三维存储装置及其形成方法与流程

背景技术：

1、本公开涉及存储装置及其制造方法。

2、通过改进工艺技术、电路设计、编程算法和制造工艺，平面存储单元被缩小到更小的尺寸。然而，随着存储单元的特征尺寸接近下限，平面工艺和制造技术变得具有挑战性且成本高昂。结果，平面存储单元的存储密度接近上限。

3、三维(3d)存储架构可以解决平面存储单元中的密度限制。3d存储架构包括存储阵列和用于促进存储阵列的操作的外围电路。

技术实现思路

1、根据本公开的一方面，提供了一种半导体装置。半导体装置可以包括：交替的绝缘层和字线层的堆叠结构；堆叠结构之上的第一顶部选择栅极(tsg)层；以及延伸穿过第一tsg层的分离结构，其中第一tsg层可以被所述分离结构划分成第一子tsg层和第二子tsg层。半导体装置可以包括设在第一子tsg层和分离结构之间以及第二子tsg层和分离结构之间的导电层。

2、半导体装置还可以包括延伸穿过堆叠结构的第一沟道结构和延伸穿过第一tsg层的第二沟道结构。第二沟道结构可以设在第一沟道结构之上并且耦合到第一沟道结构。

3、在一些实施例中，第一沟道结构可以包括阻挡层，该阻挡层延伸穿过绝缘层和字线层，并进一步延伸到堆叠结构所在的衬底中。第一沟道结构可以包括形成在阻挡层之上的电荷存储层、形成在电荷存储层之上的隧穿层、形成在隧穿层之上的沟道层、形成在沟道层之上的隔离层以及形成在隔离层之上并与沟道层接触的顶部沟道触点。

4、在一些实施例中，第二沟道结构可以包括延伸穿过第一tsg层的栅极电介质层，以及沿栅极电介质层形成的第二沟道层。第二沟道层可以设置在第一沟道结构的顶部沟道触点之上并且与第一沟道结构的顶部沟道触点接触。

5、在一些实施例中，字线层可以包括第一材料，并且第一tsg层可以包括不同于第一材料的第二材料。在一些实施例中，导电层可以包括金属硅化物。

6、半导体装置可以包括设在堆叠结构与第一tsg层之间的第二tsg层，以及设在第一tsg层与第二tsg层之间的界面层。

7、在一些实施例中，分离结构可以进一步延伸穿过第二tsg层和界面层以将第二tsg层划分成第三子tsg层和第四子tsg层。因此，导电层可以进一步设在第二tsg层与界面层之间、界面层与第一tsg层之间、第三子tsg层与分离结构之间以及第四子tsg层与分离结构之间。

8、半导体装置可以包括缝隙结构，缝隙结构延伸穿过字线层与绝缘层并且进一步沿平行于衬底的方向延伸。半导体装置可以包括沿平行于衬底的方向延伸、延伸穿过第一和第二tsg层并且设在缝隙结构之上的分离结构。

9、半导体装置可以包括阵列区域和与阵列区域相邻的阶梯区域。第一沟道结构和第二沟道结构可以设在阵列区域中，并且阶梯区域可以包括形成在堆叠结构以及第一和第二tsg层中的多个台阶。

10、在一些实施例中，多个台阶可以包括形成在第一和第二tsg层中的第一台阶。因此，半导体装置可以包括形成在多个台阶中的第一台阶处的tsg触点。tsg触点可以从以下各层延伸：第二tsg层；设在(i)第二tsg层与界面层之间和(ii)界面层与第一tsg层之间的导电层；以及界面层。

11、在一些实施例中，导电层可以进一步延伸穿过第一tsg层以围绕tsg触点，并且导电层延伸到第二tsg层中，使得tsg触点设在导电层上。

12、在一些实施例中，多个台阶可以包括形成在第一tsg层中的第一台阶和形成在第二tsg层中的第二台阶。因此，半导体装置可以包括从界面层延伸并在多个台阶中的第一台阶处穿过导电层和第一tsg层的第一tsg触点，以及从第二tsg层延伸并穿过多个台阶中的第二台阶处的界面层的第二tsg触点

13、在一些实施例中，导电层可以进一步延伸穿过第一tsg层以围绕第一tsg触点，并且导电层延伸到第二tsg层中，使得第二tsg触点设在导电层上。

14、根据本公开的另一方面，提供了一种制造半导体装置的方法。在该方法中，堆叠结构可以形成为包括衬底之上的交替的绝缘层和字线层。第一tsg层可以形成在堆叠结构之上，分离结构可以形成为沿平行于衬底的方向延伸并穿过第一tsg层，使得第一tsg层可以被分离结构划分成第一子tsg层和第二子tsg层。导电层可以形成在第一子tsg层与分离结构之间以及第二子tsg层与分离结构之间。

15、在该方法中，第一沟道结构可以形成为延伸穿过绝缘层和字线层并进入衬底。第二沟道结构可以布置在第一沟道结构之上并耦合到第一沟道结构。第二沟道结构可以进一步延伸穿过第一tsg层。

16、为了形成第一沟道结构，沟道开口可以形成为延伸穿过绝缘层和字线层并进一步进入衬底。阻挡层可以形成在沟道开口中，电荷存储层可以形成在阻挡层之上，隧穿层可以形成在电荷存储层之上，沟道层可以形成在隧穿层之上，隔离层可以形成在沟道层之上，并且顶部沟道触点形成在隔离层之上并与沟道层接触。

17、在该方法中，为了形成第二沟道结构，栅极电介质层可以形成为延伸穿过第一tsg层并进入第一沟道结构的顶部沟道触点。第二沟道层可以沿栅极电介质层形成，其中第二沟道层可以设置在第一沟道结构的顶部沟道触点之上并且与第一沟道结构的顶部沟道触点接触。第二隔离层可以形成在第二沟道层之上，并且第二沟道触点可以形成在第二隔离层之上并且与第二沟道层接触。

18、在该方法中，第一电介质层可以形成在第一tsg层之上，第二电介质层可以形成在第一电介质层之上，并且触点可以形成在第二沟道结构之上并且延伸穿过第二电介质层。

19、在一些实施例中，第二tsg层可以形成在堆叠结构与第一tsg层之间，并且界面层可以形成在第一tsg层与第二tsg层之间。

20、在一些实施例中，分离结构可以进一步延伸穿过第二tsg层和界面层以将第二tsg层划分成第三子tsg层和第四子tsg层。因此，导电层可以进一步设在第二tsg层与界面层之间、界面层与第一tsg层之间、第三子tsg层与分离结构之间以及第四子tsg层与分隔结构之间。

21、在该方法中，缝隙结构可以形成为延伸穿过字线层和绝缘层并且进一步沿平行于衬底的方向延伸。分离结构可以形成为沿平行于衬底的方向延伸，延伸穿过第一和第二tsg层，并且设在缝隙结构之上。

22、根据本公开的又一方面，可以提供一种存储系统装置。存储系统可包括与存储装置耦合的控制电路设备。存储装置可以包括由交替的绝缘层和字线层形成的堆叠结构。存储装置还可以包括在堆叠结构之上的第一tsg层和延伸穿过第一tsg层的分离结构。第一tsg层可以被分离结构划分成第一子tsg层和第二子tsg层。存储装置可以包括设在第一子tsg层与分离结构之间以及第二子tsg层与分离结构之间的导电层。

技术特征：

1.一种半导体装置，包括：

2.根据权利要求1所述的半导体装置，还包括：

3.根据权利要求2所述的半导体装置，其中，所述第一沟道结构还包括：

4.根据权利要求3所述的半导体装置，其中，所述第二沟道结构还包括：

5.根据权利要求1所述的半导体装置，其中：

6.根据权利要求1所述的半导体装置，其中，所述导电层包括金属硅化物。

7.根据权利要求4所述的半导体装置，还包括：

8.根据权利要求7所述的半导体装置，其中：

9.根据权利要求8所述的半导体装置，还包括：

10.根据权利要求9所述的半导体装置，还包括：

11.根据权利要求10所述的半导体装置，其中，所述多个台阶包括形成在所述第一tsg层和所述第二tsg层中的第一台阶，所述半导体装置还包括：

12.根据权利要求11所述的半导体装置，其中：

13.根据权利要求10所述的半导体装置，其中，所述多个台阶包括形成在所述第一tsg层中的第一台阶和形成在所述第二tsg层中的第二台阶，所述半导体装置还包括：

14.根据权利要求13所述的半导体装置，其中：

15.一种制造半导体装置的方法，包括：

16.根据权利要求15所述的方法，还包括：

17.根据权利要求16所述的方法，其中，形成所述第一沟道结构还包括：

18.根据权利要求17所述的方法，其中，形成所述第二沟道结构还包括：

19.根据权利要求18所述的方法，还包括：

20.根据权利要求19所述的方法，还包括：

技术总结
根据本公开的一方面，提供了一种半导体装置。该半导体装置包括交替的绝缘层和字线层的堆叠结构、在堆叠结构之上的第一顶部选择栅极(TSG)层以及延伸穿过第一TSG层的分离结构，其中第一TSG层被分离结构划分为第一子TSG层和第二子TSG层。半导体装置包括设在第一子TSG层和分离结构之间以及第二子TSG层和分离结构之间的导电层。

技术研发人员：高庭庭,夏志良,霍宗亮
受保护的技术使用者：长江存储科技有限责任公司
技术研发日：
技术公布日：2024/3/5