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包括具有多种金属材料的字线的设备和系统以及相关方法与流程

文档序号:24934004发布日期:2021-05-04 11:24
包括具有多种金属材料的字线的设备和系统以及相关方法与流程

优先权主张

本申请案主张2019年10月29日申请的标题为“包括具有多种金属材料的字线的设备以及相关方法和电子系统(apparatuscomprisingwordlinescomprisingmultiplemetalmaterials,andrelatedmethodsandelectronicsystems)”的美国专利申请案第16/667,654号的申请日的权益。

本文中所公开的实施例涉及设备和设备制作。更具体地说,本公开的实施例涉及设备的多个金属材料字线以及相关方法和电子系统。



背景技术:

电子装置(例如,设备、半导体装置、存储器装置)设计者通常希翼通过减小个别特征的尺寸并且通过减小相邻特征之间的分隔距离来增加电子装置内的特征(例如,组件)的集成度或密度。电子装置设计者还希翼设计不仅紧凑而且提供性能优势以及简化设计的架构。减小特征的尺寸和间距增加对用于形成电子装置的方法的需求。相对常见的电子装置是存储器装置。存储器装置可包含具有布置成网格图案的数个存储器单元的存储器阵列。一种类型的存储器单元是动态随机存取存储器(dram)装置,其为除非通过外部电源周期性地刷新dram装置否则可随时间丢失所存储的状态的易失性存储器装置。在最简单的设计配置中,dram单元包含一个存取装置(例如,晶体管)和一个存储装置(例如,电容器)。存储器装置的现代应用可利用大量的布置成行和列阵列的dram单位单元。可通过沿着阵列的行和列布置的数字线(例如,位线)和存取线(例如,字线)来电存取dram单元。

在常规字线结构中,字线包含单一材料(即,氮化钛(tin))或混合式氮化钛和钨(tin/w)字线。在混合式字线中氮化钛形成于沟槽的侧壁上且钨核心形成于沟槽中和对置侧壁上的氮化钛之间。然而,氮化钛字线具有相对高电阻率,并且因此,作为字线材料并非有效的。在tin/w混合式字线中,氮化钛作为用于钨核心的阻障和粘合材料是必需的。由于钨与氮化钛相比具有较低电阻率,因此tin/w混合式字线与氮化钛字线相比具有较低字线电阻。然而,难以在介电材料的侧壁上形成薄层氮化钛。另外,随着tin/w混合式字线中的钨的量相对于氮化钛的量减小,tin/w混合式字线的电阻率增加。成核钨与松散钨的相对量还影响tin/w混合式字线的电阻率,其中成核钨展示与松散钨相比较高电阻率。字线结构还往往会发生弯曲。

随着尺寸和间距减小,其中形成字线的沟槽变得越来越小(例如,变窄)。然而,难以在较小沟槽中形成氮化钛字线或tin/w混合式字线,且包含较薄钨材料的字线与包含较厚钨材料的字线相比具体较高字线电阻。此外,由于tin/w混合式字线占用沟槽的较大体积,因此字线电阻增加。tin/w混合式字线的钨通过ald过程使用氟基钨前体(例如wf6)和氢气形成。然而,使用wf6作为钨前体会产生hf,蚀刻钨并且产生不佳构型。



技术实现要素:

公开一种包括一材料中的字线的设备。所述字线包括第一金属部分、与所述第一金属部分竖直相邻的第二金属部分,以及与所述第二金属部分竖直相邻的第三金属部分。介电材料处于所述字线和所述材料之间。

公开一种包括存储器阵列的设备,所述存储器阵列包括字线、位线和存储器单元。每一存储器单元耦合到所述字线中的一个相关联字线和所述位线中的一个相关联位线。所述字线中的每一个位于一材料中并且包括第一氮化钛部分、金属部分,以及彼此上下竖直堆叠的第二氮化钛部分。介电材料与所述字线和所述材料直接接触。

公开一种形成设备的方法。所述方法包括在一材料的开口中形成与所述开口中的介电材料相邻的第一金属部分。形成与所述第一金属部分竖直相邻的第二金属部分;第三金属部分与所述第二金属部分竖直相邻,并且形成与所述第三金属部分相邻的多晶硅。所述第一金属部分、所述第二金属部分和所述第三金属部分包括字线。

公开一种电子系统,其包括:处理器,其以可操作方式耦合到输入装置和输出装置;和设备,其以可操作方式耦合到所述处理器。所述设备包括字线、位线和存储器单元。每一存储器单元耦合到所述字线中的一个相关联字线和所述位线中的一个相关联位线。所述字线中的每一个包括第一氮化钛材料、所述第一氮化钛材料上方的钨材料,以及所述钨材料上方的第二氮化钛材料。

附图说明

图1是根据本公开的实施例的包含字线的字线结构的横截面图;

图2是根据本公开的实施例的包含字线的字线结构的横截面图;

图3-5是形成图1的字线结构的各个阶段的横截面视图;

图6-8是形成图2的字线结构的各个阶段的横截面视图;

图9是根据本公开的实施例的包含字线和字线结构的电子装置的横截面图;

图10是根据本公开的实施例的包含字线和字线结构的阵列的俯视平面图,其中图10的视图是沿图9的截面线a-a截取;

图11是说明根据本公开的实施例的包含字线和字线结构的系统的示意性框图;

图12a和12b是根据本公开的实施例的字线的扫描电子显微术(sem)显微图;和

图13a和13b是根据本公开的实施例的字线的sem显微图。

具体实施方式

公开一种电子装置(例如,设备、半导体装置、存储器装置),其包含含有多种含金属材料的存取线(例如,字线)。根据本公开的实施例的字线展现与含有氮化钛或氮化钛和钨混合式结构的常规字线相比减小的字线电阻。字线的含金属材料处于相对于彼此的竖直定向中。字线包含下部含金属材料、中间含金属材料和上部含金属材料。中间含金属材料可展现低于下部和上部含金属材料的电阻率的电阻率。下部含金属材料可包含单种金属材料或两种金属材料。下部含金属材料可具有大体均匀的化学组成或可具有不均匀的化学组成。含金属材料包含金属原子或金属原子和氮原子。因此,含金属材料包括金属,主要由金属组成,或由金属组成。

字线是通过所谓的“自下而上过程”形成,使得能够在包含字线的字线结构的介电材料的侧壁上不存在阻隔材料或粘合材料的情况下形成字线。所述自下而上过程还省略形成中间含金属材料的成核部分。因此,字线与介电材料直接接触。与包含常规氮化钛或氮化钛和钨字线的电子装置相比,包含根据本公开的实施例的字线的电子装置展现最小线弯曲和减小的字线电阻。电子装置以电子装置中存取装置(例如,晶体管)性能的最小降级(例如,恶变)展现这些性质。

以下描述提供特定细节,如材料类型、材料厚度和处理条件,以便提供对本文中所描述的实施例的充分描述。然而,所属领域的技术人员将理解,可在不采用这些具体细节的情况下实践本文中所公开的实施例。实际上,可与半导体行业中采用的常规制造技术结合来实践实施例。另外,本文中提供的描述不形成电子装置的完整描述或用于制造电子装置的完整过程流,且下文描述的结构不形成完整电子装置。下文仅详细地描述理解本文中所描述的实施例所必须的那些过程动作和结构。形成完整电子装置的额外动作可由常规技术实行。

除非另外指明,否则本文中所描述的材料可通过包含但不限于以下各项的常规技术形成:旋涂、毯覆式涂布、化学气相沉积(“cvd”)、原子层沉积(“ald”)、等离子体增强型ald、物理气相沉积(“pvd”)(包含溅镀、蒸镀、电离pvd和/或等离子体增强cvd),或外延生长。替代地,材料可原位生长。取决于待形成的特定材料,用于沉积或生长所述材料的技术可由所属领域的一般技术人员选择。除非上下文另有指示,否则可通过包含但不限于蚀刻(例如,干式蚀刻、湿式蚀刻、气相蚀刻)、离子铣削、研磨平坦化(例如,化学-机械平坦化)或其它已知方法的任何合适技术实现材料移除。

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说明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,图中所说明的区在性质上是示意性的,且其形状并不意图说明区的精确形状并且不限制本发明权利要求的范围。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。

如本文中所使用,除非上下文另外明确指示,否则单数形式“一(a/an)”和“所述(the)”意图同样包含复数形式。

如本文中所使用,“和/或”包含所列相关联项中的一或多个的任何和所有组合。

如本文中所使用,关于特定参数的数值的“约”或“大致”包含所属领域的一般技术人员将理解在特定参数的可接受公差内的数值和数值的变化程度。举例来说,关于数值的“约”或“大致”可包含额外数值,所述额外数值处于数值的90.0%到110.0%范围内,例如处于数值的95.0%到105.0%范围内,处于数值的97.5%到102.5%范围内,处于数值的99.0%到101.0%范围内,处于数值的99.5%到100.5%范围内,或处于数值的99.9%到100.1%范围内。

如本文中所使用,例如“在…下方”、“下方”、“下部”、“底部”、“在…上方”、“上部”、“顶部”、“前面”、“后面”、“左侧”、“右侧”等空间相对术语可在本文中出于易于描述的目的而用以描述如图中所说明的一个元件或特征与另一元件或特征的关系。除非另外规定,否则除图式中所描绘的定向之外,空间相对术语意图涵盖材料的不同定向。举例来说,如果图式中的材料反向,那么被描述为在其它元件或特征“下方”、“之下”、“下”或“底部上”的元件将定向于所述其它元件或特征的“上方”、或“顶部上”。因此,术语“在…下方”可视使用术语的上下文而定涵盖上方及下方两种定向,这对于所属领域的一般技术人员将显而易见。材料可以其它方式定向(例如,旋转90度、倒置、翻转),且本文中所用的空间相对描述词可相应地进行说明。

如本文所用,术语“被配置成”是指至少一个结构和至少一个设备中的一或多个的大小、形状、材料组成和布置,其以预定方式有助于所述结构和设备中的一或多个的操作。

如本文中所使用,术语“电子装置”包含但不限于存储器装置,以及其它可或可以不并入有存储器的半导体装置,例如逻辑装置、处理器装置或射频(rf)装置。此外,电子装置可并入有存储器以及其它功能,例如包含处理器和存储器的所谓的“芯片上系统”(soc),或包含逻辑和存储器的电子装置。电子装置可为3d电子装置,包含但不限于3ddram存储器装置或3dnand快闪存储器装置,例如3d浮动栅极nand快闪存储器装置或3d替换栅极nand快闪存储器装置。

如本文中所使用,将一元件称为在另一元件“上”或“上方”意味着且包含所述元件直接在另一元件的顶部上、邻近于(例如,横向邻近于、竖直邻近于)另一元件、直接在另一元件下方,或与另一元件直接接触。其还包含所述元件间接在另一元件的顶部上、与另一元件间接相邻(例如,间接横向相邻、间接竖直相邻)、间接在另一元件下方或附近,其它元件存在于其间。相反地,当元件称为“直接在另一元件上”或“紧邻另一元件”时,不存在介入元件。

如本文中所使用,关于给定参数、性质或条件的术语“大体上”意指并包含在所属领域的一般技术人员将理解的给定参数、性质或条件满足方差度(如在可接受制造公差内)的程度。借助于实例,视大体上满足的特定参数、性质或条件而定,所述参数、性质或条件可至少90.0%满足、至少95.0%满足、至少99.0%满足或甚至至少99.9%满足。

如本文中所使用,术语“衬底”意指并包含其上形成额外材料的材料(例如,基底材料)或构造。衬底可为电子衬底、半导体衬底、支撑结构上的基底半导体层、电极、其上形成有一或多种材料、层、结构或区的电子衬底,一其上形成有一或多种材料、层、结构或区的半导体衬底。电子衬底或半导体衬底上的材料可包含但不限于半导电材料、绝缘材料、导电材料等。所述衬底可为常规硅衬底或包括一层半导电材料的其它块状衬底。如本文所用,术语“块状衬底”不仅意指并包含硅晶片,而且还意指并包含绝缘体上硅(“soi”)衬底,如蓝宝石上硅(“sos”)衬底和玻璃上硅(“sog”)衬底、基底半导体基础上的硅外延层和其它半导体或光电材料,如硅锗、锗、砷化镓、氮化镓和磷化铟。所述衬底可经掺杂或未经掺杂。

如本文中所使用,术语“竖直”、“纵向”、“水平”和“侧向”是参考结构的主平面且未必由地球的重力场界定。“水平”或“侧向”方向是基本上平行于结构的主平面的方向,而“竖直”或“纵向”方向是基本上垂直于结构的主平面的方向。结构的主平面是由与结构的其它表面相比具有相对大面积的结构的表面界定。

如本文中所使用,术语“字线”是指并包含导电结构,所述导电结构包含定位于相对于彼此的竖直定向中的三种含金属材料。

如本文中所使用,术语“字线结构”是指并包含电子装置的包含字线的组件。

如图1中所示,字线结构100包含衬底105、介电材料110、第一氮化钛材料115、金属材料120和第二氮化钛材料125。第一氮化钛材料115可为下部含金属材料,金属材料120可为中间含金属材料,且第二氮化钛材料125可为上部含金属材料。第一氮化钛材料115存在于字线结构100的下部部分中,金属材料120与第一氮化钛材料115相邻(例如,在其上方),且第二氮化钛材料125与金属材料120相邻(例如,在其上方)。第一氮化钛材料115可具有大体均匀的化学组成。金属材料120可展现低于第一氮化钛材料115和第二氮化钛材料125的电阻率的电阻率。金属材料120存在于字线结构100的中间部分中。第一氮化钛材料115、金属材料120和第二氮化钛材料125形成存取线(例如,字线140)。金属材料120与第一氮化钛材料115直接接触(例如,直接竖直相邻),且第二氮化钛材料125与金属材料120直接接触(例如,直接竖直相邻)。第一氮化钛材料115和金属材料120之间的界面大体连续并且在竖直方向上延伸,金属材料120和第二氮化钛材料125之间的界面大体连续并且在竖直方向上延伸。第一氮化钛材料115的宽度可在介电材料110的对置侧壁之间延伸,金属材料120的宽度可在介电材料110的对置侧壁之间延伸,且第二氮化钛材料125的宽度可在介电材料110的对置侧壁之间延伸。

字线结构100还包含与第二氮化钛材料125相邻(例如,在其上方)的导电材料130,以及与导电材料130相邻(例如,在其上方)的封盖材料135。导电材料130可为例如多晶硅材料。封盖材料135可为例如氮化硅材料。第二氮化钛材料125、导电材料130和封盖材料135存在于字线结构100的上部部分中。介电材料110(例如栅极介电材料)可为高k介电材料,例如氧化硅材料或氮化硅材料。介电材料110存在于衬底105的侧壁上(例如,由衬底105的侧壁界定的开口的侧壁上)。第一氮化钛材料115、金属材料120、第二氮化钛材料125、导电材料130和封盖材料135的对置侧壁与介电材料110直接接触。与常规字线结构相比,无阻隔材料或粘合材料(例如氮化钛)定位于介电材料110与字线140的材料(例如第一氮化钛材料115、金属材料120和第二氮化钛材料125)之间。无阻隔材料或粘合材料(例如氮化钛)定位于介电材料110与导电材料130和封盖材料135之间。

如图2所示,字线结构100′包含衬底105、介电材料110、第一氮化钛材料115′、金属材料120′和第二氮化钛材料125。字线结构100′大体上类似于图1的字线结构100,不同之处在于第一氮化钛材料115′可具有不均匀化学组成并且包含金属材料120′的金属原子。字线结构100′可包含如上文针对字线结构100所描述的大体相同材料厚度处的大体相同的材料。第一氮化钛材料115′在第一氮化钛材料115′的整个厚度中具有变化的化学组成。第一氮化钛材料115′可为下部含金属材料,金属材料120′可为中间含金属材料,且第二氮化钛材料125可为上部含金属材料。第一氮化钛材料115′存在于字线结构100′的下部部分中,金属材料120′与第一氮化钛材料115′相邻(例如,在其上方),且第二氮化钛材料125与金属材料120′相邻(例如,在其上方)。金属材料120′存在于字线结构100′的中间部分中且第二氮化钛材料125存在于字线结构100′的上部部分中。第一氮化钛材料115′、金属材料120′和第二氮化钛材料125形成字线140′。金属材料120′与第一氮化钛材料115′直接接触(例如,竖直相邻)且第二氮化钛材料125与金属材料120′直接接触(例如,竖直相邻)。第一氮化钛材料115′和金属材料120′之间的界面大体连续并且在竖直方向上延伸,且金属材料120′和第二氮化钛材料125之间的界面大体连续并且在竖直方向上延伸。第一氮化钛材料115′的宽度可在介电材料110的对置侧壁之间延伸,金属材料120′的宽度可在介电材料110的对置侧壁之间延伸,且第二氮化钛材料125的宽度可在介电材料110的对置侧壁之间延伸。

字线结构100′的上部部分还包含与第二氮化钛材料125相邻(例如,在其上方)的导电材料130,例如多晶硅材料,以及与导电材料130(例如,在其上方)相邻的封盖材料135。介电材料110(例如栅极介电材料)可为高k介电材料,例如氧化硅材料或氮化硅材料。介电材料110存在于衬底105的侧壁上。第一氮化钛材料115′、金属材料120′、第二氮化钛材料125、导电材料130和封盖材料135的侧壁与介电材料110直接接触。与常规字线结构相比,无阻隔材料或粘合材料(例如氮化钛)定位于介电材料110与第一氮化钛材料115′、金属材料120′和第二氮化钛材料125之间。无阻隔材料或粘合材料(例如氮化钛)定位于介电材料110与导电材料130和封盖材料135之间。

如图1中所示,第一氮化钛材料115可在其整个厚度中展现单一化学组成。第一氮化钛材料115和第二氮化钛材料125中的每一个可在其整个相应厚度中具有大体均匀的化学组成。第一氮化钛材料115和第二氮化钛材料125可具有相同化学组成,第一氮化钛材料115和第二氮化钛材料125可具有不同的相对量的钛原子和氮原子。第一氮化钛材料115′可在其整个厚度中展现不均匀化学组成且还包含金属材料120的金属120′,如图2所示。因此,第一氮化钛材料115′和第二氮化钛材料125可具有不同化学组成,其中第一氮化钛材料115′还包含除了钛原子和氮原子之外的金属原子。

第一氮化钛材料115、115′可具有从约20nm到约30nm的厚度。金属材料120可具有从约45nm到约55nm(例如约50nm)的厚度。第二氮化钛材料125可具有从约0.5nm到约2.0nm的厚度。

金属材料120可为钨、钌、钼或其组合。在一些实施例中,金属材料120是钨。虽然本文中的具体实施例将金属材料120描述为钨,但金属材料120可为钌、钼,或通过选择钌前体或钼前体用于形成金属材料120而为钨、钌和钼的组合。

不同于常规字线结构,根据本公开的实施例的字线结构100、100′包含处于字线结构100、100′的下部部分中的第一氮化钛材料115、115′、处于字线结构100、100′的中间部分中的金属材料120、120′,以及处于字线结构100、100′的上部部分中的第二氮化钛材料125。第一氮化钛材料115、115′可显著减少或消除含有字线结构100、100′的电子装置中的字线结构100、100′的弯曲。金属材料120、120′可减小字线结构100、100′的字线电阻。第二氮化钛材料125可显著减小或消除导电材料130与字线结构100、100′的金属材料120、120′之间的交互。

如图3中所示,为形成字线结构100,开口145形成于衬底105中并且由衬底105的侧壁界定。开口145可通过常规技术,例如通过移除(例如,蚀刻)衬底105的一部分而形成。开口145可例如经配置为字线沟槽。使用常规蚀刻条件和蚀刻化学物质形成开口145。开口145可从约5nm到约20nm宽并且从约150nm到约200nm深。介电材料110形成于开口145中,例如衬底105的界定开口145的侧壁上。介电材料110可保形地形成为与衬底105的侧壁相邻(例如,在其上)并且具有从约到约的厚度。

字线结构100的第一氮化钛材料115形成于开口145中并且与介电材料110相邻(例如,在其上)。第一氮化钛材料115可通过常规技术形成为至少部分地填充开口145。第一氮化钛材料115可例如通过cvd或ald形成。第一氮化钛材料115可形成为基本填充开口145并且一部分经移除(例如,蚀刻)以使得第一氮化钛材料115部分地填充开口145,如图3中所示。举例来说,第一氮化钛材料115可基本上完全填充开口145并且接着可移除一部分以使得第一氮化钛材料115部分地填充开口145。可例如通过干式蚀刻过程移除第一氮化钛材料115的部分。通过最初用第一氮化钛材料115基本填充开口145,可显著减少或消除字线结构100的弯曲。替代地,第一氮化钛材料115可形成为部分地且大部分填充开口145,如由虚线所指示,并且接着可移除所述部分以使得第一氮化钛材料115部分地填充开口145。举例来说,可在将第一氮化钛材料115形成到初始深度之后移除约的第一氮化钛材料115。可通过常规技术使用常规蚀刻条件和蚀刻化学物质进行第一氮化钛材料115的移除。在移除所述部分之后,第一氮化钛材料115可占据开口145的下部部分。第一氮化钛材料115可具有从约20nm到约30nm的厚度。第一氮化钛材料115可直接接触介电材料110,例如接触第一氮化钛材料115的对置侧壁。

如图4中所示,金属材料120形成于第一氮化钛材料115上方。金属材料120可通过所谓的“自下而上”过程形成,其中金属材料120选择性地形成于第一氮化钛材料115上,例如形成于第一氮化钛材料115的上表面上。金属材料120的形成起始于第一氮化钛材料115的上表面处并且沿远离衬底105的方向移动直到金属材料120达成所要厚度。金属材料120可形成于约50nm的厚度处。归因于金属材料120的金属前体和第一氮化钛材料115之间的反应性与所述金属前体和介电材料110的反应性相比的差异,金属材料120选择性地由第一氮化钛材料115形成,而非由介电材料110形成。形成金属材料120会减小开口145的体积并且形成开口145′。不同于常规技术,根据本公开的实施例的金属材料120的形成不起始于介电材料110(例如,介电材料的侧壁)。由于金属材料120由第一氮化钛材料115形成,因此不利用阻隔材料或粘合材料将金属材料120粘附到介电材料110。金属材料120可形成为与介电材料110直接接触,例如直接接触金属材料120的对置侧壁,所述对置侧壁直接接触介电材料110。因此,不同于常规字线结构,在金属材料120和介电材料110之间不存在阻隔材料或粘合材料。

金属材料120可通过cvd过程形成或通过使用金属前体(例如,钨前体)和还原剂的ald过程形成。金属前体可基本上不含氟原子。在金属材料120的整个形成过程中,可调整金属前体和还原剂的相对量以通过自下而上过程形成金属材料120。举例来说,金属材料120的初始部分可通过使第一氮化钛材料115经历包含相对低量的金属前体和相对高量的还原剂的气体而形成于第一氮化钛材料115的上表面上。仅借助于实例,金属前体最初可占引入到其中放置部分地形成的字线结构100的室(例如,cvd室、ald室)中的气体体积的约5%到约20%,且还原剂最初可占引入到所述室中的气体体积的约80%到约95%。在形成所述初始部分之后,金属材料120可通过相对于还原剂的量增加金属前体的量而形成到所要厚度。仅借助于实例,金属前体可占气体体积的约40%到约80%且还原剂最初可占气体体积的约20%到约60%以使金属材料120形成到所要厚度。

如果金属材料120是例如钨,那么钨前体可为氯基钨前体,例如wclx气体,其中x是2和6之间的整数。还原剂可为氢,例如h2气体。wclx和h2气体可依序引入到其中放置部分地形成的字线结构100(例如处于图3中所说明的阶段的字线结构100)的室中。cvd过程和ald过程以及cvd室和ald室在所属领域中已知并且在本文中不进行详细地描述。wclx气体可用作钨前体以阻止或显著减小对第一氮化钛材料115的损坏,当使用常规氟基钨前驱体时观察到所述损坏。wclx气体可包含但不限于wcl2、wcl4、wcl5、wcl6或其组合。在钨材料120的整个形成过程中,可调整wclx气体和h2气体的相对量。钨材料120的初始部分可通过使部分地形成的字线结构100暴露于wclx气体和h2气体而形成于第一氮化钛材料115的上表面上,其中相对于wclx气体的量存在较大量的h2气体。为达成所要相对量的wclx和h2气体,h2气体到室中的流动速率可大于wclx气体的流动速率。通过与h2气体相比以较低流动速率将wclx气体引入到室中,钨材料120的初始部分形成于第一氮化钛材料115的上表面上而不损坏(例如,蚀刻)第一氮化钛材料115且不会将显著量的钨并入到第一氮化钛材料115中。仅借助于实例,h2气体的流动速率最初可从约100sccm到约3000sccm,且wclx气体的流动速率最初可从约10mg/m到约300mg/m。wclx气体可与氢气反应以在第一氮化钛材料115上形成钨材料120。不受任何理论限制,人们认为,归因于钨前体和第一氮化钛材料115之间的反应性与所述钨前体和介电材料110相比的差异,钨材料120选择性地形成于第一氮化钛材料115上。使用wclx气体形成钨材料120会省略在介电材料110上形成钨晶核层或在介电材料110上形成阻隔/粘合材料的必要性。

在形成所述初始部分之后,钨材料120可通过相对于h2气体的量增加钨前体的量而形成到所要厚度。仅借助于实例,钨前体可占气体体积的约40%到约80%且h2气体最初可占气体体积的约20%到约60%以使钨材料120形成到所要厚度。

如图5中所示,第二氮化钛材料125可形成在金属材料120上方。第二氮化钛材料125可通过例如pvd形成。第二氮化钛材料125可形成于从约0.5nm到约2.0nm的厚度处。第二氮化钛材料125可与第一氮化钛材料115具有大体相同的化学组成。第二氮化钛材料125可部分地填充开口145′。根据本公开的实施例的字线140包含上下竖直定位的第一氮化钛材料115、金属材料120和第二氮化钛材料125。如图5中所示,导电材料130可形成在第二氮化钛材料125上方和开口145′所述。可移除导电材料130的一部分,使导电材料130凹进并且形成开口145″。可例如通过干式蚀刻过程移除导电材料130的部分。图5中的导电材料130可具有从约到约的厚度。封盖材料135可形成在导电材料130上方和开口145″中,产生图1的字线结构100。封盖材料135可具有从约到约的厚度。导电材料130和封盖材料135可通过常规技术形成。

为形成字线结构100′,可进行与上文针对字线结构100所描述的那些过程动作大体上类似的过程动作,不同之处在于第一氮化钛材料115′具有不均匀的化学组成。如图6所示,字线结构100′包含衬底105、介电材料110、开口145′和第一氮化钛材料115。可上文所描述形成开口145′、介电材料110和第一氮化钛材料115。第一氮化钛材料115形成为如上文针对图3所描述的初始深度并且接着凹进。

金属材料120′通过cvd或通过ald使用金属前体(例如,钨前体)和还原剂形成于开口145′中和第一氮化钛材料115上。金属前体可基本上不含氟原子。可调整金属前体与所述还原剂的相对量以通过自下而上过程形成金属材料120′。金属材料120′可通过以下步骤而形成于第一氮化钛材料115上和第一氮化钛材料115中:最初使第一氮化钛材料115经历金属前体且基本不存在还原剂,这会蚀刻第一氮化钛材料115′并且使金属120′并入到第一氮化钛材料115′中,如图7中所示。仅借助于实例,金属前体最初可占引入到室的气体体积的约90%到约99%,且还原剂最初可占引入到室的气体体积的约10%到约20%。通过在存在金属前体且基本不存在还原剂的情况下蚀刻第一氮化钛材料115,金属120′并入到第一氮化钛材料115′中。金属120′不均匀分散在整个第一氮化钛材料115′中,为方便起见在图7中说明为圆形区。然而,金属120′可以其它方式不均匀分散于第一氮化钛材料115′中,例如包含第一氮化钛材料115′的区中的金属120′。因此,第一氮化钛材料115′包含金属和氮化钛。随后可相对于金属前体的量,增加第一氮化钛材料115′暴露给的还原剂的量,从而使第一氮化钛材料115′上的金属材料120′形成到所要厚度。仅借助于实例,金属前体可占引入到室的气体体积的约40%到约80%,且还原剂可占引入到室的气体体积的约20%到约60%。仅借助于实例,还原剂的流动速率可为约0sccm,且金属前体的流动速率可从约10mg/m到约300mg/m。

如果金属材料120′是例如钨,那么钨前体可为氯基钨前体,例如wclx气体,其中x是2和6之间的整数。还原剂可为氢,例如h2气体。wclx和h2气体可依序引入到包含部分地形成的字线结构100′(例如图6中所说明的阶段处的字线结构100′)的室中。wclx气体可包含但不限于wcl2、wcl4、wcl5、wcl6或其组合。在钨材料120的整个形成过程中,可调整wclx气体和h2气体的相对量。最初,部分地形成的字线结构100′暴露于wclx气体,且基本不存在h2气体,从而蚀刻第一氮化钛材料115并且使钨120′并入到第一氮化钛材料115′中,如图7中所示。接着可增加h2气体的量以使得金属材料120′形成到所要厚度。为达成wclx和h2气体的所要相对量,可调整wclx气体和h2气体到室中的流动速率。wclx气体可占室中的气体体积的约90%到约99%且h2气体可占室中的气体体积的约10%到约20%。仅借助于实例,wclx气体的流动速率可从约10mg/m到约300mg/m且h2气体的流动速率可从约100sccm到约3000sccm。wclx气体可与h2气体反应以在第一氮化钛材料115′上形成钨材料120。

如图8中所示,第二氮化钛材料125可形成在金属材料120′上方。第二氮化钛材料125可通过例如pvd形成。第二氮化钛材料125可形成于从约0.5nm到约2.0nm的厚度处。第二氮化钛材料125可与如此形成(例如,之并入金属之前)的第一氮化钛材料115具有大体相同的化学组成。第二氮化钛材料125可部分地填充开口145′。如图8中所示,导电材料130可形成在第二氮化钛材料125上方,移除导电材料130的一部分以形成开口145″,且封盖材料135形成于导电材料130上方和开口145″中,从而产生如图2所示的字线结构100′。导电材料130和封盖材料135可通过常规技术形成。根据本公开的实施例的字线140′包含第一氮化钛材料115′、金属材料120′和第二氮化钛材料125。

可进行额外过程动作以形成包含根据本公开的实施例的字线140、140′和如图9中所示的额外组件的设备900(例如,电子装置、半导体装置、存储器装置)。虽然图9说明包含字线140的设备900,但字线140′可代替字线140而存在于设备900中。常规技术进行后续过程动作,在本文中不进行详细地描述。电子装置900包含一或多个字线140、140′(例如,存取线、栅极)、至少一个位线932,以及至少一个存储器单元(未示出)。每一存储器单元耦合到相关联字线140、140′和相关联位线932,并且可包含一个存取装置(例如,晶体管)和一个存储装置(例如,电容器)。位线932可以由至少一种导电材料形成。虽然位线932说明为图9中的单一材料,但位线932可以由多种导电材料形成。仅借助于实例,位线932可包含多晶硅材料上方的金属材料。字线140、140′可为所谓的“埋入字线”,这是由于字线140、140′位于衬底105内并且通过介电材料110与源极926和漏极928隔离。存储器单元可通过沿着阵列1000的行和列布置(参见图10)的字线140、140′和位线932电存取。电子装置900还包含作用区域924,其可相对于字线140、140′字线沟槽906内)和位线932(隔离沟槽904内)的对准而成角度地(例如,以约四十五度的角度)对准。每一字线140、140′通过介电材料110与阵列的源极926和漏极928隔离。电子装置900可例如为动态随机存取存储器(dram)装置。

如图10所示,电子装置900可包含存储器单元的阵列1000(例如,存储器阵列),其包含根据本公开的实施例的字线140、140′,其中图9的视图是沿图10的截面线a-a截取。存储器单元定位于存取线(例如,字线140、140′)与数字线(例如,位线932)之间。常规技术可进行额外处理动作以形成包含存储器单元的阵列1000的电子装置900。字线140、140′可垂直或大体上垂直于位线932定向。位线932可竖直延伸到源极926,提供与源极926的电连通。包含导电材料934的数字线接触(未示出)竖直延伸到位线932以实现与包含字线140、140′的电子装置900的更远组件的电连通。由导电材料934形成的接触与漏极928电连通。

位线932的导电材料和导电材料934可包含包含但不限于以下各项的导电材料:钨、铝、铜、钛、钽、铂、其合金、重掺杂半导体材料、多晶硅、导电硅化物、导电氮化物、导电碳、导电碳化物或其组合。

因此,公开一种包括一材料中的字线的设备。所述字线包括第一金属部分、与所述第一金属部分竖直相邻的第二金属部分,以及与所述第二金属部分竖直相邻的第三金属部分。介电材料处于所述字线和所述材料之间。

因此,公开一种包括存储器阵列的设备,所述存储器阵列包括字线、位线和存储器单元。每一存储器单元耦合到所述字线中的一个相关联字线和所述位线中的一个相关联位线。所述字线中的每一个位于一材料中并且包括第一氮化钛部分、金属部分,以及彼此上下竖直堆叠的第二氮化钛部分。介电材料与所述字线和所述材料直接接触。

因此,公开一种形成设备的方法。所述方法包括在一材料的开口中形成与所述开口中的介电材料相邻的第一金属部分;形成与所述第一金属部分竖直相邻的第二金属部分;形成与所述第二金属部分竖直相邻的第三金属部分;和形成与所述第三金属部分相邻的多晶硅。所述第一金属部分、所述第二金属部分和所述第三金属部分包括字线。

还公开如图1中所示的电子系统1100,其包含电子装置900和根据本公开的实施例的字线140、140′。图11是根据本文中所描述的一或多个实施例实施的电子系统1100的简化框图。电子系统100可包括例如计算机或计算机硬件组件、服务器或其它网络连接硬件组件、蜂窝式电话、数码相机、个人数字助理(pda)、便携式媒体(例如,音乐)播放器、支撑wi-fi或蜂窝的平板计算机(例如平板计算机)、电子书、导航装置等。电子系统1100包含至少一个电子装置900(例如,至少一个存储器装置),其包含具有如先前所描述的一或多个字线结构100、100′的存储器单元。电子系统1100可另外包含至少一个处理器装置1104(通常被称为“处理器”)。处理器装置1104可任选地包含如先前所描述的一或多个字线140、140′。电子系统1100可另外包含用于供用户将信息输入到电子系统1100中的一或多个输入装置1106,例如鼠标或其它指标装置、键盘、触摸板、按钮或控制面板。电子系统1100可另外包含用于将信息(例如,视觉或音频输出)输出到用户的一或多个输出装置1108,例如监视器、显示器、打印机、音频输出插孔、扬声器等。在一些实施例中,输入装置1106和输出装置1108可包括可用于输入信息到电子系统1100和输出视觉信息到用户两者的单一触摸屏装置。一或多个输入装置1106和输出装置1108可与存储器装置1102和处理器装置1104中的至少一个电连通。

因此,公开一种电子系统,其包括:处理器,其以可操作方式耦合到输入装置和输出装置;和设备,其以可操作方式耦合到所述处理器。所述设备包括字线、位线和存储器单元。每一存储器单元耦合到所述字线中的一个相关联字线和所述位线中的一个相关联位线。所述字线中的每一个包括第一氮化钛材料、所述第一氮化钛材料上方的钨材料,以及所述钨材料上方的第二氮化钛材料。

下文描述本公开的额外非限制性实例实施例。

实施例1:一种设备,其包括:一材料中的字线,所述字线包括第一金属部分、与所述第一金属部分竖直相邻的第二金属部分,以及与所述第二金属部分竖直相邻的第三金属部分。介电材料处于所述字线和所述材料之间。

实施例2.根据实施例1所述的设备,其中所述第一金属部分和所述第三金属部分中的每一个包括氮化钛且所述第二金属部分包括钨。

实施例3.根据实施例1或实施例2所述的设备,其中所述第一金属部分包括氮化钛和钨,所述第二金属部分包括钨,且所述第三金属部分包括氮化钛。

实施例4.根据实施例1-3中任一实施例所述的设备,其中所述第二金属部分直接接触介电材料。

实施例5.根据实施例1-4中任一实施例所述的设备,其中所述第一金属部分包括大体均匀的化学组成。

实施例6.根据实施例1-4中任一实施例所述的设备,其中所述第一金属部分包括不均匀的化学组成。

实施例7.根据实施例1-6中任一实施例所述的设备,其中所述第二金属部分直接接触所述第一金属部分且所述第三金属部分直接接触所述第二金属部分。

实施例8.一种包括存储器阵列的设备,所述存储器阵列包括字线、位线和存储器单元。每一存储器单元耦合到所述字线中的一个相关联字线和所述位线中的一个相关联位线。所述字线中的每一个位于一材料中并且包括第一氮化钛部分、金属部分,以及彼此上下竖直堆叠的第二氮化钛部分。介电材料与所述字线和所述材料直接接触。

实施例9.根据实施例8所述的设备,其中所述金属部分包括钨、钌、钼或其组合。

实施例10.根据实施例8或实施例9所述的设备,其中所述金属部分直接接触所述第一氮化钛部分且所述第二氮化钛部分直接接触所述金属部分。

实施例11.根据实施例8-10中任一实施例所述的设备,其中在所述字线和所述介电材料之间无氮化钛材料。

实施例12.根据实施例8-11中任一实施例所述的设备,其中所述金属部分的金属展现低于所述第一氮化钛部分和所述第二氮化钛部分的电阻率的电阻率。

实施例13.一种形成设备的方法包括在一材料的开口中形成与所述开口中的介电材料相邻的第一金属部分。形成与所述第一金属部分竖直相邻的第二金属部分。形成与所述第二金属部分竖直相邻的第三金属部分。所述第一金属部分、所述第二金属部分和所述第三金属部分包括字线。形成与所述第三金属部分相邻的多晶硅。

实施例14.根据实施例13所述的方法,其中形成与所述第一金属部分竖直相邻的第二金属部分包括:将金属氯化物前体和氢气依序引入到所述开口中;和使所述金属氯化物前体与所述氢气反应以形成与所述第一金属部分竖直相邻的所述第二金属部分。

实施例15.根据实施例14所述的方法,其中将金属氯化物前体和氢气依序引入到所述开口中包括将包括wcl2、wcl4、wcl5、wcl6或其组合的钨氯化物前体和氢气依序引入到所述开口中。

实施例16.根据实施例15所述的方法,其中将氯化钨前体和氢气依序引入到所述开口中包括:将相对低量的所述氯化钨前体和相对高量的所述氢气依序引入到所述开口中;使所述氯化钨前体和所述氢气反应以形成与所述第一金属部分竖直相邻的初始钨部分;和相对于所述氢气的所述量增加所述氯化钨前体的所述量以形成与所述第一金属部分竖直相邻的钨部分。

实施例17。根据实施例14-16中的任一实施例所述的方法,其中将金属氯化物前体和氢气依序引入到所述开口中包括将从约10mg/m到约300mg/m的所述氯化钨前体和从约100sccm到约3000sccm的所述氢气依序引入到所述开口中。

实施例18.根据实施例16所述的方法,其中形成与所述第一金属部分竖直相邻的钨部分包括形成与包括均匀组成的所述第一金属部分竖直相邻的所述钨部分。

实施例19.根据实施例15所述的方法,其中将氯化钨前体和氢气依序引入到所述开口中包括:依序引入相对高量的所述氯化钨前体和相对低量的所述氢气;使所述氯化钨前体和所述氢气反应以将钨并入到所述第一金属部分中;和相对于所述氯化钨前体的所述量增加所述氢气的所述量以形成与所述第一金属部分竖直相邻的钨部分。

实施例20.根据实施例19所述的方法,其中使所述氯化钨前体和所述氢气反应以将钨并入到所述第一金属部分中包括将所述钨不均匀地分散于所述第一金属部分中。

实施例21.根据实施例19或实施例20所述的方法,其中形成与所述第一金属部分竖直相邻的钨部分包括形成与包括不均匀组成的所述第一金属部分竖直相邻的所述钨部分。

实施例22.根据实施例21所述的方法,其中形成与包括不均匀组成的所述第一金属部分竖直相邻的所述钨部分包括形成与包括氮化钛和钨的所述不均匀组成竖直相邻的所述钨部分。

实施例23.一种电子系统包括:处理器,其以可操作方式耦合到输入装置和输出装置;和设备,其以可操作方式耦合到所述处理器。所述设备包括字线、位线和存储器单元。每一存储器单元耦合到所述字线中的一个相关联字线和所述位线中的一个相关联位线。所述字线中的每一个包括第一氮化钛材料、所述第一氮化钛材料上方的钨材料,以及所述钨材料上方的第二氮化钛材料。

实施例24。根据实施例23所述的电子系统,其中所述第一氮化钛材料包括均匀组成。

实施例25.根据实施例23所述的电子系统,其中所述第一氮化钛材料包括不均匀组成。

以下实例用以更详细地说明本公开的实施例。这些实例不应理解为关于本公开的范围为穷尽性的或排它性的。

实例

实例1

如上文针对图1和3-5所描述准备字线样本a,其包含第一氮化钛材料、第一氮化钛材料上方的钨、钨上方的第二氮化钛材料以及第二氮化钛材料上方的多晶硅。氮化硅封盖形成于多晶硅上方。在图12a和12b中的扫描电子显微照片(sem)图像中示出包含第一氮化钛材料115和钨120的字线样本a的两个视角。

如上文针对图2和6-8所描述准备字线样本b,其包含不均匀氮化钛/钨材料、不均匀氮化钛/钨材料上方的钨、钨上方的氮化钛材料以及第二氮化钛材料上方的多晶硅。氮化硅封盖形成于多晶硅上方。在图13a和13b的sem图像中示出包含不均匀氮化钛115′和钨120的字线样本b的两个视角。

准备第一对照样本,其中字线包含氮化钛和氮化钛上方的多晶硅。氮化硅封盖形成于多晶硅上方。准备第二对照样本,其中字线包含氮化钛和氮化钛上方的多晶硅,在氮化钛的侧壁上有成核钨并且在成核钨之间有松散钨。氮化硅封盖形成于多晶硅上方。

通过常规技术确定样本的线弯曲。在根据本公开的实施例的字线样本a和b中或第一对照样本中未观察到线弯曲。然而,第二对照样本展现显著线弯曲。因此,根据本公开的实施例的字线样本a和b展现与第一对照样本类似程度的线弯曲并且相对于第二对照样本显著较少线弯曲。

通过常规技术确定样本的字线电阻。根据本公开的实施例的字线样本a和b与第一对照样本和第二对照样本相比展现减小的字线电阻。字线样本a具有71.6欧姆/单元的电阻,字线样本b具有73.7欧姆/单元的电阻,第一对照样本具有96.7欧姆/单元的电阻,且第二对照样本具有155欧姆/单元的电阻。因此,根据本公开的实施例的字线样本a和b展现与第一对照样本相比低26%的字线电阻且与第二对照样本相比显著较低的字线电阻。

因此,根据本公开的实施例的字线样本a和b达成较低字线电阻和基本无线弯曲两者。在晶体管性能不降级的情况下达成较低字线电阻和减小的线弯曲。

虽然已结合图式描述了某些说明性实施例,但所属领域的一般技术人员将认识到且理解,本公开所涵盖的实施例不限于在本文中明确地展示且描述的那些实施例。确切地说,可在不脱离本公开所包涵的实施例(如本文中要求保护的那些实施例,包含合法等效物)的范围的情况下,对本文中所描述的实施例做出多种添加、删除和修改。另外,一个公开的实施例的特征可与另一公开的实施例的特征组合,且仍包涵在本公开的范围内。

再多了解一些
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