[发明专利]包括多层壕沟隔离结构的三维存储器器件及其制造方法

说明书

本公开提供了一种形成三维存储器器件的方法，该方法包括：形成第一绝缘层和第一牺牲材料层的第一层交替堆叠；使用相同的蚀刻步骤穿过该第一交替堆叠形成第一层存储器开口、第一层支撑开口和第一层壕沟沟槽；在相同的沉积步骤期间在第一壕沟层沟槽中形成第一介电壕沟结构并且在第一层支撑开口中形成第一支撑柱结构；在第一层存储器开口中形成存储器堆叠结构；在形成该第一介电壕沟结构之后穿过该第一层交替堆叠形成背侧沟槽；穿过该背侧沟槽用第一导电层替换第一牺牲材料层的部分；以及穿过被该第一介电壕沟结构围绕的第一绝缘板和第一介电材料板的第一竖直交替序列形成至少一个直通存储器层级互连通孔结构。

相关申请

本申请要求2020年6月12日提交的美国非临时申请序列号16/900,060的优先权的权益，该美国非临时申请的全部内容以引用的方式并入本文。

技术领域

本公开整体涉及半导体器件领域，并且具体地讲，涉及包括多层壕沟隔离结构的三维存储器器件及其制造方法。

背景技术

三维存储器器件可包括存储器堆叠结构。存储器堆叠结构覆盖在衬底上并且延伸通过绝缘层和导电层的交替堆叠。存储器堆叠结构包括设置在导电层的层级处的存储器元件的竖直堆叠。外围器件可在交替堆叠和存储器堆叠结构下方设置在衬底上。

发明内容

根据本公开的一个方面，提供了一种三维存储器器件，该三维存储器器件包括：第一绝缘层和第一导电层的第一层交替堆叠，该第一层交替堆叠定位在半导体材料层上方；第二绝缘层和第二导电层的第二层交替堆叠，该第二层交替堆叠定位在第一交替堆叠上方；存储器堆叠结构，这些存储器堆叠结构竖直地延伸穿过第二层交替堆叠和第一层交替堆叠；第一介电壕沟结构，该第一介电壕沟结构竖直地延伸穿过第一层交替堆叠并横向围绕第一绝缘板和第一介电材料板的第一竖直交替序列；多个介电柱结构，该多个介电柱结构竖直地延伸穿过第二层交替堆叠并接触第一介电壕沟结构的顶表面；和至少一个直通存储器层级互连通孔结构，其至少从包括第二层交替堆叠的顶表面的水平平面竖直地延伸，穿过第一绝缘板和第一介电材料板的第一竖直交替序列，直至延伸到包括半导体材料层的底表面的水平平面下方的相应金属互连结构。

根据本公开的另一方面，形成三维存储器器件的方法包括：形成第一绝缘层和第一牺牲材料层的第一层交替堆叠；使用相同的蚀刻步骤穿过该第一交替堆叠形成第一层存储器开口、第一层支撑开口和第一层壕沟沟槽；在相同的沉积步骤期间在这些第一壕沟层沟槽中形成第一介电壕沟结构并且在这些第一层支撑开口中形成第一支撑柱结构；在这些第一层存储器开口中形成存储器堆叠结构；在形成该第一介电壕沟结构之后穿过该第一层交替堆叠形成背侧沟槽；穿过该背侧沟槽用第一导电层替换这些第一牺牲材料层的部分，其中第一介电壕沟沟槽填充结构内的第一绝缘层和第一牺牲材料层的剩余部分包括第一绝缘板和第一介电材料板的第一竖直交替序列；以及穿过该第一绝缘板和该第一介电材料板的该第一竖直交替序列形成至少一个直通存储器层级互连通孔结构。

附图说明

图1A是根据本公开的第一实施方案的在半导体衬底上形成半导体器件、较低层级介电层、较低金属互连结构和过程中源极层级材料层之后的示例性结构的竖直剖面图。

图1B是图1A的示例性结构的俯视图。铰接竖直平面A-A'是图1A的竖直剖面图的平面。

图1C是沿着图1B的竖直平面C-C'截取的过程中源极层级材料层的放大视图。

图2是根据本公开的实施方案的在形成第一绝缘层和第一间隔物材料层的第一层交替堆叠之后的示例性结构的竖直剖面图。

图3是根据本公开的实施方案的在图案化第一层阶梯区域、第一后向阶梯式介电材料部分和层间介电层之后的示例性结构的竖直剖面图。

图4A是根据本公开的实施方案的在形成第一层存储器开口、第一层支撑开口、第一层隔离开口和第一层壕沟沟槽之后的示例性结构的竖直剖面图。