半导体器件的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及半导体领域，更具体地，本发明涉及一种半导体器件制造方法。
【背景技术】
[0002]半导体集成电路(1C)工业已经经历了指数增长。1C材料和设计中的技术进步已经产生了数代1C，其中，每代都具有比前代更小且更复杂的电路。在1C的演化过程中，功能密度(即，每芯片面积互连器件的数量)通常已经增加，而几何尺寸(即，使用制造工艺可以产生的最小组件(或线))却已减小。这种按比例缩小工艺通常的好处在于增加生产效率和降低相关成本。这种按比例缩小也增加了处理和制造1C的复杂度。
[0003]在一些1C设计中，由于工艺节点收缩而实现的一种进步是用金属栅电极替代了典型的多晶硅栅电极以在降低部件尺寸的情形下来改进器件性能。一种形成金属栅极堆叠件的工艺被称为替代工艺或者是“后栅极”工艺，在该工艺中最后制造最终的栅极堆叠件以允许随后工艺的数量减少，随后工艺包括在栅极形成之后必须实施的高温处理。然而，实现这种1C制造工艺是有挑战的，尤其是在诸如N20，N16和更小的节点的先进的工艺节点中按比例缩小1C部件的情况下。
【发明内容】
[0004]根据本发明的第一方面，本发明提供一种形成半导体器件的方法，包括如下步骤:
[0005]在第一温度时将栅极结构的伪氧化物层暴露于包括NH3和含氟化合物的蒸汽混合物中，所述伪氧化物层在衬底上方形成并且被包括与所述伪氧化物层的材料不同的材料的栅极间隔件包围；以及
[0006]在第二温度时用包含去离子水(DIW)的溶液冲洗所述衬底。
[0007]优选地，冲洗步骤包括:用旋转干燥工艺和异丙醇(IPA)干燥工艺中的一种干燥所述衬底。
[0008]优选地，本发明的方法进一步包括:
[0009]在室中烘烤所述衬底，所述衬底被加热到比所述第一温度和所述第二温度高的第三温度，
[0010]其中，所述暴露、所述冲洗和所述烘烤步骤去除所述伪氧化物层由此在所述栅极间隔件中形成开口。
[0011]优选地，本发明的方法进一步包括:形成具有高k介电层和金属栅电极的栅极堆叠件，所述栅极堆叠件至少部分地占据所述开口。
[0012]优选地，所述第一温度的范围从约20°C至约70°C，所述第二温度的范围从约20°C至约80°C，以及所述第三温度的范围从约90°C至约200°C。
[0013]优选地，所述暴露步骤、所述冲洗步骤和所述烘烤步骤各自在集群工具的三个室中的相应的一个室中进行。
[0014]优选地，所述烘烤步骤伴有在所述衬底上方的惰性气体流。
[0015]优选地，所述溶液具有范围从约3至约7的pH值。
[0016]优选地，所述溶液包括DIW以及包括二氧化碳(C02)、稀盐酸(HC1)和稀柠檬酸中的一种。
[0017]优选地，所述含氟化合物包括HF或NF3。
[0018]根据本发明的第二方面，提供一种形成半导体器件的方法，包括:
[0019]提供衬底，其中，所述衬底包括伪氧化物层和包围所述伪氧化物层的含氮介电层；
[0020]在第一温度时将所述伪氧化物层暴露于包括NH3和含氟化合物的蒸汽混合物中，由此把所述伪氧化物层转化为反应产物；
[0021]在第二温度时用包含去离子水(DIW)的溶液冲洗所述衬底，以从所述衬底至少部分地去除所述反应产物；以及
[0022]将所述衬底加热到比所述第一温度和所述第二温度高的第三温度以引起所述反应产物的任何剩余部分的升华，由此在所述含氮介电层中形成开口。
[0023]优选地，根据本发明的第二方面的方法进一步包括，在所述加热的步骤之前:
[0024]用旋转干燥工艺和异丙醇(IPA)干燥工艺中的一种干燥所述衬底。
[0025]优选地，根据本发明的第二方面的方法进一步包括:
[0026]在将所述衬底加热到所述第三温度之后，使惰性载气在所述衬底上方流动。
[0027]优选地，在从10毫托至25毫托的范围的压力时实施加热所述衬底。
[0028]优选地，所述溶液是DIW，或具有二氧化碳(C02)、稀盐酸(HC1)和稀柠檬酸中一种的 DIffo
[0029]优选地，根据本发明的第二方面的方法中:所述蒸汽混合物包括順3和HF，所述NH3与所述HF的体积比在约0.1至10之间。
[0030]优选地，根据本发明的第二方面的方法中:所述蒸汽混合物包括順3和NF 3，所述NH3与所述NF 3的体积比在约0.5至5之间。
[0031]根据本发明的第三方面，提供一种形成半导体器件的方法，包括:
[0032]在衬底上方形成栅极结构，其中，所述栅极结构包括伪氧化物层、位于所述伪氧化物层上方的伪栅电极层、以及包围所述伪氧化物层和所述伪栅电极层的含氮介电层；
[0033]去除所述伪栅电极层，由此暴露所述伪氧化物层；
[0034]在第一温度时将所述伪氧化物层暴露于包括NH#P含氟化合物的蒸汽混合物中；
[0035]在第二温度时用包含去离子水(DIW)的溶液冲洗所述衬底；
[0036]将所述衬底加热到比所述第一温度和所述第二温度高的第三温度，由此在所述含氮介电层中形成开口 ；以及
[0037]形成栅极堆叠件，所述栅极堆叠件至少部分地占据所述开口。
[0038]优选地，在根据本发明的第三方面的方法中，所述伪氧化物层和所述含氮介电层的通过使用所述蒸汽混合物的去除速度的比率大于2。
[0039]优选地，在根据本发明的第三方面的方法中，所述伪氧化物层和所述衬底的通过使用所述蒸汽混合物的去除速度的比率大于100。
【附图说明】
[0040]当结合附图进行阅读时，根据下面详细的描述可以最佳地理解本发明。应该强调的是，根据工业中的标准实践，各种部件没有按比例绘制并且仅仅用于说明的目的。实际上，为了清楚的讨论，各种部件的尺寸可以被任意增加或减少。
[0041]图1是根具本发明的各个方面的一种形成半导体器件的方法的框图。
[0042]图2至图10示出了根据实施例的按照图1的方法形成目标半导体器件的截面图。
【具体实施方式】
[0043]以下公开内容提供了许多用于实现所提供主题的不同特征的不同实施例或实例。以下描述组件和布置的具体实例以简化本发明。当然这些仅仅是实例并不旨在构成限定。例如，以下描述中第一部件形成在第二部件上方或上可包括其中第一部件和第二部件以直接接触形成的实施例，并且也可包括其中额外的部件可以形成在第一部件和第二部件之间从而使得第一部件和第二部件不直接接触的实施例。此外，本发明可在各个实例中重复参考标号和/或字符。这种重复是为了简单和清楚的目的，且其本身并不指示所讨论的各个实施例和/或配置之间的关系。
[0044]而且，为了便于描述，本文中可以使用诸如“在...之下”、“下面”、“下部”、“在...之上”、“上部”等空间相对术语以描述如图所示的一个元件或部件与另一个(或另一些)元件或部件的关系。除了图中所示的方位之外，这些空间相对术语是旨在涵盖器件在使用或操作中的不同方位。装置可以以其他方式定位(旋转90度或在其他方位)，并且本文中使用的空间相对描述可同样地作出相应的解释。
[0045]本公开一般涉及半导体器件制造方法，更具体地涉及在后栅极工艺中去除伪氧化物层的方法。在用于制造场效应晶体管(FET)的典型的后栅极工艺中，首先伪氧化物层和伪栅电极形成在衬底上方作为实际栅极堆叠件的预留位置。然后在衬底上方形成更多的部件，诸如源极/漏极区、包围伪氧化物层和伪栅电极的栅极间隔件、以及包围栅极间隔件的层间介电(ILD)层。随后，去除伪栅电极以在栅极间隔件中形成开口，并且通过该开口暴露伪氧化物层。实施另一步骤以通过开口去除伪氧化物层以暴露衬底用以在衬底上形成实际栅极堆叠件。然而，当用典型的湿蚀刻和/或干蚀刻工艺去除伪氧化物层时出现问题。在湿蚀刻工艺期间，各向同性去除ILD层的顶部，在ILD层中留下多个凹槽。这是由于在湿蚀刻工艺中使用了氢氟(HF)酸，而且所述开口限制了氢氟酸进入所述开口的内表面。因此，较少的氢氟酸到达该开口的底部，并且更多的ILD层发生反应。在干(等离子体)蚀刻工艺期间，由于伪氧化物层的去除，所以可以使在伪氧化物层下面的衬底会意外地形成凹槽。在ILD层和/或衬底中的凹槽在多个方面是有问题的。例如，存在于衬底中的凹槽可能改变FET的沟道区中的掺杂剂的分配。因此，可能降低