CN1336685A

CN1336685A - 制造半导体电容器的方法

Info

Publication number: CN1336685A
Application number: CN 00122616
Authority: CN
Inventors: 王贤愈; 黄志坚; 吴坤霖
Original assignee: United Microelectronics Corp
Current assignee: United Microelectronics Corp
Priority date: 2000-08-02
Filing date: 2000-08-02
Publication date: 2002-02-20

Abstract

本发明关于一种形成电容器的方法,包含射频等离子体清洗步骤,以除去原始氧化层或金属氧化物。等离子体清洗步骤是使用至少含氟原子气体或含氯原子气体作为清洗气体,然后活化此清洗气体形成等离子体清洗气体,再将此等离子体清洗气体与电容器的电极表面接触。以此法形成的电容器可以减少漏电流并获得稳定的电压系数。

Description

制造半导体电容器的方法

本发明涉及一种制造电容器的方法，特别涉及一种包含射频等离子体(radiofrequency plasma，RF plasma)清洗步骤，以形成电容器的方法。

半导体元件电容器通常是由两个电极及位于二电极之间的电介质所共同组成的。这种结构普遍应用在许多半导体元件上，例如，动态随机存取存储器(DRAM)。这种电容器的制造过程通常如下所述。首先，在衬底上形成一导体层，限定图案并蚀刻，以形成电容器的下电极。接下来，在电极上形成一介电层。最后以另一导体层覆盖介电层，即形成电容器。

电容器的电容量(capacitance)与电极的面积、两电极之间的距离以及介电层的介电系数有关。已有数种方法可以增加电容器的电容量，包括增加电极的面积、减小介电层的厚度，以及使用具有高介电常数之电介质材料。电极的材料至少包括多晶硅、多晶硅化金属及金属。由于金属电极的电容器之品质比使用多晶硅电容器的品质好，所以目前常用的金属一绝缘层一金属(metal-insulator-metal，MIM)电容器的下电极多以金属层形成。

但是，由于金属电极与介电层表面上有原始氧化层(native oxide)或金属氧化层的存在，会造成大的漏电流(large leakage current)以及不稳电压系数(unstable voltage coefficient(Vc))，以致造成电容量偏差(capacitancevariation)且使电容器性能不如设计时所预期的。因此，有必要除去这些氧化物以增进电容器性能。

本发明的主要目的是提出一种形成电容器的方法，其包含射频等离子体(RFplasma)清洗步骤，以处理金属电极表面上的原始氧化物或金属氧化物，经此方法形成的电容器可以减少漏电流并获得稳定的电压系数。

根据以上所述目的，本发明提供一种形成电容器的方法，包合下列步骤。首先，在衬底上形成第一导体层以形成电容器的下电极。其次，以射频等离子体清洗该下电极表面。该等离子体清洗步骤方法是使用至少含氟原子气体或含氯原子气体作为清洗气体，然后活化此清洗气体形成等离子体清洗气体，再将此等离子体清洗气体与电容器的电极表面接触。然后在清洗过的该下电极之上形成一介电层。最后形成第二导体层，覆盖该介电层以作为电容器之上电极，即形成本方法的电容器。

在本发明提供的另一实施例中，形成电容器的方法包含下列步骤。首先，在衬底上形成第一导体层。然后定义图案并蚀刻该第一导体层以形成电容器的下电极。然后以RF等离子体清洗该下电极表面。其次，在清洗过的该下电极之上形成一介电层。之后，形成第二导体层，覆盖该介电层。最后定义图案并蚀刻该第二导体层，作为电容器之上电极。即形成本方法的电容器。

图1是本发明的一个较佳实施例的截面图。

图2是本发明的一个较佳实施例的截面图。

图3是本发明的一个较佳实施例的截面图。

图4是本发明的一个较佳实施例的截面图。

图5是本发明的另一个较佳实施例的截面图。

图6是本发明的另一个较佳实施例的截面图。

图7是本发明的另一个较佳实施例的截面图。

图8是本发明的另一个较佳实施例的截面图。

附图中主要部分的代表符号为：110衬底；120第一导体层；130介电层；140第二导体层；210衬底；220第一导体层；230介电层；240第二导体层。

下面将详细讨论本发明的较佳实施例。实施例是用以描述使用本发明的一特定范例，并非用以限定本发明的范围。

在之后的叙述中，虽然是描述有关制造单个电容器的方法，但是显然可知，也可以在一衬底上同时制造出多数个电容器。在此发明中，衬底的种类并未限制。任何适合的半导体衬底材料均可使用。一般而言，硅半导体较常使用。本发明中包含许多在传统工艺中已广为熟知的技术如微影、蚀刻、以及化学气相沉积法等，在此并无特别限制，亦不再详述其内容。等离子体清洗步骤方法是使用至少含氟原子气体或含氯原子气体作为清洗气体，然后活化此清洗气体形成等离子体清洗气体，再将此等离子体清洗气体与电容器的电极表面接触。清洗气体包含有CF₄、C₂F₆、Cl₂、或其混合物。等离子体清洗步骤使用条件并无特别限制，但一般而言，使用一高频电源，其频率大约13.56MHz，电源约为75-300W，清洗气体流速约低于200sccm，压力范围约低于40mTorr、使用温度低于350℃，过程时间(Processtime)约为10-50秒。

依据本发明的一个实施例，本方法包含下列步骤：首先，如图1所示，提供一衬底110，可能的衬底至少可为硅衬底材料，然后形成第一导体层于衬底110上，作为电容器的下电极120，可能的导体层至少可为铝、铜、铂、金、银、及铬。接下来如图2所示，对下电极120的表面进行RF等离子体清洗步骤。其中，使用的压力范围约为5-37mTorr、温度范围≤350℃、气体流量约为40-180sccm、RF频率为13.56MHz、等离子体电源范围约为75-300W，过程时间约为10-50秒。

然后，如图3所示，在已清洗过的下电极120表面之上形成一介电层130。可能的介电层至少可为五氧二钽(Ta2O5)、锶钛酸钡(barium strontium titanate，BST)、锆钛酸铅(lead zirconium titanate，PZT)、氧化物-氮化物-氧化物(ONO)、氮化硅、氮氧化硅或二氧化硅。最后，如图4所示，形成第二导体层140，覆盖该介电层130，作为电容器的上电极，如此即形成电容器。可能作为上电极的物质至少包含氮化钛(TiN)。

依据本发明的另一个实施例，包合下列步骤：首先如图5所示，提供一衬底材料210，可能的衬底至少为硅衬底，然后在衬底210上形成第一导体层，接着定义图案并蚀刻第一导体层，以形成电容器的下电极220。可作为电容器下电极的可能导体层如同前一实施列所述。接下来如图6所示，以RF等离子体清洗下电极220的表面。然后，如图7所示，在已清洗过的下电极220表面上形成一介电层230。可能的介电层至少可为五氧化二钽、锶钛酸钡、锆钛酸铅、氧化物-氮化物-氧化物、氮化硅、氮氧化硅或二氧化硅。然后，如图8所示，形成第二导体层，覆盖介电层230的表面，然后定义图案并蚀刻该第二导体层以形成电容器的上电极240，可能作为第二电极的物质至少包含氮化钛。如此即形成电容器。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用以限定本发明的申请专利范围；凡其它未脱离本发明所揭示的精神下所完成的等效改变或修饰，均应包含在下述申请专利范围内。

Claims

1.一种形成电容器的方法，其特征在于所述方法至少包含下列步骤：

提供一半导体衬底；

在所述底材上形成第一导体层，以形成电容器的下电极；

清洗所述第一导体层的表面；

形成一介电层，覆盖已清洗过的下电极表面；以及

形成第二导体层，覆盖所述介电层，以形成该电容器的上电极。

2.如权利要求1所述的方法，其中所述第一导体层是一金属层。

3.如权利要求2所述的方法，其中所述金属层是选自由铝、铜、铂、金、银、及铬所组成的族群中之一的材料。

4.如权利要求1所述的方法，其中所述第一导体层是一多晶硅层。

5.如权利要求1所述的方法，其中所述介电层是选自由五氧化二钽、锶钛酸钡、锆钛酸铅、氧化物-氮化物-氧化物、氮化硅、氮氧化硅及二氧化硅所组成的族群中之一的材料。

6.如权利要求1所述的方法，其中所述第二导体层是一金属层。

7.如权利要求1所述的方法，其中所述第二导体层是一氮化钛层。

8.如权利要求1所述的方法，其中清洗所述第一导体层表面步骤是以RF等离子体实施的。

9.如权利要求8所述的方法，其中使用的等离子体清洗气体至少包含CF₄、C₂F₆、Cl₂、或其混合物。

10.如权利要求8所述的方法，其中使用的压力范围约为5-37mTorr、温度范围≤350℃、气体流量约为40-180sccm、RF频率为13.56MHz、等离子体电源范围约为75-300W，过程时间约为10-50秒。

11.一种包含RF等离子体清洗步骤的形成电容器的方法，所述方法至少包含下列步骤：

提供一半导体衬底；

在所述衬底上形成第一导体层；

在所述第一导体层上定义一图案；

蚀刻该第一导体层，形成电容器的下电极；

清洗该第一导体层表面是以RF等离子体清洗步骤实施的；

形成一介电层，覆盖已清洗过的所述下电极表面；

形成第二导体层，覆盖所述介电层；

在所述第二导体层上定义一图案；以及

蚀刻该第二导体层，形成所述电容器的上电极。

12.如权利要求11所述的方法，其中所述第一导体层是一金属层。

13.如权利要求12所述的方法，其中所述金属层是选自由铝、铜、铂、金、银、及铬所组成的族群中之一的材料。

14.如权利要求11所述的方法，其中所述第一导体层是一多晶硅层。

15.如权利要求11所述的方法，其中所述介电层是选自由五氧化二钽、锶钛酸钡、锆钛酸铅、氧化物-氮化物-氧化物、氮化硅、氮氧化硅及二氧化硅所组成的族群中之一的材料。

16.如权利要求11所述的方法，其中所述第二导体层是一金属层。

17.如权利要求11所述的方法，其中所述第二导体层是一氮化钛层。

18.如权利要求11所述的方法，其中使用的等离子体清洗气体至少包含CF₄、C₂F₆、Cl₂、或其混合物。

19.如权利要求11所述的方法，其中使用的压力范围约为5-37mTorr、温度范围≤350℃、气体流量约为40-180sccm、RF频率为13.56MHz、等离子体电源范围约为75-300W，过程时间约为10-50秒。