用于存储器单元的sonos结构腐蚀工艺的制作方法

专利名称：用于存储器单元的sonos结构腐蚀工艺的制作方法
技术领域：
本发明涉及CMOS制程中SONOS结构(Silicon—Oxide-Ntride -Oxide -Silicon)的腐蚀工艺，特别是存储器单元中超薄的ONO结构。本发明可以降低 超薄SONOS结构腐蚀工艺中的损伤，且技术简单，适用于基于SONOS结构的 存储器工艺制程。
背景技术：
纵观存储器工艺制程的发展，存储单元尺寸越来越小，擦写电压越来越低， 而对器件的耐久性和电荷保持性要求却越来越高。越来越多的存储器产^选择 SONOS结构，艮卩Silicon—Oxide—Ntride—Oxide-Silicon 。传统的工艺往往采用等 离子体反应刻蚀，依次腐蚀掉顶层多晶硅(Silicon)、氧化层(Oxide)、氮化硅 (Ntride)，具体工艺流程如图l-l l-6所示
(1) 如图1-1所示为腐蚀前的SONOS结构。
(2) 第一步进行光刻，如图l-2所示为光刻之后的结构图。
(3) 第二步用等离子体反应刻蚀多晶5，如图l-3所示。
(4) 第四步用等离子体反应刻蚀掉多晶下的氧化层4，如图l-4所示。
(5) 第五步用等离子体反应刻蚀掉氮化硅层3，如图l-5所示。
(6) 第六步去掉光刻胶6，如图l-6所示。
但是，随着存储单元尺寸的縮小，ONO (氧化层-氮化硅-氧化层)结构各层 的厚度也越来越薄，采用传统的等离子体反应刻蚀会对硅衬底产生损伤，影响 器件性能。 发明目的
本发明的目的之一在于提供用于存储器单元的SONOS结构腐蚀工艺，以减 少SONOS结构等离子体反应刻蚀工艺所带来的损伤。
按照本发明提供的技术方案，用于存储器单元的SONOS结构腐蚀工艺包括 依次叠加在衬底硅上面的底部隧道氧化层、中间SiN层、顶层Si02层及多晶硅， 其特征是
第一步，在多晶硅的局部表面进行光刻，光刻之后在多晶硅的局部表面形 成光刻胶；
第二步，用等离子体反应刻蚀未被光刻胶覆盖的多晶硅，露出位于多晶硅 下面的顶层Si02层，所述等离子体的混合气体成分是压力为3.8 4.2毫托的He、 流量为25 35sccm的HBr、 25 35sccm的Cl; sccm指一个大气压下流过单位面 积的气体体积毫升/平方厘米。
第三步，用浓度约为0.5%的HF溶液腐蚀掉顶层Si02层，露出位于顶层Si02 层下面的中间SiN层；
第四步，去除上述光刻胶，去除方法是将整个硅片置于温度为110 13(TC的
3浓硫酸+双氧水混合液中约10 30分钟，所述浓硫酸+双氧水混合液为98%的浓 硫酸双氧水的体积比为2.5 3.5:1;
第五步，用98。/。的H3P04溶液腐蚀掉中间SiN层，露出位于中间SiN层下 面的底部隧道氧化层，H3P04溶液腐蚀时的温度为150~170°C，时间为3 7分钟。
其中多晶硅的厚度在200nm 350nm，顶层SiCb层的厚度为30入 60入，中间 SiN层的厚度为100A 200人，底部Si02隧道氧化层的厚度为16A 30入；
本发明的优点是K本发明采用浓度为10:1的HF溶液腐蚀厚度为30人 60入 的顶层SiCb层4，代替了等离子体反应刻蚀，不仅腐蚀速率更慢更容易控制， 而且基本不腐蚀中间SiN层3; 2、本发明采用热H3P04溶液腐蚀中间厚度为 100A 200A的SiN层3，代替了等离子体反应刻蚀，工艺容易控制，且不会对 底部Si02隧道氧化层2产生腐蚀，完全不会造成衬底损伤；3、本发明工艺简单， 具有很强的操作性。


图1-1 1-6为SONOSg全等离子体刻蚀示意图，其中 图1-1是SONOS结构示意图。 图1-2是SONOS结构光刻后示意图。 图1-3是SONOS结构多晶腐蚀示意图。 图1-4是SONOS顶层Si02等离子体刻蚀示意图。 图1-5是等离子体反应刻蚀SiN示意图。 图1-6是去光刻胶后SONOS结构示意图。 图2-1~2-6为本发明SONOS刻蚀工艺示意图，其中 图2-l是SONOS结构示意图。 图2-2是SONOS结构光刻后示意图。 图2-3是SONOS结构多晶腐蚀示意图。 图2-4是SONOS顶层Si02湿法腐蚀示意图。 图2-5是去光刻胶后SONOS结构示意图。 图2-6是H3P04湿法腐蚀SiN示意图。
具体实施例方式
图中l-衬底硅，厚度约为SEMI标准厚度；2-底部隧道氧化层，厚度为
16A 30入；3-中间SiN层，厚度为100A 200入；4-顶层Si02层，厚度为30A 60A; 5-多晶硅，厚度为200nm 350nm; 6-光刻胶，厚度约为9000 18000A。
用于存储器单元的SONOS结构腐蚀工艺包括依次叠加在衬底硅上面的底 部隧道氧化层、中间SiN层、顶层Si02层及多晶硅，其特征是
第一步，在多晶硅5的局部表面进行光刻，光刻之后在多晶硅5的局部表 面形成光刻胶6;
第二步，用等离子体反应刻蚀未被光刻胶6覆盖的多晶硅5，露出位于多晶 硅5下面的顶层Si02层4，所述等离子体的混合气体成分是压力为3.8毫托的 He、流量为25sccm的HBr、 25sccm的Cl; sccm指一个大气压下流过单位面积 的气体体积毫升/平方厘米。
第三步，用浓度约为0.5。/。的HF溶液腐蚀掉顶层SiO2层4，露出位于顶层 Si02层4下面的中间SiN层3;
第四步，去除上述光刻胶6，去除方法是将整个硅片置于温度为ll(TC的浓 硫酸+双氧水混合液中约10分钟，所述浓硫酸+双氧水混合液为98%的浓硫酸 双氧水的体积比为2.5:1;
第五步，用98。/。的H3P04溶液腐蚀掉中间SiN层3，露出位于中间SiN层3 下面的底部隧道氧化层2， H3P04溶液腐蚀时的温度为150°C，时间为7分钟。
实施例二
第一步，在多晶硅5的局部表面进行光刻，光刻之后在多晶硅5的局部表 面形成光刻胶6;
第二步，用等离子体反应刻蚀未被光刻胶6覆盖的多晶硅5，露出位于多晶 硅5下面的顶层Si02层4，所述等离子体的混合气体成分是压力为4.2毫托的 He、流量为35sccm的HBr、 35sccm的Cl; sccm指一个大气压下流过单位面积 的气体体积毫升/平方厘米。
第三步，用浓度约为0.5。/。的HF溶液腐蚀掉顶层SiO2层4，露出位于顶层 Si02层4下面的中间SiN层3;
第四步，去除上述光刻胶6，去除方法是将整个硅片置于温度为13(TC的浓 硫酸+双氧水混合液中约30分钟，所述浓硫酸+双氧水混合液为98%的浓硫酸 双氧水的体积比为3.5:1;
第五步，用98。/。的H3P04溶液腐蚀掉中间SiN层3，露出位于中间SiN层3 下面的底部隧道氧化层2， H3P04溶液腐蚀时的温度为170°C，时间为3分钟。
实施例三
第一步，在多晶硅5的局部表面进行光刻，光刻之后在多晶硅5的局部表 面形成光刻胶6;
第二步，用等离子体反应刻蚀未被光刻胶6覆盖的多晶硅5，露出位于多晶 硅5下面的顶层Si02层4，所述等离子体的混合气体成分是压力为4.0毫托的 He、流量为30sccm的HBr、 30sccm的Cl; sccm指一个大气压下流过单位面积 的气体体积毫升/平方厘米。
第三步，用浓度约为0.5。/。的HF溶液腐蚀掉顶层SiO2层4，露出位于顶层 Si02层4下面的中间SiN层3;
第四步，去除上述光刻胶6，去除方法是将整个硅片置于温度为12(TC的浓 硫酸+双氧水混合液中约20分钟，所述浓硫酸+双氧水混合液为98%的浓硫酸 双氧水的体积比为3.0:1;
第五步，用98n/。的H3P04溶液腐蚀掉中间SiN层3，露出位于中间SiN层3 下面的底部隧道氧化层2， H3P04溶液腐蚀时的温度为160°C，时间为5分钟。
在很多存储器工艺中选择超薄的SONOS结构来降低擦写电压，提高存储单 元耐久性。完全采用等离子体反应刻蚀来加工，工艺控制比较困难，且容易造 成衬底硅的损伤。针对多晶硅5的厚度在200nm 350nm，顶层Si02层4的厚度
为30A 60A，中间SiN层3的厚度为100A 200A，底部Si02隧道氧化层2的厚 度为20A 30A的SONOS结构刻蚀，如果完全采用等离子体反应刻蚀，其工艺 过程如下所述
(1) 采用等离子体反应刻蚀工艺腐蚀掉厚度为200nm 350nm的多晶5，由 于腐蚀选择比很高，这个过程基本不会不会腐蚀多晶硅下面的Si02层4;
(2) 采用等离子体反应刻蚀工艺腐蚀掉厚度为30A 60A的顶层Si02层4， 这个过程很难控制，因为Si02层4很薄，且腐蚀过程对SiN层3腐蚀选择比较 低，会对中间厚度为100A 200A的SiN层3产生腐蚀；
(3) 采用等离子体反应刻蚀腐蚀掉厚度为100A 200A的SiN层，此过程 腐蚀速率很快，且对Si02层腐蚀选择比较低，工艺控制很困难。由于底部Si02 隧道氧化层2的厚度只有16A 30A，很容易腐蚀掉底部Si02层2直接腐蚀硅衬 底，造成衬底损伤，影响器件性能。
本发明采用了等离子体反应刻蚀+湿法腐蚀的工艺取代了完全的等离子体 反应刻蚀，减小了等离子体反应刻蚀对衬底硅的损伤。如针对多晶5厚度为 150nm，顶部氧化层4厚度为40A，中间SiN层3厚度为150入，底部隧道氧化 层2厚度为16人的SONOS结构，采用完全等离子体反应刻蚀很容易腐蚀掉 16A的氧化层2，损伤衬底l;而采用本发明的办法，加入了湿法腐蚀工艺，基 本不会对16A的氧化层2产生影响，因而不会对衬底产生损伤。
权利要求
1、用于存储器单元的SONOS结构腐蚀工艺，包括依次叠加在衬底硅(1)上面的底部隧道氧化层(2)、中间SiN层(3)、顶层SiO2层(4)及多晶硅(5)，其特征是第一步，在多晶硅(5)的局部表面进行光刻，光刻之后在多晶硅(5)的局部表面形成光刻胶(6)；第二步，用等离子体反应刻蚀未被光刻胶(6)覆盖的多晶硅(5)，露出位于多晶硅(5)下面的顶层SiO2层(4)，所述等离子体的混合气体成分是压力为3.8～4.2毫托的He、流量为25～35sccm的HBr、25～35sccm的Cl；第三步，用浓度约为0.5％的HF溶液腐蚀掉顶层SiO2层(4)，露出位于顶层SiO2层(4)下面的中间SiN层(3)；第四步，去除上述光刻胶(6)，去除方法是将整个硅片置于温度为110～130℃的浓硫酸+双氧水混合液中约10～30分钟，所述浓硫酸+双氧水混合液为98％的浓硫酸双氧水的体积比为2.5～3.5∶1；第五步，用98％的H3PO4溶液腐蚀掉中间SiN层(3)，露出位于中间SiN层(3)下面的底部隧道氧化层(2)，H3PO4溶液腐蚀时的温度为150～170℃，时间为3～7分钟。
2、 如权利要求1所述用于存储器单元的SONOS结构腐蚀工艺，其特征在 于，多晶硅(5)的厚度在200nm 350nm，顶层Si02层(4)的厚度为30A 60入， 中间SiN层(3)的厚度为100入 200A，底部Si02隧道氧化层(2)的厚度为 16入 30A。
全文摘要
本发明涉及CMOS制程中SONOS结构(Silicon-Oxide-Ntride-Oxide-Silicon)的腐蚀工艺，特别是存储器单元中超薄的ONO结构。本发明可以降低超薄SONOS结构腐蚀工艺中的损伤，且技术简单，适用于基于SONOS结构的存储器工艺制程。按照本发明提供的技术方案，用于存储器单元的SONOS结构腐蚀工艺包括依次叠加在衬底硅上面的底部隧道氧化层、中间SiN层、顶层SiO₂层及多晶硅，其特征是第一步，在多晶硅的局部表面进行光刻；第二步，用等离子体反应刻蚀未被光刻胶覆盖的多晶硅；第三步，用浓度约为0.5％的HF溶液腐蚀掉顶层SiO₂层；第四步，去除上述光刻胶；第五步，用98％的H₃PO₄溶液腐蚀掉中间SiN层。
文档编号H01L21/02GK101179018SQ200710135518
公开日2008年5月14日 申请日期2007年11月16日 优先权日2007年11月16日
发明者吴晓鸫, 静 徐, 俊 李, 肖志强, 高向东 申请人:无锡中微晶园电子有限公司