[发明专利]一种基于二维半导体材料垂直沟道的三维闪存存储器及其制备

权利要求书

1.一种基于二维半导体材料垂直沟道的三维半导体存储器，所述三维半导体存储器，包含多个垂直方向的三维存储串，每一个三维存储串包含一个半导体垂直沟道，半导体垂直沟道的长度由存储器三维堆叠的层数决定；其特征在于，

所述垂直沟道材料包括一种或多种二维半导体材料，以及所述二维半导体材料表面的保护层，所述保护层用于对该二维半导体材料进行支撑保护，所述二维半导体材料的载流子迁移率高于非晶硅的载流子迁移率。

2.如权利要求1所述的三维闪存存储器，其特征在于，所述二维半导体材料为石墨烯和/或过渡金属硫化物。

3.如权利要求2所述的三维闪存存储器，其特征在于，所述过渡金属硫化物为二硫化钼或二硫化钨。

4.如权利要求1所述的三维闪存存储器，其特征在于，所述二维半导体材料厚度为单个原子层厚度。

5.如权利要求1所述的三维闪存存储器，其特征在于，所述保护层的材料为SiO₂和/或HfO₂。

6.如权利要求1至5任一项所述的三维闪存存储器的制备方法，其特征在于，包括所述半导体垂直沟道的形成方法，该形成方法具体为：

在衬底上形成多层堆叠膜，并在多层堆叠膜上进行深刻刻蚀形成垂直沟道通孔；在所述垂直沟道通孔中形成栅氧化层-电荷捕获层-隧穿层三层结构后，在该垂直沟道中沉积单原子层厚度的所述二维半导体材料，在所述二维半导体材料沉积完成之后，进一步沉积所述保护层材料，形成半导体垂直沟道。

7.如权利要求6所述的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1：在衬底上进行多层膜沉积，多层膜结构由绝缘层与牺牲层交替沉积形成；在多层膜堆叠结构中进行深孔刻蚀，形成暴露垂直衬底的垂直通孔；

S2：利用化学气相沉积在所述垂直通孔表面依次形成栅氧化层、电荷捕获层和隧穿层三层结构；

S3：对所述垂直通孔进行各向异性刻蚀，直至在衬底中形成凹槽，接着，在凹槽中填充沟道材料；具体为：利用化学气相沉积法在所述通孔中进行二维材料的沉积，沉积厚度为单个原子层厚度；在完成二维材料的沉积之后采用化学气相沉积法使用保护层材料进行所述垂直通孔的填充；

S4：对多层堆叠结构采用刻蚀工艺，将多层膜堆叠中的牺牲层去除；

S5：完成栅电极材料的填充，继而形成多个并联的闪存存储串，形成三维闪存存储阵列。

8.如权利要求6所述的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1：在衬底上进行多层膜沉积，该多层膜是由绝缘层与多晶硅栅电极交替沉积形成的三维堆叠结构；接着，在该多层膜的堆叠结构中通过刻蚀形成暴露衬底的垂直深孔；

S2：在所述垂直深孔中进行各向同性刻蚀，在通孔内的栅电极层中向内刻蚀形成向内的凹槽；然后，进行氧化铝或者二氧化硅的化学气相沉积形成阻隔层；接着，制备多晶硅形成浮栅；然后，进行深孔的各向异性刻蚀，在深孔中沉积二氧化硅，形成氧化物-多晶硅-氧化物的整体浮栅存储结构；

S3：对深孔进行各向异性刻蚀，直至在衬底中形成凹槽，接着，在凹槽中填充沟道材料；具体为：利用化学气相沉积法在所述通孔中进行二维材料的沉积，沉积厚度为单个原子层厚度；在完成二维材料的沉积之后采用化学气相沉积法使用保护层材料进行所述垂直通孔的填充；

S4：然后刻蚀部分所述沟道材料使沟道材料上方形成凹槽；在所述沟道材料上方的凹槽中形成选通管结构，即而形成多个垂直于衬底的闪存存储串，每个闪存存储串的上方具有一个选通管结构，由此得到具有选通管的三维闪存存储。