[發明專利]一種3DNAND存儲器件的金屬柵制備方法

在審

• 申請號: 201710773959.2
• 申請日: 2017-08-31
• 公開（公告）號: CN107527794A
• 公開（公告）日: 2017-12-29
• 發明（設計）人: 唐浩;左明光;李遠;彭浩;許愛春;萬先進
• 申請（專利權）人: 長江存儲科技有限責任公司
• 主分類號: H01L21/02
• 分類號: H01L21/02;H01L27/11524;H01L27/11551;H01L27/1157;H01L27/11578
• 代理公司: 北京集佳知識產權代理有限公司11227
• 代理人: 趙秀芹,王寶筠

技術領域

本申請涉及半導體加工技術領域，尤其涉及一種3D NAND存儲器件的金屬柵制備方法。

背景技術

現有的3D NAND存儲器件的垂直存儲結構由多層介質薄膜堆疊形成，其制備過程中，需要將氧化硅/氮化硅交替層疊結構中的氮化硅去除，形成橫向溝槽陣列，然后向橫向溝槽陣列的各個橫向溝槽內填充金屬介質，從而形成金屬柵極。

在填充金屬介質過程中，反應氣體需要通過完全平行的狹窄擴散通道進入溝槽陣列中并在其側壁上沉積成膜(如圖1所示)，因此，填充溝槽結構的深寬比、關鍵尺寸的大小和結構的均一性對金屬柵的橫向填充性能有著重要影響。

在3D NAND存儲器件中，柵極填充溝槽結構是將氧化硅/氮化硅交替層疊結構中的氮化硅去除后形成的橫向溝槽陣列。目前去除氧化硅/氮化硅交替層疊結構中的氮化硅一般通過液相化學刻蝕工藝完成。

經過液相化學刻蝕所形成的橫向溝槽陣列的過程中由于刻蝕副產物回流沉積，往往開口較窄，容易造成封口，導致反應氣體無法通入結構深處沉積而產生空隙或空洞，對產品的最終電學性能和工作可靠性產生不利影響。圖2示出了未填充金屬前的橫向陣列溝槽結構示意圖。從該圖2中可以很明顯地看出在溝槽的開口處聚集有刻蝕副產物(虛線框內所示的部分)，導致開口變窄。

發明內容

有鑒于此，本申請提供了一種3D NAND存儲器件的金屬柵制備方法，以優化并改善金屬柵極填充前的溝槽列陣結構，增大溝槽開口處的尺寸，避免在金屬柵填充過程中橫向溝槽提前封口，使得反應氣體能夠不斷通入結構深處進行反應沉積，獲得良好的金屬柵橫向填充性能。

為了解決上述技術問題，本申請采用了如下技術方案：

一種3D NAND存儲器的金屬柵制備方法，包括：

提供襯底，所述襯底上形成有氧化硅/氮化硅層交替排列的層疊結構；

采用液相化學刻蝕方法去除所述層疊結構中的氮化硅層，形成橫向溝槽陣列；

去除液相化學刻蝕氮化硅過程中產生的聚集在所述橫向溝槽陣列開口處的刻蝕副產物；

向所述橫向溝槽陣列的橫向溝槽內填充金屬介質，形成金屬柵極。

可選地，所述去除液相化學刻蝕氮化硅過程中產生的聚集在所述橫向溝槽陣列開口處的刻蝕副產物，具體包括：

采用干法刻蝕方法去除液相化學刻蝕氮化硅過程中產生的聚集在所述橫向溝槽陣列開口處的刻蝕副產物。

可選地，所述干法刻蝕方法為反應等離子體刻蝕方法。

可選地，采用反應等離子體刻蝕方法去除刻蝕副產物的刻蝕處理條件為：反應氣體為含氫、氟的前驅源氣體，射頻功率為15～600W，工作壓力為1～35Torr，溫度為25～250℃，處理時間為2～100S。

可選地，去除聚集在所述橫向溝槽陣列開口處的刻蝕副產物后形成的橫向溝槽陣列的溝槽開口由外向內逐漸縮小。

可選地，所述液相化學刻蝕方法采用的刻蝕溶液為氮化硅對氧化硅的刻蝕選擇比大于1的刻蝕酸液，

可選地，所述刻蝕酸液的氮化硅對氧化硅的刻蝕選擇比大于300。

可選地，所述刻蝕酸液為磷酸溶液。

可選地，所述向所述橫向溝槽陣列的橫向溝槽內填充金屬介質，形成金屬柵極，具體包括：

通過化學氣相沉積或原子層沉積方法向所述橫向溝槽陣列的橫向溝槽內填充金屬介質，形成金屬柵極。

可選地，所述金屬介質為金屬鎢。

相較于現有技術，本申請具有以下有益效果：

通過以上技術方案可知，本申請提供的3D NAND存儲器件的金屬柵制備方法中，在采用液相化學刻蝕方法去除掉層疊結構中的氮化硅層后，在向橫向溝槽陣列中的各個橫向溝槽內填充金屬介質前，還包括去除液相化學刻蝕氮化硅過程中產生的聚集在橫向溝槽陣列開口處的刻蝕副產物。因該聚集在橫向溝槽陣列開口處的刻蝕副產物被去除，增大了溝槽開口處的尺寸，為后續金屬柵填充過程中的反應氣體提供了通暢的擴散通道，避免在金屬柵填充過程中橫向溝槽提前封口，使得反應氣體能夠不斷通入結構深處進行反應沉積，獲得良好的金屬柵橫向填充性能。

附圖說明

為了清楚地理解本申請的具體實施方式，下面將描述本申請具體實施方式時用到的附圖做一簡要說明。

圖1是向溝槽陣列中沉積金屬介質的示意圖；

圖2是層疊結構中的氮化硅層刻蝕后填充金屬前的橫向陣列溝槽結構示意圖；

圖3是金屬柵極填充過程中產生的空隙或空洞示意圖；

圖4是本申請實施例提供的3D NAND存儲器件的金屬柵制備方法流程示意圖；