半导体结构及其制作方法转让专利
申请号 : CN202110250796.6
文献号 : CN113035873B
文献日 : 2022-04-12
发明人 : 于业笑 , 刘忠明 , 方嘉
申请人 : 长鑫存储技术有限公司
摘要 :
权利要求 :
1.一种半导体结构的制作方法,其特征在于,包括:提供衬底,所述衬底上包括依次形成的多晶硅层、第一导电层、第一介质层、掩膜层和牺牲层;其中,所述牺牲层具有多个间隔分布的第一沟槽且所述多晶硅层与所述衬底内的有源区电连接;
于所述牺牲层上形成第一绝缘层,所述第一绝缘层覆盖所述牺牲层的顶面、所述第一沟槽的底部和侧壁;
形成保护层,所述保护层仅覆盖位于所述牺牲层顶面上方的所述第一绝缘层的表面;
去除位于所述第一沟槽底部的所述第一绝缘层;
去除所述保护层、部分所述第一绝缘层、所述牺牲层和部分所述掩膜层,形成第一图案层;
以所述第一图案层为掩膜去除部分所述第一介质层、部分所述第一导电层、部分所述多晶硅层,以形成位线结构。
2.根据权利要求1所述的半导体结构的制作方法,其特征在于,包括:沉积碳材料于所述牺牲层顶面上方的所述第一绝缘层的表面,形成所述保护层。
3.根据权利要求2所述的半导体结构的制作方法,其特征在于,所述形成保护层的步骤包括:
使CH4经过等离子体反应分解成碳层,并沉积于所述牺牲层顶面上方的所述第一绝缘层的表面。
4.根据权利要求1所述的半导体结构的制作方法,其特征在于,包括:形成所述第一绝缘层的方法为原子层沉积法。
5.根据权利要求4所述的半导体结构的制作方法,其特征在于,包括:所述第一绝缘层的材料为二氧化硅。
6.根据权利要求5所述的半导体结构的制作方法,其特征在于,包括:所述形成保护层的步骤之后原位进行所述去除位于所述第一沟槽底部的所述第一绝缘层的步骤。
7.根据权利要求1所述的半导体结构的制作方法,其特征在于,所述去除位于所述第一沟槽底部的所述第一绝缘层包括:以所述保护层为掩膜,利用蚀刻工艺刻蚀位于所述第一沟槽底部的所述第一绝缘层。
8.根据权利要求1所述的半导体结构的制作方法,其特征在于,所述去除所述保护层、部分所述第一绝缘层、所述牺牲层和部分所述掩膜层,形成第一图案层的步骤包括:利用刻蚀工艺去除所述保护层;
利用平坦化工艺去除所述牺牲层顶面上方的所述第一绝缘层;
利用刻蚀工艺去除所述牺牲层和部分所述掩膜 层。
9.根据权利要求1所述的半导体结构的制作方法,其特征在于,所述衬底上还包括:金属阻挡层,所述金属阻挡层位于所述多晶硅层和所述第一导电层之间。
10.根据权利要求1所述的半导体结构的制作方法,其特征在于,在所述形成位线结构的步骤之后还包括:
形成位线隔离层,所述位线隔离层至少覆盖所述位线结构的侧壁。
11.根据权利要求10所述的半导体结构的制作方法,其特征在于,所述形成位线隔离层的步骤包括:
形成第一隔离层,所述第一隔离层至少覆盖所述位线结构的侧壁;
形成第二隔离层,所述第二隔离层覆盖所述第一隔离层的表面;
形成第三隔离层,所述第三隔离层覆盖所述第二隔离层的表面;
其中,所述第一隔离层、所述第二隔离层和所述第三隔离层构成所述位线隔离层。
12.根据权利要求11所述的半导体结构的制作方法,其特征在于,包括:形成所述第一隔离层的材料的致密度大于形成所述第二隔离层的材料的致密度且形成所述第一隔离层的材料的介电常数大于形成所述第二隔离层的材料的介电常数。
13.根据权利要求12所述的半导体结构的制作方法,其特征在于,包括:形成所述第一隔离层的材料与形成所述第三隔离层的材料相同。
14.根据权利要求13所述的半导体结构的制作方法,其特征在于,包括:形成所述第一隔离层的材料为氮化硅,形成所述第二隔离层的材料为氧化硅。
15.一种半导体结构,其特征在于,包括:衬底;
位线结构,位于所述衬底表面,所述位线结构采用如权利要求1‑14中任一项所述的半导体结构的制作方法形成。
说明书 :
半导体结构及其制作方法
技术领域
背景技术
晶体管的栅极与字线电连接、源极与位线电连接、漏极与电容器电连接,字线上的字线电压
能够控制晶体管的开启和关闭,从而通过位线能够读取存储在电容器中的数据信息,或者
将数据信息写入到电容器中。
形成位线的工艺是在形成掩膜图形之后,将图形一步步的向下转移,最终得到位线图形。但
是,由于当前工艺的限制,掩膜图形在向下转移的过程中极易发生扭曲,从而导致最终形成
的位线结构形貌较差,例如在形成的位线的侧壁凹凸不平、位线整体倾斜等,不仅对最终形
成的半导体器件的性能造成影响,严重时甚至导致器件的报废,从而增加了半导体器件的
生产成本。
发明内容
内的有源区电连接;
避免损伤所述牺牲层顶面以及所述第一沟槽侧壁的所述第一绝缘层,使得将所述牺牲层中
的图形向下转移之后,能够得到侧壁平坦、光滑、且形貌竖直的位线结构,提高了半导体结
构中位线形貌的均匀性、一致性,有助于改善半导体结构的电性能。
附图说明
具体实施方式
的过程中主要的工艺截面示意图。如图1、图2A‑图2N所示,本具体实施方式提供的半导体结
构的制作方法,包括如下步骤:
261且所述多晶硅层221与所述衬底20内的有源区42电连接,如图2A所示。
方式中以所述衬底20为Si衬底为例进行说明。所述衬底20内具有呈阵列排布的多个有源区
(Active Area,AA)42,相邻所述有源区42之间通过浅沟槽隔离结构(Shallow Trench
Isolation,STI)203进行电性隔离。所述浅沟槽隔离结构203是通过在所述衬底20内部形成
凹槽,并于所述凹槽内部填充绝缘材料形成。所述浅沟槽隔离结构203的材料可以是但不限
于氧化物材料。
体实施方式中,本领域技术人员也可以根据实际需要使得所述有源区42仅包括第一有源区
201或者仅包括第二有源区202。
属阻挡材料、第一导电材料、第一介质材料、掩膜材料和牺牲材料于所述衬底20表面。举例
来说,首先,沉积第二介质材料(例如氮化硅)于所述衬底20表面,形成间隔层21。接着,刻蚀
所述间隔层21和部分所述衬底20,在暴露所述衬底20内部的所述有源区42之后沉积多晶硅
材料,形成所述多晶硅层221,所述多晶硅层221与所述衬底20内部的所述有源区42直接接
触并覆盖所述间隔层21的表面。之后,沉积TiN等金属阻挡材料于所述多晶硅层221表面,形
成金属阻挡层222。最后,沉积W等金属导电材料于所述金属阻挡层222表面,形成第一导电
层223。所述金属阻挡层222不仅用于阻挡所述第一导电层223中的金属粒子向所述多晶硅
层221中扩散,还能够增大所述第一导电层223与所述多晶硅层221之间的粘附性。
来说,在形成所述第一导电层223之后,沉积第一掩膜材料于所述第一导电层223表面,形成
所述第一掩膜层24。之后,沉积第二掩膜材料于所述第一掩膜层24表面,形成第二掩膜层
25。所述第一掩膜层24的材料可以是ACL(无定形碳),所述第二掩膜层25的材料可以为
SION。接着,在所述第二掩膜层25表面沉积第一牺牲材料,形成所述第一牺牲层26。本领域
技术人员还可以在刻蚀所述第一牺牲层26形成所述第一沟槽261之前,在所述第一牺牲层
26之上沉积第二牺牲材料,形成覆盖所述第一牺牲层26的第二牺牲层27。之后,以所述第二
掩膜层25为刻蚀停止层,沿垂直于所述衬底20的方向刻蚀所述第二牺牲层27和所述第一牺
牲层26,形成所述第一沟槽261。所述第一沟槽261沿垂直于所述衬底20的方向连续贯穿所
述第二牺牲层27和所述第一牺牲层26。本领域技术人员也可以根据实际需要使得所述掩膜
层40仅包括一层掩膜层。本领域技术人员也可以根据实际需要使得所述牺牲层41仅包括一
层牺牲层。
的材料与所述第一牺牲层26不同。
二牺牲层27的顶面(即所述第二牺牲层27背离所述衬底20的表面)。原子层沉积法相较于其
他沉积方法能够精确控制所述第一绝缘层28的厚度,并可以控制第一绝缘层28在各个位置
的厚度相同,从而达到工艺要求。所述第一绝缘层28的材料可以为二氧化硅。形成二氧化硅
的工艺简单,成本较低,且形成的二氧化硅紧密贴附于所述第一沟槽261的侧壁表面,从而
使后续形成的半导体结构的形貌符合要求。
所述第一沟槽261的底壁和侧壁)上的所述第一绝缘层28未覆盖有所述保护层29。为了更好
的保护所述第一沟槽261侧壁的所述第一绝缘层28,所述保护层29与所述第一绝缘层28之
间应该具有较高的刻蚀选择比,例如,在相同的刻蚀条件下,所述保护层29与所述第一绝缘
层28之间的刻蚀选择比大于10。
等碳基气体在低温、低压、真空的条件下经过交变电场,通过设置合适的射频电压,使得CH4
等碳基气体发生等离子体反应分解成碳层,反应如下所示:
层29覆盖且仅覆盖位于所述第二牺牲层27的顶面的所述第一绝缘层28,所述第一沟槽261
内部不会有CH3、·CH2、·CH、·C·等含碳自由基基团的进入,即所述第一沟槽261内部不
会沉积碳层。
所述第一绝缘层28进行有效的保护。
以避免对所述第一沟槽261侧壁的所述第一绝缘层28的损伤,从而能够确保刻蚀完所述第
一沟槽261底部的所述第一绝缘层28之后,所述第一沟槽261侧壁的所述第一绝缘层28不受
损伤,具有较为平坦、顺滑、竖直的形貌,改善了后续向下转移的图案的形貌,从而确保了后
续形成的位线的侧壁形貌平坦、光滑。
厚度,使得即便是对所述保护层29进行了部分刻蚀,在所述第一沟槽261底部的所述第一绝
缘层28去除的过程中,所述第二牺牲层27顶面的所述第一绝缘层28之上一直覆盖有所述保
护层29,从而更好的保护所述第一沟槽261侧壁的所述第一绝缘层28。
转移,简化了半导体结构的制作步骤,而且避免了转移过程中对半导体结构可能造成的污
染,确保了半导体结构的良率。
图2D所示。接着,以所述第二牺牲层27为研磨截止层,采用化学机械研磨工艺等平坦化工艺
去除位于所述第二牺牲层27顶面之上的所述绝缘层28,暴露所述第二牺牲层27,如图2E所
示。
图2F所示。在沿平行于所述衬底20表面的方向上,所述第一沟槽261与所述第二沟槽262交
替排布,且所述第一绝缘层28用于隔离相邻的所述第一沟槽261和所述第二沟槽262。所述
第一沟槽261的宽度与所述第二沟槽262的宽度可以相同,也可以不同。所述第一沟槽261的
宽度是指所述第一沟槽261的内径,所述第二沟槽262的宽度是指所述第二沟槽262的内径。
262至所述第二掩膜层25中,即使得所述第一沟槽261和所述第二沟槽262均沿垂直于所述
衬底20的方向贯穿所述第二掩膜层25,形成如图2G所示的结构。接着,继续向下转移图案,
通过刻蚀部分的所述第一掩膜层24,于所述第一掩膜层24中形成与所述第一沟槽261对应
的第五沟槽241、以及与所述第二沟槽262对应的第六沟槽242。剥离所述第一掩膜层24上方
残留的所述第一绝缘层28和所述第二掩膜层25之后,得到如图2H所示结构。本具体实施方
式中所述的第一图案层即为包括所述第五沟槽241和第六沟槽242的所述第一掩膜层24。由
于所述第一沟槽261和所述第二沟槽262具有平坦、竖直的侧壁形貌,因此,在所述第一掩膜
层24中形成的所述第五沟槽241和所述第六沟槽242也具有平坦、竖直的侧壁形貌,避免了
所述第一图案层的扭曲问题。
301和与所述第二沟槽262对应的第四沟槽302,如图2I所示;
述第一导电层223和所述金属阻挡层222内部,即所述第三沟槽301和所述第四沟槽302均沿
垂直于所述衬底20的方向贯穿所述第一导电层223和所述金属阻挡层222,在剥离所述第一
掩膜层24之后,得到如图2J所示的结构。
电层223、所述金属阻挡层222和所述多晶硅层221的具体材料,选择合适的刻蚀剂,通过一
步刻蚀所述第一导电层223、所述金属阻挡层222和所述多晶硅层221,以简化半导体结构的
制作方法。
和与所述第二沟槽262对应的第四沟槽302,所述第三沟槽301和所述第四沟槽302将所述第
一介质层23、所述第一导电层223、所述金属阻挡层222和所述多晶硅层221分割为第一位线
结构32和第二位线结构33,所述第一位线结构32与所述第一有源区201接触,所述第二位线
结构33与所述第二有源区202不接触。
20表面、以及所述间隔层21表面,形成第一隔离层311,如图2L所示。接着,沉积第二隔离材
料于所述第一隔离层311表面,形成完整覆盖所述第一隔离层311的第二隔离层312,如图2M
所示。之后,沉积第三隔离材料于所述第二隔离层312表面,形成完整覆盖所述第二隔离层
312的第三隔离层313,如图2N所示。所述位线隔离层不仅用于分隔相邻的所述位线结构,还
能够避免所述位线结构的侧壁氧化,确保所述位线结构的电性能。
的介电常数。
隔离层312的材料不同。例如,形成所述第一隔离层311的材料可以为氮化物材料(例如氮化
硅),形成所述第二隔离层312的材料可以为氧化物材料(例如氧化硅),形成N‑O‑N结构的所
述位线隔离层。
材料的介电常数确定。例如,当形成所述第一隔离层311的材料和形成所述第三隔离层313
的材料均为氮化硅,形成所述第二隔离层312的材料为氧化硅时,所述第一隔离层311的厚
度与所述第三隔离层313的厚度相同,且所述第一隔离层311的厚度大于所述第二隔离层
312的厚度。
方式提供的半导体结构的示意图可参见图2N。如图2A‑图2N所示,本具体实施提供的半导体
结构,包括:
绝缘层时,能够避免损伤所述第一牺牲层顶面以及所述第一沟槽侧壁的所述第一绝缘层,
使得将所述牺牲层中的图形向下转移之后,能够得到侧壁平坦、光滑、且形貌竖直的位线,
提高了半导体结构中位线形貌的均匀性、一致性,有助于改善半导体结构的电性能。
本发明的保护范围。