專利名稱：用于制造半導(dǎo)體器件的電容器的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種制造一半導(dǎo)體器件的電容器的方法，并且更特別的是涉及一種用于形成一半導(dǎo)體器件的MIM(金屬-絕緣體-金屬)電容器的貯存節(jié)點(diǎn)電極的方法。
背景技術(shù)：
目前，根據(jù)借助其形成用于在集成度為128兆位的DRAM內(nèi)形成常規(guī)MIM層疊TiN貯存節(jié)點(diǎn)電極的接觸插塞的方法，在一襯底上形成位元線(在此襯底上形成包括金屬或硅化物層-氧化物-半導(dǎo)體等的晶體管半導(dǎo)體線路)，形成絕緣層，然后形成一貯存節(jié)點(diǎn)接觸孔。該貯存節(jié)點(diǎn)接觸具有一包括硅襯底和通過外延方式生長的摻雜硅或硅的下部。然后，在貯存節(jié)點(diǎn)接觸的內(nèi)部通過使用化學(xué)氣相沉積方法填充以多晶硅之后，貯存節(jié)點(diǎn)接觸插塞通過以CMP(化學(xué)機(jī)械拋光)或者回蝕刻將其縮短來制造。
圖1A到1E是用于解釋形成半導(dǎo)體器件的電容器的傳統(tǒng)方法的工藝截面圖。
首先，如圖1A所示，在第一氧化物層3形成于具有柵電極、源/漏極等的半導(dǎo)體襯底1上之后，暴露源極或漏極的貯存節(jié)點(diǎn)接觸4通過選擇性蝕刻第一氧化物層3而形成。第一氮化硅層(未示出)在具有貯存節(jié)點(diǎn)接觸4的襯底上沉積，然后圍繞貯存節(jié)點(diǎn)接觸4的內(nèi)側(cè)壁的間隔物5通過蝕刻該氮化硅層而形成。此后，一多晶硅層在上述過程所導(dǎo)致的結(jié)構(gòu)上沉積，以填沖包括間隔物5的貯存節(jié)點(diǎn)接觸4，然后貯存節(jié)點(diǎn)插塞7通過蝕刻該多晶硅層而形成。接下來，在第二氮化硅層9在包含貯存節(jié)點(diǎn)插塞7的襯底的整個(gè)表面上沉積到有500到1500的厚度之后，第二氧化物層11在第二氮化硅層9之上形成，從而具有15000到30000的厚度。在此，第二氮化硅層9作為用于形成孔以用于形成電容器的貯存節(jié)點(diǎn)電極的蝕刻步驟里的蝕刻停止層，而第二氧化物層11作為用于形成貯存節(jié)點(diǎn)電極的犧牲氧化物層。
下一步，如圖1B所示，在第二氧化物層被蝕刻到第二氮化硅層9被暴露之后，孔12通過選擇性蝕刻第二氮化硅層9而形成。此時(shí)，間隔物5的一部分在蝕刻第二氮化硅層的步驟中被蝕刻。
此后，如圖1C所示，對蝕刻所得物進(jìn)行清洗步驟13。
然后，如圖1D所示，在一鈦(Ti)層(未示出)通過CVD或PVD工藝沉積在完成了清潔步驟的襯底上，從而具有50的厚度之后，通過進(jìn)行退火步驟來形成TiSix層15。在此，TiSix層15藉由Ti層與貯存節(jié)點(diǎn)插塞7中的硅的反應(yīng)而形成。此后，沒參與反應(yīng)的Ti層通過濕式蝕刻步驟去除，因此降低了貯存節(jié)點(diǎn)插塞7與后續(xù)將要形成的用于貯存節(jié)點(diǎn)電極的TiN層(未示出)之間的接觸面的電阻。
下一步，如圖1E所示，用于貯存節(jié)點(diǎn)電極的TiN層(未示出)沉積在具有TiSix層15的襯底的整個(gè)表面上，然后通過TiSix層15與貯存節(jié)點(diǎn)插塞7電連接的電容器的貯存節(jié)點(diǎn)電極S1藉由回蝕刻該TiN層而形成。之后，電容器的制造過程通過在電容器的貯存節(jié)點(diǎn)電極S1上順序形成介電層17和用于極板電極(plate electrode)的TiN層19而完成。
圖2是用于解釋傳統(tǒng)技術(shù)的問題的TEM圖。
在傳統(tǒng)技術(shù)中，在形成孔的蝕刻步驟中，如圖2所示，貯存節(jié)點(diǎn)插塞側(cè)壁上的間隔物被侵蝕，因此產(chǎn)生裂縫。裂縫的上部的寬度介于300到400的范圍內(nèi)。此后，因?yàn)榫哂?0厚度的TiN層和具有50到100厚度的介電層順序地在已形成有裂縫的襯底的整個(gè)表面上形成，所以裂縫在沉積用于極板電極的TiN層時(shí)被封閉或變窄。因此，由于用于極板電極的TiN層沒正確地沉積，所以作為電容器漏電的誘因的尖端或結(jié)構(gòu)缺陷形成在介電層或用于極板電極的TiN層里。
當(dāng)在器件層次上測試電容器時(shí)，電容器可能因漏電而失效。如果這樣的現(xiàn)象發(fā)生，則對應(yīng)的單元立即失效，且對應(yīng)的芯片具有高失效概率。在多晶硅層用作貯存節(jié)點(diǎn)電極的材料的情況下，即使裂縫形成，因?yàn)槎嗑Ч鑼拥呐_階覆蓋特性(step coverage characteristics)極為良好，裂縫可以被良好地填充。另一方面，在MIM電容器的情況下，由于金屬被用作貯存節(jié)點(diǎn)電極的材料，即使以ALD方法沉積，金屬層的臺階覆蓋特性也不如多晶硅的，裂縫一般不能被良好地填充。
發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明涉及在半導(dǎo)體器件中形成電容器。本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例涉及制造半導(dǎo)體器件的電容器的方法，這種方法能防止用于形成第二貯存節(jié)點(diǎn)接觸的蝕刻步驟中對貯存節(jié)點(diǎn)插塞側(cè)壁的間隔物的侵蝕形成的裂縫導(dǎo)致的漏電。
根據(jù)本實(shí)施例，提供一種制造半導(dǎo)體器件的電容器的方法，包括步驟在半導(dǎo)體襯底上形成具有貯存節(jié)點(diǎn)插塞的第一絕緣層；在具有第一絕緣層的襯底上順序形成蝕刻停止層和第二絕緣層；通過利用蝕刻停止層而選擇性地蝕刻第二絕緣層，形成暴露貯存節(jié)點(diǎn)插塞的一部分的孔；使被孔暴露的貯存節(jié)點(diǎn)插塞的一部分凹進(jìn)；在此凹進(jìn)的貯存節(jié)點(diǎn)插塞的表面上形成阻擋金屬層；在孔內(nèi)形成經(jīng)由阻擋金屬層連接到貯存節(jié)點(diǎn)插塞的貯存節(jié)點(diǎn)電極；以及在貯存節(jié)點(diǎn)電極上順序形成介電層和用于極板電極的金屬層。
蝕刻停止層和第二絕緣層的總厚度為6000到30000。蝕刻停止層通過使用氮化硅層材料形成，以具有100到2000的厚度。利用CVD工藝，第二絕緣層使用單一氧化物層和多重氧化物層中的一種。
優(yōu)選的是，凹進(jìn)步驟通過采用化學(xué)物的濕式蝕刻來進(jìn)行，蝕刻停止層相對于貯存節(jié)點(diǎn)插塞、以及第一絕緣層相對于貯存節(jié)點(diǎn)插塞的蝕刻比(etchingrate)至少為1∶10，并且通過濕式蝕刻進(jìn)行該凹進(jìn)步驟從而除去100到1200的厚度。
凹進(jìn)步驟通過使用混合化學(xué)物的濕式蝕刻來進(jìn)行，該混合化學(xué)物為NH4OH/H2O和HF/HNO3中的一種。NH4OH/H2O混合化學(xué)物通過混合NH4OH和H2O以具有10∶1到1∶500的體積比來制造。HF/HNO3混合化學(xué)物通過混合HF和HNO3以具有20∶1到1∶100的體積比來制備。此外，在該凹進(jìn)步驟中，浴槽的溫度被維持在4到100℃內(nèi)，且浸泡進(jìn)行5到3600秒。
該凹進(jìn)步驟藉由干式蝕刻而進(jìn)行，該蝕刻只除去硅層并原樣保留氧化物層。該干式蝕刻通過使用HBr和Cl2的混合物氣體來進(jìn)行。
形成阻擋金屬層的步驟包括在包含凹進(jìn)的貯存節(jié)點(diǎn)插塞的襯底的整個(gè)表面上沉積自包括Ti、Co和Zr的組中選出的一種的金屬層，以及對襯底所得結(jié)構(gòu)進(jìn)行熱處理工藝，從而在該金屬層和該貯存節(jié)點(diǎn)插塞之間發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。然后，在阻擋金屬層形成之后，此方法還包含步驟濕蝕刻該金屬層的未反應(yīng)的部分。
優(yōu)選的是，形成貯存節(jié)點(diǎn)電極的步驟包括通過CVD和ALD工藝中的一種在具有阻擋金屬層的襯底的整個(gè)表面上形成TiN層；以及蝕刻該TiN層直到第二絕緣層被暴露。該TiN層具有50到1000的厚度。蝕刻該TiN層的步驟通過使用回蝕刻或CMP中的一種方法來進(jìn)行。
優(yōu)選的是，該介電層使用從包括TaON、Ta2O5、TiO2、Al3O3、HfO2、HfN、SrTiO3、(Ba，Sr)TiO3和(Pb，Sr)TiO3的組中選出的一種的單一層或其組合層，并且通過使用MOCVD和ALCVD工藝中的一種形成到具有50到400的厚度。
優(yōu)選的是，用于該極板電極的金屬層使用TiN或Ru導(dǎo)電層，并且通過使用CVD和ALD工藝中的一種形成到具有500到3000的厚度。
通過以下結(jié)合附圖進(jìn)行的詳細(xì)說明，本發(fā)明的以上和其它目的、特征和優(yōu)點(diǎn)將更加清晰，其中圖1A到1E是用于解釋形成半導(dǎo)體器件的電容器的傳統(tǒng)方法的工藝截面圖；圖2為用于解釋傳統(tǒng)技術(shù)的問題的TEM圖；以及圖3A到3G是用于解釋根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的形成半導(dǎo)體器件的電容器的方法的工藝截面圖。
具體實(shí)施例方式
以下，將參照
本發(fā)明的一個(gè)或更多實(shí)施例。
圖3A到3G是用于說明根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的形成半導(dǎo)體器件的電容器的方法的工藝截面圖。
首先，如圖3A所示，在第一絕緣層33在具有柵電極、源/漏極等構(gòu)成的晶體管(未示出)的半導(dǎo)體襯底31上形成之后，暴露源極或漏極的貯存節(jié)點(diǎn)接觸34通過選擇性蝕刻第一絕緣層而形成。然后，多晶硅層(未示出)沉積在具有貯存節(jié)點(diǎn)接觸34的襯底的整個(gè)表面上，且掩埋貯存節(jié)點(diǎn)接觸34的貯存節(jié)點(diǎn)插塞35通過回蝕刻該多晶硅層而形成。此后，氮化硅層37和第二絕緣層39順序地在具有貯存節(jié)點(diǎn)插塞35的襯底的整個(gè)表面上形成。于是，氮化硅層37在之后用于形成將要形成的孔的蝕刻步驟中起蝕刻停止層的作用，并且具有100到2000的厚度。第二絕緣層作為用于形成電容器的貯存節(jié)點(diǎn)電極的犧牲氧化物層，并且使用利用CVD工藝的單一氧化物層或者多重氧化物層中的一種。另一方面，氮化硅層37和第二絕緣層39的總厚度為6000到30000。
下一步，如圖3B所示，暴露部分貯存節(jié)點(diǎn)插塞35的孔40通過使用氮化硅層37作為蝕刻停止層蝕刻第二絕緣層39來形成。
此后，如圖3C所示，由孔40暴露的貯存節(jié)點(diǎn)插塞35被凹進(jìn)(參見附圖標(biāo)記41)，從而除去100到1200的厚度。此時(shí)，該凹進(jìn)步驟通過使用濕式蝕刻的方式進(jìn)行，且浴槽(bath)的溫度被維持在4到100℃內(nèi)，并且將浸泡進(jìn)行5到3600秒。該凹進(jìn)步驟通過使用一化學(xué)物的濕式蝕刻來進(jìn)行，對于氮化硅層對貯存節(jié)點(diǎn)插塞的硅、以及對于第一絕緣層對貯存節(jié)點(diǎn)插塞的硅成分，該化學(xué)物具有至少1∶10的蝕刻比(etching rate)。
濕式化學(xué)物(wet chemical)使用NH4OH/H2O和HF/HNO3中的一種。于是，在NH4OH/H2O混合化學(xué)物被用作該濕式化學(xué)物的情況下，其通過混合NH4OH和H2O從而具有10∶1至1∶500的體積比來制備。此外，在HF/HNO3混合化學(xué)物被用作該濕式化學(xué)物的情況下，其通過混合HF和HNO3從而具有20∶1至1∶100的體積比來制備。
該凹進(jìn)步驟也可以通過使用干式蝕刻來進(jìn)行。在此情形下，使用HBr和Cl2的氣體混合物來進(jìn)行該凹進(jìn)步驟，且只有硅層被除去，將氧化物層原樣保留。
根據(jù)本實(shí)施例，工藝方法(process recipe)包括在形成阻擋金屬層之前向清洗裝置中的工藝程序即<HF浸泡步驟→DiW(去離子水)沖洗步驟→干燥步驟>中增加僅一化學(xué)物并施行<NH4OH/H2O和HF/HNO3中的一種混合化學(xué)物的處理→DIW沖洗步驟→HF浸泡步驟→DIW沖洗步驟→干燥步驟>。因此，作為使用一個(gè)清洗裝置的方法中的一種，貯存節(jié)點(diǎn)插塞的凹進(jìn)步驟與阻擋金屬層的形成之前的清洗步驟一起執(zhí)行。
此后，如圖3D所示，阻擋金屬層43在凹進(jìn)的貯存節(jié)點(diǎn)插塞35的表面上形成。在此，根據(jù)該阻擋層形成步驟，通過在凹進(jìn)的襯底的整個(gè)表面上沉積Ti、Co和Zr中的一種的金屬層(未示出)，然后通過對襯底所得結(jié)構(gòu)進(jìn)行熱處理工藝以導(dǎo)致該金屬層和貯存節(jié)點(diǎn)插塞之間的化學(xué)反應(yīng)，阻擋金屬層在凹進(jìn)的貯存節(jié)點(diǎn)插塞的表面上形成。然后，在阻擋金屬層形成之后，未反應(yīng)的該金屬層藉由濕式蝕刻除去。
下一步，如圖3E所示，TiN層(未示出)藉由CVD和ALD工藝中的一種，在包含阻擋金屬層43的整個(gè)表面上形成，從而具有50到1000的厚度。
此后，如圖3F所示，通過蝕刻該TiN層直到第二絕緣層39暴露，經(jīng)由阻擋金屬層43連接到貯存節(jié)點(diǎn)插塞35的貯存節(jié)點(diǎn)電極S2形成在孔40的內(nèi)部。此處，蝕刻該TiN層的步驟使用回蝕刻和CMP中的一種方法。
此后，電容器的制造通過在貯存節(jié)點(diǎn)電極S2上順序地形成介電層47和用于極板電極的金屬層49而完成。此處，介電層47通過使用MOCVD和ALCVD工藝中的一種來形成，從而具有50到400的厚度。介電層47使用自TaON、Ta2O5、TiO2、Al3O3、HfO2、HfN、SrTiO3、(Ba，Sr)TiO3和(Pb，Sr)TiO3中選出的一種的單一層或其組合層(composite layer)。此外，用于極板電極的金屬層49通過使用CVD和ALD工藝中的一種形成，從而具有500到3000的厚度，并且使用TiN或Ru導(dǎo)電層。
根據(jù)本實(shí)施例，通過凹進(jìn)被孔暴露的貯存節(jié)點(diǎn)插塞，然后形成阻擋金屬層，可保護(hù)貯存節(jié)點(diǎn)插塞。結(jié)果，漏電的根源可以被有效地除去。
即，根據(jù)本實(shí)施例，在用于形成孔的蝕刻步驟中，由對貯存節(jié)點(diǎn)插塞側(cè)壁的間隔物的侵蝕形成的裂縫產(chǎn)生的漏電根源被有效地消除。因此，可以制造穩(wěn)定的器件，且晶片的產(chǎn)率可通過消除晶片減產(chǎn)的原因之一來提高。
盡管出于說明的目的，本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例已經(jīng)得以說明，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員了解，在不違背所附權(quán)利要求公開的本發(fā)明的范圍與精神的情況下，可以進(jìn)行各種修改、增附或替代。
權(quán)利要求
1.一種用于制造半導(dǎo)體器件的電容器的方法，包括步驟在半導(dǎo)體襯底上形成具有貯存節(jié)點(diǎn)插塞的第一絕緣層；在具有該第一絕緣層的該襯底上順序形成蝕刻停止層和第二絕緣層；通過利用該蝕刻停止層來選擇性地蝕刻該第二絕緣層，形成暴露該貯存節(jié)點(diǎn)插塞的一部分的孔；使被該孔暴露的該貯存節(jié)點(diǎn)插塞的一部分凹進(jìn)；在該凹進(jìn)的貯存節(jié)點(diǎn)插塞的表面上形成阻擋金屬層；在該孔內(nèi)形成貯存節(jié)點(diǎn)電極，其經(jīng)由該阻擋金屬層連接到該貯存節(jié)點(diǎn)插塞；以及在該貯存節(jié)點(diǎn)電極上順序形成介電層和用于極板電極的金屬層。
2.如權(quán)利要求1的方法，其中該蝕刻停止層和該第二絕緣層的總厚度為6000到30000。
3.如權(quán)利要求1的方法，其中通過使用氮化硅層材料形成該蝕刻停止層，該蝕刻停止層具有100到2000的厚度。
4.如權(quán)利要求1的方法，其中該第二絕緣層使用單一氧化物層和多重氧化物層中的一種，該第二絕緣層用CVD工藝形成。
5.如權(quán)利要求1的方法，其中該凹進(jìn)步驟通過使用化學(xué)物的濕式蝕刻來進(jìn)行，該化學(xué)物具有該蝕刻停止層相對于該貯存節(jié)點(diǎn)插塞、以及該第一絕緣層相對于該貯存節(jié)點(diǎn)插塞的至少1∶10的蝕刻比。
6.如權(quán)利要求1的方法，其中該凹進(jìn)步驟通過濕式蝕刻來進(jìn)行，從而除去100到1200的厚度。
7.如權(quán)利要求1的方法，其中該凹進(jìn)步驟通過使用混和化學(xué)物的濕式蝕刻進(jìn)行，所述混和化學(xué)物選自NH4OH/H2O和HF/HNO3中的一種。
8.如權(quán)利要求7的方法，其中該NH4OH/H2O混合化學(xué)物通過混合NH4OH和H2O從而具有10∶1至1∶500的體積比來制備。
9.如權(quán)利要求8的方法，其中該HF/HNO3混合化學(xué)物通過混合HF和HNO3從而具有20∶1至1∶100的體積比來制備。
10.如權(quán)利要求1的方法，其中在該凹進(jìn)步驟中，浴槽的溫度被維持在4至100℃內(nèi)，且浸泡被執(zhí)行5到3600秒。
11.如權(quán)利要求1的方法，其中該凹進(jìn)步驟通過干式蝕刻來進(jìn)行，該干式蝕刻僅除去硅層并原樣保留氧化物層。
12.如權(quán)利要求11的方法，其中該干式蝕刻通過使用HBr和Cl2的混合物氣體來進(jìn)行。
13.如權(quán)利要求1的方法，其中形成該阻擋金屬層的步驟包括在包含該凹進(jìn)的貯存節(jié)點(diǎn)插塞的襯底的整個(gè)表面上沉積自包括Ti、Co和Zr的組中選出的一種的金屬層；以及對該襯底所得結(jié)構(gòu)進(jìn)行熱處理工藝，從而在該金屬層和該貯存節(jié)點(diǎn)插塞之間引發(fā)化學(xué)反應(yīng)。
14.如權(quán)利要求13的方法，還包括在該阻擋金屬層形成之后，濕式蝕刻該金屬層的未反應(yīng)的部分。
15.如權(quán)利要求1的方法，其中形成該貯存節(jié)點(diǎn)電極的步驟包括通過CVD和ALD工藝中的一種，在具有該阻擋金屬層的該襯底的整個(gè)表面上形成TiN層；以及蝕刻該TiN層，直到該第二絕緣層暴露出來。
16.如權(quán)利要求15的方法，其中該TiN層具有50到1000的厚度。
17.如權(quán)利要求15的方法，其中蝕刻該TiN層的步驟通過使用回蝕刻或CMP中的一種來進(jìn)行。
18.如權(quán)利要求1的方法，其中該介電層使用從包括TaON、Ta2O5、TiO2、Al3O3、HfO2、HfN、SrTiO3、(Ba，Sr)TiO3和(Pb，Sr)TiO3的組中選出的一種的單一層或其組合層。
19.如權(quán)利要求18的方法，其中該介電層通過使用MOCVD和ALCVD工藝中的一種來形成，從而具有50至400的厚度。
20.如權(quán)利要求1的方法，其中用于該極板電極的該金屬層使用TiN或Ru導(dǎo)電層。
21.如權(quán)利要求20的方法，其中用于該極板電極的該金屬層通過使用CVD和ALD工藝中的一種來形成，從而具有500到3000的厚度。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于制造半導(dǎo)體器件的電容器的方法，其包括在半導(dǎo)體襯底上形成具有貯存節(jié)點(diǎn)插塞的第一絕緣層；在具有第一絕緣層的襯底上順序形成蝕刻停止層和第二絕緣層；通過利用蝕刻停止層來選擇性地蝕刻第二絕緣層，形成暴露貯存節(jié)點(diǎn)插塞的一部分的孔；使被孔暴露的貯存節(jié)點(diǎn)插塞的一部分凹進(jìn)；在凹進(jìn)的貯存節(jié)點(diǎn)插塞的表面上形成阻擋金屬層；在孔內(nèi)形成貯存節(jié)點(diǎn)電極，其經(jīng)由阻擋金屬層連接到貯存節(jié)點(diǎn)插塞；以及在貯存節(jié)點(diǎn)電極上順序形成介電層和用于極板電極的金屬層。
文檔編號H01L21/8242GK1790610SQ200510107620
公開日2006年6月21日 申請日期2005年9月29日 優(yōu)先權(quán)日2004年12月17日
發(fā)明者崔亨福, 樸鐘范, 李起正, 李鐘旼 申請人:海力士半導(dǎo)體有限公司