JP2020155611A - 半導体記憶装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】 性能を向上することが可能な半導体記憶装置を提供する。【解決手段】 実施形態の半導体記憶装置は、第1方向に積層された複数の配線層22と、複数の配線層22内を第1方向に延びる半導体層25と、複数の配線層22における最下層の下方に設けられた第1本体部と、第1本体部から第2方向に突出する第1突出部とを有する第1導電層51と、第1導電層51の第1突出部上に設けられ、複数の配線層22内を第1方向に延びるコンタクトプラグ40と、コンタクトプラグ40と複数の配線層22との間に設けられた絶縁膜40Aと、第1導電層51の第1本体部上に設けられ、半導体層に接する第2本体部と、第1突出部上に設けられ、第2本体部に対して突出して延びる第2突出部とを有する第2導電層52と、第1突出部上に設けられ、第2突出部と絶縁膜40Aとに接し、第2突出部と絶縁膜40Aとの間を延びる第1層56とを含む。【選択図】 図9
Description
本発明の実施形態は、半導体記憶装置に関する。
半導体記憶装置の一種として、NAND型フラッシュメモリが知られている。また、3次元に積層された複数のメモリセルを備えたNAND型フラッシュメモリが知られている。
実施形態は、性能を向上することが可能な半導体記憶装置を提供する。
実施形態に係る半導体記憶装置は、第1方向に積層された複数の第1配線層と、前記複数の第1配線層における第1領域内を、前記第1方向に延びる半導体層と、前記複数の第1配線層と前記半導体層との間に設けられた電荷蓄積膜と、前記複数の第1配線層における最下層の下方に設けられ、前記第1領域と前記第1方向で重なる第1本体部と、前記第1本体部から前記第1方向に交差する第2方向に突出し、前記第1領域に対して前記第2方向に隣接する第2領域と前記第1方向で重なる第1突出部とを有する第1導電層と、前記第1導電層の前記第1突出部上に設けられ、前記複数の第1配線層の前記第2領域内において前記第1方向に延びるコンタクトプラグと、前記コンタクトプラグと前記複数の第1配線層との間に設けられた絶縁膜と、前記第1導電層の前記第1本体部上に設けられ、前記半導体層に接する第2本体部と、前記第1突出部上に設けられ、前記第2本体部に対して突出して延びる第2突出部とを有する第2導電層と、前記第1突出部上に設けられ、前記第2突出部と前記絶縁膜とに接し、前記第2突出部と前記絶縁膜との間を延びる第1層とを具備する。前記第2突出部及び前記第1層における、前記第2本体部及び前記第2突出部の境界と、前記絶縁膜との間を延びる部分の長さは、前記第2本体部及び前記第2突出部の境界から前記絶縁膜までの直線距離より長い。
以下、実施形態について図面を参照して説明する。以下に示す幾つかの実施形態は、本発明の技術思想を具体化するための装置および方法を例示したものであって、構成部品の形状、構造、配置等によって、本発明の技術思想が特定されるものではない。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。以下の説明において、同一の機能及び構成を有する要素については同一符号を付してその詳しい説明は適宜省略し、異なる部分について説明する。
[1] 第1実施形態
[1−1] 半導体記憶装置1のブロック構成
第1実施形態に係る半導体記憶装置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る。図1は、第1実施形態に係る半導体記憶装置1のブロック図である。
[1−1] 半導体記憶装置1のブロック構成
第1実施形態に係る半導体記憶装置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る。図1は、第1実施形態に係る半導体記憶装置1のブロック図である。
半導体記憶装置1は、メモリセルアレイ10、ロウデコーダ11、カラムデコーダ12、センスアンプ13、入出力回路14、コマンドレジスタ15、アドレスレジスタ16、及びシーケンサ(制御回路)17などを備える。
メモリセルアレイ10は、j個のブロックBLK0〜BLK(j−1)を備える。jは、1以上の整数である。複数のブロックBLKの各々は、複数のメモリセルトランジスタを備える。メモリセルトランジスタは、電気的に書き換え可能なメモリセルから構成される。メモリセルアレイ10には、メモリセルトランジスタに印加する電圧を制御するために、複数のビット線、複数のワード線、及びソース線などが配設される。ブロックBLKの具体的な構成については後述する。
ロウデコーダ11は、アドレスレジスタ16からロウアドレスを受け、このロウアドレスをデコードする。ロウデコーダ11は、デコードされたロウアドレスに基づいて、ワード線などの選択動作を行う。そして、ロウデコーダ11は、メモリセルアレイ10に、書き込み動作、読み出し動作、及び消去動作に必要な複数の電圧を供給する。
カラムデコーダ12は、アドレスレジスタ16からカラムアドレスを受け、このカラムアドレスをデコードする。カラムデコーダ12は、デコードされたカラムアドレスに基づいて、ビット線の選択動作を行う。
センスアンプ13は、読み出し動作時には、メモリセルトランジスタからビット線に読み出されたデータを検知及び増幅する。また、センスアンプ13は、書き込み動作時には、書き込みデータをビット線に転送する。
入出力回路14は、複数の入出力線(DQ線)を介して外部装置(ホスト装置)に接続される。入出力回路14は、外部装置からコマンドCMD、及びアドレスADDを受信する。入出力回路14によって受信されたコマンドCMDは、コマンドレジスタ15に送られる。入出力回路14によって受信されたアドレスADDは、アドレスレジスタ16に送られる。また、入出力回路14は、外部装置との間で、データDATの送受信を行う。
シーケンサ17は、外部装置から制御信号CNTを受信する。制御信号CNTには、チップイネーブル信号CEn、コマンドラッチイネーブル信号CLE、アドレスラッチイネーブル信号ALE、書き込みイネーブル信号WEn、及び読み出しイネーブル信号REnなどが含まれる。信号名に付記された“n”は、アクティブ・ローを示す。シーケンサ17は、コマンドレジスタ15に保持されたコマンドCMD、及び制御信号CNTに基づいて、半導体記憶装置1全体の動作を制御する。また、シーケンサ17は、書き込み動作、読み出し動作、及び消去動作を実行する。
[1−2] メモリセルアレイ10の回路構成
次に、メモリセルアレイ10の回路構成について説明する。図2は、図1に示したメモリセルアレイ10に含まれる1つのブロックBLKの回路図である。
次に、メモリセルアレイ10の回路構成について説明する。図2は、図1に示したメモリセルアレイ10に含まれる1つのブロックBLKの回路図である。
複数のブロックBLKの各々は、複数のストリングユニットSUを備える。図2には、4個のストリングユニットSU0〜SU3を例示している。1個のブロックBLKに含まれるストリングユニットSUの数は、任意に設定可能である。
複数のストリングユニットSUの各々は、複数のNANDストリング(メモリストリング)NSを備える。1個のストリングユニットSUに含まれるNANDストリングNSの数は、任意に設定可能である。
複数のNANDストリングNSの各々は、複数のメモリセルトランジスタMT、及び2個の選択トランジスタST1、ST2を備える。複数のメモリセルトランジスタMTは、選択トランジスタST1のソースと選択トランジスタST2のドレインとの間に直列接続される。本明細書では、メモリセルトランジスタを、メモリセル又はセルと呼ぶ場合もある。図2は、簡略化のために、NANDストリングNSが8個のメモリセルトランジスタMT(MT0〜MT7)を備える構成例を示しているが、NANDストリングNSが備えるメモリセルトランジスタMTの数は、実際にはこれよりも多く、また、任意に設定可能である。メモリセルトランジスタMTは、制御ゲート電極と電荷蓄積層とを備え、データを不揮発に記憶する。メモリセルトランジスタMTは、1ビットのデータ、又は2ビット以上のデータを記憶することが可能である。
ストリングユニットSU0に含まれる複数の選択トランジスタST1のゲートは、選択ゲート線SGD0に共通接続され、同様に、ストリングユニットSU1〜SU3にはそれぞれ、選択ゲート線SGD1〜SGD3が接続される。ストリングユニットSU0に含まれる複数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。同様に、ストリングユニットSU1〜SU3にはそれぞれ、選択ゲート線SGSが接続される。なお、各ブロックBLKに含まれるストリングユニットSU0〜SU3には、個別の選択ゲート線SGS、すなわち、それぞれ選択ゲート線SGS0〜SGS3が接続されていてもよい。
各ブロックBLKに含まれるメモリセルトランジスタMT0〜MT7の制御ゲートはそれぞれ、ワード線WL0〜WL7に接続される。
各ブロックBLK内でマトリクス状に配置されたNANDストリングNSのうち、同一列にある複数のNANDストリングNSの選択トランジスタST1のドレインは、ビット線BL0〜BL(m−1)のいずれかに共通接続される。“m”は1以上の整数である。さらに、各ビット線BLは、複数のブロックBLKに共通接続され、各ブロックBLKに含まれる各ストリングユニットSU内にある1つのNANDストリングNSに接続される。各ブロックBLKに含まれる複数の選択トランジスタST2のソースは、ソース線SLに共通接続される。ソース線SLは、例えば複数のブロックBLKに共通接続される。
各ブロックBLKに含まれる複数のメモリセルトランジスタMTのデータは、例えば一括して消去される。読み出し及び書き込みは、1つのストリングユニットSUに配設された1本のワード線WLに共通接続された複数のメモリセルトランジスタMTに対して、一括して行われる。1つのストリングユニットSU内でワード線WLを共有するメモリセルトランジスタMTの組を、セルユニットCUと呼ぶ。セルユニットCUに含まれる複数のメモリセルトランジスタMTがそれぞれ記憶する1ビットのデータの集まりをページと呼ぶ。すなわち、セルユニットCUに対する書き込み動作及び読み出し動作は、ページを単位として行われる。
なお、NANDストリングNSは、ダミーセルトランジスタを備えていてもよい。具体的には、選択トランジスタST2とメモリセルトランジスタMT0との間には、例えば2個のダミーセルトランジスタ(図示せず)が直列接続される。メモリセルトランジスタMT7と選択トランジスタST1との間には、例えば2個のダミーセルトランジスタ(図示せず)が直列接続される。複数のダミーセルトランジスタのゲートにはそれぞれ、複数のダミーワード線が接続される。ダミーセルトランジスタの構造は、メモリセルトランジスタと同じである。ダミーセルトランジスタは、データを記憶するためのものではなく、書き込み動作や消去動作中に、メモリセルトランジスタや選択トランジスタが受けるディスターブを緩和する機能を有する。
[1−3] メモリセルアレイ10
次に、メモリセルアレイ10について説明する。図3は、メモリセルアレイ10を上方からみたXY方向の平面図である。
次に、メモリセルアレイ10について説明する。図3は、メモリセルアレイ10を上方からみたXY方向の平面図である。
メモリセルアレイ10は、複数のセルアレイ部10Aと、複数のタップ部10Bとを備える。図3において、ハッチングを付していない領域の全てがセルアレイ部10Aであり、ハッチングを付した領域の全てがタップ部10Bである。
複数のセルアレイ部10Aと複数のタップ部10Bとは、X方向に沿って交互に配置される。セルアレイ部10Aとタップ部10Bは、X方向と直交するY方向に延在する。セルアレイ部10Aは、複数のメモリセルが配置される領域である。タップ部10Bは、メモリセルより下の下層配線と、メモリセルより上の上層配線とを接続する複数のコンタクトプラグが配置される領域である。なお、図3の領域AR1については後述する。
[1−3−1] セルアレイ部10A
図4は、図3に示したセルアレイ部10Aの一部の領域を拡大した平面図である。セルアレイ部10Aは、複数のメモリピラーMPを備える。複数のメモリピラーMPの各々は、前述したNANDストリングNSを構成する。複数のメモリピラーMPは、面内に例えば千鳥状に配置される。
図4は、図3に示したセルアレイ部10Aの一部の領域を拡大した平面図である。セルアレイ部10Aは、複数のメモリピラーMPを備える。複数のメモリピラーMPの各々は、前述したNANDストリングNSを構成する。複数のメモリピラーMPは、面内に例えば千鳥状に配置される。
複数のビット線BLは、Y方向に延び、X方向に配列される。メモリピラーMPは、コンタクトプラグCPによってビット線BLに電気的に接続される。
図4の例では、隣接する2本のビット線BLは、1個のメモリピラーMPに重なるように配置される。1本のビット線は、Y方向に沿って一列に並んだ複数のメモリピラーMPに対して1個置きに接続される。
セルアレイ部10Aには、複数のスリットST、及び複数のスリットSHEが設けられる。スリットST及びスリットSHEは、絶縁層からなり、例えばシリコン酸化物(SiO2)で構成される。
複数のスリットSTは、X方向に延びる。スリットSTは、ワード線WL、及び選択ゲート線SGD、SGSを分離する機能を有する。また、スリットSTは、Y方向に隣接するブロックBLKを分離する機能を有する。
複数のスリットSHEは、X方向に延びる。スリットSHEは、選択ゲート線SGDを分離する機能を有する。また、スリットSHEは、Y方向に隣接するストリングユニットSUを分離する機能を有する。
図5は、セルアレイ部10Aの一部の領域を1本のビット線BLに沿ってYZ方向に切断した断面図である。
基板20は、半導体基板で構成される。基板20の上方には、ソース線SLが設けられる。ソース線SLの上方には、選択ゲート線SGSとして機能する配線層21、複数のワード線WL(ワード線WL0〜WL7を含む)として機能する複数の配線層22、及び選択ゲート線SGDとして機能する配線層23がこの順に、複数の絶縁層(図示せず)を介して積層される。
選択ゲート線SGSは、図面では1本で示しているが、複数の選択ゲート線、例えば3本で構成してもよい。この場合、複数の選択ゲート線SGSに対応した数の選択トランジスタST2が設けられる。同様に、選択ゲート線SGDも、図面では1本で示しているが、複数の選択ゲート線、例えば3本で構成してもよい。この場合、複数の選択ゲート線SGDに対応した数の選択トランジスタST1が設けられる。
ソース線SL上には、配線層21〜23を貫通するようにして、複数のメモリピラーMPが設けられる。図6は、1個のメモリピラーMPを水平方向(X−Y平面に沿った方向)に切断した断面図である。なお、図6は、任意の配線層22を含む断面図である。
メモリピラーMPは、メモリホールMH内に設けられる。メモリホールMHの平面形状は、例えば円である。メモリホールMHは、配線層21〜23を貫通するようにして、Z方向に延びる。メモリピラーMPは、コア層24、半導体層25、及びメモリ膜(積層膜)26を備える。
コア層24は、Z方向に延びる。コア層24は、絶縁層からなり、例えばシリコン酸化物(SiO2)で構成される。
コア層24の側面の周囲には、半導体層25が設けられる。半導体層25としては、例えば多結晶シリコンが用いられる。半導体層25は、メモリセルトランジスタMTのチャネルが形成される領域である。
半導体層25の側面の周囲には、メモリ膜26が設けられる。メモリ膜26は、トンネル絶縁膜27、電荷蓄積膜28、及びブロック絶縁膜29を備える。トンネル絶縁膜27は、半導体層25に接する。ブロック絶縁膜29は、配線層21〜23に接する。トンネル絶縁膜27としては、例えばシリコン酸化物が用いられる。電荷蓄積膜28としては、絶縁膜が用いられ、例えば、シリコン窒化物(SiN)、又は金属酸化物(ハフニウム酸化物など)が用いられる。ブロック絶縁膜29としては、例えばシリコン酸化物が用いられる。
図5に示すように、半導体層25は、ソース線SLに埋め込まれるようにして、ソース線SLに電気的に接続される。メモリピラーMP上には、半導体層25に電気的に接続された導電層30が設けられる。導電層30上には、コンタクトプラグCPが設けられる。コンタクトプラグCP上には、ビット線BLが設けられる。
スリットSTは、配線層21〜23を分断し、ソース線SLに達する。スリットSTとしては、例えばシリコン酸化物が用いられる。
スリットSHEは、配線層23を分断する。スリットSHEは、例えば、シリコン酸化物が用いられる。
[1−3−2] タップ部10B
次に、タップ部10Bについて説明する。図7は、図3に示したタップ部10Bの一部領域の平面図である。図7は、図3に示した領域AR1を抽出した平面図である。
次に、タップ部10Bについて説明する。図7は、図3に示したタップ部10Bの一部領域の平面図である。図7は、図3に示した領域AR1を抽出した平面図である。
タップ部10Bは、複数の第1コンタクトプラグ40、及び複数の第2コンタクトプラグ41を備える。すなわち、タップ部10Bは、2種類のコンタクトプラグ40、41を備える。図7において、第1コンタクトプラグ40にハッチングを付し、第2コンタクトプラグ41にハッチングを付さないことで、両者を区別している。複数の第1コンタクトプラグ40の配置は、複数の第2コンタクトプラグ41の配置に比べて密度が小さい。第1コンタクトプラグ40及び第2コンタクトプラグ41の平面形状は、例えば円又は楕円である。第1コンタクトプラグ40及び第2コンタクトプラグ41は、例えば千鳥状に配置される。
第1コンタクトプラグ40は、セルアレイ部10AにメモリピラーMP下端部と接して設けられたソース線SLと電気的に接続される。さらに、第1コンタクトプラグ40は、メモリセルより上層の配線と、ソース線SLとを電気的に接続される。第1コンタクトプラグ40は、セルアレイ部10Aの近くに配置される。
第2コンタクトプラグ41は、ソース線SLよりさらに下層の配線、及び基板20に形成された素子に電気的に接続される。第1コンタクトプラグ40は、メモリセルより上層の配線と、基板20に形成された素子などとを電気的に接続される。
図8は、タップ部10Bに含まれる第1コンタクトプラグ40及び第2コンタクトプラグ41の断面図である。
まず、第1コンタクトプラグ40の断面構造について説明する。ソース線SL上には、配線層21〜23を貫通するようにして、第1コンタクトプラグ40が設けられる。第1コンタクトプラグ40としては、タングステン(W)などの金属が用いられる。第1コンタクトプラグ40の側面の周囲には、絶縁膜40Aが設けられる。絶縁膜40Aとしては、例えばシリコン酸化物が用いられる。第1コンタクトプラグ40は、絶縁膜40Aによって配線層21〜23と電気的に絶縁される。
第1コンタクトプラグ40上には、電極43が設けられる。電極43上には、コンタクトプラグ44が設けられる。コンタクトプラグ44には、上層配線層45が設けられる。
次に、第2コンタクトプラグ41の断面構造について説明する。基板20の上方には、下層配線層42が設けられる。下層配線層42は、基板20に形成された素子に電気的に接続される。基板20に形成された素子は、pチャネルMOSトランジスタ、及びnチャネルMOSトランジスタなどを含む。
下層配線層42上には、配線層21〜23を貫通するようにして、第2コンタクトプラグ41が設けられる。第2コンタクトプラグ41としては、タングステン(W)などの金属が用いられる。第2コンタクトプラグ41の側面の周囲には、絶縁膜41Aが設けられる。絶縁膜41Aとしては、例えばシリコン酸化物が用いられる。第2コンタクトプラグ41は、絶縁膜41Aによって配線層21〜23と電気的に絶縁される。
第2コンタクトプラグ41上には、電極43、コンタクトプラグ44、及び上層配線層45がこの順に設けられる。
[1−4] タップ部10Bの詳細な構造
次に、タップ部10Bの詳細な構造について説明する。図9は、タップ部10Bの平面図である。図10は、図9のA−A´線に沿ったタップ部10Bの断面図である。図11は、図9のB−B´線に沿ったタップ部10Bの断面図である。
次に、タップ部10Bの詳細な構造について説明する。図9は、タップ部10Bの平面図である。図10は、図9のA−A´線に沿ったタップ部10Bの断面図である。図11は、図9のB−B´線に沿ったタップ部10Bの断面図である。
基板20(図示せず)上には、絶縁層50が設けられる。セルアレイ部10Aにおける絶縁層50上には、導電層51A、導電層52、及び導電層53Aがこの順に積層される。導電層51A、導電層52、及び導電層53Aは、ソース線SLを構成する。導電層51A、導電層52、及び導電層53Aは、セルアレイ部10A全体に形成され、導電層51A、導電層52、及び導電層53Aの平面形状は、セルアレイ部10Aの平面形状と概略同じである。導電層51A、導電層52、及び導電層53Aは、互いに電気的に接続される。導電層52は、メモリピラーMPの半導体層25に直接に接している。導電層51A、導電層52、及び導電層53Aとしては、例えば多結晶シリコンが用いられる。導電層52は、金属で構成してもよい。
タップ部10Bにおける絶縁層50上には、導電層51Bが設けられる。導電層51Bは、導電層51Aと同じ材料で構成され、導電層51Aと連続する層で構成される。導電層51Bは、導電層51Aの一部からX方向に延び、第1コンタクトプラグ40の下まで達する。導電層51Bの平面形状は、四角形である。導電層51Bは、第1コンタクトプラグ40に接し、第1コンタクトプラグ40に電気的に接続される。
導電層51A、51Bの側面の周囲には、絶縁層54が設けられる。絶縁層54としては、例えばシリコン酸化物が用いられる。
導電層51B上には、導電層52からX方向に突出する導電層52Aが設けられる。導電層52Aは、導電層52に電気的に接続され、導電層52と同じ材料で構成される。導電層52Aは、蛇行している。導電層52Aは、X方向に延びる複数の部分と、Y方向に延びる複数の部分とが交互に接続されて構成される。図9の例では、導電層52Aは、導電層52に接しかつX方向に延びる第1部分と、前記第1部分からY方向に延びる第2部分と、前記第2部分からX方向に延びかつ後述する犠牲層56Aに接する第3部分とを含む。
導電層51B及び絶縁層54上には、絶縁層55が設けられる。絶縁層55としては、例えば、シリコン酸化物(SiO2)、シリコン窒化物(SiN)、又は酸化アルミニウム(Al0)が用いられる。
導電層51Bの上方かつ絶縁層55上には、犠牲層56A及び犠牲層56Bが設けられる。犠牲層56A及び犠牲層56Bは、同じ材料で構成され、連続する層で構成される。犠牲層56A及び犠牲層56Bは、ソース線SLに含まれる導電層52と同じレベルの層に含まれる。
犠牲層56Bは、第1コンタクトプラグ40に貫通される。犠牲層56Bの面積は、第1コンタクトプラグ40の面積より大きい。犠牲層56Bの平面形状は、四角形である。犠牲層56Bは、第1コンタクトプラグ40の周囲の絶縁膜40Aに接し、第1コンタクトプラグ40と電気的に絶縁される。
犠牲層56Aは、導電層52Aに接し、犠牲層56Bまで延びる。犠牲層56Aは、蛇行している。犠牲層56Aの幅は、犠牲層56BのY方向の幅より小さい。犠牲層56Aは、X方向に延びる複数の部分と、Y方向に延びる複数の部分とが交互に接続されて構成される。図9の例では、犠牲層56Aは、導電層52Aに接しかつX方向に延びる第1部分と、前記第1部分からY方向に延びる第2部分と、前記第2部分からX方向に延びかつ犠牲層56Bに接する第3部分とを含む。
導電層52A及び犠牲層56Aの蛇行部分に沿った長さは、ソース線SL(具体的には、導電層51A、52、53A)の境界から第1コンタクトプラグ40までの直線距離より長い。また、導電層52A及び犠牲層56Aの蛇行部分に沿った長さは、ソース線SL(具体的には、導電層51A、52、53A)の境界から絶縁膜40Aまでの直線距離より長い。
犠牲層56A及び犠牲層56Bは、ソース線SLに含まれる導電層52を形成する工程において、セルアレイ部10Aに形成される犠牲層と同じ材料で構成され、この犠牲層と同じレベルの層に含まれる。また、犠牲層56A及び犠牲層56Bと同じレベルの導電層は、スリットSTを形成する際のエッチングストッパーとして用いられる。
犠牲層56A及び犠牲層56Bとしては、例えば、アモルファスシリコン、又は多結晶シリコンが用いられる。また、犠牲層56A及び犠牲層56Bとしては、ノンドープのアモルファスシリコン、又はリン(P)、ホウ素(B)、及び炭素(C)のいずれか1つがドープされたアモルファスシリコンが用いられる。また、犠牲層56A及び犠牲層56Bとして、シリコン窒化物(SiN)のような絶縁材料を用いてもよい。
なお、ソース線SLに含まれる導電層52は、犠牲層56Aをウエットエッチングし、このウエットエッチングにより犠牲層が除去された領域に形成される。導電層52Aと犠牲層56Aとの境界は、ウエットエッチングによって除去されなかった犠牲層56Aの端部に対応する。よって、導電層52Aと犠牲層56Aとの境界は、図示した位置と異なる場合がある。実際には、犠牲層56Aのウエットエッチングがより進んだ結果、導電層52Aと犠牲層56Aとの境界は、より犠牲層56A側に位置する場合がある。
犠牲層56A、56Bの側面の周囲には、絶縁層57が設けられる。絶縁層57としては、例えばシリコン酸化物が用いられる。
犠牲層56A、56B、及び絶縁層57上には、絶縁層58が設けられる。絶縁層58としては、例えば、シリコン酸化物(SiO2)、シリコン窒化物(SiN)、又は酸化アルミニウム(Al0)が用いられる。
犠牲層56A、56Bの上方かつ絶縁層58上には、導電層53Bが設けられる。導電層53Bは、導電層53Aと同じ材料で構成され、導電層53Aと連続する層で構成される。導電層53Bは、導電層53AからX方向に延び、第1コンタクトプラグ40まで達する。導電層53Bは、その端部で第1コンタクトプラグ40に貫通される。導電層53Bの平面形状は、四角形である。導電層53Bは、第1コンタクトプラグ40の周囲の絶縁膜40Aに接し、第1コンタクトプラグ40と電気的に絶縁される。
導電層53A、53Bの側面の周囲には、絶縁層59が設けられる。導電層53A、53B、及び絶縁層59上には、絶縁層60が設けられる。絶縁層59、60としては、例えばシリコン酸化物が用いられる。
絶縁層60上には、配線層21〜23が複数の層間絶縁層31を介して積層される。層間絶縁層31としては、例えばシリコン酸化物が用いられる。
積層されたソース線SLのうち真中の犠牲層56AのY方向の断面の幅は、その上層53B及び下層51BのY方向の断面の幅よりも小さい。すなわち、A−A’断面において、ソース線SLの上層の導電層53Bと下層の導電層51Bに挟まれた領域の一部は犠牲層56Aであり、残りは絶縁層57である。
なお、図11に示すように、スリットSTの下部には、犠牲層56Aと同じレベルの層に含まれ、犠牲層56Aと同じ材料で構成される犠牲層が設けられる。当該犠牲層は、スリットSTを形成する際のエッチングストッパーとして用いられる。
同様に、スリットSTの下部には、導電層53Bと同じレベルの層に含まれ、導電層53Bと同じ材料で構成される導電層が設けられる。当該導電層は、スリットSTに貫通される。
[1−5] 第1変形例
図12は、第1変形例に係るタップ部10Bの平面図である。
図12は、第1変形例に係るタップ部10Bの平面図である。
犠牲層56Aは、導電層52Aに接し、犠牲層56Bまで達する。犠牲層56Aは、X方向に対して斜め方向に延びる。犠牲層56Aは、直線状に形成される。犠牲層56Bが延びる方向は、任意に設計可能である。タップ部10Bの断面構造は、前述した実施形態と同じである。
[1−6] 第2変形例
図13は、第2変形例に係るタップ部10Bの平面図である。
図13は、第2変形例に係るタップ部10Bの平面図である。
図13の犠牲層56Aは、図9の犠牲層56Aに比べて、より多く蛇行している。犠牲層56Aは、犠牲層56Bの中央部(換言すると、犠牲層56BのY方向における端部以外)に接続される。犠牲層56Bにおける蛇行の形状は、任意に設計可能である。タップ部10Bの断面構造は、前述した実施形態と同じである。
[1−7] 第1実施形態の効果
第1実施形態に係る半導体記憶装置1は、メモリピラーMPが設けられたセルアレイ部10Aと、第1コンタクトプラグ40が設けられたタップ部10Bとを備える。半導体記憶装置1は、メモリピラーMPの下部に埋め込まれたソース線SL(埋め込みソース線ともいう)を備える。ソース線SLは、導電層51A、導電層52、及び導電層53Aがこの順に積層されて構成される。導電層52は、メモリピラーMPに含まれる半導体層25に接するようにして、半導体層25に電気的に接続される。
第1実施形態に係る半導体記憶装置1は、メモリピラーMPが設けられたセルアレイ部10Aと、第1コンタクトプラグ40が設けられたタップ部10Bとを備える。半導体記憶装置1は、メモリピラーMPの下部に埋め込まれたソース線SL(埋め込みソース線ともいう)を備える。ソース線SLは、導電層51A、導電層52、及び導電層53Aがこの順に積層されて構成される。導電層52は、メモリピラーMPに含まれる半導体層25に接するようにして、半導体層25に電気的に接続される。
また、半導体記憶装置1は、ソース線SLに電気的に接続された第1コンタクトプラグ40を備える。第1コンタクトプラグ40は、メモリピラーMPの上方の上層配線に電気的に接続される。これにより、上層配線から第1コンタクトプラグ40を介してソース線SLに電圧を印加することが可能となる。
ソース線SLに含まれる導電層52は、セルアレイ部10Aに設けられた犠牲層をウエットエッチングし、このウエットエッチングにより犠牲層が除去された領域に形成される。このウエットエッチングは、メモリピラーMPのメモリ膜26を部分的にエッチングし、メモリピラーMPの半導体層25を露出するための工程である。犠牲層は、タップ部10Bに設けられた犠牲層56Aと同じ材料で構成され、犠牲層56Aと連続した層で構成される。
犠牲層のウエットエッチングが進むと、タップ部10Bに設けられた犠牲層56Aがエッチングされ、さらに第1コンタクトプラグ40の側面に設けられた絶縁膜40Aもエッチングされる可能性がある。この場合、ウエットエッチングによって選択ゲート線SGSが露出し、その後に形成される導電層52によって、ソース線SLと選択ゲート線SGSとがショートしてしまう可能性がある。
これに対し本実施形態では、犠牲層56Aが蛇行した形状を有しており、また、犠牲層56Aの幅も狭くなっている。これにより、ウエットエッチングで使用されるエッチング液が犠牲層56A内に侵入するのを抑制できる。この結果、ウエットエッチングが第1コンタクトプラグ40まで進むのを抑制できる。ひいては、ソース線SLと選択ゲート線SGSとがショートするのを抑制できる。
また、配線間のショートが抑制できるため、半導体記憶装置1は、所望の動作を正常に行うことができる。これにより、半導体記憶装置1の性能を向上することができる。また、配線間のショートに起因した半導体記憶装置1の不良が発生するのを抑制できる。これにより、半導体記憶装置1の歩留まりを向上することができる。
[2] 第2実施形態
第2実施形態に係るタップ部10Bの構成について説明する。図14は、タップ部10Bの平面図である。図15は、図14のA−A´線に沿ったタップ部10Bの断面図である。図16は、図14のB−B´線に沿ったタップ部10Bの断面図である。
第2実施形態に係るタップ部10Bの構成について説明する。図14は、タップ部10Bの平面図である。図15は、図14のA−A´線に沿ったタップ部10Bの断面図である。図16は、図14のB−B´線に沿ったタップ部10Bの断面図である。
導電層51Bは、犠牲層56A及び犠牲層56Bと同じ平面形状を有する。すなわち、導電層51Bは、犠牲層56Aと同じように蛇行した部分を含む。同様に、導電層53Bは、犠牲層56A及び犠牲層56Bと同じ平面形状を有する。すなわち、導電層53Bは、犠牲層56Aと同じように蛇行した部分を含む。その他の構成は、第1実施形態と同じである。
第2実施形態では、導電層51B、犠牲層56A及び犠牲層56B、及び導電層53Bを1回のリソグラフィ工程で加工することができる。これにより、製造工程を簡略化することができる。
第2実施形態は、第1実施形態で示した第1及び第2変形例に適用することも可能である。
[3] 変形例等
上記実施形態に係る半導体記憶装置は、第1方向≪Z方向≫に積層された複数の第1配線層≪22、WLなど≫と、前記複数の第1配線層における第1領域内を、前記第1方向に延びる半導体層≪25≫と、前記複数の第1配線層と前記半導体層との間に設けられた電荷蓄積膜≪28≫と、前記複数の第1配線層における最下層の下方に設けられ、前記第1領域と前記第1方向で重なる第1本体部≪51A≫と、前記第1本体部から前記第1方向に交差する第2方向に突出し、前記第1領域に対して前記第2方向に隣接する第2領域と前記第1方向で重なる第1突出部≪51B≫とを有する第1導電層≪51A、51B≫と、前記第1導電層の前記第1突出部上に設けられ、前記複数の第1配線層の前記第2領域内において前記第1方向に延びるコンタクトプラグ≪40≫と、前記コンタクトプラグと前記複数の第1配線層との間に設けられた絶縁膜≪40A≫と、前記第1導電層の前記第1本体部上に設けられ、前記半導体層に接する第2本体部≪52≫と、前記第1突出部上に設けられ、前記第2本体部に対して突出して延びる第2突出部≪52A≫とを有する第2導電層≪52、52A≫と、前記第1突出部上に設けられ、前記第2突出部と前記絶縁膜とに接し、前記第2突出部と前記絶縁膜との間を延びる第1層≪56A、56B≫とを具備する。前記第2突出部及び前記第1層における、前記第2本体部及び前記第2突出部の境界と、前記絶縁膜との間を延びる部分の長さは、前記第2本体部及び前記第2突出部の境界から前記絶縁膜までの直線距離より長い。
上記実施形態に係る半導体記憶装置は、第1方向≪Z方向≫に積層された複数の第1配線層≪22、WLなど≫と、前記複数の第1配線層における第1領域内を、前記第1方向に延びる半導体層≪25≫と、前記複数の第1配線層と前記半導体層との間に設けられた電荷蓄積膜≪28≫と、前記複数の第1配線層における最下層の下方に設けられ、前記第1領域と前記第1方向で重なる第1本体部≪51A≫と、前記第1本体部から前記第1方向に交差する第2方向に突出し、前記第1領域に対して前記第2方向に隣接する第2領域と前記第1方向で重なる第1突出部≪51B≫とを有する第1導電層≪51A、51B≫と、前記第1導電層の前記第1突出部上に設けられ、前記複数の第1配線層の前記第2領域内において前記第1方向に延びるコンタクトプラグ≪40≫と、前記コンタクトプラグと前記複数の第1配線層との間に設けられた絶縁膜≪40A≫と、前記第1導電層の前記第1本体部上に設けられ、前記半導体層に接する第2本体部≪52≫と、前記第1突出部上に設けられ、前記第2本体部に対して突出して延びる第2突出部≪52A≫とを有する第2導電層≪52、52A≫と、前記第1突出部上に設けられ、前記第2突出部と前記絶縁膜とに接し、前記第2突出部と前記絶縁膜との間を延びる第1層≪56A、56B≫とを具備する。前記第2突出部及び前記第1層における、前記第2本体部及び前記第2突出部の境界と、前記絶縁膜との間を延びる部分の長さは、前記第2本体部及び前記第2突出部の境界から前記絶縁膜までの直線距離より長い。
本明細書において“接続”とは、電気的に接続されていることを示し、例えば間に別の素子を介することを除外しない。
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。
1…半導体記憶装置、10…メモリセルアレイ、10A…セルアレイ部、10B…タップ部、11…ロウデコーダ、12…カラムデコーダ、13…センスアンプ、14…入出力回路、15…コマンドレジスタ、16…アドレスレジスタ、17…シーケンサ、20…基板、21〜23…配線層、24…コア層、25…半導体層、26…メモリ膜、27…トンネル絶縁膜、28…電荷蓄積膜、29…ブロック絶縁膜、30…導電層、31…層間絶縁層、40,41…コンタクトプラグ、42…下層配線層、43…電極、44…コンタクトプラグ、45…上層配線層、50…絶縁層、51A,51B…導電層、52…導電層、53A,53B…導電層、54,55,57〜60…絶縁層、56A,56B…犠牲層
Claims (8)
- 第1方向に積層された複数の第1配線層と、
前記複数の第1配線層における第1領域内を、前記第1方向に延びる半導体層と、
前記複数の第1配線層と前記半導体層との間に設けられた電荷蓄積膜と、
前記複数の第1配線層における最下層の下方に設けられ、前記第1領域と前記第1方向で重なる第1本体部と、前記第1本体部から前記第1方向に交差する第2方向に突出し、前記第1領域に対して前記第2方向に隣接する第2領域と前記第1方向で重なる第1突出部とを有する第1導電層と、
前記第1導電層の前記第1突出部上に設けられ、前記複数の第1配線層の前記第2領域内において前記第1方向に延びるコンタクトプラグと、
前記コンタクトプラグと前記複数の第1配線層との間に設けられた絶縁膜と、
前記第1導電層の前記第1本体部上に設けられ、前記半導体層に接する第2本体部と、前記第1突出部上に設けられ、前記第2本体部に対して突出して延びる第2突出部とを有する第2導電層と、
前記第1突出部上に設けられ、前記第2突出部と前記絶縁膜とに接し、前記第2突出部と前記絶縁膜との間を延びる第1層と
を具備し、
前記第2突出部及び前記第1層における、前記第2本体部及び前記第2突出部の境界と、前記絶縁膜との間を延びる部分の長さは、前記第2本体部及び前記第2突出部の境界から前記絶縁膜までの直線距離より長い
半導体記憶装置。 - 前記第2導電層の前記第2突出部と前記第1層とは、蛇行している
請求項1に記載の半導体記憶装置。 - 前記第1突出部の平面形状は、四角形である
請求項1又は2に記載の半導体記憶装置。 - 前記第1層は、アモルファスシリコン、又は多結晶シリコンで構成される
請求項1乃至3のいずれかに記載の半導体記憶装置。 - 前記第1層は、リン(P)、ホウ素(B)、又は炭素(C)がドープされたシリコン(Si)で構成される
請求項1乃至3のいずれかに記載の半導体記憶装置。 - 前記第2導電層の材料は、前記第1層の材料と異なる
請求項1乃至5のいずれかに記載の半導体記憶装置。 - 前記第1突出部と前記第1層との間に設けられた絶縁層をさらに具備する
請求項1乃至6のいずれかに記載の半導体記憶装置。 - 前記半導体層の上方に設けられ、前記コンタクトプラグに電気的に接続された配線をさらに具備する
請求項1乃至7のいずれかに記載の半導体記憶装置。
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