半導(dǎo)體存儲器件及其制造方法
【專利說明】半導(dǎo)體存儲器件及其制造方法
[0001]相關(guān)申請的交叉引用
[0002]本申請要求2013年12月17日提交的申請?zhí)枮?0-2013-0157457的韓國專利申請的優(yōu)先權(quán)，其全部內(nèi)容通過引用合并于此。
技術(shù)領(lǐng)域
[0003]本發(fā)明總體而言涉及半導(dǎo)體器件，更具體而言，涉及半導(dǎo)體存儲器件及其制造方法。
【背景技術(shù)】
[0004]由于諸如非易失性存儲器件的存儲器件產(chǎn)業(yè)迅速發(fā)展，對存儲器件的高集成度的需求增加。通常來說，已經(jīng)通過減少半導(dǎo)體襯底上二維布置的存儲器單元的尺寸的方法來增加在特定面積內(nèi)的存儲器件的集成度。然而，在減少存儲器單元的尺寸方面存在物理限制。由此，已經(jīng)提出了在半導(dǎo)體襯底上三維布置存儲器單元。當(dāng)存儲器單元被三維布置時，可以有效利用半導(dǎo)體襯底的面積，并且與二維布置的存儲器單元相比可以提高集成度。具體來說，如果通過有助于高集成度的三維設(shè)置NAND閃存器件的存儲器串來實現(xiàn)三維NAND閃存器件，預(yù)計可以最大化存儲器件的集成度，由此需要開發(fā)三維半導(dǎo)體存儲器件。
[0005]三維半導(dǎo)體存儲器件包括:層疊的且與襯底間隔開的字線、穿過字線在襯底的垂直方向上形成的溝道層、覆蓋溝道層的隧道絕緣層、覆蓋隧道絕緣層的電荷存儲層、以及覆蓋電荷存儲層的阻擋絕緣層。存儲器單元通過將電荷俘獲在設(shè)置在字線與溝道層的相交處的電荷存儲層的部分中來儲存數(shù)據(jù)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]一個實施例提供了一種半導(dǎo)體存儲器件，其可以包括:交替層疊的絕緣圖案和導(dǎo)電圖案；溝道層，被配置成穿通所述絕緣圖案和所述導(dǎo)電圖案；以及隧道絕緣層，被配置成覆蓋所述溝道層的側(cè)壁，所述溝道層可以由SiGe層形成，在所述SiGe層中與所述隧道絕緣層接觸的部分的Ge濃度大于中心部分的Ge濃度。
[0007]—個實施例提供了一種制造半導(dǎo)體存儲器件的方法，其可以包括以下步驟:交替地層疊第一材料層和第二材料層；形成穿通所述第一材料層和所述第二材料層的孔；以及在每個孔內(nèi)部形成隧道絕緣層和具有多重結(jié)構(gòu)的溝道層。
[0008]一個實施例可以提供一種制造半導(dǎo)體存儲器件的方法，其可以包括以下步驟:交替地層疊第一材料層和第二材料層；形成穿通所述第一材料層和所述第二材料層的孔；在每個孔內(nèi)部形成隧道絕緣層；以及在所述隧道絕緣層上順序地層疊第一溝道層和第二溝道層，使得所述第一溝道層的Ge濃度大于所述第二溝道層的Ge濃度。
【附圖說明】
[0009]圖1是根據(jù)一個實施例的半導(dǎo)體存儲器件的透視圖；
[0010]圖2是通過放大圖1中所示的區(qū)域“A”來描述穿通結(jié)構(gòu)的截面圖；
[0011]圖3A至3E是用于描述制造圖1所示的半導(dǎo)體存儲器件的方法的截面圖；
[0012]圖4是示出電子遷移率根據(jù)Ge濃度的升高而升高的圖；
[0013]圖5是示出使用Ge的溝道和使用Si的溝道的電流之間的差異的圖；
[0014]圖6是示出包括圖1所示的半導(dǎo)體存儲器件的存儲系統(tǒng)的框圖；
[0015]圖7是不出圖6所不的存儲系統(tǒng)的應(yīng)用例子的框圖；以及
[0016]圖8是示出包括參考圖7描述的存儲系統(tǒng)的計算系統(tǒng)的框圖。
【具體實施方式】
[0017]在下文中，將參照示出各個實施例的附圖來更詳細(xì)地描述實施例。然而，這些實施例可以用不同形式來實施，且不應(yīng)被理解成局限于本文所述的實施例。
[0018]在附圖中，為了清楚，元件和區(qū)域沒有按比例繪制，且它們的尺寸和厚度可以被放大。在說明書中，可以省略非中心構(gòu)思的已知配置。貫穿附圖和對應(yīng)的描述，通過相同的附圖標(biāo)記來表示部件。
[0019]圖1是根據(jù)一個實施例的半導(dǎo)體存儲器件的透視圖。在圖1中，為了便于描述沒有示出絕緣層。
[0020]參見圖1，根據(jù)實施例的半導(dǎo)體存儲器件可以包括層疊在襯底111上的管道柵PG、多個導(dǎo)電圖案151、至少一個漏極選擇線DSL和至少一個源極選擇線SSL，以及穿過多個導(dǎo)電圖案151和管道柵PG的U形穿通結(jié)構(gòu)141。
[0021]這里，多個導(dǎo)電圖案151、漏極選擇線DSL和源極選擇線SSL被層疊成覆蓋穿通結(jié)構(gòu)141。U形穿通結(jié)構(gòu)141可以耦合到位線BL和源極線SL。
[0022]根據(jù)上述結(jié)構(gòu)，源極選擇晶體管形成在源極選擇線SSL和穿通結(jié)構(gòu)141的交叉處，存儲器單元形成在多個導(dǎo)電圖案151和穿通結(jié)構(gòu)141的交叉處，管道晶體管形成在管道柵PG和穿通結(jié)構(gòu)141的交叉處，漏極選擇晶體管形成在穿通結(jié)構(gòu)141和漏極選擇線DSL的交叉處。
[0023]由此，串聯(lián)連接的漏極選擇晶體管、多個存儲器單元、管道晶體管、多個存儲器單元和源極選擇晶體管構(gòu)成一個存儲串(string)，且存儲串被布置成U形。
[0024]在一個實施例中，描述了存儲串被布置成U形的結(jié)構(gòu)。然而，由于公共源極線形成在襯底111上，位線形成在公共源極線上，且存儲串可以以直線結(jié)構(gòu)形成在位線和公共源極線之間，所以可以形成具有直線結(jié)構(gòu)的存儲串的半導(dǎo)體存儲器件。
[0025]圖2是通過放大圖1中所示的區(qū)域“A”來描述穿通結(jié)構(gòu)的截面圖。
[0026]參見圖2，穿通結(jié)構(gòu)141可以包括:穿通交替層疊的絕緣圖案121和導(dǎo)電圖案151的具有多重結(jié)構(gòu)的溝道層135、覆蓋溝道層135的側(cè)壁的隧道絕緣層133、以及覆蓋隧道絕緣層133的電荷存儲層131。具有多重結(jié)構(gòu)的溝道層135可以包括第一溝道層135a和第二溝道層135b。第一溝道層135a和第二溝道層135b可以由SiGe層形成。第一溝道層135a可以具有比第二溝道層135b更大的Ge濃度。例如，第一溝道層135a可以變?yōu)楦籊e層，其中Ge的摩爾比率是0.6至0.9。第一溝道層135a可以形成在隧道絕緣層133和第二溝道層135b之間。溝道層135的中心區(qū)域可以利用絕緣層137來填充。隧道絕緣層133可以由熱氧化物層、自由基氧化物層、干氧化物層和濕氧化物層中的至少一種形成。電荷存儲層131可以由氮化物層形成。
[0027]在一個實施例中，當(dāng)溝道層135由包括Ge和Si的SiGe層形成時，與由多晶硅層構(gòu)成的半導(dǎo)體層相比，可以提高電子和空穴的遷移率。溝道層135可以形成為由第一溝道層135a和第二溝道層135b構(gòu)成的多重結(jié)構(gòu)；然而，由于第一溝道層135a由具有高Ge濃度的富Ge層形成，在半導(dǎo)體器件的操作期間可以提高溝道層135的電子和空穴的遷移率且可以提聞溝道電流。
[0028]在導(dǎo)電圖案151和穿通結(jié)構(gòu)141之間還可以形成阻擋絕緣層147和阻障層149。
[0029]圖3A至3E是用于描述制造圖1所示的半導(dǎo)體存儲器件的方法的截面圖。
[0030]參見圖3A，多個第一材料層121和多個第二材料層123交替層疊在半導(dǎo)體襯底(未示出)上。第一材料層121和第二材料層123可以被形成為具有相同或不同的厚度。
[0031]第一材料層121可以由相對于第二材料層123具有高刻蝕選擇性的材料形成。例如，第一材料層121可以由諸如氧化物層的絕緣層形成，第二材料層123可以由諸如氮化物層的犧牲層形成?？商孢x地，第一材料層121可以由諸如氧化物層的絕緣層形成，第二材料層123可以由諸如多晶硅層的導(dǎo)電材料形成?？商孢x地，第一材料層121可以由未摻雜的多晶硅層形成，第二材料層123可以由摻雜多晶硅層形成。
[0032]參見圖3B，第一材料層121和第二材料層123被刻蝕，且形成穿通第一材料層121和第二材料層123的孔125。然后，沿著每個孔125的側(cè)壁形成電荷存儲層131。電荷存儲層131可以由氮化物層形成。
[0033]參見圖3C，可以在電荷存儲層131的表面上形成隧道絕緣層133。隧道絕緣層133可以由熱氧化物層、自由基氧化物層、干氧化物層和濕氧化物層中的至少一種形成。
[0034]參見圖3D，溝道層135可以形成在隧道絕緣層133的表面上。溝道層135可以被形成為包括形成在隧道絕緣層133的表面上的第一溝道層135a和形成在第一溝道層135a的表面上的第二溝道層135b。
[0035]形成第一溝道層135a和第二溝道層135b的第一方法可以如下:
[0036]第一溝道層135a和第二溝道層135b可以通過如下過程形成:在使用化學(xué)氣相沉積(CVD)方法將SiGe層形成在隧道絕緣層133的表面上之后，執(zhí)行熱處理工藝。更具體來說，在形成隧道絕緣層133之后，使用CVD方法在隧道絕緣層133的表面上形成SiGe層，在所述CVD方法中GeH4和SiH4被用作源氣體。然后，當(dāng)執(zhí)行熱處理工藝時，SiGe層的表面部分上的Si與隧道絕緣層133的O結(jié)合且形成S12層。由此，SiGe層的表面部分，即SiGe層的設(shè)置在S12層之下的表面部分具有相對增加的Ge濃度，且可以變?yōu)楦籊e層。由SiGe層中的Ge濃度大于Si濃度的富Ge層形成的部分被定義為第一溝道層135a，而Ge濃度相對較小的部分被定義為第二溝道層135b。
[0037]形成第一溝道層135a和第二溝道層135b的第二方法可以如下:
[0038]在使用CVD方法將SiGe層沉積在隧道絕緣層133的表面上之后，通過執(zhí)行氧化工藝來形成第一溝道層135a。更具體來說，在形成隧道絕緣層133之后，可以使用CVD方法將SiGe層在隧道絕緣層133的表面上形