專利名稱：制造半導(dǎo)體器件的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體器件制造技術(shù)，更具體涉及制造具有垂直溝道晶 體管的半導(dǎo)體器件的方法。
背景技術(shù)：
隨著半導(dǎo)體器件變得高度集成，晶體管的溝道長(zhǎng)度逐漸降低。但是， 晶體管的溝道長(zhǎng)度的降低導(dǎo)致短溝道效應(yīng)例如漏致勢(shì)壘降低(DIBL)現(xiàn) 象、熱栽流子效應(yīng)和穿通效應(yīng)。為了解決上述局限，已經(jīng)提出各種方法， 例如減小結(jié)區(qū)深度的方法和通過(guò)形成凹陷來(lái)增加有效溝道長(zhǎng)度的方法。但是，隨著半導(dǎo)體存儲(chǔ)器件的集成度增加，尤其是千兆位級(jí)動(dòng)態(tài)隨 機(jī)存取存儲(chǔ)器(DRAM)，需要尺寸更小的晶體管。即，需要具有小于 8F、F:最小特征尺寸)的器件面積(優(yōu)選4F2的器件面積)的千兆位 DRAM的晶體管。因此，即使晶體管的溝道長(zhǎng)度按比例縮小，其中柵 極電極形成在半導(dǎo)體襯底上以及結(jié)形成在柵極電極的每一側(cè)上的傳統(tǒng) 平面晶體管難以具有滿足所要求的器件面積。 一種解決方案是使用垂直 溝道晶體管。圖l說(shuō)明傳統(tǒng)具有垂直溝道晶體管的半導(dǎo)體器件的透視圖。參照?qǐng)D1，多個(gè)柱狀物P形成在襯底100上。柱狀物P由與襯底100 相同的材料制成，并且排列在互相垂直的第一方向X-X，和第二方向 Y-Y，。通過(guò)使用硬掩模圖案(沒(méi)有示出)蝕刻襯底100形成柱狀物P。圍繞柱狀物P且沿著第一方向X-X，延伸的掩埋位線101在第一方向 X-X，上排列的柱狀物P之間的襯底100上形成。在襯底100中通過(guò)雜質(zhì)注入形成掩埋位線101,并且該掩埋位線101被隔離溝槽T隔開(kāi)。在柱狀物P的周圍，形成圍繞柱狀物P的柵極電極(沒(méi)有示出)。形 成字線102，該字線102電連接至柵極電極并在第二方向Y-Y，延伸。在該柱狀物P上形成存儲(chǔ)電極104。接觸塞103可插入柱狀物P與 存儲(chǔ)電極104之間。由于在上述半導(dǎo)體器件中在垂直于襯底表面的方向上形成溝道，因 此可增加晶體管的溝道長(zhǎng)度而不考慮器件面積。因此，可防止短溝道效 應(yīng)。此外，由于柵極電極圍繞柱狀物，因此增加晶體管的溝道寬度，使 得可改善晶體管的操作電流。然而，在形成降低器件特性的掩埋位線的工藝期間產(chǎn)生限制。該問(wèn) 題將參照?qǐng)D2A與2B在下面進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。圖2A與2B說(shuō)明制造具有垂直溝道晶體管的傳統(tǒng)半導(dǎo)體器件的方法 的橫截面圖。具體地，圖2A與2B為沿著第1圖的虛線Y-Y，的橫截面 圖。此外，由于提供圖2A與2B以說(shuō)明在形成掩埋位線的工藝期間所 發(fā)生的問(wèn)題，因此將提供簡(jiǎn)要說(shuō)明。如圖2A中所示，所提出的結(jié)構(gòu)包括具有在第一方向和第二方向上 排列的多個(gè)柱狀物P的襯底200、形成在柱狀物P上的硬掩模圖案201、 及圍繞柱狀物P的下部的柵極電極202。然后，在柱狀物P之間的襯底 200中摻雜位線雜質(zhì)，以形成位線雜質(zhì)區(qū)203。此時(shí)，位線雜質(zhì)的摻雜 可通過(guò)離子注入來(lái)實(shí)施。如圖2B中所示，在整個(gè)襯底結(jié)構(gòu)上形成絕緣層204，并接著實(shí)施平 坦化。在平坦化的絕緣層204上形成光刻膠圖案(沒(méi)有圖示)。使用光刻膠 圖案作為蝕刻掩模蝕刻絕緣層204，使得襯底200部分暴露出。蝕刻暴 露的襯底200至給定深度。因此，在第一方向排列的柱狀物P各列之間 的襯底200中形成隔離溝槽T，其沿著平行于第一方向的方向延伸。此 時(shí)，隔離溝槽T形成為具有一定深度，該深度延伸至位線雜質(zhì)區(qū)203 下方。因此，限定圍繞柱狀物P并沿著第一方向延伸的掩埋位線203A。接著，雖然在圖中沒(méi)有示出，但順序?qū)嵤┬纬呻娺B接至柵極電極并沿著第二方向延伸的字線的工藝、移除硬掩模圖案201以暴露出柱狀物 P的工藝、及在暴露的柱狀物P上形成接觸塞和存儲(chǔ)電極的工藝。然而，在與傳統(tǒng)使用金屬層的位線的電阻比較時(shí)，由于掩埋位線 203A通過(guò)雜質(zhì)注入形成，因此掩埋位線203A的電阻Rs增加。特別地， 當(dāng)減少器件的面積時(shí)，由雜質(zhì)摻雜所形成的位線的電阻增加。圖3說(shuō)明 與器件面積相應(yīng)的位線電阻。此外，在由雜質(zhì)摻雜所形成的位線的界面 處存在耗盡區(qū)，使得位線電容增加。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明提供一種制造具有垂直溝道晶體管的半導(dǎo)體器件的方法，其 中通過(guò)使用代替?zhèn)鹘y(tǒng)雜質(zhì)摻雜工藝的硅化物形成工藝來(lái)形成位線。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，該方法 包括形成多個(gè)柱狀物，所述柱狀物在第一方向和與第一方向相交的第 二方向上排列在襯底上，由此形成所得結(jié)構(gòu)；在包括柱狀物的所得結(jié)構(gòu) 上形成覆蓋層；移除在柱狀物之間的襯底上所形成的覆蓋層，以暴露出 柱狀物之間的襯底，由此形成所得結(jié)構(gòu)；在所得結(jié)構(gòu)上形成金屬層；對(duì) 金屬層實(shí)施第一熱處理，在柱狀物之間的暴露的襯底上形成珪化物層； 移除沒(méi)有反應(yīng)的硅化物層；以及在第一方向排列的柱狀物各列之間的和 在硅化物層下方的村底中形成隔離溝槽，以限定圍繞柱狀物并沿著第一 方向延伸的位線。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，該方 法包括在硅襯底上形成第一和第二柱狀物，第一和第二柱狀物的材料 與襯底相同，在第一與第二柱狀物之間限定有間隔；在第一和第二柱狀 物以及第 一 與第二柱狀物之間所限定的間隔上形成覆蓋層；移除在第一 和第二柱狀物之間所限定的間隔上形成的覆蓋層部分，其中在移除該覆 蓋層之后，暴露出在第一與第二柱狀物之間的襯底部分；在覆蓋層以及 在第一與第二柱狀物之間的暴露的襯底部分上形成金屬層；對(duì)金屬層實(shí) 施第一熱處理，使得與暴露的襯底部分接觸的金屬層的第一部分轉(zhuǎn)變?yōu)?硅化物層，與暴露的襯底部分不接觸的金屬層的第二部分保持為金屬 層；移除金屬層的第二部分，其中硅化物層在移除金屬層的第二部分之后保留在第一與第二柱狀物之間限定的間隔處；和在第一與第二柱狀物 之間所限定的間隔處的襯底中形成隔離溝槽，該隔離溝槽延伸到硅化物 層下方并將硅化物層分隔為第一硅化物結(jié)構(gòu)與第二硅化物結(jié)構(gòu)，第一硅 化物結(jié)構(gòu)與第一柱狀物相關(guān)聯(lián)，第二硅化物結(jié)構(gòu)與第二柱狀物相關(guān)聯(lián)。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，該方 法包括在硅襯底上形成第一和第二柱狀物，在第一和第二柱狀物之間 限定有間隔，第一和第二柱狀物限定第一和第二柵極電極；在第一和第 二柱狀物以及第一和第二柱狀物之間所限定的間隔上形成覆蓋層；移除 在第一和第二柱狀物之間所限定的間隔上形成的覆蓋層部分，其中在移 除該覆蓋層之后，暴露出笫一和第二柱狀物之間的襯底部分；在覆蓋層 以及在第一和第二柱狀物之間的暴露的襯底部分上形成金屬層；對(duì)金屬層實(shí)施第一熱處理，使得與暴露的襯底部分接觸的金屬層的第一部分轉(zhuǎn) 變?yōu)楣杌飳?；和在第一和第二柱狀物之間所限定的間隔處的襯底中形 成隔離溝槽，該隔離溝槽延伸到硅化物層下方并將硅化物層分隔成第一 硅化物結(jié)構(gòu)和第二硅化物結(jié)構(gòu)，第一硅化物結(jié)構(gòu)與第一柱狀物相關(guān)聯(lián)， 第二硅化物結(jié)構(gòu)與第二柱狀物相關(guān)聯(lián)。


圖l說(shuō)明傳統(tǒng)具有垂直溝道晶體管的半導(dǎo)體器件的透視圖。圖2A和2B說(shuō)明制造具有垂直溝道晶體管的傳統(tǒng)半導(dǎo)體器件的方法 的橫截面圖。圖3說(shuō)明基于器件面積的位線的電阻。圖4A到4I為橫截面圖，其說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案制造具 有垂直溝道晶體管的半導(dǎo)體器件的方法。
具體實(shí)施方式
圖4A到41為橫截面圖，其說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案制造具有 垂直溝道晶體管的半導(dǎo)體器件的方法。具體地，圖4A到4I為沿著圖1中 Y-Y，的第二方向的橫截面圖。首先，如圖4A中所示，在襯底400上形成在互相垂直的第一方向和第二方向上排列的多個(gè)硬掩模圖案402。此時(shí)在每一個(gè)硬掩模圖案402下 方配置一個(gè)氧化物層401。接著，使用硬掩模圖案402作為蝕刻掩模蝕刻 襯底400至給定深度，以形成多個(gè)上柱狀物400A。如圖4B中所示，在所得結(jié)構(gòu)上形成間隔材料層并回蝕刻以在硬掩模 圖案402和上柱狀物400A的側(cè)壁上形成間隔物403。接著，使用硬掩模圖案402和間隔物403作為蝕刻掩模來(lái)蝕刻襯底400 至給定深度，以形成多個(gè)下柱狀物400B。作為圖4B中的工藝的結(jié)果，柱狀物P形成為包括上柱狀物400A和下 柱狀物400B的有源區(qū)。多個(gè)柱狀物P排列在第一方向和第二方向上。即 4吏硬掩模圖案402具有平面正方形形式，但當(dāng)完成蝕刻工藝時(shí)柱狀物P變 為圓柱狀結(jié)構(gòu)。在相鄰柱狀物之間具有間隔，其中該間隔限定柱狀物以區(qū) 別相鄰柱狀物。如圖4C中所示，使用硬掩模圖案402和間隔物403作為蝕刻阻擋層(或 蝕刻停止層)來(lái)從下柱狀物400B的側(cè)壁各相同性蝕刻寬度A。因此，在下 柱狀物400B中以及襯底400中形成多個(gè)凹陷。此時(shí)，在下柱狀物400B處 的凹陷的寬度A與后續(xù)柵極電極的厚度一致。如圖4D中所示，在暴露的襯底400的表面上形成柵極絕緣層404。接 著，在將用于柵極電極的導(dǎo)電層形成在所得結(jié)構(gòu)上之后，回蝕刻所述用于 柵極電極的導(dǎo)電層以形成圍繞下柱狀物400B的凹陷的柵極電極405。如圖4E中所示，在所得結(jié)構(gòu)上形成薄的覆蓋層406。覆蓋層406具有 約IOA到約500A的厚度。覆蓋層包含氮化物層或氧化物層，或包含二者。如圖4F中所示，移除布置在柱狀物P之間的襯底400上的覆蓋層406 以及柵極絕緣層404以暴露出襯底400。在本實(shí)施方案中，使用濕蝕刻工 藝來(lái)移除該覆蓋層406以及該柵極絕緣層404，但也可使用干蝕刻工藝來(lái) 移除。如圖4G中所示，在所得結(jié)構(gòu)上沉積諸如鈷、鎳或鈦的金屬層407,以 形成珪化物層。此時(shí)，為了使金屬層407穩(wěn)定地沉積在柱狀物P之間的暴 露的襯底400上，所用的沉積法應(yīng)具有優(yōu)異的階梯覆蓋特性。例如，如果 使用PVD(物理氣相沉積)法來(lái)沉積鈷，則由于不良的階梯覆蓋特性而出現(xiàn) 突懸(overhang)， 4吏得已沉積的鈷無(wú)法達(dá)到柱狀物P之間的暴露的襯底 400。因此，使用化學(xué)氣相沉積(CVD)法或原子層沉積(ALD)法來(lái)沉積鈷是理想的。沉積的金屬層407可具有約30人到約500A的厚度如圖4H中所示，對(duì)所得結(jié)構(gòu)實(shí)施例如RTP(快速熱處理)法的第一熱 處理，使得珪化物層408形成在柱狀物P之間的暴露的襯底400上。該第 一熱處理可在數(shù)百度的溫度下實(shí)施。接著，通過(guò)濕清洗工藝移除在第一熱處理期間沒(méi)有與襯底>^應(yīng)的金屬 層407的一部分。此時(shí)，濕清洗工藝可使用硫酸(H2S04)溶液或其中混合疏 酸(112804)和過(guò)氧化氳(11202)的SPM溶液來(lái)進(jìn)行。此外，實(shí)施第二熱處理以降低硅化物層408的電阻。根據(jù)應(yīng)用任選地 實(shí)施第二熱處理。接著，為了防止J^化物層408氧化，在硅化物層408的表面上薄薄地(例 如，約5A到約卯A)沉積諸如氮化物層的材料。梠^據(jù)應(yīng)用任選地實(shí)施這類 工藝.如圖41中所示，在所得結(jié)構(gòu)上形成絕緣層409并接著平坦化該絕緣層409。接著，在平坦化的絕緣層409上形成光刻膠圖案(沒(méi)有圖示)，以暴露 出在第一方向上排列的柱狀物P各列之間的村底400。使用光刻膠圖案作為蝕刻^^模蝕刻絕緣層409，使得暴露出硅化物層 408。蝕刻在珪化物層408和娃化物層408下方的襯底400。因此，在以第 一方向排列的柱狀物P各列之間的襯底400中形成隔離溝槽T,該隔離溝 槽T沿著平行于第一方向的方向延伸。隔離溝槽T延伸至珪化物層408下 方，以分隔珪化物層408并形成位線408A。每一個(gè)位線408A圍繞柱狀物 P并沿著第一方向延伸。因此，由于使用珪化物層形成位線，因此當(dāng)與傳統(tǒng)位線相比時(shí)，明顯 降低位線的電阻與電容。雖然沒(méi)有在圖中示出，但順序地實(shí)施下列工藝形成字線的工藝，該 字線電連接至柵極電極405并沿著第二方向延伸；移除硬掩模圖案402和 墊氧化物層401的工藝，以暴露出柱狀物P;和在暴露的柱狀物P上形成 接觸塞和存儲(chǔ)電極的工藝。因此，根據(jù)本發(fā)明制造具有垂直溝道晶體管的半導(dǎo)體器件的方法，通 過(guò)在形成位線時(shí)使用硅化物形成工藝取代傳統(tǒng)雜質(zhì)摻雜工藝以降低位線的電阻和電容，可改善器件的特性。雖然本發(fā)明已關(guān)于特定實(shí)施方案進(jìn)行了說(shuō)明，但本發(fā)明的上述實(shí)施方 案并不是限制性的。對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員而言顯而易見(jiàn)的是，可作出各種改 變與修改而仍不脫離如所附權(quán)利要求限定的本發(fā)明的精神和范圍。
權(quán)利要求
1.一種制造半導(dǎo)體的方法，所述方法包括在硅襯底上形成第一柱狀物和第二柱狀物，所述第一柱狀物和所述第二柱狀物與所述襯底的材料相同，在所述第一柱狀物與所述第二柱狀物之間限定有間隔；在所述第一柱狀物和所述第二柱狀物上以及在二者之間限定的所述間隔上形成覆蓋層；移除在所述第一柱狀物與所述第二柱狀物之間限定的所述間隔上形成的覆蓋層部分，其中在移除所述覆蓋層之后，暴露出所述第一柱狀物與所述第二柱狀物之間的襯底部分；在所述覆蓋層以及在所述第一柱狀物與所述第二柱狀物之間的所述暴露的襯底部分上形成金屬層；對(duì)所述金屬層實(shí)施第一熱處理，使得接觸所述暴露的襯底部分的金屬層的第一部分轉(zhuǎn)變?yōu)楣杌飳?，不接觸所述暴露的襯底部分的金屬層的第二部分保持為金屬層；移除所述金屬層的第二部分，其中所述硅化物層在移除所述金屬層的第二部分之后保留在所述第一柱狀物與所述第二柱狀物之間限定的所述間隔處；和在所述第一柱狀物與所述第二柱狀物之間限定的所述間隔處的襯底中形成隔離溝槽，所述隔離溝槽延伸到所述硅化物層下方并將所述硅化物層分隔成第一硅化物結(jié)構(gòu)和第二硅化物結(jié)構(gòu)，所述第一硅化物結(jié)構(gòu)與所述第一柱狀物相關(guān)聯(lián)，所述第二硅化物結(jié)構(gòu)與所述第二柱狀物相關(guān)聯(lián)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述覆蓋層包含氮化物層或 氧化物層，或包含二者，所述覆蓋層具有約IOA到約500A的厚度。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述移除部分覆蓋層的步驟 包括濕蝕刻工藝以暴露出所述襯底。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述金屬層具有約30A到約 500A的厚度。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述第一熱處理包括快速熱 處理(RTP)法。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述金屬層的第二部分通過(guò) 使用硫酸溶液或SPM溶液來(lái)移除。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，還包括在形成所述珪化物層之后 實(shí)施第二熱處理。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，還包括在所述珪化物層上形成氧 化防止層。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中所述氧化防止層包含氮化物 層并具有約5A到約卯A的厚度。
10. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的方法，其中所述第一硅化物結(jié)構(gòu)為第一 位線和所述第二硅化物結(jié)構(gòu)為第二位線，其中所述第一柱狀物限定第一 柵極結(jié)構(gòu)和所述第二柱狀物限定第二柵極結(jié)構(gòu)。
11. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的方法，其中所述第一柱狀物和所述第二 柱狀物中的每一個(gè)包括上部和下部，其中所述柱狀物的下部用以限定柵 極電極。
12. 根據(jù)權(quán)利要求ll所述的方法，其中所述柱狀物的下部是凹陷的。
13. 根據(jù)權(quán)利要求ll所述的方法，還包括形成連接所述第一柱狀 物和所述第二柱狀物的字線。
14. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，還包括移除在所述柱狀物的上部上形成的硬掩模圖案，以暴露出所述柱狀 物；和在所述柱狀物的上部上形成存儲(chǔ)電極。
15. —種制造半導(dǎo)體的方法，所述方法包括在襯底上形成第一柱狀物和第二柱狀物，在所述第一柱狀物與所述 第二柱狀物之間限定有間隔，所述第一柱狀物與所述笫二柱狀物限定第 一柵極電極和第二柵極電極；在所述第一柱狀物和所述第二柱狀物上以及在二者之間限定的所 述間隔上形成覆蓋層；移除在所述第一柱狀物與所述第二柱狀物之間限定的所述間隔上 形成的覆蓋層部分，其中在移除所述覆蓋層之后，暴露出所述第一柱狀物與所述第二柱狀物之間的襯底部分；在所述覆蓋層以及在所述第一柱狀物與所述第二柱狀物之間的所 述暴露的襯底部分上形成金屬層；對(duì)所述金屬層實(shí)施第一熱處理，使得接觸所述暴露的襯底部分的金 屬層的第一部分轉(zhuǎn)變?yōu)楣杌飳?；和在所述第一柱狀物與所述第二柱狀物之間限定的所述間隔處的襯 底中形成隔離溝槽，所述隔離溝槽延伸到所述硅化物層下方并將所述硅 化物層分隔成第一硅化物結(jié)構(gòu)和笫二硅化物結(jié)構(gòu)，所述第一硅化物結(jié)構(gòu) 與所述第一柱狀物相關(guān)聯(lián)，所述第二硅化物結(jié)構(gòu)與所述第二柱狀物相關(guān) 聯(lián)。
全文摘要
一種制造半導(dǎo)體器件的方法，包括形成多個(gè)柱狀物，所述多個(gè)柱狀物在第一方向上和與所述第一方向相交的第二方向上排列在襯底上，由此形成所得結(jié)構(gòu)；在包括所述柱狀物的所得結(jié)構(gòu)上形成覆蓋層；去除形成在所述柱狀物之間的襯底上的覆蓋層以暴露出所述柱狀物之間的襯底，由此形成所得結(jié)構(gòu)；在所得結(jié)構(gòu)上形成金屬層；通過(guò)對(duì)所述金屬層施加第一熱處理在所述柱狀物之間的暴露的襯底上形成硅化物層；去除未反應(yīng)的硅化物層；和在位于在所述第一方向上排列的各柱狀物列之間和所述硅化物層之下的襯底中形成隔離溝槽，以限定圍繞所述柱狀物并在第一方向延伸的位線。
文檔編號(hào)H01L21/8242GK101335244SQ20081009041
公開(kāi)日2008年12月31日 申請(qǐng)日期2008年3月31日 優(yōu)先權(quán)日2007年6月26日
發(fā)明者李敏碩 申請(qǐng)人:海力士半導(dǎo)體有限公司