半導體裝置及其制造方法和存儲器系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種半導體裝置、一種包括該半導體裝置的存儲器系統(tǒng)以及一種制造該半導體裝置的方法。所述半導體裝置包括：在襯底上形成的垂直溝道層；在每個垂直溝道層的長度周圍交替形成的傳導層圖案和絕緣層圖案；以及在每個垂直溝道層和每個傳導層圖案之間形成的電荷存儲層圖案，其中每個電荷存儲層圖案通過絕緣層圖案隔離。
【專利說明】半導體裝置及其制造方法和存儲器系統(tǒng)
[0001]相關申請的交叉引用
[0002]本申請基于在2012年6月13日提交韓國知識產(chǎn)權局的韓國專利申請第10-2012-0063204號并且要求其優(yōu)先權，該申請的整體內(nèi)容通過引用合并于此。
【技術領域】
[0003]本發(fā)明涉及一種半導體裝置、一種包括該半導體裝置的存儲器系統(tǒng)以及一種制造該半導體裝置的方法，更具體地，涉及一種3維(3D)半導體裝置、一種包括該3D半導體裝置的存儲器系統(tǒng)以及一種制造該3D半導體裝置的方法。
【背景技術】
[0004]通常，為了提高半導體裝置的集成度，已開發(fā)了降低2維布置的存儲器單元的尺寸的方法。
[0005]存在降低2維布置的存儲器單元的尺寸的限制。為了克服該限制，已提出了其中將存儲器單元3維布置在襯底上的3D半導體裝置。較之其中2維布置存儲器單元的情況，3D半導體裝置可以高效地利用襯底面積并且提高集成度。然而，由于各種原因，3D半導體裝置的可靠性低于2D半導體裝置的可靠性，使得需要提高3D半導體裝置的可靠性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]進行本發(fā)明以致力于提供一種具有提高的可靠性的半導體裝置，一種包括該半導體裝置的存儲器系統(tǒng)以及一種制造該半導體裝置的方法。
[0007]本發(fā)明的一個示例性實施例提供了一種半導體裝置，其包括:在襯底上形成的垂直溝道層；在每個垂直溝道層的長度周圍交替形成的傳導層圖案和絕緣層圖案；以及在每個垂直溝道層和每個傳導層圖案之間形成的電荷存儲層圖案，其中每個電荷存儲層圖案通過絕緣層圖案隔離。
[0008]本發(fā)明的另一示例性實施例提供了一種存儲器系統(tǒng)，包括:半導體存儲器裝置，其包括在襯底上形成的垂直溝道層、在每個垂直溝道層的長度周圍交替形成的傳導層圖案和絕緣層圖案、以及在每個垂直溝道層和每個傳導層圖案之間形成的電荷存儲層圖案，其中每個電荷存儲層圖案通過絕緣層圖案隔離；以及存儲器控制器，其配置成控制半導體存儲器裝置。
[0009]本發(fā)明的另一示例性實施例提供了一種制造半導體裝置的方法，其包括:交替形成第一材料層和第二材料層以形成堆疊結(jié)構；形成延伸通過堆疊結(jié)構的溝道孔，溝道孔包括側(cè)壁；在溝道孔的側(cè)壁上形成電荷存儲層；在電荷存儲層上的溝道孔內(nèi)部形成垂直溝道層；通過在垂直溝道層之間刻蝕堆疊結(jié)構形成狹縫；以及通過去除第二材料層以及由狹縫暴露的電荷存儲層的部分，形成將電荷存儲層分成多個圖案的絕緣層槽。
【專利附圖】

【附圖說明】[0010]圖1A至IH是圖示根據(jù)本發(fā)明的第一實施例的半導體裝置和制造半導體裝置的方法的橫截面視圖。
[0011]圖2A至2D是圖示根據(jù)本發(fā)明的第二實施例的半導體裝置和制造半導體裝置的方法的橫截面視圖。
[0012]圖3是圖示根據(jù)本發(fā)明的第三實施例的半導體裝置和制造半導體裝置的方法的橫截面視圖。
[0013]圖4是圖示根據(jù)本發(fā)明的第四實施例的半導體裝置和制造半導體裝置的方法的橫截面視圖。
[0014]圖5是圖示根據(jù)本發(fā)明的第五實施例的半導體裝置和制造半導體裝置的方法的橫截面視圖。
[0015]圖6是圖示根據(jù)本發(fā)明的第六實施例的半導體裝置和制造半導體裝置的方法的橫截面視圖。
[0016]圖7是示意性圖示根據(jù)本發(fā)明的存儲器系統(tǒng)的框圖。
【具體實施方式】
[0017]在下文中，將參照附圖詳細描述本發(fā)明的示例性實施例。然而，本發(fā)明不限于下文公開的實施例并且可以通過各種形式實現(xiàn)。實施例僅被提供用于說明的目的并且用于使本領域技術人員全面地理解本發(fā)明的范圍。通過本發(fā)明的權利要求將理解本發(fā)明的范圍。
[0018]圖1A至IH是圖示根據(jù)本發(fā)明的第一實施例的半導體裝置和制造半導體裝置的方法的橫截面視圖。
[0019]參照圖1A，通過交替堆疊第一材料層IlOA至IlOC和第二材料層115A和115B來形成堆疊結(jié)構ML。第一材料層IlOA至IlOC在其中將形成傳導層圖案的層中形成，并且第二材料層115A和115B在其中將形成絕緣層圖案的層中形成。第一材料層IlOA至IlOC可以由在后繼的形成絕緣層槽的刻蝕工藝中具有針對第二材料層115A和115B的極大的刻蝕選擇性的材料層形成。例如，第一材料層IlOA至IlOC可以由氧化物層形成并且第二材料層115A和115B可以由氮化物層形成。另外，第一材料層IlOA至IlOC可以是傳導層并且第二材料層115A和115B可以是犧牲層。用作傳導層的第一材料層IlOA至IlOC可以是金屬層或摻雜多晶硅層，并且用作犧牲層的第二材料層115A和115B可以是無摻雜多晶硅層。構成堆疊結(jié)構ML的堆疊的第一和第二材料層IlOA至IlOC以及115A和115B的數(shù)目可以根據(jù)期望形成的堆疊的絕緣層圖案和傳導層圖案的數(shù)目而進行不同的設定。
[0020]在形成堆疊結(jié)構ML之后，刻蝕第一材料層IlOA至IlOC和第二材料層115A和115B。因此，形成了在與第一和第二材料層IlOA至IlOC以及115A和115B的堆疊方向相同的方向上延伸的、同時延伸通過堆疊結(jié)構ML的溝道孔120。溝道孔120可以布置成包括多個行和多個列的矩陣形式。
[0021]參照圖1B，第一阻擋絕緣層121、電荷存儲層123和隧道絕緣層125依次沿溝道孔120的表面形成。隨后，在溝道孔120內(nèi)部形成溝道層127。第一阻擋絕緣層121和隧道絕緣層125可以由氧化硅層形成，并且電荷存儲層123可以由其中可以進行電荷捕獲的氮化硅層形成。溝道層127可以由例如多晶硅層的半導體材料形成。
[0022]隨后，執(zhí)行平面化工藝，直至使堆疊結(jié)構ML的頂表面暴露。因此，去除了在堆疊結(jié)構ML的頂表面上形成的第一阻擋絕緣層121、電荷存儲層123、隧道絕緣層125和溝道層127。該平面化工藝以如下方式執(zhí)行:使得第一阻擋絕緣層121、電荷存儲層123和隧道絕緣層125沿溝道孔120的側(cè)壁的整個表面保持在溝道孔120內(nèi)部。溝道層127也保持在溝道孔120內(nèi)部。圖1B圖示了其中溝道孔120的內(nèi)部被溝道層127完全埋入的示例，但是溝道層127可以沿溝道孔120的內(nèi)壁表面形成并且被形成為中空的管形。在該情況下，管形溝道層127的內(nèi)部可以進一步填充有絕緣層。
[0023]接下來，在堆疊結(jié)構ML上形成掩模層130。掩模層130可以由具有針對第一材料層IlOA至IlOC和第二材料層115A和115B的極大的刻蝕選擇性的材料層形成。例如，掩模層130可以由多晶硅層形成。
[0024]參照圖1C，通過刻蝕掩模層130形成使溝道層127之間的堆疊結(jié)構ML暴露的掩模圖案130P。掩模圖案130P限定了其中形成狹縫140的區(qū)域。通過將掩模圖案130P用作刻蝕障礙在相鄰的溝道層127之間刻蝕堆疊結(jié)構ML，形成了狹縫140，該狹縫在延伸通過堆疊結(jié)構ML的同時使第一材料層IlOA至IlOC和第二材料層115A和115B的側(cè)壁暴露。
[0025]參照圖1D，通過去除由狹縫140暴露的第二材料層115A和115B使第一阻擋絕緣層121暴露。隨后，刻蝕暴露的第一阻擋絕緣層121。結(jié)果，第一阻擋絕緣層圖案121P保持在第一材料層IlOA至IlOC的側(cè)壁上，并且電荷存儲層123暴露。接下來，刻蝕暴露的電荷存儲層123。結(jié)果，電荷存儲層圖案123P保持在第一材料層IlOA至IlOC的側(cè)壁上并且隧道絕緣層125暴露。絕緣層槽150在其中刻蝕第二材料層115A和115B、第一阻擋絕緣層121和電荷存儲層123的區(qū)域中形成。電荷存儲層圖案123P不僅彼此隔離，而且第一阻擋絕緣層圖案12IP通過絕緣層槽150彼此絕緣。
[0026]參照圖1E，通過利用絕緣層填充絕緣層槽150的內(nèi)部，形成了絕緣層圖案160。在不同層上形成的電荷存儲層圖案123P通過絕緣層圖案160隔離。
[0027]當?shù)谝徊牧蠈覫lOA至IlOC被形成為傳導層時，由第一材料層IlOA至IlOC形成的傳導層圖案可以通過絕緣層圖案160隔離。在該情況下，絕緣層圖案160可以由氧化物層形成，并且絕緣層圖案160的絕緣材料可以進一步填充在狹縫140內(nèi)部。
[0028]不同于前面的描述，當?shù)谝徊牧蠈覫lOA至IlOC由諸如氧化物層的絕緣材料形成時，絕緣層圖案160可以由在后繼的用于形成傳導層槽的刻蝕工藝中具有針對第一材料層IlOA至IlOC的極大的刻蝕選擇性的材料層形成。例如，絕緣層圖案160可以由與第二材料層115A和115B的材料層相同的材料層形成，并且更具體地，可以由氮化物層形成。在該情況下，用于形成絕緣層圖案160的工藝可以進一步包括形成絕緣層以便填充絕緣層槽150，并且隨后通過去除在狹縫140的內(nèi)部形成的絕緣層使第一材料層IlOA至IlOC暴露。
[0029]在下文中，將參照圖1F至IH描述當?shù)谝徊牧蠈覫lOA至IlOC由絕緣材料形成時，在形成絕緣層圖案160之后的后繼工藝。
[0030]參照圖1F，當?shù)谝徊牧蠈覫lOA至IlOC是絕緣材料時，進一步執(zhí)行通過去除由狹縫140暴露的第一材料層IlOA至IlOC來形成傳導層槽170的工藝。在用于形成傳導層槽170的刻蝕工藝期間可以刻蝕第一阻擋絕緣層121，使得電荷存儲層圖案123P可以暴露。
[0031]參照圖1G，通過利用傳導層填充傳導層槽170的內(nèi)部來形成通過絕緣層圖案160隔離的傳導層圖案185。當電荷存儲層圖案123P在用于形成傳導層槽170的刻蝕工藝中暴露時，可以在形成傳導層之前沿傳導層槽170的表面進一步形成第二阻擋絕緣層180。與此不同，當阻擋絕緣層121保持在傳導層槽170的側(cè)壁中時，將省略形成第二阻擋絕緣層180的工藝。第二阻擋絕緣層180可以由氧化硅層形成。
[0032]形成傳導層圖案185的工藝可以進一步包括如下工藝:在以使得傳導層槽170被填充傳導層的方式形成傳導層之后，去除在狹縫140的內(nèi)部中形成的傳導層。
[0033]參照圖1H，在狹縫140內(nèi)部填充絕緣層190。絕緣層190可以由氧化物層形成。
[0034]通過前述工藝，形成了如下半導體裝置:其包括在一個方向上延伸的溝道層127、在圍繞溝道層127的同時交替堆疊的絕緣層圖案160和傳導層圖案185、以及通過絕緣層圖案160隔離并且在一個方向上延伸的電荷存儲層圖案123P。存儲器單元可以在電荷存儲層圖案123P和傳導層圖案185的相交處中形成。
[0035]根據(jù)本發(fā)明的第一實施例的電荷存儲層圖案123P是在與每個層分離的情況下形成的。因此，在本發(fā)明的第一實施例中，可以防止電荷沿電荷存儲層圖案123P移動到相鄰的單元。因此，根據(jù)第一實施例的本發(fā)明可以提高半導體裝置的可靠性。
[0036]此外，根據(jù)本發(fā)明的第一實施例，為了將電荷存儲層123分成多個圖案，執(zhí)行如下一系列工藝:沿溝道孔120的側(cè)壁形成電荷存儲層123、通過狹縫140去除一部分堆疊結(jié)構ML使得一部分電荷存儲層123暴露、以及隨后刻蝕根據(jù)部分堆疊結(jié)構ML的去除而暴露的電荷存儲層123。通過這些工藝，可以容易地將電荷存儲層123分成多個電荷存儲層圖案123P，并且不必分離地形成其中將形成電荷存儲層圖案123P的空間。因此，根據(jù)本發(fā)明的第一實施例，可以將電荷存儲層123分成多個電荷存儲層圖案123P而不會增加半導體裝置的尺寸。此外，根據(jù)本發(fā)明的第一實施例，各個電荷存儲層圖案123P在沿溝道孔120的側(cè)壁的一個方向上形成，使得電荷存儲層圖案123P不彎曲并且不會被整形為不規(guī)則的。
[0037]圖2A至2D是圖示根據(jù)本發(fā)明的第二實施例的半導體裝置和制造半導體裝置的方法的橫截面視圖。在下文中，將省略與本發(fā)明的第一實施例重復的描述和相同的效果。
[0038]參照圖2A，與圖1A的描述相同，通過交替堆疊第一材料層(未示出)和第二材料層215A至215C形成堆疊結(jié)構。第一材料層在其中將形成傳導層圖案的層中形成，并且215A至215C在其中將形成絕緣層圖案的層中形成。第一材料層可以由在后繼的用于形成傳導層槽250的刻蝕工藝中具有針對第二材料層215A至215C的極大的刻蝕選擇性的材料層形成。例如，第一材料層可以由氮化物層形成并且第二材料層215A至215C可以由氧化物層形成。
[0039]隨后，以與參照圖1A和IB描述的方式相同的方式形成溝道孔、第一阻擋絕緣層221、電荷存儲層223、隧道絕緣層225和溝道層227。隨后，以與參照圖1C描述的方式相同的方式，形成掩模圖案230P，并且通過將掩模圖案230P用作刻蝕障礙刻蝕堆疊結(jié)構來形成狹縫240。
[0040]接下來，通過去除由狹縫240暴露的第一材料層的刻蝕工藝，形成傳導層槽250。傳導層槽250被形成為使第一阻擋絕緣層221暴露。
[0041]參照圖2B，通過利用傳導層填充傳導層槽250的內(nèi)部，形成了通過第二材料層215A至215C隔離的傳導層圖案260。
[0042]參照圖2C，以與參照圖1D描述的方式相同的方式，通過刻蝕由狹縫240暴露的第二材料層215A至215C、第一阻擋絕緣層221和電荷存儲層223，形成了絕緣層槽270。結(jié)果，形成了第一阻擋絕緣層圖案221P和電荷存儲層圖案223P。隧道絕緣層225暴露并且電荷存儲層圖案223P通過絕緣層槽270隔離。
[0043]參照圖2D，利用絕緣層290填充絕緣層槽270和狹縫240。絕緣層290可以由氧化物層形成。
[0044]圖3是圖示根據(jù)本發(fā)明的第三實施例的半導體裝置和制造半導體裝置的方法的橫截面視圖。
[0045]參照圖3，根據(jù)本發(fā)明的第三實施例的半導體裝置包括從襯底301的上部突出的垂直溝道層 CH。垂直溝道層CH的底表面連接到襯底301的源極區(qū)域303。垂直溝道層CH由例如多晶硅層的半導體層327形成。垂直溝道層CH的側(cè)壁的整個表面被隧道絕緣層325圍繞。隧道絕緣層325可以由氧化硅層形成。
[0046]被隧道絕緣層325圍繞的垂直溝道層CH被傳導線LSL、WL和USL以及絕緣層圖案ILDl至ILD6圍繞。傳導線LSL、WL和USL被形成為傳導層385。絕緣層圖案ILDl至ILD6被形成為絕緣層360，并且可以由氧化物層或氮化物層形成。傳導線LSL、WL和USL以及絕緣層圖案ILDl至ILD6沿垂直溝道層CH交替堆疊。
[0047]傳導線LSL、WL和USL之中的來自最頂層的至少一個傳導層LSL和來自最底層的至少一個傳導線USL可以用作選擇晶體管的選擇線，并且選擇線LSL和USL之間的傳導線WL可以用作存儲器單元的字線。
[0048]電荷存儲層圖案323P可以在隧道絕緣層325和傳導線LSL、WL和USL之間形成。電荷存儲層圖案323P通過絕緣層圖案ILDl至ILD6隔離并且在一個方向上延伸。電荷存儲層圖案323P的延伸方向可以與垂直溝道層CH的延伸方向相同。
[0049]可以進一步在電荷存儲層圖案323P和傳導線LSL、WI^P USL之間形成阻擋絕緣層380?？梢赃M一步在絕緣層圖案ILDl至ILD6和傳導線LSL、WI^P USL之間形成阻擋絕緣層380。阻擋絕緣層380可以由氧化硅層形成。
[0050]進一步在相鄰的垂直溝道層CH之間形成絕緣層390。絕緣層390可以由氧化物層形成。
[0051]在選擇線LSL和USL與垂直溝道層CH之間的相交處中形成選擇晶體管，并且在字線WL和垂直溝道層CH之間的相交處中形成存儲器單元。因此，存儲器單元通過垂直溝道層CH串聯(lián)連接在選擇晶體管之間，從而能夠配置存儲器串。
[0052]根據(jù)本發(fā)明的第三實施例的半導體裝置可以在通過將雜質(zhì)注入到襯底301的內(nèi)部而形成源極區(qū)域303之后，通過執(zhí)行與參照圖1A至IH描述的工藝相同的工藝來形成?？梢栽趨⒄請D1A的前述的形成溝道孔的步驟中使源極區(qū)域303暴露，使得源極區(qū)域303可以連接到垂直溝道層CH。
[0053]圖4是圖示根據(jù)本發(fā)明的第四實施例的半導體裝置和制造半導體裝置的方法的橫截面視圖。
[0054]參照圖4，構成絕緣層圖案ILDl至ILD6的絕緣材料和在相鄰的垂直溝道CH之間形成的絕緣材料被形成為相同的絕緣層490。絕緣層490可以由氧化物層形成。在本發(fā)明的第四實施例中，阻擋絕緣層圖案421P通過絕緣層圖案ILDl至ILD6隔離并且在傳導線LSL、WL和USL與電荷存儲層圖案423P之間形成。在本發(fā)明的第四實施例中，源極區(qū)域403，半導體材料427形成的垂直溝道層CH，隧道絕緣層425，被形成為傳導層460的傳導線LSL、WL和USL，以及電荷存儲層圖案423P與第三實施例的相應元件相同。[0055]根據(jù)本發(fā)明的第四實施例的半導體裝置可以在通過將雜質(zhì)注入到襯底401的內(nèi)部而形成源極區(qū)域403之后，通過執(zhí)行與參照圖2A至2D描述的工藝相同的工藝來形成?？梢栽趨⒄請D3A的前述的形成溝道孔的步驟中使源極區(qū)域403暴露，使得源極區(qū)域403可以連接到垂直溝道層CH。
[0056]圖5是圖示根據(jù)本發(fā)明的第五實施例的半導體裝置和制造半導體裝置的方法的橫截面視圖。
[0057]參照圖5，根據(jù)本發(fā)明的第五實施例的半導體裝置包括在襯底501的上部的方向上延伸的一對垂直溝道層CHl和CH2。垂直溝道層對CHl和CH2耦合到管道溝道層CHP。垂直溝道層對CHl和CH2和管道溝道層CHP可以由例如多晶硅層的半導體材料527形成。
[0058]垂直溝道層對CHl和CH2和管道溝道層CHP的側(cè)壁的整個表面被作為第一氧化物層的隧道絕緣層525圍繞。隧道絕緣層525可以由氧化硅層形成。
[0059]被隧道絕緣層525圍繞的管道溝道層CHP被電荷存儲層圖案523圍繞。阻擋絕緣層圖案521沿電荷存儲層圖案523的表面形成并且是第二氧化物層。此外，管道溝道層CHP被具有由隧道絕緣層525形成的插入柵極絕緣層圖案的管道柵極PG、電荷存儲層圖案523和阻擋絕緣層圖案521圍繞。管道柵極PG形成在襯底501上并且被形成為傳導層505。絕緣層503可以進一步形成在襯底501和管道柵極PG之間，以便隔離襯底501和管道柵極PG。
[0060]被隧道絕緣層525圍繞的垂直溝道層對CHl和CH2在從管道柵極PG的上部突出的情況下形成。被隧道絕緣層525圍繞的、垂直溝道層對CHl和CH2的第一垂直溝道層CHl被傳導線DSL和WL以及絕緣層圖案ILDl至ILD6圍繞。傳導線DSL和WL以及絕緣層圖案ILDl至ILD6在第一垂直溝道層CHl的延伸方向上交替堆疊。被隧道絕緣層525圍繞的、垂直溝道層對CHl和CH2的第二垂直溝道層CH2被傳導線SSL和WL以及絕緣層圖案ILDl至ILD6圍繞。傳導線SSL和WL以及絕緣層圖案ILDl至ILD6在第二垂直溝道層CH2的延伸方向上交替堆疊。
[0061]傳導線DSL、WL和SSL被形成為傳導層585。絕緣層圖案ILDl至ILD6被形成為絕緣層560，并且可以由氧化物層或氮化物層形成。傳導線SSL、DSL和WL之中的、來自最頂層的至少一個層中的傳導線可以用作選擇晶體管的選擇線SSL和DSL，并且選擇線SSL和DSL下面的傳導線可以用作存儲器單元的字線WL。
[0062]電荷存儲層圖案523P在隧道絕緣層525和傳導線DSL、WL和SSL之間形成。電荷存儲層圖案523P通過絕緣層圖案ILDl至ILD6隔離并且在一個方向上延伸。電荷存儲層圖案523P的延伸方向可以與垂直溝道層CH的延伸方向相同。與傳導線DSL、WL和SSL相鄰的電荷存儲層圖案523P可以由與圍繞管道柵極PG的電荷存儲層圖案523的材料層相同的材料層形成，并且可以由其中可以進行電荷捕獲的氮化硅層形成。
[0063]可以進一步在電荷存儲層圖案523P和傳導線DSL、WI^P SSL之間形成阻擋絕緣層580。可以進一步在絕緣層圖案ILDl至ILD6和傳導線DSL、WI^P SSL之間形成阻擋絕緣層580。阻擋絕緣層580可以進一步由氧化硅層形成。
[0064]進一步在第一和第二垂直溝道層CHl和CH2之間形成絕緣層590。絕緣層590可以由氧化物層形成。
[0065]在選擇線DSL和SSL與垂直溝道層CHl和CH2之間的相交處中形成選擇晶體管，并且在字線WL與垂直溝道層CHl和CH2之間的相交處中形成存儲器單元。因此，選擇晶體管之間的存儲器單元通過第一垂直溝道層CHl、管道溝道層CHP和第二垂直溝道層CHl串聯(lián)連接，從而能夠配置U形存儲器串。
[0066]根據(jù)本發(fā)明的第五實施例的半導體裝置可以通過如下工藝形成。
[0067]首先，在襯底501上形成絕緣層503。在絕緣層503上形成用于形成管道柵極PG的傳導層505。通過部分地刻蝕傳導層505來形成管道槽507，并且利用犧牲層(未示出)填充管道槽507的內(nèi)部。
[0068]接下來，通過執(zhí)行與參照圖1A描述的工藝相同的工藝來形成被配置用于暴露管道槽507內(nèi)部的犧牲層的一對溝道孔。通過刻蝕工藝去除通過溝道孔對暴露的犧牲層。因此，管道槽507開放。
[0069]隨后，通過執(zhí)行與參照圖1B至IH描述的工藝相同的工藝，可以形成在管道柵極PG上形成的結(jié)構。在參照圖1B的前述的形成第一阻擋絕緣層、電荷存儲層和隧道絕緣層的步驟中，甚至在管道槽507的表面上形成阻擋絕緣層圖案521、電荷存儲層圖案523和隧道絕緣層525。此外，在參照圖1B的前述的形成溝道層的步驟中，在管道槽507內(nèi)部形成管道溝道層CHP。
[0070]圖6是圖示根據(jù)本發(fā)明的第六實施例的半導體裝置和制造半導體裝置的方法的橫截面視圖。
[0071]參照圖6，構成絕 緣層圖案ILDl至ILD6的絕緣材料和在第一和第二垂直溝道CHl和CH2之間形成的絕緣材料被形成為相同的絕緣層690。絕緣層690可以由氧化物層形成。在本發(fā)明的第六實施例中，阻擋絕緣層圖案621P通過絕緣層圖案ILDl至ILD6隔離并且在傳導線DSL、WL和SSL與電荷存儲層圖案623P之間形成。第六實施例中的管道柵極PG，由管道柵極PG內(nèi)部的半導體材料層627形成的隧道絕緣層625，由包括電荷存儲層圖案623的柵極絕緣層圖案和阻擋絕緣層圖案621圍繞的管道溝道層CHP，由半導體材料層627形成的一對垂直溝道層CHl和CH2，被形成為傳導層685的傳導線DSL、WI^P SSL，以及電荷存儲層圖案623P與第五實施例的相應兀件相同。
[0072]根據(jù)本發(fā)明的第六實施例的半導體裝置可以通過如下工藝形成。
[0073]首先，在襯底601上形成絕緣層603。在絕緣層603上形成用于形成管道柵極PG的傳導層605。通過部分地刻蝕傳導層605來形成管道槽607，并且利用犧牲層(未示出)填充管道槽607的內(nèi)部。
[0074]接下來，通過執(zhí)行與參照圖1A描述的工藝相同的工藝來形成被配置用于暴露管道槽607內(nèi)部的犧牲層的一對溝道孔。通過刻蝕工藝去除通過溝道孔對暴露的犧牲層。因此，管道槽607開放。
[0075]隨后，通過執(zhí)行與參照圖2B至2D描述的工藝相同的工藝，可以形成在管道柵極PG上形成的結(jié)構。在參照圖2A的前述的形成阻擋絕緣層、電荷存儲層和隧道絕緣層的步驟中，甚至在管道槽607的表面上形成阻擋絕緣層621、電荷存儲層623和隧道絕緣層625。此外，在形成溝道層的步驟中，在管道槽607內(nèi)部形成管道溝道層CHP。
[0076]圖7是示意性圖示根據(jù)本發(fā)明的存儲器系統(tǒng)的框圖。
[0077]如圖7中所示，根據(jù)本發(fā)明的存儲器系統(tǒng)1000包括存儲器裝置1020和存儲器控制器1010。[0078]存儲器裝置1020包括根據(jù)第一至第六實施例的半導體存儲器裝置中的至少一個。就是說，存儲器裝置1020包括在一個方向上延伸的溝道層、在圍繞溝道層的同時沿溝道層堆疊的傳導層圖案、在傳導層圖案之間形成的絕緣層圖案、以及在溝道層和傳導層圖案之間形成的并且通過絕緣層圖案隔離的電荷存儲層圖案。
[0079]存儲器控制器1010控制主機和存儲器裝置1020之間的數(shù)據(jù)交換。存儲器控制器1010可以包括被配置用于控制存儲器系統(tǒng)1000的一般操作的處理單元1012。此外，存儲器控制器1010可以包括用作處理單元1012的操作存儲器的SRAM 1011。此外，存儲器控制器1010可以進一步包括主機接口 1013和存儲器接口 1015。主機接口 1013可以包括用于存儲器系統(tǒng)1000和主機之間的數(shù)據(jù)交換的協(xié)議。存儲器接口 1015可以建立存儲器控制器1010和存儲器設備1020之間的連接。此外，存儲器控制器1010可以進一步包括糾錯塊ECC 1014。糾錯塊1014可以檢測并糾正從存儲器設備1020讀取的數(shù)據(jù)的錯誤。盡管沒有示出，但是存儲器系統(tǒng)1000可以進一步包括用于存儲用于與主機接駁的代碼數(shù)據(jù)的ROM裝置等。存儲器系統(tǒng)1000可以用作便攜式數(shù)據(jù)存儲卡。另外，存儲器系統(tǒng)1000還可以被實現(xiàn)為能夠替換計算機系統(tǒng)的硬盤的固態(tài)硬盤SSD。
[0080]根據(jù)本發(fā)明的示例性實施例，存儲器單元的電荷存儲層圖案被形成為針對存儲器單元的每個層隔離，使得可以防止相鄰層的電荷存儲層圖案之間的電荷移動，從而能夠提高3D半導體裝置的可靠性。
[0081]根據(jù)前文，將認識到，這里出于說明的目的描述了本發(fā)明的各個實施例，并且在不偏離本發(fā)明的范圍和精神的前提下可以進行各種修改。因此，這里公開的各個實施例不應被當作限制，真正的范圍和精神由所附權利要求限定。
【權利要求】
1.一種半導體裝置，其包括: 在襯底上形成的垂直溝道層； 在每個垂直溝道層的長度周圍交替形成的傳導層圖案和絕緣層圖案；以及在每個垂直溝道層和每個傳導層圖案之間形成的電荷存儲層圖案，其中每個電荷存儲層圖案通過所述絕緣層圖案隔離。
2.根據(jù)權利要求1所述的半導體裝置，進一步包括: 在每個傳導層圖案和所述電荷存儲層圖案之間形成的阻擋絕緣層。
3.根據(jù)權利要求2所述的半導體裝置，其中所述阻擋絕緣層沿所述垂直溝道層的長度延伸或者沿所述傳導層圖案和所述絕緣層圖案之間的界面延伸。
4.根據(jù)權利要求1所述的半導體裝置，進一步包括: 在每個垂直溝道層的表面上形成的隧道絕緣層。
5.根據(jù)權利要求1所述的半導體裝置，其中所述絕緣層圖案由氧化物層或氮化物層形成。
6.根據(jù)權利要求1所述的半導體裝置，進一步包括: 連接到每個垂直溝道層的底表面的源極區(qū)域。
7.根據(jù)權利要求1所述的半導體裝置，進一步包括:` 在所述襯底與交替形成的傳導層圖案和絕緣層圖案之間形成的管道柵極； 在所述管道柵極中形成以耦合一對垂直溝道層的管道溝道層；以及 在所述管道柵極中并且圍繞所述管道溝道層形成的柵極絕緣層圖案。
8.根據(jù)權利要求7所述的半導體裝置，其中所述柵極絕緣層圖案包括: 第一氧化物層， 沿所述第一氧化物層的表面形成的材料層，所述材料層由與所述電荷存儲層圖案的材料相同的材料形成， 沿所述材料層的表面形成的第二氧化物層。
9.一種存儲器系統(tǒng),包括: 半導體存儲器裝置和存儲器控制器，所述半導體存儲器裝置包括: 在襯底上形成的垂直溝道層； 在每個垂直溝道層的長度周圍交替形成的傳導層圖案和絕緣層圖案；以及在每個垂直溝道層和每個傳導層圖案之間形成的電荷存儲層圖案，其中每個電荷存儲層圖案通過絕緣層圖案隔離；以及 所述存儲器控制器配置用于控制所述半導體存儲器裝置。
10.一種制造半導體裝置的方法，所述方法包括: 交替形成第一材料層和第二材料層以形成堆疊結(jié)構； 形成延伸通過所述堆疊結(jié)構的溝道孔，所述溝道孔包括側(cè)壁； 在所述溝道孔的側(cè)壁上形成電荷存儲層； 在所述電荷存儲層上，在所述溝道孔內(nèi)部形成垂直溝道層； 通過在所述垂直溝道層之間刻蝕所述堆疊結(jié)構形成狹縫；以及通過去除所述第二材料層以及由所述狹縫暴露的所述電荷存儲層的部分，形成配置用于將所述電荷存儲層分成多個圖案的絕緣層槽。
11.根據(jù)權利要求10所述的方法，進一步包括: 在形成所述絕緣層槽之后，使用絕緣層填充每個絕緣層槽； 通過去除所述第一材料層形成傳導層槽；以及 使用傳導層填充每個傳導層槽。
12.根據(jù)權利要求11所述的方法，進一步包括: 在使用所述傳導層填充所述傳導層槽之前，沿每個傳導層槽的表面形成阻擋絕緣層。
13.根據(jù)權利要求11所述的方法，其中所述絕緣層由具有針對所述第一材料層的極大的刻蝕選擇性的材料層形成。
14.根據(jù)權利要求11所述的方法，其中所述絕緣層是氮化物層。
15.根據(jù)權利要求10所述的方法，進一步包括: 在形成所述絕緣層槽之前，通過去除所述第一材料層形成傳導層槽；以及 使用傳導層填充每個傳導層槽。
16.根據(jù)權利要求15所述的方法，進一步包括: 使用絕緣層填充所述絕緣層槽和所述狹縫。
17.根據(jù)權利要求16所述的方法，其中所述絕緣層是氧化物層。
18.根據(jù)權利要求10所述的方法，其中所述第一材料層是氧化物層并且所述第二材料層是氮化物層。
19.根據(jù)權利要求10所述的方法，進一步包括: 在形成所述電荷存儲層之前，沿所述溝道孔的側(cè)壁的整個長度形成阻擋絕緣層；以及 在形成所述垂直溝道層之前，沿所述電荷存儲層的表面的整個長度形成隧道絕緣層。
20.根據(jù)權利要求10所述的方法，進一步包括: 在形成所述堆疊結(jié)構之前在所述襯底上形成源極區(qū)域，其中所述源極區(qū)域通過所述溝道孔暴露。
21.根據(jù)權利要求10所述的方法，進一步包括: 在形成所述堆疊結(jié)構之前，在所述襯底上形成管道柵極傳導層； 通過刻蝕所述管道柵極傳導層形成管道槽；以及 形成填充在所述管道槽中的犧牲層， 其中所述犧牲層通過一對溝道孔暴露。
22.根據(jù)權利要求21所述的方法，進一步包括: 在形成所述電荷存儲層之前，去除由溝道孔對暴露的所述犧牲層，使得從所述管道槽去除所述犧牲層； 在所述管道槽的表面上形成所述電荷存儲層；以及 當形成所述垂直溝道層時， 在所述管道槽內(nèi)部形成管道溝道層。
【文檔編號】H01L27/115GK103489868SQ201210466158
【公開日】2014年1月1日 申請日期:2012年11月16日 優(yōu)先權日:2012年6月13日
【發(fā)明者】李相范 申請人:愛思開海力士有限公司