專利名稱：半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的制造方法，且特別是一種具有高介電常數(shù)(HighDielectric Constant；High k)薄膜的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的制造方法。
背景技術(shù)：
在半導(dǎo)體組件尺寸的微小化趨勢(shì)下，組件的關(guān)鍵尺寸(Critical Dimension；CD)持續(xù)微縮化。隨著半導(dǎo)體制備技術(shù)進(jìn)入納米(Nanometer)時(shí)代時(shí)，由于受到材料的性質(zhì)及制備技術(shù)的限制，半導(dǎo)體組件的微小化發(fā)展面臨相當(dāng)嚴(yán)苛的挑戰(zhàn)。
目前的半導(dǎo)體制備中，大都系采用二氧化硅層來作為晶體管組件的柵極介電層。為了增加晶體管組件的運(yùn)轉(zhuǎn)速度，需降低有效柵極介電層的厚度。然而，當(dāng)有效氧化厚度(Effective Oxide Thickness；EOT)小于15時(shí)，傳統(tǒng)作為柵極介電層的二氧化硅層遭受相當(dāng)嚴(yán)重的漏電流(Leakage Current)現(xiàn)象，嚴(yán)重影響晶體管組件的電性穩(wěn)定度以及可靠度。因此，當(dāng)有效氧化厚度小于15時(shí)，必須尋找二氧化硅的替代材料來作為柵極介電層。
由于高介電常數(shù)材料具有較大的有效氧化厚度，因此近年來發(fā)展出以高介電常數(shù)材料來作為傳統(tǒng)的柵極氧化層的替代品，以有效改善傳統(tǒng)的柵極介電層日益嚴(yán)重的漏電流現(xiàn)象。目前，以鉿(Hafnium；Hf)或鋯(Zirconium；Zr)等過渡金屬的氧化物或氮氧化物為較為可行的高介電常數(shù)的柵極介電層材料。
然而，在沉積這類具有高介電常數(shù)的金屬氧化物或金屬氮氧化物于基材的第一表面時(shí)，極容易在相對(duì)于第一表面的基材第二表面上形成高介電常數(shù)薄膜或造成高介電常數(shù)微粒的污染。意外形成于基材上的高介電常數(shù)薄膜或微粒污染，不僅會(huì)影響后續(xù)制備的可靠度，例如微影制備的聚焦深度，更會(huì)造成晶體管組件的電性穩(wěn)定度下降。此外，基材上的高介電常數(shù)微粒污染可能在制備期間掉落在制備反應(yīng)室內(nèi)，而污染下一批處理基材。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)中的缺點(diǎn)而提供一種半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的制造方法，系在高介電常數(shù)薄膜形成后，尚未進(jìn)行高溫?zé)崽幚砬?，先進(jìn)行背面清洗步驟，用以去除基材背面的污染，進(jìn)而提升制備的穩(wěn)定度。
本發(fā)明的另一目的是在提供一種半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的制造方法，可在高介電常數(shù)薄膜沉積所產(chǎn)生的高介電常數(shù)污染物的結(jié)晶結(jié)構(gòu)尚未穩(wěn)固前，先將其清洗去除。因此，可防止高介電常數(shù)污染物影響晶體管組件的電性穩(wěn)定度，有效提升晶體管組件的品質(zhì)。
本發(fā)明的另一目的是在提供一種半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的制造方法，用以避免因高介電常數(shù)薄膜的沉積而引發(fā)的交互污染，進(jìn)而有效確保制備的穩(wěn)定度。
本發(fā)明的目的可通過如下措施來實(shí)現(xiàn)本發(fā)明提出一種半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的制造方法，至少包括下列步驟首先，提供一基材，其中此基材至少包括相對(duì)的一第一表面以及一第二表面。再形成一高介電常數(shù)薄膜位于基材的第一表面上。然后，旋轉(zhuǎn)此基材，并利用一化學(xué)物清洗上述基材的第二表面。其中，清洗上述基材的第二表面的步驟系在任何高溫?zé)崽幚砬斑M(jìn)行。
根據(jù)本發(fā)明的目的，另外提出一種半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的制造方法，至少包括先提供一基材，其中此基材至少包括相對(duì)的一第一表面以及一第二表面。接著，形成一高介電常數(shù)薄膜位于上述基材的第一表面上。再進(jìn)行一低溫沉積步驟藉以將一多晶硅薄膜形成于高介電常數(shù)薄膜上。然后，進(jìn)行一背面清洗步驟，而利用一化學(xué)物清洗上述基材的第二表面。
本發(fā)明相比現(xiàn)有技術(shù)具有如下優(yōu)點(diǎn)本發(fā)明的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的制造方法，由于在高介電常數(shù)薄膜形成后，尚未進(jìn)行任何高溫?zé)崽幚砬?，先去除基材的第二表面上的高介電常?shù)材料污染，因此不僅可防止交互污染，還可確保組件品質(zhì)與制備可靠度。


圖1是本發(fā)明的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)制造方法中的背面清洗示意圖；圖2是本發(fā)明的一種半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的制造流程圖；以及圖3是本發(fā)明另一種半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的制造流程圖。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明揭露一種半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的制造方法，可去除高介電常數(shù)薄膜形成后所造成的高介電常數(shù)材料污染，而達(dá)到改善組件品質(zhì)以及提高制備可靠度的目的。為了使本發(fā)明的敘述更加詳盡與完備，可參照下列描述并配合圖1至圖3的圖標(biāo)。
請(qǐng)同時(shí)參照?qǐng)D1與圖2，其中圖1是本發(fā)明的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)制造方法中的背面清洗示意圖，而圖2則是本發(fā)明的一種半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的制造流程圖。本發(fā)明半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的制造方法首先如同圖2的步驟200所述，提供半導(dǎo)體的基材100，其中此基材100可例如為半導(dǎo)體的晶圓，且此基材100至少包括相對(duì)的第一表面與第二表面。
接著，如同步驟202所述，利用沉積方式形成高介電常數(shù)薄膜覆蓋在基材100的第一表面上。其中，此高介電常數(shù)薄膜可用以作為柵極介電層，且此高介電常數(shù)薄膜的介電常數(shù)大于4。此外，此高介電常數(shù)薄膜的材料可為鉿、鋯、及鑭(Lanthanum；La)系元素等過渡金屬的氧化物或氮氧化物。
待于基材100的第一表面上形成高介電常數(shù)薄膜后，由于高介電常數(shù)材料層或高介電常數(shù)微粒也可能形成于基材100的第二表面上，再加上后續(xù)的高溫?zé)崽幚碇苽鋾?huì)使得高介電常數(shù)材料的結(jié)晶結(jié)構(gòu)趨于穩(wěn)固。其中，高溫?zé)崽幚碇苽涫侵阜磻?yīng)溫度超過500℃，甚至超過400℃的熱處理制備。舉例而言，在溫度超過500℃的環(huán)境下，大約僅需1分鐘的時(shí)間，高介電常數(shù)材料層的結(jié)晶結(jié)構(gòu)便達(dá)穩(wěn)定，而對(duì)酸等化學(xué)物的阻抗能力也就大大地提升。因此，必須如同步驟204所述，在高介電常數(shù)材料層的結(jié)晶結(jié)構(gòu)尚未穩(wěn)固前，也就是說在任何高溫?zé)崽幚淼那?，?duì)基材100進(jìn)行背面清洗步驟。首先，將基材100送入例如單晶圓處理設(shè)備或清洗槽設(shè)備(Bench Tool)中，并將覆蓋有高介電常數(shù)薄膜的基材100第一表面倒覆后，利用數(shù)個(gè)插梢102將基材100的平面位置予以固定。接著，在此平面位置下，以例如方向108來旋轉(zhuǎn)基材100。值得注意的一點(diǎn)是，在圖1中方向108雖為逆時(shí)針方向，但在本發(fā)明中亦可以順時(shí)針方向來旋轉(zhuǎn)基材100。在此同時(shí)，利用輸送裝置104將清洗高介電常數(shù)材料的化學(xué)物106從基材100的第二表面上方灑下，如圖1所示。受到基材100旋轉(zhuǎn)所產(chǎn)生的離心力的影響，化學(xué)物106會(huì)分散至整個(gè)基材100的第二表面上，通過化學(xué)物106與高介電常數(shù)材料的反應(yīng)達(dá)到有效去除位在整個(gè)基材100第二表面的高介電常數(shù)材料的目的。在此實(shí)施例中，利用濕式清洗的方式來進(jìn)行基材100的第二表面的清洗，然而本發(fā)明亦可利用干式清洗的方式來去除基材100的第二表面上的高介電常數(shù)材料污染。在濕式清洗方式中，所使用的化學(xué)物106為無機(jī)酸，例如含鹵素(Halogen)的酸，較佳為氫氟酸HF。而在干式清洗方式中，所使用的化學(xué)物106為含鹵素的氣體，較佳為氟化氫氣體，或者是以含鹵素的氣體為來源氣體所產(chǎn)生的含鹵素電漿，較佳為氟化氫電漿。
接下來，請(qǐng)參照?qǐng)D3，且請(qǐng)同時(shí)參照?qǐng)D1，圖3是本發(fā)明另一種半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的制造流程圖。在此另一較佳實(shí)施例中，首先如同圖3的步驟300所述，提供半導(dǎo)體的基材100，其中此基材100可例如為半導(dǎo)體的晶圓，且此基材100至少包括彼此相對(duì)的第一表面與第二表面。
接下來，如同步驟302所述，以沉積的方式形成高介電常數(shù)薄膜覆蓋在基材100的第一表面上。其中，所沉積的高介電常數(shù)薄膜可供作為柵極介電層的用，且此高介電常數(shù)薄膜的介電常數(shù)大于4，而此高介電常數(shù)薄膜的材料較佳可為鉿、鋯、及鑭系元素等過渡金屬的氧化物或氮氧化物。
待基材100的第一表面上形成高介電常數(shù)薄膜后，如同先前所述，由于后續(xù)的高溫?zé)崽幚碇苽鋾?huì)使得形成于基材100第二表面上的高介電常數(shù)材料層的結(jié)晶結(jié)構(gòu)趨于穩(wěn)固。其中，在本發(fā)明中，高溫?zé)崽幚碇苽涫侵阜磻?yīng)溫度超過500℃，甚至超過400℃的熱處理制備。因此，如同步驟304所述，進(jìn)行多晶硅薄膜的沉積時(shí)，較佳是以低溫方式進(jìn)行。而在基材100第一表面的高介電常數(shù)薄膜上覆蓋一層多晶硅薄膜。其中，此多晶硅薄膜可用以作為晶體管組件的柵極的材料層。以低溫方式沉積多晶硅薄膜時(shí)，反應(yīng)溫度較佳是不超過500℃，才有利于后續(xù)清洗步驟的進(jìn)行，而順利移除形成于基材100的第二表面上的高介電常數(shù)材料層或高介電常數(shù)微粒。
如同步驟306所述，對(duì)基材100進(jìn)行背面清洗步驟。首先，如同前述，將基材100送入例如單晶圓處理設(shè)備或清洗槽設(shè)備中，并將覆蓋有高介電常數(shù)薄膜的基材100第一表面倒覆后，再利用數(shù)個(gè)插梢102將基材100的平面位置予以固定。接著，在此平面位置下，以例如方向108來旋轉(zhuǎn)基材100。同樣地，雖然在圖1中方向108為逆時(shí)針方向，但在本實(shí)施例中亦可以順時(shí)針方向來旋轉(zhuǎn)基材100。在基材100旋轉(zhuǎn)的同時(shí)，如圖1所示，運(yùn)用輸送裝置104將清洗高介電常數(shù)材料的化學(xué)物106從基材100的第二表面上方灑下。由于基材100的旋轉(zhuǎn)會(huì)產(chǎn)生離心力，因此化學(xué)物106會(huì)分散至整個(gè)基材100的第二表面上。通過化學(xué)物106與高介電常數(shù)材料的反應(yīng)，可順利除去位在整個(gè)基材100第二表面的高介電常數(shù)材料層與高介電常數(shù)微粒。
相同地，在此實(shí)施例中，是利用濕式清洗的方式來進(jìn)行基材100的第二表面的清洗，然而本發(fā)明亦可利用干式清洗的方式來進(jìn)行。在濕式清洗方式中，所使用的化學(xué)物106為無機(jī)酸，例如含鹵素的酸，較佳為氫氟酸。而在干式清洗方式中，所使用的化學(xué)物106為含鹵素的氣體，較佳為氟化氫氣體，或者是以含鹵素的氣體為來源氣體所產(chǎn)生的含鹵素電漿，較佳為氟化氫電漿。
由上述本發(fā)明較佳實(shí)施例可知，應(yīng)用本發(fā)明的一優(yōu)點(diǎn)就是因?yàn)榭稍诟呓殡姵?shù)薄膜形成后，順利去除基材背面的高介電常數(shù)污染，進(jìn)而可提高制備的穩(wěn)定度。
應(yīng)用本發(fā)明的另一優(yōu)點(diǎn)就是因?yàn)榭捎行コ呓殡姵?shù)薄膜沉積所產(chǎn)生的高介電常數(shù)污染物，因此可確保組件的電性穩(wěn)定度，進(jìn)而提高組件的品質(zhì)。
應(yīng)用本發(fā)明的另一優(yōu)點(diǎn)就是可避免因高介電常數(shù)薄膜的沉積所引發(fā)的交互污染，因此可改善整體制備的可靠度。
權(quán)利要求
1.一種半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的制造方法，包括提供一基材，其中該基材至少包括相對(duì)的一第一表面以及一第二表面；形成一高介電常數(shù)薄膜位于該基材的該第一表面上；以及在一高溫?zé)崽幚砬?，利用一化學(xué)物清洗該基材的該第二表面。
2.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的制造方法，其特征在于，清洗該基材的該第二表面的步驟為一濕式清洗步驟。
3.如權(quán)利要求2所述的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的制造方法，其特征在于，所述濕式清洗步驟所使用的該化學(xué)物為一含鹵素酸。
4.如權(quán)利要求3所述的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的制造方法，其特征在于，該含鹵素酸包括氫氟酸。
5.如權(quán)利要求2所述的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的制造方法，其特征在于，所述濕式清洗步驟所使用的該化學(xué)物為一無機(jī)酸。
6.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的制造方法，其特征在于，清洗該基材的該第二表面的步驟為一干式清洗步驟。
7.如權(quán)利要求6所述的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的制造方法，其特征在于，所述干式清洗步驟所使用的該化學(xué)物為一含鹵素氣體，且該含鹵素氣體至少包括氟化氫氣體。
8.如權(quán)利要求7所述的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的制造方法，其特征在于，所述含鹵素氣體包括氟化氫氣體。
9.如權(quán)利要求6所述的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的制造方法，其特征在于，所述干式清洗步驟所使用的該化學(xué)物為一含鹵素電漿。
10.如權(quán)利要求9所述的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的制造方法，其特征在于，所述含鹵素電漿包括氟化氫電漿。
11.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的制造方法，其特征在于，該高介電常數(shù)薄膜的介電常數(shù)大于4。
12.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的制造方法，其特征在于，該高溫?zé)崽幚淼臏囟却笥?00℃。
13.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的制造方法，其特征在于，于形成該高介電常數(shù)薄膜的步驟與清洗該基材的該第二表面的步驟間，還包括進(jìn)行一低溫沉積步驟，以形成一多晶硅薄膜，且該低溫沉積步驟的溫度低于500℃。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的制造方法，其是在基材的第一表面上形成高介電常數(shù)(High Dielectric Constant；High k)薄膜后，且在任何高溫?zé)崽幚聿襟E前，先利用含鹵素(Halogen)化學(xué)物對(duì)與基材的第一表面相對(duì)的基材第二表面進(jìn)行背面清洗，以去除第二表面或第一表面邊緣上的高介電常數(shù)材料污染；采用本發(fā)明的制造方法，不僅可防止交互污染，還可確保組件品質(zhì)與制備可靠度。
文檔編號(hào)H01L21/02GK1542923SQ0312249
公開日2004年11月3日 申請(qǐng)日期2003年4月28日 優(yōu)先權(quán)日2003年4月28日
發(fā)明者彭寶慶, 林義雄, 雷明達(dá), 劉埃森, 林佳惠, 林正忠, 萬文愷, 黃桂武 申請(qǐng)人:臺(tái)灣積體電路制造股份有限公司