JP7412453B2 - 新規な3d nandメモリデバイスおよびこれを形成する方法 - Google Patents
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Description
VFB=ψg-ψSi+ΔDipole (1)
式中、VFBはUvvtを示すフラットバンド状態でのゲート電圧であり、ψgはゲートの仕事関数(メモリデバイス100内のワード線とも呼ばれる)であり、ψSiはチャネル層の仕事関数であり、ΔDipoleは電気双極子によって導入される電圧デルタである。ΔDipoleは以下の等式(2)によって説明することができる。
ΔDipole=(φCNL,SiO2-φCNL,HK)/q (2)
102 基板
102a 側部
104~110 チャネル構造
104a 側壁
104b 底部領域
104c 底部開口部
112、112a~112f ワード線
114、114a~114i 絶縁層
116 底部チャネルコンタクト
116a 第1の部分
116b 第2の部分
118 ブロック層
120 電荷捕捉層
122 トンネル層
124 チャネル層
126 高k層
128 チャネル絶縁層
130 上部チャネルコンタクト
132 誘電層
150 チャネル開口部
200 チャネル構造
224 チャネル層
300 半導体構造
401 バンドギャップ
402 バンドギャップ
403 バンドギャップ
404 バンドギャップ
502 正の電気双極子
508 負の電気双極子
Claims (18)
- 基板の側部から延び、側壁および底部領域を有し、さらに、前記底部領域に位置する底部チャネルコンタクト、および前記側壁に沿って前記底部チャネルコンタクトの上に形成されたチャネル層を備えるチャネル構造と、
前記チャネル構造の前記側壁に沿って前記チャネル層の上、かつ前記底部チャネルコンタクトの上に形成された高k層と
を備え、
前記高k層は、半導体デバイスの初期閾値電圧(Uvvt)を増加させる第1の材料、または前記半導体デバイスの前記初期閾値電圧を減少させる第2の材料を含み、
前記半導体デバイスのUvvtは、前記高k層によって調整される、半導体デバイス。 - 前記高k層の増加した厚さは、前記半導体デバイスの前記初期閾値電圧のより大きな変化につながる、請求項1に記載のデバイス。
- 前記チャネル構造はさらに、
前記チャネル構造の前記側壁に沿って形成され、さらに前記底部チャネルコンタクトの第1の部分を覆うブロック層と、
前記ブロック層の上に形成された電荷捕捉層であって、前記チャネル構造の前記側壁に沿って位置する側部、および前記底部チャネルコンタクトの上の底部を有する電荷捕捉層と、
前記電荷捕捉層の上に形成されたトンネル層であって、前記チャネル構造の前記側壁に沿って位置する側部、および前記底部チャネルコンタクトの上の底部を有するトンネル層と
を備え、
前記チャネル層は、前記トンネル層の上に位置し、さらに、前記底部チャネルコンタクトの第2の部分に接触するように、前記ブロック層、前記電荷捕捉層、および前記トンネル層の前記底部を通って延びている、請求項1に記載のデバイス。 - 前記第1の材料は、HfO2およびAl2O3を含み、前記第2の材料は、La2O3およびY2O3を含む、請求項1に記載のデバイス。
- 前記チャネル構造はさらに、前記チャネル層の上に前記チャネル構造の前記側壁に沿って形成された誘電層を備え、前記高k層は、前記誘電層が前記高k層と前記チャネル層との間に位置するように、前記誘電層の上に位置する、請求項1に記載のデバイス。
- 前記チャネル構造の前記側壁に沿って形成された前記高k層の側部は、前記誘電層によって前記チャネル層から間隔を置いて配置され、前記底部チャネルコンタクトの上の前記高k層の底部は、前記チャネル層と接触している、請求項5に記載のデバイス。
- 前記チャネル構造はさらに、
前記チャネル構造の前記側壁に沿って形成され、さらに前記底部チャネルコンタクトの第1の上部表面を覆うブロック層と、
前記ブロック層の上に形成された電荷捕捉層であって、前記チャネル構造の前記側壁に沿って位置する側部、および前記底部チャネルコンタクトの前記第1の上部表面の上の底部を有する電荷捕捉層と、
前記電荷捕捉層の上に形成されたトンネル層であって、前記チャネル構造の前記側壁に沿って位置する側部、および前記底部チャネルコンタクトの前記第1の上部表面の上の底部を有するトンネル層と
を備え、
前記チャネル層は、前記トンネル層の上に位置し、前記ブロック層および前記電荷捕捉層の前記底部を通って延び、さらに、前記底部チャネルコンタクトの第2の上部表面に接触するように前記底部チャネルコンタクト内に延び、前記第2の上部表面は前記底部チャネルコンタクトの前記第1の上部表面の下に位置する、請求項1に記載のデバイス。 - 前記基板の上に位置する複数のワード線、および
前記基板の上に位置する複数の絶縁層
をさらに含み、
前記複数のワード線および前記複数の絶縁層は、前記複数のワード線が前記複数の絶縁層によって互いに間隔を置いて配置されるように、交互に積み重ねられており、前記チャネル構造は、前記複数のワード線および前記複数の絶縁層を通って延びている、請求項1に記載のデバイス。 - 基板の側部から延びるチャネル構造を形成するステップであって、前記チャネル構造は側壁および底部領域を有し、前記チャネル構造はさらに、前記底部領域に位置する底部チャネルコンタクト、および前記側壁に沿って前記底部チャネルコンタクトの上に形成されたチャネル層を備える、ステップと、
前記チャネル構造の前記側壁に沿って前記チャネル層の上、かつ前記底部チャネルコンタクトの上に高k層を形成するステップと
を含み、
前記高k層は、半導体デバイスの初期閾値電圧(Uvvt)を増加させる第1の材料、または前記半導体デバイスの前記初期閾値電圧を減少させる第2の材料を備え、
前記半導体デバイスのUvvtは、前記高k層によって調整される、半導体デバイスを形成する方法。 - 前記基板の上に位置する複数のワード線を形成するステップと、
前記基板の上に位置する複数の絶縁層を形成するステップと
をさらに含み、
前記複数のワード線および前記複数の絶縁層は、前記複数のワード線が前記複数の絶縁層によって互いに間隔を置いて配置されるように、交互に積み重ねられる、請求項9に記載の方法。 - 前記チャネル構造を形成するステップが、
前記複数のワード線および前記複数の絶縁層を通って延び、さらに前記基板内に延びるチャネル開口部を形成するステップであって、前記チャネル開口部は前記基板を露出させるように側壁および底部領域を有する、ステップと、
前記チャネル開口部の前記底部領域に前記底部チャネルコンタクトを形成するステップであって、前記底部チャネルコンタクトは前記チャネル開口部の前記側壁に沿って形成され、さらに前記基板内に延びる、ステップと、
前記チャネル開口部の前記側壁に沿って前記底部チャネルコンタクトの上にブロック層を形成するステップであって、前記ブロック層は、前記チャネル開口部の前記側壁に沿った側部、および前記底部チャネルコンタクトを覆う底部を有する、ステップと、
前記ブロック層の上に電荷捕捉層を形成するステップであって、前記電荷捕捉層は前記チャネル開口部の前記側壁に沿った側部、および前記底部チャネルコンタクトの上の底部を有する、ステップと、
前記電荷捕捉層の上にトンネル層を形成するステップであって、前記トンネル層は前記チャネル開口部の前記側壁に沿った側部、および前記底部チャネルコンタクトの上の底部を有する、ステップと、
前記底部チャネルコンタクトを露出させるように、前記ブロック層、前記電荷捕捉層、および前記トンネル層の前記底部を通って延びる底部開口部を形成するステップと、
前記チャネル層が、前記ブロック層、前記電荷捕捉層および前記トンネル層の前記底部を通って延び、前記底部チャネルコンタクトと接触するように、前記トンネル層の上に前記底部開口部を通るように前記チャネル層を形成するステップと
を含む、請求項10に記載の方法。 - 前記ブロック層、前記電荷捕捉層および前記トンネル層の前記底部を通って延び、前記ブロック層、前記電荷捕捉層および前記トンネル層が前記底部チャネルコンタクトの第1の上部表面の上に配置されるように、前記底部チャネルコンタクト内にさらに延びる前記底部開口部を形成するステップと、
前記トンネル層の上に前記底部開口部を通るように前記チャネル層を形成するステップであって、前記チャネル層は、前記ブロック層および前記電荷捕捉層の前記底部を通って延び、前記チャネル層が前記底部チャネルコンタクトの第2の上部表面の上に位置するように前記底部チャネルコンタクト内にさらに延び、前記第2の上部表面は前記底部チャネルコンタクトの前記第1の上部表面の下に位置する、ステップと
をさらに含む、請求項11に記載の方法。 - 前記チャネル開口部の前記側壁に沿って前記チャネル層の上に誘電層を形成するステップと、
前記誘電層が前記高k層と前記チャネル層との間に位置するように、前記誘電層の上に前記高k層を形成するステップと
をさらに含む、請求項11に記載の方法。 - 前記チャネル開口部の前記側壁に沿って形成された前記高k層の側部は、前記誘電層によって前記チャネル層から間隔を置いて配置され、前記底部チャネルコンタクトの上の前記高k層の底部は前記チャネル層と接触している、請求項13に記載の方法。
- 基板と、
前記基板の上に位置する複数のワード線と、
前記基板の上に位置する複数の絶縁層であって、前記複数のワード線および前記複数の絶縁層は、前記複数のワード線が前記複数の絶縁層によって互いに間隔を置いて配置されるように、交互に積み重ねられている、複数の絶縁層と、
前記基板から前記複数のワード線および前記複数の絶縁層を通って延び、側壁および底部領域を有し、さらに、前記底部領域に位置する底部チャネルコンタクト、および前記側壁に沿って前記底部チャネルコンタクトの上に形成されたチャネル層を含むチャネル構造と、
前記チャネル構造の前記側壁に沿って前記チャネル層の上、かつ前記底部チャネルコンタクトの上に形成された高k層と
を備え、
前記高k層は、3D NANDメモリデバイスの初期閾値電圧(Uvvt)を増加させる第1の材料、または前記3D NANDメモリデバイスの前記初期閾値電圧を減少させる第2の材料を備え、
前記3D NANDメモリデバイスのUvvtは、前記高k層によって調整される、3D NANDメモリデバイス。 - 前記チャネル構造はさらに、
前記チャネル構造の前記側壁に沿って形成され、さらに前記底部チャネルコンタクトの第1の部分を覆うブロック層であって、前記底部チャネルコンタクトの第2の部分がブロック層によって覆われていない、ブロック層と、
前記ブロック層の上に形成された電荷捕捉層であって、前記チャネル構造の前記側壁に沿って位置する側部、および前記底部チャネルコンタクトの上の底部を有する電荷捕捉層と、
前記電荷捕捉層の上に形成されたトンネル層であって、前記チャネル構造の前記側壁に沿って位置する側部、および前記底部チャネルコンタクトの上の底部を有するトンネル層と
を備え、
前記チャネル層は、前記トンネル層の上に位置し、さらに、前記底部チャネルコンタクトの前記第2の部分に接触するように、前記ブロック層、前記電荷捕捉層、および前記トンネル層の前記底部に沿って延びている、請求項15に記載のデバイス。 - 前記チャネル構造がさらに、
前記チャネル構造の前記側壁に沿って形成され、さらに前記底部チャネルコンタクトの第1の上部表面を覆っているブロック層と、
前記ブロック層の上に形成された電荷捕捉層であって、前記チャネル構造の前記側壁に沿って位置する側部、および前記底部チャネルコンタクトの前記第1の上部表面の上の底部を有する電荷捕捉層と、
前記電荷捕捉層の上に形成されたトンネル層であって、前記チャネル構造の前記側壁に沿って位置する側部、および前記底部チャネルコンタクトの前記第1の上部表面の上の底部を有するトンネル層と
を備え、
前記チャネル層は、前記トンネル層の上に位置し、前記ブロック層および前記電荷捕捉層の前記底部を通って延び、さらに、前記底部チャネルコンタクトの第2の上部表面と接触するように前記底部チャネルコンタクト内に延び、前記第2の上部表面は、前記底部チャネルコンタクトの前記第1の上部表面の下に位置する、請求項15に記載のデバイス。 - 前記チャネル構造はさらに、
前記チャネル層の上に前記チャネル構造の前記側壁に沿って形成された誘電層を備え、
前記誘電層が前記高k層と前記チャネル層との間に位置するように、前記高k層が前記誘電層の上に位置し、
前記チャネル構造の前記側壁に沿って形成された前記高k層の側部は、前記誘電層によって前記チャネル層から間隔を置いて配置され、前記底部チャネルコンタクトの上の前記高k層の底部は、前記チャネル層と接触している、請求項15に記載のデバイス。
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