半導(dǎo)體裝置及其制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體裝置及其制造方法，其中所述半導(dǎo)體裝置包括：襯底，其包括存儲(chǔ)器單元區(qū)域和接觸區(qū)域；串結(jié)構(gòu)，其包括交替堆疊在襯底上的傳導(dǎo)層和第一層間絕緣層并且從存儲(chǔ)器單元區(qū)域朝向接觸區(qū)域向下層突出；障礙肋狀圖案，其在接觸區(qū)域中在傳導(dǎo)層上彼此隔開并且被配置用于通過(guò)所隔開的空間使接觸區(qū)域中的傳導(dǎo)層的層開放；以及第一接觸插塞，其填充到彼此相鄰的障礙肋狀圖案之間的空間中并且耦合到接觸區(qū)域中的傳導(dǎo)層。
【專利說(shuō)明】半導(dǎo)體裝置及其制造方法
[0001]相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用
[0002]本申請(qǐng)要求在2012年6月22日提交的韓國(guó)專利申請(qǐng)第10-2012-0067392號(hào)的優(yōu)先權(quán)，該申請(qǐng)的整體公開內(nèi)容通過(guò)引用合并于此。
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0003]本公開的實(shí)施例涉及半導(dǎo)體裝置及其制造方法，更具體地，涉及一種三維(3D)半導(dǎo)體裝置及其制造方法。
【背景技術(shù)】
[0004]半導(dǎo)體裝置技術(shù)已關(guān)注于提高集成度。為了提高半導(dǎo)體裝置的集成度，已開發(fā)了用于減小以2D方式布置的存儲(chǔ)器單元的尺寸的方案。以2D方式布置的存儲(chǔ)器單元的尺寸減小受到限制。為了克服該限制，已提出了其中將存儲(chǔ)器單元以3D方式布置在襯底上的3D半導(dǎo)體裝置。較之其中以2D方式布置存儲(chǔ)器單元的情況，3D半導(dǎo)體裝置可以高效地利用襯底面積并且提高集成度。3D半導(dǎo)體裝置正被朝向各種方向開發(fā)，以便提高制造工藝的可靠性和性能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本公開的一個(gè)示例性實(shí)施例涉及能夠提高半導(dǎo)體裝置的可靠性的半導(dǎo)體裝置及其制造方法。
[0006]在一個(gè)方面，一種半導(dǎo)體裝置可以包括:襯底，包括存儲(chǔ)器單元區(qū)域和接觸區(qū)域；串結(jié)構(gòu)，包括交替堆疊在襯底上的傳導(dǎo)層和第一層間絕緣層并且從存儲(chǔ)器單元區(qū)域朝向接觸區(qū)域向下層突出；障礙肋狀圖案，在接觸區(qū)域中在傳導(dǎo)層上彼此隔開并且被配置成通過(guò)所隔開的空間使接觸區(qū)域中的傳導(dǎo)層的層開放；以及第一接觸插塞，填充到彼此相鄰的障礙肋狀圖案之間的空間中并且耦合到接觸區(qū)域中的傳導(dǎo)層。
[0007]在一個(gè)方面，一種制造半導(dǎo)體裝置的方法可以包括:在襯底上形成串結(jié)構(gòu)和障礙肋狀圖案，襯底包括存儲(chǔ)器單元區(qū)域和接觸區(qū)域，其中從存儲(chǔ)器單元區(qū)域朝向接觸區(qū)域向下層突出的串結(jié)構(gòu)包括交替堆疊的傳導(dǎo)層和第一層間絕緣層，并且在接觸區(qū)域中在傳導(dǎo)層上的障礙肋狀圖案彼此隔開，并且被配置成通過(guò)所隔開的空間使接觸區(qū)域中的各個(gè)傳導(dǎo)層的層開放；以及，通過(guò)填充接觸區(qū)域中的障礙肋狀圖案之間的空間的間隙來(lái)形成耦合到傳導(dǎo)層的第一接觸插塞。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0008]圖1是示出根據(jù)本公開的實(shí)施例的半導(dǎo)體裝置的存儲(chǔ)器單元區(qū)域和接觸區(qū)域的視圖；
[0009]圖2A和2B示出了根據(jù)本公開的實(shí)施例的半導(dǎo)體裝置的橫截面視圖；
[0010]圖3A至3R是根據(jù)本公開的第一實(shí)施例的制造半導(dǎo)體裝置的方法的透視圖；[0011]圖4是根據(jù)本公開的第二實(shí)施例的制造半導(dǎo)體裝置的方法的透視圖；
[0012]圖5是根據(jù)本公開的第三實(shí)施例的制造半導(dǎo)體裝置的方法的透視圖；以及
[0013]圖6是根據(jù)本公開的實(shí)施例的存儲(chǔ)器系統(tǒng)的示意性框圖。
【具體實(shí)施方式】
[0014]在下文中，將參照附圖詳細(xì)描述本公開的一些示例性實(shí)施例。附圖被提供用于允許本領(lǐng)域技術(shù)人員理解本公開的實(shí)施例的范圍。
[0015]圖1是示出根據(jù)本公開的實(shí)施例的半導(dǎo)體裝置的存儲(chǔ)器單元區(qū)域和接觸區(qū)域的視圖。更具體地，圖1是示出XY平面中的存儲(chǔ)器單元區(qū)域和接觸區(qū)域的布置的視圖。
[0016]參照?qǐng)D1，半導(dǎo)體裝置包括存儲(chǔ)器單元區(qū)域MCR以及接觸區(qū)域CTRl和CTR2。在存儲(chǔ)器單元區(qū)域MCR中形成以3D方式布置的多個(gè)存儲(chǔ)器單元。以3D方式布置的多個(gè)存儲(chǔ)器單元串聯(lián)耦合在選擇晶體管之間，因此形成存儲(chǔ)器串。在接觸區(qū)域CTRl和CTR2中形成從存儲(chǔ)器單元區(qū)域MCR延伸的線。在接觸區(qū)域CTRl和CTR2中形成耦合外圍電路和存儲(chǔ)器串的線的接觸插塞。在圖1中，接觸區(qū)域CTRl和CTR2被圖示為包括從存儲(chǔ)器單元區(qū)域MCR延伸的存儲(chǔ)器串的柵極線的柵極線接觸區(qū)域。柵極線接觸區(qū)域包括第一接觸區(qū)域CTRl和第二接觸區(qū)域CTR2。存儲(chǔ)器單元區(qū)域MCR置于第一和第二接觸區(qū)域CTRl和CTR2之間。
[0017]圖2A和2B示出了根據(jù)本公開的實(shí)施例的半導(dǎo)體裝置的橫截面視圖。更具體地，圖2A是圖1的半導(dǎo)體裝置中的區(qū)域“A”的橫截面視圖，并且圖2B是圖1的半導(dǎo)體裝置中的區(qū)域“B”的橫截面視圖。
[0018]參照?qǐng)D2A和2B，半導(dǎo)體裝置包括存儲(chǔ)器單元區(qū)域MCR以及第一和第二接觸區(qū)域CTRl和CTR2。存儲(chǔ)器單元區(qū)域MCR位于第一和第二接觸區(qū)域CTRl和CTR2之間。在存儲(chǔ)器單元區(qū)域MCR中形成存儲(chǔ)器串，每個(gè)存儲(chǔ)器串包括選擇晶體管和串聯(lián)耦合在選擇晶體管之間的存儲(chǔ)器單元。存儲(chǔ)器串的選擇晶體管和存儲(chǔ)器單元通過(guò)垂直溝道層137串聯(lián)耦合。存儲(chǔ)器串的存儲(chǔ)器單元可以堆疊在下選擇晶體管和上選擇晶體管之間。根據(jù)實(shí)施例，存儲(chǔ)器串的存儲(chǔ)器單元可以堆疊在管道晶體管的兩端。在該情況下，堆疊在管道晶體管的一端上的第一組存儲(chǔ)器單元和堆疊在管道晶體管的另一端上的第二組存儲(chǔ)器單元通過(guò)管道晶體管耦合。此外，漏極選擇晶體管堆疊在第一組存儲(chǔ)器單元上。源極選擇晶體管堆疊在第二組存儲(chǔ)器單元上。為了便利，圖中未示出管道晶體管。盡管沒有示出，但是管道晶體管包括配置用于耦合一對(duì)垂直溝道層137的管道溝道層以及配置用于使用置于管道柵極和管道溝道層之間的柵極絕緣層圍繞管道溝道層的管道柵極。存儲(chǔ)器串在襯底(未示出)上形成，包括存儲(chǔ)器單元區(qū)域MCR以及第一和第二接觸區(qū)域CTRl和CTR2。垂直溝道層137從襯底向上突出。
[0019]在襯底上形成串結(jié)構(gòu)SML，其包括交替堆疊的存儲(chǔ)器串的柵極線GLl至GLn以及第一層間絕緣層120A至120D。柵極線GLl至GLn以及第一層間絕緣層120A至120D被配置成圍繞垂直溝道層137。柵極線GLl至GLn以及第一層間絕緣層120A至120D從存儲(chǔ)器單元區(qū)域MCR延伸到第一和第二接觸區(qū)域CTRl和CTR2。柵極線GLl至GLn以及層間絕緣層120A至120D從存儲(chǔ)器單元區(qū)域MCR朝向第一和第二接觸區(qū)域CTRl和CTR2向下層突出。柵極線GLl至GLn以及第一層間絕緣層120A至120D的每個(gè)的數(shù)目可以根據(jù)待堆疊的存儲(chǔ)器單元的數(shù)目以及選擇晶體管的數(shù)目以各種方式設(shè)定。來(lái)自柵極線GLl至GLn中的置于最高層中的柵極線的一個(gè)或更多個(gè)層中的柵極線可以用作選擇晶體管的柵極線。置于選擇晶體管的柵極線下面的剩余的柵極線可以用作存儲(chǔ)器單元的柵極線。
[0020]垂直溝道層137被形成為穿透存儲(chǔ)器單元區(qū)域MCR中的柵極線GLl至GLn以及第一層間絕緣層120A至120D。垂直溝道層137的外壁可以被包括隧道絕緣層、電荷捕獲層和電荷阻擋層的多層的層圍繞。在其他實(shí)施例中，該多層的層可以沿柵極線GLl至GLn的層的頂表面和底表面以及與垂直溝道層137相鄰的柵極線GLl至GLn的層的側(cè)壁形成。在其他實(shí)施例中，隧道絕緣層、電荷捕獲層和電荷阻擋層至少之一可以被形成為圍繞垂直溝道層137的外壁。其他層可以沿柵極線GLl至GLn的層的頂表面和底表面以及與垂直溝道層137相鄰的柵極線GLl至GLn的層的側(cè)壁形成。
[0021]在第一和第二接觸區(qū)域CTRl和CTR2中，在柵極線GLl至GLn上形成障礙肋狀圖案Pl至P4。障礙肋狀圖案Pl至P4被形成為自對(duì)準(zhǔn)第一和第二接觸插塞180A至180D。障礙肋狀圖案Pl至P4被定位成通過(guò)彼此相鄰的障礙肋狀圖案Pl至P4之間的空間，使第一和第二接觸區(qū)域CTRl和CTR2中的柵極線GLl至GLn開放。更具體地，可以在柵極線GLl至GLn-1的邊緣上并且在與存儲(chǔ)器單元區(qū)域MCR相鄰的第一和第二接觸區(qū)域CTRl和CTR2中的串結(jié)構(gòu)SML上形成障礙肋狀圖案Pl至P4。障礙肋狀圖案Pl至P4可以按相同間隔彼此隔開?？梢栽谥糜谧钕聦又械臇艠O線GLl上形成第二層間絕緣層150。最下層中的柵極線GLl通過(guò)第二層間絕緣層150和障礙肋狀圖案P4之間的空間開放。因此，第二接觸插塞180A可以在第二層間絕緣層150和與第二層間絕緣層150相鄰的障礙肋狀圖案P4之間形成。第二接觸插塞180A通過(guò)障礙肋狀圖案P2至P4與第一接觸插塞180B至180D隔開。第二層間絕緣層150填充在與存儲(chǔ)器單元區(qū)域MCR相鄰的障礙肋狀圖案Pl之間并且也可以在串結(jié)構(gòu)SML上形成。
[0022]障礙肋狀圖案Pl至P4可以包括一層或更多層的疊層。障礙肋狀圖案Pl至P4的頂表面可以置于同一線上。為此，在障礙肋狀圖案Pl至P4遠(yuǎn)離存儲(chǔ)器單元區(qū)域MCR時(shí)，障礙肋狀圖案Pl至P4包括大量的疊層。因此，在障礙肋狀圖案Pl至P4遠(yuǎn)離存儲(chǔ)器單元區(qū)域MCR時(shí)，障礙肋狀圖案Pl至P4具有較高的高度。障礙肋狀圖案Pl至P4中的每個(gè)可以包括障礙肋狀掩模材料層143。每個(gè)障礙肋狀圖案Pl至P4可以進(jìn)一步包括置于障礙肋狀掩模材料層143下面的掩模層141。掩模層141可以由與用于形成柵極線GL2至GLn的傳導(dǎo)層IlOA至IlOD相同的傳導(dǎo)材料制成。另外，掩模層141可以由絕緣材料層形成，例如具有針對(duì)傳導(dǎo)層IlOA至IlOD和第一層間絕緣層120A至120C不同的刻蝕選擇性的氮化物層。位于柵極線GL2至GLn的同一級(jí)中的障礙肋狀圖案的疊層由與柵極線GL2至GLn相同的傳導(dǎo)層IlOB至IlOD形成。位于第一層間絕緣層120C和120D的同一級(jí)中的障礙肋狀圖案的疊層由與第一層間絕緣層120C和120D相同的絕緣材料制成。
[0023]第二層間絕緣層150可以被形成為具有置于與障礙肋狀圖案Pl至P4的頂表面相同的線中的頂表面。
[0024]在障礙肋狀圖案Pl至P4和第二層間絕緣層150的開放表面上形成薄絕緣層160。在薄絕緣層160上形成第三層間絕緣層170。第三層間絕緣層170填充到障礙肋狀圖案Pl至P4之間的空間以及第二層間絕緣層150和與第二層間絕緣層150相鄰的障礙肋狀圖案P4之間的另一空間中。薄絕緣層160由具有針對(duì)第三層間絕緣層170的不同刻蝕選擇性的材料層形成。例如，薄絕緣層160可以由氮化物層形成。[0025]第一和第二接觸插塞180A至180D穿透第三層間絕緣層170和薄絕緣層160。第一和第二接觸插塞180A至180D延伸到柵極線GLl至GLn的頂表面。第一和第二接觸插塞180A至180D耦合到柵極線GLl至GLn。第一接觸插塞180B至180D在彼此相鄰的障礙肋狀圖案之間自對(duì)準(zhǔn)。第二接觸插塞180A在第二層間絕緣層150和與第二層間絕緣層150相鄰的障礙肋狀圖案P4之間自對(duì)準(zhǔn)。薄絕緣層160置于第一和第二接觸插塞180A至180D的側(cè)壁和障礙肋狀圖案Pl至P4之間以及障礙肋狀圖案P4的側(cè)壁和與障礙肋狀圖案P4相鄰的第二層間絕緣層150之間。此外，薄絕緣層160置于通過(guò)第一和第二接觸插塞180A至180D開放的障礙肋狀圖案Pl至P4的表面以及第二層間絕緣層150上。
[0026]第一和第二接觸插塞180A至180D中的每個(gè)可以分成:穿透第三層間絕緣層170和薄絕緣層160的上端；以及上端下面的下端。上端可以具有比下端寬的寬度。結(jié)果，第一和第二接觸插塞180A至180D中的每個(gè)可以具有T形截面。
[0027]第一和第二接觸插塞180A至180D分別可以在第一和第二接觸區(qū)域CTRl和CTR2中布置成鋸齒狀，以便保證對(duì)準(zhǔn)余量。此外，第一和第二接觸插塞180A至180D中的耦合到偶數(shù)編號(hào)柵極線GL2和GLn的第一組接觸插塞(180B、180D)以及第一和第二接觸插塞180A至180D中的耦合到奇數(shù)編號(hào)柵極線GLl和GLn-1的第二組接觸插塞(180A、180C)可以置于不同的接觸區(qū)域中。例如，如果第一組接觸插塞(180B、180D)置于第一接觸區(qū)域CTRl中，則第二組接觸插塞(180A、180C)可以置于第二接觸區(qū)域CTR2中。
[0028]根據(jù)本公開的其他實(shí)施例的半導(dǎo)體裝置可以防止接觸插塞180A至180D和柵極線GLl至GLn之間的失準(zhǔn)，因?yàn)榻佑|插塞180A至180C可以在障礙肋狀圖案Pl至P4之間自對(duì)準(zhǔn)。因此，可以提高根據(jù)本公開的實(shí)施例的半導(dǎo)體裝置的可靠性。
[0029]將結(jié)合圖1的區(qū)域A詳細(xì)描述根據(jù)本公開的其他實(shí)施例的制造半導(dǎo)體裝置的各種方法。
[0030]圖3A至3R是根據(jù)本公開的第一實(shí)施例的制造半導(dǎo)體裝置的方法的透視圖。
[0031]參照?qǐng)D3A，第一材料層2IOA至2IOD以及第二材料層220A至220D交替堆疊在包括存儲(chǔ)器單元區(qū)域MCR和接觸區(qū)域CTR2的襯底(未示出)上，從而形成多層結(jié)構(gòu)ML1。形成多層結(jié)構(gòu)MLl的第一材料層210A至210D以及第二材料層220A至220D的每個(gè)的數(shù)目可以通過(guò)各種方式設(shè)定。
[0032]盡管沒有示出，但是可以在襯底和多層結(jié)構(gòu)MLl之間形成源極線和管道柵極。
[0033]第一材料層210A至210D可以是在其中將形成柵極線的層中形成的犧牲層。第一材料層210A至210D可以由具有針對(duì)第二材料層220A至220D的不同的刻蝕選擇性的材料層形成。第二材料層220A至220D在與第一層間絕緣層相同的層中形成。第二材料層220A至220D可以由用于形成第一層間絕緣層的絕緣材料制成。例如，第一材料層210A至210D可以由氮化物層形成。第二材料層220A至220D可以由氧化物層形成。
[0034]在形成多層結(jié)構(gòu)MLl之后，形成穿透多層結(jié)構(gòu)MLl的孔。在孔中形成垂直溝道層237。在形成垂直溝道層237之前，可以在每個(gè)孔的側(cè)壁上進(jìn)一步形成電荷阻擋層、電荷捕獲層和隧道絕緣層至少之一。垂直溝道層可以被形成為完全填充孔。另外，垂直溝道層可以在孔的側(cè)壁上形成為使得具有中空管形式。如果每個(gè)垂直溝道層237被形成為具有中空管形式，則由垂直溝道層237限定的管的內(nèi)部可以填充絕緣材料。電荷阻擋層可由氧化物層形成，電荷捕獲層可由能夠捕獲電荷的氮化物層形成，并且隧道絕緣層可由氧化硅層形成。垂直溝道層237可以由半導(dǎo)體層形成。例如，垂直溝道層237可由多晶硅層形成。
[0035]參照?qǐng)D3B，障礙肋狀掩模247A至247D在多層結(jié)構(gòu)MLl上形成。在形成障礙肋狀掩模247A至247D之前可以進(jìn)一步形成由第一材料層形成的掩模層，但是在本實(shí)施例中作為示例描述了其中不形成掩模層的情況。
[0036]障礙肋狀掩模247A至247D限定了其中將形成障礙肋狀圖案的區(qū)域。障礙肋狀掩模247A至247D平行地形成到接觸區(qū)域CTR2上。此外，障礙肋狀掩模247A至247D可以按相同的間隔布置。障礙肋狀掩模247A至247D可以通過(guò)光刻工藝形成，該光刻工藝使用包括遮光單兀和曝光單兀的第一曝光掩模。
[0037]每個(gè)障礙肋狀掩模247A至247D可以僅由第三材料層243形成。另外，每個(gè)障礙肋狀掩模247A至247D可以被形成為具有第三材料層243和第四材料層245的堆疊結(jié)構(gòu)。在本實(shí)施例中，障礙肋狀掩模具有第三材料層243和第四材料層245的堆疊結(jié)構(gòu)。第三材料層243具有針對(duì)第一材料層210A至210D以及第二材料層220A至220D的不同的刻蝕選擇性。第四材料層245具有針對(duì)第三材料層243的不同的刻蝕選擇性。例如，第三材料層243可以由多晶硅層或無(wú)定形碳層形成。第四材料層245可以由TiN形成。另外，第四材料層245可以由具有針對(duì)第三材料層243的不同的刻蝕選擇性的氧化物層形成。如果第四材料層245由氧化物層形成，則第四材料層245可以由四乙基正硅酸鹽(TEOS)制成。如果第四材料層245由TiN制成，則第四材料層245可以用作可用于檢測(cè)后續(xù)刻蝕工藝中的刻蝕工藝切換點(diǎn)的材料層。如果每個(gè)障礙肋狀掩模247A至247D僅由第三材料層243形成，則第三材料層243可以由具有針對(duì)第一材料層210A至210D以及第二材料層220A至220D的不同的刻蝕選擇性的材料制成。第三材料層243可用于檢測(cè)后續(xù)刻蝕工藝中的刻蝕工藝切換點(diǎn)。
[0038]參照?qǐng)D3C，形成覆蓋障礙肋狀掩模247A至247D的刻蝕掩模249A?？涛g掩模249A可以是通過(guò)光刻工藝圖案化的光刻膠圖案。
[0039]參照?qǐng)D3D，執(zhí)行用于減小刻蝕掩模249A的尺寸的刻蝕工藝，直至障礙肋狀掩模247A至247D中的、與接觸區(qū)域CTR2的邊緣相鄰的障礙肋狀掩模247A開放。
[0040]參照?qǐng)D3E，刻蝕第二材料層220D，即未被障礙肋狀掩模247A和剩余的刻蝕掩模249B覆蓋的多層結(jié)構(gòu)MLl的最高層。這里，可以去除通過(guò)刻蝕掩模249B開放的障礙肋狀掩模247A的第四材料層245，從而開放第三材料層243。
[0041]用于減少刻蝕掩模249A的尺寸的刻蝕工藝可以切換到通過(guò)使用障礙肋狀掩模247A的第三材料層243或第四材料層245的終點(diǎn)檢測(cè)(EPD)方法刻蝕第二材料層220D的工藝。
[0042]參照?qǐng)D3F，執(zhí)行用于減少刻蝕掩模249B的尺寸的刻蝕工藝以增加從接觸區(qū)域CTR2的邊緣暴露的障礙肋狀掩模的數(shù)目。
[0043]參照?qǐng)D3G，對(duì)未被剩余的刻蝕掩模249C以及障礙肋狀掩模247A和247B覆蓋的第一材料層210D和第二材料層220C進(jìn)行刻蝕。這里，通過(guò)刻蝕掩模249C開放的障礙肋狀掩模247B的第四材料層245可以被去除，從而暴露第三材料層243。
[0044]用于減少刻蝕掩模249B的尺寸的刻蝕工藝可以切換到通過(guò)使用障礙肋狀掩模247B的第三材料層243或第四材料層245的ETO方法刻蝕第一材料層2IOD以及第二材料層220D和220C的工藝。[0045]參照?qǐng)D3H，執(zhí)行用于減少刻蝕掩模249C的尺寸的刻蝕工藝，以增加從接觸區(qū)域CTR2的邊緣暴露的障礙肋狀掩模的數(shù)目。
[0046]參照?qǐng)D31，對(duì)未被剩余的刻蝕掩模249D以及障礙肋狀掩模247A、247B和247C覆蓋的第一材料層210D和210C以及第二材料層220D、220C和220B進(jìn)行刻蝕。這里，通過(guò)刻蝕掩模249D開放的障礙肋狀掩模247C的第四材料層245可以被去除，從而開放第三材料層 243。
[0047]用于減少刻蝕掩模249C的尺寸的刻蝕工藝可以切換到通過(guò)使用障礙肋狀掩模247C的第三材料層243或第四材料層245的ETO方法刻蝕第一材料層2IOD和2IOC以及第二材料層220D、220C和220B的工藝。
[0048]參照?qǐng)D3J，執(zhí)行用于減少刻蝕掩模249D的尺寸的刻蝕工藝，使得從接觸區(qū)域CTR2的邊緣暴露的障礙肋狀掩模的數(shù)目增加。
[0049]參照?qǐng)D3K，對(duì)未被剩余的刻蝕掩模249E以及障礙肋狀掩模247A、247B、247C和247D覆蓋的第一材料層210D、210C和210B以及第二材料層220D、220C、220B和220A進(jìn)行刻蝕。這里，通過(guò)刻蝕掩模249E開放的障礙肋狀掩模247D的第四材料層245可以被去除，從而開放第三材料層243。
[0050]用于減少刻蝕掩模249E的尺寸的刻蝕工藝可以切換到通過(guò)使用障礙肋狀掩模247D的第三材料層243或第四材料層245的ETO方法刻蝕第一材料層210D、210C和210B以及第二材料層220D、220C、220B和220A的工藝。
[0051]如上文所述，重復(fù)用于減小刻蝕掩模的尺寸的刻蝕工藝，直至與存儲(chǔ)器單元區(qū)域MCR相鄰的障礙肋狀掩模247D開放。當(dāng)通過(guò)剩余的刻蝕掩模暴露的障礙肋狀掩模的數(shù)目增加時(shí)，執(zhí)行刻蝕第一和第二材料層的工藝。結(jié)果，在柵極線區(qū)域中形成的第一材料層210A至210D朝向下層圖案化，使得它們朝向接觸區(qū)域CTR2突出。
[0052]已按與障礙肋狀掩模的第三材料層243相同的形式被圖案化的第一材料層210C和210D以及第二材料層220B至220D限定了其中將形成障礙肋狀圖案的區(qū)域。
[0053]參照?qǐng)D3L，在整個(gè)結(jié)構(gòu)上形成第二層間絕緣層250?？梢詫?duì)第二層間絕緣層250的表面進(jìn)行拋光，使得第三材料層243暴露。
[0054]參照?qǐng)D3M，通過(guò)刻蝕工藝形成穿透第二層間絕緣層250、第三材料層243、第一材料層210A至210D、以及第二材料層220A至220D的狹縫251。狹縫251可以在圖3B中的跨越障礙肋狀掩模的方向上形成。
[0055]通過(guò)僅經(jīng)由狹縫251有選擇地刻蝕第一材料層2IOA至2IOD來(lái)形成傳導(dǎo)層槽253。
[0056]參照?qǐng)D3N，使用傳導(dǎo)層255填充傳導(dǎo)層槽253用于形成柵極線GLl至GLn，從而形成柵極線GLl至GLn以及障礙肋狀圖案Pl至P4。在使用傳導(dǎo)層255填充傳導(dǎo)層槽253之前，可以在傳導(dǎo)層槽253的表面上進(jìn)一步形成電荷阻擋層、電荷捕獲層以及隧道絕緣層中的未在垂直溝道層237的外壁上形成的層。
[0057]接下來(lái)，使用絕緣材料258填充狹縫251。填充到狹縫251中的絕緣材料258可由具有針對(duì)第二層間絕緣層250的不同的刻蝕選擇性的材料層形成。
[0058]參照?qǐng)D30，形成用于開放其中將形成接觸插塞的接觸區(qū)域CTR2的一些區(qū)域的刻蝕掩模259?？涛g掩模259可以是通過(guò)光刻工藝形成的光刻膠圖案。
[0059]通過(guò)較之絕緣材料258更快地刻蝕通過(guò)刻蝕掩模259暴露的第二層間絕緣層250，或者使用僅刻蝕第二層間絕緣層250的刻蝕材料刻蝕第二層間絕緣層250，使其中可以形成接觸插塞的區(qū)域開放。
[0060]參照?qǐng)D3P，去除刻蝕掩模259。在包括其中以后形成接觸插塞的開放區(qū)域的整個(gè)結(jié)構(gòu)上形成薄絕緣層260。薄絕緣層260由具有針對(duì)隨后將形成的第三層間絕緣層的不同刻蝕選擇性的材料層形成，使得薄絕緣層260可以用作形成接觸孔的后繼工藝中的刻蝕停止層。例如，薄絕緣層260可以由氮化物層形成。
[0061]參照?qǐng)D3Q，在薄絕緣層260上形成第三層間絕緣層270。在第三層間絕緣層270上形成刻蝕掩模275。刻蝕掩模275可以是通過(guò)光刻工藝形成的光刻膠圖案。
[0062]刻蝕第三層間絕緣層270的通過(guò)刻蝕掩模275開放的部分?？梢詧?zhí)行刻蝕第三層間絕緣層270的部分的工藝，直至使薄絕緣層260暴露。
[0063]刻蝕薄絕緣層260的通過(guò)刻蝕掩模275開放的部分，使得柵極線GLl至GLn開放?？涛g薄絕緣層260的部分的工藝可以使用各向異性刻蝕方法，使得在障礙肋狀圖案Pl至P4的側(cè)壁上形成的薄絕緣層260可以保留。
[0064]通過(guò)第三層間絕緣層270和薄絕緣層260的刻蝕工藝形成通過(guò)第三層間絕緣層270的部分和薄絕緣層260的部分的接觸孔，通過(guò)所述接觸孔暴露柵極線GLl至GLn。
[0065]參照?qǐng)D3R，去除刻蝕掩模275，并且通過(guò)使用傳導(dǎo)材料填充接觸孔來(lái)形成接觸插塞280A至280D。接觸插塞280A至280D包括耦合到偶數(shù)編號(hào)的柵極線GL2和GLn的第一組接觸插塞(280B、280D)以及耦合到奇數(shù)編號(hào)的柵極線GLl和GLn-1的第二組接觸插塞(280A、280C)。接觸插塞280A至280D布置成鋸齒狀。
[0066]根據(jù)以上方法，本公開可以防止接觸插塞280A至280D和柵極線GLl至GLn之間的失準(zhǔn)，因?yàn)榻佑|插塞280A至280D可以在障礙肋狀圖案Pl至P4之間的空間中自對(duì)準(zhǔn)。此外，在該實(shí)施例中，可以根據(jù)用于形成障礙肋狀掩模的曝光掩模的曝光單元和遮光單元的布置將障礙肋狀圖案Pl至P4之間的間隔設(shè)定為目標(biāo)值。這些間隔可以相等地設(shè)定。因此，在障礙肋狀圖案之間的曝光的柵極線GLl至GLn可以具有一致的寬度。此外，該實(shí)施例可以保證接觸插塞280A至280D的對(duì)準(zhǔn)余量，因?yàn)榻佑|插塞280A至280D布置成鋸齒狀。
[0067]圖4是圖示根據(jù)本公開的第二實(shí)施例的制造半導(dǎo)體裝置的方法的透視圖。
[0068]參照?qǐng)D4，第一材料層310A至310D以及第二材料層320A至320D交替堆疊在包括存儲(chǔ)器單元區(qū)域MCR和接觸區(qū)域CTR2的襯底(未示出)上。第一材料層310A至310D可以在其中將形成柵極線的層中形成，并且可以由用于柵極線的傳導(dǎo)層形成。第二材料層320A至320D可以在其中以后形成第一層間絕緣層的相同的層中形成。第二材料層320A至320D可以由用于形成第一層間絕緣層的絕緣材料形成。
[0069]在圖3A中，形成穿透第一材料層310A至310D以及第二材料層320A至320D的孔。在每個(gè)孔的側(cè)壁上依次形成電荷阻擋層、電荷捕獲層和隧道絕緣層(未示出)。在孔內(nèi)形成垂直溝道層337。
[0070]在其中形成垂直溝道層337的整個(gè)結(jié)構(gòu)上可以進(jìn)一步形成具有針對(duì)第一材料層310A至310D以及第二材料層320A至320D的不同刻蝕選擇性的掩模層341。掩模層341可以由氮化物層形成。接下來(lái)，在圖3B中，形成包括第三材料層343的障礙肋狀掩模。
[0071]在圖3C至3K中，形成覆蓋障礙肋狀掩模的刻蝕掩模。重復(fù)用于減少刻蝕掩模的尺寸的刻蝕工藝，直至障礙肋狀掩模中的與存儲(chǔ)器單元區(qū)域MCR相鄰的障礙肋狀掩模開放。此外，當(dāng)通過(guò)剩余的刻蝕掩模暴露的障礙肋狀掩模的數(shù)目增加時(shí)，執(zhí)行刻蝕第一和第二材料層的工藝。結(jié)果，在柵極線區(qū)域中形成的第一材料層310A至310D朝向下層圖案化，使得它們朝向接觸區(qū)域CTR2突出。
[0072]去除在存儲(chǔ)器單元區(qū)域MCR中形成的掩模層341和刻蝕掩模。結(jié)果，掩模層341保持在障礙肋狀掩模的第三材料層343下面。按照與障礙肋狀掩模的第三材料層343相同的方式圖案化的掩模層341、第一材料層310C和310D、以及第二材料層320B至320D成為形成障礙肋狀圖案Pl至P4的疊層。
[0073]在其中形成障礙肋狀圖案Pl至P4的整個(gè)結(jié)構(gòu)上形成第二層間絕緣層350。可以拋光第二層間絕緣層350的表面以使第三材料層343暴露。
[0074]在形成第二層間絕緣層350之后，可以在圖3M中進(jìn)一步執(zhí)行形成狹縫的工藝。如果形成狹縫，則執(zhí)行使用絕緣材料填充狹縫的工藝。在第二實(shí)施例中，由于第一材料層310A至310D由用于柵極線的傳導(dǎo)層形成，因此可以省略形成傳導(dǎo)層槽的工藝以及使用用于柵極線的傳導(dǎo)層填充傳導(dǎo)層槽的工藝。
[0075]后繼工藝與上文參照?qǐng)D30至3R描述的工藝相同，并且因此省略了其描述。
[0076]圖5是根據(jù)本公開的第三實(shí)施例的制造半導(dǎo)體裝置的方法的透視圖。
[0077]參照?qǐng)D5，第一材料層410A至410D以及第二材料層(未示出)交替堆疊在包括存儲(chǔ)器單元區(qū)域MCR和接觸區(qū)域CTR2的襯底(未示出)上。第一材料層410A至410D可以在其中以后形成柵極線的層中形成。第一材料層410A至410D可以由用于柵極線的傳導(dǎo)層形成。第二材料層可以是在其中將形成第一層間絕緣層的層中形成的犧牲層。第二材料層可以具有針對(duì)第一材料層410A至410D的不同的刻蝕選擇性。例如，第一材料層410A至410D可以由摻雜多晶硅層形成，而第二材料層可以由摻雜多晶硅層形成。
[0078]在圖3A中，形成穿透第一材料層410A至410D以及第二材料層的孔。在每個(gè)孔的側(cè)壁上依次形成電荷阻擋層、電荷捕獲層和隧道絕緣層(未示出)。在孔內(nèi)形成垂直溝道層437。
[0079]在其中形成垂直溝道層437的整個(gè)結(jié)構(gòu)上可以進(jìn)一步形成具有針對(duì)第一材料層410A至410D以及第二材料層不同刻蝕選擇性的掩模層441。在圖3B中，形成包括第三材料層443的障礙肋狀掩模。
[0080]在圖3C至3K中，形成覆蓋障礙肋狀掩模的刻蝕掩模。重復(fù)用于減少刻蝕掩模的尺寸的刻蝕工藝，直至障礙肋狀掩模中的與存儲(chǔ)器單元區(qū)域MCR相鄰的障礙肋狀掩模開放。此外，當(dāng)通過(guò)剩余的刻蝕掩模暴露的障礙肋狀掩模的數(shù)目增加時(shí)，執(zhí)行刻蝕第一和第二材料層的工藝。結(jié)果，在柵極線區(qū)域中形成的第一材料層410A至410D朝向下層圖案化，使得它們朝向接觸區(qū)域CTR2突出。
[0081]去除在存儲(chǔ)器單元區(qū)域MCR中形成的掩模層441和刻蝕掩模。結(jié)果，掩模層441保持在障礙肋狀掩模的第三材料層443下面。按照與障礙肋狀掩模的第三材料層443相同的方式圖案化的掩模層341、第一材料層410C和410D、以及第二材料層限定了其中以后形成障礙肋狀圖案的區(qū)域。
[0082]在圖3L中，在去除存儲(chǔ)器單元區(qū)域MCR中的掩模層441之后，在整個(gè)結(jié)構(gòu)上形成第二層間絕緣層450?？梢話伖獾诙娱g絕緣層450的表面以使第三材料層443暴露。
[0083]在圖3M中，通過(guò)刻蝕第二層間絕緣層450、障礙肋狀掩模的第三材料層443、第一材料層410A至410D和包括剩余的掩模層441的441、以及第二材料層，形成狹縫451。狹縫451穿透第二層間絕緣層450、障礙肋狀掩模的第三材料層443、第一材料層410A至410D和包括剩余的掩模層441的441、以及第二材料層。
[0084]通過(guò)狹縫451選擇性地僅僅去除第二材料層，形成了絕緣層槽453。使用用于第一層間絕緣層的絕緣材料填充絕緣層槽453。接下來(lái)，使用絕緣材料填充狹縫451，從而形成如圖3N中所示的結(jié)構(gòu)。
[0085]后繼工藝與上文參照?qǐng)D30至3R描述的工藝相同，并且因此省略了其描述。
[0086]圖6是根據(jù)本公開的實(shí)施例的存儲(chǔ)器系統(tǒng)的示意性框圖。
[0087]參照?qǐng)D6，根據(jù)實(shí)施例的存儲(chǔ)器系統(tǒng)1000包括存儲(chǔ)器裝置1020和存儲(chǔ)器控制器1010。
[0088]存儲(chǔ)器裝置1020包括根據(jù)第一至第三實(shí)施例形成的半導(dǎo)體存儲(chǔ)器裝置中的至少一個(gè)。存儲(chǔ)器裝置1020包括襯底、串結(jié)構(gòu)、障礙肋狀圖案和第一接觸插塞。襯底被配置成包括存儲(chǔ)器單元區(qū)域和接觸區(qū)域。串結(jié)構(gòu)被配置成包括交替堆疊在襯底上的傳導(dǎo)層和第一層間絕緣層并且從存儲(chǔ)器單元區(qū)域朝向接觸區(qū)域向下層突出。障礙肋狀圖案彼此隔開，在接觸區(qū)域中在傳導(dǎo)層上形成。障礙肋狀圖案被配置成通過(guò)所隔開的空間使接觸區(qū)域中的傳導(dǎo)層的層開放。第一接觸插塞通過(guò)將傳導(dǎo)材料填充到彼此相鄰的障礙肋狀圖案之間的空間中的工藝形成。第一接觸插塞耦合到接觸區(qū)域中的傳導(dǎo)層。
[0089]存儲(chǔ)器控制器1010控制主機(jī)Host和存儲(chǔ)器裝置1020之間的數(shù)據(jù)交換。存儲(chǔ)器控制器1010可以包括用于控制存儲(chǔ)器系統(tǒng)1000的整體操作的中央處理單元(CPU) 1012。存儲(chǔ)器控制器1010可以包括用作CPU 1012的操作存儲(chǔ)器的SRAM 1011。存儲(chǔ)器控制器1010可以進(jìn)一步包括主機(jī)接口(I/F) 1013和存儲(chǔ)器I/F 1015。主機(jī)I/F 1013可以配備有在存儲(chǔ)器系統(tǒng)1000和主機(jī)之間的數(shù)據(jù)交換協(xié)議。存儲(chǔ)器I/F 1015可以耦合存儲(chǔ)器控制器1010和存儲(chǔ)器設(shè)備1020。存儲(chǔ)器控制器1010可以進(jìn)一步包括糾錯(cuò)碼塊(ECC) 1014。ECC 1014可以檢測(cè)從存儲(chǔ)器設(shè)備1020讀取的數(shù)據(jù)中的錯(cuò)誤并糾正檢測(cè)到的錯(cuò)誤。盡管沒有示出，但是存儲(chǔ)器系統(tǒng)1000可以進(jìn)一步包括用于存儲(chǔ)用于與主機(jī)接駁的代碼數(shù)據(jù)的ROM裝置。存儲(chǔ)器系統(tǒng)1000可以用作便攜式數(shù)據(jù)存儲(chǔ)卡。在實(shí)施例中，可以使用可以替換計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的硬盤的固態(tài)硬盤(SSD)來(lái)實(shí)施存儲(chǔ)器系統(tǒng)1000。
[0090]根據(jù)本公開，由于在障礙肋狀圖案之間形成了接觸插塞，因此可以提高接觸插塞和傳導(dǎo)層之間的對(duì)準(zhǔn)精度。因此，可以提高3D半導(dǎo)體裝置的可靠性。
【權(quán)利要求】
1.一種半導(dǎo)體裝置，包括: 襯底，其包括存儲(chǔ)器單元區(qū)域和接觸區(qū)域； 串結(jié)構(gòu)，其包括交替堆疊在所述襯底上的傳導(dǎo)層和第一層間絕緣層并且從所述存儲(chǔ)器單元區(qū)域朝向所述接觸區(qū)域向下層突出； 障礙肋狀圖案，其在所述接觸區(qū)域中在所述傳導(dǎo)層上彼此隔開，并且被配置用于通過(guò)所隔開的空間使所述接觸區(qū)域中的所述傳導(dǎo)層的層開放；以及 第一接觸插塞，其填充到彼此相鄰的障礙肋狀圖案之間的空間中并且耦合到所述接觸區(qū)域中的所述傳導(dǎo)層。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體裝置，其中所述障礙肋狀圖案置于所述傳導(dǎo)層的各個(gè)邊緣的上部上以及與所述存儲(chǔ)器單元區(qū)域相鄰的接觸區(qū)域中的所述串結(jié)構(gòu)上。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體裝置，進(jìn)一步包括第二接觸插塞，其耦合到所述傳導(dǎo)層中的、置于所述串結(jié)構(gòu)的最下層中的傳導(dǎo)層的邊緣的上部，并且通過(guò)障礙肋狀圖案與所述第一接觸插塞分離。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的半導(dǎo)體裝置，進(jìn)一步包括薄絕緣層，其在所述第一接觸插塞和所述障礙肋狀圖案之間以及所述第二接觸插塞和所述障礙肋狀圖案之間形成。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體裝置，其中每個(gè)障礙肋狀圖案由具有一個(gè)或多個(gè)層的疊層形成。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的半導(dǎo)體裝置，其中: 所述疊層中的、置于與所述傳`導(dǎo)層相同的層中的疊層由與所述傳導(dǎo)層相同的材料制成，以及 所述疊層中的、置于與所述第一層間絕緣層相同的層中的疊層由與所述第一層間絕緣層相同的材料制成。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的半導(dǎo)體裝置，其中隨著障礙肋狀圖案變得遠(yuǎn)離所述存儲(chǔ)器單元區(qū)域，所述障礙肋狀圖案中包括的疊層數(shù)目增加。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體裝置，其中所述障礙肋狀圖案以相同的間隔布置。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體裝置，其中每個(gè)第一接觸插塞包括如下的上端:所述上端被配置成具有大于所述障礙肋狀圖案之間的間隔的寬度并且從所述障礙肋狀圖案向上延伸。
10.一種制造半導(dǎo)體裝置的方法，包括: 在襯底上形成串結(jié)構(gòu)和障礙肋狀圖案，所述襯底包括存儲(chǔ)器單元區(qū)域和接觸區(qū)域，其中從所述存儲(chǔ)器單元區(qū)域朝向所述接觸區(qū)域向下層突出的所述串結(jié)構(gòu)包括交替堆疊的傳導(dǎo)層和第一層間絕緣層，并且在所述接觸區(qū)域中在所述傳導(dǎo)層上的所述障礙肋狀圖案彼此隔開，并且被配置成通過(guò)所隔開的空間使所述接觸區(qū)域中的各個(gè)傳導(dǎo)層的層開放；以及 通過(guò)填充所述接觸區(qū)域中的所述障礙肋狀圖案之間的空間的間隙來(lái)形成耦合到所述傳導(dǎo)層的第一接觸插塞。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中所述障礙肋狀圖案置于所述傳導(dǎo)層的各個(gè)邊緣的上部上以及與所述存儲(chǔ)器單元區(qū)域相鄰的所述接觸區(qū)域中的所述串結(jié)構(gòu)上。
12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，進(jìn)一步包括在形成所述第一接觸插塞的同時(shí)形成第二接觸插塞，所述第二接觸插塞耦合到所述傳導(dǎo)層中的、置于所述串結(jié)構(gòu)的最下層中的傳導(dǎo)層的邊緣的上部，并且通過(guò)障礙肋狀圖案與所述第一接觸插塞分離。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中形成所述第一接觸插塞和所述第二接觸插塞包括: 在其中形成所述串結(jié)構(gòu)和所述障礙肋狀圖案的整個(gè)結(jié)構(gòu)上形成第二層間絕緣層，使得各個(gè)傳導(dǎo)層的層在所述接觸區(qū)域中開放； 在所述第二層間絕緣層的表面上形成薄絕緣層； 在所述薄絕緣層上形成第三層間絕緣層； 通過(guò)刻蝕所述第三層間絕緣層和所述薄絕緣層來(lái)形成接觸孔；以及 使用傳導(dǎo)材料填充所述接觸孔。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中所述薄絕緣層由具有針對(duì)所述第三層間絕緣層的不同刻蝕選擇性的材料層形成。
15.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中形成所述串結(jié)構(gòu)和所述障礙肋狀圖案包括: 通過(guò)在所述襯底上交替堆疊第一材料層和第二材料層來(lái)形成多層結(jié)構(gòu)； 在所述接觸區(qū)域中的所述多層結(jié)構(gòu)上形成障礙肋狀掩模； 形成刻蝕掩模以覆蓋所述障礙肋狀掩模； 重復(fù)地執(zhí)行減少所述刻蝕掩模的尺寸的刻蝕工藝，直至從與所述接觸區(qū)域的邊緣相鄰的障礙肋狀掩模到與所述存儲(chǔ)器 單元區(qū)域相鄰的障礙肋狀掩模的障礙肋狀掩模開放； 當(dāng)通過(guò)減少所述刻蝕掩模的尺寸的刻蝕工藝開放的障礙肋狀掩模的數(shù)目增加時(shí)，執(zhí)行刻蝕所述第一材料層和所述第二材料層的工藝；以及去除所述刻蝕掩模。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其中每個(gè)障礙肋狀掩模由具有針對(duì)所述第一材料層和所述第二材料層的不同的刻蝕選擇性的第三材料層形成。
17.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其中每個(gè)障礙肋狀掩模具有第三材料層和第四材料層的疊層結(jié)構(gòu)，其中所述第三材料層具有針對(duì)所述第一材料層和所述第二材料層的不同的刻蝕選擇性，所述第四材料層具有針對(duì)所述第三材料層的不同的刻蝕選擇性，并且當(dāng)刻蝕所述第一材料層和所述第二材料層時(shí)去除所述第四材料層。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其中減少所述刻蝕掩模的尺寸的刻蝕工藝切換到通過(guò)使用所述第四材料層的終點(diǎn)檢測(cè)EH)方法來(lái)刻蝕所述第一材料層和所述第二材料層的工藝。
19.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，進(jìn)一步包括: 在去除所述刻蝕掩模之后，形成被配置成穿透所述障礙肋狀掩模和所述多層結(jié)構(gòu)的狹縫； 通過(guò)所述狹縫去除所述第一材料層，形成傳導(dǎo)層槽； 使用傳導(dǎo)層填充所述傳導(dǎo)層槽；以及 使用絕緣材料填充所述狹縫。
20.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其中所述第二材料層由用于形成所述第一層間絕緣層的絕緣材料形成。
【文檔編號(hào)】H01L21/8239GK103515388SQ201210466191
【公開日】2014年1月15日 申請(qǐng)日期:2012年11月16日 優(yōu)先權(quán)日:2012年6月22日
【發(fā)明者】林勇賢 申請(qǐng)人:愛思開海力士有限公司