JP2018160531A - 半導体記憶装置及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】実施形態に係る半導体記憶装置は、基板と、絶縁膜と、複数の導電膜と、複数の積層体と、を備える。前記絶縁膜は、前記基板上に設けられる。前記複数の導電膜は、前記絶縁膜上に設けられる。前記複数の積層体は、前記複数の導電膜上に設けられ、それぞれ離れて積層された複数の電極膜を有する。前記複数の導電膜は、空隙を介して前記基板に沿った第1方向に配置される。前記複数の積層体は、空隙を介して前記第1方向に配置される。前記導電膜間に位置する前記空隙の前記第1方向の幅は、前記積層体間に位置する前記空隙の前記第1方向の幅より大きい。
【選択図】図1
Description
なお、図面は模式的または概念的なものであり、各部分の厚みと幅との関係、部分間の大きさの比率などは、必ずしも現実のものと同一とは限らない。また、同じ部分を表す場合であっても、図面により互いの寸法や比率が異なって表される場合もある。
なお、本願明細書と各図において、既出の図に関して前述したものと同様の要素には同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。
図1は、半導体記憶装置1を示す平面図である。
図2は、図1のA1−A2線の断面図である。
図3は、半導体記憶装置1における柱状部CLを拡大して示す断面図である。
本実施形態に係る半導体記憶装置1においては、シリコン基板等の基板10が設けられている。以下、本明細書においては、説明の便宜上、XYZ直交座標系を採用する。基板10の上面10aに対して平行で、且つ、相互に直交する2方向を「X方向」及び「Y方向」とし、基板10の上面10aに対して垂直な方向を「Z方向」とする。
絶縁膜11は、基板10上に設けられている。絶縁膜11は、例えば、シリコン酸化物を含む。
導電膜12は、例えば、ソース線の一部を構成する。例えば、半導体記憶装置1の動作(書込、消去及び読出動作)において、導電膜12を介してチャネル20に流れる電流値が読み取られる。
コア部60は、例えば、シリコン酸化物を含む。コア部60の形状は、例えば、円柱状である。
チャネル20は、コア部60の側面上に設けられている。チャネル20の形状は、例えば、底を有する筒状である。チャネル20は、ボディ20aと、カバー層20bと、を有する。カバー層20bは、ボディ20aの側面上に設けられている。ボディ20a及びカバー層20bは、シリコン、例えば、アモルファスシリコンを結晶化させたポリシリコンを含む。チャネル20(ボディ20a)の下端は、導電膜12に接する。
トンネル絶縁膜21は、チャネル20の側面上に設けられている。トンネル絶縁膜21は、例えば、シリコン酸化物を含む。
電荷蓄積膜22は、トンネル絶縁膜21の側面上に設けられている。電荷蓄積膜22は、例えば、シリコン窒化物(SiN)を含む。チャネル20と電極膜40(ワード線)との交差部分に、電荷蓄積膜22を含むメモリセルが形成される。
電荷蓄積膜22は、膜中に、電荷をトラップするトラップサイトを有する。メモリセルのしきい値は、トラップサイトにトラップされた電荷の有無、及び、トラップされた電荷の量によって変化する。これにより、メモリセルは、情報を保持する。
柱状部CLの上方には、Y方向に延びる複数のビット線(図示せず)が設けられている。柱状部CLの上端は、コンタクトを介して、ビット線の1つに接続されている。
スリットST内には、絶縁膜44が設けられている。
第2部分50bは、絶縁膜43内に位置するように第1部分50a上に設けられている。第2部分50bは、例えば円柱状を有し、Z方向に延びている。
第1部分50aのX方向の幅W1は、第2部分50bのX方向の幅W2より大きい。
図4(a)及び図4(b)〜図9(a)及び図9(b)、ならびに、図11(a)及び図11(b)〜図14(a)及び図14(b)は、半導体記憶装置1の製造方法を示す図である。
図10は、半導体記憶装置1の一部を示す断面図である。
図4(a)〜図9(a)及び図11(a)〜図14(a)は、平面図であって、図1に示された領域に相当する。図4(b)〜図9(b)及び図11(b)〜図14(b)は、断面図であって、図2に示された領域に相当する。図10は、半導体記憶装置1のX方向の一端の断面図であって、基板10、絶縁膜11及び導電膜12が露出している部分(ベベル部Bp)を示している。
次に、図6(a)及び図6(b)に示すように、RIE(Reactive Ion Etching)等のエッチング処理により、絶縁膜11の一部、及び、導電膜12の一部を除去してトレンチT1を形成する。トレンチT1は、X方向に所定の幅を有し、Y方向に延びている。続いて、マスク70を除去する。
続けて、コンタクトホール74、75内にタングステン等をそれぞれ埋め込んで、コンタクト30、31を形成する。
このようにして、半導体記憶装置1が製造される。
図15(a)及び図15(b)は、基板への放電を説明する図である。
図15(a)及び図15(b)に示すように、3次元構造の半導体記憶装置において、基板10からフローティングされた導電膜12がベベル部BpでプラズマPに対して露出されていない場合、例えば、RIE等の異方性エッチングを用いたメモリホールMH加工であって、高密度かつ高アスペクト構造の加工においては、シェーディング効果により構造直下の導電膜12に正電荷が蓄積され易い。これにより、基板10と導電膜12間に電位差が発生し、基板10及び導電膜12間に設けられた絶縁膜11が絶縁破壊して放電Ar(アーキング)が発生する問題があった。
また、本実施形態では、図10、図11(a)及び図11(b)に示す工程のように、ベベル部Bpまで犠牲膜71aによって導電膜12を電気的に接続し、ベベル部Bpで広面積をプラズマ露出させることにより、導電膜12を基板10と同電位とすることで、絶縁膜11の絶縁破壊を抑制し放電Arの発生を抑制する。
図16は、半導体記憶装置2を示す断面図である。図16に示された領域は、図2に示された領域に相当する。
図16に示すように、本変形例に係る半導体記憶装置2は、第1実施形態に係る半導体記憶装置1と比較して、絶縁部材50のかわりに、絶縁部材51及び導電部材55が設けられている点で異なっている。
絶縁部材51は、一部が絶縁膜11内に位置し、他部がX方向で隣り合う導電膜12間に位置するように設けられている。絶縁部材51は、例えば、シリコン酸化物やシリコン窒化物を含む。
導電部材55は、絶縁膜43内に位置するように絶縁部材51上に設けられている。導電部材55は、例えば、タングステン等の金属を含む。
絶縁部材51のX方向の幅W3は、導電部材55のX方向の幅W4より大きい。
本変形例の効果は、第1実施形態と同じである。
図17は、半導体記憶装置3を示す平面図である。
図18は、図17のB1−B2線の断面図である。
図17及び図18に示された領域は、図1及び図2に示された領域に相当する。
図17及び図18に示すように、本実施形態に係る半導体記憶装置3は、第1実施形態に係る半導体記憶装置1と比較して、絶縁部材50のかわりに、層間絶縁膜80、絶縁膜13、導電膜14及び絶縁部材52が設けられている点で異なっている。なお、図17及び図18において、メモリセル領域Rmの絶縁膜42、及び、周辺領域Rpのコンタクト31の図示を省略している。
層間絶縁膜80は、導電膜12内に位置し、X方向で隣り合う導電膜12を絶縁する。層間絶縁膜80は、例えば、シリコン酸化物を含む。
絶縁膜13は、層間絶縁膜80及び導電膜12上に設けられている。絶縁膜13は絶縁耐圧の低い材料を用いる、もしくは膜厚を薄くすることにより絶縁耐性を低くする。例えば、絶縁膜13は、Z方向の幅が30ナノメートル以下の酸化膜である。
積層体15は、導電膜14上に設けられている。
第2部分52bは、第1部分52a上に設けられ、絶縁膜43内に位置する。第2部分52bは、例えば板状を有し、Y方向及びZ方向に延びている。
第1部分52aのX方向の幅W5は、第2部分50bのX方向の幅W6より大きい。
図19(a)及び図19(b)〜図25(a)及び図25(b)は、半導体記憶装置3の製造方法を示す図である。
図19(a)〜図25(a)は、平面図であって、図17に示された領域に相当し、図19(b)〜図25(b)は、断面図であって、図18に示された領域に相当する。
なお、図4(a)及び図4(b)〜図6(a)及び図6(b)に示す工程において、第1実施形態と第2実施形態は同じであるので、図示及び詳細な説明は省略する。
次に、図20(a)及び図20(b)に示すように、層間絶縁膜80及び導電膜12上に絶縁膜13を形成する。続いて、絶縁膜13上に導電膜14を形成する。
一方、犠牲膜72の除去と同時に、Y方向に延びているスリットSTを介して犠牲膜71bを除去する。スリットSTは犠牲膜71bに接しているので、犠牲膜71bはスリットSTを介して除去される。犠牲膜71bの除去によって、トレンチT2が形成される。
一方、Y方向に延びているスリットST、及び、トレンチT2内にシリコン酸化物等を埋め込んで絶縁部材52を形成する。これにより、X方向で隣り合う導電膜14が絶縁部材52によって絶縁される。絶縁部材52において、トレンチT2内に埋め込まれた部分が第1部分52aに相当し、スリットST内に埋め込まれた部分が第2部分52bに相当する。なお、トレンチT2及びスリットST内を埋め込まなくても良く、この場合、図24(a)及び図24(b)に示すように、絶縁膜43内に空隙が形成される。
続けて、コンタクトホール74を形成し、コンタクトホール74内にコンタクト30を形成する。
このようにして、半導体記憶装置3が製造される。
また、本実施形態では、図23(a)及び図23(b)に示す工程のように、ベベル部Bpまで犠牲膜71b及び絶縁膜13によって導電膜12を電気的に接続している。つまり、犠牲膜71b及び導電膜12の間に絶縁膜13が設けられているが、絶縁膜13の絶縁耐圧を低くすることで、低い電圧によって絶縁膜13を通電するので、ベベル部Bpまで犠牲膜71b及び絶縁膜13によって導電膜12を電気的に接続できる。そして、ベベル部Bpで広面積をプラズマ露出させることにより、導電膜12を基板10と同電位とすることで、絶縁膜11の絶縁破壊を抑制し放電Arの発生を抑制する。
本実施形態における上記以外の効果は、前述の第1実施形態と同じである。
以上説明した実施形態によれば、信頼性の高い半導体記憶装置及びその製造方法を提供する。
Claims (5)
- 基板と、
前記基板上に設けられた絶縁膜と、
前記絶縁膜上に設けられた複数の導電膜と、
前記複数の導電膜上に設けられ、それぞれ離れて積層された複数の電極膜を有する複数の積層体と、
を備え、
前記複数の導電膜は、空隙を介して前記基板に沿った第1方向に配置され、
前記複数の積層体は、空隙を介して前記第1方向に配置され、
前記導電膜間に位置する前記空隙の前記第1方向の幅は、前記積層体間に位置する前記空隙の前記第1方向の幅より大きい半導体記憶装置。 - 基板と、
前記基板上に設けられた絶縁膜と、
前記絶縁膜上に設けられた複数の導電膜と、
前記絶縁膜上に設けられ、前記基板に沿った第1方向において前記導電膜間に位置し、前記基板に沿って前記第1方向に交差する第2方向に延びる絶縁部材と、
前記複数の導電膜上に設けられ、それぞれ離れて積層された複数の電極膜を有する複数の積層体と、
前記絶縁部材上に設けられ、前記第1方向において前記積層体間に位置し、前記複数の電極膜の積層方向に延びる第1部材と、
を備え、
前記絶縁部材の前記第1方向の幅は、前記第1部材の前記第1方向の幅より大きい半導体記憶装置。 - 基板と、
前記基板上に設けられた第1絶縁膜と、
前記第1絶縁膜上に設けられた複数の第1導電膜と、
前記複数の導電膜上に設けられた第2絶縁膜と、
前記第2絶縁膜上に設けられた複数の第2導電膜と、
前記第2絶縁膜上に設けられ、前記基板に沿った第1方向において前記第2導電膜間に位置し、前記基板に沿って前記第1方向に交差する第2方向に延びる絶縁部材と、
前記複数の第2導電膜上に設けられ、それぞれ離れて積層された複数の電極膜を有する複数の積層体と、
前記絶縁部材上に設けられ、前記第1方向において前記積層体間に位置し、前記第2方向、及び、前記複数の電極膜の積層方向に延びる第1部材と、
を備え、
前記絶縁部材の前記第1方向の幅は、前記第1部材の前記第1方向の幅より大きい半導体記憶装置。 - 基板上に第1絶縁膜を形成する工程と、
前記第1絶縁膜上に第1導電膜を形成する工程と、
前記第1絶縁膜及び前記第1導電膜内に、前記第1導電膜を貫通して前記基板に沿った第1方向に延びるトレンチを形成する工程と、
前記トレンチ内に第2導電膜を形成する工程と、
前記第1導電膜上に、第2絶縁膜及び第1膜を交互に積層して積層体を形成する工程と、
前記第2導電膜及び前記積層体上であって、前記積層体を覆う第3絶縁膜を形成する工程と、
前記基板の端部上に位置する前記第3絶縁膜の一部を除去し、前記第1絶縁膜の一部、及び、前記第1導電膜の一部を露出させる工程と、
前記積層体内に、前記積層体の積層方向に延びる第1貫通孔を形成する工程と、
前記第2導電膜上に形成された前記第3絶縁膜内に、前記積層方向に延びて前記第2導電膜に達する第2貫通孔を形成する工程と、
前記第2貫通孔を介して、前記トレンチ内の前記第2導電膜を除去する工程と、
を備えた半導体記憶装置の製造方法。 - 基板上に第1絶縁膜を形成する工程と、
前記第1絶縁膜上に第1導電膜を形成する工程と、
前記第1絶縁膜及び前記第1導電膜内に、前記第1導電膜を貫通して前記基板に沿った第1方向に延びる第1トレンチを形成する工程と、
前記第1トレンチ内に第2絶縁膜を形成する工程と、
前記第2絶縁膜上に第3絶縁膜を形成する工程と、
前記第3絶縁膜上に第2導電膜を形成する工程と、
前記第2導電膜の一部を除去して前記第1方向に延びる第2トレンチを形成する工程と、
前記第2トレンチ内に第3導電膜を形成する工程と、
前記第2導電膜上に、第4絶縁膜及び第1膜を交互に積層して積層体を形成する工程と、
前記第3導電膜及び前記積層体上であって、前記積層体を覆う第5絶縁膜を形成する工程と、
前記基板の端部上に位置する前記第5絶縁膜の一部を除去し、前記第1絶縁膜の一部、及び、前記第1導電膜の一部を露出させる工程と、
前記積層体内に、前記積層体の積層方向に延びる貫通孔を形成する工程と、
前記第3導電膜上に位置する前記第5絶縁膜内に、前記第1方向に延びるスリットを形成する工程と、
前記スリットを介して、前記第2トレンチ内の前記第3導電膜を除去する工程と、
を備えた半導体記憶装置の製造方法。
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