立体存储器元件及其制作方法技术

一种立体(three dimensional，3D)存储器元件，包括：基材、多层叠层结构(multi‑layers stack)以及介电材质。基材具有至少一个凹陷部，由基材表面沿第一方向延伸进入基材。多层叠层结构包括多个导电层和多个绝缘层平行第一方向交错叠层于凹陷部的底面上。其中，多层叠层结构具有至少一个凹室沿第一方向穿过这些导电层和绝缘层；此凹室具有垂直第一方向的底部截面尺寸和开口尺寸，且底部截面尺寸实质大于开口尺寸。介电材质至少部分填充于凹室之中。

Stereo memory elements and their fabrication methods

A three-dimensional (3D) memory element includes a substrate, a multi-layers stack and a dielectric material. The base material has at least one depression, extending from the surface of the base material in the first direction into the base material. The multilayer laminated structure consists of a plurality of conductive layers and a plurality of insulating layers staggered on the bottom of the depression in parallel first direction. The multilayer laminated structure has at least one recess passing through these conductive and insulating layers in the first direction; the recess has the bottom section size and the opening size in the vertical first direction, and the bottom section size is substantially larger than the opening size. The dielectric material is at least partially filled in the recess.

【技术实现步骤摘要】
立体存储器元件及其制作方法
本专利技术是有关于一种存储器元件及其制作方法。特别是有关于一种立体(threedimensional，3D)存储器元件及其制作方法。
技术介绍
随着电子科技的发展，半导体存储器元件已被广泛使用于电子产品，例如MP3播放器、数字相机、笔记本电脑、移动电话…等之中。目前对于存储器元件的需求朝较小尺寸、较大存储容量的趋势发展。为了因应这种高元件密度的需求，目前已经发展出多种不同的结构形态三维立体存储器元件。典型的三维立体存储器元件，例如立体非易失性存储器元件(Non-volatilememory，NVM)，包含由具有垂直通道(Vertical-Channel，VC)的存储单元串行所构成的立体存储单元阵列。形成立体存储器元件的方法，包括下述步骤：首先在基材上形成包含有彼此交错叠层的多个绝缘层和导电层的多层叠层结构(multi-layersstack)。并刻蚀多层叠层结构以形成至少一条沟道(trench)，将多层叠层结构区分为多个脊状叠层(ridgestacks)，使每一脊状叠层都包含多条由图案化导电层所形成的导电条带。再于脊状叠层的侧壁上依序形成包含有硅氧化物-氮化硅-硅氧化物(ONO结构)电荷储存层和通道层，进而在脊状叠层的每一个导电条带与电荷储存层和通道层三者重叠的位置上，定义出多个开关结构(switch)。其中，位于脊状叠层中间阶层的开关结构，可以用来做为存储单元，并通过通道层串接形成存储单元串行。位于脊状叠层的顶部阶层的开关结构则是作为存储单元串行的串行选择线(StringSelectionLine，SSL)开关或接地选择线(GroundSelectionLine，GSL)开关。而为了增加存储器元件的密度，除了缩小存储单元阵列中个别存储单元的尺寸外，最直接的方式就是增加多层叠层结构的叠层层数。然而，由于多层叠层结构中不同材料之间的晶格不匹配所产生的本征应力(intrinsicstress)，以及工艺中温度变化所产生的热应力(thermalstress)会使基材，例如硅晶圆，弯曲变形。导致后续形成在多层叠层结构上的其他材质层无法精确对准，严重影响三维立体存储器元件的工艺合格率和元件效能。而增加多层叠层结构的叠层数目，会让此一问题更加严重。因此，有需要提供一种先进的立体存储器元件及其制作方法，来解决现有技术所面临的问题。
技术实现思路
本说明书的一实施例揭露一种立体存储器元件，此立体存储器元件包括：基材、多层叠层结构(multi-layersstack)以及介电材质。基材具有至少一个凹陷部，由基材表面沿第一方向延伸进入基材。多层叠层结构包括多个导电层和多个绝缘层平行第一方向交错叠层于凹陷部的底面上。其中，多层叠层结构具有至少一个凹室沿第一方向穿过这些导电层和绝缘层；此凹室具有垂直第一方向的底部截面尺寸和开口尺寸，且底部截面尺寸实质大于开口尺寸。介电材质至少部分地填充于凹室之中。本说明书的另一实施例揭露一种立体存储器元件的制作方法，包括下述步骤：首先提供一基材，并于基材的表面上形成至少一个凹陷部沿第一方向延伸进入基材。接着，形成多层叠层结构，包括多个导电层和多个绝缘层平行第一方向交错叠层于凹陷部的底面上。后续，于多层叠层结构上形成至少一个凹室，穿过这些导电层和绝缘层，使凹室垂直第一方向的底部截面尺寸实质大于凹室的开口尺寸。并以介电材质至少部分地填充于凹室之中。本说明书的又一实施例揭露一种立体存储器元件的制作方法，包括下述步骤：首先提供一基材，并于基材的表面上形成至少一个凹陷部沿第一方向延伸进入基材中。之后，形成多个牺牲层和多个绝缘层，使这些牺牲层和绝缘层平行第一方向交错叠层于凹陷部的底面上。再于这些牺牲层和绝缘层中形成至少一个凹室，沿第一方向穿过这些牺牲层和绝缘层，使凹室具有垂直第一方向的一底部截面尺寸和一开口尺寸，且底部截面尺寸实质大于开口尺寸。然后，于凹室之中至少部分地填充介电材质。接着，形成至少一个贯穿孔穿过这些牺牲层，并将牺牲层部分暴露于外。再于贯穿孔的至少一个侧壁上形成一个存储层，并于存储层上形成一个通道层。后续，移除这些牺牲层，并于牺牲层原来的位置上形成多个导电层，藉以在导电层、存储层和通道层的多个重叠区域形成多个存储单元。根据上述实施例，本说明书是在提供一种立体存储器元件及其制作方法。其在基材表面的一个凹陷部中形成多层叠层结构，使多层叠层结构具有沿第一方向交错叠层的多个导电层和多个绝缘层。再于多层叠层结构中形成穿过导电层和绝缘层的至少一个凹室。通过贯穿多层叠层结构的凹室，可以缓冲介电材质与导电层施加于基材上的本征应力与热应力。在本书明书的一些实施例中，更可通过改变凹室的外型设计，更进一步移除位于凹室中的一部分多层叠层结构，藉以于多层叠层结构的底部形成侧蚀开口(undercut)，使该多层叠层结构具有远离基材表面往凹陷部的底面渐宽的截面外观(cross-sectionalprofile)，并使凹室垂直第一方向的底部截面尺寸实质大于凹室的开口尺寸，可进一步提升应力缓冲效果，以防止基材在立体存储器元件工艺中弯曲变形，改善后续工艺的对准精度，提高立体存储器元件的工艺合格率和元件效能。为了对本说明书的上述及其他方面有更佳的了解，下文特举实施例，并配合所附图式详细说明如下：附图说明图1A至图1F为根据本说明书的一实施例所绘示制作立体存储器元件的工艺结构剖面示意图；图2A至图2E为根据本说明书的另一实施例所绘示制作立体存储器元件的工艺结构剖面示意图；图3A至图3H为根据本说明书的又一实施例所绘示制作立体存储器元件的工艺结构剖面示意图；以及图4A至图4B为根据本说明书的再一实施例所绘示制作立体存储器元件的工艺结构剖面示意图。【符号说明】100、200、300、400：立体存储器元件101、401：基材101a、401a：基材表面102：凹陷部102a：凹陷部的底面102b：凹陷部的侧壁103、303：导电层103a：导电条状104、304：绝缘层104a：绝缘条带105、205、305：光刻胶层106、206、306：第一刻蚀工艺107、207、307：开孔208、308：第二刻蚀工艺110、310：多层叠层结构110a：多层叠层结构的顶面110C：脊状叠层111、211：介电材质113、213、313：覆盖层114、214、314：沟道115、215、315：存储层116、216、316：通道层117、217、317：存储单元118、218、322：层间介电层119、219、323：金属接触结构209、309：凹室209a、309a：侧蚀开口212、312：室空气间隙301：牺牲层318：绝缘材料319：贯穿开口DB2、DB3：底部截面尺寸DT2、DT3：凹室开口尺寸具体实施方式本说明书是提供一种立体存储器元件及其制作方法，可防止基材在立体存储器元件工艺中弯曲变形，改善立体存储器元件的工艺合格率和元件效能。为了对本说明书的上述实施例及其他目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举一存储器元件及其制作方法作为优选实施例，并配合所附图式作详细说明。但必须注意的是，这些特定的实施案例与方法，并非用以限定本专利技术。本专利技术仍可采用其他特征、元件、方法及参数来加以实施。优选实施例的提出，仅用本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种立体(three dimensional，3D)存储器元件，包括：一基材具有一表面以及至少一凹陷部由该表面沿一第一方向延伸进入该基材；一多层叠层结构(multi‑layers stack)，包括多个导电层和多个绝缘层平行该第一方向交错叠层于该至少一凹陷部的一底面上，其中该多层叠层结构具有至少一凹室，沿该第一方向穿过这些导电层和这些绝缘层，该至少一凹室具有垂直该第一方向的一底部截面尺寸和一开口尺寸，且该底部截面尺寸大于该开口尺寸；以及一介电材质，至少部分填充于该至少一凹室之中。

【技术特征摘要】
1.一种立体(threedimensional，3D)存储器元件，包括：一基材具有一表面以及至少一凹陷部由该表面沿一第一方向延伸进入该基材；一多层叠层结构(multi-layersstack)，包括多个导电层和多个绝缘层平行该第一方向交错叠层于该至少一凹陷部的一底面上，其中该多层叠层结构具有至少一凹室，沿该第一方向穿过这些导电层和这些绝缘层，该至少一凹室具有垂直该第一方向的一底部截面尺寸和一开口尺寸，且该底部截面尺寸大于该开口尺寸；以及一介电材质，至少部分填充于该至少一凹室之中。2.如权利要求1所述的立体存储器元件，其中该至少一凹室由该多层叠层结构的一顶面，沿该第一方向往该底面延伸，并在该多层叠层结构的一底部形成至少一侧蚀开口(undercut)，使该多层叠层结构具有远离该表面渐宽的一截面外观(cross-sectionalprofile)。3.如权利要求2所述的立体存储器元件，其中该介电材质未填满该至少一凹室，使该至少一凹室具有一空气间隙(airgap)。4.如权利要求3所述的立体存储器元件，其中该顶面与该表面共平面，且该空气间隙与该顶面之间具有介于500埃(angstrom，)至1000埃的一距离。5.如权利要求1所述的立体存储器元件，其中该底部截面尺寸与该开口尺寸具有介于0.5至0.9之间的一比值。6.一种立体存储器元件的制作方法，包括:提供一基材，并于该基材的一表面上形成至少一凹陷部沿一第一方向延伸进入该基材；形成一多层叠层结构，包括多个导电层和多个绝缘层平行该第一方向交错叠层于该至少一凹陷部的一底面上；于该多层叠层结构上形成至少一凹室，沿该第一方向穿过这些导电层和这些...

【专利技术属性】
技术研发人员：江昱维，邱家荣，
申请(专利权)人：旺宏电子股份有限公司，
类型：发明
国别省市：中国台湾,71