一种三维存储器及其制作方法与流程

本发明属于半导体集成电路，涉及一种三维存储器及其制作方法。

背景技术：

1、随着平面型闪存存储器的发展，半导体的生产工艺取得了巨大的进步。但是最近几年，平面型闪存的发展遇到了各种挑战：物理极限、现有显影技术极限以及存储电子密度极限等。在此背景下，为解决平面闪存遇到的困难以及追求更低的单位存储单元的生产成本，各种不同的三维(3d)闪存存储器结构应运而生，例如3d nor(3d或非)闪存和3d nand(3d与非)闪存。其中，3d nand存储器以其小体积、大容量为出发点，将储存单元采用三维模式层层堆叠的高度集成为设计理念，生产出高单位面积存储密度，高效存储单元性能的存储器，已经成为新兴存储器设计和生产的主流工艺。

2、通常三维存储器划分为多个存储区块(block)，每个区块中具有多个指状结构(finger)。对于具有挡墙结构(great wall)的指状结构，由于底部选择栅上方挡墙结构的遮挡，底部选择栅(bsg)的引出变得很困难，特别是多层底部选择栅的情况(例如7层台阶)。为了引出具有挡墙结构的指状结构的底部选择栅，当前的设计包括在相邻的不具有挡墙结构的指状结构中设置底部选择栅切口(bsg cut)，以将该指状结构划分为不同区域，其中一个区域用来引出具有挡墙结构的指状结构的底部选择栅。这种解决方案需要特殊的bsg切口设计或虚设沟道孔(dummy ch)设计。

技术实现思路

1、鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种三维存储器及其制作方法，用于解决现有三维存储器中，具有挡墙结构的指状结构的底部选择栅的引出方式复杂，工艺难度高的问题。

2、为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种三维存储器，包括：

3、堆叠结构，包括第一叠层结构及位于所述第一叠层结构上方的第二叠层结构，所述第一叠层结构包括在垂直方向上堆叠的多个底部选择栅层，相邻所述底部选择栅层之间设有第一隔离层，所述第二叠层结构包括在垂直方向上堆叠的多个栅极层，相邻所述栅极层之间设有第二隔离层；

4、所述堆叠结构划分为多个存储区块，所述存储区块包括挡墙结构以及与所述挡墙结构相邻设置的下层阶梯结构，所述下层阶梯结构形成在所述第一叠层结构中，所述下层阶梯结构包括沿第一水平方向依次设置的第一阶梯结构、第二阶梯结构、第三阶梯结构及第四阶梯结构；

5、多个沿所述第一水平方向延伸的栅线缝隙结构，用于将所述存储区块划分为沿第二水平方向排列的多个指状结构，所述第二水平方向垂直于所述第一水平方向，所述栅线缝隙结构贯穿所述堆叠结构，在沿所述第一水平方向上，所述栅线缝隙结构包括位于所述阶梯结构中多个不连续设置的子栅线缝隙；多个所述指状结构包括第一指状结构以及与所述第一指状结构相邻设置的第二指状结构，所述挡墙结构位于所述第一指状结构中；

6、多个绝缘隔断结构，贯穿所述第一叠层结构，所述绝缘隔断结构连接位于所述第一阶梯结构和所述第四阶梯结构中相邻的所述子栅线缝隙；

7、多个第一触点结构，分布于所述第一阶梯结构及所述第四阶梯结构的台阶上，并与所述第二指状结构中的所述底部选择栅层连接；

8、至少一个第二触点结构，分布于所述第二阶梯结构或/及所述第三阶梯结构的台阶上，并与相应台阶中的所述底部选择栅层连接以电连接所述第一指状结构中的所述底部选择栅层。

9、可选地，在所述第一水平方向上，所述存储区块划分为第一核心区、第一顶部选择栅连接区、第一字线连接区、底部选择栅连接区、第二字线连接区、第二顶部选择栅连接区及第二核心区，所述下层阶梯结构位于所述底部选择栅连接区。

10、可选地，所述第一阶梯结构、所述第二阶梯结构、所述第三阶梯结构及所述第四阶梯结构均包括多个台阶，不同层台阶分别包括不同层的所述底部选择栅层，在所述第一阶梯结构指向所述第四阶梯结构的方向上，所述第一阶梯结构与所述第三阶梯结构的台阶均依次降低，所述第二阶梯结构与所述第四阶梯结构的台阶均依次升高。

11、可选地，多个所述绝缘隔断结构分布于所述第一字线连接区、所述第一阶梯结构所在区域、所述第四阶梯结构所在区域及所述第二字线连接区，并连接于相邻所述子栅线缝隙之间，以将所述第一字线连接区、所述第一阶梯结构所在区域、所述第四阶梯结构所在区域及所述第二字线连接区的相邻指状结构的所述底部选择栅层电隔离，所述第二阶梯结构所在区域及所述第三阶梯结构所在区域的相邻指状结构的所述底部选择栅层在相邻所述子栅线缝隙之间的区域电连接。

12、可选地，所述挡墙结构包括多层所述底部选择栅层及多层所述栅极层，所述挡墙结构自所述第一指状结构的所述第一字线连接区延伸至所述第一指状结构的所述第二字线连接区。

13、可选地，所述绝缘隔断结构包括底部选择栅切口或虚设沟道孔。

14、可选地，多个所述指状结构还包括至少一第三指状结构，所述第三指状结构及所述第二指状结构位于所述第一指状结构的同一侧，且所述第三指状结构与所述第一指状结构不相邻。

15、可选地，所述三维存储器还包括至少一个第三触点结构，所述第三触点结构分布于所述第一阶梯结构及所述第四阶梯结构的台阶上，并与所述第三指状结构中的所述底部选择栅层连接，所述第二触点结构设置于所述第二指状结构或/及所述第三指状结构中。

16、可选地，所述三维存储器还包括连续的主栅线缝隙，将所述堆叠结构划分为多个所述存储区块。

17、可选地，至少有两层所述栅极层作为顶部选择栅层，所述堆叠结构中还设有第五阶梯结构及第六阶梯结构，所述第五阶梯结构及所述第六阶梯结构均包含多个台阶，不同层台阶分别包括不同层的所述顶部选择栅层，所述第五阶梯结构、第一阶梯结构、第二阶梯结构、第三阶梯结构、第四阶梯结构及所述第六阶梯结构在所述第一水平方向上依次设置，在所述第五阶梯结构指向所述第六阶梯结构的方向上，所述第五阶梯结构的台阶依次降低，所述第六阶梯结构的台阶依次升高，所述第五阶梯结构的台阶上分布有多个第四触点结构，所述第六阶梯结构的台阶上分布有多个第五触点结构，所述第四触点结构与所述第五触点结构分别与对应台阶中的所述顶部选择栅层连接。

18、可选地，所述第五阶梯结构及所述第六阶梯结构的底层台阶低于所述挡墙结构的顶面。

19、可选地，在所述第一水平方向上，所述存储区块划分为第一核心区、第一顶部选择栅连接区、第一字线连接区、底部选择栅连接区、第二字线连接区、第二顶部选择栅连接区及第二核心区，所述第五阶梯结构位于所述第一顶部选择栅连接区，所述第六阶梯结构位于所述第二顶部选择栅连接区，所述三维存储器还包括顶部选择栅切口，所述顶部选择栅切口位于所述指状结构内以将所述指状结构划分为两个页存储区，所述顶部选择栅切口位于所述第一核心区、第一顶部选择栅连接区、第二顶部选择栅连接区及第二核心区并与所述挡墙结构间隔预设距离，并上下贯穿所述顶部选择栅层。

20、本发明还提供一种三维存储器的制作方法，包括以下步骤：

21、提供一衬底，形成第一叠层结构于所述衬底上，所述第一叠层结构包括在垂直方向上堆叠的多个底部选择栅牺牲层，相邻所述底部选择栅牺牲层之间设有第一隔离层；

22、形成多个绝缘隔断结构于所述第一叠层结构中，所述绝缘隔断结构上下贯穿所述第一叠层结构；

23、形成第二叠层结构于所述第一叠层结构上，所述第二叠层结构包括在垂直方向上堆叠的多个栅极牺牲层，相邻所述栅极牺牲层之间设有第二隔离层；

24、刻蚀所述第二叠层结构及所述第一叠层结构，得到阶梯结构，所述阶梯结构包括形成在所述第一叠层结构中的下层阶梯结构；

25、形成栅线缝隙结构于所述第二叠层结构及所述第一叠层结构中，所述栅线缝隙结构上下贯穿所述第二叠层结构及所述第一叠层结构；

26、去除所述底部选择栅牺牲层及所述栅极牺牲层，得到多条横向凹槽；

27、形成导电层于所述横向凹槽中，得到底部选择栅层及栅极层；

28、形成多个第一触点结构及至少一个第二触点结构；

29、其中，由所述第一叠层结构及所述第二叠层结构构成的堆叠结构划分为多个存储区块，所述栅线缝隙结构用于将所述存储区块划分为沿第二水平方向排列的多个指状结构，所述第二水平方向垂直于所述第一水平方向，在沿所述第一水平方向上，所述栅线缝隙结构包括位于所述阶梯结构中多个不连续设置的子栅线缝隙；多个所述指状结构包括第一指状结构以及与所述第一指状结构相邻设置的第二指状结构；

30、所述存储区块包括挡墙结构以及与所述挡墙结构相邻设置的所述下层阶梯结构，所述挡墙结构位于所述第一指状结构中，所述下层阶梯结构包括沿第一水平方向依次设置的第一阶梯结构、第二阶梯结构、第三阶梯结构及第四阶梯结构；所述第一触点结构分布于所述第一阶梯结构及所述第四阶梯结构的台阶上，并与所述第二指状结构中的所述底部选择栅层连接；所述第二触点结构分布于所述第二阶梯结构或/及所述第三阶梯结构的台阶上，并与相应台阶中的所述底部选择栅层连接以电连接所述第一指状结构中的所述底部选择栅层；所述绝缘隔断结构连接位于所述第一阶梯结构和所述第四阶梯结构中相邻的所述子栅线缝隙。

31、可选地，在所述第一水平方向上，所述存储区块划分为第一核心区、第一顶部选择栅连接区、第一字线连接区、底部选择栅连接区、第二字线连接区、第二顶部选择栅连接区及第二核心区，所述下层阶梯结构位于所述底部选择栅连接区。

32、可选地，所述第一阶梯结构、所述第二阶梯结构、所述第三阶梯结构及所述第四阶梯结构均包括多个台阶，不同层台阶分别包括不同层的所述底部选择栅层，在所述第一阶梯结构指向所述第四阶梯结构的方向上，所述第一阶梯结构与所述第三阶梯结构的台阶均依次降低，所述第二阶梯结构与所述第四阶梯结构的台阶均依次升高。

33、可选地，多个所述绝缘隔断结构分布于所述第一字线连接区、所述第一阶梯结构所在区域、所述第四阶梯结构所在区域及所述第二字线连接区，并连接于相邻所述子栅线缝隙之间，以将所述第一字线连接区、所述第一阶梯结构所在区域、所述第四阶梯结构所在区域及所述第二字线连接区的相邻指状结构的所述底部选择栅层电隔离，所述第二阶梯结构所在区域及所述第三阶梯结构所在区域的相邻指状结构的所述底部选择栅层在相邻所述子栅线缝隙之间的区域电连接。

34、可选地，所述挡墙结构包括多层所述底部选择栅层及多层所述栅极层，所述挡墙结构自所述第一指状结构的所述第一字线连接区延伸至所述第一指状结构的所述第二字线连接区。

35、可选地，形成所述绝缘隔断结构包括以下步骤：

36、形成底部选择栅切口或虚设沟道孔于所述第一叠层结构中；

37、填充绝缘材料于所述底部选择栅切口或所述虚设沟道孔中。

38、可选地，多个所述指状结构还包括至少一第三指状结构，所述第三指状结构及所述第二指状结构位于所述第一指状结构的同一侧，且所述第三指状结构与所述第一指状结构不相邻。

39、可选地，所述三维存储器还包括至少一个第三触点结构，所述第三触点结构分布于所述第一阶梯结构及所述第四阶梯结构的台阶上，并与所述第三指状结构中的所述底部选择栅层连接，所述第二触点结构设置于所述第二指状结构或/及所述第三指状结构中。

40、可选地，所述三维存储器还包括连续的主栅线缝隙，将所述堆叠结构划分为多个所述存储区块。

41、可选地，至少有两层所述栅极层作为顶部选择栅层，所述阶梯结构还包括第五阶梯结构及第六阶梯结构，所述第五阶梯结构及所述第六阶梯结构均包含多个台阶，不同层台阶分别包括不同层的所述顶部选择栅层，所述第五阶梯结构、第一阶梯结构、第二阶梯结构、第三阶梯结构、第四阶梯结构及所述第六阶梯结构在所述第一水平方向上依次设置，在所述第五阶梯结构指向所述第六阶梯结构的方向上，所述第五阶梯结构的台阶依次降低，所述第六阶梯结构的台阶依次升高，所述制作方法还包括形成多个第四触点结构于所述第五阶梯结构的台阶上及形成多个第五触点结构于所述第六阶梯结构的台阶上的步骤，所述第四触点结构与所述第五触点结构分别与对应台阶中的所述顶部选择栅层连接。

42、可选地，所述第五阶梯结构及所述第六阶梯结构的底层台阶低于所述挡墙结构的顶面。

43、可选地，在所述第一水平方向上，所述存储区块划分为第一核心区、第一顶部选择栅连接区、第一字线连接区、底部选择栅连接区、第二字线连接区、第二顶部选择栅连接区及第二核心区，所述第五阶梯结构位于所述第一顶部选择栅连接区，所述第六阶梯结构位于所述第二顶部选择栅连接区，还包括形成顶部选择栅切口的步骤，所述顶部选择栅切口位于所述指状结构内以将所述指状结构划分为两个页存储区，所述顶部选择栅位于所述第一核心区、第一顶部选择栅连接区、第二顶部选择栅连接区及第二核心区并与所述挡墙结构间隔预设距离，并上下贯穿所述顶部选择栅层。

44、如上所述，本发明的三维存储器及其制作方法采用合理的优化台阶方案，为放置挡墙结构的指状结构设计独立的阶梯结构，从而可以引出挡墙结构所在指状结构的底部选择栅。其中，未放置挡墙结构的指状结构左右两边的底部选择栅触点通过后道金属(beolmetal)连接起来，放置挡墙结构的指状结构左右两边的底部选择栅层通过挡墙结构连接。在未放置挡墙结构的指状结构的底部选择栅引出区(第一阶梯结构与第四阶梯结构)和字线连接区，相邻指状结构之间栅线缝隙结构的断开区域设有绝缘隔断结构，以实现指状结构之间的电隔离；在放置挡墙结构的指状结构的底部选择栅引出区(第三阶梯结构或/及第四阶梯结构)，相邻指状结构的底部选择栅层在栅线缝隙结构的断开处未设置绝缘隔断结构，栅线缝隙结构的断开处作为放置挡墙结构的指状结构的底部选择栅触点电流进入挡墙结构的通道。本发明的好处在于，对于多层bsg层，可以较容易地实现指状结构控制。绝缘隔断结构可以通过简单的bsg切口或虚设沟道孔实现，不用非常复杂，降低了工艺的难度系数。