柵極制作方法
【專利摘要】一種柵極制作方法，其特征在于，包括提供襯底；在所述襯底表面形成柵介質層；對所述柵介質層表面進行還原氣體焙烤；對所述柵介質層表面進行吹掃；在所述柵介質層上形成犧牲層；去除所述犧牲層；在去除所述犧牲層后的柵介質層表面上形成柵極層；圖形化所述柵極層以形成柵極。本發(fā)明的技術方案具有以下優(yōu)點：在對柵介質層的表面進行還原氣體焙烤和吹掃處理后，在所述柵介質層的表面形成一層犧牲層，并去除所述犧牲層，使得柵介質層的表面的雜質得到去除，減小了后續(xù)步驟中在所述柵介質層表面形成柵極層時產生凸起缺陷的幾率。
【專利說明】柵極制作方法

【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及半導體制造技術，具體涉及一種柵極制作方法。

【背景技術】
[0002]隨著集成電路制造技術的不斷革新，集成電路中的各種元件的尺寸不斷縮小，同時功能化密度不斷增大。在按比例縮小的原則下不斷發(fā)展的集成電路制造技術提高了生產效率，降低了制造成本；同時，也帶來了高功耗的問題。通過應用具有低功耗特點的半導體器件，例如，互補金屬氧化物半導體(Complementary Metal Oxide Semiconductor, CMOS)器件具有較低的功耗。
[0003]在半導體器件上形成柵極層的過程當中，在柵極層上容易產生凸起缺陷(BumpDefect)。
[0004]如圖1和圖2所示為現有的半導體器件形成柵極的方法，這種方法先是在半導體器件的襯底I上形成半導體材料層4 (如圖1所示)，這種方法形成的半導體材料層4上很容易產生凸起缺陷3，進而致使最后形成的柵極5上也帶有所述凸起缺陷3 (如圖2所示)。
[0005]由于半導體器件特征尺寸變小，所述凸起缺陷對半導體器件的影響將更為明顯，尤其會影響到半導體器件的成品良率；此時，對于柵極層的要求也相應的變高。
[0006]在此同時，對半導體器件所采用的晶圓之間厚度的統一性控制、晶圓的厚度、尺寸的控制以及形成柵極層的溫度等條件控制要求也變得越來越嚴格。


【發(fā)明內容】

[0007]本發(fā)明解決的問題是提供一種柵極制作方法，以減少所形成的柵極層上的凸起缺陷，包括以下步驟:
[0008]提供襯底；
[0009]在所述襯底表面形成柵介質層；
[0010]在所述柵介質層上形成犧牲層；
[0011]去除所述犧牲層；
[0012]在去除所述犧牲層后的柵介質層表面上形成柵極層；
[0013]圖形化所述柵極層以形成柵極。
[0014]可選的，形成柵介質層的步驟包括，采用高介電常數材料制成所述柵介質層。
[0015]可選的，在所述柵介質層上形成犧牲層之前，還包括:對所述柵介質層表面進行還原氣體焙烤、對所述柵介質層表面進行吹掃中的一項或者多項。
[0016]可選的，還原氣體焙烤的步驟包括，采用氫氣或者氘氣對所述柵介質層的表面進行焙烤。
[0017]可選的，焙烤溫度在400?800攝氏度的范圍，焙烤壓強在0.1?700托的范圍。
[0018]可選的，對柵介質層的表面進行吹掃的步驟包括，采用氯化氫氣體或者二氯乙烷氣體中的一種或多種對柵介質層的表面進行吹掃。
[0019]可選的，吹掃時的溫度在400?800攝氏度的范圍，壓強在0.1?700托的范圍。
[0020]可選的，形成犧牲層的步驟包括，所述犧牲層為非晶硅犧牲層或者多晶硅犧牲層。
[0021]可選的，形成犧牲層的步驟包括，采用硅烷氣體或者乙硅烷氣體或者二氯硅烷氣體形成所述犧牲層。
[0022]可選的，形成犧牲層的步驟包括，采用低壓化學氣相沉積的方法形成所述犧牲層。
[0023]可選的，采用低壓化學氣相沉積的步驟包括，低壓化學氣相沉積時的沉積溫度在450?750攝氏度的范圍，沉積壓力在0.1?300托的范圍。
[0024]可選的，形成犧牲層的步驟包括，所述犧牲層的厚度在50?300埃的范圍。
[0025]可選的，去除所述犧牲層的步驟包括，采用濕法刻蝕去除所述犧牲層。
[0026]可選的，采用四甲基氫氧化銨溶液去除所述犧牲層，所述四甲基氫氧化銨溶液的濃度為2.37%，蝕刻溫度在60?70攝氏度的范圍，蝕刻時間在10?60秒。
[0027]可選的，采用氫氧化銨去除所述犧牲層，蝕刻溫度在60?70攝氏度的范圍，蝕刻時間在10?60秒的范圍。
[0028]可選的，采用氯化氫去除所述犧牲層，蝕刻溫度在450?750攝氏度的范圍，蝕刻壓強在0.1?300托的范圍。
[0029]可選的，所述柵極層形成在晶圓上，形成柵極層的步驟包括:在腔體中設置單個晶圓，在所述單個晶圓上形成柵極層；或者，在腔體或者爐管中設置多個晶圓，在所述多個晶圓上同時形成柵極層。
[0030]可選的，形成柵極層的步驟包括，采用硅烷氣體或者乙硅烷氣體或者二氯硅烷氣體形成所述柵極層。
[0031]可選的，形成柵極層的步驟包括，采用低壓化學氣相沉積的方法形成所述犧牲層，沉積時的溫度在450?750攝氏度的范圍，沉積壓強在0.1?300托的范圍。
[0032]可選的，所述柵極層為非晶硅柵極層或者多晶硅柵極層。
[0033]與現有技術相比，本發(fā)明的技術方案具有以下優(yōu)點:
[0034]在所述柵介質層的表面形成一層犧牲層，并去除所述犧牲層，使得柵介質層的表面的雜質得到去除，減小了后續(xù)步驟中在所述柵介質層表面形成柵極層時產生凸起缺陷的幾率。
[0035]進一步，采用氫氣或者氘氣對所述柵介質層表面進行焙烤，可以去除所述柵介質層表面的碳、氧等雜質。
[0036]進一步，采用氯化氫氣體或者二氯乙烷氣體對所述柵介質層表面進行吹掃，可以去除所述柵介質層表面的金屬雜質。
[0037]進一步，對柵介質層的表面進行還原氣體焙烤和吹掃處理，從而進一步去除所述柵介質層表面的殘余雜質。
[0038]進一步，濕法刻蝕對于所述犧牲層的選擇性好，采用濕法刻蝕去除所述犧牲層可快速完全地去除所述犧牲層，且對于犧牲層下方的柵介質層的損傷小。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0039]圖1至圖2是現有技術制作柵極的示意圖；
[0040]圖3是本發(fā)明柵極制作方法一實施例的流程示意圖；
[0041]圖4至圖10是本發(fā)明柵極制作方法一實施例形成柵極的示意圖。

【具體實施方式】
[0042]現有的制作柵極的方法易在柵極層上形成凸起缺陷，進而影響最后形成的半導體器件的性能。
[0043]經分析，在形成所述柵極層的過程中，在形成柵極層的生長表面上，所述凸起缺陷多形成在殘留有雜質的部位，原因在于這些殘留的雜質容易使沉積物的晶粒成核速率加快而產生堆積，進而產生所述凸起缺陷。
[0044]進一步的，所述凸起缺陷將帶入之后的柵極層的圖形化步驟當中，使得最終形成的柵極也帶有所述的凸起缺陷，嚴重影響了整個半導體器件的性能。
[0045]為了解決上述技術問題，本發(fā)明提供一種柵極制作方法。
[0046]如圖3所示為本發(fā)明柵極制作方法一實施例的流程圖:
[0047]步驟SI，提供襯底；
[0048]步驟S2，在所述襯底表面形成柵介質層；
[0049]步驟S3，對所述柵介質層表面進行還原氣體焙烤；
[0050]步驟S4，對所述柵介質層表面進行吹掃；
[0051]步驟S5，在所述柵介質層上形成犧牲層；
[0052]步驟S6，去除所述犧牲層；
[0053]步驟S7，在去除所述犧牲層后的柵介質層表面上形成柵極層；
[0054]步驟S8，圖形化所述柵極層以形成柵極。
[0055]通過上述還原氣體焙烤步驟和吹掃步驟，可以較為徹底的去除殘留在所述柵介質層表面的雜質，通過所述以及形成所述犧牲層的步驟，可以進一步吸附殘留在所述柵介質層表面的雜質，通過去除所述犧牲層可以將雜質連同所述犧牲層一通去除，為后續(xù)步驟的所述柵極層的生長提供條件，進而減小在后續(xù)步驟中形成柵極層時產生所述凸起缺陷的幾率。
[0056]為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點能夠更為明顯易懂，下面結合附圖對本發(fā)明的具體實施例做詳細的說明。
[0057]參見圖4，執(zhí)行步驟SI，提供襯底100。
[0058]在本實施例中，所述襯底100采用硅襯底，但是，所述襯底100還可以采用其它半導體材料，對此本發(fā)明不做任何限制。
[0059]在本實施例中，還包括以下分步驟:
[0060]在所述襯底100經過淺槽隔離技術(Shallow Trench Isolat1n, STI)加工,形成淺槽隔離區(qū)域，所述隔離區(qū)域內填充有隔離介質材料101，以形成淺槽隔離結構。
[0061]需要說明的是，所述分步驟僅用于為本實施例中形成半導體器件提供條件，本發(fā)明對所述分步驟不做限制，還可以是不經過淺槽隔離直接進行后續(xù)的步驟。
[0062]繼續(xù)參照圖4，執(zhí)行步驟S2，在所述襯底表面形成柵介質材料；
[0063]對所述柵介質材料圖形化后，去除覆蓋在所述隔離介質材料101上方的部分柵介質材料，進而得到如圖4中所示的，僅覆蓋所述襯底100表面的柵介質層110。
[0064]在本實施例中，所述柵介質層110采用具有高介電常數的氧化物材料氮化鈦(TiN)0但是，所述柵介質層110還可以采用其它高介電常數的氧化物材料，本發(fā)明對此不做限制。
[0065]同時，本發(fā)明對是否采用具有高介電常數的材料形成所述柵介質層110不做限制。
[0066]如圖5所示，步驟S3，對所述柵介質層110的表面進行還原氣體130焙烤。還原氣體130與所述柵介質層110表面殘留的雜質反應，以去這些雜質，為后續(xù)步驟中柵極層的生長提供一個較為干凈的表面。
[0067]所述雜質通常來自于形成襯底之前的工藝設備(如蝕刻機臺、清洗機臺等)，或者來自于周圍環(huán)境，所述雜質主要包括:
[0068]碳、氧離子等雜質；
[0069]所述柵介質層110表面由于氧化所產生的自然氧化層(native oxide)；
[0070]痕量金屬離子(trace metal)以及金屬氧化物等雜質。
[0071]在本實施例中，所述還原氣體130為氫氣，采用氫氣130焙烤所述柵介質層110的好處在于，所述氫氣具有較強的還原性以及良好的載氣性能(Carrier Gas)，采用氫氣作為還原氣體，能夠比較完全的去除所述柵介質層110表面上述雜質。
[0072]但是，所述還原氣體130并不僅限于氫氣，還可以是如氘氣(D2)等還原性較強的氣體。
[0073]在本實施例中，焙烤時的溫度保持在400?800攝氏度的范圍內，焙烤壓強保持在0.1?700托的范圍內，溫度過低或者是壓強過小將導致還原程度不足，而溫度過高或者壓強過大則可能會影響到襯底100以及柵介質層110本身的特性。
[0074]參照圖6，執(zhí)行步驟S4，對所述柵介質層110的表面進行吹掃，以進一步去除附著在所述柵介質層110表面的雜質；這些雜質主要是一些痕量金屬離子雜質，這些痕量金屬離子雜質與吹掃氣體140反應，轉變?yōu)榻饘倩衔锊⒈凰龃祾邭怏w140帶走，為后續(xù)步驟形成柵極層提供一個較為干凈的生長表面。
[0075]在本實施例中，采用氯化氫氣體(HCL)對柵介質層的表面進行吹掃，以較為快速徹底的去除所述痕量金屬離子。所述痕量金屬離子雜質與氯化氫氣體反應，例如，鈉離子與氯化氫氣體反應生成氯化鈉，并被所述氯化氫氣體帶走。
[0076]但是，本發(fā)明對吹掃用的氣體種類不做限制，所述吹掃用的氣體還可以是其它能夠與所述痕量金屬離子反應的氣體如二氯乙烯氣體(DCE，Si2-H2Cl2X
[0077]在本實施例中，在吹掃過程中保持溫度在400?800攝氏度的范圍內，同時保持壓強在在0.1?700托的范圍內，以便于較為完全地去除殘留在所述柵介質層110表面的痕量金屬離子(trace metal)。
[0078]特別需要說明的是，所述對所述柵介質層表面進行還原氣體焙烤的步驟S3以及所述對所述柵介質層表面進行吹掃的步驟S4的順序可以相互調換，也就是說，可以是本實施例的先進行步驟S3，再進行步驟S4，也可以是先進行步驟S4，在進行步驟S3。由于這兩個步驟的目的均為去除所述柵介質層110表面上的雜質，調換兩個步驟S3和S4的順序不會影響后續(xù)柵極層的形成。
[0079]如圖7所示，執(zhí)行步驟S5，在所述柵介質層上形成犧牲層150，所述犧牲層150用于對殘留在所述柵介質層110上的雜質進行吸附。
[0080]在本實施例中，采用硅烷(SiH4)氣體形成所述犧牲層150，此外，在本發(fā)明的其它實施例中，還可以采用乙硅烷(Si2H6)或者二氯硅烷(H2Cl2Si, DCS)氣體形成所述犧牲層150。
[0081]在本實施例中，形成的犧牲層150為多晶硅(poly-Si)犧牲層，但是本發(fā)明對此不作限制，所述犧牲層150還可以是如非晶硅(a-Si)犧牲層等其它半導體材料的犧牲層。
[0082]由于之前對所述柵介質層110表面進行還原氣體焙烤的步驟(步驟S3)以及對柵介質層I1表面進行吹掃的步驟(步驟S4)已經對所述柵介質層110表面的雜質進行了清除，但是仍然有可能有少數的雜質殘留在所述柵介質層110表面，所述犧牲層150在形成時，這些少數的雜質會進入到所述犧牲層150中并對所述犧牲層150的形成產生影響，使所述犧牲層150的成核速率加快，進而產生堆積，因此，在犧牲層150的表面可能形成如圖7所示的凸起缺陷50。
[0083]參考圖8所示，執(zhí)行步驟S6，去除所述犧牲層150 (包括犧牲層150上形成的凸起缺陷50)，以將犧牲層150吸附的雜質去除，使得所述柵介質層110的表面上沒有殘留雜質。
[0084]在本實施例中，通過濕法蝕刻去除所述犧牲層150，濕法刻蝕具有較好的選擇性，能夠快速去除整層犧牲層150，且對于下方的柵介質層110的損傷很小。
[0085]但是，本發(fā)明對于去除所述犧牲層150的方法不做限制，還可以采用其他方法(如干法蝕刻)等去除所述犧牲層150。
[0086]在本實施例中，濕法蝕刻的蝕刻劑采用四甲基氫氧化銨溶液(TMAH)，所述四甲基氫氧化銨溶液的濃度為2.37%，蝕刻時的溫度保持在60?70攝氏度的范圍，蝕刻時間在10?60秒。
[0087]采用四甲基氫氧化銨溶液的好處在于，四甲基氫氧化銨溶液具有強堿性，且蝕刻過程較為穩(wěn)定，且能夠快速有效的去除所述犧牲層150。
[0088]但是，本發(fā)明對蝕刻劑和蝕刻溫度和蝕刻時間不做限制，在本發(fā)明的其它實施例中，可以采用但不限于以下方法:
[0089]采用氫氧化銨(NH4OH)去除所述犧牲層150，蝕刻時的溫度保持在60?70攝氏度的范圍，蝕刻時間在10?60秒的范圍。
[0090]采用氯化氫(HCL)去除所述犧牲層，蝕刻時的溫度保持在450?750攝氏度的范圍，蝕刻壓強保持在0.1?300托的范圍。
[0091 ] 如圖9所示，執(zhí)行步驟S5，在去除所述犧牲層150后的柵介質層110表面上形成柵極層120。
[0092]在本實施例中，形成柵極層120的步驟可以在設置有單片晶圓的腔體內進行。但是，在其它實施例中也可以通過批量工具如爐管(furnace)等，同時設置多個晶圓并在這些晶圓上上形成所述柵極層120，本發(fā)明對此不作限制。
[0093]在本實施例中，采用硅烷(SiH4)氣體形成所述柵極層120，此外，在本發(fā)明的其它實施例中，還可以采用乙硅烷(Si2H6)或者二氯硅烷(H2Cl2Si, DCS)氣體形成所述柵極層120，本發(fā)明對此不作限制。
[0094]在本實施例中，形成的所述柵極層120為多晶硅(Poly-Si)，但是，本發(fā)明對此不做限制，形成的所述柵極層120還可以是如非晶硅(a-Si)等其它半導體材料的其它柵極層。
[0095]繼續(xù)參考參考圖9，在本實施例中，采用低壓化學氣相沉積(Low PressureChemical Vapor Deposit1n, LPCVD)的方法形成所述柵極層120,采用LPCVD的好處在于能夠在較低的氣壓下形成的具有良好的階梯覆蓋性能和電學特性的柵極層120。
[0096]但是，本發(fā)明對于形成所述柵極層的沉積方法不做限制，所述柵極層120還可以是由常壓化學氣相淀積(Atmospheric, Pressure Chemical Vapor Deposit1n, APCVD)等其它沉積方法形成。
[0097]在本實施例中，沉積時的溫度保持在450?750攝氏度的范圍內，沉積壓強保持在0.1?300托的范圍內，在所述溫度和壓強范圍內進行沉積有利于形成分布均勻的柵極層120。
[0098]由于在之前的步驟中對所述柵介質層110表面進行了還原氣體焙烤和吹掃的預處理，并形成犧牲層150吸附殘留在柵介質層150上的雜質，在去除所述犧牲層150后，柵介質層110的表面殘留雜質得到清除，進而使沉積形成的柵極層120上發(fā)生晶粒堆積的幾率減小，柵極層120上帶有所述凸起缺陷50的幾率將大幅度降低。
[0099]參見圖10所示，執(zhí)行步驟S6，圖形化所述柵極層120以形成柵極121。
[0100]但是本發(fā)明對此不做任何限制，還可以采用其他圖形化方法形成所述柵極121。
[0101]另外需要說明的是，以上步驟可以在同一腔室內進行，也可以分別在不同腔室進行，本發(fā)明對此不做限制。
[0102]雖然本發(fā)明披露如上，但本發(fā)明并非限定于此。任何本領域技術人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內，均可作各種更動與修改，因此本發(fā)明的保護范圍應當以權利要求所限定的范圍為準。
【權利要求】
1.一種柵極制作方法，其特征在于，包括以下步驟: 提供襯底； 在所述襯底表面形成柵介質層； 在所述柵介質層上形成犧牲層； 去除所述犧牲層； 在去除所述犧牲層后的柵介質層表面上形成柵極層； 圖形化所述柵極層以形成柵極。
2.如權利要求1所述的方法，其特征在于，形成柵介質層的步驟包括，采用高介電常數材料制成所述柵介質層。
3.如權利要求1所述的方法，其特征在于，在所述柵介質層上形成犧牲層之前，還包括:對所述柵介質層表面進行還原氣體焙烤、對所述柵介質層表面進行吹掃中的一項或者多項。
4.如權利要求3所述的方法，其特征在于，還原氣體焙烤的步驟包括，采用氫氣或者氘氣對所述柵介質層的表面進行焙烤。
5.如權利要求4所述的方法，其特征在于，焙烤溫度在400?800攝氏度的范圍，焙烤壓強在0.1?700托的范圍。
6.如權利要求3所述的方法，其特征在于，對柵介質層的表面進行吹掃的步驟包括，采用氯化氫氣體或者二氯乙烷氣體中的一種或多種對柵介質層的表面進行吹掃。
7.如權利要求6所述的方法，其特征在于，吹掃時的溫度在400?800攝氏度的范圍，壓強在0.1?700托的范圍。
8.如權利要求1所述的方法，其特征在于，形成犧牲層的步驟包括，所述犧牲層為非晶硅犧牲層或者多晶硅犧牲層。
9.如權利要求8所述的方法，其特征在于，形成犧牲層的步驟包括，采用硅烷氣體或者乙硅烷氣體或者二氯硅烷氣體形成所述犧牲層。
10.如權利要求1或8或9任一項所述的方法，其特征在于，形成犧牲層的步驟包括，采用低壓化學氣相沉積的方法形成所述犧牲層。
11.如權利要求10所述的方法，其特征在于，采用低壓化學氣相沉積的步驟包括，低壓化學氣相沉積時的沉積溫度在450?750攝氏度的范圍，沉積壓力在0.1?300托的范圍。
12.如權利要求1述的方法，其特征在于，形成犧牲層的步驟包括，所述犧牲層的厚度在50?300埃的范圍。
13.如權利要求1所述的方法，其特征在于，去除所述犧牲層的步驟包括，采用濕法刻蝕去除所述犧牲層。
14.如權利要求13所述的方法，其特征在于，采用四甲基氫氧化銨溶液去除所述犧牲層，所述四甲基氫氧化銨溶液的濃度為2.37%，蝕刻溫度在60?70攝氏度的范圍，蝕刻時間在10?60秒。
15.如權利要求13所述的方法，其特征在于，采用氫氧化銨去除所述犧牲層，蝕刻溫度在60?70攝氏度的范圍，蝕刻時間在10?60秒的范圍。
16.如權利要求13所述的方法，其特征在于，采用氯化氫去除所述犧牲層，蝕刻溫度在450?750攝氏度的范圍，蝕刻壓強在0.1?300托的范圍。
17.如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述柵極層形成在晶圓上，形成柵極層的步驟包括:在腔體中設置單個晶圓，在所述單個晶圓上形成柵極層；或者，在腔體或者爐管中設置多個晶圓，在所述多個晶圓上同時形成柵極層。
18.如權利要求1所述的方法，其特征在于，形成柵極層的步驟包括，采用硅烷氣體或者乙硅烷氣體或者二氯硅烷氣體形成所述柵極層。
19.如權利要求1所述的方法，其特征在于，形成柵極層的步驟包括，采用低壓化學氣相沉積的方法形成所述犧牲層，沉積時的溫度在450?750攝氏度的范圍，沉積壓強在0.1?300托的范圍。
20.如權利要求1或19任一項所述的方法，其特征在于，所述柵極層為非晶硅柵極層或者多晶硅柵極層。
【文檔編號】H01L21/8238GK104465518SQ201310439144
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2013年9月24日 優(yōu)先權日:2013年9月24日
【發(fā)明者】何永根 申請人:中芯國際集成電路制造(上海)有限公司