[发明专利]一种3D NAND存储器件及其制造方法

说明书

本发明提供一种3D NAND存储器件及其制造方法，通过刻蚀衬底形成凸柱阵列，在凸柱周围形成了包围下部的底层牺牲层，底层牺牲层之上进一步形成绝缘层和牺牲层交替层叠的堆叠层，在堆叠层中形成的沟道孔位于凸柱之上，沟道孔中用于形成与凸柱连接的存储层，该凸柱作为沟道孔中存储层底部的源线选通管的沟道区，在底层牺牲层被置换为金属层之后，金属层作为栅极、凸柱作为沟道区，最终形成源线选通管器件。该方法中，通过刻蚀衬底形成源线选通管的沟道区，减少了制造工艺中的热需求，减少对外围电路中的器件形成造成影响，同时，源线选通管的沟道区保持衬底的晶格结构，为高质量的沟道区，提高源线选通管器件的性能。

技术领域

本发明涉及半导体器件及其制造领域，特别涉及一种3D NAND存储器件及其制造方法。

背景技术

NAND闪存是一种比硬盘驱动器更好的存储设备，随着人们追求功耗低、质量轻和性能佳的非易失存储产品，在电子产品中得到了广泛的应用。目前，平面结构的NAND闪存已近实际扩展的极限，为了进一步的提高存储容量，降低每比特的存储成本，提出了3D结构的NAND存储器件。

在3D NAND存储器结构中，采用垂直堆叠多层存储单元的方式，实现堆叠式的3DNAND存储器件。参考图1，3D NAND存储器件包括：绝缘层1101和金属层1102交替层叠的堆叠层110，堆叠层110中的沟道孔，沟道孔中形成有外延层122以及外延层122之上的存储层，外延层122的外壁上形成有栅介质层124，存储层包括ONO(Oxide-Nitride-Oxide)的电荷捕获层1301和多晶硅的沟道层1302，沟道层1302间为氧化物的填充层1303。其中，每一沟道孔中形成一串存储单元，对于这一串存储单元，每一层金属层1102为控制栅，底部的外延层122用于形成这一串存储单元的源线选通管(SLS，Source Line Selector)，该源线选通管也被称为下选通管或底部选通管。

在现有的3D NAND存储器件的制造工艺中，首先，形成绝缘层和牺牲层交替层叠的堆叠层；接着，刻蚀堆叠层直至衬底表面，形成沟道孔；而后，通过选择性外延生长工艺，在沟道孔的底部形成外延层；而后，在沟道孔中形成存储层；之后，将牺牲层去除之后，通过氧化工艺在外延层的表面形成氧化硅的栅介质层，而后，进行金属填充，外延层的周围形成了金属栅极，最终形成源线选通管器件。

在形成源线选通管器件的过程中，选择性外延生长工艺对热需求较大，温度通常大于800℃，会对外围电路中的器件形成造成影响。同时，刻蚀沟道孔之后，衬底的表面的平整度较差，影响外延生长的质量，进而会影响到源线选通管器件的性能。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种3D NAND存储器件及其制造方法，提高源线选通管的器件性能。

为实现上述目的，本发明有如下技术方案：

一种3D NAND存储器件的制造方法，包括：

提供衬底；

刻蚀所述衬底，以形成具有凸柱阵列的凹陷区；

在凸柱及凹陷区表面上形成栅介质层；

在凹陷区的栅介质层上形成包围凸柱的底层牺牲层，所述底层牺牲层低于所述凸柱；

在所述底层牺牲层及凸柱之上形成绝缘层和牺牲层交替层叠的堆叠层；

刻蚀所述堆叠层，在对应于凸柱的区域上形成沟道孔，所述凸柱为源线选通管的沟道区，所述沟道孔用于形成与凸柱连接的存储层。

可选地，刻蚀所述衬底形成凸柱阵列和刻蚀所述堆叠层形成沟道孔的步骤中，采用相同的掩膜版。

可选地，刻蚀所述衬底，以形成具有凸柱阵列的凹陷区，包括：

在所述衬底上形成硬掩膜层以及图案化的光阻层；