CN113345800B - 有源区阵列的形成方法及半导体结构 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种有源区阵列的形成方法及半导体结构。有源区阵列的形成方法包括如下步骤：提供一衬底；形成第一掩膜层于衬底表面，第一掩膜层中具有第一刻蚀图形；形成覆盖于第一掩膜层表面的第二掩膜层；形成具有第二刻蚀图形的第三掩膜层于第二掩膜层表面；形成覆盖第二刻蚀图形侧壁的侧墙；去除第三掩膜层，于相邻侧墙之间形成第三刻蚀图形；沿第三刻蚀图形刻蚀第一掩膜层，于第一掩膜层中形成第四刻蚀图形；沿第一刻蚀图形和第四刻蚀图形刻蚀衬底，于衬底内形成多个有源区。本发明避免了光刻精度对有源区尺寸的限制，使得有源区的尺寸可以进一步的缩小，衬底内部有源区阵列的密度进一步增大。

Description

有源区阵列的形成方法及半导体结构
技术领域
本发明涉及半导体制造技术领域，尤其涉及一种有源区阵列的形成方法及半导体结构。
背景技术
动态随机存储器(Dynamic Random Access Memory，DRAM)是计算机等电子设备中常用的半导体结构，其由多个存储单元构成，每个存储单元通常包括晶体管和电容器。所述晶体管的栅极与字线电连接、源极与位线电连接、漏极与电容器电连接，字线上的字线电压能够控制晶体管的开启与关闭，从而通过位线能够读取存储在电容器中的数据信息，或者将数据信息写入到电容器中。
在DRAM等半导体结构的衬底中，具有呈阵列排布的多个有源区，形成有源区阵列。在当前的主流工艺中，有源区的形成通过圆形的图形将有源区辅助线分割为一个一个的有源区岛状结构，然后以有源区岛状结构为掩膜刻蚀衬底，形成多个呈阵列排布的有源区。但是，当前圆形图形的形成主要依赖于单一光刻图形(single-pattern)或者双重光刻图形(Lithography etch lithography etch，LELE)。但是，随着节点尺寸的缩小，利用LELE工艺形成有源区阵列的过程中会遇到光刻工艺精度的限制。
因此，如何进一步缩小有源区的尺寸，从而提高有源区阵列中有源区的排布密度，是当前亟待解决的技术问题。
发明内容
本发明提供一种有源区阵列的形成方法及半导体结构，用于解决现有技术中无法将有源区的尺寸进一步缩小的问题，以提高有源区阵列中有源区的排布密度，改善半导体结构的性能。
为了解决上述问题，本发明提供了一种有源区阵列的形成方法，包括如下步骤：
提供一衬底；
形成第一掩膜层于所述衬底表面，所述第一掩膜层中具有第一刻蚀图形；
形成覆盖于所述第一掩膜层表面的第二掩膜层；
形成具有第二刻蚀图形的第三掩膜层于所述第二掩膜层表面；
形成覆盖所述第二刻蚀图形侧壁的侧墙；
去除所述第三掩膜层，于相邻所述侧墙之间形成第三刻蚀图形；
沿所述第三刻蚀图形刻蚀所述第一掩膜层，于所述第一掩膜层中形成第四刻蚀图形；
沿所述第一刻蚀图形和所述第四刻蚀图形刻蚀所述衬底，于衬底内形成多个有源区。
可选的，形成第一掩膜层于所述衬底表面的具体步骤包括：
依次形成第四掩膜层以及覆盖于所述第四掩膜层表面的第五掩膜层于所述衬底表面；
形成覆盖于所述第五掩膜层表面的所述第一掩膜层；
刻蚀所述第一掩膜层，形成多个第一刻蚀图形，所述第一刻蚀图形将所述第一掩膜层分割为多条第一有源线。
可选的，形成覆盖于所述第一掩膜层表面的第二掩膜层的具体步骤包括：
沉积填充满所述第一刻蚀图形并覆盖所述第一掩膜层表面的第六掩膜层；
沉积所述第二掩膜层于所述第六掩膜层表面。
可选的，形成具有第二刻蚀图形的第三掩膜层于所述第二掩膜层表面的具体步骤包括：
沿垂直于所述衬底的方向沉积第三掩膜层于所述第二掩膜层表面；
形成光阻层于所述第三掩膜层表面，所述光阻层中具有开口；
沿所述开口刻蚀所述第三掩膜层，于所述第三掩膜层中形成第二刻蚀图形。
可选的，于所述第一掩膜层中形成第四刻蚀图形的具体步骤包括：
沿所述第三刻蚀图形依次刻蚀所述第二掩膜层、所述第六掩膜层和所述第一掩膜层，形成暴露所述第五掩膜层的所述第四刻蚀图形，所述第四刻蚀图形将一条所述第一有源线切割为多段。
可选的，沿所述第一刻蚀图形和所述第四刻蚀图形刻蚀所述衬底的具体步骤包括：
沿所述第一刻蚀图形和所述第四刻蚀图形刻蚀所述第五掩膜层，于所述第五掩膜层中分别形成第五刻蚀图形和第六刻蚀图形，所述第五刻蚀图形和所述第六刻蚀图形将所述第五掩膜层分割为多条第二有源线。
可选的，沿所述第一刻蚀图形和所述第四刻蚀图形刻蚀所述衬底的具体步骤还包括：
形成包覆所述第二有源线的包覆层；
所述第五刻蚀图形和所述第六刻蚀图形依次刻蚀所述第四掩膜层和所述衬底，于衬底内形成多个有源区。
可选的，所述包覆层的材料与所述第五掩膜层的材料相同。
可选的，所述第一刻蚀图形和所述第三刻蚀图形均为沟槽，且所述第三刻蚀图形的宽度大于所述第一刻蚀图形。
为了解决上述问题，本发明还提供了一种半导体结构，包括：
衬底；
有源区阵列，所述有源区阵列采用如上述任一项所述的有源区阵列的形成方法形成。
本发明提供的有源区阵列的形成方法及半导体结构，在衬底上形成具有第一刻蚀图形的第一掩膜层之后，通过于所述第一掩膜层表面先后形成第二刻蚀图形和第三刻蚀图形，即通过自对准双重成像(Self-aligned Double Patterning，SADP)来分割所述第一掩膜层，避免了单一光刻图形或者双重光刻图形的光刻精度对有源区尺寸的限制，使得有源区的尺寸可以进一步的缩小，所述衬底内部有源区阵列的密度可以进一步增大，从而实现对半导体结构性能的改善。
附图说明
附图1是本发明具体实施方式中有源区阵列的形成方法流程图；
附图2A-2N是本发明具体实施方式在形成有源区阵列的过程中主要的工艺截面示意图；
附图3是本发明具体实施方式在刻蚀过程中有源区掩膜的形状变化示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明提供的有源区阵列的形成方法及半导体结构的具体实施方式做详细说明。
本具体实施方式提供了一种有源区阵列的形成方法，附图1是本发明具体实施方式中有源区阵列的形成方法流程图，附图2A-2N是本发明具体实施方式在形成有源区阵列的过程中主要的工艺截面示意图。如图1、图2A-图2N所示，本具体实施方式提供的有源区阵列的形成方法，包括如下步骤：
步骤S11，提供一衬底20，如图2A所示。
步骤S12，形成第一掩膜层于所述衬底20表面，所述第一掩膜层中具有第一刻蚀图形231，图2I中示出了第一刻蚀图形231。
可选的，形成第一掩膜层于所述衬底20表面的具体步骤包括：
依次形成第四掩膜层21以及覆盖于所述第四掩膜层21表面的第五掩膜层22于所述衬底20表面；
形成覆盖于所述第五掩膜层22表面的所述第一掩膜层；
刻蚀所述第一掩膜层，形成多个第一刻蚀图形231，所述第一刻蚀图形231将所述第一掩膜层分割为多条第一有源线23，如图2A、图2B所示，图2B是图2A所示结构的俯视结构示意图。
具体来说，所述衬底20的材料可以是但不限于硅。所述衬底20用于在后续工艺中形成所述有源区阵列。为了避免掩膜层的形成工艺对所述衬底20的损伤，在形成第一掩膜层于所述衬底20之前，还可以在所述衬底20表面依次形成所述第四掩膜层21和覆盖于所述第四掩膜层21背离所述衬底20表面的所述第五掩膜层22。其中，所述第四掩膜层21与所述第五掩膜层22之间应该具有较高的刻蚀选择比，例如刻蚀选择比大于3，以便于后续对所述第四掩膜层21进行选择性刻蚀。所述第四掩膜层21的材料可以为但不限于氧化物材料，例如氧化硅；所述第五掩膜层22的材料可以是但不限于多晶硅材料。
形成覆盖于所述第五掩膜层22表面的所述第一掩膜层之后，可以采用光刻、刻蚀工艺对所述第一掩膜层进行刻蚀，以形成多个所述第一刻蚀图形231，例如，所述第一刻蚀图形231为沿垂直于所述衬底20的方向贯穿所述第一掩膜层的沟槽。所述第一刻蚀图形231将所述第一掩膜层分割为多条相互独立的所述第一有源线23。所述第一有源线23沿第一方向D1延伸，且多条所述第一有源线23沿与所述第一方向D1相交的第二方向D2平行排列。本具体实施方式中所述的相交可以为垂直相交，也可以为倾斜相交。在本具体实施方式中所述的多个为两个以上、多条为两条以上。
步骤S13，形成覆盖于所述第一掩膜层表面的第二掩膜层25，如图2A所示。
可选的，形成覆盖于所述第一掩膜层表面的第二掩膜层25的具体步骤包括：
沉积填充满所述第一刻蚀图形231并覆盖所述第一掩膜层表面的第六掩膜层24；
沉积所述第二掩膜层25于所述第六掩膜层24表面，如图2A所示。
具体来说，在形成所述第一刻蚀图形231之后，可以采用化学气相沉积、物理气相沉积或者原子层沉积工艺形成填充满所述第一刻蚀图形231并覆盖所述第一掩膜层表面的第六掩膜层24。所述第六掩膜层24与所述第二掩膜层25应具有较高的刻蚀选择比，以便于后续进行选择性刻蚀，例如刻蚀选择比大于3。所述第六掩膜层24的材料可以为有机掩膜层材料，例如旋涂碳材料；所述第二掩膜层25的材料可以为氮化物材料，例如氮化硅。
步骤S14，形成具有第二刻蚀图形30的第三掩膜层26于所述第二掩膜层25表面，如图2C所示。
可选的，形成具有第二刻蚀图形30的第三掩膜层26于所述第二掩膜层25表面的具体步骤包括：
沿垂直于所述衬底20的方向沉积第三掩膜层26于所述第二掩膜层25表面，如图2A所示；
形成光阻层28于所述第三掩膜层26表面，所述光阻层28中具有开口29，如图2A所示；
沿所述开口29刻蚀所述第三掩膜层26，于所述第三掩膜层26中形成第二刻蚀图形30。
具体来说，在形成覆盖所述第二掩膜层25之后，沿垂直于所述衬底20的方向依次形成所述第三掩膜层26和第七掩膜层27，并于所述第七掩膜层27表面形成具有所述开口29的所述光阻层28，如图2A、图2B所示。在图2B所示的角度下，所述第一有源线23不可见，故以虚线表示。所述第三掩膜层26的材料可以为有机掩膜材料，所述第七掩膜层27的材料可以为氮化物材料。之后，沿所述开口29依次刻蚀所述第七掩膜层27和所述第三掩膜层26，于所述第三掩膜层26中形成所述第二刻蚀图形30。所述第三刻蚀图形30可以为沿垂直于所述衬底20的方向贯穿所述第三掩膜层26的沟槽。去除所述第七掩膜层27和所述光阻层28之后，得到如图2C所示的结构。
步骤S15，形成覆盖所述第二刻蚀图形30侧壁的侧墙31，如图2D所示。
具体来说，在形成所述第二刻蚀图形30之后，采用化学气相沉积、物理气相沉积或者原子层沉积工艺沉积氧化物材料于所述第二刻蚀图形30的内壁和所述第三掩膜层26的顶面；之后，去除所述第二刻蚀图形30底壁和所述第三掩膜层26顶面沉积的所述氧化物材料，残留于所述第二刻蚀图形30侧壁的所述氧化物材料作为所述侧墙31。
步骤S16，去除所述第三掩膜层26，于相邻所述侧墙31之间形成第三刻蚀图形32，如图2E、图2F所示，图2F是图2E所示结构的俯视结构示意图。
具体来说，形成所述侧墙31的材料与所述第三掩膜层26的材料之间应该具有较高的刻蚀选择比，以便于选择性的去除所述第三掩膜层26，例如刻蚀选择比大于3。去除所述第三掩膜层26之后，于相邻所述侧墙31之间形成的暴露所述第二掩膜层25的沟槽即为所述第三刻蚀图形32。本领域技术人员可以根据实际需要调整所述侧墙31的厚度，进而实现对所述第三刻蚀图形32宽度的调整，以便于后续实现对相邻有源区之间的间隔进行调整。
可选的，所述第一刻蚀图形231和所述第三刻蚀图形32均为沟槽，且所述第三刻蚀图形32的宽度大于所述第一刻蚀图形231。
具体来说，通过调整所述侧墙31的厚度，可以使得可以调整所述第一刻蚀图形231与所述第三刻蚀图形32之间的相对比例关系。将所述第三刻蚀图形32的宽度设置为大于所述第一刻蚀图形231，可以使得在后续工艺中能够充分将所述第一有源线23切断。
步骤S17，沿所述第三刻蚀图形32刻蚀所述第一掩膜层，于所述第一掩膜层中形成第四刻蚀图形232，如图2I、图2J所示，图2J是图2I所示结构的俯视结构示意图。
可选的，于所述第一掩膜层中形成第四刻蚀图形232的具体步骤包括：
沿所述第三刻蚀图形32依次刻蚀所述第二掩膜层25、所述第六掩膜层24和所述第一掩膜层，形成暴露所述第五掩膜层22的所述第四刻蚀图形232，所述第四刻蚀图形232将一条所述第一有源线23切割为多段。
具体来说，首先，沿所述第四刻蚀图形232依次刻蚀所述第二掩膜层25和所述第六掩膜层24，暴露所述第一有源线23中的部分区域，如图2G、图2H所示，图2H是图2G所示结构的俯视结构示意图。之后，通过刻蚀工艺去除所述第一有源线23中暴露的部分，从而将所述第一有源线23切割为相互独立的多段，即所述第一有源线23通过所述第四刻蚀图形232分割为多段，如图2I、图2J所示。
附图3是本发明具体实施方式在刻蚀过程中有源区掩膜的形状变化示意图。通过本步骤的刻蚀，所述第一有源线23被分割为多个狭长的平行四边形形状，如图3中的a图所示。
步骤S18，沿所述第一刻蚀图形231和所述第四刻蚀图形232刻蚀所述衬底20，于衬底20内形成多个有源区36，如图2M、图2N所示，图2N是图2M所示结构的俯视结构示意图。
可选的，沿所述第一刻蚀图形231和所述第四刻蚀图形232刻蚀所述衬底20的具体步骤包括：
沿所述第一刻蚀图形231和所述第四刻蚀图形232刻蚀所述第五掩膜层22，于所述第五掩膜层22中分别形成第五刻蚀图形34和第六刻蚀图形33，所述第五刻蚀图形34和所述第六刻蚀图形33将所述第五掩膜层分割为多条第二有源线221。
可选的，沿所述第一刻蚀图形231和所述第四刻蚀图形232刻蚀所述衬底20的具体步骤还包括：
形成包覆所述第二有源线221的包覆层35，如图2K、图2L所示，图2L是图2K所示结构的俯视结构示意图；
所述第五刻蚀图形34和所述第六刻蚀图形33依次刻蚀所述第四掩膜层21和所述衬底20，于衬底20内形成多个有源区36。
可选的，所述包覆层35的材料与所述第五掩膜层22的材料相同。
具体来说，在形成所述第一刻蚀图形231和所述第四刻蚀图形232之后，首先，沿所述第一刻蚀图形231和所述第四刻蚀图形232刻蚀所述第五掩膜层22，于所述第五掩膜层22中形成与所述第一刻蚀图形231对应的第五刻蚀图形34以及与所述第四刻蚀图形232对应的第六刻蚀图形33。通过所述第五刻蚀图形34以及所述第六刻蚀图形33将所述第五掩膜层22分割为多条所述第二有源线221。在刻蚀所述第五掩膜层22的过程中，由于刻蚀的载入效应(Loading Effect)以及所述第五掩膜层22的消耗，狭长的平行四边形为变成较为圆润的岛状，如图3中的b图所示。接着，采用原子层沉积工艺形成覆盖所述第二有源线221表面的所述包覆层35，如图2K、图2L所示。通过形成所述包覆层35，可以在扩大有源区图案的同时，使得最终形成的有源区进一步圆润，如图3中的c图所示。然后，以所述第五刻蚀图形34和所述第六刻蚀图形33依次刻蚀所述第四掩膜层21和所述衬底20，于衬底20内形成多个有源区36，如图2M、图2N所示。多个所述有源区36在所述衬底20内呈阵列排布。
不仅如此，本具体实施方式还提供了一种半导体结构，所述半导体结构的示意图可参见图2M、图2N。所述半导体结构包括：
衬底；
有源区阵列，所述有源区阵列采用如上述任一项所述的有源区阵列的形成方法形成。
本具体实施方式提供的有源区阵列的形成方法及半导体结构，在衬底上形成具有第一刻蚀图形的第一掩膜层之后，通过于所述第一掩膜层表面先后形成第二刻蚀图形和第三刻蚀图形，即通过自对准双重成像(Self-aligned Double Patterning，SADP)来分割所述第一掩膜层，避免了单一光刻图形或者双重光刻图形的光刻精度对有源区尺寸的限制，使得有源区的尺寸可以进一步的缩小，所述衬底内部有源区阵列的密度可以进一步增大，从而实现对半导体结构性能的改善。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种有源区阵列的形成方法，其特征在于，包括如下步骤：
提供一衬底；
依次形成第四掩膜层以及覆盖于所述第四掩膜层表面的第五掩膜层于所述衬底表面；
形成覆盖于所述第五掩膜层表面的第一掩膜层；
刻蚀所述第一掩膜层，形成多个第一刻蚀图形，所述第一刻蚀图形将所述第一掩膜层分割为多条第一有源线；
沉积填充满所述第一刻蚀图形并覆盖所述第一掩膜层表面的第六掩膜层；
沉积第二掩膜层于所述第六掩膜层表面；
沿垂直于所述衬底的方向沉积第三掩膜层于所述第二掩膜层表面；
形成光阻层于所述第三掩膜层表面，所述光阻层中具有开口；
沿所述开口刻蚀所述第三掩膜层，于所述第三掩膜层中形成第二刻蚀图形；
形成覆盖所述第二刻蚀图形侧壁的侧墙；
去除所述第三掩膜层，于相邻所述侧墙之间形成第三刻蚀图形；
沿所述第三刻蚀图形依次刻蚀所述第二掩膜层、所述第六掩膜层和所述第一掩膜层，形成暴露所述第五掩膜层的第四刻蚀图形，所述第四刻蚀图形将一条所述第一有源线切割为多段；
沿所述第一刻蚀图形和所述第四刻蚀图形刻蚀所述第五掩膜层，于所述第五掩膜层中分别形成第五刻蚀图形和第六刻蚀图形，所述第五刻蚀图形和所述第六刻蚀图形将所述第五掩膜层分割为多条第二有源线；
形成包覆所述第二有源线的包覆层；
沿所述第五刻蚀图形和所述第六刻蚀图形依次刻蚀所述第四掩膜层和所述衬底，于衬底内形成多个有源区。
2.根据权利要求1所述的有源区阵列的形成方法，其特征在于，所述包覆层的材料与所述第五掩膜层的材料相同。
3.根据权利要求1所述的有源区阵列的形成方法，其特征在于，所述第一刻蚀图形和所述第三刻蚀图形均为沟槽，且所述第三刻蚀图形的宽度大于所述第一刻蚀图形。
4.一种半导体结构，其特征在于，包括：
衬底；
有源区阵列，所述有源区阵列采用如权利要求1-3中任一项所述的有源区阵列的形成方法形成。
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