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1、(10)申请公布号 CN 102741990 A (43)申请公布日 2012.10.17 C N 1 0 2 7 4 1 9 9 0 A *CN102741990A* (21)申请号 201080050461.X (22)申请日 2010.10.19 12/616,389 2009.11.11 US H01L 21/336(2006.01) H01L 29/78(2006.01) (71)申请人国际商业机器公司 地址美国纽约 (72)发明人 BA安德森 EJ诺瓦克 JH兰金 (74)专利代理机构北京市中咨律师事务所 11247 代理人于静 张亚非 (54) 发明名称 具有短路保护区域的镶嵌栅。
2、极 (57) 摘要 本发明一般地涉及半导体器件，更具体地说， 涉及具有短路保护区域（60）的镶嵌栅极（100；图 1C）及其制造方法。本发明的第一方面提供一种 形成具有短路保护区域（60）的镶嵌栅极（100）的 方法，该方法包括：形成镶嵌栅极，该栅极具有： 衬底（12）顶上的栅极电介质；栅极电介质顶上的 栅极导体（40）；横向邻近栅极导体（30）的导电衬 里；导电衬里和衬底（20）之间的隔离物；以及在 栅极导体（60）顶上的第一电介质；移除导电衬里 （30）的一部分；在导电衬里（30）的剩余部分顶上 沉积第二电介质（60），以便第二电介质横向邻近 第一电介质和栅极二者。 (30)优先权数据 (。
3、85)PCT申请进入国家阶段日 2012.05.08 (86)PCT申请的申请数据 PCT/US2010/053091 2010.10.19 (87)PCT申请的公布数据 WO2011/059639 EN 2011.05.19 (51)Int.Cl. 权利要求书2页 说明书3页 附图4页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书 2 页 说明书 3 页 附图 4 页 1/2页 2 1.一种形成具有短路保护区域的镶嵌栅极的方法，所述方法包括： 形成镶嵌栅极，所述栅极具有： 栅极电介质，在衬底顶上； 栅极导体，在所述栅极电介质顶上； 导电衬里，横向邻近所述栅极导体； 。
4、隔离物，在所述导电衬里和所述衬底之间；以及 第一电介质，在所述栅极导体顶上； 移除所述导电衬里的一部分；以及 在所述导电衬里的剩余部分顶上沉积第二电介质，以便所述第二电介质横向邻近所述 第一电介质和所述栅极二者。 2.根据权利要求1的方法，其中所述第一电介质和所述第二电介质中的每一个包括选 自：氧化物、氧氮化硅、氮化硅、低压原硅酸四乙酯、高温氧化物、炉氧化物、等离子体增强化 学增强沉积氧化物、低压氧化物、氧化铪、氧化钽、氧化铝、氧电介质、氮电介质及其组合的 至少一种材料。 3.根据权利要求2的方法，其中所述第二电介质包括高介电常数（高K）材料。 4.根据权利要求2的方法，其中所述第一电介质和所。
5、述第二电介质包括不同的材料。 5.根据权利要求1的方法，其中所述第二电介质的至少一部分横向邻近所述栅极导 体。 6.一种形成具有短路保护区域的镶嵌栅极的方法，所述方法包括： 形成镶嵌栅极，所述栅极具有： 栅极电介质，在衬底顶上； 栅极导体，在所述栅极电介质顶上； 导电衬里，横向邻近所述栅极导体； 隔离物，在所述导电衬里和所述衬底之间；以及 第一电介质，在所述栅极导体顶上； 在所述衬底的一部分、所述栅极电介质、所述导电衬里和所述隔离物顶上沉积第二电 介质， 其中所述第二电介质在所述栅极导体的至少一个上拐角之上形成短路保护区域。 7.根据权利要求6的方法，还包括： 移除所述第二电介质在所述栅极导体。
6、的上拐角之间的部分。 8.根据权利要求6的方法，其中所述第一电介质和所述第二电介质的中每一个包括选 自：氧化物、氧氮化硅、氮化硅、低压原硅酸四乙酯、高温氧化物、炉氧化物、等离子体增强化 学增强沉积氧化物、低压氧化物、氧化铪、氧化钽、氧化铝、氧电介质、氮电介质、高介电常数 （高K）材料及其组合的至少一种材料。 9.根据权利要求8的方法，其中所述第二电介质包括高K材料。 10.根据权利要求8的方法，其中所述第一电介质包括不同于所述第二电介质的材料。 11.一种镶嵌栅极包括： 栅极电介质，在衬底顶上； 栅极导体，在所述栅极电介质顶上； 权 利 要 求 书CN 102741990 A 2/2页 3 导。
7、电衬里，横向邻近所述栅极导体； 隔离物，在所述导电衬里和所述衬底之间；以及 第一电介质，在所述栅极导体顶上；以及 第二电介质，在所述导电衬里顶上并且横向邻近所述第一电介质和所述隔离物二者。 12.根据权利要求11的镶嵌栅极，其中所述第二电介质邻近所述镶嵌栅极的上拐角。 13.根据权利要求11的镶嵌栅极，其中所述第一电介质和所述第二电介质中的每一个 都包括选自：氧化物、氧氮化硅、氮化硅、低压原硅酸四乙酯、高温氧化物、炉氧化物、等离子 体增强化学增强沉积氧化物、低压氧化物、氧化铪、氧化钽、氧化铝、氧电介质、氮电介质、高 介电常数（高K）材料及其组合的至少一种材料。 14.根据权利要求13的镶嵌栅极。
8、，其中所述第二电介质包括高K材料。 15.根据权利要求13的镶嵌栅极，其中所述第二电介质包括不同于所述第一电介质的 材料。 16.一种镶嵌栅极，包括： 栅极电介质，在衬底顶上； 栅极导体，在所述栅极电介质顶上； 导电衬里，横向邻近所述栅极导体； 第一电介质，在所述栅极导体的至少一部分的顶上； 隔离物，在所述导电衬里和所述衬底之间；以及 第二电介质，在所述衬底的一部分、所述隔离物、所述导电衬里和所述第一电介质的顶 上， 其中所述第二电介质在所述栅极导体的至少一个上拐角之上形成短路保护区域。 17.根据权利要求16的镶嵌栅极，其中所述第二电介质邻近所述栅极导体的上拐角。 18.根据权利要求16的镶。
9、嵌栅极，其中所述第一电介质和所述第二电介质中的每一个 包括选自：氧化物、氧氮化硅、氮化硅、低压原硅酸四乙酯、高温氧化物、炉氧化物，等离子体 增强化学增强沉积氧化物、低压氧化物、氧化铪、氧化钽、氧化铝、氧电介质、氮电介质、高介 电常数（高K）材料及其组合的至少一种材料。 19.根据权利要求18的镶嵌栅极，其中所述第二电介质包括高K材料。 20.根据权利要求18的镶嵌栅极，其中所述第一电介质包括不同于所述第二电介质的 材料。 权 利 要 求 书CN 102741990 A 1/3页 4 具有短路保护区域的镶嵌栅极 技术领域 0001 本发明的实施例一般地涉及半导体器件，更具体地说，涉及具有短路保护。
10、区域的 镶嵌栅极及其制造方法。 背景技术 0002 现在的集成电路（IC）设计经常使用具有非故意接触蚀刻和/或接触至栅极短路 风险的接触尺寸、栅极尺寸和操作电压。栅极拐角特别容易发生接触至栅极短路。此问题 的一种解决方案是增加接触和栅极拐角之间的距离。然而，这样的解决方法不能令人满意， 因为通过这样的距离增加必然增加栅极尺寸并且伴随着器件性能的下降。 发明内容 0003 本发明提供具有短路保护区域的镶嵌栅极及其制造方法。 0004 本发明的第一方面提供一种形成具有短路保护区域的镶嵌栅极的方法，该方法包 括：形成镶嵌栅极，该栅极具有：栅极电介质，在衬底顶上；栅极导体，在所述栅极电介质顶 上；导电。
11、衬里，横向邻近所述栅极导体；隔离物，在所述导电衬里和所述衬底之间；以及第 一电介质，在所述栅极导体顶上；移除所述导电衬里的一部分；以及在所述导电衬里的剩 余部分顶上沉积第二电介质，以便所述第二电介质横向邻近所述第一电介质和所述栅极。 0005 本发明的第二方面提供一种形成具有短路保护区域的镶嵌栅极的方法，该方法包 括：形成镶嵌栅极，该栅极具有：栅极电介质，在衬底顶上；栅极导体，在所述栅极电介质顶 上；导电衬里，横向邻近所述栅极导体；隔离物，在所述导电衬里和所述衬底之间；以及第 一电介质，在所述栅极导体顶上；以及在所述衬底的一部分、所述栅极电介质、所述导电衬 里和所述隔离物顶上沉积第二电介质，其。
12、中所述第二电介质在所述栅极导体的至少一个上 拐角之上形成短路保护区域。 0006 本发明的第三方面提供一种镶嵌栅极，该栅极包括：栅极电介质，在衬底顶上；栅 极导体，在所述栅极电介质顶上；导电衬里，横向邻近所述栅极导体；隔离物，在所述导电 衬里和所述衬底之间；第一电介质，在所述栅极导体顶上；以及第二电介质，在所述导电衬 里顶上并且横向邻近所述第一电介质和所述隔离物二者。 0007 本发明的第四方面提供一种镶嵌栅极，该栅极包括：栅极电介质，在衬底顶上；栅 极导体，在所述栅极电介质顶上；导电衬里，横向邻近所述栅极导体；第一电介质，在所述 栅极导体的至少一部分的顶上；隔离物，在所述导电衬里和所述衬底之。
13、间；以及第二电介 质，在所述衬底的一部分、所述隔离物、所述导电衬里、和所述第一电介质的顶上，其中所述 第二电介质在所述栅极导体的至少一个上拐角之上形成短路保护区域。 0008 设计本发明的示例性方面以解决这里描述的问题和技术人员发现的其它未讨论 的问题。 附图说明 说 明 书CN 102741990 A 2/3页 5 0009 随后结合示出本发明的不同实施例的附图详细描述本发明的不同方面将更容易 理解本发明的这些和其它特征，其中： 0010 图1A-C示出了根据本发明的一个实施例的形成具有短路保护区域的镶嵌栅极的 方法的侧面截面图； 0011 图2A-B示出了根据本发明的可选实施例的形成具有短。
14、路保护区域的镶嵌栅极的 方法的侧面截面图；以及 0012 图3根据本发明的不同实施例示出了示例方法的流程图。 0013 注意本发明的附图没有按比例绘制。附图旨在仅描述本发明的典型方面，并且因 此不应该认为限制本发明的范围。在附图中，附图之间相似的标号表示相似的元件。 具体实施方式 0014 下面参考图1A，示出了镶嵌栅极100，该栅极包括衬底10、栅极电介质12、隔离物 20、导电衬里30、栅极导体40、以及第一电介质50。区域A和B示出了栅极导体40的上拐 角区域，如上提及的，区域A和B为栅极100特别容易发生接触至栅极短路的区域。 0015 每个栅极元件的材料可以是通常使用的材料。本领域的。
15、技术人员公知除了下面列 举的那些材料之外的材料，并且该材料在本发明的范围内。例如，衬底10可以包括硅、锗、 硅锗、碳化硅以及由基本上具有下述化学式定义的成分的一种或多种-化合物半导体 所构成的材料：Al X1 Ga X2 In X3 As Y1 P Y2 N Y3 Sb Y4 ，其中X1，X2，X3，Y1，Y2，Y3和Y4表示相对比例，每 一个都大于或等于零并且X1+X2+X3+Y1+Y2+Y3+Y4=1（1是总相对摩尔量）。其它合适的衬 底包括-族化合物半导体，具有成分Zn A1 Cd A2 Se B1 Te B2 ，其中A1，A2，B1和B2是相对比例， 每一个都大于或等于零并且A1+A2。
16、+B1+B2=1（1是总摩尔量）。在一些实施例中，衬底10可 以包括非晶或多晶硅。 0016 栅极电介质12可以包括，例如氧化物、氧化硅、二氧化硅、氧氮化硅、氮化硅 （Si 3 N 4 ）、氧化钽、铝土、氧化铪（HfO 2 ）、硅酸铪（HfSi）、等离子体增强化学气相沉积氧化物、 原硅酸四乙酯、氧化氮、氮化的氧化物、氧化铝、氧化锆（ZrO 2 ）、硅酸锆（ZrSiO x ）、高K（K 5）材料和/或其组合。 0017 导电衬里30可以包括，例如，硬金属，如钨、钼、锇、铱、或其合金。 0018 栅极导体40可以包括，例如，铝、铝-铜合金、钴、硅化钴、铜、金属硅化物、镍、硅化 镍、氮化的金属、钯、。
17、铂、难熔金属如钌、氮化钽、钛、氮化钛铝、氮化钛、硅化钛、钛钨合金和/ 或氮化钨碳和/或其组合。 0019 第一电介质50可以包括，例如，氧化物、氧氮化硅、氮化硅、低压原硅酸四乙 酯、高温氧化物、炉氧化物（furnace oxide）、等离子体增强化学增强沉积氧化物、低压 氧化物、氧化铪、氧化钽、氧化铝、氧电介质（oxygen dielectrics），氮电介质（nitrogen dielectrics）和/或其组合。 0020 图1B中，栅极100被选择地掩蔽（未示出）并蚀刻以移除导电衬里30的上部。 0021 在图1C中，在导电衬里30的剩余部分的顶上沉积第二电介质60，以便第二电介质 60。
18、在隔离物20和第一电介质50之间并且横向邻近隔离物20和第一电介质50。在一些实 施例中，包括在图1C中示出的一个实施例，第二电介质60还横向邻近栅极导体40的一部 分。 说 明 书CN 102741990 A 3/3页 6 0022 第二电介质60可以包括，例如氧化物、氧氮化硅、氮化硅、低压原硅酸四乙酯、高 温氧化物、炉氧化物、等离子体增强化学增强沉积氧化物、低压氧化物、氧化铪、氧化钽、氧 化铝、氧电介质、氮电介质，高介电常数（高K（例如K5）材料和/或其组合。 0023 在本发明的一些实施例中，第二电介质60的材料可以不同于第一电介质50的材 料。这里使用的“不同”、“区别”和“不同于”指。
19、包括材料的不同比例以及材料本身不同。 0024 可以通过任意种类的技术沉积第二电介质60，当然该选择基于使用的材料而不 同。适合的沉积技术包括任意现在已知或后来开发的适合用于沉积材料的技术，包括但不 限于，例如：化学气相沉积（CVD）、低压CVD（LPCVD）、等离子体增强CVD（PECVD）、半大气压 CVD（SACVD）和高密度等离子体CVD（HDPCVD）、快热CVD（RTCVD）、超高真空CVD（UHVC VD）、 限制反应处理CVD（LRPCVD）、金属有机CVD（MOCVD）、溅射沉积、离子束沉积、电子束沉积、 激光辅助沉积、热氧化、热氮化、旋涂方法、物理气相沉积（PVD）、原子层。
20、沉积（ALD）、化学氧 化、分子束外延（MBE）、镀敷或蒸发。 0025 图1C的栅极100可被进一步处理，包括例如，抛光，如通过化学机械抛光（CMP）。 0026 图2A-B示出了本发明的可选实施例。在图2A中，沉积并蚀刻抗蚀刻第二电介质 160以便其位于第一电介质150、导电衬里130、隔离物120和衬底110的一部分的顶上。在 图2A示出的实施例中，栅极导体140的上拐角再次被第二电介质160保护不会产生接触至 栅极短路。 0027 图2B示出了根据本发明的栅极200的又一实施例。这里，蚀刻图2A的第二电介 质160以暴露栅极，目的是容易接触，但是留下栅极导体140的上拐角被第二电介质的。
21、两部 分160,162覆盖。 0028 第二电介质160,162包括的材料如上所述。在本发明的一些实施例中，第二电介 质160,162的材料不同于第一电介质150的材料。 0029 图3示出了描述根据本发明的不同实施例的方法的流程图。步骤S1，形成镶嵌栅 极，镶嵌栅极包括在衬底（10，图1A）中的栅极导体（40，图1A）、横向邻近栅极导体的导电衬 里（30，图1A）、在导电衬里和衬底之间的隔离物（20，图1A）以及在栅极导体顶上的电介质 （50，图1A）。形成这样的镶嵌栅极的方法和技术是常规的并且本领域的技术人员已公知。 因此，为了简洁目的，这里不做进一步描述。 0030 步骤S2，流程可以根。
22、据期望的栅极形成方法而遵循两个路径中的一个。取第一路 径，步骤S3，移除导电衬里30的一部分并且步骤S4，在导电衬里30的剩余部分的顶上沉积 新电介质（60，图1C）。因此，第一路径导致如图1C中示出的镶嵌栅极。 0031 取第二路径，步骤S5，在栅极导体的一个或更多上拐角上沉积电介质（160，图2A） （例如，在第一电介质（150，图2A）、导电衬里（130，图2A）、隔离物（120，图2A）和衬底的一部 分（110，图2A）顶上沉积电介质）。因此，第一路径，直到步骤S5，导致如图2A中示出的镶 嵌栅极。继续第二路径，在步骤S6中可选择地移除沉积的电介质的一部分，导致如图2B中 示出的镶嵌栅极。 0032 前面提供了对本发明的不同方面的描述以用于说明和描述目的。不旨其是详尽的 或将本发明限制到公开的精确形式，显然，可以有许多修改和变化。本领域的技术人员应该 明白这样的修改和变化包括在附加权利要求限定的本发明的范围内。 说 明 书CN 102741990 A 1/4页 7 图1A 图1B 说 明 书 附 图CN 102741990 A 2/4页 8 图1C 图2A 说 明 书 附 图CN 102741990 A 3/4页 9 图2B 说 明 书 附 图CN 102741990 A 4/4页 10 图3 说 明 书 附 图CN 102741990 A 10 。