本發(fā)明涉及半導(dǎo)體制造技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種無縫多晶硅插塞(seam free poly plug)的形成方法。

背景技術(shù)：

三維數(shù)據(jù)型存儲技術(shù)(3D-NAND)以其小體積、大容量為出發(fā)點(diǎn)，將儲存單元采用三維模式層層堆疊的高度集成為設(shè)計(jì)理念，生產(chǎn)出高單位面積存儲密度，高效存儲單元性能的的存儲器，已經(jīng)成為新興存儲器設(shè)計(jì)和生產(chǎn)的主流工藝。

目前，在3D NAND結(jié)構(gòu)的制備工藝中，如圖1a～1d所示，首先采用原子層沉積(Atomic Layer Deposition，簡稱ALD)的方法于接觸孔(channel hole)4中充滿氧化物5，其次回刻(Recess etch back)該氧化物5，以將該接觸孔4的部分側(cè)壁予以暴露，之后于接觸孔4中沉積多晶硅(poly)以形成多晶硅插塞(poly plug)6；其中，1為介質(zhì)層、2為犧牲層、3為氧化物薄膜。如圖2a～2c所示，由于接觸孔4的縱截面一般呈彎曲狀(bowing profile)，這會導(dǎo)致氧化物5中產(chǎn)生縫隙(seam)，而干法刻蝕移除(Dry etch recess)部分氧化物5的工藝會加劇(enhance)產(chǎn)生縫隙，這會導(dǎo)致后來沉積的多晶硅插塞6產(chǎn)生縫隙，進(jìn)而影響閾值電壓和亞閾值斜率，這是本領(lǐng)域技術(shù)人員所不期望見到的。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對上述存在的問題，本發(fā)明公開了一種無縫多晶硅插塞的形成方法，包括：

步驟S1，提供一形成有接觸孔的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)；

步驟S2，于所述接觸孔中形成覆蓋所述接觸孔側(cè)壁的氧化物，并回刻所述氧化物以于所述接觸孔中形成氧化層，且所述氧化層具有縱截面輪廓上大下小的開口；

步驟S3，于所述半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)之上沉積氧化物以充滿所述接觸孔；

步驟S4，回刻所述氧化物以暴露所述接觸孔的部分側(cè)壁；

步驟S5，繼續(xù)于所述半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)之上沉積多晶硅以形成所述多晶硅插塞。

上述的無縫多晶硅插塞的形成方法，其中，所述方法應(yīng)用于3DNAND結(jié)構(gòu)的制備工藝中。

上述的無縫多晶硅插塞的形成方法，其中，所述步驟S2包括：

于所述半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)之上沉積所述氧化物以充滿所述接觸孔；

刻蝕所述氧化物以形成中間開口的氧化層；

繼續(xù)對所述氧化層的頂部進(jìn)行刻蝕工藝，以形成所述具有所述上大下小的開口的氧化層，且所述氧化層將所述接觸孔的底部及其側(cè)壁均予以覆蓋。

上述的無縫多晶硅插塞的形成方法，其中，所述步驟S2和步驟S3中，采用原子層沉積的方法于所述半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)之上沉積氧化物。

上述的無縫多晶硅插塞的形成方法，其中，所述刻蝕工藝為等離子刻蝕工藝。

上述的無縫多晶硅插塞的形成方法，其中，采用NH3進(jìn)行所述等離子刻蝕工藝。

上述的無縫多晶硅插塞的形成方法，其中，所述氧化物為二氧化硅。

上述的無縫多晶硅插塞的形成方法，其中，所述接觸孔的縱截面輪廓呈彎曲狀。

上述的無縫多晶硅插塞的形成方法，其中，所述步驟S4中，采用干法刻蝕工藝回刻所述氧化物以暴露所述接觸孔的部分側(cè)壁。

上述的無縫多晶硅插塞的形成方法，其中，所述步驟S5中，采用化學(xué)氣相沉積法于所述半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)之上沉積多晶硅以形成所述多晶硅插塞。

上述發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)或者有益效果：

本發(fā)明公開了一種無縫多晶硅插塞的形成方法，可應(yīng)用于3DNAND結(jié)構(gòu)的制備工藝中，通過在接觸孔中形成具有上大下小的錐形開口的氧化層，并利用氧化物完全填充該錐形開口，使得后來沉積的多晶硅插塞不會產(chǎn)生縫隙，進(jìn)而改善了閾值電壓(Vth)和亞閾值斜率(SS)。

附圖說明

通過閱讀參照以下附圖對非限制性實(shí)施例所作的詳細(xì)描述，本發(fā)明及其特征、外形和優(yōu)點(diǎn)將會變得更加明顯。在全部附圖中相同的標(biāo)記指示相同的部分。并未可以按照比例繪制附圖，重點(diǎn)在于示出本發(fā)明的主旨。

圖1a～1d是本發(fā)明傳統(tǒng)技術(shù)中多晶硅插塞的形成方法的流程結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2a是圖1b的電鏡示意圖；

圖2b是圖1c的電鏡示意圖；

圖2c是圖1d的電鏡示意圖；

圖3是本發(fā)明實(shí)施例中多晶硅插塞的形成方法的流程圖；

圖4a～4f是本發(fā)明實(shí)施例中多晶硅插塞的形成方法的流程結(jié)構(gòu)示意圖。

圖5a是圖4c的電鏡示意圖；

圖5b是圖4d的電鏡示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和具體的實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步的說明，但是不作為本發(fā)明的限定。

如圖3所示，本實(shí)施例涉及一種無縫多晶硅插塞的形成方法，可應(yīng)用于3D NAND結(jié)構(gòu)的制備工藝中，具體的，該方法包括如下步驟：

步驟一，提供一形成有接觸孔104的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，在本發(fā)明的實(shí)施例中，該接觸孔104的縱截面輪廓呈彎曲狀；具體的，該半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)包括襯底(圖中未示出)、交疊設(shè)置于襯底之上的介質(zhì)層101和犧牲層102，且該介質(zhì)層101和犧牲層102形成一堆疊結(jié)構(gòu)，形成于堆疊結(jié)構(gòu)之上的氧化物薄膜103以及貫穿該氧化物薄膜103至堆疊結(jié)構(gòu)中的接觸孔104；進(jìn)一步的，該半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)還包括其他的膜層，由于該半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)并非本發(fā)明改進(jìn)的重點(diǎn)，因此對其具體的膜層以及制備工藝便不予以贅述；如圖4a所示的結(jié)構(gòu)。

步驟二，于接觸孔104中形成覆蓋接觸孔104側(cè)壁的氧化物105(此時(shí)氧化物105形成覆蓋接觸孔104側(cè)壁的側(cè)墻(spacer)，并回刻氧化物105以于接觸孔104中形成氧化層，且氧化層具有縱截面輪廓上大下小的開口(例如該開口為上大下小，縱截面輪廓呈錐形的開口(taper profile))；如圖4c和5a所示的結(jié)構(gòu)。

在本發(fā)明一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施例中，上述步驟二具體包括：首先，采用原子層沉積的方法于半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)之上沉積氧化物105以充滿接觸孔104；其次刻蝕氧化物以形成中間開口的氧化層；如圖4b所示的結(jié)構(gòu)；之后繼續(xù)對氧化層的頂部進(jìn)行等離子刻蝕工藝，以形成具有上大下小的開口的氧化層，且氧化層將接觸孔104的底部及其側(cè)壁均予以覆蓋；如圖4c和5a所示的結(jié)構(gòu)。

優(yōu)選的，采用NH3進(jìn)行上述的等離子刻蝕工藝。

具體的，在采用NH3進(jìn)行上述的等離子刻蝕工藝以移除部分的氧化物105使得氧化層形成錐形輪廓開口的過程中，等離子偏置功率(The HDP bias power)大約為1000W，刻蝕工具(the etch tool)的功率為5000～10000W，此時(shí)等離子體可能會損壞位于接觸孔底部的硅，但由于NF3反應(yīng)不會產(chǎn)生聚合物(polymer)，因此不會對硅造成損壞。

NF3反應(yīng)的反應(yīng)式為NF₃→N₂+F

F+SiO₂→O₂+SiF₄

步驟三，采用原子層沉積的方法于半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)之上沉積氧化物106以完全充滿接觸孔104；如圖4d和5b所示的結(jié)構(gòu)。

本發(fā)明通過調(diào)整作為側(cè)墻的氧化物105的厚度以及等離子刻蝕制程形成具有上大下小的錐形開口的氧化層以利于第二次原子層氣相沉積的氧化物106完全充滿接觸孔104，使得后來形成的多晶硅插塞無縫隙。

步驟四，回刻氧化物(包括部分氧化物105和部分氧化物106，一般情況下，氧化層105和氧化物106為同種氧化物，例如均為二氧化硅等)以暴露接觸孔104的部分側(cè)壁；如圖4e所示的結(jié)構(gòu)。

在本發(fā)明一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施例中，上述步驟四中，采用干法刻蝕工藝回刻氧化物以暴露接觸孔104的部分側(cè)壁。

步驟五，繼續(xù)于半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)之上沉積多晶硅以形成充滿(overfill)接觸孔104的多晶硅插塞107。

在本發(fā)明一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施例中，步驟五中，采用化學(xué)氣相沉積法于半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)之上沉積多晶硅以形成充滿接觸孔104的多晶硅插塞107。

本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該理解，本領(lǐng)域技術(shù)人員在結(jié)合現(xiàn)有技術(shù)以及上述實(shí)施例可以實(shí)現(xiàn)變化例，在此不做贅述。這樣的變化例并不影響本發(fā)明的實(shí)質(zhì)內(nèi)容，在此不予贅述。

以上對本發(fā)明的較佳實(shí)施例進(jìn)行了描述。需要理解的是，本發(fā)明并不局限于上述特定實(shí)施方式，其中未盡詳細(xì)描述的設(shè)備和結(jié)構(gòu)應(yīng)該理解為用本領(lǐng)域中的普通方式予以實(shí)施；任何熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明技術(shù)方案范圍情況下，都可利用上述揭示的方法和技術(shù)內(nèi)容對本發(fā)明技術(shù)方案作出許多可能的變動和修飾，或修改為等同變化的等效實(shí)施例，這并不影響本發(fā)明的實(shí)質(zhì)內(nèi)容。因此，凡是未脫離本發(fā)明技術(shù)方案的內(nèi)容，依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實(shí)質(zhì)對以上實(shí)施例所做的任何簡單修改、等同變化及修飾，均仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案保護(hù)的范圍內(nèi)。