專利名稱：具有金屬柵極的半導(dǎo)體元件及其制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種具有金屬柵極(metal gate)的半導(dǎo)體元件及其制作方法，特別是涉及一種實施后柵極(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)：
在已知半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)中，多晶硅廣泛地應(yīng)用于半導(dǎo)體元件如金屬氧化物半導(dǎo)體 (metal-oxide-semiconductor, M0S)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)地縮小，傳統(tǒng)多晶硅柵極因硼穿透(boronpenetration)效應(yīng)導(dǎo)致元件效能降低，及難以避免的耗盡效應(yīng)(cbpletion 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(dǎo)致元件驅(qū)動能力的衰退等困境。因此，半導(dǎo)體業(yè)界還嘗試新的柵極材料，例如利用功函數(shù)(work function)金屬來取代傳統(tǒng)的多晶硅柵極，用于作為匹配高介電常數(shù)(High-K)柵極介電層的控制電極。在互補式金屬氧化物半導(dǎo)體(complementary metal-oxide semiconductor, CMOS)元件中，雙功函數(shù)金屬柵極一方面需與NMOS元件搭配，另一方面需與PMOS元件搭配，因此使得相關(guān)元件的整合技術(shù)以及工藝控制更加復(fù)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概分為前柵極(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才進行源極/漏極超淺結(jié)面活化回火以及形成金屬硅化物等高熱預(yù)算工藝，因此使得材料的選擇與調(diào)整面對較多的挑戰(zhàn)。為避免上述高熱預(yù)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。已知后柵極工藝中，先形成虛置柵極(dummy gate)或取代柵極(!^placement gate)，并在完成一般MOS晶體管的制作后，將虛置/取代柵極移除形成柵極凹槽(gate trench)，再依電性需求于柵極凹槽內(nèi)填入不同的金屬。由此可知，后柵極工藝雖可避免源極/漏極超淺結(jié)面活化回火以及形成金屬硅化物等高熱預(yù)算工藝，而具有較寬廣的材料選擇，但仍面臨復(fù)雜工藝的整合性以及柵極凹槽填補能力等可靠度要求。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的目的是在于提供一種實施后柵極工藝的具有金屬柵極的半導(dǎo)體元件制作方法。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，該半導(dǎo)體元件包含有半導(dǎo)體基底、形成于該半導(dǎo)體基底上的柵極介電層、以及至少一形成于該柵極介電層上的第一導(dǎo)電型金屬柵極。該第一導(dǎo)電型金屬柵極還包含有填充金屬性層，以及設(shè)置于該柵極介電層與該填充金屬性層之間的U型金屬性層，且該U型金屬性層的最高部分低于該填充金屬性層。根據(jù)本發(fā)明所提供的權(quán)利要求，另提供一種具有金屬柵極的半導(dǎo)體元件的制作方法。該方法首先提供基底，該基底表面形成有第一導(dǎo)電型晶體管、第二導(dǎo)電型晶體管、以及包圍該第一導(dǎo)電型晶體管與該第二導(dǎo)電型晶體管的介電層。隨后，移除該第一導(dǎo)電型晶體管與該第二導(dǎo)電型晶體管的柵極導(dǎo)電層，而于第一導(dǎo)電型晶體管與該第二導(dǎo)電型晶體管內(nèi)分別形成第一柵極溝槽(gate trench)與第二柵極溝槽。接下來于該第一柵極溝槽與該第二柵極溝槽內(nèi)形成阻障層；于該第一柵極溝槽內(nèi)形成U型金屬性層，且該U型金屬性層低于該第一柵極溝槽。最后于該第一柵極溝槽與該第二柵極溝槽內(nèi)形成第二金屬性層。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，各導(dǎo)電型晶體管皆是利用后柵極方法制作而成，故此時需要較高熱預(yù)算的工藝皆已完成。且由于U型金屬性層的設(shè)置，除可提供所需的功函數(shù)金屬，更可使后續(xù)填入柵極溝槽內(nèi)的填充金屬性層享有優(yōu)選的填補結(jié)果，確保半導(dǎo)體元件的可靠度。


圖1至圖8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)選實施例的示意圖。圖9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)選實施例的示意圖。附圖標記說明100:半導(dǎo)體基底104:柵極介電層108:圖案化硬掩模112:第二有源區(qū)域122:第二導(dǎo)電型晶體管132:第二輕摻雜漏極140:第一源極/漏極144:金屬硅化物152:內(nèi)層介電層162:第二柵極溝槽172 第二導(dǎo)電型金屬柵極210 第一金屬性層220 第二金屬性層300 光致抗蝕劑302、312、322、332 圖案化光致抗蝕劑
具體實施例方式請參閱圖1至圖8，圖1至圖8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)選實施例的示意圖。如圖1所示，首先提供半導(dǎo)體基底100，如硅基底、含硅基底或硅覆絕緣(silicon-on-insulatonSOI)基底等，半導(dǎo)體基底100表面定義有第一有源區(qū)域110與第二有源區(qū)域112，且半導(dǎo)體基底100內(nèi)形成有多個用以電性隔離第一有源區(qū)域110與第二有源區(qū)域112的淺溝絕緣(shallow trench isolation，STI) 102。接下來于第一有源區(qū)域110與第二有源區(qū)域112內(nèi)的半導(dǎo)體基底100上分別形成第一導(dǎo)電型晶體管
102 淺溝絕緣 106 柵極導(dǎo)電層 110 第一有源區(qū)域 120 第一導(dǎo)電型晶體管 130 第一輕摻雜漏極 134 間隙壁 142 第二源極/漏極 150 接觸孔蝕刻停止層 160 第一柵極溝槽 170 第一導(dǎo)電型金屬柵極 200 阻障層 212U 型金屬性層 230 第三金屬性層120與第二導(dǎo)電型晶體管122。在本優(yōu)選實施例中，第一導(dǎo)電型晶體管120為P型晶體管； 而第二導(dǎo)電型晶體管122則為N型晶體管，但本領(lǐng)域一般技術(shù)人員應(yīng)知反之亦可。如圖1所示，第一導(dǎo)電型晶體管120與第二導(dǎo)電型晶體管122各包含柵極介電層104、柵極導(dǎo)電層106(如多晶硅層)與圖案化硬掩模108 ；其中柵極導(dǎo)電層106作為虛置柵極或取代柵極。在本優(yōu)選實施例中，柵極介電層104可為傳統(tǒng)的二氧化硅層，亦可為高介電常數(shù)(high-K)柵極介電層，而此high-K柵極介電層可選自氮化硅(SiN)、氮氧化硅(SiON)以及金屬氧化物所組成的群組，其中金屬氧化物則包含氧化鉿(hafnium oxide, HfO)、硅酸鉿氧化合物(hafnium silicon oxide，HfSiO)、硅酸鉿氮氧化合物(hafnium silicon oxynitride,HfSiON) ^^l^bin (aluminum oxide，Α10)、氧化H (lanthanum oxide, LaO) > in SUM (lanthanum aluminum oxide, LaAlO) ^ii1IbIi (tantalum oxide，ΤειΟ)、_m告 (zirconium oxide, ZrO)、娃酸,告氧化合物(zirconium silicon oxide, ZrSiO)、或錯酸鉿 (hafnium zirconium oxide, HfZrO)等。請繼續(xù)參閱圖1。第一導(dǎo)電型晶體管120與第二導(dǎo)電型晶體管122分別包含第一輕摻雜漏極(light doped drain，LDD) 130與第二 LDD 132、間隙壁134、第一源極/漏極 140與第二源極/漏極142。間隙壁134可為復(fù)合膜層結(jié)構(gòu)，其可包含高溫氧化硅層(high temperature oxide, HT0)、SiN、SiO 或使用六氯二娃燒(hexachlorodisilane, Si2Cl6)形成的氮化硅(HCD-SiN)。另外，在本優(yōu)選實施例中，亦可利用選擇性外延成長(selective epitaxial growth, SEG)方法來制作第一源極/漏極140與第二源極/漏極142，例如，當?shù)谝粚?dǎo)電型晶體管120為P型晶體管，而第二導(dǎo)電型晶體管122為N型晶體管時，可利用包含有鍺化硅(SiGe)的外延層以及包含碳化硅(SiC)的外延層分別制作第一源極/漏極 140與第二源極/漏極142，以利用外延層與柵極通道硅之間的應(yīng)力作用改善電性表現(xiàn)。此外，第一源極/漏極140與第二源極/漏極142表面分別包含有金屬硅化物144。在形成第一導(dǎo)電型晶體管120與第二導(dǎo)電型晶體管122之后，于半導(dǎo)體基底100上依序形成接觸孔 t蟲亥IJi亭IhM (contactetch stop layer,CESL) 150 % M^V% (inter-layer dielectric, ILD)層 152。請參閱圖2。接下來利用平坦化工藝，如CMP工藝，用以平坦化ILD層152與CESL 150，并移除圖案化硬掩模108，直至暴露出柵極導(dǎo)電層106。在平坦化工藝后，則利用蝕刻工藝移除第一導(dǎo)電型晶體管120與第二導(dǎo)電型晶體管122的柵極導(dǎo)電層106，而于第一導(dǎo)電型晶體管120與第二導(dǎo)電型晶體管122內(nèi)分別形成第一柵極溝槽(gate trench) 160與第二柵極溝槽162。此時，第一柵極溝槽160與第二柵極溝槽162的開口與ILD層152的表面共平面。在本優(yōu)選實施例中，柵極介電層104分別暴露于第一柵極溝槽160與第二柵極溝槽162的底部，但本領(lǐng)域一般技術(shù)人員應(yīng)知，本第一優(yōu)選實施例所提供的方法亦不限于在移除柵極導(dǎo)電層106后，還通過蝕刻工藝移除柵極介電層104。之后，再于第一柵極溝槽160 與第二柵極溝槽162的底部重新形成high-K柵極介電層，以取代傳統(tǒng)的二氧化硅層或氮氧化硅層作為柵極介電層，有效降低物理極限厚度。并期在相同的EOT下，有效降低漏電流并達成等效電容以控制通道開關(guān)。請參閱圖3。接下來，在第一柵極溝槽160與第二柵極溝槽162內(nèi)依序形成阻障層(barrier layer) 200與第一金屬性層210。第一金屬性層210可為滿足P型晶體管所需功函數(shù)要求的金屬，如氮化鈦(titanium nitride, TiN)或碳化鉭(tantalum carbide, TaC)。然而值得注意的是，由于第一導(dǎo)電型晶體管120為P型晶體管，而其金屬柵極的功函數(shù)介于4. SeV與5. 2eV之間，因此本優(yōu)選實施例所提供的第一金屬性層210亦不限于任何適合的金屬材料。而阻障層200則為蝕刻率異于第一金屬性層210的膜層，如氮化鉭 (tantalumnitride, TaN)。待上述膜層形成后，即于半導(dǎo)體基底100上再形成填洞能力良好的犧牲層，如抗反射底層(bottom anti-reflective coating,BARC layer)、旋涂式玻璃 (spin-on glass, SOG)、或光致抗蝕劑300，且光致抗蝕劑300如圖3所示填滿第一柵極溝槽160與第二柵極溝槽162。請參閱圖4。接下來回蝕刻光致抗蝕劑300等犧牲層，而形成圖案化光致抗蝕劑 302?；匚g刻后的圖案化光致抗蝕劑302并未填滿第一柵極溝槽160與第二柵極溝槽162， 但須完整覆蓋并保護第一柵極溝槽160與第二柵極溝槽162的底部；也就是說，其高度并未超過第一柵極溝槽160與第二柵極溝槽162的開口。值得注意的是，本優(yōu)選實施例所提供的圖案化光致抗蝕劑302如圖4所示，用以定義所欲獲得的U型金屬性層所形成的位置及尚度。請參閱圖5。在形成圖案化光致抗蝕劑302之后，于半導(dǎo)體基底100上形成另一光致抗蝕劑(圖未示)，并利用光刻工藝圖案化該光致抗蝕劑，而于第二有源區(qū)域112內(nèi)形成如圖5所示的圖案化光致抗蝕劑312。換句話說，圖案化光致抗蝕劑312形成于第二導(dǎo)電型晶體管122上，且暴露出第一有源區(qū)域110內(nèi)的第一柵極溝槽160。另外，本領(lǐng)域一般技術(shù)人員應(yīng)知在形成圖案化光致抗蝕劑312之前，可對圖案化光致抗蝕劑302進行烘烤(bake) 步驟；或使用兩種蝕刻率不同的光致抗蝕劑材料分別形成圖案化光致抗蝕劑302與圖案化光致抗蝕劑312，使形成圖案化光致抗蝕劑312的光刻工藝不致影響到圖案化光致抗蝕劑 302。請繼續(xù)參閱圖5。隨后進行蝕刻工藝，移除第一有源區(qū)域110，即第一導(dǎo)電型晶體管120上的部分第一金屬性層210。值得注意的是，第一柵極溝槽160內(nèi)部分的第一金屬性層210由圖案化光致抗蝕劑302所保護，因此在蝕刻工藝后，于第一柵極溝槽160內(nèi)形成 U型金屬性層212。且如圖5所示，U型金屬性層212的任一 U型最高部分低于第一柵極溝槽160的開口。另外，由于ILD層152的表面與第一柵極溝槽160及第二柵極溝槽162的開口共平面，因此U型金屬性層212的任一 U型最高部分亦可視為低于ILD層152。請參閱圖6。接下來，依序移除圖案化光致抗蝕劑312以及第一柵極溝槽160與第二柵極溝槽162內(nèi)的圖案化光致抗蝕劑302。之后，于第一有源區(qū)域110，即于第一導(dǎo)電型晶體管120上再形成圖案化光致抗蝕劑322。如圖6所示，圖案化光致抗蝕劑322暴露出第二有源區(qū)域112。隨后進行蝕刻工藝，移除第二有源區(qū)域112內(nèi)，詳細地說，移除第二導(dǎo)電型晶體管122上與第二柵極溝槽162內(nèi)的第一金屬性層210。另外值得注意的是，由于阻障層 200的存在，在移除第一金屬性層210的蝕刻工藝中，第二柵極溝槽162底部的柵極介電層 104受到阻障層200的保護而不致受到損害。請參閱圖7。接下來，移除圖案化光致抗蝕劑322，之后于半導(dǎo)體基底100上依序形成第二金屬性層220與第三金屬性層230，且第三金屬性層230填滿第一柵極溝槽160與第二柵極溝槽162。此外，亦可依產(chǎn)品特性與工藝所需，在形成第二金屬性層220與第三金屬性層230之前先行移除阻障層200。
請參閱圖8。在形成第二金屬性層220與第三金屬性層230以填滿第一柵極溝槽 160與第二柵極溝槽162后，可進行另一平坦化工藝，用以移除多余的第三金屬性層230、第二金屬性層220與阻障層200，而獲得約略平坦的表面，并完成第一導(dǎo)電型金屬柵極170與第二導(dǎo)電型金屬柵極172的制作。且平坦化工藝之后，ILD層152的表面與第一導(dǎo)電型金屬柵極170與第二導(dǎo)電型金屬柵極172的頂部表面共平面。上述平坦化工藝為該本領(lǐng)域一般技術(shù)人員所知，故于此不再贅述。請仍然參閱圖8。如前所述，本優(yōu)選實施例中第一導(dǎo)電型晶體管120為P型晶體管；而第二導(dǎo)電型晶體管122則為N型晶體管。故在第一導(dǎo)電型金屬柵極172中，U型金屬性層212用以調(diào)節(jié)功函數(shù)，使第一導(dǎo)電型金屬柵極170的功函數(shù)介于4. 8電子伏特(eV)與 5. 2eV之間。由于U型金屬性層212用以滿足第一導(dǎo)電型金屬柵極170的功函數(shù)要求，因此對第一導(dǎo)電型金屬柵極170來說，第二金屬性層220與第三金屬性層230可視為復(fù)合型態(tài)的填充金屬性層。值得注意的是，由于U型金屬性層212的形狀特征，第一柵極溝槽160的上半部開口可維持原來大小，并有效降低第一柵極溝槽160的深寬比(aspect ratio)，故第二金屬性層220與第三金屬性層230可順利填入，得以避免填補第一柵極溝槽160時發(fā)生縫隙(seam)，確保第一導(dǎo)電型金屬柵極170的可靠度。另外，由于覆蓋第一柵極溝槽160底部的部分U型金屬性層212對于功函數(shù)的影響大于與覆蓋第一柵極溝槽160側(cè)壁的部分U型金屬性層212，因此圖案化光致抗蝕劑302 還可選自蝕刻率與第一金屬性層210約略相同的光致抗蝕劑材料，或其他合適的犧牲材料。據(jù)此，圖案化光致抗蝕劑302與覆蓋第一柵極溝槽160側(cè)壁的部分第一金屬性層210可能在蝕刻工藝中一并消耗，并以不傷害覆蓋第一柵極溝槽160底部的第一金屬性層210為蝕刻工藝控制考量，降低U型金屬性層212的最高點與最低點高度差異，故可獲得較扁平的 U型金屬性層212，使得后續(xù)形成的第二金屬性層220與第三金屬性層230更易填入第一柵極溝槽160。請繼續(xù)參閱圖8。第二金屬性層220選自鋁化鈦(TiAl)、鋁化鋯(ZrAl)、鋁化鎢 (WAl)、鋁化鉭(TaAl)和鋁化鉿(HfAl)所組成的群組。第三金屬性層230則選自鋁(Al)、鈦 (Ti)、鉭(Ta)、鎢(W)、鈮(Nb)、鉬(Mo)、銅(Cu)、氮化鈦(TiN)、碳化鈦(TiC)、氮化鉭(TaN)、 鈦鎢(Ti/W)、和鈦與氮化鈦(Ti/TiN)等復(fù)合金屬所組成的群組，此外第三金屬性層230亦可為復(fù)合金屬層。因此，在第二導(dǎo)電型金屬柵極172中，第二金屬性層220用以調(diào)節(jié)功函數(shù)， 使第二導(dǎo)電型金屬柵極172的功函數(shù)介于3. 9eV與4. 3eV之間。由于第二金屬性層220用以滿足第二導(dǎo)電型金屬柵極172的功函數(shù)要求，因此對第二導(dǎo)電型金屬柵極172來說，第三金屬性層230即作為其填充金屬性層。接下來請參閱圖9至圖10，圖9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)選實施例的示意圖。由于第二優(yōu)選實施例中，形成第一導(dǎo)電型晶體管120與第二導(dǎo)電型晶體管122、形成第一柵極溝槽160與第二柵極溝槽162、形成阻障層200與第一金屬性層210、以及形成圖案化光致抗蝕劑302的步驟與第一優(yōu)選實施例相同，因此這些步驟及相同的元件可參閱上述所披露以及圖1至圖4所繪示，而不再贅述。請參閱圖4與圖9。在第一柵極溝槽160與第二柵極溝槽162形成圖案化光致抗蝕劑302之后，直接進行蝕刻工藝，以移除第一柵極溝槽160與第二柵極溝槽162內(nèi)未被圖案化光致抗蝕劑層302覆蓋的第一金屬性層210，而于第一柵極溝槽160與第二柵極溝槽162內(nèi)分別形成如圖9所示的U型金屬性層212。由于阻障層200與第一金屬性層210的蝕刻率差異，上述蝕刻工藝可準確停止在阻障層200處，不致于傷害到ILD層152以及第一柵極溝槽160與第二柵極溝槽162的側(cè)壁。請參閱圖10。接下來，于第一有源區(qū)域110，即第一導(dǎo)電型晶體管120上形成圖案化光致抗蝕劑層332。如圖10所示，圖案化光致抗蝕劑層332暴露出第二有源區(qū)域112。 隨后進行蝕刻工藝，移除第二有源區(qū)域112內(nèi)，尤其是第二柵極溝槽162內(nèi)的U型金屬性層 212。如前所述，由于阻障層200的存在，因此在移除U型金屬性層212的蝕刻工藝中，第二柵極溝槽162底部的柵極介電層104受到阻障層200的保護而不致受到損害。同樣地，可使用兩種蝕刻率不同的光致抗蝕劑材料分別形成圖案化光致抗蝕劑302與圖案化光致抗蝕劑332，或控制圖案化光致抗蝕劑332與圖案化光致抗蝕劑302的厚度比例，使蝕刻第二有源區(qū)域112，尤其是移除第二柵極溝槽162內(nèi)的圖案化光致抗蝕劑302與U型金屬性層 212時，不影響第一有源區(qū)域110內(nèi)的所有元件(element)。進行上述蝕刻工藝之后，依序進行移除圖案化光致抗蝕劑322與第一柵極溝槽 160內(nèi)的圖案化光致抗蝕劑層302、形成第二金屬性層220與第三金屬性層230、以及平坦化工藝，而完成第一導(dǎo)電型金屬柵極170與第二導(dǎo)電型金屬柵極172的制作。由于上述步驟亦與第一優(yōu)選實施例相同，因此這些步驟及相同的元件可參閱第一優(yōu)選實施例所披露以及圖7至圖8所繪示者，而不再贅述。本第二優(yōu)選實施例與第一優(yōu)選實施例的差異在于利用阻障層200與第一金屬性層210的蝕刻率差異，可于形成圖案化光致抗蝕劑層302后直接進行蝕刻工藝，而于第一柵極溝槽160內(nèi)形成所欲獲得的U型金屬性層212，故可更省去形成光致抗蝕劑與光刻工藝等步驟的實施，更收節(jié)省成本之效。此外，雖然第一優(yōu)選實施例與第二優(yōu)選實施例中柵極導(dǎo)電層106同時移除，但本領(lǐng)域一般技術(shù)人員應(yīng)知本發(fā)明所提供的方法亦不限于先后移除第一導(dǎo)電型晶體管120或第二導(dǎo)電型晶體管122的柵極導(dǎo)電層106。綜上所述，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，各導(dǎo)電型晶體管皆是利用后柵極方法制作而成，故此時需要較高熱預(yù)算的工藝皆已完成。且由于 U型金屬性層的設(shè)置，除可提供所需的功函數(shù)金屬外，更可使后續(xù)填入柵極溝槽內(nèi)的填充金屬性層享有優(yōu)選的填補結(jié)果，確保半導(dǎo)體元件的可靠度。以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實施例，凡依本發(fā)明權(quán)利要求所做的等同變化與修飾，皆應(yīng)屬本發(fā)明的涵蓋范圍。
權(quán)利要求
1.一種具有金屬柵極的半導(dǎo)體元件，包含有 半導(dǎo)體基底；柵極介電層，形成于該半導(dǎo)體基底上；以及至少一第一導(dǎo)電型金屬柵極，形成于該柵極介電層上，且該第一導(dǎo)電型金屬柵極包含有填充金屬性層；以及U型金屬性層，設(shè)置于該柵極介電層與該填充金屬性層之間，且該U型金屬性層的最高部分低于該填充金屬性層。
2.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體元件，還包含內(nèi)層介電層，且該內(nèi)層介電層的表面與該第一導(dǎo)電型金屬柵極共平面。
3.如權(quán)利要求2所述的半導(dǎo)體元件，其中該U型金屬性層的該最高部分低于該內(nèi)層介電層。
4.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體元件，其中該柵極介電層為高介電常數(shù)柵極介電層。
5.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體元件，其中該填充金屬性層為復(fù)合金屬層。
6.如權(quán)利要求5所述的半導(dǎo)體元件，其中該填充金屬性層至少包含第一金屬性層與第二金屬性層，且該第一金屬性層設(shè)置于該第二金屬性層與該U型金屬性層之間。
7.如權(quán)利要求6所述的半導(dǎo)體元件，其中該第一金屬性層選自鋁化鈦、鋁化鋯、鋁化鎢、鋁化鉭和鋁化鉿所組成的群組。
8.如權(quán)利要求6所述的半導(dǎo)體元件，其中該第二金屬性層選自鋁、鈦、鉭、鎢、鈮、鉬、 銅、氮化鈦、碳化鈦、氮化鉭、鈦鎢、和鈦與氮化鈦的復(fù)合金屬所組成的群組。
9.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體元件，其中該第一導(dǎo)電型金屬柵極的功函數(shù)介于4.SeV 與5. 2eV之間。
10.如權(quán)利要求9所述的半導(dǎo)體元件，其中該U型金屬性層包含氮化鈦或碳化鉭。
11.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體元件，還包含第二導(dǎo)電型金屬柵極，且該第二導(dǎo)電型金屬柵極的功函數(shù)介于3. 9eV與4. 3eV之間。
12.如權(quán)利要求11所述的半導(dǎo)體元件，其中該第二導(dǎo)電型金屬柵極至少包含該填充金屬性層。
13.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體元件，還包含阻障層，設(shè)置于該U型金屬性層與該柵極介電層之間。
14.一種具有金屬柵極的半導(dǎo)體元件的制作方法，包含有提供半導(dǎo)體基底，該半導(dǎo)體基底表面形成有第一導(dǎo)電型晶體管、第二導(dǎo)電型晶體管、以及包圍該第一導(dǎo)電型晶體管與該第二導(dǎo)電型晶體管的介電層；移除該第一導(dǎo)電型晶體管與該第二導(dǎo)電型晶體管的柵極導(dǎo)電層，而于第一導(dǎo)電型晶體管與該第二導(dǎo)電型晶體管內(nèi)分別形成第一柵極溝槽與第二柵極溝槽； 于該第一柵極溝槽與該第二柵極溝槽內(nèi)形成阻障層；于該第一柵極溝槽內(nèi)形成U型金屬性層，且該U型金屬性層低于該第一柵極溝槽；以及于該第一柵極溝槽與該第二柵極溝槽內(nèi)形成第二金屬性層。
15.如權(quán)利要求14所述的方法，其中形成該U型金屬性層的步驟還包含于該第一柵極溝槽與該第二柵極溝槽內(nèi)均依序形成第一金屬性層與圖案化第一光致抗蝕劑層，該圖案化第一光致抗蝕劑層未填滿該第一柵極溝槽與該第二柵極溝槽，用以定義該U型金屬性層。
16.如權(quán)利要求15所述的方法，其中形成該U型金屬性層的步驟還包含于形成該圖案化第一光致抗蝕劑層之后進行的以下步驟于該第二導(dǎo)電型晶體管上形成圖案化第二光致抗蝕劑層，且該圖案化第二光致抗蝕劑層暴露出該第一柵極溝槽；移除該第一柵極溝槽內(nèi)未被該圖案化第一光致抗蝕劑層覆蓋的該第一金屬性層，而于該第一柵極溝槽內(nèi)形成該U型金屬性層；移除該圖案化第二光致抗蝕劑層與該圖案化第一光致抗蝕劑層；于該第一導(dǎo)電型晶體管上形成圖案化的第三光致抗蝕劑層；以及移除該第二導(dǎo)電型晶體管上與該第二柵極溝槽內(nèi)的該第一金屬性層。
17.如權(quán)利要求15所述的方法，其中形成該U型金屬性層的步驟還包含以下步驟，進行于形成該圖案化第一光致抗蝕劑層之后移除該第一柵極溝槽與該第二柵極溝槽內(nèi)未被該圖案化第一光致抗蝕劑層覆蓋的該第一金屬性層，而于該第一柵極溝槽與該第二柵極溝槽內(nèi)分別形成該U型金屬性層；于該第一導(dǎo)電型晶體管上形成圖案化第四光致抗蝕劑層；以及移除該第二柵極溝槽內(nèi)的該U型金屬性層。
18.如權(quán)利要求14所述的方法，其中該U型金屬性層包含氮化鈦或碳化鉭。
19.如權(quán)利要求14所述的方法，其中該第二金屬性層選自鋁化鈦、鋁化鋯、鋁化鎢、鋁化鉭和鋁化鉿所組成的群組。
20.如權(quán)利要求14所述的方法，還包含形成第三金屬性層的步驟，進行于形成該第二金屬性層后，且該第三金屬性層選自鋁、鈦、鉭、鎢、鈮、鉬、銅、氮化鈦、碳化鈦、氮化鉭、鈦鎢、和鈦與氮化鈦的復(fù)合金屬所組成的群組。
全文摘要
一種具有金屬柵極的半導(dǎo)體元件及其制作方法，該半導(dǎo)體元件包含有半導(dǎo)體基底、形成于該半導(dǎo)體基底上的柵極介電層、以及至少一形成于該柵極介電層上的第一導(dǎo)電型金屬柵極。該第一導(dǎo)電型金屬柵極還包含有填充金屬性層，以及設(shè)置于該柵極介電層與該填充金屬性層之間的U型金屬性層，且該U型金屬性層的最高部分低于該填充金屬性層。
文檔編號H01L21/8234GK102237399SQ20101016791
公開日2011年11月9日 申請日期2010年4月22日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月22日
發(fā)明者周珮玉, 廖俊雄, 楊玉如, 黃光耀 申請人:聯(lián)華電子股份有限公司