專利名稱：具有凹槽柵極的半導(dǎo)體器件的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種制造半導(dǎo)體器件的方法，更具體涉及一種制造具有凹 槽柵極的半導(dǎo)體器件的方法。
背景技術(shù)：
近年來隨著半導(dǎo)體器件的高度集成，結(jié)泄漏(junction leakage)已增加。 結(jié)泄漏是由于單元晶體管(cell transistors)的溝道長度減少以及襯底的離子 注入摻雜濃度增加所引起，導(dǎo)致電場增加。因此，難以保持具有典型平面 晶體管結(jié)構(gòu)的器件的刷新(refresh)特性。
為了克服此困難，已經(jīng)引入三維凹槽(recess)柵極方法。該方法包括蝕 刻襯底有源區(qū)的特定部分以形成凹槽，并在該凹槽上方形成柵極。因此單 元晶體管的溝道長度增加并且離子注入摻雜濃度下降，進(jìn)而改善刷新特 性。
圖l顯示制造具有凹槽4t極的半導(dǎo)體器件的典型方法的截面圖。器件 隔離結(jié)構(gòu)12形成在襯底11中。圖案化的氧化物層13與硬掩模14形成在 該襯底結(jié)構(gòu)上方。圖案化的氧化物層13與硬4^模14暴露出預(yù)定用于形成 凹槽的部分襯底。利用硬掩模14作為蝕刻掩模蝕刻襯底11，以形成具有 垂直剖面的凹槽。
然而，具有尖頭形狀的角(horn)可在形成凹槽的典型方法期間形成。 亦即，由于在過程期間例如等離子體蝕刻過程期間所使用的方法，使得凹 槽圖案底部可能得到尖的V形剖面。因此，具有尖頭形狀的角可形成在鄰 近器件隔離結(jié)構(gòu)的凹槽圖案的邊緣處。在形成器件隔離結(jié)構(gòu)的過程例如淺 溝槽隔離(STI)過程中，STI角變得小于卯度，并因此形成所述角。所述 角經(jīng)常稱為應(yīng)力集中點(diǎn)，在器件操作期間增加漏電流。因此，器件刷新特
性可能劣化。
圖2示出才艮據(jù)所述典型方法的凹槽圖案與所述角的剖面的顯微圖。具 有實(shí)質(zhì)高度的所述角保持接近器件隔離區(qū)。盡管引入前述凹槽柵極過程以 改善器件刷新特性，但所述角可能劣化器件刷新特性。因此，可能需要可 以使所述角的尺寸最小化并降低漏電流的技術(shù)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的實(shí)施方案在于提供一種制造具有凹槽柵極的半導(dǎo)體器件的 方法，其可通過使在凹槽形成過程中所產(chǎn)生的角的尺寸最小化來降低漏電 流，從而改善器件更新特性。
根據(jù)本發(fā)明的一些方面，提供一種制造半導(dǎo)體器件的方法，包括在 襯底上方形成硬掩模圖案，其中所述硬掩模圖案暴露出凹槽區(qū)；在已暴露 的凹槽區(qū)上實(shí)施第一蝕刻過程以形成具有側(cè)壁的第一凹槽并在所述第一 凹槽的側(cè)壁上形成鈍化層，其中所述鈍化層由第一蝕刻過程的蝕刻反應(yīng)物 組成；和在所述第一凹槽下方的所述襯底上實(shí)施第二蝕刻過程以形成第二 凹槽。


圖l顯示制造具有凹槽柵極的半導(dǎo)體器件的典型方法的截面圖。
圖2示出才艮據(jù)典型方法的凹槽圖案和角的剖面的顯微圖。
圖3A至3E示出根據(jù)本發(fā)明一些實(shí)施方案的制造具有凹槽柵極的半導(dǎo) 體器件的方法的截面圖。
圖4示出根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方案的凹槽圖案和角的剖面的顯微圖。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明涉及一種制造具有凹槽柵極的半導(dǎo)體器件的方法。根據(jù)本發(fā)明 的一些實(shí)施方案，形成具有雙剖面的凹槽，其中所述凹槽的頂部與底部剖 面不同，使得形成在鄰近器件隔離結(jié)構(gòu)的區(qū)域中的角的尺寸最小化。因此， 可降低漏電流并可改善器件的刷新特性。因此，在制造該器件時(shí)，可提高 產(chǎn)率并減少成本。
圖3A至3E示出根據(jù)本發(fā)明一些實(shí)施方案的制造具有凹槽柵極的半導(dǎo)體器件的方法的截面圖。
參照圖3A,器件隔離結(jié)構(gòu)32形成在襯底31中。器件隔離結(jié)構(gòu)32限 定有源區(qū)，并可通過采用淺溝槽隔離(STI)工藝來形成。第一硬掩模33和 第二硬掩模34形成在村底31和器件隔離結(jié)構(gòu)32上方。第一硬掩模33可 包括氧化物基材料，并且第二硬掩模34可包括無定形碳。在形成后續(xù)凹 槽的過程中，第一硬掩模33和第二硬掩模34起蝕刻阻擋層的功能。在第 二硬掩模34上方形成光刻膠圖案36。光刻膠圖案36暴露出用于形成凹槽 的預(yù)定部分?？狗瓷渫繉?5可插入在光刻膠圖案36下方，以在曝光過程 中降低反射。
參照圖3A和3B，利用光刻膠圖案36作為蝕刻掩模來蝕刻第二硬掩 模34和第一硬掩模33。附圖標(biāo)記35A、 34A和33A是指抗反射涂層圖案 35A、第二硬掩模圖案34A和第一硬掩模圖案33A。更詳細(xì)而言，蝕刻第 二硬掩模34以暴露出部分第一硬掩模33。第二硬掩模34的蝕刻可使用磁 性增強(qiáng)反應(yīng)離子蝕刻(MERIE)作為等離子體源和包括氮(1\2)和氧(02)的氣 體混合物。蝕刻第一硬掩模33以暴露出部分襯底31。第一硬掩模33的蝕 刻可使用包括CFx/CHFY/02的氣體混合物。
參照圖3B和3C，移除光刻膠圖案36和抗反射涂層圖案35A。隨后 移除第二硬掩模圖案34A。第二硬掩模圖案34A可僅利用02等離子體并 提供電源功率來移除。在此不提供偏壓功率。02等離子體的流量可以從約 200sccm到約1000sccm。
參照圖3D，利用第一硬掩模圖案33A作為蝕刻阻擋層，在襯底31上 實(shí)施第一蝕刻過程以形成第一凹槽37A。形成第一凹槽37A的第一蝕刻過 程可包括使用變壓器耦合等離子體(TCP)/電感耦合等離子體(ICP)作為等 離子體源，并使用包含主蝕刻氣體溴化氫(HBr)和附加氣體CFXHY的氣體 混合物。第 一蝕刻過程的方法可包括約2mTorr到約20mTorr范圍的壓力、 約700W到約1500W范圍的電源功率，以及約200W到約500W范圍的 偏壓功率。采用前述條件可得到具有垂直剖面和約200A到約500A范圍 的深度的第一凹槽37A。
在形成第一凹槽37A的第一蝕刻過程中，在蝕刻表面上尤其是在第一 凹槽37A的側(cè)壁上由于CFxHy氣體而形成作為蝕刻反應(yīng)物的聚合物。該 聚合物在下文中被稱為鈍化層38。在形成后續(xù)第二凹槽的過程中，鈍化層 38起到蝕刻阻擋層的作用。由于無定形碳層形成為第二硬掩模34以及蝕
刻氣體包括CFxHy氣體，因而產(chǎn)生足量的聚合物。當(dāng)在形成第一凹槽37A 的第一蝕刻過程和鈍化層38的形成過程中使用的蝕刻氣體中加入CFXHY 氣體時(shí)，CFXHY氣體可包括三氟曱烷(CHF3)氣體和二氟甲烷(CH2F2)氣體 的其中之一。
參照圖3E，利用第一硬掩模圖案33A和鈍化層38(參照圖3D)作為蝕 刻阻擋層，在襯底31上實(shí)施第二蝕刻過程以形成第二凹槽37B。所述第二 蝕刻過程可原位(in-situ)實(shí)施。形成第二凹槽37B的第二蝕刻過程可包括 使用TCP/ICP作為等離子體源以及使用包含氯基氣體和溴基氣體的氣體 混合物。第二蝕刻過程的方法可包括約10mTorr到約30mTorr范圍的壓 力、約500W到約1000W范圍的電源功率和約200W到約500W范圍的 偏壓功率。當(dāng)使用HBr作為溴基氣體和使用氯(Cl2)作為氯基氣體時(shí)，HBr 與Cl2的流量比可從約0.5到約2:1。利用前述務(wù)泮在襯底31上以輕微各 向同性蝕刻特性實(shí)施第二蝕刻過程。因此，第二凹槽37B可形成弓形 (bowed)剖面，其中第二凹槽37B的側(cè)壁向內(nèi)彎成弓形，其深度在約700A 到約1000A的范圍。
第一凹槽37A與第二凹槽37B預(yù)期構(gòu)成具有雙剖面的凹槽。所述雙剖 面是指凹槽的頂部與底部具有彼此不同的剖面。具有雙剖面的預(yù)期凹槽的 底部具有大于典型凹槽寬度幾十納米(nm)的寬度。
盡管沒有示出，但在形成第二凹槽37B之后，可實(shí)施第三蝕刻過程以 擴(kuò)寬所述預(yù)期凹槽的底部寬度。所述第三蝕刻過程利用第 一硬掩模圖案 33A和鈍化層38作為蝕刻阻擋層。結(jié)果第二凹槽37B向側(cè)面擴(kuò)寬。所述 第三蝕刻過程可包括使用TCP/ICP作為等離子體源，并使用包含HBr/Cl2 的混合氣體和六氟化硫(SF6)/02混合氣體的氣體。所述第三蝕刻過程的方 法包括約20mTorr到約100mTorr范圍的壓力、約500W到約1500W范 圍的電源功率以及約50W或更低的偏壓功率?？梢允褂肗Fx氣體或CFx 氣體代替SF6氣體。利用前述方法在襯底31上以輕微各向同性蝕刻特性實(shí) 施所述第三蝕刻過程。因此，第二凹槽37B可向側(cè)面擴(kuò)寬約10nm到約 15nm。角的尺寸可進(jìn)一步通過實(shí)施所述第三蝕刻過程來減小。盡管沒有示 出，但移除第一硬掩模圖案33A并實(shí)施形成凹槽柵極圖案的過程。
圖4示出根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方案的凹槽圖案和角的剖面的顯微圖。 當(dāng)與典型方法(參照圖2)比較時(shí)，角的尺寸得到實(shí)質(zhì)上的減小。而且根據(jù)本 實(shí)施方案的凹槽圖案具有雙剖面而不是典型凹槽圖案的尖剖面。亦即，即 使STI角變得小于約90度，所述角的尺寸也可被最小化。該具有雙剖面的凹槽圖案可減少漏電流并改善刷新特性。因此，在制造該器件時(shí)，可增 加產(chǎn)量和降低成本。
在一些披露的實(shí)施方案中，利用TCP/ICP作為等離子體源在高密度 蝕刻設(shè)備中實(shí)施第一、第二和第三蝕刻過程，但在一些替代實(shí)施方案中， 所述第一，第二或第三蝕刻過程可以在附加法拉弟屏蔽(faraday shield)的 ICP型蝕刻設(shè)備中實(shí)施。此外，在一些替代實(shí)施方案中，所述第一，第二 或第三蝕刻過程可在蝕刻設(shè)備中利用選自微波下游(MDS)、'電子回旋共振 (ECR)和螺旋(helical)的等離子體源來蝕刻。
雖然本發(fā)明已相對于一些實(shí)施方案得到說明，但是對本領(lǐng)域技術(shù)人員 顯而易見的是，可作出各種變化與修改而不脫離如所附權(quán)利要求所限定的 本發(fā)明的精神與范圍。
附圖標(biāo)記說明
11、 31襯底
12、 32器件隔離結(jié)構(gòu)
13圖案化氧化物層
14硬掩模
33第一硬掩模
33A第一硬掩模圖案
34第二硬掩模
34A第二硬掩模圖案
35抗反射涂層
35A抗反射涂層圖案
36光刻膠圖案
37A第一凹槽
37B第二凹槽
38鈍化層
權(quán)利要求
1.一種制造半導(dǎo)體器件的方法，包括在襯底上方形成硬掩模圖案，其中所述硬掩模圖案暴露出凹槽區(qū)；在暴露的凹槽區(qū)上實(shí)施第一蝕刻過程，以形成具有側(cè)壁的第一凹槽并且在所述第一凹槽的側(cè)壁上形成鈍化層，其中所述鈍化層由所述第一蝕刻過程的蝕刻反應(yīng)物組成；和在所述第一凹槽下方的所述襯底上實(shí)施第二蝕刻過程，以形成第二凹槽。
2. 如權(quán)利要求1的方法，還包括實(shí)施第三蝕刻過程以向側(cè)面擴(kuò)寬所述第 二凹槽。
3. 如權(quán)利要求1的方法，其中形成所述硬掩模圖案還包括形成包含氧化 物基層和無定形碳層的硬掩模圖案。
4. 如權(quán)利要求3的方法，其中實(shí)施所述第一蝕刻過程還包括 從所述硬掩模圖案中移除所述無定形碳層；和利用所述硬掩模圖案的氧化物基層作為蝕刻阻擋層，在暴露的凹槽區(qū) 上實(shí)施所述第一蝕刻過程。
5. 如權(quán)利要求4的方法，其中移除所述無定形碳層還包括使用流量范圍 為約200sccm到約1000sccm的氧(02)等離子體并供應(yīng)預(yù)定量的電源功率。
6. 如權(quán)利要求l的方法，其中實(shí)施所述第一蝕刻過程還包括使用包括溴 化氫(HBr)和CFXHY的氣體。
7. 如權(quán)利要求6的方法，其中CFXHY包含三氟曱烷(CHF3)和二氟甲烷 (CH2F2)的其中之一。
8. 如權(quán)利要求6的方法，其中實(shí)施所述第一蝕刻過程還包括使用約 2mTorr到約20mTorr范圍的壓力、4吏用約700W到約1500W范圍的電源 功率以及使用約200W到約500W范圍的偏壓功率。
9. 如權(quán)利要求l的方法，其中實(shí)施所述第二蝕刻過程還包括使用包括溴 基氣體和氯基氣體的氣體。
10. 如權(quán)利要求9的方法，其中實(shí)施所述第二蝕刻過程還包括使用包含 HBr的溴基氣體以及使用包含氯(Cl2)的氨基氣體。
11. 如權(quán)利要求10的方法，其中實(shí)施所述第二蝕刻過程還包括使用約0.5 到約2:1范圍的HBr與02的流量比。
12. 如權(quán)利要求9的方法，其中實(shí)施所述第二蝕刻過程還包括使用約 10mTorr到約30mTorr范圍的壓力、使用約500W到約1000W范圍的電 源功率以及使用約200W到約500W范圍的偏壓功率。
13. 如權(quán)利要求2的方法，其中實(shí)施所述第三蝕刻過程還包括使用包括 HBr和Cl2的氣體混合物以及六氟化硫(SF6)和02的氣體混合物的氣體。
14. 如權(quán)利要求13的方法，其中實(shí)施所述第三蝕刻過程還包括使用包括 HBr和Cl2的氣體混合物以及02和選自NFx氣體和CFy氣體中之一的氣 體混合物的氣體。
15. 如權(quán)利要求13的方法，其中實(shí)施所述第三蝕刻過程還包括使用約 20mTorr到約100mTorr范圍的壓力、使用約500W到約1500W范圍的電 源功率以及使用約50W或更低的偏壓功率。
16. 如權(quán)利要求l的方法，其中實(shí)施所述第一蝕刻過程與實(shí)施所述第二蝕 刻過程還包括在高密度蝕刻設(shè)備中原位實(shí)施所述第一蝕刻過程和實(shí)施所 述第二蝕刻過程。
17. 如權(quán)利要求16的方法，其中所述高密度蝕刻設(shè)備包含等離子體源，所 述等離子體源選自變壓器耦合等離子體(TCP)、電感耦合等離子體(ICP)、 微波下游(MDS)、電子回旋共振(ECR)和螺旋。
18. 如權(quán)利要求l的方法，其中實(shí)施所述第一蝕刻過程還包括利用所述硬掩模圖案作為蝕刻阻擋層。
19. 如權(quán)利要求l的方法，其中實(shí)施所述第二蝕刻過程還包括利用所述鈍 化層作為蝕刻阻擋層。
20. 如權(quán)利要求1的方法，其中實(shí)施所述第二蝕刻過程還包括在所述第一 凹槽下方的所述襯底上實(shí)施所述第二蝕刻過程，以形成具有弓形剖面的第 二凹槽。
全文摘要
一種制造半導(dǎo)體器件的方法，包括在襯底上方形成硬掩模圖案，其中所述硬掩模圖案暴露出凹槽區(qū)；在暴露的凹槽區(qū)上實(shí)施第一蝕刻過程，以形成具有側(cè)壁的第一凹槽并且在所述第一凹槽的側(cè)壁上形成鈍化層，其中所述鈍化層由所述第一蝕刻過程的蝕刻反應(yīng)物組成；和在所述第一凹槽下方的所述襯底上實(shí)施第二蝕刻過程，以形成第二凹槽。
文檔編號H01L21/308GK101174564SQ20071011059
公開日2008年5月7日 申請日期2007年6月4日 優(yōu)先權(quán)日2006年10月30日
發(fā)明者趙瑢泰, 金錫基 申請人:海力士半導(dǎo)體有限公司