本開示の実施形態は、添付図面を参照しつつ以下で説明される。
次に、本発明の例示的な実施形態を詳しく参照するが、これらは本開示を理解し実装し、技術的効果を実現するために添付図面に例示されている。次の説明は、例としてのみなされており、本開示を制限するためになされているのではないことは理解できるであろう。本開示の様々な実施形態および互いに矛盾することのない実施形態における様々な特徴は、様々な仕方で組み合わされ、再配置構成され得る。本開示の精神および範囲から逸脱することなく、本開示に対する修正形態、等価形態、または改善形態は、当業者に理解可能であり、本開示の範囲内に包含されることを意図されている。
「一実施形態」、「ある実施形態」、「例示的な一実施形態」、「いくつかの実施形態」などの、明細書における参照は、説明されている実施形態が、特定の特徴、構造、または特性を備え得るが、すべての実施形態が、特定の特徴、構造、または特性を必ずしも含み得ないことを示すことに留意されたい。さらに、そのような語句は、必ずしも同じ実施形態を指さない。さらに、特定の特徴、構造、または特性が一実施形態に関連して説明されているときに、明示的に説明されようとされまいと他の実施形態に関連してそのような特徴、構造、または特性に影響を及ぼすことは当業者の知識の範囲内にあるであろう。
一般に、用語は、少なくとも一部は文脈中での使い方から理解され得る。たとえば、少なくとも一部は文脈に応じて、本明細書において使用されているような「1つまたは(もしくは)複数」という言い回しは、単数形の意味で特徴、構造、もしくは特性を記述するために使用され得るか、または複数形の意味で特徴、構造、もしくは特性の組合せを記述するために使用され得る。同様に、ここでもまた、英文中の「a」、「an」、または「the」などの冠詞は、少なくとも一部は文脈に応じて単数形の使用を伝えるか、または複数形の使用を伝えるものとして理解されてよい。
本開示における「上」、「より上」、および「真上」の意味は、「上」が何か「上に直にある」ことを意味するだけでなく、間に中間特徴物もしくは層が入って何か「上にある」という意味も含み、「より上」もしくは「真上」が何か「より上」もしくは何かの「真上」を意味するだけなく、それが間に中間特徴物も層も入ることなく何か「より上」もしくは何かの「真上」に(すなわち、何かの上に直に)あるという意味も含み得るような最も広い意味で解釈されるべきであることは直ちに理解されるべきである。
「下」、「より下」、「下側」、「上」、「上側」、および同様の語などの空間的相対語は、図に例示されているように、一方の要素または特徴と他方の要素または特徴との関係を記述する際に記述を容易にするために本明細書で使用され得る。空間的相対語は、図に示されている向きに加えて使用されている、または動作しているデバイスの異なる向きを包含することを意図されている。装置は、他の何らかの方法で配向され(90度または他の向きに回転され)てよく、本明細書で使用される空間的相対的記述子も、同様に、しかるべく解釈されるものとしてよい。
本明細書で使用されているように、「基板」という語は、その後の材料層が加えられる材料を指す。基板それ自体にパターンを形成することができる。基板の上に加えられる材料は、パターン形成され得るか、またはパターを形成せずそのままにすることができる。さらに、基板は、ケイ素、ゲルマニウム、ガリウムヒ素、リン化インジウムなどの、広範な半導体材料を含むことができる。代替的に、基板は、ガラス、プラスチック、またはサファイアウェハなどの、非導電性材料から作ることができる。
本明細書で使用されているように、「層」という語は、厚さを有する領域を含む材料部分を指す。層は、下にあるもしくは上にある構造全体にわたって延在し得るか、または下にあるもしくは上にある構造の広がりより小さい広がりを有し得る。さらに、層が、連続構造の厚さより小さい厚さを有する均質または不均質連続構造の一領域であってよい。たとえば、層が、連続構造の頂面と底面との間、または頂面および底面のところの水平面の対の間に配置されてもよい。層は、水平、垂直、および/またはテーパー付き表面に沿って延在し得る。基板は層であってよく、1つもしくは複数の層を中に含んでいてもよく、ならびに/またはその上に、それより上に、および/もしくはそれより下に1つもしくは複数の層を有することができる。層は、複数の層を含むこともできる。たとえば、相互接続層は、1つまたは複数の導体および接触層(接点、相互接続線、および/またはスルーホールが形成される)と1つまたは複数の誘電体層を含むことができる。
本明細書で使用されているように、「公称的/非公称的に」という言い回しは、所望の値より上および/または所望の値より下の値の範囲とともに、製品またはプロセスの設計段階において設定される、コンポーネントまたはプロセス操作に対する特性またはパラメータの所望の値もしくはターゲット値を指す。値の範囲は、製造プロセスまたは製造公差のわずかな変動によるものとしてよい。本明細書において使用されているように、「約」という語は、主題の半導体デバイスに関連付けられている特定の技術ノードに基づき変化し得る所与の量の値を示す。特定の技術ノードに基づき、「約」という語は、たとえば、値の10〜30%以内(たとえば、値の±10%、±20%、または±30%)で変化する所与の量の値を示すことができる。
本開示のいくつかの実施形態により、3次元(3D)メモリデバイス内のチャネルホール構造の加工の難しさおよびコストを低減する、3Dメモリデバイスのジョイント開口構造およびそれを形成するための方法が提供される。
本明細書で使用されているように、「3Dメモリデバイス」という用語は、メモリストリングが基板に関して垂直方向に延在するように横配向基板上にメモリセルトランジスタの垂直配向ストリング(本明細書ではNANDストリングなど「メモリストリング」と称される)を有する半導体デバイスを指す。本明細書において使用されているように、「垂直/垂直に」という言い回しは、基板の横表面に対して公称的に垂直であることを意味し、「水平/水平に」という言い回しは、基板の横表面に対して公称的に平行であることを意味する。
図23Aおよび図23Bを参照すると、3次元(3D)メモリデバイスのジョイント開口構造を形成するための例示的な加工プロセスの概略流れ図が本開示のいくつかの実施形態に従って例示されている。および図1〜図22は、図23Aおよび図23Bに示されている加工プロセスのいくつかの段階における3次元(3D)メモリデバイスの例示的なジョイント開口構造の概略構造断面図を例示している。
図23Aに示されているように、S101において、第1の積層2および第1の絶縁接続層3が、基板1の表面上に順次形成され得る。
図1に示されているように、第1の積層2は基板1上に形成され得る。第1の積層2は、複数の酸化物/窒化物層の対を含むことができる。複数の酸化物/窒化物層の対は、本明細書では「交互酸化物/窒化物スタック」とも称される。すなわち、第1の積層2において、複数の酸化物層(点で領域内に示されている)および複数の窒化物層(メッシュで領域内に示されている)は垂直方向に交互に並ぶ。言い換えると、所与のスタックの頂部層と底部層を除き、他の酸化物層の各々は、2つの隣接する窒化物層によって挟装されるものとしてよく、各窒化物層は、2つの隣接する酸化物層によって挟装されるものとしてよい。
酸化物層は、各々、同じ厚さを有するか、または異なる厚さを有することができる。たとえば、各酸化物層の厚さは、90nmから160nmの範囲内にある、好ましくは約150nmであってよい。同様に、窒化物層は、各々、同じ厚さを有するか、または異なる厚さを有することができる。たとえば、各窒化物層の厚さは、80nmから110nmの範囲内にある、好ましくは約100nmであってよい。
本開示において、酸化物層および/または窒化物層は、好適な酸化物材料および/または窒化物材料を含み得ることに留意されたい。たとえば、酸化物材料および/または窒化物材料の要素は、限定はしないが、W、Co、Cu、Al、ドープケイ素、ケイ化物、またはこれらの任意の組合せを含むことができる。いくつかの実施形態において、酸化物層は酸化ケイ素層であってよく、窒化物層は窒化ケイ素層であってよい。
第1の積層2は、酸化物層および窒化物層の好適な数の層を含むことができる。いくつかの実施形態において、第1の積層2内の酸化物層および窒化物層の層の総数は64以上である。いくつかの実施形態において、交互導体/誘電体スタックは、酸化物/窒化物層の対に比べて異なる材料および/または厚さを有するより多くの酸化物層またはより多くの窒化物層を含む。
第1の絶縁接続層3は、第1の積層2上に形成され得る。いくつかの実施形態において、第1の絶縁接続層3は、酸化ケイ素などの、好適な絶縁材料および/または誘電体材料によって形成され得る。第1の絶縁接続層3の材料は、第1の積層2内の窒化物層の材料と異なっていてもよいことに留意されたい。
さらに、いくつかの実施形態において、第1のマスク層4が、第1の絶縁接続層3の頂面上に形成され得る。第1のマスク層4は、第1の絶縁接続層3の頂面上の窒化物層と、そのような窒化物層の頂面上の酸化物層とを含み得る。
いくつかの実施形態において、第1の積層2、第1の絶縁接続層3、および/または第1のマスク層4は、1つまたは複数の堆積プロセスを使用することによって形成され得る。本開示において使用される「堆積プロセス」という用語は、限定はしないが、化学気相成長(CVD)プロセス、物理気相成長(PVD)プロセス、原子層成長(ALD)プロセス、および/またはこれらの好適な任意の組合せを含む好適な堆積プロセスを指すものとしてよいことに留意されたい。
S102において、第1のスルーホール5が形成され得る。図1に示されているように、第1のスルーホール5は、第1の積層2および第1の絶縁接続層3を完全に貫通することができ、基板1の表面内に貫入することができる。
いくつかの実施形態において、第1のスルーホール5は、第1の積層2および第1の絶縁接続層3をエッチングすること、およびその後の洗浄プロセスによって形成され得る。第1のスルーホール5を形成するためのエッチングプロセスは、湿式エッチング、乾式エッチング、またはこれらの組合せであってよい。
いくつかの実施形態において、第1のマスク層4が第1の絶縁接続層3の頂面上に形成されるときに、エッチングプロセスは、また、第1のマスク層4をエッチングして第1のスルーホール5を形成する。
S103において、第1のチャネル構造6が、図2に示されているように、第1のスルーホール5によって露出されている基板1の表面上に形成され得る。いくつかの実施形態において、第1のチャネル構造6は、選択的エピタキシャルプロセスを使用することによって形成される多結晶シリコン(ポリシリコン)層であってよい。
いくつかの実施形態において、第1のチャネル構造6は、基板1の表面上に直接的に形成され得ない。1つまたは複数の層は、第1のチャネル構造6と基板1との間に形成され得る。すなわち、第1のチャネル構造6は、基板1の上に重なる。
S104において、第1の機能層が、第1のスルーホール5の側壁上に形成され得る。第1の機能層は、第1のトンネリング層7と、第1の蓄積層8と、第1の障壁層9と、第1の保護層10とを含み得る。
図3に示されているように、第1のトンネリング層7は、第1のスルーホール5の側壁および第1のチャネル構造6の頂面上に形成され得る。第1のトンネリング層7は、電子電荷(電子または正孔)を生成するために使用できる。いくつかの実施形態において、第1のトンネリング層7は、堆積プロセスを使用することによって形成される酸化物層とすることができる。
第1の蓄積層8は、第1のトンネリング層7の表面上に形成され得る。第1の蓄積層8は、電子電荷を蓄積するために使用され得る。第1の蓄積層7内の電荷の蓄積または除去は、半導体チャネルのオン/オフ状態および/または伝導に影響を及ぼし得る。第1の蓄積層7は、多結晶シリコン(ポリシリコン)または窒化ケイ素を含み得る。いくつかの実施形態において、第1の蓄積層8は、堆積プロセスを使用することによって形成される窒化物層とすることができる。
第1の障壁層9は、第1の蓄積層8の表面上に形成され得る。第1の障壁層9は、第1の蓄積層8に蓄積される電子電荷の流出を阻止するために使用され得る。いくつかの実施形態において、第1の障壁層9は、酸化ケイ素層または酸化ケイ素/窒化ケイ素/酸化ケイ素(ONO)層の組合せとすることができる。いくつかの実施形態において、第1の障壁層9は、高誘電定数(high−k)誘電体(たとえば、酸化アルミニウム)を含む。一例において、第1の障壁層9は、堆積プロセスを使用することによって形成される酸化物層である。
図4に示されているように、第1の保護層10が、第1の障壁層9の表面上に形成され得る。第1の保護層10は、第1の障壁層9をその後の除去プロセスにおいて損傷しないよう保護するために使用され得る。いくつかの実施形態において、第1の保護層10は、堆積プロセスを使用することによって形成される非晶質シリコン層とすることができる。
第1のスルーホール5の底部上の第1のチャネル構造6の頂面上に配置されている第1の保護層10、第1の障壁層9、第1の蓄積層8、および第1のトンネリング層7の一部分が除去され得る。いくつかの実施形態において、除去プロセスは、エッチングプロセスおよび洗浄プロセスを含むことができる。そのようなものとして、第1の機能層は、第1のスルーホール5の側壁上に形成され得る。
いくつかの実施形態において、同じ除去プロセスで、第1のマスク層4の窒化物層の表面上に配置されている第1の障壁層9、第1の蓄積層8、第1のトンネリング層7、および第1のマスク層4の酸化物層も除去され得る。そのようなものとして、第1のマスク層4の窒化物層は、第1の絶縁接続層3の表面上に残される。
S105において、第2のチャネル構造および第1の充填構造が、第1の機能層の側壁および第1のチャネル構造6の露出された表面上に順次形成され得る。第2のチャネル構造および第1の充填構造の表面は、第1の絶縁接続層3の表面より低いものとしてよい。
図5に示されているように、第2のチャネル層11が、第1の保護層10の側壁、第1のスルーホール5の底面を覆うように形成され得る。第2のチャネル層11は、また、第1の絶縁接続層3の頂面を覆うか、または第1のマスク層4の窒化物層の頂面を覆うことができる。いくつかの実施形態において、第2のチャネル層11は、堆積プロセスを使用することによって形成される非晶質シリコン層とすることができる。
図6に示されているように、第1の充填層12が、第2のチャネル層11を覆い、第1のスルーホール5を充填するように形成され得る。いくつかの実施形態において、第1の充填層12は、堆積プロセスを使用することによって形成される酸化物層とすることができる。いくつかの実施形態において、第1の充填層12は、1つまたは複数の空隙を含み得る。
図7Aおよび図7Bに示されているように、第1の充填層12の一部が除去されるものとしてよく、それにより、第1の充填層12の頂面は第1の絶縁接続層3の頂面より低くなるものとしてよい。そのようなものとして、第1のスルーホール5内の第1の充填層12の残り部分は、第1の充填構造を形成することができる。いくつかの実施形態において、第1の充填層12のその部分は、エッチングプロセスを使用することによって除去され得る。本開示において使用される「エッチングプロセス」という用語は、限定はしないが、湿式エッチング、乾式エッチング、またはこれらの組合せを含む好適なエッチングプロセスを指すものとしてよいことに留意されたい。
いくつかの実施形態において、図7Aに示されているように、第1の充填層12の頂面は、第1の積層2の頂面より高いものとしてよい。たとえば、第1の充填層12の頂面は、第1の積層2の頂部窒化物層の頂面より20nmから40nmだけ高いものとしてよい。好ましくは、第1の充填層12の頂面は、第1の積層2の頂部窒化物層の頂面より約30nm高いものとしてよい。
いくつかの代替的実施形態において、図7Bに示されているように、第1の充填層12の頂面は、第1の積層2の頂面より低いものとしてよい。たとえば、第1の充填層12の頂面は、第1の積層2の頂部窒化物層の頂面より30nmから40nmだけ低いものとしてよい。好ましくは、第1の充填層12の頂面は、第1の積層2の頂部窒化物層の頂面より約35nm低いものとしてよい。
図8Aおよび図8Bに示されているように、第2のチャネル層11の一部が除去されるものとしてよく、それにより、第2のチャネル層11の表面は第1の絶縁接続層3より低い。第2のチャネル層11の残り部分は、第1のチャネル構造6と接触している第2のチャネル構造を形成することができる。いくつかの実施形態において、第2のチャネル層11のその部分は、エッチングプロセスを使用することによって除去され得る。
様々な実施形態において、第2のチャネル構造の頂面は、第1の積層2の頂面より高いか、または低いものとしてよいことに留意されたい。しかしながら、第2のチャネル構造の頂面は、第1の積層2内の頂部酸化物層の頂面より低くない。いくつかの実施形態において、第2のチャネル構造の頂面は、図8Aに示されているように、第1の積層2の頂部窒化物層より高いものとしてよい。いくつかの代替的実施形態において、第2のチャネル構造の頂面は、図8Bに示されているように、第1の積層2内の頂部酸化物層の頂面の同じ平面内にある。
S106において、第1の溝が、第1の絶縁接続層3内に形成され得る。いくつかの実施形態において、基板1上の第1の溝の突出部は、基板1上の第1のスルーホール5の突出部を完全に覆うことができる。
図9Aおよび図9Bに示されているように、第1のマスク層4の窒化物層が除去され得る。いくつかの実施形態において、第1のマスク層4の窒化物層は、エッチングプロセスを使用することによって除去され得る。
図10Aおよび図10Bに示されているように、第1の絶縁接続層3の表面は、裏面研削、および/または化学機械研磨(CMP)などの、好適な任意の技術を使用することによって平坦化され得る。第1の絶縁接続層3の一部が除去され、第1の絶縁接続層3を貫通する第1の溝を形成することができる。基板1上の第1の溝の突出部「X」の面積は、基板1上の第1のスルーホール5の突出部「y」の面積より広いものとしてよい。
いくつかの実施形態において、第1の溝の深さは、図10Aに示されているように、平坦化された第1の絶縁接続層3の厚さ以下であるものとしてよい。たとえば、第1の溝の深さは、50nmから70nmの範囲内であるものとしてよい。一実施形態において、平坦化された第1の絶縁接続層3の厚さは約90nmであるが、第1の溝の深さは約60nmである。
いくつかの代替的実施形態において、第1の溝の深さは、図10Bに示されているように、平坦化された第1の絶縁接続層3の厚さより大きいものとしてよい。すなわち、第1の積層2内の頂部窒化物層の一部も除去され、第1の溝を形成することができる。たとえば、第1の溝の深さは、50nmから70nmの範囲内であるものとしてよい。一実施形態において、平坦化された第1の絶縁接続層3の厚さは約30nmであるが、第1の溝の深さは約60nmである。
S107において、第3のチャネル構造14が、第1の溝13内に形成され得る。図11Aおよび図11Bに示されているように、第3のチャネル構造14は、第2のチャネル構造と接触するものとしてよい。いくつかの実施形態において、第3のチャネル構造は、堆積プロセスを使用することによって形成される多結晶シリコン層であってよい。
第3のチャネル構造14の厚さは、第1の溝13の深さに等しいものとしてよい。上で説明されているように、いくつかの実施形態において、第3のチャネル構造14の厚さは、図11Aに示されているように、平坦化された第1の絶縁接続層3の厚さ以下であるものとしてよい。たとえば、第3のチャネル構造14の厚さは、50nmから70nmの範囲内、好ましくは約60nmであるものとしてよい。いくつかの代替的実施形態において、第3のチャネル構造14の厚さは、図11Bに示されているように、平坦化された第1の絶縁接続層3の厚さより大きいものとしてよい。たとえば、第3のチャネル構造14の厚さは、60nmから80nmの範囲内、好ましくは約70nmであるものとしてよい。
図23Bを参照すると、S108において、第2の積層15および第2の絶縁接続層16が、第3のチャネル構造14上に順次形成され得る。図12に示されているように、第2の積層15は、酸化ケイ素層および窒化ケイ素層の対などの、複数の酸化物/窒化物層の対を含むことができる。上で説明されているような第1の積層2と同様に、第2の積層15内の複数の酸化物層(点で領域内に示されている)および複数の窒化物層(メッシュで領域内に示されている)は垂直方向に交互に並ぶ。第2の積層15は、酸化物層および窒化物層の好適な数の層を含むことができる。いくつかの実施形態において、第2の積層15内の酸化物層および窒化物層の層の総数は64以上である。
いくつかの実施形態において、第2の絶縁接続層16は、酸化ケイ素などの、好適な絶縁材料および/または誘電体材料によって形成され得る。第2の絶縁接続層16の材料は、第2の積層15内の窒化物層の材料と異なっていてもよいことに留意されたい。
さらに、いくつかの実施形態において、第2のマスク層17が、第2の絶縁接続層16の表面上に形成され得る。第2のマスク層17は、第2の絶縁接続層16の表面上の窒化物層と、そのような窒化物層の表面上の酸化物層とを含み得る。
S109において、第2のスルーホール18が形成される。図13に示されているように、第2のスルーホール18は、第2の積層15および第2の絶縁接続層16を完全に貫通することができ、第3のチャネル構造14の表面内に貫入することができる。基板1上の第2のスルーホール18の突出部が、基板1上の第1のスルーホール5の突出部と少なくとも部分的に重なり合うものとしてよい。
いくつかの実施形態において、第2の積層15、第2の絶縁接続層16、第2のマスク層17、および第3のチャネル構造14はエッチングされ、第2のスルーホール18を形成することができる。第2の積層15、第2の絶縁接続層16、第2のマスク層17、および/または第3のチャネル構造14は、乾式エッチングプロセス、湿式エッチングプロセス、またはこれらの組合せを使用することによってエッチングされ得る。次いで、第2のスルーホール18を洗浄するために洗浄プロセスが実行され得る。
第2のスルーホール18は、第3のチャネル構造14の表面に延在し得るか、または第3のチャネル構造14内に貫入し得ることに留意されたい。そのようなものとして、第2のスルーホール18内にその後形成される第4のチャネル構造が、第3のチャネル構造に直接接触することができる。
いくつかの実施形態において、各第2のスルーホール18の頂部開口の半径と第2のスルーホール18の底部開口の半径との間の最大の差は15nmであるものとしてよい。すなわち、図13に示されているように、各第2のスルーホール18の頂面の境界線と第2のスルーホール18の底面の境界線との間の距離「a」は、15nm以下であるものとしてよい。
S1010において、第2の機能層が、第2のスルーホール18の側壁上に形成され得る。いくつかの実施形態において、第2の機能層は、第2のトンネリング層19と、第2の蓄積層20と、第2の障壁層21と、第2の保護層22とを含み得る。
図14に示されているように、第2のトンネリング層19は、第2のスルーホール18の側壁および第3のチャネル構造14の表面上に形成され得る。第2のトンネリング層19は、電子電荷を生成するために使用され得る。いくつかの実施形態において、第2のトンネリング層19は、堆積プロセスを使用することによって形成される酸化物層とすることができる。
第2の蓄積層20は、第2のトンネリング層19の表面上に形成され得る。第2の蓄積層20は、電子電荷を蓄積するために使用され得る。いくつかの実施形態において、第2の蓄積層20は、堆積プロセスを使用することによって形成される窒化物層とすることができる。
第2の障壁層21は、第2の蓄積層20の表面上に形成され得る。第2の障壁層21は、第2の蓄積層20内の電子電荷の流出を阻止するために使用され得る。いくつかの実施形態において、第2の障壁層21は、堆積プロセスを使用することによって形成される酸化物層とすることができる。
図15に示されているように、第2の保護層22が、第2の障壁層21の表面上に形成され得る。第2の保護層22は、第2の障壁層21をその後の除去プロセスにおいて損傷しないよう保護するために使用され得る。いくつかの実施形態において、第2の保護層22は、堆積プロセスを使用することによって形成される非晶質シリコン層とすることができる。
図15に示されているように、第3のチャネル構造14の表面上に配置されている第2の保護層22、第2の障壁層21、第2の蓄積層20、および第2のトンネリング層19の部分は除去され得る。いくつかの実施形態において、除去プロセスは、エッチングプロセスおよび洗浄プロセスを含むことができる。いくつかの実施形態において、第2のマスク層17の窒化物層上に配置されている第2の保護層22、第2の障壁層21、第2の蓄積層20、第2のトンネリング層19、第2のマスク層17の酸化物層の部分も、エッチングプロセスを使用することによって除去され得る。そのようなものとして、第2の機能層は、第2のスルーホール18の側壁上に形成され得る。
S1012において、第4のチャネル構造および第2の充填構造が、第2の機能層の側壁および第3のチャネル構造の露出された表面上に順次形成され得る。いくつかの実施形態において、第4のチャネル構造の頂面は、第2の充填構造の頂面より高いものとしてよい。
図16に示されているように、第4のチャネル層23が、第2の保護層22の側壁および第2のスルーホール18の底面を覆うように形成され得る。いくつかの実施形態において、第4のチャネル層23は、また、第2の絶縁接続層16の表面、または第2のマスク層17の窒化物層の表面を覆うことができる。いくつかの実施形態において、第4のチャネル層23は、堆積プロセスを使用することによって形成される非晶質シリコン層とすることができる。
図17に示されているように、第2の充填層29が、第4のチャネル層23を覆い、第2のスルーホール18を充填するように形成され得る。いくつかの実施形態において、第2の充填層29は、堆積プロセスを使用することによって形成される酸化物層とすることができる。
図18に示されているように、第2の充填層29の一部が除去されるものとしてよく、それにより、第2の充填層29の表面は第2の絶縁接続層16の表面より低い。いくつかの実施形態において、除去プロセスは、エッチングプロセスを含むことができる。第2のスルーホール18内の第2の充填層29の残り部分は、第2の充填構造を形成することができる。
図19に示されているように、第2の絶縁接続層16の表面または第2のマスク層17の表面上に配置されている第4のチャネル層23の部分は除去され得る。いくつかの実施形態において、除去プロセスは、エッチングプロセスを含むことができる。第2のスルーホール18内の第4のチャネル層23の残り部分は、第4のチャネル構造を形成することができる。第4のチャネル構造の頂面は、第2の充填構造の頂面より高いものとしてよい。そのようなものして、第2の溝が第4のチャネル構造および第2の充填構造上に、ならびに第2のスルーホール18内に形成され得る。
第4のチャネル構造の頂面は、第2の積層15の頂面より高くてよいか、または第2の積層15の頂面より低くてよいことに留意されたい。第4のチャネル構造の頂面は、第2の積層15内の頂部酸化物層の頂面より低くない。いくつかの実施形態において、第4のチャネル構造の頂面は、第2の積層15内の頂部酸化物層の頂面の同じ平面内にあるものとしてよい。
S1013において、第5のチャネル構造が、第2の溝内に形成され得る。第5のチャネル構造は、第4のチャネル構造と接触していていよい。図20に示されているように、第5のチャネル構造30は、第4のチャネル構造および第2の充填構造上にあり、第2のスルーホール18内にある第2の溝内に形成され得る。次いで、第2のマスク層17の窒化物層は、エッチングプロセスによって除去され得る。
図21Aおよび図21Bに示されているように、第2の絶縁接続層16の頂面および第5のチャネル構造30の頂面は、裏面研削、および/または化学機械研磨(CMP)などの、好適な任意の技術によって平坦化され得る。
したがって、図23Aおよび図23Bに示されているような開示されている方法は、2つのスルーホール形成プロセスを組み合わせることによって3次元(3D)メモリデバイスのジョイント開口構造を形成することができる。そのようなものとして、ジョイント開口構造を有する形成済みチャネルホールは、大きなアスペクト比および制限された頂部−底部開口誤差を有し得る。さらに、3Dメモリデバイス内のジョイント開口構造を形成する開示されている方法は、結果として、プロセス能力制御の効率化、プロセス複雑度の簡素化、およびコストの低減をもたらし得る。
いくつかの実施形態において、本開示は、図23Aおよび図23Bに示されているように上で開示されている方法を使用することによって形成される3次元メモリデバイスも提供する。3次元メモリは、以下で説明される次のコンポーネントを含み得る。
酸化ケイ素層窒化ケイ素層の対などの、複数の酸化物/窒化物の対を含む第1の積層が基板上に形成される。第1の絶縁接続層が、第1の積層上に形成される。第1のスルーホールが第1の積層および第1の絶縁接続層を貫通し、基板の表面内に貫入する。
第1のチャネル構造が、第1のスルーホールによって露出されている基板の表面上に形成される。第1の機能層が、第1のスルーホールの側壁上に形成される。第2のチャネル構造が、第1の機能層の側壁および第1のチャネル構造の表面上に形成される。第1の充填構造が、第2のチャネル構造の側壁および表面に形成され、第1のスルーホールを充填する。いくつかの実施形態において、空隙が第1の充填構造内に封じ込められる。第2のチャネル構造および第1の充填構造の頂面は、第1の絶縁接続層の頂面より低い。
第1の溝が第1の絶縁接続層内に、および第1の機能層、第2のチャネル構造、および第1の充填構造より上に、形成される。基板上の第1の溝の突出部が、基板上の第1のスルーホールの突出部を完全に覆う。第2のチャネル構造と接触する第3のチャネル構造が、第1の溝内に形成される。
酸化ケイ素層と窒化ケイ素層の対などの、複数の酸化物/窒化物の対を含む第2の積層が第1の絶縁接続層および第3のチャネル構造の頂面上に形成される。第2の絶縁接続層が、第2の積層上に形成される。第2のスルーホールが第2の積層および第2の絶縁接続層を貫通し、第3のチャネル構造の表面内に貫入する。基板上の第2のスルーホールの突出部が、基板上の第1のスルーホールの突出部と少なくとも部分的に重なり合う。
第2の機能層が、第2のスルーホールの側壁上に形成される。第4のチャネル構造が、第2の機能層の側壁および第2のスルーホールの底面上に形成される。第2の充填構造が、第4のチャネル構造の側壁および表面上に形成され、第2のスルーホールを充填する。いくつかの実施形態において、空隙が第2の充填構造内に封じ込められる。第4のチャネル構造の頂面は、第2の充填構造の頂面より高い。第4のチャネル構造と接触する第5のチャネル構造が、第2の機能層によって囲まれている第2の溝内に、および第4のチャネル構造および第2の充填構造より上に形成される。
いくつかの実施形態において、図21Aに示されているように、第1の積層の頂部窒化物層と第2の積層の底部窒化物層との間の距離である、第1の絶縁接続層の厚さ「b」は、80nmから100nmの範囲内、好ましくは約90nmであってよい。第3のチャネル構造の厚さ「c」は、50nmから70nmの範囲内、好ましくは約60nmであるものとしてよい。
いくつかの代替的実施形態において、図21Bに示されているように、第1の積層の頂部窒化物層と第2の積層の底部窒化物層との間の距離である、第1の絶縁接続層の厚さ「b」は、20nmから40nmの範囲内、好ましくは約30nmであってよい。第3のチャネル構造の厚さ「c」は、50nmから70nmの範囲内、好ましくは約60nmであるものとしてよい。
さらに、第2のチャネル構造の頂部開口と底部開口との間の半径の差、および第4のチャネル構造の頂部開口と底部開口との間の半径の差は、15nm以内であるものとしてよい。したがって、ジョイント開口構造を有する開示されているチャネルホールは、大きなアスペクト比および制限された頂部−底部開口誤差を有し得る。
いくつかの実施形態において、図22Aおよび図22Bに示されているように、交換プロセスが実行され、第1の積層2および第2の積層15内の複数の窒化物層の各々を導電層40と交換することができる。導電層は、限定はしないが、W、Co、Cu、Al、ドープケイ素、ケイ化物、またはこれらの任意の組合せを含む、導電性である任意の好適な材料を含み得る。
いくつかの実施形態において、交換プロセスでは、第2の積層15の底部窒化物層に隣接するか、または第1の積層2の頂部窒化物層に隣接する第3のチャネル構造14の一部が、酸化プロセスによって酸化物層に転換され得る。たとえば、第1の積層2および第2の積層15内のすべての窒化物層を除去するためにエッチングプロセスが実行され得る。次いで、酸化物プロセスが、第3のチャネル構造の露出されている表面を酸化するために実行され得る。その結果、第3のチャネル構造の一部が、図22Aおよび図22Bに示されているように酸化物層に転換され得る。いくつかの実施形態において、第3のチャネル構造の厚さ「c」は、交換プロセスの後に低減され得る。たとえば、第3のチャネル構造の厚さ「c」は、30nmから50nmの範囲、好ましくは約40nmに縮小され得る。
図50Aおよび図50Bを参照すると、3次元(3D)メモリデバイスのジョイント開口構造を形成するための別の例示的な加工プロセスの概略流れ図が本開示のいくつかの他の実施形態に従って例示されている。および図24〜図49は、図50Aおよび図50Bに示されている加工プロセスのいくつかの段階における3次元(3D)メモリデバイスの例示的なジョイント開口構造の概略構造断面図を例示している。
図50Aに示されているように、S201において、第1の積層202および第1の絶縁接続層203が、基板201の表面上に順次形成され得る。いくつかの実施形態において、3Dメモリデバイスは、図24に示されているように、第1の領域100、第2の領域200、および第3の領域300を備えることができる。第1の領域100は1つまたは複数のチャネルホールを形成するために使用されてよく、第2の領域200は1つまたは複数の階段構造(SS)ダミーホールを形成するために使用されてよいが、第3の領域300は1つまたは複数のスルーアレイ接触(TAC)障壁を形成するために使用されてよい。
図24に示されているように、第1の積層202は基板201上に形成され得る。第1の積層202は、複数の酸化物/窒化物層の対を含むことができる。すなわち、第1の積層202において、複数の酸化物層(点で領域内に示されている)および複数の窒化物層(メッシュで領域内に示されている)は垂直方向に交互に並ぶ。言い換えると、所与のスタックの頂部と底部層を除き、他の酸化物層の各々は、2つの隣接する窒化物層によって挟装されるものとしてよく、各窒化物層は、2つの隣接する酸化物層によって挟装されるものとしてよい。
酸化物層は、各々、同じ厚さを有するか、または異なる厚さを有することができる。たとえば、各酸化物層の厚さは、90nmから160nmの範囲内にある、好ましくは約150nmであってよい。同様に、窒化物層は、各々、同じ厚さを有するか、または異なる厚さを有することができる。たとえば、各窒化物層の厚さは、80nmから110nmの範囲内にある、好ましくは約100nmであってよい。いくつかの実施形態において、酸化物層は酸化ケイ素層であってよく、窒化物層は窒化ケイ素層であってよい。
第1の積層202は、酸化物層および窒化物層の好適な数の層を含むことができる。いくつかの実施形態において、第1の積層202内の酸化物層および窒化物層の層の総数は64以上である。いくつかの実施形態において、交互導体/誘電体スタックは、酸化物/窒化物層の対に比べて異なる材料および/または厚さを有するより多くの酸化物層またはより多くの窒化物層を含む。
第1の絶縁接続層203は、第1の積層202上に形成され得る。いくつかの実施形態において、第1の絶縁接続層203は、酸化ケイ素などの、好適な絶縁材料および/または誘電体材料によって形成され得る。第1の絶縁接続層203の材料は、第1の積層202内の窒化物層の材料と異なっていてもよいことに留意されたい。
さらに、いくつかの実施形態において、第1のマスク層204が、第1の絶縁接続層203の表面上に形成され得る。第1のマスク層204は、第1の絶縁接続層203の表面上の窒化物層と、そのような窒化物層の表面上の酸化物層とを含み得る。
いくつかの実施形態において、第1の積層202、第1の絶縁接続層203、および/または第1のマスク層204は、1つまたは複数の化学気相成長(CVD)プロセス、1つまたは複数の物理気相成長(PVD)プロセス、1つまたは複数の原子層成長(ALD)プロセス、および/またはこれらの好適な任意の組合せなどの、1つまたは複数の堆積プロセスを使用することによって形成され得る。
S202において、1つまたは複数の第1のスルーホール205が、第1の領域100、第2の領域200、および第3の領域300の各々の中に形成され得る。図24に示されているように、1つまたは複数の第1のスルーホール205の各々は、第1の積層202および第1の絶縁接続層203を完全に貫通することができ、基板201の表面内に貫入することができる。いくつかの実施形態において、第1のマスク層204が第1の絶縁接続層203の表面上に形成されるときに、エッチングプロセスは、また、第1のマスク層204をエッチングして第1のスルーホール205を形成する。
いくつかの実施形態において、第1のスルーホール205は、第1の積層202および第1の絶縁接続層203をエッチングすること、およびその後の洗浄プロセスによって形成され得る。第1のスルーホール205を形成するためのエッチングプロセスは、湿式エッチング、乾式エッチング、またはこれらの組合せであってよい。基板201の表面に垂直な方向で、第3の領域300内の1つまたは複数の第1のスルーホール205の深さは、第1の領域100内の1つまたは複数の第1のスルーホール205の深さより大きいものとしてよいことに留意されたい。
S203において、第1のチャネル構造206が、図25に示されているように、複数の第1のスルーホール205の各々によって露出されている基板201の表面上に形成され得る。いくつかの実施形態において、第1のチャネル構造206は、選択的エピタキシャルプロセスを使用することによって形成される多結晶シリコン(ポリシリコン)層であってよい。
S204において、第1の機能層が、複数の第1のスルーホール205の各々の側壁上に形成され得る。第1の機能層は、第1のトンネリング層207と、第1の蓄積層208と、第1の障壁層209と、第1の保護層210とを含み得る。
図26に示されているように、第1のトンネリング層207は、複数の第1のスルーホール205の側壁および第1のチャネル構造206の露出された表面上に形成され得る。第1のトンネリング層207は、電子電荷(電子または正孔)を生成するために使用できる。いくつかの実施形態において、第1のトンネリング層207は、堆積プロセスを使用することによって形成される酸化物層とすることができる。
第1の蓄積層208は、第1のトンネリング層207の表面上に形成され得る。第1の蓄積層208は、電子電荷を蓄積するために使用され得る。第1の蓄積層207内の電荷の蓄積または除去は、半導体チャネルのオン/オフ状態および/または伝導に影響を及ぼし得る。第1の蓄積層207は、多結晶シリコン(ポリシリコン)または窒化ケイ素を含み得る。いくつかの実施形態において、第1の蓄積層208は、堆積プロセスを使用することによって形成される窒化物層とすることができる。
第1の障壁層209は、第1の蓄積層208の表面上に形成され得る。第1の障壁層209は、第1の蓄積層208に蓄積される電子電荷の流出を阻止するために使用され得る。いくつかの実施形態において、第1の障壁層209は、酸化ケイ素層または酸化ケイ素/窒化ケイ素/酸化ケイ素(ONO)層の組合せとすることができる。いくつかの実施形態において、第1の障壁層209は、高誘電定数(high−k)誘電体(たとえば、酸化アルミニウム)を含む。一例において、第1の障壁層209は、堆積プロセスを使用することによって形成される酸化物層である。
図27に示されているように、第1の保護層210が、第1の障壁層209の表面上に形成され得る。第1の保護層210は、第1の障壁層209をその後の除去プロセスにおいて損傷しないよう保護するために使用され得る。いくつかの実施形態において、第1の保護層210は、堆積プロセスを使用することによって形成される非晶質シリコン層とすることができる。
複数の第1のスルーホール205の底部上の複数の第1のチャネル構造206の表面上に配置されている第1の保護層210、第1の障壁層209、第1の蓄積層208、および第1のトンネリング層207の一部分が除去され得る。いくつかの実施形態において、除去プロセスは、エッチングプロセスおよび洗浄プロセスを含むことができる。そのようなものとして、第1の機能層は、複数の第1のスルーホール205の側壁上に形成され得る。
いくつかの実施形態において、同じ除去プロセスで、第1のマスク層204の窒化物層の表面上に配置されている第1の障壁層209、第1の蓄積層208、第1のトンネリング層207、および第1のマスク層204の酸化物層も除去され得る。そのようなものとして、第1のマスク層204の窒化物層は、第1の絶縁接続層203の表面上に残される。
S205において、第2のチャネル構造および第1の充填構造が、第1の機能層の側壁および複数の第1のスルーホール205の各々の中の第1のチャネル構造206の露出された表面上に順次形成され得る。第2のチャネル構造および第1の充填構造の表面は、第1の絶縁接続層203の表面より低いものとしてよい。
図28に示されているように、第2のチャネル層211が、第1の保護層210の側壁および複数の第1のスルーホール205の各々の底部を覆うように形成され得る。第2のチャネル層211は、また、第1の絶縁接続層203の表面を覆うか、または第1のマスク層204の窒化物層の表面を覆うことができる。いくつかの実施形態において、第2のチャネル層211は、堆積プロセスを使用することによって形成される非晶質シリコン層とすることができる。
図29に示されているように、第1の充填層212が、第2のチャネル層211を覆い、複数の第1のスルーホール205の各々を充填するように形成され得る。いくつかの実施形態において、第1の充填層212は、堆積プロセスを使用することによって形成される酸化物層とすることができる。
図30Aおよび図30Bに示されているように、第1の充填層212の一部が除去されるものとしてよく、それにより、第1の充填層212の頂面は第1の絶縁接続層203の頂面より低くなるものとしてよい。そのようなものとして、複数の第1のスルーホール205の各々の中の第1の充填層212の残り部分は、第1の充填構造を形成することができる。いくつかの実施形態において、第1の充填層212のその部分は、湿式エッチング、乾式エッチング、またはこれらの組合せなどの、エッチングプロセスを使用することによって除去され得る。
いくつかの実施形態において、図30Aに示されているように、第1の充填層212の頂面は、第1の積層202の頂面より高いものとしてよい。たとえば、第1の充填層212の頂面は、第1の積層202の頂部窒化物層の頂面より20nmから40nmだけ高いものとしてよい。好ましくは、第1の充填層212の頂面は、第1の積層202の頂部窒化物層の頂面より約30nm高いものとしてよい。
いくつかの代替的実施形態において、図30Bに示されているように、第1の充填層212の頂面は、第1の積層202の頂面より低いものとしてよい。たとえば、第1の充填層212の頂面は、第1の積層202の頂部窒化物層の頂面より30nmから40nmだけ低いものとしてよい。好ましくは、第1の充填層212の頂面は、第1の積層202の頂部窒化物層の頂面より約35nm低いものとしてよい。
図31Aおよび図31Bに示されているように、第2のチャネル層211の一部が除去されるものとしてよく、それにより、第2のチャネル層211の表面は第1の絶縁接続層203より低い。第2のチャネル層211の残り部分は、第1のチャネル構造206と接触している第2のチャネル構造を形成することができる。いくつかの実施形態において、第2のチャネル層211のその部分は、エッチングプロセスを使用することによって除去され得る。
様々な実施形態において、第2のチャネル構造の頂面は、第1の積層202の頂面より高いか、または第1の積層202の頂面より低いものとしてよいことに留意されたい。しかしながら、第2のチャネル構造の頂面は、第1の積層202内の頂部酸化物層の頂面より低くない。いくつかの実施形態において、第2のチャネル構造の頂面は、図31Aに示されているように、第1の積層202の頂部窒化物層より高いものとしてよい。いくつかの代替的実施形態において、第2のチャネル構造の頂面は、図31Bに示されているように、第1の積層202内の頂部酸化物層の頂面の同じ平面内にある。
S206において、第1の溝が、複数の第1のスルーホール205の各々より上の第1の絶縁接続層203内に形成され得る。いくつかの実施形態において、基板201上の第1の溝の突出部は、基板201上の対応する第1のスルーホール205の突出部を完全に覆うことができる。
図32Aおよび図32Bに示されているように、第1のマスク層204の窒化物層が除去され得る。いくつかの実施形態において、第1のマスク層204の窒化物層は、エッチングプロセスを使用することによって除去され得る。
図33Aおよび図33Bに示されているように、第1の絶縁接続層203の表面は、裏面研削、および/または化学機械研磨(CMP)などの、好適な任意の技術によって平坦化され得る。第1の絶縁接続層203の一部が除去され、第1の絶縁接続層203を貫通する複数の第1の溝を形成することができる。基板201上の複数の第1の溝の各々の突出部の面積は、基板201上の複数の第1のスルーホール205の各々の突出部の面積より広いものとしてよい。
いくつかの実施形態において、第1の溝の深さは、図33Aに示されているように、平坦化された第1の絶縁接続層203の厚さ以下であるものとしてよい。たとえば、第1の溝の深さは、50nmから70nmの範囲内であるものとしてよい。一実施形態において、平坦化された第1の絶縁接続層203の厚さは約90nmであるが、第1の溝の深さは約60nmである。
いくつかの代替的実施形態において、第1の溝の深さは、図33Bに示されているように、平坦化された第1の絶縁接続層203の厚さより大きいものとしてよい。すなわち、第1の積層202内の頂部窒化物層の一部も除去され、第1の溝を形成することができる。たとえば、第1の溝の深さは、50nmから70nmの範囲内であるものとしてよい。一実施形態において、平坦化された第1の絶縁接続層203の厚さは約30nmであるが、第1の溝の深さは約60nmである。
S207において、第3のチャネル構造214が、複数の第1の溝213の各々の中に形成され得る。図34Aおよび図34Bに示されているように、第3のチャネル構造214は、複数の第1のスルーホール205の各々の中の第2のチャネル構造と接触するものとしてよい。いくつかの実施形態において、第3のチャネル構造は、堆積プロセスを使用することによって形成される多結晶シリコン層であってよい。
各第3のチャネル構造214の厚さは、各第1の溝213の深さに等しいものとしてよい。上で説明されているように、いくつかの実施形態において、各第3のチャネル構造214の厚さは、図34Aに示されているように、平坦化された第1の絶縁接続層203の厚さ以下であるものとしてよい。たとえば、各第3のチャネル構造214の厚さは、50nmから70nmの範囲内、好ましくは約60nmであるものとしてよい。いくつかの代替的実施形態において、各第3のチャネル構造214の厚さは、図34Bに示されているように、平坦化された第1の絶縁接続層203の厚さより大きいものとしてよい。たとえば、各第3のチャネル構造214の厚さは、60nmから80nmの範囲内、好ましくは約70nmであるものとしてよい。
図50Bを参照すると、S208において、第2の積層215および第2の絶縁接続層216が、複数の第3のチャネル構造214上に順次形成され得る。図35に示されているように、第2の積層215は、酸化ケイ素層および窒化ケイ素層などの、複数の酸化物/窒化物層の対を含むことができる。上で説明されているような第1の積層202と同様に、第2の積層215内の複数の酸化物層(点で領域内に示されている)および複数の窒化物層(メッシュで領域内に示されている)は垂直方向に交互に並ぶ。第2の積層215は、酸化物層および窒化物層の好適な数の層を含むことができる。いくつかの実施形態において、第2の積層215内の酸化物層および窒化物層の層の総数は64以上である。
いくつかの実施形態において、第2の絶縁接続層216は、酸化ケイ素などの、好適な絶縁材料および/または誘電体材料によって形成され得る。第2の絶縁接続層216の材料は、第2の積層215内の窒化物層の材料と異なっていてもよいことに留意されたい。
さらに、いくつかの実施形態において、第2のマスク層217が、第2の絶縁接続層216の頂面上に形成され得る。第2のマスク層217は、第2の絶縁接続層216の表面上の窒化物層と、そのような窒化物層の表面上の酸化物層とを含み得る。
S209において、1つまたは複数の第2のスルーホール218が、第1の領域100、第2の領域200、および第3の領域300の各々の中に形成される。図36に示されているように、複数の第2のスルーホール218の各々は、第2の積層215、第2の絶縁接続層216、および第2のマスク層217を完全に貫通することができ、対応する第3のチャネル構造214の表面内に貫入することができる。基板201上の各第2のスルーホール218の突出部が、基板201上の対応する第1のスルーホール205の突出部と少なくとも部分的に重なり合うものとしてよい。
いくつかの実施形態において、第2の積層215、第2の絶縁接続層216、第2のマスク層217、および第3のチャネル構造214はエッチングされ、第2の積層215および第2の絶縁接続層216を貫通する複数の第2のスルーホール218を形成することができる。第2の積層215、第2の絶縁接続層216、第2のマスク層217、および/または第3のチャネル構造214は、乾式エッチングプロセス、湿式エッチングプロセス、またはこれらの組合せを使用することによってエッチングされ得る。次いで、複数の第2のスルーホール218を洗浄するために洗浄プロセスが実行され得る。
各第2のスルーホール218は、対応する第3のチャネル構造214の表面に延在し得るか、または対応する第3のチャネル構造214内に貫入し得ることに留意されたい。そのようなものとして、各第2のスルーホール218内にその後形成される第4のチャネル構造が、対応する第3のチャネル構造に直接接触することができる。第3の領域300内の1つまたは複数の第2のスルーホール218は、図36に示されているように、対応する第3のチャネル構造214も完全に貫通することができることにも留意されたい。しかしながら、第1の領域100内の1つまたは複数の第3のチャネル構造214は、1つまたは複数の第2のスルーホール218によって完全には貫通されない。
いくつかの実施形態において、各第2のスルーホール218の頂部開口の半径と第2のスルーホール218の底部開口の半径との間の最大の差は15nmであるものとしてよい。すなわち、図36に示されているように、各第2のスルーホール218の頂面の境界線と第2のスルーホール218の底面の境界線との間の距離「a」は、15nm以下であるものとしてよい。
S2010において、第2の機能層が、各第2のスルーホール218の側壁上に形成され得る。いくつかの実施形態において、第2の機能層は、第2のトンネリング層219と、第2の蓄積層220と、第2の障壁層221と、第2の保護層222とを含み得る。
図37に示されているように、第2のトンネリング層219は、各第2のスルーホール218の側壁および対応する第3のチャネル構造214の表面上に形成され得る。第2のトンネリング層219は、電子電荷を生成するために使用され得る。いくつかの実施形態において、第2のトンネリング層219は、堆積プロセスを使用することによって形成される酸化物層とすることができる。
第2の蓄積層220は、第2のトンネリング層219の表面上に形成され得る。第2の蓄積層220は、電子電荷を蓄積するために使用され得る。いくつかの実施形態において、第2の蓄積層220は、堆積プロセスを使用することによって形成される窒化物層とすることができる。
第2の障壁層221は、第2の蓄積層220の表面上に形成され得る。第2の障壁層221は、第2の蓄積層220内の電子電荷の流出を阻止するために使用され得る。いくつかの実施形態において、第2の障壁層221は、堆積プロセスを使用することによって形成される酸化物層とすることができる。
図38に示されているように、第2の保護層222が、第2の障壁層221の表面上に形成され得る。第2の保護層222は、第2の障壁層221をその後の除去プロセスにおいて損傷しないよう保護するために使用され得る。いくつかの実施形態において、第2の保護層222は、堆積プロセスを使用することによって形成される非晶質シリコン層とすることができる。
図38に示されているように、各第3のチャネル構造214の表面上に配置されている第2の保護層222、第2の障壁層221、第2の蓄積層220、および第2のトンネリング層219の部分は除去され得る。いくつかの実施形態において、除去プロセスは、エッチングプロセスおよび洗浄プロセスを含むことができる。いくつかの実施形態において、第2のマスク層217の窒化物層上に配置されている第2の保護層222、第2の障壁層221、第2の蓄積層220、第2のトンネリング層219、第2のマスク層217の酸化物層の部分も、エッチングプロセスを使用することによって除去され得る。そのようなものとして、第2の機能層は、各第2のスルーホール218の側壁上に形成され得る。
S2011において、第4のチャネル構造が、第1の領域100内の各第2のスルーホール218内の第2の機能層の側壁および第3のチャネル構造の露出された表面上に形成され得る。さらに、第2の充填構造が、第1の領域100、第2の領域200、および第3の領域300内の複数の第2のスルーホール218の各々の中に形成され得る。いくつかの実施形態において、第4のチャネル構造の頂面は、第2の充填構造の頂面より高いものとしてよい。
図39に示されているように、第4のチャネル層223が、第1の領域100、第2の領域200、および第3の領域300において第2の保護層222の側壁および複数の第2のスルーホール218の各々の底面を覆うように形成され得る。いくつかの実施形態において、第4のチャネル層223は、また、第2の絶縁接続層216の頂面、または第2のマスク層217の窒化物層の頂面を覆うことができる。いくつかの実施形態において、第4のチャネル層223は、堆積プロセスを使用することによって形成される非晶質シリコン層とすることができる。
図40に示されているように、第3の充填層224が、第4のチャネル層223を覆うことができる。いくつかの実施形態において、第3の充填層224は、各第2のスルーホール218内で1つまたは複数の空隙を含み得る。いくつかの実施形態において、第3の充填層224は、堆積プロセスを使用することによって形成される酸化物層とすることができる。
図41に示されているように、第3のマスク層225が、第1の領域100内の第3の充填層224の頂面上に形成され得る。第3のマスク層225をマスクとして使用することで、第2の領域200および第3の領域300に配置されている第3の充填層224の部分は、エッチングプロセスを使用することによって除去され得る。
図42に示されているように、第3のマスク層225は、除去することができる。第1の領域100内の残っている第3の充填層224をマスクとして使用することで、第2の領域200および第3の領域300に配置されている第4のチャネル層223は、エッチングプロセスを使用することによって除去され得る。
図43に示されているように、第4の充填層227が、第2の領域200および第3の領域300内に配置されている第2の機能層の表面上に形成され得る。いくつかの実施形態において、第4の充填層227の充填性能は、第3の充填層224の充填性能よりよいものであってよい。すなわち、同じ除去プロセスにおいて、第4の充填層227の除去率は、第3の充填層224の除去率より小さいものとしてよい。
図44に示されているように、第1の領域100内の第4のチャネル層223の表面上の第3の充填層224は、エッチングプロセスを使用することによって除去され得る。第4の充填層227の一部が、同じエッチングプロセスを使用することによっても除去され得ることに留意されたい。
図45に示されているように、第2の充填層229が、第1の領域100、第2の領域200、および第3の領域300内の各第2のスルーホール218内に形成され得る。第2の充填層229の材料は、第4の充填層227と同じ材料であってよい。
図46に示されているように、第2の充填層229の一部がエッチングプロセスを使用することによって除去されるものとしてよく、それにより、各第2のスルーホール218内の第2の充填層229の頂面は第2の絶縁接続層216の頂面より低い。各第2のスルーホール218内の第2の充填層229の残り部分は、第2の充填構造を形成することができる。
さらに、第2の絶縁接続層216の表面または第2のマスク層217の表面上に配置されている第4のチャネル層223の部分は、エッチングプロセスを使用することによって除去され得る。各第2のスルーホール218内の第4のチャネル層223の残り部分は、第4のチャネル構造を形成することができる。第4のチャネル構造の頂面は、第2の充填構造の頂面より高いものとしてよい。そのようなものとして、第2の溝が第1の領域100内の各第2のスルーホール218内の第4のチャネル構造および第2の充填構造上に、ならびに第2の領域200および第3の領域300内の各第2のスルーホール218内の第2の充填構造上に形成され得る。
第4のチャネル構造の頂面は、第2の積層215の頂面より高くてよいか、または第2の積層215の頂面より低くてよいことに留意されたい。第4のチャネル構造の頂面は、第2の積層215内の頂部酸化物層の頂面より低くない。いくつかの実施形態において、第4のチャネル構造の頂面は、第2の積層215内の頂部酸化物層の頂面の同じ平面内にあるものとしてよい。
S2012において、第5のチャネル構造が、第1の領域100内の各第2のスルーホール218の第2の溝内に形成され得る。第5のチャネル構造は、第4のチャネル構造と接触していていよい。
図47に示されているように、第5のチャネル構造230は、第1の領域100内の各第2のスルーホール218内の第4のチャネル構造および第2の充填構造上にある第2の溝内に形成され得る。第5のチャネル構造230は、また、第2の領域200および第3の領域300内の各第2のスルーホール218内の第2の充填構造上にある第2の溝内に形成され得る。次いで、第2のマスク層217の窒化物層は、エッチングプロセスによって除去され得る。
図48Aおよび図48Bに示されているように、第2の絶縁接続層216の頂面および複数の第5のチャネル構造230の頂面は、裏面研削、および/または化学機械研磨(CMP)などの、好適な任意の技術によって平坦化され得る。
したがって、図50Aおよび図50Bに示されているような開示されている方法は、2つのスルーホール形成プロセスを組み合わせることによって3次元(3D)メモリデバイスの別のジョイント開口構造を形成することができる。そのようなものとして、ジョイント開口構造を有する形成済みチャネルホールは、大きなアスペクト比および制限された頂部−底部開口誤差を有し得る。さらに、3Dメモリデバイス内のジョイント開口構造を形成する開示されている方法は、複数のチャネルホール、階段ダミーホール、およびスルーアレイ接触障壁を同時に形成することができ、結果として、プロセス能力制御の効率化、プロセス複雑度の簡素化、およびコストの低減をもたらし得る。
いくつかの実施形態において、本開示は、図50Aおよび図50Bに示されているように上で開示されている方法を使用することによって形成される別の3次元メモリデバイスも提供する。3次元メモリデバイスは、複数のチャネルホールを形成するための第1の領域と、複数の階段構造(SS)ダミーホールを形成するための第2の領域と、複数のスルーアレイ接触(TAC)障壁を形成するための第3の領域とを備えることができる。3次元メモリデバイスの表面に対して垂直な方向に沿って、3次元メモリデバイスは、次のコンポーネントを備えることができる。
酸化ケイ素層および窒化ケイ素層の対などの、複数の酸化物/窒化物の対を含む第1の積層が基板上に形成される。第1の絶縁接続層が、第1の積層上に形成される。第1の積層および第1の絶縁接続層を貫通し、基板の表面内に貫入する複数の第1のスルーホールが、第1の領域、第2の領域、および第3の領域内に形成される。
第1のチャネル構造は、各第1のスルーホールによって露出されている基板の表面上に形成される。第1の機能層が、各第1のスルーホールの側壁上に形成される。第2のチャネル構造が、各第1のスルーホール内の第1の機能層の側壁および第1のチャネル構造の表面上に形成される。第1の充填構造が、第2のチャネル構造の側壁および表面上に形成され、複数の第1のスルーホールの各々を充填する。いくつかの実施形態において、空隙が各第1のスルーホール内の第1の充填構造内に封じ込められ得る。第2のチャネル構造および第1の充填構造の頂面は、第1の絶縁接続層の頂面より低い。
第1の溝が第1の絶縁接続層内に、および各第1のスルーホール内の第1の機能層、第2のチャネル構造、および第1の充填構造より上に、形成される。基板上の複数の第1の溝の各々の突出部が、基板上の対応する第1のスルーホールの突出部を完全に覆う。対応する第1のスルーホール内の第2のチャネル構造と接触する第3のチャネル構造が、各第1の溝内に形成される。
酸化ケイ素層と窒化ケイ素層の対などの、複数の酸化物/窒化物の対を含む第2の積層が、第1の絶縁接続層および複数の第3のチャネル構造の頂面上に形成される。第2の絶縁接続層が、第2の積層上に形成される。第2の積層および第2の絶縁接続層を貫通し、第3のチャネル構造の表面内に貫入する複数の第2のスルーホールが、第1の領域、第2の領域、および第3の領域内に形成される。基板上の複数の第2のスルーホールの各々の突出部が、基板上の対応する第1のスルーホールの突出部と少なくとも部分的に重なり合う。
第2の機能層が、各第2のスルーホールの側壁上に形成される。第4のチャネル構造が、第1の領域内の第2の機能層の側壁および各第2のスルーホールの底面上に形成される。第2の充填構造が、第1の領域、第2の領域、および第3の領域内の複数の第2のスルーホールの各々を充填するように形成される。いくつかの実施形態において、空隙が第2の充填構造内に封じ込められ得る。第4のチャネル構造の頂面は、第1の領域内の各第2のスルーホール内の第2の充填構造の頂面より高い。
第1の領域において、第4のチャネル構造と接触する第5のチャネル構造が、第2の機能層によって囲まれている各第2のスルーホール内の第2の溝内に、および第4のチャネル構造および第2の充填構造より上に、形成される。そして、第2の領域および第3の領域において、第5のチャネル構造が、第2の機能層によって囲まれている各第2のスルーホール内の第2の溝内に、および第2の充填構造より上に、形成される。
第4のチャネル構造は第3の領域ではなく第1の領域内の第2のスルーホール内に形成されるので、第1の領域内の各第2のスルーホール内の第5のチャネル構造は、対応する第1のスルーホール内の第1のチャネル構造と電子的に接続され得るが、第3の領域内の各第2のスルーホール内の第5のチャネル構造は、対応する第1のスルーホール内の第1のチャネル構造と電子的に絶縁され得る。したがって、3次元メモリデバイスでは、複数のチャネルホールが第1の領域内に形成されるものとしてよく、複数のスルーアレイ接触(TAC)障壁が第3の領域内に形成されるものとしてよい。第2の領域内の複数の階段構造ダミーホールは、階段構造の支持機能を有することができる。
いくつかの実施形態において、図48Aに示されているように、第1の領域内の各チャネルホールにおいて、第1の積層の頂部窒化物層と第2の積層の底部窒化物層との間の距離である、第1の絶縁接続層の厚さ「b」は、80nmから100nmの範囲内、好ましくは約90nmであってよい。第3のチャネル構造の厚さ「c」は、50nmから70nmの範囲内、好ましくは約60nmであるものとしてよい。
いくつかの代替的実施形態において、図47Bに示されているように、第1の領域内の各チャネルホールにおいて、第1の積層の頂部窒化物層と第2の積層の底部窒化物層との間の距離である、第1の絶縁接続層の厚さ「b」は、20nmから40nmの範囲内、好ましくは約30nmであってよい。第3のチャネル構造の厚さ「c」は、50nmから70nmの範囲内、好ましくは約60nmであるものとしてよい。
さらに、第2のチャネル構造の頂部開口と底部開口の半径の間の差、および第4のチャネル構造の頂部開口と底部開口の半径の間の差は、15nm以内であるものとしてよい。したがって、ジョイント開口構造を有する開示されているチャネルホールは、大きなアスペクト比および制限された頂部−底部開口誤差を有し得る。
いくつかの実施形態において、図49Aおよび図49Bに示されているように、交換プロセスが実行され、第1の積層202および第2の積層215内の複数の窒化物層の各々を導電層240と交換することができる。導電層は、限定はしないが、W、Co、Cu、Al、ドープケイ素、ケイ化物、またはこれらの任意の組合せを含む、導電性である任意の好適な材料を含み得る。
いくつかの実施形態において、交換プロセスは、第1の領域100、第2の領域200、および第3の領域300のうちの1つまたは複数において実行され得る。一実施形態において、交換プロセスは、第1の領域100および第2の領域200において実行されるが、第3の領域300では実行されない。すなわち、第1の領域および第2の領域内の第1の積層および第2の積層は交互導電体/誘電体スタックであってよく、第3の領域内の第1の積層および第2の積層は交互酸化物/窒化物スタックであってよい。
いくつかの実施形態において、交換プロセスでは、第2の積層215の底部窒化物層に隣接するか、または第1の積層202の頂部窒化物層に隣接する第3のチャネル構造214の一部が、酸化プロセスによって酸化物層に転換され得る。すなわち、図49Aおよび図49Bに示されているように、第3のチャネル構造の厚さ「c」は、交換プロセスの後に低減され得る。たとえば、第3のチャネル構造の厚さ「c」は、30nmから50nmの範囲、好ましくは約40nmに縮小され得る。
図74Aおよび図74Bを参照すると、3次元(3D)メモリデバイスのジョイント開口構造を形成するための別の例示的な方法の概略流れ図が本開示のいくつかの実施形態に従って例示されている。および図51〜図73は、図74Aおよび図74Bに示されている加工プロセスのいくつかの段階における3次元(3D)メモリデバイスの例示的なジョイント開口構造の概略構造断面図を例示している。
S301において、基板301が提供されるものとしてよく、第1の積層302および第1の絶縁接続層303が、基板301の表面上に形成され得る。図51に示されているように、第1の積層302は、酸化ケイ素層および窒化ケイ素層の対などの、複数の酸化物/窒化物層の対を含むことができる。第1の積層302において複数の酸化物層(点で領域内に示されている)および複数の窒化物層(メッシュで領域内に示されている)は垂直方向に交互に並ぶ。第1の積層302は、酸化物層および窒化物層の好適な数の層を含むことができる。いくつかの実施形態において、第1の積層302内の酸化物層および窒化物層の層の総数は64以上である。
いくつかの実施形態において、第1の絶縁接続層303は、酸化ケイ素などの、好適な絶縁材料および/または誘電体材料によって形成され得る。第1の絶縁接続層303の材料は、第1の積層302内の窒化物層の材料と異なっていてもよいことに留意されたい。
さらに、いくつかの実施形態において、第1のマスク層304が、第1の絶縁接続層303の表面上に形成され得る。第1のマスク層304は、第1の絶縁接続層303の表面上の窒化物層と、そのような窒化物層の表面上の酸化物層とを含み得る。
S302において、第1のスルーホール305が形成され得る。図51に示されているように、第1のスルーホール305は、第1の積層302および第1の絶縁接続層303を完全に貫通することができ、基板301の表面内に貫入することができる。
いくつかの実施形態において、第1のスルーホール305は、第1の積層302および第1の絶縁接続層303をエッチングすること、およびその後の洗浄プロセスによって形成され得る。第1のスルーホール305を形成するためのエッチングプロセスは、湿式エッチング、乾式エッチング、またはこれらの組合せであってよい。
いくつかの実施形態において、第1のマスク層304が第1の絶縁接続層303の表面上に形成されるときに、エッチングプロセスは、また、第1のマスク層304をエッチングして第1のスルーホール305を形成する。
S303において、第1のチャネル構造306が、図52に示されているように、第1のスルーホール305によって露出されている基板301の表面上に形成され得る。いくつかの実施形態において、第1のチャネル構造306は、選択的エピタキシャルプロセスを使用することによって形成される多結晶シリコン層であってよい。
S304において、第1の機能層が、第1のスルーホール305の側壁上に形成され得る。第1の機能層は、第1のトンネリング層307と、第1の蓄積層308と、第1の障壁層309と、第1の保護層310とを含み得る。
図53に示されているように、第1のトンネリング層307は、第1のスルーホール305の側壁および第1のチャネル構造306の表面上に形成され得る。第1のトンネリング層は、電子電荷を生成するために使用され得る。いくつかの実施形態において、第1のトンネリング層307は、堆積プロセスを使用することによって形成される酸化物層とすることができる。
第1の蓄積層308は、第1のトンネリング層307の表面上に形成され得る。第1の蓄積層308は、電子電荷を蓄積するために使用され得る。いくつかの実施形態において、第1の蓄積層308は、堆積プロセスを使用することによって形成される窒化物層とすることができる。
第1の障壁層309は、第1の蓄積層308の表面上に形成され得る。第1の障壁層309は、第1の蓄積層308に蓄積される電子電荷の流出を阻止するために使用され得る。いくつかの実施形態において、第1の障壁層309は、堆積プロセスを使用することによって形成される酸化物層とすることができる。
図54に示されているように、第1の保護層310が、第1の障壁層309の表面上に形成され得る。第1の保護層310は、第1の障壁層309をその後の除去プロセスにおいて損傷しないよう保護するために使用され得る。いくつかの実施形態において、第1の保護層310は、堆積プロセスを使用することによって形成される非晶質シリコン層とすることができる。
第1のスルーホール305の底部上の第1のチャネル構造306の表面上に配置されている第1の保護層310、第1の障壁層309、第1の蓄積層308、および第1のトンネリング層307の一部分が除去され得る。いくつかの実施形態において、除去プロセスは、エッチングプロセスおよび洗浄プロセスを含むことができる。そのようなものとして、第1の機能層は、第1のスルーホール305の側壁上に形成され得る。
いくつかの実施形態において、同じ除去プロセスで、第1のマスク層304の窒化物層の表面上に配置されている第1の障壁層309、第1の蓄積層308、第1のトンネリング層307、および第1のマスク層304の酸化物層も除去され得る。そのようなものとして、第1のマスク層304の窒化物層は、第1の絶縁接続層303の表面上に残される。
S305において、第2のチャネル構造が、第1の機能層の側壁および第1のチャネル構造306の表面上に形成され得る。第2のチャネル構造の表面は、第1の絶縁接続層303の表面より低いものとしてよい。
図55に示されているように、第2のチャネル層311が、第1の保護層310の側壁、第1のスルーホール305の底部を覆うように形成され得る。第2のチャネル層311は、また、第1の絶縁接続層303の表面を覆うか、または第1のマスク層304の窒化物層の表面を覆うことができる。いくつかの実施形態において、第2のチャネル層311は、堆積プロセスを使用することによって形成される非晶質シリコン層とすることができる。
図56Aおよび図56Bに示されているように、第2のチャネル層311の一部が除去されるものとしてよく、それにより、第2のチャネル層311の表面は第1の絶縁接続層303より低い。第2のチャネル層311の残り部分は、第1のチャネル構造306と接触している第2のチャネル構造を形成することができる。いくつかの実施形態において、空隙が、図56Aおよび図56Bに示されているように、第2のチャネル構造内に封じ込められ得る。いくつかの実施形態において、第2のチャネル層311のその部分は、エッチングプロセスを使用することによって除去され得る。
様々な実施形態において、第2のチャネル構造の頂面は、第1の積層302の頂面より高いか、または第1の積層302の頂面より低いものとしてよいことに留意されたい。しかしながら、第2のチャネル構造の頂面は、第1の積層302内の頂部酸化物層の頂面より低くない。いくつかの実施形態において、第2のチャネル構造の頂面は、図56Aに示されているように、第1の積層302の頂部窒化物層より高いものとしてよい。いくつかの代替的実施形態において、第2のチャネル構造の頂面は、図56Bに示されているように、第1の積層302内の頂部酸化物層の頂面の同じ平面内にある。
S306において、第1の溝312が、第1の絶縁接続層303内に形成され得る。いくつかの実施形態において、基板301上の第1の溝312の突出部は、基板301上の第1のスルーホール305の突出部を完全に覆うことができる。
図57Aおよび図57Bに示されているように、第1のマスク層304の窒化物層が、エッチングプロセスを使用することによって除去され得る。図58Aおよび図58Bに示されているように、第1の絶縁接続層303の表面は、平坦化され得る。第1の絶縁接続層303の一部が除去され、第1の絶縁接続層303を貫通する第1の溝312を形成することができる。基板301上の第1の溝312の突出部の面積は、基板1上の第1のスルーホール305の突出部の面積より広いものとしてよい。
いくつかの実施形態において、第1の溝の深さは、図58Aに示されているように、平坦化された第1の絶縁接続層303の厚さ以下であるものとしてよい。たとえば、第1の溝の深さは、50nmから70nmの範囲内であるものとしてよい。一実施形態において、平坦化された第1の絶縁接続層303の厚さは約90nmであるが、第1の溝の深さは約60nmである。
いくつかの代替的実施形態において、第1の溝の深さは、図58Bに示されているように、平坦化された第1の絶縁接続層303の厚さより大きいものとしてよい。すなわち、第1の積層302内の頂部窒化物層の一部も除去され、第1の溝を形成することができる。たとえば、第1の溝の深さは、50nmから70nmの範囲内であるものとしてよい。一実施形態において、平坦化された第1の絶縁接続層303の厚さは約30nmであるが、第1の溝の深さは約60nmである。
S307において、第3のチャネル構造313が、第1の溝312内に形成され得る。図59Aおよび図59Bに示されているように、第3のチャネル構造313は、第2のチャネル構造と接触するものとしてよい。いくつかの実施形態において、第3のチャネル構造は、堆積プロセスを使用することによって形成される多結晶シリコン層であってよい。
第3のチャネル構造313の厚さは、第1の溝312の深さに等しいものとしてよい。上で説明されているように、いくつかの実施形態において、第3のチャネル構造313の厚さは、図59Aに示されているように、平坦化された第1の絶縁接続層303の厚さ以下であるものとしてよい。たとえば、第3のチャネル構造313の厚さは、50nmから70nmの範囲内、好ましくは約60nmであるものとしてよい。いくつかの代替的実施形態において、第3のチャネル構造313の厚さは、図59Bに示されているように、平坦化された第1の絶縁接続層303の厚さより大きいものとしてよい。たとえば、第3のチャネル構造313の厚さは、60nmから80nmの範囲内、好ましくは約70nmであるものとしてよい。
S308において、第2の積層314および第2の絶縁接続層315が、第3のチャネル構造313上に順次形成され得る。図60に示されているように、第2の積層314は、酸化ケイ素層および窒化ケイ素層の対などの、複数の酸化物/窒化物層の対を含むことができる。上で説明されているような第1の積層302と同様に、第2の積層314内の複数の酸化物層(点で領域内に示されている)および複数の窒化物層(メッシュで領域内に示されている)は垂直方向に交互に並ぶ。第2の積層314は、酸化物層および窒化物層の好適な数の層を含むことができる。いくつかの実施形態において、第2の積層314内の酸化物層および窒化物層の層の総数は64以上である。
いくつかの実施形態において、第2の絶縁接続層315は、酸化ケイ素などの、好適な絶縁材料および/または誘電体材料によって形成され得る。第2の絶縁接続層315の材料は、第2の積層314内の窒化物層の材料と異なっていてもよいことに留意されたい。
さらに、いくつかの実施形態において、第2のマスク層316が、第2の絶縁接続層315の表面上に形成され得る。第2のマスク層316は、第2の絶縁接続層315の表面上の窒化物層と、そのような窒化物層の表面上の酸化物層とを含み得る。
S309において、第2のスルーホール317が形成され得る。図61に示されているように、第2のスルーホール317は、第2の積層314および第2の絶縁接続層315を完全に貫通することができ、第3のチャネル構造313の表面内に貫入することができる。基板301上の第2のスルーホール317の突出部が、基板301上の第1のスルーホール305の突出部と少なくとも部分的に重なり合うものとしてよい。
いくつかの実施形態において、第2の積層314、第2の絶縁接続層315、第2のマスク層316、および第3のチャネル構造313の一部はエッチングされ、第2のスルーホール317を形成することができる。第2の積層314、第2の絶縁接続層315、第2のマスク層316、および/または第3のチャネル構造313は、乾式エッチングプロセス、湿式エッチングプロセス、またはこれらの組合せを使用することによってエッチングされ得る。次いで、第2のスルーホール317を洗浄するために洗浄プロセスが実行され得る。
いくつかの実施形態において、各第2のスルーホール317の頂部開口の半径と第2のスルーホール317の底部開口の半径との間の最大の差は15nmであるものとしてよい。すなわち、図61に示されているように、第2のスルーホール317の頂面の境界線と第2のスルーホール317の底面の境界線との間の距離「a」は、15nm以下であるものとしてよい。
S3010において、第2の機能層が、第2のスルーホール317の側壁上に形成され得る。いくつかの実施形態において、第2の機能層は、第2のトンネリング層318と、第2の蓄積層319と、第2の障壁層320と、第2の保護層321とを含み得る。
図62に示されているように、第2のトンネリング層318は、第2のスルーホール317の側壁および第2のチャネル構造313の表面上に形成され得る。第2のトンネリング層318は、電子電荷を生成するために使用され得る。いくつかの実施形態において、第2のトンネリング層318は、堆積プロセスを使用することによって形成される酸化物層とすることができる。
第2の蓄積層319は、第2のトンネリング層318の表面上に形成され得る。第2の蓄積層319は、電子電荷を蓄積するために使用され得る。いくつかの実施形態において、第2の蓄積層319は、堆積プロセスを使用することによって形成される窒化物層とすることができる。
第2の障壁層320は、第2の蓄積層319の表面上に形成され得る。第2の障壁層320は、第2の蓄積層319内の電子電荷の流出を阻止するために使用され得る。いくつかの実施形態において、第2の障壁層320は、堆積プロセスを使用することによって形成される酸化物層とすることができる。
図63に示されているように、第2の保護層321が、第2の障壁層320の表面上に形成され得る。第2の保護層321は、第2の障壁層320をその後の除去プロセスにおいて損傷しないよう保護するために使用され得る。いくつかの実施形態において、第2の保護層321は、堆積プロセスを使用することによって形成される非晶質シリコン層とすることができる。
図63に示されているように、第2のスルーホール317の底部および第1のスルーホール305の頂部に配置されている第2の保護層321、第2の障壁層320、第2の蓄積層319、第2のトンネリング層318、および第3のチャネル構造313の部分は除去され得る。いくつかの実施形態において、除去プロセスは、エッチングプロセスおよび洗浄プロセスを含むことができる。
いくつかの実施形態において、第2のマスク層316の窒化物層上に配置されている第2の保護層321、第2の障壁層320、第2の蓄積層319、第2のトンネリング層318、および第2のマスク層316の酸化物層の部分も、エッチングプロセスを使用することによって除去され得る。そのようなものとして、第2の機能層は、第2のスルーホール317の側壁上に形成されるものとしてよく、第2のスルーホール317および第1のスルーホール305は、図63に示されているように、互いに相互接続されてよい。
いくつかの実施形態において、図64において破線の円で示されているように、第2の保護層321の下に配置されている第2の障壁層320、第2の蓄積層319、および第2のトンネリング層318の部分も、エッチングプロセスを使用することによって除去され得る。
S3011において、第2のトンネリング構造、第3のトンネリング構造、第2の保護層321、および第1の保護層310は、除去され得る。いくつかの実施形態において、第2のトンネリング構造、第3のトンネリング構造、第2の保護層321、および第1の保護層310は、1つまたは複数のエッチングプロセスを使用することによって除去され得る。そのようなものとして、図65に示されているように、第3のスルーホール322が、第1のスルーホールおよび第2のスルーホールを相互接続することによって形成され得る。
S3012において、第4のチャネル構造および第1の充填構造が、第3のスルーホール322の側壁および底部に順次形成され得る。いくつかの実施形態において、第4のチャネル構造の表面は、第1の充填構造の表面より高いものとしてよい。いくつかの実施形態において、第4のチャネル構造は、第1の積層302と第2の積層314との間に挟装されるジョイントチャネル構造を含み、第1の絶縁接続層303の露出された表面を覆う。
図66に示されているように、第4のチャネル層328が、第3のスルーホール322の側壁および底部ならびに第1の絶縁接続層303の露出された表面を覆うように形成され得る。いくつかの実施形態において、第4のチャネル層328は、また、第2の絶縁接続層315の表面、または第2のマスク層316の窒化物層の表面を覆うことができる。いくつかの実施形態において、第4のチャネル層328は、堆積プロセスを使用することによって形成される非晶質シリコン層とすることができる。
図67に示されているように、第1の充填層334が、第4のチャネル層328を覆い、第3のスルーホール322を充填するように形成され得る。いくつかの実施形態において、第1の充填層334は、堆積プロセスを使用することによって形成される酸化物層とすることができる。
図68に示されているように、第1の充填層334の一部が除去されるものとしてよく、それにより、第1の充填層334の表面は第2の絶縁接続層315の表面より低い。いくつかの実施形態において、除去プロセスは、エッチングプロセスを含むことができる。第3のスルーホール322内の第1の充填層334の残り部分は、第2の充填構造を形成することができる。
図69に示されているように、第2の絶縁接続層315の頂面または第2のマスク層316の頂面上に配置されている第4のチャネル層328の部分は除去され得る。いくつかの実施形態において、除去プロセスは、エッチングプロセスを含むことができる。第3のスルーホール322内の第4のチャネル層328の残り部分は、第4のチャネル構造を形成することができる。第4のチャネル構造の頂面は、第2の充填構造の頂面より高いものとしてよい。そのようなものして、第2の溝が第4のチャネル構造および第2の充填構造上に、ならびに第3のスルーホール322内に形成され得る。
第4のチャネル構造の頂面は、第2の積層314の頂面より高くてよいか、または第2の積層314の頂面より低くてよいことに留意されたい。第4のチャネル構造の頂面は、第2の積層314内の頂部酸化物層の頂面より低くない。いくつかの実施形態において、第4のチャネル構造の頂面は、第2の積層314内の頂部酸化物層の頂面の同じ平面内にあるものとしてよい。
S3013において、第5のチャネル構造が、第2の溝内に形成され得る。第5のチャネル構造は、第4のチャネル構造と接触していていよい。図70に示されているように、第5のチャネル構造335は、第4のチャネル構造および第2の充填構造上にあり、第3のスルーホール322内にある第2の溝内に形成され得る。
図71に示されているように、第2のマスク層316の窒化物層は、エッチングプロセスによって除去され得る。図72Aおよび図72Bに示されているように、第2の絶縁接続層315の頂面および第5のチャネル構造335の頂面は、平坦化され得る。
したがって、図74Aおよび図74Bに示されているような開示されている方法は、2つのスルーホール形成プロセスを組み合わせることによって3次元(3D)メモリデバイスのジョイント開口構造を形成することができる。そのようなものとして、ジョイント開口構造を有する形成済みチャネルホールは、大きなアスペクト比および制限された頂部−底部開口誤差を有し得る。さらに、3Dメモリデバイス内のジョイント開口構造を形成する開示されている方法は、結果として、プロセス能力制御の効率化、プロセス複雑度の簡素化、およびコストの低減をもたらし得る。
いくつかの実施形態において、本開示は、図74Aおよび図74Bに示されているように上で開示されている方法を使用することによって形成される3次元メモリデバイスも提供する。3次元メモリは、以下で説明される次のコンポーネントを含み得る。
酸化ケイ素層窒化ケイ素層の対などの、複数の酸化物/窒化物の対を含む第1の積層が基板上に形成される。第1の絶縁接続層が、第1の積層上に形成される。第1のスルーホールが第1の積層および第1の絶縁接続層を貫通し、基板の表面内に貫入する。第1のチャネル構造は、第1のスルーホールによって露出されている基板の表面上に形成される。第1の機能層が、第1のスルーホールの側壁上に形成される。
酸化ケイ素層と窒化ケイ素層の対などの、複数の酸化物/窒化物の対を含む第2の積層が第1の絶縁接続層の頂面上に形成される。第2の絶縁接続層が、第2の積層上に形成される。第2のスルーホールが第2の積層および第2の絶縁接続層を貫通し、第1のスルーホールと相互接続される。第2の機能層が、第2のスルーホールの側壁上に形成される。
第1のスルーホールおよび第2のスルーホールは、第3のスルーホールを構成する。第1のチャネル構造と接触している第4のチャネル構造が、第3のスルーホールの側壁および底部上に形成される。第1の充填構造が、第4のチャネル構造の側壁および表面上に形成され、第3のスルーホールを充填する。いくつかの実施形態において、空隙が第1の充填構造内に封じ込められる。第4のチャネル構造の頂面は、第1の充填構造の頂面より高い。第4のチャネル構造と接触する第5のチャネル構造が、第2の機能層によって囲まれている第2の溝内に、および第4のチャネル構造および第1の充填構造より上に形成される。
いくつかの実施形態において、図72Aに示されているように、第1の積層の頂部窒化物層と第2の積層の底部窒化物層との間の距離である、第1の絶縁接続層の厚さ「b」は、80nmから100nmの範囲内、好ましくは約90nmであってよい。第3のチャネル構造の厚さ「c」は、50nmから70nmの範囲内、好ましくは約60nmであるものとしてよい。
いくつかの代替的実施形態において、図72Bに示されているように、第1の積層の頂部窒化物層と第2の積層の底部窒化物層との間の距離である、第1の絶縁接続層の厚さ「b」は、20nmから40nmの範囲内、好ましくは約30nmであってよい。第3のチャネル構造の厚さ「c」は、50nmから70nmの範囲内、好ましくは約60nmであるものとしてよい。
さらに、第3のスルーホールの異なる位置の開口の半径の誤差は15nm以内であるものとしてよい。すなわち、第3のスルーホールの最大半径と第3のスルーホールの最小半径との間の差は、15nm以下である。したがって、ジョイント開口構造を有する開示されているチャネルホールは、大きなアスペクト比および制限された頂部−底部開口誤差を有し得る。
いくつかの実施形態において、図73Aおよび図73Bに示されているように、交換プロセスが実行され、第1の積層302および第2の積層314内の複数の窒化物層の各々を導電層440と交換することができる。導電層は、限定はしないが、W、Co、Cu、Al、ドープケイ素、ケイ化物、またはこれらの任意の組合せを含む、導電性である任意の好適な材料を含み得る。
いくつかの実施形態において、交換プロセスでは、第2の積層314の底部窒化物層に隣接するか、または第1の積層302の頂部窒化物層に隣接する第3のチャネル構造313の一部が、酸化プロセスによって酸化物層に転換され得る。すなわち、図73Aおよび図73Bに示されているように、第3のチャネル構造の厚さ「c」は、交換プロセスの後に低減され得る。たとえば、第3のチャネル構造の厚さ「c」は、30nmから50nmの範囲、好ましくは約40nmに縮小され得る。
図103Aおよび図103Bを参照すると、3次元(3D)メモリデバイスのジョイント開口構造を形成するための別の例示的な加工プロセスの概略流れ図が本開示のいくつかの他の実施形態に従って例示されている。および図75〜図102は、図103Aおよび図103Bに示されている加工プロセスのいくつかの段階における3次元(3D)メモリデバイスの例示的なジョイント開口構造の概略構造断面図を例示している。
図103Aに示されているように、S401において、第1の積層402および第1の絶縁接続層403が、基板401の表面上に順次形成され得る。いくつかの実施形態において、3Dメモリデバイスは、図75に示されているように、第1の領域100、第2の領域200、および第3の領域300を備えることができる。第1の領域100は1つまたは複数のチャネルホールを形成するために使用されてよく、第2の領域200は1つまたは複数の階段構造(SS)ダミーホールを形成するために使用されてよいが、第3の領域300は1つまたは複数のスルーアレイ接触(TAC)障壁を形成するために使用されてよい。
図75に示されているように、第1の積層402は基板401上に形成され得る。第1の積層402は、複数の酸化物/窒化物層の対を含むことができる。すなわち、第1の積層402において、複数の酸化物層(点で領域内に示されている)および複数の窒化物層(メッシュで領域内に示されている)は垂直方向に交互に並ぶ。言い換えると、所与のスタックの頂部層と底部層を除き、他の酸化物層の各々は、2つの隣接する窒化物層によって挟装されるものとしてよく、各窒化物層は、2つの隣接する酸化物層によって挟装されるものとしてよい。
酸化物層は、各々、同じ厚さを有するか、または異なる厚さを有することができる。たとえば、各酸化物層の厚さは、90nmから160nmの範囲内にある、好ましくは約150nmであってよい。同様に、窒化物層は、各々、同じ厚さを有するか、または異なる厚さを有することができる。たとえば、各窒化物層の厚さは、80nmから110nmの範囲内にある、好ましくは約100nmであってよい。いくつかの実施形態において、酸化物層は酸化ケイ素層であってよく、窒化物層は窒化ケイ素層であってよい。
第1の積層402は、酸化物層および窒化物層の好適な数の層を含むことができる。いくつかの実施形態において、第1の積層402内の酸化物層および窒化物層の層の総数は64以上である。いくつかの実施形態において、交互導体/誘電体スタックは、酸化物/窒化物層の対に比べて異なる材料および/または厚さを有するより多くの酸化物層またはより多くの窒化物層を含む。
第1の絶縁接続層403は、第1の積層402上に形成され得る。いくつかの実施形態において、第1の絶縁接続層403は、酸化ケイ素などの、好適な絶縁材料および/または誘電体材料によって形成され得る。第1の絶縁接続層403の材料は、第1の積層402内の窒化物層の材料と異なっていてもよいことに留意されたい。
さらに、いくつかの実施形態において、第1のマスク層404が、第1の絶縁接続層403の表面上に形成され得る。第1のマスク層404は、第1の絶縁接続層403の表面上の窒化物層と、そのような窒化物層の表面上の酸化物層とを含み得る。
いくつかの実施形態において、第1の積層402、第1の絶縁接続層403、および/または第1のマスク層404は、1つまたは複数の化学気相成長(CVD)プロセス、1つまたは複数の物理気相成長(PVD)プロセス、1つまたは複数の原子層成長(ALD)プロセス、および/またはこれらの好適な任意の組合せなどの、1つまたは複数の堆積プロセスを使用することによって形成され得る。
S402において、1つまたは複数の第1のスルーホール405が、第1の領域100、第2の領域200、および第3の領域300の各々の中に形成され得る。図75に示されているように、1つまたは複数の第1のスルーホール405の各々は、第1の積層402および第1の絶縁接続層403を完全に貫通することができ、基板401の表面内に貫入することができる。いくつかの実施形態において、第1のマスク層404が第1の絶縁接続層403の表面上に形成されるときに、エッチングプロセスは、また、第1のマスク層404をエッチングして第1のスルーホール405を形成する。
いくつかの実施形態において、第1のスルーホール405は、第1の積層402および第1の絶縁接続層403をエッチングすること、およびその後の洗浄プロセスによって形成され得る。第1のスルーホール405を形成するためのエッチングプロセスは、湿式エッチング、乾式エッチング、またはこれらの組合せであってよい。基板401の表面に垂直な方向で、第3の領域300内の1つまたは複数の第1のスルーホール405の深さは、第1の領域100内の1つまたは複数の第1のスルーホール405の深さより大きいものとしてよいことに留意されたい。
S403において、第1のチャネル構造406が、図76に示されているように、複数の第1のスルーホール405の各々によって露出されている基板401の表面上に形成され得る。いくつかの実施形態において、第1のチャネル構造406は、選択的エピタキシャルプロセスを使用することによって形成される多結晶シリコン(ポリシリコン)層であってよい。
S404において、第1の機能層が、複数の第1のスルーホール405の各々の側壁上に形成され得る。第1の機能層は、第1のトンネリング層407と、第1の蓄積層408と、第1の障壁層409と、第1の保護層410とを含み得る。
図77に示されているように、第1のトンネリング層407は、複数の第1のスルーホール405の側壁および第1のチャネル構造406の露出された表面上に形成され得る。第1のトンネリング層407は、電子電荷(電子または正孔)を生成するために使用できる。いくつかの実施形態において、第1のトンネリング層407は、堆積プロセスを使用することによって形成される酸化物層とすることができる。
第1の蓄積層408は、第1のトンネリング層407の表面上に形成され得る。第1の蓄積層408は、電子電荷を蓄積するために使用され得る。第1の蓄積層408内の電荷の蓄積または除去は、半導体チャネルのオン/オフ状態および/または伝導に影響を及ぼし得る。第1の蓄積層408は、多結晶シリコン(ポリシリコン)または窒化ケイ素を含み得る。いくつかの実施形態において、第1の蓄積層408は、堆積プロセスを使用することによって形成される窒化物層とすることができる。
第1の障壁層409は、第1の蓄積層408の表面上に形成され得る。第1の障壁層409は、第1の蓄積層408に蓄積される電子電荷の流出を阻止するために使用され得る。いくつかの実施形態において、第1の障壁層409は、酸化ケイ素層または酸化ケイ素/窒化ケイ素/酸化ケイ素(ONO)層の組合せとすることができる。いくつかの実施形態において、第1の障壁層409は、高誘電定数(high−k)誘電体(たとえば、酸化アルミニウム)を含む。一例において、第1の障壁層409は、堆積プロセスを使用することによって形成される酸化物層である。
図78に示されているように、第1の保護層410が、第1の障壁層409の表面上に形成され得る。第1の保護層410は、第1の障壁層409をその後の除去プロセスにおいて損傷しないよう保護するために使用され得る。いくつかの実施形態において、第1の保護層410は、堆積プロセスを使用することによって形成される非晶質シリコン層とすることができる。
複数の第1のスルーホール405の底部上の複数の第1のチャネル構造406の表面上に配置されている第1の保護層410、第1の障壁層409、第1の蓄積層408、および第1のトンネリング層407の一部分が除去され得る。いくつかの実施形態において、除去プロセスは、エッチングプロセスおよび洗浄プロセスを含むことができる。そのようなものとして、第1の機能層は、複数の第1のスルーホール405の側壁上に形成され得る。
いくつかの実施形態において、同じ除去プロセスで、第1のマスク層404の窒化物層の表面上に配置されている第1の障壁層409、第1の蓄積層408、第1のトンネリング層407、および第1のマスク層404の酸化物層も除去され得る。そのようなものとして、第1のマスク層404の窒化物層は、第1の絶縁接続層403の表面上に残される。
S405において、第2のチャネル構造が、複数の第1のスルーホール405の各々において第1の機能層の側壁および第1のチャネル構造406の露出された表面上に形成され得る。第2のチャネル構造は、各第1のスルーホール405内の第2のチャネル構造406と接触することができる。各第1のスルーホール405内の第2のチャネル構造の表面は、第1の絶縁接続層403の頂面より低いものとしてよい。
図79に示されているように、第2のチャネル層411が、第1の保護層410の側壁および複数の第1のスルーホール405の各々の底部を覆うように形成され得る。第2のチャネル層411は、また、第1の絶縁接続層403の表面を覆うか、または第1のマスク層404の窒化物層の表面を覆うことができる。いくつかの実施形態において、第2のチャネル層411は、堆積プロセスを使用することによって形成される非晶質シリコン層とすることができる。
図80Aおよび図80Bに示されているように、第2のチャネル層411の一部が除去されるものとしてよく、それにより、第2のチャネル層411の頂面は第1の絶縁接続層403の頂面より低くなるものとしてよい。第2のチャネル層411の残り部分は、第1のチャネル構造406と接触している第2のチャネル構造を形成することができる。いくつかの実施形態において、第2のチャネル層411のその部分は、エッチングプロセスを使用することによって除去され得る。
様々な実施形態において、第2のチャネル構造の頂面は、第1の積層402の頂面より高いか、または第1の積層402の頂面より低いものとしてよいことに留意されたい。しかしながら、第2のチャネル構造の頂面は、第1の積層402内の頂部酸化物層の頂面より低くない。いくつかの実施形態において、第2のチャネル構造の頂面は、図80Aに示されているように、第1の積層402の頂部窒化物層より高いものとしてよい。いくつかの代替的実施形態において、第2のチャネル構造の頂面は、図80Bに示されているように、第1の積層402内の頂部酸化物層の頂面の同じ平面内にある。
S406において、第1の溝が、複数の第1のスルーホール405の各々より上の第1の絶縁接続層403より上に形成され得る。いくつかの実施形態において、基板401上の第1の溝の突出部は、基板401上の対応する第1のスルーホール405の突出部を完全に覆うことができる。
図81Aおよび図81Bに示されているように、第1のマスク層404の窒化物層が除去され得る。いくつかの実施形態において、第1のマスク層404の窒化物層は、エッチングプロセスを使用することによって除去され得る。
図82Aおよび図82Bに示されているように、第1の絶縁接続層403の表面は、裏面研削、および/または化学機械研磨(CMP)などの、好適な任意の技術によって平坦化され得る。第1の絶縁接続層403の一部が除去され、第1の絶縁接続層403を貫通する複数の第1の溝を形成することができる。基板401上の複数の第1の溝の各々の突出部の面積は、基板401上の複数の第1のスルーホール405の各々の突出部の面積より広いものとしてよい。
いくつかの実施形態において、第1の溝412の深さは、図82Aに示されているように、平坦化された第1の絶縁接続層403の厚さ以下であるものとしてよい。たとえば、第1の溝412の深さは、50nmから70nmの範囲内であるものとしてよい。一実施形態において、平坦化された第1の絶縁接続層403の厚さは約90nmであるが、第1の溝の深さは約60nmである。
いくつかの代替的実施形態において、第1の溝412の深さは、図82Bに示されているように、平坦化された第1の絶縁接続層403の厚さより大きいものとしてよい。すなわち、第1の積層402内の頂部窒化物層の一部も除去され、第1の溝を形成することができる。たとえば、第1の溝412の深さは、50nmから70nmの範囲内であるものとしてよい。一実施形態において、平坦化された第1の絶縁接続層403の厚さは約30nmであるが、第1の溝の深さは約60nmである。
S407において、第3のチャネル構造413が、複数の第1の溝412の各々の中に形成され得る。図83Aおよび図83Bに示されているように、第3のチャネル構造413は、複数の第1のスルーホール405の各々の中の第2のチャネル構造と接触するものとしてよい。いくつかの実施形態において、第3のチャネル構造413は、堆積プロセスを使用することによって形成される多結晶シリコン層であってよい。
各第3のチャネル構造413の厚さは、各第1の溝412の深さに等しいものとしてよい。上で説明されているように、いくつかの実施形態において、各第3のチャネル構造413の厚さは、図83Aに示されているように、平坦化された第1の絶縁接続層403の厚さ以下であるものとしてよい。たとえば、各第3のチャネル構造413の厚さは、50nmから70nmの範囲内、好ましくは約60nmであるものとしてよい。いくつかの代替的実施形態において、各第3のチャネル構造413の厚さは、図83Bに示されているように、平坦化された第1の絶縁接続層403の厚さより大きいものとしてよい。たとえば、各第3のチャネル構造413の厚さは、60nmから80nmの範囲内、好ましくは約70nmであるものとしてよい。
図103Bを参照すると、S408において、第2の積層414および第2の絶縁接続層415が、複数の第3のチャネル構造413上に順次形成され得る。図84に示されているように、第2の積層414は、酸化ケイ素層および窒化ケイ素層などの、複数の酸化物/窒化物層の対を含むことができる。上で説明されているような第1の積層402と同様に、第2の積層414内の複数の酸化物層(点で領域内に示されている)および複数の窒化物層(メッシュで領域内に示されている)は垂直方向に交互に並ぶ。第2の積層414は、酸化物層および窒化物層の好適な数の層を含むことができる。いくつかの実施形態において、第2の積層414内の酸化物層および窒化物層の層の総数は64以上である。
いくつかの実施形態において、第2の絶縁接続層415は、酸化ケイ素などの、好適な絶縁材料および/または誘電体材料によって形成され得る。第2の絶縁接続層415の材料は、第2の積層414内の窒化物層の材料と異なっていてもよいことに留意されたい。
さらに、いくつかの実施形態において、第2のマスク層416が、第2の絶縁接続層415の表面上に形成され得る。第2のマスク層416は、第2の絶縁接続層415の表面上の窒化物層と、そのような窒化物層の表面上の酸化物層とを含み得る。
S409において、1つまたは複数の第2のスルーホール417が、第1の領域100、第2の領域200、および第3の領域300の各々の中に形成される。図85に示されているように、複数の第2のスルーホール417の各々は、第2の積層414、第2の絶縁接続層415、および第2のマスク層416を完全に貫通することができ、対応する第3のチャネル構造413の表面内に貫入することができる。基板401上の各第2のスルーホール417の突出部が、基板401上の対応する第1のスルーホール405の突出部と少なくとも部分的に重なり合うものとしてよい。
いくつかの実施形態において、第2の積層414、第2の絶縁接続層415、第2のマスク層416、および第3のチャネル構造413はエッチングされ、第2の積層414および第2の絶縁接続層415を貫通する複数の第2のスルーホール417を形成することができる。第2の積層414、第2の絶縁接続層415、第2のマスク層416、および/または第3のチャネル構造413は、乾式エッチングプロセス、湿式エッチングプロセス、またはこれらの組合せを使用することによってエッチングされ得る。次いで、複数の第2のスルーホール417を洗浄するために洗浄プロセスが実行され得る。
各第2のスルーホール417は、対応する第3のチャネル構造413の表面に延在し得るか、または対応する第3のチャネル構造413内に貫入し得ることに留意されたい。そのようなものとして、各第2のスルーホール417内にその後形成される第4のチャネル構造が、対応する第3のチャネル構造に直接接触することができる。
いくつかの実施形態において、各第2のスルーホール417の頂部開口の半径と第2のスルーホール417の底部開口の半径との間の最大の差は15nmであるものとしてよい。すなわち、図85に示されているように、各第2のスルーホール417の頂面の境界線と第2のスルーホール417の底面の境界線との間の距離「a」は、15nm以下であるものとしてよい。
S4010において、第2の機能層が、各第2のスルーホール417の側壁上に形成され得る。いくつかの実施形態において、第2の機能層は、第2のトンネリング層418と、第2の蓄積層419と、第2の障壁層420と、第2の保護層421とを含み得る。
図86に示されているように、第2のトンネリング層418は、各第2のスルーホール417の側壁および対応する第3のチャネル構造413の表面上に形成され得る。第2のトンネリング層418は、電子電荷を生成するために使用され得る。いくつかの実施形態において、第2のトンネリング層418は、堆積プロセスを使用することによって形成される酸化物層とすることができる。
第2の蓄積層419は、第2のトンネリング層418の表面上に形成され得る。第2の蓄積層419は、電子電荷を蓄積するために使用され得る。いくつかの実施形態において、第2の蓄積層419は、堆積プロセスを使用することによって形成される窒化物層とすることができる。
第2の障壁層420は、第2の蓄積層419の表面上に形成され得る。第2の障壁層420は、第2の蓄積層419内の電子電荷の流出を阻止するために使用され得る。いくつかの実施形態において、第2の障壁層420は、堆積プロセスを使用することによって形成される酸化物層とすることができる。
図87に示されているように、第2の保護層421が、第2の障壁層420の表面上に形成され得る。第2の保護層421は、第2の障壁層420をその後の除去プロセスにおいて損傷しないよう保護するために使用され得る。いくつかの実施形態において、第2の保護層421は、堆積プロセスを使用することによって形成される非晶質シリコン層とすることができる。
図87に示されているように、各第2のスルーホール417と対応する第1のスルーホール405との間の第2の保護層421、第2の障壁層420、第2の蓄積層419、第2のトンネリング層418、および第3のチャネル構造413の部分は除去され得る。いくつかの実施形態において、除去プロセスは、エッチングプロセスおよび洗浄プロセスを含むことができる。いくつかの実施形態において、第2のマスク層416の窒化物層上に配置されている第2の保護層421、第2の障壁層420、第2の蓄積層419、第2のトンネリング層418、第2のマスク層416の酸化物層の部分も、同じ除去プロセスによって除去され得る。そのようなものとして、第2の機能層は、各第2のスルーホール417の側壁上に形成されるものとしてよく、各第2のスルーホール417および対応する第1のスルーホール405は、互いに相互接続され得る。
いくつかの実施形態において、図88において破線の円で示されているように、第2の保護層421の下に配置されている第2の障壁層420、第2の蓄積層419、および第2のトンネリング層418の部分も、エッチングプロセスを使用することによって除去され得る。
S4011において、第2のトンネリング構造、第3のトンネリング構造、第2の保護層421、および第1の保護層410は、除去され得る。いくつかの実施形態において、第2のトンネリング構造、第3のトンネリング構造、第2の保護層421、および第1の保護層410は、1つまたは複数のエッチングプロセスを使用することによって除去され得る。そのようなものとして、図89に示されているように、複数の第3のスルーホール422が、各第1のスルーホールおよび対応する第2のスルーホールを相互接続することによって第1の領域100、第2の領域200、および第3の領域300内に形成され得る。
S4012において、第4のチャネル構造が、第1の領域100内の各第3のスルーホール422内の第2の機能層の側壁および第3のチャネル構造の露出された表面上に形成され得る。さらに、第1の充填構造が、第1の領域100、第2の領域200、および第3の領域300内の複数の第3のスルーホール422の各々の中に形成され得る。いくつかの実施形態において、第4のチャネル構造の頂面は、第1の充填構造の頂面より高いものとしてよい。
図90に示されているように、第4のチャネル層428が、第1の領域100、第2の領域200、および第3の領域300において複数の第3のスルーホール422の各々の側壁および底面を覆うように形成され得る。いくつかの実施形態において、第4のチャネル層428は、また、第2のマスク層416の窒化物層の頂面を覆うことができる。いくつかの実施形態において、第4のチャネル層428は、堆積プロセスを使用することによって形成される非晶質シリコン層とすることができる。いくつかの実施形態において、第4のチャネル層428は、第1の積層402と第2の積層414との間に挟装されるジョイントチャネル構造を含み、第1の絶縁接続層403の露出された表面を覆う。
図91に示されているように、第2の充填層429が、第4のチャネル層428を覆うように形成され得る。いくつかの実施形態において、第2の充填層429は、各第2のスルーホール417内で1つまたは複数の空隙を含み得る。いくつかの実施形態において、第2の充填層429は、堆積プロセスを使用することによって形成される酸化物層とすることができる。
図92に示されているように、第3のマスク層430が、第1の領域100内の第2の充填層429の頂面上に形成され得る。第3のマスク層430をマスクとして使用することで、第2の領域200および第3の領域300に配置されている第2の充填層429の部分は、エッチングプロセスを使用することによって除去され得る。
図93に示されているように、第3のマスク層430は、除去することができる。第1の領域100内の残っている第2の充填層429をマスクとして使用することで、第2の領域200および第3の領域300に配置されている第4のチャネル層428は、エッチングプロセスを使用することによって除去され得る。そのようなものとして、1つまたは複数の第4のスルーホール431が、第2の領域200および第3の領域300内に形成され得る。
図94に示されているように、第3の充填層432が、第2の領域200および第3の領域300内の1つまたは複数の第4のスルーホール431の側壁および底部を覆うように形成され得る。第3の充填層432は、第2の領域200および第3の領域300内の各第4のスルーホール431内の第1の絶縁接続層403の露出された表面を覆うこともできる。いくつかの実施形態において、第3の充填層432は、1つまたは複数の第4のスルーホール431内で1つまたは複数の空隙を封じ込めることができる。いくつかの実施形態において、第3の充填層432の充填性能は、第2の充填層429の充填性能よりよいものであってよい。すなわち、同じ除去プロセスにおいて、第3の充填層432の除去率は、第2の充填層429の除去率より小さいものとしてよい。
図95に示されているように、第1の領域100内の第4のチャネル層428の表面上の第2の充填層429は、エッチングプロセスを使用することによって除去され得る。そのようなものとして、1つまたは複数の第5のスルーホール433が、第1の領域100内に形成され得る。第3の充填層432の一部が、同じエッチングプロセスによっても除去され得ることに留意されたい。
図96に示されているように、第1の充填層434が、第1の領域100内の各第5のスルーホール433内に、ならびに第2の領域200および第3の領域300内の各第4のスルーホール431内に、形成され得る。第1の充填層434の材料は、第3の充填層432と同じ材料であってよい。
図97に示されているように、第1の充填層434の一部がエッチングプロセスを使用することによって除去されるものとしてよく、それにより、各第5のスルーホール433または第4のスルーホール431内の第1の充填層434の頂面は第2の絶縁接続層415の頂面より低い。各第4のスルーホール431または第5のスルーホール433内の第1の充填層434の残り部分は、第1の充填構造を形成することができる。
さらに、第2の絶縁接続層415の表面または第2のマスク層416の表面上に配置されている第4のチャネル層428の部分は、エッチングプロセスを使用することによって除去され得る。各第5のスルーホール433内の第4のチャネル層428の残り部分は、第4のチャネル構造を形成することができる。第4のチャネル構造の頂面は、第1の充填構造の頂面より高いものとしてよい。そのようなものとして、第2の溝が第1の領域100内の各第5のスルーホール433内の第4のチャネル構造および第1の充填構造上に、ならびに第2の領域200および第3の領域300内の各第4のスルーホール431内の第1の充填構造上に形成され得る。
第4のチャネル構造の頂面は、第2の積層414の頂面より高くてよいか、または第2の積層414の頂面より低くてよいことに留意されたい。第4のチャネル構造の頂面は、第2の積層414内の頂部酸化物層の頂面より低くない。いくつかの実施形態において、第4のチャネル構造の頂面は、第2の積層414内の頂部酸化物層の頂面の同じ平面内にあるものとしてよい。
S4013において、第5のチャネル構造が、第1の領域100内の各第5のスルーホール433ならびに第2の領域100および第3の領域300内の各第4のスルーホール431の第2の溝内に形成され得る。第5のチャネル構造は、第1の領域100内の各第5のスルーホール433内の第4のチャネル構造と接触し得る。
図99に示されているように、第5のチャネル構造435は、第1の領域100内の各第5のスルーホール433内の第4のチャネル構造および第1の充填構造上にある第2の溝内に形成され得る。第5のチャネル構造435は、また、第2の領域200および第3の領域300内の各第4のスルーホール431内の第1の充填構造上にある第2の溝内に形成され得る。
次いで、図100に示されているように、第2のマスク層416の窒化物層は、エッチングプロセスによって除去され得る。図101Aおよび図101Bに示されているように、第2の絶縁接続層415の頂面および複数の第5のチャネル構造435の頂面は、裏面研削、および/または化学機械研磨(CMP)などの、好適な任意の技術によって平坦化され得る。
したがって、図101Aおよび図101Bに示されているような開示されている方法は、2つのスルーホール形成プロセスを組み合わせることによって3次元(3D)メモリデバイスの別のジョイント開口構造を形成することができる。そのようなものとして、ジョイント開口構造を有する形成済みチャネルホールは、大きなアスペクト比および制限された頂部−底部開口誤差を有し得る。さらに、3Dメモリデバイス内のジョイント開口構造を形成する開示されている方法は、複数のチャネルホール、階段ダミーホール、およびスルーアレイ接触障壁を同時に形成することができ、結果として、プロセス能力制御の効率化、プロセス複雑度の簡素化、およびコストの低減をもたらし得る。
いくつかの実施形態において、本開示は、図101Aおよび図101Bに示されているように上で開示されている方法を使用することによって形成される別の3次元メモリデバイスも提供する。3次元メモリデバイスは、複数のチャネルホールを形成するための第1の領域と、複数の階段構造(SS)ダミーホールを形成するための第2の領域と、複数のスルーアレイ接触(TAC)障壁を形成するための第3の領域とを備えることができる。3次元メモリデバイスの表面に対して垂直な方向に沿って、3次元メモリデバイスは、次のコンポーネントを備えることができる。
酸化ケイ素層および窒化ケイ素層の対などの、複数の酸化物/窒化物の対を含む第1の積層が基板上に形成される。第1の絶縁接続層が、第1の積層上に形成される。第1の積層および第1の絶縁接続層を貫通し、基板の表面内に貫入する複数の第1のスルーホールが、第1の領域、第2の領域、および第3の領域内に形成される。
第1のチャネル構造は、各第1のスルーホールによって露出されている基板の表面上に形成される。第1の機能層が、各第1のスルーホールの側壁上に形成される。第2のチャネル構造が、各第1のスルーホール内の第1の機能層の側壁および第1のチャネル構造の表面上に形成される。第1の充填構造が、第2のチャネル構造の側壁および表面上に形成され、複数の第1のスルーホールの各々を充填する。いくつかの実施形態において、空隙が各第1のスルーホール内の第1の充填構造内に封じ込められ得る。第2のチャネル構造および第1の充填構造の頂面は、第1の絶縁接続層の頂面より低い。
第1の溝が第1の絶縁接続層内に、および各第1のスルーホール内の第1の機能層、第2のチャネル構造、および第1の充填構造より上に、形成される。基板上の複数の第1の溝の各々の突出部が、基板上の対応する第1のスルーホールの突出部を完全に覆う。対応する第1のスルーホール内の第2のチャネル構造と接触する第3のチャネル構造が、各第1の溝内に形成される。
酸化ケイ素層と窒化ケイ素層の対などの、複数の酸化物/窒化物の対を含む第2の積層が、第1の絶縁接続層および複数の第3のチャネル構造の頂面上に形成される。第2の絶縁接続層が、第2の積層上に形成される。第2の積層および第2の絶縁接続層を貫通し、第3のチャネル構造の表面内に貫入する複数の第2のスルーホールが、第1の領域、第2の領域、および第3の領域内に形成される。基板上の複数の第2のスルーホールの各々の突出部が、基板上の対応する第1のスルーホールの突出部と少なくとも部分的に重なり合う。
第2の機能層が、各第2のスルーホールの側壁上に形成される。第4のチャネル構造が、第1の領域内の第2の機能層の側壁および各第2のスルーホールの底面上に形成される。第2の充填構造が、第1の領域、第2の領域、および第3の領域内の複数の第2のスルーホールの各々を充填するように形成される。いくつかの実施形態において、空隙が第2の充填構造内に封じ込められ得る。第4のチャネル構造の頂面は、第1の領域内の各第2のスルーホール内の第2の充填構造の頂面より高い。
第1の領域において、第4のチャネル構造と接触する第5のチャネル構造が、第2の機能層によって囲まれている各第2のスルーホール内の第2の溝内に、および第4のチャネル構造および第2の充填構造より上に、形成される。そして、第2の領域および第3の領域において、第5のチャネル構造が、第2の機能層によって囲まれている各第2のスルーホール内の第2の溝内に、および第2の充填構造より上に、形成される。
第4のチャネル構造は第3の領域ではなく第1の領域内の第2のスルーホール内に形成されるので、第1の領域内の各第2のスルーホール内の第5のチャネル構造は、対応する第1のスルーホール内の第1のチャネル構造と電子的に接続され得るが、第3の領域内の各第2のスルーホール内の第5のチャネル構造は、対応する第1のスルーホール内の第1のチャネル構造と電子的に絶縁され得る。したがって、3次元メモリデバイスでは、複数のチャネルホールが第1の領域内に形成されるものとしてよく、複数のスルーアレイ接触(TAC)障壁が第3の領域内に形成されるものとしてよい。第2の領域内の複数の階段構造ダミーホールは、階段構造の支持機能を有することができる。
いくつかの実施形態において、図101Aに示されているように、第1の領域内の各チャネルホールにおいて、第1の積層の頂部窒化物層と第2の積層の底部窒化物層との間の距離である、第1の絶縁接続層の厚さ「b」は、80nmから100nmの範囲内、好ましくは約90nmであってよい。第3のチャネル構造の厚さ「c」は、50nmから70nmの範囲内、好ましくは約60nmであるものとしてよい。
いくつかの代替的実施形態において、図101Bに示されているように、第1の領域内の各チャネルホールにおいて、第1の積層の頂部窒化物層と第2の積層の底部窒化物層との間の距離である、第1の絶縁接続層の厚さ「b」は、20nmから40nmの範囲内、好ましくは約30nmであってよい。第3のチャネル構造の厚さ「c」は、50nmから70nmの範囲内、好ましくは約60nmであるものとしてよい。
さらに、第2のチャネル構造の頂部開口と底部開口との間の半径の差、および第4のチャネル構造の頂部開口と底部開口との間の半径の差は、15nm以内であるものとしてよい。したがって、ジョイント開口構造を有する開示されているチャネルホールは、大きなアスペクト比および制限された頂部−底部開口誤差を有し得る。
いくつかの実施形態において、図102Aおよび図102Bに示されているように、交換プロセスが実行され、第1の積層402および第2の積層414内の複数の窒化物層の各々を導電層440と交換することができる。導電層は、限定はしないが、W、Co、Cu、Al、ドープケイ素、ケイ化物、またはこれらの任意の組合せを含む、導電性である任意の好適な材料を含み得る。
いくつかの実施形態において、交換プロセスは、第1の領域100、第2の領域200、および第3の領域300のうちの1つまたは複数において実行され得る。一実施形態において、交換プロセスは、第1の領域100および第2の領域200において実行されるが、第3の領域300では実行されない。すなわち、第1の領域および第2の領域内の第1の積層および第2の積層は交互導電体/誘電体スタックであってよく、第3の領域内の第1の積層および第2の積層は交互酸化物/窒化物スタックであってよい。
いくつかの実施形態において、交換プロセスでは、第2の積層414の底部窒化物層に隣接するか、または第1の積層402の頂部窒化物層に隣接する第3のチャネル構造413の一部が、酸化プロセスによって酸化物層に転換され得る。すなわち、図102Aおよび図102Bに示されているように、第3のチャネル構造の厚さ「c」は、交換プロセスの後に低減され得る。たとえば、第3のチャネル構造の厚さ「c」は、30nmから50nmの範囲、好ましくは約40nmに縮小され得る。
本明細書において説明されている例の提示(さらには「など」、「たとえば」、「含む」、および同様のものとして言い表される節)は、主張されている主題を特定の例に限定するものとして解釈されるべきでなく、むしろ、これらの例は可能な多くの態様のうちのいくつかのみを例示することを意図されている。
さらに、本開示で使用されている「第1の」、「第2の」、および同様の語句は順次、数量、または重要度を表さないが、異なる構成要素を区別することのみを意図されている。「を備える」または「を含む」および同様の語句は、その語句の主語となる位置にある要素または対象語が、その語句およびその相当語句の後に列挙される要素または目的語を包含することができることを意味する。「を接続する」または「をリンクする」および同様の語句は、物理的または機械的接続に限定されないが、直接的または間接的のいずれかによる、電気的接続を含むことができる。
本開示は、前述の例示的な実施形態において説明され、例示されているけれども、本開示は例のみによりなされていること、および本開示の実施形態の詳細の多数の変更は、本開示の精神および範囲から逸脱することなくなされ得るものであり、次の請求項によってのみ制限される、ことは理解される。開示されている実施形態の特徴は、様々な方法で組み合わされ、再配置され得る。本開示の精神および範囲から逸脱することなく、本開示に対する修正形態、等価形態、または改善形態は、当業者に理解可能であり、本開示の範囲内に包含されることを意図されている。