專利名稱：具有內(nèi)部隔片結(jié)構(gòu)的金屬鑲嵌柵極場效應(yīng)晶體管的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及具有布置了內(nèi)部隔片結(jié)構(gòu)的金屬鑲嵌柵極的MOSFET(金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管)器件以及所述器件的形成工藝。
技術(shù)領(lǐng)域為了擴(kuò)展CMOS的縮放比例，研究了具有更高介電常數(shù)(Hi-K)的電介質(zhì)。對于給定的柵極電容，在溝道中存在電荷，Hi-K電介質(zhì)可以更厚，從而減小隧穿泄漏。為了進(jìn)一步增大柵極電容，并且使薄硅實現(xiàn)(thin-siliconimplementation)具有適當(dāng)?shù)囊莩龉ΓＭ捎媒饘贃艠O。這些材料選項經(jīng)常與常規(guī)工藝過程的高溫前端處理存在抵觸，因此，嘗試采用替換柵極方法，其中在通過去除偽柵形成的溝槽中淀積Hi-K電介質(zhì)和金屬。
隨著場效應(yīng)晶體管(FET)柵極長度的減小，Hi-K電介質(zhì)覆蓋了越來越多的溝槽部分。柵極本身的底部拐角傾向于變圓，因此，只有柵極的中央具有充分的溝道控制。此外，源極/漏極(S/D)擴(kuò)展注入?yún)^(qū)和柵極邊緣之間存在的縫隙增大了FET的開啟電阻。因此，需要替代常規(guī)方法的器件形成方法，其能夠在柵極和S/D擴(kuò)展區(qū)之間實現(xiàn)更好的覆蓋或?qū)?zhǔn)，并且能夠?qū)崿F(xiàn)更好的柵極接觸輪廓，從而改善器件性能。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明涉及具有改善的器件性能的MOSFET，以及制造所述器件的方法。所述MOSFET包括源極擴(kuò)展區(qū)(source extension)、布置在所述源極擴(kuò)展區(qū)上的源極接觸、漏極擴(kuò)展區(qū)、布置在所述漏極擴(kuò)展區(qū)上的漏極接觸、位于所述源極擴(kuò)展區(qū)和所述漏極擴(kuò)展區(qū)之間的溝道、所述溝道之上的介質(zhì)層、布置在所述介質(zhì)層的頂面的周邊部分上的柵極隔片結(jié)構(gòu)，所述柵極隔片結(jié)構(gòu)具有與介質(zhì)層的頂面以接近直角的角度相交的內(nèi)表面。至少，布置在介質(zhì)層頂面的非周邊部分的柵極的下部被柵極隔片結(jié)構(gòu)所環(huán)繞，并與其內(nèi)表面接觸。而且，所述柵極在底部與所述溝道對準(zhǔn)。
一種形成MOSFET的方法，其包括在襯底上提供溝道層；在所述溝道層中形成源極擴(kuò)展區(qū)和漏極擴(kuò)展區(qū)，由此在源極擴(kuò)展區(qū)和漏極擴(kuò)展區(qū)之間界定溝道；在所述溝道之上形成介質(zhì)層；在所述介質(zhì)層的頂面的周邊部分之上形成柵極隔片結(jié)構(gòu)，所述柵極隔片結(jié)構(gòu)的內(nèi)表面的下部基本上垂直于介質(zhì)層的頂面，由此界定了側(cè)壁為所述柵極隔片結(jié)構(gòu)的內(nèi)表面，底部為所述介質(zhì)層的空腔；通過將導(dǎo)電材料布置到所述空腔當(dāng)中，以接觸所述介質(zhì)層的頂面而形成柵極接觸。


下面將通過附圖和下面的實例對本發(fā)明予以更為詳細(xì)的說明。圖1-14示出了在制造過程的各個階段所獲得的結(jié)構(gòu)。
圖1示出了帶有底部絕緣體、溝道層和保護(hù)層的襯底的橫截面圖；圖2說明了在圖1所示的結(jié)構(gòu)之上形成偽柵(dummy gate)；圖3說明了由圖2所示的結(jié)構(gòu)形成溝道、偽柵隔片和隔離隔片結(jié)構(gòu)；圖4示出了在圖3所示的結(jié)構(gòu)上形成的第一覆層(overlayer)和第二覆層；圖5示出了對偽柵進(jìn)行平面化處理之后的圖4的結(jié)構(gòu)；圖6示出了去除偽柵和偽柵隔片之后的結(jié)構(gòu)；圖7示出了帶有隔離隔片的圖6的結(jié)構(gòu)；圖8說明了介質(zhì)層和柵極隔片的形成；圖9說明了柵極接觸的形成；圖10-12說明了在柵極接觸的底部形成介質(zhì)層的備選工藝程序；圖13示出了圖9中的器件的放大橫截面圖；圖14示出了備選器件結(jié)構(gòu)的橫截面圖。
所述附圖只做說明意圖，因此沒有按實際尺寸或按比例繪制。
具體實施例方式
現(xiàn)在，將參照本申請的附圖對本發(fā)明進(jìn)行更為詳細(xì)的說明。在附圖當(dāng)中，采用類似的附圖標(biāo)記表示類似的相應(yīng)元件。
圖1示出了初始的疊置結(jié)構(gòu)，其包括具有位于其上的底部絕緣體2的襯底1，還可以將底部絕緣體2稱為埋入氧化層。初始疊置結(jié)構(gòu)還包括位于底部絕緣體2頂部的溝道層3和位于溝道層3頂部的氧化層4，還可以將氧化層4稱為襯墊保護(hù)層。
可以采用本領(lǐng)域公知的常規(guī)材料和工藝步驟制造圖1所示的結(jié)構(gòu)。例如，襯底1可以包括任何半導(dǎo)體材料，包括但不限于Si、Ge、SiGe、GaAs、InAs、InP和所有其他III/V半導(dǎo)體化合物，還可以是包括不同半導(dǎo)體材料的分層襯底，例如Si/SiGe。圖1中的示例性實施例示出了絕緣體上硅(SOI)結(jié)構(gòu)，其中，在埋入氧化層2上提供溝道層3。對于具有埋入氧化層2的實施例而言，襯底1還可以是任何其他材料(例如不限于半導(dǎo)體)，只要其為層2提供足夠的支持即可。在其他實施例中，可以省略層2。襯底可以是n型或p型，這取決于所希望制造的器件。襯底可以進(jìn)一步含有有源器件區(qū)、線路區(qū)、隔離區(qū)或其他類似的區(qū)域(未示出)。襯底1還可以由諸如SiO2的介電材料構(gòu)成，并且可以被用作存儲器件的隔離區(qū)。通常，可以省略層1或?qū)?；或者所述的兩個層可以包括任何適當(dāng)?shù)牟牧匣蚓唧w器件應(yīng)用所需要的材料組合。
溝道層3可以包括任何半導(dǎo)體材料，例如Si、SiGe、SiGeC、InAs、GaAs、InP和其他III/V化合物半導(dǎo)體。這里還可以考慮這些半導(dǎo)體材料的組合，包括具有應(yīng)變或不具有應(yīng)變的。可以采用常規(guī)淀積工藝形成溝道層3，例如，包括化學(xué)氣相淀積(CVD)、等離子體輔助CVD、蒸鍍或化學(xué)溶液淀積。此外，可以采用商用的SIMOX或SMARTCUT[Bruel et al.Jpn.J.Appl.Phys.，″Smart Cuta new silicon on insulator material technology based onhydrogen implantation and wafer bonding″，36(1997)1636-1641]工藝，由SOI形成溝道層3。典型地，溝道層3具有大約10nm的厚度。它可以具有大約在20到100nm之間的初始厚度，并在之后減小到預(yù)期厚度。
襯墊保護(hù)層4可以包括諸如SiO2的氧化物，其采用常規(guī)的熱工藝形成，或者通過諸如化學(xué)氣相淀積(CVD)、等離子體輔助CVD、濺射、蒸鍍或其他淀積工藝的常規(guī)淀積工藝形成。襯墊保護(hù)層4的厚度對于本發(fā)明來講是無關(guān)緊要的，因此可以發(fā)生變化。不管采用哪種技術(shù)，襯墊保護(hù)層4通常具有大約2到30nm之間的厚度，優(yōu)選處于大約5到10nm之間。
圖2示出了構(gòu)圖步驟的結(jié)果，其中，在圖1的疊置結(jié)構(gòu)之上采用偽柵(dummy gate)硬掩模6對偽柵5或犧牲柵進(jìn)行構(gòu)圖。這可以通過在圖1所示的結(jié)構(gòu)之上淀積例如包括多晶硅或非晶硅的偽柵層，之后淀積偽柵硬掩模層來實現(xiàn)。在采用常規(guī)光刻技術(shù)和反應(yīng)離子蝕刻(RIE)對偽柵硬掩模6進(jìn)行構(gòu)圖之后，通過RIE將所述柵極圖案轉(zhuǎn)移到下部的偽柵層。襯墊保護(hù)層4起著蝕刻停止層的作用，在對偽柵5進(jìn)行RIE構(gòu)圖時保護(hù)溝道層3。
在接下來的步驟中，將摻雜劑通過襯墊保護(hù)層4摻雜到溝道層3中，從而形成源極/漏極擴(kuò)展區(qū)，也稱為源極/漏極(S/D)結(jié)，偽柵5起著注入掩模的作用。在離子注入之后，對S/D擴(kuò)展區(qū)進(jìn)行退火，以激活摻雜劑。這樣在S/D擴(kuò)展區(qū)之間界定了具有預(yù)定溝道長度的溝道9(參見圖3)，該預(yù)定長度基本上等于偽柵5的長度。
之后，鄰近偽柵5形成偽柵隔片8，其由襯墊保護(hù)層4向上延伸至偽柵硬掩模6。偽柵隔片8可以包括易于在后續(xù)工藝步驟中去除的氧化物或其他材料。在本實施例中，偽柵隔片8具有一體的構(gòu)造，例如，以圍繞偽柵5的環(huán)形形式存在。例如，可以首先在圖2所示的結(jié)構(gòu)之上淀積由適當(dāng)材料構(gòu)成的層(在形成S/D之后)，之后進(jìn)行反應(yīng)離子蝕刻，從而形成偽柵隔片8。
在偽柵隔片8的側(cè)面形成隔離隔片結(jié)構(gòu)7。在圖3中示出了所得到的結(jié)構(gòu)。在本實施例中，隔離隔片7具有一體的構(gòu)造，例如，以圍繞所述偽柵隔片8的環(huán)形的形式存在。正如這里所采用的，采用隔離隔片結(jié)構(gòu)7表示(諸)隔離隔片，不管其是否具有一體的結(jié)構(gòu)。在實踐當(dāng)中，由于相對來講易于制造，因此優(yōu)選采用一體的結(jié)構(gòu)。隔離隔片結(jié)構(gòu)7可以由任何絕緣材料構(gòu)成，例如包括氧化物、氮化物、氮氧化物或它們的任何組合，只要相對于偽柵隔片8的材料能夠?qū)λ鼋^緣材料進(jìn)行有選擇地蝕刻即可?？梢酝ㄟ^淀積絕緣材料，之后進(jìn)行蝕刻形成隔離隔片結(jié)構(gòu)7。優(yōu)選材料是氮化硅。
之后，在圍繞偽柵5和偽柵隔片8的區(qū)域去除襯墊保護(hù)層4以暴露溝道層3，例如，這可以采用HF通過濕法化學(xué)蝕刻完成。
在下述步驟中，可以在源極/漏極擴(kuò)展區(qū)之上構(gòu)建源極/漏極接觸10(參見圖4)。這可以通過外延生長，以形成升高的源極/漏極接觸10，之后注入如砷(As)或硼(B)的摻雜劑來實現(xiàn)。之后，可以使源極/漏極接觸10生成硅化物。最終，源極/漏極接觸10成為由下部硅層和上部金屬硅化物層構(gòu)成的復(fù)合層。
接下來，在整個結(jié)構(gòu)之上淀積第一覆層11，例如示范性地包含氮化硅的絕緣層，之后淀積第二覆層12，例如包括氧化物。對第二覆層12進(jìn)行平面化處理直至第一覆層11，例如，可以通過化學(xué)機(jī)械平面化處理(CMP)。不需要精確的時間控制，因為第一覆層11起著平面化阻擋層的作用。圖4示出了所得到的結(jié)果。注意，在備選實施例中，第一覆層11可以包括氧化物，第二覆層12可以包括氮化硅。但是，在后一實施例中，第二覆層12的CMP可能需要時間控制，因為無法相對下部氧化物對氮化物進(jìn)行有選擇的拋光。
可以對第二覆層12、氮化物覆層11以及偽柵掩模6的殘余進(jìn)行蝕刻直至偽柵5，例如可以采用RIE。在所使用的材料均不具有自然的蝕刻阻擋功能時，優(yōu)選對這一步驟進(jìn)行時間控制，從而在預(yù)期的偽柵高度停止。由于多晶硅中的RIE蝕刻速率可能低于氮化物和氧化物中的蝕刻速率，因此，如果偽柵5是由多晶硅構(gòu)成的，那么其可能比第一覆層11和偽柵隔片8的剩余部分稍高一點。圖5示出了這一步驟所得到的結(jié)果。
之后，通過蝕刻去除偽柵5，例如采用氫氧化鉀(KOH)。襯墊保護(hù)層4保護(hù)溝道層3和溝道9免受蝕刻劑影響。
接下來，例如，采用稀釋的HF去除偽柵隔片8，其還去除了襯墊保護(hù)層4，所得到的結(jié)構(gòu)如圖6所示。第一覆層11和隔離隔片結(jié)構(gòu)7可以包括抗HF的氮化硅。通常，隔離隔片結(jié)構(gòu)7起著防止源極/漏極接觸10受到蝕刻劑侵蝕的作用，所述蝕刻劑用于去除偽柵隔片8。但是，如果S/D接觸10的材料能夠抵抗用來去除偽柵隔片8的蝕刻劑的作用，那么隔片7就不是必需的。
如圖6所示，溝道層3和隔離隔片7一起界定了空腔13。在沒有可選的隔離隔片結(jié)構(gòu)7的情況下，可以由溝道層3界定空腔13的底部，由S/D接觸10和覆層11的側(cè)表面界定空腔13的側(cè)壁?？梢钥吹剑瑴系?的長度短于氮化物隔片7之間的距離。在這一過程中，偽柵5用作犧牲功能部件，有助于界定溝道長度，而偽柵隔片8則允許界定的空腔13具有大于所述溝道長度的底部橫向尺寸?？涨?3通常，但未必一定是高縱橫比的孔徑。這里，采用術(shù)語“高縱橫比的孔徑”表示空腔13的高寬比(H/W)為2或更大。
在這一階段，可以在溝道層3和位于空腔13內(nèi)的溝道9上生長可選的犧牲氧化層，以生成用于下一步驟的更為清潔的表面。犧牲氧化層還起著使溝道9更薄的作用，因為這一生長不僅在溝道9和溝道層3的頂部添加材料，還會延伸到溝道9和溝道層3內(nèi)部。之后，通過選擇蝕刻去除犧牲氧化層，在空腔13的底部保留更加潔凈的，變薄了的溝道9和溝道層3。這生成了溝道層3的“凹陷”部分，它比位于空腔13之外的其余溝道層更薄。
之后，可以在空腔13的底部形成可選的柵極隔離層14，如圖7所示。柵極隔離層14在溝道9和將要在其上淀積的絕緣材料之間起著緩沖層的作用。柵極隔離層14的優(yōu)選材料為氧化硅，其可以熱生長獲得，如果必要的話對其進(jìn)行減薄。但是，還有其他合適的材料。例如，這一柵極隔離層用于防止硅溝道中的遷移率下降，這種遷移率下降可能是由介質(zhì)層中的散射機(jī)制引起的。
之后，淀積優(yōu)選包括高K介電材料的介質(zhì)層15。如圖8所示，介質(zhì)層15覆蓋氮化物覆層11、隔離隔片7的側(cè)壁和柵極隔離層14。高K材料是指介電常數(shù)大約超過10或更高的材料。此類材料的例子包括但不限于氧化鉿、硅酸鉿、氧化鋁或氧化鋯。
如果在所述工藝過程的這一階段形成柵極，那么和常規(guī)方法中的做法一樣，存在兩個弊端首先，柵極和溝道層3中的源極/漏極擴(kuò)展區(qū)之間的寄生電容將過高。其次，在介質(zhì)層從位于柵極隔離層14之上的平面過渡到鄰近隔離隔片結(jié)構(gòu)7的平面的區(qū)域內(nèi)，在淀積工藝特性的影響下，介質(zhì)層展示出圓形邊緣。這些圓形邊緣將導(dǎo)致介質(zhì)層15在源極/漏極擴(kuò)展區(qū)和柵極邊緣之間增厚，引起對溝道9的柵極控制減弱，F(xiàn)ET的開啟電阻將由此增大，亞閾值擺動(sub-threshold swing)也將劣化。由于只有柵極的中央具有對溝道的充分控制，因此器件性能將劣化。
因此，根據(jù)本發(fā)明，在空腔13的內(nèi)部形成“內(nèi)部”柵極隔片16，或更一般地來講，形成柵極隔片結(jié)構(gòu)，如圖8所示。例如，可以通過在空腔13中淀積諸如氧化物或其他適當(dāng)材料的隔片材料獲得所述柵極隔片結(jié)構(gòu)，并對淀積材料進(jìn)行各向異性蝕刻，例如通過RIE，使得溝道9上的部分介質(zhì)層15露出，并將柵極隔片結(jié)構(gòu)16留在空腔13的側(cè)壁上。柵極隔片結(jié)構(gòu)16的這一布置使溝道9上的空腔13變窄。柵極隔片結(jié)構(gòu)16具有下部基本上垂直于介質(zhì)層15的內(nèi)表面16S(即，面向空腔13的內(nèi)部、遠(yuǎn)離空腔側(cè)壁的表面)。換句話說，內(nèi)表面16S在空腔13的底部大約以直角接觸介質(zhì)層15或與之相遇，但是與直角還存在一定偏差的角度，例如更大或更小的角度都是可能的。但是，優(yōu)選采用大的凹角(re-entrant)輪廓。柵極隔片結(jié)構(gòu)16的蝕刻過程相對于介質(zhì)層15是具有選擇性的。可以看到，所示的柵極隔片結(jié)構(gòu)16具有一體的結(jié)構(gòu)，例如，以嵌入到空腔13以內(nèi)的環(huán)形造型存在。原則上，柵極隔片結(jié)構(gòu)16還可以由兩個單獨的隔片形成，盡管其可能包括更為復(fù)雜的制造過程。
之后，采用導(dǎo)電材料填充空腔13，以形成柵極17。這可以向空腔13內(nèi)和介質(zhì)層15上淀積材料來實現(xiàn)。例如，可以通過諸如鎢或氮化鈦的氣相淀積，或者通過淀積非晶硅，并將其與諸如鎳的金屬反應(yīng)以生成硅化物來形成所述導(dǎo)電材料，之后，將其減薄至介質(zhì)層15，并通過例如CMP盡可能地去除位于空腔13之外的導(dǎo)電材料和介質(zhì)層15。還可以采用多晶硅，例如原位(in-situ)摻雜的或采用常規(guī)的離子注入和退火技術(shù)進(jìn)行摻雜的，只要退火溫度和條件與介質(zhì)層15和第二覆層11兼容即可。圖9示出了所得到的結(jié)構(gòu)。溝道9不僅小于隔離隔片7之間的距離，而且基本上與柵極17的底部橫向?qū)?zhǔn)，而且，柵極17的下部輪廓在與介質(zhì)層15的界面處也得到了改善。具體而言，在柵極隔片16、介質(zhì)層15和柵極17的底部相遇的區(qū)域內(nèi)不再具有圓形拐角。相反，柵極17的下部和介質(zhì)層15相遇在由內(nèi)部隔片結(jié)構(gòu)16界定的一個相對銳利的“邊緣”，二者之間基本上相互垂直。這提供了從柵極17到溝道9的更好的控制。
通常，可以采用很多不同的導(dǎo)電材料形成柵極17，例如包括諸如鎢、錸、鉭、鉿、鉬、鋁、鑭的元素金屬，諸如氮化鈦、氮化鉭、氮化鎢、氮化鉭硅的金屬氮化物，各種硅化物柵極(具有或不具有用于閾值電壓控制的摻雜劑)；以及導(dǎo)電金屬氧化物，只要它們與預(yù)期的工藝兼容即可。
圖10-12示出了可以用來形成具有內(nèi)部柵極隔片的柵極的備選工藝程序。在本實施例中，對圖7中的結(jié)構(gòu)采取淀積步驟，其中，只在位于空腔13的底部的柵極隔離層14上形成介質(zhì)層15。例如，這可以通過對諸如鉿、鋯、鋁、以及其他材料進(jìn)行熱蒸鍍的方向性淀積工藝，以及此后向諸如金屬氧化物、硅酸鹽或其他適當(dāng)?shù)母逰材料的化學(xué)轉(zhuǎn)化來獲取所述介質(zhì)層15，所述化學(xué)轉(zhuǎn)化的目的在于進(jìn)一步降低側(cè)壁電容。如圖10所示，介質(zhì)層15只覆蓋了空腔13的底部。但是，仍然存在問題，即介質(zhì)層15與隔離隔片結(jié)構(gòu)7相交的邊緣可能未得到良好的界定，其或者向上呈圓弧狀，或者向下呈圓弧狀(例如，類似新月(cusp))，這將導(dǎo)致在第一種情況下，降低在所要形成的柵極和溝道9之間的控制；在第二種情況下，存在在所要形成的柵極和溝道9之間產(chǎn)生短路的危險。
因此，如圖11所示，在空腔13內(nèi)部形成內(nèi)部柵極隔片結(jié)構(gòu)16，具體過程與參照圖8進(jìn)行的前述說明相同。這里，柵極隔片結(jié)構(gòu)16既與介質(zhì)層15接觸又與隔離隔片結(jié)構(gòu)7接觸。相反，在沒有隔離隔片結(jié)構(gòu)7的其他實施例中，柵極隔片結(jié)構(gòu)16將與覆層11接觸。
如前所述，之后采用導(dǎo)電材料填充空腔13，以形成柵極17，具體過程如前所述。圖12示出了所得到的結(jié)構(gòu)。位于柵極17的底部和介質(zhì)層15之間的界面再一次通過柵極隔片結(jié)構(gòu)16得到了更好界定，并且通過其提供了對溝道9的更好控制。如上所述，隔離隔片結(jié)構(gòu)7和柵極隔離層14是可選的，在備選實施例中可以省略其中的一個或全部省略。
圖13示出了圖9中的器件的放大圖，其采用了不同的附圖標(biāo)記來表示源極側(cè)元件和漏極側(cè)元件。溝道層3布置在襯底1之上，其包括溝道9、源極擴(kuò)展區(qū)3a和漏極擴(kuò)展區(qū)3b。溝道9的特點在于具有橫向溝道長度(1)。分別提供源極接觸10a和漏極接觸10b與源極擴(kuò)展區(qū)3a和漏極擴(kuò)展區(qū)3b接觸。
在溝道層3上布置柵極隔離層14，在柵極隔離層14上布置介質(zhì)層15。在其他實施例中，可以省略柵極隔離層14。在圖13的實施例中，介質(zhì)層15具有U型截面，其具有基本上垂直的側(cè)壁部分和具有頂面15T的水平部分。如16a和16b所示的內(nèi)部柵極隔片結(jié)構(gòu)布置在介質(zhì)層15的頂面15T的周邊區(qū)域上。注意，內(nèi)部隔片結(jié)構(gòu)16a和16b覆蓋了位于介質(zhì)層15的水平部分和側(cè)壁部分之間的圓形邊緣或輪廓，其(遠(yuǎn)離介質(zhì)層15的)內(nèi)表面16S的下部基本上垂直于介質(zhì)層15的頂面15T。在這種情況下，內(nèi)部隔片結(jié)構(gòu)16a和16b還與U型介質(zhì)層15的垂直側(cè)壁部分接觸。在這一實施例中，內(nèi)表面16S為曲面，例如具有朝向頂部彎曲的區(qū)域。其他變化也是可能的，取決于所采用的具體工藝步驟。例如，內(nèi)部隔片16a和16b還可以具有矩形截面，例如，通過打磨或切除上部彎曲區(qū)域，形成內(nèi)表面的水平部分。
采用適當(dāng)?shù)臇艠O材料填充隔片結(jié)構(gòu)16a和16b之間的空間以及介質(zhì)層15的相對側(cè)壁之間的空間，從而形成下部被柵極隔片結(jié)構(gòu)16a和16b環(huán)繞，上部被介質(zhì)層15環(huán)繞的柵極17。在柵極17的底部，其具有至少等于溝道長度的水平尺寸，并且基本上與溝道9對準(zhǔn)(即，基本上與S/D擴(kuò)展區(qū)的邊緣橫向?qū)?zhǔn))。在這一器件當(dāng)中，隔片結(jié)構(gòu)16a和16b有效地界定了柵極的底部和下部，從而與介質(zhì)層15的“非周邊”部分接觸，進(jìn)而在位于柵極17的底部和介質(zhì)層15的頂面15T之間獲取得到界定更好的邊緣，例如更加陡峭的邊緣。這一柵極接觸的底部輪廓為所述器件實現(xiàn)了改善的溝道控制。
如圖13所示，通過隔離隔片結(jié)構(gòu)(如源極側(cè)上的7a和漏極側(cè)上的7b所示)使源極接觸10a和漏極接觸10b與介質(zhì)層15絕緣。如上所述，是否采用隔離隔片結(jié)構(gòu)7是可選的，取決于源極接觸10a和漏極接觸10b所采用的材料和具體的工藝條件，可以省略所述隔離隔片結(jié)構(gòu)7。
在形成這一結(jié)構(gòu)之后，可以實施慣常采用的中端和末端流水線工藝，包括形成背柵接觸。
圖14示出了備選器件結(jié)構(gòu)，其中，只在空腔13的底部形成介質(zhì)層15(參見借助附圖10-12的描述)，并且省略了柵極隔離層14和隔離隔片7。在這一實施例中，柵極隔片結(jié)構(gòu)16a、16b還鄰近源極接觸、漏極接觸和覆層11，并與之接觸。
盡管本發(fā)明只示出了一個FET結(jié)構(gòu)的形成，但是也可以考慮在單個襯底上形成多個這樣的FET結(jié)構(gòu)。
盡管已經(jīng)參照本發(fā)明的優(yōu)選實施例對本發(fā)明進(jìn)行了特別地展示和說明，但是所述領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該理解的是，在不背離述權(quán)利要求定義的本發(fā)明的精神和范圍的情況下，在其外形和細(xì)節(jié)上可做出前述和其他改變。因此，本發(fā)明不僅限于說明書和附圖中具體的外形和細(xì)節(jié)，而是由權(quán)利要求界定范圍。
所公開的任何實施例均可以與得到圖示和/或說明的一個或幾個其他實施例進(jìn)行結(jié)合。對于實施例的一個或多個功能部件也可以進(jìn)行這種結(jié)合。
本領(lǐng)于技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解的是，在不背離權(quán)利要求界定的本發(fā)明的精神的情況下，可以在很多方面對所公開的構(gòu)造做出改變。
權(quán)利要求
1.一種金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管，其包括源極擴(kuò)展區(qū)；布置在所述源極擴(kuò)展區(qū)上的源極接觸；漏極擴(kuò)展區(qū)；布置在所述漏極擴(kuò)展區(qū)上的漏極接觸；位于所述源極擴(kuò)展區(qū)和所述漏極擴(kuò)展區(qū)之間的溝道；位于所述溝道之上的介質(zhì)層；布置在所述介質(zhì)層的頂面的周邊部分上的柵極隔片結(jié)構(gòu)，其具有與所述頂面以直角相交的內(nèi)表面；布置在所述介質(zhì)層的所述頂面的非周邊部分上的柵極，其至少下部被所述柵極隔片結(jié)構(gòu)的內(nèi)表面圍繞，并與之接觸；并且，所述柵極在底部基本上與所述溝道對準(zhǔn)。
2.如權(quán)利要求1所述的金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管，其中，所述柵極隔片結(jié)構(gòu)與所述源極接觸和所述漏極接觸相鄰。
3.如權(quán)利要求1所述的金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管，其中，所述介質(zhì)層包括介電常數(shù)大于約10的材料。
4.如權(quán)利要求1所述的金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管，其中，所述介質(zhì)層具有U型截面，所述U型截面的垂直部分鄰接所述介質(zhì)層的所述頂面的周邊部分。
5.如權(quán)利要求4所述的金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管，其中，所述U型介質(zhì)層的垂直部分圍繞所述柵極的上部。
6.如權(quán)利要求1所述的金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管，進(jìn)一步包括將所述介質(zhì)層與所述源極接觸和所述漏極接觸隔開的隔離隔片結(jié)構(gòu)。
7.如權(quán)利要求6所述的金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管，其中，所述隔離隔片結(jié)構(gòu)具有一體的構(gòu)造。
8.如權(quán)利要求1所述的金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管，其中，所述柵極進(jìn)一步具有被布置在所述介質(zhì)層和所述源極接觸、漏極接觸之間的隔離隔片結(jié)構(gòu)圍繞的上部。
9.如權(quán)利要求1所述的金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管，其中，所述柵極進(jìn)一步具有被布置在所述源極接觸和漏極接觸上的絕緣層圍繞的上部。
10.如權(quán)利要求9所述的金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管，其中，所述柵極隔片結(jié)構(gòu)與所述源極接觸、漏極接觸和所述絕緣層接觸。
11.如權(quán)利要求1所述的金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管，進(jìn)一步包括位于所述溝道和所述介質(zhì)層之間的柵極隔離層。
12.如權(quán)利要求1所述的金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管，其中，所述柵極隔片結(jié)構(gòu)具有一體的構(gòu)造。
13.一種形成金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管的方法，包括的步驟有a)在襯底上提供溝道層；b)在所述溝道層中形成源極擴(kuò)展區(qū)和漏極擴(kuò)展區(qū)，由此在所述源極擴(kuò)展區(qū)和所述漏極擴(kuò)展區(qū)之間界定溝道；c)在所述溝道之上形成介質(zhì)層；d)在所述介質(zhì)層的頂面的周邊部分之上形成柵極隔片結(jié)構(gòu)，所述柵極隔片結(jié)構(gòu)的內(nèi)表面的下部基本上垂直于所述介質(zhì)層的所述頂面，由此界定了第一空腔，所述空腔在其側(cè)壁由所述柵極隔片結(jié)構(gòu)的所述內(nèi)表面界定，在其底部由所述介質(zhì)層界定；e)通過將導(dǎo)電材料布置到所述第一空腔當(dāng)中，以接觸所述介質(zhì)層的所述頂面而形成柵極接觸。
14.如權(quán)利要求13所述的方法，其中，所述步驟(a)進(jìn)一步包括(a1)在所述溝道層上形成犧牲柵極；(a2)將摻雜劑注入所述溝道層，所述犧牲柵極起著注入掩模的作用；(a3)退火以激活所述摻雜劑，由此形成所述源極擴(kuò)展區(qū)和漏極擴(kuò)展區(qū)。
15.如權(quán)利要求14所述的方法，其在步驟(c)和(d)之前進(jìn)一步包括f)鄰近所述犧牲柵極形成犧牲柵極隔片結(jié)構(gòu)；g)在所述源極擴(kuò)展區(qū)處形成源極接觸，在所述漏極擴(kuò)展區(qū)處形成漏極接觸；h)在所述源極接觸和漏極接觸的頂部形成絕緣層；以及i)去除所述犧牲柵極和所述犧牲柵極隔片結(jié)構(gòu)，以形成第二空腔，所述第二空腔的側(cè)壁部分由所述絕緣層和所述源極接觸和漏極接觸界定，所述第二空腔的底部由所述溝道層界定；其中，所述柵極隔片和所述介質(zhì)層形成于所述第二空腔之內(nèi)。
16.如權(quán)利要求15所述的方法，其進(jìn)一步包括j)在所述源極/漏極擴(kuò)展區(qū)上形成隔離隔片結(jié)構(gòu)，所述隔離隔片結(jié)構(gòu)鄰接所述源極接觸和所述漏極接觸。
17.如權(quán)利要求15所述的方法，其在所述步驟(c)之前進(jìn)一步包括k)在所述第二空腔的底部生長犧牲氧化物層；以及l(fā))去除所述犧牲氧化物層。
18.如權(quán)利要求13所述的方法，其進(jìn)一步包括形成所述柵極隔片結(jié)構(gòu)，所述柵極隔片結(jié)構(gòu)是通過將隔片材料填充到所述第一空腔內(nèi)，并對其進(jìn)行各向異性蝕刻以暴露所述介質(zhì)層形成的。
全文摘要
公開了一種MOSFET，其包括位于源極擴(kuò)展區(qū)和漏極擴(kuò)展區(qū)之間的溝道，位于所述溝道之上的介質(zhì)層，在所述介質(zhì)層的周邊部分上形成的柵極隔片結(jié)構(gòu)，和布置在所述介質(zhì)層的周邊部分上的柵極；所述柵極至少下部被所述柵極隔片結(jié)構(gòu)的內(nèi)表面圍繞，并與之接觸，并且所述柵極在底部基本上與所述溝道對準(zhǔn)。一種形成所述MOSFET的方法，其包括形成所述介質(zhì)層，在空腔內(nèi)部形成柵極隔片結(jié)構(gòu)和柵極接觸，所述空腔是通過去除犧牲柵極和犧牲隔片結(jié)構(gòu)形成的。
文檔編號H01L21/336GK1790742SQ20051011933
公開日2006年6月21日 申請日期2005年11月2日 優(yōu)先權(quán)日2004年11月2日
發(fā)明者薩普萊蒂克·格哈, 赫塞恩·I·哈納菲, 拉雅拉奧·杰米, 保羅·M·索洛蒙 申請人:國際商業(yè)機(jī)器公司