CN109830436A - 一种半导体器件及其制作方法、电子装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种半导体器件及其制作方法、电子装置，该制作方法包括：在磷酸槽中清洗半导体晶圆，以去除氮化硅硬掩膜层；在通入氧化剂的热水槽中清洗所述半导体晶圆，以去除所述半导体晶圆上的磷酸残留物。该制作方法可以避免多晶硅刻蚀后的氮化硅祛除工艺中出现的腐蚀多晶硅栅极，导致多晶硅栅极侧壁粗糙度增加，多晶硅栅极特征尺寸(CD)减小的问题，提高了产品的电性参数与良率。该半导体器件和电子装置具有类似的优点。

Description

一种半导体器件及其制作方法、电子装置

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，具体而言涉及一种半导体器件及其制作方法、电子装置。

背景技术

在半导体器件制作中，多晶硅栅极刻蚀是其中一个重要步骤，一般采用氮化硅作为硬掩膜层来刻蚀多晶硅形成栅极，当刻蚀完成之后一般通过磷酸去除氮化硅硬掩膜，并且在去除氮化硅硬掩膜之后还需要用热水去除磷酸残留物。在目前的半导体多晶硅刻蚀后的氮化硅祛除工艺中，发现热水清洗磷酸残留物的工艺步骤中，会腐蚀多晶硅栅极，导致侧壁粗糙度增加，多晶硅栅极特征尺寸(CD)减小，从而严重影响了产品的电性参数与良率。

因此有必要提出一种半导体器件及其制作方法、电子装置，以至少部分解决上述问题。

发明内容

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。

针对现有技术的不足，本发明提出一种半导体器件及其制作方法，可以避免多晶硅刻蚀后的氮化硅祛除工艺中出现的腐蚀多晶硅栅极，导致多晶硅栅极侧壁粗糙度增加，多晶硅栅极特征尺寸(CD)减小的问题，提高了产品的电性参数与良率。

为了克服目前存在的问题，本发明一方面提供一种半导体器件的制作方法，用于在多晶硅栅极刻蚀完成之后去除所述栅极上的氮化硅硬掩膜层，该制作方法包括：

在磷酸槽中清洗半导体晶圆，以去除氮化硅硬掩膜层；

在通入氧化剂的热水槽中清洗所述半导体晶圆，以去除所述半导体晶圆上的磷酸残留物。

示例性地，所述热水槽的温度为55℃～65℃。

示例性地，所述氧化剂包括双氧水。

示例性地，所述双氧水流入所述热水槽的速率为5L/min。

示例性地，所述双氧水的浓度范围为30.5％～31.5％，所述热水槽中的双氧水的浓度范围为1.8％～2.2％。

示例性地，在磷酸槽中清洗半导体晶圆之前还包括：

在氢氟酸槽中清洗所述半导体晶圆；

在冷水槽中清洗所述半导体晶圆。

示例性地，在通入氧化剂的热水槽中清洗所述半导体晶圆之后，还包括：

使用SC1清洗液清洗所述半导体晶圆；

在冷水槽中清洗所述半导体晶圆；

在干燥槽对所述半导体晶圆进行干燥。

根据本发明的半导体器件的制作方法，在多晶硅刻蚀之后的氮化硅硬掩膜去除中，使用通入氧化剂的热水清洗半导体晶圆上的磷酸残留物，这样由于氧化剂的作用，多晶硅栅极表面形成氧化层，从而可以避免出现多晶硅栅极被腐蚀、多晶硅栅极侧壁粗糙度增加以及多晶硅栅极特征尺寸(CD)减小的问题，进而提高了产品的电性参数与良率。

本发明另一方面提供一种半导体器件的制作方法，包括：

提供半导体衬底，在所述半导体衬底上形成多晶硅层和图形化的氮化硅硬掩膜层；

以所述图形化的氮化硅硬掩膜层为掩膜刻蚀所述多晶硅层，以形成多晶硅栅极；

使用根据本发明的上述的半导体器件的制作方法去除所述氮化硅硬掩膜层。

根据本发明的半导体器件的制作方法，由于采用本发明上述的制作方法去除氮化硅硬掩膜层，因而可以避免出现多晶硅栅极被腐蚀、多晶硅栅极侧壁粗糙度增加以及多晶硅栅极特征尺寸(CD)减小的问题，进而提高了产品的电性参数与良率。

本发明另一方面提供一种采用上述制作方法制作的半导体器件，包括：半导体衬底，在所述半导体衬底上形成有多晶硅栅极。

根据本发明的半导体器件可以避免出现多晶硅栅极被腐蚀、多晶硅栅极侧壁粗糙度增加以及多晶硅栅极特征尺寸(CD)减小的问题，进而提高了产品的电性参数与良率。

本发明再一方面提供一种电子装置，其包括如上所述的半导体器件以及与所述半导体器件相连接的电子组件。

本发明提出的电子装置，由于具有上述半导体器件，因而具有类似的优点。

附图说明

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，用来解释本发明的原理。

附图中：

图1示出一种半导体器件的制作方法的步骤流程图；

图2示出根据本发明一实施方式的半导体器件的制作方法的步骤流程图；

图3示出根据本发明另一实施方式的半导体器件的制作方法的步骤流程图；

图4示出根据本发明一实施方式的电子装置的示意图。

具体实施方式

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。

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。

应当明白，当元件或层被称为“在…上”、“与…相邻”、“连接到”或“耦合到”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。

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。

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。

图1示出一种半导体器件的制作方法的步骤流程图，该制作方法用于多晶硅刻蚀完成之后去除氮化硅硬掩膜层，如图1所示，该制作方法包括：依次在氢氟酸槽中清洗半导体晶圆、在冷水槽中清洗半导体晶圆、在磷酸槽中清洗半导体晶圆、在热水槽中清洗半导体晶圆、在SC1(NH₄OH:H₂O₂:H₂O)槽中清洗半导体晶圆、在冷水槽中清洗半导体晶圆以及在干燥槽中干燥，然而发现采用这种方法去除氮化硅硬掩膜层，会如前所述出现多晶硅栅极被腐蚀、侧壁粗糙度增加、多晶硅栅极特征尺寸减小的问题，严重影响了器件的电性参数和良率。经过分析得出这是因为随着温度升高水的电导率与离子积常数变大，更相遇水解的方向，超纯水中OH^-离子浓度增加，从而腐蚀多晶硅栅极。具体化学式如下：

Si+2OH^-+H₂O→SiO3^2-+2H₂

本发明基于此提出一种半导体器件及其制作方法，以至少部分解决该技术问题。

为了彻底理解本发明，将在下列的描述中提出详细的结构及步骤，以便阐释本发明提出的技术方案。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。

本发明的一方面提出一种半导体器件的制作方法，用于在多晶硅栅极刻蚀完成之后去除栅极上的氮化硅硬掩膜层，如图2所示，该制作方法包括：

步骤201，在氢氟酸槽中清洗半导体晶圆。由于氮化硅硬掩膜表面会被空气氧化形成氮氧化硅，因此为了更好去除氮化硅硬掩膜层，先用氢氟酸清洗半导体晶圆，以去除氮氧化硅或氮化硅硬掩膜层中氧成分。

步骤202，在冷水槽中清洗半导体晶圆。通过冷水清洗去除半导体晶圆上氢氟酸残留物。

步骤203，在磷酸槽中清洗半导体晶圆。通过磷酸清洗半导体晶圆来去除多晶硅栅极上的氮化硅硬掩膜层。

步骤204，在通入氧化剂的热水槽中清洗半导体晶圆。通过在热水槽清洗半导体晶圆可以去除半导体晶圆上的磷酸残留物，并且由于热水槽中通入氧化剂，使得多晶硅栅极表面被氧化，从而可以避免被热水中的OH^-离子腐蚀。

。示例性地，所述氧化剂为双氧水，也即在双氧水和热水的混合溶液中清洗半导体晶圆来去除氮化硅掩膜层。双氧水与多晶硅的反应公式为：例如为：Si+2H₂O₂→SiO+2H₂O。

应当理解，双氧水(H₂O₂)仅是氧化剂的一个示例，只要是能与多晶硅反应，生成保护层的氧化剂，都在本发明的思想之内。本发明也不限于一种氧化剂，也可以是多种氧化剂的组合。

示例性地，热水槽的温度为55℃～65℃。

示例性地，所述双氧水流入所述热水槽的速率为5L/min。

示例性地，通入的所述双氧水的浓度范围为30.5％～31.5％，并且当双氧水进入所述热水槽之后，所述热水槽中的双氧水的浓度范围为1.8％～2.2％。

步骤205，在SC1(NH₄OH:H₂O₂:H₂O)槽中清洗半导体晶圆。通过SC1清洗液清洗半导体晶圆可以去除之前清洗步骤在半导体晶圆上产生的颗粒。

示例性地，SC1中NH₄OH:H₂O₂:H₂O的比例为1:2:50。

示例性地，SC1清洗液的温度为30℃。

步骤206，在冷水槽中清洗半导体晶圆。通过冷水清洗去除半导体晶圆上的SC1残留物。

步骤207，在干燥槽中干燥。当完成上述清洗步骤后，通过干燥槽干燥，以便进行后续工艺步骤。

根据本发明的半导体器件的制作方法，在多晶硅刻蚀之后的氮化硅硬掩膜去除中，使用通入氧化剂的热水清洗半导体晶圆上的磷酸残留物，这样由于氧化剂的作用，多晶硅栅极表面形成氧化层，从而可以减少甚至避免出现多晶硅栅极被腐蚀、多晶硅栅极侧壁粗糙度增加以及多晶硅栅极特征尺寸(CD)减小的问题，进而提高了产品的电性参数与良率。

为了验证根据本发明的半导体器件的制作方法的效果，我们进行了实验，实验结果如下表：

由上述实验数据可知，向热水槽中加入氧化剂(例如双氧水)后，对多晶硅的腐蚀厚度小于

下面结合图3对根据本发明另一实施方式的半导体器件的制作方法做详细描述。

如图3所示，根据本发明另一实施方式的半导体器件的制作方法包括：

步骤301，提供半导体衬底，在所述半导体衬底上形成多晶硅层和图形化的氮化硅硬掩膜层；

其中，半导体衬底可以是以下所提到的材料中的至少一种：Si、Ge、SiGe、SiC、SiGeC、InAs、GaAs、InP或者其它III/V化合物半导体，还包括这些半导体构成的多层结构等或者为绝缘体上硅(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。

多晶硅层可以通过本领域常用的诸如PVD(物理气相沉积)、CVD(化学气相沉积)、ALD(原子层沉积)等方法形成在半导体衬底之上。

图形化的氮化硅硬掩膜层可以通过下述步骤形成：首先通过本领域常用的诸如PVD(物理气相沉积)、CVD(化学气相沉积)、ALD(原子层沉积)等方法在多晶硅层之上沉积氮化硅硬掩膜层，然后通过光刻、刻蚀等工艺图形化氮化硅硬掩膜层，以定义栅极的位置和形状。

步骤302，以所述图形化的氮化硅硬掩膜层为掩膜刻蚀所述多晶硅层，以形成多晶硅栅极。

具体地，以所述图形化的氮化硅硬掩膜层为掩膜，通过合适的湿法或干法刻蚀工艺刻蚀所述多晶硅层，以形成多晶硅栅极。

步骤303，使用根据本发明的上述的半导体器件的制作方法去除所述氮化硅硬掩膜层。

至此，完成了根据本发明一实施方式的制作方法实施的工艺步骤，可以理解的是，本实施方式半导体器件制作方法不仅包括上述步骤，在上述步骤之前、之中或之后还可包括其他需要的步骤，比如还可以源漏极形成步骤，其都包括在本实施制作方法的范围内。

本发明的另一个方面提供一种采用上述制作方法制作的半导体器件，包括：半导体衬底，在所述半导体衬底上形成有多晶硅栅极。

其中，半导体衬底可以是以下所提到的材料中的至少一种：Si、Ge、SiGe、SiC、SiGeC、InAs、GaAs、InP或者其它III/V化合物半导体，还包括这些半导体构成的多层结构等或者为绝缘体上硅(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。半导体衬底上可以形成有器件，例如NMOS和/或PMOS等。

根据本发明的半导体器件可以避免出现多晶硅栅极被腐蚀、多晶硅栅极侧壁粗糙度增加以及多晶硅栅极特征尺寸(CD)减小的问题，进而提高了产品的电性参数与良率。

本发明的再一个方面提供一种电子装置，包括半导体器件以及与所述半导体器件相连的电子组件。其中，该半导体器件包括：半导体衬底，在所述半导体衬底上形成有多晶硅栅极。

其中，半导体衬底可以是以下所提到的材料中的至少一种：Si、Ge、SiGe、SiC、SiGeC、InAs、GaAs、InP或者其它III/V化合物半导体，还包括这些半导体构成的多层结构等或者为绝缘体上硅(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。半导体衬底上可以形成有器件，例如NMOS和/或PMOS等。

其中，该电子组件，可以为分立器件、集成电路等任何电子组件。

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、VCD、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，也可为任何包括该半导体器件的中间产品。

其中，图4示出手机的示例。手机400的外部设置有包括在外壳401中的显示部分402、操作按钮403、外部连接端口404、扬声器405、话筒406等。

根据本发明的电子装置，由于所包含的半导体器件可以避免出现多晶硅栅极被腐蚀、多晶硅栅极侧壁粗糙度增加以及多晶硅栅极特征尺寸(CD)减小的问题，进而提高了产品的电性参数与良率。因此该电子装置同样具有类似的优点。

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。

Claims (10)

1.一种半导体器件的制作方法，用于在多晶硅栅极刻蚀完成之后去除所述栅极上的氮化硅硬掩膜层，其特征在于，包括：

在磷酸槽中清洗半导体晶圆，以去除氮化硅硬掩膜层；

在通入氧化剂的热水槽中清洗所述半导体晶圆，以去除所述半导体晶圆上的磷酸残留物。

2.根据权利要求1所述的半导体器件的制作方法，其特征在于，所述热水槽的温度为55℃～65℃。

3.根据权利要求1所述的半导体器件的制作方法，其特征在于，所述氧化剂包括双氧水。

4.根据权利要求3所述的半导体器件的制作方法，其特征在于，所述双氧水流入所述热水槽的速率为5L/min。

5.根据权利要求3所述的半导体器件的制作方法，其特征在于，所述双氧水的浓度范围为30.5％～31.5％，所述热水槽中的双氧水的浓度范围为1.8％～2.2％。

6.根据权利要求1-5中任意一项所述的半导体器件的制作方法，其特征在于，在磷酸槽中清洗半导体晶圆之前还包括：

在氢氟酸槽中清洗所述半导体晶圆；

在冷水槽中清洗所述半导体晶圆。

7.根据权利要求1-5中任意一项所述的半导体器件的制作方法，其特征在于，在通入氧化剂的热水槽中清洗所述半导体晶圆之后，还包括：

使用SC1清洗液清洗所述半导体晶圆；

在冷水槽中清洗所述半导体晶圆；

在干燥槽对所述半导体晶圆进行干燥。

8.一种半导体器件的制作方法，其特征在于，包括:

提供半导体衬底，在所述半导体衬底上形成多晶硅层和图形化的氮化硅硬掩膜层；

以所述图形化的氮化硅硬掩膜层为掩膜刻蚀所述多晶硅层，以形成多晶硅栅极；

使用权利要求1-7中的任意一项所述的半导体器件的制作方法去除所述氮化硅硬掩膜层。

9.一种采用权利要求8所述的制作方法制作的半导体器件，其特征在于，包括：半导体衬底，在所述半导体衬底上形成有多晶硅栅极。

10.一种电子装置，其特征在于，包括如权利要求9所述的半导体器件以及与所述半导体器件连接的电子组件。