[發(fā)明專利]具有金屬柵極的半導(dǎo)體元件的制作方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201110248167.6
• 申請(qǐng)日: 2011-08-26
• 公開（公告）號(hào): CN102956460A
• 公開（公告）日: 2013-03-06
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王俞仁;孫德霖;賴思豪;陳柏均;林志勛;蔡哲男;林君玲;葉秋顯
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 聯(lián)華電子股份有限公司
• 主分類號(hào): H01L21/28
• 分類號(hào): H01L21/28;H01L21/8238
• 代理公司: 北京市柳沈律師事務(wù)所 11105
• 代理人: 彭久云

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種具有金屬柵極的半導(dǎo)體元件及其制作方法，尤指一種實(shí)施后柵極(gate?last)工藝的具有金屬柵極的半導(dǎo)體元件及其制作方法。

背景技術(shù)

隨著半導(dǎo)體元件尺寸持續(xù)微縮，傳統(tǒng)方法中利用降低柵極介電層，例如降低二氧化硅層厚度，以達(dá)到最佳化目的的方法，面臨到因電子的穿隧效應(yīng)(tunneling?effect)而導(dǎo)致漏電流過大的物理限制。為了有效延展邏輯元件的世代演進(jìn)，高介電常數(shù)(high?dielectric?constant，以下簡(jiǎn)稱為high-k)材料因具有可有效降低物理極限厚度，并且在相同的等效氧化厚度(equivalent?oxide?thickness，EOT)下，有效降低漏電流并達(dá)成等效電容以控制溝道開關(guān)等優(yōu)點(diǎn)，而被用以取代傳統(tǒng)二氧化硅層或氮氧化硅層作為柵極介電層。

而傳統(tǒng)的柵極材料多晶硅則面臨硼穿透(boron?penetration)效應(yīng)，導(dǎo)致元件效能降低等問題；且多晶硅柵極還遭遇難以避免的耗層效應(yīng)(depletion?effect)，使得等效的柵極介電層厚度增加、柵極電容值下降，進(jìn)而導(dǎo)致元件驅(qū)動(dòng)能力的衰退等困境。針對(duì)此問題，半導(dǎo)體業(yè)界更提出以新的柵極材料，例如利用具有功函數(shù)(work?function)金屬層的金屬柵極來取代傳統(tǒng)的多晶硅柵極，用以作為匹配high-k柵極介電層的控制電極。

然而，即使利用high-k柵極介電層取代傳統(tǒng)二氧化硅或氮氧化硅介電層，并以具有匹配功函數(shù)的金屬柵極取代傳統(tǒng)多晶硅柵極，如何持續(xù)地增加半導(dǎo)體元件效能，例如能確保N型金屬氧化物半導(dǎo)體(n-type?metal-oxide-semiconductor，nMOS)晶體管的金屬柵極具有4.1電子伏特(eV)左右的功函數(shù)，以及確保p型金屬氧化物半導(dǎo)體(p-type?metal-oxide-semiconductor，pMOS)晶體管的金屬柵極具有5.1eV左右的功函數(shù)，一直為半導(dǎo)體業(yè)者所欲解決的問題。

發(fā)明內(nèi)容

因此，本發(fā)明的目的之一在于提供一種金屬柵極的制作方法，以可確保nMOS晶體管或pMOS晶體管的金屬柵極具有所需的功函數(shù)。

根據(jù)本發(fā)明所提供的權(quán)利要求，提供一種具有金屬柵極的半導(dǎo)體元件的制作方法，該制作方法首先提供基底，該基底上形成有至少一第一半導(dǎo)體元件。接下來于該第一半導(dǎo)體元件內(nèi)形成第一柵極溝槽，隨后于該第一柵極溝槽內(nèi)形成第一功函數(shù)金屬層。待于該第一柵極溝槽內(nèi)形成該第一功函數(shù)金屬層之后，對(duì)該第一功函數(shù)金屬層進(jìn)行分耦式等離子體氧化(decoupled?plasma?oxidation，以下簡(jiǎn)稱為DPO)處理。

根據(jù)本發(fā)明所提供的具有金屬柵極的半導(dǎo)體元件的制作方法，于半導(dǎo)體元件，尤其是P型半導(dǎo)體元件的柵極溝槽內(nèi)形成該第一功函數(shù)金屬層之后，進(jìn)行DPO處理，由此調(diào)整該第一功函數(shù)金屬層的功函數(shù)至目標(biāo)功函數(shù)。此外，由于DPO處理后的第一功函數(shù)金屬層已具有目標(biāo)功函數(shù)，因此本發(fā)明所提供的具有金屬柵極的半導(dǎo)體元件的制作方法甚至可取代已知的金屬后熱處理(post-metal?anneal)，并由此避免因金屬后熱處理而造成的影響。換句話說，本發(fā)明所提供的具有金屬柵極的半導(dǎo)體元件的制作方法不僅可確保半導(dǎo)體元件的金屬柵極皆具有符合要求的功函數(shù)，更進(jìn)一步確保具有金屬柵極的半導(dǎo)體元件的電性表現(xiàn)。

附圖說明

圖1至圖5為本發(fā)明所提供的具有金屬柵極的半導(dǎo)體元件的制作方法的第一優(yōu)選實(shí)施例的示意圖。

圖6至圖10為本發(fā)明所提供的具有金屬柵極的半導(dǎo)體元件的制作方法的第二優(yōu)選實(shí)施例的示意圖。

附圖標(biāo)記說明

100、200????基底

102、202????淺溝絕緣

104、204????高介電常數(shù)柵極介電層

106、206????底部阻障層

108、208????蝕刻停止層

110、210????第一半導(dǎo)體元件

112、212????第二半導(dǎo)體元件

120、220????第一輕摻雜漏極

122、222????第二輕摻雜漏極

124、224????間隙壁

130、230????第一源極/漏極

132、232????第二源極/漏極

134、234????金屬硅化物

140、240????接觸洞蝕刻停止層

142、242????內(nèi)層介電層

150、250????第一柵極溝槽