專利名稱：制作半導(dǎo)體器件的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體制造工藝，尤其涉及一種制作半導(dǎo)體器件的方法。
背景技術(shù)：
隨著柵極尺寸縮短至幾十納米，柵氧化物層的厚度降至3nm以下，引發(fā)了柵極電阻過(guò)大、柵泄漏增大以及多晶硅柵出現(xiàn)空乏現(xiàn)象等問(wèn)題。因此，人們又將目光重新投向金屬柵極技術(shù)，金屬柵極技術(shù)采用具有較低電阻的金屬作為柵極，并且采用具有較大介電常數(shù)的材料作為柵介電層。金屬柵極技術(shù)包括先形成柵(Gate-first)工藝和后形成柵(Gate-last)工藝。Gate-first工藝是指在對(duì)硅片進(jìn)行漏/源區(qū)離子注入以及隨后的高溫退火步驟之前形成金屬柵極，Gate-1ast工藝則與之相反。由于Gate-first工藝中金屬柵極需經(jīng)受高溫工序，因此該工藝可能會(huì)引起熱穩(wěn)定性、閾值電壓漂移和柵堆疊層再生長(zhǎng)等問(wèn)題，這對(duì)于PMOS來(lái)說(shuō)是非常嚴(yán)重的問(wèn)題。在Gate-1ast工藝中，由于N型晶體管和P型晶體管需要由不同的功函數(shù)金屬層，因此，通常需要分別形成N型晶體管的金屬柵極和P型晶體管的金屬柵極。圖1A-1D為采用現(xiàn)有技術(shù)的Gate-1ast工藝形成半導(dǎo)體器件過(guò)程中各步驟的剖視圖。如圖1A所示，提供半導(dǎo)體襯底100。半導(dǎo)體襯底100上形成有用于形成N型金屬柵極的第一偽柵極101和用于形成P型金屬柵極的第二偽柵極102，第一偽柵極101和第二偽柵極102的材料可以為多晶硅。在半導(dǎo)體襯底100上以及第一偽柵極101和第二偽柵極102的兩側(cè)還形成有應(yīng)力層103。在應(yīng)力層103上形成有層間介電層104。如圖1B所示，去除第二偽柵極102，以形成第二填充開口 105。如圖1C所示，在層間介電層104和第一偽柵極101上以及第二填充開口 105內(nèi)形成P型金屬材料層106。如圖1D所示，采用化學(xué)機(jī)械研磨工藝去除第二填充開口 105以外的P型金屬材料層106，以形成P型金屬柵極107。然而，在化學(xué)機(jī)械研磨工藝中為了保證第二填充開口 105以外的P型金屬材料層106被完全去除，通常會(huì)進(jìn)行過(guò)研磨。在過(guò)研磨過(guò)程中第一偽柵極101和P型金屬柵極107將同時(shí)暴露，這時(shí)很容易在第一偽柵極101表面形成漿狀的研磨殘留物。研磨殘留物會(huì)粘附在第一偽柵極101表面很難被清洗干凈。這些研磨殘留物不但會(huì)成為后續(xù)工藝的缺陷源，甚至?xí)璧K后續(xù)去除第一偽柵極101，進(jìn)而造成N型金屬柵極填充失敗。因此，目前急需一種制作半導(dǎo)體器件的方法，以解決上述問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容
在發(fā)明內(nèi)容部分中引入了一系列簡(jiǎn)化形式的概念，這將在具體實(shí)施方式
部分中進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。本發(fā)明的發(fā)明內(nèi)容部分并不意味著要試圖限定出所要求保護(hù)的技術(shù)方案的關(guān)鍵特征和必要技術(shù)特征，更不意味著試圖確定所要求保護(hù)的技術(shù)方案的保護(hù)范圍。為了解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的問(wèn)題，本發(fā)明提出了一種制作半導(dǎo)體器件的方法，包括:a)提供半導(dǎo)體襯底，所述半導(dǎo)體襯底上形成有偽柵極和用于形成金屬柵極的填充開口，所述半導(dǎo)體襯底上還形成有包圍所述偽柵極和所述填充開口的層間介電層；b)在所述偽柵極和所述層間介電層上以及所述填充開口內(nèi)形成金屬層；c)執(zhí)行化學(xué)機(jī)械研磨工藝去除所述填充開口以外的所述金屬層，以形成所述金屬柵極；以及d)使用有機(jī)堿性溶液執(zhí)行清洗工藝以去除所述偽柵極表面的研磨殘留物。優(yōu)選地，所述d)步驟中的所述清洗工藝包括:使用去離子水對(duì)所述半導(dǎo)體器件的表面進(jìn)行清洗；以及向所述半導(dǎo)體器件的表面施加所述有機(jī)堿性溶液并對(duì)其進(jìn)行拋光。優(yōu)選地，所述拋光過(guò)程中對(duì)所述半導(dǎo)體器件施加的下壓力為0.5-2磅/平方英寸。優(yōu)選地，所述拋光過(guò)程中拋光平臺(tái)的轉(zhuǎn)速為30-80轉(zhuǎn)/分鐘。優(yōu)選地，所述d)步驟中的所述清洗工藝包括:向所述半導(dǎo)體器件的表面施加所述有機(jī)堿性溶液并使用清洗工具對(duì)其進(jìn)行旋轉(zhuǎn)清洗。優(yōu)選地，所述旋轉(zhuǎn)清洗的轉(zhuǎn)速為30-200轉(zhuǎn)/分鐘。優(yōu)選地，所述旋轉(zhuǎn)清洗的時(shí)間為10-60秒。優(yōu)選地，所述d)步驟中的所述清洗工藝包括:向所述半導(dǎo)體器件的表面施加所述有機(jī)堿性溶液；以及使用濕式蝕刻清洗系統(tǒng)對(duì)所述半導(dǎo)體器件的表面進(jìn)行清洗。優(yōu)選地，所述有機(jī)堿性溶液為三乙胺溶液、吡啶溶液、環(huán)己胺溶液、苯胺溶液、N，N- 二甲基苯胺溶液和哌啶溶液中的一種或多種。優(yōu)選地，所述金屬柵極為P型金屬柵極和N型金屬柵極中的一種，所述偽柵極用于形成所述P型金屬柵極和所述N型金屬柵極中的另一種。綜上所示，通過(guò)在執(zhí)行化學(xué)機(jī)械研磨工藝以形成金屬柵極之后，采用有機(jī)堿性溶液對(duì)半導(dǎo)體器件表面進(jìn)行清洗可以有效去除粘附在偽柵極表面的研磨殘留物，進(jìn)而避免這些研磨殘留物成為后續(xù)工藝的缺陷源，并避免阻礙后續(xù)工藝去除偽柵極。


本發(fā)明的下列附圖在此作為本發(fā)明的一部分用于理解本發(fā)明。附圖中示出了本發(fā)明的實(shí)施例及其描述，用來(lái)解釋本發(fā)明的原理。在附圖中，
圖1A-1D為采用現(xiàn)有技術(shù)的Gate-1ast工藝形成半導(dǎo)體器件過(guò)程中各步驟的剖視圖； 圖2為根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方式制作半導(dǎo)體器件工藝流程 圖3A-3D為根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方式制作半導(dǎo)體器件工藝流程中各步驟所獲得的器件的剖視圖。
具體實(shí)施例方式接下來(lái)，將結(jié)合附圖更加完整地描述本發(fā)明，附圖中示出了本發(fā)明的實(shí)施例。但是，本發(fā)明能夠以不同形式實(shí)施，而不應(yīng)當(dāng)解釋為局限于這里提出的實(shí)施例。相反地，提供這些實(shí)施例將使公開徹底和完全，并且將本發(fā)明的范圍完全地傳遞給本領(lǐng)域技術(shù)人員。在附圖中，為了清楚，層和區(qū)的尺寸以及相對(duì)尺寸可能被夸大。自始至終相同附圖標(biāo)記表示相同的元件。應(yīng)當(dāng)明白，當(dāng)元件或?qū)颖环Q為“在...上”、“與...相鄰”、“連接到”或“耦合到”其它元件或?qū)訒r(shí)，其可以直接地在其它元件或?qū)由?、與之相鄰、連接或耦合到其它元件或?qū)樱蛘呖梢源嬖诰娱g的元件或?qū)?。相反，?dāng)元件被稱為“直接在...上”、“與...直接相鄰”、“直接連接到”或“直接耦合到”其它元件或?qū)訒r(shí)，則不存在居間的元件或?qū)?。圖2示出了根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方式制作半導(dǎo)體器件工藝流程圖，圖3A-3D示出了根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方式制作半導(dǎo)體器件工藝流程中各步驟所獲得的器件的剖視圖。應(yīng)當(dāng)注意的是，半導(dǎo)體器件中的部分器件結(jié)構(gòu)可以由CMOS制作流程來(lái)制造，因此在本發(fā)明的方法之前、之中或之后可以提供額外的工藝，且其中某些工藝在此僅作簡(jiǎn)單的描述。下面將結(jié)合圖2和圖3A-3D來(lái)詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明的制作方法。執(zhí)行步驟201，提供半導(dǎo)體襯底，該半導(dǎo)體襯底上形成有偽柵極和用于形成金屬柵極的填充開口，該半導(dǎo)體襯底上還形成有包圍偽柵極和填充開口的層間介電層。如圖3A所示，半導(dǎo)體襯底300可以為以下所提到的材料中的至少一種:娃、砷化鎵、絕緣體上硅(SOI )、絕緣體上層疊硅(SSOI )、絕緣體上層疊鍺化硅(S-SiGeOI )、絕緣體上鍺化硅(SiGeOI)以及絕緣體上鍺(GeOI)等。在半導(dǎo)體襯底300中可以形成有摻雜區(qū)域(未示出)，例如N型阱區(qū)和P型阱區(qū)。此外，半導(dǎo)體襯底300中還可以包括隔離結(jié)構(gòu)305，例如淺溝槽隔離(STI)等，隔離結(jié)構(gòu)305可以由氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、氟摻雜玻璃和/或其它現(xiàn)有的低介電常數(shù)材料形成。半導(dǎo)體襯底300上形成有偽柵極301和填充開口 302。偽柵極301和填充開口 302可以分別用于形成P型金屬柵極和N型金屬柵極。具體地，偽柵極301可以用于形成P型金屬柵極，填充開口 302可以用于形成N型金屬柵極；或者填充開口 302可以用于形成P型金屬柵極，偽柵極301可以用于形成N型金屬柵極。偽柵極301的材料可以為本領(lǐng)域中常用的形成偽柵極的材料，例如多晶硅。此外，在半導(dǎo)體襯底300與偽柵極301之間以及填充開口 302底部的半導(dǎo)體襯底300上還可以形成有高介電常數(shù)層(未示出)，其厚度可以為10-30埃。高介電常數(shù)層可包含氧化鉿(HfOx),或者選擇性地包含HfSiOx、HfSiON、HfTaO、HfTiO、HfZrO或前述的組合。半導(dǎo)體襯底300中或其上還可以形成有公知的元件(未示出)，例如包括淺摻雜區(qū)、源/漏極區(qū)、P型晶體管的硅鍺元件、硅化物、接觸孔刻蝕停止層(CESL)，這些公知的元件可以進(jìn)行額外的CMOS工藝來(lái)形成。層間介電層304形成在半導(dǎo)體襯底300上且包圍偽柵極301和填充開口 302。層間介電層304可包含由高深寬比(HARP)和/或高密度等離子體(HDP)沉積工藝形成的氧化物。此外，在半導(dǎo)體襯底300上以及偽柵極301和填充開口 302的兩側(cè)還可以形成有的應(yīng)力層303，以提高溝道內(nèi)載流子的遷移率。執(zhí)行步驟202，在偽柵極和層間介電層上以及填充開口內(nèi)形成金屬層。如圖3B所示，在偽柵極301和層間介電層304上以及填充開口 302內(nèi)形成金屬層306。金屬層306可以是使用本領(lǐng)域內(nèi)常用的方法形成的，例如磁控濺射法、化學(xué)氣相沉積法或原子層沉積法等。本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以理解的是，金屬層306應(yīng)填滿填充開口，且其上表面高于填充開口 306的上表面一段距離。為了使N型金屬柵極和P型金屬柵極具有不同的功函數(shù)，金屬層306可以包括依次形成的功函數(shù)金屬層(未不出)和金屬柵極材料層(未示出)。功函數(shù)金屬層可包含例如氮化鈦、釕、鑰、鋁、氮化鎢、前述的氧化物或者硅化物的衍生物或者前述組合的單一金屬層或復(fù)合金屬層，以提高有效功函數(shù)(EWF)值。該功函數(shù)金屬層可以由原子層沉積法(ALD)、物理氣相沉積法(PVD)或其它合適技術(shù)形成。當(dāng)在填充開口302內(nèi)形成P型金屬柵極時(shí)，功函數(shù)金屬層的厚度可以約為50-100埃。當(dāng)在填充開口 302內(nèi)形成N型金屬柵極時(shí)，功函數(shù)金屬層的厚度應(yīng)當(dāng)小于P型金屬柵極的功函數(shù)金屬層的厚度，并經(jīng)熱處理工藝調(diào)整其功函數(shù)。金屬柵極材料層可以包含鋁、銅等具有良好導(dǎo)電性能的金屬。執(zhí)行步驟203，執(zhí)行化學(xué)機(jī)械研磨工藝去除填充開口以外的金屬層，以形成金屬柵極。如圖3C所示，執(zhí)行化學(xué)機(jī)械研磨工藝對(duì)半導(dǎo)體器件進(jìn)行研磨，以去除填充開口302以外的金屬層306，從而形成金屬柵極307。需要說(shuō)明的是，實(shí)際操作中很難控制化學(xué)機(jī)械研磨恰好停止在填充開口 302的上表面。通常是對(duì)半導(dǎo)體器件進(jìn)行過(guò)研磨，以保證完全去除填充開口 302以外的金屬層306，因此，本發(fā)明提供的該步驟包含過(guò)研磨步驟。金屬柵極307可以為P型金屬柵極和N型金屬柵極中的一種，而偽柵極301則用于形成P型金屬柵極和N型金屬柵極中的另一種。在研磨至露出偽柵極301的上表面或者過(guò)研磨至偽柵極301表面以下時(shí)，很容易在偽柵極301的上表面形成研磨殘留物308。通過(guò)能量色散型X射線熒光分析儀(EDX)對(duì)這些研磨殘留物308進(jìn)行化學(xué)成分分析，其結(jié)果顯示，研磨殘留物308包含Al元素。同時(shí)，對(duì)研磨殘留物308進(jìn)行PH值測(cè)試，結(jié)果顯示，其PH值小于10。由此判斷，研磨殘留物308可能主要是由氧化鋁(Al2O3)組成的。因此，選用有機(jī)堿性溶液來(lái)去除研磨殘留物308，以防止研磨殘留物308粘附在偽柵極301的表面。此外，有機(jī)堿性溶液還能避免損壞已經(jīng)形成的金屬柵極307。執(zhí)行步驟204，使用有機(jī)堿性溶液執(zhí)行清洗工藝以去除所述偽柵極表面的研磨殘留物。如圖3D所示，使用有機(jī)堿性溶液對(duì)半導(dǎo)體器件表面進(jìn)行清洗，以去除粘附在偽柵極301表面的研磨殘留物308。作為示例，有機(jī)堿性溶液可以為三乙胺溶液、吡啶溶液、環(huán)己胺溶液、苯胺溶液、N, N- 二甲基苯胺溶液和哌啶溶液中的一種或多種，以避免堿性過(guò)強(qiáng)對(duì)金屬柵極307造成損壞，堿性過(guò)小無(wú)法將研磨殘留物308去除干凈。根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方式，所述清洗工藝包括:使用去離子水對(duì)半導(dǎo)體器件表面進(jìn)行清洗；以及向半導(dǎo)體器件表面施加有機(jī)堿性溶液并對(duì)其進(jìn)行拋光。首先使用去離子水去除半導(dǎo)體器件表面的其它雜質(zhì)，然后執(zhí)行添加有機(jī)堿性溶液的拋光工藝來(lái)去除未被去離子水清洗掉的研磨殘留物308。優(yōu)選地，拋光過(guò)程中對(duì)半導(dǎo)體器件施加的下壓力為0.5-2磅/平方英寸。優(yōu)選地，拋光過(guò)程中拋光平臺(tái)的轉(zhuǎn)速為30-80轉(zhuǎn)/分鐘。根據(jù)本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施方式，所述清洗工藝包括向半導(dǎo)體器件表面施加有機(jī)堿性溶液并使用清洗工具對(duì)其進(jìn)行旋轉(zhuǎn)清洗。使用清洗工具(例如，清洗刷)在半導(dǎo)體器件表面進(jìn)行旋轉(zhuǎn)清洗，其間不斷地施加有機(jī)堿性溶液。通過(guò)清洗工具和有機(jī)堿性溶液的雙重作用，可以有效地去除研磨殘留物308。優(yōu)選地，旋轉(zhuǎn)清洗的轉(zhuǎn)速為30-200轉(zhuǎn)/分鐘。優(yōu)選地，旋轉(zhuǎn)清洗的時(shí)間為10-60秒。根據(jù)本發(fā)明再一個(gè)實(shí)施方式，所述清洗工藝包括:向半導(dǎo)體器件表面施加有機(jī)堿性溶液；以及使用濕式蝕刻清洗系統(tǒng)(Wet Bench Clean)對(duì)半導(dǎo)體器件的表面進(jìn)行清洗。通過(guò)先施加有機(jī)堿性溶液使研磨殘留物308盡量脫離與偽柵極301的粘附，然后使用濕式蝕刻清洗系統(tǒng)可以有效地去除研磨殘留物308。綜上所示，通過(guò)在執(zhí)行化學(xué)機(jī)械研磨工藝以形成金屬柵極之后，采用有機(jī)堿性溶液對(duì)半導(dǎo)體器件表面進(jìn)行清洗可以有效去除粘附在偽柵極表面的研磨殘留物，進(jìn)而避免這些研磨殘留物成為后續(xù)工藝的缺陷源，并避免阻礙后續(xù)工藝去除偽柵極。本發(fā)明已經(jīng)通過(guò)上述實(shí)施例進(jìn)行了說(shuō)明，但應(yīng)當(dāng)理解的是，上述實(shí)施例只是用于舉例和說(shuō)明的目的，而非意在將本發(fā)明限制于所描述的實(shí)施例范圍內(nèi)。此外本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解的是，本發(fā)明并不局限于上述實(shí)施例，根據(jù)本發(fā)明的教導(dǎo)還可以做出更多種的變型和修改，這些變型和修改均落在本發(fā)明所要求保護(hù)的范圍以內(nèi)。本發(fā)明的保護(hù)范圍由附屬的權(quán)利要求書及其等效范圍所界定。
權(quán)利要求
1.一種制作半導(dǎo)體器件的方法，包括: a)提供半導(dǎo)體襯底，所述半導(dǎo)體襯底上形成有偽柵極和用于形成金屬柵極的填充開口，所述半導(dǎo)體襯底上還形成有包圍所述偽柵極和所述填充開口的層間介電層； b)在所述偽柵極和所述層間介電層上以及所述填充開口內(nèi)形成金屬層； c)執(zhí)行化學(xué)機(jī)械研磨工藝去除所述填充開口以外的所述金屬層，以形成所述金屬柵極；以及 d)使用有機(jī)堿性溶液執(zhí)行清洗工藝以去除所述偽柵極表面的研磨殘留物。
2.按權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述d)步驟中的所述清洗工藝包括: 使用去離子水對(duì)所述半導(dǎo)體器件的表面進(jìn)行清洗；以及 向所述半導(dǎo)體器件的表面施加所述有機(jī)堿性溶液并對(duì)其進(jìn)行拋光。
3.按權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述拋光過(guò)程中對(duì)所述半導(dǎo)體器件施加的下壓力為0.5-2磅/平方英寸。
4.按權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述拋光過(guò)程中拋光平臺(tái)的轉(zhuǎn)速為30-80轉(zhuǎn)/分鐘。
5.按權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述d)步驟中的所述清洗工藝包括: 向所述半導(dǎo)體器件的表面施加所述有機(jī)堿性溶液并使用清洗工具對(duì)其進(jìn)行旋轉(zhuǎn)清洗。
6.按權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，所述旋轉(zhuǎn)清洗的轉(zhuǎn)速為30-200轉(zhuǎn)/分鐘。
7.按權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，所述旋轉(zhuǎn)清洗的時(shí)間為10-60秒。
8.按權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述d)步驟中的所述清洗工藝包括: 向所述半導(dǎo)體器件的表面施加所述有機(jī)堿性溶液；以及 使用濕式蝕刻清洗系統(tǒng)對(duì)所述半導(dǎo)體器件的表面進(jìn)行清洗。
9.按權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述有機(jī)堿性溶液為三乙胺溶液、吡啶溶液、環(huán)己胺溶液、苯胺溶液、N，N- 二甲基苯胺溶液和哌啶溶液中的一種或多種。
10.按權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述金屬柵極為P型金屬柵極和N型金屬柵極中的一種，所述偽柵極用于形成所述P型金屬柵極和所述N型金屬柵極中的另一種。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種制作半導(dǎo)體器件的方法，包括提供半導(dǎo)體襯底，所述半導(dǎo)體襯底上形成有偽柵極和用于形成金屬柵極的填充開口，所述半導(dǎo)體襯底上還形成有包圍所述偽柵極和所述填充開口的層間介電層；在所述偽柵極和所述層間介電層上以及所述填充開口內(nèi)形成金屬層；執(zhí)行化學(xué)機(jī)械研磨工藝去除所述填充開口以外的所述金屬層，以形成所述金屬柵極；以及使用有機(jī)堿性溶液執(zhí)行清洗工藝以去除所述偽柵極表面的研磨殘留物。通過(guò)在執(zhí)行化學(xué)機(jī)械研磨工藝以形成金屬柵極之后，采用有機(jī)堿性溶液對(duì)半導(dǎo)體器件表面進(jìn)行清洗可以有效去除粘附在偽柵極表面的研磨殘留物，進(jìn)而避免這些研磨殘留物成為后續(xù)工藝的缺陷源，并避免阻礙后續(xù)工藝去除偽柵極。
文檔編號(hào)H01L21/02GK103094210SQ20111033393
公開日2013年5月8日 申請(qǐng)日期2011年10月28日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月28日
發(fā)明者蔣莉, 黎銘琦, 朱普磊, 曹均助 申請(qǐng)人:中芯國(guó)際集成電路制造(上海)有限公司