3D NAND存储器件及其制造方法技术

技术编号:24415200 阅读:47 留言:0更新日期:2020-06-06 11:08
本发明专利技术涉及半导体器件领域,公开了一种3D NAND存储器件及其制造方法。该方法包括:提供衬底;在衬底上形成堆叠层,堆叠层包括交替设置的层间绝缘层和电介质层;在堆叠层中形成沟道孔;氧化电介质层邻近沟道孔最外侧的部分,以及暴露的衬底,形成牺牲氧化层;去除牺牲氧化层及等橫向厚度的邻近沟道孔的部分层间绝缘层;氧化电介质层中邻近沟道孔的第一部分电介质层,形成第一氧化层。其中,第一氧化层作为沟道孔侧壁的隧穿阻挡层。本发明专利技术提供的方法修补了沟道孔刻蚀过程中造成的沟道孔侧壁损伤以及暴露的衬底表面损伤,并缩小了沟道关键尺寸。

3D NAND memory device and its manufacturing method

【技术实现步骤摘要】
3DNAND存储器件及其制造方法
本专利技术涉及半导体器件
,具体涉及一种3DNAND存储器件及其制造方法。
技术介绍
随着平面型闪存存储器的发展,半导体的生产工艺取得了巨大的进步。但是最近几年,平面型闪存的发展遇到了各种挑战:物理极限,现有显影技术极限以及存储电子密度极限等。为解决平面闪存遇到的困难以及寻求更低的单位存储单元的生产成本,三维(3D)闪存存储器结构应运而生。在3DNAND闪存存储器件结构中,包括垂直交错堆叠的多层栅极层和绝缘层,在堆叠层(或称“堆栈”)中形成有沟道孔,在沟道孔内形成有存储单元串,堆叠层中的栅极层作为每一层存储单元的栅线,从而实现堆叠式的3DNAND闪存存储器件。沟道孔的形成可以通过采用各向异性等离子干法刻蚀工艺来实现,然而等离子会损坏沟道孔侧壁并产生漏电流,同时还会导致沟道关键尺寸(CriticalDimension,简称CD)变大,进而影响沟道孔的性能以及最终3DNAND闪存存储器的性能。因而如何解决沟道孔刻蚀过程中造成的沟道孔侧壁损伤,以及减小沟道关键尺寸的问题亟待解决。
技术实现思路
本专利技术提供了一种3DNAND存储器件及其制造方法,修补了沟道孔刻蚀过程中造成的沟道孔侧壁损伤以及暴露的衬底表面损伤,并缩小了沟道关键尺寸。一方面,本专利技术提供了一种3DNAND存储器件的制造方法,包括:提供衬底;在所述衬底上,形成堆叠层,所述堆叠层包括交替设置的层间绝缘层和电介质层;在所述堆叠层中形成纵向延伸的沟道孔,所述沟道孔垂直于所述衬底;氧化所述电介质层邻近所述沟道孔最外侧的部分,以及暴露的所述衬底,形成牺牲氧化层;去除所述牺牲氧化层及等橫向厚度的邻近所述沟道孔的部分所述层间绝缘层;氧化所述电介质层中邻近所述沟道孔的第一部分电介质层,形成第一氧化层;在所述沟道孔侧壁上形成功能层与沟道层;在所述堆叠层中形成纵向延伸的栅线狭缝,所述栅线狭缝将所述堆叠层分割为若干堆叠层子块;利用所述栅线狭缝将剩余部分电介质层去除,置换为栅极层。优选的,所述方法还包括:在去除所述牺牲氧化层之后,形成所述第一氧化层之前,在所述沟道孔底部形成选择性硅外延层;形成所述第一氧化层还包括:氧化邻近所述沟道孔底部的部分所述选择性硅外延层。优选的,形成所述牺牲氧化层及所述第一氧化层的反应条件,包括:温度为700-1000℃。优选的,所述牺牲氧化层的横向厚度为2-15nm。优选的,所述第一氧化层的横向厚度为2-15nm。优选的,所述沟道层包括位于所述沟道孔底部与所述选择性硅外延层的上表面相接触的连接区。优选的,所述栅极层包括高K层和粘结层;其中,所述粘结层包括粘结缓冲层和金属材料层。优选的,所述方法还包括去除所述栅极层中邻近所述栅线狭缝的部分粘结层,以使所述粘结层在所述栅线狭缝之间,形成内缩粘结层以及横向的空缺部分;所述空缺部分的横向宽度为0-100nm。优选的,所述沟道孔通至所述衬底并形成一定深度的凹槽,且所述牺牲氧化层部分形成于所述凹槽表面。优选的,利用所述栅线狭缝将剩余部分电介质层去除之后,置换为栅极层之前,还包括:对所述选择性硅外延层的侧壁进行氧化而形成第二氧化层。优选的,所述功能层包括电荷存储层与隧穿层,且所述电荷存储层的外径与所述选择性硅外延层的最大外径在同一垂直延伸线上。另一方面,本专利技术还提供了一种3DNAND存储器件,包括:衬底;在所述衬底上的堆叠层,所述堆叠层包括交替设置的层间绝缘层和栅极层;纵向延伸穿过所述堆叠层的沟道孔,所述沟道孔垂直于所述衬底;形成于所述沟道孔侧壁外侧且与所述栅极层同层的第一氧化层,以及形成于所述沟道孔侧壁内侧的功能层和沟道层;纵向延伸穿过所述堆叠层的栅线狭缝,所述栅线狭缝将所述堆叠层分割为若干堆叠层子块。优选的,所述第一氧化层的横向厚度为2-15nm。优选的,所述3DNAND存储器件还包括:形成于所述沟道孔底部的选择性硅外延层;所述沟道层包括位于所述沟道孔底部与所述选择性硅外延层的上表面相接触的连接区。优选的,所述栅极层包括高K层和粘结层;其中,所述粘结层包括粘结缓冲层和金属材料层。优选的,所述粘结层包括邻近所述栅线狭缝的横向的空缺部分以及内缩粘结层;所述空缺部分的横向宽度为0-100nm。优选的,所述沟道孔通至所述衬底并形成一定深度的凹槽。优选的,所述选择性硅外延层的侧壁与横向相邻所述栅级层之间具有第二氧化层。优选的,所述功能层包括电荷存储层与隧穿层,且所述电荷存储层的外径与所述选择性硅外延层的最大外径在同一垂直延伸线上。本专利技术的有益效果为:本专利技术提供的3DNAND存储器件的制造方法,通过多次原位氧化电介质层为氧化层,第一次即在形成所述选择性硅外延层之前,将所述电介质层邻近所述沟道孔最外侧的部分,以及暴露的所述衬底,氧化形成牺牲氧化层,修补了沟道孔刻蚀过程中造成的沟道孔侧壁损伤以及暴露的衬底表面损伤,并减少了由于工艺过程导致的沟道孔关键尺寸进一步扩大;第二次即在所述沟道孔底部形成选择性硅外延层之后,将所述电介质层中邻近所述沟道孔的第一部分电介质层,以及邻近所述沟道孔底部的部分所述选择性硅外延层,氧化形成第一氧化层,作为沟道孔侧壁的隧穿阻挡层,提高了隧穿阻挡层的均匀度,具有固定且优化沟道关键尺寸的作用,且厚度均匀的隧穿阻挡层能够改善沟道孔的存储特性。附图说明为了更清楚地说明实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是专利技术的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术实施例提供的方法最终制成的结构示意图;图2至图12为根据本专利技术实施例提供的方法制成3DNAND存储器件过程中的结构示意图。附图标记说明:100-衬底;110-堆叠层;111-层间绝缘层/氧化硅层;112-电介质层/氮化硅层;1121-牺牲氧化层;1122-第一氧化层;113-栅极层;1131-高K层;1132-粘结缓冲层;1133-金属材料层;1134-空缺部分;121-沟道孔;122-电荷存储层;123-隧穿层;124-沟道层;1241-连接区;1242-插塞多晶硅;125-沟道绝缘填充层;130-选择性硅外延层;131-第二氧化层;140-绝缘氧化物层;150-栅线狭缝;151-绝缘层。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图,对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然,所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例,而不是全部的实施例。在图中,结构相似的单元是用以相同标号表示。基于本专利技术中的实施例,本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本专利技术保护的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种3D NAND存储器件的制造方法,其特征在于,包括:/n提供衬底;/n在所述衬底上,形成堆叠层,所述堆叠层包括交替设置的层间绝缘层和电介质层;/n在所述堆叠层中形成纵向延伸的沟道孔,所述沟道孔垂直于所述衬底;/n氧化所述电介质层邻近所述沟道孔最外侧的部分,以及暴露的所述衬底,形成牺牲氧化层;/n去除所述牺牲氧化层及等橫向厚度的邻近所述沟道孔的部分所述层间绝缘层;/n氧化所述电介质层中邻近所述沟道孔的第一部分电介质层,形成第一氧化层;/n在所述沟道孔侧壁上形成功能层与沟道层;/n在所述堆叠层中形成纵向延伸的栅线狭缝,所述栅线狭缝将所述堆叠层分割为若干堆叠层子块;/n利用所述栅线狭缝将剩余部分电介质层去除,置换为栅极层。/n

【技术特征摘要】
1.一种3DNAND存储器件的制造方法,其特征在于,包括:
提供衬底;
在所述衬底上,形成堆叠层,所述堆叠层包括交替设置的层间绝缘层和电介质层;
在所述堆叠层中形成纵向延伸的沟道孔,所述沟道孔垂直于所述衬底;
氧化所述电介质层邻近所述沟道孔最外侧的部分,以及暴露的所述衬底,形成牺牲氧化层;
去除所述牺牲氧化层及等橫向厚度的邻近所述沟道孔的部分所述层间绝缘层;
氧化所述电介质层中邻近所述沟道孔的第一部分电介质层,形成第一氧化层;
在所述沟道孔侧壁上形成功能层与沟道层;
在所述堆叠层中形成纵向延伸的栅线狭缝,所述栅线狭缝将所述堆叠层分割为若干堆叠层子块;
利用所述栅线狭缝将剩余部分电介质层去除,置换为栅极层。


2.根据权利要求1所述的3DNAND存储器件的制造方法,其特征在于,所述方法还包括:在去除所述牺牲氧化层之后,形成所述第一氧化层之前,在所述沟道孔底部形成选择性硅外延层;
形成所述第一氧化层还包括:氧化邻近所述沟道孔底部的部分所述选择性硅外延层。


3.根据权利要求1所述的3DNAND存储器件的制造方法,其特征在于,形成所述牺牲氧化层及所述第一氧化层的反应条件,包括:温度为700-1000℃。


4.根据权利要求1所述的3DNAND存储器件的制造方法,其特征在于,所述牺牲氧化层的横向厚度为2-15nm。


5.根据权利要求1所述的3DNAND存储器件的制造方法,其特征在于,所述第一氧化层的横向厚度为2-15nm。


6.根据权利要求2所述的3DNAND存储器件的制造方法,其特征在于,所述沟道层包括位于所述沟道孔底部与所述选择性硅外延层的上表面相接触的连接区。


7.根据权利要求1所述的3DNAND存储器件的制造方法,其特征在于,所述栅极层包括高K层和粘结层;
其中,所述粘结层包括粘结缓冲层和金属材料层。


8.根据权利要求1所述的3DNAND存储器件的制造方法,其特征在于,所述方法还包括去除所述栅极层中邻近所述栅线狭缝的部分粘结层,以使所述粘结层在所述栅线狭缝之间,形成内缩粘结层以及横向的空缺部分;
所述空缺部分的横向宽度为0-100nm。


9.根据权利要求1所述的3DNAND存储器件的制造方法,其特征在于,所述沟道孔通至所述衬底并...

【专利技术属性】
技术研发人员:张坤夏志良
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

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