增加闪存器件工艺窗口的方法

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，特别是涉及一种增加闪存器件工艺窗口的方法。

背景技术

NORD闪存结构的硬掩膜层(HM)对阻挡存储单元的离子注入起着至关重要的作用，而为了改善层间介质层的填充和闪存器件存储单元及外围器件单元的刻蚀窗口，需要将硬掩膜层的高度降低。

目前，常用氧化层作为硬掩膜层，并对其进行化学机械研磨以使其高度降低。然而，在对氧化层进行预设厚度的化学机械研磨后，易导致同一晶圆不同区域(比如晶圆中心区域与晶圆的边缘区域)所保留的氧化层厚度的差异较大，或者不同晶圆所保留的氧化层厚度差异较大，在这种情况下，外围器件区刻蚀窗口及存储单元的源漏区深槽刻蚀窗口不足，难以满足所有刻蚀窗口的要求，从而导致刻蚀窗口存在残余或受到损伤；而且，仅利用氧化层作为硬掩膜层会使得晶圆存在负载效应，而负载效应差异导致不同clear ratio产品要分别建立存储器件区和外围器件区的相关性，从而给平台在线管控带来困难。

而若在形成字线时，对字线多晶硅层同时进行化学机械研磨及湿法刻蚀工艺来降低硬掩膜层的高度，或者同时采用干法刻蚀与湿法刻蚀来降低硬掩膜层的高度，均会因为各同性刻蚀导致形貌难以控制或导致晶圆存在剥离缺陷。若采用无图形刻蚀方法来降低硬掩膜层的高度，会因为多晶硅与硬掩膜层的选择比的控制及稳定性，而对刻蚀工艺的要求比较高。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种增加闪存器件工艺窗口的方法，用于解决以现有的氧化层作为硬掩膜层导致同一晶圆不同区域或不同晶圆的硬掩膜层的厚度差异较大，并产生负载效应从而导致工艺窗口小的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种增加闪存器件工艺窗口的方法，所述方法包括：

提供一半导体结构，所述半导体结构包括第一存储器件区及第二存储器件区，且所述半导体结构包括衬底及由下到上依次形成于所述衬底上的栅氧化层、浮栅多晶硅层、栅间介质层及控制栅多晶硅层；

于所述半导体结构的表面形成第一阻挡层及第二阻挡层，且所述第二阻挡层形成于所述第一阻挡层的表面；

刻蚀所述第二阻挡层、所述第一阻挡层、所述控制栅多晶硅层、所述栅间介质层及所述浮栅多晶层以于所述第一存储器件区及所述第二存储器件区形成字线填充沟槽；

于所述字线填充沟槽内形成字线多晶硅层，且所述字线多晶硅层延伸至所述字线填充沟槽以外的所述第二阻挡层的表面；

利用化学机械研磨工艺对所述字线多晶硅层进行研磨以形成字线；

去除所述第二阻挡层。

可选地，去除所述第二阻挡层的方法包括：利用化学机械研磨工艺完成对所述字线多晶硅层的研磨之后继续研磨所述第二阻挡层，直至剩余预设厚度的所述第二阻挡层，再采用热磷酸将其去除。

可选地，去除所述第二阻挡层的方法包括：利用化学机械研磨工艺完成对所述字线多晶硅层的研磨之后继续研磨所述第二阻挡层直至检测到所述第一阻挡层的相关物质信号，再采用热磷酸将仍存在的所述第二阻挡层去除。

可选地，所述第二阻挡层包括氮化层。

可选地，采用沉积工艺或炉管生长工艺生长所述氮化层。

可选地，所述氮化层的厚度为300埃～1200埃。

可选地，所述第一阻挡层包括氧化层。

可选地，采用炉管工艺形成所述氧化层。

可选地，所述氧化层的厚度为1000埃～2000埃。

可选地，于所述字线填充沟槽内形成所述字线多晶硅层之前，所述方法包括于所述字线填充沟槽的底部及侧壁形成隧穿氧化层的步骤。

可选地，所述半导体结构包括浅沟槽隔离结构，且所述浅沟槽隔离结构位于所述第二存储器件区，此时，形成于所述第二存储器件区的所述字线填充沟槽位于所述浅沟槽隔离结构的上方。

如上所述，本发明的增加闪存器件工艺窗口的方法，通过利用氧化层及氮化层共同作为硬掩膜层，与现有的仅利用氧化层作为硬掩膜层相比，能够使得硬掩膜层的厚度得到降低。而且，在对字线多晶硅层进行研磨形成字线时，研磨至保留一定厚度的氮化层或从研磨液中检测到氧化层所含的相关物质信号即停止研磨，再利用热磷酸去除氮化层，通过上述方法能够改善同一晶圆不同区域或不同晶圆的氧化层厚度差异，并改善负载效应，从而增加器件的刻蚀工艺窗口。

附图说明

图1显示为本发明的增加闪存器件工艺窗口的方法的流程图。

图2显示为本发明所提供的半导体结构的剖面结构示意图。

图3显示为本发明的于半导体结构的表面形成第一阻挡层及第二阻挡层后的剖面结构示意图。

图4显示为本发明的形成字线填充沟槽后的剖面结构示意图。

图5显示为本发明的于字线填充沟槽内形成隧穿氧化层后的剖面结构示意图。

图6显示为本发明的形成字线多晶硅层后的剖面结构示意图。

图7显示为本发明的对所述字线多晶硅层进行化学机械研磨后的剖面结构示意图。

图8显示为本发明的去除第二阻挡层的剖面结构示意图。

附图标号说明

10：半导体结构；11：衬底；12：栅氧化层；13：浮栅多晶硅层；14：栅间介质层；141：底部氧化层；142：中间氮化层；143：顶部氧化层；15：控制栅多晶硅层；16：浅沟槽隔离结构；20：第一阻挡层；30：第二阻挡层；40：字线填充沟槽；50：字线多晶硅层；60：隧穿氧化层

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。

请参阅图1至图8。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，虽图示中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的形态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局形态也可能更为复杂。

如图1所示，本实施例提供一种增加闪存器件工艺窗口的方法，所述方法包括：

步骤1)提供一半导体结构10，所述半导体结构包括第一存储器件区A1与第二器件存储区A2，且所述半导体结构10包括衬底11及由下到上依次形成于所述衬底11上的栅氧化层12、浮栅多晶硅层13、栅间介质层14及控制栅多晶硅层15；

步骤2)于所述半导体结构10的表面形成第一阻挡层20及第二阻挡层30，且所述第二阻挡层30形成于所述第一阻挡层20的表面；

步骤3)刻蚀所述第二阻挡层30、所述第一阻挡层20、所述控制栅多晶硅层15、所述栅间介质层14及所述浮栅多晶层13以所述第一器件存储区A1与所述第二器件存储区A2形成字线填充沟槽40；

步骤4)于所述字线填充沟槽40内形成字线多晶硅层50，且所述字线多晶硅层50延伸至所述字线填充沟槽40以外的所述第二阻挡层30的表面；

步骤5)利用化学机械研磨工艺对所述字线多晶硅层50进行研磨以形成字线；

步骤6)去除所述第二阻挡层30。

如图2所示，在步骤1)中，提供一半导体结构10，所述半导体结构包括第一存储器件区A1与第二器件存储区A2，且所述半导体结构10包括衬底11及由下到上依次形成于所述衬底11上的栅氧化层12、浮栅多晶硅层13、栅间介质层14及控制栅多晶硅层15。

本实施例中，所述半导体结构10还包括外围器件区B，且所述外围器件区B也包括所述衬底11及由下到上依次形成于所述衬底11上的所述栅氧化层12、所述浮栅多晶硅层13、所述栅间介质层14及所述控制栅多晶硅层15。本实施例中，所述栅间介质层14为ONO结构，包括底部氧化层141、中间氮化层142及顶部氧化层143，且中间氮化层142形成于所述底部氧化层141与所述顶部氧化层143之间。

具体的，所述半导体结构10包括浅沟槽隔离结构16，且所述浅沟槽隔离结构16位于所述第二存储器件区A2，此时，形成于所述第二存储器件区A2的所述字线填充沟槽40位于所述浅沟槽隔离结构16的上方。

如图3所示，在步骤2)中，于所述半导体结构10的表面形成第一阻挡层20及第二阻挡层30，且所述第二阻挡层30形成于所述第一阻挡层20的表面。

本实施例中，所述第一阻挡层20及所述第二阻挡层30共同作为硬掩膜层，可降低器件所需的硬掩膜层的厚度。

具体的，所述第一阻挡层20包括氧化层。本实施例中，所述氧化层的材质包括氧化硅。

具体的，采用炉管工艺形成所述氧化层。本实施例中，采用炉管工艺形成所述氧化层可使得形成的所述氧化层稳定性及均匀性较好，以便用于后续的刻蚀工艺(外围器件区的刻蚀及控制栅与浮栅刻蚀)。

具体的，所述氧化层的厚度为1000埃～2000埃。

具体的，所述第二阻挡层30包括氮化层。本实施例中，所述氮化层的材质包括氮化硅。

具体的，采用沉积工艺或炉管生长工艺生长所述氮化层。本实施例中，可根据化学机械研磨的选择比需求选择采用沉积工艺或炉管工艺生长所述氮化层。

具体的，所述氮化层的厚度为300埃～1200埃。

如图4所示，在步骤3)中，刻蚀所述第二阻挡层30、所述第一阻挡层20、所述控制栅多晶硅层15、所述栅间介质层14及所述浮栅多晶层13以所述第一器件存储区A1与所述第二器件存储区A2形成字线填充沟槽40。

本实施例中，可通过干法刻蚀工艺形成所述字线填充沟槽40。

如图6所示，在步骤4)中，于所述字线填充沟槽40内形成字线多晶硅层50，且所述字线多晶硅层50延伸至所述字线填充沟槽40以外的所述第二阻挡层30的表面。

本实施例中，通过CVD沉积工艺形成所述字线多晶硅层50。

具体的，于所述字线填充沟槽40内形成所述字线多晶硅层50之前，所述方法包括于所述字线填充沟槽40的底部及侧壁形成隧穿氧化层60的步骤(如图5所示)。

如图7所示，在步骤5)中，利用化学机械研磨工艺对所述字线多晶硅层50进行研磨以形成字线。

本实施例中，在对所述字线多晶硅层50进行化学机械研磨之前，所述方法包括于所述字线填充沟槽40所在位置处进行离子注入的步骤(图中未示出)，此时，所述氮化层与所述氧化层共同作为硬掩膜层，此种方法与仅利用氧化层作为硬掩膜层的方法相比，能够起到更好的阻挡效果。

如图8所示，在步骤6)中，去除所述第二阻挡层30。

在一示例中，去除所述第二阻挡层30的方法包括：利用化学机械研磨工艺完成对所述字线多晶硅层50的研磨之后继续研磨所述第二阻挡层30，直至剩余预设厚度的所述第二阻挡层30，再采用热磷酸将其去除。

本实施例中，在对所述字线多晶硅层50进行研磨形成字线时，通过调整化学机械研磨的选择比，使得研磨停止在预设厚度的所述第二阻挡层30上，之后，再利用热磷酸去除所述第二阻挡层30，通过上述方法能够改善同一晶圆不同区域的所述氧化层的厚度差异及不同晶圆上的所述氧化层的厚度差异，并改善负载效应。

在另一示例中，去除所述第二阻挡层30的方法包括：利用化学机械研磨工艺完成对所述字线多晶硅层50的研磨之后继续研磨所述第二阻挡层30直至检测到所述第一阻挡层20的相关物质信号，再采用热磷酸将仍存在的所述第二阻挡层30去除。

本实施例中，在对所述字线多晶硅层50进行研磨形成字线多晶硅时，通过调整化学机械研磨的选择比，在能够从研磨液中检测到所述第一阻挡层20的相关物质信号即停止研磨，之后，再利用热磷酸仍存在的所述第二阻挡层30，通过上述方法能够改善同一晶圆不同区域的所述氧化层的厚度差异及不同晶圆上的所述氧化层的厚度差异，并改善负载效应。

进一步地，如图8所示，在利用热磷酸去除所述氮化层之后，形成的字线的高度高于所述第一阻挡层20的高度，此时，可采用RTO氧化或增加一道无图形掩膜刻蚀工艺来进行调整，以使得字线的高度与所述第一阻挡层20的高度持平。

本实施例中，在后续工艺流程去除作为所述第一阻挡层20的氧化层时，可采用氢氟酸。

综上所述，本发明的增加闪存器件工艺窗口的方法，通过利用氧化层及氮化层共同作为硬掩膜层，与现有的仅利用氧化层作为硬掩膜层相比，能够使得硬掩膜层的厚度得到降低。而且，在对字线多晶硅层进行研磨形成字线时，研磨至保留一定厚度的氮化层或从研磨液中检测到氧化层所含的相关物质信号即停止研磨，再利用热磷酸去除氮化层，通过上述方法能够改善同一晶圆不同区域或不同晶圆的氧化层厚度差异，并改善负载效应，从而增加器件的刻蚀工艺窗口。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。