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。更具體地說，本發(fā)明涉 及一種用于刻蝕硅襯底或在硅襯底頂上層疊的層的技術(shù)。
背景技術(shù)：
LSI中使用的元件隔離膜通過在硅襯底中形成的元件隔離溝槽中 掩埋絕緣膜而形成。為了在硅襯底中形成元件-隔離溝槽，通常采用以 下方法。首先，在硅襯底的頂上層疊二氧化硅膜(Si02膜)和氮化硅膜 (SiN膜)，在某些情況下，在氮化硅膜上形成其他的膜，以便用作刻 蝕的硬掩模。接著，在該硬掩模膜上形成具有預(yù)定圖形的抗蝕劑膜。 在此之后，硬掩模、氮化硅膜、二氧化硅膜以及硅襯底的部分表面被 刻蝕。以此方式，在硅襯底中形成元件隔離溝槽。
圖8A至8C示出了形成元件隔離溝槽的常規(guī)方法的例子。圖8A至 8C是示出了使用抗蝕劑掩模在硅襯底中形成元件隔離溝槽的工序的剖 面圖。
首先，在硅襯底201的頂上形成SiO2膜221、 SiN膜223和有機(jī)抗反 射膜227。接著，在有機(jī)抗反射膜227的頂上形成具有預(yù)定圖形的抗蝕 劑膜207 (圖8A)。通過使用抗蝕劑膜207作為掩模，順序地刻蝕有機(jī) 抗反射膜227、 SiN膜223、 Si02膜221和硅襯底201 (圖8B)。最后，去 除抗蝕劑膜207，以完成凹進(jìn)部分217的形成，凹進(jìn)部分217將被制成元 件隔離溝槽(圖8C)。
圖9A至9C示出了形成元件隔離溝槽的常規(guī)方法的另一例子。圖9A 至9C是示出了使用硬掩模在硅襯底中形成元件隔離溝槽的工序的剖面圖。
首先，在硅襯底201的頂上層疊用作硬掩模的SiOj莫221、 SiN膜 223、無定形碳膜205和無機(jī)抗反射膜225。接著，在無機(jī)抗反射膜225 的頂上形成具有預(yù)定圖形的抗蝕劑膜207 (圖9A)。通過使用抗蝕劑膜 207作為掩模，刻蝕無機(jī)抗反射膜225和無定形碳膜205。在該刻蝕過程 中，除去抗蝕劑膜207。此后，通過使用無定形碳膜205作為掩模，順 序地刻蝕SiN膜223、 Si02膜221和硅襯底201 (圖9B)。在SiN膜223被 刻蝕的同時(shí)，無機(jī)抗反射膜225被除去。最后，通過使用02等離子體的 灰化，去除無定形碳膜205，以完成凹進(jìn)部分217的形成，凹進(jìn)部分217 將被制成元件隔離溝槽(圖9C)。
例如，在日本專利申請(qǐng)?zhí)亻_號(hào)2000-200828中描述了通過使用硬掩 模形成元件隔離溝槽的上述方法。
上述方法是在硅襯底中形成元件隔離溝槽的方法的例子。但是使 用掩模的這種硅襯底的選擇性蝕刻是通常用來在硅襯底中形成凹進(jìn)部 分的方法。
日本專利申請(qǐng)?zhí)亻_號(hào)Hei 5-109702公開了用于鈍化膜的處理技術(shù)。 盡管該公開的技術(shù)所屬的技術(shù)領(lǐng)域不同于本發(fā)明，但是該技術(shù)包括通 過在鈍化膜的刻蝕之后進(jìn)行通過02等離子體去除沉積物的處理。此外， 日本專利申請(qǐng)?zhí)亻_號(hào)2005-45176公開了一種用于形成布線層的技術(shù)， 包括涉及聚合物淀積膜的技術(shù)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明人考查了用于形成凹進(jìn)部分的各種常規(guī)方法，并發(fā)現(xiàn)在某 些情況下，在硅襯底中形成具有希望尺寸的凹進(jìn)部分的難點(diǎn)。
然后，本發(fā)明人研究了該難點(diǎn)的原因。該研究揭示了以下事實(shí)。當(dāng)在硅襯底的頂上形成的膜中，如在SiN膜中，形成開口部分時(shí)，在 開口部分的側(cè)壁上粘附沉積物。當(dāng)硅襯底被刻蝕時(shí)，該沉積物用作掩 模。結(jié)果，硅襯底的被去除的區(qū)域變得小于薄膜中形成的開口部分。 此外，當(dāng)在硅襯底的刻蝕之后執(zhí)行灰化時(shí)，該灰化去除開口部分的側(cè) 壁上粘附的沉積物。結(jié)果，在側(cè)壁的硅-襯底部分和硅-襯底部分上面設(shè) 置的其SiN-膜部分之間的開口部分的側(cè)壁中產(chǎn)生臺(tái)階。
下面采用具體的例子描述本發(fā)明人的發(fā)現(xiàn)。
圖10A至10C和11A至11B是描述本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)的沉積物的粘 附的剖面圖。
首先，如圖10A所示，在硅襯底201的頂上層疊SiN膜203、無 定形碳膜205和具有預(yù)定圖形的抗蝕劑膜207。
接著，通過使用抗蝕劑膜207作為掩模，構(gòu)圖無定形碳膜205， 以在預(yù)定位置中形成開口部分211 (圖10B)。此后，通過使用抗蝕劑 膜207和無定形碳膜205作為掩模，有選擇地刻蝕SiN膜203，以形成 開口部分215。在該刻蝕過程中，抗蝕劑膜207被除去。當(dāng)SiN膜203 被刻蝕時(shí)，在開口部分215的側(cè)壁上粘附沉積物213 (圖10C)。
在此之后，通過使用無定形碳膜205和SiN膜203作為掩模，有 選擇地刻蝕硅襯底201，以形成凹進(jìn)部分217 (圖11A)。然后，去除 無定形碳膜205。在這種情況下，沉積物203也連同無定形碳膜205 — 起被去除(圖11B)。以此方式，在硅襯底201和SiN膜203之間形 成臺(tái)階231。
上面描述的例子是在SiN膜203的頂上形成無定形碳膜205的情 況。在SiN膜203的頂上直接形成抗蝕劑膜207，而在兩者之間沒有設(shè) 置無定形碳膜205的情況以及在上述過程之后在硅襯底201中形成凹進(jìn)部分2I7的情況下，也形成這種臺(tái)階231。
圖12A至12C是描述本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)的沉積物的附著的另一剖面圖。
如圖12A所示，在硅襯底201的頂上層疊Si02膜221 、SiN膜223 、 無定形碳膜205、無機(jī)抗反射膜225以及具有預(yù)定圖形的抗蝕劑膜207。
在此情況下，當(dāng)硅襯底201被刻蝕時(shí)，通過不僅使用SiN膜223 而且使用無定形碳膜205作為掩模，進(jìn)行硅襯底201的刻蝕，無定形 碳膜205是硬掩模。SiN膜223的減少因此被限制。
同樣在此情況下，在SiN膜223被刻蝕的同時(shí)，在側(cè)壁上淀積沉 積物213(圖12B)。當(dāng)硅襯底201被刻蝕時(shí)，沉積物213又用作掩模。 因此，在硅襯底201與SiN膜223和SiOj莫221之間的界面形成臺(tái)階 231 (圖12C)。
如至此描述的，當(dāng)在硅襯底中形成凹進(jìn)部分時(shí)，諸如Si02膜和SiN 膜的無機(jī)膜或諸如由無定形碳制成的膜的硬掩模被用作掩模。本發(fā)明 人發(fā)現(xiàn)，當(dāng)形成了掩模時(shí)，在掩模的開口部分的側(cè)壁上粘附沉積物。
本發(fā)明人研究了限制上述臺(tái)階的形成和因此提高凹進(jìn)部分的尺寸 可控性的方法。由于該研究的結(jié)果，本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)了在硅襯底的刻蝕 中提高上述尺寸的可控性的方法。為了實(shí)現(xiàn)該改進(jìn)，需要通過等離子 體處理的附加工序去除硬掩模和無機(jī)膜的側(cè)壁上粘附的沉積物。該附 加去除工序需要在硬掩模中和將制成作為掩模的無機(jī)膜中形成開口部 分之后進(jìn)行。但是，該附加去除工序需要在硅襯底的刻蝕之前進(jìn)行。 利用這種有效地去除硬掩模和無機(jī)膜的側(cè)壁上粘附的物體的工序，可 以實(shí)現(xiàn)上述的改進(jìn)的可控性。根據(jù)本發(fā)明，提供一種制造半導(dǎo)體器件的方法，包括，-
在其表面上具有第一層的襯底上形成第一薄膜，
在該第一薄膜中形成開口部分，
進(jìn)行等離子體處理，且由此去除開口部分的側(cè)壁上粘附的沉積物；
以及
在去除該沉積物之后，通過使用第一薄膜作為掩模，有選擇地去 除第一層。
在上述方法中，第一層可以是襯底的一部分或襯底上方形成的第 二薄膜。
此外，該襯底可以是硅襯底。
當(dāng)?shù)谝粚邮枪枰r底時(shí)，有選擇地去除第一層的步驟是有選擇地去 除硅襯底，以在硅襯底中形成凹進(jìn)部分的步驟。
在根據(jù)本發(fā)明的該方面的制造方法中，開口部分的側(cè)壁上粘附的 沉積物被去除。在將用作掩模的第一薄膜中形成開口部分之后，以及 在第一層如硅襯底中形成凹進(jìn)部分之前，進(jìn)行該沉積物的去除。通過 在硅襯底的刻蝕之前將硅襯底的元件形成面暴露于等離子體，實(shí)現(xiàn)該 開口部分的側(cè)壁上的沉積物的去除。利用由此去除沉積物，防止形成 小于第一薄膜中形成的開口部分的尺寸的凹進(jìn)部分。換言之，可以肯 定地形成凹進(jìn)部分，以便準(zhǔn)確地對(duì)應(yīng)于開口部分的尺寸。此外防止在 硅襯底中形成的凹進(jìn)部分的側(cè)壁和在第一薄膜中形成的開口部分的側(cè) 壁之間形成臺(tái)階。由此，在硅襯底中形成的凹進(jìn)部分時(shí)實(shí)現(xiàn)尺寸的可 控性的改進(jìn)。因此，即使當(dāng)在硅襯底中形成細(xì)微凹進(jìn)部分時(shí)，也可以 以優(yōu)異的尺寸精確度形成凹進(jìn)部分。
當(dāng)上述結(jié)構(gòu)被任意地結(jié)合時(shí)，該結(jié)合也用作本發(fā)明的實(shí)施例。此 外，盡管本發(fā)明可以表示為一種方法，但是本發(fā)明也可以以裝置等形式實(shí)現(xiàn)。
如至此描述的，根據(jù)本發(fā)明，可以以提高的尺寸精度在硅襯底中 形成凹進(jìn)部分。


圖1A至1C是示出了根據(jù)第一實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的制造工藝的
剖面圖。
圖2A至2C是示出了根據(jù)第一實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的制造工藝的 剖面圖。
圖3是示出了根據(jù)第一實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的制造工藝的剖面圖。
圖4A至4C是示出了根據(jù)第二實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的制造工藝的 剖面圖。
圖5是示出了根據(jù)第二實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的制造工藝的剖面圖。
圖6A和6B是示出了根據(jù)第三實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的制造工藝的 剖面圖。
圖7A和7B是示出了根據(jù)第三實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的制造工藝的 剖面圖。
圖8A至8C是示出了半導(dǎo)體器件的常規(guī)制造工藝的剖面圖。 圖9A至9C是示出了半導(dǎo)體器件的常規(guī)制造工藝的剖面圖。 圖IOA至IOC是示出了用于描述本發(fā)明人的發(fā)現(xiàn)的半導(dǎo)體器件的
制造工藝的剖面圖。
圖IIA和IIB是示出了用于描述本發(fā)明人的發(fā)現(xiàn)的半導(dǎo)體器件的
制造工藝的剖面圖。
圖12A至12C是示出了用于描述本發(fā)明人的發(fā)現(xiàn)的半導(dǎo)體器件的
制造工藝的剖面圖。
具體實(shí)施方式
現(xiàn)在，將參考附圖，通過實(shí)施例詳細(xì)描述本發(fā)明。注意在所有附 圖中相同的參考標(biāo)記用于相同的構(gòu)成元件。當(dāng)能夠省略時(shí)，則省略對(duì) 于這些元件的描述。
(第一實(shí)施例)
圖1A至3是示出根據(jù)本實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的制造工藝的剖面圖。 本實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的制造工藝包括以下步驟。
首先，在襯底如硅襯底101的元件形成面的頂上層疊通過例如依次 層疊SiO2膜102和SiN膜103形成的膜，作為第一薄膜。
其次，通過有選擇地去除SiO2膜102和SiN膜103形成開口部分115。
第三，其中形成開口部分115的硅襯底101的元件形成面被暴露于 等離子體，以去除在形成開口部分115的步驟過程中在開口部分115的 側(cè)壁上粘附的沉積物113。
最后，在去除沉積物113的步驟之后，通過使用SiO2膜102和SiN膜 103作為掩模，有選擇地去除硅襯底101，以形成凹進(jìn)部分117。
在此情況下，從頂表面向下至一定深度的部分硅襯底101被指定為 第一層。換言之，從元件形成面的頂部到凹進(jìn)部分117的底部在深度方 向上延伸的部分硅襯底101被指定為第一層。因此可以將有選擇地去除 硅襯底101以形成凹進(jìn)部分117的步驟視為有選擇地去除第一層的步 驟。
這些去除步驟，去除SiO2膜102和SiN膜103的步驟、去除沉積物113 的步驟和去除硅襯底101的步驟，可以在相同的等離子刻蝕室中連續(xù)地 執(zhí)行。在此情況下，在這些去除步驟之間沒有濕法工藝。
11現(xiàn)在，將參考圖1A至3更具體地描述每個(gè)步驟。
首先，如圖1A所示，在硅襯底101的頂上形成SiO2膜102，以便與 硅襯底101接觸。然后，在SiO2膜102的頂上依次層疊SiN膜103、含碳膜 例如無定形碳膜105以及抗蝕劑膜107。此后，抗蝕劑膜107被構(gòu)圖為預(yù) 定形狀，以在之后將形成凹進(jìn)部分117的區(qū)域上面形成開口部分109(在 圖1A至1C中未示出，而是在圖2B中示出)。
接著，通過使用構(gòu)圖的抗蝕劑膜107作為掩模進(jìn)行的干法刻蝕工 序，構(gòu)圖無定形碳膜105。通過該工序，在預(yù)定位置形成開口部分lll (圖1B)。用于刻蝕無定形碳膜105的氣體的具體例子包括含氧原子的 氣如02。替換的，這里可以通過產(chǎn)生等離子體利用氧基團(tuán)進(jìn)行該干法 刻蝕工序。在無定形碳膜105的刻蝕過程中，抗蝕劑膜107可以被除去 或可以部分地剩下。本實(shí)施例中示出了抗蝕劑膜107被除去的情況，如 圖1B所示。
接著，通過使用無定形碳膜105作為掩模，連續(xù)地干法刻蝕SiN膜 103和Si02膜102，在其中形成開口部分lll。因此，在SiN膜103和在SiO2 膜102中形成開口部分115。用于刻蝕的氣體例子至少包括其分子包含 碳原子和氟原子的氣體。更具體地說，使用基于碳氟化合物的氣體如 CF4、 CHF3和CKbF2的至少一種。
通過利用這些氣體的刻蝕，在SiN膜103和SiO2膜I02中形成的開口 部分115的側(cè)壁上粘附沉積物113 (圖1C)。沉積物113估計(jì)可能是包含 C、 F和Si作為它們的組成元素的聚合物。
圖1C示出了從無定形碳膜105的頂表面一直延伸到開口部分115的 側(cè)壁的粘附的沉積物113的示例情況。但是，在一定的刻蝕條件下，沉 積物113可以粘附在開口部分115的底部上。接著，去除粘附的沉積物113 (圖2A)。具體地，通過使硅襯底101
的元件形成面稍微經(jīng)受等離子體處理，進(jìn)行沉積物113的去除。亦即，
元件形成面暴露于包含氧原子的等離子體。這里提及的等離子體處理
僅僅需要輕度(light)的，因?yàn)樵赟iN膜103的側(cè)壁上淀積的沉積物113 的去除是通過該等離子體處理實(shí)現(xiàn)的唯一事物。利用這種等離子體處 理，在硅襯底101和SiO2膜102連同SiN膜103之間不形成臺(tái)階。該等離子 體處理在例如無偏置功率條件下進(jìn)行，以便該刻蝕可以各向同性地進(jìn) 行。
在用于去除沉積物113的等離子體處理中，控制等離子體的量及其 功率，以便使無定形碳膜105的刻蝕速率較小和與之后將描述的等離子 體灰化的條件相比，在短周期內(nèi)充分地實(shí)現(xiàn)沉積物113的去除，所述等 離子體灰化用于去除無定形碳膜105。
用于等離子體處理的條件可以通過實(shí)驗(yàn)來決定，以便適合于將要 使用的氣體種類。更具體地說，02流速被設(shè)為100sccm，源功率被設(shè)為 300W以及壓力被設(shè)為7Pa。
此外，為了進(jìn)一步提高凹進(jìn)部分117的尺寸可控性，優(yōu)選在SiN膜 103上可以留下足夠厚度的無定形碳膜105以用作掩模的條件下進(jìn)行等 離子體處理。更優(yōu)選的，在無定形碳膜105的退化可以被減慢的條件下 進(jìn)行該等離子體處理。此外，為了減慢SiN膜103的厚度減小和SiO2膜102 的厚度減小，優(yōu)選等離子體處理被進(jìn)行到硅刻蝕之后SiN膜103和SiO2 膜104的形狀不受該等離子體處理影響的程度。
順便提及，在沉積物113被去除時(shí)，抗蝕劑膜107已經(jīng)被去除。當(dāng) 以抗蝕劑膜107的刻蝕量表示等離子體處理的條件時(shí)，抗蝕劑膜107的 刻蝕量優(yōu)選在5nm至30nm的范圍內(nèi)，包含5nm和30nm。利用在上述條 件下進(jìn)行的等離子體處理，可以更確定地去除沉積物113，同時(shí)，無定形碳膜105的退化可以被減慢至最小。
接著，通過由Si02膜102、 SiN膜103以及無定形碳膜105構(gòu)成的掩 模，有選擇地干法刻蝕硅襯底IOI，形成凹進(jìn)部分117 (圖2B)。該實(shí) 施例的描述中及下面的實(shí)施例的描述中的采用的例子是其中每個(gè)凹進(jìn) 部分117用作元件隔離溝槽的情況。
用于刻蝕硅襯底101的刻蝕氣體的例子是其中包含鹵素原子的氣 體如HBr、 Cl2和SF6的至少一種與02氣、N2氣和He氣的至少任意一種混 合的混合氣體。
到進(jìn)行該刻蝕時(shí)，沉積物113已經(jīng)被去除。由此，凹進(jìn)部分117可 以形成有對(duì)應(yīng)于SiN膜103和SiO2膜102中形成的開口部分115的尺寸。因 此，在硅襯底101與SiN膜103和SiO2膜102之間的界面沒有形成臺(tái)階。
注意，如圖2B所示，當(dāng)硅襯底101被刻蝕時(shí)，無定形碳膜105可以 被部分地刻蝕。
接著，通過等離子體灰化如氧等離子體灰化，剩余在SiN膜103的 頂上的膜，在此情況下是無定形碳膜105，被去除，以使SiN膜103的頂 表面被露出(圖2C)。該等離子體灰化在與執(zhí)行用于去除沉積物113的 上述等離子體處理的不同的條件下進(jìn)行。例如，用于等離子體灰化的 條件包括3slm的02流速；3kW的微波功率；以及200 Pa的壓力。
用上述方法在硅襯底101中形成的凹進(jìn)部分117用作，例如，元件 隔離溝槽。在此情況下，之后將用絕緣膜掩埋該溝槽。因此，形成元 件隔離膜119。接下來將描述形成元件隔離膜119的方法。
在硅襯底101上面形成將用作元件隔離膜119的絕緣膜，以便從上 面掩埋凹進(jìn)部分117和覆蓋SiN膜103。元件隔離膜119的例子是Si02膜。這種絕緣膜可以通過CVD方法形成。然后，如圖3所示，通過化學(xué)機(jī)械
拋光(CMP)去除凹進(jìn)部分117外面形成的絕緣膜，直到SiN膜103被露 出。結(jié)果，形成元件隔離膜119，以便被掩埋在凹進(jìn)部分117中。這里， 元件隔離膜119的頂表面和SiN膜103的頂表面具有近似相同的高度。
在上述過程之后，通過根據(jù)本實(shí)施例的工藝獲得半導(dǎo)體器件。
注意，可以在上述過程之后進(jìn)行濕法刻蝕，以便去除SiN膜103。 此外，此后可以在硅襯底101的元件形成區(qū)中形成預(yù)定元件如晶體管。
接著，將描述本實(shí)施例的有益效果。
在本實(shí)施例中，通過在SiN膜103和SiO2膜102的刻蝕之后以及在硅 襯底101的刻蝕之前進(jìn)行的等離子體處理，去除SiN膜103和SiO2膜102 的開口部分115的側(cè)壁上粘附的沉積物113，所述SiN膜103和SiO2膜102 兩者都用作用于刻蝕硅襯底101的掩模。因此凹進(jìn)部分117精確地形成 有與在SiN膜103和SiO2膜102中形成開口部分115相同的尺寸。因此，在 硅襯底101和用于刻蝕硅襯底101的掩模之間的界面處不形成臺(tái)階。此 外，可以提高刻蝕硅襯底101時(shí)的形狀和尺寸的可控性。
現(xiàn)在，參考圖10A至12C。如上所述，在允許在用于刻蝕硅襯底201 的掩模上剩下無定形碳膜205的情況下，有時(shí)在硅襯底201和用于刻蝕 硅襯底201的掩模之間的界面處形成臺(tái)階231。由控制硅襯底201中形成 的凹進(jìn)部分217的尺寸的難點(diǎn)，導(dǎo)致臺(tái)階231的形成。
相反，在本實(shí)施例中，在硅襯底101中形成凹進(jìn)部分117之前，去 除開口部分115的側(cè)壁上粘附的沉積物113。由此，防止沉積物113作為 用于圍繞在硅襯底101與SiN膜103和SiO2膜102之間的界面處形成臺(tái)階 的掩模。因此，實(shí)際上在本實(shí)施例中未形成這種臺(tái)階。此外，在本實(shí)施例中，在SiN膜103和SiO2膜102的刻蝕之后，進(jìn)行 等離子體處理，以去除沉積物113，而無定形碳膜105仍然保留。因此， 可以進(jìn)一步提高用于形成凹進(jìn)部分117的刻蝕工序中的可控性。
在其他實(shí)施例的以下描述中，將主要集中于這些實(shí)施例與第一實(shí) 施例的區(qū)別。
(第二實(shí)施例)
在第一實(shí)施例中采用的例子中，在硅襯底101的頂上依次層疊含Si 膜102和103、無定形碳膜105和抗蝕劑膜107。無定形碳膜105可以不必 形成。接著具體描述這些方面。
圖4A至5是示出了根據(jù)本實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的制造工藝的剖面圖。
在本實(shí)施例中，在硅襯底101的頂上依次層疊SiN膜129和抗蝕劑膜 107，其兩者在一起用作第一膜。
然后，抗蝕劑膜107被構(gòu)圖為預(yù)定形狀，以形成開口部分109 (圖 4A)。此后，通過使用抗蝕劑膜107作為掩模，有選擇地刻蝕SiN膜129， 以形成開口部分115。在此之后，通過等離子體處理(圖4C)去除開口 部分115的側(cè)壁上粘附的沉積物113 (圖4B)。在與第一實(shí)施例中所采 用的相同條件下進(jìn)行該等離子體處理。用于該等離子體處理的條件必 須被控制，以便使抗蝕劑膜107的刻蝕量在5nm至30nm的范圍內(nèi)，包含 5nm和30nm。注意，圖4B示出了在開口部分115的側(cè)壁上粘附沉積物 113。但是，在SiN膜129的頂表面上和在開口部分115的底部上也可能 粘附沉積物113。
然后，通過使用抗蝕劑膜107和SiN膜129作為掩模，有選擇地刻蝕 硅襯底IOI，以在硅襯底101中形成凹進(jìn)部分117 (圖5)。同樣在本實(shí)施例中，在通過刻蝕SiN膜129形成開口部分115之后和 在形成凹進(jìn)部分117之前，硅襯底101的元件形成面被暴露于等離子體。
因此，在本實(shí)施例中可以獲得與第一實(shí)施例中所獲得的效果相同的有
益效果。
(第三實(shí)施例)
在第一實(shí)施例中采用的例子中，在硅襯底101的頂上依次層疊含Si 膜102和103、無定形碳膜105和抗蝕劑膜107。在無定形碳膜105的頂上 可以形成由無機(jī)材料制成的無機(jī)抗反射膜。接著具體描述這些方面。
圖6A至7B是示出了根據(jù)本實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的制造工藝的剖 面圖。
首先，在硅襯底101的頂上形成例如5mn至15nm厚度的SiO2膜121， 然后，在SiO2膜121的頂上形成例如50nm至150nm厚度的SiN膜123。在 SiN膜123的頂上，形成例如50nm至150nm厚度的無定形碳膜105。在無 定形碳膜105的頂表面上，形成例如10nm至50nm厚度的例如含Si的絕緣 膜，以便與無定形碳膜105的頂表面接觸。該絕緣膜用作無機(jī)抗反射膜 125。在無機(jī)抗反射膜125的頂上，形成抗蝕劑膜107，抗蝕劑膜107被 構(gòu)圖為預(yù)定形狀(圖6A)。
接著，用抗蝕劑膜107作為掩模，通過干法刻蝕工藝構(gòu)圖無機(jī)抗反 射膜125和無定形碳膜105。通過主要包含例如02的氣體刻蝕無定形碳 膜105。由此，當(dāng)無定形碳膜105被刻蝕時(shí)，抗蝕劑膜107被去除。相反， 當(dāng)無定形碳膜105被刻蝕時(shí)，高度抵抗02等離子體的無機(jī)抗反射膜125 用作刻蝕掩模。
在無機(jī)抗反射膜125和無定形碳膜105被刻蝕之后，這些薄膜125 和105被用作用于SiN膜123和SiO2膜121的干法刻蝕的掩模(圖6B)。在該干法刻蝕工藝中，無機(jī)抗反射膜125被刻蝕和去除。同樣在該實(shí)施 例中，在進(jìn)行該刻蝕的同時(shí)，在開口部分的側(cè)壁上粘附沉積物113。注
意，圖6B示出了在開口部分115的側(cè)壁上粘附沉積物113。但是，在無 定形碳膜105的頂表面和在開口部分115的底部上也可能粘附沉積物 113。
在此之后，利用能夠去除沉積物113但是不刻蝕SiN膜123、 Si02 膜121和硅襯底101的氣體進(jìn)行等離子體處理(圖7A)。這種氣體的例 子是包含02、 03、 N2、 H2和NH3的至少一種的氣體。進(jìn)行等離子體處理， 以去除在SiN膜123的側(cè)壁上淀積的沉積物113。由此，在例如沒有偏置 功率的條件下進(jìn)行該等離子體處理，以便可以各向同性地進(jìn)行刻蝕。 此外，該等離子體處理被進(jìn)行到當(dāng)就抗蝕劑膜107的刻蝕量表示時(shí)抗蝕 劑膜107的刻蝕量在5nm至30nm范圍內(nèi)(包含5nm和30nm)的程度。利 用以此方式進(jìn)行的等離子體處理，用作硬掩模的無定形碳膜105的削減 可以被減慢至最小。此外，該等離子體處理優(yōu)選被進(jìn)行到硅刻蝕之后 SiN膜123的形狀不受該等離子體處理影響的程度。
接著，通過由無定形碳膜105、 SiN膜123以及Si02膜121構(gòu)成的掩 ?？涛g硅襯底1011，形成凹進(jìn)部分117 (圖2B)。利用該刻蝕工藝，從 其頂表面刻蝕硅襯底直到例如200nm至400nm的深度。同樣在該實(shí)施例 中，到進(jìn)行硅襯底101的該刻蝕時(shí)，在SiN膜123和Si02膜121的側(cè)壁上淀 積的沉積物113已經(jīng)被去除。由此，在硅襯底101與SiN膜123和SiO2膜121 之間的界面處不形成臺(tái)階。因此，在本實(shí)施例中可以獲得與第一實(shí)施 例和第二實(shí)施例中獲得的效果相同的有益效果。
此外，同樣在本實(shí)施例中，僅僅輕微地進(jìn)行去除沉積物113的等離 子體處理，以便可以允許用作掩模的無定形碳膜105剩下足夠的厚度。
順便提及，元件隔離膜的寬度正變小到細(xì)微級(jí)別。由此，當(dāng)形成 制備元件隔離膜的元件隔離溝槽時(shí)，必須更精確的控制元件隔離溝槽的尺寸，并且SiN膜123的厚度必須被充分地保證。如上所述，通過CMP 拋光絕緣膜形成元件隔離膜。這里，絕緣膜通常比SiN膜123易于更迅 速地向下拋光。這是在CMP時(shí)用具有小厚度的SiN膜123作為停止膜有 時(shí)可能導(dǎo)致高度不足以達(dá)到硅襯底101的頂表面的元件-隔離膜的原因。
上述例子中，硅襯底101中形成的凹進(jìn)部分117被用作元件隔離溝 槽。此外，凹進(jìn)部分117可以用來例如在其中形成阱。但是，在此情況 下，SiN膜123的厚度變化可能致使難以在硅襯底101中形成具有精確的 期望的深度的阱。
針對(duì)這種可能性，在本實(shí)施例中，在硅襯底101的刻蝕之前去除沉 積物113。此外，在SiN膜123的頂上層疊無定形碳膜105和無機(jī)抗反射 膜125。利用這些措施，可以更確定地減小刻蝕之后SiN膜123的厚度的 減少。當(dāng)在之后步驟中在凹進(jìn)部分117中形成元件隔離膜或阱時(shí)，這有 助于增加成品率，最終總體上增加半導(dǎo)體器件的制造中的成品率。
去除沉積物113的替換方法是使用等離子體灰化設(shè)備。但是需要小 心地設(shè)置用于該等離子體灰化的條件。如果在與用來去除抗蝕劑膜107 或無定形碳膜105的條件相同的條件下進(jìn)行該等離子體灰化，被用作掩 模的無定形碳膜105可能被去除和SiN膜123可能被露出。因此，去除沉 積物113的等離子體處理優(yōu)選在可以減小SiN膜123的上述厚度減少的 條件下進(jìn)行，這種條件不同于用于那些等離子體灰化的條件。換言之， 這里采用的條件優(yōu)選是用于輕度等離子體處理的條件。
已經(jīng)對(duì)于本發(fā)明的某些實(shí)施例提供了參考附圖的描述，但是那些 描述只不過是本發(fā)明的例子。為了進(jìn)行本發(fā)明可以釆用與如上所述的 結(jié)構(gòu)不同的其他結(jié)構(gòu)。
例如，在第一實(shí)施例中，用作第一薄膜或用作硅襯底101的刻蝕的 掩模的膜，是SiO2膜102和SiN膜103的層疊膜，或在第三實(shí)施例中是Si02膜121和SiN膜123的層疊膜。在第二實(shí)施例中，SiN膜129單獨(dú)用于相同 目的?？涛g硅襯底101時(shí)使用的掩模材料不局限于上述的那些材料。用 于刻蝕硅襯底I01的掩模的例子包括含硅薄膜，如SiN膜、Si02膜和SiON 膜。這些膜可以被單獨(dú)地用作單層膜，或者可以使用這些薄膜的一些 膜的層疊膜以用于相同目的。
此外，第一和第三實(shí)施例的描述中使用的含碳膜的例子是無定形 碳膜，其也可以用作硬掩模。替換的，作為含碳膜，有機(jī)膜可以替換 無定形碳膜?？稍试S的有機(jī)膜需要在以下幾點(diǎn)類似于無定形碳膜。該 有機(jī)膜須通過氧等離子體灰化處理去除，以及在構(gòu)圖的時(shí)候，在有機(jī) 膜和形成為在有機(jī)膜上面設(shè)置的層的抗蝕劑膜之間有選擇性。
此外，在上述實(shí)施例中使用第一薄膜作為掩模刻蝕的第一層的例 子是硅襯底的部分頂表面。本發(fā)明不局限于該例子。用于第一層的其 他例子可以是在襯底的頂上形成的膜，這種薄膜被稱為第二膜。
第二膜的例子包括多晶硅膜。多晶硅膜被用作例如用于柵電極的 膜，并形成在襯底上面，在其間設(shè)置柵氧化膜。在多晶硅膜的頂上形 成第一膜如SiN膜。SiN膜用作用于刻蝕多晶硅膜的掩模。接著，通過 使用具有預(yù)定圖形的抗蝕劑膜作為掩模，有選擇地刻蝕SiN膜，以在SiN 膜中形成開口部分。然后，通過等離子體處理去除SiN膜中形成的開口 部分的側(cè)壁上粘附的沉積物。在此之后，通過使用該SiN膜作為掩模， 有選擇地刻蝕多晶硅膜。由此，該多晶硅膜可以被精確地刻蝕，具有 與在SiN膜中形成開口部分的相同的尺寸。因此該柵電極形成有高的尺 寸精度。除多晶硅膜之外，作為柵電極的膜的例子包括金屬硅化物膜， 以及多晶硅膜和金屬硅化物膜的層疊膜。
此外，在上述實(shí)施例中，采用暴露于02等離子體來去除Si02膜102 或121和SiN膜103、 129或123中形成的開口部分的側(cè)壁上粘附的沉積物 113。用于等離子體處理的氣體不局限于含氧原子的氣體如02和03。其他例子包括N2、 HJQNH3。此外，用于該目的的氣體僅僅必須包含這些
氣體的至少任意一種，以及當(dāng)稀釋是必要和適宜時(shí)，該氣體可以用惰 性氣體稀釋。
現(xiàn)在，將描述本發(fā)明的實(shí)例和比較例。 (實(shí)例)
根據(jù)第三實(shí)施例中描述的方法制造半導(dǎo)體器件。
在硅襯底的頂上層疊Si02膜(10nm) 、 SiN膜(100nm)、無定形 碳膜(100nm)和無機(jī)抗反射膜(包含Si的絕緣膜，30nm)。
接著，在無機(jī)抗反射膜的頂上形成具有預(yù)定圖形的抗蝕劑掩模， 然后在5mmTorr的壓力下利用CF4氣體干法刻蝕該無機(jī)抗反射膜。
在此之后，通過使用02氣體和HBr氣體的混合氣體產(chǎn)生等離子體， 以及用該等離子體干法刻蝕無定形碳膜。在該干法刻蝕工藝過程中， 在無機(jī)抗反射膜的頂上形成的掩模被干法刻蝕并因此被去除。同時(shí)， 該無機(jī)抗反射膜幾乎不被去除。
此后，SiN膜和Si02膜被干法刻蝕。CHF3氣體被用作刻蝕氣體，以 及壓力被設(shè)為50 mmTorr。
利用該刻蝕工藝，無機(jī)抗反射膜被去除。此外，無定形碳膜被刻 蝕約10nm至40nm。
下一個(gè)步驟是去除SiN膜和Si02膜的側(cè)壁上粘附的沉積物。為此， 在IOO sccm的02流速、300W的源功率以及7 Pa的壓力的條件下進(jìn)行等 離子體處理。該等離子體處理的條件被調(diào)整以使得抗蝕劑膜的刻蝕量 可以是10nm。接著，硅襯底被干法刻蝕，以形成凹進(jìn)部分。用于該目的的刻蝕 氣體是Cl2氣體。在此情況下，在硅襯底和Si02膜之間的界面處不形成 臺(tái)階，或更確切地說，在硅襯底的側(cè)壁和Si02膜的側(cè)壁之間的界面處不
形成臺(tái)階。在硅襯底的該刻蝕過程中，無定形碳膜也被刻蝕20mn至 70nm，但是SiN膜不被露出。
在此之后，通過氧等離子體灰化去除該無定形碳膜。用于該灰化 的條件是3 slm的02流速、3kW的微波功率以及200Pa的壓力。無定形碳 膜的去除使SiN膜的頂表面向外露出。
(比較例)
除了不進(jìn)行去除沉積物的等離子體處理之外，以相同過程制造半 導(dǎo)體器件。在此情況下，在SiN膜中形成的開口部分的側(cè)壁上，觀察 到每側(cè)約5-nm厚度的沉積物。在沉積物仍然保留的情況下進(jìn)行硅襯底 的刻蝕，使得在硅襯底和Si02膜之間的界面處形成約5-nm厚度的臺(tái)階。
權(quán)利要求
1.一種制造半導(dǎo)體器件的方法，包括在襯底上形成第一膜，所述襯底在的它表面上具有第一層；在所述第一膜中形成開口部分；進(jìn)行等離子體處理并由此去除所述開口部分的側(cè)壁上粘附的沉積物；以及在去除所述沉積物之后，通過使用所述第一膜作為掩模，有選擇地去除所述第一層。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l的制造半導(dǎo)體器件的方法， 其中所述襯底是硅襯底， 所述第一層是所述硅襯底的一部分，以及通過有選擇地去除所述第一層，在所述硅襯底中形成凹進(jìn)部分。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2的制造半導(dǎo)體器件的方法，其中所述凹進(jìn)部分 是用于隔離元件的溝槽，該方法還包括在所述硅襯底上方形成絕緣膜，以便掩埋所述凹進(jìn)部分；以及 去除所述絕緣膜的一部分，所述的部分形成在所述凹進(jìn)部分的外面。
4. 根據(jù)權(quán)利要求l的制造半導(dǎo)體器件的方法，其中所述第一層是 所述襯底上方形成的第二膜。
5. 根據(jù)權(quán)利要求l的制造半導(dǎo)體器件的方法，其中所述第一膜包 括含硅膜。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5的制造半導(dǎo)體器件的方法，其中所述第一膜是 SiN膜、SiCy莫以及SiN膜和Si02膜的層疊膜之一。
7. 根據(jù)權(quán)利要求5的制造半導(dǎo)體器件的方法，其中通過至少使用 在其分子中包含碳原子和氟原子的氣體，有選擇地刻蝕所述第一膜， 形成所述開口部分。
8. 根據(jù)權(quán)利要求l的制造半導(dǎo)體器件的方法，其中通過使用包含02、 03、 N2、 H2以及NH3中的至少一種的氣體進(jìn)行所述等離子體處理。
9. 根據(jù)權(quán)利要求l的制造半導(dǎo)體器件的方法，還包括形成具有預(yù)定圖形的抗蝕劑膜，以便與所述第一膜的表面接觸， 其中通過使用所述抗蝕劑膜作為掩模，在所述第一膜中形成所述 開口部分。
10. 根據(jù)權(quán)利要求l的制造半導(dǎo)體器件的方法，還包括 形成含碳膜，以便與所述第一膜的表面接觸； 在所述含碳膜上形成具有預(yù)定圖形的抗蝕劑膜；以及 通過使用所述抗蝕劑膜作為掩模，構(gòu)圖所述含碳膜， 其中通過使用所述含碳膜作為掩模，在所述第一膜中形成所述開口部分。
11.根據(jù)權(quán)利要求l的制造半導(dǎo)體器件的方法，還包括形成含碳膜，以便與所述第一膜的表面接觸； 在所述含碳膜上形成由無機(jī)材料制成的抗反射膜； 在所述抗反射膜上形成具有預(yù)定圖形的抗蝕劑膜；以及 通過使用所述抗蝕劑膜作為掩模，構(gòu)圖所述抗反射膜和所述含碳膜，其中通過使用所述含碳膜和所述抗反射膜作為掩模，在所述第一 膜中形成所述開口部分。
12.根據(jù)權(quán)利要求10的制造半導(dǎo)體器件的方法，其中所述含碳膜 是無定形碳膜。
13. 根據(jù)權(quán)利要求ll的制造半導(dǎo)體器件的方法，其中所述含碳膜 是無定形碳膜。
14. 根據(jù)權(quán)利要求9的制造半導(dǎo)體器件的方法，其中在所述抗蝕劑膜被刻蝕不少于5nm但是不超過30nm厚度的條件下進(jìn)行所述等離子體 處理。
15. 根據(jù)權(quán)利要求10的制造半導(dǎo)體器件的方法，其中當(dāng)刻蝕量被 轉(zhuǎn)換為將被刻蝕的所述抗蝕劑膜的厚度時(shí)，在所述抗蝕劑膜被刻蝕不 少于5nm但是不超過30nm的厚度的條件下進(jìn)行所述等離子體處理。
16. 根據(jù)權(quán)利要求11的制造半導(dǎo)體器件的方法，其中當(dāng)刻蝕量被 轉(zhuǎn)換為將被刻蝕的所述抗蝕劑膜的厚度時(shí)，在所述抗蝕劑膜被刻蝕不 少于5rnn但是不超過30nm的厚度的條件下進(jìn)行所述等離子體處理。
全文摘要
本發(fā)明提供了制造半導(dǎo)體器件的方法以提高刻蝕在硅襯底或硅襯底頂上形成的薄膜時(shí)的尺寸可控性。為此，形成SiN膜，以便與硅襯底的元件形成面的頂部接觸，并且SiN膜被有選擇地去除，以形成開口部分。然后，在硅襯底的元件形成面上進(jìn)行等離子體處理，以去除SiN膜中形成的開口部分的側(cè)壁上粘附的沉積物。在此之后，通過使用SiN膜作為掩模，有選擇地去除硅襯底，以在硅襯底中形成凹進(jìn)部分。
文檔編號(hào)H01L21/00GK101295627SQ20081000972
公開日2008年10月29日 申請(qǐng)日期2008年2月13日 優(yōu)先權(quán)日2007年2月8日
發(fā)明者滿生彰, 稻田充郎 申請(qǐng)人:恩益禧電子股份有限公司