专利名称：深沟槽的制备方法
技术领域：
本发明涉及一种深沟槽的制备方法，特别是涉及一种可应用于高集成度动态随机存取存储器的深沟槽的制备方法。
背景技术：
动态随机存取存储器的电容器可分为堆栈式和深沟槽式二种型态。堆栈式电容器形成在硅基板表面，而深沟槽式电容器则是形成在硅基板内部。近年来，动态随机存取存储器的集成度随着半导体工艺技术的创新而快速地增加，而为了达成高集成度的目的，必须缩小晶体管与电容器的尺寸。由于电容器的电容值正比于其电极板表面积，因此缩小电容器尺寸将导致电容值下降，不利于储存数据的判读。因此，研究人员开发出瓶形深沟槽电容器，其通过增加在硅基板内的深沟槽的表面积以提升后续形成于深沟槽内的下电极板的表面积，进而提升电容值。
图1至图5例示现有技艺在一硅基板12上制备一瓶形深沟槽10的方法。现有的制备方法首先在该硅基板12中形成一沟槽20，再依序形成一氧化硅层32、一氮化硅层34、一非晶硅层36以及一氮化硅层38于该硅基板12的表面及该沟槽20内。之后，在该硅基板12上形成一光致抗蚀剂层40，其填满该沟槽20，如图2所示。
参考图3，进行一平坦化工艺去除在该硅基板12的表面上的光致抗蚀剂层40，再进行一蚀刻工艺去除在该沟槽20内部的光致抗蚀剂层40至一预定深度42。之后，进行一湿蚀刻工艺例如以缓冲氢氟酸(BHF)或浸泡(dip)方式选择性地去除在该沟槽20内部且未被该光致抗蚀剂层40覆盖的氮化硅层38。
参考图4，进行一湿蚀刻工艺去除在该沟槽20内的光致抗蚀剂层40，再进行一热氧化工艺以将在该沟槽20内且未被该氮化硅层38覆盖的非晶硅层36氧化成一屏蔽层44。之后，进行一湿蚀刻工艺去除在该预定深度42以下的氧化硅层32、氮化硅层34、非晶硅层36以及氮化硅层38。接着，进行一湿蚀刻工艺，蚀刻在该沟槽20内未被该屏蔽层44覆盖的硅基板12以形成该瓶形深沟槽10，如图5所示。
如前所述，现有技艺利用湿蚀刻工艺去除在该沟槽20内部且在该预定深度42以下的氧化硅层32、氮化硅层34、非晶硅层36以及氮化硅层38。惟，随着该沟槽20的孔径缩小，蚀刻液不易输送至该沟槽20的预定深度42以下，导致该湿蚀刻工艺的蚀刻速率不佳。亦即该湿蚀刻工艺的蚀刻速率受限于该沟槽20的缩小孔径与增长深度而无法有效地予以提升。
发明内容
本发明的主要目的是提供一种可应用于高集成度动态随机存取存储器的深沟槽的制备方法，其利用一含磷氧化层与水蒸气反应而生成的蚀刻液去除在一深沟槽底部的含氮层，因而可解决传统蚀刻液不易输送至深沟槽底部的问题。
为达成上述目的，本发明揭示一种深沟槽的制备方法。本发明的深沟槽的制备方法首先形成至少一沟槽于一半导体基板中，再形成一堆栈结构于该沟槽的内壁，其中该堆栈结构包括至少一含氮层。之后，形成一含磷氧化层于该含氮层的表面。然后，将在该沟槽内的含磷氧化层转化为一蚀刻液以去除与含磷氧化层接触的含氮层。将位在该沟槽内的含磷氧化层转化为一蚀刻液的方法可为将该半导体基板放置于温度界于700-1000℃间的水蒸气环境中，该含磷氧化层将与水蒸气反应生成磷酸，其可蚀刻该含氮层。
形成含磷氧化层于该含氮层的表面之后，还可包括去除该沟槽内一预定深度以上的含磷氧化层，去除的含氮层位在该预定深度以下。去除该沟槽内的一预定深度以上的含磷氧化层可采用一干蚀刻工艺，其蚀刻气体包括氩气、氧气以及八氟环戊烯。此外，去除该沟槽内的一预定深度以上的含磷氧化层亦可先涂布一光致抗蚀剂层于该含磷氧化层表面，再进行一干蚀刻工艺以去除在该预定深度以上的光致抗蚀剂层，其中该干蚀刻工艺的蚀刻气体包括氧气、四氟化碳以及氮气。之后，进行一湿蚀刻工艺以去除在该预定深度以上的含磷氧化层，并去除在该沟槽内的光致抗蚀剂层。
现有技艺必须将蚀刻液从该沟槽的开口输送至该沟槽的底部以蚀刻在该沟槽底部的氮化硅层，因而其蚀刻速率受限于该沟槽的孔径大小。相对地，本发明利用在该沟槽内的含磷氧化层与水蒸气反应生成的蚀刻液去除在该沟槽内壁的含氮层，而将水蒸气从该沟槽的开口输送至底部并不会受限于该沟槽的孔径大小，因此本发明可有效地解决现有技艺因沟槽的孔径缩小所面临的问题。
图1至图5例示现有技艺在一硅基板上制备一瓶形深沟槽的方法；图6至图10例示本发明第一实施例的瓶形深沟槽的制备方法；以及图11至图15例示本发明第二实施例的瓶形深沟槽的制备方法。
简单符号说明10瓶形深沟槽12硅基板20沟槽 32氮化硅层34氧化硅层 36非晶硅层38氮化硅层 40光致抗蚀剂层42预定深度 44屏蔽层50瓶形深沟槽52半导体基板54堆栈结构 56氧化硅层58含氮层60沟槽62含磷氧化层64预定深度72含磷氧化层74光致抗蚀剂层具体实施方式
图6至图10例示本发明第一实施例的瓶形深沟槽50的制备方法。本发明第一实施例的制备方法首先形成至少一沟槽60于一半导体基板52中，再形成一堆栈结构54于该沟槽60内，其中该堆栈结构54包括一氧化硅层56及一含氮层58。之后，利用化学气相沉积工艺形成一含磷氧化层62于该含氮层58的表面，如图7所示。优选地，该含氮层58为一氮化硅层，而该含磷氧化层62为一硼磷硅玻璃(BPSG)层或一磷硅玻璃(PSG)层。由于该沟槽60具有较大深宽比，该化学气相沉积工艺在该沟槽60的开口处的沉积速率远高于在该沟槽的内壁与底部，因而在该沟槽60内形成一孔洞。
参考图8，进行一干蚀刻工艺去除该沟槽60内的一预定深度64以上的含磷氧化层62。优选地，该干蚀刻工艺的蚀刻气体包括氩气、氧气以及八氟环戊烯(C5F8)。之后，将该半导体基板52放置于温度界于700-1000℃间的水蒸气环境中约30分钟至3小时，将残留在该沟槽60内的含磷氧化层62转化为一蚀刻液以去除在该预定深度64以下的含氮层58。换而言之，该含磷氧化层62的磷元素可与水蒸气反应生成磷酸，其可蚀刻该含氮层58。在完成蚀刻反应之后，利用氧化物蚀刻缓冲液(例如缓冲氢氟酸(BHF)或稀释氢氟酸(DHF))完全去除在该沟槽60内的含磷氧化层62，如图9所示。
参考图10，进行一湿蚀刻工艺去除在该预定深度64以下的堆栈结构54(即去除在该预定深度64以下的氧化硅层56)，其使用的蚀刻液为稀释氢氟酸或缓冲氢氟酸。之后，进行另一湿蚀刻工艺，其使用包括氨水的蚀刻液蚀刻在该预定深度64以下的该沟槽60内壁以形成该瓶形深沟槽50。但本发明并不受限于仅形成瓶形深沟槽，需视该堆栈结构54的构造而定，该堆栈结构54可还包括一环形绝缘层(collar dielectric)于该沟槽60的上部区域，或该堆栈结构54的含氮层58上还包括其它非连续性材料层，此时部分含氮层58的表面将暴露并可与该含磷氧化层62相接触，而使接触含磷氧化层62的部分含氮层58被移除。
图11至图15例示本发明第二实施例的瓶形深沟槽70的制备方法。本发明第二实施例的制备方法首先形成如图6所示的结构，再利用化学气相沉积工艺形成一含磷氧化层72于该含氮层58的表面，如图11所示。相较于图6所示的含磷氧化层62将该沟槽60封闭，图11所示的含磷氧化层72较薄因而并未封闭该沟槽60的开口处。
参考图12，利用旋转涂布工艺形成一由光致抗蚀剂层74于该含磷氧化层72表面，再进行一干蚀刻工艺去除在该预定深度64以上的光致抗蚀剂层74，其中该干蚀刻工艺的蚀刻气体包括氧气、四氟化碳以及氮气。之后，利用氧化物蚀刻缓冲液(例如缓冲氢氟酸或稀释氢氟酸)进行一湿蚀刻工艺去除在该预定深度64以上的含磷氧化层72，再利用一包括硫酸的蚀刻液进行另一湿蚀刻工艺完全去除在该沟槽60内的光致抗蚀剂层74，如图13所示。
参考图14，将该半导体基板52放置于温度界于700-1000℃间的水蒸气环境中约2至3小时，该含磷氧化层72将转化为一蚀刻液以去除在该预定深度64以下的含氮层58。在完成蚀刻反应之后，利用氧化物蚀刻缓冲液去除在该沟槽60内的含磷氧化层72。之后，进行一湿蚀刻工艺去除在该预定深度64以下的氧化硅层56，其使用的蚀刻液为稀释氢氟酸或缓冲氢氟酸。之后，进行另一湿蚀刻工艺，其使用包括氨水的蚀刻液蚀刻在该预定深度64以下的该沟槽60内壁以形成该瓶形深沟槽70，如图15所示。
现有技艺必须将蚀刻液从该沟槽的开口处输送至底部以蚀刻在该沟槽底部的含氮层，因而其蚀刻速率受限于该沟槽的孔径大小。相对地，本发明利用在该沟槽内的含磷氧化层与水蒸气反应生成的蚀刻液去除在该沟槽内的含氮层，而将水蒸气从该沟槽的开口处输送至底部并不会受限于该沟槽的孔径大小。换言之，本发明仅需将该半导体基板放置于一水蒸气环境中，该沟槽内的含磷氧化层即可转化成可蚀刻该含氮层的蚀刻液。因此，本发明并不需要从该沟槽的开口处输送该含氮层的蚀刻液至该沟槽的底部，因而可应用于具有较小开口的沟槽的高集成度动态随机存取存储器。
本发明的技术内容及技术特点已揭示如上，然而本领域技术人员仍可能基于本发明的暗示及揭示而作种种不背离本发明精神的替换及修饰。因此，本发明的保护范围应不限于实施例所揭示者，而应包括各种不背离本发明的替换及修饰，并为以下的权利要求所涵盖。
权利要求
1.一种深沟槽的制备方法，包括下列步骤形成至少一沟槽于一半导体基板中；形成一堆栈结构于该沟槽内，该堆栈结构包括至少一含氮层；形成一含磷氧化层于该含氮层的表面；以及将该含磷氧化层转化为一蚀刻液以去除该堆栈结构中位在该含磷氧化层表面下的含氮层。
2.如权利要求1所述的深沟槽的制备方法，其中形成该含磷氧化层之后，还包括去除该沟槽内的一预定深度以上的含磷氧化层。
3.如权利要求1所述的深沟槽的制备方法，其中该含氮层为一氮化硅层，而该含磷氧化层为一硼磷硅玻璃层或一磷硅玻璃层。
4.如权利要求1所述的深沟槽的制备方法，其中将该含磷氧化层转化为一蚀刻液将该半导体基板放置于一水蒸气环境中。
5.如权利要求4所述的深沟槽的制备方法，其中将该含磷氧化层转化为一蚀刻液的反应温度介于700-1000℃之间。
6.如权利要求2所述的深沟槽的制备方法，其中去除该沟槽内的一预定深度以上的含磷氧化层进行一干蚀刻工艺。
7.如权利要求6所述的深沟槽的制备方法，其中该干蚀刻工艺的蚀刻气体包括氩气、氧气以及八氟环戊烯。
8.如权利要求2所述的深沟槽的制备方法，其中去除该沟槽内的一预定深度以上的含磷氧化层包括下列步骤涂布一光致抗蚀剂层于该含磷氧化层表面；进行一干蚀刻工艺以去除在该预定深度以上的光致抗蚀剂层；进行一湿蚀刻工艺以去除在该预定深度以上的含磷氧化层；以及去除在该沟槽内的光致抗蚀剂层。
9.如权利要求1所述的深沟槽的制备方法，其中形成一含磷氧化层于该含氮层的表面利用一化学气相沉积工艺。
10.如权利要求1所述的深沟槽的制备方法，其中去除该含氮层之后，还包括利用一氧化物蚀刻缓冲液，去除在该沟槽内的含磷氧化层。
11.如权利要求2所述的深沟槽的制备方法，其还包括下列步骤去除在该预定深度以下的堆栈结构；以及进行一湿蚀刻工艺，蚀刻在该预定深度以下的该沟槽内壁。
全文摘要
本发明的深沟槽的制备方法首先形成至少一沟槽于一半导体基板中，再形成一堆栈结构于该沟槽内，其中该堆栈结构包括至少一含氮层。之后，形成一含磷氧化层于该含氮层表面。在水蒸气环境中将该含磷氧化层转化为一可蚀刻含氮层的蚀刻液。去除该沟槽内的含磷氧化层，此时含氮层可有效地予以去除。
文档编号H01L21/76GK1855435SQ200510068439
公开日2006年11月1日 申请日期2005年4月28日 优先权日2005年4月28日
发明者简荣吾, 聂再强, 陈汝政 申请人:茂德科技股份有限公司