专利名称：蚀刻半导体基底的方法
技术领域：
本发明涉及一种半导体基底的蚀刻方法，特别是涉及一种动态随机存取存储器的深沟槽结构的蚀刻方法。
背景技术：
在现有DRAM工艺中，湿蚀刻工艺为一极为重要的工艺步骤。而在一般湿蚀刻工艺步骤里，稀释的氢氟酸经常用来作为一蚀刻半导体晶片的蚀刻剂，且湿蚀刻工艺一般以喷洒(spray)或浸泡(dip)方式所完成。此外，在一般湿蚀刻工艺中，半导体基底经常需要经过一连串复杂的程序，如蚀刻、清洗、与干燥等步骤。
在现有制作动态随机存取存储器芯片过程中，一般先将硅晶片放置于一反应槽中并经过多次工艺后以形成一具有大高宽比(high aspect ratio)的结构，其中高宽比为该结构的高度与宽度的比例。例如现有在制作动态随机存取存储器的深沟槽(deep trench)时，深沟槽的高宽比往往可达到50或以上。而为了达到较高的高宽比，一般湿蚀刻工艺中时常使用一单槽式反应槽(point ofuse tank)来进行多道工艺步骤以形成该结构，其中该步骤包括一利用稀释的氢氟酸为蚀刻剂的第一蚀刻步骤、一第一清洗步骤、一利用氢氧化氨(NH4OH)为蚀刻剂的第二蚀刻步骤、以及一第二清洗步骤。最后在第二清洗步骤结束后再进行一干燥步骤以烘干该硅晶片。
在所述的过程中，第一蚀刻步骤用来移除原本形成于硅晶片表面的原生氧化层(native oxide layer)而第二蚀刻步骤则用来增加该结构的体积，例如拓宽沟槽或形成瓶状结构等等。
然而，如要利用多槽式反应槽(bench tool)执行先前所述的步骤时，亦即利用不同的反应槽来执行先前所述的每个步骤，由于需要运送硅晶片于各个反应槽间，因此各种的问题将会陆续产生。首先，在利用稀释后的氢氟酸来进行第一蚀刻步骤后，硅晶片的表面特性便会成为一疏水性(hydrophobic)表面，进而使后续第二蚀刻步骤的氢氧化氨蚀刻剂无法有效的与硅晶片表面进行接触。如此一来，将会大大影响第二蚀刻步骤的蚀刻效果。
请参照图1及图2，图1为现有运用单槽式反应槽蚀刻半导体基底10a的结果示意图，而图2为现有运用多槽式反应槽蚀刻半导体基底10b的结果示意图。值得注意的是，在单槽式反应槽中所进行的蚀刻工艺步骤与在多槽式反应槽中所进行的蚀刻工艺步骤相同。而在现有技术中，所进行的蚀刻工艺步骤皆包括下列步骤首先利用一稀释过的氢氟酸为第一蚀刻剂来进行一第一蚀刻步骤，然后进行一第一清洗步骤，接着利用氢氧化铵为第二蚀刻剂来进行一第二蚀刻步骤，最后于第二蚀刻步骤后进行一第二清洗步骤以及一干燥步骤。
如图1所示，在经过上述的蚀刻步骤后，半导体基底10a在单槽式反应槽工艺中形成有多个规则性深沟槽11a，其中深沟槽11a的深度为6.09μm而其高宽比在此例子中则为44。如图2所示，虽然经过与图1所使用的相同蚀刻步骤，在多槽式反应槽中所形成的深沟槽11b，有别于图1所产生的完整深沟槽结构11a，为一不规则结构。其主要原因在于，由于在第一蚀刻步骤中所使用的氢氟酸已使半导体基底10b表面特性改变为一疏水性表面，因此导致在进行第二蚀刻步骤时使用的氢氧化氨蚀刻剂无法有效的穿透半导体基底10b而到达深沟槽11b底部，进而大大减低了第二蚀刻步骤的效果。
发明内容
因此本发明的目的在于提供一种半导体基底的蚀刻方法，以改善上述现有蚀刻工艺的问题。
根据本发明所揭露的蚀刻半导体基底的方法，该方法包括下列步骤首先提供一半导体基底；放置该半导体基底于一第一容器中并进行一第一蚀刻步骤，其中该第一容器内包括一第一蚀刻剂；放置该半导体基底于一第二容器中并进行一第一清洗步骤，其中该第二容器内包括一第一清洗剂且该第一清洗剂还包括一第一润湿剂(wetting agent)；以及放置该半导体基底于一第三容器中并进行一第二蚀刻步骤，其中该第三容器内包括一第二蚀刻剂。此外，本发明又可选择性于第二蚀刻步骤后另放置该半导体基底于一第四容器中并进行一第二清洗步骤，且该第四容器内包括一第二清洗剂。最后进行一干燥步骤以干燥该半导体基底。
有别于现有半导体基底的蚀刻方法，本发明于进行一第一清洗步骤时添加一润湿剂于第一清洗剂中，以有效改善因第一蚀刻剂接触半导体基底表面而导致基底表面特性改变为一疏水性表面所造成的问题，进而减低半导体基底表面与清洗剂之间的张力，而使后续第二蚀刻剂能够有效的穿透半导体基底表面并到达基底的深部结构。
图1为现有运用单槽式反应槽蚀刻半导体基底的结果示意图。
图2为现有运用多槽式反应槽蚀刻半导体基底的结果示意图。
图3为本发明第一实施例蚀刻半导体基底的流程图。
图4至图7为本发明蚀刻半导体基底的示意图。
简单符号说明10a 半导体基底 10b半导体基底10c 半导体基底 11a深沟槽11b 深沟槽 11c深沟槽12 第一清洗剂 22 第二蚀刻剂具体实施方式
请参照图3，图3为本发明第一实施例蚀刻半导体基底的流程图。如图3所示，首先提供一半导体基底，该半导体基底为一硅晶片，然后进行一第一蚀刻步骤1，并利用一稀释过的氢氟酸溶液为蚀刻剂来移除原本形成于该硅晶片表面的原生氧化层。随后利用一清洗剂(rinsing agent)进行一第一清洗步骤2。而为了使后续的第二蚀刻剂能够更深入至该硅晶片的深层结构，本发明还添加一润湿剂(wetting agent)于清洗剂中，且该润湿剂可为一润湿用界面活性剂(surfactant)。界面活性剂(surfactant)一般分为离子型界面活性剂及非离子型界面活性剂。其中，离子型界面活性剂又可分为阳离子型界面活性剂、阴离子型界面活性剂及中性离子型界面活性剂。
因此，有别于其原本的清洁作用，润湿剂在此步骤中主要用来辅助蚀刻该硅晶片所需形成的结构。接着，利用一第二蚀刻剂来进行一第二蚀刻步骤3以及第二清洗剂来进行一第二清洗步骤4，最后进行一干燥步骤5以烘干该硅晶片。
请参考图4至图7，图4至图7为本发明蚀刻半导体基底的示意图。如图3及图4所示，一动态随机存取存储器的半导体基底10c，半导体基底10c包括多个深沟槽11c，且深沟槽11c的高宽比介于10至50。然后放置半导体基底10c于一第一容器(图未示)中，接着利用一经过稀释的氢氟酸溶液或盐酸(HCL)为第一蚀刻剂来进行第一蚀刻步骤1，以移除原本形成于半导体基底10c表面的氧化层。经过第一蚀刻步骤1之后，造成半导体基底10c表面呈现为疏水性的状态，图中刻意以水滴状表示这种表面状态，因此水溶性溶剂就不容易渗透至深沟槽11c深层结构。
如图3及图5所示，随后放置半导体基底10c于一第二容器(图未示)中，其中该第二容器内包括一第一清洗剂12，然后利用第一清洗剂12来进行一第一清洗步骤2。值得注意的是，由于半导体基底10c的表面特性在经过稀释的氢氟酸来进行第一蚀刻步骤后将会改变为一疏水性表面，进而导致第一清洗剂12与后续其它清洗溶液或蚀刻剂无法深入或穿透至半导体基底10c的深度结构。
因此，为了改善此问题，本发明接着添加一润湿剂(wetting agent)于第一清洗剂12中，以减低半导体基底表面与第一清洗剂12间的张力(tension)。除此之外，为了达成与清洗剂间的最佳比例，该润湿剂的重量百分比浓度介于0.01％至0.1％。
如图3及图6所示，随后放置半导体基底10c于一第三容器(图未示)中，然后利用一氢氧化铵(NH4OH)溶液为第二蚀刻剂进行一第二蚀刻步骤3。由于在先前步骤中已使用润湿剂来减低半导体基底表面的疏水性，因此在进行第二蚀刻步骤时第二蚀刻剂22便能够更有效接触到半导体基底10c的深层结构。
此外，于第二蚀刻步骤3后又可选择性放置半导体基底10c于一第四容器(图未示)中并进行一第二清洗步骤4，且该第四容器内包括一第二清洗剂。如同先前所述的第一清洗步骤2，第二清洗剂可与第一清洗剂同为一相同溶剂。最后于第二清洗步骤4之后进行一干燥步骤5，以烘干半导体基底10c。
请参照图7，图7为本发明蚀刻后的结果示意图。如图7所示，有别于图2现有技术的蚀刻结果，本发明的蚀刻结果显示，本发明的各向异性蚀刻可于大高宽比结构中具有优良的蚀刻均匀度。除此之外，本发明又可应用于任何设置于硅晶片表面上的堆栈结构，而不局限于先前所述的半导体基底的沟槽结构。
以上所述仅为本发明的优选实施例，凡依本发明所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。
权利要求
1.一种蚀刻半导体基底的方法；该方法包括下列步骤提供一半导体基底；放置该半导体基底于一第一容器中并进行一第一蚀刻步骤，其中该第一容器内包括一第一蚀刻剂；放置该半导体基底于一第二容器中并进行一第一清洗步骤(rinsingstep)，其中该第二容器内包括一第一清洗剂(rinsing agent)且该第一清洗剂另包括一第一润湿剂(wetting agent)；以及放置该半导体基底于一第三容器中并进行一第二蚀刻步骤，其中该第三容器内包括一第二蚀刻剂。
2.如权利要求1所述的方法，其中于进行该第二蚀刻步骤后，该方法还包括放置该半导体基底于一第四容器中并进行一第二清洗步骤，且该第四容器内包括一第二清洗剂。
3.如权利要求2所述的方法，其中于进行该第二清洗步骤后，该方法还包含一干燥步骤。
4.如权利要求1所述的方法，其中该第一蚀刻剂中还包括一氢氟酸(hydrofluoric acid，HF)。
5.如权利要求1所述的方法，其中该第二蚀刻剂中还包括一氢氧化铵(NH4OH)。
6.如权利要求5所述的方法，其中该润湿剂的重量百分比浓度介于0.01％至0.1％。
7.如权利要求1所述的方法，其中进行该第二蚀刻步骤时还包括于该基底中形成高宽比介于10至50的结构。
8.如权利要求7的所述的方法，其中该结构为一动态随机存取存储器的深沟槽。
全文摘要
一种蚀刻半导体基底的方法，该方法包括下列步骤首先提供一半导体基底；放置该半导体基底于一第一容器中并进行一第一蚀刻步骤，其中该第一容器内包括一第一蚀刻剂；放置该半导体基底于一第二容器中并进行一第一清洗步骤，其中该第二容器内包括一第一清洗剂且该第一清洗剂另包括一第一润湿剂(wetting agent)；以及放置该半导体基底于一第三容器中并进行一第二蚀刻步骤，其中该第三容器内包括一第二蚀刻剂。
文档编号H01L21/306GK1691289SQ200510062838
公开日2005年11月2日 申请日期2005年3月31日 优先权日2004年3月31日
发明者黄登旺, 克里斯丁苏克 申请人:南亚科技股份有限公司