垂直存儲器件的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]示例實施方式涉及垂直存儲器件。更具體地，示例實施方式涉及包括垂直溝道的非易失性存儲器件。
【背景技術(shù)】
[0002]近來，已經(jīng)開發(fā)了包括相對于襯底的表面反復(fù)地層疊的多個存儲單元的垂直存儲器件，以實現(xiàn)更高的集成度。在垂直存儲器件中，溝道可以從襯底的表面豎直地突出，圍繞溝道的柵線和絕緣層可以被反復(fù)地層疊。
[0003]隨著垂直存儲器件的集成度變得更大，存儲單元的層疊數(shù)和溝道的高度可以增大。于是，會期望提高垂直存儲器件的工作可靠性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]示例實施方式涉及具有提高的可靠性的垂直存儲器件。
[0005]根據(jù)示例實施方式，一種垂直存儲器件包括下絕緣層、在下絕緣層上的低電阻層、在低電阻層上的溝道層、在溝道層上的多個垂直溝道、以及多個柵線。垂直溝道在相對于溝道層的頂表面垂直的第一方向上延伸。柵線圍繞垂直溝道的外側(cè)壁，并且在第一方向上層疊并且彼此間隔開。
[0006]在示例實施方式中，垂直存儲器件可以進一步包括在低電阻層和溝道層之間的歐姆接觸層。
[0007]在示例實施方式中，歐姆接觸層和溝道層可以包括摻以P型雜質(zhì)的多晶硅。歐姆接觸層的雜質(zhì)濃度可以大于溝道層的雜質(zhì)濃度。
[0008]在示例實施方式中，低電阻層可以包括金屬、金屬氮化物和金屬硅化物至少之一。這些可以被單獨使用，或者以其組合的方式使用。
[0009]在示例實施方式中，低電阻層可以具有埋在下絕緣層中的直線形狀或者島形狀。
[0010]在示例實施方式中，下絕緣層可以包括至少一個溝槽，低電阻層可以填充溝槽的下部。垂直存儲器件可以進一步在低電阻層上包括歐姆接觸圖案。歐姆接觸圖案可以填充溝槽的剩余部分。
[0011]根據(jù)示例實施方式，一種垂直存儲器件包括下絕緣層、在下絕緣層上的第一溝道層、在第一溝道層上的第二溝道層、在第一溝道層上的多個垂直溝道、以及多個柵線。第二溝道層和第一溝道層在相對于第二溝道層的頂表面垂直的第一方向上彼此間隔開。垂直溝道在第一方向上延伸。柵線圍繞垂直溝道的外側(cè)壁。柵線在第一方向上被層疊為彼此間隔開。柵線在下絕緣層上。
[0012]在示例實施方式中，第一溝道層和第二溝道層可以包括摻以P型雜質(zhì)的多晶硅。第一溝道層的雜質(zhì)濃度可以大于第二溝道層的雜質(zhì)濃度。
[0013]在示例實施方式中，第一溝道層的厚度可以大于第二溝道層的厚度。
[0014]在示例實施方式中，垂直存儲器件可以還包括將第一溝道層和第二溝道層彼此連接的半導(dǎo)體圖案。垂直溝道可以在半導(dǎo)體圖案上。
[0015]在示例實施方式中，第二溝道層可以圍繞半導(dǎo)體圖案的外側(cè)壁，并且可以用作地選擇晶體管(GST)的溝道。
[0016]在不例實施方式中，垂直溝道可以包括第一垂直溝道和第二垂直溝道。第一垂直溝道可以在第二溝道層上，第二垂直溝道可以與第一垂直溝道的內(nèi)壁鄰接，并且可以穿過第二溝道層延伸。
[0017]在示例實施方式中，第二垂直溝道可以接觸第一溝道層。
[0018]在示例實施方式中，第一溝道層可以包括多個線圖案，并且線圖案的每一個可以重疊至少一個包括多個垂直溝道的溝道列。
[0019]在示例實施方式中，垂直存儲器件可以還包括在半導(dǎo)體襯底上的周邊電路。下絕緣層可以形成在半導(dǎo)體襯底上從而覆蓋周邊電路。
[0020]根據(jù)示例實施方式，一種垂直存儲器件可以在溝道層的底表面下面包括包括例如金屬的低電阻層，從而溝道層的電阻可以降低。根據(jù)示例實施方式，溝道層可以具有包括第一溝道層和第二溝道層的雙層結(jié)構(gòu)。第一溝道層可以包括相對高濃度的雜質(zhì)。第二溝道層可以包括相對低濃度的雜質(zhì)。第二溝道層可以被提供為地選擇晶體管(GST)的溝道，第一溝道層可以被提供為與垂直溝道接觸的襯底。進一步，第一和第二溝道層可以通過垂直溝道彼此形成并聯(lián)連接。因此，溝道層的電阻可以被降低，同時維持GST的驅(qū)動或者操作性會K。
[0021]如上所述，溝道層的電阻和GST的泄漏電流可以被降低，從而垂直存儲器件的驅(qū)動或者運行可靠性可以被提高。
[0022]根據(jù)示例實施方式，一種垂直存儲器件包括下絕緣層、在下絕緣層上的多個柵線、在柵線和下絕緣層之間的溝道層、在下絕緣層上的多個垂直溝道、以及在下絕緣層和垂直溝道之間的低電阻層和阱層中的至少一個。柵線在第一方向上彼此間隔開。柵線定義溝道孔和開口。垂直溝道在第一方向上延伸穿過柵線的溝道孔。
[0023]在示例實施方式中，低電阻層可以在下絕緣層和垂直溝道之間，溝道層可以在垂直溝道和低電阻層之間，溝道層的電阻可以大于低電阻層的電阻。
[0024]在示例實施方式中，半導(dǎo)體圖案可以在下絕緣層上，并且垂直溝道可以在半導(dǎo)體圖案上。
[0025]在示例實施方式中，垂直存儲器件可以還包括分隔絕緣層。阱層可以在下絕緣層和垂直溝道之間。溝道層可以在分隔絕緣層上。分隔絕緣層可以在阱層和溝道層之間。
[0026]在示例實施方式中，垂直存儲器件可以還包括電連接至垂直溝道的位線、公共源線、以及溝道孔中的電介質(zhì)層結(jié)構(gòu)。電介質(zhì)層結(jié)構(gòu)可以在垂直溝道和柵線之間。溝道層可以包括通過柵線中的開口暴露的雜質(zhì)區(qū)域，并且公共源線可以被電連接至雜質(zhì)區(qū)域。
【附圖說明】
[0027]由以下結(jié)合附圖的詳細說明，示例實施方式將被更清楚地理解。附圖示出如本文所述的非限制性示例實施方式。附圖不必按比例繪制，相反，重點在于示出發(fā)明構(gòu)思的原理。附圖中:
[0028]圖1是剖視圖，其示出根據(jù)示例實施方式的一垂直存儲器件；
[0029]圖2至16是剖視圖，其示出制造根據(jù)示例實施方式的一垂直存儲器件的方法；
[0030]圖17是剖視圖，其示出根據(jù)示例實施方式的一垂直存儲器件；
[0031]圖18至21是剖視圖，其示出制造根據(jù)示例實施方式的一垂直存儲器件的方法；
[0032]圖22是剖視圖，其示出根據(jù)示例實施方式的一垂直存儲器件；
[0033]圖23至26是剖視圖，其示出制造根據(jù)示例實施方式的一垂直存儲器件的方法；
[0034]圖27是剖視圖，其示出根據(jù)示例實施方式的一垂直存儲器件；
[0035]圖28至37是剖視圖，其示出制造根據(jù)示例實施方式的一垂直存儲器件的方法；
[0036]圖38是剖視圖，其示出根據(jù)示例實施方式的一垂直存儲器件；
[0037]圖39A和39B是剖視圖，其示出根據(jù)示例實施方式的垂直存儲器件；
[0038]圖40是剖視圖，其示出根據(jù)示例實施方式的一垂直存儲器件；
[0039]圖41至47是剖視圖，其示出制造根據(jù)示例實施方式的一垂直存儲器件的方法；
[0040]圖48A和48B是剖視圖，其示出根據(jù)示例實施方式的垂直存儲器件；
[0041]圖49至52是剖視圖，其示出制造根據(jù)示例實施方式的一垂直存儲器件的方法；
[0042]圖53A至53C是剖視圖，其示出根據(jù)示例實施方式的垂直存儲器件；
[0043]圖54是剖視圖，其示出根據(jù)示例實施方式的一垂直存儲器件；
[0044]圖55是俯視圖，其示出根據(jù)示例實施方式的一垂直存儲器件；
[0045]圖56A至56C是剖視圖，其示出根據(jù)示例實施方式的垂直存儲器件；
[0046]圖57是剖視圖，其示出根據(jù)示例實施方式的一垂直存儲器件；
[0047]圖58是剖視圖，其示出根據(jù)示例實施方式的一垂直存儲器件；以及
[0048]圖59是剖視圖，其示出根據(jù)示例實施方式的一垂直存儲器件；
[0049]圖60是剖視圖，其示出根據(jù)示例實施方式的一垂直存儲器件；
[0050]圖61是剖視圖，其示出根據(jù)示例實施方式的一垂直存儲器件；以及
[0051]圖62是剖視圖，其示出根據(jù)示例實施方式的一垂直存儲器件。
【具體實施方式】
[0052]以下將參照示出一些示例實施方式的附圖更充分地描述各種各樣的示例實施方式。然而，發(fā)明構(gòu)思可以以諸多不同的形式實施，且不應(yīng)當(dāng)被解釋為限于本文中闡述的示例實施方式。更確切地，這些示例實施方式被提供，從而本說明書將會透徹且完整，且將充分地將發(fā)明構(gòu)思的范圍傳達給本領(lǐng)域技術(shù)人員。附圖中，為了清楚起見，層和區(qū)域的尺寸和相對尺寸可以被夸大。圖中相同的附圖字符和/或附圖標(biāo)記表示相同的元件，于是其描述可以被省略。
[0053]將理解，當(dāng)一元件或?qū)颖环Q為“在”另一元件或?qū)印吧稀?、“連接到”另一元件或?qū)印⒒颉奥?lián)接到”另一元件或?qū)訒r，它可以直接在所述另一元件或?qū)由?、直接連接到所述另一元件或?qū)?、或直接?lián)接到所述另一元件或?qū)樱蛘呖梢源嬖诰娱g元件或?qū)?。相反，?dāng)一元件被稱為“直接在”另一元件或?qū)印吧稀薄ⅰ爸苯舆B接到”另一元件或?qū)?、或“直接?lián)接到”另一元件或?qū)訒r，沒有居間元件或?qū)哟嬖?。相同的附圖標(biāo)記始終表示相同的元件。當(dāng)在這里使用時，術(shù)語“和/或”包括相關(guān)所列項目中的一個或更多個的任何及所有組合。
[0054]將理解，雖然這里可以使用術(shù)語第一、第二、第三、第四等來描述各種各樣的元件、部件、區(qū)域、層和/或部分，但是這些元件、部件、區(qū)域、層和/或部分不應(yīng)受這些術(shù)語限制。這些術(shù)語僅用于將一元件、部件、區(qū)域、層或部分與另一元件、部件、區(qū)域、層或部分區(qū)別開。因此，以下討論的第一元件、第一部件、第一區(qū)域、第一層或第一部分能被稱為第二元件、第二部件、第二區(qū)域、第二層或第二部分，而不背離示例實施方式的教導(dǎo)。
[0055]為了描述方便，這里可以使用空間關(guān)系術(shù)語，諸如“在……下方”、“在……下面”、“下部的”、“在……上方”、“上部的”等，來描述如附圖所示的一元件或特征的與另一(另一些)元件或特征的關(guān)系。將理解，空間關(guān)系術(shù)語旨在還涵蓋除附圖所示的取向之外，器件在使用或運行中的不同取向。例如，如果附圖中的器件被翻轉(zhuǎn)，則被描述為“在”其他元件或特征“下面”或“下方”的元件將會取向“在”所述其他元件或特征的“上方”。因此，示例性術(shù)語“在……下面”能夠涵蓋上方和下面兩種取向。器件可以有其它取向(旋轉(zhuǎn)90度或處于其它取向)，這里所使用的空間關(guān)系描述詞作相應(yīng)地解釋。
[0056]這里所使用的術(shù)語只是為了描述特定的示例實施方式，而非旨在限制示例實施方式。當(dāng)在這里使用時，單數(shù)形式“一”和“該”也旨在包括復(fù)數(shù)形式，除非上下文清楚地指示另外的意思。還將理解，當(dāng)在本說明書中使用時，術(shù)語“包括”和/或“包含”指定了所述特征、整體、步驟、操作、元件和/或部件的存在，但并不排除一個或更多個其他特征、整體、步驟、操作、元件、部件和/或其組合的存在或添加。
[0057]這里參照剖視圖描述了示例實施方式，這些剖視圖是理想化示例實施例(和中間結(jié)構(gòu))的示意圖。因此，作為例如制造技術(shù)和/或公差的結(jié)果的相對于圖示的形狀的變化將被預(yù)見到。因此，示例實施方式不應(yīng)被解釋為限于這里所示的區(qū)域的特定形狀，而將包括例如由制造引起的形狀偏差。例如，被示作矩形的注入?yún)^(qū)通常將具有圓的或彎曲的特征和/或在其邊緣處注入濃度的梯度而不是從注入?yún)^(qū)到非注入?yún)^(qū)的二元變化。類似地，通過注入形成的嵌入?yún)^(qū)可以導(dǎo)致在嵌入?yún)^(qū)與通過其發(fā)生注入的表面之間的區(qū)域中的一些注入。因此，附圖中示出的區(qū)域在本質(zhì)上是示意性的，它們的形狀不旨在示出器件的區(qū)域的實際形狀，并且不旨在限制示例實施方式的范圍。
[0058]除非另行定義，這里使用的所有術(shù)語(包括技術(shù)術(shù)語和科學(xué)術(shù)語)都具有示例實施方式所屬領(lǐng)域內(nèi)的普通技術(shù)人員通常所理解的同樣的含義。將進一步理解的是，術(shù)語，諸如通用詞典中所定義的術(shù)語，應(yīng)當(dāng)被解釋為具有與它們在相關(guān)領(lǐng)域的語境中的含義相一致的含義，而將不在理想化或過于形式化的意義上被解釋，除非本文明確地如此定義。
[0059]在本說明書中列舉的圖中，實質(zhì)上垂直于溝道層的頂表面的方向被稱為第一方向，實質(zhì)上平行于溝道層的頂表面并且實質(zhì)上彼此垂直的兩個方向被稱為第二方向和第三方向。另外，圖中箭頭標(biāo)明的方向和與之相反的方向被認為是相同的方向。
[0060]雖然某(某些)剖視圖的相應(yīng)的俯視圖和/或透視圖可以不被示出，但是本文示出的器件結(jié)構(gòu)的剖視圖為沿著如在俯視圖中示出的兩個不同的方向和/或在如將在透視圖中示出的三個不同的方向上延伸的多個器件結(jié)構(gòu)提供支持。所述兩個不同的方向可以彼此正交，或者可以不彼此正交。所述三個不同的方向可以包括可以與所述兩個不同的方向正交的第三方向。所述多個器件結(jié)構(gòu)可以被集成在同一電子器件中。例如，當(dāng)在一剖視圖中示出一器件結(jié)構(gòu)(例如存儲單元結(jié)構(gòu)或者晶體管結(jié)構(gòu))時，一電子器件可以包括多個所述器件結(jié)構(gòu)(例如多個存儲單元結(jié)構(gòu)或者多個晶體管結(jié)構(gòu))，如所述電子器件的俯視圖示出了那樣。所述多個器件結(jié)構(gòu)可以按陣列和/或按二維圖案布置。
[0061]圖1是剖視圖，其示出根據(jù)示例實施方式的一垂直存儲器件。
[0062]參見圖1，垂直存儲器件可以包括布置在溝道層106上的存儲單元結(jié)構(gòu)和布置在溝道層106之下的下部結(jié)構(gòu)。
[0063]在示例實施方式中，溝道層106可以包括可以被摻以雜質(zhì)的半導(dǎo)體。例如，溝道層106可以包括摻以雜質(zhì)的多晶硅。例如，溝道層106可以包括P型雜質(zhì)，諸如硼(B)或鎵(Ga)。在此情形下，溝道層106可以用作P型阱(以下稱為P阱)。溝道層106可以是阱層O
[0064]溝道層106上的存儲單元結(jié)構(gòu)可以包括:半導(dǎo)體圖案130，其從溝道層106突出；垂直溝道145，其在半導(dǎo)體圖案130上在第一方向上延伸；電介質(zhì)層結(jié)構(gòu)140，其圍繞垂直溝道145的外側(cè)壁；以及多個柵線180 (180a至180f)，其在電介質(zhì)層結(jié)構(gòu)140的外側(cè)壁上至少部分地圍繞垂直溝道145，并且在第一方向上彼此間隔開。雖然圖1示出彼此交替地層疊的柵線180a至180f和絕緣中間層圖案116a至116f，但是示例實施方式不局限于此，并且柵線180和絕緣中間層圖案116的數(shù)量可以改變。
[0065]半導(dǎo)體圖案130可以填充溝道孔120的下部，溝道層106的頂表面可以通過溝道孔120被暴露。半導(dǎo)體圖案130可以接觸溝道層106的頂表面。在示例實施方式中，半導(dǎo)體圖案130可以包括多晶硅或者單晶硅。
[0066]在示例實施方式中，半導(dǎo)體圖案130可以被部分地掩埋或者嵌入在溝道層106內(nèi)。
[0067]垂直溝道145可以布置在半導(dǎo)體圖案130上，并且可以具有中空的圓柱形形狀或者杯子形狀。垂直溝道145可以包括半導(dǎo)體，諸如多晶硅或者單晶硅。垂直溝道145可以包括雜質(zhì)。例如，垂直溝道145可以包括摻以諸如B或Ga的P型雜質(zhì)的雜質(zhì)區(qū)域。
[0068]多個垂直溝道145可以沿第三方向排列以定義溝道列。可以沿第二方向形成多個溝道列。
[0069]第一填充層圖案150可以形成在垂直溝道145中。第一填充層圖案150可以具有柱子形狀或者實心的圓柱形形狀。第一填充層圖案150可以由諸如硅氧化物和/或硅氮化物的電介質(zhì)材料制成，但是示例實施方式不局限于此。
[0070]在示例實施方式中，垂直溝道145可以具有柱子形狀或者實心的圓柱形形狀。在此情形下，第一填充層圖案150可以被省略。
[0071]電介質(zhì)層結(jié)構(gòu)140可以被布置在溝道孔120的側(cè)壁上，并且在半導(dǎo)體圖案130的頂表面的周邊部分上。電介質(zhì)層結(jié)構(gòu)140可以具有杯子形狀或者吸管形狀。如果電介質(zhì)層結(jié)構(gòu)140具有杯子形狀，則電介質(zhì)層結(jié)構(gòu)140的中心底部可以限定一開口。
[0072]電介質(zhì)層結(jié)構(gòu)140可以包括可以從垂直溝道145的外側(cè)壁順序?qū)盈B的隧道絕緣層圖