專利名稱：制作柵極與蝕刻導(dǎo)電層的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及制作柵極的方法與蝕刻導(dǎo)電層的方法，尤其涉及一種先利用高氫含量的圖案化氮硅層當(dāng)作圖案化硬掩模來蝕刻多晶硅與硅氧化合物，再以低溫磷酸溶液去除圖案化氮硅層的方法，藉此有效去除圖案化氮硅層而不會損傷多晶硅與硅氧化合物的結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
在半導(dǎo)體集成電路的工藝中，金屬氧化物半導(dǎo)體(metal-oxide-semiconductor，MOS)晶體管是一種極重要的電子元件。隨著半導(dǎo)體工藝進(jìn)入深亞微米時(shí)代，金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管的工藝步驟也有許多的改進(jìn)與要求，不但所使用的柵極介電層愈來愈薄，而且對于柵極介電層的性能表現(xiàn)的要求也日漸提高，以期制造出體積小而高質(zhì)量的金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管。因此，現(xiàn)今對于形成柵極介電層之后的各式工藝是否會損傷柵極介電層也愈加重視。
請參閱圖1至圖4，圖1至圖4為常見以圖案化硬掩模制作柵極的方法示意圖。如圖1所示，一般金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管的柵極工藝是先在半導(dǎo)體基底12上依序形成一介電層14、一導(dǎo)電層16、一掩模層18，與一光致抗蝕劑層24，其中介電層14通常包括硅氧化合物，而導(dǎo)電層16則包括摻雜多晶硅。接著如圖2所示，利用曝光暨顯影工藝，來圖案化光致抗蝕劑層24。然后如圖3所示，先利用圖案化的光致抗蝕劑層24作為蝕刻掩模以蝕刻掩模層18，成為一圖案化硬掩模18a后，接著再利用灰化(ashing)工藝來去除光致抗蝕劑層24。如圖4所示，隨后利用圖案化硬掩模18a當(dāng)作蝕刻掩模來蝕刻導(dǎo)電層16與介電層14，形成柵極26，再行去除圖案化硬掩模18a，藉以形成金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管的柵極結(jié)構(gòu)。
如本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟知，在形成柵極結(jié)構(gòu)之后，會再于柵極結(jié)構(gòu)相對兩側(cè)的基底中形成輕摻雜漏極結(jié)構(gòu)(lightly doped drain，LDD)。接著于柵極結(jié)構(gòu)側(cè)邊形成間隙壁(spacer)，并以此柵極結(jié)構(gòu)及間隙壁作為掩模，進(jìn)行離子注入步驟，以于半導(dǎo)體基底中形成源極/漏極區(qū)。最后再于柵極結(jié)構(gòu)、源極/漏極區(qū)的表面形成一自對準(zhǔn)金屬硅化物(self-aligned silicide，salicide)，以提升柵極結(jié)構(gòu)、源極/漏極區(qū)與金屬插塞之間的歐姆接觸(Ohmi contact)。
然而在去除圖案化硬掩模18a的過程中，卻衍生出嚴(yán)重的問題。請參閱圖5，圖5為傳統(tǒng)以氧化物(oxide)或氮氧化合物(oxynitride)當(dāng)作圖案化硬掩模所制作的柵極的示意圖。由于傳統(tǒng)的半導(dǎo)體工藝大多是以氧化物或是氮氧化合物當(dāng)作柵極結(jié)構(gòu)的圖案化硬掩模，之后再用稀釋的氫氟酸(DHF)來去除此種圖案化硬掩模。但如圖5所示，由于氫氟酸能迅速蝕刻氧化物，因此在去除圖案化硬掩模時(shí)很容易就會蝕刻到同樣是由硅氧化合物構(gòu)成的介電層14，導(dǎo)致介電層14產(chǎn)生底切(undercut)等損傷及缺陷，進(jìn)而影響到元件可靠度(device reliability)。
有鑒于此，之后現(xiàn)有技術(shù)便改用氮硅化合物當(dāng)作圖案化硬掩模18a的材料。請參閱圖6，圖6為現(xiàn)有以氮硅化合物當(dāng)作圖案化硬掩模所制作的柵極的示意圖。在現(xiàn)有去除氮硅硬掩模的方法中，是將半導(dǎo)體基底浸入具有155至170℃磷酸溶液的蝕刻槽中，藉以蝕刻去除具有氮硅化合物的圖案化硬掩模。然而如圖6所示，在去除圖案化硬掩模的同時(shí)，熱磷酸也會蝕刻并損害多晶硅導(dǎo)電層16的表面，導(dǎo)致柵極26的形狀或表面狀態(tài)出現(xiàn)缺陷，進(jìn)而影響后續(xù)所形成的自對準(zhǔn)金屬硅化物的質(zhì)量，造成柵極26的高阻值問題而影響到其電性表現(xiàn)。
如上所述，為了避免高溫的磷酸溶液破壞多晶硅導(dǎo)電層，目前又有使用低溫的磷酸溶液來去除氮硅硬掩模的技術(shù)在發(fā)展中。然而，由于現(xiàn)有氮硅硬掩模的化性穩(wěn)定，因此低溫磷酸蝕刻氮硅硬掩模的速度非常緩慢，導(dǎo)致蝕刻工藝耗時(shí)冗長，增加制作成本，而且也無法完全去除干凈。

發(fā)明內(nèi)容
據(jù)此，本發(fā)明的主要目的在于提供一種制作柵極的方法與一種蝕刻導(dǎo)電層的方法，以解決現(xiàn)有技術(shù)無法克服的難題，進(jìn)而有效去除氮硅層而不損傷多晶硅。
根據(jù)本發(fā)明，提供一種制作柵極的方法。首先，提供一基底，基底表面依序包括一介電層與一導(dǎo)電層。之后，于導(dǎo)電層上形成一圖案化硬掩模，且圖案化硬掩模包括氫含量高于每立方厘米1E 22原子的氮硅化合物。接著，利用圖案化硬掩模當(dāng)作掩模來蝕刻導(dǎo)電層與介電層。最后，利用一蝕刻溶液去除圖案化硬掩模。
根據(jù)本發(fā)明，另提供一種蝕刻導(dǎo)電層的方法。首先，提供一基底，基底表面依序包括一介電層與一導(dǎo)電層。接著于導(dǎo)電層上形成一圖案化氮硅層，且圖案化氮硅層的氫含量高于每立方厘米1E 22原子。隨后利用圖案化氮硅層當(dāng)作掩模來蝕刻導(dǎo)電層與介電層。最后，利用一蝕刻溶液去除圖案化氮硅層。
由于本發(fā)明利用高氫含量的氮硅層當(dāng)作圖案化硬掩模來蝕刻多晶硅導(dǎo)電層，再以低溫磷酸溶液去除氮硅層，因此可以有效去除氮硅層，而不會損傷多晶硅導(dǎo)電層或氧化物介電層。
為了進(jìn)一步了解本發(fā)明的特征及技術(shù)內(nèi)容，請參閱以下有關(guān)本發(fā)明的詳細(xì)說明與附圖。然而附圖僅供參考與輔助說明用，并非用來對本發(fā)明加以限制。


圖1至圖4為常見以圖案化硬掩模制作柵極的方法示意圖；圖5為傳統(tǒng)以氧化物或氮氧化合物當(dāng)作圖案化硬掩模所制作的柵極的示意圖；圖6為現(xiàn)有以氮硅化合物當(dāng)作圖案化硬掩模所制作的柵極的示意圖；圖7至圖12為本發(fā)明的一優(yōu)選實(shí)施例蝕刻導(dǎo)電層的方法示意圖；圖13至圖18顯示的是本發(fā)明另一優(yōu)選實(shí)施例蝕刻導(dǎo)電層的方法示意圖；圖19為氮硅層的成分與氮硅層的蝕刻速率的表格示意圖；圖20為氮硅層的總氫含量與氮硅層的蝕刻速率的關(guān)系示意圖。
簡單符號說明1氮硅層2氮硅層3氮硅層4氮硅層12 半導(dǎo)體基底14 介電層16 導(dǎo)電層18 掩模層18a 圖案化硬掩模 24 光致抗蝕劑層26 柵極 32 基底
34介電層34a圖案介電層36導(dǎo)電層36a圖案化導(dǎo)電層38氮硅層38a圖案化氮硅層42硅氧層42a圖案化硅氧層44圖案化光致抗蝕劑層46 圖案化硬掩模56圖案化硬掩模具體實(shí)施方式
本發(fā)明涉及一種制作一般金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管的柵極、應(yīng)變硅晶體管的柵極、各式存儲器的柵極或是電容等半導(dǎo)體元件的方法。請參閱圖7至圖12，圖7至圖12為本發(fā)明的一優(yōu)選實(shí)施例蝕刻導(dǎo)電層的方法示意圖。需注意的是圖式僅以說明為目的，并未依照原尺寸作圖。
如圖7所示，首先，提供一基底32，基底32表面依序包括一介電層34與一導(dǎo)電層36。其中，基底32可以為半導(dǎo)體晶片或硅覆絕緣(silicon-on-insulator，SOI)等的n型半導(dǎo)體基底或者p型半導(dǎo)體基底。介電層34通常包括硅氧化合物等高介電常數(shù)(high-k)材料，例如利用快速熱氧化(rapid thermal oxidation，RTO)工藝與遠(yuǎn)程等離子體氮化(remote plasmanitridation，RPN)處理而形成二氧化硅的介電層34。另外，導(dǎo)電層36可以由硅、多晶硅或摻雜多晶硅等材料所構(gòu)成。
接著如圖8所示，于導(dǎo)電層36上依序形成一氮硅層38、一硅氧層42與一圖案化光致抗蝕劑層44。亦即，可先利用化學(xué)氣相沉積(chemical vapordeposition，CVD)工藝沉積氮硅層38，其厚度約介于50至1000埃(angstrom)，例如為300埃，再于其上沉積一厚度介于50至1000埃的硅氧層42，例如為100埃，之后再于硅氧層42表面旋轉(zhuǎn)涂布光致抗蝕劑層，接著進(jìn)行一曝光暨顯影工藝，以使光致抗蝕劑層成為一圖案化光致抗蝕劑層44。
于此優(yōu)選實(shí)施例中，氮硅層38的應(yīng)力約介于-1.0Gpa至2.0Gpa(即介于1.0Gpa的壓縮應(yīng)力與2.0Gpa的伸張應(yīng)力間)，且氮硅層38包括30至80原子百分比的硅、20至70原子百分比的氮及0至10原子百分比的氧。特別注意的是，氮硅層38的氫含量高于每立方厘米1E 22原子。
如圖9所示，接著利用圖案化光致抗蝕劑層44當(dāng)作掩模蝕刻硅氧層42與氮硅層38，以使圖案化光致抗蝕劑層44的圖案轉(zhuǎn)移至硅氧層42與氮硅層38，分別成為一圖案化硅氧層42a與一圖案化氮硅層38a。接著如圖10所示，利用灰化工藝來去除圖案化光致抗蝕劑層44，留下圖案化硅氧層42a與圖案化氮硅層38a形成一圖案化硬掩模46，以使圖案化硬掩模46具有較高的相對蝕刻比。隨后如圖11所示，利用圖案化硬掩模46當(dāng)作掩模來蝕刻導(dǎo)電層36與介電層34。在蝕刻導(dǎo)電層36與介電層34的同時(shí)，圖案化硅氧層42a亦可能會遭受蝕刻而消耗，甚至是被蝕刻殆盡，于基底32上留下圖案化介電層34a、圖案化導(dǎo)電層36a與圖案化氮硅層38a。
最后如圖12所示，進(jìn)行一濕蝕刻工藝，利用一蝕刻溶液來去除圖案化硬掩模46，留下圖案化導(dǎo)電層36a與圖案化介電層34a。其中，圖案化導(dǎo)電層36a可用來作為金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管的柵極、應(yīng)變硅晶體管的柵極、或是電容、電阻、保險(xiǎn)絲等的半導(dǎo)體元件。而于去除圖案化硬掩模46之后，可依需要進(jìn)行下一工藝，例如，輕摻雜漏極結(jié)構(gòu)的制作或其它半導(dǎo)體工藝技術(shù)的進(jìn)行，此為本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟知，在此不多加贅述。
依據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，上述濕蝕刻工藝使用溫度約介于60℃至155℃的蝕刻溶液來移除圖案化硬掩模46。此蝕刻溶液包括磷酸，例如為磷酸水溶液，且磷酸濃度依照蝕刻溫度、蝕刻時(shí)間與被蝕刻物的成分等因素而異，使氮硅層的蝕刻速率約介于每分鐘40至400埃(angstrom/min)。此外，蝕刻溶液可視需要而含有其它添加劑，例如緩沖劑及/或其它酸類。
特別注意的是，由于本發(fā)明的圖案化硬掩?？衫?0℃至155℃的較低溫磷酸溶液移除，因此能有效地避免現(xiàn)有高溫磷酸溶液的強(qiáng)效蝕刻傷害圖案化多晶硅導(dǎo)電層，進(jìn)而避免圖案化多晶硅導(dǎo)電層的缺陷破壞元件性能。
另外，本發(fā)明形成圖案化硬掩模46的步驟中亦可不需形成上述優(yōu)選實(shí)施例的硅氧層42。請參閱圖13至圖18，其顯示的是本發(fā)明另一優(yōu)選實(shí)施例蝕刻導(dǎo)電層的方法示意圖，其中相同的元件仍沿用前一實(shí)施例的相同符號來表示。如圖13所示，首先，提供一基底32，基底32表面依序包括一介電層34與一導(dǎo)電層36，其中基底32可以為半導(dǎo)體晶片或硅覆絕緣基底，介電層34通常包括硅氧化合物等高介電常數(shù)材料，而導(dǎo)電層36包括硅、多晶硅或摻雜多晶硅等材料。
接著如圖14所示，于導(dǎo)電層36上依序形成一氮硅層38與一圖案化光致抗蝕劑層44，例如先進(jìn)行沉積工藝來沉積氮硅層38再旋轉(zhuǎn)涂布光致抗蝕劑層，之后進(jìn)行一曝光暨顯影工藝，以使光致抗蝕劑層成為一圖案化光致抗蝕劑層44。于此優(yōu)選實(shí)施例中，氮硅層38包括30至80原子百分比的硅、20至70原子百分比的氮及0至10原子百分比的氧，特別注意的是，氮硅層38的氫含量同樣高于每立方厘米1E 22原子。
如圖15所示，接著利用圖案化光致抗蝕劑層44當(dāng)作掩模蝕刻氮硅層38，以使圖案化光致抗蝕劑層44的圖案轉(zhuǎn)移至氮硅層38，成為一圖案化氮硅層38a。之后如圖16所示，去除圖案化光致抗蝕劑層44，以形成一圖案化硬掩模56。接著如圖17所示，利用圖案化氮硅層38a當(dāng)作掩模來蝕刻導(dǎo)電層36與介電層34，于基底32上留下圖案化介電層34a、圖案化導(dǎo)電層36a與圖案化氮硅層38a。最后如圖18所示，進(jìn)行一濕蝕刻工藝，利用溫度約介于60℃至155℃且包括磷酸的蝕刻溶液來去除圖案化氮硅層38a，留下圖案化導(dǎo)電層36a與圖案化介電層34a。
由于低溫磷酸溶液對于高氫含量的氮硅化合物具有良好的蝕刻速率與蝕刻效果。請參閱圖19與圖20，圖19為氮硅層的成分與氮硅層的蝕刻速率的表格示意圖，而圖20為氮硅層的總氫含量與氮硅層的蝕刻速率的關(guān)系示意圖。其中，氮硅層成分的數(shù)據(jù)利用紅外線光譜儀(Fourier transform infrared，F(xiàn)TIR)分析傳統(tǒng)氮硅層、氮硅層1、氮硅層2、氮硅層3與氮硅層4五組樣品而得，再利用120℃的磷酸水溶液來分別進(jìn)行這五組氮硅層的濕蝕刻，以得到各氮硅層的蝕刻速率。由圖19與圖20中可得知，氮硅層的蝕刻速率與氮硅層的總氫含量呈正相關(guān)的趨勢。氮硅層的總氫含量愈高，氮硅層的蝕刻速率亦隨之增加。
以120℃的磷酸水溶液蝕刻傳統(tǒng)氮硅層時(shí)，其蝕刻速率僅約每分鐘10埃(angstrom/min)，因此需花費(fèi)冗長的時(shí)間去進(jìn)行蝕刻工藝方能去除氮硅層。相較之下，當(dāng)?shù)鑼拥目倸浜窟_(dá)每立方厘米2.50E 22原子時(shí)，氮硅層的蝕刻速率可高達(dá)每分鐘100埃，使得氮硅層的蝕刻工藝所需時(shí)間大為減少。因?yàn)楸景l(fā)明利用氫含量高于每立方厘米1E 22原子的圖案化氮硅層38a當(dāng)作圖案化硬掩模46，所以僅需用120℃的磷酸溶液即可迅速地去除圖案化氮硅層38a。
另一方面，由于低溫磷酸溶液不但能迅速蝕刻高氫含量的氮硅層，且對多晶硅與氧化物的蝕刻速率較緩慢，因此本發(fā)明既可有效去除氮硅層，且可以避免現(xiàn)有高溫磷酸蝕刻溶液侵蝕多晶硅導(dǎo)電層或氧化物介電層，進(jìn)而降低成本、控制元件質(zhì)量、提升產(chǎn)品可靠度。
以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，凡依本發(fā)明權(quán)利要求所做的均等變化與修飾，皆應(yīng)屬本發(fā)明的涵蓋范圍。
權(quán)利要求
1.一種制作柵極的方法，其包括下列步驟提供基底，該基底表面依序包括介電層與導(dǎo)電層；于該導(dǎo)電層上形成圖案化硬掩模，且該圖案化硬掩模包括氫含量高于每立方厘米1E 22原子的氮硅化合物；利用該圖案化硬掩模當(dāng)作掩模來蝕刻該導(dǎo)電層與該介電層；以及利用蝕刻溶液去除該圖案化硬掩模。
2.如權(quán)利要求1所述的制作柵極的方法，其中該基底包括半導(dǎo)體晶片或硅覆絕緣基底。
3.如權(quán)利要求1所述的制作柵極的方法，其中該圖案化硬掩模的氮硅化合物還包括30至80原子百分比的硅、20至70原子百分比的氮及0至10原子百分比的氧。
4.如權(quán)利要求1所述的制作柵極的方法，其中該介電層包括硅氧化合物。
5.如權(quán)利要求1所述的制作柵極的方法，其中該導(dǎo)電層包括多晶硅。
6.如權(quán)利要求1所述的制作柵極的方法，其中形成該圖案化硬掩模的步驟包括于該導(dǎo)電層上依序形成氮硅層與光致抗蝕劑層；對該光致抗蝕劑層進(jìn)行曝光暨顯影工藝，以使該光致抗蝕劑層成為圖案化光致抗蝕劑層；利用該圖案化光致抗蝕劑層當(dāng)作掩模蝕刻該氮硅層，以使該圖案化光致抗蝕劑層的圖案轉(zhuǎn)移至該氮硅層，成為圖案化氮硅層；以及去除該圖案化光致抗蝕劑層。
7.如權(quán)利要求1所述的制作柵極的方法，其中該圖案化硬掩模還包括硅氧化合物。
8.如權(quán)利要求7所述的制作柵極的方法，其中形成該圖案化硬掩模的步驟包括于該導(dǎo)電層上依序形成氮硅層、硅氧層與圖案化光致抗蝕劑層；利用該圖案化光致抗蝕劑層當(dāng)作掩模蝕刻該硅氧層與該氮硅層，以使該圖案化光致抗蝕劑層的圖案轉(zhuǎn)移至該硅氧層與該氮硅層，分別成為圖案化硅氧層與圖案化氮硅層；以及去除該圖案化光致抗蝕劑層。
9.如權(quán)利要求1所述的制作柵極的方法，其中該蝕刻溶液至少包括磷酸。
10.如權(quán)利要求1所述的制作柵極的方法，其中該蝕刻溶液的溫度大于60℃，小于155℃。
11.一種蝕刻導(dǎo)電層的方法，其包括下列步驟提供基底，該基底表面依序包括介電層與導(dǎo)電層；于該導(dǎo)電層上形成圖案化氮硅層，且該圖案化氮硅層的氫含量高于每立方厘米1E 22原子；利用該圖案化氮硅層當(dāng)作掩模來蝕刻該導(dǎo)電層與該介電層；以及利用蝕刻溶液去除該圖案化氮硅層。
12.如權(quán)利要求11所述的蝕刻導(dǎo)電層的方法，其中該基底包括半導(dǎo)體晶片或硅覆絕緣基底。
13.如權(quán)利要求11所述的蝕刻導(dǎo)電層的方法，其中該圖案化氮硅層還包括30至80原子百分比的硅、20至70原子百分比的氮及0至10原子百分比的氧。
14.如權(quán)利要求11所述的蝕刻導(dǎo)電層的方法，其中該介電層包括硅氧化合物。
15.如權(quán)利要求11所述的蝕刻導(dǎo)電層的方法，其中該導(dǎo)電層包括多晶硅。
16.如權(quán)利要求11所述的蝕刻導(dǎo)電層的方法，其中形成該圖案化氮硅層的步驟包括于該導(dǎo)電層上依序形成氮硅層與光致抗蝕劑層；對該光致抗蝕劑層進(jìn)行曝光暨顯影工藝，以使該光致抗蝕劑層成為圖案化光致抗蝕劑層；利用該圖案化光致抗蝕劑層當(dāng)作掩模蝕刻該氮硅層，以使該圖案化光致抗蝕劑層的圖案轉(zhuǎn)移至該氮硅層，成為該圖案化氮硅層；以及去除該圖案化光致抗蝕劑層。
17.如權(quán)利要求11所述的蝕刻導(dǎo)電層的方法，其中形成該圖案化氮硅層的步驟還包括于該圖案化氮硅層表面上形成圖案化硅氧層，該圖案化氮硅層與該圖案化硅氧層構(gòu)成圖案化硬掩模。
18.如權(quán)利要求17所述的蝕刻導(dǎo)電層的方法，其中形成該圖案化硬掩模的步驟包括于該導(dǎo)電層上依序形成氮硅層、硅氧層與圖案化光致抗蝕劑層；利用該圖案化光致抗蝕劑層當(dāng)作掩模蝕刻該硅氧層與該氮硅層，以使該圖案化光致抗蝕劑層的圖案轉(zhuǎn)移至該硅氧層與該氮硅層，分別成為該圖案化硅氧層與該圖案化氮硅層；以及去除該圖案化光致抗蝕劑層。
19.如權(quán)利要求11所述的蝕刻導(dǎo)電層的方法，其中該蝕刻溶液至少包括磷酸。
20.如權(quán)利要求11所述的蝕刻導(dǎo)電層的方法，其中該蝕刻溶液的溫度大于60℃，小于155℃。
21.如權(quán)利要求11所述的蝕刻導(dǎo)電層的方法，其中該導(dǎo)電層是作為金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管的柵極、應(yīng)變硅晶體管的柵極、或是電容、電阻、保險(xiǎn)絲等的半導(dǎo)體元件。
全文摘要
本發(fā)明提供制作柵極的方法與蝕刻導(dǎo)電層的方法。首先，提供一基底，基底表面依序包括一介電層與一導(dǎo)電層。接著于導(dǎo)電層上形成一圖案化氮硅層當(dāng)作圖案化硬掩模，且圖案化氮硅層的氫含量高于每立方厘米1E 22原子(atoms/cm
文檔編號H01L21/70GK101075557SQ200610084818
公開日2007年11月21日 申請日期2006年5月18日 優(yōu)先權(quán)日2006年5月18日
發(fā)明者陳能國, 蔡騰群, 廖秀蓮 申請人:聯(lián)華電子股份有限公司