本公開(kāi)內(nèi)容涉及半導(dǎo)體裝置和用于半導(dǎo)體裝置的制造工藝。

背景技術(shù)：

1、半導(dǎo)體裝置(例如，存儲(chǔ)器裝置)可具有各種結(jié)構(gòu)以增加芯片上的存儲(chǔ)器單元和線的密度。例如，三維(3d)存儲(chǔ)器裝置是有吸引力的，因?yàn)樗鼈兡軌蛲ㄟ^(guò)在類(lèi)似的占用空間內(nèi)堆疊更多的層來(lái)增加陣列密度。3d存儲(chǔ)器裝置通常包括存儲(chǔ)器單元的存儲(chǔ)器陣列和用于促進(jìn)存儲(chǔ)器陣列的操作的外圍電路。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本公開(kāi)內(nèi)容描述了用于半導(dǎo)體裝置(例如，3d存儲(chǔ)器裝置)中的合并方案的方法、裝置、系統(tǒng)和技術(shù)。

2、本公開(kāi)內(nèi)容的一方面的特征在于一種包括半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體裝置。半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)包括沿第一方向彼此交替的導(dǎo)電層和絕緣層的堆疊體。半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)可以包括陣列區(qū)域和在垂直于第一方向的第二方向上與陣列區(qū)域相鄰的連接區(qū)域。半導(dǎo)體裝置還包括沿第一方向延伸穿過(guò)連接區(qū)域的多個(gè)觸點(diǎn)結(jié)構(gòu)。導(dǎo)電層與絕緣層的堆疊體中的每個(gè)導(dǎo)電層耦合到多個(gè)觸點(diǎn)結(jié)構(gòu)中的對(duì)應(yīng)觸點(diǎn)結(jié)構(gòu)且與多個(gè)觸點(diǎn)結(jié)構(gòu)中的一個(gè)或多個(gè)其他觸點(diǎn)結(jié)構(gòu)隔離。多個(gè)觸點(diǎn)結(jié)構(gòu)中的每個(gè)觸點(diǎn)結(jié)構(gòu)包括主體和延伸超出主體的頭部。頭部的端部與主體的端部接觸。主體的端部比頭部的端部寬。

3、在一些實(shí)施方式中，頭部的形狀類(lèi)似于截頭錐體，并且頭部的直徑沿第一方向從頭部的表面到頭部的端部逐漸減小。

4、在一些實(shí)施方式中，主體包括外層、內(nèi)層、以及在外層和內(nèi)層之間的中間層。頭部包括外層、內(nèi)層、以及在外層與內(nèi)層之間的中間層。主體的外層、主體的中間層、和主體的內(nèi)層分別與頭部的外層、頭部的中間層和頭部的內(nèi)層連續(xù)連接。

5、在一些實(shí)施方式中，主體的外層包括高k電介質(zhì)材料，主體的中間層包括氮化鈦材料，主體的內(nèi)層包括導(dǎo)電材料，頭部的外層包括高k電介質(zhì)材料，頭部的中間層包括氮化鈦材料，并且頭部的內(nèi)層包括導(dǎo)電材料。

6、在一些實(shí)施方式中，頭部的外層、頭部的中間層和頭部的內(nèi)層在端部中被填充，并且主體包括由主體的內(nèi)層圍繞的中空區(qū)域。

7、在一些實(shí)施方式中，觸點(diǎn)結(jié)構(gòu)延伸穿過(guò)導(dǎo)電層和絕緣層的堆疊體的一組導(dǎo)電層。觸點(diǎn)結(jié)構(gòu)與一組導(dǎo)電層中的一個(gè)導(dǎo)電層接觸，所述一個(gè)導(dǎo)電層在一組導(dǎo)電層當(dāng)中最靠近觸點(diǎn)結(jié)構(gòu)的頭部。包括電介質(zhì)材料的觸點(diǎn)間隔物位于觸點(diǎn)結(jié)構(gòu)和一組導(dǎo)電層中與觸點(diǎn)結(jié)構(gòu)隔離的一個(gè)或多個(gè)其他導(dǎo)電層之間。

8、在一些實(shí)施方式中，保護(hù)層包括第一部分，所述第一部分沿第一方向延伸并覆蓋一組導(dǎo)電層和在一組導(dǎo)電層之間的一個(gè)或多個(gè)絕緣層的一側(cè)。保護(hù)層還包括第二部分，所述第二部分沿第二方向與一個(gè)導(dǎo)電層平行并接觸地延伸。

9、在一些實(shí)施方式中，觸點(diǎn)結(jié)構(gòu)的主體通過(guò)連接部分連接到一個(gè)導(dǎo)電層。連接部分包括與觸點(diǎn)結(jié)構(gòu)的主體和所述一個(gè)導(dǎo)電層相同的材料。連接部分與所述一個(gè)導(dǎo)電層、保護(hù)層的第二部分、以及位于觸點(diǎn)結(jié)構(gòu)的主體與一個(gè)導(dǎo)電層之間的觸點(diǎn)間隔物接觸。

10、在一些實(shí)施方式中，半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)包括沿第一方向依次堆疊在一起的一個(gè)或多個(gè)層疊體(deck)。觸點(diǎn)結(jié)構(gòu)的主體包括沿第一方向依次連接在一起的一個(gè)或多個(gè)區(qū)段。一個(gè)或多個(gè)區(qū)段中的每一個(gè)區(qū)段被成形為類(lèi)似截頭錐體且對(duì)應(yīng)于半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的一個(gè)或多個(gè)層疊體中的相應(yīng)層疊體。

11、在一些實(shí)施方式中，主體的一個(gè)或多個(gè)區(qū)段中的每一個(gè)具有沿第一方向逐漸減小的直徑。

12、在一些實(shí)施方式中，半導(dǎo)體裝置還包括柵極線縫隙和溝道結(jié)構(gòu)，柵極線縫隙和溝道結(jié)構(gòu)都沿第一方向延伸穿過(guò)半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)。

13、在一些實(shí)施方式中，溝道結(jié)構(gòu)包括陣列區(qū)域中的第一溝道結(jié)構(gòu)和連接區(qū)域中的第二溝道結(jié)構(gòu)。

14、在一些實(shí)施方式中，觸點(diǎn)結(jié)構(gòu)的端部是第一端。觸點(diǎn)結(jié)構(gòu)包括沿第一方向與第一端相反的第二端。觸點(diǎn)結(jié)構(gòu)從半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)耦合到第一端或第二端處的外部導(dǎo)電觸點(diǎn)。

15、本公開(kāi)內(nèi)容的另一方面的特征在于一種方法，該方法包括提供半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，所述半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)包括沿第一方向彼此交替的犧牲層和絕緣層。半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)包括在第一方向上依次堆疊的一個(gè)或多個(gè)層疊體。一個(gè)或多個(gè)層疊體中的每個(gè)層疊體包括犧牲層和絕緣層的子集。半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)包括陣列區(qū)域和在垂直于第一方向的第二方向上與陣列區(qū)域相鄰的連接區(qū)域。該方法還包括：a)在陣列區(qū)域中形成第一柵極線孔，b)在連接區(qū)域中形成第二柵極線孔和觸點(diǎn)孔，c)在陣列區(qū)域中形成第一溝道孔，以及d)在連接區(qū)域中形成第二溝道孔。第一柵極線孔、第二柵極線孔、觸點(diǎn)孔、第一溝道孔和第二溝道孔沿第一方向延伸穿過(guò)半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)。在相同的蝕刻工藝期間形成一個(gè)或多個(gè)層疊體的每個(gè)層疊體中的第一柵極線孔、第二柵極線孔、觸點(diǎn)孔、第一溝道孔和第二溝道孔。

16、在一些實(shí)施方式中，使用單個(gè)蝕刻掩模形成第一柵極線孔、第二柵極線孔、第一溝道孔、第二溝道孔和觸點(diǎn)孔。

17、在一些實(shí)施方式中，犧牲層中的每一個(gè)包括氮化硅，且絕緣層中的每一個(gè)包括氧化硅。

18、在一些實(shí)施方式中，第一柵極線孔和第二柵極線孔中的每個(gè)柵極線孔具有圓形或橢圓形的截面。

19、在一些實(shí)施方式中，一個(gè)或多個(gè)層疊體的每個(gè)層疊體中的觸點(diǎn)孔包括沿第一方向逐漸變細(xì)的截頭錐體。

20、在一些實(shí)施方式中，連接區(qū)域包括隔離結(jié)構(gòu)，并且保護(hù)層形成在隔離結(jié)構(gòu)和犧牲層之間。

21、在一些實(shí)施方式中，隔離結(jié)構(gòu)具有階梯狀形狀。

22、在一些實(shí)施方式中，隔離結(jié)構(gòu)包括氧化硅，并且保護(hù)層包括氮摻雜碳化物(ndc)材料。

23、在一些實(shí)施方式中，該方法還包括用多晶硅材料填充第一溝道孔、第二溝道孔、第一柵極線孔、第二柵極線孔和觸點(diǎn)孔。

24、在一些實(shí)施方式中，該方法還包括在第一溝道孔和第二溝道孔中形成溝道結(jié)構(gòu)。

25、在一些實(shí)施方式中，該方法還包括使用第一蝕刻劑蝕刻并凹陷由觸點(diǎn)孔暴露的犧牲層，所述第一蝕刻劑對(duì)犧牲層的蝕刻速率比對(duì)保護(hù)層的蝕刻速率快。該方法還包括在每個(gè)觸點(diǎn)孔中形成觸點(diǎn)間隔物層。觸點(diǎn)間隔物層與凹陷的犧牲層接觸。該方法還包括使用第二蝕刻劑蝕刻并凹陷由每個(gè)觸點(diǎn)孔暴露的保護(hù)層，所述第二蝕刻劑在每個(gè)觸點(diǎn)孔中對(duì)保護(hù)層的蝕刻速率比對(duì)觸點(diǎn)間隔物層的蝕刻速率快。

26、在一些實(shí)施方式中，觸點(diǎn)間隔物層包括氧化硅。

27、在一些實(shí)施方式中，該方法還包括用犧牲材料填充觸點(diǎn)孔。該方法還包括拋光半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的頂表面并在半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的頂表面上沉積隔離層。

28、在一些實(shí)施方式中，隔離層的深度為約100納米(nm)。

29、在一些實(shí)施方式中，該方法還包括在隔離層中為第一柵極線孔和第二柵極線孔中的每一個(gè)形成柵極線開(kāi)口，以暴露第一柵極線孔和第二柵極線孔。該方法還包括去除第一柵極線孔和第二柵極線孔中的多晶硅材料。該方法還包括擴(kuò)大第一柵極線孔和第二柵極線孔以形成在第二方向上延伸的多個(gè)柵極線溝槽。多個(gè)柵極線溝槽中的每一個(gè)包括沿第二方向彼此連接的一系列擴(kuò)大的柵極線孔。

30、在一些實(shí)施方式中，該方法還包括將多個(gè)柵極線溝槽中的每個(gè)柵極線溝槽的底表面氧化。底表面在半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的襯底中。

31、在一些實(shí)施方式中，該方法還包括在隔離層中為觸點(diǎn)孔中的每個(gè)觸點(diǎn)孔形成觸點(diǎn)開(kāi)口。觸點(diǎn)開(kāi)口的寬度小于觸點(diǎn)孔的寬度。該方法還包括去除觸點(diǎn)孔中的犧牲材料。

32、在一些實(shí)施方式中，觸點(diǎn)開(kāi)口的寬度為約40nm。

33、在一些實(shí)施方式中，該方法還包括去除半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)中的犧牲層。

34、在一些實(shí)施方式中，該方法還包括將至少一種導(dǎo)電材料沉積到多柵極線溝槽和觸點(diǎn)孔中，以在絕緣層和在第一方向上延伸穿過(guò)半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的連接區(qū)域的觸點(diǎn)結(jié)構(gòu)之間形成導(dǎo)電層。導(dǎo)電層中的每個(gè)導(dǎo)電層連接到觸點(diǎn)結(jié)構(gòu)中的對(duì)應(yīng)觸點(diǎn)結(jié)構(gòu)，并且與觸點(diǎn)結(jié)構(gòu)中的一個(gè)或多個(gè)其他觸點(diǎn)結(jié)構(gòu)隔離。觸點(diǎn)結(jié)構(gòu)中的每個(gè)觸點(diǎn)結(jié)構(gòu)包括主體和延伸超過(guò)主體的頭部。頭部的端部與主體的端部接觸。主體的端部比頭部的端部寬。

35、在一些實(shí)施方式中，導(dǎo)電材料包括鎢。

36、在一些實(shí)施方式中，該方法還包括蝕刻多個(gè)柵極線溝槽中的每一個(gè)柵極線溝槽的內(nèi)表面以暴露并凹陷導(dǎo)電層。該方法還包括蝕刻觸點(diǎn)結(jié)構(gòu)中的每個(gè)觸點(diǎn)結(jié)構(gòu)的端部的一部分，而不在觸點(diǎn)結(jié)構(gòu)中的每個(gè)觸點(diǎn)結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生開(kāi)口。該方法還包括沉積間隔物層。間隔物層覆蓋多個(gè)柵極線溝槽中的每一個(gè)柵極線溝槽的內(nèi)表面，以將導(dǎo)電層彼此隔離。間隔物層還覆蓋觸點(diǎn)結(jié)構(gòu)中的每個(gè)觸點(diǎn)結(jié)構(gòu)的端部。

37、本公開(kāi)內(nèi)容的另一方面的特征在于一種方法，該方法包括提供半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，該半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)包括沿第一方向彼此交替的犧牲層和絕緣層。半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)具有陣列區(qū)域和沿垂直于第一方向的第二方向與陣列區(qū)域相鄰的連接區(qū)域。半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)包括柵極線溝槽和觸點(diǎn)孔。觸點(diǎn)孔沿第一方向延伸穿過(guò)半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的連接區(qū)域。連接區(qū)域包括隔離結(jié)構(gòu)和形成在隔離結(jié)構(gòu)與犧牲層之間的保護(hù)層。該方法還包括使用第一蝕刻溶液蝕刻并凹陷由觸點(diǎn)孔暴露的犧牲層，該第一蝕刻溶液對(duì)犧牲層的蝕刻速率比對(duì)保護(hù)層的蝕刻速率快。該方法還包括在每個(gè)觸點(diǎn)孔中形成觸點(diǎn)間隔物層。觸點(diǎn)間隔物層與凹陷的犧牲層接觸。該方法還包括使用第二蝕刻溶液蝕刻并凹陷由每個(gè)觸點(diǎn)孔暴露的保護(hù)層，該第二蝕刻溶液在每個(gè)觸點(diǎn)孔中對(duì)保護(hù)層的蝕刻速率比對(duì)觸點(diǎn)間隔物層的蝕刻速率快。

38、在一些實(shí)施方式中，該方法還包括為每個(gè)觸點(diǎn)孔形成觸點(diǎn)開(kāi)口。觸點(diǎn)開(kāi)口的寬度小于觸點(diǎn)孔的寬度。該方法還包括去除半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)中的犧牲層。該方法還包括在共形(conformal)沉積工藝中將至少一種導(dǎo)電材料沉積到柵極線溝槽和觸點(diǎn)孔中，以形成導(dǎo)電層和觸點(diǎn)結(jié)構(gòu)。

39、在一些實(shí)施方式中，觸點(diǎn)結(jié)構(gòu)中的每個(gè)觸點(diǎn)結(jié)構(gòu)包括第一端和沿第一方向與第一端相反的第二端。該方法還包括將觸點(diǎn)結(jié)構(gòu)從半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)耦合到第一端或第二端處的外部導(dǎo)電觸點(diǎn)。

40、本公開(kāi)內(nèi)容的實(shí)施方式可以提供以下技術(shù)優(yōu)點(diǎn)和/或益處中的一個(gè)或多個(gè)。例如，可以在使用相同掩模的相同蝕刻工藝期間形成半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的層疊體中的柵極線孔、觸點(diǎn)孔和溝道孔。因此，該技術(shù)使得能夠降低制造成本(例如，使用更少的蝕刻步驟和掩模)和制造難度，尤其是當(dāng)半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)包括多個(gè)層疊體時(shí)。另外，半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的觸點(diǎn)結(jié)構(gòu)可以在半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的正面、或背面、或這兩者處耦合到外部部件。因此，外圍電路(例如，存儲(chǔ)器陣列的互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體(cmos)控制電路)可以折疊并位于半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的兩側(cè)處，這減小外圍電路的大小(例如，在橫向表面中)且使電路設(shè)計(jì)更靈活。該技術(shù)還提供了一種在半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的每個(gè)觸點(diǎn)孔的頂部上形成窄開(kāi)口的方法。由于這些開(kāi)口的尺寸，半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的導(dǎo)電層和觸點(diǎn)結(jié)構(gòu)可以在相同的沉積工藝中形成，這可以進(jìn)一步降低制造成本。具體而言，形成在每個(gè)窄開(kāi)口中的頭部結(jié)構(gòu)可以防止觸點(diǎn)結(jié)構(gòu)在蝕刻工藝期間(例如，用于將導(dǎo)電層彼此分離)凹陷。

41、該技術(shù)可以應(yīng)用于各種類(lèi)型的半導(dǎo)體裝置、易失性存儲(chǔ)器裝置(例如dram存儲(chǔ)器裝置)、或非易失性存儲(chǔ)器(nvm)裝置，例如nand閃存、nor閃存、電阻式隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(rram)、相變存儲(chǔ)器(pcm)(例如相變隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(pcram))、自旋轉(zhuǎn)移矩(stt)-磁阻式隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(mram)等等。該技術(shù)還可以應(yīng)用于基于電荷捕獲的存儲(chǔ)器裝置，例如硅-氧化物-氮化物-氧化物-硅(sonos)存儲(chǔ)器裝置和基于浮柵的存儲(chǔ)器裝置。該技術(shù)可以應(yīng)用于三維(3d)存儲(chǔ)器裝置。該技術(shù)可以應(yīng)用于各種存儲(chǔ)器類(lèi)型，例如slc(單級(jí)單元)裝置、如2級(jí)單元裝置的mlc(多級(jí)單元)裝置、tlc(三級(jí)單元)裝置、qlc(四級(jí)單元)裝置、或plc(五級(jí)單元)裝置。另外或可替換地，該技術(shù)可以應(yīng)用于各種類(lèi)型的裝置和系統(tǒng)，諸如安全數(shù)字(sd)卡、嵌入式多媒體卡(emmc)、或固態(tài)硬盤(pán)(ssd)、嵌入式系統(tǒng)等。

42、在附圖和以下描述中闡述了本公開(kāi)內(nèi)容的主題的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方式的細(xì)節(jié)。根據(jù)說(shuō)明書(shū)、附圖和權(quán)利要求書(shū)，主題的其他特征、方面和優(yōu)點(diǎn)將變得顯而易見(jiàn)。