A7 B7 經濟部中央橾準局貝工消費合作社印製 五、發明説明（1 ) 發明背景 本發明有關一種半導體元件的製造方法。詳言之，為 有有關於一種非晶矽薄膜的製造方法：其令使用矽烧和乙 矽烷氣體來形成非晶矽薄膜以避免空隙的產生，並在整個 外晶矽薄膜的表面上形成均勻的半球狀晶粒（HSG)多晶砂 ;亦有關於使用其之製造電容儲存電極的製造方法。 一動態隨機存取記憶體（DRAM)包括由一電容器和一 電晶體構成的記憶單元。用於儲存資訊的電容器對dram 元件是非常重要的。然而’需要一個大於預定量的電荷來 區分資訊’所以，應把一個大於預定水準的電荷供應至電 1容器内。電容器的電荷Q可藉由其電容C和操作電壓v相 乘決定。然而，最近操作電壓降的愈來愈多。因此，為了 得到一個較大的電荷，必需提高電容c。 提高電容C可藉由：1)増加電容器的有效面積，2)使 用較高傳導係數的介質，和3)減少介質的厚度。隨著DRAM 元件的集成增加，電容器的面積變小了。所以，為了形成 適合用於高度積體DRAM元件的電容器，擴大儲存電極的 表面積是必需的。為了擴大儲存電極的表面積，目前已提 供了一種來形成二度空間的電極結構之結構方法和一種在 儲存電極的表面形成HSG-矽的物質性質轉換的方法。 就形成HSG多晶矽的方法而言，採用一種當非晶矽相 變態至多晶矽時產生的特殊物理現象。當非晶矽沉積在基 板上’接著加熱基板，此時非晶矽會形成小的半球狀晶粒 ’因此相變態至具有不規則表面的中間多晶矽，經由相變 (請先閲讀背面之注項再填寫本頁) 〇 裝· 訂 本紙張尺度賴巾®®家橾準（CNS )八4祕（21Gx]97公釐） -4- A7 B7 經濟部中央標準局員工消费合作社印裝 五、發明説明（2) 態產生的不規則表面具有乎坦表面二至三倍的表面積。 在下面將描述使用形成HSG多晶矽的方法之儲存電極 製造方法。 參照第1圓，一場氧化物膜12在半導體基板1〇上形成 ，.接著一閘極絕緣膜14和一閘極電極16依序在作用區形成 ’再摻入雜質來形成雜質區17。按著，第一絕緣膜18形成 在上述結構的整個表面上形成，接著用來暴露雜質區17的 第一接觸孔19在第一絕緣膜18中形成。在第一接觸孔19中 填入導電膜，然後導電膜以預定的厚度在第一絕緣膜18上 形成。傳導膜圓樣化’因此來形成數元線20。接著，第二 絕緣膜22在上述結構的整個表面上形成，其中形成數元線 20。而後，形成第二接觸孔23以連結雜質區17至在後續製 程中形成的儲存電極。 參照第2圖，在第二接觸孔23中填入矽膜後，矽膜以 預定的厚度形成在第二絕緣膜22上。使用含有矽烷做為來 源氣體的氣體形成矽膜24。接著，在矽膜24上形成圖樣， 因此形成如第3圖所示的儲存電極圊樣24A。接著將所形 成的結構熱處理，因此在如第4闽所示的儲存電極圓樣24A 之表面形成HSG多晶珍26。 然而，就使用矽烷做為含矽烷的氣體形成矽膜24的例 子而言，膜的形成速度非常慢，而且矽烷會與就地摻雜的 摻雜氣體競爭沉積位置。因為膜的形成速度會依注入的摻 雜氣體比例做大幅度的改變，因此膜的厚度並不容易控制 。更則，製程溫度很高，因為在形成HSG多晶矽的熱處理 (請先閲讀背面之注^|^項再填寫本頁)
*1T Η旅 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210X297公釐） 經濟部中央標準局員工消费合作社印装 A7 -_______B7 五、發明説明（3 ) 中，侖存電極圓樣24A的預定區域會部分結晶，非晶質矽
變成部分結晶矽的結晶核，因此阻止在儲存電極圖樣24A 的整個表面上均勻結晶及成長HSG多晶矽26的步驟。因此 ’如第4囷及第5圖的每個區域A所示，一種先的缺陷形成 '其中在某些區域HSG多晶矽不能形成在儲存電極囷樣的 表面上。 同時，就在具很大階梯的部分形成矽膜24的例子而言 ’如使用乙矽烷製做的電容器在數元線上（C0B)的結構其 儲存電極之接觸孔，矽膜具有60百分比或較少的步階覆蓋 率。所以，如第6圖之B部分中所示，空隙的產生破壞了 矽膜的可靠度。 發明的摘要 所以，本發明的一目的在於提供一種製造電容器的方 法，其中利用矽烷或乙矽烷來形成非晶矽膜，因此避免空 隙的產生並在整個產生的結構的表面上形成均勻的HSG多 晶碎。 本發明的另一目的在於提供一種製造電容器的方法， 其中HSG多晶矽均勻的形成在電容儲存電極表面上。 為了達成本發明的第一目的，在此提供了一種製造非 晶矽膜的方法，其包括步驟：a)使用矽烷做來源氣體形成 第一非晶矽膜；和b)使用乙矽烷做為來源氣體在第一非晶 矽膜上形成第二非晶矽膜。 以步播a)在490-560eC操作及步驟b)在480-560eC中操 作是較佳。較佳的是，矽烷及乙矽烷分別係就地與一摻雜 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210x297公釐） ------:--.—/—裝-- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 .H旅 -6 - 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 A7 B7五、發明説明（4 ) 氣體相摻雜，俾形成經摻雜的第一和第二非晶矽膜，該摻 雜氣體係由包括三氫化磷、稀釋的三氫化磷、三氫化砷、 稀釋約二氫化砷、反稀釋的硼組成的組群中選出者。 為了達成本發明的第二目的，在此提供了一種製造非 晶矽膜的方法，其中非晶矽膜形成在半導體基板，包括了 注入矽烷和乙矽烷混合氣體來形成非晶矽膜的步驟。 較佳的是，混合氣體在480-560°C注入且矽烷對乙矽 烷的比例在2:1至100:1。較佳的亦是，混合氣體就地與一 摻雜氣體相摻雜，俾形成經摻雜非晶矽膜，該摻雜氣體係 選自由包括三氫化磷、稀釋的三氫化磷、三氫化砷、稀釋 的三氫化砷、及稀釋的硼組成的組群中者》 為了達成本發明的第二目的，在此提供了一種製造半 導體電容器的方法，其包括步驟：a)形成用來暴露形成在 半導體基板上的電介質間膜中的電晶體之雜質區的接觸孔 ;b)使用矽烷做為來源氣體形成來填充接觸孔的第一非晶 矽膜；c)在第一非晶矽膜上使用乙矽烷做烏來源氣體形成 第二非晶矽膜；d)圖樣化第一和第二非晶矽膜成儲存電極 的圊樣；和e)在儲存電極的圖樣上形成半球狀晶粒（HSG) 多晶矽。 第一非晶矽膜的厚度在500-3000 A及第二非晶矽膜的 厚度在1000-10000人是較佳的。 步驟e)藉由其中儲存電極圖樣在非常低的壓力下退火 的方法執行和步驟e)在非晶矽相變態至多晶矽的溫度下藉 由化學氣相沉積一選自包括矽烷和乙矽烷的組群中者在儲 ---------裝-- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)
,1T 本紙張尺度適用中國國家標隼（CNS ) Α4規格（210Χ297公釐） -7- 經濟部中央標準局貝工消費合作社印裝 A7 B7 五、發明説明（5〉 存電極圖樣上來執行是更為合宜的》 在步驟a)之前進一步包含將在電介質膜下形成數元線 的步驟亦非常適合。 依據本發明，可以預防在接觸孔中或在具有很大階梯 的部分之非晶矽膜中形成空隙，因此增加非晶矽膜的可靠 度。同時，不會產生局部結晶且增加其形成速度，因此避 免在某些區域HSG多晶矽不能局部形成之禿的缺陷，更則 ，就製造電容器而言，可以形成沒有缺陷的具最大表面積 的儲存電極，因此增加了電容。 圓式簡單說明 參照附圖’藉由詳細描述一較佳實施例，本發明前述 的目的和優點將變更顯見。其中： 第1圖至第4圓為一種傳統儲存電極的製造方法之斷卸 圃| 第5圖為使用砍就做為來派氣體所形減儲存電部 之掃描式電子顯微鏡（SEM)的照片； 第6圓為使用乙矽烷做為來源氣難所形成儲存電極的 斷面囷之SEM照片； 第7圖至第9圈為斷面圖，其顯示依本發明藉由依序注 入矽院及乙來烷形成，儲存電教的方法； 第10圓至第11圖為橫.斷面’其崎声〜依.....本發％藉.由注入.. ,梦稼及乙碎炫的_谋•合氣嫌形―威儲—存—電極的方法； 第12圓為依第一實妹所形成的儲寺電板的斷面之 照片； 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS > A4規格（210X297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本萸) -裝· 訂 經濟部中央標準局員工消費合作社印装 A7 B7五、發明説明（6 ) 第13圖為依第-實例所形成的儲存電極頂部之厕照 片； 第14圖為依第二寶.例所形成的儲存電極的斷面之讀 照片；和 第15圖為依第二发例所形成的儲存電極頂部之SBM照 片。 本發明的詳細描述 參照第7圖，一場氧化物膜102在半導體基板1〇〇上形 成，接著一閘極絕緣膜104和一閘極電極106依序在作用區 形成’再摻入雜質來形成雜質區107»接著，第一絕緣膜1〇8 形成在上述結果結構的整個表面上，然後用來暴露雜質區 107的第一接觸孔109在第一絕緣膜1〇8中形成。在第一接 觸孔中填入導電膜後，導電膜以預定的厚度在第一絕緣膜 上形成。傳導膜接著圖樣化，因此來形成數元線110。接 著，第二絕緣膜112在上迷結果結構的整個表面上形成， 其中數元線110已形成。而後，形成第二接觸孔113來連結 雜質區107至在後續製程中形成的儲存電極。 如第8圖所示，使用矽烷做為來源氣體形成來填充第 二接觸孔113的第一非晶矽膜114。在第一非晶矽膜114上 使用乙矽烷做為來源氣體形成第二非晶矽膜116。第一和 第二非晶矽膜114及116使用CVD法就地形成，其中第一 非晶矽膜114在490-560°C形成及第二非晶矽膜116在480-560°C形成是較佳的。第一非晶矽膜114的厚度在500-3000 人及第二非晶矽膜116的厚度在1000-10000 A是較佳的。 -----------y—裝-- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 .7線 - 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（21〇Χ297公t ) -9- A7 B7 經濟部中央標準局貝工消费合作社印製 五、發明説明（7 ) 同時，矽烷或乙矽烷各別的與摻雜氣體就地摻雜來形成摻 雜的第一和第二非晶矽臈114及116。在此，就地摻雜氣體 為使用三氫化磷、稀釋的三氫化磷、三氩化砷、稀釋的三 氩化珅、及稀釋的蝴組成的組群中的一種是較佳的。 •接著，第一和第二非晶矽膜114及116使用光學印刷術 來闽樣化’因此形成儲存電極圖樣114人及116人。接著HSG 多晶矽118在儲存電極圖樣ι14Α及Π6Α上形成。HSG多晶 砂118的形成可藉由儲存電極圖樣114A及116A在非常低的 壓力下熱處理而免於天然氧化物膜的方法或一種包括下列 步称的方法’其包括：a)在非晶矽相變態至多晶矽的溫度 下藉由化學氣相沉積矽烷或乙矽烷在儲存電極圖樣U4A 及116A上’因此在儲存電極圓樣114a及i16A上形成HSG 多晶矽的結晶核和b)熱處理此形成HSG多晶矽的結晶核的 結果結構。 依據本發明，接觸孔113由矽烷填充，其在非晶矽膜 形成時不會產生空隙；接著大部分的儲存電極圖樣為乙矽 烷形成’如此膜的形成速度且不會受摻雜氣體的改變，同 時不會產生局部結晶。因此，因為在接觸孔中不會形成空 隙，所以增加了非晶矽膜的可靠度。同時，因為不會產生 局部結晶，所以不會產生一種禿的缺陷形成，其中HSG多 晶矽不能形成。 參照第10圓，具有第二接觸孔113的基板110藉由形成 第7圖相同的方法形成。其中矽烷氣流量為lOO-lOOOsccm 及乙矽烷的流量l-100sccm，用以獲得矽烷對乙矽烷的混 ------Γ--^-- (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 、言 Τ
本紙張尺度遑用中國國家標準（CNS ) A4规格（210X297公釐〉 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 A7 B7五、發明説明（8 ) 合比例在2:1至100:1 »因此，接觸孔113中填入非晶矽膜 後，非晶矽膜120以預定的厚度在絕緣膜112上形成，接觸 孔113在其中形成。在480-560°(：形成3000-15000人的非晶 矽膜120是比較佳的。在此，摻雜氣體使用三氫化磷、稀 釋的三氫化磷、三氫化砷、稀釋的三氫化砷、反稀釋的硼 組成的組群中的一種是較佳的， 如第11圖所示，非晶矽膜120圖樣化，因此形成緒存 電極圖樣120A。接著HSG多晶矽122在儲存電極圖樣120A 上形成。HSG多晶矽122的形成可藉由儲存電極圖樣120A 在非常低的壓力下熱處理而其天然氧化物膜的方法或一種 包括下列步驟的方法，其包括：a)在非晶矽相變態至多晶 矽的溫度下藉由化學氣相沉積矽烷或乙矽烷在儲存電極圖 樣120A上，因此在儲存電極圖樣120A上形成HSG多晶矽 的結晶核和b)熱處理此形成HSG多晶矽的結晶核的結果結 構。 依據本發明，控制矽烷和乙矽烷的流量，因此提升沉 積非晶矽膜的步階覆率並在非晶矽膜表面形成均勻的HSG 多晶矽。這是因為如下的理由。一般地，就使用矽烷為來 源氣體沉積的非晶矽膜而言，沉積的非晶矽膜具有90百分 比或更高的步階覆蓋率。而就使用乙矽烷為來源氣體沉積 的非晶矽膜而言，沉積的非晶矽膜具有60百分比的步階覆 蓋率。因此，為了在接觸孔中形成非晶矽膜，也就是說， 為了提升步階覆蓋率，矽烷的流量應提高；而為了形成讓 HSG多晶矽長在上面的非晶矽膜，乙矽烷的流量應提高。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -裝· 訂 本紙張尺度適用中國國家梂準（CNS ) A4規格（210X297公釐） -11 - 經濟部中央標準局貝工消費合作社印製 A7 ____B7 _ 五、發明説明（9 ) 因此，在填充接觸孔時不會在非晶矽膜之中形成空隙’且 HSG多晶矽均勻的形成在儲存電極的表面上。更則，就製 造電容器而言，可以形成沒有缺陷的具最大表面積的儲存 電極，因此增加了電容。 本發明不僅限於所示的實施例是必須被了解的，並且 熟悉該項技藝人士可能在本發明領域範圍做許多改變及修 改也必須被了解。 實施例1 依傳統製程形成用來連結一儲存電極至一電晶體的雜 質區之接觸孔。接著在510°C及0.8托耳下將矽烷注入沉積 室中，因此用第一非晶矽膜填充接觸孔，再接著將具有2〇〇〇 A厚度的第一非晶矽膜在已形成接觸孔的絕緣膜上形成。 在此，矽烷與三氫化磷、稀釋的三氫化磷、三氫化砷、稀 釋的三氩化神、及稀釋的蝴組成的組群中之一種摻雜氣體 就地摻雜來形成摻雜的第一非晶矽膜。接著在溫度及壓力 分別為510 C及0.8托耳的製程條件下將乙石夕烧注入沉積室 中，因此將具有6000A厚度的第二非晶矽膜形成在第一非 晶矽膜上。就注入乙矽烷而言，同時注入摻雜氣體來形成 摻雜的第二非晶矽膜。接著，將第一及第二非晶矽膜圖樣 化，因此形成儲存電極圓樣。接著，在温度及壓力分別為 750°C及1〇·7托耳的CVD沉積室中，置入已形成儲存電極電 容的半導體基板並注入18sccm約二矽烷體，因此形成hsg 多晶矽結晶核。沉積室的製程條件改為76〇它及1〇.7托耳， 來熱處理己形成HSG多晶石夕結晶核的所得結構。熱處理後 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝·
、1T
•12- 經濟部中央梯準局貝工消费合作社印家 A7 ~一_____B7 五、發明説明（10 ) '一-一 - 所得的結果為HSG多㈣形成在财電極圖樣上。 如第12及13囷所不，接觸孔中並未蓋生空隙，且HSG 多晶矽儲存電極表面上均勻的形成。 實施例2 依傳第-實例中相同的方法形成用來連接一儲存電極 至電晶艘的雜質區之接觸孔。按著在溫度51〇<>c及愿力 〇.5托耳的沉積室中，注入4〇〇sccm的矽烷和7〇sccm的乙矽 燒以獲得混合氣雜中石夕燒和乙石夕燒的比例為4〇:7。因此， 用非晶矽膜填充接觸孔，再接著將具有8〇〇〇人厚度的非晶 矽膜在已形成接觸孔的絕緣膜上形成。更則，HSG多晶石夕 藉由如第一實施例中的後續方法在儲存電極圖樣上形成。 如第14及15圖所示，接觸孔中並未產生空隙，且hSG 多晶矽在儲存電極表面上均勻的形成。 如上所述’依本發明之非晶矽薄膜的製造方法和使用 相同技術的一種電容之儲存電極的製造方法，矽烷（當形 成非晶矽膜時其中不會產生空隙）及乙矽烷（其中膜的形成 速度較高且不受摻雜雜質改變，更則當形成非晶矽膜時不 會產生局部結晶）二者依序注入或以混合氣注入來形成非 晶矽膜。因此，可避免在接觸孔中或在半導體基板具有大 的階梯部分產生空隙，所以增加了非晶矽膜的可靠度。更 則，因為不會產生局部結晶並且膜的形成速度提高了，所 以避免產生一種禿的缺陷，其中有些地區HSG多晶矽不能 局部形成。更則，就製造電容器而言，可以形成沒有缺陷 的具最大表面積的儲存電極，因此增加了電容。 本紙張尺度適用中國國家梂準（CNS ) A4規格（210X297公釐〉 -13- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -裝_ 訂 厂線 A7 B7 五、發明説明（11 ) 10...半導體基板 元件標號對照 106...閘極電極 12…場氧化膜 107...雜質區 14...閘極絕緣膜 108…第一絕緣膜 16...閘極電極 109…第一接觸孔 17...雜質區 110...數元線 18…第一絕緣膜 112…第二絕緣膜 19…第一接觸孔 113…第二接觸孔 20…數元線 114...第一非晶矽膜 22...第二絕緣膜 114Α...儲存電極圖樣 23…第二接觸孔 116...第二非晶矽膜 24...非晶矽膜 116Α...儲存電極圖樣 24Α...儲存電極圖樣 120...非晶矽膜 100...半導體基板 120Α,..儲存電極圖樣 102...場氧化膜 122...HSG多晶矽 104...閘極絕緣膜 (請先聞讀背面之注意事項界填寫本頁) -裝.
、1T 铼 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210Χ297公釐） -14-