[發明專利]高電壓晶體管結構與其制作方法

在審

• 申請號: 202011094471.5
• 申請日: 2020-10-14
• 公開（公告）號: CN112687684A
• 公開（公告）日: 2021-04-20
• 發明（設計）人: 林孟漢;黃文鐸;才永軒
• 申請（專利權）人: 臺灣積體電路制造股份有限公司
• 主分類號: H01L27/088
• 分類號: H01L27/088;H01L21/8234
• 代理公司: 北京律誠同業知識產權代理有限公司 11006
• 代理人: 徐金國

1.一種晶體管結構，其特征在于，包含：

一第一晶體管，形成于一半導體基板的一第一區域上，其中該第一晶體管包含：

一柵極介電質；

一多晶硅柵極電極，設置在該柵極介電質上，其中該柵極介電質比該多晶硅柵極電極長；以及

一第一間隔物結構，鄰接該多晶硅柵極電極的一側壁，使得第一該間隔物結構的一側壁與該柵極介電質的一側壁對齊；以及

一第二晶體管，具有比該第一晶體管短的一長度，并且形成在該半導體基板的一第二區域上，其中該第二晶體管包含：

一高介電常數柵極介電質；

一金屬柵極電極，設置在該高介電常數柵極介電質上并與該高介電常數柵極介電質對齊，以使該金屬柵極電極的一側壁與該高介電常數柵極介電質的一側壁對齊；以及

一第二間隔物結構，鄰接該金屬柵極電極的該側壁和該高介電常數柵極介電質的該側壁。

2.根據權利要求1所述的晶體管結構，其特征在于，該多晶硅柵極電極的表面積在大約10μm²和大約20μm²之間。

3.根據權利要求1所述的晶體管結構，其特征在于，該多晶硅柵極電極的寬度和該金屬柵極電極的寬度相等。

4.根據權利要求1所述的晶體管結構，其特征在于，該金屬柵極電極比該多晶硅柵極電極高，且該金屬柵極電極與該多晶硅柵極電極的高度差等于該柵極介電質和該高介電常數柵極介電質之間的厚度差。

5.根據權利要求1所述的晶體管結構，其特征在于，還包含在該多晶硅柵極電極上的一硅化物層，其中該硅化物層和該多晶硅柵極電極具有相等的表面積。

6.根據權利要求1所述的晶體管結構，其特征在于，該第一晶體管被配置為在大約5伏特下運作，并且該第二晶體管被配置為在大約1伏特下運作。

7.一種晶體管的制作方法，其特征在于，包含：

沉積一氧化硅層于一半導體基板的一第一區域上；

沉積一高介電常數介電層于該半導體基板的一第二區域上，其中該高介電常數介電層比該氧化硅層薄；

沉積一多晶硅層于該氧化硅層和該高介電常數介電層上；

圖案化該多晶硅層，以在該氧化硅層上形成一第一多晶硅柵極電極結構，并在該高介電常數介電層上形成一第二多晶硅柵極電極結構，其中該第一多晶硅柵極電極結構的長度大于該第二多晶硅柵極電極結構的長度，并且該第一多晶硅柵極電極結構比該氧化硅層窄；

形成一第一間隔物于該第一多晶硅柵極電極結構的多個側壁上，以使該第一間隔物的多個外側壁與該氧化硅層的多個側壁對齊；

形成一第二間隔物于該第二多晶硅柵極電極結構的多個側壁和該高介電常數介電層的多個側壁上；以及

使用一金屬柵極電極結構代替該第二多晶硅柵極電極結構。

8.根據權利要求7所述的方法，其特征在于，還包含：

在替換該第二多晶硅柵極電極結構之前，在該第一多晶硅柵極電極結構和該第二多晶硅柵極電極結構之間沉積一介電層并平坦化該介電層，使得該介電層的頂表面和該第一多晶硅柵極電極結構的頂表面及該第二多晶硅柵極電極結構的頂表面共平面。

9.根據權利要求8所述的方法，其特征在于，平坦化該介電層包含平坦化該介電層以使該第一多晶硅柵極電極結構比該第二多晶硅柵極電極結構矮，并且該第一多晶硅柵極電極結構的中心至邊緣的厚度比在大約0.9和大約1之間。

10.一種晶體管結構，其特征在于，包含：

一第一晶體管，形成于一半導體基板的一第一區域上，其中該第一晶體管包含：

一氧化硅柵極介電質；

一多晶硅柵極電極，設置在該氧化硅柵極介電質上，其中該多晶硅柵極電極的多個側壁邊緣與該氧化硅柵極介質的多個側壁邊緣不對齊；以及

一第一間隔物結構，具有多個內側壁鄰接該多晶硅柵極電極的多個側壁邊緣；以及

一第二晶體管，形成在該半導體基板的一第二區域上，其中該第二晶體管的表面積小于該第一晶體管的表面積，并且包含：

一高介電常數柵極介電質；

一金屬柵極電極，設置在該高介電常數柵極介電質上，以使該金屬柵極電極的多個側壁邊緣與該高介電常數柵極介電質的多個側壁邊緣對齊；以及

一第二間隔物結構，鄰接該金屬柵極電極的所述多個側壁邊緣和該高介電常數柵極介電質的所述多個側壁邊緣。