專利名稱：用濕式化學(xué)方法形成受控底切而有優(yōu)異完整性的高介電系數(shù)柵極堆棧的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本揭示內(nèi)容大體有關(guān)于制造含有先進(jìn)晶體管組件的精密集成電路，這些先進(jìn)晶體管組件包含含有高K柵極介電質(zhì)及含金屬覆蓋層而增加電容的柵極結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
制造先進(jìn)的集成電路(例如，CPU、儲存裝置、ASIC(專用集成電路)、及其類似者) 需要根據(jù)特定的電路布局來形成大量的電路組件于給定的芯片區(qū)上。在各式各樣的集成電路中，場效應(yīng)晶體管為實質(zhì)決定集成電路的效能的重要電路組件之一。一般而言，目前實行有多種加工技術(shù)用于形成場效應(yīng)晶體管，其中對于許多類型的復(fù)雜電路而言，MOS技術(shù)是目前最有前途的方法之一，因為由工作速度及/或耗電量及/或成本效益看來，它具有優(yōu)異的特性。在使用例如MOS技術(shù)制造復(fù)雜的集成電路期間，會在包含結(jié)晶半導(dǎo)體層的基板上形成數(shù)百萬個晶體管，例如，η型溝道晶體管及/或ρ型溝道晶體管。不論是η型溝道晶體管還是P型溝道晶體管，場效應(yīng)晶體管都包含所謂的ρη結(jié)(pn junction)，其由被稱作漏極及源極的高濃度摻雜區(qū)與經(jīng)配置成毗鄰于此高濃度摻雜區(qū)的輕濃度摻雜或無摻雜區(qū)(例如， 溝道區(qū))的接口形成。在場效應(yīng)晶體管中，用形成于該溝道區(qū)附近以及通過薄絕緣層而與其隔開的柵極電極來控制溝道區(qū)的導(dǎo)電率(conductivity)，亦即，導(dǎo)電溝道的驅(qū)動電流能力(drive current capability)。在因施加適當(dāng)?shù)目刂齐妷褐翓艠O電極而形成導(dǎo)電溝道時，除了其它以外，該溝道區(qū)的導(dǎo)電率取決于摻雜物濃度、電荷載子的移動率、以及源極區(qū)與漏極區(qū)之間的距離(就溝道區(qū)在晶體管寬度方向的給定延伸而言，此一距離也被稱作溝道長度)。因此，溝道區(qū)的導(dǎo)電率會實質(zhì)影響MOS晶體管的效能。于是，由于產(chǎn)生溝道的速度(取決于柵極電極的導(dǎo)電率)及溝道電阻率實質(zhì)決定晶體管特性，因此縮短溝道長度以及減少與其相關(guān)的溝道電阻率(這接著會造成柵極電阻率因尺寸減少而增加)為用以實現(xiàn)提高集成電路的工作速度的主要設(shè)計準(zhǔn)則。目前，絕大多數(shù)的集成電路是基于硅，因為它有實質(zhì)無限的可利用性、硅的廣為人知的特性以及相關(guān)材料及制程和過去50年來所累積的經(jīng)驗。因此，對于要用量產(chǎn)技術(shù)制造的未來電路世代而言，仍可能選擇硅作為材料。硅在制造半導(dǎo)體裝置上為主導(dǎo)角色的理由之一是硅/二氧化硅接口有優(yōu)異的特性而允許不同的區(qū)域彼此之間有可靠的電氣絕緣。硅 / 二氧化硅接口在高溫時穩(wěn)定，因而，允許執(zhí)行后續(xù)的高溫制程，如在激活摻雜物以及矯正晶體損傷而不犧牲接口的電氣特性的退火循環(huán)期間所要求的。對于以上所指出的理由，較佳為使用二氧化硅作為場效應(yīng)晶體管中使柵極電極 (常由多晶硅構(gòu)成)與硅溝道區(qū)分離的柵極絕緣層的基礎(chǔ)材料(base material) 0在不斷地改善場效應(yīng)晶體管的裝置效能下，已持續(xù)減少溝道區(qū)的長度以改善切換速度及驅(qū)動電流能力。由于晶體管效能受控于供給至柵極電極的電壓以使溝道區(qū)的表面反轉(zhuǎn)成有夠高的電荷密度用以對于給定的供給電壓可提供想要的驅(qū)動電流，所以必須維持有一定程度的電容耦合(capacitive coupling)，其由柵極電極、溝道區(qū)及配置于其間的二氧化硅所形成的電容器提供。結(jié)果，減少溝道長度需要增加電容耦合以避免在晶體管操作期間有所謂的短溝道效應(yīng)(short channel behavior)。短溝道效應(yīng)可能導(dǎo)致泄露電流增加以及導(dǎo)致臨界電壓顯著依賴溝道長度。被積極縮小而有相對低供給電壓從而減少臨界電壓的晶體管裝置可能蒙受泄露電流的指數(shù)增加的不良影響，因為必須對應(yīng)地減少二氧化硅層的厚度以在柵極與溝道區(qū)之間提供必要的電容。例如，約80納米的溝道長度可能需要厚約1. 2納米由二氧化硅制成的柵極介電質(zhì)。由電荷載子直接穿隧通過以超薄二氧化硅為基礎(chǔ)的柵極絕緣層所造成的相對高泄露電流可到達(dá)氧化物厚度在1至2納米范圍內(nèi)的數(shù)值而可能與許多類型的電路要求不兼容，即使只基于極薄柵極氧化物來形成位在速度關(guān)鍵路徑的晶體管。因此，已有考慮換掉用于柵極絕緣層的二氧化硅，特別是極薄二氧化硅柵極層?？赡艿奶娲牧习ㄓ忻黠@較高電容率(permittivity)的材料，使得經(jīng)對應(yīng)地形成的柵極絕緣層的實質(zhì)較大厚度可提供用極薄二氧化硅層可得到的電容耦合。因此，已有建議用高電容率的材料取代二氧化硅，例如K值約25的氧化鉭(Ta2O5)、K值約150的鍶鈦氧化物 (SrTiO3)、氧化鉿(HfO2)、HfSiO、氧化鋯(&02)及其類似者。另外，通過提供用于柵極電極的適當(dāng)導(dǎo)電材料以便取代常用的多晶硅材料可增強晶體管效能，因為多晶硅可能在至柵極介電質(zhì)的接口附近遭受電荷載子空乏的影響，從而減少溝道區(qū)、柵極電極之間的有效電容。因此，已有建議一種柵極堆棧，其中基于與二氧化硅層相同的厚度來提供電容增加的高K介電質(zhì)材料，同時另外使泄露電流保持在可接受的水平。另一方面，可形成非多晶硅材料(例如，氮化鈦及其類似者)以連接至高K介電質(zhì)材料，從而實質(zhì)避免空乏區(qū)(cbpletion zone)的出現(xiàn)。不過，在形成包含高K介電質(zhì)及基于金屬的柵極材料的精密柵極結(jié)構(gòu)后，可能需要高溫處理，這可能導(dǎo)致功函數(shù)(work function)漂移以及柵極介電質(zhì)的電容率減少，這也可能與層厚度的增加有關(guān)，從而抵消高K介電質(zhì)與含金屬電極材料結(jié)合的許多優(yōu)點。一般相信，實質(zhì)由氧的加入以及氧各自在高K介電質(zhì)材料內(nèi)擴散會造成高K金屬柵極的劣化，其中氧擴散可由內(nèi)含于周遭中在加工裝置時可能與高K介電質(zhì)接觸的氧所供給。例如，由于以鉿及鋯為基礎(chǔ)的氧化物因與氧擴散即使在中溫仍有高親和力而成長很快，因此可觀察到高K介電質(zhì)材料的特性大幅改變，例如層厚度增加以及因此減少的介電常數(shù)，甚至在大約 950至1300°C的中高溫度下更明顯，這通常是在活化處理及其類似者時所使用的溫度。除了大幅改變高K介電質(zhì)材料以外，也可使柵極堆棧中的含金屬電極的功函數(shù)向帶隙(band gap)的中心漂移，從而修改各個晶體管的臨界電壓。由于高K介電質(zhì)材料有高氧親和力以及由于暴露于濕化學(xué)蝕刻程序及清洗制程，所以常在圖樣化制程(patterning process)后囊封(encapsulate)柵極堆棧以提高高K介電質(zhì)材料以及柵極堆棧中的各個金屬的穩(wěn)定性。為此目的，已證明氮化硅由于有阻氧(oxygen blocking)特性而為極有前景的材料。因此，在典型的加工流程中，在經(jīng)圖樣化的高K柵極堆棧的暴露表面區(qū)上可形成厚度在大約1納米至5納米之間的氮化硅內(nèi)襯(silicon nitride liner)，其中使用適當(dāng)?shù)某练e技術(shù)以免不當(dāng)?shù)赜绊懷b置特性及/或后續(xù)的制造步驟。例如，公認(rèn)有效的低壓化學(xué)氣相沉積(LPCVD)技術(shù)及/或多層沉積技術(shù)可用來形成氮化硅內(nèi)襯。除了利用高K介電質(zhì)材料及含金屬柵極電極材料來提供精密柵極電極結(jié)構(gòu)以外， 已有開發(fā)出其它的方法以便增強用于有給定柵極長度及厚度的柵極介電質(zhì)材料的晶體管效能。例如，利用在晶體管組件的溝道區(qū)中產(chǎn)生一定的應(yīng)變分量(strain component)，可增強電荷載子移動率從而增強溝道的整體導(dǎo)電率。應(yīng)變誘導(dǎo)機構(gòu)(strain inducing mechanism)中有許多基于經(jīng)形成而貼近所考量的晶體管的溝道區(qū)的帶應(yīng)變或應(yīng)力誘導(dǎo)材料。例如，經(jīng)常把應(yīng)變誘導(dǎo)半導(dǎo)體材料埋入漏極及源極區(qū)，然而在其它情形下，除了此機構(gòu)以外或替換地，在柵極電極結(jié)構(gòu)及晶體管上方形成帶有高應(yīng)力的介電質(zhì)材料，從而也有效地傳遞應(yīng)變至溝道區(qū)內(nèi)。一般而言，在進(jìn)一步縮小晶體管尺寸時，應(yīng)變傳遞效率可能明顯取決于任何應(yīng)變誘導(dǎo)材料的橫向距離，接著這可能需要對應(yīng)地縮小橫向偏移(lateral offset)，從而也需要減少任何間隔體結(jié)構(gòu)的厚度及其類似者，也可能包括形成于復(fù)雜柵極電極結(jié)構(gòu)的側(cè)壁上的保護(hù)內(nèi)襯材料。此外，對于其它的方面，例如漏極及源極的復(fù)雜橫向摻雜物分布，減少保護(hù)內(nèi)襯材料的厚度是高度合乎需要的。結(jié)果，想要在用以完成晶體管組構(gòu)的進(jìn)一步加工期間增強敏感柵極電極結(jié)構(gòu)之完整性的內(nèi)襯材料可減少厚度，然而，這可導(dǎo)致由柵極電極結(jié)構(gòu)之材料損失引起的嚴(yán)重良率損失。在不想使本申請案受限于任何理論下，吾等仍相信在選擇內(nèi)襯材料的適當(dāng)厚度時，圖樣化不規(guī)則，特別是在復(fù)雜柵極電極結(jié)構(gòu)的足部(foot)，可能造成此一區(qū)域的覆蓋率 (coverage)不良。亦即，在圖樣化復(fù)雜柵極層堆棧時，在傳統(tǒng)的方法，這可導(dǎo)致柵極電極結(jié)構(gòu)在其足部的橫截面形狀為某一錐形，例如鑒于使得基于電子顯微鏡的優(yōu)異制程控制能用以調(diào)整電性有效柵極長度，因而減少內(nèi)襯材料的覆蓋程度在進(jìn)一步加工半導(dǎo)體裝置期間可增加與侵蝕性化學(xué)劑相互作用的機率。例如，SPM(硫酸氫過氧化物的混合物)為極有效的清洗劑以便在執(zhí)行復(fù)雜圖樣化制程后以及執(zhí)行任何其它重要制程之前，去除任何污染物、 金屬殘留物及其類似者。省略此制造階段的清洗步驟或提供效率較差的清洗配方可能顯著增加整體缺陷率(overall defectivity)，這從而可導(dǎo)致此制造階段有顯著的良率損失。另一方面，減少柵極電極結(jié)足部的覆蓋程度有助于增加移除大量含金屬電極材料(例如，氮化鈦)的機率，從而可導(dǎo)致所得晶體管特性有顯著的變動，因為例如氮化鈦材料的損失可能影響電性有效柵極長度，從而造成臨界電壓變化及其類似者。例如，已觀察到有跨個別晶粒及跨基板的顯著晶體管變動，從而造成良率損失的增加或效能減少的半導(dǎo)體裝置的數(shù)量增加。因此，已有提出在多晶硅材料下方形成明確底切，亦即，以去除一部份敏感氮化鈦、高K介電質(zhì)及任何基層氧化物材料，以便在形成氮化硅內(nèi)襯材料時，實現(xiàn)優(yōu)異的囊封， 特別是底切區(qū)(undercut area) 0為此，在有些習(xí)知方法中，在實際形成內(nèi)襯材料之前，涂上稀釋的SPM劑，從而產(chǎn)生所欲底切區(qū)。然而，結(jié)果是在涂布稀釋SPM溶液時底蝕(under etching)的程度嚴(yán)重取決于制程條件，特別是溶液的濃度，這可能導(dǎo)致實質(zhì)不可控制的橫向蝕刻速率，使得也可觀察到顯著的晶體管變動，但柵極電極結(jié)構(gòu)的后續(xù)囊封在底切區(qū)可提供優(yōu)異覆蓋率。在其它的習(xí)知方法中，用來圖樣化復(fù)雜柵極層堆棧的反應(yīng)離子蝕刻制程通常有一定的橫向蝕刻速率，而在適當(dāng)?shù)剡x擇蝕刻順序的最后階段的蝕刻化學(xué)方法(etch chemistry)時也可使用以便形成底切區(qū)。一般而言，相較于基于稀釋SPM的濕式化學(xué)制程，經(jīng)減少的橫向蝕刻速率一般可提供優(yōu)異的可控性，不過，其中即使柵極層堆棧的任何細(xì)微修改，在形成底切區(qū)時也可能導(dǎo)致明顯不同的蝕刻結(jié)果。此外，通常也會影響多晶硅的分布，從而導(dǎo)致整體柵極輪廓劣化。鑒于上述情況，本揭示內(nèi)容是有關(guān)于數(shù)種制造技術(shù)及半導(dǎo)體裝置，其中基于底切區(qū)可實現(xiàn)精密柵極電極結(jié)構(gòu)的底部囊封，同時避免或至少減少上述問題中的一個或多個影響。

發(fā)明內(nèi)容
一般而言，本揭示內(nèi)容提供數(shù)種制造技術(shù)及半導(dǎo)體裝置，其中利用可以交替方式施加氫氟酸(hydrofluoric acid)及臭氧的蝕刻化學(xué)方法，高度可控地在柵極電極結(jié)構(gòu)的底部形成底切區(qū)可增強精密柵極電極結(jié)構(gòu)的囊封。已被公認(rèn)的是，基于多個各自基于臭氧及氫氟酸的交替制程步驟，可實現(xiàn)實質(zhì)自限的蝕刻行為或至少高度可控從而可預(yù)測的蝕刻行為。以此方式，最好可以可控性極佳的方式移除精密柵極電極結(jié)構(gòu)之敏感組件的材料，例如高K介電質(zhì)材料與含金屬電極材料，以便提供底切區(qū)，接著這可導(dǎo)致在形成保護(hù)內(nèi)襯材料(例如，氮化硅材料及其類似者)時有優(yōu)異的制程條件。以例如非晶或多晶硅形式提供之半導(dǎo)體基底電極材料的高度可控底切，使得基于公認(rèn)有效的電漿輔助蝕刻配方能精確地控制電性有效柵極長度，基于該配方，在實行包括基于臭氧及基于氫氟酸之交替制程步驟的可控性良好蝕刻制程順序之前，可調(diào)整所欲的基本柵極長度。同時，該底切組構(gòu)導(dǎo)致特別是含金屬電極材料在進(jìn)一步加工期間有優(yōu)異完整性，從而可基于有效的清洗配方，例如使用SPM及其類似者。在其它的情形下，可以清洗制程的形式實行包括基于臭氧及基于氫氟酸之交替制程步驟的最終蝕刻順序，甚至從而增強去除先前圖樣化制程之任何不必要殘留物的效率。此外，與一些習(xí)知方法相比，特別是，利用該最終蝕刻順序可有效避免復(fù)雜柵極電極結(jié)構(gòu)足部的柵極長度增加，從而這可大體提供有優(yōu)異均勻度的最終所得晶體管特性， 以及對于敏感柵極材料的優(yōu)異局限性也有貢獻(xiàn)。由于精密柵極電極結(jié)構(gòu)的高度可控底切， 在整個單一半導(dǎo)體晶粒區(qū)以及在整個半導(dǎo)體基板，可實現(xiàn)有優(yōu)異均勻度的晶體管特性，例如在臨界電壓方面及其類似者，因為揭示于本文的最終底切制程順序不會嚴(yán)重取決于制程參數(shù)的些微變化，例如加工時間、試劑濃度及其類似者。因此，該底切區(qū)可提供實質(zhì)均勻的電性有效柵極長度，其中在沉積保護(hù)內(nèi)襯材料之后的優(yōu)異局限性因而在進(jìn)一步加工期間可有效地“預(yù)留”先前已予調(diào)整的晶體管特性，從而顯著減少習(xí)知可觀察到的任何不均勻度， 因為這是由敏感柵極材料與在半導(dǎo)體裝置進(jìn)一步加工期間通常會遭遇的反應(yīng)性制程氣體環(huán)境的任何相互作用所引起的。揭示于本文的一示范方法是有關(guān)于形成半導(dǎo)體裝置的柵極電極結(jié)構(gòu)。該方法包括執(zhí)行第一蝕刻順序以便圖樣化形成于基板上方的柵極層堆棧，其中該柵極層堆棧包含柵極介電層，該柵極介電層包含高K介電質(zhì)材料、形成于該柵極介電層上方的含金屬電極材料， 以及形成于該含金屬電極材料上方的半導(dǎo)體材料。該方法還包括執(zhí)行第二蝕刻順序在經(jīng)圖樣化的該柵極層堆棧中形成底切區(qū)于該半導(dǎo)體材料下方，其中該第二蝕刻順序包含基于氫氟酸的第一蝕刻步驟及第二蝕刻步驟，以及基于臭氧在該第一及第二蝕刻步驟之間執(zhí)行的的至少一個制程步驟。該方法還包括至少在該底切區(qū)的暴露表面區(qū)上形成保護(hù)內(nèi)襯。揭示于本文的另一示范方法包括在半導(dǎo)體裝置的半導(dǎo)體區(qū)域上形成柵極電極結(jié)構(gòu)，其中該柵極電極結(jié)構(gòu)包含半導(dǎo)體材料與柵極絕緣層，該柵極絕緣層形成于該半導(dǎo)體材料下方并且由高K介電質(zhì)材料構(gòu)成。該方法還包括通過執(zhí)行濕式化學(xué)制程順序來減少柵極絕緣層相對于半導(dǎo)體材料的長度，該濕式化學(xué)制程順序包含基于氫氟酸的多個第一制程步驟與基于臭氧的多個第二制程步驟，其中在該多個第一制程步驟中的每一個之前是在該多個第二制程步驟中的其中一個。
揭示于本文的示范晶體管裝置包含由高K柵極絕緣層、形成于該高K柵極絕緣層上方的含金屬第一電極材料、以及形成于該含金屬第一電極材料上方的第二電極材料組成的柵極電極結(jié)構(gòu)。該高K柵極絕緣層有小于該第二電極材料的長度的長度。


本揭示內(nèi)容的其它具體實施例定義于隨附權(quán)利要求書，由以下參考附圖的詳細(xì)說明可更加明白該等具體實施例。圖Ia至Id的橫截面圖示意圖示在不同制造階段期間的半導(dǎo)體組件，這些組件根據(jù)示范具體實施例來形成由高K介電質(zhì)材料及含金屬電極材料構(gòu)成的柵極電極結(jié)構(gòu)；圖Ie示意圖示處于更進(jìn)一步制造階段的半導(dǎo)體裝置，其中根據(jù)示范具體實施例可實行蝕刻順序以便以高度可控方式在柵極電極結(jié)構(gòu)中形成底切區(qū)；圖If根據(jù)其它示范具體實施例示意圖示半導(dǎo)體裝置，其中用以形成柵極電極結(jié)構(gòu)之底切區(qū)的蝕刻順序可包含基于鹽酸的其它類型制程步驟以便提供優(yōu)異效率，例如用以移除有功函數(shù)調(diào)整作用的含金屬物質(zhì)；圖Ig示意圖示處于更進(jìn)一步制造階段的柵極電極結(jié)構(gòu)，其中根據(jù)示范具體實施例，基于底切區(qū)及保護(hù)內(nèi)襯材料可實現(xiàn)敏感柵極材料的優(yōu)異囊封；以及圖Ih根據(jù)示范具體實施例示意圖示包含精密高K金屬柵極電極結(jié)構(gòu)而可提供優(yōu)異晶體管特性的晶體管裝置。
具體實施例方式盡管用如以下詳細(xì)說明及附圖所圖解說明的具體實施例來描述本揭示內(nèi)容，然而應(yīng)了解，以下詳細(xì)說明及附圖并非旨在限制本文所揭示的專利標(biāo)的為所揭示的特定示范具體實施例，而是所描述的示范具體實施例只是用來舉例說明本揭示內(nèi)容的各種態(tài)樣，其范疇由隨附權(quán)利要求書定義。本揭示內(nèi)容大體提供半導(dǎo)體裝置與制造技術(shù)，其中對于包含精密高K金屬柵極電極結(jié)構(gòu)的裝置，通過基于使用氫氟酸的多個個別蝕刻步驟與基于臭氧的多個制程步驟以高度可控方式形成底切區(qū)，可實現(xiàn)優(yōu)異的囊封從而減少晶體管變動，其中可以交替方式實行這些制程步驟。已被公認(rèn)的是，交替地實行基于臭氧的制程步驟與基于氫氟酸的制程步驟， 中間結(jié)合基于水的潤濕制程為較佳，除了去除任何所欲污染物以外，可導(dǎo)致敏感柵極材料的高度受控從而實質(zhì)自限去除(self-limiting removal)，特別是含金屬電極材料，例如氮化鈦材料，藉此在柵極電極結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體基底電極材料下方形成可預(yù)測的底切區(qū)。交替地施加基于臭氧的溶液與氫氟酸溶液，以及例如用適當(dāng)?shù)乃疂櫇癫襟E適當(dāng)?shù)胤珠_這些步驟， 可提供實質(zhì)不變的去除率，而不會顯著依賴個別制程步驟的加工時間與其它制程參數(shù)(例如各種化學(xué)溶液的濃度及其類似者)的某一變動。結(jié)果，與如上述基于稀釋SPM的習(xí)知濕式化學(xué)蝕刻策略相反，半導(dǎo)體基底電極材料的底切程度為可高度預(yù)測的，藉此，從在基于公認(rèn)有效的反應(yīng)離子蝕刻技術(shù)圖樣化柵極層堆棧后得到的明確柵極長度開始，對于與最終所得的有效電性柵極長度有關(guān)的任何不均勻度沒有實質(zhì)的貢獻(xiàn)。由于有實質(zhì)的自限行為，或由于在實行多個交替制程步驟后在底切區(qū)中至少顯著減少的蝕刻速率，也可去除在圖樣化柵極層堆棧時的任何顯著“足化效應(yīng)(footing effect)”，習(xí)知這通常會導(dǎo)致敏感柵極電極材料的囊封不良。結(jié)果，在形成底切區(qū)時，能以可高度可控及可預(yù)測的方式調(diào)整電性有效柵極長度，接著提供層厚度增加的待裝設(shè)內(nèi)襯材料以便保護(hù)任何敏感柵極材料，藉此實質(zhì)保留精密柵極電極結(jié)構(gòu)底部區(qū)中先前已予調(diào)整的幾何組構(gòu)以及也實質(zhì)保留敏感柵極材料的電子特性，如上述，這會強烈影響晶體管特性，例如臨界電壓、互導(dǎo)(trans conductance)及其類似者。在揭示于本文的其它示范具體實施例中，根據(jù)多個基于臭氧及氫氟酸的交替制程步驟而執(zhí)行的最終蝕刻順序可包含基于鹽酸的附加制程步驟，這可導(dǎo)致優(yōu)異的加工結(jié)果， 特別是在柵極介電質(zhì)材料可包含金屬物種(例如，形式為鑭、鋁及其類似者)時，以便適當(dāng)?shù)卣{(diào)整柵極電極材料的功函數(shù)。在此情形下，可重復(fù)執(zhí)行由基于臭氧之步驟、基于氫氟酸之步驟、基于鹽酸之制程步驟組成的順序以及中間加上基于水的潤濕步驟，其中鹽酸可有效去除額外的功函數(shù)金屬物種，藉此也可實現(xiàn)有高度可控及可預(yù)測程度的底切。現(xiàn)在將更詳細(xì)地以參考附圖來描述其它的示范具體實施例。圖Ia示意圖示在形成復(fù)雜柵極電極結(jié)構(gòu)期間處于早期制造階段的半導(dǎo)體裝置 100。如圖所示，半導(dǎo)體裝置100可包含基板101，例如半導(dǎo)體基板及其類似者，在基板101 上方形成半導(dǎo)體層102，例如形式為硅基材料、硅/鍺材料及其類似者。在半導(dǎo)體層102下方形成嵌入絕緣材料(未圖示)以便使層102與基板101的任何導(dǎo)電材料垂直隔離時，半導(dǎo)體層102與基板101可形成SOI (絕緣體上覆硅)組構(gòu)。在其它的情形下，在半導(dǎo)體層102 可直接連接至基板101的晶體材料時，可應(yīng)用塊體組構(gòu)。應(yīng)了解，半導(dǎo)體層102可具有任何適當(dāng)組成物及厚度以便在其中及其上形成適當(dāng)?shù)陌雽?dǎo)體基底電路組件，例如晶體管及其類似者。在圖示具體實施例中，可將半導(dǎo)體層102，或至少其中之一部份，如半導(dǎo)體區(qū)域或有源區(qū)(active region) 102a，適當(dāng)?shù)亟M構(gòu)成能執(zhí)行有基于高K介電質(zhì)材料及含金屬電極材料的柵極電極結(jié)構(gòu)的復(fù)雜晶體管裝置，其中必須實作50納米及顯著更短的有效柵極長度。有源區(qū)10 的橫向可以任何隔離結(jié)構(gòu)(未圖示)為界，例如淺溝隔離層及其類似者。此外， 在圖示制造階段中，可形成柵極層堆棧IlOs于半導(dǎo)體層102上，亦即有源區(qū)10 上，以及可用來劃定有源區(qū)10 的任何隔離區(qū)上。在圖示具體實施例中，柵極層堆棧IlOs可包含柵極絕緣層111，它可為提供高電容耦合同時使任何泄露電流保持低位準(zhǔn)的任何適當(dāng)柵極介電質(zhì)材料，也如上述。例如，柵極絕緣層111可包含基礎(chǔ)材料111a，例如二氧化硅材料及其類似者，它可具有小于1納米的厚度。此外，可提供例如由適當(dāng)金屬氧化物及其類似者構(gòu)成的介電質(zhì)層111b，例如形式為所謂的高K介電質(zhì)材料。例如，常?？墒褂醚趸x，有可能結(jié)合含氮物質(zhì)及其類似者。然而應(yīng)了解，可使用任何其它高K介電質(zhì)材料。在一些示范具體實施例中，層IllaUllb中的一或兩者可加入適當(dāng)含金屬物質(zhì)以便調(diào)整柵極電極結(jié)構(gòu)的所得功函數(shù)。為此，含特定金屬的物質(zhì)，例如用于η型溝道晶體管的鑭，及例如用于ρ型溝道晶體管的鋁，例如可加入層111b。此外，含金屬電極層112可形成緊鄰柵極絕緣層111， 并且在一些示范具體實施例中，可直接形成于柵極絕緣層111上，其中層112可提供優(yōu)異導(dǎo)電率(例如，相較于摻硅材料)，以及仍與加入層Illb的任何含金屬物質(zhì)結(jié)合，對于受考量的晶體管也可提供適當(dāng)?shù)墓瘮?shù)。例如，可以鈦基及氮基材料(也可被稱作氮化鈦)的形式提供層112，它可包含附加物質(zhì)，例如含其它金屬的物質(zhì)、硅、氮及其類似者，這取決于整體裝置要求。由于有優(yōu)異的高溫特性，氮化鈦經(jīng)?？捎米鳛閷?12。之后，可提供半導(dǎo)體基底電極材料113，例如非晶硅材料、多晶硅材料或上述的組合，然而在其它情形下，可使用其它的半導(dǎo)體基底材料，例如硅/鍺混合物，鍺材料及其類似者。接下來，例如基于氮化硅材料及其類似者，可提供介電質(zhì)覆蓋層114。例如在需要優(yōu)異完整性時，例如就實作應(yīng)變誘導(dǎo)半導(dǎo)體材料于有源區(qū)10 內(nèi)及其類似者而言，在裝置100的進(jìn)一步加工期間，覆蓋層114 可用作硬掩膜材料及/或覆蓋材料。在圖示具體實施例中，覆蓋或硬掩膜層114可包含數(shù)個子層，例如層114a、114b、114c，可提供例如形式為二氧化硅材料的層11 及114c，以及例如形式為氮化硅材料的層114d。然而應(yīng)了解，可應(yīng)用其它的組構(gòu)，只要這些材料組成物兼容于層堆棧IlOs的圖樣化及后續(xù)加工。此外，在層堆棧IlOs上方形成蝕刻掩膜103以便定義待由柵極層堆棧IlOs形成的柵極電極結(jié)構(gòu)的橫向位置及尺寸。如圖Ia所示的半導(dǎo)體裝置100可基于下列制程來形成。基于公認(rèn)有效的制程技術(shù)，通過在半導(dǎo)體層102中制作任何隔離區(qū)，可形成有源區(qū)10加。在有些情形下，在形成對應(yīng)隔離結(jié)構(gòu)之前或之后，可能必須在有源區(qū)10 的上半部形成例如形式為硅/鍺混合物及其類似者(未圖示)的額外半導(dǎo)體材料，以便提供所欲的帶隙偏移，若需要的話。接下來，例如通過形成層11 la,若需要，可基于精密氧化技術(shù)、沉積及其類似者來達(dá)成，可形成柵極絕緣層111，以便提供厚度例如小于10埃的層111a，以及厚度及材料組份有想要的均勻度。接下來，基于公認(rèn)有效的制程技術(shù)，可沉積層111b，例如用原子層沉積法(ALD)、化學(xué)氣相沉積法(CVD)及其類似者。如上述，在有些情形下，含特定金屬物質(zhì)可能必須加入柵極絕緣層111以便得到所欲功函數(shù)以及分別對于η型溝道晶體管與ρ型溝道晶體管可提供實質(zhì)相同的柵極層堆棧。為此，可沉積適當(dāng)金屬層，例如鑭、鋁及其類似者，之后可能沉積覆蓋材料，例如氮化鈦，接著進(jìn)行任何熱處理，以便使對應(yīng)含金屬物質(zhì)在柵極絕緣層111內(nèi)適當(dāng)?shù)財U散。之后，可移除材料層，例如覆蓋層及實際擴散層，以及可提供用于任何一種晶體管的電極材料112。在其它的情形下，可提供附加的金屬層以便調(diào)整所欲臨界電壓。接下來，基于公認(rèn)有效的沉積技術(shù)，可提供半導(dǎo)體材料113，接著是沉積覆蓋層114。之后，可提供例如形式為阻劑材料的蝕刻掩膜103，以及可能必須實行各自的光刻(lithography)及微調(diào)蝕刻制程(trim etch process)以便提供掩膜103。之后，基于掩膜103可圖樣化介電質(zhì)覆蓋層114，其中在有些精密的方法中，層114的圖樣化可包含兩個光刻步驟。圖Ib示意圖示在覆蓋層114圖樣化之后的半導(dǎo)體裝置100，此時它可用作為硬掩膜材料用以圖樣化柵極層堆棧IlOs的其余部份。應(yīng)了解，可轉(zhuǎn)換成材料113的覆蓋層114 可具有目標(biāo)柵極長度，若需要，可能有一定程度的錐化(tapering)，同時在后期制造階段可調(diào)整層堆棧IlOs的最終長度，特別是最終電性有效柵極長度。圖Ic示意圖示處于更進(jìn)一步制造階段的半導(dǎo)體裝置100，此時可實行蝕刻順序 105以便形成柵極電極結(jié)構(gòu)110。蝕刻順序105通?？梢杂酗@著非等向性行為的電漿基底蝕刻制程(也可被稱作反應(yīng)離子蝕刻制程)來完成。基于公認(rèn)有效的選擇性蝕刻配方，可蝕刻通過材料113以及也通過材料層112及111，而基礎(chǔ)層Illa可用作為有效的蝕刻停止材料。如眾所周知，在非等向性蝕刻制程期間，可調(diào)整橫向蝕刻速率的程度，例如通過施加特定的聚合物組成物至蝕刻環(huán)境及其類似者。因此，若認(rèn)為對于進(jìn)一步的加工及最終晶體管特性適當(dāng)?shù)脑?，可調(diào)整柵極電極結(jié)構(gòu)110的橫截面形狀。例如，若需要，可實行一定程度的錐化(未圖示)以便在柵極電極結(jié)構(gòu)110的底部得到較大的柵極長度。圖Id示意圖示在蝕刻順序105的最后階段期間的半導(dǎo)體裝置100，從而移除基底層111的暴露部份以及也移除覆蓋層114的任何暴露氧化物材料。然而應(yīng)了解，在其它的加工策略中，在后續(xù)的蝕刻順序期間，可圖樣化基礎(chǔ)材料111a，也可用來在半導(dǎo)體電極材料 113下方提供底切區(qū)。圖Ie示意圖示暴露于另一蝕刻順序120時的半導(dǎo)體裝置100，它可以濕式化學(xué)制程順序的形式實行。如圖所示，蝕刻順序120可包含多個第一蝕刻或制程步驟123a、 123b,...(可基于氫氟酸(HF)來完成)，其在基本柵極圖樣化制程后，也可能導(dǎo)致裝置 100有優(yōu)異清洗。此外，順序120可包含基于臭氧溶液來完成的多個第二制程步驟121a、 121b、...，其中以交替方式執(zhí)行制程步驟121a、121b與步驟123a、123b，這可導(dǎo)致高度可控或甚至實質(zhì)自限的去除行為。在一些示范具體實施例中，通過插入潤濕步驟12h、122b^·· 于其間，可實現(xiàn)對應(yīng)制程步驟121a、123a、121b、123b的有效分離，從而對于加工時間變化、 用于步驟121a、121b、123a、123b的溶液濃度變化及其類似者，可實現(xiàn)優(yōu)異的制程穩(wěn)健性 (process robustness)。在一些示范具體實施例中，對于用于制程步驟123a、123b、…的氫氟酸溶液的給定濃度，可事先決定氫氟酸化學(xué)方法的總時間預(yù)算(total time budget)。亦即，通常對于給定的濃度，例如濃度在1 250至1 350之間的稀釋氫氟酸，可決定特定的累積加工時間，這被認(rèn)為裝置100暴露于該反應(yīng)化學(xué)溶液是可接受的?；谠摃r間預(yù)算，可定義出步驟123a、123b、…中每一步驟的適當(dāng)加工時間，而不超過預(yù)定的時間預(yù)算。例如， 在一些示范具體實施例中，可實行至少3個基于氫氟酸的制程步驟123a、123b、…從而總時間預(yù)算可除以3以便決定每個步驟123a、123b、…的個別加工時間。然而應(yīng)了解，如上述， 加工時間的某些變化可能不會負(fù)面影響加工結(jié)果，亦即加工時間的某一變化可能不導(dǎo)致形成于半導(dǎo)體基底電極材料113下方的對應(yīng)底切區(qū)115的尺寸變化。例如，約100秒的總時間預(yù)算可進(jìn)行3個或更多步驟123a、123b、…，其中3個制程步驟約有30至35秒的加工時間，或4個制程步驟約有22至27秒的加工時間諸如此類，其中通?？倳r間預(yù)算不超過約百分之5。例如對于步驟123a、123b、…的加工時間變化，利用基于去離子水的中間潤濕步驟 122aU22b,…可實現(xiàn)優(yōu)異的穩(wěn)健性，進(jìn)行的時間間隔大約90秒及更長，其中基于實驗可輕易決定任何適當(dāng)?shù)臐櫇駮r間。同樣，執(zhí)行臭氧步驟121a、121b、…的加工時間通常比實際蝕刻步驟123a、123b、…的加工時間長，其中在一些示范具體實施例中，可實行約百秒至數(shù)百秒的時間間隔。結(jié)果，在蝕刻順序120期間，通過有效地去除柵極介電質(zhì)材料111，特別是含金屬電極材料112，可產(chǎn)生底切區(qū)115，其中對于蝕刻步驟123a、123b、…的預(yù)先定義的時間預(yù)算，可得到高度可預(yù)測的底切程度，因為就加工時間變化或其它制程參數(shù)的變化而言，由基于臭氧的步驟121a、121b、…與蝕刻步驟123a、123b、…組成的交替順序在個別制程步驟期間有顯著穩(wěn)健性。結(jié)果，藉助于蝕刻順序120，可以高度可預(yù)測及均勻的方式?jīng)Q定電性有效柵極長度1101，亦即圖Ie中，含金屬電極材料112的水平延伸部，同時也可調(diào)整半導(dǎo)體基底電極材料113的最終長度1131，因為在順序120期間，對于此材料，也可能產(chǎn)生一定程度的材料去除。然而應(yīng)了解，材料113的去除率小于材料112及材料111的去除率，從而以底切區(qū)115的形式得到想要的底切組構(gòu)。由于對于制程參數(shù)的任何變化有優(yōu)異的制程穩(wěn)健性，也可將由以覆蓋材料114b定義的基本柵極長度開始的長度1131調(diào)整成有優(yōu)異的均勻度使得仍可有效地實行任何公認(rèn)有效用于調(diào)整柵極長度的的控制策略，其實質(zhì)依賴蝕刻制程105的制程參數(shù)的控制(請參考圖Ic)，因為蝕刻制程120的材料去除可預(yù)測且高度均勻。圖If根據(jù)其它示范具體實施例示意圖示半導(dǎo)體裝置100。如圖所示，蝕刻順序120可包含多個基于臭氧的制程步驟121a、121b、121c、…與多個基于氫氟酸的制程步驟123a、 123bU23c,…，有可能各自結(jié)合中間水潤濕步驟12加、122b、122c及其類似者。此外，可插入附加制程步驟12fe、125b、…以便進(jìn)一步增強制程均勻度。例如，附加制程步驟12fe、 125b,…可插在任何交替制程步驟(例如，基于臭氧的制程步驟121a、…、121c與基于氫氟酸的制程步驟123a、…、123c)之間，其中在一些示范具體實施例中，制程步驟12 可基于鹽酸(HCl)、有可能結(jié)合例如利用去離子水的對應(yīng)潤濕步驟12 而執(zhí)行。例如，可使用有例如1 80至1 120的濃度的鹽酸以便特別去除可能內(nèi)含于介電質(zhì)材料的任何含金屬物質(zhì)，例如形式為鑭、鋁及其類似者，也如前述。因此，在一些示范具體實施例中，蝕刻順序120的典型部份可包含由以下制程步驟組成的子順序，例如由其中一個基于臭氧的制程步驟開始，接著是使用去離子水的潤濕制程，接著是使用氫氟酸的蝕刻步驟，接著是使用去離子水的另一潤濕步驟，接著是鹽酸步驟，接著是基于去離子水的又一潤濕步驟。之后，可重復(fù)此一子順序至少一次，而在其它示范具體實施例中，可重復(fù)此一實質(zhì)順序至少兩次以便適當(dāng)?shù)靥峁┑浊袇^(qū)115。結(jié)果，在蝕刻步驟120期間，可有效地去除任何先前產(chǎn)生而與圖樣化有關(guān)的污染物及殘留物，同時由于順序120有優(yōu)異制程穩(wěn)健性，因此可以優(yōu)異的均勻度提供柵極電極結(jié)構(gòu)110的底切組構(gòu)。圖Ig示意圖示處于更進(jìn)一步制造階段的半導(dǎo)體裝置100。如圖所示，在柵極電極結(jié)構(gòu)Iio的暴露側(cè)壁表面區(qū)上可提供保護(hù)內(nèi)襯或側(cè)壁間隔體116，以及可特別形成于底切區(qū)115內(nèi)。如前述，數(shù)量增加的內(nèi)襯材料，例如形式為氮化硅材料，可沉積于底切區(qū)115，或使得至少形成于其中的任何材料比較不會暴露于任何后續(xù)圖樣化制程，從而確保敏感材料 112及111的優(yōu)異囊封。結(jié)果，在提供有優(yōu)異囊封效果的內(nèi)襯材料116于底切區(qū)115時，可有效地“保留”先前已予調(diào)整的電性有效柵極長度1101(請參考圖le)，從而也有助于減少在進(jìn)一步加工期間使敏感材料111及112中的任何細(xì)微側(cè)壁表面區(qū)暴露于任何反應(yīng)制程環(huán)境的機率。例如，如以上所解釋的，在進(jìn)一步加工期間，可能必須實行例如基于SPM及其類似者的有效清洗配方，然而這可能實質(zhì)不會負(fù)面影響柵極電極結(jié)構(gòu)110的電子特性，因為基于底切區(qū)115及內(nèi)襯材料116可實現(xiàn)優(yōu)異的局限性(confinement)。內(nèi)襯材料116可基于任何公認(rèn)有效的沉積技術(shù)來形成，例如LPCVD、多層沉積CVD，或上述的任何組合，其中可鋪設(shè)適當(dāng)?shù)谋Ｗo(hù)材料，例如氮化硅。若需要，在執(zhí)行任何其它制程之前，例如加入漏極及源極摻雜物質(zhì)及其類似者，可圖樣化該內(nèi)襯材料以便形成間隔體結(jié)構(gòu)，如圖Ig所示。在其它的情形下，在加入漏極及源極摻雜物質(zhì)時，可預(yù)留該內(nèi)襯材料，而在后期制造階段予以圖樣化。圖Ih示意圖示處于更進(jìn)一步制造階段的半導(dǎo)體裝置100。如圖所示，晶體管150可形成于有源區(qū)10 中及上方而且可包含漏極及源極區(qū)152，這可包含對應(yīng)的漏極及源極延伸區(qū)15 ，這取決于所需的垂直及橫向摻雜物分布。因此，漏極及源極152可橫向圍封溝道區(qū)151，可用有電性有效柵極長度1101的柵極電極結(jié)構(gòu)110控制溝道區(qū)151的導(dǎo)電率(請參考圖Ie)。另一方面，半導(dǎo)體基底電極材料113可具有較大的長度，也如在說明圖Ie時所述。此外，在圖示的制造階段中，在漏極及源極區(qū)152內(nèi)可提供金屬硅化物區(qū)153，同樣在柵極電極結(jié)構(gòu)110中可提供金屬硅化物部份117，然而在其它情形下(未圖示)，仍可在半導(dǎo)體基底電極材料113上方形成覆蓋層114(請參考圖Ig)。此外，在柵極電極結(jié)構(gòu)110的側(cè)壁(亦即，保護(hù)內(nèi)襯材料116)上，可提供具有任何想要的組構(gòu)的側(cè)壁間隔體結(jié)構(gòu)118。根據(jù)基于如圖Ig所示的柵極電極結(jié)構(gòu)110的任何適當(dāng)加工策略，可形成晶體管150。例如，可形成任何適當(dāng)間隔體組件以便定義漏極及源極延伸區(qū)15 的橫向偏移，然而在其它情形下， 內(nèi)襯116可用作為用于對應(yīng)植入制程的有效偏移間隔體材料(efficient offset spacer material)。應(yīng)了解，底切區(qū)115以及用內(nèi)襯116實現(xiàn)于其中的優(yōu)異囊封也可在執(zhí)行包括斜角的任何植入步驟時提供敏感柵極材料111及112的優(yōu)異完整性，在加入用以定義對于漏極及源極區(qū)152及其類似者為反摻雜區(qū)(counter-doped area)的摻雜物質(zhì)時，常會實行植入步驟。之后，基于任何適當(dāng)制程技術(shù)可形成或完成間隔體結(jié)構(gòu)118，接著是其它的植入制程以便引進(jìn)其它的漏極及源極摻雜物質(zhì)。之后，可實行任何高溫制程以便定義漏極及源極區(qū)152的最終摻雜物分布。之后，基于任何適當(dāng)硅化技術(shù)可形成金屬硅化物區(qū)153。若需要，在任何適當(dāng)制造階段，可移除覆蓋層114(請參考圖Ig)以及可一起形成金屬硅化物117 與金屬硅化物153。在其它的情形下，在此制造階段至少可不形成金屬硅化物117，例如至少在要用有優(yōu)異導(dǎo)電率的電極材料(例如，鋁及其類似者)取代材料113時，這可通過提供用以橫向埋藏柵極電極結(jié)構(gòu)110的任何犧牲或永久性介電質(zhì)材料隨后執(zhí)行選擇性蝕刻制程用以去除材料113而得以實現(xiàn)。之后，可填入任何適當(dāng)電極金屬以及例如用CMP及其類似者去除任何多余材料。在其它示范具體實施例(未圖示)中，由如圖Ig所示的組構(gòu)開始，例如通過形成對應(yīng)空腔以及用適當(dāng)應(yīng)變誘導(dǎo)半導(dǎo)體材料(例如，硅/鍺，硅-碳及其類似者)重填這些空腔，有源區(qū)10 可加入應(yīng)變誘導(dǎo)半導(dǎo)體材料。也在此情形下，底切區(qū)115可提供敏感材料 111、112的優(yōu)異局限性，從而也提供優(yōu)異的制程穩(wěn)健性。結(jié)果，本揭示內(nèi)容提供數(shù)種半導(dǎo)體裝置及制造技術(shù)，其中可提供有極均勻的底切組構(gòu)的精密高K金屬柵極電極結(jié)構(gòu)，其中電性有效柵極長度可小于半導(dǎo)體基底電極材料或高度導(dǎo)電電極金屬的柵極長度?；跇O穩(wěn)健從而均勻的蝕刻順序(其包含至少多個基于臭氧及基于氫氟酸的交替制程步驟)，可得到該底切組構(gòu)。結(jié)果，由在用以基于電漿輔助非等向性蝕刻技術(shù)來圖樣化柵極層堆棧的第一制程順序后得到的明確電極組構(gòu)開始，在在包含交替制程步驟的另一后續(xù)蝕刻順序期間，可調(diào)整電性有效柵極長度與另一電極材料(例如，形式為多晶硅或高度導(dǎo)電柵極金屬)的長度的最終調(diào)整。然后，通過形成適當(dāng)內(nèi)襯材料，在半導(dǎo)體裝置的進(jìn)一步加工期間可優(yōu)異穩(wěn)健地預(yù)留可預(yù)測且高度均勻的電性有效柵極長度，這可導(dǎo)致敏感柵極材料在底切區(qū)有優(yōu)異的完整性。以此方式，可改善單一半導(dǎo)體晶粒區(qū)內(nèi)以及整個基板內(nèi)的晶體管特性(例如，臨界電壓、互導(dǎo)及其類似者)的變動，因為基于有優(yōu)異制程均勻度及穩(wěn)健性的濕式化學(xué)蝕刻順序，可實現(xiàn)用以調(diào)整電性有效柵極長度及預(yù)留該電性有效柵極長度的實際制程。例如，多個電氣測量數(shù)據(jù)似乎證實在實行基于“切換 (toggling) ”基于臭氧的制程步驟與基于氫氟酸的制程步驟所得到的底切柵極組構(gòu)時，晶體管特性的均勻度可得到顯著的改善。結(jié)果，可提供用于先進(jìn)半導(dǎo)體裝置的晶體管的精密柵極電極結(jié)構(gòu)，其中在早期制造階段可將基本的柵極特性，例如功函數(shù)、電容耦合、電性有效柵極長度及其類似者，調(diào)整成有跨基板(across-substrate)及跨晶粒(across-die)的優(yōu)異整體均勻度。熟諳此藝者基于此說明可明白本揭示內(nèi)容的其它修改及變體。因此，此說明應(yīng)只被視為僅供圖解說明用而且目的是用來教導(dǎo)熟諳此藝者實施本文所提供之教導(dǎo)的一般方式。應(yīng)了解，應(yīng)將圖標(biāo)及描述于本文的專利標(biāo)的之形式視為目前為較佳的具體實施例。
權(quán)利要求
1.一種用于形成半導(dǎo)體裝置中的柵極電極結(jié)構(gòu)的方法，該方法包含下列步驟執(zhí)行第一蝕刻順序以便圖樣化形成于基板上方的柵極層堆棧，該柵極層堆棧包含柵極介電層，該柵極介電層包含高K介電質(zhì)材料、形成于該柵極介電層上方的含金屬電極材料、 以及形成于該含金屬電極材料上方的半導(dǎo)體材料；執(zhí)行第二蝕刻順序以便在經(jīng)圖樣化的該柵極層堆棧中形成底切區(qū)于該半導(dǎo)體材料下方，該第二蝕刻順序包含基于氫氟酸的第一蝕刻步驟及第二蝕刻步驟，以及基于臭氧在該第一及第二蝕刻步驟之間執(zhí)行的制程步驟；以及至少在該底切區(qū)的暴露表面區(qū)上形成保護(hù)內(nèi)襯。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，執(zhí)行該第二蝕刻順序的步驟還包含下列步驟在該第二蝕刻步驟后執(zhí)行基于臭氧的第二制程步驟，以及在該第二制程步驟后執(zhí)行第三蝕刻步馬聚ο
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，執(zhí)行該第二蝕刻順序的步驟還包含下列步驟執(zhí)行至少一個基于鹽酸的蝕刻步驟。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，在該第二蝕刻順序期間，該半導(dǎo)體裝置暴露于氫氟酸的總加工時間約有150秒或更短。
5.如權(quán)利要求4所述的方法，其中，該第一及第二蝕刻步驟中的每一個的加工時間大約為50秒或更短。
6.如權(quán)利要求5所述的方法，其中，該制程步驟的加工時間大于該第一及第二蝕刻步驟中的每一個的加工時間。
7.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，執(zhí)行該第二蝕刻順序的步驟還包含下列步驟在該第一及第二蝕刻步驟的每一個之前，執(zhí)行基于去離子水的潤濕步驟。
8.如權(quán)利要求7所述的方法，其中，選擇該潤濕步驟的持續(xù)時間約100秒或更長。
9.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，該含金屬電極材料包含鈦與氮。
10.如權(quán)利要求3所述的方法，其中，該高K介電質(zhì)材料包含金屬氧化物基礎(chǔ)材料及含金屬物質(zhì)用以調(diào)整該柵極電極結(jié)構(gòu)的功函數(shù)。
11.一種方法，包含下列步驟在半導(dǎo)體裝置的半導(dǎo)體區(qū)域上形成柵極電極結(jié)構(gòu)，該柵極電極結(jié)構(gòu)包含半導(dǎo)體材料與形成于該半導(dǎo)體材料下方以及由高K介電質(zhì)材料構(gòu)成的柵極絕緣層；以及通過執(zhí)行濕式化學(xué)制程順序來減少該柵極絕緣層相對于該半導(dǎo)體材料的長度，該濕式化學(xué)制程順序包含基于氫氟酸而執(zhí)行的多個第一制程步驟以及基于臭氧而執(zhí)行的多個第二制程步驟，該多個第一制程步驟中的每一個之前為該多個第二制程步驟中的其中一個。
12.如權(quán)利要求11所述的方法，其中，執(zhí)行該濕式化學(xué)制程順序還包含下列步驟基于鹽酸而執(zhí)行的多個第三制程步驟。
13.如權(quán)利要求11所述的方法，其中，執(zhí)行該濕式化學(xué)制程順序還包含下列步驟在每一對相續(xù)的第一及第二制程步驟之間，潤濕該柵極電極結(jié)構(gòu)。
14.如權(quán)利要求11所述的方法，其中，該多個第一制程步驟包含至少三個第一制程步馬聚ο
15.如權(quán)利要求1所述的方法，還包含下列步驟決定該柵極電極結(jié)構(gòu)暴露于氫氟酸的時間預(yù)算以及通過分割該時間預(yù)算來決定該多個第一制程步驟中的每一個的加工時間。
16.如權(quán)利要求15所述的方法，其中，該第一制程步驟中的每一個的加工時間小于該第二制程步驟中的每一個的加工時間。
17.如權(quán)利要求12所述的方法，其中，形成該柵極電極結(jié)構(gòu)的步驟包含下列步驟將鑭與鋁的其中一種加入該柵極絕緣層內(nèi)。
18.如權(quán)利要求11所述的方法，還包含下列步驟在減少該柵極絕緣層的長度后，在該柵極電極結(jié)構(gòu)的暴露側(cè)壁區(qū)上形成保護(hù)內(nèi)襯。
19.一種晶體管裝置，包含由高K柵極絕緣層、形成于該高K柵極絕緣層上方的含金屬第一電極材料以及形成于該含金屬第一電極材料上方的第二電極材料組成的柵極電極結(jié)構(gòu)，該高K柵極絕緣層有小于該第二電極材料的長度的長度。
20.如權(quán)利要求19所述的晶體管裝置，其中，該含金屬第一電極材料的長度小于該第二電極材料的該長度。
全文摘要
本發(fā)明提出一種用濕式化學(xué)方法形成受控底切而有優(yōu)異完整性的高介電系數(shù)柵極堆棧。在精密半導(dǎo)體裝置中，通過形成底切柵極組構(gòu)，可實現(xiàn)早期制造階段所提供的敏感柵極材料(例如，高K介電質(zhì)材料及含金屬電極材料)的囊封。為此，在柵極層堆棧的基本圖樣化后實行濕式化學(xué)蝕刻順序，其中至少以交替方式執(zhí)行基于臭氧及基于氫氟酸的制程步驟，從而實現(xiàn)實質(zhì)自限的去除行為。
文檔編號H01L29/423GK102446729SQ20111030718
公開日2012年5月9日 申請日期2011年10月8日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月8日
發(fā)明者B·拜莫爾, F·格雷齊, S·貝耶爾 申請人:格羅方德半導(dǎo)體公司, 格羅方德半導(dǎo)體德累斯頓第一模數(shù)有限責(zé)任及兩合公司