一種半導體器件及其製備方法、電子裝置與流程

2023-06-29 01:57:21 3

本發明涉及半導體領域，具體地，本發明涉及一種半導體器件及其製備方法、電子裝置。

背景技術：

對於高容量的半導體存儲裝置需求的日益增加，這些半導體存儲裝置的集成密度受到人們的關注，為了增加半導體存儲裝置的集成密度，現有技術中採用了許多不同的方法，例如通過減小晶片尺寸和/或改變內結構單元而在單一晶片上形成多個存儲單元，對於通過改變單元結構增加集成密度的方法來說，還可以通過改變有源區的平面布置或改變單元布局來減小單元面積。

NAND快閃記憶體是一種比硬碟驅動器更好的存儲方案，由於NAND快閃記憶體以頁為單位讀寫數據，所以適合於存儲連續的數據，如圖片、音頻或其他文件數據；同時因其成本低、容量大且寫入速度快、擦除時間短的優點在移動通訊裝置及可攜式多媒體裝置的存儲領域得到廣泛的應用。

隨著半導體器件尺寸的不斷降低，NAND快閃記憶體中控制柵之間的隔離結構和控制柵上方的自對準矽化物NiPtSi的形成成為一大挑戰。在NAND快閃記憶體製備過程中在形成浮柵和控制柵之後，通過調節控制柵自對準矽化物NiPtSi以得到目標圖案，但是所述自對準矽化物NiPtSi輪廓的底部具有很大的問題，存在底部膨脹過大(swell)的問題，使得所述控制柵頂部具有很大的頭部，影響了器件的性能和良率。

因此需要對目前所述NAND器件的製備做進一步的改進，以便消除上述問題。

技術實現要素：

在發明內容部分中引入了一系列簡化形式的概念，這將在具體實施方式部分中進一步詳細說明。本發明的發明內容部分並不意味著要試圖限定 出所要求保護的技術方案的關鍵特徵和必要技術特徵，更不意味著試圖確定所要求保護的技術方案的保護範圍。

本發明為了克服目前存在問題，提供了一種半導體器件的製備方法，包括：

步驟S1：提供基底，在所述基底上形成有包括浮柵、隔離層、控制柵的若干柵極疊層以及位於所述柵極疊層之間的隔離結構；

步驟S2：回蝕刻所述控制柵，以去除部分所述控制柵，以在所述控制柵的上方所述隔離結構之間形成凹槽；

步驟S3：沉積金屬材料層以填充所述凹槽並覆蓋所述隔離結構；

步驟S4：執行第一次退火步驟，以在所述控制柵的上方形成自對準矽化物層；

步驟S5：蝕刻去除所述隔離結構上方未反應的所述金屬材料層，同時去除部分所述自對準矽化物層至與所述隔離結構的頂部平齊。

可選地，所述步驟S5之後還進一步包括步驟S6：執行第二退火步驟。

可選地，在所述步驟S1中，在所述柵極疊層和所述隔離結構上方還形成有保護疊層，所述步驟S1還進一步包括：

步驟S11：執行平坦化步驟，以使所述保護疊層具有平坦的表面；

步驟S12：去除所述保護疊層，以露出所述柵極疊層和所述隔離結構。

可選地，在所述步驟S2中選用TMAH回蝕刻所述控制柵。

可選地，所述TMAH的質量分數濃度為1-3％。

可選地，在所述步驟S2中回蝕刻所述控制柵以去除150～250埃或更多的所述控制柵。

可選地，在所述步驟S2中在所述回蝕刻之前還進一步包括選用DHF進行蝕刻的步驟，以完全露出所述控制柵。

可選地，在所述步驟S3中在沉積所述金屬材料層之前還進一步包括對所述凹槽進行清洗的步驟。

本發明還提供了一種基於上述的方法製備得到的半導體器件。

本發明還提供了一種電子裝置，包括上述的半導體器件。

本發明為了解決現有技術中存在的問題提供了一種半導體器件的製備方法，在所述方法中在去除所述保護疊層露出所述控制柵之後回蝕刻所述控制柵，以降低所述控制柵的高度，在所述控制柵的上方所述隔離結構之間形成 凹槽，通過所述凹槽來定義所述自對準矽化物的形狀，然後在所述凹槽中沉積金屬材料並退火，以形成自對準矽化物，所述方法通過所述凹槽可以使所述自對準矽化物具有良好的輪廓，而不會發生頭部或底部膨脹過大的問題，進一步提高了半導體器件的性能和良率。

附圖說明

本發明的下列附圖在此作為本發明的一部分用於理解本發明。附圖中示出了本發明的實施例及其描述，用來解釋本發明的裝置及原理。在附圖中，

圖1a-1e為本發明一具體實施方式中所述半導體器件的製備過程示意圖；

圖2為本發明一具體實施方式中所述半導體器件的製備工藝流程圖。

具體實施方式

在下文的描述中，給出了大量具體的細節以便提供對本發明更為徹底的理解。然而，對於本領域技術人員而言顯而易見的是，本發明可以無需一個或多個這些細節而得以實施。在其他的例子中，為了避免與本發明發生混淆，對於本領域公知的一些技術特徵未進行描述。

應當理解的是，本發明能夠以不同形式實施，而不應當解釋為局限於這裡提出的實施例。相反地，提供這些實施例將使公開徹底和完全，並且將本發明的範圍完全地傳遞給本領域技術人員。在附圖中，為了清楚，層和區的尺寸以及相對尺寸可能被誇大。自始至終相同附圖標記表示相同的元件。

應當明白，當元件或層被稱為「在...上」、「與...相鄰」、「連接到」或「耦合到」其它元件或層時，其可以直接地在其它元件或層上、與之相鄰、連接或耦合到其它元件或層，或者可以存在居間的元件或層。相反，當元件被稱為「直接在...上」、「與...直接相鄰」、「直接連接到」或「直接耦合到」其它元件或層時，則不存在居間的元件或層。應當明白，儘管可使用術語第一、第二、第三等描述各種元件、部件、區、層和/或部分，這些元件、部件、區、層和/或部分不應當被這些術語限制。這些術語僅僅用來區分一個元件、部件、區、層或部分與另一個元件、部件、區、層或部分。因此，在不脫離本發明教導之下，下面討論的第一元件、部件、區、層或部分可表示為第二元件、 部件、區、層或部分。

空間關係術語例如「在...下」、「在...下面」、「下面的」、「在...之下」、「在...之上」、「上面的」等，在這裡可為了方便描述而被使用從而描述圖中所示的一個元件或特徵與其它元件或特徵的關係。應當明白，除了圖中所示的取向以外，空間關係術語意圖還包括使用和操作中的器件的不同取向。例如，如果附圖中的器件翻轉，然後，描述為「在其它元件下面」或「在其之下」或「在其下」元件或特徵將取向為在其它元件或特徵「上」。因此，示例性術語「在...下面」和「在...下」可包括上和下兩個取向。器件可以另外地取向(旋轉90度或其它取向)並且在此使用的空間描述語相應地被解釋。

在此使用的術語的目的僅在於描述具體實施例並且不作為本發明的限制。在此使用時，單數形式的「一」、「一個」和「所述/該」也意圖包括複數形式，除非上下文清楚指出另外的方式。還應明白朮語「組成」和/或「包括」，當在該說明書中使用時，確定所述特徵、整數、步驟、操作、元件和/或部件的存在，但不排除一個或更多其它的特徵、整數、步驟、操作、元件、部件和/或組的存在或添加。在此使用時，術語「和/或」包括相關所列項目的任何及所有組合。

為了徹底理解本發明，將在下列的描述中提出詳細的步驟以及詳細的結構，以便闡釋本發明的技術方案。本發明的較佳實施例詳細描述如下，然而除了這些詳細描述外，本發明還可以具有其他實施方式。

實施例1

為了解決現有技術中存在的問題，本發明提供了一種半導體器件的製備方法，下面結合附圖1a-1e對所述方法做進一步的說明。

首先，執行步驟101，提供基底101，在所述基底上形成有包括浮柵102、隔離層103、控制柵104的若干柵極疊層以及位於所述柵極疊層之間的隔離結構105。

具體地，如圖1a所示，其中所述基底101可以是以下所提到的材料中的至少一種：矽、絕緣體上矽(SOI)、絕緣體上層疊矽(SSOI)、絕緣體上層疊鍺化矽(S-SiGeOI)、絕緣體上鍺化矽(SiGeOI)以及絕緣體上鍺(GeOI)等。

然後在所述基底上形成浮柵材料層、隔離層材料層和控制柵材料層，然後圖案化浮柵材料層、隔離層材料層和控制柵材料層以形成若干包括浮柵102、隔離層103和控制柵104的柵極疊層。

為了更清楚的對該過程進行說明示例性對所述柵極疊層的形成進行說明：

可選地，首先基底101上沉積隧穿氧化層(圖中未示出)，所述隧穿氧化層為氧化物，在本發明中可選SiO2層作為隧穿氧化層，所述隧穿氧化層的厚度可以為1-20nm，但不僅僅局限於該厚度，本領域技術人員可以根據需要進行調整，以獲得更好效果。在該步驟中作為一種具體實施方式，沉積所述SiO2層時可以選用熱氧化、原子層沉積、化學氣相沉積、電子束蒸發或磁控濺射方法。

接著在所述隧穿氧化層上形成浮柵材料層，其中所述浮柵材料層可以選用半導體材料，例如矽、多晶矽或者Ge等，並不局限於某一種材料，在該實施例中所述浮柵材料層選用多晶矽。

可選地，所述浮柵材料層的沉積方法可以選擇分子束外延(MBE)、金屬有機化學氣相沉積(MOCVD)、低壓化學氣相沉積(LPCVD)、雷射燒蝕沉積(LAD)以及選擇外延生長(SEG)中的一種。

在該實施例中，所述多晶矽選用外延方法形成，具體地，在優選實施例中以矽為例作進一步說明，反應氣體可以包括氫氣(H2)攜帶的四氯化矽(SiCl4)或三氯氫矽(SiHCl3)、矽烷(SiH4)和二氯氫矽(SiH2Cl2)等中的至少一種進入放置有矽襯底的反應室，在反應室進行高溫化學反應，使含矽反應氣體還原或熱分解，所產生的矽原子在隧穿氧化層表面上外延生長。

接著在所述浮柵材料層上形成隔離材料層，其中所述隔離材料層可以選用本領域常用的絕緣材料，例如氧化物、氮化物中的一種或多種。

例如在該實施例中所述隔離材料層選用ONO(氧化物-氮化物-氧化物的結構絕緣隔離層)。

在所述隔離材料層上形成控制柵材料層，其中，所述控制柵材料層可以選用半導體材料，例如矽、多晶矽或者Ge等，並不局限於某一種材料，在該實施例中所述控制柵材料層選用多晶矽。

然後圖案化所述浮柵材料層、隔離層材料層和控制柵材料層，例如在所 述控制柵材料層上形成圖案化的掩膜層，以所述掩膜層為掩膜蝕刻所述浮柵材料層、隔離層材料層和控制柵材料層，以形成浮柵102、隔離層103和控制柵104，繼而形成所述柵極疊層。

在形成所述柵極疊層之後還可以進一步包括在所述柵極疊層的側壁上形成間隙壁的步驟，以用於隔離。

進一步，在所述柵極疊層之間的空隙中填充隔離材料，以形成所述隔離結構105，其中所述隔離材料可以選用本領域常用的各種絕緣材料，在此不再一一列舉。

在所述柵極疊層和所述隔離結構上方還形成有保護疊層106，其中保護疊層106可以選用各種硬掩膜層，例如氧化物、氮化物以及兩者的結合，並不局限於某一種。

例如在該實施例中所述保護疊層106包括依次形成的氧化物和氮化物，如圖1a所示。

在該步驟中還進一步包括執行平坦化步驟，例如平坦化所述氮化物的上表面，以使所述保護疊層具有平坦的表面，為後續工藝準備；接著去除所述保護疊層，如圖1b所示，例如去除所述氧化物和氮化物，以露出所述柵極疊層和所述隔離結構。

執行步驟102，回蝕刻所述控制柵104，以去除部分所述控制柵，以在所述控制柵的上方所述隔離結構之間形成凹槽。

具體地，如圖1c所示，在該步驟中改變現有技術中蝕刻去除所述隔離結構露出所述控制柵的方法，回蝕刻所述控制柵，以在所述控制柵的上方所述隔離結構之間形成凹槽，通過所述凹槽來定義要在所述控制柵上形成的自對準矽化物的形狀，以解決自對準矽化物底部膨脹(swell)的問題。

具體地，在該步驟中通過溼法清洗或者幹法蝕刻的方法回蝕刻所述控制柵，並不局限於某一種。

例如在該步驟中可以選用溼法回蝕刻所述控制柵，其中，可以選用TMAH回蝕刻所述控制柵，所述TMAH的質量分數濃度為1-3％，例如2.38％。

可選地，在所述步驟中所述回蝕刻所述控制柵以去除150～250埃或更多的所述控制柵。

可選地，在所述步驟S2中所述回蝕刻的溫度為25～30℃。

進一步，在所述步驟中在所述回蝕刻之前還進一步附加蝕刻的步驟，以去除所述控制柵上原本具有的或者CMP之後剩餘的氧化物，以完全露出所述控制柵。

可選地，在該步驟中選用溼法蝕刻，例如和所述控制柵具有較大蝕刻選擇比的溼法蝕刻，例如選用DHF蝕刻，所述DHF中H2O與HF的體積比為1:100～300，蝕刻溫度為室溫，蝕刻去除量為10～25埃。

在蝕刻完成之後得到如圖1c所示的凹槽，通過所述凹槽來定義所述自對準矽化物的形狀，然後在所述凹槽中沉積金屬材料並退火，以形成自對準矽化物，所述方法通過所述凹槽可以使所述自對準矽化物具有良好的輪廓，而不會發生頭部或底部膨脹過大的問題，進一步提高了半導體器件的性能和良率。

執行步驟103，沉積金屬材料層107以填充所述凹槽並覆蓋所述隔離結構。

如圖1d所示，在該步驟中在沉積所述金屬材料層之前還可以進一步包括清洗的步驟，以提高沉積效果。

其中，所述金屬材料可以選用形成自對準矽化物常用的材料，並不局限於某一種，例如可以選用NiPt。

其中，所述金屬材料層的厚度基於最後形成自對準矽化物的厚度，根據最後形成自對準矽化物的厚度進行調整。

其中，所述金屬材料層的形成方法也並不局限於某一種，可以選用化學氣相沉積(CVD)法、物理氣相沉積(PVD)法或原子層沉積(ALD)法等形成的低壓化學氣相沉積(LPCVD)、雷射燒蝕沉積(LAD)以及外延生長中的一種。

執行步驟104，執行第一次退火步驟，以在所述控制柵的上方形成自對準矽化物層。

具體地，在該步驟中通過退火步驟使位於所述控制柵上方的金屬與控制柵進行反應，以形成自對準矽化物層。

例如當所述金屬材料層選用NiPt時，在退火之後可以在所述控制柵的上方形成NiPtSi。

所述退火步驟可以選用以下幾種方式中的一種：脈衝雷射快速退火、脈衝電子束快速退火、離子束快速退火、連續波雷射快速退火以及非相干寬帶光源(如滷燈、電弧燈、石墨加熱)快速退火等。本領域技術人員可以根據需要進行選擇，也並非局限於所舉示例。

可選地，在本發明中可以選用快速熱退火，具體地，所述退火步驟是將所述襯底置於高真空或高純氣體的保護下，加熱到一定的溫度進行熱處理，在本發明所述高純氣體優選為氮氣或惰性氣體，所述熱退火步驟的溫度為200～250℃，所述熱退火步驟時間為10～120s。

執行步驟105，蝕刻去除所述隔離結構上方未反應的所述金屬材料層，同時去除部分所述自對準矽化物層至與所述隔離結構的頂部平齊。

具體地，如圖1e所示，在該步驟中蝕刻去除所述隔離結構上方未反應的所述金屬材料層，例如選用幹法蝕刻或者溼法蝕刻去除所述隔離結構上方未反應的所述金屬材料層。

可選地，在該步驟中可以選用溼法蝕刻去除所述隔離結構上方未反應的所述金屬材料層，同時去除部分所述自對準矽化物層至與所述隔離結構的頂部平齊，以獲得目標形狀的自對準矽化物層。

執行步驟106，執行第二退火步驟。

具體地，所述退火步驟可以選用以下幾種方式中的一種：脈衝雷射快速退火、脈衝電子束快速退火、離子束快速退火、連續波雷射快速退火以及非相干寬帶光源(如滷燈、電弧燈、石墨加熱)快速退火等。本領域技術人員可以根據需要進行選擇，也並非局限於所舉示例。

可選地，在本發明中可以選用快速熱退火，具體地，所述退火步驟是將所述襯底置於高真空或高純氣體的保護下，加熱到一定的溫度進行熱處理，在本發明所述高純氣體優選為氮氣或惰性氣體，所述熱退火步驟的溫度為700-1200℃，所述熱退火步驟時間為00.1～1500ms。

至此，完成了本發明實施例的半導體器件製備的相關步驟的介紹。在上述步驟之後，還可以包括其他相關步驟，此處不再贅述。並且，除了上述步驟之外，本實施例的製備方法還可以在上述各個步驟之中或不同的步驟之間 包括其他步驟，這些步驟均可以通過現有技術中的各種工藝來實現，此處不再贅述。

本發明為了解決現有技術中存在的問題提供了一種半導體器件的製備方法，在所述方法中在去除所述保護疊層露出所述控制柵之後回蝕刻所述控制柵，以降低所述控制柵的高度，在所述控制柵的上方所述隔離結構之間形成凹槽，通過所述凹槽來定義所述自對準矽化物的形狀，然後在所述凹槽中沉積金屬材料並退火，以形成自對準矽化物，所述方法通過所述凹槽可以使所述自對準矽化物具有良好的輪廓，而不會發生頭部或底部膨脹過大的問題，進一步提高了半導體器件的性能和良率。

圖2為本發明一具體實施方式中所述半導體器件的製備工藝流程圖，具體包括以下步驟：

步驟S1：提供基底，在所述基底上形成有包括浮柵、隔離層、控制柵的若干柵極疊層以及位於所述柵極疊層之間的隔離結構；

步驟S2：回蝕刻所述控制柵，以去除部分所述控制柵，以在所述控制柵的上方所述隔離結構之間形成凹槽；

步驟S3：沉積金屬材料層以填充所述凹槽並覆蓋所述隔離結構；

步驟S4：執行第一次退火步驟，以在所述控制柵的上方形成自對準矽化物層；

步驟S5：蝕刻去除所述隔離結構上方未反應的所述金屬材料層，同時去除部分所述自對準矽化物層至與所述隔離結構的頂部平齊。

實施例2

本發明還提供了一種半導體器件，所述半導體器件通過實施例1中的所述方法製備得到，所述半導體器件通過所述凹槽可以使所述自對準矽化物具有良好的輪廓，而不會發生頭部或底部膨脹過大的問題，進一步提高了半導體器件的性能和良率。

實施例3

本發明還提供了一種電子裝置，包括實施例2所述的半導體器件。其中，半導體器件為實施例2所述的半導體器件，或根據實施例1所述的製備方法 得到的半導體器件。

本實施例的電子裝置，可以是手機、平板電腦、筆記本電腦、上網本、遊戲機、電視機、VCD、DVD、導航儀、照相機、攝像機、錄音筆、MP3、MP4、PSP等任何電子產品或設備，也可為任何包括所述半導體器件的中間產品。本發明實施例的電子裝置，由於使用了上述的半導體器件，因而具有更好的性能。

本發明已經通過上述實施例進行了說明，但應當理解的是，上述實施例只是用於舉例和說明的目的，而非意在將本發明限制於所描述的實施例範圍內。此外本領域技術人員可以理解的是，本發明並不局限於上述實施例，根據本發明的教導還可以做出更多種的變型和修改，這些變型和修改均落在本發明所要求保護的範圍以內。本發明的保護範圍由附屬的權利要求書及其等效範圍所界定。