CN101996938B - 制作存储器的字线方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种制作存储器的字线方法，该方法包括：在晶圆衬底依次沉积氧氮氧层、多晶硅层、和作为硬掩膜层的氮化硅层及氧化硅层；在所述氧化硅层上旋涂光刻胶层后光刻，在光刻胶层形成字线图形；以具有字线图形的光刻胶层为掩膜，依次刻蚀氧化硅层、氮化硅层及多晶硅层，直到在多晶硅层形成字线，光刻胶层和氧化硅层被刻蚀完；去除多晶硅层上刻蚀剩余的氮化硅层。本发明提供的方法可以制作存储器的字线，在制作90纳米以下的存储器的字线过程中，在光刻胶层厚度比较薄的情况下，通过改变硬掩膜层的结构而提高多晶硅层相对硬掩膜层的刻蚀比。

Description

制作存储器的字线方法
技术领域
本发明涉及半导体制造技术，特别涉及一种制作存储器的字线(WL，word line)方法。
背景技术
在半导体技术工艺中，有一种制作存储器字线的工艺。在制作存储器的字线时，需要遵循设计标准。例如，对于容量为8G的N型只读存储器，其字线被要求宽90纳米，字线与字线之间的距离为90纳米，也就是90纳米尺寸的存储器的字线。为了达到这个设计标准，通常采用193纳米长的深紫外光(DUV)在晶圆衬底的光刻胶层上曝光后，光刻胶层显影后得到字线图形，最后，以具有字线图形的光刻胶层为掩膜，刻蚀晶圆衬底的多晶硅层，得到字线。在这个过程中，由于光刻胶层在上述深紫外光曝光过程中的焦深在0.3微米左右，为了可以在光刻胶层显影得到字线图形，所以要保证光刻胶层不能太厚，一般为2500埃左右。
参照图1a～图1e所示的现有技术制作存储器的字线剖面示意图，对现有技术提供的在存储器上制作字线的方案进行详细说明：
步骤1、在晶圆衬底101上依次氧氮氧(ONO)层102、多晶硅层103及氮化硅(SiN)层104，如图1a所示；
在该步骤中，ONO层102作为刻蚀终止层，比较薄；多晶硅层103的厚度为1700埃，SiN层104作为硬掩膜层，厚度为300埃左右；
步骤2，在图1a所示的结构上，旋涂光刻胶层105后，对该光刻胶层105进行曝光后，显影得到字线图形，如图1b所示；
在该步骤中，光刻胶层105的厚度为2500埃；
步骤3，以具有字线图形的光刻胶层105为掩膜，刻蚀SiN层104至开口处，如图1c所示；
在该步骤中，在刻蚀SiN层104的同时，也会刻蚀光刻胶层105上表面，从而使得光刻胶层104的厚度变为1900埃；
步骤4，以具有字线图形的光刻胶层105为掩膜，刻蚀多晶硅层103，如图1d所示；
在该步骤中，在刻蚀过程中，光刻胶层105被刻蚀完全，SiN层104的上表面也被刻蚀；
步骤5，按照步骤4的过程继续刻蚀，直到SiN层104被刻蚀光，如图1e所示；
在该步骤中，当SiN层104被刻蚀完全时，多晶硅层103还没有按照字线图形被完全开口，即没有刻蚀到ONO层102，多晶硅层103上的字线图形距离开口处还有150埃的厚度。
可以看出，造成在多晶硅层103未完全形成字线的原因就是光刻胶层105太薄，如果要在多晶硅层103完全形成字线，也就是在多晶硅层按照字线图形被完全开口，而不损伤多晶硅层103上表面，需要至少300埃左右的光刻胶层105，用于在后续刻蚀时消耗。但是，如果增厚光刻胶层105，又会使得无法将字线图形完整光刻在光刻胶层105，这就造成了在存储器上无法制造字线。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种制作存储器的字线方法，该方法能够在制作90纳米以下的存储器的字线过程中，当光刻胶层厚度比较薄的情况时，通过改变硬掩膜层的结构而提高多晶硅层相对硬掩膜层的刻蚀比，制作存储器的字线。
为达到上述目的，本发明实施例的技术方案具体是这样实现的：
一种制作存储器的字线方法，该方法包括：
在晶圆衬底依次沉积氧氮氧层、多晶硅层、和作为硬掩膜层的氮化硅层及氧化硅层；
在所述氧化硅层上旋涂光刻胶层后光刻，在光刻胶层形成字线图形；
以具有字线图形的光刻胶层为掩膜，依次刻蚀氧化硅层、氮化硅层及多晶硅层，直到在多晶硅层形成字线，光刻胶层和氧化硅层被刻蚀完；
去除多晶硅层上刻蚀剩余的氮化硅层。
所述硬掩膜层的氮化硅层的厚度及氧化硅层的厚度满足2(Tox+TSiN)＜＝2500，0＜＝1700-1/2[2500-2(Tox+TSiN)]-3Tox＜＝2(TSiN-100)要求，其中，Tox为氧化硅层的厚度，TSiN为SiN层的厚度。
在所述多晶硅层的厚度为1700埃时，所述沉积的氮化硅层为300埃，沉积的氧化硅层为200埃～300埃。
所述氧化硅层采用低压化学气相淀积LP-CVD通过正硅酸乙脂TEOS-臭氧的方法沉积得到。
所述去除多晶硅层上刻蚀剩余的氮化硅层采用热磷酸H3PO4。
由上述技术方案可见，本发明在制作存储器的字线时，在SiN层和光刻胶层之间沉积一层氧化硅层，形成双层硬掩膜层结构，在多晶硅层刻蚀字线图形时，该氧化硅层和SiN层一样也作为硬掩膜层被刻蚀，由于相比于SiN层，该氧化硅层的刻蚀选择比大，在刻蚀字线图形过程中可以提高相对多晶硅层相对硬掩膜层的刻蚀比，从而保证当将字线图形刻蚀到多晶硅层的开口处时，SiN层没有被完全刻蚀掉。因此，该方法可以制作存储器的字线，可以在制作90纳米以下的存储器的字线过程中，在光阻厚度比较薄的情况下，通过改变硬掩膜层的结构而提高多晶硅层相对硬掩膜层的刻蚀比。
附图说明
图1a～图1e为现有技术提供的制作存储器的字线剖面示意图；
图2a～图2e为本发明提供的制作存储器的字线剖面实施例一示意图；
图3a～图3g为本发明提供的制作存储器的字线剖面实施例二示意图；
图4为本发明提供的存储器上制作字线的方法流程图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下参照附图并举实施例进行对比，对本发明作进一步详细说明。
本发明在存储器制作字线时，仍然以容量为8G的N型只读存储器进行举例说明，但是本发明提供的方法并不限于此。
对于存储器制作字线的标准是：将字线图形刻蚀贯穿多晶硅层，直到ONO层停止；在刻蚀完成后，在多晶硅层上方至少剩余SiN层的厚度为100埃，以保证不损伤多晶硅层上表面。
在刻蚀完成后，剩余的SiN层可以采用热磷酸(H3PO4)去除。
在现有技术中，得出由于光刻胶层太薄使得字线图形在多晶硅层刻蚀不完全，而导致在存储器上制作字线不成功；但是增加光刻胶层的厚度，又会使得无法将字线图形完整光刻在光刻胶层105上，还是导致在存储器上制作字线不成功。因此，为了使得在存储器上制作字线成功，就需要增加硬掩膜的厚度，从而当字线图形完成刻蚀穿透多晶硅层时，停留在ONO层时，在多晶硅层上还具有硬掩膜层，该硬掩膜层的厚度保证不损伤多晶硅层上表面，比如100埃左右。
因此，最简单的方法就是增加作为硬掩膜的SiN层厚度，在增加厚度时，也不能无限制地增加，这是因为，如果无限制增加，在将字线图形转移到SiN层的过程中，还没有将字线图形穿透SiN层时，光刻胶层就被刻蚀完全，而开始刻蚀SiN层的上表面。这样，在将字线图形转移到多晶硅层之前，就已经使得SiN层厚度变薄，无法起到刻蚀穿透多晶硅层而不损伤多晶硅层上表面的目的。因此，经过试验测知，将SiN层厚度设置为500埃的效果最好。
参照图2a～图2e所示的本发明制作存储器的字线剖面示意图，对本发明提供的方案进行详细说明：
步骤1、在晶圆衬底101上依次ONO层102、多晶硅层103及SiN层104，如图2a所示；
在该步骤中，ONO层102作为刻蚀终止层，多晶硅层103的厚度为1700埃，SiN层104作为硬掩膜层，厚度为500埃左右；
步骤2，在图2a所示的结构上，旋涂光刻胶层105后，对该光刻胶层105进行曝光后，显影得到字线图形，如图2b所示；
在该步骤中，光刻胶层105的厚度为2500埃；
步骤3，以具有字线图形的光刻胶层105为掩膜，刻蚀SiN层104至开口处，如图2c所示；
在该步骤中，在刻蚀SiN层104的同时，也会刻蚀光刻胶层105上表面，从而使得光刻胶层104的厚度变为1500埃；
步骤4，以具有字线图形的光刻胶层105为掩膜，继续刻蚀多晶硅层103，如图2d所示；
在该步骤中，光刻胶层105会被刻蚀完，开始刻蚀SiN层104，这时在多晶硅层103上的字线图形距离开口处还有950埃；
步骤5，按照步骤4的过程继续刻蚀，将多晶硅层103的字线图形刻蚀到开口处，即ONO层102为止，如图2e所示；
在该步骤中，SiN层104在刻蚀过程中还没有被消耗完，在多晶硅层103表面留下的SiN层104厚度为50埃左右；
步骤6，采用热H3PO4去除未消耗完的SiN层104。
从上述方法可以看出，虽然在多晶硅层刻蚀完字线后，在多晶硅层上表面还覆盖有SiN层，但是厚度不能满足设计标准(50埃小于设定的100埃)，由于覆盖的SiN层太薄，仍然会损伤多晶硅层上表面(比如在SiN层厚度不均匀时，有些地方的多晶硅层上表面仍然会裸露)。
因此，本发明在SiN层和光刻胶层之间沉积一层氧化硅层，用该氧化硅层和SiN层共同作为存储器制作字线所采用的硬掩膜层，也就是形成双层硬掩膜层结构。由于氧化硅层的刻蚀选择比为3.15，而SiN层的刻蚀选择比为2.14，所以在刻蚀字线图形过程中提高多晶硅层相对硬掩膜层的刻蚀比，从而保证当将字线图形刻蚀到多晶硅层的开口处时，SiN层没有被完全刻蚀掉，厚度还可以达到设计标准。这样，在制作90纳米以下的存储器的字线过程中，在光阻厚度比较薄的情况下，通过改变硬掩膜层的结构而提高多晶硅层相对硬掩膜层的刻蚀比。
在本发明中，氧化硅层的沉积厚度需要保证公式(1)成立：
2(Tox+TSiN)＜＝2500
0＜＝1700-1/2[2500-2(Tox+TSiN)]-3Tox＜＝2(TSiN-100)    公式(1)
其中，在公式(1)中，Tox为氧化硅层的厚度，TSiN为SiN层的厚度。因此，根据公式(1)，在本发明中，氧化硅的厚度为200埃～300埃，SiN层的厚度为300埃。
参照图3a～图3e所示的本发明制作存储器的字线剖面示意图，对本发明图4提供的存储器上制作字线的方案进行详细说明：
步骤401、在晶圆衬底101上依次沉积ONO层102、多晶硅层103、SiN层104及氧化硅层104’，如图3a所示；
在该步骤中，ONO层102作为刻蚀终止层，多晶硅层103的厚度为1700埃，SiN层104作为硬掩膜层的一部分，厚度为500埃左右；氧化硅层104’作为硬掩膜层的另一部分，厚度为200埃～300埃，以下采用厚度为200埃说明；
在该步骤中，可以采用低压化学气相淀积(LP-CVD)通过正硅酸乙脂(TEOS)-臭氧的方法沉积得到氧化硅层104’；
步骤402，在图3a所示的结构上，旋涂光刻胶层105后，对该光刻胶层105进行曝光后，显影得到字线图形，如图3b所示；
在该步骤中，光刻胶层105的厚度为2500埃；
步骤403，以具有字线图形的光刻胶层105为掩膜，刻蚀氧化硅层104’至开口处，如图3c所示；
在该步骤中，在刻蚀氧化硅层104’的同时，也会刻蚀光刻胶层105上表面，从而使得光刻胶层104的厚度变为2100埃；
步骤404，以具有字线图形的光刻胶层105为掩膜，刻蚀SiN层104至开口处，如图3d所示；
在该步骤中，在刻蚀SiN层104的同时，也会继续刻蚀光刻胶层105上表面，但是由于氧化硅层104’的刻蚀选择比较高且厚度比较薄，所以刻蚀SiN层104至开口处时，仍然留有光刻胶层105的厚度为1500埃；
步骤405、以具有字线图形的光刻胶层105为掩膜，刻蚀多晶硅层103，如图3e所示；
在该步骤中，刻蚀完光刻胶层105后，开始刻蚀氧化硅层104’时，多晶硅层103上未形成字线图形的厚度为950埃；
步骤406、在图3e所示的结构上，继续刻蚀，将氧化硅层104’刻蚀完全，如图3f；
在该步骤中，多晶硅层103上未形成字线图形的厚度为350埃；
步骤407、在图3f所示的结构上，继续刻蚀，直到多晶硅层103的字线图形被刻蚀到开口处，也就是ONO层102停止，如图3g所示；
在该步骤中，在刻蚀多晶硅层103的同时，也会继续刻蚀SiN层104上表面，当将字线图形刻蚀到多晶硅层103的开口处时，SiN层104剩余125埃，符合设计标准，不会损伤多晶硅层上表面，也就是不会损伤所制作的字线；
步骤408、采用热H3PO4去除剩余的SiN层104，完成存储器的字线制作。
以上举较佳实施例，对本发明的目的、技术方案和优点进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种制作存储器的字线方法，该方法包括：
在晶圆衬底依次沉积氧氮氧层、多晶硅层、和作为硬掩膜层的氮化硅层及氧化硅层；
在所述氧化硅层上旋涂光刻胶层后光刻，在光刻胶层形成字线图形；
以具有字线图形的光刻胶层为掩膜，依次刻蚀氧化硅层、氮化硅层及多晶硅层，直到在多晶硅层形成字线，光刻胶层和氧化硅层被刻蚀完；
去除多晶硅层上刻蚀剩余的氮化硅层；
所述硬掩膜层的氮化硅层的厚度及氧化硅层的厚度满足2(Tox+TSiN)＜＝2500埃，0＜＝1700埃-1/2[2500埃-2(Tox+TSiN)]-3Tox＜＝2(TSiN-100埃)要求，其中，Tox为氧化硅层的厚度，TSiN为氮化硅层的厚度。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述多晶硅层的厚度为1700埃时，所述氮化硅层为300埃，氧化硅层为200埃～300埃。
3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述氧化硅层采用低压化学气相淀积LP-CVD通过正硅酸乙脂TEOS-臭氧的方法沉积得到。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述去除多晶硅层上刻蚀剩余的氮化硅层采用热磷酸H3PO4。
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