專利名稱：半導(dǎo)體器件鉑膜的刻蝕方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體存儲(chǔ)器件的制造方法，確切地說，是涉及刻蝕鉑膜的方法，該鉑膜用于制造半導(dǎo)體存儲(chǔ)器件電容器的存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)。
通常，隨著半導(dǎo)體存儲(chǔ)器件集成度的提高，半導(dǎo)體存儲(chǔ)器件如動(dòng)態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(DRAM)需要一個(gè)大容量電容器，同時(shí)還要求電容器的面積小。因此開發(fā)了槽式或柱式電容器。但是，槽式或柱式電容器的制造工藝復(fù)雜而且難以正確制作。因此，集成半導(dǎo)體存儲(chǔ)器件所需的大容量和高集成度是互相制約的。
為了解決以上問題，現(xiàn)在廣泛采用鈦酸鍶鋇(BST)作為電介質(zhì)來制造電容器。BST與常規(guī)電介質(zhì)相比具有更高的介電常數(shù)。電容器通常采用具有高介電常數(shù)的材料如BST來制造，鉑膜是通常所采用的電容器極板和存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)。這是因?yàn)殂K是穩(wěn)定的材料，在形成BST絕緣膜的高溫?zé)崽幚磉^程中在介質(zhì)表面不易氧化。并且，與其他導(dǎo)電膜如銥、釕和多晶硅相比，鉑具有良好的導(dǎo)電性以及電容器的介質(zhì)電極間的泄漏電流小。但是，采用干法刻蝕難以形成鉑圖形。這是因?yàn)殂K是穩(wěn)定的金屬，不易與其它化學(xué)物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)。在反應(yīng)離子刻蝕(RIE)中通常采用鹵族元素刻蝕鉑膜，但是鹵族元素與鉑離子反應(yīng)很弱，所以鉑膜不是由于化學(xué)反應(yīng)而是因?yàn)槲锢頌R射的作用而被刻掉的。鉑膜由于離子的濺射作用被刻蝕的同時(shí)產(chǎn)生了殘留物，該殘留物降低了鉑膜的刻蝕傾角。因此鉑電極不會(huì)有理想的圖形。并且，為了提高在反應(yīng)離子刻蝕中過低的刻蝕速率，刻蝕氣體多含有氯或氟。
常規(guī)鉑膜刻蝕方法采用氯氣作為刻蝕氣體，該方法見于美國專利No.5,515,984“鉑膜刻蝕方法”，專利簽發(fā)日期為1996年5月14日。該專利中采用氯氣和氧氣作為刻蝕氣體，因此在刻蝕阻擋層的側(cè)墻上形成了刻蝕殘留物PtCl和PtO，這樣由刻蝕阻擋層和刻蝕殘留物共同組成了刻蝕掩模來刻掉鉑膜?？涛g殘留物將由濕法刻蝕去除。
但是，刻蝕殘留物需要采用適當(dāng)?shù)姆椒ㄈコ?，并且鉑膜的刻蝕傾角需要進(jìn)一步提高。
為了解決以上問題，本發(fā)明的目的之一是提供一種刻蝕半導(dǎo)體器件的鉑膜的方法，該器件中在半導(dǎo)體襯底上形成鉑膜，器件被加熱到預(yù)定的溫度以過刻蝕鉑膜，在鉑膜上采用含有鈦的粘附層作為刻蝕掩模，這樣將改善鉑膜側(cè)墻的刻蝕傾角。
為了達(dá)到上述目的，采用該方法刻蝕半導(dǎo)體器件的鉑膜，先在襯底上形成底層，再依次形成阻擋層、鉑膜、含有鈦的粘附層和掩模。在掩模層上形成掩模圖形，再利用掩模圖形圖形化粘附層。同時(shí)，采用氬氣/氯氣作為刻蝕氣體，采用干法刻蝕形成圖形。然后在沒有活性等離子體的情況下將所得結(jié)構(gòu)加熱到120～300℃。然后采用在半導(dǎo)體襯底上形成圖形的掩模層和粘附層刻蝕鉑膜，鉑膜上的掩模圖形將采用過刻蝕去除。
掩模層最好由包括氧化層的一層或多層構(gòu)成。同樣，粘附層最好含有鈦，阻擋層最好由TiN組成或由含有TiN的材料組成。底層包括在半導(dǎo)體襯底上形成的有接觸孔的隔離層。每一個(gè)接觸孔中都埋有多晶硅塞。鉑膜圖形化采用氧氣/氯氣，氧氣/溴化氫，氧氣/溴氣或氧氣/Br作為刻蝕氣體。
圖形化鉑膜時(shí)最好采用磁增強(qiáng)反應(yīng)離子刻蝕(MERIE)法，采用氧氣/氯氣作為刻蝕氣體，其中氧氣的組份為50％或更高。
過刻蝕去除掩模圖形通過延長0.5～1.5倍的刻蝕時(shí)間來實(shí)現(xiàn)。該刻蝕時(shí)間為刻蝕鉑膜到終點(diǎn)的時(shí)間，粘附層和阻擋層采用氬氣/氯氣作為刻蝕氣體來圖形化。
在本發(fā)明中，鉑膜形成于半導(dǎo)體襯底上，襯底被加熱到預(yù)定溫度以過刻蝕鉑膜，在鉑膜上采用含有鈦的粘附層作為刻蝕掩模，因此改進(jìn)了鉑膜側(cè)墻的刻蝕傾角。
通過參照附圖對(duì)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的詳細(xì)描述，本發(fā)明的上述目的和優(yōu)點(diǎn)將更為明顯

圖1到5是本發(fā)明刻蝕半導(dǎo)體器件鉑膜方法的剖面圖。
本發(fā)明中的掩模層不必只有一層。比如氧化層掩模由多層組成，其中包括氧化層。
圖1中，在半導(dǎo)體襯底100上形成了底層，在其中形成了如晶體管(未畫出)的底層結(jié)構(gòu)。底層是在半導(dǎo)體襯底100上堆疊第一絕緣層，如絕緣介質(zhì)層102，然后圖形化形成接觸孔，再在接觸孔中埋入多晶硅塞104得到的層。接著，通過平坦化工藝如深刻蝕或化學(xué)機(jī)械拋光底層所得結(jié)構(gòu)使半導(dǎo)體襯底表面平坦。為了防止由于多晶硅塞104和鉑膜108之間的互擴(kuò)散而導(dǎo)致電容器性能下降，在平坦化后所得結(jié)構(gòu)的整個(gè)表面上形成了阻擋層106。阻擋層106厚度為300～700埃，采用TiN或含有TiN的材料。隨后采用通常所用的方法如濺射或化學(xué)汽相淀積(CVD)在阻擋層106上淀積鉑膜108。在本發(fā)明的實(shí)施例中，鉑膜108是導(dǎo)電層，其厚度為2000±500埃，作為半導(dǎo)體存儲(chǔ)器件的電容器存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)。
圖2中，為了提高掩模層和鉑膜108的粘附性，在形成鉑膜108的所得結(jié)構(gòu)上形成了鈦粘附層。在本實(shí)施例中，粘附層的厚度為400～800埃。隨后在粘附層上形成5000±1000埃的掩模層，該掩模層為氧化層。掩模層上覆蓋著光刻膠，采用通常的光刻工藝形成掩模圖形112。本實(shí)施例中的掩模層為氧化層，它可以是包括氧化層的復(fù)合層。利用掩模圖形112作為刻蝕掩模形成粘附層掩模圖形110，其與掩模圖形112相接觸。粘附層通過干法刻蝕形成圖形，如磁增強(qiáng)反應(yīng)離子刻蝕(MERIE)，該刻蝕采用氬氣/氯氣作為刻蝕氣體。
圖3中，在形成掩模層圖形112和粘附層掩模圖形110之后，其被置于磁增強(qiáng)反應(yīng)離子刻蝕設(shè)備中，在沒有活性等離子體的情況下加熱到120～300℃。隨后采用掩模層圖形112和粘附層掩模圖形110作為掩模，采用含有氧氣的混合氣體即氯氣/氧氣，溴化氫，溴氣或溴作為刻蝕氣體，刻蝕鉑膜108，直到鉑膜下的阻擋層106暴露出來為止。此時(shí)混合氣體中，氧氣的比例最好至少為50％。在本實(shí)施例中，氧氣和氯氣的比例為4∶1。氧離子和原子團(tuán)濺射鉑膜。
同時(shí)，氧氣也提高了鉑膜108相對(duì)于由氧化層組成的掩模圖形112的刻蝕選擇比，并且使由鈦膜構(gòu)成的粘附層掩模圖形110變成TiOx。在刻蝕鉑膜的過程中，TiOx可以被看作附加的刻蝕掩模圖形。這就是說，部分氧離子和原子團(tuán)使部分Ti氧化成TiOx，降低了對(duì)掩模的腐蝕速率。
在與圖3相同的刻蝕條件下，過刻蝕鉑膜108得到鉑膜108A，鉑膜108A具有較好的刻蝕傾角，圖4A是其剖面圖。在過刻蝕中掩模圖形112被完全去除。此時(shí)，最好將刻蝕時(shí)間延長為暴露出阻擋層106即圖3的刻蝕終點(diǎn)所需的刻蝕時(shí)間的0.5～1.5倍來控制。當(dāng)采用氧氣/氯氣/氬氣作為刻蝕氣體時(shí)，0.58μm的間距厚度為2000埃的鉑膜108其刻蝕傾角為65°或更小。這是因?yàn)殂K與氧氣和氯氣不反應(yīng)。但是當(dāng)采用含有很多氧氣的刻蝕氣體刻蝕鉑膜108A時(shí)，鉑膜上由鈦組成的粘附層掩模圖形110氧化成TiOx，TiOx與由氧化層組成的掩模圖形112一起構(gòu)成了附加掩模圖形。在120～300℃的高溫下，TiOx的粘附層掩模圖形110被腐蝕成與在室溫下相同的程度。高溫將加速Ti的氧化，這樣由于氧離子或氧原子團(tuán)濺射導(dǎo)致的腐蝕將相對(duì)減弱，因此高溫下掩模圖形將不會(huì)被損壞。粘附層掩模圖形幾乎沒有損壞可以看作提高鉑膜108A刻蝕傾角的一個(gè)因素。在低于120℃的溫度下過刻蝕，由于濺射的作用，含有Ti的粘附層掩模圖形110A從邊緣開始被迅速腐蝕。但是，在160℃或更高的溫度下過刻蝕，即使掩模圖形112被完全去除，粘附層掩模圖形110A也不會(huì)被腐蝕，因此鉑膜108A的側(cè)墻刻蝕傾角幾乎是垂直的。這時(shí)，與在低于120℃的溫度下刻蝕粘附層圖形相比，粘附層圖形110A中的Ti更加迅速地氧化成TiOx。當(dāng)磁增強(qiáng)反應(yīng)離子刻蝕的反應(yīng)室的溫度設(shè)置為160℃，而半導(dǎo)體襯底表面溫度設(shè)置為140℃時(shí)，鉑膜108A的刻蝕傾角θ1接近80°。溫度120～300℃指的是半導(dǎo)體襯底表面溫度。根據(jù)本發(fā)明，過刻蝕鉑膜108A和控制刻蝕溫度將有助于改進(jìn)鉑膜的刻蝕傾角。
與圖4A相比，圖4B是在120℃或更低的溫度下刻蝕后半導(dǎo)體襯底的剖面圖。這時(shí)，掩模圖形112被腐蝕去除，粘附層掩模圖形110B的邊緣也被腐蝕，這就導(dǎo)致了側(cè)墻傾角接近45℃。這樣，在用濺射刻蝕鉑膜時(shí)，粘附層掩模圖形110B不能改善刻蝕傾角。比如，當(dāng)過刻蝕時(shí)反應(yīng)室的溫度為130℃，而半導(dǎo)體襯底表面溫度為120℃時(shí)，鉑膜108B的刻蝕傾角θ2僅為72°或更少。
圖5是半導(dǎo)體襯底經(jīng)過掩模圖形過刻蝕及去除鉑膜108A上的粘附層掩模圖形后，圖形化鉑膜108A下的阻擋層106的剖面圖。在去除粘附層掩模圖形110A和圖形化阻擋層106A時(shí)，采用氬氣/氯氣作為刻蝕氣體。至此，刻蝕包括多晶硅塞104上阻擋層106A的鉑膜108A全部完成。
實(shí)例刻蝕溫度和鉑膜刻蝕傾角的關(guān)系在刻蝕反應(yīng)室溫度為100℃、130℃和160℃時(shí)分別過刻蝕鉑膜，然后測(cè)量鉑膜側(cè)墻刻蝕傾角。鉑膜厚度2000埃，位于鉑膜上的粘附層厚度為600埃，由氧化層構(gòu)成的掩模圖形厚度為5000埃。其結(jié)果為當(dāng)刻蝕反應(yīng)室的溫度為100℃、130℃和160℃時(shí)，鉑膜側(cè)墻刻蝕傾角分別為71°、72°和80°。其中，當(dāng)刻蝕反應(yīng)室的溫度為100℃和130℃時(shí)，刻蝕傾角并沒有明顯改善。但是當(dāng)刻蝕反應(yīng)室的溫度為160℃時(shí)，鉑膜側(cè)墻刻蝕傾角明顯改善。
其原因?yàn)?，刻蝕反應(yīng)室溫度為100℃時(shí)過刻蝕，由氧化層組成的掩模圖形被腐蝕去掉，接著在掩模圖形下變?yōu)門i或TiOx的粘附層邊緣被腐蝕，因此粘附層中心的厚度為600埃，這導(dǎo)致了粘附層側(cè)墻刻蝕傾角接近45°。同樣，反應(yīng)室溫度為130℃時(shí)過刻蝕，雖然鉑膜上粘附層中心的厚度為600埃，但是其邊緣厚度為400埃。粘附層被腐蝕得太多而無法改善刻蝕傾角。
但是當(dāng)刻蝕反應(yīng)室的溫度設(shè)置為160℃，半導(dǎo)體襯底表面溫度為140℃時(shí)，即使最上層的掩模圖形完全被腐蝕，下面的粘附層也不會(huì)被腐蝕。這樣，粘附層中心和邊緣的厚度均為600埃，側(cè)墻接近于垂直。因此，在各向異性刻蝕中通過濺射防止鉑膜因鉑原子損失刻蝕傾角是可能的。
在上述條件下刻蝕時(shí)，刻蝕速率分別為100℃時(shí)，395埃/分鐘，130℃時(shí)，368埃/分鐘，160℃時(shí)，371埃/分鐘。當(dāng)在鉑膜的側(cè)墻上形成新的揮發(fā)性化合物時(shí)，有助于改善刻蝕傾角，隨著溫度的增加，刻蝕速率也將加快。但是所有溫度下得到的刻蝕速率非常接近。鉑膜側(cè)墻的刻蝕速率不會(huì)因鉑膜產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)而得到提高。
根據(jù)本發(fā)明，作為電容器存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)和極板的鉑膜刻蝕傾角是可以改善的，其所依據(jù)的事實(shí)是作為刻蝕鉑膜的附加掩模的粘附層的刻蝕傾角度隨著溫度的變化而變化。
本發(fā)明不僅局限于上述實(shí)施例是顯而易見的，專業(yè)人士可以在本發(fā)明范圍內(nèi)進(jìn)行改進(jìn)。
權(quán)利要求
1一種刻蝕半導(dǎo)體器件鉑膜的方法，包括以下步驟在形成底層的半導(dǎo)體襯底上生成鉑膜；在鉑膜上形成粘附層；在粘附層上形成掩模層；圖形化掩模層形成掩模圖形；利用掩模圖形圖形化粘附層；在等離子體刻蝕設(shè)備中加熱半導(dǎo)體襯底；利用掩模圖形和粘附層圖形刻蝕鉑膜；以及去除掩模圖形。
2根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，在形成鉑膜之前，在底層上形成阻擋層。
3根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，阻擋層采用TiN或含有TiN的材料形成。
4根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，粘附層采用鈦形成。
5根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，掩模層包括一層或多層。
6根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，一層或多層中包括一層或多層氧化層。
7根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，在加熱半導(dǎo)體襯底時(shí)，不激活等離子體。
8根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，半導(dǎo)體襯底被加熱到120～300℃。
9根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，刻蝕鉑膜采用含有氧氣的刻蝕氣體。
10根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，含有氧氣的刻蝕氣體是氧氣/氯氣。
11根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，刻蝕氣體氧氣/氯氣中氧氣至少占50％。
12根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，含有氧氣的刻蝕氣體可以采用溴化氫、溴氣和溴等代替氯氣。
13根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，刻蝕氣體氧氣/溴中氧氣至少占50％。
14根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，掩模圖形通過刻蝕鉑膜后的過刻蝕去除。
15根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，過刻蝕通過將刻蝕鉑膜達(dá)到終點(diǎn)所需的時(shí)間延長0.5～1.5倍來進(jìn)行。
16根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，去除掩模圖形后圖形化阻擋層。
17根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，以氬氣/氯氣作為刻蝕氣體，采用干法圖形化阻擋層。
全文摘要
本文提出了一種改進(jìn)作為半導(dǎo)體器件存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)的鉑膜刻蝕傾角的方法。采用該方法,在含有氧氣的刻蝕氣體刻蝕下,鉑膜上含有鈦的粘附層轉(zhuǎn)變成TiOx,阻止了進(jìn)一步刻蝕。在預(yù)定溫度如120～300℃下,TiOx可以防止腐蝕粘附層掩模?；谝陨鲜聦?shí),過刻蝕鉑膜可以改善鉑膜刻蝕傾角。
文檔編號(hào)H01L21/3213GK1190251SQ9810372
公開日1998年8月12日 申請(qǐng)日期1998年2月4日 優(yōu)先權(quán)日1997年2月5日
發(fā)明者金鉉佑, 南炳允, 周炳善, 劉元鐘 申請(qǐng)人:三星電子株式會(huì)社