JP2017098428A - Semiconductor memory - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To reduce a stress caused by a wiring layer.SOLUTION: According to one embodiment, a semiconductor memory includes a substrate, and a laminate. The laminate is provided in a first direction in parallel in a flat surface parallel to the substrate, and is extended to a second direction orthogonal to the first direction. A plurality of conductors are laminated and formed through an insulation layer on the substrate. The conductor includes at least a first conductor layer applying a tensile stress to the substrate and a second conductor layer applying a compression stress to the substrate. The second conductor layer is laminated and formed on the first conductor layer, or the second conductor layer is laminated and formed on the first conductor layer.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明の実施形態は、半導体記憶装置に関する。   Embodiments described herein relate generally to a semiconductor memory device.

半導体記憶装置は、半導体のウェーハプロセスを用いて製造される。半導体記憶装置の大容量化、低消費電力化、および低コスト化は、ウェーハプロセスにおける2次元の微細化技術の進展に伴って実現されてきた。   A semiconductor memory device is manufactured using a semiconductor wafer process. Increasing the capacity, lowering power consumption, and reducing the cost of semiconductor memory devices has been realized with the progress of two-dimensional miniaturization technology in the wafer process.

更なる微細加工には、これまで以上に莫大な設備投資が必要となる。また、トランジスタの微細化限界が指摘されている。このため、メモリセルを縦方向に複数積層形成した3次元メモリセルアレイを備えた不揮発性半導体記憶装置の開発が多方面で進められている。   Further microfabrication requires an enormous capital investment than ever before. In addition, the miniaturization limit of transistors has been pointed out. For this reason, development of a nonvolatile semiconductor memory device including a three-dimensional memory cell array in which a plurality of memory cells are stacked in the vertical direction is being promoted in various fields.

3次元メモリセルアレイの大容量化には、ワード線などの配線層の積層数を大幅に増加させる必要がある。配線層には、配線抵抗を低減するために、多結晶シリコン膜よりも低抵抗の金属膜や金属シリサイド膜を用いられる。金属膜や金属シリサイド膜は、半導体記憶装置の半導体基板とはヤング率が異なるので、配線層の積層数が増大するとウエハに所定値以上の引っ張り応力或いは圧縮応力が発生する。引っ張り応力或いは圧縮応力が発生するとウエハの反り量が増大し、合わせずれやウエハアライメントエラーを含めた製造工程トラブルが発生して歩留低下等の原因となる。   In order to increase the capacity of a three-dimensional memory cell array, it is necessary to greatly increase the number of wiring layers such as word lines. For the wiring layer, a metal film or metal silicide film having a resistance lower than that of the polycrystalline silicon film is used in order to reduce the wiring resistance. Since the metal film and the metal silicide film have different Young's moduli from the semiconductor substrate of the semiconductor memory device, when the number of wiring layers is increased, a tensile stress or a compressive stress exceeding a predetermined value is generated on the wafer. When tensile stress or compressive stress is generated, the amount of warpage of the wafer is increased, and manufacturing process troubles including misalignment and wafer alignment errors occur, leading to a decrease in yield.

米国特許出願公開第2015/0055413号明細書US Patent Application Publication No. 2015/0055413 特開2015−153449号公報Japanese Patent Laying-Open No. 2015-153449

本発明の実施形態は、配線層によって発生する応力を緩和することができる半導体記憶装置を提供することにある。   An embodiment of the present invention is to provide a semiconductor memory device that can relieve stress generated by a wiring layer.

一つの実施形態によれば、半導体記憶装置は、基板、積層体を有する。積層体は、基板に平行な平面内において、第1方向に並設され、第1方向と直交する第2方向に延在し、基板上に絶縁層を介して導電体が複数積層形成される。導電体は、基板に対して引っ張り応力を与える第1導電層と基板に対して圧縮応力を与える第2導電層を少なくとも有し、第1導電層上に第2導電層が積層形成、或いは第1導電層上に第2導電層が積層形成される。   According to one embodiment, the semiconductor memory device includes a substrate and a stacked body. The stacked body is arranged in parallel in the first direction in a plane parallel to the substrate, extends in a second direction perpendicular to the first direction, and a plurality of stacked conductors are formed on the substrate via an insulating layer. . The conductor has at least a first conductive layer that applies tensile stress to the substrate and a second conductive layer that applies compressive stress to the substrate, and the second conductive layer is laminated on the first conductive layer. A second conductive layer is stacked on one conductive layer.

第1の実施形態に係る半導体記憶装置を示す断面図である。1 is a cross-sectional view showing a semiconductor memory device according to a first embodiment. 第1の実施形態に係る半導体記憶装置を示す断面図である。1 is a cross-sectional view showing a semiconductor memory device according to a first embodiment. 第1の実施形態に係るメモリセルアレイを示す断面図である。1 is a cross-sectional view showing a memory cell array according to a first embodiment. 応力発生を説明する図、図4(a)は基板と膜の積層構造を示す図、図4(b)は引っ張り応力が発生した場合を示す図、図4(c)は圧縮応力が発生した場合を示す図である。FIG. 4 (a) is a diagram illustrating a laminated structure of a substrate and a film, FIG. 4 (b) is a diagram illustrating a case where tensile stress is generated, and FIG. 4 (c) is a diagram illustrating compressive stress. It is a figure which shows a case. シリコンと種々の金属のヤング率の関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the Young's modulus of silicon and various metals. シリコンと種々の金属の仕事関数の関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the work function of a silicon | silicone and various metals. 第1の実施形態に係る変形例のメモリセルトランジスタを示す断面図、図7(a)は第1変形例であり、図7(b)は第2変形例である。Sectional drawing which shows the memory cell transistor of the modification concerning 1st Embodiment, Fig.7 (a) is a 1st modification, FIG.7 (b) is a 2nd modification. 第1の実施形態に係る第3変形例のメモリセルトランジスタを示す断面図である。It is sectional drawing which shows the memory cell transistor of the 3rd modification based on 1st Embodiment. 第1の実施形態に係る第4変形例のメモリセルトランジスタを示す断面図である。It is sectional drawing which shows the memory cell transistor of the 4th modification based on 1st Embodiment. 第1の実施形態に係る第5変形例のメモリセルトランジスタを示す断面図である。It is sectional drawing which shows the memory cell transistor of the 5th modification based on 1st Embodiment. 第1の実施形態に係る半導体記憶装置の製造工程を示す断面図である。6 is a cross-sectional view showing a manufacturing process of the semiconductor memory device according to the first embodiment. FIG. 第1の実施形態に係る半導体記憶装置の製造工程を示す断面図である。6 is a cross-sectional view showing a manufacturing process of the semiconductor memory device according to the first embodiment. FIG. 第1の実施形態に係る半導体記憶装置の製造工程を示す断面図である。6 is a cross-sectional view showing a manufacturing process of the semiconductor memory device according to the first embodiment. FIG. 第1の実施形態に係るメタル積層数とウエハ反りの関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the number of metal lamination | stacking which concerns on 1st Embodiment, and wafer curvature. 第2の実施形態に係る半導体記憶装置を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the semiconductor memory device which concerns on 2nd Embodiment. 第2の実施形態に係る半導体記憶装置を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the semiconductor memory device which concerns on 2nd Embodiment. 第2の実施形態に係るメモリセルアレイを示す断面図である。It is sectional drawing which shows the memory cell array concerning 2nd Embodiment. 第2の実施形態に係る第6変形例の抵抗変化素子を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the resistance change element of the 6th modification based on 2nd Embodiment. 第2の実施形態に係る第7変形例の抵抗変化素子を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the resistance change element of the 7th modification based on 2nd Embodiment.

以下本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。図中の同一部分には、同一番号を付してその詳しい説明は適宜省略し、異なる部分について説明する。なお、図面は模式的或いは概念的なものであり、各部分の厚みと幅の関係、部分間の大きさの比率などは、必ずしも現実のものとは同一とは限らない。また、同じ部分を示す場合でも図面により互いの寸法や比率が異なって示される場合がある。   Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. The same parts in the drawings are denoted by the same reference numerals, detailed description thereof will be omitted as appropriate, and different parts will be described. The drawings are schematic or conceptual, and the relationship between the thickness and width of each part, the size ratio between the parts, and the like are not necessarily the same as the actual ones. Even when the same portion is shown, the dimensions and ratios may be differently shown in the drawings.

(第1の実施形態)
まず、第1の実施形態に係る半導体記憶装置について、図面を参照して説明する。図1及び図2は半導体記憶装置を示す断面図である。図3はメモリセルアレイを示す断面図である。
(First embodiment)
First, the semiconductor memory device according to the first embodiment will be described with reference to the drawings. 1 and 2 are cross-sectional views showing a semiconductor memory device. FIG. 3 is a cross-sectional view showing the memory cell array.

本実施形態では、ワード線などに用いられる導電体に、基板に対して引っ張り応力を与える第1導電層と基板に対して圧縮応力を与える第2導電層を積層形成して、発生する応力を抑制している。   In this embodiment, a first conductive layer that applies tensile stress to a substrate and a second conductive layer that applies compressive stress to a substrate are stacked on a conductor used for a word line or the like, and the generated stress is reduced. Suppressed.

図1及び図2に示すように、半導体記憶装置100は、例えばNAND型フラッシュメモリであり、3次元構造のメモリセルアレイMCAを有する。半導体記憶装置100には、絶縁層4を介して導電体5が複数積層形成され、導電体5上に絶縁層4を介して導電体6が形成された積層体60が基板1上に設けられる。積層体60の領域にメモリセルアレイMCAが形成される。導電体5はワード線配線及びメモリセルトランジスタのゲート電極として用いられ、導電体6は選択ゲート配線及び選択トランジスタの選択ゲート電極として用いられる。   As shown in FIGS. 1 and 2, the semiconductor memory device 100 is, for example, a NAND flash memory, and includes a memory cell array MCA having a three-dimensional structure. In the semiconductor memory device 100, a stacked body 60 in which a plurality of conductors 5 are formed through the insulating layer 4 and a conductor 6 is formed over the conductor 5 through the insulating layer 4 is provided on the substrate 1. . A memory cell array MCA is formed in the region of the stacked body 60. The conductor 5 is used as the word line wiring and the gate electrode of the memory cell transistor, and the conductor 6 is used as the selection gate wiring and the selection gate electrode of the selection transistor.

ここで、図1は、メモリセルアレイMCAのワード線に対して垂直な断面を示し、図2は、ワード線の延在方向に平行な断面を示している。   Here, FIG. 1 shows a cross section perpendicular to the word lines of the memory cell array MCA, and FIG. 2 shows a cross section parallel to the extending direction of the word lines.

本実施形態の説明では、基板1に平行な面内における第1の方向をX方向とし、同じ面内においてX方向に直交する第2の方向をY方向とする。X方向及びY方向に直交し、基板1対して垂直な方向をZ方向とする。   In the description of the present embodiment, the first direction in a plane parallel to the substrate 1 is the X direction, and the second direction orthogonal to the X direction is the Y direction in the same plane. A direction perpendicular to the X direction and the Y direction and perpendicular to the substrate 1 is defined as a Z direction.

図1に示すように、絶縁層2は、基板1上に設けられる。基板1は、例えばシリコン基板が用いられる。導電層3は、絶縁層2上に設けられる。積層体60は、導電層3上に設けられる。絶縁層14は、積層体60の最下層の絶縁層4に達し、絶縁層7、導電体6、及び複数の絶縁層4と導電体5を貫通する。絶縁層15は、積層体60の最上層の絶縁層4に達し、絶縁層7及び導電体6を貫通する。   As shown in FIG. 1, the insulating layer 2 is provided on the substrate 1. As the substrate 1, for example, a silicon substrate is used. The conductive layer 3 is provided on the insulating layer 2. The stacked body 60 is provided on the conductive layer 3. The insulating layer 14 reaches the lowermost insulating layer 4 of the stacked body 60 and penetrates the insulating layer 7, the conductor 6, and the plurality of insulating layers 4 and the conductor 5. The insulating layer 15 reaches the uppermost insulating layer 4 of the stacked body 60 and penetrates the insulating layer 7 and the conductor 6.

NANDストリングス70は、U字型構造を有する。NANDストリングス70は、導電層3に達し、絶縁層7及び積層体60を貫通する。NANDストリングス70は、半導体層11a、半導体層11b、連結部12、及びメモリ層13を有する。半導体層11aとして示す図中左側の半導体層11と半導体層11bとして示す図中右側の半導体層11は、導電層3に達し、絶縁層7及び積層体60を貫通する。連結部12は、半導体層11aの底部と半導体層11bの底部を連結する。半導体層11a、半導体層11b、及び連結部12の外周部には、メモリ層13が設けられる。   The NAND strings 70 have a U-shaped structure. The NAND strings 70 reach the conductive layer 3 and penetrate the insulating layer 7 and the stacked body 60. The NAND string 70 includes a semiconductor layer 11 a, a semiconductor layer 11 b, a coupling portion 12, and a memory layer 13. The semiconductor layer 11 on the left side in the drawing shown as the semiconductor layer 11 a and the semiconductor layer 11 on the right side in the drawing shown as the semiconductor layer 11 b reach the conductive layer 3 and penetrate the insulating layer 7 and the stacked body 60. The connection part 12 connects the bottom part of the semiconductor layer 11a and the bottom part of the semiconductor layer 11b. A memory layer 13 is provided on the outer periphery of the semiconductor layer 11 a, the semiconductor layer 11 b, and the connecting portion 12.

積層体60上には、絶縁層8、絶縁層9が設けられる。絶縁層9中には、ビット線18が設けられる。ビット線18と半導体層11bは、コンタクトプラグ16及びコンタクトプラグ20を介して接続される。絶縁層8表面には、ソース線17が設けられる。ソース線17と半導体層11aは、コンタクトプラグ20を介して接続される。絶縁層8上には、パッド電極19が設けられる。   An insulating layer 8 and an insulating layer 9 are provided on the stacked body 60. A bit line 18 is provided in the insulating layer 9. The bit line 18 and the semiconductor layer 11 b are connected via the contact plug 16 and the contact plug 20. A source line 17 is provided on the surface of the insulating layer 8. The source line 17 and the semiconductor layer 11a are connected through a contact plug 20. A pad electrode 19 is provided on the insulating layer 8.

図2に示すように、メモリセルアレイMCAは、中央部に半導体層11及びメモリ層13からなる半導体ピラー80を有し、ワード線の延在方向(ワード線引き出し方向)端部にテラス部(階段部)を有する。半導体ピラー80は、導電層3に達し、絶縁層7及び積層体60を貫通する。テラス部(階段部)の絶縁層8の表面には、配線24が設けられる。配線24とテラス部(階段部)の導電体5は、コンタクトプラグ23を介して接続される。パッド電極19と配線24は、コンタクトプラグ25、配線26、及びコンタクトプラグ28を介して接続される。   As shown in FIG. 2, the memory cell array MCA has a semiconductor pillar 80 composed of a semiconductor layer 11 and a memory layer 13 at the center, and a terrace portion (step) at the end of the word line extending direction (word line drawing direction). Part). The semiconductor pillar 80 reaches the conductive layer 3 and penetrates the insulating layer 7 and the stacked body 60. A wiring 24 is provided on the surface of the insulating layer 8 in the terrace portion (step portion). The wiring 24 and the conductor 5 in the terrace portion (step portion) are connected via a contact plug 23. The pad electrode 19 and the wiring 24 are connected via a contact plug 25, a wiring 26, and a contact plug 28.

積層体60は、基板1に平行な平面内において、第1方向(X方向)に並設され、第1方向(X方向)と直交する第2方向(Y方向)に延在し、基板1上に絶縁層4を介して導電体が積層形成される。   The stacked body 60 is juxtaposed in the first direction (X direction) in a plane parallel to the substrate 1 and extends in a second direction (Y direction) orthogonal to the first direction (X direction). A conductor is laminated on the insulating layer 4 therebetween.

ここで、絶縁層2、絶縁層4、絶縁層7、絶縁層14、及び絶縁層15には、例えばシリコン酸化膜が用いられる。導電層3は、バックゲートとして機能し、例えばシリコン或いは多結晶シリコンが用いられる。半導体層11は、例えば多結晶シリコン或いはアモルファスシリコンが用いられる。メモリ層13は、例えばシリコン酸化膜/シリコン窒化膜/シリコン酸化膜の3層積層された積層膜が用いられる。   Here, for the insulating layer 2, the insulating layer 4, the insulating layer 7, the insulating layer 14, and the insulating layer 15, for example, a silicon oxide film is used. The conductive layer 3 functions as a back gate, and for example, silicon or polycrystalline silicon is used. For example, polycrystalline silicon or amorphous silicon is used for the semiconductor layer 11. As the memory layer 13, for example, a laminated film in which three layers of silicon oxide film / silicon nitride film / silicon oxide film are laminated is used.

図3に示すように、メモリセルアレイMCAの導電体5は、少なくとも2つ以上の導電層を有する。導電体5は、例えば導電層31(第1導電層)と導電層32(第2導電層)が積層形成される。メモリセルアレイMCAの導電体6は、少なくとも2つ以上の導電層を有する。導電体6は、例えば導電層31(第1導電層)と導電層32(第2導電層)が積層形成される。導電層31は、例えば基板1に対して引っ張り応力を与える。導電層31上に設けられる導電層32は、例えば基板1に対して圧縮応力を与える。   As shown in FIG. 3, the conductor 5 of the memory cell array MCA has at least two conductive layers. For example, the conductor 5 is formed by stacking a conductive layer 31 (first conductive layer) and a conductive layer 32 (second conductive layer). The conductor 6 of the memory cell array MCA has at least two conductive layers. For example, the conductor 6 is formed by laminating a conductive layer 31 (first conductive layer) and a conductive layer 32 (second conductive layer). The conductive layer 31 applies tensile stress to the substrate 1, for example. The conductive layer 32 provided on the conductive layer 31 applies compressive stress to the substrate 1, for example.

導電体5(導電層31及び導電層32)、メモリ層13、半導体層11は、メモリセルトランジスタMCTを構成する。導電体5(導電層31及び32)がゲート電極、メモリ層13がゲート絶縁膜、半導体層11がソース、チャネル部、ドレインとして機能する。メモリセルトランジスタMCTは、基板1対して垂直な第3方向(Z方向)に多段形成される。   The conductor 5 (the conductive layer 31 and the conductive layer 32), the memory layer 13, and the semiconductor layer 11 constitute a memory cell transistor MCT. The conductor 5 (conductive layers 31 and 32) functions as a gate electrode, the memory layer 13 functions as a gate insulating film, and the semiconductor layer 11 functions as a source, a channel portion, and a drain. The memory cell transistors MCT are formed in multiple stages in a third direction (Z direction) perpendicular to the substrate 1.

導電体6(導電層31及び導電層32)、メモリ層13、半導体層11は、選択トランジスタSGTを構成する。導電体6(導電層31及び32)が選択ゲート電極、メモリ層13がゲート絶縁膜、半導体層11がソース、チャネル部、ドレインとして機能する。   The conductor 6 (the conductive layer 31 and the conductive layer 32), the memory layer 13, and the semiconductor layer 11 constitute a selection transistor SGT. The conductor 6 (conductive layers 31 and 32) functions as a selection gate electrode, the memory layer 13 functions as a gate insulating film, and the semiconductor layer 11 functions as a source, a channel portion, and a drain.

ゲート電極としての導電体5(導電層31及び導電層32)、選択ゲート電極としての導電体6(導電層31及び導電層32)は、配線としても使用されるので低抵抗な材料を用いるのが好ましい。本実施形態では、導電層31及び導電層32に多結晶シリコンよりも低抵抗な金属や金属シリサイドを用いている。導電体5はワード線配線及びメモリセルトランジスタのゲート電極として用いられ、導電体6は選択ゲート配線及び選択ゲート電極として用いられる。   Since the conductor 5 (conductive layer 31 and conductive layer 32) as the gate electrode and the conductor 6 (conductive layer 31 and conductive layer 32) as the selection gate electrode are also used as wiring, a low-resistance material is used. Is preferred. In this embodiment, the conductive layer 31 and the conductive layer 32 are made of a metal or metal silicide having a resistance lower than that of polycrystalline silicon. The conductor 5 is used as the word line wiring and the gate electrode of the memory cell transistor, and the conductor 6 is used as the selection gate wiring and the selection gate electrode.

次に、積層膜での応力発生について図4を参照して説明する。図4(a)は、基板と膜の積層構造を示す図である。図4(b)は、積層膜での引っ張り応力が発生した場合を示す図である。図4(c)は、積層膜での圧縮応力が発生した場合を示す図である。   Next, the generation of stress in the laminated film will be described with reference to FIG. FIG. 4A is a diagram showing a laminated structure of a substrate and a film. FIG. 4B is a diagram illustrating a case where tensile stress is generated in the laminated film. FIG. 4C is a diagram illustrating a case where compressive stress is generated in the laminated film.

図4(a)に示す基板41と基板41上に形成された膜42の積層膜において、発生する応力について説明する。基板41と膜42の物性が異なると積層膜が湾曲して基板41に応力σが与えられる。具体的には、応力σは、
σ=(ED)/{6(1−V)R×t}・・・式(1)
で表される。ここで、Eはヤング率、Vはポアソン比、Dは基板41の膜厚、Rは曲率半径、tは膜42の膜厚である。式(1)は、t<<Dの条件で成立する式であり、S.P.Muraka(SILICIDES FOR VLSI APPLICATIONS, 1983, Academic Press社、 頁64, 式(19))などに開示されている。
The stress generated in the laminated film of the substrate 41 and the film 42 formed on the substrate 41 shown in FIG. If the physical properties of the substrate 41 and the film 42 are different, the laminated film is curved and a stress σ is applied to the substrate 41. Specifically, the stress σ is
σ = (ED 2 ) / {6 (1-V) R × t} (1)
It is represented by Here, E is Young's modulus, V is Poisson's ratio, D is the film thickness of the substrate 41, R is the radius of curvature, and t is the film thickness of the film 42. Expression (1) is an expression that is established under the condition of t << D. P. Muraka (SILICIDES FOR VLSI APPLICATIONS, 1983, Academic Press, page 64, formula (19)).

ここで、基板41のヤング率をE1、膜42のヤング率をE2とする。E1>E2の場合、図4(b)に示すように膜42の横方向の伸びが小さいので基板41に引っ張り応力(TENSILE STRESS)が与えられる。E1<E2の場合、図4(c)に示すように膜42の横方向の伸びが大きいので基板41に圧縮応力(COMPRESSIVE STRESS)が与えられる。   Here, the Young's modulus of the substrate 41 is E1, and the Young's modulus of the film 42 is E2. When E1> E2, the tensile stress (TENSILE STRESS) is applied to the substrate 41 because the lateral extension of the film 42 is small as shown in FIG. 4B. In the case of E1 <E2, as shown in FIG. 4C, the lateral extension of the film 42 is large, so that a compressive stress (COMPRESSIVE STRESS) is applied to the substrate 41.

次に、本実施形態の基板1に使用されるシリコンと導電層31及び導電層32に使用される種々の金属の特性について図5及び図6を参照して説明する。図5は、シリコンと種々の金属のヤング率の関係を示す図である。図6は、シリコンと種々の金属の仕事関数の関係を示す図である。   Next, characteristics of silicon used for the substrate 1 of the present embodiment and various metals used for the conductive layer 31 and the conductive layer 32 will be described with reference to FIGS. FIG. 5 is a diagram showing the relationship between the Young's modulus of silicon and various metals. FIG. 6 is a diagram showing the relationship between the work functions of silicon and various metals.

図5に示すように、シリコンに対してヤング率が小さく基板としてのシリコンに引っ張り圧力を与える金属は、バナジウム(V)、銅(Cu)、チタン(Ti)、銀(Ag)、ハフニウム(Hf)、金(Au)、アルミニウム(Al)などである。なお、これらの金属からなる金属シリサイドも同様に基板としてのシリコンに引っ張り圧力を与える。   As shown in FIG. 5, metals that have a small Young's modulus relative to silicon and apply tensile pressure to silicon as a substrate include vanadium (V), copper (Cu), titanium (Ti), silver (Ag), and hafnium (Hf). ), Gold (Au), aluminum (Al), and the like. Note that metal silicides made of these metals also apply a tensile pressure to silicon as a substrate.

基板としてのシリコンに圧縮応力を与える金属は、タンタル(Ta)、コバルト(Co)、鉄(Fe)、ベリリウム(Be)、モリブデン(Mo)、タングステン(W)、オスミウム(Os)などである。なお、これらの金属からなる金属シリサイドも同様に基板としてのシリコンに圧縮圧力を与える。   Metals that give compressive stress to silicon as a substrate include tantalum (Ta), cobalt (Co), iron (Fe), beryllium (Be), molybdenum (Mo), tungsten (W), osmium (Os), and the like. In addition, the metal silicide which consists of these metals similarly applies a compression pressure to the silicon as a substrate.

図6に示すように、シリコンに対して仕事関数が小さい金属は、例えばハフニウム(Hf)である。なお、ハフニウムシリサイドもシリコンに対して仕事関数が小さい。   As shown in FIG. 6, the metal having a work function smaller than that of silicon is, for example, hafnium (Hf). Hafnium silicide also has a lower work function than silicon.

シリコンに対して仕事関数が大きい金属は、アルミニウム(Al)、チタン(Ti)、タンタル(Ta)、銅(Cu)、銀(Ag)、バナジウム(V)、コバルト(Co)、モリブデン(Mo)、タングステン(W)、金(Au)、鉄(Fe)、オスミウム(Os)、ベリリウム(Be)などである。なお、これらの金属からなる金属シリサイドもシリコンに対して仕事関数が大きい。   Metals having a larger work function than silicon are aluminum (Al), titanium (Ti), tantalum (Ta), copper (Cu), silver (Ag), vanadium (V), cobalt (Co), and molybdenum (Mo). , Tungsten (W), gold (Au), iron (Fe), osmium (Os), beryllium (Be), and the like. Note that metal silicides made of these metals also have a work function larger than that of silicon.

ここで、導電層31及び導電層32(図3に示す)は、メモリセルトランジスタMCTのゲート電極と選択トランジスタSGTの選択ゲート電極として機能する。このため、本実施形態では、例えば導電層31に用いる金属をシリコンに引っ張り圧力を与える第1金属とし、導電層32に用いる金属をシリコンに圧縮圧力を与える第2金属とし、第1金属と第2金属の仕事関数がほぼ同一な金属を選択するのが好ましい。なお、導電層31に用いる金属をシリコンに圧縮圧力を与える第1金属とし、導電層32に用いる金属をシリコンに引っ張り圧力を与える第2金属としてもよい。第1金属と第2金属仕事関数の差が増大すると導電層31部分と導電層32部分での特性(例えば、閾値電圧など)が大幅に異なるので好ましくない。   Here, the conductive layer 31 and the conductive layer 32 (shown in FIG. 3) function as a gate electrode of the memory cell transistor MCT and a selection gate electrode of the selection transistor SGT. For this reason, in this embodiment, for example, the metal used for the conductive layer 31 is a first metal that applies a tensile pressure to silicon, the metal used for the conductive layer 32 is a second metal that applies compressive pressure to silicon, and the first metal and the first metal It is preferable to select a metal having substantially the same work function of the two metals. The metal used for the conductive layer 31 may be a first metal that applies compression pressure to silicon, and the metal used for the conductive layer 32 may be a second metal that applies tensile pressure to silicon. Increasing the difference between the first metal and the second metal work function is not preferable because the characteristics (for example, threshold voltage) of the conductive layer 31 and the conductive layer 32 are greatly different.

上述した事実と図5及び図6を参照して、本実施形態では、例えば導電層31にバナジウム(V)を選択し、導電層32にコバルト(Co)を選択している。バナジウム(V)は、ヤング率が128(GPa)で、仕事関数が4.44(eV)である。コバルト(Co)は、ヤング率が209(GPa)で、仕事関数が4.45(eV)である。シリコン(面方位が<100>の場合)は、ヤング率が150(GPa)で、仕事関数が4.05(eV)である。   With reference to the above-described fact and FIGS. 5 and 6, in this embodiment, for example, vanadium (V) is selected for the conductive layer 31 and cobalt (Co) is selected for the conductive layer 32. Vanadium (V) has a Young's modulus of 128 (GPa) and a work function of 4.44 (eV). Cobalt (Co) has a Young's modulus of 209 (GPa) and a work function of 4.45 (eV). Silicon (when the plane orientation is <100>) has a Young's modulus of 150 (GPa) and a work function of 4.05 (eV).

ここで、導電層31に用いる金属の仕事関数と導電層32に用いる金属の仕事関数が異なる場合(例えば、導電体31にチタン(Ti)、導電体32にタングステン(W)を用いた場合)、図7(a)に示す第1変形例のように、メモリセルトランジスタMCTのメモリ層13に当接する導電体5aを変更してもよい。   Here, when the work function of the metal used for the conductive layer 31 and the work function of the metal used for the conductive layer 32 are different (for example, when titanium (Ti) is used for the conductor 31 and tungsten (W) is used for the conductor 32). As in the first modification shown in FIG. 7A, the conductor 5a in contact with the memory layer 13 of the memory cell transistor MCT may be changed.

チタン(Ti)は、ヤング率が110(GPa)で、仕事関数が4.14(eV)である。タングステン(W)は、ヤング率が410(GPa)で、仕事関数が4.52(eV)である。記載していないが選択トランジスタSGTも同様の構造とする。具体的には、メモリ層13に当接する部分の導電層32を導電層31a(導電層31と同じチタン(Ti))に置き換える。導電層32は、メモリ層13と当接しない。導電層31と導電層31aがメモリ層13と当接する。   Titanium (Ti) has a Young's modulus of 110 (GPa) and a work function of 4.14 (eV). Tungsten (W) has a Young's modulus of 410 (GPa) and a work function of 4.52 (eV). Although not shown, the selection transistor SGT has the same structure. Specifically, the conductive layer 32 in contact with the memory layer 13 is replaced with a conductive layer 31a (same titanium (Ti) as the conductive layer 31). The conductive layer 32 does not contact the memory layer 13. The conductive layer 31 and the conductive layer 31 a are in contact with the memory layer 13.

また、図7(b)に示す第2変形例のように、メモリセルトランジスタMCTのメモリ層13に当接する導電体5bを変更してもよい。記載していないが選択トランジスタSGTも同様の構造とする。具体的には、メモリ層13に当接する部分の導電層32を絶縁層4に置き換える。導電層32は、メモリ層13と当接しない。導電層31がメモリ層13と当接する。   Further, as in the second modified example shown in FIG. 7B, the conductor 5b in contact with the memory layer 13 of the memory cell transistor MCT may be changed. Although not shown, the selection transistor SGT has the same structure. Specifically, the conductive layer 32 in contact with the memory layer 13 is replaced with the insulating layer 4. The conductive layer 32 does not contact the memory layer 13. The conductive layer 31 is in contact with the memory layer 13.

図8に示す第3変形例のように、導電体5と絶縁層4の間にバリア膜33を設けてもよい。バリア膜33を設けることにより導電層31及び導電層32に用いられる金属の外方拡散を抑制することができる。   A barrier film 33 may be provided between the conductor 5 and the insulating layer 4 as in the third modification shown in FIG. By providing the barrier film 33, outward diffusion of the metal used for the conductive layer 31 and the conductive layer 32 can be suppressed.

図9に示す第4変形例のように、メモリセルトランジスタMCTのメモリ層13に当接する導電体5cを変更してもよい。記載していないが選択トランジスタSGTも同様の構造とする。具体的には、導電体31と導電体32の間にバリア膜34を設けてもよい。バリア膜34を設けることにより導電層31から導電層32への拡散、導電層32から導電層31への拡散を抑制することができる。   As in the fourth modified example shown in FIG. 9, the conductor 5c in contact with the memory layer 13 of the memory cell transistor MCT may be changed. Although not shown, the selection transistor SGT has the same structure. Specifically, a barrier film 34 may be provided between the conductor 31 and the conductor 32. By providing the barrier film 34, diffusion from the conductive layer 31 to the conductive layer 32 and diffusion from the conductive layer 32 to the conductive layer 31 can be suppressed.

図10に示す第5変形例のように、メモリセルトランジスタMCTのメモリ層13に当接する導電体5dを変更してもよい。記載していないが選択トランジスタSGTも同様の構造とする。具体的には、導電体5dを導電体35/導電体32/導電体31の3層構造とする。導電体35は、引っ張り応力を与える金属或いは金属シリサイド、或いは圧縮応力を与える金属或いは金属シリサイドを用いる。   As in the fifth modification shown in FIG. 10, the conductor 5 d in contact with the memory layer 13 of the memory cell transistor MCT may be changed. Although not shown, the selection transistor SGT has the same structure. Specifically, the conductor 5d has a three-layer structure of conductor 35 / conductor 32 / conductor 31. As the conductor 35, a metal or metal silicide that applies tensile stress, or a metal or metal silicide that applies compressive stress is used.

次に、半導体記憶装置の製造方法について図11乃至13を参照して説明する。図11乃至13は、半導体記憶装置の製造工程を示す断面図である。   Next, a method for manufacturing a semiconductor memory device will be described with reference to FIGS. 11 to 13 are cross-sectional views showing the manufacturing process of the semiconductor memory device.

図11に示すように、基板1上に絶縁膜2を形成する。絶縁膜2上に導電層3を形成する。導電層3表面に、絶縁層50(連結部12部分となる)を選択的に埋め込む。絶縁層50は、例えば、CVD(Chemical Vapor Deposition)法を用いて形成されるシリコン窒化膜(Si)を用いる。導電層3及び絶縁層50上に、絶縁層4を形成する。絶縁層4上に、導電層31と導電層32からなる導電体5を形成する。具体的には、バナジウム(V)からなる導電層31とコバルト(Co)からなる導電層32は、スパッタ法、ALD(Atomic Layer Deposition)、或いはMOCVD(Metal Organic Chemical Vapor Deposition)法を用いて形成する。 As shown in FIG. 11, an insulating film 2 is formed on the substrate 1. A conductive layer 3 is formed on the insulating film 2. An insulating layer 50 (which becomes the connecting portion 12 portion) is selectively embedded in the surface of the conductive layer 3. For example, a silicon nitride film (Si 3 N 4 ) formed using a CVD (Chemical Vapor Deposition) method is used for the insulating layer 50. An insulating layer 4 is formed on the conductive layer 3 and the insulating layer 50. A conductor 5 including a conductive layer 31 and a conductive layer 32 is formed on the insulating layer 4. Specifically, the conductive layer 31 made of vanadium (V) and the conductive layer 32 made of cobalt (Co) are formed by sputtering, ALD (Atomic Layer Deposition), or MOCVD (Metal Organic Chemical Vapor Deposition). To do.

図12に示すように、絶縁層4を介して導電体5が複数積層形成され、絶縁層4上に導電体6が形成された積層体60を形成する。なお、導電体6は導電体5と同様な方法で形成する。積層体60上に、絶縁層7を形成する。絶縁層7形成後、マスク材をマスクとして、例えばRIE(Reactive Ion Etching)法を用いて溝51と溝52を形成する。溝51は、積層体60の最下層の絶縁層4表面まで達する深溝である。溝52は、積層体60の最上層の絶縁層4表面に達する浅溝である。図示しないマスク材除去とRIE後処理を実施する。   As shown in FIG. 12, a plurality of conductors 5 are formed to be stacked via the insulating layer 4, and a stacked body 60 in which the conductor 6 is formed on the insulating layer 4 is formed. The conductor 6 is formed by a method similar to that for the conductor 5. An insulating layer 7 is formed on the stacked body 60. After the insulating layer 7 is formed, the groove 51 and the groove 52 are formed by using, for example, the RIE (Reactive Ion Etching) method using the mask material as a mask. The groove 51 is a deep groove reaching the surface of the lowermost insulating layer 4 of the stacked body 60. The groove 52 is a shallow groove reaching the surface of the uppermost insulating layer 4 of the stacked body 60. Mask material removal and RIE post processing (not shown) are performed.

図13に示すように、溝51に絶縁層14を埋設し、溝52に絶縁層15を埋設する。絶縁層14及び絶縁層15形成後、マスク材をマスクとしてRIE法を用いて絶縁層50に達する溝53を形成する。溝53形成後、絶縁層50を選択的に除去して横方向に延在し、溝53と連結する溝54を形成する。   As shown in FIG. 13, the insulating layer 14 is embedded in the groove 51, and the insulating layer 15 is embedded in the groove 52. After the insulating layer 14 and the insulating layer 15 are formed, a groove 53 reaching the insulating layer 50 is formed by using the mask material as a mask and using the RIE method. After the groove 53 is formed, the insulating layer 50 is selectively removed to extend in the lateral direction, and a groove 54 connected to the groove 53 is formed.

なお、メモリ層13及び半導体層11の形成を含めこれ以降の形成については、図示及び説明を省略する。   In addition, illustration and description are omitted for the subsequent formation including the formation of the memory layer 13 and the semiconductor layer 11.

本実施形態では、選択ゲート配線及び選択ゲート電極にも積層金属を用いているが必ずしもこれに限定されるものではない。ワード線配線及びメモリセルトランジスタのゲート電極のみ積層金属を用いてもよい。また、ソース線17やビット線18に積層金属を用いてもよい。   In the present embodiment, the laminated metal is also used for the selection gate wiring and the selection gate electrode, but the present invention is not necessarily limited thereto. A laminated metal may be used only for the word line wiring and the gate electrode of the memory cell transistor. A laminated metal may be used for the source line 17 and the bit line 18.

次に、積層金属を用いた本実施形態の半導体記憶装置100と単層金属を用いた従来例の半導体記憶装置の特性について図14を参照して説明する。図14は、メタル積層数とウエハ反りの関係を示す図である。   Next, the characteristics of the semiconductor memory device 100 of this embodiment using a laminated metal and the semiconductor memory device of a conventional example using a single layer metal will be described with reference to FIG. FIG. 14 is a diagram illustrating the relationship between the number of metal stacks and wafer warpage.

図14に示すように、ワード線配線、メモリセルトランジスタのゲート電極、選択ゲート配線、及び選択ゲート電極に圧縮応力を与える金属のみを用いた従来例1では、メタル積層数が増大するにつれて(+)方向のウエハ反りが急増する。ワード線配線、メモリセルトランジスタのゲート電極、選択ゲート配線、及び選択ゲート電極に引っ張り応力を与える金属のみを用いた従来例2では、メタル積層数が増大するにつれて(−)方向のウエハ反りが急増する。例えば、ウエハ反り量が所定値以上になると合わせずれの増大、ウエハアライメントエラーの発生、絶縁膜の膜厚バラツキの増大などの製造工程トラブルが急増する。   As shown in FIG. 14, in the conventional example 1 using only the word line wiring, the gate electrode of the memory cell transistor, the selection gate wiring, and the metal that applies compressive stress to the selection gate electrode, as the number of stacked metal layers increases (+ ) Wafer warpage in the direction increases rapidly. In Conventional Example 2 using only the metal that gives tensile stress to the word line wiring, the gate electrode of the memory cell transistor, the selection gate wiring, and the selection gate electrode, the wafer warpage in the (−) direction increases rapidly as the number of metal stacks increases. To do. For example, when the amount of warpage of the wafer exceeds a predetermined value, problems in the manufacturing process such as an increase in misalignment, occurrence of a wafer alignment error, and an increase in film thickness variation of the insulating film increase rapidly.

一方、積層金属を用いた本実施形態の半導体記憶装置100では、圧縮応力を与える金属と引っ張り応力を与える金属を用いて発生する応力を大幅に抑制している。具体的には、上限値のウエハ反り(+方向での)と下限値のウエハ反り(−方向での)は、従来例1及び従来例2と比較し非常に小さな値となっている。この結果、メタル積層数が増大してもウエハ反り量を大幅に抑制することができる。合わせずれ、ウエハアライメントエラー、絶縁膜等の膜厚バラツキなどを大幅に減少することができる。   On the other hand, in the semiconductor memory device 100 of this embodiment using a laminated metal, the stress generated by using a metal that applies compressive stress and a metal that applies tensile stress is greatly suppressed. Specifically, the upper limit wafer warp (in the + direction) and the lower limit wafer warp (in the − direction) are very small values as compared with the first and second examples. As a result, even if the number of metal stacks increases, the amount of wafer warpage can be significantly suppressed. Misalignment, wafer alignment error, film thickness variation of insulating film, etc. can be greatly reduced.

上述したように、本実施形態の半導体記憶装置では、絶縁層4を介して導電体5が複数積層形成され、導電体5上に絶縁層4を介して導電体6が形成された積層体60が基板1上に設けられる。積層体60の領域にメモリセルアレイMCAが形成される。導電体5及び導電体6は、導電層31と導電層32が積層形成される。導電層31には、引っ張り圧力を与える金属が用いられる。導電層32には、圧縮圧力を与える金属が用いられる。   As described above, in the semiconductor memory device of the present embodiment, a stacked body 60 in which a plurality of conductors 5 are formed via the insulating layer 4 and the conductor 6 is formed on the conductor 5 via the insulating layer 4. Is provided on the substrate 1. A memory cell array MCA is formed in the region of the stacked body 60. The conductor 5 and the conductor 6 are formed by laminating a conductive layer 31 and a conductive layer 32. For the conductive layer 31, a metal that applies a tensile pressure is used. For the conductive layer 32, a metal that applies a compression pressure is used.

このため、基板1に対する応力を抑制することができる。ウエハの反りを大幅に減少できるので、半導体記憶装置100の歩留を向上することができる。   For this reason, the stress with respect to the board | substrate 1 can be suppressed. Since the warpage of the wafer can be greatly reduced, the yield of the semiconductor memory device 100 can be improved.

本実施形態では、半導体記憶装置100がU字型構造のNANDストリングス70を有しているが必ずしもこれに限定されるものではない。例えば、連結部12を設けずに、単一の半導体ピラーから構成されるメモリセルを有する半導体記憶装置に適用してもよい。   In the present embodiment, the semiconductor memory device 100 includes the NAND string 70 having a U-shaped structure, but the present invention is not necessarily limited thereto. For example, the present invention may be applied to a semiconductor memory device having a memory cell composed of a single semiconductor pillar without providing the connecting portion 12.

(第2の実施形態)
次に、第2の実施形態に係る半導体記憶装置について図面を参照して説明する。図15及び図16は半導体記憶装置を示す断面図である。図17はメモリセルアレイを示す断面図である。
(Second Embodiment)
Next, a semiconductor memory device according to a second embodiment will be described with reference to the drawings. 15 and 16 are cross-sectional views showing the semiconductor memory device. FIG. 17 is a cross-sectional view showing a memory cell array.

本実施形態では、ワード線に用いられる導電体に、基板に対して引っ張り応力を与える第1導電層と基板に対して圧縮応力を与える第2導電層を積層形成して、発生する応力を抑制している。   In this embodiment, the first conductive layer that applies tensile stress to the substrate and the second conductive layer that applies compressive stress to the substrate are stacked on the conductor used for the word line to suppress the generated stress. doing.

図15及び図16に示すように、半導体記憶装置300は、抵抗変化素子をメモリに用いたReRAM(Resistive RAM)であり、3次元構造のメモリセルアレイMCAを有する。半導体記憶装置300には、絶縁層209を介して導電体210が複数積層形成された積層体260が基板201上に設けられる。積層体260の領域にメモリセルアレイMCAが形成される。導電体209はワード線配線として用いられる。   As shown in FIGS. 15 and 16, the semiconductor memory device 300 is a ReRAM (Resistive RAM) using a resistance change element as a memory, and includes a memory cell array MCA having a three-dimensional structure. In the semiconductor memory device 300, a stacked body 260 in which a plurality of conductors 210 are stacked through an insulating layer 209 is provided over the substrate 201. A memory cell array MCA is formed in the region of the stacked body 260. The conductor 209 is used as a word line wiring.

ここで、図15は、メモリセルアレイMCAのワード線に対して垂直な断面を示し、図16は、ワード線の延在方向に平行な断面を示している。   Here, FIG. 15 shows a cross section perpendicular to the word lines of the memory cell array MCA, and FIG. 16 shows a cross section parallel to the extending direction of the word lines.

本実施形態の説明では、基板201に平行な面内における第1の方向をX方向とし、同じ面内においてX方向に直交する第2の方向をY方向とする。X方向及びY方向に直交し、基板201対して垂直な方向をZ方向とする。   In the description of the present embodiment, the first direction in a plane parallel to the substrate 201 is the X direction, and the second direction orthogonal to the X direction is the Y direction in the same plane. A direction perpendicular to the X direction and the Y direction and perpendicular to the substrate 201 is defined as a Z direction.

図15及び図16に示すように、絶縁層202は、基板201上に設けられる。基板201は、例えばシリコン基板が用いられる。導電層203上に、絶縁層204、導電層205、及び絶縁層206が積層形成される。絶縁層204、導電層205、及び絶縁層206を貫通するように半導体層207が設けられる。半導体層207の外周には、ゲート絶縁膜208が設けられる。半導体層207は、N半導体層207a、P半導体層207b、N半導体層207cが積層されたものである。 As shown in FIGS. 15 and 16, the insulating layer 202 is provided on the substrate 201. As the substrate 201, for example, a silicon substrate is used. An insulating layer 204, a conductive layer 205, and an insulating layer 206 are stacked over the conductive layer 203. A semiconductor layer 207 is provided so as to penetrate the insulating layer 204, the conductive layer 205, and the insulating layer 206. A gate insulating film 208 is provided on the outer periphery of the semiconductor layer 207. The semiconductor layer 207 is formed by stacking an N + semiconductor layer 207a, a P + semiconductor layer 207b, and an N + semiconductor layer 207c.

導電層205、ゲート絶縁膜208、N半導体層207a、P半導体層207b、N半導体層207cが選択トランジスタSGTを構成する。導電層205は、ゲート電極として機能する。N半導体層207a、N半導体層207cは、ソース或いはドレインとして機能する。P半導体層207bは、チャネル部として機能する。 The conductive layer 205, the gate insulating film 208, the N + semiconductor layer 207a, the P + semiconductor layer 207b, and the N + semiconductor layer 207c constitute the selection transistor SGT. The conductive layer 205 functions as a gate electrode. The N + semiconductor layer 207a and the N + semiconductor layer 207c function as a source or a drain. The P + semiconductor layer 207b functions as a channel portion.

メモリセルアレイMCAは、導電層211及び抵抗変化膜112からなる半導体ピラー280を有する。半導体ピラー280は、積層体260を貫通する。抵抗変化膜112は、積層体260と導電層211の間に設けられる。   The memory cell array MCA includes a semiconductor pillar 280 including a conductive layer 211 and a resistance change film 112. The semiconductor pillar 280 penetrates the stacked body 260. The resistance change film 112 is provided between the stacked body 260 and the conductive layer 211.

ここで、絶縁層202、絶縁層204、絶縁層206、及び絶縁層209には、例えばシリコン酸化膜が用いられる。導電層3は、グローバルビット線として機能し、例えばシリコン、多結晶シリコン、或いは金属が用いられる。導電層211は、縦型ビット線として機能し、例えば多結晶シリコン、アモルファスシリコン、或いは金属が用いられる。抵抗変化膜112は、例えば金属酸化物(HfO×、Al×、TiO×、NiO×、WO×、Ta×など)やシリコン酸化膜などが用いられる。 Here, as the insulating layer 202, the insulating layer 204, the insulating layer 206, and the insulating layer 209, for example, a silicon oxide film is used. The conductive layer 3 functions as a global bit line, and for example, silicon, polycrystalline silicon, or metal is used. The conductive layer 211 functions as a vertical bit line, and for example, polycrystalline silicon, amorphous silicon, or metal is used. Variable resistance film 112, for example, a metal oxide (HfO ×, Al 2 O × , TiO ×, NiO ×, WO ×, Ta 2 O × etc.) or a silicon oxide film is used.

図17に示すように、メモリセルアレイMCAの導電体210は、少なくとも2つ以上の金属或いは金属シリサイドからなる導電層を有する。導電体210は、例えば導電層231(第1導電層)、導電層232(第2導電層)、導電層231と同じ材質の導電層231aを有する。導電層231上に導電層232が設けられる。導電層231の端部(抵抗変化膜212に接する部分)上に導電膜231a(導電膜231と同じ材質)が設けられる。   As shown in FIG. 17, the conductor 210 of the memory cell array MCA has a conductive layer made of at least two metals or metal silicides. The conductor 210 includes, for example, a conductive layer 231 (first conductive layer), a conductive layer 232 (second conductive layer), and a conductive layer 231 a made of the same material as the conductive layer 231. A conductive layer 232 is provided over the conductive layer 231. A conductive film 231a (the same material as the conductive film 231) is provided over an end portion of the conductive layer 231 (a portion in contact with the resistance change film 212).

導電層211、抵抗変化膜212、導電層231、導電層232、及び導電膜231aは、抵抗変化素子RCEとして機能する。導電層231及び導電膜231aは、端部が抵抗変化膜212に当接される。   The conductive layer 211, the resistance change film 212, the conductive layer 231, the conductive layer 232, and the conductive film 231a function as the resistance change element RCE. The ends of the conductive layer 231 and the conductive film 231 a are in contact with the resistance change film 212.

ここで、導電層231及び導電層231aには、例えばシリコンに引っ張り圧力を与える金属(第1金属)を用いる。導電層23には、例えばシリコンに圧縮圧力を与える金属(第1金属)を用いる。なお、導電層231及び導電層231aに用いる金属をシリコンに圧縮圧力を与える第1金属とし、導電層232に用いる金属をシリコンに引っ張り圧力を与える第2金属としてもよい。   Here, for the conductive layer 231 and the conductive layer 231a, for example, a metal (first metal) that applies a tensile pressure to silicon is used. For the conductive layer 23, for example, a metal (first metal) that applies compressive pressure to silicon is used. Note that the metal used for the conductive layer 231 and the conductive layer 231a may be a first metal that applies compression pressure to silicon, and the metal used for the conductive layer 232 may be a second metal that applies tensile force to silicon.

導電層231及び導電層231aに用い、シリコンに対してヤング率が小さく基板としてのシリコンに引っ張り圧力を与え、イオン源としても使用できる金属として、銅(Cu)、チタン(Ti)、銀(Ag)、金(Au)、アルミニウム(Al)などを用いるのが好ましい。   Metals that can be used for the conductive layer 231 and the conductive layer 231a, have a Young's modulus small to silicon, apply tensile pressure to silicon as a substrate, and can also be used as an ion source, include copper (Cu), titanium (Ti), silver (Ag ), Gold (Au), aluminum (Al), or the like is preferably used.

導電層232に用い、基板としてのシリコンに圧縮応力を与え、イオン源としても使用できる金属として、コバルト(Co)、鉄(Fe)、ニッケル(Ni)などを用いるのが好ましい。   Cobalt (Co), iron (Fe), nickel (Ni), or the like is preferably used as a metal that can be used for the conductive layer 232 to apply compressive stress to silicon as a substrate and can also be used as an ion source.

本実施形態では、導電層231及び導電層231aに用いる金属に銀(Ag)を使用している。導電層232に用いる金属にコバルト(Co)を使用している。銀(Ag)は、ヤング率が83(GPa)で、仕事関数が4.31(eV)である。コバルト(Co)は、ヤング率が209(GPa)で、仕事関数が4.45(eV)である。なお、導電層231及び導電層231aに用いる金属に、シリコンに引っ張り圧力を与え、イオン源としても使用できる銀(Ag)と銅(Cu)からなる合金を用いてもよい。   In this embodiment, silver (Ag) is used for the metal used for the conductive layer 231 and the conductive layer 231a. Cobalt (Co) is used for the metal used for the conductive layer 232. Silver (Ag) has a Young's modulus of 83 (GPa) and a work function of 4.31 (eV). Cobalt (Co) has a Young's modulus of 209 (GPa) and a work function of 4.45 (eV). Note that an alloy made of silver (Ag) and copper (Cu) that can be used as an ion source by applying a tensile pressure to silicon as a metal used for the conductive layer 231 and the conductive layer 231a may be used.

積層金属を用いた本実施形態の半導体記憶装置300では、圧縮応力を与える金属と引っ張り応力を与える金属を用いて発生する応力を大幅に抑制している。この結果、メタル積層数が増大してもウエハ反り量を大幅に抑制することができる。合わせずれ、ウエハアライメントエラー、絶縁膜等の膜厚バラツキなどを大幅に減少することができる。   In the semiconductor memory device 300 of this embodiment using a laminated metal, the stress generated by using a metal that applies compressive stress and a metal that applies tensile stress is greatly suppressed. As a result, even if the number of metal stacks increases, the amount of wafer warpage can be significantly suppressed. Misalignment, wafer alignment error, film thickness variation of insulating film, etc. can be greatly reduced.

ここで、図18に示す第6変形例のように抵抗変化素子RCEを変更してもよい。具体的には、抵抗変化素子RCEを導電層211、抵抗変化膜212及び導電層231の構成とする。抵抗変化膜212に当接する部分の導電体210aの導電層232を絶縁層209に置き換える。導電層232は、抵抗変化膜212と当接しない。導電層231は、抵抗変化膜212と当接する。   Here, the resistance change element RCE may be changed as in the sixth modification shown in FIG. Specifically, the resistance change element RCE includes a conductive layer 211, a resistance change film 212, and a conductive layer 231. The conductive layer 232 of the conductor 210 a in contact with the resistance change film 212 is replaced with the insulating layer 209. The conductive layer 232 does not contact the resistance change film 212. The conductive layer 231 is in contact with the resistance change film 212.

図19に示す第7変形例のように抵抗変化素子RCEを変更してもよい。具体的には、抵抗変化素子RCEを導電層211、抵抗変化膜212及び導電層231の構成とする。導電体210bの導電層232と抵抗変化膜212の間にエアーギャップ240を形成する。抵抗変化膜212に当接する部分の導電体210aの導電層232を絶縁層209に置き換える。抵抗変化膜212に当接する部分の導電体210aの導電層232を絶縁層209に置き換える。   You may change the resistance change element RCE like the 7th modification shown in FIG. Specifically, the resistance change element RCE includes a conductive layer 211, a resistance change film 212, and a conductive layer 231. An air gap 240 is formed between the conductive layer 232 of the conductor 210 b and the resistance change film 212. The conductive layer 232 of the conductor 210 a in contact with the resistance change film 212 is replaced with the insulating layer 209. The conductive layer 232 of the conductor 210 a in contact with the resistance change film 212 is replaced with the insulating layer 209.

上述したように、本実施形態の半導体記憶装置では、絶縁層209を介して導電体210が複数積層形成された積層体260が基板201上に設けられる。積層体260の領域にメモリセルアレイMCAが形成される。導電体209はワード線配線として用いられる。導電体210は、導電層231、導電層232、導電層231と同じ材質の導電層231aを有する。導電層231上に導電層232が設けられる。導電層231の端部(抵抗変化膜212に接する部分)上に導電膜231a(導電膜231と同じ材質)が設けられる。   As described above, in the semiconductor memory device of this embodiment, the stacked body 260 in which a plurality of conductors 210 are stacked with the insulating layer 209 interposed therebetween is provided on the substrate 201. A memory cell array MCA is formed in the region of the stacked body 260. The conductor 209 is used as a word line wiring. The conductor 210 includes a conductive layer 231, a conductive layer 232, and a conductive layer 231 a made of the same material as the conductive layer 231. A conductive layer 232 is provided over the conductive layer 231. A conductive film 231a (the same material as the conductive film 231) is provided over an end portion of the conductive layer 231 (a portion in contact with the resistance change film 212).

このため、基板201に対する応力を抑制することができる。ウエハの反りを大幅に減少できるので、半導体記憶装置300の歩留を向上することができる。   For this reason, the stress with respect to the board | substrate 201 can be suppressed. Since the warpage of the wafer can be greatly reduced, the yield of the semiconductor memory device 300 can be improved.

第1の実施形態では3次元NANDフラッシュメモリを提示し、第2の実施形態では3次元ReRAMを提示したが必ずしもこれに限定されるものではない。ワード線やビット線が複数積層形成されるNANDフラッシュメモリ及びReRAM以外の3次元半導体記憶装置にも適用することができる。また、複数のメモリチップがTSV(Through Silicon Via)を介して積層形成された半導体記憶装置にも適用することができる。   In the first embodiment, a three-dimensional NAND flash memory is presented, and in the second embodiment, a three-dimensional ReRAM is presented. However, the present invention is not necessarily limited to this. The present invention can also be applied to a three-dimensional semiconductor memory device other than a NAND flash memory and ReRAM in which a plurality of word lines and bit lines are stacked. Further, the present invention can also be applied to a semiconductor memory device in which a plurality of memory chips are stacked through TSV (Through Silicon Via).

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.

1、201 基板
2、4、7〜9、14、15、21、22、50、202、204、206、209 絶縁層
3、31、31a、32、35、203、205、211、231、231a、232 導電層
5、5a〜5d、6、210、210a、210b 導電体
11a、11b、207 半導体層
12 連結部
13 メモリ層
16、20、23、25、27 コンタクトプラグ
17 ソース線
18 ビット線
19 パッド電極
24、26 配線
34 バリア膜
41 基板
42 膜
51〜54 溝
60、260 積層体
70 NANDストリングス
80、280 半導体ピラー
100、300 半導体記憶装置
207a、207c N半導体層
207b P半導体層
208 ゲート絶縁膜
212 抵抗変化膜
250 エアーギャップ
E1 基板のヤング率
E2 膜のヤング率
MCT メモリセルトランジスタ
R 曲率半径
RCE 抵抗変化素子
SGT 選択トランジスタ
1,201 Substrate 2, 4, 7-9, 14, 15, 21, 22, 50, 202, 204, 206, 209 Insulating layer 3, 31, 31a, 32, 35, 203, 205, 211, 231, 231a 232 Conductive layer 5, 5a to 5d, 6, 210, 210a, 210b Conductor 11a, 11b, 207 Semiconductor layer 12 Connection portion 13 Memory layer 16, 20, 23, 25, 27 Contact plug 17 Source line 18 Bit line 19 Pad electrode 24, 26 Wiring 34 Barrier film 41 Substrate 42 Film 51-54 Groove 60, 260 Stack 70 NAND strings 80, 280 Semiconductor pillar 100, 300 Semiconductor memory device 207a, 207c N + Semiconductor layer 207b P + Semiconductor layer 208 Gate Insulating film 212 Resistance change film 250 Air gap E1 Young's modulus E2 of substrate Yan of film Rate MCT memory cell transistor R curvature radius RCE variable resistance element SGT select transistor

Claims (7)

基板と、
前記基板に平行な平面内において、第1方向に並設され、前記第1方向と直交する第2方向に延在し、前記基板上に絶縁層を介して導電体が複数積層形成される積層体と、
を具備し、
前記導電体は、前記基板に対して引っ張り応力を与える第1導電層と前記基板に対して圧縮応力を与える第2導電層を少なくとも有し、前記第1導電層上に前記第2導電層が積層形成、或いは前記第1導電層上に前記第2導電層が積層形成される
ことを特徴とする半導体記憶装置。
A substrate,
A multi-layered structure in which a plurality of conductors are stacked on an insulating layer on the substrate, arranged in a first direction in a plane parallel to the substrate, and extending in a second direction perpendicular to the first direction. Body,
Comprising
The conductor includes at least a first conductive layer that applies tensile stress to the substrate and a second conductive layer that applies compressive stress to the substrate, and the second conductive layer is disposed on the first conductive layer. A semiconductor memory device, wherein the second conductive layer is stacked or formed on the first conductive layer.
前記第1及び第2方向と直交する第3方向に前記積層体を貫通し、メモリ層及び第1半導体層を有し、前記メモリ層が前記導電体と前記第1半導体層の間に設けられる半導体ピラー
を具備することを特徴とする請求項1に記載の半導体記憶装置。
The stacked body passes through the stacked body in a third direction orthogonal to the first and second directions, has a memory layer and a first semiconductor layer, and the memory layer is provided between the conductor and the first semiconductor layer. The semiconductor memory device according to claim 1, further comprising a semiconductor pillar.
前記メモリ層は、前記第1導電層及び前記第2導電層のいずれか一つに当接される
ことを特徴とする請求項2に記載の半導体記憶装置。
The semiconductor memory device according to claim 2, wherein the memory layer is in contact with one of the first conductive layer and the second conductive layer.
前記第1及び第2方向と直交する第3方向に前記積層体を貫通し、抵抗変化膜及び第3導電層を有し、前記抵抗変化膜が前記導電体と前記第3導電層の間に設けられる半導体ピラー
を具備することを特徴とする請求項1に記載の半導体記憶装置。
The laminated body is penetrated in a third direction orthogonal to the first and second directions, and has a resistance change film and a third conductive layer, and the resistance change film is between the conductor and the third conductive layer. The semiconductor memory device according to claim 1, further comprising a semiconductor pillar provided.
前記抵抗変化膜は、前記第1導電層及び前記第2導電層のいずれか一つに当接される
ことを特徴とする請求項4に記載の半導体記憶装置。
The semiconductor memory device according to claim 4, wherein the variable resistance film is in contact with one of the first conductive layer and the second conductive layer.
前記第1導電層は、チタン(Ti)、ハフニウム(Hf)、バナジウム(V)、銅(Cu)、アルミニウム(Al)、金(Au)、及び銀(Ag)の少なくとも一つを含む、或いはチタンシリサイド、ハフニウムシリサイド、及びバナジウムシリサイドの少なくとも一つを含み、
前記第2導電層は、タングステン(W)、コバルト(Co)、タンタル(Ta)、モリブデン(Mo)、ベリリウム(Be)、鉄(Fe)、及びオスミウム(Os)の少なくとも一つを含み、或いはタングステンシリサイド、コバルトシリサイド、タンタルシリサイド、及びモリブデンシリサイドの少なくとも一つを含む
ことを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載の半導体記憶装置。
The first conductive layer includes at least one of titanium (Ti), hafnium (Hf), vanadium (V), copper (Cu), aluminum (Al), gold (Au), and silver (Ag), or Including at least one of titanium silicide, hafnium silicide, and vanadium silicide,
The second conductive layer includes at least one of tungsten (W), cobalt (Co), tantalum (Ta), molybdenum (Mo), beryllium (Be), iron (Fe), and osmium (Os), or 4. The semiconductor memory device according to claim 1, comprising at least one of tungsten silicide, cobalt silicide, tantalum silicide, and molybdenum silicide. 5.
前記基板は、シリコン基板である
ことを特徴とする請求項1乃至6のいずれか1項に記載の半導体記憶装置。
The semiconductor memory device according to claim 1, wherein the substrate is a silicon substrate.
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