[发明专利]金属栅极、其形成方法及CMOS晶体管

说明书

技术领域

本发明涉及集成电路制造领域，特别涉及一种金属栅极、其形成方法及CMOS晶体管。

背景技术

随着现有工艺的不断进步，业内从开始避免使用金属栅极逐渐的过度到使用金属栅极。金属栅极的形成工艺通常为首先形成牺牲多晶硅栅极，作用在初始加工过程中，随后采用金属栅极代替，如此既保留了多晶硅栅极的优点，也具备了金属在电性能上的优势。

目前而言，在包括P型场效应管（PFET）和N型场效应管（NFET）的CMOS晶体管中，大多都采用金属栅极。图1所示为现有工艺的CMOS晶体管示意图。所述CMOS晶体管10包括NFET10a和PFET10b，NFET10a和PFET10b皆包括源漏极和栅极，其中，在采用上述替代的方法形成栅极金属层12后，继续形成一掩膜层13以覆盖，并在掩膜层13上形成一氧化层14，接着采用刻蚀工艺形成通孔以填充金属制作金属连线15。

然而，栅极金属层12与掩膜层13的粘附性较差，比如用铝做金属栅极时，尤其是在形成通孔后，就会产生剥离（peeling）16，这种缺陷通常是较为致命的，严重影响器件的可靠性。

发明内容

本发明的目的在于提供一种金属栅极、其形成方法及CMOS晶体，以解决现有工艺产生peeling的缺陷。

为解决上述技术问题，本发明提供一种金属栅极的形成方法，包括：

提供半导体结构，所述半导体结构包括栅极介电层及形成于所述栅极介电层上的牺牲多晶硅栅极；

将所述牺牲多晶硅栅极替换成栅极金属层；

对所述栅极金属层进行氮气处理，形成一氮化物薄膜。

可选的，对于所述的金属栅极的形成方法，所述栅极金属层的材料为铝。

可选的，对于所述的金属栅极的形成方法，在快速热处理腔内进行所述氮气处理。

可选的，对于所述的金属栅极的形成方法，所述氮化物薄膜的材料为氮化铝。

可选的，对于所述的金属栅极的形成方法，进行氮气处理的工艺条件为：氮气流量为2~100sccm，反应时间为2~50s，反应温度为300~500℃。

可选的，对于所述的金属栅极的形成方法，在化学气相沉积腔内进行所述氮气处理，所述氮气处理的工艺条件为：氮气流量为2~50sccm，反应时间为1~10s，反应功率为100~1000W。

本发明提供一种利用上述方法形成的金属栅极，包括：

栅极介电层，形成于所述栅极介电层上的栅极金属层；

形成于所述栅极金属层上的氮化物薄膜。

本发明还提供一种CMOS晶体管，包括：

NFET，所述NFET包括P阱，如上所述的金属栅极，所述金属栅极位于所述P阱上；

PFET，所述PFET包括N阱，如上所述的金属栅极，所述金属栅极位于所述N阱上。

可选的，对于所述的CMOS晶体管，还包括浅沟道隔离，所述N阱和P阱分列于所述浅沟道隔离两侧。

可选的，对于所述的CMOS晶体管，所述N阱和P阱内皆形成有源极和漏极。

可选的，对于所述的CMOS晶体管，还包括金属连线，所述金属连线与所述源极、漏极和金属栅极相连接。

可选的，对于所述的CMOS晶体管，所述金属连线外围形成有一保护层。

可选的，对于所述的CMOS晶体管，还包括位于N阱和P阱上的栅极侧墙，所述栅极侧墙紧靠所述栅极介电层、栅极金属层及氮化物薄膜。

可选的，对于所述的CMOS晶体管，所述相邻金属栅极的栅极侧墙之间为填充氧化层。

本发明提供的一种金属栅极、其形成方法及CMOS晶体中，采用氮气处理栅极金属层，形成一氮化物薄膜，从而使得金属铝和掩膜层间的粘附性大大增加，避免了peeling现象的发生，从而提高了器件的可靠性。

附图说明

图1为现有工艺的CMOS晶体管的结构示意图；

图2~7为本发明实施例的CMOS晶体管的形成过程中器件结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明提供的金属栅极、其形成方法及CMOS晶体管作进一步详细说明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。

请参考图2，本实施例提供一种具有金属栅极的场效应晶体管及其制造方法。