[发明专利]三维存储器设备的接合开口结构及其形成方法

说明书

本发明提出了一种3D存储器设备的接合开口结构和其制造方法。此接合开口结构包括穿过第一堆叠层与第一绝缘连接层的第一通孔、位于该第一通孔的底部的第一沟道结构、位于该第一通孔的侧壁上的第一功能层、位于该第一功能层的侧壁上的第二沟道结构、在该第一通孔上方的第三沟道结构、位于该第三沟道结构上的第二堆叠层、位于该第二堆叠层上的第二绝缘连接层、穿过该第二堆叠层与该第二绝缘连接层的第二通孔、设置在该第二通孔的侧壁上的第二功能层、位于该第二功能层的侧壁上的第四沟道结构、以及在该第二通孔上的第五沟道结构。

相关申请的交叉引用

本申请要求享有于2017年3月8日提交的中国专利申请第 201710134782.1号以及于2017年3月8日提交的中国专利申请第 201710134783.6号的优先权，上述申请的全部内容通过引用的方式并入本文中。

技术领域

概括而言，本公开内容关于半导体技术领域，更具体而言，本公开内容关于三维(3D)存储器设备的接合开口结构及其形成方法。

背景技术

随着半导体技术的演进，诸如3D NAND存储器设备的三维(3D)存储器设备不断地缩减更多的氧化/氮化(ON)层。在如此情况下，很难仅用单一的蚀刻工艺在3D存储器设备中形成具有一定深度的沟道孔。伴随着沟道孔的深宽比增加，蚀刻沟道孔的速率会巨幅地减慢。此外，所形成的沟道孔的工艺能力控制(包括无弯曲、笔直外形、均一关键尺寸(critical dimension,CD)、最小限度扭曲等)也趋于面临挑战。就此而言，单一的蚀刻方法不论在成本还是在工艺能力方面都显效不足。

发明内容

根据本公开内容中的一些实施例，提出了三维(3D)存储器设备的接合开口结构以及其形成方法。

本公开内容的一个方面提出了一种在三维(3D)存储器设备中形成接合开口结构的方法。该方法包括：形成第一堆叠层以及在该第一堆叠层上形成第一绝缘连接层；形成第一通孔，其穿过该第一堆叠层与该第一绝缘连接层；形成第一沟道结构，其在通过该第一通孔中所暴露的衬底的表面上交叠；形成第一功能层，其在该第一通孔的侧壁上；在该第一功能层的侧壁以及该第一沟道结构所暴露的表面上形成第二沟道结构以及形成第一填充结构；以及在该第一通孔上方形成第三沟道结构来与该第二沟道结构接触。该第三沟道结构在衬底上的投影覆盖该第一通孔在衬底上的投影。该方法还包括：在该第一绝缘连接层上形成第二堆叠层以及形成第二绝缘连接层；形成第二通孔，其穿过该第二堆叠层与该第二绝缘连接层。该第二通孔在衬底上的投影与该第一通孔在衬底上的投影至少部分地重叠。该方法还包括：在该第二通孔的侧壁上形成第二功能层；在该第二功能层的侧壁以及该第三沟道结构所暴露的表面上形成第四沟道结构以及形成第二填充结构；以及在该第二通孔上方形成第五沟道结构来与该第四沟道结构接触。

在一些实施例中，该第一堆叠层包括第一数量的氧化/氮化层对，而该第二堆叠层包括第二数量的氧化/氮化层对。该第一数量与该第二数量不少于32。

形成该第一功能层包括：在该第一通孔的侧壁与该第一沟道结构所暴露的表面上形成第一隧穿层。在操作中，该第一隧穿层被配置用于生成电荷。形成该第一功能层还包括：在该第一隧穿层上形成第一储存层来储存由该第一隧穿层生成的电荷；在该第一储存层的表面形成第一阻隔层来阻止电荷从该第一储存层中外流；在该第一阻隔层的表面形成第一钝化层来保护该第一阻隔层不受到后续移除工艺的损伤；以及移除该第一沟道结构的表面上的该第一钝化层、该第一阻隔层、该第一储存层、以及该第一隧穿层的一部分。该第一钝化层、该第一阻隔层、该第一储存层、以及该第一隧穿层在该第一通孔的侧壁上剩余部分形成该第一功能层。

形成该第二沟道结构与该第一填充结构包括：形成第二沟道层，其覆盖该第一钝化层的侧壁以及该第一沟道层所暴露的表面；形成该第一填充层，其覆盖该第二沟道层的表面；移除部分的该第一填充层以形成该第一填充结构，其中该第一填充结构的顶表面低于该第一绝缘连接层的顶表面；以及移除部分的该第二沟道层以形成该第二沟道结构。该第二沟道结构的顶表面低于该第一绝缘连接层的顶表面。