[发明专利]硅蚀刻液以及使用其的晶体管的制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种蚀刻液以及使用其的晶体管的制造方法，其用于晶体管的制造方法中的由硅形成的虚拟栅的蚀刻，选择性地蚀刻该由硅形成的虚拟栅，该晶体管的制造方法的特征在于，使用具有至少层叠高介电材料膜和由硅形成的虚拟栅而成的虚拟栅层叠体的结构体，将该虚拟栅替换为铝金属栅。

背景技术

一直以来，半导体通过缩小晶体管的栅长度、栅厚度的所谓微细化来改善性能、成本、功耗。但是，为了达成当今要求的微细化，对于使用氧化硅的现有栅绝缘膜而言，栅厚度变得过薄，隧道电流引起的泄漏电流增大，功耗变大。进而，近年来，使用半导体元件的设备中，移动电话、笔记本电脑、便携式音乐播放器等随身携带着使用的设备逐渐变多。此时，往往由可充电电池来供给电力，因此，以长时间使用为目标，对半导体元件要求低功耗。因此，为了减少待机时的泄漏电流，设想出了如下技术：作为构成晶体管的绝缘材料与栅电极的组合，使用高介电材料与金属栅来代替一直以来使用的氧化硅与多晶硅。此时，作为可选择的金属之一，可列举出铝(专利文献1)。

对于该高介电材料和金属栅的制造方法提出了各种各样的方案，作为方法之一，有如下的被称为后栅极(gate-last)的方法：以高介电材料与多晶硅的组合制作晶体管形状后，去除多晶硅，替换为金属栅(非专利文献1)。图1中通过剖面示意图示出使用高介电材料的半导体元件中的、去除多晶硅前的晶体管的一部分。蚀刻该多晶硅时，在该多晶硅的周围存在铝、层间绝缘膜、侧壁以及高介电材料膜，它们是不能被蚀刻的部位。因此，需要不蚀刻铝、层间绝缘膜、侧壁以及高介电材料，而蚀刻多晶硅的技术。

作为蚀刻多晶硅的方法已知干法蚀刻(专利文献1)。但是，对于干法蚀刻，由于铝、层间绝缘膜也会被蚀刻，因此需要在铝和层间绝缘膜上设置光致抗蚀剂等保护膜。设置保护膜时，制造工序变得复杂，担心会导致成品率的降低、制造成本的增大。进而，为了去除光致抗蚀剂而进行的灰化处理会对铝和层间绝缘膜造成损害，因而存在使晶体管的性能降低的顾虑。另外，通常，为了防止微小的硅残留，进行比由硅的每单位时间的蚀刻量(后面称为蚀刻速率)计算的蚀刻处理时间更长时间地蚀刻的过度蚀刻。对于干法蚀刻，过度蚀刻时，有时将硅的蚀刻后露出的高介电材料蚀刻或使其劣化，因此有时晶体管的性能会降低。

作为通过湿法蚀刻法来蚀刻硅的洗涤液，已知各种碱性洗涤液(非专利文献2)。但是，这些洗涤液不仅蚀刻多晶硅，也蚀刻铝(参照比较例1)。

作为不蚀刻铝而蚀刻硅的技术，提出了在氢氧化四甲基铵中溶解有硅的硅各向异性蚀刻液(专利文献2)。但是，该技术以在高温下使用为前提，因此，近年来，在湿法蚀刻中，为了抑制微粒而使用通常用于半导体制造的、分别洗涤每一片硅晶片的单片洗涤装置时，无法提供稳定的蚀刻能力。在单片洗涤装置中能够使用的温度下使用时，硅的蚀刻速率过小，因此无法用于包含高介电材料和金属栅的晶体管形成工序中的硅蚀刻。另外，温度下降时生成沉淀，因此无法用于像半导体的晶体管部那样甚至不允许微小的微粒残留的工序。进而，对于该技术而言，不足以适用于甚至不允许微小的铝蚀刻的半导体的晶体管形成工序(参照比较例2)。

作为能够不蚀刻铝、铝合金而仅选择性且各向异性地蚀刻硅的蚀刻剂组合物，提出了在碱水溶液中添加还原性化合物和防腐剂而成的碱系蚀刻剂组合物(专利文献3)。但是，该技术由于铝的蚀刻速率过大而无法用于包含高介电材料和金属栅的晶体管形成工序中的硅蚀刻(参照比较例3)。

作为抑制铝的蚀刻、去除氯的技术，提出了含有季铵氢氧化物、糖类或糖醇的水溶液(专利文献4)。但是，专利文献4从去除氯的观点来防止铝的蚀刻，并没有提及该碱性剥离液的硅的蚀刻能力。即，专利文献4与以不蚀刻铝膜而蚀刻硅为目的的本发明的技术构思不同。进而，专利文献4中公开的水溶液的硅的蚀刻速率过小，因此无法用于作为本发明的对象的包含高介电材料和金属栅的晶体管形成工序中的硅蚀刻(参照比较例4)。

另外，提出了抑制铝的蚀刻、减弱粘接薄膜的粘接力的剥离液(专利文献5)。但是，专利文献5提出了从不妨碍减弱粘接薄膜的粘接力的能力的观点来防止铝的蚀刻的碱性剥离液，并没有提及该碱性剥离液的硅的蚀刻能力。因此，专利文献5与以不蚀刻铝膜而蚀刻硅为目的的本发明的技术不同。进而，根据记载，专利文献5中可以使用的剥离液只要是呈碱性的溶液就没有特别限定。但是，可以用于硅的蚀刻的呈碱性的化合物是有限定的。即，根据专利文献5来类推适用于本发明的化合物并不容易(参照比较例5)。