台阶状ONO薄膜的刻蚀方法技术

本发明专利技术公开了一种台阶状ONO薄膜的刻蚀方法，是在SONOS存储器制造工艺中，针对阶梯状的ONO膜的刻蚀残留问题，针对台阶状ONO薄膜，对其刻蚀采用局部刻蚀和整体刻蚀的两段式刻蚀：第一段刻蚀分为两步，先进行局部的BARC刻蚀，以及再进行局部的氮化硅刻蚀；第二段刻蚀也分为两步：先进行整体的BARC刻蚀，然后进行整体的氮化硅刻蚀。本发明专利技术利用BARC/氮化膜/氧化膜相互之间的选择比，使用分段刻蚀，在选择比无法持续提升的情形下，将侧墙的需要刻蚀的薄膜进行分段处理，在每个刻蚀步骤中，充分利用不同膜之间的刻蚀速率的不同，利用下一层膜作为刻蚀终止层，提高过刻蚀量以确保侧墙薄膜被完全刻蚀干净；同时分段处理使刻蚀负荷得到降低，获得更大的工艺窗口。

Etching Method of Step-like ONO Films

【技术实现步骤摘要】
台阶状ONO薄膜的刻蚀方法
本专利技术涉及半导体器件制造领域，特别是指一种台阶状ONO薄膜的刻蚀方法。
技术介绍
非挥发性存储器(NVM)技术，主要有浮栅(floatinggate)技术、分压栅(splitgate)技术以及SONOS(Silicon-Oxide-Nitride-Oxide-Silicon)技术。SONOS技术应用广泛，具有操作电压低，速度快，容量大等优点。SONOS嵌入式存储器在金融卡、智能可穿戴装备、FPGA以及物联网中有着广阔的应用前景，SONOSFlash存储器是由多个存储单元形成的矩阵结构，每个存储单元包含一选择管及一SONOS管。而在其制造工艺中，ONO成膜及其刻蚀工艺是关键技术之一。ONO膜在存储器的某些结构位置具有很高的台阶状的形貌，这是由于前层工艺所带来的阶梯高度：前层台阶高度(incomingstepheight)。比如一般在形成STI浅槽隔离时，在完成浅槽内介质填充之后，沟槽位置处的上方形成台阶。该处阶梯状高度差(stepheight)变大引起的STI侧墙刻蚀后存在氮化硅残留的问题。如现有工艺是使用BARC(底部抗反射涂层，是光刻工艺中使用的一种材料，用来减小来自光刻胶下面反射层的光反射，为有机或者无机的绝缘材料，在涂光刻胶之前被加到硅片上，然后再涂上光刻胶)刻蚀+氮化硅刻蚀的两步刻蚀工艺来完成，同时要保护氮化硅下面的有源区不被损坏掉，因为氮化硅台阶中氮化硅/氧化硅选择比一定的情况下，当过刻蚀量持续提升的过程中，因氮化硅和有源区之间的pad氧化层较薄，而过刻蚀量不够会出现侧墙氮化硅残留,就会导致有源区损坏而使得工艺窗口不足。针对台阶高度差大于的超高阶梯状高度差(stepheight)的干法刻蚀，为了保证侧墙的薄膜没有残留,利用膜之间的干法刻蚀的高选择比，需要工艺中的过刻蚀台阶来提供足够多的刻蚀量以消除侧墙的薄膜残留，但在实际工作中，前层台阶高度有持续增加的需求，而膜间刻蚀选择比却是一个相对固定的工艺参数，无法持续提高，也就无法提供足够的过刻蚀量,导致侧墙的氮化硅薄膜无法刻蚀干净，形成残留。如图1所示是传统工艺下的高台阶高度的侧墙的显微图片，图中虚线圆圈处台阶侧壁的边缘比较模糊，边缘轮廓不够清晰，这是台阶侧壁有氮化硅残留所造成的，图2是高台阶刻蚀条件下的有源区损伤的示意图，图中虚线框内的有源区顶端已经向下凹陷(已用虚线勾勒出表面凹陷形貌)，出现了损伤。这是目前对于高台阶下的ONO膜刻蚀容易出现的问题。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题在于提供一种台阶状ONO薄膜的刻蚀方法，针对阶梯状高度差变大引起的STI侧墙ONO膜残留问题，提出了新的工艺方法。为解决上述问题，本专利技术所述的一种台阶状ONO薄膜的刻蚀方法，是在SONOS存储器制造工艺中，针对阶梯状的ONO膜的刻蚀残留问题。针对台阶状ONO薄膜，对其刻蚀采用局部刻蚀和整体刻蚀的两段式刻蚀：第一段刻蚀分为两步，先进行局部的BARC刻蚀，以及再进行局部的ONO膜刻蚀；第二段刻蚀也分为两步：先进行整体的BARC刻蚀，然后进行整体的ONO膜刻蚀。进一步的改进是，所述第一段的局部的BARC刻蚀和局部的ONO膜刻蚀，是循环步骤，能在前层台阶高度持续提升的情况下，使用多个循环刻蚀，即反复实施局部的BARC刻蚀和局部的ONO膜刻蚀步骤。进一步的改进是，所述前层台阶高度是在ONO膜形成之前，由于前序工艺所带来的在将要形成ONO膜的位置表面处出现台阶形貌，该台阶的高度即为前层台阶高度。进一步的改进是，所述的循环进行局部的BARC刻蚀以及局部的氮化硅刻蚀，是要在前层台阶高度过大的情况下提供足够的刻蚀量，保证侧墙位置的ONO膜刻蚀干净无残留。进一步的改进是，所述的两段式刻蚀，在每段所述刻蚀的每步刻蚀步骤中，充分利用不同膜间的刻蚀速率的不同，利用下一层薄膜作为刻蚀终止层。进一步的改进是，所述的第一段刻蚀，局部的BARC刻蚀是向下刻蚀到ONO膜的台阶上，以台阶上的ONO膜为刻蚀终止层，使台阶上的ONO膜露出。进一步的改进是，所述的第一段刻蚀，局部的ONO膜刻蚀，是继续向下刻蚀台阶上的ONO膜，直到台阶上的ONO膜刻蚀完全去除，同时台阶下的BARC也被刻蚀掉一部分，以及台阶侧壁的ONO膜也被部分去除，仅靠近台阶拐角残留少量ONO膜。进一步的改进是，所述的第二段刻蚀，进行整体的BARC刻蚀，是将台阶下的BARC整体去除，直至露出台阶下的ONO膜，此时台阶下的ONO膜作为刻蚀终止层。进一步的改进是，所述的第二段刻蚀，进行整体的ONO膜刻蚀，将台阶下的ONO膜，包括台阶下拐角处的ONO膜完全去除。进一步的改进是，所述的ONO膜，或者是氮化膜和氧化膜的复合膜，或者仅是氮化膜、氧化膜中的一种，均适用本刻蚀方法。本专利技术所述的台阶状ONO薄膜的刻蚀方法，充分利用BARC/氮化硅/氧化硅相互之间的选择比，使用分段刻蚀，循环刻蚀工艺设计方案有效解决了侧墙残留问题，在选择比无法持续提升的情形下，将侧墙的将要完全刻蚀掉的薄膜进行分段处理，在单个刻蚀工艺步骤中，充分利用不同膜之间的刻蚀速率的不同，利用下一层薄膜作为刻蚀的终止层，进而可以提高过刻蚀的刻蚀量，确保侧墙能被完全刻蚀干净，无残留，又因为针对将要刻蚀去除的侧墙薄膜做了分段处理，刻蚀的负担得到极大的降低，可以获得较大的工艺窗口。附图说明图1是现有工艺刻蚀完成之后的STI侧墙有氮化硅残留的示意图。图2是现有工艺刻蚀完成之后,氮化硅残留导致有源区损伤的示意图。图3～6是本专利技术两段式刻蚀工艺的刻蚀步骤示意图。图7是采用本专利技术两段式刻蚀工艺后的效果图，显示侧墙无残留，有源区无损伤。图8是本专利技术工艺方法流程图。具体实施方式本专利技术所述的一种台阶状ONO薄膜的刻蚀方法，是在SONOS存储器制造工艺中，针对阶梯状的ONO膜的刻蚀残留问题，此台阶形成于STI沟槽上方，台阶下、STI沟槽的一侧为有源区AA。台阶状的ONO膜上还具有BARC膜，依附于台阶状的ONO膜上的BARC膜同样其表面也呈现台阶状的形貌。传统的台阶状ONO膜的刻蚀工艺是使用BARC刻蚀+氮化硅刻蚀单纯的两步刻蚀来完成。因为同时要保护氮化硅下面的有源区不被损伤，在氮化硅/氧化硅刻蚀选择比一定的情况下，当过刻蚀量持续提升的过程中，就会导致氮化硅刻蚀残留、有源区损伤的问题，使得工艺窗口不足。根据上述存在的问题，本专利技术提出一种关于分段刻蚀、循环刻蚀的新制造工艺：针对台阶状ONO薄膜，对其刻蚀采用局部刻蚀和整体刻蚀的两段式刻蚀：第一段局部刻蚀分为两步，先进行局部的BARC刻蚀，以及再进行局部的ONO膜刻蚀；第二段整体刻蚀也分为两步：先进行整体的BARC刻蚀，然后进行整体的ONO膜刻蚀。所述的两段式刻蚀，在每段所述刻蚀的每步刻蚀步骤中，充分利用不同膜间的刻蚀速率的不同，利用下一层薄膜作为刻蚀终止层。更具体是，所述的第一段局部刻蚀，局部的BARC刻蚀是向下刻蚀到ONO膜的台阶上，以台阶上的ONO膜为刻蚀终止层，使台阶上的ONO膜露出，如图3所示，台阶下方为有源区，此时台阶下方的BARC膜被去除一部分，但仍保留有一定厚度的BARC膜，BARC膜下方是ONO膜。此时ONO膜仍完整地覆盖整个台阶，即从台阶上一直沿台阶侧壁延伸覆盖至台阶下。所述的第一段的局部刻蚀中的局部的ONO本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种台阶状ONO薄膜的刻蚀方法，是在SONOS存储器制造工艺中，针对阶梯状的ONO膜的刻蚀残留问题，其特征在于：针对台阶状ONO薄膜，对其刻蚀采用局部刻蚀和整体刻蚀的两段式刻蚀：第一段刻蚀分为两步，先进行局部的BARC刻蚀，以及再进行局部的ONO膜刻蚀；第二段刻蚀也分为两步：先进行整体的BARC刻蚀，然后进行整体的ONO膜刻蚀。

【技术特征摘要】
1.一种台阶状ONO薄膜的刻蚀方法，是在SONOS存储器制造工艺中，针对阶梯状的ONO膜的刻蚀残留问题，其特征在于：针对台阶状ONO薄膜，对其刻蚀采用局部刻蚀和整体刻蚀的两段式刻蚀：第一段刻蚀分为两步，先进行局部的BARC刻蚀，以及再进行局部的ONO膜刻蚀；第二段刻蚀也分为两步：先进行整体的BARC刻蚀，然后进行整体的ONO膜刻蚀。2.如权利要求1所述的台阶状ONO薄膜的刻蚀方法，其特征在于：所述第一段的局部的BARC刻蚀和局部的ONO膜刻蚀，是可循环步骤，依据不同的情况选择实施一次或者循环多次；当在前层台阶高度持续提升的情况下，使用多个循环刻蚀，即反复实施局部的BARC刻蚀和局部的ONO膜刻蚀步骤。3.如权利要求2所述的台阶状ONO薄膜的刻蚀方法，其特征在于：所述前层台阶高度是在ONO膜形成之前，由于前序工艺所带来的在将要形成ONO膜的位置表面处出现台阶形貌，该台阶的高度即为前层台阶高度。4.如权利要求2所述的台阶状ONO薄膜的刻蚀方法，其特征在于：所述的循环进行局部的BARC刻蚀以及局部的氮化硅刻蚀，是要在前层台阶高度过大的情况下提供足够的刻蚀量，保证侧墙位置的ONO膜刻蚀干净无残留。5.如权利要求1所述的台阶状ONO薄膜的刻蚀方法，其特征在于：所述的两段式刻蚀，在每段所述刻蚀的每步刻蚀步骤中，充分利用不同膜间的刻蚀速率的不同，利用下一层薄膜作为刻蚀终止层。6.如权利要求1所述的台阶状ONO薄膜的刻蚀方法，其特征在于：所述的第一段刻蚀，局部的BA...

【专利技术属性】
技术研发人员：乔夫龙，贺可强，任佳，许鹏凯，
申请(专利权)人：上海华力微电子有限公司，
类型：发明
国别省市：上海,31