專利名稱：深溝槽的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種深溝槽的制備方法，特別是涉及一種可應(yīng)用于高集成度動(dòng)態(tài)隨機(jī)存取存儲器的深溝槽的制備方法。
背景技術(shù)：
動(dòng)態(tài)隨機(jī)存取存儲器的電容器可分為堆棧式和深溝槽式二種型態(tài)。堆棧式電容器形成在硅基板表面，而深溝槽式電容器則是形成在硅基板內(nèi)部。近年來，動(dòng)態(tài)隨機(jī)存取存儲器的集成度隨著半導(dǎo)體工藝技術(shù)的創(chuàng)新而快速地增加，而為了達(dá)成高集成度的目的，必須縮小晶體管與電容器的尺寸。由于電容器的電容值正比于其電極板表面積，因此縮小電容器尺寸將導(dǎo)致電容值下降，不利于儲存數(shù)據(jù)的判讀。因此，研究人員開發(fā)出瓶形深溝槽電容器，其通過增加在硅基板內(nèi)的深溝槽的表面積以提升后續(xù)形成于深溝槽內(nèi)的下電極板的表面積，進(jìn)而提升電容值。
圖1至圖5例示現(xiàn)有技藝在一硅基板12上制備一瓶形深溝槽10的方法?，F(xiàn)有的制備方法首先在該硅基板12中形成一溝槽20，再依序形成一氧化硅層32、一氮化硅層34、一非晶硅層36以及一氮化硅層38于該硅基板12的表面及該溝槽20內(nèi)。之后，在該硅基板12上形成一光致抗蝕劑層40，其填滿該溝槽20，如圖2所示。
參考圖3，進(jìn)行一平坦化工藝去除在該硅基板12的表面上的光致抗蝕劑層40，再進(jìn)行一蝕刻工藝去除在該溝槽20內(nèi)部的光致抗蝕劑層40至一預(yù)定深度42。之后，進(jìn)行一濕蝕刻工藝?yán)缫跃彌_氫氟酸(BHF)或浸泡(dip)方式選擇性地去除在該溝槽20內(nèi)部且未被該光致抗蝕劑層40覆蓋的氮化硅層38。
參考圖4，進(jìn)行一濕蝕刻工藝去除在該溝槽20內(nèi)的光致抗蝕劑層40，再進(jìn)行一熱氧化工藝以將在該溝槽20內(nèi)且未被該氮化硅層38覆蓋的非晶硅層36氧化成一屏蔽層44。之后，進(jìn)行一濕蝕刻工藝去除在該預(yù)定深度42以下的氧化硅層32、氮化硅層34、非晶硅層36以及氮化硅層38。接著，進(jìn)行一濕蝕刻工藝，蝕刻在該溝槽20內(nèi)未被該屏蔽層44覆蓋的硅基板12以形成該瓶形深溝槽10，如圖5所示。
如前所述，現(xiàn)有技藝?yán)脻裎g刻工藝去除在該溝槽20內(nèi)部且在該預(yù)定深度42以下的氧化硅層32、氮化硅層34、非晶硅層36以及氮化硅層38。惟，隨著該溝槽20的孔徑縮小，蝕刻液不易輸送至該溝槽20的預(yù)定深度42以下，導(dǎo)致該濕蝕刻工藝的蝕刻速率不佳。亦即該濕蝕刻工藝的蝕刻速率受限于該溝槽20的縮小孔徑與增長深度而無法有效地予以提升。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的主要目的是提供一種可應(yīng)用于高集成度動(dòng)態(tài)隨機(jī)存取存儲器的深溝槽的制備方法，其利用一含磷氧化層與水蒸氣反應(yīng)而生成的蝕刻液去除在一深溝槽底部的含氮層，因而可解決傳統(tǒng)蝕刻液不易輸送至深溝槽底部的問題。
為達(dá)成上述目的，本發(fā)明揭示一種深溝槽的制備方法。本發(fā)明的深溝槽的制備方法首先形成至少一溝槽于一半導(dǎo)體基板中，再形成一堆棧結(jié)構(gòu)于該溝槽的內(nèi)壁，其中該堆棧結(jié)構(gòu)包括至少一含氮層。之后，形成一含磷氧化層于該含氮層的表面。然后，將在該溝槽內(nèi)的含磷氧化層轉(zhuǎn)化為一蝕刻液以去除與含磷氧化層接觸的含氮層。將位在該溝槽內(nèi)的含磷氧化層轉(zhuǎn)化為一蝕刻液的方法可為將該半導(dǎo)體基板放置于溫度界于700-1000℃間的水蒸氣環(huán)境中，該含磷氧化層將與水蒸氣反應(yīng)生成磷酸，其可蝕刻該含氮層。
形成含磷氧化層于該含氮層的表面之后，還可包括去除該溝槽內(nèi)一預(yù)定深度以上的含磷氧化層，去除的含氮層位在該預(yù)定深度以下。去除該溝槽內(nèi)的一預(yù)定深度以上的含磷氧化層可采用一干蝕刻工藝，其蝕刻氣體包括氬氣、氧氣以及八氟環(huán)戊烯。此外，去除該溝槽內(nèi)的一預(yù)定深度以上的含磷氧化層亦可先涂布一光致抗蝕劑層于該含磷氧化層表面，再進(jìn)行一干蝕刻工藝以去除在該預(yù)定深度以上的光致抗蝕劑層，其中該干蝕刻工藝的蝕刻氣體包括氧氣、四氟化碳以及氮?dú)?。之后，進(jìn)行一濕蝕刻工藝以去除在該預(yù)定深度以上的含磷氧化層，并去除在該溝槽內(nèi)的光致抗蝕劑層。
現(xiàn)有技藝必須將蝕刻液從該溝槽的開口輸送至該溝槽的底部以蝕刻在該溝槽底部的氮化硅層，因而其蝕刻速率受限于該溝槽的孔徑大小。相對地，本發(fā)明利用在該溝槽內(nèi)的含磷氧化層與水蒸氣反應(yīng)生成的蝕刻液去除在該溝槽內(nèi)壁的含氮層，而將水蒸氣從該溝槽的開口輸送至底部并不會受限于該溝槽的孔徑大小，因此本發(fā)明可有效地解決現(xiàn)有技藝因溝槽的孔徑縮小所面臨的問題。


圖1至圖5例示現(xiàn)有技藝在一硅基板上制備一瓶形深溝槽的方法；圖6至圖10例示本發(fā)明第一實(shí)施例的瓶形深溝槽的制備方法；以及圖11至圖15例示本發(fā)明第二實(shí)施例的瓶形深溝槽的制備方法。
簡單符號說明10瓶形深溝槽12硅基板20溝槽 32氮化硅層34氧化硅層 36非晶硅層38氮化硅層 40光致抗蝕劑層42預(yù)定深度 44屏蔽層50瓶形深溝槽52半導(dǎo)體基板54堆棧結(jié)構(gòu) 56氧化硅層58含氮層60溝槽62含磷氧化層64預(yù)定深度72含磷氧化層74光致抗蝕劑層具體實(shí)施方式
圖6至圖10例示本發(fā)明第一實(shí)施例的瓶形深溝槽50的制備方法。本發(fā)明第一實(shí)施例的制備方法首先形成至少一溝槽60于一半導(dǎo)體基板52中，再形成一堆棧結(jié)構(gòu)54于該溝槽60內(nèi)，其中該堆棧結(jié)構(gòu)54包括一氧化硅層56及一含氮層58。之后，利用化學(xué)氣相沉積工藝形成一含磷氧化層62于該含氮層58的表面，如圖7所示。優(yōu)選地，該含氮層58為一氮化硅層，而該含磷氧化層62為一硼磷硅玻璃(BPSG)層或一磷硅玻璃(PSG)層。由于該溝槽60具有較大深寬比，該化學(xué)氣相沉積工藝在該溝槽60的開口處的沉積速率遠(yuǎn)高于在該溝槽的內(nèi)壁與底部，因而在該溝槽60內(nèi)形成一孔洞。
參考圖8，進(jìn)行一干蝕刻工藝去除該溝槽60內(nèi)的一預(yù)定深度64以上的含磷氧化層62。優(yōu)選地，該干蝕刻工藝的蝕刻氣體包括氬氣、氧氣以及八氟環(huán)戊烯(C5F8)。之后，將該半導(dǎo)體基板52放置于溫度界于700-1000℃間的水蒸氣環(huán)境中約30分鐘至3小時(shí)，將殘留在該溝槽60內(nèi)的含磷氧化層62轉(zhuǎn)化為一蝕刻液以去除在該預(yù)定深度64以下的含氮層58。換而言之，該含磷氧化層62的磷元素可與水蒸氣反應(yīng)生成磷酸，其可蝕刻該含氮層58。在完成蝕刻反應(yīng)之后，利用氧化物蝕刻緩沖液(例如緩沖氫氟酸(BHF)或稀釋氫氟酸(DHF))完全去除在該溝槽60內(nèi)的含磷氧化層62，如圖9所示。
參考圖10，進(jìn)行一濕蝕刻工藝去除在該預(yù)定深度64以下的堆棧結(jié)構(gòu)54(即去除在該預(yù)定深度64以下的氧化硅層56)，其使用的蝕刻液為稀釋氫氟酸或緩沖氫氟酸。之后，進(jìn)行另一濕蝕刻工藝，其使用包括氨水的蝕刻液蝕刻在該預(yù)定深度64以下的該溝槽60內(nèi)壁以形成該瓶形深溝槽50。但本發(fā)明并不受限于僅形成瓶形深溝槽，需視該堆棧結(jié)構(gòu)54的構(gòu)造而定，該堆棧結(jié)構(gòu)54可還包括一環(huán)形絕緣層(collar dielectric)于該溝槽60的上部區(qū)域，或該堆棧結(jié)構(gòu)54的含氮層58上還包括其它非連續(xù)性材料層，此時(shí)部分含氮層58的表面將暴露并可與該含磷氧化層62相接觸，而使接觸含磷氧化層62的部分含氮層58被移除。
圖11至圖15例示本發(fā)明第二實(shí)施例的瓶形深溝槽70的制備方法。本發(fā)明第二實(shí)施例的制備方法首先形成如圖6所示的結(jié)構(gòu)，再利用化學(xué)氣相沉積工藝形成一含磷氧化層72于該含氮層58的表面，如圖11所示。相較于圖6所示的含磷氧化層62將該溝槽60封閉，圖11所示的含磷氧化層72較薄因而并未封閉該溝槽60的開口處。
參考圖12，利用旋轉(zhuǎn)涂布工藝形成一由光致抗蝕劑層74于該含磷氧化層72表面，再進(jìn)行一干蝕刻工藝去除在該預(yù)定深度64以上的光致抗蝕劑層74，其中該干蝕刻工藝的蝕刻氣體包括氧氣、四氟化碳以及氮?dú)?。之后，利用氧化物蝕刻緩沖液(例如緩沖氫氟酸或稀釋氫氟酸)進(jìn)行一濕蝕刻工藝去除在該預(yù)定深度64以上的含磷氧化層72，再利用一包括硫酸的蝕刻液進(jìn)行另一濕蝕刻工藝完全去除在該溝槽60內(nèi)的光致抗蝕劑層74，如圖13所示。
參考圖14，將該半導(dǎo)體基板52放置于溫度界于700-1000℃間的水蒸氣環(huán)境中約2至3小時(shí)，該含磷氧化層72將轉(zhuǎn)化為一蝕刻液以去除在該預(yù)定深度64以下的含氮層58。在完成蝕刻反應(yīng)之后，利用氧化物蝕刻緩沖液去除在該溝槽60內(nèi)的含磷氧化層72。之后，進(jìn)行一濕蝕刻工藝去除在該預(yù)定深度64以下的氧化硅層56，其使用的蝕刻液為稀釋氫氟酸或緩沖氫氟酸。之后，進(jìn)行另一濕蝕刻工藝，其使用包括氨水的蝕刻液蝕刻在該預(yù)定深度64以下的該溝槽60內(nèi)壁以形成該瓶形深溝槽70，如圖15所示。
現(xiàn)有技藝必須將蝕刻液從該溝槽的開口處輸送至底部以蝕刻在該溝槽底部的含氮層，因而其蝕刻速率受限于該溝槽的孔徑大小。相對地，本發(fā)明利用在該溝槽內(nèi)的含磷氧化層與水蒸氣反應(yīng)生成的蝕刻液去除在該溝槽內(nèi)的含氮層，而將水蒸氣從該溝槽的開口處輸送至底部并不會受限于該溝槽的孔徑大小。換言之，本發(fā)明僅需將該半導(dǎo)體基板放置于一水蒸氣環(huán)境中，該溝槽內(nèi)的含磷氧化層即可轉(zhuǎn)化成可蝕刻該含氮層的蝕刻液。因此，本發(fā)明并不需要從該溝槽的開口處輸送該含氮層的蝕刻液至該溝槽的底部，因而可應(yīng)用于具有較小開口的溝槽的高集成度動(dòng)態(tài)隨機(jī)存取存儲器。
本發(fā)明的技術(shù)內(nèi)容及技術(shù)特點(diǎn)已揭示如上，然而本領(lǐng)域技術(shù)人員仍可能基于本發(fā)明的暗示及揭示而作種種不背離本發(fā)明精神的替換及修飾。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)不限于實(shí)施例所揭示者，而應(yīng)包括各種不背離本發(fā)明的替換及修飾，并為以下的權(quán)利要求所涵蓋。
權(quán)利要求
1.一種深溝槽的制備方法，包括下列步驟形成至少一溝槽于一半導(dǎo)體基板中；形成一堆棧結(jié)構(gòu)于該溝槽內(nèi)，該堆棧結(jié)構(gòu)包括至少一含氮層；形成一含磷氧化層于該含氮層的表面；以及將該含磷氧化層轉(zhuǎn)化為一蝕刻液以去除該堆棧結(jié)構(gòu)中位在該含磷氧化層表面下的含氮層。
2.如權(quán)利要求1所述的深溝槽的制備方法，其中形成該含磷氧化層之后，還包括去除該溝槽內(nèi)的一預(yù)定深度以上的含磷氧化層。
3.如權(quán)利要求1所述的深溝槽的制備方法，其中該含氮層為一氮化硅層，而該含磷氧化層為一硼磷硅玻璃層或一磷硅玻璃層。
4.如權(quán)利要求1所述的深溝槽的制備方法，其中將該含磷氧化層轉(zhuǎn)化為一蝕刻液將該半導(dǎo)體基板放置于一水蒸氣環(huán)境中。
5.如權(quán)利要求4所述的深溝槽的制備方法，其中將該含磷氧化層轉(zhuǎn)化為一蝕刻液的反應(yīng)溫度介于700-1000℃之間。
6.如權(quán)利要求2所述的深溝槽的制備方法，其中去除該溝槽內(nèi)的一預(yù)定深度以上的含磷氧化層進(jìn)行一干蝕刻工藝。
7.如權(quán)利要求6所述的深溝槽的制備方法，其中該干蝕刻工藝的蝕刻氣體包括氬氣、氧氣以及八氟環(huán)戊烯。
8.如權(quán)利要求2所述的深溝槽的制備方法，其中去除該溝槽內(nèi)的一預(yù)定深度以上的含磷氧化層包括下列步驟涂布一光致抗蝕劑層于該含磷氧化層表面；進(jìn)行一干蝕刻工藝以去除在該預(yù)定深度以上的光致抗蝕劑層；進(jìn)行一濕蝕刻工藝以去除在該預(yù)定深度以上的含磷氧化層；以及去除在該溝槽內(nèi)的光致抗蝕劑層。
9.如權(quán)利要求1所述的深溝槽的制備方法，其中形成一含磷氧化層于該含氮層的表面利用一化學(xué)氣相沉積工藝。
10.如權(quán)利要求1所述的深溝槽的制備方法，其中去除該含氮層之后，還包括利用一氧化物蝕刻緩沖液，去除在該溝槽內(nèi)的含磷氧化層。
11.如權(quán)利要求2所述的深溝槽的制備方法，其還包括下列步驟去除在該預(yù)定深度以下的堆棧結(jié)構(gòu)；以及進(jìn)行一濕蝕刻工藝，蝕刻在該預(yù)定深度以下的該溝槽內(nèi)壁。
全文摘要
本發(fā)明的深溝槽的制備方法首先形成至少一溝槽于一半導(dǎo)體基板中，再形成一堆棧結(jié)構(gòu)于該溝槽內(nèi)，其中該堆棧結(jié)構(gòu)包括至少一含氮層。之后，形成一含磷氧化層于該含氮層表面。在水蒸氣環(huán)境中將該含磷氧化層轉(zhuǎn)化為一可蝕刻含氮層的蝕刻液。去除該溝槽內(nèi)的含磷氧化層，此時(shí)含氮層可有效地予以去除。
文檔編號H01L21/76GK1855435SQ200510068439
公開日2006年11月1日 申請日期2005年4月28日 優(yōu)先權(quán)日2005年4月28日
發(fā)明者簡榮吾, 聶再強(qiáng), 陳汝政 申請人:茂德科技股份有限公司