半导体器件的制造方法_3

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介电(ILD)层414(图4)。用于形成CESL412的材料的实例包括氮化硅、氮氧化硅、具有少量氧元素(0)或碳元素(C)的氮化硅,和/或其他材料。可以通过PECVD工艺和/或其他合适的沉积或氧化工艺形成CESL412。例如,CESL412可包括通过PECVD混频工艺形成的氮化硅(例如,SiN)。ILD层414可包括以下材料,诸如正硅酸乙脂(TE0S)氧化物,未掺杂的硅酸盐玻璃,或掺杂的氧化硅(诸如硼磷硅酸盐玻璃(BPSG)、熔融硅酸盐玻璃(FSG)、磷硅酸盐玻璃(PSG)、硼掺杂的硅酸盐玻璃(BSG)),和/或其他合适的介电材料。在一些实施例中,ILD层318可包括高密度等离子体(HDP)介电材料(例如,HDP氧化物)和/或高深宽比工艺(HARP)介电材料(例如,HARP氧化物)。可以通过PECVD工艺或其他合适的沉积技术来沉积ILD层414。在实施例中,在CESL412和ILD层414形成之前,可以部分去除栅极间隔件226以减少其厚度。
[0058]方法100 (图1)进行至操作108,以平坦化CESL412和ILD层414以暴露栅极结构220的顶面。参考图5,通过操作108暴露伪栅电极层224。在实施例中,操作108包括化学机械平坦化(CMP)工艺。
[0059]方法100 (图1)进行至操作110,以从栅极结构220去除伪栅电极层224。可使用合适的湿蚀刻、干(等离子体)蚀刻和/或其他工艺去除伪栅电极层224。在实施例中,伪栅电极层224包括多晶硅,并且用于去除其的湿蚀刻工艺包括暴露于含氢氧化铵的氢氧化物溶液、稀释的HF、去离子水和/或其他合适的蚀刻溶液中。在另一实施例中,伪栅电极层224包括多晶硅,并且用于去除其的干蚀刻工艺可以在约650瓦至800瓦的电源功率、约100瓦至120瓦的偏置功率和约60毫托至200毫托的压力下使用Cl2、HBr和He作为蚀刻气体来实施。参考图6,在本实施例中,通过操作110(图1)去除伪栅电极层224和任何其他的层(未示出),由此在栅极间隔件226中形成开口 602。开口 602暴露伪氧化物层222的顶面。在一些实施例中,在操作110期间,1C的某些区域被硬掩膜层覆盖以便去除伪栅电极层224的同时保护这些区域免于蚀刻工艺。
[0060]方法100(图1)进行至操作112以去除伪氧化物层222。在本实施例中,操作112包括3个子操作112a、112b和112c,下面将详细描述这些操作。
[0061]在操作112a中,方法100 (图1)在密封的气体蚀刻室中把伪氧化物层222暴露于蒸汽混合物702中。参考图7,将器件200放置到密封的气体蚀刻室内,并且将蒸汽混合物702引入至该蚀刻室内。蒸汽混合物702与伪氧化物层222和ILD层414的部分反应,由此分别形成反应产物704a和704b。反应过程是自限制的,由引入到气体蚀刻室内的蒸汽混合物702的量来确定反应过程中反应材料的量。在一些实施例中,蒸汽混合物702包括NH#P含氟化合物。可相信,蒸汽混合物组分中的一种用作催化剂,而其他的组分用作蚀刻剂。在一些实施例中,含氟化合物可以是选自由HF和NF3构成的组的化合物。在实施例中,蒸汽混合物702包括順3和HF。NH 3和HF的蒸汽混合物中,NH 3与HF的比例在约0.1至约10之间,诸如順3与HF的体积比是1比1。更进一步在本实施例中,在从约10毫托至约25毫托的范围的压力下并且在从约20°C至约70°C的范围的温度时实施操作112a。在另一实施例中,蒸汽混合物702包括順3和NF3。順3和NF3的蒸汽混合物中,順3与NF3的比例为约0.5至5,诸如順3与NF 3的体积比是2比1。更进一步在本实施例中,在从约2托至约4托的范围的压力下并且在从约20°C至约70°C的范围的温度时实施操作112a。在各个实施例中,取决于伪氧化物层222的厚度,操作112a实施约10秒至约600秒。
[0062]然而反应的机理不影响权利要求的范围,可相信,在一些实施例中,反应过程是多步骤过程。例如,在第一步骤期间,蒸汽混合物702的毯状吸附的反应物膜702可以形成在伪氧化物层222的顶面上方以及介电层(包括栅极间隔件226、CESL412和ILD层414)的表面上方。在第二步骤期间,吸附的反应物膜和与其相接触的伪氧化物层222的顶面反应(例如,根据下面的反应式(1))以在吸附的反应物膜下方形成第一浓缩的固体反应产物704a,反应式:
[0063]6HF+NH4+Si02- (NH 4) 2SiF6+H20 (1)。吸附的反应物膜也和与其相接触的ILD层414的顶面反应,以在吸附的反应物膜下方形成第二浓缩的固体反应产物704b。在吸附的反应物膜下方,吸附的反应物膜和与其相接触的栅极间隔件226和CESL412的表面不反应或较少反应。
[0064]在操作112b中,方法100 (图1)用包含去离子水(DIW)的溶液802冲洗包括器件200的衬底202。参考图8,可以在密封的湿冲洗室中实施操作112b。在实施例中,溶液802包括DIW和化学物质以形成弱酸溶液。例如,化学物质可以是二氧化碳(C02)、稀盐酸(HC1)或稀柠檬酸。在实施例中,溶液802是弱酸性的,并且pH值的范围为从约3至约7。该酸性溶液能有效去除包括碱性残留物的化学残留物。在另一实施例中,溶液802仅仅是DIffo在从约20°C至约80°C的范围的温度时实施操作112b。在各个实施例中,取决于固体反应产物704a和704b的厚度,操作112b实施约10秒至约600秒。可相信,溶液802和冲洗工艺可以部分地或完全地去除吸附的反应物膜以及固体反应产物704a和704b。例如,被认为构成固体反应产物704a和704b的(NH4)2SiF6,可以溶解在DIW中。例如,在一些实施例中,操作112b可以至少部分地将衬底202的固体反应产物704a和704b去除掉。在一些实施例中,操作112b可以改变固体反应产物704a和704b的密度,以便它们在随后的烘烤步骤中更容易去除。
[0065]在一些实施例中,操作112b进一步包括在冲洗衬底202之后将衬底202干燥的工艺。在实施例中,使用旋转干燥工艺干燥衬底202。例如,当正在用诸如队或其他惰性气体的惰性气体流吹衬底202时,旋转衬底202。例如,衬底202可以以约2500转/分的速率旋转,还可以使用其他的转速。离心力和惰性气体流从衬底202的表面去除溶液802的任何残留物。在另一实施例中,使用异丙醇(IPA)干燥工艺干燥衬底202。例如,可以将IPA的热蒸汽引入到湿冲洗室内,衬底202容纳在湿冲洗室中。IPA从衬底202的表面取代溶液802。然后,IPA在冷却工艺期间蒸发,使衬底202不含水分。
[0066]在操作112c中,方法100(图1)烘烤衬底202至高温,以引起固体反应产物704a和704b以及吸附的反应物膜的任何剩余部分的升华。参考图9,在实施例中,在从约10毫托至约25毫托的范围的压力下,在一个密封的烘烤室中实施操作112c。在一些实施例中,烘烤室可以加热到从约90°C至约200°C的范围的温度。在一些实施例中,当在衬底202上方吹载气时加热衬底202以去除来自烘烤室的升华产物。在一些实施例中,载气是惰性气体,诸如N2、He、Ar或其混合物。在各个实施例中,操作112b可以实施约10秒至约600秒。如果操作112b没有完全去除来自操作112a的反应产物和残留物,操作112c进一步地清洗衬底202。
[0067]在一些实施例中,操作112a、112b和112c各自在单独的室中实施。可选地,三个操作可以在集群工具的三个室中实施。例如,衬底202首先容纳在实施操作112a的气体蚀刻室中。随后,通过自动装置把衬底202从气体蚀刻室移动到实施操作112b的湿冲洗室。最后,通过自动装置把衬底202从湿冲洗室移动到实施操作112c的烘烤室。使用集群工具减少了操作间的时间间隔,并且降低了衬底202在伪氧化物层去除工艺期间可能被暴露以及污染的可能性。
[0068]在操作112 (图1)完成之后,从栅极结构220完全去除伪氧化物层222,由此在栅极结构220中形成开口 902 (图9)。栅极间隔件226包围开口 902。衬底202的顶面904通过开口 902暴露并且基本上不含任何凹槽和/或残留物,实现了用于改进的1C制造质量和电路性能的清洁。在实施例中,伪氧化物层222与衬底202的通过蒸汽混合物702的去除速度的比率大于100。因此,用于制造栅极结构的方法100在衬底202中几乎不生成凹槽,克服了上面讨论的与传统干蚀刻工艺相关的衬底凹槽问题。同时,可以通过操作112部分
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