[發明專利]在SONOS技術中提升自對準孔模塊工藝窗口的方法

有效

• 申請號: 200810043938.6
• 申請日: 2008-11-18
• 公開（公告）號: CN101740464A
• 公開（公告）日: 2010-06-16
• 發明（設計）人: 王函
• 申請（專利權）人: 上海華虹NEC電子有限公司
• 主分類號: H01L21/768
• 分類號: H01L21/768;H01L21/311
• 代理公司: 上海浦一知識產權代理有限公司 31211
• 代理人: 丁紀鐵

技術領域

本發明涉及半導體集成電路制造領域。

背景技術

目前比較先進SONOS(硅氮氧化物硅)自對準空模塊的膜層結構通常 由未攙雜氧化膜，磷酸玻璃組成(圖2)。其優點在于通過引入磷酸玻璃 這種特殊的金屬前介電質和特殊的干法刻蝕工藝，使其具有磷酸玻璃對未 攙雜氧化膜的高選擇比，省略掉了傳統工藝中所必須的氮化物刻蝕阻擋 層，從而進一步的縮小了芯片面積，提高了產品的集成度。但是這種結構 所帶來的“花苞狀外殼”給整個工藝模塊帶來了極大的挑戰。為了滿足需 求必須對其他的重要工藝步驟如金屬柵尺寸，側墻介質膜厚，金屬前介電 質厚度，自對準空尺寸等進行非常苛刻的工藝控制。顯然要提高整個模塊 的工藝窗口是非常具有挑戰性的。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是提供一種結構和方法，避免由于磷酸 玻璃作為PMD層間膜介質時所引入的“花苞狀外殼”(flower?pattern) 所帶來的一系列工藝難點，從而大大提升整個模塊的工藝窗口。

為了解決以上技術問題，本發明提供了一種在SONOS技術中提升自 對準孔模塊工藝窗口的結構，包括淺溝道隔離和自對準孔刻蝕(SACE)兩 個模塊的膜層結構，采用未攙雜氧化膜作為層間膜介質，采用磷酸玻璃作 為場區隔離介質。

因為本發明采用未攙雜氧化膜作為PMD層間膜介質，采用磷酸玻璃 作為場區隔離介質，引入氧化膜加上氮化膜來消除磷酸玻璃中的P元素外 擴散對器件的影響，同時利用特殊的刻蝕工藝使得在進行自對準孔刻蝕時 具有未攙雜氧化膜對磷酸玻璃的高選擇比。這樣一來可以避免由于磷酸玻 璃作為PMD層間膜介質時所引入的“花苞狀外殼”(flower?pattern)所 帶來的一系列工藝難點，從而大大提升整個模塊的工藝窗口。

附圖說明

下面結合附圖和具體實施方式對本發明作進一步詳細說明。

圖1是本發明實施例第一步的示意圖；

圖2是本發明實施例第二步的示意圖；

圖3是本發明實施例第三步的示意圖；

圖4是本發明實施例第四步的示意圖；

圖5是本發明實施例第五步的示意圖；

圖6是本發明實施例第六步的示意圖。

具體實施方式

本發明的核心步驟為采用未攙雜氧化膜作為金屬前介電質層間膜介 質，采用磷酸玻璃作為場區隔離介質，引入氧化膜加氮化膜來消除磷酸玻 璃中P元素外擴散對器件的影響，同時利用特殊的刻蝕工藝使得在進行自 對準孔刻蝕時具有未攙雜氧化膜對淺溝道隔離STI磷酸玻璃的高選擇比。 這樣一來可以避免由于磷酸玻璃作為金屬前介電質層間膜介質時所引入 的花苞狀外殼(flower?pattern)所帶來的一系列工藝難點，從而大大提 升整個模塊的工藝窗口。

本發明的主要工藝流程(膜層結構和干法刻蝕工藝)包括：第一步， 在傳統淺溝道隔離工藝長完第一層氧化物膜之后再生長一層氮化膜，作為 防止后續磷酸玻璃的P元素擴散阻擋層；第二步，采用磷酸玻璃作為高密 度等離子體化學氣相沉積的材料，形成磷酸玻璃場區隔離；第三步，在前 道工藝完成之后在硅片上淀積一層未攙雜氧化膜作為層間膜介質；第四 步，進行化學機械拋光，到達一定的厚度；第五步，利用光刻做出接觸孔 的圖形；第六步，利用特殊的干法工藝刻蝕自對準孔(具有未攙雜氧化膜 對磷酸玻璃高選擇比)。

所述未攙雜氧化膜層間膜介質，可以通過腔體淀積或是擴散爐生成獲 得的未攙雜氧化膜。所述磷酸玻璃可以通過薄膜淀積方法獲得。所述干法 刻蝕工藝關鍵特征主刻蝕具有磷酸玻璃對未攙雜氧化膜的高選擇比，其主 要工藝參數為：

(1)上部電源功率：0～2000w；

(2)偏轉功率：0～2000w；

(3)壓力：0～200mT；

(4)氬氣：0～500sccm；

(5)氧氣：0～500sccm；

(6)具有高選擇比的碳氟系氣體0～500sccm；

(7)具有高選擇比的碳氟氫系氣體0～500sccm

(8)靜電吸附盤(ESC)背部氦氣壓力0～20T。

所述高選擇比的碳氟系氣體可以包括C4F8或C4F6或C5F8。所述具 有高選擇比的碳氟氫系氣體可以包括F135。所述氧化膜加氮化膜可以通 過薄膜淀積方法獲得。

采用本發明中的新型工藝流程，使磷酸玻璃和未攙雜氧化膜的角色互 換，采用未攙雜氧化膜作為金屬前介電質，磷酸玻璃作為場區隔離介質， 同時引入具有未攙雜氧化膜對磷酸玻璃高選擇比的刻蝕工藝。為了防止磷 酸玻璃作為場區隔離介質是P元素的擴散析出，再淺溝道隔離STI模塊引 入氧化膜加氮化膜工藝，即采用氧化膜加上氮化膜，從而進行有效的隔離。 新工藝的優點在于，一)使用未攙雜氧化膜作為金屬前介電質材料則完全 規避了磷酸玻璃引入的花苞狀外殼現象，從而在根本上解決了由花苞狀外 殼帶來的模塊工藝難點，大大提升了整個模塊的工藝窗口。二)新工藝的 金屬前介電質結構更加簡單，提高工藝產能。