[发明专利]一种三维存储器的制备方法及其结构

说明书

本发明提供的一种三维存储器的制备方法及其结构，采用回刻蚀工艺将在蚀刻氮化硅层时在原二氧化硅层上逆生长的二氧化硅薄膜去除，以露出原多层堆叠结构中的二氧化硅层的表面，为后续沉积金属栅提供足够的空间。金属栅的厚度可以达到预期的厚度，有效的改善了金属栅的电阻，提高了器件的性能和稳定性。

技术领域

本发明涉及半导体器件及其制造领域，尤其涉及一种三维存储器的制备方法及其结构。

背景技术

随着市场需求对存储器容量的不断提高，传统的基于平面或二维结构的存储器在单位面积内可提供的存储单元数量已经接近极限，无法进一步满足市场对更大容量存储器的需求。就如同在一块有限的平面上建立的数间平房，这些平房整齐排列，但是随着需求量的不断增加，平房的数量不断井喷，可最终这块面积有限的平面只能容纳一定数量的平房而无法继续增加。平面结构的存储器已接近其实际扩展极限，给半导体存储器行业带来严峻挑战。

为了解决上述困难，业界提出了三维存储器(3D NAND)的概念，其是一种新兴的闪存类型，通过把内存颗粒堆叠在一起来解决2D或者平面NAND闪存带来的限制。不同于将存储芯片放置在单面，新的3D NAND技术，垂直堆叠了多层数据存储单元，具备卓越的精度。基于该技术，可打造出存储容量比同类NAND技术高达数倍的存储设备。该技术可支持在更小的空间内容纳更高存储容量，进而带来很大的成本节约、能耗降低，以及大幅的性能提升以全面满足众多消费类移动设备和要求最严苛的企业部署的需求。利用新的技术使得颗粒能够进行立体式的堆叠，从而解决了由于晶圆物理极限而无法进一步扩大单晶片可用容量的限制，在同样体积大小的情况下，极大的提升了存储器颗粒单晶片的容量体积，进一步推动了存储颗粒总体容量的飙升。

形成三维存储器的存储阵列的垂直堆叠结构，如图1-3所示，需要先在基板10上依次形成多层氮化硅11和二氧化硅12的重复叠层结构13，然后通过湿法刻蚀去除氮化硅层11，然后在去除掉氮化硅层后留下的空位14填充金属以形成金属栅15结构。

湿法蚀刻氮化硅层的工艺一般采用高蚀刻选择比的磷酸溶液，这种磷酸溶液对氮化硅的蚀刻速率很高，而对二氧化硅的蚀刻速率几近为零。这主要是通过对二氧化硅的蚀刻反应和逆生长反应保持平衡而实现的。目前存在一些技术难题，比如高蚀刻选择比的磷酸溶液在刻蚀反应中会出现二氧化硅的逆生长，这种逆生长的二氧化硅容易附着在原二氧化硅层的表面，使二氧化硅层变厚。虽然机台会有即时补偿浓度功能，但由于补偿的滞后性，还是会出现二氧化硅的过度逆生长。

由于湿法刻蚀过程是一个可逆的化学反应，二氧化硅的刻蚀速率与逆生长速率保持平衡，随着反应的进行溶液中的硅离子浓度上升，逆生长的速率上升，硅离子和氧离子结合形成二氧化硅，这种二氧化硅附着在原来的二氧化硅层上，使二氧化层的厚度增加，从而导致留给金属栅的厚度减小，使金属栅的电学性能降低。如图3所示，图中箭头所指的位置为逆生长的二氧化硅，其使得原二氧化硅层的厚度增大，从而给后续形成的金属栅的空间变小，导致金属栅的厚度比预期的要减小，进而增大了金属栅的电阻，影响器件的性能和稳定性。

发明内容

本发明的目的就是为了解决以上问题，提供如何消除氮化硅湿法蚀刻过程中二氧化硅的过度逆生长，为后续沉积金属栅提供足够的空间。本发明的目的是通过以下技术方案实现的。

一种三维存储器的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

提供一基板，在所述基板上形成三维存储器的阵列存储区；

所述陈列存储区包括在所述基板上交替形成氮化硅层和二氧化硅层的多层堆叠结构；

利用湿法刻蚀工艺去除所述多层堆叠结构中的氮化硅层；

在所述去除所述多层堆叠结构中的氮化硅层的步骤中，在多层堆叠结构的二氧化硅层的表面形成有逆生长的二氧化硅薄膜；

采用回刻蚀工艺将所述逆生长的二氧化硅薄膜去除，以露出原多层堆叠结构中的二氧化硅层的表面；