專利名稱：半導體制程的制作方法
技術領域：
本發明是有關于一種半導體制程，且特別是有關于一種利用雙層間隙壁保 護堆疊結構的半導體制程。
背景技術：
在0.13um或更小的半導體元件制程中，形成柵極結構的步驟如下。首先， 依序在基底上形成柵介電材料層、柵極材料層、柵極罩幕材料層及圖案化光阻 層。柵極罩幕材料層的材料例如為氮氧化硅，其作為一介電抗反射涂布層 (dielectric anti-reflective coating layer; DARC layer)。然后，以圖案化光阻層 為罩幕，蝕刻柵極罩幕材料層，以形成柵極罩幕層。接著，以柵極罩幕層為罩 幕，蝕刻柵極材料層及柵介電材料層，以形成柵極及柵介電層。之后，進行一 去光滑(deglaze)制程，以氫氟酸溶液去除柵極罩幕層上的雜質及原生氧化物 層(native oxide layer)。繼而，以熱磷酸溶液去除柵極罩幕層，完成柵極結構 的制作過程。
然而，在去光滑的制程中，由于柵介電層對氫氟酸溶液的抗蝕刻性低，因 此氫氟酸溶液會侵蝕部份的柵介電層。另外，在去除柵極罩幕層的步驟中，由 于柵極如摻雜多晶硅層對熱磷酸溶液的抗蝕刻性差，因此熱磷酸溶液會侵蝕柵 極而導致柵極的線寬變窄。如此一來，元件的可靠度及效能均會下降。
發明內容
有鑒于此，本發明提供一種半導體制程，利用雙層間隙壁保護堆疊結構， 可以大幅提升元件的可靠性及效能。
本發明提供一種半導體制程。首先，提供一基底，基底上已形成一堆疊結 構及位于堆疊結構上的罩幕層。然后，形成氧化物層在罩幕層及至少部份堆疊 結構的表面。接著，在堆疊結構的側壁形成第一間隙壁。之后，在第一間隙壁的側壁形成第二間隙壁。繼而，進行第一蝕刻制程，以移除罩幕層的表面的氧 化物層。然后，進行第二蝕刻制程，以同時移除罩幕層及第二間隙壁。
在本發明的一實施例中，進行上述的第一蝕刻制程的步驟中，罩幕層的表 面的氧化物層的蝕刻速率大于第二間隙壁的蝕刻速率。
在本發明的一實施例中，進行上述的第二蝕刻制程的步驟中，罩幕層及第 二間隙壁的蝕刻速率大于第一間隙壁的蝕刻速率。
在本發明的一實施例中，上述的第一蝕刻制程的溶劑包括氫氟酸溶液，第 二蝕刻制程的溶劑包括磷酸溶液。
在本發明的一實施例中，上述的第一間隙壁的材料例如是氧化硅。
在本發明的一實施例中，上述的第二間隙壁的材料例如是氮化硅、碳化硅 或氮氧化硅。
在本發明的一實施例中，上述的罩幕層及第二間隙壁的材料相同。 在本發明的一實施例中，上述的罩幕層的材料例如是氮化硅、碳化硅或氮 氧化硅。
在本發明的一實施例中，上述的形成氧化物層的步驟例如是進行一快速熱 氧化法。
在本發明的一實施例中，上述的堆疊結構為一柵極結構。
在本發明的一實施例中，上述的柵極結構包括依序形成在基底上的柵介電 層及柵極。
在本發明的一實施例中，上述的柵極結構包括依序形成在基底上的穿隧介 電層、浮置柵極、柵間介電層及控制柵極。
根據本發明的半導體制程，由于堆疊結構如柵極結構的側壁有雙層間隙壁 的保護，因此氫氟酸或磷酸溶液不會侵蝕柵極結構，可大幅提升元件的可靠性 及效能。
為讓本發明的上述目的、特征和優點能更明顯易懂，以下結合附圖對本發 明的具體實施方式
作詳細說明，其中
圖1A至圖1E為根據本發明的一實施例所繪示的半導體制程的剖面示意
5主要元件符號說明 100:基底 101:隔離結構
102a、 102b:區域 104、 106:柵極結構 108:柵介電層 112:穿隧介電層 110、 114、 118:柵極 116:柵間介電層
I20a、 120b-罩幕層
122a、 122b、 124a、 124b:氧化物層
126a、 126b:第一間隙壁
128a、 128b:第二間隙壁
具體實施例方式
圖IA至圖IE為根據本發明的一實施例所繪示的半導體制程的剖面示意圖。
請參照圖1A，提供一基底100，在基底IOO上已形成堆疊結構104、 106 及分別位于堆疊結構104、 106上的罩幕層120a、 120b。基底100例如是硅基 底。基底IOO具有以隔離結構101分隔開的區域102a及102b。在此實施例中， 例如是進行一嵌入式閃存(embedded flash; e-flash)的制程，其中區域102a 例如是進行周圍區域的邏輯元件(logic)制程，而區域102b例如是進行中心 區域的存儲器(memory)制程為例來說明的，但不用以限定本發明。
區域102a的基底100上已形成一堆疊結構104及位于堆疊結構104上的 罩幕層120a。罩幕層120a的材料例如是氮化硅、碳化硅或氮氧化硅。堆疊結 構104例如為邏輯元件的柵極結構，其包括依序形成在基底IOO上的柵介電層 108及柵極110。柵介電層108例如為氧化硅層。柵極110例如為摻雜多晶硅層。形成柵介電層108及柵極110的方法包括化學氣相沉積法。
區域102b的基底100上已形成一堆疊結構106及位于堆疊結構106上的 罩幕層120b。罩幕層120b的材料和罩幕層120a的材料相同，例如是氮化硅、 碳化硅或氮氧化硅。堆疊結構106例如為存儲器的柵極結構，其包括依序形成 在基底IOO上的穿隧介電層112、浮置柵極114、柵間介電層116及控制柵極 118。穿隧介電層112例如為氧化硅層。柵間介電層116例如為ONO (oxide-nitride-oxide)復合層。浮置柵極114與控制柵極118例如為摻雜多晶 硅層。形成穿隧介電層112、浮置柵極114、柵間介電層116及控制柵極118 的方法包括化學氣相沉積法。
然后，請參照圖1B，在罩幕層120a、 120b及至少部份堆疊結構104、 106 的表面形成氧化物層。形成氧化物層的方法包括進行一快速熱氧化(rapid thermal oxidation; RTO)制程。此快速熱氧化制程為修補在形成堆疊結構104、 106時所造成的晶格破壞。上述的氧化物層依形成位置不同可分為氧化物層 122a、氧化物層122b、氧化物層124a及氧化物層124b。氧化物層122a形成在 罩幕層120a的側壁及頂面。氧化物層122b形成在罩幕層120b的側壁及頂面。 氧化物層124a形成在部份堆疊結構104的側壁，詳而言之，氧化物層124a形 成在柵極110的側壁。氧化物層124b形成在部份堆疊結構106的側壁，詳而 言之，氧化物層124a形成在浮置柵極114與控制柵極118的側壁。
接著，請參照圖1C，在堆疊結構104、106的側壁分別形成第一間隙壁126a、 126b。第一間隙壁126a、 126b的材料例如是氧化硅。形成第一間隙壁126a、 126b的方法例如是先沉積一第一間隙壁材料層(未繪示)，之后進行非等向性 蝕刻法，移除部份的第一間隙壁材料層，以形成第一間隙壁126a、 126b。另外， 因為第一間隙壁材料層與氧化物層122a、 122b的材料例如均為氧化硅，因此在 移除部份的第一間隙壁材料層的步驟中，至少部份的氧化物層122a、 122b也會 同時被移除(未繪示)。
之后，在第一間隙壁126a、 126b的側壁分別形成第二間隙壁128a、 128b。 第二間隙壁128a、 128b的材料和罩幕層120a、 120b的材料相同，例如是氮化 硅、碳化硅或氮氧化硅。形成第二間隙壁128a、 128b的方法例如是先沉積一第 二間隙壁材料層(未繪示)，之后進行非等向性蝕刻法，移除部份的第二間隙
7壁材料層，以形成第二間隙壁128a、 128b。
繼而，請參照圖1D，進行第一蝕刻制程，以移除罩幕層120a、 120b的表 面的氧化物層122a、 122b。第一蝕刻制程例如為一去光滑(deglaze)制程。此去 光滑制程包括濕蝕刻法，其使用的溶劑包括氫氟酸(hydrofluoric acid; HF)溶 液。在氫氟酸溶液中，水與氫氟酸的混合比例例如是介于約49: 1到100: 1 之間。
然后，請參照圖1E，進行第二蝕刻制程，以同時移除罩幕層120a、 120b 及第二間隙壁128a、 128b。第二蝕刻制程包括濕蝕刻法，其使用的溶劑包括磷 酸(phosphoric acid; H3P04)溶液。在磷酸溶液中，水與磷酸的混合比例例如 是介于約100: l到200: l之間。磷酸溶液的溫度約為大于150°C，例如是介 于約15(TC至lJ 200。C之間。
特別要說明的是在進行第一蝕刻制程的步驟中(圖1E)，罩幕層120a、 120b的表面的氧化物層122a、 122b的蝕刻速率大于第二間隙壁128a、 128b的 蝕刻速率。另外，進行第二蝕刻制程的步驟中(圖1F)，罩幕層120a、 120b 及第二間隙壁128a、 128b的蝕刻速率大于第一間隙壁126a、 126b的蝕刻速率。 也就是說，第二間隙壁128a、 128b及第一間隙壁126a、 126b分別作為第一蝕 刻制程及第二蝕刻制程的保護層，以避免堆疊結構104、 106受到第一蝕刻制 程及第二蝕刻制程的破壞。
在此實施例中，第二間隙壁128a、 128b可視為一次性間隙壁(disposable spacer)。詳而言之，第二間隙壁128a、 128b先形成在第一間隙壁126a、 126b 的側壁(圖1C)，在進行第一蝕刻制程以氫氟酸溶液進行去光滑制程時(圖 1D)，第二間隙壁128a、 128b分別保護堆疊結構104、 106中的柵介電層108、 穿隧介電層U2免于受到氫氟酸溶液的侵蝕。然后，在進行第二蝕刻制程以磷 酸溶液移除罩幕層120a、 120b時，由于移除罩幕層120a、 120b和第二間隙壁 128a、 128b的材料相同，例如均為氮氧化硅，因此可同時將第二間隙壁128a、 128b移除(圖1E)。另外，在進行第二蝕刻制程時，第一間隙壁126a、 126b 保護堆疊結構104、 106中的柵極110、浮置柵極114及控制柵極118，甚至是 柵間介電層116免于受到磷酸溶液的侵蝕。
綜上所述，在本發明的半導體制程中，由于堆疊結構如柵極結構的側壁有雙層間隙壁的保護，因此氫氟酸溶液不會侵蝕掉柵介電層，且磷酸溶液也不會 侵蝕掉柵極。如此一來，元件的可靠性及效能均會大幅提升。
雖然本發明已以較佳實施例揭示如上，然其并非用以限定本發明，任何本 領域技術人員，在不脫離本發明的精神和范圍內，當可作些許的修改和完善， 因此本發明的保護范圍當以權利要求書所界定的為準。
權利要求
1.一種半導體制程，包括提供一基底，該基底上已形成一堆疊結構及位于該堆疊結構上的一罩幕層；形成一氧化物層在該罩幕層及至少部份該堆疊結構的表面；在該堆疊結構的側壁形成一第一間隙壁；在該第一間隙壁的側壁形成一第二間隙壁；進行一第一蝕刻制程，以移除該罩幕層的表面的該氧化物層；以及進行一第二蝕刻制程，以同時移除該罩幕層及該第二間隙壁。
2. 如權利要求l所述的半導體制程，其特征在于，進行該第一蝕刻制程的 步驟中，該罩幕層的表面的該氧化物層的蝕刻速率大于該第二間隙壁的蝕刻速 率。
3. 如權利要求l所述的半導體制程，其特征在于，進行該第二蝕刻制程的 步驟中，該罩幕層及該第二間隙壁的蝕刻速率大于該第一間隙壁的蝕刻速率。
4. 如權利要求1所述的半導體制程，其特征在于，該第一蝕刻制程的溶劑 包括氫氟酸溶液，該第二蝕刻制程的溶劑包括磷酸溶液。
5. 如權利要求l所述的半導體制程，其特征在于，該第一間隙壁的材料包 括氧化硅。
6. 如權利要求1所述的半導體制程，其特征在于，該第二間隙壁的材料包 括氮化硅、碳化硅或氮氧化硅。
7. 如權利要求l所述的半導體制程，其特征在于，該罩幕層及該第二間隙 壁的材料相同。
8. 如權利要求1所述的半導體制程，其特征在于，該罩幕層的材料包括氮 化硅、碳化硅或氮氧化硅。
9. 如權利要求1所述的半導體制程，其特征在于，形成該氧化物層的步驟 包括進行一快速熱氧化法。
10. 如權利要求1所述的半導體制程，其特征在于，該堆疊結構為一柵極 結構。
11. 如權利要求IO所述的半導體制程，其特征在于，該柵極結構包括依序形成在該基底上的一柵介電層及一柵極。
12. 如權利要求IO所述的半導體制程，其特征在于，該柵極結構包括依序形成在該基底上的一穿隧介電層、 一浮置柵極、 一柵間介電層及一控制柵極。
全文摘要
本發明揭示一種半導體制程。首先，提供一基底，基底上已形成一堆疊結構及位于堆疊結構上的罩幕層。然后，形成氧化物層在罩幕層及至少部份堆疊結構的表面。接著，在堆疊結構的側壁形成第一間隙壁。之后，在第一間隙壁的側壁形成第二間隙壁。繼而，進行第一蝕刻制程，以移除罩幕層的表面的氧化物層。然后，進行第二蝕刻制程，以同時移除罩幕層及第二間隙壁。本發明的半導體制程，利用雙層間隙壁保護堆疊結構，可以大幅提升元件的可靠性及效能。
文檔編號H01L21/28GK101667540SQ200810186310
公開日2010年3月10日 申請日期2008年12月11日 優先權日2008年9月2日
發明者李秋德 申請人:和艦科技(蘇州)有限公司