CN100414686C - 去除深沟槽结构中半球形晶粒硅层的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供去除深沟槽结构中半球形晶粒硅的方法，其利用一埋藏硅锗层作为蚀刻终止层，并以湿式蚀刻工艺去除半球形晶粒硅。湿式蚀刻工艺所用的氢氧化钾/丙酮/水混合液对半球形晶粒硅与埋藏硅锗层的蚀刻速率选择性很高，因此在去除半球形晶粒硅时，不会破坏沟槽侧壁。此外，利用该法制得的沟槽式电容结构，在半球形晶粒硅层与沟槽下半部之间并没有蚀刻终止层，故而无储存电容降低的问题。
Description
技术领域
本发明涉及一种去除半球形晶粒硅(Hemispherical Grained Silicon；HSG)的方法，特别是在深沟槽结构中，利用硅锗(SiGe)作为蚀刻终止层，以去除半球形晶粒硅层的方法。
背景技术
近年来微电子工业快速发展，元件基组日趋微小化，对微小尺寸的动态随机存取存储器(Dynamic Random Access Memory；DRAM)而言，维持每个单元的电容并不容易，目前其储存电容至少要在25fF以上。增加电容表面积或使用高介电系数的介电材料均可改善此问题。其中，利用半球形晶粒硅(Hemispherical Grained Silicon；HSG)以增加电容表面积的方法，已广泛应用于堆叠式DRAM。
然而，半球形晶粒硅应用到沟槽式DRAM时却面临了困难：半球形晶粒硅与单晶硅的物性相似，因此在蚀刻沟槽上半部的半球形晶粒硅时，会破坏沟槽的侧壁。虽然通过沉积一蚀刻终止层可解决之，但却引出另一问题，即在半球形晶粒硅层与沟槽侧壁间所存在的蚀刻终止层，会因寄生电容而导致储存电容下降。
目前部分DRAM生产工艺已将半球形晶粒硅导入沟槽式DRAM中。其在沉积半球形晶粒硅之前，先沉积一氧化物于沟槽上以作为蚀刻终止层，经多道步骤处理，去除了沟槽下半部的氧化物，而保留沟槽上半部的氧化物后，再沉积一半球形晶粒硅层，并去除沟槽上半部的半球形晶粒硅。然而此工艺繁复，大幅提高了沟槽式DRAM制造的困难度。
发明内容
本发明的目的在于提供一种在深沟槽结构中去除半球形晶粒硅(Hemispherical Grained Silicon；HSG)，且不会破坏沟槽侧壁的方法，以及一种在沟槽式电容中导入半球形晶粒硅后，可维持或提高每个单元的储存电容的方法。
鉴于上述目的，本发明的一特征是，提供一种利用硅锗(SiGe)作为蚀刻终止层，并以湿式蚀刻工艺去除深沟槽中半球形晶粒硅的方法。湿式蚀刻工艺所用的氢氧化钾/丙酮/水的混合液对半球形晶粒硅与硅锗层的蚀刻速率选择性比要求，所以在去除沟槽上半部的半球形晶粒硅层时，不会破坏沟槽侧壁，同时其平整度更符合后续工艺的需求。另一方面，硅锗层也提高了埋藏带(buried strap；BS)区域的固态溶解度，因此可以降低埋藏带的阻抗，进而提高驱动电流。
本发明的另一特征是，提供一种导入半球形晶粒硅至沟槽式电容的方法。其蚀刻终止层为锗原子注入所形成的埋藏硅锗层，可利用预定角度将埋藏硅锗层只注入于沟槽的领形区(collar region)内，故而所制得的电容在半球形晶粒硅层与沟槽侧壁间并不存在蚀刻终止层，因此可维持或提高单元的储存电容。另一方面，由于该方法所注入的蚀刻终止层，可选择性地只形成于沟槽的上半部，因而无需增加去除沟槽下半部蚀刻终止层的步骤，故而有效地简化了导入半球形晶粒硅至沟槽式电容的工艺。
附图说明
为让本发明的上述与其他目的、特征、和优点能更加明显易懂，配合附图，加以说明如下：
图1A至1H示出了本发明的一优选实施例中，在深沟槽结构中去除半球形晶粒硅的工艺剖视图。
附图标记说明
100：锗原子注入
102：沟槽
104：研磨垫
108：埋藏硅锗层
116：半球形晶粒硅层
125：砷硅玻璃层
132：光致抗蚀剂层
150：覆盖层
160：埋藏电极
180：介电层
具体实施方式
本发明的去除深沟槽结构中半球形晶粒硅的方法的一优选实施例，将参照附图详述如下。
图1A为一具有研磨垫104与沟槽102结构的衬底，以一预定角度(优选的为大约8°～大约12°，更优选的为大约10°)施加锗原子注入100及快速热处理后，形成一埋藏硅锗层108于沟槽102侧壁的领形区(collar region)内，以作为蚀刻终止层。由于通过控制注入角度可使埋藏硅锗层108选择性地只形成于沟槽102的上半部，而不会形成在沟槽102的下半部，因此无须进行去除沟槽102下半部埋藏硅锗层108的步骤。此外，埋藏硅锗层108还提高了埋藏带(buried strap；BS)区域的固态溶解度，并可降低埋藏带的阻抗从而提高驱动电流。另一方面，埋藏硅锗层108还可以作为掩模层，其在蚀刻沟槽时可以保护沟槽的上半部，故而再进行湿式蚀刻时只蚀刻领形区以下的部分从而形成一瓶形结构的沟槽。
接着，参照图1B及图1C，沉积一半球形晶粒硅层116于埋藏硅锗层108及沟槽102上，再沉积一砷硅玻璃层125于半球形晶粒硅层116之上。
随后进行光致抗蚀剂涂布与去除工艺。如图1D所示，形成一光致抗蚀剂层132于沟槽102下半部内，其深度用以定义埋藏电极形成的高度；然后去除沟槽102上半部未被光致抗蚀剂层132覆盖的砷硅玻璃层125。
接着，如图1E所示，去除沟槽102上半部未被光致抗蚀剂层132覆盖的半球形晶粒硅层116。此去除步骤采用湿式蚀刻工艺，当所用的氢氧化钾/丙酮/水的混合液组成为大约1/1/4时，对半球形晶粒硅层116与埋藏硅锗层108的蚀刻速率选择性比高达20∶1，故而在去除沟槽102上半部的半球形晶粒硅层116的同时，不会破坏沟槽102的侧壁，且其平整度更符合后续工艺的要求，以改善整合后的电性性质，如有效提高漏电流等。
去除沟槽102上半部未被光致抗蚀剂层132覆盖的半球形晶粒硅层116后，再去除残余的光致抗蚀剂层132。如图1F所示，随后沉积一覆盖层150，其材料为四乙基原硅酸盐(TEOS)。
退火处理砷硅玻璃层125，以驱入砷原子而形成一埋藏电极160。然后进行湿式蚀刻工艺去除覆盖层150及沟槽102下半部的砷硅玻璃层125，结果如图1G所示。
最后，如图1H所示，沉积一介电层180于沟槽102之上，其材料为氧化硅/氮化硅(Si02/SiN)。所得的沟槽式电容结构在半球形晶粒硅层116与沟槽102侧壁之间并无蚀刻终止层，故而可维持、甚至提高每个单元的储存电容。
由上述本发明的优选实施例可知，应用本发明的去除深沟槽结构中半球形晶粒硅的方法，可通过注入方式选择性地将埋藏硅锗层只形成于沟槽的上半部，无需增加去除沟槽下半部埋藏硅锗层的步骤，故而可以简化工艺。且进行湿式蚀刻工艺时所用的氢氧化钾/丙酮/水混合液对半球形晶粒硅与埋藏硅锗层的蚀刻速率选择性很高，因此将埋藏硅锗层作为蚀刻终止层，在去除半球形晶粒硅时，不会破坏沟槽的侧壁，故而可以改善整合后的电性性质。又因为半球形晶粒硅层与沟槽侧壁间并不存在蚀刻终止层，因此可维持、甚至提高单元的储存电容。埋藏硅锗层除了作为蚀刻终止层外，其还增加了埋藏带区域的固态溶解度，可降低埋藏带的阻抗从而提高驱动电流。
虽然本发明已以一优选实施例披露如上，然而其并非用来限定本发明，本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，可以作出各种改动与润饰，因此本发明的保护范围应以所附权利要求所界定的为准。
Claims (19)
1. 一种去除深沟槽结构中半球形晶粒硅层的方法，包括：
形成一蚀刻终止层于一衬底上的沟槽侧壁的一领形区内；
形成一半球形晶粒硅层于该沟槽及该蚀刻终止层上；
形成一砷硅玻璃层于该半球形晶粒硅层上；
形成一光致抗蚀剂层于该沟槽下半部内；
去除该沟槽上半部未被该光致抗蚀剂层覆盖的该砷硅玻璃层；以及
去除该沟槽上半部未被该光致抗蚀剂层覆盖的该半球形晶粒硅层；
其中上述的蚀刻终止层为一埋藏硅锗层。
2. 如权利要求1所述的去除深沟槽结构中半球形晶粒硅层的方法，还包括：
去除残余的该光致抗蚀剂层；
形成一覆盖层于该沟槽上；
使用退火处理该砷硅玻璃层以驱入砷原子，从而形成一埋藏电极于该沟槽侧壁内；
去除残余的该砷硅玻璃层及该覆盖层；以及
形成一介电层。
3. 如权利要求2所述的去除深沟槽结构中半球形晶粒硅层的方法，其中上述的埋藏硅锗层还作为一掩模层，用以形成一瓶形结构的沟槽。
4. 如权利要求2所述的去除深沟槽结构中半球形晶粒硅层的方法，其中上述的埋藏硅锗层利用一预定角度注入锗原子以形成于该沟槽的上半部内，其中该预定角度为8°～12°。
5. 如权利要求2所述的去除深沟槽结构中半球形晶粒硅层的方法，其中上述的埋藏硅锗层还利用快速热处理以形成于该沟槽的上半部内。
6. 如权利要求1所述的去除深沟槽结构中半球形晶粒硅层的方法，其中上述的去除该沟槽上半部未被该光致抗蚀剂层覆盖的该半球形晶粒硅层，为使用一湿式蚀刻工艺。
7. 如权利要求6所述的去除深沟槽结构中半球形晶粒硅层的方法，其中上述的湿式蚀刻工艺使用氢氧化钾/丙酮/水的混合液，且该混合液的比例，为氢氧化钾/丙酮/水＝0.8/1/3.5～1.2/1/4.2。
8. 如权利要求1所述的去除深沟槽结构中半球形晶粒硅层的方法，其中上述的去除该沟槽上半部未被该光致抗蚀剂层覆盖的该砷硅玻璃层，为使用一湿式蚀刻工艺。
9. 如权利要求2所述的去除深沟槽结构中半球形晶粒硅层的方法，其中上述的覆盖层为四乙基原硅酸盐层。
10. 如权利要求2所述的去除深沟槽结构中半球形晶粒硅层的方法，其中上述的介电层为氧化硅层/氮化硅层。
11. 一种制造沟槽式电容的方法，包括：
提供一衬底，该衬底至少具有一沟槽结构；
形成一蚀刻终止层于该沟槽的上半部内；
沉积一半球形晶粒硅层于该沟槽及该蚀刻终止层上；
沉积一砷硅玻璃层于该半球形晶粒硅层上；
形成一光致抗蚀剂层于该沟槽内；
去除该沟槽上半部的该光致抗蚀剂层；
去除该沟槽上半部未被该光致抗蚀剂层覆盖的该砷硅玻璃层；
去除该沟槽上半部未被该光致抗蚀剂层覆盖的该半球形晶粒硅层；
去除残余的该光致抗蚀剂层；
沉积一覆盖层于该沟槽上；
使用退火处理该砷硅玻璃层以驱入砷原子，从而形成一埋藏电极于该沟槽侧壁内；
蚀刻残余的该砷硅玻璃层及该覆盖层；以及
沉积一介电层；
其中上述的蚀刻终止层为一埋藏硅锗层。
12. 如权利要求11所述的制造沟槽式电容的方法，其中上述的埋藏硅锗层还作为一掩模层，用以形成一瓶形结构的沟槽。
13. 如权利要求11所述的制造沟槽式电容的方法，其中上述的埋藏硅锗层利用一预定角度注入锗原子以形成于该沟槽的上半部内，其中该预定角度为8°～12°。
14. 如权利要求11所述的制造沟槽式电容的方法，其中上述的埋藏硅锗层还利用快速热处理以形成于该沟槽的上半部内。
15. 如权利要求11所述的制造沟槽式电容的方法，其中上述的去除该沟槽上半部未被该光致抗蚀剂层覆盖的该半球形晶粒硅层，为使用一湿式蚀刻工艺。
16. 如权利要求15所述的制造沟槽式电容的方法，其中上述的湿式蚀刻工艺使用氢氧化钾/丙酮/水的混合液，且该混合液的比例，为氢氧化钾/丙酮/水＝0.8/1/3.5～1.2/1/4.2。
17. 如权利要求11所述的制造沟槽式电容的方法，其中上述的去除该沟槽上半部未被该光致抗蚀剂层覆盖的该砷硅玻璃层，为使用一湿式蚀刻工艺。
18. 如权利要求11所述的制造沟槽式电容的方法，其中上述的覆盖层为四乙基原硅酸盐层。
19. 如权利要求11所述的制造沟槽式电容的方法，其中上述的介电层为氧化硅层/氮化硅层。
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| C17 | Cessation of patent right | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20080827 Termination date: 20100104 |