專利名稱：具有雙重全金屬硅化物柵極的半導(dǎo)體元件及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是有關(guān)于一種半導(dǎo)體元件及其制造方法，且特別是有關(guān)于一種具 有雙重全金屬硅化物柵極的半導(dǎo)體元件及其制造方法。
背景技術(shù)：
隨著集成電路集成度的日益提升，半導(dǎo)體元件的尺寸亦隨之縮小。當(dāng)金屬氧化物半導(dǎo)體(Metal Oxide Semiconductor, MOS)晶體管的尺寸縮小時，其 溝道長度亦必須隨之縮小。然而，MOS晶體管的溝道尺寸不能無限制的縮 減。當(dāng)其長度縮小到某一定的程度時，各種因溝道長度變小而衍生的問題便 會發(fā)生，這個現(xiàn)象便稱為短溝道效應(yīng)。而所謂的短溝道效應(yīng)除了會造成元件 啟始電壓(Vt)下降以及柵極電壓(Vg)對MOS晶體管的控制發(fā)生問題的外，另 一擊穿效應(yīng)的現(xiàn)象也將隨著溝道尺寸的縮短而影響MOS晶體管的操作。尤 其是當(dāng)金屬氧化物半導(dǎo)體(Metal Oxide Semiconductor, MOS)晶體管的尺寸縮 小至進(jìn)入納米尺度(Nanometer scale)時，短溝道效應(yīng)與擊穿效應(yīng)會更為嚴(yán)重， 而使得半導(dǎo)體元件無法進(jìn)一步的縮小。傳統(tǒng)的金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管的柵介電層的材質(zhì)通常為氧化硅，柵極 的材質(zhì)通常是多晶硅。對于柵介電層而言，可以通過縮小柵氧化層的厚度及 采用高介電常數(shù)材料來解決上述短溝道效應(yīng)的問題。但是，柵氧化層的厚度 縮小，使得多晶硅耗盡現(xiàn)象(poly depletion)更為嚴(yán)重，導(dǎo)致柵極電容值減少 與驅(qū)動力的衰退。另一方面，采用高介電常數(shù)材料作為柵介電層時，因為多 晶硅柵極與高介電常數(shù)材料接觸時，會有費米能階被釘住情況(Fermi level pinning issue),影響到元件起始電壓值而容易造成元件操作電流不足。所以 為了應(yīng)對使用高介電常數(shù)材料作為柵介電層，而使用金屬材料作為柵極。在制作互補式金屬氧化物半導(dǎo)體元件(CMOS)的金屬柵極時，通常是采 用雙重金屬柵極工藝。通過采用具有不同功函數(shù)的金屬材料來制作N溝道金 屬氧化物半導(dǎo)體元件(NMOS)與P溝道金屬氧化物半導(dǎo)體元件(PMOS),使N 溝道金屬氧化物半導(dǎo)體元件(NMOS)與P溝道金屬氧化物半導(dǎo)體元件(PMOS)具有不同的啟始電壓及電特性?，F(xiàn)有對于雙重全金屬硅化物柵極的形成方法已有許多研究，如美國專利US6905922號案。在US6905922號案中，在對PMOS及NMOS進(jìn)行金屬硅 化反應(yīng)時，先對PMOS及NMOS其中的 一個進(jìn)行金屬珪化反應(yīng)，之后再對 PMOS及NMOS其中的另 一個進(jìn)行金屬硅化反應(yīng)。如此，就需要進(jìn)行多次 光刻蝕刻工藝，使金屬層只覆蓋在PMOS或NMOS上，因此工藝相當(dāng)繁復(fù)， 而且無法降低制造成本。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的就是在提供一種具有雙重全金屬硅化物柵極的半導(dǎo)體元 件及其制造方法，只要進(jìn)行一次金屬硅化工藝，即可制作出特性不同的兩種 金屬柵極，因此工藝簡單，且可節(jié)省制造成本。本發(fā)明提出 一種具有雙重全金屬硅化物柵極的半導(dǎo)體元件，具有第 一晶 體管與第二晶體管。第一晶體管設(shè)置于基底上，其具有第一金屬硅化物柵極、 第一源極/漏極。第二晶體管設(shè)置基底上，其具有第二金屬硅化物柵極、第二 源極/漏極。第一金屬硅化物柵極的材質(zhì)與第二金屬硅化物柵極的材質(zhì)不同， 且第 一金屬硅化物柵極與第二金屬硅化物柵極是在同 一個金屬硅化工藝中 形成的。依照本發(fā)明的實施例所述的具有雙重全金屬硅化物柵極的半導(dǎo)體元件， 其中第一金屬硅化物柵極的材質(zhì)與第二金屬硅化物柵極的材質(zhì)包括高溫耐 火金屬、過渡金屬、貴重金屬或稀土金屬等的硅化物的其中之一。依照本發(fā)明的實施例所述的具有雙重全金屬硅化物柵極的半導(dǎo)體元件， 其中第 一金屬硅化物柵極的材質(zhì)與第二金屬硅化物柵極的材質(zhì)可為鎳、鈷、 鈦、銅、鉬、鉭、鴒、鉺、鋯、鈾、鐿(Yb)、軋(Gd)、鏑(Dy)與這些金屬的 合金的硅化物的其中之一 。依照本發(fā)明的實施例所述的具有雙重全金屬硅化物柵極的半導(dǎo)體元件， 其中第 一金屬硅化物柵極的材質(zhì)包括多硅(silicon-rich)金屬硅化物；第二金屬 硅化物柵極的材質(zhì)包括多金屬(metal-rich)金屬硅化物。依照本發(fā)明的實施例所述的具有雙重全金屬硅化物柵極的半導(dǎo)體元件， 其中第一金屬硅化物柵極的材質(zhì)為多硅硅化鎳(鎳與硅的組成比Ni: Si<1.5: 1);第二金屬硅化物柵極的材質(zhì)為多鎳硅化鎳(鎳與硅的組成比Ni: Si>1.5:1)。依照本發(fā)明的實施例所述的具有雙重全金屬硅化物柵極的半導(dǎo)體元件， 其中第一金屬硅化物柵極與第二金屬硅化物柵極高度比介于0.8~1.5。依照本發(fā)明的實施例所述的具有雙重全金屬硅化物柵極的半導(dǎo)體元件， 其中第 一金屬硅化物柵極與第二金屬硅化物柵極高度比介于1.0~1.3 。依照本發(fā)明的實施例所述的具有雙重全金屬硅化物柵極的半導(dǎo)體元件，其中多硅(silicon-rich)金屬硅化物包括NiSi2或NiSi。依照本發(fā)明的實施例所述的具有雙重全金屬硅化物柵極的半導(dǎo)體元件， 其中多金屬(metal-rich)金屬硅化物包括Ni2Si、 Ni31Si12或Ni3Si。依照本發(fā)明的實施例所述的具有雙重全金屬硅化物柵極的半導(dǎo)體元件， 還包括金屬硅化物層，設(shè)置于第一源極/漏極上及第二源極/漏極上。依照本發(fā)明的實施例所述的具有雙重全金屬硅化物柵極的半導(dǎo)體元件， 金屬硅化物層的材質(zhì)包括高溫耐火金屬、過渡金屬、貴重金屬或稀土金屬等 的硅化物的其中之一。依照本發(fā)明的實施例所述的具有雙重全金屬硅化物柵極的半導(dǎo)體元件， 金屬硅化物層的材質(zhì)可為鎳、鈷、鈦、銅、鉬、鉭、鎢、鉺、鋯、鈾、鐿(Yb)、 釓(Gd)、鏑(Dy)與這些金屬的合金的硅化物的其中之一。依照本發(fā)明的實施例所述的具有雙重全金屬硅化物柵極的半導(dǎo)體元件， 金屬硅化物層的形成溫度高于第一金屬硅化物柵極與第二金屬硅化物柵極 的形成溫度。依照本發(fā)明的實施例所述的具有雙重全金屬硅化物柵極的半導(dǎo)體元件， 其中金屬硅化物包括CoSi2。依照本發(fā)明的實施例所述的具有雙重全金屬硅化物柵極的半導(dǎo)體元件， 更具有第 一柵介電層與第二柵介電層。第 一柵介電層設(shè)置于第 一金屬硅化物 柵極與基底之間。第二柵介電層設(shè)置于第二金屬硅化物柵極與基底之間。依照本發(fā)明的實施例所述的具有雙重全金屬硅化物柵極的半導(dǎo)體元件， 第一柵介電層及第二柵介電層分別由一層或一層以上的介電材料層所構(gòu)成。 第一柵介電層及第二柵介電層的材質(zhì)可為相同也可為不同。依照本發(fā)明的實施例所述的具有雙重全金屬硅化物柵極的半導(dǎo)體元件， 第一柵介電層及第二柵介電層的材質(zhì)包括介電常數(shù)大于4的高介電常數(shù)材 料。依照本發(fā)明的實施例所述的具有雙重全金屬石圭化物一冊4及的半導(dǎo)體元件， 第一柵介電層及第二柵介電層的材質(zhì)可為氧化硅、氮氧化硅、氮化硅、氧化鉭(丁&205)、氧化鋁(八1203)、氧化鉿(Hf02)、氮氧化硅鉿(HfSiON)、氧化硅鉿 (HfSi02)、氧化硅鋁鉿(HfAlSi02)的其中之一 。依照本發(fā)明的實施例所述的具有雙重全金屬硅化物柵極的半導(dǎo)體元件， 其中第 一晶體管為N溝道金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管或P溝道金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管的其中之一；第二晶體管為N溝道金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管或P溝道金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管的其中之一 。依照本發(fā)明的實施例所述的具有雙重全金屬硅化物柵極的半導(dǎo)體元件， 還包括介電層與層間絕緣層。介電層全面性的覆蓋于第一晶體管及第二晶體 管上。層間絕緣層設(shè)置于介電層上。依照本發(fā)明的實施例所述的具有雙重全金屬硅化物柵極的半導(dǎo)體元件， 第一晶體管與第二晶體管為鰭式場效晶體管。依照本發(fā)明的實施例所述的具有雙重全金屬硅化物柵極的半導(dǎo)體元件， 第 一 晶體管與該第二晶體管為多柵極晶體管。本發(fā)明的具有雙重全金屬硅化物柵極的半導(dǎo)體元件，第一金屬硅化物柵 極與第二金屬硅化物柵極分別是由不同的材質(zhì)所構(gòu)成，因此第 一晶體管與第 二晶體管具有不同的操作性能及特性。而且，第一金屬硅化物柵極與第二金屬硅化物柵極是在同 一個金屬硅化工藝中形成的，因此可以簡化工藝步驟并節(jié)省成本。本發(fā)明提出一種具有雙重全金屬硅化物柵極的半導(dǎo)體元件的制造方法， 包括下列步驟。提供基底，此基底上已形成有第一晶體管與第二晶體管，第 一晶體管包括第一柵極、第一源極/漏極，第二晶體管包括第二柵極、第二源 極/漏極，其中第一柵極與第二柵極的高度不同。然后，對第一柵極與第二柵 極進(jìn)行第 一金屬硅化工藝，以同時形成第 一金屬硅化物柵極與第二金屬硅化 物柵極，其中第 一金屬硅化物柵極的材質(zhì)與第二金屬硅化物柵極的材質(zhì)不同。依照本發(fā)明的實施例所述的具有雙重全金屬硅化物柵極的半導(dǎo)體元件的制造方法，其中第一柵極的材質(zhì)包括未摻雜多晶硅；第二柵極的材質(zhì)包括 摻雜多晶硅。依照本發(fā)明的實施例所述的具有雙重全金屬硅化物柵極的半導(dǎo)體元件的制造方法，其中第一4冊極與第二4冊極的高度比介于1.4 1.8。依照本發(fā)明的實施例所述的具有雙重全金屬硅化物柵極的半導(dǎo)體元件的制造方法，其中第一金屬硅化物柵極的材質(zhì)包括多硅(silicon-rich)金屬硅化 物；第二金屬硅化物柵極的材質(zhì)包括多金屬(metal-rich)金屬硅化物。依照本發(fā)明的實施例所述的具有雙重全金屬硅化物柵極的半導(dǎo)體元件 的制造方法，其中第 一金屬硅化物柵極與第二金屬硅化物柵極高度比介于 0.8 1.5。依照本發(fā)明的實施例所述的具有雙重全金屬硅化物柵極的半導(dǎo)體元件 的制造方法，其中第一金屬硅化物柵極與第二金屬硅化物柵極高度比介于 1.0~1.3。依照本發(fā)明的實施例所述的具有雙重全金屬硅化物柵極的半導(dǎo)體元件 的制造方法，第一金屬硅化物柵極與第二金屬硅化物柵極的材質(zhì)包括高溫耐 火金屬、過渡金屬、貴重金屬或稀土金屬等的硅化物的其中之一。依照本發(fā)明的實施例所述的具有雙重全金屬硅化物柵極的半導(dǎo)體元件 的制造方法，第一金屬硅化工藝包括下列步驟。于基底上形成第一金屬層， 此第一金屬層接觸第一柵極與第二柵極。進(jìn)行第一退火工藝，使第一金屬層 與第一柵極、第二柵極反應(yīng)形成暫態(tài)金屬硅化物。之后，移除未反應(yīng)的第一 金屬層。之后，進(jìn)行第二退火工藝，使暫態(tài)金屬硅化物轉(zhuǎn)換成低阻值的穩(wěn)定 金屬硅化物。依照本發(fā)明的實施例所述的具有雙重全金屬硅化物柵極的半導(dǎo)體元件 的制造方法，第一金屬層的材質(zhì)可為鎳、鈷、鈦、銅、鉬、鉭、鴒、鉺、鋯、 鉑、鐿(Yb)、禮(Gd)、鏑(Dy)與這些金屬的合金的其中之一。依照本發(fā)明的實施例所述的具有雙重全金屬硅化物柵極的半導(dǎo)體元件 的制造方法，第一金屬硅化物柵極的材質(zhì)包括多硅硅化鎳(鎳與硅的組成比 Ni: Si<1.5: 1);第二金屬硅化物柵極的材質(zhì)包括多鎳硅化鎳(鎳與硅的組成 比Ni: Si〉1.5: 1)。依照本發(fā)明的實施例所述的具有雙重全金屬硅化物柵極的半導(dǎo)體元件 的制造方法，其中多硅(silicon-rich)金屬硅化物包括NiSb或NiSi。依照本發(fā)明的實施例所述的具有雙重全金屬硅化物柵極的半導(dǎo)體元件 的制造方法，其中多金屬(metal-rich)金屬硅化物包括Ni2Si 、 Ni31Si12或 Ni3Si。依照本發(fā)明的實施例所述的具有雙重全金屬硅化物柵才及的半導(dǎo)體元件 的制造方法，其中進(jìn)行第一金屬硅化工藝的步驟之前，還包括先于基底上形 成材料層，然后移除部分材料層，只暴露出第一柵極與第二柵極。依照本發(fā)明的實施例所述的具有雙重全金屬硅化物柵極的半導(dǎo)體元件 的制造方法，材料層包括旋涂式材料層。其材質(zhì)包括氧化硅、磷硅玻璃、硼 磷硅玻璃或低介電常數(shù)材料。依照本發(fā)明的實施例所述的具有雙重全金屬硅化物柵極的半導(dǎo)體元件 的制造方法，進(jìn)行第一金屬硅化工藝的步驟之后，包括移除殘余的材料層， 并進(jìn)行第二金屬硅化工藝，以于第 一源極/漏極與第二源極/漏極上形成金屬 硅化物層。依照本發(fā)明的實施例所述的具有雙重全金屬硅化物柵極的半導(dǎo)體元件 的制造方法，第二金屬硅化工藝包括下列步驟。于基底上形成第二金屬層， 此第二金屬層接觸第一源極/漏極與第二源極/漏極。進(jìn)行第一退火工藝，使 第二金屬層與第一源極/漏極、第二源極/漏極反應(yīng)形成暫態(tài)金屬硅化物。接 著，移除未反應(yīng)的第二金屬層。之后進(jìn)行第二退火工藝，使暫態(tài)金屬硅化物 反應(yīng)形成低阻值金屬硅化物。依照本發(fā)明的實施例所述的具有雙重全金屬硅化物柵極的半導(dǎo)體元件 的制造方法，第二金屬層的材質(zhì)可為鎳、鈷、鈦、銅、鉬、鉭、鎢、鉺、鋯、鉑、鐿(Yb)、禮(Gd)、鏑(Dy)與這些金屬的合金的其中之一。依照本發(fā)明的實施例所述的具有雙重全金屬硅化物柵極的半導(dǎo)體元件 的制造方法，其中金屬硅化物層的形成溫度低于第 一金屬硅化物柵極與第二 金屬硅化物柵極的形成溫度。依照本發(fā)明的實施例所述的具有雙重全金屬硅化物柵極的半導(dǎo)體元件 的制造方法，其中金屬硅化物層包含NiSi。依照本發(fā)明的實施例所述的具有雙重全金屬硅化物柵極的半導(dǎo)體元件 的制造方法，還包括于第 一柵極與基底之間形成第一柵介電層及于第二柵極 與基底之間形成第二柵介電層。依照本發(fā)明的實施例所述的具有雙重全金屬硅化物柵極的半導(dǎo)體元件 的制造方法，第一柵介電層及第二柵介電層分別由一層或一層以上的介電材 料層所構(gòu)成。依照本發(fā)明的實施例所述的具有雙重全金屬硅化物柵極的半導(dǎo)體元件的制造方法，第一柵介電層及第二柵介電層的材質(zhì)包括介電常數(shù)大于4的高 介電常數(shù)材料。依照本發(fā)明的實施例所述的具有雙重全金屬硅化物柵極的半導(dǎo)體元件 的制造方法，第一柵介電層及第二柵介電層的材質(zhì)可為氧化硅、氮氧化硅、氮化硅、氧化鉭(Ta20s)、氧化鋁^1203)、氧化給(Hf02)、氮氧化硅鉿(HfSiON)、 氧化硅鉿(HfSi02)、氧化硅鋁鉿(HfAlSi02)的其中之一。依照本發(fā)明的實施例所述的具有雙重全金屬硅化物柵極的半導(dǎo)體元件 的制造方法，第一晶體管與第二晶體管為鰭式場效晶體管。依照本發(fā)明的實施例所述的具有雙重全金屬硅化物柵極的半導(dǎo)體元件 的制造方法，第一晶體管與該第二晶體管為多柵極晶體管。在本發(fā)明的具有雙重全金屬硅化物柵極的半導(dǎo)體元件的制造方法中，只 要進(jìn)行一次金屬硅化工藝，即可以形成性質(zhì)不同的第 一金屬硅化物柵極與第 二金屬硅化物柵極。由于不需要額外的光刻蝕刻工藝，因此工藝簡單。而且，由于以材料層保護第一源極/漏極、第二源極/漏極，因此在進(jìn)行 金屬硅化工藝以同時形成第一金屬硅化物柵極與第二金屬硅化物柵極的步 驟中，就可以避免第一金屬層與第一源極/漏極、第二源極/漏極中的硅反應(yīng)。本發(fā)明提出 一種具有雙重全金屬硅化物柵極的半導(dǎo)體元件的制造方法， 包括下列步驟。首先，提供基底，此基底上已形成有第一晶體管與第二晶體 管，第一晶體管包括第一柵極、第一頂蓋層、第一源極/漏極，第二晶體管包 括第二柵極、第二頂蓋層、第二源極/漏極，其中該第一柵極與該第二柵極的 高度不同。然后，進(jìn)行第一金屬硅化工藝，以于第一源極/漏極與第二源極/ 漏極上形成金屬硅化物層。移除第一頂蓋層與第二頂蓋層后，對第一柵極與 第二柵極進(jìn)行第二金屬硅化工藝，以同時形成第 一金屬硅化物柵極與第二金 屬硅化物柵極，其中第 一金屬硅化物柵極的材質(zhì)與第二金屬硅化物柵極的材 質(zhì)不同。依照本發(fā)明的實施例所述的具有雙重全金屬硅化物柵極的半導(dǎo)體元件 的制造方法，第一金屬硅化工藝包括下列步驟。于基底上形成第一金屬層， 第一金屬層接觸第一源極/漏極與第二源極/漏極。進(jìn)行第一退火工藝，使第 一金屬層與第一源極/漏極、第二源極/漏極反應(yīng)形成暫態(tài)金屬硅化物。接著， 移除未反應(yīng)的第一金屬層。之后，進(jìn)行第二退火工藝，使暫態(tài)金屬硅化物轉(zhuǎn) 換成低阻值的穩(wěn)定金屬硅化物。依照本發(fā)明的實施例所述的具有雙重全金屬硅化物柵極的半導(dǎo)體元件 的制造方法，第一金屬層的材質(zhì)可為鎳、鈷、鈦、銅、鉬、鉭、鴒、鉺、鋯、鉑、鐿(Yb)、禮(Gd)、鏑(Dy)與這些金屬的合金的其中之一。依照本發(fā)明的實施例所述的具有雙重全金屬硅化物棚-極的半導(dǎo)體元件 的制造方法，第一柵極的材質(zhì)包括未摻雜多晶硅；第二柵極的材質(zhì)包括摻雜多晶硅。依照本發(fā)明的實施例所述的具有雙重全金屬硅化物柵極的半導(dǎo)體元件 的制造方法，其中第一柵極與第二柵極的高度比介于1.4 1.8。依照本發(fā)明的實施例所述的具有雙重全金屬硅化物柵極的半導(dǎo)體元件 的制造方法，第一金屬硅化物柵極的材質(zhì)包括多硅(silicon-rich)金屬硅化物； 第二金屬硅化物柵極的材質(zhì)包括多金屬(metal-rich)金屬硅化物。依照本發(fā)明的實施例所述的具有雙重全金屬硅化物柵極的半導(dǎo)體元件 的制造方法，第二金屬硅化工藝包括下列步驟。于基底上形成第二金屬層， 第二金屬層接觸第一柵極與第二柵極。進(jìn)行第一退火工藝，使第二金屬層與 第一柵極、第二柵極反應(yīng)形成暫態(tài)金屬硅化物。移除未反應(yīng)的第二金屬層。 之后，進(jìn)行第二退火工藝，使暫態(tài)金屬硅化物轉(zhuǎn)換成低阻值的穩(wěn)定金屬硅化 物。依照本發(fā)明的實施例所述的具有雙重全金屬硅化物柵極的半導(dǎo)體元件 的制造方法，第二金屬層的材質(zhì)可為鎳、鈷、鈦、銅、鉬、鉭、鎢、鉺、鋯、 鉑、鐿(Yb)、軋(Gd)、鏑(Dy)與這些金屬的合金的其中之一。依照本發(fā)明的實施例所述的具有雙重全金屬硅化物柵極的半導(dǎo)體元件 的制造方法，第 一金屬硅化物柵極的材質(zhì)包括多硅硅化鎳(鎳與硅的組成比 Ni: Si<1.5: 1);第二金屬硅化物柵極的材質(zhì)包括多鎳硅化鎳(鎳與硅的組成 比Ni: Si〉1.5: 1)。依照本發(fā)明的實施例所述的具有雙重全金屬硅化物柵極的半導(dǎo)體元件 的制造方法，其中多硅(silicon-rich)金屬硅化物包括MSi2或NiSi。依照本發(fā)明的實施例所述的具有雙重全金屬硅化物柵極的半導(dǎo)體元件 的制造方法，其中多金屬(metal-rich)金屬硅化物包括Ni2Si、 N^Si,2或M3Si。依照本發(fā)明的實施例所述的具有雙重全金屬硅化物柵極的半導(dǎo)體元件 的制造方法，移除第 一頂蓋層與第二頂蓋層的方法包括蝕刻法。依照本發(fā)明的實施例所述的具有雙重全金屬硅化物柵極的半導(dǎo)體元件的制造方法，移除部分第一頂蓋層與第二頂蓋層的步驟后，還包括移除部分 第 一柵極或部分第二柵極。依照本發(fā)明的實施例所述的具有雙重全金屬硅化物柵極的半導(dǎo)體元件 的制造方法，其中金屬硅化物層的形成溫度高于第 一金屬硅化物柵極與第二 金屬硅化物4冊極的形成溫度。依照本發(fā)明的實施例所述的具有雙重全金屬硅化物柵極的半導(dǎo)體元件 的制造方法，其中進(jìn)行第一金屬硅化工藝的步驟之后，還包括于基底上形成 材料層，并移除部分材料層、第一頂蓋層與第二頂蓋層，直到暴露出第一柵 極與第二4冊才及。依照本發(fā)明的實施例所述的具有雙重全金屬硅化物柵極的半導(dǎo)體元件 的制造方法，移除部分材料層、第一頂蓋層與第二頂蓋層的步驟后，還包括 移除部分第 一一冊極或部分第二4冊極。依照本發(fā)明的實施例所述的具有雙重全金屬硅化物柵極的半導(dǎo)體元件 的制造方法，移除部分材料層、第一頂蓋層與第二頂蓋層的方法包括化學(xué)機 械研磨法、干法蝕刻法、濕法蝕刻法。依照本發(fā)明的實施例所述的具有雙重全金屬硅化物柵極的半導(dǎo)體元件 的制造方法，進(jìn)行第一金屬硅化工藝的步驟之后，還包括于基底上形成材料 層及絕緣層。然后，移除部分絕緣層及材料層、第一頂蓋層與第二頂蓋層， 直到暴露出第 一柵極與第二柵極。依照本發(fā)明的實施例所述的具有雙重全金屬硅化物柵極的半導(dǎo)體元件 的制造方法，移除部分絕緣層及材料層、第一頂蓋層與第二頂蓋層的步驟后， 還包括移除部分第 一柵極或部分第二柵極。依照本發(fā)明的實施例所述的具有雙重全金屬硅化物柵極的半導(dǎo)體元件 的制造方法，移除部分絕緣層及材料層、第一頂蓋層與第二頂蓋層的方法包 括化學(xué)機械研磨法或蝕刻法。依照本發(fā)明的實施例所述的具有雙重全金屬硅化物柵極的半導(dǎo)體元件 的制造方法，第一晶體管為N溝道金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管或P溝道金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管的其中之一；第二晶體管為N溝道金屬氧化物半導(dǎo)體晶體 管或P溝道金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管的其中之一。依照本發(fā)明的實施例所述的具有雙重全金屬硅化物柵極的半導(dǎo)體元件 的制造方法，于第一柵極與基底之間形成有第一柵介電層；于第二柵極與基底之間形成有第二柵介電層。依照本發(fā)明的實施例所述的具有雙重全金屬硅化物柵極的半導(dǎo)體元件 的制造方法，第一柵介電層及第二柵介電層分別由一層或一層以上的介電材 料層所構(gòu)成。依照本發(fā)明的實施例所述的具有雙重全金屬硅化物柵極的半導(dǎo)體元件 的制造方法，其中第一柵介電層及第二柵介電層的材質(zhì)包括介電常數(shù)大于4 的高介電常數(shù)材料。依照本發(fā)明的實施例所述的具有雙重全金屬硅化物柵極的半導(dǎo)體元件 的制造方法，第一柵介電層及第二柵介電層的材質(zhì)可為氧化硅、氮氧化硅、氮化硅、氧化鉭(Ta20s)、氧化鋁(八1203)、氧化鉿(Hf02)、氮氧化硅鉿(HfSiON)、 氧化硅鉿(HfSi02)、氧化硅鋁鉿(HfAlSi02)的其中之一。依照本發(fā)明的實施例所述的具有雙重全金屬硅化物柵極的半導(dǎo)體元件 的制造方法，第一晶體管與第二晶體管為鰭式場效晶體管。依照本發(fā)明的實施例所述的具有雙重全金屬硅化物柵極的半導(dǎo)體元件 的制造方法，第一晶體管與該第二晶體管為多柵極晶體管。在本發(fā)明的具有雙重全金屬硅化物柵極的半導(dǎo)體元件的制造方法中，第 一柵極及第二柵極的材質(zhì)不同，在移除第一頂蓋層、第二頂蓋層而暴露出第 一柵極及第二柵極后，進(jìn)行金屬硅化工藝，即可以形成性質(zhì)不同的第一金屬 硅化物柵極與第二金屬硅化物柵極。由于不需要額外的光刻蝕刻工藝，因此 工藝簡單。而且，若移除第一頂蓋層、第二頂蓋層時，采用蝕刻法，而不是 使用化學(xué)機械研磨法，同樣也可以簡化工藝，而可以減少成本。此外，由于金屬硅化物層的形成溫度高于第一金屬硅化物柵極與第二金 屬硅化物柵極的形成溫度，因此在形成第一金屬硅化物柵極與第二金屬硅化 物柵極時，就可以避免第一金屬層與第一源極/漏極與第二源極/漏極中的硅 接續(xù)反應(yīng)，而影響元件特性。另外，由于可利用移除暴露出的部分第一柵極及第二柵極來調(diào)整第 一柵 極及第二柵極的高度，因此可對后續(xù)形成的第 一金屬硅化物柵極與第二金屬 硅化物柵極進(jìn)行調(diào)整，使第一金屬硅化物柵極與第二金屬硅化物柵極具有優(yōu) 選的操作性能及特性。為讓本發(fā)明的上述和其他目的、特征和優(yōu)點能更明顯易懂，下文特舉優(yōu) 選實施例，并配合附圖，作詳細(xì)i兌明如下。


圖1A至圖ID為繪示依照本發(fā)明的第一實施例的具有雙重全金屬硅化 物柵極的半導(dǎo)體元件制造方法的工藝剖面圖。
圖2A至圖2D為繪示依照本發(fā)明的第二實施例的具有雙重全金屬硅化 物柵極的半導(dǎo)體元件制造方法的工藝剖面圖。
圖3A至圖3D為繪示依照本發(fā)明的第三實施例的具有雙重全金屬硅化 物柵極的半導(dǎo)體元件制造方法的工藝剖面圖。
主要元件符號說明
100、200:基底
102、104、202、 204:晶體管
106、206:元件隔離結(jié)構(gòu)
108、118、208、 218:柵介電層
110、120、210、 220:柵極
110a、120a、 210a、 220a:金屬硅化物柵極112、122:頂蓋層
114、124、214、 224:間隙壁
116、126、216、 226:源才及/漏才及
128、134、228、 234:金屬層
130、132、230、 232:金屬硅化物層
136、236:介電層
138、238:層間絕緣層
140、212:材料層
142:材料層具體實施方式
第一實施例
圖1A至圖1D為繪示依照本發(fā)明的第一實施例的具有雙重全金屬硅化 物柵極的半導(dǎo)體元件制造方法的工藝剖面圖。
請參照圖1A,首先提供基底100。此基底100包括硅基底，例如是N型硅基底或P型硅基底。當(dāng)然，基底100也可以是絕緣層上有硅的基底等。
在此基底100上已形成有晶體管102及晶體管104。晶體管102及晶體 管104例如是由元件隔離結(jié)構(gòu)106隔離。元件隔離結(jié)構(gòu)106例如是淺溝槽隔 離結(jié)構(gòu)或場氧化層。
晶體管102例如是由柵介電層108、柵極IIO、頂蓋層112、間隙壁114 以及源極/漏極116所構(gòu)成。
柵介電層108位于柵極110與基底100之間。柵介電層的材質(zhì)包括介電 常數(shù)大于4的高介電常數(shù)材料，例如氧化硅、氮氧化硅、氮化硅、氧化鉭 (Ta205)、氧化鋁(八1203)、氧化鉿(Hf02)、氮氧化硅鉿(HfSiON)、氧化硅鉿 (HfSi02)、氧化硅鋁鉿(HfAlSi02)等。柵介電層108可以由一層或一層以上的 介電材料層所構(gòu)成。舉i列來說，柵介電層108可以由單層的前述高介電常數(shù) 材料所構(gòu)成，或者也可以是由一層氧化硅層與一層高介電常數(shù)材料層所構(gòu) 成。
頂蓋層112例如是設(shè)置于柵極110上。頂蓋層112的材質(zhì)例如是氧化硅、 氮化硅或氮氧化硅。間隙壁114例如是設(shè)置于柵極110側(cè)壁。間隙壁114的 材質(zhì)例如是氧化硅、氮化硅或兩者的組合。源極/漏極116例如是設(shè)置于柵極 110兩側(cè)的基底中。
柵極110的材質(zhì)包括以硅為基礎(chǔ)的材料，例如是摻雜硅、未摻雜硅、摻 雜多晶硅或未摻雜多晶硅的其中之一。當(dāng)柵極110的材質(zhì)為摻雜硅或摻雜多 晶硅時，在硅或多晶硅中的摻雜劑可以是N型摻雜劑，也可以是P型摻雜劑。 晶體管102例如是N溝道金屬氧化物半導(dǎo)體元件(NMOS)或P溝道金屬氧化 物半導(dǎo)體元件(PMOS)。在第一實施例中，在下述的說明中，以柵極110的 材質(zhì)為未摻雜多晶硅，且晶體管102為N溝道金屬氧化物半導(dǎo)體元件(NMOS) 為例做說明。
晶體管104例如是由柵介電層118、柵極120、頂蓋層122、間隙壁124 以及源極/漏極126所構(gòu)成。
柵介電層118位于柵極120與基底100之間。柵介電層118的材質(zhì)包括 介電常數(shù)大于4的高介電常數(shù)材料，例如氧化硅、氮氧化硅、氮化硅、氧化 鉭(丁&205)、氧化鋁(^203)、氧化鉿(HfD2)、氮氧化硅鉿(HfSiON)、氧化硅鉿 (HfSi02)、氧化硅鋁鉿(HfAlSi02)等。柵介電層118可以由一層或一層以上的 介電材料層所構(gòu)成。舉例來說，柵介電層118可以由單層的前述高介電常數(shù)材料所構(gòu)成，或者也可以是由一層氧化硅層與一層高介電常數(shù)材料層所構(gòu)成。
頂蓋層122例如是設(shè)置于柵極120上。頂蓋層122的材質(zhì)例如是氧化硅 或氮化硅。間隙壁124例如是設(shè)置于柵極120側(cè)壁。間隙壁124的材質(zhì)例如 是氧化硅、氮化硅或兩者的組合。源極/漏極126例如是設(shè)置于柵極120兩側(cè) 的基底中。
柵極120的材質(zhì)包括以硅為基礎(chǔ)的材料，例如是摻雜硅、未摻雜硅、摻 雜多晶硅或未摻雜多晶硅的其中之一。當(dāng)柵極120的材質(zhì)為摻雜硅或摻雜多 晶硅時，在硅或多晶硅中的摻雜劑可以是N型摻雜劑，也可以是P型摻雜劑。 晶體管104例如是N溝道金屬氧化物半導(dǎo)體元件(NMOS)或P溝道金屬氧化 物半導(dǎo)體元件(PMOS)。在下述的說明中，以柵極120的材質(zhì)為摻雜多晶硅， 且晶體管104為P溝道金屬氧化物半導(dǎo)體元件(PMOS)為例做說明。
于基底IOO上形成晶體管102及晶體管104的方法，可以采用一^&的互 補式金屬氧化物半導(dǎo)體工藝來達(dá)成，因此不再贅述。
然后，于基底IOO上形成一層金屬層128。金屬層128的材質(zhì)包括高溫 耐火金屬、過渡金屬、貴重金屬或稀土金屬，例如是鎳、鈷、鈦、銅、鉬、 鉭、鎢、鉺、鋯、柏、鐿(Yb)、禮(Gd)、鏑(Dy)與該些金屬的合金的其中之 一。金屬層128的形成方法包括蒸鍍、濺鍍、電鍍、化學(xué)氣相沉積(CVD)或 是物理氣相沉積法等方法。在下述的說明中，以金屬層128的材質(zhì)為鈷為例 做說明。
請參照圖1B,進(jìn)行第一退火工藝。以使源極/漏極116、 126中的硅與金 屬層128反應(yīng)生成暫態(tài)金屬硅化物層。在進(jìn)行第一退火工藝的過程中，金屬 層128以及鄰近金屬層128的硅層會因高溫而發(fā)生交互擴散的現(xiàn)象，并使原 子進(jìn)行重新排列而成為暫態(tài)金屬硅化物(silicide)。所形成的暫態(tài)金屬硅化物 包括高溫耐火金屬、過渡金屬、貴重金屬以及稀土金屬的金屬硅化物，例如 是鎳、鈷、鈦、銅、鉬、鉭、鴒、鉺、鋯、柏、鐿(Yb)、禮(Gd)、鏑(Dy)與 該些金屬的合金的硅化物的其中之一。在本實施例中，暫態(tài)金屬硅化物層例 如為CoSi。
第一退火工藝的溫度及退火時間會依照金屬層的材質(zhì)而有所不同。在本 實施例中，金屬層128的材質(zhì)例如為鈷，因此第一退火工藝的溫度例如是 400~ 800°C,且第一退火時間約為1Q 360秒。然后，移除未反應(yīng)的金屬層128。在本發(fā)明中，所謂的未反應(yīng)的金屬層
128是指金屬層128未參與硅化反應(yīng)或反應(yīng)未完全的部分。移除未反應(yīng)的金 屬層128的方法例如是進(jìn)行選擇性的濕法蝕刻(Selective WetEtch)工藝。以鹽 酸/過氧化氫混合溶液或硫酸/過氧化氫混合溶液作為蝕刻劑移除未反應(yīng)的金 屬層128,而只留下位于源極/漏極116、 126表面的暫態(tài)金屬硅化物層。之 后，進(jìn)行第二退火工藝，使暫態(tài)金屬硅化物轉(zhuǎn)換成低阻值的穩(wěn)定金屬硅化物 130、 132。在本實施例中，穩(wěn)定金屬硅化物130、 132例如為CoSi2。
第二退火工藝的溫度及退火時間會依照金屬層的材質(zhì)而有所不同。在本 實施例中，金屬層128的材質(zhì)例如為鈷，因此第二退火工藝的溫度例如是 500~900°C,且第二退火時間約為30~360秒。
在本發(fā)明中，所謂的金屬硅化工藝即由金屬層形成工藝、第一退火工藝、 移除未反應(yīng)的金屬層工藝以及第二退火工藝等四個工藝構(gòu)成。
接著，移除頂蓋層112、 122,以暴露出柵極110、 120。移除頂蓋層112、 122的方法例如是濕法蝕刻法。在濕法蝕刻工藝中所使用的蝕刻劑是由頂蓋 層112、 122的材質(zhì)決定。舉例來說，當(dāng)頂蓋層112、 122的材質(zhì)為氧化硅時， 例如以氫氟酸溶液作為蝕刻劑；當(dāng)頂蓋層112、 122的材質(zhì)為氮化硅時，例 如以熱磷酸溶液作為蝕刻劑。
請參照圖1C,移除暴露出的部分柵極110、 120,以調(diào)整柵極110、 120 的高度。由于柵極110與柵極120的材質(zhì)并不相同，因此具有不同的蝕刻選 擇性，在本實施例中，柵極110的材質(zhì)為未摻雜多晶硅，柵極120的材質(zhì)為 摻雜多晶硅。移除部分柵極110、 120的方法包括蝕刻法，例如是干法蝕刻 法或濕法蝕刻法。使用干法蝕刻法移除部分柵極110、 120時，可采用氯氣(或 溴氣)及六氟化二碳的混合氣體作為反應(yīng)氣體。在此情況下，摻雜多晶硅的 蝕刻率會大于未摻雜多晶硅。因此，柵極110的高度會大于柵極120的高度。 在本實施例中，柵極110的高度與柵極120的高度比介于1.1-2.0,優(yōu)選高度 比介于1.4 1.8。當(dāng)然，在調(diào)整退火條件下，本發(fā)明也可以不進(jìn)行移除暴露出 的部分柵極110、 120的步驟。
然后，于基底100上形成一層金屬層134。金屬層134接觸柵極110、 120。金屬層134的材質(zhì)例如是鎳、鈷、鈦、銅、鉬、鉭、鴒、鉺、鋯、鈾、 鐿(Yb)、釓(Gd)、鏑(Dy)與該些金屬的合金的其中之一。金屬層134的形成 方法包括蒸鍍、濺鍍、電鍍、化學(xué)氣相沉積(CVD)或是物理氣相沉積法等方法。在本發(fā)明中，金屬層134的材質(zhì)與金屬層128的材質(zhì)可為相同也可為不
同。金屬層134的金屬硅化反應(yīng)溫度優(yōu)選是低于金屬層128的金屬硅化反應(yīng) 溫度。由于鎳的金屬硅化反應(yīng)溫度低于鈷的金屬硅化反應(yīng)溫度，因此在下述 的說明中，以金屬層134的材質(zhì)為鎳為例做說明。
請參照圖1D,進(jìn)行第一退火工藝。以使柵極110、 120中的硅與金屬層 134反應(yīng)生成金屬硅化物柵極110a、 120a。在進(jìn)行第一退火工藝的過程中， 金屬層134以及鄰近金屬層134的硅層會因高溫而發(fā)生交互擴散的現(xiàn)象，并 使原子進(jìn)行重新排列而成為暫態(tài)金屬硅化物(silicide)。所形成的金屬硅化物 柵極110a、 120a包括高溫耐火金屬、過渡金屬、貴重金屬以及稀土金屬的 金屬硅化物，例如是鎳、鈷、鈦、銅、鉬、鉭、鴒、鉺、鋯、鈾、鐿(Yb)、 禮(Gd)、鏑(Dy)與該些金屬的合金的硅化物的其中之一。其中，柵極110的 材質(zhì)為未摻雜多晶硅，柵極110與金屬層134反應(yīng)后形成多硅(silicon-rich) 金屬硅化物。柵極120的材質(zhì)為摻雜多晶硅，柵極120與金屬層134反應(yīng)后 會形成多金屬(metal-rich)金屬硅化物。
第 一退火工藝的溫度及退火時間會依照金屬層的材質(zhì)及柵極的高度而 有所不同。在本實施例中，金屬層134的材質(zhì)例如是為鎳，因此第一退火工 藝的溫度例如是350 70(TC，且退火時間約為10~600秒。而且，金屬硅化 物柵極110a的材質(zhì)例如是為多硅硅化鎳(鎳與硅的組成比Ni: Si<1.5: 1), 在本實施例中，多硅硅化鎳?yán)缡荖iSi2或NiSi;金屬硅化物柵極112a的材 質(zhì)例如為多鎳硅化鎳(鎳與硅的組成比Ni: Si>1.5: 1)，在本實施例中，多鎳 硅化鎳?yán)缡荖i2Si、 Ni^Si,2或Ni3Si。
然后，移除未反應(yīng)的金屬層134。在本發(fā)明中，所謂的未反應(yīng)的金屬層 134是指金屬層134未參與硅化反應(yīng)或反應(yīng)未完全的部分。移除未反應(yīng)的金 屬層134的方法例如是進(jìn)行選擇性的濕法蝕刻(Selective WetEtch)工藝。以鹽 酸/過氧化氬混合溶液或^^酸/過氧化氫混合溶液作為蝕刻劑移除未反應(yīng)的金 屬層134,而只留下完全金屬硅化的金屬硅化物柵極110a、 120a。
之后，進(jìn)行第二退火工藝，使暫態(tài)金屬硅化物轉(zhuǎn)換成低阻值的穩(wěn)定金屬 硅化物。第二退火工藝的溫度及退火時間會依照金屬層的材質(zhì)而有所不同。
在本發(fā)明中，所謂的金屬硅化工藝即由金屬層形成工藝、第一退火工藝、 移除未反應(yīng)的金屬層工藝以及第二退火工藝等四個工藝構(gòu)成。通過一次金屬 硅化工藝，可以同時形成材質(zhì)、性質(zhì)不同的金屬硅化物柵極110a、 120a。接著，于基底100上形成介電層136，介電層136全面性的覆蓋于晶體 管102及晶體管104上。介電層136的材質(zhì)例如是氮化硅，其形成方法例如 是化學(xué)氣相沉積法。之后，于基底IOO上形成一層層間絕緣層138。層間絕 緣層138的材質(zhì)例如是氧化硅、磷珪玻璃、硼磷硅玻璃等。
在本發(fā)明的第一實施例的具有雙重全金屬硅化物柵極的半導(dǎo)體元件制 造方法中，晶體管102及晶體管104的柵極的材質(zhì)不同，在移除頂蓋層112、 122而暴露出柵極110、 120后，進(jìn)行金屬硅化工藝，即可以形成性質(zhì)不同的 金屬硅化物柵極110a、 120a。由于不需要額外的光刻蝕刻工藝，因此工藝簡 單。而且，移除頂蓋層112、 122是采用濕法蝕刻法，而不是使用化學(xué)機械 研磨法，同樣也可以簡化工藝，而可以減少成本。
此外，由于金屬硅化物層130、 132的形成溫度高于金屬硅化物柵極110a、 120a的形成溫度，因此在形成金屬硅化物柵極110a、 120a時，就可以避免 金屬層134與源極/漏極116、 126中的硅進(jìn)一步反應(yīng)，而影響元件特性。
另夕卜，由于可通過移除暴露出的部分柵極110、 120來調(diào)整柵極110、 120 的高度，因此可對后續(xù)形成的金屬硅化物柵極110a、 120a進(jìn)行調(diào)整，使金 屬硅化物柵極110a、 120a具有優(yōu)選的操作性能及特性。在本實施例中，金 屬硅化物柵極110a的高度與金屬硅化物柵極120a的高度比介于0.8-1.5,優(yōu) 選高度比介于1.0 1.3。
請繼續(xù)參照圖1D，以說明本發(fā)明的具有雙重全金屬硅化物柵極的半導(dǎo) 體元件。
如圖1D所示，本發(fā)明的具有雙重全金屬硅化物柵極的半導(dǎo)體元件至少 包括晶體管102與晶體管104。晶體管102的金屬硅化物柵極110a的材質(zhì)與 晶體管104的金屬硅化物柵極120a的材質(zhì)不同。晶體管102的金屬硅化物 柵極110a的材質(zhì)包括多金屬(metal-rich)金屬硅化物。晶體管104的金屬硅化 物柵極120a的材質(zhì)包括多硅(silicon-rich)金屬硅化物。其中金屬硅化物柵極 110a與金屬硅化物柵極120a是在同一個金屬硅化工藝中形成的。介電層136 全面性的覆蓋于晶體管102與晶體管104上。層間絕緣層138設(shè)置于介電層 136上。
在本發(fā)明的具有雙重全金屬硅化物柵極的半導(dǎo)體元件中，晶體管102的 金屬硅化物柵極110a與晶體管104的金屬硅化物柵極120a分別是由不同的 材質(zhì)所構(gòu)成，因此晶體管102與晶體管104具有不同的操作性能及特性。但是，晶體管102的金屬硅化物柵極110a與晶體管104的金屬硅化物柵極120a 是在同一個金屬硅化工藝中形成的，因此可以簡化工藝步驟并節(jié)省成本。而 且，金屬硅化物柵極110a的高度與金屬硅化物柵極120a的高度比較小者， 可以提供較大的平面裕度。
在上述實施例中，晶體管102與晶體管104是以典型的晶體管為例作說 明。當(dāng)然晶體管102與晶體管104也可以為鰭式場效晶體管或多柵極晶體管。
第二實施例
圖2A至圖2D為繪示依照本發(fā)明的第二實施例的具有雙重全金屬硅化 物柵極的半導(dǎo)體元件制造方法的工藝剖面圖。第.二實施例是第一實施例的變 形例，在第二實施例中，構(gòu)件與第一實施例相同者，給予相同的標(biāo)號，并省 略其說明。
請參照圖2A,首先提供基底100。此基底100包括硅基底。在此基底 IOO上已形成有晶體管102及晶體管104。晶體管102及晶體管104例如是 由元件隔離結(jié)構(gòu)106隔離。晶體管102例如是由柵介電層108、柵極110、 頂蓋層112、間隙壁114以及源極/漏極116所構(gòu)成。晶體管104例如是由柵 介電層118、柵極120、頂蓋層122、間隙壁124以及源極/漏極126所構(gòu)成。 在下述的說明中，以柵極110的材質(zhì)為未摻雜多晶硅，且晶體管102為N溝 道金屬氧化物半導(dǎo)體元件(NMOS);柵極120的材質(zhì)為摻雜多晶硅，且晶體 管104為P溝道金屬氧化物半導(dǎo)體元件(PMOS)為例做說明。
然后，于基底IOO上形成一層金屬層128。金屬層128的材質(zhì)包括高溫 耐火金屬、過渡金屬、貴重金屬以及稀土金屬，例如是鎳、鈷、鈦、銅、鉬、 鉭、鴒、鉺、鋯、鉬、鐿(Yb)、 4L(Gd)、鏑(Dy)與該些金屬的合金的其中之 一。在本實施例中，金屬層128的材質(zhì)例如是Co。
請參照圖2B，進(jìn)行第一退火工藝。以使源極/漏極116、 126中的硅與金 屬層128反應(yīng)生成金屬硅化物層130、 132。金屬硅化物130、 132包括高溫 耐火金屬、貴重金屬以及稀土金屬等的金屬硅化物其中之一，例如是鎳、鈷、 鈦、銅、鉬、鉭、鵠、鉺、鋯、鉬、鐿(Yb)、禮(Gd)、鏑(Dy)與該些金屬的 合金的硅化物的其中之一。然后，移除未反應(yīng)的金屬層128。之后，再進(jìn)行 第二退火工藝。在本實施例中，金屬硅化物130、 132的材質(zhì)例如是CoSi2。
接著，于基底100上，形成一層材料層140。此材料層140的材質(zhì)例如是氮化硅，其形成方法例如是化學(xué)氣相沉積法。于材料層140上再形成一層絕緣層142。此絕緣層142的材質(zhì)例如是氧化硅、磷硅玻璃、硼磷硅玻璃等， 其形成方法例如是化學(xué)氣相沉積法。材料層140及絕緣層142是用于保護源 極/漏極116、 126上的金屬硅化物層130、 132,不受后續(xù)的金屬硅化工藝影響。請參照圖2C,移除部分絕緣層142、材料層140、頂蓋層112、 122,以 暴露出柵極IIO、 120。移除部分絕緣層142、材料層140、頂蓋層112、 122 的方法可包含化學(xué)機械研磨法、干法蝕刻法、濕法蝕刻法。殘留的絕緣層142、 材料層140至少覆蓋住源極/漏極116、 126上的金屬硅化物層130、 132。在 移除部分絕緣層142、材料層140、頂蓋層112、 122的過程中，亦會移除部 分間隙壁114、 124。然后，于基底100上形成一層金屬層134。金屬層134接觸柵極110、 120。金屬層134的材質(zhì)例如是鎳、鈷、鈦、銅、鉬、鉭、鎢、鉺、鋯、柏、 鐿(Yb)、禮(Gd)、鏑(Dy)與該些金屬的合金的其中之一。在本發(fā)明中，金屬 層134的材質(zhì)與金屬層128的材質(zhì)可為相同也可為不同。由于以絕緣層142、 材料層140保護源極/漏極116、 126上的金屬硅化物層130、 132，因此金屬 層134的金屬硅化反應(yīng)溫度就不一定要低于金屬層128的金屬硅化反應(yīng)溫 度。金屬層134的材質(zhì)可以選用上述的任一種材料。在本實施例中，金屬層 134的材質(zhì)例如是Ni。當(dāng)然，在形成金屬層134之前，也可以移除暴露出的 部分柵極IIO、 120,以調(diào)整柵極IIO、 120的高度。在本實施例中，柵極IIO 的高度與柵極120的高度比介于1.卜2.0,優(yōu)選高度比介于1.4 1.8。請參照圖2D，進(jìn)行第一退火工藝。以使柵極IIO、 120中的硅與金屬層 134反應(yīng)生成金屬硅化物柵極110a、 120a。金屬硅化物柵極110a、 120a包括 高溫耐火金屬、貴重金屬以及稀土金屬等的金屬硅化物其中之一，例如是鎳、 鈷、鈦、銅、鉬、鉭、鴒、鉺、鋯、鉑、鐿(Yb)、禮(Gd)、鏑(Dy)與該些金 屬的合金的硅化物的其中之一。其中，柵極110的材質(zhì)為未摻雜多晶硅，柵 極110與金屬層134反應(yīng)后形成多硅(silicon-rich)金屬硅化物。在本實施例中， 多硅(silicon-rich)金屬硅化物例如是NiSi2或NiSi。柵極120的材質(zhì)為摻雜多 晶硅，柵極120與金屬層134反應(yīng)后會形成多金屬(metal-rich)金屬硅化物。 在本實施例中，多金屬(metal-rich)金屬硅化物例如是Ni2Si、 NiaSi^或Ni3Si。 然后，移除未反應(yīng)的金屬層134，并進(jìn)行第二退火工藝。在本發(fā)明的第二實施例的具有雙重全金屬硅化物柵極的半導(dǎo)體元件制 造方法中，晶體管102及晶體管104的柵極的材質(zhì)不同，在移除部分絕緣層142、材料層140、頂蓋層112、 122而暴露出柵極110、 120后，進(jìn)行金屬硅 化工藝，即可以形成性質(zhì)不同的金屬硅化物柵極110a、 120a。由于不需要額 外的光刻蝕刻工藝，因此工藝簡單，而可以減少成本。此外，由于以絕緣層142、材料層140保護源極/漏極116、 126上的金 屬硅化物層130、 132,因此在形成金屬硅化物柵極110a、 120a時，就可以 避免金屬層134與源極/漏極116、 126中的硅接續(xù)反應(yīng)，而影響元件特性。另夕卜，由于可利用移除暴露出的部分柵極110、 120來調(diào)整柵極110、 120 的高度，因此可對后續(xù)形成的金屬硅化物柵極110a、 120a進(jìn)行調(diào)整，使金 屬硅化物柵極110a、 120a具有優(yōu)選的操作性能及特性。在本實施例中，金 屬硅化物柵極110a的高度與金屬硅化物柵極120a的高度比介于0.8 1.5，優(yōu) 選高度比介于1.0 1.3。此外，絕緣層142的設(shè)置是可選擇的，亦即也可以不 設(shè)置絕緣層142而只設(shè)置材料層140。在上述實施例中，晶體管102與晶體管104是以典型的晶體管為例作說 明。當(dāng)然晶體管102與晶體管104也可以為鰭式場效晶體管或多柵極晶體管。第三實施例圖3A至圖3D為繪示依照本發(fā)明的第三實施例的具有雙重全金屬硅化 物柵極的半導(dǎo)體元件制造方法的工藝剖面圖。請參照圖3A，首先提供基底200。此基底200包括硅基底，例如是N 型硅基底或P型硅基底。當(dāng)然，基底200也可以是絕緣層上有硅的基底等。在此基底200上已形成有晶體管202及晶體管204。晶體管202及晶體 管204例如是由元件隔離結(jié)構(gòu)206隔離。元件隔離結(jié)構(gòu)206例如是淺溝槽隔 離結(jié)構(gòu)或場氧化層。晶體管202例如是由片冊介電層208、柵極210、間隙壁214以及源極/漏 極216所構(gòu)成。晶體管204例如是由柵介電層218、柵極220、間隙壁224 以及源極/漏極226所構(gòu)成。柵介電層208、 218的材質(zhì)包括介電常數(shù)大于4的高介電常數(shù)材料，例 如氧化硅、氮氧化硅、氮化硅、氧化鉭0^205)、氧化鋁(入1203)、氧化鉿(Hf02)、 氮氧化硅鉿(HfSiON)、氧化硅鉿(HfSi02)、氧化硅鋁鉿(HfAlSi02)等。柵介電層208、 218可以由一層或一層以上的介電材料層所構(gòu)成。舉例來說，柵介 電層208、 218可以由單層的前述高介電常數(shù)材料所構(gòu)成，或者也可以是由 一層氧化硅層與一層高介電常數(shù)材料層所構(gòu)成。柵極210、 220的材質(zhì)例如是包括以硅為基礎(chǔ)的材料，例如是摻雜硅、 未摻雜硅、摻雜多晶硅或未摻雜多晶硅的其中之一。當(dāng)柵極210、 220的材 質(zhì)為摻雜硅或摻雜多晶硅時，在硅或多晶硅中的摻雜劑可以是N型摻雜劑， 也可以是P型摻雜劑。在下述的說明中，以柵極210的材質(zhì)為未摻雜多晶硅， 且晶體管202為N溝道金屬氧化物半導(dǎo)體元件(NMOS);柵極220的材質(zhì)為 摻雜多晶硅，且晶體管204為P溝道金屬氧化物半導(dǎo)體元件(PMOS)為例做 說明。接著，于基底200上，形成一層材料層212。此材料層212在基底200 表面上的厚度H1大于材料層212在柵極210、柵極220表面上的厚度H2。 此材料層212包括旋涂式材料層，其材質(zhì)例如是氧化硅、磷硅玻璃、硼磷硅 玻璃以及低介電常數(shù)材料，其形成方法例如是旋轉(zhuǎn)涂布法。材料層212是用 于保護源極/漏極216、 226,不受后續(xù)的金屬硅化工藝影響。請參照圖3B,移除部分材料層212,以暴露出柵極210、 220。移除部 分材料層212的方法包括各向同性蝕刻法，例如濕法蝕刻法。由于材料層212 在基底200表面上的厚度Hl大于材料層212在柵極210、柵極220表面上 的厚度H2，因此基底200表面上的部分材料層212會殘留下來，并至少覆 蓋住源極/漏才及216、 226。然后，于基底200上形成一層金屬層234,此金屬層234 4妻觸柵極210、 柵極220。金屬層234的材質(zhì)例如是鎳、鈷、鈦、銅、鉬、鉭、鴒、鉺、鋯、 鉑、鐿(Yb)、釔(Gd)、鏑(Dy)與該些金屬的合金的其中之一。在本實施例中， 金屬層234的材質(zhì)例如是Ni。金屬層234的形成方法包括蒸鍍、賊鍍、電鍍、 化學(xué)氣相沉積(CVD)或是物理氣相沉積法等方法。當(dāng)然，在形成金屬層234 之前，也可以移除暴露出的部分柵極210、 220，以調(diào)整柵極210、 220的高 度。在本實施例中，柵極210的高度與柵極220的高度比介于1.1 2.0,優(yōu)選 高度比介于1.4 1.8。請參照圖3C,進(jìn)行第一退火工藝。以使柵極210、 220中的硅與金屬層 134反應(yīng)生成金屬硅化物柵極210a、 220a。在進(jìn)行第一退火工藝的過程中， 金屬層234以及鄰近金屬層234的硅層會因高溫而發(fā)生交互擴散的現(xiàn)象，并使原子進(jìn)行重新排列而成為金屬硅化物(silicide)。所形成的金屬硅化物柵極 210a、 220a包括高溫耐火金屬、過渡金屬、貴重金屬以及稀土金屬等的金屬 硅化物，例如是鎳、鈷、鈦、銅、鉬、鉭、鴒、鉺、鋯、鈾、鐿(Yb)、釓(Gd)、 鏑(Dy)與該些金屬的合金的硅化物的其中之一。其中，柵極210的材質(zhì)為未 摻雜 多晶珪，4冊極210與金屬層234反應(yīng)后形成多硅(silicon-rich)金屬硅化物。 在本實施例中，多硅(silicon-rich)金屬硅化物例如是NiSi2或NiSi。柵極220 的材質(zhì)為摻雜多晶硅,柵極220與金屬層234反應(yīng)后會形成多金屬(metal-rich) 金屬硅化物。在本實施例中，多金屬(metal-rich)金屬硅化物例如是Ni2Si、 Ni31Si" Ni3Si。然后，移除未反應(yīng)的金屬層234。移除未反應(yīng)的金屬層234的方法例如 是進(jìn)行選擇性的濕法蝕刻(Selective Wet Etch)工藝，以鹽酸/過氧化氬混合溶 液或硫酸/過氧化氬混合溶液作為蝕刻劑。之后進(jìn)行第二退火工藝。然后，移除殘留的材料層212，以暴露出源極/漏極216、 226。移除殘留 的材料層212的方法例如是蝕刻法然后，于基底200上形成一層金屬層228。金屬層228的材質(zhì)包括高溫 耐火金屬、過渡金屬、貴重金屬以及稀土金屬等，例如是鎳、鈷、鈦、銅、 鉬、鉭、鴒、鉺、鋯、鉬、鐿(Yb)、釔(Gd)、鏑(Dy)與該些金屬的合金的 其中之一。在本實施例中，金屬層228的材質(zhì)例如是Ni或Co。金屬層228 的形成方法包括蒸鍍、濺鍍、電鍍、化學(xué)氣相沉積(CVD)或是物理氣相沉積 法等方法。請參照圖3D，進(jìn)行第一退火工藝。以使源極/漏極216、 226中的硅與金 屬層228反應(yīng)生成金屬硅化物層230、 232。金屬硅化物層230、 232的材質(zhì) 包括高溫耐火金屬、貴重金屬以及稀土金屬等的金屬硅化物其中之一，例如 是鎳、鈷、鈦、銅、鉬、鉭、鴒、鉺、鋯、鉑、鐿(Yb)、禮(Gd)、鏑(Dy) 與該些金屬的合金的硅化物的其中之一。在本實施例中，金屬硅化物層230、 232的材質(zhì)例如是NiSi或CoSi2。然后，移除未反應(yīng)的金屬層228。移除未反應(yīng)的金屬層228的方法例如 是進(jìn)行選擇性的濕法蝕刻(Selective Wet Etch)工藝。以鹽酸/過氧化氬混合溶 液或硫酸/過氧化氮混合溶液作為蝕刻劑移除未反應(yīng)的金屬層228，而只留下 位于源極/漏極216、 226表面的金屬硅化物層230、 232。之后進(jìn)行第二退火 工藝。接著，于基底200上形成介電層236,介電層236全面性的覆蓋于晶體 管202及晶體管204上。介電層236的材質(zhì)例如是氮化硅，其形成方法例如 是化學(xué)氣相沉積法。之后，于基底200上形成一層層間絕緣層238。層間絕 緣層238的材質(zhì)例如是氧化硅、磷硅玻璃、硼磷硅玻璃等。在本發(fā)明的第三實施例的具有雙重全金屬硅化物柵極的半導(dǎo)體元件制 造方法中，晶體管202及晶體管204的柵極的材質(zhì)不同，在移除材料層212 而暴露出柵極210、 220后，進(jìn)行金屬硅化工藝，即可以形成性質(zhì)不同的金 屬硅化物柵極210a、 220a。由于不需要額外的光刻蝕刻工藝，因此工藝簡單。 而且，移除材料層212是采用濕法蝕刻法，而不是使用化學(xué)機械研磨法，同 樣也可以簡化工藝，而可以減少成本。此外，由于以材料層212保護源極/漏極216、 226,因此在形成金屬硅 化物柵極210a、 220a時，就可以避免金屬層234與源極/漏極216、 226中的 硅反應(yīng)。另夕卜，由于可利用移除暴露出的部分柵極210、 220來調(diào)整柵極210、 220 的高度，因此可對后續(xù)形成的金屬硅化物柵極210a、 220a進(jìn)行調(diào)整，使金 屬硅化物柵極210a、 220a具有優(yōu)選的操作性能及特性。在本實施例中，金 屬硅化物柵極210a的高度與金屬硅化物柵極220a的高度比介于0.8~1.5,優(yōu) 選高度比介于1.0~1.3。在上述實施例中，晶體管202與晶體管204是以典型的晶體管為例作說 明。當(dāng)然晶體管202與晶體管204也可以為鰭式場效晶體管或多柵極晶體管。綜上所述，在本發(fā)明的具有雙重全金屬硅化物柵極的半導(dǎo)體元件制造方 法中，只需進(jìn)行一次金屬硅化工藝即可以形成性質(zhì)不同的金屬硅化物柵極。 由于不需要額外的光刻蝕刻工藝，因此可以簡化工藝，而可以減少成本。而且，當(dāng)源極/漏極的金屬硅化物與金屬硅化物柵極使用相同的金屬時， 由于形成于源極/漏極的金屬硅化物的形成溫度高于金屬硅化物柵極的形成 溫度，因此在形成源極/漏極的金屬硅化物之前形成金屬硅化物柵極時，就可 以避免金屬層與源極/漏極中的硅反應(yīng)，而影響元件特性。此外，由于可利用移除暴露出的部分柵極來調(diào)整柵極的高度，因此可對 后續(xù)形成的金屬硅化物柵極進(jìn)行調(diào)整，使金屬硅化物柵極具有優(yōu)選的操作性 能及特性。
權(quán)利要求
1. 一種具有雙重全金屬硅化物柵極的半導(dǎo)體元件，包括第一晶體管，設(shè)置于基底上，具有第一金屬硅化物柵極、第一源極/漏極；以及第二晶體管，設(shè)置該基底上，具有第二金屬硅化物柵極、第二源極/漏極，該第一金屬硅化物柵極的材質(zhì)與該第二金屬硅化物柵極的材質(zhì)不同，且該第一金屬硅化物柵極與該第二金屬硅化物柵極是在同一個金屬硅化工藝中形成的。
2. 如權(quán)利要求1的具有雙重全金屬硅化物柵極的半導(dǎo)體元件，其中該第 一金屬硅化物柵極的材質(zhì)與該第二金屬硅化物柵極的材質(zhì)包括高溫耐火金 屬、過渡金屬、貴重金屬或稀土金屬的硅化物的其中之一。
3. 如權(quán)利要求1的具有雙重全金屬硅化物柵極的半導(dǎo)體元件，其中該第 一金屬硅化物柵極的材質(zhì)與該第二金屬硅化物柵極的材質(zhì)為選自鎳、鈷、鈦、 銅、鉬、鉭、鵠、鉺、鋯、4自、鐿、釓、鏑與該些金屬的合金的硅化物的其 中之一。
4. 如權(quán)利要求1的具有雙重全金屬硅化物柵極的半導(dǎo)體元件，其中該第 一金屬硅化物柵極的材質(zhì)包括多硅金屬硅化物；該第二金屬硅化物柵極的材 質(zhì)包括多金屬金屬硅化物。
5. 如權(quán)利要求4的具有雙重全金屬硅化物柵極的半導(dǎo)體元件，其中該多 硅金屬硅化物為多硅硅化鎳，其中鎳與硅的組成比Ni: Si<1.5: 1;以及該多金屬金屬硅化物為多鎳硅化鎳，其中鎳與硅的組成比Ni: Si>1.5:1。
6. 如權(quán)利要求4的具有雙重全金屬硅化物柵極的半導(dǎo)體元件，其中該第 一金屬硅化物柵極與該第二金屬硅化物柵極高度比介于0.8 1.5。
7. 如權(quán)利要求4的具有雙重全金屬硅化物柵極的半導(dǎo)體元件，其中該第 一金屬硅化物柵極與該第二金屬硅化物柵極高度比介于1.0 1.3 。
8. 如權(quán)利要求4的具有雙重全金屬硅化物柵極的半導(dǎo)體元件，其中該多 硅金屬硅化物包括NiSi2或NiSi。
9. 如權(quán)利要求4的具有雙重全金屬硅化物柵極的半導(dǎo)體元件，其中該多 金屬金屬硅化物包括Ni2Si、 Ni3,Si,2或Ni3Si。
10. 如權(quán)利要求1的具有雙重全金屬硅化物柵極的半導(dǎo)體元件，還包括 金屬硅化物層，設(shè)置于該第一源極/漏極上及該第二源極/漏極上。
11. 如權(quán)利要求10的具有雙重全金屬硅化物柵極的半導(dǎo)體元件，其中該 金屬硅化物層的材質(zhì)包括高溫耐火金屬、過渡金屬、貴重金屬或稀土金屬的 硅化物。
12. 如權(quán)利要求6的具有雙重全金屬硅化物柵極的半導(dǎo)體元件，其中該 金屬硅化物層的材質(zhì)為選自鎳、鈷、鈦、銅、鉬、鉭、4烏、鉺、鋯、柏、鐿、 釓、鏑與該些金屬的合金的硅化物的其中之一。
13. 如權(quán)利要求10的具有雙重全金屬硅化物柵極的半導(dǎo)體元件，其中該金屬硅化物層的形成溫度高于該第一金屬硅化物柵極與該第二金屬硅化物 柵極的形成溫度。
14. 如權(quán)利要求10的具有雙重全金屬硅化物柵極的半導(dǎo)體元件，其中該 金屬硅化物包括CoSi2。
15. 如權(quán)利要求1的具有雙重全金屬硅化物柵極的半導(dǎo)體元件，還包括 第一柵介電層，設(shè)置于該第一金屬硅化物柵極與該基底之間；以及第二柵介電層，設(shè)置于該第二金屬硅化物柵極與該基底之間。
16. 如權(quán)利要求15的具有雙重全金屬硅化物柵極的半導(dǎo)體元件，其中該 第一柵介電層及該第二柵介電層由一層或一層以上的介電材料層所構(gòu)成。
17. 如權(quán)利要求15的具有雙重全金屬硅化物柵極的半導(dǎo)體元件，其中該 第一柵介電層及該第二柵介電層的材質(zhì)包括介電常數(shù)大于4的高介電常數(shù)材 料。
18. 如權(quán)利要求15的具有雙重全金屬硅化物柵極的半導(dǎo)體元件，其中該 第一柵介電層及該第二柵介電層的材質(zhì)為選自氧化硅、氮氧化硅、氮化硅、 氧化鉭、氧化鋁、氧化鉿、氮氧化硅鉿、氧化硅鉿、氧化硅鋁鉿的其中之一。
19. 如權(quán)利要求1的具有雙重全金屬硅化物柵極的半導(dǎo)體元件，其中該 第 一 晶體管包括N溝道金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管或P溝道金屬氧化物半導(dǎo)體 晶體管的其中之一；以及該第二晶體管包括N溝道金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管或P溝道金屬氧化物 半導(dǎo)體晶體管的其中之一。
20. 如權(quán)利要求1的具有雙重全金屬硅化物柵極的半導(dǎo)體元件，還包括 介電層，全面性的覆蓋于該第一晶體管及該第二晶體管上；以及層間絕緣層，設(shè)置于該介電層上。
21. 如權(quán)利要求1的具有雙重全金屬硅化物柵極的半導(dǎo)體元件，其中該 第一晶體管與該第二晶體管為鰭式場效晶體管。
22. 如權(quán)利要求1的具有雙重全金屬硅化物柵極的半導(dǎo)體元件，其中該 第一晶體管與該第二晶體管為多柵極晶體管。
23. —種具有雙重全金屬硅化物柵極的半導(dǎo)體元件的制造方法，包括 提供基底，該基底上已形成有第一晶體管與第二晶體管，該第一晶體管包括第一柵極、第一源極/漏極，該第二晶體管包括第二柵極、第二源極/漏 極，其中該第一柵極與該第二柵極的高度不同；以及對該第 一柵極與該第二柵極進(jìn)行第 一金屬硅化工藝，以同時形成第 一金 屬硅化物柵極與第二金屬硅化物柵極，其中該第 一金屬硅化物柵極的材質(zhì)與 該第二金屬硅化物柵極的材質(zhì)不同。
24. 如權(quán)利要求23的具有雙重全金屬硅化物柵極的半導(dǎo)體元件的制造 方法，其中該第一柵極的材質(zhì)包括未摻雜多晶硅；該第二柵極的材質(zhì)包括摻 雜多晶硅。
25. 如權(quán)利要求23的具有雙重全金屬硅化物柵極的半導(dǎo)體元件的制造 方法，其中該第一柵極與該第二柵極的高度比介于1.4 1.8。
26. 如權(quán)利要求23的具有雙重全金屬硅化物柵極的半導(dǎo)體元件的制造 方法，其中該第一金屬硅化物柵極的材質(zhì)包括多硅金屬硅化物；該第二金屬 硅化物柵極的材質(zhì)包括多金屬金屬硅化物。
27. 如權(quán)利要求26的具有雙重全金囑硅化物柵極的半導(dǎo)體元件的制造 方法，其中該第一金屬硅化物柵極與該第二金屬硅化物柵極高度比介于0.8 1.5。
28. 如權(quán)利要求26的具有雙重全金屬硅化物柵極的半導(dǎo)體元件的制造 方法，其中該第一金屬硅化物柵極與該第二金屬硅化物柵極高度比介于1.0 ~1.3。
29. 如權(quán)利要求23的具有雙重全金屬硅化物柵極的半導(dǎo)體元件的制造 方法，其中該第 一金屬硅化物柵極與該第二金屬硅化物柵極的材質(zhì)包括高溫 耐火金屬、貴重金屬以及稀土金屬的硅化物。
30. 如權(quán)利要求23的具有雙重全金屬硅化物柵極的半導(dǎo)體元件的制造 方法，其中該第一金屬硅化工藝包括于該基底上形成第 一金屬層，該第 一金屬層接觸該第 一柵極與該第二柵 極；以及進(jìn)行第一退火工藝，使該第一金屬層與該第一柵極、該第二柵極反應(yīng)形成暫態(tài)金屬硅化物；移除未反應(yīng)的該第一金屬層；以及進(jìn)行第二退火工藝，使該暫態(tài)金屬硅化物反應(yīng)形成低阻值的穩(wěn)定金屬硅 化物。
31. 如權(quán)利要求30的具有雙重全金屬硅化物柵極的半導(dǎo)體元件的制造 方法，其中該第一金屬層的材質(zhì)為選自鎳、鈷、鈦、銅、鉬、鉭、鴒、鉺、 鋯、柏、鐿、禮、鏑與該些金屬的合金的其中之一。
32. 如權(quán)利要求23的具有雙重全金屬硅化物柵極的半導(dǎo)體元件的制造 方法，其中該第一金屬硅化物柵極的材質(zhì)包括多硅硅化鎳，其中鎳與硅的組 成比Ni: Si<1.5: 1;以及該第二金屬硅化物柵極的材質(zhì)包括多鎳硅化鎳，其中鎳與硅的組成比 Ni: Si〉1.5: 1。
33. 如權(quán)利要求32的具有雙重全金屬硅化物柵極的半導(dǎo)體元件的制造 方法，其中該多硅金屬硅化物包括NiSi2或NiSi。
34. 如權(quán)利要求32的具有雙重全金屬硅化物柵極的半導(dǎo)體元件的制造 方法，其中該多金屬金屬硅化物包括Ni2Si、 Ni3,Si,2或Ni3Si。
35. 如權(quán)利要求23的具有雙重全金屬硅化物柵極的半導(dǎo)體元件的制造 方法，其中進(jìn)行該第一金屬硅化工藝的步驟之前，還包括于該基底上形成材料層；以及移除部分該材料層，只暴露出該第 一柵極與該第二柵極。
36. 如權(quán)利要求35的具有雙重全金屬硅化物柵極的半導(dǎo)體元件的制造 方法，其中該材料層的材質(zhì)包括旋涂式材料層。
37. 如權(quán)利要求35的具有雙重全金屬硅化物柵極的半導(dǎo)體元件的制造 方法，其中進(jìn)行該第一金屬硅化工藝的步驟之后，還包括移除殘余的該材料層；以及進(jìn)行第二金屬硅化工藝，以于該第 一源極/漏極與該第二源極/漏極上形 成一金屬硅化物層。
38. 如權(quán)利要求37的具有雙重全金屬硅化物柵極的半導(dǎo)體元件的制造方法，其中該第二金屬硅化工藝包括于該基底上形成第二金屬層，該第二金屬層接觸該第一源極/漏極與該第二源極/漏極；以及進(jìn)行第一退火工藝，使該第二金屬層與該第一源極/漏極、該第二源極/ 漏極反應(yīng)形成暫態(tài)金屬硅化物；以及移除未反應(yīng)的該第二金屬層；以及進(jìn)行第二退火工藝，使該暫態(tài)金屬硅化物反應(yīng)形成低阻值金屬硅化物。
39. 如權(quán)利要求38的具有雙重全金屬硅化物柵極的半導(dǎo)體元件的制造 方法，其中該第二金屬層的材質(zhì)為選自鎳、鈷、鈦、銅、鉬、鉭、鴒、鉺、 鋯、鈾、鐿、禮、鏑與該些金屬的合金的其中之一。
40. 如權(quán)利要求37的具有雙重全金屬硅化物柵極的半導(dǎo)體元件的制造 方法，其中該金屬硅化物層的形成溫度低于該第 一金屬硅化物柵極與該第二 金屬硅化物柵極的形成溫度。
41. 如權(quán)利要求37的具有雙重全金屬硅化物柵極的半導(dǎo)體元件的制造 方法，其中該金屬硅化物層包含NiSi。
42. 如權(quán)利要求23的具有雙重全金屬硅化物柵極的半導(dǎo)體元件的制造 方法，還包括于該第一柵極與該基底之間形成第一柵介電層；以及 于該第二柵極與該基底之間形成第二柵介電層。
43. 如權(quán)利要求42的具有雙重全金屬硅化物柵極的半導(dǎo)體元件的制造 方法，其中該第一柵介電層及該第二柵介電層分別由一層或一層以上的介電 材料層所構(gòu)成。
44. 如權(quán)利要求42的具有雙重全金屬硅化物柵極的半導(dǎo)體元件的制造 方法，其中該第一柵介電層及該第二柵介電層的材質(zhì)包括介電常數(shù)大于4的 高介電常數(shù)材料。
45. 如權(quán)利要求42的具有雙重全金屬硅化物柵極的半導(dǎo)體元件的制造 方法，其中該第一柵介電層及該第二柵介電層的材質(zhì)為選自氧化硅、氮氧化 硅、氮化硅、氧化鉭、氧化鋁、氧化鉿、氮氧化硅鉿、氧化硅鉿、氧化硅鋁 鉿的其中之一。
46. 如權(quán)利要求23的具有雙重全金屬硅化物柵極的半導(dǎo)體元件的制造 方法，其中該第一晶體管與該第二晶體管為鰭式場效晶體管。
47. 如^又利要求23的具有雙重全金屬硅化物4冊才及的半導(dǎo)體元件的制造 方法，其中該第 一晶體管與該第二晶體管為多柵極晶體管。
48. —種具有雙重全金屬硅化物柵極的半導(dǎo)體元件的制造方法，包括 提供基底，該基底上已形成有第一晶體管與第二晶體管，該第一晶體管包括第一柵極、第一頂蓋層、第一源極/漏極，該第二晶體管包括第二柵極、 第二頂蓋層、第二源極/漏極，其中該第一柵極與該第二柵極的高度不同；進(jìn)行第 一金屬硅化工藝，以于該第 一 源極/漏極與該第二源極/漏極上形 成金屬硅化物層；移除該第一頂蓋層與該第二頂蓋層；以及對該第一柵極與該第二柵極進(jìn)行第二金屬硅化工藝，以同時形成第一金 屬硅化物柵極與第二金屬硅化物柵極，其中該第 一金屬硅化物柵極的材質(zhì)與 該第二金屬硅化物柵極的材質(zhì)不同。
49. 如權(quán)利要求48的具有雙重全金屬硅化物柵極的半導(dǎo)體元件的制造 方法，其中該第一金屬硅化工藝包括于該基底上形成第一金屬層，該第一金屬層接觸該第一源極/漏極與該第 二源極/漏極；以及進(jìn)行第一退火工藝，使該第一金屬層與該第一源極/漏極、該第二源極/ 漏極反應(yīng)形成一暫態(tài)金屬硅化物；移除未反應(yīng)的該第一金屬層；以及進(jìn)行第二退火工藝，使暫態(tài)金屬硅化物反應(yīng)形成低阻值的穩(wěn)定金屬硅化物。
50. 如權(quán)利要求49的具有雙重全金屬硅化物柵極的半導(dǎo)體元件的制造 方法，其中該第一金屬層的材質(zhì)為選自鎳、鈷、鈦、銅、鉬、鉭、鴒、鉺、 鋯、鉬、鐿、軋、鏑與該些金屬的合金的其中之一。
51. 如權(quán)利要求48的具有雙重全金屬硅化物柵極的半導(dǎo)體元件的制造 方法，其中該第一柵極的材質(zhì)包括未摻雜多晶硅；該第二柵極的材質(zhì)包括摻 雜多晶硅。
52. 如權(quán)利要求51的具有雙重全金屬硅化物柵極的半導(dǎo)體元件的制造 方法，其中該第一柵極與該第二柵極的高度比介于1.4 1.8。
53. 如權(quán)利要求48的具有雙重全金屬硅化物柵極的半導(dǎo)體元件的制造 方法，其中該第一金屬硅化物柵極的材質(zhì)包括多硅金屬硅化物；該第二金屬硅化物柵極的材質(zhì)包括多金屬金屬硅化物。
54. 如權(quán)利要求48所述的具有雙重全金屬硅化物柵極的半導(dǎo)體元件的制造方法，其中該第二金屬硅化工藝包括于該基底上形成第二金屬層，該第二金屬層接觸該第一柵極與該第二柵極；以及進(jìn)行第一退火工藝，使該第二金屬層與該第一柵極、該第二柵極反應(yīng)形 成一暫態(tài)金屬硅化物；移除未反應(yīng)的該第二金屬層；以及進(jìn)行第二退火工藝，使該暫態(tài)金屬硅化物反應(yīng)形成低阻值的穩(wěn)定金屬硅化物。
55. 如權(quán)利要求54的具有雙重全金屬硅化物柵極的半導(dǎo)體元件的制造 方法，其中該第二金屬層的材質(zhì)為選自鎳、鈷、鈦、銅、鉬、鉭、鵠、鉺、 鋯、鉑、鐿、軋、鏑與該些金屬的合金的其中之一。
56. 如權(quán)利要求48的具有雙重全金屬硅化物柵極的半導(dǎo)體元件的制造 方法，其中該第一金屬硅化物柵極的材質(zhì)包括多硅硅化鎳，其中鎳與硅的組 成比Ni: Si〈1.5: 1;以及該第二金屬硅化物柵極的材質(zhì)包括多鎳硅化鎳，其中鎳與硅的組成比 Ni: Si〉1.5: 1。
57. 如權(quán)利要求56的具有雙重全金屬硅化物柵極的半導(dǎo)體元件的制造 方法，其中該多硅金屬硅化物包括MSi2或NiSi。
58. 如權(quán)利要求56的具有雙重全金屬硅化物柵極的半導(dǎo)體元件的制造 方法，其中該多金屬金屬硅化物包括Ni2Si、 Ni3,Si,2或Ni3Si。
59. 如權(quán)利要求48的具有雙重全金屬硅化物柵極的半導(dǎo)體元件的制造 方法，其中移除該第一頂蓋層與該第二頂蓋層的方法包括蝕刻法。
60. 如權(quán)利要求48的具有雙重全金屬硅化物柵極的半導(dǎo)體元件的制造 方法，其中移除部分該第一頂蓋層與該第二頂蓋層的步驟后，還包括移除部 分該第 一柵極或部分該第二柵極。
61. 如權(quán)利要求48的具有雙重全金屬硅化物柵極的半導(dǎo)體元件的制造 方法，其中該金屬硅化物層的形成溫度高于該第 一金屬硅化物柵極與該第二 金屬硅化物柵極的形成溫度。
62. 如權(quán)利要求48的具有雙重全金屬硅化物柵極的半導(dǎo)體元件的制造方法，其中進(jìn)行該第一金屬硅化工藝的步驟之后，還包括于該基底上形成材料層；以及移除部分該材料層、該第一頂蓋層與該第二頂蓋層，直到暴露出該第一柵極與該第二柵極。
63. 如權(quán)利要求62的具有雙重全金屬硅化物柵極的半導(dǎo)體元件的制造 方法，其中移除部分該材料層、該第一頂蓋層與該第二頂蓋層的步驟后，還 包括移除部分該第 一棚-極或部分該第二柵極。
64. 如權(quán)利要求63的具有雙重全金屬硅化物4冊極的半導(dǎo)體元件的制造 方法，其中移除部分該材料層、該第一頂蓋層與該第二頂蓋層的方法包括化 學(xué)機械研磨法或蝕刻法。
65. 如權(quán)利要求48的具有雙重全金屬硅化物柵極的半導(dǎo)體元件的制造 方法，其中進(jìn)行該第一金屬硅化工藝的步驟之后，還包括于該基底上形成材料層及絕緣層；以及移除部分該絕緣層及該材料層、該第一頂蓋層與該第二頂蓋層，直到暴 露出該第 一柵極與該第二柵極。
66. 如權(quán)利要求65的具有雙重全金屬硅化物柵極的半導(dǎo)體元件的制造 方法，其中移除部分該絕緣層及該材料層、該第一頂蓋層與該第二頂蓋層的 步驟后，還包括移除部分該第一柵極或部分該第二柵極。
67. 如權(quán)利要求66的具有雙重全金屬硅化物柵極的半導(dǎo)體元件的制造 方法，其中移除部分該絕緣層及該材料層、該第一頂蓋層與該第二頂蓋層的 方法包括化學(xué)機械研磨法或蝕刻法。
68. 如權(quán)利要求48的具有雙重全金屬硅化物柵極的半導(dǎo)體元件的制造 方法，其中該第一晶體管包括N溝道金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管或P溝道金屬 氧化物半導(dǎo)體晶體管的其中之一；以及該第二晶體管包括N溝道金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管或P溝道金屬氧化物 半導(dǎo)體晶體管的其中之一。
69. 如權(quán)利要求48的具有雙重全金屬硅化物柵極的半導(dǎo)體元件的制造 方法，其中于該第一柵極與該基底之間形成有第一柵介電層；以及于該第二柵極與該基底之間形成有第二柵介電層。
70. 如權(quán)利要求69的具有雙重全金屬硅化物柵極的半導(dǎo)體元件的制造 方法，其中該第一柵介電層及該第二柵介電層由一層或一層以上的介電材料
71. 如權(quán)利要求69的具有雙重全金屬硅化物柵極的半導(dǎo)體元件的制造 方法，其中該第一柵介電層及該第二柵介電層的材質(zhì)包括介電常數(shù)大于4的高介電常數(shù)材料。
72. 如權(quán)利要求69的具有雙重全金屬硅化物柵極的半導(dǎo)體元件的制造 方法，其中該第一柵介電層及該第二柵介電層的材質(zhì)為選自氧化硅、氮氧化 硅、氮化硅、氧化鉭、氧化鋁、氧化鉿、氮氧化硅鉿、氧化硅鉿、氧化硅鋁 鉿的其中之一。
73. 如權(quán)利要求48的具有雙重全金屬硅化物柵極的半導(dǎo)體元件的制造 方法，其中該第一晶體管與該第二晶體管為鰭式場效晶體管。
74. 如權(quán)利要求48的具有雙重全金屬硅化物柵極的半導(dǎo)體元件的制造 方法，其中該第一晶體管與該第二晶體管為多柵極晶體管。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種具有雙重全金屬硅化物柵極的半導(dǎo)體元件，具有第一晶體管、第二晶體管、介電層與層間絕緣層。第一晶體管設(shè)置于基底上，其具有第一金屬硅化物柵極、第一源極/漏極。第二晶體管設(shè)置基底上，其具有第二金屬硅化物柵極、第二源極/漏極。第一金屬硅化物柵極的材質(zhì)與第二金屬硅化物柵極的材質(zhì)不同。第一金屬硅化物柵極與第二金屬硅化物柵極是在同一個金屬硅化工藝中形成的。介電層全面性的覆蓋于第一晶體管及第二晶體管上。層間絕緣層設(shè)置于介電層上。
文檔編號H01L27/092GK101232016SQ20071000408
公開日2008年7月30日 申請日期2007年1月23日 優(yōu)先權(quán)日2007年1月23日
發(fā)明者孟憲樑, 林經(jīng)祥, 程立偉, 許加融, 許哲華, 魏銘德 申請人:聯(lián)華電子股份有限公司