金属栅极结构及其工艺制造技术

一种金属栅极结构位于一基底上。金属栅极结构包含有一栅极介电层、一金属层以及一氮化铝钛金属层。栅极介电层位于基底上。金属层位于栅极介电层上。氮化铝钛金属层位于金属层上。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种金属栅极结构及其工艺，尤其涉及一种以氮化铝钛金属层作为阻障层及部分功函数金属层的金属栅极结构及其工艺。
技术介绍
在已知半导体产业中，多晶硅广泛地应用于半导体元件如金氧半导体(metal-oxide-semiconductor,M0S)晶体管中，作为标准的栅极填充材料选择。然而，随着MOS晶体管尺寸持续地微缩,传统多晶娃栅极因硼穿透(boron penetration)效应导致元件效能降低，及其难以避免的空乏效应(depletion effect)等问题,使得等效的栅极介电层厚度增加、栅极电容值下降，进而导致元件驱动能力的衰退等困境。因此，半导体业界更尝试以新的栅极填充材料，例如利用功函数(work function)金属来取代传统的多晶娃栅 极，用以作为匹配高介电常数(High-K)栅极介电层的控制电极。在互补式金氧半导体(complementarymetal-oxide semiconductor, CMOS)兀件中，双功函数金属栅极一方面需与NMOS元件搭配，一方面则需与PMOS元件搭配，因此使得相关元件的整合技术以及工艺控制更加复杂，且各填充材料的厚度与成分控制要求亦更加严苛。
技术实现思路
本专利技术提出一种金属栅极结构及其工艺，可解决上述问题。本专利技术提供一种金属栅极结构位于一基底上。金属栅极结构包含有一栅极介电层、一金属层以及一氮化招钛金属层。栅极介电层位于基底上。金属层位于栅极介电层上。氮化铝钛金属层位于金属层上。本专利技术提供一种金属栅极工艺，包含有下述步骤。首先，提供一基底。接着，形成一栅极介电层于基底上。接续，形成一招钛金属层于栅极介电层上。继的，原位形成一氮化铝钛金属层于铝钛金属层上。本专利技术提供一种金属栅极工艺，包含有有下述步骤。首先，提供一基底。接着，形成一栅极介电层于基底上。接续，形成一铝钛金属层于栅极介电层上。继的，进行一等离子体氮化工艺，以将铝钛金属层的上表面转换为一氮化铝钛金属层。基于上述，本专利技术提出一种金属栅极结构及其工艺，其具有一氮化铝钛金属层于金属层上，而此氮化铝钛金属层可同时兼具功函数金属层以及阻障层的功用。因此，可取代部分的(功函数)金属层，而减少(功函数)金属层的厚度。并且，由于其可作为阻障层的用，故不须再另外形成一阻障层，即可达到防止其上方的电极层的成分渗透至其下，而污染其下方的金属栅极结构的目的。如此一来，即可解决已知问题，且不会降低工艺效率。附图说明图I所绘示为本专利技术一实施例的金属栅极结构的剖面示意图。图2所绘示为本专利技术一实施例的金属栅极结构的剖面示意图。图3所绘示为本专利技术一实施例的CMOS晶体管工艺的剖面示意图。图4所绘示为本专利技术一实施例的CMOS晶体管工艺的剖面示意图。图5所绘示为本专利技术一实施例的CMOS晶体管工艺的剖面示意图。图6所绘示为本专利技术一实施例的CMOS晶体管工艺的剖面示意图。图7所绘示为本发 明一实施例的CMOS晶体管工艺的剖面示意图。图8所绘示为本专利技术一实施例的CMOS晶体管工艺的剖面示意图。主要元件符号说明10 :基底20:层间介电层22、316、326 :侧壁24:密封层30,30a,30b :栅极凹槽40、40a、40b :源 / 漏极区100、200 :金属栅极结构110、110’、314、324 :栅极介电层120 :金属层130,340 :氮化铝钛金属层140 电极层150、312、322 :缓冲层160、160，、318、328 :阻障层300 : CMOS 晶体管310 NM0S 晶体管320 PM0S 晶体管327 :第一功函数金属层330 :第二功函数金属层350:主电极层SI、S3:表面S2 :部分侧壁具体实施例方式图I所绘示为本专利技术一实施例的金属栅极结构的剖面示意图，其中图I的金属栅极结构系采用前置高介电常数介电层之后栅极工艺(gate-last for high_k first)所形成。如图I所示，一金属栅极结构100位于一基底10上，并位于一层间介电层20所环绕形成的一栅极凹槽30中。金属栅极结构100包含有一栅极介电层110、一金属层120以及一氮化招钛金属层130。栅极介电层110位于基底10上。金属层120位于栅极介电层110上。氮化铝钛金属层130位于金属层120上。电极层140位于氮化铝钛金属层130上。氮化招钛金属层130例如以气相沉积工艺(Physical Vapor Deposition,PVD)形成。金属栅极结构100可还包含一侧壁22及一密封层24，密封层24位于栅极介电层110、金属层120、氮化铝钛金属层130以及电极层140的侧边，而侧壁22则位于密封层24的侧边。其他详细的金属栅极结构100的形成方法为本领域所熟知，故不再赘述。基底10例如是一硅基底、一含硅基底、三五族覆硅基底(例如GaN-on-silicon)、石墨烯覆娃基底(graphene-on-silicon)或一娃覆绝缘(silicon-on-insulator,SOI)基底等半导体基底。栅极介电层110例如为一高介电常数介电层，可选自氧化铪(hafnium oxide, HfO2)、娃酸給氧化合物(hafnium silicon oxide, HfSiO4)、娃酸給氮氧化合物(hafnium silicon oxynitride, HfSiON)、氧化招(aluminum oxide, Al2O3)、氧化镧(lanthanum oxide, La2O3)、氧化组(tantalum oxide, Ta2O5)、氧化宇乙(yttrium oxide,Y2O3)、氧化错(zirconium oxide, ZrO2)、钦酸银(strontium titanate oxide, SrTiO3)、娃酸错氧化合物(zirconium silicon oxide, ZrSiO4)、错酸給(hafnium zirconium oxide,HfZrO4)、银秘组氧化物(strontium bismuth tantalate, SrBi2Ta2O9, SBT)、错钦酸铅(leadzirconate titanate, PbZrxTi1^O3, PZT)与钦酸钡,思(barium strontium titanate,BaxSivxTiO3,BST)所组成的组。本实施例中，金属层120为一功函数金属层，其中功函数金属层可为一铝钛金属层，适用于一 NMOS晶体管；但在其他实施例中，功函数金属层亦可为·一氮化钛金属层，适用于一 PMOS晶体管。并且，金属层120可为其他金属层，适用于其他半导体结构，本专利技术不以此为限。电极层140例如为铝电极层的主电极层。层间介电层20例如为氧化硅层。侧壁22及密封层24例如是以氮化硅或氧化硅等材料所组成的单层或多层复合结构。在此强调，由于氮化铝钛金属层130具有功函数金属层的特性，且具备良好的阻挡层的功能，故在本专利技术中提出。如此，将氮化铝钛金属层130形成于金属层120之上，除了可作为功函数金属层之外，亦可阻挡氮化铝钛金属层130上的电极层140的成分向下扩散，而污染氮化铝钛金属层130下的栅极介电层110等金属栅极结构100的部件，而降低金属栅极结构100的电性品质。具体而言，以NMOS晶体本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种金属栅极结构位于一基底上，该金属栅极结构，包含有：一栅极介电层位于该基底上；一金属层位于该栅极介电层上；以及一具有U型剖面结构的氮化铝钛金属层位于该金属层上。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：郑存闵，蔡旻錞，刘志建，林仁杰，李姵莹，王韶韦，林茂森，林静龄，
申请(专利权)人：联华电子股份有限公司，
类型：发明
国别省市：