一种填孔装置及半导体器件的制作方法

1.本技术涉及半导体技术领域，涉及但不限于一种填孔装置及半导体器件。


背景技术：

2.随着3d nand技术的发展，氮
‑
氧堆栈叠层(n
‑
o stack film)的高度不断增加，虽然目前采用了多层堆叠(multi
‑
deck)结构的先进技术来降低了深宽比，但对底部沟道孔(lch，low channel hole)中牺牲层的填充能力依然很有挑战性，以及对孔洞深度的均一性要求更高。
3.相关技术中，牺牲层的填充技术有多晶硅插塞(poly
‑
plug)、碳插塞(carbon
‑
plug)等，其中，多晶硅插塞的工艺复杂，花费较高，且后续制程不易保持；碳插塞虽然工艺简便且易去除，但随着lch深度的不断增加，对碳插塞的填充能力有更高的要求。因此，增强碳插塞工艺填充深孔能力是非常必要的。


技术实现要素：

4.有鉴于此，本技术实施例提供一种填孔装置及半导体器件，能够增强半导体器件中深孔填充能力，在孔洞内形成有效的牺牲层。
5.本技术的技术方案是这样实现的：
6.第一方面，本技术实施例提供一种填孔装置，包括：
7.容纳腔；
8.与所述容纳腔顶部的等离子体喷头连接的等离子体发生器，用于产生等离子体，并通过所述等离子体喷头，向位于所述容纳腔底部的基台表面的堆叠样品喷射所述等离子体；其中，所述堆叠样品中包括至少一个孔洞；
9.与所述容纳腔连接的直流偏置模块，用于产生直流偏置电场，并通过所述直流偏置电场调节所述等离子体在所述孔洞内的运动方向，以实现填充所述孔洞。
10.在一些实施例中，所述直流偏置模块包括直流偏置极板，通过所述直流偏置极板产生所述直流偏置电场。
11.在一些实施例中，所述直流偏置模块还包括调节装置；所述调节装置与所述直流偏置极板连接，用于调节所述直流偏置极板的旋转角度。
12.在一些实施例中，所述旋转角度的取值范围为0度至180度。
13.在一些实施例中，所述直流偏置极板为正极板，通过所述正极板产生所述直流偏置电场，其中，所述直流偏置电场的场强方向垂直于所述正极板且指向远离所述正极板的方向。
14.在一些实施例中，所述等离子体中至少包括碳离子和氧离子；
15.在所述直流偏置电场的作用下，所述氧离子向所述孔洞的底部运动，且所述氧离子能够与位于所述孔洞顶部和顶部侧壁的碳离子发生化学反应。
16.在一些实施例中，所述填孔装置用于制作半导体器件；所述堆叠样品包括存储叠
层；所述孔洞包括：位于所述存储叠层的台阶区的接触孔，和/或，位于所述存储叠层的阵列区的沟道孔。
17.在一些实施例中，所述等离子体发生器包括等离子体反应腔和位于所述离子体反应腔中的高频电压发生器；
18.所述高频电压发生器用于形成高频电压，并通过所形成的高频电压作用于所述等离子体反应腔中的反应前躯体，实现对所述反应前躯体进行电离，以形成所述等离子体。
19.在一些实施例中，所述高频电压发生器包括射频电极，所述射频电极的一端与电源电压连接，所述射频电极的另一端与所述等离子体喷头连接，所述射频电极用于形成所述高频电压。
20.在一些实施例中，所述反应前躯体至少包括二氧化碳和碳氢化合物；
21.所述填孔装置包括至少两个所述等离子体发生器；
22.其中，第一个所述等离子体发生器用于对所述二氧化碳进行电离，形成二氧化碳等离子体；第二个所述等离子体发生器用于对所述碳氢化合物进行电离，形成碳氢化合物等离子体；
23.每一所述等离子体发生器连接一个所述等离子体喷头，或者全部等离子体发生器共同连接一个等离子体喷头，以通过所述等离子体喷头向所述堆叠样品喷射所述二氧化碳等离子体和所述碳氢化合物等离子体。
24.第二方面，本技术实施例提供一种半导体器件，包括：堆叠样品以及位于所述堆叠样品中的至少一个孔洞；
25.其中，每一所述孔洞通过上述实施例提供的填孔装置进行填充。
26.本技术实施例提供一种填孔装置及半导体器件，其中，填孔装置包括：容纳腔、与所述容纳腔顶部的等离子体喷头连接的等离子体发生器、与所述容纳腔底部的基台连接的直流偏置模块，通过直流偏置模块，能够产生直流偏置电场，并通过所述直流偏置电场调节所述等离子体在所述孔洞内的运动方向。如此，通过直流偏置模块所形成的直流偏置电场调节所述等离子体在孔洞内的运动方向，从而使得牺牲层材料能够更容易填充进孔洞内，增强深孔填充能力，在孔洞内形成有效的牺牲层。
附图说明
27.在附图(其不一定是按比例绘制的)中，相似的附图标记可在不同的视图中描述相似的部件。具有不同字母后缀的相似附图标记可表示相似部件的不同示例。附图以示例而非限制的方式大体示出了本文中所讨论的各个实施例。
28.图1a至1d为相关技术中形成三维存储器的过程示意图；
29.图2为本技术实施例提供的填孔装置的一种可选的结构示意图；
30.图3为本技术实施例提供的填孔装置的一种可选的结构示意图；
31.图4为本技术实施例提供的填孔装置的一种可选的结构示意图；
32.图5a至5c为采用本技术实施例提供的填孔装置进行下沟道孔填孔的工艺过程示意图。
具体实施方式
33.为使本技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本技术实施例中的附图，对实用新型的具体技术方案做进一步详细描述。以下实施例用于说明本技术，但不用来限制本技术的范围。
34.在后续的描述中，使用用于表示元件的诸如“模块”或“单元”的后缀仅为了有利于本技术的说明，其本身没有特定的意义。因此，“模块”或“单元”可以混合地使用。
35.在详述本技术实施例时，为便于说明，表示器件结构的剖面图会不依一般比例作局部放大，而且所述示意图只是示例，其在此不应限制本技术保护的范围。此外，在实际制作中应包含长度、宽度及深度的三维空间尺寸。
36.如图1a至1d所示，为相关技术中形成三维存储器的过程示意图，其中，所形成的三维存储器的下沟道孔中具有空洞。
37.如图1a所示，为堆叠形成的下叠层101，其中下叠层101中刻蚀形成有下沟道孔102。
38.如图1b所示，为在下叠层101中沉积形成牺牲层103，其中牺牲层103中具有空洞104。
39.如图1c所示，在形成具有空洞104的牺牲层103之后，在下叠层101之上沉积形成上叠层105。
40.如图1d所示，在沉积形成上叠层105之后，对上叠层105进行刻蚀，形成上沟道孔106，并且，基于所形成的上沟道孔106进行后续的制程工艺，以形成最终的三维存储器。
41.相关技术中，可以采用多晶硅插塞或碳插塞来填充下沟道孔102，其中，碳插塞工艺简单且易去除，通常采用碳插塞填充下沟道孔102以形成牺牲层103，由于在碳插塞填充的过程中，碳离子易在下沟道孔102的顶部和顶部侧壁沉积，因此，会在下沟道孔102中形成较大的空洞104，且空洞104的位置距离下沟道孔102顶部的距离较小。这样，在后续去除牺牲层以及对下叠层表面进行平坦化处理时，容易刻穿所形成的牺牲层，使得空洞104暴露出来，进而会使得后续沉积上叠层105时，对下沟道孔102也进行填充，造成器件的损坏和失效。
42.基于相关技术中所存在的上述问题，本技术实施例提供一种填孔装置，用于对三维存储器的下叠层中的下沟道孔进行填充。通过该填孔装置对下沟道孔进行填充后，可以形成有效的牺牲层，且所形成的牺牲层中的空洞较小，同时，所形成的牺牲层中的空洞位于牺牲层的底部且距离牺牲层顶部较远的距离。如此，能够保证后续去除牺牲层以及对下叠层表面进行平坦化处理时，所形成的牺牲层不易被刻穿，使得空洞不会暴露出来，进而会使得后续沉积上叠层时，能够沉积形成有效的上叠层，避免最终器件的损坏和失效。
43.下面，将对本技术实施例所提供的填孔装置进行说明：
44.图2为本技术实施例提供的填孔装置的一种可选的结构示意图，如图2所示，填孔装置20包括容纳腔201、等离子体喷头202、等离子体发生器203、基台204和直流偏置模块205。
45.容纳腔201作为填孔装置20的壳体，用于容纳堆叠样品206和填孔装置20中的等离子体喷头202和基台204。
46.容纳腔201可以采用任意一种材料制成的壳体来实现，或者，容纳腔201可以采用
导电材料制成。容纳腔201可以具有任意的形状和尺寸，只要容纳腔201中能够有效的容纳堆叠样品206和填孔装置20中的等离子体喷头202和基台204，并保证堆叠样品206与等离子体喷头202之间的有效喷射距离即可。
47.等离子体喷头202位于容纳腔201的顶部，且与等离子体发生器203连接。
48.等离子体喷头202用于产生等离子体，并通过所述等离子体喷头，向位于所述容纳腔底部的基台表面的堆叠样品喷射所述等离子体207。所述等离子体喷头202可以由金属材料制成，例如，由氮化铝材料制成。
49.本技术实施例中，填孔装置中可以具有至少一个等离子体喷头202，当采用同一种类的反应前躯体形成等离子体时，填孔装置中具有一个等离子体喷头202，通过这一个等离子体喷头202向堆叠样品喷射所述等离子体207；当采用不同种类的反应前躯体形成等离子体时，填孔装置中可以具有一个或多个等离子体喷头202，通过这一个等离子体喷头202向堆叠样品喷射多种不同类型的等离子体，或者通过多个等离子体喷头202分别同时向堆叠样品喷射多种不同类型的等离子体。
50.本技术实施例中，所述堆叠样品中包括至少一个孔洞，等离子体被喷射至孔洞中，以实现对孔洞的填充，形成牺牲层。
51.等离子体发生器203的一端与等离子体喷头202连接，用于产生等离子体，并通过所述等离子体喷头202向堆叠样品206喷射所述等离子体，所述等离子体发生器203的另一端连接电源电压或者其它设备。
52.基台204位于所述容纳腔201的底部，基台204用于承载堆叠样品206。所述基台204也由金属材料制成。基台204的材质与所述容纳腔201的材质相同或不同。基台204的可以具有任意的形状和尺寸，只要基台204能够被水平的放置于容纳腔201的底部即可。基台204的表面积大于或等于堆叠样品206的底面积，以实现对堆叠样品206进行有效稳定的承载。
53.直流偏置模块205与所述容纳腔201连接，这里直流偏置模块205与所述容纳腔201连接可以是指直流偏置模块205位于容纳腔201之内，也可以位于容纳腔201底部的外部。当直流偏置模块205位于容纳腔201之内(图中未示出)时，直流偏置模块205的第一端与所述基台204连接；当直流偏置模块205位于容纳腔201底部的外部(如图2所示)时，直流偏置模块205与所述基台204被容纳腔201的底面隔离开，或者，在容纳腔201的底部可以具有一开口，直流偏置模块205的第一端与所述基台204通过所述开口连接。
54.直流偏置模块205用于产生直流偏置电场，并通过所述直流偏置电场调节所述等离子体在所述孔洞内的运动方向，以实现填充所述孔洞。直流偏置模块205的第二端连接一电压模块，通过该电压模块向直流偏置模块205提供电压，以使得直流偏置模块205带电。
55.本技术实施例中，直流偏置电场形成于容纳腔201中，因此，所述等离子体能够在所述等离子体喷头202的喷射压力的作用下，向所述基台上的堆叠样品206表面喷射的同时，还能够在所述容纳腔201中的直流偏置电场的作用下，调节所述等离子体在所述孔洞内的运动方向，以实现填充所述孔洞。
56.在一些实施例中，所述容纳腔201中的直流偏置电场的场强大小可以调节，可以通过电压模块调节直流偏置模块205的直流电压，实现对直流偏置电场的场强大小的调节。如此，由于所述等离子体喷头202与所述基台204之间的直流偏置电场是一个变化的电场，这将会导致所述等离子体在上述变化的电场中可以以不同的速度向基台上的堆叠样品206表
面喷射，实现对孔洞的填充。
57.本技术实施例提供的填孔装置，包括：容纳腔、与所述容纳腔顶部的等离子体喷头连接的等离子体发生器、与所述容纳腔底部的基台连接的直流偏置模块，通过直流偏置模块，能够产生直流偏置电场，并通过所述直流偏置电场调节所述等离子体在所述孔洞内的运动方向。如此，通过直流偏置模块所形成的直流偏置电场调节所述等离子体在所述孔洞内的运动方向，从而使得牺牲层材料能够更容易填充进孔洞内，增强深孔填充能力，在孔洞内形成有效的牺牲层。
58.图3为本技术实施例提供的填孔装置的一种可选的结构示意图，如图3所示，填孔装置20包括容纳腔201、等离子体喷头202、等离子体发生器203、基台204和直流偏置模块。其中，所述直流偏置模块包括直流偏置极板301，通过所述直流偏置极板301产生所述直流偏置电场。
59.请继续参照图3，在一些实施例中，所述直流偏置模块还包括调节装置302；所述调节装置302与所述直流偏置极板301连接，用于调节所述直流偏置极板301的旋转角度。
60.本技术实施例中，通过调节装置302调节所述直流偏置极板301的旋转角度，进而能够调节直流偏置极板301所形成的所述直流偏置电场的场强方向，进而改变所述等离子体在所述孔洞内的运动方向。
61.在一些实施例中，直流偏置极板301的旋转角度的取值范围为0度至180度，如此，能够实现等离子体在所述孔洞内的运动方向发生改变，运动方向的改变范围为0度至180度。
62.在一些实施例中，所述直流偏置极板可以为正极板，通过所述正极板产生所述直流偏置电场，其中，所述直流偏置电场的场强方向垂直于所述正极板且指向远离所述正极板的方向。如此，在通过等离子体喷射孔洞以形成牺牲层时，等离子体中的负离子能够沿着朝向正极板的方向运动，且通过调节装置302调节所述直流偏置极板301的旋转角度，能够实现对等离子体中的负离子的运动方向进行调整。
63.在一些实施例中，所述等离子体中至少包括碳离子和氧离子；在所述直流偏置电场的作用下，所述氧离子向所述孔洞的底部运动，且所述氧离子能够与位于所述孔洞顶部和顶部侧壁的碳离子发生化学反应。本技术实施例中，通过调节装置302调节所述直流偏置极板301的旋转角度，能够实现对等离子体中的氧离子的方向进行调整，如此，氧离子更多的被喷射进孔洞内，进而与孔洞内的碳离子发生反应，从而能够避免碳离子在孔洞顶部和顶部侧壁沉积，避免碳离子较快的对孔洞封口，而形成较大的空洞，且避免了空洞位于距离孔洞顶部较近的位置。如此，实现了碳离子在孔洞内的沉积，且实现了空洞形成于距离孔洞底部较近的位置，保证对孔洞的有效填充，形成有效的牺牲层。
64.在一些实施例中，所述填孔装置用于制作半导体器件；所述堆叠样品包括存储叠层；所述堆叠样品包括存储叠层；所述孔洞包括位于存储叠层的台阶区的接触孔，和/或，位于所述存储叠层的阵列区的沟道孔。也就是说，本技术实施例的填孔装置不仅可以用于对半导体器件台阶区的接触孔进行填孔，形成牺牲层，还可以对半导体器件阵列区的沟道孔进行填孔，形成牺牲层。
65.图4为本技术实施例提供的填孔装置的一种可选的结构示意图，如图4所示，填孔装置20包括容纳腔201、等离子体喷头202、等离子体发生器203、基台204和直流偏置模块
205。
66.其中，所述等离子体发生器203包括等离子体反应腔401和位于所述离子体反应腔401中的高频电压发生器402。
67.所述高频电压发生器402用于形成高频电压，并通过所形成的高频电压作用于所述等离子体反应腔中的反应前躯体403，实现对所述反应前躯体403进行电离，以形成所述等离子体207。
68.在一些实施例中，所述高频电压发生器402包括射频电极，所述射频电极的一端与电源电压404连接，所述射频电极的另一端与所述等离子体喷头202连接，所述射频电极用于形成所述高频电压。
69.在一些实施例中，所述反应前躯体403至少包括二氧化碳和碳氢化合物；此时，由于反应前躯体403为两种类型的物质，因此，所述填孔装置20可以包括两个所述等离子体发生器203；其中，第一个所述等离子体发生器203用于对所述二氧化碳进行电离，形成二氧化碳等离子体；第二个所述等离子体发生器203用于对所述碳氢化合物进行电离，形成碳氢化合物等离子体；每一所述等离子体发生器连接一个所述等离子体喷头202，或者全部等离子体发生器共同连接一个等离子体喷头202，以通过所述等离子体喷头202向所述堆叠样品喷射所述二氧化碳等离子体和所述碳氢化合物等离子体。
70.在一些实施例中，所述等离子体发生器203还可以包括一反应前躯体主入口405，用于注入反应前躯体403。
71.本技术实施例提供的填孔装置，在碳插塞填充工艺中，添加一个可以调节极板角度的直流偏置模块(dc bias模块)，以调节直流偏置电场的方向，并在工艺过程中进行掺杂二氧化碳工序，通过改变氧离子运动方向，让堆叠样品的下沟道孔的顶部(直接转换)以及顶部侧壁(重新溅射效果)受氧离子反应，导致不易沉积碳，实现下沟道孔由下至上的填充，以满足工艺需求。
72.图5a至5c为采用本技术实施例提供的填孔装置进行下沟道孔填孔的工艺过程示意图。
73.如图5a所示，为堆叠形成的下叠层501，其中下叠层501中刻蚀形成有至少一个下沟道孔502。
74.如图5b所示，为采用本技术实施例提供的填孔装置进行填孔的过程示意图，其中，具有至少一个下沟道孔502的下叠层501被放置于填孔装置的容纳腔底部的基台表面上，为了简化示意图以方便理解，图5b中未示出填孔装置中的容纳腔、等离子体喷头、等离子体发生器、基台，仅示出了填孔装置中的直流偏置模块，其中，直流偏置模块包括直流偏置极板503和调节装置504。
75.所述调节装置504与所述直流偏置极板503连接，用于调节所述直流偏置极板503的旋转角度。直流偏置极板503能够产生直流偏置电场，通过所述直流偏置电场，能够调节等离子体喷头所喷出的等离子体中的氧离子在所述下沟道孔502内的运动方向，以实现填充所述下沟道孔502。
76.请继续参照图5b，等离子体喷头所喷出的等离子体中具有氧离子，其中，在直流偏置电场的作用下，氧离子505不仅可以在下沟道孔502的顶部(即下叠层501的表面)进行直接转换，与等离子体中的碳离子发生反应生成二氧化碳气体排出，还可以在下沟道孔502的
顶部侧壁发生重新溅射，以运动至下沟道孔502的底部。
77.本技术实施例中，在碳插塞填充工艺中，通过添加一个可以调节极板角度的直流偏置极板503，以调节直流偏置电场的方向，并在工艺过程中进行掺杂co2工序，通过改变氧离子的运动方向，使得氧离子在下沟道孔502的顶部直接转换，以及在下沟道孔502的顶部侧壁重新溅射效果，受氧离子反应，导致碳离子不易沉积碳，实现下沟道孔502由下至上的填充，以满足工艺需求。
78.如图5c所示，通过碳离子与氧离子在下沟道孔502顶部和顶部侧壁的反应，使得碳离子能够在下沟道孔502由下至上的填充，进而使得所形成的空洞506位于靠近下叠层501底部的位置，且在空洞506之上具有较厚的碳沉积层，形成牺牲层507。
79.本技术实施例提供的填孔装置，通过直流偏置模块所形成的直流偏置电场调节等离子体在孔洞内的运动方向，从而使得牺牲层材料能够更容易填充进孔洞内，增强深孔填充能力，在孔洞内形成有效的牺牲层。
80.除此之外，本技术实施例还提供一种半导体器件，所述半导体器件至少包括：堆叠样品以及位于所述堆叠样品中的至少一个孔洞。
81.其中，所述堆叠样品包括存储叠层，所述孔洞包括位于所述存储叠层台阶区域的接触孔和位于所述存储叠层阵列区域的接触孔。
82.本技术实施例中，所述堆叠样品至少包括两个垂直堆叠的存储叠层，所述孔洞为所述堆叠样品中底层存储叠层中的沟道孔或者接触孔，即深孔。本技术实施例中在形成所述半导体器件时，每一孔洞通过上述实施例提供的填孔装置进行填充，这里，对填孔装置不再进行详细描述。
83.本技术实施例提供的半导体器件，由于可以通过上述实施例提供的填孔装置对堆叠样品中孔洞进行填充，如此，能够在孔洞中形成有效的牺牲层，进而能够实现制备具有多层堆叠结构的半导体器件。
84.在本技术所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的设备，可以通过其它的方式实现。以上所描述的设备实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，如：多个单元或组件可以结合，或可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。
85.上述作为分离部件说明的单元可以是、或也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是、或也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，也可以分布到多个单元上；可以根据实际的需要选择其中的部分或全部单元来实现本实施例方案的目的。
86.本技术所提供的几个实施例中所揭露的装置，在不冲突的情况下可以任意组合，得到新的装置实施例。本技术所提供的几个设备实施例中所揭露的特征，在不冲突的情况下可以任意组合，得到新的设备实施例。
87.以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。