[发明专利]一种3D NAND闪存沟道孔多晶硅连接层形成方法

说明书

本发明提供了一种3D NAND闪存沟道孔多晶硅连接层形成方法，所述形成方法至少省去第二层多晶硅沉积前的预清洗步骤；优选省去第一层多晶硅回刻以及沉积氧化物保护层的步骤。由于没有第一层多晶硅，使得第二层多晶硅在沟道侧壁、在ONO叠层拐角和硅外延层(SEG)上的沉积厚度一致性更好，特别是在ONO叠层拐角处较现有技术提高了厚度，并且长度缩短，从而降低了此处过薄和断裂导致的器件开启电流(I_on)过小或为0的风险；从而提高器件的性能并提高产品良率。

技术领域

本发明涉及半导体制造领域，尤其涉及一种3D NAND闪存沟道孔多晶硅连接层形成方法。

背景技术

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，在NOR型结构的3D闪存中，存储单元在位线和地线之间并联排列，而在NAND型结构的3D闪存中，存储单元在位线和地线之间串列排列。具有串联结构的NAND型闪存具有较低的读取速度，但是却具有较高的写入速度，从而NAND型闪存适合用于存储数据，其优点在于体积小、容量大。闪存器件根据存储单元的结构可分为叠置栅极型和分离栅极型，并且根据电荷存储层的形状分为浮置栅极器件和硅-氧化物-氮化物-氧化物(SONO)器件。其中，SONO型闪存器件具有比浮置栅极型闪存器件更优的可靠性，并能够以较低的电压执行编程和擦除操作，且ONOS型闪存器件具有很薄的单元，并且便于制造。

通常，采用PECVD、HDPCVD、UHVCVD、MOCVD、MBE、ALD等工艺，在深的沟道孔中依次沉积形成栅极绝缘堆叠和保护层。栅极绝缘堆叠包括多个子层，例如至少包括隧穿层、存储层、阻挡层，阻挡层直接接触沟道孔侧壁的O/N堆叠结构，隧穿层最靠近沟道孔中心轴线并接触后续沉积的保护层。其中隧穿层可以为SiO₂等。存储层是具有电荷俘获能力的介质材料，例如SiN、SiON等。阻挡层可以是氧化硅、氧化铝、氧化铪等介质材料。

具体的，请参考图1a-d，现有技术中3D NAND闪存沟道孔的堆叠结构的的制作方法通常采用如下工艺：

S1：沉积栅极绝缘堆叠结构，参见图1a，具体为，在O/N堆叠结构中的沟道1-1的侧壁及硅外延层1-2的表面上沉积栅极绝缘堆叠结构，所述栅极绝缘堆叠结构为ONO(阻挡层1-3/存储层1-4/隧穿层1-5)的堆叠结构；并沉积第一层多晶硅1-6，然后进行第一层多晶硅的回刻；

S2：沉积氧化物保护层，参见图1b，具体为，在所述第一层多晶硅1-6表面沉积氧化物以形成氧化物保护层1-7；并刻蚀栅极绝缘堆叠结构(SONO刻蚀)，即通过常规刻蚀工艺刻蚀所述栅极绝缘堆叠结构的底部通至硅外延层(SEG)上并形成一定深度的沟槽；

S3：参见图1c，第二层多晶硅沉积前预清洗，去除所述氧化物保护层1-7，并进行第二层多晶硅1-8的沉积，然后进行退火处理；

S4：参考图1d，第二层多晶硅1-8的回刻。

然而在上述传统工艺中，具有下述缺陷：

1.由于刻蚀的各向异性，SONO刻蚀将在硅外延层(SEG)形成较深的沟槽；

2.第二层多晶硅沉积的厚度不均匀，在硅外延层(SEG)上最厚，在第一层多晶硅上次之，而在ONO堆叠层拐角(L-foot)处最薄；

3.为获得大晶粒多晶硅，需要沉积厚的多晶硅并退火然后再进行回刻；