[发明专利]具有金属栅极的半导体元件及其制作方法

说明书

本发明公开一种具有金属栅极的半导体元件及其制作方法，包含有一基底、一设置于该基底上的第一金属栅极以及一设置于该基底上的第二金属栅极。该第一金属栅极包含有一第一功函数金属层与一形成于该第一功函数金属层上的第二功函数金属层，该第一功函数金属层包含有一渐尖形顶部，且该第一功函数金属层与该第二功函数金属层彼此互补。该第二金属栅极包含有该第二功函数金属层。

技术领域

本发明涉及一种具有金属栅极(metal gate)的半导体元件及其制作方法，尤其是涉及一种可获得良好金属填充结果的具有金属栅极的半导体元件及其制作方法。

背景技术

随着半导体元件持续地微缩，功函数(work function)金属用以取代传统多晶硅作为匹配高介电常数(以下简称为high-K)介电层的控制电极。双功能函数金属栅极的制作方法可大概分为前栅极(gate first)与后栅极(gate last)制作工艺两大类，其中后栅极制作工艺又因可避免源极/漏极超浅接面活化回火以及金属硅化物等高热预算制作工艺，而具有较宽的材料选择，故渐渐地取代前栅极制作工艺。

现有的后栅极制作工艺中，先形成一虚置栅极(dummy gate)或取代栅极(replacement gate)，并在完成一般MOS晶体管的制作后，将虚置/取代栅极移除而形成一栅极沟槽(gate trench)，再依电性需求于栅极沟槽内填入不同的金属。然而，随着晶体管元件线宽持续微缩的趋势，栅极沟槽的深宽比(aspect ratio)成为金属膜层是否能顺利填入栅极沟槽的一大挑战。简单地说，随着晶体管元件线宽缩小，栅极沟槽的开口宽度也随之缩小，造成金属膜层不易填入栅极沟槽的问题，甚至发生无法填入栅极沟槽，或是在形成的金属栅极中形成空隙，而影响晶体管元件的电性表现。

由此可知，后栅极制作工艺虽可避免源极/漏极超浅接面活化回火以及形成金属硅化物等高热预算制作工艺，而具有较宽广的材料选择，但仍面临复杂制作工艺的整合性以及栅极凹槽填补能力等可靠度要求。

发明内容

因此，本发明的一目的在于提供一种提供良好栅极沟槽填补能力的具有金属栅极的半导体元件及其制作方法。

为达上述目的，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一基底，该基底表面形成有一第一晶体管与第一第二晶体管，该第一晶体管内形成有一第一栅极沟槽(gate trench)，且该第二晶体管内形成有一第二栅极沟槽。接下来，在该第一栅极沟槽内形成一图案化第一功函数金属(work function metal)层，随后于该第一栅极沟槽与该第二栅极沟槽内分别形成一第二牺牲掩模层(sacrificial maskinglayer)。在形成该第二牺牲掩模层之后，进行一蚀刻制作工艺，移除部分该图案化第一功函数金属层，以于该第一栅极沟槽内形成一U形第一功函数金属层。而在形成该U形第一功函数金属层之后，进行一二步骤蚀刻制作工艺，移除该第一栅极沟槽内的该第二牺牲掩模层与部分该U形第一功函数金属层，以于该U第一功函数金属层的顶部形成一渐尖形顶部(taper top)，其中该二步骤蚀刻制作工艺包含一剥除(strip)步骤与一湿蚀刻步骤。

本发明另提供一种具有金属栅极的半导体元件，该半导体元件包含有一基底、一设置于该基底上的第一金属栅极以及一设置于该基底上的第二金属栅极。该第一金属栅极包含有一第一功函数金属层与一形成于该第一功函数金属层上的第二功函数金属层，该第一功函数金属层包含有一渐尖形顶部，且该第一功函数金属层与该第二功函数金属层彼此互补(complementary)。该第二金属栅极包含有该第二功函数金属层。

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，第一金属栅极中的第一功函数金属层利用二步骤蚀刻制作工艺而获得一渐尖形顶部，因此可使后续填入栅极沟槽内的填充金属层享有优选的填补结果，确保具有金属栅极的半导体元件的可靠度。

附图说明

图1至图8为本发明所提供的具有金属栅极的半导体元件的制作方法的一优选实施例的示意图。