JP2016058652A - Manufacturing method of semiconductor memory - Google Patents
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Abstract
Description
本発明の実施形態は、半導体記憶装置の製造方法に関する。 Embodiments described herein relate generally to a method for manufacturing a semiconductor memory device.
メモリセルにおけるコントロールゲートとして機能する電極層を、絶縁層を介して複数積層した積層体にメモリホールが形成され、そのメモリホールの側壁に電荷蓄積膜を介してチャネルとなるシリコンボディが設けられた3次元構造のメモリデバイスが提案されている。 A memory hole is formed in a stacked body in which a plurality of electrode layers functioning as control gates in a memory cell are stacked via an insulating layer, and a silicon body serving as a channel is provided on the side wall of the memory hole via a charge storage film. A memory device having a three-dimensional structure has been proposed.
そのような3次元メモリデバイスのプロセスでは、エッチング対象膜の下の薄い膜を保護しつつ、その薄い膜の上のエッチング対象膜を異方的にエッチングする技術が求められることがある。 In the process of such a three-dimensional memory device, a technique for anisotropically etching the etching target film on the thin film while protecting the thin film under the etching target film may be required.
本発明の実施形態は、上の膜をエッチングするときに、その膜の下の膜の後退を抑制することができる半導体記憶装置の製造方法を提供する。 Embodiments of the present invention provide a method for manufacturing a semiconductor memory device that can suppress the receding of a film below the upper film when the upper film is etched.
実施形態によれば、半導体記憶装置の製造方法は、複数の第1層と、前記複数の第1層の間にそれぞれが設けられた複数の第2層とを有する積層体を導電層上に形成する工程を有する。また、実施形態によれば、半導体記憶装置の製造方法は、前記導電層に前記導電層の主面方向に延在する凹部を、前記積層体に前記積層体を貫通し前記凹部に通じるホールを形成する工程を有する。また、実施形態によれば、半導体記憶装置の製造方法は、前記ホールの側壁および前記凹部の内壁に、電荷蓄積膜およびチャネル膜を含む積層膜を形成する工程を有する。また、実施形態によれば、半導体記憶装置の製造方法は、前記積層体を貫通し、前記凹部に形成された前記積層膜に達する溝を形成する工程を有する。また、実施形態によれば、半導体記憶装置の製造方法は、前記溝の側壁および底面に、第1犠牲膜を形成する工程を有する。また、実施形態によれば、半導体記憶装置の製造方法は、前記第1犠牲膜の内側に、第2犠牲膜を形成する工程を有する。また、実施形態によれば、半導体記憶装置の製造方法は、前記溝の底面と前記第2犠牲膜との間の前記第1犠牲膜の底部を残して、前記溝の側壁に形成された前記第1犠牲膜を除去する工程を有する。また、実施形態によれば、半導体記憶装置の製造方法は、前記第1犠牲膜の前記底部の上の前記第2犠牲膜を除去する工程を有する。また、実施形態によれば、半導体記憶装置の製造方法は、前記第2犠牲膜を除去した後、前記第1犠牲膜の前記底部を覆うように、前記溝の側壁に絶縁膜を形成する工程を有する。また、実施形態によれば、半導体記憶装置の製造方法は、前記第1犠牲膜の前記底部の上の前記絶縁膜を除去し、前記第1犠牲膜の前記底部を露出させる工程を有する。また、実施形態によれば、半導体記憶装置の製造方法は、露出した前記第1犠牲膜の前記底部を等方性エッチングにより除去し、前記溝の底面に前記積層膜を露出させる工程を有する。また、実施形態によれば、半導体記憶装置の製造方法は、前記絶縁膜の内側に、前記凹部に形成された前記積層膜の前記チャネル膜に接する導電膜を形成する工程を有する。 According to the embodiment, a method for manufacturing a semiconductor memory device includes: stacking a plurality of first layers and a plurality of second layers each provided between the plurality of first layers on a conductive layer. Forming. According to the embodiment, the method of manufacturing a semiconductor memory device includes a recess extending in the main surface direction of the conductive layer in the conductive layer, and a hole penetrating the stacked body and leading to the recess in the stacked body. Forming. According to the embodiment, the method for manufacturing a semiconductor memory device includes a step of forming a stacked film including a charge storage film and a channel film on the side wall of the hole and the inner wall of the recess. According to the embodiment, the method for manufacturing a semiconductor memory device includes a step of forming a groove that penetrates the stacked body and reaches the stacked film formed in the recess. According to the embodiment, the method of manufacturing a semiconductor memory device includes a step of forming a first sacrificial film on the side wall and the bottom surface of the groove. According to the embodiment, the method for manufacturing a semiconductor memory device includes a step of forming a second sacrificial film inside the first sacrificial film. According to the embodiment, in the method of manufacturing a semiconductor memory device, the bottom of the first sacrificial film between the bottom surface of the groove and the second sacrificial film is left, and the semiconductor memory device is formed on the side wall of the groove. A step of removing the first sacrificial film; According to the embodiment, the method for manufacturing a semiconductor memory device includes a step of removing the second sacrificial film on the bottom portion of the first sacrificial film. According to the embodiment, in the method of manufacturing a semiconductor memory device, after the second sacrificial film is removed, an insulating film is formed on the side wall of the groove so as to cover the bottom of the first sacrificial film. Have According to the embodiment, the method of manufacturing a semiconductor memory device includes a step of removing the insulating film on the bottom portion of the first sacrificial film and exposing the bottom portion of the first sacrificial film. According to the embodiment, the method of manufacturing a semiconductor memory device includes a step of removing the exposed bottom portion of the first sacrificial film by isotropic etching to expose the stacked film on a bottom surface of the groove. According to the embodiment, the method for manufacturing a semiconductor memory device includes a step of forming a conductive film in contact with the channel film of the stacked film formed in the concave portion inside the insulating film.
以下、図面を参照し、実施形態について説明する。なお、各図面中、同じ要素には同じ符号を付している。 Hereinafter, embodiments will be described with reference to the drawings. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the same element in each drawing.
図1は、実施形態の半導体記憶装置におけるメモリセルアレイ1の模式斜視図である。なお、図1においては、図を見易くするために、絶縁層の図示については省略している。
FIG. 1 is a schematic perspective view of a
図1において、基板10の主面に対して平行な方向であって相互に直交する2方向をX方向(第1方向)およびY方向(第2方向)とし、これらX方向およびY方向の双方に対して直交する方向をZ方向(第3方向、積層方向)とする。
In FIG. 1, two directions that are parallel to the main surface of the
図2は、メモリセルアレイ1の模式断面図である。
メモリセルアレイ1は、図1に示すように複数の柱状部CLを有するが、図2には例えば1つの柱状部CLのみを表す。
FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of the
The
基板10上に、絶縁層41を介して、バックゲートBGが設けられている。バックゲートBGは導電層である。例えば、バックゲートBGは、シリコンを主成分として含むシリコン層であり、そのシリコン層には導電性を付与するための不純物(例えばボロン)がドープされている。
A back gate BG is provided on the
バックゲートBG上に、絶縁層42を介して、ソース側選択ゲート(下部ゲート層)SGSが設けられている。
A source-side selection gate (lower gate layer) SGS is provided on the back gate BG via an
ソース側選択ゲートSGS上には、絶縁層43を介して、複数の電極層(第1層)WLと複数の絶縁層(第2層)40とを有する積層体15が設けられている。電極層WLと絶縁層40とは交互に積層されている。
On the source-side selection gate SGS, a stacked
最上層の電極層WL上には、絶縁層40を介して、ドレイン側選択ゲート(上部ゲート層)SGDが設けられている。ドレイン側選択ゲートSGD上には、絶縁層44が設けられている。
On the uppermost electrode layer WL, a drain-side selection gate (upper gate layer) SGD is provided via an
ソース側選択ゲートSGS、ドレイン側選択ゲートSGD、および電極層WLは、例えば、シリコンを主成分として含むシリコン層であり、そのシリコン層には導電性を付与するための不純物として、例えばボロンがドープされている。あるいは、ソース側選択ゲートSGS、ドレイン側選択ゲートSGD、および電極層WLは、金属シリサイドを含んでいてもよい。あるいは、ソース側選択ゲートSGS、ドレイン側選択ゲートSGD、および電極層WLは、金属層(例えば、タングステンを主に含む層)である。 The source side selection gate SGS, the drain side selection gate SGD, and the electrode layer WL are, for example, silicon layers containing silicon as a main component, and the silicon layer is doped with, for example, boron as an impurity for imparting conductivity. Has been. Alternatively, the source side selection gate SGS, the drain side selection gate SGD, and the electrode layer WL may include metal silicide. Alternatively, the source side selection gate SGS, the drain side selection gate SGD, and the electrode layer WL are metal layers (for example, a layer mainly containing tungsten).
Y方向に配列された柱状部CLの列に対応して、ドレイン側選択ゲートSGDは、Y方向に複数に分離している。それぞれのドレイン側選択ゲートSGDはX方向に延びている。 Corresponding to the columns of the columnar portions CL arranged in the Y direction, the drain side select gates SGD are separated into a plurality in the Y direction. Each drain-side selection gate SGD extends in the X direction.
ドレイン側選択ゲートSGDの上には、図1に示すように、複数のビット線BL(金属膜)が設けられている。X方向に配列された柱状部CLの列に対応して、ビット線BLは、X方向に複数に分離している。それぞれのビット線BLはY方向に延びている。 A plurality of bit lines BL (metal films) are provided on the drain side select gate SGD as shown in FIG. Corresponding to the columns of the columnar portions CL arranged in the X direction, the bit lines BL are separated into a plurality in the X direction. Each bit line BL extends in the Y direction.
絶縁層44、ドレイン側選択ゲートSGD、積層体15、絶縁層43、ソース側選択ゲートSGS、および絶縁層42を、複数の柱状部CLが貫通している。柱状部CLは、積層体15の積層方向(Z方向)に延びている。柱状部CLは、例えば円柱もしくは楕円柱状に形成されている。
A plurality of columnar portions CL pass through the
また、絶縁層44、ドレイン側選択ゲートSGD、積層体15、絶縁層43、ソース側選択ゲートSGS、および絶縁層42を、ソース層SLが貫通している。ソース層SLは、積層体15の積層方向(Z方向)に延びている。
Further, the source layer SL penetrates the insulating
柱状部CLの下端およびソース層SLの下端は、バックゲートBGに達し、バックゲートBG内に設けられた連結部JPに接続している。 The lower end of the columnar part CL and the lower end of the source layer SL reach the back gate BG and are connected to a connecting part JP provided in the back gate BG.
ソース層SLは、金属(例えばタングステン)を含む。ソース層SLの側壁には、絶縁膜63が設けられている。絶縁膜63は、ソース層SLと電極層WLとの間、ソース層SLとソース側選択ゲートSGSとの間、ソース層SLとドレイン側選択ゲートSGDとの間、およびソース層SLとバックゲートBGとの間に設けられている。
The source layer SL includes a metal (for example, tungsten). An insulating
図3は、柱状部CLの一部の拡大模式断面図である。 FIG. 3 is an enlarged schematic cross-sectional view of a part of the columnar part CL.
柱状部CLは、後述するように、図7(a)に示すメモリホール53内に形成される。メモリホール53は、バックゲートBGに形成されバックゲートBGの主面方向(XY方向)に延在する凹部51に通じている。図7(b)に示すように、メモリホール53内および凹部51内には、チャネル膜20が設けられている。チャネル膜20は、例えばシリコンを主成分とするシリコン膜である。チャネル膜20は、実質的に不純物を含まない。
As will be described later, the columnar portion CL is formed in the
メモリホール53内のチャネル膜20は、積層体15の積層方向に延びる筒状に形成されている。チャネル膜20の上端部は、ドレイン側選択ゲートSGDを貫通し、図1に示すビット線BLに接続されている。
The
チャネル膜20は、凹部51の内壁に沿うようにバックゲートBG内にも設けられている。メモリホール53の側壁とチャネル膜20との間、および凹部51の内壁とチャネル膜20との間には、メモリ膜30が設けられている。
The
図3に示すように、メモリ膜30は、ブロック絶縁膜35と電荷蓄積膜32とトンネル絶縁膜31とを有する。メモリホール53の側壁に形成されたメモリ膜30は、積層体15の積層方向に延びる筒状に形成されている。
As shown in FIG. 3, the
電極層WLとチャネル膜20との間に、電極層WL側から順にブロック絶縁膜35、電荷蓄積膜32およびトンネル絶縁膜31が設けられている。ブロック絶縁膜35は電極層WLに接し、トンネル絶縁膜31はチャネル膜20に接し、電荷蓄積膜32は、ブロック絶縁膜35とトンネル絶縁膜31との間に設けられている。
Between the electrode layer WL and the
メモリ膜30はチャネル膜20の外周面を囲んでいる。電極層WLは、メモリ膜30を介して、チャネル膜20の外周面を囲んでいる。チャネル膜20の内側には、コア絶縁膜50が設けられている。
The
電極層WLはメモリセルのコントロールゲートとして機能する。電荷蓄積膜32はチャネル膜20から注入される電荷を蓄積するデータ記憶層として機能する。チャネル膜20と各電極層WLとの交差部分に、チャネル膜20の周囲をコントロールゲートが囲んだ縦型トランジスタ構造のメモリセルが形成されている。
The electrode layer WL functions as a control gate of the memory cell. The
実施形態の半導体記憶装置は、データの消去・書き込みを電気的に自由に行うことができ、電源を切っても記憶内容を保持することができる不揮発性半導体記憶装置である。 The semiconductor memory device according to the embodiment is a nonvolatile semiconductor memory device that can electrically and freely erase and write data and can retain stored contents even when the power is turned off.
メモリセルは、例えばチャージトラップ型のメモリセルである。電荷蓄積膜32は、電荷を捕獲するトラップサイトを多数有し、例えば、シリコン窒化膜を含む。
The memory cell is, for example, a charge trap type memory cell. The
トンネル絶縁膜31は、電荷蓄積膜32にチャネル膜20から電荷が注入される際、または電荷蓄積膜32に蓄積された電荷がチャネル膜20へ拡散する際に電位障壁となる。トンネル絶縁膜31は、例えばシリコン酸化膜を含む。トンネル絶縁膜31としては、一対のシリコン酸化膜でシリコン窒化膜を挟んだ構造の積層膜(ONO膜)を用いてもよい。トンネル絶縁膜31としてONO膜を用いると、シリコン酸化膜の単層に比べて、低電界での消去動作が可能となる。
The
ブロック絶縁膜35は、電荷蓄積膜32に蓄積された電荷が、電極層WLへ拡散するのを防止する。ブロック絶縁膜35は、電極層WLに接して設けられたキャップ膜34と、キャップ膜34と電荷蓄積膜32との間に設けられたブロック膜33とを有する。
The
ブロック膜33は、例えばシリコン酸化膜である。キャップ膜34は、シリコン酸化膜よりも誘電率の高い膜であり、例えば、シリコン窒化膜、酸化アルミニウム膜、酸化ハフニウム膜、酸化イットリウム膜などである。このようなキャップ膜34を電極層WLに接して設けることで、消去時に電極層WLから注入されるバックトンネル電子を抑制することができる。
The
図1に示すように、柱状部CLの上端部にはドレイン側選択トランジスタSTDが設けられ、下端部にはソース側選択トランジスタSTSが設けられている。 As shown in FIG. 1, a drain side select transistor STD is provided at the upper end of the columnar part CL, and a source side select transistor STS is provided at the lower end.
メモリセル、ドレイン側選択トランジスタSTD、およびソース側選択トランジスタSTSは、積層体15の積層方向(Z方向)に電流が流れる縦型トランジスタである。
The memory cell, the drain side select transistor STD, and the source side select transistor STS are vertical transistors in which current flows in the stacking direction (Z direction) of the stacked
ドレイン側選択ゲートSGDは、ドレイン側選択トランジスタSTDのゲート電極(コントロールゲート)として機能する。ドレイン側選択ゲートSGDとチャネル膜20との間には、ドレイン側選択トランジスタSTDのゲート絶縁膜として機能する絶縁膜が設けられている。
The drain side select gate SGD functions as a gate electrode (control gate) of the drain side select transistor STD. Between the drain side select gate SGD and the
ソース側選択ゲートSGSは、ソース側選択トランジスタSTSのゲート電極(コントロールゲート)として機能する。ソース側選択ゲートSGSとチャネル膜20との間には、ソース側選択トランジスタSTSのゲート絶縁膜として機能する絶縁膜が設けられている。
The source side select gate SGS functions as a gate electrode (control gate) of the source side select transistor STS. An insulating film functioning as a gate insulating film of the source side select transistor STS is provided between the source side select gate SGS and the
ドレイン側選択トランジスタSTDと、ソース側選択トランジスタSTSとの間には、各層の電極層WLをコントロールゲートとする複数のメモリセルが設けられている。それら複数のメモリセル、ドレイン側選択トランジスタSTDおよびソース側選択トランジスタSTSは、チャネルボディ20を通じて直列接続され、1つのメモリストリングMSを構成する。このメモリストリングMSがX方向およびY方向に複数配列されていることにより、複数のメモリセルがX方向、Y方向およびZ方向に3次元的に設けられている。
Between the drain side select transistor STD and the source side select transistor STS, there are provided a plurality of memory cells using the electrode layer WL of each layer as a control gate. The plurality of memory cells, the drain side select transistor STD, and the source side select transistor STS are connected in series through the
図2に示すように、チャネル膜20は、柱状部CLおよび連結部JPに一体に設けられている。メモリ膜30は、柱状部CLおよび連結部JPに一体に設けられている。連結部JPに設けられたチャネル膜20と、バックゲートBGとの間には、メモリ膜30が設けられている。
As shown in FIG. 2, the
ソース層SLの下端は、連結部JPに設けられたチャネル膜20に接している。連結部JPには、バックゲートBGをコントロールゲートとするバックゲートトランジスタBGTが設けられている。バックゲートBGに適切な電位を与え、バックゲートトランジスタBGTをオンにすることで、柱状部CLのチャネル膜20は、連結部JPのチャネル膜20を介して、ソース層SLと電気的に接続される。チャネル膜20の上端は、図1に示すビット線BLに接続されている。ソース層SLの上端は、図示しない上層配線に接続されている。
The lower end of the source layer SL is in contact with the
次に、図4(a)〜図17(b)を参照して、実施形態の半導体記憶装置の製造方法について説明する。 Next, with reference to FIGS. 4A to 17B, a method for manufacturing the semiconductor memory device of the embodiment will be described.
図4(a)に示すように、基板10上に絶縁層41を介して導電層BGaが形成される。基板10は、例えば、半導体基板であり、シリコン基板である。導電層BGaは、例えば、不純物がドープされたシリコン層である。
As shown in FIG. 4A, a conductive layer BGa is formed on the
導電層BGaには、図4(b)に示すように凹部51が形成され、その凹部51内には、図5(a)に示すように犠牲膜52が埋め込まれる。犠牲膜52は、例えばシリコン窒化膜である。犠牲膜52(凹部)が形成された部分は、メモリストリングMSの連結部JPになる。
A
導電層BGa上には、図5(b)に示すように、導電層BGbが形成される。犠牲膜52は、導電層BGbで覆われる。導電層BGbは導電層BGaと同じ材料であり、導電層BGaおよび導電層BGbは、バックゲートBGを構成する。
A conductive layer BGb is formed on the conductive layer BGa as shown in FIG. The
バックゲートBG上には、図6(a)に示すように、絶縁層42が形成される。絶縁層42上には、ソース側選択ゲートSGSが形成される。ソース側選択ゲートSGS上には、絶縁層43が形成される。
As shown in FIG. 6A, an insulating
絶縁層43上には、複数の電極層(第1層)WLと複数の絶縁層(第2層)40を含む積層体15が形成される。絶縁層43上に、電極層WLと絶縁層40とが交互に形成される。電極層WLと絶縁層40とを交互に形成する工程が複数回繰り返される。電極層WLと電極層WLとの間に、絶縁層40が設けられている。電極層WLと絶縁層40との積層数は、図に示す層数に限定されない。
On the insulating
最上層の電極層WL上には、絶縁層40を介して、ドレイン側選択ゲートSGDが形成される。ドレイン側選択ゲートSGD上には、絶縁層44が形成される。
On the uppermost electrode layer WL, the drain side select gate SGD is formed via the insulating
バックゲートBG上の積層体100には、図6(b)に示すように、メモリホール53が形成される。積層体100上に形成した図示しないマスク層を用いたRIE(Reactive Ion Etching)法により、メモリホール53が形成される。
As shown in FIG. 6B, the
メモリホール53は、積層体100を貫通し、さらに犠牲膜52の上のバックゲートBGも貫通して、犠牲膜52に達する。
The
次に、メモリホール53を通じた等方性エッチングにより、犠牲膜52を除去する。これにより、図7(a)に示すように、バックゲートBG内に形成された凹部51が現れる。凹部51は、バックゲートBGを構成する導電層BGaおよび導電層BGbの主面方向に延在し、メモリホール53とつながっている。
Next, the
メモリホール53の側壁および凹部51の内壁には、図7(b)に示すように、メモリ膜30が形成される。そのメモリ膜30の内側にはチャネル膜20が形成される。チャネル膜20の内側の空洞には、図8(a)に示すようにコア絶縁膜50が形成される。
A
メモリホール53に形成された、メモリ膜30、チャネル膜20、およびコア絶縁膜50を含む積層膜は、柱状部CLを形成する。凹部51に形成された、メモリ膜30、チャネル膜20、およびコア絶縁膜50を含む積層膜は、連結部JPを形成する。連結部JPは、バックゲートBG内に形成されている。連結部JPの最も外側にはメモリ膜30が形成され、そのメモリ膜30はバックゲートBGに接している。
The stacked film including the
積層体100の上面上に堆積した、メモリ膜30、チャネル膜20、およびコア絶縁膜50は、除去される。
The
次に、積層体100に、図8(b)に示すように、溝60が形成される。積層体100上に形成した図示しないマスク層を用いたRIE法により、溝60が形成される。溝60は、積層体100を貫通し、さらに連結部JPの上のバックゲートBGも貫通して、連結部JPのメモリ膜30に達する。
Next, as shown in FIG. 8B, the
図9(a)は、溝60が形成された部分の拡大断面を表す。
FIG. 9A shows an enlarged cross section of a portion where the
溝60は紙面を貫く方向に延びている。溝60の底面には、連結部JPのメモリ膜30が露出している。
The
溝60の側壁および底面には、図9(b)に示すように、第1犠牲膜61が形成される。第1犠牲膜61は、積層体100、メモリ膜30、およびチャネル膜20とは異種材料の膜である。第1犠牲膜61として、例えば、有機膜がCVD(Chemical Vapor Deposition)法により、溝60の側壁および底面に沿ってコンフォーマルに形成される。第1犠牲膜61の内側には空洞が残る。
As shown in FIG. 9B, a first
第1犠牲膜61の内側には、第2犠牲膜62が形成される。第2犠牲膜62は、第1犠牲膜61とは異種材料の膜である。第2犠牲膜62として、例えば、酸化シリコンを含むSOG(spin on glass)膜が塗布法により、第1犠牲膜61の内側に埋め込まれる。
A second
積層体100の上面の上の第1犠牲膜61の上に堆積した第2犠牲膜62は、RIE法によりエッチバックされ除去される。これにより、図10(a)に示すように、第1犠牲膜61が露出する。
The second
次に、第1犠牲膜61を、RIE法によりエッチバックする。これにより、積層体100の上面上、および溝60の側壁に形成されていた第1犠牲膜61は、図10(b)に示すように除去される。このRIEのとき、第2犠牲膜62がマスクとなり、溝60の底面と第2犠牲膜62との間の、第1犠牲膜61の底部61aは残る。
Next, the first
また、例えば酸素プラズマを用いたRIE法により、第1犠牲膜61をエッチバックすることで、溝60の底面に露出するメモリ膜30との選択比を十分確保できるので、露出した連結部JPのメモリ膜30やチャネル膜20がオーバーエッチングにより消失してしまうことはない。
In addition, by etching back the first
次に、第1犠牲膜61の底部61aの上の第2犠牲膜62を除去する。SOG膜である第2犠牲膜62は、例えばフッ酸を使ったウェットエッチング法により除去される。図11(a)に示すように、溝60の底面には、第1犠牲膜61の底部61aが残ったままとなる。
Next, the second
積層体100の絶縁層40、42、43、44が酸化シリコンを含む場合、第2犠牲膜62のウェットエッチングのとき、それら絶縁層40、42、43、44の溝60の側壁側の端部が少し後退する場合がある。
When the insulating
第2犠牲膜62を除去した後、図11(b)に示すように、溝60内に絶縁膜63を形成する。絶縁膜63は、第1犠牲膜61とは異種材料の膜である。絶縁膜63として、例えばシリコン酸化膜がCVD法により、溝60の側壁に沿って、且つ第1犠牲膜61の底部61aを覆うようにコンフォーマルに形成される。絶縁膜63の内側には空洞が残される。第1犠牲膜61の底部61aの側面および上面は、絶縁膜63で覆われる。
After removing the second
次に、RIE法により絶縁膜63をエッチバックする。第1犠牲膜61の底部61aの上の絶縁膜63は、図12(a)に示すように除去される。積層体100の上面上に堆積していた絶縁膜63も除去される。
Next, the insulating
絶縁膜63のエッチバックにより、第1犠牲膜61の底部61aが露出する。次に、例えば酸素プラズマを用いたアッシング法により、第1犠牲膜61の底部61aを除去する。これにより、図12(b)に示すように、溝60の底面に連結部JPのメモリ膜30が露出する。
By etching back the insulating
ここで、参照例として、例えば、溝60を形成した後、第1犠牲膜61および第2犠牲膜62を形成しないで、溝60内に絶縁膜63をコンフォーマルに形成すると、以下のような問題が懸念される。
Here, as a reference example, for example, after the
後の工程で溝60内に形成されるソース層SLと、電極層WLなどとの短絡を防ぐため、溝60の側壁には絶縁膜63を残しつつ、溝60の底面の絶縁膜63をRIE法で除去して、溝60の底面にソース層SLと接続するためのチャネル膜20を露出させるプロセスが求められる。
In order to prevent a short circuit between the source layer SL formed in the
溝60の下の連結部JPのメモリ膜30の厚さは例えば20〜30nm程度が予想され、そのメモリ膜30の下のチャネル膜20の厚さはさらに薄く例えば20nm以下が予想される。
The thickness of the
そのような薄い膜だと、溝60底面の絶縁膜63のRIE時のオーバーエッチングにより、チャネル膜20が消失してしまいソース層SLとコンタクトをとれない、あるいはチャネル膜20が非常に薄くなりソース層SLとのコンタクト抵抗が高くなってしまう可能性が懸念される。
In such a thin film, the
ビット密度を増大させるため、電極層WLの積層数の増大および溝60の幅の微細化が進むと、絶縁膜63の内側の空洞のアスペクト比が高くなる。そのようなアスペクト比の高い空洞の下の膜をRIE法で制御性よくエッチングするのは難しい。
As the bit density is increased, the aspect ratio of the cavity inside the insulating
これに対して、実施形態によれば、第1犠牲膜61の底部61aは、RIEのような異方性のエッチングではなく、等方性エッチングにより除去される。このため、絶縁膜63の内側の空洞のアスペクト比が高い場合でも、第1犠牲膜61の底部61aの下のチャネル膜20の過剰なエッチングを抑制できる。この結果、後の工程で形成されるソース層SLと、連結部JPのチャネル膜20との十分なコンタクトを確保でき、ソース層SLとチャネル膜20とのコンタクト抵抗の低下を防ぐことができる。
On the other hand, according to the embodiment, the bottom 61a of the first
第1犠牲膜61の底部61aを除去して溝60の底面にメモリ膜30を露出させた後、RIE法により、溝60の底面に露出するメモリ膜30を除去する。このとき、溝60の底面に露出するメモリ膜30の上には厚い絶縁膜がない。すなわち、厚い絶縁膜を完全に除去しつつメモリ膜30を露出させるエッチングプロセスが不要であり、そのようなエッチングプロセスで起こりがちな、薄いメモリ膜30やその下の薄いチャネル膜20のオーバーエッチングを抑制できる。図13(a)に示すように、溝60内の絶縁膜63の内側の空洞の下に、チャネル膜20に達する開口30aが形成され、チャネル膜20が露出する。
After removing the bottom 61a of the first
その後、絶縁膜63の内側の空洞内にソース層SLを形成する。図13(b)に示すように、ソース層SLは、連結部JPのチャネル膜20に接する。したがって、柱状部CLのチャネル膜20は、連結部JPのチャネル膜20を介して、ソース層SLと接続される。
Thereafter, the source layer SL is formed in the cavity inside the insulating
第1犠牲膜61としては、有機膜に限らず、例えばシリコン膜を使うこともできる。第1犠牲膜61がシリコン膜の場合、図10(b)の工程では、塩素系や臭素系ガスのプラズマを使用することでメモリ膜30との選択比を確保できる。また、図12(b)の工程では、有機アルカリ溶液を使用することで、シリコン膜である第1犠牲膜61の底部61aを等方性エッチングして除去することができる。
The first
次に、図14(a)〜図17(b)は、実施形態の半導体記憶装置の他の製造方法を示す模式断面図である。 Next, FIG. 14A to FIG. 17B are schematic cross-sectional views showing another method for manufacturing the semiconductor memory device of the embodiment.
図8(a)に示す工程まで、前述した実施形態と同様に進められる。そして、溝60を形成する。溝60を形成した後、または溝60を形成するときに、図14(a)に示すように、連結部JPのメモリ膜30が除去され、溝60の底面にチャネル膜20が露出する。
The process proceeds to the step shown in FIG. Then, the
以降、第1犠牲膜61および第2犠牲膜62を用いた上記実施形態と同様のプロセスが進められる。
Thereafter, the same process as in the above embodiment using the first
すなわち、溝60の側壁および底面には、図14(b)に示すように、第1犠牲膜61が形成される。第1犠牲膜61として、例えば、有機膜がCVD法により、溝60の側壁および底面に沿ってコンフォーマルに形成される。第1犠牲膜61の内側には空洞が残る。
That is, the first
第1犠牲膜61の内側には、第2犠牲膜62が形成される。第2犠牲膜62として、例えば、酸化シリコンを含むSOG膜が塗布法により、第1犠牲膜61の内側に埋め込まれる。
A second
積層体100の上面の上の第1犠牲膜61の上に堆積した第2犠牲膜62は、RIE法によりエッチバックされ除去される。これにより、図15(a)に示すように、第1犠牲膜61が露出する。
The second
次に、第1犠牲膜61を、RIE法によりエッチバックする。これにより、積層体100の上面上、および溝60の側壁に形成されていた第1犠牲膜61は、図15(b)に示すように除去される。このRIEのとき、第2犠牲膜62がマスクとなり、溝60の底面と第2犠牲膜62との間の、第1犠牲膜61の底部61aは残る。
Next, the first
次に、第1犠牲膜61の底部61aの上の第2犠牲膜62を除去する。SOG膜である第2犠牲膜62は、例えばフッ酸を使ったウェットエッチング法により除去される。図16(a)に示すように、溝60の底面には、第1犠牲膜61の底部61aが残ったままとなる。
Next, the second
第2犠牲膜62を除去した後、図16(b)に示すように、溝60内に絶縁膜63を形成する。絶縁膜63として、例えばシリコン酸化膜がCVD法により、溝60の側壁に沿って、且つ第1犠牲膜61の底部61aを覆うようにコンフォーマルに形成される。絶縁膜63の内側には空洞が残される。第1犠牲膜61の底部61aの側面および上面は、絶縁膜63で覆われる。
After removing the second
次に、RIE法により絶縁膜63をエッチバックする。第1犠牲膜61の底部61aの上の絶縁膜63は、図17(a)に示すように除去される。積層体100の上面上に堆積していた絶縁膜63も除去される。
Next, the insulating
絶縁膜63のエッチバックにより、第1犠牲膜61の底部61aが露出する。次に、例えば酸素プラズマを用いたアッシング法により、第1犠牲膜61の底部61aを除去する。これにより、図17(b)に示すように、溝60の底面に連結部JPのチャネル膜20が露出する。
By etching back the insulating
この実施形態においても、第1犠牲膜61の底部61aは、RIEのような異方性のエッチングではなく、等方性エッチングにより除去される。このため、絶縁膜63の内側の空洞のアスペクト比が高い場合でも、第1犠牲膜61の底部61aの下のチャネル膜20の過剰なエッチングを抑制できる。この結果、後の工程で形成されるソース層SLと、連結部JPのチャネル膜20との十分なコンタクトを確保でき、ソース層SLとチャネル膜20とのコンタクト抵抗の低下を防ぐことができる。
Also in this embodiment, the bottom 61a of the first
第1犠牲膜61の底部61aを除去するときのアッシングによりチャネル膜20の上面に形成されたシリコン酸化膜は、薬液処理により除去すればよい。その後、絶縁膜63の内側の空洞内にソース層SLを形成する。図17(b)に示すように、ソース層SLは、連結部JPのチャネル膜20に接する。したがって、柱状部CLのチャネル膜20は、連結部JPのチャネル膜20を介して、ソース層SLと接続される。
The silicon oxide film formed on the upper surface of the
以上説明した実施形態によれば、溝60の下の連結部JPのチャネル膜20を保護しつつ、ソース層SLとチャネル膜20とがコンタクトする部分の絶縁膜63を完全に除去し、ソース層SLとチャネル膜20とのコンタクト不良を防ぐことができる。
According to the embodiment described above, the insulating
積層体100を形成するにあたっては、第1層(例えばシリコン窒化膜)と、第1層とは異種材料の第2層(例えばシリコン酸化膜)とを交互に積層して、積層体100を形成してもよい。その後、積層体100を貫通するホールまたはスリットを通じたエッチングにより第1層を除去し、第1層が除去されたスペースに、電極層WL、選択ゲートSGD、SGSとなる導電層(例えば金属層)を形成することもできる。
In forming the
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。 Although several embodiments of the present invention have been described, these embodiments are presented by way of example and are not intended to limit the scope of the invention. These novel embodiments can be implemented in various other forms, and various omissions, replacements, and changes can be made without departing from the scope of the invention. These embodiments and modifications thereof are included in the scope and gist of the invention, and are included in the invention described in the claims and the equivalents thereof.
10…基板、20…チャネル膜、30…メモリ膜、32…電荷蓄積膜、40…絶縁層、51…凹部、60…溝、61…第1犠牲膜、62…第2犠牲膜、63…絶縁膜、WL…電極層、SL…ソース層、CL…柱状部、JP…連結部
DESCRIPTION OF
Claims (5)
前記導電層に前記導電層の主面方向に延在する凹部を、前記積層体に前記積層体を貫通し前記凹部に通じるホールを形成する工程と、
前記ホールの側壁および前記凹部の内壁に、電荷蓄積膜およびチャネル膜を含む積層膜を形成する工程と、
前記積層体を貫通し、前記凹部に形成された前記積層膜に達する溝を形成する工程と、
前記溝の側壁および底面に、第1犠牲膜を形成する工程と、
前記第1犠牲膜の内側に、第2犠牲膜を形成する工程と、
前記溝の底面と前記第2犠牲膜との間の前記第1犠牲膜の底部を残して、前記溝の側壁に形成された前記第1犠牲膜を除去する工程と、
前記第1犠牲膜の前記底部の上の前記第2犠牲膜を除去する工程と、
前記第2犠牲膜を除去した後、前記第1犠牲膜の前記底部を覆うように、前記溝の側壁に絶縁膜を形成する工程と、
前記第1犠牲膜の前記底部の上の前記絶縁膜を除去し、前記第1犠牲膜の前記底部を露出させる工程と、
露出した前記第1犠牲膜の前記底部を等方性エッチングにより除去し、前記溝の底面に前記積層膜を露出させる工程と、
前記絶縁膜の内側に、前記凹部に形成された前記積層膜の前記チャネル膜に接する導電膜を形成する工程と、
を備えた半導体記憶装置の製造方法。 Forming a laminated body having a plurality of first layers and a plurality of second layers each provided between the plurality of first layers on a conductive layer;
Forming a recess extending in the main surface direction of the conductive layer in the conductive layer, and forming a hole in the stacked body that penetrates the stacked body and communicates with the recessed portion;
Forming a stacked film including a charge storage film and a channel film on the side wall of the hole and the inner wall of the recess;
Forming a groove that penetrates the laminated body and reaches the laminated film formed in the recess;
Forming a first sacrificial film on the side wall and bottom surface of the groove;
Forming a second sacrificial film inside the first sacrificial film;
Removing the first sacrificial film formed on the side wall of the groove, leaving the bottom of the first sacrificial film between the bottom surface of the groove and the second sacrificial film;
Removing the second sacrificial film on the bottom of the first sacrificial film;
Forming an insulating film on a sidewall of the groove so as to cover the bottom of the first sacrificial film after removing the second sacrificial film;
Removing the insulating film on the bottom of the first sacrificial film to expose the bottom of the first sacrificial film;
Removing the exposed bottom portion of the first sacrificial film by isotropic etching to expose the laminated film on the bottom surface of the groove;
Forming a conductive film in contact with the channel film of the stacked film formed in the concave portion inside the insulating film;
A method for manufacturing a semiconductor memory device comprising:
前記第1犠牲膜の前記底部を除去した後、前記溝の底面に前記凹部に形成された前記チャネル膜が露出される請求項1記載の半導体記憶装置の製造方法。 The first sacrificial film is formed in the groove without exposing the channel film formed in the recess on the bottom surface of the groove,
The method of manufacturing a semiconductor memory device according to claim 1, wherein after removing the bottom portion of the first sacrificial film, the channel film formed in the recess is exposed on the bottom surface of the groove.
前記溝の側壁に形成された前記第1犠牲膜は、RIE(Reactive Ion Etching)法により除去され、
前記溝の底面の前記第1犠牲膜の前記底部は、アッシング法またはウェットエッチング法により除去される請求項1〜3のいずれか1つに記載の半導体記憶装置の製造方法。 The first sacrificial film is an organic film or a silicon film;
The first sacrificial film formed on the sidewall of the trench is removed by RIE (Reactive Ion Etching) method,
The method of manufacturing a semiconductor memory device according to claim 1, wherein the bottom portion of the first sacrificial film on the bottom surface of the groove is removed by an ashing method or a wet etching method.
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CN111952319A (en) * | 2020-08-21 | 2020-11-17 | 长江存储科技有限责任公司 | 3D NAND memory device and manufacturing method thereof |
US20210398593A1 (en) * | 2020-06-23 | 2021-12-23 | Iucf-Hyu (Industry-University Cooperation Foundation Hanyang University | Three-dimensional flash memory with back gate |
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2014
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