專利名稱：制造半導(dǎo)體器件的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及制造半導(dǎo)體器件的方法，更具體而言，涉及一種利用暈圈(halo)離子注入過程制造動態(tài)隨機(jī)存取存儲器單元的方法。
背景技術(shù)：
在動態(tài)隨機(jī)存取存儲器(DRAM)器件中，改進(jìn)其刷新特性的技術(shù)是最重要的。典型地，由于漏電流，存儲單元可能會失去電容器中寫入的數(shù)據(jù)。通過每隔預(yù)定的間隔開啟字線，刷新操作能刷新所丟失的電荷(例如，電流)，以防止數(shù)據(jù)丟失。刷新特性取決于刷新周期。產(chǎn)品的刷新周期越短，該產(chǎn)品消耗的功率就越大。因此，較短的刷新周期是不理想的。作為改進(jìn)刷新周期的方法，提出了凹柵極形成過程和暈圈離子注入過程。
根據(jù)暈圈離子注入過程可防止單元晶體管閾值電壓由于半導(dǎo)體器件集成引起溝道長度減小時的降低。因此，實(shí)施暈圈離子注入過程，通過將與襯底相同的導(dǎo)電型雜質(zhì)注入其中將要形成源/漏結(jié)區(qū)的襯底中，控制閾值電壓到一個理想水平。
如果暈圈離子注入過程在單元電容器的存儲節(jié)點(diǎn)接觸的結(jié)區(qū)上實(shí)施，則漏電流特性可下降。因此，暈圈離子注入過程應(yīng)用于位線接觸存儲節(jié)點(diǎn)被掩蔽的部分襯底上。
圖1A-1C是舉例說明典型的暈圈離子注入過程的截面圖。如圖1A所示，多個柵極圖案15在襯底10(例如，硅襯底)上形成。通過順序堆疊柵極氧化物層11、多晶硅層12、硅化鎢層13和硬掩模層14形成每一個柵極圖案15。多個隔離物16在柵極圖案15的側(cè)壁上形成。硬掩模15和隔離物16包括基于氮化物的材料。雖然沒在圖中顯示，附圖標(biāo)記D表示位線接觸部分(即，將形成第一結(jié)區(qū)的部分)和附圖標(biāo)記s表示多個存儲節(jié)點(diǎn)接觸部分(即，將形成第二結(jié)區(qū)的部分)。
如圖1B所示，形成光刻膠層19。然后，通過實(shí)施曝光過程和顯影過程，使位線接觸部分選擇性地進(jìn)行曝光過程和顯影過程以除去存在于位線觸部分之上的光刻膠層19的預(yù)定部分。
如圖1C所示，實(shí)施單獨(dú)的回蝕刻過程20以除去保留在位線接觸部分上的光刻膠層19。結(jié)果，形成了將用作暈圈離子注入過程掩模的光刻膠圖案19A。
因?yàn)槲痪€接觸部分由于厚的光刻膠層19而不能僅僅通過實(shí)施曝光過程和顯影過程來暴露，因此需要實(shí)施單獨(dú)的回蝕刻過程20。事實(shí)上，在實(shí)施曝光過程期間，光不能傳輸?shù)竭_(dá)形成柵極圖案15的硅化鎢層13的底部。
然而，由于設(shè)計(jì)規(guī)則減少導(dǎo)致柵極圖案15的長寬比逐漸增加，使得難以形成光刻膠圖案19A并且產(chǎn)生了各種限制。例如，由于柵極圖案15增加的高度H1，因此在柵極圖案15間不能形成具有相同厚度的光刻膠層19。結(jié)果，可能產(chǎn)生空洞(見圖1B)。如果產(chǎn)生空洞，則在實(shí)施離子注入過程中，光刻膠圖案19A不能執(zhí)行其作為掩模的任務(wù)。
在實(shí)施回蝕刻過程20期間不能完全除去保留在柵極圖案15間的光刻膠層19，因此可能產(chǎn)生殘余物“x”(例如浮渣)。柵極圖案15間的間隔可能深深地形成。同樣，由于不僅位線接觸部分而且存儲節(jié)點(diǎn)接觸部分都被蝕刻，因此回蝕刻過程20可能無法充分地實(shí)施。因此，回蝕刻過程20可能無法完全除去保留在柵極圖案15間的光刻膠層19。
圖2A、2B和2C是舉例說明產(chǎn)生空洞的典型半導(dǎo)體器件的掃描電鏡(SEM)顯微圖像。更具體地，圖2A是舉例說明在光刻膠層中產(chǎn)生的空洞的原型波形內(nèi)插(PWI)結(jié)果圖。圖2B是舉例說明光刻膠層中產(chǎn)生的空洞頂視圖的SEM顯微圖。圖2C是舉例說明光刻膠層中產(chǎn)生的空洞截面圖的SEM顯微圖像。
3A和3B是舉例說明襯底上產(chǎn)生的殘余物(例如浮渣)的SEM顯微圖像。浮渣“x”可妨礙暈圈離子注入過程并且在后續(xù)的工藝中作為雜質(zhì)。采用檢測工具可能發(fā)現(xiàn)不了浮渣“x”，因此引起各種缺陷。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的具體實(shí)施方案涉及提供一種制造半導(dǎo)體器件的方法，該方法在形成用于暈圈離子注入過程的光刻膠圖案期間能減少空洞和浮渣。
根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供一種制造半導(dǎo)體器件的方法，包括在襯底上形成柵極材料；蝕刻柵極材料以形成柵極圖案，每一個柵極圖案包括保留在襯底上面的部分柵極材料；在位線接觸的部分襯底上實(shí)施暈圈離子注入過程；形成柵極圖案的側(cè)壁間隔物；和利用側(cè)壁間隔物作為掩模蝕刻保留的部分柵極材料以暴露襯底。
根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，提供一種制造半導(dǎo)體器件的方法，包括在襯底上形成柵極材料；蝕刻柵極材料以形成柵極圖案，每一個柵極圖案包括保留在襯底上面的部分柵極材料；在保留的部分柵極材料上形成絕緣層；蝕刻保留的部分柵極材料和部分絕緣層以暴露襯底的位線接觸區(qū)域；在位線接觸區(qū)域?qū)嵤炄﹄x子注入過程；和蝕刻另外保留的部分柵極材料和另一部分的絕緣層以暴露襯底的存儲節(jié)點(diǎn)接觸區(qū)域。


圖1A-1C是舉例說明典型的暈圈離子注入過程的截面圖。
圖2A是舉例說明在典型的光刻膠層中產(chǎn)生的空洞原型波形內(nèi)插(PWI)結(jié)果圖。
圖2B是舉例說明圖2A中所示空洞的頂視圖的掃描電鏡(SEM)顯微圖像。
圖2C是舉例說明圖2A中所示空洞的截面圖的SEM顯微圖像。
圖3A和3B是舉例說明襯底上具有代表性地產(chǎn)生的殘余物(例如浮渣)的SEM顯微圖像。
圖4A～4E是舉例說明根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方案利用暈圈離子注入過程制造半導(dǎo)體器件的截面圖。
圖5A～5E是舉例說明根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施方案利用暈圈離子注入過程制造半導(dǎo)體器件的截面圖。
具體實(shí)施例方式
圖4A-4E是舉例說明根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方案利用暈圈離子注入過程制造半導(dǎo)體器件方法的截面圖。這里以動態(tài)隨機(jī)存取存儲器(DRAM)器件為例。如圖4A所示，在襯底30(例如硅襯底)上形成包括硬掩模34、圖案化的硅化鎢層33、第一圖案化的多晶硅層32的多個第一柵極圖案35。更具體地，形成柵極氧化物層31并接著在其上面形成多晶硅層。形成的多晶硅層厚度范圍為約600～約1100。然后，在多晶硅層上形成硅化鎢層，并且在硅化鎢層上形成硬掩模氮化物層。
利用柵極掩模將硬掩模氮化物層、硅化鎢層和多晶硅層蝕刻至預(yù)定厚度以獲得第一柵極圖案35。例如，如果形成的多晶硅層32厚度為約900，則被蝕刻的部分多晶硅層范圍為約150～約500。由于第一柵極圖案35的高度H2大，因此在光刻膠圖案(即，后續(xù)的暈圈離子注入掩模的光刻膠圖案)形成期間應(yīng)保持多晶硅層的預(yù)定厚度以減少空洞和浮渣的產(chǎn)生。
根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施方案，第一柵極圖案35的高度H2至少被減小約300或最大約500的厚度(即，H2＝H1-約500，其中H1表示圖1B中所示的典型的柵極圖案15的高度)。結(jié)果，減少了空洞和浮渣的形成。雖然沒在圖中顯示，附圖標(biāo)記D表示位線接觸部分(即，將形成第一結(jié)區(qū)的區(qū)域)，和附圖標(biāo)記s表示存儲節(jié)點(diǎn)接觸部分(即，將形成第二結(jié)區(qū)的區(qū)域)。
如圖4B所示，形成打開位線接觸的D部分(即，將形成第一結(jié)區(qū)的上部區(qū)域)并且掩蔽存儲節(jié)點(diǎn)接觸的s部分的第一光刻膠圖案36。更具體地，形成光刻膠層并且接著選擇性地接受曝光過程和顯影過程以獲得第一光刻膠圖案36。
如圖4C所示，實(shí)施回蝕刻過程以除去位線接觸部分上面保留的第一光刻膠圖案36。結(jié)果，形成了第二光刻膠圖案36A。形成的光刻膠層厚度范圍為約4500～約6500。形成光刻膠層期間，第一柵極圖案35的高度H2要遠(yuǎn)小于典型的柵極圖案15(見圖1B)的高度H1，并且因此不會產(chǎn)生空洞。在實(shí)施回蝕刻過程期間，位線接觸部分上面存在的第一光刻膠圖案36的厚度同樣遠(yuǎn)小于典型的光刻膠層19(見圖1B)的厚度，并且相應(yīng)地不會生成浮渣。特別地，可充分實(shí)施回蝕刻過程以引起對對應(yīng)于位線接觸部分的第一圖案化多晶硅層32預(yù)定部分的損害，從而完全除去在位線接觸部分上面形成的第一光刻膠圖案36。
實(shí)施暈圈離子注入過程，以將與襯底30相同的導(dǎo)電型雜質(zhì)注入與位線接觸部分對應(yīng)的襯底30中(即，形成第一結(jié)區(qū)的區(qū)域)。利用約20～約80KeV的能量，通過注入劑量范圍約為1×1012～5×1014個原子/cm2的硼離子以實(shí)施暈圈離子注入過程37。
如圖4D所示，剝離第二光刻膠圖案36A，并且接著形成絕緣層。然后，實(shí)施回蝕刻過程以在第一圖案化的多晶硅層32上凸出的第一柵極圖案35的側(cè)壁上形成多個第一隔離物39。第一隔離物39可包括氧氮化物單層和氧氮化物層與氧化鋁(Al2O3)層的堆棧結(jié)構(gòu)。
如圖4E所示，蝕刻過程40采用第一隔離物39和硬掩模34作為阻擋層蝕刻第一圖案化的多晶硅層32和柵極氧化物層31以獲得第二圖案化的多晶硅層32A和第一圖案化的柵極氧化物層31A。結(jié)果，在襯底30上面形成了多個第二柵極圖案35A，每一個第二柵極圖案35A包括了硬掩模34、圖案化的硅化鎢層33、第二圖案化的多晶硅層32A、和圖案化的柵極氧化物層31A。
下文中，根據(jù)制造DRAM器件的方法，在第二柵極圖案35A的側(cè)壁上形成多個第二隔離物(未顯示)。然后實(shí)施形成位線、電容器、和金屬互聯(lián)線的過程以完成DRAM器件。
圖5A-5E是舉例說明根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施方案制造半導(dǎo)體器件方法的截面圖。這里以動態(tài)隨機(jī)存取存儲器(DRAM)器件為例。如圖5A所示，多個第一柵極圖案55形成在襯底50上面。每一個第一柵極圖案55通過堆疊硬掩模54、圖案化的硅化鎢層53和第一圖案化的多晶硅層52而形成。硬掩模54包括基于氮化物的材料。更具體地，在襯底50上面形成柵極氧化物層51和多晶硅層。例如，形成的多晶硅層厚度范圍為約600～約1100。然后，在多晶硅層上形成硅化鎢層，和其上面形成硬掩模氮化物層。
利用柵極掩模來蝕刻硬掩模氮化物層、硅化鎢層和多晶硅層至預(yù)定厚度，以獲得第一柵極圖案55。例如，如果形成的多晶硅層厚度為約900，則多晶硅層蝕刻的厚度范圍為約150～約500。
由于第一柵極圖案55的高度H2大，因此通過留下預(yù)定厚度的多晶硅層，可以減少在作為單元暈圈掩模的光刻膠圖案形成期間可能產(chǎn)生的浮渣和空洞。即，依照本發(fā)明的該實(shí)施方案，第一柵極圖案55的高度H2至少被減小約300或最大約500的厚度(即，H2＝H1-約500，其中H1表示圖1B中所示的典型的柵極圖案15的高度)。結(jié)果，減少了空洞和浮渣的形成。
形成絕緣層56以保護(hù)第一柵極圖案55。絕緣層56可包括氧氮化物層的單層、或者氧氮化物層和氧化鋁(Al2O3)層的堆棧結(jié)構(gòu)。雖然沒在圖中顯示，附圖標(biāo)記D表示位線接觸部分(即，將形成第一結(jié)區(qū)的區(qū)域)，和附圖標(biāo)記s表示存儲節(jié)點(diǎn)接觸部分(即，將形成第二結(jié)區(qū)的區(qū)域)。
如圖5B所示，形成打開位線接觸部分并且掩蔽存儲節(jié)點(diǎn)接觸部分第一光刻膠圖案57。更具體地，形成光刻膠層并且接著選擇性地接受曝光過程和顯影過程以獲得第一光刻膠圖案57。
如圖5C所示，實(shí)施回蝕刻過程以除去位線接觸部分上面保留的第一光刻膠圖案57。結(jié)果，形成第二光刻膠圖案57A。形成的光刻膠層厚度范圍為約4500-約6500。形成光刻膠層期間，第一柵極圖案55的高度H2要遠(yuǎn)小于典型的柵極圖案15(見圖1B)的高度H1，并且因此不會產(chǎn)生空洞。在實(shí)施回蝕刻過程期間，位線接觸部分上面存在的第一光刻膠圖案57的厚度也被大大減小，因此生成的浮渣減少。
蝕刻絕緣層56、第一圖案化的多晶硅層52和柵極氧化物層51以暴露位線接觸的襯底50。因此，可以完全地減少浮渣。附圖標(biāo)記56A、52A和51A分別表示圖案化的絕緣層、第二圖案化的多晶硅層和第一圖案化的柵極氧化物層。獲得多個第二柵極圖案55A，其每一個均包括硬掩模54、圖案化的硅化鎢層53和第二圖案化的多晶硅層52A。
實(shí)施暈圈離子注入過程，以將與襯底50相同的導(dǎo)電型雜質(zhì)注入對應(yīng)于位線接觸部分的襯底。利用約10KeV-約50KeV的能量，通過注入劑量范圍為約1×1013～約1×1014個原子/cm2的硼離子以實(shí)施暈圈離子注入過程59。
如圖5D所示，除去第二光刻膠圖案57A，形成覆蓋位線接觸部分并且打開存儲節(jié)點(diǎn)接觸部分的第三光刻膠圖案60。然后，利用第三光刻膠圖案60作為掩模實(shí)施蝕刻過程61以暴露對應(yīng)于存儲節(jié)點(diǎn)接觸部分的襯底50。通過實(shí)施蝕刻過程61可獲得第三圖案化的多晶硅層52B和第二圖案化的柵極氧化物層51B。結(jié)果，形成多個第三柵極圖案55B，其每一個均包括硬掩模54、圖案化的硅化鎢層53、第三圖案化的多晶硅層52B和第二圖案化的柵極氧化物層51B，并且多個第一隔離物56B在第三柵極圖案55B的側(cè)壁上形成。
如圖5E所示，剝離第三光刻膠圖案60，接著形成多個第二隔離物65以保護(hù)第三柵極圖案55B的側(cè)壁。下文中，根據(jù)制造DRAM器件的方法，實(shí)施形成電容器、位線和金屬互聯(lián)線的過程以完成DRAM器件。
根據(jù)本發(fā)明，在應(yīng)用暈圈離子注入過程制造半導(dǎo)體器件期間，首先保留形成柵極圖案的多晶硅層，并且接著形成用于單元暈圈掩模的光刻膠圖案。結(jié)果，可減少空洞和浮渣，因此改進(jìn)了半導(dǎo)體器件的特性。
雖然根據(jù)實(shí)際的優(yōu)選實(shí)施方案對本發(fā)明進(jìn)行了描述，但很顯然，對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員而言，可進(jìn)行各種變化和修改而不背離如所附權(quán)利要求所限定的本發(fā)明的精神和范圍。
權(quán)利要求
1.一種制造半導(dǎo)體器件的方法，包括在襯底上形成柵極材料；蝕刻柵極材料以形成柵極圖案，每一個所述柵極圖案包括保留在襯底上的部分柵極材料；在位線接觸的部分襯底上實(shí)施暈圈離子注入過程；形成柵極圖案的側(cè)壁隔離物；和利用側(cè)壁隔離物作為掩模蝕刻保留的部分柵極材料以暴露襯底。
2.權(quán)利要求1的方法，其中實(shí)施暈圈離子注入過程包括利用與襯底相同的導(dǎo)電性雜質(zhì)在位線接觸的部分襯底上注入雜質(zhì)。
3.權(quán)利要求2的方法，其中用于暈圈離子注入過程的雜質(zhì)包括劑量為約1×1012～約5×1014個原子/cm2并且能量為約20KeV～約80KeV的硼離子。
4.權(quán)利要求1的方法，其中在襯底上形成柵極材料還包括在襯底上形成柵極絕緣層；在柵極絕緣層上形成導(dǎo)電層；和在導(dǎo)電層上形成硬掩模層。
5.權(quán)利要求4的方法，其中導(dǎo)電層包括多晶硅層和金屬硅化物層。
6.權(quán)利要求5的方法，其中襯底上保留的部分柵極材料包括多晶硅層。
7.權(quán)利要求5的方法，其中形成厚度為約600～約1100的多晶硅層；和蝕刻約150～約500的多晶硅層。
8.權(quán)利要求1的方法，其中側(cè)壁隔離物包括氧氮化物層以及氧氮化物層和氧化鋁層(Al2O3)堆棧結(jié)構(gòu)中的一種。
9.一種制造半導(dǎo)體器件的方法，包括在襯底上形成柵極材料；蝕刻柵極材料以形成柵極圖案，每一個所述柵極圖案包括保留在襯底上的部分柵極材料；在保留的部分柵極材料上面形成絕緣層；蝕刻保留的部分柵極材料和部分絕緣層以暴露襯底的位線接觸區(qū)域；在位線接觸區(qū)域?qū)嵤炄﹄x子注入過程；和蝕刻其它保留的部分柵極材料和另一部分絕緣層以暴露襯底的存儲節(jié)點(diǎn)接觸區(qū)域。
10.權(quán)利要求9的方法，其中實(shí)施暈圈離子注入過程包括利用基本與襯底相同的導(dǎo)電性雜質(zhì)在襯底的位線接觸區(qū)域上注入雜質(zhì)。
11.權(quán)利要求10的方法，其中用于暈圈離子注入過程的雜質(zhì)包括劑量為約1×1013～約1×1014個原子/cm2并且能量為約10KeV～約50KeV的硼離子。
12.權(quán)利要求9的方法，其中在襯底上形成柵極材料還包括在襯底上形成柵極絕緣層；在柵極絕緣層上形成導(dǎo)電層；和在導(dǎo)電層上形成硬掩模層。
13.權(quán)利要求12的方法，其中導(dǎo)電層包括多晶硅層和金屬硅化物層。
14.權(quán)利要求13的方法，其中襯底上保留的部分柵極材料包括多晶硅層。
15.權(quán)利要求14的方法，其中形成厚度為約600～約1100的多晶硅層；和蝕刻約150～約500的多晶硅層。
16.權(quán)利要求9的方法，其中絕緣層被用作隔離物以保護(hù)柵極圖案。
17.權(quán)利要求16的方法，其中隔離物包括氧氮化物層以及氧氮化物層和氧化鋁層(Al2O3)堆棧結(jié)構(gòu)中的一種。
全文摘要
一種制造半導(dǎo)體器件的方法，包括在襯底上形成柵極材料；蝕刻柵極材料以形成柵極圖案，每一個柵極圖案包括保留在襯底上的部分柵極材料；在接觸位線的部分襯底上實(shí)施暈圈離子注入過程；形成柵極圖案的側(cè)壁隔離物；和采用側(cè)壁隔離物作為掩模蝕刻保留的部分柵極材料以暴露襯底。
文檔編號H01L21/8242GK101030558SQ200610162258
公開日2007年9月5日 申請日期2006年12月13日 優(yōu)先權(quán)日2006年2月28日
發(fā)明者李昌九 申請人:海力士半導(dǎo)體有限公司