[發明專利]半導體元件結構及其制作方法

有效

• 申請號: 200810081467.8
• 申請日: 2008-02-22
• 公開（公告）號: CN101515581A
• 公開（公告）日: 2009-08-26
• 發明（設計）人: 蔣天福;程立偉;許哲華;尤志豪;周正賢;賴建銘;陳奕文;林建廷;馬光華
• 申請（專利權）人: 聯華電子股份有限公司
• 主分類號: H01L27/02
• 分類號: H01L27/02;H01L23/522;H01L21/82;H01L21/768
• 代理公司: 北京市柳沈律師事務所
• 代理人: 彭久云

技術領域

本發明涉及一種半導體元件結構及其制作方法，特別是涉及一種具有柵極間橋接溝道的半導體元件結構及其制作方法。

背景技術

在以互補式金屬氧化物半導體(complementary?metal-oxide?semiconductor，CMOS)晶體管所設計的靜態隨機存取存儲器(static?random?access?memory，SRAM)等的元件中，常有P型金屬氧化物半導體與N型金屬氧化物半導體的柵極(gate?electrode)相連接的設計。但此等元件若結合高介電-金屬柵極置換(High-K/Metal?gate?replacement)工藝時，P型金屬氧化物半導體與N型金屬氧化物半導體柵極中的多晶硅與柵氧化層(gate?dielectric?layer)會在不同的步驟時移除，以分別填入相對應的導電型金屬柵極與柵氧化層(gatedielectric?layer)。然就在高介電材料與金屬柵極材料沉積完成后，P型金屬氧化物半導體與N型金屬氧化物半導體的金屬柵極之間，會因為被各別高介電層所孤立絕緣而失去電連接。于是，需要一個技術對策來恢復P型金屬氧化物半導體與N型金屬氧化物半導體的金屬柵極之間的電連接。

在美國專利6,849,511中披露一種電連接方案。其通過化學機械拋光(CMP)對于不同材料產生移除速率上的差異，而在移除速率較高的材料面形成淺碟的事實，再將此等淺碟當成P型金屬氧化物半導體101與N型金屬氧化物半導體102的金屬柵極之間電連接材料110的空間，如圖1所示。然而，由于此等淺碟厚度實在太薄，這會導致高阻值的電連接效果，且淺碟厚度不易控制，不能有效又穩定的維持P型金屬氧化物半導體101與N型金屬氧化物半導體102金屬柵極之間足夠的電連接。

在美國專利6,653,698中披露另一種電連接方案。通過全面性回蝕刻P型金屬氧化物半導體201與N型金屬氧化物半導體202的金屬柵極與高介電材料作為電連接的空間，如圖2所示。然而，由于在無掩模的輔助下回蝕刻是非選擇性的，所以電連接材料的厚度不易控制平均，同時還會影響半導體元件的高度。

在美國專利7,045,428中又披露一種電連接方案。在不使用掩模與蝕刻技術的方式下，直接將高介電材料轉換成金屬來實現金屬柵極間的電連接。

盡管有以上的技術方案，仍然需要一種既穩定又可靠的方式，來構成P型金屬氧化物半導體與N型金屬氧化物半導體金屬柵極之間足夠的電連接。

發明內容

本發明于是提供一種新穎的半導體元件結構，可以既穩定又可靠的方式，來提供P型金屬氧化物半導體與N型金屬氧化物半導體金屬柵極之間足夠的電連接。

本發明的新穎半導體元件結構，包含第一金屬氧化物半導體，其具有用于第一柵極的第一高介電材料與第一金屬、第二金屬氧化物半導體，其具有用于第二柵極的第二高介電材料與第二金屬、以及橋接溝道，其位于連通第一柵極與第二柵極的凹槽中以電連接第二柵極與第一柵極，且橋接溝道嵌入第一金屬與第二金屬的至少一者。

本發明又提供一種形成半導體元件結構的方法。首先，提供基材，其上有第一金屬氧化物半導體與第二金屬氧化物半導體，第一金屬氧化物半導體的柵極與第二金屬氧化物半導體的柵極相連接，其中的第一金屬氧化物半導體包含用于第一柵極的第一高介電材料與第一金屬，而第二金屬氧化物半導體則包含用于第二柵極的第二高介電材料與第二金屬。其次，部分地移除第二金屬氧化物半導體與第一金屬氧化物半導體以形成連通的凹槽。然后，再將導電材料填入連通的凹槽中形成橋接溝道，以電連接第二金屬與第一金屬。

由于在本發明新穎的半導體元件結構中，橋接溝道是位于連通第一柵極與第二柵極的凹槽中并嵌入第一金屬與第二金屬的至少一者，所以此等橋接溝道既不會改變元件的高度，又能保證各柵極間具有充分又穩定的電連接。

附圖說明

圖1例示先前技藝中所提出，電連接P型金屬氧化物半導體與N型金屬氧化物半導體金屬柵極的第一種方案。

圖2例示先前技藝中所提出，電連接P型金屬氧化物半導體與N型金屬氧化物半導體金屬柵極的第二種方案。

圖3例示本發明半導體元件結構的優選實施例。

圖4-6例示本發明形成半導體元件結構方法的優選實施例。

附圖標記說明

101P型金屬氧化物半導體????102N型金屬氧化物半導體

110電連接材料?????????????201P型金屬氧化物半導體

202N型金屬氧化物半導體????300半導體元件結構