TWI227541B - Method for removal of hemispherical grained silicon in deep trench - Google Patents

Description

1227541 玖、發明說明 【發明所屬之技術領域】 本發明是有關於一種移除半球形晶粒矽 (Hemispherical Grained Silicon; HSG)之方法，特別是在 深溝渠結構中，利用矽鍺（SiGe)做為蝕刻終止層，以移除 半球形晶粒石夕層之方法。 【先前技術】 近年來微電子工業快速發展，元件基組日趨微小化， 對微小尺寸之動怨隨機存取記憶體（DynamiC Ran(J〇ln

Access Memory; DRAM)而言，維持每個晶胞的電容並不 谷易，目刚其儲存電容至少要在25fF以上。增加電容表 面積或使用高介電係數之介電材料均可改善此問題。其 中’利用半球形晶粒矽（Hemispherical Grained silicon; HSG)以增加電容表面積的方法，已廣泛應用於堆疊式 dram。 然而，半球形晶粒矽應用到溝渠式DRAM時卻面臨 了困難：半球形晶粒矽與單晶矽的物性相似 溝渠上半部之半球形晶粒矽時，會破壞溝渠 ，因此在蝕刻

因寄生電容而導致儲存電容下降。

1227541 上以做為餘刻終止層，經多道步驟處理，移 後，*沉接一 * > 工千#的乳化物 、半球开）晶粒矽層，並去除溝渠上半部 形晶粒石夕。缺屮制扣傲 口丨之半球 造的困難度 繁複’大幅提高了溝渠式DRAM製 【發明内容】 半球之目的就是在提供—種在深溝渠結構中移除 + 東：粒矽（Hemispherical Grained Silicon; HSG)，且 不會破壞溝渠側壁之方法，以及—種在溝渠式電容中導入 半球形晶粒矽後，可維持或提高每個晶胞的儲存電容之方 法。 鑒於上述目的，本發明之一態樣，係提供一種利用石夕 鍺（SWe)做為—終止層，並以濕㈣製程移除深溝渠中 半球形晶粒石夕之方法。濕㈣製程所用之氫氧化卸/丙嗣/ 水的混合液對半球形晶粒矽與矽鍺層的蝕刻速率選擇性 比很高，故在移除溝渠上半部之半球形晶粒矽層時，不會 破壞溝渠側壁，同時其平整度更符合後續製程之需求。另 -=面’梦鍺層亦提高了埋藏帶（buriedst叫叫區域的 固態溶解度，因此可降低埋藏帶的阻抗，進而提高驅動電 流。 本發明之另一態樣，係提供一種導入半球形晶粒矽至 溝渠式電容之方法《其蝕刻終止層係為鍺原子佈植所形成 之埋藏石夕錯層’可利用預定角度將埋藏石夕錯層只佈植於溝 1227541 渠之領形區（collar region)内，故製得之電容在半球形晶 粒石夕層與溝渠側壁間並不存在蝕刻終止層，因此可維持Z 提高晶胞的儲存電容。另一方面，由於此法所佈植之蝕刻 終止層，可選擇性地只形成於溝渠之上半部，而無需增加 去除溝渠下半部蝕刻終止層的步驟，故有效簡化導入半球 形晶粒矽至溝渠式電容之製程。 【實施方式】 本發明之移除深溝渠結構中半球形晶粒矽之方法的 一較佳實施例，將參照附件圖式詳述如下。 第1A圖係為一具研磨墊104與溝渠1〇2結構之基 板，以一預定角度（較佳的為約8。〜約12。，更佳的為約ι〇Τ) 施加鍺原子佈植100及快速熱處理後，形成一埋藏矽鍺層 於溝木102側壁之領形區（c〇uar 内，以做為姓 刻終止層之用。由於藉由控制佈植角度可使埋藏矽鍺層 108選擇性地只形成於溝渠1〇2之上半部，而不會形成在 溝渠102 了半部，因此無須進行去除溝《1〇2 了半部埋藏 广錯層108的步驟。此外，此埋藏石夕錯層1〇8亦提高了埋 赛帶（buried strap; Bs)區域的固態溶解度，可降低埋藏帶 的卩且l/u而提呵驅動電流。另一方面，埋藏矽鍺層工⑽更可 仏為罩幕層之用，其在㈣溝渠時可保護溝渠之上半部， ，再進仃濕式蝕刻時只蝕刻領形區以下的部分而形 并瓦形結構之溝渠。 接著’參照第1B圖及第lc圖，沉積一半球形晶粗 1227541 矽層116於埋藏矽鍺層1〇8及溝渠ι〇2上再 玻璃層丨25於半球形晶粒矽層ιΐ6之上。 沉積一绅梦 隨後進行綠㈣與去除之製程。 形成-光阻層叫溝渠102下半部内，其深度用圖義 ==高度;然後去除溝渠1〇2上半部未被光阻 層32覆盍之砷矽玻璃層125。 阻二!覆 所示，去除溝渠102上半部未被光 、晶：㈣f 球形晶粒石夕層116。此去除步驟係採用 程’當所用之氫氧化卸/丙酮/水之混合液組成為 ''' 4時’對半球形晶粒梦層116與埋藏石夕鍺層1〇8的 蝕刻速率選擇性比高達20 :卜故在去除溝渠102上半部 之半球形晶粒矽層116的同時，不會破壞溝渠ι〇2之侧 〃平整度更可符合後續製程之需求，以改善整合後 的電性性質，如有效提高漏電流等。 ，去除溝渠102上半部未被光阻層132覆蓋之半球形晶 粒矽層U6後，再移除殘餘的光阻層132。如第1F圖所 八心之’儿積一覆蓋層1 5 0 ,，其材料係為四乙氧基矽烷 (TEOS) 〇 退火處理砷矽玻璃層125，以驅入砷原子而形成一埋 藏電極160。然後進行濕蝕刻製程去除覆蓋層15〇及溝渠 102下半部之砷矽玻璃層125，結果如第圖所示。 最後’如第1H圖所示，沉積一介電層18〇於溝渠ι〇2 之上’其材料係為氧化矽/氮化矽（Si〇2/SiN)。所得之溝渠 式電容結構，在半球形晶粒矽層丨丨6與溝渠丨〇2侧壁之 I 1227541 間，並無餘刻終止層，故可維持、甚至提高每個晶胞之儲 存電容。 由上述本發明之較佳實施例可知，應用本發明之移馀 深溝渠結構中半球形晶粒矽之方法，可藉由佈植方式選擇 性地將埋藏石夕錯層只形成於支渠之上半部，無需增加去除 溝渠下半部埋藏石夕鍺層的步驟，故可簡化製程。且進行濕 蝕刻製耘時所用之氫氧化鉀/丙酮/水混合液對半球形晶 .粒石夕與埋藏補層的㈣速率選擇性很高，因此將埋藏: 鍺層做為蝕刻終止層’在去除半球形晶粒矽時，不會破壞 溝渠之側壁，故可改善整合後的電性性質。又因為二求形 晶粒矽層與溝渠側壁間並不存在蝕刻終止層，因此可維 持、甚至提高晶胞的儲存電容。埋藏石夕錯層除了做為姓刻 終止層外，其亦增加了埋藏帶區域的固態溶解度，可降低 埋藏帶的阻抗而提高驅動電流。 雖然本發明已以一較佳實施例揭露如上，然其並非用 以限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精 神=範圍内，當可作各種之更動與潤飾，因此本發明之= 護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。 【圖式簡單說明】 為讓本發明之上述與其他目的、特徵、和優點能更明 顯易懂，配合所附圖式，加以說明如下·· 第1A圖至第1H圖係繪示本發明之一較佳實施例 中，在深溝渠結構中移除半球形晶粒矽的製程剖面圖。 1227541 【元件代表符號簡單說明】 100 :鍺原子佈植 104 :研磨墊 116 :半球形晶粒矽層 132 :光阻層 160 :埋藏電極 102 :溝渠 108 :埋藏矽鍺層 125 :砷矽玻璃層 150 :覆蓋層 1 80 :介電層

Claims (1)

1227541 拾、申請專利範園 晶粒石夕層之方法， 1 · 一種移除深溝渠結構中半球形 至少包含： 形成一餘刻終止層於一 (collar region)内； 基材上溝渠側壁之一領形區

形成-半球形晶粒石夕層於該溝渠及該韻刻終止層上’· 形成一砷矽玻璃層於該半球形晶粒矽層上；曰 形成一光阻層於該溝渠下半部内； 去除該溝渠上半部未被該光阻層覆蓋之該切玻璃 層；以及 去除該溝渠上半部未被該光阻層覆蓋之該半球形晶 粒石夕層。 * 2.如申請專利範圍第丨項所述之移除深溝渠結構中 半球形晶粒矽層之方法，更包含： 去除殘餘之該光阻層； 形成一覆蓋層於該溝渠上； 形成一埋藏電極於該溝渠侧壁内； 去除殘餘之該砷矽玻璃層及該覆蓋層；以及 形成一介電層。 3 ·如申睛專利範圍第1項所述之移除深溝泪处 半球形晶粒石夕声> t、土甘 i A、、、口構中 藏石夕鍺層。 ^糸為一埋 11 1227541 4·如申請專利範圍第3項所述之移除深溝渠結構中 半球形晶粒矽層之方法，其中上述之埋藏矽鍺層更做為一 罩幕層’用以形成一瓶形結構之溝渠。 5·如申請專利範圍第3項所述之移除深溝渠結構中 半球形晶粒矽層之方法，其中上述之埋藏矽鍺層係利用一 預定角度佈植鍺原子以形成於該溝渠之上半部内。 籲 6·如申請專利範圍第5項所述之移除深溝渠結構中 半球形晶粒矽層之方法，其中上述之預定角度係為約8。〜 · 約 12。。 入如申請專利範圍第3項所述之移除深溝渠結構中 半球形晶粒石夕層U法，其中上述之埋藏石夕鍺層係更利用 决速熱處理以形成於該溝渠之上半部内。 、，8·如t 4專利範圍帛1項所述之移除深溝渠結構申 半球形晶粒石夕層之方法’其中上述之去除該溝渠上半部未 =該光阻層覆蓋之該半球形晶㈣層，係㈣—濕餘刻製 9. 半球形 曰如申％專利範圍帛8項所述之移除深溝渠結構 旧粒石夕層之方法，其中上述之濕㈣製程係使用 中 氫 12 1227541 氧化鉀/丙酮/水之混合液。 * 1〇.如申請專利範圍第9項所述之移除深溝渠結構中 t球形晶粒石夕層之方法，其中上述之混合液的比例，係為 風乳化卸/丙崎=〇.8/1/3.5〜1.2/1/4.2，其中當氫氧化〜 丙明/水之比例為約1/1/4時，對該半球形晶粒發層盘該石夕 鍺層之蝕刻速率選擇性比高達2〇: 1。 “ u ·如申咕專利範圍第1項所述之移除深溝渠結構中 半球形晶粒石夕層之方法，其中上述之半球形晶粒石夕層與該 神石夕玻璃f，係利用_沈積製㈣形成。 . ^ •如巾μ專利範圍第1項所述之移除深溝渠結構中 半球形晶粒石夕層之方法，其中上述之去除該溝渠上半部未 、乂光阻層覆蓋之_石夕玻璃層，係使用—濕触刻製程。 U. 一種製造溝渠式電容之方法，至少包含： 提供一基材，該基材至少具一溝渠結構； 形成一蝕刻終止層於該溝渠之上半部内； 沉積-半球形晶粒矽層於該溝渠及該蝕刻終止層上； 沉積一砷矽玻璃層於該半球形晶粒矽層上； 形成一光阻層於該溝渠内； 去除該溝渠上半部之該光阻層； 去除該溝渠上半部未被該光阻層覆蓋之該砷矽玻璃 13 !227541 層； 去除該溝渠上半部未被該光阻層覆蓋之該半球形晶 极石夕層； 去除殘餘之該光阻層； 沉積一覆蓋層於該溝渠上； 形成一埋藏電極於該溝渠側壁内； 蝕刻殘餘之該砷矽玻璃層及該覆蓋層；以及 沉積一介電層。 14·如申請專利範圍第13項所述之製造溝黍式電分 之方法’其中上述之蝕刻終止層係為一埋藏矽鍺層 I5·如申請專利範圍第14項所述之製造溝渠式m > 之方法，其中上述之埋藏矽鍺層更做為一罩幕層，用以形 成一瓶形結構之溝渠。 16·如申請專利範圍第14項所述之製造溝雍式電容 之方法，其中上述之埋藏矽鍺層之形成步驟，更包含： 利用一預定角度佈植鍺原子；以及 快速熱處理製程。 I7·如申請專利範圍第13項所述之製造溝#武電^ 之方法’其巾上述之去除該溝渠上半部未被該心廣覆慕 之該半球形晶粒石夕層，係使用一濕餘刻製程。 1227541 18·如申請專利範圍第17項所述之製造溝渠式電容 之方法，其中上述之濕蝕刻製程係使用氫氧化鉀/丙酮/水 之混合液。 19·如申請專利範圍第13項所述之製造溝渠式電容 =法’其中上述之形成-埋藏電極，係使料火處 7坡璃層，以驅入砷原子所形成。 20. 如申請專利範圍第13項所述之、生 之方法，其中上述之覆蓋層係為四乙氧基心冓層渠。式電容 21. 如申請專利範圍第13項所述之 電容 之方法，其中上述之介電層係為氧化矽層：溝渠式 曰氣化矽層 15