TW386308B - Method of producing capacitor structure of DRAM device - Google Patents

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經濟部中央橾隼局貝工消费合作社印蓑 A7 _B7____ 五、發明説明（ί ) 發明背景： 發明技術領域： 本發明是有關於一種用來製造動態隨機存取記憶體 (DRAM)皇冠型電容結構之儲存節點電極的方法。 先前技術概述： 半導體工業的主要目標除了在於持續地改進元件性 能，並維持或降低特定半導體元件的製造成本》這些目標已 經藉由半導體工業具有製造次微米特徵或是微米縮小化的 半導體晶片之能力而成功地達成。較小的特徵使得特性變差 的電容與電阻之減少得以實現。此外，較小的特徵雖導致較 小的晶片，卻與較大特徵所製造獲得的半導體晶片具有相同 的積體化程度。這使得大童更緊密，更小的晶片得以從一片 特殊尺寸起始基材中獲得，因而導致單一晶片具有較低的製 造成本。 動蘧隨機存取記憶元件(DRAM)的電容爲堆叠電容結構 (STC)時，當在動態隨機存取記憶元件(DRAM)的製造上g用 較小的特徵時，顯現了在嘗試增加STC電容值的困難性：一 個動態隨機存取記憶單元通常是由STC結構所組成，此STC 結構重曼著一個傳输閘電晶體，並連接到這個傳输蘭電晶體 汲極/源極的源極上。然而，傳输閛電晶體尺寸的縮小限制 了 STC結構的大小《•爲了增加由兩個電極所組成並以一層介 電質分隔開的STC結構之電容值，必須要降低介電質層的厚 度或是增加電容的面稂。介電質厚度的降低受限於過薄的介 電層所遭遇可靠度與良率風險的增加。此外，STC結構的面 2 ir·^--Γ— 1111 裝— I {請先《讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 本纸張尺度逋用中國团家揉舉（CNS > A4规格（210X297公釐） A7 B7_ 五、發明説明（2) 積亦受限於下面的傳输閘電晶體尺寸》單晶片十億單元或更 高密度的動態隨機存取記憶體(DRAM)技術的進步已經導致 一種具有較小傳输閘電晶體的特殊單元被使用，而導致較少 的覆蓋面積可用於重叠STC結構的放置。 使用粗糙或半球體顆粒(HSG)矽晶層以及使用皇冠型 STC結構已成爲在縮小電容橫向尺寸時，增加STC電容值的 兩種方法。首先，根據皇冠型STC電容結構，一多晶矽層或 非晶矽層儲存節點電極的製造包括垂直和水平的矽形狀，以 導致比不具有垂直形狀之對照製造物具有較大的電極表面 積《其次，在儲存節點電極結構上層使用具有凹面和凸面形 狀之半球體顆粒(HSG)矽晶層，同樣導致比用平滑矽晶層製 造之對照物具有較大程度的表面積。因此，一皇冠型堆曼電 容結構和位於此皇冠型儲存節電結構上具有半球體顆粒 (HSG)矽晶層上層的組合，對高密度動態隨機存取記憶元件 一項頗吸引人的選擇。 經濟部中央檫準扃貝工消费合作社印* (請先《讀背面之注意事項再填寫本頁) 本發明將揭露一套新的程序用以製造具有半球體顆粒 (HSG)矽晶層之皇冠型STC結構，因而提供闞於增加電容器 表面積之吸引人的組合。本發明將描述由半球體顆粒(HSG) 砂晶層覆蓋之皇冠型儲存節點結構的使用，其中的皇冠型儲 存節點結構是由包括全在相同位置之低壓化學氣相沉積 (LPCVD)裝置沉積之三層非晶矽層，其中一高摻雜濃度層位 於兩低摻雜濃度非晶矽層之間之混合非晶矽層所形成。使用 低摻雜濃度之非晶矽表面容許選擇性半球體顆粒(HSG)種晶 和成長形成於露出之皇冠型儲存節點結構的低摻雜表面 3 本紙浪尺度it用中國國家揉準（CNS > A4规格（210X297公釐） 經濟部中央標準局貝工消费合作社印策 A7 B7 五、發明説明（j ) 上。此外，高摻雜濃度之非晶矽層的使用提供減小電容空乏 現象所需之摻雜雜質。本發明也將揭露一氣相預先清潔步 驟，以準備於同步沉積半球體顆粒(HSG)晶種時露出之低摻 雜非晶矽表面。先前之技術，例如Thakur等人於美國專利 5656531號或Zahurak等人於美國專利5639685號中所描述 之製造半球體顆粒(HSG)層的步驟，這些先前的技^並未描 述如本發明所提供之步驟，意即使用三層非晶矽層之皇冠型 儲存節點結構。此外這些先前技術參考資料並未描^氟化氫 蒸氣預先清潔步驟，並緊跟著一同步半球體顆粒(ilSG)晶種 沉積，以在傳統低壓化學氣相沉積系統中作選擇性半球體顆 粒(HSG)成長。 發明的簡要說明： 本發明之主要目的爲產生一動態隨機存取記憶體電容 器結構，其中藉由使用皇冠型儲存節點結構以及位於皇冠型 儲存節點結構表面使用半球體顆粒(HSG)矽晶層來增加儲存 節點電極表面積，而達成電容值的增加。 本發明另一目的爲藉由包括一高摻雜濃度非晶矽層夾 於低摻雜，或未摻雜之非晶矽層之間的混合非晶矽層形成皇 冠型儲存節點電極。 本發明又一目的爲在相同串裝置之相同位置執行氟化 氫蒸氣預先清潔步驟和半球髋顆粒(HSG)種晶步驟，而不用 暴霉於空氣中。 本發明再一目的爲只在未摻雜或低摻雜灌度之非晶矽 表面選擇性成長半球體顆粒(HSG)矽晶種，並形成半球體顆 本紙張尺度適用中國國家樑準（CNS ) A4规格（210X297公釐） (*-先閲讀背面之注意事項再本頁y -------------------^ 裝------訂— .11 A7 —B7 五、發明説明（毕） 4 粒(HSG)矽晶層。 Α濟部中央樣準局員工消费合作杜印裝 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 本發明爲一種藉由使用皇冠型儲存節點結構以及在低 摻雜濃度非晶矽之皇冠型儲存節點結構表面上結合半球體 顆粒(HSG)矽晶層，以增加電容值之動態隨機存取記憶元件 製造方法。其中，一傳輸閘電桌體包括一薄閘極絕緣骽，一 多晶矽閘壤結構，一低摻雜濃度之源極與汲極區域，多晶矽 閘極結構邊牆上的絶緣間隔，以及高摻雜濃度源極與汲極區 域，並形成於半導體基材上。然後沉積一層混合絕緣層於傳 输閘電晶體上，接著於混合絕緣層上開啓儲存節點之接觸窗 口，以將傳输閘電晶體的源極區域暴露出來。一已摻雜之多 晶矽栓柱形成於儲存節點接觸窗口中，連接傳输閘電晶體之 源極區域》在沉積一絕緣層後，於此絕緣層中開啓一窗口以 露出多晶矽拴柱的上表面和部分下層混合絕緣層的上表 面。接著沉積混合非晶矽層，包括一下層未慘雜或低摻雜濃 度之非晶矽層，一高慘雜濃度非晶矽層，以及一覆蓋之未摻 雜或低摻雜濃度之非晶矽層。化學機械研磨步驟被用來從絕 緣層上表面去除混合非晶矽層，以露出此絕緣層上表面。選 擇性去除此絕緣層，以導致包含先前位於窗口邊緣之兩垂直 的混合非晶矽層形狀，連接至水平混合非晶矽層形狀之皇冠 型儲存節點形狀，而混合非晶矽層之水平形狀覆蓋並連接儲 存節點接觸窗口中的已摻雜多晶矽拴柱。皇冠型儲存節點形 狀露出的表面由未摻雜或低摻雜濃度之非晶矽層覆蓋一高 摻雜濃度之非晶矽層組成。在一串裝置之第一爐管執行皇冠 型鑲存節點形狀露出之表面的氟化氫蒸氣預先清潔步驟，接 5 本纸張尺度逋用中•國家標準（CNS ) A4规格（210X297公釐） B7 B7 經濟部中央標準局貝工消费合作社中製 五、發明説明（5 ) 著在此串裝置之第二爐管中，以在皇冠型儲存節點形狀露出 之表面上選擇性形成半球體顆粒(HSG)矽晶種之沉積。接著 一褪火步驟被用來產生具有凹面和凸面形狀之半球體顆粒 (HSG)矽晶層。此褪火步驟同時造成高摻雜濃度非晶矽層夾 層結構的向外擴散，而導致包括覆蓋於已摻雜非晶矽垂直形 狀和已接雜非晶矽水平形狀之半球體顆粒(HSG)矽晶層，以 及藉由覆蓋之水平非晶矽形狀接觸到已摻雜多晶矽拴柱的 皇冠型儲存節點電極。一電容器介電層形成於皇冠型儲存節 點電極表面上，並接著產生一上層多晶矽電極，以完成皇冠 型堆叠電容結構之形成。 圖示的簡要說明： 本發明的目的與其他優點在所選擇的實施例和相關附 屬的圖式中作了最佳解釋。圖式包括： 圖1至10以剖面型態圖解式顯示了形成用爲動態隨機存取 記憶元件(DRAM)之堆叠電容結構(STC)的皇冠型 儲存節點電極的關鍵製造步驟’其中在皇冠型儲 存節點電極鳝出之表面上具有半球體顆粒(HSG) 矽晶顆粒層。 圖號之簡要說明： 1半導體基材 2閘極絕緣層 3多晶矽層 4覆蓋絕緣層(二氧化矽層） 5閘極結構 6 本紙張尺度逋用中S國家標準（CNS ) A4规格（210X297公董） ---..------装-- <請先H讀背面之注意事項再填寫本頁) *ΤΓ .:-丨.-1-:. If. UK, 經濟部中央揉率局貝工消费合作社印装 A7 B7 五、發明説明（έ) 6低摻雜濃度源極與汲極區域 7絕緣間隔 8高摻雜濃度源極與汲極區域 9二氧化矽或是硼-磷矽酸鹽玻璃(BPSG)的絕緣層 40氮化矽層 10儲存節點的接觸窗口 11已摻雜多晶矽栓柱 12二氧化矽層 13光阻形狀 14窗口 15第一層未摻雜或低慘雜濃度非晶矽層 16高摻雜濃度非晶矽層 16b低慘雜濃度非晶矽層 17另一層未慘雜或低摻雜濃度非晶矽層 18皇冠型儲存節點形狀 18b皇冠型儲存節點電極 19a半球體顆粒(HSG)矽晶種 19b半球體顆粒(HSG)矽晶層 20電容器介電質層 21多晶矽上層電極或平板電極 22電容器結構 發明實施例詳細說明： 現今將仔細描述用爲動態隨機存取記憶體(DRAM)之電 容器結構底層電極的皇冠型儲存節點電極，而在皇冠型儲存 7 (請先閾讀背面之注意事項再填寫本頁)

•1T 線 本纸張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4规格（210X297公釐） 經濟部中央揉率局胄工消费合作社印It A7 _ B7 五、發明説明€ # 節點電極露出之表面上具有半球體顆粒(HSG)矽晶顆粒層之 形成方法。本發明中之動態隨機存取記憶體(DRAM)中所用的 傳输閘電晶髅將爲N型通道元件。然而，根據本發明所描述 的，用來增加動態隨機存取記憶體電容器表面積的皇冠型儲 存節點電極露出之表面上具有半球體顆粒(HSG)矽晶層亦可 以運用在P型通道元件的傳输閘電晶體。此外已摻雜或未摻 雜之多晶矽層可以用來取代已摻雜或未摻雜非晶矽層，以形 成皇冠型儲存節點電極。 如圖1，使用具有<100〉單晶方向的P型半導體基材1。 在一連串濕清洗步驟後，藉由在氧-水蒸氣混合氣體，溫度 介於攝氏750至1050度的高溫氧化法形成介於40至200埃 厚度的二氧化矽之閘極絕緣層2。然後使用低壓化學氣相沉 積(LPCVD)步驟於溫度約爲攝氏500至700度沉積介於500 至40GO埃厚度的第一多晶矽層3。多晶矽層》可以單獨成 長然後再藉由離子佈植砷或磷原子摻雜雜質，或者此多晶矽 層3可以藉由結合砷或是磷到矽甲烷或二矽甲烷氣體中於沉 積時同步執行摻雜步驟。如果下層字線或是閘極阻值有需要 要求時，可以用存在於下方已摻雜多晶矽層具有金屬矽化物 層之多晶矽化物層，例如矽鈦化合物或矽鎢化合物，取代多 晶矽層3。接著藉由低壓化學氣相沉積(LPCVD)或是電漿增 強型化學氣相沉積(PECVD)步驟，成長厚度大約600至2000 埃，做爲覆蓋絕緣層的二氧化矽層4 »以傳統微影技術與反 應性離子蝕刻(RIE)步驟，分別利用CHF3做爲二氧化矽層4 的蝕刻劑和氯氣Cl2做爲多晶矽層或多晶矽化物層3的蝕刻 8 (請先《讀背面之注意事項再填寫本頁) -裝· —訂 本纸張尺度適用中國國家揉準（CNS ) A4規格（210X 297公釐） B7 五、發明説明(Ί 劑，來產生如圖1所示的閘極結構5。並藉由氧氣電漿以及 小心地濕清洗步驟去除用來做爲定義閘極結構蝕刻面罩的 光阻層。 接著，藉由離子佈值能量約爲5至60千電子伏特，劑 量約爲1Ε13至1Ε15離子/平方公分(atoms/cm2)的憐原子以 形成低摻雜濃度源極與汲極區域6。然後利用低壓化學氣相 沉積(LPCVD)或是電漿增強型化學氣相沉積(PECVD)步驟，在 溫度約爲攝氏400至850度沉積大約1500至4000埃厚度的 另一二氧化矽層，並接著以CHF3做爲蝕刻劑的非等向性反應 性離子蝕刻法(RIE)在閘極結構5的邊牆上形成絕緣間隔 7。然後，藉由離子佈值能量約爲30至100千電子伏特，劑 量約爲1E14至5E16離子/平方公分(atoms/cm2)的砷原子以 形成高接雜濃度源極與汲極區域8。這些步驟的結果如圓1 所示。 接著藉由低壓化學氣相沉積(LPCVD)或是電漿增強型化 學氣相沉積(PECVD)步驟，沉積大約1000至5000埃厚度二 氧化矽或是硼-磷矽酸鹽玻璃(BPSG)的絕緣層9。然後以化 學機械研磨(CMP)步驟將此絕緣層9平坦化。如果使用砸-磷 矽酸鹽玻璃(BPSG)層，則在溫度介於攝氏700至1000度之 間執行重新流動步驟，以產生具有較平滑上表面形狀之硼-磷矽酸鹽玻璃(BPSG)層。接著藉由低壓化學氣相沉積(LPCVD) 或是電漿增強型化學氣相沉積(PECVD)步驟，沉積大約50至 1000埃厚度的氮化矽層40 〇接著以傳統微影技術與反應性 離子蝕刻(RIE)步驟，分別利用CF!做爲氮化矽層40的蝕刻 9 本纸張尺度逋用中國靦家揉牟（CNS ) A4規格（210X297公釐） -¾ <請先聞讀背面之注$項再填寫本頁) 、裝.

、1T 經濟部中央橾準局貝工消费合作社印裝 A7 B7__ 五、發明説明_ 劑和CHF3做爲二氧化矽層9的蝕刻劑在混合絕緣層中開啓儲 存節點的接觸窗口 10，以暴露出高摻雜濃度源極與汲極區 域8的上表面。此部份圖示於圖2中。並藉由氧氣電漿以及 小心地濕清洗步驟去除用來做爲產生儲存節點的接觸窗口 10蝕刻面罩的光阻形狀。 接著，藉由低壓化學氣相沉積(LPCVD)步驟沉積大約 1000至6000埃厚度之多晶矽層。此多蟲矽層藉由在沉積時 加入砷或磷原子到矽甲烷或二矽甲烷氣體中同步執行摻雜 步驟，以形成整體接雜濃度約爲1E19至2E20 atoms/cm3的 多晶矽層。顯示於圖3中，位於儲存節點接觸窗口 10中的 已摻雜之多晶矽栓柱11的形成，是藉由使用氣氣爲蝕刻氣 體之非等向性反應性離子蝕刻(RIE)步驟或是化學機械研磨 (CMP)步驟，從氮化矽層40上表面去除不要的多晶矽而達 成。 用來形成後續皇冠型儲存節點電極之絕緣體形狀接著 於圖4中提出並說明。藉由低壓化學氣相沉積(LPCVD)或是 電漿增強型化學氣相沉積(PECVD)步驟，沉積大約4000至 20000埃厚度的二氧化矽層12。硼-磷矽酸鹽玻璃(BPSG)層 也可被用來取代此二氧化矽層。光阻形狀13接著形成於二 氧化矽層12上層表面上，並做爲使用(：抽3爲蝕刻劑之非等 向性反應性離子蝕刻(RIE)步驟之面罩，以在二氧化矽層12 中產生窗口 14。窗口 14露出已摻雜多晶矽拴柱11之上表 面以及氮化矽層40之部分上表面。二氧化矽層12之高度或 是厚度將決定後績之用爲皇冠型儲存節點電極一部份之非 y (請先聞讀背面之注意事項再填寫本\| 繁· - —.—線 經濟部中夬樣準局負工消費合作社印— 本纸张尺度適用中國國家橾準（CNS ) A4规格（210X297公嫠） B7 B7 經濟部中央揉準局貝工消费合作社印隶 五、發明説明（I) 晶矽垂直形高度。 在藉由氧氣電漿以及小心地濕清洗步驟去除光阻形狀 13後，如圖5所示，沉積包括低摻雜濃度和高摻雜濃度層之 混合非晶矽層。藉由低壓化學氣相沉積(LPCVD)步驟，以矽 甲烷或二矽甲烷爲來源，在溫度低於攝氏550度沉積厚度小 於400埃的第一層未摻雜或低摻雜濃度之非晶矽層15 »若 此層15選擇低摻雜濃度之非晶矽，則在低壓化學氣相沉積 (LPCVD)步驟中同時藉由添加磷或砷到矽甲烷或二矽甲烷來 源中完成摻雜步驟，以形成整體摻雜濃度約爲1E19至4E20 atoms/cm3。接著於低壓化學氣相沉積(LPCVD)爐管中，在溫 度低於攝氏550度沉積厚度小於10G0埃的高慘雜濃度之非 晶矽層16，並在沉積時藉由添加碟或砷到矽甲院或二矽甲 烷來源中同步完成摻雜步驟，以形成整體摻雜濃度高於4E20 atoms/απ3之高摻雜濃度非晶矽層16〃最後，藉由低壓化學 氣相沉積(LPCVD)步驟，以矽甲烷或二矽甲烷爲來源，在溫 度低於攝氏550度沉積厚度小於400埃的另一層未摻雜或低 摻雜濃度之非晶矽層17。若此層17選擇低摻雜濃度之非晶 矽，則在低壓化學氣相沉積(LPCVD)步驟中同時藉由添加磷 或砷到矽甲烷或二矽甲烷來源中完成摻雜步驟，以形成整體 摻雜濃度約爲1E19至4E20 atoms/cm3。此混合非晶矽層的 重要特徵爲必須防止電容空乏現象之高摻雜濃度非晶矽層 16是夾於低摻雜濃度非晶矽層之間，此現象在使用較低摻雜 灌度非晶矽層將會發生《«使用低摻雜濃度非晶矽層最爲表面 層將可容許半球體顆粒(HSG)矽晶層之形成，而相同的半球 11 本纸張尺度適i中國國家樣準（CNS〉A4規格(210X297公釐） «Ί.-1--^-----—Γ装-- (請先閲讀背面之注f項再填寫本頁) 訂 -泉， 五、發明説明（

W A7 B7 體顆粒(HSG)矽晶層將不會形成於高摻雜濃度之非晶矽層。 經濟部中夫橾準局貝工消费合作社印装 接著運用化學機械研磨步驟(CMP)從二氧化矽層12上表 面去除包括下層未摻雜或低摻雜濃度之非晶矽層15，高摻 雜濃度非晶矽層16，以及覆蓋之未摻雜或低摻雜濃度之非 晶矽層17之混合非晶矽層，以導致窗口 14中皇冠型儲存節 點形狀之產生。此部份如圓6所示。經由化學機械研磨步驟 (CMP)露出之二氧化矽層12上表面容許一使用氫氟酸溶液之 濕蝕刻步驟或是氟化氫蒸氣步驟選擇性去除二氧化矽或硼-磷矽酸鹽玻璃(BPSG)層12，以導致包含兩混合非晶矽垂直 形狀，並藉由一混合非晶矽水平形狀連接之皇冠型儲存節點 形狀18。皇冠型儲存節點形狀之水平形狀18a覆蓋並接觸 位於儲存節點接觸窗口 10中之已摻雜多晶矽拴柱11。此部 份如圖7所示。重要的是皇冠型儲存節點形狀18a露出的表 面是由未摻雜或低摻雜濃度之非晶矽層組成，而皇冠型儲存 節點形狀18a的中間層爲高摻雜濃度非晶矽層16。當後嫌 的半球體顆粒(HSG)矽晶種之選擇性沉積，以及後續的半球 體顆粒(HSG)矽晶層之形成只要發生於未摻雜或低摻雜濃度 非晶矽層16b上時，此混合非晶矽形狀將十分關鍵。在選擇 性去除二氧化矽12時，下方的氮化砂層40可避免二氧化砂 層9受到侵蝕。 接著將於圖8和圖9中提出並說明半球體顆粒(HSG)矽 晶層的準備和形成。一串裝置之第一爐管被用來在溫度介於 攝氏20至30度之間，壓力介於10至20 torr間，於皇冠 型儲存節點形狀18a露出之表面執行氟化氫蒸氣預先清潔步 12 本纸張尺度適用中國·家揉準（CNS ) Α4Λ格（210X297公釐） 經濟部中央梂準局貝工消费合作社印装 A7 B7_ 五、發明説明（βΐ / . I ' 驟。半球體顆粒(HSG)矽晶種19a之選擇性沉積接著在此串 裝置之第二爐管中完成，在預先清潔步驟和半球體顆粒(HSG) 長晶步驟之間並未暴露於空氣中。半球體顆粒(HSG)矽晶種 19a於溫度介於攝氏550至580度之間，壓力小於1 torr下 使用稀釋於氮氣氣體中之矽甲烷爲來源而形成。如圖9所 示，在此串裝置之第二爐管執行溫度介於攝氏550至580 度，壓力小於1. 0 torr之氮氣氣體中的褪火步驟，以將半 球體顆粒(HSG)矽晶種19a轉換成爲半球體顆粒(HSG)矽晶層 19b，形成皇冠型儲存節點電極18b »半球體顆粒(HSG)矽晶 層19b之凹面與凸面形狀是由具有約200至800埃大小顆粒 之半球體顆粒(HSG)矽晶組成。在將樣本從此串爐管中移出 後’於另一爐管中，在溫度介於攝氏800至850度之間執行 第二褪火步驟。此褪火步驟容許夾層結構之高摻雜濃度非晶 矽層向外擴散至未摻雜或低摻雜濃度之非晶矽層，因而提供 整個皇冠型儲存節點電極18b足夠的摻雜濃度，並避免當未 摻雜或低摻雜非晶矽層之摻雜濃度在半球體顆粒(HSG)矽晶 種沉積後尙未增加時，將會發生的電容空乏現象。 然後於圖10中將提出並說明具有包含半球糖顆粒(HSG) 矽晶層18b之皇冠型儲存節點電極19b的動態隨機存取記憶 館電容器結構22之完成。電容器介電質層20，例如0N0(氧 化物-氮化矽-二氧化矽)接著沉積於皇冠型儲存節點電極 19b上。0Ν0層是先開始於成長一層厚度約爲1〇至50埃的 二氧化矽層，並接著沉積一層厚度約爲10至60埃的氮化矽 層。接下來對於氮化矽層之高溫氧化導致在氧化矽上形成氧 13 本紙張尺度適用中國«家橾準（CNS ) Α4规格（210X297公釐） (請先Μ讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 線 :.^βη··.. « r 經濟部中央橾準扃貝工消f-合作社印11 A7 _ ^_B7__ 五、發明説明（観 氮矽化物層，且二氧化矽層的等效厚度約爲40至8G埃。最 後，利用低壓化學氣相沉積(LPCVD)步驟，沉積大約1000至 2000埃厚度之另一多晶矽層。此多晶矽層的摻雜是藉由添加 磷化氫到矽甲烷氣體中與沉積步驟同步完成。微影步驟與以 氯氣作爲蝕刻劑的反應性離子蝕刻(RIE)步驟接著被用產生 如圖10所示之多晶矽上層電極或平板電極21。光阻再一次 藉由氧氣電漿以及小心地濕清洗步驟去除。 雖然本發明特別揭露並描述了所選擇的實施例，熟悉本 技術的人均可明瞭任何形式或是細節上可能的變化均未脫 離本發明的精神與範圍。 (請先閲讀背面之注$項再填寫本頁) 訂 線 本纸張尺度逋用中國國家揉準（CNS > A4规格（210X297公釐）

Claims (1)

1. 經濟部中央檩窣局貝工消费合作社印1L A8 B8 C8 _______ D8 __ 六、申請專利範囷 1·—種在半導體基材上製造動態隨機存取記憶體元件之電 容器結構的方法，包括下列步驟： 提供一個下層傳輸閘電晶體，包括一位於閘極絕緣層上之 閘極結構，該閘極結構之邊牆上的絕緣體間隔，以及前述 的半導體基材未被該閘極結構覆蓋之源極與汲極區域； &一混合絕緣層中形成儲存節點接觸窗口，以露出源極區 域的上表面； 於前述的儲存節點接觸窗口中形成已摻雜多晶矽拴柱； 在厚絕緣層中形成一窗口，以露出前述的混合絕緣層部分 上表面，並露出前述的已摻雜多晶矽拴柱的上表面； 在前述的絕緣層上表面上，和前述的絕緣層中前述的窗口 的邊緣上，和前述的混合絕緣層之前述的部分上表面上， 以及露出於前述的絕緣層中前述的窗口的底部之前述的 已摻雜多晶矽拴柱的上表面上沉積一混合非晶矽層；此前 述的混合非晶砍層包括：一下層未摻雜或低摻雜濃度之非 晶矽層；一高摻雜濃度非晶矽層；以及一覆蓋之未摻雜或 低摻雜濃度之非晶矽層； 去除前述的絕緣層上表面上之前述的混合非晶矽層； 去除前述的厚絕緣層，以導致包含前述的混合非晶矽層之 垂直形狀，而前述的混合非晶矽層之前述的垂直形狀連接 至一前述的混合非晶矽之水平形狀，以及覆蓋並接觸位於 前述的已摻雜多晶矽拴柱之前述的混合非晶矽之前述的 水平形狀的皇冠型儲存節點形狀之形成，且前述的混合非 晶砍層之前述的垂直形狀和前述的水平形狀都由前述的 15 本纸浪尺度逋用t國钃家#率< CNS ) Α4规格（210X297公釐） .HI I ^^^1 an ^ In I (請先H讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 At A8 B8 C8 D8 經濟部中夫橾率局貝工消费合作社印*. 申請專利範圍 高摻雜濃度非晶矽層位於前述的覆蓋和前述的下層未摻 雜或低摻雜濃度之非晶矽層之間所組成； 於一串裝置之第一爐管中，在前述的皇冠型儲存節點形狀 之前述的未摻雜或低摻雜濃度之非晶故層露出之表面執 行一預先清潔步驟； 於前述的一串裝置之第二爐管中，在前述的皇冠型儲存節 點形狀之前述的未摻雜或低摻雜濃度之非晶矽層露出之 表面沉積半球體顆粒(HSG)矽晶種； 於前述的一串裝置之前述的第二爐管中執行第一褪火步 驟，以將前述的半球體顆粒(HSG)矽晶種轉換成爲半球體 顆粒(HSG)矽晶層； 執行第二褪火步驟，從前述的高摻雜濃度非晶矽層將摻雜 雜質分布至前述的覆蓋和前述的下層未摻雜或低摻雜濃 度之非晶矽層中，以及前述的半球體顆粒(HSG)矽晶層， 以產生由已摻雜混合非晶矽層上之前述的半球體顆粒 (HSG)矽晶層組成的皇冠型儲存節點電極； 於前述的皇冠型儲存節點電極上形成一層電容器介電 層；以及 形成前述的電容器結構之上層平板電極。 2.如申請專利範圍第1項所述之方法，其中所述的已摻雜多 晶矽栓柱是由使用低壓化學氣相沉積(LPCVD)步驟沉積大 約1000至6000埃厚度並於沉積時藉由加入砷或磷原子到 矽甲烷氣體中同步執行摻雜步驟之多晶矽層而形成，並導 致整體摻雜濃度約爲1E19至2E20 atoms/cm3的前述的多 木纸張尺度適用中國國家鏢準（CNS ) A4规格（210X297公釐） (請先H讀背面之注意事項再填寫本I) 訂 終— A8 B8 C8 D8 ""* ' .1 ' "" "* ' '"''' — I— 、申請專利範圍 晶矽拴柱。 3·如申請專利範圍第1項所述之方法，其中所述的厚絕緣層 爲二氧化矽層，是藉由低壓化學氣相沉積(LPCVD)或是電 漿增強型化學氣相沉積(PECVD)步驟，沉積大約4000至 20000埃厚度的二氧化矽層而獲得。 4. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中所述的厚絶緣層 爲硼-磷矽酸鹽玻璃(BPSG)層，是使用低壓化學氣相沉積 (LPCVD)或是電漿增強型化學氣相沉積(PECVD)步驟，沉積 大約4000至20000埃厚度。 5. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中所述的絕緣層中 之窗口是藉由使用CHF3爲蝕刻劑之非等向性反應性離子 蝕刻(RIE)步驟形成。 6. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中所述的混合非晶 矽層是由使用低壓化學氣相沉積(LPCVD)步驟沉積厚度小 於400埃，並於沉積時藉由添加磷或砷到矽甲烷或二矽甲 烷來源中同步完成摻雜步驟，以形成整體摻雜濃度約爲〇 至4E20 atoms/cm3之下層前述的未摻雜或低摻雜濃度之非 晶矽層，·使用低壓化學氣相沉積(LPCVD)步驟沉積厚度小 於1000埃，並於沉積時藉由添加磷或砷到矽甲烷或二矽 甲烷來源中同步完成摻雜步驟，以形成整體摻雜濃度高於 4E20 atoms/cm3之前述的高摻雜濃度非晶矽層；以及使用 低壓化學氣相沉積(LPCVD)步驟沉積厚度小於400埃，並 於沉積時藉由添加磷或砷到矽甲烷或二矽甲烷來源中同 步完成摻雜步驟，以形成整體摻雜濃度約爲0至4E20 17 (請先閱讀背面之注意事項再4寫本頁) 訂 線 經濟部中央標率局員工消费合作社印*. 本紙浪尺度逋用中國國家揲率（CNS ) A4规格（210X297公釐） B8 C8 —____D»_ '申請專利範園 at0®s/cm3之覆蓋之前述的未摻雜或低摻雜濃度之非晶矽 層所組成。 <請先閩讀背面之注$項再填寫本頁 7·如申請專利範圍第i項所述之方法，其中所述的非晶矽 層之混合層是使用化學機械研磨步驟從前述的絕緣層上 表面去除》 8.如申請專利範圍第1項所述之方法，其中所述的厚絕緣層 是使用氫氟酸溶液或是氟化氫蒸氣加或不加水蒸氣而去 除。 訂 9·如申請專利範圍第1項所述之方法，其中所述的預先清潔 是於前述的一串裝置之前述的第一爐管中，在溫度介於攝 氏20至30度，壓力介於1〇至20 torr間，使用氟化氫 蒸氣而執行。 -線、；· 10. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中所述的半球體 顆粒(HSG)矽晶種是於前述的一串裝置之前述的第二爐 管中，於溫度介於攝氏550至580度之間，壓力小於1 torr下之氮氣氣體中使用矽甲院爲來源而形成。 經濟部t央樣率局貝工消费合作社印簟 11. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中所述的半球體 顆粒(HSG)矽晶層是藉由執行於前述的一串裝置之前述 的第二爐管中，溫度爲攝氏550至580度之間的前述的 褪火步騍，從半球體顆粒(HSG)矽晶種而形成。 12·如申請專利範圍第1項所述之方法，其中所述的半球體 顆粒(HSG)矽晶層之顆粒大小約200至800埃。 13.如申請專利範圍第1項所述之方法，其中所述的電容器 介電層爲0N0(氧化物-氮化矽-二氧化矽），具有4〇至80 18 本纸浪尺度逋用中國家樣率（CNS ) A4规格（210X297公釐） 鳗濟部t央樣率扃薦工洧费合作社印«. A8 B8 C8 _ D8 __ 六、申請專利範圍 埃之等效二氧化矽層的厚度，是先藉由高溫氧化以形成 厚度約爲10至50埃的二氧化矽層，接著沉積一層厚度 約爲10至60埃的氮化矽層，並將前述的氮化矽層高溫 氧化以產生在下方前述的二氧化矽層上的氧氮矽化物 層。 14. 一種在半導體基材上製造動態隨機存取記憶體元件之皇 冠型儲存節點電極之方法，並具備一預先清潔步驟，以 及接著在皇冠型儲存節點形狀之低摻雜濃度表面上形成 半球體顆粒(HSG)矽晶層之前所執行的在相同位置之半 球體顆粒(HSG)矽晶種沉積方法包括下列步驟： 於前述的半導體基材上提供一個下層傳輸閘電晶體，包 括一位於二氧化矽閘極絕緣層上之多晶矽閘極結構和前 述的閘極結構之邊牆上的絕緣體間隔，以及前述的半導 體基材未被前述的多晶砂閘極結構覆蓋之源極與汲極區 域； 沉積由一下層二氧化矽層和一覆蓋之氮化矽層組成之混 合絕緣層； 在前述的混合絕緣層中形成儲存節點接觸窗α，以露出 前述的源極與汲極區域之源極區域的上表面； 沉積一已摻雜多晶矽層，並完全填滿前述的儲存節點接 觸窗口； 從前述的混合絕緣層上表面去除前述的已摻雜多晶矽 層，以於前述的餾存節點接觸窗口中形成已摻雜多晶矽 拴柱ί 19 _ 本纸張尺度逋用中國國家槺準（CNS ) Α4規格（210X297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再*寫本貰) ,ΤΓ 線 A8 B8 C8 D8 申請專利範圍 沉積一厚絕緣層； 在前述的厚絕緣層中形成一窗口，以露出前述的已摻雜 多晶矽拴柱的上表面，並露出做爲前述的混合絕緣層之 覆蓋層的氮化矽層之部分上表面； 沉積第一低摻雜濃度或未摻雜非晶矽層於前述的厚絕緣 層上層表面上，和前述的厚絕緣層中前述的窗口內露出 之前述的厚絕緣層邊牆上，和露出於前述的厚絕緣層中 前述的窗口的底部之前述的已摻雜多晶矽拴柱的上表面 上，以及前述的混合絕緣層之部分上表面上； 在前述的第一低摻雜濃度非晶矽層上沉積高摻雜濃度非 晶矽層； 訂 在前述的高摻雜濃度非晶矽層上沉積第二低摻雜濃度非 晶矽層； 線 從前述的厚絕緣層上層表面上去除前述的第二低慘雜濃 度非晶矽層、前述的高摻雜濃度非晶矽層，以及前述的 第一低摻雜濃度非晶矽層； 經濟部中央橾隼局貝工消费合作社印Λ 從前述的混合絕緣層上表面去除前述的厚絕緣層，以導 致包含兩個連接至混合非晶矽水平形狀的混合非晶矽垂 直形狀，以及覆蓋並接觸位於前述的已摻雜多晶矽拴柱 之前述的混合非晶矽水平形狀的皇冠型儲存節點形狀， 且前述的混合非晶矽垂直形狀和前述的混合非晶矽水平 形狀都由前述的高摻雜濃度非晶矽層夾於前述的第一低 摻雜濃度非晶矽層和前述的第二低摻雜濃度非晶矽層之 間所組成； 20 本纸張尺度遒用中國國家椹準（CNS > Α4Λ#· ( 210X297公釐） A8 B8 C8 D8 - —^_____ — .·-· >»：=- — 六、申請專利範園 於一串裝置之第一爐管中，執行一氟化氫蒸氣預先清潔 J±L|QB · (請先閱讀背面之注$項再填寫 麥膝， 於前述的一串裝置之第二爐管中，在前述的皇冠型儲存 節點形狀之低摻雜濃度非晶矽露出之表面上選擇性沉積 半球體顆粒(HSG)矽晶種； 於前述的一串裝置之前述的第二爐管中執行第一褪火步 驟，以將前述的半球體顆粒(HSG)矽晶種轉換成爲半球體 顆粒(HSG)矽晶層； 訂 執行第二褪火步驟，從前述的高摻雜濃度非晶矽層將摻 雜雜質分布至前述的第一低摻雜濃度之非晶矽層中和前 述的第二低摻雜濃度之非晶矽層中，以產生由已摻雜混 合非晶矽層上之前述的半球體顆粒(HSG)矽晶層組成的 皇冠型儲存節點電極； 於前述的皇冠型儲存節點電極上形成一層電容器介電 層； 線 沉積一多晶矽層；以及 鼷樣化前述的多晶矽層以形成前述的動態隨機存取記憶 體電容器結構之多晶矽上層電極。 經濟部中央橾率局負工消费合作社印装 15.如申請專利範圍第14項所述之方法，其中所述的混合絕 緣層包括藉由低壓化學氣相沉積(LPCVD)或是電漿增強 型化學氣相沉積(PECVD)步驟，沉積大約1000至5000埃 厚度之二氧化矽或是硼-磷矽酸鹽坡璃(BPSG)的下層，並 包括藉由低壓化學氣相沉積(LPCVD)或是電漿增強型化 學氣相沉積(PECVD)步驟，沉積大約50至1000埃厚度的 本纸張尺度適用中•國家雄率（CNS ) A4规格（2丨OK297公釐） A8 B8 C8 D8 經濟部中央橾隼局工消费合作社印氧 六、申請專利範圍 氣化砍之覆蓋層。 16. 如申請專利範圍第Η項所述之方法，其中所述的已慘雜 多晶矽層是用來做爲前述的多晶矽拴柱，是由使用低壓 化學氣相沉積(LPCVD)步驟沉積大約1000至6000埃厚度 並於沉積時藉由加入砷或磷原子到矽甲烷氣體中同步執 行摻雜步驟之多晶矽層而形成，並導致整體摻雜濃度約 爲1E19至2E20 atoms/cm3的前述的已摻雜多晶矽層。 17. 如申請專利範圍第14項所述之方法，其中所述的厚絕緣 層爲二氧化矽層，是藉由低壓化學氣相沉積(LPCVD)或是 電漿增強型化學氣相沉積(PECVD)步驟，沉積大約4000 至20000埃厚度的二氧化矽層而獲得。 18. 如申請專利範圍第14項所述之方法，其中所述的厚絕緣 層爲硼-磷矽酸鹽玻璃(BPSG)層，是使用低壓化學氣相沉 積(LPCVD)或是電衆增強型化學氣相沉積(PECVD)步驟， 沉積大約4000至20G0Q埃厚度。 19. 如申請專利範圍第14項所述之方法，其中所述的前述的 厚絕緣層中之窗口是藉由使用CHF3爲触刻劑之非等向性 反應性離子蝕刻(RIE)步驟形成。 20. 如申請專利範圍第14項所述之方法，其中所述的第一低 摻雜濃度或未摻雜非晶矽層是使用低壓化學氣相沉積 (LPCVD)步驟沉積厚度小於400埃，並於沉積時藉由添加 磷或砷到矽甲焼或二矽甲烷來源中同步完成摻雜步驟， 以形成整體摻雜濃度約爲0至4E20 atoms/cm3之前述的 未摻雜或低摻雜濃度之非晶矽層。 --j--------旁-- r 請，先聞讀背面之注意事項再填^^Jr) K 本紙張尺度適用中圃B家槺準（CNS > A4规格（210X297公釐） 鍾濟部中夫檬率扃員工消费含作社印策 A8 B8 C8 D8 六'申請專利範圍 21. 如申請專利範圍第14項所述之方法，其中所述的高慘雜 濃度非晶矽層是使用低壓化學氣相沉積(LPCVD)步驟沉 積厚度小於1000埃，並於沉積時藉由添加磷或砷到矽甲 烷或二矽甲烷來源中同步完成摻雜步驟而獲得，以形成 整體摻雜濃度高於4E20 atoms/cm3之前述的高摻雜濃度 非晶矽層。 22. 如申請專利範圍第14項所述之方法，其中所述的第二低 摻雜濃度或未摻雜非晶矽層是使用低壓化學氣相沉積 (LPCVD)步驟沉積厚度小於400埃，並於沉積時藉由添加 磷或砷到矽甲烷或二矽甲烷來源中同步完成摻雜步驟， 以形成整體摻雜濃度約爲0至4E20 atoms/cm3之前述的 未摻雜或低摻雜濃度之非晶矽層。 23. 如申請專利範圍第14項所述之方法，其中所述的厚絕緣 層是使用氫氟酸溶液或是氟化氫蒸氣加或不加水蒸氣而 去除。 24. 如申請專利範圍第14項所述之方法，其中所述的氟化氫 蒸氣預先清潔步驟是於前述的一串裝置之前述的第一爐 管中，在溫度介於攝氏20至30度，壓力介於10至20 torr 間，使用氟化氫蒸氣而執行。 25. 如申請專利範圍第14項所述之方法，其中所述的半球體 顆粒(HSG)矽晶種是於前述的一串裝置之前述的第二爐 管中，於溫度介於攝氏550至580度之間，壓力小於1 torr下之氮氣氣體中使用矽甲烷或二矽甲烷爲來源而形 成。 (請先《讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂---- 線 本·纸浪尺度逋用肀_國家梯準（CNS ) A4規格（210X297公釐） 經濟部中央揉辛局負工消费合作社印策 B8 C8 ______ D8 申請專利範圍 26.如申請專利範圍第丨4項所述之方法，其中所述的半球體 顆粒(HSG)矽晶層是藉由於前述的一串裝置之前述的第 二爐管中’在溫度爲攝氏550至580度之間的氮氣氣體 中執行前述的第一褪火步驟，從半球體顆粒(HSG)矽晶種 而形成。 21如申請專利範圍第η項所述之方法，其中所述的半球體 顆粒(HSG)矽晶層包含之顆粒大小約200至800埃。 24 (請先H讀背面之注意事項再填寫本頁)

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