一种高K栅介质的刻蚀方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局*CN102468157A*(12)发明专利申请(10)申请公布号CN102468157A(43)申请公布日2012.05.23(21)申请号201010541140.1(22)申请日2010.11.10(71)申请人中国科学院微电子研究所地址100029北京市朝阳区北土城西路3号(72)发明人徐秋霞李永亮(74)专利代理机构中科专利商标代理有限责任公司11021代理人周长兴(51)Int.Cl.H01L21/311(2006.01)权利要求书权利要求书1页1页说明书说明书33页页附图附图11页(54)发明名称一种高K栅介质的刻蚀方法(57)摘要一种高K栅介质的刻蚀方法：1)在硅衬底上依次形成界面SiO2/高K栅介质/金属栅/多晶硅/硬掩膜叠层栅结构，对于后栅工艺，栅结构中没有金属栅这一层，其余同先栅工艺；2)光刻形成胶图形。3)刻蚀硬掩膜，终止在多晶硅上；4)去胶后刻蚀多晶硅，对于前极工艺终止在金属栅上，对后栅工艺，刻蚀终止在高K栅介质上；5)对于先栅工艺，刻蚀金属栅终止在高K栅介质上；6)刻蚀高K栅介质，终止在硅衬底上。本发明采用BCl3反应离子刻蚀辅以Ar离子轰击，不仅可以获得陡直的刻蚀剖面，不留残余，而且对硅衬底具有优良的刻蚀选择比，不产生损伤。与CMOS工艺兼容性好，成本低。CN10246857ACN102468157A权利要求书1/1页1.一种高K栅介质的刻蚀方法，主要步骤为：步骤1)在器件隔离形成后，在硅衬底上依次形成界面SiO2/Hf基高K栅介质/多晶硅/SiO2硬掩膜的叠层栅结构；步骤2)光刻形成胶图形；步骤3)刻蚀硬掩膜，终止在多晶硅上；步骤4)去胶后刻蚀多晶硅，刻蚀终止在Hf基高K栅介质上；步骤5)采用BCl3/Ar的混合气体反应离子刻蚀Hf基高K栅介质，终止在硅衬底上。2.一种高K栅介质的刻蚀方法，主要步骤为：步骤1)在器件隔离形成后，在硅衬底上依次形成界面SiO2/Hf基高K栅介质/金属栅/多晶硅/硬掩膜的叠层栅结构；步骤2)光刻形成胶图形；步骤3)刻蚀硬掩膜，终止在多晶硅上；步骤4)去胶后刻蚀多晶硅，终止在金属栅上；步骤5)刻蚀金属栅，终止在Hf基高K栅介质上；步骤6)采用BCl3/Ar的混合气体反应离子刻蚀Hf基高K栅介质，终止在硅衬底上。3.根据权利要求2所述的刻蚀方法，其中，步骤1)中的金属栅是金属氮化物或掺杂的难熔金属。4.根据权利要求1或2所述的刻蚀方法，其中，步骤1)中Hf基高K栅介质是Hf基掺杂氧化物。5.根据权利要求1或2所述的刻蚀方法，其中，步骤1)中的硬掩膜是SiO2、Si3N4或其叠层构成。6.根据权利要求1或2所述的刻蚀方法，其中，步骤3)中刻蚀硬掩膜是采用氟基反应离子刻蚀。7.根据权利要求1或2所述的刻蚀方法，其中，步骤4)中刻蚀多晶硅是采用Cl2/HBr的反应离子刻蚀。8.根据权利要求2所述的刻蚀方法，其中，步骤5)中刻蚀金属栅是采用Cl基反应离子刻蚀。9.根据权利要求8所述的刻蚀方法，其中，Cl基反应离子刻蚀是BCl3/Cl2/Ar或BCl3/Cl2/SF6/Ar混合气氛的反应离子刻蚀。10.根据权利要求1或2所述的刻蚀方法，其中，Hf基高K栅介质的刻蚀条件为：BCl3流量20-120sccm，Ar流量10-60sccm；刻蚀功率上电极功率120-400W，下电极功率40-250W；腔体压力3-10mτ；腔体温度60-200℃。2CN102468157A说明书1/3页一种高K栅介质的刻蚀方法技术领域[0001]本发明属于纳米半导体技术领域，特别是指一种在先栅工艺金属栅/高K(高介电常数)栅介质叠层结构中高K栅介质的刻蚀去除方法，以及在后栅工艺高K栅介质在先的工艺中，高K栅介质的刻蚀去除方法。本发明适合在45nm及以下技术代互补型金属氧化物半导体(CMOS)器件和电路中应用。背景技术[0002]当CMOS特征尺寸缩小到45nm及以下时，由于常规超薄的SiON栅介质严重的直接隧穿漏电流已无法应用，采用高K栅介质已势在必行，因为高K栅介质在同样的等效氧化物厚度(EOT)下有较厚的物理厚度，所以可以大幅度降低栅极漏电流。但常规的多晶硅栅极与高K不兼容，所以必须采用金属栅极，以消除费米钉扎和多晶硅耗尽效应，减小栅电阻。金属栅/高K结构应用到器件制备中去，刻蚀难度较大，特别是高K介质的刻蚀，不仅要各向异性剖面好，要刻干净、无残留，而且对衬底Si要求有很高的刻蚀选择比，对硅衬底不产生损伤。Cl2和F基气体都不能满足要求，我们采用BCl3反应离子刻蚀辅以Ar离子轰击，获得成功。这是由于BCl3等离子体可刻蚀金属氧化物，其中的氧可以通过形成挥发性的BOCl反应产物而除去，同时在硅衬底表面形成起钝化作用的B-Si键，提高了对硅衬底的刻蚀选择比。发明内容[