專利名稱：半導(dǎo)體器件的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體器件的制造方法，并且更具體地涉及一種可有效地應(yīng)用于包括 MISFET的半導(dǎo)體器件的制造工藝的技術(shù)，該MISFET具有柵極絕緣體和金屬柵極電極，該柵 極絕緣體具有高介電常數(shù)柵極絕緣體。
背景技術(shù)：
通過在半導(dǎo)體襯底之上形成柵極絕緣體、在柵極絕緣體之上形成柵極電極并且通 過離子注入等形成源極和漏極區(qū)域，可以制造金屬絕緣體半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管(MISFET)。 一般而言，氧化硅膜用作柵極絕緣體，而多晶硅膜用作柵極電極。然而隨著MISFET元件的小型化，柵極絕緣體近來已經(jīng)變薄。在將多晶硅膜用于柵 極電極時(shí)，柵極電極的耗盡所給予的影響不能忽略不計(jì)。出于這一原因，提出一種使用金屬 柵極電極作為柵極電極以便抑制柵極電極耗盡現(xiàn)象的技術(shù)。柵極絕緣體隨著向MISFET元件小型化發(fā)展的趨勢而已經(jīng)變薄。當(dāng)薄氧化硅膜用 作柵極絕緣體時(shí)，流過MISFET溝道的電子可以隧道穿過由氧化硅膜形成的勢壘，這生成流 過柵極電極的所謂的隧道電流。出于這一原因，提出另一種使用由介電常數(shù)比氧化硅膜的 介電常數(shù)更高的材料(也就是高介電常數(shù)材料)制成的柵極絕緣體的技術(shù)。該柵極絕緣體 的物理厚度甚至增加為具有與氧化硅膜的電容相同的電容以由此減少泄漏電流。日本未審專利公開No. 2005-79311 (專利文獻(xiàn)1公開一種與高k膜的蝕刻相關(guān)聯(lián) 的技術(shù)。日本未審專利公開No. 2003-173998 (專利文獻(xiàn)2)公開一種與半導(dǎo)體襯底的清潔 相關(guān)聯(lián)的技術(shù)。日本未審專利公開No. 2005-32851 (專利文獻(xiàn)3)公開一種與高k膜的蝕刻相關(guān)聯(lián) 的技術(shù)。[有關(guān)技術(shù)文獻(xiàn)][專利文獻(xiàn)][專利文獻(xiàn)1]日本未審專利公開No. 2005-79311[專利文獻(xiàn)2]日本未審專利公開No. 2003-173998[專利文獻(xiàn)3]日本未審專利公開No. 2005-3285
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明人進(jìn)行的研究已經(jīng)表明如下。金屬柵極電極的使用可以解決柵極電極耗盡問題，但是造成MISFET的閾值電壓 (閾值)的絕對值與使用多晶硅柵極電極的情況相比而言增加。具體而言，互補(bǔ)金屬絕緣體 半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管(CMISFET)可能已經(jīng)增加在η溝道MISFET和ρ溝道MISFET的閾值的 絕對值。因此希望在金屬柵極電極的應(yīng)用中降低閾值(或者減少閾值電壓的絕對值)。作為用于柵極絕緣體的高介電常數(shù)膜(高k膜)，優(yōu)選含Hf的基于Hf的柵極絕 緣體。將鑭(La)引入到η溝道MISFET的基于Hf的柵極絕緣體中可以降低η溝道MISFET 的閾值。另外，將鋁(Al)引入到ρ溝道MISFET的基于Hf的柵極絕緣體中可以降低ρ溝道 MISFET的閾值。然而發(fā)明人通過研究已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，基于Hf的柵極絕緣體一般難以蝕刻，并且其中引 入La或者Al的基于Hf的柵極絕緣體由于在柵極蝕刻工藝時(shí)基于Hf的柵極絕緣體的蝕刻 而會(huì)有問題。也就是說，當(dāng)通過干法蝕刻來處理金屬柵極電極時(shí)，干法蝕刻所伴隨的蝕刻殘留 物或者沉積材料(反應(yīng)產(chǎn)物)在干法蝕刻之后附著到半導(dǎo)體襯底的主表面。在處理金屬柵 極電極中，進(jìn)行干法蝕刻工藝直至暴露基于Hf的柵極絕緣體的未由金屬柵極電極覆蓋的 部分。通過干法蝕 刻而生成的一些沉積材料(反應(yīng)產(chǎn)物)可能包含基于Hf的柵極絕緣體 中包含的La(鑭)或者Al (鋁)。在通過干法蝕刻來處理金屬柵極電極之后需要去除基于 Hf的柵極絕緣體的未由金屬柵極電極覆蓋的部分。在通過干法蝕刻來處理金屬柵極電極之 后，元素La或者Al —般往往與氫氟酸中的氟結(jié)合從而容易生成氟化物。當(dāng)氫氟酸將使用 于基于Hf的柵極絕緣體的去除工藝中時(shí)，在上述沉積材料(反應(yīng)產(chǎn)物)中包含的La或者 Al可以與氫氟酸中的氟結(jié)合從而生成氟化鑭或者氟化鋁。然而氟化鑭或者氟化鋁難以在氫 氟酸中溶解。一旦生成氟化鑭或者氟化鋁，氟化鑭或者氟化鋁阻止氫氟酸對基于Hf的柵極 絕緣體的蝕刻或者在蝕刻之后保留為外來雜質(zhì)。這會(huì)降低制造的半導(dǎo)體器件的可靠性。因而本發(fā)明的目的在于，提供一種可以提高包括MISFET的半導(dǎo)體器件的可靠性 的技術(shù)，該MISFET具有高介電常數(shù)柵極絕緣體和金屬柵極電極。本發(fā)明的上述以及其它目的和新穎特征將根據(jù)本說明書的描述和附圖而變得清
林 疋。下文將簡述本申請中公開的本發(fā)明的有代表性的方面的概況。根據(jù)一個(gè)有代表性的實(shí)施例的一種半導(dǎo)體器件的制造方法包括以下步驟在半導(dǎo) 體襯底之上形成包含Hf、La和0作為主要成分的用于η溝道MISFET的第一高介電常數(shù)柵 極絕緣體和包含Hf、Al和0作為主要成分的用于ρ溝道MISFET的第二高介電常數(shù)柵極絕 緣體；以及然后在其之上形成金屬膜。該制造方法還包括以下步驟通過干法蝕刻對金屬 膜進(jìn)行構(gòu)圖來形成η溝道MISFET的第一金屬柵極電極和ρ溝道MISFET的第二金屬柵極電 極；以及通過濕法蝕刻來去除第一高介電常數(shù)柵極絕緣體的未由第一金屬柵極電極覆蓋的 部分和第二高介電常數(shù)柵極絕緣體的未由第二金屬柵極電極覆蓋的部分。該濕法蝕刻步驟 包括以下步驟利用不含氫氟酸的酸性溶液來進(jìn)行半導(dǎo)體襯底的濕法工藝；利用堿性溶液 來進(jìn)行半導(dǎo)體襯底的另一濕法工藝；以及在兩個(gè)這樣的步驟之后利用包含氫氟酸的另一酸 性溶液來進(jìn)行半導(dǎo)體襯底的又一濕法工藝。
下文將簡述本申請中公開的本發(fā)明的有代表性的方面所獲得的效果。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)有代表性的實(shí)施例，可以提高半導(dǎo)體器件的可靠性。


圖1是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的主要部分的橫截面圖；圖2是示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的制造工藝部分的制造工藝流程 圖；圖3是示出了圖2的步驟S6中的工藝的一個(gè)例子的制造工藝流程圖；圖4是示出了圖2的步驟S12中的濕法蝕刻工藝細(xì)節(jié)的制造工藝流程圖；圖5是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的制造步驟中的半導(dǎo)體器件主要部分的橫截面圖；圖6是圖5中所示步驟之后的制造步驟中的半導(dǎo)體器件主要部分的橫截面圖；圖7是圖6中所示步驟之后的制造步驟中的半導(dǎo)體器件主要部分的橫截面圖；圖8是圖7中所示步驟之后的制造步驟中的半導(dǎo)體器件主要部分的橫截面圖；圖9是圖8中所示步驟之后的制造步驟中的半導(dǎo)體器件主要部分的橫截面圖；圖10是圖9中所示步驟之后的制造步驟中的半導(dǎo)體器件主要部分的橫截面圖；圖11是圖10中所示步驟之后的制造步驟中的半導(dǎo)體器件主要部分的橫截面圖；圖12是圖11中所示步驟之后的制造步驟中的半導(dǎo)體器件主要部分的橫截面圖；圖13是圖12中所示步驟之后的制造步驟中的半導(dǎo)體器件主要部分的橫截面圖；圖14是圖13中所示步驟之后的制造步驟中的半導(dǎo)體器件主要部分的橫截面圖；圖15是圖14中所示步驟之后的制造步驟中的半導(dǎo)體器件主要部分的橫截面圖；圖16是圖15中所示步驟之后的制造步驟中的半導(dǎo)體器件主要部分的橫截面圖；圖17是圖16中所示步驟之后的制造步驟中的半導(dǎo)體器件主要部分的橫截面圖；圖18是示例地示出了在步驟Sll中的干法蝕刻工藝之后的階段中的半導(dǎo)體器件 的說明圖；圖19是示例地示出了在經(jīng)歷步驟S12a中的第一濕法工藝的狀態(tài)中的半導(dǎo)體器件 的說明圖；圖20是示例地示出了在經(jīng)歷步驟S12b中的第二濕法工藝的狀態(tài)中的半導(dǎo)體器件 的說明圖；圖21是示例地示出了在經(jīng)歷步驟S12c中的第三濕法工藝的狀態(tài)中的半導(dǎo)體器件 的說明圖；圖22是示出了圖2的步驟S6中的工藝的另一例子的制造工藝流程圖；圖23是根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的制造步驟中的半導(dǎo)體器件主要部分的橫截面 圖；圖24是圖23中所示步驟之后的制造步驟中的半導(dǎo)體器件主要部分的橫截面圖；圖25是圖24中所示步驟之后的制造步驟中的半導(dǎo)體器件主要部分的橫截面圖；圖26是圖25中所示步驟之后的制造步驟中的半導(dǎo)體器件主要部分的橫截面圖；圖27是圖26中所示步驟之后的制造步驟中的半導(dǎo)體器件主要部分的橫截面圖；圖28是圖27中所示步驟之后的制造步驟中的半導(dǎo)體器件主要部分的橫截面圖； 圖29是根據(jù)本發(fā)明又一實(shí)施例的另一制造步驟中的半導(dǎo)體器件主要部分的橫截面圖；圖30是圖29中所示步驟之后的制造步驟中的半導(dǎo)體器件主要部分的橫截面圖；圖31是圖30中所示步驟之后的制造步驟中的半導(dǎo)體器件主要部分的橫截面圖；圖32是圖31中所示步驟之后的制造步驟中的半導(dǎo)體器件主要部分的橫截面圖；圖33是圖32中所示步驟之后的制造步驟 中的半導(dǎo)體器件主要部分的橫截面圖； 以及圖34是圖33中所示步驟之后的制造步驟中的半導(dǎo)體器件主要部分的橫截面圖。
具體實(shí)施例方式下文為了方便起見，必要時(shí)，以下優(yōu)選實(shí)施例會(huì)通過劃分成多個(gè)章節(jié)或者實(shí)施例 來描述，除非另有指明，否則這些章節(jié)或者實(shí)施例相互并不是獨(dú)立的。這些章節(jié)或者實(shí)施例 之一是部分或者所有其它章節(jié)或者實(shí)施例的修改例子、細(xì)節(jié)或者補(bǔ)充說明。當(dāng)在實(shí)施例的 以下描述中提到元件數(shù)目等(包括件數(shù)、數(shù)值、數(shù)量、范圍等)時(shí)，除非另有指明和在原則上 明確限于具體數(shù)目，否則其數(shù)目并不限于具體數(shù)目并且可以大于或者少于或者等于具體數(shù) 目。也無需贅言，除非另有指明和在原則上認(rèn)為明確必需，否則在實(shí)施例的以下描述中運(yùn)用 的部件(包括元件或者工藝步驟等)并非總是必需的。類似地，在下文實(shí)施例中的部件等 的形狀、位置關(guān)系等的描述中，除非另有指明和在原則上認(rèn)為并非明確如此，否則它們將包 括與它們的形狀等基本上相似或者類似的形狀等。這甚至類似地適用于上述數(shù)值和范圍?，F(xiàn)在下文將基于附圖詳細(xì)地描述本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例。具有相同功能的構(gòu)件在用 于說明本發(fā)明實(shí)施例的所有附圖中由相同標(biāo)號表示，并且將省略其重復(fù)描述。除非在必要 時(shí)，否則原則上將不重復(fù)以下實(shí)施例中的相同或者類似部分的描述。在用于說明實(shí)施例的一些附圖中，即使在橫截面圖中也省略陰影區(qū)域以求更好理 解。另外在其它附圖中，即使在平面圖中也給出陰影區(qū)域以求容易理解。(第一實(shí)施例)下文將參照附圖描述這一實(shí)施例的半導(dǎo)體器件。圖1示出了根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的半導(dǎo)體器件(也就是包括互補(bǔ)金屬絕緣體半 導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管(CMISFET)的半導(dǎo)體器件)的主要部分的橫截面圖。如圖1中所示，這一實(shí)施例的半導(dǎo)體器件包括形成于半導(dǎo)體襯底1的nMIS形成區(qū) 域(第一區(qū)域)IA中的η溝道MISFET(金屬絕緣體半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管MIS場效應(yīng)晶體 管)Qn和形成于半導(dǎo)體襯底1的pMIS形成區(qū)域(第二區(qū)域)IB中的ρ溝道MISFET Qp。也就是說，由ρ型單晶硅等制成的半導(dǎo)體襯底1包括由元件隔離區(qū)域2限定并且 相互電分離的nMIS形成區(qū)域IA和pMIS形成區(qū)域IB。ρ型阱PW形成于半導(dǎo)體襯底1的 nMIS形成區(qū)域IA中，而η型阱NW形成于襯底1的pMIS形成區(qū)域IB中。η溝道MISFET Qn 的柵極電極(第一金屬柵極電極)GE1經(jīng)由用作η溝道MISFET Qn的柵極絕緣體的含Hf絕 緣膜(第一高介電常數(shù)柵極絕緣體)4a而形成于nMIS形成區(qū)域IA中的ρ型阱PW的表面 之上。P溝道MISFETQp的柵極電極(第二金屬柵極電極)GE2經(jīng)由用作ρ溝道MISFET Qp 的柵極絕緣體的含Hf絕緣膜(第二高介電常數(shù)柵極絕緣體)4b而形成于pMIS形成區(qū)域IB 中的η型阱NW的表面之上。 含Hf絕緣膜4a和含Hf絕緣膜4b可以直接形成于半導(dǎo)體襯底1 (ρ型阱PW和η型NW)的表面(硅表面)上(也就是省略界面層3)。然而，可以在半導(dǎo)體襯底l(p型阱PW和 η型阱NW)與含Hf絕緣膜4a和4b之間的界面處提供由薄氧化硅膜或者氮氧化硅膜制成的 絕緣界面層(絕緣層、絕緣膜)3。由氧化硅或者氮氧化硅制成的界面層(第一絕緣膜)3的 提供在柵極絕緣體與半導(dǎo)體襯底(其硅表面)之間的界面處形成Si02/Si (或者SiON/Si) 結(jié)構(gòu)，從而減少諸如陷阱的缺陷的數(shù)目以由此提高驅(qū)動(dòng)能力和可靠性。含Hf絕緣膜4a和含Hf絕緣膜4b中的各絕緣膜是由介電常數(shù)(相對電容率)比 氧化硅的介電常數(shù)(相對電容率)更高的絕緣材料制成的膜、也就是說所謂的高k膜(高 介電常數(shù)膜)。在本申請中使用的術(shù)語“高k膜、高介電常數(shù)膜或者高介電常數(shù)柵極絕緣體” 是指介電常數(shù)(相對電容率)比氧化硅(SiOx，通常為SiO2)的介電常數(shù)(相對電容率)更 高的膜。在本申請中，含Hf的柵極絕緣體有時(shí)在下文中稱為“基于Hf的柵極絕緣體”。作為η溝道MISFET Qn的高介電常數(shù)柵極絕緣體來工作的含Hf絕緣膜4a由包含 Hf (鉿)和0(氧)作為主要成分并且還包含La(鑭)(作為絕緣膜4a的特征之一)的絕緣 材料制成。含Hf絕緣膜4a包含Hf(鉿)、0(氧)和La(鑭)作為必需成分，但是除了上述 元素之外也可以包含N(氮)和Si (硅)中的一種或者兩種。含Hf絕緣膜4a包含La(鑭) 以便降低η溝道MISFET Qn的閾值。MISFET的閾值的降低對應(yīng)于減少(降低)MISFET的閾 值(閾值電壓)的絕對值。因此，HfLaO膜、HfLaON膜、HfLaSiON膜或者HfLaSiO膜可以適當(dāng)?shù)赜米骱琀f絕
緣膜4a。HfLaO膜是由包含鉿(Hf)、鑭(La)和氧(0)的絕緣材料制成膜。HfLaON膜是由包 含鉿(Hf)、鑭(La)、氧(0)和氮(N)的絕緣材料制成膜。HfLaSiON膜是由包含鉿(Hf)、鑭 (La)、硅(Si)、氧(0)和氮(N)的絕緣材料制成膜。HfLaSiO膜是由包含鉿(Hf)、鑭(La)、 硅(Si)和氧(0)的絕緣材料制成膜。這里使用的術(shù)語"HfLaSiO膜”并不限于Hf La Si 0 N的原子比為 1:1:1:1: 1 的 HfLaSiO 膜。對于 HfLaO 膜、HfLaON 膜、HfLaSiO 膜、HfAlO 膜、HfAlON 膜、HfAlSiON 膜、HfAlSiO 膜、HfO 膜、HfON 膜、HfSiON 膜、HfSiO 膜等同樣如此。作為ρ溝道MISFET Qp的高介電常數(shù)柵極絕緣體來工作的含Hf絕緣膜4b由包含 Hf (鉿)和0 (氧)作為主要成分并且還包含Al (鋁)(作為絕緣膜4b的特征之一)的絕緣 材料制成。含Hf絕緣膜4b包含鉿(Hf)、氧(0)和Al (鋁)作為必需成分、但是除了上述元 素之外也可以包含N(氮)和Si (硅)中的一種或者兩種。含Hf絕緣膜4b包含Al (鋁) 以便降低P溝道MISFET Qp的閾值。因此，HfAlO膜、HfAlON膜、HfAlSiON膜或者HfAlSiO 膜可以適合于用作含Hf絕緣膜4b。HfAlO膜是由包含鉿(Hf)、鋁(Al)和氧(0)的絕緣材料制成的膜。HfAlON膜是由 包含鉿(Hf)、鋁(Al)、氧(0)和氮(N)的絕緣材料制成膜。HfAlSiON膜是由包含鉿(Hf)、 鋁(Al)、硅(Si)、氧(0)和氮(N)的絕緣材料制成的膜。HfAlSiO膜是由包含鉿(Hf)、鋁 (Al)、硅(Si)和氧(0)的絕緣材料制成的膜。 柵極電極GE 1和GE2中的各電極包括與柵極絕緣體(在nMIS形成區(qū)域IA中的 含Hf絕緣膜4a和在pMIS形成區(qū)域IB中的含Hf絕緣膜4b)接觸的金屬膜(金屬層、金屬 柵極膜)7和在金屬膜7上的硅膜8的堆疊膜(堆疊結(jié)構(gòu))。在柵極電極GEl和GE2之中， 柵極電極GEl形成于nMIS形成區(qū)域IA中，而柵極電極GE2形成于pMIS形成區(qū)域IB中。
柵極電極GEl包括與作為高介電常數(shù)柵極絕緣體的含Hf絕緣膜4a接觸的金屬膜 7。柵極電極GE2包括與作為高介電常數(shù)柵極絕緣體的含Hf絕緣膜4b接觸的金屬膜7。柵 極電極GEl和GE2中的各柵極電極是所謂的金屬柵極電極(金屬的柵極電極)。在本申請中使用的術(shù)語“金屬膜(金屬層)”是指具有金屬傳導(dǎo)性的傳導(dǎo)膜(傳導(dǎo) 層)并且不僅包括單個(gè)金屬膜(純金屬膜)或者合金膜而且包括具有金屬傳導(dǎo)性的金屬化 合物膜(金屬氮化物膜、金屬碳酸鹽膜等)。因此，金屬膜7是表現(xiàn)金屬傳導(dǎo)性并且具有與 金屬相同的低電阻率的傳導(dǎo)膜。金屬膜7更優(yōu)選地為氮化鈦(TiN)膜、氮化鉭(TaN)膜、氮 化鎢(WN)膜、碳化鈦(TiC)膜、碳化鉭(TaC)膜、碳化鎢(WC)膜或者氮碳化鉭(TaCN)膜。在nMIS形成區(qū)域IA內(nèi)的ρ型阱PW中，形成ιΓ型半導(dǎo)體區(qū)域(擴(kuò)展區(qū)域、LDD區(qū) 域)EXl和雜質(zhì)濃度比區(qū)域EXl的雜質(zhì)濃度更高的η+型半導(dǎo)體區(qū)域(源極和漏極區(qū)域)SDl 作為η溝道MISFT Qn的輕度摻雜漏極(LDD)結(jié)構(gòu)的源極和漏極區(qū)域中的各區(qū)域。在pMIS 形成區(qū)域IB內(nèi)的η型阱NW中，形成ρ—型半導(dǎo)體區(qū)域(擴(kuò)展區(qū)域、LDD區(qū)域)ΕΧ2和雜質(zhì)濃度 比區(qū)域ΕΧ2的雜質(zhì)濃度更高的ρ+型半導(dǎo)體區(qū)域(源極和漏極區(qū)域)SD2作為ρ溝道MISFET Qp的LDD結(jié)構(gòu)的源極和漏極區(qū)域中的各區(qū)域。η+型半導(dǎo)體區(qū)域SDl具有比η—型半導(dǎo)體區(qū) 域EXl的雜質(zhì)濃度更高的雜質(zhì)濃度和比η—型半導(dǎo)體區(qū)域EXl的結(jié)深度更深的結(jié)深度。ρ+型 半導(dǎo)體區(qū)域SD2具有比ρ_型半導(dǎo)體ΕΧ2的雜質(zhì)濃度更高的雜質(zhì)濃度和ρ_型半導(dǎo)體ΕΧ2的 結(jié)深度更深的結(jié)深度。絕緣膜9形成于柵極電極GEl和GE2 (其硅膜8)之上。絕緣膜9用作在處理柵極 電極GEl和GE2時(shí)的硬掩膜。然而，可以不留下該硬掩膜(絕緣膜9)。當(dāng)使硅電極的較上 部(硅膜8)硅化(金屬硅化)時(shí)，可以在后繼步驟(在硅化工藝之前和在柵極電極工藝之 后的步驟)中去除絕緣膜9。由絕緣體制成的側(cè)壁(側(cè)壁間隔物或者側(cè)壁絕緣膜)SW形成于柵極電極GEl和 GE2的各側(cè)壁之上。在nMIS形成區(qū)域IA中，η—型半導(dǎo)體區(qū)域EXl在nMIS形成區(qū)域IA中與 柵極電極GEl對準(zhǔn)形成，并且η+型半導(dǎo)體區(qū)域SDl與在柵極電極GEl的各側(cè)壁上提供的側(cè) 壁SW對準(zhǔn)形成。在pMIS形成區(qū)域IB中，p_型半導(dǎo)體區(qū)域EX2與柵極電極GE2對準(zhǔn)形成， 并且P+型半導(dǎo)體區(qū)域SD2與在柵極電極GE2的各側(cè)壁上提供的側(cè)壁SW對準(zhǔn)形成。也就是 說，n_型半導(dǎo)體區(qū)域EXl定位于在柵極電極GEl的各側(cè)壁之上形成的側(cè)壁SW之下并且居間 于η溝道MISFET Qn的η+型半導(dǎo)體區(qū)域SDl和溝道區(qū)域之間。ρ—型半導(dǎo)體區(qū)域ΕΧ2定位 于在柵極電極GE2的各側(cè)壁之上形成的側(cè)壁SW之下并且居間于ρ溝道MISFET Qp中的ρ+ 型半導(dǎo)體區(qū)域SD2和溝道區(qū)域之間。另外，形成后文將描述的絕緣膜(層間絕緣膜)11、接觸孔CNT、塞pG、停止層絕緣 膜12、絕緣膜13、布線Ml (見后文將描述的圖16和圖17)和較上多層布線結(jié)構(gòu)。下文將省 略其圖示和描述。接著下文將參照附圖描述根據(jù)這一實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的制造工藝。圖2是示出了這一實(shí)施例的半導(dǎo)體器件(也就是具有CMISFET的半導(dǎo)體器件)的 制造工藝部分的制造工藝流程圖。圖3是示出了圖2的步驟S6中的工藝的一個(gè)例子的制造 工藝流程圖。圖4是示出了圖2的步驟S12中的濕法蝕刻工藝的細(xì)節(jié)的制造工藝流程圖。 圖5至圖17中的各圖是對應(yīng)制造步驟中的這一實(shí)施例的半導(dǎo)體器件(也就是具有CMISFET 的半導(dǎo)體器件)的主要部分的橫截面圖。
首先如圖5中所示，制備(預(yù)先提供)由電阻率例如約為1至10 Ω cm的ρ型單晶 硅制成的半導(dǎo)體襯底(半導(dǎo)體晶片)1 (在圖2的所示步驟Sl中)。這一實(shí)施例的半導(dǎo)體器 件將形成于其之上的半導(dǎo)體襯底1包括用于形成η溝道MISFET的nMIS形成區(qū)域IA和用 于形成P溝道MISFET的pMIS形成區(qū)域。然后，將元件隔離區(qū)域2形成于半導(dǎo)體襯底1的 主表面之上(在圖2中的步驟S2中)。元件隔離區(qū)域2例如通過淺溝槽隔離(STI)方法由 絕緣體如氧化硅形成。例如，元件隔離區(qū)域2可以由半導(dǎo)體襯底1中形成的溝槽(元件隔 離溝槽)中嵌入的絕緣膜形成。然后如圖6中所示，將ρ型阱PW形成于半導(dǎo)體襯底1的將形成η溝道MISFET的 區(qū)域(nMIS形成區(qū)域1A)中，并且將η型阱NW形成于襯底1的將形成ρ溝道MISFET的區(qū) 域(pMIS形成區(qū)域1Β)中(在圖2中的步驟S3中)。在步驟S3中，通過注入ρ型雜質(zhì)的離 子如硼(B)來形成ρ型阱PW，并且通過注入η型雜質(zhì)的離子如磷(P)或者砷(As)來形成η 型阱NW。在形成P型阱PW和η型阱NW之前或者之后，如果必要?jiǎng)t可以向半導(dǎo)體襯底1的 上層中進(jìn)行用于調(diào)節(jié)隨后將形成的MISFET的閾值的離子注入(即所謂的溝道摻雜離子注 入)。然后例如通過使用氫氟酸(HF)水溶液的濕法蝕刻來去除半導(dǎo)體襯底1的表面 上 的自然氧化物膜以由此清潔(清洗)半導(dǎo)體襯底ι的表面。因此暴露半導(dǎo)體襯底ι(P型阱 Pff和η型阱NW)的表面(硅表面)。然后，由半導(dǎo)體襯底1的表面(也就是ρ型阱PW和η型阱NW的表面)之上的氧 化硅膜或者氮氧化硅膜形成界面層(絕緣層、第一絕緣膜)3(在圖2中的步驟S4中)。通過省略步驟S4中的工藝而不形成界面層3，可以將基于Hf的高介電常數(shù)柵極絕 緣體直接形成于半導(dǎo)體襯底1 (P型阱PW)的表面(硅表面)上。然而更優(yōu)選地，在步驟S4 中形成界面層3之后，將基于Hf的高介電常數(shù)柵極絕緣體形成于界面層3之上，這可以減 少包括陷阱的缺陷的數(shù)目，因此提高驅(qū)動(dòng)能力和可靠性。在形成界面層3的情況下，界面層 3較薄并且可以優(yōu)選地具有0. 3至Inm(例如約為0. 6nm)的厚度。在步驟S4中，可以例如 使用熱氧化方法等來形成界面層3。然后如圖7中所示，將含Hf膜(含Hf的層或者第一含Hf膜)4形成于半導(dǎo)體襯 底1的主表面之上、也就是界面層3之上(在圖2中的步驟S5中)。含Hf膜4在步驟S5 中形成于半導(dǎo)體襯底1的整個(gè)主表面之上，從而含Hf膜4形成于nMIS形成區(qū)域IA和pMIS 形成區(qū)域IB兩者中。含Hf膜4是如下絕緣膜，該絕緣膜用作用于形成上述η溝道MISFET Qn和ρ溝道MISFET Qp的高介電常數(shù)柵極絕緣體(也就是上述含Hf膜4a和4b)的基礎(chǔ)。含Hf膜4包括含Hf (鉿)和氧(0)的絕緣材料并且優(yōu)選地可以是HfO膜(氧化 鉿膜，通常為HfO2膜)、Η Ν膜(氮氧化鉿膜)、HfSiON膜(氮氧化硅鉿膜)或者HfSiO膜 (硅化鉿膜)。使用HfON膜作為含Hf膜4可以實(shí)現(xiàn)提高熱阻和進(jìn)一步減少泄漏電流。因 此，含Hf膜4可以視為包含鉿(Hf)和氧(0)作為主要成分的絕緣膜。含Hf膜4可以具有 例如約為0. 5至2mm的厚度(形成厚度)?？梢岳缬靡韵路绞竭M(jìn)行步驟S5中用于形成含Hf膜4的工藝。在含Hf絕緣膜4為HfSiON膜的情況下，首先通過原子層沉積(ALD)方法或者化 學(xué)汽相沉積(CVD)方法來沉積HfSiO膜。然后，通過氮化工藝如等離子體氮化工藝來氮化 HfSiO膜(也就是說，氮化HfSiO膜以轉(zhuǎn)換成HfSiON膜)，從而可以形成HfSiON膜。在氮化工藝之后，在一些情況下可以在非活性或者氧化作用的氛圍中進(jìn)行熱處理。在含Hf膜4為HfON膜的情況下，首先通過使用ALD方法或者CVD方法來沉積HfO 膜(通常為HfO2膜)，然后通過等離子體氮化工藝來氮化該HfO膜(也就是，將HfO膜轉(zhuǎn)換 成HfON膜)，從而可以形成HfON膜。在氮化工藝之后，在一些情況下可以在非活性或者氧 化作用的氛圍中進(jìn)行熱處理。在含Hf膜4為HfO膜(通常為肚02膜)的情況下，可以使用ALD方法或者CVD方 法來沉積HfO膜(通常為HfO2膜)，而無需氮化工藝。在含Hf膜4為HfSiO膜的情況下，可以使用ALD方法或者CVD方法來沉積HfSiO
膜，而無需氮化工藝。為了降低各η溝道MISFET Qn和ρ溝道MISFET Qp的閾值，在步驟S 5中形成含 Hf膜4之后，將La (鑭)引入到nMIS形成區(qū)域IA中的含Hf膜4中以形成包含La的含Hf 絕緣膜4a，并且將Al (鋁)引入到pMIS形成區(qū)域IB中的含Hf膜4中以形成包含Al的含 Hf絕緣膜4b (在圖2中的步驟S6中)。下文將描述步驟S6中用于將La (鑭)引入到nMIS 形成區(qū)域IA中的含Hf膜4中并且用于將Al (鋁)引入到pMIS形成區(qū)域IB中的含Hf膜 4中的方法的一個(gè)例子(圖3中的步驟S6a和S6b)。 在形成含Hf膜4之后，如圖8中所示，將包含Al的含Al膜(含Al的層)5形成于 PMIS形成區(qū)域I B內(nèi)的含Hf膜4之上以便與pMIS形成區(qū)域IB中的含Hf膜4接觸。將包 含La的含La膜(含La的層)6形成于nMIS形成區(qū)域IA內(nèi)的含Hf膜4之上以便與nMIS 形成區(qū)域IA中的含Hf膜4接觸(在圖3中的步驟S6a中)。為了實(shí)現(xiàn)這一布置，例如將含 Al膜5形成于覆蓋nMIS形成區(qū)域IA和pMIS形成區(qū)域IB的半導(dǎo)體襯底1的整個(gè)主表面 之上。然后通過光刻和蝕刻來去除含Al膜5的在pMIS形成區(qū)域IB以外的部分(也就是 去除在nMIS形成區(qū)域IA內(nèi)的含Al膜5)，由此含Al膜5可以僅保持于pMIS形成區(qū)域IB 中。另外，將含La膜6形成于覆蓋nMIS形成區(qū)域IA和pMIS形成區(qū)域IB的半導(dǎo)體襯底1 的整個(gè)主表面之上。然后通過光刻和蝕刻來去除含La膜6的在nMIS形成區(qū)域IA以外的 部分(也就是說，去除在PMIS形成區(qū)域IB內(nèi)的含La膜6)，由此含Ha膜6可以僅保持于 nMIS形成區(qū)域IA中。含Al膜5包含Al (鋁)作為主要成分。作為含Al膜5，氧化鋁膜(A10膜，通常 為Al2O3膜)最為優(yōu)選，但是也可以使用其它鋁膜，比如氮氧化鋁膜(A10N膜)或者鋁膜(Al 膜)?？梢酝ㄟ^濺射或者ALD方法形成含Al膜5以便具有例如約為0. 3至Inm的厚度(形 成厚度)。含La膜6包含La(鑭)作為主要成分。從穩(wěn)定性的角度看，含La膜6優(yōu)選為氧 化鑭膜(氧化鑭層，通常為La2O3作為氧化鑭)?？梢酝ㄟ^濺射或者ALD方法形成含La膜6 以便具有例如約為0. 3至Inm的厚度(形成厚度)。然后向半導(dǎo)體襯底1應(yīng)用熱處理(在圖3的步驟S6b中)?？梢栽诙栊詺怏w氛圍 (可以代之以氮?dú)夥諊?之下在范圍為600至1000°C的熱處理溫度下進(jìn)行步驟S6b中的熱 處理工藝。通過步驟S6b中的熱處理，含Hf膜4分別在nMIS形成區(qū)域IA中與含La膜6反 應(yīng)而在pMIS形成區(qū)域IB中與含Al膜5反應(yīng)。也就是說，通過步驟S6b中的熱處理，將含 La膜6中包含的La引入(擴(kuò)散)到nMIS形成區(qū)域IA中的含Hf膜4中，并且將含Al膜5 中包含的Al引入(擴(kuò)散)到pMIS形成區(qū)域IB中的含Hf膜4中。
在步驟S6b的熱處理中，含Hf膜4在nMIS形成區(qū)域IA中與含La膜6反應(yīng)(混合 或者相互擴(kuò)散)以形成如圖9中所示作為含Hf膜4與含La膜6之間的反應(yīng)層(混合層) 的含Hf絕緣膜4a。也就是說，在nMIS形成區(qū)域IA中，將含La膜6中包含的La引入到含 Hf膜4中，從而將含Hf膜4轉(zhuǎn)換成含Hf絕緣膜4a。含Hf膜4包含鉿(Hf)和氧(0)作為主要成分，并且含La膜6包含鑭(La)作為 主要成分。因此，在nMIS形成區(qū)域IA中通過在含Hf膜4與含La膜6之間的反應(yīng)而形成 的含Hf絕緣膜4a變成包含鉿(Hf)、氧(0)和鑭(La)作為主要成分的絕緣膜。當(dāng)含Hf膜 4不僅包含鉿(Hf)和氧(0)而且包含氮(N)時(shí)，形成的含Hf絕緣膜4a不僅包含鉿(Hf)、 氧(0)和鑭(La)而且包含氮(N)。當(dāng)含Hf膜4不僅包含鉿(Hf)和氧(0)而且包含硅(Si) 時(shí)，形成的含Hf絕緣膜4a不僅包含鉿(Hf)、氧(0)和鑭(La)而且包含硅(Si)。含La膜6如上文提到的那樣優(yōu)選為氧化鑭膜。在這一情況下，雖然含La膜6除 了鑭(La)之外也包含氧(0)，但是含Hf膜4也包含氧(0)，由此無論含La膜6是否包含氧 (0)，含Hf絕緣膜4a都包含氧(0)。也就是說，含La膜6除了鑭(La)之外優(yōu)選地還包含氧 (0)。無論在含La膜6中是否存在氧(0)，含Hf絕緣膜4a都包含氧(0)。因此，在含Hf膜4包括HfSiON膜的情況下，含Hf絕緣膜4a變成HfLaSiON膜。 在含Hf膜4包括HfSiO膜的情況下，含Hf絕緣膜4a變成HfLaSiO膜。在含Hf膜4包括 HfON膜的情況下，含Hf絕緣膜4a變成HfLaON膜。在含Hf膜4包括HfO膜(通常為HfO2 膜)的情況下，含Hf絕緣膜4a變成HfLaO膜。在步驟S6b的熱處理中，含Hf膜4在pMIS形成區(qū)域IB中與含Al膜5反應(yīng)(混 合或者相互擴(kuò)散)以形成如圖9中所示作為含Hf膜4與含Al膜5之間反應(yīng)層(混合層) 的含Hf絕緣膜4b。也就是說，在pMIS形成區(qū)域IB中，將含Al膜5中包含的Al引入到含 Hf膜4中，從而將含Hf膜4轉(zhuǎn)換成含Hf絕緣膜4b。含Hf膜4包含鉿(Hf)和氧(0)作為主要成分，并且含Al膜5包含Al(鋁)作為 主要成分。因此，在PMIS形成區(qū)域IB中通過含Hf膜4與含Al膜5之間的反應(yīng)而形成的 含Hf絕緣膜4b變成包含鉿(Hf)、氧(0)和鋁(Al)作為主要成分的絕緣膜。當(dāng)含Hf膜4 不僅包含鉿(Hf)和氧(0)而且包含氮(N)時(shí)，形成的含Hf絕緣膜4b不僅包含鉿(Hf)、氧 (0)和鋁(Al)而且包含氮(N)。當(dāng)含Hf膜4不僅包含鉿(Hf)和氧(0)而且包含硅(Si) 時(shí)，形成的含Hf絕緣膜4b不僅包含鉿(Hf)、氧(0)和鋁(Al)而且包含硅(Si)。因此，在含Al膜5為氧化鋁膜或者鋁膜的情況下，含Hf絕緣膜4b變成根據(jù)含Hf 膜4的種類而具有以下組成膜。也就是說，在含Hf膜4包括HfO膜(通常為肚02膜)的 情況下，含Hf絕緣膜4b變成HfAlO膜。在含Hf膜4包括HfON膜的情況下，含Hf絕緣膜 4b變成HfAlON膜。在含Hf膜4包括HfSiO膜的情況下，含Hf絕緣膜4b變成HfAlSiO膜。 在含Hf膜4包括HfSiON膜的情況下，含Hf絕緣膜4b變成HfAlSiON膜。在含Al膜5包 括氮氧化鋁膜的情況下，含Hf絕緣膜4b變成根據(jù)含Hf膜4的種類而具有以下組成的膜。 也就是說，在含Hf膜4包括HfO膜(通常為HfO2膜)或者HfON膜的情況下，含Hf絕緣膜 4b變成HfAlON膜。在含Hf膜4包括HfSiO膜或者HfSiON膜的情況下，含Hf絕緣膜4b變 成 HfAlSiON 膜。當(dāng)在步驟S 5中形成含Hf膜4之前在步驟S4中形成界面層3的情況下進(jìn)行用于 形成含Hf絕緣膜4a和4b的熱處理(步驟S6中的熱處理)時(shí)，優(yōu)選地通過抑制在含Hf膜4與下面的界面層3之間的反應(yīng)來留下作為界面層3的氧化硅膜或者氮氧化硅膜。也就是 說，優(yōu)選地，在nMIS形成區(qū)域IA中留下氧化硅膜或者氮氧化硅膜作為在含Hf絕緣膜4a與 半導(dǎo)體襯底1 (P型阱PW)之間的界面層3。在pMIS形成區(qū)域IB中留下氧化硅膜或者氮氧 化硅膜作為在含Hf絕緣膜4b與半導(dǎo)體襯底1 (n型阱NW)之間的界面層3。這可以制造一 種抑制驅(qū)動(dòng)功率和可靠性下降的良好器件。在一 些情況下，根據(jù)含Al膜5和含La膜6的形成厚度，在步驟S6b中的熱處理 工藝中未反應(yīng)的含La膜6 (也就是含La膜6的未反應(yīng)部分)在步驟S6b中的熱處理工藝 之后以分層形式稀薄地保留于含Hf絕緣膜4a上。另外，在步驟S6b中的熱處理工藝中未 反應(yīng)的含Al膜5 (也就是含Al膜5的未反應(yīng)部分)以分層形式稀薄地保留于含Hf絕緣膜 4b上。在這樣的情況下，可以在后文將描述的步驟S7中進(jìn)行金屬膜7的形成工藝而留下 含Hf絕緣膜4a上的含La膜6的未反應(yīng)部分和含Hf絕緣膜4b上的含Al膜5的未反應(yīng)部 分。作為選擇，可以在步驟S6b中的熱處理之后并且在后文將描述的步驟S7中的金屬膜7 的形成工藝之前通過蝕刻(優(yōu)選地通過濕法蝕刻)來去除含La膜6的未反應(yīng)部分和含Al 膜5的未反應(yīng)部分。以這一方式，可以獲得圖9中所示的如下結(jié)構(gòu)，在該結(jié)構(gòu)中，La引入到其中的含Hf 絕緣膜4a在nMIS形成區(qū)域IA中形成于半導(dǎo)體襯底1的主表面之上，并且Al引入到其中 的含Hf絕緣膜4b在pMIS形成區(qū)域IB中形成于半導(dǎo)體襯底1的主表面之上。上文已經(jīng)描述用于在步驟S6中形成nMIS形成區(qū)域IA中的包含La的含Hf絕緣 膜4a和pMIS形成區(qū)域IB中的包含Al的含Hf絕緣膜4b的方法的一個(gè)例子(在圖3中的 步驟S6a和S6b中的工藝)，但是本發(fā)明不限于此。使用其它方法(例如根據(jù)后文將描述的 第二實(shí)施例的方法)可以形成nMIS形成區(qū)域IA中的包含La的含Hf絕緣膜4a和pMIS形 成區(qū)域IB中的包含Al的含Hf絕緣膜4b。然后如圖10中所示，將用于金屬柵極(金屬柵極電極)的金屬膜(金屬層、金屬 柵極膜)7形成于覆蓋nMIS形成區(qū)域IA和pMIS形成區(qū)域IB的半導(dǎo)體襯底1的主表面之 上，也就是nMIS形成區(qū)域IA中的含Hf絕緣膜4a和pMIS形成區(qū)域IB中的含Hf絕緣膜4b 之上(在圖2的步驟S7中)。金屬膜7優(yōu)選為氮化鈦(TiN)膜、氮化鉭(TaN)膜、氮化鎢(WN)膜、碳化鈦(TiC) 膜、碳化鉭(TaC)膜、碳化鎢(WC)膜或者氮碳化鉭(TaCN)膜?？梢岳缤ㄟ^濺射等來形成 金屬膜7。金屬膜7可以具有例如約為5nm至20nm的厚度。然后，將硅膜8形成于半導(dǎo)體襯底1的主表面之上、也就是金屬膜7上(在圖2的 步驟S 8中)。硅膜8可以是多晶硅膜或者非晶硅膜。即使當(dāng)硅膜8形成為非晶硅膜時(shí)，硅 膜8通過在形成該膜之后經(jīng)歷熱處理來變成多晶硅膜(例如通過在后文描述的步驟S16中 的激活退火工藝)。硅膜8可以具有例如約為IOOnm的厚度。在其它實(shí)施例中，可以使用包 含鍺(Ge)的硅膜(鍺化硅膜)作為硅膜8?？梢酝ㄟ^加厚在步驟S7中形成的金屬膜7來省略步驟S8中的硅膜8的形成工藝 (也就是說，柵極電極GEl和GE2可以由金屬膜7形成而無硅膜8)。然而，更優(yōu)選地將硅膜 8在步驟S8中形成于金屬膜7之上(也就是說，柵極電極GEl和GE2由金屬膜7和其上的 硅膜8的堆疊膜形成)。這樣做的原因在于，很厚的金屬膜7往往脫落或者可能由于在對金 屬膜7進(jìn)行構(gòu)圖時(shí)的過蝕刻而引起對襯底的損壞。另外，使用金屬膜7和硅膜8的堆疊膜來形成柵極電極可以使金屬膜7與僅使用金屬膜7來形成柵極電極相比而言較薄，這可以改善上述問題。在金屬膜7上形成硅膜8可以遵循多晶硅柵極電極(包括多晶硅的柵極電 極)的常規(guī)處理方法或者制造工藝，并且因此在微制作特性、制造成本和產(chǎn)量上保持優(yōu)越 性。然后，由半導(dǎo)體襯底1的主表面(也就是硅膜8)之上的氮化硅等形成絕緣膜9 (在 步驟S9中)。直至這一步驟，在nMIS形成區(qū)域IA中，界面層3、含Hf絕緣膜4a、金屬膜7、硅膜 8和絕緣膜9從底部以該順序堆疊于半導(dǎo)體襯底1 (ρ型阱PW)之上。在pMIS形成區(qū)域IB 中，界面層3、含Hf絕緣膜4b、金屬膜7、硅膜8和絕緣膜9從底部以該順序堆疊于半導(dǎo)體襯 底1 (η型阱NW)之上。然后，使用光刻將光致抗蝕劑圖案(未示出)形成于絕緣膜9之上。如圖11中所 示使用光致抗蝕劑圖案作為蝕刻掩膜來干法蝕刻絕緣膜9以進(jìn)行構(gòu)圖(在步驟Sll中)。 隨后去除光致抗蝕劑圖案。經(jīng)構(gòu)圖的絕緣膜9充當(dāng)用于處理柵極的硬掩膜并且布置于將形 成柵極電極GEl和GE2的區(qū)域中。然后使用絕緣膜9 (也就是在步驟SlO中所構(gòu)圖的絕緣膜9)作為蝕刻掩膜來干法 蝕刻并對硅膜8和金屬膜7的堆疊膜進(jìn)行構(gòu)圖，從而將柵極電極GEl和GE2如圖12中所示 由金屬膜7和在金屬膜7上的硅膜8形成(在圖2的步驟Sll中)。在步驟Sll中通過干 法蝕刻來去除硅膜8和金屬膜7的未由絕緣膜9覆蓋的部分以由此形成包括經(jīng)構(gòu)圖的金屬 膜7和硅膜8的柵極電極GEl和GE2，而在未由柵極電極GEl和GE2覆蓋的位置中暴露高介 電常數(shù)絕緣膜(這里為含Hf絕緣膜4a和4b)。也就是說，在步驟Sll中通過干法蝕刻來暴 露nMIS形成區(qū)域IA中的含Hf絕緣膜4a的未由柵極電極GEl覆蓋的部分和pMIS形成區(qū) 域IB中的含Hf絕緣膜4b的未由柵極電極GE2覆蓋的部分。在步驟Sll中的干法蝕刻工藝中，含Hf絕緣膜4a和4b用作蝕刻停止層。當(dāng)暴露 含Hf絕緣膜4a和4b的未由柵極電極GEl和GE2覆蓋的部分的表面時(shí)或者當(dāng)在蝕刻含Hf 絕緣膜4a和4b之后去除含Hf絕緣膜4a和4b的僅表層部分時(shí)停止步驟Sl 1中的干法蝕刻 工藝。因此當(dāng)完成步驟Sll中的干法蝕刻工藝時(shí)，含Hf絕緣膜4a的未由柵極電極GEl覆 蓋的部分和含Hf絕緣膜4b的未由柵極電極GE2覆蓋的部分以分層形式至少部分地保留。 如果含Hf絕緣膜4a和4b的未由柵極電極GEl和GE2覆蓋的所有部分將在步驟Sll中通 過干法蝕刻工藝來去除，則可能由于過蝕刻而損壞半導(dǎo)體襯底1。因此，在步驟Sll中的干 法蝕刻工藝中，相應(yīng)含Hf絕緣膜4a和4b的至少部分優(yōu)選地使用含Hf絕緣膜4a和4b作 為蝕刻停止層來以分層形式保留?？梢岳缬靡韵路绞竭M(jìn)行步驟Sll中的干法蝕刻工藝。首先使用例如至少包含 Cl (氯)的氣體和包含Br (溴)的氣體的混合氣體(具體而言，Cl2氣體、HBr氣體和Ar氣 體的混合氣體)作為蝕刻氣體來干法蝕刻硅膜8。作為選擇，可以使用除了上述氣體之外 還包含酸性氣體的混合氣體(具體而言，Cl2氣體、HBr氣體和O2氣體的混合氣體)來干 法蝕刻硅膜8以便增強(qiáng)以作為下層的金屬膜7為參照的蝕刻選擇性。隨后，例如使用包含 Cl (氯)的氣體、包含Br (溴)的氣體和包含N(氮)的氣體的混合氣體(具體而言，Cl2氣 體、HBr氣體和N2氣體的混合氣體)作為蝕刻氣體來干法蝕刻金屬膜7。然后，可以通過使 用包含BCl3作為蝕刻氣體的混合氣體來干法蝕刻高介電常數(shù)絕緣膜(這里為含Hf絕緣膜4a和4b)的表層部分。可以通過在干法蝕刻設(shè)備的室(未示出)中設(shè)置半導(dǎo)體襯底1并且改變?nèi)缟纤鑫g刻氣體來連續(xù)地進(jìn)行使用這樣的各種氣體的干法蝕刻。將柵極電極GEl形成于nMIS形成區(qū)域IA中的含Hf絕緣膜4a之上，并且將柵極 電極GE2形成于pMIS形成區(qū)域IB中的含Hf絕緣膜4b之上。也就是說，包括金屬膜7和 在金屬膜7上的硅膜8的柵極電極GEl經(jīng)由用作柵極絕緣體的含Hf絕緣膜4a而在nMIS 形成區(qū)域IA中形成于ρ型阱PW的表面。包括金屬膜7和在金屬膜7上的硅膜8的柵極電 極GE2經(jīng)由用作柵極絕緣體的含Hf絕緣膜4b而在pMIS形成區(qū)域IB中形成于η型阱NW 的表面之上。定位于柵極電極GE之下的含Hf絕緣膜4a和定位于柵極電極GE2之下的含 Hf絕緣膜4b用作介電常數(shù)(相對電容率)比氧化硅的介電常數(shù)(相對電容率)更高的高 介電常數(shù)柵極絕緣體。上文已經(jīng)描述使用絕緣膜9作為硬掩膜來干法蝕刻硅膜8和金屬膜7。在另一實(shí) 施例中，將省略步驟S9中的絕緣膜9的形成工藝和步驟SlO中的絕緣膜9的構(gòu)圖工藝。在 步驟Sll中，將光致抗蝕劑圖案(可以是多層抗蝕劑)形成于硅膜8之上，然后使用光致抗 蝕劑圖案作為蝕刻掩膜來干法蝕刻和對硅膜8和金屬膜7進(jìn)行構(gòu)圖，由此可以形成柵極電 極GEl和GE2。在對硅膜8和金屬膜7進(jìn)行構(gòu)圖之后去除這時(shí)使用的光致抗蝕劑圖案。在 這一情況下，如圖12中所示，獲得絕緣膜9未在柵極電極GEl和GE2中包括的硅膜8上這 樣的結(jié)構(gòu)。在步驟Sll中用于對硅膜8和金屬膜7進(jìn)行構(gòu)圖的干法蝕刻工藝之后進(jìn)行濕法蝕 刻用于去除含Hf絕緣膜4a的未由柵極電極GEl覆蓋的部分和含Hf絕緣膜4b的未由柵極 電極GE2覆蓋的部分(在圖2的步驟S12中)。步驟S12中的濕法蝕刻工藝包括以下三種濕法蝕刻(也就是，圖4的步驟S12a、 S12b和S12c中的工藝)，這是該濕法刻蝕工藝的一個(gè)特征。首先在步驟S12a中的第一濕法工藝中，半導(dǎo)體襯底1經(jīng)歷利用酸性溶液(第一酸 性溶液)的濕法處理(清潔工藝)。在步驟S12a中的第一濕法工藝中使用的酸性溶液(第 一酸性溶液)不含氫氟酸(HF)，這是第一濕法工藝的一個(gè)特征。用于步驟S12a中的第一濕法工藝的酸性溶液最優(yōu)選為鹽酸(HCl)，但是可以代之 以使用除此之外的任何其它酸性溶液，比如磷酸(H3PO4)、蟻酸(HCOOH)、乙酸(CH3COOH)、草 酸((COOH)2)或者碳酸(H2CO3 或者 C02+H20)。然后在步驟S12b中的第二濕法工藝中，半導(dǎo)體襯底1經(jīng)歷利用堿性溶液的濕法處 理(清潔工藝)。用于步驟S12b中的第二濕法工藝的堿性溶液最優(yōu)選為氨(NH3)，但是可 以使用除此之外的任何其它堿性溶液，比如四甲基氫氧化銨(TMAH)、二甲胺、單乙醇胺、二 乙醇胺、三乙醇胺或者乙基羥胺(C2H5ONH2)。然后在步驟S12c中的第三濕法工藝中，半導(dǎo)體襯底1經(jīng)歷利用包含氫氟酸的酸性 溶液(第二酸性溶液)的濕法處理(濕法蝕刻工藝)。用于步驟S12c中的第三濕法工藝的酸性溶液至少包含氫氟酸(HF)并且更優(yōu)選地 除了氫氟酸之外還包含鹽酸(HCl)。因而，用于步驟S12a中的第一濕法工藝的酸性溶液最優(yōu)選為鹽酸(HCl)水溶液 (用水稀釋的鹽酸、也就是稀釋鹽酸)。用于步驟S12b中的第二濕法工藝的堿性溶液最優(yōu)選 為氨水溶液(氨水)。用于步驟S12c中的第三濕法工藝的酸性溶液最優(yōu)選為氫氟酸(HF)和鹽酸(HCl)的水溶液。用于步驟S12a、S12b和S12c中的第一、第二和第三濕法工藝的優(yōu)選條件的一個(gè)例 子可以如下。也就是說，可以在步驟S12a中例如使用濃度約為0. 0418mol%的HCl (鹽酸) 水溶液(稀釋鹽酸)進(jìn)行第一濕法工藝約60秒?？梢栽诓襟ES12b中例如使用濃度約為 0. 561mol%的NH3(氨)水溶液(氨水)進(jìn)行第二濕法工藝約180秒?？梢栽诓襟ES 12c中 例如使用濃度約為0. 41 Imol %的HCl (鹽酸)水溶液和濃度約為0. 0106mol%的HF (氫氟 酸)進(jìn)行第三濕法工藝約60秒。步驟S12a、S12b和S12c中的第一、第二和第三濕法工藝 的工藝溫度(所用酸性溶液或者堿性溶液的溫度)可以例如為室溫(約為15至25°C )。可以首先進(jìn)行步驟S12a中的第一濕法工藝或者步驟S12b中的第二濕法工藝。對 照而言，應(yīng)當(dāng)在步驟S12a中的第一濕法工藝和步驟S12b中的第二濕法工藝之后進(jìn)行步驟 S12c中的第三濕法工藝。可以通過使在各濕法工藝中使用的酸性溶液或者堿性溶液與半導(dǎo)體襯底1的主 表面(在含Hf絕緣膜4a和4b以及柵極電極GEl和GE2的形成側(cè)上的主表面)接觸來進(jìn) 行步驟S12a中的第一濕法工藝、步驟S12b中的第二濕法工藝和步驟S12c中的第三濕法工 藝。例如可以在旋轉(zhuǎn)半導(dǎo)體襯底1的同時(shí)，通過在用于在濕法工藝中使用的酸性溶液或者 堿性溶液中浸入半導(dǎo)體襯底1或者通過向半導(dǎo)體襯底1的主表面(在含Hf絕緣膜4a和4b 以及柵極電極GEl和GE2的形成側(cè)上的主表面)供應(yīng)用于在濕法工藝中使用的酸性溶液或 者堿性溶液來進(jìn)行各步驟S12a、S12b和S12c中的濕法工藝。 如圖13中所示，步驟S12中的這樣的濕法蝕刻(也就是步驟S12a、S12b和S12c 中的濕法工藝)去除含Hf絕緣膜4a的未由柵極電極GEl覆蓋的部分和含Hf絕緣膜4b的 未由柵極電極GE2覆蓋的部分。對照而言，定位于柵極電極GEl之下的含Hf絕緣膜4a和 定位于柵極電極GE2之下的含Hf絕緣膜4b未通過步驟Sll中的干法蝕刻和通過步驟S12 中的濕法蝕刻來去除因此得以保留從而變成高介電常數(shù)柵極絕緣體。下文將更詳細(xì)地描述 步驟S12a中的第一濕法工藝、步驟S12b中的第二濕法工藝和步驟S12c中的第三濕法工藝 所起的相應(yīng)作用。在上述步驟S4中形成界面層3的情況下，步驟S12中的濕法蝕刻去除含 Hf絕緣膜4a和4b的未由柵極電極GEl和GE2覆蓋的部分并且也去除nMIS形成區(qū)域IA中 的界面層3的未由柵極電極GEl覆蓋的部分和pMIS形成區(qū)域IB中的界面層3的未由柵極 電極GE2覆蓋的部分。然后如圖14中所示，在nMIS形成區(qū)域IA中將η型雜質(zhì)如磷⑵或者砷(As)離子 注入到P型阱PW的柵極電極GEl的兩側(cè)中以由此形成η_型半導(dǎo)體區(qū)域EXl。并且在pMIS 形成區(qū)域IB中將ρ型雜質(zhì)如硼(B)離子注入到η型阱NW的柵極電極GE2的兩側(cè)中以由此 形成P—型半導(dǎo)體區(qū)域ΕΧ2 (在圖2的步驟S13中)。在用于形成η—型半導(dǎo)體區(qū)域EXl的離 子注入時(shí)，PMIS形成區(qū)域IB由用作離子注入中斷掩膜的光致抗蝕劑膜(未示出)覆蓋，然 后使用柵極電極GEl (或者其上的絕緣膜9)作為掩膜在nMIS形成區(qū)域IA中在半導(dǎo)體襯底 1 (P型阱PW)之上進(jìn)行離子注入。在用于形成p_型半導(dǎo)體區(qū)域EX2的離子注入時(shí)，nMIS形 成區(qū)域IA由用作離子注入中斷掩膜的另一光致抗蝕劑膜(未示出)覆蓋，然后使用柵極電 極GE2 (或者其上的絕緣膜9)作為掩膜在pMIS形成區(qū)域IB中在半導(dǎo)體襯底1 (n型阱NW) 之上進(jìn)行離子注入?？梢允紫刃纬蒼_型半導(dǎo)體區(qū)域EXl或者p_型半導(dǎo)體區(qū)域EX2。然后如圖15中所示，將由絕緣體制成的側(cè)壁(側(cè)壁間隔物、側(cè)壁絕緣膜)SW形成于柵極電極GEl和GE2的側(cè)壁上(在圖2的步驟S 14中)。例如，將氧化硅膜和氮化硅膜 從底部以該順序形成于半導(dǎo)體襯底1之上以便覆蓋柵極電極GEl和GE2。然后，使氧化硅膜 和氮化硅膜的堆疊膜經(jīng)歷各向異性蝕刻(回蝕)，這可以形成包括氧化硅膜和氮化硅膜并 且保留于柵極電極GEl和GE2的側(cè)壁上的側(cè)壁SW。為了簡化附圖，圖15示出了形成側(cè)壁 Sff的氧化硅膜和氮化硅膜相互成一體。然后，通過離子注入工藝將n+型半導(dǎo)體區(qū)域SDl形成于nMIS形成區(qū)域IA的ρ型 阱PW中，并且通過另一離子注入工藝將P+型半導(dǎo)體區(qū)域SD2形成于PMIS形成區(qū)域IB的η 型阱NW中(在圖2的步驟S15中)?？梢酝ㄟ^在nMIS形成區(qū)域IA中將η型雜質(zhì)如磷⑵或者砷(As)離子注入到ρ 型阱PW中的柵極電極GEl和側(cè)壁SW的兩側(cè)中來形成η+型半導(dǎo)體區(qū)域SDl。η+型半導(dǎo)體區(qū) 域SDl具有比η_型半導(dǎo)體區(qū)域EXl的雜質(zhì)濃度更高的雜 質(zhì)濃度和比區(qū)域EXl的結(jié)深度更 深的結(jié)深度。在用于形成η+型半導(dǎo)體區(qū)域SDl的離子注入時(shí)，pMIS形成區(qū)域IB由作為離 子注入中斷掩膜的光致抗蝕劑膜(未示出)覆蓋，然后使用柵極電極GEl (或者其上的絕緣 膜9)和在其側(cè)壁上的側(cè)壁SW作為掩膜在nMIS形成區(qū)域IA中進(jìn)行離子注入到半導(dǎo)體襯底 1 (P型阱PW)中。因此，各n_型半導(dǎo)體區(qū)域EX 1與柵極電極GEl對準(zhǔn)形成，并且各η+型半 導(dǎo)體區(qū)域SDl與側(cè)壁SW對準(zhǔn)形成?？梢酝ㄟ^在pMIS形成區(qū)域IB內(nèi)將ρ型雜質(zhì)如硼⑶離子注入到η型阱NW中的 柵極電極GE2和側(cè)壁SW的兩側(cè)中來形成ρ+型半導(dǎo)體區(qū)域SD2。ρ+型半導(dǎo)體區(qū)域SD2具有 比ρ_型半導(dǎo)體區(qū)域ΕΧ2的雜質(zhì)濃度更高的雜質(zhì)濃度和比區(qū)域ΕΧ2的結(jié)深度更深的結(jié)深度。 在用于形成P+型半導(dǎo)體區(qū)域SD2的離子注入時(shí)，nMIS形成區(qū)域IA由作為另一離子注入中 斷掩膜的另一光致抗蝕劑膜(未示出)覆蓋，然后使用柵極電極GE2(或者其上的絕緣膜9) 和在其側(cè)壁上的側(cè)壁SW作為另一掩膜在pMIS形成區(qū)域IB中進(jìn)行離子注入到半導(dǎo)體襯底 1 (η型阱NW)中。因此，各『型半導(dǎo)體區(qū)域ΕΧ2與柵極電極GE2對準(zhǔn)形成，并且各ρ+型半 導(dǎo)體區(qū)域SD2與側(cè)壁SW對準(zhǔn)形成?？梢允紫刃纬搔?型半導(dǎo)體區(qū)域SD 1或者ρ+型半導(dǎo)體 區(qū)域SD2。也可以在用于形成η—型半導(dǎo)體區(qū)域EXl的離子注入工藝期間或者在用于形成η+ 型半導(dǎo)體區(qū)域SDl的離子注入工藝期間將η型雜質(zhì)引入到在nMIS形成區(qū)域IA的柵極電極 GEl中包括的硅膜8中?？梢栽谟糜谛纬伞盒桶雽?dǎo)體區(qū)域EX2的離子注入工藝期間或者在 用于形成P+型半導(dǎo)體區(qū)域SD2的離子注入工藝期間將ρ型雜質(zhì)引入到在pMIS形成區(qū)域的 柵極電極GE2中包括的硅膜8中。n+型半導(dǎo)體區(qū)域SDl用作η溝道MISFET Qn的源極/漏極區(qū)域，并且ρ+型半導(dǎo)體 區(qū)域SD2用作ρ溝道MISFET Qp的源極/漏極區(qū)域。因此，步驟S15中的工藝可以視為用 于形成η溝道MISFET Qn的源極和漏極區(qū)域的離子注入與用于形成ρ溝道MISFET Qp的源 極和漏極區(qū)域的離子注入的組合。在步驟S15中的用于形成η+型半導(dǎo)體區(qū)域SDl的離子注入和用于形成P+型半導(dǎo) 體區(qū)域SD2的離子注入之后，進(jìn)行熱處理(退火工藝、激活退火)以便激活引入的雜質(zhì)(在 圖2的步驟S16中)?？梢栽诓襟ES16中通過熱處理來激活在步驟S13和S15中通過離子 注入而引入到η_型半導(dǎo)體區(qū)域ΕΧ1、ρ_型半導(dǎo)體區(qū)域ΕΧ2、η.型半導(dǎo)體區(qū)域SD1、ρ+型半導(dǎo) 體區(qū)域SD2和硅膜8中的雜質(zhì)。可以在例如900至1300°C的熱處理溫度、在惰性氣體氛圍之下更優(yōu)選地在氮氛圍之下進(jìn)行步驟S16中的熱處理。以這一方式獲得圖15中所示如下結(jié)構(gòu)，在該結(jié)構(gòu)中，η溝道MISFET Qn形成于nMIS 形成區(qū)域IA中作為場效應(yīng)晶體管并且ρ溝道MISFET Qp形成于pMIS形成區(qū)域IB中作為
另一場效應(yīng)晶體管。柵極電極GEl用作η溝道MISFET Qn的柵極電極(金屬柵極電極)。在柵極電極 GEl之下的含Hf絕緣膜4a (和在膜4a之下的界面層3)用作η溝道MISFET Qn的柵極絕緣 體。用作η溝道MISFETQn的源極或者漏極的η型半導(dǎo)體區(qū)域(雜質(zhì)擴(kuò)散層)由η.型半導(dǎo) 體區(qū)域SDl和ιΓ型半導(dǎo)體區(qū)域EXl形成。柵極電極GE2用作ρ溝道MISFET Qp的柵極電 極(金屬柵極電極)。在柵極電極GE2之下的含Hf絕緣膜4b (和在膜4b之下的界面層3) 用作P溝道MISFET Qp的柵極絕緣體。用作ρ溝道MISFET Qp的源極或者漏極的ρ型半導(dǎo) 體區(qū)域(雜質(zhì)擴(kuò)散層)由P+型半導(dǎo)體區(qū)域SD2和ρ—型半導(dǎo)體區(qū)域ΕΧ2形成。然后如圖16中所示，將絕緣膜(層間絕緣膜)11形成于半導(dǎo)體襯底1的主表面之 上以便覆蓋柵極電極GEl和GE2以及側(cè)壁SW。絕緣膜11例如包括由氧化硅膜形成的單個(gè) 膜或者薄氮化硅膜和其上的厚氧化硅膜的堆疊膜。在形成絕緣膜11之后，絕緣膜11的表 面通過例如使用化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)方法來平坦化。然后使用絕緣膜11之上形成的光致抗蝕劑圖案(未示出)作為蝕刻掩膜來干法 蝕刻絕緣膜11以由此在絕緣膜11中形成接觸孔(通孔或者開口)。接觸孔CNT形成于η+ 型半導(dǎo)體區(qū)域SD1、ρ+型半導(dǎo)體區(qū)域SD2以及柵極電極GEl和GE2的較上部的上方。 然后，在接觸孔CNT中形成包括鎢(W)等的傳導(dǎo)塞(用于連接的導(dǎo)體)PG。例如 為了形成塞PG，將阻擋傳導(dǎo)膜(例如鈦膜、氮化鈦膜或者其堆疊膜)形成于包括接觸孔CNT 的內(nèi)部(底部和側(cè)壁)的絕緣膜11之上。然后，將包括鎢膜等的主要傳導(dǎo)膜形成于阻擋傳 導(dǎo)膜之上以便向接觸孔CNT填充該膜?？梢酝ㄟ^CMP方法、回蝕刻方法等去除絕緣膜11之 上的主要傳導(dǎo)膜和阻擋傳導(dǎo)膜的非必需部分。為了簡化附圖，圖16示出了包括在塞PG中 的并且集成在一起的阻擋傳導(dǎo)膜和主要傳導(dǎo)膜(鎢膜)。然后如圖17中所示，停止層絕緣膜(用于蝕刻停止層的絕緣膜)12和用于形成布 線的絕緣膜(層間絕緣膜)13以該順序形成于塞PG嵌入于其中的絕緣膜11之上。停止層 絕緣膜12是在處理絕緣膜13中的溝槽時(shí)用作蝕刻停止層膜。停止層絕緣膜12由相對于 絕緣膜13具有蝕刻選擇性的材料制成。例如，停止層絕緣膜12可以是氮化硅膜，并且絕緣 膜13可以是氧化硅膜。然后通過單大馬士革方法形成第一層布線Ml。首先，通過使用光致抗蝕劑圖案 (未示出)作為掩膜的干法蝕刻，在絕緣膜13和停止層絕緣膜12的預(yù)定區(qū)域中形成布線溝 槽14。然后，將阻擋傳導(dǎo)膜(例如氮化鈦膜、鉭膜或者氮化鉭膜等)形成于半導(dǎo)體襯底1的 主表面之上(也就是，包括布線溝槽14的底部和側(cè)壁的絕緣膜13之上)。隨后通過CVD、 濺射方法等在阻擋傳導(dǎo)膜之上形成銅種子層。另外通過電解鍍覆等在種子層之上形成銅鍍 膜。銅鍍膜填充布線溝槽14的內(nèi)部。然后通過CMP方法去除定位于布線溝槽14以外的銅 鍍膜、種子層和阻擋金屬膜，從而形成包括銅作為主要傳導(dǎo)材料的第一層布線Ml。為了簡化 附圖，圖17示出了為了形成布線Ml而集成在一起的銅鍍膜、種子層和阻擋傳導(dǎo)膜。布線Ml經(jīng)由塞PG電耦合到用于η溝道MISFET Qn和ρ溝道MISFET Qp的源極或 者漏極的η+型半導(dǎo)體區(qū)域SDl和ρ+型半導(dǎo)體區(qū)域SD2。隨后通過雙大馬士革方法等形成第二或者以后的布線。下文將省略其圖示和描述。布線Ml和相對于布線Ml的較上層布線 并不限于大馬士革布線，因此也可以通過對用于布線的傳導(dǎo)膜進(jìn)行構(gòu)圖來形成并且可以例 如為鎢布線或者鋁布線。
現(xiàn)在下文將更詳細(xì)地描述這一實(shí)施例的特征。
在這一實(shí)施例中，η溝道MISFET Qn和ρ溝道MISFET Qp的柵極電極GEl和GE2各 自具有定位于柵極絕緣體之上的金屬膜7(對應(yīng)于界面層3以及含Hf絕緣膜如和4b)并 且為所謂的金屬柵極電極(金屬化柵極電極)。因此抑制了柵極電極的耗盡，這可以消除寄 生電容，因而減小MISFET元件的尺寸(這可以使柵極絕緣體更薄)。
在這一實(shí)施例中，介電常數(shù)比氧化硅的介電常數(shù)更高的含Hf絕緣膜如用作η溝 道MISFET Qn的柵極絕緣體，并且介電常數(shù)比氧化硅的介電常數(shù)更高的含Hf絕緣膜4b用 作ρ溝道MISFET Qp的柵極絕緣體。也就是說，含Hf絕緣膜如和4b中的各絕緣膜是包括 介電常數(shù)(相對電容率)比氧化硅的介電常數(shù)(相對電容率)更高的材料膜、即所謂的高 k膜(高介電常數(shù)膜)。使用含Hf絕緣膜如和4b作為用于η溝道MISFET Qn和ρ溝道 MISFET Qp的柵極絕緣體。因此在這一情況下，含Hf絕緣膜如和含Hf絕緣膜4b可以具有 與使用氧化硅膜作為η溝道MISFET Qn和ρ溝道MISFET Qp的柵極絕緣體的情況相比增加 的物理厚度，這可以減少泄漏電流。
在這一實(shí)施例中，將鑭(La)引入到作為η溝道MISFET Qn的高介電常數(shù)的基于Hf 的柵極絕緣體的含Hf絕緣膜如中。并且將鋁(Al)引入到作為ρ溝道MISFET Qp的高介 電常數(shù)的基于Hf的柵極絕緣體的含Hf絕緣膜4b中。因此可以降低η溝道MISFET Qn和 ρ溝道MISFET Qp 二者的閾值。
然而基于Hf的柵極絕緣體一般難以蝕刻。本發(fā)明人通過研究已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，將La和 Al引入到基于Hf的柵極絕緣體中會(huì)造成由在處理柵極時(shí)蝕刻基于Hf的柵極絕緣體而引起 的不便。
換而言之，在步驟Sll中通過干法蝕刻來處理(形成)柵極電極GEl和GE2的情況 下完成干法蝕刻工藝之后，由于干法蝕刻而生成的蝕刻殘留物或者沉積材料(反應(yīng)產(chǎn)物、 蝕刻的沉積材料)21可能附著到半導(dǎo)體襯底1的主表面。蝕刻殘留物或者沉積材料21包 括干法蝕刻的硅膜8、金屬膜7或者含Hf絕緣膜如和4b中包含的元素或者蝕刻氣體中包 括的元素。圖18是在示出了與圖12中所示區(qū)域相同的區(qū)域的同時(shí)示例地示出了如下狀態(tài) 的說明圖(橫截面圖)，在該狀態(tài)中由于干法蝕刻而生成的蝕刻殘留物或者沉積材料(反應(yīng) 產(chǎn)物)21在步驟Sll中的干法蝕刻工藝之后附著到半導(dǎo)體襯底1的主表面。圖19是示例 地示出了如下狀態(tài)的說明圖(橫截面圖)，在該狀態(tài)中在步驟Sll中的干法蝕刻之后在步驟 Slh中進(jìn)行第一濕法工藝。圖20是示例地示出了如下狀態(tài)的說明圖(橫截面圖)，在該狀 態(tài)中在步驟Slh中的第一濕法工藝之后在步驟S12b中進(jìn)行第二濕法工藝。圖21是示例 地示出了如下狀態(tài)的說明圖(橫截面圖)，在該狀態(tài)中在步驟S12c中進(jìn)行第三濕法工藝。
在步驟Sll中進(jìn)行干法蝕刻工藝直至含Hf絕緣膜如和4b的未由柵極電極GEl和 GE2覆蓋的部分暴露于外，這可能造成沉積材料(反應(yīng)產(chǎn)物)21包括含Hf絕緣膜如中包 含的La(鑭)或者含Hf絕緣膜4b中包含的Al (鋁)。因此如圖18中示例地所示，在nMIS 形成區(qū)域IA中生成的沉積材料(反應(yīng)產(chǎn)物)21往往包含La。對照而言，在pMIS形成區(qū)域 IB中生成的沉積材料(反應(yīng)產(chǎn)物)21往往包含Al。La和Al往往與氫氟酸中的氟結(jié)合來形成氟化物。因此當(dāng)其上留有沉積材料21的含Hf絕緣膜如和4b經(jīng)歷使用氫氟酸的濕法蝕 刻時(shí)，在沉積材料21中包含的La和Al將與氫氟酸中的氟結(jié)合以生成氟化鑭和氟化鋁。然 而氟化鑭和氟化鋁難以在氫氟酸中溶解。一旦生成氟化鑭或者氟化鋁，氟化鑭或者氟化鋁 會(huì)中斷使用氫氟酸對含Hf絕緣膜如和4b的蝕刻或者可能在蝕刻之后作為外來雜質(zhì)留下。 結(jié)果是可能降低制造的半導(dǎo)體器件的可靠性。因此當(dāng)含Hf絕緣膜如和4b經(jīng)歷濕法蝕刻 時(shí)，希望抑制氟化鑭或者氟化鋁的形成。
因而在這一實(shí)施例中，未恰在步驟Sll中的干法蝕刻之后進(jìn)行利用包含氫氟酸的 酸性溶液的濕法蝕刻(也就是步驟S12c中的第三濕法工藝)。在這一濕法蝕刻之前進(jìn)行利 用不含氫氟酸的酸性溶液的清潔工藝(也就是步驟Slh中的第一濕法工藝)和利用堿性 溶液的另一清潔工藝(也就是步驟S12b中的第二濕法工藝)。
如圖19和圖20中所示，步驟Sl^i中的第一濕法工藝和上述步驟S12b中的第二 濕法工藝清潔(清洗)半導(dǎo)體襯底1的主表面(也就是，柵極電極GEl和GE2的側(cè)部、含 Hf絕緣膜如和4b的未由柵極電極GEl和GE2覆蓋的部分的表面等)，由此可以去除附著 到半導(dǎo)體襯底1的主表面的沉積材料(反應(yīng)產(chǎn)物)21。用于步驟S12中的第一濕法工藝的 酸性溶液不含氫氟酸，并且用于步驟S12b中的第二濕法工藝的堿性溶液也不含氫氟酸。步 驟Slh中的第一濕法工藝和步驟S12b中的第二濕法工藝可以防止氟化鑭或者氟化鋁的形 成。也就是說，步驟Slh中的第一濕法工藝和步驟S12b中的第二濕法工藝可以通過清潔 半導(dǎo)體襯底1的主表面來去除沉積材料(反應(yīng)產(chǎn)物)21，同時(shí)防止氟化鑭或者氟化鋁的形 成。
下文將描述進(jìn)行步驟Slh中的第一濕法工藝和步驟S12b中的第二濕法工藝二者 的原因。
Al可以通過與用于在步驟S12b中的第二濕法工藝中使用的堿性溶液反應(yīng)或者在 該堿性溶液中溶解來去除，而La可能難以通過用于在步驟S12b中的第二濕法工藝中使用 的堿性溶液來去除。對照而言，雖然La和Al可以與用于在步驟Slh中的第一濕法工藝 中使用的酸性溶液反應(yīng)或者在該酸性溶液中溶解，但是由于La與Al之間在這樣的酸性溶 液中的反應(yīng)性或者可溶性上的差異，La與Al相比而言容易通過酸性溶液去除(換而言之， 與La相比， Al難以通過酸性溶液去除)。因此，可以在步驟S12b中通過第二濕法工藝(也 就是利用堿性溶液的清潔工藝)去除的在La和Al中的一種元素為Al。另外，可以在步驟 S12a中通過第一濕法工藝(也就是利用不含氫氟酸的酸性溶液的清潔工藝)去除的在La 和Al中的一種元素為La。
當(dāng)不同于這一實(shí)施例，在步驟S12b中進(jìn)行第二濕法工藝(利用堿性溶液的清潔工 藝)而不進(jìn)行步驟Slh中的第一濕法工藝(利用不含氫氟酸的酸性溶液的清潔工藝)時(shí)， 可以在步驟S12b中通過第二濕法工藝來去除在上述沉積材料21之中的包含Al的沉積材 料。然而不能去除在上述沉積材料21之中的包含La的沉積材料。
另一方面，當(dāng)不同于這一實(shí)施例，在步驟Slh中進(jìn)行第一濕法工藝(利用不含氫 氟酸的酸性溶液的清潔工藝)而不進(jìn)行步驟S12b中的第二濕法工藝(利用堿性溶液的清 潔工藝)時(shí)，可以在步驟Slh中通過第一濕法工藝容易地去除在上述沉積材料21之中的 含La的沉積材料。然而不易于充分去除在上述沉積材料21之中的包含Al的沉積材料。當(dāng) 包含Al的沉積材料21將僅在步驟Slh中通過第一濕法工藝來去除而不進(jìn)行步驟S12b中21的第二濕法蝕刻時(shí)，需要增加步驟Slh中的第一濕法工藝(利用不含氫氟酸的酸性溶液的 清潔工藝)的工藝時(shí)間。作為選擇，需要增加所用酸性溶液的濃度(例如氫氟酸的濃度)。 如果使步驟Slh中的第一濕法工藝的工藝時(shí)間更長，或者如果增加所用酸性溶液的濃度 (例如氫氟酸的濃度)，則可以促進(jìn)硅膜8或者金屬膜7的側(cè)面蝕刻(從其側(cè)面蝕刻硅膜8 或者金屬膜7的現(xiàn)象)。
對照而言，在這一實(shí)施例中，進(jìn)行步驟Slh中的第一濕法工藝和步驟S12b中的第 二濕法工藝以實(shí)現(xiàn)包含La和Al的沉積材料21的準(zhǔn)確去除。換而言之，可以如圖19中示 例性地所示的在步驟Slh中通過第一濕法工藝來去除在沉積材料21之中的包含La的沉 積材料。即使當(dāng)在步驟Slh中不能通過第一濕法工藝來完全地去除在沉積材料21之中的 包含Al的沉積材料時(shí)，也可以如圖20中示例性地所示的在步驟S12b中通過第二濕法工藝 來去除它們。
在這一實(shí)施例中，不僅可以通過步驟Slh中的第一濕法工藝而且可以通過步驟 S12b中的第二濕法工藝來去除無法通過步驟Slh中的第一濕法工藝而容易去除的包含Al 的沉積材料21。因此與無步驟S12b中的第二濕法工藝的情況相比，這一實(shí)施例可以減少 步驟Slh中的第一濕法工藝(利用不含氫氟酸的酸性溶液的清潔工藝)的工藝時(shí)間或者 可以降低用于在步驟Slh中的第一濕法工藝中使用的酸性溶液的濃度(例如氫氟酸的濃 度)。也就是說，步驟Slh中的第一濕法工藝中的工藝時(shí)間和/或酸性溶液的濃度(例如 氫氟酸的濃度)可以設(shè)置成為了去除包含La的沉積材料21所需要的程度(比為了去除包 含Al的沉積材料21所需要的水平更低的水平)。因此可以抑制或者防止在步驟Slh中 的第一濕法工藝(利用不含氫氟酸的酸性溶液的清潔工藝)中對硅膜8和金屬膜7的側(cè)面 蝕刻。用于在步驟S12b中的第二濕法工藝中使用的堿性溶液不進(jìn)行金屬膜7的側(cè)面蝕刻。 因此，即使當(dāng)在步驟S12b中添加第二濕法工藝時(shí)仍可防止硅膜8和金屬膜7的側(cè)面蝕刻。 這一實(shí)施例可以抑制或者防止硅膜8和金屬膜7的側(cè)面蝕刻以由此提高制造的半導(dǎo)體器件 的可靠性和性能。
以這一方式，這一實(shí)施例進(jìn)行步驟Slh中的第一濕法工藝和步驟S12b中的第二 濕法工藝、然后在步驟S12c中利用包含氫氟酸的酸性溶液來進(jìn)行第三濕法工藝。因此可以 在去除沉積材料21之中的包含La的沉積材料和包含Al的沉積材料二者的同時(shí)，在步驟 S12c中進(jìn)行第三濕法工藝。如圖21中示例地所示，在步驟S12c中通過第三濕法工藝中的 蝕刻來去除含Hf絕緣膜如和4b以及界面層3的未由柵極電極GEl和GE2覆蓋的部分，由 此半導(dǎo)體襯底1的硅膜暴露于外。由于在去除包含La和Al的沉積材料21的同時(shí)在步驟 S12c中進(jìn)行第三濕法工藝，所以可以在步驟S12c中的第三濕法工藝期間在抑制氟化鑭和 氟化鋁的形成的同時(shí)通過包含氫氟酸的酸性溶液蝕刻含Hf絕緣膜如和4b。這一布置可以 抑制或者防止氟化鑭和氟化鋁中斷含Hf絕緣膜如和4b的蝕刻并且可以抑制或者防止氟 化鑭和氟化鋁在蝕刻之后保留為外來雜質(zhì)。因此可以提高制造的半導(dǎo)體器件的可靠性。
本發(fā)明人通過研究已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，含Hf絕緣膜如中的La(鑭)在厚度方向上的濃度 分布具有在表面層(上層部分)的較高La濃度和朝著界面層3的較低La濃度。這是基于 以下原因。通過在含Hf膜4與其上的含La膜6之間的反應(yīng)來形成含Hf絕緣膜如。如果 含Hf膜4和含La膜6在形成含Hf絕緣膜如時(shí)完全混合在一起，則含Hf絕緣膜如中的 La在厚度方向上的濃度分布應(yīng)當(dāng)變得均勻。然而事實(shí)上難以完全混合含Hf膜4和含La膜
6。因此直接在步驟Sll中的干法蝕刻工藝之前，含Hf絕緣膜如中的La在厚度方向上的 濃度分布未變得均勻，并且在將含Hf膜4和含La膜6的成分分布維持在反應(yīng)之前的某一 程度上的同時(shí)變得不均勻。如上文所述，含Hf絕緣膜如中的La(鑭)在厚度方向上的濃 度分布具有在表面部分(上層部分)的較高La濃度和朝著界面層3的較低La濃度。出于 相同原因，含Hf絕緣膜4b中的Al(鋁)在厚度方向上的濃度分布具有在表面部分(上層 部分)的較高Al濃度和朝著界面層3的較低Al濃度。在本申請中使用的術(shù)語“厚度方向 或者膜厚度方向”對應(yīng)于與半導(dǎo)體襯底1的主表面垂直的方向。
如上文提到的那樣，可以通過步驟SUb中的第二濕法工藝去除的La和Al中的元 素為Al，而通過步驟Slh中的第一濕法工藝容易去除的La和Al中的元素為La。
當(dāng)不同于這一實(shí)施例，在步驟S12b中進(jìn)行第二濕法工藝(利用堿性溶液的清潔工 藝)而不進(jìn)行步驟Slh中的第一濕法工藝(利用不含氫氟酸的酸性溶液的清潔工藝)時(shí)， 可以去除含Hf絕緣膜4b的表面部分(也就是，具有高Al濃度的部分)。然而不能去除含 Hf絕緣膜如的表面部分(也就是，具有高La濃度的部分)。
對照而言，當(dāng)不同于這一實(shí)施例，在步驟Slh中進(jìn)行第一濕法工藝(利用不含氫 氟酸的酸性溶液的清潔工藝)而不進(jìn)行步驟S12b中的第二濕法工藝(利用堿性溶液的清 潔工藝)時(shí)，可以去除含Hf絕緣膜如的表面部分(也就是，具有高La濃度的部分)。然 而不能容易地去除含Hf絕緣膜4b的表面部分(也就是，具有高Al濃度的部分)。當(dāng)含Hf 絕緣膜4b的表面部分(也就是，具有高Al濃度的部分)將僅通過步驟Slh中的第一濕法 工藝來去除而不進(jìn)行步驟S12b中的第二濕法工藝時(shí)，需要增加步驟Slh中的第一濕法工 藝(利用不含氫氟酸酸的酸性溶液的清潔工藝)的工藝時(shí)間，或者需要增加所用酸性溶液 的濃度(例如氫氟酸的濃度)。如果使步驟Slh中的第一濕法工藝的工藝時(shí)間更長，或者 如果增加所用酸性溶液的濃度(例如氫氟酸的濃度)，則會(huì)促進(jìn)硅膜8或者金屬膜7的側(cè)面 蝕刻(從其側(cè)面蝕刻硅膜8或者金屬膜7的現(xiàn)象)。
與此不同的是，在這一實(shí)施例中，進(jìn)行步驟Slh中的第一濕法工藝和步驟S12b中 的第二濕法工藝以實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確去除含Hf絕緣膜如的表面部分(也就是，具有高La濃度的部 分)和含Hf絕緣膜4b的表面部分(也就是，具有高Al濃度的部分)。也就是說，可以在步 驟Slh中通過第一濕法工藝去除含Hf絕緣膜如的表層部分(也就是，具有高La濃度的 部分)，并且可以在步驟S12b中通過第二濕法工藝去除含Hf絕緣膜4b的表層部分(也就 是，具有高Al濃度的部分)而不通過步驟Slh中的第一濕法工藝來去除。
在這一實(shí)施例中，含Hf絕緣膜如的表層部分(也就是，具有高La濃度的部分)可 以通過步驟Slh中的第一濕法工藝去除，并且僅通過步驟Slh中的第一濕法工藝難以去 除的含Hf絕緣膜4b的表層部分(也就是，具有高Al濃度的部分)不僅可以通過步驟Slh 中的第一濕法工藝而且可以通過步驟S12b中的第二濕法工藝去除。因此可以去除含Hf絕 緣膜如的表層部分(也就是，具有高La濃度的部分)和含Hf絕緣膜4b的表層部分(也 就是，具有高Al濃度的部分)，而不增加步驟Slh中的第一濕法工藝的工藝時(shí)間并且也不 增加酸性溶液的濃度(例如氫氟酸的濃度)。因而，這一實(shí)施例可以抑制或者防止硅膜8和 金屬膜7的側(cè)面蝕刻以由此提高制造的半導(dǎo)體器件的可靠性和性能。
以這一方式，這一實(shí)施例進(jìn)行步驟Slh中的第一濕法工藝和步驟S12b中的第二 濕法工藝，然后在步驟S12c中利用包含氫氟酸的酸性溶液進(jìn)行第三濕法工藝。因此，可以在去除含Hf絕緣膜如和4b中的具有高La濃度的部分和具有高Al濃度的部分(也就是， 含Hf絕緣膜如和4b的表層部分)的同時(shí)在步驟S12c中進(jìn)行第三濕法工藝。如圖21中 示例地所示，在步驟S12通過第三濕法工藝中的蝕刻來去除含Hf絕緣膜如和4b以及界面 層3的未由柵極電極GEl和GE2覆蓋的部分，由此半導(dǎo)體襯底1的硅表面暴露于外。由于 在去除含Hf絕緣膜如和4b的具有高La和Al濃度的部分的同時(shí)在步驟S12c中進(jìn)行第三 濕法工藝，所以可以在步驟S12c中的第三濕法工藝期間抑制氟化鑭和氟化鋁的形成的同 時(shí)通過包含氫氟酸的酸性溶液蝕刻含Hf絕緣膜如和4b。這一布置可以抑制或者防止氟化 鑭和氟化鋁中斷含Hf絕緣膜如和4b的蝕刻以及可以抑制或者防止氟化鑭和氟化鋁在蝕 刻之后保留為外來雜質(zhì)。因此可以提高制造的半導(dǎo)體器件的可靠性。
因此，在步驟Sl^i中通過第一濕法工藝去除包含La的沉積材料21和在nMIS形 成區(qū)域IA中的含Hf絕緣膜如的未由柵極電極GEl覆蓋的表層部分。在步驟S12b中通過 第二濕法工藝去除包含Al的沉積材料21和在pMIS形成區(qū)域IB中的含Hf絕緣膜4b的未 由柵極電極GE2覆蓋的表層部分。然后，在步驟S12c中通過第三濕法工藝去除nMIS形成 區(qū)域IA中的含Hf絕緣膜如的未由柵極電極GEl覆蓋的保留部分和pMIS形成區(qū)域IB中 的含Hf絕緣膜4b的未由柵極電極GE2覆蓋的保留部分。
因此在這一實(shí)施例中，在利用包含氫氟酸的酸性溶液的濕法蝕刻(也就是，步驟 S12c中的第三濕法工藝)之前進(jìn)行步驟Slh中的第一濕法工藝(清潔工藝)和步驟S12b 中的第二濕法工藝(清潔工藝)二者，由此可以去除包含La或者Al的沉積材料21，并且也 可以去除含Hf絕緣膜如和4b的具有高La和Al濃度的部分。因此可以在抑制氟化鑭和 氟化鑭的形成的同時(shí)在步驟S12c中通過第三濕法工藝使用包含氫氟酸的酸性溶液來蝕刻 含Hf絕緣膜如和4b，這可以防止氟化鑭或者氟化鋁所引起的不便，以由此提高制造的半導(dǎo) 體器件的可靠性。
這一實(shí)施例可以主要在步驟S12c中通過使用包含氫氟酸的酸性溶液的第三濕法 工藝來蝕刻和去除含Hf絕緣膜如和4b的未由柵極電極GEl和GE2覆蓋的部分，這可以減 少為了去除含Hf絕緣膜如和4b的未由柵極電極GEl和GE2覆蓋的部分所需要的蝕刻時(shí) 間。這一布置可以提高半導(dǎo)體器件的可靠性、減少半導(dǎo)體器件的制造時(shí)間并且也提高半導(dǎo) 體器件的產(chǎn)量。
可以在步驟Slh中的第一濕法工藝之后進(jìn)行步驟S12b中的第二濕法工藝。作為 選擇，可以在步驟S12b中的第二濕法工藝之后進(jìn)行步驟Slh中的第一工藝。重要的是，在 步驟Sll中的干法蝕刻工藝之后并且在步驟S12c中的第三濕法工藝之前進(jìn)行步驟Slh中 的第一濕法工藝和步驟S12b中的第二濕法工藝二者。因此，需要在步驟Sll中的干法蝕刻 工藝之后并且在步驟S12c中的第三濕法工藝之前進(jìn)行步驟Slh中的第一濕法工藝至少一 次。當(dāng)進(jìn)行第一濕法工藝一次時(shí)，可以簡化半導(dǎo)體器件的制造工藝(這也可以減少半導(dǎo)體 器件的制造時(shí)間)。然而可以多次進(jìn)行第一濕法工藝以便增強(qiáng)包含La的沉積材料21等的 去除能力。類似地，需要在步驟Sll中的干法蝕刻工藝之后并且在步驟S12c中的第三濕法 工藝之前至少進(jìn)行一次步驟S12b中的第二濕法工藝。當(dāng)進(jìn)行第二濕法工藝一次時(shí)，可以簡 化半導(dǎo)體器件的制造工藝(這也可以減少半導(dǎo)體器件的制造時(shí)間)。然而可以多次進(jìn)行第 二濕法工藝以便增強(qiáng)包含Al的沉積材料21等的去除能力。可以在步驟Sll中的干法蝕刻 工藝之后并且在步驟S12c中的第三濕法工藝之前交替地進(jìn)行步驟Slh中的第一濕法工藝和步驟S12b中的第二濕法工藝，這可以增強(qiáng)包含La或者Al的沉積材料21等的去除能力。
在防止氟化鑭和氟化鋁的形成的同時(shí)，在步驟Slh中通過第一濕法工藝去除包 含La的沉積材料21和含Hf絕緣膜如的具有高La濃度的部分(也就是，含Hf絕緣膜如 的表層部分)。根據(jù)這一點(diǎn)，必需的是在步驟Slh的第一濕法工藝中使用的酸性溶液不含 氫氟酸。然而鹽酸(具體而言，鹽酸水溶液)最為優(yōu)選。除了鹽酸之外，可以代之以使用包 括磷酸、蟻酸、乙酸、草酸或者碳酸(具體而言，上述酸的水溶液)的任何其它酸性溶液。
將硫酸(H2S04)用于步驟Slh中的第一濕法工藝會(huì)在含Hf絕緣膜如和4b的表 面上形成無源膜。因此優(yōu)選地，在步驟Slh中用于第一濕法工藝的酸性溶液不含硫酸以及 氫氟酸。也就是說，優(yōu)選地使用不含氫氟酸和硫酸的酸性溶液來進(jìn)行步驟Slh中的第一濕 法工藝。
在防止氟化鑭和氟化鋁的形成的同時(shí)，在步驟S12b中通過第二濕法工藝去除包 含Al的沉積材料21和含Hf絕緣膜4b的具有高Al濃度的部分(也就是含Hf絕緣膜4b 的表層部分)。根據(jù)這一點(diǎn)，用于步驟S12b中的第二濕法工藝的堿性溶液最優(yōu)選為氨(NH3) 水溶液(也就是氨水)。適當(dāng)堿性溶液的例子除了氨水溶液之外還包括四甲基氫氧化銨、二甲胺、單乙醇胺、二乙醇胺、三乙醇胺或者乙基羥胺。
因此，步驟Slh中的第一濕法工藝可以更優(yōu)選地使用包含鹽酸而不含氫氟酸和 硫酸的酸性溶液并且最優(yōu)選為鹽酸水溶液。步驟S12b中的第二濕法工藝可以更優(yōu)選地使 用包含氨的堿性溶液并且最優(yōu)選為氨水溶液(氨水)。
步驟S12c中的第三濕法工藝需要完全去除含Hf絕緣膜如和4b的未由柵極電極 GEl和GE2覆蓋的部分。因此，用于步驟S12c中的第三濕法工藝的酸性溶液包含氫氟酸并 且更優(yōu)選地還包含鹽酸。因而，第三濕法工藝最優(yōu)選地使用氫氟酸和鹽酸的水溶液。
主要通過步驟S12c中的第三濕法工藝去除含Hf絕緣膜如和4b的未由柵極電極 GEl和GE2覆蓋的部分，并且也通過步驟S12c中的第三濕法工藝去除界面層3。步驟S12c 中的第三濕法工藝可以被視為濕法蝕刻工藝。主要通過步驟Slh中的第一濕法工藝和步 驟S12b中的第二濕法工藝去除沉積材料21。步驟Slh中的第一濕法工藝和步驟S12b中 的第二濕法工藝可以被視為清潔工藝。由于可以通過步驟Slh中的第一濕法工藝和步驟 S12b中的第二濕法工藝去除含Hf絕緣膜如和4b的表層部分(具有高La或者Al濃度的 部分)，所以步驟Slh中的第一濕法工藝和步驟S12b中的第二濕法工藝除了清潔工藝之外 也用作濕法蝕刻工藝。在步驟S12c中的第三濕法工藝中對含Hf絕緣膜如和4b的蝕刻量 (蝕刻部分的厚度)優(yōu)選地比在步驟Slh中的第一濕法工藝和在步驟S12b中的第二濕法 工藝中的每一個(gè)對含Hf絕緣膜如和4b的蝕刻量(蝕刻部分的厚度)更大(更厚)。
(第二實(shí)施例)
這一實(shí)施例將描述上述步驟S6中的工藝(含Hf絕緣膜如和4b的形成工藝)的 另一例子。圖22是示出了步驟S6中的工藝(含Hf絕緣膜如和仙的形成工藝)的另一例 子(也就是第二實(shí)施例)的制造工藝流程圖。圖22對應(yīng)于第一實(shí)施例的圖3。圖23至圖 觀中的各圖是根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的制造步驟中的半導(dǎo)體器件主要部分的橫截面圖。
這一實(shí)施例的制造工藝在步驟S5中形成含Hf膜4之前與第一實(shí)施例的制造工藝 相同，因此下文將省略對其的描述?，F(xiàn)在下文將描述在步驟S5中形成含Hf膜4之后的后 繼步驟。
在通過進(jìn)行與在第一實(shí)施例的步驟Sl至S5中的工藝相同的工藝來獲得圖7中所 示結(jié)構(gòu)之后，在這一實(shí)施例中，如圖23中所示，將含Al膜5形成于半導(dǎo)體襯底1的主表面 之上、也就是含Hf膜4之上(在圖22的步驟S6c中)。在步驟S6c中，將含Al膜5形成于 半導(dǎo)體襯底1的整個(gè)主表面之上，因此形成在nMIS形成區(qū)域IA和pMIS形成區(qū)域IB中的 含Hf膜4之上。含Al膜5的材料、厚度和形成方法與第一實(shí)施例中的相同，因此下文將省 略其描述。
然后如圖M中所示，將掩膜層31形成于半導(dǎo)體襯底1的主表面之上、也就是含Al 膜5之上(在圖22的步驟S6d中)。提供掩膜層31用于防止在pMIS形成區(qū)域IB中的含 Hf膜4或者含Al膜5與隨后將形成的含La膜6之間的反應(yīng)?？紤]到防止反應(yīng)的這樣的功 能，掩膜層31優(yōu)選為金屬氮化物膜或者金屬碳化物膜并且更優(yōu)選為氮化鈦(TiN)膜。掩膜 層31可以使用濺射等來形成并且可以具有例如約為5至20nm的厚度。掩膜層31在步驟 S6d中形成于半導(dǎo)體襯底1的整個(gè)主表面之上、因此形成在nMIS形成區(qū)域IA和pMIS形成 區(qū)域IB中的含Al膜5之上。
然后如圖25中所示，通過蝕刻(優(yōu)選為濕法蝕刻或者干法蝕刻和濕法蝕刻的組 合)有選擇地去除nMIS形成區(qū)域IA中的掩膜層31和含Al膜5，以在pMIS形成區(qū)域IB中 留下掩膜層31和含Al膜5 (在圖22的步驟S6e中)。結(jié)果是在nMIS形成區(qū)域IA中暴露 含Hf膜4，而在pMIS形成區(qū)域IB中，含Al膜5和其上的掩膜層31形成并保持于含Hf膜 4之上。
具體而言，在步驟S6e中，將光致抗蝕劑圖案(未示出)形成于掩膜層31上以便 覆蓋PMIS形成區(qū)域IB并且暴露nMIS形成區(qū)域1A。通過使用光致抗蝕劑圖案作為蝕刻掩 膜，通過蝕刻來去除nMIS形成區(qū)域IA中的掩膜層31，并且隨后也通過蝕刻來去除nMIS形 成區(qū)域IA中的含Al膜5。隨后去除光致抗蝕劑圖案。
然后如圖沈中所示，將含La膜6形成于半導(dǎo)體襯底1的主表面之上(在圖22的 步驟S6f中)。
在步驟S6e的蝕刻工藝中，去除nMIS形成區(qū)域IA中的掩膜層31和含Al膜5而 留下pMIS形成區(qū)域IB中的掩膜層31和含Al膜5。然后在步驟S6f中，將含La膜6形成 在nMIS形成區(qū)域IA中的含Hf膜4上并形成在pMIS形成區(qū)域IB中的掩膜層31上。因此 在nMIS形成區(qū)域IA中，含La膜6與含Hf膜4接觸，而在pMIS形成區(qū)域IB中，含La膜6 由于掩膜層31居于其間而未與含Al膜5 (和含Hf膜4)接觸。含La膜6的材料、厚度和 形成方法與第一實(shí)施例中的相同，因此下文將省略其描述。
然后向半導(dǎo)體襯底1應(yīng)用熱處理(在圖22的步驟S6g中)。可以在惰性氣體氛圍 (可以是氮?dú)夥諊?之下在范圍優(yōu)選為600至1000°C的熱處理溫度進(jìn)行步驟S6g中的熱處理工藝。
在步驟S6g的熱處理中，含Hf膜4在nMIS形成區(qū)域IA中與含La膜6反應(yīng)(混 合或者相互擴(kuò)散)以形成如圖27中所示的作為含Hf膜4與含La膜6之間反應(yīng)層(混合 層)的含Hf絕緣膜如。在步驟S6g的熱處理中，含Hf膜4在pMIS形成區(qū)域IB中與含Al 膜5反應(yīng)(混合或者相互擴(kuò)散)以形成如圖27中所示作為含Hf膜4與含Al膜5之間反 應(yīng)層(混合層)的含Hf絕緣膜4b。
在步驟S6g中通過熱處理在nMIS形成區(qū)域IA中形成的含Hf絕緣膜如和在pMIS形成區(qū)域IB中形成的含Hf絕緣膜4b與在第一實(shí)施例的步驟S6b中通過熱處理在nMIS形 成區(qū)域IA中形成的含Hf絕緣膜如和在pMIS形成區(qū)域IB中形成的含Hf絕緣膜4b相同。 因此下文將省略其描述。
含La膜6在pMIS形成區(qū)域IB中形成于掩膜層31之上。pMIS形成區(qū)域IB中的 含La膜6難以與掩膜層31反應(yīng)并且留下。也就是說，為掩膜層31選擇的適當(dāng)材料是一種 即使在步驟S6g中的熱處理工藝的熱處理溫度也仍然穩(wěn)定并且難以與含Hf膜4、含Al膜5 和含La膜6中的任一個(gè)反應(yīng)的材料。作為這樣的材料，優(yōu)選金屬氮化物、金屬碳化物等，并 且具體而言，最優(yōu)選氮化鈦(TiN)。
在步驟S5中形成含Hf膜4之前在步驟S4中形成界面層3的情況下，通過抑制在 步驟S6g的熱處理中在含Hf膜4與較低的界面層3之間的反應(yīng)來優(yōu)選地留下氧化硅膜或 者氮氧化硅膜作為界面層3。這一布置可以制造一種抑制器件的驅(qū)動(dòng)力和可靠性下降的良 好器件。
如圖28中所示，在步驟S6g中的熱處理之后，通過蝕刻(優(yōu)選為濕法蝕刻)來去 除含La膜6 (未反應(yīng)的含La膜6，具體而言，保留于掩膜層31上的含La膜6)。然后通過 蝕刻(優(yōu)選為濕法蝕刻)來去除掩膜層31 (在圖22的步驟S6h中)?？梢栽诓襟ES6h中去 除掩膜層31時(shí)將含Al膜5的未反應(yīng)部分(在步驟S6g中熱處理所未反應(yīng)的部分)與掩膜 層31 —起去除。因此，含Hf絕緣膜如在nMIS形成區(qū)域IA中暴露于外，并且暴露pMIS形 成區(qū)域IB中的含Hf絕緣膜4b。圖觀對應(yīng)于上述圖9。
用于在步驟他中去除掩膜層31和未反應(yīng)的含La膜6 (具體而言，保留于掩膜層 31上的含La膜6)的去除工藝的優(yōu)選條件可以例如設(shè)置如下。也就是說，在步驟S6h中例 如可以使用HCL溶液的濃度約為0. 0418mOl/%的HCL水溶液(鹽酸)(稀釋鹽酸)來進(jìn)行 未反應(yīng)的含La膜6 (具體而言，保留于掩膜層31之上的含La膜6)的去除工藝約30秒。在 步驟S6h中例如可以使用HCL (鹽酸)的濃度約為0. 0223mOl/%的HCL (鹽酸)和H2A濃 度約為19. 2m0l/%的H2O2 (過氧化氫)的水溶液來進(jìn)行掩膜層31的去除工藝約30分鐘。
這一實(shí)施例的后繼工藝與第一實(shí)施例的后繼工藝相同，因此下文將省略對其的圖 示和描述。也就是說，以與第一實(shí)施例相同的方式進(jìn)行步驟S7中的金屬膜7的形成工藝以 及后繼步驟。
這一實(shí)施例已經(jīng)描述為了通過在pMIS形成區(qū)域IB中提供掩膜層31而在pMIS形 成區(qū)域中防止含Hf膜4與含La膜6之間的反應(yīng)所進(jìn)行的制造工藝(也就是說，參照圖23 至圖觀說明的制造步驟)。在另一實(shí)施例(修改例子)中，在nMIS形成區(qū)域IA中提供掩 膜層31，由此可以防止在nMIS形成區(qū)域IA中在含Hf膜4與含Al膜5之間的反應(yīng)。下文 將參照圖四至圖34描述在這樣的情況下的制造步驟。下文將主要描述與參照圖23至圖 觀說明的制造步驟的不同點(diǎn)。圖四至圖34中的各圖為根據(jù)這一實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的主 要部分的橫截面圖。
在圖2中所示工藝流程圖的步驟S5中的含Hf膜4的形成工藝之后，在步驟S6c 中在含Hf膜4之上形成含La膜6而不是含Al膜5 (見圖四)。在步驟S6d中，在含La膜 6之上形成掩膜層31 (見圖30)。然后在步驟S6e中，去除pMIS形成區(qū)域IB中的掩膜層31 和含La膜6，同時(shí)留下nMIS形成區(qū)域IA中的掩膜層31和含La膜6 (見圖31)。然后，在 步驟S6f中形成含Al膜5而不是含La膜6。也就是說，將含Al膜5形成于nMIS形成區(qū)域IA中的掩膜層31之上以及pMIS形成區(qū)域IB中的含Hf膜4之上(見圖32)。在這一階段 中，在nMIS形成區(qū)域IA中，界面層3、含Hf膜4、含La膜6、掩膜層31和含Al膜5從底部 以該順序堆疊于P型阱PW之上。在pMIS形成區(qū)域IB中，界面層3、含Hf膜4和含Al膜5 從底部以該順序堆疊于η型阱NW之上。在步驟S6g的熱處理中，含Hf膜4在nMIS形成區(qū) 域IA中與含La膜6反應(yīng)(混合或者相互擴(kuò)散)以形成作為其間反應(yīng)層的含Hf絕緣膜如。 另外，含Hf膜4在pMIS形成區(qū)域IB中與含Al膜5反應(yīng)(混合或者相互擴(kuò)散)以形成作 為其間反應(yīng)層的含Hf絕緣膜4b (見圖33)。這時(shí)，掩膜層31在nMIS形成區(qū)域IA中居間于 含Al絕緣膜5與含La膜6 (和含Hf膜4)之間。掩膜層31用以防止nMIS形成區(qū)域IA中 的含Al膜5與含La膜6或者含Hf膜4反應(yīng)。然后在步驟S6h中去除掩膜層31上的未反 應(yīng)的含Al膜5并且也去除掩膜層31 (見圖34)。如果有含La膜6的一些未反應(yīng)部分(在 步驟S6g中熱處理所未反應(yīng)的部分)，則可以在步驟S6h中去除掩膜層31時(shí)一起去除該未 反應(yīng)部分。直至完成這一工藝，參照圖34，獲得與圖觀所示相同的結(jié)構(gòu)。
后繼步驟與第一實(shí)施例的后繼步驟相同，因此下文將省略其圖示和描述。也就是 說，以與第一實(shí)施例相同的方式進(jìn)行步驟S7中的金屬膜7的形成步驟和后繼步驟。
這一實(shí)施例(參照圖23至圖觀說明的制造步驟和參照圖四至圖34說明的制造 步驟)也可以獲得與第一實(shí)施例的效果基本上相同的效果。除此之外，這一實(shí)施例還可以 通過使用掩膜層31形成包含La的含Hf絕緣膜如和包含Al的含Hf絕緣膜4b來獲得以下 效果。也就是說，在圖23至圖觀的步驟中的工藝期間，可以在含La膜6不僅存在于nMIS 形成區(qū)域IA中而且存在于pMIS形成區(qū)域IB中的同時(shí)進(jìn)行步驟S6g中的熱處理，這無需通 過蝕刻來對含La膜6進(jìn)行構(gòu)圖。在圖四至圖34的步驟中的工藝期間，可以在含Al膜5 不僅存在于PMIS形成區(qū)域IB中而且存在于nMIS形成區(qū)域IA中的同時(shí)進(jìn)行步驟S6g中的 熱處理，這無需通過蝕刻來對含Al膜5進(jìn)行構(gòu)圖。這一布置可以抑制或者防止對含Hf膜 4等的損壞。在步驟S6g中的熱處理期間，在nMIS形成區(qū)域IA中設(shè)置于含Hf膜4上的含 La膜6保持其在形成之后的厚度。并且在pMIS形成區(qū)域IB中設(shè)置于含Hf膜4上的含Al 膜5保持其在形成之后的厚度。因此可以容易地控制向含Hf絕緣膜如中引入的La的數(shù) 量和向含Hf絕緣膜4b中引入的Al的數(shù)量。
雖然已經(jīng)基于實(shí)施例具體地描述本發(fā)明人創(chuàng)造的本發(fā)明，但是本發(fā)明不限于其中 公開的實(shí)施例。將清楚的是，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，可以對實(shí)施例進(jìn)行各 種修改和變化。
本發(fā)明可有效地應(yīng)用于半導(dǎo)體器件的制造技術(shù)。
權(quán)利要求
1.一種半導(dǎo)體器件的制造方法，所述半導(dǎo)體器件包括在半導(dǎo)體襯底的第一區(qū)域中的η 溝道型的第一 MISFET和在所述半導(dǎo)體襯底的第二區(qū)域中的ρ溝道型的第二 MISFET，所述制 造方法包括以下步驟(a)制備所述半導(dǎo)體襯底；(b)分別形成在所述半導(dǎo)體襯底之上的所述第一區(qū)域中的包含鉿、鑭和氧作為主要成 分的第一高介電常數(shù)柵極絕緣體和在所述半導(dǎo)體襯底之上的所述第二區(qū)域中的包含鉿、鋁 和氧作為主要成分的第二高介電常數(shù)柵極絕緣體；(c)在所述第一區(qū)域中的所述第一高介電常數(shù)柵極絕緣體和所述第二區(qū)域中的所述第 二高介電常數(shù)柵極絕緣體之上形成金屬膜；(d)通過干法蝕刻對所述金屬膜進(jìn)行構(gòu)圖，由此形成在所述第一區(qū)域中的所述第一 MISFET的第一金屬柵極電極和在所述第二區(qū)域中的所述第二 MISFET的第二金屬柵極電 極；以及(e)在所述步驟(d)之后，通過濕法蝕刻來去除在所述第一區(qū)域中的所述第一高介電 常數(shù)柵極絕緣體的未由所述第一金屬柵極電極覆蓋的部分和在所述第二區(qū)域中的所述第 二高介電常數(shù)柵極絕緣體的未由所述第二金屬柵極電極覆蓋的部分，其中所述步驟(e)包括以下步驟(el)利用不含氫氟酸的第一酸性溶液向所述半導(dǎo)體襯底應(yīng)用濕法工藝； (e2)利用堿性溶液向所述半導(dǎo)體襯底應(yīng)用另一濕法工藝；以及 (e3)在所述步驟(el)和(e2)之后，利用包含氫氟酸的第二酸性溶液向所述半導(dǎo)體襯 底應(yīng)用又一濕法工藝。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件的制造方法，其中在所述步驟(d)中暴露在所述第一區(qū)域中的所述第一高介電常數(shù)柵極絕緣體的 未由所述第一金屬柵極電極覆蓋的部分和在所述第二區(qū)域中的所述第二高介電常數(shù)柵極 絕緣體的未由所述第二金屬柵極電極覆蓋的部分。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的半導(dǎo)體器件的制造方法， 其中所述第一酸性溶液不包含氫氟酸和硫酸。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的半導(dǎo)體器件的制造方法， 其中所述第一酸性溶液為鹽酸水溶液。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的半導(dǎo)體器件的制造方法， 其中所述堿性溶液為氨水溶液。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的半導(dǎo)體器件的制造方法，還包括以下步驟(Cl)在所述步驟(c)之后并且在所述步驟(d)之前，在所述金屬膜之上形成硅膜， 其中在所述步驟(d)中，通過干法蝕刻對所述硅膜和所述金屬膜進(jìn)行構(gòu)圖，由此在所 述第一區(qū)域中形成所述第一金屬柵極電極并且在所述第二區(qū)域中形成所述第二金屬柵極 電極。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的半導(dǎo)體器件的制造方法，其中在所述步驟(el)中去除在所述第一區(qū)域中的所述第一高介電常數(shù)柵極絕緣體的 未由所述第一金屬柵極電極覆蓋的表層部分，其中在所述步驟(e2)中去除在所述第二區(qū)域中的所述第二高介電常數(shù)柵極絕緣體的未由所述第二金屬柵極電極覆蓋的表層部分，以及其中在所述步驟(e3)中去除在所述第一區(qū)域中的所述第一高介電常數(shù)柵極絕緣體的 未由所述第一金屬柵極電極覆蓋的剩余部分和在所述第二區(qū)域中的所述第二高介電常數(shù) 柵極絕緣體的未由所述第二金屬柵極電極覆蓋的剩余部分。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的半導(dǎo)體器件的制造方法， 其中所述第二酸性溶液為氫氟酸和鹽酸的水溶液。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的半導(dǎo)體器件的制造方法， 其中所述步驟(b)包括以下步驟(bl)在所述半導(dǎo)體襯底之上的所述第一區(qū)域和所述第二區(qū)域中形成用于形成所述第 一和第二高介電常數(shù)柵極絕緣體的第一含Hf膜，所述第一含Hf膜包含鉿和氧作為主要成 分；(b2)在所述第二區(qū)域中的第一含Hf膜之上形成包含Al的含Al膜并且在所述第一區(qū) 域中的第一含Hf膜之上形成包含La的含La膜；以及(b3)在所述步驟(b2)之后，通過進(jìn)行熱處理，由在所述第一區(qū)域中的所述第一含Hf 膜與所述含La膜之間的反應(yīng)來形成所述第一高介電常數(shù)柵極絕緣體，并且由在所述第二 區(qū)域中的所述第一含Hf膜與所述含Al膜之間的反應(yīng)來形成所述第二高介電常數(shù)柵極絕緣 體。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的半導(dǎo)體器件的制造方法， 其中所述含La膜為氧化鑭膜。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的半導(dǎo)體器件的制造方法， 其中所述含Al膜為氧化鋁膜、氮氧化鋁膜或者鋁膜。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件的制造方法，還包括以下步驟(al)在所述步驟(b)之前，在所述半導(dǎo)體襯底之上的所述第一區(qū)域和所述第二區(qū)域中 形成包括氧化硅或者氮氧化硅的第一絕緣膜，其中在所述步驟(b)中，在所述第一區(qū)域中的所述第一絕緣膜之上形成所述第一高介 電常數(shù)柵極絕緣體并且在所述第二區(qū)域中的所述第一絕緣膜之上形成所述第二高介電常 數(shù)柵極絕緣體。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的半導(dǎo)體器件的制造方法，其中在所述步驟(e3)中，去除在所述第一區(qū)域中的所述第一絕緣膜的未由所述第一 金屬柵極電極覆蓋的部分和在所述第二區(qū)域中的所述第一絕緣膜的未由所述第二金屬柵 極電極覆蓋的部分。
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件的制造方法， 其中所述步驟(bl)包括以下步驟(bll)在所述半導(dǎo)體襯底之上的所述第一區(qū)域和所述第二區(qū)域中形成用于形成所述第 一和第二高介電常數(shù)柵極絕緣體的第一含Hf膜，所述第一含Hf膜包含鉿和氧作為主要成 分；(bl2)在形成于所述第一和第二區(qū)域中的所述第一含Hf膜之上形成用于形成所述第 二高介電常數(shù)柵極絕緣體的包含Al作為主要成分的含Al膜；(bl3)在形成于所述第一和第二區(qū)域中的所述含Al膜之上形成掩膜層；(bl4)在所述步驟(bl3)之后，去除所述第一區(qū)域中的所述掩膜層和所述含Al膜并且 留下所述第二區(qū)域中的所述掩膜層和所述含Al膜；(bl5)在所述步驟(bl4)之后，在所述第一區(qū)域中的所述第一含Hf膜之上以及在所 述第二區(qū)域中的所述掩膜層之上，形成用于形成所述第一高介電常數(shù)柵極絕緣體的包含La 作為主要成分的含La膜；(bl6)在所述步驟(bl5)之后，通過進(jìn)行熱處理，由在所述第一區(qū)域中的所述第一含Hf 膜與所述含La膜之間的反應(yīng)來形成所述第一高介電常數(shù)柵極絕緣體，并且由在所述第二 區(qū)域中的所述第一含Hf膜與所述含Al膜之間的反應(yīng)來形成所述第二高介電常數(shù)柵極絕緣 體；以及(bl7)在所述步驟(bl6)之后，去除所述第二區(qū)域中的所述掩膜層和定位于所述掩膜 層之上的所述含La膜。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的半導(dǎo)體器件的制造方法，其中在所述步驟(bl3)中形成的所述掩膜層為金屬氮化物膜或者金屬碳化物膜。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的半導(dǎo)體器件的制造方法，其中在所述步驟(bll)中形成的所述第一含Hf膜為HfO膜、HfON膜、HfSiO膜或者 HfSiON 膜，其中在所述步驟(bl2)中形成的所述含Al膜為氧化鋁膜、氮氧化鋁膜或者鋁膜，以及 其中在所述步驟(bl5)中形成的所述含La膜為氧化鑭膜。
全文摘要
提供一種半導(dǎo)體器件的制造方法，用于提高包括MISFET的半導(dǎo)體器件的可靠性，該MISFET具有高介電常數(shù)柵極絕緣體和金屬柵極電極。形成包含Hf、La和O作為主要成分的第一含Hf絕緣膜作為用于n溝道MISFET的高介電常數(shù)柵極絕緣體。形成包含Hf、Al和O作為主要成分的第二含Hf絕緣膜作為用于p溝道MISFET的高介電常數(shù)柵極絕緣體。然后通過干法蝕刻來形成金屬膜和硅膜并對它們進(jìn)行構(gòu)圖以由此形成第一和第二柵極電極。隨后通過濕法蝕刻來去除所述第一和第二含Hf絕緣膜的未由第一和第二柵極電極覆蓋的部分。這時(shí)進(jìn)行利用不含氫氟酸的酸性溶液的濕法工藝和利用堿性溶液的另一濕法工藝，然后進(jìn)行利用包含氫氟酸的酸性溶液的又一濕法工藝。
文檔編號H01L21/28GK102034713SQ20101050009
公開日2011年4月27日 申請日期2010年9月30日 優(yōu)先權(quán)日2009年10月1日
發(fā)明者丸山隆弘, 吉福良一, 山成真市, 川井健治, 廣田祐作, 筱原正昭 申請人:瑞薩電子株式會(huì)社