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，更具體而言，涉及一種在半 導(dǎo)體器件中形成絕緣層的方法。
背景技術(shù)：
隨著半導(dǎo)體器件變得高度集成，柵極圖案之間的間隔和柵極圖案的線 寬變窄。因此，在定位塞(landing plug)接觸孔工藝期間，難于確保用 于形成接觸開(kāi)口的間隔。柵極圖案之間應(yīng)確保約30nm的間隔，以在考慮 柵極工藝期間線寬變化的情況下維持接觸開(kāi)口 。因?yàn)闁艠O圖案之間的間隔小，因此可能難于使用一般的沉積法在柵極 圖案之間形成絕緣層。因此，使用具有足夠水平的填隙(gap-fill)特性 的硼磷硅酸鹽玻璃(BPSG)層作為絕緣層。當(dāng)使用BPSG層作為絕緣層時(shí)， 通常需要厚度大于特定厚度的基于氮化物的層以減少滲透至襯底中的雜 質(zhì)。因此，在柵極圖案形成之后，形成用以在柵極圖案的側(cè)壁上形成間隔 物的柵極間隔物和用以減少BPSG層中的雜質(zhì)滲透至襯底中的單元間隔物。 然而，應(yīng)用柵極間隔物和單元間隔物導(dǎo)致在柵極圖案之間和在襯底上所形 成的基于氮化物的層的厚度變得太大。因此，在后續(xù)自對(duì)準(zhǔn)接觸(SAC) 蝕刻工藝期間可能發(fā)生接觸未打開(kāi)(contact-not-open)事件，如圖1中 的附圖標(biāo)記100所示。即，由于SAC蝕刻工藝^f吏用氧化物和氮化物之間選 擇性的特性，如果基于氮化物的層的厚度太大，則會(huì)在蝕刻中產(chǎn)生限制， 導(dǎo)致發(fā)生接觸未打開(kāi)事件。在柵極圖案的側(cè)壁上形成柵極間隔物和單元間隔物導(dǎo)致柵極圖案之間的間隔更窄。因此，會(huì)在形成絕緣層時(shí)劣化填隙特性。 發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的實(shí)施方案涉及提供一種制造半導(dǎo)體器件的方法，可降低在形 成絕緣層時(shí)的雜質(zhì)滲透，并確保填隙特性。本發(fā)明的其他實(shí)施方案涉及提 供一種制造半導(dǎo)體器件的方法，其可在形成接觸孔時(shí)減少接觸未打開(kāi)事 件。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供一種制造半導(dǎo)體器件的方法，包括在 襯底上形成至少一個(gè)柵極圖案；在柵極圖案和襯底上形成第一絕緣層；蝕 刻在第一區(qū)域中的第一絕緣層，以在第一區(qū)域中形成至少一個(gè)初〖極側(cè)壁間 隔物；在襯底結(jié)構(gòu)上形成第二絕緣層；蝕刻在第二區(qū)域中的第二絕緣層至 預(yù)度厚度；在襯底結(jié)構(gòu)上形成絕緣結(jié)構(gòu)；以及蝕刻在第二區(qū)域中的絕緣結(jié) 構(gòu)、蝕刻的第一絕緣層和第二絕緣層以形成接觸孔。根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，提供一種制造半導(dǎo)體器件的方法，包括 在襯底上形成至少一個(gè)柵極圖案；在所述至少一個(gè)柵極圖案和襯底上形成 第一絕緣層；蝕刻在第一區(qū)域中的第一絕緣層，以在第一區(qū)域中形成至少 一個(gè)柵極側(cè)壁間隔物；在第二區(qū)域中移除第一絕緣層；在襯底結(jié)構(gòu)上形成 第二絕緣層；在襯底結(jié)構(gòu)上形成絕緣結(jié)構(gòu)；以及蝕刻在第二區(qū)域中的絕緣 結(jié)構(gòu)和第二絕緣層以形成接觸孔。


圖1圖示說(shuō)明顯示典型技術(shù)的限制的顯微圖，圖2A~2G圖示說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施方案的制造半導(dǎo)體器件的 方法的截面圖。圖3A~3F圖示說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施方案的制造半導(dǎo)體器件的 方法的截面圖。圖4圖示說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明的第一和第二實(shí)施方案的顯微圖。
具體實(shí)施方式
本發(fā)明的實(shí)施方案涉及一種制造半導(dǎo)體器件的方法。圖2A~2G說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施方案的制造半導(dǎo)體器件的方法 的截面圖。
參照?qǐng)D2A，在包括單元區(qū)域和周邊區(qū)域的襯底200上形成柵極圖案 201。襯底200可包括在其上實(shí)施動(dòng)態(tài)隨M取存儲(chǔ)(DRAM)過(guò)程的半導(dǎo) 體襯底。每個(gè)柵極圖案201包括由多晶珪電極201A、基于金屬的電極201B、 和柵極硬掩模201C所構(gòu)成的堆疊結(jié)構(gòu)?；诮饘俚碾姌O201B可包含金屬 或者金屬硅化物。例如，金屬包括鴒和金屬珪化物包括珪化鎢。柵極硬掩 模201C可包括基于氮化物的層。
實(shí)施柵極再氧化過(guò)程以圓化柵極圖案201的邊緣，以降低柵致漏極泄 漏(GIDL)、減少熱電子引起的劣化以及補(bǔ)償形成柵極圖案201時(shí)受損的 層。在實(shí)施柵極再氧化過(guò)程之前，可在柵極圖案201的側(cè)壁上形成覆蓋鈍 化層，以減少基于金屬的電極201B的非正常氧化以及基于金屬的電極201B 和多晶硅電極201A之間的界面氧化。實(shí)施柵極再氧化過(guò)程，以在多晶珪 電極201A的側(cè)壁上和襯底200上形成第一基于氧化物的層202。
在所得結(jié)構(gòu)上形成柵極間隔物層作為第一絕緣層。在諸如濕清洗過(guò)程 的后續(xù)工藝期間，形成柵極間隔物層以保護(hù)第一基于氧化物的層202，并 在周邊區(qū)域內(nèi)的柵極圖案201上形成側(cè)壁鈍化層。初f極間隔物層包括由基 于氮化物的層203和第二基于氧化物的層204所構(gòu)成的堆疊結(jié)構(gòu)。柵極間 隔物層形成約5A ~約150A的厚度。
參照?qǐng)D2B，蝕刻周邊區(qū)域內(nèi)的^f極間隔物層的一部分以形成側(cè)壁鈍化 層，用作柵極側(cè)壁間隔物?？衫没匚g刻過(guò)程來(lái)蝕刻?hào)艠O間隔物層。在蝕 刻周邊區(qū)域內(nèi)的柵極間隔物層之前，可在單元區(qū)域內(nèi)的柵極間隔物層上形 成暴露出周邊區(qū)域的光刻膠圖案。
在蝕刻周邊區(qū)域內(nèi)的柵極間隔物層的一部分之后，保留柵極間隔物層 在單元區(qū)域中的襯底200和柵極圖案201上形成的部分。因此，在單元區(qū) 域中形成包括堆疊結(jié)構(gòu)的柵極間隔物，其中所述堆疊結(jié)構(gòu)由圖案化的基于 氮化物的層203A和圖案化的第二基于氧化物的層204A構(gòu)成。為便于下文 說(shuō)明，圖案化的基于氮化物的層203A和圖案化的第二基于氧化物的層204A 稱為第一氮化物圖案203A和第二單元氧化物圖案204A。周邊區(qū)域中初f極 間隔物層的一部分保留在相f極圖案201的側(cè)壁上，由此形成包括另一個(gè)圖案化的基于氮化物的層203B和另一個(gè)圖案化的第二基于氧化物的層204B 的側(cè)壁鈍化層。因此，暴露在周邊區(qū)域中的襯底200。為便于下文說(shuō)明， 所述另一個(gè)圖案化的基于氮化物的層203B和所述另一個(gè)圖案化的第二基 于氧化物的層204B稱為第二氮化物圖案203B以及第二周邊氧化物圖案 204B。附圖標(biāo)記202A和202B是指單元區(qū)域中的圖案化的第一基于氧化物 的層202A以及周邊區(qū)域中的其他圖案化的第一基于氧化物的層202B。所 述圖案化的第一基于氧化物的層202A以及所述其他圖案化的第一基于氧 化物的層2 02B下文稱為第 一單元氧化物圖案2 02A和第 一周邊氧化物圖案 202B。
參照?qǐng)D2C，在周邊區(qū)域中形成第一掩模圖案205。通過(guò)在襯底結(jié)構(gòu)的 單元區(qū)域和周邊區(qū)域上形成光刻膠層，并實(shí)施曝光和顯影過(guò)程以暴露單元 區(qū)域從而形成第一掩模圖案205。
移除在單元區(qū)域中的第二單元氧化物圖案204A。例如，使用濕蝕刻來(lái) 移除所述第二單元氧化物圖案204A。使用氟化氫(HF)或者緩沖氧化物蝕 刻劑(BOE)來(lái)實(shí)施濕蝕刻。因此，第一氮化物圖案203A保留在單元區(qū)域 中。第一氮化物圖案203A形成為約50A 約70A的厚度。
參照?qǐng)D2D,移除第一掩模圖案205。如果第一^^圖案205包括光刻 膠，則可使用氧氣移除過(guò)程來(lái)移除第一掩模圖案205。在襯底結(jié)構(gòu)的單元 區(qū)域和周邊區(qū)域上形成單元間隔物層206作為第二絕緣層。形成單元間隔 物層206以在形成后續(xù)絕緣層時(shí)減少雜質(zhì)滲入襯底200中。單元間隔物層 206形成為約70A 約200A的厚度。單元間隔物層206可包括選自例如氮 化硅(SiN)、 SiCN、 SiC以及SiBN的基于氮化物的層中的一種。
在形成單元間隔物層206之后，單元間隔物層206存在于周邊區(qū)域中， 并且第一氮化物圖案203A和單元間隔物層206存在于單元區(qū)域中。即由 于單元間隔物層206和第一氮化物圖案203A而導(dǎo)致單元區(qū)域中氮化物的 總厚度增加。雖然第一單元氧化物圖案202A形成在第一氮化物圖案203A 下方，但在形成后續(xù)絕緣層時(shí)，由于第一單元氧化物圖案202A存在于襯 底200之上，因此第 一單元氧化物圖案202A不會(huì)影響填隙裕度(gap-f i 11 margin)。此外，第一單元氧化物圖案202A在后續(xù)自對(duì)準(zhǔn)接觸蝕刻期間， 容易被氧化物蝕刻氣體所蝕刻，因此不會(huì)導(dǎo)致接觸未打開(kāi)事件。參照?qǐng)D2E，在周邊區(qū)域中的單元間隔物層206上形成第二掩才莫圖案 207。通過(guò)在單元區(qū)域和周邊區(qū)域中的單元間隔物層206上形成光刻膠層， 并實(shí)施曝光和顯影過(guò)程以暴露單元區(qū)域，從而形成第二掩模圖案207。
蝕刻單元區(qū)域中的單元間隔物層206至特定厚度?？墒褂酶飨蛲晕g 刻過(guò)程來(lái)蝕刻所述單元間隔物層206，以確自極圖案201之間的間隔。 可以以濕式或者干式過(guò)程來(lái)實(shí)施各向同性蝕刻過(guò)程。此后，在元區(qū)域中單 元間隔物層206的剩余部分稱為單元間隔物圖案206A，并且周邊區(qū)域中單 元間隔物層206的未蝕刻部分稱為剩余單元間隔物206B。
在下列條件下實(shí)施干蝕刻在選自反應(yīng)性離子束蝕刻(RIE)設(shè)備、磁 場(chǎng)增強(qiáng)RIE (MERIE)設(shè)備、感應(yīng)耦合等離子體(ICP)設(shè)備以及電子回旋 共振(ECR)設(shè)備中一種設(shè)備中，使用約100W 約4000W的頂部功率、約 2mT 約500mT的壓力，不供應(yīng)底部功率。因?yàn)楣?yīng)底部功率會(huì)導(dǎo)致能量 推向襯底200并因而導(dǎo)致平直(straightness)，因此不供應(yīng)底部功率。 因此，在實(shí)施各向同性蝕刻時(shí)會(huì)產(chǎn)生困難。
干蝕刻使用蝕刻氮化物的氣體來(lái)作為主氣體，以引起化學(xué)蝕刻而非物 理蝕刻。所述氣體包括由選自基于CHF、基于CF、基于SF、基于NF、基 于CH的氣體及其組合中的一種。例如，基于CHF的氣體包括CHF3和CH3F 之一，基于CF的氣體包括CF4、 (^6和(^4之一，基于SF的氣體包括SF" 基于NF的氣體包括NF3，以及基于CH的氣體包括CH3?？墒褂弥鳉怏w并加 入選自氬(Ar)、氧(02)、氦(He)、氮(N)及其組合中的一種來(lái)實(shí)施干 蝕刻。
使用BOE實(shí)施濕蝕刻。雖然BOE通常用以蝕刻氧化物，但在此實(shí)施方 案中使用BOE蝕刻包括氮化物的單元間隔物層206。利用BOE實(shí)施濕蝕刻 增加了單元間隔物圖案206A的厚度的均勻性。
通過(guò)實(shí)施干或濕蝕刻，保留了最小厚度以減少后續(xù)絕緣層的雜質(zhì)滲入 襯底200中。例如，如果第一氮化物圖案203A具有約50A的厚度，且單 元間隔物層206具有約140A的厚度，則氮化物的總厚度為約190A。因此， 蝕刻約50A，以符合減少雜質(zhì)滲入襯底200中所需的約140A的最小厚度。
單元間隔物圖案206A和第一氮化物圖案203A的總厚度可為后續(xù)絕緣層形成期間可降低雜質(zhì)滲透的最小厚度和可確保接觸孔裕度的最大厚度
之間的范圍。例如，總厚度范圍為約40A 約200A。
特別地，在形成單元間隔物圖案206A時(shí)，剩余的單元間隔物206B在 周邊區(qū)域中保持不會(huì)受到蝕刻。因?yàn)橛米鞯诙谀D案207的光刻膠層對(duì)
因此獲得此結(jié)果。
參照?qǐng)D2F,移除第二掩模圖案207?？墒褂醚鯕庖瞥^(guò)程來(lái)移除第二 掩模圖案207。
參照?qǐng)D2G，在單元間隔物圖案206A和剩佘單元間隔物206B上形成絕 緣層。以充分填充柵極圖案201之間的間隔的方式來(lái)形成絕緣層。例如， 絕緣層包括具有足夠水平的填隙特性的硼磷硅酸鹽玻璃(BPSG)層，以填 充柵極圖案201之間的狹窄間隔。因?yàn)槲g刻在單元區(qū)域中單元間隔物層206 的特定厚度，以確保圖2D中所示的柵極圖案201之間的間隔，從而進(jìn)一 步確保填隙裕度。
實(shí)施濕式熱處理。實(shí)施濕式熱處理用以使所述BPSG層中的雜質(zhì)向外擴(kuò) 散，使得BPSG層轉(zhuǎn)變?yōu)樵诟鲗又g的提供絕緣的基于氧化物的層。因?yàn)?在絕緣層下的單元間隔物圖案206A、剩余的單元間隔物206B以及第一氮 化物圖案203A形成為用于降低雜質(zhì)滲透的最小厚度或更大，因此來(lái)自BPSG 層的諸如硼的雜質(zhì)不會(huì)滲入襯底200中。
在絕緣層上形成第三掩模圖案209。例如，第三掩模圖案209包括光 刻膠層。而且，可額外形成硬掩模以確保蝕刻裕度。如果第三掩模圖案209 包括光刻膠圖案，則通過(guò)在絕緣層上形成光刻膠層并實(shí)施曝光和顯影過(guò)程 以圖案化該光刻膠圖案，從而形成第三掩模圖案209。如果額外形成石更掩 模，則硬掩模通過(guò)下列過(guò)程形成在絕緣層上形成硬掩模層；在硬掩模層 上形成光刻膠層；實(shí)施曝光和顯影過(guò)程以圖案化光刻膠層；以及使用圖案 化的光刻膠層作為蝕刻掩模來(lái)蝕刻硬掩模層。
蝕刻單元區(qū)域中的絕緣層、單元間隔物圖案206A以及第一氮化物圖案 203A以形成接觸孔210,暴露柵極圖案201之間的襯底200。附圖標(biāo)記202C、 203C、 206C和208表示剩余的第一單元氧化物圖案202C、剩余的第一氮化物圖案203C、剩余的單元間隔物圖案206C和絕緣圖案208。
例如，使用自對(duì)準(zhǔn)接觸(SAC)蝕刻過(guò)程形成接觸孔210。實(shí)施SAC蝕 刻過(guò)程以降低蝕刻?hào)艠O圖案201之間的小間隔的難度。SAC蝕刻過(guò)禾呈利用 氮化物與氧化物之間的選擇性。因?yàn)閱卧g隔物圖案206A和第一氮化物 圖案203A的總厚度范圍為可降低雜質(zhì)滲透的最小厚度與可確保接觸孔裕 度的最;UI"度之間，因此可確保蝕刻裕度，防止接觸未打開(kāi)事件。通過(guò)在 接觸孔210中形成導(dǎo)電材料并平坦化該導(dǎo)電材料來(lái)實(shí)施后續(xù)過(guò)程以形成定 位塞接觸。
圖3A~3F說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施方案的制造半導(dǎo)體器件的方法 的截面圖。
參照?qǐng)D3A，在包括單元區(qū)域和周邊區(qū)域的襯底300上形成柵極圖案 301。襯底300可包括在其上實(shí)施DRAM過(guò)程的半導(dǎo)體村底。每個(gè)柵極圖案 301包括由多晶硅電極301A、基于金屬的電極301B和柵極硬掩模301C所 構(gòu)成的堆疊結(jié)構(gòu)?；诮饘俚碾姌O301B可包括金屬或者金屬硅化物。例 如，金屬包括鵠和金屬硅化物包括硅化鎢。柵極硬掩模301C可包括基于 氮化物的層。
實(shí)施柵極再氧化過(guò)程以圓化柵極圖案301的邊緣，以降低GIDL、減少 因熱電子引起的劣化并補(bǔ)償形成柵極圖案301時(shí)受損的層。在實(shí)施柵;fel再 氧化過(guò)程之前，可在柵極圖案301的側(cè)壁上形成覆蓋鈍化層，以降低基于 金屬的電極301B的異常氧化以及基于金屬的電極301B和多晶硅電極301A 之間的界面氧化。實(shí)施柵極再氧化過(guò)程以在多晶珪電極301A的側(cè)壁上以 及襯底300上形成第一基于氧化物的層302。
在所得結(jié)構(gòu)上形成^h極間隔物作為第一絕緣層。在例如濕式清洗過(guò)程 的后續(xù)過(guò)程期間，形成柵極間隔物層以保護(hù)第一基于氧化物的層302,并 在周邊區(qū)域中的柵極圖案301上形成側(cè)壁鈍化層。桶f極間隔物層包括由基 于氮化物的層303和第二基于氧化物的層304所構(gòu)成的堆疊結(jié)構(gòu)。柵極間 隔物層形成為約5A ~約150A的厚度。
參照?qǐng)D3B，蝕刻周邊區(qū)域中的柵極間隔物層的一部分以形成側(cè)壁鈍化 層，用作柵極側(cè)壁間隔物?？墒褂没匚g刻過(guò)程蝕刻?hào)艠O間隔物層。在蝕刻周邊區(qū)域中的柵極間隔物層之前，可在單元區(qū)域中的相f極間隔物層上形成 暴露出周邊區(qū)域的光刻膠圖案。
在蝕刻周邊區(qū)域中的柵極間隔物層的一部分之后，保留在單元區(qū)域中
的襯底300和柵極圖案301上形成的柵極間隔物層的部分。因此，在單元 區(qū)域中形成包括堆疊結(jié)構(gòu)的柵極間隔物，其中所述堆疊結(jié)構(gòu)由圖案化的基 于氮化物的層303A和圖案化的第二基于氧化物的層304A構(gòu)成。為便于下 文說(shuō)明，圖案化的基于氮化物的層303A和圖案化的第二基于氧化物的層 304A稱為第一氮化物圖案303A和第二單元氧化物圖案304A。周邊區(qū)域中 ^^極間隔物層的部分保留在柵極圖案301的側(cè)壁上，由此形成包括另一個(gè) 圖案化的基于氮化物的層303B和另一個(gè)圖案化的第二基于氧化物的層 304B的側(cè)壁鈍化層。因此，暴露周邊區(qū)域中的襯底300。為《更于下文i兌明， 所述另一個(gè)已圖案化的基于氮化物的層303B和另一個(gè)已圖案化的第二基 于氧化物的層304B稱為第二氮化物圖案303B和第二周邊氧化物圖案 304B。附圖標(biāo)記302A和302B是指單元區(qū)域中的圖案化的第一基于IUt:物 的層302A和周邊區(qū)域中的其他圖案化的第一基于氧化物的層302B。下面， 所述圖案化的第一基于氧化物的層302A和所述其他圖案化的第一基于氧 化物的層302B稱為第一單元氧化物圖案302A和第一周邊氧化物圖案 302B。
參照?qǐng)D3C，在周邊區(qū)域中形成第一掩模圖案305。通過(guò)在襯底結(jié)構(gòu)的 單元區(qū)域和周邊區(qū)域上形成光刻膠層，并實(shí)施曝光和顯影過(guò)程以暴露單元 區(qū)域，從而形成第一掩模圖案305。移除單元區(qū)域中的第二單元氧化物圖案304A。例如，使用濕蝕刻移除 第二單元氧化物圖案304A。使用HF或者BOE實(shí)施濕蝕刻。因此，第一氮 化物圖案303A保留在單元區(qū)域中。第一氮化物圖案303A形成為約50A~ 約70A的厚度。
參照?qǐng)D3D,移除第一氮化物圖案303A。當(dāng)形成第二氮化物圖案303B 和第二周邊氧化物圖案304B以在周邊區(qū)域中構(gòu)成側(cè)壁鈍化層，并且在后 續(xù)絕緣層形成期間可利用單元間隔物防止雜質(zhì)滲透時(shí)，可不再需要第一氮 化物圖案303A。所以可預(yù)先移除第一氮化物圖案303A。使用各向同性蝕 刻來(lái)移除第一氮化物圖案303A。例如，各向同性蝕刻包括干蝕刻。在下列條件下實(shí)施干蝕刻在選自反應(yīng)性離子束蝕刻(RIE)設(shè)備、磁 場(chǎng)增強(qiáng)RIE (MERIE)設(shè)備、感應(yīng)耦合等離子體(ICP)設(shè)備以及電子回旋 共振(ECR)設(shè)備中設(shè)備中，使用約100W 約4000W的頂部功率、約2mT-約500mT的壓力，不供應(yīng)底部功率。因?yàn)楣?yīng)底部功率會(huì)導(dǎo)致能量推向襯 底300并因而導(dǎo)致平直，因此不供應(yīng)底部功率。因此，在實(shí)施各向同性蝕 刻時(shí)會(huì)產(chǎn)生困難。干蝕刻使用蝕刻氮化物的氣體來(lái)作為主氣體，以引起化學(xué)蝕刻而非物 理蝕刻。所述氣體包括由選自基于CHF、基于CF、基于SF、基于NF、基 于CH的氣體及其組合的氣體中的一種。例如，基于CHF的氣體包括CHF3 和CH3F之一，基于CF的氣體包括CF4、 C2F6和C2F4之一，基于SF的氣體包 括SF"基于NF的氣體包括NF"以及基于CH的氣體包括CH3?？墒褂弥?氣體并加入選自氬(Ar )、氧(02)、氦(He)、氮(N)及其組合中的一種 來(lái)實(shí)施干蝕刻。雖然通過(guò)使用BOE實(shí)施濕蝕刻可獲得均勻蝕刻，但可使用干蝕刻移除 第一氮化物圖案303A,以防止在柵極再氧化過(guò)程中移除第一單元氧化物圖 案302A。在移除第一氮化物圖案303A之后，第一單元氧化物圖案302A保留在 單元區(qū)域中的襯底300上。周邊區(qū)域中的側(cè)壁鈍化層由第一掩模圖案305 保護(hù)，以避免在移除第一氮化物圖案303A和第二單元氧化物圖案304A時(shí) 受損。參照?qǐng)D3E，移除第一掩模圖案305。如果第一掩模圖案305包括光刻 膠，則可使用氧移除過(guò)程來(lái)移除第一掩模圖案305。在襯底結(jié)構(gòu)的單元區(qū)域和周邊區(qū)域上形成單元間隔物306作為第二絕 緣層。形成單元間隔物306以在形成后續(xù)絕緣層時(shí)減少雜質(zhì)滲入襯底300。 單元間隔物306形成的厚度在后續(xù)絕緣層形成期間可降低雜質(zhì)滲入的最小 厚度與可確保接觸孔裕度的最大厚度之間的范圍。例如，單元間隔物306 形成為約70A 約200A的厚度。單元間隔物306可包括選自例如氮化硅 (SiN)、 SiCN、 SiC以及SiBN的基于氮化物的層中的一種。如圖3C和3D中所示，在移除第一氮化物圖案303A和第二單元氧化物圖案304A之后，單元間隔物306存在于單元區(qū)域與周邊區(qū)域中的襯底結(jié) 構(gòu)上。雖然第一單元氧化物圖案302A存在于單元區(qū)域中的單元間隔物306 下方，但因?yàn)榈谝粏卧趸飯D案302A存在于襯底300上，因此在后續(xù) 絕緣層形成期間第一單元氧化物圖案302A不會(huì)影響填隙裕度。而且，在 后續(xù)SAC蝕刻期間，第一單元氧化物圖案302A可容易被氧化物蝕刻氣體 所蝕刻，因此不會(huì)導(dǎo)致接觸未打開(kāi)事件。利用形成用以移除第二單元氧化物圖案304A的第一掩才莫圖案305來(lái)移 除第一氮化物圖案303A,容許省略額外的^^模圖案形成和移除過(guò)程，確保 工藝裕度。而且，在形成單元間隔物306之前移除第一氮化物圖案303A 和第二單元氧化物圖案304A，允許確?？山档秃罄m(xù)絕緣層的雜質(zhì)滲透的最 小厚度和柵極圖案301之間的間隔。參照?qǐng)D3F，在單元間隔物306上形成絕緣層。以充分填充柵極圖案301 之間的間隔的方式形成該絕緣層。例如，絕緣層包括BPSG層，該BPSG層 具有足夠水平的填隙特性以填充柵極圖案301之間的狹窄間隔。因?yàn)樵谝?除第一氮化物圖案303A之后形成單元間隔物306，因此進(jìn)一步確保填隙裕 度，以確保柵極圖案301之間的間隔，如圖3D所示。實(shí)施濕式熱處理。實(shí)施濕式熱處理使所述BPSG層中的雜質(zhì)向外擴(kuò)散， 使得BPSG層轉(zhuǎn)變?yōu)樵诟鲗又g的提供絕緣的基于氧化物的層。因?yàn)樵诮^ 緣層下的單元間隔物306形成用以減少雜質(zhì)滲透的最小厚度，因此在濕式 熱處理期間，可向外擴(kuò)散而沒(méi)有例如硼的雜質(zhì)從BPSG層滲入襯底300中。在絕緣層上形成第二4^模圖案308。例如，第二掩模圖案308包括光 刻膠層。而且，可額外形成硬掩模以確保蝕刻裕度。如果第二^^模圖案308 包括光刻膠圖案，則通過(guò)在絕緣層上形成光刻膠層并實(shí)施曝光和顯影過(guò)程 以圖案化該光刻膠圖案，從而形成第二掩模圖案308。如果額外形成硬掩 模，則通過(guò)下列過(guò)程形成硬掩模在絕緣層上形成硬掩模層；在硬掩模層 上形成光刻膠層；實(shí)施曝光和顯影過(guò)程以圖案化該光刻膠層；以及使用圖 案化的光刻膠層作為蝕刻掩模蝕刻硬^^層。蝕刻單元區(qū)域中的絕緣層和單元間隔物306以形成接觸孔309，暴露 出柵極圖案301之間的襯底300。附圖標(biāo)記302C、 306A、 306B、和307表 示剩余的第一單元氧化物圖案302C、單元區(qū)域中的圖案化的單元間隔物306A、周邊區(qū)域中剩余的單元間隔物306B、以及絕緣圖案307。例如，使用SAC蝕刻過(guò)程形成接觸孔309。實(shí)施SAC蝕刻過(guò)程以降低 蝕刻?hào)艠O圖案301之間的小間隔的難度。SAC蝕刻過(guò)程利用氮化物和氧化 物之間的選擇性。因?yàn)閱卧獏^(qū)域中的襯底300上的單元間隔物306的厚度 在可降低雜質(zhì)滲透的最小厚度與可確保接觸孔裕度的最大厚度之間的范 圍內(nèi)，因此確保蝕刻裕度，防止接觸未打開(kāi)事件。可通過(guò)在接觸孔309中 形成導(dǎo)電材料并平坦化該導(dǎo)電材料來(lái)實(shí)施后續(xù)過(guò)程以形成定位塞接觸。圖4說(shuō)明使用濕蝕刻來(lái)蝕刻的襯底結(jié)構(gòu)中作用為單元間隔物的基于氮 化物的層的顯微圖。濕蝕刻基于氮化物的層約200秒。在實(shí)施濕蝕刻之前， 基于氮化物的層具有約126A的側(cè)壁厚度，以及約123A的底部厚度。在實(shí) 施濕蝕刻約200秒之后，可蝕刻掉約37A的側(cè)壁以及約40A的底部，得到 約89A的側(cè)壁厚度以及約83A的底部厚度。雖然沒(méi)有示出，但如果實(shí)施濕 蝕刻約250秒，則會(huì)蝕刻掉約42A的側(cè)壁和約45A的底部，得到約84A 的側(cè)壁厚度以及約78A的底部厚度。如果^^吏用BOE實(shí)施濕蝕刻，則甚至在蝕刻時(shí)間加長(zhǎng)時(shí)也可蝕刻單元間 隔物以保留均勻的厚度。因此，可確保柵極圖案之間的間隔，并且單元間 隔物可以保留在村底上同時(shí)具有所需的均勻厚度。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案，在形成單元間隔物之前移除在柵極圖案上形 成的柵極間隔物，或者在形成柵極間隔物和單元間隔物之后，實(shí)施各向同 性蝕刻，以在單元區(qū)域中選擇性蝕刻一定厚度的單元間隔物，以確,極 圖案之間的間隔，因而確保在形成絕緣層時(shí)的填隙裕度。此外，保留最小為厚度的包括柵極間隔物和單元間隔物的堆疊結(jié)構(gòu)或 單元間隔物，該最小厚度可確#*極圖案之間的間隔并在絕緣層形成期間 減少雜質(zhì)滲入襯底。因此，當(dāng)使用BPSG層時(shí)，通過(guò)雜質(zhì)的向外擴(kuò)散而滲 入襯底中的雜質(zhì)可充分減少，并可減少SAC蝕刻過(guò)程期間接觸未打開(kāi)事件。雖然在說(shuō)明書(shū)中限定了本發(fā)明實(shí)施方案的單元區(qū)域與周邊區(qū)域，但除 了單元區(qū)域和周邊區(qū)域之外，還可將本發(fā)明的實(shí)施方案應(yīng)用至形成有不同 密度的柵極圖案的半導(dǎo)體器件中。而且，雖然本發(fā)明的實(shí)施方案說(shuō)明絕緣 層包括BPSG層，但絕緣層除了 BPSG層之外，也可包括電介質(zhì)上旋涂(spinon dielectric, SOD)層。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案，用以制造半導(dǎo)體器件的方法保持柵極圖案之 間的間隔，以確保絕緣層形成期間的填隙裕度，并降低接觸未打開(kāi)事件。 而且，可減少雜質(zhì)從絕緣層滲入襯底，形成可靠的器件。雖然已參考特定實(shí)施方案說(shuō)明了本發(fā)明，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員顯然可 以在不背離所附權(quán)利要求所限定的本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)實(shí)施各種變化 和修改。
權(quán)利要求
1.一種制造半導(dǎo)體器件的方法，包括在襯底上形成至少一個(gè)柵極圖案；在所述柵極圖案和所述襯底上形成第一絕緣層；在第一區(qū)域中蝕刻所述第一絕緣層，以在所述第一區(qū)域中形成至少一個(gè)柵極側(cè)壁間隔物；在所述襯底結(jié)構(gòu)上形成第二絕緣層；在第二區(qū)域中蝕刻所述第二絕緣層至預(yù)度厚度；在所述襯底結(jié)構(gòu)上形成絕緣結(jié)構(gòu)；和蝕刻在所述第二區(qū)域中的所述絕緣結(jié)構(gòu)、所述蝕刻的第一絕緣層和所述第二絕緣層以形成接觸孔。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的方法，其中所述第一絕緣層包括基于氮化物的層 或由基于氮化物的層和基于氧化物的層構(gòu)成的堆疊結(jié)構(gòu)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述第二絕緣層包括基于氮化物的層。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其中所述第二絕緣層形成為約70A-約 200A的厚度。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其中蝕刻在所述第二區(qū)域中的所述第二絕 緣層至所述預(yù)度厚度包括蝕刻所述第二絕緣層，使得在所述第二區(qū)域中的 所述第一絕緣層和所述已蝕刻的第二絕緣層的總厚度處于在形成所述絕 緣結(jié)構(gòu)同時(shí)減少雜質(zhì)滲透的最小厚度和確保接觸孔裕度的最大厚度之間 的范圍內(nèi)。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其中在所述第二區(qū)域中蝕刻所述第二絕緣 層至所述預(yù)定厚度包括蝕刻所述第二絕緣層，^吏得在所述第二區(qū)域中的所 述第一絕緣層和所述已蝕刻的第二絕緣層的總厚度為約40A~約200A。
7. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其中蝕刻所述第二絕緣層至預(yù)定厚度包括 實(shí)施各相同性蝕刻。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其中所述各相同性蝕刻包括實(shí)施干蝕刻或 濕蝕刻。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中實(shí)施所述濕蝕刻包括使用緩沖氧化物 蝕刻劑(BOE)。
10. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中在下列條件下實(shí)施所述干蝕刻在 選自反應(yīng)性離子束蝕刻(RIE)設(shè)備、磁場(chǎng)增強(qiáng)RIE (MERIE)設(shè)備、感 應(yīng)耦合等離子體(ICP)設(shè)備以及電子回旋共振(ECR)設(shè)備中的一種設(shè) 備中，使用約100W 約4000W的頂部功率、在約2mT ~約500mT的壓 力下，不供應(yīng)底部功率。
11. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中所述干蝕刻使用包含選自基于CHF、 基于CF、基于SF、基于NF、基于CH的氣體及其組合中的一種的主氣 體。
12. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中所述基于CHF的氣體包括CHF3 和CH3F之一，所述基于CF的氣體包括CF4、 C2F6和C2F4之一，所述基 SF的氣體包括SF4，所述基于NF的氣體包括NF3，和所述基于CH的氣 體包括CH3。
13. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中所述干蝕刻包括將選自氬(Ar)、 氧(02)、氦(He)、氮(N)及其組合中的一種加入所述主氣體。
14. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中蝕刻在所述第一區(qū)域中的所述第一 絕緣層以形成所述至少一個(gè)柵極側(cè)壁間隔物包括在所述第一絕緣層上形成的光刻膠圖案，暴露出所述第一區(qū)域；和 蝕刻在所述第一區(qū)域中的所述第一絕緣層。
15. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中蝕刻所述第一絕緣層包括實(shí)施回蝕 刻過(guò)程。
16. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中蝕刻在所述第二區(qū)域中的所述第二 絕緣層至特定厚度包括在所述第二絕緣層上形成光刻膠圖案，暴露出所述第二區(qū)域；和 蝕刻在所述第二區(qū)域中的所述第二絕緣層至預(yù)定厚度。
17. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述絕緣結(jié)構(gòu)包括硼磷硅酸鹽玻璃 (BPSG)層。
18. 根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其中在形成所述BPSG后實(shí)施濕式熱過(guò) 程。
19. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述第一區(qū)域具有比所述第二區(qū)域 還小的柵極圖案密度。
20. 根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，其中所述第一區(qū)域包括周邊區(qū)域和所述 第二區(qū)域包括單元區(qū)域。
21. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中蝕刻所述第二區(qū)域中的所述絕緣結(jié) 構(gòu)、所述蝕刻的第一和第二絕緣層以形成所述接觸孔的步驟包括實(shí)施自對(duì) 準(zhǔn)接觸蝕刻。
22. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其中所述基于氮化物的層包含氮化硅 (SiN )、 SiCN、 SiC和SiBN中的至少一種。
23. —種制造半導(dǎo)體器件的方法，包括 在襯底上形成至少 一個(gè)初f極圖案；在所述至少一個(gè)柵極圖案和所述襯底上形成第一絕緣層； 在第一區(qū)域中蝕刻所述笫一絕緣層，以在所述第一區(qū)域中形成至少一個(gè) 柵極側(cè)壁間隔物；移除在第二區(qū)域中的所述第一絕緣層； 在所述襯底結(jié)構(gòu)上形成第二絕緣層； 在所述襯底結(jié)構(gòu)上形成絕緣結(jié)構(gòu)；和蝕刻在所述第二區(qū)域中的所述絕緣結(jié)構(gòu)和所述第二絕緣層以形成接觸孔。
24. 根據(jù)權(quán)利要求23所述的方法，其中所述第一絕緣層包括基于氮化物的 層或由基于氮化物的層和基于氧化物的層構(gòu)成的堆疊結(jié)構(gòu)。
25. 根據(jù)權(quán)利要求23所述的方法，其中在所述第二區(qū)域中移除所述第一絕 緣層包括如果所述第 一絕緣層包括由基于氮化物的層和基于氧化物的層 構(gòu)成的堆疊結(jié)構(gòu)，則獨(dú)立地移除所述基于氧化物的層以及移除所逸基于氮 化物的層。
26. 根據(jù)權(quán)利要求25所述的方法，其中移除所述基于氧化物的層包括實(shí)施 濕蝕刻。
27. 根據(jù)權(quán)利要求26所述的方法，其中所述濕蝕刻包括使用氟化氫(HF) 或者緩沖氧化物蝕刻劑(BOE)。
28. 根據(jù)權(quán)利要求25所述的方法，其中移除所述基于氮化物的層包括實(shí)施 各相同性干蝕刻。
29. 根據(jù)權(quán)利要求28所述的方法，其中在下列條件下實(shí)施所述干蝕刻在選自反應(yīng)性離子束蝕刻(RIE)設(shè)備、磁場(chǎng)增強(qiáng)RIE (MERIE)設(shè)備、感 應(yīng)耦合等離子體(ICP)設(shè)備以及電子回旋共振(ECR)設(shè)備中的一種設(shè) 備中，使用約100W 約4000W的頂部功率、在約2mT ~約500mT的壓 力下，不供應(yīng)底部功率。
30. 根據(jù)權(quán)利要求29所述的方法，其中所述干蝕刻使用包含選自基于 CHF、基于CF、基于SF、基于NF、基于CH的氣體及其組合中的一種 的主氣體。
31. 根據(jù)權(quán)利要求30所述的方法，其中所逸基于CHF的氣體包括CHF3 和CH3F之一，所述基于CF的氣體包括CF4、 QsF6和C2F4之一，所述基 SF的氣體包括SF4，所述基于NF的氣體包括NF3，和所述基于CH的氣 體包括CH3。
32. 根據(jù)權(quán)利要求31所述的方法，其中所述干蝕刻包括將選自氬(Ar)、 氧(02)、氦(He)、氮(N)及其組合中的一種加入所述主氣體。
33. 根據(jù)權(quán)利要求23所述的方法，其中所述第二絕緣層包括基于氮化物的 層。
34. 根據(jù)權(quán)利要求33所述的方法，其中所述第二絕緣層形成的厚度處于在 形成所述絕緣結(jié)構(gòu)同時(shí)減少雜質(zhì)滲透的最小厚度和確保接觸孔裕度的最 大厚度之間的范圍內(nèi)。
35. 根據(jù)權(quán)利要求34所述的方法，其中所述第二絕緣層形成為約70A-約 200A的厚度。
36. 根據(jù)權(quán)利要求23所述的方法，其中在所述第一區(qū)域中蝕刻所述第一絕 緣層以形成所述至少 一個(gè)*&極側(cè)壁間隔物包括在所述第一絕緣層上形成光刻膠圖案，暴露所述第一區(qū)域；和 蝕刻在所述第 一 區(qū)域中的所述第 一絕緣層。
37. 根據(jù)權(quán)利要求36所述的方法，其中蝕刻在所述第一區(qū)域中的所述第一 絕緣層包括實(shí)施回蝕刻過(guò)程。
38. 根據(jù)權(quán)利要求23所述的方法，其中所述絕緣結(jié)構(gòu)包括硼磷硅酸鹽玻璃 (BPSG)層。
39. 根據(jù)權(quán)利要求38所述的方法，其中在形成所述BPSG層后實(shí)施濕式熱過(guò)程。
40. 根據(jù)權(quán)利要求23所述的方法，其中所述第一區(qū)域具有小于所述第二區(qū) 域的極極圖案密度。
41. 根據(jù)權(quán)利要求40所述的方法，其中所述第一區(qū)域包括周邊區(qū)域和所述 第二區(qū)域包括單元區(qū)域。
42. 根據(jù)權(quán)利要求23所述的方法，其中蝕刻所述第二區(qū)域中的所述絕緣結(jié) 構(gòu)和所述第二絕緣層以形成所述接觸孔的步驟包括實(shí)施自對(duì)準(zhǔn)接觸蝕刻。
43. 根據(jù)權(quán)利要求33所述的方法，其中所述基于氮化物的層包含氮化硅 (SiN)、 SiCN、 SiC和SiBN中的至少一種。
全文摘要
一種制造半導(dǎo)體器件的方法，包括在襯底上形成至少一個(gè)柵極圖案；在柵極圖案和襯底上形成第一絕緣層；在第一區(qū)域中蝕刻第一絕緣層，以在第一區(qū)域中形成至少一個(gè)柵極側(cè)壁間隔物；在襯底結(jié)構(gòu)上形成第二絕緣層；在第二區(qū)域中蝕刻第二絕緣層至預(yù)度厚度；在襯底結(jié)構(gòu)上形成絕緣結(jié)構(gòu)；以及在第二區(qū)域中蝕刻絕緣結(jié)構(gòu)、蝕刻的第一絕緣層和第二絕緣層以形成接觸孔。
文檔編號(hào)H01L21/768GK101325173SQ200710308388
公開(kāi)日2008年12月17日 申請(qǐng)日期2007年12月29日 優(yōu)先權(quán)日2007年6月12日
發(fā)明者李敏碩 申請(qǐng)人:海力士半導(dǎo)體有限公司