專利名稱：三維非易失性存儲(chǔ)器件、包括它的存儲(chǔ)系統(tǒng)及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體器件及其制造方法，更具體而言，涉及一種三維非易失性存儲(chǔ)器件、包括三維非易失性存儲(chǔ)器件的存儲(chǔ)系統(tǒng)以及制造三維非易失性存儲(chǔ)器件的方法。
背景技術(shù)：
已經(jīng)朝著可以改善集成度的方向研發(fā)了用于存儲(chǔ)器件的技術(shù)?？傮w而言，為了改善存儲(chǔ)器件的密度，已經(jīng)研發(fā)了減小二維布置的存儲(chǔ)器單元的尺寸的方法。根據(jù)二維(2D)存儲(chǔ)器件的存儲(chǔ)器單元的尺寸的減小，沖突和干擾會(huì)增加。結(jié)果，難以執(zhí)行多電平單元(Multi Level Cell，MLC)操作。為了克服2D存儲(chǔ)器件的限制，已經(jīng)提出了具有三維(3D)結(jié)構(gòu)的存儲(chǔ)器件，具有3D結(jié)構(gòu)的存儲(chǔ)器件通過將存儲(chǔ)器單元三維地布置在襯底上來改善密度。具有3D結(jié)構(gòu)的存儲(chǔ)器件可以有效地利用襯底的面積，使得與二維地布置存儲(chǔ)器單元的情況相比改善了密度。
3D存儲(chǔ)器件的存儲(chǔ)器單元包括交替沉積的導(dǎo)電層和層間絕緣層以及穿通導(dǎo)電層和層間絕緣層的垂直溝道層。為了改善3D存儲(chǔ)器件的可靠性，近來已經(jīng)提出了各種技術(shù)。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明致力于提供一種3D非易失性存儲(chǔ)器件、包括3D非易失性存儲(chǔ)器件的存儲(chǔ)系統(tǒng)以及制造3D非易失性存儲(chǔ)器件的方法，所述3D非易失性存儲(chǔ)器件包括穿通交替沉積的層間絕緣層和導(dǎo)電層的垂直溝道層。
本發(fā)明的一個(gè)示例性實(shí)施例提供了一種三維(3D)非易失性存儲(chǔ)器件，所述3D非易失性存儲(chǔ)器件包括:垂直溝道層，所述垂直溝道層從襯底突出；層間絕緣層和導(dǎo)電層圖案，所述層間絕緣層和導(dǎo)電層圖案沿著垂直溝道層交替地沉積；阻擋金屬圖案，所述阻擋金屬圖案包圍每個(gè)導(dǎo)電層圖案；電荷阻擋層，所述電荷阻擋層插入在垂直溝道層與阻擋金屬圖案之間；以及擴(kuò)散阻擋層，所述擴(kuò)散阻擋層插入在阻擋金屬圖案與電荷阻擋層之間。
本發(fā)明的另一個(gè)示例性實(shí)施例提供了一種存儲(chǔ)系統(tǒng)，所述存儲(chǔ)系統(tǒng)包括3D非易失性存儲(chǔ)器件和存儲(chǔ)控制器，所述3D非易失性存儲(chǔ)器件包括:垂直溝道層，所述垂直溝道層從襯底突出；層間絕緣層和導(dǎo)電層圖案，所述層間絕緣層和導(dǎo)電層圖案沿著垂直溝道層交替地沉積；阻擋金屬圖案，所述阻擋金屬圖案包圍每個(gè)導(dǎo)電層圖案；電荷阻擋層，所述電荷阻擋層插入在垂直溝道層與阻擋金屬圖案之間；以及擴(kuò)散阻擋層，所述擴(kuò)散阻擋層插入在阻擋金屬圖案與電荷阻擋層之間。所述存儲(chǔ)控制器被配置成控制3D非易失性存儲(chǔ)器件。
本發(fā)明的另一個(gè)示例性實(shí)施例提供了一種制造3D非易失性存儲(chǔ)器件的方法，所述方法包括以下步驟:在襯底上交替地沉積第一材料層和第二材料層；形成穿通第一材料層和第二材料層的垂直溝道層；通過刻蝕第一材料層和第二材料層在垂直溝道層之間形成縫隙；通過去除經(jīng)由縫隙暴露出的第二材料層來形成溝槽；沿著縫隙的表面并沿著溝槽的表面順序地形成電荷阻擋層、擴(kuò)散阻擋層以及阻擋金屬層；在阻擋金屬層上形成填充溝槽的導(dǎo)電層；以及從每個(gè)溝槽之間的縫隙的表面，刻蝕導(dǎo)電層、阻擋金屬層以及擴(kuò)散阻擋層，使得形成在所述溝槽中的一個(gè)溝槽中的導(dǎo)電層、阻擋金屬層以及擴(kuò)散阻擋層與形成在所述溝槽中的另一個(gè)溝槽中的導(dǎo)電層、阻擋金屬層以及擴(kuò)散阻擋層分開。


圖1A至圖1C是說明根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例的3D非易失性存儲(chǔ)器件的部分的立體圖。
圖2A和圖2B是說明根據(jù)擴(kuò)散阻擋層的存在和不存在的擴(kuò)散控制度的曲線圖。
圖3A至圖3G是說明根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)示例性實(shí)施例的制造3D非易失性存儲(chǔ)器件的方法的截面圖。
圖4A至圖4D是說明根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)示例性實(shí)施例的3D非易失性存儲(chǔ)器件及其制造方法的截面圖。
圖5是示意性地說明根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)示例性實(shí)施例的存儲(chǔ)系統(tǒng)的框圖。
具體實(shí)施方式
在下文中，將參照附圖詳細(xì)地描述本發(fā)明的示例性實(shí)施例。然而，本發(fā)明不限制于以下公開的實(shí)施例，并且可以采用各種方式來實(shí)施。提供實(shí)施例僅用于說明的目的，并且用于使本領(lǐng)域技術(shù)人員充分地理解本發(fā)明的范圍，將基于本發(fā)明的權(quán)利要求來理解本發(fā)明的范圍。
圖1A至圖1C是說明根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例的3D非易失性存儲(chǔ)器件的部分的立體圖。
參見圖1A至圖1C，根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例的3D非易失性存儲(chǔ)器件包括垂直溝道層CH。垂直溝道層CH從襯底(未示出)突出，并且被布置成包括多個(gè)列和多個(gè)行的矩陣形式。每個(gè)垂直溝道層CH可以由包圍絕緣層的管狀的半導(dǎo)體材料層來形成，或者被形成為由半導(dǎo)體材料層形成的柱體的形狀。
垂直溝道層CH由交替層疊的層間絕緣層11IA至11ID和導(dǎo)電層圖案13IA至13IC包圍。絕緣層141穿透層間絕緣層IllA至IllD和導(dǎo)電層圖案131A至131C。絕緣層141形成在相鄰的垂直溝道層CH之間，并且可以沿一個(gè)方向延伸。
導(dǎo)電層圖案131A至131C形成在溝槽T內(nèi)并且針對每個(gè)溝槽T是分開的，所述溝槽T形成在層間絕緣層IllA至IllD之間。溝槽T可以是限定要形成字線WL的區(qū)域的空間。
各個(gè)導(dǎo)電層圖案131A至131C由阻擋金屬(barrier metal)圖案127a包圍。阻擋金屬圖案127a形成在溝槽T內(nèi)，并且針對每個(gè)溝槽T是分開的。
電荷阻擋層(charge blocking layer)123插入在垂直溝道層CH與阻擋金屬圖案127a之間，而擴(kuò)散阻擋層(diffusion barrier layer) 125插入在阻擋金屬圖案127a與電荷阻擋層123之間。此外，電荷儲(chǔ)存層117插入在電荷阻擋層123與垂直溝道層CH之間，而隧道絕緣層118插入在電荷儲(chǔ)存層117與垂直溝道層CH之間。
可以形成電荷儲(chǔ)存層117和隧道絕緣層118以便包圍垂直溝道層CH的外壁。
如圖1A所示，可以沿著溝槽T的表面形成電荷阻擋層123以包圍阻擋金屬圖案127a，或者如圖1B或IC所示，可以形成電荷阻擋層123以包圍垂直溝道層CH的外壁。
如圖1A和IB所示，可以沿著溝槽T的表面形成擴(kuò)散阻擋層125以便包圍阻擋金屬圖案127a。另外，如圖1C所示，當(dāng)擴(kuò)散阻擋層125是絕緣層時(shí)，可以形成擴(kuò)散阻擋層125以便包圍垂直溝道層CH的外壁。
在溝槽T內(nèi)的每個(gè)導(dǎo)電層圖案131A至131C、以及包圍每個(gè)導(dǎo)電層圖案131A至131C的阻擋金屬圖案127a可以用作字線WL。在字線WL與垂直溝道層CH的交叉部分處限定有存儲(chǔ)器單元晶體管。根據(jù)前述結(jié)構(gòu)，根據(jù)本發(fā)明的本示例性實(shí)施例的存儲(chǔ)器單元晶體管沿著垂直溝道層CH沉積以成三維布置。
各個(gè)導(dǎo)電圖案131A至131C可以由多晶硅層或具有比多晶硅層低的電阻和大的功函數(shù)的材料層形成。例如，各個(gè)導(dǎo)電圖案131A至131C可以由鎢(W)形成。當(dāng)各個(gè)導(dǎo)電圖案131A至131C由具有高的功函數(shù)的材料層形成時(shí)，可以減小電荷經(jīng)由電荷阻擋層123向電荷儲(chǔ)存層的反向隧穿。當(dāng)減小反向隧穿時(shí)，可增強(qiáng)存儲(chǔ)器單元的保持特性。
阻擋金屬圖案127a可以由中斷電荷阻擋層123與具有高的功函數(shù)的導(dǎo)電層圖案131A至131C之間的反應(yīng)的材料形成。另外，阻擋金屬圖案127a可以由具有高的功函數(shù)的材料層形成以減少反向隧穿。具有高的功函數(shù)的阻擋金屬圖案127a可以包含3族元素或5族元素。更具體地，阻擋金屬圖案127a可以由摻雜了 TiAlN、TaN或P型雜質(zhì)的摻雜多晶硅層形成。當(dāng)3族元素或5族元素的組成物在阻擋金屬圖案127a內(nèi)增加時(shí)，阻擋金屬圖案127a的功函數(shù)可以增加。例如，可以通過在由TiAlN形成的阻擋金屬圖案127a中增加諸如鋁(Al)的3族元素的含量來增加阻擋金屬圖案127a的功函數(shù)。
形成擴(kuò)散阻擋層125以便減少或消除由熱量造成的雜質(zhì)從阻擋金屬圖案127a到電荷阻擋層123的擴(kuò)散。擴(kuò)散阻擋層125包含3族元素或5族元素。具體地，為了防止雜質(zhì)從阻擋金屬圖案127a擴(kuò)散，擴(kuò)散阻擋層125包括與阻擋金屬圖案127a中所包括的雜質(zhì)不同類型的雜質(zhì)。例如，當(dāng)阻擋金屬圖案127a包含3族元素時(shí)，擴(kuò)散阻擋層125包括5族元素，而當(dāng)阻擋金屬圖案127a包含5族元素時(shí)，擴(kuò)散阻擋層125包含3族元素。如上所述，根據(jù)本發(fā)明的本示例性實(shí)施例，阻擋金屬圖案127a和擴(kuò)散阻擋層125中包括不同類型的雜質(zhì)，使得在擴(kuò)散阻擋層125中包括來自阻擋金屬圖案127a中的第一雜質(zhì)(例如，3族元素)，并且第一雜質(zhì)可以被具有與第一雜質(zhì)不同類型的第二雜質(zhì)(例如，5族元素)抵消。因此，可以減少或消除第一雜質(zhì)從阻擋金屬圖案127a到電荷阻擋層123的擴(kuò)散。
圖2A和圖2B是說明根據(jù)擴(kuò)散阻擋層的存在和不存在的擴(kuò)散控制度的曲線圖。
參見圖2A，當(dāng)未形成擴(kuò)散阻擋層時(shí)，來自導(dǎo)電層圖案131或阻擋金屬圖案127a的雜質(zhì)擴(kuò)散到電荷阻擋層123，由此引起電荷阻擋層123的特性的惡化。例如，當(dāng)由TiAlN形成的阻擋金屬圖案127a中的Al擴(kuò)散到電荷阻擋層123時(shí)，電荷阻擋層123會(huì)變?yōu)門iN，而Al會(huì)分散在電荷阻擋層123內(nèi)。
參見圖2B，當(dāng)形成擴(kuò)散阻擋層125時(shí)，來自導(dǎo)電層圖案131或阻擋金屬圖案127a的雜質(zhì)幾乎不擴(kuò)散到在擴(kuò)散阻擋層125之下的電荷阻擋層123。
圖3A至圖3G是說明根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)示例性實(shí)施例的制造3D非易失性存儲(chǔ)器件的方法的截面圖。具體地，圖3A至圖3G是說明制造圖1A中示出的3D非易失性存儲(chǔ)器件的方法的截面圖。
參見圖3A，在包括下部結(jié)構(gòu)(未示出)的襯底上交替地沉積第一材料層IllA至IllD和第二材料層113A至113C。隨后將參照圖4A至圖4D來描述包括下部結(jié)構(gòu)的襯底。
第一材料層IllA至IllD是用于層間絕緣層的材料層，以便使隨后要形成的導(dǎo)電層圖案的空間絕緣并且分開導(dǎo)電層圖案，并且第一材料層IllA至IllD可以由氧化物層形成。第二材料層113A至113C形成在要形成有字線的層上，并且可以由相對于第一材料層IllA至IllD具有不同刻蝕選擇性的材料來形成。第一材料層IllA至IllD和第二材料層113A至113C所沉積的層數(shù)目根據(jù)要沉積的存儲(chǔ)器單元的數(shù)目來確定。
參見圖3B，通過刻蝕第一材料層IllA至IllD和第二材料層113A至113C，來形成穿通第一材料層IllA至IllD和第二材料層113A至113C的多個(gè)溝道孔115。
參見圖3C，在溝道孔115的表面上順序形成電荷儲(chǔ)存層117和隧道絕緣層118。電荷儲(chǔ)存層117可以是能夠捕獲電荷的氮化物層，而隧道絕緣層118可以由氧化硅層形成。
接著，在隧道絕緣層118上形成垂直溝道層CH。垂直溝道層CH可以由半導(dǎo)體材料形成。沿著隧道絕緣層118的表面將垂直溝道層CH形成為管狀，或垂直溝道層CH在填充形成有隧道絕緣層118的溝道孔115的內(nèi)部的同時(shí)而形成。當(dāng)將垂直溝道層CH形成為管狀時(shí)，可以用絕緣層119來填充管狀的垂直溝道層CH的內(nèi)部。
參見圖3D，通過刻蝕第一材料層IllA至IllD和第二材料層113A至113C來形成縫隙121?？p隙121可以形成在相鄰的垂直溝道層CH之間，并且沿著一個(gè)方向擴(kuò)展。因此，第一材料層IllA至IllD和第二材料層113A至113C的側(cè)壁經(jīng)由縫隙121而暴露出來。第一材料層IllA至IllD和第二材料層113A至113C可以由縫隙121而分開。
參見圖3E，可以通過刻蝕工藝來去除經(jīng)由縫隙121暴露出的第二材料層113A至113C。因此在相鄰的第一材料層IllA至IllD之間形成溝槽T。
第一材料層IllA至IllD和第二材料層113A至113C由具有不同刻蝕選擇性的材料形成，使得根據(jù)刻蝕劑，僅第二材料層113A至113C被選擇性地刻蝕。
參見圖3F，沿著包括溝槽T的整個(gè)結(jié)構(gòu)的表面形成電荷阻擋層123。電荷阻擋層123可以由圖2中描述的材料形成。此后，在電荷阻擋層123上形成擴(kuò)散阻擋層125。擴(kuò)散阻擋層125可以利用包含前面參照圖2描述的3族元素或5族元素的源氣體，經(jīng)由等離子體工藝形成。隨后，在擴(kuò)散阻擋層125上形成阻擋金屬層127。阻擋金屬層127可以由前面參照圖2描述的阻擋金屬圖案的材料形成。接著，在阻擋金屬層127上形成完全地掩埋溝槽T的內(nèi)部的導(dǎo)電層131。導(dǎo)電層131可以由前面參照圖2描述的導(dǎo)電層圖案的材料形成。
參見圖3G，以使形成在溝槽T的內(nèi)部的導(dǎo)電層131、擴(kuò)散阻擋層125以及阻擋金屬層127彼此分開的方式刻蝕縫隙121內(nèi)部的導(dǎo)電層131、擴(kuò)散阻擋層125以及阻擋金屬層127。因此，針對每個(gè)圖案，導(dǎo)電層圖案131AU31B以及131C、阻擋金屬圖案127a以及擴(kuò)散阻擋層125是分開的。導(dǎo)電層131AU31B以及131C和阻擋金屬圖案127a可以用作字線。然后，用絕緣層141填充縫隙121的內(nèi)部。
盡管在附圖中未示出，為了形成圖1B中所示的3D非易失性存儲(chǔ)器件，執(zhí)行與參照圖3A和圖3B描述的工藝相同的工藝，首先與參照圖3C描述的工藝不同地在溝道孔115的表面上形成電荷阻擋層123，然后順序形成電荷儲(chǔ)存層117、隧道絕緣層118以及垂直溝道層CH。接著，執(zhí)行與參照圖3D和圖3E描述的工藝相同的工藝，然后執(zhí)行與參照圖3F和圖3G描述的工藝相同的隨后工藝，但是不執(zhí)行與參照圖3F描述的形成電荷阻擋層123的工藝。
盡管在附圖中未示出，但是為了形成在圖1C中描述的3D非易失性存儲(chǔ)器件，執(zhí)行與參照圖3A和圖3B描述的相同的工藝，首先與參照圖3C描述的工藝不同地在溝道孔115的表面上形成作為絕緣層的擴(kuò)散阻擋層125，然后順序形成電荷阻擋層123、電荷儲(chǔ)存層117以及隧道絕緣層118以及垂直溝道層CH。接著，執(zhí)行與參照圖3D和圖3E描述的相同的工藝，隨后執(zhí)行與參照圖3F和圖3G描述的工藝相同的工藝。然而，不執(zhí)行參照圖3F描述的形成電荷阻擋層123和擴(kuò)散阻擋層125的工藝。
圖4A至圖4D是說明根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)示例性實(shí)施例的3D非易失性存儲(chǔ)器件及其制造方法的截面圖。
參見圖4A，在襯底201上形成層間絕緣層203，然后在層間絕緣層203上形成第一管道柵層205。然后，在第一管道柵層205內(nèi)形成管道溝槽，并且用犧牲層207來填充每個(gè)管道溝槽的內(nèi)部。接著，還可以在包括被犧牲層207掩埋的管道溝槽的第一管道柵層205上形成第二管道柵層209?？梢孕纬傻诙艿罇艑?09以便增強(qiáng)施加到管道溝道層的內(nèi)部的電場。包括第一管道柵層205和第二管道柵層209的管道柵層PG可以由與參照圖2描述的導(dǎo)電層圖案相同的材料形成。
然后，以與參照圖3A描述的方式相同的方式，在包括被犧牲層207填充的管道柵層PG的下部結(jié)構(gòu)上交替沉積第一材料層211A至211D和第二材料層213A至213C。接著，以與參照圖3B描述的方式相同的方式，通過刻蝕第一材料層211A至211D和第二材料層213A至213C來形成多個(gè)溝道孔215。犧牲層207的兩個(gè)端部都被溝道孔215對暴露出來。
參見圖4B，去除經(jīng)由溝道孔215暴露出的犧牲層207。因此，管道柵層PG經(jīng)由去除了犧牲層207的區(qū)域暴露出來。接著，沿著去除了犧牲層207和溝道孔215的區(qū)域的表面形成由與參照圖3C描述的材料相同的材料形成的電荷儲(chǔ)存層217和隧道絕緣層218。然后，由與參照圖3C描述的材料相同的材料形成溝道層CH和絕緣層219。接著，部分地去除絕緣層219，并用多晶硅層填充去除了絕緣層219的區(qū)域，以形成結(jié)區(qū)Jn。
溝道層CH包括:管道溝道層CH_P，所述管道溝道層CH_P形成在去除了犧牲層207的管道溝槽的內(nèi)部；和由突出的第一垂直溝道層CHl和第二垂直溝道層CH2構(gòu)成的對，所述由突出的第一垂直溝道層CHl和第二垂直溝道層CH2構(gòu)成的對與每個(gè)管道溝道層CH P的兩個(gè)端部連接。第一垂直溝道層CHl和第二垂直溝道層CH2每兩行交替地布置。
參見圖4C，經(jīng)由與參照圖3C描述的工藝相同的工藝來形成縫隙221?？p隙221可以形成在第一垂直溝道層CHl的行之間的每個(gè)空間中，或者形成在第二垂直溝道層CH2的行之間的每個(gè)空間中，或可以形成在第一垂直溝道層CHl與第二垂直溝道層CH2之間。
接著，經(jīng)由與參照圖3E描述的工藝相同的工藝來去除經(jīng)由縫隙221暴露出的第二材料層213A至213C，以在第一材料層21IA至21ID之間形成溝槽T。
然后，經(jīng)由與參照圖3E描述的工藝相同的工藝來順序形成電荷阻擋層223、擴(kuò)散阻擋層225以及阻擋金屬層227。
參見圖4D，經(jīng)由與參照圖3E描述的工藝相同的工藝，用導(dǎo)電層來填充溝槽T的內(nèi)部。然后，經(jīng)由與參照圖3G描述的工藝相同的工藝，在溝槽T的內(nèi)部形成針對每個(gè)字線WL或每個(gè)選擇線DSL和SSL而分開的導(dǎo)電層、阻擋金屬圖案227a以及擴(kuò)散阻擋層225。接著，用絕緣層241來填充縫隙221的內(nèi)部。
可以在通過去除第二材料層213A至213C之中最上層的第二材料層213C而形成的溝槽T的內(nèi)部形成漏極選擇線DSL或源極選擇線，而可以在其余的溝槽T的內(nèi)部形成字線WL。
或者，可以在通過去除第二材料層213A至213C而形成的全部溝槽T的內(nèi)部形成字線WL。在這種情況下，在之前的工藝中不形成結(jié)區(qū)Jn。進(jìn)而，在形成絕緣層241之后，可以經(jīng)由單獨(dú)的工藝形成結(jié)區(qū)Jru漏極選擇線DSL以及源極選擇線SSL。
將漏極選擇線DSL形成為包圍第一垂直溝道層CHl，并且將源極選擇線SSL形成為包圍第二垂直溝道層CH2。根據(jù)情況，可以將漏極選擇線DSL形成為包圍第一行或第二行中的第一垂直溝道層CH1，或者可以將源極選擇線SSL形成為包圍第一行或第二行中的第二垂直溝道層CH2。
接著，在與第二垂直溝道層CH2連接的結(jié)區(qū)Jn上形成源極線SL，并且在與第一垂直溝道層CHl連接的結(jié)區(qū)Jn上形成位線接觸插塞BLC。然后，在位線接觸插塞BLC上形成位線BL。
經(jīng)由前述的工藝，如參照圖2所說明的，在字線WL與垂直溝道層CHl和CH2的交叉處限定存儲(chǔ)器單元晶體管。另外，在漏極選擇線DSL與第一垂直溝道層CHl的交叉處限定漏極選擇晶體管，而在源極選擇線SSL與第二垂直溝道層CH2的交叉處限定源極選擇晶體管。另外，在管道柵層PG與管道溝道層CH_P的交叉處限定管道晶體管。
圖5是示意性是說明根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)示例性實(shí)施例的存儲(chǔ)系統(tǒng)的框圖。
參見圖5，根據(jù)本發(fā)明的本示例性實(shí)施例的存儲(chǔ)系統(tǒng)500包括存儲(chǔ)器件520和存儲(chǔ)控制器510。
存儲(chǔ)器件520包括前面參照圖2和圖4D描述的3D非易失性存儲(chǔ)器件中的至少一種。即，存儲(chǔ)器件520包括:垂直溝道層，所述垂直溝道層從襯底突出；層間絕緣層和導(dǎo)電層圖案，所述層間絕緣層和導(dǎo)電層圖案沿著垂直溝道層交替地沉積；阻擋金屬圖案，所述阻擋金屬圖案包圍導(dǎo)電層圖案；電荷阻擋層，所述電荷阻擋層插入在垂直溝道層與阻擋金屬圖案之間；以及擴(kuò)散阻擋層，所述擴(kuò)散阻擋層插入在阻擋金屬圖案與電荷阻擋層之間。
存儲(chǔ)控制器510控制主機(jī)與存儲(chǔ)器件520之間的數(shù)據(jù)交換。另外，存儲(chǔ)控制器510可以包括用作處理單元512的操作存儲(chǔ)器的SRAM 511。另外，存儲(chǔ)控制器還可以包括主機(jī)接口 513和存儲(chǔ)器接口 515。主機(jī)接口 513可以包括用于存儲(chǔ)系統(tǒng)500與主機(jī)之間的數(shù)據(jù)交換的協(xié)議。存儲(chǔ)器接口 515可以建立存儲(chǔ)控制器510與存儲(chǔ)器件520之間的訪問。另外，存儲(chǔ)控制器510還可以包括糾錯(cuò)模塊ECC 514。糾錯(cuò)模塊514可以檢測并糾正從存儲(chǔ)器件520中讀取的數(shù)據(jù)中的錯(cuò)誤。盡管未示出，但是存儲(chǔ)系統(tǒng)500還可以包括儲(chǔ)存用于與主機(jī)接口的碼數(shù)據(jù)的ROM器件。存儲(chǔ)系統(tǒng)500可以用作便攜式數(shù)據(jù)儲(chǔ)存卡。另外，存儲(chǔ)系統(tǒng)500可以被實(shí)施為可以組成計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的硬盤的固態(tài)盤(SSD)。
根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例，在電荷阻擋層與阻擋金屬層之間形成擴(kuò)散阻擋層，使得可以減少雜質(zhì)從阻擋金屬層到電荷阻擋層的擴(kuò)散。
從前面的描述可以理解的是，出于說明的目的本文已經(jīng)描述了本發(fā)明的各種實(shí)施例，并且在不脫離本發(fā)明的范圍和精神的情況下可以進(jìn)行各種修改。因此，本文公開的各種實(shí)施例不意為限制，而由所附權(quán)利要求來限制真正的范圍和精神。
權(quán)利要求
1.一種三維非易失性存儲(chǔ)器件，包括: 垂直溝道層，所述垂直溝道層從襯底突出； 層間絕緣層和導(dǎo)電層圖案，所述層間絕緣層和所述導(dǎo)電層圖案沿著所述垂直溝道層交替地沉積； 阻擋金屬圖案，所述阻擋金屬圖案包圍所述導(dǎo)電層圖案中的每個(gè)； 電荷阻擋層，所述電荷阻擋層插入在所述垂直溝道層與所述阻擋金屬圖案之間；以及 擴(kuò)散阻擋層，所述擴(kuò)散阻擋層插入在所述阻擋金屬圖案與所述電荷阻擋層之間。
2.如權(quán)利要求1所述的三維非易失性存儲(chǔ)器件，其中，所述阻擋金屬圖案包含3族元素，而所述擴(kuò)散阻擋層包含5族元素。
3.如權(quán)利要求1所述的三維非易失性存儲(chǔ)器件，其中，所述阻擋金屬圖案包含5族元素，而所述擴(kuò)散阻擋層包含3族元素。
4.如權(quán)利要求1所述的三維非易失性存儲(chǔ)器件，其中，所述阻擋金屬圖案包括摻雜的多晶硅、氮化鈦鋁TiAlN或氮化鉭TaN。
5.如權(quán)利要求1所述的三維非易失性存儲(chǔ)器件，其中，所述導(dǎo)電層圖案包括具有比多晶硅的低的電阻的材料。
6.如權(quán)利要求1所述的三維非易失性存儲(chǔ)器件，還包括: 管道柵，所述管道柵形成在所述層間絕緣層與所述襯底之間；以及 管道溝道層，所述管道溝道層形成在所述管道柵中，并且與所述垂直溝道層中的垂直溝道層對耦接。
7.一種存儲(chǔ)系統(tǒng)，包括: 三維非易失性存儲(chǔ)器件，包括: 垂直溝道層，所述垂直溝道層從襯底突出， 層間絕緣層和導(dǎo)電層圖案，所述層間絕緣層和所述導(dǎo)電層圖案沿著所述垂直溝道層交替地沉積， 阻擋金屬圖案，所述阻擋金 屬圖案包圍所述導(dǎo)電層圖案中的每個(gè)， 電荷阻擋層，所述電荷阻擋層插入在所述垂直溝道層與所述阻擋金屬圖案之間，以及 擴(kuò)散阻擋層，所述擴(kuò)散阻擋層插入在所述阻擋金屬圖案與所述電荷阻擋層之間；以及 存儲(chǔ)控制器，所述存儲(chǔ)控制器被配置成控制所述三維非易失性存儲(chǔ)器件。
8.—種制造三維非易失性存儲(chǔ)器件的方法，包括以下步驟: 在襯底上交替地沉積第一材料層和第二材料層； 形成穿通所述第一材料層和所述第二材料層的垂直溝道層； 通過刻蝕所述第一材料層和所述第二材料層，在所述垂直溝道層之間形成縫隙； 通過去除經(jīng)由所述縫隙暴露出的所述第二材料層來形成溝槽； 沿著所述縫隙的表面并沿著所述溝槽的表面順序地形成電荷阻擋層、擴(kuò)散阻擋層以及阻擋金屬層； 在所述阻擋金屬層上形成填充所述溝槽的導(dǎo)電層；以及 從每個(gè)溝槽之間的縫隙的表面，刻蝕所述導(dǎo)電層、所述阻擋金屬層以及所述擴(kuò)散阻擋層，使得形成在所述溝槽中的一個(gè)溝槽中的導(dǎo)電層、阻擋金屬層以及擴(kuò)散阻擋層與形成在所述溝槽中的另一個(gè)溝槽中的導(dǎo)電層、阻擋金屬層以及擴(kuò)散阻擋層分開。
9.如權(quán)利要求8所述的方法，其中，所述第一材料層是具有第一刻蝕選擇性的層間絕緣層，而所述第二材料層是具有與所述第一刻蝕選擇性不同的第二刻蝕選擇性的犧牲層。
10.如權(quán)利要求8所述的方法，其中，所述阻擋金屬層包含3族元素，而所述擴(kuò)散阻擋層包含5族元素。
11.如權(quán)利要求8所述的方法，其中，所述阻擋金屬層包含5族元素，而所述擴(kuò)散阻擋層包含3族元素。
12.如權(quán)利要求8所述的方法，順序地形成所述擴(kuò)散阻擋層的步驟包括以下步驟: 利用包含3族元素或5族元素的源氣體執(zhí)行等離子體處理。
13.如權(quán)利要求8所述的方法，其中，所述阻擋金屬層包括摻雜的多晶硅、氮化鈦鋁TiAlN或氮化鉭TaN。
14.如權(quán)利要求8所述的方法，其中，所述導(dǎo)電層包括具有比多晶硅低的電阻的材料。
15.如權(quán)利要求8所述的方法，其中，形成所述垂直溝道層的步驟包括以下步驟: 通過刻蝕所述第一材料層和所述第二材料層來形成溝道孔； 沿著每個(gè)溝道孔的表面，順序地形成電荷儲(chǔ)存層和隧道絕緣層；以及 在所述隧道絕緣層上形成半導(dǎo)體層。
16.如權(quán)利要求8所述的方法，還包括以下步驟: 在所述襯底上形成管道柵； 在所述管道柵中形成犧牲層；以及 在所述犧牲層上交替地沉積所述第一材料層和所述第二材料層。
17.如權(quán)利要求16所述的方法，其中，形成所述垂直溝道層的步驟包括以下步驟: 通過刻蝕所述第一材料層和所述第二材料層，來形成延伸到所述犧牲層的頂表面的溝道孔對； 去除所述犧牲層以形成與所述溝道孔對連接的管道溝槽； 沿著所述管道溝槽的表面和沿著所述溝道孔的表面順序地形成電荷儲(chǔ)存層和隧道絕緣層；以及 在所述隧道絕緣層上形成半導(dǎo)體層。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種三維非易失性存儲(chǔ)器件，所述三維非易失性存儲(chǔ)器件包括垂直溝道層，所述垂直溝道層從襯底突出；層間絕緣層和導(dǎo)電層圖案，所述層間絕緣層和導(dǎo)電層圖案沿著垂直溝道層交替地沉積；阻擋金屬圖案，所述阻擋金屬圖案包圍每個(gè)導(dǎo)電層圖案；電荷阻擋層，所述電荷阻擋層插入在垂直溝道層與阻擋金屬圖案之間；以及擴(kuò)散阻擋層，所述擴(kuò)散阻擋層插入在阻擋金屬圖案與電荷阻擋層之間。
文檔編號H01L27/115GK103178065SQ20121045090
公開日2013年6月26日 申請日期2012年11月12日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月20日
發(fā)明者金錫九 申請人:愛思開海力士有限公司