專利名稱：半導(dǎo)體器件及其制造方法
半導(dǎo)體器件及其制造方法背景技術(shù)近來，由于隨著半導(dǎo)體器件的高集成化，芯片的單位面積越來越 小，特征尺寸逐漸減小，因而在晶片上實(shí)現(xiàn)圖形的光刻工藝變得越來 越重要。一般說來，通過首先在晶片上涂覆光刻膠，然后將涂覆的光刻膠 曝光和顯影來執(zhí)行光刻工藝。在每個(gè)單位工藝之后，進(jìn)一步執(zhí)行焙烤(bake)工藝，以增加晶片上的光刻膠的硬度?，F(xiàn)有技術(shù)的光刻工藝中，使用諸如ArF， Krf和F2受激準(zhǔn)分子激光 器的光源來使光刻膠層形成圖形，這在形成諸如柵極的細(xì)微圖形時(shí)具 有一些局限。此外，由于光學(xué)系統(tǒng)的限制和光刻膠聚合物本身的分辨率的限制， 現(xiàn)有技術(shù)的光刻工藝很難實(shí)現(xiàn)幾納米的線寬。另外，可能很難將現(xiàn)有技術(shù)的光刻工藝應(yīng)用到在多層結(jié)構(gòu)中形成 孔或互連線的方法中。發(fā)明內(nèi)容實(shí)施例提供了一種半導(dǎo)體器件及其制造方法，其可實(shí)現(xiàn)幾納米的 雙層孔或幾納米的互連線溝槽。實(shí)施例提供了一種半導(dǎo)體器件及其制造方法，其可以使用材料的 氧化特性來使特征尺寸變窄。在實(shí)施例中，孔或溝槽可具有等于或小 于可通過實(shí)現(xiàn)細(xì)微圖形的現(xiàn)有技術(shù)的光刻工藝獲得的關(guān)鍵尺寸的寬 度。在一個(gè)實(shí)施例中，半導(dǎo)體器件包括形成于襯底上的第一溝槽， 該第一溝槽具有等于或小于預(yù)定關(guān)鍵尺寸的一半的寬度；以及形成于襯底上的第二溝槽，該第二溝槽具有等于或小于預(yù)定關(guān)鍵尺寸的一半 的寬度，其中該第一溝槽和第二溝槽在襯底上形成為不同的深度。在另一實(shí)施例中，用于制造半導(dǎo)體器件的方法包括在襯底上形 成能夠氧化的材料層；蝕刻材料層以形成具有關(guān)鍵尺寸的第一溝槽， 其中襯底不通過蝕刻的材料層暴露；氧化其中形成有第一溝槽的材料 層，從而形成寬度比第一溝槽窄的第二溝槽；將氧化的材料層平坦化 以暴露剩余的未氧化的材料層；移除未氧化的材料層以暴露襯底；以 及蝕刻暴露的襯底以形成第三溝槽，該第三溝槽的寬度等于或小于該 關(guān)鍵尺寸的一半。在一個(gè)實(shí)施例中，能夠氧化的材料可以是多晶硅層。在另外一個(gè)實(shí)施例中，用于制造半導(dǎo)體器件的方法包括在襯底 上形成能夠氧化的材料層；蝕刻材料層以形成具有關(guān)鍵尺寸的第一溝 槽，其中襯底通過蝕刻的材料層暴露；氧化其中形成有第一溝槽的材 料層，從而形成寬度比第一溝槽窄的第二溝槽；以及蝕刻通過第二溝 槽暴露的襯底，以形成第三溝槽，該第三溝槽的寬度等于或小于該關(guān) 鍵尺寸的一半。下面在說明和附圖中將說明一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例的細(xì)節(jié)。從說明和 附圖，以及權(quán)利要求，可以很清楚地了解到其他特征。


圖1至圖9是示出根據(jù)實(shí)施例的制造半導(dǎo)體器件的方法的橫截面圖。圖10至圖12是示出根據(jù)實(shí)施例的制造半導(dǎo)體器件的方法的橫截 面圖。
圖13和圖14是示出根據(jù)實(shí)施例的制造半導(dǎo)體器件的方法的橫截面圖。
具體實(shí)施方式
下面將參考附圖示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的半導(dǎo)體器件及其制造方法。在實(shí)施例的說明中，將理解，當(dāng)層(或膜)被稱為位于另一層或 襯底"上"時(shí)，其可以直接位于另一層或襯底上，或者也可以存在中 間層。此外，可以理解，當(dāng)層被稱為位于另一層"下"時(shí)，其可以直 接位于另一層或襯底下，或者也可以存在一個(gè)或多個(gè)中間層。另外， 還將理解，當(dāng)層被稱為位于兩層"之間"時(shí)，它可以兩層之間唯一層， 或者也可以存在一個(gè)或多個(gè)中間層。圖1至圖9是示出根據(jù)第一實(shí)施例的制造半導(dǎo)體器件的方法的橫 截面圖。第一實(shí)施例涉及制造半導(dǎo)體器件的方法，該半導(dǎo)體器件包括具有 極細(xì)微圖形的柵極絕緣層，該圖形的寬度等于或小于使用特定的光學(xué) 系統(tǒng)能夠獲得的關(guān)鍵尺寸的一半。當(dāng)然，使用本實(shí)施例的技術(shù)特征可以形成包括具有極細(xì)微的寬度 的接觸孔的金屬線。參考圖l，多晶硅層130形成于襯底(或基板)120上。光刻膠層 140形成于多晶硅層130上。根據(jù)各種實(shí)施例，多晶硅層130和光刻膠 層140可提供在用以在襯底(或?qū)?120上形成例如半導(dǎo)體組件或下金 屬線的工藝中。參考圖2，形成于多晶硅層130上的光刻膠層140形成圖形至預(yù)
定的形狀，從而形成光刻膠圖形145。光刻膠圖形可根據(jù)特定層的期望圖形進(jìn)行形狀變化。光刻膠圖形145之間的間隔可以是通過使用現(xiàn)有技術(shù)的光學(xué)系統(tǒng)能夠獲得的關(guān)鍵尺寸。然后，參考圖3，使用光刻膠圖形145作為蝕刻掩膜來蝕刻多晶 硅層130以形成第一溝槽。根據(jù)實(shí)施例，在蝕刻多晶硅層期間襯底不 暴露，以提供光刻膠圖形145之間的剩余的多晶硅層130，其可以在后 面執(zhí)行的多晶硅層130的氧化工藝過程中被氧化。接著，參考圖4，具有第一溝槽的多晶硅層130被氧化，以形成 氧化物層150之間的第二溝槽，該第一溝槽的寬度為其中形成的光刻 膠圖形145之間的間隔。通過由多晶硅層130的氧化而導(dǎo)致的第一溝 槽的變窄來形成第二溝槽。在一個(gè)實(shí)施例中，第二溝槽的寬度可以等 于或小于關(guān)鍵尺寸的一半。對于在多晶硅層130氧化期間形成的氧化 物層150的總體厚度，大約45%的總體厚度對應(yīng)于基于多晶硅層130 和空氣之間的邊界向內(nèi)生長的一部分氧化物層150的厚度，而大約55% 的總體厚度對應(yīng)于基于該邊界向外生長的另一部分氧化物層150的厚 度。因此，圖3的蝕刻的多晶硅層130被氧化，如圖4所示，使得沒 被氧化的多晶硅層130的部分，存在在內(nèi)部，而氧化物層150 (下文稱 為多晶硅氧化物層)形成在多晶硅層130的外面。被氧化的材料(在 這種情況是多晶硅130)越多，未氧化的材料的峰越窄。在一個(gè)實(shí)施例 中，多晶硅層130可被氧化至其原來尺寸的1/2。在另外實(shí)施例中，多 晶硅層130可被氧化至例如其原來尺寸的1/4。接著參考圖5，對多晶硅層130上的多晶硅氧化物層150被平坦 化，以暴露多晶硅層130。該平坦化可使用化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)工藝 等來完成。
然后，參考圖6，移除暴露的多晶硅層130，以暴露襯底120。然 后，使用多晶硅氧化物層150作為蝕刻掩膜來蝕刻暴露的襯底120，以 形成第三溝槽，該第三溝槽的寬度為移除的窄化的多晶硅層130的寬 度。在一個(gè)實(shí)施例中，可使用氟化乙烯丙烯(fluorinated ethylene propylene, FEP)深蝕刻工藝來執(zhí)行對暴露的多晶硅層130的蝕刻。然后，參考圖7，從其中形成有第三溝槽的襯底120移除多晶硅 氧化物層150。結(jié)果，根據(jù)第一實(shí)施例，可以形成寬度等于或小于通過實(shí)現(xiàn)細(xì)微 圖形的現(xiàn)在技術(shù)的光刻工藝能夠獲得的關(guān)鍵尺寸的一半的溝槽。通過第一實(shí)施例形成的這樣的極細(xì)微溝槽可用于例如形成用于柵 電極或金屬線的柵極絕緣膜。圖8和9示出了其中將圖7所示的超細(xì)微溝槽用于形成柵電極的 柵極絕緣層的情況。參考圖8,柵極絕緣層160可形成于第三溝槽的底表面上?？梢?將柵極絕緣層160熱氧化，以形成柵極氧化物層。接著，柵極金屬170可形成于襯底120的整個(gè)表面上，以填充其 中形成柵極絕緣膜160的第三溝槽。柵極金屬170可由多晶硅形成。然后，參考圖9，用于柵極的光刻膠圖形180可形成于柵極金屬 170上，并且接著使用該光刻膠圖形180作為蝕刻掩膜對柵極金屬170 進(jìn)行蝕刻，從而形成上部分比下部分寬的柵極175。
因此，根據(jù)第一實(shí)施例，可以形成具有柵極絕緣層的柵電極，此 處線寬等于或小于可由實(shí)現(xiàn)細(xì)微圖形的現(xiàn)有技術(shù)的光刻工藝而獲得的 關(guān)鍵尺寸的一半。在另一實(shí)施例中，硅化物(未示出)可形成于柵極175上。在這種情況下，由于柵極175比柵極絕緣層160寬，所以可減少硅化物的電阻。在另一實(shí)施例中，極細(xì)微的溝槽可被用作金屬線的接觸孔(通孔)。如上所述，多晶硅圖形形成具有通過現(xiàn)有技術(shù)的實(shí)現(xiàn)細(xì)微圖形的 光刻工藝能夠獲得的關(guān)鍵尺寸，然后氧化該多晶硅圖形。接著形成氧 化物掩膜，其線寬窄于通過現(xiàn)有技術(shù)的光刻能夠獲得的線寬，并可用 于形成深孔或互連線溝槽。結(jié)果，能夠?qū)崿F(xiàn)幾納米的雙層孔或幾納米 的互連線溝槽。根據(jù)實(shí)施例，關(guān)鍵尺寸的減小可大大改進(jìn)半導(dǎo)體器件的集成度。圖10至圖12是示出根據(jù)第二實(shí)施例制造半導(dǎo)體器件的方法的橫 截面圖。第二實(shí)施例可使用第一實(shí)施例的技術(shù)特征。但是，第二實(shí)施例與第一實(shí)施例的不同之處在于當(dāng)蝕刻多晶硅層 130a時(shí)，暴露襯底120。例如，使用光刻膠圖形145作為蝕刻掩膜來蝕刻多晶硅層130a， 以暴露襯底120，如圖10所示。接著，參考圖11，氧化多晶硅層130a，以形成多晶硅氧化物150a，
從而形成第二溝槽，該第二溝槽的寬度等于或小于通過現(xiàn)有技術(shù)的光 刻獲得的關(guān)鍵尺寸的一半。
然后，參考圖12，使用多晶硅氧化物150a作為蝕刻掩膜來蝕刻由 第二溝槽暴露的襯底120,以形成第三溝槽。第三溝槽可用作例如用于 形成如圖8和圖9所述的柵電極的溝槽。
圖13和圖14是示出根據(jù)第三實(shí)施例的制造半導(dǎo)體器件的方法的 橫截面圖。在移除暴露的多晶硅層130以暴露襯底120之后，如圖6所示， 根據(jù)第三實(shí)施例的方法包括過蝕刻多晶硅氧化物150的第二溝槽和暴 露的襯底120，從而形成具有不同高度的多個(gè)溝槽。例如，參考圖13，多晶硅氧化物150的第二溝槽和暴露的襯底120 可被過蝕刻，以形成具有不同高度的多個(gè)溝槽。在第三實(shí)施例中，多個(gè)溝槽可包括寬度等于或小于可通過現(xiàn)有技 術(shù)的光刻獲得的關(guān)鍵尺寸的一半的第二間隔。這里，第二間隔與第一 間隔在高度上不同。例如，第二間隔可形成低于第一間隔，或者第二間隔可形成高于 第一間隔。因此，可以形成具有寬度等于或小于可通過現(xiàn)有技術(shù)的光學(xué)系統(tǒng) 獲得的關(guān)鍵尺寸的一半的階梯狀溝槽的半導(dǎo)體器件。根據(jù)第三實(shí)施例的階梯狀溝槽可用于例如金屬線的接觸孔(通孔) 和用于形成柵電極的柵極絕緣層。 盡管上述實(shí)施例中氧化材料是多晶硅，但實(shí)施例并不局限于此。 任何合適的氧化材料都可使用。例如，可使用鈦(Ti) 一形成Ti02 — 代替多晶硅。在其他實(shí)施例中，如果被蝕刻以形成窄溝槽或孔的基板 是金屬層，則如上所述，可以使用氧化的材料的掩膜層，整合類似的 技術(shù)來在襯底中形成溝槽或孔。關(guān)鍵尺寸的減少可大大改進(jìn)半導(dǎo)體器件的集成度。本說明書中對"一個(gè)實(shí)施例"、"實(shí)施例"、"示例實(shí)施例"等 的任何引用是指結(jié)合該實(shí)施例描述的特定的特征、結(jié)構(gòu)或特性被包含 于本發(fā)明的至少一個(gè)實(shí)施例中。說明書中的多個(gè)位置出現(xiàn)的這些術(shù)語 不是必須都指相同的實(shí)施例。另外，當(dāng)結(jié)合任何實(shí)施例描述特定的特 征、結(jié)構(gòu)或特性時(shí)，可以認(rèn)為結(jié)合其他實(shí)施例來實(shí)現(xiàn)這樣的特征、結(jié) 構(gòu)或特性是落入本領(lǐng)域技術(shù)人員理解的范圍內(nèi)的。盡管已參考許多示例的實(shí)施例描述了實(shí)施例，但應(yīng)當(dāng)理解，本領(lǐng) 域技術(shù)人員可設(shè)計(jì)出許多落入本發(fā)明公開原理的精神和范圍內(nèi)的其他 修改和實(shí)施例。更具體地，在本公開、附圖和所附權(quán)利要求的范圍內(nèi) 對組件部分和/或元件結(jié)合布局進(jìn)行多種變化和修改都是可能的。除了 對組件部分和/或布局的變化和修改之外，替換的使用對于本領(lǐng)域技術(shù) 人員也是顯而易見的。
權(quán)利要求
1.一種半導(dǎo)體器件，包括形成于襯底上的第一溝槽，所述第一溝槽具有等于或小于預(yù)定關(guān)鍵尺寸的一半的寬度；以及形成于襯底上的第二溝槽，所述第二溝槽具有等于或小于該預(yù)定關(guān)鍵尺寸的一半的寬度，其中該第一溝槽和第二溝槽在襯底上形成不同的深度。
2. 如權(quán)利要求l所述的半導(dǎo)體器件，其中所述第二溝槽與所述第 一溝槽彼此間隔幵，其間隔距離等于或小于所述預(yù)定關(guān)鍵尺寸的一半。
3. 如權(quán)利要求l所述的半導(dǎo)體器件，其中所述第二溝槽形成得比 所述第一溝槽更深。
4. 如權(quán)利要求l所述的半導(dǎo)體器件，其中所述第二溝槽形成得淺 于所述第一間隔。
5. 如權(quán)利要求l所述的半導(dǎo)體器件，其中所述第一和第二溝槽是 接觸孔。
6. 如權(quán)利要求l所述的半導(dǎo)體器件，其中所述第一和第二溝槽是 互連溝槽。
7. 如權(quán)利要求l所述的半導(dǎo)體器件，進(jìn)一步包括形成于所述第一 溝槽中的柵極電介質(zhì)層，和形成于該柵極電介質(zhì)層上的柵電極。
8. 如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件，其中所述第一溝槽和/或所述 第二溝槽的寬度為大約該預(yù)定關(guān)鍵尺寸的1/4。
9. 一種制造半導(dǎo)體器件的方法，該方法包括-在襯底上形成能夠氧化的材料的層；蝕刻所述層以形成具有關(guān)鍵尺寸的第一溝槽，其中該層的一部分 保留在所述第一溝槽下；以及氧化其中形成有第一溝槽的所述層，從而使所述第一溝槽變窄以 形成寬度等于或小于該關(guān)鍵尺寸的一半的第二溝槽。
10. 如權(quán)利要求9所述的方法，進(jìn)一步包括 使被氧化的層平坦化以暴露剩余的未氧化的層材料； 移除暴露的剩余的未氧化的層材料以暴露該襯底； 蝕刻暴露的襯底以形成第三溝槽，該第三溝槽的寬度等于或小于該關(guān)鍵尺寸的一半；以及從其中形成有第三溝槽的襯底移除被氧化的層。
11. 如權(quán)利要求IO所述的方法，進(jìn)一步包括，在移除暴露的剩余 未氧化的層材料以暴露襯底之后，對所述第二溝槽和所暴露的襯底進(jìn) 行過蝕刻，以形成具有不同深度的多個(gè)溝槽。
12. 如權(quán)利要求IO所述的方法，進(jìn)一步包括，在移除所述被氧化 的層之后，在所述第三溝槽的底表面上形成柵極絕緣層；以及 在所述柵極絕緣層上形成柵電極。
13. 如權(quán)利要求IO所述的方法，進(jìn)一步包括，在移除被氧化的層之后，在襯底的整個(gè)表面上淀積金屬以填充所述第三溝槽；以及 通過平坦化和/或蝕刻金屬來移除金屬以形成金屬線。
14. 如權(quán)利要求IO所述的方法，其中該層材料包括多晶硅。
15. 如權(quán)利要求14所述的方法，其中移除暴露的剩余未氧化的層 材料包括，在暴露的多晶硅層上進(jìn)行氟化乙烯丙烯(FEP)深蝕刻。
16. —種制造半導(dǎo)體器件的方法，該方法包括 在襯底上形成能夠氧化的材料的層；蝕刻該層以形成具有關(guān)鍵尺寸的第一溝槽，其中所述第一溝槽完全蝕刻穿過所述層以暴露該襯底；氧化其中形成有第一溝槽的所述層，從而使所述第一溝槽變窄以 形成寬度等于或小于該關(guān)鍵尺寸的一半的第二溝槽；以及使用具有所述第二溝槽的被氧化的層作為蝕刻掩膜來蝕刻暴露的 襯底，以形成第三溝槽，所述第三溝槽的寬度等于或小于該關(guān)鍵尺寸 的一半。
17. 如權(quán)利要求16所述的方法，進(jìn)一步包括 將被氧化的層平坦化，以暴露剩余的未氧化的層材料； 移除暴露的剩余的未氧化的層材料，以暴露該襯底； 使用具有移除的剩余的未氧化的層材料的被氧化的層來蝕刻該暴露的襯底，以形成寬度等于或小于關(guān)鍵尺寸的一半的第四溝槽；以及 從其中形成有所述第三溝槽和所述第四溝槽的襯底移除被氧化的層， 其中所述第三溝槽和所述第四溝槽在襯底上形成為不同的深度。
18. 如權(quán)利要求17所述的方法，其中該層材料包括多晶硅，其中 暴露的剩余的未氧化的層材料的移除包括在暴露的多晶硅層上進(jìn)行 FEP深蝕刻。
19. 如權(quán)利要求16所述的方法，進(jìn)一步包括 在所述第三溝槽的底表面上形成柵極絕緣層；以及 在所述柵極絕緣材料上形成柵電極。
20. 如權(quán)利要求16所述的方法，其中該層材料包括多晶硅。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種半導(dǎo)體器件及其制造方法，其可以通過使用材料的氧化特性來使特征尺寸變窄。在一種方法中，使用光刻工藝將多晶硅層形成細(xì)微的圖形直至關(guān)鍵尺寸。然后，可以氧化形成圖形的多晶硅層，從而通過氧化工藝使相鄰的多晶硅圖形之間的縫隙變窄和使多晶硅圖形變窄。變窄的多晶硅圖形和/或變窄的相鄰的多晶硅圖形之間的縫隙可被用于形成多晶硅層下面的襯底(或?qū)?中的通路或溝槽，其具有比關(guān)鍵尺寸窄的寬度。
文檔編號H01L23/522GK101131968SQ20071014174
公開日2008年2月27日 申請日期2007年8月21日 優(yōu)先權(quán)日2006年8月24日
發(fā)明者鄭恩洙 申請人:東部高科股份有限公司