三维存储器及其制造方法技术

本发明专利技术涉及半导体器件领域，具体涉及一种三维存储器及其制造方法。所述三维存储器包括：衬底；在所述衬底上的堆叠层，所述堆叠层包括在垂直于所述衬底的纵向上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，以及形成在所述沟道孔内的存储结构；纵向延伸穿过所述堆叠层的栅线缝隙，所述栅线缝隙将所述堆叠层分割为若干堆叠层子块；其中，所述栅极层包括栅极金属层，以及包覆所述栅极金属层且与所述存储结构接触的叠层设置的高K介质层。本发明专利技术提供的三维存储器及其制造方法，解决了在随着堆叠层数的不断增多，AR比不断增大的情况下，高k介质层难以在阶梯覆盖与等效氧化层厚度之间获得平衡的问题。等效氧化层厚度之间获得平衡的问题。等效氧化层厚度之间获得平衡的问题。

【技术实现步骤摘要】
三维存储器及其制造方法


[0001]本专利技术涉及半导体器件领域，具体涉及一种三维存储器及其制造方法。

技术介绍

[0002]现有技术中，闪存(Flash Memory)存储器的主要功能是在不加电的情况下能长期保持存储的信息，具有集成度高、存取速度快、易于擦除和重写等优点，因而在电子产品中得到了广泛的应用。为了进一步提高闪存存储器的位密度(Bit Density)，同时减少位成本(Bit Cost)，进一步提出了3D NAND存储器。
[0003]在目前3D NAND存储器中，通常采用垂直堆叠多层数据存储单元的方式，实现堆叠式的3D NAND存储器结构。为了得到上述堆叠式的3D NAND存储器结构，需要在衬底上形成由牺牲层和层间绝缘层交替的堆叠结构，并形成贯穿堆叠结构的栅线缝隙，以将部分牺牲层裸露，从而通过湿法刻蚀去除牺牲层，然后在对应牺牲层的位置形成栅极结构。为了得到上述栅极结构，通常需要在去除牺牲层的位置先覆盖一层高k介质层，材料通常为Al2O3(氧化铝)，然后再进一步填充栅极材料，以使高k介质层包裹栅极层，从而得到由高k介质层和栅极层两部分组成的栅极结构。
[0004]然而随着堆叠层数的不断增多，AR比(Aspect ratio，深宽比)不断增大，为了满足结构要求的阶梯覆盖(Step Coverage)能力，通过工艺调整沉积单层的高k介质层(Al2O3层)将导致膜层K值(介电常数)持续降低，进而导致电学厚度(即等效氧化层厚度)增大，P/E(Program/Erase，写入/擦除)速度减慢，栅极耦合效应增强。故而如何在阶梯覆盖与电学厚度之间获得平衡，成为本领域技术人员亟待解决的问题。

技术实现思路

[0005]本专利技术提供了一种三维存储器及其制造方法，解决了在随着堆叠层数的不断增多，AR比不断增大的情况下，高k介质层难以在阶梯覆盖与等效氧化层厚度之间获得平衡的问题。
[0006]一方面，本专利技术提供了一种三维存储器，包括：
[0007]衬底；
[0008]在所述衬底上的堆叠层，所述堆叠层包括在垂直于所述衬底的纵向上交替设置的层间绝缘层和栅极层；
[0009]纵向延伸穿过所述堆叠层的沟道孔，以及形成在所述沟道孔内的存储结构；
[0010]纵向延伸穿过所述堆叠层的栅线缝隙，所述栅线缝隙将所述堆叠层分割为若干堆叠层子块；
[0011]其中，所述栅极层包括栅极金属层，以及包覆所述栅极金属层且与所述存储结构接触的叠层设置的高K介质层。
[0012]优选的，所述高K介质层的材料的K值大于9。
[0013]优选的，所述高K介质层的材料包括Al2O3和HfO2。
[0014]优选的，所述高K介质层为叠层设置的Al2O3层和HfO2层；
[0015]其中，所述Al2O3层位于远离所述栅极金属层的一侧，所述HfO2层位于靠近所述栅极金属层的一侧；
[0016]或所述Al2O3层位于靠近所述栅极金属层的一侧，所述HfO2层位于远离所述栅极金属层的一侧。
[0017]优选的，所述高K介质层包括Al2O3层和两层HfO2层；
[0018]其中，所述Al2O3层夹设于所述HfO2层之间。
[0019]优选的，所述高K介质层包括两层Al2O3层和HfO2层；
[0020]其中，所述HfO2层夹设于所述Al2O3层之间。
[0021]另一方面，本专利技术还提供了一种三维存储器的制造方法，包括：
[0022]提供衬底；
[0023]在所述衬底上形成堆叠层，所述堆叠层包括在垂直于所述衬底的纵向上交替设置的层间绝缘层和栅极牺牲层；
[0024]在所述堆叠层中形成纵向延伸的沟道孔，以及在所述沟道孔内形成存储结构；
[0025]在所述堆叠层中形成纵向延伸的栅线缝隙，所述栅线缝隙将所述堆叠层分割为若干堆叠层子块；
[0026]利用所述栅线缝隙将栅极牺牲层去除，置换为栅极层；
[0027]其中，所述栅极层包括栅极金属层，以及包覆所述栅极金属层且与所述存储结构接触的叠层设置的高K介质层。
[0028]优选的，所述高K介质层的材料的K值大于9。
[0029]优选的，所述高K介质层的材料包括Al2O3和HfO2。
[0030]优选的，所述高K介质层为叠层设置的Al2O3层和HfO2层；
[0031]其中，所述Al2O3层位于远离所述栅极金属层的一侧，所述HfO2层位于靠近所述栅极金属层的一侧；
[0032]或所述Al2O3层位于靠近所述栅极金属层的一侧，所述HfO2层位于远离所述栅极金属层的一侧。
[0033]优选的，所述高K介质层包括Al2O3层和两层HfO2层；
[0034]其中，所述Al2O3层夹设于所述HfO2层之间。
[0035]优选的，所述高K介质层包括两层Al2O3层和HfO2层；
[0036]其中，所述HfO2层夹设于所述Al2O3层之间。
[0037]优选的，形成所述高K介质层的反应条件包括：
[0038]形成Al2O3层的反应条件包括：温度为300-350℃；
[0039]形成HfO2层的反应条件包括：温度为300-350℃。
[0040]优选的，所述高K介质层通过原子层沉积方法形成。
[0041]本专利技术提供的三维存储器及其制造方法，通过设置叠层设置的高K介质层，使得所述高K介质层在满足结构要求的阶梯覆盖时，避免等效氧化层厚度增大进而引起的写入/擦除速度减慢，以及栅极耦合效应增强的不良效应，从而在阶梯覆盖与等效氧化层厚度之间获得平衡，保证三维存储器具有良好的性能。
附图说明
[0042]下面结合附图，通过对本专利技术的具体实施方式详细描述，将使本专利技术的技术方案及其它有益效果显而易见。
[0043]图1为本专利技术实施例提供的三维存储器的结构示意图；
[0044]图2为图1中A处放大的第一种结构示意图；
[0045]图3为图1中A处放大的第二种结构示意图；
[0046]图4为图1中A处放大的第三种结构示意图；
[0047]图5为图1中A处放大的第四种结构示意图；
[0048]图6为本专利技术实施例提供的三维存储器制造方法的流程示意图。
具体实施方式
[0049]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。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范围。
[0050]在本专利技术的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种三维存储器，其特征在于，包括：衬底；在所述衬底上的堆叠层，所述堆叠层包括在垂直于所述衬底的纵向上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，以及形成在所述沟道孔内的存储结构；纵向延伸穿过所述堆叠层的栅线缝隙，所述栅线缝隙将所述堆叠层分割为若干堆叠层子块；其中，所述栅极层包括栅极金属层，以及包覆所述栅极金属层且与所述存储结构接触的叠层设置的高K介质层。2.根据权利要求1所述的三维存储器，其特征在于，所述高K介质层的材料的K值大于9。3.根据权利要求2所述的三维存储器，其特征在于，所述高K介质层的材料包括Al2O3和HfO2。4.根据权利要求3所述的三维存储器，其特征在于，所述高K介质层为叠层设置的Al2O3层和HfO2层；其中，所述Al2O3层位于远离所述栅极金属层的一侧，所述HfO2层位于靠近所述栅极金属层的一侧；或所述Al2O3层位于靠近所述栅极金属层的一侧，所述HfO2层位于远离所述栅极金属层的一侧。5.根据权利要求3所述的三维存储器，其特征在于，所述高K介质层包括Al2O3层和两层HfO2层；其中，所述Al2O3层夹设于所述HfO2层之间。6.根据权利要求3所述的三维存储器，其特征在于，所述高K介质层包括两层Al2O3层和HfO2层；其中，所述HfO2层夹设于所述Al2O3层之间。7.一种三维存储器的制造方法，其特征在于，包括：提供衬底；在所述衬底上形成堆叠层，所述堆叠层包括在垂直于所述衬底的纵向上交替设置的层间绝缘层和栅极牺牲层；在所述堆叠层中形成纵向延伸的沟道孔，以及在所述沟道孔内形成存储结构；在所述堆叠层中...

【专利技术属性】
技术研发人员：马红霞，侯潇，王秉国，
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：