JP2016063027A - 不揮発性半導体記憶装置及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】実施形態に係わる不揮発性半導体記憶装置は、半導体基板11と、半導体基板11の表面に垂直なZ方向に、第1の絶縁層14、第1の電極層SGL0、…第nの絶縁層14、第nの電極層SGL1、及び、第(n+1)の絶縁層14の順で積み重ねられる第1の積層構造(但し、nは、自然数)と、Z方向に第1の積層構造を貫通する酸化物半導体層13と、第1、…及び、第nの電極層SGL0,…SGL1と、酸化物半導体層13との間に設けられ、電荷を蓄積する電荷蓄積層を備える第2の積層構造16と、酸化物半導体層13内に設けられ、第1、…及び、第(n+1)の絶縁層14の少なくとも1つに接触し、酸化物半導体層13内の酸素の組成比よりも低い酸素の組成比を有し、前記酸化物半導体層13の抵抗値よりも低い抵抗値を有する低抵抗領域15と、を備える。
【選択図】図2
Description
図1は、第1の実施例に係わる不揮発性半導体記憶装置を示している。図2は、図1のII−II線に沿う断面図であり、図3は、図1のIII−III線に沿う断面図である。
図7は、第2の実施例に係わる不揮発性半導体記憶装置を示している。図8は、図7のVIII−VIII線に沿う断面図であり、図9は、図7のIX−IX線に沿う断面図である。
上述の第1及び第2の実施例の変形例を説明する。
図1乃至図15の不揮発性半導体記憶装置の製造方法を説明する。
実施形態によれば、酸化物半導体層内の低抵抗領域により、読み出し/書き込み動作の高速化と、短チャネル効果(オフリーク電流)の抑制と、を同時に実現できる。従って、三次元不揮発性半導体記憶装置の高性能化及び高集積化を図ることができる。
Claims (20)
- 半導体基板と、
前記半導体基板の表面に垂直な第1の方向に、第1の絶縁層、第1の電極層、…第nの絶縁層、第nの電極層、及び、第(n+1)の絶縁層の順で積み重ねられる第1の積層構造(但し、nは、自然数)と、
前記第1の方向に前記第1の積層構造を貫通する酸化物半導体層と、
前記第1、…及び、第nの電極層と、前記酸化物半導体層との間に設けられ、電荷を蓄積する電荷蓄積層を備える第2の積層構造と、
前記酸化物半導体層内に設けられ、前記第1、…及び、第(n+1)の絶縁層の少なくとも1つに接触し、前記酸化物半導体層内の酸素の組成比よりも低い酸素の組成比を有し、前記酸化物半導体層の抵抗値よりも低い抵抗値を有する低抵抗領域と、
を具備する不揮発性半導体記憶装置。 - 前記低抵抗領域に接触する前記第1、…及び、第(n+1)の絶縁層の少なくとも1つは、前記酸化物半導体層を還元させる機能を持つ材料を備える、請求項1に記載の不揮発性半導体記憶装置。
- 前記低抵抗領域に接触する前記第1、…及び、第(n+1)の絶縁層の少なくとも1つは、シリコンリッチの酸化シリコン層及び水素リッチの絶縁層のうちの1つを備える、請求項2に記載の不揮発性半導体記憶装置。
- 前記低抵抗領域に接触する前記第1、…及び、第(n+1)の絶縁層の少なくとも1つは、シリコンリッチの酸化シリコン層及び水素リッチの絶縁層のうちの1つと、前記第1の方向においてそれを挟み込む2つの絶縁層と、を備える請求項2に記載の不揮発性半導体記憶装置。
- 前記酸化物半導体層は、In、Ga、Zn、及び、Snのグループから選択される元素を含む、請求項1乃至4のいずれか1項に記載の不揮発性半導体記憶装置。
- 前記酸化物半導体層は、InGaZn酸化物である、請求項5に記載の不揮発性半導体記憶装置。
- 前記nは、3以上の自然数であり、
前記第1及び第nの電極層は、選択トランジスタのゲートであり、
前記第2、…及び、第(n−1)の電極層は、メモリセルのゲートである、
請求項1乃至6のいずれか1項に記載の不揮発性半導体記憶装置。 - 前記nは、4以上の自然数であり、前記低抵抗領域は、前記第3、…及び、第(n−1)の絶縁層に接触する、請求項7に記載の不揮発性半導体記憶装置。
- 前記低抵抗領域は、前記第第2及び第nの絶縁層に接触する、請求項7に記載の不揮発性半導体記憶装置。
- 前記低抵抗領域は、前記第1及び第(n+1)の絶縁層に接触する、請求項7に記載の不揮発性半導体記憶装置。
- 前記低抵抗領域は、前記酸化物半導体層を取り囲む、請求項1乃至10のいずれか1項に記載の不揮発性半導体記憶装置。
- 前記第1の方向における前記低抵抗領域の幅は、前記第1の方向における前記低抵抗領域に接触する前記シリコンリッチの酸化シリコン層及び前記水素リッチの絶縁層のうちの1つの幅に実質的に等しい、請求項3又は4に記載の不揮発性半導体記憶装置。
- 前記第2の積層構造は、前記酸化物半導体層を取り囲むゲート絶縁層及びブロック絶縁層をさらに備え、前記電荷蓄積層は、前記ゲート絶縁層及び前記ブロック絶縁層間に設けられる、請求項1乃至12のいずれか1項に記載の不揮発性半導体記憶装置。
- 前記酸化物半導体層の第1の端部に接続される第1の導電線と、前記酸化物半導体層の第2の端部に接続され、前記半導体基板の表面に平行な第2の方向に延びる第2の導電線と、をさらに具備し、
前記第1、…及び、第nの電極層は、前記半導体基板の表面に平行でかつ前記第2の方向に交差する第3の方向に延びる、
請求項1乃至13のいずれか1項に記載の不揮発性半導体記憶装置。 - 前記第1の導電線は、前記第2の方向又は前記第3の方向に延びる、請求項14に記載の不揮発性半導体記憶装置。
- 前記酸化物半導体層は、前記第1の方向に延びるコア層の周囲に設けられる、請求項1乃至15のいずれか1項に記載の不揮発性半導体記憶装置。
- 請求項1に記載の不揮発性半導体記憶装置の製造方法において、
前記第1の方向に、前記第1の絶縁層、第1のダミー層、…前記第nの絶縁層、第nのダミー層、及び、前記第(n+1)の絶縁層の順で積み重ねられる第3の積層構造を形成し、
前記第1の方向に前記第3の積層構造を貫通するダミー半導体層を形成し、
前記ダミー半導体層を形成した後、前記第1のダミー層、…、及び、第nのダミー層を除去し、
前記第1のダミー層、…、及び、第nのダミー層を除去することにより露出した前記ダミー半導体層を取り囲む、前記第2の積層構造、前記第1の電極層、…、及び、第nの電極層を形成し、
前記ダミー半導体層を前記酸化物半導体層に置き換える、
不揮発性半導体記憶装置の製造方法。 - 前記酸化物半導体層を前記第1、…及び、第(n+1)の絶縁層に接触させることにより、前記酸化物半導体層内に、前記第1、…及び、第(n+1)の絶縁層の少なくとも1つに接触する前記低抵抗領域を形成する、請求項17に記載の不揮発性半導体記憶装置の製造方法。
- 前記低抵抗領域に接触する前記第1、…及び、第(n+1)の絶縁層の少なくとも1つがシリコンリッチの酸化シリコン層であるとき、前記酸化物半導体層内の酸素を前記シリコンリッチの酸化シリコン層内へ移動させ、前記酸化物半導体層を還元させることにより、前記低抵抗領域を形成する、請求項18に記載の不揮発性半導体記憶装置の製造方法。
- 前記低抵抗領域に接触する前記第1、…及び、第(n+1)の絶縁層の少なくとも1つが水素リッチの絶縁層であるとき、前記水素リッチの絶縁層内の水素を前記酸化物半導体層内へ移動させ、前記酸化物半導体層を還元させることにより、前記低抵抗領域を形成する、請求項18に記載の不揮発性半導体記憶装置の製造方法。
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