[發明專利]三維非易失性存儲器件、存儲系統及其制造方法

有效

• 申請號: 201210460158.8
• 申請日: 2012-11-15
• 公開（公告）號: CN103165620B
• 公開（公告）日: 2017-03-29
• 發明（設計）人: 全裕男
• 申請（專利權）人: 愛思開海力士有限公司
• 主分類號: H01L27/11582
• 分類號: H01L27/11582;H01L29/792;H01L21/336
• 代理公司: 北京弘權知識產權代理事務所(普通合伙)11363
• 代理人: 周曉雨,俞波

相關申請的交叉引用

本申請要求2011年12月19日提交的申請號為10-2011-0137344的韓國專利申請的優先權，其全部內容通過引用合并于此。

技術領域

本公開的實施例涉及一種半導體器件及其制造方法，更具體而言，涉及一種包括管道柵的三維（3D）非易失性存儲器件、包括所述三維非易失性存儲器件的存儲系統、以及制造所述三維非易失性存儲器件的方法。

背景技術

非易失性存儲器件即使在切斷電源的情況下也能保留儲存在其中的數據。由于近來2D存儲器件（存儲器單元以單層形成在硅襯底之上）的集成度的改進達到極限，提出了將存儲器單元從硅襯底垂直地層疊成多層的三維非易失性存儲器件。

以下詳細地描述已知的三維非易失性存儲器件的結構及其問題。

圖1是示出現有的三維非易失性存儲器件的結構的立體圖。為了便于描述，在圖1中未示出層間絕緣層。

如圖1所示，現有的三維非易失性存儲器件包括溝道CH。溝道CH包括掩埋在管道柵PG中的管道溝道層P_CH，以及與管道溝道層P_CH耦接的一對存儲器溝道層M_CH。溝道層CH被隧道絕緣層、電荷陷阱層以及電荷阻擋層（未示出）包圍。

三維非易失性存儲器件還包括被層疊以包圍存儲器溝道層M_CH的字線WL，以及設置在字線WL之上的源極選擇線SSL和漏極選擇線DSL。

沿第二方向II-II’彼此相鄰的存儲串共同耦接到一個源極線SL，沿第二方向II-II’延伸的存儲串列中所包括的存儲串共同耦接到公共位線BL。

根據以上結構，包圍管道溝道層P_CH的隧道絕緣層、電荷陷阱層以及電荷阻擋層起管道柵的柵絕緣層的作用。然而，隧道絕緣層、電荷陷阱層以及電荷阻擋層沒有用于柵絕緣層的足夠厚度。因此，存在的問題在于：當執行擦除操作時，由于電子的反向隧穿（back?tunneling）引起管道柵的閾值電壓上升，或存儲器單元的閾值電壓由于讀取干擾而移動。

發明內容

本公開的一個示例性實施例涉及一種三維非易失性存儲器件、包括所述三維非易失性存儲器件的存儲系統、以及制造所述三維非易失性存儲器件的方法，在所述三維非易失性存儲器件中，管道柵包括具有足夠的厚度以防止電子的反向隧穿的柵絕緣層。

在本公開的一個方面中，一種三維非易失性存儲器件包括：第一管道柵層；第二管道柵層，所述第二管道柵層設置在第一管道柵層之上；字線，所述字線在第二管道柵層之上形成為多層；存儲器溝道層，所述存儲器溝道層被配置成穿過字線；管道溝道層，所述管道溝道層形成在第一管道柵層中，其中，管道溝道層接觸第二管道柵層的下表面，并且將一對存儲器溝道層的下端部耦接；存儲器層，所述存儲器層被配置成包圍管道溝道層和存儲器溝道層；以及第一柵絕緣層，所述第一柵絕緣層插入在第一管道柵層與存儲器層之間。

在本公開的另一個方面中，一種存儲系統包括：三維非易失性存儲器件，所述三維非易失性存儲器件被配置成包括：第一管道柵層；第二管道柵層，所述第二管道柵層設置在第一管道柵層之上；字線，所述字線在第二管道柵層之上層疊成多層；存儲器溝道層，所述存儲器溝道層被配置成穿過字線；管道溝道層，所述管道溝道層形成在第一管道柵層中，其中，管道溝道層接觸第二管道柵的下表面，并與一對存儲器溝道層的下端部耦接；存儲器層，所述存儲器層被配置成包圍管道溝道層和存儲器溝道層；以及第一柵絕緣層，所述第一柵絕緣層插入在第一管道柵層與存儲器層之間；以及所述存儲器控制器，被配置成控制非易失性存儲器件。

在本公開的另一個方面中，一種制造三維非易失性存儲器件的方法包括以下步驟：通過在第一導電層中刻蝕出第一溝槽來形成第一管道柵層；在第一溝槽的內表面上形成第一柵絕緣層；用犧牲層來填充形成有第一柵絕緣層的第一溝槽；通過刻蝕形成在第一管道柵層上的第二導電層來形成第二管道柵層；在第二管道柵層之上交替地形成第一材料層和第二材料層；通過刻蝕第一材料層、第二材料層以及第二管道柵層的導電層來形成與第一溝槽耦接的第二溝槽；去除犧牲層；在第一溝槽和第二溝槽的內表面上形成存儲器層；以及在存儲器層之上形成溝道層。

附圖說明

圖1是示出現有的三維非易失性存儲器件的結構的立體圖；

圖2A和圖2B是根據本公開的一個實施例的三維非易失性存儲器件的截面圖；

圖3A至圖3D是說明根據本公開的一個實施例的制造三維非易失性存儲器件的方法的截面圖；

圖4示出根據本公開的一個實施例的存儲系統的結構；以及

圖5示出根據本公開的一個實施例的計算系統的結構；