当
半导体器件的设计规则减少时,晶体管的
沟道长度和宽度相应地减小。结果,现有平面晶体管结构在实现最小线宽小于100nm的高集成度半导体器件所需的
阈值电压方面受限。为了解决这一问题,已经提出一种鳍式晶体管,其中通过增加沟道宽度可以获得驱动
电流和要求的运行速度的增加。
鳍式晶体管结构包括场绝缘物,其被蚀刻以产生具有凸起结构的有源区域,并且因此晶体管的线宽增加凸起有源区域的高度。鳍式晶体管的优点包括由于增加了沟道宽度而增加的驱动电流和运行速度。
然而,随着半导体器件集成
密度的增加,鳍式晶体管的有源区域之间的间隔填充(gap-fill)变得困难。因此,具有较佳填充特性的
旋涂玻璃绝缘层作为间隔填充材料比现有的高密度
等离子体(HDP)绝缘层更加有用。
然而,与现有的高密度等离子体绝缘层相比,旋涂玻璃绝缘层对于湿溶液具有很高的蚀刻速度。因此,如图1A所示,当采用湿法蚀刻去除
氧化层120时,在所蚀刻的旋涂玻璃绝缘层106的
侧壁上产生大的损耗A。在此,氧化层120是
衬垫氧化物(pad oxide)、屏蔽氧化物(screen oxide)和天然氧化物(native oxide)中的至少一个,衬垫氧化物在隔离工艺中用于形成沟槽,屏蔽氧化物用于在注入工艺中防止损伤。
参照图1A和1B,旋涂玻璃绝缘层106的损耗A可以导致相邻栅极140之间的
短路(shortage)B和栅极140与随后形成的
接触插塞之间的短路。损耗A是降低半导体器件的可靠性的因素,这是因为它可能导致相邻栅极140之间的短路B以及栅极140和随后形成的接触插塞之间的短路,如图1B所示。
此外,由于旋涂玻璃绝缘层的损耗,场区域之间的距离可能减少,导致来自在场绝缘物中填充的旋涂玻璃绝缘层中设置的通过栅极的
信号干扰,即,在半导体器件运行期间,对于设置在有源区域之上的主栅增加了场区域。因此,增加了栅极诱导
泄漏(GIDL,gate induced drain leakage)电流,由此减少了晶体管的短路沟道余量(short channel margin)。例如,在DRAM器件中,数据保留时间缩短,使得正常运行困难,并且因此降低了器件的产率和可靠性。
本发明的
实施例涉及制造鳍式晶体管的方法,其中可以抑制用作场绝缘层材料的旋涂玻璃绝缘层的蚀刻损耗。
此外,本发明的实施例涉及制造鳍式晶体管的方法,其中通过抑制用作场绝缘层材料的旋涂玻璃绝缘层的蚀刻损耗可以改善器件性能和可靠性。
在一个实施例中,用于制造鳍式晶体管的方法可以包括:通过蚀刻半导体形成沟槽;在沟槽中填充易流动的绝缘层,以形成限定有源区域的场绝缘层;蚀刻与栅极形成区域接触的易流动的绝缘层的部分,以便在有源区域中突起栅极形成区域;形成在半导体衬底上的保护层,以填充被蚀刻的易流动绝缘层的该部分;去除形成在有源区域上的保护层,以暴露半导体衬底的有源区域;清洁暴露的半导体衬底的有源区域;去除保留在被蚀刻的易流动绝缘层的该部分上的保护层;以及在有源区域中突起的栅极形成区域上形成栅极。
在清洁暴露的有源区域的步骤中,半导体衬底具有形成在其表面上的氧化层。
采用回蚀刻工艺进行去除形成在有源区域上的保护层的部分的步骤。
进行清洁半导体衬底的暴露的有源区域的步骤,以去除形成在半导体衬底上的氧化物。
由采用稀释HF溶液或者HF和NH4F混合溶液的湿法蚀刻工艺进行清洁半导体衬底的暴露的有源区域的步骤。
易流动绝缘层可以包括旋涂玻璃绝缘层。
采用衍生
水解聚乙烯
硅氮烷、水解倍半硅氧烷、聚甲基硅氧烷、硅氧烷和
硅酸盐中的任何一种溶液形成旋涂玻璃绝缘层。
保护层可以包括
碳聚合物。
形成保护层包括采用旋涂法涂敷碳聚合物层;以及
烘焙所涂敷的碳聚合物层。
涂敷碳聚合物层使其填充被蚀刻的旋涂玻璃绝缘层的该部分,其在半导体衬底的有源区域上的厚度的范围为200至
进行烘焙的
温度范围为150至400℃。
在被蚀刻的易流动绝缘层的部分上去除留下的保护层的步骤可以通过氧
等离子体蚀刻工艺完成。
进行氧等离子蚀刻工艺的温度范围为20至300℃。
附图说明
图1A是图示根据
现有技术的旋涂玻璃绝缘层的损耗的截面图。
图1B是图示根据现有技术在栅极之间的短路的截面图。
图2是用于说明根据本发明实施例制造鳍式晶体管方法的平面图。
图3A至3G是沿着图2中X-X′线剖取的截面图,并且图示了根据本发明实施例制造鳍式晶体管方法的工艺步骤。
图4A至4G是沿着图2中的Y-Y′线剖取的截面图,并且图示了根据本发明实施例制造鳍式晶体管方法的工艺步骤。
本发明的优选实施例涉及制造鳍式晶体管的方法,其中碳聚合物(carbonpolymer)层形成为在旋涂玻璃绝缘层上方的保护层,其厚度被蚀刻,然后进行湿法蚀刻工艺以实现鳍式晶体管。同样,如果在保护层形成在旋涂玻璃绝缘层上的同时执行湿法蚀刻工艺,则可防止在所蚀刻的旋涂玻璃绝缘层侧壁中的损耗,这是因为保护层填充在旋涂玻璃结缘层的蚀刻部分中,并且由此在后续的湿法蚀刻工艺中保护了侧壁。
如上所述,在本发明的实施例中,虽然采用旋涂玻璃绝缘层作为细的间隔填充材料,但是在湿法蚀刻工艺期间能够防止在旋涂玻璃绝缘层侧壁中的损耗。这样,它可以防止相邻栅极之间产生的短路和栅极与接触插塞之间产生的短路,因此导致半导体器件的生产产率和可靠性的改善。
在下文,将参照附图描述根据本发明实施例的制造鳍式晶体管的方法。
图2、3A至3G和4A至4G是用于说明根据本发明实施例制造鳍式晶体管的方法的视图。图2是用于说明根据本发明实施例制造鳍式晶体管方法的平面图;图3A至3G是沿着图2中X-X′线剖取的截面图,并且图示了根据本发明实施例制造鳍式晶体管方法的工艺步骤;而图4A至4B是沿着图2中的Y-Y′线剖取的截面图,并且图示了根据本发明实施例制造鳍式晶体管方法的工艺步骤。省略了图2的详细描述。在图2中,标号200、A/R、F/R和G/R分别表示半导体衬底、有源区域、场区域和栅极形成区域。
参照图3A和4A,准备了提供有场区域F/R和有源区域A/R的半导体衬底200。场区域F/R和有源区域A/R包括栅极形成区域G/R。蚀刻半导体衬底200的场区域F/R以形成沟槽。然后,侧壁氧化层202形成在沟槽的表面上。在形成侧壁氧化层202后,易流动绝缘层优选为旋涂玻璃绝缘层206形成在半导体衬底200包括侧壁氧化层202的整个表面上以填充沟槽。优选地,在形成旋涂玻璃绝缘层206前,线性氮化物层(未示出)和线性氧化物层(未示出)依次形成在半导体衬底200包括侧壁氧化层202的整个表面上。旋涂玻璃绝缘层206被化学机械
抛光以形成场绝缘层210,从而有源区域A/R限定在半导体衬底200的场区域F/R中。
旋涂玻璃绝缘层206采用多氢聚硅氮烷(PSZ,per-hydro poly-silazane)、氢硅倍半氧烷(HSQ,hydro-silsesquioxane)、甲基硅倍半氧烷(MSQ,methyl-silsesquioxane)、硅氧烷和硅酸盐中任何一种的溶液形成,然后在加热板或者烤炉中在50至350℃温度下烘焙涂敷层,以去除在涂敷层中的
溶剂。然后,烘焙的层在炉子中在300至1000℃温度下进行
退火,以硬化和致密化烘焙的层。当旋涂玻璃绝缘层206采用PSZ溶液形成时,退火在包含H2、O2、H2O或者其混合物之一的气氛中进行。当旋涂玻璃绝缘层206采用HSQ、MSQ、硅氧烷和硅酸盐溶液中的任何一种形成时,退火在包含N2或者O2或者其混合物的气氛中进行。
参照图3B和4B,在有源区域A/R中与栅极形成区域G/R接触的部分旋涂玻璃绝缘层被蚀刻,以突起栅极形成区域G/R。当蚀刻旋涂玻璃绝缘层206时,制备了鳍式栅极形成区域,并且鳍式栅极形成区域增加了晶体管的沟道宽度。
屏蔽氧化物220形成在半导体衬底200的表面上。对表面上形成有屏蔽氧化物220的半导体衬底200进行各种注入工艺包括阈值电压调整的注入。
参照图3C和4C,保护层230形成在半导体衬底200和蚀刻的旋涂玻璃绝缘层206上。通过采用旋涂法涂敷碳聚合物层[(CHx)n],并且在150至400℃的温度范围下烘焙所涂敷的碳聚合物层以去除在所涂敷碳聚合物层中的溶剂,来形成保护层。涂敷碳聚合物层使其填充蚀刻的旋涂玻璃绝缘层。在半导体衬底200的有源区域A/R上的碳聚合物层的厚度为约200至
参照图3D和4D,回蚀刻由碳聚合物层制造的保护层230,以去除形成在有源区域A/R中的部分保护层230。优选地,进行回蚀刻工艺直至暴露在有源区域A/R上的屏蔽氧化物层220。
参照图3E和4E,采用湿法蚀刻工艺去除所暴露的屏蔽氧化物层。采用稀释HF溶液或者HF和NH4F混合溶液进行湿法蚀刻工艺。因为保护层230已经形成在旋涂玻璃绝缘层206上,所以在湿法蚀刻工艺中防止了旋涂玻璃绝缘层206的损耗。
参照图3F和4F,去除部分蚀刻的旋涂玻璃绝缘层206上残留的保护层230。采用氧等离子体蚀刻工艺在20至300℃的温度范围下去除保护层。当在由碳聚合物层制造的保护层上进行氧等离子体蚀刻工艺时,只去除了保护层。旋涂玻璃绝缘层206没有损耗,如下面的表达式1所示:
CHx(s)+O2(g)->CO2(g)+H2(g)+H2O(g)------(1)
参照图3G和4G,栅极材料用来形成栅极240。在半导体器件200包括暴露的旋涂玻璃绝缘层206的整个表面上依次设置:由氧化物层制成的栅极绝缘层242、由
多晶硅制成的第一栅极导电层244、金属基的第二栅极导电层246和氮化物基的硬掩模层248。蚀刻栅极材料以在有源区域A/R中的凸起栅极形成区域和暴露的旋涂玻璃绝缘层206中的栅极形成区域形成栅极240。如上所述,在用于去除掩模图案的湿法蚀刻工艺期间,保护层保护旋涂玻璃绝缘层206,并且因此防止相邻栅极240之间的短路。
源极/漏极形成在有缘区域A/R中的栅极的两侧上,由此根据本发明的实施例完成形成鳍式晶体管。
由上面的描述可见,在本发明的实施例中,当进行湿法蚀刻工艺时,形成在旋涂玻璃绝缘层上的保护层在去除氧化物层的湿法蚀刻工艺期间防止旋涂玻璃绝缘层的损耗。通过防止该损耗,可以抑制发生相邻栅极之间的短路和栅极与接触插塞之间的短路。因此可以提高晶体管及其所得到的半导体器件的可靠性和产率。
另外,在本发明的实施例中,包括
电阻器、电感器和电容器的无源元件形成在
半导体芯片的后表面上。没有必要单独在印刷
电路板上设置无源元件。因此,可以减少印刷
电路板的尺寸和厚度,使其能够在印刷电路板上设置数量增加的半导体封装。同样,在本发明的实施例中,无源元件形成在半导体芯片的后表面上。因此,可以缩短有源元件和无源元件之间的连接长度,使其能够改善电气/
电子应用的电性能。另外,在本发明中,半导体芯片的后表面由保护层保护,导致改善最终产品的可靠性。
另一方面,在所描述的本发明优选实施例中的氧化物层是屏蔽氧化物,其在进行注入工艺时用于防止损伤。然而,该氧化物层可以是在隔离工艺中用于形成沟槽的衬垫氧化物或者在半导体制造工艺期间产生的天然氧化物中的任何一种。
尽管为了说明的目的已经描述了本发明的具体实施例,但是本领域的技术人员应当理解的是,可以对其进行各种
修改、增加和替换,而不脱离如
权利要求所揭示的本发明的范围和精神。
本
申请要求2007年3月30日提交的韩国
专利申请10-2007-0031908号和2007年11月29日提交韩国专利申请10-2007-0122998号的优先权,在此全部引用作为参考。