[发明专利]半导体结构和制造半导体结构的方法

说明书

半导体结构可包含：交替电介质材料和控制栅极的堆叠；电荷存储结构，其侧向邻近于所述控制栅极；电荷阻挡材料，其在所述电荷存储结构中的每一者与所述邻近控制栅极之间；以及沟道材料，其延伸通过交替电介质材料和控制栅极的所述堆叠。所述堆叠中的所述电介质材料中的每一者具有至少两个不同密度和/或不同移除速率的部分。还揭示制造此类半导体结构的方法。

优先权主张

本申请案主张2013年8月12日申请的序列号为13/964,282的美国专利申请案“半导体结构和制造半导体结构的方法(SEMICONDUCTOR STRUCTURES AND METHODS OFFABRICATION OF SAME)”的申请日的权益。

技术领域

本发明在各种实施例中大体上涉及半导体装置设计和制造。更特定来说，本发明涉及具有三维地布置的存储器单元的存储器装置的设计和制造。

背景技术

半导体存储器装置可分类成易失性存储器装置和非易失性存储器装置。与易失性存储器装置相比，非易失性存储器装置(例如，快闪存储器装置)即使在移除电力时也保持所存储的数据。因此，非易失性存储器装置(例如，快闪存储器装置)广泛用于存储卡和电子装置中。归因于快速发展的数字信息技术，需要不断增大快闪存储器装置的存储器密度同时维持(如果不是减小)装置的大小。

已研究三维(3D)-NAND快闪存储器装置来增大存储器密度。3D-NAND架构包含：具有多个电荷存储结构(例如，浮动栅极、电荷陷阱或类似物)的存储器单元的堆叠；交替的控制栅极和电介质材料的堆叠；以及安置在电荷存储结构(在下文中作为实例主要称为浮动栅极)与邻近控制栅极之间的电荷阻挡材料。氧化物材料(例如，氧化硅)常规地用作电介质材料。电荷阻挡材料可为互聚电介质(IPD)材料，例如氧化物-氮化物-氧化物(ONO)材料。

图1展示可经进一步处理以形成3D-NAND快闪存储器装置的半导体结构100。半导体结构100包含：材料103上的交替控制栅极108和电介质材料105的堆叠110，材料103待用作选择装置(例如，选择门源极(SGS)或选择门漏极(SGD))的控制栅极；多个浮动栅极400；电荷阻挡材料(411、412、413)，其定位在浮动栅极400与邻近控制栅极108之间；以及沟道材料500，其延伸通过堆叠110、控制栅极材料103、电介质材料102和源极101的一部分。源极101可形成在衬底(未展示)(例如，包括单晶硅的半导体衬底)中和/或形成在衬底上。任选地，半导体结构100可包含蚀刻停止材料104。虽然未在本文中描绘，但在其它实施例中，所描绘的材料101可形成位线(例如，而不是源极)或作为位线的一部分。控制栅极108各自具有高度L₁。浮动栅极400各自具有高度L₂。归因于在离散浮动栅极400周围存在电荷阻挡材料(411、412、413)，每一离散浮动栅极400的高度L₂大约为邻近控制栅极的高度L₁的一半。例如，与邻近控制栅极的高度(其为大约30nm)相比，浮动栅极在电流方向上(例如，在一串存储器单元的支柱中)的高度可为大约15nm。此外，浮动栅极不与邻近控制栅极对准。

在使用和操作期间，电荷可被捕获在IPD材料的部分上，例如捕获在水平安置在浮动栅极与邻近电介质材料之间的IPD材料的部分上。当IPD材料为ONO材料时，电荷可被捕获在IPD材料的不处于控制栅极与浮动栅极之间的水平氮化物部分中。被捕获的电荷可(例如)通过编程、擦除或温度循环沿着IPD材料迁移。IPD材料的存在产生用于编程/擦除到IPD材料的氮化物材料中的直接路径，且使单元编程擦除循环降级。此电荷捕获或移动可改变存储器单元的阈值电压(V_t)，或相对于不具有氮化物中的此电荷捕获的存储器单元，使增量阶跃脉冲编程(ISPP)降级。电荷捕获危害沟道特性的可控性和3D-NAND快闪存储器装置的可靠性。