一种三维堆叠动态随机存取存储器及其制造方法

本发明涉及半导体领域，特别涉及一种三维堆叠动态随机存取存储器及其制造方法。

背景技术：

1、半导体存储器件的特点可为易失性的或非易失性的。虽然在断电状态下存储在易失性半导体存储器件中的内容会丢失，但是易失性半导体存储器件可以高速执行读取操作和写入操作，因此作为临时数据存储介质被广泛应用。

2、易失性半导体存储器件包括动态随机存取存储器(dynamic random accessmemory，dram)，参考图1所示，dram架构上主要是由大量重复性的存储单元阵列(cellarray)与外围读写电路构成，其中存储单元阵列是主要部分，决定了集成密度与制造成本。传统的存储单元是1t1c单元。1t指的是1个存储单元(cell)包括1个访存晶体管(transistor)，访存晶体管需要较高性能与极低的漏电流，1c指的是1个存储单元包括1个存储电容(capacitor)，存储电容需要在小的平面投影面积下获得极大的电荷存储量。在存储或读取存储单元阵列中某一个存储单元的数据是，采用字线(word line，wl)激活该存储单元所在行的电压，采用位线(bit line，bl)读取该存储单元所在列的电压，这样通过字线加位线结合的方式就能够确定每一个存储单元内存储的数据。位线也可以称为digitline。也就是说，字线相当于是水龙头(tap)，访存晶体管相当于是开关(switch)，位线相当于是管道(pipe)，存储电容相当于是水桶(bucket)，用于在水龙头打开时，利用管道输送水流在水桶中存储数据(memory)。

3、随着集成电路尺寸的不断微缩，对dram的集成密度和每个存储单元的结构提出了新的需求。

技术实现思路

1、有鉴于此，本技术的目的在于提供一种三维堆叠动态随机存取存储器及其制造方法，能够通过降低每个存储单元的尺寸，从而提高动态随机存取存储器的集成密度，实现高密度数据存储。

2、本技术提供了一种三维堆叠动态随机存取存储器，所述三维堆叠动态随机存取存储器包括：

3、衬底；

4、设置于所述衬底一侧的源极，漏极和存储结构，所述存储结构位于所述源极和所述漏极之间，所述存储结构包括多个纳米片形成的叠层，所述纳米片延伸至所述源极和所述漏极，所述纳米片延伸至所述漏极的部分为台阶结构；

5、贯穿所述源极的源端共电极，所述源端共电极和每个所述纳米片接触，所述源端共电极和地电位连接；

6、贯穿部分所述漏极的多个漏端电极，每个所述漏端电极分别和台阶结构中的一个纳米片接触，所述漏端电极和三维堆叠动态随机存取存储器的位线连接；

7、栅极，所述栅极环绕所述纳米片，所述栅极和所述三维堆叠动态随机存取存储器的字线连接。

8、可选地，所述存储结构包括第一存储结构和第二存储结构，所述栅极包括第一栅极和第二栅极，所述字线包括第一字线和第二字线；

9、所述第一栅极和所述第二栅极利用介质材料进行隔离；

10、所述第一栅极环绕所述第一存储结构中的纳米片，所述第一栅极和第一字线连接；

11、所述第二栅极环绕所述第二存储结构中的纳米片，所述第二栅极和第二字线连接。

12、可选地，从所述存储结构朝向所述衬底的方向，所述纳米片的长度逐渐增加。

13、可选地，所述源极和所述漏极构成非对称结构。

14、可选地，所述位线的数量和所述纳米片的数量相同。

15、本技术提供了一种三维堆叠动态随机存取存储器的制造方法，所述方法包括：

16、提供衬底，在所述衬底的一侧形成多个由第一半导体层和第二半导体层交替层叠的叠层结构；

17、对所述第一半导体层进行氧化，得到隔离层和所述第二半导体层交替层叠的叠层结构；

18、利用光刻工艺在所述叠层结构的一侧形成台阶结构；

19、对所述叠层结构的两侧进行掺杂形成源极和漏极，所述漏极包括所述台阶结构，所述源极和所述漏极之间为沟道结构；

20、将所述沟道结构中的隔离层替换为栅极，所述栅极环绕所述第二半导体层，多个所述第二半导体层构成的叠层形成存储结构，所述栅极和所述三维堆叠动态随机存取存储器的字线连接；

21、形成贯穿所述源极的源端共电极，形成贯穿部分所述漏极的多个漏端电极；所述源端共电极和每个所述第二半导体层接触，所述源端共电极和地电位连接；每个所述漏端电极和台阶结构中的一个所述第二半导体层接触，所述漏端电极和三维堆叠动态随机存取存储器的位线连接。

22、可选地，所述对所述第一半导体层进行氧化包括：

23、利用选择氧化工艺对所述第一半导体层进行氧化。

24、可选地，所述利用光刻工艺在所述叠层结构的一侧形成台阶结构包括：

25、在所述叠层结构上形成光刻胶层；

26、修剪所述光刻胶层，以修剪后的光刻胶层为掩蔽，刻蚀所述叠层结构形成一层台阶，刻蚀厚度为1层所述叠层结构；

27、重复修剪所述光刻胶层，以修剪后的光刻胶层为掩蔽，刻蚀所述叠层结构形成一层台阶的步骤，直到形成从所述源极朝向所述漏极的方向依次递增的台阶结构；

28、去除所述光刻胶层。

29、可选地，在对所述第一半导体层进行氧化之前，所述方法还包括：

30、对所述叠层结构和所述衬底进行刻蚀，形成第一鳍片和第二鳍片；

31、所述存储结构包括第一存储结构和第二存储结构，所述栅极包括第一栅极和第二栅极，所述字线包括第一字线和第二字线；

32、所述方法还包括：

33、在垂直于所述衬底所在平面且垂直于所述源极和所述漏极的连线的方向，刻蚀所述栅极，形成所述第一栅极和所述第二栅极，所述第一栅极环绕所述第一存储结构中的第二半导体层，所述第一栅极和第一字线连接，所述第二栅极环绕所述第二存储结构中的第二半导体层，所述第二栅极和第二字线连接；所述第一存储结构对应所述第一鳍片，所述第二存储结构对应所述第二鳍片；

34、在所述第一栅极和所述第二栅极之间填充介质材料进行隔离。

35、可选地，所述将所述沟道结构中的隔离层替换为栅极包括：

36、去除所述沟道结构中的隔离层，所述第二半导体层之间形成多个待填充缝隙；

37、在多个所述待填充缝隙填充栅极。

38、本技术提供了一种三维堆叠动态随机存取存储器，该三维堆叠动态随机存取存储器包括：衬底、源极、漏极、存储结构、源端共电极、漏端电极和栅极。源极，漏极和存储结构设置于衬底的一侧，存储结构位于源极和漏极之间，存储结构包括多个纳米片形成的叠层，纳米片延伸至源极和漏极，即每个纳米片可以作为一个存储单元进行数据存储。源端共电极贯穿源极，源端共电极和每个纳米片接触，源端共电极和地电位连接，以便形成纳米片和地电位的电连接，即形成存储单元和地电位的电连接。纳米片延伸至漏极的部分为台阶结构，多个漏端电极中每个漏端电极贯穿部分漏极，每个漏端电极分别和台阶结构中的一个纳米片接触，漏端电极和三维堆叠动态随机存取存储器的位线连接，以便形成纳米片和位线的电连接。栅极环绕纳米片，栅极和三维堆叠动态随机存取存储器的字线连接，以便形成纳米片和字线的电连接。也就是说，纳米片利用栅极连通字线、利用源极连通地电位和利用漏极连通位线实现数据存储，结合垂直堆叠存储单元的方式，极大的提高了存储单元的集成密度。由此可见，通过垂直堆叠存储单元、栅极环绕存储单元以及存储单元连接漏极的部分为台阶结构，都能够形成三维堆叠的1t存储单元阵列结构，极大的提高了动态随机存取存储器的集成密度，实现高密度数据存储。