一种半导体器件及其制备方法、电子装置的制造方法
【专利摘要】本发明涉及一种半导体器件及其制备方法、电子装置。所述方法包括步骤S1：选用NMP对半导体器件进行清洗，以去除所述半导体器件在蚀刻过程中形成的残留物；步骤S2：选用含有O3的去离子水对所述半导体器件进行清洗，以去除所述步骤S1中残留的NMP微粒。本发明为了解决现有技术中存在的问题，选用NMP对半导体器件(例如NMOS中虚拟开口的侧壁)进行清洗之后，进一步选用含有O3的去离子水对所述半导体器件进行清洗，以代替现有技术中去离子水的清洗，通过所述方法不仅能够去除所述半导体器件在蚀刻过程中残留的聚合物，而且还能去除在NMP清洗过程中NMP微粒的残留，使半导体器件具有更好的轮廓，提高了所述半导体器件的性能和良率。
【专利说明】
一种半导体器件及其制备方法、电子装置
技术领域
[0001]本发明涉及半导体领域，具体地，本发明涉及一种半导体器件及其制备方法、电子
目.0
【背景技术】
[0002]随着半导体技术的不断发展，集成电路性能的提高主要是通过不断缩小集成电路器件的尺寸、以提高它的速度来实现的。目前，追求高器件密度、高性能和低成本的半导体工业已经进步到纳米技术工艺节点，特别是当半导体器件尺寸降到更低纳米级别时，半导体器件的制备收到各种物理极限的限制。
[0003]当半导体器件的尺寸降到更低纳米级别时，器件中栅极关键尺寸(gate⑶)相应的缩小为24nm。随着技术节点的降低，传统的栅介质层不断变薄，晶体管漏电量随之增加，引起半导体器件功耗浪费等问题。为解决上述问题，同时避免高温处理过程，现有技术提供一种将高K金属栅极替代多晶硅栅极的解决方案。
[0004]为了减小温度负载效应(thermal budget effect)，目前“后栅极(high-K&gatelast) ”工艺为形成高K金属栅极的一个主要工艺。使用“后栅极(high-K&gate last)”工艺形成高K金属栅极的方法包括:提供基底，所述基底上形成有虚拟栅结构(dummy gate)、及位于所述基底上覆盖所述虚拟栅结构的层间介质层；以所述虚拟栅结构作为停止层，对所述层间介质层进行化学机械抛光工艺；除去所述虚拟栅结构后形成沟槽；最后对所述沟槽填充高K介质和金属层，以形成高K金属栅。
[0005]在高K金属栅制备过程中由于NMOS和PMOS具有不同的功函数层，因此需要先去除PMOS虚拟栅极、形成PMOS金属栅，然后再去除NMMOS虚拟栅极、形成NMOS金属栅极。
[0006]通过对制备得到的器件进行检测发现，在去除虚拟栅极的过程中形成的所述虚拟开口的侧壁上残留物较多，对半导体器件性能的制备造成很大的影响。
[0007]因此，需要对目前所述残留物的去除方法作进一步的改进，以便消除上述问题。
【发明内容】
[0008]在
【发明内容】
部分中引入了一系列简化形式的概念，这将在【具体实施方式】部分中进一步详细说明。本发明的
【发明内容】
部分并不意味着要试图限定出所要求保护的技术方案的关键特征和必要技术特征，更不意味着试图确定所要求保护的技术方案的保护范围。
[0009]本发明为了克服目前存在问题，提供了一种半导体器件的制备方法，包括:
[0010]步骤S1:选用NMP对半导体器件进行清洗，以去除所述半导体器件在蚀刻过程中形成的残留物；
[0011]步骤S2:选用含有O3的去离子水对所述半导体器件进行清洗，以去除所述步骤SI中残留的NMP微粒。
[0012]可选地，在所述步骤S2中，所述含有O3的去离子中O 3的浓度为l-100ppm。
[0013]可选地，在所述步骤S2中，选用所述含有O3的去离子水进行清洗时的转数为300-400rpmo
[0014]可选地，在所述步骤S2中，选用喷管混合模式对所述半导体器件进行清洗。
[0015]可选地，在所述步骤SI和/或所述步骤S2中，所述清洗温度大于25°C。
[0016]可选地，在所述步骤SI中，选用所述NMP进行清洗的转数为450-550rpm。
[0017]可选地，所述方法还进一步包括:
[0018]步骤S3:对所述半导体器件进行离心干燥。
[0019]可选地，所述离心干燥的转数为>1000rpm。
[0020]可选地，在所述步骤SI中，所述半导体器件包括半导体衬底以及在所述半导体衬底上去除虚拟栅极之后形成的虚拟开口，选用所述NMP对所述虚拟开口的侧壁进行清洗。
[0021]本发明还提供了一种基于上述的方法制备得到的半导体器件。
[0022]本发明还提供了一种电子装置，包括上述的半导体器件。
[0023]本发明为了解决现有技术中存在的问题，选用NMP对半导体器件(例如NMOS中虚拟开口的侧壁)进行清洗之后，进一步选用含有03的去离子水对所述半导体器件进行清洗，以代替现有技术中去离子水的清洗，通过所述方法不仅能够去除所述半导体器件在蚀刻过程中残留的聚合物，而且还能去除在NMP清洗过程中NMP微粒的残留，使半导体器件具有更好的轮廓，提高了所述半导体器件的性能和良率。
【附图说明】
[0024]本发明的下列附图在此作为本发明的一部分用于理解本发明。附图中示出了本发明的实施例及其描述，用来解释本发明的装置及原理。在附图中，
[0025]图1a-1c为本发明一具体地实施中所述半导体器件的制备过程示意图；
[0026]图2a为现有技术中制备得到的所述半导体器件的SEM图；
[0027]图2b为本发明一具体地实施中制备得到的所述半导体器件的SEM图；
[0028]图3为本发明一具体地实施中所述半导体器件的制备的工艺流程图。
【具体实施方式】
[0029]在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本发明更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员而言显而易见的是，本发明可以无需一个或多个这些细节而得以实施。在其他的例子中，为了避免与本发明发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行描述。
[0030]应当理解的是，本发明能够以不同形式实施，而不应当解释为局限于这里提出的实施例。相反地，提供这些实施例将使公开彻底和完全，并且将本发明的范围完全地传递给本领域技术人员。在附图中，为了清楚，层和区的尺寸以及相对尺寸可能被夸大。自始至终相同附图标记表示相同的元件。
[0031]应当明白，当元件或层被称为“在...上”、“与...相邻”、“连接至IJ”或“耦合至IJ”其它元件或层时，其可以直接地在其它元件或层上、与之相邻、连接或耦合到其它元件或层，或者可以存在居间的元件或层。相反，当元件被称为“直接在...上”、“与...直接相邻”、“直接连接到”或“直接耦合到”其它元件或层时，则不存在居间的元件或层。应当明白，尽管可使用术语第一、第二、第三等描述各种元件、部件、区、层和/或部分，这些元件、部件、区、层和/或部分不应当被这些术语限制。这些术语仅仅用来区分一个元件、部件、区、层或部分与另一个元件、部件、区、层或部分。因此，在不脱离本发明教导之下，下面讨论的第一元件、部件、区、层或部分可表示为第二元件、部件、区、层或部分。
[0032]空间关系术语例如“在...下”、“在...下面”、“下面的”、“在...之下”、“在...之上”、“上面的”等，在这里可为了方便描述而被使用从而描述图中所示的一个元件或特征与其它元件或特征的关系。应当明白，除了图中所示的取向以外，空间关系术语意图还包括使用和操作中的器件的不同取向。例如，如果附图中的器件翻转，然后，描述为“在其它元件下面”或“在其之下”或“在其下”元件或特征将取向为在其它元件或特征“上”。因此，示例性术语“在...下面”和“在...下”可包括上和下两个取向。器件可以另外地取向(旋转90度或其它取向)并且在此使用的空间描述语相应地被解释。
[0033]在此使用的术语的目的仅在于描述具体实施例并且不作为本发明的限制。在此使用时，单数形式的“一”、“一个”和“所述/该”也意图包括复数形式，除非上下文清楚指出另外的方式。还应明白术语“组成”和/或“包括”，当在该说明书中使用时，确定所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但不排除一个或更多其它的特征、整数、步骤、操作、元件、部件和/或组的存在或添加。在此使用时，术语“和/或”包括相关所列项目的任何及所有组合。
[0034]为了彻底理解本发明，将在下列的描述中提出详细的步骤以及详细的结构，以便阐释本发明的技术方案。本发明的较佳实施例详细描述如下，然而除了这些详细描述外，本发明还可以具有其他实施方式。
[0035]在高K金属栅制备过程中由于NMOS和PMOS具有不同的功函数层，因此需要先去除PMOS虚拟栅极、形成PMOS金属栅，然后再去除NMOS虚拟栅极、形成NMOS金属栅极。目前在去除所述NMOS虚拟栅极之后，得到虚拟开口，为了去除所述虚拟开口中蚀刻时残留的聚合物，需要对所述开口的侧壁进行清洗，通常选用N-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)对所述虚拟开口的侧壁进行清洗，以去除所述侧壁上残留的聚合物，然后选用去离子水再次进行清洗，但是通过所述方法制备得到的器件上仍有残留的微粒(particle)，如图2a右侧图形所示。
[0036]发明人通过进一步的实验和分析发现，所述残留的微粒为NMP的微粒，所述NMP微粒的失败率(fail rat1)非常高，通常会导致器件性能严重下降。
[0037]通过进一步实验和分析发现导致NMP的微粒残留的原因在于，所述NMP为5元环的内酰胺结构，与水混溶后呈淡黄色，但是随着温度的升高，NMP与水的混溶越来越低，因此很难完全的去除侧壁上残留的NMP，因此侧壁上残留的NMP微粒很多。
[0038]在通过大量的实验和分析之后找到了残留微粒的组成以及残留的原因，在该基础上发明人对所述器件的清洗方法做了进一步改进。
[0039]实施例1
[0040]本发明为了解决现有技术中存在的问题，提供了一种新的半导体器件的制备方法，下面结合附图对本发明所述方法作进一步的说明。
[0041]其中，图1a-1c为本发明一具体地实施中所述半导体器件的制备过程示意图。
[0042]首先，执行步骤101，提供半导体衬底，在所述半导体衬底上形成虚拟栅极和包围所述虚拟栅极的层间介电层。
[0043]具体地，首先提供一半导体衬底，所述半导体衬底可以是以下所提到的材料中的至少一种:硅、绝缘体上硅(SOI)、绝缘体上层叠硅(SSOI)、绝缘体上层叠锗化硅(S-SiGeOI)、绝缘体上锗化硅(SiGeOI)以及绝缘体上锗(GeOI)等。
[0044]此外，半导体衬底上可以被定义有源区。在该有源区上还可以包含有其他的有源器件，为了方便，在所示图形中并没有标示。
[0045]然后在所述半导体衬底中形成浅沟槽隔离结构，所述浅沟槽隔离结构的形成方法可以选用现有技术中常用的方法，例如首先，在半导体衬底101上依次形成第一氧化物层和第一氮化物层。接着，执行干法刻蚀工艺，依次对第一氮化物层、第一氧化物层和半导体衬底进行刻蚀以形成沟槽。具体地，可以在第一氮化物层上形成具有图案的光刻胶层，以该光刻胶层为掩膜对第一氮化物层进行干法刻蚀，以将图案转移至第一氮化物层，并以光刻胶层和第一氮化物层为掩膜对第一氧化物层和半导体衬底进行刻蚀，以形成沟槽。当然还可以采用其它方法来形成沟槽，由于该工艺以为本领域所熟知，因此不再做进一步描述。
[0046]然后，在沟槽内填充浅沟槽隔离材料，以形成浅沟槽隔离结构。具体地，可以在第一氮化物层上和沟槽内形成浅沟槽隔离材料，所述浅沟槽隔离材料可以为氧化硅、氮氧化硅和/或其它现有的低介电常数材料；执行化学机械研磨工艺并停止在第一氮化物层上，以形成所述浅沟槽隔离结构。
[0047]在本发明中所述浅沟槽隔离可以将所述半导体衬底分为NMOS区域以及PMOS区域。
[0048]接着，在所述NMOS区域形成NMOS虚拟栅极，在所述PMOS区域形成PMOS虚拟栅极。
[0049]具体地，在所述半导体衬底上依次沉积氧化物绝缘层、栅极材料层，然后对所述氧化物绝缘层、栅极材料层进行刻蚀得到虚拟栅极。
[0050]其中，所述氧化物绝缘层优选为二氧化硅，其形成方法可以为沉积二氧化硅材料层或者高温氧化所述半导体衬底来形成绝缘层，所述栅极材料层可包括硅或者多晶硅层。
[0051]可选地，所述方法还进一步包括在所述NMOS虚拟栅极以及PMOS虚拟栅极的两侧形成偏移侧墙(offset spacer)。所述偏移侧墙的材料例如是氮化娃，氧化娃或者氮氧化娃等绝缘材料。随着器件尺寸的进一步变小，器件的沟道长度越来越小，源漏极的粒子注入深度也越来越小，偏移侧墙的作用在于以提高形成的晶体管的沟道长度，减小短沟道效应和由于短沟道效应引起的热载流子效应。在栅极结构两侧形成偏移侧墙的工艺可以为化学气相沉积，本实施例中，所述偏移侧墙的厚度可以小到80埃。
[0052]可选地，在所述NMOS虚拟栅极以及PMOS虚拟栅极两侧执行LDD离子注入步骤并活化。
[0053]可选地，在所述NMOS虚拟栅极的间隙壁上和所述PMOS虚拟栅极的偏移侧墙上形成间隙壁。
[0054]具体地，在所形成的偏移侧墙上形成间隙壁(Spacer)，所述间隙壁可以为氧化硅、氮化硅、氮氧化硅中一种或者它们组合构成。作为本实施例的一中实施方式，所述间隙壁为氧化硅、氮化硅共同组成，具体工艺为:在半导体衬底上形成第一氧化硅层、第一氮化硅层以及第二氧化硅层，然后采用蚀刻方法形成间隙壁。
[0055]然后，沉积层间介电层，以覆盖所述虚拟栅极，其中所述层间介电层可以选用常用的材料，例如在本发明中选用S12，但是需要说明的是，层间介电层并不局限于该材料。
[0056]接着执行步骤202，去除所述虚拟栅极，以形成虚拟开口。
[0057]具体地，在该步骤中去除PMOS虚拟栅极，然后再所述PMOS虚拟开口中形成PMOS
金属栅极。
[0058]例如，首先在所述虚拟开口中沉积高K介电层，其中所述高K介电层可以选用本领域常用的介电材料，例如在HfO2中引入S1、Al、N、La、Ta等元素并优化各元素的比率来得到的高K材料等。
[0059]形成所述高K介电层的方法可以是物理气相沉积工艺或原子层沉积工艺。在本发明的实施例中，在凹槽中形成HfAlON栅极介电层，其厚度为15到60埃。
[0060]然后在高K介电层上形成覆盖层，所述覆盖层可以选用TiN，进一步，还可以在所述覆盖层上形成扩散阻挡层，可以是TaN层或AlN层。在本发明的一个实施例中，在CVD反应腔中进行所述TaN层或AlN层的沉积，所选择的工艺条件包括压强为1-100乇，温度为500-1000摄氏度。所沉积的TaN层或AlN层具有10-50埃的厚度。
[0061]最后形成导电层，所述导电层可以是铝层，也可以是铜或钨层。在本发明的一个实施例中使用Al形成所述导电层，可以用CVD或PVD的方法进行沉积。在该导电层形成之后，在300-500摄氏度温度下进行退火。其在含氮环境中反应的时间为10-60分钟。
[0062]在形成PMOS虚拟栅极之后，形成NMOS虚拟栅极，首先去除所述NMOS虚拟栅极，在去除NMOS虚拟栅极之后得到NMOS虚拟开口，所述NMOS虚拟开口的侧壁上残留大量的蚀刻聚合物。
[0063]执行步骤203，将包含半导体器件的晶圆101固定，固定在中心固定装置102上。
[0064]具体地，如图1a所示，在该步骤中，将所述晶圆101固定在所述清洗装置上，然后选用NMP对所述NMOS虚拟开口的侧壁进行清洗，以去除在蚀刻虚拟栅极过程中在所述虚拟开口侧壁上残留的聚合物。
[0065]可选地，在该步骤中，选用所述NMP进行清洗的温度大于25°C。
[0066]进一步，可选地选用所述NMP进行清洗的转数为450-550rpm，例如所述转数为500rpm。但是并不局限于该数值范围。
[0067]进一步，可选地在步骤中可以选用喷管混合模式对所述半导体器件进行清洗。
[0068]执行步骤204，选用含有O3的去离子水对所述半导体器件进行清洗，以去除残留的NMP微粒。
[0069]具体的，如图1b所示，在该步骤中所述含有O3的去离子水的浓度可以选用1-1OOppm0
[0070]可选地，在该步骤中选用较低的转数对所述器件进行清洗，例如选用清洗装置最低转数附近的转数进行清洗，转数越低越能更彻底的去除NMP微粒。
[0071]可选地，在本发明中选用所述含有O3的去离子水进行清洗时的转数为300_400rpm，例如选用 305rpm。
[0072]进一步，可选地在步骤中可以选用喷管混合模式对所述半导体器件进行清洗。
[0073]可选地，在该步骤中，选用所述含有O3的去离子水进行清洗的温度大于25°C。
[0074]执行步骤205，对所述半导体器件进行离心干燥。
[0075]具体的，如图1c所示，在该步骤中，所述离心干燥的转数为>1000rpm。
[0076]可选地，所述离心干燥的转数为1500rpm。
[0077]在所述步骤之后还可以进一步包含形成NMOS金属栅极的步骤。
[0078]至此，完成了本发明实施例的半导体器件制备的相关步骤的介绍。在上述步骤之后，还可以包括其他相关步骤，此处不再赘述。并且，除了上述步骤之外，本实施例的制备方法还可以在上述各个步骤之中或不同的步骤之间包括其他步骤，这些步骤均可以通过现有技术中的各种工艺来实现，此处不再赘述。
[0079]本发明为了解决现有技术中存在的问题，选用NMP对半导体器件(例如NMOS中虚拟开口的侧壁)进行清洗之后，进一步选用含有03的去离子水对所述半导体器件进行清洗，以代替现有技术中去离子水的清洗，通过所述方法不仅能够去除所述半导体器件在蚀刻过程中残留的聚合物，而且还能去除在NMP清洗过程中NMP微粒的残留，如图2b所示，使半导体器件具有更好的轮廓，提高了所述半导体器件的性能和良率。
[0080]参照图3，其中示出了本发明制备所述半导体器件的工艺流程图，用于简要示出整个制造工艺的流程，包括以下步骤:
[0081]步骤S1:选用NMP对半导体器件进行清洗，以去除所述半导体器件在蚀刻过程中形成的残留物；
[0082]步骤S2:选用含有O3的去离子水对所述半导体器件进行清洗，以去除所述步骤SI中残留的NMP微粒。
[0083]实施例2
[0084]本发明还提供了一种半导体器件，所述半导体器件选用实施例1所述的方法制备。通过本发明所述方法制备得到的半导体器件中不存在残留的聚合物、以及清洗过程中清洗试剂微粒的残留，使所述半导体器件的侧壁轮廓更好，进一步提高了所述半导体器件的性能和良率。
[0085]实施例3
[0086]本发明还提供了一种电子装置，包括实施例2所述的半导体器件。其中，半导体器件为实施例2所述的半导体器件，或根据实施例1所述的制备方法得到的半导体器件。
[0087]本实施例的电子装置，可以是手机、平板电脑、笔记本电脑、上网本、游戏机、电视机、V⑶、DVD、导航仪、照相机、摄像机、录音笔、MP3、MP4、PSP等任何电子产品或设备，也可为任何包括所述半导体器件的中间产品。本发明实施例的电子装置，由于使用了上述的半导体器件，因而具有更好的性能。
[0088]本发明已经通过上述实施例进行了说明，但应当理解的是，上述实施例只是用于举例和说明的目的，而非意在将本发明限制于所描述的实施例范围内。此外本领域技术人员可以理解的是，本发明并不局限于上述实施例，根据本发明的教导还可以做出更多种的变型和修改，这些变型和修改均落在本发明所要求保护的范围以内。本发明的保护范围由附属的权利要求书及其等效范围所界定。
【主权项】
1.一种半导体器件的制备方法，包括: 步骤S1:选用NMP对半导体器件进行清洗，以去除所述半导体器件在蚀刻过程中形成的残留物； 步骤S2:选用含有O3的去离子水对所述半导体器件进行清洗，以去除所述步骤SI中残留的NMP微粒。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述步骤S2中，所述含有O3的去离子中03的浓度为l-100ppm。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述步骤S2中，选用所述含有O3的去离子水进行清洗时的转数为300-400rpm。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述步骤S2中，选用喷管混合模式对所述半导体器件进行清洗。5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述步骤SI和/或所述步骤S2中，所述清洗温度大于25°C。6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述步骤SI中，选用所述NMP进行清洗的转数为450-550rpm。7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还进一步包括: 步骤S3:对所述半导体器件进行离心干燥。8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述离心干燥的转数为>1000rpm。9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述步骤SI中，所述半导体器件包括半导体衬底以及在所述半导体衬底上去除虚拟栅极之后形成的虚拟开口，选用所述NMP对所述虚拟开口的侧壁进行清洗。10.一种基于权利要求1至9之一所述的方法制备得到的半导体器件。11.一种电子装置，包括权利要求10所述的半导体器件。
【文档编号】H01L21/02GK105845547SQ201510021532
【公开日】2016年8月10日
【申请日】2015年1月15日
【发明人】梁海慧
【申请人】中芯国际集成电路制造(上海)有限公司