[发明专利]在栅极最后工艺中用于去除伪多晶硅的新方法

说明书

技术领域

本发明通常涉及半导体器件领域，更具体地，涉及一种在栅极最后工 艺中去除伪多晶硅的方法。

背景技术

半导体集成电路(IC)工业已经经历了快速的发展。IC材料和设计的 技术进步已经产生了几代IC，其中，每代具有比先前代更小且更复杂的电 路。然而，这些进步增加了处理和制造IC的复杂性，且为了实现这些进步， 需要IC处理和制造的类似开发。在集成电路发展期间，功能密度(即，每 芯片区的互连器件的数目)通常增加了，而几何尺寸(即，可以使用制造 工艺生产的最小组件(或线))减少了。此按比例缩小工艺通常通过增加 生产效率和降低相关成本而提供好处。此按比例缩小还产生相对高的功率 耗散值，此可以通过使用诸如互补金属氧化物半导体(CMOS)器件的低功 率耗散器件来处理。

在按比例缩小趋势期间，可以将多种材料实施用于CMOS器件的栅电极 和栅极电介质。金属氧化物半导体(MOS)晶体管通常由多晶硅栅电极形成。 多晶硅材料由于其在高温处理期间的热阻性而被使用，这使得其能够连同 源极/漏极结构一起高温退火。此外，因为多晶硅能够在栅极图案化完成之 后易于形成自对准源极/漏极结构，所以多晶硅的阻挡掺杂原子离子注入到 通道区域中的能力是有利的。

然而，期望以用于栅电极的金属材料和用于栅极电介质的高k介电层 制造这些器件。用金属栅电极替代多晶硅栅电极以在部件尺寸继续减小时 改进器件性能可以是有利的。用于形成金属栅极的一个工艺称为“栅极最 后”工艺，其中“最后”制造最终金属栅极，此使得金属栅极上包括高温 处理的后续工艺的数目减少。在栅极最后工艺中，首先形成伪多晶硅(dummy poly)栅，且可以继续处理直到沉积层间电介质(ILD)。通常在ILD层上 执行化学机械抛光(CMP)以露出伪多晶硅栅。随后可以去除伪多晶硅栅且 以真实金属栅来替代。然而，用于去除伪多晶硅栅的传统方法耗时、昂贵 且效率低。因此，所需要的是栅极最后工艺中用于去除伪多晶硅栅的新方 法。

发明内容

考虑到上述问题而做出本发明，为此，根据本发明的实施例，提供了 一种制造半导体器件的方法，其包括：通过一个循环从位于衬底上的栅极 结构中去除硅材料，包括：蚀刻硅材料以去除其一部分，其中衬底以旋转 速率旋转；将清洁剂施加至衬底；以及干燥衬底；以及重复循环，其中， 随后循环包括用于使衬底在蚀刻期间旋转的随后旋转速率，且随后旋转速 率不超过先前循环的旋转速率。

在该方法中，蚀刻硅材料包括使用第一蚀刻剂的第一蚀刻工艺和使用 第二蚀刻剂的第二蚀刻工艺。第一蚀刻剂包括氟化合物。第一蚀刻剂包括 具有约1∶500比例的稀释氢氟酸(DHF)。以约23℃的温度执行第一蚀刻 工艺且执行约10秒的周期。

此外，在该方法中，第二蚀刻剂包括胺衍生物，胺衍生物包括NH₄OH、 NH₃(CH₃)OH、NH₂(CH₃)₂OH、NH(CH₃)₃OH、N(CH₃)₄OH及其组合中的一 个。第二蚀刻剂包括具有约1∶100比例的NH₄OH。以约50℃的温度执行 第二蚀刻工艺并且执行约20秒的周期。

此外，将清洁剂施加至衬底包括以下步骤之一：将多个受压去离子水 (DIW)滴喷射至衬底；将包括CO₂和DIW的混合物施加至衬底；以及它 们的组合。

根据本发明的另一实施例，提供了一种制造半导体器件的方法，包括： 通过一个循环去除位于衬底上的伪栅结构的多晶硅材料，包括：使用第一 蚀刻剂执行第一蚀刻工艺，其中衬底以第一旋转速率旋转；将清洁剂施加 至衬底；使用第二蚀刻剂执行第二蚀刻工艺，其中衬底以第二旋转速率旋 转；以及干燥衬底；以及重复循环，其中，随后循环包括降低或维持先前 循环的第一旋转速率，且降低或维持先前周期的第二旋转速率。

在该方法中，第一蚀刻剂包括氟化合物。第二蚀刻剂包括胺衍生物。

此外，将清洁剂施加至衬底包括以下步骤之一：将多个受压去离子水 (DIW)滴喷射至衬底；将包括CO₂和DIW的混合物施加至衬底；以及它 们的组合。