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特表2022-5367953つ以上の異なる材料を備えた導電性構造体を有するアセンブリ
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  • 特表-3つ以上の異なる材料を備えた導電性構造体を有するアセンブリ 図1
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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公表特許公報(A)
(11)【公表番号】
(43)【公表日】2022-08-18
(54)【発明の名称】3つ以上の異なる材料を備えた導電性構造体を有するアセンブリ
(51)【国際特許分類】
   H01L 27/11582 20170101AFI20220810BHJP
   H01L 27/11556 20170101ALI20220810BHJP
   H01L 21/336 20060101ALI20220810BHJP
【FI】
H01L27/11582
H01L27/11556
H01L29/78 371
【審査請求】有
【予備審査請求】未請求
(21)【出願番号】P 2021574904
(86)(22)【出願日】2020-05-12
(85)【翻訳文提出日】2021-12-16
(86)【国際出願番号】 US2020032489
(87)【国際公開番号】W WO2021002942
(87)【国際公開日】2021-01-07
(31)【優先権主張番号】16/458,400
(32)【優先日】2019-07-01
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(81)【指定国・地域】
(71)【出願人】
【識別番号】595168543
【氏名又は名称】マイクロン テクノロジー,インク.
(74)【代理人】
【識別番号】100121083
【弁理士】
【氏名又は名称】青木 宏義
(74)【代理人】
【識別番号】100138391
【弁理士】
【氏名又は名称】天田 昌行
(74)【代理人】
【識別番号】100074099
【弁理士】
【氏名又は名称】大菅 義之
(72)【発明者】
【氏名】エコノミー デイビッド ロス
(72)【発明者】
【氏名】クライン リタ ジェイ.
(72)【発明者】
【氏名】グリーンリー ジョーダン ディー.
(72)【発明者】
【氏名】メルドゥリム ジョン マーク
(72)【発明者】
【氏名】クラウス ブレンダ ディー.
(72)【発明者】
【氏名】マクティア エヴェレット エー.
【テーマコード(参考)】
5F083
5F101
【Fターム(参考)】
5F083EP02
5F083EP18
5F083EP22
5F083EP76
5F083ER21
5F083GA10
5F083JA02
5F083JA04
5F083JA19
5F083JA35
5F083JA38
5F083JA39
5F083JA40
5F083PR21
5F083PR22
5F101BA01
5F101BA46
5F101BB02
5F101BD16
5F101BD22
5F101BD30
5F101BD34
5F101BE07
5F101BH02
(57)【要約】
幾つかの実施形態は、交互の絶縁レベル及び制御ゲートレベルの垂直スタックを有するメモリアレイを含む。チャネル材料は、スタックに沿って垂直方向に延伸する。制御ゲートレベルは導電性領域を含む。導電性領域は、少なくとも3つの異なる材料を含む。電荷蓄積領域は制御ゲートレベルに隣接する。電荷遮断領域は、電荷蓄積領域と導電性領域との間にある。
【特許請求の範囲】
【請求項1】
導電性ゲートであって、前記導電性ゲートは少なくとも3つの異なる材料を含み、前記少なくとも3つの異なる材料は、第1の材料と、前記第1の材料に直接隣接する第2の材料と、前記第2の材料に直接隣接する第3の材料とを含み、前記第1、第2、及び第3の材料は組成的に相互に異なり、前記第1及び第3の材料は金属を含み、導電性である、前記導電性ゲートと、
前記導電性ゲートに隣接する電荷遮断領域と、
前記電荷遮断領域に隣接する電荷蓄積領域と、
前記電荷蓄積領域に隣接するトンネル材料と、
前記トンネル材料に隣接するチャネル材料であって、前記トンネル材料は、前記チャネル材料と前記電荷蓄積領域との間にある、前記チャネル材料と
を含むメモリセル。
【請求項2】
前記第1の材料は、Co、Mo、Ni、Ru、及びWの内の1つ以上を含む、請求項1に記載のメモリセル。
【請求項3】
前記第1の材料は、Co、Mo、Ni、Ru、及びWの内の1つ以上からなる、請求項1に記載のメモリセル。
【請求項4】
前記第2の材料は、金属窒化物、金属炭化物、金属ホウ化物、金属酸化物、及び金属炭窒化物からなるグループから選択される1つ以上の組成物を含む、請求項1に記載のメモリセル。
【請求項5】
前記第2の材料は、AlO、CeO、HfO、IrO、NiO、RuO、SiN、SiO、TaO、TiN、TiO、WN、及びZrOの内の1つ以上を含み、前記式は特定の化学量論ではなく主成分を指し示す、請求項1に記載のメモリセル。
【請求項6】
前記第2の材料は、AlO、CeO、HfO、IrO、NiO、RuO、SiN、SiO、TaO、TiN、TiO、WN、及びZrOの内の1つ以上からなり、前記式は特定の化学量論ではなく主成分を指し示す、請求項1に記載のメモリセル。
【請求項7】
前記第2の材料は連続的である、請求項1に記載のメモリセル。
【請求項8】
前記第2の材料は不連続である、請求項1に記載のメモリセル。
【請求項9】
前記第2の材料は導電性である、請求項1に記載のメモリセル。
【請求項10】
前記第2の材料は電気的に絶縁性である、請求項1に記載のメモリセル。
【請求項11】
前記第3の材料は、金属窒化物及び金属窒化ケイ素からなるグループから選択される1つ以上の組成物を含む、請求項1に記載のメモリセル。
【請求項12】
前記第3の材料は、約20℃で少なくとも約4.3eVの仕事関数を有する、請求項1に記載のメモリセル。
【請求項13】
前記第3の材料は、MoN、MoSiN、TiN、TiSiN、WN、及びWSiNの内の1つ以上を含み、前記式は特定の化学量論ではなく主成分を指し示す、請求項1に記載のメモリセル。
【請求項14】
前記第3の材料は、MoN、MoSiN、TiN、TiSiN、WN、及びWSiNの内の1つ以上からなり、前記式は特定の化学量論ではなく主成分を指し示す、請求項1に記載のメモリセル。
【請求項15】
交互の絶縁レベル及び制御ゲートレベルの垂直スタックであって、前記制御ゲートレベルは導電性領域を含み、前記導電性領域は、第1の金属含有材料と、前記第1の金属含有材料の外周に沿った第2の金属含有材料と、前記第2の金属含有材料の外周に沿った第3の金属含有材料とを含み、前記第1、第2、及び第3の金属含有材料は組成が相互に異なる、前記垂直スタックと、
前記導電性領域に隣接する電荷蓄積領域と、
前記電荷蓄積領域と前記導電性領域との間の電荷遮断領域と
を含むアセンブリ。
【請求項16】
前記第2の金属含有材料は連続的である、請求項15に記載のアセンブリ。
【請求項17】
前記第2の金属含有材料は不連続である、請求項15に記載のアセンブリ。
【請求項18】
前記制御ゲートレベルの各々は、約10nm~約100nmの範囲内の断面に沿った総厚を有し、前記第1及び第3の金属含有材料は、前記総厚の約10%から前記総厚の約90%までの範囲内の前記断面に沿った厚さを各々有する、請求項15に記載のアセンブリ。
【請求項19】
前記制御ゲートレベルの各々は、約10nm~約100nmの範囲内の断面に沿った総厚を有し、前記第1、第2、及び第3の金属含有材料は、前記総厚の約10%から前記総厚の約90%までの範囲内の前記断面に沿った厚さを各々有する、請求項15に記載のアセンブリ。
【請求項20】
前記第1の金属含有材料は、Co、Mo、Ni、Ru、及びWの内の1つ以上からなる、請求項15に記載のアセンブリ。
【請求項21】
前記第2の金属含有材料は、AlO、CeO、HfO、IrO、NiO、RuO、TaO、TiN、TiO、WN、及びZrOの内の1つ以上を含み、前記式は特定の化学量論ではなく主成分を指し示す、請求項15に記載のアセンブリ。
【請求項22】
前記第3の金属含有材料は、MoN、MoSiN、TiN、TiSiN、WN、及びWSiNの内の1つ以上を含み、前記式は特定の化学量論ではなく主成分を指し示す、請求項15に記載のアセンブリ。
【請求項23】
前記第1の金属含有材料はWからなり、
前記第2の金属含有材料は、TiN及びWNの内の一方又は両方を含み、前記式は特定の化学量論ではなく主成分を指し示し、
前記第3の金属含有材料は、TiSiN及びWSiNの内の一方又は両方を含み、前記式は特定の化学量論ではなく主成分を指し示す、
請求項15に記載のアセンブリ。
【請求項24】
交互の絶縁レベル及び制御ゲートレベルの垂直スタックと、
前記スタックに沿って垂直方向に延伸するチャネル材料と、
導電性領域を含む前記制御ゲートレベルであって、前記導電性領域は3つの異なる金属含有材料を含む、前記制御ゲートレベルと、
前記制御ゲートレベルに隣接する電荷蓄積領域と、
前記電荷蓄積領域と前記導電性領域との間の電荷遮断領域と
を含むメモリアレイ。
【請求項25】
前記3つの異なる金属含有材料は、第1の金属含有材料と第3の金属含有材料との間に第2の金属含有材料を含む、請求項24に記載のメモリアレイ。
【請求項26】
前記第2の金属含有材料は不連続である、請求項25に記載のメモリアレイ。
【請求項27】
前記第2の金属含有材料は連続的である、請求項25に記載のメモリアレイ。
【請求項28】
前記第2の金属含有材料は導電性である、請求項25に記載のメモリアレイ。
【請求項29】
前記第2の金属含有材料は絶縁性である、請求項25に記載のメモリアレイ。
【請求項30】
前記第1の金属含有材料は、Co、Mo、Ni、Ru、及びWの内の1つ以上からなる、請求項25に記載のメモリアレイ。
【請求項31】
前記第2の金属含有材料は、AlO、CeO、HfO、IrO、NiO、RuO、TaO、TiN、TiO、WN、及びZrOの内の1つ以上を含み、前記式は特定の化学量論ではなく主成分を指し示す、請求項25に記載のメモリアレイ。
【請求項32】
前記第3の金属含有材料は、MoN、MoSiN、TiN、TiSiN、WN、及びWSiNの内の1つ以上を含み、前記式は特定の化学量論ではなく主成分を指し示す、請求項25に記載のメモリアレイ。
【請求項33】
前記第1の金属含有材料はWからなり、
第2の金属含有材料は、TiN及びWNの内の一方又は両方を含み、前記式は特定の化学量論ではなく主成分を指し示し、
第3の金属含有材料は、TiSiN及びWSiNの内の一方又は両方を含み、前記式は特定の化学量論ではなく主成分を指し示す、
請求項25に記載のメモリアレイ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
[関連出願データ]
この出願は、2019年7月1日に出願された“Assemblies Having Conductive Structures with Three or More Different Materials”と題する米国特許出願シリアル番号16/458,400に関連し、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。
【0002】
[技術分野]
3つ以上の異なる材料を備えた導電性構造体(例えば、ワード線)を有するアセンブリ(例えば、集積NAND)。
【背景技術】
【0003】
メモリは、電子システムにデータ蓄積を提供する。フラッシュメモリはメモリの一種であり、最近のコンピュータ及びデバイスで多くの使用を有する。実例として、最近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蓄積されたBIOSを有し得る。別の例として、コンピュータ及びその他のデバイスが従来のハードドライブを置き換えるためにソリッドステートドライブ内にフラッシュメモリを利用することが益々一般的になっている。更に別の例として、フラッシュメモリは、製造者が、標準化されてくると新たな通信プロトコルをサポートすること、及び強化された機構のためにデバイスをリモートでアップグレードする能力を提供することを可能にするため、無線電子デバイスではポピュラーである。
【0004】
NANDは、フラッシュメモリの基本的なアーキテクチャであり得、垂直方向に積み重ねられたメモリセルを含むように構成され得る。
【0005】
NANDを具体的に説明する前に、集積された配列内のメモリアレイの関係をより一般的に説明することが役立ち得る。図1は、アクセス線1004(例えば、信号を伝導するためのワード線WL0~WLm)及び第1のデータ線1006(例えば、信号を伝導するためのビット線BL0~BLn)と共に、行及び列内に配列された複数のメモリセル1003を有するメモリアレイ1002を含む従来技術のデバイス1000のブロック図を示す。アクセス線1004及び第1のデータ線1006は、メモリセル1003との間で情報を転送するために使用され得る。行デコーダ1007及び列デコーダ1008は、メモリセル1003の内の何れのものがアクセスされるかを判定するために、アドレス線1009上のアドレス信号A0~AXをデコードする。センスアンプ回路1015は、メモリセル1003から読み出された情報の値を判定するように動作する。I/O回路1017は、メモリアレイ1002と入力/出力(I/O)線1005との間で情報の値を転送する。I/O線1005上の信号DQ0~DQNは、メモリセル1003から読み出される、又はメモリセル1003中に書き込まれる情報の値を表し得る。他のデバイスは、I/O線1005、アドレス線1009、又は制御線1020通じてデバイス1000と通信し得る。メモリ制御ユニット1018は、メモリセル1003上で実施されるメモリ動作を制御するために使用され、制御線1020上の信号を利用する。デバイス1000は、第1の供給線1030及び第2の供給線1032上の供給電圧信号Vcc及びVssを夫々受信し得る。デバイス1000は、選択回路1040及び入力/出力(I/O)回路1017を含む。選択回路1040は、メモリセルから読み出される又はメモリセル中にプログラミングされる情報の値を表し得る、第1のデータ線1006及び第2のデータ線1013上の信号を選択するために、I/O回路1017を介して、信号CSEL1~CSELnに応答し得る。列デコーダ1008は、アドレス線1009上のA0~AXアドレス信号に基づいて、CSEL1~CSELn信号を選択的に活性化し得る。選択回路1040は、読み出し及びプログラミング動作の間にメモリアレイ1002とI/O回路1017との間の通信を提供するために、第1のデータ線1006及び第2のデータ線1013上の信号を選択し得る。
【0006】
図1のメモリアレイ1002は、NANDメモリアレイであり得、図2は、図1のメモリアレイ1002に利用され得る3次元NANDメモリデバイス200のブロック図を示す。デバイス200は、電荷蓄積デバイスの複数のストリングを含む。第1の方向(Z-Z´)では、電荷蓄積デバイスの各ストリングは、例えば、相互に積み重ねられた32個の電荷蓄積デバイスを含み得、各電荷蓄積デバイスは、例えば、32個のティア(ティア0~ティア31)の内の1つに対応する。個別のストリングの電荷蓄積デバイスは、電荷蓄積デバイスのストリングがその近くに形成される半導体材料(例えば、ポリシリコン)の個別のピラー内に形成されるもの等の共通のチャネル領域を共有し得る。第2の方向(X-X´)では、例えば、複数のストリングの16個の第1のグループの各第1のグループは、例えば、複数(例えば、32個)のアクセス線(すなわち、ワード線WLとしても知られる“グローバル制御ゲート(CG)線”)を共有する8つのストリングを含み得る。アクセス線の各々は、ティア内の電荷蓄積デバイスを結合し得る。同じアクセス線によって結合された(したがって同じティアに対応する)電荷蓄積デバイスは、例えば、各電荷蓄積デバイスが2ビットの情報を蓄積することが可能なセルを含む場合に、P0/P32、P1/P33、及びP2/P34等の2つのページに論理的にグループ化され得る。第3の方向(Y-Y´)では、例えば、複数のストリングの8つの第2のグループの各第2のグループは、8つのデータ線の内の対応する1つによって結合された16個のストリングを含み得る。メモリブロックのサイズは、1,024ページ及び合計で約16MB(例えば、16WL×32ティア×2ビット=1,024ページ/ブロック、ブロックサイズ=1,024ページ×16KB/ページ=16MB)を含み得る。ストリング、ティア、アクセス線、データ線、第1のグループ、第2のグループ、及び/又はページの数は、図2に示されるものよりも多くてもよく、少なくてもよい。
【0007】
図3は、図2に関して説明されたストリングの16個の第1のグループの内の1つ内に電荷蓄積デバイスの15個のストリングを含む、X-X´方向における図2の3D NANDメモリデバイス200のメモリブロック300の断面図を示す。メモリブロック300の複数のストリングは、タイル列、タイル列、及びタイル列等の複数のサブセット310、320、330(例えば、タイル列)にグループ化され得、各サブセット(例えば、タイル列)は、メモリブロック300の“部分的ブロック”を含む。グローバルドレイン側選択ゲート(SGD)線340は、複数のストリングのSGDに結合され得る。例えば、グローバルSGD線340は、複数(例えば、3つ)のサブSGDドライバ332、334、336の内の対応する1つを介して、各サブSGD線が個別のサブセット(例えば、タイル列)に対応する複数(例えば、3つ)のサブSGD線342、344、346に結合され得る。サブSGDドライバ332、334、336の各々は、他の部分的ブロックのものとは独立して、対応する部分的ブロック(例えば、タイル列)のストリングのSGDを同時に結合又は切断し得る。グローバルソース側選択ゲート(SGS)線360は、複数のストリングのSGSに結合され得る。例えば、グローバルSGS線360は、複数のサブSGSドライバ322、324、326の内の対応する1つを介して、各サブSGS線が個別のサブセット(例えば、タイル列)に対応する複数のサブSGS線362、364、366に結合され得る。サブSGSドライバ322、324、326の各々は、他の部分的ブロックのものとは独立して、対応する部分的ブロック(例えば、タイル列)のストリングのSGSを同時に結合又は切断し得る。グローバルアクセス線(例えば、グローバルCG線)350は、複数のストリングの各々の個別のティアに対応する電荷蓄積デバイスを結合し得る。各グローバルCG線(例えば、グローバルCG線350)は、複数のサブストリングドライバ312、314、及び316の内の対応する1つを介して、複数のサブアクセス線(例えば、サブCG線)352、354、356に結合され得る。サブストリングドライバの各々は、他の部分的ブロック及び/又は他のティアのものとは独立して、個別の部分的ブロック及び/又はティアに対応する電荷蓄積デバイスを同時に結合又は切断し得る。個別のサブセット(例えば、部分的ブロック)及び個別のティアに対応する電荷蓄積デバイスは、電荷蓄積デバイスの“部分的ティア”(例えば、単一の“タイル”)を含み得る。個別のサブセット(例えば、部分的ブロック)に対応するストリングは、サブソース372、374、及び376(例えば、“タイルソース”)の内の対応する1つに結合され得、各サブソースは、個別の電源に結合される。
【0008】
NANDメモリデバイス200は、代替的に、図4の概略図を参照して説明される。
【0009】
メモリアレイ200は、ワード線202~202、及びビット線228~228を含む。
【0010】
メモリアレイ200はまた、NANDストリング206~206を含む。各NANDストリングは、電荷蓄積トランジスタ208~208を含む。電荷蓄積トランジスタは、電荷を蓄積するためにフローティングゲート材料(例えば、ポリシリコン)を使用し得、又は電荷を蓄積するために電荷トラップ材料(例えば、窒化ケイ素、金属ナノドット等)を使用し得る。
【0011】
電荷蓄積トランジスタ208は、ワード線202とストリング206との交点に設置される。電荷蓄積トランジスタ208は、データの蓄積のための不揮発性メモリセルを表す。各NANDストリング206の電荷蓄積トランジスタ208は、ソース選択デバイス(例えば、ソース側選択ゲート、SGS)210とドレイン選択デバイス(例えば、ドレイン側選択ゲート、SGD)212との間でソースからドレインに直列に接続される。各ソース選択デバイス210は、ストリング206とソース選択線214との交点に設置される一方、各ドレイン選択デバイス212は、ストリング206とドレイン選択線215との交点に設置される。選択デバイス210及び212は、任意の適切なアクセスデバイスであり得、図4にボックスを用いて一般的に説明される。
【0012】
各ソース選択デバイス210のソースは、共通のソース線216に接続される。各ソース選択デバイス210のドレインは、対応するNANDストリング206の第1の電荷蓄積トランジスタ208のソースに接続される。例えば、ソース選択デバイス210のドレインは、対応するNANDストリング206の電荷蓄積トランジスタ208のソースに接続される。ソース選択デバイス210は、ソース選択線214に接続される。
【0013】
各ドレイン選択デバイス212のドレインは、ドレイン接点でビット線(すなわち、デジット線)228に接続される。例えば、ドレイン選択デバイス212のドレインは、ビット線228に接続される。各ドレイン選択デバイス212のソースは、対応するNANDストリング206の最後の電荷蓄積トランジスタ208のドレインに接続される。例えば、ドレイン選択デバイス212のソースは、対応するNANDストリング206の電荷蓄積トランジスタ208のドレインに接続される。
【0014】
電荷蓄積トランジスタ208は、ソース230、ドレイン232、電荷蓄積領域234、及び制御ゲート236を含む。電荷蓄積トランジスタ208は、ワード線202に結合されたそれらの制御ゲート236を有する。電荷蓄積トランジスタ208の列は、所与のビット線228に結合されたNANDストリング206内のそれらのトランジスタである。電荷蓄積トランジスタ208の行は、所与のワード線202に一般的に結合されたそれらのトランジスタである。
【0015】
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であろう。
【図面の簡単な説明】
【0016】
図1】メモリセルを備えたメモリアレイを有する従来技術のメモリデバイスのブロック図を示す。
図2】3D NANDメモリデバイスの形式での図1の従来技術のメモリアレイの概略図を示す。
図3】X-X´の方向の図2の従来技術の3D NANDメモリデバイスの断面図を示す。
図4】従来技術のNANDメモリアレイの概略図である。
図5】例示的なメモリアレイを含む集積アセンブリの領域の概略的断面側面図である。
図5A図5Aの線5A-5Aに沿った概略的トップダウン図である。図5は、図5Aの線5-5に沿っている。
図6】導電性領域内の材料の例示的な配列を説明する、図5の例示的なメモリアレイの導電性領域の概略的断面拡大図である。
図7】導電性領域内の材料の別の例示的な配列を説明する、図5の例示的なメモリアレイの導電性領域の別の概略的断面拡大図である。
【発明を実施するための形態】
【0017】
幾つかの実施形態は、(幾つかの実施形態では金属含有材料であり得る)少なくとも3つの異なる材料を含む導電性構造体(例えば、ワード線)を有するNANDメモリアレイを含む。例示的な実施形態は、図5図7を参照して説明される。
【0018】
図5及び5Aを参照すると、構築物10(集積アセンブリ又は集積構造体とも称される)は、交互の第1及び第2のレベル16及び18のスタック14を含む。
【0019】
第1のレベル16は絶縁材料20を含み、第2のレベル18は導電性領域22を含む。レベル16及び18は、任意の適切な厚さであり得る。レベル16は、レベル18とは異なる厚さであり得、又はレベル18と同じ厚さであり得る。幾つかの実施形態では、レベル16及び18は、約5ナノメートル(nm)~約100nmの範囲内、約5nm~約50nmの範囲内等の厚さを有し得る。幾つかの実施形態では、導電性領域22は、約10nm~約100nmの範囲内の厚さを有し得る。
【0020】
絶縁材料20は、任意の適切な組成物又は組成物の組み合わせを含み得、幾つかの実施形態では、二酸化ケイ素を含み得、本質的にそれからなり得、又はそれからなり得る。
【0021】
絶縁材料24は、導電性領域22の周りに拡張する。絶縁材料24は、誘電体バリア材料に対応し得、任意の適切な組成物を含み得る。幾つかの実施形態では、誘電体バリア材料24は、高k材料(実例として、酸化アルミニウム、酸化ハフニウム、酸化ジルコニウム、酸化タンタル等の内の1つ以上)を含み得、用語“高k”は、二酸化ケイ素の誘電率よりも大きい誘電率を意味する。絶縁材料24は、単一の均質な材料であることが示されているが、他の実施形態では、絶縁材料は、2つ以上の別個の組成物を含み得る。
【0022】
導電性領域22は導電性ワード線を含む。幾つかの実施形態では、導電性レベル18は、NAND構成のワード線レベル(制御ゲートレベル、メモリセルレベル)と称され得る。NAND構成は、メモリセルのストリング(所謂、NANDストリング)を含み得、ストリング内のメモリセルの数は、メモリセルレベル18の数によって決定される。NANDストリングは、任意の適切な数のメモリセルレベルを含み得る。実例として、NANDストリングは、8個のメモリセルレベル、16個のメモリセルレベル、32個のメモリセルレベル、64個のメモリセルレベル、512個のメモリセルレベル、1024個のメモリセルレベル等を有し得る。
【0023】
レベル16は、スタック14内のワード線レベル(制御ゲートレベル)18と交互になる絶縁レベルと称され得る。そうした絶縁レベル16は、絶縁材料20を含むとみなされ得る。
【0024】
構造体28は、スタック14を通って延伸する。構造体28は、それらがチャネル材料30を含むという点で、チャネル材料構造体と称され得る。チャネル材料30は、半導体材料を含み、任意の適切な組成物又は組成物の組み合わせを含み得る。実例として、チャネル材料30は、シリコン、ゲルマニウム、III/V半導体材料(例えば、リン化ガリウム)、半導体酸化物等の内の1つ以上を含み得、用語III/V半導体材料は、周期表の族III及びVから選択された元素を含む半導体材料を指す(族III及びVは古い命名法であり、現在は族13及び15と称される)。
【0025】
トンネル材料(ゲート誘電体材料)32、電荷蓄積材料34、及び電荷遮断材料36は、チャネル材料30と垂直方向に積み重ねられたレベル16/18との間にある。トンネル材料、電荷蓄積材料、及び電荷遮断材料は、任意の適切な組成物又は組成物の組み合わせを含み得る。
【0026】
幾つかの実施形態では、トンネル材料32は、例えば、二酸化ケイ素、酸化アルミニウム、酸化ハフニウム、酸化ジルコニウム等の内の1つ以上を含み得る。
【0027】
幾つかの実施形態では、電荷蓄積材料34は、窒化ケイ素、酸窒化ケイ素、導電性ナノドット等の電荷トラップ材料を含み得る。代替的な実施形態では、電荷蓄積材料34は、フローティングゲート材料(例えば、多結晶シリコン等)を含むように構成され得る。
【0028】
幾つかの実施形態では、電荷遮断材料36は、二酸化ケイ素、酸化アルミニウム、酸化ハフニウム、酸化ジルコニウム等の内の1つ以上を含み得る。
【0029】
説明する実施形態では、チャネル材料30は、構造体28の各々内の環状リングとして構成される。絶縁材料38は、そうした環状リングを充填する。絶縁材料38は、例えば、二酸化ケイ素等の任意の適切な組成物又は組成物の組み合わせを含み得る。説明する構造体28は、絶縁材料38が環状リング形状のチャネル構成の“中空”内に提供されるという点で、中空チャネル構成を含むとみなされ得る。他の実施形態(図示せず)では、チャネル材料は、中実ピラー構成として構成され得る。
【0030】
チャネル材料構造体28は、材料30、32、34、36、及び38の全てを組み合わせて含むとみなされ得る。図5Aの上面図は、チャネル材料構造28が六方密(hexagonally-packed)パターンで配列され得ることを示している。
【0031】
スリット(トレンチ)40は、スタック14を通って延伸し、そうしたスリットは、絶縁材料42で充填される。絶縁材料42は、任意の適切な組成物を含み得、幾つかの実施形態では、二酸化ケイ素を含み得、本質的にそれからなり得、又はそれからなり得る。
【0032】
幾つかの実施形態では、スタック14は、垂直方向に延伸するスタックであるとみなされ得、構造体28は、スタック14を通過する、垂直方向に延伸するチャネル材料構造体であるとみなされ得る。
【0033】
スタック14は、支持ベース12の上方にある。ベース12は、半導体材料を含み得、例えば、単結晶シリコンを含み得、本質的にそれからなり得、又はそれからなり得る。ベース12は、半導体基板と称され得る。用語“半導体基板”は、半導体ウェハ(単独又は他の材料を含むアセンブリの何れか)等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の何れか)を含むがこれらに限定されない半導体材料を含む任意の構築物を意味する。用語“基板”は、上で説明した半導体基板を含むがこれらに限定されない任意の支持構造体を指す。幾つかの用途では、ベース12は、集積回路製造と関連付けられる1つ以上の材料を含む半導体基板に対応し得る。そうした材料は、例えば、高融点金属材料、バリア材料、拡散材料、絶縁体材料等の内の1つ以上を含み得る。
【0034】
ベース12とスタック14との間に1つ以上の追加の材料、コンポーネント等が提供され得ることを図式的に指し示すために、ベース12とスタック14との間に間隙が示されている。そうした追加のコンポーネントは、例えば、導電性ソース線、選択ゲート等を含み得る。
【0035】
ワード線レベル(制御ゲートレベル)18は、チャネル材料構造体28に隣接する導電性ゲート44(その内の幾つかのみにラベルが付されている)を含む。導電性ゲート44は、導電性ゲート44は、誘電体バリア材料24の領域、電荷遮断材料36の領域、電荷蓄積材料34の領域、トンネル材料32の領域、及びチャネル材料30の領域と共に、メモリセル46を形成する。こうしたメモリセルは、図1図4を参照して上で説明したNADMメモリアレイに類似した3次元NANDメモリアレイ48中に組み込まれる。メモリセル46は全て相互に実質的に同一である(用語“実質的に同一”は、製造及び測定の合理的な許容範囲内で同一であることを意味する)。
【0036】
動作中、電荷蓄積材料34は、メモリセル44の電荷蓄積領域45(その内の幾つかのみにラベルが付されている)を形成する。電荷蓄積材料34は、メモリセル46内に情報を蓄積するように構成され得る。個々のメモリセル内に蓄積される情報の値(用語“値”は、1ビット又は複数ビットを表す)は、メモリセルの電荷蓄積領域内に蓄積される電荷の量(例えば、電子の数)に基づき得る。個々の電荷蓄積領域内の電荷の量は、少なくとも部分的に、関連するゲート44に印加される電圧の値に基づいて、及び/又は関連するチャネル材料30に印加される電圧の値に基づいて制御され得る(例えば、増加し得又は減少し得る)。
【0037】
トンネル材料32は、メモリセル46のトンネル領域47(その内の幾つかのみにラベルが付されている)を形成する。そうしたトンネル領域は、電荷蓄積材料34とチャネル材料30との間の電荷(例えば、電子)の所望のマイグレーション(例えば、輸送)を可能にするように構成され得る。トンネル領域は、例えば、等価酸化膜厚(EOT)等であるがこれに限定されない、選択された基準を達成するように構成(すなわち、設計)され得る。EOTは、代表的な物理的厚さの観点から、トンネル領域の電気的特性(例えば、静電容量)を定量化する。例えば、EOTは、リーク電流及び信頼性の考慮事項を無視して、所与の誘電体と同じ静電容量密度を有する必要があるであろう理論上の二酸化ケイ素層の厚さとして定義され得る。
【0038】
電荷遮断材料36は、電荷蓄積材料34に隣接し、メモリセル46の電荷遮断領域49(その内の幾つかのみにラベルが付されている)を形成する。電荷遮断領域は、電荷が電荷蓄積材料34から関連するゲート44に流れるのを遮断するメカニズムを提供し得る。
【0039】
誘電体バリア材料24は、電荷遮断材料36と関連するゲート44との間に提供され、ゲート44から電荷蓄積材料34への電荷キャリアの逆トンネリングを抑制するために利用され得る。幾つかの実施形態では、誘電体バリア材料24は、メモリセル46内に誘電体バリア領域51(その内の幾つかのみにラベルが付されている)を形成するとみなされ得る。
【0040】
幾つかの実施形態では、導電性領域22は、3つ以上の異なる材料を含む。図6は、導電性領域の例示的な構成をよりよく説明するために、導電性領域22の内の1つの拡大図を示す。
【0041】
図6の導電領域22は、第1の材料60、第2の材料62、及び第3の材料64を含む。3つの材料が示されているが、他の実施形態では、導電領域22は3つよりも多い材料を含み得ることは理解されるべきである。幾つかの実施形態では、材料60、62、及び64の3つ全てが導電性であり得、金属含有材料であり得る。
【0042】
第1の材料60は、内部材料(又はコア材料)と称され得る。
【0043】
内側材料60は外周61を有し、第2の材料62は、図6の断面に沿って第1の材料60の周囲61の周りに拡張する。第2の材料62は、第1の材料60に直接隣接する。第2の材料62は外周63を有し、第3の材料64は、図6の断面に沿って第2の材料62の周囲63の周りに拡張する。第3の材料64は、第2の材料62に直接隣接する。説明する実施形態では、第3の材料64はまた、誘電体バリア材料24に直接隣接する。
【0044】
材料60、62、及び64は、組成的に相互に異なる。
【0045】
材料60は、低抵抗(すなわち、高導電率)を有するように選択され得、幾つかの実施形態では、コバルト(Co)、モリブデン(Mo)、ニッケル(Ni)、ルテニウム(Ru)、及びタングステン(W)の内の1つ以上を含み得、本質的にそれからなり得、又はそれから成り得る。材料60は、非金属元素と組み合わせて金属を含むのではなく、幾つかの実施形態では金属のみを含み得る。
【0046】
第2の材料62は、第3の材料64と第1の材料60との両方に良好な接着を提供するように選択され得る(すなわち、第3の材料64から第1の材料60への結合遷移を提供するために利用され得る)。第2の材料62はまた、第1の材料60内の大きな粒子の成長を促進するように選択され得る。導電性材料60内に大きな粒子を有することの利点は、大きな粒子が、小さな粒子と比較して導電性材料内の導電率を改善することが多いことである。第2の材料62はまた、第1の材料60及び第3の材料64との界面に沿って(すなわち、境界61及び63に沿って)低応力を有するように選択され得る。第2の材料62は導電性材料であることが示されているが、幾つかの実施形態では、導電性領域22がNANDアセンブリのワード線で利用するのに適した導電性特性を保持することを可能にするのに第2の材料62が十分に薄い及び/又は十分に漏れやすい限り、第2の材料は代わりに電気的絶縁材料であり得ることは理解されるべきである。
【0047】
幾つかの実施形態では、第2の材料62は、金属窒化物、金属炭化物、金属ホウ化物、金属酸化物、及び金属炭窒化物からなるグループから選択される1つ以上の組成物を含み得る。幾つかの実施形態では、第2の材料62は、AlO、CeO、HfO、IrO、NiO、RuO、SiN、SiO、TaO、TiN、TiO、WN、及びZrOの内の1つ以上を含み得、本質的にそれからなり得、又はそれからなり得、式は、特定の化学量論ではなく主成分を指し示す。
【0048】
図6の説明する実施形態では、第2の材料62は連続的である(すなわち、コア材料60の周囲61の周りに拡張する連続的な層又は連続的な膜である)。他の実施形態では、第2の材料62は(図7を参照して以下でより詳細に論じるように)不連続であり得る。
【0049】
更に図6を参照すると、第3の材料64は、誘電体バリア材料24に十分に接着するように、及び/又は高い仕事関数(例えば、約20℃の温度で少なくとも約4.3電子ボルト(eV)の仕事関数)を有するように選択され得る。幾つかの実施形態では、第3の材料64は、金属窒化物及び金属窒化ケイ素からなるグループから選択される1つ以上の組成物を含み得る。幾つかの実施形態では、第3の材料は、MoN、MoSiN、TiN、TiSiN、WN、及びWSiNの内の1つ以上を含み得、本質的にそれからなり得、又はそれらからなり得、式は、特定の化学量論ではなく主成分を指し示す。
【0050】
導電性領域22内の少なくとも3つの材料の利用は、導電性領域の特性(例えば、仕事関数、導電率、応力等)を、NANDアセンブリ内のメモリセル動作の最適化のために調整することを可能にし得る。
【0051】
幾つかの例示的な実施形態では、第1の材料60は、タングステン(W)を含み得、本質的にそれからなり得、又はそれからなり得、第2の材料62は、TiN(窒化チタン)及びWN(窒化タングステン)の内の一方又は両方を含み得、本質的にそれからなり得、又はそれらからなり得、第3の材料64は、TiSiN(窒化チタンシリコン)及びWSiN(窒化タングステンシリコン)の内の一方又は両方を含み得、本質的にそれからなり得、又はそれらからなり得、式は、特定の化学量論ではなく主成分を指し示す。第1の材料60のタングステンは、低抵抗のために選択され得る。第2の材料62の窒化チタン及び/又は窒化タングステンは、タングステンとの強い接着、大きなタングステン粒子の核形成、タングステンとの界面に沿った低応力、及び低コストを促進するために選択され得る。窒化チタンシリコン及び/又は窒化タングステンシリコンは、高い仕事関数を提供するように選択され得、それは、セル動作(例えば、動作速度)を改善し得る。
【0052】
材料60、62、及び64は、任意の適切な厚さを有し得る。幾つかの実施形態では、導電性領域22は、約10nm~約100nmの範囲内の全体の厚さ(総厚)Tを有し得、第1、第2、及び第3の材料(60、62、及び64)の各々は、全体の厚さの約10%から全体の厚さの約90%までの範囲内の厚さを有し得る。幾つかの実施形態では、第2の材料62は、非常に薄い(又は不連続でさえある)ことがあり、材料60及び64は全体の厚さの約10%から全体の厚さの約90%までの範囲内の厚さを各々有するであろう。
【0053】
上で論じたように、幾つかの実施形態では、第2の材料62は不連続であり得る。図7は、第2の材料62が不連続である導電性領域22の例示的な実施形態を示す。不連続材料は、導電性又は電気的に絶縁性であり得る。材料62は、読者による材料の視覚化を単純化するため、並びに材料が幾つかの実施形態では電気的に絶縁性であり得ることを強調するために、図7にはクロスハッチングなしで示されている。不連続材料62は、そうしたものが導電性材料60内での大きな粒子サイズの形成を促進する場合に有利であり得る。
【0054】
上で論じたアセンブリ及び構造体は、集積回路内で利用され得(用語“集積回路”は、半導体基板により支持される電子回路を意味する)、電子システム中に組み込まれ得る。そうした電子システムは、例えば、メモリモジュール、デバイスドライバ、パワーモジュール、通信モデム、プロセッサモジュール、及びアプリケーション固有のモジュールで使用され得、多層、マルチチップモジュールを含み得る。電子システムは、例えば、カメラ、無線デバイス、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、航空機等の広範囲のシステムの内の何れかであり得る。
【0055】
特に明記しない限り、本明細書で説明する様々な材料、物質、組成物等は、例えば、原子層堆積(ALD)、化学気相成長(CVD)、物理気相成長(PVD)等を含む、現在知られている、又はまだ開発されていない任意の適切な方法論を用いて形成され得る。
【0056】
用語“誘電性”及び“絶縁性”は、絶縁性の電気的特性を有する材料を説明するために利用され得る。この開示では、該用語は同義語とみなされる。幾つかの実例での用語“誘電性”の利用、及び他の実例での用語“絶縁性”(又は“電気的に絶縁性”)の利用は、後続する特許請求の範囲内の先行詞を単純化するために、この開示内の言語のバリエーションを提供するものであり得、化学的又は電気的な何らかの重要な相違を指し示すために利用されない。
【0057】
用語“電気的に接続される”及び“電気的に結合される”は、両方ともこの開示において利用され得る。該用語は同義語とみなされる。幾つかの実例での一方の用語の利用、他の実例での他方の用語の利用は、後続する特許請求の範囲内の先行詞を単純化するために、この開示内の言語のバリエーションを提供するものであり得る。
【0058】
図面中の様々な実施形態の特定の向きは、説明の目的のみのためのものであり、幾つかの用途では、実施形態は、示された向きに対して回転させられ得る。本明細書で提供される説明及び後続する特許請求の範囲は、構造体が図面の特定の向きにあるか、それとも、そうした向きに対して回転されるかに関係なく、様々な機構間の説明された関係を有する任意の構造体に関係する。
【0059】
添付の例証の断面図は、断面の平面内の機構のみを示しており、図面を簡略化するために、特に明記しない限り、断面の平面の背後にある材料を示していない。
【0060】
構造体が別の構造体に対して“上”、“隣接”、又は“接触(against)”であると上で言及される場合、それは、別の構造上に直接あり得、又は介在する構造も存在し得る。対照的に、構造が別の構造に対して“直接上”、“直接隣接”、又は“直接接触”であると言及される場合、介在する構造は存在しない。用語“真下”、“真上”等は、(特に明記されていない限り)直接の物理的接触を指し示すのではなく、直立した位置合わせを指し示す。
【0061】
構造体(例えば、層、材料等)は、構造体が一般的に、下にあるベース(例えば、基板)から上向きに延伸することを指し示すために“垂直方向に延伸する”と称され得る。垂直方向に延伸する構造体は、ベースの上面に対して実質的に直交して延伸してもよく、しなくてもよい。
【0062】
幾つかの実施形態は、導電性ゲートを有するメモリセルを含む。導電性ゲートは、少なくとも3つの異なる材料を含む。少なくとも3つの異なる材料は、第1の材料と、第1の材料に直接隣接する第2の材料と、第2の材料に直接隣接する第3の材料とを含む。第1、第2、及び第3の材料は、組成的に相互に異なる。第1及び第3の材料は金属を含み、導電性である。電荷遮断領域は導電性ゲートに隣接する。電荷蓄積領域は電荷遮断領域に隣接する。トンネル材料は電荷蓄積領域に隣接する。チャネル材料はトンネル材料に隣接する。トンネル材料は、チャネル材料と電荷蓄積領域との間にある。
【0063】
幾つかの実施形態は、交互の絶縁レベル及び制御ゲートレベルの垂直スタックを有するアセンブリを含む。制御ゲートレベルは導電性領域を含む。導電性領域は、第1の金属含有材料と、第1の金属含有材料の外周に沿った第2の金属含有材料と、第2の金属含有材料の外周に沿った第3の金属含有材料とを含む。第1、第2、及び第3の金属含有材料は、組成が相互に異なる。電荷蓄積領域は導電性領域に隣接する。電荷遮断領域は、電荷蓄積領域と導電性領域との間にある。
【0064】
幾つかの実施形態は、交互の絶縁レベル及び制御ゲートレベルの垂直スタックを有するメモリアレイを含む。チャネル材料は、スタックに沿って垂直方向に延伸する。制御ゲートレベルは導電性領域を含む。導電性領域は、3つの異なる金属含有材料を含む。電荷蓄積領域は制御ゲートレベルに隣接する。電荷遮断領域は、電荷蓄積領域と導電性領域との間にある。
【0065】
法令に準拠して、本明細書に開示される主題は、構造的及び系統的機構に関して多かれ少なかれ具体的な言語で説明されている。しかしながら、本明細書に開示される手段は例示的な実施形態を含むので、特許請求の範囲は、示され説明される特定の機構に限定されないことは理解されるべきである。特許請求の範囲は、したがって、文字通りの言葉で全範囲を与えられ、均等論に従って適切に解釈されるべきである。
図1
図2
図3
図4
図5
図5A
図6
図7
【手続補正書】
【提出日】2021-12-16
【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】
導電性ゲートであって、前記導電性ゲートは、断面において外周を有する第1の材料と、前記第1の材料に直接隣接し、前記第1の材料とは組成的に異なる第2の材料と、前記第2の材料に直接隣接し、前記第1及び第2の材料の各々とは組成的に異なる第3の材料とを含む少なくとも3つの異なる材料を含み、前記第1及び第3の材料は金属を含み、導電性であ前記第3の材料は、前記断面において前記第1の材料の前記外周の全体に沿って存在する前記導電性ゲートと、
前記導電性ゲートに隣接する電荷遮断領域と、
前記電荷遮断領域に隣接する電荷蓄積領域と、
前記電荷蓄積領域に隣接するトンネル材料と、
前記トンネル材料に隣接するチャネル材料であって、前記トンネル材料は、前記チャネル材料と前記電荷蓄積領域との間にある、前記チャネル材料と
を含むメモリセル。
【請求項2】
前記第1の材料は、Co、Mo、Ni、Ru、及びWの内の1つ以上を含む、請求項1に記載のメモリセル。
【請求項3】
前記第2の材料は、金属窒化物、金属炭化物、金属ホウ化物、金属酸化物、及び金属炭窒化物からなるグループから選択される1つ以上の組成物を含む、請求項1に記載のメモリセル。
【請求項4】
前記第2の材料は、AlO、CeO、HfO、IrO、NiO、RuO、SiN、SiO、TaO、TiN、TiO、WN、及びZrOの内の1つ以上を含み、前記式は特定の化学量論ではなく主成分を指し示す、請求項1に記載のメモリセル。
【請求項5】
前記第2の材料は連続的である、請求項1に記載のメモリセル。
【請求項6】
前記第2の材料は不連続である、請求項1に記載のメモリセル。
【請求項7】
前記第3の材料は、金属窒化物及び金属窒化ケイ素からなるグループから選択される1つ以上の組成物を含む、請求項1に記載のメモリセル。
【請求項8】
前記第3の材料は、約20℃で少なくとも約4.3eVの仕事関数を有する、請求項1に記載のメモリセル。
【請求項9】
前記第2の材料は電気的に絶縁性である、請求項1に記載のメモリセル。
【請求項10】
請求項1~9の何れか一項に記載のメモリセルを含むアセンブリであって、交互の交互の絶縁レベル及び制御ゲートレベルの垂直スタックを含む、アセンブリ。
【請求項11】
前記制御ゲートレベルの各々は、約10nm~約100nmの範囲内の断面に沿った総厚を有し、前記第1及び第3の材料は、前記総厚の約10%から前記総厚の約90%までの範囲内の前記断面に沿った厚さを各々有する、請求項10に記載のアセンブリ。
【国際調査報告】