金屬柵極結(jié)構(gòu)與其制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種金屬柵極結(jié)構(gòu)與其制作方法，特別是涉及一種形成寬疏區(qū)域的金屬柵極較密集區(qū)域的金屬柵極高的結(jié)構(gòu)及其制作方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著集成電路領(lǐng)域的快速發(fā)展，高效能、高集成度、低成本、輕薄短小已成為電子產(chǎn)品設(shè)計(jì)制造上所追尋的目標(biāo)。對(duì)目前的半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)而言，為了符合上述目標(biāo)，往往需要在同一芯片上，制造出多種功能的元件。換言之，在同一芯片上，同一層材料層的不同區(qū)塊上，所形成的圖案密度會(huì)有高低不同的情形。
[0003]然而，以蝕刻作為圖案化的方法時(shí)，往往會(huì)因?yàn)閳D案密度的差異而導(dǎo)致蝕刻速率的不平均。在圖案密度大，也就是設(shè)置小尺寸圖案的密集區(qū)域，每單位表面積接受到較少的蝕刻劑，蝕刻速率會(huì)比較慢；在圖案密度小，也就是設(shè)置大寸圖案的寬疏區(qū)域，每單位表面積接受到較多的蝕刻劑，蝕刻速率則會(huì)比較快，此種情形稱為微負(fù)載效應(yīng)，此微負(fù)載效應(yīng)將導(dǎo)致在密集區(qū)域和在寬疏區(qū)域的材料層被蝕刻的深度不一致，最后使得在密集區(qū)域的材料層高度較寬疏區(qū)域的材料層高，甚至在寬疏區(qū)域的材料層也會(huì)因?yàn)楸贿^(guò)度蝕刻使得前層的材料層被曝露出來(lái)。
[0004]如此一來(lái)，不但會(huì)影響元件整體的均一性，也會(huì)增加后續(xù)制作工藝的復(fù)雜度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提出一種金屬柵極結(jié)構(gòu)的制作方法，可以形成寬疏區(qū)域的金屬柵極較密集區(qū)域的金屬柵極高的結(jié)構(gòu)。
[0006]為達(dá)上述目的，根據(jù)本發(fā)明的第一優(yōu)選實(shí)施例，一種金屬柵極結(jié)構(gòu)的制作方法，前述制作方法應(yīng)用于一金屬柵極結(jié)構(gòu)的半成品，前述半成品包含一基底包含一密集區(qū)域和一寬疏區(qū)域，一介電層覆蓋基底的密集區(qū)域和寬疏區(qū)域，一第一溝槽設(shè)于密集區(qū)域的介電層中，一第一柵極介電層、一第一材料層和一第一金屬層設(shè)于第一溝槽中，第一柵極介電層接觸基底，第一材料層位于第一金屬層和第一柵極介電層之間，其中第一材料層呈U型，并且具有一第一垂直側(cè)邊，此外，第一金屬層、第一柵極介電層、第一材料層和介電層彼此切齊，第二金屬層、第二柵極介電層、第二材料層和介電層彼此切齊，本發(fā)明的金屬柵極結(jié)構(gòu)的制作工藝包含以下步驟:
[0007]步驟(a):移除部分的第一材料層的第一垂直側(cè)邊。
[0008]步驟(b):在移除部分的第一垂直側(cè)邊之后，移除部分的第一金屬層使得第一金屬層的一上表面和第一垂直側(cè)邊的一上表面切齊。
[0009]步驟(d):移除部分的第一柵極介電層，使第一柵極介電層的一上表面和第一垂直側(cè)邊的上表面切齊。
[0010]根據(jù)本發(fā)明的第二優(yōu)選實(shí)施例，一種金屬柵極結(jié)構(gòu)，包含:一基底包含一密集區(qū)域和一寬疏區(qū)域，一第一金屬柵極結(jié)構(gòu)設(shè)置于密集區(qū)域，第一金屬柵極結(jié)構(gòu)包含一第一溝槽設(shè)于密集區(qū)域，一第一金屬層設(shè)于第一溝槽中，一第二金屬柵極結(jié)構(gòu)設(shè)置于寬疏區(qū)域，第二金屬柵極結(jié)構(gòu)包含一第二溝槽設(shè)于寬疏區(qū)域以及一第二金屬層設(shè)于第二溝槽中，其中第二金屬層的高度較第一金屬層的高度大。
[0011]為讓本發(fā)明的上述目的、特征及優(yōu)點(diǎn)能更明顯易懂，下文特舉優(yōu)選實(shí)施方式，并配合所附的附圖，作詳細(xì)說(shuō)明如下。然而如下的優(yōu)選實(shí)施方式與附圖僅供參考與說(shuō)明用，并非用來(lái)對(duì)本發(fā)明加以限制者。
【附圖說(shuō)明】
[0012]圖1至圖9為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例繪示的是本發(fā)明金屬柵極結(jié)構(gòu)的制作方法。
[0013]符號(hào)說(shuō)明
[0014]10基底11上表面
[0015]12虛置柵極14蝕刻停止層
[0016]16介電層18第一溝槽
[0017]20第一柵極介電層22第一材料層
[0018]24第一金屬層26第一金屬柵極結(jié)構(gòu)的半成品
[0019]28上表面30第一垂直側(cè)邊
[0020]32第一高分子薄膜34上表面
[0021]36上表面38第一帽蓋層
[0022]100第一金屬柵極結(jié)構(gòu)118第二溝槽
[0023]120第二柵極介電層122第二材料層
[0024]124第二金屬層126第二金屬柵極結(jié)構(gòu)的半成品
[0025]128上表面130第二垂直側(cè)邊
[0026]132第二高分子薄膜134上表面
[0027]136上表面138第二帽蓋層
[0028]200第二金屬柵極結(jié)構(gòu)
【具體實(shí)施方式】
[0029]圖1至圖9為根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例繪示的是本發(fā)明金屬柵極結(jié)構(gòu)的制作方法。如圖1所示，首先提供一基底10，基底10上定義有一寬疏區(qū)域A和一密集區(qū)域B，在寬疏區(qū)域A設(shè)置的元件圖案密度小，也就是在寬疏區(qū)域A中總共的元件尺寸除以寬疏區(qū)域A的面積所得的值較??；在密集區(qū)域B的元件圖案密度大，也就是在密集區(qū)域B中總共的元件尺寸除以密集區(qū)域B的面積所得的值較大?；?0可以一硅基底、一鍺基底、一砷化鎵基底、一硅鍺基底、一硅覆絕緣基底或是其它適合的材料，此外，基底10可以為一鰭狀結(jié)構(gòu)或者一平面結(jié)構(gòu)。接著在基底10上的寬疏區(qū)域A和密集區(qū)域B內(nèi)分別形成至少一虛置柵極12，之后形成一間隙壁(圖未示)虛置柵極12的兩側(cè)，然后選擇性地形成一蝕刻停止層14順應(yīng)地覆蓋前述的虛置柵極12，之后再形成一介電層16全面覆蓋寬疏區(qū)域A和密集區(qū)域B，接著蝕刻介電層16直至曝露出寬疏區(qū)域A和密集區(qū)域B的虛置柵極12。
[0030]如圖2所示，移除在寬疏區(qū)域A和密集區(qū)域B的虛置柵極12，移除虛置柵極12后在介電層16中的密集區(qū)域B和寬疏區(qū)域A分別形成一第一溝槽18和一第二溝槽118，之后依序在第一溝槽18中填入第一柵極介電層20、第一材料層22和第一金屬層24，此外也在第二溝槽118中填入第二柵極介電層120、第二材料層122和第二金屬層124。第一柵極介電層20和第二柵極介電層120可以高介電常數(shù)介電層，例如氧化鉿(hafnium oxide, Hf02)、氧化錯(cuò)(zirconium oxide,Zr02)等或是其它適合的介電材料。第一材料層22可以包含功函數(shù)層、阻障層或其組合；第二材料層122可以包含功函數(shù)層、阻障層或其組合。功函數(shù)層可以為一氮化鋁金屬層、一氮化鈦金屬層或其他金屬層，其材質(zhì)的選用由之后所要形成的晶體管是P型或N型而定，舉例來(lái)說(shuō)，當(dāng)晶體管是P型時(shí)功函數(shù)層可為一氮化鈦金屬層；而當(dāng)晶體管是N型時(shí)功函數(shù)層可為一氮化鋁金屬層。阻障層用來(lái)來(lái)防止各材料層之間因材質(zhì)中的成分?jǐn)U散而相互污染。在一實(shí)施例中，阻障層例如為一氮化鈦層、一氮化鉭層或由氮化鈦層及氮化鉭層所組成的復(fù)合結(jié)構(gòu)層，但本發(fā)明不以此為限。此外，第一金屬層24和第二金屬層124可以獨(dú)立地選自鋁、鎢或其它適合的金屬或合金。視不同的產(chǎn)品需求，第一柵極介電層20和第二柵極介電層120可以為相同或不同材料，第一材料層22和第二材料層122可以為相同或不同材料，第一金屬層24和第二金屬層124可以為相同或不同材料，第一柵極介電層20和第二柵極介電層120若為相同材料則可以在同一步驟形成，同樣地第一材料層22和第二材料層122若為相同材料也可以在同一步驟形成，第一金屬層24和第二金屬124若為相同材料也可以在同一步驟形成。
[0031]如圖3所不，平坦化第一金屬層24、第二金屬層124、第一材料層22、第二材料層122、第一柵極介電層20和第二柵極介電層120,直至介電層16曝露出來(lái)，至此形成一第一金屬柵極結(jié)構(gòu)的半成品26以及一第二金屬柵極結(jié)構(gòu)的半成品126。此時(shí)第一金屬層24和第二金屬層等高124