半导体装置、电子系统和相关方法制造方法及图纸

本申请案涉及半导体装置、电子系统和相关方法。半导体装置包括：堆叠，其包括电介质结构和导电结构的交替序列；以及沟道结构，其在竖直延伸通过所述堆叠的开口内且包括具有第一带隙的第一半导体材料。所述微电子装置还包括：导电插塞结构，其在所述开口内且与沟道区直接接触；以及能带偏移结构，其在所述开口内且与所述沟道结构和所述导电插塞结构直接物理接触。所述能带偏移结构包括具有不同于所述第一带隙的第二带隙的第二半导体材料。所述微电子装置还包括电耦合到所述导电插塞结构的导电线结构。导电线结构。导电线结构。

【技术实现步骤摘要】
半导体装置、电子系统和相关方法
[0001]分案申请信息
[0002]本申请是申请日为2019年9月6日、申请号为201910843545.1、专利技术名称为“半导体装置、电子系统和相关方法”的专利技术专利申请的分案申请。


[0003]本专利技术的实施例涉及半导体装置设计和制造的领域。更具体地，本专利技术的实施例涉及包含竖直存储器单元串的半导体装置，且涉及相关电子系统和方法。

技术介绍

[0004]半导体行业的持续目标一直是增大存储器装置的存储器密度(例如，每存储器裸片的存储器单元的数目)，所述存储器装置例如，非易失性存储器装置(例如，NAND快闪存储器装置)。增加非易失性存储器装置中的存储器密度的一种方法是利用包含竖直存储器单元串的阵列的架构。常规竖直存储器单元串的实例包含竖直延伸通过交替的导电栅极材料(例如，字线、控制栅极、存取线)和电介质材料的堆叠中的开口的半导电材料(例如，沟道材料)，以及横向地定位于堆叠与半导电支柱之间的氧化物
‑
氮化物
‑
氧化物(ONO)结构。竖直串的每一存储器单元包括导电栅极材料中的一个和ONO结构的部分以及与导电栅极材料中的所述一个横向相邻的半导电材料。与具有单元的常规平面(例如，二维)布置的结构相比，此配置准许通过在裸片上向上(例如，竖直)建立存储器单元阵列而在给定单位的裸片表面区域中定位较大数目的存储器单元。
[0005]随着3D存储器装置中的技术进步，产生竖直存储器单元串的阵列且将其设计成具有增加数目的交替导电栅极材料和电介质材料以增加存储器单元存取装置(例如，晶体管)的数目。此增加导致具有较大高度的堆叠，以及通过所述具有较大高度的堆叠的较大竖直存储器单元串。较大竖直存储器单元串中的半导体材料(例如，沟道材料)可能需要运载增加的电流，即所谓的“串电流”，以有效地操作竖直串中的所有存储器单元。串电流的增加是否为必要的主要取决于在选择栅极漏极(“SGD”)(例如，数据线附近的顶部选择栅极)处的带间隧穿(“BTBT”)。另外，位于导电连接件(例如，位线)与沟道材料之间的常规多晶硅(也被称为“多晶硅”)材料可能导致对于此类长竖直存储器串上的擦除功能来说不足的栅极感应漏极泄漏(“GIDL”)。因此，单独的多晶硅或氮化硅沟道材料可能不足以在具有较大高度的堆叠中在合理的时间范围内产生足够的GIDL电流。能带偏移材料，例如位于导电连接件与沟道材料之间的低带隙(“LBG”)材料可由于增强型BTBT产生而实现增加的GIDL电流，以便促进擦除操作。然而，LBG材料往往具有导致串电流减小的有害影响(例如，增加的缺陷和阱)。
[0006]因此，需要新型半导体装置，例如3D非易失性存储器装置(例如，3D NAND快闪存储器装置)，其展现改进的GIDL电流以促进相应竖直存储器串的擦除操作而不会影响串电流，以及还需要包含所述半导体装置的电子系统。

技术实现思路

[0007]在一实施例中，半导体装置包括：堆叠，其包括电介质结构和导电结构的交替序列；沟道结构，其在竖直延伸通过所述堆叠的开口内且包括具有第一带隙的第一半导体材料。所述半导体装置还包括：导电插塞结构，其在所述开口内且与所述沟道区直接接触；以及能带偏移结构，其在所述开口内且与所述沟道结构和所述导电插塞结构直接物理接触。能带偏移结构包括具有不同于第一带隙的第二带隙的第二半导体材料。所述半导体装置还包括电耦合到所述导电插塞结构的导电线结构。
[0008]在另一实施例中，形成半导体装置的方法包括形成竖直延伸通过交替的导电栅极材料和电介质材料的堆叠的开口。所述方法包括在所述开口内形成沟道材料。所述方法还包括形成在所述开口内且邻近于沟道材料的能带偏移材料。所述方法还包括形成在所述开口内且电耦合到沟道材料的插塞材料。能带偏移材料电耦合到沟道材料和插塞材料，且能带偏移材料的带隙不同于沟道材料和插塞材料中的每一个的带隙。
[0009]在又一实施例中，包含半导体装置的电子系统包括处理器和电耦合到所述处理器的半导体装置。所述半导体装置包括在竖直延伸通过竖直交替的导电材料和电介质材料的堆叠的开口内的竖直结构。竖直结构中的每一个包括沟道材料、邻近于沟道材料的插塞材料，以及与沟道材料和插塞材料中的每一个直接接触的能带偏移材料。能带偏移材料的带隙不同于沟道材料和插塞材料中的每一个的带隙。半导体装置还包括在竖直延伸通过所述堆叠的开口上方的数据线，和横向邻近于所述开口的最上部导电栅极材料。插塞材料与最上部导电栅极材料至少部分地竖直重叠。
附图说明
[0010]图1A至1E是根据本专利技术的实施例的说明形成半导体装置结构的方法的实施例的简化局部横截面图。
[0011]图1F是图1E的半导体装置结构的存储器单元的竖直串的一部分的简化局部横截面侧视图。
[0012]图2A至2E是根据本专利技术的额外实施例的说明形成半导体装置结构的方法的实施例的简化局部横截面图。
[0013]图3是根据本专利技术的实施例的包含具有阶梯式结构的半导体装置结构的竖直存储器装置的局部剖视透视图。
[0014]图4是根据本专利技术的实施例的电子系统的示意性框图。
具体实施方式
[0015]描述半导体装置结构，和相关的半导体装置和电子系统。在一些实施例中，半导体装置包含：沟道区，其包含具有第一带隙的第一半导体材料；插塞区，其与沟道区直接接触；导电连接件，其电耦合到插塞区；以及能带偏移区，其包含具有不同于第一带隙的第二带隙的第二半导体材料。能带偏移区可与沟道区和插塞区中的每一个直接接触。
[0016]以下描述提供具体细节，如材料组成和处理条件，以便提供对本专利技术的实施例的充分描述。然而，所属领域的一般技术人员将理解，可在不必采用这些具体细节的情况下实践本专利技术的实施例。实际上，本专利技术的实施例可结合行业中采用的常规半导体制造技术来
加以实践。另外，下文提供的说明不形成用于制造半导体装置(例如，存储器装置)的完整工艺流程。下文描述的半导体装置结构并不形成完整的半导体装置。下文仅详细地描述理解本公开的实施例所必需的那些过程动作和结构。用以从半导体装置结构形成完整半导体装置的额外动作可通过常规制造技术执行。
[0017]本文中呈现的图式仅出于说明性目的，且并不意图为任何特定材料、组件、结构、装置或系统的实际视图。应预期例如由于制造技术和/或公差引起的图式中描绘的形状的变化。因此，本文中所描述的实施例不应解释为限于如所说明的特定形状或区，而是包含例如由制造引起的形状偏离。举例来说，说明或被描述为箱形的区可具有粗糙和/或非线性特征，且说明或描述为圆形的区可包含一些粗糙和/或线性特征。此外，所说明的锐角可为圆角，且反之亦然。因此，图中所说明的区域在性质上是示意性的，且其形状并不意图说明区域的精确形状并且不限制本专利技术权利要求的范围。附图并不一定按比例绘制。另外，图式之间的共同元件可保留相同数字编号。
[0018]如本文中所使用，术语“竖直”、“纵向”、“水平”和“侧向”是关于结构的主平面且未必由地球重力场界定。“本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种设备，其包括：沟道材料，其竖直延伸通过竖直交替的导电材料和电介质材料的堆叠；导电线，其邻近于所述沟道材料；导电插塞，其与所述沟道材料及所述导电线直接接触；以及能带偏移材料，其与所述沟道材料及所述导电插塞直接接触，且与所述导电线不直接接触，所述能带偏移材料具有带隙，所述带隙不同于所述沟道材料的额外带隙。2.根据权利要求1所述的设备，其中所述导电插塞包括下部部分和具有比所述下部部分大的横向范围的上部部分，所述能带偏移材料大体上横向地包围所述导电插塞的所述下部部分。3.根据权利要求1所述的设备，其中所述能带偏移材料的外部侧壁与所述导电插塞的外部侧壁大体上对准。4.根据权利要求1所述的装置，其中所述能带偏移材料在所述沟道材料的内部侧壁之间横向地延伸，且整个所述导电插塞位于所述能带偏移材料的上表面之上。5.根据权利要求1所述的设备，其进一步包括：内部氧化物材料，其邻近于所述沟道材料；外部氧化物材料，其邻近于所述堆叠的所述导电材料；以及氮化物材料，其位于所述内部氧化物材料与所述外部氧化物材料之间，其中所述沟道材料、所述内部氧化物材料、所述氮化物材料和所述外部氧化物材料中的每一者的上表面大体上彼此共面。6.根据权利要求1所述的设备，其中所述导电线插塞包括第一导电材料，且所述能带偏移材料包括不同的第二导电材料。7.根据权利要求1所述的设备，其中所述导电插塞包括第一掺杂剂，且所述能带偏移材料包括不同的第二掺杂剂。8.一种设备，其包括：半导体结构，其竖直延伸通过竖直交替的导电材料和电介质材料的堆叠；导电线结构，其竖直位于所述半导体结构之上；能带偏移结构，其沿着所述半导体结构的单个竖直延伸内表面与所述半导体结构直接物理接触，所述能带偏移结构包括具有带隙的材料，所述带隙不同于所述半导体结构的额外带隙；以及导电插塞结构，其与所述半导体结构、所述导电线结构和所述能带偏移结构中的每一者直接接触。9.根据权利要求8所述的设备，其中所述导电插塞结构竖直介入在所述导电线结构和所述能带偏移结构之间。10.根据权利要求8所述的设备，其中所述能带偏移结构的上部边界竖直位于所述半导体结构和所述导电插塞结构的上部边界...

【专利技术属性】
技术研发人员：A，
申请(专利权)人：美光科技公司，
类型：发明
国别省市：