TWI248169B - A method for forming bottle trench and fabricating capacitor having the same - Google Patents

Description

1248169 _案號 93107227 五、發明說明（1) 年月 曰 修毛 【發明所屬之技術領域] 本發明係有關於半導體積體電路的製程技術，特別是 有關於適用於動悲隨機存取記憶體（Dynafflic Rand〇m Access Memory ; DRAM)之溝槽電容用的瓶型深溝槽之形 成方法。 【先前技術】 隨著動態隨機存取記憶體的密度持續地增加，必須減 少記憶單凡（memory cei 1)的尺寸，而記憶單元的尺寸係 決定於微影技術（？11〇1：〇1丨1：]1〇§^01^)的最小解析度。同 時’必須維持一定量的儲存電容以正常地操作DRAM。業界 為了符合兩者（尺寸、電容量）的需求，已經發展出一種在 半導體基底内形成垂直式溝槽（vertical trench)電容。 動態隨機存取記憶體（DRAM)的每個DRAM胞只需要一 個電BB體和一個電谷器’因此相對於其他記憶體而言， DRAM可以達到相當高的積集度，使得⑽龍被廣泛地應用在 電腦及電器產品上。溝槽電容器為一種常見的電容器結 構，其係形成於半導體矽基底中，藉由增加溝槽電容器於 半導體矽基底中的深度可以增加其表面積，以增加其電容 量 °

當DRAM的尺寸縮小，而溝槽儲存電容亦隨之變小，因 此，有需要發展增加儲存電容的方法，例如 底以擴大溝槽下半部而形成瓶型溝槽（bGttle=a+pfd體基 trench)，傳統形成瓶型溝槽的方式主要係採用非等向性 乾蝕刻（anisotropic dry etching)方法，例如盖國直刹

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1248169 93ιη^ 五、發明說明（2) 5，1 1 2，7 7 1，但是上述專一 的方式的效果有限，並n j不的方法將溝槽下半部擴大 目前，如何增加瓶型溝桿軚難j控制，製程也相當複雜。 一項重要課題。而於士、， 電谷儲存畺是積極發展研究的 的研究方向。 5大脱型溝槽電容器的面積是一項重要 【發明内容】 有鑑於此，為了解… ^ 提供一種瓶型溝槽之 ^ 述問題，本發明主要目的在於 方法，以獲得大面穑=、,、方法以及瓶型溝槽電容器之製作 成電容器。 、、瓶型溝槽，並利用此瓶型溝槽製作 本發明之目的之_ 法，以增加瓶型溝揭^於提供一種瓶型溝槽之形成方 件个日的面積。 本發明之目的之- 法，即使採用與習4 在於提供一種瓶型溝槽之形成方 面積較習知為大。π目同的蝕刻條件，仍可使瓶型溝槽的 本發明之目的夕一 > 从l 作方法，利帛提供一種瓶型丨冓槽電容器之製 電容量。 、9大的瓶型溝槽以製作電容器，可增加 本發明之主|壯 U10}面，由於uln徵在於使形成之溝槽側壁面為基底的 壁面）快，所以在鱼H之Λ刻/率較ί100丨面（習知溝槽側 样。 障况下，可獲侍較習知面積大的瓶型溝 為獲致上述之日, ^ Q〇 Lp? t ______^的’本毛明&出一種瓶型溝槽之形成 1248169

曰yu ^ ^ 一日日格結構包含體心立方之基底。择著， 形成一溝槽於上述基底内，使露出於上述溝槽側壁之基广 表面係{110 }。最後，等向性蝕刻露出於上述溝槽之基太底& 表面’以擴大上述溝槽面積。 - 、為獲致上述之目的，本發明提出一種瓶型溝槽之形 方法’此方法的步驟主要係包括： 方法’此方法的步驟主要係包括：

百先，提供一基底，其上覆蓋有一光阻層。將基底旋 轉一角度並對光阻層進行一微影程序，以在其中形成一 形開口圖案並露出該基底表面，其中矩形開口圖案之 因方疋轉基底而大體平行該基底之{丨i 0丨面。接著，蝕刻露又 出的基底，以在其中形成一溝槽，其中溝槽側壁表面係基 底之{110}面。之後，於溝槽之上半部之側壁表面形成: 蝕刻保護層並以蝕刻保護層作為罩幕，等向性蝕刻溝槽之 下半部之基底，以形成一瓶型溝槽。 θ ^ 基底可包括一矽晶圓。蝕刻保護層可包括氮化矽或二 氧化矽。再者，上述等向性蝕刻可包括濕蝕刻（wet etching)。再者，濕蝕刻之蝕刻劑可為£〇{1、NH4〇ii、 HNO3、或關3。再者，基底旋轉的角度可為45。 、135。、 2 2 5 ° 、或 3 1 5。。

本發明又提出一種瓶型溝槽電容器之製作方法，此 法的步驟主要係包括： 首先，提供一基底，其上依序形成有一罩幕層及一光 阻層。將基底旋轉一角度並對光阻層進行一微影程序，以 在其中形成一矩形開口圖案並露出罩幕層表面，其中矩彤

0548-9l60TWfl(4.5) ； 91143 ； Shine.ptc 第8頁 轉基底而 的罩幕層 的基底表 表面，以 {11 0 }面 c 保護層並 部之基底 部之基底 應性形成 述目的、 ，並配合 修正

大體平 ’以將 面 〇之 在其中 •之後 以钱刻 ’以形 中形成 一介電 特徵和 所附圖 1248169 案號 93107227 五、發明說明（4) 開口圖案之邊長因旋 面3接著，蝕刻露出 該罩幕層並露出下方 著，钱刻露出的基底 槽側壁表面係基底之 側壁表面形成一姓刻 向性敍刻溝槽之下半 著，於瓶型溝槽下半 瓶型溝槽之内表面順 中形成一上電極。 為使本發明之上 下文特舉較佳實施例 下： 行該基底之{1 1 〇 } 矩形開口圖案轉移至 後’去除光阻層。接 形成一溝槽，其中溝 ’於溝槽之上半部之 保護層作為罩幕，等 成一瓶型溝槽。接 一下電極。最後，於 層並接著於瓶型溝槽 優點能更明顯易懂， 式’作詳細說明如 【實施方式】 實施例1 以下請配合參考第1圖、第3圖之矽材質的晶體結構示 思圖與第2 A圖至第2 D圖之結構剖面圖，說明根據本發 一較佳實施例。 月之

首先，請參照第2 A圖，提供一基底1 〇 1。在本實施例 中’基底101可為半導體石夕晶圓，如第1圖所示，碎整體上 係屬於鑽石結構（diamond structure)，當以局部觀之， 虛線部份係體心立方（body - cent ered cub i c ; BCC)結構。 接著，在基底101上方塗覆一光阻層103。 接著，進行本發明之關鍵步驟，將基底1 0 1旋轉一角

0548-9160TWfl(4.5) ； 91143 ； Shine.ptc 第 9 頁 " --- 1248169 _案號 93107227_年月日_修正__ 五、發明說明（5) 度，並對光阻層1 〇 3進行一微影程序以在其中形成一矩形 開口圖案103a亚露岀下方的基底1〇1表面。其中，矩形開 口圖案103a之邊長因旋轉基底ιοί而大體平行基底ιοί之 U 1 〇 }面。一般而言，微影設備係對準於基底1 〇 1的< 1 〇 〇 > 方向。因此，在本實施例中，可將基底丨0 1旋轉45。、 135 、225 、或315°而使其由原本的<1〇〇>方向對準於 <11 0>方向。

接者’可利用非等向性飯刻法（a n i s 0 p t r 〇 p i c etching)，例如：電漿乾蝕刻（plasma dry etching)，蝕 刻矩幵;^開口圖案1 〇 3 a下方露出的基底i 〇 i，以形成一溝槽 1 0 2於基底1 0 1内。如此一來，使得露出於溝槽丨〇 2側壁表 面係基底101之{110}面。再者，溝槽1〇2可區分為一上半 部I與一下半部I I。 接下來，請參照第2 B圖，形成 蝕刻保護層1 0 4於溝 槽102之上半部I侧壁表面。蝕刻保護層1〇4之較佳實施例 為習知製作瓶型溝槽時製作於溝槽上半部之保護環（anti c〇llar)，其材質可為二氧化矽。再者，蝕刻保護層ι〇4 要係用以在後續银刻溝槽102下半部π以擴大其面積時， 提供溝槽1 02上半部I的防護，其形成方法可以任何知

保護環製作方法而獲得，此非本發明的主要特徵，j 加以贅述。 ’ 之後，請參照第2C圖，以姓刻保護層1〇4為 如以濕蝕刻法Uet e tch i ng )等向性蝕刻丨〇6溝槽丨= 圖所示’可形成一瓶型溝槽l〇2a。濕蝕刻之蝕^如第2D 一 _ — 只之姓刻劑可包括

0548-9160ΊΠνΠ(4.5) ； 91143 ； Shine.ptc 第10頁 部II之基底101，以擴大溝槽102下半部 案號 93107227 一年 1248169 月 修正 五、發明說明（6) KOH、NH40H、HN〇3、或叫。 請參照弟3圖，實線表示{丄〇 〇 }面，虛線表示⑴^ 面，由於{11〇}面所包含的單位原子數（unit at〇mic number)較{100丨面多，因此，相同蝕刻條件下，Ul0}面 的蝕刻速率會比{100}面的蝕刻速率快。根據本發明之方 法，溝槽1 0 2側壁面係基底丨〇 i之u丨〇 }面，而非習知之 U00}面，因此根據本發明所獲得之瓶型溝槽1〇2&的面積 可增大。即使採用與習知相同的#刻條件，仍可使瓶型溝 槽的面積較習知為大。 實施例2 以下明配合參考第1圖、第3圖之矽材質的晶體結構示 意圖與第4A圖至第4J圖之結構剖面圖以及第5圖之局部溝 槽配置俯視圖，說明利用根據本發明之瓶型溝槽之形成方 法以製作瓶型電容器之一較佳實施例。 f先，請參照第4A圖，提供—基底4〇()。在本實施例 中，基底400可為半導體石夕晶圓，如第i圖所示，石夕整體上 係屬於鑽石結構，當以局部觀之，虛線部份係體心立方 (BCC)結構。接著，在基底4 〇〇上方形成一罩幕層4〇6，其 可為單層結構或數層的堆疊結構。如圖中所示，罩幕層 406較佳是由一層墊氧化層402與一層較厚的氮化矽層/〇4 所組成。之後，在罩幕層406上方塗覆一光阻層4〇7。 接著，進行本發明之關鍵步驟，將基底4〇〇旋轉一角 度，並對光阻層407進行一微影程序以在其中形成一矩形 開口圖案407a並露出下方的罩幕層4〇6表面。直中，矩形

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第11頁 1248169 _案號 93107227_年月曰_修正 _ 五、發明說明（7) 開口圖案4〇7a之邊長因旋轉基底400而大體平行基底400之 U 1 0 }面。如之前所述，微影設備係對準於基底4 〇 〇的 < 1 0 0 >方向。因此，在本實施例中，可將基底4 〇 〇旋轉 45。 、135。 、2 2 5。、或315。而使其由原本的<1〇〇>方向 對準於<1 10>方向。 接著，蝕刻矩形開口圖案40 7a下方露出的罩幕層406 ，以將矩形開口圖案407 a轉移至罩幕層406而形成一矩形 開口 406a而露出下方的基底400表面。如此一來，矩形開 口 40 6a的邊長亦大體平行基底40 0之{ 1 1 〇 }面。 接著’請參照第4 B圖，去除光阻層4 0 7。之後，可利 用非等向性银刻法（anisoptropic etching)，例如：電裝 乾蝕刻（plasma dry etching)，蝕刻矩形開口406a下方露 出的基底400，以形成一溝槽408於基底400内。如此一 來，使得露出於溝槽408侧壁表面係基底40 0之{ 11〇 }面。 再者，溝槽408可區分為一上半部III與一下半部Iv。 接著，例如利用化學氣相沈積法（c h e m i c a 1 v a ρ 〇 r deposit ion ;CVD)並且採用二氯矽烷與氮氣或氨氣為主要 反應氣體而在溝槽408的表面順應性形成厚度大約丨5〜3〇埃 的氮化矽薄層41 0。 、 然後’清參照弟4 C圖’在氮化砍薄層4 1 0上方塗覆— 光阻層（未繪示）並填入溝槽4 0 8内，然後利用蝕刻法以 去除位於溝槽40 8上半部I I I的光阻層，以留下溝槽4〇8下 半部I V的光阻層，作為氮化物餘刻時的遮蔽材料41 2。 接下來，請參照第4 D圖’利用填酸溶液來當作鍅刻 劑’以座银刻未被遮蔽材料41 2保護的氣化碎薄層4 1 〇，

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露出溝槽408上半部I II的半導體基底4〇〇表面，此時僅 下部分亂化發薄層4 1 0 a。 接下來，請參照第4E圖，去除光阻材料構成的蝕刻 蔽材料412，以露出位於溝槽4〇8下半部Iv的氮化薄層41〇^ 表面。 然後，請參照第4 F圖，在6 5 0 °C〜8 0 〇 °c的高溫下，並 且通以氧氣及/或水氣以在溝槽4〇8的上半部πι的半導體 基底400進行快速熱製程（rapid thermal oxidatian ;— RTO)，以形成厚度50〜2 0 0埃的二氧化矽薄層414以做為後 續瓶型濕蝕刻（wet bottling)的蝕刻保護層。 接下來，請參照第4 G圖，以適當蝕刻液去除溝槽表面 之氮化矽層4 04與溝槽下半部IV之氮化矽薄層41〇a。 接下來，請參照第4H圖，以二氧化矽薄層414做為蝕 刻保護層，例如以濕蝕刻法（wet etching)等向性蝕刻41 3 /冓槽408下半部IV之基底40G ’以擴大溝槽4〇8下半部IV之 面積。如第41圖所示，可形成一瓶型溝槽4〇8a。濕蝕刻之 蝕刻劑可包括koh、nh4oh、hno3、或NH3。 睛參照第3圖’實線表示{1 〇 〇 }面，虛線表示丨1 1 〇 } 面，由於{110}面所包含的單位原子數（unU atomic number)較{100}面多，因此，相同蝕刻條件下，Ul〇丨面 的蝕刻速率會比{1 0 0 }面的蝕刻速率快。根據本發明之方 法，溝槽408側壁面為基底4 0 0之{110}面，而非習知之 U00}面’因此根據本發明所獲得之瓶型溝槽4〇8a的面積 可增大。即使採用與習知相同的飯刻條件，仍可使瓶型溝 槽408a的S積較習知為大。另外，請參照第5圖，其繪示

0548-9160TlVfl(4.5) ； 91143 ； Shine.ptc 1248169 _柔號 93107227 五、發明說明（9) :置俯視圖。實線溝槽4 08係表示旋轉基底4。〇 奴〜溝槽，虛線溝槽係表示未旋轉基底4〇()所彬杰之 二如圖戶…根據本發明所獲得之溝槽4〇8的關鍵圖 ΐίΖ ltlcal dimension ;CD )可增大。亦即，可於 面積較大的瓶型溝槽。再者，兩虛線溝槽之 1取^距離為d。然而，根據本發明之方法，兩溝槽ms (m距此離為d ’ t大於兩虛線溝槽之間最小距離為d (D>d)。因此，即使溝槽408的關鍵圖形尺寸增加 成的瓶型電容器不容易接觸而短路。 灸、’’貝$ 接著，請參照第4J圖，形成一下電極416於 溝 购内之基底40 0中。例如先順應性 ^槽 該摻雜物例如為珅（AS)，然後利用熱處序雜m 驅入瓶型溝槽4G8a内的基底中，以做為下序電將該乡雜物 接著’請參照第4K圖，先將摻雜氧化 ，除，再於瓶型溝槽4〇8a内表面順應性形成一 乳化物之介電層418。 貝U如為 最後，請參照第4L圖，在瓶型溝 材質層420，例如一多晶矽層，以 ^内形成一導電 來，便完成瓶型電容器之製作。，、、、電極。如此一 本發明雖以較佳實施例揭露如上，缺 本發明的範圍，任何熟習此項 並非用以限定 精神和範圍内，當可做各種的更二：不：離本發明之 保護範圍當視後附之申請專==者=本發明之

1248169 _案號93107227_年月日__ 圖式簡單說明 第1圖係顯示矽材質之晶體結構示意圖。 第2A圖至第2D圖係顯示根據本發明實施例之瓶型溝槽 形成方法之剖面示意圖。 第3圖係顯示體心立方（BCC)之晶體結構示意圖。 第4A圖至第4L圖係顯示根據本發明實施例之瓶型溝槽 電容器製作方法之剖面示意圖。 第5圖係顯示局部溝槽配置之俯視圖。 【主要元件符號說明】 101、 40 0〜基底； 102、 40 8〜溝槽； 102a、408a〜瓶型溝槽； 103、 407〜光阻層； 103a、4 0 7a〜矩形開口圖案； I、I I I〜溝槽上半部； I I、IV〜溝槽下半部； 1 0 4〜蝕刻保護層； 1 0 6、41 3〜等向性蝕刻； 4 0 2〜塾氧化層； 4 0 4〜氮化矽層； 40 6〜罩幕層； 40 6a〜矩形開口 ； 410〜氮化碎薄層； 41 2〜遮蔽材料； 41 0 a〜部分氮化矽薄層；

0548-9160TWfl(4.5) ； 91143 ； Shine.ptc 第15頁 1248169 案號93107227 年月日 修正

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Claims (1)

1248169 案號 93107227 年 月 修正 六、申請專利範圍 1. 一種瓶型溝槽之形成方法，包括下列步驟： 提保一基底，其上覆蓋有一光卩且層； 將該基底旋轉一角度並對該光阻層進行一微影程序， 以在其中形成一矩形開口圖案並露出該基底表面，其 中該矩形開口圖案之邊長因旋轉該基底而大體平行該基底 之{ 11 0丨面； 蝕刻該露出的基底，以在其中形成一溝槽，其中該溝 槽側壁表面係該基底之{ 11 0 }面； 於該溝槽之上半部之側壁表面形成一蝕刻保護層；以 及 以該蝕刻保護層作為罩幕，等向性蝕刻該溝槽之下半 部之該基底，以形成一瓶型溝槽。 2. 如申請專利範圍第1項所述之瓶型溝槽之形成方 法，其中上述基底包括一石夕晶圓。 3. 如申請專利範圍第1項所述之瓶型溝槽之形成方 法，其中該钱刻保護層包括二氧化石夕。 4. 如申請專利範圍第1項所述之瓶型溝槽之形成方 法，其中該等向性#刻包括濕#刻（weΐ e t ch i n g)。 5 .如申請專利範圍第4項所述之瓶型溝槽之形成方 法，其中該濕钱刻之#刻劑係Κ Ο Η、Ν Η4 Ο Η、Η N 03、或N H3。 6. 如申請專利範圍第1項所述之瓶型溝槽之形成方 法，其中該基底係由<100〉方向旋轉至<110〉方向。 7. 如申請專利範圍第1項所述之瓶型溝槽之形成方 法，其中該角度為45° 、135 ° 、22 5 ° 、或315 ° 。

0548-9160TWfl(4.5) ； 91143 ； Shine.ptc 第17頁 1248169 案號 93107227 年 月 修正 六、申請專利範圍 8 . —種瓶型溝槽電容器之製作方法，包括下列步驟： 提供一基底； 在該基底上方形成一罩幕圖案層，其中該罩幕圖案層 具有一矩形開口以露出該基底表面，且該矩形開口之邊長 大體平行該基底之{110}面； 蝕刻該露出的基底，以在其中形成一溝槽，其中該溝 槽側壁表面係該基底之{ 11 0 }面； 於該溝槽之上半部之側壁表面形成一蝕刻保護層； 以該蝕刻保護層作為罩幕，等向性蝕刻該溝槽之下半 部之該基底，以形成一瓶型溝槽； 於該瓶型溝槽下半部之該基底中形成一下電極； 於該瓶型溝槽之内表面順應性形成一介電層；以及 於該瓶型溝槽中形成一上電極。 9.如申請專利範圍第8項所述之瓶型溝槽電容器之製 作方法，其中形成該罩幕圖案層更包括下列步驟： 在該罩幕層上方形成一光阻層； 將該基底旋轉一角度並對該光阻層進行一微影程序， 以在其中形成一矩形開口圖案並露出該罩幕層表面， 其中該矩形開口圖案之邊長因旋轉該基底而大體平行該基 底之{1 10}面； 蝕刻該露出的罩幕層，以將該矩形開口圖案轉移至該 罩幕層；以及 去除該光阻層。 1 0 .如申請專利範圍第9項所述之瓶型溝槽電容器之製

0548-9160TWfl(4.5) ； 91143 ； Shine.ptc 第18頁 1248169 案號 93107227 年 月 曰 修正 六、申請專利範圍 作方法，其中該基底係由< 1 〇 〇 >方向旋轉至< 11 〇 >方向。 11.如申請專利範圍第9項所述之瓶型溝槽電容器之製 作方法，其中該角度為45° 、135° 、225° 、或315° 。 1 2.如申請專利範圍第8項所述之瓶型溝槽電容器之製 作方法，其中上述基底包括一石夕晶圓。 1 3.如申請專利範圍第8項所述之瓶型溝槽電容器之製 作方法，其中該罩幕圖案層包括一墊氧化層及一氮化矽 〇 1 4.如申請專利範圍第8項所述之瓶型溝槽電容器之製 作方法，其中該蝕刻保護層包括二氧化矽。 1 5.如申請專利範圍第8項所述之瓶型溝槽電容器之製 作方法，其中該等向性#刻包括濕#刻（w e t e ΐ c h i n g)。 1 6 .如申請專利範圍第1 5項所述之瓶型溝槽電容器之 製作方法，其中該濕蝕刻之蝕刻劑係KOH、ΝΗ40Η、M03、 或NH3。 1 7.如申請專利範圍第8項所述之瓶型溝槽電容器之製 作方法，其中該介電層包括氧化物。 1 8.如申請專利範圍第8項所述之瓶型溝槽電容器之製 作方法，其中該上電極包括複晶矽。

0548-9160TWfl(4.5) ； 91143 ； Shine.ptc 第19頁