專利名稱：場效晶體管的一種閘極結(jié)構(gòu)的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明系有關(guān)于一種在半導(dǎo)體基底上制造組件之方法。本發(fā)明特別是有關(guān)于一種制造場效晶體管(Field EffectTransistor)之方法。
背景技術(shù)：
超大規(guī)模集成電路(Ultra-scale Integrated Circuit，“ULSI”)傳統(tǒng)上包括超過一百萬個(gè)晶體管在半導(dǎo)體基底上形成，而其合作執(zhí)行在電子裝置中不同的功能。這樣的晶體管包括互補(bǔ)式金氧半導(dǎo)體(Complementary Metal-oxide-semiconductor，底下簡稱為“CMOS”)場效晶體管。
CMOS晶體管包括一閘極結(jié)構(gòu)形成于定義在半導(dǎo)體基底內(nèi)的源極區(qū)域(Source Region)與汲極區(qū)域(Drain Region)。此閘極結(jié)構(gòu)一般而言包括一閘極電極(Gate Electrode)形成于一閘極介電材料上。此閘極電極控制在閘極介電材料下，由源極區(qū)域與汲極區(qū)域之間所形成的一信道區(qū)域(Channel Region)之電荷載子(Charge Carriers)的流動(dòng)，因而可控制晶體管之開啟與關(guān)閉之狀態(tài)。此信道區(qū)域、源極區(qū)域與汲極區(qū)域在此業(yè)界統(tǒng)稱為“晶體管接面(Transistor Junction)”。目前不變的趨勢是降低晶體管接面的尺寸，以及因?yàn)槿绱?，必須降低閘極電極的寬度，以便促進(jìn)此晶體管的操作速度之加快。
此閘極電極一般是由摻雜多晶硅(Si)所形成，而此閘極介電材料可包括一高介電常數(shù)物質(zhì)(例如一種具有介電常數(shù)高于4之物質(zhì))，例如二氧化鉿(Hafnium dioxide，“HfO2”)、二氧化硅鉿(Hafnium silicon dioxide，“HfSiO2”)、氮氧化鉿(Hafnium oxynitride，“HfSiON”)等等之薄層(例如20到60埃(Angstroms))。這樣具有介電常數(shù)高于4.0的介電材料則在此技術(shù)領(lǐng)域中都稱為高介電系數(shù)材料(底下簡稱“high-k”材料)。而閘極介電材料也可包括氮化硅(Silicon Nitride，Si3N4)層、二氧化硅(Silicon Dioxide，SiO2)層等等類似材料。
此CMOS晶體管可藉由在半導(dǎo)體基底內(nèi)定義源極與汲極區(qū)域來制造(例如，使用離子植入制程在基底內(nèi)產(chǎn)生植入?yún)^(qū)域)。而后，這些包含閘極(例如包括high-k介電層與多晶硅)的材料層以沉積(Deposition)的方式沉積在基底上并且使用后續(xù)的電漿蝕刻制程(Plasma Etch Process)進(jìn)行圖案化(Pattern)，以形成此閘極結(jié)構(gòu)。
此用以圖案化多晶硅層的電漿蝕刻(Plasma-etch)制程，一般包括化學(xué)氣體，其會(huì)產(chǎn)生聚合殘留物(Polymeric residues)，可能累積殘留在閘極結(jié)構(gòu)的側(cè)壁(Sidewalls)。而后，在后續(xù)對(duì)high-k介電層的電漿蝕刻時(shí)，這些殘留物將會(huì)妨礙基底的制造過程，例如，這些殘留物將增加閘極結(jié)構(gòu)的圖形尺寸。除此之外，此聚合殘留物也可能污染基底，或是使后續(xù)要沉積許多層時(shí)增加其困難度。
傳統(tǒng)上，此聚合殘留物可使用濕蝕刻來移除。然而，這樣的制程非常耗費(fèi)時(shí)間，而且增加制造閘極結(jié)構(gòu)的成本。
因此，在此技術(shù)領(lǐng)域中，需要針對(duì)場效晶體管的閘極結(jié)構(gòu)之制造方法進(jìn)行改善。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種制造場效晶體管之閘極結(jié)構(gòu)之方法。此閘極結(jié)構(gòu)是藉由依序蝕刻一物質(zhì)堆棧結(jié)構(gòu)包括一閘極電極層形成在一閘極介電層上。在蝕刻此閘極介電層前，先移除在當(dāng)閘極電極形成時(shí)沉積在基底上之一聚合殘留物。此聚合殘留物是藉由將基底暴露在一電漿中而移除，而此電漿包括一個(gè)或多個(gè)含碳氟化合物(Fluorocarbon-containing)氣體與至少一種惰性氣體。


為讓本發(fā)明之上述和其它目的、特征、和優(yōu)點(diǎn)能更明顯易懂，下文特舉一較佳實(shí)施例，并配合所附圖式，作本發(fā)明，如上所摘要提到之發(fā)明內(nèi)容，詳細(xì)之說明。
圖1說明根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例之用以制造晶體管閘極結(jié)構(gòu)之方法之流程圖。
圖2A-2F是說明一系列之根據(jù)圖1之方法制造具有閘極結(jié)構(gòu)的基底，其剖面(Cross-sectional Views)示意圖。
圖3系說明可用以進(jìn)行本發(fā)明之方法之范例電漿制程裝置之示意圖。
圖4是一窗體用以總結(jié)當(dāng)實(shí)際使用圖3之裝置時(shí)，本發(fā)明方法之范例實(shí)施例之制程參數(shù)。
為辦助更了解本發(fā)明，將盡可能使用相同之標(biāo)號(hào)(Reference Number)說明在圖標(biāo)中所顯示之相同組件。
值得注意的是，附加圖標(biāo)僅用以說明本發(fā)明之范例實(shí)施例， 因此并未用以考慮作為限制本發(fā)明之范圍，因?yàn)楸景l(fā)明可適用于其它具有相同效用的實(shí)施例中。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明是一種場效晶體管之閘極結(jié)構(gòu)之制造方法，例如互補(bǔ)式金氧半導(dǎo)體(CMOS)場效晶體管。這樣的閘極結(jié)構(gòu)是由依序蝕刻由形成于一閘極介電層上的一閘極電極所形成的材料堆棧結(jié)構(gòu)所形成。在蝕刻閘極介電層之前，形成于基底上方的聚合殘留物(Polymeric residues)在當(dāng)蝕刻此閘極電極時(shí)，將會(huì)被移除。此聚合殘留物是由使基底暴露到包括一個(gè)或是多個(gè)包含碳氟化合物(Fluorocarbon)與最少一惰性氣體(Inertgas)的電漿(Plasma)中。
圖1說明本發(fā)明之用以制造CMOS晶體管閘極結(jié)構(gòu)之制造方法之一實(shí)施例之一流程圖順序100。此順序100包括在制造CMOS晶體管時(shí)，閘極結(jié)構(gòu)之薄膜堆棧上所進(jìn)行的制造過程。
圖2A-2F是說明使用順序100制造具有閘極結(jié)構(gòu)的薄膜堆棧之基底，其簡要剖面(Cross-sectional Views)圖系列。這些在圖2A-2F中的剖面圖是與制造此閘極結(jié)構(gòu)所使用的個(gè)別步驟相關(guān)的圖標(biāo)。為了仍更了解此發(fā)明，讀者應(yīng)該同時(shí)參照?qǐng)D1與圖2A-2F之內(nèi)容。次制程(Sub-process)與微影程序(Lithographic Routine)(例如光阻的曝光與顯影(Exposure anddevelopment of Photoresist)、晶圓清洗程序等等類似之程序)為此技術(shù)領(lǐng)域者所皆知，因此不顯示在圖1與圖2A-2F之內(nèi)容。在圖2A-2F之圖像并非用來說明放大圖標(biāo)，而僅系為了讓本發(fā)明更了解之示意圖。
順序100從步驟101開始，而后進(jìn)行步驟102，當(dāng)一閘極電極堆棧(Gate Structure Stack)202形成于一基底200之上(圖2A)。此基底200(例如是硅基底，或是其它類似的基底)包括一已摻雜源極區(qū)域(Doped Source Region)232與一已摻雜汲極區(qū)域(Doped Drain Region)234，而其由一信道區(qū)域(ChannelRegion)236所分隔開。在一選擇實(shí)施例中，此基底200可更包括一阻障層(Barrier Film)201(僅在圖2A中的斷續(xù)線(Broken Line)所顯示)，用以保護(hù)信道區(qū)域236避免遭到污染物(例如氧(Oxygen，“O2”)之污染，而此污染物可能從閘極電極堆棧202擴(kuò)散而來。此阻障層201可包括一介電物質(zhì)，例如二氧化硅(Silicon Dioxide，“SiO2”)、氮化硅(Si3N4)、或類似之材質(zhì)。
此閘極電極堆棧202一般而言包括一閘極電極層206與一閘極介電層204。在一范例實(shí)施例中，此閘極電極層206是由具有大約500到6000埃(Angstroms)厚度之摻雜多晶硅(Doped Polysilicon)所組成，而閘極介電層204則是由具有大約10到60埃厚度的二氧化鉿(Hafnium dioxide，“HfO2”)所組成。此閘極介電層204亦可選擇性地包括一個(gè)或是多個(gè)具有介電常數(shù)高于4.0的high-k介電材料所組成，例如二氧化硅鉿(Hafnium silicon dioxide，“HfSiO2”)、氮氧化鉿(Hafniumoxynitride，“HfSiON”)或類似的材料。然而，可理解的是，此閘極電極堆棧202可包括由其它材質(zhì)或是其它具有不同厚度的材料層所組成。
而閘極電極堆棧202所包括的許多材料層可使用任何傳統(tǒng)的沉積技術(shù)所形成，例如原子層沉積法(Atomic LayerDeposition，底下稱為“ALD”)、物理氣相沉積法(PhysicalVapor Deposition，底下稱為“PVD”)、化學(xué)氣相沉積法(Chemical Vapor Deposition，底下稱為“CVD”)、電漿加強(qiáng)化學(xué)氣相沉積法(Plasma Enhanced CVD)或其它類似之方法。CMOS場效晶體管之制造可經(jīng)由使用從經(jīng)由美國加州圣塔克拉納之運(yùn)用材料公司(Applied Materials，Inc.)取得的CENTURA、ENDURA、與其它半導(dǎo)體晶圓制造程序系統(tǒng)，所對(duì)應(yīng)的制程模塊完成。
在步驟104中，一種圖案化光罩(Patterned Mask)214形成于在區(qū)域220(圖2B)之閘極電極層206上。此圖案化光罩214用以定義所要形成的閘極結(jié)構(gòu)之位置與形狀尺寸。在一說明之實(shí)施例中，此圖案化光罩214，當(dāng)暴露出閘極電極堆棧202之鄰近區(qū)域222時(shí)，用以保護(hù)信道區(qū)域236，以及源極區(qū)域232與汲極區(qū)域234之一部分。
此圖案化光罩214一般而言為是由在閘極結(jié)構(gòu)制造過程中可抗蝕刻劑(Etchants)之材質(zhì)所形成之硬光罩，而其可適用在溫度攝氏(Celsius)溫度高達(dá)350度之環(huán)境中。而超過攝氏350度的溫度，則可用來移除聚合殘留物(Polymeric residues)，以及蝕刻閘極介電層204(底下的步驟108將會(huì)介紹)。此圖案化光罩214可包括介電材料，例如二氧化硅(Silicon Dioxide，“SiO2”)、非結(jié)晶碳(Amorphous Carbon，“α-carbon”)、進(jìn)階圖案化層(Advanced Patterning FilmTM，“AMF”)(此可由美國加州圣塔克拉納之運(yùn)用材料公司(APPlied Materials，Inc.)所取得)，以及其它類似的材料。在此說明的實(shí)施例中，此圖案化光罩214是由二氧化硅(SiO2)所組成。
此圖案化光罩214亦可進(jìn)一步包括一光學(xué)反反射(Opticalanti-reflective)層221(如圖2B中的斷續(xù)線所顯示)，用以控制在圖案化光罩時(shí)之光線的反射情況。由于特征尺寸(FeatureSize)一直在降低，在蝕刻光罩圖案轉(zhuǎn)換制程時(shí)的不精確，是由于在微影制程中所原本存在之光學(xué)上的限制，例如光線之反射問題。此光學(xué)反反射層221可包括，例如，氮化硅(Si3N4)、聚胺類(Polyamides)材料、以及其它類似的材料。
提供圖案化光罩214的制成已經(jīng)在申請(qǐng)人所申請(qǐng)的美國專利申請(qǐng)案中介紹了，例如，在申請(qǐng)?zhí)枮?0/245,130而申請(qǐng)日為2002年9月16日(代理人號(hào)碼為7524)之美國專利申請(qǐng)案，以及申請(qǐng)?zhí)枮?0/338,251而申請(qǐng)日為2003年1月6日(代理人號(hào)碼為7867)之美國專利申請(qǐng)案，在此一并列入?yún)⒖肌?br> 在步驟106中，此閘極電極層206在區(qū)域222之部分將會(huì)被蝕刻移除，以形成閘極電極216(例如，多晶硅閘極電極)(圖2C)。此閘極電極層206可經(jīng)由使用含有鹵素氣體混合物(Halogen-containing Gas Mixture)所進(jìn)行之電漿蝕刻。而此含有鹵素氣體混合物包括一個(gè)或多個(gè)鹵素氣體，例如氯(Chlorine，“Cl2”)、溴化氫(Hydrogen Bromide，“HBr”)、四氟化碳(Carbon Tetrafluoride，“CF4”)、以及其它類似的氣體。此含有鹵素氣體混合物可選擇性地包括惰性稀釋氣體(InertDiluent Gas)，例如最少包含氮(Nitrogen，“N2”)、氬(Argon，“Ar”)、氦(Helium，“He”)、氖(Neon，“Ne”)、或其它類似的氣體，其中一種。在一實(shí)施例中，步驟106使用圖案化光罩214當(dāng)成蝕刻的光罩，而閘極介電層204(例如二氧化鉿(HfO2))當(dāng)成為蝕刻終止層(Etch Stop Layer)。
步驟106可在一蝕刻反應(yīng)器(Etch Reactor)中進(jìn)行，例如一CENTURA系統(tǒng)的蝕刻反應(yīng)器Decoupled PlasmaSource(DPS)II反應(yīng)器，此可由美國加州圣塔克拉納之運(yùn)用材料公司(Applied Materials，Inc.)所取得。此DPS II反應(yīng)器使用電源(例如一種感應(yīng)式耦合天線“Inductively CoupledAntenna”)產(chǎn)生一高密度感應(yīng)耦合電漿。為了決定蝕刻制程的終止點(diǎn)(Endpoint)，此DPS II反應(yīng)器也可包括一終止點(diǎn)偵測系統(tǒng)(Endpoint Detection System)，以便監(jiān)控電漿射出在一特定的波長、控制制程的時(shí)間、或進(jìn)行雷射干涉計(jì)量(LaserInterferometery)、以及其它類似等等。
在一說明實(shí)施例中，此包含多晶硅材質(zhì)之閘極電極層206在DPS II反應(yīng)器中進(jìn)行蝕刻時(shí)，可提供具有流速20到300sccm(Standard Cubic Centimeter Per Minute)的溴化氫(HBr)、具有流速20到300sccm的氯(Cl2)(換言之，溴化氫∶氯之流速比例可從1∶15到15∶1)、具有流速0到200sccm的氮(N2)、提供一介于200到3000瓦(W)的電源給感應(yīng)式耦合天線、提供一介于0到300瓦(W)之陰極偏壓功率(Cathode BiasPower)、以及維持晶圓在制程腔體(Process Chamber)介于2到100mTorr壓力下的溫度在攝氏20度到80度之間。在一例子中，可提供具有流速40sccm的溴化氫(HBr)、具有流速40sccm的氯(Cl2)(換言之，溴化氫∶氯之流速比例為1∶1)、具有流速20sccm的氮(N2)、提供1100瓦(W)的電源給感應(yīng)式耦合天線、提供一介于20瓦(W)之陰極偏壓功率、以及維持晶圓在腔體在45mTorr壓力下的溫度在攝氏45度。這樣的制程條件可針對(duì)多晶硅材質(zhì)(閘極電極層206)對(duì)于二氧化鉿(HfO2)(也就是閘極介電層204)提供一蝕刻選擇比(EtchSelectivity)最少在100∶1，而且對(duì)于二氧化硅(SiO2)(也就是圖案化光罩214)提供一蝕刻選擇比最少在10∶1。
在步驟106中，一部分的材質(zhì)從閘極電極層206中被移除，而與蝕刻氣體混合物(例如含有鹵素氣體混合物)之組成以及圖案化光罩214的組成相結(jié)合，而形成非揮發(fā)性(Non-Volatile)之化合物。這樣的非揮發(fā)性化合物可變成重新沉積到晶圓200表面上，而形成一聚合殘留物(Polymeric residues)層207(圖2C中的斷續(xù)線所顯示)。此聚合殘留物層207一般會(huì)在光罩214、閘極電極216之側(cè)壁(Sidewall)205、閘極介電層204的表面203、以及在晶圓200上的其它位置。此聚合殘留物層207從晶圓200之外形表面上來看，通常具有大約10到50埃(Angstrom)的厚度。
聚合殘留物層207一般而言對(duì)于用來圖案化閘極介電層204(將在底下的步驟108中說明)的蝕刻化學(xué)成分都具有其抗拒性(Resistant)。就其本身而言，除非此聚合殘留物層207能從晶圓200上移除，否則當(dāng)接著對(duì)閘極介電層204進(jìn)行圖案化時(shí)，閘極結(jié)構(gòu)的尺寸正確性將會(huì)受到連累而影響。在一范例的實(shí)施例中，聚合殘留物層207的角落(Corner)區(qū)域211可能會(huì)成為一光罩，而其具有比所希望形成的閘極結(jié)構(gòu)寬度還要寬的寬度。
在步驟108中，此聚合殘留物層207已被移除，而在區(qū)域222的范圍內(nèi)的閘極介電層204將會(huì)被蝕刻(如圖2D到2E所示)。一般而言，步驟108依序使用多個(gè)電漿蝕刻制程，包括一第一時(shí)間區(qū)間110時(shí)，移除聚合殘留物層207，而后接著在一第二時(shí)間區(qū)間112，蝕刻此閘極介電層204。
此第一時(shí)間區(qū)間110與第二時(shí)間區(qū)間112可使用特定目的之蝕刻反應(yīng)器或在同一腔體內(nèi)(也就是所謂的In-situ)依序完成。例如，在CENTURA系統(tǒng)的去耦電漿來源高溫(Decoupled Plasma Source-High Temperature，底下簡稱“DPS-HT”)模塊中進(jìn)行。此DPS-HT模塊與DPS II模塊每一個(gè)皆具有類似的設(shè)定，然而，在DPS-HT模塊內(nèi)基底的溫度可以控制在攝氏200到350度之范圍內(nèi)。
在一實(shí)施例中，步驟106與108可在單一CENTURA系統(tǒng)內(nèi)的蝕刻反應(yīng)器組件內(nèi)進(jìn)行。步驟106可由例如CENTURA系統(tǒng)內(nèi)的DPS II模塊完成，而后將晶圓200經(jīng)由真空的環(huán)境中，經(jīng)由系統(tǒng)其所具有的晶圓自動(dòng)控制裝置傳送到相同系統(tǒng)內(nèi)的DPS-HT模塊，而后進(jìn)行步驟108。這樣的一個(gè)實(shí)施例，可保護(hù)在制造中的閘極結(jié)構(gòu)，避免因?yàn)楸┞对谥圃飙h(huán)境中的一個(gè)非真空環(huán)境中，而導(dǎo)致污染，并且可以增加制造閘極結(jié)構(gòu)的生產(chǎn)率。
在第一時(shí)間區(qū)間110時(shí)，此聚合殘留物層207會(huì)從閘極電極216之側(cè)壁205、閘極介電層204的表而203、以及其它在閘極電極堆棧202與晶圓200上的其它位置(圖2D)。在一范例實(shí)施例中，此第一時(shí)間區(qū)間110使用等向性電漿蝕刻制程(Isotropic Plasma Etch)包括一混合氣體。此混合氣體包括含有碳氟化合物之氣體(例如四氟化碳CF4、三氟甲烷(Trifluoromethane，“CHF3”)、氟乙烷(Fluoroethane，“C2F6”)、以及類似的氣體)，以及最少含有一種惰性氣體(例如氮N2、氬Ar、氖Ne、或其它類似的氣體)。等向性電漿蝕刻制程通常使用一種高密度電漿來源(例如感應(yīng)式耦合電漿來源(Inductively Coupled Plasma Source)、提高的基底溫度(例如攝氏200度)、以及少許的基底偏壓(例如不大于30瓦)或是不需要(也就是0瓦)。
在一說明的實(shí)施例中，此此聚合殘留物層207是使用DPS-HT模塊移除。此DPS-HT模塊可提供具有流速20到200sccm的四氟化碳CF4、具有流速5到100sccm的氮(N2)(換言之，四氟化碳∶氮之流速比例可從1∶5到40∶1)、提供一介于200到2000瓦(W)的電源給感應(yīng)式耦合天線、提供一不大于30瓦之陰極偏壓功率、以及維持晶圓在腔體介于2到50mTorr壓力下的溫度在攝氏200度到350度之間。在一例子中，提供具有流速100sccm的四氟化碳CF4、具有流速20sccm的氮(N2)(換言之，四氟化碳∶氮之流速比例為5∶1)、提供1000瓦(W)的電源給感應(yīng)式耦合天線、提供0瓦之陰極偏壓功率、以及維持晶圓在腔體之溫度在攝氏350度，而壓力為4mTorr。這樣的制程條件可針對(duì)殘留物(聚合殘留物層207)對(duì)于二氧化鉿(HfO2)(也就是閘極介電層204)提供一蝕刻選擇比(EtchSelectivity)最少在50∶1，而且對(duì)于多晶硅(閘極電極216)與二氧化硅(SiO2)(也就是圖案化光罩214)提供一蝕刻選擇比分別最少在1∶1與1∶1。此第一時(shí)間區(qū)間110通常約在10-15秒之間。
在第二時(shí)間區(qū)間112內(nèi)，此閘極介電層204在區(qū)域222部份將被移除，藉以在區(qū)域220形成一閘極結(jié)構(gòu)240(圖2E)。在一范例之實(shí)施例中，在此第二時(shí)間區(qū)間112使用混合氣體，包括含鹵素氣體(例如氯(Cl2)、溴化氯(Hydrogen Chloride，“HCl”)、三氯化硼(Boron Trichloride，“BCl3”)、以及其它類似氣體)伴隨著還原氣體(例如一氧化碳(C arbon Monoxide，“CO”)、氧氣(Oxygen，“O2”)以及其它類似等等)，用以蝕刻高介電常數(shù)之閘極介電層204內(nèi)之二氧化鉿(HfO2)。此第二時(shí)間區(qū)間112是以圖案化光罩214當(dāng)成蝕刻光罩，而基底200所含有的物質(zhì)(例如硅)則當(dāng)成蝕刻終止層。
在一選擇實(shí)施例中，此包含二氧化鉿(HfO2)之閘極介電層204使用DPS-HT模塊完成蝕刻。此DPS-HT模塊是使用混合氣體，包括具有流速2到300sccm的氯(Cl2)、具有流速2到200sccm的一氧化碳(CO)(例如，氯∶一氧化碳之流速比例可從1∶5到5∶1)、提供一介于200到3000瓦(W)的電源給感應(yīng)式耦合天線、提供一介于0到300瓦之間之陰極偏壓功率、以及維持晶圓在腔體介于2到100mTorr壓力下的溫度在攝氏200度到350度之間。在一例子中，提供具有流速40sccm的氯(Cl2)、具有流速40sccm的一氧化碳(CO)(例如，氯∶一氧化碳之流速比例為1∶1)、提供1100瓦(W)的電源給感應(yīng)式耦合天線、提供20瓦之陰極偏壓功率、以及維持晶圓在腔體介于4mTorr壓力下的溫度在攝氏350度。這樣的制程條件可針對(duì)二氧化鉿(HfO2)(閘極介電層204)對(duì)于多晶硅及/或硅(閘極電極216與基底200)提供一蝕刻選擇比最少在3∶1，而且二氧化鉿(HfO2)(閘極介電層204)對(duì)于二氧化硅(光罩214)提供一蝕刻選擇比最少在30∶1。
在步驟114中，圖案化光罩214選擇性地從閘極結(jié)構(gòu)240中移除(圖2F)。而移除圖案化光罩214之制程則已經(jīng)揭露在與本案的申請(qǐng)人所申請(qǐng)的美國專利申請(qǐng)案中介紹了，例如，在申請(qǐng)?zhí)枮?0/245,130而申請(qǐng)日為2002年9月16日(代理人號(hào)碼為7524)之美國專利申請(qǐng)案，以及申請(qǐng)?zhí)枮?0/338,251而申請(qǐng)日為2003年1月6日(代理人號(hào)碼為7867)之美國專利申請(qǐng)案，在此一并列入?yún)⒖肌?br> 在步驟116中，此順序100就此結(jié)束。
圖3系說明可用在本發(fā)明實(shí)際應(yīng)用之范例之DecoupledPlasma Source(DPS)II蝕刻反應(yīng)器或是去耦電漿來源高溫(DPS-HT)蝕刻反應(yīng)器300之示意圖。此DPS II與DPS-HT蝕刻反應(yīng)器一般使用在CENTURA系統(tǒng)之制程模塊，而其可經(jīng)由美國加州圣塔克拉納之運(yùn)用材料公司(Applied Materials，Inc.)取得。
此反應(yīng)器300包括一制程腔體(Process Chamber)310具有一導(dǎo)電主體(墻(Wall))330以所具有的一晶圓支架底座(WaferSupport Pedestal)316，以及一控制器340。
此腔體310提供一大致上平面的介電天花板(DielectricCeiling)320(例如DPS II與DPS-HT模塊)。腔體310其它的變動(dòng)也可能是有其它種類的天花板，例如，一種圓屋頂形狀(Dome-Shaped)天花板(例如DPS Plus模塊)。在此天花板320之上配置一個(gè)天線(Antenna)至少包括一感應(yīng)線圈(InductiveCoil)組件312(如圖所示之兩個(gè)同軸組件312)。此感應(yīng)線圈組件312經(jīng)由一第一匹配網(wǎng)絡(luò)(Matching Network)319耦接到一電漿功率來源(Plasma Power Source)318。此電漿功率來源318傳統(tǒng)上在一調(diào)整頻率介于50千赫茲(50k Hertz)到13.56百萬赫茲(13.56M Hertz)之范圍內(nèi)，能夠產(chǎn)生高達(dá)3000瓦(W)之功率。
此支架底座(陰極)316系經(jīng)由一第二匹配網(wǎng)絡(luò)(MatchingNetwork)324耦接到一偏壓功率來源(Bias Power Source)322。此偏壓功率來源322一般而言能夠在將近13.56百萬赫茲(13.56M Hertz)之頻率下產(chǎn)生高達(dá)500瓦(W)的功率。此偏壓功率可以是持續(xù)的或是脈波式(Pulsed)地提供功率。在一其它實(shí)施例中，此偏壓功率來源322可以是一直流電源或是一脈波式的直流電源。
此控制器340包括一中央處理單元(CPU)344、一內(nèi)存342、以及一用以支持中央處理單元344之一支持電路(SupportCircuit)346，并用以協(xié)助在對(duì)腔體310內(nèi)組件的控制，并且就其本身而言是為了協(xié)助在蝕刻制程中的控制，底下將會(huì)進(jìn)一步討論。
在操作時(shí)，半導(dǎo)體晶圓314放置在底座316上，并且由氣瓶柜(Gas Panel)338提供的制程氣體經(jīng)由進(jìn)入埠(EntryPort)326進(jìn)入以形成一氣體混合物(Gaseous Mixture)350。此氣體混合物350藉由電漿功率來源318以及偏壓功率來源322分別提供給感應(yīng)線圈組件312與陰極316之功率，而激化(Ignited)成為在腔體310內(nèi)的電漿355。此在腔體310內(nèi)部的壓力系使用一節(jié)流閥(Throttle Valve)327以及一真空泵(Vacuum Pump)336所控制。傳統(tǒng)上，此腔體墻330是連接到一電子接地極334。而墻330的溫度則是使用經(jīng)由墻330配置的內(nèi)含液態(tài)之導(dǎo)管(圖標(biāo)上未顯示)所控制。
墻330溫度的控制是為了穩(wěn)定支架底座316的溫度。再一實(shí)施例中，氦氣(He)由一氣體來源348經(jīng)由氣體導(dǎo)管(GasConduit)349傳送到在晶圓314底下形成于支架底座316表面之信道(未顯示)內(nèi)。此氦氣用來促進(jìn)底座316與晶圓314之間的熱移轉(zhuǎn)。在制造過程中，此底座316可經(jīng)由在底座內(nèi)的一電阻式加熱器(Resistive Heater)(未顯示)來加熱，以達(dá)到一穩(wěn)定狀態(tài)的溫度，并且接著此氦氣則可加速晶圓314溫度的一致性(Uniform)。使用這樣的控制，此晶圓314可維持在若是DPS II模塊則是介于大約攝氏20度到80度的溫度，而若是DPS-HT模塊則是介于大約攝氏200度到350度的溫度。
熟知此技藝之人士皆知其它的蝕刻腔體也可用來達(dá)成此發(fā)明，包括具有遠(yuǎn)程電漿來源的腔體、電子回旋共振(ECR)電漿腔體，或者其它類似等等。
為了協(xié)助腔體310如上所述的控制，此控制器340可以由任何形式之一般用來控制不同類型腔體之工業(yè)設(shè)定之計(jì)算機(jī)處理器或是次處理器(Sub-Processor)所達(dá)成。而中央處理單元(CPU)344的內(nèi)存342，或是計(jì)算機(jī)可讀取媒介(Medium)，可以是一個(gè)或是多個(gè)目前可取得之內(nèi)存，例如隨機(jī)存取內(nèi)存(RAM)、只讀存儲(chǔ)器(ROM)、軟式磁盤(Floppy Disk)、或其它任何以區(qū)域或是遠(yuǎn)程數(shù)字方式儲(chǔ)存之媒體。而支持電路346連接到中央處理單元(CPU)344，并以傳統(tǒng)之方式協(xié)助處理器。而這些電路包括快速緩沖貯存區(qū)(Cache)、電源供應(yīng)器、時(shí)脈(Clock)電路、輸出/輸入電路以及次系統(tǒng)(Subsystem)，以及其它類似的電路。本發(fā)明之方法通常儲(chǔ)存在內(nèi)存342內(nèi)當(dāng)成軟件的例行程序(Routine)。此軟件程序也可由一第二個(gè)中央處理單元CPU(未顯示)所儲(chǔ)存及/或執(zhí)行，而其可經(jīng)設(shè)置于遠(yuǎn)程的硬件中，但是由中央處理單元(CPU)344所控制。
圖4是說明一表400，用以總結(jié)在此所述使用DPS-HT反應(yīng)器之等向性電漿蝕刻制程之制程參數(shù)?？偨Y(jié)在欄402的制程參數(shù)是本發(fā)明上述的內(nèi)容中之一范例實(shí)施例。此制程之范圍則出現(xiàn)在欄404中。用以移除聚合殘留物層207的范例制程參數(shù)是在欄406中出現(xiàn)。然而可以理解的是，使用不同的電漿蝕刻反應(yīng)器可能需要不同的制程參數(shù)值與范圍。
本發(fā)明可使用其它的半導(dǎo)體晶圓制程系統(tǒng)所實(shí)現(xiàn)，其中之制程參數(shù)可以根據(jù)在此所描述之技術(shù)而調(diào)整，以達(dá)到熟習(xí)此技藝之人士所能接受之特性，此仍不脫離本發(fā)明之精神。
雖然上述的討論僅提出關(guān)于場效晶體管之制造，然而使用在集成電路內(nèi)之其它組件與結(jié)構(gòu)之制造以可從本發(fā)明中獲得相當(dāng)好的效果。
權(quán)利要求
1.一種移除蝕刻后之殘留物之方法，包括(a)提供具有一多晶硅層形成于一含鉿(Hafnium-containing)層上之一基底；(b)形成一圖案化光罩在該多晶硅層上；(c)電漿蝕刻該多晶硅層，其中一聚合殘留物沉積在該基底上；以及(d)使用一電漿包括一個(gè)或多個(gè)含碳氟化合物(Fluorocarbon-containing)氣體移除該聚合殘留物。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中該含鉿層包括從一群組所選擇之一種物質(zhì)，該群組包括二氧化鉿(HfO2)、二氧化硅鉿(HfSiO2)與氮氧化鉿(HfSiON)。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其中在步驟(d)中之該含碳氟化合物氣體包括從一群組所選擇之一種或多種物質(zhì)，該群組包括包括四氟化碳(CF4)、三氟甲烷(CHF3)與氟乙烷(C2F6)。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其中在步驟(d)中之該含碳氟化合物氣體，其針對(duì)該聚合殘留物對(duì)該含鉿層具有一蝕刻選擇比(Etch Selectivity)至少在約50∶1。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其中在步驟(d)中之該含碳氟化合物氣體，其針對(duì)該聚合殘留物對(duì)多晶硅層具有一蝕刻選擇比至少1∶1。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，其中步驟(d)是在一基底溫度介于攝氏200度到350度之間進(jìn)行。
7.如權(quán)利要求1所述的方法，其中步驟(d)包括提供一四氟化碳(CF4)與氮(N2)，其中所提供之四氟化碳對(duì)氮之流速比例從1∶5到40∶1之范圍；維持該基底之溫度在介于攝氏約200度到350度之范圍；提供介于200到2000瓦(W)的功率給一感應(yīng)式耦合天線；提供一不大于約30瓦(W)之陰極偏壓功率；以及維持一腔體壓力介于約2到50mTorr之壓力。
8.一種制造一場效晶體管之閘極結(jié)構(gòu)之方法，包括(a)提供一基底，具有定義在該基底上之多數(shù)個(gè)晶體管接面(Transistor Junction)，而該些晶體管接面上具有一閘極電極層形成在一閘極介電層上；(b)形成一圖案化光罩用以在該閘極電極層上定義一閘極結(jié)構(gòu)；(c)電漿蝕刻該閘極電極層，以便定義該閘極結(jié)構(gòu)，其中一聚合殘留物沉積在該基底上；(d)使用一電漿包括一個(gè)或多個(gè)含碳氟化合物(Fluorocarbon-containing)氣體移除該聚合殘留物；以及(e)電漿蝕刻該閘極介電層以定義該閘極結(jié)構(gòu)。
9.如權(quán)利要求8所述的方法，其中該閘極介電層包括從一群組所選擇之一種物質(zhì)，該群組包括二氧化鉿(HfO2)、二氧化硅鉿(HfSiO2)與氮氧化鉿(HfSiON)。
10.如權(quán)利要求8所述的方法，其中該閘極電極層包括多晶硅。
11.如權(quán)利要求8所述的方法，其中步驟(d)與(e)是在同一腔體內(nèi)依序完成。
12.如權(quán)利要求8所述的方法，其中步驟(d)中之該含碳氟化合物氣體包括從一群組所選擇之一種或多種物質(zhì)，該群組包括包括四氟化碳(CF4)、三氟甲烷(CHF3)與氟乙烷(C2F6)。
13.如權(quán)利要求8所述的方法，其中在步驟(d)中之該含碳氟化合物氣體，其針對(duì)該聚合殘留物對(duì)該閘極介電層具有一蝕刻選擇比(Etch Selectivity)至少在約50∶1。
14.如權(quán)利要求8所述的方法，其中在步驟(d)中之該含碳氟化合物氣體，其針對(duì)該聚合殘留物對(duì)閘極電極層具有一蝕刻選擇比至少1∶1。
15.如權(quán)利要求8所述的方法，其中該含碳氟化合物氣體至少包含一種惰性氣體，該惰性氣體是從一群組所選擇之一種氣體，該群組包括氮(N2)、氬(Ar)以及氖(Ne)。
16.如權(quán)利要求8所述的方法，其中步驟(d)是在一基底溫度介于攝氏200度到350度之間進(jìn)行。
17.如權(quán)利要求8所述的方法，其中步驟(d)包括提供一四氟化碳(CF4)與氮(N2)，其中所提供之四氟化碳對(duì)氮之流速比例從1∶5到40∶1之范圍。
18.如權(quán)利要求8所述的方法，其中步驟(d)包括提供一四氟化碳(CF4)與氮(N2)，其中所提供之四氟化碳對(duì)氮之流速比例從1∶5到40∶1之范圍；維持該基底之溫度在介于攝氏約200度到350度之范圍；提供介于200到2000瓦(W)的功率給一感應(yīng)式耦合天線；提供一不大于約30瓦(W)之陰極偏壓功率；以及維持一腔體壓力介于約2到50mTorr之壓力。
19.一利計(jì)算機(jī)可讀取媒介(Computer-Readable Medium)包括一軟件用以在一計(jì)算機(jī)上執(zhí)行，而可用以使一半導(dǎo)體晶圓制程系統(tǒng)使用該方法制造一場效晶體管之閘極結(jié)構(gòu)，包括(a)提供一基底，具有定義在該基底上之多數(shù)個(gè)晶體管接面(Transistor Junction)，而該些晶體管接面上具有一閘極電極層形成在一閘極介電層上；(b)形成一圖案化光罩用以在該閘極電極層上定義一閘極結(jié)構(gòu)；(c)電漿蝕刻該閘極電極層，以便定義該閘極結(jié)構(gòu)，其中一聚合殘留物沉積在該基底上；(d)使用一電漿包括一個(gè)或多個(gè)含碳氟化合物(Fluorocarbon-containing)氣體移除該聚合殘留物；以及(e)電漿蝕刻該閘極介電層以定義該閘極結(jié)構(gòu)。
20.如權(quán)利要求19所述的計(jì)算機(jī)可讀取媒介，其中該閘極介電層包括從一群組所選擇之一種物質(zhì)，該群組包括二氧化鉿(HfO2)、二氧化硅鉿(HfSiO2)與氮氧化鉿(HfSiON)。
21.如權(quán)利要求19所述的計(jì)算機(jī)可讀取媒介，其中步驟(d)與(e)是在同一腔體內(nèi)依序完成。
22.如權(quán)利要求19所述的計(jì)算機(jī)可讀取媒介，其中步驟(d)中之該含碳氟化合物氣體包括從一群組所選擇之一種或多種物質(zhì)，該群組包括包括四氟化碳(CF4)、三氟甲烷(CHF3)與氟乙烷(C2F6)。
23.如權(quán)利要求19所述的計(jì)算機(jī)可讀取媒介，其中在步驟(d)中之該含碳氟化合物氣體，其針對(duì)該聚合殘留物對(duì)該閘極介電層具有一蝕刻選擇比(Etch Selectivity)至少在約50∶1。
24.如權(quán)利要求19所述的計(jì)算機(jī)可讀取媒介，其中在步驟(d)中之該含碳氟化合物氣體，其針對(duì)該聚合殘留物對(duì)閘極電極層具有一蝕刻選擇比至少1∶1。
25.如權(quán)利要求19所述的方法，其中步驟(d)是在一基底溫度介于攝氏200度到350度之間進(jìn)行。
全文摘要
在此揭露一種制造場效晶體管的閘極結(jié)構(gòu)的方法。此閘極結(jié)構(gòu)是藉由依序蝕刻一物質(zhì)堆棧結(jié)構(gòu)包括一閘極電極層形成在一閘極介電層上。在蝕刻此閘極介電層前，先移除在當(dāng)閘極電極形成時(shí)沉積在基底上之一聚合殘留物。此聚合殘留物是藉由將基底暴露在一電漿中而移除，而此電漿包括一個(gè)或多個(gè)含碳氟化合物(Fluorocarbon－containing)氣體與至少一種惰性氣體。
文檔編號(hào)H01L21/311GK1538504SQ20041003389
公開日2004年10月20日 申請(qǐng)日期2004年4月19日 優(yōu)先權(quán)日2003年4月17日
發(fā)明者亞杰·庫馬, 派馬潘尼·C·尼蘭, 亞杰 庫馬, 尼 C 尼蘭 申請(qǐng)人:應(yīng)用材料有限公司