JP2009117843A - 垂直型半導体素子及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】半導体素子及びその製造方法において、半導体素子は単結晶半導体物質からなり、水平方向に延長される基板100と前記基板上に複数の層間絶縁膜105a〜105eを含む。複数のゲートパターン132〜132dは隣接する下部層間絶縁膜と隣接する上部層間絶縁膜の間に各々提供される。単結晶半導体物質の垂直チャンネル116は前記複数の層間絶縁膜とゲートパターンを貫通して垂直方向に延長される。そして、前記各々のゲートパターンと垂直チャンネルの間には前記垂直チャンネルから前記ゲートパターンを絶縁させるゲート絶縁膜が具備される。
【選択図】図1
Description
他の実施形態として、各々の前記複数の層間絶縁膜を提供する段階は、下部絶縁膜、中間絶縁膜、及び上部絶縁膜を含むマルチ積層構造を提供する段階を含み、前記下部及び上部絶縁膜は中間絶縁膜とエッチング選択比を有する物質からなる。
[実施形態1]
図1は、本発明の実施形態1による垂直チャンネルメモリー素子の切開斜視図である。図2は本発明の実施形態1による垂直チャンネルメモリー素子で1つのセルトランジスタを示す断面図である。
102 パッド酸化膜、
105a〜105e 層間絶縁膜、
106 犠牲膜、
110、120 開口部、
116 垂直チャンネル、
124a〜124d ゲート絶縁膜、
126 電荷トラップ膜、
128 ブロッキング絶縁膜、
132a〜132d ゲートパターン。
Claims (36)
- 水平方向に延長される単結晶半導体物質の基板と、
前記基板上の複数の層間絶縁膜と、
隣接する下部層間絶縁膜と隣接する上部層間絶縁膜の間に各々配置される複数のゲートパターンと、
前記複数の層間絶縁膜とゲートパターンを貫通し垂直方向に延長される単結晶半導体物質の垂直チャンネルとを含み、
前記各々のゲートパターンと垂直チャンネルの間には前記垂直チャンネルから前記ゲートパターンを絶縁させるゲート絶縁膜が具備されることを特徴とする半導体素子。 - 前記各々のゲートパターンとゲート絶縁膜の間には電荷トラップ膜が含まれ、
前記電荷トラップ膜は、
前記ゲートパターン及びゲート絶縁膜の間に垂直方向に延長される第1部分と、
前記ゲートパターンと隣接する上部層間絶縁膜の間に水平方向に延長される第2部分と、
前記ゲートパターンと隣接する下部層間絶縁膜の間に水平方向に延長される第3部分と、
を含むことを特徴とする請求項1記載の半導体素子。 - 前記電荷トラップ膜は、導電物質または半導体物質からなるフローティングゲートを含むことを特徴とする請求項2記載の半導体素子。
- 前記ゲート絶縁膜は熱酸化膜を含むことを特徴とする請求項1記載の半導体素子。
- 上部選択トランジスタの上部選択ゲートに提供され、複数のゲートパターンのうち、最上部に位置する最上部ゲートパターンと、
下部選択トランジスタの下部選択ゲートに提供され、複数のゲートパターンのうち、最下部に位置する最下部ゲートパターンと、
半導体素子の共通ストリングのメモリセルトランジスタのコントロールゲートに提供され、前記最上部選択ゲート及び最下部選択ゲートの間に位置する複数の残りのゲートパターンと、
前記半導体素子のワードラインに提供されるように互いに接続され、第1水平方向に配置され、同一層に割当てられるセルトランジスタのコントロールゲートと、
前記垂直チャンネルによって互いに直列に接続されて半導体素子の共通のセルストリングをなすメモリセルトランジスタと、
前記半導体素子の第2水平方向に配置され、半導体素子のビットラインと互いに接続される垂直チャンネルの上部とを含み、
前記半導体素子は半導体メモリー素子を含むことを特徴とする請求項1記載の半導体素子。 - 前記複数の層間絶縁膜は、各々マルチ積層構造からなり、下部絶縁膜、中間絶縁膜、及び上部絶縁膜を含み、前記下部及び上部絶縁膜は中間絶縁膜とエッチング選択比を有する物質からなることを 特徴とする請求項1記載の半導体素子。
- 水平方向に延長される単結晶半導体物質の基板と、
前記基板上の複数の層間絶縁膜と、
隣接する下部層間絶縁膜と隣接する上部層間絶縁膜の間に各々配置される複数のゲートパターンと、
前記複数の層間絶縁膜とゲートパターンを貫通し垂直方向に延長される単結晶半導体物質の垂直チャンネルとを含み、
前記各々のゲートパターンと垂直チャンネルの間には前記垂直チャンネルから前記ゲートパターンを絶縁させるゲート絶縁膜が具備され、各々の前記ゲートパターンとゲート絶縁膜の間に電荷トラップ膜が具備され、前記電荷トラップ膜は前記ゲートパターンとゲート絶縁膜の間で垂直方向に延長される第1部分、前記ゲートパターンと隣接する上部層間絶縁膜の間で水平方向に延長される第2部分、及び前記ゲートパターンと隣接する下部層間絶縁膜の間で水平方向に延長される第3部分を含むことを特徴とする半導体素子。 - 前記基板及び垂直チャンネルは単結晶半導体物質を含むことを特徴とする請求項7記載の半導体素子。
- 前記電荷トラップ膜は、導電物質または半導体物質からなるフローティングゲートを含むことを特徴とする請求項7記載の半導体素子。
- 前記ゲート絶縁膜は熱酸化膜を含むことを特徴とする請求項7記載の半導体素子。
- 上部選択トランジスタの上部選択ゲートに提供され、複数のゲートパターンのうち、最上部に位置する最上部ゲートパターンと、
下部選択トランジスタの下部選択ゲートに提供され、複数のゲートパターンのうち、最下部に位置する最下部ゲートパターンと、
半導体素子の共通ストリングのメモリセルトランジスタのコントロールゲートに提供され、前記最上部選択ゲート及び最下部選択ゲートの間に位置する複数の残りのゲートパターンと、
前記半導体素子のワードラインに提供されるように互いに接続され、第1水平方向に配置され、同一層に割当てられるセルトランジスタのコントロールゲートと、
前記垂直チャンネルによって互いに直列に接続されて半導体素子の共通のセルストリングをなすメモリセルトランジスタと、
前記半導体素子の第2水平方向に配置され、半導体素子のビットラインと互いに接続される垂直チャンネルの上部とを含み、
前記半導体素子は不揮発性メモリー素子を含むことを特徴とする請求項7記載の半導体素子。 - 前記複数の層間絶縁膜は、各々マルチ積層構造からなり、下部絶縁膜、中間絶縁膜、及び上部絶縁膜を含み、前記下部及び上部絶縁膜は中間絶縁膜とエッチング選択比を有する物質からなることを特徴とする請求項7記載の半導体素子。
- 水平方向に延長される基板と、
前記基板上の複数の層間絶縁膜と、
隣接する下部層間絶縁膜と隣接する上部層間絶縁膜の間に各々配置される複数のゲートパターンと、
前記複数の層間絶縁膜とゲートパターンを貫通して垂直方向に延長される単結晶半導体物質の垂直チャンネルとを含み、
前記各々のゲートパターンと垂直チャンネルの間には前記垂直チャンネルから前記ゲートパターンを絶縁させるための熱酸化膜を含むゲート絶縁膜が具備されることを特徴とする半導体素子。 - 前記基板及び垂直チャンネルは単結晶半導体物質を含むことを特徴とする請求項13記載の半導体素子。
- 前記各々のゲートパターンとゲート絶縁膜の間には電荷トラップ膜が含まれ、
前記電荷トラップ膜は、
前記ゲートパターン及びゲート絶縁膜の間に垂直方向に延長される第1部分と、
前記ゲートパターンと隣接する上部層間絶縁膜の間に水平方向に延長される第2部分と、
前記ゲートパターンと隣接する下部層間絶縁膜の間に水平方向に延長される第3部分と、
を含むことを特徴とする請求項13記載の半導体素子。 - 前記電荷トラップ膜は、導電物質または半導体物質からなるフローティングゲートを含むことを特徴とする請求項15記載の半導体素子。
- 上部選択トランジスタの上部選択ゲートに提供され、複数のゲートパターンのうち、最上部に位置する最上部ゲートパターンと、
下部選択トランジスタの下部選択ゲートに提供され、複数のゲートパターンのうち、最下部に位置する最下部ゲートパターンと、
半導体素子の共通ストリングのメモリセルトランジスタのコントロールゲートに提供され、前記最上部選択ゲート及び最下部選択ゲートの間に位置する複数の残りのゲートパターンと、
前記半導体素子のワードラインに提供されるように互いに接続され、第1水平方向に配置され、同一層に割当てられるセルトランジスタのコントロールゲートと、
前記垂直チャンネルによって互いに直列に接続されて半導体素子の共通のセルストリングをなすメモリセルトランジスタと、
前記半導体素子の第2水平方向に配置され、半導体素子のビットラインと互いに接続される垂直チャンネルの上部とを含み、
前記半導体素子は半導体メモリー素子を含むことを特徴とする請求項13記載の半導体素子。 - 前記複数の層間絶縁膜は、各々マルチ積層構造からなり、下部絶縁膜、中間絶縁膜、及び上部絶縁膜を含み、前記下部及び上部絶縁膜は中間絶縁膜とエッチング選択比を有する物質からなることを 特徴とする請求項13記載の半導体素子。
- 水平方向に延長される単結晶半導体物質の基板を提供する段階と、
前記基板上に複数の層間絶縁膜を提供する段階と、
隣接する下部層間絶縁膜と隣接する上部層間絶縁膜の間に各々配置される複数のゲートパターンを提供する段階と、
前記複数の層間絶縁膜とゲートパターンを貫通して垂直方向に延長される単結晶半導体物質の垂直チャンネルを提供する段階と、
前記各々のゲートパターンと垂直チャンネルの間には前記垂直チャンネルから前記ゲートパターンを絶縁させるゲート絶縁膜を提供する段階とを含むことを特徴とする半導体素子の製造方法。 - 前記各々のゲートパターンとゲート絶縁膜の間には電荷トラップ膜を提供する段階をさらに含み、
前記電荷トラップ膜は、
前記ゲートパターン及びゲート絶縁膜の間に垂直方向に延長される第1部分と、
前記ゲートパターンと隣接する上部層間絶縁膜の間に水平方向に延長される第2部分と、
前記ゲートパターンと隣接する下部層間絶縁膜の間に水平方向に延長される第3部分と、
を含むことを特徴とする請求項19記載の半導体素子の製造方法。 - 前記電荷トラップ膜は、導電物質または半導体物質からなるフローティングゲートを含むことを特徴とする請求項20記載の半導体素子の製造方法。
- 前記ゲート絶縁膜を提供する段階は、熱酸化膜を形成する工程を含むことを特徴とする請求項19記載の半導体素子の製造方法。
- 上部選択トランジスタの上部選択ゲートに提供され、複数のゲートパターンのうち、最上部に位置する最上部ゲートパターンと、
下部選択トランジスタの下部選択ゲートに提供され、複数のゲートパターンのうち、最下部に位置する最下部ゲートパターンと、
半導体素子の共通ストリングのメモリセルトランジスタのコントロールゲートに提供され、前記最上部選択ゲート及び最下部選択ゲートの間に位置する複数の残りのゲートパターンと、
前記半導体素子のワードラインに提供されるように互いに接続され、第1水平方向に配置され、同一層に割当てられるセルトランジスタのコントロールゲートと、を含み、これに加えて、
前記半導体素子の共通ストリングのメモリセルトランジスタを直列に接続させる段階と、
前記半導体素子のビットラインに提供されるように前記素子の第2水平方向に配置される垂直チャンネルの上部を接続させる段階と、を含み、
前記半導体素子は半導体メモリー素子であることを特徴とする請求項19記載の半導体素子の製造方法。 - 各々の前記複数の層間絶縁膜を提供する段階は、下部絶縁膜、中間絶縁膜、及び上部絶縁膜を含むマルチ積層構造を提供することを含み、前記下部及び上部絶縁膜は中間絶縁膜とエッチング選択比を有する物質からなることを特徴とする請求項19記載の半導体素子の製造方法。
- 水平方向に延長される単結晶半導体物質の基板を提供する段階と、
前記基板上に複数の層間絶縁膜を提供する段階と、
隣接する下部層間絶縁膜と隣接する上部層間絶縁膜の間に各々配置される複数のゲートパターンを提供する段階と、
前記複数の層間絶縁膜とゲートパターンを貫通して垂直方向に延長される単結晶半導体物質の垂直チャンネルを提供する段階と、
前記各々のゲートパターンと垂直チャンネルの間には前記垂直チャンネルから前記ゲートパターンを絶縁させるゲート絶縁膜を提供する段階と、
各々の前記ゲートパターンとゲート絶縁膜の間に電荷トラップ膜を提供する段階とを含み、前記電荷トラップ膜は前記ゲートパターンとゲート絶縁膜の間で垂直方向に延長される第1部分、前記ゲートパターンと隣接する上部層間絶縁膜の間で水平方向に延長される第2部分、及び前記ゲートパターンと隣接する下部層間絶縁膜の間で水平方向に延長される第3部分を含むことを特徴とする半導体素子の製造方法。 - 前記基板を提供する段階は、単結晶半導体物質を含む基板を提供することを含み、前記垂直チャンネルを提供する段階は、単結晶半導体物質を含む垂直チャンネルを提供することを含むことを特徴とする請求項25記載の半導体素子の製造方法。
- 前記電荷トラップ膜は導電物質または半導体物質からなるフローティングゲートを含むことを特徴とする請求項25記載の半導体素子の製造方法。
- 前記ゲート絶縁膜は、熱酸化膜を含むことを特徴とする請求項25記載の半導体素子の製造方法。
- 上部選択トランジスタの上部選択ゲートに提供され、複数のゲートパターンのうち、最上部に位置する最上部ゲートパターンと、
下部選択トランジスタの下部選択ゲートに提供され、複数のゲートパターンのうち、最下部に位置する最下部ゲートパターンと、
半導体素子の共通ストリングのメモリセルトランジスタのコントロールゲートに提供され、前記最上部選択ゲート及び最下部選択ゲートの間に位置する複数の残りのゲートパターンと、
前記半導体素子のワードラインに提供されるように互いに接続され、第1水平方向に配置され、同一層に割当てられるセルトランジスタのコントロールゲートと、を含み、これに加えて、
前記半導体素子の共通ストリングのメモリセルトランジスタを直列に接続させる段階と、
前記半導体素子のビットラインに提供されるように前記素子の第2水平方向に配置される垂直チャンネルの上部を接続させる段階と、を含み、
前記半導体素子は不揮発性半導体メモリー素子であることを特徴とする請求項25記載の半導体素子の製造方法。 - 各々の前記複数の層間絶縁膜を形成する段階は、下部絶縁膜、中間絶縁膜、及び上部絶縁膜を含むマルチ積層構造を形成する段階を含み、前記下部及び上部絶縁膜は中間絶縁膜とエッチング選択比を有する物質からなることを特徴とする請求項25記載の半導体素子の製造方法。
- 水平方向に延長される基板を提供する段階と、
前記基板上に複数の層間絶縁膜を提供する段階と、
隣接する下部層間絶縁膜と隣接する上部層間絶縁膜の間に各々配置される複数のゲートパターンを提供する段階と、
前記複数の層間絶縁膜とゲートパターンを貫通して垂直方向に延長される単結晶半導体物質の垂直チャンネルを提供する段階と、
前記各々のゲートパターンと垂直チャンネルの間には前記垂直チャンネルから前記ゲートパターンを絶縁させるための熱酸化膜を含むゲート絶縁膜を提供する段階と、を含むことを特徴とする半導体素子の製造方法。 - 前記基板を提供する段階は、単結晶半導体物質を含む基板を提供する段階を含み、前記垂直チャンネルを提供する段階は、単結晶半導体物質を含む垂直チャンネルを提供する段階を含むことを特徴とする請求項31記載の半導体素子の製造方法。
- 前記各々のゲートパターンとゲート絶縁膜の間には電荷トラップ膜を提供する段階をさらに含み、
前記電荷トラップ膜は、
前記ゲートパターン及びゲート絶縁膜の間に垂直方向に延長される第1部分と、
前記ゲートパターンと隣接する上部層間絶縁膜の間に水平方向に延長される第2部分と、
前記ゲートパターンと隣接する下部層間絶縁膜の間に水平方向に延長される第3部分と、
を含むことを特徴とする請求項31記載の半導体素子の製造方法。 - 前記電荷トラップ膜は、導電物質または半導体物質からなるフローティングゲートを含むことを特徴とする請求項33記載の半導体素子の製造方法。
- 上部選択トランジスタの上部選択ゲートに提供され、複数のゲートパターンのうち、最上部に位置する最上部ゲートパターンと、
下部選択トランジスタの下部選択ゲートに提供され、複数のゲートパターンのうち、最下部に位置する最下部ゲートパターンと、
半導体素子の共通ストリングのメモリセルトランジスタのコントロールゲートに提供され、前記最上部選択ゲート及び最下部選択ゲートの間に位置する複数の残りのゲートパターンと、
前記半導体素子のワードラインに提供されるように互いに接続され、第1水平方向に配置され、同一層に割当てられるセルトランジスタのコントロールゲートと、を含み、これに加えて、
前記半導体素子の共通ストリングのメモリセルトランジスタを直列に接続させる段階と、
前記半導体素子のビットラインに提供されるように前記素子の第2水平方向に配置される垂直チャンネルの上部を接続させる段階と、を含み、
前記半導体素子は半導体メモリー素子であることを特徴とする請求項31記載の半導体素子の製造方法。 - 各々の前記複数の層間絶縁膜を提供する段階は、下部絶縁膜、中間絶縁膜、及び上部絶縁膜を含むマルチ積層構造を提供する段階を含み、前記下部及び上部絶縁膜は中間絶縁膜とエッチング選択比を有する物質からなることを特徴とする請求項31記載の半導体素子の製造方法。
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