CN102496566B - 用于sonos存储芯片批产工艺中的存储管多晶刻蚀方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于SONOS存储芯片批产工艺中的存储管多晶刻蚀方法，其包括如下步骤：a、提供衬底，形成SONOS结构的EEPROM管；b、得到位于栅极区的光刻胶；c通过等离子体反应刻蚀，腐蚀掉相应的多晶硅层；d、利用等离子体干法刻蚀，对露出的SiNO层进行各向异性腐蚀；e、去除SONOSEEPROM管栅极区的光刻胶；f、在常温下，利用去自然氧化层液体将氮化硅层表面的自然氧化层去除；g、在150~170℃时，利用氮化硅层腐蚀液对露出的氮化硅层进行各向同性腐蚀；h、利用隧道氧化二氧化硅层腐蚀液对露出的隧道氧化二氧化硅层进行各向同性腐蚀。本发明工艺步骤简单，将多晶栅以外区域的ONO去除干净，在后续的控制管栅制作过程中不会在表面形成雾状白斑，从而提高产品的良率。

Description

用于SONOS存储芯片批产工艺中的存储管多晶刻蚀方法

技术领域

本发明涉及一种非挥发存储器电路的多晶刻蚀方法，尤其是一种用于SONOS（Si+SiO₂+Si₃N₄+SiO₂+Si）存储芯片批产工艺中的存储管多晶刻蚀方法，属于SONOS EERROM制造的技术领域。

背景技术

EEPROM存储器由于其擦写方便、电路简单等显著优点而得到了广泛的应用。由于浮栅存储器编程时，注入的电子分布在整个浮栅上，致使其在疲劳特性、数据保持特性和抗辐射能力等方面面临着巨大的挑战。而基于分立陷阱电荷俘获原理的SONOS存储器在这些方面有较大的优势，SONOS结构替代传统的浮栅结构应用于EEPROM电路中已成为一种趋势。

在浮栅EEPROM工艺技术中，隧道氧化层上的多晶可以通过常规的刻蚀技术（指在多晶上涂上光刻胶作为掩蔽层，然后采用各向异性的干法腐蚀技术将图形外的多晶去除）来实现浮栅的制作。针对SONOS结构的EEPROM工艺，上述方法存在明显缺点：当多晶腐蚀停在SiO₂层时，ONO结构中SiO₂下面还有一层SiN，而SiN会对后续控制管的栅氧生长带来不利影响。如果采用增加过腐的方法来去除SiN，会导致多晶形貌变差，条宽无法控制，影响EEPROM管的特性。同时，由于顶层SiO₂层是在SiN层上进行热氧化形成的，其成分中会含有N，即形成了SiNO化合物，如仍然采用湿法工艺去除的话，在实验室的工艺实验中不会出现严重的问题，但由于湿法工艺会在ONO外区域会留下SiNO残留，导致后续的控制管栅工艺时形成雾状白斑，在批量生产时会导致产品的良率下降，增加了产品成本，甚至会导致产品无法量产。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术中存在的不足，提供一种用于SONOS存储芯片批产工艺中的存储管多晶刻蚀方法，其工艺步骤简单，以实现EEPROM管多晶栅的制作，同时将多晶栅以外区域的ONO去除干净，在后续的控制管栅制作过程中不会在表面形成雾状白斑，从而提高产品的良率。

按照本发明提供的技术方案，一种用于SONOS存储芯片批产工艺中的存储管多晶刻蚀方法，所述存储管多晶刻蚀方法包括如下步骤：

a、提供衬底，并在衬底上依次设置形成隧道氧化二氧化硅层、氮化硅层、SiNO层及多晶硅层，以形成SONOS结构的EEPROM管；

b、在多晶硅层上涂覆光刻胶，选择性地掩蔽和光刻光刻胶，得到位于SONOS EEPROM管栅极区的光刻胶；

c、利用上述光刻胶通过等离子体反应刻蚀，腐蚀掉相应的多晶硅层，并使得相应多晶硅层下方的SiNO层露出；

d、利用等离子体干法刻蚀，对露出的SiNO层进行各向异性腐蚀，露出相应SiNO层下方的氮化硅层；

e、去除SONOS EEPROM管栅极区的光刻胶；

f、在常温下，利用去自然氧化层液体将氮化硅层表面的自然氧化层去除；所述去自然氧化层酸由HF酸与水混合制成，其中HF酸与水的体积比为HF：H₂O=1：100，HF酸的浓度为50%~50.4%；

g、在150~170℃时，利用氮化硅层腐蚀液对露出的氮化硅层进行各向同性腐蚀，以使得氮化硅层下方的隧道氧化二氧化硅层露出；所述氮化硅层腐蚀液由H₃PO₄酸与水混合制成，所述H₃PO₄酸与水的体积比为H₃PO₄：H₂O=85：15，H₃PO₄酸的浓度为85%~87%；

h、利用隧道氧化二氧化硅层腐蚀液对露出的隧道氧化二氧化硅层进行各向同性腐蚀，露出隧道氧化二氧化硅层下方对应的衬底；所述隧道氧化二氧化硅腐蚀液由HF酸与水混合制成，其中HF酸与水的体积比为HF：H₂O=1：10，HF酸的浓度为50%~50.4%。

所述步骤e中，利用光刻胶去除酸液去除光刻胶，所述光刻胶去除酸液由H₂SO₄酸与H₂O₂混合制成，所述H₂SO₄酸与H₂O₂体积比为H₂SO₄：H₂O₂=3：1，所述H₂SO₄酸的浓度为96%，H₂O₂的浓度为30%~32%。

所述步骤c中，对多晶硅层进行等离子体反应刻蚀的气体为括30sccm的HBr与30sccm的Cl₂。

所述步骤d中，对SiNO层进行各向异性腐蚀时，所述等离子体气体为100sccm的C₂F₆。

所述隧道氧化二氧化硅层通过热氧化生长于衬底上。所述衬底的材料包括硅。

所述氮化硅层通过LPCVD淀积于隧道氧化二氧化硅层。所述SiNO层通过热氧化生长于氮化硅层上。所述多晶硅层通过LPCVD淀积于SiNO层。

本发明的优点：可以形成SONOS EEPROM管的栅极区，可以严格控制栅宽；将SONOS EEPROM管栅以外区域的ONO去除干净，避免SiNO化合物的残留，不会在后续的控制管栅制备过程中形成雾状白斑；可以应用于大规模SONOS EEPROM集成电路的批产工艺中；本发明工艺简单，具有很强的操作性。

附图说明

图1~图7为本发明SONOS EEPROM批产工艺中栅刻蚀具体步骤示意图，其中：

图1是电荷存储区ONO和多晶硅淀积后的示意图。

图2是EEPROM管栅区光刻后的示意图。

图3是干法刻蚀多晶硅层后的示意图。

图4是干法刻蚀顶层SINO层后的示意图。

图5是去除光刻胶后的示意图。

图6是腐蚀氮化硅层后的示意图。

图7是腐蚀隧道氧化二氧化硅层后的示意图。

附图标记说明：1-衬底、2-隧道氧化二氧化硅层、3-氮化硅层、4-SiNO层、5-多晶硅层及6-光刻胶。

具体实施方式

下面结合具体附图和实施例对本发明作进一步说明。

如图1~图7所示：为了克服现有SONOS EEPROM结构中多晶刻蚀的问题，本发明多晶刻蚀方法包括如下步骤：

a、提供衬底1，并在衬底1上依次设置形成隧道氧化二氧化硅层2、氮化硅层3、SiNO层4及多晶硅层5，以形成SONOS结构的EEPROM管；

如图1所示：所述隧道氧化二氧化硅层2通过热氧化生长于衬底1上，氮化硅层3通过LPCVD（低压化学汽相淀积）淀积于隧道氧化二氧化硅层2上，通过对氮化硅层3热氧化得到SiNO层4，在SiNO层4上通过LPCVD上淀积得到多晶硅层5；

b、在多晶硅层5上涂覆光刻胶，选择性地掩蔽和光刻光刻胶，得到位于SONOS EEPROM管栅极区的光刻胶6；

如图2所示：在多晶硅层5上涂覆光刻胶后，通过对光刻胶进行光刻后，得到位于栅极区的光刻胶6，所述光刻胶6能够对下方的多晶硅层5进行保护；

c、利用上述光刻胶6通过等离子体反应刻蚀，腐蚀掉相应的多晶硅层5，并使得相应多晶硅层5下方的SiNO层4露出；

如图3所示：所述等离子体气体的主要成分为30sccm 的HBr、30sccm的Cl₂； sccm是指在标准大气压下，每分钟流过的气体体积，体积单位为立方厘米；同时在光刻胶6作用下，得到位于光刻胶6下方的多晶硅层5；

d、利用等离子体干法刻蚀，对露出的SiNO层4进行各向异性腐蚀，露出相应SiNO层4下方的氮化硅层3；

如图4所示：对SiNO层4进行各向异性腐蚀时，所述等离子体气体为100sccm的C₂F₆；sccm是指在标准大气压下，每分钟流过的气体体积，体积单位为立方厘米；同时，通过光刻胶6于多晶硅层5的保护下，能够得到多晶硅层5下方的SiNO层4；

e、去除SONOS EEPROM管栅极区的光刻胶6；

如图5所示：利用光刻胶去除酸液去除光刻胶6，所述光刻胶去除酸液由H₂SO₄酸与H₂O₂混合制成，所述H₂SO₄酸与H₂O₂体积比为H₂SO₄：H₂O₂=3：1，所述H₂SO₄酸的浓度为96%，H₂O₂的浓度为30%~32%；

f、在常温下，利用去自然氧化层液体将氮化硅层3表面的自然氧化层去除；所述去自然氧化层酸由HF酸与水混合制成，其中HF酸与水的体积比为HF：H₂O=1：100，HF酸的浓度为50%~50.4%；

g、在150~170℃时，利用氮化硅层腐蚀液对露出的氮化硅层3进行各向同性腐蚀，以使得氮化硅层3下方的隧道氧化二氧化硅层2露出；所述氮化硅层腐蚀液由H₃PO₄酸与水混合制成，所述H₃PO₄酸与水的体积比为H₃PO₄：H₂O=85：15，H₃PO₄酸的浓度为85%~87%；

如图6所示：去除氮化硅层3表面的自然氧化层后，通过氮化硅腐蚀液对氮化硅层3进行各向同性腐蚀，在多晶硅层5及SiNO层4的保护下，能够得到SiNO层4下方相应的氮化硅层3；

h、利用隧道氧化二氧化硅层腐蚀液对露出的隧道氧化二氧化硅层2进行各向同性腐蚀，露出隧道氧化二氧化硅层2下方对应的衬底1；所述隧道氧化二氧化硅腐蚀液由HF酸与水混合制成，其中HF酸与水的体积比为HF：H₂O=1：10，HF酸的浓度为50%~50.4%；

如图7所示：在隧道氧化二氧化硅层2上的氮化硅层3、SiNO层4及多晶硅层5作用下，通过隧道氧化二氧化硅层腐蚀液对隧道氧化二氧化硅层2进行腐蚀时，能够得到与氮化硅层3、SiNO层4及多晶硅层5相对应的隧道氧化二氧化硅层2，从而在EEPROM管的栅极区得到相应的SONOS结构。

采用本发明解决SONOS EEPROM批产工艺中电荷存储管的栅多晶刻蚀问题，如采用湿法刻蚀顶层SiNO层4，将会在SONOS栅外区域留下SiNO残留物，影响后续控制栅工艺；如完全采用干法刻蚀栅，为了保证电荷存储管栅以外区域的ONO被腐蚀干净，增加过腐量会导致栅形貌变差、条宽无法控制；而采用本发明的技术，先用干法刻蚀多晶硅层5和顶层SiNO层4，再用湿法去除氮化硅层3和隧道氧化二氧化硅层2，可以有效地控制栅条宽并保证栅形貌正常及栅以外区域的ONO完全被去除，给后续控制栅工艺留下了足够的容宽，有利于之后的控制管栅氧质量的提高。

本发明可以形成SONOS EEPROM管的栅极区，可以严格控制栅宽；将SONOS EEPROM管栅以外区域的ONO去除干净，避免SiNO化合物的残留，不会在后续的控制管栅制备过程中形成雾状白斑；可以应用于大规模SONOS EEPROM集成电路的批产工艺中；本发明工艺简单，具有很强的操作性。

Claims (1)

1.一种用于SONOS存储芯片批产工艺中的存储管多晶刻蚀方法，其特征是，所述存储管多晶刻蚀方法包括如下步骤：

（a）、提供衬底（1），并在衬底（1）上依次设置形成隧道氧化二氧化硅层（2）、氮化硅层（3）、SiNO层（4）及多晶硅层（5），以形成SONOS结构的EEPROM管；

（b）、在多晶硅层（5）上涂覆光刻胶（6），选择性地掩蔽和光刻光刻胶（6），得到位于SONOS EEPROM管栅极区的光刻胶（6）；

（c）、利用上述光刻胶（6）通过等离子体反应刻蚀，腐蚀掉相应的多晶硅层（5），并使得相应多晶硅层（5）下方的SiNO层（4）露出；

（d）、利用等离子体干法刻蚀，对露出的SiNO层（4）进行各向异性腐蚀，露出相应SiNO层（4）下方的氮化硅层（3）；

（e）、去除SONOS　EEPROM管栅极区的光刻胶（6）；

（f）、在常温下，利用去自然氧化层液体将氮化硅层（3）表面的自然氧化层去除；所述去自然氧化层酸由HF酸与水混合制成，其中HF酸与水的体积比为HF：H₂O=1：100，HF酸的浓度为50%~50.4%；

（g）、在150~170℃时，利用氮化硅层腐蚀液对露出的氮化硅层（3）进行各向同性腐蚀，以使得氮化硅层（3）下方的隧道氧化二氧化硅层（2）露出；所述氮化硅层腐蚀液由H₃PO₄酸与水混合制成，所述H₃PO₄酸与水的体积比为H₃PO₄：H₂O=85：15，H₃PO₄酸的浓度为85%~87%；

（h）、利用隧道氧化二氧化硅层腐蚀液对露出的隧道氧化二氧化硅层（2）进行各向同性腐蚀，露出隧道氧化二氧化硅层（2）下方对应的衬底（1）；所述隧道氧化二氧化硅腐蚀液由HF酸与水混合制成，其中HF酸与水的体积比为HF：H₂O=1：10，HF酸的浓度为50%~50.4%；

所述步骤（e）中，利用光刻胶去除酸液去除光刻胶（6），所述光刻胶去除酸液由H₂SO₄酸与H₂O₂混合制成，所述H₂SO₄酸与H₂O₂体积比为H₂SO₄：H₂O₂=3：1，所述H₂SO₄酸的浓度为96%，H₂O₂的浓度为30%~32%；

所述步骤（c）中，对多晶硅层（5）进行等离子体反应刻蚀的气体为括30sccm的HBr与30sccm的Cl₂；

所述步骤（d）中，对SiNO层（4）进行各向异性腐蚀时，所述等离子体气体为100sccm的C₂F₆；

所述隧道氧化二氧化硅层（2）通过热氧化生长于衬底（1）上；

所述衬底（1）的材料包括硅；

所述氮化硅层（3）通过LPCVD淀积于隧道氧化二氧化硅层（2）；

所述SiNO层（4）通过热氧化生长于氮化硅层（3）上；

所述多晶硅层（5）通过LPCVD淀积于SiNO层（4）。