[发明专利]3D NAND存储器及其制造方法

说明书

本申请公开了一种3D NAND存储器及其制造方法。该存储器中的沟道层由能够稳定生长的二维材料形成。因二维材料具有更高的电子迁移率，因此，由二维材料作为沟道层材料制成的3D NAND存储器，能够实现3D NAND存储器更好的电学性能。此外，由于二维材料具有更高的载流子迁移率和速度，3D NAND存储器可以具有更好的读写效率。而且，因二维材料的薄膜厚度可达到原子级薄膜厚度，非常有利于3D NAND存储器的沟道孔的直径以及沟道孔间距的减小，从而有利于提高3D NAND存储器的存储密度。

技术领域

本申请涉及半导体存储器技术领域，尤其涉及一种3D NAND存储器及其制造方法。

背景技术

平面结构的NAND闪存已接近其实际扩展极限，给半导体存储器行业带来严峻挑战。新的3D NAND技术，垂直堆叠了多层数据存储单元，具备卓越的精度。基于该技术，可打造出存储容量比同类NAND技术高达三倍的存储设备。该技术可支持在更小的空间内容纳更高存储容量，进而带来很大的成本节约、能耗降低，以及大幅的性能提升以全面满足众多消费类移动设备和要求最严苛的企业部署的需求。

在15nm技术节点之后，3D NAND存储器目前正在投入量产，以替代平面浮栅晶体管。

然而现有的3D NAND存储器的电学性能较差，例如所需的读取电流I_D偏低，并且，读取电流I_D不稳定并分布范围广，同时，I_D随着3D NAND堆叠层数的增加而减少。此外，阈值电压V_th也有较大波动。而且，现有的3D NAND存储器的存储密度较低，有待提高。

发明内容

有鉴于此，本申请提供了一种3D NAND存储器及其制造方法，以解决现有3D NAND存储器存在的上述缺陷。

为了解决上述技术问题，本申请采用了如下技术方案：

一种3D NAND存储器，包括：

衬底；

设置于所述衬底上的氧化硅层和金属栅层交替层叠结构；

以及贯穿所述氧化硅层和金属栅层交替层叠结构的沟道孔；

其中，所述沟道孔的底部设置有外延结构，所述外延结构的上表面超过最底层金属栅层上表面；所述沟道孔的侧壁上依次设置有阻挡层、电荷俘获层、遂穿层和沟道层，所述沟道层由能够稳定生长的二维材料形成；所述沟道孔内还包括填充在沟道孔间隙内的填充层。

可选地，所述二维材料为过渡金属硫化物。

可选地，所述过渡金属硫化物为MoS₂。

可选地，所述沟道孔的侧壁上还包括设置在所述遂穿层和所述沟道层之间的高κ介电常数介质层。

可选地，所述高κ介电常数介质层为Al₂O₃和HfO₂中的至少一种。

可选地，所述3D NAND存储器还包括：设置在所述填充层上方的漏端接触，所述漏端接触由Ti或Au组成。

可选地，所述堆叠结构还包括设置于所述氧化硅层和金属栅层之间的扩散阻挡层，所述扩散阻挡层包括Al₂O₃层和TiN层。

可选地，所述金属栅层由金属钨形成。

一种3D NAND存储器的制造方法，包括：

在衬底上交替沉积氧化硅层和氮化硅层，以形成氧化硅层和氮化硅层交替层叠结构；

刻蚀所述氧化硅层和氮化硅层交替层叠结构，并刻蚀停止在衬底表面上，以形成贯穿所述氧化硅层和氮化硅层交替层叠结构的沟道孔；