TWI260745B - Method for fabricating a deep trench capacitor of DRAM - Google Patents

Description

1260745 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係提供一種動態隨機存取記憶體(dynamic random access memory，DRAM)之電容溝渠的製作方法，尤 指一種增加溝渠面積的製作方法。 【先前技術】 隨著各種電子產品朝小型化發展之趨勢，半導體元件設 計的尺寸亦不斷縮小，以符合高積集度、高效能和低耗電 之潮流。以雙倍速同步動態隨機存取記憶體(Double Data Rate-Synchronous Dynamic Random Access Memory， DDR-SDRAM)為例，為提高積集度，溝渠電容結構已成為 業界所廣泛採用之高密度DRAM架構之一。其原理是在半 導體基材中蝕刻出深溝渠並於其内製成溝渠電容，再電連 接垂直型電晶體（vertical transistor)，以有效縮小記憶單元 (memory cell)之尺寸，妥善利用晶片空間。 請參考第1圖至第5圖，其顯示在一半導體基底10上 1260745 形成一深溝渠的習知步驟。首先如第1圖所示，半導體基 底10上已形成有一墊氧化層12以及一氮化矽層14。一般 而言，氮化石夕層14係利用低壓化學氣相沈積(low-pressure chemical vapor deposition, LPCVD)法形成，其厚度約介於 1000至2000埃(入)之間。如第2圖所示，習知製作一深溝 渠之前，需在氮化石夕層14表面上先沈積一 BSG膜16，用 來作為硬遮罩層（hardmask)。一般而言，BSG膜16的厚度 介於7.5k至15k埃之間，硼的濃度約為5.5wt%左右。 如第3圖所示，接著於BSG膜16上形成一圖案化之光 阻層18，且光阻層18具有複數個開口 19用以定義出各深 溝渠之圖案。隨後如第4圖所示，進行一第一乾蝕刻製程， 經由開口 19於BSG膜16及氮化矽層14中蝕刻出一開口 21。如第5圖所示，然後進行第二乾蝕刻製程，利用BSG 膜16為硬遮罩層，再繼續經由開口 21蝕刻墊氧化層12及 半導體基底10，形成深溝渠23。最後再於深溝渠23中依 序形成電容以及垂直型電晶體。 然而隨著製程線寬縮小至0.11微米，在蝕刻、填洞製 程的高寬比（aspect ratio)限制下，溝渠電容的面積也隨之減 少，直接影響到電容的電容值(capacitance)。一般而言，電 1260745 容值的公式可表示如下： C = k 其中，C為電容值，A為極板或電容面積，d為介質厚 度，而k表示介質強度和介質常數的乘積◦當電容值不足 時，會使得儲存在電容内的電何貢訊較難被彳貞測到’造成 讀取操作上的困擾或更新頻率（refresh frequency)的增加， 嚴重影響記憶體的運作效能。因此，在線寬極小的條件下， 如何製作出較大的溝渠電容面積，以有效提高電容的電容 值，實乃當務之急。 【發明内容】 因此本發明之目的在於提供一種增加溝渠面積的製作 方法，以解決習知溝渠電容面積不足的問題。 根據本發明之申請專利範圍中所揭露之增加溝渠面積 的製作方法，係先提供一半導體基底，並於該半導體基底 上形成一墊氧化層以及一氮化矽層。接著於該氮化矽層上 形成沈積一 BSG膜，用來作為硬遮罩層。然後進行一微影 製程，以於BSG膜上形成一光阻層。接著進行一第一乾蝕 刻製程，經由光阻層開口於BSG膜中蝕刻出一開口。隨後 1260745 進行一第二乾蝕刻製程，利用BSG膜為遮罩經由光阻層開 口蝕刻氮化矽層、墊氧化層及半導體基底，形成一深溝渠。 最後再進行一濕蝕刻製程，利用一熱APM(ammonium hydrogen peroxide mixture)溶液結合超音波於45°C溫度中 進一步蝕刻已形成之深溝渠。 由於本發明係利用一 APM溶液並結合超音波姓刻深溝 渠以擴大原有深溝渠之總表面積，因此可有效改善習知因 有限的溝渠面積而影響到電容值之問題。 【實施方式】 如前所述，為了解決溝渠電容面積不足的問題，本發明 係先於半導體基底表面形成一圖案化遮罩層，接著利用圖 案化遮罩層進行姓刻，以形成至少一深溝渠，然後將深溝 渠的底部製作出較寬的空間，使深溝渠的剖面形狀如同一 瓶子，具有頸部和瓶身，亦即所謂的瓶狀深溝渠 (bottle-shaped deep trench)，最後再利用APM溶液並結合 超音波蝕刻瓶狀深溝渠，以使溝渠電容在瓶身部分具有較 大的總表面積，提高電容值，以有效改善習知因有限的溝 渠面積而影響到電容值之問題。 1260745 為了使貴審查委員能更進一步瞭解本發明之特徵及 技術内容，請參閱以下有關本發明之詳細說明與附圖。然 而所附圖式僅供參考與輔助説明用，並非用來對本發明加 以限制者。 請參考第6圖至第10圖。第6圖至第1〇圖為本發明第 一實施例製作一深溝渠之示意圖。如第6圖所示，首先於 半導體基底30表面形成一襯氧化層32，一氮矽化合物層 34堆疊於襯氧化層32上，以及一硼矽玻璃（BSG)層36堆 疊於氮矽化合物層34之上。接著如第7圖所示，形成一圖 案化之光阻層40，覆蓋於硼矽玻璃層36上，用以定義各 深溝渠之位置。隨後進行一第一乾姓刻製程，利用光阻層 40於硼矽玻璃層36中蝕刻出一開口，如第8圖所示。 然後再移除光阻層40，並進行一第二乾蝕刻製程，利 用硼矽玻璃層36為遮罩經由硼矽玻璃層36之開口蝕刻氮 矽化合物層34、襯氧化層32、及半導體基底30，以形成 一深溝渠41，如第9圖所示。其中，值得注意的是，由於 光學接近效應（optic proximity effect)以及钱刻控制等因 素’在第二乾蝕刻製程完成之後，深溝渠41的水平橫截面 牙貝“約略主現橢圓形狀，如第9圖之深溝渠上視圖42所 1260745 示。此外，在本發明之第一實施例中，硼矽玻璃層36、氮 石夕化合物層34和襯氧化層32係構成一圖案化遮罩層38， 而硼矽玻璃層36係為一選擇性製程，在其他情況下，亦可 直接利用氮矽化合物層34與襯氧化層32當做圖案化遮罩 層來進行乾蝕刻製程，形成深溝渠41。 接著如第10圖所示，再進行一濕#刻製程，利用一氨 水-過氣化氫混合溶液(ammonium hydrogen peroxide mixture，APM)並結合超音波震盪來蝕刻深溝渠41，以增加 深溝渠41内壁的總表面積。本發明之濕蝕刻製程的建議參 數條件如下： a· ΑΡΜ溶液之溫度係介於45 °C至68 °C之間； b·超音波功率介於600至800瓦之間； c· APM溶液之蝕刻速度大於1〇埃/1〇分鐘（1〇人/i〇min); 以及 d· APM溶液之氨水-過氧化氬的體積比NH40H:H202:H20 係介於1:1:5〜1:5:50。 由於本發明之濕蝕刻製程係沿著深溝渠41内之半導體基 底30的結晶平面進行蝕刻，故原本呈橢圓截面的深溝渠 41會被蚀刻成一八角形截面狀，如第10圖所示之深溝渠 上視圖43，進而擴大深溝渠41内壁的總表面積。 1260745 請參考第11圖。第11圖為本發明第二實施例製作一瓶 狀深溝渠之示意圖。如第11圖所示，在完成前述之第二乾 蝕刻製程之後，本發明係先於瓶狀深溝渠44之頂部侧壁表 面形成一遮罩層46，然後再利用加熱的APM溶液配合超 音波震盪來直接蝕刻未覆蓋有遮罩層46之瓶狀深溝渠44 侧壁，以形成瓶狀深溝渠44。 本發明第二實施例亦可在瓶狀深溝渠44之頂部側壁表 面形成遮罩層46之後，隨即進行一濕钱刻或乾姓刻製程， 先蝕刻未覆蓋有遮罩層46之瓶狀深溝渠44側壁，以形成 瓶狀深溝渠44，然後再利用加熱的APM溶液配合超音波 震盪沿著結晶平面來蝕刻未覆蓋有遮罩層46之瓶狀深溝 渠44的側壁，以增加瓶狀深溝渠44内壁的總表面積。其 中，遮罩層46可移除於該APM濕蝕刻製程之前，以同時 擴大瓶狀深溝渠44與該頂部側壁之整體總表面積，此外， 遮罩層46亦可移除於該APM濕蝕刻製程之後，用以維持 頂部侧壁之原先面積而只擴大瓶狀深溝渠44之總表面積。 有別於習知技術，本發明係利用一氨水-過氧化氫混合溶 液並結合超音波震盪來蝕刻深溝渠，以擴大原有深溝渠之 總表面積。除此之外，本發明又可應用於在半導體基底上 12 1260745 製作瓶狀深溝渠之方法上。除了可減少習知擴大瓶狀與非 瓶狀深溝渠之複雜步驟，更能有效節省製作瓶狀與非瓶狀 深溝渠之時間與成本。 以上所述僅為本發明之較佳實施例，凡依本發明申請 專利範圍所做之均等變化與修飾，皆應屬本發明之涵蓋範 圍。 【圖式簡單說明】 第1圖至第5圖為習知製作一瓶狀深溝渠方法的製程示意 圖。 第6圖至第10圖為本發明第一實施例製作一深溝渠之示意 圖。 第11圖為本發明第二實施例製作一瓶狀深溝渠之示意圖。 13 1260745 【主要元件符號說明】 10基底 14氮化矽層 18光阻層 21開口 30半導體基底 34氮矽化合物層 38圖案化遮罩層 41深溝渠 43深溝渠上視圖 46遮罩層 12 墊氧化層 16 BSG 膜 19 開口 23 深溝渠 32 襯氧化層 36 硼矽玻璃層 40 光阻層 42 深溝渠上視圖 44 瓶狀深溝渠

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Claims (1)

1260745 十、申請專利範圍： 1. 一種製作深溝渠的方法，該方法包含有下列步驟： 提供一半導體基底； 於該半導體基底表面形成一圖案層； 進行一乾蝕刻製程，利用該圖案層作為硬遮罩（hard mask)蝕刻該半導體基底，以形成至少一深溝渠；以及 進行一濕蝕刻製程，利用一氨水-過氧化氬混合溶液 籲 (ammonium hydrogen peroxide mixture，APM)並結合超音波 蝕刻該深溝渠。 2. 如申請範圍第1項所述之方法，其中該圖案層另包含有 一襯氧化層，以及一氮矽化合物層堆疊於該襯氧化層之上。 3. 如申請範圍第2項所述之方法，其中該圖案層另包含有 籲 一硼矽玻璃（BSG)層，堆疊於該氮矽化合物層之上。 4. 如申請範圍第1項所述之方法，其中該深溝渠係為一瓶 · 狀深溝渠。 15 1260745 其中該方法另包含有下 5·如申請範圍第4項所述之方法 列步驟： 於該深溝渠之頂部侧壁表 餘刻對未覆蓋有該遮罩層 深溝渠。 面形成一遮罩層；以及 之該深溝渠侧壁，形成該瓶狀 其中該遮罩層係移除於 6·如申請範圍第5項所述之方法， 该濕蝕刻製程之前。 如申請範圍第5項所述之方法，其中該遮罩層係移除 濕蝕刻製程之後 ^如”申請範圍第i項所述之方法，#中該祕刻製程係沿 著忒深溝渠内之該半導體基底的結晶平面進行钱刻。 9·如中請範圍第1項所述之方法，其中於該濕_製程 中’該APM溶液之溫度係介於45 °C至68 °C之間 10.如申請範圍帛W所述之方法，其中該超音波功率介於 600至800瓦之間。 16 1260745 11. 如申請範圍第1項所述之方法，其中該APM溶液之蝕 刻速度大於10埃/10分鐘（l〇A/10min)。 12. 如申請範圍第11項所述之方法，其中該APM溶液之氨 水-過氧化氫的體積比NH40H:H202:H20係介於 1:1:5〜1:5:50 〇 十一、圖式： 17