TW408447B - The formation method of semispherical grained silicon (HSG-Si) - Google Patents

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外屮"^卑^只-7""合 0"·印繁 408447 A7 4070t\vf.doc/008 g-y 五、發明説明（（） 本發明是有關於一種半導體元件的製造方法’且特別 是有關於一種半球形砂晶粒(Hemispherical Grained Silicon， HSG-S!i)的形成方法。 在半導體積.集度越來越大的趨勢下’使得半導體窣界 不停地在發展新方法來製造出尺寸更小的元件’以應付次 微米技術的需求。以往，若要增加積體電路元件的密度， 必須設法減少每一結構的尺寸。就動態隨機存取記憶體 (Dynamic Random Access Memory, DRAM)而言，爲了縮小 DRAM電容器所佔據的面積，必須縮小電容器電極的尺 寸，但同時也減少了電容器的儲存電荷量。如此會增加電 容器週期性的充電頻率，使得DRAM的資料處理速度降 .低。 在矽材表面生長半球形矽晶粒即爲解決此問題的方法 之一。利用此方法，在電容器下電極的表面生長HSG-Si， 在電容器電極和介電層的材質以及兩電極之間距等條件不 變之下’可增加電容器的電容，使其約爲原先電容的兩倍 大小。 一般習知半球形矽晶粒的形成方法之主要步驟爲： 以低壓化學氣相沈積法（Low Pressure Chemical Vapor Deposition, LPCVD)，在約 520。(：下，以矽甲烷（SiH4)爲 氣源來沈積摻雜非晶砂（amorphous silicon, α-Si)，作爲 HSG-Si的起始物。（2)在550 - 560 〇C下，以低流速（<< 40 seem)的矽甲烷（SiHd或矽乙烷（Si2H6)爲氣源，選擇性地只 在砍材表面播晶種（seeding)。（3)在550 - 590 °C下，進 _____ 3 本紙讯尺Ήίη中國國家( (:ns ) Λ4規格.................. {"先閱讀背而之注意事項再填寫本頁)

408447 4070twf,doc/00S 4 A7 —----____ 五、發明説明（7 ) 行高真空回火（annealing)歩驟，以生長出HSG_si。 然而，此法有些缺點： (1) 播晶種時’砂材袠面能否全部生長出晶種，矽材表 面的淸潔度是十分重要的，被污染物覆蓋的矽材表面晕無 法長出晶種的。因此一般都先用氫氟酸(HF)在播晶種步驟 之前進行晶圓表面淸潔的歩驟。但是通常此一步驟並不容 易控制’若此一步驟沒有做好，將會使可長出晶種的矽材 表面積下降，連帶地在後面回火時HSG-Si的生長情況也 會大受影響’無法有效提高下電極的表面積。 (2) 習知播晶種此一步驟之附加問題，即進行此步驟必 須在氣室中進行。久了之後，器壁會附著一層厚厚的矽烷 化合物，使得氣室之熱傳導性變差，產能也會跟著降低。 因此必須每隔一段時間’就得進行氣室的淸理工作，以維 護整個製程產能。此淸理工作耗時約需6天之久，對於製 程的影響非常大。 (3) 播晶種主要是利用的矽烷類化合物爲晶種來源。爲 了增加只有矽材表面可生長出晶種的選擇性，必須精準地 控制其流速在低流速(<< 40 seem)狀態中。但是如此一來， 將會使得播晶種速率變慢且耗時。 因此本發明的目的就是在提供一種半球形矽晶粒的形 成方法，此方法利用蝕刻非晶矽來達成_晶種之效果。 根據本發明之上述目的，提出一種半球形矽晶粒的形 成方法。在晶圓上形成一層圖案化的非晶矽，再將其浸泡 在氫氟酸和氧化劑的混合水溶液中一段時間，以達成播晶 4 尺度^用中國國家標^ ("eNS ) MmM ( 21〇X297/>f ) ---------r'J— (¾先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 4070twf.doc/008 408447 A7 B7 五、發明説明（>?) 種之目的。然後以氫氟酸水溶液淸洗之，進行回火步驟， 以形成半球形矽晶粒。 根據本發明的方法，因爲本發明利用氫氟酸和氧化劑 的混合水溶液來氧化腐蝕非晶矽的表面，來達\成播晶擊的 效果，因此非晶矽表面即使有些污染物，也不會影響此一 步驟的效果。而且在此不使用矽烷類化合物來進行播晶種 的步驟’可以節省習知播晶種所耗費的時間，以及淸^播 晶種氣室所浪費的時間，可以大幅提高產能。 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1圖是依據本發明較佳實施例之一種半球形矽晶粒 的製造流程圖；以及 第2A圖至第2C圖是依據本發明較佳實施例之一種 半球形矽晶粒的製造流程剖面圖。 圖式之標記說明： 210 :基底 220 :絕緣層 230、230a、230b : #晶矽層 240:蝕刻凹洞 250:半球形矽晶粒 實施例 請同時參照第1圖和第2A - 2C圖’其係繪示依照本 5 土紙依尺度递i中國®家標準((，阽）八4規格（2丨以297公费-) Ϊ. ·-·! (对先閱讀背面之注意事項再填寫本頁.) 訂 經--'邙屮少^卑^於1_消此合竹私印4'!^ 408447 A7 4070twf.doc/008 __ D / 五、發明説明（tL) 發明較佳實施例的一種半球形矽晶粒之製造流程圖以及製 造流程剖面圖。 売形成一層圖案化的非晶砍層（步驟110)，以DRAM 記憶胞電容的下電極爲例，請參照第2A圖。圖案化的絕 緣層220在基底210之上，絕緣層的材質例如可爲氧化矽。 在圖案化的絕緣層22〇之上再彤成一層圖案化的非晶矽層 230，其形成的方法例如可爲LPCVD或電漿化學氣相沈積 法(Plasma Enhanced CVD，PECVD)。 然後以氫氟酸(HF)和氧化劑的水溶液進行濕蝕刻步驟 (步驟12〇)，其中氧化劑例如可爲硝酸(hno3)、磷酸(h3po4) 和過氧化氫(h202)。此蝕刻溶液的配法爲取體積比例約爲 25 : 5 : 16至25 : 10 : 50之氧化劑：48% HF :水混合在 一起，其中氧化劑之濃度爲一般市售的最大濃度，例如磷 酸一般以約85%的濃度來販售之，而硝酸一般以約65% 的濃度來販售之。 請參照第2B圖，蝕刻液中的氧化劑之作用爲將非晶 矽層230的表面氧化之，再以HF將氧化矽溶解之，達成 蝕刻非晶矽的目的，以在非晶矽230a的表面形成小的蝕 刻凹洞240。所以不同的氧化劑，因其氧化能力以及其氧 化機制的不同，其蝕刻條件會有些不同，但此應爲熟知此 技藝之人可以自行嘗試並決定出較佳的蝕刻條件。舉例來 說，硝酸爲強氧化劑，所以在室溫下，依蝕刻液的配法不 同，較佳約需鈾刻1 - 20分鐘。而磷酸的氧化力較弱，所 以較佳是以此蝕刻液的沸點爲進行蝕刻的溫度，蝕刻的時 6 ---------^v— (邻先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)

，1T 本紙张尺度過州中國國家標碑（CNS ) 210xmiVfL ) 408447 A7 4070twf.doc/008 D / 五、發明説明（（） 間較佳爲5 - 60分鐘。 接著，再以HF水溶液將非晶矽層23〇a表面的氧化砂 淸除之（步驟Π0)，形成表面沒有氧化矽污染，並且有言午 多蝕刻凹洞240的非晶矽層23〇a (第2B圖）。其中Η石水 溶液的濃度爲體積比約爲1 : 10至1 : 100的48% HF : H2Q。 進行高真空回火的步驟(步驟140)，在550 - 59〇 % 下進行之，壓力約爲1〇_1 - 1〇_8 torr。回火約進行1分鑛 至5小時，讓矽原子進行重排，以在非晶矽層23〇b的表 面長出半球形矽晶粒250 (第2C圖）。 由上述本發明較佳實施例可知，應用本發明具有下列 優點。 (1) 本發明利用氫氟酸和氧化劑的混合水溶液來腐|虫# 晶矽的表面’來達成播晶種的效果。所以非晶矽表面即使 有些污染物，也會一起被腐蝕掉，不會影響此一步驟的效 果。 (2) 在此利用氫氟酸和氧化劑的混合水溶液來腐蝕非晶 矽的表面，來達成播晶種的效果。因此可節省因’使用矽燒 類化合物來進行播晶種而必須定期淸理播晶種氣室所浪費 的大量時間，以大幅提高產能。 雖然本發明已以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 範圜當視後附之申請專利範圍所界定者爲準。 (部先閱讀背而之注意事唄再績寫本頁) 11 訂- 本紙张尺度谪川中囤囤家榡卑（（'NS ) Μ規格（210X297公釐） 1

Claims (1)

1. 經濟部中央標準局負工消费合作社印製 408447 4070twt\doc/008 D8 六、申請專利範園 1. 一種半球形矽晶粒的形成方法，其步驟包括： 形成一非晶砂層於一基底上； 進行一蝕刻步驟，以氫氟酸、一氧化劑和水組成之一 蝕刻液來蝕刻該非晶矽層； 以氫氟酸來進行一淸潔步驟；以及 進行一回火步驟以形成半球形矽晶粒 2. 如申請專利範圍第1項所述之半球形矽晶粒的形成 方法’其中該非晶矽層的形成方法包括低壓化學氣相沈積 法。 3·如申請專利範圍第1項所述之半球形矽晶粒的形成 方法，其中該非晶矽層的形成方法包括電漿化學氣相沈積 法。 4. 如申請專利範圍第1項所述之半球形矽晶粒的形成 方法，其中該蝕刻液的該氫氟酸：該氧化劑：該水之體積 比約爲 25 : 6 : 16 至 25 : 10 : 50。 5. 如申請專利範圍第4項所述之半球形矽晶粒的形成 方法，其中該氧化劑包括約65%硝酸。 6. 如申請專利範圍第5項所述之半球形矽晶粒的形成 方法，其中該蝕刻步驟在室溫下進行。 7·如申請專利範圍第6項所述之半球形矽晶粒的形成 方法，其中該蝕刻步驟進行約1 - 20分鐘。 8. 如申請專利範圍第4項所述之半球形矽晶粒的形成 方法，其中該氧化劑包括約85%磷酸。 9. 如申請專利範圍第8項所述之半球形矽晶粒的形成 本紙張尺度逋用中國國家標準（CNS ) A4规格（210X297公嫠） (請先閲面之注意事項再填窝本頁)

   4070twf.d ^447 A8 B8 C8 D8 經濟部中央標準局貝工消費合作社印製 9 六、申請專利範園 方法，其中該蝕刻步驟在該蝕刻液的沸點下進行。 10. 如申請專利範菌第9項所述之半球形矽晶粒的形成 方法，其中該蝕刻步驟進行約5 -60分鐘。 11. 如申請專利範圍第1項所述之半球形矽晶粒的形成 方法，其中該氧化劑包括過氧化氫。 12. 如申請專利範圍第1項所述之半球形矽晶粒的形成 方法，其中該淸潔步驟所用的氫氟酸之配法爲將48%氫 氟酸和約10 - 100倍體積的水混在一起。 13. 如申請專利範圍第1項所述之半球形矽晶粒的形成 方法，其中該回火步驟的溫度約55〇 - 590 °c。 14. 如申請專利範圍第1項所述之半球形矽晶粒的形成 方法，其中該回火步驟的壓力約爲1(T7 - 1CTS ton·。 15. 如申請專利範圍第1項所述之半球形矽晶粒的形成 方法，其中該回火步驟約進行1分鐘至5小時。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Λ4规格（210X297公釐） (请先閲讀背面之注意事項再填寫本頁)