存儲裝置及其制造方法
【專利摘要】一種存儲裝置及其制造方法。該方法包括：在襯底上交替堆疊多個隔離層和多個犧牲層；圖案化多個隔離層和所述多個犧牲層以形成開口；在開口中形成下選通管的溝道；在開口中且在下選通管的溝道上形成多個存儲單元的存儲復合層和溝道層；在開口中且在多個存儲單元的存儲復合層和溝道層上形成上選通管的溝道；去除多個犧牲層以形成第一凹部、多個第二凹部以及第三凹部；在第一凹部中形成下選通管的柵絕緣層并且在第三凹部中形成上選通管的柵絕緣層；以及在第一凹部中形成下選通管的柵極，在多個第二凹部中形成多個存儲單元的控制柵極，并在第三凹部中形成上選通管的柵極。
【專利說明】
存儲裝置及其制造方法
技術領域
[0001 ]本公開的實施例涉及存儲裝置及其制造方法。
【背景技術】
[0002]由于工藝的限制，傳統的平面存儲裝置的存儲密度已經很難繼續提高。為了進一步提高單位襯底面積上的存儲容量，出現了一種三維存儲裝置。在該三維存儲裝置中，下選通管、存儲器串和上選通管由下至上依次形成在襯底上。存儲器串包括多個堆疊的存儲器，每個存儲器的控制柵極沿水平方向形成且每個存儲器的溝道層沿垂直方向形成。下選通管和上選通管負責控制存儲器串的打開和關斷。
[0003]在上述三維存儲裝置的制造過程中，先采用第一工序形成下選通管，再采用第二工序形成存儲器串，最后采用第三工序形成上選通管。第一工序、第二工序和第三工序基本上是重復相同的工藝步驟，延長了制造周期并增加了制造成本。另外，在實施第一工序、第二工序和第三工序時，需要將下選通管、存儲器串和上選通管精確對準，增加了工藝難度；尤其是在三維存儲裝置的堆疊高度高的情況下，對準精度更加難以控制。

【發明內容】

[0004]根據本公開的實施例，提供一種存儲裝置的制造方法。該存儲裝置包括襯底以及由下至上依次形成在所述襯底上的下選通管、多個存儲單元和上選通管。所述方法包括:提供所述襯底;在所述襯底上交替堆疊多個隔離層和多個犧牲層；圖案化所述多個隔離層和所述多個犧牲層，以形成開口；在所述開口中形成所述下選通管的溝道;在所述開口中且在所述下選通管的溝道上形成所述多個存儲單元的存儲復合層和溝道層，其中所述多個存儲單元的存儲復合層位于所述多個存儲單元的溝道層和所述開口的側壁之間；在所述開口中且在所述多個存儲單元的存儲復合層和溝道層上形成所述上選通管的溝道;去除所述多個犧牲層以形成第一凹部、多個第二凹部以及第三凹部，其中所述第一凹部露出所述下選通管的溝道，所述多個第二凹部露出所述多個存儲單元的存儲復合層，并且所述第三凹部露出所述上選通管的溝道;在所述第一凹部中形成所述下選通管的柵絕緣層并且在所述第三凹部中形成所述上選通管的柵絕緣層；以及在所述第一凹部中形成所述下選通管的柵極，在所述多個第二凹部中形成所述多個存儲單元的控制柵極，并在所述第三凹部中形成所述上選通管的柵極。
[0005]例如，在所述開口中形成所述下選通管的溝道包括:相對于襯底而言，所述下選通管的溝道的上表面形成為鄰接位于所述下選通管的柵極和與所述下選通管相鄰的存儲單元的控制柵極之間的隔離層。
[0006]例如，在所述多個隔離層當中，位于所述下選通管的柵極和與所述下選通管相鄰的存儲單元的控制柵極之間的隔離層的厚度大于位于所述多個存儲單元的控制柵極之間的隔離層的厚度。
[0007]例如，在所述開口中形成所述下選通管的溝道包括:
[0008]采用選擇性生長技術，在所述開口的底部形成所述下選通管的溝道。
[0009]例如，在所述開口中且在所述下選通管的溝道上形成所述多個存儲單元的存儲復合層和溝道層包括:在所述下選通的溝道上及所述開口的側壁上形成所述存儲復合層；形成第一溝道層以覆蓋所述存儲復合層;去除部分所述第一溝道層和部分所述存儲復合層，以露出所述下選通管的溝道;在所述開口中形成第二溝道層，所述第二溝道層連接所述第一溝道層和所述下選通管的溝道，所述第一溝道層的未去除部分和所述第二溝道層構成所述多個存儲單元的溝道層。
[0010]例如，于在所述開口中形成第二溝道層之后，所述方法還包括:在所述開口中形成絕緣材料層，以填滿所述開口。
[0011 ]例如，在所述開口中形成第二溝道層包括:所述第二溝道層形成為填滿所述開口。
[0012]例如，在所述開口中形成第二溝道層包括:所述第二溝道層形成為不填滿所述開口，從而在所述開口中形成氣隙。
[0013]例如，在所述開口中且在所述下選通管的溝道上形成所述多個存儲單元的存儲復合層和溝道層包括:在所述下選通的溝道上及所述開口的側壁上形成所述存儲復合層；去除部分所述存儲復合層，以露出所述下選通管的溝道;在所述開口中形成所述多個存儲單元的溝道層，所述多個存儲單元的溝道層連接所述下選通管的溝道。
[0014]例如，于在所述開口中形成所述多個存儲單元的溝道層之后，所述方法還包括:在所述開口中形成絕緣材料層，以填滿所述開口。
[0015]例如，在所述開口中形成所述多個存儲單元的溝道層包括:所述溝道層形成為填滿所述開口。
[0016]例如，在所述開口中形成所述多個存儲單元的溝道層包括:所述溝道層形成為不填滿所述開口，從而在所述開口中形成氣隙。
[0017]例如，在所述開口中且在所述多個存儲單元的存儲復合層和溝道層上形成所述上選通管的溝道包括:去除位于所述開口的上部的存儲復合層、溝道層和絕緣材料層;并且在所述開口中形成所述上選通管的溝道，所述上選通管的溝道連接所述多個存儲單元的溝道層。
[0018]例如，在所述開口中且在所述多個存儲單元的存儲復合層和溝道層上形成所述上選通管的溝道包括:去除位于所述開口的上部的存儲復合層和溝道層;并且在所述開口中形成所述上選通管的溝道，所述上選通管的溝道連接所述多個存儲單元的溝道層。
[0019]例如，在所述開口中且在所述多個存儲單元的存儲復合層和溝道層上形成所述上選通管的溝道包括:相對于襯底而言，所述上選通管的溝道的下表面形成為鄰接位于所述上選通管的柵極和與所述上選通管相鄰的存儲單元的控制柵極之間的隔離層。
[0020]例如，在所述多個隔離層當中，位于所述上選通管的柵極和與所述上選通管相鄰的存儲單元的控制柵極之間的隔離層的厚度大于位于所述多個存儲單元的控制柵極之間的隔離層的厚度。
[0021]例如，去除所述多個犧牲層以形成第一凹部、多個第二凹部以及第三凹部包括:圖案化所述多個隔離層和所述多個犧牲層以形成溝槽；自所述溝槽的側壁去除所述多個犧牲層，以在所述溝槽的側壁處形成第一凹部、多個第二凹部以及第三凹部。
[0022]例如，在所述第一凹部中形成所述下選通管的柵絕緣層并且在所述第三凹部中形成所述上選通管的柵絕緣層包括:對所述第一凹部露出的所述下選通管的溝道和所述第三凹部露出的所述上選通管的溝道進行熱氧化，以形成所述下選通管的柵絕緣層和所述上選通管的柵絕緣層。
[0023]例如，在從所述多個存儲單元的溝道層到所述開口的側壁的方向上，所述存儲復合層包括電荷隧穿層、電荷存儲層和電荷阻擋層。
[0024]例如，所述存儲裝置為三維NAND存儲裝置。
[0025]根據本公開的實施例，提供一種存儲裝置，該存儲裝置包括襯底以及由下至上依次形成在所述襯底上的下選通管、多個存儲單元和上選通管。所述下選通管包括溝道、柵極以及位于溝道和柵極之間的柵絕緣層;所述多個存儲單元包括溝道層、多個控制柵極以及位于溝道層和多個控制柵極之間的存儲復合層;所述上選通管包括溝道、柵極以及位于溝道和柵極之間的柵絕緣層;所述下選通管的溝道、所述多個存儲單元的溝道層和存儲復合層、以及所述上選通管的溝道形成柱形結構;所述下選通管的柵極、所述多個存儲單元的控制柵極和所述上選通管的柵極設置在所述柱形結構的側壁上并通過多個隔離層而彼此隔開。
[0026]例如，所述下選通管的柵絕緣層和所述多個存儲單元的存儲復合層彼此斷開。
[0027]例如，所述上選通管的柵絕緣層和所述多個存儲單元的存儲復合層彼此斷開。
[0028]例如，相對于襯底而言，所述下選通管的溝道的上表面設置為鄰接位于所述下選通管的柵極和與所述下選通管相鄰的存儲單元的控制柵極之間的隔離層。
[0029]例如，在所述多個隔離層當中，位于所述下選通管的柵極和與所述下選通管相鄰的存儲單元的控制柵極之間的隔離層的厚度大于位于所述多個存儲單元的控制柵極之間的隔離層的厚度。
[0030]例如，相對于襯底而言，所述上選通管的溝道的下表面設置為鄰接位于所述上選通管的柵極和與所述上選通管相鄰的存儲單元的控制柵極之間的隔離層。
[0031]例如，在所述多個隔離層當中，位于所述上選通管的柵極和與所述上選通管相鄰的存儲單元的控制柵極之間的隔離層的厚度大于位于所述多個存儲單元的控制柵極之間的隔離層的厚度。
[0032]例如，在對應于所述多個存儲單元的位置處，所述柱形結構由里向外依次包括絕緣材料層、所述溝道層和所述存儲復合層。
[0033]例如，在對應于所述多個存儲單元的位置處，所述柱形結構由里向外依次包括所述溝道層和所述存儲復合層。
[0034]例如，在對應于所述多個存儲單元的位置處，所述柱形結構的中央具有氣隙。
[0035]例如，所述存儲裝置為三維NAND存儲裝置。
【附圖說明】
[0036]為了更清楚地說明本公開實施例的技術方案，下面將對實施例的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅涉及本公開的一些實施例，而非對本公開的限制。
[0037]圖1是根據本公開實施例的存儲裝置的制造方法的流程圖；
[0038]圖2至圖14是根據本公開實施例的存儲裝置的制造方法的結構示意圖；
[0039]圖15是根據本公開實施例的存儲裝置的截面示意圖；
[0040]圖16是根據本公開實施例的存儲裝置的電路示意圖；
[0041 ]圖17是根據本公開實施例的存儲裝置的變形一的截面示意圖；以及
[0042]圖18是根據本公開實施例的存儲裝置的變形二的截面示意圖。
[0043]圖19是根據本公開實施例的三維NAND存儲裝置的立體示意圖。
【具體實施方式】
[0044]為使本公開實施例的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合本公開實施例的附圖，對本公開實施例的技術方案進行清楚、完整地描述。顯然，所描述的實施例是本公開的一部分實施例，而不是全部的實施例。基于所描述的本公開的實施例，本領域普通技術人員在無需創造性勞動的前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本公開保護的范圍。
[0045]除非另作定義，此處使用的技術術語或者科學術語應當為本公開所屬領域內具有一般技能的人士所理解的通常意義。本公開專利申請說明書以及權利要求書中使用的“第一”、“第二”以及類似的詞語并不表示任何順序、數量或者重要性，而只是用來區分不同的組成部分。“包括”或者“包含”等類似的詞語意指出現在“包括”或者“包含”前面的元件或者物件涵蓋出現在“包括”或者“包含”后面列舉的元件或者物件及其等同，并不排除其他元件或者物件。“上”、“下”、“左”、“右”等僅用于表示相對位置關系，當被描述對象的絕對位置改變后，則該相對位置關系也可能相應地改變。
[0046]根據本公開的實施例，提供一種存儲裝置的制造方法，該存儲裝置包括襯底以及由下至上依次形成在襯底上的下選通管、多個存儲單元和上選通管。下面，將參照附圖對根據本公開實施例的存儲裝置的制造方法進行詳細的描述。如圖1所示，根據本公開實施例的存儲裝置的制造方法包括以下步驟。
[0047]S1、提供襯底。
[0048]例如，如圖2所示，襯底10被提供。在該步驟中，可以清洗襯底10。例如，襯底10可以包括制作在其上的隔離結構；隔離結構可以是淺溝槽隔離結構或者局部氧化隔離結構。例如，襯底10可以包括制作在其上的集成電路，例如用于驅動存儲裝置的驅動電路。例如，襯底1可以是半導體襯底，諸如硅襯底、絕緣體上硅襯底、硅-鍺襯底、硅-鍺-碳襯底等;或者襯底10可以是絕緣襯底，諸如氧化硅襯底、玻璃襯底、塑料襯底;或者襯底10可以是導電襯底，諸如金屬襯底。
[0049]在根據本公開實施例的一個不例中，襯底10為娃襯底。
[0050]S2、在襯底上交替堆疊多個隔離層和多個犧牲層。
[0051]例如，如圖3所示，在襯底10上交替堆疊多個隔離層20和多個犧牲層30。多個隔離層20和多個犧牲層30在垂直于襯底的方向上交替堆疊。例如，隔離層20由諸如氧化硅的絕緣材料形成，犧牲層30由諸如氮化硅的絕緣材料形成。例如，隔離層20和犧牲層30通過濺射、化學氣相沉積、分子束外延等方法形成。
[0052]例如，如圖3所示，隔離層20與襯底10接觸，隔離層20位于相鄰的犧牲層30之間，且隔離層20位于多個隔離層20和多個犧牲層30所構成的堆疊的頂表面。例如，隔離層20和犧牲層30的數量可以根據存儲裝置中包括的存儲單元的數量來設定。
[0053]在隨后的工藝步驟中，將去除多個犧牲層30并在多個犧牲層30所在的位置處分別形成下選通管的柵極、多個存儲單元的控制柵極和上選通管的柵極。
[0054]S3、圖案化多個隔離層和多個犧牲層，以形成開口。
[0055]例如，如圖4所示，上述多個隔離層20和多個犧牲層30被圖案化，以形成開口40。例如，在垂直于襯底10的方向上，開口40穿過多個隔離層20和多個犧牲層30而到達襯底10。例如，在垂直于紙面的方向上，開口 40是封閉的；也就是，開口 40被隔離層20和犧牲層30包圍。在隨后的工藝步驟中，將在開口40中形成下選通管的溝道、多個存儲單元的溝道層和上選通管的溝道。開口40的數量可以根據需要設置為一個、兩個或更多個。在圖4中，作為示例，示出了兩個開口 40。
[0056]S4、在開口中形成下選通管的溝道。
[0057]例如，如圖5所示，在開口40中形成下選通管的溝道50。例如，采用選擇性生長技術，在開口 40的底部形成下選通管的溝道50;選擇性生長技術可以是外延技術，諸如分子束外延技術。通過選擇性生長技術，用于形成溝道50的材料可以僅形成在開口 40的底部而不會形成到開口 40的側壁或其他位置，從而可以避免采用其他工藝來去除不必要的材料，簡化了制造工藝，縮短了制造周期。
[0058]例如，下選通管的溝道50由硅、鍺、硅鍺、II1-V族化合物半導體、I1-VI族化合物半導體等形成。進一步地，例如下選通管的溝道50由單晶硅形成。
[0059]S5、在開口中且在下選通管的溝道上形成多個存儲單元的存儲復合層和溝道層，其中多個存儲單元的存儲復合層位于多個存儲單元的溝道層和開口的側壁之間。
[0060]例如，如圖6至9所示，在開口40中且在下選通管的溝道50上形成多個存儲單元的存儲復合層60和溝道層70，其中多個存儲單元的存儲復合層60位于多個存儲單元的溝道層70和開口 40的側壁之間。
[0061 ]例如，在從多個存儲單元的溝道層70到開口 40的側壁的方向上，存儲復合層60包括電荷隧穿層、電荷存儲層和電荷阻擋層(未示出)。例如，電荷隧穿層和電荷阻擋層的任一方可以由一種或多種絕緣材料形成，例如氧化硅、氮化硅、高k絕緣材料等；電荷隧穿層的材料和電荷阻擋層的材料可以相同或不同。例如，電荷存儲層可以包括導電納米顆粒;或者電荷存儲層可以包括電荷存儲介質層，例如由氮化娃形成。
[0062]例如，溝道層70由硅、鍺、硅鍺、II1-V族化合物半導體、I1-VI族化合物半導體等形成。進一步地，例如溝道層70由多晶硅形成。
[0063]例如，在步驟S5中，在開口中且在下選通管的溝道上形成多個存儲單元的存儲復合層和溝道層包括以下步驟:
[0064]S51、在下選通管的溝道50上及開口 40的側壁上形成存儲復合層60，如圖6所示；
[0065]S52、形成第一溝道層71以覆蓋存儲復合層60，如圖7所示；
[0066]S53、去除部分第一溝道層71和部分存儲復合層60，以露出下選通管的溝道50，如圖8所示；以及
[0067]S54、在開口 40中形成第二溝道層72，第二溝道層72連接第一溝道層71和下選通管的溝道50，第一溝道層71的未去除部分和第二溝道層72構成多個存儲單元的溝道層70，如圖9所示。
[0068]例如，第一溝道層71和第二溝道層72可以由相同或不同的材料形成。
[0069]例如，在上述步驟S53中，采用刻蝕工藝，去除位于下選通管的溝道50上的第一溝道層71和存儲復合層60以露出下選通管的溝道50。
[0070]溝道層70與存儲復合層60之間的界面可能會影響存儲裝置的特性。在上述步驟S52和S53中，首先形成第一溝道層71然后再進行刻蝕以露出下選通管的溝道50，這樣可以避免溝道層70與存儲復合層60之間的界面受到刻蝕工藝的影響，可以在溝道層70與存儲復合層60之間形成良好的界面。
[0071]在上述步驟S53中，在進行刻蝕工藝時可能會影響第一溝道層71的未去除部分。在上述步驟S54中，在開口 40中形成第二溝道層72，一方面可以通過第二溝道層72連接第一溝道層71和下選通管的溝道50以使得第一溝道層71的未去除部分和第二溝道層72構成多個存儲單元的溝道層70，另一方面可以通過第二溝道層72修復可能受到蝕刻工藝影響的第一溝道層71的未去除部分。
[0072]例如，在上述步驟S51和S52中，形成的存儲復合層60和第一溝道層71可能會覆蓋多個隔離層20和多個犧牲層30所構成的堆疊的頂表面。例如，在上述步驟S53中，存儲復合層60和第一溝道層71的覆蓋堆疊(該堆疊由多個隔離層20和多個犧牲層30構成)的頂表面的部分被一并去除。
[0073]例如，在上述步驟S54中，在開口 40中形成第二溝道層72之后，還在開口 40中形成絕緣材料層80，以填滿開口40，參見圖9。如上所述，溝道層70可以由多晶硅形成。通常，多晶硅層的厚度越大，多晶硅層中的晶界缺陷就越多。因此，可以將溝道層70形成到存儲裝置所需要的厚度，而將開口 40的剩余部分用絕緣材料層80填充。例如，絕緣材料層80可以由任何合適的絕緣材料形成，諸如氧化硅。
[0074]例如，在上述步驟S54中，第二溝道層72形成為填滿開口40，參見圖17所述的存儲裝置。在此情況下，可能會使得溝道層70的厚度增大而導致較多的晶界缺陷，但是會省略形成絕緣材料層80的步驟而簡化制造工藝。
[0075]例如，在上述步驟S54中，第二溝道層72形成為不填滿開口40，從而在開口 40中形成氣隙110，參見圖18所示的存儲裝置。在此情況下，可以將溝道層70的厚度控制在存儲裝置所需要的厚度而減少晶界缺陷且同時可以省略形成絕緣材料層80的步驟，然而可能難以保證氣隙110在多個開口 40中的結構一致性，導致一定的工藝差異性。
[0076]備選地，盡管未示出，在步驟S5中，在開口中且在下選通管的溝道上形成多個存儲單元的存儲復合層和溝道層包括以下步驟:
[0077]S51’、在下選通的溝道50上及開口40的側壁上形成存儲復合層60;
[0078]S52 ’、去除部分存儲復合層60，以露出下選通管的溝道50;
[0079]S53’、在開口40中形成多個存儲單元的溝道層70，多個存儲單元的溝道層70連接下選通管的溝道50。
[0080]例如，在上述步驟S51’至S53’中，溝道層70—次形成，可以簡化制造工藝。
[0081 ] 例如，在上述步驟S53，中，在開口 40中形成溝道層70之后，還在開口 40中形成絕緣材料層80，以填滿開口 40。
[0082]例如，在上述步驟S53’中，溝道層70形成為填滿開口40。例如，在上述步驟S53’中，溝道層70形成為不填滿開口 40，從而在開口 40中形成氣隙110。
[0083]例如，在上述步驟S5之后，根據本公開實施例的存儲裝置的制造方法還包括以下步驟。
[0084]S6、在開口中且在多個存儲單元的存儲復合層和溝道層上形成上選通管的溝道。
[0085]例如，如圖10和11所示，在開口40中且在多個存儲單元的存儲復合層60和溝道層70上形成上選通管的溝道90ο例如，上選通管的溝道90由硅、鍺、硅鍺、II1-V族化合物半導體、I1-VI族化合物半導體等形成。進一步地，例如上選通管的溝道90由單晶硅形成。例如，上選通管的溝道90的上表面形成為與開口 40的上端齊平。
[0086]例如，上述步驟S6進一步包括以下步驟:
[0087]S61、在形成有絕緣材料層80的情況下，去除位于開口 40的上部的存儲復合層60、溝道層70和絕緣材料層80，并且在未形成有絕緣材料層80的情況下，去除位于開口 40的上部的存儲復合層60和溝道層70。例如，可以選擇適當的刻蝕工藝，以一次性去除位于開口 40的上部的存儲復合層60、溝道層70和絕緣材料層80或者一次性去除位于開口 40的上部的存儲復合層60和溝道層70
[0088]S62、在開口 40中形成上選通管的溝道90，上選通管的溝道90連接多個存儲單元的溝道層70。
[0089]S7、去除多個犧牲層以形成第一凹部、多個第二凹部以及第三凹部，其中第一凹部露出下選通管的溝道，多個第二凹部露出多個存儲單元的存儲復合層，并且第三凹部露出上選通管的溝道。
[0090]例如，如圖12和13所示，多個犧牲層30被去除以形成第一凹部33’、多個第二凹部34’以及第三凹部35’，第一凹部33’露出下選通管的溝道50，多個第二凹部34’露出多個存儲單元的存儲復合層60，并且第三凹部34，露出上選通管的溝道90。
[0091]例如，步驟S7進一步包括以下步驟。
[0092]S71、圖案化多個隔離層20和多個犧牲層30以形成溝槽100，如圖12所示。例如，在垂直于襯底10的方向上，溝槽100穿過多個隔離層20和多個犧牲層30而到達襯底10。例如，在垂直于紙面的方向上，溝槽100是貫通的；也就是，在垂直于紙面的方向上，溝槽100的端部不再具有犧牲層30或隔離層20。
[0093]S72、自溝槽100的側壁去除多個犧牲層30，以在溝槽100的側壁處形成第一凹部33’、多個第二凹部34’以及第三凹部35’，如圖13所示。
[0094]S8、在第一凹部中形成下選通管的柵絕緣層并且在第三凹部中形成上選通管的柵絕緣層。
[0095]例如，如圖14所示，在第一凹部33’中形成下選通管的柵絕緣層31并且在第三凹部35’中形成上選通管的柵絕緣層32。例如，下選通管的柵絕緣層31和上選通管的柵絕緣層32同時形成，以簡化制造工藝。例如，對第一凹部33’露出的下選通管的溝道50和第三凹部35’露出的上選通管的溝道90進行熱氧化，以形成下選通管的柵絕緣層31和上選通管的柵絕緣層32 ο如上所述，多個第二凹部34 ’露出多個存儲單元的存儲復合層60 ο在存儲復合層60的電荷隧穿層、電荷存儲層和電荷阻擋層當中，第二凹部34’露出的是電荷阻擋層且電荷阻擋層抗氧化；因此，在熱氧化工藝中，電荷阻擋層可以保護存儲復合層60不受影響。在根據本公開的實施例中，采用熱氧化工藝，一方面可以同時形成下選通管的柵絕緣層31和上選通管的柵絕緣層32，另一方面可以不對存儲單元的存儲復合層60造成任何影響。
[0096]在一種對比技術中，下選通管的柵絕緣層和上選通管的柵絕緣層由與存儲復合層相同的材料形成，從而導致下選通管的柵絕緣層和上選通管的柵絕緣層包括具有電荷存儲能力的層，使得下選通管和上選通管的閾值電壓漂移。然而，在根據本公開的實施例中，可以根據需要，設計期望的存儲復合層并設計期望的上和下選通管的柵絕緣層，從而既能保證存儲單元的特性又能保證上和下選通管的特性。
[0097]S9、在第一凹部中形成下選通管的柵極，在多個第二凹部中形成多個存儲單元的控制柵極，并在第三凹部中形成上選通管的柵極。
[0098]例如，如圖15所示，在第一凹部33’中形成下選通管的柵極33，在多個第二凹部34’中形成多個存儲單元的控制柵極34，并在第三凹部35’中形成上選通管的柵極35。例如，下選通管的柵極33、多個存儲單元的控制柵極34和上選通管的柵極35采用相同的材料同時形成，以簡化制造工藝。例如，下選通管的柵極33、多個存儲單元的控制柵極34和上選通管的柵極35采用任何合適的導電材料或半導體材料形成，諸如摻雜多晶硅、鎢、銅、鋁、鉭、鈦、鈷等。
[0099]例如，步驟S9進一步包括以下步驟。
[0100]S91、形成柵極材料以填充第一凹部33 ’、多個第二凹部34’和第三凹部35’。例如，采用沉積方法，將柵極材料填充入第一凹部33’、多個第二凹部34’和第三凹部35’。
[0101]S92、去除突出于第一凹部33’、多個第二凹部34’和第三凹部35’的柵極材料，以形成下選通管的柵極33、多個存儲單元的控制柵極34和上選通管的柵極35并且下選通管的柵極33、多個存儲單元的控制柵極34和上選通管的柵極35通過隔離層20而彼此隔開。
[0102]通過上述的步驟SI至S9即可完成根據本公開實施例的存儲裝置的制造方法。在根據本發明實施例的存儲裝置的制造方法中，下選通管、多個存儲單元和上選通管同時形成(舉例而言，下選通管與多個存儲單元之間的隔離層、多個存儲單元之間的隔離層、以及多個存儲單元與上選通管之間的隔離層同時形成;對應于下選通管的犧牲層、對應于多個存儲單元的犧牲層、以及對應于上選通管的犧牲層同時形成；下選通管的柵絕緣層和上選通管的柵絕緣層同時形成；下選通管的柵極、多個存儲單元的控制柵極和上選通管的柵極同時形成)，避免了重復相似的工藝，簡化了制造工藝，縮短了制造周期并減少了制造成本。另夕卜，在根據本發明實施例的存儲裝置的制造方法中，預先形成開口，下選通管的溝道、多個存儲單元的溝道層以上選通管的溝道均形成在開口中，從而可以提高下選通管、多個存儲單元和上選通管的對準精度。
[0103]例如，如圖15所示，在根據本公開實施例的制造方法中，相對于襯底10而言，下選通管的溝道50的上表面形成為鄰接位于下選通管的柵極33和與下選通管相鄰的存儲單元的控制柵極34之間的隔離層20(也就是，下選通管的溝道50的上表面形成為鄰接由下往上數的第二個隔離層20)。這樣一來，可以提高存儲裝置的特性。更進一步地，例如，下選通管的溝道50的上表面形成為介于位于下選通管的柵極33和與下選通管相鄰的存儲單元的控制柵極34之間的隔離層20的上和下表面之間(也就是，下選通管的溝道50的上表面形成為介于由下往上數的第二個隔離層20的上和下表面之間)，以進一步提高存儲裝置的特性。如上所述，在步驟S4中形成下選通管的溝道50;為了在步驟S4中容易地實現上述結構，例如在多個隔離層20當中，位于下選通管的柵極33和與下選通管相鄰的存儲單元的控制柵極34之間的隔離層20的厚度大于位于多個存儲單元的控制柵極34之間的隔離層20的厚度(也就是，由下往上數第二個隔離層20的厚度大于位于多個存儲單元的控制柵極34之間的隔離層20的厚度)。例如，兼顧到制造效率和器件特性，位于下選通管的柵極33和與下選通管相鄰的存儲單元的控制柵極34之間的隔離層20的厚度是位于多個存儲單元的控制柵極34之間的隔離層20的厚度的2-5倍，更進一步地例如為3倍。
[0104]例如，如圖15所示，在根據本公開實施例的制造方法中，相對于襯底10而言，上選通管的溝道90的下表面形成為鄰接位于上選通管的柵極35和與上選通管相鄰的存儲單元的控制柵極34之間的隔離層20(也就是，上選通管的溝道90的下表面形成為鄰接由上往下數的第二個隔離層20)。這樣一來，可以提高存儲裝置的特性。更進一步地，例如，上選通管的溝道90的下表面形成為介于位于上選通管的柵極35和與上選通管相鄰的存儲單元的控制柵極34之間的隔離層20的上和下表面之間(也就是，上選通管的溝道90的下表面形成為介于由上往下數的第二個隔離層20的上和下表面之間)，以進一步提高存儲裝置的特性。如上所述，在步驟S6中形成上選通管的溝道90;為了在步驟S6中容易地實現上述結構，例如在多個隔離層20當中，位于上選通管的柵極35和與上選通管相鄰的存儲單元的控制柵極34之間的隔離層20的厚度大于位于多個存儲單元的控制柵極34之間的隔離層20的厚度。(也就是，由上往下數第二個隔離層20的厚度大于位于多個存儲單元的控制柵極34之間的隔離層20的厚度)。例如，兼顧到制造效率和器件特性，位于上選通管的柵極35和與上選通管相鄰的存儲單元的控制柵極34之間的隔離層20的厚度是位于多個存儲單元的控制柵極34之間的隔離層20的厚度的2-5倍，更進一步地例如為3倍。
[0105]例如，如圖15所示，在根據本公開實施例的制造方法中，所制造的存儲裝置為三維NAND存儲裝置，溝槽100將存儲裝置劃分為多個分區。在圖15中，作為示例，示出了一個分區包括一排NAND存儲串。需要說明的是，在實際應用中，可以根據需要在一個分區設置多排NAND存儲串。
[0106]根據本發明的實施例，還提供一種存儲裝置。圖15為根據本公開實施例的存儲裝置的截面示意圖，圖16為根據本公開實施例的存儲裝置的電路圖。如圖15和16所示，該存儲裝置包括襯底10以及由下至上依次形成在所述襯底10上的下選通管2、多個存儲單元3和上選通管4;下選通管2包括溝道50、柵極33以及位于溝道50和柵極33之間的柵絕緣層31;多個存儲單元3包括溝道層70、多個控制柵極34以及位于溝道層70和多個控制柵極之間34的存儲復合層60;上選通管4包括溝道90、柵極35以及位于溝道90和柵極35之間的柵絕緣層32;下選通管的溝道50、多個存儲單元3的溝道層70和存儲復合層60、以及上選通管4的溝道90形成柱形結構;并且下選通管2的柵極33、多個存儲單元4的控制柵極34和上選通管4的柵極35設置在所述柱形結構的側壁上并通過多個隔離層20而彼此隔開。
[0107]需要說明的是，在圖15中示出了左右兩個相同的存儲串，圖16的電路圖僅示出了一個存儲串的電路連接關系。
[0108]例如，如圖15所示，下選通管2的柵絕緣層31和多個存儲單元3的存儲復合層60彼此斷開。由此，可以獨立地設計柵絕緣層31和存儲復合層60并可以通過如上所述的簡化的制造工藝來制造存儲裝置。
[0109]例如，如圖15所示，上選通管4的柵絕緣層32和多個存儲單元3的存儲復合層60彼此斷開。由此，可以獨立地設計柵絕緣層32和存儲復合層60并可以通過如上所述的簡化的制造工藝來制造存儲裝置。
[0110]例如，如圖15所示，相對于襯底10而言，下選通管2的溝道50的上表面設置為鄰接位于下選通管2的柵極33和與下選通管2相鄰的存儲單元3的控制柵極34之間的隔離層(也就是說，下選通管2的溝道50的上表面設置為鄰接由下往上數的第二個隔離層20)。這樣一來，可以改善根據本公開實施例的存儲裝置的特性。進一步地，為了容易地實現上述結構，例如，在多個隔離層22當中，位于下選通管2的柵極33和與下選通管2相鄰的存儲單元3的控制柵極34之間的隔離層的厚度大于位于多個存儲單元3的控制柵極之間的隔離層的厚度。
[0111]例如，如圖15所示，相對于襯底10而言，上選通管4的溝道90的下表面設置為鄰接位于上選通管4的柵極35和與上選通管4相鄰的存儲單元3的控制柵極34之間的隔離層(也就是說，上選通管4的溝道90的下表面設置為鄰接由上往下數的第二個隔離層20)。這樣一來，可以改善根據本公開實施例的存儲裝置的特性。進一步地，為了容易地實現上述結構，例如，在多個隔離層當20中，位于上選通管4的柵極35和與上選通管4相鄰的存儲單元3的控制柵極34之間的隔離層的厚度大于位于多個存儲單元3的控制柵極34之間的隔離層的厚度。
[0112]例如，如圖15所示，在對應于多個存儲單元的位置處，所述柱形結構由里向外依次包括絕緣材料層80、溝道層70和存儲復合層60。
[0113]圖17和圖18為根據本公開實施例的存儲裝置的變形。例如，如圖17所示，在對應于多個存儲單元的位置處，所述柱形結構由里向外依次包括溝道層70和存儲復合層60。例如，如圖18所示，在對應于多個存儲單元的位置處，所述柱形結構的中央具有氣隙110。
[0114]例如，根據本公開實施例的存儲裝置為三維NAND存儲裝置。圖19為根據本公開實施例的三維NAND存儲裝置的立體示意圖。在此情形下，例如根據本公開實施例的存儲裝置還包括溝槽100，溝槽100將存儲裝置劃分為多個分區。在圖19中，作為示例，示出了一個分區包括一排NAND存儲串。需要說明的是，在實際應用中，可以根據需要在一個分區設置多排NAND存儲串。
[0115]需要說明的是，圖15、圖17和圖18可以為沿圖19的A-A線截取的截面圖。
[0116]在本公開實施例的所有附圖中，作為示例示出了四個存儲單元。然而，本公開實施例不限于此，存儲單元可以為兩個、三個或更多個。
[0117]以上所述僅是本公開的示范性實施例，而非用于限制本公開的保護范圍，本公開的保護范圍由權利要求確定。
【主權項】
1.一種存儲裝置的制造方法，該存儲裝置包括襯底以及由下至上依次形成在所述襯底上的下選通管、多個存儲單元和上選通管，其中 所述方法包括: 提供所述襯底； 在所述襯底上交替堆疊多個隔離層和多個犧牲層； 圖案化所述多個隔離層和所述多個犧牲層，以形成開口 ； 在所述開口中形成所述下選通管的溝道； 在所述開口中且在所述下選通管的溝道上形成所述多個存儲單元的存儲復合層和溝道層，其中所述多個存儲單元的存儲復合層位于所述多個存儲單元的溝道層和所述開口的側壁之間；在所述開口中且在所述多個存儲單元的存儲復合層和溝道層上形成所述上選通管的溝道； 去除所述多個犧牲層以形成第一凹部、多個第二凹部以及第三凹部，其中所述第一凹部露出所述下選通管的溝道，所述多個第二凹部露出所述多個存儲單元的存儲復合層，并且所述第三凹部露出所述上選通管的溝道； 在所述第一凹部中形成所述下選通管的柵絕緣層并且在所述第三凹部中形成所述上選通管的柵絕緣層；以及 在所述第一凹部中形成所述下選通管的柵極，在所述多個第二凹部中形成所述多個存儲單元的控制柵極，并在所述第三凹部中形成所述上選通管的柵極。2.根據權利要求1所述的存儲裝置的制造方法，其中在所述開口中形成所述下選通管的溝道包括: 相對于襯底而言，所述下選通管的溝道的上表面形成為鄰接位于所述下選通管的柵極和與所述下選通管相鄰的存儲單元的控制柵極之間的隔離層。3.根據權利要求2所述的存儲裝置的制造方法，其中 在所述多個隔離層當中，位于所述下選通管的柵極和與所述下選通管相鄰的存儲單元的控制柵極之間的隔離層的厚度大于位于所述多個存儲單元的控制柵極之間的隔離層的厚度。4.根據權利要求1所述的存儲裝置的制造方法，其中在所述開口中形成所述下選通管的溝道包括: 采用選擇性生長技術，在所述開口的底部形成所述下選通管的溝道。5.根據權利要求1所述的存儲裝置的制造方法，其中在所述開口中且在所述下選通管的溝道上形成所述多個存儲單元的存儲復合層和溝道層包括: 在所述下選通的溝道上及所述開口的側壁上形成所述存儲復合層； 形成第一溝道層以覆蓋所述存儲復合層； 去除部分所述第一溝道層和部分所述存儲復合層，以露出所述下選通管的溝道； 在所述開口中形成第二溝道層，所述第二溝道層連接所述第一溝道層和所述下選通管的溝道， 其中所述第一溝道層的未去除部分和所述第二溝道層構成所述多個存儲單元的溝道層。6.根據權利要求5所述的存儲裝置的制造方法，其中于在所述開口中形成第二溝道層之后，所述方法還包括:在所述開口中形成絕緣材料層，以填滿所述開口。7.根據權利要求5所述的存儲裝置的制造方法，其中在所述開口中形成第二溝道層包括:所述第二溝道層形成為填滿所述開口。8.根據權利要求5所述的存儲裝置的制造方法，其中在所述開口中形成第二溝道層包括:所述第二溝道層形成為不填滿所述開口，從而在所述開口中形成氣隙。9.根據權利要求1所述的存儲裝置的制造方法，其中在所述開口中且在所述下選通管的溝道上形成所述多個存儲單元的存儲復合層和溝道層包括: 在所述下選通的溝道上及所述開口的側壁上形成所述存儲復合層； 去除部分所述存儲復合層，以露出所述下選通管的溝道； 在所述開口中形成所述多個存儲單元的溝道層，所述多個存儲單元的溝道層連接所述下選通管的溝道。10.根據權利要求9所述的存儲裝置的制造方法，其中于在所述開口中形成所述多個存儲單元的溝道層之后，所述方法還包括:在所述開口中形成絕緣材料層，以填滿所述開口。11.根據權利要求9所述的存儲裝置的制造方法，其中在所述開口中形成所述多個存儲單元的溝道層包括:所述溝道層形成為填滿所述開口。12.根據權利要求9所述的存儲裝置的制造方法，其中在所述開口中形成所述多個存儲單元的溝道層包括:所述溝道層形成為不填滿所述開口，從而在所述開口中形成氣隙。13.根據權利要求6或10所述的存儲裝置的制造方法，其中在所述開口中且在所述多個存儲單元的存儲復合層和溝道層上形成所述上選通管的溝道包括: 去除位于所述開口的上部的存儲復合層、溝道層和絕緣材料層;并且 在所述開口中形成所述上選通管的溝道，所述上選通管的溝道連接所述多個存儲單元的溝道層。14.根據權利要求7-8及11-12任一項所述的存儲裝置的制造方法，其中在所述開口中且在所述多個存儲單元的存儲復合層和溝道層上形成所述上選通管的溝道包括: 去除位于所述開口的上部的存儲復合層和溝道層;并且 在所述開口中形成所述上選通管的溝道，所述上選通管的溝道連接所述多個存儲單元的溝道層。15.根據權利要求1所述的存儲裝置的制造方法，其中在所述開口中且在所述多個存儲單元的存儲復合層和溝道層上形成所述上選通管的溝道包括: 相對于襯底而言，所述上選通管的溝道的下表面形成為鄰接位于所述上選通管的柵極和與所述上選通管相鄰的存儲單元的控制柵極之間的隔離層。16.根據權利要求15所述的存儲裝置的制造方法，其中 在所述多個隔離層當中，位于所述上選通管的柵極和與所述上選通管相鄰的存儲單元的控制柵極之間的隔離層的厚度大于位于所述多個存儲單元的控制柵極之間的隔離層的厚度。17.根據權利要求1所述的存儲裝置的制造方法，其中去除所述多個犧牲層以形成第一凹部、多個第二凹部以及第三凹部包括: 圖案化所述多個隔離層和所述多個犧牲層以形成溝槽； 自所述溝槽的側壁去除所述多個犧牲層，以在所述溝槽的側壁處形成第一凹部、多個第二凹部以及第三凹部。18.根據權利要求1所述的存儲裝置的制造方法，其中在所述第一凹部中形成所述下選通管的柵絕緣層并且在所述第三凹部中形成所述上選通管的柵絕緣層包括: 對所述第一凹部露出的所述下選通管的溝道和所述第三凹部露出的所述上選通管的溝道進行熱氧化，以形成所述下選通管的柵絕緣層和所述上選通管的柵絕緣層。19.根據權利要求1所述的存儲裝置的制造方法，其中在從所述多個存儲單元的溝道層到所述開口的側壁的方向上，所述存儲復合層包括電荷隧穿層、電荷存儲層和電荷阻擋層。20.根據權利要求1所述的存儲裝置的制造方法，其中所述存儲裝置為三維NAND存儲裝置。
【文檔編號】H01L21/8247GK105870068SQ201610232398
【公開日】2016年8月17日
【申請日】2016年4月14日
【發明人】王博, 吳華強, 錢鶴, 伍冬, 曹堪宇, 朱明 , 朱一明
【申請人】清華大學, 北京兆易創新科技股份有限公司