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制造鳍式晶体管防止旋涂玻璃绝缘层蚀刻损耗的方法

xiaoxiao2020-08-01  1

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专利名称:制造鳍式晶体管防止旋涂玻璃绝缘层蚀刻损耗的方法
技术领域
本发明涉及制造鳍式晶体管的方法,特别是,涉及这样的鳍式晶体管的 制造方法,在该鳍式晶体管中防止了用作场绝缘层的材料的旋涂玻璃(spin-on-glass )层的蚀刻损库毛。
技术背景当半导体器件的设计规则减少时,晶体管的沟道长度和宽度相应地减 小。结果,现有平面晶体管结构在实现最小线宽小于100nm的高集成度半导 体器件所需的阈值电压方面受限。为了解决这一问题,已经提出一种鳍式晶 体管,其中通过增加沟道宽度可以获得驱动电流和要求的运行速度的增加。鳍式晶体管结构包括场绝缘物,其被蚀刻以产生具有凸起结构的有源区 域,并且因此晶体管的线宽增加凸起有源区域的高度。鳍式晶体管的优点包 括由于增加了沟道宽度而增加的驱动电流和运行速度。然而,随着半导体器件集成密度的增加,鳍式晶体管的有源区域之间的 间隔填充(gap-fill)变得困难。因此,具有较佳填充特性的旋涂玻璃绝缘层 作为间隔填充材料比现有的高密度等离子体(HDP)绝缘层更加有用。然而,与现有的高密度等离子体绝缘层相比,旋涂玻璃绝缘层对于湿溶 液具有很高的蚀刻速度。因此,如图1A所示,当釆用湿法蚀刻去除氧化层 120时,在所蚀刻的旋涂玻璃绝缘层106的侧壁上产生大的损耗A。在此, 氧化层120是衬垫氧化物(pad oxide )、屏蔽氧化物(screen oxide)和天然 氧化物(native oxide )中的至少一个,衬垫氧化物在隔离工艺中用于形成沟 槽,屏蔽氧化物用于在注入工艺中防止损伤。参照图1A和1B,旋涂玻璃绝缘层106的损耗A可以导致相邻栅极140 之间的短路(shortage) B和栅极140与随后形成的接触插塞之间的短路。 损耗A是降低半导体器件的可靠性的因素,这是因为它可能导致相邻栅极 140之间的短路B以及栅极140和随后形成的接触插塞之间的短路,如图IB4所示。此外,由于旋涂玻璃绝缘层的损耗,场区域之间的距离可能减少,导致 来自在场绝缘物中填充的旋涂玻璃绝缘层中设置的通过栅极的信号干扰, 即,在半导体器件运行期间,对于设置在有源区域之上的主栅增加了场区域。因此,增加了栅极诱导泄漏(GIDL, gate induced drain leakage )电流,由此 减少了晶体管的短路沟道余量(short channel margin )。例如,在DRAM器 件中,数据保留时间缩短,使得正常运行困难,并且因此降低了器件的产率 和可靠性。发明内容本发明的实施例涉及制造鳍式晶体管的方法,其中可以抑制用作场绝缘 层材料的旋涂玻璃绝缘层的蚀刻损耗。此外,本发明的实施例涉及制造鳍式晶体管的方法,其中通过抑制用作 场绝缘层材料的旋涂玻璃绝缘层的蚀刻损耗可以改善器件性能和可靠性。在一个实施例中,用于制造鳍式晶体管的方法可以包括通过蚀刻半导 体形成沟槽;在沟槽中填充易流动的绝缘层,以形成限定有源区域的场绝缘 层;蚀刻与栅极形成区域接触的易流动的绝缘层的部分,以便在有源区域中 突起栅极形成区域;形成在半导体衬底上的保护层,以填充被蚀刻的易流动 绝缘层的该部分;去除形成在有源区域上的保护层,以暴露半导体衬底的有 源区域;清洁暴露的半导体衬底的有源区域;去除保留在被蚀刻的易流动绝 缘层的该部分上的保护层;以及在有源区域中突起的栅极形成区域上形成栅 极。在清洁暴露的有源区域的步骤中,半导体衬底具有形成在其表面上的氧 化层。采用回蚀刻工艺进行去除形成在有源区域上的保护层的部分的步骤。 进行清洁半导体衬底的暴露的有源区域的步骤,以去除形成在半导体衬 底上的氧化物。由采用稀释HF溶液或者HF和NH4F混合溶液的湿法蚀刻工艺进行清 洁半导体衬底的暴露的有源区域的步骤。易流动绝缘层可以包括旋涂玻璃绝缘层。采用衍生水解聚乙烯硅氮烷、水解倍半硅氧烷、聚曱基硅氧烷、硅氧烷和硅酸盐中的任何一种溶液形成旋涂玻璃绝缘层。 保护层可以包括碳聚合物。形成保护层包括采用旋涂法涂敷碳聚合物层;以及烘焙所涂敷的碳聚合 物层。涂敷碳聚合物层使其填充被蚀刻的旋涂玻璃绝缘层的该部分,其在半导体衬底的有源区域上的厚度的范围为200至1000 A。 进行烘焙的温度范围为150至40(TC。在被蚀刻的易流动绝缘层的部分上去除留下的保护层的步骤可以通过 氧等离子体蚀刻工艺完成。进行氧等离子蚀刻工艺的温度范围为20至30(TC。 .


图1A是图示根据现有技术的旋涂玻璃绝缘层的损耗的截面图。图1B是图示根据现有技术在栅极之间的短路的截面图。图2是用于说明根据本发明实施例制造鳍式晶体管方法的平面图。图3A至3G是沿着图2中X-X'线剖取的截面图,并且图示了根据本发明实施例制造鳍式晶体管方法的工艺步骤。图4A至4G是沿着图2中的Y-Y'线剖取的截面图,并且图示了根据本发明实施例制造鳍式晶体管方法的工艺步骤。
具体实施方式
本发明的优选实施例涉及制造鳍式晶体管的方法,其中碳聚合物(carbon polymer)层形成为在旋涂玻璃绝缘层上方的保护层,其厚度被蚀刻,然后 进行湿法蚀刻工艺以实现鳍式晶体管。同样,如果在保护层形成在旋涂玻璃 绝缘层上的同时执行湿法蚀刻工艺,则可防止在所蚀刻的旋涂玻璃绝缘层侧 壁中的损耗,这是因为保护层填充在旋涂玻璃结缘层的蚀刻部分中,并且由 此在后续的湿法蚀刻工艺中保护了侧壁。如上所述,在本发明的实施例中,虽然采用旋涂玻璃绝缘层作为细的间 隔填充材料,但是在湿法蚀刻工艺期间能够防止在旋涂玻璃绝缘层侧壁中的 损耗。这样,它可以防止相邻栅极之间产生的短路和栅极与接触插塞之间产 生的短路,因此导致半导体器件的生产产率和可靠性的改善。在下文,将参照附图描述根据本发明实施例的制造鰭式晶体管的方法。
图2、 3A至3G和4A至4G是用于说明根据本发明实施例制造鳍式晶 体管的方法的视图。图2是用于说明根据本发明实施例制造鳍式晶体管方法 的平面图;图3A至3G是沿着图2中X-X'线剖取的截面图,并且图示了根 据本发明实施例制造鳍式晶体管方法的工艺步骤;而图4A至4B是沿着图2 中的Y-Y'线剖取的截面图,并且图示了根据本发明实施例制造鳍式晶体管方 法的工艺步骤。省略了图2的详细描述。在图2中,标号200、 A/R、 F/R和 G/R分别表示半导体衬底、有源区域、场区域和栅极形成区域。
参照图3A和4A,准备了提供有场区域F/R和有源区域A/R的半导体 衬底200。场区域F/R和有源区域A/R包括;慨极形成区域G/R。蚀刻半导体 衬底200的场区域F/R以形成沟槽。然后,侧壁氧化层202形成在沟槽的表 面上。在形成侧壁氧化层202后,易流动绝缘层优选为旋涂玻璃绝缘层206 形成在半导体衬底200包括侧壁氧化层202的整个表面上以填充沟槽。优选 地,在形成旋涂玻璃绝缘层206前,线性氮化物层(未示出)和线性氧化物 层(未示出)依次形成在半导体衬底200包括侧壁氧化层202的整个表面上。 旋涂玻璃绝缘层206被化学机械抛光以形成场绝缘层210,从而有源区域A/R 限定在半导体衬底200的场区域F/R中。
旋涂玻璃绝缘层206采用多氢聚硅氮烷(PSZ, per-hydro poly-silazane)、 氮硅倍半氧烷(HSQ, hydro-silsesquioxane)、曱基硅倍半氧烷(MSQ, methyl-silsesquioxane)、硅氧烷和硅酸盐中任何一种的溶液形成,然后在加热 板或者烤炉中在50至350。C温度下烘焙涂敷层,以去除在涂敷层中的溶剂。 然后,烘焙的层在炉子中在300至1000。C温度下进行退火,以硬化和致密化 烘焙的层。当旋涂玻璃绝缘层206采用PSZ溶液形成时,退火在包含H2、 02、H20或者其混合物之一的气氛中进行。当旋涂玻璃绝缘层206采用HSQ、 MSQ、硅氧烷和硅酸盐溶液中的任何一种形成时,退火在包含>12或者02 或者其混合物的气氛中进行。
参照图3B和4B,在有源区域A/R中与栅极形成区域G/R接触的部分 旋涂玻璃绝缘层被蚀刻,以突起栅极形成区域G/R。当蚀刻旋涂玻璃绝缘层 206时,制备了鳍式栅极形成区域,并且鳍式栅极形成区域增加了晶体管的 沟道宽度。
屏蔽氧化物220形成在半导体衬底200的表面上。对表面上形成有屏蔽参照图3C和4C,保护层230形成在半导体衬底200和蚀刻的旋涂玻璃 绝缘层206上。通过采用旋涂法涂敷碳聚合物层[(CH丄],并且在150至400 °C的温度范围下烘焙所涂敷的碳聚合物层以去除在所涂敷碳聚合物层中的 溶剂,来形成保护层。涂敷碳聚合物层使其填充蚀刻的旋涂玻璃绝缘层。在 半导体衬底200的有源区域A/R上的碳聚合物层的厚度为约200至1000 A。
参照图3D和4D,回蚀刻由碳聚合物层制造的保护层230,以去除形成 在有源区域A/R中的部分保护层230。优选地,进行回蚀刻工艺直至暴露在 有源区域A/R上的屏蔽氧化物层220。
参照图3E和4E,采用湿法蚀刻工艺去除所暴露的屏蔽氧化物层。采用 稀释HF溶液或者HF和NH4F混合溶液进行湿法蚀刻工艺。因为保护层230 已经形成在旋涂玻璃绝缘层206上,所以在湿法蚀刻工艺中防止了旋涂玻璃 绝缘层206的损耗。
参照图3F和4F,去除部分蚀刻的旋涂玻璃绝缘层206上残留的保护层 230。采用氧等离子体蚀刻工艺在20至300。C的温度范围下去除保护层。当 在由碳聚合物层制造的保护层上进行氧等离子体蚀刻工艺时,只去除了保护 层。旋涂玻璃绝缘层206没有损耗,如下面的表达式l所示
CHx(s) + 02(g) -> C02(g) + H2(g) + H20(g)-—- (1)
参照图3G和4G,栅极材料用来形成栅极240。在半导体器件200包括 暴露的旋涂玻璃绝缘层206的整个表面上依次设置由氧化物层制成的栅极 绝缘层242、由多晶硅制成的第一栅极导电层244、金属基的第二栅极导电 层246和氮化物基的硬掩模层248。蚀刻栅极材料以在有源区域A/R中的凸 起栅极形成区域和暴露的旋涂玻璃绝缘层206中的栅极形成区域形成栅极 240。如上所述,在用于去除掩模图案的湿法蚀刻工艺期间,保护层保护旋 涂玻璃绝缘层206,并且因此防止相邻栅极240之间的短路。
源极/漏极形成在有缘区域A/R中的栅极的两侧上,由此根据本发明的 实施例完成形成鳍式晶体管。
由上面的描述可见,在本发明的实施例中,当进行湿法蚀刻工艺时,形 成在旋涂玻璃绝缘层上的保护层在去除氧化物层的湿法蚀刻工艺期间防止 旋涂玻璃绝缘层的损耗。通过防止该损耗,可以抑制发生相邻栅极之间的短 路和栅极与接触插塞之间的短路。因此可以提高晶体管及其所得到的半导体器件的可靠性和产率。
另外,在本发明的实施例中,包括电阻器、电感器和电容器的无源元件 形成在半导体芯片的后表面上。没有必要单独在印刷电路板上设置无源元 件。因此,可以减少印刷电路板的尺寸和厚度,使其能够在印刷电路板上设 置数量增加的半导体封装。同样,在本发明的实施例中,无源元件形成在半 导体芯片的后表面上。因此,可以缩短有源元件和无源元件之间的连接长度, 使其能够改善电气/电子应用的电性能。另外,在本发明中,半导体芯片的后 表面由保护层保护,导致改善最终产品的可靠性。
另 一方面,在所描述的本发明优选实施例中的氧化物层是屏蔽氧化物, 其在进行注入工艺时用于防止损伤。然而,该氧化物层可以是在隔离工艺中 用于形成沟槽的衬垫氧化物或者在半导体制造工艺期间产生的天然氧化物 中的任何一种。
尽管为了说明的目的已经描述了本发明的具体实施例,但是本领域的技 术人员应当理解的是,可以对其进行各种修改、增加和替换,而不脱离如权 利要求所揭示的本发明的范围和精神。
本申请要求2007年3月30日提交的韩国专利申请10-2007-0031908号 和2007年11月29日提交韩国专利申请10-2007-0122998号的优先权,在 此全部引用作为参考。
权利要求
1、一种制造鳍式晶体管的方法,包括如下的步骤通过蚀刻半导体衬底形成沟槽;在该沟槽中填充易流动绝缘层,以形成限定有源区域的场绝缘层;蚀刻与栅极形成区域接触的易流动绝缘层的部分,以便在该有源区域中突起该栅极形成区域;在该半导体衬底上形成保护层以填充被蚀刻的易流动绝缘层的该部分;去除形成在该有源区域上的保护层的部分,以暴露该半导体衬底的有源区域;清洁该半导体衬底的暴露的有源区域;去除保留在被蚀刻的易流动绝缘层的该部分上的保护层;以及在该有源区域中的突起的栅极形成区域上形成栅极。
2、 根据权利要求1所述的制造鳍式晶体管的方法,其中在清洁该暴露 的有源区域的步骤中,该半导体衬底具有形成在其表面上的氧化物层。
3、 根据权利要求1所述的制造鳍式晶体管的方法,其中采用回蚀刻工 艺进行去除形成在该有源区域上的保护层的该部分的步骤。
4、 根据权利要求2所述的制造鳍式晶体管的方法,其中进行清洁该半 导体衬底的暴露的有源区域的步骤,以去除形成在该半导体衬底上的氧化 物。
5、 根据权利要求4所述的制造鳍式晶体管的方法,其中通过采用稀释 的HF溶液或者HF和NH4F混合溶液的湿法蚀刻工艺进行清洁该半导体衬 底的暴露的有源区域的步骤。
6、 根据权利要求1所述的制造鳍式晶体管的方法,其中该易流动的绝 缘层包括旋涂玻璃绝缘层。
7、 根据权利要求6所述的制造鳍式晶体管的方法,其中该旋涂玻璃绝 缘层采用衍生水解聚乙烯硅氮烷、水解倍半硅氧烷、聚曱基硅氧烷、硅氧烷 和硅酸盐中的任何一种溶液形成。
8、 根据权利要求1所述的制造鳍式晶体管的方法,其中该保护层包括 碳聚合物。
9、 根据权利要求8所述的制造鳍式晶体管的方法,其中形成该保护层包括如下步骤采用旋涂法涂敷该碳聚合物保护层;以及烘焙涂敷的碳聚合物保护层。
10、 根据权利要求9所述的制造鳍式晶体管的方法,其中涂敷该碳聚合 物保护层使得该碳聚合物保护层在该半导体衬底的有源区域上的厚度的范 围为200至1000A。
11、 根据权利要求9所述的制造鳍式晶体管的方法,其中执行该烘焙的 温度范围为150至400°C。
12、 根据权利要求1所述的制造鳍式晶体管的方法,其中采用氧等离子 体蚀刻工艺进行去除保留在被蚀刻的易流动绝缘层的该部分上的保护层的 步骤。
13、 根据权利要求12所述的制造鳍式晶体管的方法,其中进行该氧等 离子体蚀刻工艺的温度范围为20至300。C。
全文摘要
一种制造鳍式晶体管的方法,包括通过蚀刻半导体衬底形成沟槽。易流动的绝缘层填充在沟槽中,以形成限定有缘区域的场绝缘层。蚀刻与栅极形成区域接触的易流动绝缘层的部分,以便在有源区域中突起栅极形成区域。在半导体衬底上形成保护层,以填充被蚀刻的易流动绝缘层的该部分。去除形成在有源区域上的保护层的部分,以暴露半导体衬底的有源区域。清洁半导体衬底的暴露的有源区域。去除留在被蚀刻的易流动绝缘层的该部分上的保护层。栅极形成在有源区域中突起的栅极形成区域上。
文档编号H01L21/336GK101276782SQ20081008047
公开日2008年10月1日 申请日期2008年2月19日 优先权日2007年3月30日
发明者宋锡杓, 李泳昊, 辛东善 申请人:海力士半导体有限公司

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