專利名稱：制造溝槽電容器的掩埋帶的方法
背景1.技術(shù)領(lǐng)域本公開涉及半導(dǎo)體制備，尤其是涉及用于深溝槽電容器存儲節(jié)點(diǎn)形成而深蝕刻掩埋式帶狀多晶硅的改進(jìn)方法。
2.相關(guān)技術(shù)的描述半導(dǎo)體存儲器件例如動態(tài)隨機(jī)存取存儲器(DRAM)包括通過晶體管存取而存儲數(shù)據(jù)的電容器。深溝槽(DT)電容器屬于DRAM技術(shù)所用的電容器類型。深溝槽電容器一般掩埋在半導(dǎo)體襯底內(nèi)。為使深溝槽電容器與轉(zhuǎn)移器件(存取晶體管)連接，必須形成掩埋式帶狀觸點(diǎn)。掩埋式帶狀觸點(diǎn)的形成對DT氧化物套環(huán)開凹槽，形成麻點(diǎn)(divot)或凹槽部分，接著用摻雜多晶硅填充套環(huán)麻點(diǎn)，摻雜多晶硅也用于深溝槽中形成的存儲節(jié)點(diǎn)。通過化學(xué)汽相淀積(CVD)工藝完成多晶硅淀積，即所有暴露的表面被多晶硅層所覆蓋。在多晶硅淀積之前，一般采用高溫氮化，形成超薄氮化物層。該氮化物層降低了由掩埋式帶狀界面產(chǎn)生的缺陷，該缺陷是可變存儲時間(VRT)問題的根本原因。
由于多晶硅只在麻點(diǎn)中需要，其它溝槽部件必須再次清潔(即多晶硅清除)。該工藝稱為掩埋式帶狀多晶硅深蝕刻(BSPE)。目前，通過化學(xué)干蝕刻工藝(CDE)、尤其是通過各向同性反應(yīng)離子干蝕刻工藝(RIE)完成該BSPE工藝，清除恒量多晶硅。
該工藝的不利之處在于1.該工藝對深溝槽側(cè)壁的硅是非選擇性。因此，可能過度蝕刻晶體硅，導(dǎo)致工藝控制不良。
2.該工藝在現(xiàn)有工藝步驟形成的襯墊氧化物切口中留下多晶硅。襯墊氧化物一般形成在襯底頂表面上，用于保護(hù)后面柵氧化的表面。通常蝕刻掉與深溝槽相鄰的部分襯墊氧化物。當(dāng)形成多晶硅時，這些蝕刻部分用多晶硅填充。特別是如果形成垂直器件(即DT側(cè)壁上的存取晶體管)，該多晶硅引起柵氧化物可靠性問題。
3.RIE工具是單晶片工具(生產(chǎn)率差)。一般用該工具一次只處理一個晶片。
因此，需要改進(jìn)掩埋式帶狀多晶硅深蝕刻的方法。進(jìn)一步需要掩埋式帶狀多晶硅深蝕刻方法，與以前技術(shù)相比，該方法提供更高生產(chǎn)率和更好性能。
發(fā)明概述按照本發(fā)明，深蝕刻用于深溝槽電容器的掩埋式帶填充材料的方法包括如下步驟在襯底形成溝槽，用第一填充材料填充溝槽，相對于溝槽中形成的介質(zhì)套環(huán)對第一填充材料開預(yù)定深度的凹槽。對介質(zhì)套環(huán)開凹槽，形成套環(huán)麻點(diǎn)。在第一填充材料和通過形成溝槽而暴露的襯底部分之上生長介質(zhì)層，在介質(zhì)層上和在套環(huán)麻點(diǎn)中淀積第二填充材料。通過用濕蝕刻劑蝕刻表面而提供氫末端硅表面來制備第二填充材料的表面，并且濕蝕刻第二填充材料，深蝕刻對介質(zhì)層和襯底選擇的第二填充材料。蝕刻第二填充材料，形成掩埋式帶。
按照本發(fā)明，用于半導(dǎo)體制備的對晶體硅選擇的多晶硅進(jìn)行深蝕刻的方法包括如下步驟提供在其中形成溝槽的晶體硅襯底，在溝槽上部形成氧化物套環(huán)，在溝槽中淀積多晶硅材料，在氧化物套環(huán)的頂部分之下對多晶硅材料開預(yù)定深度的凹槽，對氧化物套環(huán)開凹槽，在每個溝槽中形成麻點(diǎn)，在溝槽中沿襯底的暴露表面生長氮化物層，在麻點(diǎn)中和多晶硅材料上淀積填充材料以填充溝槽和麻點(diǎn)，用濕蝕刻劑蝕刻表面以便提供氫末端硅表面來制備填充材料的表面，以及采用氫氧化銨濕蝕刻填充材料，從而深蝕刻對襯底和氮化物層選擇的填充材料。
在另一方法中，制備表面的步驟包括用氟化氫蝕刻表面以制備表面的步驟。制備表面的步驟可包括如下步驟在約25℃的溫度下濕蝕刻表面來制備表面。濕蝕刻步驟可包括采用氫氧化銨來濕蝕刻第二填充材料的步驟。濕蝕刻步驟也可包括在約25℃-85℃的溫度下濕蝕刻第二填充材料的步驟。濕蝕刻步驟可包括批量生產(chǎn)中濕蝕刻第二填充材料的步驟。優(yōu)選第二填充材料包括多晶硅或非晶態(tài)硅。介質(zhì)層可包括氮化物。氮化物可包括約0.8mm的厚度。濕蝕刻的步驟也可包括對襯底選擇的第二填充材料進(jìn)行濕蝕刻的步驟，選擇率至少40∶1.濕蝕刻步驟可包括如下步驟采用氫氧化銨或氫氧化鉀，濕蝕刻填充材料約40秒-800秒。優(yōu)選填充材料包括多晶硅或非晶態(tài)硅。
結(jié)合附圖，通過如下所述實(shí)施例的詳細(xì)描述，本發(fā)明的這些和其它目的、特征和優(yōu)點(diǎn)將更加清楚。
附圖簡述參考如下圖，本公開詳細(xì)描述了優(yōu)選實(shí)施例，其中

圖1是按照本發(fā)明的半導(dǎo)體器件的橫截面圖，半導(dǎo)體器件具有溝槽，溝槽具有在其中形成的套環(huán)，用填充材料填充，對填充材料進(jìn)行開凹槽；圖2是按照本發(fā)明的圖1半導(dǎo)體器件的橫截面圖，具有在凹槽填充材料和溝槽側(cè)壁上生長的氮化物層；圖3是按照本發(fā)明的圖2半導(dǎo)體器件的橫截面圖，具有濕蝕刻制備的第二填充材料；圖4是按照本發(fā)明的圖3半導(dǎo)體器件的橫截面圖，具有通過濕蝕刻工藝深蝕刻的第二填充材料；和圖5是按照本發(fā)明的用于批量生產(chǎn)的箱的示意圖。
優(yōu)選實(shí)施例的詳細(xì)描述本發(fā)明涉及半導(dǎo)體制備，尤其是涉及掩埋式帶狀多晶硅深蝕刻(BSPE)的方法。本發(fā)明包括用于較好工藝控制的利用堿液或化學(xué)品(例如NH4OH和/或KOH)的濕BSPE工藝。本發(fā)明通過批量處理來替代單晶片工藝而改善了生產(chǎn)率。本發(fā)明進(jìn)一步使用了濕蝕刻箱替代反應(yīng)離子蝕刻工具。
參考附圖的具體詳述，其中同一標(biāo)號表示幾個圖中的類似或同一元件，圖1中，存儲器器件100包括在其上形成襯墊疊層101的襯底102。存儲器器件100可包括動態(tài)隨機(jī)存取存儲器(DRAM)、同步DRAM、靜態(tài)RAM、只讀存儲器或其它存儲器集成電路。優(yōu)選襯底102是單晶硅襯底，然而，可采用其它襯底，例如在絕緣體襯底上的硅。襯墊疊層101可包括用于進(jìn)一步處理存儲器器件100的各種材料層。在優(yōu)選實(shí)施例中，襯墊疊層101包括氧化物層104(襯墊氧化物)和氮化物層106(襯墊氮化物)。在襯墊疊層101上淀積硬掩模層(未示出)，并利用本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的光刻技術(shù)進(jìn)行構(gòu)圖。例如，在硬掩模層上淀積抗蝕層，暴光并顯影，在將要形成溝槽110的位置處開孔。優(yōu)選采用各向異性蝕刻例如反應(yīng)離子蝕刻(RIE)完成溝槽110的形成。在襯底102上蝕刻成溝槽110。
在溝槽110的下部形成掩埋板112?？赏ㄟ^離子注入工藝或其它注入工藝形成掩埋板112。用于形成掩埋板112的摻雜劑離子注入襯底102足夠深或數(shù)量足以確保掩埋板112的形成。注入之后摻雜劑利用退火工藝向外擴(kuò)散。也可采用其它掩埋板形成工藝。采用的摻雜劑或離子可以是符合給定設(shè)計(jì)的類型和數(shù)量，足以起電容器電極的作用(注入之后)。
在溝槽110的上部形成套環(huán)116。優(yōu)選在襯底102中進(jìn)行硅氧化或通過采用TEOS的淀積工藝或等效工藝，在襯底102上形成套環(huán)116。也可采用其它工藝，形成套環(huán)116。形成套環(huán)116，以防止在工作中寄生漏電流對溝槽電容器放電?？蓪μ篆h(huán)116退火，使氧化物材料致密。淀積氮化物襯套111，在掩埋板112與存儲節(jié)點(diǎn)(參見填充材料113)之間起到電容器介質(zhì)作用。
用導(dǎo)電填充材料113優(yōu)選摻雜多晶硅填充溝槽110，形成存儲節(jié)點(diǎn)。在溝槽110中對填充材料113開凹槽到套環(huán)116之下的位置109。
參考圖2，通過對套環(huán)116的部分130開凹槽，采用蝕刻工藝，蝕刻麻點(diǎn)105。該蝕刻可導(dǎo)致襯墊氧化物104在其中蝕刻成凹槽108。采用高溫氮化，形成超薄(約0.8nm)氮化物襯套(或?qū)?132。其它超薄介質(zhì)也是合適的。在硅表面上形成氮化物襯套132。氮化工藝可包括在約550℃-600℃之間應(yīng)用氨氣。該氮化物襯套132降低了由掩埋式帶狀界面產(chǎn)生的缺陷，該缺陷是深溝槽電容器中可變存儲時間(VRT)問題的根本原因。有利之處在于，利用本發(fā)明采用氮化物襯套132，改善了如下所詳述的工藝。
參考圖3，麻點(diǎn)用導(dǎo)電填充材料134優(yōu)選摻雜多晶硅填充。優(yōu)選化學(xué)汽相淀積(CVD)工藝淀積填充材料134，用一層填充材料134覆蓋所有的暴露表面。
按照本發(fā)明，蝕刻填充材料134，制備表面。制備步驟可采用能從表面清除原有氧的濕蝕刻、干蝕刻或其它工藝步驟。在優(yōu)選實(shí)施例中，制備步驟采用稀釋氫氟酸(200∶1)濕蝕刻來制備表面以便進(jìn)一步處理。制備步驟可包括其它工藝?yán)鏗F汽相蝕刻或例如H2烘干。制備步驟構(gòu)造了氫末端表面131。通過將HF與Si反應(yīng)，氫原子保留在表面。可考慮能提供氫末端硅表面結(jié)果的其它制備工藝。如果結(jié)合其它工藝步驟清除原有氧，在一些實(shí)施例中可省略制備步驟。填充材料134的表面用于進(jìn)一步處理。優(yōu)選對襯底102的硅選擇的濕蝕刻制備步驟。制備步驟產(chǎn)生了氫末端表面131。通過將HF與Si反應(yīng)，氫原子保留在填充材料134的表面?？刹捎闷渌醽碇苽浔砻?。
優(yōu)點(diǎn)在于，在約25℃的溫度下完成填充材料134的表面制備。優(yōu)選進(jìn)行HF制備工藝約40秒-80秒，然而，根據(jù)設(shè)計(jì)和環(huán)境可使用其它時間。只要提供氫末端硅表面，也可考慮其它制備工藝。在一些實(shí)施例中可省略制備步驟。
參考圖4，按照本發(fā)明，通過濕蝕刻工藝蝕刻填充材料134。優(yōu)選采用濕蝕刻工藝用于掩埋式帶狀多晶硅深蝕刻。優(yōu)選濕蝕刻工藝包括通過優(yōu)選采用堿液例如NH4OH或KOH水溶液的硅蝕刻。NH4OH或KOH對襯底102的硅有選擇性，提供相對于襯底102至少約40∶1的選擇率，然而，在本發(fā)明濕蝕刻工藝期間氮化物襯套132保護(hù)襯底免受損害，按照本發(fā)明，優(yōu)選在約25℃-85℃溫度范圍下進(jìn)行蝕刻約40秒-800秒。這些條件是示意說明，可根據(jù)條件或設(shè)計(jì)的變化而調(diào)節(jié)。按照本發(fā)明，濕蝕刻工藝激活如下反應(yīng)(1)(2)上述反應(yīng)(1)中的硅(Si)是填充材料134的硅。帶走溶液中副產(chǎn)物(例如Si(OH)++)，從而深蝕刻填充材料134。通過時間量、溫度和蝕刻劑濃度，控制深蝕刻量。這可以在采用具有控制和監(jiān)控條件的處理箱的批量生產(chǎn)中仔細(xì)監(jiān)控。優(yōu)點(diǎn)在于，批量生產(chǎn)包括高生產(chǎn)率，而沒有以往技術(shù)的缺點(diǎn)(參見上述)。本發(fā)明基本上消除溝槽上部中的大量硅損失。優(yōu)點(diǎn)在于，應(yīng)用氮化物襯套132作為蝕刻停止劑以保護(hù)襯底102的硅。此外，濕蝕刻期間清除凹槽108中對氮化物有選擇性的任何淀積的多晶硅。優(yōu)點(diǎn)在于，蝕刻向下進(jìn)行到存儲節(jié)點(diǎn)113上的氮化物層132。按照本發(fā)明形成掩埋帶140。在隨后的步驟中可清除氮化物襯套132或就地留下。按公知技術(shù)繼續(xù)處理。
應(yīng)理解，HF(用于制備)和NH4OH(用于濕蝕刻)可以以不同結(jié)合或濃度或與其它蝕刻劑或化合物結(jié)合來作為蝕刻劑。可采用本發(fā)明的工藝用于垂直和平面器件的深溝槽技術(shù)。器件100可包括平面存取晶體管或垂直存取晶體管或是這二者。上面概述的步驟基本上與用于平面和垂直存取晶體管的一樣。其結(jié)構(gòu)是公知技術(shù)。本發(fā)明包括至少如下優(yōu)點(diǎn)
1.更好控制。工藝對超薄(0.8nm)氮化物襯套具有高選擇性。因此，不會發(fā)生對Si表面過度蝕刻，由于可從襯墊氧化物切口清除任何多晶硅，在襯墊氧化物切口中不會形成多晶硅。
2.成本降低。對于該濕蝕刻工藝，可使用批量工具(例如箱)，可同時處理許多晶片。
3.無需特殊工具。BSPE的現(xiàn)有技術(shù)所用的RIE工藝只能用通常為此目的而訂購的非常專業(yè)的工具來完成。對于本發(fā)明，任何種類的濕蝕刻工具可用于所公開的工藝，導(dǎo)致成本進(jìn)一步降低。
參考圖5，表示箱202，用于同時處理多個晶片204。箱202包括處理期間固定晶片204的晶片保持器206。箱202包括按照本發(fā)明用于監(jiān)控濕蝕刻工藝的裝置208。例如，箱202包括用于水溶液中蝕刻劑的溫度監(jiān)控裝置和濃度監(jiān)控裝置。
已描述了改進(jìn)的掩埋式帶狀多晶硅深蝕刻(BSPE)工藝的優(yōu)選實(shí)施例(試圖說明而非限定)，應(yīng)注意到，根據(jù)上述教導(dǎo)本領(lǐng)域的技術(shù)人員可進(jìn)行改型和變化。因此，應(yīng)理解在所附權(quán)利要求書所概述的本發(fā)明的范圍和精神內(nèi)可以改變所公開的本發(fā)明的特定實(shí)施例。已按照專利法的特定要求詳述本發(fā)明，專利所要求保護(hù)的范圍在權(quán)利要求書中列出。
權(quán)利要求
1.一種用于深溝槽電容器中掩埋帶的填充材料的深蝕刻方法，包括如下步驟在襯底中形成溝槽；用第一填充材料填充溝槽；相對于溝槽中形成的介質(zhì)套環(huán)，對第一填充材料開預(yù)定深度的凹槽；在介質(zhì)套環(huán)中蝕刻麻點(diǎn)；在第一填充材料和形成溝槽暴露的襯底部分上淀積襯套；在襯套上和麻點(diǎn)中淀積第二填充材料；用濕蝕刻劑蝕刻表面，制備第二填充材料的表面，提供氫末端的硅表面；和濕蝕刻第二填充材料，從而深蝕刻到對襯套和襯底有選擇性的第二填充材料，蝕刻第二填充材料，形成掩埋帶。
2.按照權(quán)利要求1的方法，其中制備表面的步驟包括通過用氟化氫濕蝕刻表面來制備表面的步驟。
3.按照權(quán)利要求2的方法，其中制備表面的步驟包括通過在約25℃的溫度下濕蝕刻來制備表面的步驟。
4.按照權(quán)利要求1的方法，其中濕蝕刻步驟包括通過采用堿性化學(xué)品，濕蝕刻第二填充材料的步驟。
5.按照權(quán)利要求1的方法，其中堿性化學(xué)品包括氫氧化銨和氫氧化鉀的一種。
6.按照權(quán)利要求1的方法，其中濕蝕刻步驟包括通過在約25℃-85℃的溫度下濕蝕刻第二填充材料的步驟。
7.按照權(quán)利要求1的方法，其中濕蝕刻步驟包括在批量生產(chǎn)中濕蝕刻第二填充材料的步驟。
8.按照權(quán)利要求1的方法，其中第二填充材料包括多晶硅。
9.按照權(quán)利要求1的方法，其中襯套包括氮化物。
10.按照權(quán)利要求9的方法，其中氮化物包括約0.8nm的厚度。
11.按照權(quán)利要求1的方法，其中濕蝕刻步驟包括濕蝕刻對襯底有選擇性的第二填充材料的步驟，選擇率至少40∶1。
12.一種深蝕刻對用于半導(dǎo)體制備的晶體硅選擇的多晶硅的方法，包括如下步驟提供在其中形成溝槽的晶體硅襯底；在溝槽的上部形成氧化物套環(huán)；在溝槽中淀積多晶硅材料，在氧化物套環(huán)的頂部之下對多晶硅材料開預(yù)定深度的凹槽；對氧化物套環(huán)開凹槽，在每個溝槽中形成麻點(diǎn)；在溝槽、麻點(diǎn)中和多晶硅材料上沿襯底的暴露表面淀積襯套；淀積填充材料，以填充溝槽和麻點(diǎn)；用濕蝕刻劑蝕刻表面，制備填充材料的表面，提供氫末端硅表面；和采用堿性化學(xué)品濕蝕刻填充材料，從而深蝕刻對襯底和襯套選擇的填充材料。
13.按照權(quán)利要求12的方法，其中制備表面的步驟包括通過用氟化氫濕蝕刻表面來制備表面的步驟。
14.按照權(quán)利要求13的方法，其中濕蝕刻步驟包括通過在約25℃溫度下濕蝕刻表面來制備表面的步驟。
15.按照權(quán)利要求12的方法，其中濕蝕刻步驟包括采用氫氧化銨濕蝕刻填充材料約40秒-140秒的步驟。
16.按照權(quán)利要求12的方法，其中濕蝕刻步驟包括通過在約25℃-85℃的溫度下濕蝕刻第二填充材料的步驟。
17.按照權(quán)利要求12的方法，其中濕蝕刻步驟包括在批量生產(chǎn)中濕蝕刻填充材料的步驟。
18.按照權(quán)利要求12的方法，其中填充材料包括多晶硅。
19.按照權(quán)利要求12的方法，其中襯套包括氮化物。
20.按照權(quán)利要求19的方法，其中氮化物包括約0.8nm的厚度。
21.按照權(quán)利要求12的方法，其中濕蝕刻步驟包括濕蝕刻對襯底有選擇性的填充材料的步驟，選擇率至少40∶1。
22.一種深蝕刻用于形成深溝槽電容器的掩埋帶的對晶體硅有選擇性的多晶硅的方法，包括如下步驟提供在其中形成溝槽的晶體硅襯底；在溝槽的上部形成氧化物套環(huán)；在溝槽中淀積多晶硅材料，在氧化物套環(huán)的頂部之下對多晶硅材料開預(yù)定深度的凹槽；對氧化物套環(huán)開凹槽，在每個溝槽中形成麻點(diǎn)；在溝槽中，在麻點(diǎn)中和在多晶硅材料上，沿襯底的暴露表面淀積氮化物襯套；淀積第二多晶硅材料，以填充溝槽和麻點(diǎn)；在約25℃的溫度下用氟化氫蝕刻表面來制備第二多晶硅材料的表面，提供氫末端的硅表面；和在約25℃-85℃的溫度下，采用氫氧化銨和氫氧化鉀的一種，濕蝕刻第二填充材料，在每個溝槽中形成掩埋帶，從而批量生產(chǎn)中深蝕刻對襯底和氮化物襯套有選擇性的第二填充材料。
23.按照權(quán)利要求22的方法，其中濕蝕刻步驟包括采用氫氧化銨濕蝕刻填充材料約40秒-800秒的步驟。
24.按照權(quán)利要求22的方法，其中氮化物包括約0.8nm的厚度。
25.按照權(quán)利要求22的方法，其中濕蝕刻步驟包括濕蝕刻對襯底有選擇性的第二多晶硅材料的步驟，選擇率至少40∶1。
全文摘要
按照本發(fā)明,深蝕刻用于深溝槽電容器的掩埋帶的填充材料的方法包括如下步驟:在襯底(102)形成溝槽(110),用第一填充材料(113)填充溝槽,相對于溝槽中形成的介質(zhì)套環(huán)(116)對第一填充材料開預(yù)定深度的凹槽,通過對介質(zhì)套環(huán)深蝕刻來形成套環(huán)麻點(diǎn)(105),在第一填充材料和通過形成槽而暴露的襯底部分之上淀積襯套(132),并在套環(huán)上淀積第二填充材料(134)。通過用濕蝕刻劑蝕刻表面,提供氫末端的硅表面,從而制備第二填充材料的表面(131),濕蝕刻第二填充材料,對襯套和襯底有選擇性的第二填充材料進(jìn)行深蝕刻。蝕刻第二填充材料,形成掩埋帶(140)。
文檔編號H01L21/306GK1364312SQ00810813
公開日2002年8月14日 申請日期2000年7月7日 優(yōu)先權(quán)日1999年7月26日
發(fā)明者S·庫德爾卡, A·米凱利斯 申請人:因芬尼昂技術(shù)北美公司