【技术实现步骤摘要】
本专利技术一般涉及一种用于形成3d nand闪存的存储器结构的方法。
技术介绍
1、3d nand闪存路线图中的位密度每年都在增加。到目前为止，这一增长是通过增加沿垂直维度堆叠的存储器单元的数量来实现的。然而，这条路线变得越来越困难和昂贵。因此，人们对沿垂直维度缩放单元的技术越来越感兴趣。垂直缩放(“z间距缩放”)是通过减小层堆叠中各层的厚度来实现的，例如字线(栅极)层和氧化物栅极分隔层。
2、然而，z缩放导致单元间间隔减小，进而导致单元字线之间的寄生电容增加，从而难以控制单元间的干扰。增加的单元间干扰可能会降低存储器器件的性能相关参数，显著降低阈值电压并增大编程电压。因此，需要可缩放的技术，以允许更好地控制单元间干扰。
技术实现思路
1、正如专利技术人所认识到的，控制单元间干扰的有效方法是在栅极/字线层之间引入气隙结构。因此，本专利技术的目的是提供一种用于形成3d nand闪存的存储器结构的方法，以允许在激进的z间距缩放下也在该存储器结构中形成气隙结构。
2、因此，根据本专利技术的一方面，提供了一种用于形成3d nand闪存的存储器结构的方法，该方法包括：
3、在衬底上形成层堆叠，该层堆叠包括栅极层和栅极间分隔层的交替序列；
4、通过从该层堆叠中的存储器孔横向回蚀栅极层，来在围绕该存储器孔的侧壁中形成第一凹陷区域；
5、通过沉积阻挡氧化物并随后沉积电荷陷阱材料，来在每个第一凹陷区域中形成横向存储器堆叠；
6、
7、在第二凹陷区域中形成虚设层；
8、在形成横向存储器堆叠和虚设层后，用衬里层来衬覆该存储器孔的侧壁；
9、在衬覆该侧壁后，对该虚设层执行热处理工艺，该热处理工艺被适配成将每个虚设层转化为气隙结构，其中该气隙结构被横向形成在衬里层和栅极分隔层之间；
10、沿衬里层在存储器孔中形成隧穿氧化层；以及
11、沿该隧穿氧化层形成沟道层。
12、因此，根据本方面的方法能够在每个栅极/字线层(相当于对于每个存储器单元)中形成包括离散的横向存储器堆叠的存储器结构，其中横向存储器堆叠由气隙结构垂直间隔开。由于气隙结构的低介电常数(低k)，单元间干扰因此可被有效减少。具体地，气隙结构具有比适用于形成栅极间分隔层的氧化物更低的k。
13、术语“气隙结构”在此意指由一对横向存储器堆叠，即衬里层和栅极间分隔层包封的空间或空隙。该空间可包含可能存在于其中执行该方法的步骤的工艺环境中的空气和/或其他环境气体或者从转化后的虚设层中保留的非聚合物材料痕迹(例如，固相的，在第二凹陷区域中形成多孔结构)。
14、本方法方面的另一优点是气隙将电荷陷阱层隔开。传统上，电荷陷阱层已沿层堆叠中的存储器孔的侧壁被沉积为连续层。牵涉z缩放的单元间间隔减小导致单元间间隔减小，这进而可降低连续电荷陷阱层的保持性能。然而，通过本方法方面，单独的离散电荷陷阱层针对每一栅极层来被形成，由此能够提高每个单元的保留性能。
15、尽管虚设层被横向存储器堆叠、衬里层和栅极间分隔层包封，但使用热处理工艺允许将虚设层可靠地转化成气隙结构(例如，通过加热来去除虚设层)。同时，衬里层确保随后沉积的材料不会填充气隙结构。
16、虚设层在层堆叠中的存在所引入的可能挑战是可被转化成气隙结构的材料(例如，聚合物)可能具有与层堆叠的其他材料的糟糕兼容性。例如，适用于热处理工艺的虚设材料可能将机械应力引入层堆叠或减小堆叠的各层之间的粘附力。由于根据本方法方面的栅极间分隔层被部分保留在层堆叠中(即，意味着在横向存储器堆叠之间局部引入虚设层并由此引入气隙结构)，因此虚设层将结构缺陷引入层堆叠的风险反而降低了。作为说明性比较示例，考虑一种包括用虚设层完全替代栅极间分隔层的假设工艺，其中层堆叠变形或分层的风险将比在本方法方面中大得多。
17、此外，通过在沟道层之前形成气隙结构，用于形成沟道层的热预算可以在不考虑无意间影响虚设层的风险的情况下被选择(例如，用于多晶硅沉积的热预算可能超过许多合适的聚合物虚设材料的分解温度)。
18、此处提及“第一凹陷区域”和“第二凹陷区域”。应当注意，这里的“第一”和“第二”仅仅是标签，并不意味着形成相应凹陷区域的任何特定时间顺序。即，从以下公开内容中可以明显看出，在一些实施例中，“第一”凹陷区域可以在“第二”凹陷区域之前形成，而在一些实施例中，“第二“凹陷区域”可以在“第一”凹入区域之前形成。
19、在一些实施例中，虚设层可由含聚合物的材料形成。存在可以使用热处理工艺有效且可靠地去除的许多聚合物，例如通过蒸发，在层堆叠中基本上不留下有机残留物(尽管非聚合物痕迹可能会保留，如下所述)。
20、在一些实施例中，处理工艺从第二凹陷区域去除虚设层的含聚合物的材料。
21、可选地，痕量虚设材料(例如分解的虚设材料)可以保留在第二凹陷区域中以形成气隙结构，诸如硅酸盐化合物。
22、在一些实施例中，衬里层在低于导致将虚设层转化成气隙结构的温度的温度下被沉积。虚设层在第二凹陷区域被衬里层“密封”之前的意外转化因此可被避免。
23、在一些实施例中，衬里层由低热氧化物(lto)形成。低热氧化物(例如lto sio2)可被可靠地沉积，而不会触发虚设层的转化。
24、在一些实施例中，衬里层的厚度在1-4nm或1-2nm的范围内。
25、在一些实施例中，第二凹陷区域的横向深度使得气隙结构至少底切横向存储器堆叠的电荷陷阱材料。因此，气隙结构可被形成在它们对单元间干扰影响最大的位置，即电荷陷阱材料之间。
26、在一些实施例中，第二凹陷区域的横向深度使得气隙结构进一步底切横向存储器堆叠的阻挡氧化物。因此，气隙结构可因此沿着横向存储器堆叠的整个(横向)厚度方向横向延伸，进一步减少单元间干扰。
27、在一些实施例中，栅极层是牺牲栅极层，并且该方法还包括在形成气隙结构之后，用替换金属栅极堆叠来替换牺牲栅极层。牺牲栅极层可以通过以下操作来笨哦去除：从层堆叠中不同于存储器孔的第二孔回蚀牺牲栅极层并随后形成替换该牺牲栅极层的替换金属栅极堆叠。
28、在一些实施例中，第二凹陷区域的横向深度使得气隙结构底切横向存储器堆叠的电荷陷阱材料，但不底切横向存储器堆叠的阻挡氧化物。因此，在替换金属栅极堆叠沉积期间可以保护气隙结构。
29、在一些实施例中，该方法还包括在形成虚设层之前在第二凹陷区域中沉积介电材料的另一衬里层，其中当用替换金属栅极堆叠来替换牺牲栅极层时，该另一衬里层被用作蚀刻停止层。因此，即使第二凹陷区域也底切了阻挡氧化物，在替换金属栅极堆叠沉积期间气隙结构也可被保护。
30、在一些实施例中，第二凹陷区域在第一凹陷区域中形成横向存储器堆叠之后被形成。因此，在第二凹陷区域被衬里层“密封”之前阻挡氧化物沉积本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种用于形成3D NAND闪存的存储器结构的方法，所述方法包括：
2.如权利要求1所述的方法，其中所述虚设层由含聚合物的材料形成。
3.如权利要求2所述的方法，其中所述处理工艺从所述第二凹陷区域去除所述虚设层的所述含聚合物材料，其中可选地，所述虚设层的痕量材料保留在所述第二凹陷区域中以形成所述气隙结构。
4.如权利要求1所述的方法，其中所述衬里层在低于导致将所述虚设层转化成所述气隙结构的温度的温度下沉积。
5.如权利要求4所述的方法，其中所述衬里层由低热氧化物形成。
6.如权利要求4所述的方法，其中所述衬里层的厚度在1-4nm或1-2nm的范围内。
7.如权利要求1所述的方法，其中所述第二凹陷区域的横向深度使得所述气隙结构至少底切所述横向存储器堆叠的所述电荷陷阱材料。
8.如权利要求7所述的方法，其中所述第二凹陷区域的所述横向深度使得所述气隙结构进一步底切所述横向存储器堆叠的所述阻挡氧化物。
9.如权利要求1所述的方法，其中所述栅极层是牺牲栅极层，并且所述方法还包括，在形成所述气隙
10.如权利要求9所述的方法，其中所述第二凹陷区域的横向深度使得所述气隙结构底切所述横向存储器堆叠的所述电荷陷阱材料，但不底切所述横向存储器堆叠的所述阻挡氧化物。
11.如权利要求11所述的方法，其中所述方法还包括在形成所述虚设层之前在所述第二凹陷区域中沉积介电材料的另一衬里层，其中当用所述替换金属栅极堆叠来替换所述牺牲栅极层时，所述另一衬里层被用作蚀刻停止层。
12.如权利要求1所述的方法，进一步包括在形成所述第一凹陷区域之前：
13.如权利要求12所述的方法，
14.如权利要求13所述的方法，其中所述牺牲层是诸如Al2O3或TiO2层之类的金属氧化物层、诸如AlN或TiN层之类的金属氮化物层、诸如Co、Ru、Cu、W或Mo层之类的金属层、或诸如无定形碳或有机旋涂层之类的含碳层。
15.如权利要求12所述的方法，其中所述初始凹陷区域和所述第二凹陷区域以及所述牺牲层是所述虚设层。
...【技术特征摘要】
1.一种用于形成3d nand闪存的存储器结构的方法，所述方法包括：
2.如权利要求1所述的方法，其中所述虚设层由含聚合物的材料形成。
3.如权利要求2所述的方法，其中所述处理工艺从所述第二凹陷区域去除所述虚设层的所述含聚合物材料，其中可选地，所述虚设层的痕量材料保留在所述第二凹陷区域中以形成所述气隙结构。
4.如权利要求1所述的方法，其中所述衬里层在低于导致将所述虚设层转化成所述气隙结构的温度的温度下沉积。
5.如权利要求4所述的方法，其中所述衬里层由低热氧化物形成。
6.如权利要求4所述的方法，其中所述衬里层的厚度在1-4nm或1-2nm的范围内。
7.如权利要求1所述的方法，其中所述第二凹陷区域的横向深度使得所述气隙结构至少底切所述横向存储器堆叠的所述电荷陷阱材料。
8.如权利要求7所述的方法，其中所述第二凹陷区域的所述横向深度使得所述气隙结构进一步底切所述横向存储器堆叠的所述阻挡氧化物。
9.如权利要求1所述的方法，其中所述栅极层是牺牲栅...
【专利技术属性】
技术研发人员：S·拉奇蒂，G·范德博世，M·罗斯莫伦，S·阿米尼，
申请(专利权)人：IMEC非营利协会，
类型：发明
国别省市：
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