專利名稱：具有掩埋位線的半導(dǎo)體器件及其制造方法
具有掩埋位線的半導(dǎo)體器件及其制造方法
相關(guān)申請(qǐng)
本申請(qǐng)要求2009年9月30日提交的韓國(guó)專利申請(qǐng)10-2009-0093499的優(yōu)先權(quán)，通過(guò)引用將其全部?jī)?nèi)容并入本文。技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明的示例實(shí)施方案涉及制造半導(dǎo)體器件的方法，以及更特別地，涉及具有掩 埋位線的半導(dǎo)體器件及其制造方法，其中每個(gè)位線連接至一個(gè)側(cè)面接觸。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)平面金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管(MOSFET)由于漏電流、導(dǎo)通電流、短通 道效應(yīng)而正達(dá)到其物理極限，并且傳統(tǒng)MOSFET的進(jìn)一步微型化變得更加困難。為了克服此 極限，正在研發(fā)具有取代普通平面溝道的垂直溝道的半導(dǎo)體器件。
通過(guò)形成包圍在半導(dǎo)體襯底上垂直延伸的有源柱狀物的環(huán)狀柵極(此后稱為垂 直柵極)，且在有源柱狀物的上部和下部中形成源極區(qū)與漏極區(qū)同時(shí)柵電極位于中間，由此 制成具有垂直溝道的半導(dǎo)體器件。
圖1為傳統(tǒng)具有垂直溝道的半導(dǎo)體器件的剖面視圖。參照?qǐng)D1，其顯示多個(gè)柱狀物 結(jié)構(gòu)，每個(gè)柱狀物結(jié)構(gòu)包括垂直于襯底11和硬掩模層13而延伸的有源柱狀物12。有源柱 狀物12的外壁由柵極絕緣層14和垂直柵極15所包圍，而掩埋位線16通過(guò)雜質(zhì)的離子注 入工藝而形成在襯底11內(nèi)。使相鄰的掩埋位線16彼此分開(kāi)的溝槽17以層間介電層18充 填。字線19沿著與掩埋位線16相交的方向來(lái)形成，同時(shí)將相鄰的垂直柵極15相互連接。
在傳統(tǒng)半導(dǎo)體器件中，在垂直柵極15下部的掩埋位線16通過(guò)離子注入工藝注入 摻雜劑而形成。然而，在將半導(dǎo)體器件微型化過(guò)程中，僅以摻雜劑注入來(lái)降低掩埋位線16 的電阻變得困難，因此無(wú)法獲得期望的半導(dǎo)體器件的特性。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的實(shí)施方案涉及具有減少的掩埋位線的電阻的半導(dǎo)體器件及其制造方法。
依據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案，一種制造半導(dǎo)體器件的方法包括蝕刻襯底以形成 多個(gè)有源區(qū)，有源區(qū)通過(guò)形成在其間的溝槽而互相分開(kāi)；在每個(gè)有源區(qū)的側(cè)壁上形成側(cè)面 接觸；以及形成金屬位線，每個(gè)金屬位線填充各溝槽的一部分并連接至側(cè)面接觸。
依據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施方案，一種制造半導(dǎo)體器件的方法包括蝕刻半導(dǎo)體襯底 以形成多個(gè)有源區(qū)，有源區(qū)通過(guò)形成在其間的溝槽而互相分開(kāi)；形成填隙(gap-filling) 溝槽的犧牲層，其中通過(guò)犧牲層的形成在每個(gè)有源區(qū)上形成突出部；形成與突出部的側(cè)壁 相接觸的絕緣層圖案；通過(guò)使用絕緣層圖案作為蝕刻阻擋而蝕刻犧牲層；形成接觸區(qū)，每 個(gè)接觸區(qū)打開(kāi)有源區(qū)的側(cè)壁；形成側(cè)面接觸，每個(gè)側(cè)面接觸填充接觸區(qū)；以及形成金屬位 線，每個(gè)金屬位線連接至每個(gè)側(cè)面接觸且填充每個(gè)溝槽的一部分。
依據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施方案，一種制造半導(dǎo)體器件的方法包括蝕刻半導(dǎo)體襯底以形成多個(gè)有源區(qū)，有源區(qū)通過(guò)形成在其間的溝槽而互相分開(kāi)；形成填隙溝槽的犧牲層，其 中通過(guò)犧牲層的形成在每個(gè)有源區(qū)的上部之上形成突出部；在包括突出部的襯底上形成絕 緣層；通過(guò)傾斜式離子注入(tilt ion implantation)工藝將摻雜劑注入絕緣層中；通過(guò) 選擇性地移除其中注入摻雜劑的一部分絕緣層而形成絕緣層圖案；通過(guò)使用絕緣層圖案作 為蝕刻阻擋而蝕刻犧牲層；形成接觸區(qū)，每個(gè)接觸區(qū)打開(kāi)有源區(qū)的側(cè)壁；形成側(cè)面接觸，每 個(gè)側(cè)面接觸填充接觸區(qū)；以及形成金屬位線，每個(gè)金屬位線連接至每個(gè)側(cè)面接觸且填充每 個(gè)溝槽的一部分。
依據(jù)本發(fā)明的又一實(shí)施方案，一種半導(dǎo)體器件包括半導(dǎo)體襯底；從半導(dǎo)體襯底 的表面延伸且互相分開(kāi)的多個(gè)有源區(qū)；從各有源區(qū)的表面延伸且互相分開(kāi)的多個(gè)有源柱狀 物；側(cè)面接觸，配置為與有源區(qū)的側(cè)壁相接觸；金屬位線，每個(gè)金屬位線填充有源區(qū)之間間 隔的一部分且連接至各側(cè)面接觸；以及形成在有源柱狀物的兩側(cè)壁上的字線。


圖1為顯示傳統(tǒng)具有垂直溝道的半導(dǎo)體器件的剖面視圖。
圖2為依照本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案的半導(dǎo)體器件的立體視圖。
圖3A至3P為說(shuō)明依據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方案制造半導(dǎo)體器件的方法的剖面視圖。
圖4A至4F為說(shuō)明依據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方案在半導(dǎo)體器件中形成字線的方法的立 體視圖。
圖5A為沿著圖4E的線A-A’的半導(dǎo)體器件的剖面視圖。
圖5B為沿著圖4F的線A-A’的半導(dǎo)體器件的剖面視圖。
圖6A為說(shuō)明在形成金屬位線后的所得襯底的平面視圖。
圖6B為說(shuō)明在形成字線后的所得襯底的平面視圖。
具體實(shí)施方式
下列將參照附圖詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明的示例實(shí)施方案。然而，本發(fā)明可用不同形式來(lái) 具體實(shí)施而不應(yīng)被局限在在此所說(shuō)明的實(shí)施方案。相反地，提供這些實(shí)施方案以使得本發(fā) 明充分且完整的公開(kāi)，并將本發(fā)明的范圍傳達(dá)至本領(lǐng)域技術(shù)人員。在整個(gè)說(shuō)明書(shū)中，本發(fā)明 的各種附圖及實(shí)施方案所記載的相同附圖標(biāo)記表示相同元件。
附圖未必按照比例繪制，且在某些例子中，為了明確說(shuō)明實(shí)施方案的特征，可放大 某些比例。當(dāng)?shù)谝粚臃Q為在第二層上或者在襯底上時(shí)，其不僅表示第一層直接形成在第二 層或襯底上的情況，而且也表示在第一層與第二層或襯底之間存有第三層的情況。
依據(jù)本發(fā)明的一個(gè)示例實(shí)施方案，在半導(dǎo)體襯底上由金屬層形成在有源柱狀物下 部處的掩埋位線。此外，掩埋位線的一個(gè)側(cè)面接觸由金屬硅化物來(lái)形成，作為掩埋位線與有 源區(qū)之間的歐姆接觸。
由于掩埋位線與一個(gè)側(cè)面接觸相接觸，因此可實(shí)現(xiàn)一個(gè)單元一個(gè)位線 (one-cell-one-bit line)的結(jié)構(gòu)，其有助于高度集成化。
圖2為依據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方案的半導(dǎo)體器件的立體視圖。參照?qǐng)D2，半導(dǎo)體器件 包括多個(gè)有源區(qū)101A，其從半導(dǎo)體襯底31A的表面延伸且互相分開(kāi)；多個(gè)有源柱狀物101B， 其從有源區(qū)IOlA的表面延伸且互相分開(kāi)；側(cè)面接觸102，每個(gè)側(cè)面接觸配置為與有源區(qū)101的一個(gè)側(cè)壁相接觸；金屬位線103，每個(gè)金屬位線連接至側(cè)面接觸102并填充有源區(qū)IOlA 之間的間隔的一部分；以及形成在各有源柱狀物IOlB的兩側(cè)壁上的字線104。半導(dǎo)體器件 還包括儲(chǔ)存節(jié)點(diǎn)接觸塞陽(yáng)，每個(gè)儲(chǔ)存節(jié)點(diǎn)接觸塞連接至有源柱狀物IOlB的上部及在儲(chǔ)存 節(jié)點(diǎn)接觸塞55上形成的儲(chǔ)存節(jié)點(diǎn)105。
有源區(qū)IOlA形成為線形，有源柱狀物IOlB形成為從有源區(qū)IOlA的表面垂直延 伸。側(cè)面接觸102以及金屬位線103形成為平行于有源區(qū)IOlA布置的線。側(cè)面接觸102 包括金屬硅化物。字線104形成與金屬位線103相交的線。
有源區(qū)IOlA與有源柱狀物IOlB含有硅，其中有源柱狀物IOlB可形成方形柱狀 物。
金屬位線103包括存儲(chǔ)單元的位線，字線104包括存儲(chǔ)單元的字線。儲(chǔ)存節(jié)點(diǎn)105 成為存儲(chǔ)單元的電容器的儲(chǔ)存節(jié)點(diǎn)。有源柱狀物IOlB包括存儲(chǔ)單元晶體管的溝道區(qū)。由 于字線104具有垂直結(jié)構(gòu)，因此在有源柱狀物IOlB中的溝道沿著垂直方向來(lái)形成。此外， 字線104可用作柵電極。因此，一個(gè)金屬位線103、一個(gè)有源柱狀物IOlB以及一個(gè)字線104 形成單位垂直單元。
參照?qǐng)D2，由于金屬位線103由金屬層形成，因此其具有比較低的電阻。此外，金屬 位線103由于(至少部分)填充有源區(qū)IOlA之間的間隔而形成掩埋位線。有源區(qū)IOlA與 金屬位線103通過(guò)側(cè)面接觸102而電連接。由于側(cè)面接觸102包括金屬硅化物，因此在金 屬位線103與有源區(qū)IOlA之間形成歐姆接觸。由于字線104具有垂直結(jié)構(gòu)，因此在有源柱 狀物IOlB中所形成的溝道也沿著垂直方向形成。
圖3A至3P為說(shuō)明依據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方案的制造半導(dǎo)體器件的方法的剖面視 圖。
參照?qǐng)D3A，墊層32形成在半導(dǎo)體襯底31上。在此，墊層32可包括氧化物層。
第一硬掩模層形成在墊層32上。在此，第一硬掩模層可具有包括氧化物層以及氮 化物層的多層結(jié)構(gòu)。例如，第一硬掩模層可包括堆疊于其中的硬掩模氮化物層33和硬掩模 氧化物層34。依照一個(gè)實(shí)例，可進(jìn)一步在硬掩模氧化物層34上堆疊硬掩模氮氧化硅(SiON) 層以及硬掩模碳層。
隨后，在硬掩模氧化物層34上形成第一光刻膠圖案35。第一光刻膠圖案35圖案 化為線-間隔(line-space)型(例如，通過(guò)其間的間隔來(lái)將線分開(kāi))，并稱為“掩埋位線掩 ?！薄?br> 使用第一光刻膠圖案35作為蝕刻阻擋蝕刻硬掩模氧化物層34以及硬掩模氮化物 層33，并蝕刻墊層32。在此，當(dāng)蝕刻硬掩模氧化物層34以及硬掩模氮化物層33時(shí)，由于第 一光刻膠圖案35的形狀轉(zhuǎn)移至硬掩模氧化物層34以及硬掩模氮化物層33，因此硬掩模氧 化物層34以及硬掩模氮化物層33被圖案化成線-間隔形狀。
參照?qǐng)D:3B，通過(guò)光刻膠除去工藝來(lái)移除第一光刻膠圖案35。
隨后，使用多層第一硬掩模層作為蝕刻阻擋，實(shí)施溝槽蝕刻工藝。換言之，通過(guò)使 用硬掩模氧化物層34作為蝕刻阻擋而蝕刻半導(dǎo)體襯底31至一定深度，以形成第一溝槽36。 因此，形成通過(guò)第一溝槽36而互相分開(kāi)的多個(gè)有源區(qū)101。
上述溝槽蝕刻工藝稱為“掩埋位線(BBL)溝槽蝕刻工藝”。在BBL溝槽蝕刻工藝 后，剩余的硬掩模層包括硬掩模氮化物層33以及硬掩模氧化物層34。
由于有源區(qū)101也通過(guò)利用具有從第一光刻膠圖案35的形狀所轉(zhuǎn)移的形狀的硬 掩模氧化物層34而形成，因此其被圖案化為線-間隔形狀。例如，有源區(qū)101形成為線形， 并且相鄰的有源區(qū)被線形第一溝槽36所分開(kāi)。
BBL溝槽蝕刻工藝為各向異性蝕刻工藝。當(dāng)半導(dǎo)體襯底31為硅襯底時(shí)，各向異性 蝕刻工藝可為使用Cl2、HBr氣體或者其氣體混合物的等離子體干式蝕刻工藝。
經(jīng)由BBL溝槽蝕刻工藝，在半導(dǎo)體襯底31A上形成多個(gè)有源區(qū)101，這些有源區(qū)通 過(guò)第一溝槽36而互相分開(kāi)且沿著第一方向延伸。
參照?qǐng)D3C，通過(guò)側(cè)壁氧化工藝形成側(cè)壁氧化物層37。側(cè)壁氧化物層37形成在半 導(dǎo)體襯底31與有源區(qū)101的表面上。例如，用以形成側(cè)壁氧化物層37的側(cè)壁氧化工藝可 在O2或02/H2的環(huán)境下在約700°C到約900°C的溫度范圍來(lái)實(shí)施。
隨后，在所產(chǎn)生的形成有側(cè)壁氧化物層37的所得結(jié)構(gòu)上沉積第一襯墊氮化物層 38。第一襯墊氮化物層38可在二氯硅烷(DCQ及氨(NH3)的環(huán)境中在約0. 1托到約6托 的壓力下以約600°C到約800°C的溫度來(lái)形成。
隨后，在第一襯墊氮化物層38上形成第一犧牲層39，以填隙有源區(qū)101之間的第 一溝槽36，其中在實(shí)施接下來(lái)的工藝后，將第一犧牲層39移除。第一犧牲層39可包括非 晶硅層。非晶硅層可在硅甲烷(SiH4)的環(huán)境中在約0.3托到2托的壓力下以約400°C到約 600°C的溫度來(lái)沉積。
參照?qǐng)D3D，第一犧牲層39經(jīng)由化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)方法而被平坦化，直到暴露硬 掩模氮化物層33的表面，接著額外實(shí)施回蝕刻工藝，使第一犧牲層39剩余一定的高度。在 此，剩余的第一犧牲層可以以附圖標(biāo)記39A來(lái)表示并稱為“第一犧牲層圖案39A”。第一犧 牲層圖案39A的高度可高于墊層32與有源區(qū)101的接觸表面(例如，底部接觸表面)。
如上所述，當(dāng)?shù)谝粻奚鼘訄D案39A通過(guò)回蝕刻工藝而形成時(shí)，硬掩模氮化物層33 突出超過(guò)所產(chǎn)生的第一犧牲層圖案39A。硬掩模氧化物層34通過(guò)CMP工藝而被移除，并且 也拋光在硬掩模氧化物層34的上表面及側(cè)壁上的第一襯墊氮化物層38。因此，以附圖標(biāo)記 38A來(lái)表示并被稱為第一襯墊氮化物層圖案38A的剩余的第一襯墊氮化物層具有足以覆蓋 硬掩模氮化物層33的側(cè)壁的高度。
參照?qǐng)D3E，在所產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)上形成襯墊氧化物層40，以覆蓋硬掩模氮化物層33 的突出部。在此，襯墊氧化物層40可為任何合適的具有高階梯覆蓋率(st印coverage) 特性的氧化物層。具有高階梯覆蓋率特性的氧化物層指的是共形沉積(conformally deposited)的氧化物層，即，氧化物層在突出部的上部、突出部之間的表面以及突出部的側(cè) 壁上的厚度幾乎相同。利用共形沉積的襯墊氧化物層40，可以利用離子注入的均勻性來(lái)實(shí) 施接下來(lái)的傾斜式離子注入工藝。對(duì)于襯墊氧化物層40的共形沉積，可使用化學(xué)氣相沉積 (CVD)法或者原子層沉積(ALD)法。
襯墊氧化物層40覆蓋硬掩模氮化物層33的突出部并可用不含摻雜劑的未摻雜的 氧化物層來(lái)形成。
參照?qǐng)D3F，摻雜劑以特定傾斜方向來(lái)注入。此工藝稱為“傾斜式離子注入工藝 41”。摻雜劑在襯墊氧化物層40的部分處注入。
傾斜式離子注入工藝41相對(duì)于半導(dǎo)體襯底的表面41A而以一定角度(α )來(lái)實(shí) 施。角度(α)范圍可從約5度到約30度。一些離子束被硬掩模氮化物層33的突出部所8遮住。因此，摻雜襯墊氧化物層40的部分40A同時(shí)保持襯墊氧化物層40的剩余部分未摻 雜。例如，在離子注入中所用摻雜劑可為P型摻雜劑，諸如硼。用于離子注入硼的摻雜劑源 可為BF2。結(jié)果，襯墊氧化物層40的部分40B保持未摻雜，其中部分40B為襯墊氧化物層40 設(shè)置在硬掩模氮化物層33左側(cè)的部分。
摻雜劑的傾斜式離子注入工藝41使得在硬掩模氮化物層33的上表面處所形成的 襯墊氧化物層40的部分(40A)以及在硬掩模氮化物層33的右側(cè)處所形成的部分將被摻雜 劑摻雜。沒(méi)有注入摻雜劑的襯墊氧化物層40的部分成為未摻雜的襯墊氧化物層40B。
參照?qǐng)D3G，基于摻雜的襯墊氧化物層40A的蝕刻率與未摻雜的襯墊氧化物層40B 的蝕刻率之間的差實(shí)施清洗工藝，由此移除摻雜的襯墊氧化物層40A。在此，襯墊氧化物層 40依照其是否摻雜摻雜劑而以不同蝕刻率來(lái)蝕刻。例如，摻雜的襯墊氧化物層40A的蝕刻 比未摻雜的襯墊氧化物層40B的蝕刻更快。以不同蝕刻率的選擇性蝕刻可為使用HF或緩 沖氧化物蝕刻劑(BOE)的濕式清洗工藝，或者使用HF氣體的干式清洗工藝。
因此，蝕刻工藝移除經(jīng)摻雜的襯墊氧化物層40A而留下未經(jīng)摻雜的襯墊氧化物層 40B。
參照?qǐng)D3H，通過(guò)使用剩余的未摻雜襯墊氧化物層40B作為蝕刻阻擋，將相鄰于有 源區(qū)101的一個(gè)側(cè)壁的第一犧牲層圖案39A(顯示在圖3G中)蝕刻至一定深度。在此，第 一犧牲層圖案39A蝕刻至對(duì)應(yīng)于將在隨后形成側(cè)面接觸的位置的深度。
當(dāng)如上述蝕刻第一犧牲層圖案39A時(shí)，留下蝕刻的第一犧牲層圖案39B，第一犧牲 層圖案39B使相鄰的有源區(qū)101的一個(gè)側(cè)壁露出。
由于使用襯墊氧化物層40特別是未摻雜的襯墊氧化物層40B的單層作為蝕刻阻 擋，以形成其中將形成側(cè)面接觸的間隔，因此可確保間隔容限(space margin)而有利于半 導(dǎo)體器件的微型化。
此外，由于在傾斜式離子注入工藝41之后，通過(guò)僅移除摻雜的襯墊氧化物層40A 來(lái)移除在硬掩模氮化物層33的上部中的襯墊氧化物層40，因此可在蝕刻第一犧牲層圖案 39A的同時(shí)獲得在側(cè)壁上沒(méi)有殘余物的凈潔輪廓。
此外，因?yàn)橐佬驅(qū)嵤┮r墊氧化物層40的沉積、傾斜式離子注入工藝41、摻雜的襯 墊氧化物層40A的移除以及第一犧牲層圖案39A的蝕刻，制造程序變得比較簡(jiǎn)單。
參照?qǐng)D31，通過(guò)清洗工藝移除未摻雜的襯墊氧化物層40B(顯示在圖3H中)并接 著移除第一襯墊氮化物層38。因此，移除在硬掩模氮化物層33的上表面及兩側(cè)壁上的第 一襯墊氮化物層圖案38A，即，移除在硬掩模氮化物層33的突出部上所形成的第一襯墊氮 化物層圖案38A。在移除之后，第一襯墊氮化物層圖案38B殘留在由蝕刻的第一犧牲層圖 案39B所遮住且與蝕刻的第一犧牲層圖案39B接觸的區(qū)域中。剩余的第一襯墊氮化物層圖 案以附圖標(biāo)記38B來(lái)表示且稱為第一襯墊氮化物層圖案殘留物38B。為了將側(cè)壁氧化物層 37留在有源區(qū)101的側(cè)壁上，可使用濕式清洗工藝或者可使用具有相對(duì)于氧化物層的選擇 性(例如，蝕刻選擇性)的干式清洗工藝，以移除在硬掩模氮化物層33的上表面與兩側(cè)壁 上的第一襯墊氮化物層圖案38A。
參照?qǐng)D3J，在完全移除第一犧牲層圖案39A后，在所產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)上形成用以填隙 的第二犧牲層42。第二犧牲層42可包括非晶硅層。
參照?qǐng)DI，第二犧牲層42通過(guò)化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)工藝來(lái)平坦化，直到暴露出硬掩模氮化物層33的表面，并進(jìn)行回蝕刻以保留一定的厚度。在此，平坦化的第二犧牲層42 以附圖標(biāo)記42A來(lái)表示并稱為第二犧牲層圖案42A。因此，第二犧牲層圖案42A保留一定 的高度，其中第二犧牲層圖案42A的高度對(duì)應(yīng)于足以限定隨后將形成側(cè)面接觸的間隔的高 度。換言之，當(dāng)回蝕刻第二犧牲層圖案42A時(shí)，除了保留在有源區(qū)101的側(cè)壁上的側(cè)壁氧化 物層37以外，硬掩模氮化物層33的兩側(cè)壁以及有源區(qū)101暴露出。然而，在用以平坦化第 二犧牲層42的CMP工藝期間，使用多晶硅漿料，可防止硬掩模氮化物層33免受到損害。
參照?qǐng)D3L，在所產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)上形成第二襯墊氮化物層43并實(shí)施選擇性蝕刻以使 第二犧牲層圖案42A的表面(例如，上表面)暴露出。因此，側(cè)壁氧化物層37與第二襯墊 氮化物層43的雙重絕緣層結(jié)構(gòu)形成在有源區(qū)101的側(cè)壁上。在設(shè)置有第二犧牲層圖案42A 以及將形成側(cè)面接觸的區(qū)域中，只有側(cè)壁氧化物層37存在于有源區(qū)101與第二犧牲層圖案 42A之間。第二襯墊氮化物層43的單層絕緣結(jié)構(gòu)形成在硬掩模氮化物層33的側(cè)壁上。依 照示例，第二襯墊氮化物層43在二氯硅烷(DCS)及氨(NH3)的環(huán)境中在約0. 1托到約6托 的壓力和約600°C到約800°C的溫度下形成。
參照?qǐng)D3M，移除第二犧牲層圖案42A。因此，僅在有源區(qū)101的一個(gè)側(cè)邊上打開(kāi)線 型開(kāi)口 44。
在此，開(kāi)口 44為通過(guò)移除第一襯墊氮化物層圖案殘留物38B與第二襯墊氮化物層 43之間的第二犧牲層圖案42A所得到的間隔。
參照?qǐng)D3N，經(jīng)由開(kāi)口 44所暴露出的側(cè)壁氧化物層37被選擇性地移除，由此形成接 觸區(qū)，接觸區(qū)使得有源區(qū)101的一個(gè)側(cè)壁的一部分以線形暴露出。側(cè)壁氧化物層37可通過(guò) 清洗工藝來(lái)移除以形成接觸區(qū)45。例如，當(dāng)所產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)使用HF或BOE來(lái)濕式清洗時(shí)，側(cè) 壁氧化物層37可被選擇性地移除而不會(huì)損害相鄰的襯墊氮化物層。剩余的側(cè)壁氧化物層 37以附圖標(biāo)記37A來(lái)表示并稱為剩余側(cè)壁氧化物層37A。
參照?qǐng)D30，在接觸區(qū)45中形成側(cè)面接觸102。在此，側(cè)面接觸102可包括金屬硅 化物。例如，金屬硅化物可包括硅化鈦(TiSi2)、硅化鈷(CoSi2)以及硅化鎳(NiSi)。為了 防止所產(chǎn)生結(jié)構(gòu)的特性在隨后高溫?zé)崽幚砥陂g劣化，可選用硅化鈷(CoSi2)，因?yàn)槠錇闊岱€(wěn) 定的。
例如，通過(guò)在所產(chǎn)生結(jié)構(gòu)上沉積鈷層并實(shí)施熱處理而形成硅化鈷。熱處理可實(shí)施 至少二次，以形成硅化鈷(CoSi2)。首先，在約50(TC下通過(guò)實(shí)施快速熱退火(RTA)工藝在 暴露出接觸區(qū)的區(qū)域中形成CoSi相的硅化鈷。隨后，在約700°C下實(shí)施另一快速熱退火工 藝以將CoSi相轉(zhuǎn)變成CoSi2相。接下來(lái)，移除剩余的未反應(yīng)的鈷層。未反應(yīng)鈷層可在第二 快速熱退火工藝之前被移除。
側(cè)邊接觸102具有僅形成在有源區(qū)101的一個(gè)側(cè)壁上的一個(gè)側(cè)面接觸。
參照?qǐng)D3P，將位線導(dǎo)電層沉積在具有側(cè)面接觸102的所得結(jié)構(gòu)上。在此，位線導(dǎo)電 層沉積在所得結(jié)構(gòu)上，以對(duì)第一溝槽36之間的第一溝槽填隙。位線導(dǎo)電層包括金屬層，諸 如氮化鈦(TiN)層或者鎢(W)層。例如，位線導(dǎo)電層可通過(guò)堆疊氮化鈦層以及鎢層(TiN/W) 來(lái)形成。
隨后，將位線導(dǎo)電層去除直至可與側(cè)面接觸102相接觸的高度。因此，形成與側(cè)面 接觸102相接觸的金屬位線103。金屬位線103配置成平行于有源區(qū)101，且有源區(qū)101與 金屬位線103通過(guò)側(cè)面接觸102而電連接。有源區(qū)101與金屬位線103可以在第一方向延伸。
如上所述，由于金屬位線103由金屬層形成，因此電阻變得相對(duì)低。在有源區(qū)101 之間的第一溝槽36通過(guò)金屬位線103來(lái)(至少部分)填充，因此，金屬位線103構(gòu)成掩埋 位線。因此，依照本發(fā)明的示例實(shí)施方案，不需要用以分隔金屬位線的分離溝槽工藝。
之后，說(shuō)明在金屬位線103的上部之上形成字線的方法。
圖4A至4F為說(shuō)明依據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方案在半導(dǎo)體器件中形成字線的方法的立 體圖。
參照?qǐng)D4A，形成第一層間介電層以使金屬位線103與將在第二方向上形成的字線 絕緣。可在形成第一層間介電層之前，預(yù)先形成第三襯墊氮化物層(未顯示)。第一層間介 電層可包括硼磷硅酸鹽玻璃(BPSG)或者聚硅氮烷(PSZ)。
接著，將第一層間介電層平坦化。經(jīng)平坦化的第一層間介電層以附圖標(biāo)記46來(lái)表 示并稱為第一層間介電層圖案46。可實(shí)施第一層間介電層的平坦化工藝直到保留墊氧化物 層32。因此，留下高度減少的第二襯墊氮化物層圖案43A。
參照?qǐng)D4B，在形成第二硬掩模層47后，在第二方向形成線形的第二光刻膠層圖案 48。在此，第二硬掩模層47包括氮化物層，且第二方向?yàn)榇怪庇诘谝环较虻姆较颉?br> 參照?qǐng)D4C，使用第二光刻膠層圖案48作為蝕刻阻擋而蝕刻第二硬掩模層47。通 過(guò)使用經(jīng)蝕刻的第二硬掩模層47A作為蝕刻阻擋，將有源區(qū)101以及第一層間介電層圖案 46蝕刻至一定的深度。經(jīng)蝕刻的有源區(qū)101與經(jīng)蝕刻的第一層間介電層圖案46分別以附 圖標(biāo)記IOlA以及46A來(lái)表示。在此，可在移除第二光刻膠層圖案48之后實(shí)施蝕刻工藝。 當(dāng)蝕刻有源區(qū)101以及第一層間介電層圖案46時(shí)，也可蝕刻第一襯墊氮化物層圖案殘留物 38B以及第二襯墊氮化物層圖案43A。當(dāng)蝕刻第一襯墊氮化物層圖案殘留物38B以及第二 襯墊氮化物層圖案43A時(shí)，第一襯墊氮化物層圖案殘留物38B以附圖標(biāo)記38C來(lái)表示以及 第二襯墊氮化物層圖案43A以附圖標(biāo)記4 來(lái)表示。
因此，形成多個(gè)有源柱狀物101B，其中有源柱狀物互相分開(kāi)以及形成在各有源區(qū) IOlA上方。有源柱狀物IOlB之間的間隔構(gòu)成第二溝槽49。在此，第二溝槽49可被稱為鑲 嵌圖案(damascene patterns)。在第二溝槽49的底部，經(jīng)蝕刻的第一層間介電層圖案46A 可保留一定的厚度。這樣，位線可與隨后所形成的字線絕緣。
參照?qǐng)D4D，在柵極絕緣層50形成在有源柱狀物IOlB的側(cè)壁上之后，在柵極絕緣層 50上沉積將用作字線的字線導(dǎo)電層51。隨后，在字線導(dǎo)電層51上實(shí)施回蝕刻工藝至一定 的厚度以形成字線。在此，字線導(dǎo)電層51可通過(guò)堆疊氮化鈦層和鎢層(TiN/W)來(lái)形成。
參照?qǐng)D4E，在經(jīng)蝕刻的字線導(dǎo)電層的上部以及經(jīng)蝕刻的第二硬掩模層47A的側(cè)壁 上形成間隔物52，且通過(guò)蝕刻經(jīng)蝕刻的字線導(dǎo)電層形成字線104，以使得字線對(duì)準(zhǔn)間隔物 52。當(dāng)蝕刻經(jīng)蝕刻的字線導(dǎo)電層時(shí)，可形成第三溝槽53，其中進(jìn)一步蝕刻經(jīng)蝕刻的第一層間 介電層圖案46A，使得相鄰字線104可充分分開(kāi)。進(jìn)一步被蝕刻的第一層間介電層圖案46A 下文中以附圖標(biāo)記46B來(lái)表示。間隔物52可通過(guò)沉積氮化物層以及接著實(shí)施回蝕刻工藝 來(lái)形成。
參照?qǐng)D4F，在包括字線104的所產(chǎn)生結(jié)構(gòu)上形成第二層間介電層54，以填隙第三 溝槽53。
隨后，形成穿過(guò)第二層間介電層M的儲(chǔ)存節(jié)點(diǎn)接觸塞55(如圖5B所示)。在此，儲(chǔ)存節(jié)點(diǎn)接觸塞陽(yáng)電連接至有源柱狀物IOlB的上部(如圖5B所示)。
隨后，在第二層間介電層M上方形成儲(chǔ)存節(jié)點(diǎn)105。依照示例，儲(chǔ)存節(jié)點(diǎn)105可具 有圓柱形，其中儲(chǔ)存節(jié)點(diǎn)105構(gòu)成電容器的儲(chǔ)存節(jié)點(diǎn)。
圖5A為顯示沿圖4E的線A_A’切下的半導(dǎo)體器件的剖面視圖，而圖5B為顯示沿 圖4F的線A-A’切下的半導(dǎo)體器件的剖面視圖。
圖6A為說(shuō)明在形成金屬位線后所產(chǎn)生襯底的平面視圖。參照?qǐng)D6A，金屬位線103 在平行于有源區(qū)101的一個(gè)側(cè)壁的方向形成，有源區(qū)101的一個(gè)側(cè)壁通過(guò)側(cè)面接觸102而 電連接至金屬位線103。
圖6B為說(shuō)明在形成字線后所產(chǎn)生襯底的平面視圖。參照?qǐng)D6B，形成多個(gè)有源柱狀 物101B，其中有源柱狀物IOlB形成為通過(guò)第三溝槽53而互相分開(kāi)，且字線104設(shè)在有源柱 狀物IOlB的兩個(gè)側(cè)壁上，同時(shí)柵極絕緣層50A位于二者之間。金屬位線103在第一方向延 伸，字線104在第二方向延伸。因此，字線104與金屬位線103相交。側(cè)面接觸102形成在 金屬位線103的一個(gè)側(cè)壁上。
依照本發(fā)明的示例實(shí)施方案，當(dāng)蝕刻第一犧牲層以使有源區(qū)的一個(gè)側(cè)壁暴露出 時(shí)，使用未摻雜襯墊氧化物層作為蝕刻阻擋。然而，依照另一實(shí)施方案可使用襯墊氮化物層 作為蝕刻阻擋。依照示例，在沉積襯墊氮化物層后，可形成通過(guò)傾斜離子注入工藝注入摻雜 劑的襯墊氧化物層的摻雜部分，該摻雜部分與摻雜劑未通過(guò)傾斜離子注入工藝注入的未摻 雜部分相分開(kāi)?；谟蓳诫s劑注入所控制的蝕刻率差來(lái)移除在一個(gè)側(cè)邊上的襯墊氮化物 層。
上述本發(fā)明的示例實(shí)施方案可通過(guò)形成金屬的掩埋位線以降低電阻來(lái)實(shí)現(xiàn)可微 型化的半導(dǎo)體器件而不會(huì)使操作特性劣化。
此外，依照本發(fā)明的示例實(shí)施方案，由于將一個(gè)側(cè)面接觸施加至在由金屬構(gòu)成的 掩埋位線與有源柱狀物之間的接觸區(qū)，因此可形成歐姆接觸。
此外，由于使用暴露出有源柱狀物的一個(gè)側(cè)壁的襯墊氧化物層作為蝕刻阻擋以形 成一個(gè)側(cè)面接觸，因此可獲得間隔以應(yīng)付半導(dǎo)體器件的微型化。
此外，通過(guò)利用基于注入絕緣層(其為氧化物層或氮化物層)的摻雜劑的蝕刻率 差異，可獲得用于蝕刻工藝的容限(margins)。
雖然本發(fā)明已說(shuō)明特定實(shí)施方案，但是對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員而言所顯而易見(jiàn)的是， 在不脫離所附權(quán)利要求限定的本發(fā)明的精神及范圍下，可作出各種改變及修飾。
權(quán)利要求
1.一種制造半導(dǎo)體器件的方法，包括蝕刻半導(dǎo)體襯底以形成多個(gè)有源區(qū)，所述有源區(qū)通過(guò)形成于其間的溝槽而互相分開(kāi)； 在每個(gè)有源區(qū)的側(cè)壁上形成側(cè)面接觸；以及形成金屬位線，每個(gè)金屬位線填充每個(gè)溝槽的一部分并連接至所述側(cè)面接觸。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述有源區(qū)形成為線形，且所述側(cè)面接觸和所述 金屬位線形成為平行于所述有源區(qū)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述側(cè)面接觸包括金屬硅化物。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述金屬位線通過(guò)堆疊氮化鈦層和鎢層(TiN/W) 而形成。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，還包括在形成所述金屬位線后，通過(guò)蝕刻所述有源區(qū)形成多個(gè)有源柱狀物；以及 形成沿與所述金屬位線相交的方向延伸且位于所述有源柱狀物的側(cè)壁上的字線。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，還包括形成具有儲(chǔ)存節(jié)點(diǎn)的電容器，所述儲(chǔ)存節(jié)點(diǎn)連接至所述有源柱狀物的上部。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其中在每個(gè)有源區(qū)上，所述多個(gè)有源柱狀物以鑲嵌圖 案而互相分開(kāi)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，還包括 形成填充所述鑲嵌圖案的導(dǎo)電層；以及通過(guò)利用間隔物作為蝕刻阻擋并蝕刻所述導(dǎo)電層而形成所述字線。
9.一種制造半導(dǎo)體器件的方法，包括蝕刻半導(dǎo)體襯底以形成多個(gè)有源區(qū)，所述有源區(qū)通過(guò)形成于其間的溝槽而互相分開(kāi)； 形成填隙所述溝槽的犧牲層，其中通過(guò)所述犧牲層的形成在每個(gè)有源區(qū)上形成突出部；形成與所述突出部的側(cè)壁相接觸的絕緣層圖案；通過(guò)使用所述絕緣層圖案作為蝕刻阻擋蝕刻所述犧牲層；形成接觸區(qū)，每個(gè)接觸區(qū)打開(kāi)所述有源區(qū)的側(cè)壁；形成側(cè)面接觸，每個(gè)側(cè)面接觸填充所述接觸區(qū)；以及形成金屬位線，每個(gè)金屬位線連接至每個(gè)側(cè)面接觸且填充每個(gè)溝槽的一部分。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中所述絕緣層圖案包括未摻雜的絕緣層。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中所述溝槽通過(guò)使用硬掩模層作為蝕刻阻擋并蝕 刻所述半導(dǎo)體襯底而形成，所述突出部由所述硬掩模層形成。
12.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中所述金屬位線通過(guò)堆疊氮化鈦層和鎢層(TiN/W) 而形成。
13.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中所述側(cè)面接觸包括金屬硅化物。
14.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中所述有源區(qū)形成為線形，所述側(cè)面接觸和所述金 屬位線形成為平行于所述有源區(qū)而布置。
15.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，還包括在形成所述金屬位線后，通過(guò)蝕刻所述有源區(qū)形成多個(gè)有源柱狀物；以及 形成沿與所述金屬位線相交的方向延伸且位于所述有源柱狀物的側(cè)壁上的字線。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，還包括形成具有儲(chǔ)存節(jié)點(diǎn)的電容器，所述儲(chǔ)存節(jié)點(diǎn)連接至所述有源柱狀物的上部。
17.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其中在每個(gè)有源區(qū)上，所述多個(gè)有源柱狀物以鑲嵌 圖案而互相分開(kāi)。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，還包括 形成填充所述鑲嵌圖案的導(dǎo)電層；以及通過(guò)利用間隔物作為蝕刻阻擋并蝕刻所述導(dǎo)電層而形成所述字線。
19.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，在所述犧牲層形成之前還包括通過(guò)側(cè)壁氧化而在每個(gè)有源區(qū)的側(cè)壁上形成側(cè)壁氧化物層；以及形成覆蓋包括所述有 源區(qū)的所得襯底的第一襯墊氮化物層。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，其中所述接觸區(qū)的形成包括 移除所述犧牲層；形成填隙所述溝槽的非晶硅層； 對(duì)所述非晶硅層實(shí)施回蝕刻工藝；在所述有源區(qū)的側(cè)壁上形成第二襯墊氮化物層，以暴露出在所述回蝕刻工藝后得到的 所述非晶硅層的表面；通過(guò)移除所述非晶硅層形成線形開(kāi)口； 通過(guò)所述開(kāi)口選擇性地蝕刻所述側(cè)壁氧化物層。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的方法，其中實(shí)施濕式清洗工藝而通過(guò)所述開(kāi)口選擇性地蝕 刻所述側(cè)壁氧化物層。
22.一種制造半導(dǎo)體器件的方法，包括蝕刻半導(dǎo)體襯底以形成多個(gè)有源區(qū)，所述有源區(qū)通過(guò)形成在其間的溝槽而互相分開(kāi)； 形成填隙所述溝槽的犧牲層，其中通過(guò)所述犧牲層的形成在每個(gè)有源區(qū)上形成突出部；在包括所述突出部的襯底上形成絕緣層；通過(guò)傾斜式離子注入工藝將摻雜劑注入所述絕緣層中；通過(guò)選擇性地移除所述絕緣層的注入有所述摻雜劑的部分而形成絕緣層圖案；通過(guò)使用所述絕緣層圖案作為蝕刻阻擋而蝕刻所述犧牲層；形成接觸區(qū)，每個(gè)接觸區(qū)打開(kāi)所述有源區(qū)的側(cè)壁；形成側(cè)面接觸，每個(gè)側(cè)面接觸填充所述接觸區(qū)；以及形成金屬位線，每個(gè)金屬位線連接至每個(gè)側(cè)面接觸且填充每個(gè)溝槽的一部分。
23.根據(jù)權(quán)利要求22所述的方法，其中所述絕緣層圖案包括未摻雜的絕緣層。
24.根據(jù)權(quán)利要求22所述的方法，其中所述摻雜劑包括硼。
25.根據(jù)權(quán)利要求22所述的方法，其中通過(guò)濕式清洗工藝或者干式清洗工藝而選擇性 地移除所述絕緣層的注入有所述摻雜劑的部分。
26.一種半導(dǎo)體器件，包括 半導(dǎo)體襯底；從所述半導(dǎo)體襯底的表面延伸且互相分開(kāi)的多個(gè)有源區(qū)； 從每個(gè)有源區(qū)的表面延伸且互相分開(kāi)的多個(gè)有源柱狀物；設(shè)置為與所述有源區(qū)的側(cè)壁相接觸的側(cè)面接觸；金屬位線，每個(gè)金屬位線填充所述有源區(qū)之間的間隔的一部分且連接至所述側(cè)面接 觸；以及形成在所述有源柱狀物的兩側(cè)壁上的字線。
27.根據(jù)權(quán)利要求沈所述的半導(dǎo)體器件，其中所述有源區(qū)形成為線形，且所述側(cè)面接 觸和所述金屬位線形成為平行于所述有源區(qū)。
28.根據(jù)權(quán)利要求沈所述的半導(dǎo)體器件，其中所述側(cè)面接觸包括金屬硅化物。
29.根據(jù)權(quán)利要求沈所述的半導(dǎo)體器件，其中所述字線形成為線形且沿著與所述金屬 位線相交的方向布置。
30.根據(jù)權(quán)利要求沈所述的半導(dǎo)體器件，還包括連接至所述有源柱狀物的上部的儲(chǔ)存 節(jié)點(diǎn)。
全文摘要
一種具有降低的掩埋位線電阻的半導(dǎo)體器件及其制造方法。所述制造半導(dǎo)體器件的方法包括蝕刻導(dǎo)體襯底以形成多個(gè)有源區(qū)，其中所述有源區(qū)通過(guò)形成在其間的溝槽而互相分開(kāi)；在每個(gè)有源區(qū)的側(cè)壁上形成側(cè)面接觸；以及形成金屬位線，每個(gè)金屬位線填充各溝槽的一部分且連接至所述側(cè)面接觸。
文檔編號(hào)H01L21/8239GK102034759SQ20101015185
公開(kāi)日2011年4月27日 申請(qǐng)日期2010年4月14日 優(yōu)先權(quán)日2009年9月30日
發(fā)明者樸恩實(shí), 李起正, 殷庸碩, 金旻秀 申請(qǐng)人:海力士半導(dǎo)體有限公司