专利名称：降低氮化硅的湿蚀刻速率的方法
技术领域：
本发明涉及一种半导体制造技术，且特别涉及一种降低氮化硅的湿蚀刻速率的方法。
传统的LPCVD氮化硅层通常都是以SiH2Cl2与NH3为反应物沉积而成，所需的温度约在700℃到800℃左右。而目前有一种使用Si2Cl6为主反应物的沉积LPCVD氮化硅，则可将沉积温度降到650℃以下。此种低温的沉积方式可降低热预算，因此非常适合在动态随机存取内存(DRAM)的制作上。然而，此种低温沉积的LPCVD氮化硅具有湿蚀刻速率太快的缺点，举例而言，以0.25％氢氟酸溶液蚀刻625℃下沉积的LPCVD氮化硅与热氧化法形成的氧化硅时，两者几乎没有蚀刻选择性，这使得此种氮化硅层无法作为湿蚀刻氧化硅时的蚀刻终止层。
当设计规格达到110nm或100nm时，具有金属-绝缘-金属(Metal-Insulator-Metal；MIM)结构的圆柱形电容器是下一代DRAM的最佳候选之一。请参照
图1-1，在制造此种圆柱形电容器时，通常需要氮化硅层16作为湿蚀刻的终止层以及金属的扩散阻止层。为了形成圆柱形的下电极，氮化硅层16上的氧化硅层14需要以湿蚀刻的方式将它去除，如图1-2所示。虽然以传统方式在700～800℃沉积而成的LPCVD氮化硅层可以作为蚀刻终止层，但在堆栈式DRAM的制造过程中，由于电容器的制作是在晶体管形成之后，若使用高温沉积的LPCVD氮化硅层会增加连接扩散区的接触电阻，进而影响到晶体管的性能。因此，若是此处能使用低温沉积的LPCVD氮化硅层将有利于降低热预算，但是首先必须解决其湿蚀刻速率太快的问题。
美国专利第5385630号公开一种增加湿蚀刻速率的方法，但它是使用N2布植来增加牺牲氧化层相对于场氧化层的蚀刻速率。
为达上述目的，本发明所述的方法，包括下列步骤在一半导体基底上沉积一氮化硅层；布植含氮离子于该氮化硅层中；以及对该氮化硅层进行热回火。
所述的氮化硅层系以低压化学气相沉积法所形成。
所述的氮化硅层是以Si2C16与NH3为反应物沉积而成。
所述的含氮离子为N2+离子；所述的含氮离子的布植剂量为1E12～1E17cm-2；所述的含氮离子的布植能量为0.5～20KeV。
所述的热回火在600～900℃下进行；所述的热回火持续5秒～30分钟。
本发明还提供一种半导体组件的制造方法，包括下列步骤沉积一氮化硅层于一半导体基底上；布植含氮离子于该氮化硅层中；对该氮化硅层进行热回火；沉积一氧化硅层于该氮化硅层上；以及以湿蚀刻法选择性的去除该氧化层。
所述的氮化硅层是以低压化学气相沉积法所形成。
所述的氮化硅层是以Si2C16与NH3为反应物沉积而成。
所述的含氮离子为N2+离子；所述的含氮离子的布植剂量为1E12～1E17cm-2；所述的含氮离子的布植能量为0.5～20KeV；所述的热回火在600～950℃下进行；所述的热回火持续5秒～30分钟。
是以稀释的氢氟酸溶液蚀刻该氧化硅。
本发明还提供一种圆柱形电容器的制造方法，包括下列步骤沉积一氮化硅层于一半导体基底上，该氮化硅层是以低压化学气相沉积法，利用Si2C16与NH3为反应物沉积而成；将剂量为1E12～1E17cm-2的含氮离子于该氮化硅层中；在600～950℃下对该氮化硅层进行热回火；沉积一氧化硅层于该氮化硅层上；以及以稀释的氢氟酸溶液选择性的蚀刻该氧化层。
所述的氮化硅层是在650℃以下沉积而成；所述的含氮离子为N2+离子。
所述的含氮离子的布植能量为0.5～20KeV；所述的热回火持续5秒～30分钟。
本发明的优点是可降低氮化硅相对于氧化硅的湿蚀刻速率，因此提高了氧化硅对氮化硅的蚀刻选择率，以解决低压化学气相沉积法(LPCVD)在低温沉积的氮化硅层无法作为蚀刻终止层的问题。本发明的方法特别适用于(但不限于)下一代的圆柱形电容器DRAM的制造。
图2-1～图2-3为一系列剖面图，用以说明本发明一较佳实施例降低氮化硅的湿蚀刻速率的方法。
图3为氮化硅层中SiH与NH的氢浓度变化图，图中并显示SiN的峰区。
图4为氮化硅/氧化硅的蚀刻比与氮化硅蚀刻深度的关系图。
图中标号说明10、14、18～氧化硅层；11～导电插塞；12、16～氮化硅层；19～金属层；100～半导体基底；102～氮化硅层；102a～富含氮的氮化硅层；104～氮离子的布植程序；106～热回火程序；108～氧化硅层。
具体实施例方式
为让本发明的上述和其它目的、特征、和优点能更明显易懂，下文特举出较佳实施例，并配合附图，作详细说明如下图2-1绘示本发明的起始步骤，在一半导体基板100上形成有一氮化硅层102。在氮化硅层102以下的部分，可能包含数层金属内连线或是数个电性上相互连接的半导体组件，如MOS晶体管、电阻、逻辑组件等，为方面起见，氮化硅层102以下的半导体基底与集成电路组件仅以标号100代表它。本发明的方法主要应用在低温沉积的LPCVD氮化硅层，此种氮化硅层通常是在650℃以下，以Si2Cl6与NH3为反应物沉积而成。氮化硅层的厚度，一般而言，如果是作为蚀刻终止层，如在图1-1中的氮化硅层16，其厚度大约在30～60nm之间。
请参照图2-2，进行氮离子的布植程序104，将N2+离子布植到氮化硅层中，形成富含氮(N-enriched)的氮化硅层102a。离子布植的剂量与浓度会根据氮化硅层的厚度而改变，但一般而言，氮离子的布植剂量约在1E12～1E17cm-2之间，布植能量约在0.5～20KeV之间。在较佳实施例中，如果氮化硅层的厚度大约在30～60nm之间，则较佳的布植剂量约在1E13～1E15cm-2之间，较佳的布植能量约在1～5KeV之间。
接下来，离子布植完毕后，进行一道热回火制程106。此热回火可在600～950℃下进行，持续5秒～30分钟。较佳者，可在800～950℃下进行，持续5秒～20秒。这道热回火制程可修复氮化硅层中因为离子轰击所造成的损害以及SiH与NH键的错排，除此之外，先前所布植的氮离子更会与氮化硅层中悬浮的Si与H形成SiN与NH键。此点已经过FT-IR实验证实，请参照图3，其绘示氮化硅层中SiH与NH的氢浓度变化图(图中并显示SiN的峰区)，其中纵坐标为单位面积的氢原子(H atoms/cm2)，横坐标(1)为氮化硅层沉积后，(2)将氮化硅层以900℃回火20秒(未布植任何离子)，(3)以3KeV布植浓度5E13cm-2的N2+离子，然后再以900℃回火20秒，(4)以3KeV布植浓度5E14cm-2的N2+离子，然后再以900℃回火20秒，(5)以3KeV布植浓度5E15cm-2的N2+离子，然后再以900℃回火20秒。由图3(3)、(4)可知，经过氮离子布植与回火之后，SiH与NH的氢浓度增加了，另一方面，SiN键的峰区也上升了，表示SiN键的确增加了。但相反地，在图3(5)中，当氮离子的浓度过量时，过多的氮离子无法形成SiN或NH键，在热回火之后，未键结的氮离子使得氮化硅层的结构孔洞化(porous)，反而会加速蚀刻速率。
图4是以0.25％的稀释氢氟酸溶液进行蚀刻速率的测量，其纵轴为氮化硅/氧化硅之蚀刻比，横轴为氮化硅的蚀刻深度。在正常情况下，以Si2Cl6在625℃下沉积的氮化硅与氧化硅的蚀刻比将近1。但是由图4可知，经过布植-回火处理后的氮化硅层对于氢氟酸明显有较高的抵抗能力。图中以3KeV布植浓度5E14cm-2的N2+离子，再以900℃回火20秒的氮化硅层，其蚀刻比可以保持到0.5直到蚀刻进行到8nm深。
请参照图2-3，以后的制造过程，还包括在氮化硅层102a上沉积一层氧化层108，例如是以化学气相沉积所形成的氧化硅层。另以半导体制造过程中如沉积、微影、蚀刻、化学机械研磨等制造工艺来制作所需结构如导电插塞、圆柱形下电极等，由于这些步骤非关本发明之重点，在此不予赘述。然后再以一道湿蚀刻程序将氧化层108从氮化硅层102a表面去除。氧化硅层108的湿蚀刻可使用稀释的氢氟酸溶液，蚀刻时，底下的富含氮的氮化硅层102a便可以作为蚀刻终止层。
虽然本发明已以较佳实施例公开如上，但是它并不是用来限定本发明，任何熟习此项技术工艺者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作更动与润饰。因此，本发明的保护范围应以本专利申请的权利要求书所界定的保护范围为准。
权利要求
1.一种降低氮化硅的湿蚀刻速率的方法，包括下列步骤在一半导体基底上沉积一氮化硅层；布植含氮离子于该氮化硅层中；以及对该氮化硅层进行热回火。
2.如权利要求1所述的一种降低氮化硅的湿蚀刻速率的方法，其特征在于所述的氮化硅层是以低压化学气相沉积法所形成。
3.如权利要求1所述的一种降低氮化硅的湿蚀刻速率的方法，其特征在于所述的氮化硅层是以Si2C16与NH3为反应物沉积而成。
4.如权利要求1所述的一种降低氮化硅的湿蚀刻速率的方法，其特征在于所述的含氮离子为N2+离子。
5.如权利要求1所述的一种降低氮化硅的湿蚀刻速率的方法，其特征在于所述的含氮离子的布植剂量为1E12～1E17cm-2。
6.如权利要求1所述的一种降低氮化硅的湿蚀刻速率的方法，其特征在于所述的含氮离子的布植能量为0.5～20KeV。
7.如权利要求1所述的一种降低氮化硅的湿蚀刻速率的方法，其特征在于所述的热回火是在600～900℃下进行。
8.如权利要求1所述的一种降低氮化硅的湿蚀刻速率的方法，其特征在于所述的热回火持续5秒～30分钟。
9.一种半导体组件的制造方法，包括下列步骤沉积一氮化硅层于一半导体基底上；布植含氮离子于该氮化硅层中；对该氮化硅层进行热回火；沉积一氧化硅层于该氮化硅层上；以及以湿蚀刻法选择性的去除该氧化层。
10.如权利要求9所述的一种半导体组件的制造方法，其特征在于所述的氮化硅层是以低压化学气相沉积法所形成。
11.如权利要求10所述的一种半导体组件的制造方法，其特征在于所述的氮化硅层是以Si2C16与NH3为反应物沉积而成。
12.如权利要求9所述的一种半导体组件的制造方法，其特征在于所述的含氮离子为N2+离子。
13.如权利要求9所述的一种半导体组件的制造方法，其特征在于所述的含氮离子的布植剂量为1E12～1E17cm-2。
14.如权利要求13所述的一种半导体组件的制造方法，其特征在于所述的含氮离子的布植能量为0.5～20KeV。
15.如权利要求9所述的一种半导体组件的制造方法，其特征在于所述的热回火是在600～950℃下进行。
16.如权利要求15所述的一种半导体组件的制造方法，其特征在于所述的热回火持续5秒～30分钟。
17.如权利要求9所述的一种半导体组件的制造方法，其特征在于是以稀释的氢氟酸溶液蚀刻该氧化硅。
18.一种圆柱形电容器的制造方法，包括下列步骤沉积一氮化硅层于一半导体基底上，该氮化硅层是以低压化学气相沉积法，利用Si2C16与NH3为反应物沉积而成；将剂量为1E12～1E17cm-2的含氮离子于该氮化硅层中；在600～950℃下对该氮化硅层进行热回火；沉积一氧化硅层于该氮化硅层上；以及以稀释的氢氟酸溶液选择性的蚀刻该氧化层。
19.如权利要求18所述的一种圆柱形电容器的制造方法，其特征在于所述的氮化硅层是在650℃以下沉积而成。
20.如权利要求18所述的一种圆柱形电容器的制造方法，其特征在于所述的含氮离子为N2+离子。
21.如权利要求18所述的一种圆柱形电容器的制造方法，其特征在于所述的含氮离子的布植能量为0.5～20KeV。
22.如权利要求18所述的一种圆柱形电容器的制造方法，其特征在于所述的热回火持续5秒～30分钟。
全文摘要
本发明公开了一种降低氮化硅的湿蚀刻速率的方法，主要是将含氮离子布植于氮化硅层中，然后再利用一道热回火过程修补布植所造成的破坏，并形成Si－N键结以降低其湿蚀刻速率。根据本发明的方法，可以提高氧化硅对氮化硅的蚀刻选择率，以解决低温沉积的低压化学气相沉积法(LPCVD)氮化硅层无法作为蚀刻终止层的问题。
文档编号H01L21/285GK1452220SQ02116110
公开日2003年10月29日 申请日期2002年4月18日 优先权日2002年4月18日
发明者周保华 申请人:华邦电子股份有限公司