包含水平和竖直字线互连的三维存储器器件及其形成方法技术

本发明专利技术公开了一种形成三维存储器器件的方法，该方法包括在衬底上方形成绝缘层和间隔物材料层的竖直交替序列，使得该间隔物材料层形成为导电层或随后用导电层替换；迭代地执行第一组非偏移层图案化加工步骤至少两次以形成包括在第一水平方向上延伸的一组阶梯式表面的台面区的第一部分；以及执行第二组偏移层图案化加工步骤以形成该台面区的第二部分并且沿着与该第一水平方向垂直的第二水平方向形成该竖直交替序列的图案化表面的阶梯式竖直剖面轮廓。直剖面轮廓。直剖面轮廓。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】包含水平和竖直字线互连的三维存储器器件及其形成方法
[0001]相关申请
[0002]本专利申请要求2020年2月5日提交的美国非临时专利申请序列号 16/782,307的优先权的权益，该美国非临时专利申请的全部内容以引用的方式并入本文。


[0003]本公开整体涉及半导体器件领域，并且具体地讲，涉及具有水平字线互连和竖直字线互连的三维存储器器件及其形成方法。

技术介绍

[0004]包括每个单元具有一个位的三维竖直NAND串的三维半导体器件在T. Endoh等人的标题为“Novel Ultra High Density Memory With A Stacked
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Surrounding Gate Transistor(S
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SGT)Structured Cell(具有堆叠的围绕栅极晶体管(S
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SGT)结构化单元的新型超高密度存储器)”，IEDM Proc.(2001)33
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36的文章中公开。

技术实现思路

[0005]根据本公开的实施方案，形成三维存储器器件的方法包括在衬底上方形成绝缘层和间隔物材料层的竖直交替序列，使得间隔物材料层形成为导电层或随后用导电层替换；迭代地执行第一组非偏移层图案化加工步骤至少两次以形成包括在第一水平方向上延伸的一组阶梯式表面的台面区的第一部分；以及执行第二组偏移层图案化加工步骤以形成台面区的第二部分并且沿着与第一水平方向垂直的第二水平方向形成竖直交替序列的图案化表面的阶梯式竖直剖面轮廓。
[0006]根据本公开的另一方面，提供了一种三维存储器器件，该三维存储器器件包括：绝缘层和导电层的交替堆叠，该交替堆叠定位在衬底上方；以及存储器堆叠结构，这些存储器堆叠结构延伸穿过交替堆叠的存储器阵列区，其中存在交替堆叠的所有层，其中交替堆叠包括：第一存储器阵列区，该第一存储器阵列区包括存储器堆叠结构的第一子集；第二存储器阵列区，该第二存储器阵列区包括存储器堆叠结构的第二子集并且沿着第一水平方向与第一存储器阵列区横向地间隔开；以及台面区，该台面区包括定位在第一存储器阵列区与第二存储器阵列区之间的一组阶梯式表面，并且其中：交替堆叠的侧壁沿着与第一水平方向垂直的竖直平面具有阶梯式竖直剖面轮廓；并且阶梯式竖直剖面轮廓包括：交替堆叠的层的上部子集的上部锥形侧壁表面；竖直交替序列的层的下部子集的下部锥形侧壁表面，该下部锥形侧壁表面在竖直交替序列的层的上部子集下面；以及竖直交替序列的层之一的水平顶表面，该水平顶表面邻接上部锥形侧壁表面的底部边缘和下部锥形侧壁表面的顶部边缘。
附图说明
[0007]图1A是包括本公开的实施方案的多个三维存储器阵列区的半导体管芯的平面图。
[0008]图1B是图1A的区M1的放大视图。
[0009]图1C是图1B的区M2的放大视图。
[0010]图1D是沿着图1C的竖直平面D
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D
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截取的区M2的一部分的示例性结构的示意性竖直剖面图。
[0011]图1E是沿着图1C的竖直平面E
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E
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截取的区M2的示例性结构的示意性竖直剖面图。
[0012]图1F是包括图1A的半导体管芯中台面区的两个相邻对的示例性结构的一部分的透视图。
[0013]图1G是沿着图1C的竖直平面D
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D
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截取的示例性结构的第一另选构型的示意性竖直剖面图。
[0014]图1H是沿着图1C的竖直平面E
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E
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截取的示例性结构的第一另选构型的示意性竖直剖面图。
[0015]图1I是沿着图1C的竖直平面D
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D
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截取的示例性结构的第二另选构型的示意性竖直剖面图。
[0016]图1J是沿着图1C的竖直平面E
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E
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截取的示例性结构的第二另选构型的示意性竖直剖面图。
[0017]图2是根据本公开的实施方案的在形成半导体器件、下部层级介电层、下部金属互连结构、半导体材料层以及第一绝缘层和第一间隔物材料层的第一竖直交替序列之后的示例性结构的竖直剖面图。
[0018]图3是根据本公开的实施方案的在形成台面区中的阶梯式表面之后的示例性结构的第一构型的竖直剖面图。
[0019]图4A至图4E是图案化光致抗蚀剂材料层的俯视图，这些图案化光致抗蚀剂材料层可相继用于形成图2的第二构型示例性结构的台面区中的阶梯式表面。随后要形成的线沟槽的位置在图案化光致抗蚀剂材料层的俯视图上并置。
[0020]图5A至图5E是根据本公开的实施方案的在形成台面区中的阶梯式表面期间沿着示例性结构的第二构型的第一水平方向的竖直剖面图。示意性地示出了图案化光致抗蚀剂材料层。
[0021]图6A至图6E是沿着对应于图1C的平面D
‑
D
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的竖直平面，在图5A 至图5E的加工步骤期间沿着示例性结构的第二构型的第二水平方向的竖直剖面图。
[0022]图7A是在形成阶梯式表面和覆盖在阶梯式表面上面的第一介电材料部分之后的示例性结构的第二构型的台面区的竖直剖面图。
[0023]图7B是在形成阶梯式表面和覆盖在阶梯式表面上面的第一介电材料部分之后的图7A的示例性结构的第二构型的阵列互连区的竖直剖面图。
[0024]图7C是将图7A和图7B的视图组合的示例性结构的第二构型的竖直局部透视图。
[0025]图7D是图7A至图7C的示例性结构的第二构型的顶视图。竖直平面 A
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A'对应于图7A中的视图。竖直平面B
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B
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对应于图7B中的视图。
[0026]图8A是根据本公开的实施方案的用于为示例性结构的第二构型形成阶梯式表面的第一子集的第一可修整掩模材料层的图案的平面图。
[0027]图8B是根据本公开的实施方案的用于为示例性结构的第二构型形成阶梯式表面的第二子集的第二可修整掩模材料层的图案的平面图。
[0028]图9是根据本公开的实施方案的在形成第一层开口填充结构之后的示例性结构的竖直剖面图。
[0029]图10是根据本公开的实施方案的在形成第二绝缘层和第二间隔物材料层的第二竖直交替序列之后的示例性结构的竖直剖面图。
[0030]图11A是根据本公开的实施方案的在第二竖直交替序列和第二介电材料部分上形成附加阶梯式表面之后沿着包括台面区的竖直平面的示例性结构的第一构型的竖直剖面图。
[0031]图11B是在图11A的加工步骤处沿着包括阵列连接区的竖直平面的示例性结构的第一构型的竖直剖面图。
[0032]图12A是根据本公开的实施方案的在第二竖直交替序列和第二介电材料部分上形成附加阶梯式表面之后沿着包括台面区的竖直平面的示例性结构的第二构型的竖直剖面图。
[0033]图12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】1.一种形成三维存储器器件的方法，所述方法包括：在衬底上方形成绝缘层和间隔物材料层的竖直交替序列，其中所述间隔物材料层形成为导电层或者随后用导电层替换；迭代地执行第一组非偏移层图案化加工步骤至少两次以形成包括在第一水平方向上延伸的一组阶梯式表面的台面区的第一部分；以及执行第二组偏移层图案化加工步骤以形成所述台面区的第二部分并且沿着与所述第一水平方向垂直的第二水平方向形成所述竖直交替序列的图案化表面的阶梯式竖直剖面轮廓。2.根据权利要求1所述的方法，其中：每个第一组非偏移层图案化加工步骤包括第一图案化光致抗蚀剂材料层形成步骤和第一各向异性蚀刻步骤，在所述第一图案化光致抗蚀剂材料层形成步骤中，在所述竖直交替序列上方形成其中具有相应第一开口阵列的相应第一图案化光致抗蚀剂材料层，并且在所述第一各向异性蚀刻步骤中，通过对所述竖直交替序列的未掩蔽部分进行各向异性蚀刻来穿过所述竖直交替序列内的相应层数转移所述相应第一图案化光致抗蚀剂材料层中的图案，其中沿着第一水平方向的开口的纵向边缘在所述第一图案化光致抗蚀剂材料层形成步骤的不同迭代中跨不同的第一图案化光致抗蚀剂材料层在光刻曝光工艺的覆盖容差内重叠；以及执行所述第二组偏移层图案化加工步骤包括第二图案化光致抗蚀剂材料层形成步骤和第二各向异性蚀刻步骤，在所述第二图案化光致抗蚀剂材料层形成步骤中，在所述竖直交替序列上方形成其中具有第二开口阵列的第二图案化光致抗蚀剂材料层，并且在所述第二各向异性蚀刻步骤中，通过对所述竖直交替序列的未掩蔽部分进行各向异性蚀刻来穿过所述竖直交替序列内的层转移所述第二图案化光致抗蚀剂材料层中的图案，其中沿着所述第一水平方向穿过所述第二图案化光致抗蚀剂材料层的开口的纵向边缘沿着与所述第一水平方向垂直的第二水平方向与所述竖直交替序列的下面图案化部分的纵向侧壁横向地偏移横向偏移距离，以提供所述竖直交替序列的所述图案化表面的所述阶梯式竖直剖面轮廓。3.根据权利要求2所述的方法，其中穿过所述第二图案化光致抗蚀剂材料层的所述开口在所述第二水平方向上宽于穿过所述相应第一图案化光致抗蚀剂材料层的所述开口。4.根据权利要求2所述的方法，其中沿着所述第一水平方向穿过所述第二图案化光致抗蚀剂材料层的开口的所述纵向边缘与所述竖直交替序列的下面图案化部分的纵向侧壁横向地偏移，使得穿过所述第二图案化光致抗蚀剂材料层的所述开口沿着所述第二水平方向的横向尺寸大于沿着所述第二水平方向的所述竖直交替序列的纵向侧壁的下面对之间的横向间距。5.根据权利要求2所述的方法，其中所述横向偏移距离为所述光刻曝光工艺的所述覆盖容差的至少两倍。6.根据权利要求2所述的方法，其中穿过其转移相应第一图案化光致抗蚀剂材料层中的图案的所述竖直交替序列内的所述相应层数在不同第一各向异性蚀刻步骤中是不同的。7.根据权利要求6所述的方法，其中所述相应层数对于所述第一各向异性蚀刻步骤中的一者为4，对于所述第一各向异性蚀刻步骤中的另一者为8，并且对于所述第一各向异性
蚀刻步骤中的又一者为16。8.根据权利要求2所述的方法，其中：在所述第一各向异性蚀刻步骤期间所述竖直交替序列的所有侧壁形成有小于15度的相对于竖直方向的相应锥角；并且在所述第二各向异性蚀刻步骤期间所述竖直交替序列的侧壁的子集形成有15度至30度范围内的相对于所述竖直方向的相应锥角。9.根据权利要求8所述的方法，其中：在所述第一各向异性蚀刻步骤中的最后第一各向异性蚀刻步骤期间所述竖直交替序列内的至少一个层形成有后向锥形侧壁，使得所述至少一个层的横向范围随着离所述衬底的竖直距离而增加；以及在所述第二各向异性蚀刻步骤期间将所述后向锥形侧壁转换成锥形侧壁，使得所述至少一个层的所述横向范围随着离所述衬底的所述竖直距离而减小。10.根据权利要求8所述的方法，其中：在所述第一各向异性蚀刻步骤中的每一者之后竖直方向与包括在相...

【专利技术属性】
技术研发人员：伊藤康一，田中义信，时田博文，
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：