JP2003505884A - 改善した埋込ストラップポリエッチバック法 - Google Patents
改善した埋込ストラップポリエッチバック法Info
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- H10B12/03—Making the capacitor or connections thereto
- H10B12/038—Making the capacitor or connections thereto the capacitor being in a trench in the substrate
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Abstract
Description
ージノードを製造するための埋込ストラップポリシリコンをエッチバックするた
めの改善された方法に関するものである。
モリデバイスには、データをきおくするためのトランジスタによってアクセスさ
れるキャパシタが含まれる。ディープ・トレンチ(DT)・キャパシタは、DR
AM技術で用いられるキャパシタのタイプに含まれる。ディープ・トレンチ・キ
ャパシタは、代表的には半導体基板中に埋め込まれている。トランスファ・デバ
イス(アクセス・トランジスタ)にディープ・トレンチ・キャパシタを接続する
ためには、埋込ストラップ接点が形成されねばならない。この埋込ストラップ接
点は、ディボット又は溝切りされた部分を形成させるためにDT酸化物カラーを
溝切りし、引き続き、カラーディボットを、ドープされたポリシリコンで充填す
ることによって行われるが、これは、ディープ・トレンチ中に形成されたストレ
ージ・ノードにも使用される。ポリシリコン析出は、化学蒸着(CVD)法によ
って実施される、即ち、露出された表面の全てが、ポリシリコンによって覆われ
ている。ポリシリコンの析出に先行して、高温窒化物形成が、窒化物超薄層を形
成させるために、代表的には実際される。この窒化物層は、変動可能なリテンシ
ョン時間(VRT)問題を引き起こす原因である埋設ストラップインターフェー
スからの欠陥発生を低減している。
ンチ・パーツは、再度清浄にされねばならない(即ち、ポリシリコン除去)。こ
の処理は、埋込ストラップポリエッチバック(BSPE)と呼ばれている。現在
では、このBSPE処理は、化学的ドライエッチング処理(CDE)、特にポリ
シリコンの一定量を除去する等方性反応性イオン(RIE)のドライ処理を用い
て行われている。
。従って、結晶性シリコンの内部へのオーバーエッチは、この処理への制御不足
の結果として可能である。
化物アンダーカット中に残す。該パッド酸化物は、代表的には、後のゲート酸化
のための表面の保護のために基板の表面上に形成されている。ディープ・トレン
チに隣接するパッド酸化物の一部は、代表的にはエッチングされる。ポリシリコ
ンが形成される場合には、そのエッチングされた部分は、ポリシリコンで充填さ
れる。このポリシリコンは、特に、垂直デバイス(即ち、DT側壁上のアクセス
・トランジスタ)が形成される場合には、ゲート酸化物の信頼性の問題を引き起
こす。
たりに1つウェーハのみが、代表的にはこのツールを用いて処理される。
法に対する要求が存在する。更に、従来技術よりも高いスループット及び改善さ
れた性能特性が得られる埋込ストラップポリシリコンエッチバック処理に対する
需要も存在している。
の充填材料をエッチバックする方法には、基板中にトレンチを形成し、該トレン
チを第一の充填材料で充填し、該トレンチの中に形成された誘電性カラーを基準
として予め定めた深さにまで第一の充填材料を溝切りする工程が含まれる。誘電
性カラーの溝切りは、カラーディボットを形成する。誘電性層は、第一の充填材
料と、トレンチの形成によって露出した表面の部分との上に成長し、第二の充填
材料は、誘電性層の上及びカラーディボット中に析出させられる。第二の充填材
料の表面は、末端水素を有するシリコン表面を得るために、ウェットエッチング
剤を用いて表面をエッチングすることによって処理されており、第二の充填材料
は、誘電性層及び基板に対して選択的に第二の充填材料をエッチバックするため
にウェットエッチングされている。この第二の充填材料は、埋込ストラップを形
成させるためにエッチングされている。
ロキサンをエッチバックするための方法には、結晶性シリコン基板を準備し、そ
の際、該基板中にトレンチを形成させ;該トレンチの上方部分に酸化物カラーを
形成させ、該トレンチ中にポリシリコン材料を析出させ、該酸化物カラーの最上
部の下の予め定めた深さまで該ポリシリコンを溝切りし、該酸化物カラーを溝切
りして、各トレンチ中にディボットを形成させ、トレンチ中、ディボット中及び
ポリシリコン材料の上の基板の露出した表面に沿って窒化物層を成長させ、充填
材料を析出させて、トレンチ及びディボットを充填し、末端水素を有するシリコ
ン表面を得るためにウェットエッチング剤を用いて表面をエッチングすることに
よって充填材料の表面を処理し、水酸化アンモニウムを用いることによって充填
材料をウェットエッチングして、基板及び窒化物層に対して選択的に充填材料を
エッチバックさせる工程が含まれる。
ットエッチングすることによる表面処理の工程が含まれることもある。表面処理
の工程には、約25℃の温度で表面をウェットエッチングすることによる表面処
理の工程が含まれることもある。ウェットエッチングの工程には、水酸化アンモ
ニウムを用いることによって第二の充填材料をウェットエッチングする工程が含
まれることもある。ウェットエッチングの工程には、約25℃〜約85℃の間の
温度での第二の充填材料のウェットエッチングの工程が含まれることもある。ウ
ェットエッチングの工程には、バッチ法での第二の充填材材料のウェットエッチ
ングの工程が含まれることもある。有利に、第二の充填材料には、ポリシリコン
又はアモルファスシリコンが含まれる。誘電性層は、窒化物を含有していてもよ
い。該窒化物は、約0.8nmの厚さであってもよい。また、ウェットエッチン
グの工程には、少なくとも40から1の選択性を有する基板に対する選択的に第
二の充填材材料をウェットエッチングする工程が含まれることもある。ウェット
エッチングの工程には、約40秒から約800秒の間、水酸化アンモニウム又は
水酸化カリウムを用いることによって充填材料をウェットエッチングする工程を
含むまれることもある。有利に、充填材料には、ポリシリコン又はアモルファス
シリコンが含まれる。
詳細な説明から明らかになるが、添付の図面と関連して読まれるべきものである
。
提示する。
ック(BSPE)するための方法に関するものである。本発明には、より良好な
処理制御のために、塩基溶液又は塩基化学(例えばNH4OH及び/又はKOH
)を用いるウェット式BSPE処理が含まれる。本発明は、枚葉式ウェーハ処理
の代わりにバッチ処理を可能にすることによりスループットを改善している。更
に、本発明は、反応性イオンエッチツールの代わりにウェットエッチタンクの使
用を可能にしている。
号で類似又は同じ部材を識別しているが、メモリデバイス100には、基板10
2が含まれており、該基板は、その上にパッドスタック101が形成されている
。メモリデバイス100は、ダイナミック・ランダム・アクセス・メモリ(DR
AM)、シンクロナスDRAM、静的RAM、リード・オンリー・メモリ又は他
のメモリ集積回路が含まれることもある。基板102は、有利に単結晶性シリコ
ン基板であるが、しかし、他の基板、例えば絶縁基板上のシリコンを使用するこ
ともできる。パッドスタック101には、他のプロセスメモリデバイス100に
使用した材料の種々の層が含まれることもある。1つの有利な実施態様では、パ
ッドスタック101は、酸化物層104(パッド酸化物)及び窒化物層(106
(パッド窒化物)が含まれる。ハード・マスク層(図示していない)は、パッド
スタック101の上に析出され、当業者に公知のリソグラフィック技術を用いて
パターン付与される。例えば、レジスト層は、トレンチ110が形成されるべき
場所にホールを開けるために、ハードマスク層の上に析出され、露光され、現像
されてもよい。トレンチ110の形成は、有利に、異方性エッチング、反応性イ
オンエッチング(RIE)を用いることによって形成される。トレンチ110は
、基板102の中にエッチングされていく。
込プレート112は、イオン注入法又は他の埋込法によって形成されてもよい。
埋込プレート112を形成させるために使用したドーパントイオンは、基板11
2の中に十分な深さ又は埋込プレート112の形成を保証するのに十分な量で注
入される。該ドーパントは、注入後のアニール処理によって外側へ拡散すること
もある。他の埋込プレート形成処理を、同様に採用することができる。使用した
ドーパント又はイオンは、任意の設計に見合ったタイプ及び量及びキャパシタ電
極としての機能に十分(注入後)であるものであってもよい。
116は、有利に、基板102中のシリコンの酸化を実施するか又はTEOS等
を用いる析出処理によって基板102の上に形成されている。他の処理も、同様
にカラー116を形成させるために使用できる。カラー116は、作業中のトレ
ンチキャパシタを放電することからの寄生漏電を奉仕するために形成されている
。窒化物ライナー111は、埋込プレート112とストレージノード(充填材料
113をみよ)との間のキャパシタ誘電体としての機能させるために析出されて
いる。
13、有利にドープされたポリシリコンで充填されている。充填材料113は、
トレンチ110中のカラー116の下の点109に溝切りされている。
05をエッチングするためにエッチング処理が用いられている。このエッチング
は、エッチされるべきパッド酸化物104を生じることができるが、その際、凹
部108を該パッド酸化物中に形成する。高温窒化は超薄(約0.8nm)の窒
化物ライナー(又は層)132を形成させるために実施される。他の超薄誘電体
が適していることもある。窒化物ライナー132は、シリコン表面上に形成され
る。窒化プロセスには、約550℃から約600℃の間でアンモニアガスを使用
することが含まれることもある。この窒化物ライナー132は、変動可能なリテ
ンション時間(VRT)問題を引き起こす原因である埋設ストラップインターフ
ェースからの欠陥発生を低減している。有利に、窒化物ライナー132は、以下
に詳細に説明されているように、処理を改善するために、本発明によって使用さ
れている。
ポリシリコンで充填されている。充填材料134は、有利に化学蒸着(CVD)
法によって析出させられており、露出した表面の全てを充填材料134の層で覆
っている。
れている。製造工程は、ウェットエッチング、ドライエッチング又は表面からの
自然酸素を除去することができる他の処理工程を使用してもよい。1つの有利な
実施態様において、製造工程は、更に処理するための表面を製造するのに、希フ
ッ化水素(200〜1)のウェットエッチングを使用している。例えば、この製
造工程には、他の処理、例えばHFガスエッチング又はH2焼付けが含まれるこ
ともある。製造工程は、末端水素を有する表面131を生じる。HFとSiを反
応させることによって、水素原子が表面に残留している。末端水素を有するシリ
コン表面が生じる場合には、他の製造法も検討される。この製造工程は、いくつ
かの実施態様において、自然酸化物が除去される場合には、他の処理工程ととも
に省略されていもよい。充填材料134の表面は、更に処理する準備ができてい
る。ウェットエッチング製造工程は、有利に、基板102のシリコンに対して選
択的である。この製造工程は、末端水素を有する表面131を生じる。HFとS
iとを反応させることによって、水素原子は、充填材料134の表面上に残留し
ている。他の酸を、表面処理に使用することもできる。
製造法は、有利に、約40秒から約80秒間実施されるが、しかし、他の時間も
、設計及び状況に応じて使用できる。他の製造法も、末端水素を有するシリコン
表面が得られる限り考慮される。この製造工程は、いくつかの実施態様では省略
してもよい。
ってエッチングされている。このウェットエッチング処理は、有利に、埋込スト
ラップポリシリコンエッチバックのために使用される。有利に、このウェットエ
ッチング処理には、有利に、塩基性溶液、例えば水溶液中のNH4OH又はKO
Hを使用することによるシリコンエッチングが含まれる。NH4OH及びKOH
は、基板102のシリコンに対して選択的であり、基板102を基準として、少
なくとも約40:1の選択比をもたらすが、しかし、窒化物ライナー132は本
発明のウェットエッチング処理の間、基板を損傷から保護している。エッチング
は、本発明によれば、有利に、約25℃から約85℃の間の温度範囲内で、約4
0秒から約800秒間実施される。これらの条件は、説明的なものであり、条件
又は設計を変更させるために調節することができる。本発明によれば、ウェット
エッチング処理は、以下の反応: Si + 3OH- → Si(OH)++ + 4e- (1) 4H2O + 4e- → 4OH- + 2H2 (2) を活性化する。
ある。副生成物、(例えばSi(OH)++)は、充填材料134をエッチバッ
クすることによって溶液の中へ運び去られる。エッチバックの量は、時間の量、
温度及びエッチング剤の濃度によって制御される。これは、条件を制御かつ監視
された処理容器を用いるバッチ法において十分に監視することができる。有利に
、バッチ法には、従来技術の欠点(上記参照)のない高いスループットが含まれ
る。本発明は、本質的に、トレンチの上方部分での大量のシリコン損失をなくし
ている。有利に、窒化物ライナー132は、基板102のシリコンを保護するた
めにエッチング停止として用いられている。更に、凹部108における任意の析
出したポリシリコンは、ウェットエッチングの間に窒化物に対して選択的に除去
されている。有利に、エッチングは、ストレージノード113上の窒化物層13
2に向かって実施してもよい。その際、埋込ストラップ140が、本発明によれ
ば形成される。窒化物ライナー132を、後の工程で除去又はそのままにしてお
いてもよい。処理は、その際、従来技術で公知のように継続していてもよい。
組合せ又は濃度でのエッチング剤として用いることができるか又は他のエッチン
グ剤又は化合物と組み合わせて使用できるとすべきである。本発明の方法は、垂
直デバイス及び平面デバイスの双方のためのディープ・トレンチ技術に用いるこ
とができる。デバイス100には、平面アクセス・トランジスタ又は垂直アクセ
ス・トランジスタ又はこれら双方が含まれる。これらの構造は、従来技術で公知
である。本発明には、少なくとも以下の利点がある: 1.より良好な制御。この方法は、超薄(0.8nm)窒化物ライナーに対して
高い選択性である。従って、Si表面の中への過剰エッチングは発生しないし、
任意のポリシリコンをパッド酸化物アンダーカットから除去できるので、ポリシ
リコンは、パッド酸化物アンダーカットを形成しない。
多くのウェーハを同時に処理できるようにするために使用できる。
代表的にこの目的のために購入された極めて特殊なツールを用いて実施できるに
すぎない。本発明にとっては、任意の種類のウェットエッチングツールを、開示
された方法に使用することができるし、その際、更にコスト削減になる。
示されている。タンク202には、処理の間にウェーハ204を固定するウェー
ハホルダー206が含まれている。タンク202には、本発明によるウェットエ
ッチング処理を監視するためのデバイス208が含まれている。例えば、タンク
202には、水溶液中のエッチング剤の温度監視装置及び濃度監視装置が含まれ
ている。
実施態様を説明すると(説明するためのものであって制限するためのものではな
い)、改良及び変法が、上記の教示に鑑みて、当業者によってなし得るものであ
るという点に注目すべきである。従って、従属請求項によって記載されているよ
うに、本発明の範囲及び精神の範囲内で、開示された本発明の特殊な実施態様に
おいて、変更することができるということである。従って、特許法によって必要
とされる本発明を詳細及び特殊性とともに説明すると、特許証によって権利が請
求され、保護が求められているのは何かということは、従属請求項において説明
されている。
ンチ及び該トレンチの中に形成されたカラーを有する半導体デバイスの横断面図
である。
した窒化物層を有する図1の半導体デバイスの横断面図である。
料を有する、図2の半導体デバイスの横断面図である。
填材料を有する図3の半導体装置の横断面図である。
04 酸化物層、 105 ディボット、 106 窒化物層、 108 凹部
、 109 点、 110 トレンチ、 111 ライナー、 112 埋込プ
レート、 113 充填材料、 116 カラー、 130 カラーの一部、 131 末端水素を有する表面 132 窒化物ライナー、 134 導電性充
填材料、 140 埋込ストラップ、 202 タンク、 204 ウェーハ、 206 ウェーハホルダー、 208 監視用デバイス
Claims (25)
- 【請求項1】 基板の中にトレンチを形成させ; 第一の充填材料をトレンチに充填し; 該誘電性カラー中のディボットをエッチングし;トレンチの中に形成させた誘電
性カラーを基準として予め定めた深さまで第一の充填材料に溝切りし; 第一の充填材料及びトレンチの形成によって露出した基板の部分の上にライナー
を析出させ; 該ライナーの上及びディボット中に第二の充填材料を析出させ; 末端水素を有するシリコン表面を得るために、湿式エッチング剤を用いて表面を
エッチングすることにより第二の充填材料を表面処理し; ライナー及び表面に対して選択的に第二の充填材料をエッチバックするための第
二の充填材料をウェットエッチングし、その際、第二の充填材料が埋込ストラッ
プを形成するためにエッチングする 工程を含む、ディープ・トレンチ・キャパシタにおける埋込ストラップのための
充填材料のエッチバック法。 - 【請求項2】 表面処理するための工程が、フッ化水素を用いて表面をウェ
ットエッチングすることによって表面処理する工程を含む、請求項1に記載の方
法。 - 【請求項3】 表面処理する工程が、約25℃の温度で表面をウェットエッ
チングすることによって表面処理する工程を含む、請求項2に記載の方法。 - 【請求項4】 ウェットエッチングの工程が、塩基化学を採用することによ
って第二の充填材料をウェットエッチングする工程を含む、請求項1に記載の方
法。 - 【請求項5】 塩基化学が、水酸化アンモニウム及び水酸化カリウムのうち
の1つを含む、請求項1に記載の方法。 - 【請求項6】 ウェットエッチングの工程が、約25℃から約85℃の間の
温度で、第二の充填材料をウェットエッチングする工程を含む、請求項1に記載
の方法。 - 【請求項7】 ウェットエッチングの工程が、バッチ法で、第二の充填材料
をウェットエッチングする工程を含む、請求項1に記載の方法。 - 【請求項8】 第二の充填材料が、ポリシリコンを含有する、請求項1に記
載の方法。 - 【請求項9】 ライナーが窒化物を含有する、請求項1に記載の方法。
- 【請求項10】 窒化物が、約0.8nmの厚さである、請求項9に記載の
方法。 - 【請求項11】 ウェットエッチングの工程が、少なくとも40から1の選
択性を有する基板に対して選択的に、第二の充填材料をウェットエッチングする
工程を含む、請求項1に記載の方法。 - 【請求項12】 結晶性シリコン基板を準備し、その際、該基板中にトレン
チを形成させ; 該トレンチの上方部分に酸化物カラーを形成させ; 該トレンチ中にポリシリコン材料を析出させ、該酸化物カラーの最上部の下の予
め定めた深さまで該ポリシリコンを溝切りし; 該酸化物カラーを溝切りして、各トレンチ中にディボットを形成させ; 該トレンチ、ディボット中及びポリシリコン材料上で基板の露出した表面に沿っ
てライナーを析出させ; 充填材料を析出させて、トレンチ及びディボットを充填させ; 末端水素を有するシリコン表面を得るために、ウェットエッチング剤を用いて表
面をエッチングすることによって充填材料を表面処理し; 基板及びライナーに対して選択的に充填材料をエッチバックするために、塩基
化学を採用することによって充填材料をウェットエッチングする 工程を含む、半導体製造のための結晶性シリコンに対して選択的にポリシリコン
をエッチバックする方法。 - 【請求項13】 表面処理する工程が、フッ化水素を用いて表面をウェット
エッチングすることによって表面処理する工程を含む、請求項12に記載の方法
。 - 【請求項14】 表面処理する工程が、約25℃の温度で表面をウェットエ
ッチングすることによって表面処理する工程を含む、請求項13に記載の方法。 - 【請求項15】 ウェットエッチングの工程が、約40秒から約140秒の
間、水酸化アンモニウムを使用することによって充填材料をウェットエッチング
する工程を含む、請求項12に記載の方法。 - 【請求項16】 ウェットエッチングの工程が、約25℃から約85℃の間
の温度で充填材料をウェットエッチングする工程を含む、請求項12に記載の方
法。 - 【請求項17】 ウェットエッチングの工程が、バッチ法で充填材料をウェ
ットエッチングする工程を含む、請求項12に記載の方法。 - 【請求項18】 充填材料が、ポリシリコンを含む、請求項12に記載の方
法。 - 【請求項19】 ライナーが窒化物を含有する、請求項12に記載の方法。
- 【請求項20】 窒化物が、約0.8nmの厚さである、請求項19に記載
の方法。 - 【請求項21】 ウェットエッチングの工程が、少なくとも40から1の選
択性を有する基板に対して選択的に充填材料をウェットエッチングする工程を含
む請求項12に記載の方法。 - 【請求項22】 結晶性シリコン基板を準備し、その際、トレンチを該基板
中に形成させ; 該トレンチの上方部分に酸化物カラーを形成させ; 該トレンチ中にポリシリコン材料を析出させ、該酸化物カラーの最上部の下の予
め定めた深さまで該ポリシリコン材料を溝切りし; 該酸化物カラーを溝切りして、各トレンチ中にディボットを形成させ; 該トレンチ、ディボット中及びポリシリコン材料上の基板の露出した表面に沿っ
て窒化物ライナーを析出させ; 第二のポリシリコン材料を析出させて、トレンチ及びディボットを充填させ; 末端数イソを有するシリコン表面を得るために、約25℃の温度でフッ化水素を
用いて表面をエッチングすることによって第二のポリシリコン材料を表面処理し
; バッチ法で基板及び窒化物ライナーに対して選択的に第二のポリシリコン材料を
エッチバックするために約25℃から約85℃の温度で水酸化アンモニウム及び
水酸化カリウムのうちの1つを使用することによって各トレンチ中に埋込ストラ
ップを形成させるために第二のポリシリコン材料をウェットエッチングする 工程を含む、ディープ・トレンチ・キャパシタのための埋込ストラップを形成さ
せるための結晶性シリコンに対して選択的にポリシリコンをエッチバックするた
めの方法。 - 【請求項23】 ウェットエッチングの工程が、約40秒から約800秒の
間、水酸化アンモニウムを使用することによって充填材料をウェットエッチング
する工程工程を含む、請求項22に記載の方法。 - 【請求項24】 窒化物が、約0.8nmの厚さである、請求項22に記載
の方法。 - 【請求項25】 ウェットエッチングの工程が、少なくとも40から1の選
択性を有する基板に対して選択的に第二のポリシリコン材料をウェットエッチン
グする工程を含む、請求項22に記載の方法。
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