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半導(dǎo)體器件及其制造方法與流程

文檔序號(hào):12807161閱讀:260來源:國知局
半導(dǎo)體器件及其制造方法與流程

本發(fā)明構(gòu)思涉及制造半導(dǎo)體器件的方法。



背景技術(shù):

為了集成電路應(yīng)用中更高的密度,制造工藝已經(jīng)發(fā)展以減小諸如晶體管的柵電極和源/漏電極的電路元件的最小特征尺寸。因?yàn)樘卣鞒叽缫呀?jīng)減小,所以電路元件之間的距離也減小,因此根據(jù)制造工藝的工藝變化會(huì)出現(xiàn)電路元件之間的電短路。



技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素:

根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的一示例實(shí)施方式,一種制造半導(dǎo)體器件的方法被提供如下。有源鰭結(jié)構(gòu)和隔離區(qū)域被形成在襯底上。外延層被形成在有源鰭結(jié)構(gòu)上。第一金屬柵電極被形成在有源鰭結(jié)構(gòu)上。每個(gè)第一金屬柵電極和每個(gè)外延層在有源鰭結(jié)構(gòu)上在第一方向上被交替布置。層間電介質(zhì)(ild)圖案被形成在外延層上。每個(gè)ild圖案在交叉第一方向的第二方向上延伸。犧牲間隔物圖案被形成在第一金屬柵電極上。多個(gè)犧牲間隔物圖案的每個(gè)覆蓋多個(gè)第一金屬柵電極的相應(yīng)第一金屬柵電極。自對(duì)準(zhǔn)接觸孔和犧牲間隔物通過去除ild圖案而形成。每個(gè)自對(duì)準(zhǔn)接觸孔暴露布置在多個(gè)ild圖案的每個(gè)的下方的相應(yīng)外延層。源/漏電極被形成在自對(duì)準(zhǔn)接觸孔中。犧牲間隔物由空氣間隔物替換。

根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的一示例實(shí)施方式,一種制造半導(dǎo)體器件的方法被提供如下。有源鰭結(jié)構(gòu)和隔離區(qū)域被形成在襯底上。多個(gè)第一初始柵間隔物被形成在隔離區(qū)域上。多個(gè)第二初始柵間隔物被形成在有源鰭結(jié)構(gòu)上。多個(gè)外延層被形成在有源鰭結(jié)構(gòu)上。多個(gè)外延層的每個(gè)被插置在多個(gè)第二初始柵間隔物中的兩相鄰第二初始柵間隔物之間。多個(gè)虛設(shè)柵電極包括形成在隔離區(qū)域上的第一虛設(shè)柵電極以及在有源鰭結(jié)構(gòu)上的第二和第三虛設(shè)柵電極。第一虛設(shè)柵電極被插置在多個(gè)第一初始柵間隔物中的第一對(duì)之間。第二虛設(shè)柵電極被插置在多個(gè)第一初始柵間隔物中的一個(gè)以及多個(gè)第二初始柵間隔物中的一個(gè)的第二對(duì)之間。第三虛設(shè)柵電極被插置在多個(gè)第二初始柵間隔物的第三對(duì)之間。多個(gè)第一初始柵間隔物被去除。多個(gè)虛設(shè)柵間隔物由多個(gè)第二初始柵間隔物形成。多個(gè)虛設(shè)柵間隔物由多個(gè)空氣間隔物替換。

根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的一示例實(shí)施方式,一種半導(dǎo)體器件被提供如下。襯底具有在第一方向上延伸的有源鰭結(jié)構(gòu)。第一和第二金屬柵電極被設(shè)置在有源鰭結(jié)構(gòu)上。源/漏電極被插置在第一和第二金屬柵電極之間并且被設(shè)置在有源鰭結(jié)構(gòu)上。源/漏電極的上表面具有第一寬度并且源/漏電極的下表面具有小于第一寬度的第二寬度。第一空氣間隔物被插置在源/漏電極的第一側(cè)壁和第一金屬柵電極之間。第二空氣間隔物被插置在源/漏電極的第二側(cè)壁和第二金屬柵電極之間。第一空氣間隔物和第二空氣間隔物在交叉第一方向的第二方向上延伸。

附圖說明

通過參考附圖詳細(xì)描述本發(fā)明構(gòu)思的示例實(shí)施方式,本發(fā)明構(gòu)思的這些及其它特征將變得更加明顯,其中:

圖1是根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的一示例實(shí)施方式制造半導(dǎo)體器件的流程圖;

圖2a到12a示出根據(jù)圖1的流程圖形成的半導(dǎo)體器件的平面圖;

圖2b到12b示出沿圖2a到12a的x-x'截取的截面圖;

圖13是根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的一示例實(shí)施方式的制造半導(dǎo)體器件的流程圖;

圖14a到23a示出根據(jù)圖13的流程圖形成的半導(dǎo)體器件的平面圖;

圖14b到23b示出沿圖14a到23a的x-x'截取的截面圖;

圖24是具有根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的一示例實(shí)施方式制造的半導(dǎo)體器件的半導(dǎo)體模塊;

圖25是具有根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的一示例實(shí)施方式的半導(dǎo)體器件的電子系統(tǒng)的框圖;以及

圖26是具有根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的一示例實(shí)施方式制造的半導(dǎo)體器件的電子系統(tǒng)的框圖。

將理解,為了圖示的簡潔和清晰,圖中示出的元件不必須按比例繪制。例如,為了清晰一些元件的尺寸相對(duì)于其它元件被夸大。此外,當(dāng)認(rèn)為適當(dāng)時(shí),附圖標(biāo)記在圖中已經(jīng)被重復(fù)以指示相應(yīng)或相似元件。

盡管一些截面圖的相應(yīng)平面圖和/或透視圖可以不被示出,但是這里示出的器件結(jié)構(gòu)的截面圖為多個(gè)器件結(jié)構(gòu)提供支持,多個(gè)器件結(jié)構(gòu)如同在平面圖中被示出的那樣沿兩個(gè)不同方向延伸,和/或如同在透視圖中示出的那樣在三個(gè)不同方向上延伸。兩個(gè)不同方向可以或可以不彼此垂直。三個(gè)不同方向可以包括可以垂直于所述兩個(gè)不同方向的第三方向。多個(gè)器件結(jié)構(gòu)可以被集成在相同電子器件中。例如,當(dāng)器件結(jié)構(gòu)(例如存儲(chǔ)單元結(jié)構(gòu)或晶體管結(jié)構(gòu))在截面圖中被示出時(shí),電子器件可以包括多個(gè)器件結(jié)構(gòu)(例如存儲(chǔ)單元結(jié)構(gòu)或晶體管結(jié)構(gòu)),如同由電子器件的平面圖示出的那樣。多個(gè)器件結(jié)構(gòu)可以被布置為陣列和/或被布置為二維圖案。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明構(gòu)思的示例實(shí)施方式將參考附圖在以下被詳細(xì)描述。然而,本發(fā)明構(gòu)思可以以不同形式被實(shí)現(xiàn)并且不應(yīng)被解釋為限于此處闡釋的實(shí)施方式。還將理解,當(dāng)一元件被稱為在另外的元件或襯底“上”時(shí),它可以直接在所述另外的元件或襯底上,或者還可以存在居間層。還將理解,當(dāng)一元件被稱為“聯(lián)接到”或“連接到”另外的元件時(shí),它可以直接聯(lián)接到或連接到所述另外的元件,或者還可以存在居間元件。

在下文中,制造半導(dǎo)體器件的方法將參考圖1、圖2a到12a和圖2b到12b被描述。圖1是根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的一示例實(shí)施方式制造半導(dǎo)體器件的流程圖。圖2a到12a示出根據(jù)圖1的流程圖形成的半導(dǎo)體器件的平面圖。圖2b到12b示出沿圖2a到12a的x-x'截取的截面圖。例如,半導(dǎo)體器件可以包括在柵電極和源/漏電極之間具有空氣間隔物的晶體管??諝忾g隔物可以用作柵電極和源/漏電極之間的電隔離。

圖2a是根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的一示例實(shí)施方式的在圖1的步驟100被執(zhí)行之后形成在襯底上的多個(gè)虛設(shè)柵圖案的平面圖。圖2b是根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的一示例實(shí)施方式的沿線x-x'截取的圖2a的截面圖。

參考圖2a和2b,襯底100可以由包括硅或硅鍺合金的半導(dǎo)體材料形成。在一示例實(shí)施方式中,襯底100包括有源鰭結(jié)構(gòu)110和隔離區(qū)域120。有源鰭結(jié)構(gòu)110從隔離區(qū)域120突出。有源鰭結(jié)構(gòu)110在第一方向(x軸)上延伸,并且由隔離區(qū)域120圍繞。有源鰭結(jié)構(gòu)110的上表面高于隔離區(qū)域120的上表面。

有源鰭結(jié)構(gòu)110是晶體管的一部分并且用于提供溝道區(qū)域,電流響應(yīng)于施加到晶體管的柵電壓流動(dòng)通過溝道區(qū)域。

多個(gè)虛設(shè)柵結(jié)構(gòu)200被形成在襯底100上。虛設(shè)柵結(jié)構(gòu)200包括第一虛設(shè)柵結(jié)構(gòu)200a。第一虛設(shè)柵結(jié)構(gòu)200a在第二方向(y軸)上延伸并且跨過有源鰭結(jié)構(gòu)110。一對(duì)源/漏(此處未示出)通過使用離子注入工藝或擴(kuò)散工藝將雜質(zhì)原子摻雜到接觸區(qū)域400中而形成在第一虛設(shè)柵結(jié)構(gòu)200a的兩側(cè)上。源/漏被形成在有源鰭結(jié)構(gòu)110的接觸區(qū)域400中。在一示例實(shí)施方式中,源/漏接觸和源/漏電極將被形成在源/漏上。在執(zhí)行根據(jù)一示例實(shí)施方式的半導(dǎo)體器件的制造方法之后,第一虛設(shè)柵結(jié)構(gòu)200a將變成晶體管。

虛設(shè)柵結(jié)構(gòu)200還包括在隔離區(qū)域120上的第二虛設(shè)柵結(jié)構(gòu)200b1和200b2。第二虛設(shè)柵結(jié)構(gòu)200b1和200b2不起晶體管的作用。為了描述的方便,半導(dǎo)體器件的有限區(qū)域在圖中被示出。第二虛設(shè)柵結(jié)構(gòu)200b1和200b2還可以延伸并跨過另外的有源鰭結(jié)構(gòu)(此處未示出)。在這種情況下,第二虛設(shè)柵結(jié)構(gòu)200b1和200b2與另外的有源鰭結(jié)構(gòu)的交疊區(qū)域可以形成晶體管。

虛設(shè)柵結(jié)構(gòu)200還包括在有源鰭結(jié)構(gòu)110的端部上的第三虛設(shè)柵結(jié)構(gòu)200c1和200c2。第三虛設(shè)柵結(jié)構(gòu)200c1和200c2被形成在有源鰭結(jié)構(gòu)110和隔離區(qū)域120之間的邊界上。例如,虛設(shè)柵結(jié)構(gòu)200被布置在有源鰭結(jié)構(gòu)110和隔離區(qū)域120兩者上。

第三虛設(shè)柵結(jié)構(gòu)200c1和200c2不起晶體管的作用。為了描述的方便,半導(dǎo)體器件的有限區(qū)域在圖中被示出。第三虛設(shè)柵結(jié)構(gòu)200c1和200c2還可以延伸并跨過另外的有源鰭結(jié)構(gòu)(此處未示出)以形成晶體管。

為了描述的方便,有源鰭結(jié)構(gòu)110與三個(gè)虛設(shè)柵結(jié)構(gòu)200a、200c1和200c2交疊。然而,本發(fā)明構(gòu)思不限于此,四個(gè)或更多虛設(shè)柵結(jié)構(gòu)可以交疊有源鰭結(jié)構(gòu)110。

在一示例實(shí)施方式中,每個(gè)虛設(shè)柵結(jié)構(gòu)200包括虛設(shè)柵圖案210、掩模圖案220和初始柵間隔物230。

多個(gè)溝槽300被形成在虛設(shè)柵結(jié)構(gòu)200之間。例如,溝槽300被形成在兩相鄰初始柵間隔物230之間。

虛設(shè)柵結(jié)構(gòu)200例如沿平行于x軸的第一方向被重復(fù)地布置并且在第一方向上以第一間距w1彼此間隔開。在一示例實(shí)施方式中,第一間距w1是溝槽300的寬度。例如,每個(gè)虛設(shè)柵結(jié)構(gòu)200在平行于y軸的第二方向上延伸。每個(gè)虛設(shè)柵結(jié)構(gòu)200在平行于z軸的第三方向上以第一高度h1豎立在有源鰭結(jié)構(gòu)110的上表面上。第一高度h1是在有源鰭結(jié)構(gòu)110的上表面和初始柵間隔物230的上表面之間測量的長度。

每個(gè)溝槽300被形成在兩相鄰虛設(shè)柵結(jié)構(gòu)200之間使得每個(gè)溝槽300在第二方向上延伸。在這種情況下,形成在有源鰭結(jié)構(gòu)110上的每個(gè)溝槽300具有第一高度h1/第一間距w1的高寬比。高寬比越大,通過溝槽300在有源鰭結(jié)構(gòu)110上形成源/漏電極越困難。

虛設(shè)柵圖案210被形成在襯底100上。在一示例實(shí)施方式中,虛設(shè)柵圖案210可以由非晶硅或多晶硅形成。虛設(shè)柵圖案210將在后續(xù)工藝中使用替換金屬柵(rmg)工藝由金屬柵電極替換。

掩模圖案220被形成在虛設(shè)柵圖案210的上表面上。每個(gè)掩模圖案220包括第一掩模圖案220a和第二掩模圖案220b。第一掩模圖案220a被形成在虛設(shè)柵圖案210的上表面上。第二掩模圖案220b被形成在第一掩模圖案220a的上表面上。

在一示例實(shí)施方式中,掩模圖案220被用作蝕刻掩模以從虛設(shè)柵層(此處未示出)形成虛設(shè)柵圖案210。在虛設(shè)柵圖案210的形成之前,虛設(shè)柵層被形成在襯底100上,覆蓋襯底100。在使用掩模圖案220作為蝕刻掩模的蝕刻工藝中,虛設(shè)柵層被圖案化為虛設(shè)柵圖案210。在一示例實(shí)施方式中,蝕刻工藝可以包括包含反應(yīng)離子蝕刻(rie)工藝的定向蝕刻工藝。

在一示例實(shí)施方式中,第一掩模圖案220a可以由硅氮化物形成;第二掩模圖案220b可以由硅氧化物形成。本發(fā)明構(gòu)思不限于此,各種材料可以被用作將虛設(shè)柵圖案層圖案化為虛設(shè)柵圖案210的蝕刻掩模。

初始柵間隔物230被形成在虛設(shè)柵圖案210的側(cè)壁上。每個(gè)初始柵間隔物230完全覆蓋每個(gè)虛設(shè)柵圖案210的側(cè)壁和每個(gè)第一掩模圖案220a的側(cè)壁,并且部分覆蓋每個(gè)第二掩模圖案220b的側(cè)壁。在一示例實(shí)施方式中,初始柵間隔物層(此處未示出)可以使用沉積工藝被共形地形成在虛設(shè)柵圖案210和掩模圖案220上。初始柵間隔物層可以完全覆蓋虛設(shè)柵圖案210、掩模圖案220和襯底100。沉積工藝可以包括化學(xué)氣相沉積(cvd)工藝。包括例如rie工藝的定向蝕刻工藝可以在初始柵間隔物層上被執(zhí)行以形成初始柵間隔物230。由于在rie工藝中蝕刻氣體的定向性,在rie工藝完成之后初始柵間隔物230留在虛設(shè)柵圖案210的側(cè)壁上。

在一示例實(shí)施方式中,初始柵間隔物230可以由sibcn或sin形成。

初始柵間隔物230具有厚度t以限定有源鰭結(jié)構(gòu)110的接觸區(qū)域400。源/漏電極在后續(xù)工藝中被形成在接觸區(qū)域400上。在一示例實(shí)施方式中,初始柵間隔物230可以由空氣間隔物替換。在這種情況下,空氣間隔物的寬度可以基本等于初始柵間隔物230的厚度t或小于厚度t。

每個(gè)初始柵間隔物230的厚度t還可以被設(shè)置為使得在后續(xù)工藝中空氣間隔物被形成在金屬柵電極和源/漏電極之間。在一示例實(shí)施方式中,初始柵間隔物230可以由空氣間隔物替換;虛設(shè)柵圖案210可以由金屬柵電極替換;以及源/漏電極被形成在接觸區(qū)域400上??諝忾g隔物的形成將在后面描述。金屬柵電極可以在后面將要被描述的rmg工藝中形成。

除非另行指示,圖2a和2b的方向被應(yīng)用于其它圖,因此軸x、y和z的符號(hào)在其它圖上被省略。

圖3a和3b示出根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的一示例實(shí)施方式的在圖1的步驟200被執(zhí)行之后形成在接觸區(qū)域400上的外延層410。在一示例實(shí)施方式中,外延層410可以使用有源鰭110的上表面作為籽晶層被外延生長;外延層不被形成在隔離區(qū)域120上。在一示例實(shí)施方式中,隔離區(qū)域120可以由例如硅氧化物形成。在一示例實(shí)施方式中,雜質(zhì)原子可以通過使雜質(zhì)原子與反應(yīng)氣體流動(dòng)而被摻雜到外延層410中。例如,反應(yīng)氣體可以包括sih4或h2/sih4的混合物。

在一示例實(shí)施方式中,外延層410可以由硅或硅鍺(sige)合金形成。硅化工藝在外延層410上被執(zhí)行之后,外延層410可以變成硅化物接觸層。在硅化工藝中,外延層410可以與源/漏電極反應(yīng)以作為硅化物接觸層。源/漏電極可以被形成在外延層410上并且可以由金屬形成。硅化物接觸層可以減小有源鰭結(jié)構(gòu)110和源/漏電極之間的接觸電阻。

圖4a和4b示出根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的一示例實(shí)施方式的在圖1的步驟300被執(zhí)行之后形成的多個(gè)金屬柵電極700。rmg工藝在圖3a和3b的所得結(jié)構(gòu)上被執(zhí)行。在rmg工藝中,第一掩模圖案220a和虛設(shè)柵圖案210可以被去除然后金屬柵電極700被形成在襯底100上替換圖3b的虛設(shè)柵圖案210。在rmg工藝被執(zhí)行之前,多個(gè)初始ild圖案600被形成在隔離區(qū)域120和外延層410上。

在一示例實(shí)施方式中,金屬柵電極700可以由al、w或cu形成。

多個(gè)柵電極覆蓋物710被形成在金屬柵電極700的上表面上。在一示例實(shí)施方式中,柵電極覆蓋物710可以由sibcn或sin形成。在一示例實(shí)施方式中,初始柵間隔物230可以由sibcn或sin形成。在一示例實(shí)施方式中,柵電極覆蓋物710和初始柵間隔物230可以由相同材料形成。

金屬柵電極700的每個(gè)和柵電極覆蓋物710的每個(gè)被插置在兩相鄰初始柵間隔物230之間。在rmg工藝之后可以進(jìn)行包括回蝕刻工藝或化學(xué)機(jī)械拋光(cmp)工藝的平坦化工藝。在這種情況下,柵電極覆蓋物710的上表面、初始ild圖案600的上表面和初始柵間隔物230的上表面彼此共面。

圖5a-6a和5b-6b示出根據(jù)一示例實(shí)施方式的在步驟400被執(zhí)行之后形成的初始空氣間隔物區(qū)域。

圖5a和5b示出根據(jù)圖1的步驟400形成在圖4a和4b的所得結(jié)構(gòu)上的第一掩模m1。在一示例實(shí)施方式中,第一掩模m1包括掩模開口m1-o,金屬柵電極700a、700b和700c以及外延層410被布置在其中。掩模開口m1-o暴露分別形成在金屬柵電極700a、700b和700c上的柵電極覆蓋物710a、710b和710c。掩模開口m1-o還暴露初始ild圖案600c和600d,并且部分暴露初始ild圖案600a和600b。

圖6a和6b示出在圖1的步驟400被執(zhí)行之后形成的初始空氣間隔物區(qū)域p-asr。初始空氣間隔物區(qū)域p-asr通過去除由開口m1-o暴露的初始柵間隔物230和柵電極覆蓋物710而形成。

在步驟400中,包括反應(yīng)離子蝕刻(rie)工藝的各向異性蝕刻工藝在圖5a和5b的所得結(jié)構(gòu)上被執(zhí)行。第一掩模m1用作rie工藝的蝕刻掩模。

在一示例實(shí)施方式中,初始柵間隔物230可以由sin或sibcn形成并且柵電極覆蓋物710a、710b和710c可以由sin或sibcn形成。在這種情況下,rie工藝相對(duì)于初始ild圖案600a、600b和600c以及金屬柵電極700a、700b和700c具有對(duì)初始柵間隔物230和柵電極覆蓋物710a、710b和710c的蝕刻選擇性。因?yàn)閞ie工藝可以包括高能氣體,所以初始ild圖案600a、600b和600c的角由于rie工藝的高能氣體的轟擊被物理去除。因此,金屬柵電極700a、700b和700c在rie工藝被執(zhí)行之后具有圓角,而在隔離區(qū)域120上的金屬柵電極則具有頂點(diǎn)(vertex)。

在一示例實(shí)施方式中,初始空氣間隔物區(qū)域p-asr暴露外延層410、金屬柵電極700a、700b和700c的側(cè)壁以及初始ild圖案600c和600d的側(cè)壁。初始空氣間隔物區(qū)域p-asr還暴露初始層間電介質(zhì)(ild)圖案600a和600b的面朝初始空氣間隔物區(qū)域p-asr的側(cè)壁。初始空氣間隔物區(qū)域p-asr還暴露襯底100。

初始空氣間隔物區(qū)域p-asr暴露設(shè)置在金屬柵電極700a和初始ild圖案600a之間以及在金屬柵電極700c和初始ild圖案600b之間的隔離區(qū)域的上表面。例如,初始空氣間隔物區(qū)域p-asr還暴露設(shè)置在金屬柵電極700a和初始ild圖案600c之間的有源鰭結(jié)構(gòu)的上表面。

圖7a-9a到7b-9b示出根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的一示例實(shí)施方式的在圖1的步驟500被執(zhí)行之后形成在圖6a和6b的所得結(jié)構(gòu)上的犧牲間隔物260的形成。

圖7a和7b示出完全填充圖6a和6b的初始空氣間隔物區(qū)域p-asr的犧牲間隔物層250。在一示例實(shí)施方式中,犧牲間隔物層250覆蓋圖6a和6b的所得結(jié)構(gòu)。在犧牲間隔物層250的形成之后,包括回蝕刻工藝或cmp工藝的平坦化工藝在犧牲間隔物層250上被執(zhí)行至如圖7b的虛線dl指示的預(yù)定深度。在這種情況下,初始ild圖案600a到600d變成圖8b的ild圖案600a'到600d';犧牲間隔物層250變成圖8b的犧牲間隔物圖案250a、250b和250c。犧牲間隔物圖案250a、250b和250c由ild圖案600c'和600d'彼此分離。在平坦化工藝中,圖7b的初始ild圖案600a到600d的圓角被去除使得ild圖案600a'到600d'的上表面與犧牲間隔物圖案250a、250b和250c的上表面共面。

圖8a和8b示出在圖1的步驟500中形成的第二掩模m2。在一示例實(shí)施方式中,第二掩模m2包括掩模開口m2-o1和m2-o2以形成圖9b的犧牲間隔物260。在第二掩模m2的形成之前,氧化物層610被形成在ild圖案600a'到600d'的上表面以及犧牲間隔物圖案250a到250c的上表面上。在一示例實(shí)施方式中,氧化物層610和ild圖案600a'到600d'可以由相同材料形成。

圖9a和9b示出在步驟500被執(zhí)行之后形成的犧牲間隔物260。在步驟500中,包括rie工藝的各向異性蝕刻工藝在圖8a和8b的所得結(jié)構(gòu)上被執(zhí)行。第二掩模m2用作rie工藝的蝕刻掩模。

在一示例實(shí)施方式中,蝕刻停止層(此處未示出)可以被形成在外延層410和ild圖案600a'到600d'之間以保護(hù)外延層410。

在這種情況下,開口m2-o1和m2-o2的寬度大于外延層410a和410b的寬度。開口m2-o1和m2-o2暴露形成在金屬柵電極700a、700b和700c的側(cè)壁上的犧牲間隔物260。在一示例實(shí)施方式中,開口m2-o1和m2-o2的寬度以及外延層410a和410b的寬度沿第一方向被測量,有源鰭結(jié)構(gòu)沿該第一方向延伸。

開口m2-o1和m2-o2的長度也大于外延層410a和410b的長度。開口m2-o1和m2-o2暴露圖9a示出的不被外延層410a和410b覆蓋的隔離區(qū)域120。如參考圖2a和2b描述的,隔離區(qū)域圍繞有源鰭結(jié)構(gòu)110。

rie工藝在圖8b的犧牲間隔物圖案250a到250c上被執(zhí)行以形成犧牲間隔物260。蝕刻停止層(未示出)可以在rie工藝中保護(hù)外延層410a和410b。在rie工藝被執(zhí)行并且蝕刻停止層被去除之后,外延層410a和410b通過接觸孔ch1和ch2被暴露。接觸孔ch1和ch2由犧牲間隔物260限定。在一示例實(shí)施方式中,rie工藝可以被執(zhí)行直到外延層410a和410b被暴露。

圖10a和10b示出根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的一示例實(shí)施方式的在圖1的步驟600被執(zhí)行之后形成在接觸孔ch1和ch2中的源/漏電極420。在一示例實(shí)施方式中,金屬層(此處未示出)可以被形成在圖9a和9b的所得結(jié)構(gòu)上。金屬層完全填充接觸孔ch1和ch2。包括回蝕刻工藝或cmp工藝的平坦化工藝可以被執(zhí)行以形成源/漏電極420。填充在接觸孔ch1和ch2中的被平坦化的金屬層變成源/漏電極420。源/漏電極420可以由包括al、w或cu的金屬形成。在一示例實(shí)施方式中,源/漏電極420可以由堆疊在彼此上的兩個(gè)或更多金屬層形成。例如,源/漏電極420還可以包括ti、mo或ta。

源/漏電極420的每個(gè)包括下部和上部。例如,下部與外延層410a和410b接觸,上部包括形成在犧牲間隔物260上的伸出部分420-op。源/漏電極420的上部包括伸出部分420-op。在一示例實(shí)施方式中,硅化工藝可以在源/漏電極420形成之后被執(zhí)行。例如,源/漏電極420可以與外延層410反應(yīng)以在源/漏電極420和有源鰭結(jié)構(gòu)110之間的邊界處形成圖11b的硅化物層410a'和410b'。圖11b的硅化物層410a'和410b'可以減小源/漏電極420和有源鰭結(jié)構(gòu)110之間的接觸電阻。圖11b的硅化物層410a'和410b'可以被稱為插置在有源鰭結(jié)構(gòu)110和源/漏電極420之間的源/漏接觸。

在一示例實(shí)施方式中,硅化工藝可以稍后被執(zhí)行。在這種情況下,圖11b的元件410a'和410b'可以與圖10b的外延層410a和410b相同。為了描述的方便,硅化工藝在圖12b的空氣間隔物250被形成之前被執(zhí)行。

在一示例實(shí)施方式中,外延層410可以被完全消耗以形成硅化物層。在一示例實(shí)施方式中,外延層410可以被部分消耗以形成硅化物層。在這種情況下,在硅化工藝被完成之后,部分外延層410可以保留。

在一示例實(shí)施方式中,在金屬層形成在圖9b的所得結(jié)構(gòu)上之前,第二掩模m2可以被去除。

圖11a和11b示出根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的一示例實(shí)施方式的在圖1的步驟700被執(zhí)行之后的空氣間隔物區(qū)域asr。空氣間隔物區(qū)域asr暴露源/漏電極420a和420b的側(cè)壁。空氣間隔物區(qū)域asr暴露有源鰭結(jié)構(gòu)110和絕緣區(qū)域120。

在一示例實(shí)施方式中,空氣間隔物區(qū)域asr通過使用包括濕法蝕刻或干法蝕刻工藝的各向同性蝕刻工藝去除犧牲間隔物260而形成。各向同性蝕刻工藝可以包括相對(duì)于ild圖案600'、金屬柵電極700和源/漏電極420對(duì)于犧牲間隔物260具有蝕刻選擇性的蝕刻劑或蝕刻氣體。各向同性蝕刻工藝還可以選擇性地從隔離區(qū)域120和有源鰭結(jié)構(gòu)110去除犧牲間隔物260。各向同性蝕刻工藝還可以選擇性地從外延層去除犧牲間隔物260。

圖12a和12b示出根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的一示例實(shí)施方式的在圖1的步驟800被執(zhí)行之后形成的空氣間隔物。低kild圖案630使用沉積工藝被形成在圖11a和11b的空氣間隔物區(qū)域asr中。

用于沉積低kild圖案630的沉積工藝可以被控制使得空隙被形成在低kild圖案630內(nèi)部。當(dāng)如圖12a中示出的從上方被觀察時(shí),低kild圖案630完全填充空氣間隔物區(qū)域asr。然而,低kild圖案630在其中具有空隙,并且空隙相應(yīng)于空氣間隔物250。空氣間隔物250包括彼此分離的空氣間隔物250a到250f??諝忾g隔物250a到250f平行于第一方向(x軸)被布置,并且空氣間隔物250a到250f沿第二方向彼此平行??諝忾g隔物250a到250f沿第二方向延伸??諝忾g隔物250b到250e被插置在源/漏電極420和金屬柵電極700之間??諝忾g隔物250a和250f被插置在第一ild圖案600'和金屬柵電極700之間。

空氣間隔物250b到250e被布置在源/漏電極420的伸出部分420-op下方。在一示例實(shí)施方式中,伸出部分420-op僅沿第一方向延伸,沒有伸出部分沿第二方向形成。在這種情況下,空氣間隔物250b到250e不被彼此連接,并且被彼此間隔開。

在一示例實(shí)施方式中,源/漏電極420的每個(gè)有具有第一寬度的上表面和具有小于第一寬度的第二寬度的下表面。第一和第二寬度在第一方向上被測量。

形成在有源鰭結(jié)構(gòu)110上的空氣間隔物250b到250e的每個(gè)的寬度基本等于或小于源/漏電極420的第一寬度和第二寬度之間的差。在這種情況下,空氣間隔物250b到250e的每個(gè)的寬度也可以沿第一方向被測量。

在一示例實(shí)施方式中,低kild圖案630被形成在有源鰭結(jié)構(gòu)110上,并且ild圖案600被形成在隔離區(qū)域120上。在一示例實(shí)施方式中,低kild圖案630可以由低kild材料形成,低kild材料的介電常數(shù)小于ild圖案600的介電常數(shù)。例如,低kild圖案630由包括有機(jī)硅玻璃(osg)的低kild材料形成,并且ild圖案600由硅氧化物形成。

在一示例實(shí)施方式中,柵電極覆蓋物710被形成在隔離區(qū)域120上,低kild圖案630被形成在有源鰭結(jié)構(gòu)110上。例如,形成在有源鰭結(jié)構(gòu)110上的金屬柵電極700由低kild圖案630覆蓋。

在下文中,制造半導(dǎo)體器件的方法將參考圖13、圖14a到23a和圖14b到23b被描述。圖13是根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的一示例實(shí)施方式的制造半導(dǎo)體器件的流程圖。圖14a到23a示出根據(jù)圖13的流程圖形成的半導(dǎo)體器件的平面圖。圖14b到23b示出沿圖14a到23a的x-x'截取的截面圖。例如,半導(dǎo)體器件可以包括在柵電極和源/漏電極之間具有空氣間隔物的晶體管??諝忾g隔物可以用作柵電極和源/漏電極之間的電隔離。

圖13的步驟100和200與圖1的步驟100和200基本相同。為了描述的方便,圖13的剩余步驟將參考圖3a和3b的所得結(jié)構(gòu)被描述。

圖14a-15a和14b-15b示出根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的一示例實(shí)施方式的在圖13的步驟250被執(zhí)行之后的薄襯墊層240。

圖14a和14b示出覆蓋形成在圖3a和3b的所得結(jié)構(gòu)上的外延層410的第一掩模m1。例如,第一掩模m1被形成在有源鰭結(jié)構(gòu)110上。在一示例實(shí)施方式中,設(shè)置在隔離區(qū)域120上的初始柵間隔物230使用蝕刻工藝被去除,然后第一掩模m1被去除。第一掩模m1被用作蝕刻工藝的蝕刻掩模。

圖15a和15b示出形成在有源鰭結(jié)構(gòu)110和隔離區(qū)域120上的薄襯墊層240。在薄襯墊層240被形成之前掩模m1被去除。薄襯墊層240被共形地形成在設(shè)置在隔離區(qū)域120上的虛設(shè)柵圖案210以及設(shè)置在有源鰭結(jié)構(gòu)110上的初始柵間隔物230上。

在一示例實(shí)施方式中,薄襯墊層240具有小于初始柵間隔物230的厚度的厚度。薄襯墊層240和初始柵間隔物230的厚度在第一方向上被測量。

圖16a和16b示出在圖15a和15b的所得結(jié)構(gòu)上的ild圖案600'。ild圖案600'被形成在薄襯墊圖案240'上,完全填充圖15b的溝槽300。在一示例實(shí)施方式中,ild層(此處未示出)可以覆蓋圖15a和15b的所得結(jié)構(gòu),然后包括回蝕刻工藝或cmp工藝的平坦化工藝在ild層上被執(zhí)行直到第一掩模圖案220a被暴露。例如,第二掩模圖案220b在平坦化工藝中被去除。薄襯墊層240變成薄襯墊圖案240',并且ild層變成ild圖案600'。初始柵間隔物230相比于在平坦化工藝被執(zhí)行之前的初始柵間隔物230的高度具有減小的高度。由于如圖14中示出的初始柵間隔物230的由第一掩模m1暴露的部分230a在圖13的步驟250中被去除,初始柵間隔物230具有減小的長度。長度沿第二方向被測量。

在這種情況下,在圖16a的平面圖中圖16的初始柵間隔物230由襯墊圖案240'和第一掩模圖案220a圍繞。形成在有源鰭結(jié)構(gòu)110上的初始柵間隔物230被插置在虛設(shè)柵圖案210和初始柵間隔物230之間。沒有初始柵間隔物留在隔離區(qū)域120上。

圖17a和17b示出根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的一示例實(shí)施方式的在圖13的步驟300被執(zhí)行之后形成的金屬柵電極700和柵電極覆蓋物710。在這種情況下,柵電極覆蓋物710可以由sibcn形成。rmg工藝可以在圖16a和16b的所得結(jié)構(gòu)上被執(zhí)行。

在一示例實(shí)施方式中,金屬柵電極700包括第一金屬柵電極700a、第二金屬柵電極700b和第三金屬柵電極700c。第一金屬柵電極700a被形成在隔離區(qū)域120上,并且被插置在兩相鄰襯墊圖案240'之間。第三金屬柵電極700c被形成在有源鰭結(jié)構(gòu)110上,并且被插置在兩相鄰初始柵間隔物230之間。第二金屬柵電極700b被形成在有源鰭結(jié)構(gòu)110和隔離區(qū)域120之間的邊界上。例如,第二金屬柵電極700b被形成在有源鰭結(jié)構(gòu)110和隔離區(qū)域120兩者上。在這種情況下,第二金屬柵電極被插置在鄰近于邊界的初始柵間隔物230和襯墊圖案240'之間。

圖18a-19a和18b-19b示出根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的一示例實(shí)施方式的在步驟400被執(zhí)行之后形成的自對(duì)準(zhǔn)接觸孔sach1和sach2。

圖18a和18b示出限定自對(duì)準(zhǔn)接觸孔sach1和sach2的第二掩模m2。在一示例實(shí)施方式中,第二掩模m2包括開口m2-o,其具有大于外延層410的寬度的第一寬度w1。第二掩模m2的第一寬度和外延層410的寬度沿第一方向被測量。

在第二掩模m2的形成之前,氧化物層610被形成在圖17a和17b的所得結(jié)構(gòu)上。在一示例實(shí)施方式中,氧化物層610和ild圖案600'由包括例如硅氧化物的相同材料形成。

圖19a和19b示出自對(duì)準(zhǔn)接觸孔sach1和sach2。在一示例實(shí)施方式中,包括rie工藝的定向蝕刻工藝使用第二掩模m2作為蝕刻掩模在圖18a和18b的所得結(jié)構(gòu)上被執(zhí)行。定向蝕刻工藝被執(zhí)行以從圖18b的初始柵間隔物230形成柵間隔物230'。在這種情況下,襯墊圖案240'在定向蝕刻工藝中可以用作蝕刻停止層。在定向(各向異性)蝕刻工藝中襯墊圖案240'可以被部分去除,但是襯墊圖案240'的形成在外延層410上的部分可以留下以在定向蝕刻工藝中保護(hù)外延層410。在柵間隔物230'的形成之后,留下的襯墊圖案240'可以使用包括濕法蝕刻或干法蝕刻的各向同性蝕刻工藝被去除直到外延層410通過自對(duì)準(zhǔn)接觸孔sach1和sach2被暴露。在定向蝕刻工藝中,通過開口m2-o1和m2-o2暴露的初始柵間隔物230被凹陷至預(yù)定深度。ild圖案600'在定向蝕刻工藝中可以被完全去除,并且留下的襯墊圖案240'在定向蝕刻工藝中可以保護(hù)外延層410。

圖20a和20b示出在圖13的步驟500被執(zhí)行之后形成的源/漏電極420。源/漏電極420完全填充自對(duì)準(zhǔn)接觸孔sach1和sach2使得源/漏電極420與外延層410接觸。根據(jù)自對(duì)準(zhǔn)接觸孔sach1和sach2的形狀,源/漏電極420有具有第一寬度的上表面和具有小于源/漏電極420的第一寬度的第二寬度的下表面。例如,源/漏電極420包括伸出部分420-oh,其超出源/漏電極420的底部延伸源/漏電極420的第一和第二寬度之間的差。如前述實(shí)施方式中討論的,硅化工藝可以在圖23b的空氣間隔物250被形成之前或之后被執(zhí)行。

為了描述的方便,硅化工藝在圖23b的空氣間隔物250的形成之前被執(zhí)行。在這種情況下,外延層410變成圖21b的硅化物層410'。

圖21a-22a和21b-22b示出根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的一示例實(shí)施方式的在圖13的步驟600被執(zhí)行之后形成的空氣間隔物區(qū)域asr。

圖21a和21b示出具有限定圖22a和22b的空氣間隔物區(qū)域asr的開口m3-o的第三掩模m3。在使用第三掩模m3作為蝕刻掩模的包括rie工藝的定向蝕刻工藝中,圖20b的柵電極覆蓋物710被去除使得金屬柵電極700和柵間隔物230'被暴露。

在柵電極覆蓋物710的形成之后,柵間隔物230'通過包括濕法蝕刻工藝或干法蝕刻工藝的各向同性蝕刻工藝被去除。各向同性蝕刻工藝可以相對(duì)于金屬柵電極700和源/漏電極420選擇性地去除柵間隔物230'。各向同性蝕刻工藝還可以相對(duì)于硅化物層410'和有源鰭結(jié)構(gòu)110選擇性地去除柵間隔物230'。

圖22a和22b示出在圖13的步驟600被執(zhí)行之后的空氣間隔物區(qū)域asr。

空氣間隔物區(qū)域asr包括具有寬度w11的上部和具有寬度w22的下部。具有寬度w22的下部被插置在金屬柵電極700與源/漏電極420的下部之間??諝忾g隔物區(qū)域asr的下部由源/漏電極420的上部遮蓋。例如,源/漏電極420的上部包括伸出部分420-op。在使用化學(xué)氣相沉積(cvd)工藝或旋涂涂覆工藝的沉積工藝中,空氣間隔物區(qū)域asr的下部不被完全填充使得空隙被形成在空氣間隔物區(qū)域asr中??諝忾g隔物區(qū)域asr的上部被完全填充。

圖23a和23b示出根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的一示例實(shí)施方式的在圖13的步驟700被執(zhí)行之后形成的空氣間隔物250。低kild圖案630被形成在空氣間隔物區(qū)域asr中使得低kild圖案在其中具有空隙。低kild圖案完全填充空氣間隔物區(qū)域asr的上部,并且部分填充空氣間隔物區(qū)域asr的下部以形成空氣間隔物。

圖24是具有根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的一示例實(shí)施方式制造的半導(dǎo)體器件的半導(dǎo)體模塊。

參考圖24,半導(dǎo)體模塊500包括半導(dǎo)體器件530。半導(dǎo)體器件530可以根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的一示例實(shí)施方式被形成。半導(dǎo)體器件530被安裝在半導(dǎo)體模塊基板510上。半導(dǎo)體模塊500還包括安裝在半導(dǎo)體模塊基板510上的微處理器520。輸入/輸出端子540被設(shè)置在半導(dǎo)體模塊基板510的至少一側(cè)上。半導(dǎo)體模塊500可以被包括在存儲(chǔ)卡或固態(tài)硬盤(ssd)中。

圖25是具有根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的一示例實(shí)施方式的半導(dǎo)體器件的電子系統(tǒng)的框圖。

參考圖25,根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的一示例實(shí)施方式制造的半導(dǎo)體器件可以被包括在電子系統(tǒng)600中。電子系統(tǒng)600包括主體610、微處理器單元620、電源630、功能單元640和顯示控制器單元650。主體610可以包括具有印刷電路板(pcb)等的系統(tǒng)板或母板。微處理器單元620、電源630、功能單元640和顯示控制器單元650被安裝在或被設(shè)置在主體610上。顯示單元660可以被堆疊在主體610的上表面上。例如,顯示單元660被設(shè)置在主體610的表面上,顯示由顯示控制器單元650處理的圖像。電源630從外部電源接收恒定電壓,產(chǎn)生各種電壓電平以向微處理器單元620、功能單元640和顯示控制器單元650等提供電壓。微處理器單元620從電源630接收電壓以控制功能單元640和顯示單元660。功能單元640可以執(zhí)行電子系統(tǒng)600的各種功能。例如,當(dāng)電子系統(tǒng)600是諸如便攜式電話等的移動(dòng)電子產(chǎn)品時(shí),功能單元640可以包括各種部件,其通過與外部設(shè)備670通信而執(zhí)行諸如撥號(hào)、向顯示單元660視頻輸出或者向揚(yáng)聲器聲音輸出的無線通信功能,并且當(dāng)照相機(jī)被包括時(shí),其可以用作圖像處理器。在一示例實(shí)施方式中,如果電子系統(tǒng)600被連接到存儲(chǔ)卡以擴(kuò)展存儲(chǔ)容量,功能單元640可以用作存儲(chǔ)卡控制器。功能單元640可以通過有線或無線通信單元680與外部設(shè)備670交換信號(hào)。此外,當(dāng)電子系統(tǒng)600需要通用串行總線(usb)以擴(kuò)展功能時(shí),功能單元640可以用作接口控制器。功能單元640可以包括根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的一示例實(shí)施方式制造的半導(dǎo)體器件。

圖26是具有根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的一示例實(shí)施方式制造的半導(dǎo)體器件的電子系統(tǒng)的框圖。

參考圖26,電子系統(tǒng)700可以被包括在移動(dòng)設(shè)備或計(jì)算機(jī)中。例如,電子系統(tǒng)700包括配置為使用總線720執(zhí)行數(shù)據(jù)通信的存儲(chǔ)系統(tǒng)712、微處理器714、隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(ram)716和用戶接口718。微處理器714可以為電子系統(tǒng)700編程并控制電子系統(tǒng)700。ram716可以被用作微處理器714的操作存儲(chǔ)器。例如,微處理器714或ram716可以包括根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的一示例實(shí)施方式制造的半導(dǎo)體器件。

微處理器714、ram716和/或其它部件可以被裝配在單個(gè)封裝中。用戶接口718可以被用于向電子系統(tǒng)700輸入數(shù)據(jù)或從電子系統(tǒng)700輸出數(shù)據(jù)。存儲(chǔ)系統(tǒng)712可以存儲(chǔ)微處理器714的操作代碼、由微處理器714處理的數(shù)據(jù)或從外部接收的數(shù)據(jù)。存儲(chǔ)系統(tǒng)712可以包括控制器和存儲(chǔ)器。

盡管本發(fā)明構(gòu)思已經(jīng)參考其示例實(shí)施方式被示出和描述,但是對(duì)本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來說將是明顯的,可以在此進(jìn)行在形式和細(xì)節(jié)上的各種改變而不背離如所附權(quán)利要求限定的本發(fā)明構(gòu)思的精神和范圍。

本申請(qǐng)要求享有2015年12月28日在美國專利商標(biāo)局提交的美國臨時(shí)專利申請(qǐng)第62/271,684號(hào)以及2016年6月21日在美國專利商標(biāo)局提交的美國臨時(shí)專利申請(qǐng)第15/188,619號(hào)的權(quán)益,其公開通過全文引用合并于此。

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