TW413882B - Fabrication method of capacitor having high capacitance - Google Patents

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413882 A7 ---------B7_____ 五、發明説明（i ) 發明背景 I發明領域 本發明係關於一種半導體元件的製造方法，且更特 別相關於一種具有高電容量之電容器之改良的製造方法。 2.傳統技藝說明 在半導體的技術領域中，主要關心已經被集中於改 良半導體元件之整合積集度，因此半導體元件的尺寸已被 縮小，來達到_特定程度的整合積集度。然而，此類尺寸 的縮小造成一電容器的電容量因而縮小的問題。所以，眾 多的研究已接連地完成以在半導體元件之製造中製造具有 高電容量且在半導體基體上佔據相對小的面積之電容器。 如具有高電容量之電容器之例子，已有發展出一種 藉由將一波節電極接觸至一半導體基體之不純物層上、在 一閘電極之上延伸地形成波節電極並且在波節電極上形成 一介電層與一板狀電極來被製造之疊層電極。隨後，鰭型 電容器已被普遍地使用，因其被發展成疊層電極之型式》 第1圖舉例說明一傳統的鰭型電容器，其中一閘電極 3藉由在一半導體基體1上施覆一閛絕緣薄膜2而被形成， 並且不純物層4在該基體之一上表面上於該閘電極3之兩侧 被形成。在此類的電容器中，其中一層不純物層4被與該 電容器之一波節電極30連接，該波節電極30係延伸至閘電 極3之上層部份。此外，一介電層31與一板狀電極32在波 節電極30之一外部表面上被形成。 本紙張尺度適用中國國家播隼（CNS ) M現格（210X297公楚1) 4

經濟部中央標準局員工消費合作社印I A7 B7 五、發明説明（2 ) 製造此類傳統的電容器，首先，第1A圖顯示在形成 鰭型電容器之半導體基體1與其他不同的部件β更特別地， 閘絕緣薄膜2與閘電極在半導體基體1上被形成，並且不純 物層4在半導體基體上1於閘電極3的兩側被形成。 第1Β圖舉例說明一第一絕緣薄膜5在第1Α圊之基體上 被形成。接著，一多層臈10在第一絕緣薄膜5上被形成， 多層膜10依序地包括一第二絕緣薄膜6、一第一多晶矽薄 膜7及一第三絕緣薄膜8 〇在此，第二絕緣薄膜6與第三絕 緣薄膜8由對第一多晶矽層7有大的蝕刻選擇比之材料所形 成’諸如一由化學氣相沉積（CVP)所沉積的氧化矽薄膜》 接下來，第1C圖之結構被以藉由银刻被形成在該不 純物層40上的多層膜10來暴露不純物層40而形成一接觸洞 20所形成。爾後，藉由在第1C圖之結構上形成一第二多 晶矽層9,形成有一第1D圖之結構，其中覆蓋不純物層4 之第二多晶矽層9亦位於接觸洞20之内壁被形成，藉此電 氣連接至第一多晶矽層7»接著，如第1Ε圖所示，第二多 晶矽層9與多層膜10藉由運用一罩幕（未顯示）來乾蝕刻而 被形成圖案，以便形成電容器之一波節電極。 在第IF圖中，藉由以濕式蝕刻來移除第三絕緣薄膜8 與第二絕緣薄膜6並且接著僅剩下第一與第二多晶矽層7、 9來形成籍型電容器之一波節電極30。最後，如第1G圖所 示一介電層31在電容器之波節電極30之上被形成。介電層 31被形成，例如藉由將一氮化矽（Si3N4)薄膜沉積在第1F之 結構之上。在此，當應用CVP時，介電層31可以在構成電 本紙張尺度通用中國國家標準（CNS ) A4祝格（2iOX29·?公釐） {請先閲免背¾.¾注意事項再填寫本頁) Ί. 413S83 A7 B7 五、發明説明（ 容器之波節電極的第二與第一多晶矽層9、7之間的一個空 間中被形成。 形成介電層31之另一個例子，係為藉由氧化為構成 電谷器波節電極之材料的第一與第二多晶發層7、9°接下 來’板狀電極32在介電層31上被形成，該板狀電極係由多 晶梦層所形成。在此，CVP亦被應用。 在此類傳統的鰭型電容器中？當半導體元件之一設 計標準減少時’由於一微影程序之解析度的限制造成在該 程序中的對準邊際被縮小》此外，當藉由濕式蝕刻來移除 在多晶矽層之間被形成的絕緣層時，在絕緣層的上部與下 部被形成的該等多晶矽層會被不期望地移除，其會導致因 從元件上移除鰭型電極而造成該半導體元件之故障百分比 的增加。 請 先

I 裝 訂 經濟部中央標準局貝工消費合作社印製 發明蟪結 因此*本發明關於一獐免除因傳統技藝所造成的問 題與優點之鰭型電容器之改良的製造方法。 為達成這些與其他優點並根據本發明之目的，如具 體實施與概略地說明’提供有一種具有高電容量之電容器 的製造方法，其係包括：在一半導體基體上形成一不純物 層；在半導體基體之一上表面之上形成一絕緣薄膜；在不 純物層之上形成一第一接觸洞；在第—接觸洞與絕緣層 上形成一第一多晶矽層，並且以As+摻雜第一多晶矽層 在第一多晶矽層上沉積矽化鎢薄膜；將矽化鎢薄膜與第 之 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS > a4祝格（210X297公釐） 6 413882 經濟部中央標準局貝工消費合作社印袈 Α7 Β7 五、發明説明（4 ) 多晶矽層形成圖案，藉此在第一接觸洞中與在絕緣薄膜之 一上表面之一部份處形成一第一多晶矽層圖案，並且在第 一多晶矽層圖案上形成一矽化鎢薄膜圖案；回火半導嫂基 體；在矽化鎢薄膜圖案與絕緣薄膜上形成一第一絕緣薄 膜；在第一絕緣薄膜上形成一第二絕緣薄膜；在矽化鶴薄 膜圖案之一上表面之一被預定部份上形成一第二接觸洞， 藉此暴露一部分的矽化鎢薄膜囷案並接著形成第一與第二 絕緣薄膜圖案；藉由移除與矽化鎢薄膜圓案呈接觸狀態之 —部分的第一絕緣薄膜圖案來在矽化鎢薄膜圖案與第二絕 緣薄膜圖案之間形成一空間；在包括第二絕緣薄膜圖案之 一上表面的一部分與第二接觸洞與空間之内壁之矽化鎮薄 膜圖案上形成一電容器之下電極；在下電極之一外部表面 上形成一介電層；及在介電層與第二絕緣薄膜圖案上形成 一上電極。 圈示簡矩說明 被包括來提供本發明之進一步的了解並被合併在說 明書中並構成此說明書的一部分之後附圖式舉例說明本發 明之實施例並連同說明作為解釋本發明原理之用》 在圖式中： 第1Α至1G圖為依序地舉例說明一傳統鰭型電容器的 製造方法之垂直橫截面圖； 第2Α至2G圖為根據本發明依序地舉例說明一種具有 高電容器之電容器的製造方法之垂直橫截面圖。 本紙張尺度適用中國國家揉準（CNS ) A4^格（210X297公釐） {請先閲讀背面.注項再填寫本頁) -裝. 訂' 經濟部中央標準局貝工消費合作社印製 413882 A7 _B7_ 五、發明説明（5 ) 本發明之詳細說明 現在，詳細地參考本發明之較佳實施例，其例子在 後附圖式中被舉例說明。 第2A至2G圖為根據本發明依序地舉例說明一種具有 高電容量之電容器的製造方法之橫截面圖。在此，注意根 據本發明之電容器的製造方法不僅僅只被限制在一DRAM 單元中的電容器製造方法，而且還可以被應用到在傳統技 藝中所包括電容器之其他所有形式的半導體元件。 首先，如第2A圖所示，一閘絕緣薄膜2與一閘電極3 在一半導體基體1之一上表面的一被預定部分上依序地被 形成，並且接著複數層不純物層4在半導體基體於閘電極3 的兩侧被形成，各不純物層一般被稱為一源極或一汲極。 接下來，如第2B圖所示，一絕緣薄膜5在第2A圖之結 構之上被形成，接著部分被移除以在不純物層4之一被預 定部分上形成一第一接觸洞50。再者，一第一多晶矽層51 在該結構之上藉由CVP來被形成。此即，第一多晶矽層51 在第一接觸洞50中以及在絕緣薄膜5之上被形成。接著As+ 以80 Kev被植入第一多晶矽層51中，以減少在第一多晶矽 層51與其他接觸層之間的接觸抗阻。此類離子植入在一範 圍在1 X 1016與5 X 1016之間的劑量下被進行。接下來，一 層在第一多晶矽層51上被形成的原始氧化物薄膜被移除， 並且接著一矽化鎢（Wsix)薄膜52在第一多晶矽層51之上被 沉積，矽化鎢薄膜52係藉由使用8沿4與\\^6以低溫CVP在 350-400°C的溫度下被形成，繼之在將半導體基體的溫度 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS > A4祝格（210X 297公釐） (请先閲讀背面(W注意事項再填寫本頁) .裝. 訂 413882 A7 B7 五、發明説明（6 經濟部中央橾準扃員工消費合作社印製 維持在850-950^的同時在化的氣氛下回火3〇分鐘，並且 在此程序期間，在第一多晶矽層51中的As+被擴散至Wsix 薄膜52« 在第2C阖中’藉由將第一多晶矽層51與矽化鎢薄膜52 形成囷案，一第一多晶矽層圖案51a與一矽化鎢薄膜圖案 52a只有在絕緣薄膜5的上表面之一部分上於第一接觸洞 周圍被形成。 其次，如第2D圖所示，在第2C圖之結構之上依序地 形成有第一與第二絕緣薄膜53、54 β在此，註明第一絕緣 薄膜53為藉由使用TEOS與02在大约700°C的溫度下以CVD 所形成的氧化梦薄膜，而以领構矽玻璃（BPSG)或鱗矽玻 璃（PSG)所形成的第二絕緣薄膜54為平坦化而被設置。此 外’一罩幕圖案（未顯示）位於第二絕緣薄膜54上，該罩幕 圖案係在一部分的第一接觸洞50處具有一開口。另外，一 第二接觸洞56藉由依序地移除部分的第一與_第二絕緣薄膜 53、54來被形成，該第一與第二絕緣薄膜係於第二接觸洞 56處被形成’並且第一與第二絕緣薄膜圖案53a、5481如第 2E圖所示般被形成。 此外，第2F囷之結構藉由將具有第2E圖之結構的半 導體基體1放入HF溶液中約20至60秒，並且接著將基體1 放置在一被缓衝的氧化蝕刻劑（BOE)中來被製備，該被緩 衝的氧化蚀刻劑係藉由將NH5〇H與HF溶液混合來而提 供，藉此银刻氧化物薄膜。在此類的程序中，在石夕化鶴薄 膜圖案52a上被形成的該Si〇2薄膜被揮發，因此一空間55

I 注 意 事 項 再， 裝 訂 本紙浪尺度適用中國國家標準（CNS ) A4祝格（210X297公釐） 9 經濟部中央標準局員工消费合作.社印製 413882 A7 _______B7 五、發明説明（7 ) 在矽化鎢薄膜圖案52a與第二絕緣薄膜圖案54a之間被形 成。形成空間55的原因如下’根據第2B圖所示之程序As+ 離子存在於第一多晶矽層圖案51a中。此外，在後續的程 序中’回火被進行並且藉此As+離子滲透過矽化鎢薄膜圖 案52a至第一絕緣薄膜53中。即言之，As+離子存在於被形 成在第一多晶矽層囷案51a上之部分的第一絕緣薄膜53 中。 在第2E圖中’存在於一第絕緣薄膜圖案53&之^+藉 由將半導艘基體1放置在HF中而與F結合，以便因此具有 AsF »因為AsF極易揮發，故與矽化鎢薄膜圖案52a呈接觸 狀態之第一絕緣薄膜圖案53a之該部分被移除。此外，因 為藉由將構成第一絕緣薄膜圖案53a的氧化矽薄膜之Si與 在HF溶液中的F結合所形成的SiF也是易揮發的，因此SiF 藉由揮發而被移除。所以，包括As+且在矽化鎢薄膜圖案52a 上被形成之一部份的第一絕緣薄膜圖案53a被移除，且因 此空間55在矽化鎢薄膜圖案52a與第二絕緣薄膜圖案54a之 間被形成。從而，在本發明中，在矽化鎢薄膜圖案52a上 被形成的絕緣薄膜藉由揮發而被移除，而在該傳統鰭型電 容器的製造方法中被形成在該等多晶矽層之間的絕緣薄膜 藉由蝕刻溶液來被移除。因此，不會有如在傳統技藝中所 發生諸如切割鰭型物的問題發生。 接下來* 一第三多晶矽層在第2F圖之結構之上被形 成並被形成圖案，以便藉此形成如第2G囷所示的電容器 之一下電極60。在此，被註明的是，第三多晶矽層位於空 本紙張尺度適用中國國家標準（{；邮）六4祝格（210\297公釐） (請先M-讀背面W注i項再填寫本頁) 裝· 訂_ -10 - 413882 A7 B7 - 五、發明説明（8) 間55之内壁與第一接觸洞50之—側壁被形成。接下來，— 介電層61在電容器之下電極60之上被形成，這類的介電層 61被形成，其係藉由以CVp沉積一層Si3N4薄膜或藉由氧 化一層構成下電極60的多晶矽層來形成一層氧化矽薄膜。 接下來，藉由將電容器之一第四多晶矽層沉積在第二絕緣 薄膜圖案54a上與在介電層61之上來形成一上電極62 » 誠如上述，由本發明所製造之具有高電容量的電容 器避免因移除在該等多晶矽層圖案之間被形成的絕緣層而 發生的鰭型物之切割，其導致該半導艎元件之產率的增 加。此外，因為在本發明中被形成在矽化鎢層上的氧化物 薄膜被揮發，故對準在該製造程序中被大大地改善·»再者， 根據本發明所製造的電容器與傳統技藝比較具有相對大的 電容量。 對於熟於此技者顯而易見的是，在本發明之具有高 電容量之電容器的製造方法中可倣各種的修正與變化，而 不背離本發明之精神與範圍。因此，其即意欲本發明涵蓋 此發明的修正與變化，假如他們落在後附申請專利範圍與 他們的同等物之範圍中。 經濟部中央標準局員工消費合作社印製

本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4级格（210X297公釐） 11 413882 A7 B7五、發明説明（9 ) 元件標號對照表 經濟部中央標準局貝工消費合作社印製 1 半導體基體 2 閘絕緣薄膜 3 閘電極 4 不純物層 5 第一絕緣薄膜 6 第二絕緣薄膜 7 第一多晶矽薄膜 8 第三絕緣薄膜 9 第二多晶石夕層 .10 多層膜 20 接觸洞 30 波節電極 31 介電層 32 板狀電極 40 不純物層 50 第一接觸洞 51 第一多晶矽層 51a 第一多晶梦層圖 案 52 矽化鎢薄膜 52a 矽化鎢薄膜圖案 53 第一絕緣薄膜 53a 第一絕緣薄膜圖 案 54 第二絕緣薄膜 54a 第二絕緣薄膜圖 案 55 空間 56 第二接觸洞 60 下電極 61 介電層 62 上電極 (請先私讀背赴之注意事項和填寫本頁)

本紙張尺度逋用中國國家標準（CNS ) A4現格（2S0X297公釐） 12

Claims (1)

1. 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 413882 A8 ^ B8 Ί 04 3 m C8 D8六、申請專利範圍 1. 一種具有高電容量之電容器的製造方法，係包含： 在一半導體基體上形成一不純物層； 在該半導體基體之上形成一絕緣薄膜； 在該不純物層之上形成一第一接觸洞； 形成一被以As+摻雜之第一多晶矽層圖案，其 係覆蓋該第一接觸洞與該絕緣薄膜之一上表面的 一部分；. ， 在第一多晶矽層圖案上形成一矽化鎢薄膜圖 案； 將該半導體基體回火； 在該矽化鎢薄膜圖案與該絕緣薄膜上形成一 第一絕緣薄膜； 在該第一絕緣薄膜上形成一第二絕緣薄膜； 在該矽化鎢薄膜圖案之一上表面的一被預定 部分上形成一第二接觸洞，藉此暴露一部分的該 矽化鎢薄膜圖案並且接著形成第一與第二絕緣薄 膜圖案； 藉由將與該矽化鎢薄膜圖案呈接觸狀態的該 第一絕緣薄膜圖案之一部分移除，來在該矽化鎢 薄膜圖案與該第二絕緣薄膜圖案之間形成一空 間； 在包括有該第二絕緣薄膜圖案之一上表面的 一部分與該第二接觸洞與該空間之内壁之該矽化 鎢薄膜圖案上形成一電容器之下電極； {請去 Z 閲讀背面之注意事V再填寫本頁) '裝· 訂 線 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4現格（210X297公釐） 413882 Βδ cs D8 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 六、申請專利範圍 1 1 在該下 電 極 之一外部表面上形成 一 介 電 層 9 1 1 及 1 I 在該介 電 層 與該第二絕緣薄膜圖 案 之 上 形 成 請 1 1 1 - 上 電極。 it 1 I | 2. 如 中 請專利 範 圍 第1項之具有高電容量 之 電 容 器 的 背 面 之 製 造 方法， 其 中 該電容器之該下電極 為 一 多 晶 矽 注 意 1 I 層 e 再 1 I 3. 如 中 請專利 範 圍 第1項之具有高電容量 之 電 容 器 的 % 禽 本 裝 製 造 方法， 其 中 該電容器之該上電極 為 —^ 多 晶 矽 頁 | 1 層 0 | 4. 如 中 請專利 範 圍 第1項之具有高電容量 之 電 容 器 的 1 I 製 造 方法， 其 中 該電容器之該介電層 為 -— 氮 化 矽 1 訂 薄 膜 〇 1 1 5. 如 中 請專利 範 圍 第1項之具有高電容量 之 電 容 器 的 1 I 製 造 方法， 其 中 該電容器之該介電層 為 一 氧化矽 1 I 薄 膜 0 線 I 6. 如 中 請專利 範 圍 第1項之具有高電容量 之 電 容 器 的 "1 1 1 製 造 方法， 其 中 該第一絕緣薄膜圖案 是 一 由 化 學 1 1 氣相 沉積法（CVD)所形成的氧化矽薄膜 〇 1 7. 如 中 請專利 範 圍 第1項之具有高電容量 之 電 容 器 的 1 I 製 造 方法， 其 中 形成該第一多晶矽層 圖 案 與 該 矽 1 化 鑛 薄膜圖 案 之 步驟包含： 丨' 在該絕 緣 薄 膜上與在該第一接觸 洞 中 形 成 該 Ϊ I 第 多晶矽層 ： 1 1 1 1 本紙張尺度適用中國國家標準（CMS ) A4規格（210X297公嫠） 14 4 A8 B8 C8 D8 六 申褚專利範圍 經濟部中央標準局員工消費合作社印装 將As+植入該第一多晶矽層中； 在該第一多晶矽層上形成該矽化鎢薄膜； 將該半導體基體在一乂的氣氛下回火；及 將該矽化鎢薄膜與該第一多晶矽層依序地形 成圖案》 如申請專利範圍1項之具有高電容量之電容器的製 造方法’其中該第二絕緣層為BPSG» 如申請專利範圍1項之具有高電容量之電容器的製 造方法’其中移除與該矽化鎢薄膜圖案呈接觸狀 態之該第一絕緣薄膜圖案之該部分的步驟包含： 將該半導體基體置放在氟化氫溶液中；及 將該半導體基體置放在被缓衝的氧化蝕刻劑 中β 10. 如申請專利範圍1項之具有高電容量之電容器的製 造方法，其中該介電層之形成是以氧化該電容器 之該下電極β 11. 如申請專利範圍第1項之具有高電容量之電容器的 製造方法’其中該介電層的形成是運用氮氣以CVD 來形成一氛化發薄膜。 12· —種具有高電容量之電容器的製造方法，其係包 含： 在一半導體基嫂上艰成一不純物層； 在該半導體基體之上形成一絕緣薄膜； 在該不純物層之上形成一第一接觸洞； 8. 9 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4说格（210X297公釐） 請 裝 線 15 413882 A8 B8 C8 D8 申請專利範圍 經濟部中央標牟局員工消費合作社印裝 形成一被以As+摻雜的第一多晶矽層圖案，其 係覆蓋該第一接觸洞與該絕緣薄膜之—上表面的 一部分； 在該第一多晶矽層圖案上形成一矽化鎢薄膜 圖案； 將該半導體基鱧回火； 在該梦化鎢薄膜圈案與該絕緣薄膜上形成一 第一絕緣薄膜； 在該第一絕緣薄膜上形成一第二絕緣薄膜； 在該珍化鶴薄膜圖案之一上表面之一被預定 部分上形成一第二接觸洞，藉此暴露一部分的該 矽化鎢薄膜圖案，並且接著形成第一與第二絕緣 薄膜圖案； 將該半導體基體置放在氟化氫溶液中，藉此 移除在該矽化鎢薄膜圖案上被形成的該第一絕緣 薄膜圖案的一部分； 在該矽化鎢薄臈圖案與該第二絕緣薄膜圖案 之一上表面的一部分上，以及在該第二接觸洞之 内壁形成一電容器之一下電極； 在該下電極之一外表面上形成一介電層；及 在該介電層舆該第二絕緣薄膜圖案之上形成 一上電極。. 之 注 % 裝 訂 本紙張尺度適用中國國家梯率（CNS )八4規格（210X297公嫠） 16