[发明专利]具有垂直沟道结构的半导体器件

说明书

本发明提供具有垂直沟道结构的半导体器件。该半导体器件可以包括半导体衬底、地选择栅极电极和沟道结构。沟道结构可以在垂直于衬底的顶表面的第一方向上延伸穿过地选择栅极电极，并且包括沟道层、沟道接触层和台阶部分。沟道接触层可以接触衬底并且包括在垂直于第一方向的第二方向上的第一宽度。沟道层可以接触沟道接触层，包括在第一方向上在地选择栅极电极的底表面与衬底的顶表面之间的底表面，并且包括在第二方向上的不同于第一宽度的第二宽度。

技术领域

本发明构思的一些实施方式涉及半导体器件，更具体地，涉及具有垂直沟道结构的半导体存储器件。

背景技术

半导体存储器件可以包括垂直沟道结构，从而与先前的平面晶体管结构相比，增加存储器件的集成度。垂直沟道结构可以通过形成沟道孔以及在该沟道孔中生长硅而形成。然而，在形成沟道结构的工艺期间，在沟道孔的侧壁上的多晶硅可能被氧化或损坏，这会不利地影响所得的半导体存储器件的电特性。

发明内容

根据本发明构思的一些实施方式，提供半导体器件。一种半导体器件可以包括：半导体衬底；第一绝缘层，在衬底的顶表面上；地选择栅极电极，在第一绝缘层上；第二绝缘层，在地选择栅极电极上；沟道结构；以及栅极绝缘层。沟道结构可以接触衬底，在垂直于衬底的顶表面的第一方向上延伸穿过第一绝缘层、地选择栅极电极和第二绝缘层，并且包括沟道层、沟道接触层和台阶部分。栅极绝缘层可以围绕沟道结构的部分外壁。栅极绝缘层可以包括在沟道结构上的隧道绝缘层、在隧道绝缘层上的电荷储存层和在电荷储存层上的阻挡绝缘层。沟道接触层可以接触衬底，在第一方向上延伸，包括掺杂有第一导电类型的杂质的导电材料，并且包括在垂直于第一方向的第二方向上的第一宽度。沟道层可以接触沟道接触层，在第一方向上延伸，包括掺杂有第一导电类型的杂质的导电材料，包括在第一方向上在地选择栅极电极的底表面与衬底的所述顶表面之间的底表面，并且包括在第二方向上的不同于第一宽度的第二宽度。

在一些实施方式中，沟道层可以包括接触沟道接触层的部分外表面的内表面。第二宽度可以大于第一宽度。沟道层的底表面可以形成沟道结构的台阶部分。

在一些实施方式中，该半导体器件可以包括在衬底与第一绝缘层之间的蚀刻停止层。沟道层的底表面可以在第一方向上在蚀刻停止层的顶表面与底表面之间。沟道层的底表面可以接触沟道接触层的顶表面。第二宽度可以小于第一宽度。

在一些实施方式中，该半导体器件可以包括字线栅极电极，字线栅极电极在第二绝缘层上。字线栅极电极可以包括第一半导体材料。地选择栅极电极可以包括不同于第一半导体材料的第二半导体材料。

在一些实施方式中，阻挡绝缘层可以包括在电荷储存层上的第一阻挡绝缘层和将第一阻挡绝缘层与地选择栅极电极分离的第二阻挡绝缘层。

在一些实施方式中，第一绝缘层和第二绝缘层可以接触第二阻挡绝缘层。

在一些实施方式中，第一绝缘层和第二绝缘层可以接触第一阻挡绝缘层。

在一些实施方式中，第一绝缘层和第二绝缘层可以接触电荷储存层。

根据本发明构思的一些实施方式，一种半导体器件可以包括：沟道结构、地选择线、多条字线以及串选择线。沟道结构可以突出衬底的顶表面并且在垂直于衬底的顶表面的第一方向上延伸。地选择线、多条字线和串选择线可以顺序地设置在衬底上，在第一方向上彼此分离，并且均围绕沟道结构的侧表面的相应部分。沟道结构可以包括在地选择线和衬底的顶表面之间形成在沟道结构的侧表面中的台阶部分。

在一些实施方式中，沟道结构的在第一方向上位于与地选择线相同的高度的部分可以在垂直于第一方向的第二方向上具有第一宽度。沟道结构的在第一方向上位于与衬底的顶表面相同的高度的部分可以在第二方向上具有小于第一宽度的第二宽度。

在一些实施方式中，沟道结构可以包括连接到衬底并且在第一方向上延伸的沟道接触层和围绕沟道接触层的部分外表面的沟道层。沟道层的底部分可以形成沟道结构的台阶部分。