三维半导体器件及其制造方法技术

本公开的各方面提供了一种半导体器件和用于制造该半导体器件的方法。穿过半导体器件的衬底之上的堆叠层形成沟道孔。沟道孔的侧壁沿着垂直于衬底的竖直方向延伸。在沟道孔中形成沿着竖直方向延伸的栅极电介质结构、沟道层和电介质结构。栅极电介质结构可以沿着沟道孔的侧壁形成，并且电介质结构可以形成在沟道层之上。可以将沟道层分离成沟道层区段以形成沟道结构，该沟道结构包括栅极电介质结构和用于相应晶体管串的沟道层区段。相应晶体管串的沟道层区段。相应晶体管串的沟道层区段。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】三维半导体器件及其制造方法


[0001]本申请描述了总体上涉及半导体存储器件的实施例。

技术介绍

[0002]随着集成电路中的器件的关键尺寸缩小到存储单元技术的极限，开发了用于实现更大存储容量的技术。与平面晶体管结构相比，3D半导体存储器件的垂直结构可以包括更复杂的制造工艺。随着3D半导体存储器件向具有更多存储单元层的构造迁移，从而以较低的每位成本实现更高的密度，改进结构及其制造方法成为越来越大的挑战。

技术实现思路

[0003]本公开的各方面提供了一种用于形成半导体器件的方法。该方法包括穿过半导体器件的衬底之上的堆叠层形成沟道孔，其中沟道孔的侧壁沿着垂直于衬底的竖直方向延伸。该方法包括形成沿着竖直方向并在沟道孔中延伸的栅极电介质结构、沟道层和电介质结构。栅极电介质结构沿着沟道孔的侧壁形成，并且电介质结构形成在沟道层之上。该方法包括将沟道层分离成沟道层区段以形成沟道结构，该沟道结构包括栅极电介质结构和用于相应晶体管串的沟道层区段。在示例中，将沟道层分离成沟道层区段包括利用蚀刻掩模使用第一蚀刻工艺在电介质结构内部形成孔。该方法包括使用第二蚀刻工艺去除电介质结构的与沟道层的第一部分相邻的部分，其中沟道层的第二部分通过电介质结构与孔分离。
[0004]在实施例中，形成栅极电介质结构包括沿着竖直方向顺序地形成阻挡层、电荷捕获层和隧穿层，其中阻挡层沿着沟道孔的侧壁形成并且与堆叠层接触。形成沟道层包括在隧穿层的内表面之上形成沟道层。形成电介质结构包括在沟道层的内表面之上形成电介质结构。堆叠层包括交替的牺牲层和绝缘层。该方法还包括用栅极线层替换牺牲层。
[0005]在实施例中，分离沟道层还包括通过蚀刻工艺去除沟道层的第一部分以将沟道层分离成沟道层区段并沉积电介质材料。孔包括对应于沟道层的去除的第一部分的空隙。沉积在空隙中的电介质材料设置在沟道层区段中的相邻的沟道层区段之间。
[0006]在示例中，去除沟道层的第一部分还包括通过蚀刻工艺去除与沟道层的第一部分相邻的隧穿层的第一部分，以将隧穿层分离成隧穿层区段。电介质材料可以沉积在隧穿层区段中的相邻的隧穿层区段之间。
[0007]在示例中，去除沟道层的第一部分还包括：(i)通过蚀刻工艺去除与沟道层的第一部分相邻的隧穿层的第一部分，以将隧穿层分离成隧穿层区段；以及(ii)通过蚀刻工艺去除与隧穿层的第一部分相邻的电荷捕获层的第一部分，以将电荷捕获层分离成电荷捕获层区段。电介质材料可以沉积在隧穿层区段中的相邻的隧穿层区段与电荷捕获层区段中的相邻的电荷捕获层区段之间。
[0008]在实施例中，分离沟道层还包括：将沟道层的第一部分氧化成氧化材料，以将沟道层分离成沟道层区段；以及将电介质材料沉积到孔中。氧化材料设置在沟道层区段中的相邻的沟道层区段之间。
[0009]在实施例中，栅极电介质结构包括沿着竖直方向顺序形成的阻挡层、电荷捕获层和隧穿层。阻挡层沿着沟道孔的侧壁形成。该方法还包括氧化隧穿层的部分以将隧穿层分离成隧穿层区段和/或氧化电荷捕获层的部分以将电荷捕获层分离成电荷捕获层区段，隧穿层区段和电荷捕获层区段对应于沟道层区段。
[0010]在实施例中，垂直于竖直方向的沟道孔的横截面具有多个对称轴。第一距离是在多个对称轴相交的中心点与沟道孔的横截面的侧壁上的相应点之间的距离中的最小距离。第二距离是所述距离中的最大距离。第一距离小于第二距离。在示例中，沟道孔的横截面具有椭圆形轮廓、三叶形轮廓、四叶形轮廓和星形轮廓之一。在示例中，多个对称轴的数量大于1。在示例中，第二距离与第一距离之比在1.5到2的范围内。
[0011]在实施例中，沟道层区段包括四个沟道层区段，其中四个沟道层区段中的每个对应于晶体管串中的不同的晶体管串。四个沟道层区段在垂直于竖直方向的沟道孔的横截面中布置在垂直对称轴的端部。
[0012]本公开的各方面提供了一种半导体器件。半导体器件包括在半导体器件的衬底之上的堆叠层中的沟道孔。沟道孔的侧壁沿着垂直于衬底的竖直方向延伸。半导体器件包括设置在沟道孔中的沟道结构，其中沟道结构沿着竖直方向延伸。垂直于竖直方向的沟道结构的横截面包括用于相应晶体管串的物理上分离的沟道层区段以及设置在沟道层区段中的相邻的沟道层区段之间的第一电介质材料。半导体器件包括堆叠层中的围绕沟道结构的栅极结构。
[0013]在实施例中，沟道结构还包括栅极电介质结构。栅极电介质结构包括阻挡层，该阻挡层沿着沟道孔的侧壁形成并且在竖直方向上延伸，其中阻挡层与栅极结构接触。栅极电介质结构包括形成在阻挡层的内表面之上的电荷捕获层和形成在电荷捕获层的内表面之上的隧穿层。沟道层区段布置在隧穿层的内表面之上，并且第一电介质材料与隧穿层接触。
[0014]在实施例中，沟道结构还包括第二电介质材料，该第二电介质材料形成在相应沟道层区段的内表面之上，其中第二电介质材料不同于第一电介质材料。
[0015]在实施例中，阻挡层、电荷捕获层和隧穿层的垂直于竖直方向的横截面具有闭环构造。
[0016]在示例中，隧穿层的横截面是不连续的。隧穿层包括与相应沟道层区段相对应的多个隧穿层区段。多个隧穿层区段通过第一电介质材料彼此间隔开。
[0017]在示例中，电荷捕获层的垂直于竖直方向的横截面是不连续的。电荷捕获层包括与相应隧穿层区段相对应的多个电荷捕获层区段。多个电荷捕获层区段通过第一电介质材料彼此间隔开。
[0018]在实施例中，沟道孔的垂直于竖直方向的横截面具有多个对称轴。第一距离是在多个对称轴相交的中心点与沟道孔的横截面的侧壁上的相应点之间的距离中的最小距离。第二距离是所述距离中的最大距离。第一距离小于第二距离。在示例中，沟道孔的横截面具有椭圆形轮廓、三叶形轮廓、四叶形轮廓和星形轮廓之一。在示例中，多个对称轴的数量大于1。第二距离与第一距离之比在1.5至2的范围内。
[0019]在实施例中，沟道层区段包括四个沟道层区段，其中四个沟道层区段中的每个对应于晶体管串中的不同晶体管串。四个沟道层区段在垂直于竖直方向的沟道孔的横截面中布置在垂直对称轴的端部。
附图说明
[0020]当结合附图阅读时，根据以下具体实施方式可以最好地理解本公开的各方面。注意，根据行业中的标准实践，各种特征未按比例绘制。实际上，为了讨论的清楚，可以增加或减小各种特征的尺寸。
[0021]图1示出了根据本公开的实施例的示例性3D半导体器件的截面图。
[0022]图2A是示出根据本公开的实施例的垂直于竖直轴的示例性沟道结构的横截面的俯视图。
[0023]图2B是根据本公开的实施例的平行于竖直轴的沟道结构的截面图。
[0024]图2C是示出根据本公开的实施例的垂直于竖直轴的示例性沟道结构的横截面的俯视图。
[0025]图2D是示出根据本公开的实施例的垂直于竖直轴的示例性沟道结构的横截面的俯视图。
[0026]图2E是示出根据本公开的实施例的垂直于竖直轴的示例性沟道结构的横截面的俯视图。
[0027]图2F是示出根据本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于形成半导体器件的方法，包括：穿过所述半导体器件的衬底之上的堆叠层形成沟道孔，所述沟道孔的侧壁沿着垂直于所述衬底的竖直方向延伸；形成沿着所述竖直方向并且在所述沟道孔中延伸的栅极电介质结构、沟道层和电介质结构，所述栅极电介质结构沿着所述沟道孔的所述侧壁形成，所述电介质结构形成在所述沟道层之上；以及将所述沟道层分离成沟道层区段以形成沟道结构，所述沟道结构包括所述栅极电介质结构和用于相应晶体管串的所述沟道层区段。2.根据权利要求1所述的方法，其中，将所述沟道层分离成沟道层区段包括：用蚀刻掩模使用第一蚀刻工艺在所述电介质结构内部形成孔；以及使用第二蚀刻工艺去除所述电介质结构的与所述沟道层的第一部分相邻的部分，所述沟道层的第二部分通过所述电介质结构与所述孔分离。3.根据权利要求2所述的方法，其中：形成所述栅极电介质结构包括沿着所述竖直方向顺序地形成阻挡层、电荷捕获层和隧穿层，所述阻挡层沿着所述沟道孔的所述侧壁形成并且与所述堆叠层接触；形成所述沟道层包括在所述隧穿层的内表面之上形成所述沟道层；形成所述电介质结构包括在所述沟道层的内表面之上形成所述电介质结构；所述堆叠层包括交替的牺牲层和绝缘层；并且所述方法还包括用栅极线层替换所述牺牲层。4.根据权利要求3所述的方法，其中，分离所述沟道层还包括：通过蚀刻工艺去除所述沟道层的所述第一部分，以将所述沟道层分离成所述沟道层区段，所述孔包括与所述沟道层的所去除的第一部分相对应的空隙；以及沉积电介质材料，沉积在所述空隙中的所述电介质材料设置在所述沟道层区段中的相邻的沟道层区段之间。5.根据权利要求4所述的方法，其中，去除所述沟道层的所述第一部分还包括通过所述蚀刻工艺去除与所述沟道层的所述第一部分相邻的所述隧穿层的第一部分，以将所述隧穿层分离成隧穿层区段，所述电介质材料沉积在所述隧穿层区段中的相邻的隧穿层区段之间。6.根据权利要求4所述的方法，其中，去除所述沟道层的所述第一部分还包括：通过所述蚀刻工艺去除与所述沟道层的所述第一部分相邻的所述隧穿层的第一部分，以将所述隧穿层分离成隧穿层区段；以及通过所述蚀刻工艺去除与所述隧穿层的所述第一部分相邻的所述电荷捕获层的第一部分，以将所述电荷捕获层分离成电荷捕获层区段，所述电介质材料沉积在所述隧穿层区段中的相邻的隧穿层区段与所述电荷捕获层区段中的相邻的电荷捕获层区段之间。7.根据权利要求2所述的方法，其中，分离所述沟道层还包括：将所述沟道层的所述第一部分氧化成氧化材料，以将所述沟道层分离成所述沟道层区段，所述氧化材料设置在所述沟道层区段中的相邻的沟道层区段之间；以及将电介质材料沉积到所述孔中。8.根据权利要求7所述的方法，其中
所述栅极电介质结构包括沿着所述竖直方向顺序地形成的阻挡层、电荷捕获层和隧穿层，所述阻挡层沿着所述沟道孔的所述侧壁形成；并且所述方法还包括氧化所述隧穿层的部分以将所述隧穿层分离成隧穿层区段和/或氧化所述电荷捕获层的部分以将所述电荷捕获层分离成电荷捕获层区段，所述隧穿层区段和所述电荷捕获层区段对应于所述沟道层区...

【专利技术属性】
技术研发人员：高庭庭，薛磊，刘小欣，耿万波，
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：