專利名稱：選擇性半球形硅晶粒制作工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體制作方法，特別是涉及一種選擇性半球形硅晶粒(Selective Hemi-spherical Grain；S-HSG)的制作方法。
在某些半導(dǎo)體制作工藝中，為了增加硅材料導(dǎo)體層的電容值，通常會(huì)選擇性地在此導(dǎo)體層上形成半球形硅晶粒，以增加其表面積。例如，在動(dòng)態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(Dynamic Random Access Memory；DRAM)的制作工藝中，即常常選擇性地形成半球形硅晶粒于多晶硅材料的電容器下電極上，以增加其表面積(亦即增加電容值)，而能提升DRAM的運(yùn)作效率，且降低數(shù)據(jù)讀取時(shí)發(fā)生錯(cuò)誤的可能性。
在一般DRAM制作工藝中，當(dāng)多晶硅電容器下電極制作完成后，其上常會(huì)與空氣接觸而產(chǎn)生厚度約20A的原生氧化層(Native Oxide)。這層原生氧化層必須在進(jìn)行選擇性半球形硅晶粒制作工藝之前除去，以使半球形硅晶粒與多晶硅電容器下電極間有良好的電接觸。在現(xiàn)有的半球形硅晶粒制作工藝中，是使用濕洗法(Wet Dip)來去除原生氧化層，即先以氫氟酸(HF)水溶液清除原生氧化層，再以去離子水(DI Water)清潔基底。接著，將清潔完后的基底移至另一反應(yīng)室中，以進(jìn)行選擇性半球形硅晶粒反應(yīng)。
然而，現(xiàn)有方法卻有下列缺點(diǎn)。其一，將基底由氫氟酸處理槽移至選擇性半球形硅晶粒反應(yīng)室的時(shí)間(Q時(shí)間，Q-time)必須嚴(yán)加控制，以免原生氧化層再度產(chǎn)生。其二，由于現(xiàn)在存儲(chǔ)器的集成度日益增加，電容器下電極間空隙的高寬比也愈來愈大，因此氫氟酸水溶液不易深入此空隙，以完全清除電容器下電極下部的原生氧化層。其三，由于進(jìn)行濕洗法時(shí)，電容器下電極會(huì)受到氫氟酸水溶液與去離子水的沖擊，所以電容器下電極容易斷裂。
本發(fā)明提出一種選擇性半球形硅晶粒制作方法，適用于一基底，此基底之上形成有一多晶硅電容器下電極，而此多晶硅電容器下電極上形成有一原生氧化層。此制作方法的步驟如下首先，以一鹵化物為反應(yīng)氣體對(duì)此基底進(jìn)行一等離子反應(yīng)，使得多晶硅電容器下電極上的原生氧化層反應(yīng)生成鹵化硅，并于低壓之下將此鹵化硅除去。接著，在此多晶硅電容器下電極上選擇性地形成半球形硅晶粒。
另外，在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例中，等離子反應(yīng)可以是一種遠(yuǎn)端等離子反應(yīng)(Remote Plasma Reaction)，其等離子產(chǎn)生室與選擇性形成半球形硅晶粒時(shí)所使用的反應(yīng)室相連，使得基底可以在此反應(yīng)室中先后進(jìn)行原生氧化層的去除步驟與選擇性半球形硅晶粒形成步驟。此外，上述多晶硅電容器下電極可以是塊狀電容器(Box Capacitor)下電極或冠狀電容器(Crown Capacitor)下電極。
如上所述，由于在本發(fā)明的選擇性半球形硅晶粒制作方法中，使用等離子反應(yīng)來去除多晶硅電容器下電極上的原生氧化層，所以具有下列好處。其一，由于等離子反應(yīng)中反應(yīng)活性物質(zhì)的擴(kuò)散能力很高，所以多晶硅電容器下電極間空隙的高寬比不會(huì)影響到原生氧化層的清除效率。其二，由于本發(fā)明并非使用濕洗法清潔原生氧化層，所以不會(huì)發(fā)生多晶硅電容器下電極受氫氟酸水溶液與去離子水沖擊而斷落的情形。另外，當(dāng)所使用的等離子反應(yīng)為遠(yuǎn)端等離子反應(yīng)時(shí)，由于基底在同一反應(yīng)室中進(jìn)行先后進(jìn)行原生氧化層的去除步驟與選擇性半球形硅晶粒形成步驟，其間并無機(jī)會(huì)接觸到空氣，所以沒有O時(shí)間控制不良而使原生氧化層重新生成的問題。
為使本發(fā)明的上述目的、特征、和優(yōu)點(diǎn)能更明顯易懂，下文特舉一優(yōu)選實(shí)施例，作詳細(xì)說明如下。
首先將欲加工的基底移入反應(yīng)室中，此基底上已形成有一多晶硅電容器下電極，而此多晶硅電容器下電極之上形成有一原生氧化層。
接著，以一鹵化物為反應(yīng)氣體，對(duì)此基底進(jìn)行一等離子反應(yīng)。此種鹵化物例如可為一氟化物或一氯化物，其中氟化物例如為氟化氫(NF3)，而氯化物例如為氯化氫(HCl)。另外，此等離子反應(yīng)例如為一遠(yuǎn)端等離子反應(yīng)，其定義是等離子產(chǎn)生處與基底所在處并不在同一反應(yīng)室內(nèi)，而是在彼此相連的兩個(gè)反應(yīng)室中。
此外，在上述的等離子反應(yīng)中，鹵化物反應(yīng)氣體的流速約為10sccm～200sccm，溫度約為100℃～500℃；進(jìn)行等離子反應(yīng)所使用的RF頻率例如為13.56MHz，功率約為10～300W。另外，反應(yīng)室的壓力約為10mTorr～500mTorr，而等離子反應(yīng)進(jìn)行的時(shí)間約為5～60秒。
在上述的等離子反應(yīng)中，氟(氯)化物會(huì)產(chǎn)生多種活性物質(zhì)，包括氟(氯)原子在內(nèi)，使得原生氧化層反應(yīng)成為易揮發(fā)的氟(氯)化硅。這些氟(氯)化硅在等離子反應(yīng)過程中，在低壓(如前述的10～500mT)下極易被去除，而使硅基底的表面留下均勻分布的硅-氟(氯)末端鍵結(jié)(Dangling Bond)，如下所示 在進(jìn)行上述遠(yuǎn)端等離子反應(yīng)之后，接下來的步驟為選擇性地于多晶硅電容器下電極上形成半球形硅晶粒，以增加多晶硅電容器下電極的表面積，亦即增加其電容值。此時(shí)的反應(yīng)機(jī)制是硅基底表面的硅-氟(氯)末端鍵結(jié)斷開，而與半球形硅晶粒的硅原子形成硅-硅鍵結(jié)。
如上所述，由于在本發(fā)明的選擇性半球形硅晶粒制作方法，是使用等離子反應(yīng)來去除多晶硅電容器下電極上的原生氧化層，所以具有下列好處。其一，由于等離子反應(yīng)中反應(yīng)活性氣體的擴(kuò)散能力甚高，所以多晶硅電容器下電極間空隙的高寬比值并不會(huì)影響到原生氧化層的清除效率。其二，由于本發(fā)明并非使用濕洗法清潔原生氧化層，所以不會(huì)發(fā)生多晶硅電容器下電極受氫氟酸水溶液與去離子水沖擊而斷落的情形。另外，當(dāng)所使用的等離子反應(yīng)為遠(yuǎn)端等離子反應(yīng)時(shí)，由于基底可在同一反應(yīng)室中先后進(jìn)行原生氧化層的去除步驟與選擇性半球形硅晶粒的形成步驟，其間并無機(jī)會(huì)接觸到空氣，所以沒有Q時(shí)間控制不良而使原生氧化層重新生成的問題。
雖然本發(fā)明已結(jié)合一優(yōu)選實(shí)施例揭露如上，但是其并非用以限定本發(fā)明，本領(lǐng)域的技術(shù)人員在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，可作出各種更動(dòng)與潤飾，因此本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)當(dāng)由后附的權(quán)利要求所界定。
權(quán)利要求
1.一種選擇性半球形硅晶粒的制作方法，適用于一基底，該基底上形成有一多晶硅電容器下電極，且該多晶硅電容器下電極上形成有一原生氧化層，該制作方法包括下列步驟以一鹵化物為反應(yīng)氣體對(duì)該基底進(jìn)行一等離子反應(yīng)，使得該原生氧化層反應(yīng)生成一鹵化硅，并于一低壓之下將該鹵化硅除去；以及在該多晶硅電容器下電極上選擇性形成半球形硅晶粒。
2.如權(quán)利要求1所述的選擇性半球形硅晶粒的制作方法，其中該等離子反應(yīng)為一遠(yuǎn)端等離子反應(yīng)，該遠(yuǎn)端等離子反應(yīng)的一等離子產(chǎn)生室與選擇性形成半球形硅晶粒時(shí)所使用的一反應(yīng)室相連，使得該基底得以在該反應(yīng)室中進(jìn)行該等離子反應(yīng)。
3.如權(quán)利要求1所述的選擇性半球形硅晶粒的制作方法，其中該鹵化物的流速界于10sccm至200sccm之間。
4.如權(quán)利要求1所述的選擇性半球形硅晶粒的制作方法，其中該等離子反應(yīng)的溫度界于100℃至500℃之間。
5.如權(quán)利要求1所述的選擇性半球形硅晶粒的制作方法，其中進(jìn)行該等離子反應(yīng)所使用的RF頻率為13.56MHz。
6.如權(quán)利要求1所述的選擇性半球形硅晶粒的制作方法，其中進(jìn)行該等離子反應(yīng)所使用的RF功率界于10W至300W之間。
7.如權(quán)利要求1所述的選擇性半球形硅晶粒的制作方法，其中該低壓界于10mTorr至500mTorr之間。
8.如權(quán)利要求1所述的選擇性半球形硅晶粒的制作方法，其中該等離子反應(yīng)進(jìn)行的時(shí)間界于5秒至60秒之間。
9.如權(quán)利要求1所述的選擇性半球形硅晶粒的制作方法，其中該鹵化物包括一氟化物。
10.如權(quán)利要求9所述的選擇性半球形硅晶粒的制作方法，其中該氟化物包括NF3。
11.如權(quán)利要求1所述的選擇性半球形硅晶粒的制作方法，其中該鹵化物包括一氯化物。
12.如權(quán)利要求11所述的選擇性半球形硅晶粒的制作方法，其中該氯化物包括HCl。
13.如權(quán)利要求1所述的選擇性半球形硅晶粒的制作方法，其中該多晶硅電容器下電極包括一塊狀電容器下電極。
14.如權(quán)利要求1所述的選擇性半球形硅晶粒的制作方法，其中該多晶硅電容器下電極包括一冠狀電容器下電極。
全文摘要
一種選擇性半球形硅晶粒制作工藝,適用于一基底,此基底上形成有一多晶硅電容器下電極,而此多晶硅電容器下電極上形成有一原生氧化層。此制作工藝的步驟如下:首先,以一鹵化物為反應(yīng)氣體,對(duì)此基底進(jìn)行一等離子反應(yīng),使得多晶硅電容器下電極上的原生氧化層反應(yīng)生成鹵化硅,并于低壓之下將此鹵化硅除去。接著,在此多晶硅電容器下電極上選擇性地形成半球形硅晶粒。
文檔編號(hào)H01L21/70GK1338776SQ0012277
公開日2002年3月6日 申請(qǐng)日期2000年8月14日 優(yōu)先權(quán)日2000年8月14日
發(fā)明者吳德源 申請(qǐng)人:聯(lián)華電子股份有限公司