材料的填充方法、半导体结构和3DNAND存储器与流程

材料的填充方法、半导体结构和3d nand存储器
技术领域
1.本技术涉及半导体领域，具体而言，涉及一种材料的填充方法、半导体结构和3d nand存储器。


背景技术：

2.在3d nand flash的制造工艺中，随着层数不断加深，深宽比不断加大，深孔的金属填充越来越有挑战性。主要是因为，金属在深孔的顶部的生长速率大于底部的生长速率，容易使得填充后的金属中形成空洞等缺陷。
3.目前，ice(inhabit controlled enhance，缓蚀剂控制增强法)工艺被大规模应用。ice的机理是利用一些气体来处理金属的生长基底，使得深孔的顶部和底部的生长速率差异减小，减少顶部提前封口(over hang)的几率，从而尽量减少或者避免填充后的金属中存在空洞等缺陷。
4.但是，在深孔的顶部区域，由于存在弯曲区域，且该区域距离顶部较近，ice工艺在该区域中难以很好地减小生长速率的差异，因此，导致顶部的填充缺陷(空洞等缺陷)仍然较大。
5.因此，亟需一种可以减小顶部的弯曲区域导致的孔洞的填充缺陷的填充方法。
6.在背景技术部分中公开的以上信息只是用来加强对本文所描述技术的背景技术的理解，因此，背景技术中可能包含某些信息，这些信息对于本领域技术人员来说并未形成在本国已知的现有技术。


技术实现要素：

7.本技术的主要目的在于提供一种材料的填充方法、半导体结构和3d nand存储器，以解决现有技术中的顶部的弯曲区域导致的孔洞的填充缺陷较大的问题。
8.为了实现上述目的，根据本技术的一个方面，提供了一种材料的填充方法，包括：提供具有预定结构的基底，所述预定结构为孔或者凹槽，所述预定结构包括弯曲部，所述弯曲部包括在第一方向上宽度最大的部分，所述第一方向为垂直于所述预定结构的深度方向；对所述预定结构进行处理，以减小预定材料在所述预定结构的顶部和底部的生长速率，且使得所述顶部的生长速率的减少量大于所述底部的生长速率的减少量；在处理后的所述预定结构中填充预定材料，形成剩余预定结构，所述剩余预定结构为未填充有所述预定材料的所述预定结构；对所述剩余预定结构的表面进行处理，以减小所述剩余预定结构的表面的粗糙度；在处理后的所述剩余预定结构中填充所述预定材料，直到充满为止。
9.可选地，对所述预定结构进行处理，以减小预定材料在所述预定结构的顶部的生长速率，且使得所述预定结构的顶部的生长速率小于所述预定结构的底部的生长速率，包括：在所述预定结构的表面上形成钝化层，且所述钝化层的厚度从所述底部到所述顶部逐渐增加。
10.可选地，对所述剩余预定结构的表面进行处理，以减小所述剩余预定结构的表面
的粗糙度，包括：采用还原性的气体对所述剩余预定结构的表面进行退火处理。
11.可选地，所述还原性的气体包括氢气。
12.可选地，在所述预定结构的表面上形成钝化层，包括：向所述预定结构所在的反应腔室内通入六氟化钨和氨气，在所述预定结构的表面上形成氮化物钝化层。
13.可选地，在处理后的所述预定结构中填充预定材料，和/或，在处理后的所述剩余预定结构中填充所述预定材料，包括：在第一时间段内，向在所述预定结构所在的反应腔室中通入第一流量的预定材料的气源；在第二时间段内，向所述反应腔室中通入符合预定变化规律的所述气源，所述预定变化规律为从所述第一流量减小到第二流量的变化规律，所述第二时间段的起始时刻为所述第一时间段的终点时刻；在第三时间段内，向所述反应腔室中通入第二流量的所述气源，所述第三时间段的起始时刻为所述第二时间段的终点时刻。
14.可选地，在第二时间段内，向所述反应腔室中通入符合预定变化规律的所述气源，包括：在第一子时间段内，向所述反应腔室中通入流量符合第一子变化规律的所述气源，所述第一子变化规律为从所述第一流量减小到第三流量的变化规律，所述第一子时间段的起始时刻为所述第二时间段的起始时刻；在第二子时间段内，向所述反应腔室中通入所述第三流量的所述气源，所述第二子时间段的起始时刻为所述第一子时间段的终点时刻；在第三子时间段内，向所述反应腔室中通入流量符合第二子变化规律的所述气源，所述第一子变化规律为从所述第三流量减小到所述第二流量的变化规律，所述第三子时间段的起始时刻为所述第二子时间段的终点时刻，所述第三子时间段的终点时刻为所述第二时间段的终点时刻。
15.可选地，所述气源包括六氟化钨。
16.根据本技术的另一方面，提供了一种半导体结构，所述半导体结构采用任一种的所述方法形成。
17.根据本技术的又一方面，提供了一种3d nand存储器，包括半导体结构，所述半导体结构采用任一种的所述方法形成。
18.在本发明实施例中，首先，提供具有弯曲部的孔或凹槽的基底；然后，对孔或凹槽进行处理，以减小预定材料在孔或凹槽的顶部和底部的生长速率差异，在处理后的孔或凹槽的部分填充预定材料；其次，对剩余的孔或凹槽的表面进行处理，以减小其表面的粗糙度；最后，对剩余的孔或凹槽的填充预定材料。该方法中，在预定结构的部分中填充了预定材料之后，通过对剩余的孔或凹槽的表面进行处理，以减小其表面的粗糙度，从而减小了预定材料沉积时的晶粒大小，使得当前剩余的孔或凹槽的顶部和底部的生长速率差异减小，使得顶部封口所需的时间变长，这样剩余预定结构的底部沉积较多时才会封口，进而减小或消除顶部的填充缺陷，解决了现有技术中顶部的弯曲区域导致的孔洞的填充缺陷较大的问题。
附图说明
19.构成本技术的一部分的说明书附图用来提供对本技术的进一步理解，本技术的示意性实施例及其说明用于解释本技术，并不构成对本技术的不当限定。在附图中：
20.图1示出了根据本技术的实施例的一种材料的填充方法的流程示意图；
21.图2至图5示出了本技术的一种材料的填充过程的结构示意图；
22.图6至图9示出了采用分段生长填充的结构示意图；
23.图10示出了采用低分压生长填充的结构示意图；
24.图11示出了采用高分压生长填充的结构示意图。
25.其中，上述附图包括以下附图标记：
26.10、预定结构；11、弯曲部；12、钝化层；13、剩余预定结构；14、剩余预定结构的表面。
具体实施方式
27.需要说明的是，在不冲突的情况下，本技术中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本技术。
28.为了使本技术领域的人员更好地理解本技术方案，下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本技术一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本技术保护的范围。
29.需要说明的是，本技术的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本技术的实施例。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
30.应该理解的是，当元件(诸如层、膜、区域、或衬底)描述为在另一元件“上”时，该元件可直接在该另一元件上，或者也可存在中间元件。而且，在说明书以及权利要求书中，当描述有元件“连接”至另一元件时，该元件可“直接连接”至该另一元件，或者通过第三元件“连接”至该另一元件。
31.正如背景技术所介绍的，现有技术中的顶部具有弯曲区域的孔洞的填充缺陷的问题，为了解决上述问题，本技术的一种典型的实施方式中，提供了一种材料的填充方法、半导体结构和3d nand存储器。
32.根据本技术的实施例，提供了一种材料的填充方法。图1是根据本技术实施例的材料的填充方法的流程图。如图1所示，该方法包括以下步骤：
33.步骤s101，提供具有预定结构10的基底，上述预定结构为孔或者凹槽，上述预定结构10包括弯曲部11，上述弯曲部11包括在第一方向上宽度最大的部分，上述第一方向为垂直于上述预定结构10的深度方向；
34.步骤s102，对上述预定结构10进行处理，形成如图2所示的结构，以减小预定材料在上述预定结构10的顶部和底部的生长速率，且使得上述顶部的生长速率的减少量大于上述底部的生长速率的减少量；
35.步骤s103，在处理后的上述预定结构10中填充预定材料，形成剩余预定结构13(如图3所示的结构)，上述剩余预定结构13为未填充有上述预定材料的上述预定结构10；
36.步骤s104，对上述剩余预定结构的表面14进行处理，形成如图4所示的结构，以减小上述剩余预定结构的表面14的粗糙度；
37.步骤s105，在处理后的上述剩余预定结构13中填充上述预定材料，直到充满为止，充满后的结构如图5所示。
38.上述的方法中，首先，提供具有弯曲部的孔或凹槽的基底；然后，对孔或凹槽进行处理，以减小预定材料在孔或凹槽的顶部和底部的生长速率差异，在处理后的孔或凹槽的部分填充预定材料；其次，对剩余的孔或凹槽的表面进行处理，以减小其表面的粗糙度；最后，对剩余的孔或凹槽的填充预定材料。该方法中，在预定结构的部分中填充了预定材料之后，通过对剩余的孔或凹槽的表面进行处理，以减小其表面的粗糙度，从而减小了预定材料沉积时的晶粒大小，使得当前剩余的孔或凹槽的顶部和底部的生长速率差异减小，使得顶部封口所需的时间变长，这样剩余预定结构的底部沉积较多时才会封口，进而减小或消除顶部的填充缺陷，解决了现有技术中顶部的弯曲区域导致的孔洞的填充缺陷较大的问题。
39.本技术的一种实施例中，对上述预定结构10进行处理，以减小预定材料在上述预定结构10的顶部的生长速率，且使得上述预定结构10的顶部的生长速率小于上述预定结构10的底部的生长速率，包括：在上述预定结构10的表面上形成钝化层12，且上述钝化层12的厚度从上述底部到上述顶部逐渐增加。该实施例中的方法使得后续预定材料填充过程中，预定材料生长的速率不同，靠近顶部的钝化层的厚度较大，使得该处的预定材料生长速率较小，而底部因为钝化层的厚度较小，预定材料的生长速率较大，从而使得预定结构底部填充的材料更多，顶部填充的材料较少，避免顶部生长的材料较多导致的顶部过早封口，从而减小了过早封口导致的孔洞较大的问题。
40.本技术的再一种实施例中，对上述剩余预定结构的表面14进行处理，以减小上述剩余预定结构的表面14的粗糙度，包括采用还原性的气体对上述剩余预定结构的表面14进行退火处理。该实施例中，采用还原性气体对预定结构的表面可以进行退火处理，还原性气体可以与钝化层中的悬挂键反应，从而可以减少钝化层中的悬挂键，使得剩余预定结构的表面的粗糙度减小，从而使得后续生长的预定材料的晶粒变小，进一步保证顶部需要的封口时间较长。
41.本技术的又一种实施例中，上述还原性的气体包括氢气。本实施例中，采用氢气作为还原气体，氢气消除钝化层中的悬挂键效果较好，且氢气在钝化层中没有残留，也基本不会对器件的其他性能造成影响。
42.当然，实际的应用中，本技术的还原气体并不限于氢气，还可以为其他气体，例如硫化氢。
43.本技术的另一种实施例中，在上述预定结构10的表面上形成钝化层12，包括向上述预定结构10所在的反应腔室内通入六氟化钨和氨气，在上述预定结构10的表面上形成氮化物钝化层12。该实施例中，采用这种方法形成氮化物钝化层的效率高，工艺可控性强，氮化物钝化层的比例可控程度较高的优点。
44.上述氮化物钝化层的形成方法并不限于此种方法，还可以为其他方法，例如物理气相沉积法和原子层沉积法。如果采用物理气相沉积法，向上述预定结构所在的反应腔室内通入氮气及氩气，用以对预定结构的表面进行氮化处理形成上述氮化物钝化层。如果采用原子层沉积法，向上述预定结构所在的反应腔室内通入氨气、六氟化钨及乙硼烷。
45.本技术的再一种实施例中，在处理后的上述预定结构10中填充上述预定材料，和/或，在处理后的上述剩余预定结构13中填充上述预定材料，包括：在第一时间段内，向在上述预定结构10所在的反应腔室中通入第一流量的上述预定材料的气源，此时上述预定结构10的分压小，气源的流量阈值大，需要通入的气源流量多；在第二时间段内，向上述反应腔室中通入符合预定变化规律的上述气源，上述预定变化规律为从上述第一流量减小到第二流量的变化规律，上述第二时间段的起始时刻为上述第一时间段的终点时刻，此时剩余预定结构13的分压大于第一时间段内底部的分压，气源的流量阈值小于第一时间段内的流量阈值，所以需要通入的气源流量小于第一时间段内的气源流量；在第三时间段内，向上述反应腔室中通入第二流量的上述气源，上述第三时间段的起始时刻为上述第二时间段的终点时刻，此时剩余预定结构13的分压大，气源的流量阈值小，需要通入的气源流量少。上述的气源流量阈值是指预定材料生长时速度达到最大且不再增加的时候的流量值。该实施例中，通过针对不同阶段的预定材料生长特点，采用分段生长的反应方式，在不同的阶段使用不同的气体流量，从而减少反应气体的用量。
46.本技术的又一种实施例中，在第二时间段内，向上述反应腔室中通入符合预定变化规律的上述气源，包括：在第一子时间段内，向上述反应腔室中通入流量符合第一子变化规律的上述气源，上述第一子变化规律为从上述第一流量减小到第三流量的变化规律，上述第一子时间段的起始时刻为上述第二时间段的起始时刻；在第二子时间段内，向上述反应腔室中通入上述第三流量的上述气源，上述第二子时间段的起始时刻为上述第一子时间段的终点时刻；在第三子时间段内，向上述反应腔室中通入流量符合第二子变化规律的上述气源，上述第一子变化规律为从上述第三流量减小到上述第二流量的变化规律，上述第三子时间段的起始时刻为上述第二子时间段的终点时刻，上述第三子时间段的终点时刻为上述第二时间段的终点时刻。该实施例中，将第二阶段细分为不同的子阶段，在不同的子阶段使用不同的气体流量，进一步减少反应气体的用量。
47.本技术的另一种实施例中，上述气源包括六氟化钨。当然，实际的应用中，本技术的气源并不限于六氟化钨，还可以为其他气体，本领域技术人员可以根据实际情况选择其他合适的气体。
48.本技术的另一种典型的实施方式中，提供了一种半导体结构，该半导体结构采用任一种上述的方法形成。
49.上述的半导体结构采用上述任一种的方法形成，该方法中，首先，提供具有弯曲部的孔或凹槽的基底；然后，对孔或凹槽进行处理，以减小预定材料在孔或凹槽的顶部和底部的生长速率差异，在处理后的孔或凹槽的部分填充预定材料；其次，对剩余的孔或凹槽的表面进行处理，以减小其表面的粗糙度；最后，对剩余的孔或凹槽的填充预定材料。该方法中，在预定结构的部分中填充了预定材料之后，通过对剩余的孔或凹槽的表面进行处理，以减小其表面的粗糙度，从而减小了预定材料沉积时的晶粒大小，使得当前剩余的孔或凹槽的顶部和底部的生长速率差异减小，使得顶部封口所需的时间变长，这样剩余预定结构的底部沉积较多时才会封口，进而减小或消除顶部的填充缺陷，解决了现有技术中顶部的弯曲区域导致的孔洞的填充缺陷较大的问题。因此，由于该半导体结构采用了上述的填充方法，所以该半导体结构中的顶部具有弯曲区域的孔洞的填充缺陷较小。
50.本技术的又一种典型的实施方式中，提供了一种3d nand存储器，该3d nand存储
器包括半导体结构，上述半导体结构采用任一种上述的方法形成。
51.上述的3d nand存储器中包括半导体结构，上述半导体结构采用任一种上述的方法形成，该方法中，首先，提供具有弯曲部的孔或凹槽的基底；然后，对孔或凹槽进行处理，以减小预定材料在孔或凹槽的顶部和底部的生长速率差异，在处理后的孔或凹槽的部分填充预定材料；其次，对剩余的孔或凹槽的表面进行处理，以减小其表面的粗糙度；最后，对剩余的孔或凹槽的填充预定材料。该方法中，在预定结构的部分中填充了预定材料之后，通过对剩余的孔或凹槽的表面进行处理，以减小其表面的粗糙度，从而减小了预定材料沉积时的晶粒大小，使得当前剩余的孔或凹槽的顶部和底部的生长速率差异减小，使得顶部封口所需的时间变长，这样剩余预定结构的底部沉积较多时才会封口，进而减小或消除顶部的填充缺陷，解决了现有技术中顶部的弯曲区域导致的孔洞的填充缺陷较大的问题。因此，由于该3dnand存储器采用了上述的半导体结构，该3d nand存储器中的顶部具有弯曲区域的孔洞的填充缺陷较小，所以该3d nand存储器得电学性能较好。
52.在该器件中，预定材料可以为钨，并且填充后的钨形成栅极。该器件中的其他的结构与现有技术中的结构相同，此处不再赘述。
53.为了使得本领域技术人员能够更加清楚地了解本技术的技术方案，以下将结合具体的实施例来说明本技术的技术方案。
54.实施例
55.该半导体结构的制作方法包括：
56.提供具有预定结构10的基底，预定结构10包括弯曲部11；向预定结构10中通入六氟化钨和氨气，在预定结构10上形成氮化物钝化层12，形成如图2所示的结构，以减小钨在上述预定结构10的顶部和底部的生长速率，且使得上述顶部的生长速率的减少量大于上述底部的生长速率的减少量；在处理后的预定结构10中填充钨，形成剩余预定结构13，剩余预定结构13为未填充有钨的上述预定结构10，剩余预定结构13如图3所示；如图4所示，对剩余预定结构的表面14进行用氢气进行退火处理，以减小剩余预定结构的表面14的粗糙度；在处理后的剩余预定结构13中填充钨，直到充满为止，形成如图5所示的结构。
57.上述的半导体结构由于采用了上述的填充方法，所以该半导体结构中的顶部具有弯曲区域的孔洞的填充缺陷较少。
58.在向预定结构填充钨过程包括：
59.在第一时间段内，向在预定结构10所在的反应腔室中通入第一流量的六氟化钨，形成如图6所示的结构；在第二时间段内，向反应腔室中通入符合预定变化规律的六氟化钨，形成如图7所示的结构，预定变化规律为从第一流量减小到第二流量的变化规律，第二时间段的起始时刻为上述第一时间段的终点时刻；在第三时间段内，向反应腔室中通入第二流量的六氟化钨，形成如图8所示的结构，第三时间段的起始时刻为第二时间段的终点时刻；最后生成的结构为图9所示的结构。
60.采用这种分段填充的方式，通过针对不同阶段的预定材料生长特点，采用分段生长的反应方式，在不同的阶段使用不同的气体流量，从而减少反应气体的用量。
61.对比例1
62.图10是采用低流量生长填充的半导体结构示意图，低流量为实施例中的第三时间段的流量。
63.与图9相比，图10中半导体的孔洞更大，填充的效果较差。
64.对比例2
65.图11是采用高流量生长填充的半导体结构示意图，高流量为实施例中的第一时间段的流量。
66.与图11相比，图10中半导体的孔洞和图11中的孔洞数量近似，但是采用分段填充的方式，用的反应气体更少。
67.从以上的描述中，可以看出，本技术上述的实施例实现了如下技术效果：
68.1)、本技术的材料的填充方法，首先，提供具有弯曲部的孔或凹槽的基底；然后，对孔或凹槽进行处理，以减小预定材料在孔或凹槽的顶部和底部的生长速率差异，在处理后的孔或凹槽的部分填充预定材料；其次，对剩余的孔或凹槽的表面进行处理，以减小其表面的粗糙度；最后，对剩余的孔或凹槽的填充预定材料。该方法中，通过对剩余的孔或凹槽的表面进行处理，以减小其表面的粗糙度，从而减小了预定材料的晶粒大小，使得孔或凹槽的顶部和底部的生长速率差异减小，减少顶部提前封口的几率，进而减小了现有技术中的顶部具有弯曲区域的孔洞的填充缺陷。
69.2)、本技术的半导体结构采用任一种的方法形成，该方法中，首先，提供具有弯曲部的孔或凹槽的基底；然后，对孔或凹槽进行处理，以减小预定材料在孔或凹槽的顶部和底部的生长速率差异，在处理后的孔或凹槽的部分填充预定材料；其次，对剩余的孔或凹槽的表面进行处理，以减小其表面的粗糙度；最后，对剩余的孔或凹槽的填充预定材料。该方法中，通过对剩余的孔或凹槽的表面进行处理，以减小其表面的粗糙度，从而减小了预定材料的晶粒大小，使得孔或凹槽的顶部和底部的生长速率差异减小，减少顶部提前封口的几率，进而减小了现有技术中的顶部具有弯曲区域的孔洞的填充缺陷。因此，由于该半导体结构采用了上述的填充方法，所以该半导体结构中的顶部具有弯曲区域的孔洞的填充缺陷较少。
70.3)、本技术的3d nand存储器中包括半导体结构，该半导体结构采用任一种的方法形成，该方法中，首先，提供具有弯曲部的孔或凹槽的基底；然后，对孔或凹槽进行处理，以减小预定材料在孔或凹槽的顶部和底部的生长速率差异，在处理后的孔或凹槽的部分填充预定材料；其次，对剩余的孔或凹槽的表面进行处理，以减小其表面的粗糙度；最后，对剩余的孔或凹槽的填充预定材料。该方法中，通过对剩余的孔或凹槽的表面进行处理，以减小其表面的粗糙度，从而减小了预定材料的晶粒大小，使得孔或凹槽的顶部和底部的生长速率差异减小，减少顶部提前封口的几率，进而减小了现有技术中的顶部具有弯曲区域的孔洞的填充缺陷。因此，由于该3d nand存储器采用了上述的半导体结构，所以该3d nand存储器中的顶部具有弯曲区域的孔洞的填充缺陷较少。
71.以上所述仅为本技术的优选实施例而已，并不用于限制本技术，对于本领域的技术人员来说，本技术可以有各种更改和变化。凡在本技术的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本技术的保护范围之内。