JP2018041907A - 半導体装置及びその製造方法 - Google Patents
半導体装置及びその製造方法 Download PDFInfo
- Publication number
- JP2018041907A JP2018041907A JP2016176672A JP2016176672A JP2018041907A JP 2018041907 A JP2018041907 A JP 2018041907A JP 2016176672 A JP2016176672 A JP 2016176672A JP 2016176672 A JP2016176672 A JP 2016176672A JP 2018041907 A JP2018041907 A JP 2018041907A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- layer
- semiconductor layer
- semiconductor
- semiconductor device
- forming
- 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
Links
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 title claims abstract description 188
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 34
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims abstract description 56
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims abstract description 56
- 238000000137 annealing Methods 0.000 claims abstract description 19
- 230000000149 penetrating effect Effects 0.000 claims abstract description 6
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 30
- 239000013078 crystal Substances 0.000 claims description 27
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- KDLHZDBZIXYQEI-UHFFFAOYSA-N Palladium Chemical compound [Pd] KDLHZDBZIXYQEI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229910017052 cobalt Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000010941 cobalt Substances 0.000 claims description 3
- GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N cobalt atom Chemical compound [Co] GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000010949 copper Substances 0.000 claims description 3
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000010931 gold Substances 0.000 claims description 3
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910052763 palladium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 abstract description 2
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 354
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 14
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 14
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 14
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 12
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 10
- 229910021417 amorphous silicon Inorganic materials 0.000 description 10
- 229910052814 silicon oxide Inorganic materials 0.000 description 10
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 8
- 230000006870 function Effects 0.000 description 8
- 229910021420 polycrystalline silicon Inorganic materials 0.000 description 7
- 229920005591 polysilicon Polymers 0.000 description 7
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 6
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 6
- 229910052581 Si3N4 Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 description 4
- HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N silicon nitride Chemical compound N12[Si]34N5[Si]62N3[Si]51N64 HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N tungsten Chemical compound [W] WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000010937 tungsten Substances 0.000 description 4
- 238000002425 crystallisation Methods 0.000 description 3
- 230000008025 crystallization Effects 0.000 description 3
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 3
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 3
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 3
- NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-N Phosphoric acid Chemical compound OP(O)(O)=O NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N Phosphorus Chemical compound [P] OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000005229 chemical vapour deposition Methods 0.000 description 2
- 238000001312 dry etching Methods 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 description 2
- 229910052698 phosphorus Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000011574 phosphorus Substances 0.000 description 2
- 229910008045 Si-Si Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910006411 Si—Si Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910000147 aluminium phosphate Inorganic materials 0.000 description 1
- IVHJCRXBQPGLOV-UHFFFAOYSA-N azanylidynetungsten Chemical compound [W]#N IVHJCRXBQPGLOV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 239000011229 interlayer Substances 0.000 description 1
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 1
- 150000002736 metal compounds Chemical class 0.000 description 1
- 230000003071 parasitic effect Effects 0.000 description 1
- 239000003870 refractory metal Substances 0.000 description 1
- 238000005204 segregation Methods 0.000 description 1
- LIVNPJMFVYWSIS-UHFFFAOYSA-N silicon monoxide Chemical compound [Si-]#[O+] LIVNPJMFVYWSIS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- WNUPENMBHHEARK-UHFFFAOYSA-N silicon tungsten Chemical compound [Si].[W] WNUPENMBHHEARK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 1
- 229910052715 tantalum Inorganic materials 0.000 description 1
- GUVRBAGPIYLISA-UHFFFAOYSA-N tantalum atom Chemical compound [Ta] GUVRBAGPIYLISA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10B—ELECTRONIC MEMORY DEVICES
- H10B43/00—EEPROM devices comprising charge-trapping gate insulators
- H10B43/20—EEPROM devices comprising charge-trapping gate insulators characterised by three-dimensional arrangements, e.g. with cells on different height levels
- H10B43/23—EEPROM 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
- H10B43/27—EEPROM 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
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
- H01L21/02104—Forming layers
- H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
- H01L21/02656—Special treatments
- H01L21/02664—Aftertreatments
- H01L21/02667—Crystallisation or recrystallisation of non-monocrystalline semiconductor materials, e.g. regrowth
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
- H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
- H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
- H01L21/22—Diffusion of impurity materials, e.g. doping materials, electrode materials, into or out of a semiconductor body, or between semiconductor regions; Interactions between two or more impurities; Redistribution of impurities
- H01L21/225—Diffusion of impurity materials, e.g. doping materials, electrode materials, into or out of a semiconductor body, or between semiconductor regions; Interactions between two or more impurities; Redistribution of impurities using diffusion into or out of a solid from or into a solid phase, e.g. a doped oxide layer
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
- H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
- H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
- H01L21/30—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
- H01L21/31—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26 to form insulating layers thereon, e.g. for masking or by using photolithographic techniques; After treatment of these layers; Selection of materials for these layers
- H01L21/3105—After-treatment
- H01L21/311—Etching the insulating layers by chemical or physical means
- H01L21/31105—Etching inorganic layers
- H01L21/31111—Etching inorganic layers by chemical means
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
- H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
- H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
- H01L21/30—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
- H01L21/31—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26 to form insulating layers thereon, e.g. for masking or by using photolithographic techniques; After treatment of these layers; Selection of materials for these layers
- H01L21/3205—Deposition of non-insulating-, e.g. conductive- or resistive-, layers on insulating layers; After-treatment of these layers
- H01L21/32051—Deposition of metallic or metal-silicide layers
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
- H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
- H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
- H01L21/30—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
- H01L21/31—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26 to form insulating layers thereon, e.g. for masking or by using photolithographic techniques; After treatment of these layers; Selection of materials for these layers
- H01L21/3205—Deposition of non-insulating-, e.g. conductive- or resistive-, layers on insulating layers; After-treatment of these layers
- H01L21/321—After treatment
- H01L21/3213—Physical or chemical etching of the layers, e.g. to produce a patterned layer from a pre-deposited extensive layer
- H01L21/32133—Physical or chemical etching of the layers, e.g. to produce a patterned layer from a pre-deposited extensive layer by chemical means only
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
- H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
- H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
- H01L21/30—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
- H01L21/324—Thermal treatment for modifying the properties of semiconductor bodies, e.g. annealing, sintering
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor 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
- H01L29/40—Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/401—Multistep manufacturing processes
- H01L29/4011—Multistep manufacturing processes for data storage electrodes
- H01L29/40114—Multistep manufacturing processes for data storage electrodes the electrodes comprising a conductor-insulator-conductor-insulator-semiconductor structure
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10B—ELECTRONIC MEMORY DEVICES
- H10B41/00—Electrically erasable-and-programmable ROM [EEPROM] devices comprising floating gates
- H10B41/20—Electrically erasable-and-programmable ROM [EEPROM] devices comprising floating gates characterised by three-dimensional arrangements, e.g. with cells on different height levels
- H10B41/23—Electrically erasable-and-programmable ROM [EEPROM] devices comprising floating gates 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
- H10B41/27—Electrically erasable-and-programmable ROM [EEPROM] devices comprising floating gates 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
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor 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
- H01L29/40—Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/401—Multistep manufacturing processes
- H01L29/4011—Multistep manufacturing processes for data storage electrodes
- H01L29/40117—Multistep 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)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Ceramic Engineering (AREA)
- Semiconductor Memories (AREA)
- Non-Volatile Memory (AREA)
Abstract
【課題】チャネル領域をより効率的に結晶化させた半導体装置及びその製造方法を提供する。【解決手段】実施形態の半導体装置の製造方法は、金属層上に第1半導体層を形成し、前記第1半導体層上に、交互に積層された第1層と第2層とを含む積層体を形成し、前記積層体の上面から前記第1半導体層に貫くメモリホールを形成して前記第1半導体層を露出させ、前記メモリホールの内壁を覆う第1絶縁層を形成し、前記メモリホール内において前記第1絶縁層を覆い、前記第1半導体層に電気的に接続された第2半導体層を形成し、前記第2半導体層形成後に、アニールを行なう。【選択図】図5
Description
本発明の実施形態は、半導体装置及びその製造方法に関する。
メモリデバイスにおけるコントロールゲートとして機能する電極層と、絶縁層とを交互
に複数積層した積層体にメモリホールを形成し、そのメモリホールの内壁に電荷蓄積層を
形成した後、メモリホール内にシリコンを設けることでメモリセルを3次元配列する技術
が知られている。
に複数積層した積層体にメモリホールを形成し、そのメモリホールの内壁に電荷蓄積層を
形成した後、メモリホール内にシリコンを設けることでメモリセルを3次元配列する技術
が知られている。
本実施形態が解決しようとする課題は、チャネル領域をより効率的に結晶化させた半導
体装置及びその製造方法を提供する。
体装置及びその製造方法を提供する。
実施形態の半導体装置の製造方法は、金属層上に第1半導体層を形成し、前記第1半導
体層上に、交互に積層された第1層と第2層とを含む積層体を形成し、前記積層体の上面
から前記第1半導体層に貫くメモリホールを形成して前記第1半導体層を露出させ、前記
メモリホールの内壁を覆う第1絶縁層を形成し、前記メモリホール内において前記第1絶
縁層を覆い、前記第1半導体層に電気的に接続された第2半導体層を形成し、前記第2半
導体層形成後に、アニールを行なう。
体層上に、交互に積層された第1層と第2層とを含む積層体を形成し、前記積層体の上面
から前記第1半導体層に貫くメモリホールを形成して前記第1半導体層を露出させ、前記
メモリホールの内壁を覆う第1絶縁層を形成し、前記メモリホール内において前記第1絶
縁層を覆い、前記第1半導体層に電気的に接続された第2半導体層を形成し、前記第2半
導体層形成後に、アニールを行なう。
以下、発明を実施するための実施形態について説明する。
(第1の実施形態)
第1の実施形態に係る半導体装置について図1乃至図10を参照して説明する。
第1の実施形態に係る半導体装置について図1乃至図10を参照して説明する。
なお、以下の図面の記載において、同一な部分には同一の符号で表している。ただし、
図面は厚さと平面寸法との関係、比率等は現実のものとは異なり、模式的なものである。
図面は厚さと平面寸法との関係、比率等は現実のものとは異なり、模式的なものである。
実施形態に係る半導体装置は、例えば、NAND型不揮発性記憶装置であり、3次元配
置されたメモリセルを含むメモリセル部MCPを備える。図1は、半導体装置1のメモリ
セル部MCPを示す斜視図である。なお、図1では、ビット線BLと積層体100との間
に設けられる絶縁層を省略している。
置されたメモリセルを含むメモリセル部MCPを備える。図1は、半導体装置1のメモリ
セル部MCPを示す斜視図である。なお、図1では、ビット線BLと積層体100との間
に設けられる絶縁層を省略している。
本明細書においては、説明の便宜上、XYZ直交座標系を用いる。この座標系において
は、絶縁層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方向及びY
方向とし、これらX方向及びY方向の双方に対して直交する方向をZ方向とする。複数の
電極層50はZ方向に積層され、X方向に延在している。
は、絶縁層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方向及びY
方向とし、これらX方向及びY方向の双方に対して直交する方向をZ方向とする。複数の
電極層50はZ方向に積層され、X方向に延在している。
図1に示すメモリセル部MCPは、図示しない基板上に絶縁層10、ソース線20及び
ソース層30を介して設けられる積層体100、及び、Z方向に積層体100を貫く柱状
部CLを含む。積層体100は、Z方向に積層された複数の電極層50を含む。Z方向に
おいて隣接する電極層50の間には、絶縁層40が設けられる。電極層50は、メモリセ
ルの制御ゲート、すなわち、ワード線として機能する。なお、積層体100のうち最上段
の電極層50を電極層50aとし、最下段の電極層50を電極層50bとする。
ソース層30を介して設けられる積層体100、及び、Z方向に積層体100を貫く柱状
部CLを含む。積層体100は、Z方向に積層された複数の電極層50を含む。Z方向に
おいて隣接する電極層50の間には、絶縁層40が設けられる。電極層50は、メモリセ
ルの制御ゲート、すなわち、ワード線として機能する。なお、積層体100のうち最上段
の電極層50を電極層50aとし、最下段の電極層50を電極層50bとする。
図1に示すように、積層体100は、ソース層30上においてY方向に並べて配置され
る。隣接する積層体100の間には、絶縁層60が設けられる。柱状部CLは、半導体層
70を含み、半導体層70は、コンタクトプラグCbを介してビット線BLに電気的に接
続される。また、半導体層70は、ソース層30に電気的に接続される(図2(a)参照
)。
る。隣接する積層体100の間には、絶縁層60が設けられる。柱状部CLは、半導体層
70を含み、半導体層70は、コンタクトプラグCbを介してビット線BLに電気的に接
続される。また、半導体層70は、ソース層30に電気的に接続される(図2(a)参照
)。
次に、図2(a)、(b)を参照して、メモリセル部MCPの構造を詳細に説明する。
図2(a)は、メモリセル部MCPのY−Z平面に沿った模式断面図である。図2(b)
は、図2(a)中の破線部に示すメモリセルMCを示す模式断面図である。
図2(a)は、メモリセル部MCPのY−Z平面に沿った模式断面図である。図2(b)
は、図2(a)中の破線部に示すメモリセルMCを示す模式断面図である。
図2(a)に示すように、絶縁層10の上にソース線20、ソース線20上にソース層
30が設けられる。ソース線20は、絶縁層10に接し、例えばタングステン、タンタル
などの高融点金属を含む。また、ソース線20は、例えば、窒化タングステン(WN)、
タングステンシリサイド(WSi)などの金属化合物であっても良い。なお、ソース線2
0の位置は特に限定されず、ソース層30上でも良い。
30が設けられる。ソース線20は、絶縁層10に接し、例えばタングステン、タンタル
などの高融点金属を含む。また、ソース線20は、例えば、窒化タングステン(WN)、
タングステンシリサイド(WSi)などの金属化合物であっても良い。なお、ソース線2
0の位置は特に限定されず、ソース層30上でも良い。
ソース層30は、例えば、N形半導体層であり、第1部分31と、第2部分33と、を
含む。第1部分31は、ソース線20と第2部分33との間に位置する。第1部分31は
、例えば、不純物濃度が1e18〜1e21/cm3の結晶化シリコン層である。第2部
分33は、例えば、不純物濃度が1e15〜1e19/cm3の結晶化シリコン層であり
、第1部分31よりも低濃度のN形不純物を含む。なお、結晶化シリコン層は単結晶であ
り結晶粒径の大きなポリシリコンを含んでも良く、以降も同様のこととして扱う。
含む。第1部分31は、ソース線20と第2部分33との間に位置する。第1部分31は
、例えば、不純物濃度が1e18〜1e21/cm3の結晶化シリコン層である。第2部
分33は、例えば、不純物濃度が1e15〜1e19/cm3の結晶化シリコン層であり
、第1部分31よりも低濃度のN形不純物を含む。なお、結晶化シリコン層は単結晶であ
り結晶粒径の大きなポリシリコンを含んでも良く、以降も同様のこととして扱う。
なお、ソース層30は、上記の例に限定される訳ではない。ソース層30は、例えば、
N形不純物を均一に含む半導体層であっても良い。ソース層30は、例えば、P形半導体
層であっても良い。その場合、第2部分33は、第1部分31よりも低濃度のP形不純物
を含む。
N形不純物を均一に含む半導体層であっても良い。ソース層30は、例えば、P形半導体
層であっても良い。その場合、第2部分33は、第1部分31よりも低濃度のP形不純物
を含む。
図2(a)に示すように、柱状部CLは、Z方向に延在し、絶縁層40及び電極層50
を貫くように設けられる。絶縁層60は、隣接する積層体100の間に設けられる。なお
、絶縁層60内にコンタクトプラグとなる電極層65を設けても良い。
を貫くように設けられる。絶縁層60は、隣接する積層体100の間に設けられる。なお
、絶縁層60内にコンタクトプラグとなる電極層65を設けても良い。
柱状部CLは、半導体層70と、コア75と、絶縁層80と、を含む。コア75は、例
えば、酸化シリコンであり、柱状部CL中をZ方向に延在する。半導体層70は、第1半
導体層71と第2半導体層73とを含み、Z方向に延在する。半導体層70は、例えば、
結晶化シリコン層であり、コア75を囲むように設けられる。絶縁層80は、半導体層7
0の外周を囲むように設けられる。すなわち、半導体層70は、コア75と絶縁層80と
の間に位置する。第1半導体層71は絶縁層80に接し、第2半導体層73はコア75に
接する。
えば、酸化シリコンであり、柱状部CL中をZ方向に延在する。半導体層70は、第1半
導体層71と第2半導体層73とを含み、Z方向に延在する。半導体層70は、例えば、
結晶化シリコン層であり、コア75を囲むように設けられる。絶縁層80は、半導体層7
0の外周を囲むように設けられる。すなわち、半導体層70は、コア75と絶縁層80と
の間に位置する。第1半導体層71は絶縁層80に接し、第2半導体層73はコア75に
接する。
図2(a)に示すように、積層体100に含まれる複数の電極層のうちの最下層である
電極層50bを柱状部CLが貫く部分には、ソース側選択トランジスタSTSが設けられ
る。半導体層70は、選択トランジスタSTSのチャネルとして機能し、電極層50bは
、ソース側選択ゲートとして機能する。絶縁層80は、電極層50bと半導体層70との
間に位置する部分において、選択トランジスタSTSのゲート絶縁層として機能する。
電極層50bを柱状部CLが貫く部分には、ソース側選択トランジスタSTSが設けられ
る。半導体層70は、選択トランジスタSTSのチャネルとして機能し、電極層50bは
、ソース側選択ゲートとして機能する。絶縁層80は、電極層50bと半導体層70との
間に位置する部分において、選択トランジスタSTSのゲート絶縁層として機能する。
柱状部CLが複数の電極層50のうちの最上層である電極層50a(図1参照)を貫く
部分には、図示しないドレイン側選択トランジスタSTDが設けられる。電極層50aは
、ドレイン側選択ゲートとして機能する。電極層50aと電極層50bとの間に位置する
電極層50には複数のメモリセルMCが設けられる。電極層50と接する絶縁層80はゲ
ート絶縁層として機能し、メモリセルMC中の半導体層70はチャネルとして機能する。
部分には、図示しないドレイン側選択トランジスタSTDが設けられる。電極層50aは
、ドレイン側選択ゲートとして機能する。電極層50aと電極層50bとの間に位置する
電極層50には複数のメモリセルMCが設けられる。電極層50と接する絶縁層80はゲ
ート絶縁層として機能し、メモリセルMC中の半導体層70はチャネルとして機能する。
図2(b)に示すように、絶縁層80は、例えば、第1層81と第2層83と第3層8
5とを含む。第1層81、第2層83及び第3層85は、それぞれ半導体層70に沿って
Z方向に延在する。第2層83は、第1層81と第3層85との間に位置する。第1層8
1は、電極層50と第2層83との間に位置する。第3層85は、半導体層70と第2層
83との間に位置する。第1層81及び第3層85は、例えば、酸化シリコン層であり、
第2層83は、例えば、窒化シリコン層である。
5とを含む。第1層81、第2層83及び第3層85は、それぞれ半導体層70に沿って
Z方向に延在する。第2層83は、第1層81と第3層85との間に位置する。第1層8
1は、電極層50と第2層83との間に位置する。第3層85は、半導体層70と第2層
83との間に位置する。第1層81及び第3層85は、例えば、酸化シリコン層であり、
第2層83は、例えば、窒化シリコン層である。
絶縁層80は、電極層50と半導体層70との間に位置する部分に、電荷蓄積層を有す
る。例えば、電極層50と半導体層70との間に印加されるバイアスにより半導体層70
から絶縁層80に電荷が注入される。そして、注入された電荷は、第1層81と第2層8
3との間の界面準位、もしくは、第2層83と第3層85との間の界面準位にトラップさ
れる。また、これらの界面準位にトラップされた電荷は、電極層50と半導体層70との
間に印加される逆バイアスにより半導体層70へ放出される。これにより、メモリセルM
Cへのデータ書き込み及びデータ消去が実施される。なお、上記の例とは別に、絶縁層8
0は、電極層50と半導体層70との間に位置する部分に浮遊ゲートとなる導電体を含ん
でも良い。
る。例えば、電極層50と半導体層70との間に印加されるバイアスにより半導体層70
から絶縁層80に電荷が注入される。そして、注入された電荷は、第1層81と第2層8
3との間の界面準位、もしくは、第2層83と第3層85との間の界面準位にトラップさ
れる。また、これらの界面準位にトラップされた電荷は、電極層50と半導体層70との
間に印加される逆バイアスにより半導体層70へ放出される。これにより、メモリセルM
Cへのデータ書き込み及びデータ消去が実施される。なお、上記の例とは別に、絶縁層8
0は、電極層50と半導体層70との間に位置する部分に浮遊ゲートとなる導電体を含ん
でも良い。
本実施形態において、ソース層30及び半導体層70はアモルファスシリコン層がMI
LC(Metal Induced Lateral Crystalization)
法によって結晶化している。詳細は後述するが、MILC法は金属触媒を用いたアニール
によって結晶粒径の大きなポリシリコン及び単結晶を形成する方法である。以降、本明細
書においては結晶化により単結晶が形成される。ただし、部分的に結晶粒径の大きなポリ
シリコンを含んでいても良い。
LC(Metal Induced Lateral Crystalization)
法によって結晶化している。詳細は後述するが、MILC法は金属触媒を用いたアニール
によって結晶粒径の大きなポリシリコン及び単結晶を形成する方法である。以降、本明細
書においては結晶化により単結晶が形成される。ただし、部分的に結晶粒径の大きなポリ
シリコンを含んでいても良い。
ソース層30及び半導体層70が結晶化することによって、ソース層30及び半導体層
70の抵抗を下げることが可能になる。これにより例えば3次元配列のメモリセルにおい
て電極層50の積層数が大きくなることでチャネル全体が長くなり、抵抗が増え、読み書
き速度が遅くなるといった問題を回避することが可能になる。
70の抵抗を下げることが可能になる。これにより例えば3次元配列のメモリセルにおい
て電極層50の積層数が大きくなることでチャネル全体が長くなり、抵抗が増え、読み書
き速度が遅くなるといった問題を回避することが可能になる。
次に、本実施形態の半導体装置1の製造方法について説明する。
以下、実施形態に係る半導体装置1の製造方法を図3乃至図9を参照して説明する。
図3(a)に示すように、絶縁層10上に例えばタングステン等の金属を含むソース線
20を形成し、ソース線20上に金属層25を成膜する。絶縁層10は、例えば、TEO
S−CVD(Chemical Vapor Deposition)を用いて形成され
る酸化シリコン層である。金属層25は、例えばニッケル、コバルト、パラジウム、金、
銅等を含む。
20を形成し、ソース線20上に金属層25を成膜する。絶縁層10は、例えば、TEO
S−CVD(Chemical Vapor Deposition)を用いて形成され
る酸化シリコン層である。金属層25は、例えばニッケル、コバルト、パラジウム、金、
銅等を含む。
次に、ソース層30aを成膜する。ソース層30aは例えばCを用いて形成されるアモ
ルファスシリコン層である。ソース層30aの上面側に、N形不純物であるリン(P)を
イオン注入しN形不純物であるリンがドーピングされる。第2部分33aは、ソース層3
0の上面側に位置し、第1部分31aよりも低濃度のN形不純物を含む。なお、N形不純
物のドーピング方法は特に限定されない。
ルファスシリコン層である。ソース層30aの上面側に、N形不純物であるリン(P)を
イオン注入しN形不純物であるリンがドーピングされる。第2部分33aは、ソース層3
0の上面側に位置し、第1部分31aよりも低濃度のN形不純物を含む。なお、N形不純
物のドーピング方法は特に限定されない。
図3(b)に示すように、ソース層30aの上に積層体100aを形成する。積層体1
00aは、例えば、Z方向に交互に積層された絶縁層40及び45を含む。絶縁層40は
、例えば、CVDを用いて形成される酸化シリコン層である。絶縁層45は、例えば、C
VDを用いて形成される窒化シリコン層である。絶縁層45には、所定のエッチング条件
により絶縁層40に対して選択的に除去できる材料を用いる。
00aは、例えば、Z方向に交互に積層された絶縁層40及び45を含む。絶縁層40は
、例えば、CVDを用いて形成される酸化シリコン層である。絶縁層45は、例えば、C
VDを用いて形成される窒化シリコン層である。絶縁層45には、所定のエッチング条件
により絶縁層40に対して選択的に除去できる材料を用いる。
図4(a)に示すように、積層体100aの上面からソース層30aに至るメモリホー
ルMHを形成する。メモリホールMHは、例えば、RIE(Reactive Ion
Etching)を用いて絶縁層40及び45を選択的に除去することにより形成される
。メモリホールMHは、例えば、ソース層30aのエッチング速度が絶縁層40及び45
のエッチング速度よりも遅いエッチング条件を用いて除去される。すなわち、ソース層3
0aは、エッチングストップ層として機能する。
ルMHを形成する。メモリホールMHは、例えば、RIE(Reactive Ion
Etching)を用いて絶縁層40及び45を選択的に除去することにより形成される
。メモリホールMHは、例えば、ソース層30aのエッチング速度が絶縁層40及び45
のエッチング速度よりも遅いエッチング条件を用いて除去される。すなわち、ソース層3
0aは、エッチングストップ層として機能する。
図4(b)に示すようにメモリホールMHの内面を覆う絶縁層80及び第1半導体層7
1aを形成する。絶縁層80は、例えば、CVDを用いてメモリホールMHの内面上に形
成される。絶縁層80は、例えば、酸化シリコン層、窒化シリコン層及び酸化シリコン層
を順に積層した構造を有する。第1半導体層71aは、例えば、アモルファスシリコン層
であり、CVDを用いて絶縁層80上に形成される。第1半導体層71aは、メモリホー
ルMHの内部に第2半導体層73a及びコア75を形成する空間(図2(a)参照)を残
す厚さに形成される。
1aを形成する。絶縁層80は、例えば、CVDを用いてメモリホールMHの内面上に形
成される。絶縁層80は、例えば、酸化シリコン層、窒化シリコン層及び酸化シリコン層
を順に積層した構造を有する。第1半導体層71aは、例えば、アモルファスシリコン層
であり、CVDを用いて絶縁層80上に形成される。第1半導体層71aは、メモリホー
ルMHの内部に第2半導体層73a及びコア75を形成する空間(図2(a)参照)を残
す厚さに形成される。
図4(c)に示すように、メモリホールMHの底面に形成された第1半導体層71aの
一部及び絶縁層80の一部を選択的に除去する。第1半導体層71aの一部及び絶縁層8
0の一部は、例えば、異方性RIEを用いて除去される。
一部及び絶縁層80の一部を選択的に除去する。第1半導体層71aの一部及び絶縁層8
0の一部は、例えば、異方性RIEを用いて除去される。
図5(a)に示すように、メモリホールMHの内面を覆う第2半導体層73aを形成す
る。第2半導体層73aは、例えば、アモルファスシリコン層であり、CVDを用いて形
成される。第2半導体層73aは、メモリホールMHの内壁上に形成された第1半導体層
71aを覆い、メモリホールMHの底面においてソース層30aに電気的に接続される。
さらに、コア75を形成し、メモリホールMHの内部を埋め込む。コア75は、例えば、
CVDを用いて形成される酸化シリコンを含む。以上のようにしてメモリホールMHが形
成される。なお、第1半導体層71a及び第2半導体層73aを合わせて半導体層70a
とする。
る。第2半導体層73aは、例えば、アモルファスシリコン層であり、CVDを用いて形
成される。第2半導体層73aは、メモリホールMHの内壁上に形成された第1半導体層
71aを覆い、メモリホールMHの底面においてソース層30aに電気的に接続される。
さらに、コア75を形成し、メモリホールMHの内部を埋め込む。コア75は、例えば、
CVDを用いて形成される酸化シリコンを含む。以上のようにしてメモリホールMHが形
成される。なお、第1半導体層71a及び第2半導体層73aを合わせて半導体層70a
とする。
次に、形成したメモリホールMH上及び積層体100a最表面に犠牲層となる例えばシ
リコン酸化膜等を含む絶縁膜40aを形成する(図5(b))。なお、絶縁膜40aは後
に除去される。
リコン酸化膜等を含む絶縁膜40aを形成する(図5(b))。なお、絶縁膜40aは後
に除去される。
図5(c)に示すように、例えば500〜750℃でアニールを行う。これにより、金
属層25を触媒としてソース層30a及び半導体層70aのアモルファスシリコン層のM
ILC結晶化が進行する。金属膜25がソース層30a及び半導体層70aを拡散してい
く過程でソース層30a及び半導体層70aのアモルファスシリコン層のSi−Si結合
が再配列し、金属膜25が通過した領域が結晶化する。なお、金属層25の拡散はZ方向
に下層側から上層側に進む。つまり、始めに第1部分31aの結晶化が行われ、次に第2
部分33aの結晶化が行われる。これにより、第1部分31aはアモルファスシリコン層
から結晶化シリコン層を有する第1部分31となり、第2部分33aはアモルファスシリ
コン層から結晶化シリコン層を有する第2部分33となる。なお、これらの結晶化シリコ
ン層は、結晶化され単結晶または結晶粒径の大きいポリシリコンが形成されている。
属層25を触媒としてソース層30a及び半導体層70aのアモルファスシリコン層のM
ILC結晶化が進行する。金属膜25がソース層30a及び半導体層70aを拡散してい
く過程でソース層30a及び半導体層70aのアモルファスシリコン層のSi−Si結合
が再配列し、金属膜25が通過した領域が結晶化する。なお、金属層25の拡散はZ方向
に下層側から上層側に進む。つまり、始めに第1部分31aの結晶化が行われ、次に第2
部分33aの結晶化が行われる。これにより、第1部分31aはアモルファスシリコン層
から結晶化シリコン層を有する第1部分31となり、第2部分33aはアモルファスシリ
コン層から結晶化シリコン層を有する第2部分33となる。なお、これらの結晶化シリコ
ン層は、結晶化され単結晶または結晶粒径の大きいポリシリコンが形成されている。
金属層25上昇拡散が進むにつれて、続いて半導体層70aが結晶化する。この時半導
体層70aは、前過程で結晶化した結晶化シリコン層を有するソース層30と結晶方位を
揃えて結晶化する。これにより、半導体層70aは結晶化シリコン層を有する半導体層7
0になる。
体層70aは、前過程で結晶化した結晶化シリコン層を有するソース層30と結晶方位を
揃えて結晶化する。これにより、半導体層70aは結晶化シリコン層を有する半導体層7
0になる。
この時上述したように、半導体層70は単結晶となるが、多結晶を含んでいても良い。
換言すると、半導体層70のうち、電気的に接続された少なくとも2つのメモリセルMC
(例えば最上段及び最下段の電極層50に隣接したメモリセル)のチャネル(半導体層7
0)はそれぞれ単結晶となる。ただし、メモリセルは最上段及び最下段のメモリセルに限
定されない。
換言すると、半導体層70のうち、電気的に接続された少なくとも2つのメモリセルMC
(例えば最上段及び最下段の電極層50に隣接したメモリセル)のチャネル(半導体層7
0)はそれぞれ単結晶となる。ただし、メモリセルは最上段及び最下段のメモリセルに限
定されない。
なお、本実施形態において、金属層25をZ方向の下層側から上層側に拡散させるため
、上層側から拡散させる場合と比較しても下層ほど結晶粒径が大きく、大きさが揃いやす
くなる。なお、結晶粒径とは、Z方向に対する最大縦幅のことを指す。この時、例えば半
導体層70はその膜厚(絶縁層80とコア75との間の寸法)以上の結晶粒径を有する。
つまり半導体層70においては、結晶粒径の平均が上層と比較して下層ほど大きくなる。
なお、結晶粒径の平均は、例えば半導体層70のZ-Y断面における単位面積中に含まれ
る結晶の結晶粒径の平均値のことをいう。また、単位面積とは少なくとも複数個の結晶を
含む面積とする。
、上層側から拡散させる場合と比較しても下層ほど結晶粒径が大きく、大きさが揃いやす
くなる。なお、結晶粒径とは、Z方向に対する最大縦幅のことを指す。この時、例えば半
導体層70はその膜厚(絶縁層80とコア75との間の寸法)以上の結晶粒径を有する。
つまり半導体層70においては、結晶粒径の平均が上層と比較して下層ほど大きくなる。
なお、結晶粒径の平均は、例えば半導体層70のZ-Y断面における単位面積中に含まれ
る結晶の結晶粒径の平均値のことをいう。また、単位面積とは少なくとも複数個の結晶を
含む面積とする。
500〜750℃でさらにアニールを続けると、図6(a)に示すよう金属層25が最
表面の絶縁膜40aと積層体100aとの間に偏析する。より具体的には、第2半導体層
73と絶縁膜40aとの境界に偏析する。
表面の絶縁膜40aと積層体100aとの間に偏析する。より具体的には、第2半導体層
73と絶縁膜40aとの境界に偏析する。
次に図6(b)に示すように、CMP法やドライエッチング等により、絶縁膜40aを
剥離する。さらに、メモリホールMHの上層に不純物を注入しても良い。
剥離する。さらに、メモリホールMHの上層に不純物を注入しても良い。
図7(a)に示すように、積層体100aを複数の部分に分割するスリットSTを形成
する。スリットSTは、例えば、異方性RIEを用いて積層体100aの上面からソース
層30に至る深さに形成される。スリットSTはX方向に延在し、積層体100aを積層
体100となる複数の部分に分割する。
する。スリットSTは、例えば、異方性RIEを用いて積層体100aの上面からソース
層30に至る深さに形成される。スリットSTはX方向に延在し、積層体100aを積層
体100となる複数の部分に分割する。
図7(b)に示すように、スリットSTを介して絶縁層45を選択的に除去する。絶縁
層45は、例えば、スリットSTを介してエッチング液を供給することにより選択的にエ
ッチングされる。絶縁層45が窒化シリコン層であり、絶縁層40が酸化シリコン層であ
る場合には、エッチング液として熱燐酸を用いることにより、絶縁層40を残して絶縁層
45を選択的に除去することができる。なお、ソース層30には、絶縁層45のエッチン
グ液に耐性を有する材料を用いる。
層45は、例えば、スリットSTを介してエッチング液を供給することにより選択的にエ
ッチングされる。絶縁層45が窒化シリコン層であり、絶縁層40が酸化シリコン層であ
る場合には、エッチング液として熱燐酸を用いることにより、絶縁層40を残して絶縁層
45を選択的に除去することができる。なお、ソース層30には、絶縁層45のエッチン
グ液に耐性を有する材料を用いる。
図8(a)に示すように、絶縁層45を除去した後のスペース45sに金属層55を形
成する。金属層55は、例えば、CVDを用いて形成されたタングステン層である。CV
Dの原料ガスは、スリットSTを介して供給される。
成する。金属層55は、例えば、CVDを用いて形成されたタングステン層である。CV
Dの原料ガスは、スリットSTを介して供給される。
図8(b)に示すように、スリットSTの内面を覆う金属層55の一部を除去し、電極
層50を形成する。これにより、複数の電極層50を含む積層体100(図1参照)が完
成する。Z方向において隣接する電極層50は、絶縁層40により電気的に絶縁される。
層50を形成する。これにより、複数の電極層50を含む積層体100(図1参照)が完
成する。Z方向において隣接する電極層50は、絶縁層40により電気的に絶縁される。
図9(a)に示すように、スリットST内に絶縁層60を形成する。絶縁層60は、例
えば、CVDを用いて形成される酸化シリコン層であり、Y方向において隣接する積層体
100の間を電気的に絶縁する(図1参照)。さらに、積層体100の上に層間絶縁層(
図示しない)を介してビット線BLを形成し、メモリセル部MCPを完成させる。また、
図2に示すように絶縁層60内に例えばタングステン層等を含む電極層65を形成し、コ
ンタクトプラグとしても良い。
えば、CVDを用いて形成される酸化シリコン層であり、Y方向において隣接する積層体
100の間を電気的に絶縁する(図1参照)。さらに、積層体100の上に層間絶縁層(
図示しない)を介してビット線BLを形成し、メモリセル部MCPを完成させる。また、
図2に示すように絶縁層60内に例えばタングステン層等を含む電極層65を形成し、コ
ンタクトプラグとしても良い。
このようにして本実施形態の半導体装置1のメモリセル部MCPが完成する。
上記の製造方法において、積層体100下部にあらかじめ金属層25を形成し、アニー
ルすることによって金属が上層に移動し、金属を触媒として結晶化し、単結晶または結晶
粒径の大きなポリシリコンである結晶化シリコン層を有するソース層30及び半導体層7
0を形成することが可能になる。結晶化シリコン層を有することにより、チャネルの抵抗
が減少する。したがって、たとえば3次元配列の半導体装置等において電極層を多く積層
した場合に、抵抗が大きくなり読み書きの速度が遅くなるという問題を回避できる。
ルすることによって金属が上層に移動し、金属を触媒として結晶化し、単結晶または結晶
粒径の大きなポリシリコンである結晶化シリコン層を有するソース層30及び半導体層7
0を形成することが可能になる。結晶化シリコン層を有することにより、チャネルの抵抗
が減少する。したがって、たとえば3次元配列の半導体装置等において電極層を多く積層
した場合に、抵抗が大きくなり読み書きの速度が遅くなるという問題を回避できる。
さらには、あらかじめ金属層25を半導体装置の上層ではなく、例えばソース層30と
ソース線20との間に形成することにより、金属層が上層側に移動し、最表面(最上層)
に位置する絶縁層に偏析する。偏析した金属層は後に除去されるため、金属層を半導体装
置の上層に形成する場合と比較して、ソース層及び半導体層内に金属が残らない。したが
って、半導体層内に金属が残ることにより、メモリセルの寄生抵抗のばらつき、オフ電源
上昇、後工程での金属拡散によるトンネル膜の信頼性劣化等のセルトランジスタ特性の悪
化を引き起こす可能性が低減される。
ソース線20との間に形成することにより、金属層が上層側に移動し、最表面(最上層)
に位置する絶縁層に偏析する。偏析した金属層は後に除去されるため、金属層を半導体装
置の上層に形成する場合と比較して、ソース層及び半導体層内に金属が残らない。したが
って、半導体層内に金属が残ることにより、メモリセルの寄生抵抗のばらつき、オフ電源
上昇、後工程での金属拡散によるトンネル膜の信頼性劣化等のセルトランジスタ特性の悪
化を引き起こす可能性が低減される。
なお、本実施形態の半導体装置は図9(b)に示すように、例えばソース線20とソー
ス層30との間(A)、ソース層30のうち第2部分33と絶縁層40との間等のSiO
2/Si界面(B)、及びメモリホールMH内(C)の少なくともいずれかには上述した
トランジスタ特性の悪化が危惧されない程度に金属層25の一部が残ることがある。この
場合、残存した金属の濃度はZ方向において上層側よりも下層側のほうが高い。
ス層30との間(A)、ソース層30のうち第2部分33と絶縁層40との間等のSiO
2/Si界面(B)、及びメモリホールMH内(C)の少なくともいずれかには上述した
トランジスタ特性の悪化が危惧されない程度に金属層25の一部が残ることがある。この
場合、残存した金属の濃度はZ方向において上層側よりも下層側のほうが高い。
以下、第1の実施形態に係る半導体装置の製造方法の変形例について図10を用いて説
明する。
明する。
変形例に係る半導体装置の製造方法は、第1の実施形態と比較してアニール前の金属層
の形成位置が異なる。
の形成位置が異なる。
図10(a)に示すように、例えばソース層30aの第1部分31aと第2部分33a
との間に金属層25を設ける。この場合、アニール時に金属層25はZ方向の上層側に移
動するため、第2部分33a及び半導体層70aが結晶化する。第1部分31aはポリシ
リコン層となる。なお、アニール時の温度やその他の条件は第1の実施形態と同様である
。
との間に金属層25を設ける。この場合、アニール時に金属層25はZ方向の上層側に移
動するため、第2部分33a及び半導体層70aが結晶化する。第1部分31aはポリシ
リコン層となる。なお、アニール時の温度やその他の条件は第1の実施形態と同様である
。
一方で、図10(b)に示すように、ソース層30aと積層体最下段の絶縁層40との
間に金属層25を形成することも可能である。この場合、ソース層30aは例えばポリシ
リコン層となる。
間に金属層25を形成することも可能である。この場合、ソース層30aは例えばポリシ
リコン層となる。
以上のように、メモリセル部MCPにおいて結晶化したい領域を考慮し金属層25の形
成する位置を変化させても良い。つまり、抵抗を低減させたい領域の下部に金属層25を
設ければよい。
成する位置を変化させても良い。つまり、抵抗を低減させたい領域の下部に金属層25を
設ければよい。
なお、変形例において、金属層25を形成する位置が異なるが、その他の製造方法及び
効果については第1の実施形態と同様である。
効果については第1の実施形態と同様である。
変形例に係る半導体装置の製造方法によれば、結晶化したい領域のみを選択的に結晶化
することが可能になる。よって広範囲に金属層が残る虞を低減できる。
することが可能になる。よって広範囲に金属層が残る虞を低減できる。
(第2の実施形態)
以下、第2の実施形態について図11乃至図13を用いて説明する。
以下、第2の実施形態について図11乃至図13を用いて説明する。
第2の実施形態に係る半導体装置1は、第1の実施形態と比較して、メモリホールMH
の下部領域に第3半導体層90を有する点で異なる。つまり、半導体層70とソース層3
0との間は第3半導体層90となる。なお、第1の実施形態と同様な部分はその説明を省
略する。
の下部領域に第3半導体層90を有する点で異なる。つまり、半導体層70とソース層3
0との間は第3半導体層90となる。なお、第1の実施形態と同様な部分はその説明を省
略する。
図11は第2の実施形態に係る半導体装置1のメモリセル部MCPを示す模式断面図で
ある。図11に示すように、本実施形態のメモリセル部MCPはメモリホールMH下部に
結晶化された第3半導体層90を有する。第3半導体層90は例えば単結晶であるが、多
結晶を含んでいても良い。第3半導体層90は例えばZ方向においてソース層30に達す
るように形成されている。なお、その他の構造は第1の実施形態と同様である。
ある。図11に示すように、本実施形態のメモリセル部MCPはメモリホールMH下部に
結晶化された第3半導体層90を有する。第3半導体層90は例えば単結晶であるが、多
結晶を含んでいても良い。第3半導体層90は例えばZ方向においてソース層30に達す
るように形成されている。なお、その他の構造は第1の実施形態と同様である。
第3半導体層90は、例えば、結晶化シリコン層であり、たとえばソース層30と同じ
不純物を含む。第3半導体層90の濃度は特に限定されない。
不純物を含む。第3半導体層90の濃度は特に限定されない。
本実施形態では、第3半導体層90が形成された電極層(例えば50b)には絶縁層8
0や半導体層70がなく、閾値が変動しないため信頼性を向上できる。この時第3半導体
層90の不純物濃度が低い場合に、第3半導体層90に接する電極層50bをトランジス
タとして使用する。
0や半導体層70がなく、閾値が変動しないため信頼性を向上できる。この時第3半導体
層90の不純物濃度が低い場合に、第3半導体層90に接する電極層50bをトランジス
タとして使用する。
次に、本実施形態の半導体装置1の製造方法について図12乃至図13を用いて説明す
る。
る。
初めに、絶縁層10上に金属層25を含む積層体100aを形成し、エッチング等によ
ってメモリホールMHを形成する(図3及び図4(a)参照)。
ってメモリホールMHを形成する(図3及び図4(a)参照)。
図12(a)に示すように、メモリホールMH内に第3半導体層90aを形成する。こ
の時、第3半導体層は例えば、アモルファスシリコン層である。
の時、第3半導体層は例えば、アモルファスシリコン層である。
次に、図12(b)に示すように、例えばRIEによってメモリホールMH下部を除い
た第3半導体層90aを除去する。
た第3半導体層90aを除去する。
図12(c)に示すように、第1の実施形態と同様な方法でメモリホールMH内の第3
半導体層90a上に絶縁層80、半導体層70、及びコア75を形成し、最表面に絶縁層
40aを形成する(図4(b)乃至図5(b)参照)。
半導体層90a上に絶縁層80、半導体層70、及びコア75を形成し、最表面に絶縁層
40aを形成する(図4(b)乃至図5(b)参照)。
次に、図13(a)に示すように、例えば500〜750℃でアニールを行う。アニー
ルによって金属層25がZ方向の上層側に移動しながら、金属を触媒としてアモルファス
シリコン層を結晶化する。よって、ソース層30a、第3半導体層90a、半導体層70
aの順に結晶化し、ソース層30、第3半導体層90、及び半導体層70は例えば結晶化
シリコン層となる。なお、結晶化シリコン層は単結晶であり、また、結晶粒径の大きなポ
リシリコンを含んでも良い。
ルによって金属層25がZ方向の上層側に移動しながら、金属を触媒としてアモルファス
シリコン層を結晶化する。よって、ソース層30a、第3半導体層90a、半導体層70
aの順に結晶化し、ソース層30、第3半導体層90、及び半導体層70は例えば結晶化
シリコン層となる。なお、結晶化シリコン層は単結晶であり、また、結晶粒径の大きなポ
リシリコンを含んでも良い。
上記の設定温度でさらにアニールを続けると、図13(b)に示すように最表面の絶縁
膜40aと積層体100aの境界に金属層25が偏析する。第1の実施形態同様にしてド
ライエッチング等により金属層25を除去し、最後にスリットSTを形成し本実施形態に
係る半導体装置1が完成する。
膜40aと積層体100aの境界に金属層25が偏析する。第1の実施形態同様にしてド
ライエッチング等により金属層25を除去し、最後にスリットSTを形成し本実施形態に
係る半導体装置1が完成する。
本実施形態に係る半導体装置によれば、第1の実施形態と同様な効果を有し、さらには
メモリホールの下部に半導体層を設けることで、積層体下段の導電層と接するメモリホー
ル内には絶縁層(電荷蓄積層)を設けることがない。よって閾値変動を抑制でき、より信
頼性が向上した半導体装置を製造することが可能になる。
メモリホールの下部に半導体層を設けることで、積層体下段の導電層と接するメモリホー
ル内には絶縁層(電荷蓄積層)を設けることがない。よって閾値変動を抑制でき、より信
頼性が向上した半導体装置を製造することが可能になる。
なお、第2の実施形態においても、第1の実施形態で示した変形例を適用できる。
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
。
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
。
1・・・半導体装置、
10、40、40a、45、60、80・・・絶縁層、
20・・・ソース線、
25・・・金属層
30、30a・・・ソース層
31、31a・・・第1部分、
33、33a・・・第2部分、
45s・・・スペース、
50、50a、50b・・・電極層、
55・・・金属層、
70、70a・・・半導体層、
71、71a・・・第1半導体層
73、73a・・・第2半導体層
75・・・コア、
81・・・第1層、
83・・・第2層、
85・・・第3層、
90、90a…第3半導体層
100、100a・・・積層体
10、40、40a、45、60、80・・・絶縁層、
20・・・ソース線、
25・・・金属層
30、30a・・・ソース層
31、31a・・・第1部分、
33、33a・・・第2部分、
45s・・・スペース、
50、50a、50b・・・電極層、
55・・・金属層、
70、70a・・・半導体層、
71、71a・・・第1半導体層
73、73a・・・第2半導体層
75・・・コア、
81・・・第1層、
83・・・第2層、
85・・・第3層、
90、90a…第3半導体層
100、100a・・・積層体
Claims (14)
- 金属層上に第1半導体層を形成し、
前記第1半導体層上に、交互に積層された第1層と第2層とを含む積層体を形成し、
前記積層体の上面から前記第1半導体層に貫くメモリホールを形成して前記第1半導体
層を露出させ、
前記メモリホールの内壁を覆う第1絶縁層を形成し、
前記メモリホール内において前記第1絶縁層を覆い、前記第1半導体層に電気的に接続
された第2半導体層を形成し、
前記第2半導体層形成後に、アニールを行なう半導体装置の製造方法。 - 金属層上に第1半導体層を形成し、
前記第1半導体層上に、交互に積層された第1層と第2層とを含む積層体を形成し、
前記積層体の上面から前記第1半導体層に貫くメモリホールを形成して前記第1半導体
層を露出させ、
前記メモリホールの下部に前記第1半導体層と電気的に接続された第3半導体層を形成
し、
前記メモリホールの内壁及び前記第3半導体層を覆う第1絶縁層を形成し、
前記メモリホール内において前記第1絶縁層を覆い、前記第3半導体層に電気的に接続
された第2半導体層を形成し、
前記第2半導体層形成後に、アニールを行なう半導体装置の製造方法。 - 前記アニール前に前記積層体上に第2絶縁層を形成し、
前記アニールによって、前記積層体と前記第2絶縁層との間に前記金属層を偏析させ、
前記偏析した金属層及び前記第2絶縁層を除去することを特徴とする請求項1または2
に記載の半導体装置の製造方法。 - 前記アニールによって、前記金属層は前記積層体の積層方向に向かって移動することを
特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載の半導体装置の製造方法。 - 前記金属層は、前記第1半導体層の下部に代えて前記第1半導体層中に形成されること
を特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項に記載の半導体装置の製造方法。 - 前記金属層は、前記第1半導体層の下部に代えて、前記第1半導体層と前記積層体との
間に形成されることを特徴とする請求項1乃至5のいずれか1項に記載の半導体装置の製
造方法。 - 前記金属層はニッケル、コバルト、パラジウム、金、及び銅の少なくともいずれか1つ
を含むことを特徴とする請求項1乃至6のいずれか1項に記載の半導体装置の製造方法。 - 前記アニールの温度は500〜750度で行うことを特徴とする請求項1乃至7のいずれ
か1項に記載の半導体装置の製造方法。 - 前記アニールによって前記第2半導体層の結晶粒径の平均は前記積層体の積層方向にお
いて上層側よりも下層側の方が大きくなることを特徴とする請求項1乃至8のいずれか1
項に記載の半導体装置の製造方法。 - 第1半導体層と、
前記第1半導体層上に形成され、第1方向に積層された複数の電極層を含む積層体と、
前記第1方向に貫き前記電極層に隣接して設けられた第1絶縁層と、
前記第1絶縁層に隣接し前記第1方向に貫いて前記第1半導体層と電気的に接続し、前
記複数の電極層と交差する領域に複数のメモリセルが設けられ、かつ、結晶化した第2半
導体層と、
を備え、
前記複数のメモリセルのうち、電気的に接続された少なくとも2つのメモリセルの前記
第2半導体層はそれぞれ単結晶を有し、
前記第2半導体層の結晶粒径の平均は、前記第1方向において上層側よりも下層側の方
が大きい半導体装置。 - 前記第1半導体層の下面、上面、及び第2半導体層の少なくともいずれかには金属を有
することを特徴とする請求項10に記載の半導体装置。 - 前記第1方向において、前記金属の濃度は上側よりも下側の方が高いことを特徴とする
請求項11に記載の半導体装置。 - 前記金属はニッケル、コバルト、パラジウム、金、及び銅の少なくともいずれか1つを
含むことを特徴とする請求項11または12に記載の半導体装置。 - 前記第1半導体層と前記第2半導体層との間には、前記第1半導体層と電気的に接続す
る第3半導体層を有することを特徴とする請求項10乃至13のいずれか1項に記載の半
導体装置。
Priority Applications (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2016176672A JP2018041907A (ja) | 2016-09-09 | 2016-09-09 | 半導体装置及びその製造方法 |
US15/422,313 US9929178B1 (en) | 2016-09-09 | 2017-02-01 | Semiconductor device and method for manufacturing the same |
US15/908,921 US10312257B2 (en) | 2016-09-09 | 2018-03-01 | Semiconductor device and method for manufacturing the same |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2016176672A JP2018041907A (ja) | 2016-09-09 | 2016-09-09 | 半導体装置及びその製造方法 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2018041907A true JP2018041907A (ja) | 2018-03-15 |
Family
ID=61560750
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2016176672A Pending JP2018041907A (ja) | 2016-09-09 | 2016-09-09 | 半導体装置及びその製造方法 |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
US (2) | US9929178B1 (ja) |
JP (1) | JP2018041907A (ja) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2019165058A (ja) * | 2018-03-19 | 2019-09-26 | 東芝メモリ株式会社 | 半導体記憶装置 |
JP2020096042A (ja) * | 2018-12-11 | 2020-06-18 | キオクシア株式会社 | 基板処理装置、基板処理方法、および半導体装置の製造方法 |
US11107802B2 (en) | 2019-03-04 | 2021-08-31 | Toshiba Memory Corporation | Semiconductor device and method of manufacturing the same |
Families Citing this family (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US10186521B2 (en) * | 2016-09-16 | 2019-01-22 | Toshiba Memory Corporation | Semiconductor device and method for manufacturing semiconductor device |
CN106876401B (zh) * | 2017-03-07 | 2018-10-30 | 长江存储科技有限责任公司 | 存储器件的形成方法 |
JP2020031113A (ja) | 2018-08-21 | 2020-02-27 | キオクシア株式会社 | 半導体記憶装置およびその製造方法 |
JP2020064969A (ja) * | 2018-10-17 | 2020-04-23 | キオクシア株式会社 | 半導体装置およびその製造方法 |
CN110473876B (zh) * | 2019-07-10 | 2020-06-09 | 长江存储科技有限责任公司 | 一种三维存储器及其制备方法 |
JP2021048296A (ja) * | 2019-09-19 | 2021-03-25 | キオクシア株式会社 | 半導体記憶装置及び半導体記憶装置の製造方法 |
KR20210087818A (ko) * | 2020-01-03 | 2021-07-13 | 에스케이하이닉스 주식회사 | 반도체 장치 및 반도체 장치의 제조 방법 |
Family Cites Families (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2012003301A2 (en) | 2010-06-30 | 2012-01-05 | Sandisk Technologies Inc. | Ultrahigh density vertical nand memory device and method of making thereof |
US8187936B2 (en) | 2010-06-30 | 2012-05-29 | SanDisk Technologies, Inc. | Ultrahigh density vertical NAND memory device and method of making thereof |
JP2014175348A (ja) | 2013-03-06 | 2014-09-22 | Toshiba Corp | 不揮発性半導体記憶装置 |
JP2014179465A (ja) | 2013-03-14 | 2014-09-25 | Toshiba Corp | 不揮発性半導体記憶装置およびその製造方法 |
US9478495B1 (en) * | 2015-10-26 | 2016-10-25 | Sandisk Technologies Llc | Three dimensional memory device containing aluminum source contact via structure and method of making thereof |
-
2016
- 2016-09-09 JP JP2016176672A patent/JP2018041907A/ja active Pending
-
2017
- 2017-02-01 US US15/422,313 patent/US9929178B1/en active Active
-
2018
- 2018-03-01 US US15/908,921 patent/US10312257B2/en active Active
Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2019165058A (ja) * | 2018-03-19 | 2019-09-26 | 東芝メモリ株式会社 | 半導体記憶装置 |
JP7013293B2 (ja) | 2018-03-19 | 2022-01-31 | キオクシア株式会社 | 半導体記憶装置 |
JP2020096042A (ja) * | 2018-12-11 | 2020-06-18 | キオクシア株式会社 | 基板処理装置、基板処理方法、および半導体装置の製造方法 |
JP7208779B2 (ja) | 2018-12-11 | 2023-01-19 | キオクシア株式会社 | 基板処理装置 |
US11107802B2 (en) | 2019-03-04 | 2021-08-31 | Toshiba Memory Corporation | Semiconductor device and method of manufacturing the same |
US11948929B2 (en) | 2019-03-04 | 2024-04-02 | Kioxia Corporation | Semiconductor device and method of manufacturing the same |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
US9929178B1 (en) | 2018-03-27 |
US20180076213A1 (en) | 2018-03-15 |
US20180190669A1 (en) | 2018-07-05 |
US10312257B2 (en) | 2019-06-04 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US10312257B2 (en) | Semiconductor device and method for manufacturing the same | |
US11296114B2 (en) | Semiconductor memory device and method for manufacturing the same | |
JP6842386B2 (ja) | 半導体装置 | |
US10263009B2 (en) | Semiconductor devices with vertical channel structures | |
CN106558591B (zh) | 三维半导体器件 | |
US9929177B2 (en) | Semiconductor memory device and method for manufacturing same | |
JP4897009B2 (ja) | 不揮発性半導体記憶装置の製造方法 | |
JP6095908B2 (ja) | 不揮発性メモリ素子及びその製造方法 | |
US8476708B2 (en) | Semiconductor memory device having a circuit formed on a single crystal semiconductor layer with varied germanium concentration | |
JP5288877B2 (ja) | 不揮発性半導体記憶装置 | |
US9123749B2 (en) | Nonvolatile semiconductor memory device and method of manufacturing the same | |
US20160027796A1 (en) | Semiconductor devices | |
US20120139027A1 (en) | Vertical structure non-volatile memory devices including impurity providing layer | |
US9748261B2 (en) | Method of fabricating memory device | |
US10872901B2 (en) | Integrated circuit device and method of manufacturing the same | |
JP2014175348A (ja) | 不揮発性半導体記憶装置 | |
JP2012227326A (ja) | 不揮発性半導体記憶装置とその製造方法 | |
US10950620B2 (en) | Vertical-type memory device | |
KR20150041537A (ko) | 반도체 장치 | |
KR20080035799A (ko) | 노어형 불 휘발성 메모리 소자 및 이를 형성하기 위한 형성방법 | |
JP2018160593A (ja) | 半導体装置及びその製造方法 | |
JP2006526284A (ja) | ビット線構造およびその製造方法 | |
JP2010212604A (ja) | 半導体装置及びその製造方法 | |
JP2021136346A (ja) | 半導体記憶装置およびその製造方法 | |
CN215496716U (zh) | 半导体器件 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A711 | Notification of change in applicant |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A712 Effective date: 20170531 |
|
RD01 | Notification of change of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7421 Effective date: 20170821 |
|
A711 | Notification of change in applicant |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A712 Effective date: 20180907 |
|
RD07 | Notification of extinguishment of power of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7427 Effective date: 20180907 |