專利名稱：制造半導(dǎo)體器件的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明內(nèi)容涉及制造半導(dǎo)體器件的方法，且更具體涉及制造具有從 頂部至底部方向上形成的溝道(在本文中稱為垂直溝道)的半導(dǎo)體器件的 方法。
背景技術(shù)：
為減小尺寸，通過將源極區(qū)和漏極區(qū)布置在有源區(qū)的上部和下部中 而將半導(dǎo)體器件設(shè)計(jì)成具有垂直溝道.
圖1A和圖1B為描述發(fā)明者已知的能夠制造具有垂直溝道的半導(dǎo)體 器件的方法的示意性橫截面圖。
如圖1A中所示，在襯底11上形成多個(gè)柵極硬掩模圖案12，且使用 所述多個(gè)柵極硬掩模圖案作為蝕刻阻擋或掩模而形成柱狀物頭13。接 著，在每一個(gè)柱狀物頭13和相應(yīng)柵極硬掩模圖案12的側(cè)壁上形成側(cè)壁 鈍化層14，通過使用側(cè)壁鈍化層14作為蝕刻阻擋或掩模來各向同性地 蝕刻襯底11而形成柱狀物頸15。柱狀物頸15與柱狀物頭13 —起限定 柱狀物圖案。
接著，在柱狀物頭13的一部分以及柱狀物頸15上形成柵極絕緣層 16，并沿著襯底的輪廓沉積導(dǎo)電層17。
如圖1B中所示，通過各向異性地蝕刻導(dǎo)電層17而形成柵電極17A 以圍繞柱狀物頸15。
在已知的制造方法中，在導(dǎo)電層17的各向異性蝕刻期間，襯底ll 可能會部分損失，如圖1B的圓團(tuán)18中所示。襯底11的潛在損失使所
5制造的半導(dǎo)體器件的操作特性劣化。
具體地，實(shí)施導(dǎo)電層17的各向異性蝕刻，直至形成在柱狀物頭13 的側(cè)壁處的側(cè)壁鈍化層14暴露為止。因此，潛在地，沉積在相鄰柱狀 物圖案之間的導(dǎo)電層17可能被過度蝕刻。因此，如圖1B的圓圏18中 所示，襯底ll的一部分可能會無意中損失。
盡管可將具有極佳選擇性的蝕刻配方(etching recipe)用于導(dǎo)電層17 的各向異性蝕刻，但因?yàn)檫x擇性并非無限的，所以仍存在限制。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方案， 一種在襯底上制造半導(dǎo)體器件的方法包 括在襯底上形成具有柱狀物頭和柱狀物頸的至少一個(gè)柱狀物圖案；形 成圍繞柱狀物頸的柵極絕緣層；在其中柱狀物頸上具有柵極絕緣層的襯 底上方形成導(dǎo)電層；和通過對導(dǎo)電層實(shí)施多個(gè)蝕刻工藝而形成圍繞柱狀 物頸上的柵極絕緣層的柵電極.
根據(jù)一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方案， 一種由沉積在襯底上的導(dǎo)電層形成柵電 極的方法(在襯底上具有包括柱狀物頭、柱狀物頸的至少一個(gè)柱狀物圖 案以及圍繞柱狀物頸的柵極絕緣層)包括對導(dǎo)電層依次實(shí)施多個(gè)不同 蝕刻工藝以形成圍繞柱狀物頸上的柵極絕緣層的柵電極；其中所述多個(gè) 蝕刻工藝中的每一個(gè)均部分地移除導(dǎo)電層的厚度，以減小過度蝕刻襯底 和/或柵極絕緣層的可能性。


通過舉例而非限制地結(jié)合

各種實(shí)施方案，其中相同的附圖標(biāo) 記表示相同的元件。
圖1A及圖1B為描述制造具有垂直溝道的半導(dǎo)體器件的已知方法的 示意橫截面圖。
圖2A至圖2F為說明根據(jù)一些實(shí)施方案的制造具有垂直溝道的半導(dǎo) 體器件的方法的示意橫截面圖。
具體實(shí)施例方式
如圖2A中所示，在襯底21上形成多個(gè)柵極硬^^模圖案22，通過使用 所述多個(gè)柵^L硬掩模圖案22作為蝕刻阻擋或掩模來蝕刻襯底21而形成柱 狀物頭23.
在一些實(shí)施方案中，柵極硬掩模圖案22由氮化物層(具體地，氮化硅 層)制成。
在各柵極硬^^模圖案22和柱狀物頭23的側(cè)壁上形成側(cè)壁鈍化層24， 通過使用側(cè)壁鈍化層24作為蝕刻阻擋或掩模來各向異性地蝕刻襯底21而 形成柱狀物頸25。
通過在沿著具有柱狀物頭23的襯底的輪廓沉積氮化物層之后實(shí)施回 蝕工藝而形成側(cè)壁鈍化層24。
在下文中，將柱狀物頭23與相應(yīng)柱狀物頸25—起稱為柱狀物圖案。 柱狀物圖案為有源區(qū)。
接著，形成柵極絕緣層26以至少圍繞柱狀物頸25。
在具有柱狀物圖案和形成于其上的柵極絕緣層26的襯底上形成導(dǎo)電 層27。
在一些實(shí)施方案中，導(dǎo)電層27由至少多晶硅層和/或至少金屬層形成。 用于導(dǎo)電層27的金屬層包括選自鎢(W)、鈷(Co)、鎳(Ni)、氮化鈥層(TiN) 和鈦(Ti)中的至少一種。例如，在一個(gè)實(shí)施方案中，導(dǎo)電層27包括鈥層和 氮化鈥層的堆疊結(jié)構(gòu)。
接著，在具有導(dǎo)電層27的襯底的整個(gè)上表面上形成犧牲層28。
犧牲層28在后續(xù)工藝中保護(hù)柵極絕緣層26和在柱狀物圖案之間的襯 底21。可使用完全填充相鄰柱狀物圖案之間的間隙的絕緣層作為犧牲層 28。例如，在一些實(shí)施方案中，犧牲層28可以是通過旋涂沉積的旋涂介電 層。
如圖2B中所示，通過部分地移除犧牲層28的一部分而形成犧牲圖案 28A。因此，形成在*極硬*^模圖案22的頂壁以及柱狀物頭23和柵極硬 掩模圖案22的側(cè)壁上的導(dǎo)電層27的一部M暴露。
在一些實(shí)施方案例中，實(shí)施各向同性蝕刻工藝以部分地移除犧牲層28.在一些實(shí)施方案中，將蝕刻目標(biāo)設(shè)定為高于柱狀物頭23與柱狀物頸 25之間的邊界來實(shí)施各向同性蝕刻工藝。即，在各向同性蝕刻工藝之后的 犧牲層圖案28A的頂表面保持為高于柱狀物頭23與柱狀物頸25之間的邊 界。
如圖2C中所示，在一些實(shí)施方案中，通過實(shí)施各向同性蝕刻工藝來 移除導(dǎo)電層27的暴露部分。在各向同性蝕刻工藝期間，形成在柱狀物頸 25的側(cè)壁上的導(dǎo)電層27受犧牲層28保護(hù)，因此僅蝕刻形成在犧牲層圖案 28A的頂表面上的導(dǎo)電層27的暴露部分。結(jié)果，獲得一次蝕刻的導(dǎo)電層 27A。
如圖2D中所示，在一些實(shí)施方案中，通過使用側(cè)壁鈍化層24作為蝕 刻阻擋或掩模來實(shí)施各向異性蝕刻工藝，以部分地移除位于柱狀物頭23 與柱狀物頸25之間的邊界處的經(jīng)一次蝕刻的導(dǎo)電層27A。在一些實(shí)施方案 中，選擇蝕刻配方，以使導(dǎo)電層27和犧牲層圖案28A的相鄰部分比在相 鄰柱狀物圖案之間的犧牲層圖案28A的中心部分更快地受到蝕刻。因此， 經(jīng)一次蝕刻的導(dǎo)電層27A變成經(jīng)兩次蝕刻的導(dǎo)電層27B，導(dǎo)電層27B具有 在柱狀物頭23與柱狀物頸25之間的邊界處的垂直輪廓。
如圖2E中所示，首先在具有經(jīng)兩次蝕刻的導(dǎo)電層27B的襯底上沉積 絕緣層，接著通過實(shí)施各向異性蝕刻工藝而將絕緣層形成為具有間隔物形 狀(spacer shape)的鈍化層29。
鈍化層29為由氮化物層制成的薄膜，其增強(qiáng)側(cè)壁鈍化層24以防止柱 狀物圖案在l^工藝中暴露。
接著，在一些實(shí)施方案中，通過濕蝕刻移除犧牲層28A。
如圖2F中所示，通過使用鈍化層29作為蝕刻阻擋或l^模來各向異性 地蝕刻經(jīng)兩次蝕刻的導(dǎo)電層27B，而形成柵電極27C以圍繞柱狀物頸25。 在一些實(shí)施方案中，1^廢棄或以其它方式移除鈍化層29。因此，柵電極 27C具有垂直側(cè)壁。
由于柵電極27C在從柵極硬掩模圖案22和柱狀物頭23的側(cè)壁蝕刻導(dǎo) 電層27(如圖2C及圖2D所示)之后形成，因此由于蝕刻目標(biāo)的降低，防止 了柵極絕緣層26和襯底21的潛在損失。
在所公開的實(shí)施方案中，通過在多個(gè)步驟中圖案化導(dǎo)電層27而形成柵 電極27C。由于將導(dǎo)電層27的所要獨(dú)刻目標(biāo)分為若干較小蝕刻目標(biāo)(例如，
8如在圖2F中30、 31及32所指示)，因此與當(dāng)利用一個(gè)大的蝕刻目標(biāo)40 實(shí)施單蝕刻工藝時(shí)相比，可防止柵極絕緣層26和襯底21的潛在損傷。在 一些實(shí)施方案中，對導(dǎo)電層27實(shí)施的多個(gè)蝕刻工藝不僅包括至少各向同性 蝕刻工藝，還包括至少各向異性蝕刻工藝。
此處，附圖標(biāo)記30表示圖2C的蝕刻工藝的蝕刻目標(biāo)，附圖標(biāo)記31 表示圖2D的蝕刻工藝的蝕刻目標(biāo)，附圖標(biāo)記32表示圖2F的蝕刻工藝的 蝕刻目標(biāo)。
上述的制造半導(dǎo)體器件的方法可防止或至少減小柵極絕緣層和襯底在 形成柵電極的過程中的潛在損失。
因此，半導(dǎo)體器件的穩(wěn)定性和可靠性可得到改善，且制造良品率亦可 得到改善.
盡管已描述了各種實(shí)施方案，^t本領(lǐng)域技術(shù)人員而言顯而易見的是， 可做出各種改變和4務(wù)改。
權(quán)利要求
1.一種在襯底上制造半導(dǎo)體器件的方法，所述方法包括在所述襯底上形成具有柱狀物頭和柱狀物頸的至少一個(gè)柱狀物圖案；形成圍繞所述柱狀物頸的柵極絕緣層；在其中所述柱狀物頸上具有所述柵極絕緣層的襯底上形成導(dǎo)電層；和通過對所述導(dǎo)電層實(shí)施多個(gè)蝕刻工藝而形成圍繞位于所述柱狀物頸上的所述柵極絕緣層的柵電極。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中對所述導(dǎo)電層實(shí)施的所述多個(gè)蝕 刻工藝包括至少各向同性蝕刻工藝和至少各向異性蝕刻工藝。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中對所述導(dǎo)電層實(shí)施的所述多個(gè)蝕 刻工藝包括對由部分填充相鄰柱狀物圖案之間間隙的犧牲層圖案所暴露的所 述導(dǎo)電層的部分實(shí)施的各向同性蝕刻工藝；對已經(jīng)各向同性蝕刻的導(dǎo)電層和所述犧牲層圖案實(shí)施的第一各向 異性蝕刻工藝；和在將所述犧牲層圖案移除之后對所述經(jīng)一次各向異性蝕刻的導(dǎo)電 層實(shí)施用以獲得所述柵電極的第二各向異性蝕刻工藝。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3的方法，其中限定所述導(dǎo)電層的所述暴露部分 的所述犧牲層圖案的頂表面高于所述柱狀物頸與所述柱狀物頭之間的 邊界。
5. 根據(jù)權(quán)利要求3的方法，還包括在所述經(jīng)一次各向異性蝕刻的導(dǎo)電層的側(cè)壁上和在所述各向同性 蝕刻工藝和所述第一各向異性蝕刻工藝之后暴露的所述柱狀物頭的側(cè) 壁上形成呈間隔物形狀的鈍化層。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5的方法，其中所述鈍化層包括氮化物層。
7. 根據(jù)權(quán)利要求3的方法，其中通過濕蝕刻來移除所述犧牲層。
8. 根據(jù)權(quán)利要求4的方法，其中通過以下步驟形成所述犧牲層圖案沉積犧牲層以填充所述相鄰柱狀物圖案之間的所述間隙；和部分移除所述犧牲層以獲得所述犧牲層圖案。
9. 根據(jù)權(quán)利要求4的方法，其中將所述第一各向異性蝕刻工藝的 蝕刻目標(biāo)設(shè)定為低于所述柱狀物頭與所述柱狀物頸之間的所述邊界。
10. 根據(jù)權(quán)利要求4的方法，其中選擇所述第一各向異性蝕刻工藝 的蝕刻配方，以使得所述經(jīng)各向同性蝕刻的導(dǎo)電層和所述犧牲層圖案的 相鄰部分比在所述相鄰柱狀物圖案之間的所述犧牲層圖案的中心部分 更快地受到蝕刻。
11. 一種由沉積在襯底上的導(dǎo)電層形成柵電極的方法，所述襯底在 其上具有包括柱狀物頭、柱狀物頸的至少一個(gè)柱狀物圖案以及圍繞所述 柱狀物頸的柵極絕緣層，所述方法包括對所述導(dǎo)電層依次實(shí)施多個(gè)不同蝕刻工藝以形成圍繞位于所述柱 狀物頸上的所述柵極絕緣層的所述柵電極；其中所述多個(gè)蝕刻工藝中的每一個(gè)均部分地移除所述導(dǎo)電層的厚 度，以減小過度蝕刻所述襯底和/或所述柵極絕緣層的可能性。
12. 根據(jù)權(quán)利要求11的方法，其中對所述導(dǎo)電層實(shí)施的所述多個(gè) 蝕刻工藝包括至少各向同性蝕刻工藝和至少各向異性蝕刻工藝。
13. 根據(jù)權(quán)利要求11的方法，其中對所述導(dǎo)電層實(shí)施的所述多個(gè) 蝕刻工藝包括第一蝕刻工藝，其從所述柱狀物頭上方開始移除所述導(dǎo)電層直到第 一蝕刻目標(biāo)，所述第一蝕刻目標(biāo)高于所述柱狀物頸與所述柱狀物頭之間 的邊界；第二蝕刻工藝，其從所述第一蝕刻目標(biāo)開始移除所述導(dǎo)電層直到所 述邊界，且從所述邊界開始部分地移除所述導(dǎo)電層的側(cè)面部分直到第二 蝕刻目標(biāo)；和第三蝕刻工藝，其部分地移除低于所述第二蝕刻目標(biāo)但在所述柱狀 物頭下方的所述導(dǎo)電層，且移除低于所述笫二蝕刻目標(biāo)但不在所述柱狀 物頭下方的所述導(dǎo)電層。
14. 根據(jù)權(quán)利要求13的方法，其中所述第一蝕刻工藝為各向同性 蝕刻工藝，所述第二蝕刻工藝和所述第三蝕刻工藝為各向異性蝕刻工 藝。
15. 根據(jù)權(quán)利要求13的方法，還包括形成部分填充相鄰柱狀物圖案之間的間隙的犧牲層圖案； 其中所述犧牲層圖案的頂表面限定所述第一蝕刻目標(biāo)，且在所述第一蝕刻工藝期間移除在所述犧牲層圖案的所述頂表面以上所暴露的所述導(dǎo)電層的部分。
16. 根據(jù)權(quán)利要求15的方法，其中在所述第二蝕刻工藝期間部分 地移除所述導(dǎo)電層和所述犧牲層圖案。
17. 根據(jù)權(quán)利要求16的方法，其中在所述第二蝕刻工藝期間，所 述導(dǎo)電層蝕刻得比所述犧牲層圖案快。
18. 根據(jù)權(quán)利要求15的方法，還包括在所述第二蝕刻工藝之后且在所述第三蝕刻工藝之前，移除所述犧 牲層圖案。
19. 根據(jù)權(quán)利要求18的方法，還包括在移除所述犧牲層圖案之后，在所述第二蝕刻目標(biāo)以上的所述導(dǎo)電 層和所述柱狀物頭的側(cè)壁上形成呈間隔物形狀的鈍化層；其中在所述第三蝕刻工藝期間，使用所述鈍化層作為蝕刻阻擋或掩模。
20. 根據(jù)權(quán)利要求15的方法，其中通過以下步驟形成所述犧牲層 圖案沉積犧牲層以填充所述相鄰柱狀物圖案之間的所述間隙；和部分地移除所述犧牲層直至所述第一蝕刻目標(biāo)以獲得所述犧牲層 圖案。
全文摘要
本發(fā)明涉及制造半導(dǎo)體器件的方法。在制造具有垂直溝道的半導(dǎo)體器件的方法及圖案化該半導(dǎo)體器件的柵電極的方法中，通過多個(gè)蝕刻工藝來移除初始導(dǎo)電層。
文檔編號H01L21/3213GK101552239SQ20091013261
公開日2009年10月7日 申請日期2009年3月27日 優(yōu)先權(quán)日2008年4月4日
發(fā)明者曹允碩, 曹祥薰, 樸相勛, 李春熙 申請人:海力士半導(dǎo)體有限公司