DE102016114724B4 - Verfahren zum Ausbilden von Gräben mit unterschiedlichen Tiefen und Vorrichtung - Google Patents

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Abstract

Verfahren, umfassend:Ausbilden einer dielektrischen Schicht (310) über einem Substrat (210), das eine Gate-Struktur (230A) aufweist;Ausbilden eines ersten Grabens (430, 430B) in der dielektrischen Schicht (310);Ausbilden von dielektrischen Abstandshaltern (510) entlang Seitenwänden des ersten Grabens (430, 430B), wobei die Seitenwände des ersten Grabens (430) durch die dielektrische Schicht (310) definiert sind;Entfernen eines Teils der dielektrischen Abstandshalter (510), um einen Teil der Seitenwände des ersten Grabens (430, 430B) freizulegen, die durch die dielektrische Schicht (310) definiert sind, wobei ein weiterer Teil der dielektrischen Abstandshalter (510) in dem ersten Graben (430, 430B) zurück bleibt, nachdem der Teil der dielektrischen Abstandshalter (510) entfernt wurde;Ausbilden eines ersten Metallmerkmals (730) in dem ersten Graben (430) über dem weiteren Teil der dielektrischen Abstandshalter (510) und entlang der freiliegenden Teile der Seitenwände des ersten Grabens (430, 430B)Ausbilden einer weiteren dielektrischen Schicht (810) über dem ersten Metallmerkmal (730) und der Gate-Struktur (230A) ; undAusbilden eines zweiten Grabens (826) durch die weitere dielektrische Schicht (810), um einen Teil des ersten Metallmerkmals (730) freizulegen, und eines dritten Grabens (825) durch die weitere dielektrische Schicht (810) und die dielektrische Schicht (310), um einen Teil der Gate-Struktur (230A) freizulegen, wobei der zweite Graben (826) und der dritte Graben (825) in dem gleichen Ätzverfahren ausgebildet werden.

Description

  • HINTERGRUND
  • Die integrierte Halbleiterschaltungs-(IC)-Branche hat ein schnelles Wachstum erlebt. Technischer Fortschritt bei IC-Design und -Materialien hat Generationen von ICs hervorgebracht, bei denen jede Generation kleinere und komplexere Schaltungen als vorherige Generationen aufweist. Im Verlauf der IC-Entwicklung hat sich die Funktionsdichte (d.h. die Anzahl von miteinander verbundenen Einrichtungen je Chipfläche) im Allgemeinen erhöht, während sich die Geometriegröße (d.h. die kleinste Komponente (oder Leitung), die unter Verwendung eines Herstellungsverfahrens erzeugt werden kann) verringert hat.
  • Dieser Herunterskaliervorgang bietet im Allgemeinen Vorteile, indem er die Produktionseffizienz erhöht und die damit verbundenen Kosten senkt. Ein solches Herunterskalieren hat auch die Komplexität der IC-Verarbeitung und Herstellung erhöht. Damit diese Fortschritte erreicht werden können, werden ähnliche Entwicklungen bei der IC-Verarbeitung und -Herstellung benötigt. Ein Bereich ist die Verdrahtung oder Verbindung zwischen den Transistoren und anderen Vorrichtungen. Obwohl die bestehenden Verfahren zur Herstellung von IC-Vorrichtungen für ihre beabsichtigten Zwecke im Allgemeinen angemessen waren, waren sie nicht in jeder Hinsicht vollständig zufriedenstellend. Es ergaben sich beispielsweise Herausforderungen bei der Entwicklung von robusten Verfahren zum Ausbilden von Gräben mit verschiedenen Tiefen.
  • Die US 2013/0 119 474 A1 beschreibt eine Halbleiterstruktur mit sich droben verjüngten Abstandshaltern seitlich an ein Metallmerkmal, die es erlauben, dass sich das Metallmerkmal nach oben hin verbreitert.
  • Die US 2002/0 155 700 A1 beschreibt eine Halbleiterstruktur mit einem abgestuften Metallmerkmal, dass in einem oberen Bereich breiter ist als in einem unteren Bereich.
  • Figurenliste
  • Aspekte der vorliegenden Offenbarung werden am besten aus der folgenden detaillierten Beschreibung verstanden, wenn sie zusammen mit den beigefügten Zeichnungen gelesen wird. Man beachte, dass in Übereinstimmung mit dem üblichen Vorgehen in der Branche verschiedene Elemente nicht maßstabsgetreu gezeichnet sind. Tatsächlich können die Abmessungen der verschiedenen Elemente zur Klarheit der Beschreibung beliebig vergrößert oder verkleinert werden.
    • 1 ist ein Flussdiagramm eines beispielhaften Verfahrens zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung, die in Übereinstimmung mit einigen Ausführungsformen entworfen wurde.
    • 2 ist eine Schnittansicht einer beispielhaften Ausgangsstruktur in Übereinstimmung mit einigen Ausführungsformen.
    • 3, 4, 5, 6A, 6B, 7, 8, 9, 10A, 10B, 11, 12, 13, 14A, 14B, 15A, 15B und 16 sind Querschnittsansichten einer beispielhaften Halbleitervorrichtung in Übereinstimmung mit einigen Ausführungsformen.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
  • Die folgende Offenbarung sieht viele verschiedene Ausführungsformen oder Beispiele vor, um verschiedene Merkmale der Erfindung zu implementieren. Das Ausbilden einer ersten Einrichtung über oder auf einer zweiten Einrichtung in der folgenden Beschreibung kann beispielsweise Ausführungsformen umfassen, in denen die erste und die zweite Einrichtung in direktem Kontakt ausgebildet sind, und kann auch Ausführungsformen umfassen, in denen zusätzliche Einrichtungen zwischen der ersten Einrichtung und der zweiten Einrichtung ausgebildet sein können, so dass die erste und die zweite Einrichtung nicht in direktem Kontakt sein müssen. Zusätzlich kann die vorliegende Offenbarung Bezugszeichen und/oder Buchstaben in den verschiedenen Beispielen wiederholen. Diese Wiederholung dient dem Zweck der Einfachheit und Klarheit und erzwingt an sich keine Beziehung zwischen den verschiedenen beschriebenen Ausführungsformen und/oder Konfigurationen.
  • Weiter können räumlich relative Begriffe, wie „unten“, „unter“, „unterer“, „über“, „oberer“ und ähnliche, hier zur Einfachheit der Beschreibung verwendet werden, um die Beziehung eines Elements oder eines Merkmals mit einem oder mehreren anderen Elementen oder Merkmalen zu beschreiben, wie sie in den Figuren gezeigt sind. Die räumlich relativen Begriffe sollen verschiedene Orientierungen der Vorrichtung, die verwendet oder betrieben wird, zusätzlich zu der in den Figuren gezeigten Orientierung umfassen. Die Vorrichtung kann anders orientiert sein (um 90 Grad gedreht oder in einer anderen Orientierung) und die räumlich relativen Begriffe, die hier verwendet werden, können ebenfalls demgemäß interpretiert werden.
  • 1 ist ein Flussdiagramm eines Verfahrens 100 zur Herstellung einer oder mehrerer Halbleitervorrichtungen in Übereinstimmung mit einigen Ausführungsformen. Das Verfahren 100 ist ein Beispiel und soll die vorliegende Offenbarung nicht darüber hinaus einschränken, was in den Ansprüchen ausdrücklich angegeben ist. Zusätzliche Vorgänge können vor, während und nach dem Verfahren 100 vorgesehen sein und einige der beschriebenen Vorgänge können für zusätzliche Ausführungsformen des Verfahrens ersetzt, entfernt oder umgeordnet werden. Das Verfahren 100 wird im Folgenden im Detail mit Bezug auf eine Ausgangsstruktur 205 einer Halbleitervorrichtung 200 in 2 und der Halbleitervorrichtung 200 in den 3 bis 16 beschrieben.
  • Wie gezeigt werden wird, ist die Vorrichtung 200 eine planare FET-Vorrichtung. Dies beschränkt nicht notwendigerweise die Ausführungsformen auf eine bestimmte Art von Vorrichtung, Anzahl von Vorrichtungen, Anzahl von Bereiche oder Konfiguration von Strukturen oder Bereichen. Beispielsweise kann der angegebene Gegenstand bei der Herstellung von FinFET-Vorrichtungen und anderen Arten von Mehr-Gate-FET-Vorrichtungen angewendet werden. Weiter kann die Vorrichtung 200 eine Zwischenvorrichtung sein, die während der Verarbeitung eines ICs oder eines Teils davon hergestellt wird, die statischen Direktzugriffsspeicher (SRAM) und/oder andere Logikschaltungen, passive Komponenten wie Widerstände, Kondensatoren und Induktoren und aktiven Komponenten wie p-Typ-FETs (PFETs), n-Typ-FETs (NFETs), FinFETs, Metall-Oxid-Halbleiter-Feldeffekttransistoren (MOSFETs), komplementäre Metall-Oxid-Halbleiter-(CMOS-)Transistoren, Bipolartransistoren, Hochspannungstransistoren, Hochfrequenztransistoren, andere Speicherzellen und Kombinationen davon umfassen kann.
  • Mit Bezug auf 1 und 2 beginnt das Verfahren 100 bei Schritt 102, in dem die Ausgangsstruktur 205 der Halbleitervorrichtung 200 empfangen wird. Die Ausgangsstruktur 205 weist ein Substrat 210 auf. Das Substrat 210 kann ein Bulk-Siliziumsubstrat sein. Alternativ kann das Substrat 210 einen elementaren Halbleiter wie Silizium oder Germanium in einer kristallinen Struktur; einen Verbindungshalbleiter wie Silizium-Germanium, Siliziumkarbid, Galliumarsenid, Galliumphosphid, Indiumphosphid, Indiumarsenid und/oder Indiumantimonid oder Kombinationen davon aufweisen. Mögliche Substrate 210 umfassen auch ein Silizium-auf-Isolator-(SOI-)Substrat. SOI-Substrate werden durch Trennung durch Implantation von Sauerstoff (SIMOX), Waferbonden und/oder andere geeignete Verfahren hergestellt.
  • Einige beispielhafte Substrate 210 umfassen auch eine Isolierschicht. Die Isolierschicht umfasst jedes geeignete Material einschließlich Siliziumoxid, Saphir und/oder Kombinationen davon. Eine beispielhafte Isolierschicht kann eine vergrabene Oxidschicht (BOX) sein. Der Isolator wird durch jedes geeignete Verfahren wie beispielsweise Implantation (z.B. SIMOX), Oxidation, Abscheiden und/oder andere geeignete Verfahren ausgebildet. In manchen beispielhaften Substraten 210 ist die Isolierschicht eine Komponente (z.B. Schicht) eines Silizium-auf-Isolator-Substrats.
  • Das Substrat 210 kann auch verschiedene dotierte Bereiche aufweisen. Die dotierten Bereiche können mit p-Typ-Dotierungsmitteln wie Bor oder BF2, n-Typ-Dotierungsmittel wie Phosphor oder Arsen oder Kombinationen davon dotiert sein. Die dotierten Bereiche können direkt auf dem Substrat 210, in einer p-Wannenstruktur, in einer n-Wannenstruktur, in einer Dual-Wannenstruktur oder mit einer angehobenen Struktur ausgebildet werden. Das Substrat 210 kann ferner verschiedene aktive Bereiche umfassen, etwa Bereiche, die für eine n-Typ-Metall-Oxid-Halbleiter-Transistorvorrichtung konfiguriert sind, und Bereiche, die für eine p-Typ-Typ-Metall-Oxid-Halbleiter-Transistorvorrichtung konfiguriert sind.
  • Das Substrat 210 kann auch verschiedene Isoliationseinrichtungen 220 aufweisen. Die Isoliereinrichtungen 220 trennen verschiedene Vorrichtungsbereiche in dem Substrat 210. Die Isoliereinrichtungen 220 umfassen verschiedene Strukturen, die durch verschiedene Verarbeitungstechnologien ausgebildet werden. Die Isoliereinrichtungen 220 können beispielsweise flache Grabenisolations-(STI-)Einrichtungen umfassen. Das Ausbilden einer STI kann Ätzen eines Grabens in dem Substrat 210 und Füllen des Grabens mit Isoliermaterialien wie beispielsweise Siliziumoxid, Siliziumnitrid oder Siliziumoxinitrid umfassen. Der gefüllte Graben kann eine Mehrschichtstruktur wie beispielsweise eine thermische Oxid-Auskleidungsschicht aufweisen, wobei Siliziumnitrid den Graben füllt. Ein chemisch-mechanisches Polieren (CMP) kann durchgeführt werden, um überschüssiges Isoliermaterial wegzupolieren und die obere Fläche der Isoliereinrichtungen 220 zu planarisieren.
  • Die Ausgangsstruktur 205 umfasst auch eine Mehrzahl von ersten leitenden Einrichtungen 230A, 230B und 230C über dem Substrat 210. In einigen Ausführungsformen können die ersten leitenden Einrichtungen 230A, 230B und 230C Gate-Strukturen sein, die High-k/Metall-Gate-Stapel (HK/MGs) umfassen. Alternativ können in einigen Ausführungsformen die ersten leitenden Einrichtungen 230A, 230B und 230C auch einen Teil der Verbindungsstruktur umfassen, etwa einen Kontakt, eine Metall-Durchkontaktierung und/oder eine Metallleitung. In einer Ausführungsform umfassen die ersten leitenden Einrichtungen 230A, 230B und 230C Elektroden, Kondensatoren, Widerstände und/oder einen Teil eines Widerstandes. Zum Zwecke der Einfachheit und Klarheit werden die ersten leitenden Einrichtungen 230A, 230B und 230C auch als die HK/MGs 230A, 230B und 230C bezeichnet.
  • Die HK/MGs 230A, 230B und 230C können Grenzschichten, Gate-Dielektrikumsschichten, Austrittsarbeits-Metallschichten und Füllschichten umfassen. Die Grenzschichten können ein dielektrisches Material wie beispielsweise Siliziumoxid oder Siliziumoxinitrid umfassen und durch chemische Oxidation, thermische Oxidation, ALD, CVD ausgebildet werden, oder ein anderes geeignetes Dielektrikum. Die Gate-Dielektrikumsschicht kann eine high-k-dielektrische Schicht wie beispielsweise Hafniumoxid (HfO2), Zirkoniumoxid (ZrO2), Lanthanoxid (La2O3), Titanoxid (TiO2), Yttriumoxid (Y2O3), Strontiumtitanat (SrTiO3), andere geeignete Metalloxide oder Kombinationen daraus umfassen. Die Gate-Dielektrikumsschichten können durch ALD und/oder andere geeignete Verfahren ausgebildet werden. Die Austrittsarbeits-Metallschichten können aus einer n-Typ-Austrittsarbeitsschicht für NFETs oder einer p-Typ-Austrittsarbeitsschicht für PFETs bestehen und können durch CVD, PVD und/oder andere geeignete Verfahren abgeschieden werden. Die p-Typ-Austrittsarbeitsschicht umfasst ein Metall mit einer ausreichend großen effektiven Austrittsarbeit, das aus der Gruppe von Titannitrid (TiN), Tantalnitrid (TaN), Ruthenium (Ru), Molybdän (Mo), Wolfram (W), Platin (Pt) oder Kombinationen davon gewählt, aber nicht darauf beschränkt ist. Die n-Typ-Austrittsarbeitsschicht umfasst ein Metall mit einer ausreichend niedrigen effektiven Austritts arbeit, das aus der Gruppe von Titan (Ti), Aluminium (Al), Tantalkarbid (TaC), Tantalkarbid-Nitrid (TaCN), Tantal-Siliziumnitrid (TaSiN) oder Kombinationen davon gewählt, aber nicht darauf beschränkt ist. Die Füllschichten können Aluminium (Al), Wolfram (W) oder Kupfer (Cu) und/oder andere geeignete Materialien umfassen und durch CVD, PVD, Plattieren und/oder andere geeignete Verfahren ausgebildet werden. Ein CMP-Verfahren kann durchgeführt werden, um überschüssiges Material von den HK/MG-Stapeln 230A, 230B und 230C zu entfernen und eine obere Fläche der Ausgangsstruktur 205 zu planarisieren.
  • In einigen Ausführungsformen werden zuerst Dummy-Gate-Stapel ausgebildet und dann durch die HK/MGs 230A, 230B und 230C ersetzt, nachdem Hochtemperaturverfahren durchgeführt wurden, etwa thermische Verfahren während der Source/Drain-Ausbildung. Der Dummy-Gate-Stapel kann eine Dummy-Gate-Dielektrikumsschicht und eine Polysiliziumschicht aufweisen und durch Abscheidungs-, Strukturierungs- und Ätzverfahren ausgebildet werden.
  • In einigen Ausführungsformen wird eine Gate-Hartmaske (GHM) 235 oben auf jedem der HK/MGs 230A, 230B und 230C ausgebildet. Die GHM 235 kann Titan (Ti), Titanoxid, TiN, TiSiN, Tantal (Ta), Tantaloxid, TaN, TaSiN, Siliziumnitrid, Siliziumoxid, Siliziumkarbid, Siliziumkarbid-Nitrid, Mangan (Mn), Kobalt (Co), Ruthenium (Ru), WN, Aluminiumnitrid, Aluminiumoxid und/oder andere geeignete Materialien umfassen. Die GHM 235 kann durch Abscheidungs-, lithographische Strukturierungs- und Ätzverfahren ausgebildet werden.
  • In einigen Ausführungsformen können Gate-Abstandshalter 240 entlang der Seitenwände der HK/MGs 230A, 230B und 230C ausgebildet werden. Die Gate-Abstandshalter 240 können ein dielektrisches Material wie beispielsweise Siliziumnitrid umfassen. Alternativ können die Gate-Abstandshalter 240 Siliziumkarbid, Siliziumoxinitrid und/oder ein anderes geeignetes Material umfassen. Die Gate-Abstandshalter 240 können durch Abscheiden einer Gate-Abstandshalterschicht und nachfolgend anisotropes Trockenätzen der Gate-Abstandshalterschicht ausgebildet werden.
  • Die Ausgangsstruktur 205 kann auch zweite leitende Einrichtungen 250 über dem Substrat 210 aufweisen. Eine obere Fläche der zweiten leitenden Einrichtung 250 muss nicht auf derselben horizontalen Ebene wie die HK/MG-Stapel 230A, 230B und 230C liegen. Die obere Fläche der zweiten leitenden Einrichtung 250 ist beispielsweise wesentlich niedriger als die obere Fläche der HK/MG-Stapel 230A, 230B und 230C. Die zweite leitende Einrichtung 250 kann durch Verfahren wie Abscheidung, Photolithographie und Ätzen ausgebildet werden. In einigen Ausführungsformen sind die zweiten leitenden Einrichtungen 250 Source/Drain-(S/D-)Einrichtungen, neben und getrennt von dem HK/ MG 230A . Alternativ kann in einigen Ausführungsformen die zweite leitende Einrichtung 250 auch einen Teil der Verbindungsstruktur umfassen, etwa einen Kontakt, eine Metall-Durchkontaktierung oder eine Metallleitung. In einer Ausführungsform umfassen die zweiten leitenden Einrichtungen 250 Elektroden, Kondensatoren, Widerstände und/oder einen Teil eines Widerstandes. Zum Zwecke der Einfachheit und Klarheit wird die zweite leitende Einrichtung 250 im Folgenden als S/D-Einrichtung 250 bezeichnet.
  • Hier ist eine der S/D-Einrichtungen 250 eine Source-Einrichtung und eine andere der S/D-Einrichtungen 250 eine Drain-Einrichtung. In einer Ausführungsform wird ein Teil des Substrats 210 neben dem HK/ MG 230A vertieft, um S/D-Vertiefungen auszubilden, und dann werden die S/D-Einrichtungen 250 über den S/D Vertiefungen durch epitaktische Aufwachsverfahren ausgebildet, etwa CVD, VPE und/oder UHV-CVD, Molekularstrahlepitaxie und/oder andere geeignete Verfahren. Die S/D-Einrichtungen 250 können Germanium (Ge), Silizium (Si), Galliumarsenid (GaAs), Aluminium-Galliumarsenid (AlGaAs), Silizium-Germanium (SiGe), Galliumarsenid-Phosphid (GaAsP), Gallium-Antimon (GaSb), Indium-Antimon (InSb), Indium-Gallium-Arsenid (InGaAs), IndiumArsenid (InAs) oder andere geeignete Materialien umfassen. Die S/D-Einrichtungen 250 können durch epitaktische Aufwachsverfahren ausgebildet werden, etwa CVD-Abscheidungstechniken (zum Beispiel Gasphasen-Epitaxie (VPE) und/oder Ultrahochvakuum-CVD (UHV-CVD)), Molekularstrahlepitaxie und/oder andere geeignete Verfahren. Die S/D-Einrichtungen 250 können während der Epi-Verfahren in situ dotiert werden. Alternativ wird, wenn die S/D-Einrichtung 250 nicht in-situ dotiert wird, ein Implantationsverfahren (d.h. ein Übergangs-Implantationsverfahren) durchgeführt, um die S/D-Einrichtung 250 zu dotieren. Ein oder mehrere Glühverfahren können durchgeführt werden, um Dotierungsmittel zu aktivieren.
  • In der vorliegenden Ausführungsform umfasst die Ausgangsstruktur 205 eine erste dielektrische Schicht 260, die über dem Substrat 210 abgeschieden wird, wobei die Räume zwischen den HK/MGs 230B und 230C vollständig gefüllt werden. Die erste dielektrische Schicht 260 kann Tetraethylorthosilikat-(TEOS-)Oxid, undotiertes Silikatglas oder dotiertes Siliziumoxid wie Bor-Phosphorsilikatglas (BPSG), Quarzglas (FSG), Phosphorsilikatglas (PSG), Bor-dotiertes Siliziumglas (BSG) und/oder andere geeignete dielektrische Materialien umfassen. Die erste dielektrische Schicht 260 kann auch ein dielektrisches Material aufweisen, das eine Dielektrizitätskonstante (k) hat, die kleiner als die von thermischem Siliziumoxid ist (daher als low-k-dielektrische Materialschicht bezeichnet). Das low-k-dielektrische Material kann Kohlenstoff-enthaltende Materialien, Organosilikatglas (OSG), porogenhaltige Materialien, ein Hydrogensilsesquioxan-(HSQ-)Dielektrikum, ein Methylsilsesquioxane-(MSQ-)Dielektrikum, ein Kohlenstoff-dotiertes Oxid-(CDO-) Dielektrikum, ein hydriertes Siliziumoxykarbid-(SiCOH-)Dielektrikum, ein Benzocyclobuten-(BCB-)Dielektrikum, ein Arylcyclobuten-basiertes Dielektrikum, ein Polyphenylen-basiertes Dielektrikum, andere geeignete Materialien und/oder eine Kombination davon umfassen. Die erste dielektrische Schicht 260 kann eine einzelne Schicht oder mehrere Schichten aufweisen. Die erste dielektrische Schicht 260 kann durch CVD, ALD, Rotationsbeschichtung und/oder andere geeignete Techniken abgeschieden werden.
  • Die Ausgangsstruktur 205 kann auch dritte leitende Einrichtungen 270 über zugehörigen S/D-Einrichtungen 250 aufweisen. In der vorliegenden Ausführungsform sind die dritten leitenden Einrichtungen 270 S/D-Kontaktmetalle. Wie gezeigt, erstrecken sich die S/D-Kontaktmetalle 270 bis zu den zugehörigen S/D-Einrichtungen 250. Das S/D-Kontaktmetall 270 kann Kupfer (Cu), Aluminium (Al), Wolfram (W), Kupfer, Kupfer-Magnesium (CuMn), Kupfer-Aluminium (CuAl) oder Kupfer-Silizium (CuSi) und/oder andere geeigneten leitende Materialien umfassen. Das Ausbilden der S/D-Kontaktmetalle 270 kann das Ausbilden von Gräben und das Füllen der Gräben mit einer Metallschicht und das Durchführen eines chemisch-mechanischen Polier-(CMP-)Verfahrens umfassen, um die oberen Fläche zu planarisieren und überschüssiges Material der Metallschicht zu entfernen.
  • Mit Bezug auf 1 und 3 fährt, nachdem die Ausgangsstruktur 205 empfangen wurde, das Verfahren 100 mit Schritt 104 fort, in dem eine zweite dielektrische Schicht 310 über der Ausgangsstruktur 205 über den HK/MG-Stapeln 230A, 230B und 230C, der ersten dielektrischen Schicht 260 und den S/D-Kontaktmetallen 270 ausgebildet wird. Die zweite dielektrische Schicht 310 wird in vielerlei Hinsicht ähnlich wie die erste dielektrische Schicht 260 ausgebildet, die oben mit Bezug auf 2 beschrieben wurde, einschließlich der darin beschriebenen Materialien.
  • Üblicherweise können eine oder mehrere Filmschichten über der zweiten dielektrischen Schicht 310 ausgebildet werden und dann Gräben ausgebildet werden, um zugehörige Einrichtungen zu erreichen, die auf unterschiedlichen horizontalen Ebenen (Tiefen) der Filmschichten liegen. Um ein einfaches Verfahren und Kostensenkungen zu erreichen, ist es erstrebenswert, Gräben, die unterschiedliche Tiefen haben, während des gleichen Ätzvorgangs (d.h. zur gleichen Zeit) auszubilden. Um das zu erreichen, muss erreicht werden, dass wenn ein erster Graben eine vorbestimmte Tiefe/Einrichtung erreicht hat, während ein zweiter Graben das nicht hat, der Ätzvorgang in dem ersten Graben anhält, während der Ätzvorgang fortfährt, den zweiten Graben weiter zu vergrößern. Es treten jedoch Herausforderungen auf beim Anhalten des Ätzens in dem ersten Graben, während der zweite Graben weiter geätzt wird. Die vorliegende Offenbarung stellt ein Verfahren bereit, um einen ersten Graben, der eine erste Tiefe aufweist (d.h. einen flachen Graben), und einen zweiten Graben, der eine zweite Tiefe aufweist (d.h. einen tiefen Graben), während des gleichen Ätzvorgangs auszubilden, während vermieden wird, dass der erste Graben während des notwendigen weiteren Ätzens des zweiten Grabens weiter geätzt wird.
  • Mit Bezug auf 1 und 4 fährt das Verfahren 100 mit Schritt 106 fort, in dem eine erste strukturierte HM 410, die mehrere erste Öffnungen 420 aufweist, über der zweiten dielektrischen Schicht 310 ausgebildet wird. Die ersten Öffnungen 420 definieren Bereiche für Gräben, die darauf ausgebildet werden sollen. In der vorliegenden Ausführungsform sind die ersten Öffnungen 420 an entsprechenden Kontaktmetallen 270 und einem Teil der ersten dielektrischen Schicht 260 zwischen dem HK/ MG 230B und dem HK/ MG 230C ausgerichtet.
  • In einigen Ausführungsformen ist die erste strukturierte HM 410 eine strukturierte Photoresistschicht und wird durch ein Lithographieverfahren ausgebildet. Ein beispielhaftes Lithographieverfahren kann das Ausbilden einer Photoresistschicht, das Belichten der Photoresistschicht mit einem lithographischen Belichtungsverfahren, das Durchführen eines Post-Exposure-Bake-Verfahrens und das Entwickeln der Photoresistschicht umfassen, um die strukturierte Resistschicht auszubilden. Alternativ kann die ersten 410 HM ausgebildet werden, indem eine HM-Schicht ausgebildet wird, eine strukturierte Photoresistschicht über der HM-Schicht durch ein Lithographieverfahren ausgebildet wird und die HM-Schicht durch die strukturierte Photoresistschicht geätzt wird, um die erste strukturierte HM 410 auszubilden.
  • Mit Bezug auf 1 und 5 fährt das Verfahren 100 mit Schritt 108 fort, in dem die zweite dielektrischen Schicht 310 durch die ersten Öffnungen 420 geätzt wird, um erste Gräben 430 in der zweiten dielektrischen Schicht 310 auszubilden. Mit anderen Worten definieren Teile der zweiten dielektrischen Schicht 310 die ersten Gräben 430. In einer Ausführungsform wird jeder der ersten Gräben 430 mit einem vertikalen Profil ausgebildet. In einer weiteren Ausführungsform wird jeder der ersten Gräben 430 mit einem schrägen Profil ausgebildet. In einigen Ausführungsformen liegen die S/D-Kontakteinrichtungen 270 und ein Teil der ersten dielektrischen Schicht 260 in den zugehörigen ersten Gräben frei. Das Grabenätzen kann eine Nassätzung, eine Trockenätzung und/oder eine Kombination davon umfassen. Als Beispiel umfasst die Grabenätzung ein Plasmaätzverfahren unter Verwenden von Fluor-basierten Chemikalien wie CF4, SF6, CH2F2 und/oder C2F6. Als weiteres Beispiel kann ein Nassätzverfahren das Ätzen in verdünnter Flusssäure (DHF); Kaliumhydroxid-(KOH-)Lösung; Ammoniak; einer Lösung, die Flusssäure (HF), Salpetersäure (HNO3) und/oder Essigsäure (CH3COOH) enthält; und/oder anderen geeignete Nassätzmitteln umfassen.
  • Nachdem die ersten Gräben 430 ausgebildet wurden, wird die erste strukturierte HM 410 durch ein weiteres Ätzverfahren entfernt. In einem Beispiel, in dem die erste strukturierte HM 410 eine Photoresiststruktur ist, wird die erste strukturierte HM 410 durch Nassabziehen und/oder Plasmaveraschung entfernt.
  • Mit Bezug auf die 6A und 6B fährt das Verfahren 100 mit Schritt 110 fort, in dem dielektrische Abstandshalter 510 entlang Seitenwänden der ersten Gräben 430 ausgebildet werden. In einigen Ausführungsformen werden die dielektrischen Abstandshalter 510 ausgebildet, indem eine dielektrische Abstandsschicht 505 entlang Seitenwänden der ersten Gräben 430 abgeschieden wird, wie in 6A gezeigt ist, und dann die dielektrische Abstandsschicht 505 durch ein anisotropes Trockenätzverfahren geätzt wird, um die dielektrischen Abstandshalter 510 auszubilden, wie in 6B gezeigt ist. In einigen Ausführungsformen kann die dielektrische Abstandsschicht 505 Siliziumoxid, Siliziumnitrid, Siliziumoxinitrid, Siliziumcarbonitrid, ein Low-k-Nitrid und/oder eine Kombination davon umfassen. Die dielektrische Abstandsschicht 505 kann mehrere Filme aufweisen, etwa einen Siliziumoxidfilm und einen Siliziumnitridfilm. Das Ausbilden der dielektrischen Abstandshalter 510 kann Abscheiden und anisotropes Ätzen umfassen. In einigen Beispielen kann das Abscheiden CVD, ALD und/oder andere geeignete Verfahren umfassen. In einigen Beispielen kann das anisotrope Ätzen Trockenätzen wie beispielsweise Plasmaätzen mit einer Vorspannung und einem geeigneten Ätzmittel wie beispielsweise CF4, SF6, NF3, CH2F2 und/oder einer Kombination davon umfassen, wobei die dielektrische Abstandsschicht 505 am Boden der ersten Gräben 430 ebenfalls entfernt wird. Im Ergebnis sind Teile des S/D-Kontaktmetalls 270 in einer ersten Teilmenge der ersten Gräben 430 freigelegt, die als erste Gräben-Teilmenge 430A bezeichnet wird, und ein Teil der ersten dielektrischen Schicht 260 ist in einer weiteren Teilmenge der ersten Gräben 430 freigelegt, die als zweite Gräben-Teilmenge 430B bezeichnet wird.
  • Mit Bezug auf 1 und 7 fährt das Verfahren 100 mit Schritt 112 fort, in dem eine Opferschicht 610 über dem Substrat 210 ausgebildet wird, was das Füllen von ihr in die erste und die zweite Gräben-Teilmenge 430A und 430B umfasst. Die Opferschicht 610 kann Spin-On-Glas, Siliziumoxid, Siliziumnitrid, -oxynitrid, Siliziumkarbid und/oder andere geeignete Materialien umfassen. In einigen Ausführungsformen weist die Opferschicht 610 ein Material auf, das sich von den dielektrischen Abstandshaltern 510, der zweiten dielektrischen Schicht 310 und der ersten dielektrischen Schicht 260 unterscheidet, um Ätzselektivität in nachfolgenden Ätzungen zu erreichen. Die Opferschicht 610 kann durch CVD, PVD, ALD, Rotationsbeschichtung und/oder andere geeignete Techniken abgeschieden werden. Zusätzlich kann ein CMP durchgeführt werden, um überschüssiges Opferschicht-Material 610 wegzupolieren und die obere Fläche der Opferschicht 610 zu planarisieren.
  • Mit Bezug auf 1 und 8 fährt das Verfahren 100 mit Schritt 114 fort, in dem eine zweite strukturierte HM 620 über der Opferschicht 610 ausgebildet wird. In der vorliegenden Ausführungsform weist die zweite strukturierte HM 620 eine zweite Öffnung 625 auf, die an der zweiten Gräben-Teilmenge 430B ausgerichtet ist. Die zweite strukturierte HM 620 wird in vielerlei Hinsicht ähnlich wie die erste strukturierte HM 410 ausgebildet, die oben mit Bezug auf 4 beschrieben wurde, einschließlich der darin beschriebenen Materialien.
  • Mit Bezug auf 1 und 9 fährt das Verfahren 100 mit Schritt 116 fort, in dem die Opferschicht 610 durch die zweite Öffnung 625 vertieft wird, um obere Teile der dielektrischen Abstandshalter 510 entlang Seitenwänden der zweiten Gräben-Teilmenge 430B freizulegen, während die Opferschicht 610 in der ersten Gräben-Teilmenge 430A durch die zweite strukturierte HM 620 bedeckt ist. Das Ätzverfahren kann eine Nassätzung, eine Trockenätzung und/oder eine Kombination davon umfassen. Als Beispiel kann ein Trockenätzverfahren Fluor-haltiges Gas (z.B. CF4, SF6, CH2F2 und/oder C2F6), andere geeignete Gase und/oder Plasmen und/oder Kombinationen davon implementieren. In einigen Ausführungsformen wird das Ätzverfahren so ausgewählt, dass es die Opferschicht 610 selektiv ätzt, ohne die dielektrischen Abstandshalter 510 zu ätzen. In der vorliegenden Ausführungsform wird die Opferschicht 610 in der zweiten Gräben-Teilmenge 430B so vertieft, dass ein Teil der Opferschicht 610 verbleibt.
  • Mit Bezug auf 1 und 10A fährt das Verfahren 100 mit Schritt 118 fort, in dem die dielektrischen Abstandshalter 510 in der zweiten Gräben-Teilmenge 430B vertieft (zurückgebildet) werden, während die Opferschicht 610 in der ersten Gräben-Teilmenge 430A durch die zweite strukturierte HM 610 bedeckt ist. Die vertieften dielektrischen Abstandshalter 510 sind mit dem Bezugszeichen 510' gekennzeichnet. Daher haben die dielektrischen Abstandshalter 510 eine erste Höhe h1 und die vertieften dielektrischen Abstandshalter 510' eine zweite Höhe h2, die kleiner als die erste Höhe h1 ist. Das Ätzverfahren kann eine Nassätzung, eine Trockenätzung und/oder eine Kombination davon umfassen. In den vorliegenden Ausführungsformen wird das Ätzverfahren so ausgewählt, dass es die dielektrischen Abstandshalter 510 selektiv ätzt, ohne die verbleibende Opferschicht 610 wesentlich zu ätzen. In einer Ausführungsform sind obere Flächen der vertieften dielektrischen Abstandshalter 510' koplanar mit einer oberen Fläche der verbleibenden Opferschicht 610 innerhalb der zweiten Gräben-Teilmenge 430B.
  • Nachdem die dielektrischen Abstandshalter 510 in der zweiten Gräben-Teilmenge 430B vertieft wurden, wird die zweite strukturierte HM 620 durch ein geeignetes Ätzverfahren entfernt. In einem Beispiel, in dem die zweite strukturierte HM 620 eine Resiststruktur ist, wird die zweite strukturierte HM 620 danach durch Nassabziehen und/oder Plasmaveraschung entfernt, wie in 10B gezeigt ist.
  • Mit Bezug auf 1 und 11 fährt das Verfahren 100 mit Schritt 120 fort, in dem die Opferschicht 610 von der ersten und der zweiten Gräben-Teilmenge 430A und 430B entfernt wird. Das Ätzverfahren kann eine Nassätzung, eine Trockenätzung und/oder eine Kombination davon umfassen. In der vorliegenden Ausführungsform wird das Ätzverfahren so ausgewählt, dass es die Opferschicht 610 selektiv ätzt, ohne die dielektrischen Abstandshalter 510 und 510', die erste dielektrische Schicht 260 und das S/D-Kontaktmetall 270 wesentlich zu ätzen. Im Ergebnis sind in der ersten Gräben-Teilmenge 430A die dielektrischen Abstandshalter 510 entlang der gesamten Länge der Seitenwände (d.h. durch Teile der zweiten dielektrischen Schicht 310 definiert) angeordnet, während in der zweiten Gräben-Teilmenge 430B die vertieften dielektrischen Abstandshalter 510' entlang unteren Teilen der Seitenwände (d.h. durch Teile der zweiten dielektrischen Schicht 310 definiert), aber nicht entlang ihrer oberen Teile, angeordnet sind. In der vorliegenden Ausführungsform weist die zweite Gräben-Teilmenge 430B eine erste Breite w1 in ihrem oberen Teil und eine zweite Breite w2 in ihrem unteren Teil auf, die kleiner als die erste Breite w1 ist.
  • Mit Bezug auf 1 und 12 fährt das Verfahren 100 mit Schritt 122 fort, in dem eine erste Metallschicht 710 in der ersten und der zweiten Gräben-Teilmenge 430A und 430B abgeschieden wird. In einigen Ausführungsformen wird vor dem Abscheiden der ersten Metallschicht 710 eine Klebstoffschicht in der ersten und der zweiten Gräben-Teilmenge 430A und 430B abgeschieden, um die Materialhaftung zu verbessern. Die Klebstoffschicht kann Titannitrid (TiN), Tantalnitrid (TaN), Wolframnitrid (WN), Titan-Siliziumnitrid (TiSiN) oder Tantal-Siliziumnitrid (TaSiN) umfassen. Die erste Metallschicht 710 kann Kupfer (Cu), Aluminium (Al), Wolfram (W), Kupfer, Kupfer-Magnesium (CuMn), Kupfer-Aluminium (CuAl) oder Kupfer-Silizium (CuSi) oder andere geeignete leitende Materialien umfassen. In einer Ausführungsform umfasst die erste Metallschicht 710 W. Die Klebstoffschicht und die erste Metallschicht 710 können durch PVD, CVD, metallorganische chemische Dampfabscheidung (MOCVD) oder Plattieren abgeschieden werden. In einigen Ausführungsformen wird ein CMP-Vorgang ausgeführt, um überschüssiges Material der ersten Metallschicht 710 zu entfernen. Das verbleibende Material der ersten Metallschicht 710 in der ersten und der zweiten Gräben-Teilmenge 430A und 430B bildet zweite bzw. erste Metallmerkmale 720 bzw. 730.
  • Im Ergebnis weist das zweite Metallmerkmal 720 die dielektrischen Abstandshalter 510 entlang ihrer Seitenwände auf, während das erste Metallmerkmal 730 die vertieften dielektrischen Abstandshalter 510' entlang einem unteren Teil ihrer Seitenwände aufweist und ein Teil der zweiten dielektrischen Schicht 310 einen oberen Teil ihrer Seitenwände definiert. Wie gezeigt, liegt ein oberer Teil des ersten Metallmerkmals 730 oben auf den vertieften dielektrischen Abstandshaltern 510'. Daher hat das erste Metallmerkmal 730 die erste Breite w1 in ihrem oberen Teil und die zweite Breite w2 in ihrem unteren Teil, während das zweite Metallmerkmal 720 eine einheitliche Breite hat.
  • In der vorliegenden Ausführungsform verbessern die elektrischen Abstandshalter 510 und 510' die elektrische Isolierung zwischen dem zweiten bzw. dem ersten Metallmerkmal (720 und 730) und den HK/MG-Stapeln (230A und 230B). In einigen Ausführungsformen stellen das zweite und das erste Metallmerkmal (720 und 730) vertikale und horizontale elektrische Verdrahtung bereit. Zum Beispiel sind die zweiten Metallmerkmale 720 mit der S/D-Einrichtung 250 über das S/D-Kontaktmetall 270 verbunden, während das erste Metallmerkmal 730 eine Metallleitung für horizontale elektrische Verdrahtung bereitstellt.
  • Mit Bezug auf 1 und 13 fährt das Verfahren 100 mit Schritt 124 fort, in dem eine dritte dielektrische Schicht 810 über der zweiten dielektrischen Schicht 310 und dem zweiten und dem ersten Metallmerkmal 720 und 730 ausgebildet wird. Die dritte dielektrische Schicht 810 wird in vielerlei Hinsicht ähnlich wie die erste dielektrische Schicht 260 ausgebildet, die oben mit Bezug auf 2 beschrieben wurde, einschließlich der darin beschriebenen Materialien.
  • Mit Bezug auf 1 und 14A fährt das Verfahren 100 mit Schritt 126 fort, in dem eine dritte strukturierte HM 820 über der dritten dielektrischen Schicht 810 ausgebildet wird. In der vorliegenden Ausführungsform weist die dritte strukturierte HM 820 eine dritte Öffnung 825, die an dem HM/MG-Stapel 230A ausgerichtet ist, und eine vierte Öffnung 826 auf, die an dem ersten Metallmerkmal 730 ausgerichtet ist. Die dritte strukturierte HM 820 wird in vielerlei Hinsicht ähnlich wie die erste strukturierte HM 410 ausgebildet, die oben mit Bezug auf 4 beschrieben wurde, einschließlich der darin beschriebenen Materialien.
  • In der vorliegenden Ausführungsform wird mit der größeren oberen Breite (der ersten Breite w1) des ersten Metallmerkmals 730 eine nicht-mittige Ausrichtung der vierten Öffnung 826 zu dem ersten Metallmerkmal 730 (so dass sie an einer Seite des dielektrischen Abstandshalters 510' ausgerichtet ist, wie in 14B gezeigt ist) möglich. Die bietet Vorteile, etwa das Lockern von Anforderungen an die Auflösung des Lithographieverfahrens und das Vergrößern des Verfahrensfensters im Strukturierverfahren zum Ausbilden der vierten Öffnung 826, insbesondere wenn die Vorrichtung 200 so herunterskaliert wird, dass Breiten des zweiten und des ersten Metallmerkmals 720 und 730 immer kleiner werden.
  • Mit Bezug auf 1 und 15A fährt das Verfahren 100 mit Schritt 128 fort, in dem die dritte dielektrische Schicht 810, die zweite dielektrische Schicht 310 und die GHM 235 durch die dritte Öffnung 825 geätzt werden, um einen zweiten Graben 830 auszubilden, und die dritte dielektrische Schicht 810 durch die vierte Öffnung 826 geätzt wird, um einen dritten Graben 840 auszubilden. Wie in 15A gezeigt ist, ist der zweite Graben 830 (der sich durch sowohl die dritte dielektrische Schicht 810 als auch die zweite dielektrische Schicht 310 und die GHM 235 erstreckt) tiefer als der dritte Graben 840 (der sich durch die dritte dielektrische Schicht 810 erstreckt).
  • Wie bereits erwähnt, wird angestrebt, den zweiten Graben 830 und den dritten Graben 840 im gleichen Ätzvorgang, oder mit anderen Worten gleichzeitig, auszubilden. Um dies zu erreichen, dient das erste Metallmerkmal 730 als Ätzstoppschicht, um zu verhindern, dass der dritte Graben 840 weiter geätzt wird, während der zweite Graben 830 weiter durch die zweite dielektrische Schicht 310 und die GHM 235 so verlängert wird, dass er den HK/MG-Stapel 230A erreicht. Das Ätzverfahren kann eine selektive Nassätzung, eine selektive Trockenätzung und/oder eine Kombination davon umfassen. Da eine Metallschicht (beispielsweise das erste Metallmerkmal 730) in der Regel in einem dielektrischen Ätzverfahren gut besteht, werden Anforderungen an das Ätzverfahren über die Wahl von Ätzmitteln für eine ausreichende Selektivität gelockert und die Flexibilität des Ätzvorgangs erhöht. In einer Ausführungsform umfasst das Trockenätzverfahren die Verwendung von Fluor-haltigem Gas (z.B. CF4, SF6, CH2F2 und/oder C2F6).
  • Bezugnehmend auf 15B schützt in Fällen, in denen die vierte Öffnung 826 eine außermittige Ausrichtung bezüglich des ersten Metallmerkmals 730 hat, so dass sie an einer Seite der vertieften dielektrischen Abstandshalter 510' ausgerichtet ist (wie in 14B gezeigt ist), der obere Teil des ersten Metallmerkmals 730 mit der größeren Breite (nämlich der ersten Breite w1) die vertieften dielektrischen Abstandshalter 510' davor, geätzt zu werden, während der zweite Graben 830 zu den HK/MG-Stapeln 230A erweitert wird. Da es bei der Herstellung von Vorrichtungen recht üblich ist, dass der vertiefte dielektrische Abstandshalter 510', die zweite dielektrische Schicht 310 und die GHM 235 alle durch dielektrische Materialien ausgebildet werden, ist es eine Herausforderung, Ätzverfahren mit ausreichender Ätzselektivität zwischen dielektrischen Materialien anzugeben, insbesondere, wenn zwei unterschiedliche Gräben mit zwei unterschiedlichen Tiefen gleichzeitig ausgebildet werden. Wie oben erwähnt wurde, dient in der vorliegenden Ausführungsform eine Metallschicht (etwa das erste Metallmerkmal 730) als ESL, wodurch eine ausreichende Ätzselektivität erreicht und schädliches Durchätzen an den vertieften dielektrischen Abstandshaltern 510' verhindert wird.
  • Nachdem der zweite und der dritte Graben 830 und 840 ausgebildet wurden, wird die dritte strukturierte HM 820 durch ein geeignetes Ätzverfahren entfernt. In einem Beispiel, in dem die dritte strukturierte HM 820 eine Resiststruktur ist, wird die dritte strukturierte HM 820 danach durch Nassabziehen und/oder Plasmaveraschung entfernt.
  • Mit Bezug auf 1 und 16 fährt das Verfahren 100 mit Schritt 130 fort, in dem eine zweite Metallschicht 910 in dem zweiten und dem dritten Graben 830 und 840 ausgebildet wird. In einigen Ausführungsformen kann die zweite Metallschicht 910 W, Ti, Ag, Al, TiAlN, TaC, TaCN TaSiN, Mn, Zr, TiN, TaN, Ru, Mo, Al, WN, Cu und/oder andere geeignete Materialien oder eine Kombination davon umfassen. Die zweite Metallschicht 910 kann durch ALD, PVD, CVD und/oder andere geeignete Verfahren ausgebildet werden. Zusätzlich wird ein CMP-Vorgang ausgeführt, um überschüssiges Material der zweiten Metallschicht 910 zu entfernen. Der CMP-Vorgang stellt eine im Wesentlichen planare oberen Fläche für die zweite Metallschicht 910 und die dritte dielektrische Schicht 810 bereit. Der Rest der zweiten Metallschicht 910 in dem zweiten Graben 830 und dem dritten Graben 840 bildet ein drittes Metallmerkmal 915 bzw. ein viertes Metallmerkmal 916.
  • In dem zweiten Graben 830 berührt das dritte Metallmerkmal 915 den HK/MG-Stapel 230A körperlich, während in dem dritten Graben 840 das vierte Metallmerkmal 916 das erste Metallmerkmal 730 körperlich berührt. In einigen Ausführungsformen bilden das S/D-Kontaktmetall 270, das zweite Metallmerkmal 720, das erste Metallmerkmal 730, das dritte Metallmerkmal 915 und das vierte Metallmerkmal 916 verschiedene mehrschichtige Verbindungsstrukturen, um vertikale und horizontale elektrische Verdrahtung zur Verbindung von verschiedenen Vorrichtungen (etwa den S/D-Einrichtungen, dem HK/MG-Stapel 230A und/oder passiven Vorrichtungen) bereitzustellen, um eine funktionale Schaltung auszubilden.
  • Die Halbleitervorrichtungen 200 können zusätzliche Einrichtungen aufweisen, die durch nachfolgende Verarbeitung ausgebildet werden können. Zusätzliche Schritte können vor, während und nach dem Verfahren 100 vorgesehen sein und einige der beschriebenen Schritte können für zusätzliche Ausführungsformen des Verfahrens 100 ersetzt, entfernt oder umgeordnet werden. Zum Beispiel werden in einer Ausführungsform Schritt 116 (Vertiefen der Opferschicht 610 in der zweiten Gräben-Teilmenge 430B) und Schritt 118 (Rückbilden der dielektrischen Abstandshalter 510 in der zweiten Gräben-Teilmenge 430B) als ein Schritt implementiert, so dass die Opferschicht 610 und der dielektrische Abstandshalter 510 gemeinsam durch die zweite Öffnung 625 zurückgebildet werden. Das Ätzverfahren kann eine Nassätzung, eine Trockenätzung und/oder eine Kombination davon umfassen. Ein Trockenätzverfahren kann ein sauerstoffhaltiges Gas oder ein Fluor-haltiges Gas (z.B. CF4, SF6, CH2F2 und/oder C2F6) implementieren.
  • Basierend auf dem Obigen wird ersichtlich, dass die vorliegende Offenbarung Verfahren zum Ausbilden von Gräben, die verschiedene Tiefen haben, in einem Ätzvorgang vorsieht. Das Verfahren sieht das Ausbilden einer metallischen Ätzstoppschicht-(ESL-) Struktur für flache Gräben vor, um in flachen Gräben die Ätzung anzuhalten, während tiefere Gräben weiterhin geätzt werden. Das Verfahren sieht auch das Zurückbilden von Seitenwandabstandshaltern vor, um einen breiteren oberen Teil der Metall-ESL-Struktur auszubilden, um die Seitenwandabstandshalter zu schützen und Anforderungen an das Verfahren zu lockern. Das Verfahren zeigt, wie das Durchätzproblem in flachen Gräben verhindert werden kann. Das Verfahren bietet ein robustes Grabenausbildungsverfahren mit verbessertem Verfahrensfenster.
  • Die vorliegende Erfindung sieht viele verschiedene Ausführungsformen zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung vor, die eine oder mehrere Verbesserungen gegenüber bestehenden Ansätzen bieten. In einer Ausführungsform umfasst ein Verfahren zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung das Ausbilden einer ersten dielektrischen Schicht über einem Substrat, das eine Gate-Struktur aufweist, das Ausbilden eines ersten Grabens in der ersten dielektrischen Schicht, das Ausbilden von dielektrischen Abstandshaltern entlang Seitenwänden des ersten Grabens, wobei die Seitenwände des ersten Grabens durch die erste dielektrische Schicht definiert sind, und das Entfernen eines Teils der dielektrischen Abstandshalter, um einen Teil der Seitenwände des ersten Graben freizulegen, die durch die erste dielektrische Schicht definiert sind. Ein anderer Teil der dielektrischen Abstandshalter bleibt in dem ersten Graben angeordnet, nachdem der Teil der dielektrischen Abstandshalter entfernt wurde. Das Verfahren umfasst auch das Ausbilden eines ersten Metallmerkmals in dem ersten Graben über dem weiteren Teil der dielektrischen Abstandshalter und entlang der freiliegenden Teile der Seitenwände des ersten Grabens, das Ausbilden einer zweiten dielektrischen Schicht über dem ersten Metallmerkmal und der Gate-Struktur und das Ausbilden eines zweiten Grabens durch die zweite dielektrische Schicht, um einen Teil des ersten Metallmerkmals freizulegen, und eines dritten Grabens durch die zweite dielektrische Schicht und die erste dielektrische Schicht, um einen Teil der Gate-Struktur freizulegen. Der zweite Graben und der dritte Graben werden in dem gleichen Ätzverfahren ausgebildet.
  • In noch einer weiteren Ausführungsform umfasst ein Verfahren das Ausbilden einer ersten dielektrischen Schicht über einem Substrat. Das erste Dielektrikum umgibt eine Gate-Struktur, die über dem Substrat angeordnet ist. Das Verfahren umfasst auch das Ausbilden einer zweiten dielektrischen Schicht über der ersten dielektrischen Schicht, das Ausbilden eines ersten Grabens, der sich durch die zweite dielektrische Schicht zu der ersten dielektrischen Schicht erstreckt, das Ausbilden eines ersten dielektrischen Abstandshalters entlang einer Seitenwand des ersten Grabens, wobei die Seitenwände des ersten Grabens durch die zweite dielektrische Schicht definiert sind, und das Entfernen eines ersten Teils der ersten dielektrischen Schicht, um einen Teil der Seitenwand des ersten Grabens freizulegen, die durch die zweite dielektrische Schicht definiert ist. Ein zweiter Teil des ersten dielektrischen Abstandshalters bleibt in dem ersten Graben angeordnet, nachdem der erste Teil des dielektrischen Abstandshalters entfernt wurde. Das Verfahren umfasst auch das Ausbilden eines ersten Metallmerkmals in dem ersten Graben entlang der freiliegenden Teile der Seitenwände des ersten Grabens und auf dem ersten dielektrischen Abstandshalter, das Ausbilden einer dritten dielektrischen Schicht über dem ersten Metallmerkmal und der Gate-Struktur und das Ausbilden eines zweiten Grabens während des gleichen Ätzverfahrens, der sich durch die zweite dielektrische Schicht zu dem ersten Metallmerkmal erstreckt, und eines dritten Grabens, der sich durch die dritte dielektrische Schicht und die zweite dielektrische Schicht zu der Gate-Struktur erstreckt.
  • In noch einer weiteren Ausführungsform umfasst eine Halbleitervorrichtung eine Gate-Struktur, die über einem Substrat angeordnet ist, und eine dielektrische Schicht, die über dem Substrat einschließlich über der Gate-Struktur angeordnet ist. Die Vorrichtung umfasst auch ein erstes Metallmerkmal, das in der dielektrischen Schicht angeordnet ist, wobei das erste Metallmerkmal einen oberen Teil mit einer ersten Breite und einen unteren Teil mit einer zweiten Breite aufweist, die sich von der ersten Breite unterscheidet. Die Vorrichtung umfasst auch einen dielektrischen Abstandshalter, der entlang des unteren Teils des ersten Metallmerkmals zwischen dem ersten Metallmerkmal und der dielektrischen Schicht angeordnet ist. obere Teil des ersten Metallmerkmals ist. Die Höhe des dielektrischen Abstandhalters ist geringer als die Höhe des ersten Metallmerkmals und der über dem dielektrischen Abstandshalter angeordnet. Die Vorrichtung umfasst auch eine weitere dielektrische Schicht, die über der dielektrischen Schicht einschließlich über dem ersten Metallmerkmal angeordnet ist. Die Vorrichtung umfasst auch ein viertes Metallmerkmal, das sich durch die weitere dielektrische Schicht erstreckt, so dass es das erste Metallmerkmal körperlich berührt, und ein drittes Metallmerkmal, das sich durch die weitere dielektrische Schicht und die dielektrische Schicht erstreckt, so dass es die Gate-Struktur körperlich berührt.

Claims (20)

  1. Verfahren, umfassend: Ausbilden einer dielektrischen Schicht (310) über einem Substrat (210), das eine Gate-Struktur (230A) aufweist; Ausbilden eines ersten Grabens (430, 430B) in der dielektrischen Schicht (310); Ausbilden von dielektrischen Abstandshaltern (510) entlang Seitenwänden des ersten Grabens (430, 430B), wobei die Seitenwände des ersten Grabens (430) durch die dielektrische Schicht (310) definiert sind; Entfernen eines Teils der dielektrischen Abstandshalter (510), um einen Teil der Seitenwände des ersten Grabens (430, 430B) freizulegen, die durch die dielektrische Schicht (310) definiert sind, wobei ein weiterer Teil der dielektrischen Abstandshalter (510) in dem ersten Graben (430, 430B) zurück bleibt, nachdem der Teil der dielektrischen Abstandshalter (510) entfernt wurde; Ausbilden eines ersten Metallmerkmals (730) in dem ersten Graben (430) über dem weiteren Teil der dielektrischen Abstandshalter (510) und entlang der freiliegenden Teile der Seitenwände des ersten Grabens (430, 430B) Ausbilden einer weiteren dielektrischen Schicht (810) über dem ersten Metallmerkmal (730) und der Gate-Struktur (230A) ; und Ausbilden eines zweiten Grabens (826) durch die weitere dielektrische Schicht (810), um einen Teil des ersten Metallmerkmals (730) freizulegen, und eines dritten Grabens (825) durch die weitere dielektrische Schicht (810) und die dielektrische Schicht (310), um einen Teil der Gate-Struktur (230A) freizulegen, wobei der zweite Graben (826) und der dritte Graben (825) in dem gleichen Ätzverfahren ausgebildet werden.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Entfernen des Teils der dielektrischen Abstandshalter (510), um den Teil der Seitenwände des ersten Grabens (430, 430B) der durch die dielektrische Schicht (310) definiert ist, freizulegen, umfasst: Ausbilden einer Opferschicht (610) in dem ersten Graben; Vertiefen der Opferschicht (610) in dem ersten Graben; Vertiefen der dielektrischen Abstandshalter (510), wobei nach dem Vertiefen der dielektrischen Abstandshalter (510) obere Flächen der verbleibenden dielektrischen Abstandshalter (510) koplanar mit einer oberen Fläche der vertieften Opferschicht (610) in dem ersten Graben sind; und Entfernen der vertieften Opferschicht (610).
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei der weitere Teil der dielektrischen Abstandshalter (510) einen ersten dielektrischen Abstandshalter und einen zweiten dielektrischen Abstandshalter aufweist und wobei das Ausbilden des ersten Metallmerkmals (730) in dem ersten Graben über dem weiteren Teil der dielektrischen Abstandshalter (510) und entlang den freiliegenden Teilen der Seitenwände des ersten Grabens weiter das Ausbilden des ersten Metallmerkmals (730) zwischen dem ersten dielektrischen Abstandshalter und dem zweiten dielektrischen Abstandshalter umfasst.
  4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das erste Metallmerkmal (730) Wolfram (W) aufweist.
  5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, das weiter das Ausbilden einer ersten dielektrischen Schicht (260) über dem Substrat (210) umfasst, bevor die dielektrische Schicht (310) über dem Substrat ausgebildet wird, und wobei nach dem Ausbilden des ersten Grabens (430, 430B) in der dielektrischen Schicht (310) die erste dielektrische Schicht (260) durch den ersten Graben (430, 430B) freigelegt wird.
  6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Ausbilden des ersten Grabens (430, 430B) in der dielektrischen Schicht (310) das Ausbilden eines vierten Grabens (430, 430A) in der dielektrischen Schicht (310) umfasst, der sich zu einem Source/Drain-Kontaktmetall (270) erstreckt.
  7. Verfahren nach Anspruch 6, das weiter das Bedecken des vierten Grabens (430, 430A) durch eine Hartmaske während des Entfernens des Teils der dielektrischen Abstandshalter (510) umfasst, um den Teil der Seitenwände des ersten Grabens (430, 430B) freizulegen, der durch die dielektrische Schicht (310) definiert ist.
  8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, wobei das Ausbilden der dielektrischen Abstandshalter (510) entlang Seitenwänden des ersten Grabens (430, 430B) das Ausbilden von dielektrischen Abstandshaltern (510) entlang Seitenwänden des vierten Grabens umfasst.
  9. Verfahren nach Anspruch 8, wobei das Ausbilden des ersten Metallmerkmals (730) in dem ersten Graben (430, 430B) das Ausbilden eines zweiten Metallmerkmals (720) in dem vierten Graben (430, 430A) angrenzend an die dielektrischen Abstandshalter (510) umfasst, die entlang Seitenwänden des vierten Grabens angeordnet sind.
  10. Verfahren nach Anspruch 9, wobei nach dem Ausbilden des ersten Metallmerkmals (730) in dem ersten Graben (430, 430B) und des zweiten Metallmerkmals (720) in dem vierten Graben (430, 430A) der weitere Teil der dielektrischen Abstandshalter (510), der in dem ersten Graben angeordnet ist, eine erste Höhe hat und die dielektrischen Abstandshalter entlang Seitenwänden des vierten Grabens eine zweite Höhe haben, die sich von der ersten Höhe unterscheidet.
  11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, das weiter das Ausbilden einer Metallschicht (910) in dem zweiten Graben (826) über dem ersten Metallmerkmal (730) umfasst.
  12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, das weiter das Ausbilden einer Metallschicht (910) in dem dritten Graben (825) über der Gate-Struktur (230A) umfasst.
  13. Verfahren, umfassend: Ausbilden einer ersten dielektrischen Schicht (260) über einem Substrat (210), wobei die erste dielektrische Schicht (260) eine Gate-Struktur (230A) umgibt, die über dem Substrat angeordnet ist; Ausbilden einer zweiten dielektrischen Schicht (310) über der ersten dielektrischen Schicht (260); Ausbilden eines ersten Grabens (430, 430B), der sich durch die zweite dielektrische Schicht (310) zu der ersten dielektrischen Schicht (260) erstreckt; Ausbilden eines ersten dielektrischen Abstandshalters (510) entlang einer Seitenwand des ersten Grabens (430, 430B), wobei die Seitenwände des ersten Grabens (430, 430B) durch die zweite dielektrische Schicht (310) definiert sind; Entfernen eines ersten Teils des ersten dielektrischen Abstandshalters (510), um einen Teil der Seitenwand des ersten Grabens (430, 430B) freizulegen, der durch die zweite dielektrische Schicht (310) definiert ist, wobei ein zweiter Teil des ersten dielektrischen Abstandshalters (510) in dem ersten Graben (430, 430B) angeordnet bleibt, nachdem der erste Teil des ersten dielektrischen Abstandshalters entfernt wurde; Ausbilden eines ersten Metallmerkmals (730) in dem ersten Graben (430, 430B) entlang der freiliegenden Teile der Seitenwände des ersten Grabens (430, 430B) und auf dem ersten dielektrischen Abstandshalter (510); Ausbilden einer dritten dielektrischen Schicht (810) über dem ersten Metallmerkmal (730) und der Gate-Struktur (230A); und Ausbilden eines zweiten Grabens (826), der sich durch die dritte dielektrische Schicht (810) zu dem ersten Metallmerkmal (730) erstreckt, und, während des gleichen Ätzverfahrens, eines dritten Grabens (825), der sich durch die dritte dielektrische Schicht (810) und die zweite dielektrische Schicht (310) zu der Gate-Struktur (230A) erstreckt.
  14. Verfahren nach Anspruch 13, wobei das erste Metallmerkmal (730) einen oberen Teil aufweist, der eine erste Breite hat, und einen unteren Teil, der eine zweite Breite hat, die sich von der ersten Breite unterscheidet.
  15. Verfahren nach Anspruch 14, wobei die erste Breite größer als die zweite Breite ist.
  16. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 15, wobei das Ausbilden des ersten Grabens (430, 430B), der sich durch die zweite dielektrische Schicht (310) zu der ersten dielektrischen Schicht (260) erstreckt, das Ausbilden eines vierten Grabens (430, 430A) umfasst, der sich durch die zweite dielektrische Schicht (310) zu einem Source/Drain-Kontaktmetall (270) erstreckt.
  17. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 13 bis 15, wobei das Ausbilden des ersten Grabens (430, 430B), der sich durch die zweite dielektrische Schicht (310) zu der ersten dielektrischen Schicht (260) erstreckt, das Ausbilden eines vierten Grabens (430, 430A) umfasst, der sich durch die zweite dielektrische Schicht (310) erstreckt, wobei das Ausbilden der ersten dielektrischen Abstandshalter (510) entlang der Seitenwand des ersten Grabens das Ausbilden eines zweiten dielektrischen Abstandshalters (510) entlang einer Seitenwand des vierten Grabens umfasst, die durch die zweite dielektrische Schicht definiert ist, wobei das Ausbilden des ersten Metallmerkmals (730) in dem ersten Graben das Ausbilden eines zweiten Metallmerkmals (720) in dem vierten Graben umfasst und wobei nach dem Ausbilden des ersten Metallmerkmals (730) in dem ersten Graben (430, 430B) und des zweiten Metallmerkmals (720) in dem vierten Graben (430, 430A) der erste dielektrische Abstandshalter (510) eine erste Höhe hat und die zweite dielektrische Schicht (310) eine zweite Höhe hat, die sich von der ersten Höhe unterscheidet.
  18. Verfahren nach Anspruch 16, das Ausbilden des ersten Metallmerkmals (730) in dem ersten Graben das Ausbilden eines zweiten Metallmerkmals (720) in dem vierten Graben (430, 430A) umfasst, wobei das erste Metallmerkmal (730) einen oberen Teil, der eine erste Breite hat, und einen unteren Teil aufweist, der eine zweite Breite hat, die sich von der ersten Breite unterscheidet, und wobei das zweite Metallmerkmal (720) eine gleichmäßige Breite hat.
  19. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 18, das weiter das Ausbilden einer Metallschicht (910) in dem zweiten Graben (826) direkt auf dem ersten Metallmerkmal (730) und in dem dritten Graben (825) direkt auf der Gate-Struktur (230A) umfasst.
  20. Vorrichtung, umfassend: eine Gate-Struktur (230A), die über einem Substrat (210) angeordnet ist; eine dielektrische Schicht (310), die über dem Substrat (210) einschließlich über der Gate-Struktur (230A) angeordnet ist; ein erstes Metallmerkmal (730), das in der dielektrischen Schicht (310) angeordnet ist, wobei das erste Metallmerkmal (730) einen oberen Teil mit einer ersten Breite und einen unteren Teil mit einer zweiten Breite aufweist, die sich von der ersten Breite unterscheidet; einen dielektrischen Abstandshalter (510), der entlang des unteren Teils des ersten Metallmerkmals (730) zwischen dem ersten Metallmerkmal (730) und der dielektrischen Schicht (310) angeordnet ist, wobei die Höhe (h2) des dielektrischen Abstandshalters (510) geringer ist als die Höhe (hl) des ersten Metallmerkmals (730) und der obere Teil des ersten Metallmerkmals über dem dielektrischen Abstandshalter (510) angeordnet ist; eine weitere dielektrische Schicht (810), die über der dielektrischen Schicht (310) einschließlich über dem ersten Metallmerkmal (730) angeordnet ist; ein viertes Metallmerkmal (916), das sich durch die weitere dielektrische Schicht (810) erstreckt, so dass sie das erste Metallmerkmal (730) körperlich berührt; und ein drittes Metallmerkmal (915), das sich durch die weitere dielektrische Schicht (810) und die dielektrische Schicht (310) erstreckt, so dass es die Gate-Struktur (230A) körperlich berührt.
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