[發明專利]半導體元件及其金屬柵極堆疊的形成方法

無效

• 申請號: 200910171765.0
• 申請日: 2009-09-02
• 公開（公告）號: CN101673686A
• 公開（公告）日: 2010-03-17
• 發明（設計）人: 林毓超;陳嘉仁;林益安;林志忠
• 申請（專利權）人: 臺灣積體電路制造股份有限公司
• 主分類號: H01L21/336
• 分類號: H01L21/336;H01L21/28
• 代理公司: 隆天國際知識產權代理有限公司
• 代理人: 姜 燕;陳 晨

技術領域

本發明涉及半導體元件的制造方法。

背景技術

于先進的集成電路制造的技術節點(technology?node)中，使用高介電系數(high?k)介電材料及金屬形成金屬氧化物半導體場效應晶體管(metal-oxide-semiconductor?field-effect?transistor；MOSFET)的金屬柵極堆疊(metal?gate?stack)。于一形成金屬柵極堆疊的方法中，利用光刻工藝圖案化金屬柵極。于柵極金屬層上形成圖案化光致抗蝕劑層后，對柵極金屬層進行蝕刻步驟，接著以氧氣灰化法(氧氣等離子體)移除圖案化光致抗蝕劑層。然而，氧氣等離子體的移除會造成金屬層的氧化及起始氧化層(initial?oxide)的再成長(re-growth)。再者，于柵極蝕刻步驟后的移除高分子及處理多晶硅/金屬/high?k層側壁的步驟也會造成金屬柵極的氧化、氧滲透至high?k介電材料層及起始氧化層再成長的問題。

發明內容

為克服現有技術的缺陷，本發明提供一種形成半導體元件的方法，包括：于一基底上形成一第一材料層；于該第一材料層上形成一圖案化光致抗蝕劑層；利用該圖案化光致抗蝕劑層作為一掩模，對該第一材料層施行一蝕刻步驟；以及提供一含氮等離子體至該基底以移除該圖案化光致抗蝕劑層。

本發明也提供一種形成半導體元件的金屬柵極堆疊的方法，包括：于一基底上形成一第一金屬層；于該第一金屬層上形成一導電材料層；于該導電材料層上形成一圖案化光致抗蝕劑層，該圖案化光致抗蝕劑層定義露出該導電材料層的開口；對該導電層及金屬層施行一蝕刻步驟，以移除位于該圖案化光致抗蝕劑層的開口內的金屬層，形成一金屬柵極；以及提供一含氮等離子體至該基底以移除該圖案化光致抗蝕劑層。

本發明還提供一種形成半導體元件的金屬柵極堆疊的方法，包括：于一基底上形成一高介電系數(high?k)介電材料層；于該基底上形成一金屬層；于該金屬層上形成一多晶硅層；于該多晶硅層上形成一圖案化光致抗蝕劑層；利用該圖案化光致抗蝕劑層作為一掩模，對該基底施行一蝕刻步驟以移除該多晶硅層及金屬柵極層；以及提供一含氮等離子體至該基底以移除該圖案化光致抗蝕劑層。

本發明能夠克服氧氣等離子體的移除所造成的金屬層的氧化及起始氧化層的再成長的問題。再者，本發明還能夠克服金屬柵極的氧化、氧滲透至high?k介電材料層及起始氧化層再成長的問題。

附圖說明

圖1為根據本發明概念的實施例的方法流程圖，以形成具有金屬柵極堆疊的半導體結構。

圖2至圖5為一實施例的具有金屬柵極堆疊的半導體結構的工藝剖面圖。

圖6為根據本發明概念的另一實施例的方法的流程圖，以形成具有金屬柵極堆疊的半導體結構。

圖7至圖9為另一實施例的具有金屬柵極堆疊的半導體結構的工藝剖面圖。

并且，上述附圖中的附圖標記說明如下：

150～半導體結構；160～半導體基底；162～第一材料層；164～第二材料層；166～圖案化光致抗蝕劑層；200～半導體結構；210～半導體基底；212～界面層；214～high?k介電材料層；216～蓋層；218～金屬柵極層；220～多晶硅層；222～圖案化光致抗蝕劑層。

具體實施方式

有關各實施例的制造和使用方式如以下所詳述。然而，值得注意的是，本發明所提供的各種可應用的發明概念依具體內文的各種變化據以實施，且在此所討論的具體實施例僅是用來顯示具體使用和制造本發明的方法，而不用以限制本發明的范圍。以下通過各種附圖及例式說明本發明較佳實施例的制造過程。在本發明各種不同的各種實施例和附圖中，相同的附圖標記代表相同或類似的元件。此外，當一層材料層是位于另一材料層或基板之上時，其可以是直接位于其表面上或另外插入有其他中介層。

圖1為根據本發明概念的實施例的方法100流程圖，形成具有金屬柵極堆疊的半導體結構。圖2至圖5為一實施例的具有金屬柵極堆疊的半導體結構150的工藝剖面圖。形成半導體元件的方法100是參照圖1至圖5作說明。

方法100起始于步驟102，提供半導體基底160。半導體基底160包括硅。基底160也可包括鍺(germanium)、硅鍺(silicon?germanium)，或其他合適的半導體材料，例如鉆石(diamond)、碳化硅(silicon?carbide；SiC)或砷化鎵(gallium?arsenic；GaAs)。基底l?60可還包括額外的元件及/或材料層，例如形成于基底內的各種隔離結構。