[发明专利]具有电介质支撑柱的多层三维存储器装置及其制造方法

说明书

一种多层三维存储器阵列包含竖直堆叠的绝缘层和导电层的多个交替堆叠。包含存储器膜和半导体通道的存储器堆叠结构延伸穿过所述交替堆叠。所述交替堆叠形成为绝缘层和牺牲材料层的交替堆叠，且随后通过用导电层替换所述牺牲材料层来修改。用所述导电层替换所述牺牲材料层期间的结构支撑由所述存储器堆叠结构和电介质支撑柱结构提供。所述电介质支撑柱结构可仅针对包含第一绝缘层和第一间隔物材料层的第一层交替堆叠的第一层结构形成，或可在多个层上方竖直地延伸。可在所述交替堆叠中形成阶梯式表面之前或之后形成所述电介质支撑柱结构。

相关申请

本申请要求2018年10月17日提交的第62/747,047号美国临时申请以及2019年2月15日提交的第16/276,952号和第16/276,996号美国非临时专利申请的优先权，且这些文献的全部内容以引用的方式并入本文中。

技术领域

本公开大体上涉及半导体装置的领域，且确切地说涉及一种具有电介质支撑柱的三维存储器装置及其制造方法。

背景技术

在T.Endoh等人的标题为“具有堆叠环绕栅极晶体管(S-SGT)结构化单元的新型超高密度存储器(Novel Ultra High Density Memory With A Stacked-Surrounding GateTransistor(S-SGT)Structured Cell)”(IEDM学报(2001)33-36)的论文中公开了每单元具有一个位的三维竖直NAND串。

发明内容

根据本公开的一方面，提供一种三维半导体装置，所述三维半导体装置包括：第一绝缘层和第一导电层的第一层交替堆叠，其位于衬底上方；第二绝缘层和第二导电层的第二层交替堆叠，其位于所述第一层交替堆叠上方；存储器堆叠结构，其竖直地延伸穿过存储器阵列区中的交替堆叠的每一层；所述第一层交替堆叠和所述第二层交替堆叠的阶梯式表面，其位于邻近于存储器阵列区的台阶区中；以及第一层电介质支撑柱结构，其延伸穿过第一层交替堆叠的下伏于阶梯式表面的部分，其中所述电介质支撑柱结构中的每一个的高度随着距存储器阵列区的横向距离而减小。

根据另一实施例，一种三维半导体装置包括：第一绝缘层和第一导电层的第一层交替堆叠，其位于衬底上方；第二绝缘层和第二导电层的第二层交替堆叠，其位于所述第一层交替堆叠上方；存储器阵列区，其包含竖直地延伸穿过第一层交替堆叠和第二层交替堆叠的每一层的存储器堆叠结构；台阶区，其包含第一层交替堆叠的第一阶梯式表面和第二层交替堆叠的第二阶梯式表面；电介质支撑柱结构，其基本上由至少一种电介质材料组成且延伸穿过第一层交替堆叠而不延伸穿过第二层交替堆叠的任何层；以及复合支撑柱结构，其包括半导体材料部分且延伸穿过第一层交替堆叠的所有层并穿过第二阶梯式表面。

根据另一实施例，一种形成半导体结构的方法包括：在衬底上方形成第一绝缘层和第一间隔物材料层的第一层交替堆叠；在第一台阶区中穿过第一层交替堆叠形成处理中电介质支撑柱结构；在第一层交替堆叠和处理中支撑柱结构上方形成第二绝缘层和第二牺牲材料层的第二层交替堆叠；图案化第二层交替堆叠和第一层交替堆叠以形成第一层交替堆叠上的第一阶梯式表面和第二层交替堆叠上的第二阶梯式表面，其中所述处理中电介质支撑柱结构竖直地侧支凹进以提供包括至少一种电介质材料且延伸穿过第一层交替堆叠并具有不同高度的电介质支撑柱结构；在存储器阵列区中形成竖直地延伸穿过第一层交替堆叠和第二层交替堆叠的每一层的存储器堆叠结构；以及用第一导电层和第二导电层替换第一间隔物材料层和第二间隔物材料层的剩余部分。