专利名称：使用相移掩模在半导体器件中制造细环形电荷存储电极的方法
技术领域：
本发明涉及在半导体器件中制造细环形电荷存储电极的方法，更具体地说，涉及采用相移掩模，容易地形成具有大电容和细环形图形的电荷存储电极的方法。
近年来，在半导体芯片上以高密度集成大量的元件的半导体器件发展活跃。对于动态随机存取存储器(DRAM)的存储单元，已经提出各种结构以适用于器件的微型化。
而且，为了对应于高密度器件中单元面积的减小来获得足够的电容量，已经开发出具有沟槽、翅片和筒状结构的器件，并已开发出铁电材料，例如Ta2O5，其介电常数大于ONO(氧化物-氮化物-氧化物)层。这就是说，已对电荷存储电极的结构和具有大电容量的介电材料做了改进。
传统的在半导体器件中形成电荷存储电极的方法中，由石英衬底上的铬图形来形成用于制造电荷存储电极的图形。因此，在光掩模上形成的一个铬图形对应于一个光致抗蚀剂图形。这样，为了形成圆筒状结构的电荷存储电极，需要几次光刻处理和蚀刻处理。
但是，具有对光完全阻断的铬图形的光掩模，不能形成电容量足够大的电荷存储电极，这是因为，铬图形不能形成小于光源波长的细微图形。而且，形成圆筒状结构的电荷存储电极时，尽管已经开发出单个或多个圆筒结构，但仍难以获得足够的电容量，以致于高密度器件中存在许多问题。
为了解决上述问题，本发明的目的是提供一种在半导体器件中制造细环形电荷存储电极的方法，利用相移掩模，能容易地形成具有大电容量和细环形图形的电荷存储电极，该环形图形可小于光源波长。
本发明的另一目的是提供一种在半导体器件中制造细环形电荷存储电极的方法，利用相移掩模，能容易地形成具有双圆筒状结构和细环形图形的电荷存储电极，该环形图形小于光源波长。
按照本发明，提供了一种在半导体器件中制造电荷存储电极的方法，包括以下步骤在具有有源区的衬底上淀积第一绝缘层；蚀刻所述第一绝缘层，以便形成接触孔，从而曝露出所述有源区；形成第一导电层，通过接触孔与有源区接触；在所述导电层上淀积第二绝缘层，用于平面化；在所述第二绝缘层上淀积光致抗蚀剂层；使用相移掩模对所述光致抗蚀剂层曝光，该相移掩模具有宽度宽于曝光波长的相移材料图形，从而显影出细环形光致抗蚀剂层；利用所述细环形光致抗蚀剂层作为蚀刻掩模，对所述第二绝缘层和所述第一导电层进行蚀刻；去除所述细环形光致抗蚀剂层；在所得结构上淀积第二导电层；对所述第二导电层进行各向同性蚀刻；去除所述第二绝缘层。
按照本发明，提供了一种在半导体器件中制造电荷存储电极的方法，包括如下步骤在具有有源区的衬底上淀积第一绝缘层；蚀刻所述第一绝缘层，以便形成接触孔，曝露出所述有源区；形成第一导电层，通过接触孔与有源区接触；在所述导电层上淀积第二绝缘层用于平面化；在所述第二绝缘层上淀积光致抗蚀剂层；利用相移掩模对所述光致抗蚀剂层曝光，该相移掩模具有宽度宽于曝光波长的被蚀刻部分，从而显影出细环形光致抗蚀剂层；利用所述细环形光致抗蚀剂层作为蚀刻掩模，对所述第二绝缘层和所述第一导电层进行蚀刻；去除所述细环形光致抗蚀剂层；在所得结构上淀积第二导电层；对所述第二导电层进行各向同性蚀刻；去除所述第二绝缘层。
根据本发明，提供了一种在半导体器件中制造电荷存储电极的方法，包括如下步骤在具有有源区的衬底上淀积第一绝缘层；蚀刻所述第一绝缘层，以便形成接触孔，曝露出所述有源区；形成第一导电层，通过接触孔与有源区接触；在所述导电层上淀积第二绝缘层用于平面化；在所述第二绝缘层上淀积光致抗蚀剂层；利用相移掩模对所述光致抗蚀剂层曝光，该相移掩模具有宽度宽于曝光波长的相移材料图形，并具有从所述相移材料图形突出的部分，其宽度窄于曝光波长，从而显影出细环形光致抗蚀层；利用所述细环形光致抗蚀剂层作为蚀刻掩模，对所述第二绝缘层和所述第一导电层进行蚀刻；去除所述细环形光致抗蚀剂层；在所得结构上淀积第二导电层；对所述第二导电层进行各向同性腐蚀；去除所述第二绝缘层。
按照本发明，提供了一种在半导体器件中制造电荷存储电极的方法，包括如下步骤在具有有源区的衬底上淀积第一绝缘层；蚀刻所述第一绝缘层，以便形成接触孔，曝露出所述有源区；形成第一导电层，通过接触孔与有源区接触；在所述导电层上淀积第二绝缘层用于平面化；在所述第二绝缘层上淀积光致抗蚀剂层；利用相移掩模对所述光致抗蚀剂层曝光，该相移掩模具有宽度宽于曝光波长的被蚀刻部分，并具有从所述被蚀刻部位突出的部分，其宽度窄于曝光波长；从而显影出细环形光致抗蚀剂层；利用所述细环形光致抗蚀剂层作为蚀刻掩模，对所述第二绝缘层和所述第一导电层进行蚀刻；去除所述细环形光致抗蚀剂层；在所得结构上淀积第二导电层；对所述第二导电层进行各向同性腐蚀；去除所述第二绝缘层。
参看附图，本领域的技术人员可以更好地了解本发明及其多个目的和优点。附图中
图1A-1C是展示根据本发明形成相移掩模的方法的截面图；图2是通过图1C所示相移掩模曝光光强的分布；图3是采用图1C的相移掩模形成的细环形光致抗蚀剂图形；图4是展示根据本发明形成另一个相移掩模的方法的截面图；图5是相移掩模的顶视平面图，用于根据本发明的第一实施例形成具有双圆筒状结构的电荷存储电极；图6是通过图5的相移掩模沿线A-A′的曝光光强分布；图7是由图5的相移掩模显影的光致抗蚀剂图形的顶视平面图；图8A-8D是展示采用图5的相移掩模，形成双圆筒状结构的电荷存储电极的方法的截面图；图9是相移掩模的顶视平面图，用来根据本发明的第二实施例，形成双圆筒状结构的电荷存储电极；图10是通过图9的相移掩模沿线A-A′的曝光光强分布；图11是通过图9的相移掩模沿线B-B′的曝光光强分布；图12是由图9的相移掩模显影的光致抗蚀剂图形的顶视平面图；图13是沿图12的线C-C′的光致抗蚀剂图形的截面图14A-14D是展示采用图9的相移掩模，形成双圆筒状结构的电荷存储电极的方法的截面图；图15是展示具有本发明第二实施例的电荷存储电极图形的相移掩模的顶视平面图；图16是由图15的相移掩模显影的光致抗蚀剂图形的顶视平面图。
以下将说明本发明的电荷存储电极。
首先，结合图1A-1C说明形成细环形图形的方法。
如图1A所示，在衬底1例如石英上设有相移材料2。相移材料2是SOG、PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯)、CYTOP、SiOx等，考虑到其折射率，相移材料2的厚度(d)应为d＝1/2(n－1)其中，n是相移材料2的折射率，一般为1.3－1.5。而且，相移材料2对可见光和远紫外光有可透性。
如图1B所示，在相移材料2上淀积光致抗蚀剂层，通过曝光及显影处理，形成均匀的光致抗蚀剂图形3。
接着，如图1C所示，以光致抗蚀剂图形3作为蚀刻掩模对相移材料2蚀刻，直至露出衬底1的表面，于是在衬底1上形成相移材料图形2。此时，对于无机材料如SOG、CYTOP和SiOx，采用氟化物等离子体的干法蚀刻，对于有机材料如PMMA，采用氧等离子体的干法蚀刻，以便获得优异的图形。
如图2所示，当具有相移材料图形2′的光掩模被可见光或远紫外光曝光时，无相移材料2的部分处的相位为0，有相移材料2的部分处的相位为π。这就是说，在无相移材料2的部分与有相移材料2的部分之间的边界是异相的，如图2的曲线所示。图2中的虚线表示能使相移材料2显影的临界光强，亦即，虚线之下的光强不能使相移材料2显影。
图3是采用图1C的相移掩模形成的细环形光致抗蚀剂图形6。
图4是展示形成另一种相移掩模的方法的截面图。如图4所示，通过对衬底1的部分蚀刻来制成相移掩模，该掩模具有与图1C的上述相移掩模相同的效果。
以下说明本发明的第一实施例。
如上所述，相移掩模的特征在于只在相移材料的外周边发生干涉，从而降低了光强。因此，在采用具有相移材料图形的相移掩模时，如图5所示，它形成在衬底上，或者对衬底部分蚀刻，光强分布如图6所示。尽管图示的相移材料图形为四边形，但并限于此。当然，如果相移材料图形具有确定的区域，也可形成细环形图形。
图6表示通过图5的相移掩模沿线A-A′的曝光光强分布。图6的虚线表示能使相移材料显影的临界光强。也就是说，虚线之下的光强不能使相移材料显影，这是由于相移材料蚀刻部分的外周边光强非常低。
图7是由图5的相移掩模显影的光致抗蚀剂图形。
参看图8A-8D，说明采用图7的光致抗蚀剂图形形成电荷存储电极的方法。
首先，如图8A所示，在具有有源区23的衬底21上，形成氧化层22作为层间绝缘层，在有源区23之上，通过对氧化层22的一部分蚀刻来形成接触孔，作为电荷存储电极的多晶硅层24，通过接触孔与有源区23接触。在上述结构上形成氧化层25用于平面化，由图5的相移掩模显影的光致抗蚀剂图形26形成在氧化层25上。
接着，如图8B所示，利用光致抗蚀剂图形26作为蚀刻掩模，依次蚀刻氧化层25和多晶硅层24，在所得结构上形成多晶硅层27。尤其是，为了防止多晶硅层27被蚀刻时，多晶硅层27被切断，图8A中的光致抗蚀剂图形26必须精确地定位，并且必须精确地控制多晶硅层27的蚀刻速率。
如图8C所示，对多晶硅层27做各向同性地腐蚀，以便在氧化层25的侧壁上和多晶硅层24上形成间隔物多晶硅层28。
最后，如图8D所示，根据本发明的第一实施例，通过蚀刻氧化层25，形成电荷存储电极。此时，可对氧化层22的上部进行蚀刻，以便增大电荷存储电极的表面积。
以下，说明根据本发明第二实施例的电荷存储电极的形成方法。
第二实施例的相移材料具有突出部分。所以，曝光分布可分为两部分。图10展示了通过图9的相移掩模沿线A-A′的曝光光强分布，图11展示了通过图9的相移掩模沿线B-B′的曝光光强分布，与图6方式相同。
而且，由图9的相移掩模显影的光致抗蚀剂图形如图12所示，图13是沿图12的线C-C′的光致抗蚀剂图形的截面图。
图14A-14D展示了采用图12的光致抗蚀剂图形，沿线C-C′，形成电荷存储电极的方法。如图14A-14D所示，根据本发明第二实施例的电荷存储电极的形成方法，按与图8A-8D所述工艺相同的方式完成。而且，与图8A-8D相同的标号表示相同的层。
在第二实施例中，如图12所示，光致抗蚀剂图形可以解决如下问题，即相移材料在第一实施例所述的接触孔中心之上不能精确定位产生的问题。这就是说，接触部分(标号D)的部位不同于相移材料的中心部位C。电荷存储电极与突出部分D之下的有源区接触，从而克服了不良接触，并无需对多晶硅层24的腐蚀速率精确控制。采用以下原则，可以优化设计，如图3所示，当相移材料宽度远宽于曝光波长时形成环形图形，而当相移材料宽度接近于或窄于曝光波长时不形成环形图形。
图15展示了根据本发明第二实施例，具有电荷存储电极图形的相移掩模。图15中，单元尺寸是0.5μm×1.0μm，设计标准为0.25μm。此相移掩模可用于256M器件。
图16展示了由图15的相移掩模和KrF激光(波长为248nm)显影的光致抗蚀剂图形。
如上所述，本发明具有如下优点，通过去掉在双圆筒状结构中的不良接触，使具有电荷存储电极的存储器件的可靠性得以改善；电荷存储电极的表面可以容易地增加20％-80％。
权利要求
1.一种在存储器件中制造电荷存储电极的方法，包括如下步骤在具有有源区的衬底上淀积第一绝缘层；蚀刻所述第一绝缘层，以便形成接触孔，曝露出所述有源区；形成第一导电层，通过接触孔与有源区接触；在所述导电层上淀积第二绝缘层用于平面化；在所述第二绝缘层上淀积光致抗蚀剂层；利用相移掩模对所述光致抗蚀剂层曝光，所述相移掩模具有宽度宽于曝光波长的相移材料图形，从而显影出细环形光致抗蚀剂层；利用所述细环形光致抗蚀剂层作为蚀刻掩模，对所述第二绝缘层和所述第一导电层进行蚀刻；去除所述细环形光致抗蚀剂层；在所得结构上淀积第二导电层；对所述第二导电层进行各向同性腐蚀；去除所述第二绝缘层。
2.根据权利要求1所述的方法，其中去除所述第二绝缘层的步骤还包括去除所述第一绝缘层的上部。
3.根据权利要求1所述的方法，其中所述相移材料图形的层厚约是1/2(n-1)(其中n是相移材料的折射率)。
4.根据权利要求1所述的方法，其中所述相移材料图形由无机材料制成。
5.根据权利要求1所述的方法，其中所述相移材料图形由有机材料制成。
6.一种在存储器件中制造电荷存储电极的方法，包括如下步骤在具有有源区的衬底上淀积第一绝缘层；蚀刻所述第一绝缘层，以便形成接触孔，曝露出所述有源区；形成第一导电层，通过接触孔与有源区接触；在所述导电层上淀积第二绝缘层用于平面化；在所述第二绝缘层上淀积光致抗蚀剂层；利用相移掩模对所述光致抗蚀剂层曝光，所述相移掩模具有宽度宽于曝光波长的被蚀刻部分，从而显影出细环形光致抗蚀剂层；利用所述细环形光致抗蚀剂层作为蚀刻掩模，对所述第二绝缘层和所述第一导电层进行蚀刻；去除所述细环形光致抗蚀剂层；在所得结构上淀积第二导电层；对所述第二导电层进行各向同性腐蚀；去除所述第二绝缘层。
7.根据权利要求6所述的方法，其中去除所述第二绝缘层的步骤还包括去除所述第一绝缘层的上部。
8.根据权利要求6所述的方法，其中所述相移材料图形的层厚约为1/2(n-1)(其中n是相移材料的折射率)。
9.根据权利要求6所述的方法，其中所述相移材料图形由无机材料制成。
10.根据权利要求6所述的方法，其中所述相移材料图形由有机材料制成。
11.一种在存储器件中制造电荷存储电极的方法，包括如下步骤在具有有源区的衬底上淀积第一绝缘层；蚀刻所述第一绝缘层，以便形成接触孔，曝露出所述有源区；形成第一导电层，通过接触孔与有源区接触；在所述导电层上淀积第二绝缘层用于平面化；在所述第二绝缘层上淀积光致抗蚀剂层；利用相移掩模对所述光致抗蚀剂层曝光，所述相移掩模具有宽度宽于曝光波长的相移材料图形，并具有从所述相移材料图形突出的部分，其宽度窄于曝光波长，从而显影出细环形光致抗蚀剂层；利用所述细环形光致抗蚀剂层作为蚀刻掩模，对所述第二绝缘层和所述第一导电层进行蚀刻；去除所述细环形光致抗蚀剂层；在所述结构上淀积第二导电层；对所述第二导电层进行各向同性腐蚀；去除所述第二绝缘层。
12.根据权利要求11所述的方法，其中去除所述第二绝缘层的步骤还包括去除所述第一绝缘层的上部。
13.根据权利要求11所述的方法，其中所述相移材料图形的层厚约为1/2(n-1)(其中n是相移材料的折射率)。
14.根据权利要求11所述的方法，其中所述相移材料图形由无机材料制成。
15.根据权利要求11所述的方法，其中所述相移材料图形由有机材料制成。
16.一种在存储器件中制造电荷存储电极的方法，包括如下步骤在具有有源区的衬底上淀积第一绝缘层；蚀刻所述第一绝缘层，以便形成接触孔，曝露出所述有源区；形成第一导电层，通过接触孔与有源区接触；在所述导电层上淀积第二绝缘层用于平面化；在所述第二绝缘层上淀积光致抗蚀剂层；利用相移掩模对所述光致抗蚀剂层曝光，所述相移掩模具有宽度宽于曝光波长的被蚀刻部分，并具有从所述被蚀刻部分突出的部分，其宽度窄于所述曝光波长，从而显影出细环形光致抗蚀剂层；利用所述细环形光致抗蚀剂层作为蚀刻掩模，对所述第二绝缘层和所述第一导电层进行蚀刻；去除所述细环形光致抗蚀剂层；在所得结构上淀积第二导电层；对所述第二导电层进行各向同性腐蚀；去除所述第二绝缘层。
17.根据权利要求16所述的方法，其中去除所述第二绝缘层的步骤还包括去除所述第一绝缘层的上部。
18.根据权利要求16所述的方法，其中所述相移材料图形的层厚约为1/2(n-1)(其中n是相移材料的折射率)。
19.根据权利要求16所述的方法，其中所述相移材料图形由无机材料制成。
20.根据权利要求16所述的方法，其中所述相移材料图形由有机材料制成。
全文摘要
本发明提供一种在半导体器件中制造细环形电荷存储电极的方法，利用相移掩模，能容易地形成具有双圆筒状结构和细环形图形的电荷存储电极，该细环形图形小于光源波长。因此，本发明的优点在于，通过消除在双圆筒状结构中的不良接触，可以改善具有电荷存储电极的存储器件的可靠性；电荷存储电极的表面可容易地增加20％-80％。
文档编号H01L21/8242GK1115115SQ95109438
公开日1996年1月17日 申请日期1995年7月8日 优先权日1994年7月8日
发明者安昌男, 许翼范, 金兴一, 文承灿, 李一浩 申请人:现代电子产业株式会社