CN105914141B - 一种形成栅极沟道的方法及对应的半导体结构 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及三维器件制作领域，尤其涉及一种形成栅极沟道的方法及对应的半导体结构，通过在堆栈结构中预埋对准标记，沉积硬掩模层并蚀刻使得该硬掩模层至少覆盖位于对准标记上方；然后沉积吸光膜，并蚀刻使得该吸光膜于对准标记上方具有一开口；接着进行对位测量，标记出栅极沟道对应于对准标记在硬掩模层上的待蚀刻标记；再根据该待蚀刻标记进行蚀刻以形成栅极沟道。本发明通过打开位于对准标记上方的吸光膜，使得在进行对位测量时入射光能够顺利穿透并反射，从而能够精准地量测出对准标记的位置，以保证沟道蚀刻时栅极图案的精确转移。
Description
技术领域
本发明涉及三维器件制作领域，尤其涉及一种形成栅极沟道的方法及对应的半导体结构。
背景技术
现有技术在生产堆栈存储器形成栅极沟道时，通常需要在堆栈结构(例如交替堆叠的39层的氮氧化层)之上沉积一层较厚硬掩模层，作为光刻工艺的抗反射层，来保证蚀刻后栅极沟道的形貌以及关键尺寸。
但是抗反射层在厚度达到一定程度时(通常这个厚度远小于能够保证栅极沟道的形貌以及关键尺寸的厚度)具有极高的吸光率，无法透射光从而导致用于蚀刻对位的对准标记无法量测。
如图1所示，抗反射层(Kodiak膜)在400nm时透射率即接近零。一方面，如图2所示，Kodiak膜只有在较薄的情况下(参照图1可知，厚度需小于400nm)，才能保证透光率，以确保光能够透过Kodiak膜(图2中标示为01)并达到对准标记(Alignment mark，图2中标示为02)，并由对准标记反射从而在堆栈结构顶部找到准确的蚀刻点；而另一方面，为了保证蚀刻后栅极沟道的形貌以及关键尺寸，需要在堆栈结构上沉积至少1.1μm厚度的Kodiak膜(由图1可知1.1μm厚度的Kodiak膜的透光率几乎为零，根本无法完成对准标记的量测)才能保证蚀刻工艺的正常进行。
发明内容
鉴于上述技术问题，本发明旨在提供一种形成栅极沟道的方法及对应的半导体结构，以解决现有技术中因Kodiak膜较厚而无法量测对准标记，从而导致后续沟道蚀刻时栅极图案无法精确对准的问题。
本发明解决上述技术问题的主要技术方案为：
一种形成栅极沟道的方法，其特征在于，所述方法包括：
提供一预埋有对准标记的堆栈结构，沉积一硬掩模层覆盖所述堆栈结构的上表面；
定义所述硬掩模层的形貌，以至少保留位于所述对准标记上方的部分所述硬掩膜层；
于改变形貌后的硬掩模层的表面以及所述堆栈结构暴露的上表面沉积吸光膜；
定义所述吸光膜的形貌，以打开位于所述对准标记上方的吸光膜，使改变形貌后的吸光膜于所述对准标记上方具有一开口；
利用所述开口进行对位测量，以于所述改变形貌后的硬掩模层上测量出与所述对准标记垂直对应的待蚀刻标记；
沉积光刻胶覆盖除所述待蚀刻标记以外的所述改变形貌后的硬掩模层的上表面以及所述改变形貌后的吸光膜的上表面，并以所述光刻胶为掩膜蚀刻所述改变形貌后的硬掩模层和所述堆栈结构以形成栅极沟道。
优选的，上述的形成栅极沟道的方法中，定义所述硬掩模层的形貌的步骤包括：
于所述硬掩模层之上沉积光刻胶并蚀刻以形成窗口掩膜，所述窗口掩膜覆盖位于所述对准标记上方；
以所述窗口掩膜为掩膜蚀刻所述硬掩模层，以至少保留位于所述对准标记上方的部分所述硬掩膜层；
其中，蚀刻所述硬掩模层停止于所述堆栈结构的顶层氧化层的上表面。
优选的，上述的形成栅极沟道的方法中，蚀刻所述硬掩模层的方式为高选择性干法蚀刻。
优选的，上述的形成栅极沟道的方法中，所述吸光膜的厚度大于等于1.1μm。
优选的，上述的形成栅极沟道的方法中，定义所述吸光膜的形貌的步骤包括：
于所述吸光膜之上沉积光刻胶并蚀刻，以使蚀刻后的光刻胶暴露位于所述对准标记上方的吸光膜；
以所述蚀刻后的光刻胶为掩膜蚀刻所述吸光膜，以使改变形貌后的吸光膜于所述对准标记上方具有一开口；
其中，蚀刻所述吸光膜停止于所述改变形貌后的硬掩模层上表面。
优选的，上述的形成栅极沟道的方法中，进行所述对位测量的步骤包括：
利用迭对测量仪，入射光通过所述开口，穿透所述改变形貌后的硬掩模层和所述堆栈结构到达所述对准标记并反射，以于所述改变形貌后的硬掩模层上测量出与所述对准标记垂直对应的待蚀刻标记。
本发明还提供一种半导体结构，其特征在于，应用于制备栅极沟道，所述半导体结构包括：
堆栈结构，所述堆栈结构中预埋有对准标记；
硬掩模层，部分覆盖于所述堆栈结构的上表面且位于所述对准标记的上方；
吸光膜，覆盖于所述硬掩模层暴露的表面以及所述堆栈结构暴露的上表面；
其中，所述吸光膜位于所述对准标记上方的部分具有一开口，以利用该开口对所述对准标记进行对位测量，以形成制备所述栅极沟道所需的待蚀刻标记。
优选的，上述的半导体结构中，位于所述开口底部的所述吸光膜的厚度小于一预设厚度；
其中，所述预设厚度为所述对位测量操作中测量光线所能透射所述吸光膜的临界厚度。
优选的，上述的半导体结构中，所述预设厚度小于等于2000埃。
优选的，上述的半导体结构中，所述开口贯穿所述吸光膜至所述硬掩模层的上表面。
上述技术方案具有如下优点或有益效果：本发明通过打开位于对准标记上方的吸光膜，使得在进行对位测量时入射光能够顺利穿透并反射，从而能够精准地量测出对准标记的位置，以保证后续沟道蚀刻时栅极图案精确对准；并且本发明还通过沉积氮化硅层作为硬掩模层，在栅极沟道蚀刻时保护对准标记不被损坏。
附图说明
参考所附附图，以更加充分的描述本发明的实施例。然而，所附附图仅用于说明和阐述，并不构成对本发明范围的限制。
图1为Kodiak膜厚度与透光率曲线图；
图2为对准标记量测时光线入射反射图；
图3为本发明的形成栅极沟道的方法流程图；
图4～图13为本发明形成栅极沟道的方法的一实施例中各步骤结构图。
具体实施方式
在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本发明更为彻底的理解。当然除了这些详细描述外，本发明还可以具有其他实施方式。
本发明的形成栅极沟道的方法，主要应用于堆栈结构，该堆栈结构中预埋有对准标记(alignment mark，或称为套准标记(overlay mark))，如图3所示，包括：先沉积硬掩模层，并蚀刻使得该硬掩模层至少覆盖位于对准标记上方；然后沉积吸光膜，并蚀刻使得该吸光膜于对准标记上方具有一开口；接着进行对准量测，标记出栅极沟道对应于对准标记在硬掩模层上的待蚀刻标记；再根据该待蚀刻标记进行蚀刻以形成栅极沟道。
下面结合具体的实施例以及附图详细阐述本发明的形成栅极沟道的方法的各步骤。
第一步，提供一堆栈结构，该堆栈结构包括底层的半导体衬底(例如为硅衬底)，沉积在硅衬底上的交替堆叠的多层氮化膜层和多层氧化膜层(通常为由下至上依次沉积的氧化膜—氮化膜—氧化膜—氮化膜—…—氧化膜，层叠数可根据具体的工艺需求改变，例如为39层)，以及在交替堆叠的多层氮化膜层和多层氧化膜层之上沉积的至少一层顶层氧化层(例如为二氧化硅SiO2)。当然该堆栈结构除所描述的核心膜层之外还可根据不同的工艺沉积其余膜层，因该些膜层不属于本发明的创新范围，此处不再赘述，但这不应被视为对本发明的限制。在堆栈结构之上，沉积一层氮化硅(SIN)层作为后续蚀刻的硬掩模层，来保护后续进行栅极沟道蚀刻时对准标记不被损坏。沉积SIN层后形成的结构如图4所示(需要注意，本实施例中所有的图示为方便展示，均将堆栈结构绘制成一统一的膜层，即未明确区分出硅衬底、交替堆叠的多层氮化膜层和多层氧化膜层、以及顶层氧化层等膜层)，其中标号1为堆栈结构，标号2为SIN层。
作为一个优选的实施例，对准标记10在沉积交替堆叠的多层氮化膜层和多层氧化膜层之前即根据整体的设计需要预埋于硅衬底上相应的位置，因此从图示上表现为对准标记10位于堆栈结构1的底部。进一步的，沉积在堆栈结构1上的SIN层2的厚度基于堆栈结构1的层叠厚度进行调整，以最佳适应后续的蚀刻过程。
第二步，定义SIN层2的形貌。参照图5，于SIN层2之上沉积光刻胶并蚀刻以形成窗口掩膜20，该窗口掩膜20可形象类似于一岛区部分覆盖于SIN层2上方，并且垂直对应预埋于堆栈结构1中的对准标记10，其中窗口掩膜20的覆盖区域大于对准标记10的区域。然后以窗口掩膜20为掩膜蚀刻SIN层2(这一步蚀刻停止堆栈结构1的顶层氧化层的上表面)，以改变SIN层2的形貌，形成如图6所示的结构。其中，标记21为改变形貌后的SIN层，SIN层21至少覆盖位于对准标记10上方。
作为一个优选的实施例，此步骤中蚀刻SIN层2形成SIN层21的工艺为高选择性干法蚀刻(high selectivity dry etch process)，以精确地控制蚀刻后SIN层21的切面角度，从而保证后续膜层的顺利沉积。
第三步，于SIN层21的上表面和侧壁，以及暴露的堆栈结构1的上表面沉积一层吸光膜3，形成如图7所示的结构。优选的，该吸光膜3可选用Kodiak膜，作为光刻工艺的抗反射层来改善光刻工艺，Kodiak膜是APF的一种，APF(Advanced Pattern Film)是AMAT(应用材料)公司定义的一个材料名称，主要成分为a-C(amorphous Carbon，无定形碳)。
作为一个优选的实施例，Kodiak膜的厚度沉积为大于等于1.1μm，以保证后续蚀刻栅极沟道的形貌和关键尺寸(CD，Critical Dimension)
第四步，定义Kodiak膜3的形貌。参照图8，沉积光刻胶4覆盖Kodiak膜3的上表面，并蚀刻以在Kodiak膜3上形成一个开口30，该开口30垂直对应预埋于堆栈结构1中的对准标记10，并且开口30的区域面积大于对准标记10的区域面积。然后以蚀刻后的光刻胶4为掩膜蚀刻Kodiak膜3(该步蚀刻Kodiak膜3停止于SIN层21的上表面)，以使蚀刻后的Kodiak膜31具有一开口310垂直对应于对准标记10(开口310的区域面积大于对准标记10的区域面积)，以形成如图9所示的结构。
本发明的半导体结构，即形成该步。参照图9所示的结构，本发明的半导体结构包括：堆栈结构1，包括交替堆叠的多层氮化层和多层氧化层以及顶层氧化层(图中未具体标示)，且在堆栈结构中预埋有对准标记10；硬掩模层(具体为氮化硅SIN硬掩模层)21，位于对准标记10之上且部分覆盖于堆栈结构1的上表面；吸光膜(具体为Kodiak膜)31，覆盖于硬掩模层21暴露的表面以及堆栈结构1暴露的上表面；其中，吸光膜31位于对准标记10上方的部分具有一开口310，以利用该开口对对准标记10进行对位测量，以形成后续制备栅极沟道所需的待蚀刻标记。
作为一个优选的实施例，此处位于开口310底部的吸光膜31的厚度小于一预设厚度，该预设厚度为对位测量操作中测量光线所能透射吸光膜31的临界厚度。例如该临界厚度小于等于2000埃。需要注意的是，在图9所示的结构中，开口310贯穿吸光膜31直至硬掩模层21的上表面。在实际的制作过程中，在这一步蚀刻形成的位于开口310底部的吸光膜31的厚度可为零(也即直接刻蚀到硬掩模层21的上表面，后续在进行对位测量时，入射光直接照射到硬掩模层21的上表面)，或者也可在开口310底部留下一层极薄的吸光膜，具体可根据实际需求进行调整，只要保证后续对位测量操作中测量光线能够透射在开口310底部留下的吸光膜即可。
第五步，利用开口310进行对位测量，例如可以使用迭对测量仪(Overlay)或其余业内通用的对准量测工具，入射光通过开口310，穿透SIN层21以及堆栈结构1，到达对准标记10并反射，以在SIN层21上形成与对准标记10垂直对应的待蚀刻标记100，参照图10所示。该待蚀刻标记100即为栅极沟道的蚀刻参照点，因Kodiak膜31在对准标记10上方具有的开口310，入射光可以顺利地穿透SIN层21以及堆栈结构1到达对准标记10，而不会被较厚的Kodiak膜31吸收，从而可以于SIN层21上形成后续蚀刻栅极沟道的参照点，使得后续的蚀刻过程可以精准地对准，确保栅极图形的准确转移。
第六步，沉积光刻胶5覆盖除待蚀刻标记100以外的SIN层21的上表面以及Kodiak膜3的上表面，如图11所示；并以该光刻胶5为掩膜垂直向下蚀刻SIN层21和堆栈结构1直至对准标记10，以形成如图12所示的栅极沟道(也即在堆栈结构1中形成的一个垂直通道)6。
第七步，形成栅极沟道6后，去除堆栈结构1上剩余的膜层，例如可利用H3PO4进行湿法刻蚀，以去除蚀刻栅极沟道6后剩余的SIN层21，形成如图13所示的形成有栅极沟道6的堆栈结构。
综上所述，本发明通过打开位于对准标记上方的Kodiak膜，使得在进行对位测量时入射光能够顺利穿透并反射，从而能够精准地量测出对准标记的位置，以保证后续沟道蚀刻时栅极图案精确对准；并且本发明还通过沉积氮化硅层作为硬掩模层，在栅极沟道蚀刻时保护对准标记不被损坏。
对于本领域的技术人员而言，阅读上述说明后，各种变化和修正无疑将显而易见。因此，所附的权利要求书应看作是涵盖本发明的真实意图和范围的全部变化和修正。在权利要求书范围内任何和所有等价的范围与内容，都应认为仍属本发明的意图和范围内。
Claims (7)
1.一种形成栅极沟道的方法，其特征在于，所述方法包括：
提供一预埋有对准标记的堆栈结构，沉积一硬掩模层覆盖所述堆栈结构的上表面；
定义所述硬掩模层的形貌，以至少保留位于所述对准标记上方的部分所述硬掩模 层；
于改变形貌后的硬掩模层的表面以及所述堆栈结构暴露的上表面沉积吸光膜；
定义所述吸光膜的形貌，以打开位于所述对准标记上方的吸光膜，使改变形貌后的吸光膜于所述对准标记上方具有一开口；
利用所述开口进行对位测量，以于所述改变形貌后的硬掩模层上测量出与所述对准标记垂直对应的待蚀刻标记；
沉积光刻胶覆盖除所述待蚀刻标记以外的所述改变形貌后的硬掩模层的上表面以及所述改变形貌后的吸光膜的上表面，并以所述光刻胶为掩膜蚀刻所述改变形貌后的硬掩模层和所述堆栈结构以形成栅极沟道；
蚀刻后的所述硬掩模层为切面角度；
位于所述开口底部的所述吸光膜的厚度小于一预设厚度，且所述预设厚度为2000埃；
定义所述硬掩模层的形貌的步骤包括：
于所述硬掩模层之上沉积光刻胶并蚀刻以形成窗口掩膜，所述窗口掩膜覆盖位于所述对准标记上方，所述窗口掩膜的覆盖区域大于所述对准标记的区域；
以所述窗口掩膜为掩膜蚀刻所述硬掩模层，以至少保留位于所述对准标记上方的部分所述硬掩模 层；
其中，蚀刻所述硬掩模层停止于所述堆栈结构的顶层氧化层的上表面；
定义所述吸光膜的形貌的步骤包括：
于所述吸光膜之上沉积光刻胶并蚀刻，以使蚀刻后的光刻胶暴露位于所述对准标记上方的吸光膜；
以所述蚀刻后的光刻胶为掩膜蚀刻所述吸光膜，以使改变形貌后的吸光膜于所述对准标记上方具有一开口，所述开口的区域面积大于所述对准标记的区域面积；
其中，蚀刻所述吸光膜停止于所述改变形貌后的硬掩模层上表面。
2.如权利要求1所述的形成栅极沟道的方法，其特征在于，蚀刻所述硬掩模层的方式为高选择性干法蚀刻。
3.如权利要求1所述的形成栅极沟道的方法，其特征在于，所述吸光膜的厚度大于等于1.1μm。
4.如权利要求1所述的形成栅极沟道的方法，其特征在于，进行所述对位测量的步骤包括：
利用迭对测量仪，入射光通过所述开口，穿透所述改变形貌后的硬掩模层和所述堆栈结构到达所述对准标记并反射，以于所述改变形貌后的硬掩模层上测量出与所述对准标记垂直对应的待蚀刻标记。
5.一种半导体结构，其特征在于，应用于制备栅极沟道，所述半导体结构包括：
堆栈结构，所述堆栈结构中预埋有对准标记；
硬掩模层，部分覆盖于所述堆栈结构的上表面且位于所述对准标记的上方；
吸光膜，覆盖于所述硬掩模层暴露的表面以及所述堆栈结构暴露的上表面；
其中，所述吸光膜位于所述对准标记上方的部分具有一开口，以利用该开口对所述对准标记进行对位测量，以形成制备所述栅极沟道所需的待蚀刻标记；
蚀刻后的所述硬掩模层为切面角度；
位于所述开口底部的所述吸光膜的厚度小于一预设厚度，且所述预设厚度为2000埃；
于所述硬掩模层之上沉积光刻胶并蚀刻以形成窗口掩膜，所述窗口掩膜覆盖位于所述对准标记上方，所述窗口掩膜的覆盖区域大于所述对准标记的区域；
以所述窗口掩膜为掩膜蚀刻所述硬掩模层，以至少保留位于所述对准标记上方的部分所述硬掩模 层；
其中，蚀刻所述硬掩模层停止于所述堆栈结构的顶层氧化层的上表面；
以及
于所述吸光膜之上沉积光刻胶并蚀刻，以使蚀刻后的光刻胶暴露位于所述对准标记上方的吸光膜；
以所述蚀刻后的光刻胶为掩膜蚀刻所述吸光膜，以使改变形貌后的吸光膜于所述对准标记上方具有一开口，所述开口的区域面积大于所述对准标记的区域面积；
其中，蚀刻所述吸光膜停止于所述改变形貌后的硬掩模层上表面。
6.如权利要求5所述的半导体结构，其特征在于，位于所述开口底部的所述吸光膜的厚度小于一预设厚度；
其中，所述预设厚度为所述对位测量操作中测量光线所能透射所述吸光膜的临界厚度。
7.如权利要求5所述的半导体结构，其特征在于，所述开口贯穿所述吸光膜至所述硬掩模层的上表面。
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| US5889335A (en) * | 1997-09-09 | 1999-03-30 | Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha | Semiconductor device and method of manufacturing the same |
| CN1614747A (zh) * | 2003-11-07 | 2005-05-11 | 南亚科技股份有限公司 | 形成接触孔的改进方法 |
| CN105353592A (zh) * | 2015-11-25 | 2016-02-24 | 武汉新芯集成电路制造有限公司 | 一种光刻工艺对准方法 |
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2016
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