[发明专利]具有金属栅极的半导体元件及其制作方法有效

申请号：	201110202802.7	申请日：	2011-07-20
公开（公告）号：	CN102891085A	公开（公告）日：	2013-01-23
发明（设计）人：	徐俊伟;黄柏诚;蔡腾群;许嘉麟;林志勋;陈彦铭;陈佳禧;龚昌鸿	申请（专利权）人：	联华电子股份有限公司
主分类号：	H01L21/336	分类号：	H01L21/336;H01L21/28;H01L29/78;H01L29/423
代理公司：	北京市柳沈律师事务所 11105	代理人：	彭久云
地址：	中国台湾新竹***	国省代码：	中国台湾;71
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摘要：
搜索关键词：	具有金属栅极半导体元件及其制作方法
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【说明书】：

技术领域

本发明涉及一种具有金属栅极的半导体元件及其制作方法，尤指一种实施后栅极(gate last)工艺的具有金属栅极的半导体元件及其制作方法。

背景技术

在已知半导体产业中，多晶硅广泛地应用于半导体元件如金属氧化物半导体(metal-oxide-semiconductor，MOS)晶体管中，作为标准的栅极材料选择。然而，随着MOS晶体管尺寸持续地微缩，传统多晶硅栅极因硼穿透(boron penetration)效应导致元件效能降低，及其难以避免的耗层效应(depletion effect)等问题，使得等效的栅极介电层厚度增加、栅极电容值下降，进而导致元件驱动能力的衰退等困境。因此，半导体业界进一步尝试新的栅极材料，例如利用具有功函数(work function)金属的导体来取代传统的多晶硅栅极，用以作为匹配高介电常数(high-K)栅极介电层的控制电极。

而金属栅极结构的制作方法可大致分为前栅极(gate first)工艺及后栅极(gate last)工艺两大类。其中前栅极工艺会在形成金属栅极结构后始进行源极/漏极超浅结面活化回火以及形成金属硅化物等高热预算工艺，因此使得材料的选择与调整面对较多的挑战。为避免上述高热预算环境并获得较宽的材料选择，业界提出以后栅极工艺取代前栅极工艺的方法。

然而，后栅极工艺虽可避免源极/漏极超浅结面活化回火以及形成金属硅化物等高热预算工艺，而具有较宽广的材料选择，但对于确保金属栅极具有应有高度仍面临复杂工艺的整合性要求。

发明内容

因此，本发明提供一种可确保金属栅极具有应有高度的制作方法以及具有金属栅极的半导体元件。

本发明提供一种具有金属栅极的半导体元件的制作方法，该制作方法首先提供基底，且该基底内形成有多个浅沟绝缘(shallow trench isolation，以下简称为STI)，而该基底上则形成有多晶硅层。图案化该多晶硅层，以于该基底上形成至少一个虚置栅极(dummy gate)以及至少一对辅助结构，且这些辅助结构分别设置于该虚置栅极的两侧，且分别设置于该STI上。随后于该基底上形成至少一个半导体元件，且该半导体元件包括该虚置栅极。待形成该半导体元件后，于该基底上形成介电层结构，最后移除部分该介电层结构以暴露出该半导体元件的该虚置栅极与这些辅助结构。

本发明还提供一种具有金属栅极的半导体元件，该半导体元件包括有具有多个STI的基底、至少一设置于该基底上的金属栅极、以及至少一对设置于该金属栅极两侧的辅助结构，且这些辅助结构设置于该STI上。

根据本发明所提供的具有金属栅极的半导体元件的制作方法，于形成虚置栅极的同时于其两侧分别形成辅助结构。由于辅助结构的存在，在移除介电层结构以暴露出虚置栅极时，工艺上对于虚置栅极边缘的耗损，尤其是虚置栅极与介电层结构接壤处的耗损，可转移至辅助结构的边缘，尤其是辅助结构与介电层结构接壤处。因此在暴露出虚置栅极后，虚置栅极边缘的高度与虚置栅极中央的高度相同，而后续移除虚置栅极形成的栅极沟槽可获得与虚置栅极高度相同的深度。更重要的是，形成于栅极沟槽内的金属栅极可获得与虚置栅极相同的高度，进而可提供符合期待的电性表现。

附图说明

图1与图2为采用后栅极工艺的金属栅极结构制作方法的示意图。

图3至图9为本发明所提供的一种具有金属栅极的半导体元件的制作方法的第一优选实施例的示意图，其中图9为俯视图，而图3至图8为图9中沿A-A’切线获得的剖面图。

图10为本发明所提供的一种具有金属栅极的半导体元件的制作方法的第二优选实施例的俯视图。

图11为有无设置辅助结构对于虚置栅极高度的影响的比较图。

附图标记说明

100 基底 102 栅极介电层

104 多晶硅层 106 轻掺杂漏极

108 间隙壁 110 源极/漏极

112 金属硅化物 114 接触洞蚀刻停止层

116 内层介电层 120 虚置栅极

130 栅极沟槽