知財求人 - 知財ポータルサイト「IP Force」
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2025-05-22
(45)【発行日】2025-05-30
(54)【発明の名称】３Ｄ－ＮＡＮＤメモリセル構造
(51)【国際特許分類】
H10B 43/27 20230101AFI20250523BHJP
H10D 30/69 20250101ALI20250523BHJP
H10D 30/01 20250101ALI20250523BHJP
H10D 64/60 20250101ALI20250523BHJP
H10D 64/27 20250101ALI20250523BHJP
【ＦＩ】
H10B43/27
H10D30/69
H10D30/01 501
H10D64/60
H10D64/27 G
【請求項の数】
11
【外国語出願】
(21)【出願番号】P 2021006817
(22)【出願日】2021-01-20
(65)【公開番号】P2021132201
(43)【公開日】2021-09-09
【審査請求日】2024-01-15
(31)【優先権主張番号】62/964,934
(32)【優先日】2020-01-23
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(73)【特許権者】
【識別番号】390040660
【氏名又は名称】アプライド マテリアルズ インコーポレイテッド
【氏名又は名称原語表記】ＡＰＰＬＩＥＤ ＭＡＴＥＲＩＡＬＳ，ＩＮＣＯＲＰＯＲＡＴＥＤ
【住所又は居所原語表記】３０５０ Ｂｏｗｅｒｓ Ａｖｅｎｕｅ Ｓａｎｔａ Ｃｌａｒａ ＣＡ ９５０５４ Ｕ．Ｓ．Ａ．
(74)【代理人】
【識別番号】110002077
【氏名又は名称】園田・小林弁理士法人
(72)【発明者】
【氏名】カン， チャンソク
(72)【発明者】
【氏名】北島 知彦
(72)【発明者】
【氏名】カン， スンクォン
【審査官】宮本 博司
(56)【参考文献】
【文献】特開２０１０－１５７７３４（ＪＰ，Ａ）
【文献】特表２０１４－５３３４３７（ＪＰ，Ａ）
【文献】特表２０１５－５０５４２０（ＪＰ，Ａ）
【文献】米国特許第０９４４３８６１（ＵＳ，Ｂ１）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｈ１０Ｂ ４３／２７
Ｈ１０Ｄ ３０／６９
Ｈ１０Ｄ ３０／０１
Ｈ１０Ｄ ６４／６０
Ｈ１０Ｄ ６４／２７
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
メモリデバイスを形成する方法であって、第１の材料層と金属層との交互の層を含む金属スタックを通って開口部を形成することと、
４００℃から１０００℃の範囲の温度でアンモニア（ＮＨ ３ ）の雰囲気中で前記金属スタックをアニーリングし、前記開口部を通して前記金属層の一部を選択的に窒化して前記金属層に隣接する窒化領域を形成することと、
を含み、
前記窒化領域が、０．１ｎｍから１０ｎｍの範囲の厚さを有する、方法。
【請求項2】
前記金属スタックが、基板、半導体層、および犠牲層のうちの１つ以上の上に形成されている、請求項１に記載の方法。
【請求項3】
前記開口部にビットラインを形成することを、さらに含み、前記ビットラインを形成することが、前記開口部に第１の酸化物チャネル層を堆積させることと、
前記第１の酸化物チャネル層上に窒化物チャネル層を堆積させることと、
前記窒化物チャネル層上に第２の酸化物チャネル層を堆積させることと、
前記開口部において前記第２の酸化物チャネル層上にポリシリコン層を形成することと、
前記ポリシリコン層にビットラインパッドを形成することと、
を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項4】
前記開口部を形成する前に、前記金属スタックの上面に酸化物層を堆積させることを、さらに含む、請求項３に記載の方法。
【請求項5】
前記酸化物層および前記ビットラインパッドの上面に層間誘電体を堆積させることを、さらに含む、請求項４に記載の方法。
【請求項6】
前記窒化領域が、前記開口部に突出している、請求項１に記載の方法。
【請求項7】
前記窒化領域が、前記開口部から引っ込んでいる、請求項１に記載の方法。
【請求項8】
前記金属層が、タングステン（Ｗ）、モリブデン（Ｍｏ）、タンタル（Ｔａ）、ルテニウム（Ｒｕ）、ニオブ（Ｎｂ）、オスミウム（Ｏｓ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、イリジウム（Ｉｒ）、レニウム（Ｒｅ）、チタン（Ｔｉ）などのうちの１つ以上を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項9】
前記第１の材料層が、タングステン（Ｗ）、モリブデン（Ｍｏ）、タンタル（Ｔａ）、ニオブ（Ｎｂ）、オスミウム（Ｏｓ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、イリジウム（Ｉｒ）、レニウム（Ｒｅ）、チタン（Ｔｉ）、窒化チタン（ＴｉＮ）、窒化タンタル（ＴａＮ）、窒化タングステン（ＷＮ）、窒化モリブデン（ＭｏＮ）、窒化ジルコニウム（ＺｒＮ）、酸化ケイ素（ＳｉＯ２）、酸化ルテニウム（ＲｕＯｘ）、酸化イリジウム（ＩｒＯｘ）、酸化タングステン（ＷＯｘ）、窒化ケイ素（ＳｉＮ）などのうちの１つ以上を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項10】
前記窒化領域が、窒化タングステン（ＷＮ）、窒化モリブデン（ＭｏＮ）、窒化タンタル（ＴａＮ）、窒化ルテニウム（ＲｕＮ）、窒化ニオブ（ＮｂＮ）、窒化オスミウム（ＯｓＮ）、窒化ジルコニウム（ＺｒＮ）、窒化イリジウム（ＩｒＮ）、窒化レニウム（ＲｅＮ）、窒化チタン（ＴｉＮ）などのうちの１つ以上を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項11】
銅（Ｃｕ）、コバルト（Ｃｏ）、タングステン（Ｗ）、チタン（Ｔｉ）、モリブデン（Ｍｏ）、ニッケル（Ｎｉ）、ルテニウム（Ｒｕ）、銀（Ａｇ）、金（Ａｕ）、イリジウム（Ｉｒ）、タンタル（Ｔａ）、および白金（Ｐｔ）のうちの１つ以上を含むワードラインコンタクトを、さらに含む、請求項１に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
［０００１］本開示の実施形態は、電子デバイス、ならびに電子デバイスを製造するための方法および装置の分野に関する。より具体的には、本開示の実施形態は、３Ｄ－ＮＡＮＤメモリセルを形成するための方法を提供する。
【背景技術】
【0002】
［０００２］半導体技術は急速に進歩し、デバイスの寸法は、技術の進歩とともに縮小し、単位スペースあたりの処理と記憶を高速化している。ＮＡＮＤデバイスでは、ストリング電流は、オンセルとオフセルを区別するのに十分な電流を得るのに十分な大きさである必要がある。ストリング電流は、シリコンチャネルの粒径を大きくすることによって高められるキャリア移動度に依存する。
【0003】
［０００３］酸化物と窒化物の層が交互になっている既存の３Ｄ－ＮＡＮＤメモリスタックでは、ワードラインを作製するために置換金属ゲート（ＲＭＧ）プロセスが必要である。スタックの高さが厚くなってきているので、高アスペクト比（ＨＡＲ）のメモリホールのエッチング／充填プロセスと応力制御が、より困難になってきている。酸化膜と窒化膜のスタックの交互の層は、置換金属ゲート（ＲＭＧ）ステップを回避し、スタックの高さを薄くするための候補になり得る。
【0004】
［０００４］非置換金属ゲート（ＲＭＧ）プロセスの場合、セル構成要素は、金属からの金属の拡散から保護される必要があり、酸素環境での加熱プロセス中に金属を酸化から保護する必要がある。
【0005】
［０００５］したがって、スタックの高さがより薄く、セル構成要素および金属層が保護されている３Ｄ－ＮＡＮＤデバイスが、当技術分野では必要とされている。さらに、３Ｄ－ＮＡＮＤデバイスを形成するための方法および装置が、当技術分野では必要とされている。
【発明の概要】
【0006】
［０００６］本開示の１つ以上の実施形態は、メモリデバイスを形成する方法に関する。一実施形態では、電子デバイスを形成する方法は、第１の材料層と金属層との交互の層を含む金属スタックを通って開口部を形成することと、開口部を通して金属層を選択的に窒化して、窒化領域を形成することと、を含む。
【0007】
［０００７］本開示の追加の実施形態は、半導体メモリデバイスに関する。一実施形態では、半導体メモリデバイスは、デバイスの第１の部分における交互の第１の材料層および金属層を含む金属スタック、ならびにデバイスの第２の部分におけるメモリスタックを含み、メモリスタックは、交互の第１の材料層およびワードラインであって、金属窒化領域を有する金属層を含むワードライン、メモリスタックを通って延びる複数のビットライン、ならびにワードラインの上面から延びるワードラインコンタクトを含む。
【0008】
［０００８］本開示のさらなる実施形態は、処理ツールに関する。一実施形態では、処理ツールは、ウェハを移動させるように構成されたロボットを備える中央移送ステーション、複数のプロセスステーションであって、各プロセスステーションは中央移送ステーションに接続され、隣接するプロセスステーションの処理領域から分離された処理領域を提供し、複数のプロセスステーションは窒化チャンバを含む、複数のプロセスステーション、ならびに中央移送ステーションおよび複数のプロセスステーションに接続されたコントローラであって、プロセスステーション間でウェハを移動させるようにロボットを作動させ、各プロセスステーションで起こるプロセスを制御するように構成されているコントローラ、を備える。
【0009】
［０００９］本開示の上記の特徴が詳細に理解されるように、上記で簡単に要約された本開示のより具体的な説明が、実施形態を参照することによって得られ、そのいくつかは、添付の図面に示されている。しかしながら、添付の図面は、本開示の典型的な実施形態のみを示し、したがって、その範囲を限定すると見なされるべきではなく、本開示は、他の同等に有効な実施形態を認めることができることに留意されたい。本明細書に記載の実施形態は、同様の参照符号が類似の要素を示す添付の図面の図において、限定ではなく、例示として示されている。
【図面の簡単な説明】
【0010】
【図1】本明細書に記載の実施形態による、メモリデバイスを形成する方法の一実施形態のフロープロセス図を示す。
【図2】１つ以上の実施形態による、メモリスタックを備えたデバイスの断面図を示す。
【図3】１つ以上の実施形態による、メモリスタックの階段パターンを形成した後の基板の断面図を示す。
【図4A】１つ以上の実施形態による、開口部の形成後の基板の断面図を示す。
【図5A】１つ以上の実施形態による、金属層の選択的窒化後の基板の断面図を示す。
【図5B】１つ以上の実施形態による領域１０１の拡大図を示す。
【図5C】１つ以上の実施形態による領域１０１の拡大図を示す。
【図5D】１つ以上の実施形態による領域１０１の拡大図を示す。
【図6A】１つ以上の実施形態による基板の断面図を示す。
【図6B】１つ以上の実施形態による領域１０１の拡大図を示す。
【図7】１つ以上の実施形態による、ビットラインパッドの形成後の基板の断面図を示す。
【図8】１つ以上の実施形態による、層間誘電体の堆積後の基板の断面図を示す。
【図9】１つ以上の実施形態による、スリットパターニング後の基板の断面図を示す。
【図10】１つ以上の実施形態による、犠牲層が除去された後の基板の断面図を示す。
【図11】１つ以上の実施形態による基板の断面図を示す。
【図12A】１つ以上の実施形態による基板の断面図を示す。
【図13】１つ以上の実施形態による基板の断面図を示す。
【図14】１つ以上の実施形態による基板の断面図を示す。
【図15】１つ以上の実施形態による基板の断面図を示す。
【図16】１つ以上の実施形態によるクラスタツールを示す。
【発明を実施するための形態】
【0011】
［００３２］本開示のいくつかの例示的な実施形態を説明する前に、本開示は、以下の説明に記載される構造またはプロセスステップの詳細に限定されないことを理解されたい。本開示は、他の実施形態が可能であり、様々な方法で実施または実行することができる。
【0012】
［００３３］酸化物と窒化物の層が交互になっている既存の３Ｄ－ＮＡＮＤメモリスタックでは、ワードラインを作製するために置換金属ゲート（ＲＭＧ）プロセスが必要である。スタックの高さが厚くなってきているので、高アスペクト比（ＨＡＲ）のメモリホールのエッチング／充填プロセスと応力制御が、より困難になってきている。
【0013】
［００３４］１つ以上の実施形態が、スタックの高さがより薄くなる非置換金属ゲート（ＲＭＧ）プロセスを有利に提供する。１つ以上の実施形態では、メモリセル構成要素は、金属からの金属の拡散から保護され、金属は、酸化雰囲気での熱プロセスへの曝露中に酸化から保護される。特に、メモリセル構成要素は、金属スタックが酸化環境に曝されるときに、メモリホールエッチングの側面から堆積する。
【0014】
［００３５］ポリシリコンと金属の間の表面を制御するために、金属の堆積および他のプロセスを、隔離された環境（例えば、クラスタプロセスツール）で実行することができる。したがって、本開示のいくつかの実施形態は、方法を実施するための関連するプロセスモジュールを備えた統合ツールシステムを提供する。図１は、メモリデバイスを形成するための例示的な方法１０のプロセスフロー図を示している。当業者は、方法１０が、図示されたプロセスのいずれかまたはすべてを含むことができることを認識するであろう。さらに、個々のプロセスの順序は、一部で変更できる。方法１０は、開示から逸脱することなく、列挙されたプロセスのいずれかで開始することができる。図１を参照すると、工程１５で、メモリスタックが形成される。工程２０で、ワードライン階段が、メモリスタックに形成される。工程２５で、開口部、例えば、メモリホールチャネルが、ワードライン階段の中にパターニングされる。工程３０で、金属層が、開口部を通して窒化される。工程３５で、トランジスタ層が堆積される。工程４０で、ビットラインパッドが形成される。工程４５で、層間誘電体が堆積される。工程５０で、メモリ階段が、スリットパターニングされる。工程５５で、犠牲層が除去される。工程６０で、半導体材料が堆積される。工程６５で、スリットが充填され、工程７０で、ワードラインコンタクトが形成される。
【0015】
【0016】
［００３７］図２は、本開示の１つ以上の実施形態による、電子デバイス１００の初期または開始金属スタックを示している。いくつかの実施形態では、図２に示される電子デバイス１００は、図示されるように、ベア基板１０５上に層状に形成される。図２の電子デバイスは、基板１０５、半導体層１１０、犠牲層１２０、金属スタック１３０、および酸化物層１４０から構成される。
【0017】
［００３８］基板１０５は、当業者に知られている任意の適切な材料であり得る。本明細書および添付の特許請求の範囲で使用される場合、「基板」という用語は、プロセスが作用する表面または表面の一部を指す。文脈が明らかに他のことを示さない限り、基板への言及は、基板の一部のみを指すことができることが、当業者によって理解されるであろう。さらに、基板上に堆積させることへの言及は、ベア基板と、１つ以上の膜またはフィーチャがその上に堆積または形成された基板の両方を意味することができる。
【0018】
［００３９］本明細書で使用される「基板」は、製造プロセス中に膜処理が実行される、任意の基板、または基板上に形成された材料表面を指す。例えば、処理を行うことができる基板表面には、ケイ素、酸化ケイ素、歪みシリコン、シリコンオンインシュレータ（ＳＯＩ）、炭素ドープ酸化ケイ素、アモルファスシリコン、ドープされたケイ素、ゲルマニウム、ヒ化ガリウム、ガラス、サファイアなどの材料、ならびに用途に応じて、金属、金属窒化物、金属合金、およびその他の導電性材料などの任意の他の材料が含まれる。基板には、半導体ウェハが含まれるが、これに限定されない。基板は、基板表面を研磨、エッチング、還元、酸化、ヒドロキシル化、アニール、および／またはベークするための前処理プロセスに曝されてもよい。基板自体の直接に表面上での膜処理に加えて、本開示では、開示される膜処理ステップのいずれもが、より詳細に以下で開示されるように、基板上に形成された下層上で実行されてもよく、「基板表面」という用語は、文脈が示すような下層を含めることを意図している。したがって、例えば、膜／層または部分的な膜／層が、基板表面上に堆積された場合、新しく堆積された膜／層の露出面が、基板表面になる。
【0019】
［００４０］半導体層１１０が、基板１０５上にある。１つ以上の実施形態では、半導体層１１０は、共通ソースラインと呼ばれることもある。半導体層１１０は、当業者に知られている任意の適切な技術によって形成することができ、ポリシリコン（ポリＳｉ）を含むがこれに限定されない任意の適切な材料から作製することができる。いくつかの実施形態では、半導体層１１０は、導電性または半導体材料で作られている共通ソースラインである。いくつかの実施形態では、第１の金属層１３２および第２の金属層のスタックの下の層を変更して、ソースラインコンタクトを形成することができる。第１の層と第２の層のスタックの下の構造の任意の変更が可能である。
【0020】
［００４１］犠牲層１２０が、半導体層１１０上に形成され、任意の適切な材料で作ることができる。いくつかの実施形態における犠牲層１２０は、後のプロセスで除去および交換される。いくつかの実施形態では、犠牲層１２０は、除去されず、メモリデバイス１００内に残る。この場合、「犠牲」という用語は、永続的な層を含むように拡張された意味を有し、導電層と呼ばれることがある。図示の実施形態では、以下でさらに説明するように、犠牲層１２０は、工程５５で除去される。１つ以上の実施形態では、犠牲層１２０は、隣接する半導体層１１０および金属層１３４に対して選択的に除去することができる材料を含む。
【0021】
［００４２］金属スタック１３０が、犠牲層１２０上に形成される。図示の実施形態における金属スタック１３０は、複数の交互の第１の材料層１３２および金属層１３４を含む。いくつかの実施形態では、金属スタック１３０は、金属と金属、金属と金属窒化物、または酸化物と金属などの非置換ゲートを含む。金属層１３４は、第１の材料層１３２に対して窒化に選択的である金属を含み、その結果、金属層１３４は、第１の材料層１３２に実質的に影響を与えることなく窒化することができる。１つ以上の実施形態では、第１の材料層１３２は、タングステン（Ｗ）、モリブデン（Ｍｏ）、タンタル（Ｔａ）、ニオブ（Ｎｂ）、オスミウム（Ｏｓ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、イリジウム（Ｉｒ）、レニウム（Ｒｅ）、チタン（Ｔｉ）、窒化チタン（ＴｉＮ）、窒化タンタル（ＴａＮ）、窒化タングステン（ＷＮ）、窒化モリブデン（ＭｏＮ）、窒化ジルコニウム（ＺｒＮ）、酸化ケイ素（ＳｉＯ２）、酸化ルテニウム（ＲｕＯｘ）、酸化イリジウム（ＩｒＯｘ）、酸化タングステン（ＷＯｘ）、窒化ケイ素（ＳｉＮ）などのうちの１つ以上を含む。１つ以上の実施形態では、金属層１３４は、タングステン（Ｗ）、モリブデン（Ｍｏ）、タンタル（Ｔａ）、ルテニウム（Ｒｕ）、ニオブ（Ｎｂ）、オスミウム（Ｏｓ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、イリジウム（Ｉｒ）、レニウム（Ｒｅ）、チタン（Ｔｉ）などのうちの１つ以上を含む。したがって、１つ以上の実施形態では、第１の材料層１３２および金属層１３４の交互の層は、窒化チタン／タングステン（ＴｉＮ／Ｗ）、酸化ケイ素／タングステン（ＳｉＯ２／Ｗ）、タングステン／モリブデン（Ｗ／Ｍｏ）、酸化タングステン／タングステン（ＷＯｘ／Ｗ）、および窒化チタン／モリブデン（ＴｉＮ／Ｍｏ）のうちの１つ以上を含む。１つ以上の実施形態では、第１の材料層１３２および金属層１３４は、同じ材料を含まない。１つ以上の特定の実施形態では、第１の材料層１３２は、窒化チタン（ＴｉＮ）を含む。１つ以上の特定の実施形態では、金属層１４３は、タングステンを含む。１つ以上の実施形態では、第１の材料層１３２および金属層１３４は、化学気相堆積（ＣＶＤ）または物理気相堆積（ＰＶＤ）によって堆積される。
【0022】
［００４３］個々の交互の層は、任意の適切な厚さに形成することができる。いくつかの実施形態では、各金属層１３４の厚さは、ほぼ等しい。１つ以上の実施形態では、各金属層１３４は、第１の金属層の厚さを有する。いくつかの実施形態では、各第１の材料層１３２の厚さは、ほぼ等しい。この点で使用される場合、ほぼ等しい厚さは、互いの＋／－５％以内である。
【0023】
［００４４］図３を参照すると、１つ以上の実施形態では、方法１０の工程２０で、階段構造１３１が生成される。階段構造１３１は、金属層１３４の上面１３５を露出させる。以下に説明するように、上面１３５を使用して、ワードラインコンタクトを形成するためのスペースを提供することができる。適切な充填材料１３７が堆積されて、階段構造１３１の外側の空間を占めることができる。当業者によって理解されるように、適切な充填材料１３７は、隣接するワードライン間の電気的短絡を防止する任意の材料であり得る。各ワードラインが、下のワードラインよりも狭い幅（図では左から右に示されている）を有する階段構造１３１である。「上」および「下」のような相対的な用語の使用は、開示の範囲を空間内の物理的な向きに限定するものと解釈されるべきではない。
【0024】
［００４５］図４Ａおよび図４Ｂを参照すると、工程２５において、１つ以上の実施形態では、開口部１５０が、金属スタック１３０を通って開かれる。いくつかの実施形態では、開口部１５０は、メモリホールチャネルを含む。いくつかの実施形態では、開口部１５０を開くことは、酸化物層１４０、金属スタック１３０、犠牲層１２０を通って、半導体層１１０内までエッチングすることを含む。領域１０３の拡大図である図４Ｂを参照すると、開口部１５０は、第１の材料層１３２の表面１３８および金属層１３４の表面１３９を露出する、金属スタック１３０を通って延びる側壁を有する。
【0025】
［００４６］１つ以上の実施形態では、犠牲層１２０は、開口部１５０の側壁として露出された表面１２２を有する。開口部１５０は、半導体層１１０内まで延びて、開口部１５０の側壁表面１１２および底部１１４が、半導体層１１０内に形成される。開口部１５０の底部１１４は、半導体層１１０の厚さの範囲内の任意の点で形成することができる。いくつかの実施形態では、開口部１５０は、半導体層１１０の厚さの約１０％から約９０％の範囲、または約２０％から約８０％の範囲、または約３０％から約７０％の範囲、または約４０％から約６０％の範囲で、半導体層１１０内に延びる。いくつかの実施形態では、開口部１５０は、半導体層１１０の厚さの１０％以上、２０％以上、３０％以上、４０％以上、５０％以上、６０％以上、７０％以上、または８０％以上、半導体層１１０内に延びる。
【0026】
［００４７］図５Ａは、金属層１３４が開口部１５０を通して窒化される工程３０を示している。図５Ｂは、図５Ａの領域１０１の拡大図である。１つ以上の実施形態では、金属層１３４は、周囲圧力で約４００°Ｃから約１０００°Ｃの範囲の温度でアンモニア（ＮＨ３）の雰囲気中でアニーリングすることによって、窒化される。１つ以上の実施形態では、金属層１３４の窒化は、開口部１５０から金属層１３４まで延びる、約０．１ｎｍから約１０ｎｍの範囲の厚さを有する金属窒化領域１５５を形成する。
【0027】
［００４８］１つ以上の実施形態では、金属窒化領域１５５は、窒化タングステン（ＷＮ）、窒化モリブデン（ＭｏＮ）、窒化タンタル（ＴａＮ）、窒化ルテニウム（ＲｕＮ）、窒化ニオブ（ＮｂＮ）、窒化オスミウム（ＯｓＮ）、窒化ジルコニウム（ＺｒＮ）、窒化イリジウム（ＩｒＮ）、窒化レニウム（ＲｅＮ）、窒化チタン（ＴｉＮ）などのうちの１つ以上を含む。１つ以上の特定の実施形態では、金属窒化領域１５５は、窒化タングステン（ＷＮ）を含む。
【0028】
［００４９］図５Ｃおよび図５Ｄを参照して、１つ以上の代替の実施形態が示されている。図５Ｃに示されるように、１つ以上の実施形態では、金属窒化領域１５５は、開口部１５０内に突出している。他の実施形態では、図５Ｄを参照すると、金属層１３４は、開口部１５０を通して引っ込められる。いくつかの実施形態では、金属層１３４は、過酸化水素（Ｈ２Ｏ２）を使用して開口部１５０を通して引っ込められる。次に、引っ込められた金属層１３４が窒化されて、引っ込められた金属窒化領域１５５を形成する。
【0029】
［００５０］理論に拘束されることを意図するものではないが、１つ以上の実施形態の３Ｄ ＮＡＮＤ構造および１つ以上の実施形態の金属層１３４を窒化する方法は、金属層１３４の酸化を抑制すると考えられる。開口部１５０の内側の金属層１３４の表面に形成された金属窒化領域１５５は、酸素拡散のバリア層として機能する。さらに、金属窒化領域１５５は、電荷トラップメモリセルの電極として機能する。
【0030】
［００５１］１つ以上の実施形態では、金属窒化領域１５５の存在は、金属スタック１３０の酸化を抑制し、その結果、高誘電率誘電体と金属ゲートとの間の体積または界面特性の変化を回避することができる。１つ以上の実施形態では、金属窒化領域１５５は、低コストでプロセスステップが減った電荷トラップベースのフラッシュメモリセルに望まれる高仕事関数の金属窒化物である。１つ以上の実施形態では、金属層１３４から電荷トラップベースのセルへの金属の拡散が、高温プロセス中に回避される。
【0031】
［００５２］図６Ａおよび図６Ｂは、工程３５を示しており、トランジスタ層１６５が、金属層１３４および金属窒化領域１５５に隣接して開口部１５０内に共形に堆積される。トランジスタ層１６５は、当業者に知られている任意の適切な技術によって形成することができる。いくつかの実施形態では、トランジスタ層１６５は、共形堆積プロセスによって形成される。いくつかの実施形態では、トランジスタ層１６５は、原子層堆積または化学気相堆積のうちの１つ以上によって形成される。
【0032】
［００５３］１つ以上の実施形態では、トランジスタ層１６５の堆積は、実質的に共形である。本明細書で使用される場合、「実質的に共形」である層は、厚さが全体にわたって（例えば、側壁の上部、中央部および下部、ならびに開口部１５０の底部）ほぼ同じである層を指す。実質的に共形である層は、厚さのばらつきが、約５％以下、約２％以下、約１％以下または約０．５％以下である。
【0033】
［００５４］領域１０１の拡大図である図６Ｂを参照すると、１つ以上の実施形態では、トランジスタ層１６５は、ブロッキング酸化物層１７６（または第１の酸化物層１７６）、第１の酸化物層１７６上の窒化物トラップ層１７４、窒化物トラップ層１７４上の第２の酸化物層１７２（またはトンネル酸化物層１７２）、および第２の酸化物層１７２上の開口部１５０内のポリシリコン層１７０を含む。１つ以上の実施形態では、ブロッキング酸化物層１７６、電荷トラップ窒化物（ＳｉＮ）層１７４、およびトンネル酸化物層１７２が、開口部１５０の側壁上の開口部１５０内または半導体層１１０上に堆積される。１つ以上の実施形態では、ブロッキング酸化物を形成する前に、酸化アルミニウムまたは酸化ハフニウムなどの高誘電率誘電体材料を堆積させることができる（すなわち、ブロッキング層は、高誘電率誘電体および酸化ケイ素から構成される）。
【0034】
［００５５］１つ以上の実施形態では、ポリシリコン（ポリＳｉ）層１７０が、トランジスタ層１６５に隣接して開口部１５０内に形成される。ポリＳｉ層１７０は、トランジスタ層１６５上に直接形成することができる。ポリＳｉ層１７０は、原子層堆積および化学気相堆積を含むがこれらに限定されない、当業者に知られている任意の適切な技術によって、堆積させることができる。いくつかの実施形態では、ポリシリコン層１７０は、開口部１５０の側壁および露出面１３８、１３９、１２２、１１２ならびに底部１１４（図４Ｂを参照）上に形成されるように、共形層として堆積される。
【0035】
［００５６］ポリシリコン層１７０は、例えば、開口部１５０の寸法に応じて、任意の適切な厚さを有することができる。いくつかの実施形態では、ポリシリコン層１７０は、約０．５ｎｍから約５０ｎｍの範囲、または約０．７５ｎｍから約３５ｎｍの範囲、または約１ｎｍから約２０ｎｍの範囲の厚さを有する。いくつかの実施形態では、ポリシリコン層１７０は、連続的な膜である。１つ以上の実施形態では、ポリシリコン層１７０は、トンネル酸化物層１７２上に共形堆積されるマカロニ型で形成され、ポリシリコン層１７０は、約１ｎｍから約２０ｎｍの範囲の厚さを有する。次に、開口部１５０は、誘電体材料１６０で充填される。
【0036】
［００５７］図７は、方法１０の工程４０を示しており、ビットラインパッド１８０が、ポリシリコン（ポリＳｉ）層１６０に形成される。ビットラインパッド１８０は、ポリシリコンを含むがこれに限定されない、当業者に知られている任意の適切な材料であり得る。
【0037】
［００５８］図８は、方法１０の工程４５を示しており、層間誘電体１８５が、酸化物層１４０およびビットラインパッド１８０の上面に堆積される。層間誘電体（ＩＬＤ）１８５は、当業者に知られている任意の適切な技術によって堆積させることができる。層間誘電体１８５は、当業者に知られている任意の適切な材料を含むことができる。１つ以上の実施形態では、層間誘電体１８５は、例えば、二酸化ケイ素、酸化ケイ素、炭素ドープ酸化物（「ＣＤＯ」）、例えば、炭素ドープ二酸化ケイ素、多孔質二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）、窒化ケイ素（ＳｉＮ）、またはそれらの任意の組み合わせなどの材料を含むがこれらに限定されない低誘電率誘電体である。「酸化ケイ素」という用語が、層間誘電体１８５を記述するために使用され得るが、当業者は、本開示が特定の化学量論に限定されないことを認識するであろう。例えば、「酸化ケイ素」および「二酸化ケイ素」という用語は両方とも、任意の適切な化学量論比でケイ素原子および酸素原子を有する材料を記述するために使用され得る。同じことが、本開示に記載されている他の材料（例えば、窒化ケイ素、酸窒化ケイ素、酸化アルミニウム、酸化ジルコニウムなど）にも当てはまる。
【0038】
［００５９］図９は、方法１０の工程５０を示しており、金属スタック１３０がスリットパターニングされて、層間誘電体１８５の上面から基板１０５まで延びるスリットパターン開口部１９０を形成する。
【0039】
［００６０］図１０は、方法１０の工程５５を示しており、犠牲層１２０および犠牲層１２０に隣接するトランジスタ誘電体（例えば、ブロッキング層、トラップ層、およびトンネル層）が除去されて、ポリＳｉチャネル層を露出させる。犠牲層１２０およびトランジスタ誘電体は、選択的エッチングを含むがこれに限定されない、当業者に知られている任意の適切な技術によって、除去することができる。
【0040】
［００６１］図１１は、方法１０の工程６０を示しており、半導体材料（例えば、ポリシリコン充填物）１９５が、スリットパターン開口部１９０に堆積される。半導体材料は、当業者に知られている任意の適切な材料であり得る。
【0041】
［００６２］図１２Ａは、半導体材料１９５がスリットパターン開口部１９０の側壁から除去されるのを示している。理論に拘束されることを意図するものではないが、半導体材料１９５を側壁から除去するための開口部がスリットパターン開口部１９０にあるように、スリットパターン開口部１９０は、共通ソースライン１１０（半導体層１１０）の高さよりも大きくなければならない。１つ以上の実施形態では、半導体材料１９５は、等方性エッチングプロセス（例えば、ＴＭＡＨなどを使用するウェットエッチング）によってスリットパターン開口部１９０の側壁から除去される。図１２Ｂは、図１２Ａの領域１０１の拡大図を示している。
【0042】
［００６３］図１３は、方法１０の工程８０を示しており、スリットパターン開口部１９０が、充填材料２３０で充填される。充填材料２３０は、当業者に知られている任意の適切な材料であり得る。１つ以上の実施形態では、充填材料２３０は、誘電体材料または導体材料のうちの１つ以上を含む。本明細書で使用される場合、「誘電体材料」という用語は、電界中で分極することができる電気絶縁体である材料の層を指す。１つ以上の実施形態では、誘電体材料は、酸化物、炭素ドープ酸化物、酸化ケイ素（ＳｉＯ）、多孔質二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）、酸化ケイ素（ＳｉＯ）、窒化ケイ素（ＳｉＮ）、酸化ケイ素／窒化ケイ素、炭化物、酸炭化物、窒化物、酸窒化物、酸炭窒化物、ポリマー、ホスホシリケートガラス、フルオロシリケート（ＳｉＯＦ）ガラス、またはオルガノシリケートガラス（ＳｉＯＣＨ）のうちの１つ以上を含む。
【0043】
［００６４］図１４は、方法１０の工程８５を示しており、ワードラインコンタクト２３５が形成される。ワードラインコンタクト２３５は、ワードライン２２５の１つで終端となるのに十分な距離だけ金属スタック１３０を通って延びる。１つ以上の実施形態では、ワードラインコンタクト２３５は、当業者に知られている任意の適切な材料を含むことができる。１つ以上の実施形態では、ワードラインコンタクト２３５は、金属、金属ケイ化物、ポリシリコン、アモルファスシリコン、またはエピシリコンのうちの１つ以上を含む。１つ以上の実施形態では、ワードラインコンタクトは、接触抵抗を低減するために、Ｎ型ドーパントまたはＰ型ドーパントのいずれかによってドープされる。１つ以上の実施形態では、ワードラインコンタクト２３５の金属は、銅（Ｃｕ）、コバルト（Ｃｏ）、タングステン（Ｗ）、チタン（Ｔｉ）、モリブデン（Ｍｏ）、ニッケル（Ｎｉ）、ルテニウム（Ｒｕ）、銀（Ａｇ）、金（Ａｕ）、イリジウム（Ｉｒ）、タンタル（Ｔａ）、および白金（Ｐｔ）のうちの１つ以上から選択される。
【0044】
［００６５］図１５は、１つ以上の実施形態による半導体メモリデバイスを示している。メモリデバイス１００は、デバイス１００の第１の部分３００に交互の第１の材料層１３２および金属層１３４を含む金属スタック１２０を備え、デバイス１００の第２の部分４００に交互のワードライン２２５および金属層１３４を含む金属スタック１３０を備える。
【0045】
［００６６］１つ以上の実施形態では、金属スタック１２０は、約１２ｎｍから約４５０ｎｍ、および約１５ｎｍから約４００ｎｍを含む、約１０ｎｍから約５００ｎｍの範囲の高さを有する。
【0046】
［００６７］１つ以上の実施形態では、金属スタック１２０の第１の材料層１３２は、約０．５ｎｍから約３０ｎｍを含む約０．５から約４０ｎｍの範囲の厚さを有し、約１ｎｍ、約３ｎｍ、約５ｎｍ、約７ｎｍ、約１０ｎｍ、約１２ｎｍ、約１５ｎｍ、約１７ｎｍ、約２０ｎｍ、約２２ｎｍ、約２５ｎｍ、約２７ｎｍ、約３０ｎｍ、約３５ｎｍ、および約４０ｎｍを含む。１つ以上の実施形態では、金属スタック１３０の金属層１３４は、約１０ｎｍから約２０ｎｍの範囲の平均厚さを有する。
【0047】
［００６８］メモリデバイス１００は、デバイス１００の第２の部分４００に交互の第１の材料層１３２およびワードライン層を含むメモリスタック１３３を含み、交互のワードライン層は、金属窒化領域１５５を有する金属層１３４を含む。
【0048】
［００６９］本開示の追加の実施形態は、図１６に示されるように、説明されたメモリデバイスの形成および方法のための処理ツール９００に向けられている。
【0049】
［００７０］クラスタツール９００は、複数の側面を備えた少なくとも１つの中央移送ステーション９２１、９３１を含む。ロボット９２５、９３５が、中央移送ステーション９２１、９３１内に配置され、ロボットブレードおよびウェハを複数の側面のそれぞれに移動させるように構成される。
【0050】
［００７１］クラスタツール９００は、中央移送ステーションに接続された、プロセスステーションとも呼ばれる複数のプロセスチャンバ９０２、９０４、９０６、９０８、９１０、９１２、９１４、９１６、および９１８を備える。様々なプロセスチャンバは、隣接するプロセスステーションから分離された個別の処理領域を提供する。プロセスチャンバは、前洗浄チャンバ、バッファチャンバ、移送スペース、ウェハオリエンタ／デガスチャンバ、低温冷却チャンバ、堆積チャンバ、アニーリングチャンバ、エッチングチャンバ、選択的酸化チャンバ、酸化物層薄化チャンバ、またはワードライン堆積チャンバを含むがこれらに限定されない任意の適切なチャンバであり得る。プロセスチャンバおよびコンポーネントの特定の配置は、クラスタツールに応じて変えることができ、本開示の範囲を制限するものと見なされるべきではない。
【0051】
［００７２］いくつかの実施形態では、クラスタツール９００は、窒化チャンバを含む。いくつかの実施形態では、クラスタツール９００は、中央移送ステーションに接続された前洗浄チャンバを含む。
【0052】
［００７３］図１６に示される実施形態では、ファクトリインターフェース９５０が、クラスタツール９００の前面に接続されている。ファクトリインターフェース９５０は、ファクトリインターフェース９５０の前面９５１にローディングチャンバ９５４およびアンローディングチャンバ９５６を含む。ローディングチャンバ９５４が左側に示され、アンローディングチャンバ９５６が右側に示されているが、当業者は、これが単に１つの可能な構成を表すにすぎないことを理解するであろう。
【0053】
［００７４］ローディングチャンバ９５４およびアンローディングチャンバ９５６のサイズおよび形状は、例えば、クラスタツール９００で処理されている基板に応じて変わり得る。示されている実施形態では、ローディングチャンバ９５４およびアンローディングチャンバ９５６は、カセット内に配置された複数のウェハを備えたウェハカセットを保持するようにサイズ決定される。
【0054】
［００７５］ロボット９５２が、ファクトリインターフェース９５０内にあり、ローディングチャンバ９５４とアンローディングチャンバ９５６との間を移動することができる。ロボット９５２は、ローディングチャンバ９５４内のカセットからファクトリインターフェース９５０を介してロードロックチャンバ９６０にウェハを移送することができる。ロボット９５２はまた、ウェハをロードロックチャンバ９６２からファクトリインターフェース９５０を介してアンローディングチャンバ９５６内のカセットに移送することもできる。当業者によって理解されるように、ファクトリインターフェース９５０は、１つより多いロボット９５２を有することができる。例えば、ファクトリインターフェース９５０は、ローディングチャンバ９５４とロードロックチャンバ９６０との間でウェハを移送する第１のロボットと、ロードロック９６２とアンローディングチャンバ９５６との間でウェハを移送する第２のロボットとを有し得る。
【0055】
［００７６］示されているクラスタツール９００は、第１のセクション９２０および第２のセクション９３０を有する。第１のセクション９２０は、ロードロックチャンバ９６０、９６２を介してファクトリインターフェース９５０に接続されている。第１のセクション９２０は、中に配置された少なくとも１つのロボット９２５を備えた第１の移送チャンバ９２１を含む。ロボット９２５は、ロボットウェハ移送機構とも呼ばれる。第１の移送チャンバ９２１は、ロードロックチャンバ９６０、９６２、プロセスチャンバ９０２、９０４、９１６、９１８、およびバッファチャンバ９２２、９２４に対して中央に配置されている。いくつかの実施形態のロボット９２５は、１つより多いウェハを一度に独立して移動させることができるマルチアームロボットである。いくつかの実施形態では、第１の移送チャンバ９２１は、１つより多いロボットウェハ移送機構を備える。第１の移送チャンバ９２１内のロボット９２５は、第１の移送チャンバ９２１の周りのチャンバ間でウェハを移動させるように構成される。個々のウェハは、第１のロボット機構の遠位端に配置されたウェハ輸送ブレード上で運ばれる。
【0056】
［００７７］第１のセクション９２０でウェハを処理した後、ウェハは、パススルーチャンバを通って第２のセクション９３０に渡されることができる。例えば、チャンバ９２２、９２４は、一方向または双方向のパススルーチャンバであり得る。パススルーチャンバ９２２、９２４は、例えば、第２のセクション９３０で処理する前にウェハを低温冷却するために、または第１のセクション９２０に戻る前にウェハ冷却または後処理を可能にするために使用することができる。
【0057】
［００７８］システムコントローラ９９０が、第１のロボット９２５、第２のロボット９３５、第１の複数のプロセスチャンバ９０２、９０４、９１６、９１８、および第２の複数のプロセスチャンバ９０６、９０８、９１０、９１２、９１４と通信している。システムコントローラ９９０は、プロセスチャンバおよびロボットを制御することができる任意の適切なコンポーネントであり得る。例えば、システムコントローラ９９０は、中央処理装置（ＣＰＵ）９９２、メモリ９９４、入力／出力（Ｉ／Ｏ）９９６、およびサポート回路９９８を含むコンピュータであり得る。コントローラ９９０は、処理ツール９００を直接、または特定のプロセスチャンバおよび／もしくはサポートシステムコンポーネントに関連付けられたコンピュータ（またはコントローラ）を介して制御することができる。
【0058】
［００７９］１つ以上の実施形態では、コントローラ９９０は、様々なチャンバおよびサブプロセッサを制御するために産業環境で使用することができる任意の形態の汎用コンピュータプロセッサの１つであり得る。コントローラ９９０のメモリ９９４またはコンピュータ可読媒体は、非一時的メモリ（例えば、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ））、読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）、フロッピーディスク、ハードディスク、光ストレージメディア（コンパクトディスクやデジタルビデオディスクなど）、フラッシュドライブ、またはローカルもしくはリモートの任意の他の形態のデジタルストレージなどの容易に利用可能なメモリのうちの１つ以上であり得る。メモリ９９４は、処理ツール９００のパラメータおよびコンポーネントを制御するようにプロセッサ（ＣＰＵ９９２）によって動作可能な命令セットを保持することができる。
【0059】
［００８０］サポート回路９９８は、従来のようにプロセッサをサポートするためにＣＰＵ９９２に結合されている。これらの回路には、キャッシュ、電源、クロック回路、入出力回路およびサブシステムなどが含まれる。１つ以上のプロセスが、プロセッサによって実行または呼び出されると、プロセッサに、本明細書に記載の方法で処理ツール９００または個々の処理ユニットの動作を制御させるソフトウェアルーチンとして、メモリ９９４に格納され得る。ソフトウェアルーチンはまた、ＣＰＵ９９２によって制御されているハードウェアから離れて配置された第２のＣＰＵ（図示せず）によって格納および／または実行されてもよい。
【0060】
［００８１］本開示のプロセスおよび方法の一部または全ては、ハードウェアで実行されてもよい。したがって、プロセスは、ソフトウェアに実装され、コンピュータシステムを使用して実行されてもよいし、例えば、特定用途向け集積回路もしくは他のタイプのハードウェア実装としてハードウェアに実装されてもよいし、またはソフトウェアとハードウェアの組み合わせとして実装されてもよい。ソフトウェアルーチンは、プロセッサによって実行されると、汎用コンピュータを、プロセスが実行されるようにチャンバの動作を制御する専用コンピュータ（コントローラ）に変換する。
【0061】
［００８２］いくつかの実施形態では、コントローラ９９０は、方法を実行するために個々のプロセスまたはサブプロセスを実行するための１つ以上の構成を有する。コントローラ９９０は、媒介コンポーネントに接続されて、方法の機能を実行するために媒介コンポーネントを動作させるように構成することができる。例えば、コントローラ９９０は、窒化チャンバに接続され、窒化チャンバを制御するように構成することができる。
【0062】
［００８３］一般に、プロセスは、プロセッサによって実行されると、プロセスチャンバに本開示のプロセスを実行させるソフトウェアルーチンとして、システムコントローラ９９０のメモリ９９４に格納され得る。ソフトウェアルーチンはまた、プロセッサによって制御されているハードウェアから離れて配置された第２のプロセッサ（図示せず）によって格納および／または実行されてもよい。本開示の方法の一部または全ては、ハードウェアで実行されてもよい。したがって、プロセスは、ソフトウェアに実装され、コンピュータシステムを使用して実行されてもよいし、例えば、特定用途向け集積回路もしくは他のタイプのハードウェア実装としてハードウェアに実装されてもよいし、またはソフトウェアとハードウェアの組み合わせとして実装されてもよい。ソフトウェアルーチンは、プロセッサによって実行されると、汎用コンピュータを、プロセスが実行されるようにチャンバの動作を制御する専用コンピュータ（コントローラ）に変換する。
【0063】
［００８４］いくつかの実施形態では、システムコントローラ９９０は、周囲圧力のアンモニア（ＮＨ３）ガスの雰囲気中で約４００℃から約１０００℃の範囲の温度でウェハ上の金属Ｍ層を窒化するように窒化チャンバを制御する構成を有する。
【0064】
［００８５］１つ以上の実施形態では、処理ツールは、ウェハを移動させるように構成されたロボットを備える中央移送ステーション、複数のプロセスステーションであって、各プロセスステーションは中央移送ステーションに接続され、隣接するプロセスステーションの処理領域から分離された処理領域を提供し、複数のプロセスステーションは窒化チャンバおよびワードライン堆積チャンバを含む、複数のプロセスステーション、ならびに中央移送ステーションおよび複数のプロセスステーションに接続されたコントローラであって、プロセスステーション間でウェハを移動させるようにロボットを作動させ、各プロセスステーションで起こるプロセスを制御するように構成されているコントローラ、を備える。
【0065】
［００８６］本明細書で論じられる材料および方法を説明する文脈での（特に以下の請求項の文脈で）「ａ」および「ａｎ」および「ｔｈｅ」という用語ならびに同様の指示物の使用は、本明細書に別段の記載がない限り、または文脈と明らかに矛盾しない限り、単数形および複数形の両方をカバーすると解釈されるべきである。本明細書の値の範囲の列挙は、本明細書に別段の記載がない限り、範囲内にある各別個の値を個別に参照する略記法として役立つことを単に意図しており、各別個の値は、本明細書に個別に記載されているかのように明細書内に組み込まれる。本明細書に記載の全ての方法は、本明細書に別段の記載がない限り、または文脈と明らかに矛盾しない限り、任意の適切な順序で実行することができる。本明細書で提供されるありとあらゆる例、または例示的な文言（例えば、「など」）の使用は、単に材料および方法をよりよく明らかにすることを意図しており、別段の主張がない限り、範囲に制限を課さない。明細書のいかなる文言も、権利主張されていない要素が、開示された材料および方法の実施に不可欠であることを示すと、解釈されるべきではない。
【0066】
［００８７］本明細書全体を通して「一実施形態」、「特定の実施形態」、「１つ以上の実施形態」または「実施形態」への言及は、実施形態に関連して説明される特定の特徴、構造、材料、または特性が本開示の少なくとも１つの実施形態に含まれることを意味する。したがって、本明細書全体を通して様々な場所での「１つ以上の実施形態において」、「特定の実施形態において」、「一実施形態において」または「実施形態において」などの句の出現は、必ずしも本開示の同じ実施形態を指すとは限らない。さらに、特定の特徴、構造、材料、または特性は、１つ以上の実施形態において任意の適切な方法で組み合わせることができる。
【0067】
［００８８］本明細書の開示は、特定の実施形態を参照して説明されてきたが、これらの実施形態は、本開示の原理および適用の単なる例示であることが理解されるべきである。本開示の精神および範囲から逸脱することなく、本開示の方法および装置に様々な修正および変形を行うことができることが、当業者には明らかであろう。したがって、本開示は、添付の特許請求の範囲およびそれらの同等物の範囲内にある修正および変形を含むことが意図される。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4A】
【図4B】
【図5A】
【図5B】
【図5C】
【図5D】
【図6A】
【図6B】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12A】
【図12B】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】