金屬柵極結(jié)構(gòu)及其制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及金屬柵極結(jié)構(gòu)及其制造方法。
【背景技術(shù)】
[0002]半導(dǎo)體集成電路(1C)工業(yè)已經(jīng)經(jīng)歷了快速增長(zhǎng)。在1C演化的過程中，功能密度(SP，每芯片面積的互連器件的數(shù)量)已經(jīng)普遍增大，而幾何尺寸(即，能夠使用制造工藝產(chǎn)生的最小部件(或線))減小。該按比例縮小的工藝通常通過提高生產(chǎn)效率以及降低相關(guān)成本提供益處。這種按比例縮小也已經(jīng)增大了處理和制造1C的復(fù)雜度，并且為了實(shí)現(xiàn)這些進(jìn)步，需要1C處理和制造中的類似的發(fā)展。由于晶體管的尺寸減小，所以必須減小柵極氧化物的厚度以在柵極長(zhǎng)度減小的情況下保持性能。然而，為了減小柵極泄漏，使用高介電常數(shù)(高k)柵極絕緣體層，這允許更大的物理厚度，同時(shí)保持與將由較大技術(shù)節(jié)點(diǎn)中使用的典型的柵極氧化物提供的相同的有效電容。
[0003]多晶硅用作諸如金屬氧化物半導(dǎo)體(M0S)的半導(dǎo)體器件中的柵電極。然而，由于按比例縮小半導(dǎo)體器件的尺寸的趨勢(shì)，多晶硅柵極具有低性能，諸如半導(dǎo)體器件的柵極電容和驅(qū)動(dòng)力的減小。在一些1C設(shè)計(jì)中，期望以金屬柵(MG)電極替換典型的多晶硅柵電極以在部件尺寸減小的情況下改進(jìn)器件性能。形成MG電極的一個(gè)工藝叫做“后柵極”工藝，與叫做“前柵極”的另一 MG電極形成工藝相反?！昂髺艠O”工藝允許隨后的工藝的數(shù)量減少，包括在形成柵極之后必須實(shí)施的高溫處理。
[0004]在以半導(dǎo)體器件的減小的部件尺寸制造MG電極上存在許多挑戰(zhàn)。因此，需要不斷地增強(qiáng)金屬柵極結(jié)構(gòu)、簡(jiǎn)化襯底上的金屬柵極的制造方法以及改進(jìn)包括MG電極的半導(dǎo)體器件的性能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為了解決現(xiàn)有技術(shù)中的問題，本發(fā)明提供了一種半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，包括:襯底，包括第一有源區(qū)、第二有源區(qū)以及設(shè)置在所述第一有源區(qū)和所述第二有源區(qū)之間的隔離件；多個(gè)柵極，設(shè)置在所述襯底上方并且包括:第一柵極，延伸在所述第一有源區(qū)、所述隔離件和所述第二有源區(qū)上方；以及第二柵極，位于所述第一有源區(qū)和所述第二有源區(qū)上方；以及層間電介質(zhì)(ILD)，設(shè)置在所述襯底上方并且圍繞所述多個(gè)柵極，其中，所述第二柵極配置為不傳導(dǎo)電流并且包括設(shè)置在所述第一有源區(qū)上方的第一部分和設(shè)置在所述第二有源區(qū)上方的第二部分，部分所述ILD設(shè)置在所述第一部分和所述第二部分之間。
[0006]在上述半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)中，其中，所述第一部分遠(yuǎn)離所述第二部分。
[0007]在上述半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)中，其中，所述第一部分的長(zhǎng)度基本上大于所述第一有源區(qū)的長(zhǎng)度，或者所述第二部分的長(zhǎng)度基本上大于所述第二有源區(qū)的長(zhǎng)度。
[0008]在上述半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)中，其中，所述多個(gè)柵極的每個(gè)均具有大于約10的高的高寬比。
[0009]在上述半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)中，其中，所述第一柵極是控制柵極，且所述第二柵極是偽柵極。
[0010]在上述半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)中，其中，所述襯底還包括延伸在所述第一柵極和所述第二柵極之間的多個(gè)鰭，所述第一柵極和所述第二柵極位于所述第一有源區(qū)或所述第二有源區(qū)上方。
[0011]在上述半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)中，其中，所述襯底還包括由所述ILD圍繞的多個(gè)鰭。
[0012]在上述半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)中，其中，所述襯底還包括通過淺溝槽隔離(STI)彼此分隔開的多個(gè)鰭。
[0013]在上述半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)中，其中，所述第一柵極和所述第二柵極分別包括多晶硅或柵極填充金屬。
[0014]在上述半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)中，其中，氧化物層設(shè)置在所述第一柵極的底部處并且與所述襯底接觸，或者沿著所述第一柵極的側(cè)壁沉積間隔件。
[0015]在上述半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)中，其中，所述ILD包括氧化硅、二氧化硅、氮氧化硅、摻雜有氫的氮氧化硅或者摻雜有碳的氧化硅。
[0016]根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，提供了一種制造半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的方法，包括:接收襯底；圖案化所述襯底上方的第一有源區(qū)、第二有源區(qū)和位于所述第一有源區(qū)和所述第二有源區(qū)之間的隔離件；在所述襯底上方設(shè)置層間電介質(zhì)(ILD);形成在所述第一有源區(qū)、所述隔離件和所述第二有源區(qū)上方延伸的第一柵極；以及在所述第一有源區(qū)和所述第二有源區(qū)上方形成第二柵極，其中，所述第二柵極包括設(shè)置在所述第一有源區(qū)上方的第一部分和設(shè)置在所述第二有源區(qū)上方的第二部分，部分所述ILD設(shè)置在所述第一部分和所述第二部分之間。
[0017]在上述方法中，其中，形成所述第一柵極或形成所述第二柵極包括在約200攝氏度至約800攝氏度的預(yù)定溫度下退火所述半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)。
[0018]在上述方法中，其中，形成所述第一柵極包括形成所述第一柵極的傾斜一個(gè)角度的側(cè)壁，并且所述側(cè)壁和正交于所述襯底的軸線之間的所述角度為約1°至約10°。
[0019]在上述方法中，其中，形成所述第一柵極包括使所述第一柵極的部分的寬度變寬，所述第一柵極的部分與設(shè)置在所述第一部分和所述第二部分之間的所述ILD的部分相對(duì)。
[0020]根據(jù)本發(fā)明的又一個(gè)方面，提供了一種制造半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的方法，包括:接收被圖案化為具有第一有源區(qū)、第二有源區(qū)、隔離件和多個(gè)鰭的襯底；在所述襯底上方和所述多個(gè)鰭周圍設(shè)置層間電介質(zhì)(ILD);形成第一凹槽，所述第一凹槽穿過所述ILD并且延伸在所述第一有源區(qū)、所述隔離件和所述第二有源區(qū)上方；形成第二凹槽，所述第二凹槽穿過所述ILD并且設(shè)置在所述第一有源區(qū)和所述第二有源區(qū)上方；在所述第一凹槽和所述第二凹槽內(nèi)設(shè)置多晶硅；在預(yù)定溫度下退火所述半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)；從所述第一凹槽和所述第二凹槽去除所述多晶硅，從而增大所述第一凹槽的部分的寬度，所述第一凹槽的部分與設(shè)置在所述第二凹槽的第一部分和所述第二凹槽的第二部分之間的所述ILD的部分相對(duì)；以及由柵極填充金屬填充所述第一凹槽和所述第二凹槽。
[0021]在上述方法中，其中，去除所述多晶硅包括將所述第一凹槽的側(cè)壁拉向設(shè)置在所述第一部分和所述第二部分之間的所述ILD的部分，以增大所述第一凹槽的部分的寬度。
[0022]在上述方法中，其中，去除所述多晶硅包括形成所述第一凹槽的傾斜一個(gè)角度的側(cè)壁，并且所述側(cè)壁與正交于所述襯底的軸線之間的所述角度為約1°至約10°。
[0023]在上述方法中，其中，形成所述第二凹槽包括在所述第一部分和所述第二部分之間的所述ILD的部分上方設(shè)置光刻膠，以及通過光刻和蝕刻操作去除未由所述光刻膠覆蓋的所述ILD。
[0024]在上述方法中，其中，所述第一凹槽和所述第二凹槽具有大于約10的高的高寬比。
【附圖說明】
[0025]當(dāng)結(jié)合附圖進(jìn)行閱讀時(shí)，從以下詳細(xì)描述可最佳理解本發(fā)明的各方面。應(yīng)該注意，根據(jù)工業(yè)中的標(biāo)準(zhǔn)實(shí)踐，各個(gè)部件未按比例繪制。實(shí)際上，為了清楚的討論，各個(gè)部件的尺寸可以任意地增大或減小。
[0026]圖1A是根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例的晶體管的右側(cè)立體圖。
[0027]圖1B是根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例的晶體管的左側(cè)立體圖。
[0028]圖1C是根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例的晶體管的前截面圖。
[0029]圖2A是根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例的FinFET的前立體圖。
[0030]圖2B是根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例的FinFET的后立體圖。
[0031]圖2C是根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例的沿著kk1的圖2A的FinFET的截面圖。
[0032]圖3是根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的示意圖。
[0033]圖4是根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例的圖3的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的頂視圖。
[0034]圖5是根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的示意圖。
[0035]圖6是根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例的圖5的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的頂視圖。
[0036]圖7是根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的示意圖。
[0037]圖8是根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例的圖5的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的頂視圖。
[0038]圖9是根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的示意圖。
[0039]圖10是根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例的圖9的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的頂視圖。
[0040]圖11是根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的示意圖。
[0041]圖12是根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例的圖11的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的頂視圖。
[0042]圖13是根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的示意圖。
[0043]圖14是根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例的圖13的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的頂視圖。
[0044]圖15是根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的示意圖。
[0045]圖16是根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例的圖15的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的頂視圖。
[0046]圖17是根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的示意圖。
[0047]圖18是根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例的圖17的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的頂視圖。
[0048]圖19是根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的示意圖。
[0049]圖20是根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例的圖19的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的頂視圖。
[0050]圖21是根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例制造半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的方法的流程圖。
[0051]圖 21A、圖 21B、圖 21C、圖 21D、圖 21E、圖 21F、圖 21G、圖 21H、圖 211、圖 21J、圖 21K、圖 21L、圖 21M、圖 21N、圖 210、圖 21P、圖 21Q、圖 21R、圖 21S、圖 21T、圖 21U、圖 21V、圖 21W、圖21X、圖21Y圖21Z、圖21AA、圖21AB、圖21AC、圖21AD、圖21AE和圖21AF是根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例示出半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的制造的示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0052]以下公開內(nèi)容提供了許多用于實(shí)現(xiàn)所