[发明专利]半导体器件制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种半导体结构制造方法，特别是涉及一种能在后栅工艺器件有效避免沟道和衬底被侵蚀的半导体器件、特别是半导体中间结构的制造方法。

背景技术

MOSFET器件等比例缩减至45nm之后，器件需要高介电常数(高k)作为栅极绝缘层以及金属作为栅极导电层的堆叠结构以抑制由于多晶硅栅极耗尽问题带来的高栅极泄漏以及栅极电容减小。为了更有效控制栅极堆叠的形貌(profile)，业界目前普遍采用后栅工艺，也即通常先在衬底上沉积多晶硅等材质的假栅极，沉积层间介质层(ILD)之后去除假栅极，随后在留下的栅极沟槽中填充高k/金属栅(HK/MG)膜层的堆叠。

在上述后栅工艺中，为了在刻蚀去除假栅极时降低对于沟道区的损伤，业界普遍采用了垫氧化层作为假栅极绝缘层或界面层，例如热氧化物，诸如氧化硅。通常采用化学氧化(例如含臭氧的去离子水浸泡)或者快速热氧化(RTO)来制造较薄的假栅极绝缘层，例如仅1～3nm厚。在后续去除多晶硅等材质的假栅极时，例如采用TMAH湿法刻蚀Si或者等离子体刻蚀，该假栅极绝缘层或界面层可以保护衬底特别是沟道区不受损伤。之后，为了在栅极沟槽中生长高k材料的栅极绝缘层，需要去除该假栅极绝缘层或界面层。鉴于该界面层通常为热氧化物，因此可选的刻蚀液是HF基溶液，诸如稀释的氢氟酸(dHF)或者稀释的缓释刻蚀液(dBOE，为NH4F与HF的混合溶液)。

然而，在某些情形下，例如对于NMOS器件而言，在后栅工艺中去除上述假栅极绝缘层时，与沟道接触的源漏扩展区域(如LDD结构)会被严重侵蚀。一种可能的解释是当器件结构浸入诸如dHF的电解质溶液中时，在PN结处发生了电化学腐蚀机制。由电解的法拉第定律可知，由侵蚀导致的物质损失m可以表示为m＝(Q/F)*(M/z)，其中m为损失的材料的质量，Q为穿过该材料的总电荷，F为法拉第常数-96.485C/mol，M为材料的摩尔质量，z为材料离子的化合价(每个离子所传输的电子数)。由于材料的摩尔量n＝m/M，所以n＝(Q/F)*(1/z)。在恒定侵蚀电流的情形下，Q＝I*t，而在可变侵蚀电流的情形下，Q为I*dτ在0至t蚀刻的积分，因此材料的损失量(侵蚀量)n直接与处理时间t或者τ相关。因此，不论如何缩减dHF/dBOE的处理时间，上述电化学侵蚀现象总是存在的。这大大影响了器件性能以及产能。

此外，在暗场和亮场条件下，硅自身在水性氟化物溶液中也可以被刻蚀，这通常是由于光-电化学刻蚀机制。在光强度较低的暗场条件下，SiF₄+2F^-->SiF₆^2-。而在光强度较大的亮场条件下，HSiF₃+H₂O->SiF₃OH+H₂-(+HF)->SiF₄+H₂O-(2F-)->SiF₆^2-。有意思的是，在采用稀释氯化氢(dHCl)溶液刻蚀时基本没观察到Si损失，而在采用dHF刻蚀时观察到明显的Si损失。因此，基本上可以说，HF基溶液是后栅工艺中去除假栅极绝缘层工艺期间造成衬底(沟道，Si区域)损失的根本原因。

综上所述，由于上述电化学侵蚀现象，PN结较容易受到氟基溶液的侵蚀。而单个的P或N结则由于暗场和亮场照明条件下的光-电化学刻蚀而同样受到氟基溶液的侵蚀。换言之，后栅工艺中去除假栅极绝缘层的现有技术难以避免衬底受到侵蚀。

发明内容

由上所述，本发明的目的在于克服上述技术困难，提出一种新的半导体器件及其制造方法，能避免使用氟基溶液来去除假栅极绝缘层，从而避免衬底受到侵蚀。

为此，本发明提供了一种半导体器件制造方法，包括：在衬底上形成假栅极绝缘层和假栅极层构成的假栅极堆叠；在假栅极堆叠两侧的衬底上形成栅极侧墙，其中假栅极绝缘层和栅极侧墙的包含的材料选自氮化硅、非晶碳之一并且相互不同；去除假栅极层，直至暴露假栅极绝缘层；去除假栅极绝缘层，直至暴露衬底，形成栅极沟槽。

其中，形成假栅极绝缘层之前还采用HF基溶液清洗衬底表面。

其中，采用CVD法制备氮化硅。

其中，栅极侧墙为多层结构，包括第一栅极侧墙、栅极侧墙间隔层、第二栅极侧墙，其中第一栅极侧墙包含的材料选自氮化硅、非晶碳之一并且与假栅极绝缘层不同。