[发明专利]三维半导体装置和形成三维半导体装置的方法

说明书

提供了一种三维半导体装置和一种形成三维半导体装置的方法。该三维半导体装置可以包括：基底，具有单元区域和延伸区域；字线堆叠件，设置在基底上方，字线堆叠件包括交替堆叠的模制层和字线；垂直沟道结构，在单元区域中竖直穿透字线堆叠件；以及第一延伸贯穿过孔结构，在延伸区域中竖直穿透字线堆叠件。第一延伸贯穿过孔结构可以包括第一过孔塞和围绕第一过孔塞的侧壁的第一过孔衬垫层。第一过孔衬垫层可以包括分别与字线堆叠件的字线水平地设置在同一水平处的第一凹陷。

本申请要求于2019年10月29在韩国知识产权局提交的第10-2019-0135208号韩国专利申请的优先权，该韩国专利申请的公开内容通过引用全部包含于此。

技术领域

本公开涉及包括具有突出的过孔衬垫层的贯穿过孔结构的三维半导体装置以及形成该三维半导体装置的方法。

背景技术

随着三维半导体装置的集成度和堆叠高度增加，形成用于向串选择线供电的贯穿过孔结构的工艺变得越来越困难。具体地，应当形成更精细的图案和贯穿过孔结构，并且贯穿过孔结构与字线充分电绝缘。

发明内容

本公开的一些示例实施例提供一种三维半导体装置。所述三维半导体装置可以包括：基底，具有单元区域和延伸区域；字线堆叠件，设置在基底上方，字线堆叠件包括交替堆叠的模制层和字线；垂直沟道结构，在单元区域中竖直穿透字线堆叠件；以及第一延伸贯穿过孔结构，在延伸区域中竖直穿透字线堆叠件。第一延伸贯穿过孔结构可以包括第一过孔塞和围绕第一过孔塞的侧壁的第一过孔衬垫层。第一过孔衬垫层可以包括分别与字线堆叠件的字线水平地设置在同一水平处的第一凹陷。

本公开的一些示例实施例提供一种三维半导体装置。所述三维半导体装置可以包括：字线堆叠件，设置在具有单元区域和延伸区域的基底上方，字线堆叠件包括交替堆叠的模制层和字线，字线堆叠件在单元区域中水平延伸并且在延伸区域中具有阶梯结构；以及垂直沟道结构、字线切割结构和第一贯穿过孔结构，竖直穿透字线堆叠件。第一贯穿过孔结构可以包括第一过孔塞和围绕第一过孔塞的侧壁的第一过孔衬垫层。第一凹陷可以设置在第一过孔衬垫层的内侧壁上。

本公开的一些示例实施例提供一种三维半导体装置。该三维半导体装置可以包括：基底，具有单元区域、虚设区域和延伸区域；逻辑器件层，设置在基底上并且包括晶体管和过孔垫；下层间绝缘层，位于逻辑器件层上；共源极层，嵌入下层间绝缘层中；下字线堆叠件和下阶梯绝缘层，位于下绝缘层上；上字线堆叠件，位于下字线堆叠件上；上阶梯绝缘层，位于下阶梯绝缘层上；垂直沟道结构和字线切割结构，竖直穿透下字线堆叠件和上字线堆叠件以在单元区域中与共源极层连接；虚设垂直沟道结构，竖直穿透下字线堆叠件和上字线堆叠件以在虚设区域中与共源极层连接；以及第一贯穿过孔结构，竖直穿透下字线堆叠件的一部分以在延伸区域中电连接过孔垫。第一贯穿过孔结构可以包括第一过孔塞和围绕第一过孔塞的侧壁的第一过孔衬垫层，第一过孔衬垫层的内侧壁可以包括与字线堆叠件的字线设置在同一水平处的接缝。接缝在平面图中可以具有环形形状或盘形形状。

本公开的一些示例实施例提供一种形成三维半导体装置的方法。所述方法可以包括：在基底上方形成下层间绝缘层；在下层间绝缘层上形成模制堆叠件，模制堆叠件包括交替堆叠的模制层和牺牲层；在模制堆叠件上形成上层间绝缘层；形成竖直穿透上层间绝缘层和模制堆叠件的垂直沟道结构；形成竖直穿透上层间绝缘层和模制堆叠件的贯穿通孔；通过贯穿通孔部分地去除模制堆叠件的牺牲层以形成第一凹部；在贯穿通孔中形成包括填充第一凹部的内部的过孔衬垫层和过孔塞的贯穿过孔结构；在垂直沟道结构之间形成竖直穿透上层间绝缘层和模制堆叠件的字线切割沟槽；通过字线切割沟槽去除模制堆叠件的牺牲层以形成第二凹部；在第二凹部中形成字线以形成字线堆叠件；以及在字线切割沟槽中形成沟槽衬垫和沟槽塞以形成字线切割结构。