TW432686B - Method of using dielectric mask to form cylindrical capacitor - Google Patents

Description

^43268 6_____ 五、發明說明（1) 5 - 1發明領域： 本發明係有關於一種動態隨機存取記憶體（DRAM)之電 容器（capaci tor)之製造方法，且特別是有關於一種使用 介電硬罩幕製造圓柱狀（cylinder-shaped)電容器之方法 5-2發明背景： 當半導體記憶元件之積集度越來越高時’則⑽―儲存 胞（storage ce 1 1 )所佔之面積則會越來越小。因此較小 之電極表面積會減少電容器之電容量。然而，在讀取記憶 胞時，需要較大的電容量藉以獲得高訊號對雜訊比（ signal-t〇-n〇ise ratio)，同時藉以降低軟錯記（s〇ft error )(由α粒子干擾所造成）。因此，需要降低胞之尺 寸但是獲得高電容量，同時可獲得較高的胞積集度與操作 可信度。 ' 一種增加電容量同時保持儲存胞積集度的方法，係改 ，電容器電極之形狀。此種方法廣泛地應用圓柱狀之電容 窃SDRAM元件中。然而，特別是對於十億（giga )位元之 DRAM而5 ，因為使用0.18微米或更小之技術，所以要製造 如此小尺寸之圓柱狀電容器係相當困難的。 一时鑒於上述之原因，因此需要一種製造DRAM之圓柱狀電 容器的方法。藉以更容易地製造圓柱狀電容器。 1432686 五、發明說明（2) 5 - 3發明目的及概述： 因此，本發明之目的在提供一種動態隨機存取記憶體 (DRAM)之圓柱狀電容器之製造方法，可實質地增加電容器 之表面積，藉以增加電容量。尤其，本發明提供一種圓柱 狀電容器之製造方法，可更容易地製造0. 1 8或更小微米技 術之十億位元D R A Μ。在本發明之一較佳實施例中，包括， 首先形成非結晶矽層於一半導體基底上，此非結晶矽層具 有一溝槽。形成一共型地之第一介電層於非結晶矽層上。 然後，形成一第二介電層於第一介電層上，且填入此清槽 中。回蝕刻第二介電層直至約曝露出第一介電層，接著移 除第一介電層直至曝露出非結晶矽層。移除第二介電層， 接著，以第一介電層作為罩幕，敍刻非結晶石夕層，藉以在 半導體基底上形成一圓柱狀結構。最後，形成一半球型矽 晶粒（hemi-spherical-grain ; HSG)層於圓柱狀結構之表 面上，藉以形成DRAM中具有HSG之圓柱狀下電極。 5-4圖式簡單說明： 為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： 第一至六圖顯示依據本發明較佳實施例之一種形成 DRAM之圓柱狀電容器之製程剖面圖。

靥4 326 8 6 五、發明說明（3) 更明確地說， 第一圖顯示提供一非結晶矽層具有第一介電層與第二 介電層之剖面示意圊。 第二圖顯示回蝕刻第二介電層後所得結構之刹面示意 圖。 第三圖顯示移除第一介電層用以曝露出非結晶矽層後 所得結構之剖面示意圖。 第四圖顯示移除第二介電層後所得結構之剖面示意圖 〇 第五圖顯示使用剩餘之第一介電層作為硬罩幕，蝕刻 非結晶砍層後所得結構之剖面不意圖。 第六圖顯示具有半球型矽晶粒之圓柱狀電容器之剖面 示意圖。 主要部分之代表符號： 15 半導體基底 20 矽層 21 第一介電層 22 第二介電層 23 半球型矽晶粒層 5 - 5發明詳細說明： 請參照第一圖，提供一半導體基底15，此基底可用來

432686 五 '發明說明（4) 形成半導體元件，且形成有一矽層2〇。 矽層20係利用習知方法製造之非钟曰 實知例中’此 為動態隨機存取記憶體（DRAM)之電^二。且此矽層2〇可作 結晶梦層20之厚度係由欲製造之； = 極材質。非 此實施例中，非結晶矽層20之厚产約^ η二又來決定。在 之'點是，此非結晶砂㈣4乂；80:;:值得注意 在此實施，中，溝槽之高度約為20 00埃，且寬度二 ί暮ί ί續：製程步驟中’ &非結晶矽層2〇主要係作為硬 罩幕之用’錯以在後續的步驟中形成所需之圓柱狀電容器 她因此，如熟習此技藝者所知，此溝槽之尺寸大小係可依 據電容器之預定尺寸來調整β 月、# 著’尤帛#型的第一介電層21於非結晶矽層2 〇以 2槽之底部與側壁表面之表面上。第一介電㈣之厚度 勺"於〇至5 0 0 0埃之間，較佳約為5〇〇埃。第一介電 之 為任何晶圓製程中習知之介電物質，然而較佳之材 二二!1化胡。形成此共型的第—介電層21的方法為傳統的 —二^相沈積法。隨後，進一步沈積一第二介電層22於第 、"電層2 1之表面上，並且填入非結晶矽層2 0之溝槽中， 以及！蓋第一介電層21。類似於第一介電層21之形成方法 »此第—介電層2 2可為任何晶圓製程中習知之介電物質。 1 —介電層22之較佳厚度約為2〇〇〇埃。然而，第二介電層 ，選用之材質對於第一介電層層2丨而 具 化Μ ^ °在此實施例中，第二介電層22之材質為使用傳統 干乳相沈積法所形成的氧化矽。另一種不需要改變本發

第7頁 4 3268 6 五、發明說明（5) 而第 明後續步驟的情況為第一介電層2 1之材質為氧化砂， 二介電層22之材質為氮化矽。 請參照第二圖’回蝕刻處理第二介電層2 2，且此 刻步驟中止於第一介電層21之表面，藉以曝露出第—^ 層之表面。本發明實施例中所使用之蝕刻技術可為傳統 乾回蝕刻製程。藉由控制蝕刻劑或是蝕刻時間，蝕刻步驟 之後，第二介電層22之表面高度可低於或者相當於第一介 電層（如圓所示）之表面高度。不論是藉由控制蝕刻劑或^ 姓刻時間’最後所得到的電容器結構均相同。 移除位在非結晶矽層2〇上方之第一介電層21，直至曝 露出非結晶矽層2 0的表面，藉以獲得第三圖所示之結構： 在此實施例中，可使用傳統的乾蝕刻方法用以獲得所需之 結構。值得注意的一點是由於剩餘之第二介電層22之保護 作用，因此蝕刻製程不會對溝槽中的第一介電層2丨產生 響。 〜 然後’移除溝槽中剩餘之第二介電層22，例如將第三 圖所得之結構浸泡（dip)在酸槽溶液，藉以獲得第四圖所 示之結構。 利用溝槽中的第一介電層2 1作為硬罩幕，以傳統的蝕 刻製程，例如矽乾蝕刻技術’蝕刻非結晶矽層2 〇，直至曝 露出基底1 5之表面。此時所得之結構具有圓柱狀，如第五 圖所不。值得注意的一點是，因為第—介電層2丨的厚度报 厚此實施例中約為2000埃），因此在整個蝕刻製程申，第 一介電層21之底部部份依然可殘留下來，所以最後要完全

IHI 第8頁 f ^3268 6 五、發明說明（6) 移除第一介電層21之底部部份。 使用標準之製程移除殘留的第一介電層21之後接著， 形成一半球型矽晶粒（HSG)層23覆蓋上述圊柱狀結構之内 部表面與外部表面’包括内部的底部表面，如第六圖所示 。形成HSG層23之方法為半導體工業之標準製程，且通常 被稱為選擇性HSG，因為HSG層23係選擇性地形成於非結晶 矽20之表面，而不是形成於半導體基底15之表面。 故，可以獲得DRAM之圓柱狀電容器之下電極。為了完 成DRAM電容器之製造，可形成一電容器介電層（未繪示出 )於下電極上’此電容器介電層例如為氧化鈕（tantalum ο X i d e)或氧化物/ I化物/氧化物。然後，沈積一已摻雜之 多晶矽層覆蓋電容器介電層，藉以形成上極板（或上電極 )0 以上所述僅為本發明之較佳實施例而已，並非用以限 定本發明之申請專利範圍；凡其它未脫離本發明所揭示之 精神下所完成之等效改變或修飾，均應包含在下述之申請 專利範圍内。

Claims (1)

1. 'b b ο 修正 案號 88108810 六、申請專利範圍 ι_ 1. 一種DRAM電容器下電極之製造方法，包括： 形成一矽層於一半導體基底上，該矽層具有一溝槽； 形成共型之一第一介電層於該矽層上； 形成一第二介電層於該第一介電層上，且填入該溝槽 中； 回蚀刻該第二介電層直至曝露出該第一介電層； 移除一部分的該第一介電層直至曝露出該矽層； 移除該第二介電層；以及 使用該第一介電層作為一罩幕，敍刻該石夕層，藉以使 得位在該基底上的該矽層可形成一圓柱狀結構。 2 ·如申請專利範圍第1項之方法，其中該第一介電層包括 氮化矽。 3. 如申請專利範圍第2項之方法，其中該第二介電層包括 氧化石夕。 4. 如申請專利範圍第1項之方法，其中該第一介電層包括 氧化石夕。 5. 如申請專利範圍第4項之方法，其中該第二介電層包括 氮化矽。 6. 如申請專利範圍第1項之方法，其中該矽層係一非結晶

   2000.10. 23.010 a 案號 88108810 年月曰 修正 六、申請專利範圍 矽層，且該非結晶矽層之該溝層具有一深度約為2 0 0 0埃。 7.如申請專利範圍第6項之方法，其中該第一介電層之厚 度約介於0至5 0 0 0埃之間。 8 如申請專利範圍第7項之方法，其中該第二介電層之厚 度約為2 0 0 0埃。 9 ·如申請專利範圍第8項之方法，其中回蝕刻該第二介電 層之方法包括一乾#刻技術。 1 0.如申請專利範圍第9項之方法，其中移除該第一介電層 之方法包括一乾Ί虫刻技術。 11. 如申請專利範圍第1 0項之方法，其中移除該第二介電 層之方法包括浸泡於一酸槽溶液中。 12. 如申請專利範圍第1 1項之方法，其中蝕刻該矽層之方 法包括一紗乾融刻技術。 1 3. —種具有半球型矽晶粒之DRAM電容器下電極之製造方 法，包括： 形成一非結晶矽層於一半導體基底上，該非結晶矽層 具有一溝槽；

   Μ 第11頁 2000.10.23.011 六、申請專利範圍 形成共型之一第一介電層於該非結晶矽層上； 形成一第二介電層於該第一介電層上，且填入該溝槽 中； 回蝕刻該第二介電層直至曝露出該第一介電層； 移除一部分的該第一介電層直至曝露出該非結晶矽層 r 移除該第二介電層； 使用該第一介電層作為一罩幕，蝕刻該非結晶矽層， 藉以使得位在該基底上的該非結晶矽層可形成一圓柱狀結 構；以及 形成一半球型矽晶粒（HSG)層於該圓柱狀結構之表面 上，藉以形成一動態隨機存取記憶體之一電容器的一圓柱 狀下電極板，其中該圓柱狀下電極板具有半球型矽晶粒。 14. 如申請專利範圍第1 3項之方法，其中該第一介電層包 括氮化ί夕。 15. 如申請專利範圍第1 4項之方法，其中該第二介電層包 括氧化矽。 16. 如申請專利範圍第1 3項之方法，其中該第一介電層包 括氧化砍。 17.如申請專利範圍第1 6項之方法，其中該第二介電層包

   第12頁 r (14 326 8 6 六、申請專利範圍 括氮化砂。 18. 如申請專利範圍第1 3項之方法，其中移除該第一介電 層之方法包括一乾敍刻回敍技術。 19. 如申請專利範圍第1 8項之方法，其中移除該第二介電 層之方法包括浸泡於一酸槽溶液中。 20. 如申請專利範圍第1 9項之方法，其中蝕刻該非結晶矽 層之方法包括一妙乾触刻技術。

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