一种接触孔及DRAM的制造方法与流程

一种接触孔及dram的制造方法
技术领域
1.本发明涉及半导体技术领域，尤其涉及一种接触孔及dram的制造方法。


背景技术：

2.存储器是数字系统中用以存储大量信息的设备或部件，是计算机和数字设备中的重要组成部分。存储器可分为随机存取存储器(ram)和只读存储器(rom)两大类。ram包括dram、pram、mram等，电容器是制造这些ram的关键部件之一。电容器接触件用于将电容器与其他导体电连接。
3.在制造半导体时，接触件广泛地用于连接导体与导体间的连接结构其中，利用接触孔来形成该接触件或电容器电极。随着存储器产品的集成高度增加，存储器产品的尺寸也一同减小，但是现有的存储器产品要求的尺寸已缩小至光刻工艺的极限(临界尺寸)之外。因此，存储器产品要求的接触件直径，以及接触件之间的间距规格也受到了制约，即接触孔之间的间距规格也受到了制约，这种尺寸限制问题会导致配线间接触电阻和配线间漏电的规格不符合存储器产品要求，从而导致不良存储器。


技术实现要素：

4.鉴于上述的分析，本发明实施例旨在提供一种接触孔及dram的制造方法，用以解决现有光刻工艺的临界尺寸导致接触孔的相关尺寸被限制的问题。
5.一方面，本发明实施例提供了一种接触孔的制造方法，包括：提供半导体衬底；在所述半导体衬底上形成器件层；在所述器件层上由下至上顺序形成底部硬掩模层、第二掩模层和第一掩模层；将所述第二掩模层形成为第一图案和第二图案组成的组合图案；将所述第二掩模层图案转移为侧墙图案，并去除第二掩模层图案；将所述侧墙图案转移到所述底部硬掩模层上以形成底部硬掩模层图案；以及以所述底部硬掩模层图案为掩模刻蚀所述器件层以形成接触孔图案。
6.上述技术方案的有益效果如下：本实施例提供的接触孔的制造方法，通过两次光刻图案化工艺和后续的侧墙转移技术来形成底部硬掩模层图案，将三次光刻工艺减少为两次光刻工艺。另外，能够利用该硬掩模形成半间距的接触孔，以用于形成能够确保电容器电极之间要求的间距的电极。
7.基于上述方法的进一步改进，将所述第二掩模层形成为第一图案和第二图案组成的组合图案进一步包括：利用第三掩模对所述第一掩模层进行第一图案化工艺，以形成第一掩模层图案，其中，所述第三掩模具有第一图案；在所述第一掩模层图案上方沉积第四掩模层；利用第五掩模对所述第四掩模层进行第二图案化工艺，以形成第四掩模层图案，其中，所述第四掩模具有所述第二图案；以及利用所述第一掩模层图案和所述第四掩模层图案对所述第二掩模层进行所述第一图案化工艺和所述第二图案化工艺，以将所述第二掩模层形成为具有所述组合图案的第二掩模层图案。
8.基于上述方法的进一步改进，将所述第二掩模层图案转移为侧墙图案，并去除第
二掩模层图案进一步包括：在所述第二掩模层图案上沉积侧墙材料层；以及对所述侧墙材料层进行各向异性蚀刻，并去除所述第二掩模层图案，其中，所述侧墙为所述第一图案、所述第二图案和第三图案的蜂窝状侧墙。
9.基于上述方法的进一步改进，将所述侧墙图案转移到所述底部硬掩模层上以形成底部硬掩模层图案进一步包括：以所述侧墙为掩模蚀刻所述底部硬掩模层，以形成所述蜂窝状底部硬掩模层图案，其中，所述第一图案、所述第二图案和所述第三图案彼此不重叠。
10.基于上述方法的进一步改进，所述第一掩模层、所述第二掩模层均包括碳掩模层和所述碳掩模层上方的氮氧化硅掩模层；以及所述第三掩模和所述第五掩模均包括碳掩模和所述碳掩模上方的氮氧化硅掩模。
11.基于上述方法的进一步改进，在对所述第一掩模层进行第一图案化工艺之后，对所述第二掩模层进行所述第一图案化工艺和第二图案化工艺之后，利用氧、氮、氢等离子蚀刻去除所述碳掩模层。
12.基于上述方法的进一步改进，所述碳掩模层的材料为有机材料，其中，所述有机材料包含非晶碳alc层或者旋涂有机硬掩模soh。
13.基于上述方法的进一步改进，所述侧墙材料层的材料为硅、氧化硅、氮化硅、碳、氮化钛、或氮化钨。
14.基于上述方法的进一步改进，所述第一图案、所述第二图案和所述第三图案均为位于正六边形的角部和中心处的多个圆柱形图案，所述第一图案、所述第二图案和所述第三图案相间排列并构成蜂窝状图案。
15.另一方面，本发明实施例提供了一种dram的制造方法，包括以上所述步骤。
16.基于上述方法的进一步改进，所述器件层包括多个叠层，其中，每个叠层包括模氧化层和所述模氧化层上方的支撑层。
17.基于上述方法的进一步改进，dram的制造方法还包括：以所述蜂窝状底部硬掩模层图案为掩模对所述器件层210进行蚀刻，以形成多个蜂窝状的接触孔；在所述接触孔中形成电极材料层；通过干蚀刻工艺去除接触孔之外电极材料层以形成多个蜂窝状下电极；去除所述器件层的剩余材料而保留所述下电极，其中，所述接触孔为电容孔。
18.与现有技术相比，本发明至少可实现如下有益效果之一：
19.1、通过两次光刻图案化工艺和后续的侧墙转移技术来形成蜂窝状底部硬掩模层图案，将三次光刻工艺减少为两次光刻工艺；
20.2、利用蜂窝状底部硬掩模层图案形成半间距的接触孔，以能够形成确保单元电容器电极之间要求的间距的电极；
21.3、侧墙(spacer)转移技术尺寸与淀积薄膜厚度相关，使得侧墙转移技术尺寸不受光刻条件限制，从而可以显著增加工艺窗口，相应地能够改善光刻工艺的聚焦深度与工艺裕度；以及
22.4、最终形成的电极可以改善单元电容器电极间的桥接缺陷。
23.本发明中，上述各技术方案之间还可以相互组合，以实现更多的优选组合方案。本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分优点可从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过说明书以及附图中所特别指出的内容中来实现和获得。
附图说明
24.附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本发明的限制，在整个附图中，相同的参考符号表示相同的部件。
25.图1为根据本发明的实施例的接触孔的制造方法的流程图；
26.图2为根据本发明的实施例的接触孔的制造方法的中间阶段的顶视图和相应的截面示意图；
27.图3为根据本发明的实施例的接触孔的制造方法的中间阶段的顶视图和相应的截面示意图；
28.图4为根据本发明的实施例的接触孔的制造方法的中间阶段的顶视图和相应的截面示意图；
29.图5为根据本发明的实施例的接触孔的制造方法的中间阶段的顶视图和相应的截面示意图；以及
30.图6为根据本发明的实施例的接触孔的制造方法的中间阶段的顶视图和相应的截面示意图。
31.附图标记：
32.210-器件层；212-底部硬掩模层；214-第二掩模层；216-第一掩模层；218-第三掩模；224-第四掩模层；226-第五掩模；228-侧墙材料层；230-侧墙；232-侧墙；234，236-底部硬掩模层图案
具体实施方式
33.以下，将参照附图来描述本公开的实施例。但是应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本公开的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本公开的概念。在附图中示出了根据本公开实施例的各种结构示意图。这些图并非是按比例绘制的，其中为了清楚表达的目的，放大了某些细节，并且可能省略了某些细节。图中所示出的各种区域、层的形状以及它们之间的相对大小、位置关系仅是示例性的，实际中可能由于制造公差或技术限制而有所偏差，并且本领域技术人员根据实际所需可以另外设计具有不同形状、大小、相对位置的区域/层。
34.在本公开的上下文中，当将一层/元件称作位于另一层/元件“上”时，该层/元件可以直接位于该另一层/元件上，或者它们之间可以存在居中层/元件。另外，如果在一种朝向中一层/元件位于另一层/元件“上”，那么当调转朝向时，该层/元件可以位于该另一层/元件“下”。
35.本发明的一个具体实施例，公开了一种接触孔的制造方法。下文中将参考图1至图6对接触孔的制造方法进行详细描述。
36.参考图1和图2，接触孔的制造方法包括步骤s102，提供半导体衬，该半导体衬底仅在图2中示出，为了简化视图，在图3至图6中未示出半导体衬底。
37.参考图1和图2，在提供半导体衬底之后，进入步骤s104，在半导体衬底上形成器件层(又称为待刻蚀层)210。器件层可以包括多个叠层，其中，每个叠层可以包括模氧化层和模氧化层上方的支撑层。支撑层用于支持电极，支撑层的材料为sin。
38.参考图1和图2，在形成器件层之后，进入步骤s106，在器件层上由下至上顺序形成
底部硬掩模层212、第二掩模层214和第一掩模层216。底部硬掩模层212的材料可以为硅。第一掩模层216、第二掩模层214均可以包括碳掩模层和碳掩模层上方的氮氧化硅掩模层，碳掩模层的厚度大于氮氧化硅掩模层的厚度。在一个实施例中，碳掩模层的材料为有机材料，其中，有机材料包含非晶碳层(alc，amorphous carbon layer)或者旋涂有机硬掩模(soh，spin-on organic hard mask)。
39.参考图1和图2，在器件层上由下至上顺序形成底部硬掩模层212、第二掩模层214和第一掩模层216之后，进入步骤s108，将第二掩模层214形成为第一图案和第二图案组成的组合图案。下文中，参考图2和图3，将对第二掩模层214形成为第一图案和第二图案组成的组合图案进行详细描述。
40.首先，参考图2，利用第三掩模218对第一掩模层216进行第一图案化工艺，以形成第一掩模层图案，其中，第三掩模具有第一图案p1。在形成第一掩模层图案之后，去除具有第一图案p1的第三掩模，第一图案p1为位于正六边形的角部和中心处的多个圆柱形图案。具体地，第三掩模218包括碳掩模和碳掩模上方的氮氧化硅掩模。具体地，采用氧、氮、氢等离子蚀刻去除第三掩模218中的碳掩模，具体地，与氧化物相比较，采用氧、氮、氢等离子体对第三掩模218中的碳掩模进行选择性蚀刻接下来。接下来，参考图3，在形成第一掩模层图案之后，在第一掩模层图案上方沉积第四掩模层224。接下来，参考图3，利用第五掩模226对第四掩模层224进行第二图案化工艺，以形成第四掩模层图案，其中，第四掩模具有第二图案p2。具体地，第五掩模226包括碳掩模和碳掩模上方的氮氧化硅掩模。接下来，再次参考图3，利用第一掩模层图案和第四掩模层图案对第二掩模层214进行第一图案化工艺和第二图案化工艺，以将第二掩模层214形成为具有组合图案(参考图4的俯视图)的第二掩模层图案，其中，该组合图案为第一图案p1和第二图案p2的组合图案，第二图案p2也为位于正六边形的角部和中心处的多个圆柱形图案；第二图案p2与第一图案p1的正六边形尺寸相同。具体地，第二图案p2的圆柱体位于第一图案p1的三个相邻圆柱体所组成的等边三角形的中心处。最后去除第一掩模层图案并去除具有第二图案p2的第四掩模层图案。采用氧、氮、氢等离子蚀刻去除第四掩模中的碳掩模，具体地，与氧化物相比较，采用氧、氮、氢等离子体对第二掩模中的碳掩模层进行选择性蚀刻。
41.参考图1、图4和图5，在将第二掩模层214形成为具有组合图案之后，进入步骤s110，将第二掩模层图案转移为侧墙图案，并去除第二掩模层图案。具体地，将第二掩模层图案转移为侧墙图案，并去除第二掩模层图案为图案转移工艺。具体地，将第二掩模层图案转移为侧墙图案，并去除第二掩模层图案可以进一步包括：在第二掩模层图案上沉积侧墙(spacer)材料层228。具体地，利用化学气相沉积工艺或原子层沉积工艺沉积该侧墙材料层228，具体地，侧墙材料层228的材料为硅、氧化硅、氮化硅、碳、氮化钛、或氮化钨。这里，侧墙材料层228的沉积量需要大于光刻后两个圆柱体图形之间间距的一半，以确保淀积后两个圆柱能扩充相交。沉积量大于d/2，其中，d为两个圆柱体图形之间间距，例如，当两个圆柱体图形之间间距为60nm，则侧墙材料层228的沉积量大于30nm。
42.接下来，参考图5，该转移工艺还可以包括对侧墙材料层228进行各向异性蚀刻，并去除第二掩模层图案，其中，侧墙为第一图案、第二图案和第三图案的蜂窝状侧墙。具体地，对侧墙材料层228进行各向异性蚀刻，以形成侧墙230和侧墙232，其中，侧墙230和侧墙232为第一图案p1、第二图案p2和第三图案p3的蜂窝状侧墙(参考图5的俯视图)。其中，在该蚀
刻工艺期间，第二掩模层图案以及其上方的侧墙材料被蚀刻掉，而剩余的侧墙材料形成为侧墙230和侧墙232。在本实施例中，采用氧、氮、氢等离子蚀刻去除第二掩模层图案中的碳掩模层，具体地，与氧化物相比较，采用氧、氮、氢等离子体对第一掩模层图案中的碳掩模层进行选择性蚀刻。另外，由于先前的沉积工艺中控制侧墙材料层228的沉积量，所以淀积后扩充相交的两个圆柱形侧墙未被去除，这样通过蚀刻工艺才能形成具有第一图案p1、第二图案p2和第三图案p3的侧墙。第三图案p3也为位于正六边形的角部和中心处的多个圆柱形图案，其正六边形尺寸与第一图案p1和第二图案p2的正六边形尺寸相同。具体地，第三图案p3的柱体位于第一图案p1和第二图案p2的多个圆柱形图案所组成的六边形的中心处。
43.通过将第三光刻工艺改进为侧墙转移技术，而侧墙转移技术尺寸与淀积薄膜厚度相关，不受光刻条件限制，因此可以显著增加工艺窗口，即，改善了光刻工艺的dof(聚焦深度)与工艺裕度。
44.参考图1、图5和图6，在形成侧墙230和侧墙232之后，进入步骤s112，将侧墙图案转移到底部硬掩模层212上以形成底部硬掩模层图案。将侧墙图案转移到底部硬掩模层上以形成底部硬掩模层图案进一步包括：以侧墙为掩模蚀刻底部硬掩模层，以形成蜂窝状底部硬掩模层图案234和236，其中，第一图案p1、第二图案p2和第三图案p3彼此不重叠，使得任两个相邻底部硬掩模层图案之间的间距小于最小光刻尺寸。在本实施例中，利用具有第一图案p1、第二图案p2和第三图案p3的侧墙对底部硬掩模层212进行蚀刻(反向自对准双图案化)，即，将侧墙的第一图案p1、第二图案p2和第三图案p3转移至底部硬掩模层212，以形成具有第一图案p1、第二图案p2和第三图案p3的蜂窝状底部硬掩模层图案。底部硬掩模层的材料为硅、氧化硅、氮化硅、碳、氮化钛、或氮化钨。这里，第一图案p1、第二图案p2和第三图案p3均为位于正六边形的角部和中心处的多个圆柱形图案，第一图案p1、第二图案p2和第三图案p3相间排列并构成蜂窝状图案。
45.参考图1和图6，在形成底部硬掩模层图案之后，进入步骤s114，以底部硬掩模层图案为掩模刻蚀器件层以形成接触孔图案。具体地，以蜂窝状底部硬掩模层图案为掩模对器件层210进行蚀刻，以形成多个蜂窝状的接触孔，其中，接触孔可以为电容孔。器件层包括多个叠层，其中，每个叠层可以包括模氧化层和模氧化层上方的支撑层。该接触孔可以为电容孔。
46.本发明的另一个具体实施例，公开了一种dram的制造方法。dram由多个存储单元形成，每个存储单元都包括一个电容器和一个晶体管。因此，dram的制造方法包括上文中所描述的接触孔的制造方法的各个步骤。但是为了避免赘述，这里省略了对其形成步骤的详细描述。
47.在接触孔中形成电极材料层；通过干蚀刻工艺去除接触孔之外电极材料层以形成多个蜂窝状下电极；去除器件层的剩余材料而保留下电极，其中，多个蜂窝状下电极中的任两个相邻下电极之间的间距小于最小光刻尺寸。具体地，器件层包括多个叠层，其中，每个叠层可以包括模氧化层和模氧化层上方的支撑层。
48.后续可形成介质层和上电极。这里制造的上电极、介质层和下电极构成电容器。其中，上电极的形成方法可以与下电极的形成方法相同。另外，这里的接触孔的制造方法可以用于形成接触件。
49.与现有技术相比，本发明至少可实现如下有益效果之一：
50.1、通过两次光刻图案化工艺和后续的侧墙转移技术来形成蜂窝状硬掩模，将三次光刻工艺减少为两次光刻工艺；
51.2、利用蜂窝状硬形成半间距的接触孔，以能够形成确保单元电容器电极之间要求的间距的电极；
52.3、侧墙(spacer)转移技术尺寸与淀积薄膜厚度相关，使得侧墙转移技术尺寸不受光刻条件限制，从而可以显著增加工艺窗口，相应地能够改善光刻工艺的聚焦深度与工艺裕度；以及
53.4、最终形成的电极可以改善单元电容器电极间的桥接缺陷。
54.在以上的描述中，对于各层的构图、刻蚀等技术细节并没有做出详细的说明。但是本领域技术人员应当理解，可以通过各种技术手段，来形成所需形状的层、区域等。另外，为了形成同一结构，本领域技术人员还可以设计出与以上描述的方法并不完全相同的方法。另外，尽管在以上分别描述了各实施例，但是这并不意味着各个实施例中的措施不能有利地结合使用。
55.以上对本公开的实施例进行了描述。但是，这些实施例仅仅是为了说明的目的，而并非为了限制本公开的范围。本公开的范围由所附权利要求及其等价物限定。不脱离本公开的范围，本领域技术人员可以做出多种替代和修改，这些替代和修改都应落在本公开的范围之内。