半导体结构及其制造方法、存储系统与流程

    专利查询2026-01-31  2


    本技术涉及半导体,更具体地,涉及半导体结构及制造半导体结构的方法、存储系统。


    背景技术:

    1、随着人工智能、大数据、物联网、移动通信、移动设备和云存储领域的兴起和发展,对诸如三维半导体存储器件等半导体结构的存储密度的要求也越来越高,然而随着半导体结构中堆叠层数的增加和单位面积存储密度的提高,三维半导体结构制备过程中工艺步骤变得复杂冗长。因而,如何在兼顾半导体结构的可靠性和整体性能的同时,简化半导体结构的制备工艺是目前亟待解决的问题之一。


    技术实现思路

    1、本技术提出的实施方式可解决或部分解决上述背景技术部分提出的不足或现有技术中的其它不足。

    2、本技术提供了一种半导体结构。该半导体结构包括:堆叠结构,包括交替堆叠的电介质层和栅极层,且具有核心区和连接区;以及栅线缝隙结构,沿堆叠结构的堆叠方向贯穿堆叠结构,且沿第一方向从核心区延伸至连接区,其中,第一方向垂直于堆叠方向。至少一个栅极层包括:第一部分,靠近栅线缝隙结构并沿第一方向从核心区延伸至连接区;以及第二部分,沿第二方向与第一部分相邻分布,其中,第二方向垂直于第一方向和堆叠方向,第二部分与第一部分包括不同的材料。

    3、在一个实施方式中,第一部分的材料包括金属。

    4、在一个实施方式中,第二部分的材料包括多晶硅。

    5、在一个实施方式中,半导体结构还包括:沟道结构,位于核心区,沿堆叠方向贯穿堆叠结构,其中栅极层还包括:第三部分,环绕沟道结构,并与第一部分或第二部分连接,其中第三部分的材料包括金属硅化物。

    6、在一个实施方式中,半导体结构还包括:虚拟沟道结构,位于连接区,沿堆叠方向贯穿堆叠结构,其中,第三部分环绕虚拟沟道结构。

    7、在一个实施方式中,半导体结构还包括:多个接触结构,分别与多个位于不同堆叠高度处的栅极层的第一部分连接,其中,接触结构的、与第一部分连接的接触层的材料包括多晶硅或金属。

    8、在一个实施方式中,栅极层还包括:第四部分,位于第一部分和第二部分之间,第四部分的材料包括金属硅化物。

    9、在一个实施方式中,沟道结构由外向内依次包括:阻挡层、电荷捕获层、隧穿层和沟道层,其特征在于,半导体结构还包括:高介电常数材料层,位于阻挡层的外侧,且沿堆叠结构的堆叠方向延伸。

    10、在一个实施方式中,半导体结构还包括:阻隔层,位于第一部分和电介质层之间。

    11、在一个实施方式中,相邻两个栅线缝隙结构之间具有沿第一方向排列的一行接触结构。

    12、本技术另一方面提供了一种半导体结构。该半导体结构包括:堆叠结构,包括交替堆叠的电介质层和栅极层,且具有核心区和连接区;以及栅线缝隙结构,沿堆叠结构的堆叠方向贯穿堆叠结构,且沿第一方向从核心区延伸至连接区,其中,至少一个栅极层包括:第一栅极部分,位于连接区,且靠近栅线缝隙结构;以及第二栅极部分,位于连接区,且靠近第一栅极部分,其中第二栅极部分与第一栅极部分包括不同的材料。

    13、在一个实施方式中,第一栅极部分的材料包括金属;以及第二栅极部分的材料包括金属硅化物。

    14、在一个实施方式中,栅极层还包括:第三栅极部分,位于核心区,并与第一栅极部分和第二栅极部分连接,其中第三栅极部分的材料包括金属。

    15、在一个实施方式中,半导体结构还包括:阻隔层,位于第一栅极部分与电介质层之间、第一栅极部分与第二栅极部分之间、以及第三栅极部分与电介质层之间。

    16、在一个实施方式中,半导体结构还包括:多个接触结构,分别与多个位于不同堆叠高度处的栅极层的第一栅极部分连接,其中,接触结构的、与第一栅极部分连接的接触层位于连接区,且沿第二方向穿过第二栅极部分和阻隔层至第一栅极部分,其中第二方向垂直于第一方向和堆叠方向。

    17、本技术另一方面提供了一种制造半导体结构的方法。该方法包括:形成沿叠层结构的堆叠方向贯穿叠层结构,且从叠层结构的核心区延伸至叠层结构的连接区的栅线缝隙,其中叠层结构包括交替堆叠的电介质层和半导体层;经由栅线缝隙去除至少一层半导体层的一部分,形成第一间隙;以及在第一间隙内形成第一导电层。

    18、在一个实施方式中,在第一间隙内形成第一导电层,包括:在第一间隙的内壁上形成第一过渡导电层,其中剩余的半导体层靠近第一过渡导电层的部分,与第一过渡导电层反应并改变为第二导电层;去除第一过渡导电层;以及在第一间隙内依次形成阻隔层和第一导电层,其中阻隔层位于第一导电层和电介质层之间。

    19、在一个实施方式中,方法还包括:形成贯穿叠层结构的沟道孔;在沟道孔内形成与半导体层接触的第二过渡导电层,其中半导体层靠近第二过渡导电层的部分,与第二过渡导电层反应并改变为第三导电层;以及去除第二过渡导电层,并在沟道孔内形成沟道结构。

    20、在一个实施方式中,在沟道孔内形成沟道结构,包括:在沟道孔内形成高介电常数材料层;以及在高介电常数材料层内侧形成沟道结构。

    21、在一个实施方式中,方法还包括:在叠层结构的连接区,形成分别延伸至叠层结构中位于不同堆叠高度处的半导体层的多个接触结构。

    22、在一个实施方式中,形成分别延伸至叠层结构中位于不同堆叠高度处的半导体层的多个接触结构,包括:形成分别延伸至叠层结构中位于不同堆叠高度处的半导体层的多个接触孔;经由接触孔去除对应的半导体层的至少一部分,形成第二间隙;以及在第二间隙和接触孔内形成第四导电层。

    23、在一个实施方式中,方法还包括:在第四导电层的侧壁形成填充接触孔的介质层。

    24、在一个实施方式中,形成分别延伸至叠层结构中位于不同堆叠高度处的半导体层的多个接触结构,包括:形成分别延伸至叠层结构中位于不同堆叠高度处的半导体层的多个接触孔;在接触孔的内壁上形成半导体接触层。

    25、在一个实施方式中,方法还包括:在半导体接触层内侧形成填充接触孔的介质层。

    26、本技术另一方面提供了一种制造半导体结构的方法。该方法包括:去除叠层结构的连接区的半导体层的一部分,形成第一间隙,其中叠层结构包括交替堆叠的电介质层和半导体层;在第一间隙内形成与叠层结构中剩余的半导体层接触的过渡导电层,其中过渡导电层与剩余的半导体层反应生成第一栅极导电层;经由接触孔去除剩余的半导体层的至少一部分至暴露出第一栅极导电层,形成第二间隙,其中多个接触孔分别延伸至叠层结构中位于不同堆叠高度处的半导体层。

    27、在一个实施方式中,去除叠层结构的连接区的半导体层的一部分,形成第一间隙,包括:形成沿叠层结构的堆叠方向贯穿叠层结构,且沿第一方向从叠层结构的核心区延伸至连接区的栅线缝隙;以及经由栅线缝隙去除连接区的至少一层半导体层的一部分,形成第一间隙。

    28、在一个实施方式中,方法还包括:形成位于第一间隙的内壁的阻隔层以及位于阻隔层内侧的第二栅极导电层。

    29、在一个实施方式中,方法还包括:经由接触孔和第二间隙去除第一栅极导电层,并去除与第一栅极导电层接触的部分阻隔层,形成暴露第二栅极导电层的第三间隙;以及在第三间隙、第二间隙和接触孔内形成第三栅极导电层。

    30、在一个实施方式中,经第一间隙依次形成与叠层结构中剩余的半导体层接触的过渡导电层、位于第一间隙的内壁的阻隔层以及位于阻隔层内侧的第二栅极导电层,包括:在第一间隙的内壁上形成过渡导电层;去除第一间隙的内壁上的、过渡导电层未与半导体层反应的部分;以及在第一间隙内依次形成阻隔层和第二栅极导电层。

    31、在一个实施方式中,方法还包括:形成贯穿叠层结构的沟道结构;以及将叠层结构的核心区的半导体层置换为第四栅极导电层。

    32、本技术另一方面提供了一种存储系统,该存储系统包括至少一个三维存储器,每个所述三维存储器包括如上述半导体结构;以及控制器,耦接至所述半导体结构,用于控制所述三维存储器存储数据。

    33、在本技术的一个或多个实施方式中,通过将栅极层划分为多个部分,如至少一个栅极层可包括第一部分和第二部分,可以在简化栅极层形成工艺的基础上,降低栅极层的电阻,提高栅极层的导电性。

    34、在本技术的一个或多个实施方式中,通过设置第一栅极导电层,可以使第一栅极导电层作为去除半导体层的一部分的刻蚀停止层,进而可减少在去除剩余的半导体层的至少一部分的过程中去除掉阻隔层,造成半导体层悬空,从而使半导体层翘曲。


    技术特征:

    1.一种半导体结构,其特征在于,包括:

    2.根据权利要求1所述的半导体结构,其特征在于,所述第一部分的材料包括金属。

    3.根据权利要求1所述的半导体结构,其特征在于,所述第二部分的材料包括多晶硅。

    4.根据权利要求1所述的半导体结构,其特征在于,所述半导体结构还包括:沟道结构,位于所述核心区,沿所述堆叠方向贯穿所述堆叠结构,其中所述栅极层还包括:

    5.根据权利要求4所述的半导体结构,其特征在于,所述半导体结构还包括:虚拟沟道结构,位于所述连接区,沿所述堆叠方向贯穿所述堆叠结构,其中,所述第三部分环绕所述虚拟沟道结构。

    6.根据权利要求1所述的半导体结构,其特征在于,所述半导体结构还包括:多个接触结构,分别与多个位于不同堆叠高度处的所述栅极层的第一部分连接,其中,

    7.根据权利要求1-6中任一项所述的半导体结构,其特征在于,所述栅极层还包括:

    8.根据权利要求4所述的半导体结构,所述沟道结构由外向内依次包括:阻挡层、电荷捕获层、隧穿层和沟道层,其特征在于,所述半导体结构还包括:

    9.根据权利要求7所述的半导体结构,其特征在于,所述半导体结构还包括:

    10.根据权利要求6所述的半导体结构,其特征在于,相邻两个所述栅线缝隙结构之间具有沿所述第一方向排列的一行所述接触结构。

    11.一种半导体结构,其特征在于,包括:

    12.根据权利要求11所述的半导体结构,其特征在于,

    13.根据权利要求11所述的半导体结构,其特征在于,所述栅极层还包括:

    14.根据权利要求13所述的半导体结构,其特征在于,所述半导体结构还包括:

    15.根据权利要求14所述的半导体结构,其特征在于,所述半导体结构还包括:多个接触结构,分别与多个位于不同堆叠高度处的所述栅极层的第一栅极部分连接,其中,

    16.一种制造半导体结构的方法,其特征在于,包括:

    17.根据权利要求16所述的方法,其特征在于,在所述第一间隙内形成第一导电层,包括:

    18.根据权利要求16所述的方法,其特征在于,所述方法还包括:

    19.根据权利要求18所述的方法,其特征在于,在所述沟道孔内形成沟道结构,包括:

    20.根据权利要求16所述的方法,其特征在于,所述方法还包括:

    21.根据权利要求20所述的方法,其特征在于,形成分别延伸至所述叠层结构中位于不同堆叠高度处的所述半导体层的多个接触结构,包括:

    22.根据权利要求21所述的方法,其特征在于,所述方法还包括:

    23.根据权利要求20所述的方法,其特征在于,形成分别延伸至所述叠层结构中位于不同堆叠高度处的所述半导体层的多个接触结构,包括:

    24.根据权利要求23所述的方法,其特征在于,所述方法还包括:

    25.一种制造半导体结构的方法,其特征在于,包括:

    26.根据权利要求25所述的方法,其特征在于,去除叠层结构的连接区的半导体层的一部分,形成第一间隙,包括:

    27.根据权利要求25所述的方法,其特征在于,所述方法还包括:

    28.根据权利要求27所述的方法,其特征在于,所述方法还包括:

    29.根据权利要求27所述的方法,其特征在于,经所述第一间隙依次形成与所述叠层结构中剩余的半导体层接触的过渡导电层、位于所述第一间隙的内壁的阻隔层以及位于所述阻隔层内侧的第二栅极导电层,包括:

    30.根据权利要求25-28中任一项所述的方法,其特征在于,所述方法还包括:

    31.一种存储系统,其特征在于,包括:


    技术总结
    本申请提供了一种半导体结构及其制造方法、存储系统。该半导体结构包括:堆叠结构,包括交替堆叠的电介质层和栅极层,且具有核心区和连接区;以及栅线缝隙结构,沿堆叠结构的堆叠方向贯穿堆叠结构,且沿第一方向从核心区延伸至连接区,其中,第一方向垂直于堆叠方向,至少一个栅极层包括:第一部分,靠近栅线缝隙结构并沿第一方向从核心区延伸至连接区;以及第二部分,沿第二方向与第一部分相邻分布,其中,第二方向垂直于第一方向和堆叠方向,第二部分与第一部分包括不同的材料。

    技术研发人员:谢景涛,颜丙杰,杨涛,王迪,周文犀
    受保护的技术使用者:长江存储科技有限责任公司
    技术研发日:
    技术公布日:2024/11/26
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