JP2018160593A - 半導体装置及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】セル間干渉をより低減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】半導体装置は、下地層と、下地層上に形成された第1電極層SGSと、第1電極層SGS上に第1電極層SGSと離間して形成された第2電極層WLと、第1及び第2電極層を積層方向である第1方向に貫き、半導体層52を含む柱状部CLと、第1及び第2電極層と半導体層52との間に設けられ、第1電極層SGSと接する第1絶縁膜31と、第2電極層WLと第1絶縁膜31との間に設けられた電荷蓄積層32と、第2電極層WLと電荷蓄積層32との間に設けられた第2絶縁膜33と、を有する。半導体層52は第2電極層WLと第1方向と交差する第2方向において対向した第1部分及び第1部分と第1方向において接する第2部分とを含み、第2部分に含まれる第1不純物の濃度は、前記第1部分に含まれる第1不純物の濃度より高い。
【選択図】図2
【解決手段】半導体装置は、下地層と、下地層上に形成された第1電極層SGSと、第1電極層SGS上に第1電極層SGSと離間して形成された第2電極層WLと、第1及び第2電極層を積層方向である第1方向に貫き、半導体層52を含む柱状部CLと、第1及び第2電極層と半導体層52との間に設けられ、第1電極層SGSと接する第1絶縁膜31と、第2電極層WLと第1絶縁膜31との間に設けられた電荷蓄積層32と、第2電極層WLと電荷蓄積層32との間に設けられた第2絶縁膜33と、を有する。半導体層52は第2電極層WLと第1方向と交差する第2方向において対向した第1部分及び第1部分と第1方向において接する第2部分とを含み、第2部分に含まれる第1不純物の濃度は、前記第1部分に含まれる第1不純物の濃度より高い。
【選択図】図2
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、セル間干渉をより低減させた半導体装置及びそ
の製造方法を提供する。
の製造方法を提供する。
実施形態の半導体装置は、下地層と、前記下地層上に形成された第1電極層と、前記第
1電極層上に前記第1電極層と離間して形成された第2電極層と、前記第1及び第2電極
層を積層方向である第1方向に貫き、半導体層を含む柱状部と、前記第1及び第2電極層
と前記半導体層との間に設けられ、前記第1電極層と接する第1絶縁膜と、前記第2電極
層と前記第1絶縁膜との間に設けられた電荷蓄積層と、前記第2電極層と前記電荷蓄積層
との間に設けられた第2絶縁膜と、を有し、前記半導体層は前記第2電極層と前記第1方
向と交差する第2方向において対向した第1部分及び前記第1部分と前記第1方向において
接する第2部分とを含み、前記第2部分に含まれる第1不純物の濃度は前記第1部分に含
まれる前記第1不純物の濃度より高い。
1電極層上に前記第1電極層と離間して形成された第2電極層と、前記第1及び第2電極
層を積層方向である第1方向に貫き、半導体層を含む柱状部と、前記第1及び第2電極層
と前記半導体層との間に設けられ、前記第1電極層と接する第1絶縁膜と、前記第2電極
層と前記第1絶縁膜との間に設けられた電荷蓄積層と、前記第2電極層と前記電荷蓄積層
との間に設けられた第2絶縁膜と、を有し、前記半導体層は前記第2電極層と前記第1方
向と交差する第2方向において対向した第1部分及び前記第1部分と前記第1方向において
接する第2部分とを含み、前記第2部分に含まれる第1不純物の濃度は前記第1部分に含
まれる前記第1不純物の濃度より高い。
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)
図1は、第1実施形態の半導体装置のメモリセルアレイの模式斜視図である。
図1は、第1実施形態の半導体装置のメモリセルアレイの模式斜視図である。
図1に示すように、第1実施形態の半導体装置は、基板10の主面10a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方向およびY方向とし、これらX方向およびY
方向の双方に対して直交する方向をZ方向とする。
な方向であって相互に直交する2方向をX方向およびY方向とし、これらX方向およびY
方向の双方に対して直交する方向をZ方向とする。
第1実施形態の半導体装置のメモリセルアレイ1は、複数の電極層41を含む積層体1
00と、複数の柱状部CLと、複数の分離部STとを有する。複数の電極層41は、基板
10の主面10a上に離間して積層される。基板10は例えばp型ポリシリコンや、ノン
ドープドシリコン等が考えられる。複数の電極層41の積層数は任意である。
00と、複数の柱状部CLと、複数の分離部STとを有する。複数の電極層41は、基板
10の主面10a上に離間して積層される。基板10は例えばp型ポリシリコンや、ノン
ドープドシリコン等が考えられる。複数の電極層41の積層数は任意である。
複数の電極層41は、ドレイン側選択ゲート電極SGD、複数のワード線WL、および
ソース側選択ゲート電極SGSを含む。ソース側選択ゲート電極SGSは、基板10上に
設けられる。複数のワード線WLは、ソース側選択ゲート電極SGS上に設けられる。ド
レイン側選択ゲート電極SGDは、複数のワード線WL上に設けられている。
ソース側選択ゲート電極SGSを含む。ソース側選択ゲート電極SGSは、基板10上に
設けられる。複数のワード線WLは、ソース側選択ゲート電極SGS上に設けられる。ド
レイン側選択ゲート電極SGDは、複数のワード線WL上に設けられている。
ドレイン側選択ゲート電極SGDは、ドレイン側選択トランジスタSTDのゲート電極
として機能する。ソース側選択ゲート電極SGSは、ソース側選択トランジスタSTSの
ゲート電極として機能する。ドレイン側選択トランジスタSTDとソース側選択トランジ
スタSTSとの間には、複数のメモリセルMCが直列に接続されている。1つのワード線
WLは、1つのメモリセルMCのゲート電極として機能する。
として機能する。ソース側選択ゲート電極SGSは、ソース側選択トランジスタSTSの
ゲート電極として機能する。ドレイン側選択トランジスタSTDとソース側選択トランジ
スタSTSとの間には、複数のメモリセルMCが直列に接続されている。1つのワード線
WLは、1つのメモリセルMCのゲート電極として機能する。
なお、ドレイン側選択ゲート電極SGD及びソース側選択ゲート電極SGSの層数は特
に限定されず、1層以上あればよい。
に限定されず、1層以上あればよい。
電極層41は例えばドープドシリコンであり、ドレイン側選択ゲート電極SGD及びソ
ース側選択ゲート電極SGSは例えばボロン(B)等を含むp型ポリシリコンであり、ワ
ード線WLは例えばリン(P)、ヒ素(As)またはアンチモン(Sb)等を含むn型ポ
リシリコンである。
ース側選択ゲート電極SGSは例えばボロン(B)等を含むp型ポリシリコンであり、ワ
ード線WLは例えばリン(P)、ヒ素(As)またはアンチモン(Sb)等を含むn型ポ
リシリコンである。
それぞれの電極層41に、タングステン、または、モリブデンなどの金属を含んでもよ
い。
い。
複数の電極層41の間には、絶縁層40が配置される。絶縁層40は、例えば、シリコ
ン酸化膜などの絶縁物であってもよく、エアギャップであってもよい。
ン酸化膜などの絶縁物であってもよく、エアギャップであってもよい。
積層体100は、複数の分離部STを有する。分離部STは、積層体100内をZ方向
およびY方向に伸びる。分離部STは、積層体100を、X方向に分離する。分離部ST
によって分離された領域は、“ブロック”とよばれる。ブロックは、例えば、情報イレー
ズの最小単位となる。
およびY方向に伸びる。分離部STは、積層体100を、X方向に分離する。分離部ST
によって分離された領域は、“ブロック”とよばれる。ブロックは、例えば、情報イレー
ズの最小単位となる。
分離部ST内には、ソース層SLが設けられる。ソース層SLは、積層体100から絶
縁されており、例えば、Z方向およびY方向に板状に広がる。ソース層SLの上方には、
上層配線80が設けられる。上層配線80は、X方向に伸びる。上層配線80は、X方向
に沿って並ぶ複数のソース層SLに電気的に接続される。
縁されており、例えば、Z方向およびY方向に板状に広がる。ソース層SLの上方には、
上層配線80が設けられる。上層配線80は、X方向に伸びる。上層配線80は、X方向
に沿って並ぶ複数のソース層SLに電気的に接続される。
なお、ソース層SLを分離部STではなく積層体100の下層に設けても良い。
分離部STによって分離された積層体100内には、複数の柱状部CLが設けられる。
柱状部CLは、積層体100内をZ方向に沿って伸びる。
柱状部CLは、積層体100内をZ方向に沿って伸びる。
柱状部CLは、メモリセルアレイ1内に、例えば、千鳥格子状、もしくは正方格子状に
配置される。
配置される。
柱状部CLの上端部の上方には、複数のビット線BLが設けられる。複数のビット線B
Lは、X方向に伸びる。柱状部CLの上端部は、コンタクト部Cb及びコンタクト部V1
を介して、ビット線BLの1つに電気的に接続される。
Lは、X方向に伸びる。柱状部CLの上端部は、コンタクト部Cb及びコンタクト部V1
を介して、ビット線BLの1つに電気的に接続される。
図2は、第1実施形態の半導体装置のメモリセルアレイの柱状部CLおよびその周囲の
下層部分を抽出した模式断面図である。図2は、図1におけるX―Z平面に対して平行な
断面の一部に対応する。なお、図2以降の記載においては、絶縁層40がエアギャップの
場合を例に説明する。また、以降の説明において、電極層41のうちソース側選択ゲート
電極(SGS)をソース側選択ゲート電極41とし、ワード線(WL)を電極層41とす
る。
下層部分を抽出した模式断面図である。図2は、図1におけるX―Z平面に対して平行な
断面の一部に対応する。なお、図2以降の記載においては、絶縁層40がエアギャップの
場合を例に説明する。また、以降の説明において、電極層41のうちソース側選択ゲート
電極(SGS)をソース側選択ゲート電極41とし、ワード線(WL)を電極層41とす
る。
図2に示すように、積層体100は複数の電極層41を含む。それぞれの電極層41の
間はエアギャップ構造(絶縁層40はエアギャップ)になっている。ただし最下層の絶縁
層40は半導体装置の安定性をより保つために、例えばシリコン酸化膜等の絶縁膜が形成
されている。
間はエアギャップ構造(絶縁層40はエアギャップ)になっている。ただし最下層の絶縁
層40は半導体装置の安定性をより保つために、例えばシリコン酸化膜等の絶縁膜が形成
されている。
図2に示すように、柱状部CLは、積層体100内をZ方向に沿って伸び、基板10と
電気的に接続されている。例えば、柱状部CLは、略円柱状である。
電気的に接続されている。例えば、柱状部CLは、略円柱状である。
柱状部CLは、コア部51と、半導体ボディ52と、を含む。コア部51は、積層体1
00内をZ方向に伸びる。半導体ボディ52は、コア部51と積層体100との間に設け
られ、Z方向に沿って伸びる。コア部51は例えばシリコン酸化膜、半導体ボディ52は
例えばp型ポリシリコン、n型ポリシリコン、またはノンドープドシリコンである。
00内をZ方向に伸びる。半導体ボディ52は、コア部51と積層体100との間に設け
られ、Z方向に沿って伸びる。コア部51は例えばシリコン酸化膜、半導体ボディ52は
例えばp型ポリシリコン、n型ポリシリコン、またはノンドープドシリコンである。
柱状部CLと複数の電極層41との間には、複数の電荷蓄積部32が設けられている。
例えば、電荷蓄積部32は、フローティングゲート、または電荷トラップ層である。Z方
向に隣接する電荷蓄積部32の間には、エアギャップ40が形成されている。
例えば、電荷蓄積部32は、フローティングゲート、または電荷トラップ層である。Z方
向に隣接する電荷蓄積部32の間には、エアギャップ40が形成されている。
柱状部CLと各電荷蓄積部32との間、および柱状部CLとエアギャップ40との間に
は、トンネル絶縁膜31が設けられる。例えば、トンネル絶縁膜31は筒状である。
は、トンネル絶縁膜31が設けられる。例えば、トンネル絶縁膜31は筒状である。
電荷蓄積部32と電極層41との間、及び電荷蓄積部32とエアギャップ40と間には
、ブロック絶縁膜33が設けられる。
、ブロック絶縁膜33が設けられる。
電荷蓄積部32は、例えば、シリコンを含む。電荷蓄積部32は、フローティングゲー
トの場合、電荷を保持し、電荷トラップ層の場合、電荷をトラップするトラップサイトを
有し、電荷をトラップする。メモリセルMCのしきい値は、電荷蓄積部に存在する電荷の
量によって変化する。これにより、メモリセルMCは、情報を保持する。トンネル絶縁膜
31は、例えば、シリコン酸化物を含む。トンネル絶縁膜31は、電荷蓄積部32と半導
体ボディ52との間の電位障壁である。トンネル絶縁膜31は、半導体ボディ52から電
荷蓄積部32に電荷を注入するとき(書き込み動作)、および電荷蓄積部32から半導体
ボディ52に電荷を拡散させるとき(消去動作)、電荷がトンネリングする。ブロック絶
縁膜33は、例えば、アルミニウム酸化物を含み、シリコン酸化物を含んでもよく、これ
らの積層膜であってもよい。ブロック絶縁膜33は、書き込み動作のとき、電荷蓄積部3
2から、ワード線へのトンネリングを抑制し、消去動作のとき、ワード線WLから電荷蓄
積部32への電荷のバックトンネリングを抑制する。
トの場合、電荷を保持し、電荷トラップ層の場合、電荷をトラップするトラップサイトを
有し、電荷をトラップする。メモリセルMCのしきい値は、電荷蓄積部に存在する電荷の
量によって変化する。これにより、メモリセルMCは、情報を保持する。トンネル絶縁膜
31は、例えば、シリコン酸化物を含む。トンネル絶縁膜31は、電荷蓄積部32と半導
体ボディ52との間の電位障壁である。トンネル絶縁膜31は、半導体ボディ52から電
荷蓄積部32に電荷を注入するとき(書き込み動作)、および電荷蓄積部32から半導体
ボディ52に電荷を拡散させるとき(消去動作)、電荷がトンネリングする。ブロック絶
縁膜33は、例えば、アルミニウム酸化物を含み、シリコン酸化物を含んでもよく、これ
らの積層膜であってもよい。ブロック絶縁膜33は、書き込み動作のとき、電荷蓄積部3
2から、ワード線へのトンネリングを抑制し、消去動作のとき、ワード線WLから電荷蓄
積部32への電荷のバックトンネリングを抑制する。
本実施形態において、半導体ボディ52は、エアギャップとXY平面において交差する
領域に不純物層53を有する。つまり、不純物層53は電極層41を離間して半導体ボデ
ィ52に形成される。不純物層53は、トンネル絶縁膜31を介してエアギャップ40と
対向する。
領域に不純物層53を有する。つまり、不純物層53は電極層41を離間して半導体ボデ
ィ52に形成される。不純物層53は、トンネル絶縁膜31を介してエアギャップ40と
対向する。
不純物層53は例えばリン(P)がドープされたn型の不純物層である。また、リン以
外にもヒ素(As)またはアンチモン(Sb)を不純物として含んでも良い。不純物層5
3はソース/ドレイン層として機能する。それぞれの電極層41には、電荷蓄積部32、
トンネル絶縁膜31、及び不純物層53によって破線部に示すメモリセルMCが形成され
ている。つまり、柱状部CLにはZ方向に複数のメモリセルMCが接続されたメモリスト
リングが形成されている。
外にもヒ素(As)またはアンチモン(Sb)を不純物として含んでも良い。不純物層5
3はソース/ドレイン層として機能する。それぞれの電極層41には、電荷蓄積部32、
トンネル絶縁膜31、及び不純物層53によって破線部に示すメモリセルMCが形成され
ている。つまり、柱状部CLにはZ方向に複数のメモリセルMCが接続されたメモリスト
リングが形成されている。
なお、図2において、1層の電極層41と柱状部CLが交差する領域には1つのメモリ
セルMCが形成されているが、例えば柱状部CLをY方向に分断する絶縁体を設けること
によって、電極層41と柱状部CLが交差する領域に2つ以上のメモリセルMCを形成す
るようにしても良い。
セルMCが形成されているが、例えば柱状部CLをY方向に分断する絶縁体を設けること
によって、電極層41と柱状部CLが交差する領域に2つ以上のメモリセルMCを形成す
るようにしても良い。
また、不純物層53はn型の不純物層に限定されない。不純物層53はp型不純物層で
あっても良い。不純物層53の不純物濃度はn型またはp型のいずれであっても半導体ボ
ディ52よりも高くなる。不純物層53の濃度は、例えばそのピーク濃度が5e18/c
m3〜5e20/cm3程度である。
あっても良い。不純物層53の不純物濃度はn型またはp型のいずれであっても半導体ボ
ディ52よりも高くなる。不純物層53の濃度は、例えばそのピーク濃度が5e18/c
m3〜5e20/cm3程度である。
本実施形態に係る半導体装置によれば、隣接する電極層41の間をエアギャップにする
ことによって、隣接したセル同士が干渉し(隣接セル間干渉)、信頼性が劣化する虞を低
減できる。さらには、半導体ボディ52に不純物層53を形成することによって、隣接し
たメモリセルの影響が受けにくくなるため、隣接セル間干渉をさらに抑制することが可能
になる。
ことによって、隣接したセル同士が干渉し(隣接セル間干渉)、信頼性が劣化する虞を低
減できる。さらには、半導体ボディ52に不純物層53を形成することによって、隣接し
たメモリセルの影響が受けにくくなるため、隣接セル間干渉をさらに抑制することが可能
になる。
次に、本実施形態に係る半導体装置の製造方法について図3〜図8を用いて説明する。
図3〜図8は、本実施形態の半導体装置の製造方法を示す模式断面図である。図3〜図
8は、図2に示したXZ断面に対応する。
8は、図2に示したXZ断面に対応する。
図3(a)に示すように、絶縁層40を基板10上に成膜する。絶縁層40は例えば熱
酸化によって形成される熱酸化シリコン酸化膜である。絶縁層40上に例えばp型ポリシ
リコンを含む材料によって形成されるソース側選択ゲート電極41を成膜する。ソース側
選択ゲート電極41上には、犠牲層となる絶縁層40a及び電極層41をそれぞれ交互に
成膜させる。これにより、基板10上に絶縁層40、ソース側選択ゲート電極41、犠牲
層40a及び電極層41を含む積層体100aが形成される。
酸化によって形成される熱酸化シリコン酸化膜である。絶縁層40上に例えばp型ポリシ
リコンを含む材料によって形成されるソース側選択ゲート電極41を成膜する。ソース側
選択ゲート電極41上には、犠牲層となる絶縁層40a及び電極層41をそれぞれ交互に
成膜させる。これにより、基板10上に絶縁層40、ソース側選択ゲート電極41、犠牲
層40a及び電極層41を含む積層体100aが形成される。
犠牲層40aは、例えばリン(P)がドープされたn型シリコンを含む材料によって形
成される。例えば、電極層41は、n型ポリシリコンを含む材料によって形成される。
成される。例えば、電極層41は、n型ポリシリコンを含む材料によって形成される。
図3(b)に示すように、例えば、フォトリソグラフィ法を用いて、メモリホールMH
1を積層体100a内に形成する。メモリホールMH1は、積層体100a内をZ方向に
沿って伸びる。メモリホールMH1は、積層体100aを貫通し基板10の上面に到達す
る。
1を積層体100a内に形成する。メモリホールMH1は、積層体100a内をZ方向に
沿って伸びる。メモリホールMH1は、積層体100aを貫通し基板10の上面に到達す
る。
図4(a)に示すように、メモリホールMH1内に露出した電極層41の端面にエッチ
ング処理を施す。例えば、メモリホールMH1内にエッチャントを供給する。これにより
、メモリホールMH1内に露出した電極層41の端面は後退し、リセス部が形成される。
このとき、例えばソース側選択ゲート電極41は電極層41と異なる材料を含みエッチン
グ選択比が異なるためほとんどエッチングされない。
ング処理を施す。例えば、メモリホールMH1内にエッチャントを供給する。これにより
、メモリホールMH1内に露出した電極層41の端面は後退し、リセス部が形成される。
このとき、例えばソース側選択ゲート電極41は電極層41と異なる材料を含みエッチン
グ選択比が異なるためほとんどエッチングされない。
次に、図4(b)に示すように、電極層41が後退することで生じたリセス部の内壁に
ブロック絶縁膜33を成膜する。ブロック絶縁膜33は、例えば、アルミニウム酸化物を
含む材料によって形成される。ブロック絶縁膜33は、例えば、シリコン酸化物を含む材
料によって形成されてもよい。その後、さらにリセス部内に電荷蓄積部32を成膜する。
電荷蓄積部32は、例えば、ポリシリコン、または、シリコン窒化物を含む材料によって
形成される。さらにブロック絶縁膜33と電荷蓄積部32は犠牲層40aと同じメモリホ
ールMH1径になるまで、ケミカルドライエッチングなどにより、エッチバックされ電極
層41ごとに分断される。これにより、リセス部は、ブロック絶縁膜33および電荷蓄積
部32によって埋め込まれる。
ブロック絶縁膜33を成膜する。ブロック絶縁膜33は、例えば、アルミニウム酸化物を
含む材料によって形成される。ブロック絶縁膜33は、例えば、シリコン酸化物を含む材
料によって形成されてもよい。その後、さらにリセス部内に電荷蓄積部32を成膜する。
電荷蓄積部32は、例えば、ポリシリコン、または、シリコン窒化物を含む材料によって
形成される。さらにブロック絶縁膜33と電荷蓄積部32は犠牲層40aと同じメモリホ
ールMH1径になるまで、ケミカルドライエッチングなどにより、エッチバックされ電極
層41ごとに分断される。これにより、リセス部は、ブロック絶縁膜33および電荷蓄積
部32によって埋め込まれる。
図5(a)に示すように、メモリホールMH1の内壁にトンネル絶縁膜31を成膜する
。トンネル絶縁膜31は、例えば、シリコン酸化物、シリコン酸窒化物、およびシリコン
窒化物からなる群より選択された1つ以上を含む材料によって形成される。トンネル絶縁
膜31は、シリコン酸化膜、シリコン酸窒化膜、およびシリコン窒化膜を含む積層膜とし
て形成されてもよい。
。トンネル絶縁膜31は、例えば、シリコン酸化物、シリコン酸窒化物、およびシリコン
窒化物からなる群より選択された1つ以上を含む材料によって形成される。トンネル絶縁
膜31は、シリコン酸化膜、シリコン酸窒化膜、およびシリコン窒化膜を含む積層膜とし
て形成されてもよい。
図5(b)に示すように、トンネル絶縁膜31上に半導体膜52aを成膜する。メモリ
ホールMH1の底に形成されたトンネル絶縁膜31および半導体膜52aを異方性エッチ
ングによって除去する。このとき、メモリホールMH1の側壁に形成されたトンネル絶縁
膜31および半導体膜52aは、残留する。メモリホールMH1の側壁に形成されたトン
ネル絶縁膜31は、その上に形成された半導体膜52aによって異方性エッチングによる
影響から保護される。
ホールMH1の底に形成されたトンネル絶縁膜31および半導体膜52aを異方性エッチ
ングによって除去する。このとき、メモリホールMH1の側壁に形成されたトンネル絶縁
膜31および半導体膜52aは、残留する。メモリホールMH1の側壁に形成されたトン
ネル絶縁膜31は、その上に形成された半導体膜52aによって異方性エッチングによる
影響から保護される。
その後、図6(a)に示すように、メモリホールMH1内に半導体ボディ52を形成し
、メモリホールMH1底に形成された半導体ボディ52をエッチングによって除去する。
半導体ボディ52は、基板10と電気的に接続される。半導体膜52aは、半導体ボディ
52の一部となる。
、メモリホールMH1底に形成された半導体ボディ52をエッチングによって除去する。
半導体ボディ52は、基板10と電気的に接続される。半導体膜52aは、半導体ボディ
52の一部となる。
次に、アニールを行う。図6(b)に示すように、アニールによって犠牲層40a中に
ドープされていた不純物が拡散する。不純物はトンネル絶縁膜31を通過し、半導体ボデ
ィ52中にまで拡散する。これにより、半導体ボディ52と犠牲層40aが交差する領域
には例えば、リン(P)が拡散され、n型の不純物層53が形成される。
ドープされていた不純物が拡散する。不純物はトンネル絶縁膜31を通過し、半導体ボデ
ィ52中にまで拡散する。これにより、半導体ボディ52と犠牲層40aが交差する領域
には例えば、リン(P)が拡散され、n型の不純物層53が形成される。
その後、図7(a)に示すようにメモリホールMH1内にコア部51を形成する。コア
部51は、例えば、シリコン酸化物を含む材料によって形成される。メモリホールMH1
は、半導体ボディ52およびコア部51によって埋め込まれる。
部51は、例えば、シリコン酸化物を含む材料によって形成される。メモリホールMH1
は、半導体ボディ52およびコア部51によって埋め込まれる。
次に、図7(b)に示すようにメモリホールが形成された領域の側方に、積層体100
aをYZ方向に分断する分離部STを形成する。形成された分離部STから、リプレース
工程によって犠牲層40aが除去される。これにより、犠牲層40aが形成されていた領
域にはエアギャップが形成される。この時、最下層の絶縁層40は犠牲層40aと材料が
異なるためほとんど除去されず、残留する。
aをYZ方向に分断する分離部STを形成する。形成された分離部STから、リプレース
工程によって犠牲層40aが除去される。これにより、犠牲層40aが形成されていた領
域にはエアギャップが形成される。この時、最下層の絶縁層40は犠牲層40aと材料が
異なるためほとんど除去されず、残留する。
次に、図8に示すように比較的被覆性の悪い条件下のCVD法によって分離部STの側
面を絶縁膜54で覆う。被覆性の悪い条件とは、例えば絶縁膜54が電極層41を覆うが
、エアギャップは埋まらない条件で行う。最後に絶縁膜54の内部に導電層を埋め込み、
ソース層SLを形成する(図2参照)。なお、ソース層SLは絶縁膜54によって完全に
電極層41と絶縁されている。
面を絶縁膜54で覆う。被覆性の悪い条件とは、例えば絶縁膜54が電極層41を覆うが
、エアギャップは埋まらない条件で行う。最後に絶縁膜54の内部に導電層を埋め込み、
ソース層SLを形成する(図2参照)。なお、ソース層SLは絶縁膜54によって完全に
電極層41と絶縁されている。
以上のようにして、本実施形態に係る半導体装置が完成する。
本実施形態に係る半導体装置によれば、隣接する電極層41間にエアギャップを設ける
ことによってセル間干渉を抑制することが可能になる。さらに、エアギャップと半導体ボ
ディが交差する領域、つまり、電極層の両端部に不純物層を設けることによって、よりセ
ル間干渉を抑制できる。
ことによってセル間干渉を抑制することが可能になる。さらに、エアギャップと半導体ボ
ディが交差する領域、つまり、電極層の両端部に不純物層を設けることによって、よりセ
ル間干渉を抑制できる。
例えば3次元のメモリデバイスにおいて、記憶容量を増大させるために電極層の積層数
を多くする必要がある。積層数が多くなるとデバイスの高さが増し、加工難度が上がるた
め、電極層間を狭くする傾向にある。しかし、電極層間が狭くなることでセル間干渉が大
きくなる、セルの信頼性が劣化してしまう。本実施形態の半導体装置は、電極層間が狭い
構造においてもセル間干渉を抑制することが可能になる。
を多くする必要がある。積層数が多くなるとデバイスの高さが増し、加工難度が上がるた
め、電極層間を狭くする傾向にある。しかし、電極層間が狭くなることでセル間干渉が大
きくなる、セルの信頼性が劣化してしまう。本実施形態の半導体装置は、電極層間が狭い
構造においてもセル間干渉を抑制することが可能になる。
図9は、第1実施形態の別の例の半導体装置のメモリセルアレイの模式斜視図である。
上述した例では、基板10上にメモリセルアレイを形成したが、シリコン基板上に形成
した周辺回路の上に、ポリシリコンまたはタングステンを含む埋め込みソース線電極を平
坦に形成し、その埋め込みソース線電極上にメモリセルアレイを形成してもよい。
した周辺回路の上に、ポリシリコンまたはタングステンを含む埋め込みソース線電極を平
坦に形成し、その埋め込みソース線電極上にメモリセルアレイを形成してもよい。
この場合、図9に示すように、基板10の主面10a上には、周辺回路11が設けられ
る。周辺回路11は絶縁膜内に設けられたトランジスタTrを含む。周辺回路11上には
、ソース線電極12(埋め込みソース線電極)が設けられる。ソース線電極12上には、
絶縁膜13が設けられる。絶縁膜13上には、半導体層14が設けられる。積層体100
は、半導体層14上に設けられる。
る。周辺回路11は絶縁膜内に設けられたトランジスタTrを含む。周辺回路11上には
、ソース線電極12(埋め込みソース線電極)が設けられる。ソース線電極12上には、
絶縁膜13が設けられる。絶縁膜13上には、半導体層14が設けられる。積層体100
は、半導体層14上に設けられる。
(第2の実施形態)
以下、第2の実施形態について図10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10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は、第1の実施形態と比較して、トンネル絶縁膜31
の形成方法が異なる。第2の実施形態において、トンネル絶縁膜31は熱酸化によって形
成され、電荷蓄積部32の表面上にのみ形成される。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。
の形成方法が異なる。第2の実施形態において、トンネル絶縁膜31は熱酸化によって形
成され、電荷蓄積部32の表面上にのみ形成される。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10は第2の実施形態に係る半導体装置のメモリセルアレイの柱状部CLおよびその
周囲の下層部分を抽出した模式断面図である。図10に示すように、本実施形態のトンネ
ル絶縁膜31は柱状部CLの側壁に連続して設けられるのではなく、電荷蓄積部32の表
面上に設けられる。なお、その他の構造は第1の実施形態と同様である。
周囲の下層部分を抽出した模式断面図である。図10に示すように、本実施形態のトンネ
ル絶縁膜31は柱状部CLの側壁に連続して設けられるのではなく、電荷蓄積部32の表
面上に設けられる。なお、その他の構造は第1の実施形態と同様である。
次に、本実施形態の半導体装置の製造方法について図11乃至図13を用いて説明する
。
。
初めに、第1の実施形態と同様に、基板10上に絶縁層40、ソース側選択ゲート電極
41を成膜し、その上に犠牲層40a及びワード線となる電極層41を交互に積層させ、
積層体200aを得る。積層体200aにメモリホールMH2を形成する(図3参照)。
41を成膜し、その上に犠牲層40a及びワード線となる電極層41を交互に積層させ、
積層体200aを得る。積層体200aにメモリホールMH2を形成する(図3参照)。
次に、第1の実施形態と同様に、メモリホールMH2内にエッチング処理を施し、電極
層41を後退させる。電極層41が後退したリセス部にブロック絶縁膜33、電荷蓄積部
32を順に成膜させる(図4参照)。
層41を後退させる。電極層41が後退したリセス部にブロック絶縁膜33、電荷蓄積部
32を順に成膜させる(図4参照)。
次に、図11(a)に示すように、電極層41が後退したリセス部外に形成されたブロ
ック絶縁膜33及び電荷蓄積部32を酸化させて例えばシリコン酸化膜(33及び31に
相当)を形成し、その後シリコン酸化膜をエッチングによって除去する。
ック絶縁膜33及び電荷蓄積部32を酸化させて例えばシリコン酸化膜(33及び31に
相当)を形成し、その後シリコン酸化膜をエッチングによって除去する。
次に、図11(b)に示すように、積層体200aを酸化させる。これにより、電荷蓄
積部32のメモリホールMH2に露出した部分が酸化し、トンネル絶縁膜31が形成され
る。なお、トンネル絶縁膜31は電荷蓄積部32だけでなく、最下層の絶縁層40及びソ
ース側選択ゲート電極41にも形成される。
積部32のメモリホールMH2に露出した部分が酸化し、トンネル絶縁膜31が形成され
る。なお、トンネル絶縁膜31は電荷蓄積部32だけでなく、最下層の絶縁層40及びソ
ース側選択ゲート電極41にも形成される。
次に、第1の実施形態と同様に、メモリホールMH2内に半導体ボディ52(52aを
含む)を形成し(図12(a))、その後アニールを行う。アニールによって図12(b
)に示すように、犠牲層40aにドープされた不純物であるリン(P)が半導体ボディ5
2に拡散する。これにより、半導体ボディ52には例えばリン(P)を含むn型不純物層
53が形成される。
含む)を形成し(図12(a))、その後アニールを行う。アニールによって図12(b
)に示すように、犠牲層40aにドープされた不純物であるリン(P)が半導体ボディ5
2に拡散する。これにより、半導体ボディ52には例えばリン(P)を含むn型不純物層
53が形成される。
なお、本実施形態において、第1の実施形態と比較して、犠牲層40aと半導体ボディ
52との間にトンネル絶縁膜31が設けられていないため、より拡散しやすい。
52との間にトンネル絶縁膜31が設けられていないため、より拡散しやすい。
その後は、第1の実施形態と同様に、積層体200aをブロックごとに分断する分離部
STを形成し、リプレースによって犠牲層40aを除去する(図13)。犠牲層40aの
除去によって電極層41間にエアギャップが形成される。リプレース後は、分離部STの
端部を絶縁膜54で埋めて絶縁膜54内部にソース層SLを形成する(図10参照)。こ
れにより電極層41とソース層SLは電気的に絶縁される。
STを形成し、リプレースによって犠牲層40aを除去する(図13)。犠牲層40aの
除去によって電極層41間にエアギャップが形成される。リプレース後は、分離部STの
端部を絶縁膜54で埋めて絶縁膜54内部にソース層SLを形成する(図10参照)。こ
れにより電極層41とソース層SLは電気的に絶縁される。
以上のようにして第2の実施形態に係る半導体装置が製造される。
本実施形態に係る半導体装置によれば、第1の実施形態と同様に隣接セル間干渉をさら
に低減させることが可能になる。
に低減させ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別の例を適用できる。
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・・・メモリセルアレイ
10・・・基板
11・・・周辺回路
12・・・埋め込みソース線電極
13・・・絶縁膜
14・・・半導体層
31・・・トンネル絶縁膜
32・・・電荷蓄積部
33・・・ブロック絶縁膜
40・・・絶縁層
41・・・電極層
51・・・コア部
52・・・半導体ボディ
53・・・不純物層
54・・・絶縁体
100、200・・・積層体
10・・・基板
11・・・周辺回路
12・・・埋め込みソース線電極
13・・・絶縁膜
14・・・半導体層
31・・・トンネル絶縁膜
32・・・電荷蓄積部
33・・・ブロック絶縁膜
40・・・絶縁層
41・・・電極層
51・・・コア部
52・・・半導体ボディ
53・・・不純物層
54・・・絶縁体
100、200・・・積層体
Claims (10)
- 下地層と、
前記下地層上に形成された第1電極層と、
前記第1電極層上に前記第1電極層と離間して形成された第2電極層と、
前記第1及び第2電極層を積層方向である第1方向に貫き、半導体層を含む柱状部と、
前記第1及び第2電極層と前記半導体層との間に設けられ、前記第1電極層と接する第
1絶縁膜と、
前記第2電極層と前記第1絶縁膜との間に設けられた電荷蓄積層と、
前記第2電極層と前記電荷蓄積層との間に設けられた第2絶縁膜と、
を有し、
前記半導体層は前記第2電極層と前記第1方向と交差する第2方向において対向した第
1部分及び前記第1部分と前記第1方向において接する第2部分とを含み、
前記第2部分に含まれる第1不純物の濃度は前記第1部分に含まれる前記第1不純物の
濃度より高い、
半導体装置。 - 前記第1方向における前記第1電極層と前記第2電極層との間にはエアギャップが形成
されることを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。 - 前記第1電極層はp型ポリシリコンであり、前記第2電極層はn型ポリシリコンである
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。 - 前記下地層は、基板または、基板上に形成された周辺回路であ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。 - 前記下地層上に、前記下地層及び前記第1電極層と接する絶縁層が形成されること特徴
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。 - 前記第2部分はn型不純物層であ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。 - 前記第1不純物は、リン、ヒ素、及びアンチモンのいずれか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。 - 下地層上に、第1不純物がドープされた第1絶縁層を形成し、前記第1絶縁層上に第1
電極層を形成し、
前記第1絶縁層及び前記第1電極層を第1方向に貫くホールを形成し、
前記ホール内に露出した前記第1電極層をエッチングしてリセス部を形成し、
前記リセス部に電荷蓄積層を形成し、
前記電荷蓄積層及び前記第1絶縁層の表面上に第2絶縁層を形成し、
前記第2絶縁層の表面上に半導体層を形成し、
アニールによって前記第1絶縁層中に含まれる前記第1不純物を前記半導体層まで拡散
させる、
半導体装置の製造方法。 - 下地層上に、第1不純物がドープされた第1絶縁層を形成し、前記第1絶縁層上に第1
電極層を形成し、
前記第1絶縁層及び前記第1電極層を第1方向に貫くホールを形成し、
前記ホールに露出した前記第1電極層をエッチングしてリセス部を形成し、
前記リセス部に電荷蓄積層を形成し、
前記電荷蓄積層の表面上に第2絶縁層を形成し、
前記第1絶縁層及び前記第2絶縁層の表面上に半導体層を形成し、
アニールによって前記第1絶縁層中に含まれる前記第1不純物を前記半導体層まで拡散
させる、
半導体装置の製造方法。 - 前記第1方向と、前記第1方向と交差する第2方向の平面に亘って分離部を形成し、
前記分離部を介して前記第1絶縁層を除去し、
前記分離部の内面上に第3絶縁層を形成する、請求項8または9に記載の半導体装置の
製造方法。
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