一种存储器件的制造方法与流程

1.本发明涉及半导体领域，特别涉及一种存储器件的制造方法。


背景技术：

2.当前，存储器件是具有功耗低、读写速度快且容量大的非易失存储产品，在电子产品中得到了广泛的应用。
3.在存储器件结构中，采用垂直堆叠多层栅极及栅极间绝缘层的方式，堆叠层所在的衬底区域为存储区，衬底区域还包括外围区域，外围区域具有介质结构，存储区具有存储结构和台阶结构，存储结构用于形成存储单元，每一层栅极作为每一层存储单元的栅线，进而，将栅极通过台阶上的接触引出，从而实现堆叠式的存储器件。
4.在存储器件的制造过程中，在形成台阶结构之后，台阶结构和介质结构之间构成凹槽，在凹槽内填充介质材料，即在台阶结构上填充介质材料层，介质材料层的形成工艺通常采用等离子体增强正硅酸乙酯淀积二氧化硅peteos工艺，但是利用这种工艺在凹槽内填充介质材料时，会导致填充空洞或缝隙，进而影响后续形成接触的工艺，降低存储器件的性能。


技术实现要素：

5.有鉴于此，本技术的目的在于提供一种存储器件的制造方法，在凹槽内填充介质材料时，降低产生填充空洞或缝隙的概率，提高存储器件的性能。
6.本技术实施例提供一种存储器件的制造方法，所述存储器件具有衬底，所述衬底具有存储区和外围区域，所述存储区具有台阶结构，所述外围区域具有介质结构；所述台阶结构的高度在朝向所述介质结构的方向上逐渐降低，使所述台阶结构和所述介质结构之间构成凹槽，所述方法包括：
7.在所述凹槽中与凹槽共形形成预设厚度的第一介质层，所述预设厚度小于所述凹槽的深度；
8.在所述凹槽中填充第二介质层；
9.以所述第二介质层为掩蔽，刻蚀部分厚度的第一介质层，并去除第二介质层；
10.返回执行所述在所述凹槽中与凹槽共形形成预设厚度的第一介质层的步骤，直至所述凹槽底部的第一介质层的厚度之和大于或等于所述凹槽深度。
11.可选地，所述以所述第二介质层为掩蔽，刻蚀部分厚度的第一介质层，并去除第二介质层包括：
12.利用湿法刻蚀所述部分厚度的第一介质层，去除所述第二介质层。
13.可选地，在利用湿法刻蚀部分厚度的第一介质层之前，还包括：
14.对第一介质层和第二介质层进行热处理，以形成所述第一介质层和所述第二介质层之间的空隙。
15.可选地，所述以所述第二介质层为掩蔽，刻蚀部分厚度的第一介质层，并去除第二
介质层包括：
16.利用干法刻蚀工艺，对所述第一介质层和所述第二介质层进行刻蚀，以刻蚀所述部分厚度的第一介质层，以及去除所述第二介质层。
17.可选地，所述以所述第二介质层为掩蔽，刻蚀部分厚度的第一介质层，并去除第二介质层包括：
18.利用干法刻蚀工艺，对所述第一介质层和所述第二介质层进行刻蚀，以刻蚀所述部分厚度的第一介质层和部分厚度的第二介质层；
19.去除干法刻蚀后剩余的第二介质层。
20.可选地，所述以所述第二介质层为掩蔽，刻蚀部分厚度的第一介质层，并去除第二介质层包括：
21.去除所述凹槽之外的第一介质层和部分厚度的第二介质层；
22.去除剩余的第二介质层；
23.对所述凹槽中的第一介质层进行刻蚀。
24.可选地，在所述凹槽中与凹槽共形形成预设厚度的第一介质层之前，还包括：
25.形成刻蚀停止层；
26.所述去除凹槽之外的第一介质层和部分厚度的第二介质层包括：
27.利用机械研磨去除所述凹槽之外的第一介质层和部分厚度的第二介质层或在干法刻蚀后利用机械研磨去除所述凹槽之外的第一介质层和部分厚度的第二介质层，直至刻蚀停止层为止。
28.可选地，所述刻蚀停止层为氮化硅层。
29.可选地，所述第一介质层为氧化硅层，所述第二介质层为碳膜。
30.可选地，所述在所述凹槽中与凹槽共形形成预设厚度的第一介质层包括：
31.利用等离子体增强正硅酸乙酯淀积二氧化硅peteos工艺在所述凹槽中沉积预设厚度的第一介质层。
32.可选地，所述存储器件为3d nand。
33.本技术实施例提供了一种存储器件的制造方法，在台阶结构和介质结构之间构成的凹槽内首先与凹槽共形形成预设厚度的第一介质层，第一介质层中形成有填充缝隙，之后在凹槽内填充第二介质层，第二介质层位于所述填充缝隙内，以填充缝隙内的第二介质层为掩蔽，刻蚀部分厚度的第一介质层，扩大填充缝隙，最后去除第二介质层，在扩大后的填充缝隙内继续与凹槽共形形成第一介质层，当凹槽底部的第一介质层的厚度之和大于或等于凹槽深度时，即当凹槽内没有填充缝隙形成时，结束上述步骤。由此可见，本技术中通过首先在第一介质层中形成填充缝隙，利用填充缝隙中的第二介质层为掩蔽刻蚀第一介质层，扩大填充缝隙，继续在扩大后的填充缝隙中形成第一介质层，直到在凹槽内没有填充缝隙产生，结束形成第一介质层的步骤，能够实现在凹槽内填充介质材料时，降低产生填充空洞或缝隙的概率，提高存储器件的性能。
附图说明
34.为了更清楚地说明本技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本技术
insulator)等。在其他实施例中，所述半导体衬底还可以包括其他元素半导体或化合物半导体的衬底，例如gaas、inp或sic等，还可以为叠层结构，例如si/sige衬底等，还可以为其他外延结构，例如sgoi(绝缘体上硅锗)等。在本实施例中，衬底100为体硅衬底。
46.在本技术的实施例中，在衬底100的存储区110上可以形成栅极层和绝缘层交替堆叠的堆叠层，堆叠层包括核心存储区和台阶区，核心存储区通常在堆叠层的中部区域，用于形成存储单元串，台阶区通常在核心存储区的四周，台阶区的堆叠层用于形成台阶结构200，以便之后利用台阶结构形成栅极层的接触(contact)，图2中仅示出了位于核心存储区一侧的台阶区。
47.存储单元串具有存储功能，堆叠层的层数由形成的3d nand存储器的存储单元的层数确定。堆叠层的层数越多，形成的存储单元串中的包含的存储单元就越多，器件的集成度越高。
48.台阶结构200可以为沿衬底所在平面内一个方向依次递增的单台阶结构，单台阶结构可以通过交替的光刻胶的修剪(trim)及堆叠层刻蚀工艺来形成。台阶结构也可以为分区台阶(staircase divide scheme，sds)，分区台阶在沿衬底所在平面内两个正交的方向上都形成有台阶，分区台阶可以具有不同的分区，例如3分区、4分区或者更多分区等，例如可以采用不同的分区板，通过在两个正交方向上光刻胶的多次修剪，每一次修剪后紧跟一次堆叠层的刻蚀，从而形成分区台阶。
49.在本技术的实施例中，台阶结构200的高度在朝向介质结构300的方向上逐渐降低，也就是说，台阶结构200在朝向核心存储区的方向上的高度逐渐升高，使台阶结构200和介质结构300之间构成凹槽400。参考图2所示，台阶结构200的高度小于核心存储区的堆叠层的高度，以及小于介质结构的高度，即台阶结构200处于核心存储区的堆叠层和介质结构构成的凹槽内。
50.在本技术的实施例中，外围区域可以围绕存储区，在外围区域120形成有介质结构300，介质结构300可以是3d nand存储器件的外围结构，例如保护结构，用于保护3d nand存储器件的存储区。介质结构可以是沉积绝缘材料形成的膜层，绝缘材料可以是氧化硅。
51.本技术实施例提供的存储器件的制造方法包括：
52.s101，在所述凹槽400中与凹槽400共形形成预设厚度的第一介质层500，所述预设厚度小于所述凹槽的深度，参考图3所示。
53.在本技术的实施例中，在凹槽400中与凹槽400共形形成预设厚度的第一介质层500。第一介质层500可以是氧化硅层，第一介质层500的形成工艺可以是等离子体增强正硅酸乙酯淀积二氧化硅peteos工艺。
54.在凹槽400中与凹槽400共形形成预设厚度的第一介质层500后，第一介质层500的表面和凹槽400的表面形状相似，即第一介质层500的厚度较为均匀。
55.在本技术的实施例中，预设厚度小于凹槽的深度，形成预设厚度的第一介质层500是为了在第一介质层500中形成填充缝隙510。参考图3所示，填充缝隙510通常呈现上宽下窄的趋势，填充缝隙510的底部的尺寸小于填充缝隙510的上部的尺寸。预设厚度可以根据凹槽的深度和宽度的实际情况自行设定，本技术实施例对此不做具体限定。由于随着堆叠层层数的增加，台阶结构和介质结构之间的凹槽的深度也不断增加，因此图3中示出的凹槽可以近似示意为一个矩形形状，但是图3中示意的矩形形状的凹槽并不构成对本技术实施
例的限定。
56.作为一种示例，针对宽度至少大于5微米，深度至少大于10微米的凹槽，第一介质层500的预设厚度为5至6微米，形成填充缝隙的底部的尺寸接近0.4微米。
57.s102，在所述凹槽400中填充第二介质层600，参考图4所示。
58.在本技术的实施例中，在凹槽400中填充预设厚度的第一介质层500之后，第一介质层500没有填满凹槽400，形成填充缝隙510，之后第二介质层600继续填充凹槽400，即第二介质层600形成在填充缝隙510中，参考图4所示。
59.第二介质层600和第一介质层500的材料不同，第二介质层600和第一介质层500具有较大的刻蚀选择比，即第二介质层600的硬度大于第一介质层500的硬度，例如第二介质层600可以是硬掩膜层，硬掩膜层可以是碳膜。第二介质层600的形成工艺可以是化学气相沉积工艺。本技术实施例不限定第二介质层600的形成工艺，可以根据实际情况自行设置。
60.在本技术的实施例中，第二介质层600可以填满填充缝隙510，也可以不填满填充缝隙510，即只在填充缝隙510中形成一定厚度的第二介质层600，参考图4中示出的字母y形的第二介质层600。图4中示出的第二介质层可以近似示意为一个字母y形，但是图4中示意的字母y形的第二介质层并不构成对本技术实施例的限定。
61.s103，以所述第二介质层为掩蔽，刻蚀部分厚度的第一介质层，并去除第二介质层，参考图5-图6所示，或参考图7所示，或参考图8-图9所示，或参考图10-图11所示。
62.在本技术的实施例中，在填充缝隙510中形成第二介质层600后，以第二介质层600为掩蔽，刻蚀部分厚度的第一介质层500，以扩大填充缝隙510的尺寸，增大填充缝隙510上部的尺寸，最后去除第二介质层600。
63.在具体执行以第二介质层600为掩蔽，刻蚀部分厚度的第一介质层500，并去除第二介质层600的工艺时，有以下四种可能的实现方式：
64.第一种可能的实现方式为利用湿法刻蚀部分厚度的第一介质层500，参考图5所示，在刻蚀部分厚度的第一介质层500之后，扩大填充缝隙510，最后去除第二介质层600，参考图6所示。去除第二介质层的工艺可以是灰化(asher)工艺，采用asher机台去除第二介质层。
65.也就是说，以第二介质层600为掩蔽，利用湿法刻蚀部分厚度的第一介质层500，利用湿法刻蚀的第一介质层的厚度小于预设厚度，以免刻蚀第一介质层过多，影响后续的工艺。
66.在实际应用中，在利用湿法刻蚀部分厚度的第一介质层500之前，还可以对第一介质层500和第二介质层600进行热处理，以形成第一介质层500和第二介质层600之间的空隙，能够增强之后湿法刻蚀第一介质层的效率，提升工艺效果。
67.第二种可能的实现方式为利用干法刻蚀工艺，对第一介质层500和第二介质层600进行刻蚀，以刻蚀部分厚度的第一介质层500，在刻蚀部分厚度的第一介质层500之后，扩大填充缝隙510，以及利用干法刻蚀工艺去除第二介质层600，参考图7所示。
68.也就是说，利用干法刻蚀工艺，同时对第一介质层500和第二介质层600进行刻蚀，由于第二介质层600的硬度大于第一介质层500的硬度，以第二介质层600为掩蔽，仅刻蚀第一介质层500的部分厚度，即利用干法刻蚀的第一介质层的厚度小于预设厚度，以免刻蚀第一介质层过多。去除第二介质层600可以利用干法刻蚀工艺，即直接在利用干法刻蚀工艺刻
蚀第一介质层500时，对第二介质层600进行刻蚀去除，可以不利用单独的工艺去除第二介质层600，降低制造工艺成本。
69.第三种可能的实现方式为利用干法刻蚀工艺，对第一介质层500和第二介质层600进行刻蚀，以刻蚀部分厚度的第一介质层500和部分厚度的第二介质层600，参考图8所示，在刻蚀部分厚度的第一介质层500之后，扩大填充缝隙510，刻蚀部分厚度的第二介质层600之后，仅保留填充缝隙510底部的第二介质层600，之后去除干法刻蚀后剩余的第二介质层600，即去除保留的填充缝隙510底部的第二介质层600，参考图9所示。去除干法刻蚀后剩余的第二介质层的工艺可以是灰化(asher)工艺，采用asher机台去除干法刻蚀后剩余的第二介质层。
70.也就是说，利用干法刻蚀工艺对第一介质层500和第二介质层600同时进行刻蚀，由于第二介质层600的硬度大于第一介质层500的硬度，以第二介质层600为掩蔽，仅刻蚀第一介质层500的部分厚度，即利用干法刻蚀的第一介质层的厚度小于预设厚度，以免刻蚀第一介质层过多。
71.在利用干法刻蚀工艺对第二介质层600进行刻蚀时，还会保留部分厚度的第二介质层600，仅刻蚀部分厚度的第二介质层600，保留的部分厚度的第二介质层600位于填充缝隙510的底部，能够保护在干法刻蚀第一介质层500扩大填充缝隙510时，保留的部分厚度的第二介质层600能够保护位于填充缝隙510下的第一介质层不受刻蚀，降低循环沉积第一介质层，刻蚀第一介质层的次数，降低工艺成本。本技术实施例不具体限定刻蚀第二介质层600的厚度，可以根据实际情况自行设定。
72.第四种可能的实现方式为去除凹槽之外的第一介质层500和部分厚度的第二介质层600，参考图10所示，之后去除剩余的第二介质层600，参考图11所示，最后对凹槽中的第一介质层500进行刻蚀，以扩大填充缝隙510，参考图12所示。
73.也就是说，可以首先去除凹槽之外的第一介质层500，保留凹槽内填充的第一介质层500，在去除凹槽之外的第一介质层500的时候，也可以去除位于凹槽外的部分厚度的第二介质层600，保留凹槽内位于填充缝隙510的第二介质层。之后利用灰化(asher)工艺去除位于填充缝隙510的第二介质层。最后利用刻蚀工艺对凹槽内的第一介质层500进行刻蚀，以扩大填充缝隙510。
74.在本技术的实施例中，在凹槽中形成预设厚度的第一介质层之前，还可以在凹槽外的区域，例如介质结构和核心存储区的堆叠层上形成刻蚀停止层，之后利用刻蚀停止层作为去除凹槽之外的第一介质层500和部分厚度的第二介质层600的停止膜层，以保护刻蚀停止层下的结构。刻蚀停止层可以是氮化硅层。
75.在实际应用中，利用刻蚀停止层作为停止膜层，可以只利用机械研磨去除凹槽之外的第一介质层500和部分厚度的第二介质层，也可以在干法刻蚀部分厚度的第一介质层和第二介质层之后，再利用机械研磨去除剩余的凹槽之外的第一介质层500和部分厚度的第二介质层。
76.以上对具体执行以第二介质层600为掩蔽，刻蚀部分厚度的第一介质层500，并去除第二介质层600的工艺的步骤进行了详细介绍，由此可见，刻蚀部分厚度的第一介质层500，并去除第二介质层600，其目的都是为了扩大填充缝隙510，以便后续在扩大后的填充缝隙510中继续形成第一介质层，以在凹槽内形成无缝隙的填充致密的第一介质层。
77.s104，返回执行所述在所述凹槽中与凹槽共形形成预设厚度的第一介质层的步骤，直至所述凹槽底部的第一介质层的厚度之和大于或等于所述凹槽深度。
78.在本技术的实施例中，经过上述工艺之后，可以返回执行在凹槽中形成预设厚度的第一介质层的步骤，直至凹槽底部的第一介质层的厚度之和大于或等于凹槽深度。
79.也就是说，在经过上述工艺之后，凹槽内第一介质层形成的填充缝隙510已经扩大，可以在扩大后的填充缝隙510中继续形成第一介质层，然后重复在凹槽中填充第二介质层，以第二介质层为掩蔽，刻蚀部分厚度的第一介质层，并去除第二介质层的步骤，直至凹槽底部的第一介质层的厚度之和大于或等于凹槽深度时，就代表凹槽已经填充完毕，参考图13所示，此时经过多次重复上述工艺，最终在凹槽内填充的第一介质层中无缝隙产生，有利于后续利用填充的第一介质层进行接触的形成工艺。
80.在实际应用中，存在第一次形成预设厚度的第一介质层，在凹槽中填充第二介质层，以第二介质层为掩蔽，刻蚀部分厚度的第一介质层，并去除第二介质层后，第二次形成预设厚度的第一介质层时，就能够使得凹槽底部的第一介质层的厚度之和大于或等于凹槽深度的情况，也就是说，只经过两次第一介质层的形成，就实现凹槽内填充的第一介质层无缝隙产生。
81.本技术实施例提供的存储器件的制造方法，在台阶结构和介质结构之间构成的凹槽内首先与凹槽共形形成预设厚度的第一介质层，第一介质层中形成有填充缝隙，之后在凹槽内填充第二介质层，第二介质层位于所述填充缝隙内，以填充缝隙内的第二介质层为掩蔽，刻蚀部分厚度的第一介质层，扩大填充缝隙，最后去除第二介质层，在扩大后的填充缝隙内继续与凹槽共形形成第一介质层，当凹槽底部的第一介质层的厚度之和大于或等于凹槽深度时，即当凹槽内没有填充缝隙形成时，结束上述步骤。由此可见，本技术中通过首先在第一介质层中形成填充缝隙，利用填充缝隙中的第二介质层为掩蔽刻蚀第一介质层，扩大填充缝隙，继续在扩大后的填充缝隙中形成第一介质层，直到在凹槽内没有填充缝隙产生，结束形成第一介质层的步骤，能够实现在凹槽内填充介质材料时，降低产生填充空洞或缝隙的概率，提高存储器件的性能。
82.以上所述仅是本技术的优选实施方式，虽然本技术已以较佳实施例披露如上，然而并非用以限定本技术。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本技术技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本技术技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本技术技术方案的内容，依据本技术的技术实质对以上实施例所做的任何的简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本技术技术方案保护的范围内。