半导体器件及其制造方法与流程

本发明涉及半导体制造领域，特别涉及一种半导体器件及其制造方法。

背景技术：

随着集成电路技术的不断发展，半导体器件的尺寸越来越小，对工艺的要求也越来越高，常规的工艺已经无法满足器件的需求。当半导体制造技术进入24nm及以下技术节点之后，通过光刻难以定义图形尺寸而需要采用自对准双重图形工艺(self-aligneddoublepatterning，sadp工艺)。这种工艺，首先形成芯轴结构，然后在芯轴结构上沉积一层一定厚度的侧壁间隔层，再对该侧壁间隔层进行一次干法刻蚀工艺，从而形成侧墙结构。之后，再将芯轴结构移除掉之后，以剩余的侧墙结构来定义后续图形的关键尺寸。常规的sadp核心的工艺在于核心刻蚀，要求形貌垂直，并且线宽尺寸满足要求。

但是，在常规的sadp工艺形成芯轴结构两侧的侧墙的过程中，由于芯轴结构掩埋在侧壁间隔层之内，从而导致在对侧壁间隔层进行干法刻蚀的时候，部分侧壁间隔层与芯轴结构直接接触，从而形成垂直的结构，而与芯轴结构不接触的侧墙的外侧则容易发生变形，形成非垂直形状的侧墙，并且，芯轴结构两侧的侧墙还是非对称的形貌，如图1所示，这将会导致下层材料刻蚀过程中逐步传导并放大这种非对称形貌，影响最终目标图形层(待图形化层)的形貌及奇偶均匀性。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种半导体器件及其制造方法，以实现降低由于侧墙的非垂直形貌导致后续在待图形化层中形成的图形形貌不一致的目的。

为解决上述技术问题，本发明提供一种半导体器件的制造方法，所述制造方法包括：

提供一半导体衬底，在所述半导体衬底的表面上依次形成有待图形化层和无定形硅层，以及在所述无定形硅层上还形成有多个分立的芯轴结构；

在所述芯轴结构和所述无定形硅层上覆盖侧壁间隔层，并采用第一次刻蚀工艺刻蚀所述侧壁间隔层，以在所述芯轴结构的侧壁上形成初始侧墙；

采用第二次刻蚀工艺回刻蚀所述芯轴结构，以去除部分厚度的所述芯轴结构，并暴露出所述初始侧墙的顶部；

采用第三次刻蚀工艺刻蚀所述初始侧墙被暴露的顶部和侧壁，以将所述芯轴结构两侧的初始侧墙修整为圆顶且奇偶对称的垂直侧墙；

以所述垂直侧墙为掩膜，刻蚀所述无定形硅层和所述待图形化层，以在所述待图形化层中形成所需图形。

可选的，所述待图形化层可以为栅极材料层，所述栅极材料层自上而下依次可以包括第一氧化物层、氮化硅层、控制栅层、栅间介质层、浮栅层和浮栅氧化层，所述待图形化层用于形成nand快闪存储器的存储单元。

可选的，所述侧壁间隔层的材料包括氮化硅，所述芯轴结构包括第二氧化物层和刻蚀停止层。

可选的，所述第一次刻蚀工艺和第三次刻蚀工艺可以为干法刻蚀工艺，第二次刻蚀工艺可以包括湿法刻蚀。

可选的，基于预设的终点检测策略，确定所述第一次刻蚀工艺的刻蚀剂量，以暴露出所述芯轴结构的顶面。

可选的，所述第一次刻蚀工艺还同时去除至少部分所述相邻所述芯轴结构之间暴露出的所述无定形硅层的表面上的侧壁间隔层。

可选的，当在所述第一次刻蚀工艺之后，在所述相邻所述芯轴结构之间暴露出的所述无定形硅层的表面上剩余部分厚度的侧壁间隔层时，所述第三次刻蚀工艺还同时去除所述无定形硅层的表面上剩余部分厚度的侧壁间隔层，以暴露出所述无定形硅层的顶表面。

可选的，所述湿法刻蚀的溶液包括氢氟酸和氟化铵的混合溶液，所述混合溶液对氮化硅的刻蚀选择比为15:1。

可选的，在所述无定形硅层上形成多个分立的芯轴结构的步骤，包括：

在所述半导体衬底上自下而上依次形成待图形化层、无定形硅层、第二氧化物层、刻蚀停止层、第三氧化物层、有机介电质层和含硅抗反射层；

通过自对准多重图案曝光工艺，图形化所述第三氧化物层、有机介电质层和含硅抗反射层；

以图形化后第三氧化物层、有机介电质层和含硅抗反射层为掩膜，刻蚀所述第二氧化物层和所述刻蚀停止层至所述无定形硅层，以形成多个被沟槽隔离的所述芯轴结构。

基于如上所述的半导体的制造方法，本发明还提供了一种半导体器件，包括：

半导体衬底，在所述半导体衬底上形成有多个被沟槽隔离的栅极堆叠结构，所述栅极堆叠结构包括沿远离所述半导体衬底的方向依次堆叠设置的浮栅氧化层、浮栅层、栅间介质层、控制栅层、氮化硅层和第一氧化物层。

与现有技术相比，本发明的技术方案至少具有以下有益效果之一：

在本发明提供的半导体器件的制造方法中，通过采用多步刻蚀的方法在芯轴结构的侧壁上形成侧墙的过程，从而实现了在逐步形成侧墙的同时，及时修正侧墙的形貌，进而保证了所形成的侧墙的垂直形貌和奇偶均匀性，之后再以该垂直对称形貌的侧墙为掩膜完成后续的刻蚀工艺，以在待图形化层中形成形貌一致的目标图形，从而提高了半导体器件的奇偶均匀性。

附图说明

图1是现有的nand闪存心轴结构的剖面结构示意图；

图2是本发明提供的一种半导体器件的制造方法流程图；

图3a～图3e是本发明一实施例中的一种半导体器件在制造过程中的结构示意图；

其中，附图标记如下：

100-半导体衬底；110-待图形化图层；

120-无定形硅层；130-侧墙；

300-半导体衬底；310-待图形化层；

320-无定形硅层；330-芯核结构；

331-第二氧化物层；332-刻蚀停止层；

340-初始侧墙。

具体实施方式

承如背景技术所述，目前，发明人研究发现，在常规的sadp工艺形成半导体器件(例如，nand闪存器件)中的的芯轴结构两侧的侧墙结构的过程中，由于芯轴结构掩埋在侧壁间隔层之内，从而导致在对侧壁间隔层进行干法刻蚀的时候，部分侧壁间隔层与芯轴结构直接接触，从而形成垂直的结构，而与芯轴结构不接触的侧墙结构的外侧则容易发生变形，形成非垂直形状的侧墙结构，并且，芯轴结构两侧的侧墙还是非对称的形貌，如图1所示，这将会导致下层材料刻蚀过程中逐步传导并放大这种非对称形貌，影响最终目标图形层(待图形化层)的形貌及奇偶均匀性。

为此，本发明提供了一种半导体器件的制造方法，以实现降低由于侧墙的非垂直形貌导致后续在待图形化层中形成的图形形貌不一致的目的。

参考图2，图2为本发明实施例提供的一种半导体器件的制造方法流程图。具体的，所述半导体器件的制造方法包括以下步骤：

步骤s100，提供一半导体衬底，在所述半导体衬底的表面上依次形成有待图形化层和无定形硅层，以及在所述无定形硅层上还形成有多个分立的芯轴结构。

步骤s200，在所述芯轴结构和所述无定形硅层上覆盖侧壁间隔层，并采用第一次刻蚀工艺刻蚀所述侧壁间隔层，以在所述芯轴结构的侧壁上形成初始侧墙。

步骤s300，采用第二次刻蚀工艺回刻蚀所述芯轴结构，以去除部分厚度的所述芯轴结构，并暴露出所述初始侧墙的顶部。

步骤s400，采用第三次刻蚀工艺刻蚀所述初始侧墙被暴露的顶部和侧壁，以将所述芯轴结构两侧的初始侧墙修整为圆顶且奇偶对称的垂直侧墙。

步骤s500，以所述垂直侧墙为掩膜，刻蚀所述无定形硅层和所述待图形化层，以在所述待图形化层中形成所需图形。

即，在本发明提供的半导体器件的制造方法中，通过采用多步刻蚀的方法在芯轴结构的侧壁上形成侧墙的过程，从而实现了在逐步形成侧墙的同时，及时修正侧墙的形貌，进而保证了所形成的侧墙的垂直形貌和奇偶均匀性，之后再以该垂直对称形貌的侧墙为掩膜完成后续的刻蚀工艺，以在待图形化层中形成形貌一致的目标图形，从而提高了半导体器件的奇偶均匀性。

以下结合附图和具体实施例对本发明提出的改善背照式图像传感器工艺中晶片边缘缺陷的方法作进一步详细说明。根据下面说明，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。

图3a～图3e为本发明一实施例中的一种半导体器件在制造过程中的结构示意图。

在步骤s100中，具体参考图3a所示，提供一半导体衬底300，在所述半导体衬底300的表面上依次形成有待图形化层310和无定形硅层320，以及在所述无定形硅层320上还形成有多个分立的芯轴结构330，所述芯轴结构包括第二氧化物层331和刻蚀停止层332。所述待图形化层310可以为栅极材料层，所述栅极材料层自上而下依次可以包括第一氧化物层(未图示)、氮化硅层(未图示)、控制栅层(未图示)、栅间介质层(未图示)、浮栅层(未图示)和浮栅氧化层(未图示)。

其中，所述半导体衬底300为后续形成半导体器件提供工艺平台。在本发明实施例中，所述半导体衬底300用于形成与非闪存(nandflash)器件，且所述待图形化层310用于形成nand快闪存储器的存储单元。

本实施例中，所述半导体衬底300为硅衬底。在其他实施例中，所述半导体衬底的材料还可以为锗、锗化硅、碳化硅、砷化镓或镓化铟等其他材料，所述衬底还能够为绝缘体上的硅衬底或者绝缘体上的锗衬底等其他类型的衬底。所述衬底的材料可以是适宜于工艺需要或易于集成的材料。

可选的，在本发明的实施例中还提供了一种在无定形硅层320上形成多个分立的芯轴结构330的方式，具体包括如下步骤：

首先，在所述半导体衬底300上自下而上依次形成待图形化层310、无定形硅层320、第二氧化物层331、刻蚀停止层332、第三氧化物层(未图示)、有机介电质层(未图示)和含硅抗反射层(未图示)；

接着，通过自对准多重图案曝光工艺，图形化所述第三氧化物层、有机介电质层和含硅抗反射层；

之后，以图形化后第四氧化物层、有机介电质层和含硅抗反射层为掩膜，刻蚀所述第二氧化物层331和所述刻蚀停止层332至所述无定形硅层320，以形成多个被沟槽隔离的所述芯轴结构330。

本实施例中，通过自对准多重图案曝光工艺，图形化所述第三氧化物层、有机介电质层和含硅抗反射层的过程可以包括：在所述含硅抗反射层上形成包含芯核结构图案的图案化的光刻胶层，并以该图案化的光刻胶层为掩膜，刻蚀含硅抗反射层、有机介质层和第三氧化层，以实现将光刻胶层上的图案进行第一次转移，同时去除含硅抗反射层和有机介质层；接着，以图形化后第三氧化物层、有机介电质层和含硅抗反射层为掩膜，刻蚀所述第二氧化物层和所述刻蚀停止层至所述无定形硅层320，从而在无定形硅层320上形成多个分立结构的芯轴结构330。

在步骤s200中，参考参考图3b所示，在所述芯轴结构330和所述无定形硅层320上覆盖侧壁间隔层，并采用第一次刻蚀工艺刻蚀所述侧壁间隔层，以在所述芯轴结构330的侧壁上形成初始侧墙340’。

其中，所述第一次刻蚀工艺可以为干法刻蚀工艺，且基于预设的终点检测策略，确定所述第一次刻蚀工艺的刻蚀剂量，以暴露出所述芯轴结构的顶面。

本实施例中，首先在形成有芯轴结构330的半导体衬底300上沉积一定厚度的侧壁间隔层(未图示)，示例性的，所述侧壁间隔层的材料可以包含氮化硅，然后，在通过预设剂量的干法刻蚀工艺刻蚀该侧壁间隔层，从而在芯轴结构330的侧壁上形成如图3b所述的初始侧墙340’。

可选的方案，在所述半导体衬底300上沉积一定厚度的侧壁间隔层之后，可以通过预设剂量的干法刻蚀工艺刻蚀该侧壁间隔层，从而在芯轴结构330的侧壁上形成如图3a所述的初始侧墙340；其中，所述初始侧墙340覆盖在所述芯轴结构330的侧壁和顶面上，并延伸覆盖在相邻两个芯轴结构330之间暴露出的无定形硅层320上的表面上。然后，可以再采用一次干法刻蚀工艺回刻蚀初始侧墙340，从而形成如图3b所示的暴露出芯轴结构330顶部刻蚀停止层320，且芯轴结构两侧的非对称形状的初始侧墙340’。

此外，所述第一次刻蚀工艺还同时去除至少部分所述相邻所述芯轴结构330之间暴露出的所述无定形硅层320的表面上的侧壁间隔层。

需要说明的是，由于采用第一次干法刻蚀对所述半导体衬底300上沉积的侧壁间隔层进行刻蚀的时候，刻蚀剂量少，因此，在采用第一次刻蚀工艺过程中可以只去除部分沉积在相邻所述芯轴结构330之间暴露出的所述无定形硅层320的表面上的侧壁间隔层。

在步骤s300中，具体参考图3c所示，采用第二次刻蚀工艺回刻蚀所述芯轴结构330，以去除部分厚度的所述芯轴结构330，并暴露出所述初始侧墙340’的顶部。

其中，所述第二次刻蚀工艺可以包括湿法刻蚀工艺，且所述湿法刻蚀的溶液包括氢氟酸和氟化铵的混合溶液，所述混合溶液对氮化硅的刻蚀选择比为15:1

本实施例中，可以通过预设选择比的湿法刻蚀溶液，例如，磷酸、氢氟酸等，对所述芯轴结构330进行刻蚀，示例性的，可以去除芯轴结构330中全部的刻蚀停止层332和至少部分所述刻蚀停止层332下层的第二氧化物层331，从而达到暴露出目标高度的初始侧墙340’的顶部。

可以理解的是，本发明实施例中采用的第二次刻蚀工艺的目的是暴露出预设目标高度的初始侧墙340’的顶部，因此，通过第二次刻蚀工艺去除所述芯轴结构330中部分还是全部的刻蚀停止层332可以根据需要暴露出的初始侧墙340’的顶部的预设目标高度而定，本发明对此不做具体限定。

在步骤s400中，具体参考图3d所示，采用第三次刻蚀工艺刻蚀所述初始侧墙340’被暴露的顶部和侧壁，以将所述芯轴结构330’两侧的初始侧墙340’修整为圆顶且奇偶对称的垂直侧墙340”。

本实施例中，通过采用多步刻蚀的方法在芯轴结构330的侧壁上形成初始侧墙340”的过程，从而实现了在逐步形成初始侧墙的同时，及时修正初始侧墙的形貌，进而保证了所形成的侧墙的垂直形貌和奇偶均匀性，之后再以该垂直对称形貌的初始侧墙340”为掩膜完成后续的刻蚀工艺，以在待图形化层310中形成形貌一致的目标图形，从而提高了半导体器件的奇偶均匀性。

可选的，当在所述第一次刻蚀工艺之后，在所述相邻所述芯轴结构330之间暴露出的所述无定形硅层320的表面上剩余部分厚度的侧壁间隔层时，所述第三次刻蚀工艺还同时去除所述无定形硅层的表面上剩余部分厚度的侧壁间隔层，以暴露出所述无定形硅层的顶表面。

本实施例中，由于第一次刻蚀剂量少，因此，在第一次刻蚀工艺之后，相邻所述芯轴结构330之间暴露出的所述无定形硅层320的表面上还剩余部分厚度的侧壁间隔层，因此，可以在第三次刻蚀工艺的过程中去除该剩余部分厚度的侧壁间隔层，从而在无定形硅层320的表面上形成相互独立且垂直的初始侧墙340”。

在步骤s500中，以所述垂直侧墙340”为掩膜，刻蚀所述无定形硅层320和所述待图形化层310，以在所述待图形化层310中形成所需图形。

本实施例中，在步骤s400中形成圆顶且奇偶对称的垂直侧墙340”之后，还需要将所述奇偶对称的垂直侧墙340”之间的剩余的芯轴结构330’去除，从而形成如图3e所示的结构。之后，在以所述垂直侧墙340”为掩膜，依次刻蚀所述无定形硅层320和所述待图形化层310，以在所述待图形化层310中形成所需图形，示例性，本发明实施例中，通过以所述垂直侧墙340”为掩膜，在所述待图形化层310上形成nand闪存的栅极堆叠结构(未图示)。

此外，基于如上所述半导体器件的制造方法，本发明还提供了一种半导体器件，包括：

半导体衬底300，在所述半导体衬底300上形成有多个被沟槽隔离的栅极堆叠结构，所述栅极堆叠结构包括沿远离所述半导体衬底300的方向依次堆叠设置的浮栅氧化层、浮栅层、栅间介质层、控制栅层、氮化硅层和第一氧化物层。

综上所述，通过采用多步刻蚀的方法在芯轴结构的侧壁上形成侧墙的过程，从而实现了在逐步形成侧墙的同时，及时修正侧墙的形貌，进而保证了所形成的侧墙的垂直形貌和奇偶均匀性，之后再以该垂直对称形貌的初始侧墙340”为掩膜完成后续的刻蚀工艺，以在待图形化层中形成形貌一致的目标图形，从而提高了半导体器件的奇偶均匀性。

上述描述仅是对本发明较佳实施例的描述，并非对本发明保护范围的任何限定，本发明领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于本发明的保护范围。

需要说明的是，虽然本发明已以较佳实施例披露如上，然而上述实施例并非用以限定本发明。对于任何熟悉本领域的技术人员而言，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的技术内容对本发明技术方案作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，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围。

还应当理解的是，除非特别说明或者指出，否则说明书中的术语“第一”、“第二”、“第三”等描述仅仅用于区分说明书中的各个组件、元素、步骤等，而不是用于表示各个组件、元素、步骤之间的逻辑关系或者顺序关系等。本文中的“和/或”的含义是二选一或者二者兼具。

此外还应该认识到，此处描述的术语仅仅用来描述特定实施例，而不是用来限制本发明的范围。必须注意的是，此处的以及所附权利要求中使用的单数形式“一个”和“一种”包括复数基准，除非上下文明确表示相反意思。例如，对“一个步骤”或“一个装置”的引述意味着对一个或多个步骤或装置的引述，并且可能包括次级步骤以及次级装置。应该以最广义的含义来理解使用的所有连词。以及，词语“或”应该被理解为具有逻辑“或”的定义，而不是逻辑“异或”的定义，除非上下文明确表示相反意思。此外，本发明实施例中的方法和/或设备的实现可包括手动、自动或组合地执行所选任务。