CN100388432C - 深沟渠的制备方法及其蚀刻混合液 - Google Patents

Abstract

本发明的深沟渠的制备方法首先利用干蚀刻技术在硅基板之中形成沟渠，接着涂布蚀刻混合液于该硅基板表面及该沟渠之中。然后除去在该沟渠预定深度以上的蚀刻混合液，并利用保留在该沟渠中的蚀刻混合液进行蚀刻工艺，以蚀刻该预定深度以下的硅基板而形成深沟渠。该蚀刻混合液包含输送溶液及蚀刻剂，且该输送溶液的粘度大于该蚀刻剂的粘度。该输送溶液可为旋涂式玻璃或光刻胶，而该蚀刻剂可为氢氧化四甲铵、氨水或氢氟酸，其中，该蚀刻液为氢氧化四甲铵时，该输送溶液与该蚀刻剂的体积比例介于50∶1至25∶1之间；该蚀刻剂为氨水或氢氟酸时，该输送溶液与该蚀刻剂的体积比例介于50∶1至20∶1之间。

Description

深沟渠的制备方法及其蚀刻混合液

技术领域

本发明涉及一种深沟渠(deep trench)的制备方法及其蚀刻混合液，特别涉及一种可应用于高积集度动态随机存取内存的深沟渠的制备方法及其蚀刻混合液。

背景技术

动态随机存取内存的存储单元系由硅基板上的金属氧化物场效晶体管与电容器构成，其中该晶体管的源极系电连接于该电容器的上层储存电极。电容器可分为堆栈式和深沟渠式二种型态。堆栈式电容器是直接在硅基板表面形成电容器，而深沟渠式电容器则是在硅基板内部形成电容器。近年来，动态随机存取内存的集积度随着半导体工艺技术的创新而快速地增加。只是，欲达成高集积度的目的，必须缩小存储单元的尺寸，亦即必须缩小晶体管与电容器的尺寸。

图1为已知的深沟渠10的示意图。如图1所示，该深沟渠10的制备方法首先在硅基板12上形成硬掩模层14及光刻胶层16，再利用光刻工艺在该光刻胶层16上形成二开口18。之后，再利用非等向性蚀刻技术(例如反应性离子蚀刻工艺或等离子体蚀刻工艺)蚀刻除去该二开口18正下方的硬掩模层14及硅基板12，以在该硅基板12之中形成二深沟渠10。随着该深沟渠10的孔径越小，该深沟渠10的轮廓将难以保持垂直，而形成上宽下窄的轮廓。

电容值正比于电容器的电极板表面积，而深沟渠电容器的电极板表面积是深沟渠的深度与圆周面积的乘积，其中圆周面积与深沟渠的孔径尺寸有关。随着DRAM工艺持续缩小，深沟渠的孔径尺寸亦随之缩小，已知技术制备的深沟渠10因而无法提供足够的电极板表面积。再者，随着DRAM工艺持续缩小，隔离二深沟渠10的局部硅基板20的宽度亦随之缩小。该局部硅基板20可能在蚀刻工艺中被蚀刻除去而导致二深沟渠10彼此相连接，使得后续形成的电容器因形成电气连接而失效。

发明内容

本发明的主要目的是提供一种深沟渠的制备方法及其蚀刻混合液。

为达成本发明的目的，本发明揭示一种深沟渠的制备方法及其蚀刻混合液。本发明的制备方法首先利用干蚀刻技术在硅基板的中形成沟渠，接着涂布蚀刻混合液于该硅基板表面及该沟渠之中。然后除去在该沟渠预定深度以上的蚀刻混合液，并利用保留在该沟渠中的蚀刻混合液进行蚀刻工艺，以蚀刻该预定深度以下的硅基板而形成深沟渠。之后，再利用去离子水清洗该硅基板以除去在该深沟渠中的蚀刻混合液。该蚀刻混合液包含输送溶液及蚀刻剂，且该输送溶液的粘度大于该蚀刻剂的粘度。该输送溶液可为旋涂式玻璃或光刻胶，该蚀刻剂可为氢氧化四甲铵，而该输送溶液与该蚀刻剂的体积比例介于50∶1至25∶1之间。此外，该蚀刻剂亦可为氨水或氢氟酸，而该输送溶液与该蚀刻剂的体积比例介于50∶1至20∶1之间。

相较于已知技术，本发明制备该深沟渠的方法可扩大其底部的直径以增加表面积，因而后续形成于该深沟渠内的电容器可具较大的电容值。亦即，本发明可应用于制备高积集度的动态随机存取内存的存储单元的电容器。再者，本发明仅利用保留在该沟渠中的蚀刻混合液局部蚀刻在该预定深度以下的硅基板，并不会蚀刻隔离二沟渠的硅基板，因此形成的深沟渠的顶端不会彼此相连接。

图式简要说明：

图1为已知的深沟渠的示意图；

图2至图5表示本发明的深沟渠的制备方法。

10深沟渠        12硅基板

14硬掩模层      16光刻胶层

18开口          20局部硅基板

30沟渠          32硅基板

34蚀刻混合液    36预定深度

38局部硅基板    40深沟渠

具体实施方式

图2至图5表示本发明的深沟渠40的制备方法。如图2所示，本发明首先在硅基板32上利用干蚀刻工艺形成二沟渠30。随着该沟渠30的孔径越小，干蚀刻工艺制备的沟渠30的轮廓难以保持垂直，而形成上宽下窄的轮廓。之后，涂布蚀刻混合液34于该硅基板32的表面及该沟渠30之中，如图3所示。

该蚀刻混合液34包含输送溶液及蚀刻剂，且该输送溶液的粘度大于该蚀刻剂的粘度。该输送溶液可为旋涂式玻璃(SOG)或光刻胶，该蚀刻剂可为氢氧化四甲铵(Tetramethylammonium Hydroxide，TMAH)，而该输送溶液与该蚀刻剂的体积比例介于50∶1至25∶1之间。此外，该蚀刻剂亦可为氨水(NH₄OH)或氢氟酸(HF)，而该输送溶液与该蚀刻剂的体积比例介于50∶1至20∶1之间。

由于该沟渠30的孔径相当小(约200纳米)，氢氧化四甲铵、氨水及氢氟酸等蚀刻剂的粘度较小(表面张力较大)而不易于流入该沟渠30之中，具有较大粘度的输送溶液与该蚀刻剂混合而成的蚀刻混合液34因具有较大粘度而可流入该沟渠30之中。换言之，该输送溶液用以将该蚀刻剂输送至该沟渠30之中。

请参考图4，除去在该硅基板32表面及该沟渠30预定深度36以上的蚀刻混合液34，而保留部分蚀刻混合液34在该预定深度36以下的沟渠30的中。在该预定深度36以上的蚀刻混合液34可利用干蚀刻工艺或湿蚀刻工艺除去。此外，若该输送溶液是光刻胶，则可利用光刻技术除去该预定深度36以上的蚀刻混合液34。例如，先进行曝光工艺以使欲除去的蚀刻混合液34照光而进行光化学反应，使得其内含的光刻胶转换成可由显影液溶解的结构。之后，再进行显影工艺以显影液除去该预定深度36以上的蚀刻混合液34。

请参考图5。利用在该沟渠30中的蚀刻混合液34进行蚀刻工艺，以蚀刻该预定深度36以下的硅基板32而形成二深沟渠40。之后，再利用去离子水清洗该硅基板32以除去在该深沟渠40中的蚀刻混合液34。若该蚀刻混合液34的刻蚀剂是氨水或氢氟酸，则进行该蚀刻工艺时可将该硅基板32加热至约50℃以促进蚀刻反应速率。

相较于已知技术，本发明制备该深沟渠40的方法可扩大其底部的直径以增加表面积，因而后续形成于该深沟渠40内的电容器具有较大的电容值。亦即，本发明可应用于制备高集度的动态随机存取内存的存储单元的电容器。

再者，本发明仅利用保留在该沟渠30中的蚀刻混合液局部蚀刻在该预定深度以下的硅基板32，并不会蚀刻在该预定深度36上方用以隔离二沟渠30的局部硅基板38。换言之，在该预定深度36以上的沟渠30的轮廓并不会因利用该蚀刻混合液34进行的蚀刻工艺而改变，因此，本发明制备的深沟渠40的顶端不会因过度蚀刻而彼此相连接，后续形成于该深沟渠40中的电容器并不会因形成电连接而失效。

本发明的技术内容及技术特点已揭示如上，然而熟悉本项技术的人士仍可能基于本发明的教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，并为所附权利要求书所涵盖。

Claims (16)

1.一种深沟渠的制备方法，包含下列步骤：

提供基板；

形成沟渠于该基板之中；

涂布蚀刻混合液于该基板表面及该沟渠之中；

除去在该沟渠预定深度以上的蚀刻混合液；

进行蚀刻工艺，利用在该沟渠中的蚀刻混合液蚀刻该预定深度以下的基板而形成深沟渠；以及

除去在该深沟渠中的蚀刻混合液。

2.根据权利要求1所述的深沟渠的制备方法，其中该蚀刻混合液包含输送溶液及蚀刻剂，且该输送溶液的粘度大于该蚀刻剂的粘度。

3.根据权利要求2所述的深沟渠的制备方法，其中该输送溶液是旋涂式玻璃或光刻胶。

4.根据权利要求2所述的深沟渠的制备方法，其中该蚀刻剂是氢氧化四甲铵，而该输送溶液与该蚀刻剂的体积比例介于50∶1至25∶1之间。

5.根据权利要求2所述的深沟渠的制备方法，其中该蚀刻剂是氨水或氢氟酸。

6.根据权利要求5所述的深沟渠的制备方法，其中该输送溶液与该蚀刻剂的体积比例介于50∶1至20∶1之间。

7.根据权利要求5所述的深沟渠的制备方法，其中进行该蚀刻工艺的步骤包含加热该基板至50℃。

8.根据权利要求1所述的深沟渠的制备方法，其中除去在该沟渠预定深度以上的蚀刻混合液的步骤利用干蚀刻工艺。

9.根据权利要求1所述的深沟渠的制备方法，其中除去在该沟渠预定深度以上的蚀刻混合液的步骤利用湿蚀刻工艺。

10.根据权利要求1所述的深沟渠的制备方法，其中除去在该沟渠预定深度以上的光刻胶的步骤包含下列次步骤：

进行曝光工艺；以及

进行显影工艺以除去该光刻胶。

11.根据权利要求1所述的深沟渠的制备方法，其中还包含在该蚀刻工艺之后利用去离子水清洗该深沟渠的步骤。

12.一种蚀刻混合液，包含输送溶液及蚀刻剂，其中该蚀刻剂可蚀刻硅，而该输送溶液的粘度大于该蚀刻剂的粘度。

13.根据权利要求12所述的蚀刻混合液，其中该输送溶液是旋涂式玻璃或光刻胶。

14.根据权利要求12所述的蚀刻混合液，其中该蚀刻剂是氢氧化四甲铵，而该输送溶液与该蚀刻剂的体积比例介于50∶1至25∶1之间。

15.根据权利要求12所述的蚀刻混合液，其中该输送溶液与该蚀刻剂的体积比例介于50∶1至25∶1之间。

16.根据权利要求15所述的蚀刻混合液，其中该蚀刻剂是氨水或氢氟酸。

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