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TWI267921B - Method for fabricating semiconductor device - Google Patents

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TWI267921B
TWI267921B TW094120989A TW94120989A TWI267921B TW I267921 B TWI267921 B TW I267921B TW 094120989 A TW094120989 A TW 094120989A TW 94120989 A TW94120989 A TW 94120989A TW I267921 B TWI267921 B TW I267921B
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Sang-Don Lee
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Hynix Semiconductor Inc
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    • E01—CONSTRUCTION OF ROADS, RAILWAYS, OR BRIDGES
    • E01H—STREET CLEANING; CLEANING OF PERMANENT WAYS; CLEANING BEACHES; DISPERSING OR PREVENTING FOG IN GENERAL CLEANING STREET OR RAILWAY FURNITURE OR TUNNEL WALLS
    • E01H5/00—Removing snow or ice from roads or like surfaces; Grading or roughening snow or ice
    • E01H5/04—Apparatus propelled by animal or engine power; Apparatus propelled by hand with driven dislodging or conveying levelling elements, conveying pneumatically for the dislodged material
    • E01H5/06—Apparatus propelled by animal or engine power; Apparatus propelled by hand with driven dislodging or conveying levelling elements, conveying pneumatically for the dislodged material dislodging essentially by non-driven elements, e.g. scraper blades, snow-plough blades, scoop blades
    • E01H5/065—Apparatus propelled by animal or engine power; Apparatus propelled by hand with driven dislodging or conveying levelling elements, conveying pneumatically for the dislodged material dislodging essentially by non-driven elements, e.g. scraper blades, snow-plough blades, scoop blades characterised by the form of the snow-plough blade, e.g. flexible, or by snow-plough blade accessories
    • E01H5/066—Snow-plough blade accessories, e.g. deflector plates, skid shoes
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    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • H10P50/642—
    • H—ELECTRICITY
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    • H10B—ELECTRONIC MEMORY DEVICES
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Description

1267921 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明大致有關於製造半導體裝置的方法，且尤其有關 於種製造半導體裝置的方法，其中閘極形成在-階狀石夕 蟲晶層上以增加—閘極通道的有效長度，及在—位元線接 點下方的石夕a晶層與I導體基板的介面僅形成一氧化膜， 藉以改善儲存節點接合面的漏電流特徵。 【先前技術】 • Hi的布局繪示製造半導體裝置的習知方法，其中參考數 子1000a ’ 1，2及3分別表示晶胞區域，主動區域，第一閘 極區域及第二閘極區域。 圖2a至2f是剖面圖繪示製造半導體裝置的習知方法，其 ‘ 巾圖2a⑴至2f⑴是沿著圖1中線Ι-Γ看去的剖面圖，及圖2a(ii) 至2f(ii)是核心/周邊電路區域y oob中的剖面圖。 參考圖2a，含鍺化石夕蟲晶層（未顯示），第一石夕蟲晶層（未 鲁冑示）’第-氧化膜（未顯示）及第一氮化膜（未顯示）的堆疊 結構形成在半導體基板1〇上，其具有晶胞區域则a及在其 中界定的核心/周邊電路區域1〇〇〇b。 —接著在晶胞區域10003及核心/周彡電路區域1〇_中的 第-氮化膜(未顯示)的整個表面上沈積第一光阻膜(未顯 示）。 /著’ «及顯影第—光阻膜（未顯示）以形成曝露圖㈣ 弟一閘極區域2的第一光阻胺岡安θ 尤阻膜圖案（未顯示），及蓋住整個核 心/周邊電路區域1000b。 102649.doc 1267921 姓接者’使用第-光阻膜圖案作為钱刻光罩以钱刻該堆疊 結構’以曝露第-閘極區域2的半導體基板1〇及整個核心7 周邊電路區域1000b。 然後將第一光阻膜圖案移除。 苓考圖2b，藉由溼蝕刻法而移除晶胞區域1000a中的第一 氮化膜圖案19及第一氧化膜圖案17。 接著，在晶胞區域l000a及核心/周邊電路區域i〇〇〇b的整 個表面上形成第二矽磊晶層25。 參考圖2c，在晶胞區域1〇〇〇a及核心/周邊電路區域i〇〇〇b 中的第二矽磊晶層25上形成第二氧化膜30及第二氮化膜 35。 ' 接著，第二光阻膜沈積在第二氮化膜35的整個表面上。 接著曝露及顯影第二光阻膜以形成第二光阻膜圖案（未顯 不）’其界定晶胞區域100(^中圖i的主動區域i，及也界定 核心/周邊電路區域丨〇〇〇b中的主動區域。 接著，使用第=光阻膜圖案作為㈣光罩而钱刻第二氮 化膜35’第二氧化膜3〇,第二矽磊晶層乃，第一矽磊晶層 圖案15，鍺化矽磊晶層圖案丨3及半導體基板1 〇的預設厚 度，以便在晶胞區域l000a及核心/周邊電路區域1〇〇〇b中形 成渠溝40。 接著，移除第二光阻膜圖案（未顯示）。藉由溼蝕刻法透 過渠溝40的側壁而將鍺化矽磊晶層圖案13移除，以形成位 於第一矽磊晶層圖案15下方的空間27。 乡考圖2d，在整個表面上形成填隙絕緣膜45以填滿空間 27及晶胞區域1000a中的渠溝4〇，及填滿核心/周邊電路區 102649.doc 1267921 域1000b中的渠溝40。 接著，拋光填隙絕緣膜45直到曝露第二氮化膜35。填隙 絕緣膜45作為裝置隔離膜。 接著#刻木溝40中填隙絕緣膜45的預設厚度。接著藉 由溼蝕刻法而移除第二氮化膜35。 曰 接著#L行井植入製程及通道植入製程以調整晶胞區域 〇〇&及核心/周邊電路區域1〇〇〇^中的雜質濃度。 參考圖2e，藉由溼蝕刻法而移除晶胞區域1000a及核心/ 周邊電路區域1()_中的第二氧化膜3G，以曝露第二石夕蟲晶 層25。接著在曝露的第二矽磊晶層25上形成閘極氧化膜5〇。 接著，在晶胞區域l000a及核心/周邊電路區域1〇〇〇b中的 閘極氧化膜50及填隙絕緣膜45上形成閘極傳導層⑽及7〇， 及硬光罩層8 0。 參考圖2f，在晶胞區域1〇〇〇a及核心/周邊電路區域i〇〇〇b 中的硬光罩層80上沈積第三光阻膜（未顯示）。 接著，曝露及顯影第三光阻膜（未顯示）以形成第三光阻 膜圖案’其界疋圖1的第二閘極區域3及核心/周邊電路區域 l〇〇〇b中的閘極區域（未顯示）。特定地，第三光阻膜圖案曝 詻Μ胞區域1000a中的位元線接觸區域及儲存節點接觸區 域’及蓋住一區域，其中閘極將在核心/周邊電路區域1〇〇〇b 中形成。 接著’使用第三光阻膜圖案作為钱刻光罩而钱刻硬光罩 層80及閘極傳導層70及60，以分別形成晶胞區域1000&及梭 心/周邊電路區域1000b中的閘極90。 102649.doc 丄 267921 方法’主動 上。結果， 而減少。 區域的閘極9 0形成在平面 閘極通道長度因半導體裝 惟，根據上述習知 的第二鍺化矽磊晶層 置的設計規則的減少 匕外’在儲存節點接 介面形成氧化膜。因/ 的石夕蠢晶層與半導體基板的 依石夕蟲晶層與氧化膜門^存節點接合面的漏電流是高度 职間的介面特徵而定。 此外，移除儲存節赴拉μ
置隔離膜。結果，在的鍺化#晶層以形成裝 脸m 形成裝置隔離膜之前因熱處理製程而 將鍺化矽磊晶層中的 石a 的鍺（Ge)擴散至第一矽磊晶層，第二矽 猫日日層，及半導體其 认、 土板中。因此會產生如儲存節點接合面 的漏電流增加的問題。 【發明内容】 本發明的目的是描祝 ^ 誕仏一種製造半導體裝置之方法，其中
一閘極形成在一 |5皆你A 狀石夕猫晶層上以增加一閘通道的有效長 度’及在一位元線接點了方的石夕蟲晶層與半導體基板的介 面僅形成氧化膜’藉以改善一儲存節點接合面的漏電流 特徵。 為了達到本發明的目的，提供一種製造半導體裝置之方 法，該方法包括以下步驟： ()在半冷肢基板上形成一鍺化；5夕磊晶層，一第一石夕磊 曰曰層，及一絕緣膜，（b)蝕刻該絕緣膜，該第一矽磊晶層， 及該錯化石夕纟晶層《一預設區域以#露該半導體基板，其 中邊預設區域包括一儲存節點接觸區域，及與其相鄰之閘 極區域之一部分，（C)移除該絕緣膜，（d)在包括該曝露半導 102649.doc 1267921 體基板之整個表面上形成一第二矽磊晶層，（e)蝕刻該第二 石夕蠢晶層’該第一矽磊晶層，該鍺化矽磊晶層，及該半導 體基板之一預設厚度以形成一渠溝以界定一主動區域，（f) 將該鍺化矽磊晶層移除通過該渠溝之一側壁以形成一位於 該第一矽磊晶層下方之空間，（g)形成一填隙絕緣膜以至少 填滿該空間及該渠溝，（h)在該第二矽磊晶層上形成一閘極 氧化膜，及（i)在該整個表面上沈積及定圖案一閘極傳導層 及一硬光罩層俾在該閘極區域中形成一閘極。 【實施方式】 以下詳細本發明的典型實施例。儘可能地，附圖中相同 的參考數字將用以表示相同或類似元件。 圖3的布局繪示根據本發明一較佳實施例製造半導體裝 置的方法’其中參考數字2〇〇〇a，101，1〇2，及1〇3分別表 示晶胞區域，主動區域，接觸區域，及閘極區域。 圖4a至4f繪示根據本發明一較佳實施例製造半導體裝置 的方法，其中圖4a⑴至4f(i)是沿著圖，看去的剖面 圖’及圖4a(u)至4f(ii)是核心/周邊電路區域2〇〇〇b中的剖面 圖。 參考圖4a，含一鍺化矽磊晶層（未顯示），一第一矽磊晶層 (未顯示）’及一氮化膜（未顯示）的堆疊結構形成在半導體基 板110上，其具有一晶胞區域2000a及在其中界定的核心/周 邊電路區域2000b。較佳地，絕緣膜包括氧化膜，或含氧化 膜及氮化膜的堆疊結構。 接著，在晶胞區域2000a及核心/周邊電路區域2〇〇〇b中的 102649.doc 1267921 絕緣膜的整個表面上沈積—第—光阻膜（未顯示 接著，曝露及沈積該第一光阻膜（未顯示）以形成一第一 光阻膜圖案（未顯示），以曝露圖3的接觸區域1()2及蓋住整個 核心/周邊電路區域20_。接觸區域1〇2包括一健存節點接 觸區域及與其相鄰的閘極區域1〇3的一部分。較佳地，該部 分閘極區域103具有範圍自1/3F至F的線寬μ，其中F是一閘 極線寬。 接著，使用第一光阻膜圖案作為一蝕刻光罩以蝕刻該堆 疊結構，以曝露接觸區域102的半導體基板11〇及整個核心/ 周邊電路區域2000b。 接著移除第一光阻膜圖案。 參考圖4b ’移除晶胞區域2〇〇〇a中的絕緣膜圖案12〇。較 佳地’藉由澄蝕刻法而執行絕緣膜圖案12〇的移除製程。 接著’在晶胞區域2〇〇〇a及核心/周邊電路區域2〇〇〇b的整 個表面上形成第二矽磊晶層125。較佳地，第二矽磊晶層125 的厚度範圍自10至1〇〇 nm。 由於第一矽磊晶層圖案115及鍺化矽磊晶層圖案113，晶 胞區域2000a中的第二矽磊晶層125具有一階級差。 參考圖4c，在晶胞區域2000a及核心/周邊電路區域2〇〇〇b 中的第二矽磊晶層125上形成第二氧化膜130及第二氮化膜 13 5。 接著，第二光阻膜（未顯示）沈積在第二氮化膜135的整個 表面上。接著曝露及顯影該光阻膜以形成第二光阻膜圖案 (未顯示），其界定晶胞區域2000a中圖3的主動區域101，及 102649.doc -10 - 1267921 也界定核心/周邊電路區域2000b中的主動區域。 接著，使用第二光阻膜圖案作為蝕刻光罩而蝕刻第二氮 化膜135,第二氧化膜13〇,第二矽磊晶層125，第一矽磊晶 層圖案115,鍺化矽磊晶層圖案113及半導體基板11()的預設 厚度，以便在晶胞區域2000a及核心/周邊電路區域2〇〇〇b中 形成渠溝140。 接著’移除第一光阻膜圖案（未顯示）。接著將鍺化石夕蠢 晶層圖案113移除通過渠溝140的側壁，以形成位於第一石夕 蠢晶層圖案115下方的空間127。 圖5是沿著圖3線ΙΙΙ-ΙΙΓ看去的剖面圖以繪示圖4c⑴的結 構’其包括具凹陷結構的空間127。 較佳地’藉由以下方法（如利用一含Hf，H2〇2，及 ch^cooh的混合蝕刻劑的溼蝕刻法，一利用含（c?3戋 C^F2)，Nr及〇2的氣體的電漿蝕刻法，或是其組合）而執 行鍺化矽磊晶層圖案113的移除製程。此外，較佳地混合蝕 刻劑中HF，H202，及CH3CO〇H的體積比是1:2:3。 參考圖4d，在整個表面上形成填隙絕緣膜145以至少填滿 空間127及晶胞區域2000a中的渠溝14〇，及填滿核心/周邊 電路區域2000b中的渠溝140。 較佳地，填隙絕緣膜145的形成製程包括形成填滿空間 127的熱氧化膜，及形成氧化膜其用於填滿渠溝⑽的裝置 隔離膜。又在熱氧化膜與用於裝置隔離膜的氧化膜的介面 形成氮化膜。 此外，填隙絕緣膜145的形成掣轺白扛· ^ ^ 取I私包括·形成一熱氧化膜 102649.doc 1267921 k 、接著，拋光填隙絕緣膜145直到曝露第二光阻膜U5。渠 〇中的填隙絕緣膜14 5作為裝置隔離膜。 、 ^' 夕接著，蝕刻渠溝140中填隙絕緣膜145的預設厚度。接著 心除第_氮化膜135。較佳地，藉由溼㈣法而執行填隙絕 • 緣膜145的蝕刻製程。較佳地藉由溼蝕刻法而執行第二氮化 膜135的移除製程。 接著，執行井植入製程及通道植入製程以分別調整晶胞 • 區域2000a及核心/周邊電路區域2000b中的雜質濃度。 參考圖4e ’移除晶胞區域2〇〇〇a及核心/周邊電路區域 2000b中的第二氧化膜13〇，以曝露第二矽磊晶層。接著 在曝路的第二矽磊晶層125上形成閘極氧化膜丨5 〇。較佳 地’藉由澄钱刻法而執行第二氧化膜13〇的移除製程。 φ 接著，在晶胞區域及核心/周邊電路區域2〇〇〇b中的 閘極氧化膜150及填隙絕緣膜145上形成閘極傳導層175及 硬光罩層180的堆疊結構。較佳地，閘極傳導層175包括一 下傳導層16及一上傳導層170。 參考圖4f，在晶胞區域2000a及核心/周邊電路區域2〇〇〇b 中的硬光罩層180上沈積一第三光阻膜（未顯示）。 接著’曝露及顯影第三光阻膜（未顯示）以形成一第三光 阻膜圖案’其界定圖3的閘極區域1〇3及核心/周邊電路區域 2000b中的閘極區域（未顯示）。特定地，第三光阻膜圖案曝 102649.doc -12. 1267921 路日日胞區域2000a中的位元線接觸區域及儲存節點接觸區 域’及蓋住一區域，其中閘極將在核心/周邊電路區域2〇〇〇b 中形成。 接著’使用第三光阻膜圖案作為蝕刻光罩以定圖案該堆 ®結構’以分別形成晶胞區域2000a及核心/周邊電路區域 2000b中的閘極190。
此外，可執行後續製程，如離子植入製程用以形成主動 區域中的源極/汲極區域，在閘極19〇的側壁上形成間隔層 的製程，形成著地塞的製程，形成位元線接觸及位元線的 製程’形成電容器的製程，及形成互連的製程。 如上所述，根據本發明製造半導體裝置的方法提供曝露 該接觸區域，其包括儲存節點接觸區域，及與其相鄰的部 分閘極區域，及僅在一位元線接點及半導體基板下方的矽 磊晶層與半導體基板的介面形成一氧化膜。因此可改善位 元線接觸的電容及晶胞的短通道效應。 如圖4f所示，在具有階差的結構上（而不是在平面結搆上） 形成晶胞區域2000a以增加閘極通道的有斂長度，及在無氧 化膜之下在矽磊晶層上形成儲存節點接觸以使儲存節點接 合面的漏電流減到極小。因此，可改善DRAM的更新特徵。 為了繪示及敘述目的而提供本發明各種實施例的上述說 明。但這並不意欲無所不包或限制本發明在該揭示的精準 形式，由上述教示或由實施本發明而得知許多改良及變化 是可能的。本發明意欲：選擇及敘述該等實施例以解釋本 發明的原理及其實際應用，以利於一熟習此項技藝者利用 102649.doc •13- 1267921 本發明在各種實施例中，及將各種改良應用到特殊用途。 【圖式簡單說明】 ^ 圖1的布局繪示製造半導體裝置的習知方法。 圖2a至2f是剖面圖繪示製造半導體裝置的習知方法。 圖3的布局繪示根據本發明一較佳實施例製造半導體裝 置的方法。 圖4a至4f及圖5是剖面圖繪示根據本發明一較佳實施例 製造半導體裝置的方法。 •【主要元件符號說明】 1、 101 主動區域 2 第一閘極區域 3 第二閘極區域 10 、110 半導體基板 13 〜113 鍺化矽磊蟲層 15 >115 第一矽磊晶層圖案 17 第一氧化膜圖案 19 第一氮化膜圖案 25 、125 第二矽磊晶層 27 、127 空間 30 、130 第二氧化膜 3 5 ' 135 第二氮化膜 40 、140 渠溝 45 、145 填隙絕緣膜 50 、150 閘極氧化膜 102649.doc 1267921 60 ^ 70 閘極傳導層 80 硬光罩絕緣膜 90、 190 閘極 102 接觸區域 103 閘極區域 120 絕緣膜圖案 160 下傳導層 170 上傳導層 175 閘極傳導層 180 硬光罩層 1000a - 2000a 晶胞區域 1000b 、 2000b 核心/周邊電路 102649.doc -15-

Claims (1)

1267921 十、申請專利範圍： i•一種製造半導體裝置之方法，該方法包括以下步驟： (a) 在一半導體基板上形成一鍺化矽磊晶層，一第一矽 蠢晶層，及一絕緣膜； (b) 餘刻該絕緣膜，該第n日日層，及該錯化石夕遙晶 層之-預設區域以曝露該半導體基板，其中該預設區域 包括一儲存節點接觸區域，及與其相鄰之閘極區域之一 部分； (C)移除該絕緣膜； (d)在包括該曝露半導體基板之整個表面上形成一第二 矽磊晶層； ⑷姓刻該第二^晶層’該第—^晶層，該錯化石夕 磊晶層，及該半導體基板之一預設厚度以形成一渠溝以 界定一主動區域； (〇經由該渠溝之一侧壁將該鍺化矽磊晶層移除以形成 一位於该第一碎蟲晶層下方之空間； (g) 形成一填隙絕緣膜以至少填滿該空間及該渠溝，· (h) 在该第二矽磊晶層上形成一閘極氧化膜；及 (1)在該整個表面上沈積及圖案化一閘極傳導層及一硬 光罩層俾在該閘極區域中形成一閘極。 2·如請求項1之方法，其中該步驟（b)包括·· 在汶半V體基板之整個表面上形成一光阻膜； 藉由曝露及顯影該光阻膜而形成一曝露該預設區域之 光阻膜圖案，其中該預設區域之部分閘極區域具有一線寬 102649.doc 1267921 Μ ;及 該光阻膜圖案作一餘刻光罩以餘刻該絕緣膜，該 矽磊晶層，及該鍺化矽磊晶層。 3· 如叫求項2之方法，其中Μ範圍自1/3F至F，其中F係一閘 極線寬。 4·如明求項1之方法，其中該絕緣膜包括一氧化膜。 5·如明求項丨之方法，其中該絕緣膜包括一氧化膜及一氮化 膜之一堆疊結構。 6·如叫求項1之方法，其中藉由一溼蝕刻法而執行該步驟⑷ 中該絕緣膜之移除製程。 7·如請求項1之方法，其中該第二石夕蠢晶層之一厚度範圍自 10至 100 nm 〇 士明求項1之方法，其中藉由一方法而執行該步驟（f)中該 錯化石夕蠢晶層之移除製程，該方法選自由—利用含抑， H2〇2 ’及CH3C〇〇H之混合蝕刻劑之溼蝕刻法，一利用含 • (CF4或CH2F2)，N2，及〇2之混合氣體之電漿蝕刻法，及二 組合組成之群。 ’、 9·如凊求項8之方法，其中該混合蝕刻劑中册，及 CH3C00H之一體積比係1:2:3。 10·如請求項1之方法，其中該步驟（g)包括： 形成一填滿該空間之熱氧化膜；及 渠溝。 用於該裝置 11. 形成用於一裝置隔離膜之氧化膜以填滿該 如請求項10之方法，尚包括在該熱氧化膜與 隔離膜之氧化膜之介面形成一氮化膜。 102649.doc 1267921
12·如請求項1之方法，其中該步驟（g)包括： 形成一熱氧化膜以填滿該空間之一部分； 形成一氮化膜以填滿該空間之一剩餘部分；及 形成用於該裝置隔離膜之氧化膜以填滿該渠溝。 102649.doc
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