图1是制造半导体器件的典型方法的剖面图。
参考图1，在衬底101上方顺序堆叠栅极氧化物层102、多晶硅层103 和钨(W)层104。虽然未显示，但是在W层104上方形成栅极硬掩模氮化 物层。通过掩模图案106图案化栅极硬掩模氮化物层。在单元区域中的图 案化栅极硬掩模氮化物层是第一栅极硬掩模图案105A，而在周边区域中的 图案化栅极硬掩模氮化物层是第二栅极硬掩模图案105B。
如上所述，在典型方法中，在W层上方形成栅极硬掩模层以形成栅极 硬掩模图案。在栅极硬掩模层上方形成掩模图案106，以限定在单元区域 和周边区域中分别所需的栅极图案的临界尺寸(CD)。同时蚀刻在单元区域 和周边区域中的栅极硬掩模氮化物层，以形成第一栅极硬掩模图案105A 和第二栅极硬掩模图案105B。
然而，该典型方法因在单元区域与周边区域间的图案密度间隙而造成蚀 刻负载(etching loading)。在周边区域中的栅极硬掩模氮化物层在蚀刻的同 时具有斜面外形S，使得在掩模图案106中显影检查临界尺寸(DICD)大于 最终检查临界尺寸(FICD)。亦即，因为在密度比单元区域低的的周边区域 中没有完全释放聚合物，所以增加的负载效应增大了FICD偏差(FICD bias)。
结果，周边区域的DICD的减少应与蚀刻偏差一样多，亦即，与在单元 区域中的FICD的增加一样多。然而，如果周边区域的DICD减少，则掩 模图案106的曝光容限(exposure margin)减少。因此，可能造成图案失效， 例如图案坍塌。
特别地，因为根据设计规则和周边区域的所需FICD的减少，所需DICD 的减少也应与蚀刻偏差一样多，所以难以确保掩模图案106的曝光容限以 及形成图案。

本发明的实施方案涉及提供一种制造半导体器件以调整在周边区域中 的栅极图案的临界尺寸(CD)的方法。
根据本发明的一方面，提供一种制造半导体器件的方法。该方法包括： 提供限定有单元区域及周边区域的衬底；在衬底上方堆叠导电层、硬掩模 层、金属基硬掩模层和非晶碳(C)图案，以使用非晶碳(C)图案作为蚀刻掩 模来蚀刻金属基硬掩模层，由此形成所得结构；形成光刻胶图案，以覆盖 在单元区域中的所得结构，同时暴露出在周边区域中的所得结构；减小在 周边区域中的蚀刻的金属基硬掩模层的宽度；移除光刻胶图案和非晶C图 案；以及通过使用蚀刻的金属基硬掩模层作为蚀刻掩模来蚀刻硬掩模层和 导电层，从而形成导电图案。
附图说明
图1是制造半导体器件的典型方法的剖面图。
图2A至2E是根据本发明的第一实施方案的制造半导体器件的方法的 剖面图。
图3A至3F是根据本发明的第二实施方案的制造半导体器件的方法的 剖面图。
图4是根据本发明的第三实施方案的制造半导体器件的方法的剖面图。

本发明的实施方案涉及一种制造半导体器件的方法。
图2A至2E是根据本发明的第一实施方案的制造半导体器件的方法的 剖面图。
参考图2A，在包括单元区域和周边区域的衬底201上方形成栅极绝缘 层202。衬底201可以包括在其上将要实施动态随机存取存储(DRAM)过 程的半导体衬底。栅极绝缘层202可以包括氧化物层。氧化物层可以是热 氧化物层或等离子体氧化物层。
在栅极绝缘层202上方形成多晶硅层203。在多晶硅层203上方形成用 作电极的导电层204。导电层204包括金属层或金属硅化物层。金属层包 括选自钨(W)、氮化钛(TiN)和氮化钨(WN)层的一种。金属硅化物层包括硅 化钨(WSix)层。
在导电层204上方形成栅极硬掩模层205。栅极硬掩模层205包括氮化 物层。
在栅极硬掩模层205上方形成金属基硬掩模层206。金属基硬掩模层206 包括钨(W)、钛(Ti)/氮化钛(TiN)、四氯化钛(TiCl4)、氮化钨(WN)、硅化钨 (WSix)和氧化铝(Al2O3)层的其中之一。在本实施方案中，金属基硬掩模层 206是钨(W)层。
在金属基硬掩模层206上方形成非晶碳(C)层207及抗反射涂(ARC)层 208。在ARC层208上方形成第一光刻胶图案209，以限定栅极图案形成 区域。ARC层208包括氮氧化硅(SiON)层并且在形成第一光刻胶图案209 时防止反射。通过在ARC层208上方涂布光刻胶层以及然后通过使用曝 光和显影过程图案化光刻胶层来形成第一光刻胶图案209，以限定在单元 区域和周边区域中的栅极图案形成区域。
参考图2B，顺序蚀刻ARC层208、非晶碳(C)层207和金属基硬掩模 层206。
通过使用第一光刻胶图案209来蚀刻ARC层208和非晶碳(C)层207。 在此蚀刻过程中使用氧(O2)、氮(N2)和氢(H2)的气体混合物。当蚀刻非晶碳 (C)层207时，也使用氧(O2)、氮(N2)和氢(H2)的气体混合物来蚀刻光刻胶 层。因此，当完成上述蚀刻非晶碳(C)层207的过程时，完全移除第一光刻 胶图案209。以下，将蚀刻的非晶碳(C)层207称为非晶碳(C)图案207A。
随后，通过使用非晶碳(C)图案207A来蚀刻金属基硬掩模层206。在此 蚀刻过程中使用六氟化硫(SF6)气体或四氟化碳(CF4)气体。因为SF6气体或 CF4气体蚀刻氮氧化硅(SiON)层，所以当完成金属基硬掩模层206的蚀刻 过程时，完全移除ARC层208。以下，将蚀刻的金属基硬掩模层206称为 金属基硬掩模图案206A。
当完全移除第一光刻胶图案209和ARC层208时，在栅极硬掩模层205 上方只保留非晶碳(C)图案207A和金属基硬掩模图案206A。
参考图2C，形成第二光刻胶图案210，以覆盖在图2B所示的单元区域 中的所得结构，同时暴露出周边区域。通过在图2B所示的所得结构的上 表面上涂布光刻胶层以及然后通过利用曝光和显影过程图案化光刻胶层 以只在单元区域中保留光刻胶层，来形成第二光刻胶图案210。
接着，实施一种过程以减小在周边区域中的金属基硬掩模图案206A的 CD。这可以通过湿式蚀刻或干式蚀刻金属基硬掩模图案206A的侧壁来完 成。
使用氢氧化铵-过氧化物混合物(APM)溶液来实施湿式蚀刻过程。APM 溶液包括以约1∶1∶5、约1∶4∶20或约1∶5∶50的比例所混合的氨水(NH4OH)、 过氧化氢(H2O2)和水(H2O)并且具有约21℃至约100℃的温度。
使用氟化碳(CF)基气体、CHF基气体、三氟化氮(NF3)气体、氯气(Cl2)、 三氯化硼(BCl3)气体及其气体混合物的其中之一的等离子体来实施干式蚀 刻过程。CF基气体基本上包括CF4气体并且可以额外地包括氧气(O2)。
在金属基硬掩模图案206A上方所形成的非晶碳(C)图案207A防止湿式 或干式蚀刻过程的上部侵蚀。因此，可横向蚀刻金属基硬掩模图案206A 以调整临界尺寸。
如上所述，因为第二光刻胶图案210保护单元区域并且尽所需地选择性 减小在周边区域中的金属基硬掩模图案206A的CD，所以可确保第一光刻 胶图案209的曝光容限，以形成在图2A中的栅极图案。换言之，即使第 一光刻胶图案209的DICD增加，也可尽其所需地减小金属基硬掩模图案 206A的CD，因而确保曝光容限以防止图案坍塌。
考虑到在蚀刻栅极掩模层205时因负载效应所产生的蚀刻偏差，当横向 蚀刻金属基硬掩模图案206A时，可调整CD。因此，可减少在第一光刻胶 图案209的DICD与蚀刻的栅极硬掩模层205的FICD之间的偏移间隙。
参考图2D，使用O2和N2的气体混合物来移除第二光刻胶图案210和 非晶碳(C)图案207A。
因此，没有被横向蚀刻的金属基硬掩模图案保留在单元区域中，而具有 减小的CD的横向蚀刻的金属基硬掩模图案206A1保留在周边区域中。
参考图2E，蚀刻栅极硬掩模层205、导电层204和多晶硅层203，以形 成栅极图案。
在该用以形成栅极图案的蚀刻过程中，通过使用CF基气体和CHF基 气体的气体混合物来蚀刻栅极硬掩模层205，其中气体混合物还可以包括 氧气(O2)和氩气(Ar)。CF基气体包括CF4气体或六氟乙烷(C2F6)气体。CHF 基气体包括三氟甲烷(CHF3)气体。
在感应耦合等离子体(ICP)、去耦等离子体源(DPS)和电子回旋共振 (ECR)装置的其中之一中蚀刻导电层204。该蚀刻过程通过使用BCl3气体、 CF基气体、NFx气体、SFx气体和氯气(Cl2)中的一种作为主蚀刻气体来实 施。BCl3气体、CF基气体、NFx气体和SFx气体中的每一种气体的流量为 约10sccm至约50sccm。氯气(Cl2)的流量为约50sccm至约200sccm。
在ICP或DPS装置中，通过使用约500W至约2,000W的源功率并且 在主蚀刻气体中加入氧气(O2)、氮气(N2)、氩气(Ar)、氦气(He)及其气体混 合物中的一种来蚀刻导电层204。在ECR装置中，通过使用约1,000W至 约3,000W的源功率并且在主蚀刻气体中加入氧气(O2)、氮气(N2)、氩气 (Ar)、氦气(He)及其气体混合物中的一种来蚀刻导电层204。在此，氧气(O2) 的流量为约1sccm至约20sccm；氮气(N2)的流量为约1sccm至约 100sccm；氩气(Ar)的流量为约50sccm至约200sccm；氦气(He)的流量 为约50sccm至约200sccm。
蚀刻的多晶硅层203称为多晶硅图案203A。蚀刻的导电层204称为导 电图案204A。蚀刻的栅极硬掩模层205称为栅极硬掩模图案205A。
如果导电层204由与金属基硬掩模层206基本相同的材料制成，例如， 如果金属基硬掩模层206和导电层204两者均由钨(W)制成，则当完成导 电层204的蚀刻过程时，完全移除金属基硬掩模图案。
如果导电层204由不同于金属基硬掩模层206的材料制成，例如，如果 金属基硬掩模层206由钨(W)制成而导电层204不包含钨(W)，则在完成导 电层204的蚀刻过程后，通过氨水-过氧化物混合物(ammonium hydro-peroxide mixture，APM)清洗过程来移除剩余的金属基硬掩模图案。
当蚀刻多晶硅层203时，使用对栅极绝缘层202具有蚀刻选择性的材料。 通过使用氯气(Cl2)、氧气(O2)、溴化氢(HBr)气体和氮气(N2)来实施蚀刻过 程。
图3A至3F是根据本发明的第二实施方案的制造半导体器件的方法的 剖面图。在第二实施方案中，额外形成覆盖氮化物层，以防止导电层204 的氧化。
参考图3A，在包括单元区域和周边区域的衬底301上方形成栅极绝缘 层302。衬底301可以包括在其上将要实施动态随机存取存储(DRAM)过 程的半导体衬底。栅极绝缘层302可以包括氧化物层。氧化物层可以是热 氧化物层或等离子体氧化物层。
在栅极绝缘层302上方形成多晶硅层303。在多晶硅层303上方形成用 作电极的导电层304。导电层304包括金属层或金属硅化物层。金属层包 括钨(W)、氮化钛(TiN)和氮化钨(WN)层的其中之一。金属硅化物层包括硅 化钨(WSix)层。
在导电层304上方形成栅极硬掩模层305。栅极硬掩模层305包括氮化 物层。
在栅极硬掩模层305上方形成金属基硬掩模层306。金属基硬掩模层306 包括钨(W)、钛(Ti)/氮化钛(TiN)、四氯化钛(TiCl4)、氮化钨(WN)、硅化钨 (WSix)和氧化铝(Al2O3)层的其中之一。在此实施方案中，金属基硬掩模层 306包括钨(W)层。
在金属基硬掩模层306上方形成非晶碳(C)层307和ARC层308。在 ARC层308上方形成第一光刻胶图案309，以限定栅极图案形成区域。ARC 层308包括氮氧化硅(SiON)层并且在形成第一光刻胶图案309时防止反射。 通过在ARC层308上方涂布光刻胶层以及然后使用曝光和显影过程图案 化光刻胶层来形成第一光刻胶图案309，以限定在单元区域和周边区域中 的栅极图案形成区域。
参考图3B，顺序蚀刻ARC层308、非晶碳(C)层307和金属基硬掩模 层306。
通过使用第一光刻胶图案309来蚀刻ARC层308和非晶碳层307。在 此蚀刻过程中，使用氧气(O2)、氮气(N2)和氢气(H2)的气体混合物。当蚀刻 非晶碳层307时，也使用氧气(O2)、氮气(N2)和氢气(H2)的气体混合物来蚀 刻光刻胶层。因此，当完成上述蚀刻非晶碳层307的过程时，完全移除第 一光刻胶图案309。以下，将蚀刻的非晶碳层307称为非晶碳图案307A。
随后，使用非晶碳图案307A作为蚀刻掩模来蚀刻金属基硬掩模层306。 在此蚀刻过程期间，使用SF6基气体或CF4气体。SF6基气体或CF4气体 蚀刻SiON层。因此，当完成金属基硬掩模层306的蚀刻过程时，完全移 除ARC层308。以下，将蚀刻的金属基硬掩模层306称为金属基硬掩模图 案306A。
当完全移除第一光刻胶图案309和ARC层308时，在栅极硬掩模层305 上方只保留非晶碳图案307A和金属基硬掩模图案306A。
参考图3C，形成第二光刻胶图案310，以覆盖在图3B图所示的单元区 域中的所得结构。同时暴露出在周边区域中的所得结构。通过在图3B所 示的所得结构的上表面上方涂布光刻胶层以及然后使用曝光和显影过程 图案化光刻胶层以只在单元区域中保留光刻胶层，来形成第二光刻胶图案 310。
接着，实施一种过程以减小在周边区域中的金属基硬掩模图案306A的 CD。这可通过湿式蚀刻或干式蚀刻金属基硬掩模图案306A的侧壁来完成。
使用APM溶液来实施湿式蚀刻过程。APM溶液包括以约1∶1∶5、约 1∶4∶20或约1∶5∶50的比例混合的氨水(NH4OH)、过氧化氢(H2O2)和水(H2O) 并且具有约21℃至约100℃的温度。
使用CF基气体、CHF基气体、NF3气体、Cl2气、BCl3气体及其气体 混合物的其中之一的等离子体来实施干式蚀刻过程。CF基气体基本上包 括CF4气体并且可以额外地包括氧气(O2)。
在金属基硬掩模图案306A上方所形成的非晶碳图案307A可防止湿式 或干式蚀刻过程的上部侵蚀。因此，可横向蚀刻金属基硬掩模图案306A， 以调整临界尺寸。
如上所述，因为第二光刻胶图案310保护单元区域并且尽其所需地选择 性减小在周边区域中的金属基硬掩模图案306A的CD，所以可确保第一光 刻胶图案309的曝光容限，以形成在图3A中的栅极图案。换言之，即使 第一光刻胶图案309的DICD增加，也可尽其所需地减少金属基硬掩模图 案306A的CD，因而确保曝光容限以防止图案坍塌。
考虑到在蚀刻栅极掩模层305时因负载效应所产生的蚀刻偏差，因而在 横向蚀刻金属基硬掩模图案306A时，可调整CD。因此，可减少在第一光 刻胶图案309的DICD与蚀刻的栅极硬掩模层305的FICD之间的偏移间 隙。
参考图3D图，使用O2和N2的气体混合物来移除第二光刻胶图案310 和非晶碳图案307A。
因此，没有被横向蚀刻的金属基硬掩模图案保留在单元区域中，而具有 减小的CD的横向蚀刻的金属基硬掩模图案306A1保留在周边区域中。
参考图3E，蚀刻栅极硬掩模层305和导电层304。
在该用以形成栅极图案的蚀刻过程中，通过使用CF基气体和CHF基 气体的气体混合物来蚀刻栅极硬掩模层305，其中气体混合物还可以包括 氧气(O2)和氩气(Ar)。CF基气体包括CF4气体或C2F6气体，而CHF基气 体包括CHF3气体。
在ICP、DPS和ECR装置之一中蚀刻导电层304。通过使用BCl3气体、 CF基气体、NFx气体、SFx气体和氯气(Cl2)之一作为主蚀刻气体来实施此 蚀刻过程。BCl3气体、CF基气体、NFx气体和SFx气体中的每一种气体的 流量为约10sccm至约50sccm。氯气(Cl2)的流量为约50sccm至约200sccm。
在ICP或DPS装置中，通过使用约500W至约2,000W的源功率并且 在主蚀刻气体中加入氧气(O2)、氮气(N2)、氩气(Ar)、氦气(He)及其气体混 合物的其中之一来蚀刻导电层304。在ECR装置中，通过使用约1,000W 至约3,000W的源功率并且在主蚀刻气体中加入氧气(O2)、氮气(N2)、氩气 (Ar)、氦气(He)及其气体混合物的其中之一来蚀刻导电层304。在此，氧气 (O2)的流量为约1sccm至约20sccm；氮气(N2)的流量为约1sccm至约 100sccm；氩气(Ar)的流量为约50sccm至约200sccm；氦气(He)的流量为 约50sccm至约200sccm。
蚀刻的导电层304称为用作电极的导电图案304A。蚀刻的栅极硬掩模 层305称为栅极硬掩模图案305A。
如果导电层304由与金属基硬掩模层306基本相同的材料所制成，例如： 如果金属基硬掩模层306及导电层304两者由钨(W)所制成，则当完成导 电层304的蚀刻过程时，完全移除金属基硬掩模图案。
如果导电层304由不同于金属基硬掩模层306的材料制成，例如，如果 金属基硬掩模层306由钨制成并且导电层304不包含钨，则在完成导电层 304的蚀刻过程后，通过APM清洗过程移除剩余金属基硬掩模图案。
随后，在包括栅极硬掩模图案305A和导电图案304A的所得结构上形 成覆盖氮化物层311。覆盖氮化物层311用以在后续栅极图案形成后实施 氧化过程期间防止导电图案304A的非正常氧化。
参考图3F，蚀刻覆盖氮化物层311和多晶硅层303，以形成栅极图案。
通过使用NF3、CF4、SF6、Cl2、O2、Ar、He、HBr、N2气体及其气体 混合物的其中之一来蚀刻覆盖氮化物层311。通过使用Cl2、O2、HBr和 N2气体来蚀刻多晶硅层303。
当完成栅极图案的形成时，蚀刻的覆盖氮化物层保留在栅极图案的侧壁 上。以下，蚀刻的覆盖氮化物层称为覆盖氮化物图案311A。蚀刻的多晶硅 层称为多晶硅图案303A。
在蚀刻覆盖氮化物层311和多晶硅层303后，可以实施清洗过程。通过 使用溶剂、缓冲氧化物蚀刻剂(BOE)与水或使用臭氧(O3)气体的其中之一 来实施清洗过程。
在第二实施方案中，在形成导电图案304A后，形成覆盖氮化物层311。 然而，可在蚀刻多晶硅层303的一部分后，形成覆盖氮化物层311。
图4是根据本发明的第三实施方案的制造半导体器件的方法的剖面图。
参考图4，在衬底401上方形成栅极绝缘层402。在栅极绝缘层402上 方形成栅极图案，该栅极图案包括顺序堆叠的多晶硅图案403A、导电图案 404A和栅极硬掩模图案405A。在栅极硬掩模图案405A、导电图案404A 和多晶硅图案403A上部的侧壁上形成覆盖氮化图案406A。
还通过在多晶硅图案403A上部的侧壁上形成覆盖氮化图案406A，可 防止在多晶硅图案403A与导电图案404A之间的间隙处发生非正常氧化。
本发明使用金属基硬掩模层206以形成栅极图案并选择性地减小在周 边区域中的金属基硬掩模图案206A的CD。因此，确保第一光刻胶图案 209的曝光容限。换言之，根据本发明，即使第一光刻胶图案209形成具 有大的DICD，也可尽其所需地减少金属基硬掩模图案206A的CD，因而 确保曝光容限并且可防止图案坍塌。
考虑到在蚀刻栅极掩模层205时因负载效应所产生的蚀刻偏差，可调整 CD。因此，可减少在第一光刻胶图案209的DICD与蚀刻栅极硬掩模层 205的FICD之间的偏移间隙。
当实施金属基硬掩模图案206A的横向蚀刻时，在金属基硬掩模层206 上方所形成的非晶碳层207可防止上部侵蚀。
在栅极图案的侧壁上形成的覆盖氮化物层可在后续栅极氧化期间防止 导电层的非正常氧化。
上述实施方案描述了形成栅极图案的应用。本发明的精神及范围可应用 至用以形成其它图案例如位线图案的任何过程。
虽然已经根据特定实施方案描述了本发明，但本发明的上述实施方案仅 用在说明而非限制。对本领域技术人员而言，显然可以在不背离如下述权 利要求限定的发明精神和范围的情况下，进行各种变化和修改。
相关申请交叉引用
本发明要求2007年3月23日申请的韩国专利申请2007-0028683的优 先权，通过引用全文并入。