專利名稱：制造溝槽動態(tài)隨機(jī)存取存儲器中電容器掩埋片的工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及到半導(dǎo)體電路，更具體地說是涉及到動態(tài)隨機(jī)存取存儲器(DRAM)深溝槽存儲電容器及這種電容器中的掩埋片的制造。
半導(dǎo)體電路中的動態(tài)隨機(jī)存取存儲器(DRAM)通常組合有深溝槽存儲電容器。由于用來對這種深溝槽存儲電容器進(jìn)行圖形化的光刻基本尺寸隨逐代DRAM工藝不斷地縮小，故希望降低工藝復(fù)雜性并增大制造容差。掩埋片擴(kuò)散區(qū)通常被用來連接深溝槽存儲電容器陣列的平板區(qū)。然而，用來制作這種掩埋片擴(kuò)散區(qū)的目前工藝給對成本敏感的DRAM制造工藝增加了工藝步驟和工藝復(fù)雜性。
例如，制造DRAM溝槽電容器掩埋片的標(biāo)準(zhǔn)工藝可能包含(a)在襯底表面中腐蝕溝槽；(b)在溝槽側(cè)壁上制作勢壘層；(c)用光刻膠填充溝槽；(d)將光刻膠腐蝕到預(yù)定深度，用腐蝕時(shí)間控制此深度，此深度確定被填充的下部區(qū)域和暴露的上部區(qū)域；(e)清除上部區(qū)域中的勢壘層，以暴露下方的側(cè)壁；(f)剝離光刻膠；(g)用勢壘層作為下部區(qū)域的掩模，在側(cè)壁上部區(qū)域上制作頸圈；以及(h)用頸圈作為上部區(qū)域的掩模，在溝槽下部區(qū)域中形成掩埋片擴(kuò)散區(qū)。
使用光刻膠填充和腐蝕步驟的上述工藝通常被稱為光刻膠凹下技術(shù)。由于用光刻膠進(jìn)行填充和腐蝕的步驟增加了工藝復(fù)雜性，故希望借助于取消光刻膠填充和腐蝕步驟而簡化和縮短制作深溝槽存儲電容器中的掩埋片擴(kuò)散區(qū)的工藝。
用來制造DRAM深溝槽存儲電容器以及這種電容器中掩埋片的常規(guī)方法的缺點(diǎn)表明，仍然存在著對改進(jìn)工藝的需求。為了克服常規(guī)方法的缺點(diǎn)，提供了一種新工藝。本發(fā)明的目的是簡化和縮短制作深溝槽存儲電容器中的掩埋片擴(kuò)散區(qū)的工藝。相關(guān)的目的是取消常規(guī)方法中通常使用的光刻膠填充和腐蝕步驟。
為了達(dá)到這些和其它的目的，并考慮到其目的，本發(fā)明提供了一種制造溝槽中的深溝槽電容器的工藝。此電容器包含溝槽上部區(qū)域中的頸圈和溝槽下部區(qū)域中的掩埋片。其改進(jìn)包含，在制作溝槽上部區(qū)域中的頸圈之前，用非光敏的底層填充材料填充溝槽下部區(qū)域。此工藝包含下列步驟(a)在襯底中制作深溝槽，此溝槽具有側(cè)壁、底部、上部區(qū)域和下部區(qū)域；(b)用非光敏底層填充材料，例如旋涂玻璃，填充溝槽下部區(qū)域；(c)在溝槽上部區(qū)域中制作頸圈；(d)清除底層填充物；以及(e)在溝槽下部區(qū)域中形成掩埋片。
本發(fā)明的工藝可以按第一順序(a)、(b)、(c)、(d)、(e)依次執(zhí)行，或按第二順序(a)、(b)、(d)、(c)、(e)執(zhí)行。當(dāng)工藝按第一順序執(zhí)行時(shí)，步驟(c)可以包含(ⅰ)用化學(xué)汽相淀積(CVD)方法，在襯底(或襯底上的襯墊膜)、溝槽側(cè)壁和底層填充物上，同形淀積諸如氧化物或氮氧化物之類的介電材料；(ⅱ)腐蝕襯墊膜和底層填充物上的介質(zhì)，在溝槽側(cè)壁上留下介電頸圈。
當(dāng)工藝按上述第二順序執(zhí)行時(shí)，此工藝在步驟(a)和(b)之間還可以包含在襯底(或襯底上的襯墊膜)、溝槽側(cè)壁和溝槽底部上制作勢壘膜的步驟。這一工藝在步驟(b)和(d)之間則還可以包含從上部區(qū)域中的溝槽側(cè)壁清除勢壘膜的步驟。步驟(c)則可以包含用熱氧化方法生長頸圈。
這樣，本發(fā)明可以包含依次執(zhí)行下列步驟的工藝(a)在襯底上制作襯墊膜層；(b)制作穿過襯墊膜層進(jìn)入襯底的深溝槽；(c)用旋涂玻璃底層填充物填充溝槽下部區(qū)域；(d)在襯墊膜、溝槽側(cè)壁和旋涂玻璃填充物上同形淀積介電材料；(e)腐蝕襯墊膜和旋涂玻璃底層填充物上的介電材料，在溝槽上部區(qū)域中的溝槽側(cè)壁上留下介電材料組成的頸圈；(f)清除旋涂玻璃底層填充物；以及(g)在下部區(qū)域中制作掩埋片。
本發(fā)明也可以包含依次執(zhí)行下列步驟的工藝(a)在襯底上制作襯墊膜層；(b)制作穿過襯墊膜層進(jìn)入襯底的深溝槽；(c)在襯底、溝槽側(cè)壁和溝槽底部上制作勢壘膜；(d)用旋涂玻璃底層填充物填充溝槽下部區(qū)域；(e)腐蝕上部區(qū)域中的溝槽側(cè)壁上的勢壘膜；(f)清除旋涂玻璃底層填充物；(g)對上部區(qū)域中的溝槽側(cè)壁進(jìn)行熱氧化以生長頸圈；以及(h)在下部區(qū)域中制作掩埋片。
要指出的是，上述的一般性描述和下面的詳細(xì)描述都是示例性的，而不是對本發(fā)明的限制。
從結(jié)合附圖的下列詳細(xì)描述中，可以最好地理解本發(fā)明。要強(qiáng)調(diào)的是，根據(jù)通常做法，附圖中的各個(gè)零件是不按比例的。相反，為了清晰起見，各個(gè)零件的尺寸被任意地放大或縮小了。其中

圖1是示意剖面圖，示出了作為根據(jù)本發(fā)明示例性實(shí)施例的制造工藝中的第一步驟而制作在襯底中和排列在襯底上的襯墊層中的深溝槽；圖2是示意剖面圖，示出了作為根據(jù)本發(fā)明示例性實(shí)施例的制造工藝中的第二步驟而淀積在圖1所示深溝槽中的底層填充物；圖3是示意剖面圖，示出了作為根據(jù)本發(fā)明示例性實(shí)施例的制造工藝中的第三步驟而制作在未被底層填充物填充的溝槽上部區(qū)域中的側(cè)壁上的頸圈；圖4是示意剖面圖，示出了作為根據(jù)本發(fā)明示例性實(shí)施例的制造工藝中的第四步驟而從溝槽的下部區(qū)域清除底層填充物；圖5是示意剖面圖，示出了作為根據(jù)本發(fā)明示例性實(shí)施例的制造工藝中的最后步驟而在襯底中制作掩埋片；圖6是示意剖面圖，示出了本發(fā)明的變通示例性實(shí)施例，其中在溝槽中淀積底層填充物之前，首先用薄的勢壘膜涂敷溝槽；以及圖7是示意剖面圖，示出了本發(fā)明的變通示例性實(shí)施例的下一步驟，其中從下部區(qū)域清除底層填充物，并在溝槽的上部區(qū)域中制作頸圈。
現(xiàn)參照附圖，其中相同的參考號通篇表示相同的元件，圖1-5示出了根據(jù)本發(fā)明示例性實(shí)施例的制造工藝中的深溝槽。首先，如圖1所示，用本技術(shù)領(lǐng)域熟練人員熟知的常規(guī)方法，例如用光刻和諸如反應(yīng)離子刻蝕(RIE)等干法腐蝕方法，在襯底12中制作深溝槽10。襯底12通常具有排列在其上的厚度約為10-500nm的諸如氮化硅(SiN)膜的襯墊層14。當(dāng)存在襯墊層14時(shí)，如圖1所示，溝槽10穿透襯墊層14和襯底12二者，且溝槽在襯底12中的深度約為3-10微米。
在溝槽腐蝕步驟之后，如圖2所示，涂敷形成底層填充物16的非光敏材料。底層填充物16可以例如是旋涂玻璃(SOG)膜。如本技術(shù)熟知的那樣，這一步驟通常在組合一個(gè)或多個(gè)涂敷站、一系列烘焙和加熱片以及一個(gè)處理機(jī)械手的清潔的軌道(未示出)上執(zhí)行。
SOG涂敷工藝通常包含將晶片(未示出)置于涂敷站(未示出)的吸盤(未示出)上、通過噴嘴(未示出)涂敷定量的SOG液體先質(zhì)(未示出)、以及將晶片加速到以一定的旋涂速度作圓周運(yùn)動。為了得到更好的均勻性，在涂敷SOG液體先質(zhì)之前，以中等動態(tài)分配速度開始旋轉(zhuǎn)可能是有利的。最終的SOG液體先質(zhì)膜的厚度并不很決定于淀積的先質(zhì)的數(shù)量，而是決定于圓周加速度和通常約為1000-5000rpm的最終旋轉(zhuǎn)速度。對于諸如Dow Corning of Midland，Michigan制造的Flowable Oxide Fox材料之類的典型市售SOG材料，這一工藝可以得到厚度在大約250-10000埃、平坦表面上的典型均勻性為0.5％σ的膜。根據(jù)所用的材料和淀積目標(biāo)，可能需要涂敷多個(gè)涂層。
在離開旋涂室之后，例如在一系列加熱板(未示出)上烘焙晶片。加熱板通常工作于大約70-350℃的溫度下。有些加熱板能夠達(dá)到大約450℃的溫度。烘焙步驟在受控的氣氛中執(zhí)行，以便放出SOG先質(zhì)中的溶劑，使SOG膜回流得到最佳均勻性和間隙填充，并促使先質(zhì)的交聯(lián)進(jìn)入非晶SOG網(wǎng)絡(luò)。根據(jù)所用的材料和淀積目標(biāo)，可能需要涂敷多個(gè)涂層和多次烘焙。
這樣淀積的氧化膜不如壓力增強(qiáng)化學(xué)汽相淀積(PECVD)氧化物致密，因而具有更高的濕法腐蝕速率。雖然額外的熱處理能夠提高SOG氧化物的密度，但在諸如本發(fā)明中的溝槽之類的受到限制的幾何形狀中，SOG通常仍然保持提高了的濕法腐蝕速度。
采用液體SOG先質(zhì)所固有的整平和間隙填充能力，有利于將溝槽填充到所希望的高度。Fox材料特別能夠自身整平，并易于流動以填充到抬高的結(jié)構(gòu)之間，除非抬高的結(jié)構(gòu)橫向小于約為20微米的材料特有的“滑移長度”。于是，在本應(yīng)用中，SOG膜在晶片的未被圖形化的區(qū)域中具有與在平坦的晶片上相同的厚度，但在圖形化的區(qū)域中，在溝槽之間或上方積累材料之前，材料首先填充溝槽。于是，借助于確定給定面積中的溝槽的體積，并且將溝槽體積與可能淀積在具有相同面積的平坦襯底上的膜的體積進(jìn)行比較，就能夠估計(jì)溝槽中的填充物高度。在溝槽圖形化區(qū)域的邊沿處，通常制作虛擬結(jié)構(gòu)以確保所有有效的溝槽中的填充物的良好均勻性。
于是，使用SOG工藝，填充物高度由淀積參數(shù)和溝槽與溝槽圖形化區(qū)域的幾何形狀確定，而不是像光刻膠凹下步驟中那樣由腐蝕工藝確定。由于粘合作用，SOG材料組成的小薄膜可以粘合到溝槽的側(cè)壁。利用各向同性腐蝕工藝，例如短時(shí)間浸入在非常稀的氫氟酸(HF)中，如浸入在40∶1-500∶1(去離子水∶氫氟酸)溶液中30秒鐘到3分鐘，能夠容易地清除這種膜。
如圖3所示，在本發(fā)明的最佳實(shí)施例中，在溝槽10的上部區(qū)域22(溝槽10的未被底層填充物16填充的部分)中的側(cè)壁20上制作頸圈18的側(cè)壁間隔?？梢越柚谠谝r底12上(或在襯底12上的襯墊層14上)、在溝槽側(cè)壁20上、以及在底層填充物16上同形淀積諸如CVD氧化物或含氮的氧化物(氮氧化物)之類的介電材料，來制作頸圈18。接著，諸如RIE的各向異性干法腐蝕被用來從任何水平表面(襯底12或襯墊層14上，以及底層填充物16上)清除介電材料，僅僅在側(cè)壁20上留下頸圈18。頸圈18的深度就這樣確定于底層填充材料16的上部范圍。RIE腐蝕劑可以包含包括但不局限于CF4、CHF3、NF3、O2、N2、Ar中的一個(gè)或多個(gè)的供氣組合。
如圖4所示，然后可以用例如含HF的溶液，從溝槽10的下部區(qū)域24濕法剝離底層填充材料16。因此，頸圈18的材料被選擇來提供對底層填充物16的濕法腐蝕選擇性。氮氧化物是頸圈18的合適材料。因此，頸圈18在制作下部區(qū)域24中的掩埋片的后續(xù)步驟中，被用作上部區(qū)域22中的掩模。
接著，如圖5所示，掩埋片26被制作成襯底12中的外擴(kuò)散區(qū)?？梢杂蒙楣璨Ａ?ASG)擴(kuò)散、等離子體摻雜(PLAD)、等離子體離子注入(PIII)、氣相擴(kuò)散、或本技術(shù)所知的其它技術(shù)，來制作形成掩埋片26的外擴(kuò)散區(qū)。
現(xiàn)參照圖6和7，在變通實(shí)施例中，可以首先用薄的勢壘膜30涂敷圖1的溝槽10。勢壘膜30通?？梢允怯肅VD方法淀積到厚度約為3-20nm的SiN膜。然后可以如上所述在溝槽10中淀積底層填充物16。然后，通常可以用諸如使用含有磷酸或HF的濕法溶液之類的化學(xué)腐蝕方法，從溝槽10的上部區(qū)域22清除勢壘膜30。在清除上部區(qū)域22中的勢壘膜30的過程中，底層填充物16掩蔽下部區(qū)域24。
然后，如圖7所示，例如借助于用含有HF的化學(xué)品進(jìn)行剝離，從下部區(qū)域24清除底層填充物16，并例如借助于用局部氧化工藝(LOCOS)的熱氧化物生長，在上部區(qū)域22中制作頸圈32。這種局部氧化步驟可以包含在大約800-1100℃的溫度下暴露于氧(O2)或水(H2O)。在氧化物生長工藝中，勢壘膜30掩蔽下部區(qū)域24。然后可以清除勢壘膜30，而上部區(qū)域22中的頸圈32則可以如上所述用作后續(xù)由外擴(kuò)散制作掩埋片26時(shí)的掩模。作為變通，頸圈32可以用作隔離頸圈。
雖然上面參照某些具體實(shí)施例描述了本發(fā)明，但決不能認(rèn)為本發(fā)明局限于所示細(xì)節(jié)。相反，可以在權(quán)利要求的范圍和等價(jià)范圍內(nèi)作出細(xì)節(jié)方面的各種各樣的修正而不超越本發(fā)明的構(gòu)思。
權(quán)利要求
1．一種制造深溝槽中的深溝槽電容器的工藝，其中的電容器包含所述溝槽上部區(qū)域中的頸圈和所述溝槽下部區(qū)域中的掩埋片，其中的改進(jìn)包含，在制作所述溝槽上部區(qū)域中的所述頸圈之前，用非光敏的底層填充材料填充溝槽下部區(qū)域。
2．權(quán)利要求1的工藝，其中所述底層填充材料是旋涂玻璃。
3．權(quán)利要求1的工藝，還包含下列步驟(a)在襯底中制作所述深溝槽；(b)用所述非光敏底層填充材料填充溝槽下部區(qū)域；(c)在溝槽上部區(qū)域中制作所述頸圈；(d)清除所述底層填充物；以及(e)在所述溝槽下部區(qū)域中形成所述掩埋片。
4．權(quán)利要求3的工藝，其中所述步驟按順序(a)、(b)、(c)、(d)、(e)依次執(zhí)行。
5．權(quán)利要求4的工藝還包含，在步驟(a)之前，在所述襯底上制作襯墊膜，并在步驟(a)中制作通過所述襯墊膜進(jìn)入所述襯底的所述溝槽。
6．權(quán)利要求4的工藝，其中步驟(d)包含借助于使用含有氫氟酸的化學(xué)溶液的濕法剝離方法，清除所述底層填充物。
7．權(quán)利要求4的工藝，其中步驟(e)包含，用選自ASG擴(kuò)散、等離子體摻雜、等離子體離子注入、和氣相擴(kuò)散所構(gòu)成的組中的方法制作所述掩埋片。
8．權(quán)利要求4的工藝，其中步驟(c)包含(ⅰ)在所述襯底、所述溝槽側(cè)壁和所述底層填充物上，同形淀積介電材料；(ⅱ)腐蝕所述襯底和所述底層填充物上的所述介質(zhì)，在溝槽側(cè)壁上留下介電頸圈。
9．權(quán)利要求8的工藝，其中步驟(c)中的(ⅰ)包含用化學(xué)汽相淀積方法淀積所述介電材料，其中所述介電材料是氧化物和氮氧化物中的一種。
10．權(quán)利要求9的工藝，其中步驟(c)中的(ⅱ)包含用各向異性干法腐蝕方法腐蝕所述襯底和所述底層填充物上的所述介質(zhì)。
11．權(quán)利要求10的工藝，其中步驟(c)中的(ⅱ)包含用反應(yīng)離子刻蝕方法腐蝕所述襯底和所述底層填充物上的所述介質(zhì)。
12．權(quán)利要求4的工藝，其中用非光敏底層填充物填充溝槽下部區(qū)域的步驟(b)包含涂敷旋涂玻璃膜。
13．權(quán)利要求3的工藝，其中所述步驟按順序(a)、(b)、(d)、(c)、(e)依次執(zhí)行。
14．權(quán)利要求13的工藝，其中所述溝槽還包含側(cè)壁和底部，此工藝在步驟(a)和(b)之間還包含在所述襯底、所述溝槽側(cè)壁和所述溝槽底部上制作勢壘膜的步驟。
15．權(quán)利要求14的工藝，其中襯墊膜存在于所述襯底上，而制作勢壘膜的步驟包含在所述襯墊膜上制作所述勢壘膜。
16．權(quán)利要求14的工藝，在步驟(b)和(d)之間還包含從所述上部區(qū)域中的所述溝槽側(cè)壁清除勢壘膜的步驟。
17．權(quán)利要求16的工藝，還包含用化學(xué)腐蝕清除勢壘膜。
18．權(quán)利要求17的工藝，其中的化學(xué)腐蝕步驟包含用含有磷酸的濕法溶液進(jìn)行腐蝕。
19．權(quán)利要求16的工藝，其中的步驟(c)包含用熱氧化方法生長所述頸圈。
20．權(quán)利要求13的工藝，其中用非光敏底層填充物填充溝槽下部區(qū)域的步驟(b)包含涂敷旋涂玻璃膜。
21．一種制造深溝槽電容器的工藝，此工藝包含依次執(zhí)行下列步驟(a)在襯底上制作襯墊膜層；(b)制作穿過所述襯墊膜層進(jìn)入所述襯底的深溝槽，所述溝槽具有側(cè)壁、底部、上部區(qū)域和下部區(qū)域；(c)用旋涂玻璃底層填充物填充溝槽下部區(qū)域；(d)在所述襯墊膜、所述溝槽側(cè)壁和所述旋涂玻璃底層填充物上，同形淀積介電材料；(e)腐蝕所述襯墊膜和所述旋涂玻璃底層填充物上的所述介電材料，在溝槽上部區(qū)域中的溝槽側(cè)壁上留下介電材料組成的頸圈；(f)清除所述旋涂玻璃底層填充物；以及(g)在所述下部區(qū)域中制作掩埋片。
22．一種制造深溝槽電容器的工藝，此工藝包含依次執(zhí)行下列步驟(a)在襯底上制作襯墊膜層；(b)制作穿過所述襯墊膜層進(jìn)入所述襯底的深溝槽，所述溝槽具有側(cè)壁、底部、上部區(qū)域和下部區(qū)域；(c)在所述襯底、所述溝槽側(cè)壁和所述溝槽底部上，制作勢壘膜；(d)用旋涂玻璃底層填充物填充溝槽下部區(qū)域；(e)腐蝕所述上部區(qū)域中的所述溝槽側(cè)壁上的勢壘膜；(f)清除所述旋涂玻璃底層填充物；(g)對所述上部區(qū)域中的所述溝槽側(cè)壁進(jìn)行熱氧化以生長頸圈；以及(h)在所述下部區(qū)域中制作掩埋片。
全文摘要
一種制造溝槽中的深溝槽電容器的工藝。此電容器包含溝槽上部區(qū)域中的頸圈和溝槽下部區(qū)域中的掩埋片。其改進(jìn)包含,在制作溝槽上部區(qū)域中的頸圈之前,用諸如旋涂玻璃之類的非光敏的底層填充材料填充溝槽下部區(qū)域。此工藝可以包含下列步驟:(a)在襯底中制作深溝槽;(b)用底層填充材料填充溝槽下部區(qū)域;(c)在溝槽下部區(qū)域中制作頸圈;(d)清除底層填充物;以及(e)在溝槽下部區(qū)域中制作掩埋片。
文檔編號H01L27/108GK1285616SQ00120189
公開日2001年2月28日 申請日期2000年7月20日 優(yōu)先權(quán)日1999年7月29日
發(fā)明者烏萊克·格略寧, 卡爾·J·拉登斯, 德克·特本 申請人:國際商業(yè)機(jī)器公司, 英芬能技術(shù)北美公司