本发明的实施方案涉及提供一种制造半导体器件的方法,可降低在形成绝缘层时的杂质渗透,并确保填隙特性。本发明的其他实施方案涉及提供一种制造半导体器件的方法,其可在形成接触孔时减少接触未打开事件。
根据本发明的一个方面,提供一种制造半导体器件的方法,包括:在衬底上形成至少一个栅极图案;在栅极图案和衬底上形成第一绝缘层;蚀刻在第一区域中的第一绝缘层,以在第一区域中形成至少一个栅极侧壁间隔物;在衬底结构上形成第二绝缘层;蚀刻在第二区域中的第二绝缘层至预度厚度;在衬底结构上形成绝缘结构;以及蚀刻在第二区域中的绝缘结构、蚀刻的第一绝缘层和第二绝缘层以形成接触孔。
根据本发明的另一个方面,提供一种制造半导体器件的方法,包括:在衬底上形成至少一个栅极图案;在所述至少一个栅极图案和衬底上形成第一绝缘层;蚀刻在第一区域中的第一绝缘层,以在第一区域中形成至少一个栅极侧壁间隔物;在第二区域中移除第一绝缘层;在衬底结构上形成第二绝缘层;在衬底结构上形成绝缘结构;以及蚀刻在第二区域中的绝缘结构和第二绝缘层以形成接触孔。
本发明的实施方案涉及一种制造半导体器件的方法。
图2A~2G说明根据本发明的第一实施方案的制造半导体器件的方法的截面图。
参照图2A,在包括单元区域和周边区域的衬底200上形成栅极图案201。衬底200可包括在其上实施动态随机存取存储(DRAM)过程的半导体衬底。每个栅极图案201包括由
多晶硅电极201A、基于金属的电极201B、和栅极硬掩模201C所构成的堆叠结构。基于金属的电极201B可包含金属或者金属硅化物。例如,金属包括钨和金属硅化物包括硅化钨。栅极硬掩模201C可包括基于氮化物的层。
实施栅极再氧化过程以圆化栅极图案201的边缘,以降低栅致漏极
泄漏(GIDL)、减少热
电子引起的劣化以及补偿形成栅极图案201时受损的层。在实施栅极再氧化过程之前,可在栅极图案201的侧壁上形成
覆盖钝化层,以减少基于金属的电极201B的非正常氧化以及基于金属的电极201B和多晶硅电极201A之间的界面氧化。实施栅极再氧化过程,以在多晶硅电极201A的侧壁上和衬底200上形成第一基于氧化物的层202。
在所得结构上形成栅极间隔物层作为第一绝缘层。在诸如湿清洗过程的后续工艺期间,形成栅极间隔物层以保护第一基于氧化物的层202,并在周边区域内的栅极图案201上形成侧壁
钝化层。栅极间隔物层包括由基于氮化物的层203和第二基于氧化物的层204所构成的堆叠结构。栅极间隔物层形成约5~约150的厚度。
参照图2B,蚀刻周边区域内的栅极间隔物层的一部分以形成侧壁钝化层,用作栅极侧壁间隔物。可利用回蚀刻过程来蚀刻栅极间隔物层。在蚀刻周边区域内的栅极间隔物层之前,可在单元区域内的栅极间隔物层上形成暴露出周边区域的
光刻胶图案。
在蚀刻周边区域内的栅极间隔物层的一部分之后,保留栅极间隔物层在单元区域中的衬底200和栅极图案201上形成的部分。因此,在单元区域中形成包括堆叠结构的栅极间隔物,其中所述堆叠结构由
图案化的基于氮化物的层203A和图案化的第二基于氧化物的层204A构成。为便于下文说明,图案化的基于氮化物的层203A和图案化的第二基于氧化物的层204A称为第一氮化物图案203A和第二单元氧化物图案204A。周边区域中栅极间隔物层的一部分保留在栅极图案201的侧壁上,由此形成包括另一个图案化的基于氮化物的层203B和另一个图案化的第二基于氧化物的层204B的侧壁钝化层。因此,暴露在周边区域中的衬底200。为便于下文说明,所述另一个图案化的基于氮化物的层203B和所述另一个图案化的第二基于氧化物的层204B称为第二氮化物图案203B以及第二周边氧化物图案204B。附图标记202A和202B是指单元区域中的图案化的第一基于氧化物的层202A以及周边区域中的其他图案化的第一基于氧化物的层202B。所述图案化的第一基于氧化物的层202A以及所述其他图案化的第一基于氧化物的层202B下文称为第一单元氧化物图案202A和第一周边氧化物图案202B。
参照图2C,在周边区域中形成第一掩模图案205。通过在衬底结构的单元区域和周边区域上形成光刻胶层,并实施曝光和显影过程以暴露单元区域从而形成第一掩模图案205。
移除在单元区域中的第二单元氧化物图案204A。例如,使用
湿蚀刻来移除所述第二单元氧化物图案204A。使用
氟化氢(HF)或者
缓冲氧化物蚀刻剂(BOE)来实施湿蚀刻。因此,第一氮化物图案203A保留在单元区域中。第一氮化物图案203A形成为约50~约70的厚度。
参照图2D,移除第一掩模图案205。如果第一掩模图案205包括光刻胶,则可使用氧气移除过程来移除第一掩模图案205。在衬底结构的单元区域和周边区域上形成单元间隔物层206作为第二绝缘层。形成单元间隔物层206以在形成后续绝缘层时减少杂质渗入衬底200中。单元间隔物层206形成为约70~约200的厚度。单元间隔物层206可包括选自例如氮化硅(SiN)、SiCN、SiC以及SiBN的基于氮化物的层中的一种。
在形成单元间隔物层206之后,单元间隔物层206存在于周边区域中,并且第一氮化物图案203A和单元间隔物层206存在于单元区域中。即由于单元间隔物层206和第一氮化物图案203A而导致单元区域中氮化物的总厚度增加。虽然第一单元氧化物图案202A形成在第一氮化物图案203A下方,但在形成后续绝缘层时,由于第一单元氧化物图案202A存在于衬底200之上,因此第一单元氧化物图案202A不会影响填隙裕度(gap-fillmargin)。此外,第一单元氧化物图案202A在后续自对准接触蚀刻期间,容易被氧化物蚀刻气体所蚀刻,因此不会导致接触未打开事件。
参照图2E,在周边区域中的单元间隔物层206上形成第二掩模图案207。通过在单元区域和周边区域中的单元间隔物层206上形成光刻胶层,并实施曝光和显影过程以暴露单元区域,从而形成第二掩模图案207。
蚀刻单元区域中的单元间隔物层206至特定厚度。可使用
各向同性蚀刻过程来蚀刻所述单元间隔物层206,以确保栅极图案201之间的间隔。可以以湿式或者干式过程来实施各向同性蚀刻过程。此后,在元区域中单元间隔物层206的剩余部分称为单元间隔物图案206A,并且周边区域中单元间隔物层206的未蚀刻部分称为剩余单元间隔物206B。
在下列条件下实施干蚀刻:在选自
反应性离子束蚀刻(RIE)设备、
磁场增强RIE(MERIE)设备、感应耦合
等离子体(ICP)设备以及
电子回旋共振(ECR)设备中一种设备中,使用约100W~约4000W的顶部功率、约2mT~约500mT的压
力,不供应底部功率。因为供应底部功率会导致
能量推向衬底200并因而导致平直(straightness),因此不供应底部功率。因此,在实施各向同性蚀刻时会产生困难。
干蚀刻使用蚀刻氮化物的气体来作为主气体,以引起化学蚀刻而非物理蚀刻。所述气体包括由选自基于CHF、基于CF、基于SF、基于NF、基于CH的气体及其组合中的一种。例如,基于CHF的气体包括CHF3和CH3F之一,基于CF的气体包括CF4、C2F6和C2F4之一,基于SF的气体包括SF4,基于NF的气体包括NF3,以及基于CH的气体包括CH3。可使用主气体并加入选自氩(Ar)、氧(O2)、氦(He)、氮(N)及其组合中的一种来实施干蚀刻。
使用BOE实施湿蚀刻。虽然BOE通常用以蚀刻氧化物,但在此实施方案中使用BOE蚀刻包括氮化物的单元间隔物层206。利用BOE实施湿蚀刻增加了单元间隔物图案206A的厚度的均匀性。
通过实施干或湿蚀刻,保留了最小厚度以减少后续绝缘层的杂质渗入衬底200中。例如,如果第一氮化物图案203A具有约50的厚度,且单元间隔物层206具有约140的厚度,则氮化物的总厚度为约190。因此,蚀刻约50,以符合减少杂质渗入衬底200中所需的约140的最小厚度。
单元间隔物图案206A和第一氮化物图案203A的总厚度可为后续绝缘层形成期间可降低杂质渗透的最小厚度和可确保接触孔裕度的最大厚度之间的范围。例如,总厚度范围为约40~约200。
特别地,在形成单元间隔物图案206A时,剩余的单元间隔物206B在周边区域中保持不会受到蚀刻。因为用作第二掩模图案207的光刻胶层对在蚀刻氧化物的干蚀刻和湿蚀刻期间所用的气体和溶液具有大的选择性,因此获得此结果。
参照图2F,移除第二掩模图案207。可使用氧气移除过程来移除第二掩模图案207。
参照图2G,在单元间隔物图案206A和剩余单元间隔物206B上形成绝缘层。以充分填充栅极图案201之间的间隔的方式来形成绝缘层。例如,绝缘层包括具有足够水平的填隙特性的硼磷
硅酸盐玻璃(BPSG)层,以填充栅极图案201之间的狭窄间隔。因为蚀刻在单元区域中单元间隔物层206的特定厚度,以确保图2D中所示的栅极图案201之间的间隔,从而进一步确保填隙裕度。
实施湿式
热处理。实施湿式热处理用以使所述BPSG层中的杂质向外扩散,使得BPSG层转变为在各层之间的提供绝缘的基于氧化物的层。因为在绝缘层下的单元间隔物图案206A、剩余的单元间隔物206B以及第一氮化物图案203A形成为用于降低杂质渗透的最小厚度或更大,因此来自BPSG层的诸如硼的杂质不会渗入衬底200中。
在绝缘层上形成第三掩模图案209。例如,第三掩模图案209包括光刻胶层。而且,可额外形成硬掩模以确保蚀刻裕度。如果第三掩模图案209包括光刻胶图案,则通过在绝缘层上形成光刻胶层并实施曝光和显影过程以图案化该光刻胶图案,从而形成第三掩模图案209。如果额外形成硬掩模,则硬掩模通过下列过程形成:在绝缘层上形成硬掩模层;在硬掩模层上形成光刻胶层;实施曝光和显影过程以图案化光刻胶层;以及使用图案化的光刻胶层作为蚀刻掩模来蚀刻硬掩模层。
蚀刻单元区域中的绝缘层、单元间隔物图案206A以及第一氮化物图案203A以形成接触孔210,暴露栅极图案201之间的衬底200。附图标记202C、203C、206C和208表示剩余的第一单元氧化物图案202C、剩余的第一氮化物图案203C、剩余的单元间隔物图案206C和绝缘图案208。
例如,使用自对准接触(SAC)蚀刻过程形成接触孔210。实施SAC蚀刻过程以降低蚀刻栅极图案201之间的小间隔的难度。SAC蚀刻过程利用氮化物与氧化物之间的选择性。因为单元间隔物图案206A和第一氮化物图案203A的总厚度范围为可降低杂质渗透的最小厚度与可确保接触孔裕度的最大厚度之间,因此可确保蚀刻裕度,防止接触未打开事件。通过在接触孔210中形成导电材料并平坦化该导电材料来实施后续过程以形成定位塞接触。
图3A~3F说明根据本发明的第二实施方案的制造半导体器件的方法的截面图。
参照图3A,在包括单元区域和周边区域的衬底300上形成栅极图案301。衬底300可包括在其上实施DRAM过程的半导体衬底。每个栅极图案301包括由多晶硅电极301A、基于金属的电极301B和栅极硬掩模301C所构成的堆叠结构。基于金属的电极301B可包括金属或者金属硅化物。例如,金属包括钨和金属硅化物包括硅化钨。栅极硬掩模301C可包括基于氮化物的层。
实施栅极再氧化过程以圆化栅极图案301的边缘,以降低GIDL、减少因热电子引起的劣化并补偿形成栅极图案301时受损的层。在实施栅极再氧化过程之前,可在栅极图案301的侧壁上形成覆盖钝化层,以降低基于金属的电极301B的异常氧化以及基于金属的电极301B和多晶硅电极301A之间的界面氧化。实施栅极再氧化过程以在多晶硅电极301A的侧壁上以及衬底300上形成第一基于氧化物的层302。
在所得结构上形成栅极间隔物作为第一绝缘层。在例如湿式清洗过程的后续过程期间,形成栅极间隔物层以保护第一基于氧化物的层302,并在周边区域中的栅极图案301上形成侧壁钝化层。栅极间隔物层包括由基于氮化物的层303和第二基于氧化物的层304所构成的堆叠结构。栅极间隔物层形成为约5~约150的厚度。
参照图3B,蚀刻周边区域中的栅极间隔物层的一部分以形成侧壁钝化层,用作栅极侧壁间隔物。可使用回蚀刻过程蚀刻栅极间隔物层。在蚀刻周边区域中的栅极间隔物层之前,可在单元区域中的栅极间隔物层上形成暴露出周边区域的光刻胶图案。
在蚀刻周边区域中的栅极间隔物层的一部分之后,保留在单元区域中的衬底300和栅极图案301上形成的栅极间隔物层的部分。因此,在单元区域中形成包括堆叠结构的栅极间隔物,其中所述堆叠结构由图案化的基于氮化物的层303A和图案化的第二基于氧化物的层304A构成。为便于下文说明,图案化的基于氮化物的层303A和图案化的第二基于氧化物的层304A称为第一氮化物图案303A和第二单元氧化物图案304A。周边区域中栅极间隔物层的部分保留在栅极图案301的侧壁上,由此形成包括另一个图案化的基于氮化物的层303B和另一个图案化的第二基于氧化物的层304B的侧壁钝化层。因此,暴露周边区域中的衬底300。为便于下文说明,所述另一个已图案化的基于氮化物的层303B和另一个已图案化的第二基于氧化物的层304B称为第二氮化物图案303B和第二周边氧化物图案304B。附图标记302A和302B是指单元区域中的图案化的第一基于氧化物的层302A和周边区域中的其他图案化的第一基于氧化物的层302B。下面,所述图案化的第一基于氧化物的层302A和所述其他图案化的第一基于氧化物的层302B称为第一单元氧化物图案302A和第一周边氧化物图案302B。
参照图3C,在周边区域中形成第一掩模图案305。通过在衬底结构的单元区域和周边区域上形成光刻胶层,并实施曝光和显影过程以暴露单元区域,从而形成第一掩模图案305。
移除单元区域中的第二单元氧化物图案304A。例如,使用湿蚀刻移除第二单元氧化物图案304A。使用HF或者BOE实施湿蚀刻。因此,第一氮化物图案303A保留在单元区域中。第一氮化物图案303A形成为约50~约70的厚度。
参照图3D,移除第一氮化物图案303A。当形成第二氮化物图案303B和第二周边氧化物图案304B以在周边区域中构成侧壁钝化层,并且在后续绝缘层形成期间可利用单元间隔物防止杂质渗透时,可不再需要第一氮化物图案303A。所以可预先移除第一氮化物图案303A。使用各向同性蚀刻来移除第一氮化物图案303A。例如,各向同性蚀刻包括干蚀刻。
在下列条件下实施干蚀刻:在选自反应性离子束蚀刻(RIE)设备、磁场增强RIE(MERIE)设备、感应耦合等离子体(ICP)设备以及电子回旋共振(ECR)设备中设备中,使用约100W~约4000W的顶部功率、约2mT~约500mT的压力,不供应底部功率。因为供应底部功率会导致能量推向衬底300并因而导致平直,因此不供应底部功率。因此,在实施各向同性蚀刻时会产生困难。
干蚀刻使用蚀刻氮化物的气体来作为主气体,以引起化学蚀刻而非物理蚀刻。所述气体包括由选自基于CHF、基于CF、基于SF、基于NF、基于CH的气体及其组合的气体中的一种。例如,基于CHF的气体包括CHF3和CH3F之一,基于CF的气体包括CF4、C2F6和C2F4之一,基于SF的气体包括SF4,基于NF的气体包括NF3,以及基于CH的气体包括CH3。可使用主气体并加入选自氩(Ar)、氧(O2)、氦(He)、氮(N)及其组合中的一种来实施干蚀刻。
虽然通过使用BOE实施湿蚀刻可获得均匀蚀刻,但可使用干蚀刻移除第一氮化物图案303A,以防止在栅极再氧化过程中移除第一单元氧化物图案302A。
在移除第一氮化物图案303A之后,第一单元氧化物图案302A保留在单元区域中的衬底300上。周边区域中的侧壁钝化层由第一掩模图案305保护,以避免在移除第一氮化物图案303A和第二单元氧化物图案304A时受损。
参照图3E,移除第一掩模图案305。如果第一掩模图案305包括光刻胶,则可使用氧移除过程来移除第一掩模图案305。
在衬底结构的单元区域和周边区域上形成单元间隔物306作为第二绝缘层。形成单元间隔物306以在形成后续绝缘层时减少杂质渗入衬底300。单元间隔物306形成的厚度在后续绝缘层形成期间可降低杂质渗入的最小厚度与可确保接触孔裕度的最大厚度之间的范围。例如,单元间隔物306形成为约70~约200的厚度。单元间隔物306可包括选自例如氮化硅(SiN)、SiCN、SiC以及SiBN的基于氮化物的层中的一种。
如图3C和3D中所示,在移除第一氮化物图案303A和第二单元氧化物图案304A之后,单元间隔物306存在于单元区域与周边区域中的衬底结构上。虽然第一单元氧化物图案302A存在于单元区域中的单元间隔物306下方,但因为第一单元氧化物图案302A存在于衬底300上,因此在后续绝缘层形成期间第一单元氧化物图案302A不会影响填隙裕度。而且,在后续SAC蚀刻期间,第一单元氧化物图案302A可容易被氧化物蚀刻气体所蚀刻,因此不会导致接触未打开事件。
利用形成用以移除第二单元氧化物图案304A的第一掩模图案305来移除第一氮化物图案303A,容许省略额外的掩模图案形成和移除过程,确保工艺裕度。而且,在形成单元间隔物306之前移除第一氮化物图案303A和第二单元氧化物图案304A,允许确保可降低后续绝缘层的杂质渗透的最小厚度和栅极图案301之间的间隔。
参照图3F,在单元间隔物306上形成绝缘层。以充分填充栅极图案301之间的间隔的方式形成该绝缘层。例如,绝缘层包括BPSG层,该BPSG层具有足够水平的填隙特性以填充栅极图案301之间的狭窄间隔。因为在移除第一氮化物图案303A之后形成单元间隔物306,因此进一步确保填隙裕度,以确保栅极图案301之间的间隔,如图3D所示。
实施湿式热处理。实施湿式热处理使所述BPSG层中的杂质向外扩散,使得BPSG层转变为在各层之间的提供绝缘的基于氧化物的层。因为在绝缘层下的单元间隔物306形成用以减少杂质渗透的最小厚度,因此在湿式热处理期间,可向外扩散而没有例如硼的杂质从BPSG层渗入衬底300中。
在绝缘层上形成第二掩模图案308。例如,第二掩模图案308包括光刻胶层。而且,可额外形成硬掩模以确保蚀刻裕度。如果第二掩模图案308包括光刻胶图案,则通过在绝缘层上形成光刻胶层并实施曝光和显影过程以图案化该光刻胶图案,从而形成第二掩模图案308。如果额外形成硬掩模,则通过下列过程形成硬掩模:在绝缘层上形成硬掩模层;在硬掩模层上形成光刻胶层;实施曝光和显影过程以图案化该光刻胶层;以及使用图案化的光刻胶层作为蚀刻掩模蚀刻硬掩模层。
蚀刻单元区域中的绝缘层和单元间隔物306以形成接触孔309,暴露出栅极图案301之间的衬底300。附图标记302C、306A、306B、和307表示剩余的第一单元氧化物图案302C、单元区域中的图案化的单元间隔物306A、周边区域中剩余的单元间隔物306B、以及绝缘图案307。
例如,使用SAC蚀刻过程形成接触孔309。实施SAC蚀刻过程以降低蚀刻栅极图案301之间的小间隔的难度。SAC蚀刻过程利用氮化物和氧化物之间的选择性。因为单元区域中的衬底300上的单元间隔物306的厚度在可降低杂质渗透的最小厚度与可确保接触孔裕度的最大厚度之间的范围内,因此确保蚀刻裕度,防止接触未打开事件。可通过在接触孔309中形成导电材料并平坦化该导电材料来实施后续过程以形成定位塞接触。
图4说明使用湿蚀刻来蚀刻的衬底结构中作用为单元间隔物的基于氮化物的层的显微图。湿蚀刻基于氮化物的层约200秒。在实施湿蚀刻之前,基于氮化物的层具有约126的侧壁厚度,以及约123的底部厚度。在实施湿蚀刻约200秒之后,可蚀刻掉约37的侧壁以及约40的底部,得到约89的侧壁厚度以及约83的底部厚度。虽然没有示出,但如果实施湿蚀刻约250秒,则会蚀刻掉约42的侧壁和约45的底部,得到约84的侧壁厚度以及约78的底部厚度。
如果使用BOE实施湿蚀刻,则甚至在蚀刻时间加长时也可蚀刻单元间隔物以保留均匀的厚度。因此,可确保栅极图案之间的间隔,并且单元间隔物可以保留在衬底上同时具有所需的均匀厚度。
根据本发明的实施方案,在形成单元间隔物之前移除在栅极图案上形成的栅极间隔物,或者在形成栅极间隔物和单元间隔物之后,实施各向同性蚀刻,以在单元区域中选择性蚀刻一定厚度的单元间隔物,以确保栅极图案之间的间隔,因而确保在形成绝缘层时的填隙裕度。
此外,保留最小为厚度的包括栅极间隔物和单元间隔物的堆叠结构或单元间隔物,该最小厚度可确保栅极图案之间的间隔并在绝缘层形成期间减少杂质渗入衬底。因此,当使用BPSG层时,通过杂质的向外扩散而渗入衬底中的杂质可充分减少,并可减少SAC蚀刻过程期间接触未打开事件。
虽然在
说明书中限定了本发明实施方案的单元区域与周边区域,但除了单元区域和周边区域之外,还可将本发明的实施方案应用至形成有不同
密度的栅极图案的半导体器件中。而且,虽然本发明的实施方案说明绝缘层包括BPSG层,但绝缘层除了BPSG层之外,也可包括
电介质上
旋涂(spinon dielectric,SOD)层。
根据本发明的实施方案,用以制造半导体器件的方法保持栅极图案之间的间隔,以确保绝缘层形成期间的填隙裕度,并降低接触未打开事件。而且,可减少杂质从绝缘层渗入衬底,形成可靠的器件。
虽然已参考特定实施方案说明了本发明,但是本领域技术人员显然可以在不背离所附
权利要求所限定的本发明的精神和范围内实施各种变化和
修改。
相关
申请的交叉引用
本发明要求2007年6月12日提交的韩国
专利申请10-2007-0057277的优先权,其内容通过引用并入本文。