具有延伸穿过层堆叠的沟道开口或支柱的半导体装置和系统以及形成方法制造方法及图纸

本申请涉及具有延伸穿过层堆叠的沟道开口或支柱的半导体装置和系统，以及形成方法。装置、系统和结构包含布置于层的一或多个层面中的材料的竖直交替层的堆叠。其中可形成沟道支柱的沟道开口延伸穿过所述堆叠。所述支柱包含横向延伸到所述沟道开口的“底切部分”中的“肩部部分”，所述底切部分沿着所述堆叠的所述层面中的至少一个的至少一下部层限定。

Semiconductor devices and systems with channel openings or pillars extending through the stack of layers and forming methods

【技术实现步骤摘要】
具有延伸穿过层堆叠的沟道开口或支柱的半导体装置和系统以及形成方法优先权要求本申请要求2018年10月11日提交的第16/157,927号美国专利申请“具有延伸穿过层堆叠的沟道开口或支柱的半导体装置和系统以及形成方法(SEMICONDUCTORDEVICESANDSYSTEMSWITHCHANNELOPENINGSORPILLARSEXTENDINGTHROUGHATIERSTACK,ANDMETHODSOFFORMATION)”的申请日的权益。
在各种实施例中，本公开大体上涉及具有材料的竖直交替层的至少一个堆叠和延伸穿过所述至少一个堆叠的高纵横比开口的结构。更确切地说，本公开涉及用于形成具有多个堆叠层的半导体存储装置(例如，三维(3D)半导体存储器装置(例如，3DNAND存储器装置))的结构及形成半导体存储装置的方法，所述半导体存储装置形成有延伸到共同沟道区(例如，单个沟道)的层中的高纵横比开口。
技术介绍
存储器为电子系统提供数据存储。快闪存储器是各种存储器类型之一，且在现代计算机和装置中具有许多用途。典型的快闪存储器装置可包含具有布置成行和列的大量电荷存储装置(例如，存储器单元，比如非易失性存储器单元)的存储器阵列。在NAND架构类型的快闪存储器中，布置成列的存储装置串联耦合，且所述列的第一存储装置耦合到位线。在“二维NAND”(其还可在本文中被称作“2DNAND”)中，存储装置沿着水平表面以行和列的形式布置。在“三维NAND”(其还可在本文中被称作“3DNAND”)-一种类型的竖直存储器中，不仅存储装置在水平阵列中以行和列的形式布置，而且水平阵列的层彼此堆叠(例如，作为存储装置的竖直串)以提供存储装置的“三维阵列”。为了建立三维阵列，依次沉积多个材料层。结果可能是绝缘材料层与包含导电材料的层竖直交替的堆叠。绝缘材料与包含导电材料的层中的存储装置(例如，存储器单元)竖直地交替。存储装置可各自包含控制栅极(CG)和电荷存储结构，例如浮动栅极(FG)或电荷捕集器(CT)，所述电荷存储结构被配置成存储积聚在其上的电子或电穴。信息由单元存储的电子或电穴的量表示。所述堆叠可进一步包含包括氧化物-氮化物-氧化物(“ONO”)的复合物的栅极间电介质(IGD)中的例如氮化物等阻隔材料，其中IGD可在电荷存储结构和CG之间。在3DNAND中，还可被称为“字线”的存取线可各自可操作地连接对应于相应导电材料(包含三维阵列的行)的存储装置。存取线耦合到存储装置的CG，且在某些状况下至少部分由存储装置的CG形成。沟道开口延伸穿过竖直交替层的堆叠到达下伏材料(例如，源材料)，且沟道材料的单个连续区可形成于每一沟道开口中以接触开口的底部处的下伏材料。如此，支柱形成于沟道开口中，每一支柱具有单个沟道区，所述单个沟道区沿着电荷存储装置(例如，存储器单元)的三维阵列竖直地延伸。理想地，沟道开口将形成为限定竖直壁(例如，相对于下伏材料的上表面以90度角度延伸的壁)。然而，在现实中，通过蚀刻形成沟道开口会导致侧壁从最上高程处的最宽开口宽度向最深高程处的最窄开口宽度逐渐变细。随着例如具有3DNAND架构的三维半导体装置“扩大”以包含半导体芯片上每水平覆盖面更高密度的存储装置，例如随着越来越多的层彼此堆叠地构建，在开口的底部处下伏材料充分暴露的情况下穿过层形成共同沟道开口变得更具有挑战性。对应地，在更深开口内形成沟道支柱变得更具有挑战性。
技术实现思路
公开一种半导体装置。半导体装置包括基底材料上方的竖直交替层的堆叠。所述竖直交替层包括竖直交替的绝缘层和字线层。堆叠的侧壁限定延伸穿过堆叠并进入基底材料的开口，从而在开口的基底处暴露基底材料的源极区。侧壁包括在竖直交替层的堆叠的至少一下部层中限定的至少一个底切部分。还公开一种形成半导体装置的方法。所述方法包括在基底材料、安置于基底材料中的牺牲材料和安置于牺牲材料中的软塞材料上方形成绝缘材料和其它材料的竖直交替层的堆叠。形成延伸穿过堆叠且穿过软塞材料的开口，从而沿着开口的侧壁留下软塞材料的残余物。衬垫形成于开口中。穿过衬垫暴露牺牲材料的一部分。在不移除衬垫的情况下，移除牺牲材料和软塞材料的残余物以限定衬垫和基底材料的侧壁之间的间隙。所述间隙暴露堆叠的下部层的一部分。堆叠的下部层的所述部分经蚀刻以在堆叠的下部层中限定底切部分。移除衬垫以形成延伸穿过堆叠并进入基底材料的沟道开口。沟道开口在沟道开口的基底处暴露基底材料的源极区。沟道开口由包括底切部分的侧壁限定。还公开一种形成半导体装置的方法，所述方法包括在基底材料和安置于基底材料中的牺牲材料上方形成绝缘材料和其它材料的竖直交替层的第一层面。开口形成为延伸穿过第一层面并进入牺牲材料。衬垫和填充材料形成于开口内。在第一层面、衬垫和填充材料上方形成绝缘材料和其它材料的竖直交替层的第二层面。另一开口形成为延伸穿过第二层面到达另一开口内的填充材料。另一衬垫形成于另一开口内，且填充材料的一部分穿过另一衬垫暴露。在不移除所述衬垫或另一衬垫的情况下，移除填充材料和牺牲材料以形成暴露第一层面和第二层面中的每一个的下部层的至少一部分的延伸开口。第一层面和第二层面中的每一个的下部层的所述部分经各向同性蚀刻以限定底切部分。移除所述衬垫和另一衬垫以形成由包括底切部分的侧壁限定的沟道开口。还公开一种半导体装置。半导体装置包括基底材料上方和CMOS电路组件上方的竖直交替层的堆叠。竖直交替层包含包括绝缘材料的层与包括字线的层竖直地交错。沟道支柱延伸穿过堆叠并进入基底材料到达沟道支柱的基底处的源极区。沟道支柱的侧壁限定横向邻近于竖直交替层的堆叠的至少一下部层的肩部部分。还公开一种系统，其包括存储器装置的三维阵列，所述存储器装置的三维阵列包括绝缘层与字线层交错的堆叠，且包括延伸穿过堆叠到达源极区的沟道支柱。沟道支柱具有沿着侧壁的至少一部分限定弯曲表面的所述侧壁。至少一个处理器耦合到存储器装置的三维阵列。至少一个外围装置与所述至少一个处理器进行可操作通信。附图说明图1是根据本公开的实施例具有3DNAND架构的存储装置阵列的结构的横截面正视示意性图示。图2到16是根据本公开的实施例在制造图1的结构的各个处理阶段期间的横截面正视示意性图示。图17到22是根据本公开的另一实施例在制造图1的结构的各个处理阶段期间的横截面正视示意性图示，其中图17在图4中示出的阶段之后且图22在图13中示出的阶段之前。图23是根据本公开的实施例包含阵列下方CMOS(CMOSunderArray，CuA)组件的具有3DNAND架构的存储装置阵列的结构的横截面正视示意性图示。图24是根据本公开的另一实施例来自图23的框A的放大图示。图25是包含具有根据本公开的一或多个实施例的结构的存储装置阵列的半导体装置的简化的框图。图26是根据本公开的一或多个实施例实施的系统的简化的框图。具体实施方式根据本公开的实施例的装置、系统和结构包含布置成层的一或多个层面的竖直交本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种半导体装置，其包括：/n基底材料上方的竖直交替层的堆叠，所述竖直交替层包括竖直交替的绝缘层和字线层，/n所述堆叠的侧壁，其限定延伸穿过所述堆叠并进入所述基底材料的开口，从而在所述开口的基底处暴露所述基底材料的源极区，且/n所述侧壁包括在竖直交替层的所述堆叠的至少一下部层中限定的至少一个底切部分。/n

【技术特征摘要】
20181011 US 16/157,9271.一种半导体装置，其包括：
基底材料上方的竖直交替层的堆叠，所述竖直交替层包括竖直交替的绝缘层和字线层，
所述堆叠的侧壁，其限定延伸穿过所述堆叠并进入所述基底材料的开口，从而在所述开口的基底处暴露所述基底材料的源极区，且
所述侧壁包括在竖直交替层的所述堆叠的至少一下部层中限定的至少一个底切部分。


2.根据权利要求1所述的半导体装置，其中所述堆叠的所述下部层为所述绝缘层的层。


3.根据权利要求1所述的半导体装置，其进一步包括所述开口内的沟道材料，所述沟道材料具有侧壁，所述侧壁在竖直交替层的所述堆叠的至少所述下部层中限定的所述至少一个底切部分附近限定至少一个肩部部分。


4.根据权利要求1所述的半导体装置，其中所述堆叠包括所述竖直交替层的至少两个层面，所述开口延伸穿过所述堆叠的所述至少两个层面。


5.根据权利要求4所述的半导体装置，其中限定所述开口的所述堆叠的所述侧壁包括所述至少一个底切部分中的一个以上底切部分，且其中：
在所述堆叠的所述至少两个层面的下部层面的至少所述下部层中限定第一底切部分；且
在所述堆叠的所述至少两个层面的另一层面的至少一下部层中限定第二底切部分。


6.根据权利要求1所述的半导体装置，其中所述至少一个底切部分限定所述侧壁的弯曲部分。


7.根据权利要求1所述的半导体装置，其进一步包括在所述基底材料的所述源极区下方的CMOS电路。


8.根据权利要求1所述的半导体装置，其中所述基底材料包括单晶硅。


9.一种形成半导体装置的方法，所述方法包括：
在基底材料、安置于所述基底材料中的牺牲材料和安置于所述牺牲材料中的软塞材料上方形成绝缘材料和其它材料的竖直交替层的堆叠；
形成延伸穿过所述堆叠且穿过所述软塞材料的开口，从而沿着所述开口的侧壁留下所述软塞材料的残余物；
在所述开口中形成衬垫；
穿过所述衬垫暴露所述牺牲材料的一部分；
在不移除所述衬垫的情况下，移除所述牺牲材料和所述软塞材料的所述残余物以限定所述衬垫和所述基底材料的侧壁之间的间隙，所述间隙暴露所述堆叠的下部层的一部分；
蚀刻到所述堆叠的所述下部层的所述部分中以在所述堆叠的所述下部层中限定底切部分；以及
移除所述衬垫以形成延伸穿过所述堆叠并进入所述基底材料的沟道开口，所述沟道开口在所述沟道开口的基底处暴露所述基底材料的源极区，所述沟道开口由包括所述底切部分的侧壁限定。


10.根据权利要求9所述的方法，其中在所述开口中形成衬垫包括在所述开口中保形地形成多晶硅。


11.根据权利要求9所述的方法，其中蚀刻到所述堆叠的所述下部层的所述部分中以在所述堆叠的所述下部层中限定底切部分包括各向同性地蚀刻到所述堆叠的所述下部层的所述部分中。


12.根据权利要求9所述的方法，其进一步包括在所述开口中形成所述衬垫之后且在穿过所述衬垫暴露所述牺牲材料的一部分之前：
用填充材料填充所述开口；
移除所述填充材料的上部部分以形成凹口；
在所述凹口中形成另一软塞材料；
在所述另一软塞材料和竖直交替层的所述堆叠上方形成竖直交替层的另一堆叠；
形成延伸穿过所述另一堆叠且穿过所述另一软塞材料的另一开口，从而沿着所述另一开口的侧壁留下所述另一软塞材料的其它残余物；
在所述另一开口中形成另一衬垫；以及
穿过所述另一衬垫暴露所述填充材料的一部分。


13.根据权利要求12所述的方法，其进一步包括：
在不移除所述衬垫或所述另一衬垫的情况下，移除所述填充材料和所述另一软塞材料的所述残余物以限定所...

【专利技术属性】
技术研发人员：J·D·霍普金斯，N·M·洛梅利，J·B·德胡特，D·法兹尔，
申请(专利权)人：美光科技公司，
类型：发明
国别省市：美国;US