晶体管的制造方法与流程

本发明涉及半导体制造领域，特别涉及一种晶体管的制造方法。

背景技术：

随着集成电路制造技术的不断发展，MOS晶体管的特征尺寸也越来越小，为了降低MOS晶体管栅极的寄生电容、提高器件速度，高K栅介电层与金属栅极的栅极结构被引入到MOS晶体管中。

“后栅(Gate-Last)”工艺被广泛地应用于高K栅介电层与金属栅极的制造工艺中。与“前栅(Gate-First)”工艺相比，后栅工艺制作的器件可以避免源区或漏区退火对晶体管其他结构的影响。因此采用后栅工艺制作的器件稳定性更高。

参考图1至图3，示出了现有技术中工艺中一种晶体管的制造方法各个步骤的示意图。

参考图1，形成基底10，所述基底10内形成有伪栅12和层间介质层13，所述层间介质层13与所述伪栅12齐平，所述层间介质层13上形成有保护层14。

参考图2，依次去除所述伪栅12和所述保护层14，形成凹槽15。

参考图3，向所述凹槽15内填充导电材料，形成栅极20。

但是现有技术形成的晶体管，容易出现层间介质层13被过度去除，而引起导电材料残留在层间介质层13表面的问题。

技术实现要素：

本发明解决的问题是提供一种晶体管的制造方法，减少在伪栅去除过程中层间介质层的过度去除。

为解决上述问题，本发明提供一种晶体管的制造方法，包括：

形成基底，所述基底内形成有伪栅以及位于伪栅之间的层间介质层；

去除所述伪栅，在伪栅原位置处形成凹槽；

形成凹槽后采用清洗气体对所述基底进行清洗，所述清洗气体包括NF₃；

完成清洗后向所述凹槽内填充导电材料，形成栅极。

可选的，采用清洗气体对所述基底进行清洗的步骤包括：所述NF₃气体的流速为10～50sccm。

可选的，采用清洗气体对所述基底进行清洗的步骤包括：在通入NF₃的过程中还通入氩气或氦气。

可选的，所述氩气或氦气的流速为50～300sccm。

可选的，采用清洗气体对所述基底进行清洗的步骤包括：采用同步脉冲等离子体的方式进行清洗。

可选的，所述同步脉冲等离子体的脉冲频率在5KHz到20KHz范围内。

可选的，所述同步脉冲等离子体的脉冲占空比在30％到75％范围内。

可选的，所述伪栅的材料为非晶硅。

可选的，所述层间介质层的材料为氧化硅。

可选的，形成基底的步骤包括：提供衬底；在所述衬底上形成伪栅；在所述伪栅之间的衬底上形成层间介质层；在所述层间介质层表面覆盖保护层。

可选的，在所述层间介质层表面覆盖保护层的步骤包括：所述保护层材料为光刻胶。

可选的，去除所述伪栅的步骤包括：以所述保护层和层间介质层为掩模进行刻蚀，去除所述伪栅；去除所述保护层。

可选的，去除所述伪栅和所述保护层的步骤包括：采用干法刻蚀工艺去除所述伪栅和所述保护层。

可选的，采用干法刻蚀工艺去除所述伪栅的步骤包括：刻蚀气体包括氦气、氧气、溴化氢气体。

可选的，去除所述保护层的步骤包括：刻蚀气体包括氮气。

可选的，采用清洗气体对所述基底进行清洗的步骤之后，向所述凹槽内填充导电材料的步骤之前，所述制造方法还包括：采用灰化或湿法工艺对所 述基底进行清洗。

与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下优点：

本发明通过在去除伪栅和保护层后，采用包括有NF₃的清洗气体对所述基底进行清洗。与现有技术中常用的CF₄相比，NF₃清洗气体中含F量较低，因此能够有效避免层间介质层在伪栅去除过程中被过度刻蚀，避免后续填充的导电材料在层间介质层表面的残余，提高半导体器件的良品率，降低器件制造成本。

可选的，在本发明的可选方案中，在采用清洗气体对所述基底进行干法清洗的步骤之后，还会采用灰化或湿法工艺对所述基底进行进一步的清洗。NF₃中的N能够有效的去除残余的保护层，能够减少残留在保护层表面的F，从而避免在灰化或湿法工艺过程中残留在保护层表面的F导致层间介质层的去除，能够进一步减少层间介质层的损失。

可选的，在本发明的可选方案中，所述清洗气体为同步脉冲等离子体气体，即采用同步脉冲的方式进行清洗气体的输入。同步脉冲式的输入清洗气体能够使清洗气体得到充分的弛豫时间，能够使清洗气体与基底上的残留物充分反应，从而使清洗更彻底、更均匀。

附图说明

图1至图4是现有技术中工艺中一种晶体管的制造方法各个步骤的示意图；

图5至图9是本发明晶体管制造方法一实施例各个步骤的结构示意图。

具体实施方式

由背景技术可知，现有技术中晶体管的制造方法容易产生层间介质层被过度刻蚀的问题。现结合现有技术晶体管的制造过程分析层间介质层过度刻蚀问题的原因：

参考图1至图3，现有技术制造晶体管的过程中，在去除伪栅12，去除保护层14的过程中，往往会在层间介质层13表面形成残余，为了提高所制造晶体管的性能，一般会在去除伪栅12和保护层14的步骤之后，在填充导 电材料形成栅极20的步骤之前，往往会采用包含有CF₄的气体对刻蚀完成的基底进行刻蚀后处理(Post Etch Treatment,PET)。但是由于CF₄中的含氟量较高，因此氟容易残留在基底表面，容易造成层间介质层13在刻蚀后处理的过程中被过度去除。

如图4所示的现有技术中，层间介质层13在去刻蚀后处理的清洗过程中被过度去除，容易在层间介质层13表面形成台阶状的结构。当填充导电材料形成栅极20后，在所述层间介质层13表面容易形成较厚的导电材料残余(如图4中圈21中所示)，从而影响了层间介质层13的电隔离性能，进而影响所制造的晶体管的性能，降低了器件制造良品率。

此外，在填充导电材料形成栅极后会进行化学机械研磨以进行平坦化。较厚的导电材料残余也限制了化学机械研磨的工艺窗口，这是因为需要具有足够多的过研磨量(Over Polish)才能去除导电材料残余，这样就限制了化学机械研磨的下限。

为解决所述技术问题，本发明提供一种晶体管的制造方法，包括：

形成基底，所述基底内形成有伪栅以及位于伪栅之间的层间介质层；去除所述伪栅，在伪栅原位置处形成凹槽；形成凹槽后采用清洗气体对所述基底进行清洗，所述清洗气体包括NF₃；完成清洗后向所述凹槽内填充导电材料，形成栅极。

本发明通过在去除伪栅和保护层后，采用包括有NF₃的清洗气体对所述基底进行清洗。与现有技术中常用的CF₄相比，NF₃清洗气体中含F量较低，因此能够有效避免层间介质层在伪栅去除过程中被过度刻蚀，避免后续填充的导电材料在层间介质层表面的残余，提高半导体器件的良品率，降低器件制造成本。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施例做详细的说明。

参考图5至图9，示出了本发明晶体管制造方法一实施例各个步骤的结构示意图。

参考图5，形成基底100，所述基底100内形成有伪栅120以及位于所述 伪栅120之间的层间介质层130。

具体的，本实施例中，所述层间介质层130与所述伪栅120顶部齐平，所述层间介质层130表面还形成有保护层140。

因此，本实施例中，形成基底100的步骤包括：

提供衬底110；

在所述衬底上110形成伪栅120；

在所述伪栅120之间的衬底110上形成层间介质层130；

在所述层间介质层130上形成保护层140。

所述衬底110为后续半导体工艺的工作平台。所述衬底110的材料选自单晶硅、多晶硅、或者非晶硅；所述衬底110也可以选择硅、锗、砷化镓或者硅锗化合物；所述衬底110还可以选择具有外延层或外延层上硅结构；所述衬底110还可以是其他半导体材料，本发明对此不做任何限定。

伪栅120在后续工艺中需去除，在伪栅的原位置处形成栅极。后续工艺去除伪栅120再次形成栅极能够避免制造过程中的工艺步骤对晶体管其他结构的影响。具体的，本实施例中，所述伪栅120的材料为非晶硅。

具体的，形成伪栅120的步骤包括：在衬底110上形成伪栅材料层，之后刻蚀所述伪栅材料层以形成伪栅120。

需要说明的是，刻蚀所述伪栅材料层以形成所述伪栅120的步骤包括在所述伪栅材料层上形成图形化的光刻胶，以所述图形化光刻胶为掩模，采用干法工艺对所述伪栅材料层进行刻蚀以形成伪栅120。

刻蚀完成后，形成露出所述衬底110的伪栅120。

层间介质层130用于实现器件之间的电隔离。本实施例中，所述层间介质层130的材料为氧化硅。此外，所述层间介质层130还可以是低K介质材料或超低K介质材料，例如掺杂的氧化硅或有机聚合物等，本发明对此不做限制。具体的，所述层间介质层130可以采用化学气相沉积、物理气相沉积、原子层沉积或炉管等方式形成，本发明对此也不做限制。

所述保护层140用于在后续去除所述伪栅120的过程中保护所述层间介质层130免受影响。具体的，本实施例中，所述保护层140为光刻胶，可以通过光刻胶旋涂工艺在所述层间介质层130上形成所述保护层140。

需要说明的是，本实施例中，在所述伪栅120之间的衬底110上形成层间介质层130的步骤之后，在所述层间介质层130上形成保护层140的步骤之前，所述制造方法还包括：采用化学机械研磨的方法使所述层间介质层130表面与所述伪栅120表面齐平。

参考图6和图7，去除所述伪栅120，在所述伪栅120原位置处形成凹槽150。

具体的，采用干法刻蚀工艺去除所述伪栅120。

需要说明的是，本实施例中，所述层间介质层130表面还形成有保护层140。因此，去除所述伪栅120的步骤包括：

以所述保护层140和层间介质层130为掩模进行刻蚀，去除所述伪栅120；

之后，去除所述保护层140。

具体的，参考图6，以所述保护层140和所述层间介质层130为掩模进行刻蚀，去除所述伪栅120，在所述伪栅120原位置处形成露出衬底110的凹槽150。

具体的，本实施例中，采用干法刻蚀工艺去除所述伪栅120以获得具有较高垂直侧壁的凹槽150。所述干法刻蚀工艺过程中所采用的刻蚀气体包括氦气、氧气、溴化氢气体。

其中，溴化氢作为主要刻蚀气体，能够在等离子体状态下与非晶硅材料的伪栅120发生化学反应，使所述伪栅120被刻蚀去除；氩气用于垂直轰击伪栅120表面，达到各向异性刻蚀的目的；此外，在干法刻蚀过程中通入的氧气，会与硅以及溴化氢形成聚合物160，附着在所述凹槽150的侧壁，以提高去除伪栅120刻蚀的各向异性能力。

结合参考图7，去除所述伪栅120之后，去除所述保护层140。

具体的，本实施例中，采用干法刻蚀的方法去除所述保护层140。具体的， 干法刻蚀工艺中所采用的刻蚀气体包含氮气。

需要说明的是，去除所述保护层140的过程中，除了需要去除所述保护层140之后，还需要清理工艺过程中所产生的聚合物170，由于所述聚合物170中可能包括含有硅。因此在去除保护层140的过程中采用氮气能够有效维持聚合物170以及刻蚀气体之间的平衡，实现聚合物170的清理。

结合参考图8，形成凹槽150后采用清洗气体300对所述基底100进行清洗，所述清洗气体包括NF₃。

具体的，为了进一步去除工艺过程中所产生的残留物170，在去除伪栅120和保护层140的步骤之后，在形成栅极的步骤之前，还需要对去除了伪栅120和保护层140的基底100进行刻蚀后处理，以获得更清洁的基底100，提高所形成器件的性能，提高制造器件的良品率。

本实施例中，采用清洗气体300对所述基底进行刻蚀后处理，所述清洗气体包括NF₃。

与现有技术中常用的CF₄相比，NF₃中氟的含量较低，因此在进行刻蚀后处理的过程中，可以有效的减少层间介质层130的损失，从而避免层间介质层130被过度去除，有利于避免形成栅极后在层间介质层130表面残留导电材料，有利于提高所制造晶体管的良品率。

此外，NF₃中的N能够更彻底的去除残留物170，以避免层间介质层130在后续工艺中被残留物170表面吸附的氟离子去除，这也有利于避免后续工艺过程中层间介质层130被过度去除。具体的，在对所述基底100进行刻蚀后处理的步骤之后，本实施例中，所述制造方法还包括采用灰化或湿法工艺对所述基底100进行更彻底的清洗。清洗气体300中的氟离子较容易吸附在残留物170的表面，当后续采用湿法工艺进行清洗的过程中，吸附在残留物170表面的氟离子容易与水汽发生反应，形成HF。HF对层间介质层130具有腐蚀性，会使层间介质层130在后续更彻底的清洗过程中被去除，造成层间介质层130的过度去除。因此，采用NF₃更彻底的去除残留物160，能够减少层间介质层130的损失，提高器件制造良品率。

具体的，所述NF₃气体的流速为10～50sccm，较小的NF₃气体流速能够使 清洗气体与残余物反应完全，以提高清洁效果，提高晶体管性能。

需要说明的是，本实施例中，采用清洗气体300对所述基底100进行清洗的步骤还包括：采用同步脉冲等离子体(synchronous pulsing plasma)的方式对所述基底100进行清洗。具体的，采用清洗气体300对所述基底100进行清洗的过程中，源电压和偏压同步停止，以形成脉冲式的等离子体。采用同步脉冲等离子体的方式对刻蚀后的基底100进行刻蚀后处理的好处在于，在源电压和偏置电压均停止的时候，能够使清洗气体300中的电子与中子充分弛豫，使清洗气体300与残留物160反应更充分，从而能够提高刻蚀后处理的均匀性，提高刻蚀后处理的清洗效果。

具体的，所述同步脉冲等离子体的脉冲频率(pulse frequence)为5KHz到20KHz范围内，脉冲占空比(pulse duty cycle)为30％到75％范围内。但是所述同步脉冲等离子体的脉冲频率和脉冲占空比均可以根据制造工艺的实际情况加以调整以获得更好的处理效果，本发明对此不做限制。

还需要说明的是，本实施例中，所述清洗气体300还可以包括氩气或氦气。所述氩气或氦气的加入，能够轰击所述残留物170，以提高所述刻蚀后处理的清洗效果。具体的，所述氩气或氦气的流速为50～300sccm。

接着结合参考图9，完成清洁后向所述凹槽150内填充导电材料以形成栅极200。

需要说明的是，本实施例中，在采用清洗气体对所述基底100进行清洗的步骤之后，向所述凹槽150内填充导电材料以形成栅极200的步骤之前，所述制造方法还包括：采用灰化或湿法工艺对所述基底100进行清洗。

采用灰化或湿法工艺进一步对所述基底100进行清洗，能够进一步去除前述刻蚀过程、清洗过程中在所述基底100上的残留，进一步提高所制造晶体管的性能，提高器件制造良品率。

本实施例中，所述导电材料可以为金属材料，包括铝、铜、银、金、铂、镍、钛、氮化钛、氮化铊、铊、碳化铊、氮硅化铊、钨、氮化钨、硅化钨的一种或多种。所述形成栅极200的方法为本领域技术人员的公知技术，在此不再详述。

综上，本发明通过在去除伪栅和保护层后，采用包括有NF₃的清洗气体对所述基底进行清洗。与现有技术中常用的CF₄相比，NF₃清洗气体中含F量较低，因此能够有效避免层间介质层在伪栅去除过程中被过度刻蚀，避免后续填充的导电材料在层间介质层表面的残余，提高半导体器件的良品率，降低器件制造成本。此外，在本发明的可选方案中，在采用清洗气体对所述基底进行干法清洗的步骤之后，还会采用灰化或湿法工艺对所述基底进行进一步的清洗。NF₃中的N能够有效的去除残余的保护层，能够减少残留在保护层表面的F，从而避免在灰化或湿法工艺过程中残留在保护层表面的F导致层间介质层的去除，能够进一步减少层间介质层的损失。而且，在本发明的可选方案中，所述清洗气体为同步脉冲等离子体气体，即采用同步脉冲的方式进行清洗气体的输入。同步脉冲式的输入清洗气体能够使清洗气体得到充分的弛豫时间，能够使清洗气体与基底上的残留物充分反应，从而使清洗更彻底、更均匀。

虽然本发明披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。