[发明专利]半导体元件的制作方法

说明书

技术领域

本发明是有关于一种半导体元件的制造方法，且特别是有关于一种具有金属栅极结构的场效应晶体管(Field Effect Transistor，FET)元件的制造方法。

背景技术

随着集成电路集成度的增加，半导体元件(例如场效应晶体管)的特征尺寸也跟着降低，场效应晶体管栅极氧化层的厚度亦跟着减少。为了因保有原来的介电效能，减少漏电，目前的多采用高介电常数(high k)的材料作为栅极氧化层。另外，由于已知的多晶硅栅极的掺杂容量有限，以掺杂多晶硅栅极的方式，来改善起始电压效能也有其极限。目前已经开始尝试使用金属栅极取代多晶硅栅极，以因应元件特征尺寸限缩所带来的问题。

然而，对于此一技术领域而言，如何改善场效应晶体管元件的工作效能，并提高工艺良率，仍是未来的一大挑战。因此有需要提供一种先进的场效应晶体管元件制造方法，以改善场效应晶体管元件的工作效能，并提高工艺良率。

发明内容

本发明的目的之一是提供一种半导体元件的制造方法，以改善场效应晶体管元件的工作效能，并提高工艺良率。此一方法包括下述步骤：首先，提供具有虚设栅电极层的虚设栅极结构。接着移除此虚设栅电极层，以于虚设栅极结构中形成一个开口，将下方材料层暴露出来。然后，针对移除了虚设栅电极层的虚设栅极结构进行氢氧化氨(NH₄OH)处理工艺。再以金属材料填充此开口。

在本发明的一实施例中，此下方材料层可以是栅氧化层或阻障层。在本发明的一实施例中，阻障层可以是氮化钽(TaN)层或氮化钛(TiN)层。

在本发明的一实施例中，虚设栅极结构包括：位于基材上的栅氧化层；位于栅氧化层上的阻障层；位于阻障层上的虚设栅电极层；以及，位于基材上，围绕栅氧化层、阻障层以及虚设栅电极层的间隙壁。在本发明的一实施例中，移除虚设栅电极层的步骤，还包括对间隙壁进行回蚀。

在本发明的一实施例中，栅氧化层是高介电系数材料层，且在形成栅氧化层之后，还包括于基材上进行离子注入工艺，以形成源极/漏极结构。本发明的另一实施例，在移除虚设栅电极层之前，于基材上进行离子注入工艺，以形成源极/漏极结构，邻接虚设栅极结构；并在氢氧化氨处理工艺之后，于开口中形成高介电系数材料层。

在本发明的一实施例中，氢氧化氨处理工艺具有实质为60℃的操作温度，且具有体积比实质为1∶120的氢氧化氨/水比值(NH₄OH∶H₂O)。

在本发明的一实施例中，移除虚设栅电极层的步骤，与氢氧化氨处理工艺在同一工艺容器中完成。

本发明的另一目的，是提供一种半导体元件的制造方法，包括下述步骤：首先提供具有虚设栅电极层的虚设栅极结构。然后进行前蚀刻工艺，以移除一部分的虚设栅电极层。再进行氢氧化氨处理工艺，移除剩余的虚设栅电极层，于虚设栅极结构中形成一个开口，以暴露出下方材料层。再以金属材料填充此开口。

在本发明的一实施例中，前蚀刻工艺可以是采用含氢氧化四甲基铵(Tetramethylammonium Hydroxide，TMAH)的湿式蚀刻工艺。在本发明的一实施例中，前蚀刻工艺至少移除三分之一的虚设栅电极层；而氢氧化氨处理工艺，至少移除二分之一的虚设栅电极层。

在本发明的一实施例中，下方材料层可以是栅氧化层或阻障层。在本发明的一实施例中，阻障层可以是氮化钽层或氮化钛层。

在本发明的一实施例中，虚设栅极结构包括：位于基材上的栅氧化层；位于栅氧化层上的阻障层；位于阻障层上的虚设栅电极层；以及，位于基材上，围绕栅氧化层、阻障层以及虚设栅电极层的间隙壁。在本发明的一实施例中，在前蚀刻工艺和氢氧化氨处理工艺之间，还包括对间隙壁进行一个回蚀工艺。

在本发明的一实施例中，栅电极层是高介电系数材料层，且在形成栅氧化层之后，还包括于基材上进行离子注入工艺，以形成源极/漏极结构。本发明的另一实施例，在移除虚设栅电极层之前，于基材上进行离子注入工艺，以形成源极/漏极结构，邻接虚设栅极结构；并在氢氧化氨处理工艺之后，于开口中形成高介电系数材料层。

在本发明的一实施例中，氢氧化氨处理工艺具有实质为60℃的操作温度，且具有体积比实质为1∶120的氢氧化氨/水比值。

在本发明的一实施例中，移除虚设栅电极层的步骤，与氢氧化氨处理工艺在同一工艺容器中完成。