TWI285917B - Method for fabricating capacitor in semiconductor device - Google Patents
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Description
1285917 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明有關-種半導體元件中之電容器 法，特別是有關一種使用一種環形以3队（或si〇 來製作半導體元件中之電容器的製作方法。 X y) 【先前技術】 刘弟i圖所示 如弟1圖所示，一層間絕緣層係被沈積於一晶圓上（未 :示），纟中’有一些元件被形成，而層間絕緣層的 =擇性佈局圖樣乃被刻劃以形成一可暴露出半導體 晶圓之一部分的接觸孔（未予圖示）。 接著，一接觸插頭13乃被形成於接觸孔（未圖示） 中，且一圓柱形、凹陷形、或其他形狀之儲存節點15 乃被形成於所形成的整個構造上面，而在儲存節點15 上的氧化物層乃藉由使用一液去除（前 序）。 -二人，一 Si3N4薄膜π乃通過一 lpcvd製程（一 〇N0第二製程），且_氧化製程(一 〇N〇第三製程”皮 執行以藉其形成一上部電極19，如此完成了電容器的 一而，由於設計規則的減少導致晶胞（Cell)面積 降低的緣故，減低介電體（dielectric)的厚度（Teff)以 獲得必要的充電容量乃為必需。 1285917 · 、 至於從來的N/O介電體，由於LPCVD製程，因 為SisN4的氧化阻抗性在厚度低於時會嚴重地降 低二故發生了位於電容器下方的半導體元素，例如儲 存即點與位元線（bit_line)在第三〇N〇製程時被氧化 的問題，而且，介電體的厚度Teff難以使之低於45λ， 因為在厚度低於50A時，漏洩電流增加而絕緣破壞電 壓減少。 【發明内容】 由是，本發明即是為解決上述發生在習見技術中_ 之問題而發明者’本發明之目的即是在提供一種半導 :元件中之電容器的製作方法，其可減少介電體的厚 又且猎由使用—_4或—Si〇xNy(其中X社W…9 . ，y在ο.1與2之間）為一介電體而改進漏茂電流特:
一 ：、、、了達成上述之目的，本發明提供了一種半等 疋件中之電容器的製作方法 _卜H… 衣作万法，其包括下列步驟：开 儲存卽點電極於一半導靜曰 b h 亍今體日日SI上；形成一以一瑪 鼠化矽所製成的介電層於 日Α傾存即點電極之上；以及 成一上部電極於此介電層上。 本發明上述之目的，f胜 m m ^ ^ ，、特破以及優點，從下列 附圖所作之誶細說明將更為明確。 【實施方式】 6 1285917 以下’參照附圖詳細說明本發明之半導體元件中 之電容器的製作方法。 第2圖係說明本發明之半導體元件中之電容器的 製作方法的製程截面圖。 第3圖係本發明之半導體元件中之電容器的製作 方法中，環开> Si^4沈積系統的說明圖。 第4圖的表為採用習見程沈積以…^與 依照本發明通過-環形製程沈積得料爪之測試結 果表。 如第2圖所示，依照本發明之半導體元件中之電 容器的製作方法，-層間絕緣層21乃被沈積於一晶圓 (未予圖不）上，其中構成有多個元素，然後選擇性的 層間絕緣層的圖樣刻劃乃被執行藉以形成—接觸孔 (未圖不）而將一部份半導體晶圓露出。 接著，一接觸插頭23形成於接觸孔（未圖示）中， = =、—凹陷形等之儲存節點25乃被形成在整 個半體晶圓的表面上。 然後，一以環形Si N或_ 〇1與0 9之η 3 4飞％形&〇為（其中# 、二之間，7在〇」與2之間)所製成之介電層27乃 被；〇積於儲存節點電極25上， ⑽被沈積成具有多於二層之多=，儲存節點電極 夕層狀，以將磷（P)濃 1285917 度極大化，且利用一 MPS來增加儲存節點電極之面 積。此即是’-非晶系層的儲存節點電極係在製程中 叫通過第—沈積—具有—高滲雜濃度之已渗雜 非曰曰系矽@ ’然後藉由改變氣體流量而在製程中 (ln韻U)維持—半導體基板於反應爐中，沈積-非晶 系矽層而形成。 甚且，例如SiH4、SiH2Cl2、Sicl4#之氣體，可 使用作為-石夕⑻源而採用於沈積介電體，且贿3、 N2等，可使用作為一氮氣（Si)源，ο:、〇3、AO等， 可使用作為氧氣⑼源，如第3圖所示，⑽的沈積 於儲存節電極係通過周期性地供應此氣體至一反應 室’形成一循環製程而作成。 如上所述，雖然相同的氣體源可如一傳統的 LPCVD製程所使用，來沈積Si3Nf般，通過一循環 製程使用於沈積SIN4,然而，如第3圖所示，來源氣 體的供應會中斷而氮源氣體與矽源氣體即以一脈衝 形悲被供應至反應室中，藉此感應在沈積的薄層中的 組合物可充滿氮（N)。 此％，在使用ShN4作為一介電層的情況下，心 係通過一包括有矽脈衝與一氮氣脈衝之循環而被沈 積，甚且，在使用SiOxNy為介電層的情況下（其中义在 1285917 0.1與0.9之間’ y在〇.2與2之間），Si〇為係通過一包 括有有矽脈衝與一氮氣脈衝與氧氣脈衝之循環被沈 積。 另一方面，於沈積介電層27之前，通過在一高於 沈積溫度或壓力的條件下加人—氮氣脈衝，藉由氮化 處理儲存即點電極之表面，可增進漏洩電流與介電特 性。 然後，介電SisN4層被沈積，其表面被氧化以增 加絕緣特性。 接著，一氧化製程被進行且一非晶系矽層被沈積 以形成一上部電極29,在此沈積非晶系矽的同時，摻 雜（doping)在高於溶液界限被執行，或者，通過增加 ^(P)的植入或沈積壓力的增加，磷（p)的濃度乃提高 了。 又者，在沈積一矽層以使用為上部電極之情況 下，可選擇使用任何一個從包含一增加不純物濃度的 製程，降低沈積溫度的製程，以及增加不純物原料氣 體注入壓力製程中的一個。 在使用增加不純物濃度之製程的情況中，一 DS(Si2H6)或一 MS(SiH4)氣體係使用作為沈積時的基 本氣體，而一濃度為的Ph3/h2(或PH3/SiH4) 1285917 氣體係被使用作為-不純物原料氣體，製程的壓力係 被維持在2 torr以下。 在使用一降低沈積溫度之製程的場合下，製程溫 度係維持在500至57(TC以在一非晶系狀態下沈積 矽。在此時，使用的氣體的量係：基本氣體㈣ 為800至2GGml(cc) ’不純物氣體為⑽至5Q()ml(cc)。 而且，在使用一增加一不純物氣體的注入壓力的 程序，製程溫度係維持在5〇〇至57〇它以於非晶系狀況 下沈積矽，在此時，使用的氣體的量係：基本氣體〗〇〇〇 至15〇〇ml(CC)，不純物氣體為500至15〇〇ml(cc),製程 的壓力維持在1至2 torr。 進者，上部電極的沈積製程包括兩個以上的步 驟；而上述的製程條件係採用於製程的第丨步驟中， 在此時，沈積的厚度被控制在1〇〇至1〇〇〇人之間。 甚者’在沈積上部電極與P的離子注入製程以 後，沈積溫度乃增加至5〇〇至6〇(rc#增加沈積的速 度，此時，不純物氣體的量乃減少至3〇〇ml(cc)以下。 第4圖的表為採用習見1^(^1)製程沈積§込队與 依照本發明通過一環形製程沈積得的Si3N42測試詰 果表，攸表中得知，依照本發明所製得的Si3N4層之 絶緣破壞電壓係當施加相同的充電容量時，高於傳統 1285917 者 0.35V〜0.5V。 其結果表示依照本發明所形成的§丨以4層之充電 容量在相同的絕緣破壞電壓下，係高於傳統狀況3至 6fF/cell 〇 【發明的效果】 如上所述，依照本發明之半導體元件中之電容器 的製作方法，沈積了的S^N4薄層若比較一 cVD製程 所得的SisN4層時，有一充足的氮（N)組成物，藉此增 _ 加了氧化抵抗性與介電率（dielectric ratio)。 · 因此，可減少介電體的厚度，藉此，Teff的厚度 . 可減少至4〇A以下，而因此產生一 n〇電容器之充電電 容量最大化且電容器的高度可由於其高的充電容量 ： 而降低。 、 而且，本發明的製程可免除購買高價的製程設 備，例如使用在ALD製程中的設備，僅使用目前使用 於CVD製程的設備即可。 因此，依照本發明，由於其高的充電容量與低的 缺陷發生狀況，可增加半導體元件特性的可靠性與恢 復（refresh)特性。 本發明上述之較佳具體實施例乃僅用來說明本 發明而已，對於熟悉此項技藝之人士而言，其所作可 能的修正、增加或取代而未離開本發明之精神時，應 該在本發明之權利範圍之内。 π 1285917 【圖式簡單說明】 法的 第1圖為傳統半導體元件之電容器的製造方 製程斷面圖； 第2圖係說明本發明之半導體元件中之 巧 製作方法的製程截面圖； 裔的 第3圖係本發明之半導體元件中之電容器的 方法中，環形Si3N4沈積系統的說明圖； 第4圖的表為採用習見LpcVD製程沈積^凡盘 依，本發明通過-環形製程沈積得的帥4之測試結 果表。 【主要元件符號說明】 13 :接觸插頭 15 :儲存節點 Π : Si3N4 薄膜 21 :層間絕緣層 23 :接觸接頭 25 :儲存節點電極 27 ·介電層 29 :上部電極 12
Claims (1)
1285917 十、申請專利範圍： 包括 1. 一種半導體元件中之電容器的製作方法 有下列步驟： / 在一半導體晶圓上形成一儲存節點電極； ，在沒有電漿脈衝，以引入石夕氣源、氮氣源、與氧 :::儲存節點電極的表面上，而在一循環製程中 ： 省存即點電極表面形成一以循環式製程所得 矽（ShNO,或循環式製程所得的氮氧化 = 之間’y如與2之間)層所作V之 在介電層上形成一上部電極。 抑2.如申請專利範圍第1項之半導體元件中之電容 -的製作方法’其巾’儲存節點電極係在製程中 (in-situ)通過第—沈積—具有—高滲雜濃度之已渗雜 非晶系矽層，然後藉由改變氣體流量而在製程中 (in-mu)維持一半導體基板於反應爐中，沈積一非晶 系矽層而形成。 ^ 3·如申請專利範圍第1項之半導體元件中之電容 ^的製作方法，其中石夕氣源為SiH[氣，或siH2C12氣 〆♦ 4氣其中氮氧源為NH3氣或N2氣，而氧氣源為 〇2或〇3或^：2〇。 口 4·如申請專利範圍第1項之半導體元件中之電容 ‘作方法，其更包括在形成介電層之前，於一溫 度C力大於沈積溫度或壓力之情況下，藉由加入一氮 13 1285917 氣（N)脈衝至此循 衣而進行一健六々々田L而 化處理的步驟。 儲存即點電極表面之氮 器二;d圍第1項之半導體元件中之電容 層表面的步驟。、匕括在形成介電層以後氧化介電 6 ·如申清專利篇 器的製作方法，复由 項之半導體元件中之電溶 何-個從包含―…’上部電極係藉由可選擇使用任
度的fr，v «、不純物濃度的製程，降低沈積溫 王，1增加不純物原料氣體注入壓力製程中 的-個來沈積一石夕層而形成。 川
哭二.如申請專利範圍第6項之半導體元件中之電容 σ ^作方法，其中，在使用增加不純物濃度之製程 ，清况中，—DS(Si2H6)或一MS(SiH4)氣體係使用作 為沈積時的基本氣體，而一濃度為1至5%的 PH^/H2(或PHs/SiH4)氣體係被使用作為一不純物原 料軋體，製程的壓力係被維持在2 以下。 8·如申請專利範圍第6項之半導體元件中之電容 為的製作方法，其中，在使用一降低沈積溫度之製程 的場合下，製程溫度係維持在5〇0至57〇t：;在此時， 使用的氧體的量係：基本氣體（base gas)為8〇〇至 200ml(cc)，不純物氣體為 150 至 500ml(cc)。 9·如申請專利範圍第6項之半導體元件中之電容 為的製作方法’其中，而且，在使用一增加一不純物 14 1285917 . 氣體的注入壓力的程序，製程溫度係維持在5〇〇至57〇 °C以於非晶系狀況下沈積矽，在此時，使用的氣體的 量係··基本氣體1〇〇〇至1500ml(cc)，不純物氣體為5〇〇 至1500ml(CC)，製程的壓力維持在1至2t〇rr。 10·如申請專利範圍第丨項之半導體元件中之電 ♦裔的製作方法，其中，磷係在形成上部電極以 後被注入。 U •如申請專利範圍第1項之半導體元件中之電 容器的製作方法，其中，上部電極的形成係通過超過 2個以上的步驟而進行，而第一步驟之沈 至 1000A。 σ 12·如申請專利範圍第11項之半導體元件中之電 谷裔的製作方、、表 甘丄 法其中，在第2步驟以後之接續製程 的沈積溫度為500至600〇c。 〜口申請專利範圍第12項之半導體元件中之電 谷裔的製作方本，甘 ^ ^其中’不純物氣體的量乃使用在低 於300ml以下。 15
第3圖 Si (seem)
NH3 Anl + 循環沉積 (seem)
第4圖 Si3…沉積 LPCVD Si3NU(習見） 循環式的Si3N4(本發明） BV(+) 平均 3· 69 4.24 最大 3.78 4.45 最小 3.65 4.08 BV㈠ 平均 -4.12 - 4.47 最大 -4.10 -4.33 最小 -4.15 -4.65 1285917 七、指定代表圖·· (一） 本案指定代表圖為：第（2 )圖。 (二) 本代表圖之元件符號簡單說明： 21 :層間絕緣層 2 3 ·接觸接頭 25 :儲存節點電極 27 :介電層 29 :上部電極 八、本案若有化學式時，請揭示最能顯示發明特徵的化學式：
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