[发明专利]栅极结构及其制造方法

摘要

一种装置包括具有沟道区的纳米线、围绕沟道区的下部的栅极结构，其中，栅极结构包括具有垂直部分和水平部分的第一介电层、位于第一介电层上方并且包括垂直部分和水平部分的第一功函金属层以及位于第一功函金属层上方的低电阻率金属层，其中，低电阻率金属层的边缘和第一功函金属层的垂直部分的边缘通过介电区分隔开，并且低电阻率金属层通过第一功函金属层的水平部分电连接至第一功函金属层的垂直部分。本发明涉及栅极结构及其制造方法。 1

主权项

1.一种半导体装置，包括：

纳米线，位于衬底上方，其中，所述纳米线包括：

第一漏极/源极区，位于所述衬底上方；

沟道区，位于所述第一漏极/源极区上方；和

第二漏极/源极区，位于所述沟道区上方；

栅极结构，围绕所述沟道区的下部，其中，所述栅极结构包括：

第一介电层，包括垂直部分和水平部分；

第一功函金属层，位于所述第一介电层上方并且包括垂直部分和水平部分；以及

低电阻率金属层，位于所述第一功函金属层上方，其中，所述低电阻率金属层的边缘和所述第一功函金属层的所述垂直部分的边缘通过介电区分隔开，并且其中，所述低电阻率金属层通过所述第一功函金属层的所述水平部分电连接至所述第一功函金属层的所述垂直部分，所述第一功函金属层的所述垂直部分的顶面和所述低电阻率金属层的顶面均低于沟道区的顶面。

2.根据权利要求1所述的半导体装置，还包括：

围绕所述沟道区的上部的第二介电层和单独的栅极层。

3.根据权利要求2所述的半导体装置，其中：

所述栅极结构包括闪存器件的控制栅极；以及

所述单独的栅极层包括所述闪存器件的浮置栅极。

4.根据权利要求2所述的半导体装置，其中：

所述第一介电层是高k介电层；以及

所述第二介电层是隧道层。

5.根据权利要求2所述的半导体装置，其中：

所述单独的栅极层是环形浮置栅极。

6.根据权利要求1所述的半导体装置，还包括：

第二功函金属层，位于所述第一功函金属层的上方，其中，所述第二功函金属层包括垂直部分和水平部分。

7.根据权利要求6所述的半导体装置，其中：

所述第一介电层的所述垂直部分、所述第一功函金属层的所述垂直部分和所述第二功函金属层的所述垂直部分形成围绕所述沟道区的下部的所述栅极结构的垂直部分；以及

所述第一介电层的所述水平部分、所述第一功函金属层的所述水平部分和所述第二功函金属层的所述水平部分形成所述栅极结构的水平部分，并且其中：

所述低电阻率金属层位于所述栅极结构的水平部分上方；和

所述低电阻率金属层的边缘和所述栅极结构的垂直部分的边缘通过所述介电区分隔开。

8.一种半导体器件，包括：

第一纳米线，位于衬底上方，其中，所述第一纳米线包括位于所述衬底上方的第一漏极/源极区、位于所述第一漏极/源极区上方的沟道区和位于所述沟道区上方的第二漏极/源极区；

第一栅极结构，包括：

环形介电层；

第一功函金属层，包括环形部分和水平部分，其中，所述第一功函金属层的所述环形部分围绕所述环形介电层；以及

栅极金属层，位于所述第一功函金属层的所述水平部分上方，其中，所述栅极金属层的边缘和所述第一功函金属层的所述环形部分的边缘通过介电区分隔开，并且其中，所述栅极金属层通过所述第一功函金属层的所述水平部分电连接至所述第一功函金属层的所述环形部分，所述第一功函金属层的所述环形部分的顶面和所述栅极金属层的顶面均低于沟道区的顶面。

9.根据权利要求8所述的半导体器件，还包括：

第二纳米线，位于所述衬底上方，其中，所述第二纳米线具有与所述第一纳米线相同的结构；以及

第二栅极结构，围绕所述第二纳米线，其中，所述第二栅极结构具有与所述第一栅极结构相同的结构，其中，所述第一纳米线和所述第二纳米线之间的距离比所述第二栅极结构的厚度大至少两倍。

10.根据权利要求9所述的半导体器件，还包括：

第二功函金属层，位于所述第一功函金属层上方。

11.根据权利要求10所述的半导体器件，其中：

所述第二功函金属层由TaN形成；

所述第一功函金属层由TiN形成；以及

所述栅极金属层由铜形成。

12.根据权利要求8所述的半导体器件，还包括：

隧道层和浮置栅极层，围绕所述沟道区的上部。

13.根据权利要求8所述的半导体器件，还包括：

层间介电层，位于所述衬底上方。

14.根据权利要求13所述的半导体器件，其中：

所述第一纳米线至少部分地嵌入在所述层间介电层中。

15.一种形成半导体器件的方法，包括：

掺杂纳米线的下部以形成第一漏极/源极区，其中，在衬底上方形成所述纳米线；

掺杂所述纳米线的上部以形成第二漏极/源极区；

掺杂所述纳米线的中间部分以形成沟道区，其中，所述沟道区位于所述第一漏极/源极区和所述第二漏极/源极区之间；

形成围绕所述沟道区的下部的环形栅极结构，其中，所述环形栅极结构包括第一功函金属层的垂直部分；以及

在所述第一功函金属层的水平部分上方沉积低电阻率栅极金属层，其中，所述低电阻率栅极金属层通过所述第一功函金属层的水平部分电连接至所述第一功函金属层的垂直部分，所述第一功函金属层的垂直部分的顶面和所述低电阻率栅极金属层的顶面均低于沟道区的顶面。

16.根据权利要求15所述的形成半导体器件的方法，还包括：

形成高k介电层，其中，所述高k介电层位于所述沟道区和所述第一功函金属层的垂直部分之间。

17.根据权利要求16所述的形成半导体器件的方法，还包括：

在所述衬底上方沉积所述高k介电层；

在所述高k介电层上方沉积所述第一功函金属层；

在所述第一功函金属层上方沉积第二功函金属层；

在所述第二功函金属层上方沉积低电阻率层，其中，所述纳米线嵌入在所述低电阻率层中。

18.根据权利要求17所述的形成半导体器件的方法，还包括：

对所述低电阻率层应用回蚀刻工艺；以及

图案化所述低电阻率层以形成所述低电阻率栅极金属层。