[發(fā)明專利]一種高K柵介質(zhì)的刻蝕方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201010541140.1
• 申請日: 2010-11-10
• 公開（公告）號: CN102468157A
• 公開（公告）日: 2012-05-23
• 發(fā)明（設計）人: 徐秋霞;李永亮
• 申請（專利權）人: 中國科學院微電子研究所
• 主分類號: H01L21/311
• 分類號: H01L21/311
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 周長興

技術領域

本發(fā)明屬于納米半導體技術領域，特別是指一種在先柵工藝金屬柵/高K(高介電常數(shù))柵介質(zhì)疊層結構中高K柵介質(zhì)的刻蝕去除方法，以及在后柵工藝高K柵介質(zhì)在先的工藝中，高K柵介質(zhì)的刻蝕去除方法。本發(fā)明適合在45nm及以下技術代互補型金屬氧化物半導體(CMOS)器件和電路中應用。

背景技術

當CMOS特征尺寸縮小到45nm及以下時，由于常規(guī)超薄的SiON柵介質(zhì)嚴重的直接隧穿漏電流已無法應用，采用高K柵介質(zhì)已勢在必行，因為高K柵介質(zhì)在同樣的等效氧化物厚度(EOT)下有較厚的物理厚度，所以可以大幅度降低柵極漏電流。但常規(guī)的多晶硅柵極與高K不兼容，所以必須采用金屬柵極，以消除費米釘扎和多晶硅耗盡效應，減小柵電阻。金屬柵/高K結構應用到器件制備中去，刻蝕難度較大，特別是高K介質(zhì)的刻蝕，不僅要各向異性剖面好，要刻干凈、無殘留，而且對襯底Si要求有很高的刻蝕選擇比，對硅襯底不產(chǎn)生損傷。Cl₂和F基氣體都不能滿足要求，我們采用BCl₃反應離子刻蝕輔以Ar離子轟擊，獲得成功。這是由于BCl₃等離子體可刻蝕金屬氧化物，其中的氧可以通過形成揮發(fā)性的BOCl反應產(chǎn)物而除去，同時在硅襯底表面形成起鈍化作用的B-Si鍵，提高了對硅襯底的刻蝕選擇比。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明目的在于提供一種高K柵介質(zhì)的的高選擇比刻蝕方法，以改進公知技術中存在的缺陷。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供的高K柵介質(zhì)的刻蝕方法，對于后柵工藝，主要步驟為：

步驟1)在器件隔離形成后，在硅襯底上依次形成界面SiO₂/Hf基高K柵介質(zhì)/多晶硅/硬掩膜的疊層柵結構；

步驟2)光刻形成膠圖形；

步驟3)刻蝕硬掩膜，終止在多晶硅上；

步驟4)去膠后刻蝕多晶硅，刻蝕終止在Hf基高K柵介質(zhì)上；

步驟5)采用BCl₃/Ar的混合氣體反應離子刻蝕Hf基高K柵介質(zhì)，終止在硅襯底上。

本發(fā)明提供的高K柵介質(zhì)的刻蝕方法，對于先柵工藝，主要步驟為：

步驟1)在器件隔離形成后，在硅襯底上依次形成界面SiO₂/Hf基高K柵介質(zhì)/金屬柵/多晶硅/硬掩膜的疊層柵結構；

步驟2)光刻形成膠圖形；

步驟3)刻蝕硬掩膜，終止在多晶硅上；

步驟4)去膠后刻蝕多晶硅，終止在金屬柵上；

步驟5)刻蝕金屬柵，終止在Hf基高K柵介質(zhì)上；

步驟6)采用BCl₃/Ar的混合氣體反應離子刻蝕Hf基高K柵介質(zhì)，終止在硅襯底上。

所述的刻蝕方法，其中的金屬柵是金屬氮化物或摻雜的難熔金屬，如：TaN、TiN、TaC、TaCN、TiAlN、TiGaN或MoAlN等。

所述的刻蝕方法，其中的Hf基高K柵介質(zhì)是Hf基摻雜氧化物，如：HfO₂、HfSiON、HfLaO、HfLaON、HfAlON或HfAlSiON。

所述的刻蝕方法，其中的硬掩膜是SiO₂、S_i3N₄或其疊層構成。

所述的刻蝕方法，其中刻蝕硬掩膜是采用氟基反應離子刻蝕，如：CF₄、CHF₃或及其組合。

所述的刻蝕方法，其中刻蝕多晶硅是采用Cl₂/HBr的反應離子刻蝕。

所述的刻蝕方法，其中刻蝕金屬柵是采用Cl基反應離子刻蝕，如BCl₃/Cl₂/Ar、BCl₃/Cl₂/SF₆/Ar等混合氣氛的反應離子刻蝕。

所述的刻蝕方法，其中Hf基高K柵介質(zhì)的刻蝕條件為：BCl₃流量20-120sccm，Ar流量10-60sccm；刻蝕功率上電極功率120-400W，下電極功率40-250W；腔體壓力3-10mτ；腔體溫度60-200℃。

本發(fā)明不僅可以獲得陡直的刻蝕剖面，不留殘余，而且對硅襯底具有優(yōu)良的刻蝕選擇比，不產(chǎn)生損傷。與CMOS工藝兼容性好，成本低。

附圖說明

圖1為硬掩膜/多晶硅/TaN金屬柵/HfSiON高K柵介質(zhì)/界面SiO₂結構中HfSiON高K柵介質(zhì)刻蝕后的SEM剖面照片。其中主要標號是：