[發明專利]一種分裂柵結構下的側墻柵極隔離刻蝕膜層工藝

有效

• 申請號: 201810632297.1
• 申請日: 2018-06-19
• 公開（公告）號: CN108831829B
• 公開（公告）日: 2020-10-27
• 發明（設計）人: 許鵬凱;喬夫龍;韓朋剛
• 申請（專利權）人: 上海華力微電子有限公司
• 主分類號: H01L21/28
• 分類號: H01L21/28
• 代理公司: 上海思微知識產權代理事務所(普通合伙) 31237
• 代理人: 智云

本發明提出一種分裂柵結構下的側墻柵極隔離刻蝕膜層工藝，本發明在原有工藝Tri?Layer膜層的基礎上，向其SOC底部添加了氮化硅層。這一方案，充分利用氮化硅的保護來移除原工藝中光刻未曝開區域的Si?ARC，同時避免了曝開區域AA頂部的OX被刻穿的情況，進而避免了硅基底損傷；繼而充分利用干法刻蝕以及濕法刻蝕工藝中氮化硅對多晶硅和氧化硅選擇比高的特點，在刻蝕以及濕法工藝之后獲得與原有工藝相同的結構。通過這一發明，在不改變最終工藝結構的基礎上顯著增加了刻蝕工藝的工藝窗口。

技術領域

本發明涉及半導體集成電路制造領域，且特別涉及一種分裂柵結構下的側墻柵極隔離刻蝕膜層工藝。

背景技術

在基于分裂柵結構的產品制造工藝中，需要將側墻柵極進行隔離的刻蝕工藝。由于在這一刻蝕工藝之前已經形成了較為復雜的柵極結構，且側墻柵極隔離工藝中的曝光區域尺寸較小，因此需要用到自旋碳(SOC:Spin On Carbon)的三層Tri-Layer技術來完成這一刻蝕過程。其刻蝕前的膜層結構如圖1所示，其包括襯底的有源區AA10，淺溝槽隔離STI20，浮柵FG30，SOC40，含硅抗反射層Si-ARC50，光刻膠PR60，側墻柵極頂部的自然氧化層Native OX70，多晶硅poly頂部的氧化掩模層OXHM80和側墻氧化物Side wall OX90。

在光刻完成之后，分別考慮曝光區域和未曝光區域，該刻蝕工藝流程如圖2A～圖2F所示。具體來說，現有工藝可以分為以下步驟：

(1):光刻曝光之后，可以將待刻蝕區域分為曝光區域和未曝光區域，如圖2A所示。在此之后以PR60(光刻膠,Photo Resistance)為掩模層進行Si-ARC50(含硅抗反射層，SiAnti-Reflection Coating)的刻蝕。直至將曝光區域的Si-ARC50刻完，如圖2B所示；

(2):以剩余光刻膠60和Si-ARC50為掩模層，進行SOC40的刻蝕。該刻蝕步驟中SOC40相對于Si-ARC50具有很高的選擇比，可以在將曝光區域的SOC40完全移除的情況下，保證未曝光區域的Si-ARC50無明顯損失，如圖2C所示；

(3):進行BT(Break Through)刻蝕過程，移除側墻柵極頂部的自然氧化層70，并同時將剩余的Si-ARC50完全移除。由于曝光區域AA(有源區，ActiveArea)頂部的OX(氧化硅，Oxide)也是直接暴露在外面的，因此這一過程也會對該OX進行刻蝕，使其產生損失，如圖2D所示；

(4):進行多晶硅刻蝕。該步驟多晶硅對氧化硅具有很高的刻蝕選擇比，由于選擇柵極的頂部以及側壁均有氧化硅的保護，故而不會有損失；曝光區域AA由于頂部有OX的保護也不會有損失。曝光區域的側墻柵極完全移除，無殘留；而未曝光區域由于有SOC的保護也不會有多晶硅的損失，如圖2E所示；

(5):進行灰化過程，將剩余的SOC完全移除，如圖2F所示。

分析以上過程，其BT刻蝕步驟具有很大的工藝挑戰。該步驟一方面要求將未曝光區域SOC表面較厚的Si-ARC完全移除，否則將在灰化過程之后發生Si-ARC殘留，進而污染灰化機臺；另一方面則要求不能將曝光區域AA表面的OX刻穿，否則將會在后續的多晶硅刻蝕步驟產生AA損傷。其中Si-ARC由于較厚，因此要求該刻蝕步驟具有較大的刻蝕量。同時，曝光區域AA表面的OX較薄，因此要求該刻蝕步驟的刻蝕量較小。此外，現有工藝增大Si-ARC對OX的選擇比也難以實現。因此，該刻蝕步驟的工藝窗口較小甚至消失，需要方案來解決這一問題。

發明內容

本發明提出一種分裂柵結構下的側墻柵極隔離刻蝕膜層工藝，從膜層結構設計的角度出發來解決原工藝流程中刻蝕工藝窗口消失的問題。

為了達到上述目的，本發明提出一種分裂柵結構下的側墻柵極隔離刻蝕膜層工藝，在原有膜層的基礎上新增了氮化硅層(SiN)，介于SOC與其下層材料之間，具體刻蝕工藝包括下列步驟：