[發(fā)明專(zhuān)利]三維存儲(chǔ)器件及其制作方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010114742.2
• 申請(qǐng)日: 2018-07-30
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN111092084B
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-02-19
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陳子琪;吳關(guān)平
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 長(zhǎng)江存儲(chǔ)科技有限責(zé)任公司
• 主分類(lèi)號(hào): H01L27/1157
• 分類(lèi)號(hào): H01L27/1157;H01L27/11578
• 代理公司: 北京永新同創(chuàng)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11376
• 代理人: 林錦輝;劉景峰

本發(fā)明涉及一種用于形成3D存儲(chǔ)器件的方法。該方法包括：在基底上形成包括多個(gè)第一介電層和第二介電層的交替絕緣體堆疊層、以及第一絕緣層；形成穿透交替絕緣體堆疊層的溝道孔，溝道孔下部的第一直徑小于溝道孔上部的第二直徑；在溝道孔中形成包括功能層的溝道結(jié)構(gòu)，功能層包括以第二絕緣層分隔的阻擋層和隧穿層；在溝道孔的上部形成電極插塞；以及用多個(gè)導(dǎo)電層取代交替絕緣體堆疊層中的多個(gè)第二介電層。

本申請(qǐng)是中國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)?zhí)枮?01880005101.4、申請(qǐng)日為2018年7月30日、發(fā)明名稱(chēng)為“三維存儲(chǔ)器件及其制作方法”的中國(guó)專(zhuān)利的分案申請(qǐng)。

技術(shù)領(lǐng)域

本公開(kāi)涉及半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種三維(3D)存儲(chǔ)器件的形成方法。

背景技術(shù)

通過(guò)改進(jìn)處理技術(shù)、電路設(shè)計(jì)、編程算法和制造方法，可以將平面存儲(chǔ)單元縮放到更小的尺寸。然而，隨著存儲(chǔ)單元的特征尺寸接近下限，平面處理和制造技術(shù)變得具有挑戰(zhàn)性且成本高。結(jié)果，平面存儲(chǔ)單元的存儲(chǔ)密度接近上限。3D存儲(chǔ)架構(gòu)可以解決平面存儲(chǔ)單元中的密度限制。

隨著半導(dǎo)體技術(shù)的進(jìn)步，3D存儲(chǔ)器件(例如3D NAND存儲(chǔ)器件)不斷縮放更多氧化物/氮化物(ON)層以改善晶圓的面積利用率。在一些現(xiàn)有的3D NAND存儲(chǔ)器件中，源極選擇柵極位于交替疊層的底部，漏極選擇柵極位于交替疊層的頂部。漏極選擇柵極的柵極氧化層通常包括氮化硅層作為電荷捕陷層。因此，在現(xiàn)有3D NAND存儲(chǔ)器件的操作中，漏極選擇柵極不可避免地存儲(chǔ)和釋放電荷，這可能容易引起閾值電壓漂移，從而導(dǎo)致垂直溝道中的電流變化或甚至電流泄漏。在多次重復(fù)讀取和寫(xiě)入操作之后問(wèn)題可能變得更糟，并且最終導(dǎo)致現(xiàn)有3D NAND存儲(chǔ)器件的讀取失敗。

發(fā)明內(nèi)容

本文公開(kāi)了用于形成三維(3D)存儲(chǔ)器件的方法的實(shí)施例。

本公開(kāi)一方面提供了一種用于形成三維(3D)存儲(chǔ)器件的方法，包括：在基底上形成交替絕緣體堆疊層和第一絕緣層，交替絕緣體堆疊層包括多個(gè)第一介電層和第二介電層；形成穿透第一絕緣層和交替絕緣體堆疊層的溝道孔，溝道孔下部的第一直徑小于溝道孔上部的第二直徑；在溝道孔中形成包括功能層的溝道結(jié)構(gòu)，功能層包括以第二絕緣層分隔的阻擋層和隧穿層；在溝道孔的上部形成電極插塞；以及用多個(gè)導(dǎo)電層取代交替絕緣體堆疊層中的多個(gè)第二介電層。

在一些實(shí)施例中，形成交替絕緣體堆疊層包括：形成沿垂直方向上堆疊的至少32個(gè)介電層對(duì)，其中每個(gè)介電層對(duì)包括一個(gè)第一介電層和一個(gè)不同于第一介電層的第二介電層。在一些實(shí)施例中，形成交替絕緣體堆疊層包括：形成沿垂直方向上堆疊的至少32個(gè)介電層對(duì)，其中每個(gè)介電層對(duì)包括氧化硅層和氮化硅層。

在一些實(shí)施例中，形成溝道孔包括：形成穿透第一絕緣層和交替絕緣體堆疊層的溝道孔，溝道孔具有第一直徑；以及擴(kuò)大溝道孔的上部，使得溝道孔的上部具有第二直徑。第二直徑和第一直徑之間的差大于功能層的厚度。

在一些實(shí)施例中，擴(kuò)大溝道孔的上部包括：調(diào)整硬屏蔽層的開(kāi)口；以及基于開(kāi)口蝕刻交替絕緣體堆疊層，以擴(kuò)大溝道孔的上部。溝道孔的上部至少包括交替絕緣體堆疊層的頂部第二介電層和頂部第一介電層的一部分。

在一些實(shí)施例中，形成溝道結(jié)構(gòu)包括：在溝道孔的底部上形成磊晶層；在溝道孔的側(cè)壁上和在溝道孔的上部和下部之間的邊界處的平臺(tái)上形成功能層；形成覆蓋功能層的溝道層，溝道層與磊晶層接觸；以及形成覆蓋溝道層側(cè)壁并填入溝道孔的填充結(jié)構(gòu)。

在一些實(shí)施例中，形成功能層包括：在溝道孔的側(cè)壁上形成阻擋層以阻擋電荷的流出；在阻擋層的表面上形成存儲(chǔ)層，以在3D存儲(chǔ)器件的操作期間存儲(chǔ)電荷；在存儲(chǔ)層的表面上形成隧穿層以隧穿電荷；以及用第二絕緣層取代溝道孔上部的功能層中的存儲(chǔ)層。

在一些實(shí)施例中，形成溝道層包括：形成覆蓋功能層的第一溝道層；去除第一溝道層和功能層的一部分以暴露磊晶層的表面，并將溝道孔下部中的功能層與溝道孔上部中的功能層分離；以及形成第二溝道層，覆蓋第一溝道層和磊晶層暴露出的表面。