[发明专利]牺牲栅去除方法及栅堆叠制作方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体工艺领域，更具体地，涉及一种牺牲栅去除方法及栅堆叠制作方法，其中可以在避免对栅堆叠中其他部分造成损伤的同时有效地去除牺牲栅。

背景技术

随着高K/金属栅工程在45nm技术节点上的成功应用，使其成为亚30nm以下技术节点不可缺少的关键模块化工程。目前只有坚持高K/后金属栅(gate last)路线的英特尔公司在45nm和32nm量产上取得了成功。近年来，紧随IBM产业联盟的三星、台积电、英飞凌等业界巨头也将开发重点由高K/先金属栅(gate first)转向高K/后金属栅工程。

在高K/后金属栅工程中，在完成高温退火进行离子激活之后，需要把牺牲栅如多晶硅栅去除，随后再填充金属栅电极，以形成高K/金属栅堆叠。图1-3中示意性示出了这种工艺的处理流程。如图1所示，在半导体衬底1000上形成一个或多个栅堆叠(图1中作为示例示出了两个)，每一栅堆叠例如包括栅介质(例如，氧化物如氧化硅、氮氧化物如氮氧化硅、或高K栅介质)1001、牺牲栅(例如，多晶硅)1002和侧墙(例如，氧化硅或氮化硅)1003。这种栅堆叠的制作方法对于本领域技术人员而言是众所周知的，在此不再赘述。

根据后栅工艺，在形成上述栅堆叠之后，需要去除其中的牺牲栅。目前，通常采用各向异性的干法刻蚀如反应离子刻蚀(RIE)，来实现牺牲栅的去除。具体地，如图1中的虚线箭头所示，例如通过向半导体衬底1000上形成的结构发射特定种类的离子，以干法刻蚀牺牲栅1002。

在如上所述进行干法刻蚀之后，得到图2所示的结构，其中栅堆叠中的牺牲栅1002大体上被去除，留下栅介质1001和侧墙1003。随后可以如图3所示，在由于去除牺牲栅1002而形成的开口中填充栅导体例如金属栅导体1005，来形成高K/金属栅的栅堆叠结构。

但是，用来去除牺牲栅的干法刻蚀存在如下问题。根据目前的工艺所制造的各种半导体特征(例如，栅堆叠)的尺寸非常小。要在如此小的栅堆叠中完全去除牺牲栅是相当困难的。通常，会在牺牲栅的底部拐角处存在残留的牺牲栅材料，如图2和3中1002′所示。此外，干法刻蚀过程不可避免会对栅堆叠中的其他部分如栅介质1001和侧墙1003造成损伤。尤其在为了去除拐角处的残留牺牲栅材料而加大刻蚀强度时，将会进一步恶化对栅堆叠中其他部分的损伤。

如果在如此刻蚀后的结构中形成栅堆叠，如图3所示，那么会对这种栅堆叠以及由此制造的半导体器件的性能造成不利影响。

鉴于上述问题，需要提供一种新颖的方法来有效去除牺牲栅。

发明内容

本发明的目的在于提供一种牺牲栅去除方法及栅堆叠制作方法，以至少部分地克服上述现有技术中的问题。

根据本发明的一个方面，提供了一种去除栅堆叠中牺牲栅的方法，包括：对牺牲栅进行各向同性湿法刻蚀，以去除牺牲栅。这样，通过以各向同性的湿法刻蚀代替常规工艺中各向异性的干法刻蚀，可以完全去除牺牲栅。

优选地，栅堆叠包括牺牲栅、位于牺牲栅之下的栅介质层、以及侧墙，其中在湿法刻蚀步骤中，选择相对于栅介质层、侧墙材料而对牺牲栅具有选择性刻蚀作用的刻蚀剂。这样，可以将刻蚀对栅堆叠中其他部分的损伤降低到最小。

优选地，牺牲栅的材料可以包括多晶硅，栅介质层的材料可以包括氧化物、氮氧化物或高k材料，侧墙的材料可以包括氧化物和/或氮化物。在这种情况下，刻蚀剂可以包括四甲基氢氧化氨(TMAH)溶液。

优选地，高k材料可以包括HfSiON、HfO₂、HfSiAlON和HfSiO之一或其组合。

优选地，TMAH溶液的浓度可以为10-25(体积)％，刻蚀温度可以为60-80℃。进一步优选地，TMAH溶液的浓度为10(体积)％，刻蚀温度为60℃。

优选地，在刻蚀温度为60℃的情况下，过刻阶段时间为主刻阶段时间的100-200％；或者在刻蚀温度为80℃的情况下，过刻阶段时间不超过主刻阶段时间的100％。

优选地，在刻蚀牺牲栅之前，该方法还可以包括：对牺牲栅表面进行预处理，以便能够对牺牲栅进行刻蚀。这种预处理例如可以用于去除表面层如氧化层。

优选地，可以通过干法刻蚀来进行预处理。例如，可以利用SF₆或CF₄基气体，进行干法刻蚀，其中根据牺牲栅表面存在的氧化层厚度以及干法刻蚀的速度，确定刻蚀时间，以在预处理中去除氧化层。优选地，刻蚀时间不超过10秒。