[发明专利]在晶体管装置上形成取代栅极结构的方法

说明书

本发明涉及在晶体管装置上形成取代栅极结构的方法，本文中所揭示的一种说明性方法格外包括在半导体衬底上面形成牺牲栅极结构，该牺牲栅极结构包含牺牲栅极绝缘层及牺牲栅极电极材料，进行第一栅极切口蚀刻程序，从而在该牺牲栅极电极材料中形成开口，以及在该开口中形成内部侧壁间隔物。在这项实施例中，该方法亦包括：在形成该内部侧壁间隔物之后，穿过该开口进行第二栅极切口蚀刻程序，该第二栅极切口蚀刻程序适于移除该牺牲栅极电极材料，进行氧化退火程序，以及在至少该开口中形成绝缘材料。

技术领域

本申请大体上涉及集成电路的制作，并且更尤指在晶体管装置上形成取代栅极结构的各种新颖方法以及所产生的新颖装置结构。

背景技术

在诸如微处理器、储存装置及类似者等现代集成电路中，有限芯片面积上提供非常大量的电路组件，特别是晶体管。场效晶体管(FET)有各种形状及形式，例如平面型晶体管、FinFET晶体管、垂直晶体管、奈米线装置等。

传统的平面型FET是一种平面型装置，其中装置的整个信道区是平行于且稍低于半导电性衬底(substrate)的平面型上表面而形成。与平面型FET相比，有所谓的3D装置，诸如说明性FinFET装置，其为一种三维结构。图1为半导体材料12上面形成的说明性先前技术FinFET半导体装置10的透视图，其中装置10的鳍片14是由衬底12的材料所制成，例如：硅。装置10包括复数个鳍片形成沟槽13、三个说明性鳍片14、栅极结构16、侧壁间隔物18以与栅极覆盖层20。间隔物18一般是由氮化硅所制成，但在一些情况下，其可由具有比氮化硅更低介电常数(k)的材料所制成。绝缘材料17(例如：二氧化硅)在诸鳍片14之间提供电隔离。鳍片14具有三维组态：高度H、宽度W及轴向长度L。轴向长度L对应于装置的栅极长度，亦即装置10运作时其内电流行进的方向。装置10的栅极宽度正交于栅极长度方向。鳍片14由栅极结构16所包覆的部分为FinFET装置10的信道区。鳍片14置于间隔物18外侧的部分将会变为装置10的部分源极/漏极区。

对于许多FET装置，栅极结构最初是形成为连续线型结构，其跨整个衬底延展，包括跨主动区及隔离区延展。在先进集成电路(IC)产品中，晶体管装置的栅极结构一般是使用众所周知的取代栅极(或“栅极后制”)制造技巧来制造。大体上，取代栅极制造技巧涉及形成由牺牲栅极绝缘层(例如：二氧化硅)及一层牺牲栅极电极材料(例如：多晶硅或非晶硅)所构成的牺牲(或“虚设”)栅极结构。进行各种程序(process)操作而在原位具有牺牲栅极结构，例如源极/漏极布植程序，在晶体管装置的源极/漏极区中形成磊晶半导体材料等。在制造程序中的某制点，将移除牺牲栅极结构以界定取代栅极凹穴(cavity)。之后，将在取代栅极凹穴中形成用于取代栅极结构的材料，并且将在取代栅极结构上方形成最终栅极盖体。在先进装置中，此一取代栅极结构可包含高k(k值为10或更大)栅极绝缘层及一或多个含金属材料层，其共同作用为用于取代栅极结构的导电栅极电极。

对于许多FET装置，初始牺牲栅极结构最初是形成为连续线型结构，其跨整个衬底延展，包括跨主动区及隔离区延展。长连续线型牺牲栅极结构是通过以下程序来形成：跨整个衬底沉积用于牺牲栅极结构的材料、在所沉积牺牲栅极材料上面形成图型化栅极蚀刻掩模、以及透过图型化栅极蚀刻掩模进行一或多个蚀刻程序以移除牺牲栅极材料的曝露部分。于该制点，将在与长连续线型牺牲栅极结构相邻处形成间隔物结构。如上所述，在已发生其它处理之后的某制点，例如在装置的源极/漏极区中形成磊晶材料之后，长连续线型牺牲栅极结构有部分将遭受移除或“切割”，以便界定原始长连续线型牺牲栅极结构将于最后遭受移除并以最终取代栅极结构取代的个别部分或节段。在切割程序完成之后，现已分离的第一与第二牺牲栅极结构的两个已切割端面之间有“栅极切割”开口或空间。这有时可称为介于所述个别牺牲栅极结构之间的“尖部对尖部”间隔。位于所述牺牲栅极结构的所述已切割端面之间的栅极切割开口一般是以绝缘材料填充。