用于3D NAND可扩展性的多层堆叠制造技术

本文所描述的实施方式涉及用于制造半导体器件(诸如存储器器件等等)的方法和材料。在一个实施方式中，存储器层堆叠包括具有不同的蚀刻速率的材料，其中选择性地去除一种材料以在器件结构中形成气隙。在另一个实施方式中，存储器层堆叠的含硅材料被掺杂或制造为硅化物材料。在另一个实施方式中，氮化硅材料用作在存储器层堆叠的含氧化物层和含硅层之间的界面层。

Multi stack for 3D NAND scalability

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于3DNAND可扩展性的多层堆叠背景
本公开的实施方式总体涉及用于形成半导体器件的方法和材料。更具体地，本文所描述的实施方式涉及用于三维(3D)与非(NAND)可扩展性的多层堆叠。相关技术描述存储器和其他半导体器件的设计在近年来已经经历快速发展。当前存储器器件能够在不被施加有电压的情况下将存储的数据保持非常长的时间段，并且这种存储器器件的读取速率相对高。擦除存储的数据并将数据重写到存储器器件中相对容易。因此，存储器器件已经广泛地用在微型计算机、以及自动控制系统等中。为了增大存储器器件的位密度和降低其每位成本，已经发展3DNAND(三维与非)存储器器件。还在发展其他存储器器件(诸如ReRAM(电阻随机存取存储器))、以及高级硬掩模材料，以进一步促成半导体工业的进展。3DNAND技术在研究竖直栅极3D存储器单元，以在存储器单元层的数量的增加时降低成本。氧化物/硅和氧化物/氮化物堆叠因材料集成优点而是有用的，但是，随着存储器单元层的数量的增加，层的厚度成为限制因素。因此，减小存储器单元层的厚度是所期望的，然而，氧化物质量(即，击穿电压)、硅电阻率、以及高深宽比蚀刻的问题在减小层厚度的情况下仍然存在。因此，本领域中需要的是用于制造半导体器件的改善的方法和材料。更具体地，需要的是用于3DNAND可扩展性的多层堆叠。
技术实现思路
在一个实施方式中，提供了一种存储器器件制造方法。所述方法包括在交替的绝缘体层和存储器单元层的堆叠中形成孔。所述绝缘体层包括设置在多个第一氧化物材料层之间的第二氧化物材料层。去除每个存储器单元层的第一部分以形成多个第一空腔，在所述多个第一空腔中沉积电荷阱材料，并且去除每个存储器单元的第二部分以形成多个第二空腔。在所述第二空腔中的每个内形成控制栅极，并且去除所述第二氧化物材料以形成气隙。在另一个实施方式中，提供了一种存储器器件制造方法。所述方法包括在交替的绝缘体层和存储器单元层的堆叠中形成孔。所述绝缘体层包括设置在多个第一氧化物材料层之间的氮化物材料层。去除每个存储器单元层的第一部分以形成多个第一空腔，在所述多个第一空腔中沉积电荷阱材料，并且去除每个存储器单元的第二部分以形成多个第二空腔。在所述第二空腔中的每个内形成控制栅极，并且去除所述氮化物材料以形成气隙。在又一个实施方式中，提供了一种三维NAND器件。所述器件包括：第一存储器单元，所述第一存储器单元耦接到栅极氧化物层；以及第二存储器单元，所述第二存储器单元耦接到所述栅极氧化物层。气隙设置在所述第一存储器单元与所述第二存储器单元之间，并且氧化物材料层设置在所述第一存储器单元和所述第二存储器单元的与所述气隙相邻的表面上。附图说明为了能够详细地理解本公开的上述特征的方式，可以参考实施方式来提供以上简要地概述的本公开的更特定的描述，实施方式中的一些在附图中示出。然而，应注意，附图仅示出了示例性实施方式，并且因此不应视为对范围的限制，因为本公开可以允许其他等效实施方式。图1是常规的三维(3D)NAND存储器器件的一部分的示意性剖视图。图2示出了根据本公开的实施方式的3DNAND存储器器件的一部分的示意性剖视图。图3是根据本公开的各种实施方式的用于在3DNAND存储器器件中形成存储器单元的工艺操作的流程图。图4A至图4I是根据本公开的各种实施方式的对应于图3的工艺的不同阶段的图2的3DNAND存储器器件的示意性剖视图。图5A至图5B是根据本公开的各种实施方式的对应于图3的工艺的不同阶段的图2的3DNAND存储器器件的示意性剖视图。图6A至图6B是根据本公开的各种实施方式的对应于图3的工艺的不同阶段的图2的3DNAND存储器器件的示意性剖视图。为了便于理解，已经尽可能地使用相同的附图标记标示各图共有的相同元件。设想的是，一个实施方式的要素和特征可以有益地并入其他实施方式，而不进一步叙述。具体实施方式本文所描述的实施方式涉及用于制造半导体器件(诸如存储器器件等)的方法和材料。在一个实施方式中，存储器层堆叠包括具有不同的蚀刻速率的材料，其中选择性地去除一种材料以在器件结构中形成气隙。在另一个实施方式中，存储器层堆叠的含硅材料被掺杂或制造为硅化物材料以减小含硅材料的薄层电阻。在另一个实施方式中，氮化硅材料用作在存储器层堆叠的含氧化物层和含硅层之间的界面层以改善在含氧化物层与含硅层之间的粘附性。在常规的三维(3D)NAND存储器器件中，存储器单元的电荷存储区域可能易受捕捉的电荷泄漏到相邻存储器单元的电荷存储区域中或泄漏到该电荷存储区域外的影响，从而折损存储的数据，如图1所示。图1是常规的三维(3D)NAND存储器器件100的一部分150的示意性剖视图。部分150包括存储器单元131、132和133，每个存储器单元由绝缘体层110(诸如二氧化硅层)分离。存储器单元131至133中的每个包括用于对相关联的存储器单元进行编程的单独的控制栅极123。相比之下，单个阻挡栅极氧化物层104形成存储器单元131至133中的每一个的栅极氧化物，单个电荷阱层121提供存储器单元131至133中的每一个的电荷阱区域125，并且单个阻挡氧化物层122通常设置在控制栅极123与电荷阱层121之间。在正栅极偏压下，电子可以从沟道层105隧穿通过超薄栅极氧化物层104而到达电荷阱层121，并且随后被捕捉。氮化硅(Si3N4)例如具有捕捉电荷(电子或空穴)的固有性质。随着绝缘体层110的厚度T的厚度减小，例如经由电子跳跃126，被捕捉在一个存储器单元的电荷阱区域125中的电荷可以泄漏到相邻存储器单元的电荷阱区域中。例如，当厚度T小于约15mm至20nm时，就可能会发生电子跳跃126。此外，控制栅极123的相对尖的拐角可以产生边际效应(fringingeffect)127，该边际效应也可能会影响被捕捉在相邻存储器单元的电荷阱区域125中的电荷。本文所描述的实施方式总体涉及具有改善的字线隔离的3DNAND存储器器件及其形成方法。具体地，对于竖直NAND串的每个存储器单元，用作每个存储器单元的电荷存储区域的电荷阱区域形成为单独的电荷阱“岛”。因此，一个存储器单元的电荷阱区域与相邻存储器单元中的相邻电荷阱区域电隔离。因此，不存在与竖直NAND串中的所有存储器单元相邻的单个电荷阱层。在一些实施方式中，一个存储器单元的电荷阱区域由介电结构(诸如氧化硅膜)与相邻存储器单元的电荷阱区域分离。在其他实施方式中，存储器单元的电荷阱区域由含空气、气体或真空的空间间隙与相邻存储器单元的电荷阱区域分离。图2示出了根据本公开的实施方式的3DNAND存储器器件200的一部分的示意性剖视图。3DNAND存储器器件200包括形成在半导体基板202上的竖直地堆叠的存储器单元串201。串201包括交替地设置在多个绝缘体层210之间的多个存储器单元220。如图所示，绝缘体层210和存储器单元220形成在存储器孔203周围，存储器孔203中设置了栅极氧化物层204、多晶硅沟道本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种存储器器件制造方法，包括：/n在交替的绝缘体层和存储器单元层的堆叠中形成孔，其中所述绝缘体层包括设置在多个第一氧化物材料层之间的第二氧化物材料层；/n去除每个存储器单元层的第一部分以形成多个第一空腔；/n在所述多个第一空腔中沉积电荷阱材料；/n去除每个存储器单元的第二部分以形成多个第二空腔；/n在所述第二空腔中的每个内形成控制栅极；以及/n去除所述第二氧化物材料层以形成气隙。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20171012 US 62/571,565;20181004 US 16/151,4671.一种存储器器件制造方法，包括：
在交替的绝缘体层和存储器单元层的堆叠中形成孔，其中所述绝缘体层包括设置在多个第一氧化物材料层之间的第二氧化物材料层；
去除每个存储器单元层的第一部分以形成多个第一空腔；
在所述多个第一空腔中沉积电荷阱材料；
去除每个存储器单元的第二部分以形成多个第二空腔；
在所述第二空腔中的每个内形成控制栅极；以及
去除所述第二氧化物材料层以形成气隙。


2.如权利要求1所述的方法，其中沉积所述电荷阱材料包括：
在所述第一空腔的表面和所述绝缘体层的边缘表面上沉积所述电荷阱材料；以及
去除所述电荷阱材料以将所述第一空腔中的每个中的所述电荷阱材料与相邻的第一空腔中的所述电荷阱材料电分离。


3.如权利要求2所述的方法，其中所述去除所述第二氧化物材料层包括执行各向同性蚀刻工艺以暴露沉积在所述绝缘体层的所述边缘表面上的栅极氧化物层的表面和设置在所述第一空腔中的所述电荷阱材料。


4.如权利要求1所述的方法，其中所述存储器单元层包括牺牲层。


5.如权利要求4所述的方法，其中所述牺牲层选自由多晶硅材料、氮化硅材料和氧化物材料组成的组。


6.如权利要求5所述的方法，其中所述牺牲层包括砷掺杂的多晶硅材料。


7.如权利要求1所述的方法，其中所述多个第一氧化物材料层包括二氧化硅。


8.如权利要求7所述的方法，其中所述第二氧化物材料层包括高湿法蚀刻速率氧化物材料。


9.如权利要求8所述的方法，其中所述高湿法蚀刻速率氧化...

【专利技术属性】
技术研发人员：韩新海，D·帕德希，EX·平，S·古格吉拉，
申请(专利权)人：应用材料公司，
类型：发明
国别省市：美国;US