包括具有多傾角的溝槽壁的半導(dǎo)體器件的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及半導(dǎo)體器件及其制造方法。
【背景技術(shù)】
[0002]近來(lái)，隨著信息媒介的快速發(fā)展，半導(dǎo)體的功能顯著進(jìn)步。近來(lái)發(fā)展的半導(dǎo)體產(chǎn)品能夠以低成本被制造以獲得價(jià)格競(jìng)爭(zhēng)力，并能夠被高度地集成以實(shí)現(xiàn)高品質(zhì)。具體地，為了實(shí)現(xiàn)半導(dǎo)體器件的高集成度，半導(dǎo)體器件已經(jīng)逐漸地按比例縮小。
[0003]集成的半導(dǎo)體器件可以包括有源器件，諸如金屬氧化物半導(dǎo)體(MOS)晶體管。根據(jù)半導(dǎo)體器件的集成，MOS晶體管的柵極的尺寸正在減小，并且柵極下面的溝道區(qū)正在變窄。
[0004]隨著晶體管的柵極的寬度減小，在晶體管的柵極處形成的接觸與晶體管的源極和漏極區(qū)之間的距離也會(huì)減小。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明構(gòu)思能夠提供一種半導(dǎo)體器件，該半導(dǎo)體器件能夠通過(guò)減少置換金屬柵極電極的高度的變化而具有改善的操作性能。
[0006]本發(fā)明構(gòu)思還能夠提供一種用于制造半導(dǎo)體器件的方法，該半導(dǎo)體器件能夠抑制層間絕緣膜在形成置換金屬柵極電極的過(guò)程中損失。
[0007]本發(fā)明構(gòu)思的這些及其它的目的將自以下對(duì)本發(fā)明構(gòu)思的各個(gè)實(shí)施方式的描述而被描述或從該描述變得明顯。
[0008]根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的一些方面，提供一種半導(dǎo)體器件，該半導(dǎo)體器件包括:柵極間隔物，限定溝槽并包括順序地位于基板上的第一部分和第二部分，第一部分的內(nèi)表面具有相對(duì)于基板的銳角傾角(slope)，第二部分的內(nèi)表面具有相對(duì)于基板的直角傾角或鈍角的傾角；和柵極電極，在一些實(shí)施方式中填充溝槽的至少一部分。
[0009]在一些實(shí)施方式中，柵極間隔物的第一部分的內(nèi)表面和柵極間隔物的第二部分的內(nèi)表面具有連續(xù)的輪廓。
[0010]在一些實(shí)施方式中，柵極間隔物還包括位于柵極間隔物的第二部分上的遠(yuǎn)離第一部分的第三部分，柵極間隔物的第三部分連接到柵極間隔物的第二部分。
[0011]在一些實(shí)施方式中，柵極間隔物的第二部分的內(nèi)表面和柵極間隔物的第三部分的內(nèi)表面具有不連續(xù)的輪廓。
[0012]在一些實(shí)施方式中，在柵極間隔物的第二部分和柵極間隔物的第三部分之間的邊界處，由柵極間隔物的第三部分限定的溝槽的寬度大于由柵極間隔物的第二部分限定的溝槽的寬度。
[0013]在一些實(shí)施方式中，柵極間隔物的第一部分具有比柵極間隔物的第二部分大的高度。
[0014]在一些實(shí)施方式中，柵極間隔物的內(nèi)表面具有離開(kāi)基板順序地設(shè)置的第一點(diǎn)、第二點(diǎn)和第三點(diǎn)，溝槽在第一點(diǎn)處的寬度大于溝槽在第二點(diǎn)處的寬度，溝槽在第三點(diǎn)處的寬度大于溝槽在第二點(diǎn)處的寬度。
[0015]在一些實(shí)施方式中，從基板至柵極間隔物的頂表面的高度大于從基板至柵極電極的頂表面的高度。
[0016]在一些實(shí)施方式中，柵極電極填充溝槽的一部分，半導(dǎo)體器件還包括形成在柵極電極上以填充溝槽的剩余部分的覆蓋圖案。
[0017]半導(dǎo)體器件還可以包括鄰近于柵極間隔物的自對(duì)準(zhǔn)接觸。
[0018]半導(dǎo)體器件還可以包括沿溝槽的側(cè)表面和底表面在基板和柵極電極之間延伸的柵極絕緣膜，柵極電極包括在柵極絕緣膜上沿柵極絕緣膜延伸的下柵極電極和在下柵極電極上的上柵極電極。
[0019]在一些實(shí)施方式中，柵極電極是置換金屬柵極電極。
[0020]根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的另一方面，提供一種半導(dǎo)體器件，該半導(dǎo)體器件包括:柵極間隔物，限定溝槽并包括順序地位于基板上的第一部分；第二部分和第三部分，柵極間隔物的第一部分的內(nèi)表面具有相對(duì)于基板的銳角傾角，第二部分的內(nèi)表面具有相對(duì)于基板的直角傾角或鈍角傾角；下柵極電極，沿溝槽的底表面和部分側(cè)表面部分延伸；上柵極電極，在下柵極電極上延伸，并且在一些實(shí)施方式中以填充溝槽的一部分并具有與下柵極電極的最上面的表面共面的頂表面；以及覆蓋圖案，在下柵極電極和上柵極電極上延伸，且在一些實(shí)施方式中填充溝槽的一部分。
[0021]在一些實(shí)施方式中，柵極間隔物的第一部分的內(nèi)表面和柵極間隔物的第二部分的內(nèi)表面具有連續(xù)的輪廓，柵極間隔物的第二部分的內(nèi)表面和柵極間隔物的第三部分的內(nèi)表面具有不連續(xù)的輪廓。
[0022]半導(dǎo)體器件還可以包括鄰近于柵極間隔物的自對(duì)準(zhǔn)接觸。
[0023]根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的另一些方面，提供一種半導(dǎo)體器件，該半導(dǎo)體器件包括:鰭型有源圖案，突出到場(chǎng)絕緣膜上；柵極間隔物，在鰭型有源圖案上限定溝槽并交叉鰭型有源圖案，并且包括第一部分和第二部分，柵極間隔物的第一部分的內(nèi)表面具有相對(duì)于鰭型有源圖案的銳角傾角，第二部分的內(nèi)表面具有相對(duì)于鰭型有源圖案的直角傾角或鈍角傾角；以及置換金屬柵極電極，在一些實(shí)施方式中填充溝槽的至少一部分。
[0024]在一些實(shí)施方式中，柵極間隔物的第一部分和柵極間隔物的第二部分順序地位于場(chǎng)絕緣膜上，柵極間隔物的第一部分的內(nèi)表面和柵極間隔物的第二部分的內(nèi)表面具有連續(xù)的輪廓。
[0025]在一些實(shí)施方式中，柵極間隔物的第一部分的高度大于從場(chǎng)絕緣膜到鰭型有源圖案的頂表面的高度。
[0026]在一些實(shí)施方式中，柵極間隔物還包括在柵極間隔物的第二部分上的遠(yuǎn)離第一部分并連接到柵極間隔物的第二部分的第三部分，柵極間隔物的第二部分的內(nèi)表面和柵極間隔物的第三部分的內(nèi)表面具有不連續(xù)的輪廓。
[0027]在一些實(shí)施方式中，置換金屬柵極電極填充溝槽的一部分并且半導(dǎo)體器件還包括在置換金屬柵極電極上的覆蓋圖案，該覆蓋圖案填充溝槽的剩余部分并具有與柵極間隔物的頂表面共面的頂表面。
[0028]根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的另一些方面，提供一種半導(dǎo)體器件，該半導(dǎo)體器件包括:第一柵極間隔物，限定第一溝槽并包括順序地位于基板上的第一部分和第二部分，第一柵極間隔物的第一部分的內(nèi)表面具有相對(duì)于基板的銳角傾角，第一柵極間隔物的第二部分的內(nèi)表面具有相對(duì)于基板的直角傾角或鈍角傾角；第二柵極間隔物，限定第二溝槽并包括順序地位于基板上的第三部分和第四部分，第二柵極間隔物的第三部分的內(nèi)表面具有相對(duì)于基板的銳角傾角，第二柵極間隔物的第四部分的內(nèi)表面具有相對(duì)于基板的直角傾角或鈍角傾角；第一柵極電極，在一些實(shí)施方式中填充第一溝槽的至少一部分并包括第一 η型功函數(shù)控制膜；以及第二柵極電極，在一些實(shí)施方式中填充第二溝槽的至少一部分并包括第二 η型功函數(shù)控制膜和P型功函數(shù)控制膜。
[0029]在一些實(shí)施方式中，第一柵極電極和第二柵極電極分別填充部分第一溝槽和部分第二溝槽，半導(dǎo)體器件還包括在第一柵極電極上以填充第一溝槽的剩余部分的第一覆蓋圖案以及在第二柵極電極上以填充第二溝槽的剩余部分的第二覆蓋圖案。
[0030]在一些實(shí)施方式中，第一柵極間隔物的第一部分的內(nèi)表面和第一柵極間隔物的第二部分的內(nèi)表面具有連續(xù)的輪廓，第二柵極間隔物的第三部分的內(nèi)表面和第二柵極間隔物的第四部分的內(nèi)表面具有不連續(xù)的輪廓。
[0031]在一些實(shí)施方式中，第一 η型功函數(shù)控制膜沿第一溝槽的至少部分側(cè)表面和底表面延伸，第一柵極電極包括在第一 η型功函數(shù)控制膜上以填充第一溝槽的至少一部分的第一填充柵極電極，P型功函數(shù)控制膜沿第二溝槽的至少部分側(cè)表面和底表面延伸，第二 η型功函數(shù)控制膜在P型功函數(shù)控制膜上沿P型功函數(shù)控制膜延伸，第二柵極電極包括在第二η型功函數(shù)控制膜上以填充第二溝槽的至少一部分的第二填充柵極電極。
[0032]在一些實(shí)施方式中，第二 η型功函數(shù)控制膜在P型功函數(shù)控制膜的最上面的表面上延伸，并且在一些實(shí)施方式中覆蓋P型功函數(shù)控制膜的最上面的表面。
[0033]根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的另一些方面，一種半導(dǎo)體器件包括:在基板上的層，該層中包括溝槽，該溝槽包括遠(yuǎn)離基板的溝槽開(kāi)口、鄰近基板的溝槽底部和在溝槽開(kāi)口和溝槽底部之間的溝槽壁。溝槽壁相對(duì)于溝槽開(kāi)口和溝槽底部收縮(pinch)。半導(dǎo)體器件還包括在溝槽中的導(dǎo)電層，該導(dǎo)電層包括鄰近溝槽開(kāi)口的導(dǎo)電層頂部、鄰近溝槽底部的導(dǎo)電層底部以及在導(dǎo)電層頂部與導(dǎo)電層底部之間的導(dǎo)電層壁。導(dǎo)電層壁也相對(duì)于導(dǎo)電層頂部和導(dǎo)電層底部收縮。
[0034]在一些實(shí)施方式中，該層是單一體(unitary)絕緣層。而且，在一些實(shí)施方式中，該層包括柵極間隔物并包括相對(duì)的第一和第二外壁，導(dǎo)電層包括柵極電極。在這些實(shí)施方式中，半導(dǎo)體器件還包括在第一外壁上遠(yuǎn)離溝槽的第一源極/漏極區(qū)以及在第二外壁上遠(yuǎn)離溝槽的第二源極/漏極區(qū)。在一些實(shí)施方式中，半導(dǎo)體器件還包括從第一源極/漏極下面延伸到溝槽的底部下面以及第二源極/漏極下面的有源半導(dǎo)體區(qū)域。
[0035]在一些實(shí)施方式中，導(dǎo)電層頂部從溝槽開(kāi)口凹陷。半導(dǎo)體器件還可以包括在溝槽中在導(dǎo)電層頂部上且延伸到溝槽開(kāi)口的第二導(dǎo)電層。
【附圖說(shuō)明】
[0036]通過(guò)參照附圖詳細(xì)描述本發(fā)明構(gòu)思的多個(gè)實(shí)施方式，本發(fā)明構(gòu)思的以上和其它的特征和優(yōu)點(diǎn)將變得更加明顯，附圖中:
[0037]圖1A和圖1B示出根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的第一實(shí)施方式的半導(dǎo)體器件；
[0038]圖2示出圖1的柵極間隔物；
[0039]圖3A和圖3B示出形成在圖2的柵極間隔物上的柵極電極的形狀；
[0040]圖4示出根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的第二實(shí)施方式的半導(dǎo)體器件；
[0041]圖5示出根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的第三實(shí)施方式的半導(dǎo)體器件；
[0042]圖6示出根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的第四實(shí)施方式的半導(dǎo)體器件；
[0043]圖7示出根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的第五實(shí)施方式的半導(dǎo)體器件；
[0044]圖8示出根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的第六實(shí)施方式的半導(dǎo)體器件；
[0045]圖9示出根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的第七實(shí)施方式的半導(dǎo)體器件；
[0046]圖10示出根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的第八實(shí)施方式的半導(dǎo)體器件；
[0047]圖11示出根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的第九實(shí)施方式的半導(dǎo)體器件；
[0048]圖12是示出根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的第十實(shí)施方式的半導(dǎo)體器件的透視圖；
[0049]圖13是沿圖12的線A-A截取的截面圖；
[0050]圖14是示出根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的第十一實(shí)施方式的半導(dǎo)體器件的透視圖；
[0051]圖15是沿圖14的線A-A截取的截面圖；
[0052]圖16是示出根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的第十二實(shí)施方式的半導(dǎo)體器件的透視圖；
[0053]圖17是沿圖16的線A-A截取的截面圖；
[0054]圖18是包括根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的一些實(shí)施方式的半導(dǎo)體器件的電子系統(tǒng)的框圖；
[0055]圖19和圖20示出能夠采用根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的一些實(shí)施方式的半導(dǎo)體器件的半導(dǎo)體系統(tǒng)；
[0056]圖21至圖29示出用于制造根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的第一實(shí)施方式的半導(dǎo)體器件的方法中的中間工藝步驟；
[0057]圖30和圖31示出用于制造根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的第二實(shí)施方式的半導(dǎo)體器件的方法中的中間工藝步驟；
[0058]圖32和圖33示出用于制造根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的第三實(shí)施方式的半導(dǎo)體器件的方法中的中間工藝步驟；
[0059]圖34至圖36示出用于制造根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的第四實(shí)施方式的半導(dǎo)體器件的方法中的中間工藝步驟；以及
[0060]圖37和圖38示出用于制造根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的第五實(shí)施方式的半導(dǎo)體器件的方法中的中間工藝步驟。
【具體實(shí)施方式】
[0061]現(xiàn)在在下文將參照附圖更充分地描述本發(fā)明構(gòu)思，附圖中示出了本發(fā)明構(gòu)思的多個(gè)實(shí)施方式。然而，本發(fā)明構(gòu)思可以以不同的形式實(shí)施，而不應(yīng)被解釋為限于這里闡述的實(shí)施方式。而是，提供這些實(shí)施方式使得本公開(kāi)將透徹和完整，并將本發(fā)明構(gòu)思的范圍充分傳達(dá)給本領(lǐng)域技術(shù)人員。相同的附圖標(biāo)記在整個(gè)說(shuō)明書(shū)中指代相同的部件。在附圖中，為清晰起見(jiàn)，層和區(qū)域的厚度被夸大。
[0062]將理解，當(dāng)稱一個(gè)元件或?qū)印斑B接到”或“聯(lián)接到”另一元件或?qū)訒r(shí)，它可以直接連接到或聯(lián)接到另一元件或?qū)?，或者可以存在居間元件或?qū)?。相反，?dāng)稱一個(gè)元件“直接連接到”或“直接聯(lián)接到”另一元件或?qū)訒r(shí)，不存在居間元件或?qū)?。相同的附圖標(biāo)記始終指代相同的元件。在這里使用時(shí)，術(shù)語(yǔ)“和/或”包括一個(gè)或多個(gè)所列相關(guān)項(xiàng)目的任何及所有組合。
[0063]還將理解，當(dāng)稱一層“在”另一層或基板“上”時(shí)，它可以直接在該另一層或基板上，或者也可以存在居間元件。相反，當(dāng)稱一層“直接在”另一元件“上”時(shí)，不存在插入的元件。
[0064]將理解，雖然這里可使用術(shù)語(yǔ)第一、第二等來(lái)描述各種元件，但這些元件不應(yīng)受限于這些術(shù)語(yǔ)。這些術(shù)語(yǔ)僅用于將一個(gè)元件與另一個(gè)元件區(qū)別開(kāi)。因此，例如，以下討論的第一元件、第一部件或第一部分可以被稱為第二元件、第二部件或第二部分，而沒(méi)有背離本發(fā)明構(gòu)思的教導(dǎo)。
[0065]在描述本發(fā)明構(gòu)思的上下文中(特別是在權(quán)利要求書(shū)的上下文中)使用的術(shù)語(yǔ)“一”和“該”以及類似指示語(yǔ)將被解釋為涵蓋單數(shù)和復(fù)數(shù)兩者，除非這里另外地指示或明顯與上下文矛盾。術(shù)語(yǔ)“包括”、“具有”和“包含”將被解釋為開(kāi)放性術(shù)語(yǔ)(也就是，表示“包括，但不限于”)，除非另外指出。
[0066]除非另外定義，此處使用的所有技術(shù)術(shù)語(yǔ)和科學(xué)術(shù)語(yǔ)都具有本發(fā)明構(gòu)思所屬領(lǐng)域內(nèi)的普通技術(shù)人員通常理解的相同含義。注意到，任何和所有實(shí)例的使用或這里提供的示范性術(shù)語(yǔ)僅旨在更好地說(shuō)明本發(fā)明構(gòu)思而不是對(duì)本發(fā)明構(gòu)思的范圍的限制，除非另外說(shuō)明。此外，除非另外限定，在通用詞典中限定的所有術(shù)語(yǔ)不會(huì)被過(guò)度地解釋。
[0067]在下文，將參照?qǐng)D1A至圖3B來(lái)描述根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的第一實(shí)施方式的半導(dǎo)體器件。
[0068]圖1A和圖1B示出根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的第一實(shí)施方式半導(dǎo)體器件，圖2示出圖1的柵極間隔物，圖3A和圖3B示出形成在圖2的柵極間隔物上的柵極電極的形狀。具體地，圖1B示出形成在圖1所示的柵極間隔物之間的接觸。圖3A示出下柵極電極，圖3B示出下柵極電極和上柵極電極被形成的狀態(tài)。在圖1A和圖1B中，為了方便說(shuō)明，形成在基板中的源極/漏極區(qū)以及隔離膜(諸如，淺溝槽隔離(STI))沒(méi)有被示出。
[0069]參照?qǐng)D1A和圖1B，根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的第一實(shí)施方式的半導(dǎo)體器件I可以包括諸如第一柵極間隔物140、第一溝槽145、第一下柵極電極120、第一上柵極電極130、第一覆蓋圖案150以及第一接觸180的層。第一上柵極電極130和/或第一下柵極電極120也可以在這里被稱為導(dǎo)電層135。
[0070]基板100可以是體硅或絕緣體上硅(SOI)。備選地，基板100可以是硅基板，或由包括例如鍺、硅鍺、銦銻化物、鉛碲化物化合物、銦砷化物、銦磷化物、鎵砷化物和/或鎵銻化物的其它材料制成的基板，但是本發(fā)明構(gòu)思的方面不限于此。
[0071]第一柵極間隔物140形成在基板100上。第一柵極間隔物140可以包括例如硅氧化物、硅氮化物和/或硅氮氧化物。由于第一柵極間隔物140在形成自對(duì)準(zhǔn)接觸期