[发明专利]制造具有凹陷栅极的半导体器件的方法

说明书

相关申请的交叉引用

本发明要求在2007年3月15日提交的韩国专利申请2007-0025401的优先权，其全部内容通过引用并入本文。

背景技术

本发明涉及制造半导体器件的方法，更具体涉及制造具有凹陷栅极的半导体器件方法。

随着半导体器件高度集成，存储单元晶体管的沟道长度变得更短，使得器件的刷新特性显著劣化。

为解决上述问题，已经提出凹陷栅极方法。根据凹陷栅极方法，蚀刻在衬底有源区上形成的预定栅极区以形成凹陷，在凹陷上形成栅极以制造晶体管，使得沟道长度增加，从而提高器件的刷新特性。另外，随着集成度逐渐增加，已经提出球灯型凹陷栅极方法。根据所述球灯型凹陷栅极方法，通过两步骤蚀刻工艺形成凹陷，使得沟道长度进一步增加。

以下，将简要地描述凹陷栅极方法或球灯型凹陷栅极方法。

首先，选择性地蚀刻衬底以形成凹陷。在这种情况下，凹陷可具有各种剖面(profile)(例如，垂直型或球灯型)。然后，在具有所述凹陷的所得结构的整个表面上顺序沉积栅极绝缘层、多晶硅层、金属层和硬掩模氮化物层，然后图案化，从而形成栅极图案。

在上述凹陷栅极方法中，凹陷图案和栅极图案之间的对准是关键性因素。然而，图案由于器件的高集成度而具有微尺寸，所以难以精确地对准凹陷掩模层和栅极掩模层，使得在栅极图案和凹陷之间发生未对准(见图1)。这种未对准阻碍在后续形成定位(landing)塞接触的工艺中接触区域的打开，并在沉积定位塞多晶硅时导致短路。结果，器件的性能和良品率变差。

发明内容

本发明的实施方案提供制造具有凹陷栅极的半导体器件的方法，其中使用具有多层结构的牺牲层图案以防止在凹陷和栅极图案之间的未对准，使得可以改进器件特性和良品率。

根据本发明的一个方面，提供一种制造具有凹陷栅极的半导体器件的方法。所述方法包括在衬底上形成具有堆叠结构的牺牲层，在所述堆叠结构中顺序堆叠有第一绝缘层、第一导电层和第二绝缘层；通过使用凹陷掩模来蚀刻所述牺牲层和衬底从而形成凹陷；在凹陷表面上形成栅极绝缘层；在凹陷中和在蚀刻的牺牲层之间填充第二导电层；在填充有第二导电层的所得衬底上形成栅电极金属层、栅极硬掩模层和栅极掩模图案；通过使用栅极掩模图案蚀刻在栅极掩模图案下面形成的层直到暴露出第一导电层，从而形成初始的栅极图案；在所述初始的栅极图案的侧壁和顶部上形成覆盖层；和通过使用所述覆盖层作为掩模蚀刻暴露的部分直到暴露出第一绝缘层，从而形成最终的栅极图案。

附图说明

图1是说明典型半导体器件的凹陷和栅极图案之间的未对准的显微照相图。

图2A～2F是根据本发明的一个实施方案制造半导体器件的方法的横截面图。

具体实施方式

图2A～2F是根据本发明的一个实施方案制造半导体器件的方法的横截面图。

参考图2A，在衬底21上形成具有堆叠结构的牺牲层22，在所述堆叠结构中顺序堆叠有第一氧化物层22A、多晶硅层22B和第二氧化物层22C。第一氧化物层22A或第二氧化物层优选包括硼磷硅酸盐玻璃(BPSG)层或原硅酸四乙酯(TEOS)层。

然后，通过使用凹陷掩模(未显示)蚀刻牺牲层22以暴露预定凹陷区域，然后蚀刻衬底21至预定深度，从而形成凹陷23。

尽管根据本发明的一个实施方案的凹陷23具有垂直剖面，但是根据本发明另一个实施方案的凹陷可具有球灯型剖面。为了形成球灯型凹陷，首先形成具有垂直剖面的凹陷，然后必须另外实施如下过程：在所述凹陷的侧壁上形成隔离物的和通过利用该隔离物作为阻挡层对在所述凹陷下面形成的衬底实施各向同性蚀刻。

参考图2B，在凹陷23的表面上形成栅极氧化物层24。栅极氧化物层24作为栅极绝缘层用于在栅极和衬底21之间的绝缘。

然后，在牺牲层22上形成栅电极多晶硅层25，填充凹陷23。

参考图2C，在栅电极多晶硅层25上进行平坦化工艺直到牺牲层22的表面，即第二氧化物层22C的表面暴露于外部，使得栅电极多晶硅层25仍然填充凹陷23和在牺牲层图案之间的区域。根据本发明，例如，通过干回蚀刻工艺来平坦化栅电极多晶硅层25，该工艺以在氧化物层和多晶硅层之间具有高的蚀刻选择性而进行。回蚀刻工艺优选采用以下条件实施：使用流量约50sccm～约100sccm的溴化氢(HBr)/氧(O₂)/六氟乙烷(C₂F₆)的气体混合物，同时施加约300W～约500W的源功率和约40W～约150W的偏压功率。