硅实施且牺牲电介质结构326用氧化物实施时，可由氮化物形成耐蚀刻层330。当耐蚀刻层330用氮化物来实施时，具有较薄氮化物层会减小电容。
[0033]在已形成耐蚀刻层330之后，使用常规步骤在耐蚀刻层330上形成不导电层332以覆盖耐蚀刻层330并填充腔328。不导电层332可用若干种材料来形成，例如经沉积氧化物或在纯一氧化二氮(N2O)、纯一氧化氮(NO)气体或N2O气体与NO气体的组合中生长的氧化物。在本实例中，不导电层332被形成为具有Inm到2nm的厚度。
[0034]如图3E中所展示，在已形成不导电层332之后，对耐蚀刻层330及不导电层332进行各向异性蚀刻直到牺牲栅极324的顶表面被暴露为止。所述各向异性蚀刻形成具有不导电耐蚀刻区段336及不导电区段338的侧壁间隔件334。(在耐蚀刻层330厚到足以填充腔328时可省略不导电层332及不导电结构338。)
[0035]如图3F中所展示，在已形成侧壁间隔件334之后，以常规方式将掺杂剂植入到衬底区312中以形成间隔开的经轻掺杂区340及342。经轻掺杂区340及342具有与衬底区312的导电性类型相反的导电性类型。
[0036]如图3G中所展示，在已形成经轻掺杂区340及342之后，将不导电侧壁间隔件344形成为接触侧壁间隔件334且横向环绕牺牲栅极324。不导电侧壁间隔件344可以若干种方式来形成。举例来说，可在牺牲栅极324及侧壁间隔件334上形成氮化物层，且接着对其进行各向异性蚀刻直到牺牲栅极324的顶表面被暴露以形成侧壁间隔件344。侧壁间隔件334与侧壁间隔件344共同形成侧壁间隔件345。
[0037]如图3H中所展示，在已形成侧壁间隔件345之后，以常规方式将掺杂剂植入到衬底区312以及经轻惨杂区340及342中以形成间隔开的经重惨杂区346及348。经重惨杂区346及348各自具有与衬底区312的导电性类型相反的导电性类型。
[0038]经轻掺杂区340及经重掺杂区346形成源极350，而经轻掺杂区342及经重掺杂区348形成漏极352。源极区350及漏极区352界定衬底区312的沟道区354，沟道区354位于源极区350与漏极区352之间且分离源极区350与漏极区352。
[0039]如图31中所展示，在已形成源极区350及漏极区352之后，以常规方式将不导电互连电介质层356形成为接触牺牲栅极324、侧壁间隔件345、源极区350及漏极区352且位于这各者上方。在本实例中，通过首先使用常规程序将不导电蚀刻止挡层360沉积为接触牺牲栅极324、侧壁间隔件345、源极区350及漏极区352且位于这各者上方来形成互连电介质层356。
[0040]此后，将不导电电介质层362形成为接触蚀刻止挡层360且位于蚀刻止挡层360上方。蚀刻止挡层360可用若干种材料来实施，例如氮化硅或氧氮化硅，而电介质层362可用若干种材料来实施，例如氧化物。
[0041]如图3J中所展示，在已形成电介质层356之后，例如借助化学-机械抛光对电介质层356进行平面化，直到牺牲栅极324的顶表面被暴露为止。在本实例中，通过首先对电介质层362进行平面化直到检测到蚀刻止挡层360的顶表面来对电介质层356进行平面化。此后，借助湿/干蚀刻移除蚀刻止挡层360及电介质层362直到牺牲栅极324的顶表面被暴露为止。
[0042]所述平面化形成接触侧壁间隔件345且位于源极350及漏极352上方的互连电介质结构364。在本实例中，互连电介质结构364包含接触侧壁间隔件345的蚀刻止挡区段366及接触蚀刻止挡区段366的电介质区段368。(可任选地省略蚀刻止挡层360及蚀刻止挡区段366。)由于所述平面化，牺牲栅极324及互连电介质结构364的顶表面实质上位于同一平面中。
[0043]如图3K中所展示，在已暴露牺牲栅极324的顶表面之后，使用常规蚀刻剂及程序移除牺牲栅极324。接下来，使用常规蚀刻剂及程序移除牺牲电介质结构326以形成暴露耐蚀刻区段336及沟道区354的顶表面的开口 370。
[0044]如图3L中所展示，在已形成开口 370之后，以常规方式将高k栅极电介质层372形成为给开口 370加衬且接触电介质结构364的顶表面。具有与侧壁间隔件345不同的材料组成的高k栅极电介质层372可用若干种材料来实施，例如氧化铪及氧化硅铪的顺序层。
[0045]接下来，以常规方式将金属层374沉积为接触高k栅极电介质层372且填充开口370。金属层374可用各自部分地填充开口 370的若干种材料来实施，例如氮化钛、氮化钽及铝的顺序层。
[0046]如图3M中所展示，在已沉积金属层374之后，例如借助化学-机械抛光对高k电介质层372及金属层374进行平面化，直到电介质结构364的顶表面已被暴露为止。所述平面化在开口 370中形成金属栅极380以及接触金属栅极380及沟道区354的高k电介质结构382。金属栅极380及高k电介质结构382形成栅极结构384。所述平面化还形成金属栅极MOS晶体管390。由于所述平面化，电介质结构364、金属栅极380及高k电介质结构382的顶表面实质上位于同一平面中。此后，方法300以常规步骤继续。
[0047]本发明的优点之一是，金属栅极230/380与源极区220/350及漏极区222/352分离将金属栅极130与源极区120及漏极区122分离的较大距离。所述分离距离越大，就会越多地减小重叠电容。
[0048]因此，牺牲栅极电介质层316被形成为越厚，将金属栅极230/380与源极区220/350及漏极区222/352分离的垂直距离就越大。此外，腔328被形成为越深，将金属栅极230/380与源极区220/350及漏极区222/352分离的水平距离就越大。
[0049]所属领域的技术人员将了解，在所主张发明的范围内，可对所描述实施例做出修改，并且许多其它实施例也为可能的。
【主权项】
1.一种半导体结构，其包括: 半导体区，其具有一导电性类型； 源极，其接触所述半导体区，所述源极具有与所述半导体区的所述导电性类型相反的导电性类型； 漏极，其接触所述半导体区，所述漏极位于与所述源极间隔开之处，且具有与所述半导体区的所述导电性类型相反的导电性类型； 所述半导体区的沟道区，其位于所述源极与所述漏极之间； 栅极电介质，其接触所述沟道区且位于所述沟道区上方?’及 金属栅极，其接触所述栅极电介质且位于所述栅极电介质上方，所述金属栅极具有下部宽度及大于所述下部宽度的上部宽度。
2.根据权利要求1所述的结构，其中所述金属栅极具有顶表面及接触所述顶表面的外表面；且所述栅极电介质接触所述外表面的全部。
3.根据权利要求1所述的结构，其进一步包括接触所述栅极电介质且横向环绕所述栅极电介质及所述金属栅极两者的不导电侧壁间隔件。
4.根据权利要求3所述的结构，其中所述栅极电介质及所述不导电侧壁间隔件具有不同材料组成。
5.根据权利要求4所述的结构，其中所述栅极电介质为高k栅极电介质。
6.根据权利要求5所述的结构，其中所述不导电侧壁间隔件包含氮化物区。
7.根据权利要求3所述的结构，其中所述不导电侧壁间隔件的一部分垂直位于所述半导体区与所述金属栅极正中间。
8.根据权利要求3所述的结构，其中所述不导电侧壁间隔件的一部分垂直位于所述沟道区与所述金属栅极正中间。
9.根据权利要求4所述的结构，其进一步包括接触所述不导电侧壁间隔件且位于所述源极及所述漏极上方的互连电介质结构。
10.一种半导体结构，其包括: 半导体区，其具有一导电性类型； 源极，其接触所述半导体区，所述源极具有与所述半导体区的所述导电性类型相反的导电性类型； 漏极，其接触所述半导体区，所述漏极位于与所述源极间隔开之处，且具有与所述半导体区的所述导电性类型相反的导电性类型； 所述半导体区的沟道区，其位于所述源极与所述漏极之间； 栅极电介质，其接触所述沟道区且位于所述沟道区上方； 金属栅极，其接触所述栅极电介质且位于所述栅极电介质上方；及不导电侧壁间隔件，其接触所述栅极电介质且横向环绕所述栅极电介质及所述金属栅极两者，所述不导电侧壁间隔件的一部分垂直位于所述半导体区与所述金属栅极正中间。
11.根据权利要求10所述的结构，其中所述栅极电介质及所述不导电侧壁间隔件具有不同材料组成。
12.根据权利要求11所述的结构，其中所述栅极电介质为高k栅极电介质。
13.根据权利要求12所述的结构，其中所述不导电侧壁间隔件包含氮化物区。
14.根据权利要求11所述的结构，其中所述金属栅极具有顶表面及接触所述顶表面的外表面；且所述栅极电介质接触所述顶表面的全部。
15.根据权利要求14所述的结构，且其进一步包括接触所述不导电侧壁间隔件且位于所述源极及所述漏极上方的互连电介质结构。
16.—种形成半导体结构的方法，其包括: 形成接触半导体区的栅极结构，所述栅极结构具有牺牲栅极电介质及牺牲栅极，所述牺牲栅极电介质接触所述半导体区，所述牺牲栅极接触所述牺牲栅极电介质，所述半导体区具有一导电性类型； 蚀刻掉所述牺牲栅极电介质的一部分以形成牺牲电介质结构及腔，所述牺牲电介质结构接触所述牺牲栅极及所述半导体区，所述腔垂直位于所述牺牲栅极的一部分正下方；及 在已形成所述牺牲电介质结构之后，形成接触所述半导体区的源极及漏极，所述源极及所述漏极各自具有与所述半导体区的所述导电性类型相反的导电性类型。
17.根据权利要求16所述的方法，其进一步包括形成接触所述牺牲电介质结构及所述牺牲栅极的不导电侧壁间隔件，所述不导电侧壁间隔件的一部分在所述腔中垂直位于所述半导体区与所述牺牲栅极正中间。
18.根据权利要求17所述的方法，其进一步包括在已形成所述不导电侧壁间隔件之后移除所述栅极结构以形成开口，所述开口暴露所述半导体区的沟道区。
19.根据权利要求18所述的方法，其进一步包括在所述开口中形成栅极电介质结构及金属栅极，所述栅极电介质结构接触所述半导体区，所述金属栅极接触所述栅极电介质结构。
20.根据权利要求19所述的方法，其中所述栅极电介质结构与所述不导电侧壁间隔件具有不同材料组成。
【专利摘要】通过沿着已被形成为位于较远离源极(220)及漏极(222)处的侧壁结构(236)的内侧形成高k栅极电介质(226)来减小具有金属栅极(230)及所述高k栅极电介质(226)的MOS晶体管(200)的栅极到源极与栅极到漏极重叠电容。
【IPC分类】H01L21-336, H01L29-78
【公开号】CN104718626
【申请号】CN201380053370
【发明人】马诺耶·梅赫罗特拉, 新美广明
【申请人】德州仪器公司
【公开日】2015年6月17日
【申请日】2013年11月8日
【公告号】US9000539, US20140124874, US20150179783, WO2014074777A1