金屬柵極結構與其制作方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種金屬柵極結構與其制作方法，特別是涉及一種形成寬疏區域的金屬柵極較密集區域的金屬柵極高的結構及其制作方法。
【背景技術】
[0002]隨著集成電路領域的快速發展，高效能、高集成度、低成本、輕薄短小已成為電子產品設計制造上所追尋的目標。對目前的半導體產業而言，為了符合上述目標，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塊上，所形成的圖案密度會有高低不同的情形。
[0003]然而，以蝕刻作為圖案化的方法時，往往會因為圖案密度的差異而導致蝕刻速率的不平均。在圖案密度大，也就是設置小尺寸圖案的密集區域，每單位表面積接受到較少的蝕刻劑，蝕刻速率會比較慢；在圖案密度小，也就是設置大寸圖案的寬疏區域，每單位表面積接受到較多的蝕刻劑，蝕刻速率則會比較快，此種情形稱為微負載效應，此微負載效應將導致在密集區域和在寬疏區域的材料層被蝕刻的深度不一致，最后使得在密集區域的材料層高度較寬疏區域的材料層高，甚至在寬疏區域的材料層也會因為被過度蝕刻使得前層的材料層被曝露出來。
[0004]如此一來，不但會影響元件整體的均一性，也會增加后續制作工藝的復雜度。

【發明內容】

[0005]有鑒于此，本發明的目的在于提出一種金屬柵極結構的制作方法，可以形成寬疏區域的金屬柵極較密集區域的金屬柵極高的結構。
[0006]為達上述目的，根據本發明的第一優選實施例，一種金屬柵極結構的制作方法，前述制作方法應用于一金屬柵極結構的半成品，前述半成品包含一基底包含一密集區域和一寬疏區域，一介電層覆蓋基底的密集區域和寬疏區域，一第一溝槽設于密集區域的介電層中，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，本發明的金屬柵極結構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邊。
[0008]步驟(b):在移除部分的第一垂直側邊之后，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邊的上表面切齊。
[0010]根據本發明的第二優選實施例，一種金屬柵極結構，包含:一基底包含一密集區域和一寬疏區域，一第一金屬柵極結構設置于密集區域，第一金屬柵極結構包含一第一溝槽設于密集區域，一第一金屬層設于第一溝槽中，一第二金屬柵極結構設置于寬疏區域，第二金屬柵極結構包含一第二溝槽設于寬疏區域以及一第二金屬層設于第二溝槽中，其中第二金屬層的高度較第一金屬層的高度大。
[0011]為讓本發明的上述目的、特征及優點能更明顯易懂，下文特舉優選實施方式，并配合所附的附圖，作詳細說明如下。然而如下的優選實施方式與附圖僅供參考與說明用，并非用來對本發明加以限制者。
【附圖說明】
[0012]圖1至圖9為本發明的優選實施例繪示的是本發明金屬柵極結構的制作方法。
[0013]符號說明
[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第一金屬柵極結構的半成品
[0019]28上表面30第一垂直側邊
[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第一金屬柵極結構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第二金屬柵極結構的半成品
[0025]128上表面130第二垂直側邊
[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第二金屬柵極結構
【具體實施方式】
[0029]圖1至圖9為根據本發明的優選實施例繪示的是本發明金屬柵極結構的制作方法。如圖1所示，首先提供一基底10，基底10上定義有一寬疏區域A和一密集區域B，在寬疏區域A設置的元件圖案密度小，也就是在寬疏區域A中總共的元件尺寸除以寬疏區域A的面積所得的值較小；在密集區域B的元件圖案密度大，也就是在密集區域B中總共的元件尺寸除以密集區域B的面積所得的值較大。基底10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可以為一鰭狀結構或者一平面結構。接著在基底10上的寬疏區域A和密集區域B內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，然后選擇性地形成一蝕刻停止層14順應地覆蓋前述的虛置柵極12，之后再形成一介電層16全面覆蓋寬疏區域A和密集區域B，接著蝕刻介電層16直至曝露出寬疏區域A和密集區域B的虛置柵極12。
[0030]如圖2所示，移除在寬疏區域A和密集區域B的虛置柵極12，移除虛置柵極12后在介電層16中的密集區域B和寬疏區域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可以高介電常數介電層，例如氧化鉿(hafnium oxide, Hf02)、氧化錯(zirconium oxide,Zr02)等或是其它適合的介電材料。第一材料層22可以包含功函數層、阻障層或其組合；第二材料層122可以包含功函數層、阻障層或其組合。功函數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，舉例來說，當晶體管是P型時功函數層可為一氮化鈦金屬層；而當晶體管是N型時功函數層可為一氮化鋁金屬層。阻障層用來來防止各材料層之間因材質中的成分擴散而相互污染。在一實施例中，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合結構層，但本發明不以此為限。此外，第一金屬層24和第二金屬層124可以獨立地選自鋁、鎢或其它適合的金屬或合金。視不同的產品需求，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，至此形成一第一金屬柵極結構的半成品26以及一第二金屬柵極結構的半成品126。此時第一金屬層24和第二金屬層等高124