立體垂直式存儲(chǔ)器的制造方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)一種新穎的立體垂直式存儲(chǔ)器的制造方法，其步驟包含將由多個(gè)絕緣介層與犧牲介層所構(gòu)成的一多層結(jié)構(gòu)分隔為一第一多層結(jié)構(gòu)與一第二多層結(jié)構(gòu)、將多層結(jié)構(gòu)中的犧牲介層替換為金屬介層、以及分別在兩多層結(jié)構(gòu)中制作出通道結(jié)構(gòu)。
【專(zhuān)利說(shuō)明】立體垂直式存儲(chǔ)器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明大體上涉及一種立體垂直式存儲(chǔ)器的制造方法，更具體言之，其涉及一種具有U形管通道結(jié)構(gòu)的立體垂直式存儲(chǔ)器的制造方法。
【背景技術(shù)】
[0002]對(duì)于傳統(tǒng)的平面式存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)而言，存儲(chǔ)單元(cell)中的柵極、源極、以及漏極等部件皆設(shè)置在同一平面上，故有效存儲(chǔ)單元的面積(一般為4F2，F(xiàn)為曝光機(jī)臺(tái)的極限)僅能依靠改變曝光機(jī)臺(tái)的曝光線寬(CD)來(lái)微縮化(scale down)，其存儲(chǔ)器單位面積下所能制作的存儲(chǔ)單元數(shù)目很難有突破性的成長(zhǎng)。特別是現(xiàn)今的存儲(chǔ)器制作工藝已進(jìn)入了線寬40納米(nm)以下的世代，具備如此線寬能力的曝光機(jī)臺(tái)所費(fèi)不貲，故制作工藝技術(shù)的開(kāi)發(fā)成本十分昂貴?，F(xiàn)今業(yè)界中有開(kāi)發(fā)出許多制作工藝，得以使用現(xiàn)有的曝光機(jī)臺(tái)制作出尺寸更為微縮的元件或結(jié)構(gòu)，然該些制作工藝大多相當(dāng)復(fù)雜，容易導(dǎo)致產(chǎn)品良率的下降，是為其一大缺點(diǎn)。再者，對(duì)于平面式存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)而言，當(dāng)尺寸微縮到一定程度以下時(shí)，相鄰存儲(chǔ)單元之間必定會(huì)有嚴(yán)重的干擾效應(yīng)，導(dǎo)致電性的劣化。上述諸多原因無(wú)疑對(duì)存儲(chǔ)器尺寸的微縮是一大阻礙。
[0003]鑒于現(xiàn)今平面式存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)在尺寸微縮方面已到達(dá)了瓶頸，業(yè)界遂開(kāi)始研究開(kāi)發(fā)立體垂直式的存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)，以期存儲(chǔ)器的存儲(chǔ)單元數(shù)目能有突破性的成長(zhǎng)。在立體垂直式存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)中，存儲(chǔ)器的控制柵呈垂直堆疊設(shè)置，故可以大幅地降低有效存儲(chǔ)單元所需的面積(一般為6F2/N，F(xiàn)為曝光機(jī)臺(tái)的極限，N為控制柵的疊層數(shù)目)，且其所使用的制作工藝皆可以現(xiàn)有的制作工藝機(jī)臺(tái)來(lái)進(jìn)行，無(wú)需投資巨額的成本在高階制作工藝機(jī)臺(tái)或是新技術(shù)上。
[0004]現(xiàn)今業(yè)界有兩種受矚目的立體垂直式存儲(chǔ)器技術(shù),一者為Pipe-shaped bit costscalable (P-BiCS,暫譯為管狀位成本尺寸可變式技術(shù))，一者為T(mén)erabit Cell ArrayTransistor (TCAT，暫譯為兆位存儲(chǔ)單元陣列晶體管)，目前該兩存儲(chǔ)器技術(shù)皆有其優(yōu)缺利弊所在。
[0005]就P-BiCS技術(shù)而言,其存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)請(qǐng)參考“2009Symposium on VLSI TechnologyDigest of Technical Papers”技術(shù)文摘中第 7_1 節(jié),標(biāo)題名為“Pipe-shaped BiCS FlashMemory with 16 Stacked Layers and Mult1-Level-Cell Operation for Ultra HighDensity Storage Devices”的技術(shù)論文中的FIG.2所示，存儲(chǔ)信號(hào)會(huì)從上層的來(lái)源線(source line, SL)經(jīng)由一 U形管狀的通道路徑(pipe connection, PC)傳至同樣位于上層的位線(bit line, BL),其沿途會(huì)經(jīng)過(guò)多個(gè)堆疊設(shè)置的控制柵(control gate, CG),達(dá)到數(shù)據(jù)存儲(chǔ)效果。P-BiCS技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)在于其來(lái)源線(source line, SL)設(shè)置在存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)的上層，故可使用金屬材料來(lái)制作，具有較低的阻質(zhì)。但是在現(xiàn)有的P-BiCS制作工藝中，其控制柵CG部分并無(wú)法使用金屬材質(zhì)來(lái)制作，故字符線的的RC值較高，對(duì)存儲(chǔ)器電性有不好的影響，且其于后續(xù)制作工藝中也不易進(jìn)行字符線(word line，WL)的接觸制作工藝。
[0006]另一方面，就TCAT技術(shù)而言，其存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)請(qǐng)參考“2009 Symposium on VLSITechnology Digest of Technical Papers”技術(shù)文摘中第 10A-1 節(jié)，標(biāo)題名為“Novel Vertical-Stacked-Array-Transistor(VSAT) for uItra-high-density and cost-effect NANDFlash memory devices and SSD (Solid State Drive) ”的技術(shù)論文中的 FIG.1 及 FIG.2 所示，存儲(chǔ)信號(hào)從底部的源極端來(lái)源線(SSL)往上經(jīng)過(guò)多層堆疊的控制柵CG結(jié)構(gòu)而到達(dá)位于上層的位線BL，達(dá)成數(shù)據(jù)存儲(chǔ)效果。TCAT技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)在于其制作工藝得以采用金屬材料來(lái)制作控制柵CG，故具有較低的字符線RC值。TCAT技術(shù)的缺點(diǎn)在于其來(lái)源線SL是形成在底部的多晶硅層上，無(wú)法以金屬材料來(lái)制作，故來(lái)源線SL的阻值較高，對(duì)存儲(chǔ)器電性有不好的影響。
[0007]是以，上述現(xiàn)行的兩種立體垂直式存儲(chǔ)器技術(shù)都仍有其制作工藝與結(jié)構(gòu)上先天的缺陷存在，如何改良并克服該些缺點(diǎn)是為所述【技術(shù)領(lǐng)域】的技術(shù)人員仍需努力研究的課題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]有鑒于上述先前技術(shù)中固有的諸項(xiàng)缺失，本案發(fā)明人遂特以提出了一種新穎的立體垂直式存儲(chǔ)器制作工藝方法，以此方法制得的存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)可兼具上述P-BiCS技術(shù)與TCAT技術(shù)的諸項(xiàng)優(yōu)點(diǎn)，改良了現(xiàn)有立體垂直式存儲(chǔ)器制作工藝的不足之處。
[0009]本發(fā)明的制作工藝方法以P-BiCS存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)，以替換方式在存儲(chǔ)單元中形成金屬控制柵，克服了 P-BiCS技術(shù)的缺點(diǎn)，并維持P-BiCS技術(shù)固有的優(yōu)點(diǎn)。
[0010]本發(fā)明的目的即在于提供一種新穎的立體垂直式存儲(chǔ)器制作方法，其步驟包含在一基底的犧牲底層上形成由多個(gè)絕緣介層與犧牲介層所交替層疊而成的一多層結(jié)構(gòu)、將該多層結(jié)構(gòu)分隔為一第一多層結(jié)構(gòu)及一第二多層結(jié)構(gòu)、在該第一多層結(jié)構(gòu)與該第二多層結(jié)構(gòu)周?chē)纬山^緣層包覆住該第一多層結(jié)構(gòu)與該第二多層結(jié)構(gòu)、形成多個(gè)通孔從第一多層結(jié)構(gòu)與第二多層結(jié)構(gòu)的頂面貫穿至底面、經(jīng)由該些通孔移除第一多層結(jié)構(gòu)與第二多層結(jié)構(gòu)中的犧牲介層以空出多個(gè)介層空間、經(jīng)由該些通孔在該些介層空間中形成金屬層、形成多個(gè)通孔從第一多層結(jié)構(gòu)與第二多層結(jié)構(gòu)的頂面貫穿至底面、經(jīng)由該些通孔移除基底上的犧牲底層，以空出一底部空間、以及在該些通孔及該底部空間中形成連通的通道結(jié)構(gòu)。
[0011]無(wú)疑地，本發(fā)明的這類(lèi)目的與其他目的在閱者讀過(guò)下文以多種圖示與繪圖來(lái)描述的較佳實(shí)施例細(xì)節(jié)說(shuō)明后將變得更為顯見(jiàn)。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0012]本說(shuō)明書(shū)含有附圖并于文中構(gòu)成了本說(shuō)明書(shū)的一部分，使閱者對(duì)本發(fā)明實(shí)施例有進(jìn)一步的了解。該些圖示描繪了本發(fā)明一些實(shí)施例并連同本文描述一起說(shuō)明了其原理。在該些圖示中:
[0013]圖1?圖12依序繪示出根據(jù)本發(fā)明較佳實(shí)施例中一新穎的立體垂直式存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)的制作流程示意圖；以及
[0014]圖13繪示出本發(fā)明立體垂直式存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)中的各金屬控制柵與一梳狀接觸結(jié)構(gòu)連接的示意圖。
[0015]需注意本說(shuō)明書(shū)中的所有圖示皆為圖例性質(zhì)。為了清楚與方便圖示說(shuō)明之故，圖示中的各部件在尺寸與比例上可能會(huì)被夸大或縮小地呈現(xiàn)。此外，圖中相同的參考符號(hào)大致上會(huì)用來(lái)標(biāo)示修改后或不同實(shí)施例中對(duì)應(yīng)或類(lèi)似的特征。[0016]主要元件符號(hào)說(shuō)明
[0017]100 基底
[0018]101 絕緣層
[0019]103 有源層
[0020]105 淺凹槽
[0021]107 犧牲底層
[0022]109 絕緣介層
[0023]111 犧牲介層
[0024]Illa 犧牲介層
[0025]Illb 犧牲介層
[0026]113 光致抗蝕劑
[0027]115 狹縫
[0028]117 層間介電層
[0029]119 支撐體結(jié)構(gòu)
[0030]121 通孔
[0031]123 介層空間
[0032]125 金屬層
[0033]125a 金屬層(選擇柵極)
[0034]127 金屬層
[0035]131 通孔
[0036]133 阻障層
[0037]135 底部空間
[0038]137 穿隧層
[0039]139 通道層
[0040]143 絕緣層
[0041]145 接觸洞
[0042]147 接觸插塞
[0043]149 來(lái)源線
[0044]151 接觸插塞
[0045]153 位線
[0046]161 字符線
[0047]163 字符線插塞
【具體實(shí)施方式】
[0048]在下文的細(xì)節(jié)描述中，元件符號(hào)會(huì)標(biāo)示在隨附的圖示中成為其中的一部分，并且以可實(shí)行該實(shí)施例的特例方式來(lái)表示及描述。這類(lèi)實(shí)施例會(huì)說(shuō)明足夠的細(xì)節(jié)以使該領(lǐng)域的一般技術(shù)人士得以具以實(shí)施。閱者需了解到本發(fā)明中也可利用其他的實(shí)施例或是在不悖離所述實(shí)施例的前提下作出結(jié)構(gòu)性、邏輯性、及電性上的改變。因此，下文的細(xì)節(jié)描述將不欲被視為是一種限定，反之，其中所包含的實(shí)施例將由隨附的權(quán)利要求來(lái)加以界定。再者，本發(fā)明通篇說(shuō)明書(shū)與隨附權(quán)利要求中會(huì)使用某些詞匯來(lái)指稱(chēng)特定的組成元件。該領(lǐng)域的技術(shù)人士將理解到，半導(dǎo)體元件制造商可能會(huì)以不同的名稱(chēng)來(lái)指稱(chēng)一相同的元件，如絕緣層與介電層等。
[0049]現(xiàn)在下文中將提供實(shí)施例并搭配圖示來(lái)說(shuō)明本發(fā)明的方法流程。其中，圖1?圖12依序繪示出根據(jù)本發(fā)明較佳實(shí)施例中一新穎的立體垂直式存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)(如一立體垂直式的NAND flash)的制作流程示意圖，該些圖中的部分視角方向，如正面與部分側(cè)面等，將以截面方式來(lái)表示其內(nèi)部的細(xì)部特征；圖13則繪示出本發(fā)明立體垂直式存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)中的各金屬控制柵與一梳狀接觸結(jié)構(gòu)連接的示意圖。
[0050]本發(fā)明的制作工藝方法為目前現(xiàn)有的U形管狀(U-shaped/pipe-shaped)立體垂直式存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)暨其制作方法的改良，其整合了前述先前技術(shù)中的P-BiCS存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)及TCAT存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)的諸多優(yōu)點(diǎn),可使用金屬材料來(lái)制作控制柵(control gate, CG)與來(lái)源線(source line, SL)等構(gòu)件,進(jìn)而解決現(xiàn)有垂直式存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)中字符線的RC值及來(lái)源線的阻質(zhì)過(guò)聞等問(wèn)題。
[0051]首先請(qǐng)參照?qǐng)D1，在流程初始，一基底100會(huì)被提供來(lái)作為本發(fā)明中立體垂直式存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)的設(shè)置基礎(chǔ)?；?00可為一單晶硅晶片或SOI類(lèi)似的基材?；?00上會(huì)依序形成有一絕緣層101及一有源層103，其中絕緣層101的材質(zhì)可為不導(dǎo)電的氧化硅(SiO2),其可隔絕下層的基底100與上層的有源層103，也可作為一蝕刻停止層之用。有源層103的材質(zhì)可為多晶硅，其可作為立體垂直式存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)的后柵極(back gate, BG)并可通過(guò)離子注入方式在其上形成特定的導(dǎo)電區(qū)域。本發(fā)明存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)中的U形管底部通道部位即會(huì)行經(jīng)有源層103以連接其上的所建構(gòu)出的兩垂直通道部位，此部分于后述實(shí)施例中將有具體的說(shuō)明。
[0052]為了于后續(xù)制作工藝中制作出U形管通道結(jié)構(gòu)的底部通道，有源層103上會(huì)先以光刻蝕刻制作工藝形成一淺凹槽105，作為底部通道的預(yù)設(shè)空間。淺凹槽105中會(huì)填滿一層犧牲底層107。此犧牲底層107的材質(zhì)可為氮化硅(SiN)，其在蝕刻制作工藝中與周?chē)嗑Ч璨馁|(zhì)的有源層103會(huì)具有高度的蝕刻選擇比，故有利于后續(xù)制作工藝中以蝕刻或化學(xué)機(jī)械研磨(CMP)方式將犧牲底層107移除。
[0053]在完成上述基部的設(shè)置后，犧牲底層107與有源層103的共同表面上會(huì)形成一多層結(jié)構(gòu)ML。此多層結(jié)構(gòu)ML所涵蓋的范圍從犧牲底層107延伸至周?chē)糠值挠性磳?03。在本發(fā)明實(shí)施例中，多層結(jié)構(gòu)ML是由多層的絕緣介層109與犧牲介層111交替堆疊設(shè)置而成，其材質(zhì)可分別為氧化硅(SiO2)及氮化硅(SiN)，兩者在蝕刻制作工藝中會(huì)具有高度的蝕刻選擇比，得以于后續(xù)制作工藝中選擇性地移除犧牲介層111。多層結(jié)構(gòu)ML的最頂層與最底層需為絕緣介層109，以分別與下方的有源層103及上方所預(yù)定形成的來(lái)源線(sourceline, SL)與位線(bit line, BL)結(jié)構(gòu)達(dá)到電性絕緣。在本發(fā)明中，多層結(jié)構(gòu)ML的疊層數(shù)可為8，16或32層以上。疊層的數(shù)目越多，單位面積下可制作出的有效存儲(chǔ)單元(cell)數(shù)目也就越多。在本發(fā)明的較佳實(shí)施例中，多層結(jié)構(gòu)ML中最頂層的犧牲介層Illa部位預(yù)定來(lái)形成選擇柵極結(jié)構(gòu)(select gate, SG),而其下方多個(gè)犧牲介層Illb則分別預(yù)定來(lái)形成控制柵極(control gate, CG) 0在較佳的情況下，犧牲介層Illa的厚度較厚,約為犧牲介層Illb厚度的兩到三倍。
[0054]接著請(qǐng)參照?qǐng)D2，在完成多層結(jié)構(gòu)ML的制作后，覆蓋一圖形化光致抗蝕劑113在多層結(jié)構(gòu)ML上并進(jìn)行一各向異性蝕刻制作工藝El來(lái)在多層結(jié)構(gòu)ML的中央蝕刻出一狹縫115。此各向異性蝕刻制作工藝El會(huì)在多層結(jié)構(gòu)ML底部的犧牲底層107上停止。如此，多層結(jié)構(gòu)ML會(huì)被拆分為一第一多層結(jié)構(gòu)MLl及一第二多層結(jié)構(gòu)ML2。在本發(fā)明中，上述拆分動(dòng)作的目的除了在于將多層結(jié)構(gòu)ML拆為兩部位以分別供作為U形管通道結(jié)構(gòu)的左右兩垂直通道部位的設(shè)置基礎(chǔ)，在另一方面，狹縫115的形成也使得后續(xù)狹縫115中可填入介層材質(zhì)以形成一共同的支撐體結(jié)構(gòu)，以利后續(xù)U形管通道結(jié)構(gòu)的制作，其于后述圖3的實(shí)施例中將有具體的說(shuō)明。
[0055]現(xiàn)在請(qǐng)參照?qǐng)D3。在蝕刻出狹縫115后，接著進(jìn)行一沉積制作工藝在兩多層結(jié)構(gòu)MLl及ML2周?chē)采w上層間介電層(ILD) 117。層間介電層117的材質(zhì)可與多層結(jié)構(gòu)ML中的絕緣介層109材質(zhì)相同，如氧化硅(SiO2)，使得層間介電層117與各絕緣介層109結(jié)合共構(gòu)成一支撐體結(jié)構(gòu)119。為圖示簡(jiǎn)明之故，圖3以后的圖示將不再以邊線來(lái)區(qū)隔層間介電層117與兩多層結(jié)構(gòu)MLl及ML2，僅以一支撐體結(jié)構(gòu)119來(lái)概括之。形成此支撐體結(jié)構(gòu)119的意義在于其可于后續(xù)犧牲介層111的替換步驟及U形管通道各構(gòu)件的制作步驟中作為一支撐結(jié)構(gòu)之用。
[0056]需注意者，在本發(fā)明實(shí)施例中，各絕緣介層109的周?chē)鷮?shí)際上都是為層間介電層117所掩蓋，絕緣介層109是被包覆在支撐體結(jié)構(gòu)119中，如圖3中的虛線所示。為方便說(shuō)明之故，圖3以后的圖示暨其實(shí)施例說(shuō)明都將如圖3所示般略去絕緣介層109周?chē)糠值膶娱g介電層117，以截面方式清楚地表示出多層結(jié)構(gòu)ML中的細(xì)部特征。
[0057]接著請(qǐng)參照?qǐng)D4，在形成共同的支撐體結(jié)構(gòu)119后，兩多層結(jié)構(gòu)MLl與ML2上會(huì)分別形成多個(gè)通孔121貫穿整個(gè)多層結(jié)構(gòu)。在較佳的情況下，通孔121以沿著圖4中的X軸方向排列為佳，且多層結(jié)構(gòu)MLl中的每一通孔都會(huì)與另一多層結(jié)構(gòu)ML2中的一通孔對(duì)應(yīng)，以分別作為U形管通道結(jié)構(gòu)中的左右兩垂直通道部位。通孔121可使用光刻制作工藝以及反應(yīng)性離子蝕刻(RIE)制作工藝來(lái)形成，其會(huì)貫穿由犧牲介層111與絕緣介層109所構(gòu)成的多層結(jié)構(gòu)MLl與ML2，直至最底部的絕緣介層109為止。需注意，為了清楚表示出多層結(jié)構(gòu)ML1/ML2中的細(xì)部特征之故，圖中省略了通孔121周?chē)糠值臓奚閷?11，以截面方式表示出通孔121內(nèi)部的情況。在實(shí)際中，通孔121是完全為犧牲介層111以及絕緣介層109所圍繞的。
[0058]接著請(qǐng)參照?qǐng)D5，在多層結(jié)構(gòu)中形成通孔121后，位于各絕緣介層109之間的犧牲介層111會(huì)以一蝕刻制作工藝E2來(lái)加以移除，留下具有多個(gè)介層空間123的支撐體結(jié)構(gòu)119。上述的蝕刻制作工藝E2可為一采用熱磷酸的濕蝕刻制作工藝，在蝕刻中，熱磷酸會(huì)經(jīng)由通孔121向下流經(jīng)支撐體結(jié)構(gòu)119中的各犧牲介層111，氮化硅(SiN)材質(zhì)的犧牲介層111可與熱磷酸反應(yīng)而被蝕去，進(jìn)而在支撐體結(jié)構(gòu)119內(nèi)部留下多個(gè)交替間隔排列、并由通孔121上下連通的介層空間123。
[0059]接下來(lái)請(qǐng)參照?qǐng)D6，上述步驟所形成的介層空間123中會(huì)被填入金屬材質(zhì)，其經(jīng)由上下連通各介層空間123的通孔121來(lái)填入如鎢、鈦、鈷、鎳或是其合金等材料，以在介層空間123中形成金屬層125結(jié)構(gòu)，如此即完成了以金屬材質(zhì)替換原先氮化硅材質(zhì)的犧牲介層111的動(dòng)作。此金屬層125為后續(xù)用來(lái)制作金屬控制柵(metal CG)暨其內(nèi)部的阻擋層(barrier)、存儲(chǔ)層(storage layer)、穿隧層(tunnel)、及通道層(channel)等結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)。在形成金屬層125后，支撐體結(jié)構(gòu)119上方所沉積形成的金屬層127會(huì)以一回蝕或化學(xué)機(jī)械研磨制作工藝來(lái)將其移除。需注意，本圖中為清楚表示出通孔部位中所形成的材質(zhì)之故，通孔121的周?chē)课挥胁糠值慕饘賹?25在圖中被省略。實(shí)際中，本步驟所形成的金屬層125填滿了各個(gè)介層空間123，包括通孔121。圖6以后的圖示都將以此方式來(lái)表示通孔內(nèi)部的細(xì)節(jié)特征。
[0060]本發(fā)明通過(guò)支撐體結(jié)構(gòu)119以及通孔121來(lái)達(dá)成金屬層的置換。金屬材質(zhì)的控制柵會(huì)較現(xiàn)有技術(shù)中多晶硅材質(zhì)的控制柵具有較低的阻值，有利于整體存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)的電性表現(xiàn)。
[0061]接著請(qǐng)參照?qǐng)D7，在各介層空間123中形成有金屬層125的情況下，接下來(lái)的步驟仿同圖4，兩多層結(jié)構(gòu)MLl與ML2中原先形成通孔121的位置處會(huì)再次形成多個(gè)垂直的通孔131。通孔131可使用反應(yīng)性離子蝕刻(RIE)等各向異性蝕刻制作工藝來(lái)形成，其貫穿由絕緣介層109與金屬層125所形成的多層結(jié)構(gòu)MLl與ML2，直至底部的犧牲底層107為止。如此，各金屬層125中會(huì)具有上下連通的通孔131從支撐體結(jié)構(gòu)119的頂面貫穿至底面，以進(jìn)行后續(xù)U形通道管結(jié)構(gòu)的制作。
[0062]同樣請(qǐng)參照?qǐng)D7，在形成通孔131后，接著在通孔131的側(cè)壁上形成一層薄阻障層133。阻障層133的材質(zhì)可為多晶硅，其用作為金屬層125與后續(xù)制作工藝中于通孔內(nèi)部所形成的其他層結(jié)構(gòu)(如穿隧層或通道層)之間的阻障結(jié)構(gòu)。其形成方式可例如為先全面性沉積一阻障層材料，再回蝕刻去除部分的阻障層材料，使各通孔131的側(cè)壁上形成此層薄阻障層133。從圖中的左半部位以截面方式表示出阻障層133沿著金屬層125中通孔131的內(nèi)側(cè)壁分布，右半部位則表示出阻障層133為圍繞在通孔131周?chē)墓軤畋∧そY(jié)構(gòu)。
[0063]接下來(lái)，同樣請(qǐng)參照?qǐng)D7，在形成管狀的阻障層133后，仿同前述圖5的步驟，進(jìn)行一蝕刻制作工藝E3經(jīng)由通孔131來(lái)蝕去支撐體結(jié)構(gòu)119底部的犧牲底層107。上述的蝕刻制作工藝E3可為一采用熱磷酸的濕蝕刻制作工藝,在蝕刻中，熱磷酸會(huì)經(jīng)由通孔131向下流至底部的犧牲底層107，氮化硅(SiN)材質(zhì)的犧牲底層107可與熱磷酸反應(yīng)而被蝕去，進(jìn)而在支撐體結(jié)構(gòu)119底部空出一淺凹槽形狀的底部空間135。此底部空間135將于后續(xù)制作工藝中用來(lái)形成U形管結(jié)構(gòu)的水平通道部位，以連接左右兩邊的垂直通道部位。需注意為說(shuō)明方便之故，圖7中同時(shí)表示出底部空間135與犧牲底層107存在的情形。實(shí)際上在上述步驟完成后，犧牲底層107會(huì)被完全蝕去，而空出整個(gè)底部空間135。
[0064]接著請(qǐng)參照?qǐng)D8，在完成上述結(jié)構(gòu)后，接下來(lái)在管狀的阻障層133內(nèi)側(cè)壁以及底部空間135的周?chē)诿嫔闲纬梢粚哟┧韺?37。上述穿隧層137可為一穿隧氧化層-存儲(chǔ)層-穿隧氧化層的復(fù)合層結(jié)構(gòu)，如氧化硅-氮化硅-氧化硅(ONO)復(fù)合層結(jié)構(gòu)，其從外圍的阻障層133依序往通孔內(nèi)部方向分布。該存儲(chǔ)層的材質(zhì)也可使用氧化鋁(Al2O3)。其中，穿隧層137中的氮化硅層受到內(nèi)側(cè)與外側(cè)不導(dǎo)電的氧化硅層所包覆，形成一如同管狀電容的結(jié)構(gòu)。在此設(shè)置下，氮化硅層可作為整個(gè)U形管狀立體垂直式存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)的存儲(chǔ)層，內(nèi)側(cè)與外側(cè)的氧化硅層則作為氮化硅層與外部層結(jié)構(gòu)之間的絕緣層。如此，除了頂層以外的每一金屬層125即可視為是一金屬控制柵來(lái)控制所環(huán)接的存儲(chǔ)層(即穿隧層137復(fù)合層結(jié)構(gòu)中的氮化硅層)中所存儲(chǔ)的電荷的釋放與否，進(jìn)而達(dá)成數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的效果。需注意上述的管狀穿隧層137延伸連接至下方底部空間135中壁面上所形成的穿隧層137。
[0065]同樣請(qǐng)參照?qǐng)D8，在前述形成穿隧層137的步驟后，接下來(lái)在通孔131及剩余的底部空間135中填滿導(dǎo)電材料以形成一通道層139，如一 η型或ρ型的多晶硅層。此通道層139會(huì)為穿隧層137結(jié)構(gòu)所包覆，兩者共同從支撐體結(jié)構(gòu)119頂面的通孔往下延伸經(jīng)過(guò)底部空間135而連往另一側(cè)的通孔，形成了一 U形管的通道結(jié)構(gòu)。在左右兩垂直通道部位中，除了頂層的金屬層分別預(yù)定作為源極端以及漏極端的選擇柵極，其余各金屬層125圍繞著所經(jīng)過(guò)的穿隧層137及通道層139，以作為個(gè)別的金屬控制柵(CG)來(lái)控制數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)。以圖中所示的多層結(jié)構(gòu)為例，一個(gè)U形管通道結(jié)構(gòu)將會(huì)通過(guò)八個(gè)金屬層125，意即代表在單一的U形管通道結(jié)構(gòu)的構(gòu)成面積下可作成六個(gè)存儲(chǔ)單元(Cell)結(jié)構(gòu)，是為一相當(dāng)高密度的立體垂直式存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)。另一方面，如圖8所示，于U形管通道結(jié)構(gòu)完成后需進(jìn)行一化學(xué)機(jī)械研磨(CMP)制作工藝，使得垂直管狀通道結(jié)構(gòu)與支撐體結(jié)構(gòu)119頂面齊平。
[0066]接下來(lái)請(qǐng)參照?qǐng)D9，在完成前述U形管通道結(jié)構(gòu)的制作后，接著即是進(jìn)行選擇柵極以及接觸插塞的制作。在本發(fā)明中，源極端與漏極端的選擇柵以及接觸插塞是先后制作。首先，在整個(gè)支撐體結(jié)構(gòu)119上形成一絕緣層143。絕緣層143的材質(zhì)可為四氧乙基硅酯(Tetra-Ethy1-Ortho-SiIicate, TE0S)或氧化娃,其用以隔絕選擇柵與其上方所要形成的來(lái)源線(SL)及位線(BL)等結(jié)構(gòu)。接著，在多層結(jié)構(gòu)MLl上方的絕緣層143中形成多個(gè)接觸洞145，每一接觸洞145分別對(duì)應(yīng)到一 U形管通道結(jié)構(gòu)的左側(cè)垂直通道。利用各接觸洞145進(jìn)行一回蝕刻制作工藝，以將最上層的金屬層(即選擇柵極)125a部位通孔中的通道層139移除，然后依序利用例如氫氟酸以及磷酸移除暴露出的穿隧層137復(fù)合層結(jié)構(gòu)中的氧化硅層以及氮化硅層，使得選擇柵極的通孔僅保留阻障層133以及原穿隧層137中最外側(cè)的氧化硅層，該氧化硅層作為選擇柵極介電層。
[0067]接著，如圖10所示，在金屬層(即選擇柵極)125a部位的通孔及其上方的接觸洞145中填滿導(dǎo)電材料,如一 η型或ρ型的多晶娃層，以形成一接觸插塞147。接觸插塞147用以連接下方的選擇柵極以及后續(xù)上方所形成的來(lái)源線。
[0068]接著，如圖11所示，于絕緣層143上形成一來(lái)源線(SL) 149，其與下方多個(gè)接觸插塞147電連接，如此，即完成源極端選擇柵極(SGS)以及來(lái)源線的制作。需注意，為清楚表達(dá)來(lái)源線149與接觸插塞147之間的連結(jié)關(guān)系，圖11中并未表示出多層結(jié)構(gòu)ML上方的絕緣層143。就本發(fā)明設(shè)計(jì)而言，存儲(chǔ)信號(hào)可經(jīng)由來(lái)源線149傳入U(xiǎn)形管狀通道結(jié)構(gòu)中，并在途中與最外圍作為控制柵的金屬層125產(chǎn)生電場(chǎng)，使得中介的穿隧層137中產(chǎn)生電荷。該些電荷會(huì)被固限在穿隧層137中，達(dá)成數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的效果。在本發(fā)明實(shí)施例中，由于U形管狀通道結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，來(lái)源線149會(huì)設(shè)置在整體結(jié)構(gòu)的上方，故其可以金屬材料來(lái)制作，如鎢、鈦、鈷、鎳或是其合金等材料，有別于現(xiàn)有技術(shù)中以摻雜多晶硅的方式來(lái)制作，故其具有較低的阻值，有利于整體存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)的電性表現(xiàn)。
[0069]接下來(lái)請(qǐng)參照?qǐng)D12，在完成前述源極端選擇柵極(SGS)以及來(lái)源線(SL) 149的制作后，接著即是進(jìn)行漏極端選擇柵極(SGD)以及位線(BL)的制作。如同前述制作來(lái)源線149的步驟，在多層結(jié)構(gòu)ML2上方的絕緣層143中形成多個(gè)接觸洞，每一接觸洞分別對(duì)應(yīng)到一 U形管通道結(jié)構(gòu)的右側(cè)垂直通道。利用各接觸洞進(jìn)行一回蝕刻制作工藝，將最上層的金屬層(即漏極端選擇柵極)125a部位的通道層139與穿隧層137移除，并在選擇柵極125a部位的通孔及其上方的接觸洞中填入接觸插塞151。接著，在絕緣層143上形成多位線(BL) 153，其中每一位線153與下方的一接觸插塞151電連接，如此，即完成漏極端選擇柵極(SOT)以及位線(BL)的制作。需注意，為清楚表達(dá)來(lái)源線149與接觸插塞151之間的連結(jié)關(guān)系，圖12中并未表示出多層結(jié)構(gòu)ML上方的絕緣層143。如此，從來(lái)源線149傳來(lái)的存儲(chǔ)信號(hào)便可經(jīng)由U形管通道結(jié)構(gòu)傳至對(duì)應(yīng)的位線153，如圖中的箭頭所示。上述位線153的制作步驟可包含先形成一層導(dǎo)體材料層，如一金屬層，之后再以光刻蝕刻制作工藝將該導(dǎo)體材料層圖形化為多條位線153。在本發(fā)明其他實(shí)施例中，位線153也可與下方的來(lái)源線149重疊，兩者間隔有一絕緣層。
[0070]在本發(fā)明較佳實(shí)施例中，支撐體結(jié)構(gòu)119中的金屬層125(金屬控制柵)可自支撐體結(jié)構(gòu)119向外延伸至兩側(cè)來(lái)進(jìn)行接觸(Contact)制作工藝。如圖13所示，延伸至兩側(cè)的多層結(jié)構(gòu)MLl或ML2會(huì)設(shè)計(jì)成階梯狀的疊層態(tài)樣，其中，越下層的金屬層125會(huì)比較上層的金屬層125向外延伸至更外側(cè)的位置處。如此，各金屬層125上進(jìn)行接觸的區(qū)域?qū)⒉粫?huì)重疊，并可分別對(duì)應(yīng)到一字符線161位置。以如此設(shè)置，多條平行排列的字符線161皆可分別通過(guò)一字符線插塞163來(lái)與多層結(jié)構(gòu)MLl或ML2中的一金屬層125電連接。需注意本實(shí)施例為了說(shuō)明方便之故而將字符線插塞163周?chē)慕殡妼与[去。在實(shí)際中，字符線插塞163是通過(guò)在該介電層中所形成的接觸洞中填入金屬材質(zhì)而制成。
[0071]承上述實(shí)施例，由于本發(fā)明存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)中的控制柵極(即金屬層125)是采用金屬材料來(lái)制作，其于蝕刻制作工藝中具有較高的蝕刻選擇比，故僅使用單道的蝕刻制作工藝就可在介電層中形成深淺不一的接觸洞結(jié)構(gòu)，進(jìn)而達(dá)成上述本實(shí)施例中的階梯狀字符線接觸態(tài)樣，是為一高裕度、低制作成本的接觸制作工藝。
[0072]以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例，凡依本發(fā)明權(quán)利要求所做的均等變化與修飾，皆應(yīng)屬本發(fā)明的涵蓋范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種立體垂直式存儲(chǔ)器的制造方法，其步驟包含: 提供一基底，該基底具有一犧牲底層； 在該犧牲底層上形成由多個(gè)絕緣介層與多個(gè)犧牲介層所交替層疊而成的一多層結(jié)構(gòu)； 將該多層結(jié)構(gòu)分隔為一第一多層結(jié)構(gòu)及一第二多層結(jié)構(gòu)； 在該第一多層結(jié)構(gòu)與該第二多層結(jié)構(gòu)周?chē)纬山^緣層包覆住該第一多層結(jié)構(gòu)與該第二多層結(jié)構(gòu)； 形成多個(gè)通孔分別從該第一多層結(jié)構(gòu)與該第二多層結(jié)構(gòu)的頂面貫穿至底面； 經(jīng)由該些通孔移除該第一多層結(jié)構(gòu)與該第二多層結(jié)構(gòu)中的該些犧牲介層，以空出多個(gè)介層空間； 經(jīng)由該些通孔在該些介層空間及該些通孔中形成金屬層； 移除該些通孔中的金屬層； 經(jīng)由該些通孔移除該犧牲底層，以空出一底部空間；以及 在該些通孔及該底部空間中形成連通的通道結(jié)構(gòu)。
2.如權(quán)利要求1所述的立體垂直式存儲(chǔ)器的制造方法，其中形成該通道結(jié)構(gòu)的步驟包含依序在該些通孔的側(cè)壁上形成阻障層、穿隧層、及通道層。
3.如權(quán)利要求2所述的立體垂直式存儲(chǔ)器的制造方法，其中該阻障層為一多晶硅層。
4.如權(quán)利要求2所述的立體垂直式存儲(chǔ)器的制造方法，其中該穿隧層為一穿隧氧化層-存儲(chǔ)層-穿隧氧化層的復(fù)合層結(jié)構(gòu)。
5.如權(quán)利要求4所述的立體垂直式存儲(chǔ)器的制造方法，其中該存儲(chǔ)層的材質(zhì)包含氮化硅(SiN)或氧化鋁(Al2O3)。
6.如權(quán)利要求4所述的立體垂直式存儲(chǔ)器的制造方法，其中該穿隧氧化層的材質(zhì)為氧化硅(SiO2)。
7.如權(quán)利要求4所述的立體垂直式存儲(chǔ)器的制造方法，其中該通道層為一η型或P型的多晶硅層。
8.如權(quán)利要求1所述的立體垂直式存儲(chǔ)器的制造方法，其中該第一多層結(jié)構(gòu)與該第二多層結(jié)構(gòu)的最上層的該些介層空間中所形成的該金屬層作為選擇柵極，該第一多層結(jié)構(gòu)上的選擇柵極為源極端選擇柵極，該第二多層結(jié)構(gòu)上的選擇柵極為漏極端選擇柵極。
9.如權(quán)利要求8所述的立體垂直式存儲(chǔ)器的制造方法，還包含在形成該通道結(jié)構(gòu)后移除該些選擇柵極部位的該些通孔中的部分該穿隧層及該通道層，以填入接觸插塞。
10.如權(quán)利要求9所述的立體垂直式存儲(chǔ)器的制造方法，還包含在填入該些接觸插塞后在該第一多層結(jié)構(gòu)與該第二多層結(jié)構(gòu)上方分別形成一條來(lái)源線與多條位線，其中該來(lái)源線與該第一多層結(jié)構(gòu)上的該些接觸插塞電連接，每一該位線分別與該第二多層結(jié)構(gòu)上的一該接觸插塞電連接。
11.如權(quán)利要求10所述的立體垂直式存儲(chǔ)器的制造方法，其中該來(lái)源線的材質(zhì)包含鎢、鈦、鈷、鎳或是其合金等金屬材質(zhì)。
12.如權(quán)利要求10所述的立體垂直式存儲(chǔ)器的制造方法，其中該位線的材質(zhì)包含鎢、鈦、鈷、鎳或是其合金等金屬材質(zhì)。
13.如權(quán)利要求1所述的立體垂直式存儲(chǔ)器的制造方法，其中該第一多層結(jié)構(gòu)與該第二多層結(jié)構(gòu)的最上層以外的該些介層空間中所形成的該些金屬層作為控制柵極。
14.如權(quán)利要求1所述的立體垂直式存儲(chǔ)器的制造方法，其中該些通孔是以反應(yīng)性離子蝕刻制作工藝形成。
15.如權(quán)利要求1所述的立體垂直式存儲(chǔ)器的制造方法，其中該犧牲介層或該犧牲底層是以采用熱磷酸的濕蝕刻制作工藝來(lái)移除。
16.如權(quán)利要求1所述的立體垂直式存儲(chǔ)器的制造方法，還包含將該些金屬層延伸為階梯狀的疊層，以分別通過(guò)一字符線插塞與一字符線電連接。
17.如權(quán)利要求1所述的立體垂直式存儲(chǔ)器的制造方法，其中該第一多層結(jié)構(gòu)與該第二多層結(jié)構(gòu)的最上層的犧牲介層厚度約為下方其余犧牲介層厚度的兩到三倍。
【文檔編號(hào)】H01L21/8247GK103545262SQ201210262579
【公開(kāi)日】2014年1月29日 申請(qǐng)日期:2012年7月26日 優(yōu)先權(quán)日:2012年7月11日
【發(fā)明者】林昭維, 陳輝煌, 陳志遠(yuǎn) 申請(qǐng)人:力晶科技股份有限公司