一種蝕刻柵極介電層的方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及半導體制造工藝，具體而言涉及一種蝕刻柵極介電層的方法。
【背景技術】
[0002]隨著半導體器件特征尺寸的不斷減小，晶體管需要具有更大電容的柵極介電層來抑制短溝道效應，通過減小柵極介電層的厚度可以做到這一點。但是，柵極介電層的厚度的降低導致柵極漏電流的增加。當柵極介電層的材料為二氧化硅或者氮氧化物且其厚度小于3.0nm時,柵極漏電流大到不可接受。
[0003]針對上述問題，現有的解決方案是用具有更高介電常數的材料(以下簡稱為高k材料)代替二氧化硅或者氮氧化物作為柵極介電層的材料，相比傳統的柵極介電層的材料，高k材料在具有更大厚度的情況下可以降低柵極漏電流。然而，在維持晶體管的高驅動電流方面，引入高k材料遇到下述問題:由于高k材料本身固有的聲子模(phonon modes)所引發的散射，其下方的襯底溝道區的載流子遷移率大幅下降。為了解決這一問題，需要在襯底硅材料和高k材料之間布置薄層界面層，所述界面層的材料與傳統的柵極介電層的材料相同，通常為二氧化硅。
[0004]為了進一步提升等效柵極介電層厚度(Ε0Τ)，在構成界面層的氧化物中摻雜氮，這是因為氮化硅的介電常數高于二氧化硅的介電常數。但是，在氧化物中摻雜氮帶來的問題是:在不破壞氮氧化物(例如S1N)層的前提下，如何在同一晶圓的不同區域通過蝕刻形成具有不同厚度的氮氧化物層。
[0005]采用現有技術在同一晶圓的不同區域形成具有不同厚度的由氮氧化物層構成的柵極介電層的步驟如下:首先，在晶圓的襯底上沉積氧化物層；接著，實施離子注入，以在氧化物層中摻雜氮形成氮氧化物層；然后，在氮氧化物層上旋涂光刻膠層，并對光刻膠層實施曝光、顯影，以露出部分氮氧化物層；接著，通過腐蝕液為稀釋的氫氟酸的濕法蝕刻去除露出的氮氧化物層；最后，采用SPM (硫酸和雙氧水的混合液)去除光刻膠層。在去除光刻膠層的時候，氮氧化物層受到破壞，后續在其上形成構成柵極結構的其它材料層之后，將會導致柵極結構的電學性能的顯著下降。
[0006]因此，需要提出一種方法，以解決上述問題。
【發明內容】
[0007]針對現有技術的不足，本發明提供一種蝕刻柵極介電層的方法，包括:提供半導體襯底，在所述半導體襯底上沉積氧化物層；執行去耦極等離子體氮化工藝，在所述氧化物層中摻雜氮以形成氮氧化物層；在所述半導體襯底上形成圖案化的光刻膠層，露出部分所述氮氧化物層；以所述圖案化的光刻膠層為掩膜，蝕刻去除所述露出的氮氧化物層；采用臭氧水或者SCl溶液處理露出的所述半導體襯底的表面；采用濕法清洗去除所述光刻膠層，其中，所述光刻膠層下方的所述氮氧化物層構成所述柵極介電層。
[0008]進一步，所述氧化物層的厚度為5-50埃。
[0009]進一步，所述氮的摻雜濃度為L OXe14-L OXe16atom/cm2。
[0010]進一步，采用濕法蝕刻實施所述蝕刻。
[0011]進一步，所述濕法蝕刻的腐蝕液為稀釋的氫氟酸，所述稀釋的氫氟酸的濃度為0.01% -1.0%。
[0012]進一步，所述臭氧水或者SCl溶液處理的持續時間為5sec_5min。
[0013]進一步，所述臭氧水的濃度為Ι-lOOppm，所述SCl溶液的濃度為1:1:1000-1:1:5。
[0014]進一步，所述濕法清洗采用基于NMP的溶液，所述基于NMP的溶液的溫度為20-80°C，處理時間為 5sec-5min。
[0015]根據本發明，可以在所述半導體襯底的實現不同功能的器件區域形成具有不同厚度的柵極介電層，且所述形成過程不會對柵極介電層造成損傷。
【附圖說明】
[0016]本發明的下列附圖在此作為本發明的一部分用于理解本發明。附圖中示出了本發明的實施例及其描述，用來解釋本發明的原理。
[0017]附圖中:
[0018]圖1A-圖1E為根據本發明示例性實施例的方法依次實施的步驟所分別獲得的器件的示意性剖面圖；
[0019]圖2為根據本發明示例性實施例的方法依次實施的步驟的流程圖。
【具體實施方式】
[0020]在下文的描述中，給出了大量具體的細節以便提供對本發明更為徹底的理解。然而，對于本領域技術人員而言顯而易見的是，本發明可以無需一個或多個這些細節而得以實施。在其他的例子中，為了避免與本發明發生混淆，對于本領域公知的一些技術特征未進行描述。
[0021]為了徹底理解本發明，將在下列的描述中提出詳細的步驟，以便闡釋本發明提出的蝕刻柵極介電層的方法。顯然，本發明的施行并不限定于半導體領域的技術人員所熟習的特殊細節。本發明的較佳實施例詳細描述如下，然而除了這些詳細描述外，本發明還可以具有其他實施方式。
[0022]應當理解的是，當在本說明書中使用術語“包含”和/或“包括”時，其指明存在所述特征、整體、步驟、操作、元件和/或組件，但不排除存在或附加一個或多個其他特征、整體、步驟、操作、元件、組件和/或它們的組合。
[0023][示例性實施例]
[0024]下面，參照圖1A-圖1E和圖2來描述根據本發明示例性實施例的方法蝕刻柵極介電層的詳細步驟。
[0025]參照圖1A-圖1E，其中示出了根據本發明示例性實施例的方法依次實施的步驟所分別獲得的器件的示意性剖面圖。
[0026]首先，如圖1A所示，提供半導體襯底100，半導體襯底100的構成材料可以采用未摻雜的單晶硅、摻雜有雜質的單晶硅、絕緣體上硅(SOI )、絕緣體上層疊硅(SSOI)、絕緣體上層疊鍺化硅(S-SiGeOI)、絕緣體上鍺化硅(SiGeOI)以及絕緣體上鍺(GeOI)等。作為示例，在本實施例中，半導體襯底100的構成材料選用單晶硅。在半導體襯底100中形成有隔離結構、各種阱(well)結構，為了簡化，圖示中予以省略。
[0027]在半導體襯底100上形成氧化物層101，例如二氧化硅(S12)層。氧化物層101的形成方法可以采用本領域技術人員所熟習的任何現有技術，優選化學氣相沉積法(CVD)，如低溫化學氣相沉積(LTCVD)、低壓化學氣相沉積(LPCVD)、快熱化學氣相沉積(RTCVD)、等離子體增強化學氣相沉積(PECVD)。氧化物層101的厚度為5-50埃，在半導體襯底100的實現不同功能的器件區域可以形成具有不同厚度的形成氧化物層101。
[0028]接著，如圖1B所示，執行去耦極等離子體氮化工藝，在氧化物層101中摻雜氮以形成氮氧化物層102。所述氮的摻雜濃度為1.0Xe14-L OX e16atom/cm2。
[0029]接著，如圖1C所示，在半導體襯底100上形成圖案化的光刻膠層103，露出部分氮氧化物層102。在本實施例中，依次實施旋涂、曝光、顯影等工藝形成圖案化的光刻膠層103。
[0030]接著，如圖1D所示，以圖案化的光刻膠層103為掩膜，蝕刻去除露出的氮氧化物層102。在本實施例中，采用濕法蝕刻實施所述蝕刻，腐蝕液為稀釋的氫氟酸，其濃度為0.01% -1.0%。
[0031]接下來，采用臭氧水或者SCl溶液(I號標準清洗液)處理露出的半導體襯底100的表面。所述臭氧水或者SCl溶液處理的持續時間為5sec-5min，臭氧水的濃度為1-lOOppm，SCl溶液的濃度(氨水:雙氧水:水)為1: 1:1000-1:1:5ο
[0032]接著，如圖1E所示，采用濕法清洗去除光刻膠層103。所述濕法清洗采用基于NMP (N-甲基-2-砒硌酮)的溶液，所述基于NMP的溶液的溫度為20_80°C，處理時間為5sec_5min0
[0033]至此，完成了根據本發明示例性實施例的方法實施的工藝步驟，氮氧化物層102構成后續形成的柵極結構的柵極介電層。接下來，可以通過后續工藝完成整個半導體器件的制作，包括形成柵極結構以及柵極結構兩側的側壁結構。根據本發明，可以在半導體襯底100的實現不同功能的器件區域形成具有不同厚度的柵極介電層，且所述形成過程不會對柵極介電層造成損傷。
[0034]參照圖2，其中示出了根據本發明示例性實施例的方法依次實施的步驟的流程圖，用于簡要示出整個制造工藝的流程。
[0035]在步驟201中，提供半導體襯底，在半導體襯底上沉積氧化物層；
[0036]在步驟202中，執行去耦極等離子體氮化工藝，在氧化物層中摻雜氮以形成氮氧化物層；
[0037]在步驟203中，在半導體襯底上形成圖案化的光刻膠層，露出部分氮氧化物層；
[0038]在步驟204中，以圖案化的光刻膠層為掩膜，蝕刻去除露出的氮氧化物層；
[0039]在步驟205中，采用臭氧水或者SCl溶液處理露出的半導體襯底的表面；
[0040]在步驟206中，采用濕法清洗去除光刻膠層。
[0041]本發明已經通過上述實施例進行了說明，但應當理解的是，上述實施例只是用于舉例和說明的目的，而非意在將本發明限制于所描述的實施例范圍內。此外本領域技術人員可以理解的是，本發明并不局限于上述實施例，根據本發明的教導還可以做出更多種的變型和修改，這些變型和修改均落在本發明所要求保護的范圍以內。本發明的保護范圍由附屬的權利要求書及其等效范圍所界定。
【主權項】
1.一種蝕刻柵極介電層的方法，包括: 提供半導體襯底，在所述半導體襯底上沉積氧化物層； 執行去耦極等離子體氮化工藝，在所述氧化物層中摻雜氮以形成氮氧化物層； 在所述半導體襯底上形成圖案化的光刻膠層，露出部分所述氮氧化物層； 以所述圖案化的光刻膠層為掩膜，蝕刻去除所述露出的氮氧化物層； 采用臭氧水或者SCI溶液處理露出的所述半導體襯底的表面； 采用濕法清洗去除所述光刻膠層，其中，所述光刻膠層下方的所述氮氧化物層構成所述柵極介電層。
2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述氧化物層的厚度為5-50埃。
3.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述氮的摻雜濃度為1.0Xe14-L O X e16atom/cm2。
4.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，采用濕法蝕刻實施所述蝕刻。
5.根據權利要求4所述的方法，其特征在于，所述濕法蝕刻的腐蝕液為稀釋的氫氟酸，所述稀釋的氫氟酸的濃度為0.01% -1.0%。
6.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述臭氧水或者SCl溶液處理的持續時間為 5sec_5min0
7.根據權利要求6所述的方法，其特征在于，所述臭氧水的濃度為Ι-lOOppm，所述SCl溶液的濃度為1:1:1000-1:1:5。
8.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述濕法清洗采用基于NMP的溶液，所述基于NMP的溶液的溫度為20-80°C，處理時間為5sec-5min。
【專利摘要】本發明提供一種蝕刻柵極介電層的方法，包括：提供半導體襯底，在半導體襯底上沉積氧化物層；執行去耦極等離子體氮化工藝，在氧化物層中摻雜氮以形成氮氧化物層；在半導體襯底上形成圖案化的光刻膠層，露出部分氮氧化物層；以圖案化的光刻膠層為掩膜，蝕刻去除露出的氮氧化物層；采用臭氧水或者SC1溶液處理露出的半導體襯底的表面；采用濕法清洗去除光刻膠層，其中，光刻膠層下方的氮氧化物層構成柵極介電層。根據本發明，可以在半導體襯底的實現不同功能的器件區域形成具有不同厚度的柵極介電層，且所述形成過程不會對柵極介電層造成損傷。
【IPC分類】H01L21-28
【公開號】CN104658899
【申請號】CN201310597012
【發明人】劉佳磊
【申請人】中芯國際集成電路制造(上海)有限公司
【公開日】2015年5月27日
【申請日】2013年11月22日