雙層多晶矽自對準柵結構的製備方法
2023-10-09 16:36:54 1
專利名稱：雙層多晶矽自對準柵結構的製備方法
技術領域：
本發明涉及一種半導體器件中雙層多晶矽自對準柵結構的製備方法。
背景技術：
自對準柵是一種比較常見的雙層多晶矽柵結構，它被廣泛應用於存儲 器件中。製備這種結構的方法有很多種，先製備下層多晶柵是一種比較常 見的方法。圖1給出了一種半導體器件的自對準柵
SASG(Self-Align-Stack-Gate)結構，該半導體器件集成有雙層多晶矽柵 區域IOO (也稱雙層多晶矽柵單元，如存儲器單元)和單層多晶矽柵區域 200 (也稱單層多晶矽柵單元，如邏輯電路單元)，其中雙層多晶矽柵單 元包括兩層多晶矽柵，稱下層多晶矽柵40和上層多晶矽柵60，製備時主 要包括自對準柵的刻蝕過程(即同時對兩層多晶矽和之間的柵氧化層30 及介質層50進行刻蝕，形成雙層多晶矽柵單元的柵70)和對上層多晶矽 柵的刻蝕(即在雙層多晶矽柵單元中形成下層多晶矽柵接觸孔的接觸位置 和單層多晶矽柵單元中形層多晶矽柵60)。在通常的製備方法中，在對 上層多晶柵刻蝕中，由於沒有保護層會導致矽基板10或場氧化區20 (也 可稱隔離氧化層)被兩次刻蝕而造成損傷，對器件的特性有負面影響。
發明內容
本發明要解決的技術問題是提供一種雙層多晶矽自對準柵的製備方 法，其在自對準柵製備的過程中用抗反射層作為保護層對矽基板或場氧化區進行保護。
為解決上述技術問題，本發明的雙層多晶矽自對準柵的製備方法，所 述半導體器件包括雙層多晶矽柵區域和單層多晶矽柵區域，所述雙層多晶 矽柵區域中的雙層多晶矽柵包括下層多晶矽柵和上層多晶矽柵，其特徵在 於，該方法的製備步驟為
(1) 在矽基板的柵氧化層上澱積多晶矽，光刻和刻蝕，形成雙層多晶 矽柵的下層多晶矽柵，並去除單層多晶矽柵區域的多晶矽；
(2) 在下層多晶矽柵上澱積介質層；
(3) 上層多晶矽柵的澱積，後進行自對準柵的光刻和刻蝕，刻蝕形成 多晶矽柵區域的柵；
(4) 抗反射材料填充完全覆蓋雙層多晶矽柵所形成的臺階，至上層多 晶矽上有一預定厚度；
(5) 用光刻膠光刻，定義出單層多晶矽柵區域的柵和雙層多晶矽柵區 域的下層多晶矽柵與接觸孔的接觸位置；
(6) 利用上述步驟形成的掩膜層，刻蝕上層多晶矽柵和介質層，形 成下層多晶矽柵與接觸孔的接觸位置，同時刻蝕形成單層多晶矽區域的 柵，最後去除抗反射材料和光刻膠。
本發明的雙層多晶矽自對準柵的製備方法，通過在雙層多晶矽自對準 柵的製備過程中對矽基板或場氧化區利用抗反射材料的填充進行保護，從 而防止第二次刻蝕中損害隔離氧化層和矽基板，由此提高器件性能。
下面結合附圖與具體實施方式
對本發明作進一步詳細的說明圖1是一種雙層多晶矽自對準柵的結構示意圖； 圖2為本發明的製備方法的流程圖3a至圖3e為本發明的一具體實施過程中的結構示意圖。
具體實施例方式
本發明的製備方法流程圖見圖2，本實施例中的半導體器件集成有雙 層多晶矽柵單元100和單層多晶矽柵單元200。下面結合圖3對本發明的 製備方法進行詳細描述
(1) 首先，在定義了隔離氧化區2的矽基板1上澱積柵氧化層3，再在 柵氧化層3上進行下層多晶矽柵4澱積(見圖3a)，後採用光刻膠8進行光刻， 然後進行刻蝕，形成雙層多晶矽柵單元的下層多晶矽柵(也稱浮柵)，同 時將單層多晶矽柵單元區域的該層多晶矽去除；
(2) 在下層多晶矽柵上生長介質層5，可為氧化矽，也可為氮化矽， 還可以目前常用的ONO結構(Si02、 SiN和Si02疊加的三明治結構)；
(3) 接著進行上層多晶矽柵6澱積，自對準柵的光刻(見圖3b)和刻 蝕，形成雙層多晶矽柵單元的柵。
(4) 抗反射材料9填充覆蓋雙層多晶矽柵形成的臺階，D2為填充在凹 槽中的抗反射材料的厚度，至上層多晶矽上有預定厚度D1 (見圖3c)，填 充後上層多晶矽表面的抗反射層和多晶矽被刻蝕區域的抗反射層基本在同 一高度。所用的抗反射材料對局部臺階區域具有平坦化的作用，有很好的 填充能力，同時對於光刻所使用的波長具有抗反射的作用。
(5) 塗光刻膠光刻，定義出單層多晶矽柵區域的柵和雙層多晶矽柵區 域的下層多晶矽柵與接觸孔的接觸位置，而抗反射材料在曝光顯影過程中，不會被去除掉。
(6)利用上述形成的掩膜層，去除上層多晶矽柵上曝光後露出的抗反 射材料(可用等離子刻蝕工藝)，且需要加一定程度的過刻蝕(由工藝中 的過刻率控制)保證將上層多晶矽柵上的抗反射材料全部去掉。由於溝槽 中的抗反射層較厚，只有部分被刻蝕(見圖3d)，餘下的用於保護下面的 矽基板和場氧化區在下面的工藝中不被刻蝕。接著對上層多晶矽柵6和介質 層5進行刻蝕，形成下層多晶矽柵與接觸孔的接觸位置，後去除抗反射層(見 圖3e)，同時刻蝕形成單層多晶矽柵區域的柵。
在具體實施過程中，上述步驟(4)中抗反射材料的厚度的優選為上 層多晶矽上抗反射材料的厚度D1，單層多晶矽柵上抗反射材料的厚度D3和 雙層多晶矽柵凹槽中填充的抗反射材料的深度D2滿足下列關係
D2-max (Dl， D3) 〉 (l+OE%) *max (Dl， D3) 其中OEy。為抗反射材料刻蝕中的過刻率。
利用本發明的方法在上層多晶柵刻蝕過程中，能保護隔離氧化層2 和矽基板l，保證矽基板和隔離氧化層的損失值小於300埃，甚至更低。 可適用於雙層多晶柵結構的半導體器件(如存儲器等)的製造中。
權利要求
1、一種半導體器件的自對準柵結構的製備方法，所述半導體器件包括雙層多晶矽柵區域和單層多晶矽柵區域，所述雙層多晶矽柵區域中的雙層多晶矽柵包括下層多晶矽柵和上層多晶矽柵，其特徵在於，該方法的製備步驟為(1)在矽基板的柵氧化層上澱積多晶矽，光刻和刻蝕，形成雙層多晶矽柵的下層多晶矽柵，並去除單層多晶矽柵區域的多晶矽，所述矽基板上定義有隔離氧化區；(2)在下層多晶矽柵上澱積介質層；(3)上層多晶矽柵的澱積，後進行自對準柵的光刻和刻蝕，刻蝕形成多晶矽柵區域的柵；(4)抗反射材料填充完全覆蓋雙層多晶矽柵所形成的臺階，至上層多晶矽和單層多晶矽柵上有一定厚度；(5)用光刻膠光刻，定義出單層多晶矽柵區域的柵和雙層多晶矽柵區域的下層多晶矽柵與接觸孔的接觸位置；(6)利用上述步驟形成的掩膜層進行刻蝕，先去除上層多晶矽柵上曝光後露出的抗反射材料，且追加一定程度的過刻蝕，通過過刻率控制；後刻蝕上層多晶矽柵和介質層，形成下層多晶矽柵與接觸孔的接觸位置，同時刻蝕形成單層多晶矽區域的柵，最後去除抗反射材料和光刻膠。
2、 按照權利要求l所述的製備方法，其特徵在於上層多晶矽上抗反射材料的厚度(Dl)，單層多晶矽柵上抗反射材料的厚度(D3)和雙層多晶矽柵凹槽中填充的抗反射材料的深度(D2)滿足D2- max (Dl, D3) 〉 (1+0E%) *max (Dl， D3)，其中0E。/。為抗反射材料刻蝕中的過刻率。
3、按照權利要求1或2所述的製備方法，其特徵在於所述自對準結構製備過程中，矽基板和隔離氧化區的損失值小於300埃。
全文摘要
本發明公開了一種雙層多晶矽自對準柵的製備方法，包括先製備並刻蝕出雙層多晶矽柵；後抗反射材料填充雙層多晶矽柵所形成的臺階；再光刻定義位置，並去除曝光後露出的上層多晶矽柵上的抗反射材料；最後刻蝕上層多晶矽柵和介質層。本發明的製備方法在常見的雙層多晶矽自對準柵的生成方法中引入抗反射層填充技術，將抗反射層作為保護層在刻蝕中對基板或場區進行保護，適用於雙層多晶矽自對準柵結構的製備中。
文檔編號H01L21/70GK101459133SQ20071009444
公開日2009年6月17日 申請日期2007年12月13日 優先權日2007年12月13日
發明者雷 王, 瑋 黃 申請人:上海華虹Nec電子有限公司