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TW202004852A - 用於修復襯底晶格以及選擇性磊晶處理的方法 - Google Patents

用於修復襯底晶格以及選擇性磊晶處理的方法 Download PDF

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TW202004852A
TW202004852A TW107122487A TW107122487A TW202004852A TW 202004852 A TW202004852 A TW 202004852A TW 107122487 A TW107122487 A TW 107122487A TW 107122487 A TW107122487 A TW 107122487A TW 202004852 A TW202004852 A TW 202004852A
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李冠男
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大陸商長江存儲科技有限責任公司
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Abstract

本公開描述了圖案化元件和用於修復圖案化元件中的襯底晶格損傷的方法。所述圖案化元件包括：襯底；所述襯底頂上的交替的導體和電介質堆疊層；延伸穿過所述交替的導體和電介質堆疊層到達所述襯底的通道孔；以及處於所述通道孔的底部並且處於所述襯底的頂表面上的磊晶生長層。襯底與所述磊晶生長層接觸的部分具有不同於襯底的相鄰部分的摻雜劑或摻雜濃度。所述方法包括：在襯底頂上的絕緣層中形成通道孔；在通道孔下方的襯底的頂側中形成非晶層；加熱以使所述非晶層結晶；以及在所述通道孔中的結晶層上生長磊晶層。

Description

用於修復襯底晶格以及選擇性磊晶處理的方法
本公開的實施例係關於一種圖案化元件以及用於修復圖案化元件中的襯底晶格損傷的方法。
磊晶是晶體層的生長，其通常是從晶種層開始的。選擇性磊晶生長（SEG）是適於僅在襯底的選定部分上生長單晶層的一種磊晶類型，其中所述選定部分被稱為通道孔中的晶種視窗區域。可以透過去除居間保護層而選擇性地暴露襯底表面，以形成晶種視窗區域。隨著器件尺寸的縮小（例如，對於三維（3D）NAND閃速記憶體件而言），降低的晶種視窗區域尺寸和SEG預清潔過程可能引起襯底表面中的非均勻性。具體而言，SEG預清潔過程可能極大地影響晶種視窗區域中的磊晶層的磊晶生長速率和厚度，並且對通道孔造成侵蝕。
當在圖案化元件中形成通道孔時可能發生顯著的襯底晶格損傷。正常情況下，將使用氯化氫（HCl）氣體去除受到損傷的襯底。然而，HCl流量難以控制。如果HCl氣體流量過高，那麼未受損傷的襯底也將被去除，並且通道孔CD（關鍵尺寸）將被擴大，並且可能使器件性能發生偏移。如果HCl氣體流量過低，那麼將會在通道孔的側壁上發生不希望出現的矽生長，從而遮擋通道孔。兩種情況都可能影響總產品產率。此外，用於修復受到損傷的襯底晶格的後續過程的熱預算（即，最大溫度）受到限制。襯底表面的非均勻性使得器件處理難以控制，並且可能對器件性能造成負面影響。
文中公開了圖案化元件及其製作方法的實施例。
在一些實施例中，一種圖案化元件包括：襯底；所述襯底頂上的交替的導體和電介質堆疊層；延伸穿過所述交替的導體和電介質堆疊層到達襯底的通道孔；以及位於所述通道孔的底部並且位於所述襯底的頂表面上的磊晶生長層。襯底與所述磊晶生長層接觸的部分具有不同於襯底的相鄰部分的摻雜劑或摻雜濃度。
在一些實施例中，交替的導體和電介質堆疊層包括交替的導體和電介質層。襯底與磊晶生長層接觸的部分的摻雜劑包括III族元素、IV族元素和V族元素中的一者或多者。襯底與磊晶生長層接觸的部分的摻雜劑包括矽、碳、硼、磷和鍺中的一者或多者。
在一些實施例中，一種用於修復圖案化元件中的襯底晶格損傷的方法包括：在襯底頂上的絕緣層中形成通道孔；在通道孔下麵的襯底的頂側中形成非晶層；加熱以使所述非晶層結晶；以及在所述通道孔中的結晶層上生長磊晶層。形成通道孔包括使用非等向性反應離子蝕刻。所述方法進一步包括在形成通道孔之後對通道孔進行清潔。清潔通道孔包括從由電漿蝕刻、氯化氫蝕刻和氟化氫蝕刻構成的群組中選擇的製程。
在一些實施例中，形成所述非晶層包括離子注入。所述注入的總劑量大於5×1015 離子/cm3 。注入溫度為-100°C到23°C。注入能量為25 keV到250 keV。注入材料包括III族元素、IV族元素、V族元素和惰性元素中的一者或多者。注入材料包括矽、碳、硼、磷、鍺和氬中的一者或多者。
在一些實施例中，離子注入包括複數個子過程。所述複數個子過程包括第一子過程和第二子過程。在第一子過程中，以較低能量注入III族元素中的一者或多者。在第二子過程中，以較高能量注入V族元素中的一者或多者。
在一些實施例中，加熱所述非晶層包括退火。退火包括600°C到800°C的溫度。退火包括20秒到200秒的持續時間。絕緣層包括交替的第一絕緣層和第二絕緣層。
在一些實施例中，一種用於修復圖案化元件中的襯底晶格損傷的方法包括：在襯底頂上的交替電介質堆疊層中形成通道孔；穿過所述通道孔透過離子注入在襯底中形成非晶層；透過經由固相磊晶生長使所述非晶層結晶而將所述非晶層轉換為結晶層；以及利用所述結晶層作為晶種層來生長磊晶層。
儘管對具體配置和佈置進行了討論，但應當理解，這只是出於示例性目的而進行的。相關領域中的技術人員將認識到，可以使用其它配置和佈置而不脫離本公開的精神和範圍。對相關領域的技術人員顯而易見的是，本公開還可以用於多種其它應用中。
要指出的是，在說明書中提到「一個實施例」、「實施例」、「示例性實施例」、「一些實施例」等指示所述的實施例可以包括特定特徵、結構或特性，但未必每個實施例都包括該特定特徵、結構或特性。此外，這樣的短語未必是指同一個實施例。另外，在結合實施例描述特定特徵、結構或特性時，結合其它實施例（無論是否明確描述）實現這種特徵、結構或特性應在相關領域技術人員的知識範圍內。
通常，可以至少部分從上下文中的使用來理解術語。例如，至少部分取決於上下文，本文中使用的術語「一個或複數個」可以用於描述單數意義的任何特徵、結構或特性，或者可以用於描述複數意義的特徵、結構或特性的組合。類似地，至少部分取決於上下文，諸如「一」或「所述」的術語可以被理解為傳達單數使用或傳達複數使用。
應當容易理解，本公開中的「在…上」、「在…上方」和「在…之上」的含義應當以最寬方式被解讀，以使得「在…上」不僅表示「直接在」某物「上」而且還包括在某物「上」且其間有居間特徵或層的含義，並且「在…上方」或「在…之上」不僅表示「在」某物「上方」或「之上」的含義，而且還可以包括其「在」某物「上方」或「之上」且其間沒有居間特徵或層（即，直接在某物上）的含義。
此外，諸如「在…之下」、「在…下方」、「下部」、「在…上方」、「上部」等空間相關術語在本文中為了描述方便可以用於描述一個元件或特徵與另一個或複數個元件或特徵的關係，如在附圖中示出的。空間相關術語旨在涵蓋除了在附圖所描繪的取向之外的在設備使用或操作中的不同取向。設備可以以另外的方式被定向（旋轉90度或在其它取向），並且本文中使用的空間相關描述詞可以類似地被相應解釋。
如本文中使用的，術語「襯底」是指向其上增加後續材料的材料。可以對襯底自身進行圖案化。增加在襯底的頂部上的材料可以被圖案化或可以保持不被圖案化。此外，襯底可以包括寬範圍的半導體材料，例如矽、鍺、砷化鎵、磷化銦等。替代地，襯底可以由諸如玻璃、塑膠或藍寶石晶圓的非導電材料製成。
如本文中使用的，術語「層」是指包括具有厚度的區域的材料部分。層可以在下方或上方結構的整體之上延伸，或者可以具有小於下方或上方結構範圍的範圍。此外，層可以是厚度小於連續結構的厚度的均質或非均質連續結構的區域。例如，層可以位於在連續結構的頂表面和底表面之間或在頂表面和底表面處的任何水平面對之間。層可以水準、垂直和/或沿傾斜表面延伸。襯底可以是層，其中可以包括一個或複數個層，和/或可以在其上、其上方和/或其下方具有一個或複數個層。層可以包括複數個層。例如，互連層可以包括一個或複數個導體和接觸層（其中形成觸點、互連線和/或通孔）和一個或複數個電介質層。
如本文中使用的，術語「標稱/標稱地」是指在生產或過程的設計階段期間設置的針對部件或過程操作的特性或參數的期望或目標值，以及高於和/或低於期望值的值的範圍。值的範圍可能是由於製造過程或容限中的輕微變化導致的。如本文使用的，術語「關於」指示可以基於與主題半導體器件相關聯的特定技術節點而變化的給定量的值。基於特定技術節點，術語「關於」可以指示給定量的值，其例如在值的10%-30%（例如，值的±10%、±20%或±30%）內變化。
如本文中使用的，術語「圖案化元件」是指具有處於橫向取向襯底上的豎直取向層以使得所述層相對於襯底在豎直方向上延伸的半導體器件。如本文中使用的，術語「豎直/豎直地」是指標稱地垂直於襯底的橫向表面。
磊晶是晶體層的生長，其通常是從晶種層開始的。磊晶包括同質磊晶（即，一種材料）、異質磊晶（即，兩種或者更多種不同材料）、異質拓撲（即，3D生長的形式）、懸吊磊晶（即，3D的形式）或者其它等同形式。SEG是適於僅在襯底的選定部分上生長單晶層的一種磊晶類型，所述選定部分被稱為通道孔中的晶種視窗區域。SEG受到差異化成核作用的控制，並且可能受到襯底晶格非均勻性、側壁小面化和缺陷生成的影響。晶種視窗區域是指其中要生長磊晶層的暴露表面的二維大小。在晶種視窗區域尺寸與生長成分吸附原子（即，晶體表面上的原子）的擴散長度的大小相似時，晶種視窗區域對磊晶生長速率具有顯著影響。可以透過去除居間保護層而選擇性地暴露襯底表面，以形成晶種視窗區域。SEG過程的基礎是安排適當的注入條件，從而使單晶生長在每個相應的晶種視窗區域中按照合理的速率發生。
隨著器件尺寸的縮小（例如，對於三維（3D）NAND閃速記憶體件而言），降低的晶種視窗區域尺寸和SEG預清潔過程可能引起襯底表面中的非均勻性。SEG預清潔過程可能極大地影響晶種視窗區域中的磊晶層的磊晶生長速率和厚度，並且對通道孔造成侵蝕。當在圖案化元件中形成通道孔時可能發生顯著的襯底晶格損傷。由於襯底的晶格損傷以及晶格損傷的非均勻性的原因，SEG速率可能受到影響，並且導致圖案化元件中的每個通道孔的不一致性，這可能影響總的產品產率。此外，用於修復受到損傷的襯底晶格的後續過程的熱預算（即，最大溫度）受到限制。襯底表面的非均勻性使得器件處理難以控制。
為了在圖案化元件中形成高深寬比溝槽，蝕刻製程可能損傷襯底介面並且影響磊晶生長。為了改善蝕刻後的襯底介面，可以使用SEG預清潔處理來清潔原生氧化物和襯底晶粒。例如，可以採用稀釋氫氟酸（DHF）去除原生氧化物，並且可以使用高溫HCl氣體去除受到損傷的矽。然而，蝕刻劑（例如，HCl）的大流量可能在處理期間損傷或者侵蝕矽通道孔。此外，對於蝕刻劑（例如，HCl）的低流量，能夠減少通道孔侵蝕，但是將相應地降低SEG生長選擇性，這意味著可能在通道孔側壁上生長某些不希望出現的矽缺陷。這些缺陷可能遮擋通道孔並且造成器件故障。清潔後的襯底晶格區域的磊晶層厚度和表面粗糙度方面的非均勻性使得器件處理難以控制，並且可能對器件性能造成不利影響。此外，磊晶生長可能不會發生在某些襯底晶格區域中，這可能引起圖案化元件中的底部或者虛設選擇柵處的電流洩漏。
固相磊晶（SPE）是材料（例如，矽膜）的非晶相和晶相之間的過渡。典型地，SPE發生在非晶矽和晶體矽的介面處。透過（例如）快速熱退火（RTA）對襯底加熱，以使所述膜結晶。在膜的晶格損傷較小時，受到損傷的層變為多晶矽。儘管能夠透過加熱修復大部分晶格損傷，但是仍然可能留下一些缺陷。然而，在受到損傷的層變為非晶矽時，SPE發生，並且能夠使由晶格損傷引起的缺陷最小化。
本公開描述了圖案化元件和修復或者減少襯底晶格損傷的方法的實施例。可以將所公開的方法和結構併入所製作的器件，例如，3D NAND記憶體件。
圖1示出了根據示例性實施例的圖案化元件100。圖案化元件100可以包括襯底102、第一底部絕緣層104、第二底部絕緣層106、中間絕緣層116、交替絕緣層110、頂部絕緣層108和通道孔120。圖案化元件100展示了通道孔120連同襯底102上的暴露的晶種視窗區域122。通道孔120延伸穿過頂部絕緣層108、交替絕緣層110、中間絕緣層116、第二底部絕緣層106和第一底部絕緣層104，以暴露襯底102。
第一底部絕緣層104形成在襯底102頂上。第二底部絕緣層106形成在第一底部絕緣層104頂上。中間絕緣層116形成在第二底部絕緣層106頂上。交替絕緣層110形成在中間絕緣層116頂上。交替絕緣層110可以包括採用豎直交替堆疊模式的第一圖案化絕緣層112和第二圖案化絕緣層114。如圖1所示，圖案化元件100可以另外包括頂部絕緣層108。頂部絕緣層108設置在交替絕緣層110頂上。
在一些實施例中，襯底102可以由矽構成。在一些實施例中，襯底102包括用於形成圖案化元件100的任何適當材料。例如，襯底102可以包括矽、矽鍺、碳化矽、矽覆絕緣體（SOI）、鍺覆絕緣體（GOI）、玻璃、氮化鎵、砷化鎵和/或其它適當III-V化合物。
在一些實施例中，第一底部絕緣層104、第二底部絕緣層106、中間絕緣層116和交替絕緣層110可以是單個絕緣層。在一些實施例中，第一底部絕緣層104、第二底部絕緣層106、中間絕緣層116和/或頂部絕緣層108可以由氧化矽構成。在一些實施例中，第一底部絕緣層104、第二底部絕緣層106、中間絕緣層116、交替絕緣層110和/或頂部絕緣層108可以是任何適當電介質材料，包括氧化矽、氮化矽、氮氧化矽、有機矽酸鹽玻璃、旋塗玻璃（SOG）和/或任何其它適當電介質材料。在一些實施例中，第一底部絕緣層104、第二底部絕緣層106、中間絕緣層116、交替絕緣層110和/或頂部絕緣層108可以是透過任何適當方法形成或沉積的，所述方法包括化學氣相沉積（CVD）、電漿增強CVD（PECVD）、低壓CVD（LPCVD）、原子層沉積（ALD）、脈衝鐳射沉積（PLD）、液態源霧化化學沉積和/或其它適當沉積方法。在一些實施例中，交替絕緣層110可以是交替的導體和電介質堆疊層。例如，第二圖案化絕緣層114可以是導體（例如，多晶矽、鎢、鉭、銅等），並且第一圖案化絕緣層112可以是電介質（例如，氧化矽、氮化矽等）。在一些實施例中，交替絕緣層110可以受到選擇性蝕刻，並且然後被形成為具有導體。例如，第二圖案化絕緣層114可以受到選擇性蝕刻並被去除，並且可以在第二圖案化絕緣層114的對應位置中形成導體（例如，多晶矽、鎢、鉭、銅等）。
在一些實施例中，第一圖案化絕緣層112可以由氧化矽製成，並且第二圖案化絕緣層114可以由氮化矽製成。在一些實施例中，第二圖案化絕緣層114可以包括不同於第一圖案化絕緣層112的任何適當材料。例如，第二圖案化絕緣層114可以包括多晶矽、氮化矽、多晶鍺和/或多晶鍺矽。在一些實施例中，第二圖案化絕緣層114可以包括氮化矽。在一些實施例中，第一圖案化絕緣層112可以包括任何適當絕緣材料，例如，氧化矽。
在一些實施例中，交替絕緣層110包括在襯底102之上豎直（沿z軸）佈置的第一圖案化絕緣層112（即，第一成分或第一材料）和第二圖案化絕緣層114（即，第二成分或第二材料）的交替堆疊層。在一些實施例中，第一圖案化絕緣層112和對應的下層第二圖案化絕緣層114被稱為成分對或材料對。在一些實施例中，第二圖案化絕緣層114是犧牲層，其接下來將被去除，以設置用於形成圖案化結構（例如，字線）的閘極金屬材料。在一些實施例中，交替絕緣層110可以是透過在襯底102之上交替設置第一圖案化絕緣層112和第二圖案化絕緣層114而形成的。例如，第一圖案化絕緣層112可以設置於襯底102、第一底部絕緣層104、第二底部絕緣層106或者中間絕緣層116之上，並且第二圖案化絕緣層114可以設置在第一圖案化絕緣層112等上，諸如此類。在一些實施例中，交替絕緣層110可以是透過任何適當方法形成或沉積的，所述方法包括CVD、PECVD、LPCVD、ALD、PLD、液態源霧化化學沉積和/或其它適當沉積方法。
在一些實施例中，圖案化元件100可以包括複數個通道孔120。在一些實施例中，通道孔120可以是透過蝕刻形成的。例如，通道孔120可以是透過非等向性反應離子蝕刻（RIE）形成的。在一些實施例中，對頂部絕緣層108、交替絕緣層110、中間絕緣層116、第二底部絕緣層106和/或第一底部絕緣層104的蝕刻可以是採用一種蝕刻製程或者可以是採用不同蝕刻製程執行的。例如，蝕刻製程可以是電漿製程，例如，使用基於氧氣的電漿的RIE。在一些實施例中，RIE製程可以包括蝕刻劑氣體，例如，四氟化碳（CF4）、六氟化硫（SF6）、三氟甲（CHF3）和/或其它適當氣體。很多其它蝕刻方法也可以是適當的。在一些實施例中，通道孔120可以是透過使用遮罩（例如，可以被圖案化的微影膠遮罩）並使用適當的蝕刻製程（例如，幹法蝕刻）蝕刻透過圖案化遮罩暴露的頂部絕緣層108、交替絕緣層110、中間絕緣層116、第二底部絕緣層106和/或第一底部絕緣層104的部分而形成的。在一些實施例中，由於蝕刻過程中的晶格損傷的原因而在襯底102的頂側中形成了損傷層117。在一些實施例中，通道孔120可以穿過頂部絕緣層108、交替絕緣層110、中間絕緣層116、第二底部絕緣層106和/或第一底部絕緣層104，並且大體上進入襯底102。可以在形成通道孔120之後去除遮罩。
在一些實施例中，通道孔120可以經歷SEG預清潔，以清潔原生氧化物和源自於先前蝕刻過程的損傷層117。例如，可以使用HCl蝕刻、HF蝕刻、BOE、BHF蝕刻或電漿蝕刻清潔來去除原生氧化矽層以及任何斷裂的矽晶粒。
圖2-圖4示出了修復或者減少襯底晶格損傷的圖案化元件的實施例。圖2-圖4示出了根據實施例的圖案化元件200、300、400。圖2-圖4所示的圖案化元件200、300、400的實施例以及圖1所示的圖案化元件100的實施例相似。使用類似的附圖標記指示圖2-圖4所示的圖案化元件200、300、400的實施例的類似特徵以及圖1所示的圖案化元件100的實施例的類似特徵。
圖2所示的圖案化元件200的實施例與圖1所示的圖案化元件100的實施例之間的主要區別在於增加了非晶層130並且省略了損傷層117。圖3所示的圖案化元件300的實施例與圖1所示的圖案化元件100的實施例之間的主要區別在於增加了退火層140。圖4所示的圖案化元件400的實施例與圖1所示的圖案化元件100的實施例之間的主要區別在於增加了選擇性磊晶層150。
參考圖2，圖案化元件200與圖1的圖案化元件100類似。圖2示出了根據示例性實施例的圖案化元件200。圖案化元件200包括非晶層130。如圖2所示，非晶層130可以被離子注入到通道孔120下方的圖1的損傷層117中。
在一些實施例中，非晶層130可以被離子注入到襯底102中。例如，非晶層130可以被淺離子注入到襯底102中。例如，非晶層130可以被深離子注入到襯底102中。在一些實施例中，所注入的材料包括III族元素、IV族元素、V族元素和惰性元素中的一者或多者。例如，所注入的材料可以是矽、碳、硼、磷、鍺和氬中的一者或多者。在一些實施例中，碳被注入到襯底102中，以形成非晶層130，並減少應力。在一些實施例中，III族元素和V族元素中的一者或多者被注入到襯底102中，以形成非晶層130，並改善電氣性能。在一些實施例中，所述材料可以是利用25 keV到250 keV的注入能量注入的。在一些實施例中，注入的總劑量高於5×1015 離子/cm3 。在一些實施例中，注入溫度是-100°C到23°C。在一些實施例中，注入過程包括複數個子過程。例如，注入過程包括第一子過程和第二子過程。例如，在第一子過程中，以較低的能量注入III族元素中的一者或多者，並且在第二子過程中，以較高的能量注入V族元素中的一者或多者。
參考圖3，圖案化元件300與圖1的圖案化元件100類似。圖3示出了根據示例性實施例的圖案化元件300。圖案化元件300包括退火層140（又稱為結晶層）。退火層140是透過（例如）RTA對非晶層130進行退火的結果。在一些實施例中，可以在600°C到800°C上對非晶層130退火20秒到200秒，以形成退火層140。例如，可以在600°C上對非晶層130退火200秒，或者可以在800°C上對非晶層130退火20秒。在一些實施例中，退火層140變為晶體層。在一些實施例中，在注入材料與襯底102的材料相同時，退火層140與襯底102融合。在一些實施例中，退火層140變為摻雜晶體層。
在一些實施例中，可以透過一種或多種加熱製程完成退火。例如，可以透過RTA、閃光燈加熱、鐳射加熱、磁加熱、電阻加熱、感應加熱和/或任何其它適當退火方法來完成退火。
參考圖4，圖案化元件400與圖1的圖案化元件100類似。圖4示出了根據示例性實施例的圖案化元件400。圖案化元件400包括通道孔120中的選擇性磊晶層150。透過磊晶將選擇性磊晶層150形成在通道孔120中。例如，選擇性磊晶層150可以是透過SEG形成的。如上所述，退火層140修復和/或減少了襯底102中的襯底晶格損傷，並且在通道孔120中提供了用以生長選擇性磊晶層150的晶種層。此外，選擇性磊晶層150透過促進通道孔120中的均勻磊晶生長而減少了圖案化元件400中的電流洩漏。
在一些實施例中，選擇性磊晶層150可以是磊晶生長的半導體層。例如，選擇性磊晶層150可以是磊晶矽、矽鍺、鍺、III-V化合物材料、II-VI化合物材料、有機半導體材料和/或其它適當半導體材料。在一些實施例中，選擇性磊晶層150可以是單晶的。
圖5示出了根據示例性實施例的用於修復和/或減少襯底晶格損傷的流程圖500。應當認識到並非圖5中的所有步驟都是執行文中提供的公開內容所必須的。此外，所述步驟中的一些可以是同時執行的，或者可以是按照與圖5所示的順序不同的循序執行的。應參考圖5描述流程圖500。然而流程圖500不限於這些示例性實施例。
在步驟502中，如圖1的示例中所示，在圖案化元件100中形成或者蝕刻出具有晶種視窗區域122的通道孔120，之後對其進行清潔。通道孔120延伸穿過頂部絕緣層108、交替絕緣層110、中間絕緣層116、第二底部絕緣層106和第一底部絕緣層104，以暴露襯底102。第一底部絕緣層104形成在襯底102頂上。第二底部絕緣層106形成在第一底部絕緣層104頂上。中間絕緣層116形成在第二底部絕緣層106頂上。交替絕緣層110形成在中間絕緣層116頂上。交替絕緣層110可以包括採用豎直交替堆疊模式的第一圖案化絕緣層112和第二圖案化絕緣層114。如圖1所示，圖案化元件100可以另外包括頂部絕緣層108。頂部絕緣層108設置在交替絕緣層110頂上。在一些實施例中，圖案化元件100可以包括複數個通道孔120。在一些實施例中，通道孔120可以是透過蝕刻形成的。例如，通道孔120可以是透過非等向性RIE形成的。在一些實施例中，對頂部絕緣層108、交替絕緣層110、中間絕緣層116、第二底部絕緣層106和/或第一底部絕緣層104的蝕刻可以是採用一種蝕刻製程或者採用不同蝕刻製程執行的。例如，所述蝕刻製程可以是電漿製程，例如，使用基於氧氣的電漿的RIE。在一些實施例中，RIE製程可以包括蝕刻劑氣體，例如，CF4、SF6、CHF3和/或其它適當氣體。很多其它蝕刻方法也可以是適當的。在一些實施例中，通道孔120可以是透過使用遮罩（例如，可以被圖案化的微影膠遮罩）並使用適當的蝕刻製程（例如，幹法蝕刻）蝕刻透過圖案化遮罩暴露的頂部絕緣層108、交替絕緣層110、中間絕緣層116、第二底部絕緣層106和/或第一底部絕緣層104的部分而形成的。在一些實施例中，由於蝕刻過程中的晶格損傷的原因而在襯底102的頂側中形成了損傷層117。在一些實施例中，通道孔120可以穿過頂部絕緣層108、交替絕緣層110、中間絕緣層116、第二底部絕緣層106和/或第一底部絕緣層104，並且大體上進入襯底102。可以在形成通道孔120之後去除所述遮罩。在一些實施例中，通道孔120可以經歷SEG預清潔，以清潔原生氧化物和源自於先前蝕刻過程的損傷層117。例如，可以使用HCl蝕刻、HF蝕刻、BOE、BHF蝕刻或電漿蝕刻清潔來去除原生氧化矽層以及任何斷裂的矽晶粒。
在步驟504中，如圖2的示例中所示，沉積非晶層130。例如，如圖2所示，可以將非晶層130離子注入到通道孔120下方的圖1的損傷層117中。在一些實施例中，非晶層130可以被離子注入到襯底102中。例如，非晶層130可以被淺離子注入到襯底102中。例如，非晶層130可以被深離子注入到襯底102中。在一些實施例中，所注入的材料包括III族元素、IV族元素、V族元素和惰性元素中的一者或多者。例如，所注入的材料可以是矽、碳、硼、磷、鍺和氬中的一者或多者。在一些實施例中，碳被注入到襯底102中，以形成非晶層130，並減少應力。在一些實施例中，III族元素和V族元素中的一者或多者被注入到襯底102中，以形成非晶層130，並改善電氣性能。在一些實施例中，所述材料可以是以25keV到250keV的注入能量注入的。在一些實施例中，注入的總劑量高於5×1015 離子/cm3 。在一些實施例中，注入溫度是-100°C到23°C。在一些實施例中，注入過程包括複數個注入子過程。例如，注入過程包括第一子過程和第二子過程。例如，在第一子過程中，以較低的能量注入III族元素中的一者或多者，並且在第二子過程中，以較高的能量注入V族元素中的一者或多者。
在步驟506中，如圖3的示例中所示，對非晶層130進行退火或者加熱，以形成退火層140（又稱為結晶層）。退火層140是透過（例如）RTA對非晶層130進行退火的結果。在一些實施例中，可以在600°C到800°C上對非晶層130退火20秒到200秒，以形成退火層140。例如，可以在600°C上對非晶層130退火200秒，或者可以在800°C上對非晶層130退火20秒。在一些實施例中，退火層140變為晶體層。在一些實施例中，在注入材料與襯底102的材料相同時，退火層140與襯底102融合。在一些實施例中，退火層140變為摻雜晶體層。在一些實施例中，可以透過一種或多種加熱製程完成退火。例如，可以透過RTA、閃光燈加熱、鐳射加熱、磁加熱、電阻加熱、感應加熱和/或任何其它適當退火方法來完成退火。
在步驟508中，如圖4的示例中所示，透過磊晶而在通道孔120中形成選擇性磊晶層150。例如，選擇性磊晶層150可以是透過SEG形成的。如上所述，退火層140修復和/或減少了襯底102中的襯底晶格損傷，並且在通道孔120中提供了用以生長選擇性磊晶層150的晶種層。此外，選擇性磊晶層150透過促進通道孔120中的均勻磊晶生長而減少了圖案化元件400中的電流洩漏。在一些實施例中，選擇性磊晶層150可以是磊晶生長的半導體層。例如，選擇性磊晶層150可以是磊晶矽、矽鍺、鍺、III-V化合物材料、II-VI化合物材料、有機半導體材料和/或其它適當半導體材料。在一些實施例中，選擇性磊晶層150可以是單晶的。
對特定實施例的上述說明因此將完全揭示本公開的一般性質，使得他人能夠透過運用本領域技術範圍內的知識容易地對這種特定實施例進行修改和/或調整以用於各種應用，而不需要過度實驗，並且不脫離本公開的一般概念。因此，基於本文呈現的教導和指導，這種調整和修改旨在處於所公開的實施例的等同物的含義和範圍內。應當理解，本文中的措辭或術語是用於說明的目的，而不是為了進行限制，從而本說明書的術語或措辭將由技術人員按照所述教導和指導進行解釋。
上文已經借助於功能構建塊描述了本公開的實施例，功能構建塊例示了指定功能及其關係的實施方式。在本文中出於方便描述的目的任意地定義了這些功能構建塊的邊界。可以定義替代的邊界，只要適當執行指定的功能及其關係即可。
發明內容和摘要部分可以闡述發明人所設想的本公開的一個或複數個示例性實施例，但未必是所有示例性實施例，並且因此，並非旨在透過任何方式限制本公開和所附權利要求。
本公開的廣度和範圍不應受任何上述示例性實施例的限制，並且應當僅根據以下權利要求書及其等同物來進行限定。
100、200、300、400‧‧‧圖案化元件102‧‧‧襯底104‧‧‧第一底部絕緣層106‧‧‧第二底部絕緣層108‧‧‧頂部絕緣層110‧‧‧交替絕緣層112‧‧‧第一圖案化絕緣層114‧‧‧第二圖案化絕緣層116‧‧‧中間絕緣層117‧‧‧損傷層120‧‧‧通道孔122‧‧‧晶種視窗區域130‧‧‧非晶層140‧‧‧退火層150‧‧‧選擇性磊晶層500‧‧‧流程圖502、504、506、508‧‧‧步驟
併入本文中並且構成說明書的部分的附圖示出了本公開的實施例，並且與描述一起進一步用來對本公開的原理進行解釋，並且使相關領域技術人員能夠實施和使用本公開。 圖1示出了根據一些實施例的圖案化元件的截面圖。 圖2示出了根據一些實施例的圖案化元件的截面圖。 圖3示出了根據一些實施例的圖案化元件的截面圖。 圖4示出了根據一些實施例的圖案化元件的截面圖。 圖5示出了根據一些實施例的用以製作具有修復的襯底晶格的圖案化元件的處理流程圖。
102‧‧‧襯底
104‧‧‧第一底部絕緣層
106‧‧‧第二底部絕緣層
108‧‧‧頂部絕緣層
110‧‧‧交替絕緣層
112‧‧‧第一圖案化絕緣層
114‧‧‧第二圖案化絕緣層
116‧‧‧中間絕緣層
120‧‧‧通道孔
150‧‧‧選擇性磊晶層
400‧‧‧圖案化元件

Claims (20)

  1. 一種圖案化元件，包括： 襯底； 所述襯底的頂上的交替的導體和電介質堆疊層； 通道孔，其延伸穿過所述交替的導體和電介質堆疊層到達所述襯底；以及 磊晶生長層，在所述通道孔的底部並且在所述襯底的頂表面， 其中，所述襯底與所述磊晶生長層接觸的部分具有不同於所述襯底的相鄰部分的摻雜劑或摻雜濃度。
  2. 如請求項1所述的圖案化元件，其中，所述交替的導體和電介質堆疊層包括交替的導體層和電介質層。
  3. 如請求項1所述的圖案化元件，其中，所述襯底與所述磊晶生長層接觸的部分的摻雜劑包括III族元素、IV族元素和V族元素中的一者或多者。
  4. 如請求項1所述的圖案化元件，其中，所述襯底與所述磊晶生長層接觸的部分的摻雜劑包括矽、碳、硼、磷和鍺中的一者或多者。
  5. 一種用於修復圖案化元件中的襯底晶格損傷的方法，所述方法包括： 在襯底的頂上的絕緣層中形成通道孔； 在所述通道孔下方、在所述襯底的頂側中形成非晶層； 加熱以使所述非晶層結晶；以及 在所述通道孔中的結晶層上生長磊晶層。
  6. 如請求項5所述的方法，其中，形成所述通道孔包括使用非等向性反應離子蝕刻。
  7. 如請求項5所述的方法，還包括在形成所述通道孔之後清潔所述通道孔，其中，清潔所述通道孔包括從由電漿蝕刻、氯化氫蝕刻和氟化氫蝕刻構成的群組中選擇的製程。
  8. 如請求項5所述的方法，其中，形成所述非晶層包括離子注入。
  9. 如請求項8所述的方法，其中，所述注入的總劑量大於5×1015 離子/cm3 。
  10. 如請求項8所述的方法，其中，注入溫度為-100°C到23°C。
  11. 如請求項8所述的方法，其中，注入能量為25 keV到250 keV。
  12. 如請求項8所述的方法，其中，注入的材料包括III族元素、IV族元素、V族元素和惰性元素中的一者或多者。
  13. 如請求項12所述的方法，其中，所述注入的材料包括矽、碳、硼、磷、鍺和氬中的一者或多者。
  14. 如請求項8所述的方法，其中，離子注入包括複數個子過程。
  15. 如請求項14所述的方法，其中，所述複數個子過程包括第一子過程和第二子過程，其中，在所述第一子過程中，以較低能量注入III族元素中的一者或多者，並且其中，在所述第二子過程中，以較高能量注入V族元素中的一者或多者。
  16. 如請求項5所述的方法，其中，加熱所述非晶層包括退火。
  17. 如請求項16所述的方法，其中，退火包括600°C到800°C的溫度。
  18. 如請求項16所述的方法，其中，退火包括20秒到200秒的持續時間。
  19. 如請求項5所述的方法，其中，所述絕緣層包括交替的第一絕緣層和第二絕緣層。
  20. 一種用於修復圖案化元件中的襯底晶格損傷的方法，所述方法包括： 在襯底的頂上的交替電介質堆疊層中形成通道孔； 穿過所述通道孔透過離子注入在所述襯底中形成非晶層； 透過經由固相磊晶生長使所述非晶層結晶來將所述非晶層轉換為結晶層；以及 利用所述結晶層作為晶種層來生長磊晶層。
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