垂直nand元件用的摻雜多晶晶體管通道的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本揭示的實施例是關(guān)于摻雜垂直晶體管中的通道的方法，特別是關(guān)于摻雜在垂直NAND元件中的多晶晶體管通道的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著在單一基板上面積集愈來愈多的晶體管的要求持續(xù)增加，因而發(fā)展出新技術(shù)。之前，是藉由將晶體管自身微型化來大體上實現(xiàn)晶體管密度的增加。然而，隨著尺寸持續(xù)縮小，特定特征例如晶體管的閘極的寬度可為小于十個原子層。因此，對于可能的微型化程度而言，存在有物理上的限制。
[0003]在持續(xù)將更多晶體管積集至單一元件上的嘗試中，垂直元件的觀念獲得重視，垂直元件也被稱為3D元件。簡單地說，傳統(tǒng)的晶體管是制作為具有水平定位的源極、汲極與閘極區(qū)域。垂直的閘極將此些特征建立在垂直方向上，從而減少各元件的水平占據(jù)面積。
[0004]然而，存在有關(guān)于垂直元件的挑戰(zhàn)。特別地說，對于垂直NAND快閃式元件而言，已討論存在有串電流的概念為潛在的問題。串電流或者是垂直NAND快閃式元件中的垂直方向上的電流是多晶通道的摻雜濃度的函數(shù)。不恰當(dāng)或不均勻的摻雜此通道可能會裂化元件操作參數(shù)與性能。
[0005]因此，若存在有摻雜垂直NAND快閃式元件中的此多晶通道而使得性能參數(shù)最佳化的方法，將會是有益的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]揭示一種在垂直快閃式元件中摻雜多晶通道的方法。此方法使用多個高能離子布植，以在通道的不同深度摻雜通道。在一些實施例中，此些離子布植是以自法線方向偏移的角度來進行，使得植入的離子通過周圍的ONO堆疊的至少一部分。藉由通過ONO堆疊，各離子到達的分布范圍可不同于由垂直布植產(chǎn)生的分布范圍。
[0007]根據(jù)第一實施例，揭示一種在三維結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生經(jīng)摻雜的垂直通道的制程，其中垂直通道是由氧化物-氮化物-氧化物(ONO)堆疊所包圍。此方法包括蝕刻出穿過ONO堆疊的孔洞、沿著孔洞中的側(cè)壁沉積多晶硅材料以及使用多個高能離子布植將摻質(zhì)離子植入多晶硅材料中，多個高能離子布植的各個具有至少200keV的植入能量，且其中至少一布植是使用至少IMeV的植入能量來進行。
[0008]根據(jù)第二實施例，揭示一種在三維結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生經(jīng)摻雜的垂直通道的制程，其中垂直通道是由氧化物-氮化物-氧化物(ONO)堆疊所包圍。此方法包括蝕刻出穿過ONO堆疊的孔洞、沿著孔洞中的側(cè)壁沉積多晶硅材料以及以自結(jié)構(gòu)的表面的法線方向偏移的角度將摻質(zhì)離子植入多晶硅材料中，其中離子在到達多晶硅材料之前會通過ONO堆疊的一部分。
[0009]根據(jù)第三實施例，揭示一種在三維NAND快閃式元件中產(chǎn)生經(jīng)摻雜的垂直通道的制程。此制程包括沉積交替的多個氧化硅層與氮化硅層，以產(chǎn)生氧化物-氮化物-氧化物(ONO)堆疊;蝕刻出穿過ONO堆疊的孔洞;沿著孔洞的側(cè)壁沉積多晶硅材料;在沉積多晶硅材料之后，在孔洞中沉積介電材料；以及將摻質(zhì)離子透過多個高能離子布植而植入多晶硅材料中。高能布植的各個具有至少200keV的植入能量，且至少一布植是使用至少IMeV的植入能量來進行，其中所述植入是以自元件的平面的法線方向偏移的角度進行，使得離子在到達多晶硅材料之前會先通過ONO堆疊的一部分。
【附圖說明】
[0010]為了更佳了解本揭示，將隨附圖做為參考，其以引用的方式并入本文且其中:
[0011]圖1示出NAND快閃式元件。
[0012]圖2A示出圖1的NAND快閃式元件產(chǎn)生過程中的中間制程步驟的頂視圖。
[0013]圖2B示出圖1的NAND快閃式元件產(chǎn)生過程中的中間制程步驟的側(cè)視圖。
[0014]圖2C示出圖1的NAND快閃式元件產(chǎn)生過程中的中間制程步驟的前視圖。
[0015]圖3示出NAND快閃式元件的垂直通道，其具有多晶硅與介電插塞。
[0016]圖4示出圖3的元件經(jīng)受垂直離子布植。
[0017]圖5示出圖3的元件經(jīng)受傾斜的或有角度的離子布植。
[0018]圖6示出圖1的NAND快閃式元件的產(chǎn)生過程中的中間制程步驟。
【具體實施方式】
[0019]垂直NAND快閃式元件的產(chǎn)生需要多個制程步驟來建立三維結(jié)構(gòu)。如圖1所示，最終的NAND快閃式元件100具有多個堆疊的電荷阱101，其是由施加于例如氧化硅的氧化物120的ONO層(氧化物-氮化物-氧化物)110所組成。在圖1中，ONO層110示出為在三側(cè)上(即頂部、底部與端部)環(huán)繞氧化物120。配置于電荷阱之間的為金屬電極130，其可由鎢或一些其他金屬組成。多個中央垂直通道140經(jīng)配置而接觸各電荷阱101。通道140可與例如硅的基板150連接，而堆疊的電荷阱101可建立在例如氧化鉭(TaO)的蝕刻終止層160上。經(jīng)摻雜的源極線170配置在相鄰的堆疊結(jié)構(gòu)之間，以允許特定字元或區(qū)塊的定址。
[0020]介電或絕緣材料145配置在中央垂直通道140的中心。例如多晶硅的半導(dǎo)體材料147配置為沿著垂直通道140的側(cè)壁。換句話說，半導(dǎo)體材料147配置在堆疊的電荷阱101與介電材料145之間。ONO層110在氧化物120不存在的區(qū)域也配置為鄰近于半導(dǎo)體材料147。在一些實施例中，相鄰的堆疊電荷阱101可由介電或氧化物材料180分隔開。
[0021]此制程是由產(chǎn)生具有通道孔洞的階梯狀ONO堆疊開始，如圖2A至圖2C所示出。圖2A示出基板的頂視圖，而圖2B與圖2C分別是側(cè)視圖與前視圖。為制造此，在例如η-摻雜硅的經(jīng)摻雜的基板150上沉積例如氧化鉭(TaO)的蝕刻終止層160。接著，在蝕刻終止層160上沉積一系列交替的氧化物層120與氮化物層125。這產(chǎn)生了具有ONO層的區(qū)塊，其接著經(jīng)受階梯蝕亥IJ(最佳見于圖2Β)。接著，在基板上的階梯蝕刻發(fā)生的區(qū)域中沉積氧化物124。此氧化物經(jīng)研磨使得氮化物層125為區(qū)塊的最頂層。
[0022]此后，在ONO堆疊中蝕刻出深孔洞152。此些孔洞蝕刻穿過ONO堆疊與蝕刻終止層160而至基板150 ο在蝕刻出深孔洞152后，產(chǎn)生了圖2Α至圖2C示出的結(jié)構(gòu)。之后，將深孔洞152填滿材料以形成垂直通道140。
[0023]接著，如圖3所示出，使用多晶硅材料147來涂覆垂直通道140的側(cè)壁。接著，使用介電材料145來插入垂直通道140。此多晶硅材料147是用于提供電荷阱之間的導(dǎo)電路徑，且因此可較佳摻雜至約1E17個原子cm—3的程度。然而，在垂直通道140中摻雜此多晶硅材料是困難的，因為其高深寬比(其深度除以其寬度)。舉例來說，垂直通道140可為約2μπι深且僅約20nm寬。在本揭示中，高深寬比特征可定義為深度與寬度的比例大于50的。高深寬比特征將難以使用植入或沉積來摻雜。舉例來說，經(jīng)摻雜的多晶硅通道可使用摻雜沉積技術(shù)來產(chǎn)生。此技術(shù)被稱為原位摻雜多晶硅沉積，其同時沉積多晶硅與例如硼或磷的摻質(zhì)。然而，摻質(zhì)的分布在整個通道深度可能不均勻，且在一些實例中，摻質(zhì)的分布可以是進入通道內(nèi)的深度的函數(shù)。
[0024]此外，因為此多晶硅沉積進入的垂直通道140的尺寸縮小，因此不再可能沉積多晶硅的管。反而，多晶材料必須以細線的形式沉積到深孔洞152中。這可能使以MeV植入(通過所有層)或原位摻雜多晶硅之外的任何技術(shù)摻雜此多晶材料變得不可能。然而，如上所述，使用原位摻雜多晶硅來達到均勻摻雜濃度是困難的。
[0025]在一實施例中，此多晶硅材料147是使用連鎖高能布植來摻雜。舉例來說，多晶硅可使用一系列布植來植入，其中各布植具有不同植入能量。在本揭示中，布植是定義為在特定植入能量的離子布植，其使用一或多個摻質(zhì)離子，以在通道中的特定深度處達到特定摻雜輪廓。因此，在一特定布植期間，使用的通過的數(shù)目或經(jīng)過的時間是沒有限制的。反而，布植是基于在特定深度范圍處產(chǎn)生想要的摻質(zhì)濃度的需求而定義。在一些實施例中，此些高能布植的各個可具有至少200keV的能量。在一些實施例中，此些布植各使用的能量可大約在200keV與2MeV之間。在一些實施例中，此些布植的至少一個具有至少IMeV的能量。在其他實施例中，此些布植的至少一個具有至少1.4MeV的能量。在另一實施例中，此些布植的至少一個具有至少1.SMeV的能量。所進行的布植的數(shù)目可變化。舉例來說，在一實施例中，可進行5次或更多次布植，各使用不同植入能量。在另一實施例中，進行7次或更多次布植，各使用不同植入能量。在另一實施例中，可進行9次布植。此外，在一實施例中，各個布植的植入能量可彼此差距約2001?^，例如1.816￥、1.616￥、1.416￥等。此些不同能量的布植可以以任何順序來進行。在其他實施例中，各布植之間植入能量的差可更大或更小。在其他實施例中，布植能量差在布植系列期間可不固定。較高能量布植例如1.8MeV與1.6MeV，可用于摻雜位于接近垂直通道140的底部(例如接近基板150)的多晶材料147。漸進地，較低能量布植經(jīng)使用來摻雜多晶材料147的配置為較接近于頂表面的區(qū)域，使得用于摻雜接近頂表面的多晶硅147的布植的植入能量可在200keV與400keV之間。在一些實施例中，連鎖高能布植是以毯覆式植入來進行。換句話說，連鎖高能布植是施加在整個元件，包括ONO層。在其他實施例中，可進行圖案化布植，以便將離子僅植入于垂直通道140中。
[0026]在一些實施例中，沉積的多晶硅147是例如以硼在原位摻雜，使得多晶硅與硼兩個都沉積在垂直通道140的側(cè)壁中。在此情況下，后續(xù)的高能連鎖布植可用于平均之前沉積的經(jīng)摻雜的多晶硅的摻雜濃度。舉例來說，多晶材料147的內(nèi)部摻雜濃度可以深度為函數(shù)來變化。可使用連鎖高能布植以使遍布垂直通道140的高度的濃度平均。在其他實施中，不摻雜經(jīng)沉積的多晶硅。在本實施例中，摻雜濃度是專有地藉由后續(xù)連鎖高能布植來增加。
[0027]在一些實施例中，用于所有連鎖高能布植的物種是硼。在一些實施例中，硼物種可以是B+。在其他實施例中，硼物種是B++、B+++或B++++。在又一其他實施例中，使用多種硼物種。舉例來說，在一實施例中，使用B++物種于一或多個較高能量布植，而使用B+物種于一或多個較低能量布植。在其他實施例中，可使用磷原子(例如P+與P++)以做為連鎖高能布植的摻質(zhì)物種。在一些實施例中，可使用多于一種物種來進行單一布植，例如B+與B++。在一些實施例中，除了摻質(zhì)物種，也可植入共布植物種，例如碳、氟或者碳或氟的二價或多價物種。
[0028]在一些實施例中，連鎖高能布植在能夠確保遍布垂直通道140的固定摻雜濃度的植入能量位準與期間進行。然而，在一些實施例中，因為在不同層處的電荷阱的臨界電壓的變化，數(shù)據(jù)可能建議均勻摻雜濃度可能并非最佳的。因此，在一些實施例中，連鎖高能布植可經(jīng)修改以產(chǎn)生沿著垂直通道1