[發明專利]制備三維存儲器的方法

在審

• 申請號: 202111121719.7
• 申請日: 2021-09-24
• 公開（公告）號: CN113838858A
• 公開（公告）日: 2021-12-24
• 發明（設計）人: 謝煒;張坤;王迪;周文犀
• 申請（專利權）人: 長江存儲科技有限責任公司
• 主分類號: H01L27/11548
• 分類號: H01L27/11548;H01L27/11556;H01L27/11575;H01L27/11582;H01L25/18
• 代理公司: 北京英思普睿知識產權代理有限公司 16018
• 代理人: 劉瑩;聶國斌

本申請涉及一種制備三維存儲器的方法及三維存儲器。所述方法包括：在晶圓的第一表面上形成柵極堆疊結構、以及覆蓋柵極堆疊結構的絕緣材料層，其中，柵極堆疊結構包括交替堆疊的層間絕緣層和柵極層，并且被劃分成臺階區和核心區，柵極堆疊結構的核心區中貫穿有溝道結構；在絕緣材料層上形成第一應力補償層；以及貫穿第一應力補償層和絕緣材料層形成電連接到溝道結構或柵極層的多個連接柱。第一應力補償層由具有高壓縮應力的材料形成。通過在晶圓的正面形成具有高壓縮應力的應力補償層，可以有效防止晶背上的應力補償層厚度過大，減小被剝離或脫落的風險，并且可以改善晶圓上的半導體器件的內應力。

技術領域

本申請涉及半導體領域，并且更具體地，涉及在半導體制造工藝中改善晶圓翹曲度的方法和三維存儲器。

背景技術

在半導體器件的生產過程中，通常需要先提供晶圓(wafer)，然后在晶圓上制造半導體器件。然而，隨著半導體器件的膜層層數增加，膜層與膜層間的應力越來越不平衡。這些膜層產生的應力作用在晶圓上，致使晶圓在各種應力因素的影響下發生了翹曲(bow)。使用這種翹曲的晶圓繼續制造半導體器件，會影響層與層之間的對準，造成圖形結構畸變，甚至導致晶圓鍵合失效，從而降低產品的良率。

尤其是，在形成存儲器串的溝道結構之后，需要通過狹縫結構(GL)將疊層結構中的犧牲層置換為柵極層。在GL工藝過程中的這種材料置換，會導致應力變化劇烈，晶圓翹曲度明顯增加，直接影響到后續溝道接觸孔(C1CH)與溝道結構的對準、柵極接觸孔(SSCT)與柵極層的對準、以及與CMOS晶圓的鍵合對準等。

目前，一般通過在晶圓背面沉積特定的薄膜(例如，氮化硅薄膜、氧化硅薄膜等)來平衡晶圓整體應力，以調整晶圓的翹曲度。

然而，隨著制造工藝的進行，半導體器件的結構/材料成分不斷變化，晶圓整體應力、翹曲度也隨之改變。故而，需要在晶圓背面反復層疊應力平衡薄膜，來改善翹曲度值。晶背薄膜的多次沉積，不僅工藝繁瑣，成本增加，而且過厚的薄膜會有容易剝離或脫落的風險。

同時，這種晶背沉積薄膜的翹曲度優化方式，并沒有實質上改善半導體器件的內部應力分布。例如，在從溝道結構的底部與外部電路互連的工藝中，需要在將形成在一晶圓上的半導體器件與另一晶圓(例如，其上形成有諸如CMOS的外圍電路的晶圓)鍵合之后，將該晶圓和形成在其晶背上的應力平衡薄膜以及溝道結構底部的部分結構去除，來暴露溝道結構的底部。隨著相應結構的去除，半導體器件的內部應力發生變化，而與之鍵合的另一晶圓的翹曲度值也會隨之增大。

發明內容

本申請提供了一種通過改善半導體器件的內部應力分布來改善其所處晶圓的翹曲度的方法。

本申請還提供了一種具有改善的內部應力的三維存儲器。

根據本申請的一方面，提供了一種制備三維存儲器的方法，其中，方法包括：在晶圓的第一表面上形成柵極堆疊結構、以及覆蓋柵極堆疊結構的絕緣材料層，其中，柵極堆疊結構包括交替堆疊的層間絕緣層和柵極層，并且被劃分成臺階區和核心區，柵極堆疊結構的核心區中貫穿有溝道結構；在絕緣材料層上形成第一應力補償層；以及貫穿第一應力補償層和絕緣材料層形成電連接到溝道結構或柵極層的多個連接柱。第一應力補償層由具有高壓縮應力的材料形成。

在實施方式中，第一應力補償層由氮化硅形成。

在實施方式中，形成多個連接柱包括：形成暴露柵極層的至少一部分的柵極接觸孔；形成暴露溝道結構的至少一部分的溝道接觸孔；以及利用導電材料填充柵極接觸孔和溝道接觸孔。

在實施方式中，形成柵極接觸孔包括：圖案化第一應力補償層，以在第一應力補償層的、與待形成柵極接觸孔的位置對應的位置處開口；以及利用經圖案化的第一應力補償層作為硬掩膜層，將絕緣材料層圖案化。