电容器以及动态随机存储器的制造方法技术

一种制造包括一个在其表面具有半球形晶粒的下电极层，一个上电极层和一个夹在上下电极层之间的介质层的半导体器件的方法，该方法包括对一个用来做下电极层的导电层的干法蚀刻，该工艺以使得下电极层表面的掺杂物浓度增加同时具有最小的蚀刻损伤的方式进行。按照本方法，有可能抑制生长在下电极层上的半球形晶粒的表面掺杂物浓度的降低。这样，就得到了高的Ｃｍｉｎ／Ｃｍａｘ比。（*该技术在2018年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种制造半导体器件的方法，尤其是制造一种具有半球形晶粒结构的电容的方法，从而提高最小电容值和最大电容值之比(以下称为“Cmin/Cmax”比)。在半导体存储器件中，像动态随机存取存储器(DRAM)，包括许多存储单元，每个单元由一个存取晶体管和一个存储电容构成，电容值对提高单元的存储特性很重要，因为它可以改善存储器件的读出能力并降低软性出错率(SER)。然而，近来半导体器件的高集成度趋势不可避免地减少了每个单元的面积，从而导致电容所占面积的减少。有鉴于此，从根本上要求在提高集成度的同时提高每单元面积的电容值。一般而言，电容值正比于上下电极层所占面积的大小。人们一直在进行各种努力，在有限的空间内提高下电极层的表面积。其中大多数方法都和下电极层的结构有关。由于这些努力，电容已经从最初提出的平板电容结构，发展到像叠层电容和带槽的电容之类的三维电容结构。然而，上述通过改进下电极层结构来提高电容值的种种努力面临着有限的设计规则和复杂的制造过程等问题。为此，提出了一些利用下电极层的物理特性来提高电容值的建议。这些提议中，有一种在美国专利5,385,863中公布了，该专利是通过在下电极层表面形成半球形晶粒(HSG)来增大下电极层的表面积。按照这种方法，采用低压化学汽相淀积(LPCVD)法在基片上形成非晶硅层。然后在非晶硅层中注入磷(P)离子。紧接着，对非晶硅层的表面进行清洁，以去掉上面存在的天然氧化膜。然后将清洁好的基片放入超高真空CVD装置的空腔中。空腔维持10-9torr的超高真空。在空腔中，将基片加热到从500℃到620℃范围内的预定温度。在该条件下，将源气体如硅烷(SiH4)或乙硅烷(Si2H4)充入空腔中，这样在非晶硅层表面就形成了晶核。这种技术一般称为“引晶工艺”。形成晶核以后，将基片放入高真空中进行热处理。通过热处理后，晶核就生长成半球形晶粒。结果是非晶硅层转变成了具有不规则表面的多晶硅层。下面，将结合附图说明图1和图2介绍一种制造具有半球形晶粒的电容的常规方法。以下描述只围绕一个单元来进行。参照图1，首先在一个带有晶体管(未示出)的半导体衬底10上形成一个绝缘层12。然后用光刻工艺对绝缘层12进行蚀刻，从而形成一个接触孔，通过它可以将一个有源区，例如晶体管的源区暴露出来。接着采用LPCVD工艺在包括接触孔14的绝缘层12上淀积非晶硅层16。然后在非晶硅层16中掺入磷(P)离子。之后，在非晶硅层16上做一个光刻胶薄膜图形18，以备制作构成电容的一部分的下电极层之用。将光刻胶薄膜图形18作为蚀刻掩模，利用氯气基等离子体对非晶硅层16进行干法蚀刻，使得加工出来的图形与预想的下电极层的形状一致。在对非晶硅层16进行干法蚀刻的同时，它的侧壁被破坏了。结果得到了一个斜的侧壁轮廓。如图2所示，光刻后将光刻胶薄膜图形18去掉，将刻成形的非晶硅层16暴露出来。接着，采用熟知的引晶工艺和热处理工艺在非晶硅层16上生长半球形晶粒20。然后在800℃的温度下对非晶硅层16进行热处理，从而使非晶硅层16转变成可用作下电极层的多晶硅层。虽然没有示出，在具有半球形晶粒20的下电极层上顺序地制作了一个介质层和一个上电极层，这样就得到了一个电容。图3是图2所示的半球形晶粒20中的一个晶粒的放大图。参照图3，可以发现没有磷(P)离子24迁移到半球形晶粒20的表面22。这是因为在对非晶硅层16进行干法蚀刻的过程中所造成的非晶硅层16的侧壁的光刻损伤，使得在随后的半球形晶粒生长过程中非晶硅较易结晶，这样就形成了影响P离子迁移的晶粒边界。当半球形晶粒20表面22的掺杂物，即P离子的浓度降低时，电容的容值随着电容上所加的偏压方向，也就是介质层上所加的电场方向而变。将对此进行更详细的介绍。典型情况下，当数据储存在电容中后，在由介质层两个节点间的电压差而产生的电场的作用下，电子或空穴都集中在电容下电极层的表面。特别地，如果介质层下节点的电压比上节点的电压高，那么在介质层上所加电场的作用下，下电极层中的空穴将向上电极层迁移。结果是，那些空穴集中在下电极层的表面。当半球形晶粒表面的掺杂物浓度下降时，下电极层表面的载流子彼此复合，从而形成一个耗尽层。这个耗尽层可作为寄生电容。假设分别用”Cd”和”Cc”来代表这种寄生电容和由介质层构成的电容的容值，那么关系式Cd＜＜Cc成立。由于上电极层，耗尽层产生的寄生电容，以及介质层形成的电容和下电极层串联耦合在一起，总电容值Ct如下式所示Ct=(Cc*Cd)/(Cc+Cd)考虑到关系式Cd＜＜Cc，由上式可知关系式Ct＜Cc成立。这意味着Cmin/Cmax比降低了。对DRAM产品而言，最小电容值Cmin有很重要的意义。这是因为在存储数据”1时使用了“高”电平。所谓使用“高”电平是指将这样一个高电平加在电容的下节点。换句话说，就是上节点的电压比下节点的电压高。结果是，如果半球形晶粒表面的掺杂物的浓度降低，那么与存储数据“0”的情况相比，在存储数据“1”时，电容的充电量将降低。这种不对称的电容值导致整个半导体芯片性能的降低。因此，本专利技术目的之一是提供一种制造电容的方法，这种方法可以增加具有半球形晶粒的下电极层表面上掺杂物的浓度，以获得高的Cmin/Cmax比。本专利技术的另一个目的是提供一种制造电容的方法，这种方法可以使下电极层中的掺杂离子迁移到在下电极层表面形成的半球形晶粒的表面，以获得高的Cmin/Cmax比。本专利技术的另一个目的是提供一种制造DRAM器件的方法，这种方法可以增加存储电容的下电极层表面上掺杂物的浓度，以获得高的Cmin/Cmax比。按照一个方面，本专利技术提供了一种制造半导体器件的方法，该器件包括一个在其中一个表面上具有半球形晶粒的下电极层，一个上电极层和一个夹在上下电极层之间的介质层，本专利技术包括以下步骤对导电层进行干法蚀刻来制做下电极层，使得下电极层在具有最小蚀刻损伤的同时其表面上掺杂物的浓度也增加。优选地，干法蚀刻步骤按使得下电极层的侧壁具有垂直的轮廓的方式进行。优选地，干法蚀刻步骤按照使用溴化氢(HBr)气体，氯(Cl2)气和二氧化氦(HeO2)气体的等离子体蚀刻工艺来进行。而且溴化氢气体，氯气和二氧化氦气体的比例最好是8∶2∶1。按照另一个方面，本专利技术提供了一种制造包括一个下电极层，一个上电极层和一个夹在上下电极层之间的介质层的半导体器件的方法，它包括以下步骤采用干法蚀刻工艺在导电层上作成一定图案，从而制成一个下电极层；在下电极层的暴露表面生长半球形晶粒；其中干法蚀刻工艺以使得导电层具有最小的蚀刻损伤的方式进行，这样在后来生长半球形晶粒的过程中下电极层中的掺杂离子就可以从下电极层迁移到半球形晶粒的暴露表面。按照另一方面，本专利技术提供一种制造动态随机存取存储器的方法，该存储器包含许多存储单元，每个单元包括一个由源区，漏区和栅极构成的存取晶体管以及一个由下电极层，介质层和上电极层构成的存储电容，本专利技术包括以下步骤在带有晶体管的半导体衬底上做一个绝缘层；对绝缘层进行蚀刻，从而形成一个可将源区暴露在外的接触孔；做好接触孔后在所得到的结构的整个上表面淀积一个导电层；以使得导电层表面上的掺杂物浓度增加并且具有最小的蚀刻损伤的方式对导电层进行干法蚀刻，从而形成一个通过接触孔和源区相接本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种制造半导体器件的方法，该器件包括一个在其表面具有半球形晶粒的下电极层，一个上电极层和一个夹在上下电极层之间的介质层，该方法包括以下步骤：对一个导电层的干法蚀刻，用来做下电极层，该工艺以使得下电极层表面的掺杂物浓度增加同时保证其蚀刻损 伤最小的方式进行。

【技术特征摘要】
KR 1998-6-2 20444/981．一种制造半导体器件的方法，该器件包括一个在其表面具有半球形晶粒的下电极层，一个上电极层和一个夹在上下电极层之间的介质层，该方法包括以下步骤对一个导电层的干法蚀刻，用来做下电极层，该工艺以使得下电极层表面的掺杂物浓度增加同时保证其蚀刻损伤最小的方式进行。2．根据权利要求1的方法，其中干法蚀刻步骤以使得下电极层的侧壁具有垂直轮廓的方式进行。3．根据权利要求1的方法，其中干法蚀刻步骤按照使用溴化氢(HBr)气体，氯(Cl2)气和二氧化氦(HeO2)气体的等离子体蚀刻工艺来进行。4．根据权利要求3的方法，其中溴化氢气体，氯气和二氧化氦气体的比例为8∶2∶1。5．一种制造包括一个下电极层、一个上电极层和一个夹在上下电极层之间的介质层的半导体器件的方法，该方法包括以下步骤采用干法蚀刻工艺将导电层做成一定图案，从而构成下电极层；以及在下电极层的暴露表面生长半球形晶粒；其中干法蚀刻工艺以使得导电层具有最小的蚀刻损伤的的方式进行，这样在随后生长半球形晶粒的过程中，下电极层中的掺杂离子可以从下电极层迁移到半球形晶粒的暴露表面。6．根据权利要求5的方法，其中干法蚀刻工艺步骤以使得下电极层的侧壁具有垂直轮廓的方式进行。7．根据权利要求5的方法，其中干法蚀刻步骤按照使用溴化氢(HBr)气体，氯(Cl2)气和二氧化氦(HeO2)气体的等离子体蚀刻工艺来进行。8．根据权利要求7的方法，其中溴化氢气体，氯气和二氧化氦气体的比例为8∶2∶1。9．一种制造动态随机存取...

【专利技术属性】
技术研发人员：片正友，
申请(专利权)人：三星电子株式会社，
类型：发明
国别省市：KR[韩国]