三维动态随机存取存储器及工艺制作方法与流程

本技术涉及半导体，特别涉及三维动态随机存取存储器及工艺制作方法。

背景技术：

1、近年来，3d结构的存储器受到越来越多的关注，在提高存储器的密度方面具有一定的优势，尤其是在dram(dynamic random access memory，动态随机存取存储器)存储领域。目前越来越多地关注3d器件的设计结构在产业上制造的便利性以及存储密度上的优势等。

技术实现思路

1、本技术提供了一种三维动态随机存取存储器及工艺制作方法，制作方法本身不会带来相邻层之间的存储单元寄生mos，因此也不存在去除寄生mos的额外工艺，简化制作工艺流程。

2、第一方面，提供了一种三维动态随机存取存储器的工艺制作方法，该方法包括：

3、在衬底上交替沉积第一绝缘层和金属氧化物材料层；沿垂直于所述衬底的方向，刻蚀每个金属氧化物材料层中器件预留部位之外的非器件预留部位以及所述第一绝缘层中对应部位的材料，所述器件预留部位包括位线预留部位、字线预留部位、沟道预留部位和电容器的第一电极预留部位；将每个金属氧化物材料层中所述位线预留部位和所述第一电极预留部位的金属氧化物替换为第一电极材料，所述第一电极材料分别形成位线和第一电极；沿垂直于所述衬底的方向，刻蚀每个金属氧化物材料层所述字线预留部位以及所述第一绝缘层中对应部位的材料，形成多个贯穿所述第一绝缘层和所述金属氧化物材料层的第一通孔；在每个第一通孔的侧壁上沉积栅极绝缘层，在形成所述栅极绝缘层的第一通孔中，填充第二电极材料，所述第二电极材料形成字线；刻蚀所述第一绝缘层和所述金属氧化物材料层的电容器的第二电极预留部位的材料，暴露出每个金属氧化物材料层的第一电极；在每个金属氧化物材料层暴露出的第一电极的表面依次沉积电容间介质和第三电极材料，所述第三电极材料形成电容器的第二电极。

4、可选地，所述将每个金属氧化物材料层中所述位线预留部位和所述第一电极预留部位的金属氧化物替换为第一电极材料，包括：

5、刻蚀每个金属氧化物材料层中所述位线预留部位、所述第一电极预留部位的材料；在每个金属氧化物材料层中所述位线预留部位、所述第一电极预留部位填充第一电极材料。

6、可选地，所述刻蚀每个金属氧化物材料层中所述位线预留部位、所述第一电极预留部位的材料，包括：

7、在每个金属氧化物材料层中非器件预留部位以及所述第一绝缘层中对应部位填充绝缘材料；在所述沟道预留部位的周围刻蚀出与所述衬底垂直且贯穿所述第一绝缘层和所述金属氧化物材料层的四个第二通孔，其中，所述四个第二通孔与所述器件预留部位不存在重合，所述四个第二通孔分布在所述沟道预留部位的四周；根据所述沟道预留部位四周的第二通孔，刻蚀所述沟道预留部位两侧的金属氧化物，在所述沟道预留部位两侧分别形成连通两个第二通孔的第三通孔；向所述第二通孔和所述第三通孔中填充保护材料，对于每个沟道预留部位的金属氧化物，所述金属氧化物被所述沟道预留部位周围的保护材料和绝缘材料包围；刻蚀每个金属氧化物材料层中所述位线预留部位、所述第一电极预留部位剩余的金属氧化物。

8、可选地，所述刻蚀每个金属氧化物材料层中所述位线预留部位、所述第一电极预留部位剩余的金属氧化物，包括：

9、沿垂直于所述衬底的方向，刻蚀每个金属氧化物材料层中非器件预留部位且非沟道绝缘部位以及所述第一绝缘层中对应部位的材料，其中，所述沟道绝缘部位为所述沟道预留部位周围的所述绝缘材料所在的部位；刻蚀每个金属氧化物材料层中所述位线预留部位、所述第一电极预留部位剩余的金属氧化物。

10、可选地，所述保护材料为非电极材料；所述在每个金属氧化物材料层中所述位线预留部位、所述第一电极预留部位填充第一电极材料之前，还包括：刻蚀所述每个金属氧化物材料层中的保护材料。

11、可选地，所述金属氧化物含有铟、镓、锌和锡元素中的至少一种。

12、可选地，所述金属氧化物为铟镓锌氧化物、铟锌氧化物或氧化铟锡。

13、可选地，所述金属氧化物为铟镓锌氧化物，所述第一电极材料为金属材料或氧化铟锡。

14、可选地，沉积所述第一绝缘层的绝缘材料为氮化物。

15、可选地，所述刻蚀所述第一绝缘层和所述金属氧化物材料层的电容器的第二电极预留部位的材料之前，还包括：将氮化物替换为氧化物。

16、可选地，所述在每个金属氧化物材料层中非器件预留部位以及所述第一绝缘层中对应部位填充的绝缘材料为低介电常数low-k材料。

17、第二方面，提供了一种三维动态随机存取存储器，所述三维动态随机存取存储器由如上述第一方面所述工艺制作方法制成；

18、所述三维动态随机存取存储器包括：多层沿垂直于衬底方向堆叠的存储单元阵列和多个贯穿各层存储单元阵列的字线；所述存储单元阵列中的存储单元包括晶体管，其中，所述晶体管中的沟道环绕所述字线的侧壁，所述沟道平行于所述衬底的各截面的大小和形状相同，且对于环绕同一字线的多个晶体管中的多个沟道，所述多个沟道在所述衬底上的正投影重合。

19、可选地，相邻的两个存储单元阵列之间具有绝缘层；对于贯穿多个绝缘层的每个字线，所述字线被所述多个绝缘层环绕，每个绝缘层对所述字线形成环绕的侧壁在所述衬底上的正投影重合。

20、可选地，所述存储单元还包括电容器，所述电容器包括第三电极、第四电极和电容间介质；所述电容器的第三电极与同一存储单元中的晶体管的沟道相连，所述电容间介质包裹所述第三电极远离所述沟道的部分，所述第四电极包裹所述电容间介质；对于相邻且位于不同存储单元阵列的两个电容器，所述两个电容器的第三电极未被电容间介质包裹的部分以及与所述第三电极连接的沟道之间，填充有一种绝缘材料。

21、第三方面，提供了一种三维动态随机存取存储器，该三维动态随机存取存储器包括：多层沟道层和多层绝缘层，在垂直衬底方向周期性交替堆叠；其中，所述绝缘层用于隔离相邻的两层沟道层；每层所述沟道层由填充于两层绝缘层之间的金属氧化物半导体层回刻形成；贯穿孔，贯穿所述周期性交替堆叠的多层沟道层和多层绝缘层，所述贯穿孔的内壁依次形成有栅极绝缘层和字线。

22、可选地，所述贯穿孔是对所述多层沟道层和多层绝缘层进行刻蚀形成。

23、可选地，所述沟道层平行于所述衬底的横截面的外轮廓为矩形或方形，所述贯穿孔为圆形或椭圆形。

24、可选地，所述沟道层沿着栅极绝缘层的侧壁延伸，且在水平方向上具有厚度；堆叠的沟道层中越靠近衬底的沟道层具有的厚度越大。

25、第四方面，提供了一种电子设备，所述电子设备包括如上第二方面所述的三维动态随机存取存储器。

26、可选地，所述电子设备包括智能电话、计算机、平板电脑、人工智能设备、可穿戴设备或智能移动终端。

27、本技术实施例提供的技术方案带来的有益效果至少包括：

28、在本技术实施例提供的3d dram的工艺制作方法中，首先通过第一绝缘层将金属氧化物材料层隔离，然后在金属氧化物材料层中加工出沟道，并再通过刻蚀、沉积等工艺在金属氧化物材料层进一步加工出字线、位线、电容等部件。如此，加工之后的3d dram各层之间的沟道会通过第一绝缘层隔绝，能够避免产生层间的寄生晶体管。这样，制作方法本身不会带来相邻层之间的存储单元寄生mos，因此也不存在先形成寄生mos再去除的额外工艺，能够简化制作工艺流程。

技术特征：

1.一种三维动态随机存取存储器的工艺制作方法，其特征在于，所述方法包括：

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述将每个金属氧化物材料层(2)中所述位线预留部位和所述第一电极预留部位的金属氧化物替换为第一电极材料，包括：

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述刻蚀每个金属氧化物材料层(2)中所述位线预留部位、所述第一电极预留部位的材料，包括：

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述刻蚀每个金属氧化物材料层(2)中所述位线预留部位、所述第一电极预留部位剩余的金属氧化物，包括：

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述保护材料为非电极材料；

6.根据权利要求1至5任一项所述的方法，其特征在于，所述金属氧化物含有铟、镓、锌和锡元素中的至少一种。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述金属氧化物为铟镓锌氧化物、铟锌氧化物或氧化铟锡。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述金属氧化物为铟镓锌氧化物，所述第一电极材料为金属材料或氧化铟锡。

9.根据权利要求1至5任一项所述的方法，其特征在于，沉积所述第一绝缘层(1)的绝缘材料为氮化物。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述刻蚀所述第一绝缘层(1)和所述金属氧化物材料层(2)的电容器的第二电极预留部位的材料之前，还包括：将氮化物替换为氧化物。

11.根据权利要求3至5任一项所述的方法，其特征在于，所述在每个金属氧化物材料层(2)中非器件预留部位以及所述第一绝缘层(1)中对应部位填充的绝缘材料为低介电常数low-k材料。

12.一种三维动态随机存取存储器，其特征在于，包括：多层沿垂直于衬底方向堆叠的存储单元阵列(12)和多个贯穿各层存储单元阵列(12)的字线(7)；

13.根据权利要求12所述的三维动态随机存取存储器，其特征在于，相邻的两个存储单元阵列(12)之间具有绝缘层(13)；

14.根据权利要求12或13所述的三维动态随机存取存储器，其特征在于，所述存储单元(121)还包括电容器(1212)，所述电容器(1212)包括第三电极(1212a)、第四电极(1212b)和电容间介质(1212c)；

15.一种三维动态随机存取存储器，其特征在于，包括：

16.根据权利要求15所述的三维动态随机存取存储器，其特征在于，所述贯穿孔(15)是对所述多层沟道层(14)和多层绝缘层(13)进行刻蚀形成。

17.根据权利要求15所述的三维动态随机存取存储器，其特征在于，所述沟道层(14)平行于所述衬底的横截面的外轮廓为矩形或方形，所述贯穿孔(15)为圆形或椭圆形。

18.根据权利要求15至17所述的三维动态随机存取存储器，其特征在于，所述沟道层(14)沿着栅极绝缘层(6)的侧壁延伸，且在水平方向上具有厚度；堆叠的沟道层(14)中越靠近衬底的沟道层(14)具有的厚度越大。

19.一种电子设备，其特征在于，所述电子设备包括如权利要求12至18中任一项所述三维动态随机存取存储器。

20.根据权利要求19所述的电子设备，其特征在于，所述电子设备包括智能电话、计算机、平板电脑、人工智能设备、可穿戴设备或智能移动终端。

技术总结
本申请公开了一种三维动态随机存取存储器及工艺制作方法，涉及半导体技术领域，该方法包括：在衬底上交替沉积第一绝缘层和金属氧化物材料层，刻蚀每个金属氧化物材料层中非器件预留部位的材料。将每个金属氧化物材料层中位线预留部位和电容器的第一电极预留部位的金属氧化物替换为第一电极材料。刻蚀每个金属氧化物材料层字线预留部位以及第一绝缘层中对应部位的材料形成第一通孔，在第一通孔沉积栅极绝缘层并填充第二电极材料。刻蚀第一绝缘层和金属氧化物材料层的电容器的第二电极预留部位的材料，在暴露出的第一电极表面依次沉积电容间介质和第三电极材料。采用本申请，能避免3DDRAM中产生寄生晶体管，简化制作工艺流程。

技术研发人员：桂文华,毛淑娟,艾学正,于伟,戴瑾,王桂磊,王祥升
受保护的技术使用者：北京超弦存储器研究院
技术研发日：
技术公布日：2024/9/23