專利名稱：制造具有凹陷柵極結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體器件的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總體涉及制造半導(dǎo)體器件的方法，更具體地，涉及制造具有用于增加溝道長(zhǎng)度的凹陷結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體器件的方法。
背景技術(shù)：
具有平面結(jié)構(gòu)的傳統(tǒng)晶體管不能滿足近來DRAM器件的集成度進(jìn)展的技術(shù)需要，例如，這些傳統(tǒng)晶體管不能滿足其中集成該晶體管的器件的所需閾值目標(biāo)。DRAM器件的提高的集成度要求減小最小特征尺寸，為了減小最小特征尺寸在襯底中摻雜密度增加，其不可避免地增加了電場(chǎng)以及晶體管中的結(jié)泄漏(junction leakage)。
因此，近來出現(xiàn)一種稱為“凹陷柵極結(jié)構(gòu)(recess gate structure)”的三維有源結(jié)構(gòu)(active structure)，認(rèn)為它具有降低襯底摻雜密度和減小結(jié)泄漏的作用。
根據(jù)傳統(tǒng)的凹陷柵極結(jié)構(gòu)，用于形成柵極的有源區(qū)凹陷，柵極形成在有源區(qū)的凹陷區(qū)上，從而增加溝道(channel)長(zhǎng)度。這樣的形成在給定有源區(qū)中的傳統(tǒng)凹陷柵極結(jié)構(gòu)可以減小襯底摻雜密度，從而增加數(shù)據(jù)保持時(shí)間。此外，溝道長(zhǎng)度的增加(歸因于給定有源區(qū)中的凹陷溝道結(jié)構(gòu))能改進(jìn)與漏極引發(fā)勢(shì)壘降低(drain induced barrier lowering，DIBL)和擊穿電壓(BVds)相關(guān)的特性，從而可以改進(jìn)總體單元屬性。
因?yàn)榘枷轀系澜Y(jié)構(gòu)顯示出能延長(zhǎng)數(shù)據(jù)保持時(shí)間，例如超過200ms，所以期望凹陷溝道結(jié)構(gòu)用在低于90nm水平的DRAM器件中。
如上所述，形成在有源區(qū)的凹陷區(qū)上的具有凹陷溝道結(jié)構(gòu)的柵極能增加溝道長(zhǎng)度。然而，當(dāng)給定有源區(qū)減小時(shí)，即使在凹陷柵極結(jié)構(gòu)的情況下溝道長(zhǎng)度也將減小，削弱了所得到的優(yōu)點(diǎn)。因此，結(jié)區(qū)中泄漏電流的減少將變小，器件的更新特性(refresh characteristic)方面的改進(jìn)幾乎消除。結(jié)果，不能確保具有減小的有源區(qū)的器件的一致的可靠性和產(chǎn)率。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明致力于解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述和其它問題，本發(fā)明的一個(gè)目的在于提供制造半導(dǎo)體器件的方法，其能顯著增加溝道長(zhǎng)度。
本發(fā)明的另一目的在于提供一種制造半導(dǎo)體器件的方法，其能顯著增加溝道長(zhǎng)度，從而有效地減小電流泄漏且改進(jìn)更新特性。
為了達(dá)到該目的，提供一種制造半導(dǎo)體器件的方法，該方法包括步驟準(zhǔn)備半導(dǎo)體襯底，其上形成有定義有源區(qū)的隔離層；在該半導(dǎo)體襯底上順序形成氧化物層、多晶硅層、以及抗反射層(reflection-prooflayer)；在該抗反射層上形成定義預(yù)期襯底凹陷區(qū)的掩模圖案；利用該掩模圖案作為蝕刻掩模蝕刻該抗反射層、該多晶硅層、以及該氧化物層，從而暴露該預(yù)期襯底凹陷區(qū)；對(duì)暴露的預(yù)期襯底凹陷區(qū)進(jìn)行第一蝕刻，從而形成弓形第一溝槽(groove)；除去該掩模圖案和該抗反射層；利用蝕刻的多晶硅層作為蝕刻掩模在第一溝槽的底部對(duì)襯底部分進(jìn)行第二蝕刻，從而形成具有垂直側(cè)壁的第二溝槽；除去該多晶硅層和該氧化物層；以及在包括該第二溝槽的該第一溝槽上形成柵極。
優(yōu)選地該第一蝕刻利用其中混合有HF、NH4F、HNO3、CH3COOH、H2O2和H2O的混合溶液來進(jìn)行。該混合溶液可含有1～50％的CH3COOH溶液。另外，該混合溶液可含有1～50％的HNO3溶液。還優(yōu)選該第一蝕刻在25與100℃之間的溫度進(jìn)行以提高蝕刻反應(yīng)性。
該第一溝槽形成為具有10～1000的深度。
優(yōu)選地，該第二干蝕刻利用含有HBr、N2、Ar、Ne和Cl的組的氣體來進(jìn)行。此外，該第二干蝕刻是等離子體干蝕刻，其中該第一溝槽的蝕刻表面被破壞，從而破壞該蝕刻表面上的晶格(crystal lattice)。
該等離子體干蝕刻在25℃和700℃之間的溫度，在0.1～100托的壓強(qiáng)下，通過10和2000瓦特之間的功率在還原氣氛(reducing atmosphere)下進(jìn)行。此外，在該等離子體干蝕刻中，添加選自含有Ne、He、NH3、Kr、Xe和Rn的組中的一種作為催化劑氣體。
該第二溝槽形成為具有300～3000的深度。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供一種制造半導(dǎo)體器件的方法，該方法包括步驟準(zhǔn)備半導(dǎo)體襯底，其上形成有定義有源區(qū)的隔離層；在該半導(dǎo)體襯底上形成絕緣層；在該絕緣層上形成定義預(yù)期襯底凹陷區(qū)的掩模圖案；利用該掩模圖案作為蝕刻掩模蝕刻該絕緣層，從而暴露該預(yù)期襯底凹陷區(qū)；對(duì)該預(yù)期襯底凹陷區(qū)進(jìn)行第一各向同性蝕刻，從而形成第一溝槽；在該第一溝槽的底部對(duì)襯底部分進(jìn)行第二干蝕刻，從而形成第二溝槽；以及在包括該第二溝槽的該第一溝槽上形成柵極。
優(yōu)選該第一各向同性蝕刻利用其中混合有HF、NH4F、HNO3、CH3COOH、H2O2和H2O的混合溶液來進(jìn)行。該混合溶液可含有1～50％的CH3COOH溶液。另外，該混合溶液可含有1～50％的HNO3溶液。
還優(yōu)選該第二干蝕刻利用含有HBr、N2、Ar、Ne和Cl的組的氣體來進(jìn)行。此外，該第二干蝕刻可以是等離子體干蝕刻，其中該第一溝槽的蝕刻表面被破壞，從而破壞該蝕刻表面上的晶格。
該等離子體干蝕刻在25℃和700℃之間的溫度，在0.1～100托的壓強(qiáng)下，通過10和2000瓦特之間的功率在還原氣氛下進(jìn)行。此外，在該等離子體干蝕刻中，添加選自含有Ne、He、NH3、Kr、Xe和Rn的組中的一種作為催化劑氣體。


通過下面的結(jié)合附圖的詳細(xì)說明，本發(fā)明的上述和其它目的、特征和優(yōu)點(diǎn)將變得更加明顯，附圖中圖1A至1E是剖視圖，用于示出根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例制造半導(dǎo)體器件的方法。
具體實(shí)施例方式
下面，將參照附圖描述本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例。
圖1A-1E是剖視圖，用于示出根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例制造半導(dǎo)體器件的方法。
參照?qǐng)D1A，由隔離層2的兩個(gè)部分定義的有源區(qū)形成在半導(dǎo)體襯底1中。然后，氧化物層3和多晶硅層4順序形成在半導(dǎo)體襯底1中有源區(qū)和部分隔離層2上。其后，抗反射層5形成在多晶硅層4上，掩模圖案6形成在抗反射層5上從而定義將凹陷(被蝕刻)到襯底1中的區(qū)域。
本實(shí)施例中，多晶硅層4作為用于在襯底1中形成凹陷的硬掩模。然而，可以使用絕緣層例如氮化物層來代替。
參照?qǐng)D1B，抗反射層5、多晶硅層4和氧化物層3利用掩模圖案6作為蝕刻掩模被順序蝕刻，從而暴露預(yù)期凹陷到襯底1的有源區(qū)中的區(qū)域。
參照?qǐng)D1C，利用掩模圖案6作為蝕刻掩模通過第一各向同性濕蝕刻蝕刻暴露的襯底區(qū)，從而在襯底1中形成第一凹陷7。如圖1C所示，第一凹陷7的底表面形狀可以是圓的或弓形(bowed shape)；然而，急轉(zhuǎn)角(sharpcorner)形狀或者其它形狀也是可行的。第一凹陷7形成為從襯底1的表面測(cè)量具有10～1000的深度。之后，凹陷柵極掩模圖案6和抗反射層5被除去。
第一各向同性濕蝕刻利用其中混合有HF、NH4F、HNO3、CH3COOH、H2O2和H2O的溶液來進(jìn)行。為了提高蝕刻反應(yīng)性，蝕刻在25℃和100℃之間的溫度進(jìn)行。在蝕刻溶液中，CH3COOH用作穩(wěn)定劑(stabilizer)。另外，蝕刻溶液含有與整個(gè)溶液的1～50％對(duì)應(yīng)的CH3COOH溶液量。此外，HNO3用作當(dāng)CH3COOH通過反應(yīng)被耗盡時(shí)的化學(xué)補(bǔ)充物。因此，蝕刻溶液含有與整個(gè)溶液的1～50％對(duì)應(yīng)的HNO3溶液量。
參照?qǐng)D1D，在第一凹陷7的底表面的一部分通過第二干蝕刻被進(jìn)一步蝕刻，從而形成與第一凹陷7相比具有更窄的寬度的第二凹陷8。第二凹陷8形成為從襯底1的表面測(cè)量具有300～3000的深度。之后，多晶硅層4和氧化物層3被除去。第二干蝕刻利用含有HBr、N2、Ar、Ne和Cl的氣體來進(jìn)行。
另外，用于第二干蝕刻，進(jìn)行等離子體干蝕刻從而破壞第一溝槽7的蝕刻表面并破壞該蝕刻表面上的晶格。等離子體蝕刻在25℃和700℃之間的溫度，在0.1～100托之間的壓強(qiáng)下，通過10和2000瓦特之間的功率在還原氣氛下進(jìn)行。另外，在等離子體干蝕刻中，添加選自含有Ne、He、NH3、Kr、Xe和Rn的組中的一種作為催化劑氣體。
參照?qǐng)D1E，柵極氧化物層9形成在襯底1的包括第二凹陷8和第一凹陷7的有源區(qū)上。然后，柵極多晶硅層10、柵極金屬硅化物層11、以及柵極硬掩模層12順序形成在柵極氧化物層9上。
之后，柵極硬掩模層12被蝕刻成圖案，被蝕刻的柵極硬掩模層12用來蝕刻?hào)艠O硬掩模層12下面的柵極金屬硅化物層11、柵極多晶硅層10、以及柵極氧化物層9，從而形成第一和第二凹陷7、8中的凹陷柵極13(如圖1E所示)。
之后，盡管未示出，但是順序進(jìn)行一系列公知處理步驟，從而完成根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的具有凹陷柵極13的半導(dǎo)體器件的制造。
在如上所述根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的工藝中制造的具有凹陷柵極(例如13)的半導(dǎo)體器件中，襯底(例如1)的有源區(qū)通過兩個(gè)蝕刻步驟被凹陷。因此，當(dāng)與通過單個(gè)蝕刻形成的具有凹陷柵極的傳統(tǒng)半導(dǎo)體器件相比時(shí)，本發(fā)明的半導(dǎo)體器件具有增加的溝道長(zhǎng)度。
因此，根據(jù)本發(fā)明，通過兩次蝕刻其上預(yù)期形成有柵極(例如13)的襯底有源區(qū)，即使當(dāng)有源區(qū)減小時(shí)，也可以確保足夠的溝道長(zhǎng)度。因此，本發(fā)明能有效地減小結(jié)區(qū)的電流泄漏且改進(jìn)更新特性。因此，本發(fā)明通過減小電流泄漏和改進(jìn)更新特性能改進(jìn)半導(dǎo)體器件的可靠性和產(chǎn)率。
盡管為了說明而描述了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員將意識(shí)到，在不偏離所附權(quán)利要求定義的本發(fā)明的范圍和精神的情況下，各種修改、增加和替換是可行的。
權(quán)利要求
1.一種制造具有襯底的半導(dǎo)體器件的方法，該襯底具有隔離層定義的有源區(qū)，該方法包括步驟在該半導(dǎo)體襯底的該有源區(qū)中順序形成(1)氧化物層或包括氮化物層的絕緣層；(2)多晶硅層；以及(3)抗反射層；在該抗反射層上形成掩模圖案，該掩模圖案在該抗反射層上定義預(yù)定襯底凹陷區(qū)；根據(jù)該掩模圖案蝕刻該抗反射層、該多晶硅層、以及該氧化物層或該絕緣層，且暴露該預(yù)定襯底凹陷區(qū)；第一蝕刻該預(yù)定襯底凹陷區(qū)且形成具有第一凹陷寬度和第一凹陷深度的第一凹陷；除去該掩模圖案和該抗反射層；利用該蝕刻的多晶硅層作為蝕刻掩模第二蝕刻在該第一凹陷的底表面的部分且形成具有第二凹陷寬度和第二凹陷深度的第二凹陷，其中該第一凹陷寬度比該第二凹陷寬度寬；除去該多晶硅層和該氧化物層；以及在該第一和第二凹陷中形成柵極。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中該第一蝕刻利用混合溶液進(jìn)行，該混合溶液包括HF、NH4F、HNO3、CH3COOH、H2O2和H2O。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其中所述混合溶液含有1～50％的CH3COOH溶液。
4.如權(quán)利要求2所述的方法，其中所述混合溶液含有1～50％的HNO3溶液。
5.如權(quán)利要求2所述的方法，其中所述第一蝕刻步驟在25℃和100℃之間的溫度進(jìn)行。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述第一凹陷深度是從該襯底的表面測(cè)量10～1000。
7.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述第二蝕刻步驟利用氣體進(jìn)行，該氣體包括HBr、N2、Ar、Ne和Cl。
8.如權(quán)利要求7所述的方法，其中所述第二蝕刻步驟還包括等離子體干蝕刻，其中該第一凹陷的蝕刻表面被破壞，破壞了該蝕刻表面上的晶格。
9.如權(quán)利要求8所述的方法，其中所述等離子體干蝕刻在25℃和700℃之間的溫度，在0.1～100托的壓強(qiáng)下，通過10和2000瓦特之間的功率在還原氣氛下進(jìn)行。
10.如權(quán)利要求8所述的方法，其中在該等離子體干蝕刻中，添加選自含有Ne、He、NH3、Kr、Xe和Rn的組中的一種作為催化劑氣體。
11.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述第二凹陷形成為從該襯底的所述表面測(cè)量具有300～3000的深度。
12.一種制造具有襯底的半導(dǎo)體器件的方法，該襯底具有隔離層定義的有源區(qū)，該方法包括步驟在所述半導(dǎo)體襯底上形成絕緣層；在該絕緣層上形成定義預(yù)期襯底凹陷區(qū)的掩模圖案；利用該掩模圖案作為蝕刻掩模蝕刻該絕緣層，從而暴露該預(yù)期襯底凹陷區(qū)；對(duì)該預(yù)期襯底凹陷區(qū)進(jìn)行第一各向同性蝕刻，從而形成具有第一凹陷寬度和第一凹陷深度的第一凹陷；在該第一凹陷的底部對(duì)襯底部分進(jìn)行第二干蝕刻，從而形成具有第二凹陷寬度和第二凹陷深度的第二凹陷，其中該第一凹陷寬度比該第二凹陷寬度寬；以及在該第一和第二凹陷中形成柵極。
13.如權(quán)利要求12所述的方法，其中該第一各向同性蝕刻利用混合溶液進(jìn)行，該混合溶液包括HF、NH4F、HNO3、CH3COOH、H2O2和H2O。
14.如權(quán)利要求13所述的方法，其中所述混合溶液含有1～50％的CH3COOH溶液。
15.如權(quán)利要求13所述的方法，其中所述混合溶液含有1～50％的HNO3溶液。
16.如權(quán)利要求12所述的方法，其中所述第二干蝕刻利用含有HBr、N2、Ar、Ne和Cl的組的氣體進(jìn)行。
17.如權(quán)利要求16所述的方法，其中所述第二干蝕刻步驟還包括等離子體干蝕刻，其中該第一凹陷的所述蝕刻表面被破壞，破壞了該蝕刻表面上的晶格。
18.如權(quán)利要求17所述的方法，其中所述等離子體干蝕刻在25℃和700℃之間的溫度，在0.1～100托的壓強(qiáng)下，通過10和2000瓦特之間的功率在還原氣氛下進(jìn)行。
19.如權(quán)利要求18所述的方法，其中在該等離子體干蝕刻中，添加選自含有Ne、He、NH3、Kr、Xe和Rn的組中的一種作為催化劑氣體。
20.一種用于具有半導(dǎo)體襯底的半導(dǎo)體器件中的晶體管的凹陷柵極結(jié)構(gòu)，所述半導(dǎo)體襯底具有由隔離區(qū)域定義的有源區(qū)，所述凹陷柵極結(jié)構(gòu)包括變化寬度的凹陷，其具有形成在該半導(dǎo)體襯底中的從該半導(dǎo)體襯底的表面測(cè)量第一凹陷深度的第一凹陷寬度以及窄于該第一凹陷寬度且從該第一凹陷寬度的底端連續(xù)延伸到該半導(dǎo)體襯底中的第二凹陷寬度，其中從該半導(dǎo)體襯底的所述表面測(cè)量的該第二凹陷深度長(zhǎng)于從該半導(dǎo)體襯底的所述表面測(cè)量的該第一凹陷深度；以及晶體管柵極，其形成在所述形成在該半導(dǎo)體襯底中的變化寬度的凹陷中。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種形成在半導(dǎo)體器件中的具有變化寬度凹陷的變化寬度凹陷柵極結(jié)構(gòu)，其能顯著增加具有形成在該變化寬度凹陷中的柵極的晶體管的溝道長(zhǎng)度，從而有效地減小電流泄漏并改進(jìn)更新特性。在制造該凹陷柵極結(jié)構(gòu)的方法中，蝕刻被進(jìn)行兩次或更多次，從而在襯底中形成具有變化寬度的柵極凹陷，柵極形成在該柵極凹陷中。
文檔編號(hào)H01L29/41GK1892988SQ200610054950
公開日2007年1月10日 申請(qǐng)日期2006年2月27日 優(yōu)先權(quán)日2005年6月30日
發(fā)明者金鐘萬, 李昌九, 金鐘植, 元澤拉 申請(qǐng)人:海力士半導(dǎo)體有限公司