一种三维存储器的制造方法及三维存储器与流程

本发明涉及半导体结构及制造，具体涉及一种三维存储器的制造方法及三维存储器。

背景技术：

1、随着信息社会的发展，人工智能、物联网、大数据的发展，产生的数据急剧膨胀，对存储容量的需求越来越大。存储器从二维平面向三维立体方向发展，随着三维堆叠层数的增加，器件的均匀性面临极大挑战。

2、三维存储器主要是在通孔中生长器件的存储功能层和电极层，通孔的质量影响三维存储器的性能，随着通孔深度越来越大，一次刻蚀工艺形成通孔的难度越来越大，导致通孔上下孔径不均匀，进而导致上下器件大小不均匀，器件性能不一致，影响三维存储器的使用寿命和大规模集成。因此需要一种方案解决三维存储器上下器件大小不均匀，器件性能不一致的问题。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明提供三维存储器的制造方法和三维存储器，以解决三维存储器上下器件大小不均匀，器件性能不一致的问题。

2、本发明提供一种三维存储器的制造方法，包括以下步骤：提供衬底层；在所述衬底层上形成第1至第n存储器基体，n≥2，n∈自然数；在形成第n+1存储器基体之前，1≤n＜n，n∈自然数，包括：刻蚀第n存储器基体，形成第n通孔，所述第n通孔在自远离所述衬底层一侧向靠近所述衬底层一侧的方向上贯穿所述第n存储器基体；在所述第n通孔中形成第n孔塞结构，填充自所述第n通孔的开口平面向所述衬底层方向延伸部分深度的空间；所述第n孔塞结构背向所述衬底层n侧表面与所述第n存储器基体背向所述衬底层n侧表面齐平；之后在第n存储器基体和所述第n孔塞结构背向所述衬底层一侧表面形成第n+1存储器基体；刻蚀所述第n+1存储器基体，形成第n+1通孔，所述第n+1通孔在所述衬底层的投影与所述第n通孔在所述衬底层的投影重叠；所述第n+1通孔自所述第n通孔的开口平面向所述衬底层延伸至所述第n孔塞结构表面，暴露出所述第n孔塞结构；形成第n通孔后，连通全部所述第n通孔，形成深度方向上孔径一致的直通孔。

3、可选的，形成所述孔塞结构的步骤包括：使用磁控溅射的方式，靶材与衬底层错位设置，使得沉积材料斜向溅射至第n存储器基体表面，同时在溅射过程中旋转承载所述衬底层的承载台，以在所述第n通孔的部分深度和所述第n存储器背向所述衬底层一侧表面形成第n初始孔塞层；刻蚀去除所述第n初始孔塞层高于所述第n存储器基体表面的的部分，剩余在所述第n通孔中的部分为所述第n孔塞结构。

4、可选的，在垂直于所述衬底层的平面内，所述沉积材料的入射方向与所述第n存储器基体背向所述衬底层一侧表面的夹角为5°～30°。

5、可选的，三维存储器的制造方法还包括以下步骤：形成存储器功能层，所述存储器功能层形成于所述直通孔的内侧壁面和所述直通孔暴露出的所述衬底层表面；所述存储器功能层为单层或多层结构。

6、可选的，所述形成存储器功能层的步骤包括：在形成所述直通孔之后，在所述直通孔内壁和所述第n存储器基体背向所述衬底层一侧表面沉积初始存储器功能层；刻蚀去除所述初始存储器功能层位于所述第n存储器基体背向所述衬底层一侧表面的部分，剩余在所述直通孔内壁的部分为存储器功能层。

7、可选的，所述形成存储器功能层的步骤包括：在形成所述第n孔塞结构之前，在所述第n通孔内壁和所述第n存储器基体背向所述衬底层一侧表面沉积第n初始存储器功能层；刻蚀去除所述第n初始存储器功能层位于所述第n存储器基体背向所述衬底层一侧表面的部分，剩余在所述第n通孔内壁的部分为第n存储器功能层；之后形成第n+1存储器基体。

8、可选的，所述连通全部所述第n通孔的步骤包括：直至形成第n初始存储器功能层之后，形成第n通孔，之后继续刻蚀去除全部第n孔塞结构，使全部第n通孔连通形成所述直通孔，各所述第n存储器功能层自然连接形成所述存储器功能层；或者，每当形成第n+1存储器基体时，形成第n+1通孔，之后刻蚀去除第n孔塞结构，连通第n通孔和第n+1通孔，直至形成第n存储器基体时，连通第n通孔与之前的全部通孔形成所述直通孔。

9、可选的，三维存储器的制造方法还包括以下步骤：在所述直通孔内沉积通道金属层，填充所述直通孔，形成金属通道。

10、可选的，刻蚀所述第n存储器基体形成所述第n通孔的步骤中，刻蚀工艺包括粒子束刻蚀工艺；刻蚀去除所述第n初始孔塞层高于所述第n存储器基体表面的的部分的步骤中，刻蚀工艺包括干法刻蚀、湿法刻蚀化学机械抛光。

11、可选的，所述第n存储器基体的形成步骤包括：交替形成金属层和绝缘层，交替的金属层和绝缘层堆叠构成所述第n存储器基底。

12、本发明还提供一种三维存储器，通过本发明提供的三维存储器的制造方法制造，包括：衬底层；存储器基体，包括交替堆叠的金属层和绝缘层；所述存储器基体开设有通孔，所述通孔在自远离所述衬底层一侧向靠近所述衬底层一侧的方向上贯穿所述存储器基体；所述通孔为深度反向上孔径一致的直通孔。

13、可选的，三维存储器还包括：存储器功能层，所述存储器功能层设置于所述直通孔的内侧壁面和所述直通孔暴露出的所述衬底层表面；所述存储器功能层为单层或多层结构；金属通道，填充所述通孔内除所述存储器功能层以外剩余的空间。

14、可选的，所述金属层的材料包括ti、tin、ta、tan、w、wn、pt、cu、au或其任意组合的合金；所述绝缘层的材料包括sio2、alox、niox、mgo。

15、本发明的有益效果在于：

16、本发明提供的三维存储器的制造方法，通过分步多次形成存储器基体，每次形成的存储器基体分别开设通孔，最终连成一体的通孔。这样每层基体的厚度可以控制在相对较低的厚度，因而任意第n存储器基体中第n通孔的尺寸较浅，深度方向上的孔径可以基本保持一致，而多个这样的通孔连通在一起即形成了深度方向上整体孔径一致的直通孔。并且由于孔塞结构的巧妙设置，可以实现在已打孔的存储器基体上继续堆叠形成新的存储器基体，不会因下方的存储器基体已打孔而无法形成新的平整的存储器基体，为连通通孔提供了可实现的基础。

17、本发明提供的三维存储器的制造方法，通过斜向溅射的方式使得形成孔塞结构的沉积材料只在靠近通孔开口的一定深度内沉积，而不会完整填充整个通孔。从而既实现了填充通孔，为后续形成堆叠的存储器基底提供平整的底面，又由于自身仅在较浅的深度内填充通孔，使得后续刻蚀去除孔塞结构实现不同存储器基体的通孔的连通易于实现。

18、本发明提供的三维存储器，通过本发明提供的三维存储器制造方法制造。三维存储器具有在深度方向上孔径一致的直通孔，由于整体孔径一致，没有发生扩孔现象，因而三维存储器上下器件大小均匀，器件性能一致性高，有利于三维存储器寿命的提高和大规模集成。

技术特征：

1.一种三维存储器的制造方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的三维存储器的制造方法，其特征在于，

3.根据权利要求2所述的三维存储器的制造方法，其特征在于，

4.根据权利要求1-3中任一项所述的三维存储器的制造方法，其特征在于，还包括以下步骤：

5.根据权利要求4所述的三维存储器的制造方法，其特征在于，

6.根据权利要求4所述的三维存储器的制造方法，其特征在于，

7.根据权利要求6所述的三维存储器的制造方法，其特征在于，

8.根据权利要求4所述的三维存储器的制造方法，其特征在于，还包括以下步骤：

9.根据权利要求2所述的三维存储器的制造方法，其特征在于，

10.根据权利要求1所述的三维存储器的制造方法，其特征在于，

11.一种三维存储器，通过权利要求1-10中任一项所述的三维存储器的制造方法制造，其特征在于，包括：

12.根据权利要求11所述的三维存储器，其特征在于，还包括：

13.根据权利要求12所述的三维存储器，其特征在于，

技术总结本发明涉及半导体结构及制造技术领域，具体涉及一种三维存储器的制造方法和三维存储器。制造方法包括：提供衬底层；在衬底层上形成第1至第N存储器基体，在形成第n+1存储器基体之前，包括：刻蚀第n存储器基体，形成第n通孔，第n通孔在自远离衬底层一侧向靠近衬底层一侧的方向上贯穿第n存储器基体；在第n通孔中形成第n孔塞结构，填充自第n通孔的开口平面向衬底层方向延伸部分深度的空间；之后在第n存储器基体和第n孔塞结构背向衬底层一侧表面形成第n+1存储器基体；直至形成第N通孔后，连通全部第n通孔，形成深度方向上孔径一致的直通孔。本发明的制造方法可以制造深度方向孔径一致的直通孔。技术研发人员：娄凯华,周永旺,安阳,马淑香,刘晗受保护的技术使用者：山东云海国创云计算装备产业创新中心有限公司技术研发日：技术公布日：2024/9/2