專利名稱：形成半導(dǎo)體柵極的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是有關(guān)一種半導(dǎo)體器件的形成方法，且特別是有關(guān)于一種形成半導(dǎo)體柵極的方法。
背景技術(shù)：
目前半導(dǎo)體制作工藝中有一種不需進行化學(xué)機械研磨(chemicalmechanical polishing，簡稱CMP)作為平坦化制作工藝的柵極制造方法已經(jīng)因為具備較環(huán)保與低成本的優(yōu)點，而逐漸受到注目。這種制作半導(dǎo)體柵極的方法主要是利用形成于柵極上的頂蓋層(cap layer)，并配合基底上所沉積的高密度等離子體(high density plasma，簡稱HDP)氧化層，然后以氟化氫(HF)去除部分高密度等離子體氧化層直到暴露出頂蓋層，再利用去除頂蓋層的步驟，將柵極上多余的高密度等離子體氧化層一并去除，而獲得具有平坦表面高密度等離子體氧化層。而且，當半導(dǎo)體器件尺寸小型化之后，為了維持信道(channel)寬度，柵極線寬將變得極窄，因此需要在柵極上再形成一較大范圍的多晶硅層作為柵極的上部，用以借著增加?xùn)艠O上表面來確保后續(xù)制作工藝的制作工藝裕度與降低阻值。
然而，上述形成半導(dǎo)體柵極的方法卻容易因為高密度等離子體氧化層與柵極間的接口具有缺陷(defect)，而在后續(xù)形成較大范圍的柵極上部時有貫穿基底的危險，致使單一位(single bit)故障，進而影響其可靠度(reliability)。而且，當半導(dǎo)體器件朝小型化發(fā)展后，為了同時達到增加?xùn)艠O上表面與縮小器件尺寸的目的，必須盡量縮短兩柵極間的距離，因此容易在后續(xù)微影制作工藝中發(fā)生因?qū)Σ粶?mis-alignment)所導(dǎo)致的器件故障，進而降低柵極耦合率(gate coupling ratio，簡稱GCR)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在提供一種形成半導(dǎo)體柵極的方法，以防止因高密度等離子體介電層與多晶硅柵極之間的接口缺陷所造成的單一位故障。
本發(fā)明的再一目的在提供一種形成半導(dǎo)體柵極的方法，以防止發(fā)生可靠度問題(issue)。
本發(fā)明的另一目的在提供一種形成半導(dǎo)體柵極的方法，以增加?xùn)艠O耦合率。
本發(fā)明的又一目的在提供一種形成半導(dǎo)體柵極的方法，以擴大對柵極進行微影制作工藝時的對錯裕度(window)。
根據(jù)上述與其它目的，本發(fā)明提出一種形成半導(dǎo)體柵極的方法，包括于基底上先形成包含一層導(dǎo)體層與一層頂蓋層(cap layer)的堆棧結(jié)構(gòu)。然后，于基底上形成一層高密度等離子體介電層并暴露出頂蓋層，其中高密度等離子體介電層頂部高于導(dǎo)體層頂部。隨后將頂蓋層去除，由于高密度等離子體介電層頂部高于導(dǎo)體層頂部，所以去除頂蓋層后，會在導(dǎo)體層上形成一個凹陷處。接著，于凹陷處側(cè)壁形成氧化間隙壁，再于基底上沉積另一層覆蓋凹陷處的導(dǎo)體層，使其與之前已形成于其下的導(dǎo)體層連結(jié)成為半導(dǎo)體器件的柵極。
本發(fā)明通過導(dǎo)體層凹陷處側(cè)壁上所形成的氧化間隙壁，來隔絕高密度等離子體介電層與多晶硅柵極間的接口與外界的接觸，所以能避免因高密度等離子體介電層與多晶硅柵極之間的接口缺陷所造成的單一位故障，進而防止發(fā)生可靠度的問題。以增加?xùn)艠O耦合率。另外，由于導(dǎo)體層凹陷處側(cè)壁上所形成的氧化間隙壁阻擋了部分導(dǎo)體層，所以本發(fā)明能夠擴大對柵極進行微影制作工藝時的對錯裕度。
為讓本發(fā)明的上述和其它目的、特征和優(yōu)點能更明顯易懂，下文特舉一較佳實施例，并配合附圖，作詳細說明。


圖1A至圖1E是依照本發(fā)明一第一實施例的閃存的浮柵極的制造流程剖面圖；圖2A至圖2E是依照本發(fā)明一第二實施例的閃存的浮柵極的制造流程剖面圖。
標號說明100、200基底102、114、114a、114b、202、214、214a、214b導(dǎo)體層104、204頂蓋層106、206高密度等離子體介電層108、208凹陷處110、110a、210氧化層
112圖案化光阻層210a氧化間隙壁具體實施方式
第一實施例本發(fā)明是一種形成半導(dǎo)體柵極的方法，主要是通過一種埋藏式的氧化間隙壁(buried oxide spacer)，來解決高密度等離子體(high densityplasma，簡稱HDP)介電層的缺陷。而本發(fā)明可廣泛應(yīng)用于各種包含半導(dǎo)體柵極的半導(dǎo)體制作工藝中，譬如罩幕式只讀存儲器(maskROM)、閃存(FLASH memory)或是埋入式位線(buried bit line)等的制作工藝，而以下的實施例即為閃存中的浮柵極(floaring gate)形成方法。
圖1A至圖1E是依照本發(fā)明一第一實施例的閃存的浮柵極的制造流程剖面圖。
請參照圖1A，于一基底100上形成包含一層導(dǎo)體層102與一層頂蓋層(cap layer)104的堆棧結(jié)構(gòu)，其中導(dǎo)體層102的材質(zhì)譬如是多晶硅(polysilicon)，以及頂蓋層104的材質(zhì)譬如是氮化硅(Si3N4)，而且在基底100與導(dǎo)體層102之間還包括一穿隧氧化層(未繪示)。然后，于基底100上形成一層高密度等離子體介電層106并暴露出頂蓋層104，其中高密度等離子體介電層106頂部高于導(dǎo)體層102頂部，其材質(zhì)譬如是高密度等離子體氧化層(HDP oxide layer)。而形成高密度等離子體介電層106的步驟例如是在基底100上先形成一高密度等離子體介電層覆蓋住整個頂蓋層104，再利用氟化氫(HF)去除部分高密度等離子體介電層，以暴露出頂蓋層104。
然后，請參照圖1B，將頂蓋層104(請參照圖1A)去除，其中去除氮化硅頂蓋層104的方法譬如利用熱磷酸(H3PO4)去除。由于高密度等離子體介電層106頂部高于導(dǎo)體層102頂部，所以去除頂蓋層104之后，會在導(dǎo)體層102上形成一個凹陷處108。隨后，于基底100上形成一層氧化層110覆蓋凹陷處108，其中氧化層110譬如是高密度等離子體氧化層。
隨后，請參照圖1C，于基底100上形成一層圖案化光阻層112，并以其作為蝕刻罩幕對氧化層110進行蝕刻，以暴露出導(dǎo)體層102，并保留凹陷處108側(cè)壁的氧化層110a。
接著，請參照圖1D，將圖案化光阻層112去除，再于基底100上沉積另一層導(dǎo)體層114，覆蓋凹陷處108與氧化層110a，使此一導(dǎo)體層114與位于其下的導(dǎo)體層102連結(jié)成為快閃存儲單元的浮柵極，并且達到增加浮柵極上表面的功效，其中導(dǎo)體層114的材質(zhì)譬如是多晶硅。
之后，請參照圖1E，還可以包括定義導(dǎo)體層114，以形成數(shù)個部分，如圖標中的部份導(dǎo)體層114a是與位于其下的導(dǎo)體層102連結(jié)成一快閃存儲單元的浮柵極；而另一部份導(dǎo)體層114b則可成為另一快閃存儲單元的浮柵極。尤其是當半導(dǎo)體器件朝小型化發(fā)展后，為了同時達到增加浮柵極上表面與縮小器件尺寸的目的，必須盡量縮短兩內(nèi)存之間的距離。而本發(fā)明因為具有氧化層110a的保護，如圖1E所示，所以定義導(dǎo)體層114時的對錯裕度(mis-alignment window)將明顯大于公知技術(shù)，如此一來，根據(jù)本發(fā)明所形成的浮柵極的柵極耦合率(gatecoupling ratio，簡稱GCR)也將會增加。第二實施例圖2A至圖2E是依照本發(fā)明一第二實施例的閃存的浮柵極的制造流程剖面圖。
請參照圖2A，于一基底200上形成包含一層導(dǎo)體層202與一層頂蓋層204的堆棧結(jié)構(gòu)，其中導(dǎo)體層202譬如是多晶硅層、頂蓋層204譬如是氮化硅層，而于基底200與導(dǎo)體層202之間還包括一穿隧氧化層(未繪示)。然后，于基底200上形成一層高密度等離子體介電層206并暴露出頂蓋層204，其中高密度等離子體介電層206頂部高于導(dǎo)體層202頂部，其材質(zhì)譬如是選自氧化硅的族群。
然后，請參照圖2B，利用如熱磷酸將頂蓋層204(請參照圖2A)去除。由于高密度等離子體介電層206頂部高于導(dǎo)體層202頂部，所以去除頂蓋層204后，在導(dǎo)體層202上會形成一個凹陷處208。隨后，于基底200上形成如是高密度等離子體氧化層的氧化層210覆蓋凹陷處208。
隨后，請參照圖2C，對氧化層210進行一回蝕刻制作工藝(etchback process)，以于凹陷處208側(cè)壁形成氧化間隙壁210a，且暴露出導(dǎo)體層202。
接著，請參照圖2D，于基底200上沉積另一層導(dǎo)體層214覆蓋凹陷處208與氧化間隙壁210a，其中導(dǎo)體層214的材質(zhì)譬如是多晶硅，用以與位于其下的導(dǎo)體層202連結(jié)成一快閃存儲單元的浮柵極，并且達到增加浮柵極上表面的功效。
之后，請參照圖2E，還可以定義導(dǎo)體層214成數(shù)個部分，如圖標中的部份導(dǎo)體層214a是與位于其下的導(dǎo)體層202連結(jié)成一快閃存儲單元的浮柵極；而另一部份導(dǎo)體層214b則成為另一快閃存儲單元的浮柵極的一部份。特別是當半導(dǎo)體器件朝小型化發(fā)展后，為了同時達到增加浮柵極上表面與縮小器件尺寸的目的，必須盡量縮短兩浮柵極的導(dǎo)體層214a與214b之間的距離，而本發(fā)明又因為有氧化間隙壁210a的保護，所以定義導(dǎo)體層214時的對錯裕度將明顯大于公知技術(shù)。
綜上所述，本發(fā)明的特征包括1.本發(fā)明利用導(dǎo)體層凹陷處側(cè)壁上所形成的氧化間隙壁，來隔絕高密度等離子體介電層與多晶硅柵極間的接口與外界的接觸，所以能避免因高密度等離子體介電層與多晶硅柵極之間的接口缺陷所造成的單一位(single bit)故障，進而防止可靠度問題的發(fā)生。
2.當本發(fā)明由于氧化間隙壁阻擋了部分導(dǎo)體層，所以本發(fā)明能夠擴大對定義柵極所進行的微影制作工藝的對錯裕度，而同時達到增加浮柵極上表面與縮小器件尺寸的目的，進而增加?xùn)艠O耦合率。
雖然本發(fā)明已以一較佳實施例公開如上，然其并非用以限定本發(fā)明，任何熟悉此技術(shù)者，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，當可作些許之更動與潤飾，因此本發(fā)明的保護范圍當視權(quán)利要求書所界定為準。
權(quán)利要求
1.一種形成半導(dǎo)體柵極的方法，其特征在于包括于一基底上形成包含一第一導(dǎo)體層與一頂蓋層的堆棧結(jié)構(gòu)；于該基底上形成一高密度等離子體介電層，暴露出該頂蓋層，其中該高密度等離子體介電層的頂部高于該第一導(dǎo)體層的頂部；去除該頂蓋層，以于該第一導(dǎo)體層上形成一凹陷處；于該凹陷處側(cè)壁形成一氧化間隙壁；于該基底上沉積一第二導(dǎo)體層，覆蓋該凹陷處，使該第二導(dǎo)體層與該第一導(dǎo)體層相連結(jié)。
2.如權(quán)利要求1所述的形成半導(dǎo)體柵極的方法，其特征在于其中該第一導(dǎo)體層與該第二導(dǎo)體層的材質(zhì)包括多晶硅。
3.如權(quán)利要求1所述的形成半導(dǎo)體柵極的方法，其特征在于其中該頂蓋層的材質(zhì)包括氮化硅。
4.如權(quán)利要求3所述的形成半導(dǎo)體柵極的方法，其特征在于其中去除該頂蓋層的步驟包括利用熱磷酸去除。
5.如權(quán)利要求1所述的形成半導(dǎo)體柵極的方法，其特征在于其中該高密度等離子體介電層的材質(zhì)包括高密度等離子體氧化層。
6.如權(quán)利要求5所述的形成半導(dǎo)體柵極的方法，其特征在于其中于該基底上形成該高密度等離子體介電層的步驟，包括于該基底上形成一高密度等離子體介電層，覆蓋該頂蓋層；利用氟化氫去除部分該高密度等離子體介電層，以暴露出該頂蓋層。
7.一種形成閃存的浮柵極的方法，其特征在于包括于一基底上形成包含一第一導(dǎo)體層與一頂蓋層的堆棧結(jié)構(gòu)；于該基底上形成一高密度等離子體介電層，暴露出該頂蓋層，其中該高密度等離子體介電層的頂部高于該第一導(dǎo)體層的頂部；去除該頂蓋層，以于該第一導(dǎo)體層上形成一凹陷處；于該基底上形成一氧化層，以覆蓋該凹陷處；定義該氧化層，以暴露出該第一導(dǎo)體層，并保留位于該凹陷處側(cè)壁的部分該氧化層；于該基底上沉積一第二導(dǎo)體層，覆蓋該凹陷處，使該第二導(dǎo)體層與該第一導(dǎo)體層相連結(jié)。
8.如權(quán)利要求7所述的形成閃存的浮柵極的方法，其特征在于其中于該基底上形成該高密度等離子體介電層的步驟后，還包括定義該第二導(dǎo)體層，以形成復(fù)數(shù)個浮柵極。
9.如權(quán)利要求7所述的形成閃存的浮柵極的方法，其特征在于其中該第一導(dǎo)體層與該第二導(dǎo)體層的材質(zhì)包括多晶硅。
10.如權(quán)利要求7所述的形成閃存的浮柵極的方法，其特征在于其中該頂蓋層的材質(zhì)包括氮化硅。
11.如權(quán)利要求10所述的形成閃存的浮柵極的方法，其特征在于其中去除該頂蓋層的步驟包括利用熱磷酸去除。
12.如權(quán)利要求7所述的形成閃存的浮柵極的方法，其特征在于其中該高密度等離子體介電層的材質(zhì)包括高密度等離子體氧化層。
13.如權(quán)利要求12所述的形成閃存的浮柵極的方法，其特征在于其中于該基底上形成該高密度等離子體介電層的步驟，包括于該基底上形成一高密度等離子體介電層，覆蓋該頂蓋層；利用氟化氫去除部分該高密度等離子體介電層，以暴露出該頂蓋層。
14.一種形成閃存的浮柵極的方法，其特征在于包括于一基底上形成一導(dǎo)體結(jié)構(gòu)；于該導(dǎo)體結(jié)構(gòu)上形成一頂蓋層；于該基底上形成一高密度等離子體介電層，暴露出該頂蓋層，其中該高密度等離子體介電層的頂部高于該導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的頂部；去除該頂蓋層，以于該導(dǎo)體結(jié)構(gòu)上形成一凹陷處；于該凹陷處的側(cè)壁形成一氧化間硅壁；于該基底上沉積一導(dǎo)體層，覆蓋該凹陷處，使該導(dǎo)體層與該導(dǎo)體結(jié)構(gòu)相連結(jié)。
15.如權(quán)利要求14所述的形成閃存的浮柵極的方法，其特征在于其中于該基底上形成該高密度等離子體介電層的步驟后，還包括定義該導(dǎo)體層，以形成復(fù)數(shù)個浮柵極。
16.如權(quán)利要求14所述的形成閃存的浮柵極的方法，其特征在于其中該導(dǎo)體結(jié)構(gòu)與該導(dǎo)體層的材質(zhì)包括多晶硅。
17.如權(quán)利要求14所述的形成閃存的浮柵極的方法，其特征在于其中于該凹陷處的側(cè)壁形成該氧化間硅壁的步驟，包括于該基底上形成一氧化層；對該氧化層進行回蝕刻制作工藝。
18.如權(quán)利要求14所述的形成閃存的浮柵極的方法，其特征在于其中于該高密度等離子體介電層的材質(zhì)包括高密度等離子體氧化層。
19.如權(quán)利要求14所述的形成閃存的浮柵極的方法，其特征在于其中該頂蓋層的材質(zhì)包括氮化硅。
20.如權(quán)利要求19所述的形成閃存的浮柵極的方法，其特征在于其中去除該頂蓋層的步驟包括利用熱磷酸去除。
全文摘要
一種形成半導(dǎo)體柵極的方法，于基底上先形成包含一導(dǎo)體層與一頂蓋層的堆棧結(jié)構(gòu)。然后，于基底上形成一高密度等離子體介電層并暴露出頂蓋層，其中高密度等離子體介電層頂部高于導(dǎo)體層頂部。隨后，將頂蓋層去除，由于高密度等離子體介電層頂部高于導(dǎo)體層頂部，所以去除頂蓋層后會在導(dǎo)體層上形成一個凹陷處。接著，于凹陷處側(cè)壁形成氧化間隙壁，再于基底上沉積另一層覆蓋凹陷處的導(dǎo)體層，使其與之前已形成的導(dǎo)體層連結(jié)成為半導(dǎo)體器件的柵極。
文檔編號H01L21/28GK1480987SQ0213223
公開日2004年3月10日 申請日期2002年9月3日 優(yōu)先權(quán)日2002年9月3日
發(fā)明者邱宏裕, 陳銘祥, 曾銪寪 申請人:旺宏電子股份有限公司