半導體器件的制造方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及半導體領域，更具體地，本發(fā)明涉及一種半導體器件制造方法。
【背景技術】
[0002]半導體集成電路(1C)工業(yè)已經(jīng)經(jīng)歷了指數(shù)增長。1C材料和設計中的技術進步已經(jīng)產(chǎn)生了數(shù)代1C，其中，每代都具有比前代更小且更復雜的電路。在1C的演化過程中，功能密度(即，每芯片面積互連器件的數(shù)量)通常已經(jīng)增加，而幾何尺寸(即，使用制造工藝可以產(chǎn)生的最小組件(或線))卻已減小。這種按比例縮小工藝通常的好處在于增加生產(chǎn)效率和降低相關成本。這種按比例縮小也增加了處理和制造1C的復雜度。
[0003]在一些1C設計中，由于工藝節(jié)點收縮而實現(xiàn)的一種進步是用金屬柵電極替代了典型的多晶硅柵電極以在降低部件尺寸的情形下來改進器件性能。一種形成金屬柵極堆疊件的工藝被稱為替代工藝或者是“后柵極”工藝，在該工藝中最后制造最終的柵極堆疊件以允許隨后工藝的數(shù)量減少，隨后工藝包括在柵極形成之后必須實施的高溫處理。然而，實現(xiàn)這種1C制造工藝是有挑戰(zhàn)的，尤其是在諸如N20，N16和更小的節(jié)點的先進的工藝節(jié)點中按比例縮小1C部件的情況下。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]根據(jù)本發(fā)明的第一方面，本發(fā)明提供一種形成半導體器件的方法，包括如下步驟:
[0005]在第一溫度時將柵極結構的偽氧化物層暴露于包括NH3和含氟化合物的蒸汽混合物中，所述偽氧化物層在襯底上方形成并且被包括與所述偽氧化物層的材料不同的材料的柵極間隔件包圍；以及
[0006]在第二溫度時用包含去離子水(DIW)的溶液沖洗所述襯底。
[0007]優(yōu)選地，沖洗步驟包括:用旋轉(zhuǎn)干燥工藝和異丙醇(IPA)干燥工藝中的一種干燥所述襯底。
[0008]優(yōu)選地，本發(fā)明的方法進一步包括:
[0009]在室中烘烤所述襯底，所述襯底被加熱到比所述第一溫度和所述第二溫度高的第三溫度，
[0010]其中，所述暴露、所述沖洗和所述烘烤步驟去除所述偽氧化物層由此在所述柵極間隔件中形成開口。
[0011]優(yōu)選地，本發(fā)明的方法進一步包括:形成具有高k介電層和金屬柵電極的柵極堆疊件，所述柵極堆疊件至少部分地占據(jù)所述開口。
[0012]優(yōu)選地，所述第一溫度的范圍從約20°C至約70°C，所述第二溫度的范圍從約20°C至約80°C，以及所述第三溫度的范圍從約90°C至約200°C。
[0013]優(yōu)選地，所述暴露步驟、所述沖洗步驟和所述烘烤步驟各自在集群工具的三個室中的相應的一個室中進行。
[0014]優(yōu)選地，所述烘烤步驟伴有在所述襯底上方的惰性氣體流。
[0015]優(yōu)選地，所述溶液具有范圍從約3至約7的pH值。
[0016]優(yōu)選地，所述溶液包括DIW以及包括二氧化碳(C02)、稀鹽酸(HC1)和稀檸檬酸中的一種。
[0017]優(yōu)選地，所述含氟化合物包括HF或NF3。
[0018]根據(jù)本發(fā)明的第二方面，提供一種形成半導體器件的方法，包括:
[0019]提供襯底，其中，所述襯底包括偽氧化物層和包圍所述偽氧化物層的含氮介電層；
[0020]在第一溫度時將所述偽氧化物層暴露于包括NH3和含氟化合物的蒸汽混合物中，由此把所述偽氧化物層轉(zhuǎn)化為反應產(chǎn)物；
[0021]在第二溫度時用包含去離子水(DIW)的溶液沖洗所述襯底，以從所述襯底至少部分地去除所述反應產(chǎn)物；以及
[0022]將所述襯底加熱到比所述第一溫度和所述第二溫度高的第三溫度以引起所述反應產(chǎn)物的任何剩余部分的升華，由此在所述含氮介電層中形成開口。
[0023]優(yōu)選地，根據(jù)本發(fā)明的第二方面的方法進一步包括，在所述加熱的步驟之前:
[0024]用旋轉(zhuǎn)干燥工藝和異丙醇(IPA)干燥工藝中的一種干燥所述襯底。
[0025]優(yōu)選地，根據(jù)本發(fā)明的第二方面的方法進一步包括:
[0026]在將所述襯底加熱到所述第三溫度之后，使惰性載氣在所述襯底上方流動。
[0027]優(yōu)選地，在從10毫托至25毫托的范圍的壓力時實施加熱所述襯底。
[0028]優(yōu)選地，所述溶液是DIW，或具有二氧化碳(C02)、稀鹽酸(HC1)和稀檸檬酸中一種的 DIffo
[0029]優(yōu)選地，根據(jù)本發(fā)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與所述HF的體積比在約0.1至10之間。
[0030]優(yōu)選地，根據(jù)本發(fā)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與所述NF 3的體積比在約0.5至5之間。
[0031]根據(jù)本發(fā)明的第三方面，提供一種形成半導體器件的方法，包括:
[0032]在襯底上方形成柵極結構，其中，所述柵極結構包括偽氧化物層、位于所述偽氧化物層上方的偽柵電極層、以及包圍所述偽氧化物層和所述偽柵電極層的含氮介電層；
[0033]去除所述偽柵電極層，由此暴露所述偽氧化物層；
[0034]在第一溫度時將所述偽氧化物層暴露于包括NH#P含氟化合物的蒸汽混合物中；
[0035]在第二溫度時用包含去離子水(DIW)的溶液沖洗所述襯底；
[0036]將所述襯底加熱到比所述第一溫度和所述第二溫度高的第三溫度，由此在所述含氮介電層中形成開口 ；以及
[0037]形成柵極堆疊件，所述柵極堆疊件至少部分地占據(jù)所述開口。
[0038]優(yōu)選地，在根據(jù)本發(fā)明的第三方面的方法中，所述偽氧化物層和所述含氮介電層的通過使用所述蒸汽混合物的去除速度的比率大于2。
[0039]優(yōu)選地，在根據(jù)本發(fā)明的第三方面的方法中，所述偽氧化物層和所述襯底的通過使用所述蒸汽混合物的去除速度的比率大于100。
【附圖說明】
[0040]當結合附圖進行閱讀時，根據(jù)下面詳細的描述可以最佳地理解本發(fā)明。應該強調(diào)的是，根據(jù)工業(yè)中的標準實踐，各種部件沒有按比例繪制并且僅僅用于說明的目的。實際上，為了清楚的討論，各種部件的尺寸可以被任意增加或減少。
[0041]圖1是根具本發(fā)明的各個方面的一種形成半導體器件的方法的框圖。
[0042]圖2至圖10示出了根據(jù)實施例的按照圖1的方法形成目標半導體器件的截面圖。
【具體實施方式】
[0043]以下公開內(nèi)容提供了許多用于實現(xiàn)所提供主題的不同特征的不同實施例或?qū)嵗?。以下描述組件和布置的具體實例以簡化本發(fā)明。當然這些僅僅是實例并不旨在構成限定。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觸形成的實施例，并且也可包括其中額外的部件可以形成在第一部件和第二部件之間從而使得第一部件和第二部件不直接接觸的實施例。此外，本發(fā)明可在各個實例中重復參考標號和/或字符。這種重復是為了簡單和清楚的目的，且其本身并不指示所討論的各個實施例和/或配置之間的關系。
[0044]而且，為了便于描述，本文中可以使用諸如“在...之下”、“下面”、“下部”、“在...之上”、“上部”等空間相對術語以描述如圖所示的一個元件或部件與另一個(或另一些)元件或部件的關系。除了圖中所示的方位之外，這些空間相對術語是旨在涵蓋器件在使用或操作中的不同方位。裝置可以以其他方式定位(旋轉(zhuǎn)90度或在其他方位)，并且本文中使用的空間相對描述可同樣地作出相應的解釋。
[0045]本公開一般涉及半導體器件制造方法，更具體地涉及在后柵極工藝中去除偽氧化物層的方法。在用于制造場效應晶體管(FET)的典型的后柵極工藝中，首先偽氧化物層和偽柵電極形成在襯底上方作為實際柵極堆疊件的預留位置。然后在襯底上方形成更多的部件，諸如源極/漏極區(qū)、包圍偽氧化物層和偽柵電極的柵極間隔件、以及包圍柵極間隔件的層間介電(ILD)層。隨后，去除偽柵電極以在柵極間隔件中形成開口，并且通過該開口暴露偽氧化物層。實施另一步驟以通過開口去除偽氧化物層以暴露襯底用以在襯底上形成實際柵極堆疊件。然而，當用典型的濕蝕刻和/或干蝕刻工藝去除偽氧化物層時出現(xiàn)問題。在濕蝕刻工藝期間，各向同性去除ILD層的頂部，在ILD層中留下多個凹槽。這是由于在濕蝕刻工藝中使用了氫氟(HF)酸，而且所述開口限制了氫氟酸進入所述開口的內(nèi)表面。因此，較少的氫氟酸到達該開口的底部，并且更多的ILD層發(fā)生反應。在干(等離子體)蝕刻工藝期間，由于偽氧化物層的去除，所以可以使在偽氧化物層下面的襯底會意外地形成凹槽。在ILD層和/或襯底中的凹槽在多個方面是有問題的。例如，存在于襯底中的凹槽可能改變FET的溝道區(qū)中的摻雜劑的分配。因此，可能降低