專利名稱：半導(dǎo)體元件的制法的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體元件的制法，且特別涉及一種形成犧牲層的方法。
背景技術(shù)：
隨著集成電路工業(yè)技術(shù)節(jié)點(diǎn)(node)的進(jìn)步，目前已采用高介電常數(shù)材 料(high k dielectric material)與金屬以形成金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管 (metal-oxide-semiconductor field-effect transistors,MOSFETs)的金屬柵極堆疊。在 形成金屬柵極堆疊結(jié)構(gòu)的方法中，沉積并蝕刻金屬層。在金屬蝕刻的工藝中，其工藝寬裕度 (processing window)不足且光致抗蝕劑有剝落之虞。此外，暴露在光致抗蝕劑外的金屬膜 無法通過蝕刻完全移除，且圖案化的光致抗蝕劑會(huì)從其所覆蓋的金屬膜上剝落。再者，濕式 蝕刻工藝所使用的蝕刻溶液可能會(huì)滲入圖案化光致抗蝕劑與金屬膜之間的界面，并且氧化 位于圖案化光致抗蝕劑之下的金屬膜，將導(dǎo)致金屬膜變質(zhì)以及元件效能降低。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決現(xiàn)有技術(shù)存在的上述缺陷，本發(fā)明提供一種半導(dǎo)體元件的制法，包括以 下步驟形成一材料層于一基材之上；形成一犧牲層于該材料層之上，其中該材料層與該 犧牲層各自具有一厚度小于IOO埃；形成一圖案化光致抗蝕劑層于該犧牲層之上；利用該
圖案化光致抗蝕劑層作為一掩模，施加一第一濕式蝕刻工藝以蝕刻該犧牲層，借以形成一
圖案化犧牲層；施加一第二濕式蝕刻工藝以蝕刻該材料層；以及施加一第三濕式蝕刻工藝 以移除該圖案化犧牲層。 本發(fā)明另外提供一種半導(dǎo)體元件的制法，包括以下步驟形成一鉭化鈦(TiN)層 于一基材上；形成一氧化鑭(La0)層于該鉭化鈦層上；形成一圖案化光致抗蝕劑層于該氧 化鑭層上；利用該圖案化光致抗蝕劑層作為一掩模，對(duì)該基材施加一第一濕式蝕刻工藝以 蝕刻該氧化鑭層，借以形成一圖案化氧化鑭層；對(duì)該基材施加一氫氧化銨_過氧化氫-水的 混合物(ammoniahydroxide-hydrogen peroxide-water mixture,APM)以蝕刻該鉭化鈦層； 以及施加一第二濕式蝕刻工藝于該基材以移除該氧化鑭層。 本發(fā)明所揭示的每一實(shí)施例各自表現(xiàn)出其不同的優(yōu)點(diǎn)，例如，有的實(shí)施例可將蝕 刻時(shí)間延長(zhǎng)而不會(huì)發(fā)生光致抗蝕劑剝落(peeling)的問題；有的實(shí)施例可以減少對(duì)第二材 料層進(jìn)行濕式蝕刻的時(shí)間，且可解決光致抗蝕劑剝落的問題；有的實(shí)施例可解決氮化鈦表 面殘留光致抗蝕劑殘余物的問題。 為讓本發(fā)明的上述和其他目的、特征、和優(yōu)點(diǎn)能更明顯易懂，下文特舉出較佳實(shí)施 例，并配合附圖，作詳細(xì)說明如下。


圖1為一流程圖，用以說明本發(fā)明的流程。 圖2 圖8為一系列剖面圖，用以說明本發(fā)明一實(shí)施例的流程。2/8頁上述附圖中的附圖標(biāo)記說明如下
100 - 半導(dǎo)體元件的制法102 - 提供半導(dǎo)體基材104 - 形成金屬層與犧牲材料層于基材之上106 - 形成圖案化光致抗蝕劑層于基材之上108 - 對(duì)基材施加第一濕式蝕刻工藝以圖案化犧牲材料層110 - 施加APM溶液以圖案化金屬層112 - 施加溶劑剝離工藝以移除圖案化光致抗蝕劑層114 - 對(duì)基材施加第二濕式蝕刻工藝以移除犧牲材料層200 - 半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)210 - 基材212 - 第一材料層(或金屬層)214 - 第二材料層(或犧牲層)216 - 圖案化光致抗蝕劑層218 - 清潔材料220 - 第一濕式蝕刻劑222 - 剝離溶液
具體實(shí)施例方式
以下特舉出本發(fā)明的實(shí)施例，并配合附圖作詳細(xì)說明。以下實(shí)施例的元件和設(shè)計(jì) 為了簡(jiǎn)化本發(fā)明，并非用以限定本發(fā)明。雖然本發(fā)明提供許多實(shí)施例用以揭示本發(fā)明的應(yīng) 用，并非用以限定本發(fā)明。此外，本發(fā)明于各個(gè)實(shí)施例中可能使用重復(fù)的參考符號(hào)和/或文 字。這些重復(fù)符號(hào)或文字為了簡(jiǎn)化與清晰的目的，并非用以限定各個(gè)實(shí)施例和/或所述結(jié) 構(gòu)之間的關(guān)系。再者，說明書中提及形成第一特征位于第二特征之上，其包括第一特征與第 二特征是直接接觸的實(shí)施例，另外也包括于第一特征與第二特征之間另外有其他特征的實(shí) 施例，因此，第一特征與第二特征并非直接接觸。 圖1為本發(fā)明實(shí)施例的流程圖，其顯示一具有金屬柵極堆疊結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體元件的 制法IOO。圖2至圖8顯示本發(fā)明實(shí)施例的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)200于各個(gè)工藝階段的剖面圖。半 導(dǎo)體元件的制法100描述于圖1至圖8。 請(qǐng)參見圖1和圖2，半導(dǎo)體元件的制法100起始于步驟102，其提供一半導(dǎo)體基材 210。此半導(dǎo)體基材210包括硅。另外，基材210包括鍺、硅化鍺或其他適合的半導(dǎo)體材料， 例如鉆石、碳化硅或砷化鎵。此外，基材210尚可包括其他特征和/或材料層，例如形成于 基材之中的隔離結(jié)構(gòu)。基材210可包括配置或耦合各種p型摻雜區(qū)域或n型摻雜區(qū)域以形 成各種元件和功能性特征。于各個(gè)步驟中可利用例如離子注入或擴(kuò)散等工藝以形成所有 的摻雜特征?；?10可包括其他特征，例如淺溝隔離結(jié)構(gòu)(shallow trench isolation, STI)。 基材210尚可包括各種介電_金屬_柵極_堆疊材料層。在一實(shí)施例中，高介電 常數(shù)(high-k)材料層形成于半導(dǎo)體基材210之上。可通過一合適的工藝形成高介電常數(shù) (high-k)材料層，例如原子層沉積法(atomic layer d印osition，ALD)。其他形成高介電常
5數(shù)(high-k)材料層的方法例如金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積法(metal organic chemical vapor d印osition， M0CVD)、物理氣相沉積法(physical v即or d印osition， PVD)、紫外光-臭氧 氧化法(UV-ozone oxidation)禾口分子束夕卜延法(molecular beam印itaxy，MBE)。在一實(shí) 施例中，高介電常數(shù)(high-k)材料包括氧化鉿(Hf02)。另外，高介電常數(shù)(high-k)材料層 包括金屬氮化物(metal nitride)、金屬硅化物(metal silicate)或其他金屬氧化物。
蓋層(c即ping layer)可形成于高介電常數(shù)(high-k)材料層之上。在一實(shí)施例 中，蓋層包括氧化鑭。在其他實(shí)施例中，蓋層包括氧化鋁(A1203)。此外，蓋層可包括其他適 合的材料。 界面層(interfacial layer, IL)可設(shè)置于半導(dǎo)體基材210與高介電常數(shù) (high-k)材料層之間。界面層可包括一氧化硅薄層，且在高介電常數(shù)(high-k)材料層形成 前形成于基材210之上。此氧化硅薄層可通過原子層沉積法(ALD)或熱氧化法形成。
請(qǐng)參見圖1與圖3，半導(dǎo)體元件的制法IOO接著進(jìn)行步驟104，其形成一第一材料 層212于基材210之上與一第二材料層214于第一材料層212之上。第一材料層212與第 二材料層214的厚度少于100埃。第一材料層212包括一金屬，而金屬層包括氮化鈦(TiN)。 另夕卜，金屬層包括氮化鉭(tantalumnitride， TaN)、氮化鉬(molybdenum nitride, MoN)、氮 化鴇(tungsten nitride, WN)、鴇(tungsten, W)、碳化鉭(tantalum carbide, TaC)、氮碳化 組(tantalumcarbide nitride, TaCN)、氮化鋁欽(titanium aluminum nitride, TiAIN)、鋁 (alumi皿)或多晶硅(polysilicon)。此金屬層可利用物理氣相沉積法(PVD)或其他適合 的方法形成。金屬層的厚度介于5埃至100埃之間。例如，金屬層的厚度為約50埃。第二 材料層214為一犧牲材料層，其目的在于將金屬層圖案化而于上述步驟中實(shí)施，并于金屬 層圖案化后被移除。該犧牲材料層包括氧化鑭。另外，犧牲材料層也可包括氧化鋁(A1203)。 犧牲材料層的厚度介于5埃至100埃之間。例如，犧牲材料層的厚度為約20埃。犧牲材料 層可利用物理氣相沉積法(PVD)或其他適合的方法形成。 請(qǐng)參見圖1與圖3，半導(dǎo)體元件的制法IOO接著進(jìn)行步驟106，其形成一圖案化光 致抗蝕劑層216于基材210之上。此圖案化光致抗蝕劑層216作為一掩模，用以圖案化犧 牲材料層與金屬層。如圖3所示，圖案化光致抗蝕劑層216形成于犧牲材料層之上。此圖 案化光致抗蝕劑層利用光微影工藝(photolithography process)形成。微影工藝通常包 括以下步驟光致抗蝕劑涂布、軟烤、光掩模對(duì)準(zhǔn)、曝光、曝光后烘烤、顯影光致抗蝕劑與硬 烤。微景》工藝(lithography process)可使用氟化氪準(zhǔn)分子激光(KrF excimer laser)、氟 化氬準(zhǔn)分子激光(ArF excimer laser)、氟化氬浸潤(rùn)式微影(ArF immersionlithography)、 極紫夕卜光微景》(extreme ultra-violet， EUV)或電子束曝光(electron-beam writing, e-beam)。光微景j曝光工藝(photolithography exposingprocess)也可用其他適合的方法 取代，例如無光掩模微影(masklessphotolithography)、離子束曝光(ion-beam writing) 及分子壓印(molecularimprint)。此外，在涂布光致抗蝕劑層之前，六甲基二硅氮烷 (hexamethyldisilazane，HMDS)溶液被施加于該犧牲材料層以增進(jìn)光致抗蝕劑附著力。在 一實(shí)施例中，圖案化光致抗蝕劑層216定義出許多開口，以露出下方的犧牲材料層曝光。圖 案化光致抗蝕劑層定義出許多柵極區(qū)域(gate regions)，或者可說此圖案化光致抗蝕劑層 的開口定義出柵極堆疊材料層需被移除的區(qū)域。 請(qǐng)參見圖1與圖4，于形成圖案化光致抗蝕劑層之后，半導(dǎo)體元件的制法100可包括一額外的清潔步驟。在此步驟中，清潔材料218被施加于圖案化光致抗蝕劑層用以清潔 有機(jī)殘余物或其他殘余物。清潔材料能夠移除有機(jī)殘余物。舉例而言，清潔材料包括頂端 抗反射層(top anti-reflective coatinglayer， TARC)。在此例中，TARC層涂布于基材之 上，且之后被烘烤與潤(rùn)洗。清潔材料可替代地或額外地包括溶劑、界面活性劑(surfactant) 或聚合物成分。 請(qǐng)參見圖1與圖5，半導(dǎo)體元件的制法IOO接著進(jìn)行步驟108，使用圖案化光致抗 蝕劑層作為掩模，對(duì)基材施加第一濕式蝕刻劑220來進(jìn)行第一濕式蝕刻工藝，用以移除犧 牲材料層。通過第一濕式蝕刻工藝可移除位于圖案化掩模開口處的犧牲材料層，隨后即可 暴露出該處的金屬層212。在一實(shí)施例中，此犧牲材料層采用氧化鑭，且其第一濕式蝕刻工 藝?yán)名}酸(HC1)進(jìn)行。例如，此第一濕式蝕刻溶液包括鹽酸及水，其鹽酸/水的比例范圍 介于l : l至約l : 1000，且其蝕刻持續(xù)時(shí)間范圍介于約5秒鐘至約5分鐘。在另一實(shí)施 例中，其第一濕式蝕刻溶液包括一弱酸，例如，此一弱酸溶液包括二氧化碳水(C02 water)。 在又一實(shí)施例中，第一濕式蝕刻溶液包括醋酸溶液(aceticacid solution)、檸檬酸溶液 (citric acid)、硼酸(boric acid)或磷酸(phosphoricacid)。在再一實(shí)施例中，犧牲材料 層包括氧化鋁"1203)，且第一濕式蝕刻劑包括一光致抗蝕劑顯影劑(resist developer), 例如，使用氫氧化四甲基銨(tetramethylammoni咖hydroxide,TMAH)溶液以移除該氧化鋁 犧牲材料層。進(jìn)一步而言，在前述實(shí)施例中，可用pH值低于7的濕式蝕刻溶液蝕刻氧化鑭 犧牲材料層；而可用pH值低高于8的濕式蝕刻溶液蝕刻氧化鋁犧牲材料層。
請(qǐng)參見圖1與圖6，半導(dǎo)體元件的制法100接著進(jìn)行步驟110，對(duì)金屬層212施加 一濕式蝕刻劑220。在一實(shí)施例中，金屬層212包括氮化鈦(TiN)，于濕式蝕刻工藝中施加 于此氮化鈦的蝕刻劑包括一氫氧化銨-過氧化氫-水的混合物(APM)溶液。
請(qǐng)參見圖1與圖7，半導(dǎo)體元件的制法IOO接著進(jìn)行步驟112，施加一剝離溶液 (stripping solution) 222以移除圖案化光致抗蝕劑層216。在此利用剝離溶液(stripping solution)取代等離子體灰化(plasma ashing)以移除光致抗蝕劑。在許多實(shí)施例中，剝 離溶液(stripping solution)包括N_甲基_2_卩比咯酮(N_methyl_2_pyrrolidine，證)、 環(huán)己酉享(cyclohexanol)、環(huán)戊酉享(cyclopentanol) 、 二甲基亞砜(dimethyl sulfoxide, DMS0)、丙二醇甲醚(propylene glycol monomethyl ether， PGME)或丙二醇甲醚醋 酸酉旨(propyleneglycol monomethyl ether acetate, PGMEA)。 此夕卜，利用剝離溶？夜 (stri卯ingsolution)移除圖案化光致抗蝕劑層的步驟112，此步驟可于濕蝕刻犧牲材料 層214的步驟108與濕蝕刻金屬層212的步驟110之間實(shí)施。于此例中，圖案化犧牲材料 層作為蝕刻金屬層的掩模。 請(qǐng)參見圖1與圖8，半導(dǎo)體元件的制法100接著進(jìn)行步驟114，施加一第二濕式蝕 刻劑于基材，用以移除圖案化的犧牲材料層。此第二濕式蝕刻劑類似于步驟108中用于圖 案化該犧牲材料層的第一濕式蝕刻劑。在一實(shí)施例中，此圖案化的犧牲材料層包括氧化鑭， 且第二蝕刻工藝?yán)名}酸進(jìn)行。例如，第一濕式蝕刻溶液包括鹽酸及水，其鹽酸/水的比例 范圍介于l : l至約l : 1000，且其蝕刻持續(xù)時(shí)間范圍介于約5秒鐘至約5分鐘。在另一 實(shí)施例中，第一濕式蝕刻溶液包括弱酸，例如，弱酸溶液包括二氧化碳水。在又一實(shí)施例中， 第一濕式蝕刻溶液包括醋酸溶液、檸檬酸溶液、硼酸或磷酸。在再一實(shí)施例中，犧牲材料層 包括氧化鋁，且第二濕式蝕刻劑包括光致抗蝕劑顯影劑(resist developer)，例如，使用氫
7氧化四甲基銨(tetramethylammoni咖hydroxide， TMAH)溶液以移除氧化鋁犧牲材料層。
本發(fā)明所揭示的方法在各種應(yīng)用領(lǐng)域中表現(xiàn)出許多的優(yōu)點(diǎn)，可想而知的是，本發(fā) 明所揭示的每一實(shí)施例各自表現(xiàn)出其不同的優(yōu)點(diǎn)，并沒有任何一個(gè)特殊的優(yōu)點(diǎn)是所有實(shí)施 例所不可或缺的。例如，利用犧牲材料層對(duì)第一材料層(例如氮化鈦，TiN)進(jìn)行濕式蝕刻 工藝時(shí)，可使用圖案化犧牲材料層作為蝕刻掩模。因此可將蝕刻時(shí)間延長(zhǎng)而不會(huì)發(fā)生光致 抗蝕劑剝落(peeling)的問題。在另一實(shí)施例中，當(dāng)使用于第一材料層圖案化的濕式蝕刻 劑對(duì)于犧牲材料層具有較高的濕式蝕刻反應(yīng)選擇性(wet etch selectivity)時(shí)，則第二材 料層不必太厚，可以減少對(duì)第二材料層進(jìn)行濕式蝕刻的時(shí)間，且可解決光致抗蝕劑剝落的 問題。在另一例中，在相關(guān)的蝕刻步驟之中及蝕刻步驟之后，多孔性氮化鈦將不再吸附或黏 附光致抗蝕劑，因此可解決氮化鈦表面殘留光致抗蝕劑殘余物的問題。此外，由于犧牲材料 層之后會(huì)被完全地移除，因此即使有任何光致抗蝕劑殘余物殘留，此光致抗蝕劑殘余物也 將隨著犧牲材料層的移除而被清除。在又一實(shí)施例中，此犧牲材料層包括金屬氧化物而能 夠作為一停止層(stop layer)，以阻止過氧化氫(H202)對(duì)第一材料層進(jìn)行氧化作用。在再 一實(shí)施例中，當(dāng)犧牲材料層形成于第一材料層之上時(shí)，則第一材料層將得到良好的橫向蝕 亥啦制(lateral etch control)。 雖然圖中并未顯示，但是本發(fā)明可存在其他的工藝步驟，用以形成各種摻雜區(qū)域 (例如源極區(qū)或漏極區(qū))或元件特征(例如多層內(nèi)連線，multilayerinterco騰ction， MLI)。在一實(shí)施例中，第一材料層可另外包括其他材料層，以進(jìn)行圖案化。例如，第一材料層 包括高介電常數(shù)材料層，例如氧化鉿(hafnium oxide)。在另一實(shí)施例中，第二材料層可包 括其他適合的金屬氧化物，其功能在于進(jìn)行濕式蝕刻工藝流程以圖案化金屬柵極堆疊時(shí)， 能夠減輕或消除光致抗蝕劑剝除的問題。 在另一實(shí)施例中，可對(duì)基材進(jìn)行其他的圖案化步驟(patterning st印s)，用以進(jìn) 一步圖案化金屬柵極堆疊。在再一實(shí)施例中，形成柵極堆疊之后，可形成輕摻雜漏極(1 ight doped drain, LDD)區(qū)域。另外，也可形成柵極間隙壁(gatespacer)于金屬柵極堆疊的側(cè) 壁。之后，于對(duì)齊柵極間隙壁外緣部分形成源極和漏極區(qū)域。此柵極間隙壁可能具有一多 層結(jié)構(gòu)，包括氧化硅、氮化硅、氮氧化硅或其他介電材料?？赏ㄟ^一公知的摻雜工藝，例如離 子注入法(ionimplantation)，形成經(jīng)過摻雜的源極與漏極區(qū)域以及摻雜一 n型摻雜物或 一P型摻雜物的輕摻雜漏極(light doped drain,LDD)區(qū)域?？捎糜谛纬蒼型摻雜區(qū)域的 n型摻雜物包括磷、砷和/或其他材料；可用于形成p型摻雜區(qū)域的p型摻雜物包括硼、銦 和/或其他材料。 接著進(jìn)一步形成多層內(nèi)連線(MLI)，此多層內(nèi)連線(MLI)包括垂直式內(nèi)連線(例如 傳統(tǒng)的介層插塞(vias)或接觸插塞(contacts))以及水平式內(nèi)連線(例如金屬線)。各 種內(nèi)連線特征可施加不同的導(dǎo)電性材料，包括銅、鎢及硅化物。在一實(shí)施例中，利用鑲嵌工 藝(damascene process)形成含銅的多層內(nèi)連線(MLI)結(jié)構(gòu)。在另一實(shí)施例中，利用鴇于 接觸孔中形成鎢插塞(plug)。 半導(dǎo)體基材可能具有其他的隔離特征(isolation features)，借以使每一元件與 其他元件隔離。隔離特征(isolation features)包括多種不同結(jié)構(gòu)，并且可利用多種不 同工藝技術(shù)形成。例如，隔離特征(isolation features)可包括淺溝隔離結(jié)構(gòu)(shallow trench isolation, STI)。此淺溝隔離結(jié)構(gòu)(STI)的形成包括在基材中蝕刻出溝槽，并使用絕緣材料(例如氧化硅、氮化硅或氮氧化硅)填充此溝槽。經(jīng)填充的溝槽可具有多層結(jié) 構(gòu)，例如以氮化硅與熱氧化襯層(thermaloxide liner layer)填充溝槽。在一實(shí)施例中， 此淺溝隔離結(jié)構(gòu)(STI)的形成包括一連串的步驟，例如成長(zhǎng)一氧化物襯墊(pad oxide)， 形成一低壓化學(xué)氣相沉積(LPCVD)氮化物層，利用光致抗蝕劑作為掩模進(jìn)行淺溝隔離結(jié) 構(gòu)(STI)開口的圖案化，在基材中蝕刻出溝槽，視需要地成長(zhǎng)一熱氧化襯層(thermaloxide liner layer)以改善溝槽界面，以化學(xué)氣相沉積(CVD)氧化物填充溝槽，使用化學(xué)機(jī)械平 坦化(chemical mechanical planarization, CMP)工藝進(jìn)行回蝕亥lj (etch back)，最后使 用氮化物剝除法留下淺溝隔離結(jié)構(gòu)(STI)。 此半導(dǎo)體制法100可應(yīng)用于各種元件，其中半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)200只是用以舉例說明，本 發(fā)明中所揭示的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)及其制法也可應(yīng)用于其他含有金屬柵極的半導(dǎo)體元件，例如應(yīng) 變半導(dǎo)體(strained semiconductor)基材、異質(zhì)半導(dǎo)體(hetero-semiconductor)兀件或 無應(yīng)力隔絕結(jié)構(gòu)(stress-free isolation structure)。 本發(fā)明所揭示的內(nèi)容并非局限于包括金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管(MOStransistor) 的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，尚可延伸應(yīng)用于其他具有金屬柵極堆疊的集成電路。例如，半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)200 可包括一動(dòng)態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(dynamic randomaccess memory, DRAM)單元、一單電子晶 體管(single electron transistor, SET)和/或其他微電子元件(在此通稱為微電子元 件)。在另一實(shí)施例中，半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)150包括一鰭式場(chǎng)效應(yīng)晶體管(FinFET transistors)。 當(dāng)然，在此所揭示的內(nèi)容也可應(yīng)用和/或調(diào)整適用于其他類型的晶體管，包括單柵極晶體 管(single-gate transistors)、雙柵極晶體管(double-gate transistors)及其他多柵極 晶體管(multiple-gate transistors)，此外，也可使用于其他不同的應(yīng)用領(lǐng)域，包括感測(cè) 器單元、存儲(chǔ)單元、邏輯單元及其他領(lǐng)域。 雖然本發(fā)明已以數(shù)個(gè)較佳實(shí)施例揭示如上，任何所屬技術(shù)領(lǐng)域中普通技術(shù)人員， 在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，當(dāng)可作任意的更動(dòng)與潤(rùn)飾。在一實(shí)施例中，第二材料層 可包括氧化鎢。在另一實(shí)施例中，利用本發(fā)明所揭示的方法形成一個(gè)或多個(gè)金屬氧化物半 導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管(metal-oxide-semiconductor field_effect_transistors，MOSFETs)。 在又一實(shí)施例中，利用本發(fā)明所揭示的方法于先柵極工藝(gate-first process)中形成金 屬柵極堆疊，并使此金屬柵極堆疊維持其最終結(jié)構(gòu)。在再一實(shí)施例中，利用本發(fā)明所揭示的 方法，于混合工藝(hybrid process)中形成一金屬柵極堆疊，其中第一類型金屬柵極堆疊 (例如N溝道金屬氧化物半導(dǎo)體金屬柵極堆疊(NMOSmetal gate stack))利用本發(fā)明所揭 示的方法形成，并維持其最終結(jié)構(gòu)。而第二類型金屬柵極堆疊(例如P溝道金屬氧化物半導(dǎo) 體金屬柵極堆疊(PM0S metalgate stack))形成一虛設(shè)柵極結(jié)構(gòu)，因此可實(shí)施源極/漏極 離子注入(ionimplantation)工藝與退火(annealing)工藝。隨后移除一部分的虛設(shè)柵極 堆疊，并且以適當(dāng)?shù)牟牧显俅翁畛浯颂撛O(shè)柵極溝槽。在再一實(shí)施例中，利用本發(fā)明所揭示的 方法于后柵極(gate-last process)中形成一金屬柵極堆疊，其中虛設(shè)金屬柵極堆疊利用 本發(fā)明所揭示的方法形成，于源極與漏極形成之后，對(duì)于N溝道金屬氧化物半導(dǎo)體(NM0S) 與P溝道金屬氧化物半導(dǎo)體(PM0S)的虛設(shè)柵極，可同時(shí)或分別以最后的金屬層材料取代。
在另一實(shí)施例中，半導(dǎo)體基材可包括一外延層(印itaxial layer)。例如，基材可 具有位于半導(dǎo)體塊材上的外延層。此外，可使基材產(chǎn)生應(yīng)變(strained)以增進(jìn)效能。舉例 而言，形成外延層的工藝包括選擇性區(qū)域外延成長(zhǎng)(selective印itaxial growth, SEG)工藝，此外延層可包括不同于塊材的半導(dǎo)體材料，例如位于硅塊材上的鍺化硅層，或是位于鍺化硅塊材上的硅層。此外，基材可包括絕緣體上覆半導(dǎo)體(semiconductor-on-insulator，SOI)結(jié)構(gòu)，例如埋藏介電層(buried dielectric layer)。 本發(fā)明所揭示的內(nèi)容提供一制造半導(dǎo)體元件的方法。此方法包括于基材上形成一材料層；于材料層上形成一犧牲層，其中材料層與該犧牲層各自具有小于100埃的厚度；形成一圖案化光致抗蝕劑層于犧牲層之上；利用圖案化光致抗蝕劑層作為一掩模，施加一第一濕式蝕刻工藝以蝕刻犧牲層，借以形成一圖案化犧牲層；施加一第二濕式蝕刻工藝以蝕刻材料層；以及施加一第三濕式蝕刻工藝以移除圖案化犧牲層。 上述方法于施加第一濕式蝕刻工藝之后與施加第三濕式蝕刻工藝之前，尚包括施加一濕式化學(xué)蝕刻以移除圖案化光致抗蝕劑層。此濕式化學(xué)蝕刻可于施加第二濕式蝕刻工藝之前進(jìn)行。在一實(shí)施例中，材料層包括氮化鈦。在另一實(shí)施例中，犧牲層包括氧化鑭。第一與第三濕式蝕刻工藝各自包括含有鹽酸的蝕刻劑。第一與第三濕式蝕刻工藝各自包括施加二氧化碳水。在又一實(shí)施例中，犧牲層包括氧化鋁。第一與第三濕式蝕刻工藝各自包括施加氫氧化四甲基銨溶液。第一濕式蝕刻工藝包括對(duì)基材施加一弱酸溶液，此弱酸溶液包括二氧化碳水、醋酸溶液、檸檬酸溶液、硼酸或磷酸。第二濕式蝕刻工藝包括對(duì)基材施加氫氧化銨_過氧化氫_水的混合物。此方法于形成圖案化光致抗蝕劑層之前，尚包括對(duì)犧牲層施加六甲基二硅氮烷(hexamethyl disilazane， HMDS)。此方法于施加第一濕式蝕刻工藝之前，尚包括對(duì)此圖案化光致抗蝕劑層施加一清潔材料。 本發(fā)明也揭示半導(dǎo)體元件制法的另一實(shí)施例。此方法包括形成一鉭化鈦層于基材上；形成一氧化鑭層于鉭化鈦層上；形成一圖案化光致抗蝕劑層于氧化鑭層上；利用圖案化光致抗蝕劑層作為一掩模，對(duì)基材施加一第一濕式蝕刻工藝以蝕刻氧化鑭層，借以形成一圖案化氧化鑭層；對(duì)基材施加氫氧化銨_過氧化氫_水的混合物以蝕刻鉭化鈦層；以及施加一第二濕式蝕刻工藝于基材以移除氧化鑭層。 上述方法于施加第一濕式蝕刻工藝之后與施加氫氧化銨_過氧化氫及水_混合物(APM)之前，尚包括施加一濕式化學(xué)蝕刻以移除圖案化光致抗蝕劑層。此方法于施加氫氧化銨_過氧化氫_水的混合物(APM)之后與施加第二濕式蝕刻工藝之前，尚包括施加一濕式化學(xué)蝕刻以移除圖案化光致抗蝕劑層。濕式化學(xué)蝕刻工藝包括施加N-甲基-2-吡咯酮(N_methyl_2_pyrrolidine，證)、環(huán)己酉享(cyclohexanol)、環(huán)戊酉享(cyclopentanol) 、二甲基亞砜(dimethyl sulfoxide，DMSO)、丙二酉享甲醚(propylene glycol monomethyl ether，PGME)或丙二醇甲醚醋酸酉旨(propylene glycol monomethyl ether acetate, PGMEA)。
在一實(shí)施例中，第一與第二濕式蝕刻工藝各自包括含有鹽酸及水的蝕刻劑。此外，第一與第二濕式蝕刻工藝各自包括含有光致抗蝕劑顯影劑(resistdeveloper)的蝕刻劑。第一濕式蝕刻工藝包括對(duì)基材施加一弱酸溶液，其中弱酸溶液包括二氧化碳水、醋酸溶液、檸檬酸溶液、硼酸或磷酸。 本發(fā)明所揭示的內(nèi)容也提供一制造半導(dǎo)體元件的方法。此方法包括形成一第一材料層于基材上；形成一第二材料層于第一材料層上；形成一圖案化光致抗蝕劑層于第二材料層上；利用圖案化光致抗蝕劑層作為一掩模，對(duì)基材施加一第一濕式蝕刻工藝以蝕刻第二材料層，借以形成一圖案化第二材料層；對(duì)基材施加氫氧化銨_過氧化氫_水的混合物以蝕刻第一材料層；以及施加一第二濕式蝕刻工藝于基材以移除圖案化第一材料層。第一材
10料層可包括氮化鉬(molybdenum nitride, MoN)、碳化鉭(tantalum carbide, TaC)、氮化鈦(TiN)、氮化鋁鉭(titanium aluminum nitride, TiAIN)、氮化鉭(tantalum nitride, TaN)、鋁(alumi皿)或多晶硅(polysilicon)。施加氫氧化銨_過氧化氫及水_混合物(APM)的目的包括圖案化第一材料層，借以形成一場(chǎng)效應(yīng)晶體管(FET)的金屬柵極。在一實(shí)施例中，第二材料層可包括氧化鑭。第一與第二濕式蝕刻工藝可各自包括施加pH值約小于7的化學(xué)溶液。在此例中，第一與第二濕式蝕刻工藝各自包括施加鹽酸及水。第二材料層可包括氧化鋁。在此例中，第一與第二濕式蝕刻工藝可各自包括施加pH值約高于8的化學(xué)溶液。第一與第二濕式蝕刻工藝各自包括施加氫氧化四甲基銨溶液。 雖然本發(fā)明已以數(shù)個(gè)較佳實(shí)施例揭示如上，然其并非用以限定本發(fā)明，任何所屬技術(shù)領(lǐng)域中普通技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，當(dāng)可作任意的更動(dòng)與潤(rùn)飾，因此本發(fā)明的保護(hù)范圍當(dāng)視所附的權(quán)利要求所界定的范圍為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
一種半導(dǎo)體元件的制法，包括以下步驟形成一材料層于一基材之上；形成一犧牲層于該材料層之上，其中該材料層與該犧牲層各自具有小于100埃的厚度；形成一圖案化光致抗蝕劑層于該犧牲層之上；利用該圖案化光致抗蝕劑層作為一掩模，施加一第一濕式蝕刻工藝以蝕刻該犧牲層，借以形成一圖案化犧牲層；施加一第二濕式蝕刻工藝以蝕刻該材料層；以及施加一第三濕式蝕刻工藝以移除該圖案化犧牲層。
2. 如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體元件的制法，于施加該第一濕式蝕刻工藝之后與施加該該第二濕式蝕刻工藝、第三濕式蝕刻工藝之前，尚包括施加一濕式化學(xué)蝕刻以移除該圖案化光致抗蝕劑層。
3. 如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體元件的制法，其中該材料層包括氮化鈦。
4. 如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體元件的制法，其中該犧牲層包括氧化鑭。
5. 如權(quán)利要求4所述的半導(dǎo)體元件的制法，其中該第一與第三濕式蝕刻工藝各自包括含有鹽酸的蝕刻劑。
6. 如權(quán)利要求4所述的半導(dǎo)體元件的制法，其中該第一與第三濕式蝕刻工藝各自包括施加二氧化碳水。
7. 如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體元件的制法，其中該犧牲層包括氧化鋁。
8. 如權(quán)利要求7所述的半導(dǎo)體元件的制法，其中該第一與第三濕式蝕刻工藝各自包括施加氫氧化四甲基銨溶液。
9. 如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體元件的制法，其中該第一濕式蝕刻工藝包括施加一弱酸溶液，其中該弱酸溶液包括二氧化碳水、醋酸溶液、檸檬酸溶液、硼酸或磷酸。
10. 如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體元件的制法，其中該第二濕式蝕刻工藝包括施加氫氧化銨_過氧化氫_水的混合物。
11. 如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體元件的制法，于形成該圖案化光致抗蝕劑層之前，尚包括對(duì)該犧牲層施加六甲基二硅氮烷。
12. 如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體元件的制法，于施加該第一濕式蝕刻工藝之前，尚包括對(duì)該圖案化光致抗蝕劑層施加一清潔材料。
13. —種半導(dǎo)體元件的制法，包括以下步驟形成一鉭化鈦層于一基材上；形成一氧化鑭層于該鉭化鈦層上；形成一圖案化光致抗蝕劑層于該氧化鑭層上；利用該圖案化光致抗蝕劑層作為一掩模，對(duì)該基材施加一第一濕式蝕刻工藝以蝕刻該氧化鑭層，借以形成一圖案化氧化鑭層；對(duì)該基材施加一氫氧化銨_過氧化氫_水的混合物以蝕刻該鉭化鈦層；以及施加一第二濕式蝕刻工藝于該基材以移除該氧化鑭層。
14. 如權(quán)利要求13所述的半導(dǎo)體元件的制法，其中該第一與第二濕式蝕刻工藝各自包括含有鹽酸及水的蝕刻劑。
15.如權(quán)利要求13所述的半導(dǎo)體元件的制法，其中該第一與第二濕式蝕刻工藝各自包 括含有一光致抗蝕劑顯影劑的蝕刻劑。
全文摘要
本發(fā)明提供一種半導(dǎo)體元件的制法，其制法包括以下步驟形成一材料層于一基材之上；形成一犧牲層于材料層之上，其中材料層與犧牲層各自具有小于100埃的厚度；形成一圖案化光致抗蝕劑層于犧牲層之上；利用圖案化光致抗蝕劑層作為一掩模，施加一第一濕式蝕刻工藝以蝕刻犧牲層，借以形成一圖案化犧牲層；施加一第二濕式蝕刻工藝以蝕刻材料層；以及施加一第三濕式蝕刻工藝以移除圖案化犧牲層。本發(fā)明可將蝕刻時(shí)間延長(zhǎng)而不會(huì)發(fā)生光致抗蝕劑剝落(peeling)的問題；或可減少對(duì)第二材料層進(jìn)行濕式蝕刻的時(shí)間，且可解決光致抗蝕劑剝落的問題；或可解決氮化鈦表面殘留光致抗蝕劑殘余物的問題。
文檔編號(hào)H01L21/28GK101789367SQ20091016914
公開日2010年7月28日 申請(qǐng)日期2009年9月11日 優(yōu)先權(quán)日2008年9月12日
發(fā)明者張慶裕 申請(qǐng)人:臺(tái)灣積體電路制造股份有限公司