[发明专利]用于三维存储器元件的半导体结构及其制造方法

说明书

一种用于三维存储器元件的半导体结构及其制造方法。所述半导体结构包括基底、堆叠结构以及外延层。所述堆叠结构配置于所述基底上且具有贯穿所述堆叠结构并延伸至所述基底中的多个开孔。所述堆叠结构包括交替堆叠的多个绝缘层与多个栅极层。所述多个开孔的每一个包括位于所述基底的表面上的第一部分与位于所述基底的表面下的第二部分，且所述第二部分的深宽比大于1。外延层配置于所述多个开孔的每一个中。所述外延层的顶面介于自所述基底向上的第i层的绝缘层的顶面与底面之间，且i大于或等于2。

技术领域

本发明是有关于一种半导体结构及其制造方法，且特别是有关于一种用于三维存储器元件的半导体结构及其制造方法。

背景技术

非易失性存储器元件由于具有使存入的数据在断电后也不会消失的优点，因此成为个人电脑和其他电子设备所广泛采用的一种存储器元件。为了进一步地提升存储器元件的积集度，发展出一种三维非易失性存储器。然而，仍存在许多与三维非易失性存储器相关的挑战。

对于具有垂直通道的三维非易失性存储器的工艺来说，在形成通道层之前，通常是先于基底上形成由多个氧化物层与多个氮化物层交替堆叠而成的堆叠结构。然后，进行非等向性刻蚀工艺，以形成贯穿堆叠结构并延伸至基底中的开孔。接着，于开孔中形成外延层。之后，于开孔中形成电荷存储层与通道层。

然而，在以非等向性刻蚀工艺形成开孔之后，开孔底部会具有缺陷且会残留刻蚀副产物，或者开孔底部所露出的基底会产生原生氧化层(native oxide layer)。如此一来，后续以外延成长工艺形成外延层时，形成于每一个孔洞中的外延层会因上述的缺陷、残留物、原生氧化层等而具有不同的厚度，甚至无法于孔洞中形成外延层，因而对最终所形成的元件的效能造成影响。

发明内容

本发明提供一种用于三维存储器元件的半导体结构及其制造方法，其中于各开孔中形成的外延层的顶面实质上齐平，因此改良最终所形成的元件的效能。

本发明的半导体结构用于三维存储器元件，其包括基底、堆叠结构以及外延层。所述堆叠结构配置于所述基底上且具有贯穿所述堆叠结构并延伸至所述基底中的多个开孔。所述堆叠结构包括交替堆叠的多个绝缘层与多个栅极层。所述多个开孔的每一个包括位于所述基底的表面上的第一部分与位于所述基底的表面下的第二部分，且所述第二部分的深宽比大于1。外延层配置于所述多个开孔的每一个中。所述外延层的顶面介于自所述基底向上的第i层的绝缘层的顶面与底面之间，且i大于或等于2。

在本发明的用于三维存储器元件的半导体结构的一实施例中，所述第二部分的深度例如大于或等于

在本发明的用于三维存储器元件的半导体结构的一实施例中，位于所述多个开孔中的所述外延层的顶面例如实质上齐平。

在本发明的用于三维存储器元件的半导体结构的一实施例中，位于所述多个开孔中的所述外延层的顶面之间的高度差例如不超过

在本发明的用于三维存储器元件的半导体结构的一实施例中，所述第i层的绝缘层的厚度例如大于所述多个绝缘层的其余层的厚度。

在本发明的用于三维存储器元件的半导体结构的一实施例中，所述基底例如为单晶硅基底。

在本发明的用于三维存储器元件的半导体结构的一实施例中，所述绝缘层例如为氧化物层。

在本发明的用于三维存储器元件的半导体结构的一实施例中，所述栅极层例如为多晶硅层。

本发明的用于三维存储器元件的半导体结构的制造方法包括以下步骤：于基底上形成堆叠结构，所述堆叠结构包括交替堆叠的多个绝缘层与多个牺牲层；形成贯穿所述堆叠结构并延伸至所述基底中的多个开孔，其中所述多个开孔的每一个包括位于所述基底的表面上的第一部分与位于所述基底的表面下的第二部分，所述第二部分的深宽比大于1；于所述多个开孔的每一个中形成外延层，其中所述外延层的顶面介于自所述基底向上的第i层的绝缘层的顶面与底面之间，且i大于或等于2。