制造具有凹陷栅极的半导体器件的方法技术

一种制造半导体器件的方法，包括：在衬底上形成硬掩模图案，利用硬掩模图案作为蚀刻阻挡物，在所述衬底内形成第一凹陷并在所述第一凹陷的侧壁上形成钝化层，和通过利用钝化层作为蚀刻阻挡物，蚀刻所述第一凹陷的底部以形成第二凹陷，其中第二凹陷的宽度大于第一凹陷的宽度。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及制造半导体器件的方法，更特别地涉及制造含有凹陷栅 极的半导体器件的方法。
技术介绍
随着半导体器件变得高度地集成，单元晶体管的沟道长度降低。此 外，随着对衬底的离子注入掺杂浓度增加，起因于电场增强的结泄漏也 增加。因此，难以确保具有典型的平面型晶体管结构的半导体器件的刷 新特性。为此，引入三维凹陷栅极以克服上述限制。根据所述方法，蚀刻衬 底中的有源区的一部分以形成凹陷，并在所述凹陷上形成栅极。因此， 所述单元晶体管的沟道长度增加，并且对衬底的离子注入掺杂浓度降 低，改进了所述半导体器件的刷新特性。图1说明制造含有典型的凹陷栅极的晶体管的常规方法的横截面 图。在衬底11中形成隔离层12以限定有源区。在所述衬底11上形成 氧化物图案13和硬掩模图案14。利用所述硬掩模图案14作为蚀刻掩模， 部分蚀刻所述衬底ll,以形成具有垂直外形的凹陷区域。然而，最近随着半导体器件变得更高度地集成，单元晶体管的沟道 长度进一步降低。因此，在采用常规方法以形成凹陷区域的过程中，所 述凹陷区域可能形成为具有V-形外形。结果，可能在隔离层和凹陷区域 之间的衬底上形成角状物。即，根据采用浅沟槽隔离(STI)方法以形成 隔离层的常规方法，为了使得隔离层填充所述沟槽的间隙，所述STI具有小于90度的角度。同时，因为图案尺寸降低，所述凹陷区域具有 V-形外形。因此，在隔离层和凹陷区域的形成之后大量剩余的硅留在所 述衬底上，形成角状物。图2说明典型的凹陷图案的外形的显微照片图。所述凹陷图案具有 V-形外形，并且在隔离层和凹陷区域之间的界面上产生角状物A.因为 所述凹陷图案具有V-形外形，所以剩余硅的程度很大，并因此角状物的 高度4艮高。因为所述角状物变成导致电流漏泄的应力点，所以所述半导 体器件的刷新性能和良品率可能变差。
技术实现思路
本专利技术涉及制造半导体器件的方法，尤其是涉及在半导体器件中制 造凹陷栅极的方法，其可通过形成具有双外形的凹陷来降低隔离层和凹 陷区域之间界面上的角状物高度，所述双外形是通过两步进行的刻蚀工 艺得到的，其提供所述凹陷不同的上部外形和下部外形。根据本专利技术的一个方面，提供了用于制造半导体器件的方法，包括 在衬底上形成硬掩模图案；利用所述硬掩模图案作为蚀刻阻挡物，在所 述衬底内形成笫一凹陷并在所述笫一凹陷的侧壁上形成钝化层；和通过 利用所述钝化层作为蚀刻阻挡物蚀刻所述第一凹陷的底部以形成第二 凹陷，其中所述第二凹陷的宽度大于所述笫一凹陷的宽度。附图说明图l说明制造具有常规凹陷栅极的晶体管的方法的横截面图。图2说明常规的凹陷栅极的外形的显微照片图。图3A ~ 3E说明根据本专利技术的第一实施方案制造具有凹陷栅极的晶 体管的方法的横截面图。图4说明根据本专利技术的第一实施方案的凹陷栅极的外形的显微照片图。图5A 5E说明根据本专利技术第二实施方案制造具有凹陷栅极的晶体 管的方法的横截面图。图6说明根据本专利技术的第二实施方案的第一凹陷B侧壁上的钝化层 C的外形的显微照片图。图7说明用于对常规的凹陷栅极和根据本专利技术第二实施方案的凹陷 栅极进行比较的显微照片图。具体实施例方式本专利技术涉及在半导体器件中制造具有凹陷栅极的晶体管的方法。根 据本专利技术的实施方案，因为通过形成具有凹陷区域上部外形和下部外形 不同的的双外形的凹陷区域，隔离层和凹陷区域之间的界面上的角状物 的高度降低，所以可以改进所述半导体器件的刷新特性和良品率。图3A 3E说明根据本专利技术的第一实施方案制造具有凹陷栅极的晶 体管的方法的横截面图。参考图3A，在衬底31中形成隔离层32以限定有源区。可以采用浅 沟槽隔离(STI)方法形成所述隔离层32。在具有隔离层32的所述衬底31 上顺序形成第一硬掩模层33和第二硬掩模层34。第一硬掩模层33包括 氧化物层，第二硬掩模层34包括非晶碳层。在形成凹陷区域的随后的 工艺期间，氧化物层33用作蚀刻阻挡物。在所述非晶碳层34上形成具 有目标凹陷区开口的光刻胶图案36。对于另一个实施方案，可以在形成 所述光刻胶图案36以前，在所述非晶碳层34上形成防反射层35，用于 防止在啄光过程期间的反射。参考图3B,利用所述光刻胶图案36作为蚀刻掩模，顺序蚀刻所述 防反射层35、所述非晶碳层34和所述氧化物层33。通过釆用磁增强反 应性离子刻蚀(MERIE)作为等离子源并使用氮气(]\2)和氧(02)气的气体 混合物，蚀刻所述非晶碳层34以暴露所述氧化物层33。使用CFX、 CHFX 和02气体的气体混合物蚀刻所述氧化物层33,以暴露所述衬底31。附 图标记33A、 34A和35A分别表示氧化物图案、非晶碳图案、和防反射 图案，其通过部分蚀刻所述氧化物层33、非晶碳层34和防反射层35 形成。然后，除去光刻胶图案36和防反射图案35A，另外除去非晶碳图案 34A。可以仅仅使用02等离子体除去所述非晶碳图案34A,其中02等离子体的流量为约200sccm 约1000sccm。此外，可以仅仅提供源功率 而不提供偏压功率除去非晶碳图案34A。由此，仅保留氧化物图案33A， 如图3C所示。参考图3D,利用所述氧化物图案33A作为蚀刻阻挡物，在所述衬 底31上进行第一蚀刻以形成第一凹陷37A。使用TCP/ICP(变压器耦合 的等离子体/感应耦合的等离子体)作为等离子源，并使用溴化氢(HBr) 气体和CFxHx气体的气体混合物，进行用于形成所述第一凹陷37A的 第一蚀刻，其中以溴化氢(HBr)气体作为主蚀刻气体。此外，在约5毫 托~约20毫托的压力、约700W 约1500W的源功率和约200V-约 500V的偏压功率下进行第一蚀刻。所述第一凹陷37A具有垂直外形并 具有约200A 约500A的深度。附图标记31A表示具有所述第一凹陷 37A的笫一图案化衬底。在进行第一蚀刻以形成所述第一凹陷37A时，聚合物作为CFXHX气 体的蚀刻产物在被蚀刻表面上产生，特别是在所述第一凹陷37A的侧壁 上。所述聚合物形成钝化层38，其在随后的用于形成第二凹陷的工艺过 程中作为蚀刻阻挡物。通过使用包含CFxHx气体的蚀刻气体，可以产生 大量的聚合物。在用于形成所述第一凹陷37A和钝化层38的蚀刻工艺 过程中加入CFxHx气体的时候，所述CFXHX气体优选包含三氟甲烷 (CHF3)或二氟甲烷(CH2F2)。参考图3E，利用所述氧化物图案33A和钝化层38，在第一图案化 衬底31A上进行第二蚀刻，从而形成第二凹陷37B。第一蚀刻和第二蚀 刻可以原位进行。附图标记31B表示具有所述第一凹陷37A和第二凹 陷37B的第二图案化衬底。使用TCP/ICP作为等离子源并使用含氯气体和含溴气体的气体混 合物，进行第二蚀刻以形成第二凹陷37B。优选在约10毫托~约30毫 托的压力、约500W~约1000W的源功率和约200V~约500V的偏压 功率下，进行第二蚀刻。特别是，使用作为含氯气体的氯(Cl2)气体和作为含溴气体的溴化氢(HBr)气体的时候，HBr与Cl2的流量比优选约 0.5:1 ~约2:1。在前述环境下在第一图案化村底31A上进行第二蚀刻的 时候，可以进行第二蚀刻以提供浅度各向同性蚀刻性能。因此，第二凹 陷37B具有弯曲的侧壁的弓形外形，和约700A 约IOOOA的深度本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种制造半导体器件的方法，该方法包括：在衬底上形成硬掩模图案；利用所述硬掩模图案作为蚀刻阻挡物，在所述衬底内形成第一凹陷和在所述第一凹陷的侧壁上形成钝化层；和通过利用所述钝化层作为蚀刻阻挡物蚀刻所述第一凹陷的底部形成第二凹陷，其中所述第二凹陷的宽度大于所述第一凹陷的宽度。

【技术特征摘要】
KR 2006-10-30 10-2006-0105458;KR 2007-1-31 10-20071.一种制造半导体器件的方法，该方法包括在衬底上形成硬掩模图案；利用所述硬掩模图案作为蚀刻阻挡物，在所述衬底内形成第一凹陷和在所述第一凹陷的侧壁上形成钝化层；和通过利用所述钝化层作为蚀刻阻挡物蚀刻所述第一凹陷的底部形成第二凹陷，其中所述第二凹陷的宽度大于所述第一凹陷的宽度。2. 权利要求1的方法，其中所述第一凹陷和所述钝化层的形成包 括使用含有主蚀刻气体和产生聚合物的另外的蚀刻气体的气体混 合物。3. 权利要求2的方法，其中在约5亳托~约20亳托的压力、约 700W~约1500W的源功率和约200V~约500V的偏压功率的条 件下，用TCP/ICP型等离子源进行所述第一凹陷和所述钝化层的 形成。4. 权利要求2的方法，其中所述第一凹陷和所述钝化层的形成包 括使用含有溴化氢(HBr)气体和产生聚合物的CFXHX气体的气体 混合物，其中溴化氢(HBr)气体作为主蚀刻气体，CFJIx气体作为 另外的蚀刻气体。5. 权利要求4的方法，其中所述第一凹陷具有约200A 约500A 的深度。6. 权利要求2的方法，其中所述第一凹陷和所述钝化层的形成包 括使用含有作为主蚀刻气体的氯(Cl2)和氮(N2)气体以及作为另外的蚀刻气体的氢(H2)气体的等离子体混合物。7. 权利要求6的方法，其中所述第一凹陷具有约1000A-约 1300A的深度。8. 权利要求l的方法，其中在约10亳托~约30毫托的压力、约 500W~约1000W的源功率和约100V~约500V的偏压功率的条 件下，用TCP/ICP型等离子源进行所述第二凹陷的形成。9. 权利要求8的方法，其中所述第二凹陷的形成包括使用含有含 氯气体和含溴气体的气体混合物。10. 权利要求9的方法，其中所述含氯气体包含氯(Cl2)气体，所述 含溴气体包含溴化氢(HB...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵瑢泰，金锡基，曹祥薰，
申请(专利权)人：海力士半导体有限公司，
类型：发明
国别省市：KR[韩国]