與柵極結(jié)構(gòu)自對(duì)準(zhǔn)的局部互連結(jié)構(gòu)的制作方法
【專利摘要】采用公用的切割掩模限定柵極圖案和局部互連圖案，使局部互連結(jié)構(gòu)和柵極結(jié)構(gòu)彼此以零覆蓋變體形成。局部互連結(jié)構(gòu)可在第一水平方向上與柵極結(jié)構(gòu)橫向分隔，并且在與第一水平方向不同的第二水平方向上接觸另一個(gè)柵極結(jié)構(gòu)。此外，柵極結(jié)構(gòu)可形成為與鄰接該柵極結(jié)構(gòu)的局部互連結(jié)構(gòu)共線。局部互連結(jié)構(gòu)和柵極結(jié)構(gòu)通過公用的鑲嵌工藝步驟形成，使柵極結(jié)構(gòu)和局部互連結(jié)構(gòu)的頂表面彼此共面。
【專利說明】與柵極結(jié)構(gòu)自對(duì)準(zhǔn)的局部互連結(jié)構(gòu)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及包括與柵極結(jié)構(gòu)自對(duì)準(zhǔn)的局部互連結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)及其制造方法?！颈尘凹夹g(shù)】
[0002]隨著晶體管尺寸的縮小，以準(zhǔn)確覆蓋形成不同的裝置顯得更加重要。尤其是，以準(zhǔn)確覆蓋形成接觸以避免可能的短路和斷路非常重要。針對(duì)這樣的要求已經(jīng)提出了自對(duì)準(zhǔn)接觸的形成。在常規(guī)的自對(duì)準(zhǔn)接觸方案中，需要至少兩個(gè)獨(dú)立的掩模來限定柵極結(jié)構(gòu)和局部互連結(jié)構(gòu)的獨(dú)立圖案。因此，在常規(guī)的自對(duì)準(zhǔn)方案中，局部互連結(jié)構(gòu)與柵極結(jié)構(gòu)的對(duì)準(zhǔn)經(jīng)歷固有的非零覆蓋變體。
[0003]對(duì)于靜態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(SRAM)裝置，常規(guī)的SRAM單元采用L形接觸結(jié)構(gòu)以最小化面積。然而，隨著尺寸的按比例縮小，很難印刷這樣的結(jié)構(gòu)。在本領(lǐng)域常規(guī)采用的制造工藝的狀態(tài)下，要求多次曝光來形成L形結(jié)構(gòu)。而且，L形結(jié)構(gòu)的不規(guī)則形狀使得不能使用比常規(guī)的光刻更適合于未來的技術(shù)節(jié)點(diǎn)的側(cè)壁成像轉(zhuǎn)移(SIT)或者方向自裝配。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0004]采用公用圖案化步驟限定柵極圖案和局部互連圖案，使局部互連結(jié)構(gòu)和柵極結(jié)構(gòu)彼此以零覆蓋變體形成。優(yōu)選柵極和局部互連圖案以下面的工藝限定:以恒定間隔形成平行線，然后采用切割掩模和光刻步驟去除平行線的多余部分。為了形成這樣的平行線很適合用諸如側(cè)壁成像轉(zhuǎn)移(SIT)或方向自裝配的方法。局部互連結(jié)構(gòu)可在第一水平方向上與柵極結(jié)構(gòu)橫向間隔，以及在與第一水平方向不同的第二水平方向上接觸另一個(gè)柵極結(jié)構(gòu)。此外，柵極結(jié)構(gòu)可形成為與鄰接該柵極結(jié)構(gòu)的局部互連結(jié)構(gòu)共線。局部互連結(jié)構(gòu)和柵極結(jié)構(gòu)由公用的鑲嵌工藝步驟形成，以使柵極結(jié)構(gòu)和局部互連結(jié)構(gòu)的頂表面彼此共面。
[0005]根據(jù)本發(fā)明的一方面，提供一種半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，該半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)包括多個(gè)平行的含有導(dǎo)電材料的結(jié)構(gòu)，所述多個(gè)平行的含有導(dǎo)電材料的結(jié)構(gòu)具有平行側(cè)壁，位于半導(dǎo)體襯底上，并且在垂直于平行側(cè)壁的水平方向上具有恒定節(jié)距。多個(gè)平行的含有導(dǎo)電材料的結(jié)構(gòu)之一包括包含金屬材料的金屬柵極導(dǎo)體電極部分，以及多個(gè)平行的含有導(dǎo)電材料的結(jié)構(gòu)的另一個(gè)包含接觸通路結(jié)構(gòu)，所述接觸通路結(jié)構(gòu)包含金屬材料且導(dǎo)電連接到位于半導(dǎo)體襯底上的晶體管的源極區(qū)域和漏極區(qū)域之一。
[0006]根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供一種靜態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(SRAM)單元。SRAM單元包括多個(gè)平行的含有導(dǎo)電材料的結(jié)構(gòu)，所述多個(gè)平行的含有導(dǎo)電材料的結(jié)構(gòu)具有平行側(cè)壁，位于半導(dǎo)體襯底上，并且在垂直于平行側(cè)壁的水平方向上具有恒定節(jié)距。多個(gè)平行的含有導(dǎo)電材料的結(jié)構(gòu)之一包括金屬柵極導(dǎo)體電極部分，其包含金屬材料。多個(gè)平行的含有導(dǎo)電材料的結(jié)構(gòu)的另一個(gè)包括接觸通路結(jié)構(gòu)，其包含金屬材料且導(dǎo)電連接到位于半導(dǎo)體襯底上的晶體管的源極區(qū)域和漏極區(qū)域之一。多個(gè)平行的含有導(dǎo)電材料的結(jié)構(gòu)以恒定節(jié)距設(shè)置成五行。五行中的兩行包括覆蓋四個(gè)有源區(qū)域的結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)包括柵極導(dǎo)體電極和接觸通路結(jié)構(gòu)，柵極導(dǎo)體電極和接觸通路結(jié)構(gòu)彼此導(dǎo)電連接且整體構(gòu)造(即，單鄰接件)。[0007]根據(jù)本發(fā)明的再一個(gè)方面，提供一種形成半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的方法，其包括:在半導(dǎo)體襯底上形成具有平行側(cè)壁的多個(gè)至少部分可去除結(jié)構(gòu)，所述多個(gè)至少部分可去除結(jié)構(gòu)在垂直于平行側(cè)壁的水平方向上具有恒定節(jié)距；形成且平坦化電介質(zhì)材料層，其中平坦化的電介質(zhì)材料層的頂表面與多個(gè)至少部分可去除結(jié)構(gòu)的頂表面共面；通過用金屬材料取代多個(gè)至少部分可去除結(jié)構(gòu)的第一部分而形成金屬柵極導(dǎo)體電極部分；以及通過用金屬材料取代多個(gè)至少部分可去除結(jié)構(gòu)的第二部分而形成接觸通路結(jié)構(gòu)，其中接觸通路結(jié)構(gòu)導(dǎo)電連接到位于半導(dǎo)體襯底上的晶體管的源極區(qū)域和漏極區(qū)域之一。
[0008]根據(jù)本發(fā)明的又一個(gè)方面，提供一種形成包括靜態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(SRAM)單元的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的方法。該方法包括:在半導(dǎo)體襯底上形成具有平行側(cè)壁的多個(gè)至少部分可去除結(jié)構(gòu)，多個(gè)至少部分可去除結(jié)構(gòu)在垂直于平行側(cè)壁的水平方向上具有恒定節(jié)距；形成且平坦化電介質(zhì)材料層，其中平坦化的電介質(zhì)材料層的頂表面與多個(gè)至少部分可去除結(jié)構(gòu)的頂表面共面；通過用金屬材料取代多個(gè)至少部分可去除結(jié)構(gòu)的第一部分而形成金屬柵極導(dǎo)體電極部分；以及通過取代多個(gè)至少部分可去除結(jié)構(gòu)的第二部分而形成包括金屬材料的接觸通路結(jié)構(gòu)。接觸通路結(jié)構(gòu)導(dǎo)電連接到位于半導(dǎo)體襯底上的晶體管的源極區(qū)域和漏極區(qū)域之一。形成以恒定節(jié)距設(shè)置成五行的多個(gè)平行的含有導(dǎo)電材料的結(jié)構(gòu)。五行中的兩行包括覆蓋四個(gè)有源區(qū)域的結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)包括柵極導(dǎo)體電極和接觸通路結(jié)構(gòu)，它們彼此導(dǎo)電連接且為整體構(gòu)造。多個(gè)平行的含有導(dǎo)電材料的結(jié)構(gòu)用作SRAM單元的柵極電極和局部互連結(jié)構(gòu)。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0009]在圖1A-16B中，具有相同數(shù)字前綴的圖對(duì)應(yīng)于相同的工藝步驟。具有后綴“A”的圖是仰-俯視圖，以及具有后綴“B”的圖是在具有相同數(shù)字前綴和后綴“A”的圖中沿垂直平面X-X’截取的垂直截面圖。
[0010]圖1A和IB示出根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的在形成多個(gè)至少部分可去除(一次性)結(jié)構(gòu)后的第一示例性半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)。
[0011]圖2A和2B示出根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例在采用切割掩模圖案化多個(gè)至少部分可去除結(jié)構(gòu)和蝕刻后的第一示例性半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)。
[0012]圖3A和3B示出根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例在去除圖案化的光致抗蝕劑后的第一示例性半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)。
[0013]圖4A和4B示出根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例在形成源極和漏極延伸區(qū)域后的第一示例性半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)。
[0014]圖5A和5B示出根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例在形成且平坦化接觸級(jí)介電材料層后的第一示例性半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)。
[0015]圖6A和6B示出根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例在多個(gè)至少部分可去除結(jié)構(gòu)當(dāng)中去除第二組以形成第一腔后的第一示例性半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)。
[0016]圖7A和7B示出根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例在形成源極和漏極區(qū)域和凸起的源極/漏極區(qū)域后的第一示例性半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)。
[0017]圖8A和SB示出根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例在多個(gè)至少部分可去除結(jié)構(gòu)當(dāng)中局部去除第一組且形成柵極金屬-半導(dǎo)體-合金部分和接觸金屬-半導(dǎo)體-合金部分后的第一示例性半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)。
[0018]圖9A和9B示出根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例在形成多個(gè)平行的含有導(dǎo)電材料的結(jié)構(gòu)后的第一示例性半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)。
[0019]圖1OA和IOB示出根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的在多個(gè)至少部分可去除結(jié)構(gòu)當(dāng)中去除一組以形成腔后的第二示例性半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)。
[0020]圖1lA和IlB示出根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的在形成柵極介電層和功函金屬層后的第二示例性半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)。
[0021]圖12A和12B示出根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的在多個(gè)至少部分可去除結(jié)構(gòu)當(dāng)中去除另一組以形成附加腔后的第二示例性半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)。
[0022]圖13A和13B示出根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的在形成源極和漏極區(qū)域后的第二示例性半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)。
[0023]圖14A和14B示出根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的在形成凸起的源極/漏極區(qū)域后的第二示例性半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)。
[0024]圖15A和15B示出根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的在形成接觸金屬-半導(dǎo)體-合金部分后的第二示例性半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)。
[0025]圖16A和16B示出根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的在形成多個(gè)平行的含有導(dǎo)電材料的結(jié)構(gòu)后的第二示例性半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)。
[0026]圖17是根據(jù)本發(fā)明第三實(shí)施例在圖案化有源區(qū)域和淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)后的第三示例性半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的俯視圖。
[0027]圖18是根據(jù)本發(fā)明第三實(shí)施例的在形成多個(gè)至少部分可去除結(jié)構(gòu)后的第三示例性半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的俯視圖。
[0028]圖19是根據(jù)本發(fā)明第三實(shí)施例的在采用切割掩模圖案化多個(gè)至少部分可去除結(jié)構(gòu)和蝕刻后的第三示例性半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的俯視圖。
[0029]圖20是根據(jù)本發(fā)明第三實(shí)施例的在采用圖4A-9B中的工藝步驟形成多個(gè)平行的含有導(dǎo)電材料的結(jié)構(gòu)后的第三示例性半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的俯視圖。
[0030]圖21是根據(jù)本發(fā)明第三實(shí)施例的在采用圖10A-16B中的工藝步驟形成多個(gè)平行的含有導(dǎo)電材料的結(jié)構(gòu)后的第三示例性半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的第一變體的俯視圖。
[0031]圖22是根據(jù)本發(fā)明第三實(shí)施例的圖20的第三示例性半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的俯視圖，其中的虛線表示第一級(jí)金屬線的位置。
[0032]圖23是根據(jù)本發(fā)明第三實(shí)施例的圖20的第三示例性半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的俯視圖，其中的實(shí)線表示第一級(jí)金屬通路和第二級(jí)金屬線。
[0033]圖24是根據(jù)本發(fā)明第三實(shí)施例的第三示例性半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的第二變體的俯視圖，其中虛線表示第一級(jí)金屬線的位置，實(shí)線表示第一級(jí)金屬通路和第二級(jí)金屬線的位置。
[0034]圖25是根據(jù)本發(fā)明第三實(shí)施例的第三示例性半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的第三變體的俯視圖，其中虛線表示第一級(jí)金屬線的位置，實(shí)線表示第一級(jí)金屬通路和第二級(jí)金屬線的位置。
[0035]圖26是根據(jù)本發(fā)明第三實(shí)施例的第三示例性半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的第四變體的俯視圖，其中虛線表示第一級(jí)金屬線的位置，實(shí)線表示第一級(jí)金屬通路和第二級(jí)金屬線的位置。
[0036]圖27是根據(jù)本發(fā)明第三實(shí)施例的第三示例性半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的第五變體的俯視圖，其中虛線表示第一級(jí)金屬線的位置，實(shí)線表示第一級(jí)金屬通路和第二級(jí)金屬線的位置。[0037]圖28是示出在多個(gè)平行的含有導(dǎo)電材料的結(jié)構(gòu)以等節(jié)距設(shè)置的區(qū)域中的第一級(jí)金屬線、第一級(jí)金屬通路和第二級(jí)金屬線相對(duì)于下層結(jié)構(gòu)的垂直位置的示例性半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的示意性垂直截面圖。
[0038]圖29是示出在淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)設(shè)置為相鄰于以等節(jié)距設(shè)置的多個(gè)平行的含有導(dǎo)電材料的結(jié)構(gòu)的區(qū)域中的第一級(jí)金屬線、第一級(jí)金屬通路和第二級(jí)金屬線相對(duì)于下層結(jié)構(gòu)的垂直位置的示例性半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的另一個(gè)示意性垂直截面圖。
【具體實(shí)施方式】
[0039]如上所述，本發(fā)明涉及包括與柵極結(jié)構(gòu)自對(duì)準(zhǔn)的局部互連結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)及其制造方法，現(xiàn)在將結(jié)合附圖進(jìn)行詳細(xì)描述。應(yīng)注意，本文描述且在附圖中示出的類似的和對(duì)應(yīng)的元件由類似的附圖標(biāo)記表示。
[0040]參見圖1A和1B，第一示例性半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)包括半導(dǎo)體襯底8，半導(dǎo)體襯底8包括半導(dǎo)體層10和淺溝槽隔離區(qū)域12。半導(dǎo)體層10包括半導(dǎo)體材料，例如，硅、含硅的合金、含鍺的合金、II1-V族化合物半導(dǎo)體或I1-1V族半導(dǎo)體。優(yōu)選地，半導(dǎo)體層10的全部是單晶體。半導(dǎo)體襯底8可為大塊襯底、絕緣體上半導(dǎo)體(SOI)襯底或包括大塊部分和SOI部分的混合襯底。如果半導(dǎo)體襯底8是SOI襯底或混合襯底，則半導(dǎo)體襯底8包括埋設(shè)的絕緣體層(未示出)或埋設(shè)的絕緣體部分(未示出)，設(shè)置在淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)12的下部表面上，并且半導(dǎo)體層10可垂直限定在隔離結(jié)構(gòu)20的頂表面和下部表面之間。
[0041]部分可去除材料的堆疊形成在半導(dǎo)體襯底10的表面上。部分可去除材料的堆疊可包括從底部到頂部的柵極介電層、柵極電極層和電介質(zhì)柵極蓋層的堆疊。例如，柵極介電層可包括氧化硅或另外的電介質(zhì)材料，可對(duì)半導(dǎo)體層10的半導(dǎo)體材料選擇性蝕刻。柵極介電層的厚度可為Inm至30nm,典型地為Inm至5nm,盡管也可采用或厚或薄的厚度。柵極電極層可包括多晶娃或含有娃的半導(dǎo)體合金，例如，娃-鍺合金。作為選擇，柵極電極層可包括金屬層，例如，TiN、TaN、W，或者這些材料的組合，以及覆蓋金屬層的選擇性的多晶硅或含有娃的半導(dǎo)體。柵極電極層的厚度可為20nm至200nm,并且典型地為20nm至IOOnm,盡管也可采用或厚或薄的厚度。電介質(zhì)柵極蓋層可包括電介質(zhì)材料，例如，氮化硅、氧化硅、氧氮化硅或其組合。電介質(zhì)柵極蓋層的厚度可為IOnm至300nm，并且典型地為30nm至150nm，盡管也可采用或厚或薄的厚度。
[0042]部分可去除材料的堆疊被圖案化為形成多個(gè)至少部分可去除的結(jié)構(gòu)。至少部分可去除結(jié)構(gòu)的每一個(gè)包括從底部到頂部的柵極介電層的保留部分、柵極電極層的保留部分以及電介質(zhì)柵極蓋層的保留部分的堆疊。
[0043]多個(gè)至少部分可去除結(jié)構(gòu)可分成三組。第一組包括至少部分可去除結(jié)構(gòu)，其隨后至少部分地用置換材料置換以形成柵極電極。第二組包括至少部分可去除結(jié)構(gòu)，其隨后至少部分地用置換材料置換以形成接觸通路結(jié)構(gòu)。第三組包括至少部分可去除結(jié)構(gòu)，其不用于形成柵極電極或接觸通路結(jié)構(gòu)。因此，多個(gè)至少部分可去除結(jié)構(gòu)包括用于形成柵極電極和接觸通路結(jié)構(gòu)的圖案。盡管圖1A和IB所示的至少部分可去除結(jié)構(gòu)的每一個(gè)顯示為不鄰接任何其它至少部分可去除結(jié)構(gòu)的獨(dú)立結(jié)構(gòu)，但是在某些實(shí)施例中為了形成柵極電極和接觸通路結(jié)構(gòu)可采用相同鄰接至少部分可去除結(jié)構(gòu)的不同部分。在這樣的實(shí)施例中，單一至少部分可去除結(jié)構(gòu)的第一部分可屬于第一組，并且相同單一至少一個(gè)部分可去除結(jié)構(gòu)的第二部分可屬于第二組。
[0044]第一組中的每個(gè)至少部分可去除結(jié)構(gòu)包括柵極電介質(zhì)50A、柵極電極部分52A和電介質(zhì)柵極蓋54A的垂直堆疊。第二組中的每個(gè)至少部分可去除結(jié)構(gòu)包括可去除電介質(zhì)部分50B、可去除電極部分52B和可去除電介質(zhì)蓋部分54B的垂直堆疊。第三組中的每個(gè)至少一個(gè)部分可去除結(jié)構(gòu)包括虛擬電介質(zhì)部分50C、虛擬電極部分52C和虛擬電介質(zhì)蓋部分54C
的垂直堆疊。
[0045]多個(gè)至少部分可去除結(jié)構(gòu)具有平行側(cè)壁，其在包括圖1A的平面內(nèi)的垂直方向上(即在紙或者在顯示圖1A的電子顯示屏的平面內(nèi))且在垂直于包括圖1B的平面的水平方向上。多個(gè)至少部分可去除結(jié)構(gòu)在垂直于平行側(cè)壁的水平方向上具有恒定節(jié)距P。如這里所用，如果在一個(gè)區(qū)域中多個(gè)部件在一個(gè)方向上是周期性的且該周期在垂直于周期性方向的方向上的平移下是不變的，即為常量，則結(jié)構(gòu)的多個(gè)部件具有“恒定節(jié)距”。柵極電介質(zhì)50A、可去除電介質(zhì)部分50B和虛擬電介質(zhì)部分50C之一的側(cè)壁，柵極電極部分52A、可去除電極部分52B和虛擬電極部分52C之一的側(cè)壁，以及電介質(zhì)柵極蓋54A、可去除電介質(zhì)蓋部分54B和虛擬電介質(zhì)蓋部分54C之一的側(cè)壁設(shè)置在多個(gè)至少部分可去除結(jié)構(gòu)的平行側(cè)壁的每一個(gè)內(nèi)。多個(gè)至少部分可去除結(jié)構(gòu)的每一個(gè)在恒定節(jié)距P的方向上具有恒定寬度W。如這里所用，如果在一個(gè)區(qū)域中多個(gè)部件的每一個(gè)具有相同的寬度而與待測(cè)量部件的選擇無關(guān)且與測(cè)量選擇的位置無關(guān)，則結(jié)構(gòu)的多個(gè)部件具有“恒定寬度”。因?yàn)槎鄠€(gè)至少部分可去除結(jié)構(gòu)具有相同的恒定節(jié)距P且多個(gè)至少部分可去除結(jié)構(gòu)的每一個(gè)具有相同寬度W，所以多個(gè)至少部分可去除結(jié)構(gòu)的每一個(gè)在一維陣列中彼此自對(duì)準(zhǔn)。
[0046]采用圖案化一維周期結(jié)構(gòu)的領(lǐng)域中已知的任何方法可有效地進(jìn)行多個(gè)至少部分可去除結(jié)構(gòu)的圖案化。例如，用于印刷一維周期線陣列的常規(guī)的衍射光刻可與各向異性蝕刻結(jié)合使用。作為選擇，也可采用方向自裝配和隨后各向異性蝕刻的圖案轉(zhuǎn)移。作為選擇，也可采用側(cè)壁成像轉(zhuǎn)移(SIT)工藝或本領(lǐng)域已知的任何其它等同工藝。多個(gè)至少部分可去除結(jié)構(gòu)典型地形成為密閉封裝的周期平行線，其具有的線密度高于用于隨機(jī)圖案的常規(guī)光刻可實(shí)現(xiàn)的線密度。
[0047]參見圖2A和2B，第一光致抗蝕劑17施加到圖1A和IB的第一示例性半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的頂表面，并且光刻圖案化以限定多個(gè)至少部分可去除結(jié)構(gòu)中要保護(hù)的區(qū)域。多個(gè)至少部分可去除結(jié)構(gòu)沒有被圖案化的第一光致抗蝕劑17保護(hù)的部分通過各向異性蝕刻去除。圖案化的第一光致抗蝕劑17用作各向異性蝕刻的蝕刻掩模。用于圖案化第一光致抗蝕劑17的掩模稱為“切割掩?！?，因?yàn)槎鄠€(gè)至少部分可去除結(jié)構(gòu)沒有被第一光致抗蝕劑17保護(hù)的部分通過諸如反應(yīng)離子蝕刻的各向異性蝕刻去除，以及多個(gè)至少部分可去除結(jié)構(gòu)的保留部分呈現(xiàn)為從原始的多個(gè)至少部分可去除結(jié)構(gòu)已經(jīng)“切割”成多個(gè)部分。第一和第二組中的至少部分可去除結(jié)構(gòu)被部分地去除，以及第三組中的至少一個(gè)部分可去除結(jié)構(gòu)被完全去除。第一光致抗蝕劑17隨后例如通過灰化被去除。
[0048]參見圖3A和3B,圖案化的第一光致抗蝕劑17例如通過灰化從第一不例性半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)被去除。通過在圖1A和IB中提供的原始多個(gè)至少部分可去除結(jié)構(gòu)的一維圖案和切割掩模中的圖案上執(zhí)行邏輯“與”操作獲得的混合圖案包括柵極電極的圖案和接觸通路結(jié)構(gòu)的圖案。換言之，多個(gè)至少部分可去除結(jié)構(gòu)在圖2A和2B的工藝步驟后的保留部分包括兩個(gè)圖案。一個(gè)是柵極電極的圖案，另一個(gè)是接觸通路結(jié)構(gòu)的圖案。在某些情況下，多個(gè)切割掩模的組合可取代單一切割掩模。
[0049]參見圖4A和4B，源極和漏極延伸區(qū)域32例如通過離子注入和/或等離子體摻雜和/或氣相摻雜形成。暈輪區(qū)域(未示出)也可根據(jù)需要形成。如果不同導(dǎo)電類型(例如，P型和η型)的摻雜劑需要注入以形成不同類型的場(chǎng)效晶體管，則可選擇性地采用阻擋掩模(未示出)。阻擋掩?？蔀閳D案化的光致抗蝕劑，其覆蓋其中不希望離子注入的區(qū)域。
[0050]參見圖5Α和5Β，沉積且隨后平坦化的接觸級(jí)介電材料層60。接觸級(jí)介電材料層60包括電介質(zhì)材料，例如，非摻雜硅玻璃或者硅玻璃。優(yōu)選地，接觸級(jí)介電材料層60沉積為共形層以避免接縫處形成空洞。例如，接觸級(jí)介電材料層60可通過低壓化學(xué)氣相沉積(LPCVD)、低于大氣壓化學(xué)沉積(SACVD)、高密度等離子體化學(xué)氣相沉積(HDPCVD)或旋涂沉積。接觸級(jí)介電材料層60隨后采用電介質(zhì)柵極蓋54Α和可去除電介質(zhì)蓋部分54Β的頂表面作為停止層而被平坦化。因此，平坦化的接觸級(jí)介電材料層60的頂表面與多個(gè)至少部分可去除結(jié)構(gòu)的頂表面共面。
[0051]參見圖6Α和6Β，第二光致抗蝕劑27施加到第一示例性半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的頂表面，并且被光刻地圖案化為覆蓋多個(gè)至少部分可去除結(jié)構(gòu)的第一組，即至少部分可去除結(jié)構(gòu)包括柵極電介質(zhì)50Α、柵極電極部分52Α和電介質(zhì)柵極蓋54Α的垂直堆疊。因此，多個(gè)至少部分可去除結(jié)構(gòu)的第二組暴露于圖案化的第二光致抗蝕劑27的區(qū)域之外。各向異性蝕刻通過采用第二光致抗蝕劑27和接觸級(jí)介電材料層60的組合作為蝕刻掩模來進(jìn)行以去除多個(gè)至少部分可去除結(jié)構(gòu)的第二組，即至少部分可去除結(jié)構(gòu)包括可去除電介質(zhì)部分50Β、可去除電極部分52Β和可去除電介質(zhì)蓋部分54Β的垂直堆疊。
[0052]接觸腔63形成的體積為多個(gè)至少部分可去除結(jié)構(gòu)的第二組從其完全去除體積。半導(dǎo)體層10的頂表面暴露在每個(gè)接觸腔63內(nèi)。第二光致抗蝕劑27隨后例如通過灰化被去除。
[0053]參見圖7Α和7Β，源極和漏極區(qū)域34可通過離子注入形成。選擇性地，凸起的源極/漏極區(qū)域36可通過選擇性外延生長(zhǎng)而形成，其僅在半導(dǎo)體表面上沉積半導(dǎo)體材料，而不是在諸如電介質(zhì)柵極蓋54Α和接觸級(jí)介電材料層60的表面的電介質(zhì)表面上。
[0054]參見圖8Α和8Β，接觸金屬-半導(dǎo)體-合金部分38例如可通過沉積金屬層(未示出)、在超過300攝氏度高溫誘導(dǎo)形成接觸金屬-半導(dǎo)體合金部分38及去除金屬層的任何沒有反應(yīng)的部分而選擇性地形成。
[0055]如果希望形成柵極金屬-半導(dǎo)體-合金部分58，多個(gè)至少部分可去除結(jié)構(gòu)的第一組的上部被去除，以暴露在沉積用于形成接觸金屬-半導(dǎo)體合金部分38的金屬層之前在多個(gè)至少部分可去除結(jié)構(gòu)的第一組內(nèi)的半導(dǎo)體材料。具體而言，電介質(zhì)柵極蓋54Α可對(duì)接觸級(jí)介電材料層60和接觸腔63之下的半導(dǎo)體材料選擇性去除以暴露半導(dǎo)體柵極電極部分52Α的頂表面。金屬層同時(shí)沉積在凸起的源極/漏極區(qū)域36 (如果存在)或源極和漏極區(qū)域34 (如果凸起的源極/漏極區(qū)域36不存在)上以及半導(dǎo)體柵極電極部分52Α的頂表面上。在退火且去除金屬層的未反應(yīng)部分之后，形成接觸金屬-半導(dǎo)體合金部分38和柵極金屬-半導(dǎo)體-合金部分58。接觸金屬-半導(dǎo)體合金部分38和柵極金屬-半導(dǎo)體-合金部分58的頂表面相對(duì)于接觸級(jí)介電材料層60的頂表面凹進(jìn)。柵極金屬-半導(dǎo)體-合金部分58 (如果存在)之上或者柵極電極部分52Α (如果柵極金屬-半導(dǎo)體-合金部分不存在)之上的腔本文稱為柵極腔83。[0056]參見圖9A和9B，金屬材料沉積且平坦化以填充柵極腔83和接觸腔63。金屬柵極導(dǎo)體電極部分75填充每個(gè)柵極腔83，以及接觸通路結(jié)構(gòu)73填充每個(gè)接觸腔63。金屬柵極導(dǎo)體電極部分75提供柵極金屬化，以及接觸通路結(jié)構(gòu)73提供到源極和漏極區(qū)域34與嵌入接觸級(jí)介電材料層60內(nèi)的局部互連的電接觸。
[0057]金屬柵極導(dǎo)體電極部分75通過用金屬材料替代多個(gè)至少部分可去除結(jié)構(gòu)的第一部分(即，多個(gè)至少部分可去除結(jié)構(gòu)當(dāng)中的第一組的一部分)而形成。如圖3A和3B的工藝步驟所提供的多個(gè)至少部分可去除結(jié)構(gòu)當(dāng)中的第一組僅部分地被取代。因此，多個(gè)至少部分可去除結(jié)構(gòu)的子集在形成金屬柵極導(dǎo)體電極部分75和接觸通路結(jié)構(gòu)73后保留在半導(dǎo)體襯底8上。具體而言，至少部分可去除結(jié)構(gòu)的子集包括柵極電介質(zhì)50A和柵極電極部分52A。
[0058]接觸通路結(jié)構(gòu)73通過用金屬材料替代多個(gè)至少部分可去除結(jié)構(gòu)的第二部分(即，多個(gè)至少部分可去除結(jié)構(gòu)當(dāng)中的第二組的一部分)而形成。如圖3A和3B的工藝步驟所提供的多個(gè)至少部分可去除結(jié)構(gòu)當(dāng)中的第二組被完全取代。接觸通路結(jié)構(gòu)73的至少一個(gè)可導(dǎo)電連接到位于半導(dǎo)體襯底8上的晶體管的源極區(qū)域和漏極區(qū)域之一。如本文所用，如果在第一元件和第二元件之間存在導(dǎo)電通道，則第一元件“導(dǎo)電連接”到第二元件。
[0059]金屬柵極導(dǎo)體電極部分75和接觸通路結(jié)構(gòu)73通過在腔中沉積金屬材料同時(shí)形成，所述腔在去除多個(gè)至少部分可去除結(jié)構(gòu)的至少一部分后形成。每個(gè)柵極金屬-半導(dǎo)體-合金部分58，如果存在，接觸金屬柵極導(dǎo)體電極部分75的下部表面，并且每個(gè)接觸金屬-半導(dǎo)體-合金部分38接觸接觸通路結(jié)構(gòu)73的下部表面。此外，每個(gè)接觸金屬-半導(dǎo)體-合金部分38與柵極金屬-半導(dǎo)體-合金部分58具有相同的寬度W。
[0060]含有第一類型導(dǎo)電材料的結(jié)構(gòu)包括柵極電介質(zhì)50A、柵極電極部分52A、選擇性的柵極金屬-半導(dǎo)體-合金部分58 (如果存在)以及金屬柵極導(dǎo)體電極部分75的垂直堆疊。含有第二類型導(dǎo)電材料的結(jié)構(gòu)包括接觸通路結(jié)構(gòu)73和接觸金屬-半導(dǎo)體合金部分38 (如果凸起的源極/漏極區(qū)域36不存在)或者包括接觸通路結(jié)構(gòu)73、接觸金屬-半導(dǎo)體合金部分38和凸起的源極/漏極區(qū)域36的垂直堆疊。
[0061]含有第一類型導(dǎo)電材料的結(jié)構(gòu)和含有第二類型導(dǎo)電材料的結(jié)構(gòu)共同構(gòu)成多個(gè)平行的含有導(dǎo)電材料的結(jié)構(gòu)(50A、52A、58、75、36、38、73)，該結(jié)構(gòu)通過用金屬材料部分取代如圖3A和3B所提供的多個(gè)至少部分可去除結(jié)構(gòu)的一部分而形成。多個(gè)平行的含有導(dǎo)電材料的結(jié)構(gòu)(50A、52A、58、75、36、38、73)具有另外的平行側(cè)壁，它們是金屬柵極導(dǎo)體電極部分75和接觸通路結(jié)構(gòu)73的側(cè)壁。多個(gè)平行的含有導(dǎo)電材料的結(jié)構(gòu)(50A、52A、58、75、36、38、73)在垂直于平行側(cè)壁的水平方向上具有恒定節(jié)距P。每個(gè)含有第一類型導(dǎo)電材料的結(jié)構(gòu)包括柵極電介質(zhì)50A和金屬柵極導(dǎo)體電極部分75，以及金屬柵極導(dǎo)體電極部分75的側(cè)壁和相鄰接觸通路結(jié)構(gòu)73的側(cè)壁之間的橫向距離等于恒定節(jié)距P。多個(gè)平行的含有導(dǎo)電材料的結(jié)構(gòu)(50A、52A、58、75、36、38、73)的每一個(gè)在恒定節(jié)距P的方向上具有恒定寬度W。
[0062]每個(gè)金屬柵極導(dǎo)體電極部分75是晶體管的柵極導(dǎo)體電極的一部分。接觸通路結(jié)構(gòu)73之一可與金屬柵極導(dǎo)體電極部分75橫向間隔開(P-W)的距離，接觸晶體管的源極區(qū)域和漏極區(qū)域之一，并且所述接觸通路結(jié)構(gòu)73的另一個(gè)可與金屬柵極導(dǎo)體電極部分75橫向間隔開(P-W)的距離，以及接觸晶體管的源極區(qū)域和漏極區(qū)域的另一個(gè)。
[0063]參見圖1OA和10B，第二示例性半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)通過施加阻止接觸的光致抗蝕劑37到接觸級(jí)介電材料層60的頂表面且光刻圖案化以覆蓋多個(gè)至少部分可去除結(jié)構(gòu)的第二組而得自于圖5A和5B的第一示例性半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，該至少部分可去除結(jié)構(gòu)包括可去除電介質(zhì)部分50B、可去除電極部分52B和可去除電介質(zhì)蓋部分54B的垂直堆疊。因此，多個(gè)至少部分可去除結(jié)構(gòu)的第一組暴露于圖案化的阻止接觸的光致抗蝕劑37的區(qū)域之外。通過采用圖案化的阻止接觸的光致抗蝕劑37和接觸級(jí)介電材料層60的組合作為蝕刻掩模進(jìn)行各向異性蝕刻，以去除多個(gè)至少部分可去除結(jié)構(gòu)的第一組，該至少部分可去除結(jié)構(gòu)包括柵極電介質(zhì)50A、柵極電極部分52A和電介質(zhì)柵極蓋54A。
[0064]柵極腔83形成的體積是多個(gè)至少部分可去除結(jié)構(gòu)的第一組從其被完全去除的體積。半導(dǎo)體層10的頂表面暴露于每個(gè)柵極腔83內(nèi)。阻止接觸的光致抗蝕劑37隨后例如通過灰化被去除。
[0065]參見圖1lA和11B，柵極介電層80L和功函金屬層82L順序沉積在柵極腔83和接觸級(jí)介電材料層60內(nèi)。柵極介電層80L可為連續(xù)材料層，其中沒有孔，以連續(xù)覆蓋半導(dǎo)體層10的暴露表面的全部、接觸級(jí)介電材料層60的側(cè)壁和頂表面以及可去除電介質(zhì)蓋部分54B。柵極介電層80L可通過電介質(zhì)材料的共形或非共形沉積而形成。在每個(gè)柵極腔83內(nèi)，柵極介電層80L包括U形柵極電介質(zhì)部分，該U形柵極電介質(zhì)部分從半導(dǎo)體襯底8的頂表面沿著接觸級(jí)介電材料層60的垂直側(cè)壁連續(xù)延伸到接觸級(jí)介電材料層60的頂表面。例如，柵極介電層80L可由包括電介質(zhì)金屬氧化物且介電常數(shù)大于8.0的高介電常數(shù)(高-k)電介質(zhì)材料組成。高_(dá)k電介質(zhì)材料可通過本領(lǐng)域熟知的方法形成。
[0066]功函金屬層82L可包括能調(diào)整要形成的晶體管閾值電壓的任何金屬材料。例如，功函金屬層 82L 可包括諸如 Pt、Rh、Ir、Ru、Cu、Os、Be、Co、Pd、Te、Cr、N1、TiN、Hf、T1、Zr、Cd、La、Tl、Yb、Al、Ce、Eu、L1、Pb、Tb、B1、In、Lu、Nb、Sm、V、Zr、Ga、Mg、Gd、Y、TiAl.ff, Ta、TiN的金屬及其合金。在某些實(shí)施例中，多種功函金屬層82可進(jìn)行選擇性光刻圖案化以提供具有不同閾值電壓的不同類型的晶體管。
[0067]參見圖12A和12B，阻擋柵極的光致抗蝕劑47施加到第二示例性半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的頂表面，并且被光刻圖案化以覆蓋柵極腔83的區(qū)域以及功函金屬層82L附近的部分。因此，多個(gè)至少部分可去除結(jié)構(gòu)的第二組暴露于圖案化的阻擋柵極的光致抗蝕劑47的區(qū)域之外。
[0068]功函金屬層82L和柵極介電層80L的暴露部分例如通過濕蝕刻或各向異性蝕刻而被蝕刻。功函金屬層82L和柵極介電層80L的留下部分形成圖案化的阻擋柵極的光致抗蝕劑47的每個(gè)隔離部分下的柵極電介質(zhì)80和功函金屬層82的堆疊。
[0069]各向異性蝕刻采用圖案化的阻擋柵極的光致抗蝕劑47和接觸級(jí)介電材料層60的組合作為蝕刻掩模進(jìn)行，以去除多個(gè)至少部分可去除結(jié)構(gòu)的第二組，即至少部分可去除結(jié)構(gòu)包括可去除電介質(zhì)部分50B、可去除電極部分52B和可去除電介質(zhì)蓋部分54B的垂直堆疊。接觸腔63形成的體積為多個(gè)至少部分可去除結(jié)構(gòu)的第二組從其中被完全去除的體積。半導(dǎo)體層10的頂表面暴露在每個(gè)接觸腔63內(nèi)。在第二實(shí)施例中，如圖3A和3B所提供的多個(gè)至少部分可去除結(jié)構(gòu)的全部在該步驟的結(jié)束被去除。
[0070]參見圖13A和13B，源極和漏極區(qū)域34可通過離子注入形成。阻擋柵極的光致抗蝕劑47隨后例如通過灰化被去除。
[0071]參見圖14A和14B，凸起的源極/漏極區(qū)域36可通過選擇性外延生長(zhǎng)而選擇性地形成，其僅在半導(dǎo)體表面上沉積半導(dǎo)體材料，而不在諸如功函金屬層82和接觸級(jí)介電材料層60的表面的電介質(zhì)表面上沉積。該加工步驟是選擇性的。
[0072]參見圖15A和15B，接觸金屬-半導(dǎo)體-合金部分38可選擇性地通過下述方式形成:例如，沉積金屬層(未示出)，在超過300攝氏度的高溫下誘導(dǎo)接觸金屬-半導(dǎo)體合金部分38的形成，以及去除金屬層的任何未反應(yīng)的部分。該工藝步驟是選擇性的。
[0073]參見圖16A和16B，金屬材料被沉積且平坦化以填充柵極腔83和接觸腔63。金屬柵極導(dǎo)體電極部分76填充每個(gè)柵極腔83，以及接觸通路結(jié)構(gòu)73填充每個(gè)接觸腔63。金屬柵極導(dǎo)體電極部分76提供柵極金屬化，以及接觸通路結(jié)構(gòu)73提供到源極和漏極區(qū)域34和嵌入接觸級(jí)介電材料層60內(nèi)的局部互連的電接觸。
[0074]金屬柵極導(dǎo)體電極部分76通過用金屬材料取代多個(gè)至少部分可去除結(jié)構(gòu)的第一部分(即，多個(gè)至少部分可去除結(jié)構(gòu)當(dāng)中的第一組的一部分)而形成。如圖3A和3B的工藝步驟所提供的多個(gè)至少部分可去除結(jié)構(gòu)當(dāng)中的第一組用柵極電介質(zhì)80、功函金屬層82以及構(gòu)成金屬柵極導(dǎo)體電極部分76的金屬材料的組合完全取代。
[0075]接觸通路結(jié)構(gòu)73通過用金屬材料取代多個(gè)至少部分可去除結(jié)構(gòu)的第二部分(即，多個(gè)至少部分可去除結(jié)構(gòu)當(dāng)中的第二組的一部分)而形成。如圖3A和3B的工藝步驟所提供的多個(gè)至少部分可去除結(jié)構(gòu)當(dāng)中的第二組用接觸通路結(jié)構(gòu)72完全取代，并且用凸起的源極/漏極區(qū)域36 (如果存在)和/或接觸金屬-半導(dǎo)體合金部分38 (如果存在)選擇性地取代。接觸通路結(jié)構(gòu)73的至少一個(gè)可導(dǎo)電連接到半導(dǎo)體襯底8上設(shè)置的晶體管的源極區(qū)域和漏極區(qū)域之一。
[0076]金屬柵極導(dǎo)體電極部分76和接觸通路結(jié)構(gòu)73通過在腔中沉積金屬材料同時(shí)形成，該腔在去除多個(gè)至少部分可去除結(jié)構(gòu)的至少一部分后形成。每個(gè)金屬柵極導(dǎo)體電極部分76接觸功函金屬層82的內(nèi)側(cè)壁和上部表面。
[0077]含有第一類型導(dǎo)電材料的結(jié)構(gòu)包括可為U形柵極電介質(zhì)的柵極電介質(zhì)80、金屬柵極導(dǎo)體電極部分76以及功函金屬層82，該功函金屬層82接觸U形柵極電介質(zhì)的內(nèi)側(cè)壁和頂表面以及金屬柵極導(dǎo)體電極部分76的外側(cè)壁和下部表面。含有第二類型導(dǎo)電材料的結(jié)構(gòu)包括接觸通路結(jié)構(gòu)73 (如果凸起的源極/漏極區(qū)域36不存在且接觸金屬-半導(dǎo)體合金部分38不存在)或者包括接觸通路結(jié)構(gòu)73、凸起的源極/漏極區(qū)域36的至少一個(gè)以及接觸金屬-半導(dǎo)體合金部分38的垂直堆疊。
[0078]含有第一類型導(dǎo)電材料的結(jié)構(gòu)和含有第二類型導(dǎo)電材料的結(jié)構(gòu)共同構(gòu)成多個(gè)平行的含有導(dǎo)電材料的結(jié)構(gòu)(80、82、76、36、38、73)，其通過用金屬材料部分取代如圖3A和3B所提供的多個(gè)至少部分可去除結(jié)構(gòu)的一部分而形成。多個(gè)平行的含有導(dǎo)電材料的結(jié)構(gòu)(80、82、76、36、38、73)具有另外的平行側(cè)壁，它們是柵極電介質(zhì)80和接觸通路結(jié)構(gòu)73的側(cè)壁。多個(gè)平行的含有導(dǎo)電材料的結(jié)構(gòu)(80、82、76、36、38、73)在垂直于平行側(cè)壁的水平方向上具有恒定節(jié)距P。每個(gè)含有第一類型導(dǎo)電材料的結(jié)構(gòu)包括柵極電介質(zhì)80和金屬柵極導(dǎo)體電極部分76，以及柵極電介質(zhì)80的外側(cè)壁(S卩，U形柵極電介質(zhì))與相鄰接觸通路結(jié)構(gòu)73的側(cè)壁之間的橫向距離等于恒定節(jié)距P。多個(gè)平行的含有導(dǎo)電材料的結(jié)構(gòu)(80、82、76或36、38、73)的每一個(gè)在恒定節(jié)距P的方向上具有恒定寬度W。多個(gè)平行的含有導(dǎo)電材料的結(jié)構(gòu)(80、82、76或36、38、73)通過用金屬材料部分取代多個(gè)至少部分可去除結(jié)構(gòu)的一部分而形成。
[0079]每個(gè)金屬柵極導(dǎo)體電極部分76是晶體管的柵極導(dǎo)體電極的一部分。接觸通路結(jié)構(gòu)73之一可與金屬柵極導(dǎo)體電極部分76橫向間隔開距離(P-W)并且與晶體管的源極區(qū)域和漏極區(qū)域之一接觸，以及接觸通路結(jié)構(gòu)73的另一個(gè)與金屬柵極導(dǎo)體電極部分76可橫向間隔開距離(P-W)并且接觸晶體管的源極區(qū)域和漏極區(qū)域的另一個(gè)。
[0080]根據(jù)本發(fā)明的第三實(shí)施例，本發(fā)明的第一和第二實(shí)施例的結(jié)構(gòu)和方法可實(shí)施在各種半導(dǎo)體裝置的新單元布置中。例如，包括多個(gè)平行的含有導(dǎo)電材料的結(jié)構(gòu)以恒定距離設(shè)置五行的靜態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(SRAM)單元可采用本發(fā)明的結(jié)構(gòu)和方法形成。在第三實(shí)施例中，多個(gè)平行的含有導(dǎo)電材料的結(jié)構(gòu)之一可包括第一或第二實(shí)施例中的含有第一類型導(dǎo)電材料的結(jié)構(gòu)和含有第二類型導(dǎo)電材料的結(jié)構(gòu)。
[0081]應(yīng)注意，即使第一和第二實(shí)施例中描述的工藝由其它工藝取代，這里描述的SRAM單元布置也可用于避免在局部互連級(jí)的L形結(jié)構(gòu)，從而避免增加多個(gè)光刻步驟。
[0082]參見圖17，根據(jù)本發(fā)明第三實(shí)施例的第三示例性半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)包括嵌入半導(dǎo)體層10中的淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)12，其可在半導(dǎo)體襯底8中(見圖1B)。半導(dǎo)體層10的暴露區(qū)域本文稱為“有源區(qū)域”。用于SRAM的單位單元U的區(qū)域由虛線表示。
[0083]參見圖18，多個(gè)至少部分可去除結(jié)構(gòu)采用與第一實(shí)施例相同的方法形成在半導(dǎo)體襯底上。多個(gè)至少部分可去除結(jié)構(gòu)可與圖1A和IB中所描述的相同。圖18中的電介質(zhì)蓋54對(duì)應(yīng)于圖1A和IB中電介質(zhì)柵極蓋54A、可去除電介質(zhì)蓋部分54B和虛擬電介質(zhì)蓋部分54C的集合。多個(gè)至少部分可去除結(jié)構(gòu)具有位于半導(dǎo)體襯底上的平行側(cè)壁。此外，多個(gè)至少部分可去除結(jié)構(gòu)在垂直于平行側(cè)壁的水平方向上具有恒定節(jié)距P。多個(gè)至少部分可去除結(jié)構(gòu)的每一個(gè)在恒定節(jié)距P的方向上具有恒定寬度W。
[0084]參見圖19，多個(gè)至少部分可去除結(jié)構(gòu)采用切割掩模和蝕刻被圖案化?？刹捎门c圖2A、2B、3A和3B中所使用的相同的加工步驟。
[0085]參見圖20，圖4A-9B的加工步驟可用于通過用金屬材料部分取代多個(gè)至少部分可去除結(jié)構(gòu)的一部分而形成多個(gè)平行的含有導(dǎo)電材料的結(jié)構(gòu)。金屬柵極導(dǎo)體電極部分73通過用金屬材料取代多個(gè)至少部分可去除結(jié)構(gòu)的第一部分而形成。接觸通路結(jié)構(gòu)75通過取代多個(gè)至少部分可去除結(jié)構(gòu)的第二部分而形成。某些接觸通路結(jié)構(gòu)75可導(dǎo)電連接到位于半導(dǎo)體襯底上的晶體管的源極區(qū)域和漏極區(qū)域之一。
[0086]包括含有第一類型導(dǎo)電材料的結(jié)構(gòu)的區(qū)域?qū)?yīng)于存在金屬柵極導(dǎo)體電極部分75的區(qū)域。包括含有第二類型導(dǎo)電材料的結(jié)構(gòu)的區(qū)域?qū)?yīng)于存在接觸通路結(jié)構(gòu)73的區(qū)域。存在于金屬柵極導(dǎo)體電極部分75和接觸通路結(jié)構(gòu)73的區(qū)域中的多個(gè)平行的含有導(dǎo)電材料的結(jié)構(gòu)具有另外的平行側(cè)壁且具有恒定節(jié)距P。多個(gè)平行的含有導(dǎo)電材料的結(jié)構(gòu)的每一個(gè)在恒定節(jié)距P的方向上具有恒定寬度W。
[0087]參見圖21，第三示例性半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的第一變體可通過采用圖10A-16B的工藝步驟而形成。多個(gè)平行的含有導(dǎo)電材料的結(jié)構(gòu)通過用于金屬材料部分取代多個(gè)至少部分可去除結(jié)構(gòu)的一部分而形成。柵極電介質(zhì)80、功函金屬層82和金屬柵極導(dǎo)體電極部分76通過用金屬材料取代多個(gè)至少部分可去除結(jié)構(gòu)的第一部分而形成。接觸通路結(jié)構(gòu)75通過取代多個(gè)至少部分可去除結(jié)構(gòu)的第二部分而形成。某些接觸通路結(jié)構(gòu)75可導(dǎo)電連接到位于半導(dǎo)體襯底上的晶體管的源極區(qū)域和漏極區(qū)域之一。
[0088]包括含有第一類型導(dǎo)電材料的結(jié)構(gòu)的區(qū)域?qū)?yīng)于存在柵極電介質(zhì)80、功函金屬層82和金屬柵極導(dǎo)體電極部分76的區(qū)域。包括含有第二類型導(dǎo)電材料的結(jié)構(gòu)的區(qū)域?qū)?yīng)于存在接觸通路結(jié)構(gòu)73的區(qū)域。存在于柵極電介質(zhì)80、功函金屬層82、金屬柵極導(dǎo)體電極部分76和接觸通路結(jié)構(gòu)73的區(qū)域中的多個(gè)平行的含有導(dǎo)電材料的結(jié)構(gòu)具有另外的平行側(cè)壁且具有恒定節(jié)距P。多個(gè)平行的含有導(dǎo)電材料的結(jié)構(gòu)的每一個(gè)在恒定節(jié)距P的方向上具有恒定寬度W。
[0089]圖20和21所示的示例性半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的每一個(gè)包括靜態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(SRAM)單元，其包括以恒定節(jié)距P設(shè)置成五行的多個(gè)平行的含有導(dǎo)電材料的結(jié)構(gòu)。五行中的兩行包括覆蓋四個(gè)有源區(qū)域的結(jié)構(gòu)，其由標(biāo)記為“10”的虛線表示且包括彼此導(dǎo)電連接的柵極導(dǎo)體電極和接觸通路結(jié)構(gòu)，即圖20和21中表示為“GCECVS”的結(jié)構(gòu)。在圖20和21中，所有的柵極結(jié)構(gòu)和局部互連結(jié)構(gòu)都沿著一個(gè)方向，即，多個(gè)平行的含有導(dǎo)電材料的結(jié)構(gòu)的平行邊緣的方向。盡管五行平行的含有導(dǎo)電材料的結(jié)構(gòu)需要單位單元U具有足夠的寬度以允許五行平行線和間隔的平版印刷，但是在平行線的印刷期間非平行線的缺少(見圖18)可允許本發(fā)明的SRAM設(shè)計(jì)的單位單元尺寸比要求非平行邊緣印刷的常規(guī)SRAM設(shè)計(jì)要小。應(yīng)注意，常規(guī)SRAM單元結(jié)構(gòu)包括具有非平行邊緣的結(jié)構(gòu)。相反，本發(fā)明的SRAM單元的布置由具有平行邊緣的結(jié)構(gòu)組成，即，在本發(fā)明的SRAM單元的柵極級(jí)完全沒有非平行邊緣的結(jié)構(gòu)。
[0090]參見圖22，虛線表示在示例性金屬布線方案中要形成在多個(gè)平行的含有導(dǎo)電材料的結(jié)構(gòu)上的第一級(jí)金屬線110的邊緣。第一級(jí)金屬線110是位線。
[0091]參見圖23，實(shí)線表示第一級(jí)金屬通路的邊緣以及要形成在第一級(jí)金屬線110上的第二級(jí)金屬線。第一級(jí)金屬通路包括連接到字線的字線第一級(jí)金屬通路115_W、提供電源電壓的電源第一級(jí)金屬通路115_V、以及提供電接地的接地第一級(jí)金屬通路115_G。第二級(jí)金屬線包括連接到字線的字線第二級(jí)金屬線120_W、提供電源電壓的電源第二級(jí)金屬線120_V、以及提供電接地的接地第二級(jí)金屬線120_G。
[0092]參見圖24，在第三示例性半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的第二變體中，電源第一級(jí)金屬通路115_V和接地第一級(jí)金屬通路115_G可在相鄰的單位單元之間共享。
[0093]參見圖25，在第三示例性半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的第三變體中，電源第一級(jí)金屬通路115_V和接地第一級(jí)金屬通路115_G共享且交錯(cuò)設(shè)置，以便最大化成對(duì)電源第一級(jí)金屬通路115_V和接地第一級(jí)金屬通路115_G之間的距離。
[0094]參見圖26，在第三示例性半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的第四變體中，電源第二級(jí)金屬線120_V在單位單元U中的兩個(gè)pFET之間共享，以放寬第二級(jí)金屬線(120_W、120_V、120_G)的節(jié)距。
[0095]參見圖27，在第三示例性半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的第五變體中，接地第二級(jí)金屬線120_6在兩個(gè)單位單元之間共享，以放寬第二級(jí)金屬線(120_W、120_V、120_G)的節(jié)距。
[0096]參見圖28，示例性半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)示出在多個(gè)平行的含有導(dǎo)電材料的結(jié)構(gòu)以恒定節(jié)距間隔的區(qū)域中第一級(jí)金屬線110、第一級(jí)金屬通路(115_W、115_V、115_G)和第二級(jí)金屬線(120_W、120_V、120_G)相對(duì)于下層結(jié)構(gòu)的垂直設(shè)置。第一級(jí)金屬線110嵌入或埋設(shè)在第一線級(jí)電介質(zhì)材料層109中。圖28所示的第一金屬通路115可為上述各種第一級(jí)金屬通路(115_W、115_V、115_G)的任何一個(gè)。第一金屬通路115嵌入或埋設(shè)在第一線級(jí)電介質(zhì)材料層109和第一通路級(jí)電介質(zhì)材料層119中。圖28所示的第二金屬線120可為上述各種第二級(jí)金屬線(120_W、120_V、120_G)的任何一個(gè)。第二金屬線120嵌入或埋設(shè)在第二線級(jí)電介質(zhì)材料層119中。
[0097]參見圖29，示例性半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的另一個(gè)示意性垂直截面圖示出在一區(qū)域中的第一級(jí)金屬線、第一級(jí)金屬通路和第二級(jí)金屬線相對(duì)于下層結(jié)構(gòu)的垂直位置，該區(qū)域在淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)相鄰于以恒定節(jié)距間隔的多個(gè)平行的含有導(dǎo)電材料的結(jié)構(gòu)存在的區(qū)域。
[0098]盡管已經(jīng)根據(jù)特定實(shí)施例描述了本發(fā)明，但是很明顯，根據(jù)前面的描述，許多選擇性方案、修改和變體對(duì)本領(lǐng)域的技術(shù)人員而言是顯然的。因此，本發(fā)明旨在包括落入本發(fā)明以及所附權(quán)利要求的范圍和精神內(nèi)的所有這樣的選擇性方案、修改和變體。
[0099]工業(yè)適用性
[0100]本發(fā)明在結(jié)合于集成電路芯片的高性能半導(dǎo)體場(chǎng)效晶體管(FET)器件或裝置的設(shè)計(jì)和制造中具有工業(yè)適用性，其可應(yīng)用于很多不同的電子和電氣設(shè)備中。
【權(quán)利要求】
1.一種半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，包括多個(gè)平行的含有導(dǎo)電材料的結(jié)構(gòu)，該多個(gè)平行的含有導(dǎo)電材料的結(jié)構(gòu)具有平行側(cè)壁并位于半導(dǎo)體襯底(8)上，并且在垂直于所述平行側(cè)壁的水平方向上具有恒定節(jié)距，其中所述多個(gè)平行的含有導(dǎo)電材料的結(jié)構(gòu)(50A、52A、58、75、36、38、73)之一包括包含金屬材料的金屬柵極導(dǎo)體電極部分(75),以及所述多個(gè)平行的含有導(dǎo)電材料的結(jié)構(gòu)的另一個(gè)包括接觸通路結(jié)構(gòu)(73)，該接觸通路結(jié)構(gòu)(73)包含所述金屬材料并導(dǎo)電連接到位于所述半導(dǎo)體襯底上的晶體管的源極區(qū)域和漏極區(qū)域(34)之一。
2.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，其中所述多個(gè)平行的含有導(dǎo)電材料的結(jié)構(gòu)的每一個(gè)在所述恒定節(jié)距的方向上具有恒定的寬度。
3.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，其中所述金屬柵極導(dǎo)體電極部分是所述晶體管的柵極導(dǎo)體電極的一部分，以及所述多個(gè)平行的含有導(dǎo)電材料的結(jié)構(gòu)包括另一個(gè)接觸通路結(jié)構(gòu)，其包含所述金屬材料并導(dǎo)電連接到所述晶體管的所述源極區(qū)域和所述漏極區(qū)域的另一個(gè)。
4.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，其中所述多個(gè)平行的含有導(dǎo)電材料的結(jié)構(gòu)所述之一包括柵極電介質(zhì)和所述金屬柵極導(dǎo)體電極部分，其中所述金屬柵極導(dǎo)體電極部分的側(cè)壁和所述接觸通路結(jié)構(gòu)的側(cè)壁之間的距離等于所述恒定節(jié)距。
5.如權(quán)利要求4所述的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，還包括: 柵極金屬-半導(dǎo)體-合金部分，其接觸所述金屬柵極導(dǎo)體電極部分的下部表面；以及 接觸金屬-半導(dǎo)體-合金部分，其接觸所述接觸通路結(jié)構(gòu)的下部表面并且與所述柵極金屬-半導(dǎo)體-合金部分具有相同的寬度。
6.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，其中所述多個(gè)平行的含有導(dǎo)電材料的結(jié)構(gòu)所述之一包括U形柵極電介質(zhì)和所述金屬柵極導(dǎo)體電極部分，其中所述U形柵極電介質(zhì)的外側(cè)壁和所述接觸通路結(jié)構(gòu)的側(cè)壁之間的距`離等于所述恒定節(jié)距。
7.如權(quán)利要求6所述的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，還包括功函金屬層(82)，其接觸所述U形柵極電介質(zhì)的內(nèi)側(cè)壁和上部表面和所述金屬柵極導(dǎo)體電極部分的外側(cè)壁和下部表面。
8.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，其中所述多個(gè)平行的含有導(dǎo)電材料的結(jié)構(gòu)所述之一還包括另一個(gè)接觸通路結(jié)構(gòu)，該另一個(gè)接觸通路結(jié)構(gòu)包含所述金屬材料且導(dǎo)電連接到位于所述半導(dǎo)體襯底上的另一個(gè)晶體管的源極區(qū)域和漏極區(qū)域之一，其中所述金屬柵極導(dǎo)體電極部分導(dǎo)電連接到所述多個(gè)平行的含有導(dǎo)電材料的結(jié)構(gòu)所述之一內(nèi)的所述另一個(gè)接觸通路結(jié)構(gòu)。
9.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，還包括接觸級(jí)介電材料層(60)，接觸級(jí)介電材料層(60)的頂表面與所述多個(gè)平行的含有導(dǎo)電材料的結(jié)構(gòu)的頂表面共面。
10.一種靜態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(SRAM)單兀,包括多個(gè)平行的含有導(dǎo)電材料的結(jié)構(gòu)(50A、52A、58、75、36、38、73)，所述多個(gè)平行的含有導(dǎo)電材料的結(jié)構(gòu)具有平行側(cè)壁，位于半導(dǎo)體襯底(8)上，并且在垂直于所述平行側(cè)壁的水平方向上具有恒定節(jié)距，其中所述多個(gè)平行的含有導(dǎo)電材料的結(jié)構(gòu)之一包括包含金屬材料的金屬柵極導(dǎo)體電極部分(75)，以及所述多個(gè)平行的含有導(dǎo)電材料的結(jié)構(gòu)的另一個(gè)包括接觸通路結(jié)構(gòu)(73)，所述接觸通路結(jié)構(gòu)(73)包含所述金屬材料且導(dǎo)電連接到位于所述半導(dǎo)體襯底上的晶體管的源極區(qū)域和漏極區(qū)域(34)之一，其中所述多個(gè)平行的含有導(dǎo)電材料的結(jié)構(gòu)以所述恒定節(jié)距設(shè)置成五行，其中所述五行中的兩行包括覆蓋四個(gè)有源區(qū)域且包括柵極導(dǎo)體電極的結(jié)構(gòu)以及彼此導(dǎo)電連接的接觸通路結(jié)構(gòu)。
11.一種形成半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的方法，包括: 在半導(dǎo)體襯底(8)上形成具有平行側(cè)壁的多個(gè)至少部分可去除結(jié)構(gòu)，所述多個(gè)至少部分可去除結(jié)構(gòu)在垂直于所述平行側(cè)壁的水平方向上具有恒定節(jié)距； 形成且平坦化電介質(zhì)材料層，其中所述平坦化的電介質(zhì)材料層的頂表面與所述多個(gè)至少部分可去除結(jié)構(gòu)的頂表面共面； 通過用金屬材料取代所述多個(gè)至少部分可去除結(jié)構(gòu)的第一部分而形成金屬柵極導(dǎo)體電極部分(75);以及 通過取代所述多個(gè)至少部分可去除結(jié)構(gòu)的第二部分而形成包括所述金屬材料的接觸通路結(jié)構(gòu)(73)，其中所述接觸通路結(jié)構(gòu)導(dǎo)電連接到位于所述半導(dǎo)體襯底(8)上的晶體管的源極區(qū)域和漏極區(qū)域(34)之一。
12.如權(quán)利要求11所述的方法，其中所述多個(gè)至少部分可去除結(jié)構(gòu)的每一個(gè)在所述恒定節(jié)距的方向上具有恒定寬度。
13.如權(quán)利要求11所述的方法，其中所述金屬柵極導(dǎo)體電極部分(75)和所述接觸通路結(jié)構(gòu)(73)通過在去除所述多個(gè)至少部分可去除結(jié)構(gòu)的至少一部分后形成的腔(63)內(nèi)沉積所述金屬材料而同時(shí)形成。
14.如權(quán)利要求11所述的方法，其中所述多個(gè)至少部分可去除結(jié)構(gòu)的子集在形成所述金屬柵極導(dǎo)體電極部分和所述接觸通路結(jié)構(gòu)后保留在所述半導(dǎo)體襯底上。
15.如權(quán)利要求14所述的方法，其中所述至少部分可去除結(jié)構(gòu)的所述子集包括柵極電介質(zhì)(80)和半導(dǎo)體柵極電極部`分(75)。
16.如權(quán)利要求11所述的方法，其中所述多個(gè)至少部分可去除結(jié)構(gòu)接觸所述半導(dǎo)體襯底(8)的頂表面，以及所述多個(gè)至少部分可去除結(jié)構(gòu)的全部在形成所述金屬柵極導(dǎo)體電極部分和所述接觸通路結(jié)構(gòu)前被去除。
17.如權(quán)利要求16所述的方法，還包括: 去除所述多個(gè)至少部分可去除結(jié)構(gòu)之一以形成腔(63)，其中所述半導(dǎo)體襯底(8)的頂表面暴露在所述腔內(nèi)； 在所述腔內(nèi)形成電介質(zhì)層(10);以及 在電介質(zhì)層上形成功函金屬層(82)，其中所述金屬柵極導(dǎo)體電極部分形成在所述功函金屬層上。
18.如權(quán)利要求11所述的方法，其中所述第一部分和所述第二部分設(shè)置在所述多個(gè)至少部分可去除結(jié)構(gòu)之一內(nèi)，以及所述金屬柵極導(dǎo)體電極部分和所述接觸通路結(jié)構(gòu)彼此導(dǎo)電連接。
19.如權(quán)利要求11所述的方法，還包括通過用金屬材料部分取代所述多個(gè)至少部分可去除結(jié)構(gòu)的部分而形成多個(gè)平行的含有導(dǎo)電材料的結(jié)構(gòu)，其中所述多個(gè)平行的含有導(dǎo)電材料的結(jié)構(gòu)具有另外的平行側(cè)壁，位于所述半導(dǎo)體襯底上，并且具有所述恒定節(jié)距。
20.一種形成包括靜態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(SRAM)單元的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的方法，所述方法包括: 在半導(dǎo)體襯底(8)上形成具有平行側(cè)壁的多個(gè)至少部分可去除結(jié)構(gòu)，所述多個(gè)至少部分可去除結(jié)構(gòu)在垂直于所述平行側(cè)壁的水平方向上具有恒定節(jié)距；形成且平坦化電介質(zhì)材料層，其中所述平坦化的電介質(zhì)材料層的頂表面與所述多個(gè)至少部分可去除結(jié)構(gòu)的頂表面共面； 通過用金屬材料取代所述多個(gè)至少部分可去除結(jié)構(gòu)的第一部分而形成金屬柵極導(dǎo)體電極部分(75);以及 通過取代所述多個(gè)至少部分可去除結(jié)構(gòu)的第二部分而形成包含所述金屬材料的接觸通路結(jié)構(gòu)(73)，其中所述接觸通路結(jié)構(gòu)導(dǎo)電連接到位于所述半導(dǎo)體襯底上的晶體管的源極區(qū)域和漏極區(qū)域(34)之一，其中多個(gè)平行的含有導(dǎo)電材料的結(jié)構(gòu)以所述恒定節(jié)距設(shè)置成五行形成，其中所述五行中的兩行包括覆蓋四個(gè)有源區(qū)域且包含柵極導(dǎo)體電極的結(jié)構(gòu)以及彼此導(dǎo)電連接的接觸通路結(jié)構(gòu)，以及所述多個(gè)平行的含有導(dǎo)電材料的結(jié)構(gòu)用作SRAM單元的柵極電極和局部互連結(jié)構(gòu)。`
【文檔編號(hào)】H01L29/78GK103518253SQ201280022045
【公開日】2014年1月15日 申請(qǐng)日期:2012年1月16日 優(yōu)先權(quán)日:2011年5月6日
【發(fā)明者】A.卡基菲魯茲, 程慷果, B.B.多麗絲, W.E.亨施, B.S.哈倫, P.庫爾卡尼 申請(qǐng)人:國(guó)際商業(yè)機(jī)器公司