[發明專利]一種制作半導體器件的方法

在審

• 申請號: 201310239431.9
• 申請日: 2013-06-17
• 公開（公告）號: CN104241109A
• 公開（公告）日: 2014-12-24
• 發明（設計）人: 韓秋華
• 申請（專利權）人: 中芯國際集成電路制造（上海）有限公司
• 主分類號: H01L21/28
• 分類號: H01L21/28;H01L21/336
• 代理公司: 北京市磐華律師事務所 11336
• 代理人: 董巍;高偉

技術領域

本發明涉及半導體制造工藝，尤其涉及一種去除虛擬柵極的方法。

背景技術

隨著半導體集成電路(IC)工業技術日益的成熟，超大規模的集成電路的迅速發展，元器件尺寸越來越小，芯片的集成度越來越高。因器件的高密度，小尺寸的要求對半導體工藝影響也日益突出。IC集成度不斷的增大需要器件尺寸持續按比例縮小，然而電器的工作電壓有時維持不變，使得實際金屬氧化物半導體（MOS）器件產生較高的電源消耗。多晶硅和二氧化硅通常被用于形成MOS晶體管的柵極和層間介質。

隨著柵極尺寸縮短至幾十納米，柵氧化物層的厚度降至3nm以下，引發了柵極電阻過大、柵極泄漏增大以及多晶硅柵極出現空乏現象等問題。因此，人們又將目光重新投向金屬柵極技術，采用金屬柵極材料代替傳統的多晶硅材料，高k電介質代替氧化層材料，即采用高k電介質/金屬柵極（HK/MG）結構代替柵氧化層/虛擬多晶硅柵極結構，以避免由多晶硅虛擬柵極引起的多晶硅耗盡效應、摻雜硼原子擴散和較高的柵極漏電流等問題。同時，N-MOS和P-MOS的功能不同，因此需要的不同結構的柵極。

金屬柵極技術包括先形成柵（Gate-first）工藝和后形成柵（Gate-last）工藝。Gate-last工藝特點是在對硅片進行漏/源區離子注入操作以及隨后的高溫退火步驟完成之后再形成金屬柵極，其中去除多晶硅虛擬柵極（DPGR）和柵極氧化層是關鍵步驟之一。通常選用干法刻蝕去除多晶硅虛擬柵極，因為干法刻蝕比濕法刻蝕的效率高，刻蝕速率的變化不受摻雜的影響，采用稀釋的氫氟酸（DHF）去除柵氧化層以形成界面層（interfacial?layer），然而在采用稀釋的氫氟酸去除柵氧化層的過程中會很容易使接觸孔刻蝕停止層（CESL）和柵極間隙壁（spacer）發生凹陷（recess），這將導致金屬殘余物的形成。

現有技術中公開了一種采用SiCoNi預清工藝去除柵氧化層的方法，即采用SiCoNi預清工藝代替稀釋的氫氟酸清洗去除柵極氧化層，如圖1A所示，提供半導體襯底（未示出）。在半導體襯底上依次形成柵氧化層100、多晶硅虛擬柵極101，柵氧化層100和多晶硅虛擬柵極101的兩側形成柵極間隙壁102A、102B，材料可以選擇為氮化硅，形成方式可以是化學氣相沉積（CVD）法。在半導體襯底、多晶硅虛擬柵極101和柵極間隙壁102A、102B上形成接觸孔刻蝕停止層103。接著，在接觸孔刻蝕停止層103上形成層間介電層（ILD）104。然后，采用化學機械研磨（CMP）工藝去除多余的層間介電層和接觸孔刻蝕停止層，以露出多晶硅虛擬柵極101、柵極間隙壁102A、102B和接觸孔刻蝕停止層103，并且多晶硅虛擬柵極101，柵極間隙壁102A、102B，接觸孔刻蝕停止層103和層間介電層104的頂部齊平。

如圖1B所示，刻蝕去除多晶硅虛擬柵極101，以形成溝槽105，露出柵氧化層100。可以采用干法刻蝕或者濕法刻蝕進行刻蝕。優選采用干法刻蝕。

如圖1C所示，采用SiCoNi預清工藝去除所述柵氧化層100，以形成溝槽106。其中，SiCoNi預清工藝包括兩個步驟：NF₃/NH₃遠程等離子體刻蝕和原位退火，且這兩步都在同一腔體內完成，將半導體襯底放入反應室內以去除所述柵極氧化層100。或者采用稀釋的氫氟酸去除所述柵氧化層100，以形成溝槽106。

制作具有金屬柵極結構的互補金屬氧化物半導體器件的工藝中，去除多晶硅虛擬柵極和柵氧化層的工藝是后續形成金屬柵極結構的關鍵步驟。然而，根據現有技術采用稀釋的氫氟酸或者SiCoNi預清工藝去除柵極氧化層時，都會對半導體結構產生損傷。具體的，采用稀釋的氫氟酸去除柵氧化層時會損耗掉大部分的接觸孔刻蝕停止層和柵極間隙壁，采用SiCoNi預清工藝去除柵極氧化層時會損耗掉部分的接觸孔刻蝕停止層。根據現有技術在去除柵氧化層的工藝過程中，所采用的去除工藝都會損耗半導體結構中接觸孔刻蝕停止層和柵極間隙壁結構，這將會導致金屬殘余物的形成。

因此，需要一種新的方法，以避免在刻蝕去除柵氧化層時對柵極間隙壁結構和接觸孔刻蝕停止層的損耗，以提高器件的整體的性能和半導體器件的良品率。

發明內容

在發明內容部分中引入了一系列簡化形式的概念，這將在具體實施方式部分中進一步詳細說明。本發明的發明內容部分并不意味著要試圖限定出所要求保護的技術方案的關鍵特征和必要技術特征，更不意味著試圖確定所要求保護的技術方案的保護范圍。