三维存储器及其制备方法技术

本申请提供了一种三维存储器及其制备方法。该方法包括：在衬底上形成包括交替叠置的电介质层和牺牲层的叠层结构；形成贯穿叠层结构的沟道结构；形成至少一个选择栅极层，其中，选择栅极层的材料包括多晶硅；形成贯穿叠层结构并延伸至衬底的栅极缝隙；以及经由栅极缝隙，将选择栅极层与衬底之间的牺牲层置换为栅极层，其中，栅极层的材料包括金属。栅极层的材料包括金属。栅极层的材料包括金属。

【技术实现步骤摘要】
三维存储器及其制备方法
[0001]分案申请声明
[0002]本申请是2021年05月06日递交的专利技术名称为“三维存储器及其制备方法”、申请号为202110490025.4的中国专利技术专利申请的分案申请。


[0003]本申请涉及半导体
，更具体地，涉及三维储存器及其制备方法。

技术介绍

[0004]随着NAND闪存技术的发展，3D NAND架构可在不牺牲数据完整性的情况下扩展到更高的存储密度，从而实现更大的存储容量。
[0005]在3D NAND存储器中，通常由沟道结构构成存储阵列，并且沟道结构包括在垂直方向上的多个存储单元，从而在三维方向上形成阵列布置的存储单元(cell)。每个沟道结构的两端可分别与位线(BL)和公共源极线(CSL)连接，使沟道结构能够形成电路回路。此外，沟道结构的顶部包括一个或多个顶部选择晶体管，并通过该顶部选择晶体管控制沟道结构中电路的接通或者切断。
[0006]为实现3D NAND存储器编程、读取或者擦除等操作，顶部选择晶体管通常由对应的栅极层控制。现有技术中，当对应的栅极层对顶部选择晶体管施加电压时，顶部选择晶体管会存在被编程或者擦除的风险。换言之，顶部选择晶体管的阈值电压Vt会产生漂移，从而使顶部选择晶体管的功能异常或失效，进而影响三维存储器的电气性能。

技术实现思路

[0007]本申请提供了一种三维存储器的制备方法。该制备方法包括：在衬底上形成包括交替叠置的电介质层和牺牲层的叠层结构；形成贯穿叠层结构的沟道结构；形成至少一个选择栅极层，其中，选择栅极层的材料包括多晶硅；形成贯穿叠层结构并延伸至衬底的栅极缝隙；以及经由栅极缝隙，将选择栅极层与衬底之间的牺牲层置换为栅极层，其中，栅极层的材料包括金属。
[0008]在一些实施方式中，该方法还可包括形成贯穿至少一个牺牲层的顶部选择栅切口，其中，形成至少一个选择栅极层包括：经由顶部选择栅切口，将至少一个牺牲层置换为至少一个选择栅极层。
[0009]在一些实施方式中，形成贯穿叠层结构的沟道结构可包括：形成贯穿叠层结构的沟道孔，以及在沟道孔的侧壁上依次形成功能层和沟道层，以形成沟道结构；其中，经由顶部选择栅切口，将至少一个牺牲层置换为至少一个选择栅极层包括：经由顶部选择栅切口，依次去除至少一个牺牲层和功能层的与至少一个牺牲层对应的部分，以形成选择栅极间隙；以及在选择栅极间隙的内壁上形成绝缘层，并在形成有绝缘层的选择栅极间隙内形成选择栅极层。
[0010]在一些实施方式中，绝缘层的材料可包括氧化硅，选择栅极层的材料可包括掺杂
的多晶硅。
[0011]在一些实施方式中，形成沟道结构还可包括：在沟道孔的底部形成外延层；在沟道孔的侧壁和外延层的远离衬底的表面形成功能层；以及在功能层的表面形成与外延层相接触的沟道层。
[0012]在一些实施方式中，形成沟道结构之后，该方法还可包括：在形成有功能层和沟道层的沟道孔内形成绝缘填充层；以及在绝缘填充层的远离衬底的端部形成与沟道层相接触的沟道插塞。
[0013]在一些实施方式中，在形成沟道结构之后，该方法还可包括：形成盖帽层，以覆盖沟道结构和叠层结构的远离衬底的表面。
[0014]在一些实施方式中，形成贯穿至少一个牺牲层的顶部选择栅切口可包括：形成贯穿盖帽层和至少一个牺牲层、并延伸至电介质层的顶部选择栅切口。
[0015]在一些实施方式中，经由栅极缝隙，将选择栅极层与衬底之间的牺牲层置换为栅极层还可包括：经由栅极缝隙去除选择栅极层与衬底之间的牺牲层，以形成栅极间隙；以及在栅极间隙内填充金属材料，以形成栅极层。
[0016]在一些实施方式中，该方法还可包括：在顶部选择栅切口内填充电介质材料，以形成顶部选择栅切口结构。
[0017]本申请还提供了一种三维存储器。该三维存储器包括：存储叠层结构，包括交替叠置的第一电介质层和栅极层，其中，栅极层的材料包括金属；选择栅极层，位于存储叠层结构一侧，其材料为多晶硅；以及沟道结构，贯穿存储叠层结构，包括沿沟道结构的径向方向由内向外的沟道层和功能层。
[0018]在一些实施方式中，选择栅极层位于相邻的第二电介质层，第二电介质层和选择栅极层构成选择叠层结构，沟道结构贯穿选择叠层结构和存储叠层结构。
[0019]在一些实施方式中，该三维存储器还可包括：绝缘层，位于第二电介质层和选择栅极层之间，且至少部分包围选择栅极层，其中，绝缘层沿第一方向穿过功能层，并与沟道层相接触，第一方向为垂直于存储叠层结构和选择叠层结构叠置的方向。
[0020]在一些实施方式中，绝缘层的材料可包括氧化硅，选择栅极层的材料可包括掺杂的多晶硅。
[0021]在一些实施方式中，该三维存储器还可包括：衬底，位于存储叠层结构远离选择叠层结构的一侧；其中，沟道结构还可包括：外延层，靠近衬底并与衬底相接触，其中，沟道层穿过功能层，并与外延层相接触。
[0022]在一些实施方式中，该三维存储器还可包括：沟道插塞，位于沟道结构的远离衬底的端部，并与沟道层相接触；
[0023]在一些实施方式中，该三维存储器还可包括：盖帽层，位于选择叠层结构的远离衬底的表面，并覆盖沟道结构。
[0024]在一些实施方式中，该三维存储器还可包括：顶部选择栅切口结构，贯穿选择叠层结构，并由电介质材料组成。
[0025]在一些实施方式中，该三维存储器还可包括：栅极缝隙结构，贯穿选择叠层结构和存储叠层结构；以及栅极阻挡层，位于栅极缝隙结构的侧壁，并覆盖选择栅极层的靠近栅极缝隙结构的表面。
[0026]本申请实施方式提供的三维存储器及其制备方法通过将与存储晶体管相同物理结构的顶部选择晶体管替换为常规的MOSFET晶体管，能够提高顶部选择晶体管的阈值电压的稳定性，并提高顶部选择晶体管的可靠性。此外，该三维存储器的制备方法工艺复杂度较低，并与其它工艺方法兼容较好。
附图说明
[0027]通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本申请的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
[0028]图1是根据本申请实施方式的三维存储器的制备方法流程图；以及
[0029]图2A至图2H是根据本申请实施方式的三维存储器的制备方法的工艺剖面示意图。
具体实施方式
[0030]为了更好地理解本申请，将参考附图对本申请的各个方面做出更详细的说明。应理解，这些详细说明只是对本申请的示例性实施方式的描述，而非以任何方式限制本申请的范围。
[0031]本文使用的术语是为了描述特定示例性实施方式的目的，并且不意在进行限制。当在本说明书中使用时，术语“包含”、“包含有”、“包括”和/或“包括有”表示存在所述特征、整体、元件、部件和/或它们的组合，但是并不排除一个或多个其它特征、整体、元件、部件和/或它们的组合的存在性。
[0032]本文参考示例性实施方式的示意图来进行描述。本文公开的示例性实施方式不应被解释为限于示出的具体形状和尺寸，而是包括能本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.三维存储器的制备方法，其特征在于，所述方法包括：在衬底上形成包括交替叠置的电介质层和牺牲层的叠层结构；形成贯穿所述叠层结构的沟道结构；形成至少一个选择栅极层，其中，所述选择栅极层的材料包括多晶硅；形成贯穿所述叠层结构并延伸至所述衬底的栅极缝隙；以及经由所述栅极缝隙，将所述选择栅极层与所述衬底之间的所述牺牲层置换为栅极层，其中，所述栅极层的材料包括金属。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述方法还包括形成贯穿至少一个所述牺牲层的顶部选择栅切口，其中，形成至少一个选择栅极层包括：经由所述顶部选择栅切口，将至少一个所述牺牲层置换为所述至少一个选择栅极层。3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，形成贯穿所述叠层结构的沟道结构包括：形成贯穿所述叠层结构的沟道孔，以及在所述沟道孔的侧壁上依次形成功能层和沟道层，以形成沟道结构；其中，经由所述顶部选择栅切口，将所述至少一个所述牺牲层置换为所述至少一个选择栅极层包括：经由所述顶部选择栅切口，依次去除所述至少一个牺牲层和所述功能层的与所述至少一个牺牲层对应的部分，以形成选择栅极间隙；以及在所述选择栅极间隙的内壁上形成绝缘层，并在形成有所述绝缘层的所述选择栅极间隙内形成所述选择栅极层。4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述绝缘层的材料包括氧化硅，所述选择栅极层的材料包括掺杂的多晶硅。5.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，形成所述沟道结构还包括：在所述沟道孔的底部形成外延层；在所述沟道孔的侧壁和所述外延层的远离所述衬底的表面形成的所述功能层；以及在所述功能层的表面形成与所述外延层相接触的所述沟道层。6.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，形成所述沟道结构之后，所述方法还包括：在形成有所述功能层和所述沟道层的所述沟道孔内形成绝缘填充层；以及在所述绝缘填充层的远离所述衬底的端部形成与所述沟道层相接触的沟道插塞。7.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，在形成所述沟道结构之后，所述方法还包括：形成盖帽层，以覆盖所述沟道结构和所述叠层结构的远离所述衬底的表面。8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，形成贯穿至少一个所述牺牲层的所述顶部选择栅切口包括：形成贯穿所述盖帽层和所述至少一个牺牲层、并延伸至所述电介质层的所述顶部选择栅切口。9.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，经由所述栅极缝隙，将所述选择栅极

【专利技术属性】
技术研发人员：杨远程，刘磊，周文犀，
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：