專利名稱：Nvm器件制備中光刻對準記號的制備方法
技術領域：
本發明涉及一種NVM器件制備中光刻對準標記的制備方法。
背景技術：
NVM器件是一種常用的存儲器器件，被廣泛應用。對于0. 18um以下采用STI結構隔 離的器件，STI結構的制備過程簡單的為在襯底硅片上沉積CMP的阻擋層(一般是SiN)， 然后通過光刻定義出STI淺溝槽的位置和有源區的位置，之后刻蝕STI淺溝槽的位置處形 成淺溝槽，接著在襯底上淀積氧化硅以填充淺溝槽，接著用CMP工藝平整化襯底表面即可， 在此過程中在場區形成一光刻對準記號。在使用CMP工藝進行STI結構制備過程中，一般 分兩種一種是使用普通化學機械研磨平整化工藝；另一種是使用直接化學機械研磨平整 化工藝(稱DCMP工藝)。使用普通的CMP工藝進行STI結構制備流程中，包括兩個光刻層次先是光刻定義 出STI結構的位置(即場區的位置，剩下的位置為有源區)，接著刻蝕該位置處的襯底形成 淺溝槽，在去除光刻膠后在襯底上淀積Si02以填充淺溝槽；而后采用上述的光刻掩膜版進 行反向光刻，使光刻膠覆蓋STI結構的位置，而使有源區的Si02暴露出來，以光刻膠為掩膜 刻蝕暴露出來的Si02，根據工藝不同，有直接刻蝕到CMP保護層和保留一定厚度的5102兩 種，同時兩種工藝都保證CMP的阻擋層SiN保持一定的厚度，刻蝕完成之后去除光刻膠，用 化學機械研磨工藝研磨Si02直到SiN平整化襯底表面，最后去除SiN形成完整的STI結構。 因為具有SiN阻擋層，因此最終STI區域Si02水平高度會比有源區高。達到較好的隔離效^ o而使用直接化學機械研磨平整化工藝進行STI結構制備流程中，只需要一個光刻 層次先用光刻定義出STI結構的位置，接著刻蝕該位置處的襯底形成淺溝槽，在去除光刻 膠后在襯底上淀積Si02以填充淺溝槽，接著直接采用CMP工藝平整化襯底表面，形成完整 的STI結構(見圖1(a))。光刻對準記號用于每次光刻時當前層圖形和前層光刻圖形的對 準，一般為在特定位置處前層圖形和當前層圖形形成臺階狀的起伏作為對準特征。在上述使用普通的CMP工藝進行STI結構制備流程中，因要采用兩次光刻，故工藝 流程較復雜；同時這種工藝對不同結構和位置的均勻性控制不好，導致不同尺寸的圖形，在 STI區域殘留的Si02的厚度不同，這會導致不同的器件STI隔離區高度有較大變化，隔離 效果對硅片面內不同位置和不同尺寸器件都不同，因此器件漏電特性較差。但對于光刻工 藝，可以利用此特性，設計不同尺寸的光刻對準圖形達到足夠的臺階高度保證足夠的對比 度，可以保證后續工藝對準精度。而使用直接化學機械研磨平整化工藝(DCMP工藝)進行 STI結構制備流程中，在進行化學機械研磨形成STI時，由于DCMP工藝的特性，該DCMP工 藝會使所有的結構局部起伏達到最小以保持各種結構的均一性，使器件隔離特性均勻性大 幅度提高。但此效果同時會造成用于光刻對準的光刻對準記號同樣被平坦化(即光刻對準 記號的臺階不明顯)，而且無法通過設計來彌補此缺陷。因此在后續的成膜過程中，光刻對 準記號的臺階深度不夠最終導致后續的光刻層次無法正確對準。因此，在采用DCMP工藝進行STI結構制備流程中，對于高精度對準要求的工藝，在形成STI結構之后，通常需要使用 一次額外的光刻工藝對光刻對準記號進行附加刻蝕(見圖1(b))，以使最終形成的臺階高 度可以滿足后續光刻對準工藝的需求。但是，該附加的光刻層在增加了工藝復雜度的同時 帶來生產成本的增加。或者通過DCMP工藝調節使某些特定尺寸的STI中Si02殘留厚度發 生變化形成臺階。但這個要求和DCMP的工藝要求相反，因此工藝實現難度很大，而且對于 某些特定尺寸設計上無法使用，也限制了通用性。另一方面，在普通的DCMP工藝和器件中，一般只用2-3種厚度的柵氧且總刻蝕量 一般為100-200埃，此刻蝕量和DCMP的工藝非均勻性相當，而DCMP工藝中光刻信號因為臺 階深度不足，本來就不穩定，因此對于DCMP工藝為了避免濕法刻蝕工藝不均勻性造成的光 刻對準記號的不穩定，一般都采用在多柵氧形成過程中對光刻記號進行保護，保證其穩定 性不會進一步變差。
發明內容
本發明要解決的技術問題是提供一種NVM器件制備中光刻對準記號的制備方法， 其能在常規的工藝流程中維持光刻對準記號的臺階深度。為解決上述技術問題，本發明的NVM器件制備中光刻對準記號的制備方法，該NVM 器件中包括隧穿區和多個不同厚度的柵氧區，包括使用直接化學機械研磨工藝進行STI結構的制備，在所述襯底上形成場區和有源 區，同時在所述場區形成光刻對準記號；在進行NVM器件中隧穿層的制備過程中，利用光刻工藝在先形成的氧化膜上定義 出隧穿區和光刻對準記號的位置，接著刻蝕上述兩個位置處的氧化膜至隧穿區的硅襯底表 面，刻蝕后使光刻對準記號處的臺階加深，而后使隧穿區的硅襯底氧化生成隧穿層；在進行NVM器件中多個不同厚度的柵氧區的制備過程中，先在形成了制備柵氧前 所有結構的襯底表面生長多個不同厚度中厚度最大的氧化層，接著利用光刻工藝定義出多 個不同厚度中次厚的柵氧區和光刻對準記號的位置，使所述次厚的柵氧區和光刻對準記號 位置處的氧化層暴露出來，而后刻蝕上述兩個位置處的氧化層至次厚柵氧區的硅襯底表 面，同時使光刻對準記號處的臺階加深，之后使次厚柵氧區的硅襯底氧化生成預定厚度的 柵氧；依照從次厚到最薄的次序采用相同方法制備出不同厚度的柵氧區以及每次制備過程 中均使所述光刻對準記號處的臺階加深。本發明的制備方法中，因為NVM器件和普通半導體器件相比，具有特殊的隧穿氧 化層結構，對于0. 18um以下器件，操作電壓15V以內，其厚度一般為50-100埃，同時NVM器 件通常有低壓和高壓兩部分器件組成，而15V以內的高壓柵氧一般為100-200埃或更厚，因 此分別采用隧穿層的制備過程中和多個不同厚度柵氧的制備過程中，在刻蝕的同時追加對 光刻對準記號的刻蝕，因為NVM所有氧化層的刻蝕總厚度較大，已經超過了 DCMP的工藝非 均勻性，使臺階深度具有足夠的深度，因此不需要像傳統工藝一樣要保護對準記號，反而可 以利用其濕法刻蝕追加對光刻記號得刻蝕。使用此方法在不增加光刻次數僅改變光刻掩膜 版圖形的情況下(即不增加成本)，解決了傳統的直接CMP平整化STI結構后光刻對準記號 的臺階高度太小后續層無法對準的問題，簡化工藝流程。
下面結合附圖與具體實施方式
對本發明作進一步詳細的說明圖1為與DCMP工藝流程相對應的部分截面結構示意圖；圖2為與本發明的方法相對應的部分截面結構示意圖；圖3為實現本發明方法的版圖設計具體實施例一；圖4為實現本發明方法的版圖設計具體實施例二 ；圖5為實現本發明方法的版圖設計具體實施例三。
具體實施例方式NVM器件通常由實現不同功能的多個半導體單元組成，其中包括存儲單元(該存 儲單元包括隧穿區)，高壓單元(通常為厚柵氧)、中壓單元或低壓單元等(通常為較薄的 柵氧)，因此在柵氧的制備中需要制備多個不同厚度的柵氧區。在柵氧制備過程中，通常是 先在襯底表面生長最厚的一層氧化層，而后采用光刻工藝按照次厚到最薄的次序依次刻蝕 掉預定位置處的氧化層至硅襯底，再生長預定厚度的柵氧。之后的工藝流程一般為在按照 要求將各個厚度的柵氧區制備完成之后，在整個表面上淀積多晶硅，接著以柵氧為刻蝕阻 擋層，刻蝕形成多晶硅柵極，而后刻蝕氧化層(通常為濕法刻蝕)在多晶硅柵極下形成各個 不同厚度的柵氧。其中隧穿區中隧穿層的厚度如果也在最厚柵氧層之下，也可集成在該流 程中來形成。傳統的工藝流程中，在這兩個區域制備過程中只對柵氧區或隧穿區的進行光 刻和刻蝕處理，并不附加別的結構的形成，可以在業界一般技術人員的認識中，該過程中只 能制備出多個不同厚度的柵氧區或隧穿區。而本發明的NVM器件制備中光刻對準記號的制備方法，用于包括隧穿層和多個不 同厚度的柵氧的NVM器件的制備中，包括使用直接化學機械研磨工藝進行STI結構的制備，在襯底上形成場區和有源區， 同時在所述場區形成光刻對準記號(見圖2a)；在進行NVM器件中隧穿層的制備過程中，利用光刻工藝在先形成的氧化膜上定義 出隧穿區和光刻對準記號的位置，使隧穿區和光刻對準記號位置處的氧化膜暴露出來，接 著刻蝕上述兩個位置處的氧化膜至隧穿區的硅襯底表面，圖2(b)為光刻對準記號所在的 場區經刻蝕后的截面結構示意圖，刻蝕后使光刻對準記號的臺階加深，而在傳統的DCMP工 藝中，該部分是沒有被刻蝕的(見圖Ic)，接著使隧穿區的硅襯底氧化生成隧穿層；在進行NVM器件中多個不同厚度的柵氧的制備過程中，先在形成了制備柵氧前所 有結構的襯底表面生長多個不同厚度中厚度最大的氧化層，接著利用光刻工藝定義出多個 不同厚度中次厚的柵氧區和光刻對準記號的位置，使所述次厚的柵氧和光刻對準記號位置 處的氧化層暴露出來，而后刻蝕上述兩個位置處的氧化層至次厚的柵氧區的硅襯底表面， 同時使光刻對準記號處的臺階加深，圖2(c)為光刻對準記號所在的場區經刻蝕后的截面 結構示意圖，而在傳統的DCMP工藝中，該部分是沒有被刻蝕的(見圖Id)，接著使次厚柵氧 區的硅襯底氧化生成預定厚度的柵氧；依照從次厚到最薄的次序采用相同方法制備出不同 厚度的柵氧區以及每次制備過程中均使所述光刻對準記號處的臺階進一步加深。當隧穿區的厚度小于最厚柵氧區，也可集成在該步中，即上述在先形成的氧化膜 即為這里的最厚的氧化層。
上述直接化學機械研磨工藝進行STI結構的制備包括，利用光刻工藝定義出場區 和有源區的位置，后刻蝕場區的襯底形成淺溝槽，在刻蝕形成淺溝槽的過程中同時制備光 刻對準記號，去除光刻工藝留下的光刻膠后在襯底上淀積氧化硅以填充淺溝槽，接著采用 CMP工藝平整化襯底表面，在襯底中形成構成場區的STI結構和有源區，此時光刻對準記號 形成在場區中。上述隧穿層制備過程中和多柵氧區的制備過程中的刻蝕首選為濕法刻蝕，其具有 較高的氧化硅和硅的刻蝕選擇比。只要在追加刻蝕過程中，光刻對準記號的刻蝕深度大于 400埃，即可滿足后續光刻對準的要求。在具體實施中，需要修改隧穿層的光刻掩膜版圖形和柵氧層的光刻掩膜版圖形， 使在這兩次光刻后在光刻對準記號區域均無光刻膠覆蓋，使得光刻對準記號區域暴露在接 下來的刻蝕液中。針對不同的光刻對準記號圖形，以前層圖形由場區和源區組成，后續層圖 形有刻蝕區域和非刻蝕區域組成為例，修改光刻掩膜版圖形的方式有如下1)當前層被對 準圖形為一整個區域(即光刻對準記號的前層圖形，圖中僅顯示光刻對準記號區域部分)， 圖3中11為場區(即光刻對準記號區域)，被隔離介質所填充，12為源區(為襯底層)，此 時21為刻蝕區域(即光刻后不覆蓋光刻膠)，22為非刻蝕區域(即光刻后覆蓋光刻膠)。 理論上講只要刻蝕區域21等于光刻對準記號區域11即可，但在實際操作中因為濕法刻蝕 具有高選擇比，故在修改光刻掩膜版時刻蝕區域可以略大，此時對刻蝕無要求，只需總刻蝕 量大于400埃即可。區域21可以比區域11小，因濕法刻蝕具有各向同性的特點，此時總刻 蝕深度可表示為大于(區域11寬度-區域21的寬度)/2。因為濕法刻蝕的各向同性特點， 因此即使區域21比區域11小，有一部分場區被光刻膠覆蓋，只要有足夠的縱向刻蝕，一樣 可以保證側向可以去除，但是此時要求橫向刻蝕要達到硅合氧化物的邊緣，否則會產生一 個臺階，產生兩個外框。2)當前層被對準圖形(即光刻對準記號的前層圖形)為一環狀或 條狀或其他形狀，如圖4所示，11所示圖形為前層被對準圖形，位于場區，被隔離介質填充， 而區域12和23為源區(為襯底層)，此時區域21為刻蝕區域(即光刻后不覆蓋光刻膠)， 區域22為非刻蝕區域(即光刻后覆蓋光刻膠)。一般來說區域21可以比區域11和12的 總和大，此時對刻蝕無要求，只需總刻蝕量大于400埃即可。或者區域21滿足區域12的寬 度< =區域21的寬度<=(區域11的寬度+區域12的寬度)，此時總刻蝕深度大于(區 域11的寬度+區域12的寬度-區域21的寬度)/2。3)前層被對準圖形(即光刻對準記 號的前層圖形)為一環狀或條狀或其他形狀，如圖5所示，11所示圖形為前層被對準圖形 (位于場區)，被隔離介質填充，區域12和13為源區(為襯底層)。此時區域21為刻蝕區 域，區域22和23為非刻蝕區域。一般區域21可以比區域11大，此時對刻蝕無要求，只需 總刻蝕量大于400埃即可。或者區域21無法完全遮蓋區域11，此時總刻蝕深度>橫向未交 疊區域。或者2層圖形可簡化為全部打開前層圖形區域。在進行多個柵氧制備過程中，高壓單元的柵氧一般是最厚的，其次是次厚的一般 是中壓單元和隧穿層，最后最薄一般是低壓單元，濕法刻蝕量是依次減少。采用本發明的方 法，改變業界的一般認識，在多柵氧和隧穿區制備流程中，追加對光刻對準記號的刻蝕，使 得最終形成的光刻對準記號的臺階高度滿足后續光刻對準的要求，從而避免了原有工藝中 附加光刻和刻蝕所帶來的成本的增加。
權利要求
一種NVM器件制備中光刻對準記號的制備方法，所述NVM器件中包括隧穿層和多個不同厚度的柵氧，其特征在于使用直接化學機械研磨工藝進行STI結構的制備，在所述襯底上形成場區和有源區，同時在所述場區形成光刻對準記號；在進行NVM器件中隧穿層的制備過程中，利用光刻工藝在先形成的氧化膜上定義出隧穿區和光刻對準記號的位置，接著刻蝕上述兩個位置處的氧化膜至隧穿區的硅襯底表面，同時使光刻對準記號處的臺階加深，而后使隧穿區的硅襯底氧化生成隧穿層；在進行NVM器件中多個不同厚度的柵氧區的制備過程中，先在形成了制備柵氧前所有結構的襯底表面生長多個不同厚度中厚度最大的氧化層，接著利用光刻工藝定義出多個不同厚度中次厚的柵氧區和光刻對準記號的位置，使所述次厚的柵氧區和光刻對準記號位置處的氧化層暴露出來，而后刻蝕上述兩個位置處的氧化層至次厚柵氧區的硅襯底表面，同時使光刻對準記號處的臺階加深，之后使次厚柵氧區的硅襯底氧化生成預定厚度的柵氧；依照從次厚到最薄的次序采用相同方法制備出不同厚度的柵氧區以及每次制備過程中均使所述光刻對準記號處的臺階進一步加深。
2.按照權利要求1所述的制備方法，其特征在于所述隧穿層制備過程中和多個不同 厚度柵氧區的制備過程中的刻蝕均為濕法刻蝕。
3.按照權利要求1或2所述的制備方法，其特征在于所述隧穿層制備過程中和多個 不同厚度的柵氧區的制備過程中，所述光刻對準標記的刻蝕深度大于400埃。
全文摘要
本發明公開了一種NVM器件制備中光刻對準記號的制備方法，該NVM器件中包括隧穿層和多個不同厚度的柵氧區，包括先是采用DCMP工藝制備STI結構，而后在制備隧穿層和多個不同厚度柵氧區的過程中，分別追加對光刻對準記號的刻蝕，使得最終形成的臺階高度能滿足后續光刻對準工藝的需求。
文檔編號H01L21/8246GK101923296SQ200910057428
公開日2010年12月22日 申請日期2009年6月17日 優先權日2009年6月17日
發明者王雷 申請人:上海華虹Nec電子有限公司