微波退火制备3DNAND的方法与流程

本发明涉及半导体技术领域，特别涉及一种微波退火制备3dnand的方法。

背景技术：

随着半导体技术的发展，开发出了各种半导体存储器件，如或非(nor)闪存、与非(nand)闪存等。相对于常规存储装置如磁存储器件，半导体存储器件具有访问速度快、存储密度高等优点。其中，nand结构正受到越来越多的关注。为进一步提升存储密度，出现了三维(3d)nand器件。

3dnand存储器是一种基于平面nand存储器的新型产品，这种产品的主要特色是将平面结果转化为立体结构，大大节省了硅片面积，降低制造成本。

如图1所示，在现有技术中的三维nand存储器的制作过程中，在半导体衬底1上形成堆叠结构2，所述堆叠结构2由隔离层21和刻蚀层22交错堆叠而成，在层叠结构1中刻蚀形成通孔3，在通孔3中形成多晶硅侧壁4，在通孔3中填充氧化物5。

但是，通过对按照这一方法形成的3dnand存储器进行检测后，发现所得存储器在性能方面并不理想，因此，需要对现有技术进行改进。

技术实现要素：

本发明提供了一种微波退火制备3dnand的方法，提高多晶硅的晶化质量，进而提高器件的性能。

本发明提供的微波退火制备3dnand的方法，包括：

在半导体衬底上形成多层层叠结构，所述层叠结构依次包括第一材料层与第二材料层；

刻蚀所述层叠结构形成通孔，暴露出所述半导体衬底；

在所述通孔的侧壁上形成非晶硅；

对所述非晶硅进行微波退火，使所述非晶硅转换为多晶硅。

进一步的，所述微波退火的微波腔室内通入的气体包括惰性气体与氧气。

进一步的，所述氧气的浓度低于0.2％。

进一步的，所述惰性气体包括氩气、氦气或氮气。

进一步的，所述微波退火的微波腔室内的压强为300torr～700torr。

进一步的，所述微波退火的温度以10℃/min～100℃/min的速率上升至550℃～650℃，然后保持1min～360min。

进一步的，所述微波退火的温度以20℃/min～50℃/min的速率上升至550℃，然后保持2min～180min。

进一步的，所述微波退火中微波的输出功率低于1kw。

进一步的，当微波退火的温度为550℃时，进行波功率为600w，反射波功率为150w。

进一步的，所述第一材料层为氧化物层，所述第二材料层为氮化物层。

进一步的，进行微波退火之后，还包括：在所述通孔中填充氧化物

与现有技术相比，本发明提供的微波退火制备3dnand的方法，在通孔的侧壁上形成非晶硅之后，对所述非晶硅进行微波退火，使所述非晶硅转换为多晶硅，提高了多晶硅的晶化质量，进而提高了半导体器件的性能。

附图说明

图1是现有技术中3dnand存储器在制造过程中的结构示意图。

图2为本发明一实施例所提供的微波退火制备3dnand的方法的流程示意图。

图3～7为本发明一实施例所提供的微波退火制备3dnand的方法的各步骤结构示意图。

具体实施方式

发明人针对上述问题进行研究发现，3dnand器件性能的高低取决于多晶硅晶化的质量，而采用微波方法对非晶硅进行退火，使非晶硅转换为多晶硅，能够提高多晶硅的晶化质量，由此提高3dnand器件的性能。

经过进一步研究，发明人提出了一种微波退火制备3dnand的方法，包括：在半导体衬底上形成多层层叠结构，所述层叠结构依次包括第一材料层与第二材料层；刻蚀所述层叠结构形成通孔，暴露出所述半导体衬底；在所述通孔的侧壁上形成非晶硅；对所述非晶硅进行微波退火，使所述非晶硅转换为多晶硅。由此提高多晶硅的晶化质量，进而提高半导体器件的性能。

为使本发明的内容更加清楚易懂，以下结合说明书附图，对本发明的内容做进一步说明。当然本发明并不局限于该具体实施例，本领域的技术人员所熟知的一般替换也涵盖在本发明的保护范围内。

其次，本发明利用示意图进行了详细的表述，在详述本发明实例时，为了便于说明，示意图不依照一般比例局部放大，不应对此作为本发明的限定。

本发明的核心思想是：在通孔的侧壁上形成非晶硅之后，对所述非晶硅进行微波退火，使所述非晶硅转换为多晶硅，提高了多晶硅的晶化质量，进而提高了半导体器件的性能。

图2为本发明一实施例所提供的微波退火制备3dnand的方法的流程示意图，如图2所示，本发明提出的一种微波退火制备3dnand的方法，包括以下步骤：

步骤s01：在半导体衬底上形成多层层叠结构，所述层叠结构依次包括第一材料层与第二材料层；

步骤s02：刻蚀所述层叠结构形成通孔，暴露出所述半导体衬底；

步骤s03：在所述通孔的侧壁上形成非晶硅；

步骤s04：对所述非晶硅进行微波退火，使所述非晶硅转换为多晶硅。

图3～7为本发明一实施例提供的微波退火制备3dnand的方法的各步骤结构示意图，请参考图2所示，并结合图3～图7，详细说明本发明提出的微波退火制备3dnand的方法：

在步骤s01中，提供一半导体衬底10，在半导体衬底10上形成多层层叠结构20，所述层叠结构20依次包括第一材料层21与第二材料层22，如图3所示。

所述半导体衬底10的构成材料可以采用未掺杂的单晶硅、掺杂有杂质的单晶硅、绝缘体上硅(soi)等。作为示例，在本实施例中，所述半导体衬底10选用单晶硅材料构成。在所述半导体衬底10中还可以形成有埋层(图中未示出)等。

在所述半导体衬底10上形成多层层叠结构20，所述层叠结构依次包括第一材料层21和第二材料层22。该步骤可以按照现有技术中的规格进行生产，例如材料层的材质、各层的厚度以及层叠的次数等，本发明并不做严格限定。通常，所述第一材料层21为氧化物层，例如氧化硅层，所述第二材料层22为氮化物层，例如氮化硅层。经过多次层叠后，继续在最上方的层叠结构20的第二材料层22上形成一层第一材料层21。

在步骤s02中，刻蚀所述层叠结构20形成通孔30，暴露出所述半导体衬底10，如图4所示。

具体的，可以在层叠结构20的表面上设置掩模层(例如，光刻胶)，并对其进行构图(例如，对光刻胶进行曝光与显影)以在其中形成开口。然后，可以利用构图的掩模，依次对堆叠结构20中的第一材料层21和第二材料层22进行选择性刻蚀，如反应离子刻蚀(rie)，直至露出半导体衬底10。随后，可以去除掩模层。

在步骤s03中，在所述通孔30的侧壁上形成非晶硅40，如图5所示。

非晶硅40可以通过侧墙形成工艺来制造。例如，在图4所示的结构上沉积一材料层，并对其进行各向异性刻蚀如rie，以去除其横向延伸部分并保留竖直延伸部分，于是，该材料层留于通孔30的侧壁上。可以理解的是，所述非晶硅40的形成并不局限于该方法。

在步骤s04中，对所述非晶硅40进行微波退火，使所述非晶硅40转换为多晶硅50，如图6所示。

所述微波退火在微波腔室中进行，所述微波腔室中通入包括惰性气体与氧气的混合气体，所述氧气的浓度低于0.2％，所述惰性气体包括氩气、氦气或氮气，或氩气、氦气、氮气中任意两种或三种的组合，或本领域技术人员已知的其他惰性气体，优选的，所述惰性气体为氮气，用于抑制退火过程中半导体器件发生氧化。所述混合气体还可以包含除氧气与惰性气体之外的其他气体，本发明对此并不做限定。

所述微波腔室为低压环境，其压强为300torr～700torr，在低压环境下，可以有效的排出非晶硅中的杂质，例如氢离子、氧离子等，能够提高转化之后的多晶硅的晶化质量。所述微波退火的温度以10℃/min～100℃/min的速率上升至550℃～650℃，然后保持1min～360min。优选的，所述微波退火的温度以20℃/min～50℃/min的速率上升至550℃，然后保持2min～180min。

所述微波退火中微波的输出功率低于1kw，例如，当微波退火的温度为550℃时，进行波功率为600w，反射波功率为150w。

进行微波退火之后，还包括，在所述通孔30中填充氧化物60，形成如图7所示的图形。之后，还包括刻蚀所述层叠结构20以形成字线开口，通过刻蚀去除层叠结构20中的第二材料层22，暴露出多晶硅50等步骤，由于与现有技术的工艺步骤相同，在此不做赘述。

综上所述，本发明提供的微波退火制备3dnand的方法，在通孔的侧壁上形成非晶硅之后，对所述非晶硅进行微波退火，使所述非晶硅转换为多晶硅，提高了多晶硅的晶化质量，进而提高了半导体器件的性能。

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。