[发明专利]用于修复衬底晶格以及选择性外延处理的方法

说明书

本公开描述了图案化器件和用于修复图案化器件中的衬底晶格损伤的方法。所述图案化器件包括：衬底；所述衬底顶上的交替的导体和电介质堆叠层；延伸穿过所述交替的导体和电介质堆叠层到达所述衬底的沟道孔；以及处于所述沟道孔的底部并且处于所述衬底的顶表面上的外延生长层。衬底的与所述外延生长层接触的部分具有不同于衬底的相邻部分的掺杂剂或掺杂浓度。所述方法包括：在衬底顶上的绝缘层中形成沟道孔；在沟道孔下方的衬底的顶侧中形成非晶层；加热以使所述非晶层结晶；以及在所述沟道孔中的结晶层上生长外延层。

背景技术

外延是晶体层的生长，其通常是从晶种层开始的。选择性外延生长(SEG)是适于仅在衬底的选定部分上生长单晶层的一种外延类型，其中所述选定部分被称为沟道孔中的晶种窗口区域。可以通过去除居间保护层而选择性地暴露衬底表面，以形成晶种窗口区域。随着器件尺寸的缩小(例如，对于三维(3D)NAND闪速存储器件而言)，降低的晶种窗口区域尺寸和SEG预清洁过程可能引起衬底表面中的非均匀性。具体而言，SEG预清洁过程可能极大地影响晶种窗口区域中的外延层的外延生长速率和厚度，并且对沟道孔造成侵蚀。

当在图案化器件中形成沟道孔时可能发生显著的衬底晶格损伤。正常情况下，将使用氯化氢(HCl)气体去除受到损伤的衬底。然而，HCl流量难以控制。如果HCl气体流量过高，那么未受损伤的衬底也将被去除，并且沟道孔CD(关键尺寸)将被扩大，并且可能使器件性能发生偏移。如果HCl气体流量过低，那么将会在沟道孔的侧壁上发生不希望出现的硅生长，从而遮挡沟道孔。两种情况都可能影响总产品产率。此外，用于修复受到损伤的衬底晶格的后续过程的热预算(即，最大温度)受到限制。衬底表面的非均匀性使得器件处理难以控制，并且可能对器件性能造成负面影响。

发明内容

文中公开了图案化器件及其制作方法的实施例。

在一些实施例中，一种图案化器件包括：衬底；所述衬底顶上的交替的导体和电介质堆叠层；延伸穿过所述交替的导体和电介质堆叠层到达衬底的沟道孔；以及位于所述沟道孔的底部并且位于所述衬底的顶表面上的外延生长层。衬底的与所述外延生长层接触的部分具有不同于衬底的相邻部分的掺杂剂或掺杂浓度。

在一些实施例中，交替的导体和电介质堆叠层包括交替的导体和电介质层。衬底的与外延生长层接触的部分的掺杂剂包括III族元素、IV族元素和V族元素中的一者或多者。衬底的与外延生长层接触的部分的掺杂剂包括硅、碳、硼、磷和锗中的一者或多者。

在一些实施例中，一种用于修复图案化器件中的衬底晶格损伤的方法包括：在衬底顶上的绝缘层中形成沟道孔；在沟道孔下面的衬底的顶侧中形成非晶层；加热以使所述非晶层结晶；以及在所述沟道孔中的结晶层上生长外延层。形成沟道孔包括使用非等向性反应离子刻蚀。所述方法进一步包括在形成沟道孔之后对沟道孔进行清洁。清洁沟道孔包括从由等离子体刻蚀、氯化氢刻蚀和氟化氢刻蚀构成的组中选择的工艺。

在一些实施例中，形成所述非晶层包括离子注入。所述注入的总剂量大于5×10¹⁵离子/cm³。注入温度为-100℃到23℃。注入能量为25keV到250keV。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。注入材料包括硅、碳、硼、磷、锗和氩中的一者或多者。

在一些实施例中，离子注入包括多个子过程。所述多个子过程包括第一子过程和第二子过程。在第一子过程中，以较低能量注入III族元素中的一者或多者。在第二子过程中，以较高能量注入V族元素中的一者或多者。

在一些实施例中，加热所述非晶层包括退火。退火包括600℃到800℃的温度。退火包括20秒到200秒的持续时间。绝缘层包括交替的第一绝缘层和第二绝缘层。

在一些实施例中，一种用于修复图案化器件中的衬底晶格损伤的方法包括：在衬底顶上的交替电介质堆叠层中形成沟道孔；穿过所述沟道孔通过离子注入在衬底中形成非晶层；通过经由固相外延生长使所述非晶层结晶而将所述非晶层转换为结晶层；以及利用所述结晶层作为晶种层来生长外延层。