CN100350566C

CN100350566C - 沟槽的后处理方法与装置

Info

Publication number: CN100350566C
Application number: CNB2004100019663A
Authority: CN
Inventors: 陈美文; 柏雅玲; 王廷熏
Original assignee: Promos Technologies Inc
Current assignee: Promos Technologies Inc
Priority date: 2004-01-16
Filing date: 2004-01-16
Publication date: 2007-11-21
Anticipated expiration: 2024-01-16
Also published as: CN1641838A

Abstract

本发明公开一种沟槽的后处理方法与装置。其中沟槽的后处理方法包括提供一清洗溶液，并将形成有沟槽的晶片浸泡至清洗溶液中，其中沟槽的开口需朝下。在一段时间之后，从清洗溶液中取出晶片。由于在进行沟槽清洗时，将沟槽开口朝下，因此可使清洗溶液确实到达沟槽底部，而扩大沟槽的尺寸且不会破坏沟槽顶部。

Description

沟槽的后处理方法与装置

技术领域

本发明有关一种半导体工艺及其装置，且特别是有关一种沟槽的后处理方法与装置，以扩大沟槽的尺寸且不会破坏沟槽顶部。

背景技术

在半导体元件中沟槽的应用广泛，其中包括深沟槽式电容器(trenchcapacitor)等。而以深沟槽式电容器的沟槽的制造方法为例，通常是利用各向异性干式蚀刻于基底中蚀刻出陡峭的深沟槽，再进行之后的工艺。

一般而言，在深沟槽式电容器的沟槽形成后，通常会进行一道湿式清洗工艺(wet clean process)，以便清除沟槽中的杂质，并且进一步将沟槽的尺寸加深、加大，以增加后续形成的深沟槽式电容器的电容率。而一般的湿式清洗工艺是在室温下将已形成有深沟槽的晶片浸泡于含有碱基化学药剂的一清洗溶液中一段时间，再将晶片从清洗溶液中取出。

不过，在实际运作上却容易发生问题。举例来说，假设湿式清洗工艺的条件是在室温下，并将形成有深沟槽的晶片浸泡于含有氢氧化铵(ammonium hydroxide，化学式为NH₄OH)与去离子水的一清洗溶液中约90秒，其中氢氧化铵与去离子水的体积比为1∶50。之后，可观察得知部分深沟槽在接近其下半部的部位的尺寸无法被扩大，使得同一沟槽有两个直径，而产生所谓的“瓶状(bottle shape)”沟槽。而且，在接近深沟槽开口的部位还有部分相邻沟槽因被过度扩大而有导通的危险。此外，如欲使所有深沟槽的下半部的尺寸都被扩大，而加长湿式清洗工艺的时间至120秒时，就会导致绝大部分的深沟槽在其开口的部位都被蚀穿，而产生深沟槽与深沟槽间短路(DT/DT short)的缺点。

发明内容

本发明的目的就是在于提供一种沟槽的后处理方法，可扩大沟槽的尺寸且不会破坏沟槽顶部。

本发明的再一目的是提供一种沟槽的后处理装置，可轻易达成扩大沟槽的尺寸且不破坏沟槽顶部的目的。

根据前述目的，本发明提出一种沟槽的后处理方法，适于蚀刻后的一沟槽的清洗。这种沟槽的后处理方法包括提供一清洗溶液，再将形成有沟槽的晶片浸泡至清洗溶液中，其中沟槽的开口朝下。之后，从清洗溶液中取出晶片。

依照本发明的优选实施例所述的沟槽的后处理方法，上述从清洗溶液中取出晶片之后更可包括将晶片浸泡于去离子水中一段时间，以增加沟槽的表面粗糙度，再从去离子水中取出晶片。另外，上述的清洗溶液可包括氢氧化铵与去离子水。此外，将晶片浸泡至清洗溶液中的同时可使用超声波震荡，帮助沟槽的清洗。

本发明又提出一种沟槽的后处理装置，包括一槽体以及一水平式晶片载具，其中水平式晶片载具至少包括一卡匣与一移动支架。水平式晶片载具配置于槽体上方，且水平式晶片载具的卡匣是用来水平承载至少一晶片，且使晶片的正面朝下，而移动支架则与卡匣相连，以使卡匣可进出槽体。

本发明因采用沟槽的开口朝下的方式进行如湿式清洗的沟槽的后处理工艺，因此可使清洗溶液顺利进入沟槽底部，并可搭配超声波震荡，以便扩大沟槽的尺寸且不会破坏沟槽顶部。此外，当本发明应用于深沟槽式电容器的制作时，可选择在晶片从清洗溶液中取出后，再将晶片浸泡于去离子水中一段时间，以进一步扩大深沟槽的下半部并增加其表面粗糙度。如此一来，即可因深沟槽表面积的增加，而提升深沟槽式电容器的电容量。再者，本发明还提供如湿式清洗装置的沟槽的后处理装置，可水平放置晶片到湿式清洗用的槽体中，并使晶片的正面朝下，以帮助执行本发明所述的方法时，达到扩大沟槽的尺寸且不破坏沟槽顶部的目的。

为让本发明的上述和其他目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举一优选实施例，并配合附图，作详细说明如下。

附图说明

图1A至图1E是依照本发明一第一实施例的沟槽的后处理的制造流程剖面图；

图2是依照本发明一第二实施例的沟槽式电容器的深沟槽的工艺步骤图；

图3A与图3B分别绘示依照本发明一第三实施例的沟槽的后处理装置的正视图与侧视图。

附图标记说明

10、20、30：晶片 101：氟化氢溶液

102a、102b、102c：去离子水 104：清洗溶液

110：沟槽形成的部位 200～210：步骤

300：沟槽的后处理装置 302：槽体

304：水平式晶片载具 306：卡匣

307：凸缘 308：移动支架

309：晶片出入口 310：超声波震荡器

具体实施方式

第一实施例

图1A至图1E是依照本发明一第一实施例的沟槽的后处理的制造流程剖面图，且此工艺也可应用一般蚀刻后的沟槽的清洗。请先参照图1A，可先将形成有沟槽的一晶片10浸泡至一稀释的氟化氢(HF)溶液101中，以去除沟槽表面的化学或原生氧化物(chemical or native oxide)，其中因图中比例的关系无法清楚绘示出沟槽，故以区域110代表沟槽形成的部位。之后，从氟化氢溶液101中取出晶片10。而且，前述将晶片10浸泡至氟化氢溶液101中的步骤是形成于晶片10中的沟槽的开口(区域110)朝上浸泡于氟化氢溶液101中，同时可配合超声波震荡来清除沟槽表面的化学或原生氧化物。

接着，请参照图1B，利用去离子水(DI water)102a冲洗晶片10，再将晶片10弄干。同时，可提供一清洗溶液(未绘示)，其中含有去离子水与碱基化学药剂(base chemical)，如氢氧化铵(ammonium hydroxide，化学式为NH₄OH)，且氢氧化铵与去离子水的体积比例如约1∶25～1∶200(V/V)。

之后，请参照图1C，将晶片10浸泡至清洗溶液104中一段时间，以扩大沟槽的尺寸，再从清洗溶液104中取出晶片10。而且，前述将晶片10浸泡至清洗溶液104中的步骤是将形成于晶片10中的沟槽的开口(区域110)朝下浸泡于清洗溶液104中，同时可配合超声波震荡来进行这个步骤。本实施例因采用沟槽的开口(区域110)朝下的方式进行湿式清洗工艺，因此可使清洗溶液104顺利进入沟槽底部，以便扩大沟槽的尺寸且不会破坏沟槽顶部。此外，可藉由调整清洗溶液104的温度来加速清洗速率；举例来说，在相同时间内，于室温下浸泡晶片10所获得的沟槽尺寸就比在摄氏60度浸泡晶片10所获得的沟槽尺寸小一点。

然后，请参照图1D，可选择将晶片10浸泡于去离子水102b中一段时间，以增加沟槽的表面粗糙度，其中晶片10浸泡于静止的去离子水(static DIwater)中。而且，前述将晶片10浸泡于去离子水102b中的步骤是将形成于晶片10中的沟槽的开口(区域110)朝下浸泡于去离子水102b中。之后，从去离子水102b中取出晶片10。

接着，请参照图1E，利用去离子水102c冲洗晶片10，再将晶片10弄干。

第二实施例

图2是依照本发明一第二实施例的沟槽式电容器的深沟槽的工艺步骤图。请参照图2，于步骤200中，于一晶片中形成至少一深沟槽。而形成深沟槽的方法例如先于晶片上形成图案化的垫氧化层与硬掩模层，再利用各向异性干式蚀刻，于晶片中蚀刻出深沟槽。其中，硬掩模层例如是氮化硅层。

之后，于步骤202中，提供一清洗溶液，其中含有去离子水与碱基化学药剂，如氢氧化铵。而且，氢氧化铵与去离子水的体积比例如是1∶25～1∶200(V/V)。此外，于步骤200与步骤202之间，先将晶片浸泡至一氟化氢溶液中，以去除深沟槽表面的原生氧化物，再从氟化氢溶液中取出晶片，且将晶片浸泡于氟化氢溶液中时需将形成于晶片中的深沟槽的开口朝上，并可配合超声波震荡。而从氟化氢溶液中取出晶片之后可利用去离子水冲洗晶片，并将晶片弄干。本实施例因采用沟槽的开口朝下的方式进行湿式清洗工艺，因此可使清洗溶液顺利进入沟槽底部，并可搭配超声波震荡，以便扩大沟槽的尺寸且不会破坏沟槽顶部。

接着，于步骤204中，将晶片浸泡至清洗溶液中，其中深沟槽的开口朝下。于此步骤中，晶片浸泡于清洗溶液中的时间可依照决定，譬如数秒至数十秒，以扩大深沟槽的深度与宽度。此外，可藉由调整清洗溶液的温度来加速清洗速率；举例来说，在相同时间内，在摄氏60度浸泡晶片所获得的深沟槽尺寸就比室温下浸泡晶片所获得的深沟槽尺寸大一些。而且，还可同时配合超声波震荡来进行这个步骤。然后，进行步骤206，从清洗溶液中取出晶片。

除此之外，于步骤206之后可选择进行步骤208，将晶片浸泡于一去离子水中一段时间，以增加深沟槽的表面粗糙度。如此一来，即可因深沟槽表面积的增加，而提升深沟槽式电容器的电容量。其中，晶片可浸泡于静止的去离子水。而且，于此步骤中，譬如是将形成于晶片中的深沟槽的开口朝下浸泡于去离子水中。之后，于步骤210中，从去离子水中取出晶片。

为证实本发明确实具有优异的功效，请参考以下的实验数据与表格。

表一是依照本发明的方法所制得的沟槽的尺寸与浸泡于清洗溶液的时间的关系表格，其采用的工艺包括在室温下先将形成有沟槽的晶片浸泡至约1％的氟化氢溶液中2分钟，并配合超声波震荡。之后，从氟化氢溶液中取出晶片，再利用去离子水冲洗晶片，然后将晶片弄干。接着，将晶片浸泡至氢氧化铵与去离子水的体积比为1∶50的清洗溶液中，并配合超声波震荡，其中浸泡时间分别为60秒、90秒与120秒，且晶片中的沟槽的开口需朝下。随后，从清洗溶液中取出晶片，再利用去离子水冲洗晶片，然后将晶片弄干，以备测量其中沟槽的尺寸变化。而一般观察沟槽尺寸的方法是将完成的试片用缓冲氧化硅蚀刻液对晶片进行10秒的处理，以得到较清晰的图案，再将试片切开并利用扫描式电子显微镜观察其剖面，以便获知沟槽的轮廓，进而测量其深度与各部位的直径。

表一

组别		沟槽深度(埃)	沟槽顶部口径(埃)	沟槽中间口径(埃)	沟槽底部口径(埃)	短路
组别		沟槽深度(埃)	沟槽顶部口径(埃)	沟槽中间口径(埃)	沟槽底部口径(埃)	短路	第一组	对照组	7121	198	179	145	无
第二组	60秒	7198	214	190	159	无	第一组	对照组	7121	198	179	145	无
	60秒	7198	214	190	159	无	90秒	7277	230	198	151	无
	120秒	7223	238	198	175	无	90秒	7277	230	198	151	无

请参照表一，其中的第1组是未经过任何处理的深沟槽，而第2组则是依照本发明的方法，且其中晶片浸泡于清洗溶液的时间分别为60秒、90秒与120秒。而从表一中可知，晶片浸泡于清洗溶液中的时间愈长，则沟槽的直径也愈大。而且沟槽间不会发生短路。反之，假使是将晶片中的沟槽的开口朝上浸泡于前述清洗溶液中的话，则会有沟槽顶部被破坏的情形发生，进而导致深沟槽与深沟槽间短路(DT/DT short)。

另外，表二则是依照本发明的方法所得的沟槽的尺寸的数据表格，其采用的工艺包括与上述表一相同的工艺以及另一个在浸泡于清洗溶液之后，再将晶片浸泡于摄氏60度静止的去离子水中5分钟，且晶片中的沟槽的开口需朝下。之后，从去离子水中取出晶片，再另外利用去离子水冲洗晶片，然后将晶片弄干，以备测量其中沟槽的尺寸变化。

表二

	沟槽深度(埃)	沟槽顶部口径(埃)	沟槽中间口径(埃)	沟槽底部口径(埃)	短路
	沟槽深度(埃)	沟槽顶部口径(埃)	沟槽中间口径(埃)	沟槽底部口径(埃)	短路	对照组	7121	198	179	145	无
90秒	7277	230	198	151	无	对照组	7121	198	179	145	无
90秒	7277	230	198	151	无	90秒+摄氏60度浸泡在去离子水中5分钟	7164	230	214	167	无

请参照表二，其中的对照组是未经过任何处理的深沟槽，而从表二中可知，在浸泡于清洗溶液之后将晶片浸泡于摄氏60度静止的去离子水中5分钟，可获得下半部的直径更大的沟槽，且沟槽顶部的直径变化不大。因此，这项数据证明清洗溶液在5分钟内并未被去离子水置换掉，因为假若清洗溶液很快就被去离子水置换掉的话，则晶片不管浸泡多久的去离子水，其沟槽直径应无太大差异，但经由实验证明沟槽的直径会因为浸泡去离子水有增加。而且，浸泡于去离子水中不会使沟槽顶部的直径变宽，因而不会造成深沟槽与深沟槽间短路。

第三实施例

除了第一与第二实施例之外，本发明还提出一种装置，如图3A与图3B所示，其分别绘示依照本发明一第三实施例的沟槽的后处理装置的正视图与侧视图。请参照图3A与图3B，本实施例的沟槽的后处理装置300包括一槽体302以及一水平式晶片载具304，其中水平式晶片载具304至少包括一卡匣306与一移动支架308。水平式晶片载具304配置于槽体302上方，且水平式晶片载具304的卡匣306是用来水平承载晶片30，且使晶片30的正面朝下，而移动支架308则与卡匣306相连，以使卡匣306可进出槽体302。此外，卡匣306的结构可依所需作变化，譬如包括数个凸缘307，用以支撑晶片30，且晶片30的正面朝下。再者，卡匣306更可包括一晶片出入口309(请见图3B)，以方便晶片的放置与取出。另外，可在本实施例的沟槽的后处理装置300中加上一超声波震荡器310与槽体302相连。而本实施例的沟槽的后处理装置可将晶片水平放置到湿式清洗用的槽体中，并使晶片的正面朝下，以助于施行本发明的方法时，达到扩大沟槽的尺寸且不破坏沟槽顶部的目的。

综上所述，本发明的特点在于：

1.本发明因采用沟槽的开口朝下的方式进行湿式清洗工艺，因此可使清洗溶液顺利进入沟槽底部，并可搭配超声波震荡，以便扩大沟槽的尺寸且不会破坏沟槽顶部。

2.当本发明应用于深沟槽式电容器的制作时，可选择在晶片从清洗溶液中取出后，再将晶片浸泡于去离子水中一段时间，以进一步扩大深沟槽的下半部并增加其表面粗糙度。如此一来，即可因深沟槽表面积的增加，而提升深沟槽式电容器的电容量。

3.本发明所提供的沟槽的后处理装置可将晶片水平放置到湿式清洗用的槽体中，并使晶片的正面朝下，以助于施行本发明的方法时，达到扩大沟槽的尺寸且不破坏沟槽顶部的目的。

虽然本发明已以优选实施例公开如上，但是其并非用以限定本发明，本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围的情况下，当可作些许的更动与润饰，因此本发明的保护范围当以所附的权利要求所确定的为准。

Claims

1.一种沟槽的后处理方法，适于对形成于一晶片中的至少一沟槽进行处理，该后处理方法包括：

提供一清洗溶液；

将该晶片浸泡于该清洗溶液中，其中形成于该晶片中的该沟槽的开口朝下；以及

从该清洗溶液中取出该晶片，

其中从该清洗溶液中取出该晶片之后还包括：

以形成于该晶片中的该沟槽的开口朝下的方式将该晶片浸泡于去离子水中一段时间，以增加该沟槽的表面粗糙度；以及

从去离子水中取出该晶片。

2.如权利要求1所述的沟槽的后处理方法，其中该清洗溶液包括氢氧化铵与去离子水。

3.如权利要求2所述的沟槽的后处理方法，其中该清洗溶液的氢氧化铵与去离子水的体积比在1∶25～1∶200之间。

4.如权利要求1所述的沟槽的后处理方法，其中将该晶片浸泡于去离子水中一段时间的步骤包括将该晶片浸泡于静止的去离子水中。

5.如权利要求1所述的沟槽的后处理方法，其中将该晶片浸泡至该清洗溶液中之前，还包括：

以形成于该晶片中的该沟槽的开口朝上的方式将该晶片浸泡至一氟化氢溶液中；以及

从该氟化氢溶液中取出该晶片。

6.如权利要求5所述的沟槽的后处理方法，其中将该晶片浸泡至该氟化氢溶液中的步骤还包括使用超声波震荡。