[发明专利]一种在高深宽比沟道孔刻蚀中保护侧壁的工艺

说明书

本发明提供了一种高深宽比沟道孔刻蚀中保护侧壁的工艺，包括以下步骤：提供衬底堆叠结构；在所述衬底堆叠结构上面刻蚀形成沟道孔；在所述沟道孔中沉积填充形成沟道孔侧壁堆叠结构功能薄膜；在所述侧壁堆叠结构的表面沉积保护膜，且使得所述保护膜在沟道孔顶部的厚度比沟道孔底部的厚度大。本发明工艺由于保护膜在沟道孔顶部的厚度比沟道孔底部的厚度大；使得后续干法刻蚀时，顶部的保护膜特别是沟道孔上部开口处的保护膜更耐损伤，在干法刻蚀的终了，仍能有保护膜的剩余，从而保护沟道孔侧壁的堆叠结构功能薄膜不受等离子的轰击损伤，提高沟道孔刻蚀工艺制程的良率，提高器件的电气性能。

技术领域

本发明涉及半导体制造领域，尤其涉及一种3D NAND闪存结构中改善沟道孔刻蚀工艺的方法。

背景技术

随着平面型闪存存储器的发展，半导体的生产工艺取得了巨大的进步。但是最近几年，平面型闪存的发展遇到了各种挑战：物理极限，现有显影技术极限以及存储电子密度极限等。在此背景下，为解决平面闪存遇到的困难以及最求更低的单位存储单元的生产成本，各种不同的三维(3D)闪存存储器结构应运而生，例如3D NOR(3D或非)闪存和3D NAND(3D与非)闪存。目前，在3D NAND的发展过程中，随着堆叠层数的增加，对刻蚀、沉积等制备工艺提出了更高的要求。

其中，在高深宽比沟道孔刻蚀工艺中，通常采用沿侧壁沉积保护膜的工艺来保护侧壁，例如，在3D NAND的制造过程中，为了形成沟道，在沟道薄膜沉积后，底部源极应该被刻蚀打开，从而导致在这种高深宽比的刻蚀工艺中，必须沉积某些种类的保护膜来保护侧壁。

在高深宽比刻蚀工艺中，顶部保护膜比底部保护膜更容易被刻蚀损坏；如图1的显微照片所示。再如图2a的示意图，显示了堆叠结构1的沟道孔存储单元功能膜2上面沉积一层保护膜3，经干法刻蚀后的示意图如图2b所示，可见，沟道孔上面开口处的保护膜已经被损坏，存储单元功能膜已经裸露，并且上面的保护膜比下面的损伤严重。正由于这一原因，等离子体将损坏存储单元的功能薄膜，例如使功能薄膜中产生空位，这使得湿法刻蚀后的性能变劣，并且可能引起电性能的失效。

因此，如何改进保护膜的沉积工艺，从而制备更高良率的沟道孔一直为本领域技术人员所致力研究的方向。

发明内容

本发明的目的在于提供在一种高深宽比沟道孔刻蚀中保护侧壁的工艺，通过对保护膜沉积工艺的改进，克服现有技术的上述缺陷，从而改善沟道孔刻蚀的工艺；进而提高沟道孔制程良率。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种高深宽比沟道孔刻蚀中保护侧壁的工艺，包括以下步骤：

提供衬底堆叠结构；

在所述衬底堆叠结构上面刻蚀形成沟道孔；

在所述沟道孔中沉积填充形成沟道孔侧壁堆叠结构功能薄膜；

在所述侧壁堆叠结构的表面沉积保护膜，且使得所述保护膜在沟道孔顶部的厚度比沟道孔底部的厚度大。

进一步，所述保护膜的厚度从顶部到底部逐渐过渡使得在沟道孔纵向截面单侧的保护膜呈倒锥形。

进一步，控制沉积工艺，使得所述保护膜在沟道孔顶部的厚度至沟道孔底部的厚度在经干法刻蚀后的剩余保护膜的厚度基本相等。

进一步，所述衬底堆叠结构包括衬底表面形成的相互间隔开的氧化硅-氮化硅堆叠薄膜(O/N)以及上面的硬掩膜(HM)。

进一步，所述沟道孔侧壁堆叠结构功能薄膜包括用作阻挡层、存储层和隧穿层的氧化物-氮化物-氧化物结构(ONO)。

与现有技术相比，本发明的有益效果主要体现在：