[发明专利]立体NAND存储器的锯齿型电荷储存结构

说明书

本发明公开了一种存储器元件，包括通过位于基材上被绝缘层隔离的多个导电条带所组成的导电条带堆叠结构，以及设置在穿过导电条带堆叠结构到基材的开孔中的垂直通道结构。垂直通道结构设置在穿过导电条带堆叠结构的开孔中。电荷储存结构设置在导电条带和垂直通道结构的交叉点处，电荷储存结构包括多重材料层。绝缘层具有从垂直通道结构向内凹陷的侧壁。电荷储存结构的多重材料层的电荷储存层设置于绝缘层的侧壁。介电材料设置在垂直通道结构和位于绝缘层侧壁上的电荷储存层之间。

技术领域

本发明是有关于一种高存储密度的存储器元件，且特别是有关于一种 具有多阶层存储单元，用以排列形成立体阵列的存储器元件。

背景技术

随着集成电路元件的关键尺寸缩小到现有存储单元技术的极限，设计 者一直在寻找用来堆叠多个存储单元阶层以实现更大储存容量并且实现 更低单位比特成本的技术。例如，Lai等人在“A Multi-Layer Stackable Thin-Film Transistor(TFT)NAND-TypeFlash Memory，”IEEE Int′l Electron Devices Meeting，11-13Dec.2006中发表：应用薄膜晶体管技术于电荷捕捉 存储器的技术；以及Jung等人也发表过“Three DimensionallyStacked NAND Flash Memory Technology Using Stacking Single Crystal Si Layerson ILD and TANOS Structure for Beyond 30nm Node，”IEEE Int′l Electron DevicesMeeting，11-13Dec.2006.

具有电荷储存结构的立体堆叠NAND快闪存储器可能发生横向电荷 迁移问题，其中横向电荷迁移可能会影响存储单元的维持时间(retention)。 横向电荷迁移也可能导致阈值电压(VT)的负向偏移，并在写入之后立即造 成串列读取电流的正向偏移位等非预期的结果。请参见，Choi等人所发 表的研究“Comprehensive evaluation of earlyretention(fast charge loss within a few seconds)characteristics in tube-type3-D NAND Flash Memory，”IEEE 2016 Symposium on VLSITechnology Digest ofTechnical Papers。

发明内容

本说明书的一实施例提供一种存储器元件，包括位于绝缘层上的凹陷 电荷储存结构，而不会增加绝缘层的厚度或减少被绝缘层所隔离的导电层 的厚度。此存储器元件可以采用自对准方法来制作，而无需增加额外的光 刻步骤(lithographic steps)。

一种存储器元件，包括位于基材上方，由多个导电条带所组成的导电 条带堆叠结构(stack of conductive strips)，以及位于穿过导电条带堆叠结构 直到基材的开孔中的垂直通道结构。其中，这些导电条带是通过多个绝缘 层来彼此隔离。电荷储存结构设置在导电条带和垂直通道结构的交叉点 上，电荷储存结构包括多重材料层。绝缘层具有侧壁，并且由垂直通道结 构向内凹陷，电荷储存结构的多重材料层中的电荷储存层(chargestorage layer)设置于绝缘层的侧壁上，用以作为衬里。绝缘层的侧壁围绕垂直通道 结构和隧穿层(tunneling layer)。以介电材料作为填充体(fill body)或间隙壁 (spacer)设置在垂直通道结构与位于绝缘层侧壁上的电荷储存层之间。

导电条带堆叠结构包括一个顶部导电条带阶层、多个中间导电条带阶 层和一个底部导电条带阶层。电荷储存结构的多重材料层中的阻挡层 (blocking layer)和电荷储存层，沿着中间导电条带阶层的多个导电条带侧 面以及绝缘层的侧壁形成锯齿状凹陷(crenellated)。电荷储存结构的多重材 料层中的隧穿层设置在电荷储存层上方和介电材料上方。