[发明专利]具有高迁移率通道的三维平坦NAND存储器装置及其制造方法

说明书

一种三维存储器装置包含通过线型沟槽横向隔开的绝缘条带和导电条带的交替堆叠，以及位于所述线型沟槽中的存储器堆叠组合件和电介质柱结构的交替二维阵列。所述线型沟槽中的每一个填充有存储器堆叠组合件和电介质柱结构的相应横向交替序列。每一存储器堆叠组合件包含竖直半导体通道和一对存储器膜。所述竖直半导体通道包含具有大晶粒的半导体通道层，所述大晶粒可通过从下伏于所述交替堆叠的半导体衬底中的晶种半导体材料层、牺牲半导体材料层或单晶半导体材料进行的选择性半导体生长来提供。

技术领域

本公开大体上涉及半导体装置的领域，且特定来说涉及包含高迁移率竖直半导体通道的三维平坦NAND存储器装置及其制造方法。

背景技术

三维NAND存储器装置的配置采用其中隧穿电介质具有平坦竖直表面的平坦存储器单元。此类平坦存储器装置描述于Hang-Ting Lue等所著的标题为“具有稳健读取干扰、长期保持及极佳缩放能力的使用仅16层的128Gb(MLC)/192Gb(TLC)单栅极竖直通道(SGVC)架构3D NAND(A 128Gb(MLC)/192Gb(TLC)Single-gate Vertical Channel(SGVC)Architecture3D NAND using only 16Layers with Robust Read Disturb，Long-Retention and Excellent Scaling Capability)”的文章，IEDM会议记录(2017)第461页。

发明内容

根据本公开的一方面，提供一种三维存储器装置，其包括：位于衬底上方且通过线型沟槽彼此横向隔开的绝缘条带和导电条带的交替堆叠，所述线型沟槽沿着第一水平方向横向延伸且沿着第二水平方向彼此隔开；以及位于线型沟槽中的存储器堆叠组合件和电介质柱结构的交替二维阵列。每一存储器堆叠组合件包括竖直半导体通道和沿着第二水平方向横向隔开的一对存储器膜。竖直半导体通道包括具有大于20nm的平均晶粒尺寸的单晶半导体材料或多晶半导体材料。

根据本公开的另一方面，一种形成三维存储器装置的方法包括：形成位于衬底上方的绝缘条带和间隔物材料条带的交替堆叠，其中所述交替堆叠通过沿着第一水平方向横向延伸的线型沟槽彼此横向隔开，且其中所述间隔物材料条带形成为导电条带或随后被导电条带替换；在线型沟槽内形成线型沟槽填充结构，其中每一线型沟槽填充结构填充线型沟槽中的相应一个，且每一线型沟槽填充结构包括一对存储器膜层和晶种半导体材料层；形成穿过线型沟槽填充结构的柱腔的二维阵列，其中形成柱结构和柱腔的交替二维阵列，且每一柱结构包括线型沟槽填充结构的剩余部分；以及从晶种半导体材料层的剩余部分选择性地生长替换半导体通道层以形成竖直半导体通道。

根据本公开的又一方面，一种形成三维存储器装置的方法包括：形成位于半导体衬底上方的绝缘条带和间隔物材料条带的交替堆叠，其中所述交替堆叠通过沿着第一水平方向横向延伸的线型沟槽彼此横向隔开，且其中所述间隔物材料条带形成为导电条带或随后被导电条带替换；在线型沟槽内形成线型沟槽填充结构，其中每一线型沟槽填充结构填充线型沟槽中的相应一个，且每一线型沟槽填充结构包括一对存储器膜层和牺牲半导体材料层；形成穿过线型沟槽填充结构的电介质柱结构的二维阵列以形成电介质柱结构和线型沟槽填充结构的剩余部分的交替二维阵列；通过移除牺牲半导体材料层形成通道腔；以及在通道腔中通过从半导体衬底的物理暴露表面选择性地生长替换半导体通道层而形成竖直半导体通道。

附图说明

图1是根据本公开的第一实施例在形成至少一个外围装置和半导体材料层之后的第一示例性结构的示意竖直横截面图。

图2是根据本公开的第一实施例在形成绝缘层和间隔物材料层的竖直交替序列之后的第一示例性结构的示意竖直横截面图。

图3是根据本公开的第一实施例在形成阶梯式阶台(terrace)和逆向阶梯式电介质材料部分之后的第一示例性结构的示意竖直横截面图。