[發(fā)明專利]硅蝕刻液以及使用該硅蝕刻液的晶體管的制造方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201180044539.1
• 申請日: 2011-07-26
• 公開（公告）號: CN103109356A
• 公開（公告）日: 2013-05-15
• 發(fā)明（設計）人: 島田憲司;松永裕嗣
• 申請（專利權）人: 三菱瓦斯化學株式會社
• 主分類號: H01L21/308
• 分類號: H01L21/308;H01L21/28;H01L21/306;H01L21/336;H01L21/8234;H01L27/088;H01L29/423;H01L29/49;H01L29/78
• 代理公司: 北京林達劉知識產權代理事務所(普通合伙) 11277
• 代理人: 劉新宇;李茂家

技術領域

本發(fā)明涉及一種在晶體管的制造方法中在由硅形成的虛設柵極的蝕刻中使用的、選擇性地蝕刻該由硅形成的虛設柵極的蝕刻液以及使用該硅蝕刻液的晶體管的制造方法，該晶體管的制造方法的特征在于，使用具有至少高介電材料膜和由硅形成的虛設柵極層疊而成的虛設柵極層疊體的結構體，將該虛設柵極替換成含有鉿、鋯、鈦、鉭或鎢的金屬的金屬柵極。

背景技術

目前為止半導體的性能、成本、功耗隨著縮小晶體管的柵極長度、柵極厚度的所謂微細化而逐漸提升。然而，如果欲實現當今所需求的微細化而使用氧化硅的以往的柵極絕緣膜時，柵極厚度會變得過薄而使隧道效應電流引發(fā)的漏電流增大，進而使功耗增加。此外近年來在使用半導體元件的機器中，手機、筆記本電腦、便攜式音樂播放器等隨身攜帶使用的機器逐漸增多。此時，由于多數情況下由可充電電池供給電能，所以旨在長時間使用則需要半導體元件低功耗。因此，出于減少待機中的漏電流的目的，作為構成晶體管的絕緣材料和柵電極的組合，設計了使用高介電材料和金屬柵極代替以往所用的氧化硅和多晶硅的技術（非專利文獻1）。

關于該高介電材料和金屬柵極的制造方法提出了各種各樣的方法，作為方法之一，有被稱為柵極腐蝕（gate?rust）的方法（非專利文獻1），在組合高介電材料和多晶硅制作晶體管形狀之后，去除多晶硅并替換成金屬柵極。圖1表示使用了高介電材料的半導體元件中多晶硅去除前的晶體管的一部分的剖面示意圖。對于濕式蝕刻多晶硅的情況，近年來為了抑制顆粒大多使用1片片地洗滌硅片的單片洗滌裝置。因此，多晶硅每單位時間的蝕刻量（以后稱為蝕刻速率）小且蝕刻所需時間增加，使得每臺裝置的制造量減少。因而，需要下述技術：在該去除多晶硅的工序中不腐蝕高介電材料、金屬、側壁和層間絕緣膜地在短時間內蝕刻多晶硅。

作為蝕刻多晶硅的方法，已知有干式蝕刻（專利文獻1）。然而，干式蝕刻不僅蝕刻多晶硅而且會蝕刻側壁、層間絕緣膜。因此需要在側壁和層間絕緣膜之上設置光致抗蝕層等保護膜。設置保護膜使制造工序變復雜，招致產量降低、制造成本增加。此外，由于用于去除光致抗蝕劑而進行的灰化處理使層間絕緣膜變質，因而顧慮使晶體管的性能降低。另外，出于防止微小硅殘留的目的，通常進行時間長于由蝕刻速率計算的蝕刻處理所需時間的蝕刻（過度蝕刻）。干式蝕刻為過度蝕刻時，由于硅蝕刻后露出的高介電材料被腐蝕、使該高介電材料變質等，因而存在晶體管的性能降低的情況。

作為濕式蝕刻法中蝕刻硅的洗滌液，已知有各種堿性洗滌液（非專利文獻2）。然而，由于這些洗滌液的硅的蝕刻速率小，因而蝕刻所需時間長，每臺裝置的制造量減少。

作為獲得高的硅的蝕刻速度的技術，提出了含有無機堿化合物和羥胺類的蝕刻組合物（專利文獻2）。然而，由于無機堿所含的堿金屬離子使晶體管的性能大大劣化，因而無法使用。

作為獲得高的硅的蝕刻速度的技術，提出了含有有機堿化合物以及由選自羥胺類、次磷酸鹽類、還原糖類、抗壞血酸、乙醛酸、鄰苯二酚和它們的衍生物中的至少1種組成的還原性化合物的蝕刻組合物（參照專利文獻3及比較例3）。

另外，作為抑制鋁的蝕刻、削弱粘接薄膜的粘接力的剝離液，提出了在堿性液中含有糖醇作為防腐劑的剝離液（專利文獻4）。然而，專利文獻4在不妨害削弱粘接薄膜的粘接力的能力這一觀點下提出防止鋁的蝕刻的堿性剝離液，而關于該堿性剝離液的多晶硅的蝕刻能力則并未言及。因此，專利文獻4是與將獲得多晶硅的高蝕刻速率為目的的本發(fā)明不同的技術。此外，專利文獻4中，關于能夠使用的剝離液只要是呈堿性的溶液即可，并不作特別地限定。然而，能夠在多晶硅的蝕刻中使用的呈堿性的化合物是受到限定的。即，基于專利文獻4類推適合于本發(fā)明的化合物并不容易（參照比較例4）。

此外，作為金屬柵極的材料，除上述鋁之外，如采用了鋯、鈦、鉭或鎢等。然而，現狀是找不到適合這些材料的蝕刻液。因此，強烈期盼著在采用去除由硅形成的虛設柵極并替換成含有鉿、鋯、鈦、鉭或鎢的金屬柵極的方法來制造具有至少由高介電材料膜和該金屬柵極構成的層疊體的晶體管的方法中選擇性去除該虛設柵極的蝕刻液、以及該晶體管的制造方法。

現有技術文獻

專利文獻

專利文獻1:美國專利第7316949號說明書

專利文獻2:日本特開平2006-351813號公報

專利文獻3:日本專利第3994992號

專利文獻4:日本特開2005-229053號公報

非專利文獻

非專利文獻1:應用物理76,9,2007,p.1006