[發(fā)明專利]三維半導體器件及其制造方法

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• 申請?zhí)枺?/td>: 201510738219.6
• 申請日: 2015-11-03
• 公開（公告）號: CN105390500A
• 公開（公告）日: 2016-03-09
• 發(fā)明（設計）人: 霍宗亮;葉甜春
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學院微電子研究所
• 主分類號: H01L27/115
• 分類號: H01L27/115;H01L21/8247;H01L29/423
• 代理公司: 北京藍智輝煌知識產(chǎn)權(quán)代理事務所(普通合伙) 11345
• 代理人: 陳紅

1.一種三維半導體器件，包括多個存儲單元，多個存儲單元的每一個包括：

溝道層堆疊，沿垂直于襯底表面的方向分布；

多個絕緣層，沿著溝道層堆疊的側(cè)壁交替層疊；

浮柵與控制柵極構(gòu)成的多個配對，水平相鄰地位于相鄰絕緣層之間，浮柵與控制柵極之間具有至少一個阻擋層；

隧穿層，位于浮柵與溝道層堆疊側(cè)壁之間；

漏極，位于溝道層堆疊的頂部；以及

源極，位于多個存儲單元的相鄰兩個存儲單元之間的襯底中；

其中，浮柵與控制柵極相互配合以具有曲折的界面。

2.如權(quán)利要求1的三維半導體器件，其中，浮柵和/或控制柵極形狀沿垂直方向上下對稱或者非對稱；優(yōu)選地，浮柵和/或控制柵極剖面為三角形、矩形、方形、梯形、倒梯形、Σ形、C形、D形的任一種或其組合。

3.如權(quán)利要求1的三維半導體器件，其中，溝道層堆疊平行于襯底表面的截面形狀包括選自矩形、方形、菱形、圓形、半圓形、橢圓形、三角形、五邊形、五角形、六邊形、八邊形及其組合的幾何形狀，以及包括選自所述幾何形狀演化得到的實心幾何圖形、空心環(huán)狀幾何圖形、或者空心環(huán)狀外圍層與絕緣層中心的組合圖形。

4.如權(quán)利要求1的三維半導體器件，其中，絕緣層材料選自氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、碳氧化硅、氮化硼、氧化鋁的任一種或其組合；任選地，溝道層堆疊包括溝道層、溝道填充層，優(yōu)選地溝道層材料選自IV族單質(zhì)、IV族化合物、III-V族化合物、II-VI族化合物半導體，例如為單晶Si、非晶Si、多晶Si、微晶Si、單晶Ge、SiGe、Si:C、SiGe:C、SiGe:H、GeSn、InSn、InN、InP、GaN、GaP、GaSn、GaAs的任一種或其組合，優(yōu)選地溝道填充層材料為空氣或氧化物、氮化物；任選地，阻擋層和/或隧穿層為氧化硅、高k材料的任一種或組合；任選地，浮柵和/或控制柵極材質(zhì)為摻雜多晶硅、摻雜非晶硅、金屬、金屬合金、導電的金屬氮化物和/或金屬氧化物和/或金屬硅化物的任一種或其組合。

5.如權(quán)利要求1的三維半導體器件，其中，控制柵極包括底部選擇晶體管柵極、虛設柵極、多個字線柵極、頂部選擇晶體管柵極。

6.一種三維半導體器件的制造方法，包括步驟：

在存儲單元區(qū)的襯底上依次形成多個子層交替的堆疊；

刻蝕堆疊形成多個垂直的溝槽；

橫向刻蝕去除堆疊的多個子層的至少一部分，在溝槽側(cè)面形成多個凹槽；

在多個凹槽中形成浮柵；

在溝槽中依次形成隧穿層和溝道層堆疊；

在溝道層堆疊頂部形成漏極；

刻蝕堆疊形成多個垂直的開口，直至暴露襯底；

橫向刻蝕去除堆疊的多個子層的至少一部分，形成露出浮柵的多個第二凹槽；

在開口底部的襯底中形成源極；

在第二凹槽中形成控制柵極。

7.如權(quán)利要求6的三維半導體器件制造方法，其中，在形成浮柵之前和/或在形成控制柵極之前進一步包括在凹槽或第二凹槽中形成至少一個阻擋層。

8.如權(quán)利要求6的三維半導體器件制造方法，其中，凹槽和/或第二凹槽形狀沿垂直方向上下對稱或者非對稱；優(yōu)選地，凹槽和/或第二凹槽剖面為三角形、矩形、方形、梯形、倒梯形、Σ形、C形、D形的任一種或其組合。

9.如權(quán)利要求6的三維半導體器件制造方法，其中，多個子層中相鄰子層材料不同；任選地，多個子層的材料選自氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、碳氧化硅、多晶硅、非晶硅、非晶碳、氮化硼、氧化鋁的任一種或其組合；任選地，多個子層的材料關(guān)于中間層對稱或非對稱；任選地，多個子層的數(shù)目為奇數(shù)或偶數(shù)。

10.如權(quán)利要求6的三維半導體器件制造方法，其中，形成控制柵極之后進一步包括，形成源極連接線和字線連接線。