[发明专利]半导体装置及其制造方法

说明书

本公开提供半导体装置及其制造方法。在半导体装置的制造方法中，在基底上形成虚设栅极结构，在虚设栅极结构上形成第一绝缘层，移除虚设栅极结构以在第一绝缘层内形成栅极空间，在栅极空间内形成第一导电层以形成缩小的栅极空间，将与第一导电层不同材料制成的第二导电层填入缩小的栅极空间，将填入的第一导电层和第二导电层凹陷以形成第一栅极凹陷，在第一栅极凹陷内的第一导电层和第二导电层上形成第三导电层，在将填入的第一导电层和第二导电层凹陷之后，第二导电层自第一导电层突出。

技术领域

本公开涉及半导体装置的制造方法，特别涉及金属栅极结构的结构及其制造方法。

背景技术

当半导体工业已进展至纳米科技工艺世代以追求更高的装置密度、更高的效能和更低的成本，来自生产和设计的考验造就了三维(3D)设计的发展，例如鳍式场效晶体管(Fin field effect transistor，FinFET)和具有高介电常数(high-k)材料的金属栅极结构的使用。金属栅极结构通常使用栅极取代(gate replacement)技术制造。

发明内容

根据本公开的一个观点，在半导体装置的制造方法中，在基底上形成虚设栅极结构，在虚设栅极结构上形成第一绝缘层，移除虚设栅极结构以在第一绝缘层内形成栅极空间，在栅极空间内形成第一导电层以形成缩小的栅极空间，将与第一导电层不同材料制成的第二导电层填入缩小的栅极空间，将填入的第一导电层和第二导电层凹陷以形成第一栅极凹陷，在第一栅极凹陷内的第一导电层和第二导电层上形成第三导电层，在将填入的第一导电层和第二导电层凹陷之后，第二导电层自第一导电层突出。

在本公开的制造方法的一个实施方式中，还包括在形成该第三导电层之前，在该第二导电层上形成一第四导电层。

在本公开的制造方法的另一个实施方式中，还包括：将该第三导电层凹陷以形成一第二栅极凹陷；以及在该第二栅极凹陷内的凹陷的该第三导电层上形成一第二绝缘层。

在本公开的制造方法的另一个实施方式中，该第二导电层的材料与该第三导电层的材料相同。

在本公开的制造方法的另一个实施方式中，该第二导电层的材料包含钨(W)、钴(Co)、钛(Ti)、铝(Al)和铜(Cu)的至少一者。

在本公开的制造方法的另一个实施方式中，该第一导电层的材料包含TiN、Al、TaAlC和TiAl的至少一者。

在本公开的制造方法的另一个实施方式中，该第四导电层的材料包含TiN、TaN和Ti的至少一者。

根据本公开的另一观点，在半导体装置的制造方法中，在第一区形成第一场效晶体管的第一虚设栅极结构，第一场效晶体管具有第一栅极长度(Lg1)，以及在第二区形成第二场效晶体管的第二虚设栅极结构，第二场效晶体管具有第二栅极长度(Lg2)，第二栅极长度(Lg2)大于第一栅极长度(Lg1)。在第一虚设栅极结构和第二虚设栅极结构上形成第一绝缘层，移除第一虚设栅极结构和第二虚设栅极结构以在第一绝缘层内分别形成第一栅极空间和第二栅极空间，在第一栅极空间内形成第一区的第一导电层以形成缩小的第一栅极空间，以及在第二栅极空间内形成第二区的第一导电层以形成缩小的第二栅极空间。将与第一区的第一导电层不同材料制成的第一区的第二导电层填入缩小的第一栅极空间，以及将与第二区的第一导电层不同材料制成的第二区的第二导电层填入缩小的第二栅极空间。以掩模层覆盖第二区，将填入的第一区的第一导电层和第一区的第二导电层凹陷以形成第一栅极凹陷，同时掩模层覆盖第二区。在第一栅极凹陷内的第一区的第一导电层和第一区的第二导电层上形成第三导电层，同时掩模层覆盖第二区。在形成第三导电层之后，移除掩模层，以及将第一区内的第三导电层、第二区内的第二区的第一导电层和第二区的第二导电层凹陷。

在本公开的制造方法的一个实施方式中，在将填入的该第一区的第一导电层和该第一区的第二导电层凹陷之后，该第一区的第二导电层自该第一区的第一导电层突出。