[發明專利]去除柵介質層的方法

在審

• 申請號: 201310365793.2
• 申請日: 2013-08-20
• 公開（公告）號: CN104425233A
• 公開（公告）日: 2015-03-18
• 發明（設計）人: 趙杰;張彬
• 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: H01L21/283
• 分類號: H01L21/283
• 代理公司: 上海思微知識產權代理事務所(普通合伙) 31237
• 代理人: 屈蘅;李時云

技術領域

本發明涉及半導體制造領域，尤其涉及一種去除柵極介質層的方法。

背景技術

隨著晶體管尺寸的不斷縮小，絕緣層+金屬柵極（high-kmetalgate,HKMG）的技術幾乎已經成為45nm以下級別制程的必備技術。不過在制作HKMG結構晶體管的工藝方面，業內存在兩種不同工藝，分別是先柵極（Gate-first）工藝流派和后柵極（Gate-last）工藝流派。一般來說使用Gate-first工藝是直接形成金屬柵極；而Gate-last工藝是先形成虛擬柵極之后再去除虛擬柵極和柵介質層，再形成真正新的柵介質層和金屬柵極。

請參考圖1，現有技術中后柵極工藝在半導體襯底10分為兩個區，一個是芯核區11，另一個是IO區12，在芯核區11和O區12上形成柵介質層20，在所述柵介質層20上形成虛擬柵極30，接著在所述虛擬柵極30兩側形成側墻，所述側墻包括氮化硅41和氧化硅42，接著在所述虛擬柵極30之間形成層間介質層50；接著，請參考圖2，去除所述虛擬柵極30，暴露出在所述柵介質層20，并且在IO區12的所述柵介質層20以及層間介質層50的表面上形成光阻60，對所述光阻60進行曝光和顯影，暴露出芯核區11待去除的柵介質層20和部分層間介質層50；接著，請參考圖3，刻蝕去除芯核區11待去除的柵介質層20，這樣去除柵介質層20之后再重新在芯核區11形成真正的柵介質層，這樣能夠提高形成芯核區11的性能。

然而，由于去除所述柵介質層20采用的是濕法刻蝕，而且柵介質層20通常是使用熱氧化法形成的氧化硅，其材質較為致密，一般采用氫氟酸對其刻蝕去除；然而，所述側墻和層間介質層50的材質為化學氣相沉積方法形成，材質較熱氧化法形成的氧化硅較為疏松，氫氟酸對其刻蝕速度也比熱氧化法形成的氧化硅更高，在使用氫氟酸進行刻蝕柵介質層時，氫氟酸對所述側墻和層間介質層50刻蝕程度會更高，也就是說，刻蝕去除所述柵介質層20會對所述側墻和層間介質層50造成極大的損傷，會使后續形成的金屬柵極的高度收到影響，從而會使形成的半導體器件的良率大大降低。

發明內容

本發明的目的在于提供一種去除柵介質層的方法，能夠在去除柵介質層時不對側墻和層間介質層造成太大的損傷。

為了實現上述目的，本發明提出一種去除柵介質層的方法，其步驟包括：

提供半導體襯底，在所述半導體襯底上形成有柵介質層，在所述柵介質層上形成有虛擬柵極，在所述虛擬柵極兩側形成有側墻，在所述半導體襯底上、虛擬柵極之間填充有層間介質層；

對所述層間介質層以及側墻進行第一預處理；

去除所述虛擬柵極，暴露出所述柵介質層；

分步刻蝕所述柵介質層，在相鄰的分步刻蝕之間對所述層間介質層以及側墻進行第二預處理，直至完全去除所述柵介質層。

進一步的，所述第一預處理采用氮氣、氬氣或者氮氣和氬氣混合的電漿對所述層間介質層以及側墻進行轟擊。

進一步的，所述氮氣或氬氣流量范圍是5000sccm～15000sccm。

進一步的，所述第一預處理的處理時間范圍是10s～60s。

進一步的，所述第二預處理采用O₃的電漿對所述層間介質層以及側墻進行干法處理。

進一步的，所述O₃的流量范圍是10000sccm～20000sccm。

進一步的，所述第二預處理的時間范圍是20s～60s。

進一步的，所述第二預處理采用O₃和去離子水對所述層間介質層以及側墻進行濕法處理。

進一步的，所述O₃的流量范圍是5ppm～100ppm，所述去離子水的流量范圍是1L～2L。

進一步的，所述第二預處理的時間范圍是20s～120s。

進一步的，采用氫氟酸對所述柵介質層進行分步刻蝕。

進一步的，所述氫氟酸采用三步刻蝕去除所述柵介質層。

進一步的，每步使用所述氫氟酸進行刻蝕的時間范圍是5s～60s,濃度范圍是50:1～500:1。

進一步的，在第一步和第二步刻蝕的之后，均對所述層間介質層以及側墻進行第二預處理。

進一步的，所述柵介質層的材質為二氧化硅。

進一步的，所述柵介質層采用熱氧化法形成。

進一步的，所述側墻的材質包括二氧化硅、氮化硅和氮氧化硅。

進一步的，所述層間介質層的材質為二氧化硅。