[發明專利]用于高溫蝕刻高-K材料柵結構的方法

有效

• 申請號: 201210058517.7
• 申請日: 2008-06-27
• 公開（公告）號: CN102610515A
• 公開（公告）日: 2012-07-25
• 發明（設計）人: 劉煒;松末英一;沈美華;肖尚可·德謝穆克;川瀨羊平;安基特·強·潘;戴維·帕拉加什利;邁克爾·D·威沃思;約翰·I·夏恩;巴爾特·芬奇
• 申請（專利權）人: 應用材料公司
• 主分類號: H01L21/311
• 分類號: H01L21/311;H01L21/28
• 代理公司: 北京律誠同業知識產權代理有限公司 11006
• 代理人: 徐金國

本申請為2008年6月27日遞交的申請號為200810127582.8并且發明名稱為“用于高溫蝕刻高-K材料柵結構的方法”的發明專利申請的分案申請。

技術領域

本發明的實施方式主要涉及高溫蝕刻高-K材料的方法，更具體地，涉及在柵結構制造期間，高溫蝕刻高-K材料的方法。

背景技術

對于下一代半導體器件的甚大規模集成電路(VLSI)和超大規模集成電路(ULSI)來說，可靠地生產亞半微米以及更小的部件是關鍵技術之一。然而，隨著電路技術的局限推動，VLSI和ULSI技術中連接尺寸的減小對處理能力提出了額外的要求。柵圖案的可靠形成對實現VLSI和ULSI以及增加電路密度和不斷提高單個襯底和芯片的質量很重要。通常，柵結構包括設置在柵介電層上方的柵極。利用柵結構控制在該柵介電層下方的漏區和源區之間形成的溝道區中電荷載流子的流動。

高-K介電材料(例如，具有大于4的介電常數的材料)在柵結構應用中，廣泛地用于柵介電層。高-K柵介電材料具有低的等效氧化層厚度(EOT)并減小柵極漏電流。盡管大多數高-K材料在周圍溫度下相對穩定，但已經證實這些材料在柵結構制造工序期間很難被蝕刻。此外，傳統蝕刻劑蝕刻高-k材料相對于柵結構中存在的其它材料諸如柵極和/或下層材料具有低選擇性，從而在其它材料與高-K材料的接觸面上留下硅凹槽、印記(foot)或其它相關缺陷留。

因此，本領域需要在柵結構制造期間用于蝕刻高-K材料的改進方法。

發明內容

本發明提供蝕刻沉積在柵結構中的高-K材料的方法。在一個實施方式中，一種蝕刻高-K材料的方法可以包括將在其上沉積有高-K材料層的襯底提供給蝕刻腔室，由蝕刻腔室中的至少包括含鹵素氣體的蝕刻氣體混合物形成等離子體，以及將襯底的溫度保持在約100攝氏度和約250攝氏度之間同時在所述等離子體中蝕刻高-K材料層。

在另一實施方式中，為形成柵結構蝕刻薄膜疊層的方法可以包括在蝕刻腔室中，提供其上形成有薄膜疊層的襯底，其中該薄膜疊層包括在第一和第二多晶硅層之間所夾的高-K材料，蝕刻襯底上的第一多晶硅層以形成暴露高-K材料的溝槽，在溝槽的側壁上形成保護層，在約100攝氏度和約250攝氏度之間的溫度下通過含鹵素氣體通過所保護的溝槽蝕刻高-K材料，以及蝕刻沉積在襯底上的第二多晶硅層。

在另一實施方式中，蝕刻用于形成柵結構的薄膜疊層的方法可以包括將其上形成有薄膜疊層的襯底提供給蝕刻腔室，其中所述薄膜疊層包括在第一和第二多晶硅層之間所夾的含鉿氧化物層；以及在蝕刻腔室中順序蝕刻第一多晶硅層、含鉿氧化物層和第二多晶硅層，同時將所述襯底保持在約100攝氏度和約250攝氏度之間的溫度。

在另一實施方式中，蝕刻用于形成柵結構的薄膜疊層的方法可包括將具有金屬柵極的襯底提供給蝕刻腔室，所述金屬柵極設置在形成于所述襯底之上的高-K材料層之上，蝕刻所述金屬柵極層以形成暴露所述高-K材料的溝槽；以及通過含鹵素氣體在約100攝氏度和約250攝氏度之間的溫度下，通過所述溝槽蝕刻所述高-K材料。

在一個實施方式中，蝕刻在襯底上的高-K材料的方法可以包括將其上沉積有高-K材料層的襯底提供給腔室，由蝕刻腔室的至少含含鹵素氣體的蝕刻氣體混合物形成等離子體，保持蝕刻腔室的內部體積表面的溫度超過約100攝氏度，以及將襯底的溫度保持在約100攝氏度和250攝氏度之間，同時在等離子體中蝕刻高-K材料層。

附圖說明

通過以下詳細說明，結合附圖很容易理解本發明的教導。其中：

圖1示出了根據本發明一個實施方式的用于執行蝕刻工藝的等離子體工藝裝置的示意圖；

圖2示出了結合本發明一個實施方式的方法的工藝流程圖；以及

圖3示出了結合本發明另一個實施方式的方法的工藝流程圖；

圖4A-4D示出了設置為其上形成柵結構的薄膜疊層的橫截面圖；以及

圖5A-C示出了設置為形成柵結構的不同薄膜疊層的可選的橫截面的視圖。

為了便于理解，盡可能的，附圖中相同的附圖標記表示相同的元件。可以認為，一個實施方式的元件和特征可以在不需進一步描述的情況下，有益地結合到另一實施方式中。

然而，應該注意到附圖只示出了本發明的示例性實施方式，因此不能認為是對本發明范圍的限定，本發明可以有其他等效的實施方式。

具體實施方式