JP2017168527A - 半導体記憶装置およびその製造方法 - Google Patents

半導体記憶装置およびその製造方法 Download PDF

Info

Publication number
JP2017168527A
JP2017168527A JP2016050103A JP2016050103A JP2017168527A JP 2017168527 A JP2017168527 A JP 2017168527A JP 2016050103 A JP2016050103 A JP 2016050103A JP 2016050103 A JP2016050103 A JP 2016050103A JP 2017168527 A JP2017168527 A JP 2017168527A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
layer
insulating layer
charge storage
dielectric
electrode
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2016050103A
Other languages
English (en)
Inventor
貢至 古橋
Takashi Furuhashi
貢至 古橋
田中 正幸
Masayuki Tanaka
正幸 田中
伸二 森
Shinji Mori
伸二 森
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Kioxia Corp
Original Assignee
Toshiba Memory Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toshiba Memory Corp filed Critical Toshiba Memory Corp
Priority to JP2016050103A priority Critical patent/JP2017168527A/ja
Priority to US15/253,969 priority patent/US20170263627A1/en
Publication of JP2017168527A publication Critical patent/JP2017168527A/ja
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10BELECTRONIC MEMORY DEVICES
    • H10B43/00EEPROM devices comprising charge-trapping gate insulators
    • H10B43/20EEPROM devices comprising charge-trapping gate insulators characterised by three-dimensional arrangements, e.g. with cells on different height levels
    • H10B43/23EEPROM devices comprising charge-trapping gate insulators characterised by three-dimensional arrangements, e.g. with cells on different height levels with source and drain on different levels, e.g. with sloping channels
    • H10B43/27EEPROM devices comprising charge-trapping gate insulators characterised by three-dimensional arrangements, e.g. with cells on different height levels with source and drain on different levels, e.g. with sloping channels the channels comprising vertical portions, e.g. U-shaped channels
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/40Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/401Multistep manufacturing processes
    • H01L29/4011Multistep manufacturing processes for data storage electrodes
    • H01L29/40117Multistep manufacturing processes for data storage electrodes the electrodes comprising a charge-trapping insulator

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Non-Volatile Memory (AREA)
  • Semiconductor Memories (AREA)

Abstract


【課題】電極と電荷蓄積層との間の電荷のトンネリングを抑制し、かつ、トンネル膜の劣化を抑制することができる半導体記憶装置およびその製造方法を提供する。
【解決手段】本実施形態による半導体記憶装置は、半導体層を備える。積層体は、半導体層上に設けられた第1絶縁層および電極層を含む。チャネル層は、積層体に設けられたホール内に設けられ、半導体層に電気的に接続する。第2絶縁層は、チャネル層と電極層との間に設けられている。電荷蓄積層は、第2絶縁層と電極層との間に設けられている。第2絶縁層は、電荷蓄積層と電極層との間に設けられている。第2絶縁層は、電荷蓄積層側に設けられた絶縁膜と電極層側に設けられた第1誘電体層とを含む。第1誘電体層は、酸化物となったときに酸化アルミニウムよりも高い誘電率を有する第1材料と、第1材料の酸化物よりも誘電率の低い第2材料と、酸素とを含む層である。
【選択図】図3

Description

本発明による実施形態は、半導体記憶装置およびその製造方法に関する。
NAND型EEPROM(Electrically Erasable Programmable Read Only Memory)等の半導体メモリのメモリセルには、電荷蓄積層と電極(ワード線)との間に電荷ブロック層が設けられている。電荷ブロック層の誘電率が低過ぎると、データ消去の際に、電荷が電極から電荷蓄積層へバックトンネリングしてしまう。この場合、データの消去時間が長くなってしまう。一方、電荷ブロック層の誘電率が高過ぎると、データ書込みおよび消去の際に、トンネル膜に大きな電気的ストレスがかかり、トンネル膜が劣化し易くなる。
特開2007−184522号公報 特開2007−184523号公報
電極と電荷蓄積層との間の電荷のトンネリングを抑制し、かつ、トンネル膜の劣化を抑制することができる半導体記憶装置およびその製造方法を提供する。
本実施形態による半導体記憶装置は、半導体層を備える。積層体は、半導体層上に設けられた第1絶縁層および電極層を含む。チャネル層は、積層体に設けられたホール内に設けられ、半導体層に電気的に接続する。第2絶縁層は、チャネル層と電極層との間に設けられている。電荷蓄積層は、第2絶縁層と電極層との間に設けられている。第3絶縁層は、電荷蓄積層と電極層との間に設けられている。第3絶縁層は、電荷蓄積層側に設けられた絶縁膜と電極層側に設けられた第1誘電体層とを含む。第1誘電体層は、酸化物となったときに酸化アルミニウムよりも高い誘電率を有する第1材料と、第1材料の酸化物よりも誘電率の低い第2材料と、酸素とを含む層である。
第1実施形態によるNAND型EEPROM1の構成の一例を示す断面図。 メモリホールMHとスリットSTとの配置の一例を示す平面図。 電荷ブロック層40およびその周辺の構成の一例を示す断面図。 第1の実施形態によるメモリ1の製造方法の一例を示す断面図。 図4に続く、メモリ1の製造方法を示す断面図。 図5に続く、メモリ1の製造方法を示す断面図。 図6に続く、メモリ1の製造方法を示す断面図。 図7に続く、メモリ1の製造方法を示す断面図。 第2実施形態に従ったメモリ1の電荷ブロック層40およびその周辺の構成の一例を示す断面図。 第3実施形態に従ったメモリ1の電荷ブロック層40およびその周辺の構成の一例を示す断面図。
以下、図面を参照して本発明に係る実施形態を説明する。本実施形態は、本発明を限定するものではない。以下の実施形態において、半導体層の上下方向は、半導体素子が設けられる面を上とした場合の相対方向を示し、重力加速度に従った上下方向と異なる場合がある。
(第1実施形態)
図1は、第1実施形態によるNAND型EEPROM1(以下、メモリ1ともいう)の構成の一例を示す断面図である。メモリ1は、例えば、メモリセルを3次元的に配置した積層型メモリでよい。
メモリ1は、半導体層10と、電極層20と、層間絶縁層30と、電荷ブロック層40と、電荷蓄積層50と、トンネル絶縁層60と、チャネル層70と、コア絶縁層80と、層間絶縁層90とを備えている。
半導体層10は、例えば、シリコン基板等の半導体基板でよい。あるいは、半導体層10は、SOI(Silicon On Insulator)層の半導体層であってもよい。
複数の電極層20は、半導体層10の上方にその表面に対して略垂直方向Zに積層されている。また、電極層20は、半導体層10の表面上において図1の紙面に対して垂直方向Yに延伸しており、ワード線およびメモリセルの制御電極として機能する導電体層である。従って、Z方向(電極層20の積層方向)に隣接する複数の電極層20は、それぞれ層間絶縁層30および電荷ブロック層40によって電気的に分離されている。電極層20には、例えば、タングステン、TiN等の導電性金属が用いられる。
第1絶縁層としての層間絶縁層30も、半導体層10の上方にZ方向に積層されている。層間絶縁層30は、Z方向に隣接する電極層20間に設けられている。即ち、電極層20および層間絶縁層30は、半導体層10の表面上においてZ方向へ交互に積層された積層体となっている。層間絶縁層30には、例えば、シリコン酸化膜等の絶縁材料が用いられている。
第3絶縁層としての電荷ブロック層40は、電極層20と層間絶縁層30との間、および、電荷蓄積層50と電極層20との間に設けられている。即ち、本実施形態において、電荷ブロック層40は、電極層20の三面(一側面、上面および下面)に設けられている。電荷ブロック層40は、電荷蓄積層50と電極層20との間の電荷のトンネリングを抑制する機能を有する。例えば、データ書込みの際に、電子がチャネル層70から電荷蓄積層50を通過して電極層20へ抜けてしまうことを抑制する。データ消去の際に、電子が電極層20から電荷蓄積層50を通過してチャネル層70へ抜けてしまうこと(バックトンネリング)を抑制する。電荷ブロック層40のより詳細な構成については、図3を参照して後述する。
電極層20および層間絶縁層30を含む積層体には、メモリホールMHがZ方向に積層体の上面から底面まで設けられている。即ち、メモリホールMHの上端は、積層体の最上層の層間絶縁層30の上面にあり、メモリホールMHの下端は、半導体層10の表面にあり、積層体の積層方向Zに設けられている。メモリホールMHの内面には、電荷蓄積層50、トンネル絶縁層60およびチャネル層70が設けられている。さらに、メモリホールMHの中心部には、コア絶縁層80が設けられている。
電荷蓄積層50は、メモリホールMHの内面において層間絶縁層30の側面および電荷ブロック層40の側面に設けられている。電荷蓄積層50は、トンネル絶縁層60と電極層20との間に設けられ、電極層20の側面に電荷ブロック層40を介して面している。1つの電極層20と対向する電荷蓄積層50の部分が1つのメモリセルMCの電荷蓄積層50に該当する。電荷蓄積層50には、例えば、ポリシリコン等の半導体材料、SiN、HfSiO、HfSiON等の高誘電体材料、または、金属を含む高誘電体材料等が用いられている。各メモリセルMCの電荷蓄積層50は、データ書込みの際にトンネル絶縁層60を介してチャネル層70から電荷(電子)を受け取り、データ消去の際にトンネル絶縁層60を介してチャネル層70へ電荷を放出する。これにより、メモリセルMCは、電荷蓄積層50にデータを格納することができる。
第2絶縁層としてのトンネル絶縁層60は、メモリホールMHの内面において電荷蓄積層50上に設けられている。即ち、トンネル絶縁層60は、チャネル層70と電極層20との間に設けられ、電極層20の側面に電荷ブロック層40および電荷蓄積層50を介して面している。トンネル絶縁層60には、例えば、シリコン酸化膜等の絶縁材料が用いられている。
チャネル層70は、メモリホールMHの内面においてトンネル絶縁層60上に設けられている。即ち、チャネル層70は、コア絶縁層80と電極層20との間に設けられ、電極層20の側面にトンネル絶縁層60、電荷ブロック層40および電荷蓄積層50を介して面している。チャネル層70は、メモリホールMHの底部において半導体層10と電気的に接続されている。また、チャネル層70は、図示しないが、コンタクトプラグを介してビット線に接続されている。これにより、チャネル層70は、メモリホールMHを介してビット線と半導体層10との間に電気的に接続される。チャネル層70には、例えば、アモルファスシリコン、ポリシリコン、金属等の導電性材料が用いられる。電荷(電子)は、電極層20からの電界(正電圧)を受けて、チャネル層70からトンネル絶縁層60をトンネリングして電荷蓄積層50へ蓄積される。あるいは、電荷は、電極層20からの電界(負電圧)を受けて、電荷蓄積層50からトンネル絶縁層60をトンネリングしてチャネル層70へ放出される。
コア絶縁層80は、メモリホールMH内において、チャネル層70上に設けられている。コア絶縁層80は、メモリホールMHを埋め込むように設けられている。
コア絶縁層80およびチャネル層70上には、層間絶縁膜90がさらに設けられている。層間絶縁膜90には、チャネル層70とビット線とを接続するコンタクトプラグ(図示せず)等が設けられている。
スリットSTは、電極層20および電荷ブロック層40を形成するために用いられる。また、スリットST内には層間絶縁膜90が設けられており、スリットSTの両側に設けられた隣接するメモリセルMCを電気的に分離する。
図2は、メモリホールMHとスリットSTとの配置の一例を示す平面図である。図1は、図2の1−1線に沿った断面に相当する。メモリホールMHは、平面レイアウトにおいて略円形を有し、隣接するスリットST間にマトリクス状に配列されている。スリットSTは、平面レイアウトにおいて、電極層20(ワード線)の延伸方向と同様にY方向に細長く設けられており、かつ、ビット線(図示せず)の延伸方向Xと略直交する方向に延伸している。スリットST内には、層間絶縁膜90が設けられている。従って、スリットSTは、その両側の電極層20を電気的に分離している。一方、隣接するスリットST間のメモリホールMCは電極層20(ワード線)を共有している。
図3は、電荷ブロック層40およびその周辺の構成の一例を示す断面図である。電荷ブロック層40は、絶縁膜42と第1誘電体層44との積層膜である。絶縁膜42は、第1誘電体層44よりも誘電率が低い材料であり、例えば、シリコン酸化膜である。以下、絶縁膜42は、シリコン酸化膜42ともいう。シリコン酸化膜42は、第1誘電体層44と比較して電荷蓄積層50側に設けられており、第1誘電体層44と電荷蓄積層50との間、および、第1誘電体層44と層間絶縁層30との間に設けられている。一方、第1誘電体層44は、シリコン酸化膜42と比較して電極層20側に設けられており、シリコン酸化膜42と電極層20との間に設けられている。
第1誘電体層44は、第1材料と、第2材料と、酸素とを含む層である。第1材料は、酸化物となったときに酸化アルミニウム(AlO)よりも高い誘電率を有する高誘電体材料である。第1材料には、例えば、ジルコニウム(Zr)、ハフニウム(Hf)、ランタン(La)、イットリウム(Y)の少なくとも1つを含む材料が用いられる。これらの材料は、酸化物になると、ジルコニウム酸化物(ZrO)、ハフニウム酸化物(HfO)、ランタン酸化物(LaO)、イットリウム酸化物(YO)となり、酸化アルミニウムよりも高い誘電率を有する。第2材料は、第1材料の酸化物よりも誘電率の低い材料であり、添加物として第1材料に添加される。従って、便宜的に、第2材料を、以下、添加物とも呼ぶ。添加物には、例えば、シリコン(Si)、アルミニウム(Al)、イットリウム(Y)、ランタン(La)、ハフニウム(Hf)の少なくとも1つを含む材料が用いられる。第1材料および添加物は、それぞれ上記材料の2種類以上を含んでいてもよい。
尚、例えば、イットリウム、ランタンまたはハフニウムが第1材料に用いられた場合、添加物には、第1材料よりも誘電率の低い材料を用いる。
第1材料および添加物は、第1誘電体層44において非結合状態で混合していてもよく、あるいは、互いに結合して化合物となっていてもよい。また、酸素は、第1誘電体層44において第1材料および添加物の少なくとも一方と結合して化合物となってもよく、あるいは非結合状態で混合してもよい。例えば、酸素は、第1材料と結合し第1材料は酸化物として第1誘電体層44内に存在していてもよい。この場合、第1誘電体層44は、第1材料の酸化物の層と添加物の層とを交互に積層した層であってもよい。また、例えば、第1材料にジルコニウム、添加物にシリコンを用いた場合、第1誘電体層44は、ジルコニウム酸化物とシリコン酸化物の積層した層になっていてもよい。
第1材料の酸化物の誘電率は、アルミニウム酸化物のそれよりも高い。しかし、添加物の誘電率は、第1材料の酸化物の誘電率よりも低い。従って、第1誘電体層44の誘電率は、アルミニウム酸化物のそれよりも高くなっているが、添加物の導入によって或る程度低下している。例えば、第1材料としてジルコニウムを用いた場合、ジルコニウム酸化物(ZrO)の誘電率はアルミニウム酸化物のそれよりも高い。さらに、添加物としてシリコンを用いた場合、シリコン酸化物はジルコニウム酸化物(ZrO)のそれよりも低いので、第1誘電体層44の誘電率は、ジルコニウム酸化物(ZrO)の誘電率とシリコン酸化物の誘電率の間の誘電率となり、ジルコニウム酸化物(ZrO)の誘電率より幾分低下した誘電率となる。尚、第1誘電体層44の誘電率は、添加物の添加量に依存する。なお、元素添加により結晶相が変化する場合はこれに限らない。例えば、ハフニウム酸化物(HfO)にシリコン等を添加した場合、高誘電率結晶相への転移によりある濃度までの添加の場合誘電率は上がり、さらに添加量を増やしていくと再び誘電率は減少する。
このように、第1誘電体層44の誘電率をアルミニウム酸化物のそれよりも高くすることによって、電荷が電極層20とチャネル層70との間をトンネリングすることを抑制することがきる。従って、第1誘電体層44の誘電率を比較的高くすることによって、データ消去において電極層20に負電圧が印加された場合に、電極層20から電荷蓄積層50へ電荷(電子)がバックトンネリングすることを抑制することができる。バックトンネリングを抑制することによって、データ消去時に電極層20から電荷蓄積層50へ進入する電荷が少なくなるので、データ消去時間が短くなる。即ち、データ消去特性が改善する。
一方、第1誘電体層44の誘電率が高すぎると、電極層20からの電界がトンネル絶縁層60に強く印加され、トンネル絶縁層60が劣化してしまう。トンネル絶縁層60の劣化は、メモリのデータ保持特性に影響し、信頼性に悪影響を与える。そこで、本実施形態による第1誘電体層44では、第1材料の酸化物に添加物を導入することによって、第1材料の酸化物の誘電率を幾分低下させる。これにより、トンネル絶縁層60に印加される電界を緩和し、トンネル絶縁層60の劣化を抑制することができる。
また、本実施形態では、電荷ブロック層40のシリコン酸化膜42を電荷蓄積層50側に設け、第1誘電体層44を電極層20側に設けている。これにより、アルミニウム酸化物よりも誘電率の比較的高い第1誘電体層44は、シリコン酸化膜42の厚みの分だけトンネル絶縁層60から離間する。即ち、シリコン酸化膜42が第1誘電体層44と電荷蓄積層50との間に介在することによって、トンネル絶縁層60に印加される電極層20からの電界が緩和される。これにより、トンネル絶縁層60の劣化は抑制される。このように、本実施形態による電荷ブロック層40は、電極層20と電荷蓄積層50との間の電荷のトンネリングを抑制し、かつ、トンネル絶縁層60の劣化を抑制することができる。
また、本実施形態では、第1誘電体層44の誘電率は、厚い低誘電体膜を設けることで低減させているのでは無く、添加物を添加することによって低減させている。従って、電荷ブロック層40の全体の膜厚を厚くすること無く、第1誘電体層44の誘電率を或る程度低下させている。これにより、本実施形態による第1誘電体層44は、メモリセルMCのサイズが増大することを抑制することができる。
次に、本実施形態によるメモリ1の製造方法を説明する。
図4(A)〜図8は、第1の実施形態によるメモリ1の製造方法の一例を示す断面図である。
まず、図4(A)に示すように、半導体層10上に犠牲層25と層間絶縁層30とを交互に繰り返し積層して多層積層体を形成する。犠牲層25には、例えば、シリコン窒化膜が用いられる。第1絶縁層としての層間絶縁層30には、例えば、シリコン酸化膜が用いられる。犠牲層25および層間絶縁層30は、CVD(Chemical Vapor Deposition)法またはALD (Atomic Layer Deposition) 法を用いて形成される。
次に、図4(B)に示すように、RIE (Reactive Ion Etching) 法を用いて、積層体にメモリホールMHを形成する。メモリホールMHは、積層体の最上層の層間絶縁層30の上面から半導体層10に達するように(積層体を貫通するように)、積層体の積層方向Zへ形成される。これにより、メモリホールMHの内側面には、犠牲層25および層間絶縁層30の側面が露出する。メモリホールMHは、図2を参照して説明したように、平面レイアウトにおいて略円形を有し、マトリクス状に配列される。
次に、ALD法またはCVD法を用いて、メモリホールMHの内面上に電荷蓄積層50を形成する。電荷蓄積層50は、メモリホールMH内において露出された犠牲層25および層間絶縁層30の側面に形成される。電荷蓄積層50には、例えば、シリコン窒化膜が用いられる。
次に、ALD法またはCVD法を用いて、メモリホールMHの内面上にさらにトンネル絶縁層60を形成する。第2絶縁層としてのトンネル絶縁層60は、電荷蓄積層50上に形成される。即ち、トンネル絶縁層60は、電荷蓄積層50を介してメモリホールMHの内面に形成される。トンネル絶縁層60には、例えば、シリコン酸化膜が用いられる。
次に、ALD法またはCVD法を用いて、メモリホールMHの内面上にさらにチャネル層70を形成する。チャネル層70は、トンネル絶縁層60上に形成される。即ち、トンネル絶縁層60は、電荷蓄積層50およびトンネル絶縁層60を介してメモリホールMHの内面に形成される。チャネル層70には、例えば、アモルファスシリコンが用いられる。これにより、図5(A)に示す構造が得られる。
次に、図5(B)に示すように、リソグラフィ技術およびRIE法を用いて、メモリホールMHの底部に形成されたチャネル層70、トンネル絶縁層60および電荷蓄積層50を除去する。このとき、半導体層10の表面層を多少除去してもよい。これにより、チャネル層70、トンネル絶縁層60および電荷蓄積層50をメモリホールMHの内側面に残置させたまま、半導体層10の表面を露出する。
次に、図6(A)に示すように、ALD法またはCVD法を用いて、メモリホールMHの内面上にチャネル層70を再度形成する。これにより、チャネル層70が、メモリホールMHの底部において半導体層10と電気的に接続され、かつ、メモリホールMHの側面を亘って積層体の上面まで電気的に接続される。
次に、熱処理することによって、チャネル層70を結晶化し、ポリシリコンにする。
次に、CVD法を用いて、メモリホールMH内にコア絶縁層80を形成する。コア絶縁層80は、メモリホールMH内においてチャネル層70上に形成される。コア絶縁層80には、例えば、シリコン酸化膜が用いられる。CMP(Chemical Mechanical Polishing)法等を用いて、コア絶縁層80は平坦化される。これにより、図6(B)に示す構造が得られる。
次に、RIE法を用いて、犠牲層25および層間絶縁層30の積層体にスリットSTを形成する。スリットSTは、隣接するメモリホールMH間の犠牲層25および層間絶縁層30に半導体層10に達するように形成される。スリットSTは、図2を参照して説明したように、平面レイアウトにおいてY方向に延伸している。
次に、ウェットエッチング法を用いて、スリットSTを介して犠牲層25を選択的に除去する。犠牲層25がシリコン窒化物である場合、熱リン酸溶液を用いて犠牲層35を除去する。これにより図7(B)に示す構造が得られる。
次に、ALD法を用いて、図8に示すように、犠牲層25を除去した部分に電荷ブロック層40を形成する。Z方向に隣接する層間絶縁層30の対向面および電荷蓄積層50の側面に、電荷ブロック層40を形成する。電荷ブロック層40は、絶縁膜42および第1誘電体層44の積層膜である。絶縁膜42を電荷蓄積層50の側面並びに層間絶縁層30の上面および下面に形成した後、第1誘電体層44を絶縁膜42上に形成する。これにより、電荷蓄積層50側に絶縁膜42が形成され、電極層20側に第1誘電体層44が形成される。尚、絶縁膜42は、第1誘電体層44よりも誘電率が低い材料であり、例えば、シリコン酸化膜である。以下、絶縁膜42は、シリコン酸化膜42ともいう。
第1誘電体層44は、第1材料の酸化膜に添加物を添加した材料である。第1材料の酸化膜は、例えば、ジルコニウム酸化物(ZrO)、ハフニウム酸化物(HfO)、ランタン酸化物(LaO)、イットリウム酸化物(YO)の少なくとも1つを含む材料である。添加物は、シリコン(Si)、アルミニウム(Al)、イットリウム(Y)、ランタン(La)、ハフニウム(Hf)の少なくとも1つを含む材料である。
ALD法を用いて第1誘電体層44を形成する場合、第1材料の酸化膜(例えば、ジルコニウム酸化物(ZrO))を数層堆積するごとに、添加物(例えば、シリコン)を1層堆積する。これにより、第1材料の酸化膜と添加物の層とが或る比率で交互に積層される。第1誘電体層44内における添加物の比率は、例えば、第1材料の酸化膜を4層堆積するごとに、添加物を1層堆積したことによって得られる比率でもよい。このように、第1誘電体層44を形成することによって、第1誘電体層44の誘電率は、第1材料の酸化物の誘電率よりも幾分低下した誘電率となる。尚、添加物の添加量が少なすぎると、第1誘電体層44の誘電率を低くできず、トンネル絶縁層60に大きなストレスが印加される。一方、添加物の添加量が多すぎると、電荷ブロック層40は電荷のバックトンネリングを抑制することが困難となる。
また、電荷ブロック層40のシリコン酸化膜42および第1誘電体層44は、同一装置において連続的に形成してもよい。これにより、電荷ブロック層40に界面層が形成されることを抑制し、良質な電荷ブロック層40を形成することができる。
次に、CVD法を用いて、電荷ブロック層40上に電極層20を形成する。Z方向に隣接する層間絶縁層30の対向面および電荷蓄積層50の側面に、電荷ブロック層40を介して電極層20を形成する。電極層20は、例えば、タングステンとTiNとの積層体であってもよい。
その後、層間絶縁膜90、コンタクトプラグ、配線等を形成することによって、図1に示すメモリ1が完成する。
このように、本実施形態によれば、シリコン酸化膜42を電荷蓄積層50側に形成し、第1誘電体層44を電極層20側に形成する。また、第1誘電体層44の誘電率は、アルミニウム酸化物のそれよりも高く、かつ、第1材料の酸化物の誘電率よりも幾分低くなる。これにより、データ消去時において、電極層20から電荷蓄積層50へ電荷(電子)がバックトンネリングすることを抑制するとともに、トンネル絶縁層60に印加される電界を緩和し、トンネル絶縁層60の劣化を抑制することができる。
(第2実施形態)
図9は、第2実施形態に従ったメモリ1の電荷ブロック層40およびその周辺の構成の一例を示す断面図である。第2実施形態の電荷ブロック層40は、シリコン酸化膜42と第1誘電体層44との積層膜である点で第1実施形態の電荷ブロック層40と同様である。また、電極層20の側面と電荷蓄積層50との間において、シリコン酸化膜42は電荷蓄積層50側に設けられており、第1誘電体層44は電極層20側に設けられている。
しかし、第2実施形態では、シリコン酸化膜42は、メモリホールMHの内面に設けられており、第1誘電体層44の側面および層間絶縁層30の側面に設けられている。シリコン酸化膜42は、第1誘電体層44と層間絶縁層30との間には設けられていない。一方、第1誘電体層44は、電荷蓄積層50と電極層20との間、および、層間絶縁層30と電極層20との間に設けられている。
第2実施形態によるメモリ1は、図4(B)に示すメモリホールMHを形成した後、CVD法またはALD法を用いてシリコン酸化膜42をメモリホールMH内に形成する。その後、図5(A)を参照して説明したように、電荷蓄積層50、トンネル絶縁層60およびチャネル層70をメモリホールMH内に形成する。即ち、メモリホールMHの形成後、電荷蓄積層50の形成前に、シリコン酸化膜42をメモリホールMHの内面に形成する。
また、図7(A)に示すように、犠牲層25を除去した後、シリコン酸化膜42を形成することなく、第1誘電体層44を形成する。第2実施形態のその他の工程は、第1実施形態の工程と同様でよい。これにより、図9に示す電荷ブロック層40を備えたメモリ1を形成することができる。
第2実施形態によれば、電荷ブロック層40のうちシリコン酸化膜42は電極層20の周囲に設けられておらず、メモリホールMHの内面に設けられている。これにより、電極層20の厚みおよび幅が大きくなり、電極層20の抵抗値を低くすることができる。即ち、ワード線抵抗を低くすることができる。
一方、第1誘電体層44は、第1実施形態の第1誘電体層44と同様に電極層20の周囲に設けられている。従って、Z方向に隣接する複数の第1誘電体層44は、接電極層20ごとに分離されている。従って、電荷蓄積層50内の電荷が第1誘電体層44を介してZ方向に隣接する他のメモリセルMCへ移動することを抑制することができる。即ち、メモリセルMC内の電荷を該メモリセルMC内に留まらせることができる。これにより、他のメモリセルのデータをディスターブすることを抑制することができる。さらに、第2実施形態は、第1実施形態の効果も得ることができる。
(第3実施形態)
図10は、第3実施形態に従ったメモリ1の電荷ブロック層40およびその周辺の構成の一例を示す断面図である。第3実施形態の電荷ブロック層40は、シリコン酸化膜42と第1誘電体層44との積層膜である点で第1実施形態の電荷ブロック層40と同様である。また、電極層20の側面と電荷蓄積層50との間において、シリコン酸化膜42は電荷蓄積層50側に設けられており、第1誘電体層44は電極層20側に設けられている。
しかし、第3実施形態では、シリコン酸化膜42および第1誘電体層44は、ともにメモリホールMHの内面に設けられており、電極層20の側面および層間絶縁層30の側面に設けられている。シリコン酸化膜42および第1誘電体層44は、第1誘電体層44と層間絶縁層30との間には設けられていない。
第3実施形態によるメモリ1は、図4(B)に示すメモリホールMHを形成した後、ALD法を用いて第1誘電体層44およびシリコン酸化膜42をメモリホールMH内に形成する。その後、図5(A)を参照して説明したように、電荷蓄積層50、トンネル絶縁層60およびチャネル層70をメモリホールMH内に形成する。即ち、メモリホールMHの形成後、電荷蓄積層50の形成前に、第1誘電体層44およびシリコン酸化膜42をメモリホールMHの内面に形成する。
また、図7(A)に示すように、犠牲層25を除去した後、シリコン酸化膜42および第1誘電体層44を形成することなく、電極層20を形成する。第3実施形態のその他の工程は、第1実施形態の工程と同様でよい。これにより、図10に示す電荷ブロック層40を備えたメモリ1を形成することができる。
第3実施形態によれば、電荷ブロック層40は電極層20の周囲に設けられておらず、メモリホールMHの内面に設けられている。これにより、電極層20の厚みおよび幅がさらに大きくなり、電極層20の抵抗値をさらに低くすることができる。即ち、ワード線抵抗をさらに低くすることができる。
一方、第1誘電体層44も、メモリホールMHの内面に設けられているので、Z方向に隣接する複数の第1誘電体層44は、接電極層20ごとに分離されていない。従って、電荷蓄積層50内の電荷が第1誘電体層44を介してZ方向に隣接する他のメモリセルMCへ移動することが懸念される。しかし、他のメモリセルへのディスターブが非常に小さい場合には、問題にならない。寧ろ、第3実施形態は、電極層20の抵抗値を非常に低くすることができるというメリットがある。さらに、第3実施形態は、第1実施形態の効果も得ることができる。
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同様に、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ものである。
1・・・メモリ、10・・・半導体層、20・・・電極層、25・・・犠牲層、30・・・層間絶縁層、40・・・電荷ブロック層、42・・・シリコン酸化膜、44・・・第1誘電体層、50・・・電荷蓄積層、60・・・トンネル絶縁層、70・・・チャネル層、80・・・コア絶縁層、90・・・層間絶縁層

Claims (7)

  1. 半導体層と、
    前記半導体層上に設けられた第1絶縁層および電極層の積層体と、
    前記積層体に設けられたホール内に設けられたチャネル層と、
    前記チャネル層と前記電極層との間に設けられた第2絶縁層と、
    前記第2絶縁層と前記電極層との間に設けられた電荷蓄積層と、
    前記電荷蓄積層と前記電極層との間に設けられた第3絶縁層であって、前記電荷蓄積層側に設けられた絶縁膜と前記電極層側に設けられた第1誘電体層とを含む前記第3絶縁層とを備え、
    前記第1誘電体層は、酸化物となったときに酸化アルミニウムよりも高い誘電率を有する第1材料と、前記第1材料の酸化物よりも誘電率の低い第2材料と、酸素とを含む層である、半導体記憶装置。
  2. 前記第1材料は、ジルコニウム(Zr)、ハフニウム(Hf)、ランタン(La)、イットリウム(Y)の少なくとも1つを含む材料である、請求項1に記載の半導体記憶装置。
  3. 前記第2材料は、シリコン(Si)、アルミニウム(Al)、イットリウム(Y)、ランタン(La)、ハフニウム(Hf)の少なくとも1つを含む材料である、請求項1または請求項2に記載の半導体記憶装置。
  4. 前記第3絶縁層は、前記電荷蓄積層と前記電極層との間、および、前記第1絶縁層と前記電極層との間に設けられている、請求項1から請求項3のいずれか1項に記載の半導体記憶装置。
  5. 前記第3絶縁層の前記第1誘電体層は、前記電荷蓄積層と前記電極層との間、および、前記第1絶縁層と前記電極層との間に設けられおり、
    前記第3絶縁層内の前記絶縁膜は、前記ホールの内に設けられている、請求項1から請求項3のいずれか1項に記載の半導体記憶装置。
  6. 前記第3絶縁層は、前記ホールの内に設けられている、請求項1から請求項3のいずれか1項に記載の半導体記憶装置。
  7. 半導体層上に第1絶縁層および犠牲層を積層し、
    前記第1絶縁層および前記犠牲層に前記半導体層に達するホールを形成し、
    前記ホールの内面に電荷蓄積層、第2絶縁層、チャネル層を形成し、
    隣接する前記ホール間の前記第1絶縁層および前記犠牲層に前記積層方向へ前記半導体層に達するスリットを形成し、
    前記スリットを介して前記犠牲層を除去し、
    前記犠牲層の除去後、前記積層方向に隣接する前記第1絶縁層の対向面および前記電荷蓄積層の側面に、絶縁膜および第1誘電体層を積層した第3絶縁層を形成し、あるいは、前記ホールの形成後、前記電荷蓄積層の形成前に、前記第3絶縁層の前記絶縁膜または前記絶縁膜および前記第1誘電体層を前記ホールの内面に形成し、
    前記積層方向に隣接する前記第1絶縁層間に、前記第3絶縁層を介して電極層を形成することを具備し、
    前記第1誘電体層は、酸化物として酸化アルミニウムよりも高い誘電率を有する第1材料と、前記第1材料よりも誘電率の低い第2材料と、酸素とを含む層である、半導体記憶装置の製造方法。
JP2016050103A 2016-03-14 2016-03-14 半導体記憶装置およびその製造方法 Pending JP2017168527A (ja)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2016050103A JP2017168527A (ja) 2016-03-14 2016-03-14 半導体記憶装置およびその製造方法
US15/253,969 US20170263627A1 (en) 2016-03-14 2016-09-01 Semiconductor memory device and method for manufacturing the same

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2016050103A JP2017168527A (ja) 2016-03-14 2016-03-14 半導体記憶装置およびその製造方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2017168527A true JP2017168527A (ja) 2017-09-21

Family

ID=59787032

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2016050103A Pending JP2017168527A (ja) 2016-03-14 2016-03-14 半導体記憶装置およびその製造方法

Country Status (2)

Country Link
US (1) US20170263627A1 (ja)
JP (1) JP2017168527A (ja)

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2020079903A1 (ja) * 2018-10-16 2020-04-23 東京エレクトロン株式会社 窒化膜の成膜方法および半導体装置の製造方法
JP2022519701A (ja) * 2019-02-15 2022-03-24 マイクロン テクノロジー,インク. メモリアレイ及びメモリアレイを形成することに使用される方法
US11758728B2 (en) 2021-03-18 2023-09-12 Kioxia Corporation Semiconductor device and method of manufacturing the same
US11889696B2 (en) 2020-05-13 2024-01-30 Micron Technology, Inc. Memory arrays comprising strings of memory cells and methods used in forming a memory array comprising strings of memory cells
US11925016B2 (en) 2020-03-03 2024-03-05 Micron Technology, Inc. Memory arrays comprising strings of memory cells and methods used in forming a memory array comprising strings of memory cells
US11967632B2 (en) 2020-03-03 2024-04-23 Micron Technology, Inc. Memory arrays comprising strings of memory cells and methods used in forming a memory array comprising strings of memory cells

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20120068247A1 (en) * 2010-09-17 2012-03-22 Lee Changhyun Three-dimensional semiconductor memory device
US20150060979A1 (en) * 2013-09-02 2015-03-05 Gil-Sung Lee Vertical memory devices and methods of manufacturing the same
US20150091078A1 (en) * 2012-09-13 2015-04-02 Samsung Electronics Co., Ltd. Vertical memory devices and methods of manufacturing the same
JP2015177013A (ja) * 2014-03-14 2015-10-05 株式会社東芝 半導体記憶装置

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TW490748B (en) * 2001-05-04 2002-06-11 Macronix Int Co Ltd Flash memory structure
US20090001443A1 (en) * 2007-06-29 2009-01-01 Intel Corporation Non-volatile memory cell with multi-layer blocking dielectric
US9431549B2 (en) * 2007-12-12 2016-08-30 Cypress Semiconductor Corporation Nonvolatile charge trap memory device having a high dielectric constant blocking region
US8387822B2 (en) * 2010-07-08 2013-03-05 Sonoco Development, Inc. Sealing lid for a container
KR20130116604A (ko) * 2012-04-16 2013-10-24 삼성전자주식회사 3차원 반도체 메모리 장치 및 그 제조 방법
KR20160018921A (ko) * 2014-08-07 2016-02-18 삼성전자주식회사 반도체 메모리 장치 및 그 제조 방법

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20120068247A1 (en) * 2010-09-17 2012-03-22 Lee Changhyun Three-dimensional semiconductor memory device
US20150091078A1 (en) * 2012-09-13 2015-04-02 Samsung Electronics Co., Ltd. Vertical memory devices and methods of manufacturing the same
US20150060979A1 (en) * 2013-09-02 2015-03-05 Gil-Sung Lee Vertical memory devices and methods of manufacturing the same
JP2015177013A (ja) * 2014-03-14 2015-10-05 株式会社東芝 半導体記憶装置

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2020079903A1 (ja) * 2018-10-16 2020-04-23 東京エレクトロン株式会社 窒化膜の成膜方法および半導体装置の製造方法
JP2022519701A (ja) * 2019-02-15 2022-03-24 マイクロン テクノロジー,インク. メモリアレイ及びメモリアレイを形成することに使用される方法
US11678483B2 (en) 2019-02-15 2023-06-13 Micron Technology, Inc. Memory arrays and methods used in forming a memory array
US11925016B2 (en) 2020-03-03 2024-03-05 Micron Technology, Inc. Memory arrays comprising strings of memory cells and methods used in forming a memory array comprising strings of memory cells
US11967632B2 (en) 2020-03-03 2024-04-23 Micron Technology, Inc. Memory arrays comprising strings of memory cells and methods used in forming a memory array comprising strings of memory cells
US11889696B2 (en) 2020-05-13 2024-01-30 Micron Technology, Inc. Memory arrays comprising strings of memory cells and methods used in forming a memory array comprising strings of memory cells
US11758728B2 (en) 2021-03-18 2023-09-12 Kioxia Corporation Semiconductor device and method of manufacturing the same

Also Published As

Publication number Publication date
US20170263627A1 (en) 2017-09-14

Similar Documents

Publication Publication Date Title
TWI663715B (zh) 立體垂直通道nand記憶體之串列選擇閘極的氧化方法
JP2017168527A (ja) 半導体記憶装置およびその製造方法
US9929166B1 (en) Semiconductor device
US9406691B2 (en) Non-volatile memory device
CN107134457B (zh) 半导体存储装置及其制造方法
US11195843B2 (en) Non-volatile memory device having a floating gate type memory cell
US8294191B2 (en) Multi-layer memory device including vertical and U-shape charge storage regions
US20150255484A1 (en) Semiconductor device and method for manufacturing the same
TWI725346B (zh) 半導體記憶裝置
CN104779253A (zh) 半导体存储装置及其制造方法
TW201633510A (zh) U型垂直薄通道記憶體
JP2011009409A (ja) 不揮発性半導体記憶装置
CN109887917B (zh) 电子设备、三维存储器及其制作方法
JP6613177B2 (ja) 不揮発性半導体記憶装置及びその製造方法
JP2011066348A (ja) 3次元積層不揮発性半導体メモリ及びその製造方法
JP6976190B2 (ja) 記憶装置
JP2019050243A (ja) 半導体記憶装置及びその製造方法
US10658480B2 (en) Memory device
JP2019054149A (ja) 半導体記憶装置及びその製造方法
CN111725224A (zh) 半导体存储装置及其制造方法
TWI724881B (zh) 記憶體元件以及形成記憶體元件的方法
US20070221984A1 (en) Nonvolatile semiconductor memory device and method for manufacturing same
TWI753491B (zh) 半導體裝置及其製造方法
TWI747150B (zh) 記憶體裝置
CN114300474A (zh) 三维存储器及其制备方法以及电子设备及其控制方法

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20180131

A711 Notification of change in applicant

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A712

Effective date: 20180904

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20180907

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20181002

A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20190402