[发明专利]制作半导体存贮器件的电容器下电极的方法

说明书

本发明涉及半导体器件制作方法，尤其涉及用于制作半导体存贮器件电容器下电极的方法，这种方法在动态随机存贮器(DRAM)中通过增加电极的表面积而增大电容器的电容。

在DRAM中，随着单位存贮器单元的表面积减小，单元电容减小，导致存贮器单元的读操作功能降低并且软误差率增大。所以，单元电容应该保持在可接受的水平以实现半导体存贮器件的高集成度。

半导体存贮器件的单元电容是决定存贮器容量的一个重要因素。随着半导体存贮器件集成度水平的提高，已经提出了许多种方法用于增大给定单元面积的电容。电容器的电容C由下面公式给出 C = ϵ 0 · ϵ r · A d ]]>

其中ε₀是自由空间介电常数，ε_r是介质膜的相对介电常数，A是电极的有效面积，d是介质膜的厚度。由上述公式可知，电容能够通过改变三个参数而增大，即介质膜的介电常数，电容器的有效面积，或介质膜的厚度。

一种通过增大电极的有效面积而增大电容器电容的典型方法是在下电极的表面形成半球形晶粒(HSG)硅膜作为粗糙表面，或者使用三维电容器结构，包括一个堆，一个沟槽和一个圆柱形结构。

Tatsumi在美国专利号5,385,863中，为了增大电容器电极的有效面积，公开了形成由多晶硅膜制成的电容电极，通过在一覆盖半导体衬底的绝缘膜上淀积一层非晶硅膜而形成多晶硅膜，在许多非晶硅膜中产生许多晶核，并分别将许多晶核生长成蘑菇状或半球状晶粒，以此将非晶硅膜变为多晶硅膜。

但是事实上根据上述现有工艺，在超净条件中保持淀积在绝缘膜上的非晶硅膜是很困难的。即使是非晶硅膜的极小面积的晶化或者由于外界材料造成的极小面积的表面沾污都会抑制非晶硅膜中硅原子的表面迁移，并因此而阻止了晶化形成和生长。其结果是产生了具有不规则结构的HSG膜。

图1A和1B是在半导体衬底上的部分结晶非晶硅膜之上形成HSG的结果的扫描电镜(SEM)照片。由图可知，HSG通常在非晶硅上形成，同时由于硅激活能的不足没有在结晶区观察到晶核的生长。

同样，当非晶硅表面被外界材料沾污并且因此使非晶硅原子与外界原子结合时，硅进行表面迁移就困难了，非晶硅膜表面越沾污，如果外界材料积累到预定厚度晶核形成和生长即停止。

本发明的目的是提供一种在半导体存贮器件中制作电容器的方法，这种方法能够形成具有均匀粗糙表面的下电极。

为了实现上述目的，在制作半导体存贮器件的电容器下电极的方法中，下电极由薄膜淀积设备形成，其具有包括可将圆片安置于其上的基座的处理室，绝缘膜图形形成于半导体衬底上，并且绝缘膜具有接触孔露出半导体衬底的预定区域。在所形成的膜的整个表面淀积掺杂非晶硅膜。下电极图形通过非晶硅膜构图而形成。通过清洗所形成的膜，从所形成的膜的表面去除沾污和表面氧化膜。非晶硅薄层通过将清洗过的圆片装入保持高真空的处理室，并且以预定时间向处理室提供预定气体而淀积到下电极图形的表面上。在非晶硅薄层上，许多硅晶核形成并生长，从而形成具有粗糙表面的下电极。

最好当加热半导体衬底时提供预定气体，而加热半导体衬底的步骤包括：(a)保持基座的温度在700-1000℃5-40秒；(b)在步骤(a)之后立即保持处理室中基座的温度在500-800℃。

预定气体最好是SiH₄,Si₂H₆,SiH₂Cl₂和它们的混合物之一。尤其最好预定气体还包括惰性气体。

最好非晶硅薄层在步骤(e)中选择性地只淀积在下电极图形的表面上。

最好步骤(f)在步骤(e)之后在真空不破坏的情况下进行，步骤(f)在10⁷torr或者更低的压力下进行。

最好步骤(f)包括子步骤：在硅晶核形成过程中连续提供预定气体；并且在硅晶核生长过程中阻止预定气体的提供。在提供预定气体的步骤中同时控制预定气体的提供。