一种提高湿法蚀刻效率的方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及半导体制造工艺，具体而言涉及一种提高用于去除硅层的湿法蚀刻效 率的方法。
【背景技术】
[0002] 在下一代集成电路的制造工艺中，对于互补金属氧化物半导体（CMOS)的栅极的制 作，通常采用高k-金属栅极工艺。对于工艺节点为32nm以下的CMOS而言，所述高k-金属 栅极工艺通常为后栅极工艺，其实施过程为先高k介电层后金属栅极和后高k介电层后金 属栅极两种。前者的实施过程包括：在半导体衬底上形成伪栅极结构，所述伪栅极结构由 自下而上层叠的界面层、高k介电层、覆盖层（capping layer)和牺牲栅极材料层构成；在 伪栅极结构的两侧形成侧壁结构，之后去除伪栅极结构中的牺牲栅极材料层，在侧壁结构 之间留下的沟槽内依次沉积功函数金属层（workfunction metal layer)、阻挡层（barrier layer)和浸润层（wetting layer);进行金属栅极材料(通常为铝）的填充。后者的实施过 程包括：在半导体衬底上形成伪栅极结构，所述伪栅极结构由自下而上层叠的牺牲介电层 和牺牲栅极材料层构成；在伪栅极结构的两侧形成侧壁结构，之后去除伪栅极结构中的牺 牲介电层和牺牲栅极材料层，在侧壁结构之间留下的沟槽内依次沉积界面层、高k介电层、 覆盖层、功函数金属层、阻挡层和浸润层；进行金属栅极材料的填充。随着半导体器件特征 尺寸的不断缩减，实施后高k介电层后金属栅极工艺时，在去除牺牲介电层和牺牲栅极材 料层之后进行金属栅极材料的填充之前，需要依次沉积界面层、高k介电层、覆盖层、功函 数金属层、阻挡层和浸润层，所述沉积的工艺窗口受到伪栅极结构特征尺寸的极大限制，实 施所述沉积之后将会影响后续金属栅极材料的正常填充，而实施先高k介电层后金属栅极 工艺时，在去除牺牲栅极材料层之后进行金属栅极材料的填充之前，只需依次沉积功函数 金属层、阻挡层和浸润层，不会影响后续金属栅极材料的正常填充。因此，先高k介电层后 金属栅极工艺通常作为制作CMOS的高k-金属栅极的工艺。
[0003] 在去除伪栅极结构中的牺牲栅极材料层(通常由硅层构成）时，通常采用湿法蚀刻 实施所述去除。所述湿法蚀刻的腐蚀液通常为碱性物质(例如四甲基氢氧化铵、氢氧化钾、 氨水等)，以减轻对牺牲栅极材料层下方的覆盖层的损伤。由于牺牲栅极材料层的构成材料 中通常含有掺杂杂质和无定型硅，因此，选用上述碱性物质作为腐蚀液的湿法蚀刻对牺牲 栅极材料层的蚀刻速率较低。为了解决这一问题，加热上述碱性物质是惯用的解决方式，但 是，此种方式会带来下述风险：一是安全问题；二是上述碱性物质的浓度稳定性问题。
[0004] 因此，需要提出一种方法，以解决上述问题。
【发明内容】
[0005] 针对现有技术的不足，本发明提供一种提高湿法蚀刻效率的方法，包括：将氮气充 分溶解于用于去除硅层的湿法蚀刻的碱性液体；将充分溶解有氮气的碱性液体导入蚀刻操 作室，以用于蚀刻去除所述硅层。
[0006] 进一步，所述溶解过程在盛放所述碱性液体的专用容器中完成。
[0007] 进一步，所述溶解过程在混合阀中完成。
[0008] 进一步，在所述溶解过程中，所述碱性液体的温度为20-100°C。
[0009] 进一步，所述充分溶解有氮气的碱性液体中的氮气的浓度为0. l-100ppm。
[0010] 进一步，所述碱性液体的PH值大于7. 0。
[0011] 进一步，所述碱性液体包括四甲基氢氧化铵、氢氧化钾或者氨水。
[0012] 进一步，所述硅层的表面晶向为〈100>或者〈110>。
[0013] 进一步，所述硅层构成伪栅极结构中的牺牲栅极材料层。
[0014] 根据本发明，在不需要加热用于去除硅层的湿法蚀刻的碱性液体的情况下，即可 大幅提升所述碱性液体对硅层的蚀刻速率，进而降低热预算，有效控制安全风险。
【附图说明】
[0015] 本发明的下列附图在此作为本发明的一部分用于理解本发明。附图中示出了本发 明的实施例及其描述，用来解释本发明的原理。
[0016] 附图中：
[0017] 图IA为根据本发明示例性实施例一的方法提高用于去除硅层的湿法蚀刻效率的 示意图；
[0018] 图IB为根据本发明示例性实施例二的方法提高用于去除硅层的湿法蚀刻效率的 示意图；
[0019] 图2为根据本发明示例性实施例的方法依次实施的步骤的流程图。
【具体实施方式】
[0020] 在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本发明更为彻底的理解。然 而，对于本领域技术人员而言显而易见的是，本发明可以无需一个或多个这些细节而得以 实施。在其他的例子中，为了避免与本发明发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进 行描述。
[0021] 为了彻底理解本发明，将在下列的描述中提出详细的步骤，以便阐释本发明提出 的提高用于去除硅层的湿法蚀刻效率的方法。显然，本发明的施行并不限定于半导体领域 的技术人员所熟习的特殊细节。本发明的较佳实施例详细描述如下，然而除了这些详细描 述外，本发明还可以具有其他实施方式。
[0022] 应当理解的是，当在本说明书中使用术语"包含"和/或"包括"时，其指明存在所 述特征、整体、步骤、操作、元件和/或组件，但不排除存在或附加一个或多个其他特征、整 体、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组合。
[0023] 为了提高用于去除硅层的湿法蚀刻的效率，本发明提出将氮气注入到碱性溶液中 作为所述湿法蚀刻的腐蚀液。
[0024] 下面，参照图IA-图IB来描述根据本发明示例性实施例的方法提高用于去除硅层 的湿法蚀刻效率的详细步骤。
[0025] [示例性实施例一]
[0026] 参照图1A，其中示出了根据本发明示例性实施例一的方法提高用于去除硅层的湿 法蚀刻效率的示意图。
[0027] 将氮气由进气管102导入专用于存放化学物质的容器101中，使氮气充分溶解于 容器101中的碱性液体100。在通入氮气的过程中，碱性液体100经导出管103流出，先 通过转向阀104流入第一导入管107,再通过加热器105受热，使碱性液体100的温度为 20-100°C，接着，通过过滤器106过滤出经过加热器105加热的碱性液体100中的杂质，最 后导入容器101。充分溶解有氮气的碱性液体100再经导出管103流出，通过转向阀104流 入第二导入管108,导入蚀刻操作室，以用于蚀刻去除形成于晶圆的伪栅极结构中的牺牲栅 极材料层。充分溶解有氮气的碱性液体100中的氮气的浓度为0. Ι-lOOppm，碱性液体100 的PH值大于7. 0,优选四甲基氢氧化铵、氢氧化钾、氨水。
[0028] [示例性实施例二]
[0029] 参照图1B，其中示出了根据本发明示例性实施例二的方法提高用于去除硅层的湿 法蚀刻效率的示意图。
[0030] 将氮气和经过加热器105加热的碱性液体分别由导气管109和第一导液管110导 入混合阀111，使氮气充分溶解于经过加热器105加热的碱性液体。所述碱性液体的温度为 20-100°C。充分溶解有氮气的碱性液体经第二导液管112导入蚀刻操作室，以用于蚀刻去 除形成于晶圆的伪栅极结构中的牺牲栅极材料层。充分溶解有氮气的碱性液体中的氮气的 浓度为〇. Ι-lOOppm，碱性液体的PH值大于7. 0,优选四甲基氢氧化铵、氢氧化钾、氨水。
[0031] 参照图2,其中示出了根据本发明示例性实施例的方法依次实施的步骤的流程图， 用于简要示出本发明提出的提高用于去除硅层的湿法蚀刻效率的方法的流程。
[0032] 在步骤201中，将氮气充分溶解于用于去除硅层的湿法蚀刻的碱性液体；
[0033] 在步骤202中，将充分溶解有氮气的碱性液体导入蚀刻操作室，以用于蚀刻去除 所述硅层。
[0034] 表1四甲基氢氧化铵对由表面晶向为〈100>的硅构成的牺牲栅极材料层的蚀刻速 率(埃/分）
[0035]
【主权项】
1. 一种提高湿法蚀刻效率的方法，包括： 将氮气充分溶解于用于去除娃层的湿法蚀刻的碱性液体； 将充分溶解有氮气的碱性液体导入蚀刻操作室，W用于蚀刻去除所述娃层。
2. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述溶解过程在盛放所述碱性液体的专 用容器中完成。
3. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述溶解过程在混合阀中完成。
4. 根据权利要求2或3所述的方法，其特征在于，在所述溶解过程中，所述碱性液体的 温度为20-10(TC。
5. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述充分溶解有氮气的碱性液体中的氮 气的浓度为0. 1-lOOppm。
6. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述碱性液体的PH值大于7. 0。
7. 根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述碱性液体包括四甲基氨氧化馈、氨氧 化钟或者氨水。
8. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述娃层的表面晶向为<100〉或者 <110〉。
9. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述娃层构成伪栅极结构中的牺牲栅极 材料层。
【专利摘要】本发明提供一种提高湿法蚀刻效率的方法，包括：将氮气充分溶解于用于去除硅层的湿法蚀刻的碱性液体；将充分溶解有氮气的碱性液体导入蚀刻操作室，以用于蚀刻去除所述硅层。根据本发明，在不需要加热用于去除所述硅层的湿法蚀刻的碱性液体的情况下，即可大幅提升所述碱性液体对所述硅层的蚀刻速率，进而降低热预算，有效控制安全风险。
【IPC分类】H01L21-28
【公开号】CN104681421
【申请号】CN201310613330
【发明人】刘佳磊
【申请人】中芯国际集成电路制造(上海)有限公司
【公开日】2015年6月3日
【申请日】2013年11月27日