[發明專利]3D存儲器件及粘附膜的原子層沉積方法

在審

• 申請號: 202010046821.4
• 申請日: 2020-01-16
• 公開（公告）號: CN111211048A
• 公開（公告）日: 2020-05-29
• 發明（設計）人: 毛格;胡凱;劉子良;李遠
• 申請（專利權）人: 長江存儲科技有限責任公司
• 主分類號: H01L21/285
• 分類號: H01L21/285;H01L21/02;H01L27/11521;H01L27/11556;H01L27/11568;H01L27/11582
• 代理公司: 北京成創同維知識產權代理有限公司 11449
• 代理人: 蔡純;張靖琳

本申請公開了3D存儲器件及粘附膜的原子層沉積方法。該原子層沉積方法包括：在反應室中放置形成有層間絕緣層的襯底；通入包含Ti的第一反應氣體；以及通入包含N的第二反應氣體和包含Si的第三反應氣體，其中，所述原子層沉積方法在所述層間絕緣層的暴露表面上形成無定形TiSiN膜作為粘附膜。在3D存儲器件中，粘附膜位于柵極導體和層間絕緣層之間，用于改善柵極導體的粘附力，同時作為阻擋層以防止柵極導體的形成步驟中產生的氟擴散進入至層間絕緣層中。

技術領域

本發明涉及半導體制造技術領域，更具體地，涉及3D存儲器件及粘附膜的原子層沉積方法。

背景技術

存儲器件的存儲密度的提高與半導體制造工藝的進步密切相關。隨著半導體制造工藝的特征尺寸越來越小，存儲器件的存儲密度越來越高。為了進一步提高存儲密度，已經開發出三維結構的存儲器件(即，3D存儲器件)。3D存儲器件包括沿著垂直方向堆疊的多個存儲單元，在單位面積的晶片上可以成倍地提高集成度，并且可以降低成本。

在3D存儲器件的制備工藝中，例如采用蝕刻的方法在層間絕緣層中形成空腔，然后采用金屬材料(例如，W)填充空腔以形成多個層面的柵極導體，從而形成柵疊層結構。由于3D存儲器件的集成度的提高，用于形成柵極導體的空腔厚度也越來越小。在填充金屬材料之前，可以在空腔的內壁形成粘附膜，以改善金屬材料在空腔中的填充性能和提高機械強度。在填充金屬材料的步驟中，金屬材料例如由金屬氟化物還原生成，產生的氟可以經由粘附膜擴散至層間絕緣層中，使得不同層面的柵極導體互連，或者與溝道柱互連，仍然可能導致器件失效。

期望進一步改進3D存儲器件的粘附膜的阻擋性能，以提高3D存儲器件的良率和可靠性。

發明內容

本發明的目的是提供一種改進的3D存儲器件及粘附膜的原子層沉積方法，其中，在層間絕緣層的空腔內壁形成無定形TiSiN膜作為粘附膜以改善粘附膜的阻擋性能，從而可以阻止氟的擴散。

根據本發明實施例的一方面，提供了一種粘附膜的原子層沉積方法，包括：在反應室中放置形成有層間絕緣層的襯底；通入包含Ti的第一反應氣體；以及通入包含N的第二反應氣體和包含Si的第三反應氣體，其中，所述原子層沉積方法在所述層間絕緣層的暴露表面上形成無定形TiSiN膜作為粘附膜。

優選地，在通入所述第三反應氣體之前，所述原子層沉積方法還包括第一次清洗；在通入所述第三反應氣體之后，所述原子層沉積方法還包括第二次清洗。

優選地，所述粘附膜的表面上形成3D存儲器件的柵極導體。

優選地，所述第一反應氣體為TiCl4，所述第二反應氣體為NH3，所述第三反應氣體為SiH4。

優選地，所述第一次清洗和所述第二次清洗采用的清洗氣體為N2。

優選地，重復通入第一反應氣體、第一次清洗、通入第二反應氣體和第三反應氣體、以及第二次清洗的步驟，以達到TiSiN膜的期望厚度。

根據本發明實施例的一方面，提供了一種3D存儲器件，包括：襯底；位于襯底上方的疊層結構，所述疊層結構包括層間絕緣層和采用層間絕緣層彼此隔開的多個柵極導體，所述多個柵極導體由柵線縫隙分別分割為多個柵線；以及位于所述柵線縫隙中的導電通道和絕緣層，所述導電通道采用所述絕緣層與所述多個柵線彼此隔開，其中，所述3D存儲器件還包括無定形TiSiN膜作為粘附膜，所述粘附膜位于所述柵極導體和所述層間絕緣層之間且與所述柵極導體接觸。

優選地，還包括阻擋層，所述阻擋層位于相鄰的所述層間絕緣層之間，和/或位于所述柵線鄰近所述導電通道的端部與絕緣層之間。

優選地，所述柵極導體內形成有縫隙，所述阻擋層封閉所述縫隙鄰近所述導電通道的開口。

優選地，所述阻擋層為阻氟層。

優選地，所述阻擋層為氧化鋁。