一种半导体的图形制备方法及制造存储器的方法与流程

1.本公开内容涉及半导体领域，尤其涉及一种半导体的图形制备方法及制造存储器的方法。


背景技术：

2.为了在晶圆上形成半导体器件的结构，需要使用光刻工艺来形成各层的图形。典型的光刻工艺是设置光刻胶和在光刻胶上形成图形再刻蚀。然而，随着半导体器件尺寸的缩小，利用光刻工艺生成间隔较小的图形时，由于光刻分辨率限制，无法得到小于极限分辨率的图形。利用光刻工艺制备小间距图形越来越困难。
3.当前，主要采用多次光刻技术来解决小间距图形制备困难的问题。具体如图1所示，通过第一次光刻先生成一部分宽间距图形，再通过第二次光刻在间隔处生成另一部分图形
……
，这样通过多次光刻来制备小间距图形。
4.然而，光刻工艺为半导体工艺中成本较高且耗时的工艺，多次执行光刻工艺会导致生产成本和工艺时间的增加，产生较大的成本和工时消耗。


技术实现要素：

5.本公开内容的目的至少部分在于，解决现有技术中的小间隔图形制备因多次光刻导致的生产成本和工艺时间增加的技术问题。
6.本公开内容的实施例提供了如下技术方案：
7.第一方面，提供一种半导体的图形制备方法，包括：
8.在待制备图形的目标层上形成牺牲层，并采用光刻工艺在所述牺牲层形成蜂巢状排布的间隔图形；
9.形成均匀覆盖所述间隔图形表面的侧墙材料层；
10.刻蚀所述侧墙材料层形成侧墙；
11.去除所述牺牲层，并以所述侧墙材料层为掩模刻蚀所述目标层，形成间隔小于所述间隔图形的孔。
12.可选的，所述间隔图形为间隔圆柱；所述间隔圆柱分布于正六边形的六个定点以及中心处。
13.可选的，所述侧墙材料层的厚度大于等于所述间隔圆柱之间间距的二分之一，以形成蜂巢状排布的侧面相连的圆柱，所述侧面相连的圆柱之间形成有凹陷孔。
14.可选的，所述刻蚀所述侧墙材料层形成侧墙，包括：各向异性刻蚀所述侧墙材料层至显露出所述间隔圆柱的顶面和所述目标层位于所述凹陷孔下方的表面，形成侧墙。
15.可选的，所述以所述侧墙材料层为掩模刻蚀所述目标层，形成间隔小于所述间隔图形的孔，包括：以所述侧墙材料层为掩模刻蚀所述目标层，在所述凹陷孔下方和所述间隔圆柱去除前的位置下方形成间隔小于所述间隔图形的孔。
16.可选的，所述方法用于制备动态随机存取存储器的电容孔状图形，或者所述方法
用于制备垂直型mosfet的沟道孔状图形。
17.可选的，所述各向异性刻蚀是采用干法刻蚀技术。
18.可选的，所述牺牲层的材料为多晶硅、氮化硅、无定型碳层或soh旋涂硬掩模。
19.可选的，所述侧墙材料层的材料为二氧化硅、多晶硅或氮化硅。
20.可选的，在所述以所述侧墙材料层为掩模刻蚀所述目标层，形成间隔小于所述间隔图形的孔之后，还包括：去除所述侧墙材料层。
21.第二方面，提供一种制造动态随机存取存储器的方法，包括：
22.提供半导体衬底；
23.在所述半导体衬底上形成目标层；
24.根据第一方面任一所述的方法在所述目标层制备所述孔；
25.在所述孔内形成下电极、介质层和上电极。
26.本技术实施例中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：
27.本技术实施例提供的半导体的图形制备方法及制造存储器的方法，先用光刻工艺制备呈间隔图形的牺牲层，并均匀的在间隔图形表面覆盖侧墙材料层。然后，再采用向下的定向刻蚀技术刻蚀侧墙材料层至显露出间隔图形的顶面和侧墙材料层的凹陷区域下方的目标层表面，这样通过定向刻蚀保留了覆盖在间隔图形侧壁的侧墙材料层，在侧墙材料层凹陷区域形成了小间隔空隙。再去除牺牲层的间隔图形，在原间隔图形处形成小间隔空隙，再以剩余的侧墙材料层为掩模来刻蚀目标层，就可以形成间隔等于间隔图形侧壁的侧墙材料层厚度的孔，可以使孔的间隔小于光刻最小分辨率，且只需要在形成间隔图形时进行光刻，后续通过沉积和刻蚀来替代光刻，有效减少了光刻次数，节约了成本和时间。
附图说明
28.为了更清楚地说明本公开内容实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本公开内容的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
29.图1为现有小间距图形制备方法的示意图；
30.图2为依据本公开一个或多个实施方式的半导体的图形制备方法的流程图；
31.图3为依据本公开一个或多个实施方式的半导体的图形制备方法的工艺示意图；
32.图4为依据本公开一个或多个实施方式的蜂窝状孔状图形的制备工艺图一；
33.图5为依据本公开一个或多个实施方式的蜂窝状孔状图形的制备工艺图二；
34.图6为依据本公开一个或多个实施方式的蜂窝状孔状图形的制备工艺图三；
35.图7为依据本公开一个或多个实施方式的蜂窝状孔状图形的制备工艺图四；
36.图8为依据本公开一个或多个实施方式的蜂窝状孔状图形的制备工艺图五；
37.图9为依据本公开一个或多个实施方式的蜂窝状孔状图形的制备工艺图六；
38.图10为依据本公开一个或多个实施方式的制造动态随机存取存储器的方法的流程图。
具体实施方式
39.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。
40.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。
41.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”。在本公开的上下文中，相似或者相同的部件可能会用相同或者相似的标号来表示。
42.为了更好的理解上述技术方案，下面将结合具体的实施方式对上述技术方案进行详细说明，应当理解本公开内容实施例以及实施例中的具体特征是对本技术技术方案的详细的说明，而不是对本技术技术方案的限定，在不冲突的情况下，本技术实施例以及实施例中的技术特征可以相互组合。
43.根据本公开的一个方面，提供了一种半导体的图形制备方法，如图2所示，包括：
44.步骤s201，在待制备图形的目标层上形成牺牲层，并采用光刻工艺在所述牺牲层上形成蜂巢状排布的间隔图形；
45.步骤s202，形成均匀覆盖所述间隔图形表面的侧墙材料层；
46.步骤s203，刻蚀所述侧墙材料层形成侧墙；
47.步骤s204，去除所述牺牲层，并以所述侧墙材料层为掩模刻蚀所述目标层，形成间隔小于所述间隔图形的孔。
48.需要说明的是，该半导体的图形制备方法可以用于制备动态随机存取存储器(dram)的电容孔状图形(capacitor hole patterning)，或者所述方法用于制备垂直型与非门(vertical nand)的沟道孔状图形(channel hole pattern)，当然，也可以用于其他需要制备小间隔图形的器件。
49.下面，结合图3-9详细介绍本技术提供的半导体的图形制备方法的实施步骤，其中，图4-9中的上部为俯视图，下部为沿该俯视图的虚线方向切割后的剖面图：
50.首先，在待制备图形的目标层1上形成牺牲层2，在具体实施过程中，该目标层1可以如图3所示为多层材料构成，也可以如图4所示为单层材料层，在此不作限制。牺牲层2的材料可以为多晶硅、氮化硅、无定型碳层acl或或旋涂硬掩模soh等，牺牲层的厚度不作限制。
51.然后，采用光刻工艺在牺牲层2上形成间隔图形。在具体实施过程中，间隔图形的设置与目标层1需要形成的图像对应，采用常规光刻工艺进行制备即可。
52.例如，如图3中(a)所示，需要在目标层1刻蚀间隔孔状图形时，牺牲层2上的间隔图形为间隔墙，较优的，该间隔墙的间隙为该光刻工艺能够达到的最小间隔尺寸。
53.再例如，如图4所示，制备dram的电容孔状图形，或者vertical mosfet的沟道孔状
图形时，需要在目标层1刻蚀密集的蜂窝状孔洞，故牺牲层2上的间隔图形为蜂巢状排布的间隔圆柱，较优的，该间隔圆柱的间隙为该光刻工艺能够达到的最小间隔尺寸，以满足需制备图形的密度要求。
54.接下来，形成均匀覆盖间隔图形表面的侧墙材料层3，具体来讲，可以采用溅射沉积、气相沉积等沉积工艺在间隔图形表面制备侧墙材料层3，由于间隔图形的凹凸使得制备的侧墙材料层3如图3中(b)和图5所示呈凹凸状。其中，侧墙材料层3的材料可以为二氧化硅、多晶硅或氮化硅等，具体沉积侧墙材料层3的厚度根据需要制备的图形尺寸确定。
55.例如，如图3中(b)所示，需要在目标层1制备的图形为间隔孔状图形时，则侧墙材料层3的厚度即为需要制备的间隔孔的间隙宽度。
56.再例如，如图5所示，需要在目标层1刻蚀密集的蜂窝状孔洞，则设置牺牲层2的间隔图形分布为：中心处有圆柱，围绕中心处圆柱的六个圆柱分布呈正六边形。并且淀积侧墙材料层3的厚度大于等于间隔圆柱之间间距的二分之一，以使得形成的侧墙材料层3为蜂巢状排布的侧面相连的圆柱，即侧墙材料层的厚度为使得覆盖在各牺牲层2的圆柱上的侧墙材料层3的圆柱能够接触相连。这样就在侧墙材料层3的侧面相连的圆柱之间形成有凹陷孔31。
57.再下来，刻蚀侧墙材料层3形成侧墙。即各向异性地向下定向刻蚀所述侧墙材料层3至显露出间隔图形的顶面和目标层1位于侧墙材料层3的凹陷区域下方的表面，并保留覆盖在间隔图形侧壁的侧墙材料层3。
58.在具体实施过程中，由于沉积侧墙材料层3是各向均匀沉积的，所以牺牲层2以及目标层1显露的表面均会被侧墙材料层3覆盖，而刻蚀侧墙材料层3是向下定下刻蚀的，所以牺牲层2，也就是间隔图形侧面覆盖的侧墙材料层3不会被刻蚀掉，如图3中(c)所示，只会往下刻蚀掉侧墙材料层3的凸起区域的顶部显露出间隔图形的顶面，以及刻蚀掉侧墙材料层3的凹陷区域的底部显露出目标层1位于侧墙材料层3的凹陷区域下方的表面。
59.如果需要在目标层1刻蚀密集的蜂窝状孔洞，则如图6所示，向下定向刻蚀所述侧墙材料层3至显露出所述间隔圆柱的顶面和所述目标层1位于所述凹陷孔21下方的表面。
60.具体的各向异性刻蚀工艺可以采用物理干法刻蚀或化学干法刻蚀等常规各向异性刻蚀工艺，在此不作限制。
61.然后，去除牺牲层2，如图3(d)和图7所示，目标层1上仅保留侧墙材料层3，而侧墙材料层3的凹陷区域(或凹陷孔31区域)以及牺牲层2原所在区域均形成了小间隔空隙，小间隔空隙下方均显露出目标层1的表面。具体去除牺牲层2的方法可以根据牺牲层2的材料和侧墙材料层3的材料，选择合适选择比的对应的清洗剂(刻蚀剂)来去除。
62.接下来，以侧墙材料层3为掩模刻蚀目标层1，形成间隔小于间隔图形的孔。
63.该孔可以如图3(e)所示为间隔孔，也可以如图8所示为密集蜂巢状分布的孔状图形。图8最终形成的孔图形可以包括位于图4中的六边形六个顶点和中心的七个圆形的孔，以及位于与图4中的六边形同心的另外两个六边形的十二个顶点位置处的孔，该另外两个六边形的各个顶点所在位置嵌于图4的六边形的各个顶点之间。并且该另外两个六边形中一个六边形尺寸大于图4中的六边形，另一个六边形尺寸小于图4中的六边形。这样，采用本技术的生成的孔的数量几乎三倍于直接按图4的位置光刻形成的孔的数量，较大的增加了形成的孔的密度。
64.具体来讲，采用本技术提供的方法，以图3(d)所示的侧墙材料层3为掩模，刻蚀目标层1制备的图3(e)所示的间隔孔，比采用一次光刻制备的间隔孔的间距至少减少二分之一。有效减少了光刻次数，节约了成本和时间。
65.而采用本技术提供的方法以图7所示的侧墙材料层为掩模刻蚀目标层1，在凹陷孔31下方和间隔圆柱去除前的位置下方，可以形成间隔小于间隔图形的，如图8所示的蜂窝状孔状图形，密度比采用一次光刻制备的蜂窝孔状图形能达到一倍以上。有效减少了光刻次数，节约了成本和时间。
66.在刻蚀目标层1，形成孔之后，还包括去除剩余的侧墙材料层3。如果如图3所示，目标层为多层材料，还可以在去除侧墙材料层3后，再去除功能层32以上的其他层。
67.基于同一发明构思，本技术还提供了一种制造动态随机存取存储器的方法，如图10所示，包括：
68.步骤s1001，提供半导体衬底。可以在半导体衬底上形成要形成dram产品的预备结构，包括有源区、子线(栅极)、位线及接触、存储节点接触以及电容着陆焊盘等。
69.步骤s1002，在半导体衬底上继续形成目标层。这里的目标层可以是预形成电容孔的模制氧化层。在模制氧化层中可以形成有支持层，可以在模制氧化层之上继续形成硬掩模层以进行保护。
70.步骤s1003，根据本技术提供的半导体的图形制备方法在目标层制备孔；
71.步骤s1004，在孔内形成下电极、介质层和上电极。
72.鉴于在目标层制备孔的方法在前述实施例中已经作详细描述，在此不再累述。
73.具体来讲，本技术实施例提供的半导体的图形制备方法及制造存储器的方法，先用光刻工艺制备呈间隔图形的牺牲层，并均匀的在间隔图形表面覆盖侧墙材料层。然后，再采用向下的定向刻蚀技术刻蚀侧墙材料层至显露出间隔图形的顶面和侧墙材料层的凹陷区域下方的目标层表面，这样通过定向刻蚀保留了覆盖在间隔图形侧壁的侧墙材料层，在侧墙材料层凹陷区域形成了小间隔空隙。再去除牺牲层的间隔图形，在原间隔图形处形成小间隔空隙，再以剩余的侧墙材料层为掩模来刻蚀目标层，就可以形成间隔等于间隔图形侧壁的侧墙材料层厚度的孔，可以使孔的间隔小于光刻最小分辨率，且只需要在形成间隔图形时进行光刻，后续通过沉积和刻蚀来替代光刻，有效减少了光刻次数，节约了成本和时间。
74.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。
75.显然，本领域的技术人员可以对本公开内容进行各种改动和变型而不脱离本公开内容的精神和范围。这样，倘若本公开内容的这些修改和变型属于本公开内容权利要求及其等同技术的范围之内，则本公开内容也意图包含这些改动和变型在内。