调整栅极功函数的方法与具有金属栅极的晶体管

摘要

本发明公开了一种调整栅极功函数的方法，其步骤包含提供一基底，一金属栅极设在基底上，一源极掺杂区和一漏极掺杂区分别设在金属栅极相对两侧的基底中，其中所述金属栅极分为一靠所述源极掺杂区的源极侧以及一靠所述漏极掺杂区的漏极侧，然后，形成一掩模层覆盖所述源极掺杂区和所述漏极掺杂区，接着，进行一植入工序将氮植入金属栅极，使得所述源极侧具有第一氮浓度且所述漏极侧具有第二氮浓度，第一氮浓度高于第二氮浓度，最后移除所述掩模层。

说明书

技术领域

本发明有关一种调整栅极功函数的方法，特别是有关一种透过离子植入 金属栅极而调整栅极功函数的方法。

背景技术

为了使半导体器件具有更高的运作速度与集成度，能够减少短沟道效应 的鳍状场效晶体管结构虽应运开发而出。一般的鳍状场效晶体管可含有一鳍 状的有源区域，而所述鳍状区可为一栅极所围绕。因此沿着鳍状区表面可形 成一立体的沟道。由于所述沟道是形成在鳍状区的上表面与侧壁上，故鳍状 场效晶体管结构在较小的水平面积上可具有较大的有效沟道宽度。也因此， 具有鳍状场效晶体管结构的半导体器件可具有较小的尺寸与更快的运作速 度。

另一方面，半导体器件的临界电压与栅极电极材料的功函数有关。为了 获得P沟道晶体管或N沟道晶体管所预期的功函数值，通常必须对栅极的特 性进行适当的调整。

为了简化制作工序，传统上整个制作流程中都会采用单一功函数的栅极 设计。一般而言，栅极的导体会使用N+掺杂类型的多晶硅。此设计可大幅节 省制作成本。然而，N+类型的多晶硅栅极却会造成极低的临界电压。为了避 免过低的临界电压，设计中亦会采用P+掺杂类型的多晶硅材质。然而，尽管 P+类型的多晶硅栅极可提供适当的临界电压，其却可能导致严重的栅极引发 漏极漏电流。

发明内容

有鉴于此，本发明公开一种调整栅极功函数的方法，可以同时提供高临 界电压和降低栅极引发漏极漏电流。

根据本发明的一优选实施例，本发明提供一种调整栅极功函数的方法， 包含：首先，提供一基底，一金属栅极设在基底上，一源极掺杂区和一漏极 掺杂区分别设在金属栅极相对两侧的基底中，其中金属栅极分为一靠所述源 极掺杂区的源极侧以及一靠所述漏极掺杂区的漏极侧，然后，形成一掩模层 覆盖源极掺杂区和漏极掺杂区，接着，进行一植入工序将氮植入金属栅极， 使得源极侧具有一第一氮浓度且漏极侧具有一第二氮浓度，第一氮浓度高于 第二氮浓度，最后移除所述掩模层，其中金属栅极的源极侧的功函数会较金 属栅极的漏极侧的功函数来得高。

根据本发明的另一优选实施例，本发明提供一种调整栅极功函数的方法， 包含：首先，提供一基底，一金属栅极设在基底上，一源极预定掺杂区和一 漏极预定掺杂区分别设在金属栅极相对两侧的基底中，其中金属栅极分为一 靠所述源极掺杂区的源极侧以及一靠所述漏极掺杂区的漏极侧，然后，形成 一掩模层覆盖源极预定掺杂区和漏极预定掺杂区，接着进行一植入工序将氮 植入金属栅极，使得源极侧具有一第一氮浓度且漏极侧具有一第二氮浓度， 第一氮浓度高于第二氮浓度，其中金属栅极的源极侧的功函数会较金属栅极 的漏极侧的功函数来得高，之后移除所述掩模层，最后形成一源极掺杂区于 源极预定掺杂区内，并且形成一漏极掺杂区于漏极预定掺杂区内。

根据本发明的另一优选实施例，本发明提供一种具有金属栅极的晶体管， 包含：一基底、一金属栅极设于基底上以及一源极掺杂区和一漏极掺杂区分 别设在金属栅极相对两侧的基底中，其中金属栅极分为一靠所述源极掺杂区 的源极侧以及一靠所述漏极掺杂区的漏极侧，所述源极侧具有一第一氮浓度 且所述漏极侧具有一第二氮浓度，第一氮浓度大于第二氮浓度，其中金属栅 极的源极侧的功函数会较金属栅极的漏极侧的功函数来得高。

附图说明

图1至图4为根据本发明的第一优选实施例所绘示的调整栅极功函数的 方法的侧视示意图。

图1、图5和图6为根据本发明的第二优选实施例所绘示的调整栅极功 函数的方法的侧视示意图。

图7绘示的是利用本发明调整栅极功函数的方法所制作的鳍状场效晶体 管的示意图。

其中，附图标记说明如下：

具体实施方式

图1至图4为根据本发明的第一优选实施例所绘示的调整栅极功函数的 方法的侧视示意图。如图1所示，首先，提供一半导体基底10，一金属栅极 12设置在所述半导体基底10上，金属栅极12可以利用银、铝、铜、铬、镍、 碳、锗、钴、铂、或钨等金属来制作，根据本发明的优选实施例，金属栅极 12包含钛。金属栅极12具有一第一侧壁14和一第二侧壁16，所述第一侧壁 14和第二侧壁16相对。

一源极预定掺杂区18和一漏极预定掺杂区20分别定义于金属栅极12相 对两侧的半导体基底10中，接着如图2所示，进行一离子植入工序，同时植 入离子于源极预定掺杂区18和漏极预定掺杂区20内，以形成一源极掺杂区 22于源极预定掺杂区18内，和形成一漏极掺杂区24于漏极预定掺杂区20。 金属栅极12可以分为一靠所述源极掺杂区22的源极侧26以及一靠所述漏极 掺杂区24的漏极侧28。

如图3所示，形成一掩模层30，例如一光阻层，覆盖源极掺杂区22、漏 极掺杂区24、第一侧壁14和第二侧壁16，曝露出金属栅极12的上表面，另 外掩模层30的上表面较金属栅极12的上表面高，然后进行一植入工序，利 用掩模层30为屏蔽，将氮植入金属栅极12中，植入氮之后，金属栅极12的 源极侧26具有一第一氮浓度C1；金属栅极12的漏极侧28具有一第二氮浓 度C2，第一氮浓度C1较第二氮浓度C2高，另外，第一氮浓度C1渐进地由 源极侧26向漏极侧28方向递减；且第二氮浓度C2也渐进地由源极侧26向 漏极侧28方向递减。

前述的植入工序优选为一斜角植入工序，且植入工序可以进行多次以在 金属栅极12的各区形成预定浓度，如前述第一氮浓度C1和第二氮浓度C2。 如图4所示，移除掩模层30，此时，根据本发明的第一优选实施例所制作的 一金属栅极晶体管32业已完成，金属栅极晶体管32的金属栅极12具有适合 的功函数，详细来说，金属栅极12的源极侧26的功函数会较金属栅极12的 漏极侧28的功函数来得高，且金属栅极12的源极侧26和漏极侧28的功函 数也会渐进地由源极侧26向漏极侧28的方向变小。

根据本发明的第二优选实施例，前述植入氮的工序可以提前进行，优选 是在形成源极掺杂区和漏极掺杂区之前进行。图1、图5和图6为根据本发 明的第二优选实施例所绘示的调整栅极功函数的方法的侧视示意图，其中具 有相同功能的组件将以相同的符号标示。

请参考图1，提供一半导体基底10，一金属栅极12设在所述半导体基底 10上，金属栅极12可以利用银、铝、铜、铬、镍、碳、锗、钴、铂、或钨 等金属来制作，根据本发明的优选实施例，金属栅极12包含钛。金属栅极 12具有一第一侧壁14和一第二侧壁16，所述第一侧壁14和第二侧壁16相 对。

一源极预定掺杂区18和一漏极预定掺杂区20分别定义于金属栅极12相 对两侧的半导体基底10中，此时，金属栅极12可以分为一靠所述源极预定 掺杂区18的源极侧26以及一靠所述漏极预定掺杂区20的漏极侧28。

如图5所示，形成一掩模层30，例如一光阻层，覆盖源极预定掺杂区18、 漏极预定掺杂区20、金属栅极12的第一侧壁14和第二侧壁16，曝露出金属 栅极12的上表面，另外掩模层30的上表面较金属栅极12的上表面高，然后 进行一植入工序，利用掩模层30为屏蔽，将氮植入金属栅极12中，植入氮 之后，金属栅极12的源极侧26具有一第一氮浓度C1；金属栅极12的漏极 侧28具有一第二氮浓度C2，第一氮浓度C1较第二氮浓度C2高，另外，第 一氮浓度C1渐进地由源极侧26向漏极侧28方向递减；且第二氮浓度C2也 渐进地由源极侧26向漏极侧28方向递减。此外，前述的植入工序可以为一 斜角植入工序。

请参阅图6，移除掩模层30，然后进行一离子植入工序，形成一源极掺 杂区22于源极预定掺杂区18内，并且形成一漏极掺杂区24于漏极预定掺杂 区20内。至此，根据本发明的第二优选实施例所制作的一金属栅极晶体管 32业已完成，金属栅极晶体管32的金属栅极12具有适合的功函数，详细来 说，金属栅极12的源极侧26的功函数会较金属栅极12的漏极侧28的功函 数来得高，且金属栅极12的源极侧26和漏极侧28的功函数也会渐进地由源 极侧26向漏极侧28的方向变小。

根据本发明的另一优选实施例，本发明提供一种金属栅极的晶体管，如 图4所示，金属栅极的晶体管32包含一半导体基底10、一金属栅极12设在 半导体基底10上、一源极掺杂区22和一漏极掺杂区24分别设在金属栅极 12相对两侧的半导体基底10中，其中金属栅极12分为一靠所述源极掺杂区 22的源极侧26以及一靠所述漏极掺杂区24的漏极侧28，所述源极侧26具 有一第一氮浓度C1且所述漏极侧28具有一第二氮浓度C2，第一氮浓度C1 大于所述第二氮浓度C2。另外，第一氮浓度C1渐进地由源极侧26向所述漏 极侧28方向递减；且第二氮浓度C2也渐进地由所述源极侧26向所述漏极侧 28方向递减。金属栅极12的源极侧26的功函数会较金属栅极12的漏极侧 28的功函数来得高，且金属栅极12的源极侧26和漏极侧28的功函数也会 渐进地由源极侧26向漏极侧28的方向变小，另外，金属栅极12可以利用银、 铝、铜、铬、镍、碳、锗、钴、铂、或钨等金属来制作，根据本发明的优选 实施例，金属栅极12包含钛。

本发明的调整栅极功函数的方法亦可以应用在制作鳍状场效晶体管，图 7绘示出利用本发明调整栅极功函数的方法所制作的鳍状场效晶体管的示意 图。如图7所示，一鳍状场效晶体管72设在一基底50上，一源极掺杂区52 和一漏极掺杂区54向上突起形成一鳍状结构，一金属栅极62横跨鳍状结构， 金属栅极62可以分为一靠所述源极掺杂区52的源极侧56以及一靠所述漏极 掺杂区54的漏极侧58。所述源极侧56具有一第一氮浓度C3且所述漏极侧 58具有一第二氮浓度C4，第一氮浓度C3大于第二氮浓度C4。另外，第一 氮浓度C3渐进地由源极侧56向漏极侧58方向递减；且第二氮浓度C4也渐 进地由源极侧56向漏极侧58方向递减。

前文所述各个金属栅极的功函数是利用植入氮到金属栅极中来进行调 整，值得注意的是：金属栅极所含的氮浓度越高，金属栅极的功函数也越高。 举例而言，前述各个实施例中，源极侧26、56具有的第一氮浓度C1、C3大 于漏极侧28、58所具有的第二氮浓度C2、C4，则金属栅极12、62源极侧 26、56的功函数会较金属栅极12、62漏极侧28、58的功函数来得高，另外， 因为第一氮浓度C1、C3渐进地由源极侧26、56向漏极侧28、58方向递减， 因此金属栅极12、62源极侧26、56的功函数也会渐进地由源极侧26、56向 漏极侧28、58方向变小；同样地，因为第二氮浓度C2、C4渐进地由源极侧 26、56向漏极侧28、58方向递减，因此金属栅极12、62的源极侧26、56 的功函数也会渐进地由源极侧26、56向漏极侧28、58方向变小。由于单一 金属栅极具有多种功函数，因此本发明的金属栅极晶体管可以同时提供高临 界电压，并且降低栅极引发漏极漏电流。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本 领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和 原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护 范围之内。