用于制造半导体器件的方法技术

提供一种用于制造半导体器件的方法。根据本发明专利技术，可以刻蚀高－ｋ膜，以提供希望的几何形状，而不损坏硅底层材料。通过热氧化在硅衬底（５０）上形成氧化硅薄膜（５２），以及在其上形成包括ＨｆＳｉＯ↓［ｘ］的高介电常数绝缘膜（５４）。此后，通过抗蚀剂层（５８）的掩模，通过干法刻蚀分阶段有选择地除去多晶硅层（５６）和高介电常数绝缘膜（５４），以及随后，通过多晶硅层（５６）的掩模，通过湿法刻蚀有选择地除去介电常数绝缘膜（５４）和氧化硅膜（５２）的剩余部分。蚀刻剂溶液采用磷酸和硫酸的液体混合物。蚀刻剂溶液的温度优选等于或小于２００℃，更优选等于或小于１８０℃。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及包括半导体衬底上的金属化合物膜的半导体器件及其制造方法。
技术介绍
近年来，研究了应用于构成半导体器件的材料的高介电常数膜的利用，高介电常数膜叫作高-k膜。一般的高-k材料包括含有Zr、Hf等的氧化物。通过采用这种材料用于MOSFET的栅绝缘膜和电容元件的电容膜可以获得新的优良的器件性能。JP-A-2003-8004(第 段至 段和图1)描述了具有多层结构(Al2O3-HfO2-Al2O3)的栅绝缘膜的MOSFET，该多层结构包括在氧化铪膜的上和下表面上形成的氧化铝膜。当晶体管的栅绝缘膜采用高-k材料时，即使栅绝缘膜的厚度设计为在某一级别的厚度，变成氧化硅膜的更薄的膜厚度也可以是适用的，由此提供物理上和结构上稳定的栅绝缘膜。在用于形成包括这种栅绝缘膜的晶体管的制备中，需要除去在栅电极制造之后没有形成栅电极的区域中形成的栅绝缘膜。如果该栅绝缘膜没有被除去，仍留在其上，那么不希望的短沟道效应可能是显著的，由此减小晶体管的可靠性。然而，氧化铪膜通常难以被刻蚀。在上述专利申请中，该申请描述了通过进行反应离子刻蚀(RIE)可以刻蚀掉栅绝缘膜，以及该申请还描述了其中如果RIE不足以除去栅绝缘膜，可以采用等离子刻蚀。但是，事实上，通过进行干法刻蚀不容易除去氧化铪膜。具体，在MOSFET的制造工序期间，在用于退火栅电极的步骤中需要在相当高的温度下进行热处理。在该步骤期间，引起氧化铪膜的晶化，以进一步将氧化铪膜变为更难以刻蚀的薄膜。此外，当氧化铪膜被干刻蚀时，可能存在等离子体损坏高-k材料的底层材料的问题。此外，通过氧化铪膜的干刻蚀，硅衬底被不希望地刻蚀，改变晶体管的杂质扩散层的结深，由此增加那里的漏电流。另一方面，即使通过湿法刻蚀除去氧化铪膜，氧化铪膜的除去可能也不容易进行。在Japan Society of Applied Physics和Related Societies(Oyo Butsurigaku Kankei Rengo Koenkai Koen Yokoshu)，No.2(2003.3月27日神奈川大学出版)，p.p.934(29a-ZW-5)名称为“Wet etching ofHfO2by irradiating ultra-violet ray(Shigaisen-o shosha suru HfO2no wetetching)”的第50号延伸摘要中描述了这种情况，且在该文献中描述了氧化铪膜难以被刻蚀掉，以及它还描述了如果在暴露于紫外光的条件下用磷酸进行这种膜的湿法刻蚀，那么氧化铪膜的刻蚀成为可能。反之，没有什么比刻蚀掉氧化铪膜更困难，以致必须进行这种特殊处理。此外，关键的是当在进行湿法刻蚀的情况下进行刻蚀时，不应该损坏作为底层材料的硅衬底的表面。如上所述，一般在由高-k材料构成的薄膜和衬底之间形成硅热氧化膜，对于刻蚀氧化铪膜有效的蚀刻剂通常也可以刻蚀硅热氧化膜，以致用相同的蚀刻剂同时除去这些薄膜，最终露出硅衬底的表面。当采用这种工艺时，硅衬底容易被损坏。不仅是形成硅热氧化膜的情况，当在采用硫酸-双氧水混合物(SPM)和/或氨水-双氧水混合物(APM)清洗衬底的工序步骤过程中化学地形成硅自然氧化膜时，同样发生这种问题。而且，在湿法刻蚀情况下，通过刻蚀浅沟槽隔离(STI)结构的器件隔离膜暴露于表面，因此当使用上述蚀刻剂时，可能引起导致露出的器件隔离膜溶解(dissolution)和/或损坏的问题。这些是因为器件隔离膜通常由氧化硅膜构成，通过使用对于刻蚀氧化铪膜有效的蚀刻剂容易溶解该器件隔离膜。
技术实现思路
鉴于上述情况，本专利技术提供一种解决上述问题的办法，且本专利技术的目的是提供一种用于刻蚀高-k膜的技术，以提供其希望的几何形状而不损坏底层硅衬底层材料。根据本专利技术的一个方面，提供一种，该方法包括在含硅的底层材料上形成金属硅酸盐膜，该金属硅酸盐膜包含作为主要化学元素的硅、氧以及从由Hf、La、Zr和Al构成的组中挑选出来的一种、两种或更多种金属元素以及除去金属硅酸盐膜，以露出底层材料，其中在除去金属硅酸盐膜过程中，通过采用包含氧化性酸或其盐类的化学液体溶液除去金属硅酸盐膜。根据本专利技术的另一方面，提供一种，该方法包括在含硅的底层材料上形成包括金属硅酸盐膜的栅绝缘膜，该金属硅酸盐膜包含作为主要化学元素的硅、氧以及从由Hf、La、Zr和Al构成的组中挑选出来的一种、两种或更多种金属元素在栅绝缘膜上形成栅电极膜；有选择地除去栅电极膜，以将栅电极膜处理为栅电极的几何形状并露出金属硅酸盐膜；以及除去金属硅酸盐膜，以露出底层材料的表面，其中在所述金属硅酸盐膜的所述去除的过程中，通过采用包含氧化性酸或其盐类的化学液体溶液除去金属硅酸盐膜。如上所述，在现有技术的部分，包含难熔金属如铪等的高-k膜通常难以被刻蚀。相反，本专利技术采用一种结构，其中形成金属硅酸盐膜代替这种金属膜，且通过使用氧化性酸或其盐类刻蚀掉形成的薄膜，以致使用于该结构的刻蚀工序易于进行，在常规技术中用于该结构的刻蚀工序是困难的，由此能够稳定的形成包括高-k膜的半导体器件。金属硅酸盐膜可以通过各种方法形成，且优选采用在形成薄膜的过程中通过使用包含气体的硅引入硅的方法。该结构提供引入足够量的硅到薄膜中，以致用上述化学液体溶液的除去成为可能。用化学液体溶液除去的工序可以以一种方式进行，例如溶解金属硅酸盐膜以将其除去的方式。金属硅酸盐膜中的硅和铪的摩尔比(Si/(Si+Hf))优选可以等于或高于5％，更优选等于或高于10％。该结构提供具有更高稳定性的良好刻蚀性能。此外，根据本专利技术，如上所述采用氧化性酸或其盐类除去金属硅酸盐膜，以露出包含硅的底层材料，因此对底层材料的损害级别可以减小到最小级别。这里，“含硅的底层材料”表示硅衬底本身或在其上形成有薄膜和具有包括含硅薄膜的最上表面的硅衬底。含硅薄膜可以包括氧化硅膜、氮化硅膜、氮氧化硅膜等。用于制造根据本专利技术的半导体器件的方法可以具有一个结构，其中器件隔离膜包括具有在底层材料上形成的浅沟槽隔离(STI)结构的氧化硅膜，且当金属硅酸盐膜被除去，以露出底层材料时，露出器件隔离膜。由于器件隔离膜通常由氧化硅膜组成，通过使用上述蚀刻剂可能发生溶解和/或损坏的问题。相反，本专利技术采用氧化性酸或其盐类，以致对这种器件隔离膜的损害可以降低到最小级别。根据本专利技术的再一方面，提供一种，该方法包括在含硅的底层材料上形成金属硅酸盐膜，金属硅酸盐膜包含作为主要化学元素的硅、氧以及从由Hf、La、Zr和Al构成的组中挑选出来的一种、两种或更多金属元素以及除去金属硅酸盐膜，以露出底层材料，其中在除去金属硅酸盐膜过程中，通过采用包含有机溶剂和氢氟酸或其盐类的化学液体溶液除去金属硅酸盐膜。根据本专利技术的又一方面，提供一种，该方法包括在含硅的底层材料上形成包括金属硅酸盐膜的栅绝缘膜，该金属硅酸盐膜包含作为主要化学元素的硅、氧以及从由Hf、La、Zr和Al构成的组中挑选出来的一种、两种或更多金属元素；在栅绝缘膜上形成栅电极膜；有选择地除去栅电极膜，以将栅电极膜处理为栅电极的几何形状并露出所述金属硅酸盐膜；以及除去金属硅酸盐膜，以露出底层材料的表面，其中在除去金属硅酸盐膜过程中，通过采用包含有机溶剂和氢氟酸或其盐类的化学液体溶液除去金属硅酸本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于制造半导体器件的方法，包括以下步骤：在含硅的底层材料上形成金属硅酸盐膜，所述金属硅酸盐膜包含作为主要化学元素的硅、氧以及从由Ｈｆ、Ｌａ、Ｚｒ和Ａｌ构成的组中挑选出来的一种、两种或更多种金属元素；以及除去所述金属硅酸盐 膜，以露出所述的底层材料，其中在所述金属硅酸盐膜的所述除去的过程中，通过采用包含有机溶剂和氢氟酸或其盐类的化学液体溶液除去所述的金属硅酸盐膜。

【技术特征摘要】
JP 2003-6-6 163017/20031.一种用于制造半导体器件的方法，包括以下步骤在含硅的底层材料上形成金属硅酸盐膜，所述金属硅酸盐膜包含作为主要化学元素的硅、氧以及从由Hf、La、Zr和Al构成的组中挑选出来的一种、两种或更多种金属元素以及除去所述金属硅酸盐膜，以露出所述的底层材料，其中在所述金属硅酸盐膜的所述除去的过程中，通过采用包含有机溶剂和氢氟酸或其盐类的化学液体溶液除去所述的金属硅酸盐膜。2.根据权利要求1的方法，其中所述含硅的底层材料是SiO2。3.根据权利要求1的方法，其中所述化学液体溶液是从包含醚型有机溶剂、N-甲基吡咯烷酮、碳酸亚丙酯、丁内酯、二甲亚砜、二甲基乙酰胺、和二氢糠基醇、和氢氟酸或其盐类的组中挑选出来的一种或者多种溶液。4.根据权利要求1的方法，其中所述有机溶剂是丁基二甘醇。5.根据权利要求1的方法，其中氢氟酸的浓度在0.5％至5％之间。6.一种用于制造半导...

【专利技术属性】
技术研发人员：富盛浩昭，青木秀充，岩本敏幸，
申请(专利权)人：恩益禧电子股份有限公司，日本电气株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]