氧化铝原子淀积层的新预处理方法

摘要

本发明提供一种氧化铝原子淀积层的新预处理方法，在同一台氧化铝原子层淀积炉内进行多晶硅半球形栅层表面上淀积氮化硅层的预处理步骤和在其上淀积氧化铝介质层的工艺步骤。克服了操作困难，工艺流程长，容易污染，使用的设备多，制造成本高等缺点。

说明书

技术领域

本发明涉及半导体器件的制造方法，特别涉及动态随机存取存储器(DRAM)中电容器介质氧化铝原子淀积层的新预处理方法。

背景技术

作为一种新型的电容器电介质，氧化铝已被普遍地引用于0.13微米及0.13微米以下的DRAM技术之中。原子淀积法(ALD)是最常用的氧化铝淀积方法。

通常，动态随机存取存储器(DRAM)中的电容器底电极由多晶硅构成。在其上淀积电介质层及电容器顶电极。ALD氧化铝电介质层由三甲基铝(TMA)和臭氧(O₃)或水蒸汽(H₂O)进行化学反应形成。由于臭氧(O₃)或水蒸汽(H₂O)会与多晶硅底电极形成二氧化硅(SiO₂)，而氧化硅(SiO₂的介电常数是3.8)的介电常数小于氧化铝(Al₂O₃的介电常数是10)的介电常数，为了增大电容器的电容量就必须增大介质层的介电常数，防止生成二氧化硅(SiO₂)。为此，在形成氧化铝介质层之前形成预处理，在多晶硅半球形栅层表面上形成氮化硅(SiNx)保护层。

当前通用的动态随机存取存储器(DRAM)中的电容器的制造方法中，生成氧化铝原子淀积层介质之前的预处理方法包括步骤：

步骤1，淀积厚度为400到500的多晶硅栅层；然后，

步骤2，进行热处理形成多晶硅半球形晶体栅层，以增大多晶硅栅的表面面积；

步骤3，在热处理炉内进行预处理，在多晶硅半球形晶体栅层上用氨(NH3)/氮气(N2)等离子体处理，或化学汽相淀积(CVD)法，淀积氮化硅(Si₃N₄或SiN_x)保护层，使氮化硅(Si₃N₄或SiN_x)保护层厚度小于50，以防止在随后淀积氧化铝(Al₂O₃)介质层的工艺步骤中多晶硅与氧反应形成氧化硅(SiO₂)；

步骤4，经过从步骤1到步骤3后的晶片放在反应室内，反应室引入三甲基铝(TMA)和臭氧(O₃)或水蒸汽(H₂O)，使三甲基铝和臭氧或水蒸汽进行化学反应，具体的化学反应式是：

然后在氮化硅(Si₃N₄或SiN_x)保护层上淀积厚度为50的氧化铝(Al₂O₃)介质层。

上述的现有预处理方法尽管可以防止在淀积氧化铝(Al₂O₃)介质层的工艺步骤中多晶硅与氧反应形成氧化硅层(SiO₂)，但是，现有的形成氮化硅(Si₃N₄或SiN_x)保护层的预处理方法，预处理步骤和随后进行的氧化铝介质层形成步骤在不同的设备中进行，其缺点是操作困难、工艺流程长、容易污染，使用的设备多和制造成本高。

发明内容

为了克服现有的形成氮化硅(Si₃N₄或SiN_x)保护层的预处理方法的缺点，提出本发明。

按本发明DRAM电容器形成方法包括

步骤1，腐蚀形成DRAM电容器孔；

步骤2，形成SiO₂隔离层；

步骤3，进行预处理，完成了步骤1和步骤2的晶片，在一个炉子内形成硅半球形颗粒(HSG)；

步骤4，在原子层淀积(ALD)炉内或反应室内对HSG表面进行氮处理形成SiNx；

步骤5，在进行预处理的同一炉子内淀积ALD Al₂O₃；

步骤6，淀积多晶硅顶电极。

按照本发明的氧化铝原子淀积层的预处理方法，包括步骤：

步骤1，淀积厚度为400到500的多晶硅栅层；然后，

步骤2，进行热处理，形成多晶硅半球形晶体栅层，以增大多晶硅栅层的表面面积；

步骤3，进行预处理，完成了步骤1和步骤2后的晶片放入要淀积氧化铝(Al₂O₃)原子层的氧化铝原子层淀积炉内，氧化铝(Al₂O₃)原子层淀积炉内引入NH3或NO或N₂O气与氩气(Ar)或氦气(He)或氮气(N2)的混合气体，在混合气体气氛中，在500℃到700℃的温度下，多晶硅半半球形晶体栅层上生成厚度为5到40的氮化硅(SiNx)保护层。这个表面氮化处理过程也可以通过远距离等离子氮化(Remote PlasmaNitridation，RPN)来实现；

步骤4，经过步骤3处理的晶片不从氧化铝(Al₂O₃)原子层淀积炉内取出，氧化铝原子层淀积炉内直接引入三甲基铝(TMA)和臭氧(O₃)或水蒸汽(H₂O)，使三甲基铝(TMA)和臭氧(O₃)或水蒸汽(H₂O)进行化学反应，具体的化学反应式是：

在氮化硅(Si₃N₄或SiN_x)保护层上淀积厚度为50的氧化铝(Al₂O₃)介质层。

步骤3和步骤4在同一台氧化铝原子层淀积炉内进行。

附图说明

通过结合附图进行的以下描述可以更好地理解本发明的目的和本发明的优点，附图是说明书的一个组成部分，附图与说明书的文字部分一起说明本发明的原理和特征，附图中显示出代表本发明原理和特征的实施例。全、部附图中相同的部分用相同的参考数字指示，其中：

图1A是现有DRAM电容器形成步骤1，DRAM电容器孔腐蚀形成步骤示意图；

图1B是按本发明DRAM电容器形成步骤1，DRAM电容器孔腐蚀形成步骤示意图；

图2A是现有DRAM电容器形成步骤2，SiO₂隔离层形成步骤示意图；

图2B是按本发明DRAM电容器形成步骤2，SiO₂隔离层形成步骤示意图；

图3A是现有DRAM电容器形成步骤3，在一个炉子内形成硅半球形颗粒(HSG)步骤示意图；

图3B是按本发明DRAM电容器形成步骤3，在一个炉子内形成硅半球形颗粒(HSG)步骤示意图；

图4A是现有DRAM电容器形成步骤4，在一个炉子内或CVD反应室内对HSG表面进行氮处理形成SiNx步骤示意图；

图4B是按本发明DRAM电容器形成步骤4，在原子层淀积(ALD)炉内或反应室内对HSG表面进行氮处理形成SiNx步骤示意图；

图5A是现有DRAM电容器形成步骤5，在原子层淀积(ALD)炉内淀积ALD Al₂O₃步骤示意图；

图5B是按本发明DRAM电容器形成步骤5，在进行预处理的同一炉子内淀积ALD Al₂O₃步骤示意图；

图6A是现有DRAM电容器形成步骤6，淀积多晶硅顶电极步骤示意图；

图6B是按本发明DRAM电容器形成步骤6，淀积多晶硅顶电极步骤示意图。

附图中的参考数字指示的内容说明：

1-SiO2隔离层(Isolation SiO2)；

2-存储结多晶硅接点(Stroage node contact poly)

具体实施方式

[实施例1]

按照本发明一个技术方案的氧化铝原子淀积层的预处理方法，包括步骤：

步骤1，淀积厚度为400到500的多晶硅栅层；然后，

步骤2，进行热处理，形成多晶硅半球形晶体，以增大多晶硅栅层的表面面积；

步骤3，进行预处理，完成了步骤1和步骤2后制成的晶片放入要淀积氧化铝(Al₂O₃)原子层的原子层淀积炉内，氧化铝(Al₂O₃)原子层淀积炉内引入NH₃气与氩气(Ar)或氦气(He)的混合气体，在混合气体气氛中，在500℃到700℃的温度下处理，优选的处理温度是600℃，生成厚度为5到40的氮化硅(SiNx)层，优选的氮化硅(SiNx)层厚度是12；这个表面氮化处理过程也可以通过远距离等离子氮化(Remote PlasmaNitridation，RPN)来实现；

步骤4，经过步骤3处理的晶片不从氧化铝原子层淀积炉内中取出，在同一台氧化铝原子层淀积炉内淀积氧化铝(Al₂O₃)，氧化铝原子层淀积炉内直接引入三甲基铝(TMA)和水蒸汽(H₂O)，使三甲基铝和水蒸汽进行化学反应，具体的化学反应式是：

在氮化硅(Si₃N₄或SiNx)保护层上淀积厚度为50的氧化铝(Al₂O₃)。

按本发明方法在同一台原子层淀积炉内进行步骤3和步骤4，顺序淀积氮化硅(SiNx)保护层和氧化铝(Al₂O₃)介质层。

[实施例2]

按照本发明另一个技术方案的氧化铝原子淀积层的预处理方法，包括步骤：

步骤1，淀积厚度为400到500的多晶硅栅层；然后，

步骤2，进行热处理，形成多晶硅半球形晶体栅层，以增大多晶硅栅层的表面面积；

步骤3，进行预处理，完成了步骤1和步骤2后晶片放入要淀积氧化铝(Al₂O₃)原子层的氧化铝原子层淀积炉内，氧化铝(Al₂O₃)原子层淀积炉内直接引入NH₃气与例如氩气(Ar)或氦气(He)的混合气体，在500℃到700℃的温度下处理，优选的处理温度是600℃，生成厚度为5到40的氮化硅(SiNx)层，优选的氮化硅(SiNx)层厚度是12；这个表面氮化处理过程也可以通过远距离等离子氮化(Remote PlasmaNitridation，RPN)来实现；

步骤4，经过步骤3处理的晶片不从氧化铝原子层淀积炉中取出，原子层淀积炉内直接引入三甲基铝(TMA)和臭氧，使三甲基铝和臭氧进行化学反应，具体的化学反应式是：

在氮化硅(Si₃N₄或SiN_x)保护层上淀积厚度为50的氧化铝(Al₂O₃)。

按本发明方法在同一台原子层淀积炉内进行步骤3和步骤4，顺序淀积氮化硅(SiNx)保护层和氧化铝(Al₂O₃)介质层。

本行业的技术人员应了解，在不脱离本发明精神或者主要特征的前提下，本发明还可以以其他特定的形式实施。因此，按本发明的全部技术方案，所列举的实例和实施例只是用于说明本发明而不是限制本发明，并且，本发明不局限于本文中描述的细节。本发明要求保护的范围由所附的权利要求书界定。