專利名稱：溝槽的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體器件的制造技術(shù)，特別涉及一種溝槽的制造方法。
背景技術(shù)：
隨著半導(dǎo)體器件的制作工藝發(fā)展，半導(dǎo)體器件的特征尺寸(CD)越來越小，制作工藝的要求也越來越高。對(duì)于存儲(chǔ)器來說，比如動(dòng)態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(DRAM)，隨著特征尺寸的減小，如何精確的制作存取單元的結(jié)構(gòu)，使得特征尺寸在100納米及以下的DRAM的存取單元的電容值為30毫微微法(fF)左右，已經(jīng)成為制作過程的一個(gè)關(guān)鍵。DRAM的存取單元通常采用堆疊式結(jié)構(gòu)或溝道式結(jié)構(gòu)，由于本發(fā)明只涉及溝道式結(jié)構(gòu)的DRAM中的存取單元的結(jié)構(gòu)改進(jìn)，所以在這里只敘述溝道式結(jié)構(gòu)的DRAM中的存取單元結(jié)構(gòu)。隨著DRAM的特征尺寸的減小，為了保證所制作的溝道式的存取單元仍然具有比較大的電容量，就需要增大存取單元的面積，即在摻雜的硅襯墊上將作為存取單元的溝槽刻蝕為瓶形結(jié)構(gòu)，溝槽下半部的寬度大于溝槽上半部的寬度。在該瓶形結(jié)構(gòu)的溝槽中沉積半球形晶粒膜(HSG)后，再沉積接介電薄膜內(nèi)襯，摻雜的硅襯底、HSG及介電薄膜構(gòu)成存取單元。圖1為現(xiàn)有技術(shù)提供的用于制作DRAM存取單元的溝槽結(jié)構(gòu)剖面示意圖，如圖所示，包括摻雜的硅襯底10和其上的氮化硅層20，采用光刻工藝和刻蝕工藝在氮化硅層20和摻雜的硅襯底10刻蝕得到瓶形結(jié)構(gòu)的溝槽30，該溝槽的下半部寬于上半部。為了得到圖1所示的溝槽結(jié)構(gòu)，首先采用光刻工藝和刻蝕工藝在摻雜的硅襯底10 上形成上下寬度相同的溝道，然后在溝道的上半部和氮化硅層20表面沉積濕法刻蝕阻擋層，保護(hù)溝道的上半部，然后再采用濕法刻蝕溝道的下半部，擴(kuò)大溝道下半部，形成溝槽30。圖2為現(xiàn)有技術(shù)制作DRAM存取單元的溝槽的方法流程圖，結(jié)合圖3a 圖3d所示的制作DRAM存取單元的溝槽的剖面結(jié)構(gòu)圖，進(jìn)行詳細(xì)說明步驟201、在摻雜的硅襯底10上沉積氮化硅層20后，采用光刻工藝和刻蝕工藝得到溝道40，如圖3a所示；在本步驟中，在氮化硅層20上涂覆光刻膠，按照溝道40的形狀對(duì)光刻膠進(jìn)行曝光后顯影，得到圖案化的光刻膠層，然后以圖案化的光刻膠為掩膜，依次刻蝕氮化硅層20和摻雜的硅襯底10后，得到溝道40 ；在本步驟中，所得到的溝道深度40就是最終要形成的溝槽30的深度；步驟202、在氮化硅層20的表面及溝道40上半部沉積濕法刻蝕阻擋層50，該濕法刻蝕阻擋層50所采用的材料為三氧化二鋁(AI203)，如圖北所示；在本步驟中，該過程是將具有步驟201結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體器件放置到特殊反應(yīng)腔的晶舟上，然后在該反應(yīng)腔通入AI (OK) 3 (TMA)氣體和氧氣(0 反應(yīng)，得到三氧化二鋁(AI203) 后沉積到氮化硅層20的表面及溝道40上半部，得到作為廢氣的C02H20排出反應(yīng)腔；在本步驟中，由于只將濕法刻蝕阻擋層50沉積在氮化硅層20的表面及溝道40上半部，而不沉積在溝道40的下半部，所以在沉積過程中需要精確控制才能實(shí)現(xiàn)；步驟203、采用濕法刻蝕溝道40，得到溝槽30，如圖3c所示；
在本步驟中，濕法刻蝕主要采用酸性溶劑進(jìn)行各向同性刻蝕，比如氫氟酸，由于氮化硅層20的表面及溝道40上半部具有濕法刻蝕阻擋層50的阻擋，所以不會(huì)被濕法刻蝕， 溝道40下半部被濕法刻蝕，使得溝道40下半部的寬度大于溝道40上半部的寬度，形成溝槽30 ；步驟204、去除濕法刻蝕阻擋層50，如圖3d所示；在本步驟中，去除的方式可以采用干法刻蝕，通常采用氯基氣體刻蝕。采用上述過程雖然可以制作DRAM存取單元的溝槽，但是在步驟202制作濕法刻蝕阻擋層50時(shí)，由于在化學(xué)作用過程中金屬離子的存在，會(huì)污染半導(dǎo)體器件，且需要將濕法刻蝕阻擋層50精確沉積在氮化硅層20的表面及溝道40上半部，而不能沉積在溝道40的下半部，所以需要特殊的反應(yīng)腔和精確的過程進(jìn)行，比較難以控制。因此，所制作的DRAM存取結(jié)構(gòu)的溝槽特性不高，造成最終得到的DRAM存取單元的存取性能不好。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明提供一種溝槽的制造方法，該方法能夠在不污染半導(dǎo)體器件的基礎(chǔ)上制作存儲(chǔ)器的存取單元的溝槽，制作過程簡(jiǎn)單，能夠提高所制作溝槽的特性。為達(dá)到上述目的，本發(fā)明實(shí)施的技術(shù)方案具體是這樣實(shí)現(xiàn)的一種溝槽的制造方法，該方法包括在摻雜的硅襯底沉積氮化硅層，再沉積氧化物層，采用光刻工藝和刻蝕工藝依次刻蝕氧化物層、氮化硅層及摻雜的硅襯底，形成溝道上半部分；在溝道上半部分和氧化物層表面沉積非金屬硅化物層；以圖案化的氧化物層為掩膜，刻蝕掉溝道上半部分底部的非金屬硅化物層，繼續(xù)刻蝕摻雜的硅襯底，得到溝道，形成溝道上半部分的非金屬硅化物層側(cè)壁；以溝道上半部分的非金屬硅化物層側(cè)壁為掩膜，采用濕法刻蝕溝道，擴(kuò)寬溝道的下半部，形成溝槽；去除非金屬硅化物層。所述溝道上半部分為溝道的1/5 1/3。所述沉積的氧化物層的厚度保證所述形成溝道時(shí)不損傷氮化硅層表面。所述形成溝道上半部分采用氟碳化合物化學(xué)氣體進(jìn)行干法刻蝕得到。所述沉積的非金屬硅化物層厚度保證所述溝道下半部擴(kuò)寬時(shí)，所保護(hù)的溝道上半部分不會(huì)被刻蝕。所述沉積的非金屬硅化物采用低壓氣懸有機(jī)化學(xué)氣相沉積LP或高速原子層沉積 ALD工藝進(jìn)行。所述得到溝道采用氟碳化合物化學(xué)氣體進(jìn)行干法刻蝕。所述去除非金屬硅化物層采用干法刻蝕。由上述技術(shù)方案可見，本發(fā)明提供的方法采用兩步刻蝕的方法制作DR存儲(chǔ)器的存取單元的溝槽首先在氮化硅層上沉積氧化層，采用光刻工藝和刻蝕工藝刻蝕氧化層、 氮化硅和摻雜的硅襯底得到溝道上半部分，刻蝕摻雜的硅襯底的深度為最終要得到溝槽的 1/5 1/3 ；然后在溝道上半部分和氧化層表面沉積非金屬硅化物作為濕法刻蝕阻擋層，該非金屬硅化物相對(duì)于摻雜的硅襯底來說，有很高的選擇比；再后，繼續(xù)以圖案化的氧化層為掩膜，進(jìn)行第二次刻蝕，得到溝道，使得溝道深度和最終要得到的溝槽深度相同；最后，對(duì)溝道進(jìn)行濕法刻蝕，得到溝槽后，去除非金屬硅化物層。由于本發(fā)明采用了非金屬硅化物作為濕法刻蝕阻擋層，該濕法刻蝕阻擋層的材料不存在金屬離子，所以不會(huì)對(duì)半導(dǎo)體器件造成污染；另外，在沉積該濕法刻蝕阻擋層時(shí)，可以采用現(xiàn)有的方法直接沉積在已經(jīng)刻蝕得到的溝道上半部分上后再刻蝕溝道下半部分，而不像現(xiàn)有技術(shù)那樣先制作好完整的溝道后再沉積到溝道的上半部分，需要精確控制和特殊反應(yīng)腔進(jìn)行。因此，該方法在不污染半導(dǎo)體器件的基礎(chǔ)上制作存儲(chǔ)器的存取單元的溝槽，制作過程簡(jiǎn)單，提高了所制作溝槽的特性。


圖1為現(xiàn)有技術(shù)提供的用于制作DRAM存取單元的溝槽結(jié)構(gòu)剖面示意圖；圖2為現(xiàn)有技術(shù)制作DRAM存取單元的溝槽的方法流程圖；圖3a 圖3d為現(xiàn)有技術(shù)制作DRAM存取單元的溝槽的剖面結(jié)構(gòu)圖；圖4為本發(fā)明提供的制作DRAM存取單元的溝槽的方法流程圖；圖fe 圖k為本發(fā)明制作DRAM存取單元的溝槽的剖面結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下參照附圖并舉實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。從現(xiàn)有技術(shù)可以看出，在制作存儲(chǔ)器的存取單元的瓶形結(jié)構(gòu)溝槽時(shí)，要制作的溝槽下部寬于溝槽上部，所以需要采用濕法刻蝕溝槽下半部，擴(kuò)寬溝槽下半部時(shí)，為了防止同時(shí)擴(kuò)寬溝槽上半部，就需要在溝槽上半部構(gòu)造濕法刻蝕阻擋層。在現(xiàn)有技術(shù)中，濕法刻蝕阻擋層采用金屬硅化物，制作時(shí)需要特殊的反應(yīng)器和制作過程，才能保證該金屬硅化物只沉積在已經(jīng)刻蝕完整的溝槽上半部分上，而不沉積在已經(jīng)刻蝕完整的溝槽下半部上，從而使得在難以控制，不好實(shí)現(xiàn)、另外，由于采用金屬硅化物作為濕法刻蝕阻擋層，所以在制作溝槽過程中，有時(shí)也會(huì)造成半導(dǎo)體器件的污染。為了克服現(xiàn)有技術(shù)的這些缺陷，本發(fā)明采用了非金屬硅化物作為濕法刻蝕阻擋層，比如氮化硅或氧化硅等，只要該濕法刻蝕阻擋層相對(duì)于摻雜的硅襯底有很高的選擇比， 保證在后續(xù)濕法刻蝕擴(kuò)寬溝道的下半部分過程中，溝道上半部則由于濕法刻蝕阻擋層的存在，而不被同時(shí)擴(kuò)寬。本發(fā)明在制作溝道過程中，采用兩次刻蝕制作的方式，第一次刻蝕的溝道上半部分，該溝道上半部分為整個(gè)溝道的1/5 1/3，然后采用現(xiàn)有的沉積非金屬硅化物工藝，比如低壓氣懸有機(jī)化學(xué)氣相沉積(LP)或高速原子層沉積(ALD)工藝直接沉積非金屬硅化物層到溝道上半部分后，再繼續(xù)刻蝕溝道下半部分，得到完整的溝道。這樣，在沉積非金屬硅化物過程中，就不需要像現(xiàn)有技術(shù)那樣先制作好完整的溝道后再將濕法刻蝕阻擋層沉積到溝道的上半部分，需要特殊的反應(yīng)腔及精確的制作過程，難以控制。本發(fā)明將濕法刻蝕阻擋層直接沉積在第一次已經(jīng)刻蝕好的溝道上半部分內(nèi)后再制作完整的溝道，不需要特殊的反應(yīng)腔及制作過程，易于控制及實(shí)現(xiàn)。以下結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明提供的方法進(jìn)行詳細(xì)說明。圖4為本發(fā)明提供的制作DRAM存取單元的溝槽的方法流程圖，以特征尺寸為100 納米以下的存儲(chǔ)器存儲(chǔ)單元的溝槽制作方法舉例，結(jié)合圖fe 圖k為本發(fā)明制作DRAM電容器的溝槽的剖面結(jié)構(gòu)示意圖進(jìn)行說明步驟401、在摻雜的硅襯底10沉積氮化硅層20，再沉積氧化物層30’，然后采用光刻工藝和刻蝕工藝依次刻蝕氧化物層30’、氮化硅層20及摻雜的硅襯底10，形成溝道上半部分11’，如圖fe所示；在本步驟中，溝道上半部分11’的深度為要形成完整的溝道22’的1/5 1/3，目的是在后續(xù)沉積濕法刻蝕阻擋層時(shí)只沉積在溝道上半部分11’上，也就是要形成溝道22’ 上半部的側(cè)壁上；在本步驟中，在氧化物層30’上涂覆光刻膠，按照溝道的形狀對(duì)光刻膠進(jìn)行曝光后顯影，得到圖案化的光刻膠，以圖案化的光刻膠為掩膜，依次刻蝕氧化物層30’、氮化硅層 20和硅襯底10后，得到溝道上半部分11’ ；在本步驟中，沉積的氧化物層30’的厚度保證刻蝕形成溝道22’時(shí)不損傷氮化硅層20表面，也就是在刻蝕過程中保護(hù)氮化硅層20的表面，比如，氧化層30’的厚度可以為 1. 5微米 2微米；在本步驟中，采用的是干法刻蝕方法，采用的氣體為氟碳化合物化學(xué)氣體；步驟402、在溝道上半部分11，和氧化物層30，表面沉積非金屬硅化物層40，，如圖&所示；在本步驟中，所沉積的非金屬硅化物層40’的厚度保證后續(xù)溝道22’下半部擴(kuò)寬到預(yù)設(shè)的寬度時(shí)，所保護(hù)的溝道上半部分11’不會(huì)被刻蝕，厚度可以為20納米 30納米；本步驟中，在沉積非金屬硅化物層40’過程中，可以采用LP或ALD方式，非金屬硅化物層為氮化硅層或氧化硅層，也可以為其他的非金屬硅化物層，在后續(xù)濕法刻蝕過程中， 保證和摻雜的硅襯底10有很好的選擇比；步驟403、以圖案化的氧化物層30’為掩膜，刻蝕掉溝道底部的非金屬硅化物層 40’，繼續(xù)刻蝕摻雜的硅襯底10，得到完整的溝道22’，該溝道上半部分具有非金屬硅化物層側(cè)壁，如圖5c所示；在本步驟中，完整的溝道22’的深度就是最終要得到的溝槽深度，在刻蝕過程中， 氧化硅層30’被消耗完；在本步驟中，采用的是干法刻蝕方法，采用的氣體為氟碳化合物化學(xué)氣體；由于干法刻蝕采用各向同性的方式，所以在溝道上半部分11’側(cè)壁上的非金屬硅化物層40’并沒有被刻蝕掉，仍然可以在后續(xù)濕法刻蝕過程中作為溝道上半部分11’的阻擋；在本步驟中，在氧化物層30’上的金屬硅化物層40’及氧化物層30’被刻蝕完；步驟404、以溝道上半部分的非金屬硅化物層側(cè)壁為掩膜，采用濕法刻蝕溝道 22’，擴(kuò)寬溝道22’的下半部，形成溝槽30，如圖5d所示；在本步驟中，濕法刻蝕主要采用酸性溶劑進(jìn)行各向同性刻蝕，比如氫氟酸，由于溝道22’上半部分具有非金屬硅化物層40’的阻擋，所以不會(huì)被濕法刻蝕，溝道22’下半部分被濕法刻蝕，使得溝道22’下半部的寬度大于溝道22’上半部的寬度，形成瓶形結(jié)構(gòu)的溝槽 30 ；在本步驟中，溝道22’上半部由于濕法刻蝕阻擋層-非金屬硅化物層40’的存在， 所以只是擴(kuò)寬溝道22’的下半部，而不會(huì)刻蝕到溝道22’的上半部；步驟405、去除非金屬硅化物層40，，如圖k所示；
6
在本步驟中，去除非金屬硅化物層40’的方法為采用干法刻蝕，比如氟碳化合物化學(xué)氣體刻蝕，最終形成存儲(chǔ)器的存取單元的瓶形溝槽結(jié)構(gòu)。以上舉較佳實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)進(jìn)行了進(jìn)一步詳細(xì)說明，所應(yīng)理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種溝槽的制造方法，該方法包括在摻雜的硅襯底沉積氮化硅層，再沉積氧化物層，采用光刻工藝和刻蝕工藝依次刻蝕氧化物層、氮化硅層及摻雜的硅襯底，形成溝道上半部分；在溝道上半部分和氧化物層表面沉積非金屬硅化物層；以圖案化的氧化物層為掩膜，刻蝕掉溝道上半部分底部的非金屬硅化物層，繼續(xù)刻蝕摻雜的硅襯底，得到溝道，形成溝道上半部分的非金屬硅化物層側(cè)壁；以溝道上半部分的非金屬硅化物層側(cè)壁為掩膜，采用濕法刻蝕溝道，擴(kuò)寬溝道的下半部，形成溝槽；去除非金屬硅化物層。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述溝道上半部分為溝道的1/5 1/3。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述沉積的氧化物層的厚度保證所述形成溝道時(shí)不損傷氮化硅層表面。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述形成溝道上半部分采用氟碳化合物化學(xué)氣體進(jìn)行干法刻蝕得到。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述沉積的非金屬硅化物層厚度保證所述溝道下半部擴(kuò)寬時(shí)，所保護(hù)的溝道上半部分不會(huì)被刻蝕。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述沉積的非金屬硅化物采用低壓氣懸有機(jī)化學(xué)氣相沉積LP或高速原子層沉積ALD工藝進(jìn)行。
7.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述得到溝道采用氟碳化合物化學(xué)氣體進(jìn)行干法刻蝕。
8.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述去除非金屬硅化物層采用干法刻蝕。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種溝槽的制造方法，該方法包括在摻雜的硅襯底沉積氮化硅層，再沉積氧化物層，采用光刻工藝和刻蝕工藝依次刻蝕氧化物層、氮化硅層及摻雜的硅襯底，形成溝道上半部分；在溝道上半部分和氧化物層表面沉積非金屬硅化物層；以圖案化的氧化物層為掩膜，刻蝕掉溝道上半部分底部的非金屬硅化物層，繼續(xù)刻蝕摻雜的硅襯底，得到溝道，形成溝道上半部分的非金屬硅化物層側(cè)壁；以溝道上半部分的非金屬硅化物層側(cè)壁為掩膜，采用濕法刻蝕溝道，擴(kuò)寬溝道的下半部，形成溝槽；去除非金屬硅化物層。本發(fā)明提供的方法在不污染半導(dǎo)體器件的基礎(chǔ)上制作存儲(chǔ)器的存取單元的溝槽，制作過程簡(jiǎn)單，能夠提高所制作溝槽的特性。
文檔編號(hào)H01L21/8242GK102201371SQ20101013669
公開日2011年9月28日 申請(qǐng)日期2010年3月26日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月26日
發(fā)明者倪景華, 南基旭, 吳金剛, 金正起 申請(qǐng)人:中芯國(guó)際集成電路制造(上海)有限公司