專利名稱：制造具有雙重間隔壁半導(dǎo)體器件的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種制造包括氧化硅層的半導(dǎo)體器件的方法，并且特別地，涉及制造具有雙重間隔壁的半導(dǎo)體器件的方法，該雙重間隔壁包括形成于柵極線圖案側(cè)壁上的氧化硅層。
背景技術(shù)：
在半導(dǎo)體存儲(chǔ)器件中，特別是在具有由一個(gè)晶體管和一個(gè)電容器構(gòu)成的單位單元的DRAMs中，可以在硅襯底上形成多條柵極線，該柵極線作為向形成存儲(chǔ)器單元的晶體管的柵極電極傳送信號(hào)的導(dǎo)電線。這些柵極線可以在柵極線圖案的側(cè)壁上形成間隔壁，以提供周邊器件之間和DRAMs的直接接觸(DC)與埋入接觸(BC)之間的絕緣。間隔壁可以由絕緣材料形成，諸如氧化硅(SiO2)和氮化硅(SiN4)。這些絕緣材料可改善絕緣效果并減少可能在后續(xù)熱處理中出現(xiàn)的變形。
在使用氮化硅作為間隔壁材料形成單一間隔壁于柵極線圖案的側(cè)壁上的傳統(tǒng)方法中，可以在硅襯底上順序沉積一柵極絕緣層、一柵極導(dǎo)電層和一絕緣柵極掩模層?？赏ㄟ^光刻工藝形成柵極線圖案。接著，可以在硅襯底上均厚沉積一氮化硅層。然后，可以將柵極線圖案和氮化硅層蝕刻直至暴露出柵極掩模層和硅襯底的表面。結(jié)果，可以在柵極線圖案的側(cè)壁上形成氮化硅間隔壁。
然而，由于氮化硅層的蝕刻選擇性與硅襯底的蝕刻選擇性之間的差異很小，因此在氮化硅層被蝕刻時(shí)，可能會(huì)損傷硅襯底的表面。另外，硅襯底的損壞部分可以導(dǎo)致向電容器存儲(chǔ)電極的漏電流。結(jié)果，刷新特性可能惡化。
例如，當(dāng)蝕刻氮化硅層以在RAM器件(例如，動(dòng)態(tài)RAM(DRAM)或靜態(tài)RAM(SRAM))的柵極線圖案的側(cè)壁上形成間隔壁時(shí)，靜態(tài)刷新依據(jù)殘留在硅襯底上的氧化層的厚度而變化。因此，當(dāng)殘留的氧化層的厚度很小時(shí)，由于在干法蝕刻工藝中可產(chǎn)生的損傷，靜態(tài)刷新的特性可能惡化。
另外，當(dāng)干法蝕刻氮化硅層以形成RAM器件(例如，SRAM或DRAM)或邏輯器件中的間隔壁時(shí)，硅襯底可被損壞。另外，可能包括于干法蝕刻的蝕刻氣體中的氟元素可能與硅襯底的表面結(jié)合。結(jié)果，可能在硅襯底的有源區(qū)上形成金屬硅化物，并可產(chǎn)生缺陷。另外，在同時(shí)使用了金屬柵極和硅化物工藝時(shí)，金屬柵極的金屬層可被在濕法清洗或金屬剝離工藝中使用的化學(xué)溶液(例如，SCl或H2SO4/H2O2溶液)溶解，即使是在金屬柵極已被氮化硅間隔壁包住的情況下。
在形成雙重間隔壁于柵極線圖案上的傳統(tǒng)方法中，可在硅襯底上順序沉積一柵極絕緣層、一柵極導(dǎo)電層和一絕緣柵極掩模層，且柵極線圖案可通過光刻工藝形成。然后，可在硅襯底和柵極線圖案上順序沉積一氧化硅層和一氮化硅層。可以蝕刻氮化硅層直至暴露出氧化硅層，并且氧化硅層可保留在柵極線圖案的側(cè)壁上。結(jié)果由氧化硅層和氮化硅層形成的雙重間隔壁可形成于柵極線圖案的側(cè)壁上。
在該雙重間隔壁中，氧化硅層的蝕刻選擇性與氮化硅層的蝕刻選擇性之間的差異110可以很大。因此，氧化硅層可起到蝕刻停止層的作用。另外，通過后續(xù)的清洗工藝可去除氧化硅層，并且雙重間隔壁可在減少對(duì)硅襯底損傷的條件下形成。
盡管柵極線可由導(dǎo)電層形成，該導(dǎo)電層可包括一多晶硅層和一金屬硅化物層，但是具有低電阻率的材料也可用作導(dǎo)電線，以減少信號(hào)延遲時(shí)間。為減少電阻，金屬柵極線可包括一純金屬層，諸如鎢、鉬、鈦、鈷、鎳或鉭，來取代金屬硅化物層。鎢/氮化鎢/多晶硅的疊層結(jié)構(gòu)是金屬層用作柵極線的一部分的一個(gè)示例。
然而，當(dāng)將形成雙重間隔壁的傳統(tǒng)方法用于金屬柵極線時(shí)，在形成柵極線圖案(包括一鎢的純金屬層)后沉積氧化硅層時(shí)，可出現(xiàn)暴露金屬層(例如，鎢、鉬、鈦、鈷、鎳或鉭)的表面氧化的問題。金屬層的氧化可導(dǎo)致導(dǎo)電線的有效截面積的減少。結(jié)果，導(dǎo)電線的電阻可增大，并且柵極線圖案的垂直形貌可惡化。
圖1是一掃描電鏡(SEM)照片，說明在通過傳統(tǒng)方法制造的半導(dǎo)體器件中的氧化硅層的沉積形貌。圖1中的柵極線圖案可通過順序沉積并構(gòu)圖一柵極氧化層、一多晶硅層、一氮化鎢層、一鎢層和一氮化硅層來形成。通過同時(shí)供給一硅源氣體(例如，SiH4)和一氧源氣體(例如，N2O)，可在柵極線圖案上形成氧化硅層。在圖1示出的示例中，在氧化硅層形成于柵極線圖案上之后，在具有柵極線圖案的襯底的整個(gè)表面上形成一厚度約為2000的多晶硅層，并且沿垂直方向切開襯底。然后，用Hf處理被切開的襯底，以比蝕刻多晶硅層或柵極線圖案的其它層更快地選擇性蝕刻氧化硅層。沿柵極線圖案的黑色部分表示氧化硅層。
如圖1所示，在形成了氧化硅層時(shí)，鎢層可被氧化，并且鎢層的面積可減少。另外，鎢層的氧化部分可從柵極線圖案突出。因此鎢層的寬度可減少，并且柵極線圖案的垂直形貌的質(zhì)量可變差。
發(fā)明內(nèi)容
至少一個(gè)本發(fā)明的實(shí)施例提供了一種制造包括氧化硅(SiO2)層的半導(dǎo)體器件的方法?？上蜓b有半導(dǎo)體芯片的反應(yīng)室提供一氮源氣體，以在反應(yīng)室內(nèi)建立并保持氮?dú)鈿夥?。然后，可向反?yīng)室加入一硅源氣體和一氧源氣體，以在襯底上沉積一氧化硅層。該硅源氣體可在提供該氧源氣體前被提供，或該硅源氣體和該氧源氣體可基本同時(shí)被提供。另外，該氮源氣體的供給可在提供氧源氣體后、在提供氧源氣體的大致同一時(shí)間或在提供硅源氣體和氧源氣體前被停止。
可在半導(dǎo)體襯底上形成一導(dǎo)電材料層，并且可在襯底和導(dǎo)電材料層上形成該氧化硅層。該導(dǎo)電材料層可以是一柵極線圖案、一位線圖案、一互連線圖案或一導(dǎo)電焊墊層圖案。另外，該導(dǎo)電材料層可包括一具有暴露表面的金屬層。該暴露金屬表面的適合示例包括W、Ni、Co、TaN、Ru-Ta、TiN、Ni-Ti、Ti-Al-N、Zr、Hf、Ti、Ta、Mo、MoN、WN、Ta-Pt和Ta-Ti。
該氮源氣體可在低溫下分解，且可不含氧。在至少一個(gè)本發(fā)明的典型實(shí)施例中，該氮源氣體是氨氣(NH3)氣體。該硅源氣體的合適示例包括SiH4(硅烷)、Si2H6、二氯硅烷(DCS)、三氯硅烷(TCS)和六氯硅烷(HCD)。該氧源氣體的合適示例包括N2O、NO和O2。
在壓強(qiáng)約為0.01～300Torr、溫度約為500～850℃的條件下，可通過化學(xué)汽相沉積工藝沉積該氧化硅層。當(dāng)沉積速度由于工藝氣體的流速減少而降低時(shí)，可通過使用遠(yuǎn)端等離子體的等離子體增強(qiáng)CVD(PECVD)方法沉積該氧化硅層。
至少一個(gè)本發(fā)明的典型實(shí)施例提供了一種在導(dǎo)電材料層的側(cè)壁上形成雙重間隔壁的方法。該導(dǎo)電材料層可以是一柵極線圖案、一位線圖案、一互連線圖案或一導(dǎo)電焊墊層圖案?？上蜓b有半導(dǎo)體芯片的反應(yīng)室提供一氮源氣體，以在反應(yīng)室內(nèi)建立并保持氮?dú)鈿夥铡Ｈ缓?，可向反?yīng)室加入一硅源氣體和一氧源氣體，以在襯底上沉積一氧化硅層。該硅源氣體可在供給該氧源氣體前被提供，或該硅源氣體和該氧源氣體可基本同時(shí)被提供。另外，該氮源氣體的供給可在開始提供氧源氣體后、在提供氧源氣體的大致同一時(shí)間或在提供硅源氣體和氧源氣體前被停止。
通過進(jìn)行化學(xué)汽相沉積(CVD)工藝，可在氧化硅層上形成一氮化硅層。CVD工藝的合適類型包括等離子體增強(qiáng)CVD(PE-CVD)、高密度等離子體CVD(HDP-CVD)、熱CVD、激光CVD和熱燈絲CVD(HF-CVD)。然后，可蝕刻氮化硅層直至暴露出氧化硅層。由于氮化硅與氧化硅之間的蝕刻選擇性差異，因此部分氮化硅層可保留在導(dǎo)電材料層的側(cè)壁上。結(jié)果，可在側(cè)壁上形成由氧化硅層和氮化硅層形成的雙重間隔壁。
該導(dǎo)電材料層可包括一暴露金屬層，諸如W、Ni、Co、TaN、Ru-Ta、TiN、Ni-Ti、Ti-Al-N、Zr、Hf、Ti、Ta、Mo、MoN、WN、Ta-Pt和Ta-Ti。在至少一個(gè)本發(fā)明的典型實(shí)施例中，該導(dǎo)電材料層是一柵極線圖案，其可由一柵極絕緣層、一多晶硅層、一氮化鎢層、一鎢層和一柵極掩模層的順序堆疊結(jié)構(gòu)形成。
該氮源氣體在低溫下分解，且可不合氧。在至少一個(gè)本發(fā)明的典型實(shí)施例中，該氮源氣體是氨氣(NH3)氣體。該硅源氣體的合適示例包括SiH4(硅烷)、Si2H6、二氯硅烷(DCS)、三氯硅烷(TCS)和六氯硅烷(HCD)。該氧源氣體的合適示例包括N2O、NO和O2。
在反應(yīng)室保持在氮?dú)鈿夥罩袝r(shí)，可提供硅源氣體和氧源氣體，該氮?dú)鈿夥湛蓽p少在反應(yīng)室內(nèi)的硅涂層的產(chǎn)生。由于可將硅源氣體提供給具有氮?dú)鈿夥盏姆磻?yīng)室，可減少金屬硅化物層(其可由于暴露至沉積氣氛的金屬層與硅源氣體之間的反應(yīng)而被形成)的產(chǎn)生。
下面參照附圖對(duì)本發(fā)明的典型實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)描述，本發(fā)明的典型實(shí)施例將變得明顯易懂，在附圖中圖1為說明在通過現(xiàn)有方法制造的半導(dǎo)體器件中的氧化硅層(SiO2)的沉積形貌的掃描電鏡(SEM)照片；圖2描述根據(jù)至少一個(gè)本發(fā)明典型實(shí)施例的、制造半導(dǎo)體器件的步驟的流程圖，該半導(dǎo)體器件包括一氧化硅層；圖3～6是說明根據(jù)至少一個(gè)本發(fā)明典型實(shí)施例的、制造半導(dǎo)體器件的方法的截面圖，該半導(dǎo)體器件包括一氧化硅層；圖7A～9B是圖表，說明在根據(jù)本發(fā)明典型實(shí)施例的方法中，將工藝氣體提供給反應(yīng)室的各個(gè)時(shí)間；圖10是圖表，說明在根據(jù)本發(fā)明典型實(shí)施例的方法中，可用于確定形成的金屬氧化物的去除效率的晶片反射率；以及圖11為說明在通過根據(jù)至少一個(gè)本發(fā)明實(shí)施例的方法制造的半導(dǎo)體器件中的氧化硅層的沉積形貌的掃描電鏡(SEM)照片。
具體實(shí)施例方式
現(xiàn)在，將參照附圖更加全面地說明本發(fā)明的典型實(shí)施例，附圖中示出了本發(fā)明的典型實(shí)施例。然而，本發(fā)明可以多種不同的形式實(shí)施，并且不應(yīng)被解釋為限于將陳述的實(shí)施例。這些典型實(shí)施例的提出是為了使本發(fā)明能夠更加透徹和完整，并且將本發(fā)明的概念完全傳達(dá)給本領(lǐng)域技術(shù)人員。在附圖中，層的厚度和區(qū)域?yàn)榍逦鹨姸环糯?。不同附圖中相同的附圖標(biāo)記代表相同的元件。
現(xiàn)在，將參照?qǐng)D2～6說明根據(jù)本發(fā)明典型實(shí)施例的、在金屬柵極線圖案的側(cè)壁上制造雙重間隔壁的方法。
圖2為描述根據(jù)至少一個(gè)本發(fā)明典型實(shí)施例的、制造半導(dǎo)體器件的步驟的流程圖，該半導(dǎo)體器件包括一氧化硅層。圖3～6為說明根據(jù)至少一個(gè)本發(fā)明典型實(shí)施例的、制造半導(dǎo)體器件的方法的截面圖，該半導(dǎo)體器件包括一氧化硅層。
參照?qǐng)D3，在步驟S10中，柵極圖案可形成于襯底上?？稍诠枰r底10上(例如順序地)沉積一柵極氧化層(如柵極絕緣層)12、一多晶硅層(如第一導(dǎo)電層)14、一氮化鎢層(如第二導(dǎo)電層)16、一鎢層(如第三導(dǎo)電層)18和一絕緣氮化硅層(如柵極掩模層)20。然后，可通過光刻工藝形成柵極線圖案。通過氧化該多晶硅層，可在柵極線圖案的多晶硅層的側(cè)面上形成氧化層。
盡管其中說明并描述了具有一多晶硅層、一氮化鎢層、一鎢層和一柵極掩模層結(jié)構(gòu)的柵極線圖案，然而本發(fā)明典型實(shí)施例還可用于在襯底的導(dǎo)電材料層上或在包括具有低電阻率的純金屬層的暴露金屬層上形成一氧化層。例如，可在位線(bitline)圖案、互連圖案和/或?qū)щ姾笁|圖案上形成一氧化硅層。暴露金屬層的合適示例包括(并不限于)W、Ni、Co、TaN、Ru-Ta、TiN、Ni-Ti、Ti-Al-N、Zr、Hf、Ti、Ta、Mo、MoN、WN、Ta-Pt和Ta-Ti。另外，依據(jù)實(shí)驗(yàn)條件，諸如反應(yīng)室類型和使用的工藝氣體，層的材料和厚度以及工藝可被改變。另外，金屬層的厚度可根據(jù)所用的金屬和材料而改變。例如，金屬層的厚度可從約100至約2000。
在步驟S20中，包括柵極線圖案的襯底10可被裝載入反應(yīng)室中，在反應(yīng)室中可進(jìn)行諸如化學(xué)汽相沉積(CVD)工藝的沉積工序。適合的CVD工藝類型包括等離子體增強(qiáng)CVD(PE-CVD)、高密度等離子體CVD(HDP-CVD)、熱CVD、激光CVD和熱燈絲CVD(HF-CVD)。通過減少工藝氣體的流速或通過減少使用遠(yuǎn)端等離子體源的沉積速度，本發(fā)明典型實(shí)施例可被用于利用等離子體的沉積工藝中。
在本發(fā)明的典型實(shí)施例中，可使用單晶片型反應(yīng)室或批次型反應(yīng)室作為反應(yīng)室。實(shí)驗(yàn)條件可依據(jù)所用的設(shè)備而變化，并且本領(lǐng)域某一技術(shù)人員可以容易地確定這些試驗(yàn)條件。盡管此處描述了在單晶片型反應(yīng)室中的CVD工藝，但也可以替換使用具有大容量的并且能夠控制壓強(qiáng)、溫度和進(jìn)入爐內(nèi)的氣體的流速的反應(yīng)爐。
在步驟S30中，可在反應(yīng)室內(nèi)建立并保持氮?dú)鈿夥铡楸３址磻?yīng)室內(nèi)的氮?dú)鈿夥?，一氮源氣體(例如包括氮?dú)獾臍怏w)可在，例如固定的流速下，被持續(xù)一段時(shí)間提供給反應(yīng)室。氮?dú)鈿夥諝怏w可在低溫下分解，并且可不包含氧氣。沒有氧氣可減少金屬層的氧化。在至少一個(gè)本發(fā)明的典型實(shí)施例中，氨氣(NH3)氣體被用作氮源氣體。其它合適的氮源氣體將容易地被本領(lǐng)域技術(shù)人員驗(yàn)證。當(dāng)?shù)礆怏w在提供硅源氣體和氧源氣體前被提供時(shí)，可以從金屬層的表面去除金屬氧化物，這可以增大工藝裕度，可以減少在反應(yīng)室內(nèi)的硅涂層的產(chǎn)生，以及可以減少反應(yīng)室內(nèi)顆粒的產(chǎn)生。
在步驟S40中，可向氮?dú)鈿夥罩械姆磻?yīng)室內(nèi)提供一硅源氣體和/或一氧源氣體，以在柵極線圖案上形成一氧化硅層22(見圖4)。硅源氣體的合適示例包括(但并不限于)SiH4、Si2H6、二氯硅烷(DCS)、三氯硅烷(TCS)和六氯硅烷(HCD)。氧源氣體的合適示例包括(但并不限于)N2O、NO和O2。由于可將硅源氣體提供給具有氮?dú)鈿夥盏姆磻?yīng)室，可減少金屬硅化物層的產(chǎn)生，該金屬硅化物層可由于暴露至沉積氣氛的金屬層與硅源氣體之間的反應(yīng)而被形成。
另外，可通過氮源氣體去除一金屬氧化層，在多晶硅層的再氧化期間或在用于去除作為離子注入掩模的光刻膠層的灰化(ashing)工藝期間，可在金屬層表面形成該金屬氧化層。另外，由于通過根據(jù)本發(fā)明典型實(shí)施例的方法可減少金屬層的氧化，因此金屬層的電阻不會(huì)增大，并且可以保持柵極線圖案的垂直形貌。
如圖5所示，在步驟S50中，通過進(jìn)行通常的CVD工藝可在氧化硅層22上形成一氮化硅層24。如上所述，適合的CVD工藝類型包括等離子體增強(qiáng)CVD(PE-CVD)、高密度等離子體CVD(HDP-CVD)、熱CVD、激光CVD和熱燈絲CVD(HF-CVD)。
接著，如圖6所示，可均厚蝕刻氮化硅層24直至暴露出氧化硅層22。由于氮化硅與氧化硅之間的蝕刻選擇性差異很大，因此氮化硅間隔壁24a可保留在柵極線圖案的側(cè)壁上?？杀Ａ粲跂艠O線圖案之間的氧化硅層22可通過諸如濕法蝕刻的蝕刻工藝被去除。結(jié)果，由氧化硅層22和氮化硅層24形成的雙重間隔壁24a可形成于柵極線圖案的側(cè)壁上。
下面，將分別描述保持反應(yīng)室內(nèi)的氮?dú)鈿夥盏墓ば蚝屯ㄟ^向反應(yīng)室提供一硅源氣體和一氧源氣體在柵極圖案上形成一氧化硅層的工序，即圖2中所示步驟S30和S40。
圖7A～9B是圖表，說明根據(jù)本發(fā)明的典型實(shí)施例的可將例如氮源氣體、硅源氣體和氧源氣體的工藝氣體提供給反應(yīng)室時(shí)的各個(gè)時(shí)間。在圖7A～9B中，x軸表示時(shí)間，而y軸表示工藝氣體。例如，工藝氣體A表示氮源氣體(例如，NH3氣體)，工藝氣體B表示硅源氣體(例如，硅烷氣體)，而工藝氣體C表示氧源氣體(例如，O2氣體)。實(shí)線表示向反應(yīng)室提供工藝氣體的開始時(shí)間、提供工藝氣體的持續(xù)時(shí)間、以及提供工藝氣體的結(jié)束時(shí)間。
例如，在圖7A中，T1表示向反應(yīng)室提供氮源氣體的開始時(shí)間，T2表示向反應(yīng)室提供硅源氣體的開始時(shí)間，T3表示向反應(yīng)室提供氧源氣體的開始時(shí)間，T4表示停止向反應(yīng)室提供氮源氣體的時(shí)間，T5表示停止向反應(yīng)室提供硅源氣體和氧源氣體的時(shí)間。在本發(fā)明的典型實(shí)施例中，氧化硅層22可在T3時(shí)沉積于柵極線圖案上，T3是可最初向反應(yīng)室供應(yīng)氧源氣體的時(shí)間，而氧化硅層22的沉積可在T5時(shí)停止，T5是可停止提供氧源氣體的時(shí)間。
在圖7A和圖7B中，氮源氣體可被提供給反應(yīng)室以保持反應(yīng)室內(nèi)的氮?dú)鈿夥?，并且在將氧源氣體提供給反應(yīng)室時(shí)可停止供給氮源氣體。在圖8A和8B中，在與氧源氣體供給開始的大致同一時(shí)間可停止供給氮源氣體。在圖9A和9B中，在將氧源氣體提供給反應(yīng)室前可停止供給氮源氣體。另外，在圖7A、8A和9A中，硅源氣體可在供給氧源氣體前被提供給反應(yīng)室。在圖7B、8B和9B中，硅源氣體和氧源氣體可基本同時(shí)被提供。提供氣體至反應(yīng)室的其它順序可容易地由本領(lǐng)域技術(shù)人員確定。
當(dāng)硅源氣體被提供給具有氮?dú)鈿夥盏姆磻?yīng)室時(shí)，可在柵極線圖案上沉積很薄的氮化硅層。然而，由于氮源氣體的流速和供給周期可以很小，因此氮化硅層的沉積或厚度可被控制，使得氮化硅層不作為阻擋層。另外，當(dāng)?shù)礆怏w的供給在將氧源氣體提供給反應(yīng)室前被停止時(shí)，如圖9A和9B所示，氮源氣體供給終點(diǎn)與氧源氣體供給起點(diǎn)之間的間隔可被減少，以在氮?dú)鈿夥障聦⒐柙礆怏w和氧源氣體提供給反應(yīng)室。
根據(jù)反應(yīng)室的類型和尺寸以及工藝氣體的類型和壓強(qiáng)，根據(jù)本發(fā)明的典型實(shí)施例的方法中的實(shí)驗(yàn)條件和參數(shù)可變化。例如，當(dāng)反應(yīng)室為單晶片型反應(yīng)室時(shí)，溫度范圍可從約500℃至約850℃，壓強(qiáng)范圍可從約100Torr至約300Torr，氮源氣體的流速范圍可從約50sccm至約500sccm，硅源氣體的流速范圍可從約1sccm至約10sccm，氧源氣體的流速范圍可從約500sccm至約5000sccm。在本發(fā)明的另一典型實(shí)施例中，溫度范圍可從約500℃至約850℃，壓強(qiáng)范圍可從約0.1Torr至約3Torr，氮源氣體的流速范圍可從約50sccm至約1000sccm，硅源氣體的流速范圍可從約1sccm至約50sccm，氧源氣體的流速范圍可從約50sccm至約1000sccm。
當(dāng)反應(yīng)室為批次型反應(yīng)室時(shí)，溫度范圍可從約500℃至約850℃，壓強(qiáng)范圍可從約0.1Torr至約2Torr，氮源氣體的流速范圍可從約50sccm至約1000sccm，硅源氣體的流速范圍可從約5sccm至約200sccm，氧源氣體的流速范圍可從約50sccm至約1000sccm。
圖10為說明五個(gè)晶片反射率的圖表，該五個(gè)晶片是用于確定在本發(fā)明典型實(shí)施例中形成的金屬氧化物的去除效率的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。x軸表示晶片號(hào)碼，而y軸表示反射率。
通過在硅襯底上沉積一氮化鎢層和一鎢層并進(jìn)行灰化工藝，可形成包括形成于鎢層上的一氧化鎢層的晶片1。如圖10所示，晶片1具有約50％的反射率。通過在硅襯底上沉積一氮化鎢層和一鎢層，并且進(jìn)行灰化工藝以形成如晶片1中的一氧化鎢層，且在如同本發(fā)明典型實(shí)施例的氮?dú)鈿夥障碌姆磻?yīng)室內(nèi)處理具有該鎢層的硅襯底，可形成具有約85％的反射率的晶片2和3。具有一氮化鎢層和一鎢層的參考晶片4和5的反射率約為85％。由于晶片2和3具有與參照晶片4和5大致相同的反射率，例如約85％，因此可以得出結(jié)論，從晶片2和3中的鎢層中去除了氧化鎢層。
圖11為掃描電鏡(SEM)照片，示出在通過根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的方法制造的半導(dǎo)體器件中的氧化硅層的沉積形貌。通過順序沉積并構(gòu)圖一柵極氧化層、一多晶硅層、一氮化鎢層、一鎢層和一氮化硅層，形成柵極線圖案。通過向反應(yīng)室提供作為氮源氣體的NH3氣體約5秒鐘，在柵極線圖案上形成一氧化硅層。接著，諸如N2O氣體的氧源氣體被提供給反應(yīng)室。在將N2O氣體提供給反應(yīng)室的大致同一時(shí)間停止供給NH3氣體。硅烷氣體(SiH4)被用作硅源氣體，并且在開始提供N2O氣體前約兩秒鐘提供該硅烷氣體給反應(yīng)室。在襯底的整個(gè)表面上形成厚度約為2000的多晶硅層。
然后，襯底沿垂直方向被切開并且用Hf被處理，以比蝕刻多晶硅層或柵極線圖案的其它材料層更快地選擇性蝕刻氧化硅層。沿圖11的柵極線圖案的黑色部分表示氧化硅層。如圖11所示，在形成了氧化硅層時(shí)，鎢層可不被氧化，結(jié)果鎢層的面積不會(huì)減少。另外，鎢層的氧化部分不會(huì)從柵極線圖案突出。因此，鎢層的寬度不會(huì)減少，并且可以改善柵極線圖案的垂直形貌。雖然本發(fā)明已經(jīng)參照其典型實(shí)施例被具體示出和描述，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)理解，在不脫離由權(quán)利要求所限定的本發(fā)明的精神和范圍的條件下，可作出各種形式和細(xì)節(jié)的變動(dòng)。
權(quán)利要求
1.一種制造具有氧化硅層的半導(dǎo)體器件的方法，該方法包括向一反應(yīng)室提供一氮源氣體，以在反應(yīng)室內(nèi)建立氮?dú)鈿夥眨灰约跋蚍磻?yīng)室提供一硅源氣體和一氧源氣體，以在半導(dǎo)體器件的半導(dǎo)體襯底上沉積一氧化硅層。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，還包括在提供該硅源氣體和該氧源氣體之前，在該半導(dǎo)體襯底上形成一導(dǎo)電材料層。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其中該導(dǎo)電材料層從由柵極線圖案、位線圖案、互連線圖案和導(dǎo)電焊墊層圖案構(gòu)成的組中選取。
4.如權(quán)利要求2所述的方法，其中該導(dǎo)電材料層包括一具有暴露部分的金屬層。
5.如權(quán)利要求4所述的方法，其中該金屬材料從由W、Ni、Co、TaN、Ru-Ta、TiN、Ni-Ti、Ti-Al-N、Zr、Hf、Ti、Ta、Mo、MoN、WN、Ta-Pt和Ta-Ti構(gòu)成的組中選取。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，其中該氮源氣體不包含氧。
7.如權(quán)利要求6所述的方法，其中該氮源氣體是NH3氣體。
8.如權(quán)利要求7所述的方法，其中NH3氣體的流速從約50sccm至約1000sccm，NH3氣體的溫度從約500℃至約850℃，而NH3氣體的壓強(qiáng)從約0.1Torr至約300Torr。
9.如權(quán)利要求1所述的方法，其中該硅源氣體從由SiH4、Si2H6、二氯硅烷(DCS)、三氯硅烷(TCS)和六氯硅烷(HCD)構(gòu)成的組中選取。
10.如權(quán)利要求1所述的方法，其中該氧源氣體從由N2O、NO和O2構(gòu)成的組中選取。
11.如權(quán)利要求1所述的方法，其中該硅源氣體在供給該氧源氣體前被提供。
12.如權(quán)利要求1所述的方法，其中該硅源氣體和該氧源氣體基本同時(shí)被提供。
13.如權(quán)利要求1所述的方法，其中該氮源氣體的供給在開始提供該氧源氣體后被停止。
14.如權(quán)利要求1所述的方法，其中該氮源氣體的供給在提供該氧源氣體的大致同一時(shí)間被停止。
15.如權(quán)利要求1所述的方法，其中該氮源氣體的供給在提供該硅源氣體和該氧源氣體前被停止。
16.如權(quán)利要求1所述的方法，其中該氧化硅層于壓強(qiáng)從約0.01Torr至約300Torr，溫度從約500℃至約850℃，硅源氣體的流速從約1sccm至約200sccm，氧源氣體的流速從約50sccm至約1000sccm的條件下被沉積。
17.如權(quán)利要求1所述的方法，其中通過熱化學(xué)汽相沉積工藝沉積該氧化硅層。
18.如權(quán)利要求1所述的方法，其中通過使用遠(yuǎn)端等離子體的等離子體增強(qiáng)化學(xué)汽相沉積工藝沉積該氧化硅層。
19.如權(quán)利要求1所述的方法，其中一氮化硅層在形成該氧化硅層前被形成在該半導(dǎo)體襯底上。
20.一種制造在柵極圖案上具有雙重間隔壁的半導(dǎo)體器件的方法，該方法包括向一反應(yīng)室提供一氮源氣體，以在反應(yīng)室內(nèi)建立氮?dú)鈿夥?；向反?yīng)室提供一硅源氣體和一氧源氣體，以在位于半導(dǎo)體器件的半導(dǎo)體襯底上的柵極圖案上沉積一氧化硅層；在該氧化硅層上形成一氮化硅層；以及蝕刻該氮化硅層和該氧化硅層，以在柵極圖案的側(cè)壁上形成雙重間隔壁。
21.如權(quán)利要求20所述的方法，其中通過各向異性地蝕刻該氮化硅層和該氧化硅層形成該雙重間隔壁。
22.如權(quán)利要求20所述的方法，其中通過各向異性地蝕刻該氮化硅層，并各向同性地蝕刻該氧化硅層，形成該雙重間隔壁。
23.如權(quán)利要求20所述的方法，其中該柵極圖案包括至少一具有暴露部分的金屬層。
24.如權(quán)利要求23所述的方法，其中該柵極圖案形成為一柵極絕緣層、一多晶硅層、一氮化鎢層、一鎢層和一柵極掩模層的順序堆疊結(jié)構(gòu)。
25.如權(quán)利要求23所述的方法，其中該金屬層從由W、Ni、Co、TaN、Ru-Ta、TiN、Ni-Ti、Ti-Al-N、Zr、Hf、Ti、Ta、Mo、MoN、WN、Ta-Pt和Ta-Ti構(gòu)成的組中選取。
26.如權(quán)利要求20所述的方法，其中該氮源氣體不包含氧。
27.如權(quán)利要求26所述的方法，其中該氮源氣體是NH3氣體。
28.如權(quán)利要求20所述的方法，其中該硅源氣體從由SiH4、Si2H6、DCS、TCS和HCD構(gòu)成的組中選取。
29.如權(quán)利要求20所述的方法，其中該氧源氣體從由N2O、NO和O2構(gòu)成的組中選取。
30.如權(quán)利要求20所述的方法，其中該硅源氣體在供給該氧源氣體前被提供。
31.如權(quán)利要求20所述的方法，其中該硅源氣體和該氧源氣體基本同時(shí)被提供。
32.如權(quán)利要求20所述的方法，其中該氮源氣體的供給在開始提供該氧源氣體后被停止。
33.如權(quán)利要求20所述的方法，其中該氮源氣體的供給在提供該氧源氣體的大致同一時(shí)間被停止。
34.如權(quán)利要求20所述的方法，其中該氮源氣體的供給在提供該硅源氣體和該氧源氣體前被停止。
35.如權(quán)利要求20所述的方法，其中該氧化硅層于壓強(qiáng)從約0.01Torr至約300Torr，溫度從約500℃至約850℃，硅源氣體的流速從約1sccm至約200sccm，氧源氣體的流速從約50sccm至約1000sccm的條件下被沉積。
36.如權(quán)利要求20所述的方法，其中通過熱化學(xué)汽相沉積工藝沉積該氧化硅層。
37.如權(quán)利要求20所述的方法，其中通過使用遠(yuǎn)端等離子體的等離子體增強(qiáng)化學(xué)汽相沉積工藝沉積該氧化硅層。
38.如權(quán)利要求20所述的方法，其中在形成該氧化硅層前，在該半導(dǎo)體襯底上形成一氮化硅層。
39.如權(quán)利要求1所述的方法，其中該氮源氣體在低溫下是可分解的。
40.如權(quán)利要求1所述的方法，還包括將該半導(dǎo)體襯底裝載入該反應(yīng)室內(nèi)。
41.如權(quán)利要求20所述的方法，還包括在該半導(dǎo)體襯底上形成該柵極圖案。
42.如權(quán)利要求41所述的方法，還包括將包括該柵極圖案的該半導(dǎo)體襯底裝載入該反應(yīng)室內(nèi)。
43.一種在一襯底上形成一氧化硅層的方法，包括在一反應(yīng)室內(nèi)保持氮?dú)鈿夥?；以及提供一硅源氣體和一氧源氣體，以在該襯底上形成該氧化硅層。
44.如權(quán)利要求43所述的方法，其中保持氮?dú)鈿夥瞻ㄏ蚍磻?yīng)室內(nèi)持續(xù)一段時(shí)間提供一氮源氣體。
45.如權(quán)利要求44所述的方法，其中該氮源氣體不包含氧。
46.如權(quán)利要求45所述的方法，其中該氮源氣體是NH3氣體。
47.如權(quán)利要求43所述的方法，其中該硅源氣體從由SiH4、Si2H6、二氯硅烷(DCS)、三氯硅烷(TCS)和六氯硅烷(HCD)構(gòu)成的組中選取。
48.如權(quán)利要求43所述的方法，其中該氧源氣體從由N2O、NO和O2構(gòu)成的組中選取。
49.如權(quán)利要求43所述的方法，其中該硅源氣體在供給該氧源氣體前被提供。
50.如權(quán)利要求43所述的方法，其中該硅源氣體和該氧源氣體基本同時(shí)被提供。
51.如權(quán)利要求44所述的方法，其中該氮源氣體的供給在開始提供該氧源氣體后被停止。
52.如權(quán)利要求44所述的方法，其中該氮源氣體的供給在提供該氧源氣體的大致同一時(shí)間被停止。
53.如權(quán)利要求44所述的方法，其中該氮源氣體的供給在提供該硅源氣體和該氧源氣體前被停止。
54.如權(quán)利要求43所述的方法，還包括在提供該硅源氣體和該氧源氣體前，在該半導(dǎo)體襯底上形成一導(dǎo)電材料層。
55.如權(quán)利要求54所述的方法，其中該導(dǎo)電材料層從由柵極線圖案、位線圖案、互連線圖案和導(dǎo)電焊墊層圖案構(gòu)成的組中選取。
56.如權(quán)利要求55所述的方法，其中該導(dǎo)電材料層包括一具有暴露部分的金屬層。
57.如權(quán)利要求56所述的方法，其中該金屬材料從由W、Ni、Co、TaN、Ru-Ta、TiN、Ni-Ti、Ti-Al-N、Zr、Hf、Ti、Ta、Mo、MoN、WN、Ta-Pt和Ta-Ti構(gòu)成的組中選取。
58.一種在一導(dǎo)電材料層上形成雙重間隔壁的方法，包括在一反應(yīng)室內(nèi)保持氮?dú)鈿夥眨煌ㄟ^提供一硅源氣體和一氧源氣體，在導(dǎo)電材料層上形成一氧化硅層；在該氧化硅層上形成一氮化硅層；以及蝕刻該氮化硅層和該氧化硅層，以在該導(dǎo)電材料層上形成雙重間隔壁。
59.如權(quán)利要求58所述的方法，其中保持氮?dú)鈿夥瞻ㄏ蚍磻?yīng)室內(nèi)持續(xù)一段時(shí)間提供一氮源氣體。
60.如權(quán)利要求58所述的方法，其中形成該氮化硅層包括進(jìn)行一化學(xué)汽相沉積工藝。
61.如權(quán)利要求60所述的方法，其中通過熱化學(xué)汽相沉積工藝沉積該氧化硅層。
62.如權(quán)利要求60所述的方法，其中通過使用遠(yuǎn)端等離子體的等離子體增強(qiáng)化學(xué)汽相沉積工藝沉積該氧化硅層。
63.如權(quán)利要求59所述的方法，其中該氮源氣體不包含氧。
64.如權(quán)利要求63所述的方法，其中該氮源氣體是NH3氣體。
65.如權(quán)利要求58所述的方法，其中該硅源氣體從由SiH4、Si2H6、二氯硅烷(DCS)、三氯硅烷(TCS)和六氯硅烷(HCD)構(gòu)成的組中選取。
66.如權(quán)利要求58所述的方法，其中該氧源氣體從由N2O、NO和O2構(gòu)成的組中選取。
67.如權(quán)利要求58所述的方法，其中該導(dǎo)電材料層從由一柵極線圖案、一位線圖案、一互連線圖案和一導(dǎo)電焊墊層圖案構(gòu)成的組中選取。
68.如權(quán)利要求67所述的方法，其中該導(dǎo)電材料層包括一具有暴露部分的金屬層。
69.如權(quán)利要求68所述的方法，其中該金屬材料從由W、Ni、Co、TaN、Ru-Ta、TiN、Ni-Ti、Ti-Al-N、Zr、Hf、Ti、Ta、Mo、MoN、WN、Ta-Pt和Ta-Ti構(gòu)成的組中選取。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種制造具有雙重間隔壁的半導(dǎo)體器件的方法。該方法包括下列步驟通過提供一氮源氣體，可在反應(yīng)室內(nèi)建立并保持氮?dú)鈿夥?；然后，可向反?yīng)室提供一硅源氣體和一氧源氣體，以在半導(dǎo)體襯底上沉積一氧化硅層，該半導(dǎo)體襯底可包括一導(dǎo)電材料層；然后，通過進(jìn)行通常的CVD工藝，可在該氧化硅層上形成一氮化硅層；接著，該氮化硅層可被蝕刻至暴露出該氧化硅層。由于氮化硅與氧化硅之間的蝕刻選擇性差異，因此部分該氮化硅層可保留在該導(dǎo)電材料層的側(cè)壁上。結(jié)果，可在側(cè)壁上形成由一氧化硅層和一氮化硅層形成的雙重間隔壁。
文檔編號(hào)H01L27/115GK1471144SQ03148470
公開日2004年1月28日 申請(qǐng)日期2003年6月30日 優(yōu)先權(quán)日2002年7月9日
發(fā)明者具滋欽, 李彰原, 許盛俊, 宣敏喆, 尹宣弼 申請(qǐng)人:三星電子株式會(huì)社