[發(fā)明專利]具有金屬柵極的半導體元件的制作方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201110057040.6
• 申請日: 2011-03-10
• 公開（公告）號: CN102683282A
• 公開（公告）日: 2012-09-19
• 發(fā)明（設計）人: 廖柏瑞;蔡宗龍;林建廷;徐韶華;呂水煙;周珮玉;陳信琦;廖俊雄;蔡尚元;楊建倫;蔡騰群;林俊賢
• 申請（專利權）人: 聯(lián)華電子股份有限公司
• 主分類號: H01L21/8238
• 分類號: H01L21/8238;H01L21/28
• 代理公司: 北京市柳沈律師事務所 11105
• 代理人: 彭久云

技術領域

本發(fā)明涉及一種具有金屬柵極(metal?gate)的半導體元件的制作方法。

背景技術

在已知半導體產(chǎn)業(yè)中，多晶硅廣泛地應用于半導體元件如金屬氧化物半導體(metal-oxide-semiconductor，MOS)晶體管中，作為標準的柵極材料選擇。然而，隨著MOS晶體管尺寸持續(xù)地微縮，傳統(tǒng)多晶硅柵極因硼穿透(boronpenetration)效應導致元件效能降低及其難以避免的耗層效應(depletion?effect)等問題，使得等效的柵極介電層厚度增加、柵極電容值下降，進而導致元件驅動能力的衰退等困境。因此，半導體業(yè)界嘗以新的柵極材料，例如利用功函數(shù)(work?function)金屬來取代傳統(tǒng)的多晶硅柵極，用以作為匹配高介電常數(shù)(High-K)柵極介電層的控制電極。

而在互補式金屬氧化物半導體(complementary?metal-oxidesemiconductor，CMOS)元件中，雙功函數(shù)金屬柵極需與NMOS元件搭配，則需與PMOS元件搭配，因此使得相關元件的整合技術以及工藝控制更加復雜，且各材料的厚度與成分控制要求亦更加嚴苛。雙功函數(shù)金屬柵極的制作方法可大致分為前柵極(gate?first)工藝及后柵極(gate?last)工藝兩大類。其中前柵極工藝會在形成金屬柵極后始進行源極/漏極超淺接面活化回火以及形成金屬硅化物等高熱預算工藝，因此使得材料的選擇與調整面對較多的挑戰(zhàn)。為避免上述高熱預算環(huán)境并獲得較寬的材料選擇，業(yè)界提出以后柵極工藝取代前柵極工藝的方法。

而已知后柵極工藝中，是先形成犧牲柵極(sacrifice?gate)或取代柵極(replacement?gate)，并在完成一般MOS晶體管的制作后，將犧牲/取代柵極移除而形成柵極凹槽(gate?trench)，再依電性需求于柵極凹槽內(nèi)填入不同的金屬。但由于后柵極工藝相當復雜，需要多道工藝才能完成，因此目前廠商皆致力精簡化形成金屬柵極的工藝。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明于是提供一種制作具有金屬柵極的半導體元件的方法，可得到優(yōu)選的工藝可靠度。

根據(jù)優(yōu)選實施例，本發(fā)明提供一種制作具有金屬柵極的半導體元件的方法。此方法首先提供基底。基底包括第一導電型晶體管、第二導電型晶體管。第一導電型晶體管包括第一犧牲柵極，第二導電型晶體管包括第二犧牲柵極。接著移除第一犧牲柵極，以形成第一溝槽，并于第一溝槽內(nèi)形成第一金屬層以及第一物質層。然后平坦化第一金屬層以及第一物質層。接著移除第二犧牲柵極，以形成第二溝槽，并于第二溝槽內(nèi)形成第二金屬層以及第二物質層。最后，平坦化第二金屬層以及第二物質層。

本發(fā)明由于使用了旋涂式聚合物層等材料作第一物質層或第二物質層，因此可以得到優(yōu)選的填洞能力以及較好的CMP處理效果。此外，本發(fā)明于形成第一溝槽以及第二溝槽時，亦分別提供了新穎的工藝設計，可大大增加工藝的可靠度。

附圖說明

圖1至圖12所繪示為本發(fā)明第一實施例中制作具有金屬柵極的半導體元件的方法的示意圖。

圖13至圖15所繪示為本發(fā)明第二實施例中制作具有金屬柵極的半導體元件的方法的示意圖。

圖16至圖19所繪示為本發(fā)明第三實施例中制作具有金屬柵極的半導體元件的方法的示意圖。

附圖標記說明

300基底??????????????????????406第一犧牲柵極

302淺溝槽隔離????????????????408第一蓋層

306接觸洞蝕刻停止層??????????410第一間隙壁

308層內(nèi)介電層????????????????412第一輕摻雜漏極

312掩模層????????????????????414第一源極/漏極

314輔助層????????????????????416第一溝槽

316第一圖案化光致抗蝕劑層????418第一金屬柵極

317第二圖案化光致抗蝕劑層????500第二有源區(qū)域

318第一金屬層????????????502第二導電型晶體管

320第一物質層????????????504第二柵極介電層

324第二金屬層????????????506第二犧牲柵極

326第二物質層????????????508第二蓋層

328第三導體層????????????510第二間隙壁