(57)【要約】  いくつかの実施形態は、誘電体領域によって半導体チャネル材料から離間されるゲートと、半導体チャネル材料に直に接触し、半導体チャネル材料の、誘電体領域とは反対側にある窒素含有材料とを有するデバイスを含む。いくつかの実施形態は、誘電体領域によって半導体チャネル材料から離間されるゲートを有し、半導体チャネル材料の少なくともある部分内に窒素を有するデバイスを含む。いくつかの実施形態は、交互の絶縁性レベル及びワード線レベルの垂直積重体を含むＮＡＮＤメモリ・アレイを含む。チャネル材料が積重体に沿って垂直に延在する。チャネル材料とワード線レベルとの間に電荷蓄積材料がある。チャネル材料と電荷蓄積材料との間に誘電体材料がある。チャネル材料内に窒素がある。いくつかの実施形態は、ＮＡＮＤメモリ・アレイを形成する方法を含む。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
誘電体領域によって半導体チャネル材料から離間されるゲートと、
前記半導体チャネル材料に直に接触し、前記半導体チャネル材料の、前記誘電体領域とは反対側にある窒素含有材料と
を含む、デバイス。
【請求項２】
前記半導体チャネル材料は、ゲルマニウム、シリコン、ＧａＡｓ、ＩｎＰ、ＧａＰ及びＧａＮの１つ又は複数を含む、請求項１に記載のデバイス。
【請求項３】
前記半導体チャネル材料はシリコンを含み、
前記窒素含有材料は窒化ケイ素を含み、
窒素は、前記半導体チャネル材料が前記窒化ケイ素と接触する界面に沿って、前記半導体チャネル材料内にあり、
前記窒素は、約０．１原子パーセント〜約５原子パーセントの範囲内の濃度で前記半導体チャネル材料の体積内に存在し、前記半導体チャネル材料の前記体積は、前記界面から約１０Å以下の距離内にある前記半導体チャネル材料である、
請求項１に記載のデバイス。
【請求項４】
トランジスタであり、一対のソース／ドレイン領域間に延在する前記半導体チャネル領域を有する、請求項１に記載のデバイス。
【請求項５】
ＮＡＮＤメモリ・セルであり、前記誘電体領域の、前記半導体チャネル材料とは反対側に電荷蓄積材料を有する、請求項１に記載のデバイス。
【請求項６】
誘電体領域によって半導体チャネル材料から離間されるゲートと、
前記半導体チャネル材料の少なくともある部分内にある窒素と
を含む、デバイス。
【請求項７】
前記半導体チャネル材料はシリコンを含む、請求項６に記載のデバイス。
【請求項８】
前記窒素は前記半導体チャネル材料の体積内に約０．１原子パーセント〜約５原子パーセントの範囲内の濃度で存在し、前記体積は、前記半導体チャネル材料の約１体積パーセント〜前記半導体チャネル材料の概ね全体の範囲内にある、請求項６に記載のデバイス。
【請求項９】
前記体積は、前記半導体チャネル材料の約１体積パーセント〜前記半導体チャネル材料の約５０体積パーセントの範囲内にある、請求項８に記載のデバイス。
【請求項１０】
前記体積は、前記半導体チャネル材料の約１体積パーセント〜前記半導体チャネル材料の約２５体積パーセントの範囲内にある、請求項８に記載のデバイス。
【請求項１１】
前記半導体チャネル材料の前記体積内に酸素、フッ素及び水素のうちの１つ又は複数を更に含む、請求項８に記載のデバイス。
【請求項１２】
トランジスタであり、一対のソース／ドレイン領域間に延在する前記半導体チャネル領域を有する、請求項６に記載のデバイス。
【請求項１３】
前記半導体チャネル材料の第１の側に直に接触している前記誘電体領域を含み、前記半導体チャネル材料の第２の側に直に接触している化学量論的窒化ケイ素を含む、前記半導体チャネル材料の前記第２の側は前記半導体チャネル材料の前記第１の側とは反対に位置する、請求項１２に記載のデバイス。
【請求項１４】
前記ゲートは前記半導体チャネル材料の上方にあり、化学量論的窒化ケイ素が、前記ソース／ドレイン領域間の横方向に、かつ前記半導体チャネル材料の下方にある、請求項１３に記載のデバイス。
【請求項１５】
前記化学量論的窒化ケイ素は、前記ソース／ドレイン領域の上方に半分程度までしか延在しない、請求項１４に記載のデバイス。
【請求項１６】
ＮＡＮＤメモリ・セルであり、前記半導体チャネル材料と前記ゲートとの間に電荷蓄積材料を有し、前記誘電体領域は前記半導体チャネル領域と前記電荷蓄積材料との間にある、請求項６に記載のデバイス。
【請求項１７】
交互の絶縁性レベル及びワード線レベルの垂直積重体と、
前記積重体を貫通して垂直に延在するチャネル材料と、
前記チャネル材料と前記ワード線レベルとの間にある電荷蓄積材料と、
前記チャネル材料と前記電荷蓄積材料との間にある誘電体材料と、
前記チャネル材料内にある窒素と
を含む、メモリ・アレイ。
【請求項１８】
前記チャネル材料内の前記窒素の濃度は横方向に沿って変化し、垂直方向に沿って概ね一定である、請求項１７に記載のメモリ・アレイ。
【請求項１９】
前記チャネル材料は、前記積重体に沿った外面と、前記外面の反対に位置する内面とを有する管として構成され、前記管の前記内面に直に接触している化学量論的窒化ケイ素を含む、請求項１７に記載のメモリ・アレイ。
【請求項２０】
前記チャネル材料はシリコンを含む、請求項１７に記載のメモリ・アレイ。
【請求項２１】
前記窒素は約０．１原子パーセント〜約５原子パーセントの範囲内の濃度で前記チャネル材料内に存在する、請求項２０に記載のメモリ・アレイ。
【請求項２２】
前記チャネル材料内に酸素、フッ素及び水素のうちの１つ又は複数を更に含む、請求項１７に記載のメモリ・アレイ。
【請求項２３】
交互の絶縁性レベル及びワード線レベルの垂直積重体と、
前記積重体を貫通して垂直に延在するチャネル材料と、
前記チャネル材料と前記ワード線レベルとの間にある電荷蓄積材料と、
前記チャネル材料と前記電荷蓄積材料との間にある誘電体材料と、
前記チャネル材料に直に接触し、前記チャネル材料の、前記誘電体材料とは反対側にある窒素含有材料と
を含む、メモリ・アレイ。
【請求項２４】
メモリ・アレイを形成する方法であって、
交互の絶縁性レベル及びワード線レベルの垂直積重体を含み、前記積重体を貫通して垂直に延在する半導体チャネル材料の中空管を含むアセンブリを形成することと、
前記中空管の内面に沿って、前記半導体チャネル材料の中に窒素を拡散させることと
を含む、方法。
【請求項２５】
前記窒素とともに前記半導体チャネル材料の中に酸素、フッ素、及び水素のうちの１つ又は複数を拡散させることを更に含む、請求項２３に記載の方法。
【請求項２６】
前記窒素を前記半導体チャネル材料の中に前記拡散させることは、
前記半導体チャネル材料の前記中空管の前記内面に沿って垂直に延在する化学量論的窒化ケイ素の層を形成することと、
前記半導体チャネル材料が化学量論的窒化ケイ素の前記層を接合する界面に沿って、前記窒素を前記半導体チャネル材料の中に拡散させることとを含む、請求項２３に記載の方法。
【請求項２７】
前記半導体チャネル材料の前記中空管は、約５０Å〜約１５０Åの範囲内の壁厚を有し、化学量論的窒化ケイ素の前記層は約５Å〜約３０Åの範囲内の壁厚を有する、請求項２５に記載の方法。
【請求項２８】
化学量論的窒化ケイ素の前記層を前記形成することは、原子層堆積及び化学気相成長法のうちの一方又は両方を利用することを含む、請求項２５に記載の方法。
【請求項２９】
化学量論的窒化ケイ素の前記層を前記形成することは、急速熱窒化（ＲＴＮ）を利用することを含む、請求項２５に記載の方法。
【請求項３０】
化学量論的窒化ケイ素の前記層を前記形成することは、プラズマ窒化を利用することを含む、請求項２５に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
ＮＡＮＤメモリ・アレイ、半導体チャネル材料及び窒素を含むデバイス、並びにＮＡＮＤメモリ・アレイを形成する方法。
【背景技術】
【０００２】
メモリは電子システム用のデータ・ストレージを提供する。フラッシュ・メモリはメモリの１つのタイプであり、最新のコンピュータ及びデバイスにおいて数多く使用されている。たとえば、最新のパーソナル・コンピュータは、フラッシュ・メモリ・チップ上に記憶されたＢＩＯＳを有することができる。別の例として、従来のハード・ドライブに取って代わるソリッド・ステート・ドライブにおいてフラッシュ・メモリを利用するコンピュータ及び他のデバイスにとって、フラッシュ・メモリは徐々に一般的になりつつある。更に別の例として、フラッシュ・メモリによれば、製造業者が、新たな通信プロトコルが標準化されるときにそれらのプロトコルをサポートできるようになり、機能拡張のためにデバイスを遠隔からアップグレードする能力を提供できるようになるので、フラッシュ・メモリはワイヤレス電子デバイスにおいて普及が進んでいる。
【０００３】
ＮＡＮＤアーキテクチャは、集積されたフラッシュ・メモリの基本ユニットとすることができる。ＮＡＮＤセル・ユニットは、メモリ・セルの直列の組合せ（直列の組合せは一般にＮＡＮＤストリングと呼ばれる）に直列に結合される少なくとも１つの選択用デバイスを含む。ＮＡＮＤアーキテクチャは、垂直に積重されたメモリ・セルを含む、３次元構成において構成される場合がある。改善されたＮＡＮＤアーキテクチャを開発することが望ましい。
【０００４】
トランジスタは集積回路の別の一般的な構成要素である。例示的なトランジスタはフラッシュ・トランジスタである。たとえば、メモリ、センサなどにおいて、そのようなトランジスタが利用される場合がある。改善されたトランジスタ・アーキテクチャを開発することが望ましい。
【図面の簡単な説明】
【０００５】
【図１】例示的なＮＡＮＤメモリ・アレイの例示的な部分の概略的な側断面図である。
【図１Ａ】例示的なＮＡＮＤメモリ・アレイの例示的な部分の概略的な平面図である。
【図２】例示的な構成を示す、図１のＮＡＮＤメモリ・アレイの領域の図である。
【図３】例示的な構成を示す、図１のＮＡＮＤメモリ・アレイの領域の図である。
【図４】例示的な構成における、チャネル材料の場所にわたる窒素濃度を示すグラフである。
【図５】例示的な構成における、チャネル材料の場所にわたる窒素濃度を示すグラフである。
【図６】例示的な構成における、チャネル材料の場所にわたる窒素濃度を示すグラフである。
【図７】例示的なＮＡＮＤメモリ・アレイを形成するための例示的なプロセスの種々の段階におけるアセンブリの概略的な側断面図である。
【図８】例示的なＮＡＮＤメモリ・アレイを形成するための例示的なプロセスの種々の段階におけるアセンブリの概略的な側断面図である。
【図９】例示的なＮＡＮＤメモリ・アレイを形成するための例示的なプロセスの種々の段階におけるアセンブリの概略的な側断面図である。
【図１０】例示的なＮＡＮＤメモリ・アレイを形成するための例示的なプロセスの種々の段階におけるアセンブリの概略的な側断面図である。
【図１１】別の例示的なＮＡＮＤメモリ・アレイの例示的な部分の概略的な側断面図である。
【図１２】例示的なフラッシュ・トランジスタの概略的な側断面図である。
【図１３】例示的なフラッシュ・トランジスタの概略的な側断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００６】
半導体構成要素は、半導体チャネル材料を含むことができる。たとえば、ＮＡＮＤは、ＮＡＮＤメモリ・セルのストリングに沿って延在する半導体チャネル材料を有するように構成することができる。別の例として、フラッシュ・トランジスタは通常、一対のソース・ドレイン領域間に半導体チャネル材料を有するように構成される。チャネル材料は、デバイスの動作中（たとえば、ＮＡＮＤメモリ・ストリング動作中、フラッシュ・トランジスタのソース／ドレイン領域間に電気が流れている間など）に電子を輸送するのに適した導電率を有する。半導体チャネル材料は、たとえば、シリコン、ゲルマニウム、ＩＩＩ／Ｖ材料（たとえば、ＧａＡｓ、ＩｎＰ、ＧａＰ及びＧａＮ）などを含む、数多くの半導体材料のいずれかを含むことができる。いくつかの態様において、半導体チャネル材料の中に窒素を拡散させること、及び／又はチャネル材料に直に接触させて窒化ケイ素を形成することにより、チャネル材料の導電率を改善できることがわかっている。そのような改善の仕組みは、チャネル材料内の粒界の変更による場合があり、及び／又はチャネル材料に対する他の物理的／化学的強化による場合がある。本明細書において説明される本発明の態様を理解する際に読者を支援するために、取り得る仕組みが提供されるが、もしあるなら、そのような仕組みが添付の特許請求の範囲において明確に列挙される場合を除いて、本発明を限定するものではない。例示的な実施形態が図１〜図１３を参照しながら説明される。
【０００７】
図１及び図１Ａを参照すると、集積構造体１０の一部が示されており、そのような部分は、３次元ＮＡＮＤメモリ・アレイ１２の断片である。
【０００８】
集積構造体１０は、交互の第１のレベル１８及び第２のレベル２０の積重体１５を含む。レベル１８は絶縁性（すなわち、誘電性）であり、レベル２０は導電性である。
【０００９】
絶縁性レベル１８は絶縁性材料２６を含む。そのような絶縁性材料は任意の適切な組成物又は組成物の組合せを含むことができ、たとえば、二酸化ケイ素を含むことができる。
【００１０】
導電性レベル２０は導電性材料２８を含む。導電性材料２８は任意の適切な組成物又は組成物の組合せを含むことができ、いくつかの実施形態において、種々の金属（たとえば、チタン、タングステン、コバルト、ニッケル、プラチナなど）、金属含有組成物（たとえば、金属シリサイド、金属窒化物、金属炭化物など）、及び／又は導電的にドープされた半導体材料（たとえば、導電的にドープされたシリコン、導電的にドープされたゲルマニウムなど）のうちの１つ又は複数を含むことができる。
【００１１】
導電性レベル２０及び絶縁性レベル１８は、任意の適切な垂直厚からなることができる。いくつかの実施形態において、導電性レベル２０及び絶縁性レベル１８は、約１０ナノメートル（ｎｍ）〜約３００ｎｍの範囲内の垂直厚を有することができる。いくつかの実施形態において、導電性レベル２０は絶縁性レベル１８と概ね同じ垂直厚を有する場合がある。他の実施形態では、導電性レベル２０は、絶縁性レベル１８と大きく異なる垂直厚を有する場合がある。
【００１２】
積重体１５はベース１７によって支持される。ベース１７は半導体材料を含むことができ、たとえば、単結晶シリコンを含むか、基本的に単結晶シリコンからなるか、又は単結晶シリコンからなることができる。ベース１７は、半導体基板と呼ばれる場合がある。「半導体基板」という用語は、限定はしないが、半導体ウエハ（単独又は他の材料を含むアセンブリ）などのバルク半導体材料、及び半導体材料層（単独又は他の材料を含むアセンブリ）を含む、半導体材料を含む任意の構成体を意味する。「基板」という用語は、限定はしないが、上記の半導体基板を含む、任意の支持構造体を指す。いくつかの適用例において、ベース１７は、集積回路製造に関連付けられる１つ又は複数の材料を含む、半導体基板に対応することができる。そのような材料は、たとえば、耐火金属材料、バリア材料、拡散材料、絶縁体材料などの１つ又は複数を含むことができる。
【００１３】
ベース１７と積重体１５との間に間隙が設けられ、ベース１７と積重体１５との間に他の材料、構成要素などが設けられる場合があることを示す。たとえば、積重体１５とベース１７との間に導電性ソース線（図示せず）が設けられる場合がある。
【００１４】
開口部３０が積重体１５を貫通して延在する。開口部は、レベル１８及び２０に沿って延在する側壁３１を有する。開口部３０は図１の断面図において２つの側壁を有するように見えるが、実際には、開口部は、上から見たときに閉じた形状（たとえば、円形、楕円形、多角形などの形状）を有することができ、したがって、図１Ａの平面図において示されるように、開口部３０の周りに連続した側壁が全体にわたって延在することができる。
【００１５】
電荷遮断領域３２が、開口部３０の側壁３１に沿って垂直に延在し、電荷遮断領域は電荷遮断材料３４を含む。電荷遮断材料３４は、たとえば、二酸化ケイ素及び１つ又は複数の高ｋ誘電体材料などを含む、任意の適切な組成物又は組成物の組合せを含むことができる。
【００１６】
電荷遮断材料３４に沿って垂直に電荷蓄積材料３６が延在する。電荷蓄積材料３６は、任意の適切な組成物又は組成物の組合せを含むことができ、いくつかの実施形態において、浮遊ゲート材料（たとえば、ドープされた、又はドープされないシリコン）又は電荷捕獲材料（たとえば、窒化ケイ素、金属ドットなど）を含むことができる。いくつかの実施形態において、電荷蓄積材料３６は、窒化ケイ素を含むか、基本的に窒化ケイ素からなるか、又は窒化ケイ素からなることができる。そのような実施形態において、電荷蓄積材料３６は、約５０Å〜約８０Åの範囲内の厚さを有することができる。図１の例示される実施形態は、電荷蓄積材料３６のために利用される電荷捕獲材料を有するＮＡＮＤに一般に関連付けられる構成を表す。浮遊ゲート材料を利用するＮＡＮＤに一般に関連付けられる構成が、図１１を参照しながら後に説明される。
【００１７】
電荷蓄積材料３６に沿って垂直に誘電体領域３８が延在する。誘電体領域３８は誘電体材料４０を含む。いくつかの実施形態において、誘電体材料４０は、ゲート誘電体材料、トンネル材料又は電荷通過材料と呼ばれる場合がある。誘電体材料４０は、任意の適切な組成物又は組成物の組合せを含むことができ、いくつかの実施形態において、二酸化ケイ素を含むか、基本的に二酸化ケイ素からなるか、又は二酸化ケイ素からなることができる。いくつかの実施形態において、誘電体材料４０は、所望の電荷トンネル特性を有するようにバンドギャップ操作することができ、そのような実施形態では、一対の二酸化ケイ素層間に挟持される窒化ケイ素、及び／又は任意の他の適切な構成を含むことができる。
【００１８】
誘電体材料４０に沿って垂直にチャネル材料４２が延在する。いくつかの実施形態において、チャネル材料４２は、積重体１５を貫通して開口部３０に沿って垂直に延在する中空管４４を形成すると見なすことができる。
【００１９】
チャネル材料４２は、任意の適切な組成物又は組成物の組合せを含むことができ、いくつかの実施形態において、適切にドープされた半導体材料を含むか、基本的に適切にドープされた半導体材料からなるか、又は適切にドープされた半導体材料からなることができる。そのような半導体材料は、たとえば、シリコン、ゲルマニウム、そしていわゆる、ＩＩＩ／Ｖ半導体材料（たとえば、ＧａＡｓ、ＩｎＰ、ＧａＰ及びＧａＮ）のうちの１つ又は複数を含むことができる。いくつかの実施形態において、チャネル材料４２は、適切にドープされた多結晶シリコンを含むか、基本的に適切にドープされた多結晶シリコンからなるか、又は適切にドープされた多結晶シリコンからなることができる。
【００２０】
チャネル材料４２の管４４は、誘電体材料４０に沿った外面４１と、外面４１と反対に位置する内面４３と、内面４３と外面４１との間の壁厚４５とを有する。いくつかの実施形態において、そのような壁厚は、約５０Å〜約１５０Åの範囲内にすることができる。
【００２１】
チャネル材料４２の内面４３に沿って窒化物が形成され、及び／又はチャネル材料４２の中に窒素が拡散する。いくつかの実施形態において、チャネル材料４２の内面４３に沿って形成される窒化物は、窒化ケイ素を含むか、基本的に窒化ケイ素からなるか、又は窒化ケイ素からなることができる。図１の例示される実施形態において、チャネル材料４２の中空管４４の内面４３に沿って、窒化ケイ素４６の薄い層（すなわち、薄膜）が形成される。
【００２２】
窒化ケイ素４６は、層厚４９を有する層であると見なすことができる。そのような層厚は、いくつかの実施形態において、約５Å〜約３０Åの範囲内にすることができる。窒化ケイ素４６は、窒化ケイ素がＳｉ３Ｎ４に対応する化学量論的組成を有することを示すために、いくつかの実施形態において、化学量論的窒化ケイ素と呼ばれる場合がある。
【００２３】
中空管４４内に絶縁性材料４８が設けられる。絶縁性材料４８は、任意の適切な組成物又は組成物の組合せを含むことができ、いくつかの実施形態において、二酸化ケイ素を含むか、基本的に二酸化ケイ素からなるか、又は二酸化ケイ素からなることができる。
【００２４】
いくつかの実施形態において、導電性レベル２０は、ＮＡＮＤメモリ・アレイのワード線レベルと呼ばれる場合がある。ワード線レベル２０の終端部５０は、ＮＡＮＤメモリ・セル５４の制御ゲート領域５２として機能することができ、メモリ・セル５４の近似的な場所が図１に大括弧で示されている。
【００２５】
垂直に積重されるメモリ・セル５４は、垂直ストリング（たとえば、メモリ・セルの垂直ＮＡＮＤストリングなど）を形成し、各ストリング内のメモリ・セルの数は導電性レベル２０の数によって決定される。積重体１５は、任意の適切な数の導電性レベルを含むことができる。たとえば、積重体は８個の導電性レベル、１６個の導電性レベル、３２個の導電性レベル、６４個の導電性レベル、５１２個の導電性レベル、１０２８個の導電性レベルなどを有することができる。
【００２６】
図１の構成は、ゲート５２が半導体チャネル材料４２から誘電体領域３２、３８及び電荷蓄積材料３６だけ離間されているメモリ・セル５４を有すると見なすことができる。半導体チャネル材料４２の、誘電体領域３２／３８及び電荷蓄積材料３６とは反対側において、窒素含有材料４６が半導体チャネル材料４２に直に接触している。
【００２７】
いくつかの実施形態において、半導体チャネル材料４２の中に窒素が延在し、そのような窒素は図１及び図１Ａにおいて点描で図式的に示されている。窒素は半導体チャネル材料４２の中に部分的にのみ延在することができるか（図１及び図１Ａの表示された点描で示される）、又は半導体チャネル材料４２を完全に貫通して延在することができる。いくつかの実施形態において、窒素は主に、半導体チャネル材料４２が窒素含有材料４６と接合する界面５１に沿って存在することができる。動作時に、メモリ・セル５４の垂直ストリングに沿ってチャネル材料４２の中に電荷が流れるのに応じて、界面５１に平行に電荷が流れる。界面に沿った、及び／又はチャネル材料４２内の窒素は、チャネル領域４２の導電率を高めることがわかっており、それは有利には、メモリ・セルの垂直ストリングに沿った電荷の流れを改善する。
【００２８】
いくつかの実施形態において、窒素は、半導体チャネル材料の体積内に、約０．１原子パーセント〜約５原子パーセントの範囲内の濃度で存在する。いくつかの実施形態において、窒素を含む半導体チャネル材料の体積は、半導体チャネル材料４２の約１体積パーセントから半導体チャネル材料４２の概ね全体までの範囲内、半導体チャネル材料４２の約１体積パーセントから半導体チャネル材料４２の約５０体積パーセントまでの範囲内、半導体チャネル材料４２の約１体積パーセントから半導体チャネル材料４２の約２５体積パーセントまでの範囲内などとすることができる。いくつかの実施形態において、その中に窒素を含む半導体チャネル材料の体積は、界面５１から約１０Å以下の距離内、界面５１から約３０Åの距離内、界面５１から約５０Åの距離内などに存在することができる。
【００２９】
いくつかの実施形態において、半導体チャネル材料４２内に、窒素に加えて、酸素、フッ素及び水素のうちの１つ又は複数が存在する場合がある。そのような実施形態では、半導体チャネル材料内の窒素と同じ体積内に酸素、フッ素及び／又は水素が含まれる場合がある。代替的には、窒素は、酸素、フッ素及び／若しくは水素によって占有されない半導体チャネル材料の付加的な体積の中に延在する場合があるか、又は酸素、フッ素及び／若しくは水素は、窒素によって占有されない半導体チャネル材料の付加的な体積の中に延在する場合がある。酸素、フッ素及び／又は水素が半導体チャネル材料４２内に存在する場合には、それらは任意の適切な濃度で存在する場合がある。たとえば、酸素は約０．１原子パーセントから約１０原子パーセントまでの範囲内の濃度で存在する場合があり、フッ素は約０．１原子パーセントから約１０原子パーセントまでの範囲内の濃度で存在する場合があり、水素は約０．１原子パーセントから約４０原子パーセントまでの範囲内の濃度で存在する場合がある。
【００３０】
半導体チャネル材料４２内の窒素濃度は、窒素を含むチャネル材料の体積を通して概ね一定とすることができるか、又は勾配に沿って異なることができる。「概ね一定」という用語は、妥当な製造公差及び測定許容誤差内で一定であることを意味する。図２及び図３は、構成１０の領域を図式的に示しており、半導体チャネル材料４２内の窒素の例示的な分布を示す。図４〜図６は、構成１０の場所内の窒素濃度をグラフ表示する。
【００３１】
図２は、半導体チャネル材料４２と窒素含有材料４６との間の界面５１に沿ってのみ窒素が存在する例を示す。窒素の近似的な場所は、点描で図式的に示される。図４は、窒素濃度勾配をライン５６としてグラフ表示する。窒素は、チャネル材料４２の一部内にのみ存在し、チャネル材料４２のそのような部分にわたって概ね一定の量で存在する。
【００３２】
図３は、半導体チャネル材料４２の全体にわたって窒素が延在する例を示しており、窒素濃度［Ｎ］が界面５１に向かう方向において増加する（領域４２内に点描によって表され、領域４２下方の矢印が窒素の濃度勾配を示す）。いくつかの実施形態において、チャネル材料４２内の窒素の濃度は、横方向に沿って変化し、図３の実施形態に対する垂直方向に沿って概ね一定のままであると見なすことができる。チャネル材料４２内の窒素濃度は、ある勾配に沿って変化する場合がある。例示的な勾配が図５に示される。例示的な勾配は、チャネル材料４２の全体にわたって減少する線形勾配である。他の実施形態では、勾配はステップ勾配又は任意の他の適切な勾配とすることができる。いくつかの実施形態において、勾配は、チャネル材料４２にわたって部分的にのみ延在することができる。更に他の実施形態では、勾配は、チャネル材料４２を越えて、トンネル誘電体材料４０を部分的に、又は完全に貫通して延在することができる。図６は、選択濃度勾配がトンネル誘電体材料４０の中に延在する例示的な実施形態を示す。
【００３３】
図１の構成１０は任意の適切な処理で形成することができる。図７〜図１０を参照しながら、例示的なプロセスが説明される。
【００３４】
図７を参照すると、交互の絶縁性レベル１８及びワード線レベル２０の垂直積重体１５を含むアセンブリの形成後の処理段階にある構成１０が示される。開口部３０は積重体１５を貫通して形成されており、材料３４、３６、４０及び４２がそのような開口部内に形成されている。半導体チャネル材料４２は、積重体を貫通して垂直に延在する中空管４４として構成される。中空管４４は、内面４３を含む。
【００３５】
図８を参照すると、窒素含有材料５８が開口部３０の中に流し込まれ、中空管４４の内面４３に沿って、及び／又は半導体チャネル材料４２の中に窒素を拡散させるために利用される。窒素含有材料５８は、任意の適切な材料を含むことができ、任意の適切な方法を利用して開口部３０内に設けることができる。たとえば、いくつかの実施形態において、窒素含有材料５８は、原子層堆積（ＡＬＤ）及び化学気相成長法（ＣＶＤ）のうちの一方又は両方を利用して内面４３に沿って堆積する窒化ケイ素を形成するのに適した前駆物質を含むことができる。いくつかの実施形態において、窒素含有材料５８は、アンモニア（ＮＨ３）及びヒドラジン（Ｎ２Ｈ２）のうちの一方又は両方を含むことができ、急速熱窒化（ＲＴＮ）のために利用することができる。それは、大気圧又は任意の他の適切な圧力下で、約８００℃〜約１０００℃の温度において、約５秒〜約６０秒にわたって行うことができる。いくつかの実施形態において、窒素含有材料５８は、Ｎ２を含むことができ、プラズマ窒化のために利用することができる。プラズマ窒化は、チャネル材料４２と接触するプラズマを含むことができ、バイアスをかけない条件下で、約５００ワット（Ｗ）〜約３５００Ｗの電力、及び約２００℃〜約７００℃の温度において行うことができる。代替的には、プラズマ窒化は遠隔プラズマ窒化（ＲＰＮ）とすることができ、チャネル材料４２と接触しないプラズマを利用することができる。プラズマ窒化が利用される場合には、プラズマ内に窒素とともに、アルゴン及び水素のうちの一方又は両方が含まれる場合がある。
【００３６】
窒素含有材料５８に加えて、開口部３０内に酸素、フッ素及び水素のうちの１つ又は複数が与えられる場合がある。そのような実施形態において、酸素、フッ素及び／又は水素は、窒素含有材料５８とともに開口部３０に流し込むことができるか、又は窒素含有材料５８に対して順次に開口部３０に流し込むことができる。
【００３７】
図９を参照すると、図８の処理段階後の処理段階における構成１０が示されており、一実施形態によれば、窒素含有材料５８が、半導体チャネル材料４２の管４４の内面４３に沿って化学量論的窒化ケイ素４６を形成し、窒素をチャネル材料４２の中に拡散させる（点描において図式的に示される）。他の実施形態では、図８の窒素含有材料（材料５８）は、材料４２の表面に沿って化学量論的窒化ケイ素４６を形成することなく、チャネル材料４２内に窒素を単に拡散させることができる。
【００３８】
図１０を参照すると、絶縁性材料４８が３０内に設けられ、それにより、図１を参照しながら上記で説明された構成を完成させる。
【００３９】
図１〜図１０は、例示的なＮＡＮＤメモリ・アレイを示す。図１１は、別の例示的なＮＡＮＤメモリ・アレイ１２ａを例示する構成１０ａを示す。構成１０ａの電荷蓄積材料３６は浮遊ゲートとして構成される。電荷蓄積材料３６とチャネル材料４２との間にトンネル材料（すなわち、ゲート誘電体材料）４０が設けられ、電荷遮断材料３４が電荷蓄積材料３６を部分的に包囲し、電荷蓄積材料３６とワード線材料２８との間に存在する。
【００４０】
図１のＮＡＮＤメモリ構成が利用されるか、図１１のＮＡＮＤメモリ構成が利用されるか、又は異なるＮＡＮＤメモリ構成が利用されるかにかかわらず、窒素がチャネル材料４２に沿って電流を増加させる（すなわち、抵抗率を減少させる）ことができるという点で、そのようなＮＡＮＤメモリ構成は、チャネル材料４２の内面に沿って及び／又はチャネル材料４２の中に拡散させてそのような窒素を含有することから利益を得ることができる。類似のチャネル材料に沿って、及び／又は類似のチャネル材料内に窒素を欠いている従来のＮＡＮＤメモリ構成に比べて、電流を増加させることによって、読出し動作及び／又は他の動作を改善できるようになる場合がある。
【００４１】
チャネル材料に沿った、及び／又はチャネル材料内の窒素は、いくつかの実施形態において、フラッシュ・トランジスタ・アーキテクチャに組み込むことができる。たとえば、図１２は、フラッシュ・トランジスタ（又はフラッシュ・メモリ・トランジスタ）１０２を含む構成１００を示す。トランジスタ１０２が、制御ゲート１０４と、電荷蓄積材料１０８と、ゲート１０４と電荷蓄積材料１０８との間の電荷遮断材料１０６と、電荷蓄積材料１０８の下方のトンネル誘電体１１０とを含む。制御ゲート１０４は、図１のワード線材料２８に対して上記で説明された導電性組成物のいずれかを含むことができ、電荷遮断材料１０６は、図１の電荷遮断材料３４に対して上記で説明された組成物のいずれかを含むことができ、電荷蓄積材料１０８は、図１の電荷蓄積材料３６に対して上記で説明された組成物のいずれかを含むことができ、トンネル誘電体材料１１０は、図１のトンネル誘電体材料４０を参照しながら上記で説明された組成物のいずれかを含むことができる。
【００４２】
材料１０４、１０６、１０８及び１１０は合わせて積重体１１２を形成し、そのような積重体は基板１１４によって支持される。基板１１４は、半導体材料１２０の中に延在する一対のソース／ドレイン領域１１６及び１１８を含む。半導体材料１２０は、図１の半導体チャネル材料４２に対して上記で説明された組成物のいずれかを含むことができる。
【００４３】
チャネル領域１２２は、半導体材料１２０内の、ソース／ドレイン領域１１６と１１８との間にある。チャネル領域１２２は、例示される実施形態において、積重体１１２の直下にある。
【００４４】
半導体材料１２０は、窒素含有材料１２４によって支持される。そのような窒素含有材料は、いくつかの実施形態において、窒化ケイ素を含むか、基本的に窒化ケイ素からなるか、又は窒化ケイ素からなることができる。窒素含有材料１２４と半導体材料１２０との間に、チャネル領域１２２に直に沿って界面１２５がある。動作時に、電荷がチャネル領域１２２を通って、ソース／ドレイン領域１１６と１１８との間に流れるときに、電荷はそのような界面に対して平行に流れる。界面１２５に沿った窒素は、チャネル領域１２２内の導電率を改善することができる。更に、いくつかの実施形態において、窒素は窒素含有材料１２４からチャネル領域１２２の中に拡散することができ（点描で図式的に示される）、それがチャネル領域内の導電率を更に改善することができる。
【００４５】
いくつかの実施形態において、窒素含有材料１２４は化学量論的窒化ケイ素とすることができる。チャネル領域１２２は、誘電体材料１１０を含む誘電体領域に直に接触している第１の側１２１を有し、第１の側１２１の反対に位置する第２の側１２３を有する。第２の側１２３は界面１２５に沿っている。図示される実施形態において、窒素含有材料（たとえば、化学量論的窒化ケイ素）１２４の領域は、ソース／ドレイン領域１１６と１１８との間に横方向に存在するように上方に向かって延在する。一般に、窒素含有材料は絶縁性の場合があり、チャネル領域の垂直厚が絶縁性窒素含有材料１２４によって過度に制限される場合には、チャネル領域の導電率が損なわれる場合があるので、窒素含有材料（たとえば、化学量論的窒化ケイ素）は、ソース／ドレイン領域１１６及び１１８の上方に半分程度までしか延在しないことが望ましい場合がある。
【００４６】
チャネル領域１２２内の窒素は、主に界面１２５に沿っている場合があるか、又はチャネル領域の中に実質的な距離だけ延在する場合がある。窒素がチャネル領域の中に実質的な距離だけ延在する場合には、図３、図５及び図６を参照しながら上記で説明された勾配と同様に、窒素濃度の勾配を確立することができる。たとえば、図１３は、窒素濃度［Ｎ］の勾配が界面１２５に向かって下方に延在する実施形態の構成１００を示す（そのような勾配は矢印及び点描で図式的に示されている）。
【００４７】
上記で論じられた構造は電子システムに組み込むことができる。そのような電子システムは、たとえば、メモリ・モジュール、デバイス・ドライバ、電力モジュール、通信モジュール、プロセッサ・モジュール及び特定用途向けモジュールにおいて使用される場合があり、マルチレイヤ、マルチチップ・モジュールを含む場合がある。電子システムは、たとえば、カメラ、ワイヤレス・デバイス、ディスプレイ、チップ・セット、セット・トップ・ボックス、ゲーム、照明、車両、時計、テレビ、携帯電話、パーソナル・コンピュータ、自動車、産業用制御システム、航空機などの広範なシステムのいずれかとすることができる。
【００４８】
別段に指定されない限り、本明細書において説明された種々の材料、物質、組成物などは、たとえば、原子層堆積（ＡＬＤ）、化学気相成長法（ＣＶＤ）、物理気相成長法（ＰＶＤ）などを含む、現在知られているか、又はまだ開発されていない任意の適切な方法で形成することができる。
【００４９】
「誘電性」及び「絶縁性」という用語は、絶縁性の電気的特性を有する材料を記述するために利用される場合がある。本開示において、それらの用語は同義と見なすことができる。場合によって、「誘電性」という用語を利用したり、「絶縁性」（又は「電気的絶縁性」）という用語を利用したりするのは、後述の特許請求の範囲内で先行詞を簡略化するために、本開示内で言語のバリエーションを提供するためである場合があり、化学的又は電気的に大きな違いを示すためには利用されない。
【００５０】
図面内の種々の実施形態の特定の向きは、例示のためにすぎず、それらの実施形態は、適用例に応じて、図示される向きに対して回転させることができる。本明細書において提供される説明、及び後述の特許請求の範囲は、種々の特徴部間の説明される関係を有する任意の構造体に関連し、その構造体が図面の特定の向きにあるか、そのような向きに対して回転するかとは無関係である。
【００５１】
図面を簡略化するために、添付の図の断面図は、断面の平面内の特徴部のみを示しており、別段の指示がない限り、断面の平面の背後の材料を示さない。
【００５２】
構造体が別の構造体「上に存在する」か、又は「に接触している」と上記で言われるときに、それは、他の構造体上に直に存在することができるか、又は介在する構造体が存在することもできる。対照的に、構造体が別の構造体「上に直に存在する」か、又は「に直に接触している」と言われるとき、介在する構造体は存在しない。
【００５３】
構造体が下部のベース（たとえば、基板）から概ね上方に延在することを指示するために、構造体（たとえば、層、材料など）が「垂直に延在する」と言われる場合がある。垂直に延在する構造体は、ベースの上面に対して概ね直角に延在する場合があるか、又はそうでない場合もある。
【００５４】
いくつかの実施形態は、誘電体領域によって半導体チャネル材料から離間されるゲートと、半導体チャネル材料に直に接触しており、半導体チャネル材料の、誘電体領域とは反対側にある窒素含有材料とを含む、デバイスを含む。
【００５５】
いくつかの実施形態は、誘電体領域によって半導体チャネル材料から離間されるゲートと、半導体チャネル材料の少なくともある部分内にある窒素とを含むデバイスを含む。
【００５６】
いくつかの実施形態は、交互の絶縁性レベル及びワード線レベルの垂直積重体を含むメモリ・アレイ（たとえば、ＮＡＮＤメモリ・アレイ）を含む。チャネル材料は積重体を貫通して垂直に延在する。チャネル材料とワード線レベルとの間に電荷蓄積材料がある。チャネル材料と電荷蓄積材料との間に誘電体材料がある。チャネル材料内に窒素がある。
【００５７】
いくつかの実施形態は、交互の絶縁性レベル及びワード線レベルの垂直積重体を含む、メモリ・アレイを含む。チャネル材料は積重体を貫通して垂直に延在する。チャネル材料とワード線レベルとの間に電荷蓄積材料がある。チャネル材料と電荷蓄積材料との間に誘電体材料がある。窒素含有材料が、チャネル材料に直に接触し、チャネル材料の、誘電体材料とは反対側にある。
【００５８】
いくつかの実施形態は、メモリ・アレイ（たとえば、ＮＡＮＤメモリ・アレイ）を形成する方法を含む。交互の絶縁性レベル及びワード線レベルの垂直積重体を含み、積重体を貫通して垂直に延在する半導体チャネル材料の中空管を含むアセンブリが形成される。窒素が中空管の内面に沿って、且つ半導体チャネル材料の中に拡散する。
【図１】
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【図１Ａ】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【手続補正書】
【提出日】令和2年2月19日(2020.2.19)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
誘電体領域によって半導体チャネル材料から離間されるゲートと、
前記半導体チャネル材料に直に接触し、前記半導体チャネル材料の、前記誘電体領域とは反対側にある窒素含有材料と
を含み、
前記半導体チャネル材料は、導電的にドープされた多結晶シリコン含み、
前記窒素含有材料は、窒化ケイ素を含み、
前記半導体チャネル材料は、界面に沿って前記窒化ケイ素に接合し、
前記半導体チャネル材料の体積は、約０．１原子パーセント〜約５原子パーセントの範囲内の濃度で前記窒素を含み、前記半導体チャネル材料の前記体積は、前記界面から約１０Å以下の距離内にあり、
前記半導体チャネル材料の体積は、フッ素を含む、
デバイス。
【請求項２】
トランジスタであり、一対のソース／ドレイン領域間に延在する前記半導体チャネル領域を有する、請求項１に記載のデバイス。
【請求項３】
ＮＡＮＤメモリ・セルであり、前記誘電体領域の、前記半導体チャネル材料とは反対側に電荷蓄積材料を有する、請求項１に記載のデバイス。
【請求項４】
交互の絶縁性層及びワード線層の垂直積重体と、
前記積重体を貫通して垂直に延在するチャネル材料と、
前記チャネル材料と前記ワード線層との間にある電荷蓄積材料と、
前記チャネル材料と前記電荷蓄積材料との間にある誘電体材料と、
窒素及びフッ素を含み、前記電荷蓄積材料に近接する第１の表面に沿った窒素の第１の濃度と、前記第１の表面とは反対の第２の表面に沿った窒素の第２の濃度であって、前記第１の濃度よりも大きい窒素の前記第２の濃度とを有する前記チャネル材料と
を含む、メモリ・アレイ。
【請求項５】
前記チャネル材料内の前記窒素の濃度は横方向に沿って変化し、垂直方向に沿って概ね一定である、請求項４に記載のメモリ・アレイ。
【請求項６】
前記チャネル材料は、前記積重体に沿った外面と、前記外面の反対に位置する内面とを有する管として構成され、前記管の前記内面に直に接触している化学量論的窒化ケイ素を含む、請求項４に記載のメモリ・アレイ。
【請求項７】
前記チャネル材料はシリコンを含む、請求項４に記載のメモリ・アレイ。
【請求項８】
前記窒素は約０．１原子パーセント〜約５原子パーセントの範囲内の濃度で前記チャネル材料内に存在する、請求項７に記載のメモリ・アレイ。
【請求項９】
メモリ・アレイを形成する方法であって、
交互の絶縁性レベル及びワード線レベルの垂直積重体を含み、前記積重体を貫通して垂直に延在する半導体チャネル材料の中空管を含むアセンブリを形成することと、
前記中空管の内面に沿って、前記半導体チャネル材料の中に窒素を拡散させることと
を含む、方法。
【請求項１０】
前記窒素とともに前記半導体チャネル材料の中に酸素、フッ素、及び水素のうちの１つ又は複数を拡散させることを更に含む、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記窒素を前記半導体チャネル材料の中に前記拡散させることは、
前記半導体チャネル材料の前記中空管の前記内面に沿って垂直に延在する化学量論的窒化ケイ素の層を形成することと、
前記半導体チャネル材料が化学量論的窒化ケイ素の前記層を接合する界面に沿って、前記窒素を前記半導体チャネル材料の中に拡散させることとを含む、請求項９に記載の方法。
【請求項１２】
前記半導体チャネル材料の前記中空管は、約５０Å〜約１５０Åの範囲内の壁厚を有し、化学量論的窒化ケイ素の前記層は約５Å〜約３０Åの範囲内の壁厚を有する、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
化学量論的窒化ケイ素の前記層を前記形成することは、原子層堆積及び化学気相成長法のうちの一方又は両方を利用することを含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１４】
化学量論的窒化ケイ素の前記層を前記形成することは、急速熱窒化（ＲＴＮ）を利用することを含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１５】
化学量論的窒化ケイ素の前記層を前記形成することは、プラズマ窒化を利用することを含む、請求項１１に記載の方法。
【国際調査報告】
2020526924.tif 000017
2020526924.tif 000018