置使用由替代材料組成的柵極電極堆疊，以避免與溝道長度縮小的晶體管中傳統(tǒng)硅基材料的使用關(guān)聯(lián)的短溝道效應(yīng)。例如，在一些尺寸不斷縮小的晶體管組件中，溝道長度為約14至32納米，柵極電極堆疊包括高k介電/金屬電極(HK/MG)組態(tài)，以提供較此前最常用的二氧化硅/多晶硅(SiO/poly)組態(tài)顯著增強(qiáng)的操作特性。依據(jù)特定的總體裝置要求，數(shù)種不同的高k材料(亦即介電常數(shù)或k值約為10或更高的材料)作為HK/MG柵極電極結(jié)構(gòu)中的柵極絕緣層具有不同程度的效果。例如，在一些晶體管組件設(shè)計(jì)中，高k柵極絕緣層可包括氧化鉭(Ta205)、氧化鉿(Hf02)、氧化鋯(Zr02)、氧化鈦(Ti02)、氧化鋁(A1203)、硅酸鉿(HfSiOx)等。另外，一種或多種非多晶硅金屬柵極電極材料(亦即金屬柵極堆疊)可用于HK/MG組態(tài)中，以控制晶體管的功函數(shù)。例如，該些柵極電極材料可包括一層或多層鈦(Ti)、氮化鈦(TiN)、鈦-鋁(TiAl)、鋁(Al)、氮化鋁(A1N)、鉭(Ta)、氮化鉭(TaN)、鑭等。—種用于形成具有高k/金屬柵極結(jié)構(gòu)的晶體管的已知工藝方法稱作“后柵極”(gate last)或“替代柵極”技術(shù)。圖1A至ID簡單描述一種利用后柵極技術(shù)形成HK/MG替代柵極結(jié)構(gòu)的已知方法。如圖1A所示，該工藝包括在由淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)11定義的主動區(qū)中的半導(dǎo)體基板10上方形成基本晶體管結(jié)構(gòu)100。在圖1A所示的制造點(diǎn)，裝置100包括犧牲或虛假(dummy)柵極絕緣層12、虛假或犧牲柵極電極14、側(cè)間隙壁16、絕緣材料層17以及形成于基板10中的源極/漏極區(qū)18?？墒褂酶鞣N不同的材料并借由執(zhí)行各種已知技術(shù)形成裝置100的各種組件及結(jié)構(gòu)。例如，犧牲柵極絕緣層12可由二氧化硅組成。犧牲柵極電極14可由多晶硅組成。側(cè)間隙壁16可由氮化硅組成。絕緣材料層17可由二氧化硅組成。源極/漏極區(qū)18可由注入的摻雜材料組成(針對NMOS裝置的N型摻雜物以及針對PMOS裝置的P型摻雜物)。借由使用已知的掩蔽及離子注入技術(shù)而將該些摻雜材料注入基板中。當(dāng)然，本領(lǐng)域的技術(shù)人員將意識到，出于清楚目的，附圖中未顯示晶體管100的其它特征。例如，附圖中未顯示環(huán)狀(halo)注入?yún)^(qū)以及高性能PMOS晶體管中通常具有的不同硅鍺層或區(qū)。在圖1A所示的制造點(diǎn)已形成裝置100的不同結(jié)構(gòu)并執(zhí)行步驟序列以移除犧牲柵極電極14上方的任意材料(例如由氮化硅組成的保護(hù)柵極覆蓋層(未圖示))，從而使?fàn)奚鼥艠O電極14可以被移除。如圖1B所示，執(zhí)行一個或多個蝕刻工藝以移除犧牲柵極電極14及犧牲柵極絕緣層12，從而定義柵極開口 20。后續(xù)將在該柵極開口中形成替代柵極結(jié)構(gòu)。通常，如這里所述，移除犧牲柵極絕緣層12作為部分替代柵極技術(shù)。不過，取決于該柵極絕緣層的構(gòu)造材料，可能不會在所有的應(yīng)用中都移除犧牲柵極絕緣層12。接著，如圖1C所示，在柵極開口 20中形成不同的材料層，其將構(gòu)成替代柵極結(jié)構(gòu)30。在一示例中，替代柵極結(jié)構(gòu)30由高k柵極絕緣層30A、由金屬(例如氮化鈦層)組成的功函數(shù)調(diào)整層30B以及塊狀金屬層30C (例如鋁)組成。最后，如圖1D所示，執(zhí)行化學(xué)機(jī)械拋光(chemical mechanical polishing ;CMP)工藝以移除位于柵極開口 20外部的柵極介緣層30A、功函數(shù)調(diào)整層30B以及塊狀金屬層30C，從而定義替代柵極結(jié)構(gòu)30。 該替代柵極技術(shù)的一個重要方面包括在形成替代柵極結(jié)構(gòu)30后，在替代柵極結(jié)構(gòu)30上方形成保護(hù)介電層(未圖示)。這樣一保護(hù)層用于在后續(xù)工藝操作例如為形成至源極/漏極區(qū)18的導(dǎo)電接觸而執(zhí)行的各種工藝操作中保護(hù)替代柵極結(jié)構(gòu)30。隨著裝置尺寸的不斷縮小以及在形成至晶體管100的導(dǎo)電接觸中采用自對準(zhǔn)接觸形成技術(shù)，替代柵極結(jié)構(gòu)30的保護(hù)變得更加重要。過去已經(jīng)采用的一種技術(shù)是利用已知的沉積技術(shù)在替代柵極結(jié)構(gòu)30上方簡單形成另一材料層。不過，此類技術(shù)包括執(zhí)行若干耗時(shí)的工藝操作，且可能需要硬掩模及圖案化。以當(dāng)前的光刻對準(zhǔn)能力此類技術(shù)不可行。最近，形成此類保護(hù)層的嘗試包括氧化、氮化或氟化替代柵極結(jié)構(gòu)30的金屬部分。例如見美國專利公開號2011/0062501。不過，隨著裝置100的柵極長度的縮小，與構(gòu)成替代柵極結(jié)構(gòu)30的其它層相比，功函數(shù)調(diào)整層30B的比例變得較大。已經(jīng)證明，難以借由氧化或氮化由例如氮化鈦或氮化鉭組成的此類功函數(shù)調(diào)整層30B而形成含金屬絕緣材料。另外，氧化或氮化工藝的容許溫度常有嚴(yán)格限制，使金屬的氧化或氮化變得更加困難。氟化則難以形成足夠厚的氧化覆蓋層來保護(hù)下方的替代柵極結(jié)構(gòu)30。本發(fā)明旨在提供在替代柵極結(jié)構(gòu)上方形成柵極覆蓋層的多種方法以及具有此類柵極覆蓋層的多種裝置，以解決或至少減輕上述一個或多個問題。

發(fā)明內(nèi)容
下面提供本發(fā)明的簡要總結(jié)，以提供本發(fā)明的其中一些態(tài)樣的基本理解。本發(fā)明內(nèi)容并非詳盡概述本發(fā)明。其并非意圖識別本發(fā)明的關(guān)鍵或重要組件或劃定本發(fā)明的范圍。其唯一目的在于提供一些簡化的概念，作為后面所討論的更詳細(xì)說明的前序。一般而言，本發(fā)明提供在替代柵極結(jié)構(gòu)上方形成柵極覆蓋層的多種方法以及具有此類柵極覆蓋層的裝置。在一示例中，本發(fā)明揭露的一種裝置包括具有凹入上表面的替代柵極結(jié)構(gòu)，鄰近該替代柵極結(jié)構(gòu)的側(cè)間隙壁以及位于該替代柵極結(jié)構(gòu)上方的柵極覆蓋層。其中，該柵極覆蓋層的底部表面對應(yīng)該替代柵極結(jié)構(gòu)的該凹入上表面。本發(fā)明揭露的一種方法包括在替代柵極結(jié)構(gòu)上執(zhí)行第一化學(xué)機(jī)械拋光工藝以定義具有凹入上表面的拋光替代柵極結(jié)構(gòu)，以及在該拋光替代柵極結(jié)構(gòu)上方形成柵極覆蓋層。其中，該柵極覆蓋層的底部表面對應(yīng)該拋光替代柵極結(jié)構(gòu)的該拋光凹入上表面。本發(fā)明揭露的另一種方法包括在由位于絕緣材料層中的側(cè)間隙壁定義的柵極開口中形成替代柵極結(jié)構(gòu)；在至少該側(cè)間隙壁及該絕緣材料層上執(zhí)行共同的蝕刻工藝，其中，在完成該共同的蝕刻工藝后，該側(cè)間隙壁的上表面相對該絕緣材料層的上表面凹入；執(zhí)行第一化學(xué)機(jī)械拋光工藝以移除位于該絕緣材料層的該上表面上方的至少部分該替代柵極結(jié)構(gòu)，從而定義拋光替代柵極結(jié)構(gòu)；以及在執(zhí)行該第一化學(xué)機(jī)械拋光工藝后，在該拋光替代柵極結(jié)構(gòu)上方形成柵極覆蓋層。


結(jié)合附圖參照下面的說明可理解本發(fā)明，該些附圖中類似的附圖標(biāo)記代表類似的組件。圖1A至ID顯示利用后柵極或替代柵極方法形成半導(dǎo)體裝置的現(xiàn)有流程。圖2A至2F顯示本發(fā)明在替代柵極結(jié)構(gòu)上方形成柵極覆蓋層的流程。圖3A至3E顯示本發(fā)明在替代柵極結(jié)構(gòu)上方形成形成柵極覆蓋層的另一流程。盡管這里揭露的發(fā)明主題容許各種修改及替代形式，但附圖中以示例形式顯示其特定的實(shí)施例并在此進(jìn)行詳細(xì)描述。不過，應(yīng)當(dāng)理解，這里對特定實(shí)施例的說明并非意圖將本發(fā)明限于所揭露的特定形式，相反，意圖涵蓋落入由所附權(quán)利要求定義的本發(fā)明精神及范圍內(nèi)的所有修改、等同及替代。
具體實(shí)施例方式下面描述本發(fā)明的不同實(shí)施例。出于清楚目的，并非實(shí)際實(shí)施中的全部特征都描述于本說明書中。當(dāng)然，應(yīng)當(dāng)了解，在任意此類實(shí)際實(shí)施例的開發(fā)中，必須作大量的特定實(shí)施決定以滿足開發(fā)者的特定目標(biāo)，例如符合與系統(tǒng)相關(guān)及與商業(yè)相關(guān)的約束條件，該些約束條件因不同實(shí)施而異。而且，應(yīng)當(dāng)了解，此類開發(fā)努力可能復(fù)雜而耗時(shí)，但其仍然是本領(lǐng)域技術(shù)人員借助本說明書所執(zhí)行的常規(guī)程序。下面參照附圖描述本發(fā)明主題。附圖中示意各種結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)及裝置是出于解釋目的以及避免模糊本發(fā)明與本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的細(xì)節(jié)。但是，本發(fā)明包括該些附圖以描述并解釋實(shí)施例。這里所用的詞語和詞組的意思應(yīng)當(dāng)解釋為與相關(guān)領(lǐng)域技術(shù)人員對該些詞語及詞組的理解一致。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，亦即與本領(lǐng)域技術(shù)人員所理解的通常慣用意思不同的定義。若術(shù)語或詞組意圖具有特定意義，亦即不同于本領(lǐng)域技術(shù)人員所理解的意思，則此類特別定義會以直接明確地提供該術(shù)語或詞組的特定定義的定義方式明確表示于說明書中。本發(fā)明提供在替代柵極結(jié)構(gòu)上方形成柵極覆蓋層的流程以及具有此類柵極覆蓋層的裝置。在完整閱讀本申請后，本領(lǐng)域的技術(shù)人員很容易了解，可借由例如NM0S、PM0S、CMOS等多種技術(shù)實(shí)施本發(fā)明的裝置，且本發(fā)明的裝置可包含于多種集成電路產(chǎn)品中。下面參照附圖詳細(xì)描述本發(fā)明的方法及裝置的不同實(shí)施例。應(yīng)當(dāng)理解，為便于揭露本發(fā)明，附圖中的各種特征及層可能不按比例繪制。圖2A至2F顯示本發(fā)明在替代柵極結(jié)構(gòu)上方形成保護(hù)覆蓋層的技術(shù)。圖2A顯示形成于半導(dǎo)體基板10上方處于早期 制造階段的半導(dǎo)體裝置200的簡單視圖。在圖2A所示的制造點(diǎn)，裝置200包括多個替代柵極結(jié)構(gòu)202，其形成于由位于絕緣材料層206中的側(cè)間隙壁204定義的柵極開口 205中。采用與上述圖1A至ID所示的已知替代柵極技術(shù)類似的方式移除犧牲柵極絕緣層(未圖示)以及犧牲柵極電極(未圖示)，從而形成柵極開口 205。一般而言，在圖2A中，裝置200所處的制造點(diǎn)對應(yīng)背景技術(shù)中裝置100在圖1D中所處的制造點(diǎn)，亦即在形成替代柵極結(jié)構(gòu)之后。基板10可具有多種組態(tài)，例如所示的塊狀硅組態(tài)?；?0還可具有絕緣體上娃(silicon-on-1nsulator ;S0I)組態(tài),其包括塊狀娃層、絕緣埋層以及主動層，其中，半導(dǎo)體裝置形成于該主動層之中及其上方。因此，術(shù)語基板或半導(dǎo)體基板應(yīng)當(dāng)理解為覆蓋所有形式的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)?；?0還可由硅以外的材料構(gòu)成。在本發(fā)明的實(shí)施例中，替代柵極結(jié)構(gòu)202由高k絕緣層202A、第一金屬層202B以及第二金屬層202C組成。在更具體的示例中，第一金屬層202B可由功函數(shù)調(diào)整金屬(例如氮化鈦層)組成，而第二金屬層202C可為鋁層或鎢層等。在其它實(shí)施例中，可形成一個或多個額外的金屬層作為替代柵極結(jié)構(gòu)202的一部分，不過圖中未顯示此類額外金屬層。本領(lǐng)域的技術(shù)人員在完整閱讀本申請后將意識到，作為替代柵極結(jié)構(gòu)202 —部分的絕緣材料及金屬層可具有任意期望的架構(gòu)，并由多種不同的材料組成。另外，與用于PMOS裝置的替代柵極結(jié)構(gòu)202相比，用于NMOS裝置的替代柵極結(jié)構(gòu)202可具有不同的材料組合。因此，替代柵極結(jié)構(gòu)202的架構(gòu)的特定細(xì)節(jié)以及替代柵極結(jié)構(gòu)202的形成方式不應(yīng)當(dāng)被認(rèn)為限制本發(fā)明。本發(fā)明的方法也可用于不使用高k柵極絕緣層的替代柵極結(jié)構(gòu)202，不過可能在大多數(shù)應(yīng)用中都使用高k柵極絕緣層。在本發(fā)明的一實(shí)施例中，當(dāng)側(cè)間隙壁204與絕緣材料層206暴露于共同的蝕刻工藝時(shí)，組成側(cè)間隙壁204的材料與絕緣材料層206所使用的材料相比，具有較快的蝕刻速度。當(dāng)然，由于替代柵極結(jié)構(gòu)202的材料也可能暴露于該共同的蝕刻工藝中，因此應(yīng)將該共同的蝕刻工藝設(shè)計(jì)為不損害替代柵極結(jié)構(gòu)202的材料。在一實(shí)施例中，絕緣材料層206可由二氧化硅材料組成，例如基于TEOS的氧化物、可流動氧化物、HDP氧化物等，而側(cè)間隙壁204可由氮化硅或適于側(cè)間隙壁應(yīng)用的其它介電材料構(gòu)成。絕緣材料層206的厚度以及側(cè)間隙壁204的基本厚度可隨特定應(yīng)用而變化。圖2B顯示執(zhí)行該共同的蝕刻工藝以定義凹入側(cè)間隙壁204R以及凹入絕緣材料層206R之后的裝置200。由于側(cè)間隙壁204具有較高的蝕刻速度，因此凹入側(cè)間隙壁204R與凹入絕緣材料層206R之間具有高度差，如圖2B中的凹部208所示。換言之，側(cè)間隙壁204R的上表面204U相對凹入絕緣材料層206R的上表面206U凹入。凹部208的深度可依據(jù)側(cè)間隙壁204及絕緣材料層206所使用的材料以及蝕刻工藝而變化。在一示例中，凹部208的深度為約5至15納米。在絕緣材料層206由二氧化硅組成且側(cè)間隙壁204由氮化硅組成的特定實(shí)施例中，蝕刻工藝可為使用基于CxHyFz的化學(xué)蝕刻劑的干式、非等向性蝕刻工藝。該化學(xué)蝕刻劑對于二氧化硅具有充分選擇性。在一實(shí)施例中，該共同的蝕刻工藝經(jīng)調(diào)整以提供氮化硅與二氧化硅之間的蝕刻選擇性。蝕刻工藝的持續(xù)時(shí)間可依據(jù)架構(gòu)的不同材料以及凹部208的期望深度而變化。接著，如圖2C所示，在 裝置200上執(zhí)行化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)工藝，從而定義拋光替代柵極結(jié)構(gòu)202P。該CMP工藝用以移除在執(zhí)行上述共同蝕刻工藝后暴露的柵極絕緣層202A、第一金屬層202B以及第二金屬層202C的多余部分。該CMP工藝還可設(shè)計(jì)為移除至少部分初始的替代柵極結(jié)構(gòu)202及側(cè)間隙壁204，以在拋光替代柵極結(jié)構(gòu)202P上方定義凹部210。在一些情況下，可在該CMP工藝中使用更多或不同類型的磨料和/或化學(xué)制品以形成凹部210。在一實(shí)施例中，該CMP工藝可使至少部分該拋光替代柵極結(jié)構(gòu)202P具有拋光凹入表面211。凹部210的深度及程度可依據(jù)絕緣材料層206、側(cè)間隙壁204及替代柵極結(jié)構(gòu)202所使用的材料以及該CMP工藝的參數(shù)而變化。在一實(shí)施例中，凹部210的峰值深度為約5至15納米。該CMP工藝還可圓化絕緣材料層206的角落206C，如圖2C所示。然后，如圖2D所示，在裝置200上形成柵極覆蓋層212，使其過填充凹部210。在一實(shí)施例中，構(gòu)成柵極覆蓋層212的材料應(yīng)當(dāng)能夠抵擋將要執(zhí)行于絕緣材料層206上的蝕刻工藝。換言之，當(dāng)在絕緣材料層206上執(zhí)行蝕刻工藝時(shí)，組成柵極覆蓋層212的材料將保護(hù)下方的拋光替代柵極結(jié)構(gòu)202P，下面將作詳細(xì)描述。在一些情況下，組成柵極覆蓋層212的材料可與側(cè)間隙壁204的材料相同，不過在所有的應(yīng)用中并非必須。在一實(shí)施例中，柵極覆蓋層212可為借由執(zhí)行CVD (化學(xué)氣相沉積)工藝形成的厚度在約30至50納米范圍內(nèi)的氮化娃層。接著，如圖2E所示，執(zhí)行另一 CMP工藝以移除位于凹部210外部的柵極覆蓋層212的多余部分，從而定義位于各拋光替代柵極結(jié)構(gòu)202P上方的保護(hù)柵極覆蓋層212P。保護(hù)柵極覆蓋層212P具有拋光上表面212U以及對應(yīng)拋光替代柵極結(jié)構(gòu)202P的拋光凹入表面211的底部表面212S。如圖2E所示，柵極覆蓋層212P及側(cè)間隙壁204R包覆或保護(hù)拋光替代柵極結(jié)構(gòu)202P。圖2F顯示執(zhí)行數(shù)個工藝操作以形成裝置200的導(dǎo)電接觸216之后的裝置200。接觸216實(shí)質(zhì)上意圖代表可形成于集成電路裝置上的任意類型的導(dǎo)電接觸結(jié)構(gòu)。就形成導(dǎo)電接觸216包括形成一個或多個阻擋層而言，為不模糊本發(fā)明，圖中未顯示此類阻擋層。導(dǎo)電接觸216可由多種導(dǎo)電材料構(gòu)成，例如鋁、鎢、銅等，且其可借由傳統(tǒng)技術(shù)形成。例如，可利用自對準(zhǔn)技術(shù)形成導(dǎo)電結(jié)構(gòu)216。在該示例中，在裝置200上方形成絕緣材料層214，并利用已知的光刻工具及技術(shù)分別在絕緣材料層214、206R中形成多個開口 214A、206A。接著，執(zhí)行一個或多個沉積工藝以在開口 214A、206A中形成一種或多種導(dǎo)電材料。接著，可執(zhí)行CMP工藝以移除位于開口 214A外部的多余導(dǎo)電材料，從而定義導(dǎo)電接觸216。在該示例中，形成導(dǎo)電接觸216以建立至兩拋光替代柵極結(jié)構(gòu)202PP之間的基板10中的源極區(qū)或漏極區(qū)(未圖示)的電性連接。圖2F中顯示的導(dǎo)電接觸216稍微未對準(zhǔn)，即部分導(dǎo)電接觸216形成于側(cè)間隙壁204R及部分拋光替代柵極結(jié)構(gòu)202P上方。不過，柵極覆蓋層212P保護(hù)下方的拋光替代柵極結(jié)構(gòu)202P免于在形成開口 214A、206A于絕緣材料層214、206的工藝中受損。圖3A至3E顯示本發(fā)明在替代柵極結(jié)構(gòu)上方形成保護(hù)覆蓋層的另一技術(shù)。圖3A顯示與圖2A處于類似制造階段的裝置，亦即，已在由側(cè)間隙壁220定義的柵極開口 218中形成多個替代柵極結(jié)構(gòu)202。與圖2A至2F所示的流程不同，在本流程中，當(dāng)側(cè)間隙壁220與絕緣材料層206暴露于共同的蝕刻工藝時(shí)，不要求組成側(cè)間隙壁220的材料的蝕刻速度快于絕緣材料層206所使用的材料，不過如需要，可在該實(shí)施例中使用具有此類特征的材料。更確切地說，側(cè)間隙壁220可簡單地由當(dāng)執(zhí)行后續(xù)蝕刻工藝以在絕緣材料層206中定義開口從而形成導(dǎo)電接觸時(shí)將保護(hù)拋光替代柵極結(jié)構(gòu)202P的材料構(gòu)成。接著，如圖3B所示，在裝置200上執(zhí)行化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)工藝，以定義多個拋光替代柵極結(jié)構(gòu)202P。該CMP工藝用以移除部分柵極絕緣層202A、第一金屬層202B以及第二金屬層202C以及可能至少部分側(cè)間隙壁220，從而定義拋光柵極結(jié)構(gòu)202P上方的凹部210。在一些情況下，可在該CMP工藝中使用更多或不同類型的磨料和/或化學(xué)制品，以形成凹部210。如前面所述，該CMP工藝可使至少部分拋光替代柵極結(jié)構(gòu)202P具有拋光凹入表面221。凹部210的深度及程度可依據(jù)絕緣材料層206、側(cè)間隙壁220及替代柵極結(jié)構(gòu)202所使用的材料以及該CMP工藝的參數(shù)而變化。在一實(shí)施例中，凹部210的峰值深度為約5至15納米。該CMP工藝還可圓化絕緣材料層206的角落206C，如圖3B所示。形成拋光替代柵極結(jié)構(gòu)202P的該CMP工藝可 為獨(dú)立的CMP工藝，在執(zhí)行初始CMP工藝以初始定義如圖3A所示的替代柵極結(jié)構(gòu)202 (具有基本平坦的上表面)后執(zhí)行；或?yàn)樵摮跏糃MP工藝的一部分，其中，可在該初始CMP工藝即將結(jié)束時(shí)修改該初始CMP工藝的工藝條件或材料，以定義如圖3B所示的拋光替代柵極結(jié)構(gòu)202P。接著，如圖3C所示，在裝置200上方形成柵極覆蓋層212 (如上所述)，使其過填充凹部210。隨后，如圖3D所示，執(zhí)行另一CMP工藝以移除位于凹部210外部的柵極覆蓋層212的多余部分，從而定義位于各拋光替代柵極結(jié)構(gòu)202P上方的前述保護(hù)柵極覆蓋層212P。如圖3D所示，柵極覆蓋層212P及側(cè)間隙壁220包覆或保護(hù)拋光替代柵極結(jié)構(gòu)202P。圖3E顯示執(zhí)行數(shù)個工藝操作以在絕緣材料層214、206中形成導(dǎo)電接觸216之后的裝置200，如上所述。圖3E中顯示的導(dǎo)電接觸216稍微未對準(zhǔn)，亦即部分導(dǎo)電接觸216形成于側(cè)間隙壁220及部分拋光替代柵極結(jié)構(gòu)202P上方。不過，柵極覆蓋層212P保護(hù)下方的拋光替代柵極結(jié)構(gòu)202P免于在形成開口于絕緣材料層214、206的工藝中受損。由于本領(lǐng)域技術(shù)人員借助這里的教導(dǎo)可很容易地以不同但等同的方式修改并實(shí)施本發(fā)明，因此上述特定的實(shí)施例僅為說明性質(zhì)。例如，可以不同的順序執(zhí)行上述工藝步驟。而且，本發(fā)明并不限于這里所示架構(gòu)或設(shè)計(jì)的細(xì)節(jié)，而是如下面的權(quán)利要求所述。因此，顯然，可對上面揭露的特定實(shí)施例進(jìn)行修改或變更，所有此類變更落入本發(fā)明的范圍及精神內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍如下面的權(quán)利要求所述。
權(quán)利要求
1.一種裝置，包括: 替代柵極結(jié)構(gòu)，具有凹入上表面； 側(cè)間隙壁，鄰近該替代柵極結(jié)構(gòu)；以及 柵極覆蓋層，位于該替代柵極結(jié)構(gòu)上方，其中，該柵極覆蓋層的底部表面對應(yīng)該替代柵極結(jié)構(gòu)的該凹入上表面。
2.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，該柵極覆蓋層接觸該側(cè)間隙壁。
3.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，該柵極覆蓋層的上表面為拋光表面。
4.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，該替代柵極結(jié)構(gòu)的該凹入上表面為拋光表面。
5.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，該凹入上表面定義一凹部，其峰值深度在約5至15納米的范圍內(nèi)。
6.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，該替代柵極結(jié)構(gòu)由高k柵極絕緣層以及位于該高k柵極絕緣層上方的至少一金屬層組成。
7.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，該側(cè)間隙壁及柵極覆蓋層由氮化硅組成。
8.如權(quán)利要求7所述的裝置，進(jìn)一步包括二氧化硅層，其中，該側(cè)間隙壁位于該二氧化硅層中。
9.一種裝置，包括: 替代柵極結(jié)構(gòu)，具有凹入上表面，其中，該凹入上表面為拋光表面； 側(cè)間隙壁，鄰近該替代柵極結(jié)構(gòu)；以及 柵極覆蓋層，位于該替代柵極結(jié)構(gòu)上方，其中，該柵極覆蓋層接觸該側(cè)間隙壁，以及其中，該柵極覆蓋層的上表面為拋光表面，且該柵極覆蓋層的底部表面對應(yīng)該替代柵極結(jié)構(gòu)的該凹入上表面。
10.如權(quán)利要求9所述的裝置，其特征在于，該凹入上表面定義一凹部，其峰值深度在約5至15納米的范圍內(nèi)。
11.如權(quán)利要求9所述的裝置，進(jìn)一步包括二氧化硅層，其中，該側(cè)間隙壁位于該二氧化硅層中，以及其中，該側(cè)間隙壁及該柵極覆蓋層由氮化硅組成。
12.—種方法,包括: 執(zhí)行第一化學(xué)機(jī)械拋光工藝，以定義具有凹入上表面的拋光替代柵極結(jié)構(gòu)；以及在該拋光替代柵極結(jié)構(gòu)上方形成柵極覆蓋層，其中，該柵極覆蓋層的底部表面對應(yīng)該拋光替代柵極結(jié)構(gòu)的該拋光凹入上表面。
13.如權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于，形成該柵極覆蓋層包括: 在該拋光替代柵極結(jié)構(gòu)上方形成柵極覆蓋材料層；以及 在該柵極覆蓋材料層上執(zhí)行第二化學(xué)機(jī)械拋光工藝。
14.如權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于，該第一化學(xué)機(jī)械拋光工藝獨(dú)立于用以初始定義具有基本平坦上表面的替代柵極結(jié)構(gòu)的初始化學(xué)機(jī)械拋光工藝。
15.如權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于，該第一化學(xué)機(jī)械拋光工藝是用以初始定義替代柵極結(jié)構(gòu)的初始化學(xué)機(jī)械拋光工藝的一部分。
16.—種方法,包括: 在由位于絕緣材料層中的側(cè)間隙壁定義的柵極開口中形成替代柵極結(jié)構(gòu)；在至少該側(cè)間隙壁及該絕緣材料層上執(zhí)行共同的蝕刻工藝，其中，在完成該共同的蝕刻工藝后，該側(cè)間隙壁的上表面相對該絕緣材料層的上表面凹入； 執(zhí)行第一化學(xué)機(jī)械拋光工藝，以移除位于該絕緣材料層的該上表面上方的至少部分該替代柵極結(jié)構(gòu)，從而定義拋光替代柵極結(jié)構(gòu)；以及 在執(zhí)行該第一化學(xué)機(jī)械拋光工藝后，在該拋光替代柵極結(jié)構(gòu)上方形成柵極覆蓋層。
17.如權(quán)利要求16所述的方法，其特征在于，形成該柵極覆蓋層包括: 在該拋光替代柵極結(jié)構(gòu)上方形成柵極覆蓋材料層；以及 在該柵極覆蓋材料層上執(zhí)行第二化學(xué)機(jī)械拋光工藝。
18.如權(quán)利要求16所述的方法，其特征在于，該側(cè)間隙壁由氮化硅組成，且該絕緣材料層由二氧化硅組成。
19.如權(quán)利要求16所述的方法，其特征在于，利用基于CxHyFz的化學(xué)蝕刻劑執(zhí)行該共同的蝕刻工藝。
20.如權(quán)利要求19所述的方法，其特征在于，該共同的蝕刻工藝經(jīng)調(diào)整而在氮化硅與二氧化硅之間提供蝕刻選擇性。
21.如權(quán)利要求16所述的方法，其特征在于，該替代柵極結(jié)構(gòu)暴露于該共同的蝕刻工藝。
22.如權(quán)利要求16所述 的方法，其特征在于，該拋光替代柵極結(jié)構(gòu)具有拋光凹入上表面，且該柵極覆蓋層的底部表面對應(yīng)該拋光替代柵極結(jié)構(gòu)的該拋光凹入上表面。
23.—種方法,包括: 在由位于絕緣材料層中的側(cè)間隙壁定義的柵極開口中形成替代柵極結(jié)構(gòu)； 在至少該側(cè)間隙壁及該絕緣材料層上執(zhí)行共同的蝕刻工藝，其中，在完成該共同的蝕刻工藝后，該側(cè)間隙壁的上表面相對該絕緣材料層的上表面凹入； 執(zhí)行第一化學(xué)機(jī)械拋光工藝，以移除位于該絕緣材料層的該上表面上方的至少部分該替代柵極結(jié)構(gòu)，從而定義具有拋光凹入上表面的拋光替代柵極結(jié)構(gòu)； 在執(zhí)行該第一化學(xué)機(jī)械拋光工藝后，在該拋光替代柵極結(jié)構(gòu)上方形成柵極覆蓋材料層；以及 在該柵極覆蓋材料層上執(zhí)行第二化學(xué)機(jī)械拋光工藝，以定義位于該拋光替代柵極結(jié)構(gòu)上方的柵極覆蓋層，其中，該柵極覆蓋層的底部表面對應(yīng)該拋光替代柵極結(jié)構(gòu)的該拋光凹入上表面。
24.如權(quán)利要求23所述的方法，其特征在于，利用基于CxHyFz的化學(xué)蝕刻劑執(zhí)行該共同的蝕刻工藝。
25.如權(quán)利要求23所述的方法，其特征在于，該共同的蝕刻工藝經(jīng)調(diào)整而在氮化硅與二氧化硅之間提供蝕刻選擇性。
26.如權(quán)利要求23所述的方法，其特征在于，該側(cè)間隙壁及該柵極覆蓋層由氮化硅組成，且該絕緣材料層由二氧化硅組成。
全文摘要
本發(fā)明揭露在替代柵極結(jié)構(gòu)上方形成柵極覆蓋層的方法以及相關(guān)裝置。在一示例中，本發(fā)明的裝置包括具有凹入上表面的替代柵極結(jié)構(gòu)，鄰近該替代柵極結(jié)構(gòu)的側(cè)間隙壁以及位于該替代柵極結(jié)構(gòu)上方的柵極覆蓋層，其中，該柵極覆蓋層的底部表面對應(yīng)該替代柵極結(jié)構(gòu)的該凹入上表面。
文檔編號H01L29/423GK103219368SQ20131002034
公開日2013年7月24日 申請日期2013年1月18日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月18日
發(fā)明者G·格拉斯霍夫, C·拉貝爾 申請人:格羅方德半導(dǎo)體公司