專利名稱：在sonos產(chǎn)品中制備ono結(jié)構(gòu)的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種在SONOS產(chǎn)品中制造ONO結(jié)構(gòu)的方法，屬于集成電路 制造領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
在SONOS (硅一氧化硅一氮化硅一氧化硅一硅)產(chǎn)品中需要在特定的 區(qū)域制備ONO (氧化硅—氮化硅一氧化硅)結(jié)構(gòu)。圖1所示是一種ONO結(jié)
構(gòu)在柵極形成后的平面結(jié)構(gòu)示意圖，其中最下層為有源區(qū)1和淺溝槽隔離 結(jié)構(gòu)2，其上層為0N0層3，柵極4坐落在0N0線條3上面。在此結(jié)構(gòu)中， 尺寸5的大小非常重要，決定了柵極坐落于ONO線條上的窗口大小，在柵 極尺寸(gateCD)和柵極光刻對準(zhǔn)(Overlay)確定的情況下，0N0線條間 尺寸6和0N0層光刻的對準(zhǔn)(overlay)決定了尺寸5的表現(xiàn)。因此，0N0 結(jié)構(gòu)制備工藝中需要比較精確地控制尺寸5和6。
由圖1可見，在0N0層存在兩種區(qū)域，A區(qū)域是ONO線條區(qū)，B區(qū)域 是無0N0結(jié)構(gòu)區(qū)域。在0N0結(jié)構(gòu)制備工藝過程中，需要利用光刻和刻蝕的 方法將A區(qū)域的0N0線條定義出來，也就是將B區(qū)域中的ONO薄膜去除。 經(jīng)過0N0層光刻后，ONO層上方的光阻線條尺寸和對準(zhǔn)即被確定了，在隨 后ONO層刻蝕過程中，ONO線條尺寸的刻蝕損失即決定了尺寸5和6的大 小。
圖2A和圖2B分別為A區(qū)域和B區(qū)域在不同方向的截面結(jié)構(gòu)示意圖。圖2A為A區(qū)域垂直于ONO線條方向的有源區(qū)上方截面結(jié)構(gòu)，而圖2B為B 區(qū)域沿平行于ONO線條方向的截面結(jié)構(gòu)示意。從圖2A中可以看到，尺寸 6還受到ONO線條的三明治結(jié)構(gòu)中每層薄膜形貌影響，包括下層氧化膜7、 中間層氮化膜8和上層氧化膜9。理想情況下，下層氧化膜7、中間層氮 化膜8和上層氧化膜9三層的斷口呈現(xiàn)為垂直狀態(tài)，因此三層薄膜的線條 尺寸是相同的，但在實(shí)際制備中，不同的工藝方法會造成三層薄膜尺寸和 斷口形貌并不相同。此時下層氧化膜7、中間層氮化膜8和上層氧化膜9 三者中對應(yīng)的最小線條尺寸決定了尺寸5的大小。
ONO結(jié)構(gòu)制備一般是采用光刻、等離子刻蝕與化學(xué)濕法相結(jié)合的方 法，將光刻版上的圖形轉(zhuǎn)移到ONO三明治結(jié)構(gòu)中，形成ONO結(jié)構(gòu)。在此過 程中，需要控制三層薄膜的斷口形貌，同時需要保證在B區(qū)域內(nèi)沒有ONO 薄膜的殘留。
現(xiàn)有常用的ONO結(jié)構(gòu)制備方法如下-
第一步，利用光刻將光刻板上的圖形轉(zhuǎn)移到光刻膠ll中，在某些情 況下，會采用抗反射涂層IO增加光刻工藝窗口 (見圖3A)，相應(yīng)的B區(qū) 域被抗反射涂層所覆蓋(見圖3B)。為了彌補(bǔ)其后刻蝕工藝和化學(xué)濕法工 藝造成的尺寸5的損失，光刻時會對線條間尺寸12進(jìn)行補(bǔ)償。抗反射涂 層10 BARC材料，
第二步，采用等離子刻蝕工藝依次將光刻膠圖形轉(zhuǎn)移到抗反射涂層 10中(見圖4A和圖4B)、上層氧化膜9 (見圖5A)、中間層氮化膜8中， 并停留在下層氧化膜7內(nèi)，避免碰到底部的有源區(qū)l (見圖6A)。利用等 離子刻蝕工藝可以在上層氧化膜9和中間層氮化膜8的斷口處獲得相對垂直的截面。
第三步，利用化學(xué)濕法工藝將B區(qū)域中殘余的下層氧化膜9去除，
借助于化學(xué)濕法對氧化膜和硅基板的良好選擇性(selectivity),能夠很 好的停止在有源區(qū)1的硅界面上。此時化學(xué)濕法將對上層氧化膜9和下層 氧化膜7斷面造成側(cè)向侵蝕，也會造成淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)2的填充氧化膜損 失，影響尺寸5的大小(圖7A)。最后，去除殘余的光刻膠，即獲得ONO 結(jié)構(gòu)(見圖8A)。
當(dāng)淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)2和有源區(qū)1的高度差較大時，ONO薄膜生長后， 在淺溝槽2的上方頂角邊緣處的中間氮化膜8和上層氧化膜9的薄膜高度 會可能大于其淀積厚度，在第二步的等離子刻蝕工藝過程中，在打開上層 氧化膜9時，淺溝槽突出邊緣13處可能會留下氧化膜殘留(見圖5B)。 在其后將中間氮化膜8刻蝕打開的過程中，等離子刻蝕需要具備氮化膜對 下層氧化膜的選擇比，以避免可能損傷到底層有源區(qū)硅界面。等離子刻蝕 的這種選擇性將使氧化膜殘留覆蓋下的氮化膜難以除去，造成14處氮化 膜殘留(見圖6B)。該處氮化膜殘留不會被其后的化學(xué)濕法工藝去除(見 圖7B和圖8B)，故在經(jīng)過其后各種工藝后，殘留的氮化膜線條會成為缺 陷(defect),影響工藝窗口和電學(xué)性能。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種在SONOS產(chǎn)品中制造ONO結(jié)構(gòu)的 方法，其能消除制備過程中的氮化膜殘留。
為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的在S0N0S產(chǎn)品中制造0N0結(jié)構(gòu)的方法， 在硅襯底上形成有源區(qū)和淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)之后，包括如下步驟1) 在硅襯底上依次淀積下層氧化膜、中間氮化膜層和上層氧化膜，涂 覆光刻膠并光刻形成光刻膠圖案；
2) 采用濕法刻蝕刻蝕所述上層氧化膜；
3) 光刻膠的側(cè)向裁減，使光刻膠的側(cè)向尺寸與上層氧化膜的側(cè)向尺寸 一致；
4) 等離子刻蝕工藝刻蝕中間氮化膜層，刻蝕停止在下層氧化膜內(nèi)；
5) 濕法刻蝕去除下層氧化膜，最后去除光刻膠。 本發(fā)明利用化學(xué)濕法取代等離子刻蝕工藝打開上層氧化膜9，因化學(xué)
濕法可以獲得氧化膜對氮化膜的高選擇比，同時化學(xué)濕法的各向同性刻蝕 特性可以保證完全清除在淺溝槽突出邊緣處的氧化膜，不會產(chǎn)生氧化膜殘 留。這樣，在其后利用等離子刻蝕工藝去除中間氮化膜層時，就可以避免
氮化膜殘留。故采用本發(fā)明的工藝方法，獲得的ONO結(jié)構(gòu)可以消除氮化膜 殘留等缺陷，提高了 ONO工藝制程的窗口，提高了結(jié)構(gòu)的電學(xué)和可靠性等 性能。同時，本發(fā)明獲得ONO結(jié)構(gòu)的尺寸控制與傳統(tǒng)方法接近，不會因二 次化學(xué)濕法而增加最終的ONO有效尺寸損失。


下面結(jié)合附圖與具體實(shí)施方式
對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明
圖1為SONOS產(chǎn)品中ONO結(jié)構(gòu)在柵極形成后的平面布置圖2A為沿圖1中A區(qū)域的垂直方向截面示意圖，圖2B為沿圖1中B
區(qū)域的水平方向截面示意圖3A為現(xiàn)有工藝中ONO光刻后沿圖16中A區(qū)域的垂直方向截面示意
圖，圖3B為現(xiàn)有工藝中ONO光刻后沿圖16中B區(qū)域的水平方向截面示意圖4A為現(xiàn)有工藝中抗反射涂層刻蝕后沿圖16中A區(qū)域的垂直方向截 面示意圖，圖4B為現(xiàn)有工藝中抗反射涂層刻蝕后后沿圖16中B區(qū)域的水 平方向截面示意圖5A為現(xiàn)有工藝中上層氧化膜刻蝕后沿圖16中A區(qū)域的垂直方向截 面示意圖，圖5B為現(xiàn)有工藝中上層氧化膜刻蝕后沿圖16中B區(qū)域的水平 方向截面示意圖6A為現(xiàn)有工藝中中間氮化膜層刻蝕后沿圖16中A區(qū)域的垂直方向 截面示意圖，圖6B為現(xiàn)有工藝中中間氮化膜層刻蝕后沿圖16中B區(qū)域的 水平方向截面示意圖7A為現(xiàn)有工藝中下層氧化膜刻蝕后沿圖16中A區(qū)域的垂直方向截 面示意圖，圖7B為現(xiàn)有工藝中下層氧化膜刻蝕后沿圖16中B區(qū)域的水平 方向截面示意圖8A為現(xiàn)有工藝中ONO制備完成后沿圖16中A區(qū)域的垂直方向截面 示意圖，圖8B為現(xiàn)有工藝中ONO制備完成后沿圖16中B區(qū)域的水平方向 截面示意圖9A為本發(fā)明的工藝ONO光刻后沿圖16中A區(qū)域的垂直方向截面示 意圖，圖9B為本發(fā)明的工藝ONO光刻后沿圖16中B區(qū)域的水平方向截面 示意圖10A為本發(fā)明的工藝上層氧化膜刻蝕后沿圖16中A區(qū)域的垂直方 向截面示意圖，圖10B為本發(fā)明的工藝上層氧化膜刻蝕后沿圖16中B區(qū) 域的水平方向截面示意圖；圖11A為本發(fā)明的工藝光刻膠側(cè)向裁減后沿圖16中A區(qū)域的垂直方
向截面示意圖，圖11B為本發(fā)明的工藝光刻膠側(cè)向裁減后沿圖16中B區(qū) 域的水平方向截面示意圖12A為本發(fā)明的工藝中間氮化膜層刻蝕后沿圖16中A區(qū)域的垂直 方向截面示意圖，圖12B為本發(fā)明的工藝中間氮化膜層刻蝕后沿圖16中 B區(qū)域的水平方向截面示意圖13A為本發(fā)明的工藝下層氧化膜刻蝕后沿圖16中A區(qū)域的垂直方 向截面示意圖，圖13B為本發(fā)明的工藝下層氧化膜刻蝕后沿圖16中B區(qū) 域的水平方向截面示意圖14A為本發(fā)明的工藝制備完ONO結(jié)構(gòu)后沿圖16中A區(qū)域的垂直方 向截面示意圖，圖14B為本發(fā)明的工藝制備完ONO結(jié)構(gòu)后沿圖16中B區(qū) 域的水平方向截面示意圖15A為本發(fā)明中淀積柵極后沿圖16中A區(qū)域的垂直方向截面示意 圖，圖15B為本發(fā)明中淀積柵極后沿圖16中B區(qū)域的水平方向截面示意 圖16為SONOS產(chǎn)品制備中完成有源區(qū)和淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的平面示意
圖17為本發(fā)明的方法流程示意圖。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明的制備方法中，為了避免氮化膜殘留，本發(fā)明將利用化學(xué)濕 法取代等離子刻蝕工藝打開上層氧化膜9?；瘜W(xué)濕法可以獲得氧化膜^t氮 化膜的高選擇比，同時化學(xué)濕法的各向同性刻蝕特性可以保證完全清除在淺溝槽突出邊緣處的氧化膜，不會產(chǎn)生氧化膜殘留。這樣，在其后利用等 離子刻蝕工藝去除中間氮化膜層時，就可以避免氮化膜殘留。 本發(fā)明的工藝流程如下(請結(jié)合圖17):
第一步，有源區(qū)1和淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)2形成(見圖16)，依次淀積下
層氧化膜7、中間氮化膜層8和上層氧化膜9。利用光刻將光刻版上的圖 形轉(zhuǎn)移到光刻膠11中，在某些情況下，會采用抗反射涂層10增加光刻工 藝窗口 (見圖9A);相應(yīng)的B區(qū)域被抗反射涂層所覆蓋(見圖9B)。為了 彌補(bǔ)其后刻蝕工藝和化學(xué)濕法工藝造成對尺寸5的損失，光刻時會對線條 間尺寸17進(jìn)行補(bǔ)償(見圖9A)，即本發(fā)明的對應(yīng)的尺寸17小于原有工藝 中的尺寸12。
第二步，采用等離子刻蝕工藝依次將光刻膠圖形轉(zhuǎn)移到抗反射涂層 10中。此步刻蝕希望能夠有較好的方向性。此步刻蝕可利用雙射頻電源 刻蝕機(jī)，其中刻蝕工藝參數(shù)可設(shè)置如下源功率為200 600W，偏轉(zhuǎn)功率 為30W 300W，氣體壓力為2 20mT， 〔12流量為0 100SCCM， CFr流量為 0 150SCCM， 02流量為0 50SCCM， Ar流量為0 180SCCM，碳氟系氣體 (CHF3等其它含C和F的氣體)流量為0 100SCCM，總氣體流量50 250SCCM。當(dāng)0N0結(jié)構(gòu)在總面積中所占比例小于97%時，此步可以采用等 離子刻蝕終點(diǎn)探測的方法控制。
第三步，采用化學(xué)濕法刻蝕工藝將圖形轉(zhuǎn)移到上層氧化膜9中(見圖 10A)， B區(qū)域內(nèi)的上層氧化膜9被完全去除(見圖10B)，不會產(chǎn)生氧化膜 殘留。濕法刻蝕將上層氧化膜刻蝕完全，避免在淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的突出邊 緣處留下氧化膜殘留，盡量減少側(cè)向刻蝕，刻蝕均勻性良好，同時需要保證刻蝕過程中不會發(fā)生光刻膠剝離問題，因此在具體操作中，需要選用刻 蝕速率適當(dāng)?shù)腂OE (氧化膜刻蝕緩沖液)，可通過有限次試驗(yàn)得到較佳值。
選擇氧化膜刻蝕速率適當(dāng)?shù)腂OE，選擇可根據(jù)上層氧化膜9的厚度加上適 當(dāng)?shù)倪^刻蝕量(約為15% 25%)，以保證完全去除氧化膜的同時不造成過 多的側(cè)向刻蝕。控制氧化膜去除的時間可在30秒到2分鐘之間，去除時 間太短容易影響刻蝕的均勻性，而刻蝕時間太長則容易造成光刻膠剝離。
第四步，采用光刻膠側(cè)向裁減的方法處理光刻膠11和抗反射涂層10， 使光刻膠的側(cè)向尺寸與上層氧化膜9的側(cè)向尺寸一致(見圖11A和圖 11B )。此發(fā)明中采用了兩步化學(xué)濕法分別去除上層的氧化膜和下層的氧化 膜。這兩步都會對上層氧化膜造成側(cè)向侵蝕，使上層氧化膜線條尺寸相對 傳統(tǒng)方法中線條尺寸縮小很多。通過第四步的光刻膠裁減，使其在第二次 化學(xué)濕法前，中間氮化膜層的斷口尺寸與受過第一次濕法側(cè)向侵蝕的上層 氧化膜斷口尺寸一致。這樣，經(jīng)過第二次化學(xué)濕法后，上層氧化層的斷口 尺寸相對中間氮化膜層的斷口尺寸的縮小僅來源于第二次化學(xué)濕法的化 學(xué)侵蝕，此表現(xiàn)與傳統(tǒng)方法相近。
光刻膠橫向裁減過程多采用Cl2， 02， HBr等氣體，并增強(qiáng)源功率，降 低偏轉(zhuǎn)功率，使等離子的橫向刻蝕性增強(qiáng)；同時可能增加一些含C等氣體 增加一些淀積物，保護(hù)光刻膠的形貌。在具體實(shí)施中，可采用雙射頻電源 刻蝕機(jī)，工藝參數(shù)源功率為200 1200W，偏轉(zhuǎn)功率為0 200W，氣體壓 力為10 150mT，Cl2氣體流量為0 200SCCM，HBr氣體流量為0 300SCCM， 02流量為0 200SCCM，碳氟系氣體(CHF3/CH2F2/CH3F/C4F6)等氣體流量為 0 100SCCM。優(yōu)化的條件為源功率為300 1000W，偏轉(zhuǎn)功率為0 100W，氣體壓力為30 100mT，Cl2氣體流量為10 150SCCM，HBr氣體流量為20 200SCCM， 02流量為30 150SCCM，碳氟系氣體(CHF3/CH2F2/CH3F/C4F6)等 氣體流量為10 50SCCM。
第五步，采用等離子刻蝕方法刻蝕中間氮化膜層8，并停留在下層氧 化膜7內(nèi)，避免碰到底部的有源區(qū)l (見圖12A和圖12B)。在B區(qū)域內(nèi)的
氮化膜8將被全部去除，故不會留下氮化膜殘留。等離子刻^o:藝可以在
中間氮化膜8的斷口處獲得相對垂直的截面。具體實(shí)施中可利用雙射頻電 源刻蝕機(jī)，工藝參數(shù)設(shè)置源功率為200 600W，偏轉(zhuǎn)功率為20W 150W， 氣體壓力為5 30mT， CF4流量為10 80SCCM， CHFs流量為10 150SCCM， Ar流量0 80 SCCM， He流量為0 300SCCM，總氣體流量80 300SCCM。
第六步，利用化學(xué)濕法工藝將下層氧化膜9去除。借助于化學(xué)濕法 對氧化膜和硅基板的良好刻蝕選擇性(selectivity),此步驟能夠很好的 停止于有源區(qū)1的硅界面上，但會對上層氧化膜9的斷面15處和下層氧 化膜7斷面16處造成側(cè)向侵蝕，也會造成淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)2的填充氧化 膜損失，影響尺寸5的大小(見圖13A和圖13B)。此步驟也需要選用刻 蝕速率適當(dāng)?shù)腂OE (緩沖氧化膜刻蝕劑，可通過試驗(yàn)取得)，過刻蝕比例 可以適當(dāng)增加(25—35%)，但是需保證上層氧化膜側(cè)向刻蝕不超過整個 0N0結(jié)構(gòu)線寬尺寸的10% (可由具體工藝參數(shù)設(shè)定來控制)，在氧化膜刻蝕 緩沖液BOE和刻蝕時間上的選擇上仍然需要保證在30秒到2分鐘之間。
最后，去除殘余的光刻膠，即獲得0N0結(jié)構(gòu)(見圖14A和圖14B)。 此步驟可以利用等離子灰化或者化學(xué)濕法去除殘余光刻膠，并控制對有源 區(qū)和淺溝槽區(qū)的損失。此發(fā)明中，最終的上層氧化膜線條尺寸可能會小于傳統(tǒng)制備工藝的 結(jié)果，通過在光刻時增加光刻膠線條尺寸，可以補(bǔ)償此變化。本發(fā)明中第 四步是非常重要的一步，控制尺寸5的最終大小。如果在第三步后直接進(jìn) 行第五步的氮化膜刻蝕，第三步和第六步兩步濕法刻蝕造成的側(cè)向侵蝕效 應(yīng)迭加起來會嚴(yán)重縮小尺寸5的最終大小。
權(quán)利要求
1、一種在SONOS產(chǎn)品中制備ONO結(jié)構(gòu)的方法，其特征在于，在硅襯底上形成有源區(qū)和淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)之后，包括如下步驟1)在硅襯底上依次淀積下層氧化膜、中間氮化膜層和上層氧化膜，涂覆光刻膠并光刻形成光刻膠圖案；2)采用濕法刻蝕刻蝕所述上層氧化膜；3)光刻膠的側(cè)向裁減，使光刻膠的側(cè)向尺寸與上層氧化膜的側(cè)向尺寸一致；4)等離子刻蝕工藝刻蝕中間氮化膜層，刻蝕停止在下層氧化膜內(nèi)；5)濕法刻蝕去除下層氧化膜，最后去除光刻膠。
2、 如權(quán)利要求l所述的方法，其特征在于所述步驟一在淀積上層氧 化膜之后還淀積抗反射涂層，所述步驟二前還包括用等離子刻蝕法刻蝕所 述抗反射涂層至上層氧化膜，所述步驟三中側(cè)向裁減同時將抗反射涂層進(jìn) 行側(cè)向裁減。
3、 如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于所述等離子刻蝕抗反射涂 層采用雙射頻電源刻蝕機(jī)，刻蝕工藝參數(shù)源功率為200 600W，偏轉(zhuǎn)功率 為30W 300W，氣體壓力為2 20mT， Cl2流量為0 100SCCM， CF 流量為0 150SCCM， (V流量為0 50SCCM， Ar流量為0 180SCCM，碳氟系氣體流量為0 IOOSCCM，總氣體流量50 250SCCM。
4、 如權(quán)利要求1至3中任一項所述的方法，其特征在于所述步驟三中光刻膠的側(cè)向裁減利用等離子刻蝕工藝，采用雙射頻電源刻蝕機(jī)，工藝參 數(shù)源功率為200 1200W，偏轉(zhuǎn)功率為0 200W，氣體壓力為10 150mT，Cl2氣體流量為0 200SCCM， HBr氣體流量為0 300SCCM， 02流量為0 200SCCM，碳氟系氣體流量為0 100SCCM。
5、 如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于所述步驟三中光刻膠的側(cè) 向裁減采用雙射頻電源刻蝕機(jī)，工藝參數(shù)源功率為300 1000W，偏轉(zhuǎn)功 率為0 100W，氣體壓力為30 100mT， Cl2氣體流量為10 150SCCM， HBr氣 體流量為20 200SCCM， 02流量為30 150SCCM，碳氟系氣體流量為10 50SCCM。
6、 如權(quán)利要求1至3中任一項所述的方法，其特征在于所述步驟四中中間氮化膜的等離子刻蝕采用雙射頻電源刻蝕機(jī)，工藝參數(shù)源功率為200 600W，偏轉(zhuǎn)功率為20W 150W，氣體壓力為5 30mT， CF4流量為10 80SCCM， CHF3流量為10 150SCCM， Ar流量0 80 SCCM， He流量為0 300SCCM， 總氣體流量80 300SCCM。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種在SONOS產(chǎn)品中制備ONO結(jié)構(gòu)的方法，該方法在硅襯底上形成有源區(qū)和淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)之后，包括如下步驟1)依次淀積下層氧化膜、中間氮化膜層和上層氧化膜，光刻形成光刻膠圖案；2)采用濕法刻蝕刻蝕上層氧化膜；3)光刻膠的側(cè)向裁減；4)等離子刻蝕工藝刻蝕中間氮化膜層；5)濕法刻蝕去除下層氧化膜，最后去除光刻膠。本發(fā)明的方法消除原有工藝中氮化膜殘留的問題，有利于提高ONO工藝制程的窗口。
文檔編號H01L21/311GK101577250SQ20081004332
公開日2009年11月11日 申請日期2008年5月6日 優(yōu)先權(quán)日2008年5月6日
發(fā)明者呂煜坤, 娟 孫, 華 楊 申請人:上海華虹Nec電子有限公司