[发明专利]一种高K金属栅工艺中TiN表面界面层的去除工艺

说明书

技术领域

本发明属于半导体制造领域，特别是涉及一种高K金属栅工艺中TiN表面界面层的去除工艺。

背景技术

根据国际半导体技术发展蓝图(international technology roadmap for semiconductor，ITRS)，CMOS技术将于2009年进入32nm技术节点。然而，在CMOS逻辑器件从45nm向32nm节点按比例缩小的过程中却遇到了很多难题。为了跨越尺寸缩小所带来的这些障碍，要求把最先进的工艺技术整合到产品制造过程中。根据现有的发展趋势，可能被引入到32nm节点的新的技术应用，涉及如下几个方面：浸入式光刻的延伸技术、迁移率增强衬底技术、金属栅/高介电常数栅介质(metal/high-k，MHK)栅结构、超浅结(ultra-shallow junction，USJ)以及其他应变增强工程的方法，包括应力邻近效应(stress proximity effect，SPT)、双重应力衬里技术(dualstress liner，DSL)、应变记忆技术(stress memorization technique，SMT)、STI和PMD的高深宽比工艺(high aspect ratio process，HARP)、采用选择外延生长(selective epitaxial growth，SEG)的嵌入SiGe(pFET)和SiC(nFET)源漏技术、中端(middle of line，MOL)和后端工艺(back-end of line，BEOL)中的金属化以及超低k介质(ultra low-k，ULK)集成等。

随着半导体器件的特征尺寸进入到45nm技术节点以后，为了减小栅隧穿电流，降低器件的功耗，并彻底消除多晶硅耗尽效应和P型金属-氧化物-半导体场效应晶体管(PMOSFET)中硼穿透引起的可靠性问题，缓解费米能级钉扎效应，采用高介电常数(K)/金属栅材料代替传统的SiO₂/多晶硅(poly)结构已经成为了必然的选择。在诸多高K材料中，Hf基高K材料最终被认为是最有希望成为SiO₂栅介质的替代者。另一方面，TiN金属栅材料由于具有好的热稳定性、化学稳定性以及与Hf基高介电常数栅介质有好的粘附性等特点使其成为了纳米级互补型金属-氧化物-半导体场效应晶体管(CMOS)器件中金属栅材料的有力候选者。

一般的高K金属栅在制作过程中会形成包括SiO₂层、高K介质层、TiN层以及多晶硅层的叠层结构，而在制作的过程中，TiN层与多晶硅层的界面通常会发生反应形成Si（N,O）化合物，从对晶圆的电性能测试WAT(Wafer Acceptance Test)结果可以看出，TiN层表面的Si（N,O）化合物的存在会明显增加晶体管的阈值电压Vt，从而影响晶体管的电性能。

因此，提供一种有效去除TiN层表面的Si（N,O）化合物，以保证晶体管最终电性能的方法实属必要。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种高K金属栅工艺中TiN表面界面层的去除工艺，用于解决现有技术中TiN表面界面层会明显增加晶体管的阈值电压，从而影响晶体管性能的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种高K金属栅工艺中TiN表面界面层的去除工艺，所述去除工艺至少包括以下步骤：

1）于包括依次层叠于Si衬底表面的SiO₂层、高K介质层、TiN层以及多晶硅层的栅极结构中去除所述多晶硅层，露出所述TiN层以及形成于其表面的氮氧化硅界面层；

2）采用F-基干法刻蚀去除所述氮氧化硅界面层，去除过程中于TiN表面形成氟化钛界面层；

3）于H₂或H₂/N₂的混合气体的气氛中对所述TiN层表面进行高温等离子体处理；

4）采用湿法清洗工艺对所述TiN层表面进行清洗。

作为本发明的高K金属栅工艺中TiN表面界面层的去除工艺的一种优选方案，所述高K介质层的材料包括HfO₂、HfON、HfAlO、HfAlON、HfTaO、HfTaON、HfSiO、HfSiON、HfLaO或者HfLaON中的一种或一种以上。

作为本发明的高K金属栅工艺中TiN表面界面层的去除工艺的一种优选方案，步骤1）还包括涂覆光刻胶并于栅极结构对应位置形成刻蚀窗口的步骤；步骤2）之后还包括对所述光刻胶进行灰化处理的步骤；步骤4）的湿法清洗工艺同时去除所述光刻胶。