JP2020150199A - 半導体記憶装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】半導体記憶装置の歩留まりを向上させる。【解決手段】実施形態の半導体記憶装置は、基板20と第1及び第2導電体層と第1及び第2ピラーと絶縁部材とを含む。第1導電体層は、第1部分21と第2部分41と第2部分の上方の第3部分45とを含む。複数の第2導電体層23は、第1導電体層の上方に互いが離隔しつつ積層される。第1ピラーMPは、複数の第2導電体層の積層方向と交差する方向で第1導電体層の第1部分と接触した第1半導体層を含む。第2ピラーHR又はC4は、複数の第2導電体層と第1導電体層の第3部分とを貫通している。絶縁部材DJは、第1及び第2ピラー間且つ第1導電体層の第2及び第3部分間に設けられ、積層方向で第1導電体層の第2及び第3部分のそれぞれと接触し、第1方向で第1導電体層の第1部分と接触している。【選択図】図11
Description
実施形態は、半導体記憶装置に関する。
データを不揮発に記憶することが可能なNAND型フラッシュメモリが知られている。
半導体記憶装置の歩留まりを向上させる。
実施形態の半導体記憶装置は、基板と、第1導電体層と、複数の第2導電体層と、第1ピラーと、第2ピラーと、第1部材とを含む。基板は、第1領域及び第1領域と第1方向に隣り合う第2領域を含む。第1導電体層は、第1領域及び第2領域内の基板の上方に設けられる。第1導電体層は、第1領域内の第1部分と、第1部分と連続的に設けられた第2領域内の第2部分と、第1部分と連続的に設けられ且つ第2部分の上方で第2部分とは離隔した第2領域内の第3部分とを含む。複数の第2導電体層は、第1導電体層の上方に、互いが離隔しつつ積層される。第1ピラーは、複数の第2導電体層を複数の第2導電体層の積層方向に貫通して第1導電体層の第1部分に至るように設けられる。第1ピラーは、積層方向と交差する方向で第1導電体層の第1部分と接触した第1半導体層と、第1半導体層と複数の第2導電体層との間の第1絶縁体層と、を含む。第2ピラーは、複数の第2導電体層と第1導電体層の第3部分とを積層方向に貫通して設けられる。第1部材は、第1ピラー及び第2ピラー間且つ第1導電体層の第2部分及び第3部分間に設けられる。第1部材は、積層方向で第1導電体層の第2部分及び第3部分のそれぞれと接触し、第1方向で第1導電体層の第1部分と接触する。第1部材は、第1導電体層とは異種である。
以下に、実施形態について図面を参照して説明する。各実施形態は、発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示している。図面は模式的又は概念的なものであり、各図面の寸法及び比率等は必ずしも現実のものと同一とは限らない。本発明の技術思想は、構成要素の形状、構造、配置等によって特定されるものではない。
尚、以下の説明において、略同一の機能及び構成を有する構成要素については、同一符号を付す。参照符号を構成する文字の後の数字は、同じ文字を含んだ参照符号によって参照され、且つ同様の構成を有する要素同士を区別するために使用される。同じ文字を含んだ参照符号で示される要素を相互に区別する必要がない場合、これらの要素はそれぞれ文字のみを含んだ参照符号により参照される。
[1]第1実施形態
以下に、第1実施形態に係る半導体記憶装置1について説明する。
以下に、第1実施形態に係る半導体記憶装置1について説明する。
[1−1]半導体記憶装置1の構成
[1−1−1]半導体記憶装置1の全体構成
図1は、第1実施形態に係る半導体記憶装置1の構成例を示している。半導体記憶装置1は、データを不揮発に記憶することが可能なNAND型フラッシュメモリであり、外部のメモリコントローラ2によって制御される。半導体記憶装置1とメモリコントローラ2との間の通信は、例えばNANDインターフェイス規格をサポートしている。
[1−1−1]半導体記憶装置1の全体構成
図1は、第1実施形態に係る半導体記憶装置1の構成例を示している。半導体記憶装置1は、データを不揮発に記憶することが可能なNAND型フラッシュメモリであり、外部のメモリコントローラ2によって制御される。半導体記憶装置1とメモリコントローラ2との間の通信は、例えばNANDインターフェイス規格をサポートしている。
図1に示すように、半導体記憶装置1は、例えばメモリセルアレイ10、コマンドレジスタ11、アドレスレジスタ12、シーケンサ13、ドライバモジュール14、ロウデコーダモジュール15、並びにセンスアンプモジュール16を備えている。
メモリセルアレイ10は、複数のブロックBLK0〜BLKn(nは1以上の整数)を含んでいる。ブロックBLKは、データを不揮発に記憶することが可能な複数のメモリセルの集合であり、例えばデータの消去単位として使用される。また、メモリセルアレイ10には、複数のビット線及び複数のワード線が設けられる。各メモリセルは、例えば1本のビット線と1本のワード線とに関連付けられている。メモリセルアレイ10の詳細な構成については後述する。
コマンドレジスタ11は、半導体記憶装置1がメモリコントローラ2から受信したコマンドCMDを保持する。コマンドCMDは、例えばシーケンサ13に読み出し動作、書き込み動作、消去動作等を実行させる命令を含んでいる。
アドレスレジスタ12は、半導体記憶装置1がメモリコントローラ2から受信したアドレス情報ADDを保持する。アドレス情報ADDは、例えばブロックアドレスBAd、ページアドレスPAd、及びカラムアドレスCAdを含んでいる。例えば、ブロックアドレスBAd、ページアドレスPAd、及びカラムアドレスCAdは、それぞれブロックBLK、ワード線、及びビット線の選択に使用される。
シーケンサ13は、半導体記憶装置1全体の動作を制御する。例えば、シーケンサ13は、コマンドレジスタ11に保持されたコマンドCMDに基づいてドライバモジュール14、ロウデコーダモジュール15、及びセンスアンプモジュール16等を制御して、読み出し動作、書き込み動作、消去動作等を実行する。
ドライバモジュール14は、読み出し動作、書き込み動作、消去動作等で使用される電圧を生成する。そして、ドライバモジュール14は、例えばアドレスレジスタ12に保持されたページアドレスPAdに基づいて、選択されたワード線に対応する信号線に生成した電圧を印加する。
ロウデコーダモジュール15は、アドレスレジスタ12に保持されたブロックアドレスBAdに基づいて、対応するメモリセルアレイ10内の1つのブロックBLKを選択する。そして、ロウデコーダモジュール15は、例えば選択されたワード線に対応する信号線に印加された電圧を、選択されたブロックBLK内の選択されたワード線に転送する。
センスアンプモジュール16は、書き込み動作において、メモリコントローラ2から受信した書き込みデータDATに応じて、各ビット線に所望の電圧を印加する。また、センスアンプモジュール16は、読み出し動作において、ビット線の電圧に基づいてメモリセルに記憶されたデータを判定し、判定結果を読み出しデータDATとしてメモリコントローラ2に転送する。
以上で説明した半導体記憶装置1及びメモリコントローラ2は、それらの組み合わせにより1つの半導体装置を構成しても良い。このような半導体装置としては、例えばSDTMカードのようなメモリカードや、SSD(solid state drive)等が挙げられる。
[1−1−2]メモリセルアレイ10の回路構成
図2は、第1実施形態に係る半導体記憶装置1の備えるメモリセルアレイ10の回路構成の一例を、メモリセルアレイ10に含まれた複数のブロックBLKのうち1つのブロックBLKを抽出して示している。図2に示すように、ブロックBLKは、例えば4つのストリングユニットSU0〜SU3を含んでいる。
図2は、第1実施形態に係る半導体記憶装置1の備えるメモリセルアレイ10の回路構成の一例を、メモリセルアレイ10に含まれた複数のブロックBLKのうち1つのブロックBLKを抽出して示している。図2に示すように、ブロックBLKは、例えば4つのストリングユニットSU0〜SU3を含んでいる。
各ストリングユニットSUは、ビット線BL0〜BLm(mは1以上の整数)にそれぞれ関連付けられた複数のNANDストリングNSを含んでいる。各NANDストリングNSは、例えばメモリセルトランジスタMT0〜MT11、並びに選択トランジスタST1a、ST1b、ST1c及びST2を含んでいる。メモリセルトランジスタMTは、制御ゲート及び電荷蓄積層を含み、データを不揮発に保持する。選択トランジスタST1a、ST1b、ST1c及びST2のそれぞれは、各種動作時におけるストリングユニットSUの選択に使用される。
各NANDストリングNSにおいて、選択トランジスタST1a、ST1b及びST1cは直列接続され、メモリセルトランジスタMT0〜MT11は直列接続される。直列接続された選択トランジスタST1a、ST1b及びST1cの一端は、関連付けられたビット線BLに接続され、他端は、直列接続されたメモリセルトランジスタMT0〜MT11の一端に接続される。選択トランジスタST2の一端は、直列接続されたメモリセルトランジスタMT0〜MT11の他端に接続され、他端は、ソース線SLに接続される。
同一のブロックBLKにおいて、メモリセルトランジスタMT0〜MT11の制御ゲートは、それぞれワード線WL0〜WL11に共通接続される。ストリングユニットSU0内の選択トランジスタST1a、ST1b及びST1cのゲートは、それぞれ選択ゲート線SGD0a、SGD0b及びSGD0cに共通接続される。ストリングユニットSU1内の選択トランジスタST1a、ST1b及びST1cのゲートは、それぞれ選択ゲート線SGD1a、SGD1b及びSGD1cに共通接続される。ストリングユニットSU2内の選択トランジスタST1a、ST1b及びST1cのゲートは、それぞれ選択ゲート線SGD2a、SGD2b及びSGD2cに共通接続される。ストリングユニットSU3内の選択トランジスタST1a、ST1b及びST1cのゲートは、それぞれ選択ゲート線SGD3a、SGD3b及びSGD3cに共通接続される。同一のブロックBLK内の選択トランジスタST2のゲートは、選択ゲート線SGSに共通接続される。
以上で説明したメモリセルアレイ10の回路構成において、ビット線BLは、各ストリングユニットSUで同一のカラムアドレスが割り当てられたNANDストリングNSによって共有される。ソース線SLは、例えば複数のブロックBLK間で共有される。
1つのストリングユニットSU内で共通のワード線WLに接続された複数のメモリセルトランジスタMTの集合は、例えばセルユニットCUと称される。例えば、それぞれが1ビットデータを記憶するメモリセルトランジスタMTを含むセルユニットCUの記憶容量が、「1ページデータ」として定義される。セルユニットCUは、メモリセルトランジスタMTが記憶するデータのビット数に応じて、2ページデータ以上の記憶容量を有し得る。
尚、第1実施形態に係る半導体記憶装置1が備えるメモリセルアレイ10の回路構成は、以上で説明した構成に限定されない。例えば、各NANDストリングNSが含むメモリセルトランジスタMT並びに選択トランジスタST1及びST2の個数は、それぞれ任意の個数に設計され得る。各ブロックBLKが含むストリングユニットSUの個数は、任意の個数に設計され得る。
[1−1−3]メモリセルアレイ10の構造
以下に、第1実施形態におけるメモリセルアレイ10の構造の一例について説明する。
以下に、第1実施形態におけるメモリセルアレイ10の構造の一例について説明する。
尚、以下で参照される図面において、X方向はワード線WLの延伸方向に対応し、Y方向はビット線BLの延伸方向に対応し、Z方向は半導体記憶装置1が形成される半導体基板20の表面に対する鉛直方向に対応している。平面図には、図を見易くするためにハッチングが適宜付加されている。平面図に付加されたハッチングは、ハッチングが付加された構成要素の素材や特性とは必ずしも関連していない。各図では、図を見易くするために絶縁層(層間絶縁膜)、配線、コンタクト等の構成要素が適宜省略されている。
(メモリセルアレイ10の平面レイアウト)
図3は、第1実施形態に係る半導体記憶装置1の備えるメモリセルアレイ10の平面レイアウトの一例であり、1つのブロックBLK(すなわち、ストリングユニットSU0〜SU3)に対応する領域を抽出して示している。図3に示すように、メモリセルアレイ10の平面レイアウトは、例えば、X方向においてセル領域CAと引出領域HAとに分割される。また、メモリセルアレイ10は、スリットSLT1、SLT2及びSLT3、並びにスリットSHEを含んでいる。
図3は、第1実施形態に係る半導体記憶装置1の備えるメモリセルアレイ10の平面レイアウトの一例であり、1つのブロックBLK(すなわち、ストリングユニットSU0〜SU3)に対応する領域を抽出して示している。図3に示すように、メモリセルアレイ10の平面レイアウトは、例えば、X方向においてセル領域CAと引出領域HAとに分割される。また、メモリセルアレイ10は、スリットSLT1、SLT2及びSLT3、並びにスリットSHEを含んでいる。
セル領域CAは、NANDストリングNSが形成される領域である。また、セル領域CAは、例えば各々がY方向に延伸して設けられた複数の貫通コンタクト領域C4Tを含んでいる。貫通コンタクト領域C4Tは、積層されたワード線WL等を貫通し、メモリセルアレイ10上の回路とメモリセルアレイ10下の回路とを電気的に接続するためのコンタクトが設けられる領域である。
引出領域HAは、NANDストリングNSに接続されたワード線WL並びに選択ゲート線SGS及びSGDとロウデコーダモジュール15との間を電気的に接続するためのコンタクトが形成される領域である。
スリットSLT1、SLT2及びSLT3のそれぞれは、内部に絶縁部材が埋め込まれた構造を有し、同じ配線層に設けられ且つ当該スリットSLTを介して隣り合う導電体層間を分断している。具体的には、スリットSLT1、SLT2及びSLT3のそれぞれは、例えばワード線WL0〜WL11、選択ゲート線SGDa、SGDb及びSGDc、並びに選択ゲート線SGSにそれぞれ対応する複数の配線層を分断している。
複数のスリットSLT1は、それぞれがX方向に沿って延伸して設けられ、Y方向に配列している。スリットSLT1は、X方向において引出領域HA及びセル領域CAを横切っている。スリットSLT2及びSLT3のそれぞれは、隣り合う2本のスリットSLT1間においてX方向に沿って延伸して設けられる。スリットSLT2は、引出領域HA内の端部領域から延伸し、X方向においてセル領域CAを横切っている。スリットSLT3は、引出領域HA内においてスリットSLT2から離れて配置される。
また、スリットSLT2及びSLT3は、例えばX方向に並んで配置される。スリットSLT2及びSLT3間には、例えばギャップ部GPが配置される。言い換えると、Y方向において隣り合う2本のスリットSLT1間では、引出領域HAからセル領域CAに亘って延伸したスリットSLTが、ギャップ部GPを除いて設けられる。
スリットSHEは、内部に絶縁部材が埋め込まれた構造を有し、同じ配線層に設けられ且つ当該スリットSHEを介して隣り合う導電体層間を絶縁している。具体的には、スリットSHEは、選択ゲート線SGDa、SGDb及びSGDcにそれぞれ対応する複数の配線層を分断している。スリットSHEは、隣り合うスリットSLT1及びSLT2間のそれぞれに配置される。例えば、スリットSHEは、引出領域HA内の端部領域から延伸し、X方向においてセル領域CAを横切っている。
以上で説明したメモリセルアレイ10の平面レイアウトでは、セル領域CAにおいてスリットSLT1、SLT2、及びSHEによって区切られた領域のそれぞれが、1つのストリングユニットSUに対応している。つまり、本例では、各々がX方向に延伸したストリングユニットSU0〜SU3が、Y方向に配列している。そして、メモリセルアレイ10には、例えば図3に示されたレイアウトがY方向に繰り返し配置される。
尚、以上で説明したメモリセルアレイ10の平面レイアウトにおいて、隣り合う2本のスリットSLT1間に配置されるスリットSLT2及びSLT3の本数は、任意の本数に設計され得る。隣り合うスリットSLT1及びSLT2間に配置されるスリットSHEの本数は、任意の本数に設計され得る。隣り合う2本のスリットSLT1間におけるストリングユニットSUの個数は、隣り合う2本のスリットSLT1間に配置されるスリットSLT2及びSHEの本数に基づいて変化する。
(セル領域CAにおけるメモリセルアレイ10の構造)
図4は、第1実施形態に係る半導体記憶装置1のセル領域CAにおけるメモリセルアレイ10の詳細な平面レイアウトの一例であり、ストリングユニットSU0及びSU1に対応する領域を抽出して示している。図4に示すように、セル領域CAにおいてメモリセルアレイ10は、複数のメモリピラーMP、複数のコンタクトCV、及び複数のビット線BLを含んでいる。
図4は、第1実施形態に係る半導体記憶装置1のセル領域CAにおけるメモリセルアレイ10の詳細な平面レイアウトの一例であり、ストリングユニットSU0及びSU1に対応する領域を抽出して示している。図4に示すように、セル領域CAにおいてメモリセルアレイ10は、複数のメモリピラーMP、複数のコンタクトCV、及び複数のビット線BLを含んでいる。
メモリピラーMPの各々は、例えば1つのNANDストリングNSとして機能する。複数のメモリピラーMPは、例えば隣り合うスリットSLT1及びSLT2間の領域において、9列の千鳥状に配置される。例えば、隣り合うスリットSLT1及びSLT2の中間部でX方向に配列したメモリピラーMPは、スリットSHE1と重なって配置される。つまり、複数のメモリピラーMPには、スリットSHE1を貫通し、隣り合う選択ゲート線SGDに接触したメモリピラーMPが含まれ得る。
複数のビット線BLは、それぞれがY方向に延伸し、X方向に配列している。各ビット線BLは、ストリングユニットSU毎に少なくとも1つのメモリピラーMPと重なるように配置される。本例において各メモリピラーMPには、2本のビット線BLが重なって配置される。メモリピラーMPに重なっている複数のビット線BLのうち1本のビット線BLと、当該メモリピラーMPとの間には、コンタクトCVが設けられる。各メモリピラーMPは、コンタクトCVを介して対応するビット線BLと電気的に接続される。
尚、スリットSHEと重なったメモリピラーMPとビット線BLとの間のコンタクトCVは、省略される。言い換えると、異なる2本の選択ゲート線SGDに接したメモリピラーMPとビット線BLとの間のコンタクトCVは、省略される。隣り合うスリットSLT間におけるメモリピラーMPやスリットSHE等の個数及び配置は、図4を用いて説明した構成に限定されず、適宜変更され得る。
ストリングユニットSU2及びSU3に対応する領域におけるメモリセルアレイ10の平面レイアウトは、例えばストリングユニットSU0及びSU1に対応する領域におけるメモリセルアレイ10の平面レイアウトと同様のため、説明を省略する。
図5は、図4のV−V線に沿った断面図であり、第1実施形態に係る半導体記憶装置1の備えるメモリセルアレイ10のセル領域CAにおける断面構造の一例を示している。また、図5には、X方向においてスリットSHE1と重なる部分が破線で示されている。図5に示すように、メモリセルアレイ10は、導電体層21〜25を含んでいる。導電体層21〜25は、半導体基板20の上方に設けられる。
具体的には、半導体基板20の上方に、絶縁体層を介して導電体層21が設けられる。図示が省略されているが、半導体基板20と導電体層21との間の絶縁体層には、例えばロウデコーダモジュール15やセンスアンプモジュール16等に対応する回路が設けられる。導電体層21は、例えばXY平面に沿って広がった板状に形成された複数の導電体層が積層された構造を有し、ソース線SLとして使用される。導電体層21は、例えばシリコン(Si)を含んでいる。
導電体層21の上方に、絶縁体層を介して導電体層22が設けられる。導電体層22は、例えばXY平面に沿って広がった板状に形成され、選択ゲート線SGSとして使用される。導電体層22は、例えばシリコンを含んでいる。
導電体層22の上方に、絶縁体層と導電体層23とが交互に積層される。導電体層23は、例えばXY平面に沿って広がった板状に形成される。積層された複数の導電体層23は、半導体基板20側から順に、それぞれワード線WL0〜WL11として使用される。導電体層23は、例えばタングステン(W)を含んでいる。
最上層の導電体層23の上方に、絶縁体層と導電体層24とが交互に積層される。導電体層24は、例えばXY平面に沿って広がった板状に形成される。積層された複数の導電体層24は、半導体基板20側から順に、それぞれ選択ゲート線SGDa、SGDb及びSGDcとして使用される。導電体層24は、例えばタングステンを含んでいる。
最上層の導電体層24の上方に、絶縁体層を介して導電体層25が設けられる。導電体層25は、例えばY方向に沿って延伸したライン状に形成され、ビット線BLとして使用される。つまり、図示せぬ領域において複数の導電体層25は、X方向に沿って配列している。導電体層25は、例えば銅(Cu)を含んでいる。
メモリピラーMPの各々は、Z方向に沿って延伸して設けられ、導電体層22〜24を貫通している。また、メモリピラーMPの各々は、例えばコア部材30、半導体層31、積層膜32を含んでいる。
コア部材30は、Z方向に沿って延伸して設けられる。例えば、コア部材30の上端は、最上層の導電体層24よりも上層に含まれ、コア部材30の下端は、導電体層21が設けられた層内に含まれる。半導体層31は、例えばコア部材30の周囲を覆っている。メモリピラーMPの下部において、半導体層31の側面の一部は、導電体層21に接触している。積層膜32は、半導体層31と導電体層21とが接触した部分を除いて、半導体層31の側面及び底面を覆っている。コア部材30は、例えば酸化シリコン(SiO2)等の絶縁体を含んでいる。半導体層31は、例えばシリコンを含んでいる。
メモリピラーMP内の半導体層31の上面には、柱状のコンタクトCVが設けられる。図示された領域には、5本のメモリピラーMPのうち、2本のメモリピラーMPに対応するコンタクトCVが表示されている。当該領域においてスリットSHEと重ならない且つコンタクトCVが接続されていないメモリピラーMPには、図示されない領域においてコンタクトCVが接続される。
コンタクトCVの上面には、1個の導電体層25、すなわち1本のビット線BLが接触している。1個の導電体層25には、スリットSLT1、SLT2及びSHEと、スリットSHEに接触したメモリピラーMPとによって区切られた空間のそれぞれにおいて、1本のコンタクトCVが接続される。つまり、導電体層25の各々には、例えば隣り合うスリットSLT1及びSHE間における1本のメモリピラーMPと、隣り合うスリットSHE及びSLT2間における1本のメモリピラーMPとが電気的に接続される。
スリットSLTは、例えばXZ平面に沿って広がった板状に形成され、導電体層22〜24を分断している。スリットSLTの上端は、最上層の導電体層24と導電体層25との間の層に含まれている。スリットSLTの下端は、例えば導電体層21が設けられた層に含まれている。スリットSLTは、例えば酸化シリコン等の絶縁体を含んでいる。
スリットSHEは、例えばXZ平面に沿って広がった板状に形成され、積層された導電体層24を分断している。スリットSHEの上端は、最上層の導電体層24と導電体層25との間の層に含まれている。スリットSHEの下端は、例えば最上層の導電体層23と最下層の導電体層24との間の層に含まれている。スリットSHEは、例えば酸化シリコン等の絶縁体を含んでいる。例えば、スリットSHEの上端と、メモリピラーMPの上端とは揃っている。これに限定されず、メモリピラーMPの上端と、スリットSLT及びSHEの上端とは、揃っていなくても良い。
以上で説明したメモリピラーMPの構造では、メモリピラーMPと導電体層22とが交差する部分が、選択トランジスタST2として機能する。メモリピラーMPと導電体層23とが交差する部分が、メモリセルトランジスタMTとして機能する。メモリピラーMPと導電体層24とが交差する部分が、選択トランジスタST1として機能する。
図6は、図5のVI−VI線に沿った断面図であり、第1実施形態に係る半導体記憶装置1におけるメモリピラーMPの断面構造の一例を示している。より具体的には、図5は、半導体基板20の表面に平行且つ導電体層23を含む層における、メモリピラーMPの断面構造を示している。
図6に示すように、導電体層23を含む層では、コア部材30は、例えばメモリピラーMPの中央部に設けられる。半導体層31は、コア部材30の側面を囲っている。積層膜32は、半導体層31の側面を囲っている。積層膜32は、例えばトンネル絶縁膜33、絶縁膜34、及びブロック絶縁膜35を含んでいる。
トンネル絶縁膜33は、半導体層31の側面を囲っている。絶縁膜34は、トンネル絶縁膜33の側面を囲っている。ブロック絶縁膜35は、絶縁膜34の側面を囲っている。導電体層23は、ブロック絶縁膜35の側面を囲っている。トンネル絶縁膜33及びブロック絶縁膜35のそれぞれは、例えば酸化シリコンを含んでいる。絶縁膜34は、例えば窒化シリコン(SiN)を含んでいる。
第1実施形態に係る半導体記憶装置1において、半導体層31は、メモリセルトランジスタMT0〜MT11並びに選択トランジスタST1a、ST1b、ST1c及びST2のそれぞれのチャネルとして使用される。絶縁膜34は、メモリセルトランジスタMTの電荷蓄積層として使用される。これにより、メモリピラーMPの各々は、1つのNANDストリングNSとして機能する。
(引出領域HAにおけるメモリセルアレイ10の構造)
図7は、第1実施形態に係る半導体記憶装置1の引出領域HAにおけるメモリセルアレイ10の詳細な平面レイアウトの一例であり、1つのブロックBLKに対応する領域を抽出して示している。また、図7には、引出領域HA近傍におけるセル領域CAの一部も示されている。図7に示すように、引出領域HAでは、選択ゲート線SGS、ワード線WL0〜WL11、並びに選択ゲート線SGDa、SGDb及びSGDcの端部が階段状に設けられる。また、引出領域HAにおいてメモリセルアレイ10は、複数のコンタクトCC、並びに複数の支持柱HRを含んでいる。
図7は、第1実施形態に係る半導体記憶装置1の引出領域HAにおけるメモリセルアレイ10の詳細な平面レイアウトの一例であり、1つのブロックBLKに対応する領域を抽出して示している。また、図7には、引出領域HA近傍におけるセル領域CAの一部も示されている。図7に示すように、引出領域HAでは、選択ゲート線SGS、ワード線WL0〜WL11、並びに選択ゲート線SGDa、SGDb及びSGDcの端部が階段状に設けられる。また、引出領域HAにおいてメモリセルアレイ10は、複数のコンタクトCC、並びに複数の支持柱HRを含んでいる。
具体的には、選択ゲート線SGS、ワード線WL0〜WL11、並びに選択ゲート線SGDa、SGDb及びSGDcのそれぞれは、端部において上層の配線層(導電体層)と重ならないテラス部分を有している。例えば、ワード線WL0〜WL11の端部は、Y方向に2段の段差を有し且つX方向に複数の段差が形成された3列の階段状に設けられる。選択ゲート線SGDa、SGDb及びSGDcのそれぞれの端部は、X方向に段差が形成された階段状に設けられる。選択ゲート線SGSは、階段状に設けられたワード線WL0〜WL11の端部領域から外側に引き出される。
このような積層配線の階段構造に対して、スリットSLT3は、例えば隣り合う2本のスリットSLT1間の中間部に配置され、ワード線WL1、WL4、WL7及びWL10にそれぞれ対応する複数のテラス部分をX方向において横切っている。スリットSLT3は、選択ゲート線SGSのテラス部分をX方向において横切っていても良いし、横切っていなくても良い。スリットSHEは、例えば隣り合うスリットSLT1及びSLT2間の中間部に配置され、選択ゲート線SGDa、SGDb及びSGDcにそれぞれ対応する複数のテラス部分をX方向において横切っている。
尚、本例において、同一のブロックBLK内で同じ層に設けられたワード線WLは、ギャップ部GPを介してショートしている。言い換えると、隣り合う2本のスリットSLT1の一方のスリットSLT1に接したワード線WLと、他方のスリットSLT1に接したワード線WLとは、ギャップ部GPを介して電気的に接続されている。
複数のコンタクトCCは、選択ゲート線SGS、ワード線WL0〜WL11、並びに選択ゲート線SGDa、SGDb及びSGDcのそれぞれのテラス部分上にそれぞれ設けられる。選択ゲート線SGS、ワード線WL0〜WL11、並びに選択ゲート線SGDa、SGDb及びSGDcのそれぞれは、対応するコンタクトCCを介してロウデコーダモジュール15に電気的に接続される。
複数の支持柱HRは、例えば引出領域HA内において、スリットSLT1及びSLT2が形成される領域と、コンタクトCCが形成される領域とを除いた領域に適宜配置される。支持柱HRは、Z方向に延伸したホール内に絶縁部材が埋め込まれた構造を有し、積層された配線層(例えば、ワード線WL及び選択ゲート線SGD)を貫通している。例えば、支持柱HRは、ワード線WL及び選択ゲート線SGDのそれぞれのテラス部分においてコンタクトCCの周囲に複数配置される。
図8は、図7のVIII−VIII線に沿った断面図であり、第1実施形態に係る半導体記憶装置1の備えるメモリセルアレイ10の引出領域HAにおける断面構造の一例を示している。また、図8には、コンタクトCCを含む断面の領域が示されている。図8に示すように、引出領域HAでは、ワード線WL及び選択ゲート線SGDに対応する複数の導電体層の端部が階段状に設けられる。また、引出領域HAにおいてメモリセルアレイ10は、複数の導電体層26を含んでいる。
図示された領域には、ワード線WL1、WL4、WL7及びWL10、並びに選択ゲート線SGDa、SGDb及びSGDcにそれぞれ対応する複数のテラス部分が含まれている。そして、ワード線WL0、WL4、WL7及びWL10にそれぞれ対応する4層の導電体層23と、選択ゲート線SGDa、SGDb及びSGDcにそれぞれ対応する3層の導電体層24とのそれぞれのテラス部分上に、それぞれ1本のコンタクトCCが設けられる。各コンタクトCC上には、1個の導電体層26が設けられ、電気的に接続される。各導電体層26は、例えば導電体層25よりも上層に含まれている。
図9は、図7のIX−IX線に沿った断面図であり、第1実施形態に係る半導体記憶装置1の備えるメモリセルアレイ10の引出領域HAにおける断面構造の一例を示している。また、図9には、スリットSHEを含む断面の領域が示され、Y方向において3層の導電体層24とスリットSHEとが重なった部分が破線で示されている。図9に示すように、引出領域HAでは、例えばソース線SLに対応する導電体層21が省略される。
支持柱HRは、Z方向に延伸して設けられ、例えば導電体層22〜24を貫通している。支持柱HRの上端は、例えば導電体層25とメモリピラーMPの上端との間の層に含まれている。支持柱HRの下端は、例えば導電体層22よりも下層に含まれている。これに限定されず、支持柱HRの下端は、少なくとも導電体層22まで到達していれば良い。
スリットSHEは、積層された導電体層24の端部(テラス部分)を分断している。セル領域CAと同様に、スリットSHEの上端は最上層の導電体層24と導電体層25との間の層に含まれ、スリットSHEの下端は最上層の導電体層23と最下層の導電体層24との間の層に含まれている。
(貫通コンタクト領域C4Tにおけるメモリセルアレイ10の構造)
図10は、第1実施形態に係る半導体記憶装置1の貫通コンタクト領域C4Tにおけるメモリセルアレイ10の詳細な平面レイアウトの一例であり、1つのブロックBLKに対応する領域を抽出して示している。また、図10には、貫通コンタクト領域C4T近傍におけるセル領域CAの一部も示されている。図10に示すように、貫通コンタクト領域C4Tにおいてメモリセルアレイ10は、複数の支持柱HR、複数のコンタクトC4、複数のソース接続領域SCR、及び複数のソース貫通領域SPRを含んでいる。
図10は、第1実施形態に係る半導体記憶装置1の貫通コンタクト領域C4Tにおけるメモリセルアレイ10の詳細な平面レイアウトの一例であり、1つのブロックBLKに対応する領域を抽出して示している。また、図10には、貫通コンタクト領域C4T近傍におけるセル領域CAの一部も示されている。図10に示すように、貫通コンタクト領域C4Tにおいてメモリセルアレイ10は、複数の支持柱HR、複数のコンタクトC4、複数のソース接続領域SCR、及び複数のソース貫通領域SPRを含んでいる。
複数の支持柱HRは、スリットSLT1及びSLT2が形成される領域と、コンタクトC4が形成される領域とを除いた領域に適宜配置される。コンタクトC4は、積層された配線層(例えば、選択ゲート線SGS、及びワード線WL)を貫通する。また、コンタクトC4は、ソース接続領域SCRとソース貫通領域SPRとのそれぞれに少なくとも1本配置される。コンタクトC4の外径は、支持柱HRの外径よりも大きい。
ソース接続領域SCRは、セル領域CA内でメモリピラーMPが配置された領域と隣接して配置される。ソース接続領域SCRに設けられたコンタクトC4は、ソース線SLに接続される。ソース貫通領域SPRは、例えばソース接続領域SCRと離れて配置される。ソース貫通領域SPRに設けられたコンタクトC4は、メモリセルアレイ10の下方の配線と、メモリセルアレイ10の上方の配線との間の接続に使用される。ソース線SLは、ソース接続領域SCR内のコンタクトC4と、ソース貫通領域SPR内のコンタクトC4とを介して、メモリセルアレイ10の下方に設けられた回路に電気的に接続される。
ソース接続領域SCRに設けられたソース線部の積層構造と、ソース貫通領域SPRに設けられたソース線部の積層構造とは異なっている。例えば、各領域SCR及びSPRにおけるソース線部の積層構造は、後述する半導体記憶装置1の製造工程における、コンタクトC4に対応するコンタクトホールの底部位置の制御に使用される。
尚、ソース接続領域SCR及びソース貫通領域SPRのそれぞれには、支持柱HRが配置されても良い。貫通コンタクト領域C4Tに設けられるコンタクトC4及び支持柱HRの個数及び配置は、適宜変更され得る。ソース接続領域SCR及びソース貫通領域SPRのそれぞれの配置は、適宜変更され得る。セル領域CA内に設けられた貫通コンタクト領域C4Tには、ソース接続領域SCR及びソース貫通領域SPRが少なくとも1組配置されていれば良い。
図11は、図10のXI−XI線に沿った断面図であり、第1実施形態に係る半導体記憶装置1の備えるメモリセルアレイ10の貫通コンタクト領域C4Tにおける断面構造の一例を示している。また、図11には、ソース接続領域SCRとソース貫通領域SPRとを含む断面の領域が示され、貫通コンタクト領域C4Tにおけるソース線部の詳細な構造が示されている。図11に示すように、貫通コンタクト領域C4Tにおいてメモリセルアレイ10は、導電体層27、28、40、41及び45、絶縁体層42及び44、犠牲部材43、並びにコンタクトCPを含んでいる。
導電体層27は、メモリセルアレイ10の下方の回路に使用される配線である。導電体層28は、メモリセルアレイ10の上方の回路に使用される配線である。平面視において重なった導電体層27及び28間は、例えば導電体層27上のコンタクトC4と、コンタクトC4上のコンタクトCPとを介して電気的に接続される。
ソース接続領域SCRにおけるソース線部の積層構造は、導電体層21が設けられた層内に含まれている。ソース接続領域SCRにおいて、導電体層40は、ソース線部の最下層に設けられている。導電体層40上には、導電体層41が設けられる。導電体層41上には、絶縁体層42が設けられる。絶縁体層42の第1部分の上には、犠牲部材43が設けられる。犠牲部材43上と絶縁体層42の第2部分との上には、絶縁体層44が設けられる。絶縁体層44上には、導電体層45が設けられる。
絶縁体層42の第1部分の上の犠牲部材43は、絶縁体層42の第2部分の上の絶縁体層44によって、導電体層21から分離されている。言い換えると、ソース接続領域SCR内の犠牲部材43は、導電体層21及び犠牲部材43とは異種の絶縁部材(絶縁体層42及び44)が分断部DJに設けられることによって、メモリピラーMPの下部に設けられた導電体層21から分離されている。例えば、分断部DJに設けられた絶縁部材は、Z方向において導電体層41及び45と接触し、X方向において導電体層21と接触している。
ソース接続領域SCR内の導電体層40、41及び45は、例えばシリコンを含む半導体で構成され、メモリピラーMPに接続された導電体層21と一体で設けられ得る。つまり、ソース線SLの構造について言い換えると、半導体基板20の上方においてソース線SLとして使用される導電体層(以下、ソース線SLと呼ぶ)は、導電体層21に対応する第1部分と、導電体層40及び41に対応する第2部分と、導電体層45に対応する第3部分とを含む。そして、ソース線SLの第2部分と第3部分との間に、例えば分断部DJの絶縁部材の一部として使用される絶縁体層44が設けられる。メモリピラーMPは、積層された導電体層23を貫通して設けられ、半導体層31の側面を介してソース線SLの第1部分(導電体層21)と電気的に接続される。ソース接続領域SCR内において、支持柱HR及びコンタクトC4のそれぞれは、積層された導電体層23と、ソース線SLの第3部分(導電体層45)を貫通して設けられる。
ソース貫通領域SPRにおけるソース線部の積層構造は、導電体層21が設けられた層内に含まれている。ソース貫通領域SPRにおけるソース線部の積層構造は、ソース接続領域SCRにおけるソース線部の積層構造から導電体層40を省略した構造と同様である。ソース接続領域SCRにおける導電体層45と、ソース貫通領域SPRにおける導電体層45とは、連続的に設けられる。導電体層45は、貫通コンタクト領域C4Tの全面に設けられ、隣り合う導電体層21の部分と電気的に接続される。
分断部DJにおける導電体層45の上面は、他の部分における導電体層45の上面よりも低く設けられる。つまり、導電体層45は、犠牲部材43が省略された部分に沿った凹状の部分を有している。また、分断部DJの上方の導電体層22は、例えば導電体層45と同様に、犠牲部材43が省略された部分に沿った凹状の部分を有している。言い換えると、導電体層45及び22のそれぞれは、分断部DJの上方において段差を有している。
ソース接続領域SCRにおいて、支持柱HRは、分断部DJに配置されても良いし、犠牲部材43が設けられた領域に配置されても良い。ソース接続領域SCRでは、少なくとも支持柱HR又はコンタクトC4が貫通する犠牲部材43が、分断部DJを介して導電体層21から離れて設けられていれば良い。
コンタクトC4は、Z方向に沿って延伸して設けられている。コンタクトC4は、例えば導電体層22〜24、41及び45を貫通している。例えば、ソース接続領域SCRにおいて、コンタクトC4の底部は、導電体層40に接触している。ソース貫通領域SPRにおいて、コンタクトC4の底部は、導電体層27に接触している。コンタクトC4の上端は、例えば支持柱HRの上端と揃っている。
また、コンタクトC4は、例えば導電体層36及び絶縁体層37を含んでいる。導電体層36は、Z方向に延伸した柱状に設けられ、導電体層36上にコンタクトCPが設けられる。絶縁体層37は、導電体層36の側面を覆っている。コンタクトC4と、コンタクトC4が貫通している各導電体層22〜24、41及び45との間は、絶縁体層37によって絶縁されている。
図12は、図10のXII−XII線に沿った断面図であり、第1実施形態に係る半導体記憶装置1の備えるメモリセルアレイ10の貫通コンタクト領域C4Tにおける断面構造の一例を示している。また、図12には、ソース接続領域SCRとスリットSLT1及びSLT2とを含む断面の領域が示され、貫通コンタクト領域C4Tにおいてソース線部の詳細な構造が示されている。図12に示すように、貫通コンタクト領域C4T内のソース接続領域SCRの周辺領域では、例えばソース線部の導電体層45以外の積層構造が省略されている。貫通コンタクト領域C4Tにおいて、スリットSLT1及びSLT2のそれぞれは、導電体層45を貫通している。スリットSLT1及びSLT2のそれぞれの底部は、例えば半導体基板20及び導電体層45間の絶縁体層に接触している。
図13は、図12のXIII−XIII線に沿った断面図であり、第1実施形態に係る半導体記憶装置1におけるコンタクトC4の断面構造の一例を示している。より具体的には、図13は、半導体基板20の表面に平行且つ導電体層23を含む層における、コンタクトC4の断面構造を示している。図13に示すように、導電体層23を含む層において導電体層36は、例えばコンタクトC4の中央部に設けられる。絶縁体層37は、導電体層36の側面を囲っている。導電体層23は、絶縁体層37の側面を囲っている。
以上で説明したメモリセルアレイ10の構造において、導電体層23の層数は、ワード線WLの本数に基づいて設計される。選択ゲート線SGSには、複数層に設けられた複数の導電体層22が割り当てられても良い。選択ゲート線SGSが複数層に設けられる場合に、導電体層22と異なる導電体が使用されても良い。選択ゲート線SGDとして使用される導電体層24の層数は、任意の層数に設計され得る。
コンタクトCP及びCVのそれぞれは、複数のコンタクトがZ方向に連結された構造であっても良い。Z方向に連結された複数のコンタクト間には、配線層が挿入されても良い。図9に示された領域には、導電体層26が通過していても良い。同様に、図12に示された領域には、導電体層27が通過していても良い。第1実施形態では、セル領域CAが貫通コンタクト領域C4Tを含む場合が例示されているが、これに限定されない。例えば、貫通コンタクト領域C4Tは、その他の領域に配置されても良い。貫通コンタクト領域C4Tは、引出領域HA内に挿入されても良い。
[1−2]半導体記憶装置1の製造方法
以下に、図14を適宜参照して、第1実施形態に係る半導体記憶装置1における、メモリセルアレイ10内の積層配線構造の形成に関する一連の製造工程の一例について説明する。図14は、第1実施形態に係る半導体記憶装置1の製造方法の一例を示すフローチャートである。図15〜図38のそれぞれは、第1実施形態に係る半導体記憶装置1の製造途中の平面レイアウト又は断面構造の一例を示している。尚、以下の製造方法の説明において、参照される平面図は図10に示された領域に対応し、参照される断面図は図11に示された領域に対してスリットSLTの領域が追加された領域に対応している。ソース線部は、ソース線SLとして機能する導電体層21に対応する配線層の積層構造のことを示している。積層配線部は、ワード線WLとして機能する導電体層23と選択ゲート線SGDとして機能する導電体層24とに対応する積層構造のことを示している。
以下に、図14を適宜参照して、第1実施形態に係る半導体記憶装置1における、メモリセルアレイ10内の積層配線構造の形成に関する一連の製造工程の一例について説明する。図14は、第1実施形態に係る半導体記憶装置1の製造方法の一例を示すフローチャートである。図15〜図38のそれぞれは、第1実施形態に係る半導体記憶装置1の製造途中の平面レイアウト又は断面構造の一例を示している。尚、以下の製造方法の説明において、参照される平面図は図10に示された領域に対応し、参照される断面図は図11に示された領域に対してスリットSLTの領域が追加された領域に対応している。ソース線部は、ソース線SLとして機能する導電体層21に対応する配線層の積層構造のことを示している。積層配線部は、ワード線WLとして機能する導電体層23と選択ゲート線SGDとして機能する導電体層24とに対応する積層構造のことを示している。
まず、ステップS101の処理によって、導電体層40が形成され、導電体層40が所望の形状に加工される。具体的には、まず半導体基板20上に、導電体層27を含む絶縁体層50と、導電体層40とが順に積層される。図示が省略されているが、絶縁体層50内には、ロウデコーダモジュール15やセンスアンプモジュール16等に対応する回路が形成される。
それから、フォトリソグラフィ等によって、図15に示すように、導電体層40を除去する領域が開口したマスクREGが形成される。例えば、セル領域CAにおいてマスクREGは、メモリピラーMPが形成される領域と、ソース接続領域SCRとを覆うように形成される。マスクREGは、例えばフォトレジストである。そして、形成されたマスクREGを用いた異方性エッチングによって、マスクREGの開口部分に対応する導電体層40が除去される。導電体層40の加工後に、マスクREGは除去される。その後、図16に示すように、導電体層40が除去された領域が絶縁体層51によって埋め込まれる。導電体層40は、例えばリンがドープされたポリシリコン(Si)である。
次に、ステップS102の処理によって、図17に示すように、ソース線部の犠牲部材43が形成される。具体的には、導電体層40及び絶縁体層51上に、導電体層41、絶縁体層42、及び犠牲部材43が順に積層される。導電体層41は、例えばリンがドープされたポリシリコンである。絶縁体層42は、例えば酸化シリコン(SiO2)を含んでいる。犠牲部材43は、例えばノンドープのポリシリコンである。これに限定されず、犠牲部材43がポリシリコンで形成される場合に、当該ポリシリコンにリン(P)、ボロン(B)、炭素(C)等がドープされても良い。
次に、ステップS103の処理によって、犠牲部材43が所望の形状に加工される。具体的には、まずフォトリソグラフィ等によって、図18に示すように、犠牲部材43を除去する領域が開口したマスクREGが形成される。本工程におけるマスクREGは、分断部DJの全体が開口するように形成される。つまり、本工程におけるマスクREGの開口部分のそれぞれは、対応するソース接続領域SCRの一部をY方向において横切っている。そして、形成されたマスクREGを用いた異方性エッチングによって、図19に示すように、マスクREGの開口部分に対応する犠牲部材43が除去される。犠牲部材43の加工後に、マスクREGは除去される。
次に、ステップS104の処理によって、ソース線部が所望の形状に加工される。具体的には、まず図20に示すように、絶縁体層42の露出した部分と犠牲部材43との上に保護膜52が形成される。本工程で形成された保護膜52は、分断部DJにおいて凹状の部分を有している。保護膜52は、例えば窒化シリコンであり、エッチングストッパとして使用される。
そして、フォトリソグラフィ等によって、図21に示すように、導電体層41、絶縁体層42、及び犠牲部材43を除去する領域が開口したマスクREGが形成される。本工程におけるマスクREGは、セル領域CAにおいて、導電体層21が形成される部分と、ソース接続領域SCR及びソース貫通領域SPRとを覆うように形成される。
それから、図16に示すように、形成されたマスクREGを用いた異方性エッチングによって、マスクREGの開口部分に対応する導電体層41、絶縁体層42、及び犠牲部材43が除去される。本工程のエッチングでは、導電体層41よりも下層に設けられた絶縁体層(例えば絶縁体層51)の一部が除去されても良い。導電体層41、絶縁体層42、及び犠牲部材43の加工後に、マスクREGは除去される。
その後、図23に示すように、導電体層41、絶縁体層42、及び犠牲部材43が除去された領域が絶縁体層53によって埋め込まれる。保護膜52よりも上層の絶縁体層53は、図24に示すように、例えば保護膜52をストッパとして用いたCMP(Chemical Mechanical Polishing)によって除去される。そして、保護膜52は、図25に示すように、例えばウェットエッチングによって除去される。本エッチングでは、絶縁体層53の一部分も除去され、例えば犠牲部材43の上面と絶縁体層53の上面とが揃う。
次に、ステップS105の処理によって、導電体層45及び22が形成される。具体的には、具体的には、まず絶縁体層42の露出した部分と犠牲部材43と絶縁体層53との上に、絶縁体層44及び導電体層45が順に形成される。それから、導電体層45上に、絶縁体層54、導電体層22、及び絶縁体層55が順に形成される。本工程で形成された絶縁体層44、導電体層45、絶縁体層54、及び導電体層22のそれぞれは、分断部DJにおいて凹状の部分、すなわち段差を有している。絶縁体層55の上面は、例えばCMPによって平坦化される。
次に、ステップS106の処理によって、図26に示すように、積層配線部の犠牲部材56及び59が形成される。具体的には、まず絶縁体層55上に犠牲部材56及び絶縁体層57が交互に積層され、最上層の犠牲部材56上に絶縁体層58が形成される。それから、絶縁体層58上に犠牲部材59及び絶縁体層60が交互に積層され、最上層の犠牲部材59上に絶縁体層61が形成される。
絶縁体層57、58、60及び61のそれぞれは、例えば酸化シリコンを含んでいる。例えば、犠牲部材56が形成される層数は、メモリピラーMPが貫通するワード線WLの本数に対応している。犠牲部材59が形成される層数は、メモリピラーMPが貫通する選択ゲート線SGDの本数に対応している。犠牲部材56及び59は、例えば窒化シリコンを含んでいる。犠牲部材56及び59は、図示しない引出領域HAにおいて、それぞれの端部が階段状に加工される。
次に、ステップS107の処理によって、スリットSHEが形成される。具体的には、まずフォトリソグラフィ等によって、スリットSHEに対応する領域が開口したマスクが形成される。そして、形成されたマスクを用いた異方性エッチングによって、スリットSHEが形成される。それから、スリットSHE内が、絶縁体によって埋め込まれる。本工程で形成されるスリットSHEは、セル領域CAにおいて積層された犠牲部材59を分断し、スリットSHEの底部は、例えば絶縁体層58が形成された層内で停止する。本工程における異方性エッチングは、例えばRIE(Reactive Ion Etching)である。
次に、ステップS108の処理によって、図27及び図28に示すようにメモリピラーMPが形成される。具体的には、まずフォトリソグラフィ等によって、メモリピラーMPに対応する領域が開口したマスクが形成される。そして、形成されたマスクを用いた異方性エッチングによって、メモリホールが形成される。
本工程で形成されるメモリホールは、絶縁体層42、44、54、55、57、58、60及び61、導電体層45及び22、並びに犠牲部材43、56及び59のそれぞれを貫通し、メモリホールの底部において、例えば導電体層41の一部が露出する。メモリホールの底部は、導電体層40まで到達していても良い。本工程における異方性エッチングは、例えばRIEである。
そして、メモリホールの側面及び底面と、絶縁体層61の上面とに、ブロック絶縁膜35、絶縁膜34、トンネル絶縁膜33、半導体層31、及びコア部材30が順に形成され、メモリホール内がコア部材30によって埋め込まれる。そして、メモリホール上部に形成されたコア部材30の一部が除去され、その空間に半導体材料が埋め込まれる。
本工程において絶縁体層61よりも上層に残存するブロック絶縁膜35、絶縁膜34、トンネル絶縁膜33、及び半導体層31は、例えばCMPによって除去される。これにより、メモリホール内にメモリピラーMPに対応する構造体が形成される。メモリピラーMPが形成された後、メモリピラーMPの上面及び絶縁体層61上には、例えば絶縁体層62が形成される。絶縁体層62は、例えば酸化シリコンを含んでいる。
次に、ステップS109の処理によって、支持柱HR及びコンタクトC4が形成される。具体的には、まずフォトリソグラフィ等によって、支持柱HR及びコンタクトC4に対応する領域が開口したマスクが形成される。それから、形成されたマスクを用いた異方性エッチングによって、図29及び図30に示すようにホールHRH及びC4Hが形成される。ホールHRHは、支持柱HRが形成される領域に対応している。ホールC4Hは、コンタクトC4が形成される領域に対応している。
本工程で形成されるホールHRH及びC4Hのそれぞれは、例えば絶縁体層44、54、55、57、58、60、61及び62、導電体層45及び22、並びに犠牲部材56及び59のそれぞれを貫通する。ホールC4Hの内径はホールHRHの内径よりも大きいため、ホールC4Hの方がエッチングの進行が早い。例えば、ソース接続領域SCR内において、ホールHRHの底部は、導電体層41が設けられた層内で停止し、ホールC4Hは、導電体層40が設けられた層内で停止する。ソース貫通領域SPR内において、ホールC4Hは、絶縁体層51が設けられた層内で停止する。貫通コンタクト領域C4T内且つ領域SCR及びSPR以外の領域において、ホールHRHの底部は、絶縁体層53が設けられた層内で停止する。
その後、絶縁体層37が、ホールC4Hの側面及び底面と、ホールHRHの内部とに形成され、ホールHRHの内部が絶縁体層37によって埋め込まれる。そして、ホールC4Hの底部に形成された絶縁体層37の一部がエッチバックによって除去され、ソース接続領域SCR内のホールC4Hの底部で例えば導電体層40の表面が露出し、ソース貫通領域SPR内のホールC4Hの底部で導電体層27の表面が露出する。それから、ホールC4Hの内部に導電体層36が埋め込まれる。ホールC4H外に形成された導電体層36は、例えばCMPによって除去される。これにより、図31に示すように支持柱HR及びコンタクトC4が形成される。支持柱HR及びコンタクトC4が形成された後、支持柱HR及びコンタクトC4の上面並びに絶縁体層62上には、例えば絶縁体層63が形成される。絶縁体層63は、例えば酸化シリコンを含んでいる。
次に、ステップS110の処理によって、図32及び図33に示すように、スリットSLTが形成される。具体的には、まずフォトリソグラフィ等によって、スリットSLT1、SLT2及びSLT3に対応する領域が開口したマスクが形成される。それから、形成されたマスクを用いた異方性エッチングによって、スリットSLTが形成される。
本工程で形成されるスリットSLTは、絶縁体層54、55、57、58、60、61、62及び63、導電体層45及び22、並びに犠牲部材56及び59のそれぞれを分断する。スリットSLTの底部は、例えば絶縁体層44が設けられた層内で停止する。本工程における異方性エッチングは、例えばRIEである。
次に、ステップS111の処理によって、ソース線部の置換処理が実行される。具体的には、まず絶縁体層63の上面とスリットSLTの内壁とに保護膜64が形成される。保護膜64としては、例えば窒化シリコンが形成される。そして、エッチバックによって、絶縁体層63の上面とスリットSLTの底部とに形成された保護膜64が除去され、さらにスリットSLTの底部で露出した絶縁体層44が除去される。これにより、図34に示すように、例えば窒化シリコンの側壁がスリットSLTの側面に形成され、スリットSLTの底部で犠牲部材43の一部が露出する。
それから、スリットSLTを介したエッチングによって、犠牲部材43が選択的に除去される。続けてメモリピラーMP下部のブロック絶縁膜35、絶縁膜34、及びトンネル絶縁膜33の一部が除去される。すると、図35に示すように、メモリピラーMPの下部において半導体層31の側面の一部が露出する。尚、本エッチングでは、絶縁体層42及び44も除去される。
犠牲部材43が除去された空間は、複数のメモリピラーMPによって維持される。ソース接続領域SCRでは、分断部DJにおいて犠牲部材43が分断されているため、犠牲部材43が残っている。ソース貫通領域SPRでは、犠牲部材43とスリットSLTとの間が絶縁体層53によって分離されているため、犠牲部材43が残っている。
その後、図36に示すように、導電体層65が形成される。具体的には、例えばCVDによって、犠牲部材43、ブロック絶縁膜35、絶縁膜34、トンネル絶縁膜33、並びに絶縁体層42及び44のそれぞれの一部が除去された空間に導電体層65が形成され、その後エッチバックされる。その結果、メモリピラーMPの半導体層31と、ソース線部の導電体層(例えば導電体層40、41、65及び45の組)とが電気的に接続される。導電体層65としては、例えばリンがドープされたポリシリコンが形成される。尚、セル領域CAにおける導電体層40、41、65及び45の積層構造が、図11に示された導電体層21に対応している。
次に、ステップS112の処理によって、積層配線部の置換処理が実行される。具体的には、まず、スリットSLT内の保護膜64が除去され、例えばスリットSLT内で露出した導電体層22、41、45及び65(例えばポリシリコン膜)の表面が酸化される。これにより、酸化保護膜66が形成される。そして、例えば熱リン酸によるウェットエッチングによって、図37に示すように犠牲部材56及び59が選択的に除去される。犠牲部材56及び59が除去された構造体は、複数のメモリピラーMP、複数の支持柱HR、及び複数のコンタクトC4等によってその立体構造が維持される。
それから、図38に示すように、犠牲部材56及び59が除去された空間にスリットSLTを介して導電体が埋め込まれる。本工程における導電体の形成は、例えばCVDが使用される。その後、エッチバック処理によって、スリットSLT内部と絶縁体層63の上面に形成された導電体が除去される。本工程では、少なくともスリットSLT内において、隣り合う配線層に形成された導電体が分離されていれば良い。
これにより、ワード線WL0〜WL11にそれぞれ対応する複数の導電体層23と、選択ゲート線SGDa、SGDb及びSGDcにそれぞれ対応する複数の導電体層24とがそれぞれ形成される。本工程において形成される導電体層23及び24は、バリアメタルを含んでいても良い。この場合、犠牲部材56及び59の除去後の導電体の形成では、例えばバリアメタルとして窒化チタンが成膜された後に、タングステンが形成される。
次に、ステップS113の処理によって、図38に示すように、スリットSLT内に絶縁体層67が形成される。本工程において、絶縁体層63よりも上層に形成された絶縁体層67は、例えばCMPによって除去され、絶縁体層63及び67の上部が平坦化される。
以上で説明した第1実施形態に係る半導体記憶装置1の製造工程によって、メモリピラーMPと、メモリピラーMPに接続されるソース線SL、ワード線WL、並びに選択ゲート線SGDa、SGDb、SGDc及びSGSとのそれぞれが形成される。ソース線部に対応する導電体層40、41、45及び65は、使用される材料に依っては一体で形成され得る。言い換えると、完成した半導体記憶装置1では、導電体層40、41、45及び65の境界部分が見えなくなる可能性がある。尚、以上で説明した製造工程はあくまで一例であり、各製造工程の間にはその他の処理が挿入されても良い。コンタクトC4内の導電体層36は、積層配線部の置換処理が実行された後に形成されても良い。この場合、例えばホールC4Hの形成後且つスリットSLTの形成前に、ホールC4H内が犠牲部材によって埋め込まれる。
[1−3]第1実施形態の効果
以上で説明した第1実施形態に係る半導体記憶装置1に依れば、半導体記憶装置1の歩留まりを向上することが出来る。以下に、比較例を用いて、第1実施形態に係る半導体記憶装置1の詳細な効果について説明する。
以上で説明した第1実施形態に係る半導体記憶装置1に依れば、半導体記憶装置1の歩留まりを向上することが出来る。以下に、比較例を用いて、第1実施形態に係る半導体記憶装置1の詳細な効果について説明する。
メモリセルが三次元に積層された半導体記憶装置では、例えば半導体基板の上方にソース線SL、選択ゲート線SGS、ワード線WL、選択ゲート線SGDを含む積層配線が設けられる。そして、メモリピラーMPが、ソース線SLの上方の積層配線を貫通して設けられ、最下層に配置されたソース線SLに電気的に接続される。このような半導体記憶装置において、ソース線SLに電圧を印加するための配線は、メモリセルアレイ下、すなわち半導体基板とソース線SLとの間に設けられることがある。
例えば、ソース線SLとメモリセルアレイ下の配線とを電気的に接続する場合には、ソース線SLに接続され且つソース線SLよりも上層の積層配線を貫通するコンタクトC4と、メモリセルアレイ下の配線に接続され且つソース線SLを含む積層配線を貫通するコンタクトC4とが使用される。これらのコンタクトC4は、例えばセル領域CA内の貫通コンタクト領域C4Tに配置される。貫通コンタクト領域C4Tには、積層配線の置換処理時において立体構造を維持するために、複数の支持柱HRも配置される。
また、半導体基板の上方にソース線SLが設けられた半導体記憶装置において、メモリピラーMP内でチャネルとして使用される半導体層31とソース線SLとの間は、メモリピラーMPの側面を介して接続されることがある。メモリピラーMPの側面を介してソース線SLと半導体層31とを接触させる構造を形成する場合には、例えば犠牲部材43を用いたソース線部の置換処理が実行される。ソース線部の置換処理は、例えばメモリピラーMP、支持柱HR、及びコンタクトC4の形成後に実行され、スリットSLTを介してソース線部の犠牲部材43とメモリピラーMP内の積層膜32の一部とを除去することによって、メモリピラーMPの側面で半導体層31を露出させる工程を含んでいる。
ソース線部の犠牲部材43を除去する工程では、メモリピラーMPの下部に設けられた犠牲部材43の除去が不十分である場合に、メモリピラーMPとソース線SLとの接続不良が生じる可能性があるため、エッチングの処理時間に十分なマージンが設定される。しかしながら、犠牲部材43に対するエッチングの処理時間が長くなると、メモリピラーMPの下部に設けられた犠牲部材43と連続して形成された、貫通コンタクト領域C4T内(例えばソース接続領域SCR内)の犠牲部材43も除去される可能性がある。
図39は、第1実施形態の比較例に係る半導体記憶装置1のメモリセルアレイ10の貫通コンタクト領域C4Tにおける断面構造の一例を示している。図39に示すように、第1実施形態の比較例に係る半導体記憶装置1は、第1実施形態に係る半導体記憶装置1のソース接続領域SCRにおける分断部DJが省略された構造を有している。つまり、第1実施形態の比較例では、ソース接続領域SCRにおける犠牲部材43とメモリピラーMPが形成された領域内の犠牲部材43とが連続して設けられている。
第1実施形態の比較例に係る半導体記憶装置1では、ソース接続領域SCR内の犠牲部材43が除去されると、積層膜32を除去する工程において支持柱HRやコンタクトC4内の絶縁部材(例えば絶縁体層37)も除去され得る。具体的には、支持柱HRやコンタクトC4に形成された絶縁部材は、メモリピラーMP内の積層膜32のような薄膜よりもエッチングの進行が早い。このため、積層膜32を除去する工程においてホールHRH及びC4H内の絶縁部材が、ソース線部から導電体層22の部分まで除去される可能性がある。絶縁部材がソース線部から導電体層22の部分で除去された場合、ホールHRHやホールC4Hの下部に導電体が形成され、ソース線SLと選択ゲート線SGSとがショートするおそれがある。
一方で、第1実施形態に係る半導体記憶装置1では、ソース接続領域SCRの犠牲部材43が分断部DJにおいて分断されており、ソース線部の置換処理で犠牲部材43を除去する工程においてソース接続領域SCR内の犠牲部材43が除去されずに残っている。そして、第1実施形態に係る半導体記憶装置1では、積層膜32を除去する工程において、分断部DJと分断部DJにより犠牲部材43が孤立した領域とで犠牲部材43が除去された空間を介したエッチングが進行しない。
これにより、第1実施形態に係る半導体記憶装置1では、貫通コンタクト領域C4Tにおける支持柱HRやコンタクトC4内の絶縁部材に対するエッチングの進行を抑制することが出来る。その結果、第1実施形態に係る半導体記憶装置1の製造方法は、ソース線SL及び選択ゲート線SGS間のショートの発生を抑制することが出来、半導体記憶装置1の歩留まりを向上することが出来る。
以上で説明した貫通コンタクト領域C4Tにおけるソース線SL及び選択ゲート線SGS間のショートは、比較例において支持柱HRに対応するホールHRHとコンタクトC4に対応するホールC4Hとを別工程で形成し、支持柱HRの底部を選択ゲート線SGS(導電体層22)で止めることによっても抑制することが出来る。また、ソース接続領域SCRにおいて、メモリピラーMP下部の犠牲部材43とコンタクトC4下部の犠牲部材43との間の経路を長くすることによっても、コンタクトC4起因のソース線SL及び選択ゲート線SGS間のショートの発生を抑制することが出来る。
しかしながら、比較例において支持柱HRに対応するホールHRHとコンタクトC4に対応するホールC4Hとを別工程で形成した場合にも、コンタクトC4起因のソース線SL及び選択ゲート線SGS間のショートのおそれは残存する。さらに、ホールHRH及びC4Hの加工を別工程にする場合、製造工程の増加により製造コストが増加してしまう。また、メモリピラーMP下部の犠牲部材43とコンタクトC4下部の犠牲部材43との間の経路を長くした場合には、貫通コンタクト領域C4Tの面積が大きくなり、半導体記憶装置1の単位面積当たりの記憶容量が小さくなってしまう。
これに対して、第1実施形態に係る半導体記憶装置1の製造方法は、ホールHRH及びC4Hを一括で加工しているため、ホールHRH及びC4Hが別工程で加工される場合よりも製造工程を減らすことが出来る。また、第1実施形態に係る半導体記憶装置1は、分断部DJにおいて犠牲部材43が除去されるだけで効果が得られるため、貫通コンタクト領域C4Tのレイアウトを変更することなく実現することが出来る。従って、第1実施形態に係る半導体記憶装置1は、製造コストを抑制することも出来る。
尚、第1実施形態では、ホールHRHとホールC4Hとが一括で加工される場合について例示したが、これに限定されない。例えば、ホールHRHがホールC4Hと別工程で加工され、メモリピラーMPに対応するメモリホールと一括で加工されても良い。この場合、メモリホールとホールHRHの内径がほぼ同じであると仮定すると、支持柱HRの底部がメモリピラーMPの底部と揃って形成される。このようにメモリホールとホールHRHが一括で加工される場合においても、分断部DJにおける犠牲部材43を除去することによって、第1実施形態と同様の効果を得ることが出来る。
また、第1実施形態では、分断部DJにおいて犠牲部材43が除去される場合について例示したが、これに限定されない。例えば、ステップS103において貫通コンタクト領域C4Tの全体で犠牲部材43が除去されても良い。このような場合においても、積層膜32を除去する工程において、支持柱HR及びコンタクトC4内の絶縁部材が除去されるリスクを抑制することが出来、第1実施形態と同様の効果を得ることが出来る。半導体記憶装置1は、少なくともメモリピラーMP下部の犠牲部材43と支持柱HR下部の犠牲部材43との間の経路と、メモリピラーMP下部の犠牲部材43とコンタクトC4下部の犠牲部材43との間の経路とが分断されていれば、第1実施形態で説明された効果を得ることが出来る。
[2]第2実施形態
第2実施形態は、スリットSLTが交差する部分における不良を抑制するための半導体記憶装置1の製造方法に関する。以下に、第2実施形態に係る半導体記憶装置1について、第1実施形態と異なる点を説明する。
第2実施形態は、スリットSLTが交差する部分における不良を抑制するための半導体記憶装置1の製造方法に関する。以下に、第2実施形態に係る半導体記憶装置1について、第1実施形態と異なる点を説明する。
[2−1]半導体記憶装置1の構成
図40は、第2実施形態に係る半導体記憶装置1の構成例を示している。図40に示すように、第2実施形態に係る半導体記憶装置1は、複数のプレーンPL1及びPL2を備えている。プレーンPL1は、メモリセルアレイ10A、ロウデコーダモジュール15A、及びセンスアンプモジュール16Aを含み、プレーンPL2は、メモリセルアレイ10B、ロウデコーダモジュール15B、及びセンスアンプモジュール16Bを含んでいる。
図40は、第2実施形態に係る半導体記憶装置1の構成例を示している。図40に示すように、第2実施形態に係る半導体記憶装置1は、複数のプレーンPL1及びPL2を備えている。プレーンPL1は、メモリセルアレイ10A、ロウデコーダモジュール15A、及びセンスアンプモジュール16Aを含み、プレーンPL2は、メモリセルアレイ10B、ロウデコーダモジュール15B、及びセンスアンプモジュール16Bを含んでいる。
メモリセルアレイ10Aは、ロウデコーダモジュール15Aとセンスアンプモジュール16Aとによって制御される。メモリセルアレイ10Bは、ロウデコーダモジュール15Bとセンスアンプモジュール16Bとによって制御される。シーケンサ13は、各プレーンPLに含まれた構成を、プレーンPL毎に独立して制御することが出来る。
尚、本例では、各プレーンPLがメモリセルアレイ10、ロウデコーダモジュール15、及びセンスアンプモジュール16を含むものと仮定しているが、これに限定されない。プレーンPLは、少なくともメモリセルアレイ10を含んでいれば良い。各プレーンPLで使用される構成要素は、複数のプレーンPL間で適宜共有され得る。
図41は、第2実施形態に係る半導体記憶装置1の備えるメモリセルアレイ10A及び10Bの平面レイアウトの一例であり、2つのブロックBLK0及びBLK1に対応する領域を抽出して示している。図41に示すように、メモリセルアレイ10A及び10Bの平面レイアウトのそれぞれにおいて、例えばメモリセルアレイ10A及び10Bの境界近傍には、スリットSLT4が設けられ、貫通コンタクト領域C4Tが配置される。
スリットSLT4は、Y方向に沿って延伸して設けられ、スリットSLT1〜SLT3と同じ工程で形成される。メモリセルアレイ10A及び10Bの領域のそれぞれにおいて、スリットSLT4は、隣り合うメモリセルアレイ10A及び10Bの境界近傍に配置され、スリットSLT1の端部と接触又は交差している。つまり、スリットSLT1とスリットSLT4とは、連続的に設けられた部分を有している。スリットSLT4は、スリットSLT1と同様内部に絶縁部材が埋め込まれた構造を有し、同じ配線層に設けられ且つ当該スリットSLTを介して隣り合う導電体層(例えば、選択ゲート線SGS、及びワード線WL)間を分断している。
第2実施形態において、メモリセルアレイ10A及び10B間でX方向に隣り合うブロックBLKは、YZ平面に沿って広がった板状のスリットSLT4によって互いに分離されている。具体的には、メモリセルアレイ10A内のブロックBLK0とメモリセルアレイ10B内のブロックBLK0との間と、メモリセルアレイ10A内のブロックBLK1とメモリセルアレイ10B内のブロックBLK1との間とは、スリットSLT4によって分離されている。
図42は、第2実施形態に係る半導体記憶装置1の貫通コンタクト領域C4Tにおけるメモリセルアレイ10の詳細な平面レイアウトの一例であり、メモリセルアレイ10A及び10Bの境界部分を含む領域を抽出して示している。また、図42には、当該貫通コンタクト領域C4T近傍におけるセル領域CAの一部も示されている。図42に示すように、メモリセルアレイ10A及び10B間の境界に隣接する貫通コンタクト領域C4Tにおいて、メモリセルアレイ10は複数のスリット交差領域STCを含んでいる。
複数のスリット交差領域STCのそれぞれは、スリットSLT1とスリットSLT4とが接触又は交差した領域を含んでいる。スリット交差領域STCにおけるソース線部の層構造は、例えばソース貫通領域SPRにおけるソース線部の層構造と同様である。スリット交差領域STCには、例えば支持柱HRが含まれている。
メモリセルアレイ10A及び10B間の境界に隣接する貫通コンタクト領域C4Tにおいて、選択ゲート線SGDa、SGDb及びSGDcのそれぞれの端部は、例えば引出領域HAと同様に、階段状に設けられている。この階段部分に形成されるテラス部分には、例えばコンタクトCCは接続されず、支持柱HRが適宜配置される。
また、当該貫通コンタクト領域C4Tにおいて、複数の支持柱HR、複数のコンタクトC4、ソース接続領域SCR、及びソース貫通領域SPRは、第1実施形態と同様に適宜配置される。第2実施形態に係る半導体記憶装置1のその他の構成は、第1実施形態に係る半導体記憶装置1と同様のため、説明を省略する。
[2−2]半導体記憶装置1の製造方法
以下に、図43を適宜参照して、第2実施形態に係る半導体記憶装置1における、メモリセルアレイ10内の積層配線構造の形成に関する一連の製造工程の一例について説明する。図43は、第2実施形態に係る半導体記憶装置1の製造方法の一例を示すフローチャートである。図44〜図47のそれぞれは、第2実施形態に係る半導体記憶装置1の製造途中の断面構造の一例を示している。尚、以下で参照される断面図では、セル領域CAにおいてメモリピラーMPと隣り合うスリットSLTと、貫通コンタクト領域C4Tにおいてスリット交差領域STCに配置されるスリットSLTのそれぞれとに対応する領域が抽出されている。
以下に、図43を適宜参照して、第2実施形態に係る半導体記憶装置1における、メモリセルアレイ10内の積層配線構造の形成に関する一連の製造工程の一例について説明する。図43は、第2実施形態に係る半導体記憶装置1の製造方法の一例を示すフローチャートである。図44〜図47のそれぞれは、第2実施形態に係る半導体記憶装置1の製造途中の断面構造の一例を示している。尚、以下で参照される断面図では、セル領域CAにおいてメモリピラーMPと隣り合うスリットSLTと、貫通コンタクト領域C4Tにおいてスリット交差領域STCに配置されるスリットSLTのそれぞれとに対応する領域が抽出されている。
まず、第1実施形態で説明されたステップS101〜S109の処理が順に実行される。これにより、図31に示された構造が半導体基板20上に形成される。簡潔に述べると、ソース線部、及び積層配線部の犠牲部材43、56及び59が積層され、メモリピラーMP、支持柱HR、及びコンタクトC4が形成される。ソース線部に対応する積層構造は、メモリセルアレイ10内の領域毎に所望の形状に加工される。尚、スリット交差領域STCにおける最上層の犠牲部材56よりも上層の犠牲部材59は、例えばステップS109の後に実行される犠牲部材59の端部の階段加工の際に除去される。スリット交差領域STCにおける最上層の犠牲部材56よりも上層には、例えば絶縁体層62が埋め込まれる。
次に、ステップS201の処理によって、図44に示すように、スリットSLTが形成される。具体的には、まずフォトリソグラフィ等によって、スリットSLT1、SLT2、SLT3、及びSLT4に対応する領域が開口したマスクが形成される。それから、形成されたマスクを用いた異方性エッチングによって、スリットSLTが形成される。
第2実施形態において、スリットSLTの底部の位置は、スリットSLTが形成された領域に応じて異なっている。例えば、セル領域CA内、又は貫通コンタクト領域C4T内でスリット交差領域STCを除く領域に設けられたスリットSLTの底部は、第1実施形態で説明したように絶縁体層44が設けられた層内で停止する。
一方で、スリット交差領域STC内では、スリットSLTの交差部分における開口面積が大きくエッチングの進行が早いことから、当該交差部分におけるスリットSLTの底部が絶縁体層44を貫通し得る。例えば、スリット交差領域STC内のスリットSLTの底部は、犠牲部材43も貫通し、絶縁体層42が設けられた層内で停止する。
次に、ステップS202の処理によって、図45に示すように、保護膜70が形成される。具体的には、まず第1実施形態と同様に、絶縁体層63の上面とスリットSLTの内壁とに保護膜64が形成される。それから、フォトリソグラフィ等によって、スリット交差領域STC内のスリットSLTが覆われ、且つスリット交差領域STC以外の領域に設けられたスリットSLTの部分が開口するように保護膜70が形成される。保護膜70は、例えばフォトレジストである。
次に、ステップS203の処理によって、図46に示すように、スリットSLT底部が加工される。本工程では、例えばRIEが使用される。そして、スリット交差領域STC以外の領域に設けられたスリットSLTの底部において、保護膜64が除去され、犠牲部材43の一部が露出する。一方で、スリット交差領域STCに設けられたスリットSLTは、保護膜70によって保護されているため、スリットSLTの底部が加工されない。保護膜70は、例えばステップS203の処理の後に除去される。
次に、第1実施形態で説明されたステップS111〜S113の処理が順に実行される。簡潔に述べると、ソース線部の置換処理と、積層配線部の置換処理と、スリットSLT内の絶縁体層67の形成とが実行される。これにより、メモリピラーMPと、メモリピラーMPに接続されるソース線SL、ワード線WL、並びに選択ゲート線SGDa、SGDb、SGDc及びSGSとのそれぞれが形成される。
尚、第2実施形態に係る半導体記憶装置1の製造方法では、ソース線部の置換処理時において、スリット交差領域STC内のスリットSLTの底部の犠牲部材43が露出してない。このため、図47に示すように、スリット交差領域STCにおける犠牲部材43とその上下の絶縁体層42及び44は、ソース線部の置換処理が実行された後においても残っている。つまり、スリット交差領域STCにおけるスリットSLT内に埋め込まれた絶縁体層67は、絶縁体層42、犠牲部材43及び絶縁体層44に接触した部分を有している。第2実施形態に係る半導体記憶装置1におけるその他の製造工程の詳細は、第1実施形態と同様のため説明を省略する。
[2−3]第2実施形態の効果
以上で説明した第2実施形態に係る半導体記憶装置1に依れば、半導体記憶装置1の歩留まりを向上することが出来る。以下に、比較例を用いて、第2実施形態に係る半導体記憶装置1の詳細な効果について説明する。
以上で説明した第2実施形態に係る半導体記憶装置1に依れば、半導体記憶装置1の歩留まりを向上することが出来る。以下に、比較例を用いて、第2実施形態に係る半導体記憶装置1の詳細な効果について説明する。
図48は、第2実施形態の比較例に係る半導体記憶装置1の製造途中の断面構造の一例であり、ステップS203の処理時において保護膜70が存在しない場合の加工結果を例示している。図48に示すように、第2実施形態の比較例に係る半導体記憶装置1の製造方法では、支持柱HRの絶縁部材が除去されるリスクを抑制するために、仮にソース接続領域と同様に犠牲部材43を部分的に除去したとしても、スリット交差領域STC内においてオーバーエッチングが発生し、スリットSLTの底部が導電体層41まで到達する可能性がある。
スリットSLTの底部が導電体層41まで到達すると、ソース線部の置換処理で犠牲部材43を除去する工程において、導電体層41へのエッチングが進行するおそれがある。スリット交差領域STCの面積は大きく、導電体層41へのエッチングの進行が早いことが推測され、スリット交差領域STC内の支持柱HRの底部までエッチングが進行する可能性がある。支持柱HRの底部までエッチングが進行すると、第1実施形態と同様に、積層膜32の一部が除去される工程において、ホールHRH内の絶縁部材がソース線SLから選択ゲート線SGSまで除去され得る。つまり、ソース線SL及び選択ゲート線SGS間のショートが発生するおそれがある。
これに対して、第2実施形態に係る半導体記憶装置1は、スリットSLTの底部の加工時に、スリット交差領域STCを保護膜70によって覆っている。その結果、ソース線部の置換処理時における、導電体層41のエッチングを無くすことが出来る。従って、第2実施形態に係る半導体記憶装置1の製造方法は、ソース線SL及び選択ゲート線SGS間のショートの発生を抑制することが出来、歩留まりを向上することが出来る。
[3]その他の変形例等
実施形態の半導体記憶装置は、基板と、第1導電体層と、複数の第2導電体層と、第1ピラーと、第2ピラーと、第1部材とを含む。基板は、第1領域及び第1領域と第1方向に隣り合う第2領域を含む。第1導電体層は、第1領域及び第2領域内の基板の上方に設けられる。第1導電体層は、第1領域内の第1部分と、第1部分と連続的に設けられた第2領域内の第2部分と、第1部分と連続的に設けられ且つ第2部分の上方で第2部分とは離隔した第2領域内の第3部分とを含む。複数の第2導電体層は、第1導電体層の上方に、互いが離隔しつつ積層される。第1ピラーは、複数の第2導電体層を複数の第2導電体層の積層方向に貫通して第1導電体層の第1部分に至るように設けられる。第1ピラーは、積層方向と交差する方向で第1導電体層の第1部分と接触した第1半導体層と、第1半導体層と複数の第2導電体層との間の第1絶縁体層と、を含む。第2ピラーは、複数の第2導電体層と第1導電体層の第3部分とを積層方向に貫通して設けられる。第1部材は、第1ピラー及び第2ピラー間且つ第1導電体層の第2部分及び第3部分間に設けられる。第1部材は、積層方向で第1導電体層の第2部分及び第3部分のそれぞれと接触し、第1方向で第1導電体層の第1部分と接触する。第1部材は、第1導電体層とは異種である。これにより、半導体記憶装置の歩留まりを向上させることが出来る。
実施形態の半導体記憶装置は、基板と、第1導電体層と、複数の第2導電体層と、第1ピラーと、第2ピラーと、第1部材とを含む。基板は、第1領域及び第1領域と第1方向に隣り合う第2領域を含む。第1導電体層は、第1領域及び第2領域内の基板の上方に設けられる。第1導電体層は、第1領域内の第1部分と、第1部分と連続的に設けられた第2領域内の第2部分と、第1部分と連続的に設けられ且つ第2部分の上方で第2部分とは離隔した第2領域内の第3部分とを含む。複数の第2導電体層は、第1導電体層の上方に、互いが離隔しつつ積層される。第1ピラーは、複数の第2導電体層を複数の第2導電体層の積層方向に貫通して第1導電体層の第1部分に至るように設けられる。第1ピラーは、積層方向と交差する方向で第1導電体層の第1部分と接触した第1半導体層と、第1半導体層と複数の第2導電体層との間の第1絶縁体層と、を含む。第2ピラーは、複数の第2導電体層と第1導電体層の第3部分とを積層方向に貫通して設けられる。第1部材は、第1ピラー及び第2ピラー間且つ第1導電体層の第2部分及び第3部分間に設けられる。第1部材は、積層方向で第1導電体層の第2部分及び第3部分のそれぞれと接触し、第1方向で第1導電体層の第1部分と接触する。第1部材は、第1導電体層とは異種である。これにより、半導体記憶装置の歩留まりを向上させることが出来る。
上記実施形態において、メモリセルアレイ10の構造はその他の構造であっても良い。例えば、メモリピラーMPは、複数のピラーがZ方向に2本以上連結された構造であっても良い。また、メモリピラーMPは、選択ゲート線SGDに対応するピラーと、ワード線WLに対応するピラーとが連結された構造であっても良い。スリットSLT内は、複数種類の絶縁体により構成されても良い。各メモリピラーMPと重なるビット線BLの本数は、任意の本数に設計され得る。
上記実施形態において、メモリセルアレイ10は、ワード線WL0及び選択ゲート線SGS間と、ワード線WL11及び選択ゲート線SGDa間とのそれぞれに、1本以上のダミーワード線を有していても良い。ダミーワード線が設けられる場合、メモリセルトランジスタMT0及び選択トランジスタST2間と、メモリセルトランジスタMT11及び選択トランジスタST1a間とのそれぞれには、ダミーワード線の本数に対応してダミートランジスタが設けられる。ダミートランジスタは、メモリセルトランジスタMTと同様の構造を有し、データの記憶に使用されないトランジスタである。メモリピラーMPがZ方向に2本以上連結される場合、ピラーの連結部分の近傍のメモリセルトランジスタMTがダミートランジスタとして使用されても良い。
上記実施形態では、引出領域HAにおいてワード線WL0〜WL11の端部がY方向に2段の段差を有し且つX方向に複数の段差が形成された3列の階段状に設けられる場合について例示したが、これに限定されない。積層されたワード線WLの端部においてY方向に形成される段差の数は、任意の数に設計され得る。つまり、半導体記憶装置1において、引出領域HAにおけるワード線WLの端部は、任意の列数の階段状に設計され得る。
上記実施形態では、半導体記憶装置1がメモリセルアレイ10下にセンスアンプモジュール16等の回路が設けられた構造を有する場合を例に説明したが、これに限定されない。例えば、半導体記憶装置1は、センスアンプモジュール16等が設けられたチップと、メモリセルアレイ10が設けられたチップとが貼り合わされた構造であっても良い。
上記実施形態で説明に使用した図面では、支持柱HRやコンタクトC4がZ方向において同一径を有している場合を例示したが、これに限定されない。例えば、支持柱HRやコンタクトC4は、テーパー形状又は逆テーパー形状を有していても良いし、中間部分が膨らんだ形状を有していても良い。同様に、スリットSLTやスリットSHEがテーパー形状又は逆テーパー形状を有していても良いし、中間部分が膨らんだ形状を有していても良い。また、上記実施形態では、支持柱HR、コンタクトC4、及びメモリピラーMPのそれぞれの断面構造が円形である場合について例示したが、これらの断面構造は楕円形であっても良く、任意の形状に設計され得る。
本明細書において“接続”は、電気的に接続されている事を示し、例えば間に別の素子を介することを除外しない。また、“電気的に接続される”は、電気的に接続されたものと同様に動作することが可能であれば、絶縁体を介していても良い。“連続的に設けられる”とは、少なくとも一部分が同じ製造工程によって形成されることを示している。ある構成要素において連続的に設けられた部分には、境界が形成されない。“連続的に設けられる”は、ある膜又は層における第1部分から第2部分まで連続膜であることと同義である。
本明細書において“柱状”は、半導体記憶装置1の製造工程において形成されたホール内に設けられた構造体であることを示している。“外径”は、半導体基板20の表面と平行な断面における、構成要素の直径のことを示している。また、“外径”は、例えば測定対象の構成要素の形成に使用されるホール内の部材のうち、最外周の部材を用いて測定される。例えば、コンタクトC4の外径と支持柱HRの外径とを比較する場合、同じ断面に含まれた各構成要素の外径が比較される。“内径”は、半導体基板20の表面と平行な断面における、ホールの内壁における径のことを示している。
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、変更を行うことが出来る。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共に、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…半導体記憶装置、2…メモリコントローラ、10…メモリセルアレイ、11…コマンドレジスタ、12…アドレスレジスタ、13…シーケンサ、14…ドライバモジュール、15…ロウデコーダモジュール、16…センスアンプモジュール、20…半導体基板、21〜28…導電体層、30…コア部材、31…半導体層、32…積層膜、33…トンネル絶縁膜、34…絶縁膜、35…ブロック絶縁膜、SLT,SHE…スリット、CC,C4,CP,CV…コンタクト、BLK…ブロック、SU…ストリングユニット、MT…メモリセルトランジスタ、ST1,ST2…選択トランジスタ、BL…ビット線、WL…ワード線、SGD…選択ゲート線
Claims (5)
- 第1領域及び前記第1領域と第1方向に隣り合う第2領域を含む基板と、
前記第1領域及び前記第2領域内の前記基板の上方に設けられ、前記第1領域内の第1部分と、前記第1部分と連続的に設けられた前記第2領域内の第2部分と、前記第1部分と連続的に設けられ且つ前記第2部分の上方で前記第2部分とは離隔した前記第2領域内の第3部分とを含む第1導電体層と、
前記第1導電体層の上方に、互いが離隔しつつ積層された複数の第2導電体層と、
前記複数の第2導電体層を前記複数の第2導電体層の積層方向に貫通して前記第1導電体層の前記第1部分に至るように設けられ、前記積層方向と交差する方向で前記第1導電体層の前記第1部分と接触した第1半導体層と、前記第1半導体層と前記複数の第2導電体層との間の第1絶縁体層と、を含む第1ピラーと、
前記複数の第2導電体層と前記第1導電体層の前記第3部分とを前記積層方向に貫通して設けられた第2ピラーと、
前記第1ピラー及び前記第2ピラー間且つ前記第1導電体層の前記第2部分及び前記第3部分間に設けられ、前記積層方向で前記第1導電体層の前記第2部分及び前記第3部分のそれぞれと接触し、前記第1方向で前記第1導電体層の前記第1部分と接触する、前記第1導電体層とは異種の第1部材と、
を備える、半導体記憶装置。 - 前記第1部材は、前記第1導電体層の前記第1部分、前記第2部分及び前記第3部分と接触する第4部分と、前記第4部分と連続的に設けられ前記第1導電体層の前記第2部分と接触する第5部分と、前記第4部分と連続的に設けられ前記第5部分の上方で前記第5部分とは離隔しつつ前記第1導電体層の前記第3部分と接触する第6部分とを含み、
前記第1部材の前記第5部分と前記第1部材の前記第6部分との間に設けられた前記第1部材とは異種の第2部材をさらに備える、
請求項1に記載の半導体記憶装置。 - 前記第2ピラーは、前記積層方向に延伸して設けられ且つ底部を介して前記第1導電体層の前記第2部分と電気的に接続された第4導電体層と、前記第4導電体層と前記複数の第2導電体層との間に設けられた絶縁部材と、を含む、
請求項1に記載の半導体記憶装置。 - 前記第2ピラーは、絶縁体で構成される、
請求項1に記載の半導体記憶装置。 - 前記第1導電体層の前記第2部分と互いに離隔しつつ同じ層内に設けられた第5導電体層と、
前記第5導電体層と最下層の第2導電体層との間、且つ前記第1導電体層の前記第3部分と同じ層内に設けられた第6導電体層と、
前記第5導電体層及び前記第6導電体層間に設けられた前記第5導電体層及び前記第6導電体層とは異種の部材を含む層と、
前記複数の第2導電体層のそれぞれと接触し、前記第1方向に延伸した第7部分と、前記積層方向と前記第1方向とのそれぞれと交差する第2方向に延伸した第8部分と、前記第7部分と前記第8部分とが接触又は交差した第9部分とを含む絶縁部材と、をさらに備え、
前記絶縁部材の前記第9部分は、前記第5導電体層と前記第6導電体層と前記異種の部材を含む層とのそれぞれと接触している、
請求項1に記載の半導体記憶装置。
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