[发明专利]制备半导体器件的方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体器件，具体地讲，涉及制备具有电容器的半导体器件的方法，例如DRAM(动态随机访问存储器)。

发明背景

通过使存储器单元微型化，由一个三极管和一个电容器构成其存储器的DRAM被高度地集成在一起。

随着存储器单元面积的减少，电容器占据的面积也随之减小，因此，很难获得软误差阻抗(soft error resistance)所需的电荷储存能力(大约25fF)。

现在，称为堆栈类型(stack type)的存储电极得到广泛的应用，在存储电极表面形成微小的半球形硅晶颗粒，即HSG-Si(半球形颗粒硅)，以便增加电极的有效表面积的技术也得到应用。

通过在非晶态-晶态转变温度范围内对清洁的非晶硅薄膜表面进行退火处理，使非晶硅薄膜表面上形成晶核，然后利用硅原子的表面迁移作用使晶核生长，进而完成了HSG-Si的制备过程。

因此，要求作为母体的非晶硅薄膜表面是一个清洁的、没有自生氧化层和有机杂质的表面，还要求制备HSG-Si的退火环境是高真空环境或者是非氧化环境。

此外，结晶硅表面比非晶硅表面更稳定，在结晶硅表面，很少发生硅原子的表面迁移现象，所以不会形成任何HSG-Si。因此，形成HSG-Si的表面必须是非晶硅表面。

根据薄膜生成的原理，生成HSG-Si的技术可以分为选择性HSG方法和掩蔽式HSG方法，这些方法分别具有下述优点和缺点。

在选择性HSG方法中，HSG选择性地只形成在先前形成的存储电极的表面上，在薄膜形成之后，与掩蔽式HSG方法相比，不再需要深腐蚀步骤。因此，选择性HSG方法具有操作步骤较少的优点。

日本专利申请Laid-open第315543/1993号介绍了一种方法，该方法包括利用选择性HSG方法形成存储电极图形，淀积非晶硅，进行深腐蚀使电极相互分离，最后形成HSG-Si。

此外，在选择性HSG方法中，存储电极的形状不受深腐蚀步骤的限制，因此，选择性HSG方法具有可以用于制备复杂形状存储电极的优点，例如柱形或鳍形。

然而，利用选择性HSG方法形成HSG的过程对电极表面的状态特别敏感，特别是，由于自生氧化层的存在和有机物的污染，很容易出现不会形成任何HSG的问题。

与此相反，在掩蔽式HSG方法中，如其名字表明的，HSG是整体形成的。首先，整体地形成作为母体的非晶硅薄膜，然后，在不将非晶硅薄膜暴露在环境中的条件下，进行退火，以便形成HSG。

因此，掩蔽式HSG方法具有不会产生任何自生氧化层和不受任何有机物污染的优点。然而，由于形成了整体的薄膜，需要利用一些技术，例如深腐蚀技术，将存储电极彼此隔离开，电极的形状受深腐蚀步骤的限制。

下面，主要根据掩蔽式HSG方法，参照图3(a)至图3(e)，描述传统的技术。

首先，如图3(a)所示，在含有MOS-FET等的半导体衬底的漏极2上制备接触孔，然后，利用已知的真空化学汽相生长方法，形成非晶态的、含有磷作为杂质的第一硅薄膜9。

然后，如图3(b)所示，利用已知的光刻技术，将第一硅薄膜9制成预期的形状，以便形成部分存储电极。在图3(b)中，只示出了单个存储电极，而实际上，存储电极的形状是哑铃形。

此后，利用稀释的氢氟酸或类似溶液，除去第一硅薄膜9上的自生氧化层，如图3(c)所示，利用真空化学汽相生长方法，由含有硅烷(SiH₄)或乙硅烷(Si₂H₆)的气体系统整体地形成第二硅薄膜15。此时，薄膜的形成条件保证第二硅薄膜15处于非晶态。

相应地，在不将第二硅薄膜15暴露在空气中的高真空环境或非氧化环境中进行退火处理，由此使半球形硅晶颗粒13开始在第二硅溥膜15的表面上生长，如图3(d)所示。

再次，利用已知的各向异性的干法刻蚀技术进行深腐蚀，将存储电极彼此隔离开，如图3(e)所示。

然后，形成介质薄膜和平板电极，进而制备出电容器。

掩蔽式HSG方法对存储电极表面上的自生氧化层和有机污染物不敏感，它具有很宽的容限。由此，掩蔽式HSG方法是很好的方法。

然而，在掩蔽式HSG方法中，随着第一硅薄膜9的薄膜厚度的增加，将会发生存储电极部分未转变为HSG或生长尺寸不足的问题。