用于三维存储器器件中直接源极接触的灯泡形存储器堆叠结构制造技术

掩埋源极层的源极带结构和存储器结构内的半导体沟道之间的接触面积可以通过横向扩展其中形成存储器堆叠结构的源极级体积进行增加。在一个实施方案中，可以在形成绝缘层和牺牲材料层的垂直交替堆叠体之前在源极级存储器开口中形成牺牲半导体基座。存储器开口可以包括通过移除牺牲半导体基座形成的凸出部分。存储器堆叠结构可以形成为在凸出部分中具有较大的侧壁表面积，以提供与源极带结构较大的接触面积。或者，在形成存储器开口期间或之后，可以相对于上部部分选择性地扩展存储器开口的底部部分，以提供凸出部分并增加与源极带结构的接触面积。

Lamp-shaped memory stack structure for direct source contact in three-dimensional memory devices

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于三维存储器器件中直接源极接触的灯泡形存储器堆叠结构相关申请本申请要求以下专利申请的优先权：2017年3月14日提交的美国非临时申请序列号15/458,272；2017年3月14日提交的美国非临时申请序列号15/458,269和2017年3月14日提交的美国非临时申请序列号15/458,200，其要求2016年11月3日提交的美国临时申请序列号62/416,859和2016年11月4日提交的62/417,575的优先权的权益，上述专利的全部内容通过引用方式整体并入本文。
本公开整体涉及半导体器件领域，具体涉及三维存储器结构(诸如竖直NAND串和其他三维器件)及其制造方法。
技术介绍
每个单元具有一个位的三维竖直NAND串在T.Endoh等人的标题为“NovelUltraHighDensityMemoryWithAStacked-SurroundingGateTransistor(S-SGT)StructuredCell”，IEDMProc.(2001)33-36的文章中公开。
技术实现思路
根据本公开的一个方面，提供了一种三维存储器器件，该三维存储器器件包括：导电层和绝缘层的垂直交替堆叠体，该导电层和绝缘层的垂直交替堆叠体位于衬底上方的源极半导体层上方；存储器堆叠结构的阵列，该阵列延伸穿过垂直交替堆叠体并进入源极半导体层的上部，每个存储器堆叠结构包括半导体沟道和横向围绕半导体沟道的存储器膜，其中每个存储器堆叠结构的下部部分具有凸出部分，该凸出部分具有比相应存储器堆叠结构的上覆部分大的横向尺寸，该上覆部分邻接凸出部分的顶端；和至少一个源极带结构，该至少一个源极带结构在每个存储器堆叠结构的凸出部分的层级处接触存储器堆叠结构的半导体沟道的相应子集。根据本公开的另一方面，提供了一种形成三维存储器器件的方法，该方法包括以下步骤：在衬底上方形成至少一个牺牲半导体结构；在至少一个牺牲半导体结构的层级处形成源极级存储器开口；在源极级存储器开口内形成牺牲半导体基座；在至少一个牺牲结构上方形成绝缘层和间隔材料层的垂直交替堆叠体，其中间隔材料层形成为导电层，或者随后被导电层替代；通过蚀刻穿过垂直交替堆叠体并移除牺牲半导体基座来穿过垂直交替堆叠体形成存储器开口，其中每个存储器开口包括相应一个牺牲半导体基座的体积；在存储器开口中形成存储器堆叠结构，每个存储器堆叠结构包括半导体沟道和横向围绕半导体沟道的存储器膜；通过移除至少一个牺牲半导体结构和每个存储器膜的邻接至少一个牺牲半导体结构的部分来形成至少一个源极腔体；并且在该至少一个源极腔体中并且直接在半导体沟道的侧壁上形成至少一个源极带结构。根据本公开的又一个方面，提供了一种形成三维存储器器件的方法，该方法包括以下步骤：在衬底上形成源极导电层；在源极导电层上方形成牺牲半导体轨道和介电轨道的横向交替堆叠体；在横向交替堆叠体上方形成绝缘层和间隔材料层的垂直交替堆叠体，其中间隔材料层形成为导电层，或者随后被导电层替代；通过蚀刻穿过垂直交替堆叠体来穿过垂直交替堆叠体形成存储器开口，其中在处理步骤中，每个存储器开口的底部部分延伸穿过牺牲半导体轨道和介电轨道的横向交替堆叠体；通过相对于介电轨道选择性地部分蚀刻牺牲半导体轨道来横向扩展存储器开口的每个底部部分；在存储器开口横向扩展之后，在存储器开口中形成存储器堆叠结构，每个存储器堆叠结构包括半导体沟道和横向围绕半导体沟道的存储器膜；通过移除牺牲半导体轨道和每个存储器膜的邻接牺牲半导体轨道的部分来形成源极腔体；以及在源极腔体中并且直接在半导体沟道的侧壁上形成源极带轨道。根据本公开的又一方面，提供了一种三维存储器器件，该三维存储器器件包括：厚度调节源极半导体层，该厚度调节源极半导体层位于衬底上方并且包括凹陷区域；源极带材料部分，该源极带材料部分位于源极半导体层上方，并且凹陷区域由与源极带材料部分相同的半导体材料填充；导电层和绝缘层的垂直交替堆叠体，该导电层和绝缘层的垂直交替堆叠体位于源极带材料部分上方；和存储器堆叠结构的阵列，该阵列延伸穿过垂直交替堆叠体并进入源极半导体层的上部，每个存储器堆叠结构包括半导体沟道和横向围绕半导体沟道的存储器膜并且包括开口，相应一个源极带材料部分通过该开口接触半导体沟道。根据本公开的又一个方面，提供了一种形成三维存储器器件的方法，该方法包括以下步骤：在衬底上方形成源极导电层；形成牺牲半导体线和牺牲半导体材料部分，其中牺牲半导体材料部分覆盖在源极导电层的最顶部表面上面，并且牺牲半导体线覆盖在源极导电层的凹陷表面上面并且邻接牺牲半导体材料部分；在牺牲半导体线上方形成绝缘层和间隔材料层的垂直交替堆叠体，其中间隔材料层形成为导电层，或者随后被导电层替代；通过垂直交替堆叠体和牺牲半导体材料部分形成存储器堆叠结构，每个存储器堆叠结构包括半导体沟道和横向围绕半导体沟道的存储器膜；通过采用牺牲半导体线作为蚀刻停止结构的各向异性蚀刻工艺来穿过垂直交替堆叠体形成背侧沟槽；通过移除牺牲半导体线、牺牲半导体材料部分和每个存储器膜的邻接牺牲半导体材料部分的部分形成源极腔体；以及在源极腔体中并且直接在半导体沟道的侧壁上形成源极带材料部分。根据本公开的另一个实施方案，提供了一种三维存储器器件，该三维存储器器件包括：源极半导体层，该源极半导体层位于衬底上方；蚀刻停止半导体轨道，该蚀刻停止半导体轨道位于源极半导体层中的沟槽中；源极带轨道和介电轨道的横向交替堆叠体，其位于源极半导体层和蚀刻停止半导体轨道上方，并且具有与蚀刻停止半导体轨道不同的组成，其中源极带轨道和介电轨道中的每一者沿着第一水平方向横向延伸，蚀刻停止半导体轨道沿着第二水平方向横向延伸，并且源极带轨道横跨在蚀刻停止半导体轨道；导电层和绝缘层的垂直交替堆叠体，其位于源极带轨道和介电轨道的横向交替堆叠体上方；存储器堆叠结构的阵列，其延伸穿过垂直交替堆叠体并进入源极半导体层的上部部分，每个存储器堆叠结构包括半导体沟道和横向围绕半导体沟道的存储器膜并且包括开口，相应一个源极带轨道通过该开口接触半导体沟道。根据本公开的又一个方面，提供了一种形成三维存储器器件的方法，该方法包括以下步骤：在衬底上方形成源极半导体层；穿过源极导电层形成线沟槽；在线沟槽内形成蚀刻停止半导体轨道；在源极导电层和蚀刻停止半导体轨道上方形成介电轨道和牺牲半导体轨道的横向交替堆叠体；在横向交替堆叠体上方形成绝缘层和间隔材料层的垂直交替堆叠体，其中间隔材料层形成为导电层，或者随后被导电层替代；通过垂直交替堆叠体和横向交替堆叠体形成存储器堆叠结构，每个存储器堆叠结构包括半导体沟道和横向围绕半导体沟道的存储器膜；通过采用蚀刻停止半导体轨道作为蚀刻停止结构的各向异性蚀刻工艺来穿过垂直交替堆叠体和横向交替堆叠体形成背侧沟槽；通过移除牺牲半导体轨道和每个存储器膜的邻接牺牲半导体轨道的部分来形成源极腔体；以及在源极腔体中并且直接在半导体沟道的侧壁上形成源极带轨道。附图说明图1是根据本公开第一实施方案的在形成金属源极层、源极半导体层、第一介电衬垫、牺牲半导体层和覆盖绝缘层之后的第一示例性结构的垂直剖面图。图2A是根据本公开第一实施方案的在形成牺牲半导体轨道和介电轨道之后的第一示例性结构的垂直剖面图。图2B为图2A的第一示例性结构的俯视图。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种三维存储器器件，包括：导电层和绝缘层的垂直交替堆叠体，所述导电层和绝缘层的垂直交替堆叠体位于衬底上方的源极半导体层上方；存储器堆叠结构的阵列，所述阵列延伸穿过所述垂直交替堆叠体并进入所述源极半导体层的上部部分，每个存储器堆叠结构包括半导体沟道和横向围绕所述半导体沟道的存储器膜，其中每个存储器堆叠结构的下部部分具有凸出部分，所述凸出部分具有比所述相应存储器堆叠结构的上覆部分大的横向尺寸，所述上覆部分邻接所述凸出部分的顶端；和至少一个源极带结构，所述至少一个源极带结构在每个存储器堆叠结构的所述凸出部分的层级处接触所述存储器堆叠结构的所述半导体沟道的相应子集。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.11.03 US 62/416,859;2016.11.04 US 62/417,575;1.一种三维存储器器件，包括：导电层和绝缘层的垂直交替堆叠体，所述导电层和绝缘层的垂直交替堆叠体位于衬底上方的源极半导体层上方；存储器堆叠结构的阵列，所述阵列延伸穿过所述垂直交替堆叠体并进入所述源极半导体层的上部部分，每个存储器堆叠结构包括半导体沟道和横向围绕所述半导体沟道的存储器膜，其中每个存储器堆叠结构的下部部分具有凸出部分，所述凸出部分具有比所述相应存储器堆叠结构的上覆部分大的横向尺寸，所述上覆部分邻接所述凸出部分的顶端；和至少一个源极带结构，所述至少一个源极带结构在每个存储器堆叠结构的所述凸出部分的层级处接触所述存储器堆叠结构的所述半导体沟道的相应子集。2.根据权利要求1所述的三维存储器器件，其中所述凸出部分包括：环形顶部表面，所述环形顶部表面具有内周边，所述内周边邻接所述相应存储器堆叠结构的所述上覆部分的外周边；侧壁，所述侧壁具有上周边，所述上周边邻接所述环形顶部表面的外周边；和平坦底部表面，所述平坦底部表面接触所述源极半导体层的水平表面。3.根据权利要求1所述的三维存储器器件，其中：所述至少一个源极带结构包括源极带轨道；并且每个存储器堆叠结构的所述存储器膜包括横向开口，相应的源极带轨道延伸穿过所述横向开口，以提供相应的半导体沟道和所述相应的源极带轨道之间的物理接触。4.根据权利要求3所述的三维存储器器件，还包括介电轨道，所述介电轨道位于相邻一对源极带轨道之间，其中每个存储器堆叠结构的所述存储器膜接触所述介电轨道中的相应一者的侧壁。5.根据权利要求3所述的三维存储器器件，其中：所述源极带轨道接触所述源极半导体层的平坦顶部表面的相应部分；并且所述源极带轨道包括掺杂半导体材料，所述掺杂半导体材料具有与所述源极半导体层相同导电类型的掺杂。6.根据权利要求3所述的三维存储器器件，还包括：栅极介电层，所述栅极介电层覆盖在所述源极带轨道上面并且横向围绕所述存储器堆叠结构；和掺杂半导体层，所述掺杂半导体层位于所述垂直交替堆叠体下面且覆盖在所述栅极介电层上面并且横向围绕所述存储器堆叠结构。7.根据权利要求6所述的三维存储器器件，其中：所述栅极介电层覆盖在所述存储器堆叠结构的所述凸出部分的顶部表面上面；并且所述掺杂半导体层包括所述存储器堆叠结构的源极选择栅极电极。8.根据权利要求6所述的三维存储器器件，其中：所述栅极介电层横向围绕所述存储器堆叠结构的所述凸出部分；并且所述掺杂半导体层的顶部表面与所述凸出部分的顶部表面在同一水平面内。9.根据权利要求3所述的三维存储器器件，其中：所述源极带轨道沿着第一水平方向横向延伸；并且所述三维存储器器件还包括绝缘壁结构，所述绝缘壁结构垂直延伸穿过所述垂直交替堆叠体，并且沿着不同于所述第一水平方向的第二水平方向横向延伸，并且横跨每个所述源极带轨道。10.根据权利要求1所述的三维存储器器件，其中所述至少一个源极带结构包括源极带层，所述源极带层物理地接触布置为二维阵列的所述存储器堆叠结构的半导体沟道。11.根据权利要求1所述的三维存储器器件，其中：所述三维存储器器件包括单体三维NAND存储器器件；所述导电层包括或者电连接到所述单体三维NAND存储器器件的相应字线；所述衬底包括硅衬底；所述单体三维NAND存储器器件包括位于所述硅衬底上方的单体三维NAND串阵列；所述单体三维NAND串阵列的第一器件层级中的至少一个存储器单元位于所述单体三维NAND串阵列的第二器件层级中的另一个存储器单元上方；所述硅衬底包含集成电路，所述集成电路包括驱动器电路，所述驱动器电路用于位于其上的存储器器件；所述导电层包括多个控制栅电极，所述多个控制栅电极具有基本上平行于所述衬底的顶部表面延伸的条形形状，所述多个控制栅电极至少包括位于所述第一器件层级中的第一控制栅电极和位于所述第二器件层级中的第二控制栅电极；并且所述单体三维NAND串阵列包括：多个半导体沟道，其中所述多个半导体沟道中的每一者的至少一个端部部分基本上垂直于所述衬底的顶部表面延伸，和多个电荷存储元件，每个电荷存储元件位于所述多个半导体沟道中的相应一者的附近。12.一种形成三维存储器器件的方法，包括：在衬底上方形成至少一个牺牲半导体结构；在所述至少一个牺牲半导体结构的层级处形成源极级存储器开口；在所述源极级存储器开口内形成牺牲半导体基座；在所述至少一个牺牲半导体结构上方形成绝缘层和间隔材料层的垂直交替堆叠体，其中所述间隔材料层形成为导电层，或者随后被所述导电层替代；通过蚀刻穿过所述垂直交替堆叠体并移除所述牺牲半导体基座来穿过所述垂直交替堆叠体形成存储器开口，其中每个所述存储器开口包括所述牺牲半导体基座的的相应一个的体积；在所述存储器开口中形成存储器堆叠结构，每个存储器堆叠结构包括半导体沟道和横向围绕所述半导体沟道的存储器膜；通过移除所述至少一个牺牲半导体结构和每个存储器膜的邻接所述至少一个牺牲半导体结构的部分来形成至少一个源极腔体；以及在所述至少一个源极腔体中并且直接在所述半导体沟道的侧壁上形成至少一个源极带结构。13.根据权利要求12所述的方法，还包括：在所述牺牲半导体基座上方形成栅极介电层；在所述栅极介电层上方形成掺杂半导体层，其中在所述掺杂半导体层上方形成所述垂直交替堆叠体；通过采用所述掺杂半导体层作为蚀刻停止层的各向异性蚀刻来穿过所述垂直交替堆叠体形成背侧沟槽；将所述背侧沟槽垂直延伸穿过所述掺杂半导体层并延伸至所述至少一个牺牲半导体结构的上表面，其中通过穿过所述背侧沟槽引入蚀刻剂来移除所述至少一个牺牲半导体结构。14.根据权利要求13所述的方法，其中：形成所述至少一个牺牲半导体结构包括在源极半导体层上方形成牺牲半导体轨道和介电轨道的横向交替堆叠体，所述牺牲半导体轨道是所述至少一个牺牲半导体结构；所述蚀刻剂相对于所述介电轨道选择性地蚀刻所述牺牲半导体轨道；以及形成所述至少一个源极带结构包括在所述源极半导体层上直接形成源极带轨道。15.根据权利要求14所述的方法，其中：每个源极级存储器开口包括所述牺牲半导体轨道的相应一个的侧壁和所述介电轨道的相应一个的侧壁；每个所述存储器开口形成有凸出部分和锥形部分，所述凸出部分通过移除所述牺牲半导体基座的相应一个而形成，所述锥形部分延伸穿过所述垂直交替堆叠体的底部部分并且具有邻接所述凸出部分的底端；所述凸出部分具有比所述锥形部分的底端大的横向范围；并且每个所述牺牲半导体基座具有比所述锥形部分的所述底端大的横向范围。16.根据权利要求14所述的方法，还包括：在衬底上方形成源极导电层，其中在所述源极导电层上方形成所述牺牲半导体轨道和介电轨道的横向交替堆叠体；穿过所述垂直交替堆叠体形成背侧沟槽，其中所述背侧沟槽沿着与所述牺牲半导体轨道不同的水平方向横向延伸；通过所述背侧沟槽引入蚀刻剂，所述蚀刻剂相对于所述介电轨道选择性地蚀刻所述牺牲源极轨道的材料；在移除所述牺牲源极轨道之后移除所述存储器膜的物理暴露部分，由此形成所述源极腔体；以及执行选择性半导体沉积工艺以从物理暴露的半导体表面生长掺杂的半导体材料部分，由此所述源极带轨道直接形成在所述半导体沟道上并且直接形成在所述源极导电层上。17.一种形成三维存储器器件的方法，包括：在衬底上形成源极导电层；在所述源极导电层上方形成牺牲半导体轨道和介电轨道的横向交替堆叠体；在所述横向交替堆叠体上方形成绝缘层和间隔材料层的垂直交替堆叠体，其中所述间隔材料层形成为导电层，或者随后被所述导电层替代；通过蚀刻穿过所述垂直交替堆叠体来穿过所述垂直交替堆叠体形成存储器开口，其中每个所述存储器开口的底部部分延伸穿过所述牺牲半导体轨道和介电轨道的横向交替堆叠体；通过相对于所述介电轨道选择性地部分蚀刻所述牺牲半导体轨道来横向扩展所述存储器开口的每个底部部分；在横向扩展所述存储器开口之后，在所述存储器开口中形成存储器堆叠结构，每个存储器堆叠结构包括半导体沟道和横向围绕所述半导体沟道的存储器膜；通过移除所述牺牲半导体轨道和每个存储器膜的邻接所述牺牲半导体轨道的部分来形成源极腔体；以及在所述源极腔体中并且直接在所述半导体沟道的侧壁上形成源极带轨道。18.根据权利要求17所述的方法，其中：所述垂直交替堆叠体包括第一层垂直交替堆叠体和第二层垂直交替堆叠体；在形成所述第二层垂直交替堆叠体之前，穿过所述第一层垂直交替堆叠体形成第一层存储器开口；在形成所述第二层垂直交替堆叠体之后，穿过所述第二层垂直交替堆叠体形成第二层存储器开口；通过邻接相应的第一层存储器开口和相应的第二层存储器开口的垂直邻接对来形成所述存储器开口；以及在形成所述第二层垂直交替堆叠体之前，相对于所述介电轨道选择性地部分蚀刻所述牺牲半导体轨道，以横向扩展所述存储器开口的每个底部部分。19.根据权利要求17所述的方法，其中：在通过各向异性蚀刻工艺形成整个所述垂直交替堆叠体之后，穿过整个所述垂直交替堆叠体形成所述存储器开口；以及在所述各向异性蚀刻工艺之后，相对于所述介电轨道部分蚀刻所述牺牲半导体轨道，以横向扩展所述存储器开口的每个底部部分。20.根据权利要求17所述的方法，还包括：在所述牺牲半导体轨道和介电轨道的横向交替堆叠体上方形成栅极介电层；在所述栅极介电层上方形成掺杂半导体层，其中在所述掺杂半导体层上方形成所述垂直交替堆叠体；以及通过采用所述掺杂半导体层作为蚀刻停止层的各向异性蚀刻来穿过所述垂直交替堆叠体形成背侧沟槽。21.根据权利要求20所述的方法，还包括将所述背侧沟槽垂直延伸穿过所述掺杂半导体层并延伸至所述牺牲半导体轨道的上表面，其中通过穿过所述背侧沟槽引入蚀刻剂来移除所述牺牲半导体轨道。22.一种三维存储器器件，包括：源极半导体层，所述源极半导体层具有厚度调节并且位于衬底上方并且包括凹陷区域；源极带材料部分，所述源极带材料部分位于所述源极半导体层上方，并且所述凹陷区域由与所述源极带材料部分相同的半导体材料填充；导电层和绝缘层的垂直交替堆叠体，所述导电层和绝缘层的垂直交替堆叠体位于所述源极带材料部分上方；和存储器堆叠结构的阵列，所述阵列延伸穿过所述垂直交替堆叠体并进入所述源极半导体层的上部部分，每个存储器堆叠结构包括半导体沟道和横向围绕所述半导体沟道的存储器膜并且包括开口，所述源极带材料部分的相应一个通过所述开口接触所述半导体沟道。23.根据权利要求22所述的三维存储器器件，其中所述源极半导体层的最顶部表面接触所述凹陷区域外部的所述源极带材料部分的底部表面。24.根据权利要求22所述的三维存储器器件，其中：所述源极半导体层的侧壁在所述凹陷区域的外围处接触所述源极带材料部分的侧壁；并且所述源极半导体层的凹陷顶部表面在所述凹陷区域的底部处接触所述源极带材料部分的向下突出部分。25.根据权利要求22所述的三维存储器器件，其中所述源极带材料部分包括掺杂半导体材料，所述掺杂半导体材料具有与所述源极半导体层相同导电类型的掺杂。26.根据权利要求22所述的三维存储器器件，还包括绝缘壁结构，所述绝缘壁结构垂直延伸穿过所述垂直交替堆叠体，并且沿着与所述凹陷区域相同的方向横向延伸，并且向下突出到所述源极带材料部分的部分中。27.根据权利要求26所述的三维存储器器件，其中所述绝缘壁结构接触所述绝缘层的侧壁、所述导电层的侧壁、所述源极带材料部分的侧壁以及所述源极带材料部分的凹陷顶部表面。28.根据权利要求26所述的三维存储器器件，还包括帽盖半导体层，所述帽盖半导体层覆盖在所述源极带材料部分上面并且位于所述垂直交替堆叠体下面，并且接触所述绝缘壁结构的侧壁和所述源极带材料部分的顶部表面。29.根据权利要求26所述的三维存储器器件，还包括帽盖半导体层，所述帽盖半导体层覆盖在所述源极带材料部分上面并且位于所述垂直交替堆叠体下面，接触所述源极带材料部分的顶部表面，并且不接触所述绝缘壁结构的侧壁，并且通过所述垂直交替堆叠体内的最底部绝缘层与所述绝缘壁结构的侧壁横向隔开。30.根据权利要求26所述的三维存储器器件，还包括：帽盖半导体层，所述帽盖半导体层覆盖在所述源极带材料部分上面并且位于所述垂直交替堆叠体下面并且接触所述源极带材料部分的顶部表面；介电材料部分，所述介电材料部分位于与所述源极带材料部分相同的水平；和至少一个图案化的介电衬垫，所述至少一个图案化的介电衬垫覆盖在所述介电材料部分上面并且位于所述帽盖半导体层下面。31.根据权利要求22所述的三维存储器器件，其中：所述存储器堆叠结构的阵列向下突出到所述源极半导体层中；并且每个存储器膜从外向内包括阻挡电介质、电荷存储层和隧穿介电层。32.根据权利要求22所述的三维存储器器件，其中：所述三维存储器器件包括单体三维NAND存储器器件；所述导电层包括或者电连接到所述单体三维NAND存储器器件的相应字线；所述衬底包括硅衬底；所述单体三维NAND存储器器...

【专利技术属性】
技术研发人员：J余，K北村，张彤，C葛，张艳丽，S清水，Y笠木，小川裕之，D毛，K山口，J阿尔斯梅尔，J凯，K松本，Y正森，
申请(专利权)人：桑迪士克科技有限责任公司，
类型：发明
国别省市：美国,US