制造三维存储器的后栅工艺的制作方法

本发明涉及半导体的制造工艺领域，特别涉及一种制造三维存储器的后栅工艺。

背景技术：

随着半导体技术的不断发展，目前存储器制造技术已经逐步从简单的平面结构过渡到较为复杂的三维结构，三维存储器的技术研发是国际研发的主流之一。

后栅工艺是形成三维结构存储器的结构的主要技术，其先利用氮化硅作为假栅，将假栅之间用氧化硅来隔离，在形成沟道孔之后，再进行栅条刻蚀，然后去除假栅，填充金属钨栅，再采用刻蚀的方法将金属栅分离。完成金属栅分离后，再进行侧墙二氧化硅沉积、刻蚀，然后再进行金属钨墙的沉积(acs，arraycommonsource，阵列共源极)，之后形成金属接触。

我们发现在现有的工艺中，金属栅容易在其形成后续的侧墙二氧化硅沉积过程中发生氧化，生成须状金属(whisker)，如图1所示，这种须状金属非常容易穿透侧墙二氧化硅，导致金属栅和金属钨墙之间的漏电，从而造成产品失效。

技术实现要素：

本发明的目的是为解决以上问题的至少一个，本发明提供一种制造三维存储器的后栅工艺。

一种制造三维存储器的后栅工艺，包括：

提供衬底，在衬底的上表面交替堆叠两种沉积物，形成自下而上交替设有绝缘层和牺牲层的交替层，该交替层包括若干绝缘层和若干牺牲层，且绝缘层始终为最其上层。

对交替层进行深孔刻蚀，形成成排设置的沟道孔，沟道孔贯穿交替层。

填充沟道孔，形成沟道孔结构。

在交替层内相邻的两排沟道孔结构之间刻蚀，形成沟槽。

移除牺牲层，以在相邻的两层绝缘层之间形成金属栅沉积空间。

在金属栅沉积空间沉积一层或多层隔离层。

在隔离层的表面，沉积金属钨以填充金属栅沉积空间，形成金属层。

回刻金属层，去除靠近沟槽的部分金属层，以暴露隔离层的部分表面，剩余的部分金属层为金属栅。

沉积氮化钛，形成氮化钛薄膜，使氮化钛薄膜覆盖沟槽侧壁、隔离层和金属栅的表面。

刻蚀氮化钛薄膜，以去除覆盖在沟槽侧壁的氮化钛薄膜。

沉积二氧化硅，以形成覆盖沟槽侧壁和氮化钛薄膜表面的二氧化硅侧墙；

沉积钨形成钨墙，以填满沟槽。

其中，沉积氮化钛并形成氮化钛薄膜的步骤中，形成的氮化钛薄膜的厚度位于0.1～10nm之间。

其中，对氮化钛薄膜刻蚀的步骤中，采用非等向等离子干法刻蚀，去除沟槽侧壁的氮化钛薄膜。

其中，在提供衬底步骤中，形成牺牲层的沉积物为氮化硅，形成绝缘层的沉积物为氧化硅，单层牺牲层和绝缘层的厚度均为10～80nm。

其中，交替层的总的厚度为大于1um。

其中，隔离层为两层，包括由氧化铝形成的第一隔离层和由氮化钛形成的第二隔离层，其中第二隔离层的厚度为1～10nm。

其中，在移除牺牲层之后、形成一层或多层隔离层步骤之前，还包括对沟槽进行磷酸漂洗的步骤：磷酸的温度为100～200℃之间，漂洗时间为10～100min。

其中，沟道孔结构包括遂穿层、存储层、阻挡层和多晶硅层。

其中，沉积氮化钛的步骤中，沉积氮化钛的方法为ald法或cvd法。

本发明具有以下有益效果：

本发明通过在金属栅形成之后，在金属栅的表面沉积一层氮化钛薄膜，有效地抑制了金属栅在后续工艺中的氧化，从而改善了金属栅和金属钨墙之间的漏电现象，提升了产品的良率。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：

图1示出了根据本发明实施方式的普通的后栅工艺制程的三维存储器的tem截面图；

图2示出了根据本发明实施方式的制造三维储存器的后栅工艺的流程图；

图3a～图3g示出了本发明实施方式的制造三维储存器的后栅工艺的结构流程图；

图中，1.衬底，2.交替层，210绝缘层，220牺牲层，230沟道孔，240沟槽，2101上方绝缘层的下表面，2102下方绝缘层的上表面，2210第一隔离层，2220第二隔离层，2230金属层，2410氮化钛薄膜，2420二氧化硅侧墙，2430钨墙。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施方式。虽然附图中显示了本公开的示例性实施方式，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。

在现有的后栅工艺中，由于生成的金属栅极容易在后续的二氧化硅沉积过程中被氧化成须状金属，如图1所示，生成的须状金属紧贴二氧化硅沉积形成的沟槽侧墙生长，当其穿透二氧化硅侧墙后，就会导致金属栅和钨墙之间的漏电，本发明为避免这种情况的发生，在金属栅和二氧化硅侧墙之间生长一层厚度适中的氮化钛薄膜作为保护层，能够有效地防止金属栅被氧化，进而保证产品的正常使用。

如图2所示，本发明提供的含有氮化钛薄膜生长步骤的后栅工艺具体包括以下步骤：

提供衬底，在衬底的上表面交替堆叠两种沉积物，形成自下而上交替设有绝缘层和牺牲层的交替层，该交替层包括若干绝缘层和若干牺牲层，且绝缘层始终为最其上层；对交替层进行深孔刻蚀，形成成排设置的沟道孔，沟道孔贯穿交替层；填充沟道孔，形成沟道孔结构；在交替层内相邻的两排沟道孔结构之间刻蚀，形成沟槽；移除牺牲层，以在相邻两层绝缘层之间形成金属栅沉积空间；在金属栅沉积空间沉积一层或多层隔离层；在隔离层的表面，沉积金属钨以填充金属栅沉积空间，形成金属层；回刻金属层，去除靠近沟槽的部分金属层，以暴露隔离层的部分表面；沉积氮化钛，形成氮化钛薄膜，使氮化钛薄膜覆盖沟槽侧壁、隔离层和金属层的表面；刻蚀氮化钛薄膜，以去除覆盖在沟槽侧壁的氮化钛薄膜；沉积二氧化硅，以形成覆盖沟槽侧壁、氮化钛薄膜表面的二氧化硅侧墙；沉积钨形成钨墙，以填满沟槽。

下面将结合图3a～3g，通过具体实施例的方式，对本实施方式提供的技术方案进行具体的解释，其中图3a～3g为本申请的后栅工艺的结构流程图，同时3a～3f中的每一图分别表示在对应步骤中发生的结构变化。

图3a对应图2的提供衬底的步骤。如图3a所示，先提供一衬底1，然后在衬底1上交替堆叠两种沉积物，每种沉积物对应形成一种结构层。通常情况下，该两种沉积物选择为氮化硅和氧化硅，氧化硅形成绝缘层210，氮化硅牺牲层220，绝缘层210和牺牲层220以衬底为基，自下而上交替设置从而形成位于衬底上表面的交替层2，交替层2中贴近衬底上表面的最底层为绝缘层210，远离衬底上表面的最上层同样为绝缘层210，因此交替层中含有的绝缘层210至少为两层，含有的牺牲层至少为一层。保证每层绝缘层210和牺牲层220的厚度均位于10～80nm之间。需要说明的是，以上两种沉积物并非仅限于氮化硅和氧化硅，其他任何能够起到相同功能的材料组成均在本权利要求保护的范围内。

图3b对应图2的形成沟道孔和形成沟道孔结构两个步骤。如图3b所示，通过光刻和刻蚀工艺对交替层2进行高深宽比的深孔刻蚀，将对应位置的衬底1的上表面予以暴露，在交替层2内形成贯穿的沟道孔230。沟道孔230在交替层中呈多排设置，其排列数可以为1，2²，3²……，(1+n)²，n为大于1的自然数。形成沟道孔230后对其进行填充，在沟道孔230的内壁分别形成遂穿层、存储层、阻挡层和多晶硅层等，进而形成沟道孔结构。

图3c对应图2的形成沟槽步骤和移除牺牲层形成金属栅沉积空间的步骤，如图3c所示，利用刻蚀工艺，在相邻的两排沟道孔结构之间刻蚀条形深槽，形成沟槽240。继续利用刻蚀工艺，移除牺牲层220，在相邻的两层绝缘层之间形成用于沉积金属栅的空白间隙(即权利要求所述的金属栅沉积空间)。在移除牺牲层内给之后，对沟槽进行磷酸漂洗，清除沟槽侧壁杂质，为后续沉积氮化钛形成薄膜的步骤做准备。漂洗的磷酸的温度位于100～200℃之间，漂洗时间位于10～100m之间。

图3d对应图2的形成一层或多层隔离层的步骤以及形成金属层步骤。如图3d所示，在一个具体的实施例中，在每层金属栅沉积空间沉积两层隔离层，即第一隔离层和第二隔离层。第一隔离层覆盖在紧挨该层金属栅沉积空间设置并位于该金属栅沉积空间上方的上方绝缘层的下表面2101、紧挨该层金属栅沉积空间设置并位于该层金属栅沉积空间下方的下方绝缘层的上表面2102以及位于上方绝缘层和下方绝缘层之间的沟道孔结构的侧壁表面。第二隔离层覆盖在第一隔离层的表面。第一隔离层2210为氧化铝层，第二隔离层2220为氮化钛隔离层。接着，在金属栅沉积空间继续沉积金属钨，该金属钨覆盖在第二隔离层2220的表面，并填充在金属栅沉积空间的剩余的间隙中，形成金属层2230。

在另一个实施例中，在金属栅沉积空间仅沉积形成一种隔离层，该隔离层的成份为氮化硅，该隔离层的厚度为1～10nm，将金属钨覆盖在该氮化硅隔离层的表面，并填充金属栅沉积空间的剩余空隙形成金属层。

图3e对应图2的回刻金属层的步骤。如图3e所示，通过回刻将靠近沟槽一侧的部分金属层去除，余下的靠近沟道孔结构的部分金属层形成金属栅，该过程暴露了隔离层的部分表面。

图3f对应图2的形成氮化钛薄膜的步骤和刻蚀除去部分氮化钛薄膜的步骤。如图3f所示，采用采用ald或者lpcvd的方法，向沟槽240内沉积氮化钛，形成覆盖在沟槽内壁、回刻金属层时暴露的隔离层的部分外表面以及金属栅表面的氮化钛薄膜2410。使用非等向等离子干法对氮化钛薄膜2410刻蚀，去除位于沟槽侧壁的氮化钛薄膜，仅保留位于金属栅沉积空间内的剩余氮化钛薄膜。

图3g对应图2的形成二氧化硅侧墙的步骤和形成钨墙的步骤。如图3g所示，向沟槽240继续沉积二氧化硅，形成覆盖沟槽侧壁和剩余氮化钛薄膜的表面的二氧化硅侧墙2420。继续向沟槽内沉积金属钨，使金属钨填满沟槽240剩余的间隙，形成钨墙2430。由于金属栅被氧化形成须状金属对二氧化硅侧墙具有较强的穿透力，氮化钛薄膜2410的存在，降低了沉积二氧化硅时对钨的氧化影响，抑制了须状金属的生成，因此降低了三维存储器发生漏电现象。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。