半導(dǎo)體存儲(chǔ)器裝置及其制造方法
【專利說明】半導(dǎo)體存儲(chǔ)器裝置及其制造方法
[0001]相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用
[0002]本申請(qǐng)要求于2014年5月2日在韓國知識(shí)產(chǎn)權(quán)局提交的韓國專利申請(qǐng)N0.10-2014-0053601的優(yōu)先權(quán)，該申請(qǐng)的公開全文以引用方式并入本文中。
技術(shù)領(lǐng)域
[0003]本發(fā)明構(gòu)思涉及半導(dǎo)體存儲(chǔ)器裝置及其制造方法。更具體地說，本發(fā)明構(gòu)思涉及三維(3D)半導(dǎo)體存儲(chǔ)器裝置及其制造方法。
【背景技術(shù)】
[0004]半導(dǎo)體裝置正變得更加高度集成以提供高性能和低成本。半導(dǎo)體存儲(chǔ)器裝置的集成密度直接影響半導(dǎo)體存儲(chǔ)器裝置的成本，從而導(dǎo)致對(duì)高度集成的半導(dǎo)體裝置的需求。常規(guī)二維(2D)的或平面的存儲(chǔ)器裝置的集成度主要由單位存儲(chǔ)器單元占據(jù)的面積來確定。因此，形成細(xì)微圖案的技術(shù)會(huì)極大地影響常規(guī)2D存儲(chǔ)器裝置的集成密度。然而，因?yàn)樾纬杉?xì)微圖案需要極高價(jià)格的設(shè)備，所以，2D存儲(chǔ)器裝置的集成密度盡管繼續(xù)增大卻仍然受限。因此，已針對(duì)包括垂直排列的存儲(chǔ)器單元的3D半導(dǎo)體存儲(chǔ)器裝置進(jìn)行了研究。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明構(gòu)思的實(shí)施例可提供能夠提高集成度以及改進(jìn)結(jié)構(gòu)和電特性的半導(dǎo)體存儲(chǔ)器裝置。
[0006]本發(fā)明構(gòu)思的實(shí)施例還可提供制造能夠提高集成度以及改進(jìn)結(jié)構(gòu)和電特性的半導(dǎo)體存儲(chǔ)器裝置的方法。
[0007]在一個(gè)方面，一種半導(dǎo)體存儲(chǔ)器裝置可包括:襯底；多個(gè)堆疊柵極結(jié)構(gòu)，其沿著與襯底的主表面平行的第一方向彼此間隔開，堆疊柵極結(jié)構(gòu)中的每一個(gè)包括交替和重復(fù)地堆疊在襯底上的絕緣層和柵電極；多個(gè)垂直溝道結(jié)構(gòu)，其穿透堆疊柵極結(jié)構(gòu)中的每一個(gè)；以及源極插線，其設(shè)置在堆疊柵極結(jié)構(gòu)之間，源極插線與襯底接觸，并且沿著與第一方向交叉的第二方向延伸。與源極插線接觸的襯底可包括沿著第二方向排列的多個(gè)突出區(qū)。突出區(qū)中的每一個(gè)可具有第一寬度，并且突出區(qū)可以以大于第一寬度的第一距離彼此間隔開。
[0008]在另一方面，一種半導(dǎo)體存儲(chǔ)器裝置可包括:多個(gè)堆疊柵極結(jié)構(gòu)，其設(shè)置在襯底上，堆疊柵極結(jié)構(gòu)中的每一個(gè)包括交替和重復(fù)地堆疊在襯底上的絕緣層和柵電極，并且堆疊柵極結(jié)構(gòu)沿著第一方向彼此間隔開；多個(gè)垂直溝道結(jié)構(gòu)，其穿透堆疊柵極結(jié)構(gòu)中的每一個(gè)；源極插線，其設(shè)置在所述多個(gè)堆疊柵極結(jié)構(gòu)之間，源極插線包括導(dǎo)電材料并且沿著與第一方向交叉的第二方向延伸；以及公共源極區(qū)，其與源極插線接觸，并且設(shè)置在襯底中。公共源極區(qū)可包括沿著第二方向交替地形成的第一摻雜物區(qū)和第二摻雜物區(qū)。第一摻雜物區(qū)可具有第一高度，并且第二摻雜物區(qū)可具有第二高度。第一高度可大于第二高度。
[0009]在另一方面，一種半導(dǎo)體存儲(chǔ)器裝置可包括:多個(gè)垂直溝道結(jié)構(gòu)，其設(shè)置在襯底上，并且沿著與襯底垂直的方向延伸；多個(gè)堆疊柵極結(jié)構(gòu)，其包圍垂直溝道結(jié)構(gòu)，并且包括沿著與襯底垂直的方向堆疊的柵電極，堆疊柵極結(jié)構(gòu)沿著平行于襯底的第一方向彼此間隔開；以及公共源極區(qū)，其形成在襯底中并包括多個(gè)突出區(qū)，所述多個(gè)突出區(qū)沿著與第一方向交叉的第二方向形成在堆疊柵極結(jié)構(gòu)之間。突出區(qū)中的每一個(gè)可具有在第二方向上的第一寬度，并且突出區(qū)可以以大于第一寬度的第一距離彼此間隔開。
[0010]在另一方面，一種制造半導(dǎo)體存儲(chǔ)器裝置的方法可包括:形成包括交替和重復(fù)地堆疊在襯底上的絕緣層和犧牲層的模制結(jié)構(gòu)；形成穿透模制結(jié)構(gòu)的多個(gè)垂直溝道結(jié)構(gòu)；在模制結(jié)構(gòu)中形成溝槽，該溝槽使得垂直溝道結(jié)構(gòu)中的一些與垂直溝道結(jié)構(gòu)中的另一些在平行于襯底的第一方向上隔離，并且溝槽沿著與第一方向交叉的第二方向延伸；在模制結(jié)構(gòu)上形成包括多個(gè)橋和固定部分的支撐圖案，所述橋沿著第一方向與溝槽交叉并且沿著第二方向彼此間隔開，并且固定部分連接至橋；去除模制結(jié)構(gòu)的犧牲層以形成開口 ；分別在各開口中形成柵電極；在溝槽的側(cè)壁上形成隔離絕緣圖案；在通過溝槽暴露的襯底上形成多個(gè)突出區(qū)，突出區(qū)中的每一個(gè)沿著第二方向具有第一寬度，并且突出區(qū)沿著第二方向以大于第一寬度的第一距離彼此間隔開；以及在溝槽中形成源極插線，源極插線與所述多個(gè)突出區(qū)之間的襯底接觸并且沿著第二方向延伸。
[0011]在另一方面，一種制造半導(dǎo)體存儲(chǔ)器裝置的方法可包括:在襯底上形成多個(gè)垂直溝道結(jié)構(gòu)，所述垂直溝道結(jié)構(gòu)沿著與襯底垂直的方向延伸；形成多個(gè)堆疊柵極結(jié)構(gòu)，所述多個(gè)堆疊柵極結(jié)構(gòu)包圍垂直溝道結(jié)構(gòu)并包括沿著與襯底垂直的方向堆疊的柵電極，堆疊柵極結(jié)構(gòu)沿著平行于襯底的第一方向彼此間隔開；以及在所述多個(gè)堆疊柵極結(jié)構(gòu)之間的襯底中形成公共源極區(qū)。公共源極區(qū)可包括沿著與第一方向交叉的第二方向交替地形成的第一摻雜物區(qū)和第二摻雜物區(qū)。第一摻雜物區(qū)可具有第一高度，并且第二摻雜物區(qū)可具有小于第一高度的第二高度。
【附圖說明】
[0012]鑒于附圖和隨后的詳細(xì)描述，本發(fā)明構(gòu)思將變得更加清楚。
[0013]圖1A是示出根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的示例實(shí)施例的半導(dǎo)體存儲(chǔ)器裝置的平面圖；
[0014]圖1B是示出包括在根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的示例實(shí)施例的半導(dǎo)體存儲(chǔ)器裝置中的支撐圖案的實(shí)施例的平面圖；
[0015]圖2A和圖2B分別是沿著圖1A的線Ι-Γ和ΙΙ_?Γ截取的剖視圖，以示出根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的示例實(shí)施例的半導(dǎo)體存儲(chǔ)器裝置；
[0016]圖3Α是圖2Α的部分‘Α’的放大圖；
[0017]圖3Β和圖3C分別是圖2Β的部分‘B，和部分‘C’的放大圖；
[0018]圖4是示出包括在根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的示例實(shí)施例的半導(dǎo)體存儲(chǔ)器裝置中的支撐圖案的另一實(shí)施例的平面圖；
[0019]圖5Α和圖5Β分別是沿著圖1A的線Ι-Γ和ΙΙ_?Γ截取的剖視圖，以示出根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的示例實(shí)施例的半導(dǎo)體存儲(chǔ)器裝置；
[0020]圖6Α和圖6Β分別是沿著圖1A的線Ι_Γ和ΙΙ_?Γ截取的剖視圖，以示出根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的示例實(shí)施例的半導(dǎo)體存儲(chǔ)器裝置；
[0021]圖7Α和圖7Β分別是沿著圖1A的線Ι-Γ和ΙΙ_?Γ截取的剖視圖，以示出根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的示例實(shí)施例的半導(dǎo)體存儲(chǔ)器裝置；
[0022]圖8A和圖8B分別是圖7B的部分‘B，和部分‘C，的放大圖；
[0023]圖9、圖10、圖11A、圖12、圖13、圖14A至圖21A和圖14B至圖21B是示出制造根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的示例實(shí)施例的半導(dǎo)體存儲(chǔ)器裝置的方法的一些處理的剖視圖；
[0024]圖1lB是圖1lA的部分‘A’的放大圖；
[0025]圖19C和圖19D分別是圖19B的部分‘B’和部分‘C’的放大圖；
[0026]圖22A和圖22B分別是沿著圖1A的線Ι_Γ和ΙΙ_?Γ截取的剖視圖，以示出制造圖5Α和圖5Β的半導(dǎo)體存儲(chǔ)器裝置的方法的一些處理；
[0027]圖23Α和圖23Β分別是沿著圖1A的線Ι_Γ和ΙΙ_?Γ截取的剖視圖，以示出制造圖6Α和圖6Β的半導(dǎo)體存儲(chǔ)器裝置的方法的一些處理；
[0028]圖24Α和圖25Α是沿著圖1A的線Ι_Γ截取的剖視圖，以示出制造圖7Α、圖7Β、圖8Α和圖SB的半導(dǎo)體存儲(chǔ)器裝置的方法的一些處理；
[0029]圖24Β和圖25Β是沿著圖1A的線ΙΙ_?Γ截取的剖視圖，以示出制造圖7Α、圖7Β、圖8Α和圖SB的半導(dǎo)體存儲(chǔ)器裝置的方法的一些處理；
[0030]圖26是示出包括根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的示例實(shí)施例的半導(dǎo)體存儲(chǔ)器裝置的半導(dǎo)體裝置系統(tǒng)的示意性框圖；以及
[0031]圖27是示出包括根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的示例實(shí)施例的半導(dǎo)體存儲(chǔ)器裝置的電子系統(tǒng)的示意性框圖。
【具體實(shí)施方式】
[0032]現(xiàn)在，將在下文中參照其中示出了本發(fā)明構(gòu)思的示例性實(shí)施例的附圖更完全地描述本發(fā)明構(gòu)思。從以下將參照附圖更詳細(xì)地描述的示例性實(shí)施例中，本發(fā)明構(gòu)思和實(shí)現(xiàn)它們的方法的優(yōu)點(diǎn)和特征將變得清楚。然而，應(yīng)該注意，本發(fā)明構(gòu)思不限于以下示例性實(shí)施例，并且可按照各種形式實(shí)現(xiàn)。因此，提供示例性實(shí)施例僅用于公開本發(fā)明構(gòu)思并且使得本領(lǐng)域技術(shù)人員知曉本發(fā)明構(gòu)思的類別。在附圖中，本發(fā)明構(gòu)思的實(shí)施例不限于本文提供的具體示例，并且為了清楚起見進(jìn)行了夸大。
[0033]本文使用的術(shù)語僅是為了描述特定實(shí)施例的目的而非旨在限制本發(fā)明。如本文所用，除非上下文清楚地表示不是這樣，否則單數(shù)形式“一個(gè)”、“一”和“該”也旨在包括復(fù)數(shù)形式。如本文所用，術(shù)語“和/或”包括相關(guān)所列項(xiàng)之一或多個(gè)的任何和所有組合。應(yīng)該理解，當(dāng)一個(gè)元件被稱作“連接”或“耦接”至另一元件時(shí)，該元件可直接連接或耦接至所述另一元件，或者可存在中間元件。
[0034]相似地，應(yīng)該理解，當(dāng)諸如層、區(qū)或襯底的元件被稱作“位于”另一元件“上”時(shí)，其可直接位于所述另一元件上或可存在中間元件。相反，術(shù)語“直接”意味著不存在中間元件。還應(yīng)該理解，術(shù)語“包括”、“包括……的”、“包含”、和/或“包含……的”當(dāng)用于本文時(shí)，其指明存在所列特征、整體、步驟、操作、元件和/或組件，但不排除存在或添加一個(gè)或多個(gè)其它特征、整體、步驟、操作、元件、組件和/或它們的組。
[0035]本文中可使用諸如“在……下方”、“在……之下”、“下”、“在……之上”、“上”等的空間相對(duì)術(shù)語，以描述附圖中所示的一個(gè)元件或特征與其他元件或特征的關(guān)系。應(yīng)該理解，空間相對(duì)術(shù)語旨在涵蓋使用或操作中的裝置的除圖中所示的取向之外的不同取向。例如，如果圖中的裝置顛倒，則被描述為“在其它元件或特征之下”或“在其它元件或特征下方”的元件將因此被取向?yàn)椤霸谄渌蛱卣髦稀?。因此，術(shù)語“在……之下”可涵蓋在……之上和在……之下這兩個(gè)取向。裝置可按照其它方式取向(旋轉(zhuǎn)90度或位于其它取向)，并且可相應(yīng)地解釋本文所用的空間相對(duì)描述語。
[0036]另外，將通過作為本發(fā)明構(gòu)思的理想示例圖的剖視圖來描述【具體實(shí)施方式】中的實(shí)施例。因此，可根據(jù)制造技術(shù)和/或容許誤差修改示例圖的形狀。因此，本發(fā)明構(gòu)思的實(shí)施例不限于示例圖中示出的特定形狀，而是可包括可根據(jù)制造工藝產(chǎn)生的其它形狀。圖中例示的區(qū)域具有一般特性，并且用于示出元件的特定形狀。因此，這不應(yīng)理解為限制本發(fā)明構(gòu)思構(gòu)思。
[0037]還應(yīng)該理解，雖然本文中可使用術(shù)語第一、第二、第三等來描述各個(gè)元件，但是這些元件不應(yīng)由這些術(shù)語限制。這些術(shù)語僅用于將一個(gè)元件與另一元件區(qū)分開。因此，一些實(shí)施例中的第一元件可在其它實(shí)施例中被稱作第二元件，而不脫離本發(fā)明的教導(dǎo)。本文中解釋和示出的本發(fā)明構(gòu)思的各方面的示例性實(shí)施例包括它們的互補(bǔ)的對(duì)應(yīng)部分。在整個(gè)說明書中，相同的附圖標(biāo)記或相同的參考指示符指示相同的元件。
[0038]而且，本文中參照作為理想化的示例圖的剖視圖和/或平面圖描述示例性實(shí)施例。因此，作為例如制造技術(shù)和/或公差的結(jié)果，可以預(yù)見圖中的形狀的變化。因此，示例性實(shí)施例不應(yīng)理解為限于本文示出的區(qū)的形狀，而是包括例如由制造導(dǎo)致的形狀的偏差。例如，示為矩形的蝕刻區(qū)將通常具有圓形或彎曲特征。因此，圖中示出的區(qū)實(shí)際上是示意性的，并且它們的形狀不旨在示出裝置的區(qū)的實(shí)際形狀，并且不旨在限制示例實(shí)施例的范圍。
[0039]除非另外限定，否則本文中使用的所有術(shù)語(包括技術(shù)和科學(xué)術(shù)語)具有與本發(fā)明構(gòu)思所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員之一通常理解的含義相同的含義。還應(yīng)該理解，除非本文中明確這樣定義，否則諸如在通用詞典中定義的那些的術(shù)語應(yīng)該被解釋為具有與它們?cè)谙嚓P(guān)技術(shù)的上下文和本說明書中的含義一致的含義，而不應(yīng)該理想化地或過于正式地解釋它們。
[0040]如通過本發(fā)明的實(shí)體的理解，根據(jù)本文所述的各個(gè)實(shí)施例的裝置和形成裝置的方法可在諸如集成電路的微電子裝置中實(shí)現(xiàn)，其中根據(jù)本文所述的各個(gè)實(shí)施例的多個(gè)裝置集成在同一個(gè)微電子裝置中。因此，本文所示的剖視圖可在微電子裝置中沿著兩個(gè)不同方向(不需要是正交的)復(fù)制。因此，實(shí)現(xiàn)根據(jù)本文所述的各個(gè)實(shí)施例的裝置的微電子裝置的平面圖可基于微電子裝置的功能性包括陣列中和/或二維圖案中的多個(gè)裝置。
[0041]根據(jù)本文所述的各個(gè)實(shí)施例的裝置可根據(jù)微電子裝置的功能性散布在其它裝置之間。而且，根據(jù)本文所述的各個(gè)實(shí)施例的微電子裝置可沿著可與所述兩個(gè)不同方向正交的第三方向復(fù)制，以提供三維集成電路。
[0042]因此，本文所示的剖視圖提供了用于沿著平面圖中的兩個(gè)不同方向和/或立體圖中的三個(gè)不同方向延伸的根據(jù)本文所述的各個(gè)實(shí)施例的多個(gè)裝置的支撐件。例如，當(dāng)在裝置/結(jié)構(gòu)的剖視圖中示出單個(gè)有源區(qū)時(shí)，裝置/結(jié)構(gòu)可包括其上的多個(gè)有源區(qū)和晶體管結(jié)構(gòu)(或適于該情況的存儲(chǔ)器單元結(jié)構(gòu)、柵極結(jié)構(gòu)等)，如裝置/結(jié)構(gòu)的平面圖所示。
[0043]圖1A是示出根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的示例實(shí)施例的半導(dǎo)體存儲(chǔ)器裝置的平面圖。圖1B是示出包括在根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的示例實(shí)施例的半導(dǎo)體存儲(chǔ)器裝置中的支撐圖案的實(shí)施例的平面圖。圖2A和圖2B分別是沿著圖1A的線Ι-Γ和ΙΙ-ΙΓ截取的剖視圖。圖3A是圖2A的部分‘A’的放大圖，并且圖3B和圖3C分別是圖2B的部分‘B’和部分‘C’的放大圖。圖4是示出包括在根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的示例實(shí)施例的半導(dǎo)體存儲(chǔ)器裝置中的支撐圖案的另一實(shí)施例的平面圖。
[0044]參照?qǐng)D1A至圖3C，根據(jù)示例實(shí)施例的半導(dǎo)體存儲(chǔ)器裝置可包括堆疊柵極結(jié)構(gòu)30和垂直溝道結(jié)構(gòu)200。堆疊柵極結(jié)構(gòu)30可包括交替和重復(fù)地堆疊在襯底100上的絕緣層110和柵電極172。垂直溝道結(jié)構(gòu)200可穿透堆疊柵極結(jié)構(gòu)30，并且可沿著與襯底100的主表面平行的第一方向Dl彼此間隔開。垂直溝道結(jié)構(gòu)200可沿著與襯底100的主表面垂直的第三方向D3從襯底100延伸。襯底100可包括半導(dǎo)體材料。例如，襯底100可為硅單晶襯底、錯(cuò)單晶襯底或娃錯(cuò)單晶襯底。可替換地，襯底100可為絕緣體上娃(SOI)襯底。例如，襯底100可包括設(shè)置在絕緣層上的半導(dǎo)體層(例如，硅層、硅鍺層或鍺層)，所述絕緣層保護(hù)設(shè)置在半導(dǎo)體襯底上的晶體管。襯底100可為具有第一導(dǎo)電類型(例如，P型)的半導(dǎo)體襯底。
[0045]如圖1A所示，堆疊柵極結(jié)構(gòu)30可具有沿著與第一方向Dl交叉并且與襯底100的主表面平行的第二方向D2延伸的直