提高自對準接觸孔擊穿電壓的方法和多晶矽柵極結構的製作方法
2023-05-26 12:13:21
專利名稱：提高自對準接觸孔擊穿電壓的方法和多晶矽柵極結構的製作方法
技術領域：
本發明涉及半導體繼承電路製造的技術領域，特別涉及一種提高自對 準接觸孔擊穿電壓的方法，以及為實現上述方法的一種多晶矽柵極結構。
背景技術：
接觸孔是連接起前道器件和後段連線的通路，其擊穿電壓性能是集成 電路的一個重要電學參數。在一些存儲器電路中，經常利用自對準接觸孔 工藝來提高電路密度和工藝窗口。當柵極線條間間距很小或者自對準接觸 孔的對準工藝發生偏移時，光學顯影后的接觸孔會部分坐落到柵極側牆層 上，其後的接觸孔蝕刻過程中，等離子體會對柵極側牆造成一定量的損傷。 這使得柵極頂角到接觸孔的有效距離減小，即兩者之間的介質材料厚度減 小。因為柵極頂部側牆的側向損失會比下部側牆的側向損失更大，所以柵 極頂角最容易成為柵極與接觸孔之間介質層厚度最小的區域，也就成為接 觸孔擊穿電壓性能最脆弱的地方。
如圖1所示，在通常情況下，存儲器製備柵極工藝過程中，在多晶矽 柵極上面會有一層硬質掩膜層， 一般多採用氮化矽薄膜。柵極經過側面氧
化處理後的形態如圖2所示，該側面氧化膜的厚度一般由器件的要求決定。 如圖3所示，根據不同器件的要求生長側牆。如圖4所示，進行自對準接 觸孔刻蝕工藝之後，當自對準通孔的對準工藝出現偏移時，通孔蝕刻工藝 將損傷到柵極側牆頂角，造成側牆介質材料的損失，從而使柵極頂角到通孔之間的距離縮小。圖中7a即為柵極到通孔的最小距離處，這裡便成為接 觸孔最容易被電壓擊穿的地方。
發明內容
本發明所要解決的技術問題是提供提高自對準接觸孔擊穿電壓的方 法，提高自對準接觸孔的擊穿電壓，為此本發明還提供一種多晶矽柵極結 構，利用該多晶矽柵極結構提高自對準接觸孔的擊穿電壓性能。
為解決上述技術問題，本發明提高自對準接觸孔擊穿電壓的方法的技
術方案是，包括以下步驟第一步，在矽襯底上的氧化層上依次澱積多晶 矽、氧化膜和硬質掩膜層；第二步，在塗布光刻膠和光刻之後，從上往下 依次刻蝕硬質掩膜層、氧化膜層和多晶矽，形成多晶矽柵極，並對多晶矽 頂部頂角進行圓化；第三步，在多晶矽柵極的側面生長氧化膜層；第四步， 生長側牆；第五步，在生長層間介質膜、對層間膜進行化學機械研磨並進 行接觸孔光刻之後，刻蝕自對準接觸孔。
作為本發明提高自對準接觸孔擊穿電壓的方法的進一步改進是，第二
步中採用等離子刻蝕工藝或者溼法刻蝕工藝或者等離子體刻蝕與溼法刻蝕 相結合的工藝方法對多晶矽頂部頂角進行圓化。
本發明一種多晶矽柵極結構，包括自下往上依次為多晶矽層和硬質掩 膜層，在多晶矽層和硬質掩膜層之間還包括一層氧化膜層。
作為本發明多晶矽柵極結構的進一步改進是，該多晶矽層頂部頂角為 圓形。
本發明在硬質掩膜層和多晶矽層之間增加一層氧化物薄膜層，在柵極蝕刻過程中，多晶矽層頂部頂角圓化。使得在其後的柵極側面氧化和側牆 工藝中，在圓化尖端處形成相對較厚的氧化膜和氮化膜，從而增加了柵極 頂部到自對準接觸孔之間的距離，從而提高自對準接觸孔的擊穿電壓性能。
下面結合附圖和實施例對本發明作進一步詳細的說明 圖1為已有的多晶矽柵極結構示意圖2至圖4為已有工藝中形成自對準接觸孔流程示意圖； 圖5為本發明方法流程示意圖6至圖9為本發明提高自對準接觸孔擊穿電壓的方法流程示意圖； 圖10為本發明的多晶矽柵極結構示意圖。
圖中附圖標記中，1為多晶矽柵，2為氧化膜層，3為硬質掩膜層，4 為多晶矽柵的側面氧化膜，5為側牆，6為刻蝕接觸孔後介質層的斷面，7a 為已有的多晶矽柵的柵極頂部頂角，7b為本發明多晶矽柵的柵極頂部頂角。
具體實施例方式
如圖5所示，本發明包括以下步驟
首先，在矽襯底上的氧化層上依次澱積多晶矽、氧化膜和硬質掩膜層。 硬質掩膜層一般為氮化矽薄膜材料，厚度一般為300埃至3000埃。澱積氧 化膜為氧化矽，可以採用高溫氧化膜、化學汽相沉積氧化膜等方法澱積。 所澱積的氧化矽膜的厚度一般為80埃至400埃。這層氧化物薄膜層將有助 於在其後的工藝流程中實現柵極頂部尖端圓化。
在塗布光刻膠和光刻之後，對硬質掩膜層、氧化膜層和多晶矽按照從上往下的順序依次刻蝕。在此刻蝕工藝過程中，可以採用等離子蝕刻法或 者化學溼法刻蝕工藝或者等離子蝕刻與化學溼法刻蝕法相結合的方法，對
柵極頂部頂角進行圓化，如圖6所示，使得該多晶矽層頂部頂角為圓形。 例如在採用等離子蝕刻工藝打開硬質掩膜層和氧化膜層後，利用等離子體 對氧化膜層進行側向侵蝕，或者利用化學溼法刻蝕方法對氧化膜層進行側 向侵蝕，然後以硬質掩膜層作為掩膜，繼續利用等離子蝕刻完成多晶矽柵 的結構。
如圖7所示，在多晶矽柵極的側面生長氧化膜層，在這層氧化膜層的 生長過程中可以進一步提高柵極頂角的圓化程度。
如圖8所示，進行柵極的側牆工藝。在柵極頂部圓化的尖端處，獲得 相對較厚的介質膜側牆層。
在生長層間介質膜、對層間膜進行化學機械研磨並進行接觸孔光刻之 後，刻蝕自對準接觸孔。如圖9所示，因為本發明提高自對準接觸孔擊穿 電壓的方法增加了柵極頂角7b處的介質材料層厚度，所以即使當自對準通 孔的對準工藝出現偏移，通孔蝕刻工藝將損傷到柵極側牆頂角時，柵極頂 角處的側牆介質材料厚度仍然可以保持與下方的側牆厚度相當，從而避免 了柵極頂角到通孔之間的擊穿電壓表現。
如圖10所示，多晶矽柵極結構，包括自下往上依次為多晶矽層、氧化 膜層和硬質掩膜層，該多晶矽層頂部頂角為圓形，氧化膜層為氧化矽，硬 質掩膜層為氮化矽薄膜材料，所述氧化膜層厚度在80埃至400埃之間，所 述氮化矽薄膜材料的厚度一般在300埃至3000埃之間。本發明在硬質掩膜層和多晶矽層之間增加一層氧化物薄膜層作為多晶 矽柵極結構，通過對多晶矽柵頂部頂角的圓化，在柵極頂部頂角處形成相 對較厚的氧化膜和氮化膜，從而增加了柵極頂部頂角到自對準接觸孔之間 的距離和介質層厚度，而此距離往往就是自對準接觸孔到柵極的最小有效 距離。本發明能提高自對準接觸孔的擊穿電壓性能。同時，圓化的柵極頂 角可以避免柵極尖端放電的可能性。
權利要求
1. 一種提高自對準接觸孔擊穿電壓的方法，其特徵在於，包括以下步驟第一步，在矽襯底上的氧化層上依次澱積多晶矽、氧化膜和硬質掩膜層；第二步，在塗布光刻膠和光刻之後，從上往下依次刻蝕硬質掩膜層、氧化膜層和多晶矽，形成多晶矽柵極，並對多晶矽頂部頂角進行圓化；第三步，在多晶矽柵極的側面生長氧化膜層；第四步，生長側牆；第五步，在生長層間介質膜、對層間膜進行化學機械研磨並進行接觸孔光刻之後，刻蝕自對準接觸孔。
2. 根據權利要求1所述的提高自對準接觸孔擊穿電壓的方法，其特徵 在於，第一步中澱積的氧化膜層厚度在80埃至400埃之間。
3. 根據權利要求1所述的提高自對準接觸孔擊穿電壓的方法，其特徵 在於，第一步中採用高溫氧化膜工藝或者化學汽相澱積氧化膜工藝形成氧 化膜。
4. 根據權利要求1所述的提高自對準接觸孔擊穿電壓的方法，其特徵 在於，第二步中採用等離子刻蝕工藝或者溼法刻蝕工藝或者等離子體刻蝕 與溼法刻蝕相結合的工藝方法對多晶矽頂部頂角進行圓化。
5. —種多晶矽柵極結構，包括自下往上依次為多晶矽層和硬質掩膜層， 其特徵在於，在多晶矽層和硬質掩膜層之間還包括一層氧化膜層。
6. 根據權利要求5所述的多晶矽柵極結構，其特徵在於，該多晶矽層 頂部頂角為圓形。
7. 根據權利5或6所述的多晶矽柵極結構，其特徵在於，所述氧化膜 層厚度在80埃至400埃之間。
全文摘要
本發明公開了一種提高自對準接觸孔擊穿電壓的方法，包括以下步驟1.在矽襯底上的氧化層上依次澱積多晶矽、氧化膜和硬質掩膜層；2.從上往下依次刻蝕硬質掩膜層、氧化膜層和多晶矽，形成多晶矽柵極，並對多晶矽頂部頂角進行圓化；3.在多晶矽柵極的側面生長氧化膜層；4.生長側牆；5.刻蝕自對準接觸孔。一種多晶矽柵極結構，包括自下往上依次為多晶矽層、氧化膜層和硬質掩膜層。本發明在硬質掩膜層和多晶矽層之間增加一層氧化物薄膜層作為多晶矽柵極結構，通過對多晶矽柵頂部頂角的圓化，在柵極頂部頂角處形成相對較厚的氧化膜和氮化膜，提高自對準接觸孔的擊穿電壓性能。
文檔編號H01L21/00GK101452814SQ20071009439
公開日2009年6月10日 申請日期2007年12月6日 優先權日2007年12月6日
發明者呂煜坤, 遲玉山 申請人:上海華虹Nec電子有限公司