垂直存储器中的浮动栅极存储器单元的制作方法
【专利说明】垂直存储器中的浮动栅极存储器单元
[0001]优先权串请案
[0002]本申请案主张对2013年3月15日提出申请的第13/838，297号美国申请案的优先权权益，所述美国申请案以全文引用的方式并入本文中。
【背景技术】
[0003]用于存储数据的半导体存储器装置可通常划分成两种类别:易失性存储器装置及非易失性存储器装置。易失性存储器装置在电力供应器中断时丢失其中所存储的数据。相比来说，非易失性存储器装置甚至在电力供应器中断时仍保留所存储数据。因此，非易失性存储器装置(例如快闪存储器装置)广泛用于其中电力可能中断的应用中。举例来说，电力可能不可用。例如，在移动电话系统、用于存储音乐及/或电影数据的存储器卡中，可偶尔中断电力或可规定较低电力消耗。随着过程能力增加及小型化，甚至在快闪存储器装置中越来越需要较小大小的存储器单元。
【附图说明】
[0004]在图式(其未必按比例绘制)中，相似编号可在不同视图中描述类似组件。具有不同字母后缀的相似编号可表示类似组件的不同例子。图式通常以实例方式而非限制方式图解说明本文件中所论述的各种实施例。
[0005]图1图解说明呈3D NAND阵列架构的垂直存储器单元串的实例；
[0006]图2A-P图解说明根据一实施例的制作垂直NAND存储器的技术；
[0007]图3A-D图解说明根据一实施例的制作垂直NAND存储器的另一技术；
[0008]图4A-H展示根据一实施例的用以减小或消除电荷泄露的一个替代过程；
[0009]图5A-H展示根据一实施例的用以减小或消除电荷泄露的第二替代过程；
[0010]图6A-C图解说明三个额外垂直存储器实施例；
[0011]图7A-F图解说明根据一实施例的如图6A中所展示的垂直存储器的制造；
[0012]图8图解说明根据一实施例的如图6B中所展示的垂直存储器；
[0013]图9A-D图解说明根据一实施例的如图6C中所展示的垂直存储器的制造 '及
[0014]图10A-F图解说明根据一些实施例的如图6C中所展示的垂直存储器的制造。
【具体实施方式】
[0015]图1图解说明根据发明人视为现有内部实施例的内容的包含呈3D NAND(“与非”)架构的垂直存储器单元串的垂直存储器100的实例。垂直存储器100包含存储器单元堆叠110，存储器单元堆叠110包含浮动栅极(FG) 102、电荷阻挡结构(例如，IPD 104)、控制栅极(CG) 106及电介质材料叠层(例如，氧化物层108)。在所图解说明实例中，IB) 104安置于每一浮动栅极(FG) 102与控制栅极(CG) 106之间。电荷可陷获于IPD 104的部分上，例如陷获于IPD 104的在FG 102与相应电介质材料叠层之间横向延伸的部分上。如图1中所展示，FG 102的长度(S卩，L1)是相应CG 106的长度(S卩，L2)的大约一半。在一个实施例中，举例来说，与大约30nm的相应CG 106的长度相比，FG 102在电流流动方向上(例如，在一串存储器单元的柱中)的长度为大约15nm。
[0016]举例来说，在其中给定存储器单元的IPD 104为0N0(氧化物-氮化物-氧化物)的实施例中，氮化物可不合意地使电荷陷获于氮化物的第一实质上水平部分122中及/或陷获于氮化物的第二实质上水平部分120中。因此，本发明的实施例削减那些区中的IPD104 (例如，ONO电荷阻挡结构的氮化物)及/或相对于相应CG 106增加FG 102的长度。本文中所呈现的实施例包含其中(举例来说)使存储器单元中的IPD 104凹入且使用第二浮动栅极材料(例如，FG2多晶硅)(未展示于图1中)来回填凹部的实施例。举例来说，在一些实施例中，主要通过干法蚀刻、气相蚀刻或湿法蚀刻或者其组合使IPD 104从FG 102中的每一者的顶部及底部凹入。替代电介质沉积(例如氧化物层沉积)，替代地用导电材料来填充凹部的所得体积以增加FG 102中的每一者的大小。举例来说，在特定实施例中，FG 102在沟道电流流动方向上的长度实质上等于相应CG 106的长度(例如，与FG 102的长度等于CG 106的长度减IPD 104 (例如，氧化氮(NO)或0N0)的两倍厚度相对比)。举例来说，FG 102及CG 106的长度可为大约30nm。在所述实施例中的至少一些实施例中，选择性地移除第一(例如，原始)浮动栅极材料(例如，FGl多晶硅)且形成IPD 104的第二氧化物层，且接着沉积第二浮动栅极材料(例如，FG2多晶硅)并使用其来形成FG 102。
[0017]图2A-P图解说明根据一实施例的制作垂直NAND存储器的技术。图2A是包含交替电介质材料叠层(例如，氧化物层240)与控制栅极材料(例如，导电材料叠层，例如经掺杂多晶硅层242)的材料堆叠200的横截面图。图2B是图2A中所展示的材料堆叠200的透视图。在图2A及2B中，氧化物层240及经掺杂多晶硅层242已经蚀刻以形成延伸穿过其的开口，其中所述开口包含邻近于经掺杂多晶硅层242的第一凹部246。底部层244为蚀刻停止层，例如A10x。
[0018]图2C是在于邻近于经掺杂多晶硅层242中的相应一者的凹部246中的每一者中形成(例如，生长)电荷阻挡结构的第一层(例如，第一氧化物层248)之后的材料堆叠200的横截面图。
[0019]图2D是在于邻近于第一氧化物层248及邻近于开口中的氧化物层240的经暴露表面的凹部246中的每一者中形成电荷阻挡结构(其在一些实施例中包括势皇膜)的第二层250 (例如，氮化物层250)之后的材料堆叠200的横截面图。所述第二层具有内表面252。图2E是图2D中所展示的材料堆叠200的透视图。
[0020]图2F是在邻近于开口中的氮化物层250形成电荷阻挡结构的第三层(例如，第二氧化物层256)之后的材料堆叠200的横截面图，其中所述开口中的每一者此后包含对应于第一凹部246的第二凹部258。
[0021]图2G是在于第二凹部258中形成第一浮动栅极(FGl)材料(例如，第一多晶硅)之后的材料堆叠200的横截面图。举例来说，在至少一些实施例中，可在开口中沉积并回蚀第一多晶硅以使所述第一多晶硅凹入于第二凹部258中的每一者中，借此形成具有内表面262的第一 FGl 260。在其它实施例中，可将第一多晶硅氧化，且接着移除氧化物以形成第一 FGl 260。图2H是图2G中所展示的材料堆叠200的透视图。
[0022]图21是在开口中的每一者中的第二氧化物层256的各向同性蚀刻以使开口中的每一者中的第二氧化物层256的内表面264从相应第一 FGl 260的内表面262凹入之后的材料堆叠200的横截面图。所述蚀刻可为湿法蚀刻、气相蚀刻或干法蚀刻，且可对氮化物为选择性的以留下开口中的每一者中的氮化物层250。举例来说，可使用稀释氟化氢(HF)气相蚀刻来蚀刻第二氧化物层256。
[0023]图2J是在开口中的每一者中的氮化物层250的各向同性蚀刻以使氮化物层250凹入到超出开口中的每一者中的第二氧化物层256的内表面264的深度之后的材料堆叠200的横截面图。可将磷酸用作氮化物层250的蚀刻剂，其对多晶硅及氧化物为选择性的。
[0024]图2K是在于开口中形成第二浮动栅极(FG2)材料(例如，第二多晶硅266)之后的材料堆叠200的横截面图。第二多晶硅266可具有与第一多晶硅相同的组合物或可具有不同组合物。可使用原子层沉积(ALD)技术来沉积第二多晶硅266，使得经沉积多晶硅266为高度保形的。在至少一些实施例中，第二多晶硅266可植入有掺杂剂。举例来说，可使用等离子掺杂或其它高度保形掺杂技术。另外，可使用膜沉积与移除技术来移除经沉积膜，这是因为晶片被多晶娃完全覆盖。
[0025]图2L-N是在已于开口中回蚀第二多晶硅266之后的材料堆叠200的横截面图，其中图2L、2M及2N各自展示取决于(举例来说)回蚀的时序的略微差异的所得结构的不同替代物。在图2L-2N中所展示的结构中的每一者中，在开口中回蚀第二多晶硅266直到第二多晶硅266的内表面268与开口中的氧化物层240的内表面270实质上共面为止。第一FGl 260与经回蚀第二多晶硅266 (FG2)的组合可共同形成具有朝向控制栅极CG延伸的突出部的浮动栅极FG (例如，对应于第一 FGl 260)。
[0026]因此，如图2N中所展示，可因此形成包含在第一电介质材料叠层的上部表面与第二电介质材料叠层的下部表面之间且与所述表面接触的FG的存储器单元。所述FG包含朝向也已形成于第一电介质材料叠层的上部表面与第二电介质材料叠层的下部表面之间的CG延伸的突出部。电荷阻挡结构(例如，上文所描述ONO结构)在FG与CG之间。
[0027]所述电荷阻挡结构包含势皇膜，例如氮化物层。所述势皇膜的实质上垂直部分在CG与FG之间。势皇膜的第一实质上水平部分部分地在第一电介质材料叠层与FG之间横向延伸。同样地，势皇膜的第二实质上水平部分部分地在第二电介质材料叠层与FG之间横向延伸。举例来说，在图2N中所图解说明的实施例中，势皇膜的第一实质上水平部分横向延伸到一点，使得其在突出部与第一电介质材料叠层之间但不在FG的另一部分与第一电介质材料叠层之间。换句话说，针对FG的其它部分，在FG与第一电介质材料叠层之间不存在势皇膜。
[0028]在图2N中所图解说明的实施例中，电荷阻挡结构的至少一部分包覆突出部的至少一部分。举例来说，第二氧化物层256可包覆突出部。氮化物层250的第一部分(例如，先前段落中所参考的第一实质上水平部分)及第二氧化物层256的第一部分在突出部与第一电介质材料叠层的上部表面之间(且两者均与FG接触)。氮化物层250的第二部分(例如，先前段落中所参考的第二实质上水平部分)及第二氧化物层256的第二部分在突出部与第二电介质材料叠层的下部表面之间(且两者均与FG接触)。
[0029]在更特定细节中，图2N中所展示的实施例展示包含朝向CG延伸的三个突出部的FG:邻近于第一电介质材料叠层的上部表面的第一突出部、邻近于第二电介质材料叠层的下部表面的第二突出部及第一突出部与第二突出部之间的中间突出部(例如，对应于第一FGl 260)。如图2N中所展示，在此实施例中，第二氧化物层256的第一部分可在第一突出部与中间突出部之间，且第二氧化物层256的第二部分可在第二突出部与中间突出部之间。
[0030]因此，展示具有控制栅极242在电介质材料叠层240 (氧化物