去除柵介質(zhì)層的方法
【專利摘要】本發(fā)明提出一種去除柵介質(zhì)層的方法，在形成層間介質(zhì)層之后，刻蝕去除虛擬柵極之前，先對所述層間介質(zhì)層以及側(cè)墻進(jìn)行第一次預(yù)處理，使層間介質(zhì)層和側(cè)墻的表面更加致密，降低后續(xù)刻蝕對層間介質(zhì)層和側(cè)墻的損傷；在進(jìn)行刻蝕去除柵介質(zhì)層時，同時對層間介質(zhì)層以及側(cè)墻進(jìn)行第二次預(yù)處理，能夠進(jìn)一步的減少刻蝕時對所述層間介質(zhì)層和側(cè)墻的損傷，使層間介質(zhì)層和側(cè)墻的表面更平坦，能更好的控制形成金屬柵的高度以及避免金屬柵材料在層間介質(zhì)層發(fā)生殘留，從而可以提高形成的半導(dǎo)體器件的良率。
【專利說明】去除柵介質(zhì)層的方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及半導(dǎo)體制造領(lǐng)域，尤其涉及一種去除柵極介質(zhì)層的方法。

【背景技術(shù)】
[0002]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(shù)幾乎已經(jīng)成為45nm以下級別制程的必備技術(shù)。不過在制作HKMG結(jié)構(gòu)晶體管的工藝方面，業(yè)內(nèi)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-1ast工藝是先形成虛擬柵極之后再去除虛擬柵極和柵介質(zhì)層，再形成真正新的柵介質(zhì)層和金屬柵極。
[0003]請參考圖1，現(xiàn)有技術(shù)中后柵極工藝在半導(dǎo)體襯底10分為兩個區(qū)，一個是芯核區(qū)11，另一個是1區(qū)12，在芯核區(qū)11和O區(qū)12上形成柵介質(zhì)層20，在所述柵介質(zhì)層20上形成虛擬柵極30，接著在所述虛擬柵極30兩側(cè)形成側(cè)墻，所述側(cè)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(zhì)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(zhì)層20，并且在1區(qū)12的所述柵介質(zhì)層20以及層間介質(zhì)層50的表面上形成光阻60，對所述光阻60進(jìn)行曝光和顯影，暴露出芯核區(qū)11待去除的柵介質(zhì)層20和部分層間介質(zhì)層50 ;接著，請參考圖3，刻蝕去除芯核區(qū)11待去除的柵介質(zhì)層20，這樣去除柵介質(zhì)層20之后再重新在芯核區(qū)11形成真正的柵介質(zhì)層，這樣能夠提高形成芯核區(qū)11的性能。
[0004]然而，由于去除所述柵介質(zhì)層20采用的是濕法刻蝕，而且柵介質(zhì)層20通常是使用熱氧化法形成的氧化硅，其材質(zhì)較為致密，一般采用氫氟酸對其刻蝕去除；然而，所述側(cè)墻和層間介質(zhì)層50的材質(zhì)為化學(xué)氣相沉積方法形成，材質(zhì)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(jìn)行刻蝕柵介質(zhì)層時，氫氟酸對所述側(cè)墻和層間介質(zhì)層50刻蝕程度會更高，也就是說，刻蝕去除所述柵介質(zhì)層20會對所述側(cè)墻和層間介質(zhì)層50造成極大的損傷，會使后續(xù)形成的金屬柵極的高度收到影響，從而會使形成的半導(dǎo)體器件的良率大大降低。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于提供一種去除柵介質(zhì)層的方法，能夠在去除柵介質(zhì)層時不對側(cè)墻和層間介質(zhì)層造成太大的損傷。
[0006]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提出一種去除柵介質(zhì)層的方法，其步驟包括:
[0007]提供半導(dǎo)體襯底，在所述半導(dǎo)體襯底上形成有柵介質(zhì)層，在所述柵介質(zhì)層上形成有虛擬柵極，在所述虛擬柵極兩側(cè)形成有側(cè)墻，在所述半導(dǎo)體襯底上、虛擬柵極之間填充有層間介質(zhì)層；
[0008]對所述層間介質(zhì)層以及側(cè)墻進(jìn)行第一預(yù)處理；
[0009]去除所述虛擬柵極，暴露出所述柵介質(zhì)層；
[0010]分步刻蝕所述柵介質(zhì)層，在相鄰的分步刻蝕之間對所述層間介質(zhì)層以及側(cè)墻進(jìn)行第二預(yù)處理，直至完全去除所述柵介質(zhì)層。
[0011]進(jìn)一步的，所述第一預(yù)處理采用氮?dú)?、氬氣或者氮?dú)夂蜌鍤饣旌系碾姖{對所述層間介質(zhì)層以及側(cè)墻進(jìn)行轟擊。
[0012]進(jìn)一步的,所述氮?dú)饣驓輾饬髁糠秶?000sccm?15000sccm。
[0013]進(jìn)一步的,所述第一預(yù)處理的處理時間范圍是1s?60s。
[0014]進(jìn)一步的，所述第二預(yù)處理采用O3的電漿對所述層間介質(zhì)層以及側(cè)墻進(jìn)行干法處理。
[0015]進(jìn)一步的，所述O3的流量范圍是lOOOOsccm?20000sccm。
[0016]進(jìn)一步的，所述第二預(yù)處理的時間范圍是20s?60s。
[0017]進(jìn)一步的，所述第二預(yù)處理采用O3和去離子水對所述層間介質(zhì)層以及側(cè)墻進(jìn)行濕法處理。
[0018]進(jìn)一步的，所述O3的流量范圍是5ppm?lOOppm，所述去離子水的流量范圍是IL?2L0
[0019]進(jìn)一步的，所述第二預(yù)處理的時間范圍是20s?120s。
[0020]進(jìn)一步的，采用氫氟酸對所述柵介質(zhì)層進(jìn)行分步刻蝕。
[0021]進(jìn)一步的，所述氫氟酸采用三步刻蝕去除所述柵介質(zhì)層。
[0022]進(jìn)一步的，每步使用所述氫氟酸進(jìn)行刻蝕的時間范圍是5s?60s，濃度范圍是50:1 ?500:1。
[0023]進(jìn)一步的，在第一步和第二步刻蝕的之后，均對所述層間介質(zhì)層以及側(cè)墻進(jìn)行第二預(yù)處理。
[0024]進(jìn)一步的，所述柵介質(zhì)層的材質(zhì)為二氧化硅。
[0025]進(jìn)一步的，所述柵介質(zhì)層采用熱氧化法形成。
[0026]進(jìn)一步的，所述側(cè)墻的材質(zhì)包括二氧化硅、氮化硅和氮氧化硅。
[0027]進(jìn)一步的，所述層間介質(zhì)層的材質(zhì)為二氧化硅。
[0028]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果主要體現(xiàn)在:在形成層間介質(zhì)層之后，刻蝕去除虛擬柵極之前，先對所述層間介質(zhì)層以及側(cè)墻進(jìn)行第一次預(yù)處理，使層間介質(zhì)層和側(cè)墻的表面更加致密，降低后續(xù)刻蝕對層間介質(zhì)層和側(cè)墻的損傷；在進(jìn)行刻蝕去除柵介質(zhì)層時，同時對層間介質(zhì)層以及側(cè)墻進(jìn)行第二次預(yù)處理，能夠進(jìn)一步的減少刻蝕時對所述層間介質(zhì)層和側(cè)墻的損傷，使層間介質(zhì)層和側(cè)墻的表面更平坦，能更好的控制形成金屬柵的高度以及避免金屬柵材料在層間介質(zhì)層發(fā)生殘留，從而可以提高形成的半導(dǎo)體器件的良率。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0029]圖1至圖3為現(xiàn)有技術(shù)中去除柵介質(zhì)層步驟中器件結(jié)構(gòu)的剖面圖；
[0030]圖4為一實(shí)施例中去除柵介質(zhì)層的方法的流程圖；
[0031]圖5至圖7為一實(shí)施例中去除柵介質(zhì)層步驟中器件結(jié)構(gòu)的剖面圖。

【具體實(shí)施方式】
[0032]以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對本發(fā)明提出的去除柵介質(zhì)層的方法作進(jìn)一步詳細(xì)說明。根據(jù)下面說明和權(quán)利要求書，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和特征將更清楚。需說明的是，附圖均采用非常簡化的形式且均使用非精準(zhǔn)的比例，僅用以方便、明晰地輔助說明本發(fā)明實(shí)施例的目的。
[0033]請參考圖4，在本實(shí)施例中，提出一種去除柵介質(zhì)層的方法，其步驟包括:
[0034]提供半導(dǎo)體襯底100，在所述半導(dǎo)體襯底100上形成有柵介質(zhì)層200，在所述柵介質(zhì)層200上形成有虛擬柵極300，在所述虛擬柵極300兩側(cè)形成有側(cè)墻，在所述半導(dǎo)體襯底100上、虛擬柵極300之間填充有層間介質(zhì)層500，如圖5所示；
[0035]其中，所述半導(dǎo)體襯底100可以是單晶硅、多晶硅以及絕緣體上硅等，所述柵介質(zhì)層200為二氧化硅，其采用熱氧化法形成，通常形成的柵介質(zhì)層200的厚度范圍是8埃?15埃，例如是10埃；其中，所述側(cè)墻包括第一側(cè)墻410和第二側(cè)墻420，所述第一側(cè)墻410的材質(zhì)為氮化硅，所述第二側(cè)墻420的材質(zhì)為二氧化硅，在本實(shí)施例的其他實(shí)施例中，所述側(cè)墻的材質(zhì)也可以為氮氧化硅；所述層間介質(zhì)層500的材質(zhì)為二氧化硅，在形成層間介質(zhì)層500之后，可以采用化學(xué)機(jī)械研磨平坦化所述層間介質(zhì)層500。
[0036]對所述層間介質(zhì)層500以及側(cè)墻進(jìn)行第一預(yù)處理；
[0037]在該步驟中，所述第一預(yù)處理采用氮?dú)狻鍤獾獨(dú)夂蜌鍤饣旌系碾姖{對所述層間介質(zhì)層500以及側(cè)墻進(jìn)行轟擊，從而使所述層間介質(zhì)層500以及側(cè)墻的表面變得更加致密，可以減少后續(xù)刻蝕對其的損傷，其中，所述氮?dú)饣驓鍤饬髁糠秶?000sccm?15000sccm，例如是2000sccm，所述第一預(yù)處理的處理時間范圍是1s?60s，例如是20s。
[0038]去除所述虛擬柵極300，暴露出所述柵介質(zhì)層200，如圖6所示；
[0039]在本實(shí)施例中，所述半導(dǎo)體襯底100分為兩個區(qū)域，一個用于制作1區(qū)120，一個用于制作芯核區(qū)110，由于刻蝕去除所述虛擬柵極300時會對芯核區(qū)110的柵介質(zhì)層200有所損傷，為了提高芯核區(qū)110的性能，則需要在芯核區(qū)110先去除受損傷的柵介質(zhì)層200再重新生長柵介質(zhì)層200，為了能去除芯核區(qū)110受損傷的柵介質(zhì)層200而不損傷1區(qū)120的柵介質(zhì)層200，則需要在1區(qū)120形成光阻進(jìn)行保護(hù)，形成光阻的步驟具體包括:
[0040]在所述層間介質(zhì)層500、側(cè)墻和柵介質(zhì)層200的表面形成光阻600 ；
[0041]對所述光阻600進(jìn)行曝光、顯影，使所述光阻600僅遮擋無需重新生長柵介質(zhì)層200的1區(qū)120，暴露出一部分層間介質(zhì)層500、芯核區(qū)110的柵介質(zhì)層200以及側(cè)墻。
[0042]分步刻蝕芯核區(qū)110的柵介質(zhì)層200，在相鄰的分別刻蝕之間對所述層間介質(zhì)層500以及側(cè)墻進(jìn)行第二預(yù)處理，直至完全去除芯核區(qū)110的柵介質(zhì)層200，如圖7所示；
[0043]在該步驟中，采用濕法刻蝕使用氫氟酸分步去除芯核區(qū)110的柵介質(zhì)層200，在本實(shí)施例中，所述柵介質(zhì)層200的厚度為10埃，可以將刻蝕分為三步，每一步使用所述氫氟酸刻蝕的時間范圍是5s?60s，例如是20s ;所述氫氟酸的濃度范圍是50:1?500:1，例如是100:1 ;每一步均刻蝕3埃左右，在第一步和第二步刻蝕的之后，均對所述層間介質(zhì)層500以及側(cè)墻進(jìn)行第二預(yù)處理，所述第二預(yù)處理可以采用O3的電漿對所述層間介質(zhì)層500以及側(cè)墻進(jìn)行干法處理，其中，所述O3的流量范圍是lOOOOsccm?20000sccm，例如是15000sccm;處理時間范圍是20s?60s，例如是30s ;也可以采用使用O3和去離子水對所述層間介質(zhì)層以及側(cè)墻進(jìn)行濕法處理，所述O3的流量范圍是5ppm?10ppm,例如是50ppm ；所述去離子水的流量范圍是IL?2L，例如是1.5L ;處理的時間范圍是20s?120s，例如是10s ;03對所述層間介質(zhì)層500以及側(cè)墻處理能夠保護(hù)層間介質(zhì)層500以及側(cè)墻，減少氫氟酸對所述層間介質(zhì)層500以及側(cè)墻的損傷，需要指明的是，在本發(fā)明的其他實(shí)施例中，可以根據(jù)不同需要將刻蝕分為兩步或者四步等。
[0044]綜上，在本發(fā)明實(shí)施例提供的去除柵介質(zhì)層的方法中，在形成層間介質(zhì)層之后，刻蝕去除虛擬柵極之前，先對所述層間介質(zhì)層以及側(cè)墻進(jìn)行第一次預(yù)處理，使層間介質(zhì)層和側(cè)墻的表面更加致密，降低后續(xù)刻蝕對層間介質(zhì)層和側(cè)墻的損傷；在進(jìn)行刻蝕去除柵介質(zhì)層時，同時對層間介質(zhì)層以及側(cè)墻進(jìn)行第二次預(yù)處理，能夠進(jìn)一步的減少刻蝕時對所述層間介質(zhì)層和側(cè)墻的損傷，使層間介質(zhì)層和側(cè)墻的表面更平坦，能更好的控制形成金屬柵的高度以及避免金屬柵材料在層間介質(zhì)層發(fā)生殘留，從而可以提高形成的半導(dǎo)體器件的良率。
[0045]上述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例而已，并不對本發(fā)明起到任何限制作用。任何所屬【技術(shù)領(lǐng)域】的技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的技術(shù)方案的范圍內(nèi)，對本發(fā)明揭露的技術(shù)方案和技術(shù)內(nèi)容做任何形式的等同替換或修改等變動，均屬未脫離本發(fā)明的技術(shù)方案的內(nèi)容，仍屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種去除柵介質(zhì)層的方法，其步驟包括: 提供半導(dǎo)體襯底，在所述半導(dǎo)體襯底上形成有柵介質(zhì)層，在所述柵介質(zhì)層上形成有虛擬柵極，在所述虛擬柵極兩側(cè)形成有側(cè)墻，在所述半導(dǎo)體襯底上、虛擬柵極之間填充有層間介質(zhì)層； 對所述層間介質(zhì)層以及側(cè)墻進(jìn)行第一預(yù)處理； 去除所述虛擬柵極，暴露出所述柵介質(zhì)層； 分步刻蝕所述柵介質(zhì)層，在相鄰的分步刻蝕之間對所述層間介質(zhì)層以及側(cè)墻進(jìn)行第二預(yù)處理，直至完全去除所述柵介質(zhì)層。
2.如權(quán)利要求1所述的去除柵介質(zhì)層的方法，其特征在于，所述第一預(yù)處理采用氮?dú)?、氬氣或者氮?dú)夂蜌鍤饣旌系碾姖{對所述層間介質(zhì)層以及側(cè)墻進(jìn)行轟擊。
3.如權(quán)利要求2所述的去除柵介質(zhì)層的方法，其特征在于，所述氮?dú)饣驓鍤饬髁糠秶?5000sccm ?15000sccm。
4.如權(quán)利要求3所述的去除柵介質(zhì)層的方法，其特征在于，所述第一預(yù)處理的處理時間范圍是1s?60s。
5.如權(quán)利要求1所述的去除柵介質(zhì)層的方法，其特征在于，所述第二預(yù)處理采用O3的電漿對所述層間介質(zhì)層以及側(cè)墻進(jìn)行干法處理。
6.如權(quán)利要求5所述的去除柵介質(zhì)層的方法，其特征在于，所述O3的流量范圍是lOOOOsccm ?20000sccm。
7.如權(quán)利要求5所述的去除柵介質(zhì)層的方法，其特征在于，所述第二預(yù)處理的時間范圍是20s?60s。
8.如權(quán)利要求1所述的去除柵介質(zhì)層的方法，其特征在于，所述第二預(yù)處理采用O3和去離子水對所述層間介質(zhì)層以及側(cè)墻進(jìn)行濕法處理。
9.如權(quán)利要求8所述的去除柵介質(zhì)層的方法，其特征在于，所述O3的流量范圍是5ppm?10ppm,所述去離子水的流量范圍是IL?2L。
10.如權(quán)利要求8所述的去除柵介質(zhì)層的方法，其特征在于，所述第二預(yù)處理的時間范圍是20s?120s。
11.如權(quán)利要求1所述的去除柵介質(zhì)層的方法，其特征在于，采用氫氟酸對所述柵介質(zhì)層進(jìn)行分步刻蝕。
12.如權(quán)利要求11所述的去除柵介質(zhì)層的方法，其特征在于，所述氫氟酸采用三步刻蝕去除所述柵介質(zhì)層。
13.如權(quán)利要求12所述的去除柵介質(zhì)層的方法，其特征在于，每步使用所述氫氟酸進(jìn)行刻蝕的時間范圍是5s?60s，濃度范圍是50:1?500:1。
14.如權(quán)利要求13所述的去除柵介質(zhì)層的方法，其特征在于，在第一步和第二步刻蝕的之后，均對所述層間介質(zhì)層以及側(cè)墻進(jìn)行第二預(yù)處理。
15.如權(quán)利要求1所述的去除柵介質(zhì)層的方法，其特征在于，所述柵介質(zhì)層的材質(zhì)為二氧化硅。
16.如權(quán)利要求15所述的去除柵介質(zhì)層的方法，其特征在于，所述柵介質(zhì)層采用熱氧化法形成。
17.如權(quán)利要求1所述的去除柵介質(zhì)層的方法，其特征在于，所述側(cè)墻的材質(zhì)包括二氧化硅、氮化硅和氮氧化硅。
18.如權(quán)利要求1所述的去除柵介質(zhì)層的方法，其特征在于，所述層間介質(zhì)層的材質(zhì)為二氧化硅。
【文檔編號】H01L21/283GK104425233SQ201310365793
【公開日】2015年3月18日 申請日期:2013年8月20日 優(yōu)先權(quán)日:2013年8月20日
【發(fā)明者】趙杰, 張彬 申請人:中芯國際集成電路制造(上海)有限公司