[发明专利]半导体结构及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体结构及其制造方法。本发明特别是涉及包括金属栅极结构的半导体结构及其制造方法。

背景技术

在半导体结构中，任何导电-介电-导电结构都可能展现出电容。不希望其产生的电容，例如形成在栅极结构和源极/漏极区之间的电容、或形成在栅极结构和槽形接触结构(slot contact)之间的电容等等，可能不利地影响半导体装置的操作。随着半导体结构的缩小，这个问题变得更加紧要。

发明内容

本发明是关于降低不希望其产生的电容的解决方案。

根据一些实施例，提供一种半导体结构。此种半导体结构包括一基板、一栅极结构、一第一介电层、以及二气隙(air gap)。栅极结构设置在基板上。栅极结构具有相对的二侧壁。栅极结构包括一U形结构和一金属栅极电极。U形结构定义朝向上方的一开口。U形结构包括一功函数层(work function layer)。金属栅极电极设置在U形结构所定义的开口中。U形结构的一上表面的水平高度低于金属栅极电极的一上表面的水平高度。第一介电层设置在基板上并邻接于栅极结构。二气隙分别形成在第一介电层和栅极结构相对的二侧壁的其中一者之间。

根据一些实施例，提供一种半导体结构的制造方法。此种方法包括下列步骤。首先，提供一基板。形成一牺牲栅极结构在基板上。牺牲栅极结构具有相对的二侧壁。形成二牺牲间隔物分别在牺牲栅极结构相对的二侧壁上。形成一第一介电层在基板上并邻接于牺牲栅极结构。接着，移除牺牲栅极结构，形成一开口。形成一栅极结构在开口中。栅极结构具有相对的二侧壁。栅极结构包括一U形结构和一金属栅极电极。U形结构定义朝向上方的一开口。U形结构包括一功函数层。金属栅极电极形成在U形结构所定义的开口 中。U形结构的一上表面的水平高度低于金属栅极电极的一上表面的水平高度。之后，移除该二牺牲间隔物，形成二气隙分别位于第一介电层和栅极结构相对的二侧壁的其中一者之间。

为了对本发明的上述及其他方面有更佳的了解，下文特举优选实施例，并配合所附的附图，作详细说明如下：

附图说明

图1为实施例的半导体结构的示意图；

图2A～图2I为半导体结构在根据实施例的制造流程中的不同阶段的示意图。

符号说明

102：基板

104：鳍

1041、1042：源极/漏极区

106：栅极结构

106s：侧壁

108：U形结构

108o：开口

108t：上表面

110：金属栅极电极

110t：上表面

112：功函数层

114：高介电常数介电层

116：蚀刻停止层

118：界面介电层

120：接触结构蚀刻停止层

122：第一介电层

122t：上表面

124：气隙

126：第二介电层

128：接触结构

130：第三介电层

132：接触结构

202：基板

204：鳍

206：界面介电层

208：牺牲栅极结构

2081：硅层

2082：硬掩模层

208s：侧壁

210：牺牲间隔物

212：接触结构蚀刻停止层

214：第一介电层

214t：上表面

216：开口

2180：层

2200：层

2220：层

2240：材料

218：高介电常数介电层

220：蚀刻停止层

222：功函数层

224：金属栅极电极

224t：上表面

226：栅极结构

226s：侧面

228：U形结构

228o：开口

228t：上表面

230：阻障层

232：气隙

234：第二介电层

具体实施方式

以下将参照所附的附图，对于各种实施例进行详细的描述。为了清楚起见，附图中的元件可能并未反映出其真实的尺寸。此外，还可能省略一些元件。可以预期的是，一实施例中的元件和特征可能被有利地纳入至另一实施例中，而并未另外再作列举。