專利名稱:半導體器件的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及到半導體襯底上制作有電容器的半導體器件的制造方法。
背景技術(shù)：
諸如DRAM(動態(tài)隨機存取存儲器)的集成電路中組合有電容器的半導體器件已為人所知。
新近已提出用BaTiO3和SrTiO3作為電容器介電膜的技術(shù)。
例如，下列文獻就公開了這種技術(shù)(1)S.Yamamichi et al.，1995 IEDM Technical Digest，p.119；(2)K.P.Lee et al.，1995 IEDM Technical Digest，p.910；(3)日本專利公開No.50395/95。
如上述文獻(1)和(2)所公開的那樣，用BaTiO3和SrTiO3作為介電膜改善了介電膜的絕緣性能，因而可為集成度高的半導體器件制作介電常數(shù)高的電容器。這一技術(shù)可望被千兆位規(guī)模大容量DRAM這樣的半導體器件所采用。
而且，如文獻(3)所公開的，當用二對或更多對頂電極和底電極以及一層BaTiO3介電膜制作二個或更多個電容器時，借助于制作一個不與頂電極及底電極接觸的用來降低介電常數(shù)的非晶介電膜的區(qū)域，可降低寄生電容。
圖12剖面圖示出了常規(guī)DRAM主要部位的結(jié)構(gòu)。
圖12示出了用作器件隔離膜的二氧化硅膜1202以及作為硅片表面上MOS晶體管一部分的擴散層1203a和1203b。在片子1201的整個表面上，制作了層間隔離膜1204、氮化硅膜1205、例如由多晶硅制成的層間互連膜1206a以及由Ru、RuO2或Pt制成的導電膜。層間互連膜1206a和導電膜1206b組成底電極1206。
介電膜1207和頂電極1208層疊在導電膜1206b和氮化硅膜1205上。而層間隔離膜1209制作在頂電極1208和介電膜1207上。
在隔離膜1209表面上制作互連圖形1210和1211?；ミB圖形1210和擴散層1203b用層間互連膜1212連接，而互連圖形1211和頂電極1208用層間互連膜1213連接。
為了在具有這種結(jié)構(gòu)的DRAM中制作薄膜1212，必須制作一個穿透薄膜1204、1205、1207和1209的接觸孔。
然而，當介電膜1207由BaTiO3膜或SrTiO3膜組成時，用諸如RIE(反應離子刻蝕)的干法腐蝕方法難以清除介電膜1207，因此難以制作接觸孔。這是由于Ba、Sr、Ti形成的化合物和腐蝕氣體組分(例如Cl)的熔點高，亦即揮發(fā)性低。
若代之以使用濕法腐蝕，則可容易地清除由BaTiO3和SrTiO3組成的介電膜1207。但由于濕法腐蝕的各向異性小，故對于集成度高的DRAM難以使用濕法腐蝕。
上述文獻(3)中公開的技術(shù)，只改變了含有BaTiO3和其它非晶組分的介電膜的一部分，它能夠減小寄生電容的介電常數(shù)，但不能完全消除寄生電容。這一技術(shù)仍然解決不了難以制作上述接觸孔的問題。
雖然此處使用DRAM作為例子來進行解釋，但對于集成度高的半導體器件都有這種問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種用濕法腐蝕方法方便而準確地清除半導體器件電容器介電膜的方法。
為此目的，本發(fā)明包含下列步驟(a)制作一個底電極，此底電極帶有制作在半導體襯底的層間隔離膜中的層間互連膜，以及制作在上述層間隔離膜上的與層間互連膜相接觸的導電圖形；(b)在上述層間隔離膜和上述導電圖形上制作非晶或晶體介電膜；(c)在上述介電膜上制作覆蓋部分介電膜的頂電極；(d)改變上述介電膜，使至少上述頂電極下方區(qū)域成為晶體而其它區(qū)域成為非晶；以及(e)用濕法腐蝕方法，采用一種對非晶的腐蝕速率高于對晶體的腐蝕速率的腐蝕劑，清除上述介電膜非晶區(qū)域的一部分或全部。
若采用這一制造方法，則由于使用了濕法腐蝕，腐蝕將很容易，而且由于所用的腐蝕劑對非晶的腐蝕速率高于對晶體的腐蝕速率而可能得到足夠各向異性的腐蝕。



以下參照附圖來描述本發(fā)明的進一步目的和優(yōu)點
圖1和圖2是工藝剖面圖，示出了根據(jù)第一實施例的半導體器件的制造方法；圖3指出了燈加熱時間與根據(jù)第一實施例的介電膜的結(jié)晶速度之間的關(guān)系；圖4和圖5描述了第一實施例的效果；圖6-9是工藝剖面圖，示出了根據(jù)第二實施例的半導體器件的制造方法；圖10和圖11工藝剖面圖，示出了根據(jù)第四實施例的半導體器件的制造方法；而圖12剖面圖示出了常規(guī)半導體器件主要部位的結(jié)構(gòu)。
具體實施方式
以下參照附圖，用舉例的方法來描述本發(fā)明應用于DRAM的實施例.圖中各組成部分的尺寸、形狀和位置關(guān)系只是初略的表示以有利于理解本發(fā)明，而下面描述中的數(shù)值條件只是一些例子。
第一實施例下面參照圖1-5來描述根據(jù)本發(fā)明第一實施例的制造方法。
圖1和圖2是工藝剖面圖，示出了根據(jù)第一實施例的DRAM的制造方法。
(1)首先，在硅片101表面上制作將成為器件隔離膜的SiO2膜102和將成為MOS晶體管或相似器件一部分的擴散層103。用CVD(化學氣相沉積)之類的方法，在此片子101上制作例如700-1000nm厚的將成為層間隔離膜的SiO2膜和例如10-100nm厚的非晶SiN膜105。
然后用普通光刻之類的技術(shù)在SiO2膜104和SiN膜105中制作接觸孔106。再用濺射之類的方法，在整個表面上沉積多晶硅，并借助于在表面上執(zhí)行回腐蝕而制作層間互連膜107a。在此層上，用CVD之類的沉積工藝和圖形化工藝，制作含有勢壘層和Ru層、RuO2層、Ir層、IrO2層、Pt層中至少一種層(晶體膜)的導電層107b，使總厚度為例如20-100nm。這一導電層107b和上述的互連膜107a組成底電極107。
然后用CVD之類的方法，在整個表面上制作厚度例如為20-100nm的BST(鈦酸鍶鋇)膜108。借助于設(shè)定沉積溫度為500℃或更低，可將BST膜108制成晶體膜上的結(jié)晶體和非晶膜上的非晶體。在本實施例中，107b層是結(jié)晶體，而膜105是非晶體，因此，晶體BST膜108a被制作在107b層上，而非晶BST膜108b被制作在膜105上(見圖1(A))。若沉積溫度被設(shè)定為500℃或更高，則導電膜107b和SiN膜105上的BST膜都是結(jié)晶體。
(2)用濺射、CVD或其它方法，在BST膜108的整個表面上制作至少由Ru、RuO2、Ir、IrO2、Pt之一構(gòu)成的膜109，使總厚度為例如30-200nm(見圖1(B))。
(3)借助于用普通光刻之類的方法對膜109進行圖形化，制作頂電極110(見圖1(C))。
(4)用燈在例如400℃的溫度下，對整個表面進行加熱。借助于這一處理，只有與電極110相接觸的上述非晶膜108b的區(qū)域結(jié)晶并成為晶體膜108c(見圖1(D))。
圖3示出了燈加熱處理時間與BST膜108b結(jié)晶速度之間的關(guān)系。在圖3中，橫坐標表示燈加熱時間，縱坐標表示BST膜108b的X射線衍射峰強度(任意值)。
如圖3中的a所示，即使用燈加熱，不與電極110相接觸的BST膜108b的部位也不結(jié)晶。另一方面，如圖3中的b所示，用400℃燈加熱大約60秒鐘，與電極110相接觸的部位卻完全結(jié)晶了。
這樣，在非晶膜108b上制作晶體膜110之后，燈加熱就使得有可能在與晶體膜110相接觸的區(qū)域中選擇性地使非晶膜結(jié)晶。
(5)只有BST膜108b的非晶區(qū)域被濕法腐蝕清除(見圖2(A))。此處只要對非晶的腐蝕速率高于對晶體的腐蝕速率，任何腐蝕劑都可以使用，而本實施例中采用了氫和銨的氟化物(1∶2)溶液。
圖4示出了采用氫和銨的氟化物(1∶2)溶液作為BST膜腐蝕劑時的腐蝕速率，其中橫坐標表示氫和銨氟化物(1∶2)的濃度，而縱坐標表示腐蝕速率。
如圖4所示，當采用氫和銨的氟化物(1∶2)溶液作為腐蝕劑時，不管濃度如何，晶體的腐蝕速率(見a)都低于非晶的腐蝕速率(見b)。
圖5示出了當采用氫和銨的氟化物(1∶2)溶液作為BST膜的腐蝕劑時的晶體腐蝕速率對非晶腐蝕速率的比率，其中橫座標表示氫和銨的氟化物(1∶2)的濃度，而縱坐標表示腐蝕速率之比率。
如圖5所示，采用氫和銨的氟化物(1∶2)溶液作為腐蝕劑，使得非晶的腐蝕速率成為晶體腐蝕速率的三倍或更大。這就使得有可能在清除非晶膜108b時，將晶體膜108c中的腐蝕深度控制在108膜厚度的1/3以內(nèi)。
(6)然后用RIE之類，只清除SiN膜105的暴露區(qū)域(見圖2(B))。
(7)用CVD之類的方法，在整個表面上制作作為層間隔離膜的SiO2膜111(見圖2(C))。
(8)最后，用普通光刻之類的技術(shù)，在SiO2膜111上制作接觸孔112和穿通孔113。并且在用濺射之類的方法于整個表面上淀積多晶硅之后，借助于采用普通光刻之類的圖形化，制作層間互連膜114、115和互連圖形116、117。
在本實施例中，清除SiN膜105之后，制作了接觸孔112(見上述工藝(6)和(8))，但在制作接觸孔112的腐蝕過程中，無需清除膜105就可在膜105中制作另一窗口。
于是，在本實施例中，在非晶膜108b上制作電極110之后執(zhí)行燈加熱，以便只使與電極110相接觸的非晶部位結(jié)晶，并在后續(xù)的腐蝕工序中，使用氫和氟化銨(1∶2)的溶液執(zhí)行濕法腐蝕。這使得有可能選擇性地清除非晶膜108b(亦即不制作電極110處的那部分BST膜)。
由于不制作電容器的區(qū)域中的BST膜可被完全清除，故本方法也可有效地防止寄生電容的產(chǎn)生。
第二實施例下面參照圖6和圖7來描述根據(jù)本發(fā)明第二實施例的制造方法。
圖6和圖7工藝剖面圖示出了根據(jù)第二實施例的DRAM的制造方法。
(1)首先，以與第一實施例相同的方法，在硅片601的表面上相繼制作作為器件隔離層的SiO2膜602、擴散膜603、作為層間隔離膜的SiO2膜604以及非晶SiN膜605，然后用普通光刻之類的技術(shù)在SiO2膜604和SiN膜605中制作接觸孔606。借助于制作結(jié)構(gòu)與第一實施例相同的層間互連膜607a和導電膜607b而形成底電極。
然后用與第一實施例相同的方法，制作與電極607相接觸的區(qū)域為晶體而其它區(qū)域為非晶的BST膜608，從而形成結(jié)構(gòu)與第一實施例相同的頂電極。然后以與第一實施例相同的方式執(zhí)行燈加熱，以便形成與電極609相接觸的區(qū)域608a為晶體而其它區(qū)域608b為非晶的BST膜。再在整個表面上制作SiO2膜610(見圖6(A))。
(2)用普通干法腐蝕之類的方法制作穿通孔611，使部分非晶膜608b暴露出來(見圖6(B))。
(3)用濕法腐蝕方法清除非晶膜608b的暴露部位(見圖6(C))。在本實施例中，也可用氫和氟化銨(1∶2)的溶液作為腐蝕劑。
(4)在清除SiN膜605的暴露部位之后，用普通干法腐蝕之類的技術(shù)，清除所有的膜610(見圖7(A))。
(5)用CVI之類的方法，在整個表面上制作將成為層間隔離膜的SiO2膜612(見圖7(B))。
(6)最后，用普通光刻之類的技術(shù)，在膜612中制作接觸孔613和穿通孔614。并在用濺射之類的方法于整個表面上淀積多晶硅之后，用普通光刻之類的圖形化方法制作層間互連膜615、616以及互連圖形617、618。
這樣，在本實施例中，在非晶BST膜608b上制作電極610之后，也執(zhí)行燈加熱，以便只使與電極609相接觸的那部分BST膜結(jié)晶，并在后續(xù)的腐蝕工序中，用氫和氟化銨(1∶2)的溶液執(zhí)行濕法腐蝕。因此，在本實施例中，只有BST膜608b所希望的區(qū)域能夠被簡單的工序清除。
第三實施例下面參照圖8和圖9來描述根據(jù)本發(fā)明的第三實施例的制造方法。
圖8和圖9剖面圖示出了根據(jù)第三實施例的DRAM的制造方法。
(1)首先，用與第一和第二實施例相同的方法，在硅片801表面上相繼制作將成為器件隔離膜的SiO2膜802、擴散層803、將成為層間隔離膜的SiO2膜804以及非晶SiN膜805，然后用普通光刻之類的技術(shù)，在膜804和膜805中制作接觸孔806。借助于制作結(jié)構(gòu)與第一實施例相同的層間互連膜807a和導電膜807b而形成底電極807。
然后用CVD方法、反應濺射方法或其它方法，在整個表面上制作厚度例如為20-100nm的BST膜808。在本實施例中，借助于將淀積溫度設(shè)定為500℃或更高，此BST膜808被制成晶體。
用濺射方法、CVD方法或其它方法，在BST膜808的整個表面上制作至少由Ru、RuO2、Ir、IrO2、Pt之一制成的膜809，使總厚度為例如30-200nm。
然后用CVD之類的方法，在整個表面上制作SiO2層810(見圖8(A))。
(2)借助于用普通圖形化之類的技術(shù)對層809和810進行圖形化，制作頂電極811和掩模圖形812(見圖8(B))。
(3)用例如10-20kV的加速電壓和1×1013-1×1015的劑量，將氬離子之類注入到整個表面。這就在BST膜808的暴露區(qū)域上施加了離子轟擊，從而形成非晶區(qū)域808a(見圖8(C))。
(4)用濕法腐蝕方法，僅僅清除非晶區(qū)域808a(見圖9(A))。在本實施例中，任何腐蝕劑只要對非晶的腐蝕速率高于對晶體的腐蝕速率，例如氫和氟化銨(1∶2)的溶液，也都可以使用。
(5)用RIE之類的方法清除膜805的暴露部分(見圖9(B))。
(6)在清除掩模圖形812之后，制作將成為層間隔離膜的SiO2膜813。并在于此膜813中制作接觸孔814和穿通孔815之后，用與第一實施例相同的方法制作層間互連膜816和817以及互連圖形818和819(見圖9(C))。
在本實施例中，接觸孔814是在清除805膜之后制作的(見上述工序(6)和(8))，但在腐蝕制作接觸孔814的過程中，無需清除膜805，也可以在膜805中制作另一個窗口。
這樣，在本實施例中，氬離子被注入到晶體BST膜808的特定區(qū)域以將此區(qū)域改變成非晶態(tài)，并在后續(xù)的腐蝕工序中，用氫和氟化銨(1∶2)的溶液執(zhí)行濕法腐蝕。這使得有可能選擇性地清除BST膜808的非晶區(qū)域808a。
由于在不制作電容器的區(qū)域中的BST膜可被完全地清除，故此方法也可有效地防止寄生電容的產(chǎn)生。
第四實施例下面參照圖10和圖11來描述根據(jù)本發(fā)明第四實施例的制造方法。
圖10和圖11工藝剖面圖示出了根據(jù)第四實施例的DRAM的制造方法。
(1)首先，用與上述各實施例相同的方法，在硅片1001表面上相繼制作將成為器件隔離膜的SiO2膜1002、擴散膜1003、將成為層間隔離膜的SiO2膜1004以及非晶SiN膜1005，然后用普通光刻之類的技術(shù)，在SiO2、膜1004和SiN膜1005中制作接觸孔1006。并借助于制作結(jié)構(gòu)與第一實施例相同的層間互連膜1007a和導電層1007b而形成底電極1007。
然后制作與第三實施例相同的晶體BST膜1008。用濺射方法、CVI方法或其它方法制作至少由Ru、RuO2、Ir、IrO2、Pt之一構(gòu)成的層，使總厚度為例如30-200nm，再用濺射方法制作與第一實施例相似的頂電極1009。
然后用CVD之類的方法在整個表面上制作SiO2層1010(見圖10(A))。
(2)用普通干法腐蝕技術(shù)制作穿通孔1011，使一部分BST膜1008暴露出來(見圖10(B))。
(3)以例如10-20kV的加速電壓和1×1013-1×1015的劑量，將氬離子之類注入到整個表面中。這就在晶體膜1008的暴露部位施加了離子轟擊，從而使該區(qū)域變成非晶態(tài)。
濕法腐蝕僅僅清除膜1008的非晶區(qū)域(見圖10(C))。在本實施例中，氫和氟化銨(1∶2)的溶液也可用作腐蝕劑。
(4)用RIE之類的方法清除膜1005的暴露部位，然后完全清除SiO2膜1010(見圖11(A))。
(5)在整個表面上制作將成為層間隔離膜的SiO2膜1011(見圖11(B))。
(6)最后，用普通光刻之類的技術(shù)，在SiO2膜1011中制作接觸孔1012和穿通孔1013。用濺射之類的方法在整個表面上淀積多晶硅之后，借助于用普通光刻之類的方法進行圖形化而制作層間互連膜1014和1015以及互連圖形1016和1017。
這樣，在本實施例中，氬離子被注入到晶體BST膜1008的特定區(qū)域中，將此部分改變成非晶態(tài)，并在后續(xù)的腐蝕工序中執(zhí)行采用氫和氟化銨(1∶2)溶液的濕法腐蝕。因此，在本實施例中，僅僅BST膜的所希望的區(qū)域可被簡單的工藝清除。
如上所述，本發(fā)明使得有可能用濕法腐蝕方法容易而精確地清除待要制作在半導體器件中的電容器的介電膜。
權(quán)利要求
1.一種半導體器件的制造方法，它包含下列步驟(a)制作一個底電極，此底電極帶有制作在半導體襯底的層間隔離膜中的層間互連膜，以及制作在上述層間隔離膜上的與層間互連膜相接觸的導電圖形；(b)在上述層間隔離膜和上述導電圖形上制作非晶或晶體介電膜；(c)在上述介電膜上制作覆蓋部分介電膜的頂電極；(d)改變上述介電膜，使至少上述頂電極下方區(qū)域成為晶體而其它區(qū)域成為非晶；以及(e)用濕法腐蝕方法，采用一種對非晶的腐蝕速率高于對晶體的腐蝕速率的腐蝕劑，清除上述介電膜非晶區(qū)域的一部分或全部。
2.根據(jù)權(quán)利要求
1的半導體器件制造方法，其中所述的步驟(b)是制作上述介電膜的步驟，使上述層間隔離膜上的區(qū)域成為非晶，而上述的步驟(d)是借助于加熱此頂電極而只使上述頂電極下方的上述介電膜結(jié)晶的步驟。
3.根據(jù)權(quán)利要求
2的半導體器件制造方法，其中所述的加熱是燈加熱。
4.根據(jù)權(quán)利要求
1的半導體器件制造方法，其中所述的步驟(b)是制作上述晶體介電膜的步驟，而上述的步驟(d)是在制作覆蓋上述頂電極的掩膜之后注入離子的步驟，使上述介電膜的離子注入?yún)^(qū)改變成非晶態(tài)。
5.根據(jù)權(quán)利要求
4的半導體器件制造方法，其中所述的離子注入是氬離子注入。
6.根據(jù)權(quán)利要求
1的半導體器件制造方法，其中所述的步驟(e)是用濕法腐蝕方法清除上述介電膜非晶區(qū)域的一部分或全部，以便在上述層間隔離膜中制作穿通孔的步驟。
7.根據(jù)權(quán)利要求
1的半導體器件制造方法，其中所述的上述步驟(a)制作的導電圖形帶有為接觸上述層間互連膜而制作的勢壘層以及制作在此勢壘層上的由Ru、RuO2、Ir、IrO2和Pt之一組成的層。
8.根據(jù)權(quán)利要求
1的半導體器件制造方法，其中所述的上述步驟(b)制作的介電層是鈦酸鍶鋇。
9.根據(jù)權(quán)利要求
1的半導體器件制造方法，其中所述的步驟(e)是用氫和銨的氟化物(1∶2)來執(zhí)行濕法腐蝕的步驟。
專利摘要
在把采用BST膜作為介電膜的電容器組合到DRAM的工藝中，用濕法腐蝕方法選擇性地清除此膜以制作接觸孔。為此，在硅片的整個表面上制作底電極然后制作非晶膜。在此膜上制作結(jié)晶態(tài)頂電極之后，執(zhí)行燈加熱以便僅僅使與電極相接觸的區(qū)域結(jié)晶。然后用氫和氟化銨(1∶2)的溶液執(zhí)行濕法腐蝕，這就使得有可能僅僅選擇性地清除非晶區(qū)域。
文檔編號H01L27/108GKCN1146982SQ98116761
公開日2004年4月21日 申請日期1998年7月31日
發(fā)明者山內(nèi)智, 竹廣忍, 吉丸正樹, 樹 申請人:沖電氣工業(yè)株式會社導出引文BiBTeX, EndNote, RefMan