[发明专利]非易失性三维半导体存储器的双向栅电极及其制备方法

摘要

本发明公开了一种非易失性三维半导体存储器的双向栅电极及其制备方法，所述双向栅电极包括：位于下部的呈阶梯分布的m行n列向下栅电极单元阵列和位于上部的呈阶梯分布的m行n列向上栅电极单元阵列，每个向下栅电极单元和向上栅电极单元均为柱状结构；同一列向下栅电极单元上表面与同一控制栅层连接，下表面与同一下字线连接；同一列向上栅电极单元下表面与同一控制栅层连接，上表面与同一上字线连接；本发明的双向栅电极结构通过将超高层堆叠的控制栅层和栅电极分为上下两个部分，减小了需要刻蚀的孔洞深度，降低了超深孔刻蚀的工艺难度；同时减小了芯片面积，增强了非易失性三维半导体存储器的散热效果。

主权项

1.一种非易失性三维半导体存储器的双向栅电极制备方法，其特征在于，包括以下步骤：包括：(1)制备向下栅电极单元阵列；(1.1)通过电化学模板工艺，在已经制备好字线和位线的衬底(100)上形成单通的多孔氧化铝模板(200)；(1.2)通过沉积导电材料，在所述多孔氧化铝模板(200)的孔壁间形成向下栅电极单元；(1.3)去掉所述多孔氧化铝模板(200)，形成从矮到高呈阶梯分布的m行n列向下栅电极单元阵列(110b‑11ib)，且同一字线上的m个向下栅电极单元高度相同；n为字线的个数，m为同一字线上对应的所述多孔氧化铝模板的孔数，m、n均为为正整数，i＝1，2，……，n‑1；(2)制备第一层控制栅层并与最矮的向下栅电极单元连接；(2.1)在所述向下栅电极单元阵列上，通过沉积绝缘材料直至覆盖住最高的向下栅电极单元后形成绝缘层(300)，通过CMP平整所述绝缘层(300)上表面；(2.2)在所述绝缘层(300)的上方且与第一字线WL0对准的位置，光刻和刻蚀所述绝缘层(300)直至裸露出第一列向下栅电极单元；(2.3)在所述第一列向下栅电极单元的上表面，通过沉积与所述金属电极柱相同的导电材料，形成与所述衬底表面平行且与所述第一列向下栅电极单元连接的第一层控制栅层110a；(3)制备非易失性三维半导体存储器的向下栅电极；顺次形成与相应向下栅电极单元连接的第二层、第三层，……第i层直至第n层控制栅层(111a‑11ia)后，所述m行n列向下栅电极单元阵列形成了所述非易失性三维半导体存储器的向下栅电极；(4)制备非易失性三维半导体存储器的向上栅电极单元阵列；(4.1)在所述第n层控制栅层上，相继沉积绝缘材料和所述导电材料，形成绝缘层和向上栅电极最长的控制删层；(4.2)在所述最长的控制删层上，交替沉积绝缘层和牺牲层，形成(n‑1)组由牺牲层和绝缘层组成的堆叠结构；(4.3)在所述绝缘层上方且对准从所述第n层控制删层右边沿到第(n‑1)层控制删层右边沿的位置，进行刻蚀直至遇到所述导电材料，对准从第(n‑i)层控制删层右边沿到第(n‑i‑1)层控制删层右边沿的位置，进行刻蚀直至遇到绝缘材料，在所述堆叠结构上形成台阶；(4.4)在所述台阶上沉积所述绝缘材料直至覆盖最高的台阶后形成绝缘层，利用CMP平整所述绝缘层上表面；(4.5)通过填充与控制删层相同的导电材料替换所述牺牲层，形成向上栅电极的控制删层；(4.6)在所述绝缘层上方且与所述字线对准的位置，利用自对准技术刻蚀所述绝缘层直至遇到所述导电材料，形成上端口位于同一水平面的从矮到高呈阶梯分布的m行n列孔洞；(4.7)采用所述导电材料填充孔洞，形成了上端口位于同一水平面的从矮到高呈阶梯分布的m行n列向上栅电极单元阵列；(5)制备非易失性三维半导体存储器的向上栅电极；利用自对准技术在所述向上栅电极单元阵列上方套刻字线图形，溅射沉积所述导电材料，形成与相应向上栅电极单元连接的上字线后，所述向上栅电极单元阵列形成了所述非易失性三维半导体存储器的向上栅电极。