JP2008098641A - Nandフラッシュメモリー装置及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】本装置は、下部半導体層100及び下部半導体層100上に配置される少なくとも一つの上部半導体層200と、下部及び上部半導体層100、200の各々の所定の領域内に形成されるドレイン領域等及びソース領域等と、下部及び上部半導体層100、200の各々の上部に配置されるゲート構造体120、220と、ドレイン領域等に接触するビットラインBLのプラグ等と、上部半導体層200の上部に配置されビットラインのプラグに各々接触するビットライン等を備える。このとき、上部半導体層200は、下部半導体層100のドレイン領域110Dの上部に形成されるドレイン貫通部501を有し、ビットラインBLのプラグ等はドレイン貫通部501を貫通して下部半導体層100に形成されたドレイン領域等に各々接触する。
【選択図】図2a
Description
係る技術的な制約を克服する為に、最近は3次元的に配列されたトランジスター等を備える半導体装置が提案されている。例えば、特許文献1(韓国特許出願番号2006-73858号の明細書)は3次元的に配列されたメモリーセルのトランジスター等を備えるNANDフラッシュメモリー装置を開示している。係る半導体装置の製造はウエハーとして使用される半導体基板の上部にエピタキシャルの技術を使用し単結晶構造の半導体層を形成した後、前記半導体層上にトランジスター等を形成する段階を含む。
この様に、互いに違う工程等が必要なので従来の方法による3次元の半導体装置は製造工程の複雑さ及び製造費用が増加する問題点がある。チップの面積の活用度の損失を甘受すれば、係る製造工程の複雑さは減少される。しかし、チップの面積の活用度が低くなると半導体装置の集積度の損失に繋がるので、3次元の半導体装置の開発の目的に合わない。
本発明が達成しようとする他の技術的な課題は、集積度の損失を最小化することができる3次元のNANDフラッシュメモリー装置及びその製造方法を提供することである。
この装置は下部半導体層及び前記下部半導体層上に配置される少なくとも一つの上部半導体層と、前記下部及び上部半導体層の各々の所定の領域内に形成されるドレイン領域等及びソース領域等と、前記下部及び上部半導体層の各々の上部に配置されるゲート構造体と、前記ドレイン領域等に接触するビットラインのプラグ等と、前記上部半導体層の上部に配置されて前記ビットラインのプラグに各々接触するビットライン等とを備える。
このとき、前記上部半導体層は、前記下部半導体層のドレイン領域等の上部に形成されるドレイン貫通部を有し、前記ビットラインのプラグ等は前記ドレイン貫通部を貫通して前記下部半導体層に形成されたドレイン領域等に各々接触する。
本方法は下部半導体層に下部ソース領域等及び下部ドレイン領域等を形成する段階と、前記下部半導体層上に、ソース貫通部及びドレイン貫通部を備える上部半導体層を形成する段階と、前記上部半導体層に上部ソース領域等及び上部ドレイン領域等を形成する段階と、前記上部及び下部ソース領域等に接触するソースライン構造体を形成する段階と、前記上部及び下部ドレイン領域等に各々接触するビットラインのプラグ等を形成する段階とを含む。このとき、前記ビットラインのプラグは前記ドレイン貫通部を通じて前記下部ドレイン領域に接続される。
(発明の効果)
本明細書で、ある膜が他の膜又は基板上にあることと記載されている場合、それは他の膜又は基板上に直接に形成さること、又は膜の間に第3の膜が介されることも含む。図面等に於いて、膜及び領域等の厚さは技術の効果的な説明の為に誇張され示されている。本明細書の多様な実施形態等に於いて、第1、第2、第3などの用語が多様な領域、膜を記述する為に使われるが、これらの領域、膜等はこの用語によって限定されてはいけない。これらの用語は、ある所定の領域又は膜を他の領域又は膜と区別する為に使われる。従って、ある実施形態で第1膜が他の実施形態では第2膜になることもありうる
本発明によると、前記上部半導体層200の中には、前記下部ドレイン領域110D及び前記下部ソース領域110Sの上部から前記上部半導体層200を貫通するドレイン貫通部501及びソース貫通部502が形成される。前記ビットラインのプラグ等400は前記ドレイン貫通部501を貫通して前記下部ドレイン領域等110Dに接触され、前記ソースプラグ300は前記ソース貫通部502を貫通して前記下部ソース領域等110Sに接触される。図1aに図示された様に、一つのビットラインBLは一つのビットラインのプラグ400を通じて一つの下部ドレイン領域110Dに接続されるが、前記共通ソースラインCSL及び前記ソースプラグ300は複数の下部ソース領域等110Sに接続される。
図3aを参考にすれば、下部半導体層100の上に下部ゲート構造体120を形成し、前記下部ゲート構造体120をイオンマスクとしてイオンの注入工程を実施して、前記下部半導体層100の中に下部不純物領域等110、下部ソース領域等110S及び下部ドレイン領域等110Dを形成する。続いて、前記下部ゲート構造体120が形成された結果物上に、下部のエッチング停止膜130及び下部の層間絶縁膜140を形成する。
Claims (28)
- 下部半導体層及び前記下部半導体層上に配置される少なくとも一つの上部半導体層と、
前記下部半導体層に形成される第1ドレイン領域及び第1ソース領域と、
上部半導体層に形成される第2ドレイン領域及び第2ソース領域と、
前記下部半導体層上に配置される第1ゲート構造体と、
前記上部半導体層上に配置される第2ゲート構造体と、
前記上部半導体層上部に配置されるビットラインと、
前記ビットラインと前記第1ドレイン領域の間に接続された少なくとも一つのビットラインのプラグとを備え、
前記少なくとも一つのビットラインのプラグは前記上部半導体層の中に形成されたドレイン貫通部を貫通することを特徴とするNANDフラッシュメモリー装置。 - 前記各々のゲート構造体は前記第1又は第2ドレイン領域に隣り合う様に配置されるストリング選択ライン、前記第1又は第2ソース領域に隣り合う様に配置される接地選択ライン及び前記ストリング選択ライン及び前記接地選択ラインの間に配置される複数のワードラインを含み、
前記ビットラインは前記ワードラインを横切る方向に延長されることを特徴とする請求項1に記載のNANDフラッシュメモリー装置。 - 前記上部半導体層に形成される第2ドレイン領域は前記ドレイン貫通部に隣り合う様に形成されることを特徴とする請求項1に記載のNANDフラッシュメモリー装置。
- 前記少なくとも一つのビットラインのプラグは、
前記上部半導体層の上部に配置され、前記ドレイン貫通部に隣り合う前記上部半導体層の前記第2ドレイン領域に接続される上部ビットラインのプラグと、
前記ドレイン貫通部を貫通して前記下部半導体層の前記第1ドレイン領域に接触すると共に、前記上部ビットラインのプラグから延長される下部ビットラインのプラグとを含み、
前記上部ビットラインのプラグは前記ドレイン貫通部より広い幅を持つことを特徴とする請求項3に記載のNANDフラッシュメモリー装置。 - 前記少なくとも一つのビットラインのプラグは、
前記上部半導体層の前記第2ドレイン領域と前記ビットラインを接続する上部ビットラインのプラグと、
前記下部半導体層の前記第1ドレイン領域と前記ビットラインを接続する下部ビットラインのプラグとを含み、
前記下部ビットラインのプラグは前記上部ビットラインのプラグから離隔されて前記ドレイン貫通部を貫通することを特徴とする請求項1に記載のNANDフラッシュメモリー装置。 - 前記少なくとも一つのビットラインのプラグはタングステン、チタニウム、タンタル、チタニウム窒化膜、タンタル窒化膜、タングステン窒化膜及び導電型の多結晶シリコーン膜の中の少なくとも一つに形成されることを特徴とする請求項1に記載のNANDフラッシュメモリー装置。
- 前記ドレイン貫通部の内壁に配置されて、前記上部半導体層の側壁から前記ビットラインのプラグを離隔させるドレイン絶縁膜をさらに含むことを特徴とする請求項1に記載のNANDフラッシュメモリー装置。
- 前記第2ゲート構造体を覆うと共に、前記上部半導体層上部に配置される上部エッチング停止膜をさらに含むことを特徴とする請求項1に記載のNANDフラッシュメモリー装置。
- 前記下部半導体層上部のゲート構造体を覆うと共に、前記下部半導体層上部に配置される下部エッチング停止膜をさらに含み、
前記上部エッチング停止膜は前記下部エッチング停止膜より厚いことを特徴とする請求項8に記載のNANDフラッシュメモリー装置。 - 前記接地選択ラインに平行に延長されると共に前記ビットラインの下に配置される共通ソースラインと、
前記共通ソースラインと前記下部及び上部半導体層の前記第1及び第2ソース領域を接続する少なくとも一つのソースプラグとをさらに含むことを特徴とする請求項2に記載のNANDフラッシュメモリー装置。 - 前記上部半導体層は、前記下部半導体層の前記第1ソース領域の上部に形成されるソース貫通部をさらに含み、
前記少なくとも一つのソースプラグは前記ソース貫通部を貫通することを特徴とする請求項10に記載のNANDフラッシュメモリー装置。 - 前記上部半導体層に形成される前記第2ソース領域は前記ソース貫通部に隣り合う様に形成されることを特徴とする請求項11に記載のNANDフラッシュメモリー装置。
- 前記少なくとも一つのソースプラグは、
前記上部半導体層の上部に配置されて前記ソース貫通部に隣り合う前記上部半導体層の前記第2ソース領域に接触する上部ソースプラグと、
前記上部ソースプラグから延長されて前記ソース貫通部を貫通すると共に、前記下部半導体層の前記第1ソース領域に接触する下部ソースプラグとを含み、
前記上部ソースプラグは前記ソース貫通部より広い幅を持つことを特徴とする請求項12に記載のNANDフラッシュメモリー装置。 - 前記ソースプラグは、
前記上部半導体層の前記第2ソース領域と前記共通ソースラインを接続する上部ソースプラグと、
前記下部半導体層の前記第1ソース領域と前記共通ソースラインを接続する下部ソースプラグとを含み、
前記下部ソースプラグは前記上部ソースプラグから離隔されて前記ソース貫通部を貫通することを特徴とする請求項11に記載のNANDフラッシュメモリー装置。 - 前記少なくとも一つのソースプラグはタングステン、チタニウム、タンタル、チタニウム窒化膜、タンタル窒化膜、タングステン窒化膜及び導電型の多結晶シリコーン膜の中の少なくとも一つに形成されることを特徴とする請求項10に記載のNANDフラッシュメモリー装置。
- 前記ソース貫通部の内壁に配置されて、前記上部半導体層の側壁から前記ソースプラグを離隔させるソース絶縁膜をさらに含むことを特徴とする請求項10に記載のNANDフラッシュメモリー装置。
- 下部半導体層に下部ソース領域及び下部ドレイン領域を形成する段階と、
前記下部半導体層上部に、ドレイン貫通部、上部ソース領域及び上部ドレイン領域を備える上部半導体層を形成する段階と、
前記ドレイン貫通部を通じて延長され、前記上部及び下部ドレイン領域に各々接続される少なくとも一つのビットラインのプラグを形成する段階とを含むことを特徴とするNANDフラッシュメモリー装置の製造方法。 - 前記上部半導体層はソース貫通部を含み、前記方法は前記ソース貫通部を通じて延長され、前記上部及び下部ソース領域に接続される少なくとも一つのソースプラグを形成する段階をさらに含むことを特徴とする請求項17に記載のNANDフラッシュメモリー装置の製造方法。
- 前記上部半導体層を形成する段階は、
前記下部半導体層をシード層として使用するエピタキシャル工程を実施して、前記下部半導体層上にエピタキシャルシリコーン層を形成する段階と、
前記エピタキシャルシリコーン層を平坦にエッチングして、前記上部半導体層を形成する段階と、
前記上部半導体層をパターニングして、前記下部ソース領域及び前記下部ドレイン領域の上部から前記上部半導体層を貫通する前記ソース貫通部及び前記ドレイン貫通部を形成する段階とを含むことを特徴とする請求項18に記載のNANDフラッシュメモリー装置の製造方法。 - 前記上部半導体層を形成する段階は、
前記下部半導体層が形成された結果物上に下部の層間絶縁膜を形成する段階と、
前記下部の層間絶縁膜上にウエハーをボンディングする段階と、
前記ウエハーをエッチングして半導体膜を形成する段階と、
前記半導体膜をパターニングして前記上部半導体層を形成する段階と、
前記上部半導体層をパターニングして前記下部ソース領域及び前記下部ドレイン領域の上部から前記上部半導体層を貫通する前記ソース貫通部及びドレイン貫通部を形成する段階とを含むことを特徴とする請求項18に記載のNANDフラッシュメモリー装置の製造方法。 - 前記上部半導体層を形成する段階は、
前記下部半導体層が形成された結果物上に下部の層間絶縁膜を形成する段階と、
前記下部の層間絶縁膜上に鋳型パターンを形成する段階と、
前記鋳型パターンが形成された結果物上に半導体膜を蒸着する段階と、
前記鋳型パターンが露出されるまで前記半導体膜を平坦にエッチングすることによって、前記上部半導体層を形成する段階とを含み、
前記鋳型パターンは前記ソース貫通部及びドレイン貫通部の位置に形成されることを特徴とする請求項18に記載のNANDフラッシュメモリー装置の製造方法。 - 前記半導体膜を蒸着した後、前記半導体膜を結晶化させる段階をさらに含むことを特徴とする請求項21に記載のNANDフラッシュメモリー装置の製造方法。
- 前記下部半導体層上に、前記下部ドレイン領域に隣り合う様に配置されるストリング選択ライン、前記下部ソース領域に隣り合う様に配置される接地選択ライン及び前記ストリング及び接地選択ラインの間に配置される複数のワードラインを含む下部ゲート構造体を形成する段階と、
前記上部半導体層上に、前記上部ドレイン領域に隣り合う様に配置されるストリング選択ライン、前記上部ソース領域に隣り合う様に配置される接地選択ライン及び前記ストリング及び接地選択ラインの間に配置される複数のワードラインを含む上部ゲート構造体を形成する段階と、
前記ワードラインを横切ると共に前記少なくとも一つのビットラインのプラグに接続されるビットラインを形成する段階とをさらに含むことを特徴とする請求項17に記載のNANDフラッシュメモリー装置の製造方法。 - 前記下部半導体層と前記上部半導体層の間に介される下部の層間絶縁膜を形成する段階と、
前記上部半導体層上に配置される上部の層間絶縁膜を形成する段階と、
前記下部ソース領域の上部から前記上部及び下部の層間絶縁膜をパターニングすることによって、前記下部ソース領域及び前記上部ソース領域を露出させるソースコンタクトホールを形成する段階と、
前記上部及び下部の層間絶縁膜をパターニングして前記下部ドレイン領域及び前記上部ドレイン領域を露出させるビットラインのコンタクトホールを形成する段階とをさらに含むことを特徴とする請求項18に記載のNANDフラッシュメモリー装置の製造方法。 - 前記上部の層間絶縁膜は前記上部ソース領域及び前記上部ドレイン領域を覆う上部エッチング停止膜を含み、
前記上部エッチング停止膜は、前記ビットラインのコンタクトホールを形成する段階又は前記ソースコンタクトホールを形成する段階から前記上部半導体層のエッチングの損傷を防止する厚さで形成されることを特徴とする請求項24に記載のNANDフラッシュメモリー装置の製造方法。 - 前記下部の層間絶縁膜は前記下部ソース領域及び前記下部ドレイン領域を覆う下部エッチング停止膜を含み、
前記上部エッチング停止膜は前記下部エッチング停止膜より厚い厚さで形成されることを特徴とする請求項25に記載のNANDフラッシュメモリー装置の製造方法。 - 前記少なくとも一つのソースプラグを形成する前に、前記ソースコンタクトホールの側壁に前記少なくとも一つのソースプラグを前記ソース貫通部の側壁から離隔させるソース絶縁膜を形成する段階をさらに含み、
前記少なくとも一つのビットラインのプラグを形成する前に、前記ビットラインのコンタクトホールの側壁に前記少なくとも一つのビットラインのプラグを前記ドレイン貫通部の側壁から離隔させるドレイン絶縁膜を形成する段階をさらに含むことを特徴とする請求項24に記載のNANDフラッシュメモリー装置の製造方法。 - 前記ソースコンタクトホール及び前記ソースライン構造体はデュアル象嵌細工の技術を利用して形成されることを特徴とする請求項24に記載のNANDフラッシュメモリー装置の製造方法。
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