TW396610B - A capacitor formed by high dielectric constant stuff - Google Patents

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Kyu-Hwan Jang
Jae-Inh Song
Chang-Lyong Song
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Description

41 79pif.doc/〇〇8 A7 B7 η ^r* i') 'η Hi f: 合 印 五、發明説明（/ ) 發明領域 本發明是有關於一種半導體製造技術，且特別是有關 於—'種形成存儲胞電容器（Storage Cell Capactiors)的製造 方法’應用於動態隨機存取記憶體(Dynamic Random Access Memory，DRAM)中。 發明說明 當記憶體元件變得愈來愈細密(Dense)，減小電路組件 的尺寸是很重要的。一種方法可以保持動態隨機存取記憶 體元件的存儲電容器’及減少它的尺寸，是增加存儲胞電 容器的介電質層（Dielectric Layer)之介電常數（Dielectric Constant)。爲了達到電荷存儲效率在256Mb(Megabit)的記 憶裝置及以上，材料具有一高介電常數，典型的是介電常 數大於50，可以被用來當作介電質層，此介電質層在存儲 節點電極(Storage Node Electrode)(即下電容器電極(Lower Capacitor Electrode))與元件平板電容器電極（CeU plate Capacitor Electrode)(即上電容器電極（upper Capacitor Electrode))之間。介電常數是—材料的特性値，其與可被 儲存在材料中的電荷量成正比，當它被置於兩電極之間。 許多高介電常數材料特別是(Ba、Sr)Ti03 [BST]材料主要 用於半導體電路元件（具有高積集度）中。因爲BST膜可具 有高介電常數約在200〜300之間，依照其製程而定，電容 器使用BST膜可得到一想要的電容値（CapacUance Value)，不管是構建當作簡化的電容器構造。 不幸的’BST膜與現存的製程並不相容(IncompaUble)， 本紙张尺度诚州屮闺彳（（’N‘S ) Λ4現招（210X297公嫠） (对先閱讀背而之注意事項再蛾寫本頁)
'1T r 4 1 79Pit'.d〇c/008 A7 B7 五、發明説明（>) 且不能簡單地被沉積在多晶矽電極上，當與低介電常數材 料例如爲氮化政（Si3N4)和氧化矽/氮化矽（si〇2/Si3N4)複合 材料比較時。此不相容性是富氧的結果，出現在高介電常 數材料沉積或在回火步驟時。此氧氣氧化部分的材料先前 用來當作存儲節點平板（St〇rage Node Plate)。電容器也使 用先前的材料進行物理性裂解在熱週期（Thermal Cycles) 時’由於元件平板材料(Cen Plate Material)的擴散到介電 質中。 在存儲胞電容器倂入BST，一些問題被解決。存儲節 點電極典型的包括一鉑金屬層在—反應性阻障層（Barrier Layer)上’其依序地在—多晶砂插塞(piug)上。鉑被用來當 作第一電極的上部’因爲它不會氧化在一 BST沉積或後續 回火時。一電極被氧化，會有一低介電常數的膜在BST之 下’藉以否定經由高介電常數材料所提供的優點。反應性 阻障層爲氮化鈦(Titanium Nitride)、钽(Tantalum)等。反應 丨生阻P早層被導入以避免砂和齡的內擴散（Inter-diffusion)， 及防止在鈿的表面上形成氧化矽（Si〇2 )。另外，反應性阻 障層保護上表面’由此免於在BST沉積時的強氧化條件。 第1圖繪示相關習知之堆積存儲節點電極，包括反應性阻 障層1例如爲氮化鈦、組或類似材料，鉑存儲節點電極 2(Ta/Pt)在多晶矽插塞3上。 然而’反應性阻障層1的側壁(Sidewall)4形成在此製 程中，遭受氧化在後續BST層的沉積中（第1圖中未標示）。 因反應性阻障層1氧化’多晶矽插塞3也容許被氧化。當 5 ϋHi!家摞今((，NS ) Λ4規格(210X 2974^ (对先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂
V 41 79pif.doc/008 A7 B7 __ 五、發明説明（》） 部分的多晶矽插塞3和反應性阻障層〗由氧化而被消耗， 存儲胞電容器的電容減少，因存儲節點電極被部分覆蓋， 以一低介電常數的膜，其形成是由於存儲節點電極的部分 氧化。電谷減少’導致遺漏電流(Leakage Current)增加。 另外’在高介電常數材料沉積或在回火步驟中，氧氣 從邊界層中透過進入鉑存儲節點電極2,藉以氧化多晶矽 插塞3的表面，且鉑本身和多晶矽反應，藉以形成一金屬 矽化物(Silicide)複合膜在此之間。 再者’存儲節點接觸電阻(Contact Resistance)激烈地 增加在多晶矽插塞3和反應阻障層1之間，結果造成反應 阻障層的裂解’在沉積BST和其他高介電常數材料時。 依序地，如第1B圖所示，一 BST材料薄膜6被提供 在鉑金屬層上’及最後的元件平板電容器電極當作上電容 器電極被形成，在BST膜6上。結果，習知技藝的存儲胞 電容器被完全製造。 在第1B圖中，所說明的電容器結構是想要的埋想， 雖然在製程中，實際上不會產生。明確地且參照第1C圖， 反應阻障層1的側壁4被氧化，藉以形成楔形氧化層 (Wedge-shape Oxide Layer)8。在楔形氧化層8的地方，實 際上會產生應力和龜裂。 因此，使一反應阻障層的部分氧化最小化及減少在一 多晶矽層和一反應阻障層之間的接觸電阻的製程被揭示在 美國專利第538〗3〇2號中。在此製程中，如第2圖所示， 存儲胞電容器以一存儲節點電極爲特徵，此存儲節點電極 6 —~ - _ 本紙张尺度域川+阄躞系摞呤（（·Ν!5 ) Λ4ί兄梢(210X297公笫) ' — ---- (邻先閱讀背而之注項再填寫本頁) ,1Τ
I A7 B7 4179pif.doc/008 五、發明説明（f) 具有一反應阻障層可阻止原子的擴散。反應阻障層可以是 氮化鈦或其他材料，可阻止矽擴散。反應阻障層介入在一 導電性插塞（Conductive Plug)l3與一非氧化導電性材料 (Non-oxidizing Material)12 之間例如鉑。一介電層 (Dielectric Layei*)17典型的如BST，被沉積在非氧化導電 性材料12上。反應阻障層其側面被一絕緣層（insuiating Layer)15所包圍。反應阻障層包括兩層：一第一阻障層16 例如鈦金屬矽化物（Titanium Silicide)和一第二阻障層u 例如氮化鈦。 習知技藝電容器的形成方法，在第2圖中說明，可防 止楔形氧化層被形成，在BST沉積時或後續回火時，如第 1 C圖所示，但是有另外的新問題產生。因鉑層12被定義 僅以一乾蝕刻製程使用一電極形成光罩，當被蝕刻時。第 2圖的方法和第1A圖至第1C圖所說明的方法不能被應用 於製造半導體記億體元件，此半導體記憶體元件有小設計 規則（Small Design Rule)與高積集度。形成鉑電容器電極 的方法在第3A圖至第3C圖中被說明。 參照第3A圖，以一 TiN材料層23爲例，此bn材 料層23被提供在一導電性插塞21上，此導電性插塞21 以一絕緣層22被定義在一半導體基底20上。鉑層24被 提供在TiN層23上當作一反應阻障層，及一光阻光罩 (Photoresist Mask)26被提供在鉑層24上，以致於形成— 低電容器電極。後續地，當一使用光罩26的乾蝕刻製程 被執行以得到鉛層24的圖案(Pattern)，一部分的被濺擊鉑 7 尺 H 川 <'NS )八4賴（210X297^« ) —' (誚先閱讀背面之注意事項再填寫本頁}
、1T 4i79pif.doc/008 A7 _____________B7 五、發明説明（t ) 粒子黏著在光罩26的側壁上’及光罩26有〜輪廓，如第 3B圖所示。從第3B圖顯然可見，因被濺擊的鉑粒子28 黏著在光罩側壁的較低部份比黏著在光罩側壁的較高部分 爲多，因此光罩26的底部變得比較寬。乾触刻製程使用 光罩，其底部比較寬，繼續被執行以形成一鉑圖案，具有 一緩慢傾斜的平面，如第3C圖所示。 如上所述，習知技藝中形成電容器可應用於半導體記 億元件的方法’此半導體記憶元件具有高積集度，此處會 造成一嚴重問題，即鉑圖案相互間被電隔離。 綜合說明 本發明的目的是提供一種形成一存儲胞電容器，其反 應阻障層具有相反側部的凹槽在電容器儲存節點電極的下 方’且在此處一氧化阻障材料層被形成在兩相反側部的凹 槽上，以致於防止儲存節點電極被氧化，在BST沉積過程 或後續回火中。 本發明的進一步目的是提供一種形成存儲胞電容器的 方法，其中鉑的儲存節點電極被形成在一製程中，此製程 爲一眾所周知的技藝。部分的鉛電極是被乾蝕刻，使用一 電極形成光罩，且剩下的部分是被濕蝕刻，使用一電極行 成光罩，其底部較寬，因在乾蝕刻製程中，黏著濺擊的鈾 粒子。 本發明的另一目的是提供一種形成存儲胞電容器的方 法，此存儲胞電容器的儲存節點電極具有一快速傾斜圖 案。 8 川，I，國抝料( ( NS ) Λ视袼（210 X 297公廣） {ti先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 4179pif.doc/008 B7 五、發明説明（6 ) 本發明的附加目的是提供一種形成存儲胞電容器的方 法，此存儲胞電容器特別適合高積集度的半導體元件。 本潑明的另一目的是提供一種形成存儲胞電容器的方 法，此存儲胞電谷器具有一儲存節點電極，此儲存節點電 極包括一鉑平板，具有一緩和的傾斜平面，及一反應阻障 層，以阻止氧化，在沉積筒介電材料或後續回火步驟。 依據本發明的上述目的，一種形成存儲胞電容器的方 法’在一基材上具有一節點’此方法包括下列步驟：形成 一反應阻障層在節點上；形成一導電層在一反應阻障層 上；後續地，乾蝕刻導電層和反應阻障層以形成一儲存節 點電極；濕蝕刻反應阻障層’以形成一儲存節點電極；形 成一氧化阻障層在一銷層上，包括反應阻障層；及乾触此 刻氧化阻障層，以形成一氧化阻障間隙壁在反應阻障層的 側部邊緣，及在餡層之下。此濕蝕刻步驟被執行使用一化 學物質包括H202 ' HF和去離子水，或一化學物質包括 H202、NH4OH和去離子水。 依據本發明的另一目的’ 一種形成存儲胞電容器的方 法，在一基材上具有一節點，此方法包括下列步驟：形成 一反應阻障層在一節點上；形成一儲存節點電極在反應阻 障層上；形成凹槽在反應阻障層的兩側壁上及在儲存節點 電極之下；及形成在一氧化阻障間隙壁在凹槽上。 依據本發明的附加目的，一種形成存儲胞電容器的方 法’在一基材上具有一節點，此方法包括下列步驟：形成 一反應阻障層在一節點上；形成一導電層在此反應阻障層 9 本紙ifc尺朗;彳丨，卜關丨㈣（('NsTa4^« ( 210X 297^# ) (誚先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)
、1T A 7 B7 4179pif.doc/008 五、發明説明（9 ) 上；使用一光阻，乾蝕刻導電層；使用相同的光阻，濕触 刻導電層，以形成一儲存節點電極；乾蝕刻反應阻障層； 形成凹槽在反應阻障層的兩側壁上及在儲存節點電極之 下；及形成在一氧化阻障間隙壁在凹槽上。 依據本發明的另一目的，一種形成存儲胞電容器的方 法，在一基材上具有一節點，此方法包括下列步驟：形成 一第一絕緣層在一基材上，第一絕緣層具有一第一開口在 節點上；形成一接觸插塞在第一開口上：形成一凹槽在第 一開口上；形成一反應阻障層在凹槽上，及反應阻障層的 側部邊緣以第一絕緣層所圍繞；形成第二絕緣層在第一絕 緣層上，第二絕緣層具有一第二開口在此反應阻障層上； 形成一導電層在第二絕緣層上，塡充第二開口；乾蝕刻導 電層，使用一光罩以蝕刻一導電層的上部分；及濕蝕刻導 電層，使用一相同的光罩，以形成一儲存節點電極。 圖式說明 爲讓本發明之上述和其他目的、特徵、和優點能更明 顯易懂，下文特舉一較佳實施例，並配合所附圖式，作詳 細說明如下： 圖式之簡單說明： 第1A圖和第1B圖是繪示一習知技藝中形成一電容 器的方法之製程步驟的剖面示意圖； 第1C圖是繪示第1B圖中的虛線圓之一晶圓部分的放 大圖， 第2圖是繪示依據習知技藝形成一電容器的方法所製 (誚先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 、\=° 本紙张尺度诚川屮國1¾家枕彳（rNS ) Λ4規枱（210X 297公梦) A7 B7 4 1 79pif.doc/008 五、發明説明（3) 造的電容器之剖面示意圖； 第3A圖至第3C圖是繪示另一習知技藝形成一電容 器的方法之製程步驟的剖面示意圖； 第4A圖至第4D圖是繪示依據本發明的第一實施例 的形成一存儲胞電容器的方法之製程步驟的剖面示意圖： 第5圖是依據本發明的第一實施例所製造之存儲胞電 容器的儲存節點電極之掃描式電子顯微鏡（SEM)照片；以 及 第6A圖至第6L圖是繪示依據本發明的第二實施例的 形成一存儲胞電容器的方法之製程步驟的剖面示意圖。 圖式之標記說明： 1 :反應阻障層 2:鉑存儲節點電極 3 ·’多晶砂插塞 4 :側壁 6 : BST 膜 8 =楔形氧化層 Π:第二阻障層 12 :非氧化導電性材料 13 :導電性插塞 :絕緣層 16 :第一阻障層 17 :介電層 •20:半導體基底 I I— I I |終. (誚先閏讀背而之注^^項再填寫本頁) A 部 '1’ if： ίΐ .1 印 s··1 本紙张尺廋珀州屮阄网象椋彳（rNSM4規招（ 210X297公釐） 4!79pif.doc/008 五、發明説明（Y) 5 U Jib
Hi f- Λ 印 A7 B7 21 ： 導電性插塞 22 ： 絕緣層 23 : TiN材料層 24 ： 鉑層 26 ： 光罩 28 ： 鉑粒子 30 ： 主體基材 32 ： 導電性摻雜擴散區 34 ： 絕緣層 36 ： 接觸開口 38 ： 接觸插塞 40 ： 金屬矽化物層 42 ： 反應阻障層 44 ： 鈾層 46 ： 光罩 48 ： 凹槽 50 ： 側部邊緣 52 ： 絕緣間隙壁 60 ： 主體基材 62 ： 導電性摻雜擴散區域 63 ： 接觸區 64 ： 氧化層 66 ： 光罩 68 ： 接觸開口 12 ("先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)
、1T 本紙怵尺度垅川屮K!P以:梂彳（（NS ) Λ4規梢（2丨0X297公漦） 4179pif.doc/008 B7 五、發明説明（（b ) 70 :多晶矽插塞 74 :鈦 >:鈦金屬矽化物層 78 :氮化鈦層 80 :側壁 84 :鉑層 84a :鉑層的低部分 85 :部分的鉑層 實施例 本發明將以參考一較佳實施例被描述，但是他必須被 認知，本發明可以被廣泛修飾和更動，因此本發明之保護 範圍當視後附之申請專利範圍所界定者爲準。 (實施例1) 第4A圖至第4D圖是繪示依據本發明的第一實施例的 形成一存儲胞電容器的方法之製程步驟的剖面示意圖。 請參照第4A圖至第4D圖，其繪示依照本發明一較 佳實施例的一種形成一電容器的方法，此方法包括：在後 續沉積反應阻障層42和鉑層44在接觸插塞上，其被形成 在一半導體基材上，此半導體基材具有一節點(Node)，濕 蝕刻反應阻障層42，以形成相反側部的凹槽48在鉑層44 之下，及形成側壁間隙壁（SpaCer)52在相反側部的凹槽及 在鉑層44之下。在沉積高介電材料或後續回火步驟，反 應阻障層42的邊緣可以防止被氧化，以側壁間隙壁阻止 被氧化。另外，反應阻障層的防止氧化，此方法具有一關 11 I I Lrse^^. I I I n I I (对先閱讀背而之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度迸；丨丨屮( ('NS ) ΛΊ規梢（210X297公釐） 4179pif.doc/008 A7 B7 五、發明説明（（丨） 鍵點，亦即鉑層44被直接形成在反應阻障層42上，沒有 外加製程。 參照第4A圖，一半導體晶圓結構包括一主體基材30 具有一導電性摻雜擴散區32。一絕緣材料的平坦化層，硼 磷砂玻璃（Borophosphosilicate Glass ’ BPSG)，被供應在基 材30上。一接觸開口 36被形成從絕緣層34向內地到擴 散區域32。接觸開口 36被塡充以導電材料38，較佳的如 多晶矽，且一接觸插塞38被形成。接觸插塞38構成一節 點，其中一電連接到一電晶體被製成。一金屬矽化物層40 被形成在接觸插塞38上，以致於減少接觸電阻。此金屬 矽化物層40實際地被形成，以蝕刻部分的接觸插塞38及 沉積金屬矽化物材料在一凹槽上。一導電性反應阻障層42 被供應在平坦化絕緣層34上。反應阻障層42係選自下列 族群所製成，此族群包括TiN、TaN、TiSiN、TaSiN、TiAlN、 TaAIN和其組合物。一導電性材料層44也被沉積在反應 阻障層42上，以形成一儲存節點電極。一較佳材料，對 儲存節點44而言是鉑(pt)。在此實施例中，此反應阻障層 42較佳的是由氮化鈦(TiN)。雖然金屬矽化物層40被形成 在接觸插塞38和反應阻障層42之間，如第4A圖至第4D 圖所示，反應阻障層42可以直接被形成在接觸插塞38上， 而沒有使用金屬矽化物層。 參照第4B圖，鉑層44和反應阻障層42依續被乾蝕 刻，使用一儲存節點形成光罩46，例如光阻圖案，以致於 一儲存節點電極被形成。因鉑層44是可阻止氧化，它可 14 糸紙认尺度‘州屮云托丨一枕彳（（.NS ) 210X297^# ) (対先閲讀背而之注意事項再填寫本頁) -e 鵠. 4·::#·.«Γ屮e);«^^n Jii'itAt:?::社印1|.1+ 4179pif.doc/008 B7 五、發明説明（（v) 提供一優良的表面’以作爲後繪局介電常數材料(BST)的 沉積。鉑層保護氮化鈦的上表面從強氧化條件下，在後續 BST沉積中。 如實施例的更動’鉑層可以具有一快速斜率的圖案超 過8(Γ的斜角，以兩個連續的蝕刻步驟，乾蝕刻和濕蝕刻。 詳細地，一乾蝕刻被執行，以蝕刻鉑層44的上部，及一 濕蝕刻被執行，使用一化學物質例如hci/hno3溶液或 HC1/HN03被稀釋在一去離子水中，以執行蝕刻較低部分 的鋁層。雖然未顯示在圖中，在乾蝕刻時，部分的濺擊蝕 刻粒子黏著在光罩層46的側壁(參照第4A圖），以形成在 此處的側壁殘餘。因此，光罩層46的底部是有一些超過 臨界尺寸，及光罩層46的頂部是成圓形，在乾蝕刻時。 在濕蝕刻時，鉑層44的長度方向的蝕刻速率可以被增加 較側部蝕刻速率爲快，經由控制HC1和ΗΝ03的速率。以 這些連續的蝕刻製程，此鉑層44被定義成具有一傾斜角 度8(Γ或超過，相對於氧化層34的平坦化表面。鉑圖案 形成，可以相互被充分的分離。詳細的有關於上述的變動 對於鉑層44將被描述說明，在第二實施例中，如第6Κ圖 所示。 第4C圖和第4D圖繪示依據本發明的第一實施例的 方法。在第4C圖中，在去除光罩之後，反應阻障層被濕 蝕刻，使用一濕蝕刻化學物質，以形成一相反側部的凹槽 48在鉑層44之下。理想地，此濕蝕刻步驟產生凹槽48位 於凹槽48的側部邊緣50側面地向外遠離節點，以接觸插 (誚先閲讀背而之注意事項再功寫本頁)
、1T 綿· 本紙张尺度&川十闲pdH ( (.NS ) Λ4说梠（210X 297公釐） 4l79pif.doc/008 n B7 五、發明説明（勺） 塞38被定義。此濕蝕刻化學物質，用以產生凹槽48，其 中反應阻障層42包括氮化鈦(TiN)，可以是一第—化學物 質溶液，其混合H202當作氧化劑、HF和去離子水，或— 第二化學物質溶液，其混合H202、NH4〇H和去離子水。 在第一和第二化學物質溶液中，H2〇2的濃度在1〜36重量 %範圍之間，及HF的濃度在50%範圍。第一化學物質溶 液的H2〇2和HF是在300 : 1到50 : 1之比例，第二化學 物質溶液的H202和NH4OH是在1 : 10到1〇 : i之比例。 當第一化學物質溶液被使用，此濕蝕刻步驟被執行在2(TC 到7(TC之間’長達30秒到10分鐘。交替地，當第二化學 物質溶液被使用’此濕蝕刻步驟被執行在20T：到70。(：之 間，長達30秒到20分鐘。 假如反應阻障層包括TiSiN被形成，以濺擊TixSiy靶， 此TiSiN層以一混合物存在，其包含一些si3N4和Si在TiN 薄膜上。因此，反應阻障層的TiN相被蝕刻，以H202的 相對化學物質溶液，當Si3N4層的Si3N4和Si相被蝕刻， 以第一化學物質溶液的HF，或第二化學物質溶液的 NH4OH。 第5圖是繪示依據本發明的第一實施例所製造的存儲 胞電容器的儲存節點電極之掃描式電子顯微鏡（SEM)的照 片。 一濕式蝕刻的製程的例子，對TiSiN的反應阻障層被 實行’使用一濕蝕刻化學物質包括7wt%〜8〜1%的H202， 及5〇。/◦的HF在一 200 : 1的比率，在20T：達3分鐘。結 16 本紙尺度‘州，丨—( ο x 297^* ) '~~ (对先閱讀背面之注意"項再填寫本頁)
，1T 4179pif.doc/008 八7 B7 一· ' · — 1 — —— 一 - -T . '一~ 五、發明説明（〆） 果’如同第5圖所示，TiSiN的反應阻障層在儲存節點電 極之下’被濕蝕刻到約20A，以具有相反側部凹槽48。 轉至第4D圖，一氧化材料的絕緣層被沉積在半導體 基材上，塡充反應阻障層42的側部凹槽48，及回蝕刻以 形成絕緣間隙壁52在側壁凹槽Μ上，在儲存節點電極44 之下。作爲回蝕刻的製程邊可以被增加，由於側部凹槽構 造被形成’在鉑的儲存節點電極44之下。幾乎所有儲存 節點電極44可以被暴露，及因此絕緣間隙壁52完全覆蓋 在反應阻障層的邊緣50，且立刻被形成在鉑層44之下。 這達到增加最後製造儲存胞電容器的有效面績。在此處， 雖然此沉積的絕緣層被過度乾蝕刻，以形成絕緣間隙壁 52 ’沒有部分的反應阻障層42被暴露，由於在儲存節點 電極的從下部砍銷的外形。 假如形成絕緣間隙壁的步驟被實行，而沒有形成反應 阻障層的側部凹槽（亦即沒有形成一儲存節點電極的從下 部砍銷的外形）如先前技藝中，它是困難的，精確地回餓 一絕緣材料沉積物以產生間隙壁，以致於絕緣間隙壁可以 被形成只在側部凹槽上。例如，假如一不想要的絕緣間隙 壁的圖案被形成，如第4D圖虛線所示，存儲胞電容器的 有效面績被形成，且減少與存儲胞電容器的有效面績比較 時’此存儲胞電容器具有儲存節點電極的從下部砍銷的外 形。假如沉積的絕緣層被過度乾蝕刻，以形成絕緣間隙壁， 部分的反應阻障層是容許被暴露。 隨後地’製程以傳統的方法繼續，以完成存儲胞電容 17 本紙乐尺度试川 + 賊Hi ( ( ( 210X297^#. ) ~ (誚先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)
,1T 綿， A7 B7 41 79pif.doc/008 五、發明説明（ 器。例如，雖然沒有顯示在圖示中，一高介電層例如BST、 PZT等，被沉積在半導體基材上，以形成一電容器介電層 和一鉑導電層等，被沉積在電容器介電層上。結果，存儲 胞電容器被完全製造。 依據本發明的上述實施例，反應阻障層的氧化可以被 最小化由於側壁的間隙壁，其被形成在反應阻障層的側部 凹槽，在高介電層的沉積或後續回火步驟。 (實施例2) 第6A圖至第6L圖是繪示依據本發明的第二實施例的 形成一存儲胞電容器的方法之製程步驟的剖面示意圖。 • 依據本發明的第二實施例的形成電容器的方法，被定 義以兩個重要的特徵，其中之一是一反應阻障層78以一 氧化層64所包圍，另外一個是形成一鉑層84，當作是一 電容器的儲存節點電極，具有一傾斜的平面超過8(Γ。反 應阻障層78被形成在多晶矽插塞的上部凹槽，且被氧化 層所圍繞，及藉以防止存儲節點電極被氧化，在一 BST沉 積中或後續回火。鉑層84的上部具有一快速傾斜的圖案 超過80°傾斜角，以兩個連續的蝕刻步驟，其中之一是一 乾蝕刻，用以部分蝕刻舶層的上部，另外一個是一濕蝕刻， 用以部分蝕刻鉑層的其餘的上部。結果，鉑圖案相互可以 被分離。 參照第6Α圖，光罩66定義自行對準基材接觸區63。 一氧化層64被鈾刻，較佳的是乾蝕刻，以形成一接觸開 口 68暴露在主體基材60的接觸區63上，具有一導電性 n - - til - I - - 11-- - «is I ----- --=-1 …….^1 丁 ------- HI -:. I — Λν 、-口 ^ (邻先閱讀背而之注意事項再填寫本頁) 部 屮 4'. ίί )ΐ .1 f- Λ Μ 印 本紙张尺度诚川十ΚΡ八H ( ('NS )〜現梠（210〆297公釐） 4 1 79pif.doc/008 A 7 _________—_______________ B7 五、發明説明（作） 摻雜擴散區域62。 參照第6B圖’爲了提供在基材6〇和一接觸插塞70 的存儲胞電容器之間的電接續，例如，多晶矽被形成在接 觸開口 68上。如形成多晶矽插塞7〇的方法，此處可以有 兩種方法被使用，其中之一是一選擇性矽成長從接觸區 63 ’另外一個是一 In-Situ摻雜多晶矽沉積，及後續回蝕刻 或CMP回蝕刻。 現在參照第6C圖’ 一多晶矽插塞62的上部被移除， 在一乾蝕刻爲了形成一凹槽72。在一情況下，多晶矽插塞 7〇被形成在一選擇性矽成長，它是可能的，形成此凹槽’ 以控制矽成長。 參照第6 D圖’一鈦74的第一阻障層被沉積在氧化 層64和多晶矽插塞70上。—熱回火被執行，及鈦74與 多晶砂插塞70接觸和多晶矽插塞7〇反應，以形成一鈦金 屬砂化物層76 ’及鈦不能與多晶矽插塞7〇接觸，並與氮 反應，以形成氮化鈦。另外，一薄的氮層被形成，在鈦金 屬矽化物76上。 參照第6E圖，未形成的金屬矽化物層（Unsilicide Layer)(未反應的鈦在〜非氮氣回火，或氮化鈦在一氮氣回 火)和薄氮層已經被移除在一濕蝕刻。鈦金屬矽化物76在 多晶矽插塞70上被保留在蝕刻時。 參照第6F圖，〜氮化鈦的第二阻障層，在一室溫下 以一化學氣相沉積法（CVD)被形成或一濺擊製程被執行。 如第6F圖所示’在此實施例中，氮化鈦層78具有一厚度 19 个..氏乐尺度试川十阈㈨丨榀今（（NS )刎坭枯(210X 297公« ) (对先閱讀背而之注項再填寫本頁)
，1T 腺 A7 B7 4179p»f.doc/008 五'發明説明（〇 ) 幾乎等於凹槽72的深度，保留在未反應的鈦去除之後。 鈦金屬矽化物層76被提供，以降低一接觸電阻在多晶矽 插塞和氮化鈦層78之間。氮化鈦層78的功能當作一 反應阻障層，以防止多晶矽插塞70和鈦金屬矽化物78的 矽擴散，在後續的高溫回火。 參照第6G圖，第6F圖的氮化鈦層78被平坦化，較 佳的是以CMP，爲了暴露至少氧化層64和爲了保持氮化 鈦層78在凹槽72中在鈦金屬矽化物76。部分的氧化層64 可以被平坦化，在此步驟時。它是重要的，當然保持一充 足氮化鈦78的深度，爲了抑止矽的擴散。它是可以看到 的’只有氮化鈦層78的上表面被暴露，及氮化鈦的側壁80 以氧化層64被保護。 參照第6H圖，一絕緣層82例如氧化材料被沉積在氧 化層64和氮化鈦層78上，及定義以形成一開口 83和暴 露氮化鈦層78的上表面。 參照第61圖，一鉑層84被形成在室溫下，以化學氣 相沉積法(CVD)、一濺擊或電鍍技術。鈾層84在氮化鈦層 78上’如第6H圖所示，及具有一厚度在1〇〇〇到2〇〇〇a 之範圍。因鈾層阻止氧化，它提供一優良的表面，以當作 沉積高介電常數材料^另外，鉑層84保護氮化鈦層78的 表面從強氧化條件下，在BST沉積時。所以鉑被用來當作 一電容器電極’因它不會被氧化在一 BST沉積時或後續回 火。一電極氧化將有〜低的介電常數膜低於BST，藉以否 定以筒介電常數材料所提供的優點。氮化鈦層78被導入 _ . n I— I n I /0}^ a———————— T (HI— ϋ nn n ^ u? ，\§ A (誚先閱讀背面之注意事項再續寫本頁) 本紙依尺廋试’川，_< (了 20 2JOX297 公漦） —_4,79pifd〇C/〇°8__B7___ 五、發明説明（（ϊ ) 以避免Si和Pt的原子內擴散，藉以防止鉑表面的頂部形 成 Si02。 因氮化鈦層78被形成凹槽在氧化層64中，一鉑的厚 層可被沉積，沒有減少元件的密度。以使用每一厚的鉑電 極，電容量區域增加，經由側壁區域的貢獻。 參照第6J圖，一光罩層86被形成在鉑層84在氮化 鈦層78上，以定義存儲胞電容器的存儲節點電極。光罩 層86係由下列族群所組成，此族群包括氧化物、氮化物、 TiN、Ti02、TiSiN和TiAIN。形成光罩層86的步驟可以 被執行，在鉑層的頂表面以CMP被平坦化之後。在此實 施例中，此光罩層86被直接形成在鉑層84上，沒有使用 CMP。 第6K圖描寫部分移除未光罩部分的鉑層84。在第6K 圖中，未光罩部分的鉑層84被蝕刻到一深度在200到500A 之間，以一乾蝕刻製程使用光罩層86。此乾蝕刻製程被執 行達60秒或低於60秒。在乾蝕刻製程中，部分的濺擊鉑 粒子黏著在光罩層86的側壁上，以在此處側壁上形成一 殘餘88。光罩層86的底部是有一些超過臨界尺寸。在乾 蝕刻製程中，光罩層86的頂部是變成圓形。以此乾蝕刻 製程，部分的鈾層85被定義，以形成一部分的上部分(以 一參考數字86b如第6L圖所示)此處具有一傾斜角80"或 超過，相對於氧化層64的平坦化表面。 現在參照第6L圖，未光罩部分的鉑層84，如第6K 圖所示，被濕蝕刻使用相同的光罩86，直至氧化層64被 (誚先閱讀背面之注意事項再祕寫本頁) *νβ 線 本紙张尺度β川十β N Sj.:柷彳（<’Νί> ) /\4说相（210X297公#) 4179Pif.doc/008 A7 ___________B7__ 五、發明説明（θ) (郐先閱讀背面之注意事項再域寫本頁) 暴露，以形成完全的鉑層84的上部分。未被光罩的鉑被 去除在濕蝕刻製程中，使用一化學物質例如Hcl/HN〇3溶 液，或HCI/HNO3以去離子水稀釋。鉑層84的長度方向的 倉虫刻速度可以被快速增加比側部的蝕刻速度快，經由控制 HC1和ηΝ03的速率。在此實施例中，濕蝕刻製程所用的 化學物質包括HCl/HN〇3在一 3到5的比率及一去離子水 〇〜80%相對於全部’在溫度40到l〇〇°c之間。典型的儲存 節點電極被想像成包括氮化鈦層78和鉑層84。多晶砂插 塞70經常被想像成一電互聯介入在基材和儲存節點電極 之間，雖然它可以被想像成儲存節點本身的一部分。隨後 地，光罩86和氧化層64被去除，以形成完全存儲胞電容 器的存儲節點電極。 交替地，在形成鉑的存儲節點電極，鉑層84可以被 乾蝕刻，以使此處的表面平滑。 如在第6L圖中所見，鉑層84的低部分84a有一幾乎 垂直的外形相對於氧化層64的平坦化表面，此處的上部 分84b有一傾斜外形超過80°的傾斜角，相對於氧化層64 的平坦化表面。因鉑層的低部分84a被定義，以—製程使 用氧化層64，它可以有一想要的90 ‘的傾斜面圖案。 其次，此製程繼續以傳統的方法，以完成存儲胞電容 器。以一例子，雖然未顯示在圖中，一高介電層例如BST、 PZT等被沉積在半導體基材上，以形成一電容器介電層， 及一導電層被沉積在電容器介電層上’以形成一上電容器 電極。在實施例中’ BST是被用來當作較佳材料。結果， 22 木紙张尺度进川十( 伐Λ ( 210X297公釐1 " 4179pif.d〇c/008 A7 B7 五、發明説明（>〇) 存儲胞電容器被完全製造。 依據上述實施例，氮化鈦層78沒有被氧化在BST沉 積時或後續回火，由於事實上，它可以從氣相環境中被保 護，在它的側壁80上經由氧化層64，及它被保護在上表 面以鉑層84，參照第61圖。
鈾層的低部分84a被形成，以一製程具有一幾乎接近 90°的傾斜面，及此處的上部分被形成，以一連續的乾和 濕蝕刻製程，具有一傾斜面超過或接近80 ，參照第6 K 圖及第6L圖。因此，因鉑層的圖案被快速傾斜和可以從 相鄰的圖案中被分離，依據本發明的方法可以特別適用於 製造高積集度的半導體元件。 雖然本發明已以一較佳實施例揭露如上，然其並非用 以限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精 神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾，因此本發明之保 護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者爲準。 23 本紙张尺度试川屮( (，NS ) Λ4規梠（210X297公漦） I I I·# (对先閱讀背而之注意事項再填寫本頁)

Claims (1)

  1. A8 B8 C8 D8 871 198 6S 4 1 79Pit'.d〇c/〇〇8 六、申請專利範圍 I—種形成一存儲胞電容器在一具有節點的基材上的 方法，包括下列步驟： 形成一反應阻障層在該節點上； 形成一導電層在該反應阻障層上； 隨後地，乾蝕刻該導電層與該反應阻障層，以形成一 存儲節點電極； 濕蝕刻該反應阻障層，以形成該反應阻障層的側部邊 緣； 形成一氧化阻障層在鉑層上，包含該反應阻障層；以 及 乾蝕刻該氧化阻障層，以形成一氧化阻障間隙壁在該 反應阻障層的側壁邊緣和在該鉑層之下。 2. 如申請專利範圍第1項所述之形成一存儲胞電容器 在一具有節點的基材上的方法，其中該濕蝕刻步驟被執行 使用一化學物質其包括H2〇2、HF和去離子水，或一化學 物質其包括H2〇2、HN4OH和去離子水。 3. —種形成一存儲胞電容器在一具有節點的基材上的 方法，包括下列步驟： 形成一反應阻障層在該節點上； 形成一儲存節點電極在該反應阻障層上； 形成凹槽在該反應阻障層的側壁和在該儲存節點電極 之下；以及 形成一氧化阻障間隙壁在該凹槽上。 4. 一種形成一存儲胞電容器在一具有節點的基材上的 24 (請先Μ讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部中央揉率局貝工消费合作社印裝
    本紙張尺度適用中國國家揉準（CNS ) A4规格（210X297公痊) 經濟部中央標準局貝工消费合作社印装 4 1 79P't'.doc/008 、申請專利範圍 方法，包括下列步驟： 形成一反應阻障層在該節點上； 形成一導電層在該反應阻障層上； 使用一光罩，乾蝕刻該導電層； 使用一同樣的光罩，濕蝕刻該導電層，以形成一儲存 節點電極； 乾蝕刻該反應阻障層； 形成凹槽在該反應阻障層的側壁和在該儲存節點電極 之下；以及 形成一氧化阻障間隙壁在該凹槽上。 5· —種形成一存儲胞電容器在一具有節點的基材上的 方法，包括下列步驟： 形成一第一絕緣層在基材上，該第一絕緣層具有一第 一開口在該節點上； 形成一接觸插塞在該第一開口中； 形成一凹槽在該接觸插塞上和該第一開口中； 形成一反應阻障層在該凹槽上，及該反應阻障層以該 第一絕緣層被包圍； 形成一第二絕緣層在該第一絕緣層上，該第二絕緣層 具有一第二開口在該反應阻障層上； 形成一導電層在該第二絕緣層上，塡滿該第二開口； 使用一光罩，乾蝕刻該導電層，以蝕刻該導電層的上 部；以及 使用一同樣光罩，濕蝕刻該導電層’以形成一儲存節 25 本紙張逍用中國B家榡率（CNS ) A4«UM 21GX297公釐 (請先閲讀背面之注$項再填寫本頁) 訂 A8 B8 C8 4 1 79pif.doc/008 D8 六、申請專利範圍 點電極。 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部中央標準局貝工消費合作社印製 本紙張尺度適用中國國家揉準（CNS ) A4规格（2丨0><297公釐）
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