專利名稱：制造半導(dǎo)體器件的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種制造半導(dǎo)體器件的方法，并更特別地，涉及一種在 具有不同圖案密度的區(qū)域中使用硬掩模方案的蝕刻方法。
背景技術(shù)：
隨著半導(dǎo)體器件變得更高度集成，柵極的臨界尺寸(CD)減小。不僅 在存儲單元區(qū)域中而且也在周邊區(qū)域域中需要CD的減小，其中在所述 周邊區(qū)域域中形成用以驅(qū)動單元的驅(qū)動電路、諸如譯碼器的邏輯器件和 讀出放大器的周邊區(qū)域。一般而言，硬掩模方案應(yīng)用于形成半導(dǎo)體器件柵極的柵極蝕刻工藝 中。根據(jù)該硬掩模方案，在光刻膠圖案下方形成具有與用作蝕刻掩模的 光刻膠圖案基本上相同圖案的硬掩模，以補償光刻膠圖案的限制。然后， 在除去該光刻膠圖案之后，將該硬掩模用作該柵極蝕刻工藝的蝕刻掩 模。然而，當(dāng)在該柵極蝕刻工藝期間蝕刻用于該硬掩模的氮化物層時， 與單元區(qū)域相比，由圖案密度差異導(dǎo)致的負(fù)載效應(yīng)增加了周邊區(qū)域的最 終檢視臨界尺寸(FICD)。即使在對該單元區(qū)域和該周邊區(qū)域應(yīng)用相同的 DICDs時，與周邊區(qū)域的顯影檢視臨界尺寸(DICD)相比，該負(fù)載效應(yīng) 增加了該FICD。因此，需要以與相應(yīng)于該FICD改變值的蝕刻CD偏壓一^^多地降 低周邊區(qū)域的DICD。然而，在該情況下，當(dāng)使用光掩模進(jìn)行曝光工藝 時，會減小裕度。結(jié)果，在該周邊區(qū)域中發(fā)生諸如圖案塌陷的圖案故障。 此外，隨著半導(dǎo)體器件的線寬的減小，周邊區(qū)域的柵極FICD減小。因 此，需要與該蝕刻CD偏壓一樣多地減小該周邊區(qū)域的DICD。因此，
光刻工藝的裕度降低，使得難以形成圖案。 發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的實施方案提供一種制造半導(dǎo)體器件的方法，所述方法防止 具有高圖案密度的區(qū)域(即，存儲單元區(qū)域)和具有低圖案密度的區(qū)域(即，周邊區(qū)域域)之間的柵極最終檢測臨界尺寸(FICD)差異的增加。依據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供一種制造包含第一區(qū)域和第二區(qū)域的 半導(dǎo)體器件的方法，其中在該第二區(qū)域中形成的蝕刻目標(biāo)圖案的圖案密度小于在該第一區(qū)域中形成的蝕刻目標(biāo)圖案的圖案密度。該方法包括 提供含有該第一區(qū)域和該第二區(qū)域的襯底；在該襯底上形成蝕刻目標(biāo) 層；在該蝕刻目標(biāo)層上形成硬掩模層；蝕刻該硬掩模層以分別在該第一 區(qū)域和第二區(qū)域中形成第一硬掩模圖案和第二硬掩模圖案；減小在該第二區(qū)域中形成的第二硬掩模圖案的寬度；及使用該第一硬掩模圖案和具 有減小寬度的該第二硬掩模圖案作為蝕刻阻擋來蝕刻該蝕刻目標(biāo)層，以 在該第一區(qū)域和第二區(qū)域中形成蝕刻目標(biāo)圖案。


圖1A到1F舉例說明根據(jù)本發(fā)明實施方案制造半導(dǎo)體器件的方法的 橫截面圖。
具體實施方式
本發(fā)明的實施方案涉及制造半導(dǎo)體器件的方法。參照附圖，放大所舉例說明的層和區(qū)域的厚度以利于說明。當(dāng)?shù)谝?層被稱為"在第二層上，，或"在襯底上"時，其可以表示該第一層直接形 成在第二層或襯底上，或其也可表示在該第一層與該襯底之間可存在第 三層。此外，在本發(fā)明各種實施方案中的相同或相似的附圖標(biāo)記在不同 的附圖中表示相同或相似的元件。圖1A到1F舉例說明根據(jù)本發(fā)明實施方案的制造半導(dǎo)體器件的方法 的橫截面圖。參照圖1A，提供包含存儲單元區(qū)域CELL與周邊區(qū)域PERI的襯 底10。該襯底10包含絕緣體上硅(SOI)襯底或價錢低廉的大塊村底。
隨后，在襯底10上形成柵極絕緣層11。該柵極絕緣層11包含氧化 硅(Si02)層，氧化硅層與氮化物層的疊層結(jié)構(gòu)，或者諸如氧化鉿(Hf02) 層、氧化鋯(ZrCh)層、及氧化鋁(A103)層的金屬氧化物層，該金屬氧化 物層具有比氧化珪層高的介電常數(shù)。例如，當(dāng)使用Si02層形成該柵極 絕緣層11時，其可通過濕氧化、干氧化、或者自由基氧化法實現(xiàn)。然后，在該柵極絕緣層11上形成柵極導(dǎo)電層12。此時，該柵極導(dǎo) 電層12包含摻雜的多晶硅層和未摻雜的多晶硅層。例如，通過使用硅 烷(SiH4)氣體的低壓化學(xué)氣相沉積(LPCVD)法來形成該未摻雜的多晶珪 層。形成柵極金屬層13以降低柵極電極的電阻率。此時，該柵極金屬層13包含選自過渡金屬、稀土金屬、及其合金 的一種，或具有這些金屬的疊層結(jié)構(gòu)。該柵極金屬層13也可包含該過 渡金屬、稀土金屬或其合金的氧化物物質(zhì)、氮化物物質(zhì)、或者硅化物物 質(zhì)。例如，該柵極金屬層13可具有鎢(W)層及硅化鎢(Wsi)層的疊層結(jié) 構(gòu)，或W層、氮化鵠(WN)層和Wsi層的疊層結(jié)構(gòu)。氮化物層14形成在該柵極金屬層13上作為柵極硬掩模層。在該氮化物層14上形成氮化鈦層(TiN)15作為硬掩模層。除了該TiN 層之外，硬掩模層可由鈦(Ti)/TiN層、四氯化鈦(TiCl4)層、W層、WN 層、及入1203層的一種形成。在該TiN層15上形成包含大量硅即包含大于10%硅的硅富集的碳 (SRC)層16，作為第二硬掩模層。該SRC層16用作抗反射涂(ARC)層。 因此，不需要單獨地形成有機(jī)基ARC層。在該SRC層16上進(jìn)行光刻工藝，以形成用于柵極蝕刻掩模的光刻 膠圖案17。參照圖1B，使用圖1A中所示的光刻膠圖案17作為蝕刻掩模來蝕 刻該SRC層16，以分別在單元區(qū)域CELL和周邊區(qū)域PERI中形成第 一硬掩模圖案和第二硬掩模圖案。通過使用反應(yīng)離子蝕刻(RIE)或磁增 強RIE(MERIE)法并使用CF4與02氣體來進(jìn)行該蝕刻工藝。此外，使 用CxFy、 CxHyFz、三氟化氮(NF3)、氯(Cl2)、或三氯硼烷(BCl3)氣體的一 種，或其氣體混合物，其中x、 y及z為自然數(shù)。然后，除去該光刻膠 圖案17。
參照圖1C,進(jìn)行光刻工藝以形成覆蓋單元區(qū)域CELL并暴露周邊 區(qū)域PERI的光刻膠圖案18。使用該光刻膠圖案18作為蝕刻掩模，僅選擇性地蝕刻形成在該周 邊區(qū)域PERI中的SRC層16。該蝕刻工藝19優(yōu)選為使用RIE或MERIE 法的各向同性蝕刻。在該蝕刻工藝19中，使用對該TiN層15具有較高 蝕刻選擇性的四氟甲烷(CF4)和氧(02)氣體，以防止該TiN層15的損失。 此外，僅使用CxFy、 CxHyFz、 NF3、 Cl2、與BCl3氣體的一種，或使用 包含上述氣體的氣體混合物，其中x、 y及z為自然數(shù)。此外，對于該 各向同性蝕刻工藝，由源功率分別施加小于約300W的偏壓功率，優(yōu)選 約100W到約300W。在此方式下，該第二硬掩模圖案的寬度減小，導(dǎo) 致形成在周邊區(qū)域PERI中的SRC層16的CD減小。即，在圖1B中、 在周邊區(qū)域PERI中的SRC層16的CD(CD1)大于在圖1C中SRC層 16的CD(CD2)。同時，在該單元區(qū)域CELL中該SRC層16的CD不 改變。參照圖ID,除去該光刻膠圖案18(參照圖1C)。當(dāng)除去該光刻膠圖 案18時，優(yōu)選使用等離子體02氣體、N2/02的氣體混合物、或N2/02/H2 的氣體混合物，以防止損害該SRC層16。使用該SRC層16作為蝕刻阻擋來蝕刻該TiN層15。使用C12、BC13、 CH4、或N2氣體來進(jìn)行該蝕刻工藝。參照圖1E，使用該TiN層15作為蝕刻阻擋來除去氮化物層14,同 時除去該SRC層16或者不除去。此時，使用CxFy/02/Ar的氣體混合物 或CxHyFz/02/Ar的氣體混合物進(jìn)行該蝕刻工藝，其中x, y及z為自然 數(shù)。因此，氮化物圖案14A形成為具有垂直外形。參照圖1F，除去該TiN層15(參照圖1E)。然后，使用該氮化物圖 案14A作為蝕刻阻擋，蝕刻該柵極金屬層13和該柵極導(dǎo)電層12。通過 使用高密度等離子體(HDP)蝕刻系統(tǒng)諸如感應(yīng)耦合等離子體(ICP)、去耦 等離子體源(DPS)、及電子回旋共振(ECR)系統(tǒng)，進(jìn)行該蝕刻工藝。使 用BC13、 CxFy、 NFX、 SFx氣體的一種及其氣體混合物。每種BC13、 CxFy、 NFx和SFx氣體的流量為約10sccm到約50sccm。同時，Ch氣體的流量 為約50sccm到約200sccm。為了形成垂直外形，施加約500W到約 2000W的源功率并4吏用附加氣體，其中該附加氣體包含流量約lsccm
到約20sccm的02氣體、流量約lsccm到約100sccm的氮(N2)氣體、流 量約50sccm到約200sccm的氬(Ar)氣體、流量約50sccm到約200sccm 的氦(He)氣體、及其氣體混合物的一種。此后，該蝕刻的柵極金屬層和 該蝕刻的導(dǎo)電圖案的附圖標(biāo)記分別改為13A和12A。依據(jù)另一個實施方案，在使用該氮化物圖案14A蝕刻該柵極金屬層 13之后，可在得到的結(jié)構(gòu)上沉積薄氮化物層(即，蓋氮化物層)，以防止 金屬材料比如構(gòu)成該柵極金屬層13的鎢異常氧化。即，當(dāng)使用該氮化 物圖案14A蝕刻該柵極金屬層13和該柵極導(dǎo)電層12時，該柵極導(dǎo)電層 12的暴露部分保持有特定的厚度。然后，在蝕刻的柵極金屬層13A和 蝕刻的柵極導(dǎo)電層(沒有顯示)的側(cè)壁上形成該蓋氮化物層。使用NF3、 CF4、 SF6、 Cl2、 02、 Ar、 He、 HBr或N2氣體、或其氣體混合物形成 該蓋氮化物層。然后，通過使用在其上形成蓋氮化物層的氮化物圖案 14A作為蝕刻掩模，除去柵極導(dǎo)電層的剩余暴露部分。此時，使用Cl2、 HBr、 02或N2氣體作為蝕刻氣體以得到對于柵極絕緣層11的高蝕刻選 擇性。然后，通過使用臭氧(03)氣體與溶劑、緩沖氧化物蝕刻劑(BOE)和 去離子(DI)水將所得結(jié)構(gòu)浸于浸浴中，來進(jìn)行清洗工藝。也可通過使用 旋轉(zhuǎn)型方法進(jìn)行該清洗工藝。根據(jù)上述的本發(fā)明，在具有相對高圖案密度與相對低圖案密度的區(qū) 域中減小硬掩模的CDs之后，使用具有減小CDs的硬掩模作為蝕刻阻 擋來蝕刻蝕刻目標(biāo)層。因此，其能夠減小在具有低圖案密度的區(qū)域中的 蝕刻目標(biāo)圖案的FICD。雖然關(guān)于具體實施方案說明了本發(fā)明，但本領(lǐng)域技術(shù)人員顯而易見的 是，不背離如下a利要求所限定的本發(fā)明的精神與范圍，可以進(jìn)行各種 改變與修改。特別地，雖然在本發(fā)明的實施方案中，作為蝕刻蝕刻目標(biāo)層 舉例說明了柵極，但本發(fā)明可應(yīng)用于蝕刻在具有不同圖案密度的域中形成 的蝕刻目標(biāo)層的任何工藝。
權(quán)利要求
1.一種制造半導(dǎo)體器件的方法，該半導(dǎo)體器件包含第一區(qū)域和第二區(qū)域的，其中在該第二區(qū)域中形成的蝕刻目標(biāo)圖案的圖案密度小于在該第一區(qū)域中形成的蝕刻目標(biāo)圖案的圖案密度，該方法包括提供含有該第一區(qū)域和該第二區(qū)域的襯底；在該襯底上形成蝕刻目標(biāo)層；在該蝕刻目標(biāo)層上形成硬掩模層；蝕刻該硬掩模層，以分別在該第一區(qū)域和第二區(qū)域中形成第一硬掩模圖案和第二硬掩模圖案；減小在該第二區(qū)域中形成的第二硬掩模圖案的寬度；和使用該第一硬掩模圖案和具有減小寬度的該第二硬掩模圖案作為蝕刻阻擋來蝕刻該蝕刻目標(biāo)層，以在該第一區(qū)域和第二區(qū)域中形成蝕刻目標(biāo)圖案。
2. 如權(quán)利要求l的方法，其中該硬掩模層為單層或具有疊層結(jié)構(gòu)。
3. 如權(quán)利要求l的方法，其中該硬掩模層包含含硅的碳層。
4. 如權(quán)利要求l的方法，其中通過使用四氟化碳(CF4)與氧氣(02)的氣 體混合物，或CxFy、 CxHyFz、 NF3、 Cl2和BCl3氣體中的一種，或其氣 體混合物來進(jìn)行該第一硬掩模圖案和第二硬掩模圖案的形成，其中x、 y 和z為自然數(shù)。
5. 如權(quán)利要求3的方法，其中通過各向同性蝕刻工藝來進(jìn)行該第二硬 掩模圖案寬度的減小。
6. 如權(quán)利要求5的方法，其中通過使用CF4與02的氣體混合物，或者 CxFy、 CxHyFz、 NF3、 Cl2和BCl3氣體中的一種、或其氣體混合物來進(jìn) 行該各向同性蝕刻工藝，其中x、 y及z為自然數(shù)。
7. 如權(quán)利要求5的方法，其中通過施加約100W到約300W的偏壓功 率來進(jìn)行該各向同性蝕刻工藝。
8. 如權(quán)利要求l的方法，其中形成該硬掩模層包括通過使用氮化鈦(TiN)層、鈦(Ti)/TiN層、四氯化鈦(TiCLO層、鎢(W)層、 氮化鎢(WN)層和氧化鋁(Al203)層的一種，在該蝕刻目標(biāo)層上形成掩模 層；和在該掩模層上形成含有硅的碳層。
9. 如權(quán)利要求l的方法，其中形成該蝕刻目標(biāo)層包括 在襯底上形成柵極絕緣層； 在該柵極絕緣層上形成柵極導(dǎo)電層；和 在該柵極導(dǎo)電層上形成柵極金屬層。
10. 如權(quán)利要求9的方法，還包括在該柵極金屬層上形成柵極硬掩模層。
11. 如權(quán)利要求10的方法，其中該柵極硬掩模層包含氮化物層。
全文摘要
一種制造包含第一區(qū)域與第二區(qū)域的半導(dǎo)體器件的方法，其中在該第二區(qū)域中形成的蝕刻目標(biāo)圖案的圖案密度小于在第一區(qū)域中形成的蝕刻目標(biāo)圖案的密度，該方法包括提供含有該第一區(qū)域與該第二區(qū)域的襯底；在該襯底上形成蝕刻目標(biāo)層；在該蝕刻目標(biāo)層上形成硬掩模層；蝕刻該硬掩模層以分別在該第一區(qū)域與第二區(qū)域中形成第一硬掩模圖案與第二硬掩模圖案；減小在第二區(qū)域中形成的第二硬掩模圖案的寬度；及使用該第一硬掩模圖案與具有減小寬度的該第二硬掩模圖案作為蝕刻阻擋，來蝕刻該蝕刻目標(biāo)層，以在該第一區(qū)域與第二區(qū)域中形成蝕刻目標(biāo)圖案。
文檔編號H01L21/84GK101211865SQ20071030712
公開日2008年7月2日 申請日期2007年12月27日 優(yōu)先權(quán)日2006年12月27日
發(fā)明者劉載善, 吳相錄 申請人:海力士半導(dǎo)體有限公司