S区域表面上具有阻挡层220，在采用脉冲等离子体工艺刻蚀所述伪栅203之前,还包括进行贯穿刻蚀(breakthrough etch),所述贯穿刻蚀用于去除NMOS区域表面的阻挡层220，暴露出NMOS区域的伪栅203。在一实施例中，所述阻挡层的材料为TiN，所述贯穿刻蚀工艺可以采用含氯气体或者含氟气体。
[0047]在一些实施例中，采用脉冲等离子体刻蚀工艺刻蚀所述伪栅203，所述脉冲等离子体刻蚀工艺包括循环进行的第一刻蚀步骤和第二刻蚀步骤，所述第一刻蚀步骤的刻蚀功率大于所述第二刻蚀步骤。在脉冲等离子体刻蚀过程中，存在着光子辐照(photon radiat1n),所述光子福照容易在栅介质层201和功函数层202中引入光致缺陷(photon-1nduced defects),如电荷中心(E' centers)等,影响栅介质层和功函数层的薄膜质量，导致栅介质层容易被击穿，后续形成的MOS晶体管的TDDB特性差。所述光致缺陷的数量与光子辐照的时间和强度有关，因此，本发明实施例中采用脉冲等离子体刻蚀工艺刻蚀所述伪栅203，首先采用第一刻蚀步骤刻蚀所述伪栅203，所述第一刻蚀步骤的刻蚀功率较高，有利于等离子体密度和刻蚀速率的提高；接着采用第二刻蚀步骤刻蚀所述伪栅203，所述第二刻蚀步骤的刻蚀功率较低，特别地，所述第二刻蚀步骤的刻蚀功率可以为零，在第二刻蚀步骤过程中，光子辐照由于等离子体中电子能量的降低而显著降低，有利于栅介质层201和功函数层202中的光致缺陷的降低。所述第一刻蚀步骤的时间为10?100μ S，所述第二刻蚀步骤的时间为10?100 μ S，依次重复执行上述的第一刻蚀步骤和第二刻蚀步骤，直至去除NMOS区域的伪栅203 (参考图2)，暴露出功函数层202。与现有技术相比，采用脉冲等离子体刻蚀工艺刻蚀所述伪栅203，可以减少刻蚀过程中在所述栅介质层201和功函数层202中形成的缺陷，提高栅介质层201和功函数层202的薄膜质量，有利于提高后续形成的MOS晶体管的TDDB特性。
[0048]在一些实施例中，所述脉冲等离子体刻蚀工艺的刻蚀气体包括氢气。氢等离子体对所述伪栅203和所述功函数层202具有较高的刻蚀选择比，例如，对多晶硅材料的伪栅203的刻蚀速率较高，而对TiN材料的功函数层202的刻蚀速率较低。因此，采用氢等离子体刻蚀所述伪栅203，可以减少刻蚀过程中对功函数层202的损伤，有利于保护所述功函数层202和栅介质层201的薄膜质量，有利于提高后续形成的MOS晶体管的TDDB特性。
[0049]在一些实施例中，所述脉冲等离子体刻蚀工艺的刻蚀气体还包括氦气。氦等离子体可以进一步的减少在刻蚀过程中在所述栅介质层201和功函数层203中形成的缺陷。进一步的，所述氦等离子体作为稀释剂，有利于改善刻蚀的均匀性，增强物理刻蚀。例如，在NMOS区域和PMOS区域共用伪栅极的情况下，分别刻蚀去除NMOS区域和PMOS区域的伪栅极，不会留下残余，后续形成的NMOS区域金属栅电极和PMOS区域金属栅电极的界面干净，有利于提闻晶体管性能。
[0050]在一些实施例中，所述脉冲等离子体刻蚀工艺的刻蚀气体还包括氧气。氧等离子体可以减少刻蚀过程中半导体结构中的氧元素的损失。例如，可以减少栅介质层201或层间介质层206中的氧元素损失。
[0051]在一些实施例中，所述脉冲等离子体刻蚀工艺采用电感耦合等离子体(ICP:1nductively coupled plasma)刻蚀设备,所述电感稱合等离子体刻蚀设备通过在上下极板上施加同步的射频功率源以产生等离子体进行刻蚀。
[0052]在一实施例中，所述脉冲等离子体刻蚀工艺采用H2, He和O2的混合刻蚀气体，H2的流量为10?200sccm，He的流量为10?500sccm，02的流量为5?200sccm ;所述第一刻蚀步骤的时间为10?1000 μ S、功率为100?1000W ;第二刻蚀步骤的时间为10?1000 μ S，功率为O?200W。
[0053]在一些实施例中，在所述脉冲等离子体刻蚀工艺后，还执行了后刻蚀工艺(postetch)，用于去除所述功函数层202上的残余伪栅材料。所述后刻蚀工艺的刻蚀气体包括CF4, NF3> SF6或其任意组合。在一些实施例中，所述后刻蚀工艺的刻蚀气体还包括N2 ；N2有利于在后刻蚀工艺过程中减少TiN的损失，减少对功函数层202的损伤。
[0054]参考图4，在所述第一开口 208内形成NMOS区域的金属栅电极209。
[0055]所述金属栅电极的材料可以为钴、钽、氮化钽、硅化镍或硅化钴中的一种或几种。形成所述金属栅电极209的工艺可以为化学气相沉积。所述金属栅电极209和具有高介电常数的栅介质层201共同构成NMOS区域的HKMG结构，有利于提高晶体管的击穿电压、减小漏电流、提闻晶体管性能。
[0056]参考图5，去除所述掩膜层207 ;去除PMOS区域的阻挡层220和伪栅203 (参考图4);形成第二开口(未标示)；在所述第二开口内形成PMOS区域的金属栅极210。
[0057]去除PMOS区域的阻挡层220和伪栅203、以及形成PMOS区域的金属栅极210的具体工艺可参考上述的NMOS区域的伪栅去除方法和金属栅极形成方法，在此不再赘述。
[0058]对应的，本发明实施例还提供了一种MOS晶体管的形成方法，包括:提供半导体衬底，所述半导体衬底上具有栅介质层、位于所述栅介质层上的功函数层、位于所述功函数层上的伪栅、以及位于所述伪栅两侧的半导体衬底内的源区和漏区；采用脉冲等离子体刻蚀工艺刻蚀所述伪栅，直至暴露出所述功函数层，以形成第一开口，所述脉冲等离子体刻蚀工艺的刻蚀气体包括氢气，所述脉冲等离子体刻蚀工艺包括循环进行的第一刻蚀步骤和第二刻蚀步骤，所述第一刻蚀步骤的刻蚀功率大于所述第二刻蚀步骤的刻蚀功率；在所述第一开口内形成金属栅极。
[0059]具体可参考上述的伪栅的去除方法的描述，在此不再赘述。
[0060]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。
【主权项】
1.一种伪栅的去除方法，其特征在于，包括: 提供半导体衬底，所述半导体衬底上具有栅介质层、位于所述栅介质层上的功函数层和位于所述功函数层上的伪栅； 采用脉冲等离子体刻蚀工艺刻蚀所述伪栅，直至暴露出所述功函数层； 其中，所述脉冲等离子体刻蚀工艺的刻蚀气体包括氢气。
2.如权利要求1所述的伪栅的去除方法，其特征在于，所述脉冲等离子体刻蚀工艺的刻蚀气体还包括氦气或者氧气中的一种或两种。
3.如权利要求1所述的伪栅的去除方法，其特征在于，所述脉冲等离子体刻蚀工艺包括循环进行的第一刻蚀步骤和第二刻蚀步骤，所述第一刻蚀步骤的刻蚀功率大于所述第二刻蚀步骤的刻蚀功率。
4.如权利要求3所述的伪栅的去除方法，其特征在于，所述第一刻蚀步骤的刻蚀功率为100?1000W ;所述第二刻蚀步骤的刻蚀功率为O?200W。
5.如权利要求3所述的伪栅的去除方法，其特征在于，所述第一刻蚀步骤的刻蚀时间为10?1000 μ S，所述第二刻蚀步骤的刻蚀时间为10?1000 μ S。
6.如权利要求1所述的伪栅的去除方法，其特征在于，所述脉冲等离子体刻蚀工艺采用电感耦合等离子体刻蚀设备。
7.如权利要求1所述的伪栅的去除方法，其特征在于，所述伪栅的材料为多晶硅、氮化娃或者非晶碳。
8.如权利要求1所述的伪栅的去除方法，其特征在于，所述功函数层的材料为氮化钛，所述栅介质层的材料为高介电常数材料。
9.如权利要求1所述的伪栅的去除方法，其特征在于，还包括覆盖所述伪栅顶表面的阻挡层，所述阻挡层的材料为氮化钛。
10.如权利要求9所述的伪栅的去除方法，其特征在于，还包括，在所述脉冲等离子体刻蚀工艺之前，进行贯穿刻蚀工艺，以去除所述阻挡层。
11.如权利要求1所述的伪栅的去除方法，其特征在于，还包括，在所述脉冲等离子体刻蚀工艺之后，进行后刻蚀工艺，所述后刻蚀工艺的刻蚀气体包括cf4、NF3, SF6或其任意组口 O
12.如权利要求11所述的伪栅的去除方法，其特征在于，所述后刻蚀工艺的刻蚀气体还包括N2。
13.—种MOS晶体管的形成方法，其特征在于，包括: 提供半导体衬底，所述半导体衬底上具有栅介质层、位于所述栅介质层上的功函数层、位于所述功函数层上的伪栅、以及位于所述伪栅两侧的半导体衬底内的源区和漏区； 采用脉冲等离子体刻蚀工艺刻蚀所述伪栅，直至暴露出所述功函数层，形成第一开口，所述脉冲等离子体刻蚀工艺的刻蚀气体包括氢气； 在所述第一开口内形成金属栅极。
14.如权利要求13所述的MOS晶体管的形成方法，其特征在于，所述脉冲等离子体刻蚀工艺的刻蚀气体还包括氦气或者氧气中的一种或两种。
15.如权利要求13所述的MOS晶体管的形成方法，其特征在于，所述脉冲等离子体刻蚀工艺包括循环进行的第一刻蚀步骤和第二刻蚀步骤，所述第一刻蚀步骤的刻蚀功率大于所述第二刻蚀步骤的刻蚀功率。
16.如权利要求15所述的MOS晶体管的形成方法，其特征在于，所述第一刻蚀步骤的刻蚀功率为100?1000W、刻蚀时间为10?1000 μ S，所述第二刻蚀步骤的刻蚀功率为O?200W、刻蚀时间为10?1000 μ S。
17.如权利要求13所述的MOS晶体管的形成方法，其特征在于，所述伪栅的材料为多晶硅、氮化硅或者非晶碳，所述功函数层的材料为氮化钛，所述栅介质层的材料为高介电常数材料。
18.如权利要求13所述的MOS晶体管的形成方法，其特征在于，还包括，所述伪栅的顶表面具有阻挡层，在所述脉冲等离子体刻蚀工艺之前，进行贯穿刻蚀工艺，以去除所述阻挡层。
19.如权利要求13所述的MOS晶体管的形成方法，其特征在于，还包括，在所述脉冲等离子体刻蚀工艺之后，进行后刻蚀工艺，所述后刻蚀工艺的刻蚀气体包括CF4、NF3> SF6或其任意组合。
20.如权利要求19所述的MOS晶体管的形成方法，其特征在于，所述后刻蚀工艺的刻蚀气体还包括N2。
【专利摘要】一种伪栅的去除方法和MOS晶体管的形成方法，所述伪栅的去除方法包括：提供半导体衬底，所述半导体衬底上具有栅介质层、位于所述栅介质层上的功函数层和位于所述功函数层上的伪栅；采用脉冲等离子体刻蚀工艺刻蚀所述伪栅，直至暴露出所述功函数层；其中，所述脉冲等离子体刻蚀工艺的刻蚀气体包括氢气。本发明伪栅的去除方法，有利于提高后续形成的MOS晶体管的性能。
【IPC分类】H01L21-336, H01L21-3065
【公开号】CN104733303
【申请号】CN201310697874
【发明人】张海洋, 李凤莲
【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24日
【申请日】2013年12月18日