半导体器件及其制备方法、存储器系统与流程

    专利查询2026-06-27  1


    本技术涉及半导体器件,尤其涉及一种半导体器件及其制备方法以及存储器系统。


    背景技术:

    1、在3d nand工艺中,随着半导体器件的堆叠结构的膜层层数的增加,半导体器件的沟道结构的高度也随着增加,沟道开槽(ch gouging)变深,在制备具有共源极半导体层的半导体器件的过程中,沟道开槽变深将导致工艺窗口(window)变小,还将导致沟道结构的一端容易在后续的湿法刻蚀以及激光退火等工艺中倒塌的技术问题。


    技术实现思路

    1、有鉴于此,本技术提供一种能够解决上述技术问题的半导体器件及其制备方法以及存储器系统。

    2、为解决上述问题,本技术提供的技术方案如下:

    3、本技术提供一种半导体器件的制备方法,包括:

    4、提供初始半导体器件,初始半导体器件包括在第一方向上堆叠的栅极堆叠结构及第一氧化物层;初始半导体器件还包括初始存储沟道结构,初始存储沟道结构位于栅极堆叠结构及第一氧化物层内;

    5、去除第一氧化物层及位于第一氧化物层内的部分初始存储沟道结构,得到第一半导体结构和第一存储沟道结构,第一存储沟道结构包括沟道层;及

    6、在第一半导体结构远离栅极堆叠结构的表面形成第一半导体层,并使得第一半导体层与沟道层电连接。

    7、在本技术一些实施例中,初始半导体器件还包括第二半导体层,第二半导体层位于栅极堆叠结构与第一氧化物层之间;

    8、去除第一氧化物层及位于第一氧化物层内的部分初始存储沟道结构的步骤包括:

    9、去除第一氧化物层,以露出第二半导体层;及

    10、去除位于第一氧化物层内的部分初始存储沟道结构;

    11、在第一半导体结构远离栅极堆叠结构的表面形成第一半导体层的步骤包括:

    12、在第二半导体层远离栅极堆叠结构的表面形成第一半导体层。

    13、在本技术一些实施例中,第一存储沟道结构还包括位于栅极堆叠结构与沟道层之间的第一填充层及围绕沟道层的第一功能层;

    14、在第二半导体层远离栅极堆叠结构的表面形成第一半导体层的步骤之前,还包括:

    15、去除部分第一填充层及部分位于第二半导体层中的第一功能层,得到第二填充层及功能层,沟道层凸出于第二填充层及至少部分功能层;

    16、在第二半导体层远离栅极堆叠结构的表面形成第一半导体层的步骤中,部分第一半导体层包覆凸出于第二填充层及至少部分功能层的沟道层,第一半导体层与沟道层、第二填充层及功能层连接。

    17、在本技术一些实施例中,功能层包括第一电荷捕获层、第一隧穿层及第一阻挡层,第一电荷捕获层位于沟道层远离填充层一侧,第一隧穿层位于第一电荷捕获层与沟道层之间,第一阻挡层位于第一电荷捕获层与栅极堆叠结构之间;

    18、去除部分位于第二半导体层中的功能层的步骤包括:

    19、去除部分位于第二半导体层中的第一电荷捕获层、第一隧穿层及第一阻挡层,分别得到电荷捕获层、隧穿层及阻挡层,以使得沟道层凸出于电荷捕获层、隧穿层及阻挡层。

    20、在本技术一些实施例中,功能层包括电荷捕获层、第一隧穿层及第一阻挡层,电荷捕获层位于沟道层远离第二填充层一侧,第一隧穿层位于电荷捕获层与沟道层之间,第一阻挡层位于电荷捕获层与栅极堆叠结构之间;

    21、去除部分位于第二半导体层中的功能层的步骤包括:

    22、去除部分位于第二半导体层中的第一隧穿层及第一阻挡层,分别得到隧穿层及阻挡层,以使得电荷捕获层凸出于隧穿层及阻挡层;

    23、在第二半导体层远离栅极堆叠结构的表面形成第一半导体层的步骤的同时,还包括:

    24、使得第一半导体层包覆电荷捕获层,并使得第一半导体层与电荷捕获层、隧穿层及阻挡层连接。

    25、在本技术一些实施例中,第一存储沟道结构包括空腔;

    26、在去除第一氧化物层及位于第一氧化物层内的部分初始存储沟道结构之后,第一存储沟道结构的第一填充层与第一半导体层连接的一端具有开口,开口与空腔连通;

    27、在去除部分第一填充层及部分位于第二半导体层中的第一功能层的步骤之前,还包括:

    28、在第二半导体层远离栅极堆叠结构的表面形成第二氧化物层,并使得部分第二氧化物层填充在开口内;及

    29、去除位于第二半导体层上的第二氧化物层并保留位于开口内的第二氧化物层。

    30、在本技术一些实施例中,在去除部分第一填充层及部分位于第二半导体层中的第一功能层的同时,还包括:

    31、去除部分位于开口内的第二氧化物层,得到第三氧化物层,第三氧化物层及第二填充层构成填充层。

    32、在本技术一些实施例中,在第二半导体层远离栅极堆叠结构的表面形成第一半导体层的步骤包括:

    33、在第二半导体层远离栅极堆叠结构的表面形成初始半导体层;及

    34、对初始半导体层进行退火,得到第一半导体层。

    35、在本技术一些实施例中,初始存储沟道结构包括第一存储部、第三存储部及连接第一存储部和第三存储部的第二存储部;在垂直于初始存储沟道结构的延伸方向上,第二存储部的尺寸小于第一存储部和第三存储部的尺寸,第一存储部至少部分位于栅极堆叠结构内,第三存储部位于第一氧化物层内,第二存储部至少部分位于第二半导体层内;

    36、去除第一氧化物层及位于第一氧化物层内的部分初始存储沟道结构的步骤包括:

    37、去除第一氧化物层及第三存储部及至少部分第二存储部。

    38、本技术一些实施例还提供一种半导体器件,包括:

    39、栅极堆叠结构,在第一方向上具有第一侧和第二侧;

    40、第一半导体层,位于栅极堆叠结构的第一侧;及

    41、存储沟道结构,位于栅极堆叠结构及第一半导体层内;

    42、其中,存储沟道结构包括沟道层及填充层,沟道层位于栅极堆叠结构与填充层之间,沟道层与第一半导体层及填充层连接。

    43、在本技术一些实施例中,半导体器件还包括第二半导体层,第二半导体层位于栅极堆叠结构和第一半导体层之间,存储沟道结构的部分位于第二半导体层内。

    44、在本技术一些实施例中,靠近并与第一半导体层接触的一端的填充层在垂直于第一方向的第二方向上的厚度大于远离第一半导体层的一端的填充层在第二方向上的厚度。

    45、在本技术一些实施例中,沟道层围绕填充层,栅极堆叠结构围绕沟道层,沟道层在第一方向上凸出于填充层。

    46、在本技术一些实施例中,存储沟道结构还包括围绕沟道层的功能层,功能层位于沟道层远离填充层的一侧且与第一半导体层连接;

    47、其中,沟道层在第一方向上凸出于功能层。

    48、在本技术一些实施例中,功能层包括电荷捕获层、隧穿层和阻挡层,电荷捕获层位于沟道层远离填充层一侧,隧穿层位于电荷捕获层与沟道层之间,阻挡层位于电荷捕获层与栅极堆叠结构之间;沟道层凸出于电荷捕获层、隧穿层和阻挡层。

    49、在本技术一些实施例中,存储沟道结构还包括围绕沟道层的功能层,功能层位于沟道层远离填充层的一侧且与第一半导体层连接;

    50、功能层包括电荷捕获层、隧穿层和阻挡层,电荷捕获层位于沟道层远离填充层一侧,隧穿层位于电荷捕获层与沟道层之间,阻挡层位于电荷捕获层与栅极堆叠结构之间,电荷捕获层在第一方向上凸出于隧穿层和阻挡层,部分电荷捕获层位于第一半导体层内且与第一半导体层连接。

    51、在本技术一些实施例中,存储沟道结构包括第一存储部及连接第一存储部的第二存储部,第二存储部在垂直于第一方向的第二方向上的尺寸小于第一存储部在第二方向上的尺寸。

    52、在本技术一些实施例中,至少部分第一存储部位于栅极堆叠结构内,至少部分第二存储部位于第二半导体层;位于第一半导体层内的沟道层为第二存储部的沟道层的一部分。

    53、本技术还提供一种存储器系统,包括:

    54、如上的半导体器件;及

    55、控制器,被配置为控制半导体器件。

    56、本技术提供的半导体器件及其制备方法、存储器系统,通过先去除初始半导体器件的第一氧化物层,再去除位于第一氧化物层内的部分初始存储沟道结构,得到第一半导体结构和第一存储沟道结构,再在第一半导体结构远离栅极堆叠结构的表面形成第一半导体层,以降低半导体结构的高度,从而能够降低沟道结构发生倒塌的风险,且能够增大半导体器件的工艺窗口。


    技术特征:

    1.一种半导体器件的制备方法,其特征在于,包括:

    2.如权利要求1所述的半导体器件的制备方法,其特征在于,所述初始半导体器件还包括第二半导体层,所述第二半导体层位于所述栅极堆叠结构与所述第一氧化物层之间;

    3.如权利要求2所述的半导体器件的制备方法,其特征在于,所述第一存储沟道结构还包括位于所述栅极堆叠结构与所述沟道层之间的第一填充层及围绕所述沟道层的第一功能层;

    4.如权利要求3所述的半导体器件的制备方法,其特征在于,所述功能层包括第一电荷捕获层、第一隧穿层及第一阻挡层,所述第一电荷捕获层位于所述沟道层远离所述填充层一侧,所述第一隧穿层位于所述第一电荷捕获层与所述沟道层之间,所述第一阻挡层位于所述第一电荷捕获层与所述栅极堆叠结构之间;

    5.如权利要求3所述的半导体器件的制备方法,其特征在于,所述功能层包括电荷捕获层、第一隧穿层及第一阻挡层,所述电荷捕获层位于所述沟道层远离所述第二填充层一侧,所述第一隧穿层位于所述电荷捕获层与所述沟道层之间,所述第一阻挡层位于所述电荷捕获层与所述栅极堆叠结构之间;

    6.如权利要求3所述的半导体器件的制备方法,其特征在于,所述第一存储沟道结构包括空腔;

    7.如权利要求6所述的半导体器件的制备方法,其特征在于,在去除部分所述第一填充层及部分位于所述第二半导体层中的所述第一功能层的同时,还包括:

    8.如权利要求6所述的半导体器件的制备方法,其特征在于,在所述第二半导体层远离所述栅极堆叠结构的表面形成所述第一半导体层的步骤包括:

    9.如权利要求2所述的半导体器件的制备方法,其特征在于,所述初始存储沟道结构包括第一存储部、第三存储部及连接所述第一存储部和所述第三存储部的第二存储部;在垂直于所述初始存储沟道结构的延伸方向上,所述第二存储部的尺寸小于所述第一存储部和所述第三存储部的尺寸,所述第一存储部至少部分位于所述栅极堆叠结构内,所述第三存储部位于所述第一氧化物层内,所述第二存储部至少部分位于所述第二半导体层内;

    10.一种半导体器件,其特征在于,包括:

    11.如权利要求10所述的半导体器件,其特征在于,所述半导体器件还包括第二半导体层,所述第二半导体层位于所述栅极堆叠结构和所述第一半导体层之间,所述存储沟道结构的部分位于所述第二半导体层内。

    12.如权利要求10所述的半导体器件,其特征在于,靠近并与所述第一半导体层接触的一端的所述填充层在垂直于所述第一方向的第二方向上的厚度大于远离所述第一半导体层的一端的所述填充层在所述第二方向上的厚度。

    13.如权利要求10所述的半导体器件,其特征在于,所述沟道层围绕所述填充层,所述栅极堆叠结构围绕所述沟道层,所述沟道层在所述第一方向上凸出于所述填充层。

    14.如权利要求10-13任一项所述的半导体器件,其特征在于,所述存储沟道结构还包括围绕所述沟道层的功能层,所述功能层位于所述沟道层远离所述填充层的一侧且与所述第一半导体层连接;

    15.如权利要求14所述的半导体器件,其特征在于,所述功能层包括电荷捕获层、隧穿层和阻挡层,所述电荷捕获层位于所述沟道层远离所述填充层一侧,所述隧穿层位于所述电荷捕获层与所述沟道层之间,所述阻挡层位于所述电荷捕获层与所述栅极堆叠结构之间;所述沟道层凸出于所述电荷捕获层、隧穿层和阻挡层。

    16.如权利要求10-13任一项所述的半导体器件,其特征在于,所述存储沟道结构还包括围绕所述沟道层的功能层,所述功能层位于所述沟道层远离所述填充层的一侧且与所述第一半导体层连接;

    17.如权利要求11所述的半导体器件,其特征在于,所述存储沟道结构包括第一存储部及连接所述第一存储部的第二存储部,所述第二存储部在垂直于所述第一方向的第二方向上的尺寸小于所述第一存储部在所述第二方向上的尺寸。

    18.如权利要求17所述的半导体器件,其特征在于,至少部分所述第一存储部位于所述栅极堆叠结构内,至少部分所述第二存储部位于所述第二半导体层;位于所述第一半导体层内的所述沟道层为所述第二存储部的所述沟道层的一部分。

    19.一种存储器系统,其特征在于,包括:


    技术总结
    本申请提供一种半导体器件及其制备方法以及存储器系统,半导体器件的制备方法包括:提供初始半导体器件,初始半导体器件包括在第一方向上堆叠的栅极堆叠结构及第一氧化物层;初始半导体器件还包括初始存储沟道结构,初始存储沟道结构位于栅极堆叠结构及第一氧化物层内;去除第一氧化物层及位于第一氧化物层内的部分初始存储沟道结构,得到第一半导体结构和第一存储沟道结构,第一存储沟道结构包括沟道层;及在第一半导体结构远离栅极堆叠结构的表面形成第一半导体层,并使得第一半导体层与沟道层电连接。本申请提供的半导体器件及其制备方法以及存储器系统能够防止沟道结构发生倒塌,进而能够增大半导体器件的工艺窗口。

    技术研发人员:张明康,肖亮,伍术
    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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