[发明专利]一种SONO刻蚀工艺的检测方法

说明书

本发明提供了一种SONO刻蚀工艺的检测方法，其包括以下步骤：形成沟道侧壁堆叠结构，所述堆叠结构为SONO的堆叠结构；刻蚀所述沟道侧壁堆叠结构；在所述沟道中沉积填充掺杂的多晶硅；对所述掺杂的多晶硅进行平坦化处理；进行电子束检测(EBI)以检测所述刻蚀步骤的刻蚀效果。本发明由于采用了在SONO刻蚀后进行的掺杂多晶硅的沉积填充步骤和退火步骤，能够实现SONO刻蚀工艺步骤后的在线电子束检测(EBI)，从而缩短了刻蚀工艺检测的周期，并且提高了检测的精度和有效性。

技术领域

本发明涉及半导体制造领域，尤其涉及一种3D NAND闪存结构制备工艺的评价方法，特别是一种3D NAND闪存结构的沟道制造过程中SONO刻蚀工艺的快速准确检测方法。

背景技术

随着平面型闪存存储器的发展，半导体的生产工艺取得了巨大的进步。但是最近几年，平面型闪存的发展遇到了各种挑战：物理极限，现有显影技术极限以及存储电子密度极限等。在此背景下，为解决平面闪存遇到的困难以及最求更低的单位存储单元的生产成本，各种不同的三维(3D)闪存存储器结构应运而生，例如3D NOR(3D或非)闪存和3D NAND(3D与非)闪存。

其中，在NOR型结构的3D闪存中，存储单元在位线和地线之间并联排列，而在NAND型结构的3D闪存中，存储单元在位线和地线之间串列排列。具有串联结构的NAND型闪存具有较低的读取速度，但是却具有较高的写入速度，从而NAND型闪存适合用于存储数据，其优点在于体积小、容量大。闪存器件根据存储单元的结构可分为叠置栅极型和分离栅极型，并且根据电荷存储层的形状分为浮置栅极器件和硅-氧化物-氮化物-氧化物(SONO)器件。其中，SONO型闪存器件具有比浮置栅极型闪存器件更优的可靠性，并能够以较低的电压执行编程和擦除操作，且SONO型闪存器件具有很薄的单元，并且便于制造。

现有技术中3D NAND闪存结构中沟道(Channel Hole，简称CH)处SONO结构通常采用了如下方法制备：

S1：沉积衬底堆叠结构，参见图1a，具体为，提供衬底1，所述衬底表面形成有多层交错堆叠的层间介质层2及牺牲介质层3，所述牺牲介质层3形成于相邻的层间介质层2之间；所述层间介质层2为氧化物层，所述牺牲介质层3为氮化硅层，从而形成O/N堆叠结构(O/N Stacks)；

S2：刻蚀衬底堆叠结构，参见图1a，具体为，刻蚀所述层间介质层2及牺牲介质层3以形成沟道4，所述沟道4通至所述衬底1并形成一定深度的第一硅槽；

S3：形成硅外延层，参见图1a，具体为，在所述第一硅槽处进行硅的外延生长形成硅外延层5(SEG)；

S4：形成沟道侧壁堆叠结构，参见图1a，具体为，在所述沟道4的侧壁及硅外延层5的表面上沉积堆叠结构6，所述堆叠结构为SONO(多晶硅层6-1/氧化物层6-2/氮化物层6-3/氧化物层6-4)的堆叠结构；

S5：刻蚀沟道侧壁堆叠结构，参见图1b，具体为，沿所述沟道侧壁堆叠结构的底壁向下刻蚀，通至所述硅外延层5并形成一定深度的第二硅槽7；同时去除覆盖所述衬底堆叠结构顶面的所述沟道侧壁堆叠结构。

为了检测SONO制备工艺中刻蚀步骤的效果，目前常用的办法是在上述S5“刻蚀沟道侧壁堆叠结构”步骤之后，采用透射电子显微镜(Transmission Electron Microscope，简称TEM)来检测硅外延层5(SEG)的深度，进而来判断刻蚀程度和效果；随后进行沉积多晶硅、填充插塞氧化物、平坦化插塞氧化物、回刻插塞氧化物、沉积插塞多晶硅、平滑化插塞多晶硅、刻蚀最顶层的牺牲介质层、化学机械研磨工艺(Chemical Mechanical Polish，CMP)进行平坦化处理等工艺步骤，在完成整个沟道制程(CH Loop Process)后(参见图1c)，再采用电子束检测(Electron Beam Inspection，EBI)。