[发明专利]金属栅层/高K栅介质层的叠层结构刻蚀后的清洗方法

说明书

技术领域

本发明涉及集成电路制造技术领域，具体地，涉及一种适用于金属栅层/高K栅介质层叠层结构刻蚀后的清洗方法。

背景技术

随着半导体器件的特征尺寸进入到45nm及45nm以下技术节点，采用高K(介电常数)材料(如HfO₂，HfSiON等)、金属栅材料(如TiN，TaN等)代替传统的SiO₂介质和多晶硅栅的结构成为了必然的选择。引入高K材料可以减小栅漏电，降低器件的功耗；而金属栅材料的引入不仅可以减小栅的电阻，而且可以消除多晶硅耗尽效应、B穿透引起的可靠性等问题。然而这些材料的引入存在着很多集成方面的问题，其中高K/金属栅叠层结构的刻蚀后的清洗是实现高K、金属栅材料集成的关键工艺之一。

由于高K、金属栅材料的刻蚀产物的挥发性较差，干法刻蚀后会在栅结构的顶部和侧壁上留下含有金属的聚合物残余，该物质的存在会导致器件的电容增加等不利影响，因此在进行后续工艺前必须去除高K、金属栅材料刻蚀过程中形成的聚合物。对于常规的多晶硅/SiO₂栅结构刻蚀过程中形成的聚合物去除，可采用随后的SPM(3号液)、APM(1号液)清洗去除或采用O₂等离子体干法去除。但这些常规的清洗方法难以兼容高K、金属栅材料，这是因为采用SPM(3号液)、APM(1号液)清洗去除高K、金属栅材料刻蚀过程中产生的聚合物时会严重腐蚀金属栅材料；采用O₂等离子体去除高K、金属栅材料刻蚀过程中产生的聚合物时会导致高K介质下面的界面氧化层增厚，使得等效氧化层厚度增加，严重影响器件的特性。因此，完全去除高K、金属栅材料刻蚀后形成的含有金属的残余聚合物且不能损伤栅结构中的高K、金属栅材料是实现高K、金属栅材料集成的关键工艺之一。

发明内容

本发明针对在纳米级CMOS器件中引入高K、金属栅材料后，在高K、金属栅材料刻蚀后存在含有金属的聚合物问题，提供一种金属栅层/高K栅介质层的叠层结构刻蚀后的清洗方法。

为解决上述技术问题，根据本发明的一个方面，提供了一种金属栅层/高K栅介质层的叠层结构刻蚀后的清洗方法，包括：提供半导体衬底；在半导体衬底上依次形成高K栅介质层、金属栅层、多晶硅层和掩膜层；对所述掩膜层、多晶硅层、金栅属层和高K栅介质层进行刻蚀以形成栅极图案；采用包括氢氟酸的混合溶液对所述半导体衬底和栅极图案进行清洗。

可选地，对所述金属栅层和高K栅介质层进行刻蚀的步骤包括：刻蚀所述金属栅层和高K栅介质层后，在所述半导体衬底上保留部分高K栅介质层。在所述半导体衬底上保留的高K栅介质层的厚度可优选为小于等于1纳米。

可选地，对所述金属栅层和高K栅介质层进行刻蚀的步骤包括：对所述金属栅层和高K栅介质层进行刻蚀时完全去除高K栅介质层。

可选地，所述混合溶液中氢氟酸的质量百分含量为0.045-2.15％。清洗时的温度为20-50℃。

可选地，所述混合溶液中进一步包括盐酸。混合溶液中按质量百分比计，氢氟酸为0.05-1.5％，盐酸为4.23-15％。

可选地，所述混合溶液中进一步包括硝酸。所述混合溶液中按质量百分比计，氢氟酸为0.04-2.2％，硝酸为9.36-34％。

可选地，所述混合溶液中进一步包括有机溶剂。所述有机溶剂包括异丙醇或无水乙醇。

在本发明的实施例中，所述金属栅层的材料可以包括TaN、TiN、MoN、Ru、Mo中任一种或多种的组合。所述金属栅层可以包括至少一层金属栅材料。所述高K栅介质层的材料可以包括HfO₂、HfAlON、HfSiAlON、HfTaAlON、HfTiAlON、HfON、HfSiON、HfTaON、HfTiON中的任一种或多种的组合。

本发明的有益效果是：

1、本发明提出的金属栅层/高K栅介质层的叠层结构刻蚀后的清洗方法，可以完全去除金属栅层/高K栅介质层的叠层结构刻蚀后留下的含有金属的聚合物残余。

2、本发明提出的金属栅层/高K栅介质层的叠层结构刻蚀后的清洗方法，对场区SiO₂的腐蚀速率较低，满足器件集成的需要。