一种顶层选择栅切线的光刻‑刻蚀工艺方法技术

本发明专利技术提供了一种顶层选择栅切线的光刻‑刻蚀工艺方法，通过在光刻后增加低温氧化物(LTO)材料沉积的工艺步骤，来变相减小了光刻关键尺寸(PHCD)，从而实现了减小顶层选择栅切线的关键尺寸，以适应半导体部件微型化发展的需要。同时采用了低温氧化物(LTO)作为沉积材料，使得等离子体增强化学的气相沉积法(PECVD)的沉积温度的温度可控制在约50℃，远远低于光刻胶材料(Photo Resist)的100‑120℃的烘烤温度(Bake Temperature)，能够完全避免在沉积材料时出现光刻胶材料变软的现象。以上述手段替换使用浸入光刻工具(Immersion Litho Tool)的方式，来经济且稳定的减小光刻关键尺寸，进而减小顶层选择栅切线的关键尺寸。

【技术实现步骤摘要】
一种顶层选择栅切线的光刻-刻蚀工艺方法
本专利技术涉及半导体制造领域，尤其涉及一种3DNAND闪存结构的制作方法，具体为一种减小顶层选择栅切线关键尺寸的光刻-刻蚀工艺方法。
技术介绍
随着平面型闪存存储器的发展，半导体的生产工艺取得了巨大的进步。但是最近几年，平面型闪存的发展遇到了各种挑战：物理极限，现有显影技术极限以及存储电子密度极限等。在此背景下，为解决平面闪存遇到的困难以及最求更低的单位存储单元的生产成本，各种不同的三维(3D)闪存存储器结构应运而生，例如3DNOR(3D或非)闪存和3DNAND(3D与非)闪存。其中，3DNAND以其小体积、大容量为出发点，将储存单元采用三维模式层层堆叠的高度集成为设计理念，生产出高单位面积存储密度，高效存储单元性能的的存储器，已经成为新兴存储器设计和生产的主流工艺。同时，在目前的3DNAND结构中，是通过将存储器单元三维地布置在衬底之上来提高集成密度、其中沟道层垂直竖立在衬底上，栅极分为下层选择栅极、中层控制栅极以及顶层选择栅极(TopSelectGate)三部分，通过将栅极信号分布在三组栅电极中以减小信号之间的串扰。具体地，上层和下层的器件用作选择晶体管——栅极高度/厚度较大的垂直MOSFET，栅极介质层为常规的单层高k材料；中层的器件用作存储单元串，栅极高度/厚度较小，栅极介质层为隧穿层、存储层、阻挡层的堆叠结构。其中，通常在指存储区的中部设置有顶层选择栅切线(TopSelectGateCut)，以将指存储区的顶层选择栅(TopSelectGate)分割为两部分，并且顶层选择栅切线通常由氧化物材料形成，并且采用原子层沉积工艺(ALD)制备。通常是采用顶层选择栅切线(TopSelectGateCut)的刻蚀工艺，将ON堆叠顶层的2-3层(2-3Tiers)刻蚀掉，作为阻挡(Block)沟道，具体的制备工艺流程包括如下步骤(参见图1a-1d)：S1：形成多层堆叠结构，具体参见图1a，首先，提供衬底10，所述衬底表面形成有多层交错堆叠的层间介质层20及牺牲介质层30，所述牺牲介质层30形成于相邻的层间介质层20之间；然后，采用化学机械研磨工艺使得顶层层间介质层20的表面平坦化；S2：为形成顶层选择栅切线(TopSelectGateCut)进行硬掩模沉积，具体参见图1b，在经平坦化处理的表面上形成复合硬掩模层40，所述复合硬掩模层40包括依次形成的无定形碳层(A-C)41作为吸光层、该无定形碳层(A-C)表面形成的SiON层42作为抗反射层；S3：为形成顶层选择栅切线(TopSelectGateCut)进行光刻，具体参见图1c，首先，在SiON层表面形成光刻胶层50；然后在需要形成选择栅切线(TopSelectGateCut)的位置60实施光刻以去除所述光刻胶层50；S4：为形成顶层选择栅切线(TopSelectGateCut)进行刻蚀，具体参见图1d，采用常规的刻蚀工艺，在前述光刻位置60形成顶层选择栅切线(TopSelectGateCut)的沟道70，并去除光刻胶层和复合硬掩模层以露出顶层层间介质层的表面；S5：对顶层选择栅切线(TopSelectGateCut)沟道进行填充，具体为采用原子层沉积工艺(ALD)在沟道70中填充顶层选择栅切线氧化物材料(未图示)。而在顶层选择栅切线沟道的光刻工艺中S3中，先涂覆光刻胶层50并对其进行光刻，随后利用光刻后的光刻胶图案来对硬掩膜层40进行刻蚀，最后利用刻蚀出来的硬掩膜图案来刻蚀沟道70。由此，光刻胶层50的光刻之后会定义一个光刻关键尺寸(PHCD)，并且在硬掩膜刻蚀之后会定义一个硬掩膜刻蚀关键尺寸(HMCD)，这两个关键尺寸(即，光刻关键尺寸和硬掩膜刻蚀关键尺寸)基本上就限定了沟道的最终关键尺寸(CriticalDimension)。随着半导体产业和三维(3D)闪存存储器的持续微型化进展，对于关键尺寸的精度要求也越来越高，特别是在刻蚀顶层选择栅切线(TopSelectGateCut)的沟道时，要求顶层选择栅切线的刻蚀关键尺寸(TSGCutEtchCD)比接触孔刻蚀关键尺寸(CHEtchCD)还要小，这势必对于顶层选择栅切线的光刻关键尺寸(TSGCutPHCD)提出了更高的要求(希望达到60-80nm的尺寸精度)，而目前光刻工艺中常采用的曝光工具(LithoTool)如KrF准分子激光(波长248nm)和ArF准分子激光(波长193nm)，其能够达到的光刻关键尺寸(PHCD)的极限分别为130-150nm和120nm左右，远远达不到对于顶层选择栅切线的光刻关键尺寸(TSGCutPHCD)要求。虽然现有技术中也可以采用浸入工具(ImmersionTool)以193纳米的浸入式步进技术实现在单层掩模上短至80纳米甚或以下的光刻关键尺寸(PhCD)，然而这样做会带来以下问题：一方面，采用浸入工具(ImmersionTool)会使得整个工艺及设备更为复杂繁琐，无疑增加了制备成本；另一方面，还会导致焦深(DepthofFocus，简称DOF)过小以及关键尺寸的均匀性(CDUniformity)难以控制。因此，如何经济并且稳定的减小顶层选择栅切线的关键尺寸(TSGCutCD)以满足三维(3D)闪存存储器微型化的需求，一直为本领域技术人员所致力研究的方向。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种顶层选择栅切线的光刻工艺，能够经济并且稳定的减小顶层选择栅切线的光刻关键尺寸(TSGCutCD)，从而满足提高3DNAND闪存微型化的需求。为了实现上述目的，本专利技术提出了一种顶层选择栅切线的光刻-刻蚀工艺方法，包括以下步骤：形成多层堆叠结构，具体为，首先，提供衬底，在所述衬底表面形成多层交错堆叠的层间介质层及牺牲介质层，所述牺牲介质层形成于相邻的层间介质层之间；然后，采用化学机械研磨工艺(CMP)使得顶层层间介质层的表面平坦化；为形成顶层选择栅切线(TopSelectGateCut)进行硬掩模沉积，具体为，在经平坦化处理的表面上形成复合硬掩模层；为形成顶层选择栅切线(TopSelectGateCut)进行光刻，具体为，首先，在复合硬掩模层表面形成光刻胶层；然后在需要形成选择栅切线(TopSelectGateCut)的位置实施光刻以去除相应位置的所述光刻胶层以形成光刻沟道；为形成顶层选择栅切线(TopSelectGateCut)进行光刻沟道沉积，具体为，在形成的光刻沟道的底壁和侧壁形成一层沉积层，以形成沉积沟道；为形成顶层选择栅切线(TopSelectGateCut)进行刻蚀，具体为，采用常规的刻蚀工艺，沿所述沉积沟道向下刻蚀形成顶层选择栅切线(TopSelectGateCut)沟道，并去除沉积层、光刻胶层和复合硬掩模层以露出顶层层间介质层的表面。进一步的，复合硬掩模层包括依次形成的无定形碳层(A-C)和无定形碳层(A-C)表面形成的SiON层。进一步的，形成多层堆叠结构的步骤中的化学机械研磨工艺(CMP)为研磨速率较低的化学机械研磨(BufferCMP)。进一步的，为形成顶层选择栅切线(TopSelectGateCut)进行光刻的步骤中，采用KrF准分子激光或ArF准分子激光进行曝光。进一步的，为形成顶层选择栅切线(TopSelectG本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种顶层选择栅切线的光刻‑刻蚀工艺方法，包括以下步骤：形成多层堆叠结构，具体为，首先，提供衬底，在所述衬底表面形成多层交错堆叠的层间介质层及牺牲介质层，所述牺牲介质层形成于相邻的层间介质层之间；然后，采用化学机械研磨工艺(CMP)使得顶层层间介质层的表面平坦化；为形成顶层选择栅切线(Top Select Gate Cut)进行硬掩模沉积，具体为，在经平坦化处理的表面上形成复合硬掩模层；为形成顶层选择栅切线(Top Select Gate Cut)进行光刻，具体为，首先，在复合硬掩模层表面形成光刻胶层；然后在需要形成选择栅切线(Top Select Gate Cut)的位置实施光刻以去除相应位置的所述光刻胶层以形成光刻沟道；为形成顶层选择栅切线(Top Select Gate Cut)进行光刻沟道沉积，具体为，在形成的光刻沟道的底壁和侧壁形成一层沉积层，以形成沉积沟道；为形成顶层选择栅切线(Top Select Gate Cut)进行刻蚀，具体为，采用常规的刻蚀工艺，沿所述沉积沟道向下刻蚀形成顶层选择栅切线(Top Select Gate Cut)沟道，并去除沉积层、光刻胶层和复合硬掩模层以露出顶层层间介质层的表面。...

【技术特征摘要】
1.一种顶层选择栅切线的光刻-刻蚀工艺方法，包括以下步骤：形成多层堆叠结构，具体为，首先，提供衬底，在所述衬底表面形成多层交错堆叠的层间介质层及牺牲介质层，所述牺牲介质层形成于相邻的层间介质层之间；然后，采用化学机械研磨工艺(CMP)使得顶层层间介质层的表面平坦化；为形成顶层选择栅切线(TopSelectGateCut)进行硬掩模沉积，具体为，在经平坦化处理的表面上形成复合硬掩模层；为形成顶层选择栅切线(TopSelectGateCut)进行光刻，具体为，首先，在复合硬掩模层表面形成光刻胶层；然后在需要形成选择栅切线(TopSelectGateCut)的位置实施光刻以去除相应位置的所述光刻胶层以形成光刻沟道；为形成顶层选择栅切线(TopSelectGateCut)进行光刻沟道沉积，具体为，在形成的光刻沟道的底壁和侧壁形成一层沉积层，以形成沉积沟道；为形成顶层选择栅切线(TopSelectGateCut)进行刻蚀，具体为，采用常规的刻蚀工艺，沿所述沉积沟道向下刻蚀形成顶层选择栅切线(TopSelectGateCut)沟道，并去除沉积层、光刻胶层和复合硬掩模层以露出顶层层间介质层的表面。2.根据权利要求1所述的工艺方法，其特征在于：所述复合硬掩模层包括依次形成的无定形碳层(A-C)和无定形碳层(A-C)表面形成的SiON层。3.根据权利要求1所述的工艺方法，其特征在于：形成多层堆叠结...

【专利技术属性】
技术研发人员：何佳，刘藩东，杨要华，王鹏，吴林春，张若芳，夏志良，霍宗亮，
申请(专利权)人：长江存储科技有限责任公司，
类型：发明
国别省市：湖北,42