具有自对准接触结构的晶体管器件、电子装置及形成方法与流程

1.本发明涉及半导体技术领域，尤其涉及一种具有自对准接触结构的晶体管器件及其形成方法和包含该晶体管器件的电子装置。


背景技术：

2.半导体集成电路产业经历快速成长。集成电路设计与材料的科技发展生产了数世代的集成电路，其中每个世代具备比上个世代更小及更复杂的电路。在集成电路发展的进程中，几何尺寸逐渐缩小。
3.随着集成电路尺寸缩小，自对准接触结构与栅极之间距离变小，因此短路产生漏电流的机率增加。传统上制作具有自对准接触结构的晶体管器件时，在半导体衬底101上通过栅极抛光工艺形成栅极结构102后，需要对栅极结构进行凹陷操作；然后在凹陷后的栅极结构上沉积形成绝缘层103；之后进行抛光处理；最后在抛光后的栅极结构上通过切割形成自对准接触元件104。由此，形成图1所示的晶体管器件。通过这种方法生成的晶体管器件具有以下问题：
4.1、侧壁间隔物105上有金属栅极的残留物；
5.2、最后形成的nmos/pmos栅极高度负载难以控制；
6.一方面，由于金属栅极中金属材料和高k介质材料的蚀刻选择比，导致同个金属栅极中金属材料和高k介质材料的高度不一；另一方面，由于半导体衬底上设有栅极密集区(dense)和稀疏区(iso)，不同区域中金属材料和高k介质材料的体积比不同，导致不同金属栅极中同种材料的高度不一。如图2所示，栅极回蚀过程中出现三种不同的高度。
7.3、凹陷栅极结构过程中产生副产物(比如金属氟化物，ti
xfy
或ta
xfy
)，导致所使用的蚀刻腔室难以维护。
8.在蚀刻过程中，金属材料与蚀刻气体发生反应，所生成的副产物容易淀积在金属栅极上方，影响蚀刻效果；所生成的副产物容易淀积在蚀刻腔室内，影响蚀刻设备的使用。


技术实现要素：

9.本发明的目的在于，提供一种具有自对准接触结构的晶体管器件的形成方法。
10.本发明所采用的技术方案是：构造一种具有自对准接触结构的晶体管器件的形成方法，包括以下步骤：
11.在半导体基板上形成多个栅极结构，所述栅极结构包括栅极和形成于栅极相对侧壁上的侧壁间隔物；
12.在所述栅极结构的上方沉积一层绝缘材料形成绝缘层；
13.切割所述绝缘层以形成位于所述栅极结构上方的覆盖层；
14.在所述半导体基板上方形成自对准接触元件，其中，所述覆盖层的宽度大于所述栅极结构的宽度，所述自对准接触元件通过所述覆盖层和所述侧壁间隔物与所述栅极结构电绝缘。
15.在本发明提供的具有自对准接触结构的晶体管器件的形成方法中，切割所述绝缘层以形成位于所述栅极结构上方的覆盖层的所述步骤包括：
16.在所述绝缘层上方形成光阻层；
17.通过蚀刻处理在所述光阻层形成一个或多个开口；
18.通过所述一个或多个开口切割所述绝缘层以形成所述覆盖层。
19.在本发明提供的具有自对准接触结构的晶体管器件的形成方法中，切割所述覆盖层以在所述半导体基板上方形成自对准接触元件的所述步骤包括：
20.在所述覆盖层上方淀积层间介质层；
21.在所述层间介质层上形成光阻层；
22.通过蚀刻处理在所述光阻层形成一个或多个开口；
23.通过所述一个或多个开口切割所述覆盖层以形成所述自对准接触元件。
24.根据本发明的另一方面，还提供一种具有自对准接触结构的晶体管器件，包括：
25.位于半导体基板上方的多个栅极结构，每个所述栅极结构包括栅极和和形成于栅极相对侧壁上的侧壁间隔物；
26.形成在所述栅极结构表面的覆盖层；以及
27.自对准接触元件，位于所述半导体基板上方，其中，所述覆盖层的宽度大于所述栅极结构的宽度，所述自对准接触元件通过所述覆盖层和所述侧壁间隔物与所述栅极结构电绝缘。
28.在本发明提供的具有自对准接触结构的晶体管器件中，所述侧壁间隔物包括侧墙和蚀刻阻挡层。
29.在本发明提供的具有自对准接触结构的晶体管器件中，所述侧墙为二氧化硅、氮化硅或其组合物。所述蚀刻阻挡层为氮化硅。
30.在本发明提供的具有自对准接触结构的晶体管器件中，所述栅极为金属栅极，包括高k材料层和金属层。
31.在本发明提供的具有自对准接触结构的晶体管器件中，所述覆盖层为氮化硅。
32.本发明的具有自对准接触结构的晶体管器件及其形成方法，具有以下有益效果：本发明在栅极结构上方沉积绝缘层，切割绝缘层形成宽度大于栅极结构的覆盖层，之后在切割覆盖层形成自对准接触元件，由此形成的自对准接触元件与栅极结构部分重叠并与通过覆盖层和侧壁间隔物与栅极结构电绝缘，因而避免了现有技术中侧壁间隔物上有金属残留物；最后形成的nmos/pmos栅极高度负载难以控制；凹陷栅极结构过程中使用的腔室门室难以维护(聚合物丰富)的问题。
附图说明
33.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图：
34.图1所示为现有技术形成的自对准接触结构的晶体管器件的剖面图；
35.图2所示为本发明一实施例提供的自对准接触结构的晶体管器件的形成方法的流
程图；
36.图3-图9是根据发发明的具有自对准接触结构的形成方法的各阶段剖面示意图。
具体实施方式
37.以下公开许多不同的实施方法或是例子来实行本发明实施例的不同特征，以下描述具体的元件及其排列的实施例以阐述本发明实施例。当然这些实施例仅用以例示，且不该以此限定本发明实施例的范围。例如，在说明书中提到第一特征形成于第二特征之上，其包括第一特征与第二特征是直接接触的实施例，另外也包括于第一特征与第二特征之间另外有其他特征的实施例，亦即，第一特征与第二特征并非直接接触。此外，在不同实施例中可能使用重复的标号或标示，这些重复仅为了简单清楚地叙述本发明实施例，不代表所讨论的不同实施例及/或结构之间有特定的关系。
38.此外，其中可能用到与空间相关用词，例如“在
……
下方”、“下方”、“较低的”、“上方”、“较高的”及类似的用词，这些空间相关用词是为了便于描述图示中一个(些)元件或特征与另一个(些)元件或特征之间的关系，这些空间相关用词包括使用中或操作中的装置的不同方位，以及图式中所描述的方位。当装置被转向不同方位时(旋转90度或其他方位)，则其中所使用的空间相关形容词也将依转向后的方位来解释。
39.虽然所述的一些实施例中的步骤以特定顺序进行，这些步骤亦可以其他合逻辑的顺序进行。在不同实施例中，可替换或省略一些所述的步骤，亦可于本发明实施例所述的步骤之前、之中、及/或之后进行一些其他操作。本发明实施例中的半导体元件结构可加入其他的特征。在不同实施例中，可替换或省略一些特征。
40.本发明实施例提供一种具有自对准接触结构的晶体管器件的形成方法，在栅极结构上方沉积绝缘层，切割绝缘层形成宽度大于栅极结构的覆盖层，之后形成自对准接触元件，由此形成的自对准接触元件通过覆盖层和侧壁间隔物与栅极结构电绝缘，因而避免了现有技术中侧壁间隔物上有金属残留物；最后形成的nmos/pmos栅极高度负载难以控制；凹陷栅极结构过程中使用的腔室门室难以维护(聚合物丰富)的问题。
41.图2所示为本发明一实施例提供的自对准接触结构的晶体管器件的形成方法20的流程图；图3-图9是根据发发明的具有自对准接触结构的形成方法的各阶段剖面示意图。以下将图2的流程图搭配图3至图9的剖面示意图说明本发明实施例。
42.如图2及图3所绘示，方法20以步骤201开始，提供基板301，其上形成有栅极结构，栅极结构包括栅极及侧壁间隔物。
43.在一些实施例中，图3中的基板301可为半导体基板，其可包括元素半导体，例如硅(si)、锗(ge)等；化合物半导体，例如氮化镓(gan)、碳化硅(sic)、砷化镓(gaas)、磷化镓(gap)、磷化铟(inp)、砷化铟(inas)、锑化铟(insb)等；合金半导体，例如硅锗合金(sige)、磷砷镓合金(gaasp)、砷铝铟合金(alinas)、砷铝镓合金(algaas)、砷铟镓合金(gainas)、磷铟镓合金(gainp)、磷砷铟镓合金(gainasp)、或上述材料的组合。
44.接着，在基板301上形成栅极结构，栅极结构包括栅极、及形成于栅极相对侧壁上的侧壁间隔物。在一些实施例中，栅极可包括多晶硅、金属(例如钨、钛、铝、铜、钼、镍、铂、其相似物、或以上的组合)、金属合金、金属氮化物(例如氮化钨、氮化钼、氮化钛、氮化钽、其相似物、或以上的组合)、金属硅化物(例如硅化钨、硅化钛、硅化钴、硅化镍、硅化铂、硅化铒、
其相似物、或以上的组合)、金属氧化物(氧化钌、氧化铟锡、其相似物、或以上的组合)、其他适用的材料、或上述的组合。栅极可使用化学气相沉积工艺(例如低压化学气相沉积工艺(low pressure chemical vapor deposition，lpcvd)或等离子体辅助化学气相沉积工艺(plasma enhanced chemical vapor deposition，pecvd))、物理气相沉积工艺(physical vapor deposition，pvd)(例如电阻加热蒸镀法、电子束蒸镀法、或溅射法)、电镀法、原子层沉积工艺、其他合适的工艺、或上述的组合于基板301上形成电极材料，再以光刻与刻蚀工艺将的图案化形成栅极电极。
45.在一些实施例中，在栅极相对侧壁上形成侧壁间隔物。侧壁间隔物可为氧化物、氮化物、氮氧化物、高介电常数材料、低介电常数材料、或上述的组合。形成侧壁间隔物的前驱材料或反应气体可包括三乙氧硅烷(triethoxysilane，tries)、四乙氧基硅烷(tetraethoxysilane，teos)、双第三丁基胺基硅烷(bis-tertbutylaminor silane，btbas)、o2、n2o、no、其他气体或材料、或上述的组合。在一些实施例中，可使用化学气相沉积(例如高密度等离子体化学气相沉积(high density plasma chemical vapor deposition，hdpcvd)、大气压化学气相沉积(atmospheric pressure chemical vapor deposition，apcvd)、低压化学气相沉积、或等离子体辅助化学气相沉积)、原子层沉积、其他适合技术、或上述的组合将间隔物材料顺应性地沉积于栅极结构及基板之上，接着对间隔物材料进行非等向性的回刻蚀，而在栅极的两侧留下侧壁间隔物。
46.在本发明一优选实施例中，所述栅极为金属栅极，金属栅极包括高k材料层3021和金属层3022；侧壁间隔物包括侧墙3031和蚀刻阻挡层3032。所述侧墙为二氧化硅、氮化硅或其组合物。所述蚀刻阻挡层为氮化硅。其中，金属栅极结构的形成过程为，1)在半导体基板上淀积多晶硅栅极层；2)采用光刻和蚀刻技术，基于多晶硅栅极掩膜版，形成设有多晶硅图案的半导体基板；3)在步骤2)中半导体基板上形成与栅极相邻的侧壁间隔物；4)蚀刻多晶硅并沉积金属栅极。
47.如图2及图4所绘示，方法20接着进行步骤202，在栅极结构上方沉积形成绝缘层304。在一些实施例中，在一些实施例中，绝缘层304为氮化硅(silicon nitride)材料。绝缘层304可使用合适的沉积工艺(例如化学气相沉积工艺(chemical vapor deposition，cvd)或原子层沉积工艺(atomic layer deposition，ald))、其他合适的工艺、或上述的组合形成。
48.如图2及图7所绘示，方法20接着进行步骤203，切割所述绝缘层304以形成位于所述栅极结构上方的覆盖层305，如图7所示，覆盖层305的宽度大于栅极结构的宽度，覆盖层为氮化硅，采用氮化硅的原因是，氮化硅与层间介质层材料具有良好的蚀刻比。具体地，如图5所示，首先，在所述绝缘层304上方形成三层光阻层306；在一些实施例中，可使用化学气相沉积(例如高密度等离子体化学气相沉积、大气压化学气相沉积、低压化学气相沉积、或等离子体辅助化学气相沉积)、原子层沉积、物理气相沉积工艺、电镀法、旋转涂布法(spin-on coating)、其他适合技术、或上述的组合在绝缘层之上形成三层掩膜层；然后如图6所示，通过蚀刻处理在所述三层光阻层的顶层形成一个或多个开口307；最后，通过所述一个或多个开口切割所述绝缘层以形成所述覆盖层305。
49.在上述“切割所述绝缘层以形成位于所述栅极结构上方的覆盖层”中，所采用的覆盖层掩模版可以直接使用上述的“多晶硅栅极掩膜版”，只需要改变使用时掩膜版的水平位
置即可。本发明更改了现有的制程，但其材料和设备大致可沿用原有的物资，对生产线改造的波动较小。需要说明的是，本发明制备方法在沿用多晶硅栅极掩模版基础上，可以通过蚀刻修正覆盖层的尺寸。
50.如图2及图9所绘示，方法20接着进行步骤204，在所述半导体基板301上方形成自对准接触元件308，如图9所示，所述自对准接触元件308通过所述覆盖层305和所述侧壁间隔物与所述栅极结构电绝缘。具体地，如图8所示，首先，在所述覆盖层305上方沉积层间介质层310；然后在所述层间介质层310上方形成三层光阻层；在一些实施例中，可使用化学气相沉积(例如高密度等离子体化学气相沉积、大气压化学气相沉积、低压化学气相沉积、或等离子体辅助化学气相沉积)、原子层沉积、物理气相沉积工艺、电镀法、旋转涂布法(spin-on coating)、其他适合技术、或上述的组合在绝缘层之上形成三层光阻层；然后通过蚀刻处理在所述三层光阻层的顶层形成一个或多个开口309，在一些实施例中，蚀刻工艺可包括干蚀刻工艺(例如反应离子刻蚀、非等向性等离子体刻蚀)、湿蚀刻工艺、或上述的组合；最后，通过所述一个或多个开口切割所述覆盖层以形成自对准接触元件308。
51.本发明上述的自对准接触元件连接半导体基板的源/漏极。
52.本发明还提供一种电子装置，其包括根据本发明示例性实施例的方法制造的具有自对准接触结构的晶体管器件。所述电子装置可以是手机、平板电脑、笔记本电脑、上网本、游戏机、电视机、vcd、dvd、导航仪、照相机、摄像机、录音笔、mp3、mp4、psp等任何电子产品或设备，也可以是任何包括所述晶体管器件的中间产品。所述电子装置，由于使用了所述晶体管器件，因而具有更好的性能。
53.本发明已经通过上述实施例进行了说明，但应当理解的是，上述实施例只是用于举例和说明的目的，而非意在将本发明限制于所描述的实施例范围内。此外本领域技术人员可以理解的是，本发明并不局限于上述实施例，根据本发明的教导还可以做出更多种的变型和修改，这些变型和修改均落在本发明所要求保护的范围以内。本发明的保护范围由附属的权利要求书及其等效范围所界定。