使用有機平面化掩膜切割多條柵極線的制作方法
【專利摘要】在其上包括多條柵極線的半導體襯底頂上形成有機平面化層(OPL)。每條柵極線至少包括高k柵極電介質以及金屬柵極。然后在OPL頂上設置其中形成有至少一個圖形的構圖的光致抗蝕劑。所述光致抗蝕劑中的所述至少一個圖形垂直于每一條所述柵極線。然后通過蝕刻將所述圖形轉移到OPL以及下伏的柵極線中的每一條的一部分中以提供多個柵極疊層，每一個柵極疊層至少包括高k柵極電介質部分和金屬柵極部分。然后利用一系列步驟去除構圖的光致抗蝕劑和剩余的OPL層，所述一系列步驟包括與第一酸的第一接觸、與水性含鈰溶液的第二接觸以及與第二酸的第三接觸。
【專利說明】使用有機平面化掩膜切割多條柵極線
【技術領域】
[0001]本公開涉及半導體器件制造，更具體地，涉及將多條柵極線切割成多個柵極疊層的方法。
【背景技術】
[0002]場效應晶體管(FET)在電子工業中廣泛用于切換、放大、過濾以及與模擬和數字電信號相關的其它任務。這些場效應晶體管中最常見的是金屬氧化物半導體場效應晶體管(M0SFET或M0S)，其中柵結構被加電以在下伏的(underlying)半導體本體的溝道區中產生電場，由此允許電子行經該半導體本體的源極區和漏極區之間的溝道。互補MOS(CMOS)已經變得在半導體工業中廣泛應用，其中η型和P型(匪OS和PM0S)晶體管都用于制造邏輯和電路。
[0003]半導體器件制造中的持續趨勢包括減小電器件特征尺寸(按比例縮小)，以及在器件切換速度和功耗方面提高器件性能。近來的MOS和CMOS晶體管按比例縮小的努力致力于介電常數大于氧化硅的介電常數(例如，大于約3.9)的高k材料，其能夠以比按比例縮小的氧化硅更厚的層形成且還產生等效的場效應性能。可以獲得的另一種類型的CMOS器件是這樣一種器件，其中柵電極包括至少金屬柵極層。
[0004]在制造這種器件時，在半導體襯底的表面上形成至少包括高k柵極電介質和上覆的金屬柵極的多條柵極線(gate line)。所述多條柵極線中的每條柵極線可以被切割成能夠用于制造場效應晶體管器件的多個柵極疊層。在切割柵極線時，典型地在襯底上以及所述多條柵極線頂上形成至少包括光致抗蝕劑的疊層。然后穿過所述疊層形成暴露每條柵極線的最上部分的至少一個圖形。使用蝕刻工藝來將所述至少一個圖形轉移到下伏的柵極線。在蝕刻過程中，每條下伏的柵極線被切割成多個柵極疊層。在蝕刻之后，需要去除構圖的疊層。在常規方法中，使用硫酸和過氧化物的混合物來從所述襯底頂上去除所述構圖的疊層。這種混合物不僅去除所述構圖的疊層，而且還侵襲每個柵極疊層的金屬柵極的一部分。例如，硫酸和過氧化物的混合物可導致提供具有底切(undercut)金屬柵極的柵極疊層。或者，如果所述柵極疊層被暴露，硫酸和過氧化物的混合物可導致每個柵極疊層的材料損失。或者，硫酸和過氧化物的混合物的使用可導致柵極疊層的完全剝離。
[0005]考慮到上述情況，仍然需要提供改進的方法來將多條柵極線切割成柵極疊層，所述改進的方法避免與現有技術方法相關的缺點，在現有技術方法中使用硫酸和過氧化物的混合物來從所述結構去除構圖的疊層。

【發明內容】

[0006]在包括位于其上的多條柵極線的半導體襯底頂上形成有機平面化層(OPL)。所述多條柵極線中的每條柵極線至少包括高k柵極電介質以及金屬柵極。然后在所述OPL上設置其中形成有至少一個圖形的構圖的光致抗蝕劑。所述光致抗蝕劑中的至少一個圖形垂直于每一條所述柵極線。然后通過蝕刻將所述圖形轉移到所述OPL以及下伏的柵極線中的每一條的一部分中以提供多個柵極疊層，每一個柵極疊層至少包括高k柵極電介質部分和金屬柵極部分。然后利用一系列步驟去除構圖的抗蝕劑和剩余的OPL層，而不負面地影響每個所述柵極疊層的任何金屬柵部分，所述一系列步驟包括與第一酸的第一接觸、與水性含鈰溶液的第二接觸以及與第二酸的第三接觸。
[0007]在本公開的一個實施例中，提供了一種形成半導體結構的方法。該方法包括首先在半導體襯底的表面上形成多條柵極線。每條柵極線至少包括高k柵極電介質以及上覆的金屬柵極。然后，在所述半導體襯底和所述多條柵極線頂上形成有機平面化層(OPL)。然后形成包括至少一個圖形的構圖的光致抗蝕劑。所述至少一個圖形位于所述多條柵極線中的每條柵極線的一部分頂上。然后將所述至少一個圖形轉移到下伏的OPL和每條柵極線中。通過如下步驟完全去除所述OPL層的剩余部分和所述構圖的光致抗蝕劑:(a)所述結構與第一酸的第一接觸，該第一接觸在第一溫度下持續第一時間段，(b)所述結構與水性含鈰溶液的第二接觸，該第二接觸在第二溫度下持續第二時間段，以及(c)所述結構與第二酸的第三接觸，該第三接觸在第三溫度下持續第三時間段。可以視需要重復接觸步驟(b)和
(C)。
[0008]在另一個實施例中，提供了一種方法,該方法包括在半導體襯底的表面上形成多條柵極線。所述多條柵極線中的每條柵極線至少包括高k柵極電介質以及上覆的金屬柵極。然后，在所述半導體襯底和所述多條柵極線頂上形成有機平面化層(OPL)。在所述OPL頂上形成包括至少一個圖形的構圖的光致抗蝕劑。所述至少一個圖形位于所述多條柵極線中的每條柵極線的一部分頂上。通過蝕刻將所述至少一個圖形轉移到下伏的OPL和每條柵極線中。接下來，通過一系列接觸步驟去除所述構圖的光致抗蝕劑和剩余的OPL層，所述一系列接觸步驟包括:(a)與硫酸的第一接觸，(b)與水性溶液的第二接觸，所述水性溶液包含含鋪(IV)絡合物(complex)或鹽以及至少一種銨鹽或絡合物，以及(c)與硫酸的第三接觸。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0009]圖1A是(通過自頂向下視圖)示例出包括具有位于其上的多條柵極線的半導體襯底的初始結構的圖示。
[0010]圖1B是沿著圖1A所示的剖線A-A’的所述初始結構的橫截面視圖。
[0011]圖1C是沿著圖1A所示的剖線B-B’的所述初始結構的橫截面視圖。
[0012]圖2是(通過自頂向下視圖)示例出在形成有機平面化層之后的圖1A的初始結構的圖示。
[0013]圖2B是沿著圖2A所示的剖線A-A’的所述結構的橫截面視圖。
[0014]圖2C是沿著圖2A所示的剖線B-B’的所述結構的橫截面視圖。
[0015]圖3A是(通過自頂向下視圖)示例出在所述有機平面化層頂上形成光致抗蝕劑之后的圖2A的結構的圖示。
[0016]圖3B是沿著圖3A所示的剖線A-A’的所述結構的橫截面視圖。
[0017]圖3C是沿著圖3A所示的剖線B-B’的所述結構的橫截面視圖。
[0018]圖4A是(通過自頂向下視圖)示例出在對所述光致抗蝕劑進行構圖以在其中包括至少一個圖形之后的圖3A的結構的圖示。[0019]圖4B是沿著圖4A所示的剖線A-A’的所述結構的橫截面視圖。
[0020]圖4C是沿著圖4A所示的剖線B-B’的所述結構的橫截面視圖。
[0021]圖5A是(通過自頂向下視圖)示例出在將至少一個圖形從構圖的光致抗蝕劑轉移到所述有機平面化層和所述多條柵極線中的每條柵極線中之后的、圖4A的結構的圖示。
[0022]圖5B是沿著圖5A所示的剖線A_A’的所述結構的橫截面視圖。
[0023]圖5C是沿著圖5A所示的剖線B-B’的所述結構的橫截面視圖。
[0024]圖6A是(通過自頂向下視圖)示例出在從所述結構去除了所述有機平面化層的剩余部分和所述構圖的光致抗蝕劑之后的圖5A的結構的圖示，現在所述結構包括位于所述半導體襯底的表面上的多個柵極疊層。
[0025]圖6B是沿著圖6A所示的剖線A_A’的所述結構的橫截面視圖。
[0026]圖6C是沿著圖6A所示的剖線B-B’的所述結構的橫截面視圖。
[0027]圖7是在形成至少一個分隔物(spacer)以及源極區和漏極區之后的穿過相同的剖線A-A’的圖6B的結構的圖示。
【具體實施方式】
[0028]現在將通過參考下面的討論和本申請的附圖更詳細地描述本公開，本公開涉及將至少包括高k柵極電介質和上覆的金屬柵極的柵極線切割成至少包括高k柵極電介質部分和上覆的金屬柵極部分的柵極疊層的方法。注意，本申請的附圖是為了示例的目的而提供的，因此它們未按比例繪制。
[0029]在下面的描述中，闡述了大量的具體細節，諸如特定結構、部件、材料、尺寸、處理步驟和技術，以便提供對本發明的徹底的理解。然而，本領域普通技術人員將理解，本公開可以在沒有這些具體細節的情況下以可行的備選工藝選項來實踐。在其它情況下，未詳細描述公知的結構或處理步驟，以免使本公開的各種實施例模糊不清。
[0030]應當理解，當諸如層、區域或襯底的要素被稱為在另一要素“上”或“之上”時，它可以直接在該另一要素上，或者也可以存在中間要素。相反，當一個要素被稱為“直接在”另一要素“上”或者“之上”時，不存在中間要素。還應當理解，當一個要素被稱為在另一要素“下”或“之下”時，它可以直接在該另一要素下，或者可以存在中間要素。相反，當一個要素被稱為“直接在”另一要素“下”或者“之下”時，不存在中間要素。
[0031]現在參考圖1A、1B和1C，其示例出了可以在本公開中采用的初始結構10。初始結構10包括半導體襯底12，該半導體襯底12具有位于其表面上的多條柵極線(14L和14R)。所述多條柵極線的每條柵極線14L和14R彼此平行地取向。每條柵極線14L和14R至少包括高k柵極電介質16L、16R以及金屬柵極18L、18R。每條柵極線14L和14R可以可選地包括位于每個金屬柵極18L、18R頂上的含Si柵電極20L、20R。
[0032]所述半導體襯底12包含包括但不限于下述材料的任何半導體材料:S1、SiGe,SiGeC、SiC、Ge合金、GaAs、InAs、InP以及其它III/V或II/VI化合物半導體。除了所列出的類型的半導體材料，半導體襯底12也可以是層疊的半導體，諸如，例如Si/SiGe、Si/SiC、絕緣體上硅(SOI)或者絕緣體上硅鍺(SGOI)。在一些實施例中，半導體襯底12是含Si的半導體材料，即，包含硅的半導體材料。半導體襯底12可以包括單晶取向或者其可以包括具有不同晶體取向的至少兩個共面表面區域(后一襯底在本領域中被稱為混合襯底)。為了示例的目的，半導體襯底12由體半導體構成。“體”的意思是整個襯底由半導體材料構成。
[0033]半導體襯底12也可以包括摻雜(η或P)區。為了清楚起見，在本申請的任何圖中未具體示出摻雜區。所述摻雜區被稱為“阱”，并且可以利用本領域技術人員已知的常規離子注入工藝形成所述阱。
[0034]可以在半導體襯底12中形成至少一個隔離區(未示出)。所述至少一個隔離區可以是溝槽隔離區或者場氧化物隔離區。可以利用本領域技術人員公知的溝槽隔離工藝形成所述溝槽隔離區。例如，光刻、蝕刻并且用溝槽電介質填充溝槽，可以被用于形成溝槽隔離區。可選地，可以在溝槽填充之前在溝槽中形成襯里(liner)，可以在溝槽填充之后進行致密化步驟， 并且也可以在溝槽填充之后進行平面化工藝。可以利用所謂的硅局部氧化工藝形成場氧化物。如本領域技術人員已知的，所述至少一個隔離區在相鄰器件之間提供隔離，典型地當相鄰器件具有相反導電性WPnFEI^PpFET)時需要這種隔離。位于相鄰隔離區之間的半導體襯底12的部分在本申請中被稱為半導體襯底12的“有源區”。所述半導體襯底的有源區是其中可以形成諸如晶體管的半導體器件的區域。
[0035]每條柵極線14L和14R的每個高k柵極電介質16L和16R都包括介電常數大于氧化硅的介電常數(例如3.9)的電介質材料。典型地，能夠在本公開中采用的每個高k柵極電介質16L和16R所具有的介電常數大于4.0,其中大于8.0的介電常數甚至更典型。能夠在本公開中采用的示例性高k電介質材料包括但不限于:Hf02、ZrO2, La203、A1203、TiO2,SrTiO3> LaAlO3' Y2O3> HfOxNy、ZrOxNy, La2OxNy' Al2OxNy' TiOxNy, SrTiOxNy, LaAlOxNy、Y2OxNy、其硅酸鹽以及其合金。X的每一個值獨立地為0.5-3，且y的每個值獨立地為0-2。在一些實施例中，可以采用上述高k電介質材料中的至少兩種的多層疊層。在一些實施例中，高k柵極電介質16L由與高k柵極電介質16R相同的高k柵極電介質構成。在其它實施例中，高k柵極電介質16L由與高k柵極電介質16R不同的高k柵極電介質構成。當采用不同的高k柵極電介質材料時，可以使用遮擋掩膜(block mask)技術來形成不同類型的高k柵極電介質材料。
[0036]在一個實施例中，每條柵極線14L和14R的每個高k柵極電介質16L和16R可以形成在界面層(未示出)頂上，所述界面層在形成每條柵極線14L和14R的每個高k柵極電介質16L和16R之前被形成在半導體襯底12頂上。在這種實施例中，所述界面層可以由半導體氧化物、半導體氮化物和/或半導體氧氮化物構成。這種界面材料可以利用諸如例如熱氧化和/或熱氮化的熱處理形成。
[0037]每條柵極線14L和14R的每個高k柵極電介質16L和16R的厚度可以根據用于形成其的技術而變化。然而，典型地，每條柵極線14L和14R的每個高k柵極電介質16L和16R具有0.5nm到IOnm的厚度，其中1.0nm到5nm的厚度更典型。在本公開的一些實施例中，所采用的每條柵極線14L和14R的每個高k柵極電介質16L和16R可以具有2nm量級或者不到2nm的有效氧化物厚度。
[0038]每條柵極線14L和14R的每個高k柵極電介質16L和16R可以通過本領域中公知的方法形成，所述方法包括例如:化學氣相沉積(CVD)、物理氣相沉積(PVD)、分子束沉積(MBD)、脈沖激光沉積(PLD)、液態源霧化的化學沉積(LSMCD)、原子層沉積(ALD)以及其它類似的沉積工藝。[0039]每條柵極線14L和14R的每個金屬柵極18L和18R包含包括但不限于下述材料的任何導電的含金屬材料:元素金屬(例如，鎢、鈦、鉭、鋁、鎳、釕、鈀和鉬)、至少兩種元素金屬的合金、元素金屬氮化物(例如，氮化鎢、氮化鋁和氮化鈦)、元素金屬硅化物(例如，硅化鎢、硅化鎳和硅化鈦)及它們的多層。在一個實施例中，每條柵極線14L和14R的每個金屬柵極18L和18R由nFET金屬構成。在另一個實施例中，每個金屬柵極18L和18R由pFET金屬構成。在再一個實施例中，每條柵極線14L和14R的每個金屬柵極18L和18R由TiN構成。在一些實施例中，金屬柵極18L由與金屬柵極18R不同的金屬柵極材料構成。在這種實施例中，可以使用遮擋掩膜技術來為材料柵極18L和金屬柵極18R形成不同的金屬柵極材料。
[0040]可以利用常規沉積工藝形成每條柵極線14L和14R的每個金屬柵極18L和18R，所述沉積工藝包括例如化學氣相沉積(CVD)、等離子體增強的化學氣相沉積(PECVD)、蒸鍍、物理氣相沉積(PVD)、濺射、化學溶液沉積、原子層沉積(ALD)或者其它類似的沉積工藝。當形成金屬硅化物時，可以采用常規硅化工藝。
[0041]在一些實施例中，所述多條柵極線中的每條柵極線14L和14R包括位于每個金屬柵極18L和18R頂上的含Si柵電極20L和20R。每個含Si柵電極20L和20R包括摻雜的多晶硅、摻雜的SiGe及其組合。可以通過首先在每個金屬柵極18L和18R頂上形成非摻雜的含Si層，之后通過利用離子注入、氣相摻雜之一，或者通過從該非摻雜的含Si層附近形成的犧牲材料層轉移摻雜劑并且然后從該結構除去所述犧牲層，將摻雜劑引入到所述非摻雜的含Si層中，來形成每個含Si柵電極20L和20R。或者，可以利用原位摻雜沉積工藝形成摻雜的含Si層。
[0042]在一些實施例中，每條柵極線14L和14R的每個材料層被形成為毯式(blanket)層并且之后在形成每條柵極線14L和14R時使用構圖工藝。所述構圖工藝包括光刻(在所述毯式材料層的最上表面頂上施加光致抗蝕劑，將所述光致抗蝕劑暴露于輻射并且使用常規顯影劑顯影已暴露的抗蝕劑)。該光刻步驟在所述柵極線的最上面的毯式材料層頂上提供構圖的光致抗蝕劑。然后使用蝕刻步驟將圖形從所述構圖的光致抗蝕劑轉移到下伏的柵極電介質16L和16R、金屬柵極18R和18L以及可選的含Si柵電極20L和20R的毯式層中。該蝕刻可以包括干法蝕刻工藝，諸如例如反應離子蝕刻、等離子體蝕刻、離子蝕刻或者激光燒蝕。該蝕刻還可以包括濕法化學蝕刻工藝，其中使用一種或多種化學蝕刻劑來去除所述毯式層的未被構圖的光致抗蝕劑保護的部分。可以利用灰化工藝去除構圖的光致抗蝕劑。
[0043]現在參考圖2A、2B和2C，分別示例出了在半導體襯底12頂上以及所述多條柵極線中的每條柵極線14L和14R周圍形成有機平面化層(OPL) 22之后的圖1A、1B和IC的結構。如圖所示，OPL層22的一部分直接接觸所述多條柵極線中的每條柵極線14L和14R。
[0044]在本公開中采用的0PL22包含任何有機材料，所述有機材料包括但不限于近無摩擦的碳(near-frictionless carbon, NFC)材料和聚酸亞胺。
[0045]可以利用諸如例如旋涂、CVD、PECVD、蒸鍍、化學溶液沉積及其它類似的沉積技術的沉積工藝形成0PL22。可以使用化學機械平面化(CMP)和/或研磨來平面化所沉積的0PL22。
[0046]0PL22的厚度可以變化，只要其厚度大于所述多條柵極線中的每條柵極線14L和14R的總厚度即可。在一個實施例中，0PL22具有50nm-500nm的厚度。在另一個實施例中，0PL22 具有 150nm-300nm 的厚度。
[0047]現在參考圖3A、3B和3C，分別示例出了在0PL22頂上形成毯式光致抗蝕劑層24之后的圖2A、2B和2C的結構。在一些實施例中，可以在OPL層22與光致抗蝕劑24之間形成可選的抗反射涂層(未示出)。
[0048]當采用時，所述可選的抗反射涂層包括能夠控制如下(i)和(ii)的任何無機或有機材料:(i)光穿過上覆的光致抗蝕劑材料的反射；以及(ii)從所述抗反射涂層下方的材料層回到光致抗蝕劑材料中的光的反射，所述光可能與入射光干涉并且引起光致抗蝕劑材料被不均勻地曝光。通常，可以可選地采用的抗反射涂層可以被模制以便找到抗反射涂層的最佳光學參數(η和k值)以及最佳厚度。在一個實施例中，抗反射涂層的光學常數在365、248、193和157、126nm以及極紫外(13.4nm)輻射波長下在η = 1.2到η = 3.0以及k = 0.01到k = 0.9的范圍內，更典型地，在η = 1.4到η = 2.6以及k = 0.02到k =0.78的范圍內。抗反射涂層的光學特性和厚度被優化以獲得最佳分辨率、輪廓控制并且在隨后的構圖步驟期間最大化光致抗蝕劑的工藝窗口，這對于本領域普通技術人員而言是公知的。
[0049]能夠在本公開中采用的抗反射涂層包括例如有機均聚物或者聚酯、聚丙烯酸酯、聚甲基丙烯酸酯、聚砜和無定形碳的共聚物。可以通過旋涂技術、噴涂技術、浸潰等施加抗反射涂層。諸如氧氮化硅(SiON)、碳化硅(SiC)、氧碳化硅(Si0C)、SiC0H、硅氧烷、硅烷、碳娃燒、氧碳娃燒(oxycarbosilane)和倍半娃氧燒(silsesquioxane)的無機抗反射涂層,作為聚合物或者共聚物，也可以被采用或者通過例如等離子體增強的化學氣相沉積、旋涂技術、浸潰等被沉積。在施加了抗反射涂層一尤其是來自液相的那些一之后，通常需要沉積后烘烤步驟來去除不想要的成分(例如溶劑)以及實現交聯。抗反射涂層的沉積后烘烤步驟典型地，但不必總是，在80°C到300°C的溫度下進行，其中120°C到200°C的烘烤溫度更典型。
[0050]可以在本公開中采用的光致抗蝕劑24包括任何常規光致抗蝕劑材料，所述常規光致抗蝕劑材料包括正色調(positive-tone)光致抗蝕劑材料或負色調(negative-tone)光致抗蝕劑材料。“正色調”的意思是光致抗蝕劑的暴露于光刻的部分將通過常規顯影劑被去除，而光致抗蝕劑的未暴露部分不被去除。“負色調”的意思是光致抗蝕劑的暴露于光刻的部分通過常規顯影劑將不被去除，而光致抗蝕劑的未暴露部分被去除。光致抗蝕劑可以包括光致產酸劑(photoacid generator)、堿添加劑和/或溶劑,它們中的每一者對于本領域技術人員而言都是公知的，因此未全面地提供關于這些成分的細節。
[0051]利用本領域技術人員公知的技術在0PL22的表面頂上形成毯式光致抗蝕劑層24，所述技術包括例如旋涂、浸潰涂布、蒸鍍、化學溶液沉積和化學氣相沉積。在沉積之后，典型地利用本領域技術人員公知的處理條件干燥和固化毯式光致抗蝕劑層24。
[0052]現在參考圖4A、4B和4C，分別示例出了在毯式光致抗蝕劑層24中形成至少一個圖形之后的圖3A、3B和3C的結構。在圖中將構圖的光致抗蝕劑標記為24’。如圖所示(尤其在圖4C中)，構圖的光致抗蝕劑24’保護0PL22的一些部分，同時使0PL22的其它部分不受保護。可以利用光刻進行對毯式光致抗蝕劑層24的構圖，所述光刻包括將毯式光致抗蝕劑層24暴露于期望的輻射圖形并且然后利用常規顯影劑去除暴露的光致抗蝕劑材料的部分以便形成圖4A、4B和4C中所示的結構。如圖所示，構圖的光致抗蝕劑24包括位于其中的至少一個圖形26，即開口。所述至少一個圖形26形成為垂直于所述多條柵極線中的每條柵極線14L和14R，并且所述至少一個圖形26橫跨(cross over)所述多條柵極線中的每條柵極線14L和14R。因此，在本公開中可以使用構圖的光致抗蝕劑26’中的所述至少一個圖形26來將柵極線14L和14R中的每一條切割成多個柵極疊層。
[0053]現在參考圖5A、5B和5C，分別示例出了在穿過OPL層22并且穿過所述多條柵極線中的每條柵極線14L和14R轉移所述至少一個圖形26、形成了多個金屬柵極14L’、14L〃、14R’和14R〃之后的圖4A、4B和4C的結構。金屬柵極疊層14L〃和14R〃位于圖5B中的橫截面視圖中示例的柵極疊層14L’和14R’后方。每個柵極疊層14L’、14L"、14R’和14R"都包括高k柵極電介質部分16L’、16L〃、16R’和16R〃、金屬柵極部分18L’、18L〃、18R’和18R"、以及可選的含Si柵電極部分20L’、20L〃、20R’和20R〃。在圖5C中，用要素26’表示從構圖的光致抗蝕劑24’轉移到OPL層22和所述多條柵極線中的每條柵極線14L和14R的所述至少一個圖形，即開口。現在在圖中將構圖的OPL標記為22’。
[0054]可以使用干法蝕刻工藝進行位于構圖的光致抗蝕劑24’中的至少一個圖形26向OPL層22和所述多條柵極線中的每條柵極線14L和14R的轉移，所述干法蝕刻工藝包括例如反應離子蝕刻、離子束蝕刻、等離子體蝕刻、激光燒蝕以及它們的任何組合。在一些實施例中，可以使用一種干法蝕刻工藝。在其它實施例中，可以使用多種干法蝕刻工藝。
[0055]現在參考圖6A、6B和6C，分別示例出了在從所述結構去除了構圖的光致抗蝕劑24’和剩余的OPL(即構圖的0PL22’)之后的圖5A、5B和5C的結構。構圖的光致抗蝕劑24’和構圖的0PL22’的去除包括:(a)使所述結構與第一酸進行第一接觸，該第一接觸在第一溫度下持續第一時間段，(b)使所述結構與水性含鈰溶液進行第二接觸，該第二接觸在第二溫度下持續第二時間段，以及(c)使所述結構與第二酸進行第三接觸，該第三接觸在第三溫度下持續第三時間段。可以視需要重復接觸步驟(b)和(C)。在一個實施例中，可以重復接觸步驟(b)和接觸步驟(c)至少一次。典型地，重復接觸步驟(b)和(c) 1-3次。
[0056]如上所述，第一接觸包括第一酸。與第一酸的接觸被認為部分地破壞了有機平面化層。在第一接觸期間能夠在本公開中采用的第一酸包括在添加到水時釋放質子(即H+)的任何酸。這種酸的示例性實例包括但不限于鹽酸(HCl)、硫酸(H2SO4)、乙酸、硝酸(HNO3)、高氯酸(HClO4)、磷酸(H3PO4)及其混合物。典型地，第一酸是硫酸。
[0057]在典型地為15°C到150°C的第一溫度下進行與第一酸的第一接觸。更典型地，在從25°C到100°C的第一溫度下進行與第一酸的第一接觸。與第一酸的第一接觸典型地進行從I分鐘到60分鐘的第一時間段。更典型地，與第一酸的第一接觸進行從5分鐘到30分鐘的第一時間段。
[0058]使用水性含鈰溶液進行第二接觸。與水性含鈰溶液的第二接觸被認為通過侵襲不飽和碳鍵而與有機平面化層化學反應，導致隨后從襯底去除構圖的0PL22’。
[0059]盡管鈰是在該水性溶液中采用的活性元素，應當理解，可以使用具有與鈰相同或相似的化學特性的元素。例如，其它鑭系元素可具有與鈰相似的一些特性并且因此可以被使用。鑭系元素通常已知為具有57-71的原子數的那些元素，即，鑭、鈰、鐠、釹、钷、釤、銪、釓、鋪、鏑、欽、鉺、錢、鐿和镥。此外，特定非鑭系元素可能具有與鈰相似的化學特性并且因此可以被使用。這種元素可以包括但不限于鈷、鎳、錳、鐵、釩、鈦、釕、銠和鑰。
[0060]在本公開的第二接觸中使用的水性含鈰溶液包含至少一種鈰(IV)絡合物或鹽。在一個實施例中，所述至少一種鈰(IV)絡合物或鹽可以是例如硝酸銨鈰。硝酸銨鈰的化學式可以表示為Ce (NH4) 2 (NO3) 6或(NH4) 2Ce (NO3) 6。硝酸銨鈰也稱為CAN、硝酸銨鈰(IV)、硝酸銨高鋪(eerie ammonium nitrate)和硝酸鋪銨。CAN是可以用作氧化劑的橙色水溶性鹽。
[0061]可以使用的其它鈰(IV)絡合物或鹽包括但不限于硝酸高鈰、硫酸銨高鈰、硫酸高鈰、硫酸氫高鈰、高氯酸高鈰、甲磺酸高鈰、三氟甲磺酸高鈰、氯化高鈰、氫氧化高鈰和乙酸高鈰。可以代替CAN或者與CAN結合使用這些鈰(IV)絡合物或鹽。在本公開的一些實施例中，所述溶液可以包含上述鈰(IV)絡合物或鹽中的不止一種。在一些實施例中，所述鈰(IV)絡合物或鹽優選包括硝酸銨鋪。
[0062]由于水中的高鈰溶液趨于水解并且隨著時間流逝產生沉淀物，當保持為高于環境溫度(即，高于約20°C-25°C)時尤其如此，因此可以采用至少一種穩定劑來穩定所述溶液。換言之，水中的鈰(IV)絡合物或鹽通常是穩定的，但是在約70°C的升高的溫度下，鈰(IV)絡合物或鹽由于水解和/或氧化還原反應而產生沉淀物。然而，在強酸溶液中，這種沉淀物是可溶解的。“強酸”的意思是PH小于I。由于該原因，典型地在酸性媒質中配制含鈰溶液，以便使所述溶液穩定并且防止或限制鈰的沉淀。可以通過至少一種穩定劑提供的酸性媒質用于例如通過溶解來自所述溶液的沉淀物而減少沉淀物。所述至少一種穩定劑可以稱為浴穩定劑(bath stabilizer)。
[0063]在一個實施例中，所述至少一種穩定劑是銨鹽。銨鹽是對CAN中的銨化合物或能夠用作鈰(IV)鹽的鈰的任何其它銨化合物的補充。可以用作穩定劑的銨鹽包括但不限于氯化銨、硝酸銨、硫酸銨(NH4)2SO4At酸氫銨、乙酸銨、高氯酸銨(NH4ClO4)、三氟乙酸銨、甲磺酸銨、以及三氟甲磺酸銨中的至少一種。
[0064]作為穩定劑并且能夠在本公開的水性溶液中使用的其它化合物包括但不限于酸。能夠用作穩定劑的酸包括但不限于如下中的一種或多種:硝酸、鹽酸、硫酸、高氯酸、冰醋酸、甲磺酸、三氟甲磺酸、以及聚磺酸(例如聚(4-苯乙烯磺酸))。替代地，或者作為補充，可以添加其它水溶性的酸性聚合物，所述聚合物包括但不限于聚丙烯酸、聚甲基丙烯酸、以及聚合酸(polymeric acid)。聚合酸的例子包括但不限于聚馬來酸、聚四氟磺酸、聚(乙烯-馬來)酸和聚苯乙烯羧酸。
[0065]在一個實施例中，可以存在于所述水性含鈰溶液中的穩定劑的濃度的有效范圍為基于所述水性含鈰溶液的總重量的0.5重量％到15重量％。在另一個實施例中，可以存在于所述水性含鈰溶液中的穩定劑的濃度的有效范圍為基于所述水性含鈰溶液的總重量的
0.5重量％到10重量％。
[0066]除了上述，所述水性含鈰溶液包括諸如去離子水(DI水)的水作為溶劑。在一個實施例中，所述水性含鈰溶液包含基于該水性溶液的總重量的1?〖％到50被％的鈰(IV)絡合物或鹽以及50被％到99wt%的水。在另一個實施例中，水性含鈰溶液包含基于該水性溶液的總重量的10wt%到40wt%的鋪(IV)絡合物或鹽以及60wt%到90wt%的水。在再一個實施例中，所述水性含鈰溶液包含基于該水性含鈰溶液的總重量的15被％到35被％的鈰(IV)絡合物或鹽以及65被％到85被％的水。在又一個實施例中，所述水性含鈰溶液包含基于該水性含鈰溶液的總重量的20被％到30wt%的鈰(IV)絡合物或鹽以及70被％到80wt%的水。
[0067]本公開的含鈰水溶液的實施例包括但不限于:(i)包括鈰(IV)絡合物或鹽以及水的溶液、由鈰(IV)絡合物或鹽以及水構成的溶液、或者實質上由鈰(IV)絡合物或鹽以及水構成的溶液，(ii)包括鈰(IV)絡合物或鹽、水以及銨鹽的溶液，由鈰(IV)絡合物或鹽、水以及銨鹽構成的溶液、或者實質上由鈰(IV)絡合物或鹽、水以及銨鹽構成的溶液，(iii)包括鈰(IV)絡合物或鹽、水以及酸的溶液，由鈰(IV)絡合物或鹽、水以及酸構成的溶液、或者實質上由鈰(IV)絡合物或鹽、水以及酸構成的溶液，(iv)包括鈰(IV)絡合物或鹽、水、銨鹽以及酸的溶液、由鈰(IV)絡合物或鹽、水、銨鹽以及酸構成的溶液、或者實質上由鈰(IV)絡合物或鹽、水、銨鹽以及酸構成的溶液。
[0068]在典型地從25°C到150°C的第二溫度下進行與所述水性含鈰溶液的第二接觸。更典型地，在從50°C到100°C的第二溫度下進行與所述水性含鈰溶液的第二接觸。與所述水性含鈰溶液的第二接觸典型地進行從I分鐘到60分鐘的第二時間段。更典型地，與所述水性含鈰溶液的第二接觸進行從5分鐘到30分鐘的第二時間段。
[0069]在與所述水性含鈰溶液的第二接觸之后，進行與第二酸的第三接觸。在第三接觸中使用的第二酸可以與第一接觸的第一酸相同或者不同，典型地相同。與第二酸的接觸被認為進一步去除了構圖的有機材料。在第三接觸期間能夠在本公開中采用的第二酸包括在添加到水時釋放質子(即tf)的任何酸。這種酸的示例性實例包括但不限于鹽酸(HCl)、硫酸(H2SO4)、乙酸、硝酸(HNO3)、高氯酸(HClO4)、磷酸(H3PO4)及其混合物。典型地，第二酸是硫fe。
[0070]在典型地從25°C到150°C的第三溫度下進行與第二酸的第三接觸。更典型地，在從50°C到100°C的第三溫度下進行與第二酸的第三接觸。與第二酸的第三接觸典型地進行從I分鐘到60分鐘的第三時間段。更典型地，與第二酸的第三接觸進行從5分鐘到30分鐘的第二時間段。
[0071]上面提及的接觸步驟中的每一個可以包括將所述結構浸沒在包含特定材料(即，第一酸、水性含鈰溶液或第二酸)的浴中。也可以預期其它接觸方法，例如，在特定材料(即，第一酸、水性含鈰溶液或第二酸)中噴涂、沖洗或清洗所述結構并且搖動所述結構。所述第一接觸、第二接觸和第三接觸可以包括上述方法中的任何一種。
[0072]現在參考圖7，示例出了在所形成的每個柵極疊層14L’、14L”、14R’和14R”的暴露側壁上形成至少一個分隔物32之后的圖6B的結構。注意，在圖中柵極結構14L”和14R”分別位于柵極結構14L’和14R’后方。在一些實施例中，可以從每個柵極疊層14L’、14L”、14R’和14R”的側壁省略所述至少一個分隔物32。當存在時，所述至少一個分隔物32可以由諸如例如氧化硅、氮化硅和/或氧氮化硅的不透氧電介質材料構成。所述至少一個分隔物32可以通過沉積不透氧電介質材料并且然后蝕刻而形成。在一些實施例中，在形成所述至少一個分隔物32中可以使用熱處理。
[0073]每個柵極疊層14L’、14L”、14R’和14R”也包括源極區和漏極區(本申請中合稱為源極/漏極區34)。在圖中，柵極疊層14L’和14R’之間的中間源極/漏極區被示為公共源極/漏極區。盡管示出了這樣的實施例，但是位于柵極疊層14L’和14R’之間的源極/漏極區34可以是分隔開的源極/漏極區。源極/漏極區34典型地利用離子注入和退火形成在襯底10中并且位于每個柵極疊層14L’、14L”、14R’和14R”的覆蓋區域(footprint)處。用于所述離子注入工藝的條件和摻雜劑對于本領域技術人員而言是公知的。激活被離子注入到半導體襯底12中的摻雜劑的退火包括在約800°C或更高的溫度下加熱。半導體襯底12的位于每個柵極疊層14L’、14L”、14R’和14R”下方并且被源極/漏極區32橫向界定的部分是晶體管的溝道區。
[0074]注意，在每個柵極疊層14L’、14L”、14R’和14R”中，高柵極電介質部分、金屬柵極部分和含Si柵電極部分中的每一者都具有垂直地彼此一致的側壁。
[0075]盡管就本公開的優選實施例特別地示出和描述了本公開，但是本領域技術人員將理解，在不脫離本公開的精神和范圍的情況下可以做出前述和其它形式和細節上的變化。因此本公開旨在不限于所描述和示例的確切形式和細節，而是落入所附權利要求的范圍內。
【權利要求】
1.一種形成半導體結構(10)的方法，包括:在半導體襯底(12)的表面上形成多條柵極線(14L、14R)，其中所述多條柵極線中的每條柵極線(14L、14R)至少包括高k柵極電介質(16L、16R)和上覆的金屬柵極(18L、18R)；在所述半導體襯底(12)和所述多條柵極線(14L、14R)頂上形成有機平面化層(OPL)(22)； 在所述0PL(22)頂上形成包括至少一個圖形(26)的構圖的光致抗蝕劑(24’)，其中所述至少一個圖形(26)位于所述多條柵極線中的每條柵極線(14L、14R)的一部分頂上； 通過蝕刻將所述至少一個圖形(26)轉移到下伏的OPL (22)和柵極線(14L、14R)中；以及 通過一系列接觸步驟去除所述構圖的光致抗蝕劑(24’ )和剩余的OPL層(22’)，所述一系列接觸步驟包括:(a)在第一溫度下持續第一時間段與第一酸的第一接觸，(b)在第二溫度下持續第二時間段與水性含鈰溶液的第二接觸，以及(c)在第三溫度下持續第三時間段與第二酸的第三接觸。
2.根據權利要求1所述的方法，其中，重復接觸步驟(b)和(c)至少一次。
3.根據權利要求1所述的方法，其中，所述0PL(22)選自聚酰亞胺和近無摩擦的碳材料。
4.根據權利要求1所述的方法，其中，所述第一酸是硫酸。
5.根據權利要求1所述的方法，其中，所述第一溫度為15°C到150°C，并且所述第一時間段為I分鐘到60分鐘。
6.根據權利要求1所述的方法，其中，所述水性含鈰溶液包含含鈰(IV)絡合物或鹽以及水。
7.根據權利要求6所述的方法，其中，所述含鈰(IV)絡合物或鹽是硝酸銨高鈰、硝酸高鈰、硫酸銨高鈰、硫酸高鈰、硫酸氫高鈰、高氯酸高鈰、甲磺酸高鈰、三氟甲磺酸高鈰、氯化高鋪、氫氧化高鋪和乙酸高鋪中的至少一種。
8.根據權利要求6所述的方法，其中，所述水性含鈰溶液還包括作為穩定劑的至少一種銨鹽。
9.根據權利要求8所述的方法，其中，所述至少一種銨鹽包括氯化銨、硝酸銨、硫酸銨(NH4)2SO4At酸氫銨、乙酸銨、高氯酸銨(NH4ClO4)、三氟乙酸銨、甲磺酸銨、或三氟甲磺酸銨。
10.根據權利要求6所述的方法，其中，所述水性含鈰溶液還包括作為穩定劑的至少一種酸。
11.根據權利要求10所述的方法，其中，所述至少一種酸包括硝酸、鹽酸、硫酸、高氯酸、冰醋酸、甲磺酸、三氟甲磺酸、聚磺酸、聚丙烯酸、聚甲基丙烯酸、聚馬來酸、聚四氟磺酸、聚(乙烯-馬來)酸或聚苯乙烯羧酸。
12.根據權利要求6所述的方法，其中，所述含鈰(IV)絡合物或鹽是硝酸銨高鈰，并且所述水性含鈰溶液還包括作為穩定劑的三氟乙酸銨。
13.根據權利要求1所述的方法，其中，所述第二溫度為25°C到150°C，并且所述第二時間段為I分鐘到60分鐘。
14.根據權利要求1所述的方法，其中，所述第二酸是硫酸。
15.根據權利要求1所述的方法，其中，所述第三溫度為25°C到150°C，并且所述第三時間段為I分鐘到60分鐘。
16.根據權利要求1所述的方法，其中，所述第一和第二酸包括選自硫酸、鹽酸、乙酸、硝酸、高氯酸、磷酸及其混合物的相同或不同的酸。
17.根據權利要求1所述的方法，其中，所述金屬柵極(18L、18R)包括元素金屬、至少兩種元素金屬的合金、元素金屬氮化物、元素金屬硅化物或者其多層。
18.根據權利要求1所述的方法，其中，所述金屬柵極(18L、18R)由TiN構成。
19.根據權利要求1所述的方法，其中，所述多條柵極線中的每條柵極線(14L、14R)包括位于所述金屬柵極(18L、18R)頂上的含Si柵電極(20L、20R)。
20.根據權利要求1所述的方法，其中，在去除了所述構圖的光致抗蝕劑(24’)和所述剩余的OPL(22’ )之后，所述多條柵極線中的每條柵極線(14L、14R)被切割成多個柵極疊層(14L’、14L”、14R’、14R”)，其中所述多個柵極疊層(14L’、14L”、14R’、14R”)中的每個柵極疊層具有金屬柵極部分(18L’、18L”、18R’、18R” )，所述金屬柵極部分的側壁與下伏的高k柵極電介質部分(16L，、16L”、16R，、16R”)的側壁垂直一致。
21.根據權利要求20所述的方法，還包括:在所述多個柵極疊層中的每個柵極疊層(14L’、14L”、14R’、14R”)上形成至少一個分隔物(32)，并且在所述半導體襯底(12)中在所述多個柵極疊層中的每個柵極疊層(14L’、14L”、14R’、14R”)的覆蓋區域處形成源極區和漏極區(34)。
22.根據權利要求1所述的方法，其中，所述有機平面化層(OPL)(22)與所述多條柵極線中的每條柵極線(14L、14R)直接接觸。
23.根據權利要求1所述的方法，其中，所述第一和第二酸均包含硫酸，并且所述水性含鈰溶液包含硝酸銨高鈰、三氟乙酸銨和水的混合物。
24.一種形成半導體結構(10)的方法，包括: 在半導體襯底(12)的表面上形成多條柵極線(14L、14R)，其中所述多條柵極線中的每條柵極線(14L、14R)至少包括高k柵極電介質和上覆的金屬柵極(18L、18R)； 在所述半導體襯底(12)和所述多條柵極線(14L、14R)頂上形成有機平面化層(OPL)(22)； 在所述0PL(22)頂上形成包括至少一個圖形(26)的構圖的光致抗蝕劑(24’)，所述至少一個圖形(26)位于所述多條柵極線中的每條柵極線(14L、14R)的一部分頂上； 通過蝕刻將所述至少一個圖形(26)轉移到下伏的OPL (22)和柵極線(14L、14R)中；以及 通過一系列接觸步驟去除所述構圖的光致抗蝕劑(24’ )和剩余的OPL層(22’)，所述一系列接觸步驟包括:(a)與硫酸的第一接觸，(b)與水性溶液的第二接觸，所述水性溶液包含含鈰(IV)絡合物或鹽以及至少一種銨鹽或絡合物，以及(c)與硫酸的第三接觸。
25.根據權利要求24所述的方法，其中，所述含鈰(IV)絡合物或鹽是硝酸銨高鈰，并且所述銨絡合物或鹽是三氟乙酸銨。
【文檔編號】H01L21/00GK103975415SQ201280059362
【公開日】2014年8月6日 申請日期:2012年11月23日 優先權日:2011年12月1日
【發明者】N·C·M·富勒, P·P·喬希, M·霍賈斯特, R·M·拉納德, G·G·托蒂爾 申請人:國際商業機器公司