CN106783543A - 无定形硅的沉积方法和3d‑nand闪存的制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种无定形硅的沉积方法，其包括以下步骤：提供一半导体衬底，所述半导体衬底为一具有沟槽的半导体器件，所述半导体衬底形成有一表面膜层，所述表面膜层覆盖所述沟槽的表面，所述表面膜层为非硅材料；通过乙硅烷分解方式在所述表面膜层上沉积一种子层，所述种子层的材质为硅，所述种子层的厚度小于通过甲硅烷分解方式在所述种子层上沉积一无定形硅层。本发明的目的在于，防止无定形硅中产生球状凸起，并提高无定形硅的均一性。
Description
技术领域
本发明涉及半导体工艺技术领域，具体涉及一种无定形硅的沉积方法和一种3D-NAND闪存的制作方法。
背景技术
3D-NAND闪存结构与现有的2D-NAND闪存结构截然不同，3D-NAND是立体结构，以垂直半导体通道的方式排列，多层环绕式栅极结构形成多电栅级存储器单元晶体管，可以有效降低堆栈间的干扰。3D-NAND闪存技术不仅使产品性能显著提高，还使其功耗大幅降低。
在3D-NAND闪存的制作中，沟槽上方沉积的无定形硅作为电流的通道，其均一性对半导体器件的沟槽电流的均匀性至关重要。
目前，通常采用甲硅烷(SiH4)分解方式或者乙硅烷分解方式沉积无定形硅。然而，采用甲硅烷分解方式在沟槽内进行无定形硅沉积时，容易产生球状凸起，采用乙硅烷(Si2H6)分解方式在沟槽内进行无定形硅沉积时，存在无定形硅层厚度均一性较差的问题。
发明内容
本发明的目的在于，防止无定形硅中产生球状凸起，并提高无定形硅的均一性。
本发明提供了一种无定形硅的沉积方法，其包括以下步骤：
提供一半导体衬底，所述半导体衬底为一具有沟槽的半导体器件，所述半导体衬底形成有一表面膜层，所述表面膜层覆盖所述沟槽的表面，所述表面膜层为非硅材料；
通过乙硅烷分解方式在所述表面膜层上沉积一种子层，所述种子层的材质为硅，所述种子层的厚度小于
通过甲硅烷分解方式在所述种子层上沉积一无定形硅层。
可选的，所述种子层沉积时的温度为350℃～410℃。
可选的，所述种子层沉积时的压力为0.5Torr～1.5Torr。
可选的，所述种子层的厚度为
可选的，所述无定形硅层沉积时的温度为500℃～560℃。
可选的，所述无定形硅层沉积时的压力为0.3Torr～0.7Torr。
可选的，所述无定形硅层的厚度为
可选的，所述半导体衬底，其沟槽深度为2μm～4μm。
可选的，所述半导体衬底，其表面膜层的材质为氧化硅或者氮化硅。
本发明提供了一种3D-NAND闪存的制作方法，包括上述任意一种无定形硅的沉积方法。
在本发明的无定形硅沉积方法中，先在半导体衬底上沉积一种子层，所述种子层的材质为硅，因而，在采用甲硅烷分解方式沉积无定形硅层时，由于种子层的材质与沉积的硅相同，故不会出现岛状生长的现象，也就不会出现球状凸起的问题，同时，采用甲硅烷分解方式沉积的无定形硅层，均一性较佳，提高了无定形硅的膜层质量。
附图说明
图1是传统的通过乙硅烷分解沉积无定形硅层的方法，沉积无定形硅层后的半导体器件的示意图；
图2是本发明优选实施例提供的无定形硅的沉积方法的流程图；
图3是本发明优选实施例提供的无定形硅的沉积方法中，提供的半导体衬底的示意图；
图4是本发明优选实施例提供的无定形硅的沉积方法中，沉积种子层后的半导体器件的示意图；
图5是本发明优选实施例提供的无定形硅的沉积方法中，沉积无定形硅层后的半导体器件的示意图；
附图的标记说明如下：
201-半导体衬底；
202-表面膜层；
203-沟槽；
204-种子层；
205-无定形硅层。
具体实施方式
背景技术中已经提及，通过甲硅烷分解方式在沟槽进行无定形硅沉积的方法，存在产生球状凸起的问题，通过乙硅烷的分解在沟槽进行无定形硅沉积的方法，存在沟槽沉积的无定形硅层均一性较差的问题。
通过甲硅烷(SiH4)的分解进行无定形硅的沉积，其化学反应式为：SiH4→Si+2H2。申请人研究发现，通过此种方法，在沟槽沉积无定形硅层且沟槽表面膜层材料为非硅材料时，沉积的无定形硅层会在沟槽表面呈岛状生长，在无定形硅层的厚度小于时，就会产生球状凸起。而在3D-NAND闪存的制作工艺中，在沟槽沉积无定形硅时要求的无定形硅层的厚度通常在至之间，因而，在3D-NAND闪存的制作工艺中，无定形硅层将不可避免地出现球状凸起，影响沟槽电流的均匀性。
通过乙硅烷(Si2H6)的分解进行无定形硅的沉积，其化学反应式为：Si2H6→2Si+3H2。申请人研究发现，通过此种方法，在沟槽沉积无定形硅层且沟槽表面膜层材料为非硅材料时，沉积的无定形硅层会在沟槽表面吸附式生长，不会存在球状凸起的问题，但是，由于乙硅烷一个分子中含有两个硅原子，所以沉积就近生长的特性更为明显，导致沟槽顶部的无定形硅层与沟槽底部的无定形硅层的厚度差异较大，具体的，沟槽顶部的无定形硅顶部的无定形硅层较沟槽底部的无定形硅层更厚(如图1所示，图中填充部分为无定性硅层)。在高深宽比的沟槽沉积无定型硅层时，所述厚度差异尤为明显，导致沟槽电流的均匀性欠佳。
基于此，本发明提供一种无定形硅沉积方法，先在半导体衬底上沉积一种子层，所述种子层的材质为硅，然后，采用甲硅烷分解方式沉积无定形硅层，由于种子层的材质与沉积的硅相同，故不会出现岛状生长的现象，也就不会出现球状凸起的问题，同时，采用甲硅烷分解方式沉积的无定性硅层的均一性较佳。
以下结合附图和具体实施例对本发明提出的无定形硅的沉积方法和3D-NAND闪存的制作方法，作进一步详细说明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均通过非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
如图2所示，本实施例提供一种无定形硅的沉积方法，包括以下步骤：
S1、提供一半导体衬底，所述半导体衬底为一具有沟槽的半导体器件，所述半导体衬底形成有一表面膜层，所述表面膜层覆盖所述沟槽的表面，所述表面膜层为非硅材料；
S2、通过乙硅烷分解方式在所述表面膜层上沉积一种子层，所述种子层的材质为硅，所述种子层的厚度小于
S3、通过甲硅烷分解方式在所述种子层上沉积一无定形硅层。
下面结合图3至图5，对本实施例提供的无定形硅的沉积方法做进一步详细说明。
如图3所示，在步骤S1中，提供一半导体衬底201。所述半导体衬底201具有一沟槽203，所述沟槽203的深度例如是2μm-4μm，在实际应用中，沟槽203的深度、形状和数量可以根据工艺要求进行调整。所述半导体衬底201上形成有一表面膜层202，所述表面膜层202为非硅(Si)材料。本文中非硅材料是指除纯硅之外的其他材料，例如硅化合物。本实施例中，所述非硅材料是二氧化硅(SiO2)或者氮化硅(SiNx)，当然，所述非硅材料还可以是氮氧化硅(SiON)、锗硅(GeSi)等，可根据器件的需要选择合适的表面膜层从而实现特定的功能，本发明对比不予限制。
如图4所示，在步骤S2中，在所述半导体衬底201上沉积一种子层204，种子层204的材质为硅。种子层204通过乙硅烷分解方式形成。实践发现通过乙硅烷分解方式形成的种子层厚度不能过大，否则会导致沟槽203内沉积的无定形硅层205均一性较差，故而，种子层204的厚度应小于例如是这样种子层204的均一性较佳。沉积种子层204时采用的工艺例如是高深宽比工艺(HARP，High Aspect Ratio Process)或者高密度等离子体工艺(HDP-CVD，High Density Plasma)，沉积时乙硅烷的流量例如是100sccm～300sccm，沉积时的温度例如是350℃～410℃，沉积时的腔体压力例如是0.5Torr～1.5Torr。在实际应用中，种子层204的沉积厚度可根据工艺要求做适当调整，并可根据实际情况进行合理选择，所述温度压力等工艺参数也可根据情况做适当调整。
如图5所示，在步骤S3中，在所述半导体衬底201上通过甲硅烷分解方式沉积无定形硅层205。无定形硅层205的厚度例如是无定形硅层205沉积时采用的工艺例如是高深宽比工艺(HARP，High Aspect Ratio Process)或者高密度等离子体工艺(HDP，High Density Plasma)，甲硅烷的流量例如是1slm～2slm，腔体内的温度例如是500℃～560℃；所述无定形硅层205沉积时的腔体压力例如是0.3Torr～0.7Torr,当然在实际应用中，所述无定形硅层205的沉积工艺可根据实际情况进行选择，厚度也可根据工艺要求做适当调整，所述温度压力等参数也可根据情况做适当调整。
本实施例中，种子层204的材质与无定形硅层205材质均为硅，所以通过甲硅烷分解方式在种子层204上沉积无定形硅层205时，不会出现岛状生长的现象，也就不会有球状凸起的问题。并且，无定形硅层205通过甲硅烷分解形成，不会出现导致沟槽顶部的无定形硅层与沟槽底部的无定形硅层的厚度差异较大的问题。
本发明还提供了一种3D-NAND闪存的制作方法，采用上述方法在沟槽表面沉积无定形硅，以作为电流的通道。当然，还可采用公知的方法在半导体衬底上形成3D-NAND闪存的其它部件，在此就不做赘述。
综上所述，在本发明的无定形硅沉积方法中，先在半导体衬底上沉积一种子层，所述种子层的材质为硅，因而，在采用甲硅烷分解方式沉积无定形硅层时，由于种子层的材质与沉积的硅相同，故不会出现岛状生长的现象，也就不会出现球状凸起的问题，同时，采用甲硅烷分解方式沉积的无定形硅层，均一性较佳，提高了无定形硅的膜层质量。
上述描述仅是对本发明较佳实施例的描述，并非对本发明范围的任何限定，本发明领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于权利要求书的保护范围。
Claims (10)
1.一种无定形硅的沉积方法，其特征在于，包括以下步骤：
提供一半导体衬底，所述半导体衬底为一具有沟槽的半导体器件，所述半导体衬底形成有一表面膜层，所述表面膜层覆盖所述沟槽的表面，所述表面膜层为非硅材料；
通过乙硅烷分解方式在所述表面膜层上沉积一种子层，所述种子层的材质为硅，所述种子层的厚度小于
通过甲硅烷分解方式在所述种子层上沉积一无定形硅层。
2.如权利要求1所述的无定形硅的沉积方法，其特征在于，所述种子层沉积时的温度为350℃～410℃。
3.如权利要求1所述的无定形硅的沉积方法，其特征在于，所述种子层沉积时的压力为0.5Torr～1.5Torr。
4.如权利要求1所述的无定形硅的沉积方法，其特征在于，所述种子层的厚度为
5.如权利要求1所述的无定形硅的沉积方法，其特征在于，所述无定形硅层沉积时的温度为500℃～560℃。
6.如权利要求1所述的无定形硅的沉积方法，其特征在于，所述无定形硅层沉积时的压力为0.3Torr～0.7Torr。
7.如权利要求1所述的无定形硅的沉积方法，其特征在于，所述无定形硅层的厚度为
8.如权利要求1所述的无定形硅的沉积方法，其特征在于，所述沟槽的深度为2μm～4μm。
9.如权利要求1所述的无定形硅的沉积方法，其特征在于，所述表面膜层为氧化硅或者氮化硅。
10.一种3D-NAND闪存的制作方法，其特征在于，采用如权利要求1～10中任一项所述的方法沉积无定型硅。
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