垂直nand元件用的掺杂多晶晶体管通道的方法
【技术领域】
[0001]本揭示的实施例是关于掺杂垂直晶体管中的通道的方法，特别是关于掺杂在垂直NAND元件中的多晶晶体管通道的方法。
【背景技术】
[0002]随着在单一基板上面积集愈来愈多的晶体管的要求持续增加，因而发展出新技术。之前，是藉由将晶体管自身微型化来大体上实现晶体管密度的增加。然而，随着尺寸持续缩小，特定特征例如晶体管的闸极的宽度可为小于十个原子层。因此，对于可能的微型化程度而言，存在有物理上的限制。
[0003]在持续将更多晶体管积集至单一元件上的尝试中，垂直元件的观念获得重视，垂直元件也被称为3D元件。简单地说，传统的晶体管是制作为具有水平定位的源极、汲极与闸极区域。垂直的闸极将此些特征建立在垂直方向上，从而减少各元件的水平占据面积。
[0004]然而，存在有关于垂直元件的挑战。特别地说，对于垂直NAND快闪式元件而言，已讨论存在有串电流的概念为潜在的问题。串电流或者是垂直NAND快闪式元件中的垂直方向上的电流是多晶通道的掺杂浓度的函数。不恰当或不均匀的掺杂此通道可能会裂化元件操作参数与性能。
[0005]因此，若存在有掺杂垂直NAND快闪式元件中的此多晶通道而使得性能参数最佳化的方法，将会是有益的。
【发明内容】
[0006]揭示一种在垂直快闪式元件中掺杂多晶通道的方法。此方法使用多个高能离子布植，以在通道的不同深度掺杂通道。在一些实施例中，此些离子布植是以自法线方向偏移的角度来进行，使得植入的离子通过周围的ONO堆叠的至少一部分。藉由通过ONO堆叠，各离子到达的分布范围可不同于由垂直布植产生的分布范围。
[0007]根据第一实施例，揭示一种在三维结构中产生经掺杂的垂直通道的制程，其中垂直通道是由氧化物-氮化物-氧化物(ONO)堆叠所包围。此方法包括蚀刻出穿过ONO堆叠的孔洞、沿着孔洞中的侧壁沉积多晶硅材料以及使用多个高能离子布植将掺质离子植入多晶硅材料中，多个高能离子布植的各个具有至少200keV的植入能量，且其中至少一布植是使用至少IMeV的植入能量来进行。
[0008]根据第二实施例，揭示一种在三维结构中产生经掺杂的垂直通道的制程，其中垂直通道是由氧化物-氮化物-氧化物(ONO)堆叠所包围。此方法包括蚀刻出穿过ONO堆叠的孔洞、沿着孔洞中的侧壁沉积多晶硅材料以及以自结构的表面的法线方向偏移的角度将掺质离子植入多晶硅材料中，其中离子在到达多晶硅材料之前会通过ONO堆叠的一部分。
[0009]根据第三实施例，揭示一种在三维NAND快闪式元件中产生经掺杂的垂直通道的制程。此制程包括沉积交替的多个氧化硅层与氮化硅层，以产生氧化物-氮化物-氧化物(ONO)堆叠;蚀刻出穿过ONO堆叠的孔洞;沿着孔洞的侧壁沉积多晶硅材料;在沉积多晶硅材料之后，在孔洞中沉积介电材料；以及将掺质离子透过多个高能离子布植而植入多晶硅材料中。高能布植的各个具有至少200keV的植入能量，且至少一布植是使用至少IMeV的植入能量来进行，其中所述植入是以自元件的平面的法线方向偏移的角度进行，使得离子在到达多晶硅材料之前会先通过ONO堆叠的一部分。
【附图说明】
[0010]为了更佳了解本揭示，将随附图做为参考，其以引用的方式并入本文且其中:
[0011]图1示出NAND快闪式元件。
[0012]图2A示出图1的NAND快闪式元件产生过程中的中间制程步骤的顶视图。
[0013]图2B示出图1的NAND快闪式元件产生过程中的中间制程步骤的侧视图。
[0014]图2C示出图1的NAND快闪式元件产生过程中的中间制程步骤的前视图。
[0015]图3示出NAND快闪式元件的垂直通道，其具有多晶硅与介电插塞。
[0016]图4示出图3的元件经受垂直离子布植。
[0017]图5示出图3的元件经受倾斜的或有角度的离子布植。
[0018]图6示出图1的NAND快闪式元件的产生过程中的中间制程步骤。
【具体实施方式】
[0019]垂直NAND快闪式元件的产生需要多个制程步骤来建立三维结构。如图1所示，最终的NAND快闪式元件100具有多个堆叠的电荷阱101，其是由施加于例如氧化硅的氧化物120的ONO层(氧化物-氮化物-氧化物)110所组成。在图1中，ONO层110示出为在三侧上(即顶部、底部与端部)环绕氧化物120。配置于电荷阱之间的为金属电极130，其可由钨或一些其他金属组成。多个中央垂直通道140经配置而接触各电荷阱101。通道140可与例如硅的基板150连接，而堆叠的电荷阱101可建立在例如氧化钽(TaO)的蚀刻终止层160上。经掺杂的源极线170配置在相邻的堆叠结构之间，以允许特定字元或区块的定址。
[0020]介电或绝缘材料145配置在中央垂直通道140的中心。例如多晶硅的半导体材料147配置为沿着垂直通道140的侧壁。换句话说，半导体材料147配置在堆叠的电荷阱101与介电材料145之间。ONO层110在氧化物120不存在的区域也配置为邻近于半导体材料147。在一些实施例中，相邻的堆叠电荷阱101可由介电或氧化物材料180分隔开。
[0021]此制程是由产生具有通道孔洞的阶梯状ONO堆叠开始，如图2A至图2C所示出。图2A示出基板的顶视图，而图2B与图2C分别是侧视图与前视图。为制造此，在例如η-掺杂硅的经掺杂的基板150上沉积例如氧化钽(TaO)的蚀刻终止层160。接着，在蚀刻终止层160上沉积一系列交替的氧化物层120与氮化物层125。这产生了具有ONO层的区块，其接着经受阶梯蚀亥IJ(最佳见于图2Β)。接着，在基板上的阶梯蚀刻发生的区域中沉积氧化物124。此氧化物经研磨使得氮化物层125为区块的最顶层。
[0022]此后，在ONO堆叠中蚀刻出深孔洞152。此些孔洞蚀刻穿过ONO堆叠与蚀刻终止层160而至基板150 ο在蚀刻出深孔洞152后，产生了图2Α至图2C示出的结构。之后，将深孔洞152填满材料以形成垂直通道140。
[0023]接着，如图3所示出，使用多晶硅材料147来涂覆垂直通道140的侧壁。接着，使用介电材料145来插入垂直通道140。此多晶硅材料147是用于提供电荷阱之间的导电路径，且因此可较佳掺杂至约1E17个原子cm—3的程度。然而，在垂直通道140中掺杂此多晶硅材料是困难的，因为其高深宽比(其深度除以其宽度)。举例来说，垂直通道140可为约2μπι深且仅约20nm宽。在本揭示中，高深宽比特征可定义为深度与宽度的比例大于50的。高深宽比特征将难以使用植入或沉积来掺杂。举例来说，经掺杂的多晶硅通道可使用掺杂沉积技术来产生。此技术被称为原位掺杂多晶硅沉积，其同时沉积多晶硅与例如硼或磷的掺质。然而，掺质的分布在整个通道深度可能不均匀，且在一些实例中，掺质的分布可以是进入通道内的深度的函数。
[0024]此外，因为此多晶硅沉积进入的垂直通道140的尺寸缩小，因此不再可能沉积多晶硅的管。反而，多晶材料必须以细线的形式沉积到深孔洞152中。这可能使以MeV植入(通过所有层)或原位掺杂多晶硅之外的任何技术掺杂此多晶材料变得不可能。然而，如上所述，使用原位掺杂多晶硅来达到均匀掺杂浓度是困难的。
[0025]在一实施例中，此多晶硅材料147是使用连锁高能布植来掺杂。举例来说，多晶硅可使用一系列布植来植入，其中各布植具有不同植入能量。在本揭示中，布植是定义为在特定植入能量的离子布植，其使用一或多个掺质离子，以在通道中的特定深度处达到特定掺杂轮廓。因此，在一特定布植期间，使用的通过的数目或经过的时间是没有限制的。反而，布植是基于在特定深度范围处产生想要的掺质浓度的需求而定义。在一些实施例中，此些高能布植的各个可具有至少200keV的能量。在一些实施例中，此些布植各使用的能量可大约在200keV与2MeV之间。在一些实施例中，此些布植的至少一个具有至少IMeV的能量。在其他实施例中，此些布植的至少一个具有至少1.4MeV的能量。在另一实施例中，此些布植的至少一个具有至少1.SMeV的能量。所进行的布植的数目可变化。举例来说，在一实施例中，可进行5次或更多次布植，各使用不同植入能量。在另一实施例中，进行7次或更多次布植，各使用不同植入能量。在另一实施例中，可进行9次布植。此外，在一实施例中，各个布植的植入能量可彼此差距约2001?^，例如1.816￥、1.616￥、1.416￥等。此些不同能量的布植可以以任何顺序来进行。在其他实施例中，各布植之间植入能量的差可更大或更小。在其他实施例中，布植能量差在布植系列期间可不固定。较高能量布植例如1.8MeV与1.6MeV，可用于掺杂位于接近垂直通道140的底部(例如接近基板150)的多晶材料147。渐进地，较低能量布植经使用来掺杂多晶材料147的配置为较接近于顶表面的区域，使得用于掺杂接近顶表面的多晶硅147的布植的植入能量可在200keV与400keV之间。在一些实施例中，连锁高能布植是以毯覆式植入来进行。换句话说，连锁高能布植是施加在整个元件，包括ONO层。在其他实施例中，可进行图案化布植，以便将离子仅植入于垂直通道140中。
[0026]在一些实施例中，沉积的多晶硅147是例如以硼在原位掺杂，使得多晶硅与硼两个都沉积在垂直通道140的侧壁中。在此情况下，后续的高能连锁布植可用于平均之前沉积的经掺杂的多晶硅的掺杂浓度。举例来说，多晶材料147的内部掺杂浓度可以深度为函数来变化。可使用连锁高能布植以使遍布垂直通道140的高度的浓度平均。在其他实施中，不掺杂经沉积的多晶硅。在本实施例中，掺杂浓度是专有地藉由后续连锁高能布植来增加。
[0027]在一些实施例中，用于所有连锁高能布植的物种是硼。在一些实施例中，硼物种可以是B+。在其他实施例中，硼物种是B++、B+++或B++++。在又一其他实施例中，使用多种硼物种。举例来说，在一实施例中，使用B++物种于一或多个较高能量布植，而使用B+物种于一或多个较低能量布植。在其他实施例中，可使用磷原子(例如P+与P++)以做为连锁高能布植的掺质物种。在一些实施例中，可使用多于一种物种来进行单一布植，例如B+与B++。在一些实施例中，除了掺质物种，也可植入共布植物种，例如碳、氟或者碳或氟的二价或多价物种。
[0028]在一些实施例中，连锁高能布植在能够确保遍布垂直通道140的固定掺杂浓度的植入能量位准与期间进行。然而，在一些实施例中，因为在不同层处的电荷阱的临界电压的变化，数据可能建议均匀掺杂浓度可能并非最佳的。因此，在一些实施例中，连锁高能布植可经修改以产生沿着垂直通道1