專利名稱：具有波浪形深溝的半導(dǎo)體裝置及制作波浪形深溝的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是有關(guān)于一種具有波浪形深溝的半導(dǎo)體裝置以及波浪形深溝制作方法，尤指一種擁有波浪形側(cè)壁的深溝以及其制作方法。
深溝(deep-trench，DT)已經(jīng)非常普遍的應(yīng)用于動(dòng)態(tài)隨機(jī)內(nèi)存(DRAM)以及微機(jī)電結(jié)構(gòu)(micro electro-mechanic structure，MEMS)中。
應(yīng)用于DRAM時(shí)，DT的目的在于提供一個(gè)電容，用以儲存電荷并記憶資料。請參閱第1圖，第1圖為一種現(xiàn)有用于DRAM的DT示意圖。DT 10以去除部分的基底12所構(gòu)成。當(dāng)制作完電容時(shí)，DT 10的表面會形成一層電介層(未顯示)，DT 10中會填入導(dǎo)電物(未顯示)，而電容的上下電極便分別是導(dǎo)電物以及基底12。如果電容的電容值越大，則越不會受到電容周遭環(huán)境漏電而影響到所記憶的資料，也就是更新(refresh)的間隔時(shí)間就可以更長，相對而言，資料讀取的速度也就越快。因此，有許多的努力均致力于增大DT的面積以增加電容的電容值。一種增大DT面積的方法是制作一個(gè)更深的DT，但是，高寬比(aspectratio)如果過高容易造成制作DT時(shí)的蝕刻工藝產(chǎn)生蝕刻停止的現(xiàn)象(etch stop)，另一方面，也使后續(xù)工藝填入導(dǎo)電物時(shí)產(chǎn)生困難。而另一種增大DT面積的方法是制作一個(gè)瓶狀(bottle-shaped)DT，如第2圖所示。然而，瓶狀DT所增加的電容值并不多，而且，制作一個(gè)瓶狀DT勢必增加了許多的工藝以達(dá)到上窄下寬的DT輪廓，因此，工藝上的成本會大幅增加。
DT也可以應(yīng)用于MEMS上。如第3圖所示，第3圖為一種MEMS的震動(dòng)/擺動(dòng)(shock/vibration)偵測器的剖面示意圖。震動(dòng)/擺動(dòng)(shock/vibration)偵測器以一個(gè)DT 14以及中間的一個(gè)搖桿(rod)16所構(gòu)成。當(dāng)外在環(huán)境震動(dòng)或擺動(dòng)時(shí)，搖桿16晃動(dòng)而與DT 14的側(cè)壁產(chǎn)生電性上的接觸。如此細(xì)微的動(dòng)作便透過電流流過DT 14的側(cè)壁與搖桿16的接觸點(diǎn)而被感測到。震動(dòng)/擺動(dòng)偵測器的靈敏度取決于搖桿16的搖晃程度以及搖桿16與DT 14的側(cè)壁的接觸面積，這兩者均可以利用加深DT的深度達(dá)成。但是，這與先前于DRAM中所提到的問題一樣，制作一個(gè)較深的DT會有蝕刻停止的問題。
有鑒于此，本發(fā)明的主要目的，在于提供一種具有波浪形深溝的半導(dǎo)體裝置以及波浪形深溝制作方法，可應(yīng)用于DRAM以及MEMS中，一方面可以大幅增加DRAM中電容的電容值，另一方面可以增加震動(dòng)/擺動(dòng)偵測器的靈敏度。
本發(fā)明的目的通過以下措施來達(dá)到一種波浪形深溝的制作方法，適用于一基底，其特征在于該方法包含有下列步驟于該基底上形成一具有一開口的遮蔽層；進(jìn)行一第一蝕刻工藝(first etch)，用以使開口下的基底產(chǎn)生一正斜率(positive slope)的第一側(cè)壁；進(jìn)行一第二蝕刻工藝(second etch)，用以使開口下的基底產(chǎn)生一負(fù)斜率的第二側(cè)壁；以及重復(fù)交錯(cuò)的進(jìn)行該第一蝕刻工藝以及第二蝕刻工藝，去除該開口下方的一預(yù)定厚度的基底，以形成一波浪形深溝。
一種具有深溝的半導(dǎo)體裝置，其特征在于所述深溝為一種波浪形深溝，設(shè)于一基底的表面，以去除部分的基底而形成，該波浪形深溝包含有一底邊；以及側(cè)壁，設(shè)于該底邊與該基底表面之間，包含有正斜率(positive slope)的第一側(cè)壁以及負(fù)斜率的第二側(cè)壁，且該第一側(cè)壁與該第二側(cè)壁相互交錯(cuò)的出現(xiàn)于該側(cè)壁上。
根據(jù)上述的目的，本發(fā)明提出一種波浪形深溝。本發(fā)明的深溝設(shè)于一基底的表面，以去除部分的基底而形成。本發(fā)明的深溝包含有一底邊以及一側(cè)壁。側(cè)壁設(shè)于該底邊與該基底表面之間，包含有正斜率的第一側(cè)壁以及負(fù)斜率的第二側(cè)壁。該第一側(cè)壁與該第二側(cè)壁相互交錯(cuò)的出現(xiàn)于該側(cè)壁上。
本發(fā)明另提供一種波浪形深溝的制作方法。本發(fā)明的制作方法適用于一基底，并包含有下列步驟。第一步驟，于該基底上形成一具有一開口的遮蔽層。第二步驟，進(jìn)行一第一蝕刻工藝(first etch)，用以使開口下的基底產(chǎn)生一正斜率(positive slope)的第一側(cè)壁。第三步驟，進(jìn)行一第二蝕刻工藝(second etch)，用以使開口下的基底產(chǎn)生一負(fù)斜率的第二側(cè)壁。最后，重復(fù)交錯(cuò)的進(jìn)行該第一蝕刻工藝以及第二蝕刻工藝，去除該開口下方的一預(yù)定厚度的基底，以形成一波浪形深溝。
該制作方法另包含至少一子蝕刻工藝，設(shè)于每一第一蝕刻工藝與第二蝕刻工藝之間，用以使蝕刻中的深溝產(chǎn)生一預(yù)定的過渡斜率(transitional slope)的過渡側(cè)壁，用以銜接該第一側(cè)壁以及第二側(cè)壁，并使整個(gè)的側(cè)壁圓滑。
該第一蝕刻工藝、第二蝕刻工藝以及子蝕刻工藝的差別為源功率(source power)、偏壓功率(bias power)以及氧氣流量的其中之一，利用源功率、偏壓功率或氧氣流量的不同，該第一蝕刻工藝、第二蝕刻工藝以及子蝕刻工藝可以使蝕刻中的基底產(chǎn)生不同的斜率，使的側(cè)壁形成波浪形結(jié)構(gòu)。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于大幅增加電容的電容值以及增強(qiáng)震動(dòng)/擺動(dòng)偵測器的靈敏度。當(dāng)本發(fā)明的波浪形深溝應(yīng)用于電容時(shí)，因?yàn)椴ɡ诵蝹?cè)壁的存在，所以上下電極的面積便可以大幅增加，因此，深溝不必要制作的過深便可以達(dá)到電容值的需求。而且，工藝上只要于一個(gè)機(jī)臺內(nèi)便可以完成本發(fā)明的波浪形深溝，可以減少工藝上的成本。當(dāng)本發(fā)明應(yīng)用于MEMS上時(shí)，本發(fā)明的波浪形深溝增大了震動(dòng)/擺動(dòng)偵測器中的搖桿與側(cè)壁間的接觸機(jī)會，因而震動(dòng)/擺動(dòng)偵測器的靈敏度可以增強(qiáng)。
為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能更明顯易懂，下文特舉一較佳實(shí)施例，并配合所附圖
式，作詳細(xì)說明如下第1圖為一種現(xiàn)有用于DRAM的DT示意圖；第2圖為一種瓶狀DT的示意圖；第3圖為一種MEMS的震動(dòng)/擺動(dòng)(shock/vibration)偵測器的剖面示意圖；第4A圖為本發(fā)明的波浪形深溝應(yīng)用于DRAM的電容的示意第4B圖為本發(fā)明的波浪形深溝應(yīng)用于MEMS的震動(dòng)/擺動(dòng)偵測器的示意圖；第4C圖為第4A圖或第4B圖的一種局部放大圖；第4D圖為第4A圖或第4B圖的另一種局部放大圖；以及第5A圖以及第5B為進(jìn)行本發(fā)明的波浪形深溝的制作方法時(shí)的芯片剖面示意圖。
符號說明30波浪形深溝 31基底32底邊34側(cè)壁36第一側(cè)壁38第二側(cè)壁40垂直線 42過渡側(cè)壁45搖桿50遮蔽層52開口請參閱第4A圖以及第4B圖，第4A圖為本發(fā)明的波浪形深溝應(yīng)用于DRAM的電容的示意圖，第4B圖為本發(fā)明的波浪形深溝應(yīng)用于MEMS的震動(dòng)/擺動(dòng)偵測器的示意圖。本發(fā)明提供一種波浪形深溝30，設(shè)于一基底31的表面，以去除部分的基底31而形成。本發(fā)明的波浪形深溝30包含有一底邊32以及一側(cè)壁34，設(shè)于底邊32與基底31表面之間。側(cè)壁34包含有正斜率(positive slope)的第一側(cè)壁36以及負(fù)斜率的第二側(cè)壁38。第一側(cè)壁36與第二側(cè)壁38相互交錯(cuò)的出現(xiàn)于側(cè)壁34上，如第第4A圖以及第4B圖。
請參閱第4C圖，第4C圖為4A圖或第4B圖的局部放大圖。為了使側(cè)壁34較為圓滑，所以側(cè)壁34上可以設(shè)置過渡側(cè)壁42，每一過渡側(cè)壁42設(shè)于一第一側(cè)壁36與一第二側(cè)壁38之間。因此，側(cè)壁34便較不會形成鋸齒狀，可以減小電容上下電極板間尖端放電效應(yīng)(point-discharge effect)。第4C圖中的垂直線40為基底31表面的垂直線。由圖中可知，過渡側(cè)壁42垂直于基底31的表面。
當(dāng)然的，第一側(cè)壁36與第二側(cè)壁38之間可以設(shè)置一個(gè)以上的過渡側(cè)壁42，如第4D圖所示。第4D圖為第4A圖或第4B圖的另一種局部放大圖。第一側(cè)壁36與第二側(cè)壁38之間設(shè)置了第一過渡側(cè)壁42a以及第二過渡側(cè)壁42b。第一過渡側(cè)壁42a以及第二過渡側(cè)壁42b的主要目的在于使第一側(cè)壁36與第二側(cè)壁38之間的斜率轉(zhuǎn)變更平順，因而側(cè)壁34能夠更為平滑，可以減小電容上下電極板間尖端放電效應(yīng)。
如第4A圖所示。當(dāng)本發(fā)明的波浪形深溝30應(yīng)用于電容時(shí)，因?yàn)椴ɡ诵蔚膫?cè)壁34的存在，所以上下電極的耦合面積便可以大幅增加，因此，波浪形深溝30不必要制作的過深便可以達(dá)到電容值的需求。
如第4B圖所示。當(dāng)本發(fā)明應(yīng)用于MEMS上時(shí)，本發(fā)明的波浪形深溝30增大了震動(dòng)/擺動(dòng)偵測器中的搖桿45與側(cè)壁34間的接觸機(jī)會，因而震動(dòng)/擺動(dòng)偵測器的靈敏度可以增強(qiáng)。
本發(fā)明另提供先前描述的波浪形深溝的制作方法。請參閱第5A圖。本發(fā)明的制作方法適用于一基底31，譬如以硅構(gòu)成的基底。第一步先于基底31上形成一具有一開口52的遮蔽層50。譬如說，遮蔽層50可以以光阻或氮化硅所構(gòu)成，作為后續(xù)蝕刻工藝的罩幕。
請參閱第5B圖。第二步進(jìn)行一非等向性蝕刻工藝，去除開口52下方的一預(yù)定厚度的基底31，以形成一波浪形深溝30。
請?jiān)賲㈤喌?C圖以及第1A表，第1A表為用于制作第4C圖的波浪形深溝的蝕刻工藝程序(recipe)的內(nèi)容示意圖。
第1A表蝕刻程序中包含有多個(gè)第一蝕刻工藝(first etch recipes)、第二蝕刻工藝(second etch recipes)以及子蝕刻工藝。第一蝕刻工藝用以使蝕刻中的深溝產(chǎn)生一正斜率(positive slope)的第一側(cè)壁36。第二蝕刻工藝(second etch recipes)用以使蝕刻中的深溝產(chǎn)生一負(fù)斜率的第二側(cè)壁38。第一蝕刻工藝與第二蝕刻工藝重復(fù)交錯(cuò)的出現(xiàn)于蝕刻工藝中。子蝕刻工藝分別設(shè)于每一第一蝕刻工藝與第二蝕刻工藝之間，如第1A表所示，用以使蝕刻中的深溝產(chǎn)生一預(yù)定的過渡斜率(transitional slope)的過渡側(cè)壁42，用以銜接該第一側(cè)壁36以及第二側(cè)壁38。
在現(xiàn)今的等離子體蝕刻工藝技術(shù)中，蝕刻控制參數(shù)多半包含有兩種不同的等離子體功率(plasma power)，分別稱作源功率(source)以及偏壓功率(bias power)。簡單的說，源功率用來控制蝕刻等離子體密度，因此可以決定等向性蝕刻率的大??；而偏壓功率用來控制等離子體中的離子的撞擊能量，因此可以決定非等向性蝕刻率的大小。而蝕刻以硅構(gòu)成的基底時(shí)，氧氣多半被用來于基底表面形成護(hù)膜(passivation film)，因此，氧氣流量也會是蝕刻控制參數(shù)之一。當(dāng)氧氣流量越大時(shí)，所蝕刻出的深溝寬度便會越小。相對的，較小的氧氣流量于深溝的側(cè)壁形成的護(hù)膜較薄，因此等向性蝕刻率便會增加，所以蝕刻出的深溝寬度便會越大。因此，只要仔細(xì)的調(diào)整源功率、偏壓功率以及氧氣流量的大小，便可以控制蝕刻中的深溝產(chǎn)生所希望的斜率。也就是說，第一蝕刻工藝、第二蝕刻工藝(second etch recipes)以及子蝕刻工藝的差別為源功率、偏壓功率以及氧氣流量的其中之一，甚至也可以一次變動(dòng)兩個(gè)蝕刻控制參數(shù)來達(dá)到斜率的需求。
如第1A表所示。假使子蝕刻工藝的氧氣流量、源功率以及偏壓功率的值分別是x、y以及z，并且可以產(chǎn)生相對應(yīng)第4C圖中的與基底31表面垂直的過渡側(cè)壁42。依照先前所述以及實(shí)驗(yàn)中的經(jīng)驗(yàn)，如果增加10％的氧氣流量并固定其它的蝕刻控制參數(shù)，便可以使蝕刻中的深溝產(chǎn)生帶有正斜率的側(cè)壁，相反的，如果減少10％的氧氣流量并固定其它的蝕刻控制參數(shù)，便可以使蝕刻中的深溝產(chǎn)生帶有負(fù)斜率的側(cè)壁。譬如說，第一蝕刻工藝的氧氣流量變更為x+a％，因而產(chǎn)生相對應(yīng)第4C圖中帶有正斜率的第一側(cè)壁36；第二蝕刻工藝的氧氣流量變更為x-a％，因而產(chǎn)生相對應(yīng)第4C圖中帶有負(fù)斜率的第二側(cè)壁38。而進(jìn)行第一蝕刻工藝時(shí)，已經(jīng)定義完成的側(cè)壁上會產(chǎn)生較多的護(hù)膜，所以進(jìn)行第二工藝時(shí)，僅有靠近底部部分的基底才會被蝕刻，第一蝕刻工藝所定義出帶有正斜率的第一側(cè)壁36并不會受到影響。所以，只要蝕刻工藝中周期性的執(zhí)行第二蝕刻工藝、子蝕刻工藝、第一蝕刻工藝、子蝕刻工藝、第二蝕刻工藝，便可以得到本發(fā)明的波浪狀深溝。當(dāng)然的，變更的蝕刻控制參數(shù)不一定是氧氣流量，也可以是源功率或偏壓功率。甚至也可以一次變更兩個(gè)以上的控制參數(shù)。
請?jiān)賲㈤喌?D圖以及第1B表，第1B表為用于制作第4D圖的波浪形深溝的蝕刻工藝程序(recipe)的內(nèi)容示意圖。
第1B表當(dāng)然的，為了使波浪形深溝30的側(cè)壁34更為圓滑，所以可以于第一蝕刻工藝與第二蝕刻工藝之間加入兩個(gè)以上的子蝕刻工藝，如第1B表中的第一子蝕刻工藝以及第二子蝕刻工藝。譬如說，第一子蝕刻工藝與第二子蝕刻工藝的氧氣流量分別是x-a％/2與x+a％/2。也就是說，第一子蝕刻工藝與第二子蝕刻工藝漸漸地增加氧氣流量。因此，所制造出的第一過渡側(cè)壁42a以及第二過渡側(cè)壁42b的斜率便會轉(zhuǎn)變的較為平順，所以波浪形深溝30的側(cè)壁34更為圓滑。如果，有更多、更細(xì)的子蝕刻工藝穿插于第一蝕刻工藝與第二蝕刻工藝之間，當(dāng)然側(cè)壁圓滑的效果會更好。
本發(fā)明的波浪形深溝的制作方法的最大好處在于工藝成本上的節(jié)省。只要定義好蝕刻工藝中的蝕刻工藝以及順序，于一次的工藝中便可以形成波浪形深溝。
相較于現(xiàn)有的深溝，本發(fā)明細(xì)細(xì)調(diào)整(fine tune)蝕刻工藝中的蝕刻工藝，以產(chǎn)生一個(gè)波浪形深溝。如果本發(fā)明的波浪形深溝應(yīng)用于電容時(shí)，則上下電極的面積便可以大幅增加。因此，深溝不必要制作的過深便可以達(dá)到電容值的需求。當(dāng)本發(fā)明應(yīng)用于MEMS上時(shí)，本發(fā)明的波浪形深溝增大了震動(dòng)/擺動(dòng)偵測器中的搖桿與側(cè)壁間的接觸機(jī)會，因而震動(dòng)/擺動(dòng)偵測器的靈敏度可以增強(qiáng)。而且，工藝上只要一個(gè)步驟便可以完成本發(fā)明的波浪形深溝，可以減少工藝上的成本。
本發(fā)明雖以一較佳實(shí)施例揭露如上，然其并非用以限定本發(fā)明，任何熟習(xí)此項(xiàng)技藝者，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，當(dāng)可做些許的更動(dòng)與潤飾，因此本發(fā)明的保護(hù)范圍當(dāng)視權(quán)利要求并結(jié)合說明書和附圖為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種波浪形深溝的制作方法，適用于一基底，其特征在于該方法包含有下列步驟于該基底上形成一具有一開口的遮蔽層；進(jìn)行一第一蝕刻工藝，用以使開口下的基底產(chǎn)生一正斜率的第一側(cè)壁；進(jìn)行一第二蝕刻工藝，用以使開口下的基底產(chǎn)生一負(fù)斜率的第二側(cè)壁；以及重復(fù)交錯(cuò)的進(jìn)行該第一蝕刻工藝以及第二蝕刻工藝，去除該開口下方的一預(yù)定厚度的基底，以形成一波浪形深溝。
2.如權(quán)利要求1所述的制作方法，其特征在于該方法另包含有多個(gè)子蝕刻工藝，分別設(shè)于每一第一蝕刻工藝與第二蝕刻工藝之間，用以使蝕刻中的深溝產(chǎn)生一預(yù)定的過渡斜率的過渡側(cè)壁，用以銜接該第一側(cè)壁以及第二側(cè)壁。
3.如權(quán)利要求2所述的制作方法，其特征在于該過渡側(cè)壁垂直于該基底的表面。
4.如權(quán)利要求1所述的制作方法，其特征在于該第一蝕刻工藝與該第二蝕刻工藝均包含有源功率、偏壓功率以及氧氣流量的蝕刻控制參數(shù)。
5.如權(quán)利要求4所述的制作方法，其特征在于該第一蝕刻工藝與該第二蝕刻工藝的差別為源功率、偏壓功率以及氧氣流量的其中之一。
6.如權(quán)利要求2或5所述的制作方法，其特征在于該第一蝕刻工藝、第二蝕刻工藝以及子蝕刻工藝的差別為源功率、偏壓功率以及氧氣流量的其中之一。
7.如權(quán)利要求1所述的制作方法，其特征在于該基底是以硅所構(gòu)成。
8.如權(quán)利要求1所述的制作方法，其特征在于該遮蔽層是以光阻所構(gòu)成。
9.如權(quán)利要求1所述的制作方法，其特征在于該遮蔽層是以氮化硅所構(gòu)成。
10.一種具有深溝的半導(dǎo)體裝置，其特征在于所述深溝為一種波浪形深溝，設(shè)于一基底的表面，以去除部分的基底而形成，該波浪形深溝包含有一底邊；以及側(cè)壁，設(shè)于該底邊與該基底表面之間，包含有正斜率的第一側(cè)壁以及負(fù)斜率的第二側(cè)壁，且該第一側(cè)壁與該第二側(cè)壁相互交錯(cuò)的出現(xiàn)于該側(cè)壁上。
11.如權(quán)利要求10所述的具有深溝的半導(dǎo)體裝置，其特征在于所述側(cè)壁另包含有多個(gè)過渡側(cè)壁，每一過渡側(cè)壁設(shè)于一第一側(cè)壁與一第二側(cè)壁之間。
12.如權(quán)利要求11所述的具有深溝的半導(dǎo)體裝置，其特征在于所述過渡側(cè)壁垂直于該基底的表面。
全文摘要
本發(fā)明提供一種具有波浪形深溝的半導(dǎo)體裝置以及波浪形深溝制作方法。本發(fā)明的波浪形深溝設(shè)于一基底的表面,包含有一底邊以及一側(cè)壁,該側(cè)壁設(shè)于該底邊與該基底表面之間。該側(cè)壁包含有正斜率(positive slope)的第一側(cè)壁以及負(fù)斜率的第二側(cè)壁,且該第一側(cè)壁與該第二側(cè)壁相互交錯(cuò)的出現(xiàn)于該側(cè)壁上。
文檔編號H01L21/027GK1381874SQ0111071
公開日2002年11月27日 申請日期2001年4月13日 優(yōu)先權(quán)日2001年4月13日
發(fā)明者李世琛 申請人:華邦電子股份有限公司