专利名称：选择性半球形硅晶粒制作工艺的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种半导体制作方法，特别是涉及一种选择性半球形硅晶粒(Selective Hemi-spherical Grain；S-HSG)的制作方法。
在某些半导体制作工艺中，为了增加硅材料导体层的电容值，通常会选择性地在此导体层上形成半球形硅晶粒，以增加其表面积。例如，在动态随机存取存储器(Dynamic Random Access Memory；DRAM)的制作工艺中，即常常选择性地形成半球形硅晶粒于多晶硅材料的电容器下电极上，以增加其表面积(亦即增加电容值)，而能提升DRAM的运作效率，且降低数据读取时发生错误的可能性。
在一般DRAM制作工艺中，当多晶硅电容器下电极制作完成后，其上常会与空气接触而产生厚度约20A的原生氧化层(Native Oxide)。这层原生氧化层必须在进行选择性半球形硅晶粒制作工艺之前除去，以使半球形硅晶粒与多晶硅电容器下电极间有良好的电接触。在现有的半球形硅晶粒制作工艺中，是使用湿洗法(Wet Dip)来去除原生氧化层，即先以氢氟酸(HF)水溶液清除原生氧化层，再以去离子水(DI Water)清洁基底。接着，将清洁完后的基底移至另一反应室中，以进行选择性半球形硅晶粒反应。
然而，现有方法却有下列缺点。其一，将基底由氢氟酸处理槽移至选择性半球形硅晶粒反应室的时间(Q时间，Q-time)必须严加控制，以免原生氧化层再度产生。其二，由于现在存储器的集成度日益增加，电容器下电极间空隙的高宽比也愈来愈大，因此氢氟酸水溶液不易深入此空隙，以完全清除电容器下电极下部的原生氧化层。其三，由于进行湿洗法时，电容器下电极会受到氢氟酸水溶液与去离子水的冲击，所以电容器下电极容易断裂。
本发明提出一种选择性半球形硅晶粒制作方法，适用于一基底，此基底之上形成有一多晶硅电容器下电极，而此多晶硅电容器下电极上形成有一原生氧化层。此制作方法的步骤如下首先，以一卤化物为反应气体对此基底进行一等离子反应，使得多晶硅电容器下电极上的原生氧化层反应生成卤化硅，并于低压之下将此卤化硅除去。接着，在此多晶硅电容器下电极上选择性地形成半球形硅晶粒。
另外，在本发明的优选实施例中，等离子反应可以是一种远端等离子反应(Remote Plasma Reaction)，其等离子产生室与选择性形成半球形硅晶粒时所使用的反应室相连，使得基底可以在此反应室中先后进行原生氧化层的去除步骤与选择性半球形硅晶粒形成步骤。此外，上述多晶硅电容器下电极可以是块状电容器(Box Capacitor)下电极或冠状电容器(Crown Capacitor)下电极。
如上所述，由于在本发明的选择性半球形硅晶粒制作方法中，使用等离子反应来去除多晶硅电容器下电极上的原生氧化层，所以具有下列好处。其一，由于等离子反应中反应活性物质的扩散能力很高，所以多晶硅电容器下电极间空隙的高宽比不会影响到原生氧化层的清除效率。其二，由于本发明并非使用湿洗法清洁原生氧化层，所以不会发生多晶硅电容器下电极受氢氟酸水溶液与去离子水冲击而断落的情形。另外，当所使用的等离子反应为远端等离子反应时，由于基底在同一反应室中进行先后进行原生氧化层的去除步骤与选择性半球形硅晶粒形成步骤，其间并无机会接触到空气，所以没有O时间控制不良而使原生氧化层重新生成的问题。
为使本发明的上述目的、特征、和优点能更明显易懂，下文特举一优选实施例，作详细说明如下。
首先将欲加工的基底移入反应室中，此基底上已形成有一多晶硅电容器下电极，而此多晶硅电容器下电极之上形成有一原生氧化层。
接着，以一卤化物为反应气体，对此基底进行一等离子反应。此种卤化物例如可为一氟化物或一氯化物，其中氟化物例如为氟化氢(NF3)，而氯化物例如为氯化氢(HCl)。另外，此等离子反应例如为一远端等离子反应，其定义是等离子产生处与基底所在处并不在同一反应室内，而是在彼此相连的两个反应室中。
此外，在上述的等离子反应中，卤化物反应气体的流速约为10sccm～200sccm，温度约为100℃～500℃；进行等离子反应所使用的RF频率例如为13.56MHz，功率约为10～300W。另外，反应室的压力约为10mTorr～500mTorr，而等离子反应进行的时间约为5～60秒。
在上述的等离子反应中，氟(氯)化物会产生多种活性物质，包括氟(氯)原子在内，使得原生氧化层反应成为易挥发的氟(氯)化硅。这些氟(氯)化硅在等离子反应过程中，在低压(如前述的10～500mT)下极易被去除，而使硅基底的表面留下均匀分布的硅-氟(氯)末端键结(Dangling Bond)，如下所示 在进行上述远端等离子反应之后，接下来的步骤为选择性地于多晶硅电容器下电极上形成半球形硅晶粒，以增加多晶硅电容器下电极的表面积，亦即增加其电容值。此时的反应机制是硅基底表面的硅-氟(氯)末端键结断开，而与半球形硅晶粒的硅原子形成硅-硅键结。
如上所述，由于在本发明的选择性半球形硅晶粒制作方法，是使用等离子反应来去除多晶硅电容器下电极上的原生氧化层，所以具有下列好处。其一，由于等离子反应中反应活性气体的扩散能力甚高，所以多晶硅电容器下电极间空隙的高宽比值并不会影响到原生氧化层的清除效率。其二，由于本发明并非使用湿洗法清洁原生氧化层，所以不会发生多晶硅电容器下电极受氢氟酸水溶液与去离子水冲击而断落的情形。另外，当所使用的等离子反应为远端等离子反应时，由于基底可在同一反应室中先后进行原生氧化层的去除步骤与选择性半球形硅晶粒的形成步骤，其间并无机会接触到空气，所以没有Q时间控制不良而使原生氧化层重新生成的问题。
虽然本发明已结合一优选实施例揭露如上，但是其并非用以限定本发明，本领域的技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，可作出各种更动与润饰，因此本发明的保护范围应当由后附的权利要求所界定。
权利要求
1.一种选择性半球形硅晶粒的制作方法，适用于一基底，该基底上形成有一多晶硅电容器下电极，且该多晶硅电容器下电极上形成有一原生氧化层，该制作方法包括下列步骤以一卤化物为反应气体对该基底进行一等离子反应，使得该原生氧化层反应生成一卤化硅，并于一低压之下将该卤化硅除去；以及在该多晶硅电容器下电极上选择性形成半球形硅晶粒。
2.如权利要求1所述的选择性半球形硅晶粒的制作方法，其中该等离子反应为一远端等离子反应，该远端等离子反应的一等离子产生室与选择性形成半球形硅晶粒时所使用的一反应室相连，使得该基底得以在该反应室中进行该等离子反应。
3.如权利要求1所述的选择性半球形硅晶粒的制作方法，其中该卤化物的流速界于10sccm至200sccm之间。
4.如权利要求1所述的选择性半球形硅晶粒的制作方法，其中该等离子反应的温度界于100℃至500℃之间。
5.如权利要求1所述的选择性半球形硅晶粒的制作方法，其中进行该等离子反应所使用的RF频率为13.56MHz。
6.如权利要求1所述的选择性半球形硅晶粒的制作方法，其中进行该等离子反应所使用的RF功率界于10W至300W之间。
7.如权利要求1所述的选择性半球形硅晶粒的制作方法，其中该低压界于10mTorr至500mTorr之间。
8.如权利要求1所述的选择性半球形硅晶粒的制作方法，其中该等离子反应进行的时间界于5秒至60秒之间。
9.如权利要求1所述的选择性半球形硅晶粒的制作方法，其中该卤化物包括一氟化物。
10.如权利要求9所述的选择性半球形硅晶粒的制作方法，其中该氟化物包括NF3。
11.如权利要求1所述的选择性半球形硅晶粒的制作方法，其中该卤化物包括一氯化物。
12.如权利要求11所述的选择性半球形硅晶粒的制作方法，其中该氯化物包括HCl。
13.如权利要求1所述的选择性半球形硅晶粒的制作方法，其中该多晶硅电容器下电极包括一块状电容器下电极。
14.如权利要求1所述的选择性半球形硅晶粒的制作方法，其中该多晶硅电容器下电极包括一冠状电容器下电极。
全文摘要
一种选择性半球形硅晶粒制作工艺,适用于一基底,此基底上形成有一多晶硅电容器下电极,而此多晶硅电容器下电极上形成有一原生氧化层。此制作工艺的步骤如下:首先,以一卤化物为反应气体,对此基底进行一等离子反应,使得多晶硅电容器下电极上的原生氧化层反应生成卤化硅,并于低压之下将此卤化硅除去。接着,在此多晶硅电容器下电极上选择性地形成半球形硅晶粒。
文档编号H01L21/70GK1338776SQ0012277
公开日2002年3月6日 申请日期2000年8月14日 优先权日2000年8月14日
发明者吴德源 申请人:联华电子股份有限公司