[發明專利]具有金屬柵極的半導體元件的制作方法

有效

• 申請號: 201110451943.2
• 申請日: 2011-12-29
• 公開（公告）號: CN103187367B
• 公開（公告）日: 2017-06-23
• 發明（設計）人: 傅思逸;江文泰;陳映璁;蔡世鴻;林建廷;許啟茂;林進富
• 申請（專利權）人: 聯華電子股份有限公司
• 主分類號: H01L21/8238
• 分類號: H01L21/8238;H01L21/28;H01L27/092;H01L29/423
• 代理公司: 北京市柳沈律師事務所11105
• 代理人: 陳小雯

1.一種具有金屬柵極的半導體元件的制作方法，包含有：

提供一基底，該基底表面形成有一第一半導體元件與一第二半導體元件，該第一半導體元件與該第二半導體元件內分別形成有一第一柵極溝槽(gate trench)與一第二柵極溝槽；

在該基底上依序形成一高介電常數柵極介電層與一復合金屬層(multiple metal layer)；

在該第一柵極溝槽內形成一第一功函數金屬(work function metal)層，且該復合金屬層暴露于該第二柵極溝槽內；

進行一第一回拉(pull back)步驟，以移除該第一柵極溝槽內的部分該第一功函數金屬層；

在該第一柵極溝槽與該第二柵極溝槽內形成一第二功函數金屬層；以及

在形成該第二功函數金屬層之后進行一第二回拉步驟，用以移除該第一柵極溝槽內與該第二柵極溝槽內的部分該第二功函數金屬層，

其中該第二回拉步驟還包含：

在該第一柵極溝槽與該第二柵極溝槽內分別形成一第三圖案化掩模，且該第三圖案化掩模的表面低于該第一柵極溝槽與該第二柵極溝槽的開口；以及

同時移除該第一柵極溝槽內與該第二柵極溝槽內暴露出的該第二功函數金屬層。

2.如權利要求1所述的制作方法，其中該第一半導體元件具有一第一導電型式，該第二半導體元件具有一第二導電型式，且該第一導電型式與該第二導電型式互補(complementary)。

3.如權利要求1所述的制作方法，其中該復合金屬層至少包含一底部阻障(bottom barrier)層與一蝕刻停止層。

4.如權利要求1所述的制作方法，其中于該第一柵極溝槽內形成該第一功函數金屬層的步驟還包含：

在該基底上形成該第一功函數金屬層；

在該基底上形成一第一圖案化掩模，且該第一圖案化掩模至少暴露出該第二柵極溝槽內的該第一功函數金屬層；以及

移除暴露的該第一功函數金屬層。

5.如權利要求1所述的制作方法，其中該第一回拉步驟還包含：

在該第一柵極溝槽與該第二柵極溝槽內分別形成一第二圖案化掩模，且該第二圖案化掩模的表面低于該第一柵極溝槽與該第二柵極溝槽的開口；以及

同時移除該第一柵極溝槽內暴露的該第一功函數金屬層與該第二柵極溝槽內暴露的該復合金屬層。

6.如權利要求5所述的制作方法，其中該第一回拉步驟之后，在該第一柵極溝槽與該第二柵極溝槽內分別形成一U形第一功函數金屬層與一U形復合金屬層。

7.如權利要求6所述的制作方法，其中該U形第一功函數金屬層的最高部分與該U形復合金屬層的最高部分分別低于該第一柵極溝槽的開口與該第二柵極溝槽的開口。

8.如權利要求7所述的制作方法，其中該高介電常數介電層于進行第一回拉步驟之后，暴露于該基底上、該第一柵極溝槽的開口、與該第二柵極溝槽的開口。

9.如權利要求1所述的制作方法，其中該第一回拉步驟還包含：

在該基底上形成一第二圖案化掩模，該第二圖案化掩模填滿該第二柵極溝槽，且該第二圖案化掩模的表面低于該第一柵極溝槽的開口；以及

移除該第一柵極溝槽內暴露出的該第一功函數金屬層。

10.如權利要求9所述的制作方法，其中該第二柵極溝槽內的該復合金屬層被該第二圖案化掩模保護。

11.如權利要求9所述的制作方法，其中該第一回拉步驟之后，于該第一柵極溝槽內形成一U形第一功函數金屬層。

12.如權利要求11所述的制作方法，其中該U形第一功函數金屬層的最高部分低于該第一柵極溝槽的開口。

13.如權利要求12所述的制作方法，其中該高介電常數介電層于進行第一回拉步驟之后，暴露于該第一柵極溝槽的開口。

14.如權利要求1所述的制作方法，其中該第二回拉步驟之后，在該第一柵極溝槽與該第二柵極溝槽內分別形成一U形第二功函數金屬層。

15.如權利要求14所述的制作方法，其中該第一柵極溝槽與該第二柵極溝槽內的該多個U形第二功函數金屬層的最高部分分別低于該第一柵極溝槽的開口與該第二柵極溝槽的開口。