三维半导体存储器装置制造方法及图纸

公开了一种三维半导体存储器装置。三维半导体存储器装置包括：下选择栅极，位于半导体基底上；下栅极绝缘层，位于下选择栅极与半导体基底之间；以及有源图案，在与半导体基底的上表面垂直的方向上延伸，并穿透下选择栅极和下栅极绝缘层。下栅极绝缘层具有位于比半导体基底的上表面低的下表面。

【技术实现步骤摘要】
三维半导体存储器装置
此处的本公开涉及一种半导体存储器装置，更具体地，涉及一种三维半导体存储器装置。
技术介绍
对于具有优异性能和较低价格的半导体装置的进一步集成的需求持续不断地增加。在半导体存储装置中，由于集成度是确定所得到的价格的重要因素，因此更高的集成度是特别必要的。在目前的二维或平面存储器半导体装置中，由于集成度由单位存储器单元的占据面积所确定，因此用于形成精细图案的技术相当大地影响了集成度。然而，为了实现微小图案的形成，需要极昂贵的设备。作为替代，持续开发形成三维存储器单元的技术。根据这些技术，由于存储器单元以三维布置，因此有效地利用了半导体基底的面积。因此，与已知的二维存储器半导体装置相比，集成度可以大大增加。此外，可以通过使用图案化工艺来形成字线以限定有源区，从而大大降低了存储器的每单位的位的制造成本。
技术实现思路
根据本专利技术构思的示例性实施例，三维半导体存储器装置可以包括：包括下选择栅极，位于半导体基底上；下栅极绝缘层，位于下选择栅极与半导体基底之间；有源图案，在与半导体基底的上表面垂直的方向上延伸，并穿透下选择栅极和下栅极绝缘层。下栅极绝缘层可以具有位于比半导体基底的上表面低的下表面。根据本专利技术构思的示例性实施例，三维半导体存储器装置可以包括：下选择栅极，位于半导体基底上；下栅极绝缘层，位于下选择栅极与半导体基底之间；有源图案，在与半导体基底的上表面垂直的方向上延伸，并穿透下选择栅极和下栅极绝缘层。下栅极绝缘层可以具有侧壁和中心部分，侧壁均具有厚度，中心部分具有比侧壁的厚度大的厚度。根据本专利技术构思的示例性实施例，三维半导体存储器装置可以包括：下选择栅极，位于半导体基底上；下栅极绝缘层，位于下选择栅极与半导体基底之间；有源图案，在与半导体基底的上表面垂直的方向上延伸，并穿透下选择栅极和下栅极绝缘层。下选择栅极具有朝向下选择栅极的上表面凹入的下表面。附图说明包括附图以提供对专利技术构思的进一步理解，附图被包含在本说明书中并构成本说明书的一部分。附图示出了专利技术构思的示例性实施例，并且与描述一起用于解释专利技术构思的原理。在附图中：图1是示出根据专利技术构思的实施例的三维半导体存储器装置的图；图2是示出根据专利技术构思的另一实施例的三维半导体存储器装置的图；图3是示出根据专利技术构思的实施例的图1和图2的部分A的放大图；图4至图6是示出根据专利技术构思的实施例的三维半导体存储器装置的对比示例的图；图7是示出根据专利技术构思的实施例和对比示例的针对有源图案的厚度的阈值电压的变化的曲线；图8是示出根据专利技术构思的实施例的凹陷区的深度与阈值电压之间的相关性的曲线；图9是示出根据专利技术构思的实施例的针对凹陷区的厚度的阈值电压的变化的曲线；图10是示出根据本专利技术构思的其它实施例的三维半导体存储器装置的平面图。图11是沿图10的线I-I’截取的示出根据本专利技术构思的其它实施例的三维半导体存储器装置的剖视图。图12是沿图10的线I-I’截取的示出根据本专利技术构思的其它实施例的三维半导体存储器装置的剖视图；图13是沿图10的线I-I’截取的示出根据本专利技术构思的其它实施例的三维半导体存储器装置的剖视图；图14是示出根据本专利技术构思的其它实施例的三维半导体存储器装置的剖视图；图15A至图15K是示出形成根据专利技术构思的实施例的三维半导体存储器装置的方法的图；图16A至图16H是示出形成根据专利技术构思的另一实施例的三维半导体存储器装置的方法的图。具体实施方式图1和图3是示出根据专利技术构思的实施例的三维半导体存储器装置的图。图3是示出图1的部分A的放大图。参照图1和图3，半导体基底100包括凹陷区102。凹陷区102可以在水平方向上延伸。有源图案300被设置为在与凹陷区102的水平方向横向的方向上延伸。在一个示例中，有源图案300可以从凹陷区102竖直地延伸。在各种实施例中，半导体基底100可以是例如硅基底、锗基底或硅锗基底。有源图案300可以是硅、锗或硅锗。有源图案300可以由与半导体基底100的材料相同的材料诸如硅来形成。下选择栅极201设置在半导体基底100上，以面对有源图案300并水平地延伸。例如，下选择栅极201可以在Y轴方向上延伸。绝缘柱310被设置为与有源图案300相邻并且被设置为在远离凹陷区102的方向上延伸。有源图案300可以设置在绝缘柱310与下选择栅极201之间。有源图案300可以被设置为覆盖凹陷区102的下表面102a和侧表面102b。绝缘柱310可以填充设置有有源图案300的凹陷区102。绝缘柱310的下表面的位置可以低于半导体基底100的上表面的位置。即，绝缘柱310的拐角E(绝缘柱的下表面和侧表面彼此相交处)可以位于比半导体基底100的上表面的位置低的位置处。p阱105可以形成在半导体基底100中。p阱105可以与有源图案300接触。共源极线CSL设置在半导体基底100中，以沿着下选择栅极201延伸的方向平行延伸。即，共源极线CSL可以在Y轴方向上延伸。下选择栅极201可以控制限定在有源图案300与共源极线CSL之间的半导体基底100中的第一沟道区105a和限定在有源图案300中的第二沟道区105b的操作。第一沟道区105a可以包含掺杂剂以调整所得到的器件的阈值电压。第一沟道区105a可以包含第一导电类型的掺杂剂，共源极线CSL可以包含第二导电类型的掺杂剂。第一导电类型的掺杂剂可以是p型，第二导电类型的掺杂剂可以是n型。有源图案300可以不掺杂有掺杂剂。即，有源图案300可以处于本征状态。字线202、203、204和205和上选择栅极206设置在下选择栅极201上以彼此间隔开。栅极层间绝缘层210(211至216)形成在下选择栅极201、字线202至205以及上选择栅极206之间的空间中。堆叠的下选择栅极201、字线202至205以及上选择栅极206形成字线结构200。在附图中，为了易于描述，仅在字线结构200中示出四条字线202至205，但是在各种实施例中，例如可以设置诸如八条、十六条或32条字线的更多字线。字线结构200可以具有在第一方向上延伸的线形形状，如图1中所示。第一方向与半导体基底100的上表面平行。第一方向可以是Y轴方向。字线结构200由导电材料形成。例如，字线结构200可以包含从掺杂第4主族(或第14族)元素(掺杂硅、掺杂锗、掺杂硅锗等)、金属(钨、钛、钽、铝等)、导电金属氮化物(氮化钛、氮化钽等)和金属-第4主族元素化合物(硅化钨、硅化钴、硅化钛等)中选择的至少一种。栅极层间绝缘层210可以包含从氧化物、氮化物、碳化物和氮氧化物等中选择的至少一种。信息存储层230插置在字线结构200与有源图案300之间。信息存储层230可以包括用于存储电荷的电荷存储层。此外，信息存储层230还可以包括电荷存储层与有源图案300之间的隧道绝缘层和电荷存储层与字线结构200之间的阻挡绝缘层。电荷存储层可以由具有用于存储电荷的陷阱(trap)的材料形成。例如，电荷存储层可以包含从氮化物、氧化物、包含纳米点的介电物质和金属氮化物等中选择的至少一种。隧道绝缘层可以包含从氧化物(热氧化物、CVD氧化物等)、氮化物、氮氧化物等中选择的至少一种。阻挡绝缘层可以包含从氧化物和具有比隧道绝缘层的介电常数高的介电常数的高k材料(诸如氧化本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种三维半导体存储器装置，所述三维半导体存储器装置包括：下选择栅极，位于半导体基底上；下栅极绝缘层，位于下选择栅极与半导体基底之间；以及有源图案，在与半导体基底的上表面垂直的方向上延伸，并穿透下选择栅极和下栅极绝缘层，其中，下栅极绝缘层具有位于比半导体基底的上表面低的下表面。

【技术特征摘要】
1.一种三维半导体存储器装置，所述三维半导体存储器装置包括：下选择栅极，位于半导体基底上；下栅极绝缘层，位于下选择栅极与半导体基底之间；以及有源图案，在与半导体基底的上表面垂直的方向上延伸，并穿透下选择栅极和下栅极绝缘层，其中，下栅极绝缘层具有位于比半导体基底的上表面低的下表面。2.根据权利要求1所述的装置，其中，下栅极绝缘层的下表面朝向半导体基底凸起。3.根据权利要求1所述的装置，其中，下栅极绝缘层具有朝向下选择栅极凸起的上表面。4.根据权利要求1所述的装置，所述装置还包括：半导体柱，位于半导体基底与有源图案之间，半导体柱穿透下选择栅极和下栅极绝缘层；以及半导体介电图案，位于半导体柱与下选择栅极之间。5.根据权利要求4所述的装置，其中，半导体介电图案具有与半导体柱接触的内侧壁，并朝向半导体柱的内侧凹入地凹陷。6.根据权利要求1所述的装置，所述装置还包括：半导体柱，位于半导体基底与有源图案之间，半导体柱穿透下选择栅极和下栅极绝缘层，其中，半导体柱与下选择栅极之间的距离小于下选择栅极与半导体基底之间的距离。7.根据权利要求1所述的装置，所述装置还包括：多个栅极层间绝缘层，位于下选择栅极上并被有源图案穿透，其中，所述多个栅极层间绝缘层中的每个栅极层间绝缘层具有平坦的上表面和下表面。8.根据权利要求1所述的装置，其中，下选择栅极具有朝向下选择栅极的上表面凹入的下表面。9.根据权利要求8所述的装置，其中，下选择栅极的上表面是平坦的。10.根据权利要求8所述的装置，所述装置还包括：字线，堆叠在下选择栅极上，其中，每条字线具有平坦的上表面和下表面。11.根据权利要求1所述的装置，其中，下栅极绝缘层具有侧壁和中心部分，侧壁均具有厚度，中心部分具有比侧壁的厚度大的厚度。12.根据权利要求1所...

【专利技术属性】
技术研发人员：金星中，
申请(专利权)人：三星电子株式会社，
类型：发明
国别省市：韩国,KR