[发明专利]具有金属栅极的晶体管的制作方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种制作晶体管的方法，尤指一种制作具有金属栅极的晶体管的方法。

背景技术

在半导体产业中，由于多晶硅材料具有抗热性质，因此在制作典型金属氧化物半导体(MOS)晶体管时通常会使用多晶硅材料来制作晶体管的栅极电极，使其源极与漏极区域得以在高温下一起进行退火。其次，由于多晶硅能够阻挡以离子注入所掺杂的原子进入沟道区域，因此在栅极图案化之后能容易地再进行高温形成自行对准的源极与漏极区域。

然而，多晶硅栅极仍有许多缺点。首先，与大多数金属材料相比，多晶硅栅极是以高电阻值的半导体材料所形成。这造成多晶硅栅极是以比金属导线为低的速率在操作。为了弥补高电阻与其相应的较低操作速率，多晶硅材料通常需要大量与昂贵的硅化金属处理，使其操作速率可提升至可接受的范围。

其次，多晶硅栅极容易产生耗尽效应(depletion effect)。严格来说，目前多晶硅的掺杂浓度只能达到约2x20²⁰/cm³到约3x10²⁰/cm³的范围。在栅极材料中的掺杂浓度需要至少达到5x10²¹/cm³的条件下，由于掺杂浓度上的限制，当多晶硅栅极受到偏压时，缺乏载流子，使靠近多晶硅栅极与栅极介电层的介面上就容易产生耗尽区。此耗尽效应除了会使等效的栅极介电层厚度增加，又同时造成栅极电容值下降，进而导致元件驱动能力衰退等困境。

故目前便有新的栅极材料被研制生产，例如利用功能函数(work function)金属来取代传统的多晶硅栅极。目前制作金属栅极的方法通常是先在基底上形成NMOS晶体管与PMOS晶体管，且NMOS晶体管与PMOS晶体管各包含由多晶硅材料所构成的虚置栅极。然后依序以干蚀刻及湿蚀刻工艺掏空其中一个晶体管例如NMOS晶体管或PMOS晶体管的虚置栅极或同时掏空NMOS及PMOS晶体管的虚置栅极，接着再填入金属材料以形成金属栅极。

然而，当分别进行虚置栅极的移除时易造成多晶硅流失(polysilicon loss)的问题。流失的多晶硅将于虚置栅极的顶部形成凹槽，且此凹槽在金属材料填入原虚置栅极所占据的开口时会被同时填入金属材料并堵住多晶硅栅极的顶部，使得被堵住的多晶硅在后续工艺中无法被顺利移除。因此，如何改良目前工艺并解决上述问题即为现今一重要课题。

发明内容

因此本发明的主要目的之一是提供制作具有金属栅极的晶体管的方法，以解决上述已知工艺所遇到的问题。

本发明优选实施例是披露一种制作具有金属栅极的晶体管的方法。首先提供基底，该基底上定义有第一晶体管区与第二晶体管区，然后形成第一金属氧化物半导体晶体管于第一晶体管区以及第二金属氧化物半导体晶体管于第二晶体管区，其中第一金属氧化物半导体晶体管具有第一虚置栅极且第二金属氧化物半导体晶体管具有第二虚置栅极。接着形成图案化的硬掩模于第二金属氧化物半导体晶体管上，且该硬掩模包含至少一种金属原子，然后利用该图案化的硬掩模去除第一金属氧化物半导体晶体管的第一虚置栅极。

本发明另一实施例是披露一种制作具有金属栅极的晶体管的方法。首先提供基底，该基底上定义有第一晶体管区与第二晶体管区，然后形成第一金属氧化物半导体晶体管于第一晶体管区以及第二金属氧化物半导体晶体管于第二晶体管区，其中第一金属氧化物半导体晶体管具有第一虚置栅极且第二金属氧化物半导体晶体管具有第二虚置栅极。接着对第二金属氧化物半导体的第二虚置栅极进行表面处理，以使第二虚置栅极表面形成硬掩模，随后利用该硬掩模去除第一金属氧化物半导体晶体管的第一虚置栅极。

附图说明

图1至图6为本发明优选实施例制作具有金属栅极的晶体管示意图。

图7至图10为本发明另一实施例制作具有金属栅极的晶体管示意图。

附图标记说明

12        基底                14        NMOS晶体管区

16        PMOS晶体管区        18        浅沟隔离结构

20        栅极绝缘层          22        多晶硅层

24        掩模层                    26        硅栅极

28        轻掺杂漏极                30        轻掺杂漏极