專利名稱：快閃存儲(chǔ)器件及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體器件，更具體而言，涉及一種形成介電層接觸孔的 制造方法，其中可減少介電層接觸孔的尺寸。
背景技術(shù)：
半導(dǎo)體快閃存儲(chǔ)器件包括多個(gè)存儲(chǔ)單元和選擇晶體管。在包含多個(gè)存 儲(chǔ)單元的串(string)的兩端形成選擇晶體管。重復(fù)此結(jié)構(gòu)以形成NAND 快閃存儲(chǔ)器件。存儲(chǔ)單元通過在浮動(dòng)?xùn)艠O中捕獲電子來儲(chǔ)存電子。在浮動(dòng)?xùn)艠O和控制 柵極之間形成介電層，以使浮動(dòng)?xùn)艠O和控制柵極彼此電隔離?？扉W存儲(chǔ)單 元具有堆疊在半導(dǎo)體襯底上的隧道絕緣層、用于浮動(dòng)?xùn)艠O的第一導(dǎo)電層、 介電層和用于控制柵極的第二導(dǎo)電層的結(jié)構(gòu)浮動(dòng)?xùn)艠O控制柵極。選擇晶體管包括用于浮動(dòng)?xùn)艠O的第一導(dǎo)電層，然而在介電層中形成線 狀孔，因?yàn)樗仨毾褚话憔w管一樣運(yùn)行，以便在用于浮動(dòng)?xùn)艠O的第一導(dǎo) 電層和用于控制柵極的第二導(dǎo)電層之間形成電通路。在介電層中形成的孔 稱為"介電層接觸孔"。介電層接觸孔的尺寸優(yōu)選小于選擇線的寬度，其 中在選擇晶體管的柵極連接時(shí)形成所述選擇線。當(dāng)器件縮小并且半導(dǎo)體器件的集成度逐漸增加時(shí)，介電層接觸孔的尺 寸也必須縮小。如果介電層接觸孔的尺寸不變小，則由于可能蝕刻選擇晶 體管區(qū)域之外的區(qū)域，因此可能發(fā)生器件失效。因此，為了通過減少介電 層接觸孔的尺寸以形成精細(xì)圖案，必須利用具有高分辨率的曝光設(shè)備。然 而，由于這需要昂貴的設(shè)備，導(dǎo)致制造成本的增加。發(fā)明內(nèi)容因此，本發(fā)明涉及一種形成半導(dǎo)體器件的介電層接觸孔的方法，其中用以及形成用以限定介電層接觸孔的光刻膠圖案，然后通過退火過程對(duì)光刻膠圖案實(shí)施 光刻膠回流，以便不使用昂貴啄光設(shè)備而形成具有小尺寸的介電層接觸孔。一方面，本發(fā)明提供一種形成快閃存儲(chǔ)器件的方法，包括下列步驟在 半導(dǎo)體襯底上形成第一導(dǎo)電層圖案和隔離層；在隔離層和第一導(dǎo)電層上形成 介電層；在介電層上形成具有第一孔徑單元(aperture unit)的光刻膠圖案； 實(shí)施退火過程，以形成具有小于光刻膠圖案的第一孔徑單元的尺寸的第二孔 徑單元；沿著光刻膠圖案使介電層圖案化，從而形成介電層接觸孔；移除光 刻膠圖案；以及在介電層和第一導(dǎo)電層上形成第二導(dǎo)電層。另一方面，本發(fā)明提供一種快閃存儲(chǔ)器件，包括在半導(dǎo)體襯底的隔離 區(qū)中形成的隔離層；在半導(dǎo)體襯底上形成且橫跨隔離層的多個(gè)字線和選擇 線，所述多個(gè)字線和選擇線的每一個(gè)包括浮動(dòng)?xùn)艠O、介電層和控制柵極；以孔。在形成介電層接觸孔的區(qū)域中連接浮動(dòng)?xùn)艠O和控制柵極。另一方面， 一種形成半導(dǎo)體器件的方法包括在半導(dǎo)體襯底上形成第一 導(dǎo)電層；在第一導(dǎo)電層上形成介電層；在介電層上形成具有第一開口的掩模 圖案；對(duì)掩模圖案實(shí)施退火，以將第一開口轉(zhuǎn)變成為小于第一開口的第二開 口；利用具有第二開口的掩模圖案蝕刻介電層以形成暴露第一導(dǎo)電層的孔； 在介電層上和所述孔內(nèi)形成第二導(dǎo)電層，第二導(dǎo)電層通過所述孔接觸第一導(dǎo) 電層圖案。


圖1A 1F描述了依據(jù)本發(fā)明的快閃存儲(chǔ)器件的布置圖；2A 2F為沿著圖1A~1F的平面A-A，的剖面圖，描述了依據(jù)本發(fā)明制 造快閃存儲(chǔ)器件的方法；圖3為顯示才艮據(jù)光刻膠流動(dòng)工藝(resist flow process )而變化的線狀光 刻膠圖案的照片；以及第4圖為顯示根據(jù)光刻膠流動(dòng)工藝而變化的孔狀光刻膠圖案的照片。具體實(shí)施方案 將參照附圖來描述依據(jù)本發(fā)明的特定實(shí)施方案。圖1A 1F為描述依據(jù)本發(fā)明的快閃存儲(chǔ)器件的布置圖。圖2A 2F為沿著圖1A~1F的平面A-A'的剖面圖，描述了依據(jù)本發(fā)明制造快閃存儲(chǔ)器 件的方法。參照?qǐng)D1A和2A,在半導(dǎo)體襯底100的隔離區(qū)中形成溝槽狀隔離層106， 并在有源區(qū)中形成隧道絕緣層102和用于浮動(dòng)?xùn)艠O的第一導(dǎo)電層104。下面 詳細(xì)描述該元件的形成方法。在半導(dǎo)體襯底100上形成隧道絕緣層102和第一導(dǎo)電層104。在第一導(dǎo) 電層104上形成隔離掩模(未圖示)。沿著隔離掩模圖案化第一導(dǎo)電層104 和隧道絕緣層102，并移除部分半導(dǎo)體村底100以形成溝槽。形成絕緣層(也 就是，隔離層106)以完全填充溝槽。實(shí)施化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)過程， 以暴露第一導(dǎo)電層104,從而移除部分隔離層106和隔離掩模。為了增加浮 動(dòng)?xùn)艠O的面積，在第一導(dǎo)電層104上可進(jìn)一步形成用于浮動(dòng)?xùn)艠O的導(dǎo)電層， 其中該導(dǎo)電層的邊緣與隔離層106重疊。參照?qǐng)D1B和2B,在半導(dǎo)體襯底IOO上形成介電層108，以覆蓋第一導(dǎo) 電層104和隔離層106。介電層108隔離存儲(chǔ)單元中的浮動(dòng)?xùn)艠O和控制柵極， 以便可保持在浮動(dòng)?xùn)艠O中儲(chǔ)存的電荷。同時(shí)，在NAND快閃存儲(chǔ)器件的串結(jié)構(gòu)中，在該串結(jié)構(gòu)的兩端形成的 選擇晶體管必須執(zhí)行一般晶體管的功能而不是數(shù)據(jù)儲(chǔ)存單元的功能。因此， 必須打開用于選擇晶體管的部分介電層，以便可以在用于浮動(dòng)?xùn)艠O和控制 柵極的導(dǎo)電層間產(chǎn)生電通路。為此，下面描述在部分介電層108中形成介 電層接觸孔的方法。參照?qǐng)D1C和2C,在介電層108中形成光刻膠圖案110，該光刻膠圖 案110具有介電層接觸孔從中穿過的孔徑單元110a。通過利用曝光設(shè)備實(shí) 施曝光和顯影過程，在光刻膠中形成孔徑單元110a。該孔徑單元110a位于 第一導(dǎo)電層(104)圖案的區(qū)域內(nèi)。然而，由于半導(dǎo)體器件的集成度增加和 器件的線寬減少，難于利用現(xiàn)有曝光設(shè)備形成具有窄開口的孔徑單元?，F(xiàn) 有設(shè)備與集成度相比較具有低分辨率傾向。因此，在啄光和顯影過程時(shí)， 可能發(fā)生有關(guān)孔徑單元的重疊裕度(overlay margin )的不足。因此，可能 產(chǎn)生器件失效。當(dāng)器件的集成度增加時(shí)，可利用具有比現(xiàn)有設(shè)備分辨率更高的啄光設(shè) 備。這需要昂貴設(shè)備，從而導(dǎo)致包括設(shè)備成本的制造成本增加。在本實(shí)施方案中，通過利用現(xiàn)有曝光設(shè)備形成孔徑單元110a,其中通 過后續(xù)過程減少孔徑單元的尺寸，使得可在期望區(qū)域內(nèi)形成具有所需尺寸 的孔徑單元。參照?qǐng)DID和2D,通過實(shí)施光刻膠流動(dòng)工藝減少在光刻膠圖案110中 形成的孔徑單元110a的尺寸。該光刻膠流動(dòng)工藝是指光刻膠圖案的退火。 當(dāng)實(shí)施退火時(shí)，由于部分光刻膠通過減少光刻膠圖案110a的粘性而流入孔 徑單元110a,從而減少孔徑單元110a的尺寸。光刻膠流動(dòng)工藝可在135~ 150"C溫度以及常規(guī)環(huán)境下實(shí)施60 ~ 90秒。如果實(shí)施光刻膠流動(dòng)工藝，則孔徑單元110a的形狀變?yōu)閳A形(或略圓 的形狀)并減少孔徑單元110a的尺寸。因此，可在第一導(dǎo)電層(104)圖 案區(qū)域內(nèi)獲得對(duì)準(zhǔn)裕度。為了方便描述，本發(fā)明的附圖對(duì)于每個(gè)晶體管只顯示一個(gè)孔徑單元。 但是，所述圖案可形成具有多個(gè)不同尺寸的孔徑單元。參照?qǐng)D1E和2E,為了在介電層108中形成介電層接觸孔108a,沿著 光刻膠圖案(參照?qǐng)D2D中的110)實(shí)施蝕刻過程。實(shí)施該蝕刻過程，直到 暴露部分第一導(dǎo)電層104,以便后續(xù)控制柵極和第一導(dǎo)電層104接觸。接著， 移除光刻膠圖案(參照?qǐng)D2D中的110)。利用光刻膠圖案形成介電層接觸 孔108a，以便可在第一導(dǎo)電層(104)區(qū)域內(nèi)獲得足夠?qū)?zhǔn)裕度。具體地，已顯示以平行于字線方向的線形式形成介電層接觸孔108a。 然而，為了實(shí)施光刻膠流動(dòng)工藝，可在后續(xù)將要形成的晶體管區(qū)域中以孔 的形式形成介電層接觸孔108a。下面為基于本發(fā)明者所進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)。雖然實(shí)施了光刻膠流動(dòng)工藝，但 如圖3所示的沿著字線方向形成的線型孔徑單元很少使它們的寬度改變， 或使它們的寬度部分加寬。如圖4所示，在以孔的形式形成孔徑單元的情 況中，可看出在實(shí)施光刻膠流動(dòng)工藝后，孔徑單元的尺寸顯著地減小。也 可看出雖然在實(shí)施光刻膠流動(dòng)工藝前，孔徑單元的孔形成為橢圓形或方形， 但在實(shí)施光刻膠流動(dòng)工藝后，孔徑單元的形狀變?yōu)閳A形。因此，介電層接 觸孔108a在晶體管中形成為孔形并可在第 一導(dǎo)電層104的區(qū)域內(nèi)形成有足 夠的對(duì)準(zhǔn)裕度.參照?qǐng)D1F和2F，在介電層108和部分暴露的笫一導(dǎo)電層(104)圖案上形成用于控制柵極的第二導(dǎo)電層112。在接觸孔(或開口 ) 108a內(nèi)形成 第二導(dǎo)電層112,以接觸第一導(dǎo)電層(104)圖案。圖案化第二導(dǎo)電層112、 介電層108和第一導(dǎo)電層104,以形成選擇線SL和字線WLO WLn。部 分選擇線SL變成源極選擇線，并且其余選擇線變成漏極選擇線。在選擇線 SL中，各介電層接觸孔108a形成在第一導(dǎo)電層104和第二導(dǎo)電層112之 間，但是不形成在形成隔離層的區(qū)域中。因此，在選擇線SL中，通過介電 層接觸孔108a連接第一導(dǎo)電層104和第二導(dǎo)電層112，從而形成選擇晶體 管。如上所述，依據(jù)本發(fā)明，在光刻膠層上形成孔徑單元，然后實(shí)施退火 過程以減少孔徑單元的尺寸。這使得不利用具有更高分辨能力的新膝光設(shè) 備而形成較小孔或開口成為可能。具有小尺寸的光刻膠圖案為介電層接觸 孔提供增加的蝕刻裕度，并且可更容易地實(shí)施用于形成介電層接觸孔的蝕 刻過程。雖然已參考特定實(shí)施方案進(jìn)行了前述說明，但是在不背離所附權(quán)利要 求中所限定的本發(fā)明的范圍和精神的情況下，可進(jìn)行各種變化和修改，這 對(duì)本領(lǐng)域的技術(shù)人員而言是可以理解的。
權(quán)利要求
1. 一種形成半導(dǎo)體器件的方法，所述方法包括在半導(dǎo)體襯底上形成第一導(dǎo)電層圖案和隔離層；在所述隔離層和所述第一導(dǎo)電層上形成介電層；在所述介電層上形成具有第一孔徑單元的掩模圖案；實(shí)施退火過程，以將所述第一孔徑單元轉(zhuǎn)變?yōu)榈诙讖絾卧龅诙讖絾卧哂行∮谒龅谝豢讖絾卧拈_口；利用具有所述第二孔徑單元的掩模圖案來使所述介電層圖案化，以形成暴露所述第一導(dǎo)電層圖案的孔；和在所述介電層上和所述孔內(nèi)形成第二導(dǎo)電層，所述第二導(dǎo)電層通過所述孔接觸所述第一導(dǎo)電層圖案。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，還包括在形成所述隔離層之前，在所述半導(dǎo)體村底上形成隧道絕緣層、第一導(dǎo)電 層和隔離掩模圖案；利用所述隔離掩模圖案實(shí)施蝕刻過程，以形成第一導(dǎo)電層圖案、隧道絕緣 層圖案和溝槽；形成隔離絕緣層以填充所述溝槽；和實(shí)施化學(xué);l^拋光過程以暴露部分所述第一導(dǎo)電層。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述退火在135 ~ 150"C的溫度下實(shí)施 60 ~卯秒。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中 所述第一孔徑單元具有圓形、橢圓形或方形形狀，和 在所述退火過程后，所述第二孔徑單元^具有圓形形狀。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法,其中所述第一孔徑單元的數(shù)目為至少一個(gè)。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，還包括在形成所述第二導(dǎo)電層之前，去除所述掩模圖案。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其中所述掩模圖案由光刻膠制成。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述器件是快閃存儲(chǔ)器件。
9. 一種形成半導(dǎo)體器件的方法，所述方法包括 在半導(dǎo)體襯底上形成第 一導(dǎo)電層；在所述第一導(dǎo)電層上形成介電層； 在所述介電層上形成具有第一開口的掩模圖案；對(duì)所述4^模圖案實(shí)施退火，以將所述第一開口轉(zhuǎn)變?yōu)樾∮谒龅谝婚_口的 第二開口；利用具有所述第二開口的^^模圖案蝕刻所述介電層，以形成暴露所述第一 導(dǎo)電層的孔；和在所述介電層上和所述孔內(nèi)形成第二導(dǎo)電層，所述第二導(dǎo)電層通過所述孔 接觸所述第一導(dǎo)電層圖案。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中所述掩模圖案由光刻膠制成。
11. 一種快閃存儲(chǔ)器件，包括隔離層，所述隔離層形成在半導(dǎo)體襯底的隔離區(qū)中；多個(gè)字線和選擇線，所述多個(gè)字線和選擇線形成在所述半導(dǎo)體襯底上并橫 跨所述隔離層，所述多個(gè)字線和選擇線的每一個(gè)均包括浮動(dòng)?xùn)艠O、介電層和控 制^H極；和介電層接觸孔，所述介電層接觸孔分別形成在所述選擇線的控制柵極和浮 動(dòng)?xùn)艠O之間的介電層中，極。
全文摘要
一種形成半導(dǎo)體器件的方法，包括在半導(dǎo)體襯底上形成第一導(dǎo)電層；在第一導(dǎo)電層上形成介電層；在介電層上形成具有第一開口的掩模圖案；對(duì)該掩模圖案實(shí)施退火，以將第一開口轉(zhuǎn)變成為小于第一開口的第二開口；利用具有第二開口的掩模圖案蝕刻介電層，以形成暴露第一導(dǎo)電層的孔；在介電層上和所述孔內(nèi)形成第二導(dǎo)電層，第二導(dǎo)電層通過所述孔接觸第一導(dǎo)電層。
文檔編號(hào)H01L21/768GK101241877SQ200710145290
公開日2008年8月13日 申請(qǐng)日期2007年8月21日 優(yōu)先權(quán)日2007年2月9日
發(fā)明者辛容撤 申請(qǐng)人:海力士半導(dǎo)體有限公司