阅读说明：本技术 形成自对准触点 (Forming self-aligned contacts ) 是由 范淑贞 B·普拉纳萨蒂哈伦 A·格林 谢瑞龙 M·V·雷蒙德 S·连 于 2018-07-16 设计创作，主要内容包括：提供了通过在形成触点之前形成栅极侧壁间隔物和栅极来形成自对准触点的技术。在一个方面,一种形成自对准触点的方法包括以下步骤：在衬底上形成多个栅极侧壁间隔物；将栅极侧壁间隔物埋入电介质中；通过从栅极侧壁间隔物之间的将要形成栅极的区域选择性地去除电介质来形成栅极沟槽；在栅极沟槽中形成栅极；通过选择性地从栅极侧壁间隔物之间的将要形成自对准触点的区域去除电介质来形成触点沟槽；在触点沟槽中形成自对准触点。还提供了具有自对准触点的器件结构。(Techniques are provided for forming self-aligned contacts by forming gate sidewall spacers and gates prior to forming the contacts. In one aspect, a method of forming a self-aligned contact includes the steps of: forming a plurality of gate sidewall spacers on a substrate; burying gate sidewall spacers in the dielectric; forming a gate trench by selectively removing dielectric from a region between the gate sidewall spacers where a gate is to be formed; forming a gate in the gate trench; forming a contact trench by selectively removing dielectric from a region between the gate sidewall spacers where a self-aligned contact is to be formed; self-aligned contacts are formed in the contact trenches. Device structures having self-aligned contacts are also provided.)

形成自对准触点

技术领域

本发明涉及用于形成自对准触点的技术，更具体地，涉及通过在形成触点之前形成栅极侧壁间隔物(例如，使用侧壁图像转移(SIT)技术)和栅极来形成自对准触点。

背景技术

替代金属栅极(或RMG)工艺的优点在于，保护栅极堆叠免受潜在的破坏性条件，因为它是在工艺结束时放置的。例如，使用RMG，牺牲或伪栅极用作占位符，例如，以放置源极和漏极区等。利用常规RMG工艺流程，然后在伪栅极周围沉积电介质，这允许伪栅极被(替换)金属栅极堆叠替换。然后可以在金属栅极堆叠之间形成源极和漏极触点。

然而，使用按比例缩放的器件技术，涉及比使用直接图案化技术可以合理地实现的特征尺寸更小的特征尺寸。例如，栅极到栅极的间隔变得如此小，以至于在金属栅极堆叠之间放置触点是极其有挑战性的。缩小触点的尺寸不总是可行的选择，因为这导致触点电阻的增加。

因此，用于形成自对准触点的可缩放工艺技术将是期望的。

发明内容

在本发明的一个方面中，提供了一种形成自对准触点的方法。该方法包括以下步骤：在衬底上形成多个栅极侧壁间隔物；将所述栅极侧壁间隔物掩埋在电介质中；通过从栅极侧壁间隔物之间的其中将形成栅极的区域选择性地去除电介质来形成栅极沟槽；在栅极沟槽中形成栅极；通过从栅极侧壁间隔物之间的区域选择性地去除电介质来形成触点沟槽，其中自对准触点将形成在所述栅极侧壁间隔物之间的区域中；以及在触点沟槽中形成自对准触点。因此，本发明的实施例提供了通过在形成触点之前形成栅极侧壁间隔物和栅极来形成自对准触点的技术。

在本发明的另一个方面，提供了一种器件结构。该器件结构包括：在衬底上的多个栅极侧壁间隔物；以及栅极和在所述栅极侧壁间隔物之间的区域中与所述栅极自对准的触点，其中每个栅极包括金属栅极，并且其中每个触点包括沟槽硅化物。

通过参考以下详细描述和附图，将获得对本发明的更完整理解以及本发明的进一步特征和优点。

附图说明

现在将参考附图仅通过示例的方式描述本发明的实施例，在附图中：

图1是示出根据本发明实施例的用于自对准触点形成的起始平台的截面图，该起始平台包括衬底、衬底上的间隔材料层和间隔材料层上的复合间隔/心轴侧壁图像转移(SIT)结构；

图2是示出根据本发明实施例的已经对复合SIT间隔物选择性地去除心轴的截面图；

图3是示出根据本发明实施例的已经用作掩模以图案化间隔物材料层的复合SIT间隔物的横截面图；

图4是示出根据本发明实施例的相对第一间隔物已经选择性地去除第二间隔物的的截面图；

图5是示出根据本发明的实施例的已经用于进一步将间隔物材料层修整为多个栅极侧壁间隔物的第一间隔物的截面图；

图6是示出根据本发明实施例的已经掩埋在电介质中的栅极侧壁空间的截面图；

图7是示出根据本发明实施例的已经形成在栅极侧壁间隔物之间的区域上/覆盖该区域的掩模的截面图，其中在该区域中将形成自对准触点；

图8是示出根据本发明实施例的掩模的截面图，该掩模已经用于允许从栅极侧壁间隔物之间的区域选择性地去除电介质，其中将形成替代金属栅极(RMG)，从而导致栅极侧壁间隔物之间的栅极沟槽；

图9是示出根据本发明实施例的已经沉积到栅极沟槽中并填充栅极沟槽的栅极堆叠材料的截面图；

图10是示出根据本发明实施例的已经被抛光以在栅极沟槽中形成不同的栅极堆叠的栅极堆叠材料的截面图；

图11是示出根据本发明实施例的已经形成的掩模的截面图，该掩模选择性地覆盖除了一个或多个要去除的栅极堆叠之外的所有栅极堆叠；

图12是示出根据本发明实施例的已经执行的通过掩模的蚀刻以去除暴露的栅极堆叠的截面图；

图13是示出根据本发明实施例的已经用绝缘体填充的已经从其去除栅极堆叠的栅极侧壁间隔物之间的区域的截面图；

图14是示出根据本发明的实施例的已经对金属栅极堆叠选择性地去除电介质、在栅极堆叠之间形成多个触点沟槽的截面图；

图15是示出根据本发明实施例的已经形成在触点沟槽中的触点的截面图；以及

图16是示出根据本发明的实施例的复合间隔物和单个间隔物的并排示例的截面图。

具体实施方式

本文提供了利用新颖的替代金属栅极(或RMG)工艺流程利用侧壁图像转移(SIT)技术形成自对准触点的技术，其中首先形成栅极侧壁间隔物，然后形成RMG，最后触点金属化。有利地，SIT允许图案化亚光刻特征(即，小于使用直接图案化技术可实现的特征的特征)。SIT通常包括形成一个或多个心轴，在心轴的相对侧上形成间隔物，然后去除对间隔物有选择性的心轴。然后使用间隔物对下面的衬底进行图案化。值得注意的是，对于每个图案化的心轴，将至少有两个间隔物。因此，SIT通常被认为是腔(pitch)加倍技术。

现在通过参考图1-15描述本技术的示例性实施例。如图1所示，该过程从衬底102开始，在衬底102上期望形成金属栅极堆叠并与金属栅极堆叠自对准的触点。衬底102的特定配置不是本技术的主要重点，但是可以预见该衬底是半导体衬底，例如制备(使用标准工艺)的块状硅(Si)晶片或绝缘体上硅(SOI)晶片以包括一个或多个有源区域，有源区域中包含一个平面或非平面(例如，鳍片)沟道材料，在该沟道材料上将形成金属栅极堆叠以及源极和漏极区域，其中将形成(当前为自对准)触点。

如上所述，该工艺的第一阶段包括首先形成多个栅极侧壁间隔物。这些间隔物在本文中也被称为“间隔物海”。可以以多种不同方式来形成栅极侧壁间隔物，包括经由标准直接图案化工艺来形成。然而，根据示例性实施例，使用SIT形成栅极侧壁间隔物。此外，在该示例性实施例中，间隔物由合适的间隔物材料形成，例如氮化硅(SiN)，氮化硅碳氮化物(SiCN)，氮化硼硅碳氮化物(SiBCN)，氮化硅氧碳氮化物(SiOCN)及其组合。而且，在此示例中使用了复合SIT间隔物配置。如下面将详细描述的，复合间隔物SIT防止在间隔物的顶角处变圆。在间隔物的顶角处变圆会导致器件结构的宽度发生很大变化。相比之下，使用复合间隔物能够形成具有方肩的间隔物。

因此，如图1所示，在衬底102上形成间隔物材料层104。如上所述，合适的间隔物材料包括但不限于SiN、SiCN、SiBCN和/或SiOCN。然后在间隔物材料层104上形成复合间隔物SIT结构。如图1所示，该复合间隔物SIT结构包括多个心轴106，在心轴106的相对侧上的第一间隔物108以及在相对心轴106的第一间隔物108的一侧的第二间隔物110。

通过首先在间隔物材料层上毯覆沉积合适的心轴材料，然后将心轴材料图案化成单独的心轴，可以在间隔物材料层104上形成心轴106。合适的心轴材料包括但不限于非晶硅(Si)和非晶碳。可以使用例如物理或化学气相沉积工艺来沉积非晶硅膜。可以例如使用磁控溅射沉积非晶碳膜。可以采用标准的光刻和蚀刻技术来对心轴106进行图案化。例如，如本领域所公知的，可以在心轴材料上形成图案化的硬掩模(例如，氮化硅(SiN))(未示出)，掩蔽心轴106的足迹和位置。然后可以执行穿过图案化的硬掩模的蚀刻，以在各个心轴106中对材料进行图案化。合适的蚀刻工艺包括但不限于各向异性蚀刻工艺，例如反应离子蚀刻(RIE)。蚀刻之后，可以去除心轴硬掩模的任何剩余部分。

如下所述，对第一间隔物108和第二间隔物110选择性地去除心轴106，然后对第一间隔物选择性地去除第二间隔物110。因此，心轴106、第一间隔物108和第二间隔物110优选地全部由不同的材料形成以允许选择性地去除。根据示例性实施例，第一间隔物108由二氧化硅(SiO₂)形成，并且第二间隔物110由氮化物(诸如SiN)形成，反之亦然。然后可以使用氧化物或氮化物蚀刻容易地达到对另一个间隔物选择性地去除一个间隔物。

第一间隔物108可以通过沉积相应的间隔物材料然后使用标准的光刻和蚀刻技术来形成，以在心轴106的相对侧上形成单独的间隔物108。然后，可以使用相同的工艺在与心轴106相对的第一间隔物108侧面上形成第二间隔物。结果是图1所示的复合间隔物配置。

接下来，如图2所示，对复合间隔物(第一/第二间隔物108/110)有选择地去除心轴106。根据示例性实施例，使用各向同性蚀刻工艺(例如选择性湿蚀刻)去除心轴106。去除心轴之后剩下的是间隔物材料层104上方的复合SIT间隔物。值得注意的是，使用复合SIT间隔物仅是示例，并且在本文中可以预期其中SIT图案化与更标准的单个间隔物/心轴配置一起使用的复合SIT间隔物的实施方式。

然后，将复合SIT间隔物(即第一间隔物108/第二间隔物110)用作掩模，以对间隔物材料层104进行图案化。参见图3。根据示例性实施例，间隔材料层使用停止在衬底102上的各向异性蚀刻过程来图案化。如上所述，复合间隔物防止了在间隔物的顶角处变圆，从而使得能够形成具有方肩的间隔物。

然后，第二间隔物110相对于第一间隔物108被选择性地去除。参见图4。如上所述，第一和第二间隔物优选地由不同的材料形成，例如氧化物对氮化物，反之亦然。在那种情况下，可以使用氧化物或氮化物选择性蚀刻来相对于第一间隔物108去除第二间隔物110。去除第二间隔物110允许对间隔物材料层104进行第二蚀刻，进一步减薄间隔物。

即，如图5所示，然后使用第一间隔物108进一步将间隔物材料层104修整为多个(即，海量的)栅极侧壁间隔物。现在将由间隔物材料层104形成的栅极侧壁间隔物被赋予附图标记104a。

现在，已经形成了栅极侧壁间隔物，该工艺的下一个阶段是形成RMG。为此，将栅极侧壁空间掩埋在电介质602中(参见图6)，然后从栅极侧壁间隔物104a之间的要形成RMG的区域中有选择地去除电介质602(参见图7和图8–下面描述)。合适的电介质包括但不限于SiO₂。如图6所示，在沉积之后，可以将电介质平坦化(例如，使用诸如化学机械抛光或CMP的工艺，其中第一间隔物108用作蚀刻停止层)。

为了允许从栅极侧壁间隔物104a之间将在其中形成RMG的的区域中选择性地去除电介质602，在栅极侧壁间隔物104a之间的将形成自对准触点的区域上方/覆盖区域形成掩模702。参见图7。根据示例性实施例，掩模702是氮化物(例如，SiN)硬掩模。为了清楚起见，在附图中现在使用标签SAC(用于自对准触点)和栅极来示出分别在其中形成自对准触点和栅极的栅极侧壁间隔物104a之间的区域。

然后，使用掩模702允许从栅极侧壁间隔物104a之间的将在其中形成RMG的区域中选择性去除电介质602。参见图8。掩模702将保护存在于栅极侧壁间隔物104a之间的将形成自对准触点的区域中的电介质602。仅作为示例，当电介质602是SiO₂时，可以使用在衬底102上停止的氧化物选择性蚀刻从RMG区域清除电介质602。通过该工艺，在栅极侧壁间隔物104a之间有效地形成了栅极沟槽。参见图8。

如图9和图10所示，然后在栅极沟槽中形成RMG。即，如图9所示，将栅极堆叠材料902沉积到栅极沟槽中并填充栅极沟槽。仅作为示例，栅极堆叠材料可以包括栅极电介质以及功函数层和填充金属层的组合。例如，可以将栅极电介质沉积到栅极沟槽中，然后是功函数设定金属(在栅极电介质上)，然后是填充金属(在功函数设定金属上)。用于金属栅极的合适的栅极电介质包括但不限于高k材料，例如氧化铪(HfO₂)和氧化镧(La₂O₃)。如本文所用，术语“高-κ”是指具有相对介电常数κ远高于二氧化硅的相对介电常数κ的材料(例如，相对于二氧化硅的介电常数κ＝4，氧化铪的介电常数κ＝25)。合适的功函数设定金属包括但不限于诸如氮化钛(TiN)和氮化钽(TaN)的n型功函数设定金属，以及诸如钨(W)的p型功函数设定金属。合适的填充金属包括但不限于铝(Al)。栅极堆叠材料通常在图中由层902表示。

如图10所示，可以使用化学和/或机械抛光工艺(例如CMP)抛光栅极堆叠材料902。结果是已经在栅极沟槽中形成了不同的栅极堆叠1002。

自对准触点将形成在每个栅极堆叠1002的相对侧上的栅极侧壁间隔物104a之间的区域中。每对自对准触点将与特定的栅极堆叠1002相关联，特定的栅极堆叠1002在那对触点之间。例如，以在每个栅极堆叠1002的相对侧上的源极和漏极区域形成自对准触点的情况为例。在这种情况下，栅极侧壁间隔物104a之间的相邻区域的自对准触点/栅极堆叠/自对准触点组合将对应于公共晶体管。为了实现该配置，每隔一个栅极堆叠1002被选择性地去除。见图11和12。

如图11所示，可以使用覆盖去除将要去除的栅极堆叠之外的所有栅极堆叠的选择性掩模1102(例如，SiN硬掩模)来实现选择栅极堆叠1002的去除。可以使用标准的光刻和蚀刻技术来形成掩模1102。然后可以执行穿过掩模1102的蚀刻以去除暴露的栅极堆叠。参见图12。所使用的特定蚀刻化学方法可能取决于栅极堆叠材料，并且可能需要多次蚀刻步骤才能完全去除栅极金属，栅极电介质等。

然后可以用诸如SiN的绝缘体1302填充已经从其去除了栅极堆叠的栅侧壁间隔物104a之间的区域。参见图13。如图13所示，然后可以执行抛光(例如，使用CMP)以去除掩模1102和任何多余的绝缘体1302。

由于已经形成了栅极侧壁间隔物(工艺的第一阶段)并且已经形成RMG(工艺的第二阶段)，现在执行工艺的第三阶段以形成自对准金属触点。见图14和15，如上面所强调的，将在每个栅极堆叠1002的相对侧上的栅极侧壁间隔物104a之间的区域中形成触点。因此，触点将与栅极堆叠1002自对准。

为了开始触点形成过程，首先对金属栅极堆叠1002选择性地去除电介质602。参见图14。仅作为示例，当电介质602是诸如SiO₂的氧化物时，则可以采用对氧化物具有选择性蚀刻的工艺。通过去除电介质602，在栅极堆叠1002之间形成多个触点沟槽。参见图14。然后在触点沟槽中形成触点1502。根据示例性实施例，触点1502由沟槽硅化物在触点沟槽中形成。仅作为示例，将一种或多种硅化物金属沉积到触点沟槽中。硅化物将在硅化物金属与硅接触的地方(例如，在衬底102的源极和漏极区域中)形成。合适的硅化物金属包括但不限于镍(Ni)(例如，形成硅化镍(NiSi))。然后使用退火(例如，在大约500摄氏度(℃)至大约800℃的温度，以及它们之间的范围内)使硅化物金属与衬底102反应以在触点沟槽内形成沟槽硅化物(即，触点1502))。之后，可以去除任何未反应的硅化物金属。

如上所述，复合间隔物SIT的使用防止了在间隔物的顶角处变圆，从而使得能够形成为具有方肩的间隔物。在图16中进一步示出了该概念，图16示出了左侧的复合间隔物和右侧的单个间隔物的并排示例。在复合间隔物的情况下，只有外部间隔物会变圆。内部间隔物有利地具有方肩。相比之下，对于单个间隔物，在上角处变圆。最终间隔物中的这种变圆会不希望地引起器件宽度变化。

尽管本文已经描述了本发明的说明性实施例，但是应该理解，本发明不限于那些精确的实施例，并且本领域的技术人员可以在不脱离本发明的范围的前提下做出各种其他改变和修改。