[发明专利]用于形成三维存储器设备的沟道插塞的方法

说明书

公开了3D存储器设备的沟道插塞及其制造方法的实施例。存储器设备包括：设置在衬底上的交替层堆叠结构，设置在交替电介质堆叠结构上的绝缘层，垂直延伸穿过交替电介质堆叠结构和绝缘层的沟道孔，包括沟道孔中的沟道层的沟道结构，以及在绝缘层中且在沟道结构上方的沟道插塞。沟道插塞与沟道层电连接。沟道插塞在横向平面中的投影覆盖沟道孔在横向平面中的投影。

技术领域

本公开内容总体上涉及半导体技术领域，尤其涉及三维(3D)存储器设备的沟道插塞结构和用于形成其的方法。

背景技术

通过改进工艺技术、电路设计、编程算法和制造工艺，可以将平面存储器单元缩小到更小的尺寸。然而，随着存储器单元的特征尺寸接近下限，平面工艺和制造技术变得具有挑战性并且成本高昂。同样，平面存储器单元的存储器密度接近上限。三维(3D)存储器架构可以解决平面存储器单元中的密度限制问题。

随着半导体技术发展，诸如3D NAND存储器设备这样的3D存储器设备不断缩放更多的氧化物/氮化物(ON)层。结果，沟道孔的蚀刻工艺变得越来越具有挑战性。此外，对准金属过孔以与沟道孔电连接也是本领域中具有挑战性的主题。

发明内容

本文公开了3D存储器设备的沟道插塞及其制造方法的实施例。

所公开的是一种用于在三维(3D)存储器设备中形成沟道插塞结构的方法。该方法可以包括：形成设置在衬底上的交替电介质堆叠结构；在交替电介质堆叠结构上形成绝缘层和硬掩模层；形成穿透绝缘层、硬掩模层和交替电介质堆叠结构的沟道结构；在硬掩模层上形成光致抗蚀剂图案；使用光致抗蚀剂图案作为掩模来去除沟道结构的顶部部分以形成凹槽；并在凹槽中形成沟道插塞。沟道插塞在横向平面中的投影覆盖沟道孔在横向平面中的投影。

在一些实施例中，形成交替电介质堆叠结构包括形成在垂直方向上叠置的至少32个电介质层对，每个电介质层对包括第一电介质层和不同于第一电介质层的第二电介质层。在一些实施例中，形成交替电介质堆叠结构包括形成在垂直方向上叠置的至少32个电介质层对，每个电介质层对包括氧化硅层和氮化硅层。

在一些实施例中，形成绝缘层和硬掩模层包括：在交替电介质堆叠结构上形成氧化物层作为绝缘层；以及在氧化物层上形成氮化物层作为硬掩模层。

在一些实施例中，形成沟道结构包括：形成垂直延伸穿过交替电介质堆叠结构、绝缘层和硬掩模层的沟道孔；在沟道孔的侧壁上形成功能层；形成覆盖功能层的侧壁的沟道层；以及形成填充结构以覆盖沟道层的侧壁和填充沟道孔。

在一些实施例中，形成功能层包括：在沟道孔的侧壁上形成阻挡层，用于阻挡电荷的流出；在阻挡层的表面上形成储存层，用于在3D存储器设备的操作期间存储电荷；以及在储存层的表面上形成隧穿层，用于隧穿电荷。

在一些实施例中，形成光致抗蚀剂图案包括：在硬掩模层和沟道结构上形成光致抗蚀剂层；在光致抗蚀剂层中形成开口以暴露沟道结构的顶表面，其中，开口的直径等于或大于沟道结构的顶表面的直径；以及去除光致抗蚀剂层。

在一些实施例中，在凹槽中形成沟道插塞包括：在硬掩模层上和在凹槽中形成半导体沟道层，以与沟道结构中的沟道层电连接；以及去除半导体沟道层在凹槽外的部分，并且平面化沟道插塞的顶表面。

在一些实施例中，该方法还包括形成金属过孔以与沟道插塞电连接。

在一些实施例中，该方法还包括：在沟道插塞上形成第二交替电介质堆叠结构；形成穿透第二交替电介质堆叠结构的第二沟道结构。第二沟道结构中的第二沟道层与沟道插塞电连接。