專(zhuān)利名稱(chēng)：動(dòng)態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器單元電容器及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及DRAM單元電容器(cell capacitor)及其制造方法，通過(guò)在存儲(chǔ)電極的表面上形成HSG(半球形晶粒)，能夠增加其電容量。
作為現(xiàn)有技術(shù)，Tatsum公開(kāi)了在1995年1月31日公布的US專(zhuān)利5385863，題目是“包括非晶態(tài)膜再結(jié)晶的多晶硅膜的制造方法METHOD OF MANUFACTURING POLYSILICON FILM INCLUDINGRECRYSTALLIZATION OF AN AMORPHOUS FILM”，其中，在簡(jiǎn)單柱狀結(jié)構(gòu)的電容器存儲(chǔ)電極上生長(zhǎng)HSG硅。

圖1表示了現(xiàn)有技術(shù)DRAM單元電容器。
參照?qǐng)D1，現(xiàn)有技術(shù)DRAM單元電容器具有半導(dǎo)體襯底10，其有源和無(wú)源區(qū)由場(chǎng)氧化層12確定。在襯底10的有源區(qū)上形成焊盤(pán)(Pad)電極14。在包括焊盤(pán)電極14的場(chǎng)氧化層12上形成層間絕緣層16。穿過(guò)層間絕緣層16直到焊盤(pán)電極14的上表面形成接觸孔19。在層間絕緣層16上淀積導(dǎo)電層，填滿(mǎn)接觸孔19，并構(gòu)圖，以形成電容器存儲(chǔ)電極20。這里，如此形成的存儲(chǔ)電極20的上表面垂直于其每個(gè)側(cè)壁。
然后，在電容器存儲(chǔ)電極20上形成HSG硅層22，以便增加有效的表面面積。接著，為完成DRAM單元電容器的制造，依次進(jìn)行在電容器存儲(chǔ)電極上形成電介質(zhì)層和電容器上電極的工藝步驟。
特別是，在電容器存儲(chǔ)電極上形成電介質(zhì)層(未示出)之前，必然要進(jìn)行濕腐蝕和清洗處理，以便除去一部分層間絕緣層16和清洗襯底。一般情況下，層間絕緣層16的腐蝕處理使用的腐蝕劑包括NH4F和HF(本領(lǐng)域中稱(chēng)之為“Lal溶液”)的混合物，及NH3、H2H2和在離子水(稱(chēng)為“Scl溶液”)的混合物，清洗處理使用的腐蝕劑是Scl溶液和HF的混合物。
在使用Scl溶液的腐蝕處理過(guò)程中，形成在電容器存儲(chǔ)電極20上，特別是在其邊緣上的一部分HSG硅層22很容易被抬高，從而由于抬高HSG硅使相鄰的電容器存儲(chǔ)電極彼此電連接(即短路)。由于抬高的HSG在存儲(chǔ)電極之間發(fā)生短路的情況如圖2A-2C所示。圖2A示出了掃描電子縮微照相(SEM)，表示常規(guī)DRAM單元電容器陣列的平面圖，圖2B示出了SEM，表示圖2A中所示的常規(guī)DRAM單元電容器陣列的透視圖，圖2C是由圖2B中的圓圈所指示的兩相鄰DRAM單元電容器的放電透視圖。
從圖2A-2C中明顯看出，在電容器存儲(chǔ)電極形成之后，由于從各個(gè)電容器存儲(chǔ)電極的上邊緣抬高的HSG硅24，在電容器存儲(chǔ)電極之間產(chǎn)生短路，這將導(dǎo)致DRAM器件的失效。
導(dǎo)致存儲(chǔ)電極抬高HSG硅是由下面兩個(gè)原因造成的。
1．在存儲(chǔ)電極的腐蝕處理過(guò)程中由于存在剩余聚合物而不能正常生長(zhǎng)的HSG硅易于抬高。
2．生長(zhǎng)存儲(chǔ)電極的上邊緣上的HSG硅通過(guò)后面的腐蝕和清洗工藝易于被抬高。
這樣，本發(fā)明涉及制造DRAM單元電容器的方法，其中在存儲(chǔ)電極的上邊緣上不形成HSG硅。
因此本發(fā)明的目的是提供DRAM單元電容器及其制造方法，其中本發(fā)明的DRAM單元電容器防止了在存儲(chǔ)電極的上邊緣上形成HSG硅，并由此避免了由于HSG硅從上邊緣抬高而在存儲(chǔ)電極之間產(chǎn)生的短路。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，DRAM單元電容器包括其上邊緣為角形的電容器下電極，并且HSG硅層形成在電容器下電極的表面上但沒(méi)有形成在電容器下電極的上邊緣上。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，制造DRAM單元電容器的方法包括以下步驟用光刻膠圖形作掩模，腐蝕導(dǎo)電層的上部分，同時(shí)在光刻膠圖形的兩側(cè)壁上形成聚合物，以腐蝕其上部分，由此使導(dǎo)電層的上邊緣成斜角形。該方法還包括用光刻膠圖形和聚合物的組合作掩模，腐蝕導(dǎo)電層的剩余部分，直到導(dǎo)電層下面的層間絕緣層暴露為止，由此形成電容器下電極。
通過(guò)參照附圖，使發(fā)明更易于被本領(lǐng)域技術(shù)人員理解，其目的更明顯。
圖1是現(xiàn)有技術(shù)DRAM單元電容器的剖面圖；圖2A-2C是解釋現(xiàn)有技術(shù)DRAM單元電容器的短路問(wèn)題的示意圖，其中圖2A是表示現(xiàn)有技術(shù)DRAM單元電容器陣列的平面圖的掃描電子縮微照相(SEM)，圖2B是表示圖2A中現(xiàn)有技術(shù)DRAM單元電容器陣列的透視圖的SEM，圖2C是圖2B中由圓圈所指示的兩相鄰DRAM單元電容器的放電透視圖；圖3A-3D是表示根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例制造其上邊緣為斜角形的DRAM單元電容器的新方法的流程圖；圖4是根據(jù)本發(fā)明修改實(shí)施例具有圓形上邊緣的DRAM單元電容器的剖面圖；圖5是表示根據(jù)本發(fā)明的新方法制造的電容器存儲(chǔ)電極的上邊緣的SEM；圖6是表示發(fā)生在電容器存儲(chǔ)電極之間的雙位(twin-bit)失效的數(shù)量的分布曲線(xiàn)；圖7是表示發(fā)生在個(gè)電容器存儲(chǔ)電極的單個(gè)位(single-bit)失效的數(shù)量的分布曲線(xiàn)。
參見(jiàn)圖3D，根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例制造DRAM單元電容器的新方法包括以下工藝步驟通過(guò)選擇腐蝕用于存儲(chǔ)電極的導(dǎo)電極110在層間絕緣層106上形成電容器下電極110a，在電容器下電極110a的表面上形成HSG硅層115，以增加電容器的電容量。由于HSG硅層115而使電容器下電極110a具有粗糙表面。當(dāng)在上邊緣為斜角形(斜面形或圓形)的電容器下電極110a上形成HSG硅層115時(shí)，沒(méi)有形成在上邊緣上。這是本發(fā)明的關(guān)鍵特征，即在電容器下電極110a的上邊緣上沒(méi)有形成HSG硅層115，由此避免相鄰電容器下電極之間發(fā)生短路。結(jié)果，可以減少DRAM器件的失效，在本發(fā)明的此實(shí)施例中，用于存儲(chǔ)結(jié)(node)的電容器下電極的上邊緣部分117為斜面形，如圖3D所示，而在另一實(shí)施例中，其上邊緣部分(圖4中參考標(biāo)記118所指)為圓形。
下面參照?qǐng)D3A-3D說(shuō)明上述制造DRAM單元電容器的方法。
參見(jiàn)圖3A，首先，半導(dǎo)體襯底，即硅襯底100被構(gòu)圖的器件隔離區(qū)102(此時(shí)為場(chǎng)氧化區(qū))，以確定有源區(qū)和無(wú)源區(qū)。在有源區(qū)上形成例如多晶硅的焊盤(pán)(Pad)電極104，然后在包括焊盤(pán)電極104的場(chǎng)氧化區(qū)102上形成層間絕緣層106。在圖3A所示實(shí)施例中，在層間絕緣層106內(nèi)部形成位線(xiàn)電極108。通過(guò)腐蝕層間絕緣膜106直到暴露焊盤(pán)電極104的上表面為止，形成掩埋接觸孔109。接著，在層間絕緣層106上淀積用于存儲(chǔ)電極的例如多晶硅導(dǎo)電層110，從而填滿(mǎn)掩埋接觸孔109。導(dǎo)電層110的厚度為約9000埃。在導(dǎo)電層110上形成光刻膠層112并構(gòu)圖，以確定電容器存儲(chǔ)電極。用構(gòu)圖的光刻膠層112作掩模，進(jìn)行腐蝕處理，從而使導(dǎo)電層110被除去直到約50埃-2000埃范圍內(nèi)。這腐蝕處理使用的腐蝕劑含有氟氣體，例如CHF3和氬(Ar)氣體的混合氣體。在本例中，進(jìn)行的腐蝕處理使用了AMT Co.,Ltd的Mxp腐蝕，并在如下條件下進(jìn)行即處理室的內(nèi)部壓力為100mtorr，功率為300Watt，磁場(chǎng)為15Gauss,CHF3氣體流量為60sccm，氬氣的流量為20sccm 。
參照?qǐng)D3B，在腐蝕處理過(guò)程中，在構(gòu)圖的光刻膠層112的側(cè)壁上形成聚合物113，導(dǎo)電層110在構(gòu)圖的光刻膠層112的底邊處成斜角形。我們應(yīng)該注意到這樣的事實(shí)通過(guò)在構(gòu)圖的光刻膠層112的底邊處斜面地腐蝕導(dǎo)電層110，而使導(dǎo)電層110的上邊緣成斜角形(形成斜面形或圓形)。實(shí)際上，從圖3C和3D可以看出，形成的導(dǎo)電層110在其上邊緣只具有斜面形。從圖4中看出，形成的導(dǎo)電層110在其上邊緣具有圓形。
如圖3C所示，用構(gòu)圖的光刻膠層112和聚合物113一起作為掩模，再對(duì)剩余導(dǎo)電層110腐蝕處理，直到暴露層間絕緣層106的上表面為止，從而形成電容器存儲(chǔ)電極110a。此腐蝕處理是使用LRC Co.,Ltd的Tcp腐蝕設(shè)備，以如下條件下進(jìn)行的處理室的內(nèi)部壓力為5 mtorr，電源功率600watt，低功率50watt,Cl2氣體的流量40sccm,SF6氣體的流量為5sccm,N2氣流量為6sccm?；蛘撸烁g處理使用AMTCo.,Ltd的Mxp腐蝕設(shè)備在如下條件下進(jìn)行處理室內(nèi)部壓力為120mtorr，功率為450watt，磁場(chǎng)為40Gauss,HBr氣體的流量為60sccm,Cl2氣體的流量為20sccm。
在使用本領(lǐng)域公知的成灰(ushing)或H2SO4剝離工藝去掉光刻膠層112和聚合物113之后，通過(guò)將襯底在NH3、H2O2和在離子水的混合物(SCl溶液)的清洗液中浸漬，清洗襯底。最后，如圖3D所示，進(jìn)行本領(lǐng)域中公知的HSG(半球形晶粒)形成工藝，從而得到電容器存儲(chǔ)電極110a的更大的有效表面面積。結(jié)果，在電容器存儲(chǔ)電極110a上形成的HSG硅層116使其具有不平坦或粗糙表面。這里，本發(fā)明的一個(gè)重要特征是，在HSG形成工藝過(guò)程中，HSG硅層116沒(méi)有形成在所形成的圓形的或斜面形的電容器存儲(chǔ)電極110a的上邊緣上。
接著，通過(guò)腐蝕去掉位于電容器存儲(chǔ)電極110a的底部的一部分層間絕緣層106，由此可以增加電容器存儲(chǔ)電極110a的有效表面面積，如圖3D所示。進(jìn)行層間絕緣層106的腐蝕使用的清洗液是Lal溶液(NH4F和HF的混合)和Scl溶液的混合液?；蛘?，進(jìn)行層間絕緣層106的腐蝕也可以只使用Lal溶液。
然后，使用清洗液，例如Scl和HF溶液，或者只用HF溶液，清洗其中形成有HSG硅層115的半導(dǎo)體襯底，形成電容器電介質(zhì)層(未示出)，例如氧化物、氮化物等。而且，在電容器電介質(zhì)層上形成電容器上電極(未示出)。結(jié)果，完成了DRAM單元電容器的制造。
正如上所述，由于腐蝕和清洗工藝沒(méi)有使用Scl溶液，所以HSG硅層116能防止在電容器存儲(chǔ)電極110a上抬高。
圖5表示掃描電子縮微照相(SEM)，示出了根據(jù)本發(fā)明的新方法制造的電容器存儲(chǔ)電極的上邊緣。
參照?qǐng)D5，雖然在腐蝕和清洗處理過(guò)程中一部分HSG硅層116從電容器存儲(chǔ)電極110a的表面抬高，但是由于HSG硅層從電容器存儲(chǔ)電極的上邊緣抬高而常常產(chǎn)生的電容器存儲(chǔ)電極之間的短路消除了。這是因?yàn)樵诰哂行苯切?斜面形或圓形)電容器存儲(chǔ)電極上邊緣上沒(méi)有形成HSG硅層116。
圖6是表示在電容器存儲(chǔ)電極之間發(fā)生的雙位失效的數(shù)量分布的曲線(xiàn)，圖7是表示在單個(gè)電容器存儲(chǔ)電極上發(fā)生的單個(gè)位失效的數(shù)量分布的曲線(xiàn)。
參照?qǐng)D6，參考標(biāo)記120和121是在根據(jù)常規(guī)方法制造的兩相鄰電容器存儲(chǔ)電極之間的距離SEV，分別是230nm和250nm的情況下，雙位失效的分布曲線(xiàn)，參考標(biāo)記122是在根據(jù)本發(fā)明的主法制造的兩相鄰電容器存儲(chǔ)電極之間的距離SED為230nm情況下的雙位失效的分布曲線(xiàn)。從分布曲線(xiàn)120、121和122中可以看出，雙位失效的數(shù)量相對(duì)于平均分布(圖6中的50％分布)分別大約為105、15和25。但是，由于形成在構(gòu)圖的光刻膠層112兩側(cè)壁上的聚合物(參見(jiàn)圖3B)113而使本發(fā)明的兩相鄰電容器存儲(chǔ)電極之間的距離SED實(shí)際上減小到小于約230nm。所以，根據(jù)本發(fā)明的新方法得到的結(jié)果與在常規(guī)方法的250nm的距離的情況下的失效數(shù)量相似，但是與在常規(guī)方法的距離為230nm的情況相比，各個(gè)很小。
如圖7所示，參考標(biāo)記123和124是在根據(jù)常規(guī)方法制造的兩相鄰電容器存儲(chǔ)電極之間距離分別為230nm和250nm情況下的雙位失效分布曲線(xiàn)，參考標(biāo)記125是在根據(jù)本發(fā)明的新方法制造的兩相鄰電容器存儲(chǔ)電極之間距離為250nm情況下的雙位失效分布曲線(xiàn)。從分布曲線(xiàn)123,124和125可以看出，雙位失效的數(shù)量相對(duì)于平均分布(圖7中的50％分布)分別約為30、60和25。從這里還可看出，與常規(guī)方法的那些相比，根據(jù)本發(fā)明的單個(gè)位失效數(shù)量是最小的。
這樣，本發(fā)明提供的電容器存儲(chǔ)電極的優(yōu)點(diǎn)是，可以防止由于在HSG形成后的腐蝕和清洗工藝過(guò)程中某些HSG從其上邊緣抬高而造成的短路。
顯然，本發(fā)明不限于上述實(shí)施例，在不脫離本發(fā)明的范圍和精神的情況下，可以做出各種修改和改變。
權(quán)利要求
1．一種制造DRAM單元電容器的方法，包括以下步驟在半導(dǎo)體襯底上形成場(chǎng)氧化層，以確定有源區(qū)和無(wú)源區(qū)；在有源區(qū)上形成焊盤(pán)電極；在包括場(chǎng)氧化層的焊盤(pán)電極上形成層間絕緣層，所述層間絕緣層中具有位線(xiàn)；選擇腐蝕層間絕緣層，直到暴露一部分焊盤(pán)電極為止，由此形成接觸孔；在層間絕緣層上形成導(dǎo)電層，填滿(mǎn)接觸孔；在導(dǎo)電層上形成光刻膠圖形，以確定電容器下電極；用光刻膠圖形作掩模，腐蝕導(dǎo)電層的上部分，同時(shí)，在光刻膠圖形的兩側(cè)壁上形成聚合物，以腐蝕其上部分，從而使導(dǎo)電層的上邊緣成斜角形；用光刻膠圖形和聚合物的組合作掩模，腐蝕導(dǎo)電層的剩余部分，直到暴露層間絕緣層的上表面為止，從而形成電容器下電極；去掉光刻膠圖形和聚合物；在電容器下電極上形成HSG硅層，從而使電容器下電極具有粗糙表面，所述HSG硅層沒(méi)有形成在導(dǎo)電層的上邊緣上；在電容器下電極上形成電容器電介質(zhì)層；在電容器電介質(zhì)層上形成電容器上電極。
2．如權(quán)利要求1的方法，其中所形成的導(dǎo)電層的上邊緣為斜面形。
3．如權(quán)利要求1的方法，其中所形成的導(dǎo)電層的上邊緣為圓形。
4．如權(quán)利要求1的方法，其中導(dǎo)電層的厚度為9000埃，導(dǎo)電層上部分的厚度在50埃-200埃范圍內(nèi)。
5．如權(quán)利要求1的方法，其中腐蝕導(dǎo)電層的上部分的步驟使用CHF3和Ar氣體混合物作腐蝕劑。
6．如權(quán)利要求1的方法，其中腐蝕導(dǎo)電層剩余部分的步驟使用選自下列中的一種作腐蝕劑Cl2、SF6和N2氣體的混合物，HBr和Cl2氣體的混合物。
7．如權(quán)利要求1的方法，其中還包括以下步驟腐蝕層間絕緣層的上部分以便暴露導(dǎo)電層的下表面；清洗半導(dǎo)體襯底。
8．如權(quán)利要求7的方法，其中腐蝕層間絕緣層的上部分的步驟使用的清洗液包括NH4F和HF的混合物，NH3,H2O2和去離子水的混合物。
9．如權(quán)利要求7的方法，其中腐蝕層間絕緣層的上部分的步驟使用的清洗液包括NH4F和HF的混合物。
10．如權(quán)利要求7的方法，其中清洗半導(dǎo)體襯底的步驟使用的清洗液包括NH3,H2O2、去離子水和HF溶液的混合物。
11．如權(quán)利要求7的方法，其中清洗半導(dǎo)體襯底的步驟使用的清洗液包括HF溶液。
12．如權(quán)利要求1的方法，其中該方法還包括在形成HSG硅層之后用包括氟溶液的清洗液清洗半導(dǎo)體襯底的步驟。
13．如權(quán)利要求12的方法，其中清洗液是HF溶液。
14．一種DRAM單元電容器，包括形成在半導(dǎo)體襯底上的焊盤(pán)電極；形成在焊盤(pán)電極上的層間絕緣層，所述層間絕緣層在其中具有位線(xiàn)；形成在層間絕緣層上并通過(guò)層間絕緣層與焊盤(pán)電極電連接的電容器下電極；形成在電容器下電極上的HSG硅層；其特征在于，電容器下電極在其上邊緣具有斜角形；而且HSG硅層沒(méi)有形成在電容器下電極的上邊緣上。
15．如權(quán)利要求14的DRAM單元電容器，其特征在于電容器下電極的上邊緣形成為斜面形。
16．如權(quán)利要求1的方法，其中導(dǎo)電層的上邊緣形成為圓形。
全文摘要
DRAM單元電容器,在電容器下電極上形成HSG層,以便增加電容器的電容量。電容器下電極在其上邊緣具有斜角形,HSG硅層不形成在電容器下電極的上邊緣上。一種制造該DRAM單元電容器的方法,包括:使光刻膠圖形作掩模腐蝕導(dǎo)電層的上部分,同時(shí)在光刻膠圖形兩側(cè)壁上形成聚合物,以腐蝕其上部分,從而使導(dǎo)電層的上邊緣成斜角形。用光刻膠圖形和聚合物的組合用掩模,腐蝕導(dǎo)電層的剩余部分,直到暴露層間絕緣層的上表面為止,由此形成電容器下電極。
文檔編號(hào)H01L21/8242GK1210366SQ98117480
公開(kāi)日1999年3月10日 申請(qǐng)日期1998年9月4日 優(yōu)先權(quán)日1997年9月4日
發(fā)明者韓旻錫, 申志澈, 南碩祐, 李炯碩 申請(qǐng)人:三星電子株式會(huì)社