TWI671855B

TWI671855B - 半導體裝置及其製造方法

Info

Publication number: TWI671855B
Application number: TW106122685A
Authority: TW
Inventors: Che Cheng Chang; 張哲誠; Kai Yu Cheng; 鄭凱予; Chih Han Lin; 林志翰; Sin Yi Yang; 楊心怡; Horng Huei Tseng; 曾鴻輝
Original assignee: Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd.; 台灣積體電路製造股份有限公司
Priority date: 2016-08-03
Filing date: 2017-07-06
Publication date: 2019-09-11
Also published as: CN107689397A; US20190148553A1; US20180040733A1; US20200328308A1; US10700208B2; CN107689397B; US10164111B2; US11508849B2; TW201818504A

Abstract

提供半導體裝置及其製造方法。在實施例中，形成第一接觸物至源極/汲極區，且在第一接觸物上形成介電層。形成開口以暴露出第一接觸物，且將介電材料內襯於開口。形成第二接觸物穿過介電材料與第一接觸物電性接觸。

Description

半導體裝置及其製造方法

本發明實施例係有關於半導體裝置的結構及其製造方法，且特別關於鰭式場效電晶體的結構及其製造方法。

半導體裝置用於多種電子產品應用中，例如個人電腦、手機、數位相機和其他電子設備。半導體裝置的製造通常藉由在半導體基底上連續地沉積絕緣或介電層、導電層和半導體層的材料，並且使用光微影技術將各種材料層圖案化，以形成電路組件和元件於半導體基底上。

藉由持續縮小最小部件的尺寸，使更多的組件可以被整合至指定的區域中，半導體工業持續改善許多電子組件(例如，電晶體、二極體、電阻器、電容器等)的積體密度。然而，隨著最小部件的尺寸縮小，出現了應該被解決的額外問題。

本發明的一些實施例提供半導體裝置的製造方法，此方法包含形成第一接觸物至源極/汲極區，此源極/汲極區與至少一部分的第一間隔物相鄰且齊平，第一間隔物相鄰於閘極電極，在此閘極電極上形成介電層，將此介電層圖案化，以形成穿過此介電層的第一開口，第一開口暴露出第一接觸物，以介電材料內襯於第一開口的側壁，以及將導電材料填入第一開口的剩餘部分，以形成第二接觸物，第二接觸物延伸穿過上述介電材料與第一接觸物接觸。

本發明的另一些實施例提供半導體裝置的製造方法，此方法包含在基底上的半導體鰭片上形成閘極堆疊和第一間隔物，移除由此閘極堆疊和第一間隔物暴露出之一部分的上述半導體鰭片，再成長源極/汲極區，形成第一接觸物至此源極/汲極區，第一接觸物具有位於從基底算起一距離之頂表面，此距離等於或小於第一間隔物的頂表面從該基底算起的距離，在第一接觸物和上述閘極堆疊上沉積介電層，形成穿過此介電層的第一開口以暴露出第一接觸物，沿著第一開口的側壁沉積介電材料，其中此介電材料之沉積至少部分以原子層沉積製程完成，沿著第一開口之底部移除一部分的上述介電材料以形成第二開口，以及以導電材料填入第一開口和第二開口以接觸第一接觸物。

本發明的另一些實施例提供半導體裝置，其包含相鄰於第一間隔物的源極/汲極區，第一間隔物相鄰於閘極電極，與上述源極/汲極區物理性連接的第一接觸物，第一接觸物與第一間隔物齊平；覆蓋於上述閘極電極上方的介電層，穿過此介電層的開口，此開口暴露出第一接觸物，內襯於上述開口的側壁的介電材料，此介電材料包含複數個單層，以及填充於上述開口的剩餘部分的導電材料，且穿過上述介電材料與第一接觸物物理性接觸，此導電材料與上述介電材料共用平面的頂表面。

100‧‧‧半導體裝置

101‧‧‧基底

103‧‧‧第一溝槽

105‧‧‧第一隔離區

107‧‧‧鰭片

109‧‧‧虛設閘極介電層

111‧‧‧虛設閘極電極

113‧‧‧第一間隔物

115‧‧‧堆疊

201‧‧‧源極/汲極區

203‧‧‧層間介電層

205‧‧‧閘極堆疊

211‧‧‧第一介電材料

213‧‧‧第一金屬材料

215‧‧‧第二金屬材料

217‧‧‧第三金屬材料

221‧‧‧蓋層

223‧‧‧第一蝕刻停止層

301‧‧‧第一光阻

303‧‧‧第一蝕刻製程

305‧‧‧第一開口

401‧‧‧第一接觸物

503‧‧‧第一介電層

505‧‧‧第二開口

507‧‧‧第二光阻

509‧‧‧第二蝕刻製程

600‧‧‧沉積系統

601‧‧‧第二介電層

602‧‧‧處理單元

603‧‧‧沉積腔室

604‧‧‧顯示器

605‧‧‧第一前驅物輸送系統

606‧‧‧第二前驅物輸送系統

607‧‧‧供氣系統

608‧‧‧中央處理單元

609‧‧‧流量控制器

610‧‧‧記憶體

611‧‧‧輸入/輸出組件

612‧‧‧大量儲存裝置

613‧‧‧前驅物氣體控制器

614‧‧‧排淨氣體輸送系統

615‧‧‧控制單元

616‧‧‧輸入/輸出介面

617‧‧‧噴頭

618‧‧‧匯流排

619‧‧‧殼體

620‧‧‧網路介面

621‧‧‧安裝平台

622‧‧‧區域網路或廣域網路

623‧‧‧真空泵

624‧‧‧視訊配接器

625‧‧‧排氣出口

626‧‧‧歧管

701‧‧‧第二接觸物

703‧‧‧第三開口

901‧‧‧接縫

D₁‧‧‧第一距離

D₂‧‧‧第二距離

H₁‧‧‧第一高度

P₁‧‧‧第一間距

T₁‧‧‧第一厚度

T₂‧‧‧第二厚度

T₃‧‧‧第三厚度

T₄‧‧‧第四厚度

W₁‧‧‧第一寬度

W₂‧‧‧第二寬度

W₃‧‧‧第三寬度

W₄‧‧‧第四寬度

W₅‧‧‧第五寬度

W₆‧‧‧第六寬度

W₇‧‧‧第七寬度

藉由以下的詳述配合所附圖式，可以更加理解本發明實施例的觀點。值得注意的是，根據本產業的標準慣例，許多部件(feature)未必按照比例繪製。事實上，為了清楚地討論，許多部件的尺寸可隨意被增加或減少。

第1圖係根據一些實施例，顯示鰭式場效電晶體(Fin field-effect transistor，FinFET)裝置的製程之步驟。

第2A-2B圖係根據一些實施例，顯示源極/汲極區之形成。

第3圖係根據一些實施例，顯示第一開口之形成。

第4圖係根據一些實施例，顯示第一接觸物之形成。

第5圖係根據一些實施例，顯示第二開口在第一介電層中之形成。

第6A-6C圖係根據一些實施例，顯示第二介電層之沉積。

第7圖係根據一些實施例，顯示第二接觸物之形成。

第8A-8C圖係根據一些實施例，顯示調整(tuned)接觸物。

第9A-9C圖係根據一些實施例，顯示接縫(seam)之形成。

第10A-10C圖係根據一些實施例，顯示調整底面。

第11A-11C圖係根據一些實施例，顯示接縫之形成。

以下敘述提供了許多不同的實施例或範例，用於實施本發明實施例的不同部件。下面描述了組件和配置的具體範例，以簡化本發明實施例。當然，這些僅僅是範例，並非意圖限制本發明實施例。舉例而言，敘述中若提及第一部件形成於第二部件之上，可能包含形成第一和第二部件直接接觸的實施例，也可能包含額外的部件形成於第一和第二部件之間，使得第一和第二部件不會直接接觸的實施例。另外，本發明實施例可能在許多範例中重複參照的標號及/或字母。這些重複的目的是為了簡化和清楚，其本身並非用於表示各種實施例及/或所討論的配置之間的關係。

再者，在以下敘述中可使用空間上相關措辭，例如「在......之下」、「在......下方」、「下方的」、「在......上方」、「上方的」和其他類似的用語，以簡化一元件或部件與其他元件或其他部件之間如圖所示之關係的陳述。此空間相關措辭除了包含圖式所描繪之方向，還包含裝置在使用或操作中的不同方位。裝置可以朝其他方向定位(旋轉90度或在其他方向)，且在此使用的空間相關描述可依此相應地解讀。

現在請參考第1圖，第1圖顯示半導體裝置100例如鰭式場效電晶體(finFET)裝置的透視示意圖。在一實施例中，半導體裝置100包含具有第一溝槽103形成於其中的基底101。基底101可以是矽基底，儘管可以使用其他基底，例如絕緣體上的半導體(semiconductor-on-insulator，SOI)、應變SOI(strained SOI)以及絕緣體上的矽鍺。基底101可以是p型半導體，儘管其他實施例中，基底101可以是n型半導體。

可形成第一溝槽103作為最終形成第一隔離區105的初始步驟。使用遮罩層(未分別地顯示於第1圖)伴隨著適當的蝕刻製程可形成第一溝槽103。舉例而言，遮罩層可以是包含氮化矽的硬遮罩，其透過例如化學氣相沉積(chemical vapor deposition，CVD)的製程形成，儘管可利用其他材料例如氧化物、氮氧化物、碳化矽、這些材料之組合或類似的材料，並且可利用其他製程，例如電漿增強化學氣相沉積(plasma enhanced CVD，PECVD)、低壓化學氣相沉積(low pressure CVD，LPCVD)或者甚至可以形成氧化矽後續再進行氮化。一旦形成遮罩層，可透過適當的光微影製程將遮罩層圖案化，以暴露出基底101將被移除來形成第一溝槽103之那些部分。

然而，發明所屬技術領域中具有通常知識者將能理解，前述形成遮罩層的製程和材料並非用以保護部份的基底101且同時暴露出基底101的其他部分以形成第一溝槽103之唯一方法。可利用任何適任製程，例如可利用圖案化且經顯影的光阻，以暴露出基底101將被移除來形成第一溝槽103的部分。本發明實施例的範疇內完全包含所有這樣的方法。

一旦形成遮罩層且將其圖案化，在基底101中形成第一溝槽103。為了在基底101中形成第一溝槽103，可透過適當的蝕刻製程例如反應性離子蝕刻(reactive ion etching，RIE)移除暴露出的基底101，然而也可以使用任何適當的製程。在一實施例中，可形成具有第一深度的第一溝槽103，第一深度從基底101的表面算起少於約5000埃(Å)，例如約2500Å。

然而，發明所屬技術領域中具有通常知識者將能理解，前述形成第一溝槽103的製程僅僅只是一種可能的製程，並不意味著是唯一的實施例。反之，可利用可形成第一溝槽103之任何適當的製程，並且可以使用包含任何數量的遮罩和移除步驟之任何適當的製程。

除了形成第一溝槽103，遮罩和蝕刻製程還從基底 101保持未被移除的那些部分額外地形成鰭片107。為了方便說明，在圖式中以虛線將鰭片107與基底101隔開，然而此隔開的物理標示可以存在或不存在。後續將會討論使用這些鰭片107來形成多閘極鰭式場效電晶體(multiple-gate FinFET)的通道區。雖然第1圖只顯示從基底101形成3個鰭片107，但可以利用任何數量的鰭片107。

可形成鰭片107使得鰭片107在基底101的表面具有在約5nm至約80nm之間的寬度，例如約30nm。此外，鰭片107彼此之間以在約10nm至約100nm之間，例如約50nm的距離隔開。藉由這樣的形式隔開鰭片107，每一個鰭片107可形成單獨的通道區，並且鰭片107仍足夠靠近以共用共同的閘極(後續進一步討論)。

一旦形成第一溝槽103和鰭片107，可以介電材料填充第一溝槽103，且可讓介電材料在第一溝槽103內凹陷以形成第一隔離區105。介電材料可以是氧化物材料、高密度電漿(high-density plasma，HDP)氧化物或類似材料。在對第一溝槽103進行可選擇的清潔和形成襯底(lining)之後，可使用化學氣相沉積(CVD)方法(例如高縱深比填溝製程(high aspect ratio process，HARP))、高密度電漿化學氣相沉積(HDP CVD)方法或在發明所屬技術領域中已知的其他適當的形成方法之一以形成介電材料。

可藉由過量填充介電材料於第一溝槽103和基底101且接著透過適當的製程，例如化學機械研磨(chemical mechanical polishing，CMP)、蝕刻、這些製程之組合或類似製程，移除在第一溝槽103和鰭片107之外的多餘材料，以填充第一溝槽103。在一實施例中，移除製程也移除了位於鰭片107之上的任何介電材料，使得介電材料的移除暴露出鰭片107的表面以用於後續製程步驟。

一旦以介電材料填充第一溝槽103，接著可讓介電材料103凹陷遠離鰭片107的表面。可實施凹陷(recessing)來暴露出相鄰於鰭片107的頂面之鰭片107的側壁的至少一部分。可藉由濕式蝕刻將鰭片107的頂面浸入蝕刻劑例如HF中以凹陷介電材料，然而也可以使用其他蝕刻劑，例如H₂，以及使用其他方法，例如反應性離子蝕刻、採用例如NH₃/NF₃為蝕刻劑的乾式蝕刻、化學氧化物移除或乾式化學清潔。可以讓介電材料凹陷至從鰭片107的表面算起在約50Å至約500Å之間，例如約400Å的距離。此外，對介電材料進行的凹陷也移除位於鰭片107上方的任何剩下的介電材料，以確保暴露出鰭片107來進行後續製程。

然而，發明所屬技術領域中具有通常知識者將能理解，前述步驟可以只是用於填充和凹陷介電材料的全部製造流程的一部分。舉例而言，可以利用襯底步驟、清潔步驟、退火步驟、間隙填充步驟、這些步驟之組合以及類似步驟，以形成第一溝槽103並且以介電材料填充第一溝槽103。在本發明實施例的範疇內完全包含所有可能的製程步驟。

在第一隔離區105形成之後，在每一個鰭片107上可形成虛設閘極介電質109、虛設閘極介電質109上的虛設閘極電極111以及第一間隔物113。在一實施例中，可藉由熱氧化、化學氣相沉積、濺鍍(sputtering)或任何發明所屬技術領域中已知和使用於形成閘極介電質的其他方法，形成虛設閘極介電質109。在鰭片107的頂部上之虛設閘極介電質109的厚度和在鰭片107的側壁上之虛設閘極介電質109的厚度可以不同，其取決於形成閘極介電質的技術。

虛設閘極介電質109可包含例如二氧化矽或氮氧化矽的材料，其厚度在約3Å至約100Å的範圍之間，例如約10Å。虛設閘極介電質109可由高介電常數(high-k)的材料(例如，具有大於約5的相對介電常數)形成，例如氧化鑭(La₂O₃)、氧化鋁(Al₂O₃)、氧化鉿(HfO₂)、氮氧化鉿(HfON)或氧化鋯(ZrO₂)或前述之組合，且具有厚度在約0.5Å至約100Å之等效氧化物，例如約10Å或更少。此外，二氧化矽、氮氧化矽及/或高介電常數材料的任何組合亦可用於虛設閘極介電質109。

虛設閘極電極111可包含導電材料，且擇自於包含W、Al、Cu、AlCu、Ti、TiAlN、TaC、TaCN、TaSiN、Mn、Zr、TiN、Ta、TaN、Co、Ni、這些材料之組合或類似材料讀群組。可以藉由化學氣相沉積(CVD)、濺鍍沉積或發明所屬技術領域中已知和使用於沉積導電材料的其他技術沉積虛設閘極電極111。虛設閘極電極111的厚度可在約5Å至約200Å的範圍之間。虛設閘極電極111的頂面可具有非平面的頂面，並且在虛設閘極電極111的圖案化或閘極的蝕刻之前，可將虛設閘極電極111的頂面平坦化。此時，可以導入離子或不導入離子至虛設閘極電極111中。離子可藉由例如離子植入技術進行導入。

一旦形成虛設閘極介電質109和虛設閘極電極111，可以將虛設閘極介電質109和虛設閘極電極111圖案化，以在鰭片107上形成一系列的堆疊115。堆疊115定義了多通道區，此多通道區位於虛設閘極介電質109下方之鰭片107的兩側。可藉由使用例如發明所屬技術領域中已知的沉積和光微影技術，在虛設閘極電極111上沉積及圖案化閘極遮罩(未分別地顯示於第1圖)，以形成堆疊115。閘極遮罩可包含常用的遮罩和犧牲材料，例如(但不限於此)氧化矽、氮氧化矽、SiCON、SiC、SiOC及/或氮化矽，並且可以沉積至厚度在約5Å至約200Å之間的厚度。可使用乾式蝕刻製程蝕刻虛設閘極電極111和虛設閘極介電質109，以形成圖案化的堆疊115。

一旦將堆疊115圖案化，可形成第一間隔物113。第一間隔物113可形成於堆疊115的相對側上。第一間隔物113通常藉由披覆式沉積間隔層(未分別地顯示於第1圖)形成於先前形成的結構上。間隔層可包含SiN、氮氧化物、SiC、SiON、SiOCN、SiOC、氧化物和類似材料，並且藉由用以形成這類的間隔層的方法來形成，例如化學氣相沉積(CVD)、電漿增強化學氣相沉積、濺鍍以及發明所屬技術領域中已知的其他方法。間隔層可包含具有不同蝕刻特性的不同的材料，或者與第一隔離區105內的介電材料相同的材料。接著，可將間隔層圖案化例如藉由一次或多次的蝕刻，從結構的水平表面移除間隔層，以形成第一間隔物113。

在一實施例中，可形成第一間隔物113使其具有在約5Å至約500Å之間的第一厚度T₁。此外，一旦形成第一間隔物113，可以在約5nm至約200nm之間的第一距離D₁例如約20nm，將相鄰於一堆疊115的第一間隔物113與相鄰於另一堆疊115的第一間隔物113隔開。然而，可利用任何適當的厚度和距離。

第2A至2B圖顯示鰭片107從那些未被堆疊115和第一間隔物113保護的區域之移除以及源極/汲極區201之再成長(第2B圖顯示第2A圖沿著B-B’線的剖面示意圖)。藉由使用堆疊115和第一間隔物113作為硬遮罩的反應性離子蝕刻(RIE)或藉由任何其他適當的移除製程，實施鰭片107從那些未被堆疊115和第一間隔物113保護的區域之移除。此移除可持續至鰭片107齊平於(如圖所示)或低於第一隔離區105的表面。

一旦移除鰭片107的這些部分，設置硬遮罩(未分別地顯示)並將其圖案化來覆蓋虛設閘極電極111，以防止成長，並且可再成長源極/汲極區201使其與每一個鰭片107接觸。在一實施例中，可再成長源極/汲極區201，並且在一些實施例中，可再成長源極/汲極區201來形成壓力源(stressor)，此壓力源將施加壓力於位於堆疊115下方的鰭片107之通道區。在鰭片107包含矽且鰭式場效電晶體(FinFET)是p型裝置的實施例中，可透過選擇性磊晶製程將例如矽的材料或是與通道區具有不同晶格常數例如矽鍺的其他材料，再成長源極/汲極區201。磊晶成長製程可使用前驅物例如矽烷、二氯矽烷、鍺烷和類似材料，並且持續在約5分鐘至約120分鐘之間，例如約30分鐘。

在一實施例中，可形成源極/汲極區201使其具有在約5Å至約1000Å之間的厚度，並且在第一隔離區105上具有在約10Å至約500Å之間，例如約200Å的第一高度H₁。在此實施例中，可形成源極/汲極區201使其在第一隔離區105的上表面的上方具有在約5nm至約250nm之間，例如約100nm的高度。然而，可以使用任何適當的高度。

一旦形成源極/汲極區201，可藉由植入適當的摻雜物植入摻雜物至源極/汲極區201中來補足鰭片107中的摻雜物。舉例而言，可以植入p型摻雜物例如硼、鎵、銦或類似的材料來形成P型金屬氧化物半導體(PMOS)裝置。或者，可以植入n型摻雜物例如磷、砷、銻或類似材料來形成N型金屬氧化物半導體(NMOS)裝置。這些摻雜物的植入可使用堆疊115以及第一間隔物113作為遮罩。值得注意的是，發明所屬技術領域中具有通常知識者將能理解可以使用許多其他製程、步驟或類似的方法來植入摻雜物。舉例而言，發明所屬技術領域中具有通常知識者將能理解，可使用各種間隔物和襯底之組合實施多種植入，以形成具有適合用於特殊目的之特定形狀或特性的源極/汲極區。可使用這些製程的任何一種來植入摻雜物，且以上敘述並非意圖限制本發明實施例為前述的步驟。

此外，在形成源極/汲極區201的過程中，此時，移除被虛設閘極電極111所覆蓋的硬遮罩。在一實施例中，可使用例如對於硬遮罩材料具有選擇性的濕式或乾式蝕刻製程，移除硬遮罩。然而，可以使用任何適當的移除製程。

第2A圖也顯示層間介電層(inter-layer dielectric，ILD)203(為了讓下方的結構清楚顯示，在第2A圖中以虛線表示)在堆疊115和源極/汲極區201上形成。層間介電層203可包含例如摻雜硼的磷矽玻璃(boron phosphorous silicate glass，BPSG)的材料，儘管可以使用任何適當的介電質。可使用例如電漿增強化學氣相沉積(PECVD)的製程形成層間介電層203，儘管可以替代地使用其他製程，例如低壓化學氣相沉積(LPCVD)。可以形成層間介電層203至在約100Å至約3000Å之間的厚度。一旦形成層間介電層203，可使用例如平坦化製程如化學機械研磨(CMP)，將層間介電層203與第一間隔物113平坦化，儘管可以使用任何適當的製程。

在形成層間介電層203之後，可移除且替換虛設閘極電極111和虛設閘極介電質109的材料，以形成閘極堆疊205。在一實施例中，可使用例如利用對虛設閘極電極111的材料具有選擇性的蝕刻劑之濕式或乾式蝕刻製程，移除虛設閘極電極111。然而，可以使用任何適當的移除製程。

一旦移除虛設閘極電極111，可再填充留下來的開口以形成閘極堆疊205。在特定的實施例中，閘極堆疊205包含第一介電材料211、第一金屬材料213、第二金屬材料215和第三金屬材料217。在一實施例中，第一介電材料211是透過例如原子層沉積、化學氣相沉積(CVD)或類似製程沉積的高介電常數(high-k)材料，例如HfO₂、HfSiO、HfSiON、HfTaO、HfTiO、HfZrO、LaO、ZrO、Ta₂O₅、這些材料之組合或類似材料。可沉積第一介電材料211至在約5Å至約200Å之間的厚度，儘管可以使用任何適當的材料和厚度。

可形成第一金屬材料213相鄰於第一介電材料211，並且第一金屬材料213可由金屬材料例如Ti、TiAlN、TaC、 TaCN、TaSiN、Mn、Zr、TiN、TaN、Ru、Mo、WN、其他金屬氧化物、金屬氮化物、金屬矽酸鹽、過渡金屬氧化物、過渡金屬氮化物、過渡金屬矽酸鹽、金屬氮氧化物、金屬鋁酸鹽、矽酸鋯、鋁酸鋯、這些材料之組合或類似材料形成。可使用例如原子層沉積、化學氣相沉積(CVD)、濺鍍或類似製程的沉積製程，沉積第一金屬材料213至在約5Å至約200Å之間的厚度，儘管可使用任何適當的沉積製程或厚度。

可形成第二金屬材料215相鄰於第一金屬材料213，並且在特定的實施例中，第二金屬材料215可相似於第一金屬材料213。舉例而言，第二金屬材料215可由金屬材料例如Ti、TiAlN、TaC、TaCN、TaSiN、Mn、Zr、TiN、TaN、Ru、Mo、WN、其他金屬氧化物、金屬氮化物、金屬矽酸鹽、過渡金屬氧化物、過渡金屬氮化物、過渡金屬矽酸鹽、金屬氮氧化物、金屬鋁酸鹽、矽酸鋯、鋁酸鋯、這些材料之組合或類似材料形成。此外，可使用例如原子層沉積、化學氣相沉積(CVD)、濺鍍或類似製程的沉積製程，沉積第二金屬材料215至在約5Å至約200Å之間的厚度，儘管可使用任何適當的沉積製程或厚度。

第三金屬材料217填充移除虛設閘極電極111所留下來的開口之剩餘部分。在一實施例中，第三金屬材料217是金屬材料例如W、Al、Cu、AlCu、Ti、TiAlN、TaC、TaCN、TaSiN、Mn、Zr、TiN、Ta、TaN、Co、Ni、這些材料之組合或類似材料，並且可使用例如原子層沉積、化學氣相沉積(CVD)、濺鍍或類似製程的沉積製程，沉積第三金屬材料217，以填充及/或過量填充移除虛設閘極電極111所留下來的開口。在特定的實施例中，可沉積第三金屬材料217至在約5Å至約500Å之間的厚度，儘管可使用任何適當的材料、沉積製程和厚度。

一旦填充移除虛設閘極電極111所留下來的開口，為了將移除虛設閘極電極111所留下來的開口以外之任何材料移除，可將此材料平坦化。在特定的實施例中，可使用例如化學機械研磨的平坦化製程實施此移除。然而，可使用任何適當的平坦化和移除製程。

在形成閘極堆疊205的材料並將其平坦化之後，可將閘極堆疊205的材料凹陷並且以蓋層221將閘極堆疊205覆蓋。在一實施例中，可使用例如利用對閘極堆疊205的材料具有選擇性的蝕刻劑之濕式或乾式蝕刻製程，將閘極堆疊205的材料凹陷。在一實施例中，將閘極堆疊205的材料凹陷約5nm至約150nm之間的距離，例如約120nm。然而，可以使用任何適當的製程和距離。

一旦將閘極堆疊205的材料凹陷，可沉積蓋層221並且將蓋層221與第一間隔物113平坦化。在一實施例中，蓋層221可為例如SiN、SiON、SiCON、SiC、SiOC、這些材料之組合或類似的材料，使用例如原子層沉積、化學氣相沉積(CVD)、濺鍍或類似製程的沉積製程沉積。可沉積蓋層221至在約5Å至約200Å之間的厚度，並且接著使用例如化學機械研磨的平坦化製程將蓋層221平坦化，使得蓋層221與第一間隔物113齊平。

第3圖顯示第一開口305之形成，為了暴露出源極/ 汲極區201為第一接觸物401(未分別地顯示於第3圖，但顯示於第4圖並於後續討論)的形成做準備，形成穿過層間介電層203的第一開口305。此外，為了方便說明，以簡化的形式描繪閘極堆疊205而未顯示額外的層。在一實施例中，可藉由最初在源極/汲極區201上設置第一光阻301並將其圖案化，形成第一開口305。在一實施例中，第一光阻301是採用底部抗反射塗層(bottom anti-reflective coating，BARC)、中間遮罩層和頂部光阻層(未分別地顯示在第3圖中)之三層結構的光阻。然而，可以使用任何適當種類的感光材料或材料之組合。

一旦設置第一光阻301，將第一光阻301圖案化。在一實施例中，可藉由暴露第一光阻301內的感光材料(例如三層結構的光阻層中之頂部光阻層)於圖案化的能源(例如光)，例如通過光罩(reticle)以圖案化第一光阻301。能量的影響將在被圖案化能源影響的感光材料之那些部分產生化學反應，藉此，改變光阻之暴露出的部分的物理性質，使得第一光阻301之暴露出的部分的物理特性不同於第一光阻301之未暴露出的部分的物理特性。接著，為了讓第一光阻301之暴露出的部分從第一光阻301之未暴露出的部分中分開，以例如顯影劑(未分別地顯示)將第一光阻301顯影。

在一實施例中，將第一光阻301圖案化來形成暴露出層間介電層203的開口。因此，將第一光阻301圖案化來形成具有第一寬度W₁的開口，第一寬度W₁在約50Å至約1000Å之間，例如約200Å。然而，可以使用任何適當的寬度。

一旦將第一光阻301圖案化，可使用第一光阻301 作為遮罩形成第一開口305。在一實施例中，可使用異向性蝕刻製程例如反應性離子蝕刻製程的第一蝕刻製程(在第3圖中以標號303的波浪線表示)，形成第一開口305。在源極/汲極區201包含例如矽的材料之特定的實施例中，第一蝕刻製程303可以是採用蝕刻劑例如H2、BCl₃、SF₆、C₄F₈、CH₄、CH₃F、CH₂F₂、N₂、O₂、Ar、Cl₂、NF₃、HBr、SiCl₄、這些材料之組合或類似材料的反應性離子蝕刻。然而，可以使用任何適當的製程例如濕式蝕刻製程以及任何適當的反應物。

第一蝕刻製程303可用來形成第一開口305，以為形成第一接觸物401做準備。在特定的實施例中，第一蝕刻製程303可用來移除層間介電層203的材料至在約5nm至約200nm之間，例如約15nm的第二距離D₂。然而，可以使用任何適當的深度。此外，第一開口305在相鄰於第一間隔物113的頂部的位置上可具有在約8nm至約40nm之間的第一寬度W₁(從第一光阻301算起)，並且第一開口305在其底部也可具有在約8nm至約40nm之間的第二寬度W₂。然而，可以使用任何適當的尺寸。

一旦形成第一開口305，可移除第一光阻301。在一實施例中，第一光阻301的移除可使用例如灰化(ashing)製程，藉由增加第一光阻301的溫度直到第一光阻301經歷熱裂解，在此溫度時第一光阻301將被輕易移除。然而也可使用任何適當的移除製程，例如濕式蝕刻。

第4圖顯示形成可選擇的矽化物接觸物(未顯示)以及填充由第一蝕刻製程303所形成的第一開口305以形成第一接觸物401。為了降低接觸物的蕭特基能障(Schottky barrier) 高度，矽化物接觸物可包含鈦、鎳、鈷或鉺。然而，也可以使用其他金屬例如鉑、鈀和類似材料。矽化反應(silicidation)可藉由披覆式沉積適當的金屬層，接續由退火步驟讓此金屬與下方暴露出的矽反應加以實施。接著，移除未反應的金屬，例如採用選擇性蝕刻製程。矽化物接觸物的厚度可以在約5nm至約50nm之間。

在一實施例中，第一接觸物401可以是導電材料，例如W、Al、Cu、AlCu、W、TaC、TaCN、TaSiN、Mn、Zr、TiN、Ta、TaN、Co、Ni、Ti、TiAlN、Ru、Mo、或WN，儘管可以使用任何適當的材料，例如鋁、銅、這些材料的合金、這些材料之組合或類似的材料，並且可使用沉積製程例如濺鍍、化學氣相沉積(CVD)、電鍍、無電電鍍或類似製程，沉積第一接觸物401至第一開口305中來填充及/或過量填充由第一蝕刻製程303所形成的第一開口305。一旦填充及/或過量填充第一接觸物401，可使用例如化學機械研磨(CMP)的平坦化製程，移除由第一蝕刻製程303所形成的第一開口305之外的任何沉積的材料，並且第一接觸物401可具有在約5Å至約2000Å之間的厚度。然而，可以使用任何適當的材料和形成製程。

第5圖顯示在閘極堆疊205上的第一蝕刻停止層223之形成。在一實施例中，第一蝕刻停止層223可由電漿增強化學氣相沉積(PECVD)的氮化矽所形成，儘管可以替代使用其他材料，例如SiON，SiCON、SiC、SiOC、SiC_xN_y、SiO_x、其他介電質、前述之組合或類似材料，並且替代使形成第一蝕刻停止層223的可選技術，例如低壓化學氣相沉積(LPCVD)、物理氣相沉積(phsycal vapor deposition，PVD)或類似製程。第一蝕刻停止層223可具有在約5Å至約500Å之間的第二厚度T₂。

第5圖也顯示在閘極堆疊205上的第一介電層503之形成。第一介電層503可由一種或多種適當的介電材料所形成，此介電材料例如低介電常數(low-k)的介電質例如摻雜碳的氧化物、極低介電常數的介電質例如多孔碳摻雜的二氧化矽、氧化矽、氮化矽、高分子例如聚醯亞胺、這些材料之組合或類似材料。透過例如旋塗(spin-on)製程或化學氣相沉積(CVD)的製程形成第一介電層503，儘管可以使用任何適當的製程，並且第一介電層503可具有在約5Å至約500Å之間的第三厚度T₃，例如約50Å。

第5圖也顯示第一介電層503以及第一蝕刻停止層223兩者的圖案化，以形成暴露出第一接觸物401的第二開口505。在一實施例中，可藉由最初在第一介電層503上設置第二光阻507並將第二光阻507圖案化，將第一介電層503和第一蝕刻停止層223圖案化。在一實施例中，第二光阻507與第一光阻301(參考前述的第3圖)相似，並且可以相似的形式設置及圖案化。舉例而言，為了將第二光阻507圖案化，第二光阻507可以是以圖案化能量曝光的三層結構的光阻。接著，將第二光阻507顯影及蝕刻以圖案化第二光阻507。

一旦將第二光阻507圖案化，使用第二光阻507作為遮罩，可將第二光阻507的圖案轉移至第一介電層503與第一蝕刻停止層223。在一實施例中，使用第二蝕刻製程(在第5圖中以標號509的波浪線顯示)將第一介電層503圖案化，第二蝕刻製程509可以是異向性蝕刻製程例如反應性離子蝕刻製程。然而，可以使用任何適當的製程，例如濕式蝕刻製程，並且可以使用任何適當的反應物。

第二蝕刻製程509可用於移除第一介電層503的材料來形成第二開口505，以為形成第二接觸物701(未顯示於第5圖但顯示於第7圖並且後續討論)做準備。在特定的實施例中，第二蝕刻製程509可用來移除第一介電層503的材料直到暴露出第一蝕刻停止層223。然而，可以使用任何適當的移除製程，例如濕式蝕刻。

一旦暴露出第一蝕刻停止層223，可通過第一蝕刻停止層223轉移第一介電層503的圖案，以暴露出第一接觸物401。在一實施例中，此圖案的轉移可使用例如使用對於第一蝕刻停止層223具有選擇性的蝕刻劑之異向性蝕刻，例如反應性離子蝕刻。然而，可以使用任何適當的蝕刻劑或製程，例如濕式蝕刻。

此外，在打開第一蝕刻停止層223以暴露出下方的第一接觸物401之後，可停止蝕刻而不延伸至第一接觸物401中或者可持續蝕刻至稍微過蝕，並且形成第二開口505，以部分延伸至第一接觸物401中。在特定的實施例中，第二開口505可延伸至第一接觸物401中在約5Å至約100Å之間的距離，例如約20Å。然而，可以使用任何適當的距離。

在一實施例中，可形成第二開口505使其具有漸縮的側壁，使得第二開口505的頂部大於第二開口505的底部。在特定的實施例中，第二開口505在其頂部(相鄰於第一介電層 503)可具有在約100Å至約1500Å之間，例如約200Å的第三寬度W₃。此外，在特定的實施例中，第二開口505在其底部(相鄰於第一接觸物401)可具有等於或小於第三寬度W₃的第四寬度W₄，例如具有在約10nm至約50nm之間的第四寬度W₄。然而，可以使用任何適當的尺寸。

第6A圖顯示一旦形成第二開口505，形成第二介電層601內襯於第二開口505。在一實施例中，第二介電層601可包含介電材料，例如氮化矽、SiON、SiCON、SiC、SiCN、SiOC、這些材料之組合或類似材料，並且可沉積第二介電層601至在約5Å至約200Å之間的厚度，且具有在約5Å至約50Å之間的關鍵尺寸(critical dimention)。此外，第二介電層601可具有大於0.5nm的關鍵尺寸。然而，可以使用任何適當的材料和厚度。

第6B圖顯示用於形成第二介電層601的沉積系統600，沉積系統600使用順應性沉積製程例如原子層沉積。在一實施例中，沉積系統600接收來自第一前驅物輸送系統605以及第二前驅物輸送系統606的前驅物材料，以形成一系列的單層材料來內襯於第二開口505。在一實施例中，第一前驅物輸送系統605以及第二前驅物輸送系統606可彼此連結來提供各種不同的前驅物材料至放置基底101(因此，以及第二開口505)的沉積腔室603。然而，第一前驅物輸送系統605以及第二前驅物輸送系統606可具有與彼此相似的物理組件。

舉例而言，第一前驅物輸送系統605以及第二前驅物輸送系統606可各自包含供氣系統607和流量控制器609(在第6B圖中標示於第一前驅物輸送系統605，但為了使圖示清晰並未標示於第二前驅物輸送系統606)。在第一處理前驅物以氣態儲存的實施例中，供氣系統607可供應第一處理前驅物至沉積腔室603。供氣系統607可以是容器(vessel)，例如氣體儲存槽，其位於沉積腔室603附近，或者也可以遠離沉積腔室603。或者，供氣系統607可以是獨立製備和輸送第一處理前驅物至流量控制器609的設備(facility)。可利用任何對於第一處理前驅物而言適當的來源作為供氣系統607，本發明實施例的範疇內完全包含所有這樣的來源。

供氣系統607可供應期望的前驅物至流量控制器609。可利用流量控制器609來控制前驅物流到前驅物氣體控制器613，並且最終到沉積腔室603，藉此也有助於控制在沉積腔室603內的壓力。流量控制器609可以是例如比例閥(propoprtional valve)、調變閥(modulating valve)、針閥(needle valve)、壓力調節器(pressure regulator)、質流控制器(mass flow controller)、這些控制器之組合或類似控制器。然而，用於控制和調節流量的任何適當的方法皆可利用，本發明實施例的範疇內完全包含所有這樣的組件和方法。

然而，發明所屬技術領域中具有通常知識者將能理解，雖然在此描述的第一前驅物輸送系統605、第二前驅物輸送系統606具有相同的組件，但這僅僅只是圖示的範例，並非意欲將實施例限定為任何的形式。在沉積系統600中可以替換利用任何適當的前驅物輸送系統的種類，前驅物輸送系統其具有與任何其他前驅物輸送系統相同或不同種類和數量之獨立組件。本發明實施例的範疇內完全包含所有這樣的前驅物系統。

此外，在第一處理前驅物以固態或液態儲存的實施例中，供氣系統607也可儲存載體氣體，且可將載體氣體導入前驅物罐中(未分別地顯示)，前驅物罐以固態或液態的形式儲存第一處理前驅物。接著，在被送到前驅物氣體控制器613之前，第一處理前驅物會汽化或昇華成為前驅物罐的氣態部分，使用載體氣體來推送和承載第一處理前驅物。可以利用任何適合的方法和單元之組合來提供第一處理前驅物，且本發明實施例的範疇內完全包含所有這樣的單元之結合。

第一前驅物輸送系統605以及第二前驅物輸送系統606可供應各自的前驅物材料至前驅物氣體控制器613中。為了輸送期望的前驅物材料至沉積腔室603中，前驅物氣體控制器613連結至第一前驅物輸送系統605以及第二前驅物輸送系統606，且將它們與沉積腔室603隔離。前驅物氣體控制器613可包含例如閥、流量計、感測器以及類似的裝置，以控制每一個前驅物的輸送速率，且藉由接收來自於控制單元615的指令以控制前驅物氣體控制器613(參考第6C圖，後續進一步討論)。

當前驅物氣體控制器613收到來自控制單元615的指令時，可開啟或是關閉閥門以連結第一前驅物輸送系統605以及第二前驅物輸送系統606中的其中一個至沉積腔室603，且引導期望的前驅物材料經過歧管(manufold)626至沉積腔室603中，再至噴頭(showerhead)617。可利用噴頭617來噴灑選定的前驅物至沉積腔室603中，並且為了將來自於不均勻分散所產生的不期望之製程條件最小化，可以將噴頭617設計為均勻噴灑前驅物材料。在一實施例中，噴頭617可具圓形設計的開口均勻地分散於噴頭617周圍，使期望的前驅物材料分散至沉積腔室603中。

然而，發明所屬技術領域中具有通常知識者將能理解，上述透過單一噴頭617或單一導入點將前驅物材料導入沉積腔室603中，只是為了圖示說明而非意圖限制本發明實施例。可以交替利用任何數量之各自獨立的噴頭617或其他開口將前驅物材料導入沉積腔室603中。本發明實施例的範疇完全包含所有這樣的噴頭和其他導入點之組合。

沉積腔室603可接收預期的前驅物材料並且讓前驅物材料暴露於第二開口505的側壁，且沉積腔室603可以是任何預期的形狀，此預期的形狀可適合用於分散前驅物材料，且適合用於讓前驅物材料與第二開口505的側壁接觸。在第6B圖所示的實施例中，沉積腔室603具有圓柱形的側壁和底部。然而，沉積腔室603並不限於圓柱形，也可利用任何合適的形狀、例如中空方管、八邊形或類似結構。再者，沉積腔室603可被對於各種製程材料是惰性的材料所製成的殼體619所圍繞。因此，當殼體619可以是能承受沉積製程中涉及的化學品和壓力的任何適當材料時，在一實施例中，殼體619可以是鋼、不鏽鋼、鎳、鋁、這些材料之合金、這些材料之組合及類似材料。

為了在沉積製程的過程中安裝和控制基底101，基底101可安置於沉積腔室603內的安裝平台621上。為了在沉積製程的過程中加熱基底101，安裝平台621可包含加熱機構。再者，雖然第6B圖只顯示了單一安裝平台621，但在沉積腔室603 內可額外地包含任何數量的安裝平台621。

此外，沉積腔室603和安裝平台621可以是群集工具系統(cluster tool system)(未顯示)的一部分。為了在沉積製程之前安置基底101至沉積腔室603中，在沉積製程的過程中安置和支撐基底101，以及在沉積製程之後從沉積腔室603移出基底101，群集工具系統可與自動處理系統(automated handling system)連接。

沉積腔室603也可具有將廢氣排出沉積腔室603外的排氣出口625。為了幫助排出廢氣，真空泵623可連接至沉積腔室603的排氣出口625。也可利用在控制單元615控制下的真空泵623來降低和控制沉積腔室603內的壓力至預期的壓力，並且也可利用真空泵623從沉積腔室603中排出前驅物材料，為後續的前驅物材料之導入做準備。

第6C圖顯示可利用控制單元615來控制前驅物氣體控制器613和真空泵623(如第6B圖所示)的實施例。控制單元615可以是在工業設定中用來控制製程機器之任何形式的電腦處理器。在一實施例中，控制單元615可包含處理單元602，例如桌上型電腦、工作站、筆記型電腦或專為特定應用的客製化單元。控制單元615可安裝顯示器604以及一個或多個輸入/輸出組件611，例如指令輸出、感應器輸入、滑鼠、鍵盤、印表機、這些組件之組合或類似組件。處理單元602可包含連結至匯流排618的中央處理單元(central processing unit，CPU)608、記憶體610、大量儲存裝置612、視訊配接器624及輸入/輸出介面616。

匯流排618可以是多種匯流排架構的任何種類中之一種或多種，此匯流排包含記憶體匯流排或記憶體控制器、週邊匯流排或視訊匯流排。中央處理單元608可包含任何種類的電子數據處理器，且記憶體610可包含任何種類的系統記憶體，例如靜態隨機存取記憶體(static random access memory，SRAM)、動態隨機存取記憶體(dynamic random access memory，DRAM)或唯讀記憶體(read-only memory，ROM)。大量儲存裝置612可包含配置來儲存資料、程式和其他資訊的任何種類的儲存裝置，並且使得資料、程式和其他資訊可由匯流排618存取。舉例而言，大量儲存裝置612可包含一或多個硬碟驅動器、磁碟驅動器或光碟驅動器。

視訊配接器624和輸入/輸出介面616提供介面來耦接外部輸入和輸出裝置至處理單元602。如第6C圖所示，輸入和輸出裝置的範例包含耦接至視訊配接器624的顯示器604以及耦接至輸入/輸出介面616的輸入/輸出組件611，例如滑鼠、鍵盤、印表機和類似組件。其他裝置可耦接至處理單元602，且可利用額外的或較少的介面卡。舉例而言，可使用串接的介面卡(未顯示)來提供印表機之串接的介面。處理單元602也可包含線接至區域網路(local area network，LAN)或廣域網路(wide area network，WAN)622及/或無線連接的網路介面620。

值得注意的是，控制單元615可包含其他組件。舉例而言，控制單元615可包含電源供應器、纜線、主機板、可移除儲存媒體、機殼和類似組件。儘管這些其他組件未顯示於第6C圖，但這些組件可視為控制單元615的一部份。

在一實施例中，形成第二介電層601可藉由將第一前驅物材料推送至第一前驅物輸送系統605中來開始。舉例而言，在第二介電層601是氮化矽的實施例中，第一前驅物材料可以是例如二氯矽烷的前驅物，並且可放置於第一前驅物輸送系統605中。然而，發明所屬技術領域中具有通常知識者將能理解此前驅物並非是可用於形成氮化矽層的唯一的前驅物，並且使用二氯矽烷並非意圖限制本發明實施例。可以使用任何適當的前驅物材料，此前驅物材料以任何適當的相(固態、液態或氣態)來形成氮化矽層，例如一氯矽烷，或者可以使用可用於形成其他材料的任何其他前驅物。

此外，可將第二前驅物材料安置於第二前驅物輸送系統606中。在氮化矽層是預期作為第二介電層601的材料之實施例中，為了讓第二前驅物材料與第一前驅物材料反應來形成單層的氮化矽，第二前驅物材料可以是包含氮的前驅物材料。舉例而言，在二氯矽烷用來作為第一前驅物材料的實施例中，氨氣(NH₃)可用來做為第二前驅物材料，並且可放置於第二前驅物輸送系統606中。然而，氨氣作為第二前驅物材料的敘述並非意圖限制本發明實施例，可以使用任何其他適當的前驅物材料，例如氮氣，這些材料之組合或類似材料作為第二前驅物材料。

一旦第一前驅物材料以及第二前驅物材料分別地放置於第一前驅物輸送系統605以及第二前驅物輸送系統606中，可藉由控制單元615傳送指令至前驅物氣體控制器613，以連接第一前驅物輸送系統605至沉積腔室603，起始第二介電層 601的形成。一旦第一前驅物輸送系統605與沉積腔室603連接，第一前驅物輸送系統605可經過前驅物氣體控制器613以及岐管626將第一前驅物材料(例如二氯矽烷)輸送至噴頭617。接著，噴頭617可噴灑第一前驅物材料至沉積腔室603中，第一前驅物材料可吸附於圍繞第二開口505之暴露出的表面，並與圍繞第二開口505之暴露出的表面反應。

在形成氮化矽層的實施例中，第一前驅物材料以在約1標準公升/分鐘(standard liter per minute，slm)至約5slm之間且每循環約50秒的流速流至沉積腔室603中。此外，沉積腔室603可保持在約3托耳(torr)至約5torr之間的壓力，例如約4torr，並且保持在約450℃至約700℃之間的溫度，例如550℃。然而，發明所屬技術領域中具有通常知識者將能理解，這些製程條件僅僅只是用於圖示，在本發明實施例範疇內可以使用任何適當的製程條件。

當第一前驅物材料吸附在第二開口505的表面上時，第一前驅物材料將與位在暴露出的表面之開放活化位置(open active site)反應。然而，一旦暴露出的表面上所有的開放活化位置與第一前驅物材料反應，因為沒有更多的開放活化位置將與第一前驅物材料鍵結，因此反應將會停止。這個限制造成第一前驅物材料與第二開口505之暴露出的表面的反應被自身限制(self-limiting)，並且在第二開口505的表面上形成單層經反應的第一前驅物材料，藉此，使得第二介電層601的厚度可更加精準的控制。

在自身限制反應結束之後，可將第一前驅物材料排出沉積腔室603。舉例而言，控制單元615可指示前驅物氣體控制器613切斷與第一前驅物輸送系統605連結(包含從沉積腔室603排出第一前驅物)，並且指示前驅物氣體控制器613與排淨氣體輸送系統614連結來輸送排淨氣體至沉積腔室603。在一實施例中，排淨氣體輸送系統614可以是氣體儲存槽或提供排淨氣體例如氮氣、氬氣、氙氣或其他非反應性氣體至沉積腔室603的設備。此外，為了施加壓力差至沉積腔室603來幫助第一前驅物材料的移除，控制單元615也可啟動真空泵623。排淨氣體伴隨著真空泵623可從沉積腔室603排出第一前驅物材料約3分鐘。

在完成第一前驅物材料的排出之後，可藉由控制單元615傳送指令至前驅物氣體控制器613來切斷排淨氣體輸送系統614與沉積腔室603連結，並將第二前驅物輸送系統606(包含第二前驅物材料)與沉積腔室603連結，啟始第二前驅物材料(例如氨氣)導入至沉積腔室603。一旦第二前驅物輸送系統606與沉積腔室603連結，第二前驅物輸送系統606可輸送第二前驅物材料至噴頭617。接著，噴頭617可噴灑第二前驅物材料至沉積腔室603中，第二前驅物材料可吸附在第二開口505之暴露出的表面，並且以另一自身限制反應與第一前驅物材料反應，以在第二開口505之暴露出的表面上形成單層的預期材料，例如氮化矽。

在前述採用二氯矽烷形成氮化矽層的實施例中，可以在約2slm至約10slm之間的流速，例如約5slm導入氨氣至沉積腔室603中約30秒。此外，沉積腔室603可保持約0torr的壓力，並且保持在約450℃至約750℃之間的溫度。然而，發明所屬技術領域中具有通常知識者將能理解這些製程條件僅僅只是用於說明，在本發明實施例的範疇內可使用任何適當的製程條件來導入氧氣。

在形成單層的預期的材料例如氮化矽之後，可使用例如來自排淨氣體輸送系統614的排淨氣體持續約3分鐘，將沉積腔室603排空(在第二開口505之暴露出的表面上留下單層的預期的材料)。在沉積腔室603排空之後，用來形成預期的材料的第一循環已完成，並且可開始相似於第一循環的第二循環。舉例而言，重複的循環可導入第一前驅物材料、以排淨氣體排空、驅使第二前驅物材料以及以排淨氣體排空。可重複這些循環直到第二介電層601具有在約5Å至約50Å之間的第四厚度T₄。一旦第二介電層601已經達到預期厚度，可從沉積腔室603中移出基底101以進行後續製程。

然而，發明所屬技術領域中具有通常知識者將能理解，前述用來形成第二介電層601的製程只是為了說明，並非意圖限制本發明實施例。可以使用任何其他製程，例如最初驅使第二前驅物材料(例如氨氣)、以排淨氣體排空、導入第一前驅物材料(例如二氯矽烷)以及以排淨氣體排空來完成第一循環，接著重複第一循環。本發明實施例的範疇內完全包含這些與任何其他適當的製程來形成第二介電層601。

第7圖顯示第二介電層601的開口，此開口是為了暴露出下方的第一接觸物401伴隨著形成第二接觸物701，以電性連接第一接觸物401。在一實施例中，可藉由最初在第二介電層601上設置第三光阻(未分別地顯示於第7圖)並將第三光阻圖案化，以圖案化第二介電層601。在一實施例中，第三光阻與第一光阻301(前述於第3圖中)相似，並且以相同的形式設置及圖案化。舉例而言，第三光阻可以是三層結構的光阻，為了將第三光阻圖案化可以圖案化能源將其曝光。接著，可將第三光阻顯影。

一旦將第三光阻圖案化，可使用第三光阻作為遮罩，將第三光阻的圖案轉移至第二介電層601。在一實施例中，可使用第三蝕刻製程將第二介電層601圖案化，第三蝕刻製程可以是異向性蝕刻製程例如反應性離子蝕刻，以穿過第二介電層601形成第三開口703，第三開口703具有小於第二寬度W₂的第五寬度W₅(例如第五寬度W₅與第二寬度W₂的比值小於1)。在特定的實施例中，第五寬度W₅可在約3nm至約20nm之間。然而，可以使用任何適當的製程例如濕式蝕刻製程，以及適當的蝕刻劑或尺寸。

在另一實施例中，可不使用光阻來形成第三開口703。在此實施例中，藉由實施第三蝕刻製程來移除第二介電層601的水平部分，同時垂直部分保護第二介電層601下方的部分，形成第三開口703。因此，保留了第二介電層601沿著第二開口505的側壁的部分。然而，可以使用任何適當的製程形成第三開口703。

一旦暴露出第一接觸物401，可沉積導電材料來填充及/或過量填充第二開口505以及第三開口703，使導電材料與第一接觸物401電性連接。在一實施例中，第二接觸物701可以是導電材料，例如鎢(W)，儘管可以沉積任何適當的材料，例如鋁、銅、這些材料之合金、這些材料之組合或類似材料，此沉積可使用沉積製程例如濺鍍、化學氣相沉積(CVD)、電鍍(採用晶種層)、無電電鍍或類似製程，以填充及/或過量填充第二開口505。

一旦填充或過量填充沉積的材料，可使用平坦化製程例如化學機械研磨(CMP)，移除在第二開口505以外的任何沉積的材料。這樣的製程也可用來移除位於第二開口505以外之第二介電層601的任何材料，藉此，將第二介電層601以及第二接觸物701平坦化。藉由將導電材料平坦化，第二接觸物701在第二接觸物701頂部可具有第六寬度W₆，第六寬度W₆大於第五寬度W₅(例如W₆與W₅的比值大於1)。在特定的實施例中，第六寬度W₆可在約5nm至約35nm之間。此外，第二接觸物701在相鄰於第一蝕刻停止層223的頂面的位置可具有第七寬度W₇，第七寬度W₇在約3nm至約30nm之間。然而，可以使用任何適當的寬度。

在特定的實施例中，第四寬度W₄與第七寬度W₇的比值大於1，且第二寬度W₂與第七寬度W₇的比值大於1。此外，第四寬度W₄可大於第二寬度W₂、第二寬度W₂可大於第六寬度W₆、第六寬度W₆可大於第七寬度W₇，以及第七寬度W₇可大於第二寬度W₂。然而，可使用任何適當的尺寸。

一旦形成第二接觸物701，半導體裝置100即可準備進行額外的製程。在一些實施例中，為了形成功能電路，額外的製程可包含在第二接觸物701上形成一個或多個金屬層，形成接觸墊以電性連接金屬層，以及封裝半導體裝置100，使得半導體裝置100可貼附於其他外部裝置。

藉由在第零層金屬(metal zero，M0)至氧化物定義(oxide definition，OD)(MD)的蝕刻製程之前加入第二介電薄膜，可降低裝置的整體尺寸。此外，較少的光微影與蝕刻製程的負擔、較少的光微影疊對(overlay)需求以及較少的圖案的負擔，伴隨著對於通道的強隔離。這些全部均可以產生較佳的裝置以及晶圓測試良率(Cp yield)表現，伴隨著在鰭式場效電晶體(finFET)製程中之擴大的可靠度、漏電容許範圍(leakage window)、更佳的MD製程容許範圍以及產線上的控制。

第8A至8C圖顯示不具有金屬閘極接縫(seam)之多步驟接觸物輪廓的更多的實施例。首先參見第8A圖，在此實施例中，第二開口505以及第二介電層601並非幾乎完全地順應性(如前述的第7圖)，取而代之是具有隨著第二介電層601移向鰭片107的漸縮形狀。在特定的實施例中，第二介電層601在第二開口505頂部具有第四厚度T₄，但是隨著第二介電層601沿著第二開口505的側壁移向鰭片107，第二介電層601在第二開口505的底部的厚度將會減少至零或是接近零。

為了形成具有漸縮形狀的第二開口505，可採用在約500瓦(W)至約700W之間的偏壓以及約10mTorr的壓力，實施第二蝕刻製程509。在可替換的實施例中，為了有助於形成漸縮形狀，閘極堆疊205可具有調整的第一間距(pitch)P₁。在此實施例中，可調整第一間距P₁為大於約100nm。然而，可以使用任何適當的方法或參數來形成具有漸縮形狀的第二開口505。

接下來參見第8B圖，在此實施例中，第二開口505並非是漸縮的且具有傾斜的側壁(如前述的第7圖)，取而代之是具有垂直的側壁。在特定的實施例中，第二開口505的側壁垂直於鰭片107或幾乎垂直於鰭片107。因此，第二接觸物701的側壁也將會垂直或幾乎垂直於鰭片107。

為了形成具有垂直側壁的第二開口505，可採用大於約800W的偏壓以及在約5mTorr至約8mTorr之間的壓力，實施第二蝕刻製程509。在可替換的實施例中，為了有助於形成垂直形狀，閘極堆疊205可具有經調整的第一間距P₁。在此實施例中，第一間距P₁可被調整至約30nm至約100nm之間。然而，可以使用任何適當的方法或參數來形成具有垂直側壁形狀的第二開口505。

參見第8C圖，在此實施例中，第二開口505並非是漸縮的或垂直的，取而代之是具有瓶狀(bottle shape)。為了形成具有瓶狀的第二開口505，可採用大於約800W的偏壓以及在約5mTorr至約8mTorr之間的壓力，實施第二蝕刻製程509。此外，實施過蝕刻。舉例而言，在首先形成垂直側壁的實施例中，可實施過蝕刻一段時間，此時間比形成垂直側壁的時間長30%。在可替換的實施例中，為了有助於形成瓶狀，閘極堆疊205可具有調整的第一間距P₁。在此實施例中，可調整第一間距P₁為小於約30nm。然而，可以使用任何適當的方法或參數來形成具有瓶狀的第二開口505。

第9A至9C圖顯示相似於前述關於第8A-8C圖的實施例之額外的實施例。在這些實施例中，閘極堆疊205不是無接縫的閘極堆疊205，反之，閘極堆疊205包含在閘極堆疊205的材料內的接縫901或空隙。舉例而言，如第9A圖所示，漸縮的第二介電層601(如前述的第8A圖)伴隨著包含接縫901的閘極堆疊205。在另一範例中，採用垂直側壁(如前述的第8B圖)的第二開口505，其包含接縫901。在又另一範例中，採用瓶狀(如前述的第8C圖)的第二開口505，其包含接縫901。在此所述任何實施例也可包含在虛設閘極電極111的材料中的接縫901。

當短通道裝置的閘極寬度很小並且使用非順應性沉積製程時，沉積第三金屬材料217於閘極堆疊205內的過程中形成接縫901。為獲得形成接縫的特定實施例中，使用非順應性沉積製程例如化學氣相沉積(CVD)或物理氣相沉積(PVD)在閘極寬度等於或小於15nm的裝置上。

第10A至10C圖顯示進一步的實施例，在這些實施例中，專為第二接觸物701特製了第二接觸物701與第一接觸物401物理接觸的輪廓。在如第10A所示第二開口505具有漸縮的側壁之實施例中，第二接觸物701的輪廓可包含垂直於鰭片107或幾乎垂直於鰭片107的第一側壁。此外，第一側壁藉由第二接觸物701的底面連接在一起，當其在第一側壁之間延伸，第二接觸物701的底面具有凹形(concave)。

在一實施例中，採用過蝕刻的第三蝕刻(用來擊穿第二介電層601)形成第二接觸物701的底面的形狀。在特定的實施例中，實施過蝕刻一段時間，此時間比擊穿第二介電層601的時間長30%。然而，可以使用任何適當的製程來形成此形狀。

第10B圖顯示第二接觸物701具有垂直於鰭片107 的第一側壁之另一實施例。然而，在此實施例中，底面並非凹形(前述的第10A圖)，反之，當其在第一側壁之間延伸時其底面是平面的。

在一實施例中，採用過蝕刻的第三蝕刻製程(用來擊穿第二介電層601)伴隨著高偏壓和低壓(例如約5mTorr至約8mtorr)，形成如第10B圖所示之第二接觸物701的底面的形狀。在特定的實施例中，實施過蝕刻一段時間，此時間比擊穿第二介電層601的時間長30%。然而，可以使用任何適當的製程來形成此形狀。

第10C圖顯示另一實施例，在此實施例中第二接觸物701的底面是平面，當其在第一側壁之間延伸。然而，在此實施例中，第一側壁並非垂直於鰭片107，反之，第一側壁是漸縮的，使得第一側壁不垂直於鰭片107。在此實施例中，不採用過蝕刻來實施第三蝕刻製程。

第11A至11C圖分別地顯示從第10A至10C圖所述之額外的實施例。特別是，第11A至11C圖顯示了如第10A-10C所示的虛設閘極電極111的材料包含接縫901之實施例。在此實施例中，接縫901可相似於前述關於第9A至9C圖之描述並且使用類似的製程所製成。然而，可以使用任何適當的製程在虛設閘極電極111內形成接縫901或空隙。

藉由使用在此所述的實施例，可減少光微影和蝕刻製程的負擔以及具有低疊對要求。此外，還有較少的圖案負擔和對於通道的強隔離。這些均產生了較佳的裝置和良率(yield)表現以及擴大的可靠度/漏電容許範圍，使得在鰭式場效電晶體(finFET)製程中有較佳的製程容許範圍和產線控制。

根據本發明的一實施例，半導體裝置的製造方法，包含形成第一接觸物至一源極/汲極區，源極/汲極區與至少一部分的第一間隔物相鄰且齊平，第一間隔物相鄰於閘極電極。在閘極電極上形成介電層，且將介電層圖案化，以形成穿過介電層的第一開口，第一開口暴露出第一接觸物。以介電材料內襯於第一開口的側壁，以及將導電材料填入第一開口的剩餘部分，以形成第二接觸物，第二接觸物延伸穿過介電材料與第一接觸物接觸。

根據本發明的另一實施例，半導體裝置的製造方法，包含在基底上的半導體鰭片上形成閘極堆疊和第一間隔物，並且移除由閘極堆疊和第一間隔物暴露出之部分的半導體鰭片。再成長源極/汲極區，並且形成第一接觸物至源極/汲極區，該第一接觸物具有位於從基底算起一距離之頂表面，該距離等於或小於第一間隔物的頂表面從該基底算起的距離。在第一接觸物和閘極堆疊上沉積介電層，並且形成穿過介電層的第一開口以暴露出第一接觸物。沿著第一開口的側壁沉積介電材料，其中介電材料之沉積至少部分以原子層沉積製程完成。沿著第一開口之一底部移除部分的介電材料以形成第二開口，以及以導電材料填入第一開口和第二開口以接觸該第一接觸物。

根據本發明的另一實施例，半導體裝置包含相鄰於第一間隔物的源極/汲極區、相鄰於閘極電極的第一間隔物。第一接觸物與源極/汲極區物理性連接，第一接觸物與第一間隔物齊平，並且介電層覆蓋於閘極電極上方。開口穿過介電層，開口暴露出該第一接觸物，並且介電材料內襯於開口的側壁，介電材料包含複數個單層。導電材料填充於開口的剩餘部分，並且穿過介電材料與第一接觸物物理性接觸，導電材料與介電材料共用平面的頂表面。

前述概述了一些實施例的部件，使得發明所屬技術領域中具有通常知識者可以更加理解本發明實施例的觀點。發明所屬技術領域中具有通常知識者應可理解，他們可以輕易使用本發明實施例作為基礎，設計或修改其他的製程或是結構，以達到與在此介紹的實施例相同的目的及/或優點。發明所屬技術領域中具有通常知識者也應理解，此類等效的結構並不悖離本發明實施例的精神與範疇，並且在不悖離本發明實施例的精神與範疇的情況下，在此可以做各種的改變、取代和替換。因此，本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定為準。

Claims

一種半導體裝置的製造方法，包括：形成一第一接觸物至一源極/汲極區，該源極/汲極區與至少一部分的一第一間隔物相鄰且齊平，該第一間隔物相鄰於一閘極電極；在該閘極電極上形成一介電層；將該介電層圖案化，以形成穿過該介電層的一第一開口，該第一開口暴露出該第一接觸物；以一介電材料內襯於該第一開口的一側壁；以及將一導電材料填入該第一開口的一剩餘部分，以形成一第二接觸物，該第二接觸物延伸穿過該介電材料與該第一接觸物接觸。
如申請專利範圍第1項所述之半導體裝置的製造方法，更包括在該介電材料內襯於該第一開口的該側壁之後，將該介電材料圖案化以暴露出該第一接觸物。
如申請專利範圍第1項所述之半導體裝置的製造方法，其中該介電材料內襯於該第一開口的該側壁包括至少部分實施原子層沉積製程。
如申請專利範圍第1至3項中任一項所述之半導體裝置的製造方法，其中該第二接觸物在一第一界面接觸該第一接觸物，並且其中在該第一界面，該第一接觸物具有一第一寬度，且該第二接觸物具有小於該第一寬度的一第二寬度。
如申請專利範圍第1至3項中任一項所述之半導體裝置的製造方法，其中該閘極電極覆蓋在一半導體鰭片上方，更包括：在該形成該第一接觸物至該源極/汲極區之前，移除一部分的該半導體鰭片；以及在該形成該第一接觸物至該源極/汲極區之前，再成長該源極/汲極區。
一種半導體裝置的製造方法，包括：在一基底上的一半導體鰭片上形成一閘極堆疊和一第一間隔物；移除由該閘極堆疊和該第一間隔物暴露出之一部分的該半導體鰭片；再成長一源極/汲極區；形成一第一接觸物至該源極/汲極區，該第一接觸物具有位於從該基底算起一距離之一頂表面，該距離等於或小於該第一間隔物的一頂表面從該基底算起的一距離；在該第一接觸物和該閘極堆疊上沉積一介電層；形成穿過該介電層的一第一開口以暴露出該第一接觸物；沿著該第一開口的側壁沉積一介電材料，其中該介電材料之該沉積至少部分以一原子層沉積製程完成；沿著該第一開口之一底部移除一部分的該介電材料以形成一第二開口；以及以一導電材料填入該第一開口和該第二開口以接觸該第一接觸物。
如申請專利範圍第6項所述之半導體裝置的製造方法，其中該介電材料的側壁延伸至該第一接觸物中。
如申請專利範圍第6或7項所述之半導體裝置的製造方法，其中該填入該第一開口和該第二開口更包括：過量填入該第一開口和該第二開口；以及將該導電材料平坦化以移除在該第一開口和該第二開口以外的該導電材料之部分。
如申請專利範圍第6或7項所述之半導體裝置的製造方法，更包括在該沉積該介電材料之前，在該第一接觸物和該閘極堆疊上沉積一接觸物蝕刻停止層；以及在該移除該部分的該介電材料之後以及在該填入該第一開口和該第二開口之前，移除一部分的該接觸物蝕刻停止層。
如申請專利範圍第6或7項所述之半導體裝置的製造方法，其中該沉積該介電材料更包括：驅使一第一前驅物與該第一開口的一側壁接觸；清除該第一前驅物；以及在該清除該第一前驅物之後，驅使一第二前驅物與沿著該第一開口的該側壁之該第一前驅物的一產物接觸。
一種半導體裝置，包括：一源極/汲極區，相鄰於一第一間隔物，該第一間隔物相鄰於一閘極電極；一第一接觸物，與該源極/汲極區物理性連接，該第一接觸物與該第一間隔物齊平；一介電層，覆蓋於該閘極電極上方；一開口，穿過該介電層，該開口暴露出該第一接觸物；一介電材料，內襯於該開口的側壁，該介電材料包括複數個單層；以及一導電材料，填入於該開口的一剩餘部分，且穿過該介電材料與該第一接觸物物理性接觸，該導電材料與該介電材料共用一平面的頂表面，其中該導電材料與該第一接觸物之間的一界面低於該第一間隔物的上表面。
如申請專利範圍第11項所述之半導體裝置，其中該介電材料的厚度大於0.5nm。
如申請專利範圍第11項所述之半導體裝置，其中在該界面該導電材料具有一第一寬度，且在該界面該第一接觸物具有不同於該第一寬度的一第二寬度。
如申請專利範圍第11至13項中任一項所述之半導體裝置，更包括一蝕刻停止層介於該閘極電極和該介電層之間，該開口延伸穿過該蝕刻停止層。