專利名稱：半導體器件制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導體器件的制造方法，更具體涉及制造包括存儲節(jié)點接觸的半導體器件的方法。
背景技術(shù)：
由于半導體器件集成度越來越高，已經(jīng)使用ArF光刻膠來形成80nm以下的溝槽型存儲節(jié)點接觸。在溝槽型存儲節(jié)點接觸形成過程中，進行栓塞多晶硅沉積和隔離之后，存儲節(jié)點接觸的上開口表面尺寸保持很小，導致缺少對于后續(xù)存儲節(jié)點的覆蓋裕度。因而，通常需要形成墊多晶硅。
用于溝槽型存儲節(jié)點接觸形成的ArF光刻膠通常需要使用昂貴的設備，因此，由于維護成本上升導致大規(guī)模生產(chǎn)能力下降。
圖1A示出缺少足夠上表面的典型位線的顯微圖。圖1B示出由于缺少足夠上表面導致在隨后的自對準接觸(SAC)蝕刻過程中受損的氮化物基位線硬掩模層的顯微圖。圖1C示出在典型的存儲節(jié)點接觸形成過程中，由于缺少位線間隔層厚度導致SAC失敗的顯微圖。
參考圖1A，由于位線尺寸減小，導致在儲節(jié)點接觸蝕刻過程中可不形成聚合物阻擋層。位線尺寸減小的原因是器件的微型化。結(jié)果，可不進行SAC蝕刻，導致在存儲節(jié)點接觸和隨后的存儲節(jié)點接觸之間的SAC失敗。也就是，通常由聚合物阻擋層提供的SAC蝕刻特性經(jīng)常得不到保證，這是因為缺少足夠的位線上表面。因而，可能發(fā)生氮化物基位線硬掩模層損失，導致位線和存儲節(jié)點接觸之間短路(參見圖1B)。
參考圖1C，由于使用氧化物基間隔層材料，從而形成具有不對稱厚度的位線間隔層。圓圈所指示的位線間隔層的厚度小于形成在位線另一側(cè)的另一位線間隔層的厚度。位線間隔層具有不對稱厚度導致SAC失敗，其中在位線和存儲節(jié)點接觸之間的薄弱點產(chǎn)生短路。也就是，由于不對稱因而不能獲得期望厚度的位線間隔層。不對稱的原因在于氮化物基存儲節(jié)點接觸間隔層形成在存儲節(jié)點接觸孔形成之前。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的目的是提供一種制造半導體器件的方法，該方法可改善位線上部輪廓以確保自對準接觸(SAC)蝕刻特性、改善位線間隔層的不對稱性、在間隔層蝕刻過程中使氮化物位線硬掩模層的損失最小化、以及簡化過程。
根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供一種制造半導體器件的方法，包括形成多個位線圖案，各位線圖案具有雙層硬掩模，所述雙層硬掩模包括氮化物基層和無定形碳基層；形成填充在位線圖案之間的平坦絕緣層，所述平坦絕緣層與氮化物基層齊平；在平坦絕緣層的預定部分上形成線型存儲節(jié)點接觸掩模；蝕刻平坦絕緣層以形成存儲節(jié)點接觸孔，各存儲節(jié)點接觸孔的上部寬于下部；在存儲節(jié)點接觸孔的側(cè)壁上形成雙層結(jié)構(gòu)的存儲節(jié)點接觸間隔層；和形成填充存儲節(jié)點接觸孔的存儲節(jié)點接觸。


對于以下結(jié)合附圖對實施方案的示例性說明，將更好地理解本發(fā)明的上述和其它目的和特征，其中圖1A示出缺少足夠上表面積的典型位線的顯微圖；圖1B示出由于缺少足夠上表面積，而在隨后的自對準接觸(SAC)蝕刻過程中受損的氮化物基位線硬掩模層的顯微圖；圖1C示出在典型的存儲節(jié)點接觸形成過程中，由于缺少位線間隔層厚度導致SAC失敗的顯微圖；圖2A-2E示出描述根據(jù)本發(fā)明示例性實施方案的半導體器件制造方法的截面圖；圖3示出包括氮化物基位線硬掩模層的位線圖案的顯微圖，所述氮化物基位線硬掩模層由于使用無定形碳基位線硬掩模層而具有最小損失；圖4示出根據(jù)本發(fā)明示例性實施方案的位線圖案的顯微圖，其中由于位線間隔層厚度提高而減少SAC失?。缓蛨D5示出包括氮化物基位線硬掩模層的位線圖案的顯微圖，其中通過施用緩沖氧化物層來防止位線硬掩模層的損失。
具體實施例方式
以下，將參考附圖詳細說明根據(jù)本發(fā)明示例性實施方案的半導體器件制造方法。
圖2A-2E示出描述根據(jù)本發(fā)明示例性實施方案的半導體器件制造方法的截面圖。每個截面圖都被虛線分成兩部分。虛線左側(cè)部分示出橫穿位線圖案剖開的截面圖，虛線右側(cè)部分示出平行于位線圖案剖開的截面圖。
參考圖2A，在第一層間絕緣層31中形成沉陷塞接觸32，并且在沉陷塞接觸32和第一層間絕緣層31上形成第二層間絕緣層33。在第二層間絕緣層33上形成位線圖案。各位線圖案包括用作阻擋層金屬的Ti/TiN層34、位線鎢層35、氮化物基層36和無定形碳基層37。氮化物基層36和無定形碳基層37包括在雙層硬掩模中。更詳細來說，雙層結(jié)構(gòu)形成在第二層間絕緣層33上。雙層結(jié)構(gòu)包括順序形成并用作位線阻擋層的鈦(Ti)和氮化鈦(TiN)。
利用化學氣相沉積(CVD)法在Ti/TiN層結(jié)構(gòu)上形成鎢層。鎢層具有約300-約1000的厚度。雙層硬掩模層形成在鎢層上。雙層硬掩模層形成為雙層結(jié)構(gòu)，包括順序形成的預先形成的氮化物基層和預先形成的無定形碳基層。雙層硬掩模層的厚度等于以單層結(jié)構(gòu)形成的典型氮化物基位線硬掩模層的厚度，以在隨后的第三層間絕緣層形成過程中保持間隙填充特性。例如，預先形成的氮化物基層形成為具有約1000-約2500的厚度，預先形成的無定形碳基層形成為具有約1000-約2000的厚度。
在襯底結(jié)構(gòu)上進行位線圖案化過程。位線圖案化過程包括在預先形成的無定形碳基層上形成氧氮化硅(SiON)層，和利用光刻膠實施位線掩模和蝕刻過程。SiON層用作抗反射涂層，并具有約300-約1000的厚度。因而，形成位線圖案，各位線圖案包括Ti/TiN層34、位線鎢層35、氮化物基層36和無定形碳基層37。
在用來形成位線圖案的蝕刻過程中，使用壓力約20mT-約70mT的包括甲烷(CF4)、三氟甲烷(CHF3)、氧氣(O2)和氬氣(Ar)的氣體混合物并施加約300W-約1000W的功率來蝕刻SiON層和雙層硬掩模層。而且，使用壓力約20mT-約70mT的包括六氟化硫(SF6)、三氯化硼(BCl3)、氮氣(N2)和氯氣(Cl2)的氣體混合物并施加約300W-約1000W的功率來蝕刻鎢層和Ti/TiN雙層結(jié)構(gòu)。
在位線圖案形成過程中形成無定形碳基層37，以增加位線圖案的上表面積。因而，可以在隨后的自對準接觸(SAC)蝕刻過程中形成聚合物，并且可以保持SAC蝕刻特性。
參考圖2B，在襯底結(jié)構(gòu)上形成位線間隔層。位線間隔層包括氮化物基層并且厚度為約50-約150。在其上實施位線間隔層蝕刻過程，在位線圖案兩側(cè)壁上形成位線間隔層38。
在襯底結(jié)構(gòu)上形成用作第三層間絕緣層39的絕緣層，并填充在位線圖案之間。所述絕緣層包括采用高密度等離子體(HDP)法形成的氧化物基層，并具有約4000-約10000的厚度。因而，在位線圖案上形成具有預定厚度的部分絕緣層，同時其余絕緣層填充在位線圖案之間。
實施層間電介質(zhì)(ILD)化學機械拋光(CMP)過程來平坦化所述絕緣層，從而形成第三層間絕緣層39。ILD CMP過程剛好在拋光氮化物基層36之前停止。
更詳細而言，在ILD CMP過程中，拋光除去部分絕緣層和無定形碳基層37，暴露出氮化物基層36的上表面。第三層間絕緣層39可以均勻平坦化，因為無定形碳基層37和包括氧化物基層的絕緣層通常以基本相同的速率被拋光。
應用雙層硬掩模可以在隨后的存儲節(jié)點接觸蝕刻過程中對蝕刻強加阻礙。從所述雙層結(jié)構(gòu)中移除無定形碳基層37可以減少這種阻礙。
參考圖2C，在襯底結(jié)構(gòu)上形成KrF光刻膠層，并且在其上進行曝光和顯影過程，以形成存儲節(jié)點接觸掩模40。
存儲節(jié)點接觸掩模40是線型掩模，用于暴露將要形成存儲節(jié)點接觸的預定區(qū)域。存儲節(jié)點接觸掩模40垂直于位線圖案形成。
利用存儲節(jié)點接觸掩模40實施存儲節(jié)點接觸蝕刻過程。存儲節(jié)點接觸蝕刻過程包括實施第一蝕刻過程和第二蝕刻過程。第一蝕刻過程包括實施部分蝕刻過程。例如，第一蝕刻過程在暴露沉陷塞32之前停止，同時蝕刻第三層間絕緣層39以暴露出沉陷塞接觸32的上表面。實施第一蝕刻過程至預定深度。所述預定深度可對應于氮化物基層36上的側(cè)壁中的預定點。
第一蝕刻過程，即部分蝕刻過程，包括實施干蝕刻和濕蝕刻過程。干蝕刻過程在約15mT-約50mT的壓力下，使用約1000W-約2000W功率和使包括CF4、C4F8、C5F8、C4F6、CHF3、CH2F2、Ar、O2、一氧化碳(CO)和N2的氣體混合物流動來實施。實施干蝕刻過程來蝕刻約1000-約2000的目標厚度，由此形成開口。濕蝕刻過程使用氟化氫(HF)溶液或緩沖氧化物蝕刻劑(BOE)溶液來實施。在濕蝕刻過程中，使用HF主要是蝕刻開口的側(cè)壁。因而，由干蝕刻過程形成的開口通過實施濕蝕刻過程而在水平方向上擴大。結(jié)果，形成第一溝槽41。
由于形成存儲節(jié)點接觸的第一蝕刻過程在干蝕刻過程之后采用濕蝕刻過程，從而在水平方向上擴大第一溝槽41。
第一溝槽41形成為存儲節(jié)點接觸孔的上部。結(jié)果，填充在存儲節(jié)點接觸孔中的存儲節(jié)點接觸塞的上部可具有增大的開口表面積。因而，可以在隨后的存儲節(jié)點形成過程中保持對準裕度。
參考圖2D，使用存儲節(jié)點接觸掩模40作為蝕刻掩模，實施存儲節(jié)點接觸蝕刻過程的第二蝕刻過程。第一蝕刻過程包括利用干蝕刻過程和濕蝕刻過程來實施部分蝕刻過程。然而，第二蝕刻過程包括利用干蝕刻過程來蝕刻第一溝槽41下方的層間絕緣層，直到暴露出沉陷塞接觸32的上表面。因此，形成第二溝槽42。干蝕刻過程在約15mT-約50mT的壓力下，使用約1000W-約2000W功率和使包括C4F8、C5F8、C4F6、CH2F2、Ar、O2、CO和N2的氣體混合物流動來實施。
第一溝槽41和第二溝槽42構(gòu)成存儲節(jié)點接觸孔。存儲節(jié)點接觸孔的上部，即水平方向上擴大的第一溝槽41，具有大于存儲節(jié)點接觸孔下部即第二溝槽42的線寬。
本實施方案不使用額外的硬掩模來形成存儲節(jié)點接觸孔，而是僅使用KrF光刻膠。結(jié)果，可以簡化過程并可以降低成本。
參考圖2E，剝除存儲節(jié)點接觸掩模40，并實施清洗過程。在所得的襯底結(jié)構(gòu)上順序形成氮化物基層和緩沖氧化物層。氮化物基層和緩沖氧化物層各自具有約100-約300的厚度。氮化物基層可包括采用低壓化學氣相沉積(LPCVD)法形成的氮化硅層，緩沖氧化物層可包括未摻雜硅酸鹽玻璃(USG)層。
隨后，利用回蝕刻過程實施間隔層蝕刻過程，以在存儲節(jié)點接觸孔側(cè)壁上形成雙層結(jié)構(gòu)的存儲節(jié)點接觸間隔層。存儲節(jié)點接觸間隔層包括氮化物基間隔層43和緩沖氧化物間隔層44。間隔層蝕刻過程在約10mT-約30mT的壓力下，使用約300W-約1000W功率和使包括CF4、CHF3、O2和Ar的氣體混合物流動來實施。
根據(jù)本實施方案，因為緩沖氧化物層在形成氮化物基層之后形成，所以在形成存儲節(jié)點接觸孔之后進行的間隔層蝕刻過程中可以使氮化物基層36的損失最小化。此外，可以通過在形成存儲節(jié)點接觸孔后形成氮化物基層用作存儲節(jié)點接觸間隔層來減少經(jīng)常由于位線間隔層厚度不對稱所導致的典型SAC失敗。
在襯底結(jié)構(gòu)上形成栓塞多晶硅層，并填充在存儲節(jié)點接觸孔中。栓塞多晶硅層具有約1500-約3000的厚度。接著，在栓塞多晶硅層上實施存儲節(jié)點接觸(SNC)CMP過程，直到暴露出氮化物基層36的上表面，由此隔離存儲節(jié)點接觸塞45。
圖3示出包括無定形碳基硬掩模層的位線圖案的顯微圖。如圖所示，由于無定形碳基位線硬掩模層而使氮化物基位線硬掩模層的損失最小化。
圖4示出根據(jù)本實施方案的位線圖案的顯微圖。如圖所示，經(jīng)常由于位線間隔層厚度不對稱而導致的SAC失敗減少。
圖5示出位線圖案的顯微圖。氮化物基位線硬掩模層的損失由于形成緩沖氧化物層而減少。
根據(jù)本發(fā)明的具體實施方案，可以在形成存儲節(jié)點接觸孔后實施的間隔層蝕刻過程中，通過形成緩沖氧化物層，使氮化物基位線硬掩模層的損失最小化。
利用線型存儲節(jié)點接觸掩模形成具有擴大上部的存儲節(jié)點接觸孔，并且在存儲節(jié)點接觸孔中形成存儲節(jié)點接觸塞。結(jié)果，接觸后續(xù)存儲節(jié)點的開口表面積增大。因此，可以增大關(guān)于存儲節(jié)點的覆蓋裕度，因而可以不需要形成墊多晶硅。
使用KrF光刻膠形成線型存儲節(jié)點接觸掩模。因而，不需要額外的存儲節(jié)點接觸硬掩模，從而降低了成本。
采用雙層硬掩模使在存儲節(jié)點接觸蝕刻過程中的雙層硬掩模的損失最小化。因而，可以減少SAC失敗。
本申請包含涉及2006年1月6日遞交至韓國專利局的韓國專利申請No.KR2006-0001836的主題，其全部內(nèi)容通過引用并入本文。
雖然已經(jīng)相對于特定具體實施方案描述了本發(fā)明，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員顯然可以對本發(fā)明作出各種變化和修改而不背離所附權(quán)利要求所限定的本發(fā)明精神和范圍。
權(quán)利要求
1.一種制造半導體器件的方法，包括形成多個位線圖案，各位線圖案具有包括氮化物基層的雙層硬掩模；形成填充在位線圖案之間的平坦絕緣層；在平坦絕緣層的預定部分上形成線型存儲節(jié)點接觸掩模；蝕刻平坦絕緣層以形成存儲節(jié)點接觸孔，各存儲節(jié)點接觸孔的上部寬于下部；在存儲節(jié)點接觸孔的側(cè)壁上形成雙層結(jié)構(gòu)的存儲節(jié)點接觸間隔層；和形成填充存儲節(jié)點接觸孔的存儲節(jié)點接觸。
2.權(quán)利要求1的方法，其中形成存儲節(jié)點接觸間隔層包括順序形成另一氮化物基層和緩沖氧化物層；和蝕刻所述緩沖氧化物層和所述另一氮化物基層，以形成包括氮化物間隔層和緩沖氧化物間隔層的雙層結(jié)構(gòu)的存儲節(jié)點接觸間隔層。
3.權(quán)利要求2的方法，其中所述另一氮化物基層和所述緩沖氧化物層各自具有約100-約300的厚度。
4.權(quán)利要求1的方法，其中利用存儲節(jié)點接觸掩模來蝕刻平坦絕緣層以形成存儲節(jié)點接觸塞包括蝕刻部分平坦絕緣層以形成在水平方向上擴大的第一溝槽；和蝕刻第一溝槽下方的平坦絕緣層的其它部分以形成第二溝槽。
5.權(quán)利要求4的方法，其中蝕刻部分平坦絕緣層以形成在水平方向上擴大的第一溝槽包括利用存儲節(jié)點接觸掩模作為蝕刻掩模，在部分平坦絕緣層上實施干蝕刻過程以形成第一溝槽；和實施濕蝕刻過程，從而在水平方向上擴大第一溝槽。
6.權(quán)利要求5的方法，其中實施干蝕刻過程包括施加約15mT-約50mT的壓力和約1000W-約2000W的功率，以及使包括CF4、C4F8、C5F8、C4F6、CHF3、CH2F2、Ar、O2、CO和N2的氣體混合物流動。
7. 利要求6的方法，其中實施干蝕刻過程包括將部分平坦絕緣層蝕刻至約1000-約2000的厚度。
8.權(quán)利要求5的方法，其中實施濕蝕刻過程包括使用氟化氫(HF)溶液和緩沖氧化物蝕刻劑(BOE)溶液。
9.權(quán)利要求4的方法，其中蝕刻第一溝槽下方的平坦絕緣層的其它部分以形成第二溝槽包括實施干蝕刻過程。
10.權(quán)利要求9的方法，其中實施干蝕刻過程包括施加約15mT-約50mT的壓力和約1000W-約2000W的功率，以及使包括C4F8、C5F8、C4F6、CH2F2、Ar、O2、CO和N2的氣體混合物流動。
11.權(quán)利要求1的方法，其中形成平坦絕緣層包括通過填充位線圖案間的空隙，在位線圖案上形成絕緣層；和在絕緣層上實施化學機械拋光(CMP)過程，其中絕緣層包含氧化物基材料。
12.權(quán)利要求11的方法，其中各個位線圖案的雙層硬掩模包括無定形碳基層，并且所述無定形碳基層形成為具有與絕緣層基本相同的預定拋光速率。
13.權(quán)利要求12的方法，其中絕緣層具有約4000-約10000的厚度，無定形碳基層具有約1000-約2000的厚度。
14.權(quán)利要求1的方法，其中存儲節(jié)點接觸掩模包含KrF基光刻膠材料。
15.權(quán)利要求14的方法，其中形成位線圖案包括形成阻擋層金屬；在阻擋層金屬上形成位線鎢層；在位線鎢層上形成雙層硬掩模層，所述雙層硬掩模層包括預先形成的氮化物基層和預先形成的無定形碳基層；在硬掩模層上形成抗反射涂層；和順序蝕刻抗反射涂層、預先形成的無定形碳基層、預先形成的氮化物基層、位線鎢層和阻擋層金屬。
16.權(quán)利要求15的方法，其中阻擋層金屬包含雙層結(jié)構(gòu)，所述雙層結(jié)構(gòu)包括順序形成的鈦(Ti)和氮化鈦(TiN)，并且阻擋層金屬具有約100-約1000的厚度。
17.權(quán)利要求15的方法，其中位線鎢層具有約300-約1000的厚度。
18.權(quán)利要求15的方法，其中預先形成的氮化物基層具有約1000-約2500的厚度，預先形成的無定形碳基層具有約1000-約2000的厚度。
19.權(quán)利要求15的方法，其中蝕刻預先形成的無定形碳基層和預先形成的氮化物基層包括使用壓力約20mT-約70mT的包括CF4、CHF3、O2和Ar的氣體混合物和施加約300W-約1000W的功率。
20.權(quán)利要求15的方法，其中蝕刻位線鎢層和阻擋層金屬包括使用壓力約20mT-約70mT的包括SF6、BCl3、N2和Cl2的氣體混合物和施加約300W-約1000W的功率。
21.權(quán)利要求1的方法，其中平坦絕緣層與氮化物基層齊平。
全文摘要
一種制造半導體器件的方法，包括形成多個位線圖案，各位線圖案具有雙層硬掩模，所述雙層硬掩模包括氮化物基層和無定形碳基層；形成填充在位線圖案之間的平坦絕緣層，所述平坦絕緣層與氮化物基層齊平；在平坦絕緣層的預定部分上形成線型存儲節(jié)點接觸掩模；蝕刻平坦絕緣層以形成存儲節(jié)點接觸孔，各存儲節(jié)點接觸孔的上部寬于下部；在存儲節(jié)點接觸孔的側(cè)壁上形成雙層結(jié)構(gòu)的存儲節(jié)點接觸間隔層；和形成填充存儲節(jié)點接觸孔的存儲節(jié)點接觸。
文檔編號H01L21/82GK1996568SQ200610162140
公開日2007年7月11日 申請日期2006年12月6日 優(yōu)先權(quán)日2006年1月6日
發(fā)明者黃昌淵 申請人:海力士半導體有限公司