[发明专利]用于形成三维存储器件的沟道孔的方法以及三维存储器件

说明书

本公开涉及一种用于形成三维存储器件的沟道孔的方法。该方法包括：提供衬底、位于所述衬底上的堆叠层以及覆盖所述堆叠层的介质层，所述堆叠层包括交替堆叠的多个绝缘层和多个伪栅极层；形成贯穿所述介质层和所述堆叠层的虚拟沟道孔，所述虚拟沟道孔到达所述衬底；以及在所述虚拟沟道孔中分别填充多种材料，其中所述多种材料具有不同的硬度。

技术领域

本发明涉及半导体制造，特别地涉及用于形成三维存储器件的沟道孔的方法以及三维存储器件。

背景技术

为了克服二维存储器的限制，业界已经研发了具有三维(3D)结构的存储器，通过将存储器单元三维地布置在衬底之上来提高集成密度。

此外，在例如3D NAND闪存的三维存储器中，存储阵列可包括核心区和台阶区。台阶区用来供存储阵列各层中的控制栅引出接触部，作为字线连接区。这些控制栅作为存储阵列的字线，执行编程、擦写、读取等操作。在3D NAND 闪存的制作过程中，在台阶区的各级阶梯结构上蚀刻形成接触孔，然后填充接触部，从而引出控制栅的电信号。

现有的三维存储器的控制栅极通常是通过后栅工艺形成的。所谓后栅工艺也就是最初形成的堆叠层中包含了多个控制栅极的牺牲层，后续制程中，通过去除牺牲层，并在牺牲层原有的空间内填充导电材料的工艺。在采用后栅工艺形成三维存储器的控制栅极的过程中，牺牲层的去除容易导致结构的坍塌，造成损失。为了解决上述牺牲层去除后整体结构坍塌的问题，用来起到支撑作用的虚拟沟道孔(DCH，dummy channel hole)应运而生。如图1所示，所形成的虚拟沟道孔内部的填充材料通常为单一材料。如果单一填充材料的支撑力较差(例如，氧化硅)，那么在经过高温处理后，台阶区由于收缩会形成如图所示的凹陷。如果单一填充材料的硬度过高(例如，多晶硅)，那么在经过高温处理后，台阶区由于多晶硅的膨胀而形成突起，甚至可能会破坏虚拟沟道孔周围的介质层、绝缘层或栅极层。这两种情况都会对后面的工艺以及最终三维存储器的性能产生不利的影响。

发明内容

以下给出一个或多个方面的简要概述以提供对这些方面的基本理解。此概述不是所有构想到的方面的详尽综览，并且既非旨在指认出所有方面的关键性或决定性要素亦非试图界定任何或所有方面的范围。其唯一的目的是要以简化形式给出一个或多个方面的一些概念以为稍后给出的更加详细的描述之序。

为了解决上述问题，本发明的示例性实施例提供了一种用于形成三维存储器件的沟道孔的方法，包括：提供衬底、位于所述衬底上的堆叠层以及覆盖所述堆叠层的介质层，所述堆叠层包括交替堆叠的多个绝缘层和多个伪栅极层；形成贯穿所述介质层和所述堆叠层的虚拟沟道孔，所述虚拟沟道孔到达所述衬底；以及在所述虚拟沟道孔中分别填充多种材料，其中所述多种材料具有不同的硬度。

根据本发明的另一示例性实施例，提供了一种三维存储器件，包括：衬底；位于所述衬底上的堆叠层以及覆盖所述堆叠层的介质层，所述堆叠层包括交替堆叠的多个绝缘层和多个栅极层；贯穿所述介质层和所述堆叠层的虚拟沟道孔，所述虚拟沟道孔到达所述衬底；以及填充在所述虚拟沟道孔中的多种材料，其中所述多种材料具有不同的硬度。

根据本发明所提供的三维存储器，包含用以起到支撑作用的虚拟沟道孔，并且在虚拟沟道孔中填充有硬度不同的材料，可以改进虚拟沟道孔的支撑性能。特别地，虚拟沟道孔的支撑性能能够通过改变填充在虚拟沟道孔中的多种材料中的每一种材料的量或这些材料之间的比例而进行调节，从而实现使虚拟沟道孔的支撑作用最佳化，一方面能够避免虚拟沟道孔受热之后收缩过度而导致的塌陷或倾斜，另一方面能够避免虚拟沟道孔膨胀过度而造成对其周边材料层的损坏。

较佳地，在上述示例性实施例的方法中，在所述虚拟沟道孔中分别填充多种材料的步骤包括：在所述虚拟沟道孔的径向方向和/或延伸方向形成多个材料区段。

较佳地，所述多种材料至少包括第一材料和第二材料，所述第一材料为氧化硅，所述第二材料为硬度比氧化硅大的材料。更佳地，所述第二材料包含氮化物、金属、金属氧化物或多晶硅。