NAND闪存器件及其制造方法技术

本发明专利技术提供了一种NAND闪存器件及其制造方法，应用于半导体领域。在本发明专利技术实施例中，通过在字线层的侧壁和顶面上先形成侧墙材料层，并在相邻的栅极堆叠结构之间的空气隙中填充牺牲填充层(例如氮化硅或氮氧化硅等)，然后，在通过刻蚀工艺，在去除所述空气隙中填充的牺牲填充层(的同时，去除字线层顶面上亲水性的刻蚀停止层，从而避免了使半导体衬底在后续的湿法清洗工艺过程中，由于字线层顶面上沉积的一定厚度的亲水性的刻蚀停止层与清洗溶液中的水分发生反应形成羟基，进而导致字线表面张力不同而发生倾斜/弯曲的问题，保证了字线的垂直形貌，改善了NAND闪存存储特性均一性。改善了NAND闪存存储特性均一性。改善了NAND闪存存储特性均一性。

【技术实现步骤摘要】
NAND闪存器件及其制造方法


[0001]本专利技术涉及半导体制造领域，特别涉及一种NAND闪存器件及其制造方法。

技术介绍

[0002]随着半导体制程技术的发展，在存储装置方面已开发出存取速度较快的快闪存储器(flash memory)。快闪存储器具有可多次进行信息的存入、读取和擦除等动作，且存入的信息在断电后也不会消失的特性，因此，快闪存储器已成为个人电脑和电子设备所广泛采用的一种非易失性存储器。而NAND(与非门)快速存储器由于具有大存储容量和相对高的性能，广泛用于读/写要求较高的领域。
[0003]半导体制造技术进入24nm及以下技术节点之后，在制备NAND闪存的过程中，需要采用自对准多重图案曝光工艺来制备纳米尺度的晶体管，该自对准多重图案曝光工艺可以包括间隔物图案化技术(Spacer Patterning Technology，SPT)以及自对准双图案工艺(Self-Aligned Double Patterning，SADP工艺)。采用上述方法处理半导体的晶片时通常使用公知的图案化和刻蚀工艺在晶片中形成半导体器件的特征，在这些光刻工艺中，光刻胶材料沉积在晶片上，然后暴露于经过中间掩膜过滤的光线，通过中间掩膜后，该光线接触该光刻胶材料的表面，该光线改变该光刻胶材料的化学成分从而显影机可以去除该光刻胶材料的一部分，得到所需要的图案。在自对准双图案工艺中，首先形成芯轴结构，然后形成侧墙结构，再将芯轴结构移除掉之后，以剩余的侧墙结构来定义后续图形的关键尺寸。可用于形成芯轴图形的材料较多，其中氮化硅层(SIN)受到广泛应用，主要原因在于其可以较好地做到对下层膜层的选择比。
[0004]现有技术中，NAND闪存器件的制造方法是：采用SADP工艺形成在半导体衬底上形成多根被空气隙隔离的栅极堆叠结构；其中，栅极堆叠结构中的控制栅层(字线层)的表面上还形成有氮化硅和一定厚度的氧化物。之后，在NAND闪存器件形成的后续工艺中需要采用湿法清洗工艺去除所述衬底表面上的多余材料。然而，由于在所述湿法清洗工艺中，清洗溶液会使栅极堆叠结构中的控制栅层(字线层)的表面上的氧化物的表面上产生具有亲水性质的羟基；而羟基在刻蚀过程中不易脱离，导致字线层两侧受力不平衡，进而造成字线层侧壁受到表面张力的作用，使栅极堆叠结构发生倾斜/弯曲。此外，由于采用SADP工艺形成的栅极堆叠结构的深宽比较高，因此，在后续工艺对栅极堆叠结构进行冲洗的时候，容易导致栅极堆叠结构两侧受力不均，从而使栅极堆叠结构发生倾斜的问题，如图1所示，最终造成形成的栅极堆叠结构的形貌不一致，NAND闪存存储特性均一性差的问题。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种NAND闪存器件及其制造方法，以实现降低因栅极堆叠结构形貌不一致而造成的对NAND闪存存储性能均一性差的目的。
[0006]为解决上述技术问题，本专利技术提供一种NAND闪存的制造方法，所述制造方法包括：
[0007]提供一半导体衬底，在所述半导体衬底上形成有多个被空气隙隔离的栅极堆叠结
构，所述栅极堆叠结构包括沿远离所述半导体衬底的方向依次堆叠设置的浮栅层、栅间介质层和字线层，所述字线层的顶面上还依次覆盖有氮化硅层和亲水性的刻蚀停止层；
[0008]在所述半导体衬底上依次形成侧墙材料层和牺牲填充层，所述侧墙材料层覆盖在所述栅极堆叠结构的侧壁、所述氮化硅层的侧壁以及所述亲水性的刻蚀停止层的顶面上，所述牺牲填充层覆盖在所述侧墙材料层的表面上，且至少填充所述空气隙；
[0009]采用第一次刻蚀工艺回刻蚀所述牺牲填充层以及所述侧墙材料层，且刻蚀至少停止在所述刻蚀停止层的顶面上，以去除所述字线层顶面上的所述侧墙材料层；
[0010]采用第二次刻蚀工艺去除所述牺牲填充层，并使得剩余的所述侧墙材料层形成为所述栅极堆叠结构的侧墙。
[0011]可选的，所述栅间介质层为氧化物、氮化物和氧化物的堆叠结构。
[0012]可选的，所述刻蚀停止层为亲水性的氧化物层，所述亲水性的氧化物层包括二氧化硅，所述侧墙材料层包括二氧化硅。
[0013]可选的，所述第一次刻蚀工艺为干法刻蚀工艺，所述第二次刻蚀工艺为湿法刻蚀工艺。
[0014]可选的，所述湿法刻蚀工艺的药液为磷酸。
[0015]可选的，在所述半导体衬底上形成所述栅极堆叠结构的步骤，可以包括：
[0016]在所述半导体衬底上自下而上依次形成浮栅层、栅间介质层、字线层、氮化硅层、刻蚀停止层；
[0017]通过自对准多重图案曝光工艺，图形化所述刻蚀停止层和所述氮化硅层；
[0018]以图形化后所述刻蚀停止层和所述氮化硅层为掩膜，刻蚀所述控制栅层、栅间介质层、浮栅层至所述半导体衬底，以形成多个所述栅极堆叠结构，相邻所述栅极堆叠结构之间为所述空气隙。
[0019]可选的，在所述半导体衬底上形成所述侧墙材料层的步骤，可以包括：
[0020]采用原子沉积工艺，在相邻所述栅极堆叠结构的空气隙表面和所述刻蚀停止层的顶面上沉积侧墙材料层；
[0021]刻蚀所述侧墙材料层，以去除所述空气隙中的所述侧墙材料层，剩余的侧墙材料层覆盖在所述栅极堆叠结构的侧壁和刻蚀停止层的顶面上。
[0022]可选的，在所述半导体衬底上形成的牺牲填充层填满所述空气隙并在所述刻蚀停止层的顶面上覆盖一定厚度，所述第一次刻蚀工艺去除了部分厚度的所述刻蚀停止层以及剩余刻蚀停止层顶面上方的所述牺牲填充层、所述侧墙材料层；采用第二次刻蚀工艺刻蚀去除所述牺牲填充层的步骤包括：
[0023]采用一次湿法刻蚀工艺刻蚀剩余的所述刻蚀停止层和所述空气隙中剩余的牺牲填充层，以暴露出所述栅极堆叠结构侧壁上的所述侧墙材料层；
[0024]或者，采用至少两次湿法刻蚀工艺刻蚀所述空气隙中剩余的牺牲填充层，以使所述空气隙中剩余的牺牲填充层多次分步去除，并在去除所述剩余的牺牲填充层的过程中去除剩余的所述刻蚀停止层。
[0025]可选的，所述方法还可以包括：以所述栅极堆叠结构和所述侧墙为掩膜，对所述栅极堆叠结构两侧的半导体衬底进行源漏离子注入，并进行退火处理，以形成源区或漏区。
[0026]基于如上所述的NAND闪存的制造方法，本专利技术还提供了一种NAND闪存器件，包括：
[0027]半导体衬底，在所述半导体衬底上形成有多个被空气隙隔离的栅极堆叠结构，所述栅极堆叠结构包括沿远离所述半导体衬底的方向依次堆叠设置的浮栅层、栅间介质层、字线层和氮化硅层；
[0028]侧墙，所述侧墙覆盖在所述栅极堆叠结构的侧壁上。
[0029]与现有技术相比，本专利技术的技术方案至少具有以下有益效果之一：
[0030]在本专利技术实施例中，通过在字线层的侧壁和顶面上先形成侧墙材料层，并在相邻的栅极堆叠结构之间的空气隙中填充牺牲填充层(例如氮化硅或氮氧化硅等)，然后，在通过刻蚀工艺，在去除所述空气隙中填充的牺牲填充层(的同时，去除字线层顶面上亲水性的刻蚀停止层，从而避免了使半导体衬底在后续的湿法清洗工本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种NAND闪存的制造方法，其特征在于，包括：提供一半导体衬底，在所述半导体衬底上形成有多个被空气隙隔离的栅极堆叠结构，所述栅极堆叠结构包括沿远离所述半导体衬底的方向依次堆叠设置的浮栅层、栅间介质层和字线层，所述字线层的顶面上还依次覆盖有氮化硅层和亲水性的刻蚀停止层；在所述半导体衬底上依次形成侧墙材料层和牺牲填充层，所述侧墙材料层覆盖在所述栅极堆叠结构的侧壁、所述氮化硅层的侧壁以及所述亲水性的刻蚀停止层的顶面上，所述牺牲填充层覆盖在所述侧墙材料层的表面上，且至少填充所述空气隙；采用第一次刻蚀工艺回刻蚀所述牺牲填充层以及所述侧墙材料层，且刻蚀至少停止在所述刻蚀停止层的顶面上，以去除所述字线层顶面上的所述侧墙材料层；采用第二次刻蚀工艺去除所述牺牲填充层，并使得剩余的所述侧墙材料层形成为所述栅极堆叠结构的侧墙。2.如权利要求1所述的NAND闪存的制造方法，其特征在于，所述栅间介质层为氧化物、氮化物和氧化物的堆叠结构。3.如权利要求1所述的NAND闪存的制造方法，其特征在于，所述刻蚀停止层为亲水性的氧化物层，所述亲水性的氧化物层包括二氧化硅，所述侧墙材料层包括二氧化硅。4.如权利要求1所述的NAND闪存的制造方法，其特征在于，所述第一次刻蚀工艺为干法刻蚀工艺，所述第二次刻蚀工艺为湿法刻蚀工艺。5.如权利要求4所述的NAND闪存的制造方法，其特征在于，所述湿法刻蚀工艺的药液为磷酸。6.如权利要求1所述的NAND闪存的制造方法，其特征在于，在所述半导体衬底上形成所述栅极堆叠结构的步骤，包括：在所述半导体衬底上自下而上依次形成浮栅层、栅间介质层、字线层、氮化硅层、刻蚀停止层；通过自对准多重图案曝光工艺，图形化所述刻蚀停止层和所述氮化硅层；以图形化后所述刻蚀停止层和所述氮化硅层为掩膜，刻蚀所述字线层、栅间介质层、浮栅...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘天舒，巨晓华，王奇伟，
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：