TWI246121B - Novel multi-gate formation procedure for gate oxide quality improvement - Google Patents

Description

1246121 九、發明說明 【發明所屬之技術領域】 本發明主要是有關於製造半導體元件的方法，且特別是 有關於一種在半導體基材上形成多閘極氧化層的方法。 【先前技術】 藉著使用兩個不同的閘極絕緣層厚度，有時候稱之為雙 閘極氧化技術，已製作出可提供雙電壓應用的特定半導體元 件’特別是用在深次微米技術中。然而，形成雙閘極絕緣層 的製程步驟會導致不必要的元件漏損現象。舉例而言，形成 兩不同閘極絕緣層的程序限定第一絕緣層成長於半導體基 材的全部表面上，接著從半導體基材的第二部分移除第一絕 緣層，以使半導體基材的第二部分可隨後形成第二絕緣層。 在移除程序中，需要在半導體基材的第_部分遮蔽第一絕曰緣 層這通书使用形如罩幕的光阻來完成。然而，隨後用來移 除第-絕緣層上之光阻的程序卻會損害已暴露出來的半導 體基材的第二部分，導致成長於半導體基材第二部分的第二 絕緣層品質較差。 本發明描述一新的製程步驟，使用雙閘極氧化層。本發 :亦會描述-移除光阻的製程，其中时接著成長閘極氧化 :的+導體表面的裸露部分’不會遭受光阻剝除程序的侵 :。先刖技術’例如由〇hmi等人提出之美國專利編號第 5,858，106 號、由 Tsuii 楹 ψ 十 & 咖 # 之杲國專利編號第5,454,901號 …Chung等人提出之美國專利編號第mm㈣號， 1246121 描述清潔半導體材料表面 β 未提到描述於本發明的 ，，但是，上述的先前技術並 並未暴露於光阻剝除床=序’其中半導體表面的裸露部分 ' 中有害的溼式化學成分下。 【發明内容】 :發明的目的就是在半導體基材上 或更多閘極絕緣層厚度的元件 Ik種/、有兩個 上，用本的另—目的就是在從半導體基材之第-邱f、 導體基材之第1份上之t ’㈣綠來保護半 之第二部份係隨後用^極絕緣層’其中半導體基材 糸1^後用來成長第二絕緣層。 氧水：發明：又一目的就是藉由在光阻剝除配方中加入臭 “ ’來保護裸露的半導體基材 、 先阻移除程序中有害成分的侵害。 免於文到 根據本發明，描述一種在同一半 絕緣層的方法，其中半導—土材上形成多閉極 伴罐材之弟二部份的裸露表面受到 ^ ° W從半導體基材第—部份n絕緣層上移卜 之程序的侵害。在半導體基材的全部表面上成長第^ 緣層後’綠形成於部分之第—絕緣層上，使得溼 、、。邑 ::除閘極絕緣層之未受保護的部分，暴露出在半二 弟—部份中之—裸露的半導體表面。接著利用過氧化 硫酸㈣後之臭氧水化學作用，完成光阻的移除。 为地移除光阻時，臭氧水過程會在半導體基材暴露Μ㈣ 面上形成一飽和的薄氧化層。隨後的硫酸_過氧化氫程二 ^Cj 1246121 除剩餘的絲，而飽和的氧化層保護半導體表面，免 基：：第過，風程序的侵害。在第二絕緣層成長於半導體 程中之裸露的半導體表面時，同-絕緣層成長 曰加半導體基材第-部份之第一絕緣層的厚度。 【實施方式】 現在於此詳述在同-半導體基材上製造多閘極絕緣層 二法，可保護用以隨後成長第二閘極絕緣層之半導體基材 弟一部分的裸露表面，免於受到從半導體基材第一部分上之 ^閘極絕緣層上移除光阻之程序的侵害。使用具有<1〇〇> 結晶方向之單晶體矽組成之半導體基材丨。示意性繪示於第 的閘極絕緣層2a，由二氧化矽組成，熱成長於氧_蒸汽 %境中，其厚度介於約1〇至2〇〇埃（Angstr〇m)之間。光阻3 形成於部份的閘極絕緣層2aJl，使得閘極絕緣層以暴露出 來=部分能藉由溼式蝕刻程序移除，溼式蝕刻程序係使用當 作緩衝劑的氳氟酸（Buffered Hydr〇flu〇ric ; BHF)溶液或稀釋 的虱鼠酸（Dilute Hydrofluoric ; DHF)溶液。如果f要的話， 移除閘極絕緣層2a暴露出來的部分可藉由乾式蝕刻程序， 使用二氟甲烷（CHF3)作為閘極絕緣層2a的選擇性蝕刻劑。 此過程的結果示意性地繪示於第2圖。 接下來敘述光阻3的移除，並示意性地繪示於第3圖 中。為了確保完全地移除光阻3，包括完全地移除光阻殘餘 物，而要使用強力的有機溶劑。其中一種溶劑是硫酸〜過氧 化虱此曰液（Sulfuric Acid-Hydrogen Peroxide Mixture ; 1246121 ㈣），操作在約11()至_，可完全 餘物。然而，在碎酸— 卜 移矛、先阻與光阻殘 來的裰♦ I道"L 4虱化氫混合液蝕刻程序中，暴露出 |的裸路+導體基材部分合為 ★路出 閘極絕緣層2a而暴m曰 貝/’此#才剛因為移除 長隨後的第-門^^续且半導體基材的部份是用來成 ㈣弟-閘極絕緣層。半導體基材受損 影響隨後成長於此受損材料上之閘極絕緣層曰:： 損害半導體增加的熱載子現象。因此，為了不 殘餘用 的部分^功地移除光阻與光阻 ’、 用了可以完成上述步驟的新程序。 現在使用兩階段製程來移除綠3。|先， 離子化的水中溶解的皇氧#Μ 元王 在丰莫舻、臭乳軋體4’來部分地移除光阻3，並 2〇+導體基材1暴露出來的部分上形成薄石夕氧化層5。在約 :至抓的溫度，使用約5至3❶ppm臭氧的情二= ::材1暴露出來的部分上會形成厚度約大於 接著，在約1…。。⑽溫度下，以硫酸-過氧： 液㈣方式完全地移除光阻與光阻殘餘物。在硫酸_ w化虱混合液蝕刻程序中，薄矽氧化層5保護了先前半導 體基材1的裸露部分。此兩階段絲移除程序的結果示意性 地繪示於第3圖中。 接著敘述形成閘極絕緣層6或雙閘極絕緣元件的薄閘 極絕緣層部分，並示意性地繪示於第4圖中。在約8〇〇至 =50 C的溫度’氧-蒸汽的環境下，使用熱氧化程序形成二 氧化矽閘極絕緣層6,其令閘極絕緣層6會取代先前在臭氧 移除光阻程序中形成的㈣氧化層5。第4圖中示意性地繪 1246121 示的閉極絕緣層6的厚度介於約1G至⑽埃之間。此孰氧 化過程亦導致暴露出來的間極絕緣層&的成長，變成二氧 化矽閘極絕緣層2b’厚度約介於15至2〇〇埃之間。 第5圖中示意性地繪示的導電閘極結構7接著定義於兩 間極絕緣層上。導電層，例如摻雜的多⑭或金屬^匕物兩 形成於閘極絕緣層上’導電層的厚度介於約1_至3_ 埃之間m阻（未㈣於时）作為㈣罩幕，以使 向反應性離子韻刻程序定羞宴雷 電閘極結構7。非等向反應性 離子_程序使心陶或氟化硫（SF6)為 的選擇性㈣劑，以在乾式㈣程序㈣擇性地停止=極 絕緣層的上表面出現時。藉由電漿氧㈣與以清、絮程序 移除用來定義導電閘極結構7的光阻，利用溼式清潔 的氫㈣液，選擇性地移除閘極絕緣二盥 H彖層6未被導電閘極結構7覆蓋的部分。 ” 雖然本發明已參照其較佳實施例敘述，熟来 不脫離本發明如下述之申請專利範 神二技：：在 對其中之㈣細料Μ之更動。神與關内，當可 【圖式簡單說明】 本發明t目的與其他優點可於具體實 附圖做最佳的闡述： 』肀辅以下列 第1圖至第5圖以示意性的剖面圖，綠 緣層的關鍵階段’其中用以隨後成長第二間極絕=閑：絕 體基材弟二部份中之裸露表面受到保護，免受從半；：基： 11 1246121 第一部份之第一閘極絕緣層上移除光阻之程序的侵害。 【主要元件符號說明】 1 :半導體基材 2a :閘極絕緣層 3 :光阻 4 :臭氧氣體 5 :薄石夕氧化層 6 :閘極絕緣層 籲 7 :導電閘極結構 12

Claims (1)

1. 上246121 、申請專利範圍 '·-種半導體元件的製程方法，至少 形成一第一絕緣導 匕· %曰於孩+導體基材上； …光阻於該第一絕緣層之一第 移除該第—絕緣層 刀， 的一裸露的第—部分；弟一 刀，暴露出該半導體基材 成：二—=除程序，以部分地移除該光阻，並形 使用-第二導體基材的該裸露的第-部分上； 、阻移除程序’以完全地移除該光阻； 一將該半導體基材之—第二部分上之該第 -^ - μ ^ s啄嘈制^亥弟一絕緣層轉換成 弟-閉極絕緣層，其中該第一閑極絕緣 閘極絕緣層的厚度不同；以及 ^弟一 形成-第-導電閘極結構於該第—閘極絕緣層上，並形 成一第二導電間極結構於該第二閘極絕緣層上。 、2.如申請專利範圍第1項所述之半導體元件的製程方 法，其中該第一絕緣層係二氧化矽層，其厚度介於約10至 200 埃（Angstrom)之間。 3·如申請專利範圍第1項所述之半導體元件的製程方 法，其中移除該第一絕緣層之該第二部分係藉由使用當作緩 衝劑的氫氟酸（Buffered Hydrofluoric ; BHF)溶液完成。 13 1246121 4. 如申請專利範圍帛i項所述之半導體元件的製程方 法，其中該第一綠移除程序係使用臭、氧水（〇ζ_ ^㈣。 5. 如申請專利範圍第丨項所述之半導體元件的製程方 法，其中形成於該半導體基材的該裸露的第一部分上的該第 二絕緣層係氧化矽層，其厚度介於約8至丨〇埃之間。 6. 如申請專利範圍帛μ所述之半導體元件的製程方φ 法，其中該第二光阻移除程序係使用硫酸-過氧化氫混合液 (Sulfuric Acid-Hydrogen Peroxide Mixture ; spM)。 7. 如申請專利範圍帛！項所述之半導體元件的製程方 法，其中該第二光阻移除程序係在約11〇至i5(rc的溫度下 進行。 8·如申睛專利範圍第i項所述之半導體元件的製程方_ 法，其中該轉換該第一絕緣層與該第二絕緣層至閘極絕緣層 的私序係一氧化程序，操作於氧—蒸汽的環境下。 9.如申清專利範圍第1項所述之半導體元件的製程方 法，其中該轉換該第一絕緣層與該第二絕緣層至閘極絕緣層 的私序係一氧化程序’操作於約8〇〇至1〇5(rc的溫度下。 14 1246121 法Λ0·中如=專利範圍第1項所述之半導體元件的製程方 15至200埃之間。 予又’丨於、、勺 11.如申請專利範圍第1 法，养中該第二閘極絕緣層 10至100埃之間。 項所述之半導體元件的製程方 係二氧化矽層，其厚度介於約 之半導體元件的製程方 二導電閘極結構係由摻

   I2·如申請專利範圍第1項所述 法’其中忒第一導電閘極結構與該第 雜的多晶矽組成。 去直 13中如Λ請專利範圍第1項所述之半導體元件的製程方 ΐ^ΓΛ—導電閘極結構與該第二導電㈣結構係由金 屬矽化物組成。

   纟半導體基材上形成—具有多閘極絕緣層厚度 半導體元件的方法，至少包括： 形成-第-氧切層於料導體基材之全部表面上 在該半導體基材之—復—/V 弟一邛伤之區域中，形成一光阻 該第一氧化矽層之一第一部分上； 移除該第一氧化石夕層之一 材的一裸露的第二部分； 使用一臭氧混合物程序， 第二部分，暴露出該半導體基 以部分地移除該光阻，並形成 15 1246121 第氧化矽層於该半導體基材的該裸露的第二部分上； 使用一硫酸〜過氧化氫混合液程序，以完全地移除該光 阻； ° 用氧化私序，以將該半導體基材之該第一部分上之 β第氧化⑨層轉換成_第—閘極絕緣層，將該第二氧化石夕 層轉換成-第二閘極絕緣層，其中該第一閘極絕緣層的厚度 大於該第二閘極絕緣層的厚度；以及 开y成第一導電閘極結構於該第一閘極絕緣層上，並形 成一第二導電閘極結構於該第二閘極絕緣層上。 " ,15·如申請專利範圍帛14項所述之在一半導體基材上 形成一具有多閘極絕緣層厚度之半導體元件的方法，其中該 第一氧化矽層係二氧化矽層，其厚度介於約10至200埃之 間。 、 16·如申請專利範圍第14項所述之在一半導體基材上 形成一具有多閘極絕緣層厚度之半導體元件的方法，其中移 除該第-氧化矽層 <該第二部分係藉由使用當作緩衝劑的 氫氟酸溶液完成。 17.如甲請專 14 尸/T邋之在 干等體基材」 形成一具有多閘極絕緣層厚度之半導體元件 v成’具宁牙 除該第一氧化矽層之該第二部分係藉由乾式蝕刻程序，使戶 二氟曱烷（CHF3)當作該第一氧化矽層之選擇性餘刻，。 1246121 1 8.如申請專利範圍第1 4項所述之在一半導體基材上 夕成具有多閘極絕緣層厚度之半導體元件的方法，其中臭 氧水裎序係在約20至50°C的溫度下進行。 19·如申請專利範圍第14項所述之在一半導體基材上 形成一具有多閘極絕緣層厚度之半導體元件的方法，其中形 成於σ亥半導體基材的該第二部分上的該第二氧化石夕層之厚 度介於約8至1 〇埃之間。 φ 2〇.如申請專利範圍第14項所述之在一半導體基材上 形成一具有多閘極絕緣層厚度之半導體元件的方法，其中該 硫酸-過氧化氫混合液程序係在約110至15(rc的溫度下進 行。 2 1 ·如申4專利範圍第i 4項所述之在一半美 ，成一具有多閘極絕緣層厚度之半導體元件的方法，其中該 φ 乳化程序係操作於約800至l〇5〇°C的溫度下。 ^ 申μ專利範圍第14項所述之在一半導體基材上 :成/、有夕閘極絕緣層厚度之半導體元件的方法，其中t亥 第閘極、、邑緣層係二氧化石夕層，其厚度介於❸Μ ν 之間。 17