專利名稱：制造半導體器件的方法
技術領域：
本發(fā)明的示例實施例涉及半導體制造技術，更具體地涉及制造半導體器件中的隔 離結構的方法。
背景技術：
在形成器件隔離層時，使用氮化物層作為硬掩模。在形成器件隔離層之后，使用磷 酸(H3PO4)進行濕法剝離工藝以去除硬掩模。同時，隨著半導體器件變小，用于形成器件隔離層的隔離材料從通過使用高密度 等離子體(HDP)工藝形成的材料或硼磷硅酸鹽玻璃(BPSG)變成旋涂電介質(SOD)。此外， 同時可以使用各種氧化物層來形成器件隔離層。在通過使用磷酸(H3PO4)進行濕法剝離工藝時，由于不同隔離材料的選擇性的差 異導致可能出現(xiàn)有效場高度(EFH)的差異。此外，因為濕法剝離工藝具有各向同性性質，由 于對器件隔離層的側面的蝕刻而形成例如橋。而且，由于濕法剝離工藝的各向同性性質，單 元區(qū)域可以從一側至另一側被加寬，外圍區(qū)域也可以從一側至另一側被加寬，并且外圍區(qū) 域中可能出現(xiàn)氧化物層的碟形凹陷現(xiàn)象(dishing phenomenon)。在進行濕法剝離工藝時，使用磷酸的浸漬時間較長并且可能出現(xiàn)碟形凹陷現(xiàn)象。 因而，額外需要用于降低所形成的氧化物層的高度的干法清洗設備以控制Era，增加了整個 工藝的成本。圖1為說明現(xiàn)有技術的半導體器件中的問題的透射電子顯微鏡(TEM)照片。如圖1所示，在通過濕法剝離工藝將氮化物硬掩模去除時，在較軟的旋涂電介質 (SOD)層上出現(xiàn)碟形凹陷現(xiàn)象。在出現(xiàn)碟形凹陷現(xiàn)象時，進行額外的干法清洗以控制有效場 高度(EFH)并消除該碟形凹陷現(xiàn)象，其中，這樣的步驟使整個工藝增加了額外復雜性并且 制造裕度受損。

發(fā)明內容
本發(fā)明的示例實施例涉及一種制造半導體器件的方法，該方法可減少在使用濕法 剝離工藝來去除氮化物硬掩模時可能出現(xiàn)的制造中的問題。根據(jù)本發(fā)明的實施例，一種制造半導體器件的方法包括在襯底上形成氮化物圖 案及硬掩模圖案；通過將硬掩模圖案作為蝕刻阻擋物來蝕刻襯底以形成溝槽；形成填充溝 槽的氧化物層；對氧化物層進行平坦化工藝直至暴露氮化物圖案為止；以及通過使用等離 子體的干法剝離工藝來去除氮化物圖案。干法剝離工藝可以使用相對氧化物層具有蝕刻選擇性的氣體?？梢允褂脷浞蓟餁怏w(CHxFy，其中χ與y為自然數(shù))來進行干法剝離工藝。可以使用氫氟碳化物氣體和四 氟甲烷(CF4)的混合物或氫氟碳化物氣體與甲烷(CH4)的混合物來進行干法剝離工藝。氫 氟碳化物氣體可以包括選自三氟甲烷(CHF3)、二氟甲烷(CH2F2)和一氟甲烷(CH3F)中的至 少一種氣體?？梢允褂脷浞蓟餁怏w與氧氣(O2)的混合物來進行干法剝離工藝。此處，氧氣 的流量范圍可以為氫氟碳化物氣體的流量的約20%至約400%。該方法可以進一步包括在去除氮化物圖案之前將氧化物層去除至一定深度。去除氮化物圖案可以包括同時將氧化物層去除至一定深度。根據(jù)本發(fā)明的另一實施例，一種制造半導體器件的方法包括在襯底上形成氮化 物圖案及硬掩模圖案；通過將硬掩模圖案作為蝕刻阻擋物來蝕刻襯底以形成第一溝槽及第 二溝槽，其中第二溝槽具有比第一溝槽大的寬度；形成填充第一溝槽及第二溝槽的氧化物 層；對氧化物層進行平坦化工藝直至暴露氮化物圖案為止；以及通過使用等離子體的干法 剝離工藝來去除氮化物圖案。第一溝槽可形成于單元區(qū)域內，且第二溝槽可形成于外圍區(qū)域。根據(jù)本發(fā)明的另一實施例，一種制造半導體器件的方法包括在襯底上形成氮化 物圖案及硬掩模圖案；通過將硬掩模圖案作為蝕刻阻擋物來蝕刻襯底以形成溝槽；形成填 充溝槽的氧化物層；對氧化物層進行平坦化工藝直至暴露氮化物圖案為止；將氧化物層去 除至一定深度；以及在將氧化物層去除至該一定深度后，通過使用等離子體的干法剝離工 藝來去除氮化物圖案?？赏ㄟ^使用四氟甲烷(CF4)氣體與氫氟碳化物氣體(CHxFy，其中χ與y為自然數(shù)) 的混合物來進行氧化物層的去除?？赏ㄟ^使用氫氟碳化物氣體與甲烷(CH4)的混合物來進行干法剝離工藝。


圖1為說明現(xiàn)有技術的半導體器件中的問題的透射電子顯微鏡(TEM)照片。圖2A至圖2C為說明根據(jù)本發(fā)明的第一實施例的制造半導體器件的方法的截面 圖。圖3A至圖3C為說明根據(jù)本發(fā)明的第二實施例的制造半導體器件的方法的截面 圖。圖4為說明根據(jù)本發(fā)明的實施例的器件隔離層的特征的透射電子顯微鏡(TEM)照 片。
具體實施例方式下面將參考附圖更加詳細地描述本發(fā)明的示例實施例。然而，本發(fā)明可以不同形 式來實施而不應解釋為限于本文所述的實施例。而且，提供這些實施例使得本發(fā)明的公開 內容詳盡和完整，并且向本領域技術人員充分表達本發(fā)明的范圍。在本發(fā)明的公開內容中， 在本發(fā)明的各個附圖和實施例中相同的附圖標記指代相同部件。附圖不一定是按比例繪制的，并且在一些情況下，可能放大比例以清楚說明實施 例的特征。當?shù)谝粚颖环Q為在第二層“上”或在襯底“上”時，不僅指第一層直接形成于第二層或襯底上的情況而且也指第一層與第二層或襯底之間存在第三層的情況。[第一實施例]圖2A至圖2C為說明根據(jù)本發(fā)明的第一實施例的制造半導體器件的方法的截面 圖。如圖2A所示，在襯底10上形成氮化物圖案11和硬掩模圖案(未示出)。使用硬 掩模圖案來形成用于器件隔離的溝槽。形成氮化物圖案11作為在形成后續(xù)器件隔離層時 的蝕刻終止層。在形成氮化物圖案11前，在襯底10上形成襯墊氧化物層(未示出)。溝槽12是通過將硬掩模圖案作為蝕刻阻擋物來蝕刻襯底10而形成。如圖2B所示，通過用氧化物層填充溝槽12來形成器件隔離層13。氧化物層包括 選自旋涂電介質氧化物層、硼磷硅酸鹽玻璃(BPSG)氧化物層、高密度等離子體(HDP)氧化 物層和熱氧化層中的至少一種材料。根據(jù)一個實例，當形成器件隔離層13時，可暴露至少 兩種不同種類的氧化物材料作為上表面。在形成器件隔離層13時，將氧化物層形成為具有足以填充溝槽12的預定厚度，且 對該氧化物層進行平坦化工藝直至暴露氮化物圖案11為止。平坦化工藝包括化學機械拋 光(CMP)。在平坦化工藝期間去除在氮化物圖案11上形成的硬掩模圖案(未示出)。在將氧化物層填充至溝槽12前，可以通過側壁氧化工藝在溝槽表面上形成側壁 氧化物，并且也可以在將氧化物層填充至溝槽12之前額外形成襯墊氮化物。如圖2C所示，通過使用等離子體進行干法剝離工藝來去除氮化物圖案11。由于干 法剝離工藝在不同種類的氧化物層當中幾乎沒有蝕刻特性變化，不論何種類型的氧化物層 形成器件隔離層13而進行均勻的蝕刻是可能的。根據(jù)一個實例，干法剝離工藝可以使用相對于器件隔離層13具有蝕刻選擇性的 氣體來選擇性地去除氮化物圖案11?？梢允褂镁哂袣浞蓟餁怏w(即CHxFy，其中χ與y為自然數(shù))的等離子體來進行 干法剝離工藝。例如，氫氟碳化物氣體可以包括選自三氟甲烷(CHF3)、二氟甲烷(CH2F2)及 一氟甲烷(CH3F)中的至少一種氣體。此外，在進行干法剝離工藝中，可以將四氟甲烷(CF4) 或甲烷(CH4)添加至氫氟碳化物氣體中。器件隔離層13與氮化物圖案11之間的蝕刻選擇 性可由氫氟碳化物氣體的不同組合來控制。在進行干法剝離工藝時，可以添加氧氣(O2)氣體以增加氮化物圖案11相對于器 件隔離層13的蝕刻選擇性。當添加&氣體時，可以容易地去除聚合物，因而氮化物圖案11 的蝕刻速率增加。因此，氮化物圖案11相對于器件隔離層13的蝕刻選擇性增加。根據(jù)氫 氟碳化物氣體的不同種類，在干法剝離工藝中使用的化氣體的流量范圍為氫氟碳化物氣體 流量的約20%至約400%。當如上所述通過使用等離子體進行干法剝離工藝來去除氮化物圖案11時，可以 防止/減少由于濕法剝離工藝導致的器件隔離層13的碟形凹陷現(xiàn)象。此外，進行干法剝離 工藝所用的總時間比進行濕法剝離工藝所用的總時間短，并且制造裕度可以得到保證。在干法剝離工藝情況下，比在濕法剝離工藝中更容易獲得各向異性性質，因而可 防止/減少對器件隔離層13的側面的蝕刻。在干法剝離工藝期間為了確保這種各向異性 性質，施加大于源功率的偏置功率。例如，偏置功率可以是至少100W，其中偏置功率可以在 約100W至約1000W的范圍內變動。源功率在約OW至約1000W的范圍內變動。
通過在干法剝離工藝期間控制氮化物圖案11與器件隔離層13之間的蝕刻選擇 性，選擇性地去除氮化物圖案11。在去除氮化物圖案11時，可以同時將器件隔離層13去除 至一定深度。因此，可以避免為了控制器件隔離層13的有效場高度(EFH)而進行的器件隔 離層13的后續(xù)高度調整工藝。因而，還可以提供足夠的制造裕度。另一方面，在去除氮化物圖案11前，可以將器件隔離層13去除至一定深度。盡管 在去除氮化物圖案11之前將器件隔離層13去除至一定深度，由于這兩個去除工藝都是在 同一腔室內的原位進行，可以保證制造裕度。在進行濕法剝離工藝時，器件隔離層13的后 續(xù)Ε 控制工藝是在不同腔室內的非原位進行。這里，在干法剝離工藝中，使用氫氟碳化物 氣體與CF4氣體的混合物進行器件隔離層13的部分去除，并且使用氫氟碳化物氣體與CH4 氣體的混合物進執(zhí)行氮化物圖案11的去除。附圖標記13A代表蝕刻的器件隔離層，其中器件隔離層13去除至一定深度以控制 EFH。[第二實施例]圖3A至圖3C為說明根據(jù)本發(fā)明的第二實施例的制造半導體器件的方法的截面 圖。如圖3A所示，在具有單元區(qū)域及外圍區(qū)域的襯底20上形成氮化物圖案21和硬掩 模圖案(未示出)。使用硬掩模圖案來形成用于器件隔離的溝槽22A及溝槽22B。形成氮 化物圖案21作為在后續(xù)的器件隔離層形成時的蝕刻終止層。在氮化物圖案21形成前，在 襯底20上形成襯墊氧化物層(未示出)。通過將硬掩模圖案用作蝕刻阻擋物來蝕刻襯底20而形成第一溝槽22A及第二溝 槽22B。單元區(qū)域中圖案的尺寸及密度與外圍區(qū)域中圖案的尺寸及密度不同，其中它們各自 的溝槽具有不同寬度。例如，第一溝槽22A形成于單元區(qū)域中，并且具有比第一溝槽22A更 大寬度的第二溝槽22B形成于外圍區(qū)域中。如圖;3B所示，通過以氧化物層填充第一溝槽22A及第二溝槽22B來形成器件隔離 層23。氧化物層包括選自旋涂電介質氧化物層、硼磷硅酸鹽玻璃(BPSG)氧化物層、高密度 等離子體(HDP)氧化物層及熱氧化物層中的至少一種材料。根據(jù)一個實例，在形成器件隔 離層23時，可以暴露至少兩種不同種類的氧化物材料作為上表面。在形成器件隔離層23中，將氧化物層形成為具有足以填充溝槽22的預定厚度，并 且對該氧化物層進行平坦化工藝經(jīng)直至暴露氮化物圖案21為止。平坦化工藝包括化學機 械拋光(CMP)。在平坦化工藝期間將在氮化物圖案21上形成的硬掩模圖案(未示出)去 除。在將氧化物層填充至溝槽22A及22B之前，可以通過側壁氧化工藝在溝槽表面上 形成側壁氧化物，并且也可以在將氧化物層填充至溝槽之前額外形成襯墊氮化物。如圖3C所示，通過使用等離子體進行干法剝離工藝而去除氮化物圖案21。由于干 法剝離工藝在不同種類的氧化物層間幾乎沒有蝕刻特性變化，不論何種類型的氧化物層形 成器件隔離層23，進行均勻的蝕刻是可能的。根據(jù)一個實例，干法剝離工藝可以使用相對于器件隔離層23具有蝕刻選擇性的 氣體以選擇性地去除氮化物圖案21。可以通過使用具有氫氟碳化物氣體(即CHxFy，其中χ與y為自然數(shù))的等離子體來進行干法剝離工藝。例如，該氫氟碳化物氣體可包括選自三氟甲烷(CHF3)、二氟甲烷 (CH2F2)及一氟甲烷(CH3F)中的至少一種氣體。此外，在進行干法剝離工藝中可以添加四氟 甲烷(CF4)或甲烷(CH4))至氫氟碳化物氣體中。器件隔離層23與氮化物圖案21之間的蝕 刻選擇性可由氫氟碳化物氣體的不同組合來控制。在進行干法剝離工藝時，可以添加氧氣(O2)氣體以增加氮化物圖案21相對于器 件隔離層23的蝕刻選擇性。當添加&氣體時，可以容易地去除聚合物，因而氮化物圖案21 的蝕刻速率增加。因此，氮化物圖案21相對于器件隔離層23的蝕刻選擇性增加。根據(jù)氫 氟碳化物氣體的種類，在干法剝離工藝中使用的化氣體的流量范圍為氫氟碳化物氣體流量 的約20%至約400%。當如上所述通過使用等離子體進行干法剝離工藝來去除氮化物圖案21時，可防 止/減少由濕法剝離工藝導致的器件隔離層23的碟形凹陷現(xiàn)象。此外，進行干法剝離工藝 所用的總時間比進行濕法剝離工藝所用的總時間短，并且制造裕度可以得到保證。在干法剝離工藝情況下，比在濕法剝離工藝中更容易獲得各向異性性質，因而可 防止/減少對器件隔離層23的側面的蝕刻。在干法剝離工藝期間為了確保這種各向異性 特性，施加大于源功率的偏置功率。例如，偏置功率可以是至少100W，其中偏置功率的范圍 可以為約100W至約1000W。源功率的范圍為約OW至約1000W。另外，在進行濕法剝離工藝時，由于不同的圖案密度造成的蝕刻速率不同，單獨地 對單元區(qū)域及外圍區(qū)域進行兩步剝離工藝。然而，由于在干法剝離工藝情況中，圖案密度不 同導致的蝕刻速率不同是不明顯的，可以進行一步剝離工藝以同時去除在單元區(qū)域及外圍 區(qū)域中的氮化物圖案21。因此，在干法剝離工藝中，可以取消用于進行兩步剝離工藝的額外 的掩模形成工藝、剝離工藝及掩模移除工藝。通過在干法剝離期間控制氮化物圖案21與器件隔離層23之間的蝕刻選擇性，選 擇性地去除氮化物圖案21。在去除氮化物圖案21時，可以同時將器件隔離層23去除至一 定深度。因此，可以避免為了控制器件隔離層23的有效場高度(EFH)而對器件隔離層23 進行的后續(xù)高度調整工藝。因此，也可以提供足夠的制造裕度。另一方面，在去除氮化物圖案21之前，可以將器件隔離層23去除至一定深度。盡 管在去除氮化物圖案21之前將器件隔離層23去除至一定深度，由于這兩個去除工藝都是 在同一腔室內原位進行，可以保證制造裕度。在進行濕法剝離工藝時，器件隔離層23的后 續(xù)Ε 控制工藝是在不同腔室內非原位進行。這里，在干法剝離工藝中，使用氫氟碳化物氣 體與CF4氣體的混合物進行器件隔離層23的部分去除，并且使用氫氟碳化物氣體與CH4氣 體的混合物進行氮化物圖案21的去除。附圖標記23Α代表蝕刻的器件隔離層，其中，器件隔離層23去除至一定深度以控 制Era。圖4是說明根據(jù)本發(fā)明的實施例的器件隔離層的特征的透射電子顯微鏡(TEM)照 片。如圖4所示，在進行使用等離子體的干法剝離工藝以去除氮化物圖案時，器件隔 離層(SOD)具有平坦表面。根據(jù)本發(fā)明的實施例，通過進行使用等離子體的干法剝離工藝來去除用于形成器 件隔離層的氮化物圖案，因此，可以防止/減少器件隔離層的碟形凹陷現(xiàn)象。因而，足夠的制造裕度可以得到保證。 盡管針對特定實施例描述了本發(fā)明，在不脫離權利要求所限定的本發(fā)明的精神和 范圍的情況下進行各種改變及修改對于本領域技術人員來說是顯而易見的。
權利要求
1.一種制造半導體器件的方法，包括 在襯底上形成氮化物圖案及硬掩模圖案；通過將所述硬掩模圖案作為蝕刻阻擋物來蝕刻所述襯底來形成溝槽； 形成填充所述溝槽的氧化物層；對所述氧化物層進行平坦化工藝直至暴露所述氮化物圖案為止；以及 通過使用等離子體的干法剝離工藝去除所述氮化物圖案。
2.如權利要求1所述的方法，其中，所述干法剝離工藝使用相對所述氧化物層具有蝕 刻選擇性的氣體。
3.如權利要求1所述的方法，其中，使用氫氟碳化物氣體CHxFy來進行所述干法剝離工 藝，其中χ與y為自然數(shù)。
4.如權利要求3所述的方法，其中，使用所述氫氟碳化物氣體與四氟甲烷CF4的混合物 或所述氫氟碳化物氣體與甲烷CH4的混合物來進行所述干法剝離工藝。
5.如權利要求3所述的方法，其中，所述氫氟碳化物氣體包括選自三氟甲烷CHF3、二氟 甲烷CH2F2及一氟甲烷CH3F中的至少一種氣體。
6.如權利要求1所述的方法，其中，使用氫氟碳化物氣體與氧氣A的混合物來進行所 述干法剝離工藝。
7.如權利要求6所述的方法，其中，所述氧氣的流量范圍為所述氫氟碳化物氣體的流 量的約20%至約400%。
8.如權利要求1所述的方法，進一步包括在去除所述氮化物圖案之前將所述氧化物層去除至一定深度。
9.如權利要求1所述的方法，其中，所述去除所述氮化物圖案包括 同時將所述氧化物層去除至一定深度。
10.一種制造半導體器件的方法，包括 在襯底上形成氮化物圖案及硬掩模圖案；通過將所述硬掩模圖案作為蝕刻阻擋物蝕刻所述襯底來形成第一溝槽及第二溝槽，其 中第二溝槽具有比第一溝槽大的寬度；形成填充所述第一溝槽及第二溝槽的氧化物層；對所述氧化物層進行平坦化工藝直至暴露所述氮化物圖案為止；以及通過使用等離子體的干法剝離工藝去除所述氮化物圖案。
11.如權利要求10所述的方法，其中，所述干法剝離工藝使用相對所述氧化物層具有 蝕刻選擇性的氣體。
12.如權利要求10所述的方法，其中，通過使用氫氟碳化物氣體CHxFy來進行所述干法 剝離工藝，其中χ與y為自然數(shù)。
13.如權利要求12所述的方法，其中，通過使用所述氫氟碳化物氣體和四氟甲烷CF4的 混合物或所述氫氟碳化物氣體與甲烷CH4的混合物來進行所述干法剝離工藝。
14.如權利要求12所述的方法，其中，所述氫氟碳化物氣體包括選自三氟甲烷CHF3、二 氟甲烷CH2F2及一氟甲烷CH3F中的至少一種氣體。
15.如權利要求10所述的方法，其中，使用氫氟碳化物氣體及氧氣化來進行所述干法 剝離工藝。
16.如權利要求15所述的方法，其中，所述氧氣的流量范圍為所述氫氟碳化物氣體流 量的約20%至約400%。
17.如權利要求10所述的方法，進一步包括在去除所述氮化物圖案之前，將所述氧化物層去除至一定深度。
18.如權利要求10所述的方法，其中，所述去除所述氮化物圖案包括同時將所述氧化物層去除至一定深度。
19.如權利要求10所述的方法，其中，所述第一溝槽形成于單元區(qū)域中，所述第二溝槽 形成于外圍區(qū)域中。
20.一種制造半導體器件的方法，包括在襯底上形成氮化物圖案及硬掩模圖案；通過將所述硬掩模圖案作為蝕刻阻擋物蝕刻所述襯底來形成溝槽；形成填充所述溝槽的氧化物層；對所述氧化物層進行平坦化工藝直至暴露所述氮化物圖案；將所述氧化物層去除至一定深度；以及在將所述氧化物層去除至所述一定深度之后，通過使用等離子體的干法剝離工藝來去 除所述氮化物圖案。
21.如權利要求20所述的方法，其中，通過使用四氟甲烷CF4氣體與氫氟碳化物氣體 CHxFy的混合物來進行所述氧化物層的去除，其中χ與y為自然數(shù)。
22.如權利要求20所述的方法，其中，所述干法剝離工藝使用相對所述氧化物層具有 蝕刻選擇性的氣體。
23.如權利要求20所述的方法，其中，通過使用氫氟碳化物氣體CHxFy來進行所述干法 剝離工藝，其中χ與y為自然數(shù)。
24.如權利要求23所述的方法，其中，所述氫氟碳化物氣體包括選自三氟甲烷CHF3、二 氟甲烷CH2F2及一氟甲烷CH3F中的至少一種氣體。
25.如權利要求20所述的方法，其中，通過使用氫氟碳化物氣體與甲烷CH4的混合物來 進行所述干法剝離工藝。
26.如權利要求20所述的方法，其中，通過使用氫氟碳化物氣體與氧氣&的混合物來 進行所述干法剝離工藝。
27.如權利要求沈所述的方法，其中，所述氧氣的流量范圍為所述氫氟碳化物氣體流 量的約20%至約400%。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種制造半導體器件的方法，其包括步驟在襯底上形成氮化物圖案及硬掩模圖案；通過將所述硬掩模圖案作為蝕刻阻擋物蝕刻所述襯底來形成溝槽；形成填充所述溝槽的氧化物層；對所述氧化物進行平坦化工藝直至暴露所述氮化物圖案為止；以及通過使用等離子體的干法剝離工藝來去除所述氮化物圖案。
文檔編號H01L21/762GK102110637SQ20101025504
公開日2011年6月29日 申請日期2010年8月17日 優(yōu)先權日2009年12月29日
發(fā)明者申昶希, 鄭臺愚, 金原圭 申請人:海力士半導體有限公司