专利名称：瓶型渠沟的形成方法
技术领域：
本发明是有关于一种半导体制程，特别是有关于一种瓶型渠沟电容器(bottle-shaped trench capacitor)的制程，更特别是一种瓶型渠沟的形成方法。
背景技术：
动态随机存取内存(Dynamic Random Access Memory，以下简称为DRAM)是以记忆胞(memory cell)内电容器的带电荷(charging)状态来储存数据。然而随着DRAM体积的缩小化，深渠沟型(deep trench type)电容器便被广泛地应用在DRAM中。然而，为了要增加电容器的电容量，瓶型渠沟型电容器(bottle-shaped trench capacitor)便成为业界经常使用的电容器型式之一。
以下，利用图1A-图1I来说明习知的瓶型渠沟制程首先，请参阅图1A，先于一硅基底100上形成一垫层(pad layer)110图案，该垫层110是包含一氧化垫层(未图示)与一氮化硅层(未图示)。然后，以该垫层110图案为蚀刻罩幕，利用干蚀刻方式而于该硅基底100中形成一渠沟120，该渠沟120具有一上部(upper region)130与一下部(lower region)140。
然后，仍请参阅图1A，于该渠沟120的表面上，依序形成一第一氧化硅层150(由热氧化法形成，其厚度约28埃)、一氮化硅层160(由沉积法形成，其厚度约80埃)、一非晶硅层170(由沉积法形成，其厚度约220埃)以及一第二氧化硅层180(由沉积法形成，其厚度约80埃)。
然后，请参阅图1B，经由一光阻涂布与部分回蚀程序(亦即photoresist recess etching process)，形成一光阻层190于位在下部140的该渠沟120中。
然后，请参阅图1C，以该光阻层190为罩幕，蚀刻去除位在上部130的第二氧化硅层180。之后，再除去该光阻层190。
然后，请参阅图1D，进行一快速热氮化程序(rapid thermalnitridation，RTN)，使位在上部130的该非晶硅层170表面形成有一薄氮化硅膜192(其厚度约20埃)。
然后，请参阅图1E，以该薄氮化硅膜192为蚀刻罩幕，蚀刻去除位在下部140的第二氧化硅层180。接着，以该薄氮化硅膜192为蚀刻罩幕，蚀刻去除位在下部140的非晶硅层170。
然后，请参阅图1F，蚀刻去除该薄氮化硅膜192与位在下部140的氮化硅层160。然后，再蚀刻去除位在上部130的该非晶硅层170。此时，沟渠120中仅具有该第一氧化硅层150与位在上部130的氮化硅层160。
然后，请参阅图1G，以该氮化硅层160为蚀刻罩幕，蚀刻去除位在下部140的氧化硅层150，而露出位在下部140的渠沟120表面。
然后，请参阅图1H，以该氮化硅层160为蚀刻罩幕，对该渠沟120进行一湿蚀刻程序(亦称wet bottle蚀刻制程)，等向性蚀刻未被该氮化硅层160保护的该渠沟120下侧的该硅基底100，而形成类似瓶状的一空间194。
接着，蚀刻去除位在上部130的该氮化硅层160与该氧化硅层150，如此即完成了一瓶型渠沟，而如图1I所示。
然而，上述习知的瓶型渠沟制程相当地冗长复杂，因而增加了制造成本。另外，由于形成第一氧化硅层150(其厚度约28埃)、一氮化硅层160(其厚度约28埃)、一非晶硅层170(其厚度约220埃)以及一第二氧化硅层180于该渠沟120表面上，因而限制了沟渠尺寸的缩小化。
发明内容
有鉴于此，本发明的主要目的是提供一种新的瓶型渠沟的形成方法。
本发明提供一种瓶型渠沟(bottle-shaped trench)的形成方法，包括下列步骤提供一硅基底，其中该硅基底是由单晶硅所组成；形成一渠沟于该硅基底中，其中该渠沟具有一上部与一下部；进行一热氧化(thermal oxidation)程序，顺应地形成一二氧化硅(SiO2)层于该渠沟的周围壁上；将一光阻层填满该渠沟；部分回蚀该光阻层，而形成一剩余光阻层于位在下部的该二氧化硅层上；以该剩余光阻层为罩幕，去除位在上部的该二氧化硅层，而形成一剩余的二氧化硅层于位在下部的该渠沟的周围壁上；去除该剩余光阻层；以该剩余的二氧化硅层为罩幕，对该渠沟进行一快速热氮化(rapidthermal nitridation，RTN)程序，而形成一氮化硅(Si3N4)膜于位在上部的该渠沟的侧壁上；去除该剩余的二氧化硅层；以及以该氮化硅膜为罩幕，对该渠沟进行一湿蚀刻程序而形成位在下部的一空间。
如此，根据本发明方法，可以简化习知制程，降低制造成本。更者，本发明方法可适用于0.1μm以下的渠沟制程，而能够达成组件缩小化的目的。
图1A-图1I是习知瓶型渠沟的制程剖面示意图；图2-图9是本发明的瓶型渠沟的制程剖面示意图。
图号说明100-硅基底；110-垫层；120-渠沟； 130-上部；140-下部； 150-第一氧化硅层(热氧化层)；160-氮化硅层； 170-非晶硅层；180-第二氧化硅层； 190-光阻层；192-薄氮化硅膜；194-空间。
200-硅基底；202-氧化垫层(例如是SiO2层)；204-氮化硅层； 210-垫层；220-渠沟； 230-上部；240-下部； 250-二氧化硅层(热氧化层)；250’-剩余的二氧化硅层；310-剩余光阻层；610-氮化硅膜； 710-空间。
具体实施例方式
请参阅图2-图9，是有关于本发明的瓶型渠沟(bottle-shapedtrench)的制程剖面示意图。
首先，请参照图2，先于当做是一硅基底200的单晶硅晶圆(singlecrystal silicon wafer)上形成图案化的一垫层(pad layer)210，然后以该垫层210为蚀刻罩幕，利用干蚀刻方式而于该硅基底200中形成一渠沟220，该渠沟220具有一上部230与一下部240。其中，该垫层210可以是由沉积法所形成的氧化垫层202(例如是SiO2层)与氮化硅层204(Si3N4层)所堆栈组成。
然后，仍请参照图2，对该渠沟220进行一热氧化(thermal oxidation)程序，顺应地形成一二氧化硅层(亦即热氧化层)250于该渠沟220的周围壁上。其中，该二氧化硅层250的厚度约是10-200埃()。
然后，请参照图3，先将一光阻层(未图示)填满该渠沟220，然后部分回蚀该光阻层(未图示)，而形成一剩余光阻层310于位在下部240的该渠沟220的该二氧化硅层250上。此步骤称之为一光阻凹进蚀刻程序(photoresist recess etching process)。
然后，请参照图4，以该剩余光阻层310为罩幕，蚀刻去除位在上部230上的该二氧化硅层250，而形成一剩余的二氧化硅层250’于位在下部240的该渠沟220的周围壁上，并露出位在上部230的该渠沟220的侧壁。
然后，请参照图5，例如以湿蚀刻法去除该剩余光阻层310。
然后，请参照图6，以该剩余的二氧化硅层250’为罩幕，对该渠沟220进行一快速热氮化(rapid thermal nitridation，RTN)程序，而形成一氮化硅(Si3N4)膜610于位在上部230的该渠沟220的侧壁上。其中，该快速热氮化程序的加热温度约是800-1200℃，而该氮化硅膜610的厚度约是15-30埃()。这里要特别强调的是，由于位在上部230的该渠沟220的侧壁是单晶硅结构，所以本步骤的快速热氮化程序所形成的氮化硅膜610的结构相当致密，因此非常适合当做是蚀刻阻挡层(etchingstop layer)。
然后，请参照图7，例如以湿蚀刻法去除该剩余的二氧化硅层250’。
然后，请参照图8，以该氮化硅膜610为蚀刻罩幕，对该渠沟220进行一湿蚀刻程序(亦称wet bottle蚀刻制程)，等向性蚀刻未被该氮化硅膜610保护的位在下部240的该渠沟220侧壁(即露出的该硅基底200)，而形成类似瓶状的一空间710。
接着，请参照图9，蚀刻去除该氮化硅膜610，如此即完成了一瓶型渠沟(bottle trench/bottle-shaped trench)。
之后，可继续进行习知的沟渠电容器制程，依序形成一下电极(例如是埋藏电极)、一介电层与一上电极于该瓶型渠沟中，而形成一瓶型渠沟型电容器。习知的沟渠电容器制程，例如可参考美国专利第6326261号，为避免混淆本案制程特征，在此不再赘述。
本发明提供一种瓶型渠沟的形成方法，其特征在于首先，提供具有一渠沟的一基底，其中渠沟具有一上部与一下部。然后，形成一氧化层于位在下部的渠沟的周围壁上。然后，以氧化层为罩幕，对渠沟进行一氮化程序，而形成一氮化膜于位在上部的渠沟的侧壁上。然后，去除氧化层。接着，以氮化膜为罩幕，对渠沟进行一等向性蚀刻程序而形成位在下部的一空间。
如此，根据本发明方法，可以简化习知制程，降低制造成本。更者，本发明方法可适用于0.1μm以下的渠沟制程，而能够达成组件缩小化的目的。
权利要求
1.一种瓶型渠沟(bottle-shaped trench)的形成方法，包括下列步骤提供一基底；形成一渠沟于该基底中，其中该渠沟具有一上部与一下部；形成一氧化层于位在下部的该渠沟的周围壁上；以该氧化层为罩幕，对该渠沟进行一氮化程序，而形成一氮化膜于位在上部的该渠沟的侧壁上；去除该氧化层；以及以该氮化膜为罩幕，对该渠沟进行一等向性蚀刻程序而形成位在下部的一空间。
2.根据权利要求1所述的瓶型渠沟的形成方法，其中该基底是由单晶硅(single crystal Si)所构成。
3.根据权利要求1所述的瓶型渠沟的形成方法，其中该氧化层是经由热氧化法(thermal oxidation)所形成。
4.根据权利要求1所述的瓶型渠沟的形成方法，其中该氧化层的厚度是10-200埃()。
5.根据权利要求3所述的瓶型渠沟的形成方法，其中形成该氧化层于位在下部的该渠沟的周围壁上的步骤包括顺应地形成一热氧化层于该渠沟中；将一光阻层填满该渠沟；部分回蚀该光阻层，而形成一剩余光阻层于位在下部的该热氧化层上；以该剩余光阻层为罩幕；去除位在上部的该热氧化层；以及去除该剩余光阻层。
6.根据权利要求1所述的瓶型渠沟的形成方法，其中该氮化程序是快速热氮化程序(rapid thermal nitridation procedure，RTN)。
7.根据权利要求6所述的瓶型渠沟的形成方法，其中该快速热氮化程序的加热温度是800-1200℃。
8.根据权利要求1所述的瓶型渠沟的形成方法，其中该氮化膜的厚度是15-30埃()。
9.根据权利要求1所述的瓶型渠沟的形成方法，其中该渠沟的形成步骤包括形成一图案化的垫层(pad layer)于该基底上；以及以该垫层为罩幕，去除部分该基底而形成该渠沟于该基底中。
10.根据权利要求9所述的瓶型渠沟的形成方法，其中该垫层是由一氧化垫层与一氮化层所堆栈组成。
11.一种瓶型渠沟(bottle-shaped trench)的形成方法，包括下列步骤提供一硅基底，其中该硅基底是由单晶硅所组成；形成一渠沟于该硅基底中，其中该渠沟具有一上部与一下部；进行一热氧化(thermal oxidation)程序，顺应地形成一二氧化硅(SiO2)层于该渠沟的周围壁上；将一光阻层填满该渠沟；部分回蚀该光阻层，而形成一剩余光阻层于位在下部的该二氧化硅层上；以该剩余光阻层为罩幕，去除位在上部的该二氧化硅层，而形成一剩余的二氧化硅层于位在下部的该渠沟的周围壁上；去除该剩余光阻层；以该剩余的二氧化硅层为罩幕，对该渠沟进行一快速热氮化(rapidthermal nitridation，RTN)程序，而形成一氮化硅(Si3N4)膜于位在上部的该渠沟的侧壁上；去除该剩余的二氧化硅层；以及以该氮化硅膜为罩幕，对该渠沟进行一湿蚀刻程序而形成位在下部的一空间。
12.根据权利要求11所述的瓶型渠沟的形成方法，其中该二氧化硅层的厚度是10-200埃()。
13.根据权利要求11所述的瓶型渠沟的形成方法，其中该快速热氮化程序的加热温度是800-1200℃。
14.根据权利要求11所述的瓶型渠沟的形成方法，其中该氮化硅膜的厚度是15-30埃()。
15.根据权利要求11所述的瓶型渠沟的形成方法，其中该渠沟的形成步骤包括形成一图案化的垫层(pad layer)于该基底上；以及以该垫层为罩幕，去除部分该基底而形成该渠沟于该基底中。
16.根据权利要求15所述的瓶型渠沟的形成方法，其中该垫层是由一氧化垫层与一氮化层所堆栈组成。
全文摘要
本发明提供一种瓶型渠沟(bottle－shaped trench)的形成方法。首先，提供具有一渠沟的一基底，其中渠沟具有一上部与一下部；然后，形成一氧化层于位在下部的渠沟的周围壁上；然后，以氧化层为罩幕，对渠沟进行一氮化程序，而形成一氮化膜于位在上部的渠沟的侧壁上；然后，去除氧化层；接着，以氮化膜为罩幕，对渠沟进行一等向性蚀刻程序而形成位在下部的一空间。
文档编号H01L21/70GK1531064SQ0311911
公开日2004年9月22日 申请日期2003年3月13日 优先权日2003年3月13日
发明者林瑄智, 黄镇洲, 张明成, 廖显皓, 陈锰宏, 林 智 申请人:南亚科技股份有限公司