半導(dǎo)體器件的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種半導(dǎo)體器件的制作方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在半導(dǎo)體器件制造工藝中，P型金屬氧化物半導(dǎo)體(PM0S)晶體管、N型金屬氧化物半導(dǎo)體(NM0S)晶體管或由PM0S晶體管與NM0S晶體管共同組成的互補(bǔ)型金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)晶體管成為構(gòu)成芯片的基本器件。
[0003]近年來，隨著器件集成密度提高，器件特征尺寸不斷減小。在器件特征尺寸不斷減小過程中，傳統(tǒng)的二氧化硅柵極絕緣層不斷變薄，柵極向襯底的漏電流越來越嚴(yán)重。
[0004]為解決上述問題，現(xiàn)有技術(shù)出現(xiàn)了采用比二氧化硅具有更高介電常數(shù)的高介電常數(shù)材料(High-K Material)，用以隔絕柵極與半導(dǎo)體襯底，大幅減小漏電量。同時(shí)，為了與高介電常數(shù)材料兼容，行業(yè)內(nèi)出現(xiàn)了采用金屬柵極替代多晶硅柵極作為柵極的解決方案，從而出現(xiàn)了新的晶體管柵極結(jié)構(gòu)-金屬柵堆疊結(jié)構(gòu)。常見的金屬柵堆疊結(jié)構(gòu)自下而上包括:高介電常數(shù)材料層、功函數(shù)層、以及金屬柵極層。
[0005]現(xiàn)有技術(shù)中，由于PM0S晶體管與NM0S晶體管的性能不同，因而需形成具有不同功函數(shù)層的金屬柵堆疊結(jié)構(gòu)，因此需要在不同的工藝步驟中形成功函數(shù)層及金屬柵極層。常見的做法是先在半導(dǎo)體襯底上制作PM0S晶體管與NM0S晶體管的多晶硅柵極并以此作為偽柵極，接著先去除一個(gè)晶體管的多晶硅偽柵極，形成該晶體管的功函數(shù)層、金屬柵極層，接著去除另一晶體管的多晶硅偽柵極極，形成該另一晶體管的功函數(shù)層、金屬柵極層。
[0006]在實(shí)際研究中發(fā)現(xiàn)，采用上述方案制作的CMOS晶體管性能不可靠。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明解決的問題是如何提高CMOS晶體管的性能可靠性。
[0008]為解決上述問題，本發(fā)明提供一種半導(dǎo)體器件的制作方法，包括:
[0009]提供半導(dǎo)體襯底，所述半導(dǎo)體襯底上形成有第一導(dǎo)電類型的晶體管以及具有偽柵極層的第二導(dǎo)電類型的晶體管，所述第二導(dǎo)電類型與第一導(dǎo)電類型相反，所述第一導(dǎo)電類型晶體管的柵極層至少包括金屬柵極層，所述偽柵極層的材質(zhì)為多晶硅；
[0010]在所述半導(dǎo)體襯底上形成暴露所述第二導(dǎo)電類型晶體管偽柵極層的圖案化光刻膠，以所述圖案化光刻膠為掩膜刻蝕去除相應(yīng)第二導(dǎo)電類型晶體管的偽柵極層；
[0011]去除光刻膠殘留物，并清洗所述半導(dǎo)體襯底，所述清洗采用的溶液里具有臭氧；
[0012]在去除偽柵極層所形成的溝槽內(nèi)形成相應(yīng)第二導(dǎo)電類型晶體管的柵極層。
[0013]可選地，所述第二導(dǎo)電類型的晶體管為NM0S晶體管，所述第一導(dǎo)電類型的晶體管為PM0S晶體管，或所述第二導(dǎo)電類型的晶體管為PM0S晶體管，所述第一導(dǎo)電類型的晶體管為NM0S晶體管。
[0014]可選地，去除所述光刻膠殘留物采用NMP溶液。
[0015]可選地，所述溶液為去離子水或雙氧水。
[0016]可選地，所述臭氧在溶液中的濃度范圍為lppm-100ppm。
[0017]可選地，在采用具有臭氧的溶液清洗所述半導(dǎo)體襯底后，采用去離子水清洗所述半導(dǎo)體襯底。
[0018]可選地，所述第一導(dǎo)電類型晶體管的柵極層還包括功函數(shù)層。
[0019]可選地，在去除偽柵極層所形成的溝槽內(nèi)形成相應(yīng)第二導(dǎo)電類型晶體管的柵極層包括:在所述溝槽內(nèi)形成金屬柵極層。
[0020]可選地，在去除偽柵極層所形成的溝槽內(nèi)形成相應(yīng)第二導(dǎo)電類型晶體管的柵極層包括:依次在所述溝槽內(nèi)形成功函數(shù)層及金屬柵極層。
[0021]可選地，所述第一導(dǎo)電類型晶體管為NM0S晶體管，其金屬柵極層材質(zhì)為鋁鈦；所述第二導(dǎo)電類型晶體管為PM0S晶體管，所述溝槽內(nèi)形成的金屬柵極層的材質(zhì)為氮化鈦。
[0022]可選地，所述第一導(dǎo)電類型晶體管為PM0S晶體管，其金屬柵極層材質(zhì)為氮化鈦；所述第二導(dǎo)電類型晶體管為NM0S晶體管，所述溝槽內(nèi)形成的金屬柵極層的材質(zhì)為鋁鈦。
[0023]可選地，所述第一導(dǎo)電類型晶體管為NM0S晶體管，其柵極層還包括功函數(shù)層，所述功函數(shù)層的材質(zhì)為鋁鈦，金屬柵極層材質(zhì)為鋁；所述第二導(dǎo)電類型晶體管為PM0S晶體管，所述溝槽內(nèi)形成的功函數(shù)層的材質(zhì)為氮化鈦，金屬柵極層材質(zhì)為鋁。
[0024]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的技術(shù)方案具有以下優(yōu)點(diǎn):1)在同一半導(dǎo)體襯底上形成均具有金屬柵的第一導(dǎo)電類型的晶體管與第二導(dǎo)電類型的晶體管過程中，先去除第一導(dǎo)電類型晶體管的偽柵極層并填入金屬柵極層，對(duì)該金屬柵極層使用光刻膠覆蓋，第二導(dǎo)電類型晶體管的偽柵極層被圖案化光刻膠暴露，施以干法刻蝕以實(shí)現(xiàn)該偽柵極層的去除，在去除光刻膠殘留物后，清洗半導(dǎo)體襯底，該清洗溶液中溶有臭氧，該臭氧能對(duì)暴露的第一導(dǎo)電類型晶體管的金屬柵極層進(jìn)行氧化，使其表面生成一層致密氧化膜，該致密氧化膜一方面由于較薄，不會(huì)影響金屬柵極層的電連接性，另一方面氧化膜由于比較致密，因而不會(huì)因?yàn)槿芤旱囊耄c金屬柵極層中的金屬離子發(fā)生原電池反應(yīng)，避免了該金屬柵極層的腐蝕，提高了其電連接性能。
[0025]2)可選方案中，不論是PM0S晶體管的金屬柵極層還是NM0S晶體管的金屬柵極層，清洗溶液中的臭氧都能在其表面形成一層致密氧化膜，防止其表面發(fā)生原電池反應(yīng)，避免該金屬柵極層的腐蝕，提高了其電連接性能。
[0026]3)可選方案中，去除光刻膠殘留物采用N-甲基吡咯烷酮(NMP)溶液，上述NMP溶液對(duì)有機(jī)物的去除性能較佳，與灰化法去除光刻膠殘留物相比，能避免已暴露的第一導(dǎo)電類型晶體管的金屬柵極層的氧化。
[0027]4)可選方案中，臭氧所溶于的溶液為去離子水或雙氧水，上述兩種溶液不引入新的雜質(zhì)離子。
[0028]5)可選方案中，研究表明，當(dāng)臭氧的濃度為lppm-100ppm時(shí)，生成的氧化膜最為致
Γ t I ο
[0029]6)可選方案中，不論是PM0S晶體管還是NM0S晶體管，其柵極層可以只包括金屬柵極層，采用不同的金屬柵極層材質(zhì)調(diào)整功函數(shù)至PM0S晶體管與NM0S晶體管所需的范圍內(nèi)，例如對(duì)于PM0S晶體管，其金屬柵極層材質(zhì)為氮化鈦，對(duì)于NM0S晶體管，金屬柵極層的材質(zhì)為鋁鈦。本方案中，金屬柵極層即也起到功函數(shù)層的作用。
[0030]7)可選方案中，與6)可選方案不同的是，對(duì)于PM0S晶體管與NM0S晶體管,其柵極層均包括功函數(shù)層與金屬柵極層，采用不同的功函數(shù)層與金屬柵極層材質(zhì)一起調(diào)整功函數(shù)至PMOS晶體管與NMOS晶體管所需的范圍內(nèi)，對(duì)于PMOS晶體管，例如其功函數(shù)層的材質(zhì)為氮化鈦,金屬柵極層材質(zhì)為鋁，對(duì)于NMOS晶體管，功函數(shù)層的材質(zhì)為鋁鈦，金屬柵極層材質(zhì)為招。
【附圖說明】
[0031]圖1至圖5是本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的半導(dǎo)體器件在制作過程中的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0032]圖6是本發(fā)明另一實(shí)施例的半導(dǎo)體器件在制作過程中的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0033]圖7至圖8是本發(fā)明再一實(shí)施例的半導(dǎo)體器件在制作過程中的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0034]如【背景技術(shù)】中所述，現(xiàn)有的CMOS晶體管在制作過程中，容易出現(xiàn)性能不可靠的問題。針對(duì)上述問題，本發(fā)明人經(jīng)過分析，發(fā)現(xiàn)其產(chǎn)生的原因是在去除另一晶體管的多晶硅偽柵時(shí)，為去除刻蝕殘留物，需清洗半導(dǎo)體襯底，清洗半導(dǎo)體襯底時(shí)，會(huì)引入去離子水，此時(shí)由于第一導(dǎo)電類型晶體管的金屬柵極層已經(jīng)暴露出來，因而去離子水會(huì)在其表面與金屬柵極層中的金屬離子發(fā)生原電池反應(yīng)，以金屬柵極層為鋁材質(zhì)為例，反應(yīng)方程式為:4Α1+302+6Η20 —4A1(0H)3丨，隨著反應(yīng)進(jìn)行該金屬柵極層逐漸被腐蝕，造成其電連接可靠性變差?；谏鲜龇治?，本發(fā)明在去除第二導(dǎo)電類型晶體管的偽柵極層時(shí)，采用暴露該偽柵極層的圖案化光刻膠干法刻蝕實(shí)現(xiàn)，在去除光刻膠殘留物后，清洗半導(dǎo)體襯底，該清洗溶液中溶有臭氧，該臭氧能對(duì)已暴露的第一導(dǎo)電類型晶體管的金屬柵極層進(jìn)行氧化，使其表面生成一層致密氧化膜，該致密氧化膜一方面由于較薄，不會(huì)影響金屬柵極層的電連接性，另一方面氧化膜由于比較致密，因而不會(huì)因?yàn)槿芤旱囊?，與金屬柵極層中的金屬離子發(fā)生原電池反應(yīng)，避免了該金屬柵極層的腐蝕，提高了其電連接性能。
[0035]為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能夠更為明顯易懂，下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施例做詳細(xì)的說明。
[0036]圖1至圖5為本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例提供的半導(dǎo)體器件在制作過程中的結(jié)構(gòu)示意圖。以下結(jié)合圖1至圖5，詳細(xì)介紹上述制作方法。
[0037]首先，如圖1所示，提供半導(dǎo)體襯底10，所述半導(dǎo)體襯底10上具有第一區(qū)域101與第二區(qū)域102，所述第一區(qū)域101形成有PM0S晶體管11，所述第二區(qū)域102形成有具有偽柵極層的NM0S晶體管12。
[0038]具體地，半導(dǎo)體襯底10可以為硅、鍺或絕緣體上硅(SOI)，第一區(qū)域101與第二區(qū)域102通過淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)(STI) 13隔開。
[0039]PM0S晶體管11的柵極結(jié)構(gòu)包括:柵絕緣層111，以及位于柵絕緣層111上的柵極層112，該柵極層112為金屬柵極層。柵絕緣層111為高K介電常數(shù)材料，材質(zhì)例如為氧化哈或氮氧化鉿娃，其形成方法例如為原子層沉積法(Atom Layer Deposit1n, ALD),物理氣相沉積法(Physical Vapor Deposit1n, PVD)，化學(xué)氣相沉積法(Chmical Vapor Deposit1n,CVD)等。金屬柵極層的材質(zhì)例如為氮化鈦，用于將PMOS晶體管11的功函數(shù)調(diào)整至4.9eV?5.2eV。此外，PM0S晶體管11的柵極結(jié)構(gòu)還包括:覆蓋柵絕緣層111與柵極層112側(cè)壁的側(cè)墻113。該側(cè)墻113的材質(zhì)例如為氮化硅或氮氧化硅，其形成方法例如為回蝕。
[0040]NMOS晶體管12的柵極結(jié)構(gòu)包括:柵絕緣層121，以及位于柵絕緣層121上的偽柵極層122，該偽柵極層122的材質(zhì)為多晶硅。此外，NM0S晶體管12的柵極結(jié)構(gòu)還包括:覆蓋柵絕緣層121與柵極層122側(cè)壁的側(cè)墻123。
[0041]NM0S晶體管12的柵絕緣層121、側(cè)墻123的材質(zhì)及形成方法分別參照PM0S晶體管11的柵絕緣層121、側(cè)墻123的材質(zhì)及形成方法。
[0042]此外，PM0S晶體管11與NM0S晶體管12還包括源漏區(qū)(未圖示)，半導(dǎo)體襯底10上還有填充于兩晶體管11、12的柵極結(jié)構(gòu)之間的介電層(未標(biāo)示)，該介電層的表面與兩晶體管11、12的柵極結(jié)構(gòu)的頂部表面齊平。
[0043]接著，參照?qǐng)D2所示,在所述半導(dǎo)體襯底10上形成暴露NM0S晶體管12偽柵極層122的圖案化光刻膠14，以所述圖案化光刻膠14為掩膜刻蝕去除NM0S晶體管12的偽柵極層122，所形成結(jié)構(gòu)參照?qǐng)D3所示。
[0044]上述形成圖案化光刻膠14的步驟包括在PM0S晶體管11的柵極結(jié)構(gòu)頂部表面、NM0S晶體管12的柵極結(jié)構(gòu)頂部表面以及兩者之間的介電層表面旋涂一層光刻膠,對(duì)該光刻膠采用掩膜板曝光、之后經(jīng)顯影形成。
[0045]以圖案化光刻膠14為掩膜