[发明专利]3D NAND存储器及其形成方法

说明书

一种3D NAND存储器及其形成方法，所述形成方法，在第一沟道孔中填充牺牲层之前，进行扩孔步骤，使得第一沟道孔的开口的宽度增大。通过扩孔步骤，使得第一沟道孔的开口的宽度增大，后续在第一堆叠结构上形成第二堆叠结构，即使第二堆叠结构中形成的第二沟道孔的位置相对于第一沟道孔存在一定的位置偏移，第二沟道孔的底部位置仍能落在第一沟道孔扩宽后的开口内，减小了在第一沟道孔和第二沟道孔中形成存储结构的难度，并且由于扩孔步骤是在第一沟道孔中填充牺牲层之前进行，因而后续形成第二堆叠结构之前只需要进行一次填充牺牲层的步骤，简化了工艺步骤。

技术领域

本发明涉及半导体制作领域，尤其涉及一种3D NAND存储器及其形成方法。

背景技术

NAND闪存是一种比硬盘驱动器更好的存储设备，随着人们追求功耗低、质量轻和性能佳的非易失存储产品，在电子产品中得到了广泛的应用。目前，平面结构的NAND闪存已近实际扩展的极限，为了进一步的提高存储容量，降低每比特的存储成本，提出了3D结构的3D NAND存储器。

现有3D NAND存储器的形成过程一般包括：在衬底上形成氮化硅层和氧化硅层交替层叠的堆叠层；刻蚀所述堆叠层，在堆叠层中形成沟道孔，在形成沟道孔后，刻蚀沟道孔底部的衬底，在衬底中形成凹槽；在沟道孔底部的凹槽中，通过选择性外延生长(SelectiveEpitaxial Growth)形成外延硅层，通常该外延硅层也称作SEG；在所述沟道孔中形成存储结构，所述存储结构包括位于沟道孔侧壁的电荷存储层和位于电荷存储层上的沟道层，所述沟道层与外延硅层(SEG)连接；在沟道层上形成填充满沟道孔的填充层；去除氮化硅层，在去除氮化硅层的位置形成控制栅；去除沟道孔中部分厚度的填充层，形成暴露出部分沟道层表面的凹槽；在凹槽中形成与沟道层连接的导电插塞。

为了提高3D NAND存储器的容量，现有通常会形成多层堆叠的堆叠结构(比如在衬底上形成氮化硅层和氧化硅层交替层叠的第一堆叠层后，在第一堆叠层上形成氮化硅层和氧化硅层交替层叠的第二堆叠层)，每一层堆叠结构中形成有对应的沟道孔，相邻层的堆叠结构中的沟道孔相互连通；在连通的沟道孔中形成存储结构；去除多层堆叠结构中的氮化硅层，在去除氮化硅层的位置形成控制栅。但是，现有多层堆叠结构的3D NAND存储器存在上层堆叠结构中的形成的沟道孔与下层堆叠结构中形成的沟道孔产生位置偏移的问题，当上下沟道孔产生位置偏移时，在沟道孔中形成的存储结构的难度会增大，并且沟道孔中形成的存储结构容易产生断裂等缺陷，使得存储结构失效。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是沟道孔中形成的存储结构容易产生断裂等缺陷，使得存储结构失效以及简化制作工艺的问题。

本发明提供了一种3D NAND存储器的形成方法，包括：

提供半导体衬底，所述半导体衬底上形成有牺牲层和隔离层交替层叠的第一堆叠结构；

在所述第一堆叠结构中形成贯穿第一堆叠结构厚度的第一沟道孔；

在所述第一沟道孔中填充牺牲层之前，进行扩孔步骤，使得第一沟道孔的开口的宽度增大。

可选的，在进行扩孔步骤后，在所述第一沟道孔中填充满牺牲层；在所述第一堆叠结构和牺牲层上形成牺牲层和隔离层交替层叠的第二堆叠结构；在所述第二堆叠结构中形成贯穿第二堆叠结构厚度的第二沟道孔，所述第二沟道孔与第一沟道孔连通。

可选的，在形成所述第一沟道孔之前，在所述第一堆叠结构表面上形成有机材料层和位于有机材料层上的光刻胶层。

可选的，所述第一沟道孔的形成过程包括：图形化所述光刻胶层，在所述光刻胶层中形成第一开口；以所述光刻胶层为掩膜，沿第一开口刻蚀所述有机材料层，在所述有机材料层中形成第二开口；以所述光刻胶层和有机材料层为掩膜刻蚀所述第一堆叠结构，在所述第一堆叠结构中形成贯穿第一堆叠结构厚度的第一沟道孔。

可选的，刻蚀第一沟道孔底部的半导体衬底，在所述半导体衬底中形成凹槽。