[发明专利]3D存储器件和用于形成3D存储器件的方法

说明书

一种用于形成3D存储器件的方法包括在衬底上的接触区域中形成交替的电介质堆叠层，形成具有各种深度的在交替的电介质堆叠层中垂直延伸的多个接触孔，形成牺牲填充层以填充接触孔，形成在接触区域中穿透交替的电介质堆叠层的多个虚设沟道孔，用电介质材料填充虚设沟道孔以形成支撑物，以及用导电层替换交替的电介质堆叠层的牺牲层和牺牲填充层，从而形成多条栅极线和多个触点。

技术领域

本公开的实施例涉及三维(3D)存储器件和相关的形成方法。

背景技术

通过改进工艺技术、电路设计、编程算法和制造工艺，将平面存储单元缩放到更小的尺寸。然而，随着存储单元的特征尺寸接近下限，平面工艺和制造技术变得具有挑战性且成本昂贵。因此，平面存储单元的存储密度接近上限。

3D存储器架构可以解决平面存储单元中的密度限制。3D存储器架构包括存储器阵列和用于控制进出存储器阵列的信号的外围器件。在传统3D存储器架构中，阶梯形成需要专用的光掩模板和光刻/蚀刻工艺，这显著增加了成本并降低了生产量。另外，阶梯结构中的触点需要在一个或多个掩模蚀刻工艺中形成，以形成渐进形式增加的深度。然而，可能发生由工艺不精确引起的缺陷，例如过蚀刻、欠蚀刻和接触孔的未对准。保持一致的临界尺寸(CD)以及阶梯与触点的对准也是阶梯结构形成中的挑战。

发明内容

在本文中公开了3D存储器件和用于形成3D存储器件的方法的实施例。

公开了一种用于形成三维(3D)存储器件的方法，包括：在衬底上的接触区域中形成交替的电介质堆叠层，其中，交替的电介质堆叠层包括在垂直于衬底的表面的垂直方向上交替堆叠的多个电介质层和多个牺牲层；形成具有各种深度的在交替的电介质堆叠层中垂直延伸的多个接触孔，其中，多个接触孔的深度从接触区域的第一边界朝向接触区域的第二边界逐渐增加；形成牺牲填充层以填充接触孔；形成在接触区域中穿透交替的电介质堆叠层的多个虚设沟道孔；用电介质材料填充虚设沟道孔以形成支撑物；用导电层替换牺牲层和牺牲填充层，从而形成多条栅极线和多个触点。

在一些实施例中，形成具有各种深度的多个接触孔包括：在交替的电介质堆叠层上形成具有多个开口的硬掩模；在硬掩模上形成光刻胶层；图案化光刻胶层以暴露硬掩模的一部分和硬掩模的开口中的一个开口；通过将光刻胶层和硬掩模的暴露部分作为蚀刻掩模，对交替的电介质堆叠层执行选择性蚀刻处理；以及通过修整光刻胶层并通过硬掩模的开口蚀刻多个电介质层和牺牲层来执行多个修整蚀刻循环。

在一些实施例中，执行多个修整蚀刻循环包括：修整光刻胶层以加宽硬掩模的暴露部分并暴露硬掩模的另外的开口；通过将经修整的光刻胶层和硬掩模的暴露部分作为蚀刻掩模，对交替的电介质堆叠层进行交替的高选择性蚀刻处理；以及重复多个修整蚀刻循环，直到暴露出底部牺牲层为止，所述修整蚀刻循环包括修整光刻胶层并对交替的电介质堆叠层执行交替的高选择性蚀刻处理。

在一些实施例中，交替的电介质堆叠层包括N+1层电介质层和N层牺牲层，并且硬掩模具有N个开口。

在一些实施例中，由具有各种深度的多个接触孔穿透的多个电介质层的数量从接触区域的第一边界朝向接触区域的第二边界逐渐增加。

在一些实施例中，当形成多个接触孔时，多个电介质层和多个牺牲层沿着从接触区域的第一边界朝向接触区域的第二边界的横向方向具有相同的长度。

在一些实施例中，用导电层替换牺牲层和牺牲填充层包括：去除牺牲层和牺牲填充层以在多个电介质层与支撑物之间形成多个间隙，其中，多个间隙具有多个顶部开口；以及通过所述多个顶部开口向下将导电材料填充到所述多个间隙中。

在一些实施例中，用于形成3D存储器件的方法还包括在将导电材料填充到多个间隙中之前在多个间隙的表面上形成高K层、粘合层和/或阻挡层。