專利名稱：非易失性存儲(chǔ)器件及其制造方法
非易失性存儲(chǔ)器件及其制造方法
相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用
本申請(qǐng)要求2010年12月30日提交的韓國(guó)專利申請(qǐng)No. 10-2010-0138858的優(yōu)先權(quán)，本文通過引用包括該申請(qǐng)的全部?jī)?nèi)容。技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明的示例性實(shí)施例涉及一種非易失性存儲(chǔ)器件及其制造方法，更具體而言， 涉及一種包括垂直于襯底層疊的多個(gè)存儲(chǔ)器單元的非易失性存儲(chǔ)器件及其制造方法。
背景技術(shù)：
非易失性存儲(chǔ)器件即使在電源被切斷的情況下也保留所存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)。各種非易失性存儲(chǔ)器件如快閃存儲(chǔ)器件得到廣泛的使用。
由于制造成硅襯底之上的單層中的二維存儲(chǔ)器件的存儲(chǔ)器件的集成度達(dá)到了技術(shù)極限，所以提出了其中垂直于硅襯底層疊多個(gè)存儲(chǔ)器單元(memeory cell)的三維非易失性存儲(chǔ)器件。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的實(shí)施例涉及一種非易失性存儲(chǔ)器件及其制造方法，所述非易失性存儲(chǔ)器件由于在垂直方向上層疊有多個(gè)存儲(chǔ)器單元而具有增加的集成度，具有簡(jiǎn)單的制造工藝， 并且穩(wěn)定地執(zhí)行存儲(chǔ)器單元操作。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，一種非易失性存儲(chǔ)器件包括沿第一方向延伸的溝道結(jié)構(gòu)，所述溝道結(jié)構(gòu)包括交替層疊在襯底之上的多個(gè)層間電介質(zhì)層和多個(gè)溝道層以使每個(gè)層間電介質(zhì)層與多個(gè)溝道層中相應(yīng)的一個(gè)溝道層相鄰。所述非易失性存儲(chǔ)器件包括在溝道結(jié)構(gòu)之上的字線，所述字線在溝道結(jié)構(gòu)之上沿著與第一方向相交叉的第二方向延伸；以及柵電極，所述柵電極沿著向下的方向突出于字線并與溝道結(jié)構(gòu)的側(cè)壁接觸。存儲(chǔ)器柵絕緣層被插入到柵電極與溝道結(jié)構(gòu)之間，其中，與層間電介質(zhì)層的側(cè)壁相比，溝道層的與柵電極接觸的側(cè)壁向柵電極突出。
根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例，一種制造非易失性存儲(chǔ)器件的方法包括以下步驟形成沿著第一方向延伸的溝道結(jié)構(gòu)，并且所述溝道結(jié)構(gòu)包括交替層疊在襯底之上的多個(gè)層間電介質(zhì)層和多個(gè)溝道層，以使每個(gè)層間電介質(zhì)層與多個(gè)溝道層中相應(yīng)的一個(gè)溝道層相鄰。 所述方法還可以包括以下步驟在包括溝道結(jié)構(gòu)的襯底之上形成存儲(chǔ)器柵絕緣層；以及在存儲(chǔ)器柵絕緣層之上形成在溝道結(jié)構(gòu)之上沿著與第一方向相交叉的第二方向延伸的字線以及沿著向下的方向突出于字線并與溝道結(jié)構(gòu)的側(cè)壁接觸的柵電極。與層間電介質(zhì)層的側(cè)壁相比，溝道層的與柵電極接觸的側(cè)壁可以向柵電極突出。


圖IA至圖IG圖示了根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的具有三維結(jié)構(gòu)的非易失性存儲(chǔ)器件。圖2A至圖4E圖示了根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的制造具有三維結(jié)構(gòu)的非易失性存儲(chǔ)器件的方法。圖5A至圖6E圖示了根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的具有三維結(jié)構(gòu)的非易失性存儲(chǔ)器件以及制造該非易失性存儲(chǔ)器件的方法。
具體實(shí)施例方式下面將參照附圖更詳細(xì)地描述本發(fā)明的示例性實(shí)施例。但是，本發(fā)明可以以不同的方式實(shí)施，而不應(yīng)解釋成被限定為本文所列的實(shí)施例。確切地說，提供這些實(shí)施例是為了使本說明書充分和完整，并向本領(lǐng)域技術(shù)人員充分傳達(dá)本發(fā)明的范圍。在本說明書中，相同的附圖標(biāo)記在本發(fā)明的不同附圖和實(shí)施例中表示相同的部分。附圖并非按比例繪制，在某些情況下，為了清楚地示出實(shí)施例的特征可能對(duì)比例做夸大處理。當(dāng)提及第一層在第二層“上”或在襯底“上”時(shí)，其不僅表示第一層直接形成在第二層上或在襯底上的情況，還表示在第一層與第二層之間或在第一層與襯底之間存在至少第三層的情況。下面，參照?qǐng)DIA至圖4E描述根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的具有三維結(jié)構(gòu)的非易失性存儲(chǔ)器件及其制造方法。圖IA至圖IG示出了根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的具有三維結(jié)構(gòu)的非易失性存儲(chǔ)器件。圖IA是非易失性存儲(chǔ)器件的立體圖，圖IB是非易失性存儲(chǔ)器件的俯視圖。圖IC和圖 ID分別是通過沿著線X1-X2和線X3-X4截取圖IA的非易失性存儲(chǔ)器件獲得的截面圖。圖 IE和圖IF分別是通過沿著線Y1-Y2和線TO-W截取圖IA的非易失性存儲(chǔ)器件獲得的截面圖。圖IG是將圖IA中所示的非易失性存儲(chǔ)器件的A部分放大的截面圖。參照?qǐng)DIA至圖1G，具有三維結(jié)構(gòu)的非易失性存儲(chǔ)器件包括襯底100 ；沿著第一方向延伸的溝道結(jié)構(gòu)C，其中溝道結(jié)構(gòu)C包括交替層疊在襯底100之上的多個(gè)層間電介質(zhì)層 110和多個(gè)溝道層120 ；沿著第二方向延伸的字線WL，所述第二方向與所述第一方向相交叉并且在溝道結(jié)構(gòu)C之上延伸；沿著向下的方向突出于字線WL以與溝道結(jié)構(gòu)C的側(cè)壁接觸的柵電極140A ；以及插入在柵電極140A與溝道結(jié)構(gòu)C之間的存儲(chǔ)柵絕緣層130。下面，為了便于描述，層間電介質(zhì)層110和溝道層120層疊的方向被定義為層疊方向或垂直方向。襯底100例如可以是單晶硅襯底，所述單晶硅襯底可以包括預(yù)定的結(jié)構(gòu)(未示出)，如阱和絕緣層。溝道結(jié)構(gòu)C包括交替層疊的層間電介質(zhì)層110和溝道層120。層間電介質(zhì)層110 可以是氧化物層或氮化物層。溝道層120可以是每個(gè)都用P型或N型雜質(zhì)摻雜的多晶硅層或單晶硅層。溝道結(jié)構(gòu)C可以通過沿著第一方向延伸以復(fù)數(shù)形式提供。多個(gè)溝道結(jié)構(gòu)C可以被設(shè)置為沿著第二方向彼此平行地被它們之間的空間分隔開。例如，溝道層120的與柵電極140A接觸的側(cè)壁(例如，沿著線X1-X2)可以比層間電介質(zhì)層110的側(cè)壁朝向柵電極140A突出得更多。換言之，溝道結(jié)構(gòu)C的與柵電極140A接觸的側(cè)壁可以具有凹凸形狀以使溝道層120的寬度可以比層間電介質(zhì)層110的寬度更寬。在本發(fā)明的這一實(shí)施例中，溝道結(jié)構(gòu)C的與柵電極140A接觸的側(cè)壁(例如，沿著線X1-X2)具有所述的凹凸形狀，而溝道結(jié)構(gòu)C的未與柵電極140A接觸的側(cè)壁(例如，沿著線X3-X4)具有基本上平坦的形狀(參見圖IC和圖ID的截面)，但是本發(fā)明的范圍不限于此。根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例，溝道結(jié)構(gòu)C的與柵電極140A接觸的側(cè)壁和溝道結(jié)構(gòu)C的未與柵電極140A接觸的側(cè)壁可以具有基本相同的凹凸。這將在之后參照?qǐng)D5A至圖6E中描述。通過沿著第二方向延伸可以在溝道結(jié)構(gòu)C上設(shè)置多個(gè)字線WL。字線WL可以被設(shè)置為彼此平行同時(shí)彼此被分隔開。字線WL可以包括，例如，導(dǎo)電層140B和硅化物層140C。 導(dǎo)電層140B可以是，例如，金屬層或摻雜有雜質(zhì)的多晶硅層。硅化物層140C可以任選地被設(shè)置在導(dǎo)電層140B之上以降低字線WL的電阻。例如，硅化物層140C可以由金屬硅化物如硅化鎢形成。柵電極140A被設(shè)置在字線WL之下以填充溝道結(jié)構(gòu)C與另一溝道結(jié)構(gòu)C之間的空間。簡(jiǎn)言之，柵電極140A沿著向下的方向突出于字線WL并且被設(shè)置在溝道結(jié)構(gòu)C之間以便與溝道結(jié)構(gòu)C的側(cè)壁接觸。據(jù)此，一個(gè)字線WL可以電連接多個(gè)柵電極140A。溝道結(jié)構(gòu)C 的側(cè)壁與柵電極140A接觸可以是指在它們之間利用存儲(chǔ)器柵絕緣層130的間接接觸。如上所述，在溝道結(jié)構(gòu)C與柵電極140A接觸的側(cè)壁中，溝道層120的側(cè)壁比層間電介質(zhì)層Iio的側(cè)壁向柵電極140A突出得更多，并且柵電極140A的側(cè)壁可以沿著溝道結(jié)構(gòu)C的側(cè)壁輪廓形成。因此，由于柵電極140A不僅與溝道層120的側(cè)壁接觸還與溝道層 120上表面的一部分和溝道層120下表面的一部分接觸，所以可以增加?xùn)烹姌O140A與溝道層120之間的接觸面積。柵電極140A可以是導(dǎo)電層，諸如金屬層或摻雜有雜質(zhì)的多晶硅層。在本發(fā)明的這一實(shí)施例中，柵電極140A可以是與字線WL的導(dǎo)電層140B的材料基本上相同的材料，但是本發(fā)明的范圍不必被限定于此。存儲(chǔ)器柵絕緣層130可以通過俘獲電荷并使柵電極140A與溝道結(jié)構(gòu)C彼此電絕緣來存儲(chǔ)數(shù)據(jù)。存儲(chǔ)器柵絕緣層130可以至少被插入到柵電極140A與溝道結(jié)構(gòu)C之間。存儲(chǔ)器柵絕緣層130可以包括，例如，隧道絕緣層130A、電荷俘獲層130B和電荷阻擋層130C。 隧道絕緣層130A可以被設(shè)置為靠近溝道結(jié)構(gòu)C，電荷阻擋層130C可以被設(shè)置為靠近柵電極 140A，而電荷俘獲層130B可以被設(shè)置在隧道絕緣層130A與電荷阻擋層130C之間(參照?qǐng)D 1G)。隧道絕緣層130A可以用于溝道層120與電荷俘獲層130B之間的電荷隧穿。例如， 隧道絕緣層130A可以是氧化物層。電荷俘獲層130B通過在其深能級(jí)俘獲位置中俘獲電荷來儲(chǔ)存數(shù)據(jù)。電荷俘獲層130B可以是氮化物層。另外，電荷阻擋層130C阻擋電荷俘獲層 130B內(nèi)部的電荷向柵電極140A轉(zhuǎn)移。電荷阻擋層130C可以是氧化物層，諸如硅氧化物層或金屬氧化物層。據(jù)此，存儲(chǔ)器柵絕緣層130可以是ONO(氧化物-氮化物-氧化物)層。存儲(chǔ)器柵絕緣層130不僅可以被插入到柵電極140A與溝道結(jié)構(gòu)C之間，還可以被插入到字線WL與溝道結(jié)構(gòu)C之間，以及襯底100與柵電極140A之間，如本發(fā)明的這一實(shí)施例所示。但是，這與根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的非易失性存儲(chǔ)器件的操作無關(guān)，并且存儲(chǔ)器柵絕緣層130在制造非易失性存儲(chǔ)器件的工藝中保留下來。柵間電介質(zhì)層150是用于使一個(gè)字線WL和所述一個(gè)字線WL之下的柵電極140A與相鄰字線WL和所述相鄰字線WL之下的柵電極140A絕緣的絕緣層。柵間電介質(zhì)層150可以填充字線WL之間的空間和所述字線WL之間的空間之下的溝道結(jié)構(gòu)C之間的空間。柵間電介質(zhì)層150未在立體圖(圖1A)中示出，但是在截面圖(圖1D、圖IE和圖1F)中示出。
具有三維結(jié)構(gòu)的非易失性存儲(chǔ)器件包括多個(gè)存儲(chǔ)器單元MC(參照?qǐng)D1B)，所述存儲(chǔ)器單元包括溝道層120、存儲(chǔ)器柵絕緣層130和柵電極140A。存儲(chǔ)器單元MC可以被水平地設(shè)置成第一和第二方向的矩陣形式，同時(shí)沿著垂直方向被層疊為多個(gè)層。層疊的存儲(chǔ)器單元的數(shù)量與層疊的溝道層120的數(shù)量相同。在這一實(shí)施例中，存儲(chǔ)器單元被層疊為5層， 但是本發(fā)明的范圍不限于此，層疊的溝道層120的數(shù)量和存儲(chǔ)器單元MC的數(shù)量可以改變。
可以通過將存儲(chǔ)器單元MC串聯(lián)耦接來在源極選擇線(未示出)與漏極選擇線(未示出)之間形成一個(gè)串ST，這些存儲(chǔ)器單元在預(yù)定的一個(gè)層中沿著第一方向排列并共用同一個(gè)溝道層120。串ST可以沿著垂直方向被層疊在多個(gè)層中。被層疊在多個(gè)層中同時(shí)共用同一個(gè)溝道結(jié)構(gòu)C的串ST可以與同一個(gè)位線(未示出)耦接。雖然未在圖中示出，漏極選擇線被形成為分別與溝道層120 —一對(duì)應(yīng)并且與串ST耦接。
另外，在預(yù)定的層中沿著第二方向排列的共用同一個(gè)字線WL的多個(gè)存儲(chǔ)器單元 MC可以形成一個(gè)頁P(yáng)AGE。頁P(yáng)AGE可以沿著垂直方向被層疊在多個(gè)層中。簡(jiǎn)言之，一個(gè)字線WL與多層頁P(yáng)AGE耦接。
在具有上述結(jié)構(gòu)的非易失性存儲(chǔ)器件中，可以通過將與目標(biāo)頁P(yáng)AGE耦接的漏極選擇線使能并將其它漏極選擇線禁止來選擇目標(biāo)頁P(yáng)AGE。因此，可以通過以頁P(yáng)AGE為基礎(chǔ)讀取目標(biāo)存儲(chǔ)器單元MC中存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)或?qū)?shù)據(jù)存儲(chǔ)在目標(biāo)存儲(chǔ)器單元中來執(zhí)行讀取/寫入操作。
由于上述根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的具有三維結(jié)構(gòu)的非易失性存儲(chǔ)器件包括沿著垂直方向?qū)盈B的多個(gè)存儲(chǔ)器單元MC，所以可以提高存儲(chǔ)器單元MC的集成度。
另外，由于柵電極140A被形成為圍繞溝道層120的相比于層間電介質(zhì)層110突出的部分，因此可以提高柵電極140A與溝道層120之間的接觸面積。因此，存儲(chǔ)器單元MC可以更穩(wěn)定地操作。
參照?qǐng)DIA至圖4E描述根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的制造具有三維結(jié)構(gòu)的非易失性存儲(chǔ)器件的方法。圖IA至圖IG中描述的非易失性存儲(chǔ)器件可以通過圖2A至圖4E中描述的方法來制造。但是，本發(fā)明的范圍不限于此。圖IA至圖IG中描述的非易失性存儲(chǔ)器件可以通過其它的制造工藝制造。
圖2A至圖4E描述了根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的制造具有三維結(jié)構(gòu)的非易失性存儲(chǔ)器件的方法。圖2A至圖4E示出了制造圖IA至圖IG的非易失性存儲(chǔ)器件的中間制造工藝。 圖2A、圖3A和圖4A是從非易失性存儲(chǔ)器件的頂部看到的俯視圖。圖2B、圖3B、圖3C、圖4B 和圖4C是沿著圖2A、圖3A和圖4A中所示的非易失性存儲(chǔ)器件的線X1-X2和線X3-X4截取的截面圖。圖1D、圖2C、圖2D、圖3D、圖3E、圖4D和圖4E是沿著圖2A、圖3A和圖4A中所示的非易失性存儲(chǔ)器件的線Y1-Y2和線TO-W截取的截面圖。對(duì)圖IA至圖IG中相同的組成元件賦予相同的附圖標(biāo)記。因此，省略對(duì)這些相同組成元件的詳細(xì)描述。
參照?qǐng)D2A至圖2D，在襯底100之上形成多個(gè)初始溝道結(jié)構(gòu)C’，所述多個(gè)初始溝道結(jié)構(gòu)C’沿著第一方向延伸并且包括交替層疊的多個(gè)層間電介質(zhì)層112和多個(gè)溝道層120。 襯底100包括預(yù)定的所需結(jié)構(gòu)，諸如阱和隔離層。初始溝道結(jié)構(gòu)C’可以被設(shè)置為沿著第二方向彼此被它們之間的預(yù)定空間分隔開并且相互平行。使用術(shù)語“初始”的原因是因?yàn)樵诤罄m(xù)工藝期間可能存在形狀的改變?，F(xiàn)在詳細(xì)地描述形成初始溝道結(jié)構(gòu)C’的方法。首先，在襯底100之上交替沉積用于形成初始層間電介質(zhì)層112的絕緣層和用于形成溝道層120的材料層。如上所述，用于形成初始層間電介質(zhì)層112的絕緣層可以是，例如，氧化物層或氮化物層，用于形成溝道層120的材料層可以是，例如，摻雜有P型雜質(zhì)或N 型雜質(zhì)的單晶硅層或多晶硅層。通過選擇性地刻蝕絕緣層和材料層可以形成沿著第一方向延伸的多個(gè)初始溝道結(jié)構(gòu)C’。由于初始溝道結(jié)構(gòu)C’的初始層間電介質(zhì)層112和溝道層120被共同地刻蝕，所以初始溝道結(jié)構(gòu)C’的側(cè)壁通常可以被形成為平面。換言之，溝道層120的側(cè)壁和初始層間電介質(zhì)層112的側(cè)壁被設(shè)置在同一水平上而沒有突出部分。作為上述工藝的結(jié)果，暴露出襯底100的溝槽Tl被設(shè)置在初始溝道結(jié)構(gòu)C’之間。然后，可以對(duì)包括初始溝道結(jié)構(gòu)C’的襯底結(jié)構(gòu)執(zhí)行離子注入工藝，以便控制存儲(chǔ)器單元MC的閾值電壓。參照?qǐng)D3A至圖3E，在包括多個(gè)初始溝道結(jié)構(gòu)C’的襯底100之上形成柵間電介質(zhì)層150以使柵電極與字線WL彼此絕緣，這將在后面描述。柵間電介質(zhì)層150可以被形成為填充字線WL之間的空間和設(shè)置在字線WL之間的所述空間之下的初始溝道結(jié)構(gòu)C’之間的空間。據(jù)此，柵間電介質(zhì)層150可以具有沿著第二方向延伸的線的形狀。具體而言，在包括初始溝道結(jié)構(gòu)C’的襯底100之上形成絕緣層使所述絕緣層在充分地填充第一溝槽Tl的同時(shí)在初始溝道結(jié)構(gòu)C’之上具有預(yù)定厚度tl。然后，在絕緣層之上形成暴露出將要形成字線WL的區(qū)域的掩模圖案(未示出)，通過使用掩模圖案作為刻蝕掩模并刻蝕絕緣層來暴露出襯底100。據(jù)此形成柵間電介質(zhì)層150。柵間電介質(zhì)層150沿著第二方向延伸，并且柵間電介質(zhì)層150的下表面遵循設(shè)置在柵間電介質(zhì)層150之下的結(jié)構(gòu)的輪廓。換言之，柵間電介質(zhì)層150可以被形成為在初始溝道結(jié)構(gòu)C’中的設(shè)置有初始溝道結(jié)構(gòu)C’的部分之上具有預(yù)定厚度tl，并且填充第一溝槽Tl，在初始溝道結(jié)構(gòu)C’中未設(shè)置初始溝道結(jié)構(gòu)C’的部分之上具有預(yù)定厚度tl，同時(shí)沿著第二方向延伸。柵間電介質(zhì)層 150可以是氧化物層或氮化物層。作為以上工藝的結(jié)果，在初始溝道結(jié)構(gòu)C’之間和柵間電介質(zhì)層150之間設(shè)置有暴露出襯底100的島型空間，且在島型空間之上，在柵間電介質(zhì)層150之間設(shè)置有沿著第二方向延伸的線型空間。在下文，由初始溝道結(jié)構(gòu)C’和柵間電介質(zhì)層150限定的島型空間和線型空間被稱為第二溝槽T2。第二溝槽T2暴露出初始溝道結(jié)構(gòu)C’的側(cè)壁的部分。參照?qǐng)D4A至圖4E，通過將初始溝道結(jié)構(gòu)C’的側(cè)壁中由第二溝槽T2暴露出的初始層間電介質(zhì)層112的側(cè)壁去除預(yù)定的寬度W來縮小初始層間電介質(zhì)層112的寬度。此后， 寬度被縮小的初始層間電介質(zhì)層112被稱為層間電介質(zhì)層110?？梢酝ㄟ^各向同性刻蝕工藝?yán)鐫穹涛g工藝來對(duì)初始層間電介質(zhì)層112執(zhí)行將每個(gè)初始層間電介質(zhì)層112的側(cè)壁去除預(yù)定寬度W的工藝。作為所述工藝的結(jié)果，在襯底110之上形成了交替層疊有層間電介質(zhì)層110和溝道層120的最終溝道結(jié)構(gòu)C。此后，為了方便描述，由溝道結(jié)構(gòu)C和柵間電介質(zhì)層150限定的空間被稱為第三溝槽T3。換言之，第三溝槽T3包括溝道結(jié)構(gòu)C之間且在柵間電介質(zhì)層150 之間的島型空間以及在所述島型空間的上部中且在柵間電介質(zhì)層150之間的線型空間。用通過后續(xù)工藝形成的柵電極填充第三溝槽T3的島型空間，通過后續(xù)工藝可以用字線WL填充第三溝槽T3的線型空間。在稍后詳細(xì)描述相應(yīng)部分時(shí)將對(duì)此進(jìn)行描述。
根據(jù)所述制造方法，由于層間電介質(zhì)層110的第二方向?qū)挾缺葴系缹?20的第二方向?qū)挾日?，所以，溝道結(jié)構(gòu)C的側(cè)壁之中的與第三溝槽T3相對(duì)應(yīng)的溝道層120的側(cè)壁相比于層間電介質(zhì)層110的側(cè)壁向第三溝槽T3的島型空間突出。簡(jiǎn)言之，由第三溝槽T3暴露出的溝道結(jié)構(gòu)C的側(cè)壁可以具有凹凸形狀，所述凹凸形狀包括與層間電介質(zhì)層110對(duì)應(yīng)的凹部和與溝道層120對(duì)應(yīng)的凸部。
再參照?qǐng)DIA至圖1G，在其中形成有第三溝槽T3的襯底結(jié)構(gòu)之上形成存儲(chǔ)器柵絕緣層130，然后通過在存儲(chǔ)器柵絕緣層130之上形成填充第三溝槽T3的導(dǎo)電層來形成填充第三溝槽T3島型空間的柵電極140A和填充第三溝槽T3線型空間的字線WL。本文中，字線WL可以具有層疊有導(dǎo)電層140B和硅化物層140C的雙層結(jié)構(gòu)，但是本發(fā)明的范圍不限于此。
具體而言，在包括其中所形成的第三溝槽T3的襯底結(jié)構(gòu)之上順序地沉積隧道絕緣層130A、電荷俘獲層130B和電荷阻擋層130C作為存儲(chǔ)器柵絕緣層130。例如，可以順序地沉積氧化物層、氮化物層和氧化物層作為存儲(chǔ)器柵絕緣層130。
然后，在存儲(chǔ)器柵絕緣層130之上形成填充第三溝槽T3的導(dǎo)電層。例如，可以通過在包括存儲(chǔ)器柵絕緣層130的襯底結(jié)構(gòu)之上沉積導(dǎo)電層并使用存儲(chǔ)器柵絕緣層130作為拋光停止層執(zhí)行拋光工藝來形成填充第三溝槽T3的導(dǎo)電層。填充第三溝槽T3的導(dǎo)電層用于形成柵電極140A和字線WL。填充第三溝槽T3的導(dǎo)電層可以是金屬層或摻雜有雜質(zhì)的多晶娃層。
然后，通過執(zhí)行硅化工藝在導(dǎo)電層的最上部分中形成硅化物層140C?？梢酝ㄟ^使用金屬材料如鈦(Ti)、鉭(Ta)、鎳(Ni)和鈷(Co)作為源并在約100°C至約1500°C范圍的溫度下執(zhí)行熱處理來執(zhí)行硅化工藝。
根據(jù)本實(shí)施例的工藝，可以形成填充第三溝槽T3島型空間的柵電極140A和填充第三溝槽T3線型空間的字線WL。在執(zhí)行硅化工藝時(shí)，字線WL可以具有導(dǎo)電層140B和硅化物層140C的雙層結(jié)構(gòu)。
在制造根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的非易失性存儲(chǔ)器件的方法中，僅僅通過增加一次刻蝕工藝就可以將溝道層120形成為比層間電介質(zhì)層110突出得更多，據(jù)此，在不使工藝復(fù)雜化的情況下可以提高所制造的非易失性半導(dǎo)體器件的操作特性。
另外，由于可以通過用導(dǎo)電層填充由溝道結(jié)構(gòu)C和柵間電介質(zhì)層150限定的第三溝槽T3的方法來形成柵電極140A和字線WL，因此，與使用刻蝕工藝的情況相比，易于將柵電極140A和字線WL圖案化和易于保證可靠性。
此外，由于通過用導(dǎo)電層同時(shí)填充第三溝槽T3的島型空間和線型空間可以同時(shí)地形成柵電極140A和字線WL，所以可以簡(jiǎn)化制造工藝。
下面，參照?qǐng)D2A至圖2D和圖5A至圖6E描述根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的具有三維結(jié)構(gòu)的非易失性存儲(chǔ)器件及其制造方法。
圖5A至圖6E圖示了根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的具有三維結(jié)構(gòu)的非易失性存儲(chǔ)器件及其制造方法。圖5A和圖6A是從頂部示出的非易失性存儲(chǔ)器件的俯視圖。圖5B、圖6B和圖6C是沿著圖5A和圖6A的線X1-X2和線X3-X4截取的截面圖，圖5C、圖5D、圖6D和圖6E 是沿著圖5A和圖6A的線Y1-Y2和線TO-Y4截取的截面圖。在本實(shí)施例的描述中，描述與前述實(shí)施例的區(qū)別，省略對(duì)其它部分的描述。再參照?qǐng)D2A至圖2D，設(shè)置多個(gè)初始溝道結(jié)構(gòu)C’，所述初始溝道結(jié)構(gòu)C’沿著第一方向延伸且包括交替層疊在襯底100之上的多個(gè)初始層間電介質(zhì)層112和多個(gè)溝道層120。參照?qǐng)D5A至圖5D，通過將初始溝道結(jié)構(gòu)C’的側(cè)壁之中的初始層間電介質(zhì)層112 側(cè)壁的一部分去除而使初始層間電介質(zhì)層112在第二方向上的寬度縮小預(yù)定寬度W。在此， 具有縮小的寬度的初始層間電介質(zhì)層112被稱為層間電介質(zhì)層210。作為所述工藝的結(jié)果，在襯底100之上形成其中交替層疊有層間電介質(zhì)層210和溝道層120的最終溝道結(jié)構(gòu)C”。下面，為了方便描述，由溝道結(jié)構(gòu)C”限定的空間被稱為第四溝槽T4。第四溝槽T4被設(shè)置在溝道結(jié)構(gòu)C”之間，并且完全地具有線形。在所述工藝之后，溝道結(jié)構(gòu)C”側(cè)壁之中的溝道層120的側(cè)壁相比于層間電介質(zhì)層 210的側(cè)壁向第四溝槽T4突出。換言之，溝道結(jié)構(gòu)C”的整個(gè)側(cè)壁可以具有凹凸形狀，所述凹凸形狀包括與層間電介質(zhì)層210相對(duì)應(yīng)的凹部和與溝道層120相對(duì)應(yīng)的凸部。參照?qǐng)D6A至圖6E，在包括溝道結(jié)構(gòu)C”的襯底100之上形成使柵電極與字線絕緣的柵間電介質(zhì)層150，所述柵電極和所述字線將在后面描述。柵間電介質(zhì)層150可以被形成為填充字線之間的空間和所述字線之間的空間之下的溝道結(jié)構(gòu)C”之間的空間，這與本發(fā)明的上述實(shí)施例中的相同。作為所述工藝的結(jié)果，在溝道結(jié)構(gòu)C”與柵間電介質(zhì)層150之間設(shè)置了暴露出襯底 100的島型空間，并且在所述島型空間之上的柵間電介質(zhì)層150之間設(shè)置了沿著第二方向延伸的線型空間。島型空間和線型空間可以具有與上述第三溝槽T3基本相同的形狀。本工藝的后續(xù)工藝，即在包括第三溝槽T3的襯底結(jié)構(gòu)之上形成存儲(chǔ)器柵絕緣層 130、然后在存儲(chǔ)器柵絕緣層130之上形成填充第三溝槽T3的柵電極140A和字線WL的工藝，與前述實(shí)施例相同?？傊?，除了相反地執(zhí)行圖3A至圖3E中所示的形成柵間電介質(zhì)層150的工藝和圖 4A至圖4E中所示的去除溝道層120側(cè)壁的一部分以縮小寬度的工藝之外，制造根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的非易失性存儲(chǔ)器件的所述方法基本上與本發(fā)明的前述實(shí)施例相同。據(jù)此，在根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的非易失性存儲(chǔ)器件中，相比于層間電介質(zhì)層210，不僅溝道層120的與柵電極140A接觸的側(cè)壁而且溝道層120的未與柵電極140A接觸的側(cè)壁向柵電極140A突出。如上所述，根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例制造的非易失性存儲(chǔ)器件及其制造方法可以具有前述實(shí)施例中可獲得的全部效果。根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的非易失性存儲(chǔ)器件及其制造方法由于沿著垂直方向?qū)盈B多個(gè)存儲(chǔ)器單元所以可以提高集成度，可以容易地被制造，并且可以穩(wěn)定地執(zhí)行存儲(chǔ)器單元操作。雖然已經(jīng)結(jié)合具體實(shí)施例的方式描述了本發(fā)明，但是對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說明顯的是，在不脫離所附權(quán)利要求書限定的本發(fā)明的精神和范圍的情況下，可以進(jìn)行各種變化和修改。
權(quán)利要求
1.一種非易失性存儲(chǔ)器件，包括沿著第一方向延伸的溝道結(jié)構(gòu)，所述溝道結(jié)構(gòu)包括交替層疊在襯底之上的多個(gè)層間電介質(zhì)層和多個(gè)溝道層以使每個(gè)層間電介質(zhì)層與所述多個(gè)溝道層中對(duì)應(yīng)的溝道層相鄰；所述溝道結(jié)構(gòu)之上的字線，所述字線被配置為沿著與所述第一方向相交叉的第二方向延伸；柵電極，所述柵電極被配置為沿著向下的方向突出于所述字線并且與所述溝道結(jié)構(gòu)的側(cè)壁接觸；以及存儲(chǔ)器柵絕緣層，所述存儲(chǔ)器柵絕緣層被配置為插入到所述柵電極與所述溝道結(jié)構(gòu)之間，其中，與所述層間電介質(zhì)層的側(cè)壁相比，所述溝道層的與所述柵電極接觸的側(cè)壁向所述柵電極突出。
2.如權(quán)利要求1所述的非易失性存儲(chǔ)器件，其中，與所述層間電介質(zhì)層的側(cè)壁相比，所述溝道層的未與所述柵電極接觸的側(cè)壁沿著所述第二方向朝著所述柵電極突出。
3.如權(quán)利要求1所述的非易失性存儲(chǔ)器件，其中，所述存儲(chǔ)器柵絕緣層包括隧道絕緣層、電荷俘獲層和電荷阻擋層，并且所述隧道絕緣層被設(shè)置為靠近所述溝道結(jié)構(gòu)，所述電荷阻擋層被設(shè)置為靠近所述柵電極，所述電荷俘獲層被設(shè)置在所述隧道絕緣層與所述電荷阻擋層之間。
4.如權(quán)利要求1所述的非易失性存儲(chǔ)器件，其中，所述字線包括在所述字線最上層的硅化物層。
5.如權(quán)利要求1所述的非易失性存儲(chǔ)器件，其中，所述字線包括其中順序地層疊有導(dǎo)電層和硅化物層的結(jié)構(gòu)，并且所述字線的導(dǎo)電層與所述柵電極由相同的材料形成。
6.如權(quán)利要求1所述的非易失性存儲(chǔ)器件，還包括柵間電介質(zhì)層，所述柵間電介質(zhì)層被配置為填充所述字線與所述柵電極之間的空間。
7.—種制造非易失性存儲(chǔ)器件的方法，包括以下步驟形成溝道結(jié)構(gòu)，所述溝道結(jié)構(gòu)沿著第一方向延伸并且包括交替層疊在襯底之上的多個(gè)層間電介質(zhì)層和多個(gè)溝道層，以使每個(gè)層間電介質(zhì)層與所述多個(gè)溝道層中對(duì)應(yīng)的一個(gè)溝道層相鄰；在包括所述溝道結(jié)構(gòu)的襯底結(jié)構(gòu)之上形成存儲(chǔ)器柵絕緣層；以及在所述存儲(chǔ)器柵絕緣層之上形成在所述溝道結(jié)構(gòu)之上的沿著與所述第一方向交叉的第二方向延伸的字線和沿著向下的方向突出于所述字線并且與所述溝道結(jié)構(gòu)的側(cè)壁接觸的柵電極，其中，與所述層間電介質(zhì)層的側(cè)壁相比，所述溝道層的與所述柵電極接觸的側(cè)壁向所述柵電極突出。
8.如權(quán)利要求7所述的方法，其中，形成所述溝道結(jié)構(gòu)的步驟包括以下步驟形成初始溝道結(jié)構(gòu)，所述初始溝道結(jié)構(gòu)包括交替層疊在襯底之上的多個(gè)初始層間電介質(zhì)層和多個(gè)溝道層，所述初始溝道結(jié)構(gòu)沿著第一方向延伸并且具有平坦的側(cè)壁；以及將每個(gè)初始層間電介質(zhì)層的每個(gè)側(cè)壁的寬度去除預(yù)定的寬度。
9.如權(quán)利要求8所述的方法，其中，通過各向同性刻蝕工藝來執(zhí)行將每個(gè)層間電介質(zhì)層的每個(gè)側(cè)壁去除預(yù)定寬度。
10.如權(quán)利要求8所述的方法，還包括以下步驟形成柵間電介質(zhì)層，所述柵間電介質(zhì)層限定將要形成所述字線和所述柵電極的空間， 其中形成所述柵間電介質(zhì)層的步驟是在以下步驟中的一個(gè)之后執(zhí)行的在將每個(gè)初始層間電介質(zhì)層的每個(gè)側(cè)壁去除預(yù)定寬度之前形成所述初始溝道結(jié)構(gòu)；以及在將每個(gè)初始層間電介質(zhì)層的每個(gè)側(cè)壁去除預(yù)定寬度之后形成所述初始溝道結(jié)構(gòu)。
11.如權(quán)利要求7所述的方法，還包括以下步驟形成柵間電介質(zhì)層，所述柵間電介質(zhì)層限定將要形成所述字線和所述柵電極的空間。
12.如權(quán)利要求11所述的方法，其中，形成所述字線和所述柵電極的步驟包括以下步驟用導(dǎo)電層填充由所述柵間電介質(zhì)層限定的空間。
13.如權(quán)利要求12所述的方法，還包括以下步驟 通過執(zhí)行硅化工藝在所述導(dǎo)電層的最上層中形成硅化物層。
14.如權(quán)利要求7所述的方法，其中，形成所述存儲(chǔ)器柵絕緣層的步驟包括以步驟 順序地形成隧道絕緣層、電荷俘獲層和電荷阻擋層。
全文摘要
本發(fā)明提供一種非易失性存儲(chǔ)器件及其制造方法。所述非易失性存儲(chǔ)器件包括沿著第一方向延伸的溝道結(jié)構(gòu)，所述溝道結(jié)構(gòu)包括交替層疊在襯底之上的多個(gè)層間電介質(zhì)層和多個(gè)溝道層以使每個(gè)層間電介質(zhì)層與多個(gè)溝道層中對(duì)應(yīng)的溝道層相鄰。字線在溝道結(jié)構(gòu)之上沿著與第一方向交叉的第二方向延伸，柵電極沿著向下的方向突出于字線以與溝道結(jié)構(gòu)的側(cè)壁接觸。存儲(chǔ)器柵絕緣層被插入到柵電極與溝道結(jié)構(gòu)之間，其中，與層間電介質(zhì)層的側(cè)壁相比，溝道層的與柵電極接觸的側(cè)壁向柵電極突出。
文檔編號(hào)H01L27/115GK102544016SQ20111029162
公開日2012年7月4日 申請(qǐng)日期2011年9月30日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月30日
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