一种3D NAND存储器及其制造方法技术

本申请公开了一种3D NAND存储器及其制造方法。该3D NAND存储器中的沟道层包括二维材料层。因二维材料具有更高的电子迁移率，因此，由二维材料作为沟道层材料制成的3D NAND存储器，能够实现3D NAND存储器更好的电学性能。

【技术实现步骤摘要】
一种3DNAND存储器及其制造方法
本申请涉及半导体制造
，尤其涉及一种3DNAND存储器及其制造方法。
技术介绍
3DNAND存储器是一种拥有三维堆叠结构的闪存器件，其存储核心区是由交替堆叠的金属栅层和绝缘层结合垂直沟道管组成。相同面积条件下，垂直堆叠的金属栅层越多，意味着闪存器件的存储密度越大、容量越大。目前常见的存储结构的字线堆叠层数可达数十上百层。然而，随着字线堆叠层数的增加，现有的3DNAND存储器存在电学性能较差的问题，例如，3DNAND存储器目前采用多晶硅作为沟道材料，其开态电流会随堆叠层数增加而迅速降低，这会导致读写障碍。目前改进多晶硅沟道的3DNAND存储器的开态电流的方法是通过增加沟道多晶硅的晶粒尺寸，但这会导致不同存储单元阈值电压的波动变大，且分布变宽，容易引发可靠性问题。
技术实现思路
有鉴于此，本申请提供了一种3DNAND存储器及其制造方法，以解决现有3DNAND存储器存在的上述缺陷。为了解决上述技术问题，本申请采用了如下技术方案：一种3DNAND存储器，包括：衬底；设置于所述衬底上层叠结构；以及贯穿所述层叠结构的沟道孔；其中，所述沟道孔的侧壁上依次设置有阻挡层、电荷俘获层、遂穿层和沟道层，所述沟道层包括二维材料层；所述二维材料层为由能够稳定生长的二维材料形成。可选地，所述沟道层还包括设置于所述二维材料层上的衬底材料层。可选地，所述二维材料为过渡金属硫族化物。可选地，所述过渡金属硫化物中的过渡金属为Mo、W、Nb、Ta、Ti、Zr、Hf和V中的至少一种。可选地，所述过渡金属硫化物中的硫族元素为S、Se和Te中的至少一种。可选地，所述二维材料中包括磷和氮化硼中的至少一种。可选地，所述二维材料中包括掺杂元素。可选地，形成衬底材料层的衬底材料为多晶硅。一种3DNAND存储器的制造方法，包括：在衬底上形成层叠结构；刻蚀所述层叠结构以形成贯穿所述层叠结构的沟道孔；在沟道孔侧壁上依次形成阻挡层、电荷俘获层、遂穿层；在所述遂穿层上形成二维材料层，所述二维材料层作为3DNAND存储器的沟道层，所述二维材料层为由能够稳定生长的二维材料形成。可选地，形成二维材料层之后，还包括：在所述二维材料层上形成衬底材料层，所述衬底材料层和所述二维材料层共同作为3DNAND存储器的沟道层。可选地，所述二维材料为过渡金属硫族化物。可选地，所述在所述遂穿层上形成二维材料层，具体包括：在所述遂穿层上形成过渡金属氧化物层；对所述过渡金属氧化物层进行硫化，将所述过渡金属氧化物层硫化成过渡金属硫族化物层。可选地，所述在所述遂穿层上形成过渡金属氧化物层，具体包括：采用ALD工艺在所述遂穿层上形成过渡金属氧化物层。可选地，所述ALD工艺为等离子体增强式ALD工艺。可选地，所述在所述遂穿层上形成过渡金属氧化物层之前，还包括：对所述遂穿层进行表面处理，以使处理后的隧穿层表面具有亲水性。可选地，所述对所述遂穿层进行表面处理，以使处理后的隧穿层表面具有亲水性，具体包括：采用Piranha溶液对所述遂穿层进行表面处理，以使处理后的隧穿层表面具有亲水性。可选地，所述对所述过渡金属氧化物层进行硫化，将所述过渡金属氧化物层硫化成过渡金属硫族化物层，具体包括：在温度为300-600℃的条件下，硫化10-60min；在温度为600-1000℃的条件下，硫化10-60min。相较于现有技术，本申请具有以下有益效果：基于上述技术方案可知，本申请提供的3DNAND存储器中的沟道层包括二维材料层。因二维材料具有更高的电子迁移率以及超薄结构，因此，由二维材料作为沟道层材料制成的3DNAND存储器，能够实现3DNAND存储器更好的电学性能。具体地，因二维材料较多晶硅具有更高的电子迁移率，且没有晶界的限制，具有更好的均匀性和一致性，因此，随着字线堆叠层数的增加，其较多晶硅沟道具有更高的开态电流。而且，该3DNAND存储单元的阈值电压具有更好的一致性，从而可以提高可靠性。附图说明为了清楚地理解本申请的具体实施方式，下面将描述本申请具体实施方式时用到的附图做一简要说明。显而易见地，这些附图仅是本申请的部分实施例。图1是本申请实施例提供的一种3DNAND存储器的剖面结构示意图；图2是本申请实施例提供的一种3DNAND存储器的俯视结构示意图；图3是本申请实施例提供的另一种3DNAND存储器的剖面结构示意图；图4是本申请实施例提供的另一种3DNAND存储器的俯视结构示意图；图5是本申请实施例提供的一种3DNAND存储器制造方法流程示意图；图6A至图6G是本申请实施例提供的3DNAND存储器制造方法中一系列制程对应的结构示意图。具体实施方式基于
技术介绍
部分可知，现有的3DNAND存储器存在电学性能较差的问题，例如，开态电流较小且不稳定，而且阈值电压波动较大。本申请专利技术人研究发现，现有的3DNAND存储器之所以存在上述问题，是因为现有的3DNAND存储器为了控制制造成本，多采用多晶硅材料作为沟道层材料。而采用多晶硅材料作为沟道层，因多晶硅中存在晶体边界，如此会在沟道层中产生电荷陷阱，如此，导致随着字线堆叠层数的增加，存储单元的开态电流会随堆叠层数增加而迅速降低，这会导致读写障碍。在采用多晶硅材料作为沟道层材料时，较大的开态电流可以通过增加多晶硅的晶粒尺寸来实现，但是，由于多晶硅中随机分布的电荷陷阱，使得晶粒尺寸的增大会导致不同存储单元的阈值电压的波动，且分布变宽，容易引发可靠性问题。为了解决上述技术问题，本申请实施例提供了一种3DNAND存储器及其制造方法。在该3DNAND存储器中，其沟道层包括二维材料层，而二维材料层具有较高的电子迁移率以及超薄结构，因此，由二维材料作为沟道层材料制成的3DNAND存储器，能够实现3DNAND存储器更好的电学性能。具体地，因二维材料较多晶硅具有更高的电子迁移率，且没有晶界的限制，具有更好的均匀性和一致性，因此，随着字线堆叠层数的增加，其较多晶硅沟道具有更高的开态电流。而且，该3DNAND存储单元的阈值电压具有更好的一致性，从而可以提高可靠性。下面结合附图对本申请实施例提供的3DNAND存储器及其制造方法进行详细描述。请参见图1和图2，图1是本申请实施例提供的3DNAND存储器剖面结构示意图，图2是本申请实施例提供的3DNAND存储器俯视示意图。本申请实施例提供的3DNAND存储器包括以下结构：衬底101；设置于该衬底101上的氧化硅层102和金属栅层103交替层叠结构104；以及贯穿该氧化硅层102和金属栅层103交替层叠结构104的沟道孔105；其中，该沟道孔105的底部设置有外延结构106，该外延结构106的上表面超过最底层金属栅层103上表面；为了清楚地示意出沟道孔105的侧壁结构，图1中还提供了沟道孔105侧壁结构的局部放大图，如该局部放大图所示，该沟道孔105的侧壁上依次设置有SiO2阻挡层107、Si3N4电荷俘获层108、SiO2遂穿层109和二维材料层110。在沟道孔105内还包括填充在沟道孔间隙内的填充层111。需要说明，在本申请实施例中，二维材料层110作为3DNAND存储器的沟道层。在本申请实施例中，衬底101可以为半导体衬底，例如可以为Si衬底、Ge衬底、SiGe衬底、SOI(绝缘体上硅，Silic本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种3D NAND存储器，其特征在于，包括：衬底；设置于所述衬底上层叠结构；以及贯穿所述层叠结构的沟道孔；其中，所述沟道孔的侧壁上依次设置有阻挡层、电荷俘获层、遂穿层和沟道层，所述沟道层包括二维材料层；所述二维材料层为由能够稳定生长的二维材料形成。

【技术特征摘要】
1.一种3DNAND存储器，其特征在于，包括：衬底；设置于所述衬底上层叠结构；以及贯穿所述层叠结构的沟道孔；其中，所述沟道孔的侧壁上依次设置有阻挡层、电荷俘获层、遂穿层和沟道层，所述沟道层包括二维材料层；所述二维材料层为由能够稳定生长的二维材料形成。2.根据权利要求1所述的3DNAND存储器，其特征在于，所述沟道层还包括设置于所述二维材料层上的衬底材料层。3.根据权利要求1或2所述的3DNAND存储器，其特征在于，所述二维材料为过渡金属硫族化物。4.根据权利要求3所述的3DNAND存储器，其特征在于，所述过渡金属硫化物中的过渡金属为Mo、W、Nb、Ta、Ti、Zr、Hf和V中的至少一种。5.根据权利要求3所述的3DNAND存储器，其特征在于，所述过渡金属硫化物中的硫族元素为S、Se和Te中的至少一种。6.根据权利要求1或2所述的3DNAND存储器，其特征在于，所述二维材料中包括磷和氮化硼中的至少一种。7.根据权利要求1或2所述的3DNAND存储器，其特征在于，所述二维材料中包括掺杂元素。8.根据权利要求2所述的3DNAND存储器，其特征在于，形成衬底材料层的衬底材料为多晶硅。9.一种3DNAND存储器的制造方法，其特征在于，包括：在衬底上形成层叠结构；刻蚀所述层叠结构以形成贯穿所述层叠结构的沟道孔；在沟道孔侧壁上依次形成阻挡层、电荷俘获层、遂穿层；在所述遂穿层上形成二维材料层，所述二维材料层作为3DNAND存储器的沟道层，所述二维材料层为由能够稳定生长的二维材料形成。10.根据...

【专利技术属性】
技术研发人员：宋雅丽，
申请(专利权)人：长江存储科技有限责任公司，
类型：发明
国别省市：湖北,42