JP2020532856A - 高バンド・ギャップ材料を含むストリング・ドライバを備えたデバイス及びシステム、並びに形成の方法 - Google Patents

高バンド・ギャップ材料を含むストリング・ドライバを備えたデバイス及びシステム、並びに形成の方法 Download PDF

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Abstract

デバイスは、ドレイン領域とソース領域との間にチャネル領域を備えたストリング・ドライバを含む。チャネル領域、ドレイン領域、及びソース領域のうちの少なくとも1つは、高バンド・ギャップ材料を備える。ゲート領域は、高バンド・ギャップ材料に隣接し、高バンド・ギャップ材料から離間される。ストリング・ドライバは、電荷ストレージ・デバイス(たとえば、2D NAND又は3D NAND)のアレイと関連した高電圧動作のために構成される。ストリング・ドライバを形成する方法と同様に、ストリング・ドライバを含む追加のデバイス及びシステム(たとえば、不揮発性メモリ・システム)が開示される。

Description

優先権主張
本願は、その開示の全体が参照により本明細書に組み込まれる2017年8月29日出願の米国仮特許出願第62/551,353号の35U.S.C.§119(e)の下での利益を主張する。本願はまた、「DEVICES AND SYSTEMS WITH STRING DRIVERS INCLUDING HIGH BAND GAP MATERIAL AND METHODS OF FORMATION」に関して2018年8月23日に出願された米国特許出願第16/110,217号に対する優先権を主張する。この出願は、前述した米国仮特許出願の正式な変換である。
本開示は、様々な実施形態において、一般に不揮発性メモリを備えたデバイスに関する。より詳細には、本開示は、少なくとも1つのストリング・ドライバと動作可能に通信するNANDフラッシュ・メモリ・アレイを備えたデバイスに関する。
メモリは、電子システムのためのデータ・ストレージを提供する。フラッシュ・メモリは様々なメモリ・タイプのうちの1つであり、最新のコンピュータやデバイスで多くの用途がある。典型的なフラッシュ・メモリ・デバイスは、行及び列に配置された多数の電荷ストレージ・デバイス(たとえば、メモリ・セル、たとえば、不揮発性メモリ・セル)を有するメモリ・アレイを含み得る。NANDアーキテクチャ・タイプのフラッシュ・メモリでは、列に配置されたストレージ・デバイスが直列に結合され、列の最初のストレージ・デバイスはビット・ラインに結合される。「2次元NAND」(本明細書では「2D NAND」とも称され得る)では、ストレージ・デバイスは水平面に沿って行及び列の形式で配置される。「3次元NAND」(本明細書では「3D NAND」とも称され得る)では、垂直メモリのタイプは、ストレージ・デバイスが行及び列の形式で水平アレイに配置されるだけではなく、水平アレイの階層が、ストレージ・デバイスの「3次元アレイ」を提供するために互いに積層される。
3D NANDでは、「ワード・ライン」としても知られ得るアクセス・ラインは、おのおの、3次元アレイのそれぞれの階層に対応するストレージ・デバイスを動作可能に接続し得る。2D NANDでは、アクセス・ラインは、2次元アレイの行又は列に対応するストレージ・デバイスを動作可能に接続し得る。2D又は3D NANDのいずれでも、ストリング・ドライバは、アクセス・ラインと動作可能に通信し得る。すなわち、ストリング・ドライバは、アクセス・ライン(たとえば、ワード・ライン)電圧を駆動して、アレイの電荷ストレージ・デバイスとの読み書きを行う。各電荷ストレージ・デバイスは、デバイスの浮遊ゲートを充電することにより電気的にプログラムされ得、充電は、少なくとも部分的に、ストリング・ドライバの動作により制御される。
NANDアレイのストリング・ドライバは、高電圧(すなわち、20Vを超える電圧)で動作される。高電圧では、高ブレークダウン電圧(少なくとも30Vブレークダウン電圧)、比較的低いバンド間リーク及び低衝撃イオン化リーク、十分に高い駆動電流、低い浮遊体効果、及び過度に複雑ではない関連回路構成のような、望ましい基準を満たすストリング・ドライバを提供することが困難であり得る。これらの基準を満たすストリング・ドライバを提供することは、3D NANDアレイでは特に難しい場合があり得、ここでは、多数の積層された階層も、ストリング・ドライバのスケーラビリティを重要にする。ストリング・ドライバの従来の構造及び材料は、高電圧動作に対応するために、大きな寸法(たとえば、長い横二重拡散オフセット(たとえば、少なくとも約1.0マイクロメートル(少なくとも約1.0μm)のLDDオフセット))、又は、ますます複雑化する構造又は回路構成(たとえば、チャネル領域毎の多数のゲート)をしばしば必要とする。したがって、不揮発性メモリ・アレイでの高電圧動作のためのストリング・ドライバの構造及び材料は、引き続き課題を提示する。
ストリング・ドライバを備えたデバイスが開示される。ストリング・ドライバは、ドレイン領域とソース領域との間にチャネル領域を備える。チャネル領域、ドレイン領域、又はソース領域のうちの少なくとも1つは、高バンド・ギャップ材料を備える。ゲート領域は、高バンド・ギャップ材料に隣接し、高バンド・ギャップ材料から離間される。
電荷ストレージ・デバイスのアレイを備えたデバイスも開示される。デバイスは、電荷ストレージ・デバイスのアレイと動作可能に通信するアクセス・ラインも備える。ストリング・ドライバは、アクセス・ラインのうちの少なくとも1つのアクセス・ラインと動作可能に通信する。ストリング・ドライバは、高バンド・ギャップ材料を備えたドレイン領域及びソース領域を備える。ストリング・ドライバは、高バンド・ギャップ材料又は低バンド・ギャップ材料を備えた少なくとも1つのチャネル領域も備える。少なくとも1つのチャネル領域は、ドレイン領域とソース領域との間に延在する。
さらに、不揮発性メモリ・デバイスのアレイを備えたシステムが開示される。少なくとも1つのストリング・ドライバが、アレイと動作可能に通信する。ストリング・ドライバは、高バンド・ギャップ材料を備える。少なくとも1つの周辺デバイスは、不揮発性メモリ・デバイスのアレイと動作可能に通信する。少なくとも1つの周辺デバイスは、少なくとも1つのストリング・ドライバと動作可能に通信する回路構成を備える。
さらに、デバイスのストリング・ドライバを形成する方法が開示される。方法は、高バンド・ギャップ材料を形成することを備える。高バンド・ギャップ材料に隣接して、誘電性材料が形成される。誘電性材料に隣接して、導電性材料の領域が形成される。導電性材料の領域は、少なくとも誘電性材料によって、高バンド・ギャップ材料から離間される。
本開示の実施形態によるストリング・ドライバの立断面概略図であり、高バンド・ギャップ材料が、中央部分を占有し、3D NANDアレイにおける電荷ストレージ・デバイスへの動作接続のために、ストリング・ドライバが構成される。 本開示の実施形態によるストリング・ドライバの立断面概略図であり、高バンド・ギャップ材料が、中央部分を取り囲み、3D NANDアレイにおける電荷ストレージ・デバイスへの動作接続のために、ストリング・ドライバが構成される。 本開示の実施形態によるストリング・ドライバの立断面概略図であり、多数の高バンド・ギャップ材料が、中央部分を取り囲み、3D NANDアレイにおける電荷ストレージ・デバイスへの動作接続のために、ストリング・ドライバが構成される。 本開示の実施形態によるストリング・ドライバの立断面概略図であり、高バンド・ギャップ材料が、水平チャネル領域を形成し、アレイ(たとえば、2D NANDアレイ又は3D NANDアレイ)における電荷ストレージ・デバイスへの動作接続のために、ストリング・ドライバが構成される。 本開示の実施形態によるストリング・ドライバの立断面概略図であり、高バンド・ギャップ材料及び低バンド・ギャップ材料が、水平チャネル領域を形成し、アレイ(たとえば、2D NANDアレイ又は3D NANDアレイ)における電荷ストレージ・デバイスへの動作接続のために、ストリング・ドライバが構成される。 図1のストリング・ドライバを製造するためのプロセスの様々な段階における立断面概略図である。 図1のストリング・ドライバを製造するためのプロセスの様々な段階における立断面概略図である。 図1のストリング・ドライバを製造するためのプロセスの様々な段階における立断面概略図である。 図1のストリング・ドライバを製造するためのプロセスの様々な段階における立断面概略図である。 図1のストリング・ドライバを製造するためのプロセスの様々な段階における立断面概略図である。 図1のストリング・ドライバを製造するためのプロセスの様々な段階における立断面概略図である。 図2のストリング・ドライバを製造するためのプロセスの様々な段階における立断面概略図であり、図12及び図13の段階は、図6〜図10の段階に後続する。 図2のストリング・ドライバを製造するためのプロセスの様々な段階における立断面概略図であり、図12及び図13の段階は、図6〜図10の段階に後続する。 図3のストリング・ドライバを製造するためのプロセスの様々な段階における立断面概略図であり、図14〜図17の段階は、図6〜図9の段階に後続する。 図3のストリング・ドライバを製造するためのプロセスの様々な段階における立断面概略図であり、図14〜図17の段階は、図6〜図9の段階に後続する。 図3のストリング・ドライバを製造するためのプロセスの様々な段階における立断面概略図であり、図14〜図17の段階は、図6〜図9の段階に後続する。 図3のストリング・ドライバを製造するためのプロセスの様々な段階における立断面概略図であり、図14〜図17の段階は、図6〜図9の段階に後続する。 図4のストリング・ドライバを製造するためのプロセスの様々な段階における立断面概略図である。 図4のストリング・ドライバを製造するためのプロセスの様々な段階における立断面概略図である。 図4のストリング・ドライバを製造するためのプロセスの様々な段階における立断面概略図である。 図5のストリング・ドライバを製造するためのプロセスの様々な段階における立断面概略図である。 図5のストリング・ドライバを製造するためのプロセスの様々な段階における立断面概略図である。 図5のストリング・ドライバを製造するためのプロセスの様々な段階における立断面概略図である。 図5のストリング・ドライバを製造するためのプロセスの様々な段階における立断面概略図である。 切断線A−Aに沿って得られた図1のストリング・ドライバの平断面概略図である。 本開示の実施形態によるストリング・ドライバの平断面概略図であり、ストリング・ドライバは、図1のストリング・ドライバのチャネル材料の複数のピラーのような、複数のチャネル材料のピラーを含む。 切断線B−Bに沿って得られた図2のストリング・ドライバの平断面概略図である。 切断線C−Cに沿って得られた図3のストリング・ドライバの平断面概略図である。 本開示の実施形態による電荷ストレージ・デバイスのアレイ及びストリング・ドライバを含む半導体デバイスの簡略ブロック図である。 本開示の1つ又は複数の実施形態にしたがって実施されるシステムの簡略ブロック図である。
ストリング・ドライバを含むデバイス及びシステムと、関連する構造を形成する方法が開示される。デバイス及びシステムのストリング・ドライバは、ストリング・ドライバのチャネル領域内又はその周囲に「高バンド・ギャップ」材料を含む。本明細書で使用される場合、「高バンド・ギャップ材料」という用語は、ポリシリコンのバンド・ギャップよりも大きい(たとえば、広い)エネルギ・バンド・ギャップ、すなわち約1.12eVより大きいバンド・ギャップを有する材料を意味し、含む。高バンド・ギャップ材料は、少なくとも約1.5eV(たとえば、約1.5eVより大きい、たとえば、約3.0eVより大きい、少なくとも約3.2eV、少なくとも3.2eV)のエネルギ・バンド・ギャップを有し得る。高バンド・ギャップ材料はまた、高い移動度を有し得る。本明細書で使用される場合、「高移動度」とは、約5cm/V・sを超える移動度(たとえば、少なくとも約10cm/V・s、たとえば、10cm/V・sから約50cm/V・s、たとえば、約15cm/V・sより大きい)を意味し、含む。したがって、高バンド・ギャップ材料は、(約5cm/V・sから約15cm/V・sの移動度を有する)ポリシリコンよりも高い移動度を有し得る。
開示された構造の実施形態の他の機構と組み合わされたチャネル領域の、又はチャネル領域周辺の、高バンド・ギャップ及び高移動度材料により、ストリング・ドライバは、コンパクトなサイズで、及び、従来の付属回路構成と類似又は同じ複雑さの付属回路構成で形成され得る。たとえば、単一のゲート領域が使用され得、チャネル領域とドレイン/ソース領域との間の横二重拡散オフセット領域、すなわち、ゲートからドレイン/ソース領域をオフセットする領域は、短くてもよい(たとえば、0.20マイクロメートル未満(0.20μm未満)、たとえば、0マイクロメートル(0μm)(ここでは、チャネル領域が、ドレイン/ソース領域に接触し得る)。このような構造によって、十分な駆動電流と、低減された浮遊体効果(たとえば、1000電子ホール・ペアよりも著しく少ない電子ペア・ホール、たとえば、約10電子ペア・ホール)とを達成しながら、バンド間リーク及び衝撃イオン化リークが最小化され得、高いブレークダウン電圧(すなわち、少なくとも約30Vのブレークダウン電圧)が示され得る。また、高バンド・ギャップ材料を使用することにより、従来のストリング・ドライバと比較して、ゲート−ドレイン・コーナ及びゲート−ソース・コーナにおける電界が低減され得る。
本明細書で使用される場合、「基板」という用語は、メモリ・セル内のコンポーネントなどのコンポーネントが形成されるベース材料又は他の構造を意味し、含む。基板は、半導体基板や、支持構造上のベース半導体材料や、金属電極や、又はその上に形成された1つ又は複数の材料、構造、又は領域を有する半導体基板であり得る。基板は、従来のシリコン基板であり得るか、又は、半導体材料を含む他のバルク基板であり得る。本明細書で使用される場合、「バルク基板」という用語は、シリコン・ウェーハだけではなく、シリコン・オン・サファイア(「SOS」)基板又はシリコン・オン・グラス(「SOG」)基板などのシリコン・オン・インシュレータ(「SOI」)基板、ベース半導体基盤上のシリコンのエピタキシャル層、又は、とりわけシリコン・ゲルマニウム(Si1−xGe、ここで、xは、たとえば、0.2から0.8の間のモル分率)、ゲルマニウム(Ge)、ガリウム砒素(GaAs)、窒化ガリウム(GaN)、又はリン化インジウム(InP)などの他の半導体又は光電子材料も意味し、含む。さらに、以下の記述において、「基板」が称される場合、ベース半導体構造又は基盤に材料、領域、又は接合を形成するために、以前のプロセス段階が利用され得る。
本明細書で使用される場合、「前駆体」という用語は、材料、領域、又は構造を称する場合、結果として生じる材料、領域、又は構造に変換される材料、領域、又は構造を意味し、称する。たとえば、限定されないが、「前駆体材料」は、最終領域又は構造の形成中にパターン化されるべき材料を称し得る。
本明細書で使用される場合、「アモルファス」という用語は、材料を称する場合、実質的に非結晶構造を有する材料を意味し、称する。
本明細書で使用される場合、「垂直」という用語は、それぞれの領域の幅及び長さに垂直な方向を意味し、含む。「垂直」はまた、参照される材料又は構造が位置している基板の主面に垂直な方向を意味し得、含み得る。
本明細書で使用される場合、「水平」という用語は、それぞれの領域の幅及び長さのうちの少なくとも一方に平行な方向を意味し、含む。「水平」はまた、参照された材料又は構造が位置している基板の主面に平行な方向を意味し得、含み得る。
本明細書で使用される場合、「〜との間」という用語は、少なくとも2つの他の材料、領域、又はサブ領域に対する1つの材料、領域、又はサブ領域の相対的な配置を記述するために使用される空間的な相対的用語である。「〜との間」という用語は、他の材料、領域、又はサブ領域に直接隣接する1つの材料、領域、又はサブ領域の配置と、他の材料、領域、又はサブ領域に間接的に隣接する1つの材料、領域、又はサブ領域の配置との両方を包含し得る。
本明細書で使用される場合、「近接する」という用語は、別の材料、領域、又はサブ領域に近い、ある材料、領域、又はサブ領域の配置を記述するために使用される空間的な相対的用語である。「近接する」という用語は、間接的に隣接する、直接隣接する、及びそれに対する内部という配置を含む。
本明細書で使用される場合、「約」という用語は、数字に先行する場合、正確な数字、その数字に丸められる任意の数字、及び演算的に有効である数字に近い他の数字を称する。したがって、「約1.0マイクロメートル」の長さの記述は、正確な1.0マイクロメートルの長さ、0.5マイクロメートルから1.4マイクロメートルの範囲の長さ、及び演算的に有効である1.0マイクロメートルに近い他の数値を含む。
本明細書で使用される場合、別の要素の「上」又は「〜より上」にある要素への言及は、他の要素の上面に直接ある、隣接する(たとえば、横に隣接する、縦に隣接する)、下にある、又は直接接触している要素を意味し、含む。それはまた、他の要素が間に介在した状態で、他の要素の上面に間接的にある、隣接している(たとえば、横に隣接している、縦に隣接している)、下にある、又は近くにある要素も含む。対照的に、ある要素が、別の要素の「上に直接」又は「直接隣接する」と称される場合、介在する要素は存在しない。
本明細書で使用される場合、「下方」、「低い」、「底」、「上方」、「上部」、「上面」などの他の空間的な相対的用語は、図面に例示されるように、ある要素又は機構の、別の要素又は機構への関係を記述する説明を容易にするために使用され得る。特に指定がない限り、空間的な相対的用語は、図面に記述されている方位に加えて、材料の異なる方位を包含することが意図されている。たとえば、図面において材料が反転されている場合、他の要素又は機構の「下方」又は「下」又は「〜の底」と記述される要素は、他の要素又は機構の「上方」又は「〜の上面」に向けられるであろう。したがって、「下方」という用語は、その用語が使用される文脈に応じて、上方と下方との両方の方位を包含する場合があり、これは当業者には明らかであろう。材料は、別の手法(90度回転、反転など)で向けられ得、本明細書で使用される空間的な相対的記述が、それに応じて解釈され得る。
本明細書で使用される場合、「備える」、「備えている」、「含む」、及び/又は、「含んでいる」という用語は、述べられた機構、領域、段階、操作、要素、材料、コンポーネント、及び/又は、グループの存在を指定するが、1つ又は複数の他の機構、領域、段階、操作、要素、材料、コンポーネント、及び/又は、それらのグループの存在又は追加を妨げない。
本明細書で使用される場合、「及び/又は」は、関連するリストされた項目のうちの1つ又は複数のいずれか及びすべての組合せを含む。
本明細書で使用される場合、単数形「a」、「an」、及び「the」は、そうでないことを文脈が明確に示さない限り、複数形も含むことが意図される。
本明細書に提示される例示は、特定の材料、種、構造、デバイス、又はシステムの実際の図であることは意図されず、本開示の実施形態を記述するために適用される理想化された表現にすぎない。
本明細書では、概略図である断面図を参照して実施形態が記述される。その結果、たとえば、製造技術及び/又は公差の結果として、図の形状からの変動が予想される。したがって、本明細書で記述される実施形態は、例示されたような特定の形状又は領域に限定されるとして構築されるものではなく、たとえば製造技術に起因する形状の逸脱を含み得る。たとえば、ボックス形状として例示又は記述されている領域が、粗い機構及び/又は非線形の機構を有し得る。さらに、例示されている鋭角は、丸められ得る。したがって、図面に例示される材料、機構、及び領域は、本質的に略図であり、それらの形状は、材料、機構、又は領域の正確な形状を例示することは意図されず、本特許請求の範囲を限定しない。
以下の記述は、開示されたデバイス及び方法の実施形態の完全な記述を提供するために、材料タイプ及び処理条件などの特定の詳細を提供する。しかしながら、当業者は、これらの特定の詳細を適用せずに、デバイス及び方法の実施形態が実施され得ることを理解するであろう。実際、デバイス及び方法の実施形態は、業界で適用されている従来の半導体製造技術と併せて実施され得る。
本明細書に記述される製造プロセスは、半導体デバイス構造を処理するための完全なプロセス・フローを形成しない。プロセス・フローの残りは、当業者に知られている。したがって、本デバイス及び方法の実施形態を理解するために必要な方法及び半導体デバイス構造のみが本明細書に記述されている。
文脈がそうでないと示さない限り、本明細書に記述される材料は、スピン・コーティング、ブランケット・コーティング、化学蒸着(「CVD」)、原子層堆積(「ALD」)、プラズマ増強ALD、物理蒸着(「PVD」)(たとえば、スパッタリング)、又はエピタキシャル成長を含むがこれらに限定されない任意の適切な技術によって形成され得る。形成される特定の材料に応じて、材料を堆積又は成長させる技術は、当業者によって選択され得る。
文脈がそうでないと示さない限り、本明細書に記述された材料の除去は、エッチング、イオン・ミリング、研磨平坦化、又は他の既知の方法を含むがこれらに限定されない任意の適切な技術によって達成され得る。
図面に対する参照がなされる。ここでは、全体を通して同様の数字は同様のコンポーネントを称する。図面は、必ずしも縮尺通りに描かれていない。
図1は、本開示によるストリング・ドライバ100の実施形態を例示し、このストリング・ドライバ100は、高電圧動作のために構成され、電荷ストレージ・デバイス(たとえば、不揮発性メモリ・デバイス、たとえば、NANDフラッシュ・メモリ・セル)の3次元アレイと動作可能に通信する。ストリング・ドライバ100は、アレイ(図1には図示せず)の電荷ストレージ・デバイスの上方、下方、又は横方向に隣接し得る。
ストリング・ドライバ100は、一方がソース電極で、他方がドレイン電極である、一対の電極112の間に、基板101の主面102に対して垂直に延在するピラー部分110を含む。ピラー部分110は、おのおのオフセット領域124(たとえば、横二重拡散(LDD)オフセット)によってチャネル領域120からオフセットされたドレイン/ソース領域122の間にチャネル領域120を含む。
ピラー部分110は、チャネル領域120内又はチャネル領域120付近(たとえば、チャネル領域120内、オフセット領域124内、及び/又はドレイン/ソース領域122内)に高バンド・ギャップ材料130を含む。ピラー部分110の高バンド・ギャップ材料130は、全体的又は部分的に、結晶(たとえば、単結晶)又はアモルファスであり得る。
チャネル領域120における高バンド・ギャップ材料130は、酸化亜鉛、インジウム・ガリウム亜鉛酸化物、インジウム亜鉛酸化物、炭化ケイ素、酸化スズ、又はガリウム砒素のうちの1つ又は複数から成り得るか、実質的に構成され得るか、又は構成され得る、ドープされていない高バンド・ギャップ材料131であり得る。酸化インジウム・ガリウム亜鉛は、アモルファス形態であり得る。前述した化合物の元素の相対的な化学量論は、1以外であり得る。したがって、高バンド・ギャップ材料130は、1.12eVより大きい(たとえば、少なくとも約1.5eV(たとえば、約1.5eVより大きい、たとえば、約3.0eVより大きい、少なくとも約3.2eV、少なくとも3.2eV)エネルギ・バンド・ギャップを有する半導体材料であり得る。
ドレイン/ソース領域122における高バンド・ギャップ材料130は、少なくとも1つのドーパントを添加された、ドープされていない高バンド・ギャップ材料131と同じ材料を備える、ドープされた高バンド・ギャップ材料132であり得る。少なくとも1つのドーパントは、アルミニウム(Al)及びシリコン(Si)から成る群から選択されるn型ドーパントであり得る。少なくとも1つのドーパントは、リン(P)又は砒素(As)を含まなくてもよい。したがって、ドレイン/ソース領域122は、ドープされた高バンド・ギャップ材料132の存在によって画定される。
チャネル領域120のドープされていない高バンド・ギャップ材料131と、ドープされた高バンド・ギャップ材料132との間で、高バンド・ギャップ材料130は、より少ないドープ(すなわち、「低ドープ高バンド・ギャップ材料」134)を含み得、オフセット領域124を画定し得る。たとえば、ドープされた高バンド・ギャップ材料132は、約1×1018at/cmから、約1×1021at/cmのドーパント濃度を含み得るが、「低ドープ」高バンド・ギャップ材料は、約1×1017at/cm未満の、より低いドーパント濃度を含み得る。オフセット領域124は、ドレイン/ソース領域122に隣接するより高いドーパント濃度と、チャネル領域120に隣接するより低いドーパント濃度とを有する、少なくとも1つのドーパントの勾配を含み得る。したがって、オフセット領域124と、チャネル領域120及びドレイン/ソース領域122のおのおのとの間の境界は、必ずしも直線に沿っていなくてもよい。
誘電性材料140は、高バンド・ギャップ材料130の側壁を囲むピラー部分110を取り囲む。誘電性材料140は、チャネル領域120に隣接するゲート領域150から高バンド・ギャップ材料130を離間させる。したがって、高バンド・ギャップ材料130は、誘電性材料140上にあり得る(たとえば、隣接する、直接隣接する、直接物理的に接触する)。誘電性材料140は、少なくとも1つの電気絶縁材料、たとえば酸化物(たとえば、二酸化ケイ素(SiO))を備え得る。
ゲート領域150は、導電性材料(たとえば、導電性金属(たとえば、タングステン(W))を備え得、チャネル領域120の高さを、オフセット領域124のおのおのの高さに部分的に沿って延在させ得る。ゲート領域150は、例示された電極112の幅よりもちょうど広い外部側壁152を有するように例示されているが、外部側壁152は、ピラー部分110からはるかに離れていてもよく、たとえば、以下でさらに説明するように、ストリング・ドライバ100のピラー部分110の別の部分まで延在し得る。
高バンド・ギャップ材料130は、チャネル領域120内又はその周囲のピラー部分110で使用されるため、有害なバンド間リーク、衝撃イオン化リーク、ゲート−ドレイン・コーナ及びゲート−ソース・コーナにおける電界、及びストリング・ドライバ100を高電圧(たとえば、少なくとも20Vの電圧)で動作させるときの浮遊体効果を発生させることなく、オフセット領域124は、すなわち0.20マイクロメートル未満(0.20μm未満)(たとえば、約0.1μmから約0.15μm、又は約0μm)のように、おのおの短くなり得る。より短いオフセット領域124はまた、シリコン又はポリシリコンなどの非高バンド・ギャップ材料を使用する場合と比較して、ピラー部分110における抵抗を低下させ、電荷ストレージ・デバイスのアレイと通信するために、動作中にストリング・ドライバ100を通過する十分な駆動電流を可能にする。
さらに、チャネル領域120内又は周囲の高バンド・ギャップ材料130は、チャネル領域120に隣接する単一のゲート領域(たとえば、ゲート領域150)のみでも、高電圧でのストリング・ドライバ100の動作を可能にする。ピラー部分110ごとに単一のゲート領域150を含めることだけで、チャネル領域に沿って多数のゲートを有するストリング・ドライバに付属し得る回路構成よりも複雑ではない付属回路構成でストリング・ドライバ100を動作可能にする。単一のゲート及び短い長さのオフセット領域124は、チャネルに沿って多数のゲート領域、及び/又は、長いオフセット領域(たとえば、約1.0μm又はそれ以上の横二重拡散オフセット)を有するストリング・ドライバと比較して、コンパクトなサイズで、ピラー部分110の形成、したがって、ストリング・ドライバ100の残りの部分の形成をも可能にする。コンパクトなサイズ及び複雑ではない付属回路構成により、ストリング・ドライバ100は、多数の階層(たとえば、100階層を超える、たとえば100階層から約200階層の間)の3D NANDアレイに含めることに役立ち、各階層は、電荷ストレージ・デバイスのうちの少なくとも1つの水平アレイを提供する。いくつかの実施形態では、ストリング・ドライバ100は、階層の積層に横方向に隣接して配置され得る。
引き続き図1を参照して示すように、ストリング・ドライバ100の高バンド・ギャップ材料130は、ピラー部分110の中央部分を占有し得る。たとえば、高バンド・ギャップ材料130は、誘電性材料140間の領域を埋めるか、又は実質的に埋めることができる。
図2を参照して示すように、ストリング・ドライバ200は、ピラー部分210の中央部分を占める別の誘電性材料260を含み得る。チャネル領域220、ドレイン/ソース領域222、及びオフセット領域224は、他の誘電性材料260を取り囲み得る。図1のストリング・ドライバ100と同様に、ストリング・ドライバ200は、チャネル領域220、ドレイン/ソース領域222、及びオフセット領域224の周りに誘電性材料140を含み得る。他の誘電性材料260は、誘電性材料140と同じであっても異なっていてもよい電気絶縁材料(たとえば、酸化物(たとえば、二酸化ケイ素(SiO))、空気)から成り得るか、実質的に構成され得るか、又は構成され得る。繰り返すが、上記の利点を用いて、ストリング・ドライバ200を、3D NANDアレイのために、高電圧で動作可能にしながら、単一のゲート(たとえば、ゲート領域150)が含まれ得る。
図3を参照して示すように、ストリング・ドライバ300は、ピラー部分310に複数の高バンド・ギャップ材料を含み得る。たとえば、ストリング・ドライバ300は、(チャネル領域320におけるドープされていない高バンド・ギャップ材料331、ドレイン/ソース領域322におけるドープされた高バンド・ギャップ材料332、及び、オフセット領域324における低ドープ高バンド・ギャップ材料334を含む)高バンド・ギャップ材料330の外側サブ領域と、(チャネル領域320における他のドープされていない高バンド・ギャップ材料331’、ドレイン/ソース領域322における他のドープされた高バンド・ギャップ材料332’、及び、オフセット領域324における他の低ドープ高バンド・ギャップ材料334’を含む)別の高バンド・ギャップ材料330’の内側サブ領域とを含み得る。高バンド・ギャップ材料330及び他の高バンド・ギャップ材料330’のおのおのは、酸化亜鉛、インジウム・ガリウム亜鉛酸化物、インジウム亜鉛酸化物、炭化ケイ素、酸化スズ、及びガリウム砒素から成る群から選択され得る。
たとえば、外側サブ領域の高バンド・ギャップ材料330は、前述の酸化物の1つから成り得るか、本質的に構成され得るか、又は構成され得る一方、他の高バンド・ギャップ材料330’は、高バンド・ギャップ材料330又は非酸化物材料のものとは異なる高バンド・ギャップ材料(すなわち、異なる酸化物又は同じ酸化物であるが化学量論が異なる(たとえば、元素の原子比が異なる)高バンド・ギャップ材料)であり得る。外側サブ領域の高バンド・ギャップ材料330は、酸化物から成り得るか、本質的に構成され得るか、又は構成され得る一方、内側サブ領域の他の高バンド・ギャップ材料330’は、別の異なる酸化物から成り得るか、本質的に構成され得るか、又は構成され得る。高バンド・ギャップ材料330と他の高バンド・ギャップ材料330’との両方は、内側サブ領域の材料330’の酸化物と比較して、外側サブ領域の高バンド・ギャップ材料330の酸化物中の酸素含有量がより低い酸化物から成り得るか、本質的に構成され得るか、又は構成され得る。外側サブ領域の高バンド・ギャップ材料330は、酸化物から成り得る、本質的に構成され得る、又は構成され得る一方、内側サブ領域の他の高バンド・ギャップ材料330’は、異なる酸化物から成り得るか、本質的に構成され得るか、又は構成され得る。
1つよりも多くの高バンド・ギャップ材料を使用すると、高バンド・ギャップ材料を1つだけ含む構造と比較して、向上された信頼性、低減されたリーク、及び向上された移動度を可能とし得る。
複数の高バンド・ギャップ材料330、330’の各サブ領域(たとえば、フィルム)は、数10ナノメートル(すなわち、10ナノメートル(10nm)と、100ナノメートル(100nm)との間)まで、薄くなり得る(たとえば、数ナノメートル(すなわち、3ナノメートル(3nm))の厚さを画定する)。高バンド・ギャップ材料330及び他の高バンド・ギャップ材料330’は、同じ又は異なる厚さを画定し得る。
ピラー部分310の上方及び下方の電極、すなわち、ソース/ドレイン電極312は、ピラー部分310内に延在する側壁接触延長部分314を含み得る。電極312の導電性材料と、他の高バンド・ギャップ材料330’との間の増大した接触は、電気通信を促進し、側壁接触延長部分314なしで達成可能なものよりも、向上された接触抵抗を可能にする。側壁接触延長部分314は、ゲート領域150の上端/下端を越えて延在し得る。他の誘電性材料260は、電極312の側壁接触延長部分314間のピラー部分310の残りの部分を占有し得る。
図1〜図3のストリング・ドライバ100、200、300のおのおのは、高電圧動作のために構成され、電荷ストレージ・デバイスの3次元アレイ(たとえば、3次元不揮発性メモリ・アレイ、たとえば、3D NAND)と動作可能に通信し、図1のストリング・ドライバ100に関して上述した利点を有する。ストリング・ドライバ100、200、300は、3D NANDアレイの階層の積層(たとえば、100を超える階層)に対して横方向に配置され得る。他の実施形態では、ストリング・ドライバ100、200、300は、そのような階層の積層の上方又は下方に配置され得る。
高バンド・ギャップ材料は、電荷ストレージ・デバイスの3次元アレイ用の高電圧ストリング・ドライバ(たとえば、3次元不揮発性メモリ・アレイ、たとえば、3D NAND)における使用のためにも役立つが、電荷ストレージ・デバイスの2次元アレイ用の高電圧ストリング・ドライバ(たとえば、2次元不揮発性メモリ・アレイ、たとえば、2次元NAND)における使用のためにも役立つ。そのようなストリング・ドライバは、電荷ストレージ・デバイスの水平アレイに横方向に隣接して配置され得るか、又は、水平アレイの上方又は下方に配置され得る。図4を参照して示すように、このような2次元アレイ又は3次元アレイのいずれかにおける使用のために役立ち得るストリング・ドライバ400が例示される。ストリング・ドライバ400は、誘電性材料440によって高バンド・ギャップ材料430から分離されたゲート領域450を含み得る。誘電性材料440は、ゲート領域450の上方、下方、及び側面を取り囲み得る。したがって、ゲート領域450は「浮遊ゲート」であり得る。別の誘電性材料460は、高バンド・ギャップ材料430の下方にある。高バンド・ギャップ材料430は、図1〜図3の高バンド・ギャップ材料130、330に関して上述した材料のいずれかから成り得るか、本質的に構成され得るか、又は構成され得る。誘電性材料440及び他の誘電性材料460は、図1〜図3の誘電性材料140及び他の誘電性材料260に関して上述した材料のいずれかから成り得るか、本質的に構成され得るか、又は構成され得る。ゲート領域450は、図1〜図3のゲート領域150に関して上述した導電性材料のいずれかから成り得るか、本質的に構成され得るか、又は構成され得る。
高バンド・ギャップ材料430の中央部分は、ゲート領域450に(たとえば、真下に)隣接するチャネル領域420を形成する、ドープされていない高バンド・ギャップ材料431であり得る。高バンド・ギャップ材料430の遠位部分は、ドレイン/ソース領域422を提供するためにドープされた高バンド・ギャップ材料432であり得る。ドーパントは、図1〜図3のドープされた高バンド・ギャップ材料132、332に関して上述したドーパントのいずれかから成り得るか、本質的に構成され得るか、又は構成され得る。チャネル領域420とドレイン/ソース領域422との間の高バンド・ギャップ材料430は、オフセット領域424を形成する低ドープ高バンド・ギャップ材料434であり得る。図1〜図3のストリング・ドライバ100、200、300と同様に、オフセット領域424は、(たとえば、0.20マイクロメートル未満(0.20μm未満)(たとえば、約0μm)のように)短くなり得るが、チャネル領域420内又はその周囲に高バンド・ギャップ材料430があると、ストリング・ドライバ400は、有害なリークなく、十分な電流駆動で、2次元電荷ストレージ・デバイス・アレイ(たとえば、2D NANDアレイ)又は3次元電荷ストレージ・デバイス・アレイ(たとえば、3D NANDアレイ)における高電圧動作のために役立ち得る。
図5を参照して示すように、ストリング・ドライバ500は、代替として、チャネル領域520に低バンド・ギャップ材料530(たとえば、ドープされていない低バンド・ギャップ材料531)を含み得る。本明細書で使用される場合、「低バンド・ギャップ材料」という用語は、ポリシリコンのエネルギ・バンド・ギャップとほぼ等しいか、又はそれよりも低いエネルギ・バンド・ギャップ(すなわち、約1.12eV以下のバンド・ギャップ)を有する材料を意味し、含む。低バンド・ギャップ材料530は、ゲルマニウム(Ge)、シリコン・ゲルマニウム(SiGe)、又はインジウム・ガリウム砒素(InGaAs)のうちの少なくとも1つから成り得るか、本質的に構成され得るか、又は構成され得る。
ドレイン/ソース領域422のドープされた高バンド・ギャップ材料432と、オフセット領域424の低ドープ高バンド・ギャップ材料434との間のチャネル領域520に、低バンド・ギャップ材料530を含めることにより、チャネル領域520を介した電流駆動をさらに高め得る。したがって、ストリング・ドライバ500は、有害なリークなく、十分な電流駆動で、2次元電荷ストレージ・デバイス・アレイ(たとえば、2D NANDアレイ)、又は3次元電荷ストレージ・デバイス・アレイ(たとえば、3D NANDアレイ)における高電圧動作のために役立ち得る。
図1〜図5のストリング・ドライバ100、200、300、400、500は、ドレイン/ソース領域の高バンド・ギャップ材料と、オフセット領域の高バンド・ギャップ材料とに、少なくとも1つのドーパントを含む一方、他の実施形態では、高バンド・ギャップ材料は、少なくとも1つのドーパントを含まなくてもよい。そのような実施形態では、電極の導電性材料と、ドレイン/ソース領域の高バンド・ギャップ材料との間の接触は、オーム接触を形成するのに十分であり得る。したがって、ドレイン/ソース領域122(図1)、222(図2)、322(図3)、422(図4及び図5)及びオフセット領域124(図1)、224(図2)、324(図3)、424(図4及び図5)はおのおの、ドープされた高バンド・ギャップ材料132(図1及び図2)、332/332’(図3)、432(図4及び図5)、及び低ドープ高バンド・ギャップ材料134(図1及び図2)、334/334’(図3)、434(図4及び図5)ではなく、ドープされていない高バンド・ギャップ材料131(図1及び図2)、331(図3)、431(図4)、531(図5)から本質的に構成され得る。
その結果、ストリング・ドライバを備えたデバイスが開示される。ストリング・ドライバは、ドレイン領域とソース領域との間にチャネル領域を備える。チャネル領域、ドレイン領域、又はソース領域のうちの少なくとも1つは、高バンド・ギャップ材料を備える。ゲート領域は、高バンド・ギャップ材料に隣接し、高バンド・ギャップ材料から離間される。
図6〜図11を参照して示すように、図1のストリング・ドライバ100を製造する方法における様々な段階が例示される。導電性材料612は、基板101の主面102上に形成され得、図1の電極112の下部電極を提供するようにパターン化され得る。導電性材料612は、導電性金属から成り得るか、本質的に構成され得るか、又は構成され得る。誘電性材料の第1の部分662(たとえば、酸化物(たとえば、二酸化ケイ素(SiO))、窒化物(たとえば、窒化ケイ素(SiN))は、導電性材料612に隣接して形成され得る。誘電性材料の第1の部分662内に配置された導電性材料612の領域を形成する技術は、当業者に明らかであり、したがって、本明細書では詳細に説明しない。
いくつかの実施形態では、導電性材料612は、矢印Dによって示されるように、少なくとも1つのドーパント633でドープされ得る。少なくとも1つのドーパントは、アルミニウム(Al)及びシリコン(Si)から成る群から選択される上述したn型ドーパントであり得、後に、図1のドープされた高バンド・ギャップ材料132に含まれ得る。あるいは、製造されるストリング・ドライバがドレイン/ソース領域122にドーパントを含まない実施形態(図1)におけるように、図6のドーピング動作は、スキップされ得る。その結果、(少なくとも1つのドーパント633なしでドレイン/ソース領域122(図1)を形成するために)矢印Dによって表される少なくとも1つのドーパント633の量はゼロであり得るか、又は、(少なくとも1つのドーパント633を用いてドレイン/ソース領域122(図1)を形成するために)ゼロよりも大きくなり得る。
誘電性材料の第2の部分662’は、導電性材料612より上に形成され得、含まれる場合には、少なくとも1つのドーパント633より上に形成され得る。誘電性材料の第2の部分662’は、誘電性材料の第1の部分662と同じ又は異なる誘電性材料から成り得るか、本質的に構成され得るか、又は構成され得る。
誘電性材料の第2の部分662’より上に導電性材料650が形成され得る。導電性材料650は、図1のゲート領域150に関して上述した導電性材料であり得る。導電性材料650は、誘電性材料の第3の部分662’’内の領域を提供するように形成され得る。誘電性材料の第3の部分662’’は、誘電性材料の第1及び第2の部分662、662’のいずれか又は両方と、同じ又は異なる誘電性材料から成り得るか、本質的に構成され得るか、又は構成され得る。誘電性材料の第3の部分662’’内に配置された導電性材料650の領域を形成するための技術は、当業者に明らかであるため、本明細書では詳細に説明しない。
誘電性材料の第4の部分662’’’は、導電性材料650よりも上、及び誘電性材料の第3の部分662’’よりも上に形成され得る。誘電性材料の第4の部分662’’’は、誘電性材料の第1、第2、及び第3の部分662、662’、662’’のいずれか又はすべてと同じ又は異なる誘電性材料から成り得るか、本質的に構成され得るか、又は構成され得る。
図8を参照して示すように、開口部840は、導電性材料650を貫通して、誘電性材料の第2、第3、及び第4の部分662’、662’’、662’’’を貫通して形成され得、図1に関して上述した誘電性材料140で満たされ得る。開口部840は、導電性材料612の上面を露出させるために、たとえば、エッチングによって形成され得、その上面の部分は、図6のドーピング動作がスキップされない場合、少なくとも1つのドーパント633を含み得る。したがって、誘電性材料140は、導電性材料612と物理的に接触し得る。
図9を参照して示すように、導電性材料612の一部を露出させるために、別の開口部940が、たとえばエッチングにより、誘電性材料140を貫通して形成され得るが、導電性材料650を露出させない。図6のドーピング動作が実行された実施形態では、導電性材料612の露出部分は、少なくとも1つのドーパント633を含む部分であり得る。
図10を参照して示すように、他の開口部940は、高バンド・ギャップ材料130で満たされ得る。ストリング・ドライバ100(図1)がドレイン/ソース領域122及びオフセット領域124に少なくとも1つのドーパント633を含む実施形態(図1)では、その後、他の開口部940を高バンド・ギャップ材料130で満たした後、図11の矢印Eによって示されるように、追加の量の少なくとも1つのドーパント633が、高バンド・ギャップ材料130の上面に注入され得る。矢印Fによって示されるように、少なくとも1つのドーパント633を、導電性材料612から、高バンド・ギャップ材料130の下部部分に拡散させるために、事前に、同時に、又は事後に、熱処理が実行され得る。ドレイン/ソース領域122の上部のドープされた高バンド・ギャップ材料132(図1)は、注入(矢印E)により形成され、ドレイン/ソース領域122の下部のドープされた高バンド・ギャップ材料132(図1)は、熱処理(矢印F)により形成される。そうではない場合、ストリング・ドライバが、ドレイン/ソース領域122に、又はオフセット領域124に、少なくとも1つのドーパント633を含まない実施形態(図1)では、その後、他の開口部940を、高バンド・ギャップ材料130で満たした後、追加のドーパントは追加されず、熱処理は実行されなくてもよい。その結果、矢印Eによって表される追加の少なくとも1つのドーパント633の量は、(少なくとも1つのドーパント633なしでドレイン/ソース領域122(図1)を形成するために)ゼロであり得るか、又は、(少なくとも1つのドーパント633でドレイン/ソース領域122(図1)を形成するために)ゼロより大きくなり得る。その後、図1のストリング・ドライバ100を形成するために、ソース/ドレイン電極112の上部を形成する追加の導電性材料が、高バンド・ギャップ材料130よりも上に形成され得る。
図12及び図13を参照して示すように、図2のストリング・ドライバ200を形成する方法の様々な段階が例示される。
図12の段階は、図6〜図10に例示される段階に後続し得る。開口部940に高バンド・ギャップ材料130を形成(図10)した後、導電性材料612の一部を露出させるために、高バンド・ギャップ材料130を貫通して、別の開口部1240が形成され得る。ストリング・ドライバ200が、少なくとも1つのドーパント633を含むドレイン/ソース領域222及びオフセット領域224を有する実施形態(図2)では、導電性材料612の露出部分は、少なくとも1つのドーパント633でドープされ得る。
図13を参照して示すように、他の開口部1240は、その後、図2に関して上述された他の誘電性材料260で満たされ得る。ストリング・ドライバ200が、少なくとも1つのドーパント633を含む実施形態(図2)では、矢印E’によって示されるように、図2のドレイン/ソース領域222の上部の、ドープされた高バンド・ギャップ材料132を形成するために、追加の量の少なくとも1つのドーパント633が、高バンド・ギャップ材料130の上面に注入され得る。図2のドレイン/ソース領域222の下部の、ドープされた高バンド・ギャップ材料132を形成するために、熱処理によって、少なくとも1つのドーパント633を、矢印F’によって示されるように、高バンド・ギャップ材料130の下部部分に拡散させ得る。熱処理(矢印F’)は、追加注入(矢印E’)に先行、同時実施、又は後続し得る。他の開口部1240を、他の誘電性材料260で満たすことは、追加注入(矢印E’)及び熱処理(矢印F’)の両方又はいずれかに先行又は後続し得る。そうではない場合、ストリング・ドライバが、少なくとも1つのドーパント633を含まない実施形態では、追加のドーピング(矢印E’)又は熱処理は実行されないことがある。その結果、矢印E’によって表される、追加の少なくとも1つのドーパント633の量は、(少なくとも1つのドーパント633なしでドレイン/ソース領域222(図2)を形成するために)ゼロであり得るか、又は(少なくとも1つのドーパント633でドレイン/ソース領域222(図1)を形成するために)ゼロより大きくなり得る。その後、図2のストリング・ドライバ200を形成するために、電極112(図2)の上部が、誘電性材料140、高バンド・ギャップ材料130、及び他の誘電性材料260よりも上に形成され得る。
あるいは、いくつかの実施形態では、図12に例示される段階は、図9の段階に後続し得、ここでは、高バンド・ギャップ材料130は、他の開口部1240を形成するために開いている図9の開口部940の中央部分を残して、誘電性材料140の内部側壁に沿って高バンド・ギャップ材料130を堆積させることにより形成され得る。その後、他の開口部1240は、図13の段階で、他の誘電性材料260で満たされ得る。
図14〜図17を参照して示すように、図3のストリング・ドライバ300を形成する方法における様々な段階が例示される。図14の段階に、図6〜図9の段階が先行し得る。図9の開口部940を形成した後、外側サブ領域の高バンド・ギャップ材料330が、誘電性材料140上に形成(たとえば、共形的に堆積)され得、内側サブ領域の他の高バンド・ギャップ材料330’が、外側サブ領域の材料330上に形成され得る(たとえば、共形的に堆積される)。中央部分は開いたままであり得、別の開口部1440を形成する。
図15を参照して示すように、ストリング・ドライバ300が少なくとも1つのドーパント633を含む実施形態(図3)では、図3のドレイン/ソース領域322の上部の、ドープされた高バンド・ギャップ材料332、332’を形成するために、矢印E’によって示されるように、追加の量の少なくとも1つのドーパント633が、高バンド・ギャップ材料330、330’の両方の上部部分に注入され得る。注入の前に、同時に、又は後に(矢印E’)、図3のドレイン/ソース領域322の下部のドープされた高バンド・ギャップ材料332、332’を形成するために、矢印F’によって示されるように、熱処理によって、少なくとも1つのドーパント633を、導電性材料612から、高バンド・ギャップ材料330、330’の下部部分へ拡散させ得る。そうではない場合、ストリング・ドライバ300が少なくとも1つのドーパント633を含まない実施形態(図3)では、追加のドーピング(矢印E’)又は熱処理が、実行されないこともあり得る。その結果、矢印E’によって表される追加の少なくとも1つのドーパント633の量は、(少なくとも1つのドーパント633なしでドレイン/ソース領域322(図3)を形成するために)ゼロとなり得るか、又は、(少なくとも1つのドーパント633でドレイン/ソース領域322(図1)を形成するために)ゼロより大きくなり得る。
図16を参照して示すように、部分的に満たされた開口部1640を形成するために、追加の量の導電性材料612’(たとえば、導電性材料612)が、他の開口部1440(図15)に形成(たとえば、堆積)され得る。導電性材料612’は、ソース/ドレイン電極312(図3)の下部の残りの導電性材料612と同じであり得るか、又は、異なり得る。
図17を参照して示すように、ソース/ドレイン電極312(図3)の上部の側壁接触延長部分314の上部を形成するために、他の誘電性材料260が、追加の量の導電性材料612’よりも上に形成(たとえば、堆積)され得、別の量の導電性材料612’’が、他の誘電性材料260よりも上に形成(たとえば、堆積)され得る。他の導電性材料612’’の量は、導電性材料612及び追加の量の導電性材料612’と同じであり得るか、又は、異なり得る。
部分的に満たされた開口部1640内に他の誘電性材料260を形成する際に、開口部1640を満たさないように、他の誘電性材料260が形成され得る。あるいは、開口部1640を満たすように他の誘電性材料260が形成され得、その後、誘電性材料の第4の部分662’’’の上面に対して、誘電性材料260の上面を凹ませるために一部が除去(たとえば、エッチング)される。
開口部1640の残りを満たし、誘電性材料の第4の部分662’’’の上面の上に延在するように、他の量の導電性材料612’’が形成され得、その後、ソース/ドレイン電極312(図3)の上部を形成するために、パターン化(たとえば、エッチング)され、側壁接触延長部分314が、ピラー部分310内に延在する。
図18から図20を参照して示すように、図4のストリング・ドライバ400を形成する方法の様々な段階が例示される。前駆体構造1800は、基板101よりも上(たとえば、基板101の主面102上)に、他の誘電性材料460を形成すること、他の誘電性材料460よりも上に高バンド・ギャップ材料430(この段階では、ドープされていない高バンド・ギャップ材料431(図4)から構成され得る)を形成すること、高バンド・ギャップ材料430よりも上に誘電性材料440を形成すること、及び、誘電性材料440よりも上に導電性材料650を形成することによって形成され得る。
図19を参照して示すように、前駆体構造1800は、その後、導電性材料650のゲート領域450と、誘電性材料440の領域とを画定するために、高バンド・ギャップ材料430にパターン化(たとえば、エッチング)され得、導電性材料650を高バンド・ギャップ材料430から離間させる。
ストリング・ドライバ400が、少なくとも1つのドーパント633を含む実施形態(図4)では、矢印Dによって示されるように、高バンド・ギャップ材料430の露出部分に、少なくとも1つのドーパント633を注入する注入が実行され得(図19)、低ドープ高バンド・ギャップ材料434のオフセット領域424により、ドープされていない高バンド・ギャップ材料431のチャネル領域420から、オフセットされた、ドープされた高バンド・ギャップ材料432のドレイン/ソース領域422が形成され得る。そうではない場合、ストリング・ドライバ400が少なくとも1つのドーパント633を含まない実施形態(図4)では、注入(矢印D)が実行されないことがある。その結果、矢印Dによって表される少なくとも1つのドーパント633の量は、(少なくとも1つのドーパント633なしでドレイン/ソース領域422(図4)を形成するため)ゼロであり得るか、又は、(少なくとも1つのドーパント633を有するドレイン/ソース領域422(図4)を形成するために)ゼロより大きくなり得る。別の量の誘電性材料440’が、その後、ゲート領域450の周りに形成され得る。
図21から図24を参照して示すように、図5のストリング・ドライバ500を形成する方法の様々な段階が例示される。図18から図20の方法と同様に、他の誘電性材料460が、基板101よりも上に形成され、高バンド・ギャップ材料430が、他の誘電性材料460よりも上に形成される。誘電性材料460よりも上に、低バンド・ギャップ材料530も形成される。この段階において、高バンド・ギャップ材料430は、ドープされていない高バンド・ギャップ材料431であり得、低バンド・ギャップ材料530は、ドープされないことがあり得る。
低バンド・ギャップ材料530が形成され、パターン化(たとえば、エッチング)され、その後、高バンド・ギャップ材料430が、低バンド・ギャップ材料530の周りに形成され、平坦化されて、高バンド・ギャップ材料430に低バンド・ギャップ材料530が埋め込まれた前駆体構造2100が形成され得る。あるいは、高バンド・ギャップ材料430が、図18と同じ方式で他の誘電性材料460よりも上に形成され、その後、パターン化されて、開口部が形成され得る。開口部はその後、低バンド・ギャップ材料530で満たされ、平坦化されて、高バンド・ギャップ材料430に埋め込まれた低バンド・ギャップ材料530を有する前駆体構造2100が形成される。
誘電性材料440及びその後、導電性材料650は、図21の前駆体構造2100よりも上に連続的に形成され、図22の前駆体構造2200が形成され得る。その後、前駆体構造2200がパターン化(たとえば、エッチング)され、ドレイン/ソース領域422(図5)が形成される高バンド・ギャップ材料430の一部分を露出させ得る。ストリング・ドライバ500が少なくとも1つのドーパント633を含む実施形態(図5)では、少なくとも1つのドーパント633(図24)は、その後、図23の矢印Dによって示されるように、高バンド・ギャップ材料430に注入され得る。注入中、低バンド・ギャップ材料530は露出されなくてもよく、むしろ、誘電性材料440の残りの部分と、導電性材料650のゲート領域450とによって覆われたままであってよい。注入(矢印D)は、低ドープ高バンド・ギャップ材料431のオフセット領域424によって、低バンド・ギャップ材料530(ドープされていない)のチャネル領域520からオフセットされた、ドープされた高バンド・ギャップ材料432のドレイン/ソース領域422を形成する。そうではない場合、ストリング・ドライバ500が、少なくとも1つのドーパント633を含まない実施形態(図5)では、注入(矢印D)が実行されないことがある。その結果、矢印Dによって表される少なくとも1つのドーパント633の量は、(少なくとも1つのドーパント633なしでドレイン/ソース領域422(図5)を形成するために)ゼロであり得るか、又は、(少なくとも1つのドーパント633を有するドレイン/ソース領域422(図5)を形成するために)ゼロより大きくなり得る。他の量の誘電性材料440’が、その後、ゲート領域450の周りに形成され得る。
高バンド・ギャップ材料430(図18及び図21)を形成する際に、低温(たとえば、約400℃未満)堆積プロセスが使用され得る。そのような堆積プロセスは、限定ではなく、たとえば、原子層堆積(ALD)及び化学気相堆積(CVD)のうちの1つ又は複数を含み得る。したがって、高バンド・ギャップ材料430は、以前に形成された材料及び構造を熱劣化させることなく形成され得る。
その結果、デバイスのストリング・ドライバを形成する方法が開示される。この方法は、高バンド・ギャップ材料を形成することを備える。誘電性材料は、高バンド・ギャップ材料に隣接して形成される。誘電性材料に隣接して、導電性材料の領域が形成される。導電性材料の領域は、少なくとも誘電性材料によって、高バンド・ギャップ材料から離間される。
図25を参照して示すように、切断線A−Aに沿って得られた図1のストリング・ドライバ100の平面概略断面図が例示される。ピラー部分110(図1)は、丸い(たとえば、円形)水平断面領域を画定し得る。ゲート領域150はまた、ピラー部分110(図1)の中心の周りに均等に分布された周辺端部を備えた丸い水平断面領域を画定し得る。しかしながら、図25に例示されるように、ゲート領域150の水平断面形状は、代替形状(たとえば、非湾曲、非丸、非円形)を有し得る。
たとえば、限定されないが、ゲート領域150’は、図26に例示されるように、高バンド・ギャップ材料130の1つよりも多くのピラー部分110(図1)の周りに延在し得る。したがって、高バンド・ギャップ材料130の1つよりも多くのチャネル領域120(図1)(したがって、ドレイン/ソース領域122(図1)の1つよりも多くのペア)が、1つのゲート領域150’構造に関連付けられ得る。高バンド・ギャップ材料130の複数のピラー部分110(図1)を含むことにより、動作中のストリング・ドライバの電流駆動を高めることができる。
図27及び図28はそれぞれ、切断線B−Bに沿って得られた図2のストリング・ドライバ200、及び切断線C−Cに沿って得られた図3のストリング・ドライバ300の平面概略断面図である。繰り返すが、構造200、300のいずれかのゲート領域150は、図2又は図3に例示されているものを超えて横方向に延在し得る。
図29を参照して示すように、本明細書に記述される1つ又は複数の実施形態にしたがって実施される半導体デバイス2900の簡略ブロック図が例示される。半導体デバイス2900は、複数の電荷ストレージ・デバイス2914(たとえば、不揮発性メモリ・デバイス)のアレイ2902を含み、アレイ2902は、限定することなく、たとえば、不揮発性メモリ・デバイスの2次元アレイ(たとえば、2D NAND)又は不揮発性メモリ・デバイスの3次元アレイ(たとえば、3D NAND)であり得る。半導体デバイス2900は、データ・ライン2905を介して電荷ストレージ・デバイス2914の少なくともいくつかと動作可能に通信する制御ロジック・コンポーネント2904をさらに含む。ストリング・ドライバ2906は、アクセス・ライン2907(たとえば、ワードライン)を介してアレイ2902の電荷ストレージ・デバイス2914の少なくともいくつかと動作可能に通信する。ストリング・ドライバ2906は、前述した、関連付けられた方法のいずれかによって形成されたストリング・ドライバ100、200、300、400、及び500(それぞれ図1〜図5)のいずれかを含み得る。制御ロジック・コンポーネント2904は、任意又はすべての電荷ストレージ・デバイス2914と読み取り又は書き込みするようにアレイ2902と動作可能に相互作用するように構成され得る一方、ストリング・ドライバ2906は、電荷ストレージ・デバイス2914との読み取り又は書き込み中、アクセス・ライン2907へ電流を駆動することにより、アレイ2902と動作可能に相互作用するように構成され得る。
その結果、電荷ストレージ・デバイスのアレイを備えたデバイスが開示される。デバイスは、電荷ストレージ・デバイスのアレイと動作可能に通信するアクセス・ラインをも備える。ストリング・ドライバは、アクセス・ラインのうちの少なくとも1つのアクセス・ラインと動作可能に通信する。ストリング・ドライバは、高バンド・ギャップ材料を備えたドレイン領域及びソース領域を備える。ストリング・ドライバは、高バンド・ギャップ材料又は低バンド・ギャップ材料を備えた少なくとも1つのチャネル領域も備える。少なくとも1つのチャネル領域は、ドレイン領域とソース領域との間に延在する。
図30を参照して示すように、不揮発性メモリ・システム(たとえば、プロセッサ・ベースのシステム)3000が示される。システム3000は、本開示の実施形態にしたがって製造された様々な電子デバイスを含み得る。システム3000は、コンピュータ、ポケットベル、携帯電話、パーソナル・オーガナイザ、制御回路、又は他の電子デバイスなどの様々なタイプのいずれかであり得る。システム3000は、システム3000におけるシステム機能及び要求の処理を制御するために、マイクロプロセッサなどの1つ又は複数のプロセッサ3002を含み得る。プロセッサ3002及びシステム3000の他のサブコンポーネントは、本開示の実施形態にしたがって製造されたストリング・ドライバと動作可能に通信する電荷ストレージ・デバイス・アレイを含み得る。
システム3000は、プロセッサ3002と動作可能に通信する電源3004を含み得る。たとえば、システム3000が、ポータブル・システムである場合、電源3004は、燃料電池、電力掃気デバイス、永久電池、交換可能電池、及び再充電可能電池のうちの1つ又は複数を含み得る。電源3004は、ACアダプタも含み得る。したがって、システム3000は、たとえば壁のコンセントに差し込まれ得る。電源3004はまた、たとえば、システム3000が車両のシガレット・ライタ又は車両の電源ポートに差し込まれ得るように、DCアダプタを含み得る。
システム3000が実行する機能に応じて、他の様々なデバイスが、プロセッサ3002に結合され得る。たとえば、ユーザ・インターフェース3006が、プロセッサ3002に結合され得る。ユーザ・インターフェース3006は、ボタン、スイッチ、キーボード、ライト・ペン、マウス、デジタイザ及びスタイラス、タッチ・スクリーン、音声認識システム、マイクロホン、又はそれらの組合せなどの入力デバイスを含み得る。ディスプレイ3008も、プロセッサ3002に結合され得る。ディスプレイ3008は、LCDディスプレイ、SEDディスプレイ、CRTディスプレイ、DLPディスプレイ、プラズマ・ディスプレイ、OLEDディスプレイ、LEDディスプレイ、3次元投影、オーディオ・ディスプレイ、又はそれらの組合せを含み得る。さらに、RFサブ・システム/ベースバンド・プロセッサ3010も、プロセッサ3002に結合され得る。RFサブ・システム/ベースバンド・プロセッサ3010は、RF受信機及びRF送信機に結合されたアンテナ(図示せず)を含み得る。通信ポート3012、又は1つよりも多くの通信ポート3012も、プロセッサ3002に結合され得る。通信ポート3012は、たとえば、モデム、プリンタ、コンピュータ、スキャナ、又はカメラなどの1つ又は複数の周辺デバイス3014へ、又はローカル・エリア・ネットワーク、リモート・エリア・ネットワーク、イントラネット、又はインターネットなどのネットワークへ結合されるように適合され得る。
プロセッサ3002は、メモリに格納されたソフトウェア・プログラムを実施することによりシステム3000を制御し得る。ソフトウェア・プログラムは、たとえば、オペレーティング・システム、データベース・ソフトウェア、ドラフト・ソフトウェア、ワード・プロセシング・ソフトウェア、メディア編集ソフトウェア、又はメディア再生ソフトウェアを含み得る。メモリは、プロセッサ3002に動作可能に結合され、様々なプログラムの格納及び実行を容易にする。たとえば、プロセッサ3002は、たとえば、図1から図5それぞれのストリング・ドライバ100、200、300、400、及び500のいずれかを含むストリング・ドライバと動作可能に通信する電荷ストレージ・デバイス(たとえば、2D NAND又は3D NAND)のアレイを含み得るシステム・メモリ3016に結合され得る。あるいは、又はさらに、メモリ3016は、ダイナミック・ランダム・アクセス・メモリ(DRAM)、スタティック・ランダム・アクセス・メモリ(SRAM)、磁気ランダム・アクセス・メモリ(MRAM)、レーストラック・メモリ、及び他の既知のメモリ・タイプを含み得る。システム・メモリ3016は、揮発性メモリ、不揮発性メモリ、又はそれらの組合せを含み得る。システム・メモリ3016は通常、動的にロードされたアプリケーションとデータを格納できるように大きい。
プロセッサ3002はまた、不揮発性メモリ3018に結合され得、これは、システム・メモリ3016が必ずしも揮発性であることを示唆するものではない。不揮発性メモリ3018は、(たとえば、図1から図5のそれぞれのストリング・ドライバ100、200、300、400、500のいずれかを有する)ストリング・ドライバと動作可能に通信し、システム・メモリ3016と併せて使用されるEPROM、抵抗性読み取り専用メモリ(RROM)、及びフラッシュ・メモリ(たとえば、2D NAND又は3D NAND)などの読み取り専用メモリ(ROM)のうちの1つ又は複数を含み得る。不揮発性メモリ3018のサイズは、通常、必要なオペレーティング・システム、アプリケーション・プログラム、及び固定データを格納するのにちょうど十分な大きさになるように選択される。加えて、不揮発性メモリ3018は、たとえば、抵抗性メモリ又は他のタイプの不揮発性固体メモリを含むハイブリッド・ドライブなどのディスク・ドライブ・メモリなどの大容量メモリを含み得る。
結果として、不揮発性メモリ・デバイスのアレイを備えたシステムが開示される。少なくとも1つのストリング・ドライバが、アレイと動作可能に通信する。ストリング・ドライバは、高バンド・ギャップ材料を備える。少なくとも1つの周辺デバイスが、不揮発性メモリ・デバイスのアレイと動作可能に通信する。少なくとも1つの周辺デバイスは、少なくとも1つのストリング・ドライバと動作可能に通信する回路構成を備える。
開示されたデバイス構造及び方法は、その実施例において様々な修正及び代替形態の影響を受けやすいが、特定の実施形態が、図面に例として示され、本明細書で詳細に記述された。しかしながら、本発明は、開示された特定の形態に限定されることは意図されていないことを理解すべきである。むしろ、本発明は、添付の特許請求の範囲及びそれらの法的な等価物によって定義される本開示の範囲内にあるすべての修正、組合せ、等価物、変形、及び代替物を包含する。

Claims (20)

  1. ストリング・ドライバを備えたデバイスであって、
    ドレイン領域とソース領域との間のチャネル領域であって、前記チャネル領域、前記ドレイン領域、又は前記ソース領域のうちの少なくとも1つは、高バンド・ギャップ材料を備えた、チャネル領域と、
    前記高バンド・ギャップ材料に隣接し、前記高バンド・ギャップ材料から離間されたゲート領域とを備えた、デバイス。
  2. 前記高バンド・ギャップ材料は、酸化亜鉛、インジウム・ガリウム亜鉛酸化物、インジウム亜鉛酸化物、炭化ケイ素、酸化スズ、及びガリウム砒素から成る群から選択された、請求項1に記載のデバイス。
  3. 前記ドレイン領域及び前記ソース領域はおのおの、0.20マイクロメートル未満(0.20μm未満)のオフセット領域によって、前記チャネル領域から離間された、請求項1に記載のデバイス。
  4. 前記ドレイン領域及び前記ソース領域は、前記高バンド・ギャップ材料を備え、前記チャネル領域は、低バンド・ギャップ材料を備えた、請求項1に記載のデバイス。
  5. 前記低バンド・ギャップ材料は、ゲルマニウム(Ge)、シリコン・ゲルマニウム(SiGe)、及びインジウム・ガリウム砒素(InGaAs)から成る群から選択された、請求項4に記載のデバイス。
  6. 前記チャネル領域は、前記高バンド・ギャップ材料と、別の高バンド・ギャップ材料とを備えた、請求項1に記載のデバイス。
  7. 電荷ストレージ・デバイスのアレイと、
    電荷ストレージ・デバイスの前記アレイと動作可能に通信するアクセス・ラインとをさらに備え、
    前記ストリング・ドライバは、前記アクセス・ラインのうちの少なくとも1つのアクセス・ラインと動作可能に通信し、
    前記ドレイン領域及び前記ソース領域は、前記高バンド・ギャップ材料を備え、
    前記チャネル領域は、前記高バンド・ギャップ材料又は低バンド・ギャップ材料を備え、
    前記チャネル領域は、前記ドレイン領域と前記ソース領域との間に延在する、請求項1に記載のデバイス。
  8. 前記ストリング・ドライバは、複数の前記チャネル領域を備え、前記チャネル領域は、前記高バンド・ギャップ材料を備えた、請求項1から7のいずれか一項に記載のデバイス。
  9. 前記ソース領域は、少なくとも1つのドーパントでドープされた前記高バンド・ギャップ材料を備え、
    前記ドレイン領域は、前記少なくとも1つのドーパントでドープされた前記高バンド・ギャップ材料を備え、
    前記少なくとも1つのドーパントは、アルミニウム(Al)及びシリコン(Si)から成る群から選択された、請求項1から7のいずれか一項に記載のデバイス。
  10. 前記チャネル領域は、前記ソース領域と前記ドレイン領域との間に横方向に配置され、前記ソース領域及び前記ドレイン領域は、前記高バンド・ギャップ材料を備えた、請求項1から7のいずれか一項に記載のデバイス。
  11. デバイスのストリング・ドライバを形成する方法であって、
    高バンド・ギャップ材料を形成することと、
    前記高バンド・ギャップ材料に隣接して、誘電性材料を形成することと、
    前記誘電性材料に隣接して、導電性材料の領域を形成することとを備え、前記導電性材料の前記領域は、少なくとも前記誘電性材料によって、前記高バンド・ギャップ材料から離間された、方法。
  12. 前記高バンド・ギャップ材料を形成する前に、別の誘電性材料を形成することをさらに備え、
    前記高バンド・ギャップ材料を形成することは、前記他の誘電性材料に隣接して、前記高バンド・ギャップ材料を形成することを備えた、請求項11に記載の方法。
  13. 前記誘電性材料を形成する前に、前記高バンド・ギャップ材料のドープされていない部分によって、又は、低バンド・ギャップ材料のドープされていない部分によって、ドープされた高バンド・ギャップ材料の少なくとも1つのソース領域から離間された、ドープされた高バンド・ギャップ材料の少なくとも1つのドレイン領域を形成するために、前記高バンド・ギャップ材料の一部分にドーピングすることをさらに備えた、請求項11に記載の方法。
  14. 前記高バンド・ギャップ材料を形成する前に、
    別の導電性材料を形成することと、
    他の導電性材料に少なくとも1つのドーパントをドーピングすることとをさらに備え、
    前記高バンド・ギャップ材料を形成することは、前記少なくとも1つのドーパントでドープされた前記他の導電性材料と物理的に接触する前記高バンド・ギャップ材料を形成することを備え、
    前記高バンド・ギャップ材料の一部分にドーピングすることは、
    前記高バンド・ギャップ材料の少なくとも下部部分を熱に曝して、前記少なくとも1つのドーパントを、前記他の導電性材料から、前記高バンド・ギャップ材料の前記下部部分に拡散させることと、
    追加の量の前記少なくとも1つのドーパントを、前記高バンド・ギャップ材料の上部部分に注入することとを備えた、請求項13に記載の方法。
  15. 前記高バンド・ギャップ材料の一部分にドーピングすることは、前記高バンド・ギャップ材料の前記一部分に少なくとも1つのドーパントを注入することを備え、前記一部分は、前記高バンド・ギャップ材料のドープされていない部分に、又は、前記低バンド・ギャップ材料のドープされていない部分に、横方向に隣接した、請求項13に記載の方法。
  16. 前記導電性材料の前記領域を形成することは、前記誘電性材料を形成することに先行し、前記高バンド・ギャップ材料を形成することに先行し、
    前記誘電性材料を形成することは、
    前記導電性材料を貫通して開口部を形成することと、
    前記開口部に露出された前記導電性材料に隣接して、前記誘電性材料を形成することとを備え、
    前記高バンド・ギャップ材料を形成することは、前記誘電性材料に隣接して、前記高バンド・ギャップ材料を形成することを備えた、請求項11に記載の方法。
  17. 前記高バンド・ギャップ材料に沿って、別の高バンド・ギャップ材料を形成することをさらに備えた、請求項16に記載の方法。
  18. 前記誘電性材料を形成することは、前記高バンド・ギャップ材料を形成することに先行し、前記導電性材料を形成することは、前記誘電性材料を形成することに先行し、前記誘電性材料は、前記導電性材料を、前記高バンド・ギャップ材料から離間させる、請求項11に記載の方法。
  19. 前記誘電性材料を形成することは、前記高バンド・ギャップ材料を形成することに後続し、前記導電性材料の前記領域を形成することは、前記誘電性材料を形成することに後続する、請求項11に記載の方法。
  20. 前記高バンド・ギャップ材料を形成することは、前記高バンド・ギャップ材料を、400℃未満の温度で、堆積させることを備えた、請求項11から19のいずれか一項に記載の方法。
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