三维存储器及制备三维存储器的方法技术

本申请提供了三维存储器及制备三维存储器的方法，该方法包括：在衬底上形成由绝缘层和牺牲层交替层叠的堆叠结构；形成贯穿堆叠结构的沟道孔，并且沟道孔延伸至衬底内以形成底部沟槽，底部沟槽的内表面存在缺陷层；在还原性气体的气氛下，利用激光照射底部沟槽的内表面，使得底部沟槽内的缺陷层熔融并再结晶；以及在底部沟槽内，在再结晶的层上进行外延生长以形成外延层。根据该制备方法，可避免传统工艺中去除氧化层和缺陷层导致沟道孔的关键尺寸增加；并且由于激光仅作用于有限深度的原子层，衬底并不因激光产生的热量而明显弯曲，因此，减小了还原性气体高温退火工艺对衬底弯曲度的贡献。此外，还可以简化工艺，显著地降低成本。本。本。

【技术实现步骤摘要】
三维存储器及制备三维存储器的方法


[0001]本申请涉及半导体领域，并且更具体地，涉及一种用于制备三维存储器的方法，尤其是制备三维存储器的方法中的外延生长的工艺。

技术介绍

[0002]单晶外延生长在半导体产品的制作工艺中具有广泛应用，例如3D NAND、DRAM、Flash等。单晶衬底表面的清洁度是决定外延层的品质(例如，表面缺陷数量、重复单元中的生长均一性等)的关键因素。以3D NAND三维存储器为例，在形成沟道孔的沟道孔刻蚀工艺中，通常会对衬底造成严重的缺陷，形成在衬底内的底部沟槽的表面也会含有一定厚度的缺陷层(其包括碎晶和/或非晶)、含碳(C)或氟(F)等杂质原子的聚合物和/或含氧的氧化层，抑制了外延层的成核。
[0003]为了去除底部沟槽的表面上的碎晶及氧化层，以获得洁净的单晶衬底表面，目前业界通常采用多种界面清洁工艺进行联合处理。在目前一些清洁工艺中，采用多种界面清洁方式进行联合处理，例如包括刻蚀后处理(Post Etch Treatment，PET)、刻蚀后处理的剥离(PET Strip)、高温氢气(H2)的烘烤(Bake)处理、用ULVAC(日本爱发科株式会社)机台利用NF3加NH3进行表面清洗处理以及用氢氟酸(HF)加臭氧清洁处理原生氧化物(Native Oxide，也称为自然氧化物)等方式。在利用这些多种清洁方式进行联合处理时，由于需要进行不同清洁工艺的切换，在工艺切换过程中，衬底(例如，硅衬底)表面也极易接触空气中的氧气，形成一层氧化物(例如，硅氧化物(SiO
x
，0<x<2，x可为非整数))。利用还原性的气体高温退火加上湿法清洗技术虽然可以达到较好的清洗效果，然而，随着堆叠结构中堆叠层数的增加，等离子刻蚀需要的能量越来越大，氧化性的杂质增多，损伤也越严重(并且，在刻蚀后处理(PET)中采用等离子(Plasma)处理方式以及NF3加NH3进行表面清洗处理等步骤还会导致沟道孔的关键尺寸(Critical Dimension，CD)增加)，这样，对去除氧化性杂质和修复损伤的要求越来越高。在相关技术中，为了提高去除氧化性杂质和修复损伤的能力，主要通过增加炉管反应腔温度(进一步增加还原性的气体的活性)以及增加反应的时长结合湿法清洗步骤一起来执行预清洗。但是，增加炉管反应腔温度会使得对晶圆加热温度过高，而对晶圆加热温度过高会造成一系列不良影响，例如，显著增加半导体结构的衬底弯曲度(也可称为Bow值)，从而增加了后续其它工艺步骤的处理难度。

技术实现思路

[0004]本申请提供了三维存储器及制备三维存储器的方法，其至少可以解决现有技术中存在的上述问题。
[0005]根据本申请的一方面，提供了制备三维存储器的方法，该方法包括：在衬底上形成由绝缘层和牺牲层交替层叠的堆叠结构；形成贯穿堆叠结构的沟道孔，该沟道孔延伸至衬底内以形成底部沟槽，底部沟槽的内表面存在包括碎晶和/或非晶的缺陷层；在还原性气体的气氛下，利用激光照射底部沟槽的内表面，使得底部沟槽内的缺陷层熔融并再结晶；以及
在底部沟槽内，在再结晶的层上进行外延生长以形成外延层。
[0006]在实施方式中，还原性气体可以去除存在于底部沟槽内的氧化层。
[0007]在实施方式中，底部沟槽内的所述缺陷层可以以单元照射点为单位被激光照射并熔融，并且在激光移至底部沟槽内的下一单元照射点时再结晶，单元照射点具有与激光的光斑尺寸匹配的尺寸。
[0008]在实施方式中，方法还可以包括：在激光照射之前，去除沟道孔的侧壁上的包括碳和/或氟的聚合物层。
[0009]在实施方式中，利用激光照射底部沟槽的内表面可以包括：利用具有相同能量密度并且具有相同脉冲持续时间的激光照射底部沟槽的内表面。
[0010]在实施方式中，激光的能量密度可以为0.5J/cm2至2J/cm2，激光的每个脉冲的脉冲持续时间可以为100ns至300ns。
[0011]在实施方式中，激光的光斑的重叠度可以为0％～90％，且激光的脉冲频率可以为500Hz至4000Hz。
[0012]在实施方式中，利用激光照射底部沟槽的内表面可以包括：利用具有第一能量密度的第一激光照射底部沟槽的侧表面；以及利用具有第二能量密度的第二激光照射底部沟槽的底表面。第一激光的每个脉冲可以具有第一脉冲持续时间。第二激光的每个脉冲可以具有第二脉冲持续时间。第一能量密度可以不同于第二能量密度，并且第一脉冲持续时间可以不同于第二脉冲持续时间。
[0013]在实施方式中，第一能量密度可以小于第二能量密度。
[0014]在实施方式中，第一脉冲持续时间可以小于第二脉冲持续时间。
[0015]在实施方式中，第一能量密度和第二能量密度中的每个的范围可以为0.5J/cm2至2J/cm2，且第一脉冲持续时间和第二脉冲持续时间中的每个的范围可以为100ns至300ns。
[0016]在实施方式中，第一激光和第二激光中的每个的光斑的重叠度可以为0％～90％，并且第一激光和第二激光中的每个的脉冲频率可以为500Hz至4000Hz。
[0017]在实施方式中，利用激光照射底部沟槽可以包括：针对底部沟槽的内表面处被照射的每个单元照射点，利用具有第一能量密度的第一激光进行第一次照射，利用具有第二能量密度的第二激光进行第二次照射，且第一激光的光斑可以与第二激光的光斑具有相同的尺寸。
[0018]在实施方式中，第一激光的第一能量密度可以为0.2J/cm2至2J/cm2，第二激光的第二能量密度可以为0.2J/cm2至2J/cm2，且第一激光和第二激光的每个脉冲的脉冲持续时间可以为50ns至300ns。
[0019]在实施方式中，还原性气体的流量可以为2～20标准状态升/分。
[0020]在实施方式中，还原性气体可以为氢气。
[0021]在实施方式中，衬底的材料可以为单晶硅。
[0022]在实施方式中，激光的光斑可以具有矩形形状。
[0023]根据本申请的一方面，提供了三维存储器，该三维存储器包括:衬底；位于衬底上的堆叠结构；外延层，形成在贯穿堆叠结构的沟道孔底部；沟道结构，在沟道孔内位于外延层的表面上，其中，外延层形成在衬底的、通过在还原性气体的气氛下被激光照射而熔融并再结晶的层上。
[0024]上述实施方案的制备三维存储器的方法及三维存储器，由于可避免沟道孔的关键尺寸增加并且可避免晶圆弯曲，可显著地提高三维存储器的性能。此外，由于工艺简单，能够显著地降低成本。
附图说明
[0025]图1是示出根据本申请的实施方式的制备三维存储器的方法的流程图；
[0026]图2是示出根据本申请的实施方式的形成堆叠结构的工艺的示意图；
[0027]图3和图4是示出根据本申请的实施方式的形成沟道孔的工艺的示意图；
[0028]图5是示出根据本申请的实施方式的在还原性气体的气氛下进行激光退火工艺的示意图；
[0029]图6是示出根据本申请的实施方式的经本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种制备三维存储器的方法，其特征在于，所述方法包括：在衬底上形成由绝缘层和牺牲层交替层叠的堆叠结构；形成贯穿所述堆叠结构的沟道孔，所述沟道孔延伸至所述衬底内以形成底部沟槽，所述底部沟槽的内表面存在包括碎晶和/或非晶的缺陷层；在还原性气体的气氛下，利用激光照射所述底部沟槽的内表面，使得所述底部沟槽内的所述缺陷层熔融并再结晶；以及在所述底部沟槽内，在再结晶的层上进行外延生长以形成外延层。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述还原性气体去除存在于所述底部沟槽内的氧化层。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述底部沟槽内的所述缺陷层以单元照射点为单位被所述激光照射并熔融，并且在所述激光移至所述底部沟槽内的下一单元照射点时再结晶，所述单元照射点具有与所述激光的光斑尺寸匹配的尺寸。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：在所述激光照射之前，去除所述沟道孔的侧壁上的包括碳和/或氟的聚合物层。5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，利用激光照射所述底部沟槽的内表面包括：利用具有相同能量密度、且具有相同脉冲持续时间的激光照射所述底部沟槽的内表面。6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述激光的能量密度为0.5J/cm2至2J/cm2，所述激光的每个脉冲的脉冲持续时间为100ns至300ns。7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述激光的光斑的重叠度为0％～90％，且所述激光的脉冲频率为500Hz至4000Hz。8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，利用激光照射所述底部沟槽的内表面包括：利用具有第一能量密度的第一激光照射所述底部沟槽的侧表面；以及利用具有第二能量密度的第二激光照射所述底部沟槽的底表面，其中，所述第一激光的每个脉冲具有第一脉冲持续时间，并且所述第二激光的每个脉冲具有第二脉冲持续时间，以及其中，所述第一能量密度不同于所述第二能量密度，并且所述第一脉冲持续时间不同于所述第二脉冲持续时间。9.根据...

【专利技术属性】
技术研发人员：颜元，张豪，
申请(专利权)人：长江存储科技有限责任公司，
类型：发明
国别省市：