CN110137176B - 3d nand闪存及制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种3D NAND闪存及制备方法，3D NAND闪存的制备方法包括如下步骤：提供半导体衬底，半导体衬底上形成有叠层结构，叠层结构包括交替叠置的牺牲层及栅极层；于叠层结构内形成沟道通孔；于沟道通孔的侧壁表面形成功能侧壁，并于功能侧壁的表面及沟道通孔的底部形成沟道层；于叠层结构内形成栅极间隙；基于栅极间隙去除牺牲层；于相邻栅极层之间及栅极层与半导体衬底之间形成栅间介质层，栅间介质层包括交替叠置的第一漏电抑制层及第二漏电抑制层。本发明3D NAND闪存可以有效减小相邻栅极层之间的漏电，提高相邻栅极层之间的栅间介质层的抗击穿能力，降低相邻栅极层之间的耦合效应。
Description
技术领域
本发明属于集成电路设计及制造技术领域，特别是涉及一种3D NAND闪存及制备方 法。
背景技术
近年来，闪存(Flash Memory)存储器的发展尤为迅速，闪存存储器的主要特点是在不 加电的情况下能长期保持存储的信息，且具有集成度高、存取速度快、易于擦除和重写等优 点，因而在微机、自动化控制等多项领域得到了广泛的应用。为了进一步提高闪存存储器的 位密度(Bit Density)，同时减少位成本(Bit Cost)，三维的闪存存储器(3DNAND)技术 得到了迅速发展。
现有的3D NAND闪存的堆叠结构由多层栅极层(即栅极字线层)及栅间介质层交替叠 置而成。随着工艺的发展，为了满足高密度的要求，3D NAND闪存除了单元尺寸(即在XY平面的尺寸)随之对应缩小之外，栅极层的数量(即在垂直于所述XY平面的Z方向上的数量)也需随之显著增加。同时，由于刻蚀工艺的限制，3D NAND闪存中的垂直结构的总厚度(即垂直结构在所述Z方向上的尺寸)需要减小，这就要求栅极层的厚度以及栅间介质层的厚度相应减小；然而，由于现有的3D NAND闪存中的栅间介质层一般均为单一材料层，譬 如氧化硅(SiO2)层，栅间介质层的厚度较薄很容易造成相邻栅极层之间的漏电，甚至造成 相邻栅极层之间的栅间介质层被击穿。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种3D NAND闪存及制备方 法，用于解决现有技术中3D NAND闪存随着栅间介质层厚度的减小很容易造成相邻栅极层 之间的漏电，甚至造成相邻栅极层之间的栅间介质层被击穿的问题。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种3D NAND闪存的制备方法，所述3D NAND闪存的制备方法包括如下步骤：
提供半导体衬底，所述半导体衬底上形成有叠层结构，所述叠层结构包括交替叠置的牺 牲层及栅极层；
于所述叠层结构内形成沟道通孔；
于所述沟道通孔的侧壁表面形成功能侧壁，并于所述功能侧壁的表面及所述沟道通孔的 底部形成沟道层；
于所述叠层结构内形成栅极间隙；
基于所述栅极间隙去除所述牺牲层；及
于相邻所述栅极层之间及所述栅极层与所述半导体衬底之间形成栅间介质层，所述栅间 介质层至少包括交替叠置的第一漏电抑制层及第二漏电抑制层。
可选地，所述沟道通孔的侧壁包括竖直侧壁。
可选地，于所述沟道通孔的侧壁表面形成所述功能侧壁包括如下步骤：
于所述沟道通孔的侧壁表面形成阻挡层；
于所述阻挡层的表面形成存储层；及
于所述存储层的表面形成隧穿层。
可选地，所述阻挡层包括高k介质层及阻挡叠层结构，所述高k介质层位于所述沟道通 孔的表面，所述阻挡叠层结构位于所述高k介质层的表面，所述阻挡叠层结构包括沿所述阻 挡叠层结构厚度方向交替叠置的氧化物层及氮氧化物层；所述存储层包括沿厚度方向交替叠 置的氮化物层及氮氧化物层；所述隧穿层包括沿厚度方向间隔排布的氧化物层及位于所述氧 化物层之间的氮氧化物叠层结构。
可选地，所述沟道通孔贯穿所述叠层结构，所述栅极间隙贯穿所述叠层结构。
可选地，于所述功能侧壁的表面形成所述沟道层之后还包括于所述沟道通孔内形成填充 绝缘层的步骤。
可选地，于相邻所述栅极层之间及所述栅极层与所述半导体衬底之间形成所述栅间介质 层还包括如下步骤：
于所述栅极间隙底部的所述半导体衬底内形成源极区域；及
于所述栅极间隙内形成共源线，所述共源线与所述源极区域相接触。
可选地，形成所述栅间介质层的同时于所述半导体衬底的上表面形成交替叠置的所述第 一漏电抑制层及所述第二漏电抑制层，于所述栅极间隙底部的所述半导体衬底内形成所述源 极区域之后且于所述栅极间隙内形成所述共源线之前，还包括去除位于所述栅极间隙底部的 所述第一漏电抑制层及所述第二漏电抑制层的步骤。
可选地，于所述栅极间隙内形成所述共源线之前，还包括于所述栅极间隙侧壁形成绝缘 隔离层的步骤。
可选地，所述第一漏电抑制层包括氧化物层，所述第二漏电抑制层包括氮氧化物层。
可选地，所述第一漏电抑制层包括氧化硅层且所述第二漏电抑制层包括氮氧化硅层，或 所述第一漏电抑制层包括氧化铪层且所述第二漏电抑制层包括氮氧化铪层。
可选地，于相邻所述栅极层之间及所述栅极层与所述半导体衬底之间形成所述栅间介质 层包括如下步骤：
对所述栅极层进行所述栅极层进行氧化处理及氮化处理，以于所述栅极层之间形成所述 栅间介质层。
可选地，所述栅间介质层还包括空气间隙，所述空气间隙位于所述第一漏电抑制层及所 述第二漏电抑制层交替叠置的结构内。
本发明还提供一种3D NAND闪存，所述3D NAND闪存包括：
半导体衬底；
叠层结构，位于所述半导体衬底上，所述叠层结构包括交替叠置的栅间介质层及栅极 层；所述栅间介质层包括空气间隙及交替叠置的第一漏电抑制层及第二漏电抑制层，所述空 气间隙位于所述第一漏电抑制层及所述第二漏电抑制层交替叠置的结构内；
沟道通孔，位于所述叠层结构内；
功能侧壁，位于所述沟道通孔的侧壁表面；及
沟道层，位于所述沟道通孔内，且位于所述功能侧壁的表面及所述沟道通孔的底部。
可选地，所述功能侧壁包括：
阻挡层，位于所述沟道通孔的侧壁表面；
存储层，位于所述阻挡层的表面；及
隧穿层，位于所述存储层的表面。
可选地，所述阻挡层包括高k介质层及阻挡叠层结构，所述高k介质层位于所述沟道通 孔的表面，所述阻挡叠层结构位于所述高k介质层的表面，所述阻挡叠层结构包括沿所述阻 挡叠层结构厚度方向交替叠置的氧化物层及氮氧化物层；所述存储层包括沿厚度方向交替叠 置的氮化物层及氮氧化物层；所述隧穿层包括沿厚度方向间隔排布的氧化物层及位于所述氧 化物层之间的氮氧化物叠层结构。
可选地，所述3DNAND闪存还包括：
栅极间隙，位于所述叠层结构内，所述栅极间隙贯穿所述叠层结构并延伸至所述半导体 衬底内；
源极区域，位于所述半导体衬底内，且位于所述栅极间隙的底部；
共源线，位于所述栅极间隙内，且与所述源极区域相连接；
绝缘隔离层，位于所述栅极间隙内，且位于所述共源线与所述叠层结构之间；
填充绝缘层，填充于所述沟道通孔内，且位于所述沟道层的表面。
可选地，所述第一漏电抑制层包括氧化物层，所述第二漏电抑制层包括氮氧化物层。
可选地，所述第一漏电抑制层包括氧化硅层且所述第二漏电抑制层包括氮氧化硅层，或 所述第一漏电抑制层包括氧化铪层且所述第二漏电抑制层包括氮氧化铪层。
如上所述，本发明的3D NAND闪存及制备方法，具有以下有益效果：
本发明3D NAND闪存中的栅间介质层为至少包括交替叠置的第一漏电抑制层及第二漏 电抑制层，可以有效减小相邻栅极层之间的漏电，提高相邻栅极层之间的栅间介质层的抗击 穿能力，降低相邻栅极层之间的耦合效应。
附图说明
图1显示为本发明实施例一中提供的3D NAND闪存的制备方法的流程图。
图2显示为本发明实施例一中提供的3D NAND闪存的制备方法中步骤1)所得结构的截 面结构示意图。
图3显示为本发明实施例一中提供的3D NAND闪存的制备方法中步骤2)所得结构的截 面结构示意图。
图4至图9显示为本发明实施例一中提供的3D NAND闪存的制备方法中步骤3)所得结 构的示意图；其中，图4及图5为于沟道通孔的侧壁表面形成功能侧壁后所得结构的截面结 构示意图，图6显示为功能侧壁中的阻挡层的局部放大结构图，图7显示为功能侧壁中的存 储层的局部放大结构图，图8显示为功能侧壁中的隧穿层的局部放大结构图，图9为于功能 侧壁的表面及所述沟道通孔的底部形成沟道层后所得结构的截面结构示意图。
图10显示为本发明实施例一中提供的3D NAND闪存的制备方法中于沟道通孔内形成填 充绝缘层后所得结构的截面结构示意图。
图11显示为本发明实施例一中提供的3D NAND闪存的制备方法中步骤4)所得结构的 截面结构示意图。
图12显示为本发明实施例一中提供的3D NAND闪存的制备方法中步骤5)所得结构的 截面结构示意图。
图13至图16显示为本发明实施例一中提供的3D NAND闪存的制备方法中步骤6)所得 结构的示意图；其中，图13及图15为不同示例中步骤6)所得结构的截面结构示意图，图14为图13中的栅间介质层的结构示意图，图16为图15中的栅间介质层的结构示意图。
图17及图18显示为本发明实施例一中提供的3D NAND闪存的制备方法中步骤7)所得 结构的截面结构示意图。
图19及图20显示为本发明实施例一中提供的3D NAND闪存的制备方法中去除位于栅 极间隙底部的第一漏电抑制层及第二漏电抑制层后所得结构的截面结构示意图。
图21及图22显示为本发明实施例一中提供的3D NAND闪存的制备方法中于栅极间隙 的侧壁形成绝缘隔离层后所得结构的截面结构示意图。
图23至图25显示为本发明实施例一中提供的3D NAND闪存的制备方法中步骤8)所得 结构的截面结构示意图；同时，图23亦为实施例二中提供的3D NAND闪存的截面结构示意 图；图25为图23中的栅间介质层的结构示意图。
图26显示为本发明实施例二中提供的3D闪存中功能侧壁阻挡层的局部放大结构图。
图27显示为本发明实施例二中提供的3D闪存中功能侧壁存储层的局部放大结构图。
图28显示为本发明实施例二中提供的3D闪存中功能侧壁隧穿层的局部放大结构图。
元件标号说明
10 半导体衬底
11、31 叠层结构
111 牺牲层
12 沟道通孔
121 竖直通孔
13 功能侧壁
131 阻挡层
131a 高k介质层
131b 阻挡叠层结构
131c、133a 氧化物层
131d、132b、133c 氮氧化物层
132 存储层
132a 氮化物层
133 隧穿层
133b 氮氧化物叠层结构
14 沟道层
15 栅极间隙
17 栅间介质层
17’ 漏电抑制叠层
171 第一漏电抑制层
172 第二漏电抑制层
173 空气间隙
18 栅极层
19 填充绝缘层
20 源极区域
21 共源线
22 绝缘隔离层
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露 的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加 以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精 神下进行各种修饰或改变。
需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，虽图示 中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际 实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复 杂。
实施例一
请参阅图1，本实施例还提供一种3D NAND闪存的制备方法，所述3D NAND闪存的制备方法包括如下步骤：
1)提供半导体衬底，所述半导体衬底上形成有叠层结构，所述叠层结构包括交替叠置的 牺牲层及栅极层；
2)于所述叠层结构内形成沟道通孔；
3)于所述沟道通孔的侧壁表面形成功能侧壁，并于所述功能侧壁的表面及所述沟道通孔 的底部形成沟道层；
4)于所述叠层结构内形成栅极间隙；
5)基于所述栅极间隙去除所述牺牲层；及
6)于相邻所述栅极层之间及所述栅极层与所述半导体衬底之间形成栅间介质层，所述栅 间介质层至少包括交替叠置的第一漏电抑制层及第二漏电抑制层。
在步骤1)中，请参阅图1中的S1步骤及图2，提供半导体衬底10，所述半导体衬底10上形成有叠层结构11，所述叠层结构11包括交替叠置的牺牲层111及栅极层18。
作为示例，所述半导体衬底10可以根据器件的实际需求进行选择，所述半导体衬底10 可以包括硅衬底、锗(Ge)衬底、锗化硅(SiGe)衬底、SOI(Silicon-on-insulator，绝缘体 上硅)衬底或GOI(Germanium-on-Insulator，绝缘体上锗)衬底等等；优选地，本实施例中， 所述半导体衬底10包括单晶硅晶圆。
需要说明的是，所述半导体衬底10为进行离子掺杂后的衬底，具体地，所述半导体衬底 10可以为P型掺杂衬底，也可以为N型掺杂衬底。
作为示例，所述栅极层18的材料可以包括金属(譬如，钨或钴等等)或硅，优选地，本 实施例中，所述栅极层18的材料可以包括掺杂多晶硅(譬如，N型掺杂的多晶硅或P型掺杂 的多晶硅)。
作为示例，所述牺牲层111可以为任意一种相较于所述栅极层18具有较高刻蚀选择比的 材料，譬如，所述牺牲层111的材料可以包括氮化硅、氧化硅或氮氧化硅等等。
作为示例，所述叠层结构11可以包括由下至上依次交替叠置的所述牺牲层111及所述栅 极层18，即所述叠层结构11的底层及顶层均为所述牺牲层111，位于顶层的所述牺牲层111 的上表面即为所述叠层结构11的上表面。
在步骤2)中，请参阅图1中的S2步骤及图3，于所述叠层结构11内形成沟道通孔12。
作为示例，于所述叠层结构11内形成所述沟道通孔12可以包括如下步骤：
2-1)于所述叠层结构的上表面形成图形化掩膜层(未示出)，所述图形化掩膜层内形成 有定义出所述沟道通孔12的形状及位置的开口图形；
2-2)基于所述图形化掩膜层刻蚀所述叠层结构11以形成所述沟道通孔12，具体地，可 以采用干法刻蚀工艺或湿法刻蚀工艺刻蚀所述叠层结构11，优选地，本实施例中，采用干法 刻蚀工艺刻蚀所述叠层结构11；
2-3)去除所述图形化掩膜层。
作为示例，所述沟道通孔12的侧壁可以为竖直侧壁。
作为示例，所述沟道通孔12沿所述叠层结构11的厚度方向贯穿所述叠层结构11。
作为示例，所述沟道通孔12的数量及分布情况可以根据所要形成的器件结构的实际需 要进行设定，此处不做限定。
在步骤3)中，请参阅图1中的S3步骤及图4至图9，于所述沟道通孔12的侧壁表面形成功能侧壁13，并于所述功能侧壁13的表面及所述沟道通孔12的底部形成沟道层14。
作为示例，如图5所示，于所述沟道通孔12的侧壁表面形成所述功能侧壁13可以包括 如下步骤：
3-1)于所述沟道通孔12的侧壁表面形成阻挡层131；
3-2)于所述阻挡层131的表面形成存储层132；及
3-3)于所述存储层132的表面形成隧穿层133。
需要说明的是，所述功能侧壁13可以同时形成于所述沟道通孔12的侧壁表面及所述沟 道通孔12的底部，如图4所示；此时，形成所述功能侧壁13之后还包括去除位于所述沟道 通孔12底部的所述功能侧壁13的步骤，去除位于所述所述沟道通孔12底部的所述功能侧壁 13之后所得的结构如图5所示。
作为示例，步骤3-1)中，可以采用物理气相沉积(Physical Vapor Deposition，PVD)工 艺、化学气相沉积(Chemical Vapor Deposition，CVD)工艺或原子层沉积(AtomicLayer Deposition，ALD)工艺于所述沟道通孔12的侧壁表面形成所述阻挡层131；优选地，本实 施例中，采用原子层沉积工艺于所述沟道通孔12的侧壁表面形成所述阻挡层131。
作为示例，请参阅图6，所述阻挡层131可以包括高k介质层131a及阻挡叠层结构131b；所述高k介质层131a位于所述沟道通孔12的表面，所述阻挡叠层结构131b位于所述高k介质层131a的表面；所述阻挡叠层结构131b包括沿所述阻挡叠层结构131b厚度方向交替叠置的氧化物层131c及氮氧化物层131d。所述阻挡叠层结构131b中，所述氧化物层131c及所述氮氧化物层131d交替叠置的周期数可以根据实际需要进行设定，此处不做限定；所述氧化物层131c及所述氮氧化物层131d交替叠置的顺序可以根据实际需要进行设定，图6中仅以所述阻挡层131自所述高k介质层131a向外包括依次交替叠置的所述氧化物层131c及所述氮氧化物层131d作为示例，图6中仅示意出两层所述氧化物层131c及一层所述氮氧化物层131d，在实际示例中并不以此为限。
作为示例，所述高k介质层131a的材料可以包括氧化铝或氧化铪等等，所述氧化层131c 的材料可以包括氧化硅或氧化铪等等，所述氮氧化物层131d的材料可以包括氮氧化硅或氮 氧化铪等等。
作为示例，步骤3-2)中，可以采用物理气相沉积工艺、化学气相沉积工艺或原子层沉积 工艺于所述阻挡层131的表面形成所述存储层132；优选地，本实施例中，采用原子层沉积 工艺于所述阻挡层131的表面形成所述存储层132。
作为示例，请参阅图7，所述存储层132包括沿厚度方向交替叠置的氮化物层132a及氮 氧化物层132b；所述氮化物层132a及所述氮氧化物层132b交替叠置的顺序可以根据实际需 要进行设定，所述氮化物层132a及所述氮氧化物层132b交替叠置的周期数可以根据实际需 要进行设定，图7中仅以所述存储层132自所述阻挡层131向外包括依次交替的所述氮化物 层132a及所述氮氧化物层132b作为示例，且图7中仅示意出三层所述氮化物层132a及两层 所述氮氧化物层132b，在实际示例中并不以此为限。
作为示例，所述氮化物层132a的材料可以包括氮化硅或氮化铪等等，所述氮氧化物层 132b的材料可以包括氮氧化硅或氮氧化铪等等。
在步骤3-3)中，可以采用物理气相沉积工艺、化学气相沉积工艺或原子层沉积工艺于所 述存储层132的表面形成所述隧穿层133；优选地，本实施例中，采用原子层沉积工艺于所 述存储层132的表面形成所述隧穿层133。
作为示例，请参阅图8，所述隧穿层133可以包括沿厚度方向间隔排布的氧化物层133a 及位于所述氧化物层133a之间的氮氧化物叠层结构133b，所述氮氧化物叠层结构133b包括 多层沿所述隧穿层133厚度方向叠置的氮氧化物层133c。
作为示例，所述氮化物层133a的材料可以包括氮化硅或氮化铪等等，所述氮氧化物层 133c的材料可以包括氮氧化硅或氮氧化铪等等。
需要说明的是，所述氮氧化物叠层结构133b中所述氮氧化物层133c的层数可以根据实 际需要进行设定，此处不做限定。
需要进一步说明的是，所述氮氧化物叠层结构133b中各层所述氮氧化物层133c不尽相 同，各层所述氮氧化物层133c中的各元素的原子比不尽相同，譬如，以所述氮氧化物层 133c的材料为氮氧化硅作为示例，各所述氮氧化物层133c中的氮、氧及硅三者的原子比不 尽相同。
作为示例，可以采用物理气相沉积工艺、化学气相沉积工艺或原子层沉积工艺于所述功 能侧壁13的表面及所述沟道通孔12的底部形成所述沟道层14；优选地，本实施例中，采用 原子层沉积工艺于所述功能侧壁13的表面及所述沟道通孔12的底部形成所述沟道层14，形 成所述沟道层14后所得结构如图9所示。
作为示例，所述沟道层14的材料可以包括多晶硅。当然，在其他示例中，所述沟道层 14的材料还可以为其他的半导体材料。
作为示例，所述功能侧壁13与所述沟道层14的厚度之和可以小于所述沟道通孔12的宽 度的一半，如图5所示，此时，形成所述沟道层14后所述沟道通孔12内还保留有填充绝缘 层的预留空间；在其他示例中，所述沟道层14还可以填满所述沟道通孔12。
作为示例，如图10所示，于所述功能侧壁13的表面形成所述沟道层14之后还包括于所 述沟道通孔12内形成填充绝缘层19的步骤。
作为示例，可以采用物理气相沉积工艺、化学气相沉积工艺或原子层沉积工艺于所述沟 道通孔12内形成所述填充绝缘层19；优选地，本实施例中，采用原子层沉积工艺于所述沟 道通孔12内形成所述填充绝缘层19。
作为示例，所述填充绝缘层19的材料可以包括氧化介质层，譬如氧化硅等等。所述填 充绝缘层19可以填满所述沟道通孔12。
在步骤4)中，请参阅图1中的S4步骤及图11，于所述叠层结构11内形成栅极间隙15。
作为示例，于所述叠层结构11内形成栅极间隙15可以包括如下步骤：
4-1)于所述叠层结构11的上表面形成图形化掩膜层(未示出)，所述图形化掩膜层内 形成有定义出所述栅极间隙15的形状及位置的开口图形；
4-2)基于所述图形化掩膜层刻蚀所述叠层结构11以形成所述栅极间隙15，具体地，可 以采用干法刻蚀工艺或湿法刻蚀工艺刻蚀所述叠层结构11，优选地，本实施例中，采用干法 刻蚀工艺刻蚀所述叠层结构11；
4-3)去除所述图形化掩膜层。
作为示例，所述栅极间隙15的位置及数量可以根据实际需要进行设定，此处不做限 定。
作为示例，所述栅极间隙15可以贯穿所述叠层结构11直至所述半导体衬底10的上表 面，如图11所示；当然，所述栅极间隙15还可以贯穿所述叠层结构11并延伸至所述半导体 衬底10内。
在步骤5)中，请参阅图1中的S5步骤及图12，基于所述栅极间隙15去除所述牺牲层111。
作为示例，可以采用湿法刻蚀工艺去除所述牺牲层111；具体地，可以采用对所述牺牲 层111具有较高刻蚀去除速率，且对所述栅极层15几乎不能去除的湿法腐蚀溶液进行湿法腐 蚀以去除所述牺牲层111；具体地，将所述湿法腐蚀溶液置于所述栅极间隙15内，所述湿法 腐蚀溶液横向腐蚀所述牺牲层111以将所述牺牲层111完全去除。
在步骤6)中，请参阅图1中的S6步骤及图13至图16，于相邻所述栅极层18之间及所述栅极层18与所述半导体衬底10之间形成栅间介质层17，所述栅间介质层17至少包括交替叠置的第一漏电抑制层171及第二漏电抑制层172。
作为示例，所述第一漏电抑制层171可以包括氧化物层，所述第二漏电抑制层172可以 包括氮氧化物层。具体地，所述第一漏电抑制层171可以包括氧化硅层或氧化铪层，所述第 二漏电抑制层172可以包括氮氧化硅层或氮氧化铪层。
作为示例，可以对所述栅极层18进行氧化处理及氮化处理，以消耗部分所述栅极层18 并于所述栅极层18之间形成所述栅间介质层17。譬如，当所述栅极层18为多晶硅栅极层 时，对所述栅极层18进行氧化处理可以形成氧化硅层作为所述第一漏电抑制层171，对所述 栅极层18进行氧化处理及氮化处理可以形成氮氧化硅层作为所述第二漏电抑制层172。可以 通过调节工艺参数(譬如，反应气体、反应压力及反应温度等等)使得所述栅极层18被部分 消耗而形成交替叠置的所述第一漏电抑制层171及所述第二漏电抑制层172。当然，在其他 示例中，也可以采用物理气相沉积工艺、化学气相沉积工艺或原子层沉积工艺于相邻所述栅 极层18之间及所述栅极层18与所述半导体衬底10之间沉积形成所述栅间介质层17。
在一示例中，如图13及图14所示，所述栅间介质层17并未填满相邻所述栅极层18之 间的间隙及所述栅极层18与所述半导体衬底10之间的间隙，此时，所述栅间介质层17还包 括空气间隙173，所述空气间隙173位于所述第一漏电抑制层171与所述第二漏电抑制层172 交替叠置的结构内；即此时，相邻所述栅极层18之间及所述栅极层18与所述半导体衬底10 之间均形成有两个包括交替叠置的所述第一漏电抑制层171及所述第二漏电抑制层172的所 述漏电抑制叠层17’，所述空气间隙173位于相邻所述栅极层18之间及所述栅极层18与所述 半导体衬底10之间，且位于所述漏电抑制叠层17’之间。
在另一示例中，所述栅间介质层17可以填满相邻所述栅极层18之间的间隙及所述栅极 层18与所述半导体衬底10之间的间隙，如图15及图16所示。
需要说明的是，无论采用将部分所述栅极层18进行处理形成所述栅间介质层17，还是 采用沉积工艺形成所述栅间介质层17，所述栅极间隙15的侧壁会同时形成沿所述栅极间隙 15的宽度方向交替叠置的所述第一漏电抑制层171及所述第二漏电抑制层172，如图14及图 16所示。
作为示例，形成所述栅间介质层17的同时于所述半导体衬底10的上表面形成交替叠置 的所述第一漏电抑制层171及所述第二漏电抑制层172。
作为示例，请参阅图17至图25，于相邻所述栅极层18之间及所述栅极层18与所述半 导体衬底10之间形成栅间介质层17之后还包括如下步骤：
7)于所述栅极间隙15底部的所述半导体衬底10内形成源极区域20，如图17及图18所示；其中，图17为所述栅间介质层17中包括所述空气间隙173对应结构的截面结构示意，图18为所述栅间介质层17可以填满相邻所述栅极层18之间的间隙及所述栅极层18与所述半导体衬底10之间对应结构的截面结构示意图；及
8)于所述栅极间隙15内形成共源线21，所述共源线21与所述源极区域20相接触，如 图23及图24所示；其中，图23为所述栅间介质层17中包括所述空气间隙173对应结构的截面结构示意，图24为所述栅间介质层17可以填满相邻所述栅极层18之间的间隙及所述栅极层18与所述半导体衬底10之间对应结构的截面结构示意图。
作为示例，步骤7)中，可以采用离子注入工艺对所述栅极间隙15底部的所述半导体衬 底10进行离子注入，以形成所述源极区域20。
需要说明的是，对所述栅极间隙15底部的所述半导体衬底10进行离子注入时，位于所 述栅极间隙15底部的交替叠置的所述第一漏电抑制层171及所述第二漏电抑制层172并未被 去除，位于所述栅极间隙15底部的交替叠置的所述第一漏电抑制层171及所述第二漏电抑制 层172的存在可以在离子注入过程中对所述半导体衬底10进行保护，以避免离子注入对所述 半导体衬底10造成晶格损伤。
作为示例，请参阅图19及图20，于所述栅极间隙15底部的所述半导体衬底10内形成 所述源极区域20之后还包括去除位于所述栅极间隙15底部的交替叠置的所述第一漏电抑制 层171及所述第二漏电抑制层172的步骤。具体地，可以采用干法刻蚀工艺或湿法刻蚀工艺 去除位于所述栅极间隙15底部的交替叠置的所述第一漏电抑制层171及所述第二漏电抑制层 172；其中，图19为所述栅间介质层17中包括所述空气间隙173对应结构的截面结构示意， 图20为所述栅间介质层17可以填满相邻所述栅极层18之间的间隙及所述栅极层18与所述 半导体衬底10之间对应结构的截面结构示意图。
需要说明的是，在去除位于所述栅极间隙15底部的交替叠置的所述第一漏电抑制层171 及所述第二漏电抑制层172的同时，位于所述栅极间隙15侧壁的交替叠置的所述第一漏电抑 制层171及所述第二漏电抑制层172被一并去除，如图19及图20所示；具体的，于所述栅 极间隙15底部的所述半导体衬底10内形成所述源极区域20之后可以先于所得结构的上表面 形成具有开口图形的掩膜层(未示出)，依据所述掩膜层采用刻蚀工艺即可去除位于所述栅极 间隙15侧壁的交替叠置的所述第一漏电抑制层171及所述第二漏电抑制层172。当然，在 其他示例中，位于所述栅极间隙15侧壁的交替叠置的所述第一漏电抑制层171及所述第二漏 电抑制层172也可以不被去除而保留。
作为示例，请参阅图21及图22，于所述栅极间隙15内形成所述共源线21之前，还包括于所述栅极间隙15的侧壁形成绝缘隔离层22的步骤。具体地，可以采用物理气相沉积工艺、化学气相沉积工艺或原子层沉积工艺于所述栅极间隙15的侧壁形成所述绝缘隔离层22。所述绝缘隔离层22用于将所述共源线21与所述栅极层18电隔离，所述绝缘隔离层22 的材料可以包括但不仅限于氧化硅、氮化硅、氮氧化硅或氧化铪等等；其中，图21为所述栅 间介质层17中包括所述空气间隙173对应结构的截面结构示意，图22为所述栅间介质层17 可以填满相邻所述栅极层18之间的间隙及所述栅极层18与所述半导体衬底10之间对应结构的截面结构示意图。
需要说明的是，在形成所述绝缘隔离层22的时候，所述绝缘隔离层22可以同时形成于 所述栅极间隙15的侧壁及所述栅极间隙15的底部，此时，为了确保所述栅极间隙15内形成 的所述共源线21与所述源极区域20电接触，所述绝缘隔离层22形成之后，还包括将位于所 述栅极间隙15底部的所述绝缘隔离层22去除的步骤。
作为示例，步骤8)中，可以采用物理气相沉积工艺、化学气相沉积工艺或原子层沉积 工艺于所述栅极间隙15内形成所述共源线21，优选地，本实施例中，采用原子层沉积工艺 于所述栅极间隙15内形成所述共源线21。
作为示例，所述共源线21的材料可以包括金属(譬如，铜、铝、金、银、镍或钴等等)或掺杂多晶硅等等。所述共源线21填满所述栅极间隙15，即所述共源线21的上表面可以与所述栅极间隙15的上表面相平行。
本实施例得到的所述3D NAND闪存中，所述半导体衬底10上形成有包括交替叠置的所 述栅极层18及所述栅间介质层17的叠层结构31。
本实施例制备的所述3D NAND闪存中的所述栅间介质层17为至少包括交替叠置的所述 第一漏电抑制层171及所述第二漏电抑制层172，可以有效减少相邻所述栅极层18之间的漏 电，提高相邻所述栅极层18之间的所述栅间介质层17的抗击穿能力，降低相邻所述栅极层 18之间的耦合效应。
实施例二
请继续参阅图23及图25，本实施例中还提供一种3D NAND闪存，所述3D NAND闪存包括：半导体衬底10；叠层结构31，所述叠层结构31位于所述半导体衬底10上，所述叠层 结构31包括交替叠置的栅间介质层17及栅极层18；所述栅间介质层17包括空气间隙173 及交替叠置的第一漏电抑制层171及第二漏电抑制层172，所述空气间隙173位于所述第一 漏电抑制层171及所述第二漏电抑制层172交替叠置的结构内；沟道通孔12，所述沟道通孔 12位于所述叠层结构31内；功能侧壁13，所述功能侧壁13位于所述沟道通孔12的侧壁表 面；及沟道层14，所述沟道层14位于所述沟道通孔12内，且位于所述功能侧壁13的表面 及所述沟道通孔12的底部。
作为示例，所述半导体衬底10可以根据器件的实际需求进行选择，所述半导体衬底10 可以包括硅衬底、锗(Ge)衬底、锗化硅(SiGe)衬底、SOI(Silicon-on-insulator，绝缘体 上硅)衬底或GOI(Germanium-on-Insulator，绝缘体上锗)衬底等等；优选地，本实施例中， 所述半导体衬底10包括单晶硅晶圆。
需要说明的是，所述半导体衬底10为进行离子掺杂后的衬底，具体地，所述半导体衬底 10可以为P型掺杂衬底，也可以为N型掺杂衬底。
作为示例，所述叠层结构31可以包括由下至上依次交替叠置的所述栅间介质层17及所 述栅极层18，即所述叠层结构31的底层及顶层均为所述栅间介质层17，位于顶层的所述栅 间介质层17的上表面即为所述叠层结构31的上表面。
具体的，相邻所述栅极层18之间及所述栅极层18与所述半导体衬底10之间均形成有两 个包括交替叠置的所述第一漏电抑制层171及所述第二漏电抑制层172的所述漏电抑制叠层 17’，所述空气间隙173位于相邻所述栅极层18之间及所述栅极层18与所述半导体衬底10 之间，且位于所述漏电抑制叠层17’之间。
作为示例，所述第一漏电抑制层171可以包括氧化物层，所述第二漏电抑制层172可以 包括氮氧化物层。具体地，所述第一漏电抑制层171可以包括氧化硅层或氧化铪层，所述第 二漏电抑制层172可以包括氮氧化硅层或氮氧化铪层。
作为示例，可以采用湿氧氧化工艺或干氧氧化工艺对含氮绝缘介质层(即如实施例一中 所述的绝缘介质层112，譬如氮化硅或氮化铪等)进行氧化处理得到所述栅间介质层17。
作为示例，所述栅极层18的材料可以包括金属(譬如，钨或钴等等)或硅，优选地，本 实施例中，所述栅极层18的材料可以包括掺杂多晶硅。
作为示例，所述沟道通孔12的侧壁可以为竖直侧壁。
作为示例，所述沟道通孔12沿所述叠层结构31的厚度方向贯穿所述叠层结构31。
作为示例，所述沟道通孔12的数量及分布情况可以根据所要形成的器件结构的实际需 要进行设定，此处不做限定。
作为示例，所述功能侧壁13可以包括：阻挡层131，所述阻挡层131位于所述沟道通孔 12的侧壁表面；存储层132，所述存储层132位于所述阻挡层131的表面；及隧穿层133，所述隧穿层133位于所述存储层132的表面。
作为示例，请参阅图26，所述阻挡层131可以包括高k介质层131a及阻挡叠层结构131b；所述高k介质层131a位于所述沟道通孔12的表面，所述阻挡叠层结构131b位于所述高k介质层131a的表面；所述阻挡叠层结构131b包括沿所述阻挡叠层结构131b厚度方向交替叠置的氧化物层131c及氮氧化物层131d。所述阻挡叠层结构131b中，所述氧化物层131c及所述氮氧化物层131d交替叠置的周期数可以根据实际需要进行设定，此处不做限定；所述氧化物层131c及所述氮氧化物层131d交替叠置的顺序可以根据实际需要进行设定，图26中仅以所述阻挡层131自所述高k介质层131a向外包括依次交替叠置的所述氧化物层131c及所述氮氧化物层131d作为示例，图26中仅示意出两层所述氧化物层131c及一层所述氮氧化物层131d，在实际示例中并不以此为限。
作为示例，所述高k介质层131a的材料可以包括氧化铝或氧化铪等等，所述氧化层131c 的材料可以包括氧化硅或氧化铪等等，所述氮氧化物层131d的材料可以包括氮氧化硅或氮 氧化铪等等。
作为示例，请参阅图27，所述存储层132包括沿厚度方向交替叠置的氮化物层132a及 氮氧化物层132b；所述氮化物层132a及所述氮氧化物层132b交替叠置的顺序可以根据实际 需要进行设定，所述氮化物层132a及所述氮氧化物层132b交替叠置的周期数可以根据实际 需要进行设定，图27中仅以所述存储层132自所述阻挡层131向外包括依次交替的所述氮化 物层132a及所述氮氧化物层132b作为示例，且图27中仅示意出三层所述氮化物层132a及 两层所述氮氧化物层132b，在实际示例中并不以此为限。
作为示例，所述氮化物层132a的材料可以包括氮化硅或氮化铪等等，所述氮氧化物层 132b的材料可以包括氮氧化硅或氮氧化铪等等。
作为示例，请参阅图28，所述隧穿层133可以包括沿厚度方向间隔排布的氧化物层133a 及位于所述氧化物层133a之间的氮氧化物叠层结构133b，所述氮氧化物叠层结构133b包括 多层沿所述隧穿层133厚度方向叠置的氮氧化物层133c。
作为示例，所述氮化物层133a的材料可以包括氮化硅或氮化铪等等，所述氮氧化物层 133c的材料可以包括氮氧化硅或氮氧化铪等等。
需要说明的是，所述氮氧化物叠层结构133b中所述氮氧化物层133c的层数可以根据实 际需要进行设定，此处不做限定。
需要进一步说明的是，所述氮氧化物叠层结构133b中各层所述氮氧化物层133c不尽相 同，各层所述氮氧化物层133c中的各元素的原子比不尽相同，譬如，以所述氮氧化物层 133c的材料为氮氧化硅作为示例，各所述氮氧化物层133c中的氮、氧及硅三者的原子比不 尽相同。
作为示例，所述沟道层14的材料可以包括多晶硅。当然，在其他示例中，所述沟道层14的材料还可以为其他的半导体材料。
作为示例，所述功能侧壁13与所述沟道层14的厚度之和可以小于所述沟道通孔12的宽 度的一半，如图23所示，此时，形成所述沟道层14后所述沟道通孔12内还保留有填充绝缘 层的预留空间；在其他示例中，所述沟道层14还可以填满所述沟道通孔12。
作为示例，所述3D NAND闪存还可以包括：栅极间隙15，所述栅极间隙15位于所述叠 层结构31内，所述栅极间隙15贯穿所述叠层结构31并延伸至所述半导体衬底10内；源极区域20，所述源极区域20位于所述半导体衬底10内，且位于所述栅极间隙15的底部；共 源线21，所述共源线21位于所述栅极间隙15内，且与所述源极区20域相连接；绝缘隔离 层22，所述绝缘隔离层22位于所述栅极间隙15内，且位于所述共源线21与所述叠层结构 31之间；填充绝缘层19，所述填充绝缘层19填充于所述沟道通孔12内，且位于所述沟道层 14的表面。
作为示例，所述栅极间隙15的位置及数量可以根据实际需要进行设定，此处不做限 定。
作为示例，所述栅极间隙15可以贯穿所述叠层结构11直至所述半导体衬底10的上表 面；当然，所述栅极间隙15还可以贯穿所述叠层结构11并延伸至所述半导体衬底10内。
作为示例，可以采用离子注入工艺对所述栅极间隙15底部的所述半导体衬底10进行离 子注入，以形成所述源极区域20。
作为示例，所述共源线21的材料可以包括金属(譬如，铜、铝、金、银、镍或钴等等)或掺杂多晶硅等等。所述共源线21填满所述栅极间隙15，即所述共源线21的上表面可以与所述栅极间隙15的上表面相平行。
作为示例，所述绝缘隔离层22用于将所述共源线21与所述栅极层18电隔离，所述绝缘 隔离层22的材料可以包括但不仅限于氧化硅、氮化硅或氧化铪等等。
作为示例，所述填充绝缘层19的材料可以包括氧化介质层，譬如氧化硅等等。所述填 充绝缘层19可以填满所述沟道通孔12。
本实施例的所述3D NAND闪存中的所述栅间介质层17为至少包括交替叠置的所述第一 漏电抑制层171及所述第二漏电抑制层172，可以有效减小相邻所述栅极层18之间的漏电， 提高相邻所述栅极层18之间的所述栅间介质层17的抗击穿能力，降低相邻所述栅极层18之 间的耦合效应。
如上所述，本发明的3D NAND闪存及制备方法，所述3D NAND闪存的制备方法包括如下步骤：提供半导体衬底，所述半导体衬底上形成有叠层结构，所述叠层结构包括交替叠置的牺牲层及栅极层；于所述叠层结构内形成沟道通孔；于所述沟道通孔的侧壁表面形成功 能侧壁，并于所述功能侧壁的表面及所述沟道通孔的底部形成沟道层；于所述叠层结构内形 成栅极间隙；基于所述栅极间隙去除所述牺牲层；及于相邻所述栅极层之间及所述栅极层与 所述半导体衬底之间形成栅间介质层，所述栅间介质层包括交替叠置的第一漏电抑制层及第 二漏电抑制层。本发明3D NAND闪存中的栅间介质层为至少包括交替叠置的第一漏电抑制 层及第二漏电抑制层，可以有效减小相邻栅极层之间的漏电，提高相邻栅极层之间的栅间介 质层的抗击穿能力，降低相邻栅极层之间的耦合效应。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技 术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡 所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等 效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。
Claims (18)
1.一种3D NAND闪存的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
提供半导体衬底，所述半导体衬底上形成有叠层结构，所述叠层结构包括交替叠置的牺牲层及栅极层；
于所述叠层结构内形成沟道通孔，所述沟道通孔贯穿所述叠层结构；
于所述沟道通孔的侧壁表面形成功能侧壁，并于所述功能侧壁的表面及所述沟道通孔的底部形成沟道层；
于所述叠层结构内形成栅极间隙，所述栅极间隙贯穿所述叠层结构；
基于所述栅极间隙去除所述牺牲层；及
对所述栅极层进行处理，以于相邻所述栅极层之间及所述栅极层与所述半导体衬底之间形成栅间介质层，所述栅间介质层至少包括交替叠置的第一漏电抑制层及第二漏电抑制层。
2.根据权利要求1所述的3D NAND闪存的制备方法，其特征在于，所述沟道通孔的侧壁包括竖直侧壁。
3.根据权利要求2所述的3D NAND闪存的制备方法，其特征在于，于所述沟道通孔的侧壁表面形成所述功能侧壁包括如下步骤：
于所述沟道通孔的侧壁表面形成阻挡层；
于所述阻挡层的表面形成存储层；及
于所述存储层的表面形成隧穿层。
4.根据权利要求3所述的3D NAND闪存的制备方法，其特征在于，所述阻挡层包括高k介质层及阻挡叠层结构，所述高k介质层位于所述沟道通孔的表面，所述阻挡叠层结构位于所述高k介质层的表面，所述阻挡叠层结构包括沿所述阻挡叠层结构厚度方向交替叠置的氧化物层及氮氧化物层；所述存储层包括沿厚度方向交替叠置的氮化物层及氮氧化物层；所述隧穿层包括沿厚度方向间隔排布的氧化物层及位于所述氧化物层之间的氮氧化物叠层结构。
5.根据权利要求1所述的3D NAND闪存的制备方法，其特征在于：于所述功能侧壁的表面形成所述沟道层之后还包括于所述沟道通孔内形成填充绝缘层的步骤。
6.根据权利要求1所述的3D NAND闪存的制备方法，其特征在于：于相邻所述栅极层之间及所述栅极层与所述半导体衬底之间形成所述栅间介质层还包括如下步骤：
于所述栅极间隙底部的所述半导体衬底内形成源极区域；及
于所述栅极间隙内形成共源线，所述共源线与所述源极区域相接触。
7.根据权利要求6所述的3D NAND闪存的制备方法，其特征在于：形成所述栅间介质层的同时于所述半导体衬底的上表面形成交替叠置的所述第一漏电抑制层及所述第二漏电抑制层，于所述栅极间隙底部的所述半导体衬底内形成所述源极区域之后且于所述栅极间隙内形成所述共源线之前，还包括去除位于所述栅极间隙底部的所述第一漏电抑制层及所述第二漏电抑制层的步骤。
8.根据权利要求6所述的3D NAND闪存的制备方法，其特征在于：于所述栅极间隙内形成所述共源线之前，还包括于所述栅极间隙侧壁形成绝缘隔离层的步骤。
9.根据权利要求1所述的3D NAND闪存的制备方法，其特征在于：所述第一漏电抑制层包括氧化物层，所述第二漏电抑制层包括氮氧化物层。
10.根据权利要求9所述的3D NAND闪存的制备方法，其特征在于：所述第一漏电抑制层包括氧化硅层且所述第二漏电抑制层包括氮氧化硅层，或所述第一漏电抑制层包括氧化铪层且所述第二漏电抑制层包括氮氧化铪层。
11.根据权利要求1至10中任一项所述的3D NAND闪存的制备方法，其特征在于：于相邻所述栅极层之间及所述栅极层与所述半导体衬底之间形成所述栅间介质层包括如下步骤：
对所述栅极层进行所述栅极层进行氧化处理及氮化处理，以于所述栅极层之间形成所述栅间介质层。
12.根据权利要求11所述的3D NAND闪存的制备方法，其特征在于：所述栅间介质层还包括空气间隙，所述空气间隙位于所述第一漏电抑制层及所述第二漏电抑制层交替叠置的结构内。
13.一种3D NAND闪存，其特征在于，包括：
半导体衬底；
叠层结构，位于所述半导体衬底上，所述叠层结构包括交替叠置的栅间介质层及栅极层；所述栅间介质层包括空气间隙及交替叠置的第一漏电抑制层及第二漏电抑制层，所述空气间隙位于所述第一漏电抑制层及所述第二漏电抑制层交替叠置的结构内以形成所述第一漏电抑制层/所述第二漏电抑制层/所述第一漏电抑制层-所述空气间隙-所述第一漏电抑制层/所述第二漏电抑制层/所述第一漏电抑制层结构的所述栅间介质层；
沟道通孔，位于所述叠层结构内，所述沟道通孔贯穿所述叠层结构；
功能侧壁，位于所述沟道通孔的侧壁表面；及
沟道层，位于所述沟道通孔内，且位于所述功能侧壁的表面及所述沟道通孔的底部。
14.根据权利要求13所述的3D NAND闪存，其特征在于：所述功能侧壁包括：
阻挡层，位于所述沟道通孔的侧壁表面；
存储层，位于所述阻挡层的表面；及
隧穿层，位于所述存储层的表面。
15.根据权利要求14所述的3D NAND闪存，其特征在于，所述阻挡层包括高k介质层及阻挡叠层结构，所述高k介质层位于所述沟道通孔的表面，所述阻挡叠层结构位于所述高k介质层的表面，所述阻挡叠层结构包括沿所述阻挡叠层结构厚度方向交替叠置的氧化物层及氮氧化物层；所述存储层包括沿厚度方向交替叠置的氮化物层及氮氧化物层；所述隧穿层包括沿厚度方向间隔排布的氧化物层及位于所述氧化物层之间的氮氧化物叠层结构。
16.根据权利要求13所述的3D NAND闪存，其特征在于：所述3DNAND闪存还包括：
栅极间隙，位于所述叠层结构内，所述栅极间隙贯穿所述叠层结构并延伸至所述半导体衬底内；
源极区域，位于所述半导体衬底内，且位于所述栅极间隙的底部；
共源线，位于所述栅极间隙内，且与所述源极区域相连接；
绝缘隔离层，位于所述栅极间隙内，且位于所述共源线与所述叠层结构之间；
填充绝缘层，填充于所述沟道通孔内，且位于所述沟道层的表面。
17.根据权利要求13所述的3D NAND闪存，其特征在于：所述第一漏电抑制层包括氧化物层，所述第二漏电抑制层包括氮氧化物层。
18.根据权利要求17所述的3D NAND闪存，其特征在于：所述第一漏电抑制层包括氧化硅层且所述第二漏电抑制层包括氮氧化硅层，或所述第一漏电抑制层包括氧化铪层且所述第二漏电抑制层包括氮氧化铪层。
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