專利名稱：一種二階段背式刻蝕的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體電路的制造方法，特別是一種具有深溝渠電容器的 動態(tài)隨機存取存儲器的制造方法。
背景技術(shù)：
動態(tài)隨機存取存儲器(Dynamic Random Access Memory, DRAM)是一種半導(dǎo)體存儲器，其主要由晶體管與電容器所構(gòu)成，利用電容器內(nèi)所儲存電荷的 多寡來代表一位(bit)的數(shù)據(jù)，其中一種常用于動態(tài)隨機存取存儲器的電容器 結(jié)構(gòu)是溝渠式(trench)電容器。所謂溝渠式電容器，是指一種將電容器設(shè)置在基板內(nèi)的電容器結(jié)構(gòu)。在制 造溝渠式電容器的過程中，首先利用刻蝕等離子體對基板進行干刻蝕，在基板 內(nèi)刻蝕出溝渠，進而將電容器設(shè)置在溝渠內(nèi)。在制造過程中，為了增加溝渠式 電容器的電容值，常將溝渠制作的較深，具有這種深溝渠結(jié)構(gòu)的電容器被稱為 深溝渠電容器。然而，在制造深溝渠電容器的過程中常會產(chǎn)生溝渠結(jié)構(gòu)缺陷， 導(dǎo)致深溝渠電容器無法儲存電荷，進而產(chǎn)生影響半導(dǎo)體元件品質(zhì)等問題。因此，如何在深溝渠電容器的制造工藝中，清除缺陷的來源，降低缺陷的 產(chǎn)生，提高產(chǎn)品的合格率，實為一重要的課題。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于，提供一種二階段背式刻蝕的方法，用以降低深溝渠電 容器制造工藝中缺陷的發(fā)生率。為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種二階段背式刻蝕的方法，首先，提 供已具有數(shù)層硬罩幕層的基板。接著，第一次背刻蝕基板背面與側(cè)邊，以移除 基板背面與側(cè)邊的部分硬罩幕層。而后，依序圖案化硬罩幕層與基板，在基板 內(nèi)形成數(shù)個溝渠。最后，在進行一濕槽清洗步驟之前，第二次背刻蝕基板側(cè)邊， 以移除位基板側(cè)邊的針狀結(jié)構(gòu)。依照本發(fā)明的一實施例，為了避免在刻蝕時損害基板中央的有效芯片區(qū)， 因此，上述第一次背刻蝕基板側(cè)邊與第二次背刻蝕基板側(cè)邊的步驟，都是在基 板側(cè)邊的無效芯片區(qū)中進行，以分別在基板的側(cè)邊形成第一作用區(qū)與第二作用 區(qū)，且第二作用區(qū)的范圍大于或等于第一作用區(qū)。根據(jù)上述可知，通過第一次背刻蝕與第二次背刻蝕的方式，可以降低缺陷 的發(fā)生率，提高產(chǎn)品的合格率。此外，由于在刻蝕出深溝渠電容器的溝渠的步驟前，己將部份硬罩幕層移除，因此即使提高等離子體的工藝范圍(process window)，也不會產(chǎn)生區(qū)塊缺陷，可使溝渠刻蝕得更深更完整，進而增加深 溝渠電容器的儲存效能。以下結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明進行詳細描述，但不作為對本發(fā)明的 限定。


圖1A-1C為本發(fā)明一實施例的深溝渠電容器的各工藝階段的剖面圖；圖2A-2C為本發(fā)明一實施例的深溝渠電容器的各工藝階段的剖面圖； 圖3為本發(fā)明一實施例的背刻蝕裝置的剖面示意圖。其中，附圖標(biāo)記IOO—基板106—多晶硅層104—氮化硅層102—硼硅酸玻璃層108 —缺陷109—缺陷120—溝渠200—基板200a—正面200b—背面210—有效芯片區(qū)212 —無效芯片區(qū)214—機臺216 —刻蝕液218—氣體224 —第一作用區(qū)228—第二作用區(qū)具體實施方式
為了降低缺陷的數(shù)目，需要先在深溝渠電容器的工藝中，找出缺陷的來源， 進而解決該問題。因此，要對每一工藝步驟進行監(jiān)控，并同時偵測各歩驟中所 產(chǎn)生的缺陷數(shù)量。被監(jiān)控的深溝渠電容器的工藝步驟大致包含先在硅基板上形成數(shù)層硬罩 幕層。該硬罩幕層主要的作用是為了取代一般光刻膠，以圖案化硅基板。這是 由于一般光刻膠無法抵擋刻蝕等離子體長時間的刻蝕，因此為了在硅基板中刻 蝕出深溝渠電容器的溝渠，必須先在圓片的表面形成硬罩幕層，以抵擋等離子 體的刻蝕。接著，依序圖案化這些硬罩幕層。最后，利用圖案化的硬罩幕層， 在硅基板內(nèi)刻蝕出深溝渠電容器的溝渠。同時在上述的工藝過程中，利用斜向 紅外線偵測硅基板的散射光值，以監(jiān)控缺陷產(chǎn)生的數(shù)量。通過偵測的結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在圖案化數(shù)層硬罩幕層的步驟后，以及在硅基板上 刻t蟲出溝渠結(jié)構(gòu)的步驟前，盡管偵測到一些缺陷，但缺陷的數(shù)量并沒有明顯變 化。然而，在硅基板刻蝕出溝渠的步驟后，缺陷的數(shù)量卻明顯劇增，且缺陷發(fā) 生的地方皆靠近硅基板的側(cè)邊。通過上述結(jié)果推測，可能由于在工藝過程中，為了輸送或放置硅基板，需 要用機械手臂抓住硅基板邊緣，因而造成位于硅基板邊緣處的硬罩幕層較容易 剝離，或者遭受刮傷、碰撞，從而導(dǎo)致小部份的缺陷。當(dāng)進行溝渠的刻蝕時， 這些缺陷極易吸引刻蝕等離子體，使刻蝕等離子體聚集在硅基板邊緣，從而在 刻蝕過程中產(chǎn)生大量的生成物。這些生成物會進一歩地堆積在硅基板邊緣，阻 礙刻蝕的進行，從而使硅基板邊緣區(qū)的缺陷驟增，這種現(xiàn)象稱之為區(qū)塊缺陷(chipping effect)。除了上述區(qū)塊缺陷外，在監(jiān)控深溝渠電容器的各工藝步驟中還發(fā)現(xiàn)，在深 溝渠電容器的溝渠刻蝕步驟完成后，在硅基板的邊緣會形成針狀物質(zhì)，該時針 狀物質(zhì)與硅基板相連。在經(jīng)過后續(xù)工藝的濕槽清洗(wetbench)步驟后，該針狀物質(zhì)會斷裂并散布在硅基板的側(cè)邊與中央，從而損壞硅基板的有效芯片。前 述的濕槽清洗主要是利用超音波震蕩的方式，去除硅基板表面因刻蝕工藝所產(chǎn) 的雜質(zhì)。該針狀物質(zhì)產(chǎn)生的原因，可能是由于硅基板的面積過大且其邊緣呈現(xiàn)弧 度，因而在形成硬罩幕層時，硅基板邊緣處所形成的硬罩幕層較薄或不完整， 導(dǎo)致在刻蝕硅基板以形成溝渠的步驟時，無法有效保護硅基板的邊緣，進而在 裸露的硅基板上產(chǎn)生針狀結(jié)構(gòu)。這些針狀結(jié)構(gòu)會在后續(xù)工藝的濕槽清洗步驟中 斷裂，散布在硅基板的邊緣與中央，從而導(dǎo)致缺陷，這種現(xiàn)象被稱為針狀缺陷(needle defect)。在下文中，將提出一種預(yù)防區(qū)塊缺陷與針狀缺陷產(chǎn)生的方法，以提高產(chǎn)品 的合格率。圖1A-1C為本發(fā)明一實施例的一種深溝渠電容器的各工藝階段的剖面圖。 在本實施例中，重點在于如何預(yù)防在刻蝕基板的步驟中所產(chǎn)生的缺陷。因此在 下述實施例中，由形成數(shù)層硬罩幕層的步驟開始敘述，至于其它深溝渠電容器 的前置處理將不再贅述。首先，請參照圖1A，在基板100上依序形成氮化硅層102、硼硅酸玻璃 層(Borosilicate Glass， BSG) 104與多晶硅層106作為刻蝕深溝渠的硬罩幕層。 硬罩幕層材質(zhì)的選擇必須兼顧硬罩幕層的形成厚度與刻蝕的選擇性，以免產(chǎn)生 由于硬罩幕層太厚而刻蝕不完全或因太薄而無法完成深溝渠的刻蝕的問題。在 本實施例中，多晶硅層106與氮化硅層102是使用爐管來進行化學(xué)汽相沉積法 所 f;成的，因此在基板100的背面有多晶硅層106與氮化硅層102。硼硅酸玻 璃層104是使用離子增長型化學(xué)汽相沉積而形成的，因此只覆蓋了基板100 的側(cè)邊邊緣。然而，上述硬罩幕層的材質(zhì)與使用的材料種類及其覆蓋基板的實 際狀況，還是會由于實際需求以及所使用的形成方法而異，此為熟悉半導(dǎo)體技 術(shù)的人員所熟知，不再一一贅述各種變化狀況。此外，在圖1A中，多晶硅層106中的缺陷108只是用于示例，用以說明 造成區(qū)塊缺陷的來源及位置。缺陷108還可能發(fā)生在硼硅酸玻璃層104與氮化 硅層102之處。接著，如圖1B所示，進行第一次背刻蝕，以移除基板100背面與側(cè)邊的 部分多晶硅層106。通過移除位于基板IOO側(cè)邊的部分多晶硅層106，即可連帶移除多晶硅層106內(nèi)的缺陷108。最后，如圖1C所示，可依序圖案化多晶硅層106、硼硅酸玻璃層104與 氮化硅層102。由于缺陷108已在上述步驟中移除，因此即使進行后續(xù)的工藝， 例如，在基板100上進一步刻蝕出深溝渠電容器的溝渠，也不會造成區(qū)塊缺陷。為了證實上述第一次背刻蝕方式的確可以降低區(qū)塊缺陷的發(fā)生率，分別將 兩個進行了與未進行上述第一次背刻蝕處理基板，在刻蝕出溝渠后進行測試。 測試結(jié)果發(fā)現(xiàn)，未經(jīng)第一次背刻蝕處理的基板，基板側(cè)邊的缺陷數(shù)目高達3 萬個，經(jīng)過了第一次背刻蝕處理的基板，其側(cè)邊的缺陷數(shù)目僅有1千個。由此 可矢B，通過上述的第一次背刻蝕處理，可以大幅度預(yù)防基板側(cè)邊區(qū)塊缺陷的發(fā) 生，使缺陷數(shù)目降低約三十倍，對于產(chǎn)品合格率的提高有極大作用。通過前述可知，針狀缺陷的發(fā)生主要是與基板邊緣處的硅層刻蝕不完全所 導(dǎo)致的針狀結(jié)構(gòu)有關(guān)，其主要是發(fā)生在刻蝕基板的步驟之后，濕槽清洗的步驟 之前。因此，在本實施例中，著重描述在刻蝕基板歩驟完成后的工藝，以預(yù)防 針狀缺陷的發(fā)生。至于刻蝕基板歩驟前的前置處理以及第一次背刻蝕等步驟， 則女B前所述。圖2A-2C為本發(fā)明的一實施例，深溝渠電容器的各工藝階段的剖面圖。 根據(jù)上述，在圖2A中，基板100已經(jīng)過第一次背刻蝕處理，因此，基板IOO 的側(cè)邊的部份多晶硅層106已被移除。而后，圖案化多晶硅層106、硼硅酸玻 璃層104與氮化硅層102。在圖2B中，則以圖案化后的多晶硅層106、硼硅酸玻璃層104與氮化硅 層102為罩幕，進一步的利用等離子體在基板100內(nèi)刻蝕出多個溝渠120，用 以設(shè)置深溝渠電容器。在完成溝渠120的形成后，則將圖案化多晶硅層106、 硼硅酸玻璃層104移除。需注意的是，在圖2B中，基板100側(cè)邊的缺陷109， 僅4乍為示例使用，用以代表當(dāng)刻蝕基板時，針狀區(qū)塊缺陷的來源及位置。而后，在圖2C中，利用刻蝕液對基板100側(cè)邊進行第二次背刻蝕，以移 除位于基板IOO側(cè)邊的針狀結(jié)構(gòu)。在此步驟中，可將基板IOO側(cè)邊的針狀結(jié)構(gòu) 移除，此時，即使再進行后續(xù)的工藝，例如濕槽清洗的步驟，也不會造成針狀 結(jié)豐勾的斷裂或?qū)е庐a(chǎn)生針狀缺陷。為了證實上述第二次背刻蝕方式的確可以降低針狀缺陷的發(fā)生率，因此分 別將兩個進行了與未進行第二次背刻蝕處理的基板，在經(jīng)過濕槽清洗后進行測試。測試結(jié)果發(fā)現(xiàn)，未經(jīng)第二次背刻蝕處理的基板，基板側(cè)邊的缺陷數(shù)目約為 l千個，經(jīng)過了第二次背刻蝕處理的基板，其側(cè)邊的缺陷數(shù)目僅有100個。由 此可知，通過上述第二次背刻蝕的方式，可以大幅度預(yù)防針狀缺陷的產(chǎn)生，使 缺陷數(shù)目降低約十倍，對于產(chǎn)品合格率的提高有極大幫助。為了對上述第一次背刻蝕與第二次背刻蝕作更詳盡的說明，請參照圖3， 此為本發(fā)明的一實施例的背刻蝕裝置的剖面示意圖。在圖3中，背刻蝕利用濕刻蝕的方式來進行。如圖所示，基板200以背面200b朝上，正面200a朝下的 方式置于機臺214上，基板200主要包含中央的有效芯片區(qū)210與側(cè)邊的無效 芯片區(qū)212兩部份。為了進行背刻蝕，刻蝕液216由機臺214上方的管線流至 基板200的背面200b，進而覆蓋住整個基板200的背面200b。而后，刻蝕液 216會隨著基板200的側(cè)邊，由基板200的背面200b流向正面200a，以進行 刻蝕。為了避免刻蝕液216的刻蝕范圍超過無效芯片區(qū)212，損害到基板200中 央的有效芯片區(qū)210，因此，在機臺214下方通有氣體218，該氣體218由基 板200的正面200a中央的有效芯片區(qū)210吹向基板200側(cè)邊的無效芯片區(qū)212， 以帶動刻蝕液216的流向，避免刻蝕液216損害到有效芯片區(qū)210。這樣，無 論是第一次背刻蝕或第二次背刻蝕，刻蝕的范圍都僅限于基板200側(cè)邊的無效 芯片區(qū)212，同時，為了完全移除基板200側(cè)邊的針狀結(jié)構(gòu)，第二次背刻蝕的 作用范圍，即第二作用區(qū)228，可大于或等于第一次背刻蝕作用范圍所形成的 第一作用區(qū)224。上述刻蝕液216的選擇依材質(zhì)而異。以上述做為硬罩幕層的氮化硅層102、 硼硅酸玻璃層104與多晶硅層106為例，其刻蝕液216可分別選擇氫氟酸(或 HF/NH3水溶液)、熱磷酸以及HF/HN03水溶液。上述濕式背刻蝕法也可以搭配干式背刻蝕法來進行。以上述的做為硬罩幕 層的氮化硅層102、硼硅酸玻璃層104與多晶硅層106為例，可以先使用濕式 背刻蝕法去除基板IOO背面與側(cè)邊的多晶硅層106，再使用干式背刻蝕法去除 位于基板100側(cè)邊的氮化硅層102與硼硅酸玻璃層104。本發(fā)明中的硬罩幕層的材質(zhì)可以選自由氧化硅、多晶硅、氮化硅以及上述 任意組合所組成的一族群。通過上述實施例可知，在刻蝕硅基板的步驟前后，通過這種背刻蝕的方式，不僅可預(yù)防區(qū)塊缺陷以及針狀缺陷的產(chǎn)生，還可以將刻蝕的區(qū)域范圍限制在無 效芯片區(qū)內(nèi)，不但不會對有效芯片區(qū)造成任何影響，還可以有助于產(chǎn)品合格率 的提高。當(dāng)然，本發(fā)明還可有其他多種實施例，在不背離本發(fā)明精神及其實質(zhì)的情 況下，熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員當(dāng)可根據(jù)本發(fā)明作出各種相應(yīng)的改變和變形，但 這些相應(yīng)的改變和變形都應(yīng)屬于本發(fā)明所附的權(quán)利要求的保護范圍。
權(quán)利要求
1、一種二階段背式刻蝕的方法，其特征在于，該方法至少包含提供一基板，該基板具有多個硬罩幕層；第一次背刻蝕該基板的背面與側(cè)邊，以移除位于該基板背面與側(cè)邊的該硬罩幕層；依序圖案化該硬罩幕層與該基板，以在該基板內(nèi)形成多個溝渠；在進行一濕槽清洗步驟之前，第二次背刻蝕該基板側(cè)邊，以移除位于該基板側(cè)邊的多個針狀結(jié)構(gòu)。
2、 如權(quán)利要求l所述的方法，其特征在于，該硬罩幕層的材質(zhì)選自由氧化硅、多晶硅、氮化硅以及上述任意組合所組成的一族群。
3、 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，第一次背刻蝕該基板側(cè)邊的 步驟與第二次背刻蝕該基板側(cè)邊的步驟分別用濕刻蝕或干刻蝕進行。
4、 如權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，在該干刻蝕步驟中，用一等 離子體進行刻蝕。
5、 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，當(dāng)部份該硬罩幕層的材質(zhì)為 多晶硅時，第一次背刻蝕該基板側(cè)邊的歩驟為一濕刻蝕步驟。
6、 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，當(dāng)部份該硬罩幕層的材質(zhì)為 氧f七硅或氮化硅時，該第一次背刻蝕該基板側(cè)邊的步驟為一干刻蝕歩驟。
7、 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，第一次背刻蝕該基板側(cè)邊的 步驟，與第二次背刻蝕該基板側(cè)邊的步驟，均在該基板側(cè)邊的一無效芯片區(qū)中 進行，以分別形成一第一作用區(qū)以及一第二作用區(qū)，且該第二作用區(qū)的范圍大 于或等于該第一作用區(qū)的范圍。
全文摘要
一種二階段背式刻蝕的方法，該方法包括先提供已具有數(shù)層硬罩幕層的基板。接著，第一次背刻蝕基板背面與側(cè)邊，以移除基板背面與側(cè)邊的部分硬罩幕層。而后，依序圖案化硬罩幕層與基板，以在基板內(nèi)形成數(shù)個溝渠。最后，在進行一濕槽清洗步驟之前，第二次背刻蝕基板側(cè)邊，以移除位于基板側(cè)邊的針狀結(jié)構(gòu)。
文檔編號H01L21/308GK101329991SQ20071010941
公開日2008年12月24日 申請日期2007年6月18日 優(yōu)先權(quán)日2007年6月18日
發(fā)明者王彥鵬 申請人:茂德科技股份有限公司