一種半導(dǎo)體器件的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體器件的制備方法，包括：提供半導(dǎo)體襯底，所述半導(dǎo)體襯底上形成有虛擬柵極介電層；去除所述虛擬柵極介電層，以露出所述半導(dǎo)體襯底；在露出的所述半導(dǎo)體襯底上形成化學(xué)氧化物層；執(zhí)行熱處理步驟，以在所述化學(xué)氧化物層表面形成熱氧化物層；對所述熱氧化物層進行濕法清洗，以降低所述化學(xué)氧化物層和所述熱氧化物層的總厚度。本發(fā)明中首先形成化學(xué)氧化物層，通過RTO進一步形成熱氧化物層，選用氨水和雙氧水混合液對所述熱氧化物層和化學(xué)氧化物層進行濕法清洗，以降低其厚度，通過所述方法不僅能夠達到制備工藝的需要，而且還具有良好的穩(wěn)定性，降低了柵極向襯底漏電的問題。
【專利說明】一種半導(dǎo)體器件的制備方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及半導(dǎo)體領(lǐng)域，具體地，本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體器件的制備方法。

【背景技術(shù)】
[0002]在集成電路制造領(lǐng)域，隨著MOS晶體管的不斷縮小，尤其是納米級工藝中，各種因為器件的物理極限所帶來的負面效應(yīng)不可避免，器件的特征尺寸按比例縮小變得困難，其中MOS晶體管器件及其電路制造領(lǐng)域容易出現(xiàn)從柵極向襯底的漏電問題。
[0003]當前工藝的解決方法是采用高K柵極材料和金屬柵的方法，在金屬柵極的制備過程中由于器件尺寸的進一步縮小，使得柵極核心氧化物層(core gate oxide)的厚度進一步減小，進而選用化學(xué)氧化(chemical oxide)以及高K柵極材料相結(jié)合的方法來代替柵氧化物層，以獲得更小的漏電電流以及高的漏極電流(Idsat)。
[0004]現(xiàn)有技術(shù)中制備所述器件的方法如圖1a-1c所示，參照圖la，首先在半導(dǎo)體襯底101中形成隔離結(jié)構(gòu)，然后在所述襯底上形成虛擬柵極氧化物層103，在所述襯底上NMOS區(qū)域以及PMOS區(qū)域上分別形成NMOS虛擬柵極20以及PMOS虛擬柵極10，然后沉積層間介電層102 ;參照圖lb，蝕刻去除所述NMOS虛擬柵極20以及PMOS虛擬柵極10，至所述虛擬柵極氧化物層103，以形成溝槽20 '和溝槽10 ';參照圖lc，去除所述溝槽20 '和溝槽10 '中位于核心區(qū)的虛擬柵極氧化物層103，露出所述半導(dǎo)體襯底101，參照圖ld，在所述溝槽20,和溝槽1(Τ中形成化學(xué)氧化物層(chemical oxide)，例如通過D103、SPM或SCl等方法形成。
[0005]雖然通過上述方法形成的化學(xué)氧化物層具有很薄的厚度，能夠達到器件的尺寸要求，但是所述方法形成的化學(xué)氧化物層的穩(wěn)定性以及可靠性均低于現(xiàn)有技術(shù)中通過熱氧化得到的氧化層，導(dǎo)致器件性能降低。
[0006]因此，隨著半導(dǎo)體器件尺寸的不斷縮小，需要對現(xiàn)有技術(shù)做進一步的改進，以便在保證柵氧化物層的厚度滿足尺寸需要的同時能夠具有良好的穩(wěn)定性，以提高器件的性能和良率。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]在
【發(fā)明內(nèi)容】
部分中引入了一系列簡化形式的概念，這將在【具體實施方式】部分中進一步詳細說明。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的技術(shù)方案的保護范圍。
[0008]為了解決上述問題，本發(fā)明提供了一種半導(dǎo)體器件的制備方法，包括:
[0009]提供半導(dǎo)體襯底，所述半導(dǎo)體襯底上形成有虛擬柵極介電層；
[0010]去除所述虛擬柵極介電層，以露出所述半導(dǎo)體襯底；
[0011]在露出的所述半導(dǎo)體襯底上形成化學(xué)氧化物層；
[0012]執(zhí)行熱處理步驟，以在所述化學(xué)氧化物層表面形成熱氧化物層；
[0013]對所述熱氧化物層進行濕法清洗，以降低所述化學(xué)氧化物層和所述熱氧化物層的總厚度。
[0014]作為優(yōu)選，選用氨水和雙氧水的混合溶液對所述熱氧化物層進行濕法清洗。
[0015]作為優(yōu)選，所述半導(dǎo)體襯底上還形成有虛擬柵極，所述虛擬柵極位于所述虛擬柵極介電層上方。
[0016]作為優(yōu)選，在去除所述虛擬柵極介電層之前還包括去除所述虛擬柵極的步驟。
[0017]作為優(yōu)選，選用濕法蝕刻去除所述虛擬柵極，或者先干法蝕刻再濕法蝕刻去除所述虛擬柵極。
[0018]作為優(yōu)選，所述濕法蝕刻中選用TMAH。
[0019]作為優(yōu)選，選用稀釋的氫氟酸去除所述虛擬柵極介電層。
[0020]作為優(yōu)選，形成所述化學(xué)氧化物層的方法為:
[0021]選用濃度為10-80PPM的臭氧水作為反應(yīng)液，噴至露出的所述半導(dǎo)體襯底上，在室溫下反應(yīng)l_5min，以形成所述化學(xué)氧化物層。
[0022]作為優(yōu)選，形成所述化學(xué)氧化物層的方法為:
[0023]選用體積比為H2SO4:H202=1-5:1H2SO4和H2O2的反應(yīng)液進行反應(yīng)，控制反應(yīng)溫度為120-180°C，反應(yīng)時間為l_5min，以形成所述化學(xué)氧化物層。
[0024]作為優(yōu)選，形成所述化學(xué)氧化物層的方法為:
[0025]選用體積比為NH40H:H202:H20=1: 1-4:50-200的反應(yīng)液進行反應(yīng)，控制反應(yīng)溫度為25-40°C，反應(yīng)時間為l_5min，以形成所述化學(xué)氧化物層。
[0026]作為優(yōu)選，選用氨水和雙氧水混合液進行濕法清洗的步驟為:
[0027]選用體積比為NH40H:H202:H20=1: 1-4:50-200的反應(yīng)液進行反應(yīng)，控制反應(yīng)溫度為25-40°C，反應(yīng)時間為l_5min，以降低所述化學(xué)氧化物層和所述熱氧化物層的厚度。
[0028]作為優(yōu)選，選用氨水和雙氧水混合液對所述熱氧化物層進行濕法清洗，將所述化學(xué)氧化物層和所述熱氧化物層的總厚度降低至8埃。
[0029]作為優(yōu)選，所述熱氧化步驟中選用快速熱氧化方法。
[0030]作為優(yōu)選，對所述熱氧化物層進行濕法清洗之后，所述方法還包括形成金屬柵極結(jié)構(gòu)的步驟。
[0031]本發(fā)明為了解決現(xiàn)有技術(shù)中化學(xué)氧化物層作為柵極介電層穩(wěn)定性太差，而熱氧化物層厚度太大的問題，首先形成化學(xué)氧化物層，通過RTO進一步形成熱氧化物層，然后執(zhí)行對所述熱氧化物層進行濕法清洗，對所述熱氧化物層和化學(xué)氧化物層進行濕法清洗，以降低其厚度，通過所述方法不僅能夠達到制備工藝的需要，而且還具有良好的穩(wěn)定性，降低了柵極向襯底漏電的問題；此外通過所述濕法清洗可以使所述化學(xué)氧化物層和熱氧化物層組成的柵極介電層表面更加平滑，而且表面具有更多的OH鍵，在后續(xù)形成金屬柵極的過程中使沉積的高K介電層具有更好的性能。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0032]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)明的實施例及其描述，用來解釋本發(fā)明的裝置及原理。在附圖中，
[0033]圖1a-1c為現(xiàn)有技術(shù)中制備所述半導(dǎo)體器件的過程示意圖；
[0034]圖1a-1g為本發(fā)明一實施例中制備所述半導(dǎo)體器件的過程示意圖；
[0035]圖2為本發(fā)明一實施例中制備所述半導(dǎo)體器件工藝流程示意圖。

【具體實施方式】
[0036]在下文的描述中，給出了大量具體的細節(jié)以便提供對本發(fā)明更為徹底的理解。然而，對于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言顯而易見的是，本發(fā)明可以無需一個或多個這些細節(jié)而得以實施。在其他的例子中，為了避免與本發(fā)明發(fā)生混淆，對于本領(lǐng)域公知的一些技術(shù)特征未進行描述。
[0037]為了徹底理解本發(fā)明，將在下列的描述中提出詳細的描述，以說明本發(fā)明所述半導(dǎo)體器件的制備方法。顯然，本發(fā)明的施行并不限于半導(dǎo)體領(lǐng)域的技術(shù)人員所熟習(xí)的特殊細節(jié)。本發(fā)明的較佳實施例詳細描述如下，然而除了這些詳細描述外，本發(fā)明還可以具有其他實施方式。
[0038]應(yīng)予以注意的是，這里所使用的術(shù)語僅是為了描述具體實施例，而非意圖限制根據(jù)本發(fā)明的示例性實施例。如在這里所使用的，除非上下文另外明確指出，否則單數(shù)形式也意圖包括復(fù)數(shù)形式。此外，還應(yīng)當理解的是，當在本說明書中使用術(shù)語“包含”和/或“包括”時，其指明存在所述特征、整體、步驟、操作、元件和/或組件，但不排除存在或附加一個或多個其他特征、整體、步驟、操作、元件、組件和/或它們的組合。
[0039]現(xiàn)在，將參照附圖更詳細地描述根據(jù)本發(fā)明的示例性實施例。然而，這些示例性實施例可以多種不同的形式來實施，并且不應(yīng)當被解釋為只限于這里所闡述的實施例。應(yīng)當理解的是，提供這些實施例是為了使得本發(fā)明的公開徹底且完整，并且將這些示例性實施例的構(gòu)思充分傳達給本領(lǐng)域普通技術(shù)人員。在附圖中，為了清楚起見，夸大了層和區(qū)域的厚度，并且使用相同的附圖標記表示相同的元件，因而將省略對它們的描述。
[0040]參照圖la，首先提供半導(dǎo)體襯底101，在所述半導(dǎo)體襯底上形成虛擬柵極結(jié)構(gòu)；
[0041]具體地，所述半導(dǎo)體襯底可以是以下所提到的材料中的至少一種:硅、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。在本發(fā)明中優(yōu)選絕緣體上硅(S0I)，所述絕緣體上硅(SOI)從下往上依次為支撐襯底、氧化物絕緣層以及半導(dǎo)體材料層，為了簡化所述圖形，在所述圖形中僅以襯底101代替，但并不局限于上述示例。
[0042]在所述半導(dǎo)體襯底101中形成隔離結(jié)構(gòu)，所述隔離結(jié)構(gòu)為淺溝槽隔離(STI)結(jié)構(gòu)或者局部氧化硅(LOCOS)隔離結(jié)構(gòu)。在本發(fā)明中優(yōu)選形成淺溝槽隔離，所述半導(dǎo)體襯底中還形成有各種阱(well)結(jié)構(gòu)及襯底表面的溝道層。一般來說，形成阱(well)結(jié)構(gòu)的離子摻雜導(dǎo)電類型與溝道層離子摻雜導(dǎo)電類型相同，但是濃度較柵極溝道層低，離子注入的深度泛圍較廣，同時需達到大于隔離結(jié)構(gòu)的深度，在所述半導(dǎo)體襯底中形成PMOS區(qū)和NMOS區(qū)。
[0043]在所述NMOS區(qū)以及PMOS區(qū)形成NMOS虛擬柵極20和PMOS虛擬柵極10:
[0044]具體地，首先在所述半導(dǎo)體襯底101上形成虛擬柵極氧化物層103，作為優(yōu)選，所述氧化物層為S12層，所述S12層通過快速熱氧化工藝(RTO)來形成，其厚度為8-50埃，但并不局限于該厚度。
[0045]然后在所述虛擬柵極氧化物層103上沉積柵極材料層，所述柵極材料包含但不限于硅、多晶硅、摻雜的多晶硅和多晶硅-鍺合金材料(即，具有從每立方厘米大約IX118到大約I X 122個摻雜原子的摻雜濃度)以及多晶硅金屬硅化物(polycide)材料(摻雜的多晶硅/金屬硅化物疊層材料)。
[0046]類似地，也可以采用數(shù)種方法的任何一個形成前述材料。非限制性實例包括自對準金屬硅化物方法。通常，所述柵極材料包括具有厚度從大約50埃到大約2000埃的摻雜的多晶硅材料。
[0047]所述多晶硅柵極材料的形成方法可選用低壓化學(xué)氣相淀積(LPCVD)工藝。形成所述多晶硅層的工藝條件包括:反應(yīng)氣體為硅烷(SiH4)，所述硅烷的流量范圍可為100?200立方厘米/分鐘(sccm)，如150sccm ;反應(yīng)腔內(nèi)溫度范圍可為700?750攝氏度；反應(yīng)腔內(nèi)壓力可為250?350mTorr，如300mTorr ;所述反應(yīng)氣體中還可包括緩沖氣體，所述緩沖氣體可為氦氣(He)或氮氣,所述氦氣和氮氣的流量范圍可為5?20升/分鐘(slm)，如8slm、1slm 或 15slm。
[0048]然后對所述柵極材料層進行蝕刻，NMOS虛擬柵極20和PMOS虛擬柵極10，具體地，在本發(fā)明的實施例中，首先在所述柵極材料層上形成圖案化的光刻膠層，所述光刻膠層定義了所述虛擬柵極的形狀以及關(guān)鍵尺寸的大小，以所述光刻膠層為掩膜蝕刻所述柵極材料層以及柵極氧化物層102，形成NMOS虛擬柵極20和PMOS虛擬柵極10，然后去除所述光刻膠層，所述光刻膠層的去除方法可以選用氧化灰化法，還可以選用本領(lǐng)域中常用的其他方法，在此不再贅述。
[0049]其中所述NMOS虛擬柵極20和PMOS虛擬柵極10上還進一步形成偏移側(cè)墻(offsetspacer)。偏移側(cè)墻的材料可以是氮化硅，氧化硅或者氮氧化硅等絕緣材料。偏移側(cè)墻可以提高形成的晶體管的溝道長度，減小短溝道效應(yīng)和由于短溝道效應(yīng)引起的熱載流子效應(yīng)。作為優(yōu)選，在本發(fā)明的一具體地實施方式中所述偏移側(cè)墻包括氮化硅和氧化硅的組合。
[0050]進一步，在所述多晶硅柵極上形成間隙壁，在所述NMOS虛擬柵極20和PMOS虛擬柵極10的偏移側(cè)墻上形成間隙壁，所述間隙壁可以為氧化硅、氮化硅、氮氧化硅中一種或者它們組合構(gòu)成。作為本實施例的一個優(yōu)化實施方式，所述間隙壁為氧化硅、氮化硅共同組成。
[0051 ] 形成輕摻雜源極/漏極(LDD)于NMOS虛擬柵極20和PMOS虛擬柵極10兩側(cè)的襯底中。所述形成LDD的方法可以是離子注入工藝或擴散工藝。所述LDD注入的離子類型根據(jù)將要形成的半導(dǎo)體器件的電性決定，即形成的器件為NMOS器件，則LDD注入工藝中摻入的雜質(zhì)離子為磷、砷、銻、鉍中的一種或組合；若形成的器件為PMOS器件，則注入的雜質(zhì)離子為硼。根據(jù)所需的雜質(zhì)離子的濃度，離子注入工藝可以一步或多步完成。
[0052]作為優(yōu)選，為了提高PMOS區(qū)域的壓應(yīng)力，還可以進一步在PMOS虛擬柵極10的兩側(cè)形成凹槽，優(yōu)選形成“ Σ ”形凹槽，然后在所述的凹槽中外延生在SiGe。
[0053]具體地，蝕刻所述PMOS柵極結(jié)構(gòu)兩側(cè)的源漏區(qū)，形成凹陷，具體地，在所述NMOS柵極結(jié)構(gòu)以及源漏區(qū)上形成光刻膠掩膜層，作為蝕刻保護層，然后蝕刻形成凹陷，在本發(fā)明中優(yōu)選形成“ Σ ”形凹陷，在該步驟中可以選用干法蝕刻所述PMOS源漏區(qū)，在所述干法蝕刻中可以選用CF4、CHF3,另外加上N2、CO2, O2中的一種作為蝕刻氣氛，其中氣體流量為CF410-200sccm，CHF310-200sccm，N2 或 CO2 或 0210_400sccm，所述蝕刻壓力為 30_150mTorr，蝕刻時間為5-120s，優(yōu)選為5-60s，更優(yōu)選為5-30s。
[0054]在本發(fā)明中所述SiGe可以選用減壓外延、低溫外延、選擇外延、液相外延、異質(zhì)外延、分子束外延中的一種。
[0055]接著，在所述半導(dǎo)體襯底上沉積層間介質(zhì)層102，然后執(zhí)行平坦化步驟至所述NMOS虛擬柵極20和PMOS虛擬柵極10的頂部。作為優(yōu)選所述層間介質(zhì)層102為氧化物，例如二氧化硅等，該層間介質(zhì)層的形成方法可以選用常規(guī)沉積方法。
[0056]參照圖1b，去除所述NMOS虛擬柵極20和PMOS虛擬柵極10中的柵極材料，以形成溝槽20 ,和溝槽10 ,，露出所述虛擬柵極氧化物層103。
[0057]具體地，在該步驟中選用濕法蝕刻或者先干法蝕刻后濕法蝕刻去除所述NMOS虛擬柵極20和PMOS虛擬柵極10中的柵極材料層。
[0058]當選用濕法蝕刻時，在該步驟中選用TMAH溶液蝕刻去除所述NMOS虛擬柵極20和PMOS虛擬柵極10中的柵極材料，作為優(yōu)選，所述TMAH溶液的質(zhì)量分數(shù)為0.1%_10%，所述濕法蝕刻溫度為25-90°C，所述濕法蝕刻時間為lOs-lOOOs，在該步驟中蝕刻至所述虛擬柵極氧化物層103。
[0059]作為另外一種實施方式，還可以先干法蝕刻后濕法蝕刻去除所述柵極材料，選用干法蝕刻時，可以選用HBr作為主要蝕刻氣體；還包括作為刻蝕補充氣體的O2或么!.，其可以提高刻蝕的品質(zhì)。然后再選用濕法蝕刻，濕法蝕刻時選用四甲基氫氧化氨(TMAH)作為蝕刻液，同時還可以加入Κ0Η，在該步驟中優(yōu)選蝕刻溫度為20-60°C。
[0060]參照圖lc，去除所述虛擬柵極氧化物層103，以露出所述半導(dǎo)體襯底101。
[0061]具體地，蝕刻去除溝槽20 '和溝槽10 '中所暴露出的核心區(qū)的虛擬柵極氧化物層103，而保留所述偏移側(cè)墻以及間隙壁底下的所述虛擬柵極氧化物層103，僅僅去除所述中心區(qū)域暴露的所述虛擬柵極氧化物層103至所述半導(dǎo)體襯底101。
[0062]在該步驟中選用稀的HF溶液進行蝕刻，稀釋氫氟酸DHF進行蝕刻，作為優(yōu)選，所述稀釋氫氟酸DHF的組成為HF:H20=1: (100-500),以去除所述露出的所述虛擬柵極氧化物層103，所述蝕刻溫度為20-25°C，蝕刻時間并局限于某一范圍，完全去除暴露的虛擬柵極氧化物層103即可。
[0063]參照圖ld，在所述露出的半導(dǎo)體襯底上形成化學(xué)氧化物層104。
[0064]具體地，所述溝槽20 ,和溝槽10 ,中的半導(dǎo)體襯底101上形成化學(xué)氧化物層104(chemical oxide),形成所述化學(xué)氧化物層104的方法可以選用濕的臭氧水(D13)、硫酸和雙氧水混合液(SPM)或氨水和雙氧水混合液(SCl)中的一種。
[0065]其中，所述濕的D13時，將濃度為10-80PPM的D13溶液噴至所述溝槽20 '和溝槽10 '中，在室溫下反應(yīng)l-5min，即可在所述半導(dǎo)體襯底上形成化學(xué)氧化物層104。
[0066]或者選用SPM的方法，所述SPM中選用H2SO4和H2O2的混合溶液進行反應(yīng)，所述液體的體積比H2SO4:H202=1-5:1，所述方法中反應(yīng)溫度為120-180°C，反應(yīng)時間為l_5min。
[0067]或者選用SCI (NH4OH和H2O2的混合溶液)方法，其方法為選用體積比組成為NH4OHIH2O2: H2O=1:1-4:50-200的反應(yīng)液進行反應(yīng)，以在所述襯底上形成化學(xué)氧化物層104，在該方法中選用的反應(yīng)溫度為25-40°C，反應(yīng)時間為l_5min。需要說明的是形成化學(xué)氧化物層104的方法并不局限于上述三種，還可以選用其他方法。
[0068]參照圖1e,執(zhí)行快速熱氧化(rapid thermal oxidize,RT0)步驟，以形成熱氧化物層 105。
[0069]具體地，在該步驟中選用快速熱氧化步驟，使氧氣透過所述化學(xué)氧化物層104和半導(dǎo)體襯底101中的硅發(fā)生反應(yīng)，形成硅氧化物的熱氧化物層105，其中，所述熱氧化物層105相對于所述化學(xué)氧化物層104具有更好的穩(wěn)定性，但是其厚度較大，不能滿足高集成度的需求。
[0070]所述快速熱氧化步驟可以選用常規(guī)的快速熱氧化方法進行，在本發(fā)明的一【具體實施方式】中選用O2或者含有O2的氣氛對所述器件進行熱處理，所述熱處理溫度在800-1500°C，優(yōu)選為1100-1200°C，處理時間為2_30min，經(jīng)過所述處理在所述襯底上形成厚度為2-8埃的氧化物層，作為優(yōu)選，所述熱氧化物層105的厚度為5埃。
[0071]參照圖1f，對所述熱氧化物層104進行濕法清洗，以降低所述化學(xué)氧化物層104和熱氧化物層105的厚度。
[0072]具體地，在執(zhí)行RTO步驟之后，形成的熱氧化物層105的厚度太大，不滿足尺寸縮小的器件的要求，因此在形成所述熱氧化物層105的厚度之后做進一步處理，以降低所述化學(xué)氧化物層104和熱氧化物層105的厚度，以滿足器件制備的需求。
[0073]作為優(yōu)選，選用SCl進行濕法清洗，將所述化學(xué)氧化物層104和熱氧化物層105的厚度降低至5-10埃，進一步，將所述化學(xué)氧化物層104和熱氧化物層105的厚度降低至8埃。
[0074]在該步驟中選用標準清洗液I進行濕法清洗，其體積比組成為NH4OH:H2O2:H2O=1: 1-4:50-200的反應(yīng)液進行反應(yīng)，其中，所述NH4OH的質(zhì)量分數(shù)為27%，所述H2O2的質(zhì)量分數(shù)為30%，以對所述化學(xué)氧化物層104進行濕法清洗，在該方法中選用的蝕刻溫度為25-40°C，蝕刻時間為l-5min。
[0075]通過所述SCl濕法清洗不僅使所述化學(xué)氧化物層104和熱氧化物層105的厚度減小，達到制備工藝的需要，而且通過所述濕法清洗可以使所述化學(xué)氧化物層104和熱氧化物層105組成的柵極介電層表面更加平滑，而且表面具有更多的OH鍵，在后續(xù)形成金屬柵極的過程中使沉積的高K介電層具有更好的性能。
[0076]參照圖lg，在所述溝槽20 ,和溝槽10 ,中形成NMOS金屬柵極以及PMOS金屬柵極。
[0077]具體地，所述方法還包括在所述溝槽20 ,和溝槽10 ,中沉積高K介電層、覆蓋層、金屬柵極等步驟:
[0078]在所述溝槽2(Τ和溝槽1(Τ中形成柵極介電層，優(yōu)選高K介電層來形成所述柵極介電層，例如用在HfO2中引入S1、Al、N、La、Ta等元素并優(yōu)化各元素的比率來得到的高K材料等。
[0079]形成所述高K介電層的方法可以是物理氣相沉積工藝或原子層沉積工藝。在本發(fā)明的實施例中，在凹槽中形成HfAlON柵極介電層，其厚度為15到60埃。
[0080]然后，在高K介電層上形成柵極堆棧結(jié)構(gòu)的覆蓋層，作為優(yōu)選，所述覆蓋層可以選用TiN，作為進一步的優(yōu)選，還可以在所述覆蓋層上形成擴散阻擋層，可以是TaN層或AlN層。在本發(fā)明的一個實施例中，在CVD反應(yīng)腔中進行所述TaN層或AlN層的沉積，所選擇的工藝條件包括壓強為1-100乇，溫度為500-1000攝氏度。所沉積的TaN層或AlN層具有10-50埃的厚度。
[0081]最后形成金屬柵極，所述金屬柵極通過沉積多個薄膜堆棧形成，所述薄膜包括功函數(shù)金屬層，阻擋層和導(dǎo)電層。所述阻擋層包括TaN、TiN、TaC, TaSiN、WN、TiAl、TiAlN或上述的組合。所述沉積阻擋層方法非限制性實例包括化學(xué)氣相沉積法(CVD)，如低溫化學(xué)氣相沉積(LTCVD)、低壓化學(xué)氣相沉積(LPCVD)、快熱化學(xué)氣相沉積(LTCVD)、等離子體化學(xué)氣相沉積(PECVD)。
[0082]在本發(fā)明的一個實施例中使用原子層沉積(ALD)、濺鍍及物理氣相沉積(PVD)的方法，所形成的阻擋層的厚度在10-100埃之間。所述功函數(shù)金屬層包括一層或多層金屬層。所述金屬層可以是TiN、TaN、TiN和TaN、上述的組合。所述金屬層可以用ALD、PVD或CVD的方法形成。優(yōu)選地，所述功函數(shù)金屬層的厚度在10-200埃之間。所述導(dǎo)電層可以是鋁層，也可以是銅或鎢層。在本發(fā)明的一個實施例中使用Al形成所述導(dǎo)電層，可以用CVD或PVD的方法進行沉積。在該導(dǎo)電層形成之后，在300-500攝氏度溫度下進行退火。其在含氮環(huán)境中反應(yīng)的時間為10-60分鐘。最后進行導(dǎo)電層的平坦化，以除去溝槽以外的導(dǎo)電層而形成金屬柵極。
[0083]本發(fā)明為了解決現(xiàn)有技術(shù)中化學(xué)氧化物層作為柵極介電層穩(wěn)定性太差，而熱氧化物層厚度太大的問題，首先形成化學(xué)氧化物層，通過RTO進一步形成熱氧化物層，然后對所述熱氧化物層進行濕法清洗以降低其厚度，通過所述方法不僅能夠達到制備工藝的需要，而且還具有良好的穩(wěn)定性，降低了柵極向襯底漏電的問題；此外通過所述濕法清洗可以使所述化學(xué)氧化物層和熱氧化物層組成的柵極介電層表面更加平滑，而且表面具有更多的OH鍵，在后續(xù)形成金屬柵極的過程中使沉積的高K介電層具有更好的性能。
[0084]圖2為本發(fā)明一具體地實施方式中制備所述半導(dǎo)體器件的工藝流程圖；包括以下步驟:
[0085]步驟201提供半導(dǎo)體襯底，所述半導(dǎo)體襯底上形成有虛擬柵極介電層；
[0086]步驟202去除所述虛擬柵極介電層，以露出所述半導(dǎo)體襯底；
[0087]步驟203在露出的所述半導(dǎo)體襯底上形成化學(xué)氧化物層；
[0088]步驟204執(zhí)行熱處理步驟，以在所述化學(xué)氧化物層表面形成熱氧化物層；
[0089]步驟205執(zhí)行對所述熱氧化物層進行濕法清洗，以降低所述化學(xué)氧化物層和所述熱氧化物層的總厚度。
[0090]本發(fā)明已經(jīng)通過上述實施例進行了說明，但應(yīng)當理解的是，上述實施例只是用于舉例和說明的目的，而非意在將本發(fā)明限制于所描述的實施例范圍內(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)明所要求保護的范圍以內(nèi)。本發(fā)明的保護范圍由附屬的權(quán)利要求書及其等效范圍所界定。
【權(quán)利要求】
1.一種半導(dǎo)體器件的制備方法,包括: 提供半導(dǎo)體襯底，所述半導(dǎo)體襯底上形成有虛擬柵極介電層； 去除所述虛擬柵極介電層，以露出所述半導(dǎo)體襯底； 在露出的所述半導(dǎo)體襯底上形成化學(xué)氧化物層； 執(zhí)行熱處理步驟，以在所述化學(xué)氧化物層表面形成熱氧化物層； 對所述熱氧化物層進行濕法清洗，以降低所述化學(xué)氧化物層和所述熱氧化物層的總厚度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，選用氨水和雙氧水的混合溶液對所述熱氧化物層進行濕法清洗。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述半導(dǎo)體襯底上還形成有虛擬柵極，所述虛擬柵極位于所述虛擬柵極介電層上方。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，在去除所述虛擬柵極介電層之前還包括去除所述虛擬柵極的步驟。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，選用濕法蝕刻去除所述虛擬柵極，或者先干法蝕刻再濕法蝕刻去除所述虛擬柵極。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，所述濕法蝕刻中選用TMAH。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，選用稀釋的氫氟酸去除所述虛擬柵極介電層。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，形成所述化學(xué)氧化物層的方法為: 選用濃度為10-80PPM的臭氧水作為反應(yīng)液，噴至露出的所述半導(dǎo)體襯底上，在室溫下反應(yīng)l-5min,以形成所述化學(xué)氧化物層。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，形成所述化學(xué)氧化物層的方法為: 選用體積比為H2SO4:H202=1-5:1的反應(yīng)液進行反應(yīng)，控制反應(yīng)溫度為120-180°C，反應(yīng)時間為l_5min，以形成所述化學(xué)氧化物層。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，形成所述化學(xué)氧化物層的方法為: 選用體積比為NH4OH: H2O2: H2O= 1: 1-4:50-200的反應(yīng)液進行反應(yīng)，控制反應(yīng)溫度為25-40°C，反應(yīng)時間為l_5min，以形成所述化學(xué)氧化物層。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，選用氨水和雙氧水混合液進行濕法清洗的步驟為: 選用體積比為NH4OH: H2O2: H2O=1:1-4:50-200的反應(yīng)液進行反應(yīng)，控制反應(yīng)溫度為25-40°C，反應(yīng)時間為l_5min，以降低所述化學(xué)氧化物層和所述熱氧化物層的厚度。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，選用氨水和雙氧水混合液對所述熱氧化物層進行濕法清洗，將所述化學(xué)氧化物層和所述熱氧化物層的總厚度降低至8埃。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述熱氧化步驟中選用快速熱氧化方法。
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，對所述熱氧化物層進行濕法清洗之后，所述方法還包括形成金屬柵極結(jié)構(gòu)的步驟。
【文檔編號】H01L21/8238GK104425231SQ201310411063
【公開日】2015年3月18日 申請日期:2013年9月10日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月10日
【發(fā)明者】劉煥新 申請人:中芯國際集成電路制造(上海)有限公司