JP2021136279A - 半導体記憶装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】集積性の高い半導体記憶装置を提供することである。【解決手段】実施形態の半導体記憶装置は、導電層と絶縁層とが第1方向に交互に積層された積層体と、前記積層体内において前記第1方向に延び、半導体ボディと、前記複数の導電層のうちの少なくとも一つと前記半導体ボディとの間に設けられた電荷蓄積膜と、を含む複数の柱状体と、前記積層体の上方を、前記第1方向と交差する第2方向に延びる複数のビットラインと、前記積層体と前記ビットラインとの間にある層間絶縁層と、前記層間絶縁層を貫通するコンタクトと、を備え、前記コンタクトは、一つの前記柱状体に接続される第1コンタクトと、複数の前記柱状体に接続される第2コンタクトと、を有する。【選択図】図3
Description
本発明の実施形態は、半導体記憶装置に関する。
メモリセルが3次元に積層されたNAND型フラッシュメモリが知られている。
本発明が解決しようとする課題は、集積性の高い半導体記憶装置を提供することである。
実施形態の半導体記憶装置は、積層体と複数の柱状体と複数のビットラインと層間絶縁層と複数のコンタクトとをもつ。積層体は、導電層と絶縁層とが第1方向に交互に積層されている。柱状体は、積層体内において第1方向に延びる。柱状体は、半導体ボディと電荷蓄積膜とをもつ。電荷蓄積膜は、複数の導電層のうちの少なくとも一つと半導体ボディとの間に設けられている。複数のビットラインはそれぞれ、積層体の上方を第1方向と交差する第2方向に延びる。層間絶縁層は、積層体と複数のビットラインとの間にある。複数のコンタクトは、それぞれ層間絶縁層を貫通する。複数のコンタクトは、一つの柱状体に接続される第1コンタクトと、複数の前記柱状体に接続される第2コンタクトと、を有する。
以下、実施形態の半導体記憶装置を、図面を参照して説明する。以下の説明では、同一又は類似の機能を有する構成に同一の符号を付す。そして、それら構成の重複する説明は省略する場合がある。図面は模式的又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等は、必ずしも現実のものと同一とは限らない。本明細書において「接続」とは、物理的に接続される場合に限定されず、電気的に接続される場合も含む。本明細書で「A方向に延びている」とは、例えば、後述するX方向、Y方向、及びZ方向の各寸法のうち最小の寸法よりもA方向の寸法が大きいことを意味する。「A方向」は任意の方向である。
また先に、X方向、Y方向、Z方向について定義する。X方向及びY方向は、後述する基板Subの表面と略平行な方向である。X方向は、後述するスリットが延びている方向である。Y方向は、X方向と交差する(例えば略直交する)方向である。Z方向は、X方向及びY方向と交差(例えば略直交する)し、基板Subから離れる方向である。ただしこれら表現は、便宜上のものであり、重力方向を規定するものではない。本実施形態では、Z方向は「第1方向」の一例であり、Y方向は「第2方向」の一例である。
(第1実施形態)
図1は、半導体メモリ1のシステム構成を示すブロック図である。半導体メモリ1は、不揮発性の半導体記憶装置であり、例えばNAND型フラッシュメモリである。半導体メモリ1は、例えば、メモリセルアレイ10、ロウデコーダ11、センスアンプ12、及びシーケンサ13を備える。
図1は、半導体メモリ1のシステム構成を示すブロック図である。半導体メモリ1は、不揮発性の半導体記憶装置であり、例えばNAND型フラッシュメモリである。半導体メモリ1は、例えば、メモリセルアレイ10、ロウデコーダ11、センスアンプ12、及びシーケンサ13を備える。
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)を含む。ブロックBLKは、不揮発性のメモリセルトランジスタMT(図2参照)の集合である。メモリセルアレイ10には、複数のビットライン及び複数のワードラインが設けられている。各メモリセルトランジスタMTは、1本のビットラインと1本のワードラインとに接続されている。メモリセルアレイ10の詳細な構成については後述する。
ロウデコーダ11は、外部のメモリコントローラ2から受信したアドレス情報ADDに基づいて、1つのブロックBLKを選択する。ロウデコーダ11は、複数のワードラインのそれぞれに、所望の電圧を印可することで、メモリセルアレイ10に対するデータの書き込み動作及び読み出し動作を制御する。
センスアンプ12は、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、各ビットラインに所望の電圧を印加する。センスアンプ12は、ビットラインの電圧に基づいてメモリセルトランジスタMTに記憶されたデータを判定し、判定した読み出しデータDATをメモリコントローラ2に送信する。
シーケンサ13は、メモリコントローラ2から受信したコマンドCMDに基づいて、半導体メモリ1全体の動作を制御する。
以上で説明した半導体メモリ1及びメモリコントローラ2は、こ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よい。半導体装置は、例えばSD(登録商標)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。
次に、メモリセルアレイ10の電気的な構成について説明する。
図2は、メモリセルアレイ10の等価回路を示す図であり、一つのブロックBLKを抽出して示している。ブロックBLKは、複数(例えば4つ)のストリングSTR0〜STR3を含む。
図2は、メモリセルアレイ10の等価回路を示す図であり、一つのブロックBLKを抽出して示している。ブロックBLKは、複数(例えば4つ)のストリングSTR0〜STR3を含む。
各ストリングSTR0〜STR3は、複数のNANDストリングスNSの集合体である。各NANDストリングスNSの一端は、ビットラインBL0〜BLm(mは1以上の整数)のいずれかに接続されている。NANDストリングスNSの他端は、ソースラインSLに接続されている。各NANDストリングスNSは、複数(例えば18つ)のメモリセルトランジスタMT0〜MT17、第1選択トランジスタS1、及び第2選択トランジスタS2を含む。
複数のメモリセルトランジスタMT0〜MT17は、電気的に互いに直列に接続されている。メモリセルトランジスタMTは、制御ゲート及び電荷蓄積膜を含み、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、制御ゲートに印加された電圧に応じて、電荷蓄積膜に電荷を蓄積する。メモリセルトランジスタMTの制御ゲートは、対応するワードラインWL0〜WL17のいずれかに接続されている。メモリセルトランジスタMTは、ワードラインWLを介して、ロウデコーダ11と電気的に接続されている。
各NANDストリングスNSにおける第1選択トランジスタS1は、複数のメモリセルトランジスタMT0〜MT17と、いずれかのビットラインBL0〜BLmとの間に接続されている。第1選択トランジスタS1のドレインは、いずれかのビットラインBL0〜BLmに接続されている。第1選択トランジスタS1のソースは、メモリセルトランジスタMT17に接続されている。各NANDストリングスNSにおける第1選択トランジスタS1の制御ゲートは、いずれかの選択ゲートラインSGD0〜SGD3に接続されている。第1選択トランジスタS1は、選択ゲートラインSGDを介して、ロウデコーダ11と電気的に接続されている。第1選択トランジスタS1は、所定の電圧が選択ゲートラインSGD0〜SGD3のいずれかに印可された場合に、NANDストリングスNSとビットラインBLとを接続する。
各NANDストリングスNSにおける第2選択トランジスタS2は、複数のメモリセルトランジスタMT0〜MT17と、ソースラインSLとの間に接続されている。第2選択トランジスタS2のドレインは、メモリセルトランジスタMT0に接続されている。第2選択トランジスタS2のソースは、ソースラインSLに接続されている。第2選択トランジスタS2の制御ゲートは、選択ゲートラインSGSに接続されている。第2選択トランジスタS2は、選択ゲートラインSGSを介して、ロウデコーダ11と電気的に接続されている。第2選択トランジスタS2は、所定の電圧が選択ゲートラインSGSに印可された場合に、NANDストリングスNSとソースラインSLとを接続する。
次に、メモリセルアレイ10の構造について説明する。メモリセルアレイ10は、セルアレイ領域と周辺領域とを有する。セルアレイ領域には、NANDストリングスNSが集積される。周辺領域には、セルアレイ領域を制御する周辺回路が配置される。周辺領域は、セルアレイ領域のX方向又はY方向に隣接していてもよいし、セルアレイ領域に対してZ方向に積層されていてもよい。
図3は、メモリセルアレイ10のセルアレイ領域の特徴部分の平面図である。図4は、メモリセルアレイ10のセルアレイ領域の断面図である。図3は、積層体20の一面を平面視した図であり、積層体20のZ方向上方に位置するビットラインBLを点線で示す。図4は、図3のA−A線に沿ってセルアレイ領域を切断した断面図である。
セルアレイ領域は、基板SubとソースラインSLと積層体20と複数の柱状体30と層間絶縁層40,41と第1コンタクトC1と第2コンタクトC2とビアV1と複数のビットラインBLとを有する。
基板Subは、例えば、シリコン基板である。基板Sub上には、例えば、メモリセルアレイ10のセルアレイ領域及び周辺領域が形成される。ソースラインSLは、基板Sub上に配置される。ソースラインSLは、導電体又は半導体からなる。ソースラインSLは、例えば、p型の半導体である。ソースラインSLは、X方向及びY方向に広がる。
積層体20は、Z方向に複数の導電層21と複数の絶縁層22とを有する。導電層21と絶縁層22とは交互に積層されている。複数の導電層21は、それぞれX方向及びY方向に広がる。複数の絶縁層22は、それぞれX方向及びY方向に広がる。導電層21は、例えば金属又は半導体である。導電層21は、例えば、タングステン、不純物がドープされたポリシリコンである。導電層21の数は、任意である。
導電層21は、例えば、機能的に3つに分けられる。導電層21Aは、複数の導電層21のうち最もソースラインSLの近くにある。導電層21Aは、複数層でもよい。導電層21Aは、例えば、第2選択トランジスタS2に繋がる選択ゲートラインSGSとして機能する。導電層21Bは、複数の導電層21のうち導電層21Aの次にソースラインSLの近くにある。導電層21Bは、それぞれワードラインWLに接続される。導電層21Bは、メモリセルトランジスタMTのゲート電極として機能する。導電層21Cは、複数の導電層21のうち導電層21A,21Bを除いたものである。導電層21Cは、例えば、積層体20の上から数層の導電層である。導電層21Cは、例えば、第1選択トランジスタS1に繋がる選択ゲートラインSGDとして機能する。
絶縁層22は、導電層21とソースラインSLの間及びZ方向に隣あう導電層21の間にある。絶縁層22は、例えばシリコン酸化物を含む。絶縁層22は、隣接する導電層21の間を絶縁する。絶縁層22の数は、導電層21の数によって決まる。
積層体20は、Z方向からの平面視で、複数のスリットを有する。スリットは、積層体20をY方向に区分する。スリットは、X方向に延びる。スリットは、第1スリットSTと第2スリットSHEとがある。第1スリットSTは深いスリットであり、第2スリットSHEは浅いスリットである。Z方向からの平面視で隣接する2つの第1スリットSTで区切られる領域をフィンガFと称し、Z方向からの平面視で隣接する第1スリットSTと第2スリットSHE、又は、隣接する2つの第2スリットSHEで区切られる領域をストリングSTRと称する。ストリングSTRのうち隣接する第1スリットSTと第2スリットSHEで区切られる領域を第1ストリングSTRa、隣接する2つの第2スリットSHEで区切られる領域をストリングSTRbと称する。一つのフィンガF内に含まれるストリングSTRの数は問わないが、ストリングSTRの数は、例えば、奇数である。
第1スリットSTは、積層体20の第1面20aから第2面20bに至る。第1面20aは積層体20のビットラインBL側の面であり、第2面20bは積層体20の基板Sub側の面である。第1スリットSTは、例えば、積層体20を貫通する。第1スリットST内には、内側から順に、例えば、導電体ST1と被覆層ST2とがある。導電体ST1は、ソースラインSLに繋がる配線である。導電体ST1は、例えば、タングステンである。被覆層ST2は、絶縁体である。被覆層ST2は、例えば、導電体ST1と導電層21A,21B,21Cとの短絡を防ぐ。
第2スリットSHEは、積層体20の第1面20aから積層体20のZ方向の途中まで至る。第2スリットSHEは、少なくとも導電層21CをY方向に分断する。第2スリットSHE内には、絶縁体SHE1と第2コンタクトC2がある。第2コンタクトC2は、絶縁体SHE1の上にある。絶縁体SHE1は、導電層21CをY方向に電気的に分断する。絶縁体SHE1は、例えばシリコン酸化物を含む。
柱状体30は、積層体20内に複数ある。柱状体30は、それぞれZ方向に延びる。柱状体30は、例えば、それぞれ積層体20をZ方向に貫通する。複数の柱状体30は、例えば、Z方向からの平面視でY方向にジグザグ状に配列している。それぞれのストリングSTRにおいてY方向にジグザグに並ぶ柱状体30の数は、例えば、同じである。図3に示すストリングSTRはそれぞれ、4つの柱状体30がY方向にジグザグに並んでいる。柱状体30は、Z方向からの平面視で、例えば、円又は楕円である。第2スリットSHEとY方向に隣接する柱状体30は、例えば、第2スリットSHEに接する。第2スリットSHEとY方向に隣接する柱状体30は、Z方向からの平面視で、例えば、円又は楕円の一部を切り欠いた形状である。第2スリットSHEの幅が十分狭い場合や、柱状体30の加工ばらつきによっては、柱状体30と第2スリットSHEとが接しない場合もある。
図5は、第1実施形態にかかる柱状体30の近傍を拡大した断面図である。図6は、第1実施形態にかかる柱状体30の近傍を導電層21に沿って切断した断面図である。図5は、柱状体30をYZ面で切断した断面であり、図6は、柱状体30をXY面で切断した断面である。柱状体30は、積層体20内に形成されたメモリホールMH内にある。
柱状体30はそれぞれ、コア31、半導体ボディ32、メモリ膜33を有する。メモリホールMH内には、内側から順に、コア31、半導体ボディ32、メモリ膜33がある。
コア31は、Z方向に延び、柱状である。コア31は、例えば、シリコン酸化物を含む。コア31は、半導体ボディ32の内側にある。
半導体ボディ32は、Z方向に延びる。半導体ボディ32は、底を有する筒状である。半導体ボディ32は、コア31の外側面を被覆する。半導体ボディ32は、例えばシリコンを含む。シリコンは、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である。半導体ボディ32は、第1選択トランジスタS1、メモリセルトランジスタMT及び第2選択トランジスタS2のそれぞれのチャネルである。チャネルは、ソース側とドレイン側との間におけるキャリアの流路である。
メモリ膜33は、Z方向に延びる。メモリ膜33は、半導体ボディ32の外側面を被覆する。メモリ膜33は、メモリホールMHの内面と半導体ボディ32の外側面との間にある。メモリ膜33は、例えば、トンネル絶縁膜34、電荷蓄積膜35及びカバー絶縁膜36含む。トンネル絶縁膜34、電荷蓄積膜35、カバー絶縁膜36の順に、半導体ボディ32の近くにある。
トンネル絶縁膜34は、電荷蓄積膜35と半導体ボディ32との間に位置する。トンネル絶縁膜34は、例えばシリコン酸化物、又は、シリコン酸化物とシリコン窒化物とを含む。トンネル絶縁膜34は、半導体ボディ32と電荷蓄積膜35との間の電位障壁である。
電荷蓄積膜35は、それぞれの導電層21及び絶縁層22とトンネル絶縁膜34との間に位置する。電荷蓄積膜35は、例えばシリコン窒化物を含む。電荷蓄積膜35と複数の導電層21のそれぞれとが交差する部分は、それぞれトランジスタとして機能する。電荷蓄積膜35が複数の導電層21と交差する部分(電荷蓄積部)内の電荷の有無、又は、蓄積された電荷量によって、メモリセルトランジスタMTはデータを保持する。電荷蓄積部は、それぞれの導電層21と半導体ボディ32との間にあり、周りを絶縁材料で囲まれている。
カバー絶縁膜36は、例えば、それぞれの絶縁層22と電荷蓄積膜35との間に位置する。カバー絶縁膜36は、例えばシリコン酸化物を含む。カバー絶縁膜36は、加工時に電荷蓄積膜35をエッチングから保護する。カバー絶縁膜36は、なくてもよいし、導電層21と電荷蓄積膜35との間に一部残して、ブロック絶縁膜として用いてもよい。
また図5及び図6に示すように、それぞれの導電層21と絶縁層22との間、及び、それぞれの導電層21とメモリ膜33との間には、ブロック絶縁膜21a、バリア膜21bを有してもよい。ブロック絶縁膜21aは、バックトンネリングを抑制する。バックトンネリングは、導電層21からメモリ膜33への電荷が戻る現象である。バリア膜21bは、導電層21とブロック絶縁膜21aとの間の密着性を向上させる。ブロック絶縁膜21aは、例えば、シリコン酸化膜、金属酸化物膜、複数の絶縁膜が積層された積層構造膜である。金属酸化物の一例は、アルミニウム酸化物である。バリア膜21bは、例えば導電層21がタングステンの場合、一例として窒化チタン、窒化チタンとチタンとの積層構造膜である。
層間絶縁層40,41は、積層体20の最上層の絶縁層22上にある。層間絶縁層40,41は、積層体20とビットラインBLとの間を絶縁する。層間絶縁層40,41は、例えば、シリコン酸化物を含む。
第1コンタクトC1及び第2コンタクトC2は、柱状体30とビットラインBLとを電気的に繋ぐコンタクトプラグである。第1コンタクトC1及び第2コンタクトC2は、層間絶縁層40内にある。第1コンタクトC1及び第2コンタクトC2は、層間絶縁層40をZ方向に貫通する。第2コンタクトC2は、積層体20の第1面20aから積層体20の内部に向かって突出する。第1コンタクトC1及び第2コンタクトC2は、層間絶縁層40に形成された開口内に充填された導電体である。第1コンタクトC1及び第2コンタクトC2は、例えば、タングステンである。
第1コンタクトC1は、一つの柱状体30に接続される。第2コンタクトC2は、複数の柱状体30に接続される。第2コンタクトC2は、例えば、2つの柱状体30に接続される。
Z方向からの平面視で、第1コンタクトC1と第2コンタクトC2の形状は異なる。Z方向からの平面視で、第1コンタクトC1は、例えば、略円形であり、第2コンタクトC2は、例えば、楕円又は長方形である。第1コンタクトC1の周囲長は、例えば、第2コンタクトC2の周囲長より短い。第2コンタクトC2は、例えば、Z方向からの平面視で異方性を有し、長軸と短軸とを有する。第2コンタクトC2の長軸は、例えば、Y方向に対して傾斜している。図3のA−A線は、第2コンタクトC2の長軸方向と一致する。例えば、同一のフィンガF内において、Y方向に対する第2コンタクトC2の長軸の傾斜方向は同じであり、Y方向に対する第2コンタクトC2の長軸の傾斜角は等しくてもよい。
第2コンタクトC2は、例えば、第2スリットSHEを挟む複数の柱状体30に亘っている。第2コンタクトC2は、例えば、第2スリットSHEを挟む2つの柱状体30に接する。第1ストリングSTRa及び第2ストリングSTRbにおいて、第2スリットSHEとY方向に隣接する柱状体30は第2コンタクトC2に接続され、その他の柱状体30は第1コンタクトC1に接続される。例えば、第1ストリングSTRaにおける第1コンタクトC1の数は、第2ストリングSTRbにおける第1コンタクトC1の数より多い。
ビアV1は、層間絶縁層41内にある。ビアV1は、層間絶縁層41をZ方向に貫通する。ビアV1は、層間絶縁層41に形成された開口内に充填された導電体である。ビアV1は、例えば、タングステンである。
ビアV1は、第1コンタクトC1又は第2コンタクトC2とビットラインBLとを電気的に繋ぐ。ビアV1は、一つの第1コンタクトC1又は第2コンタクトC2と一つのビットラインBLとを電気的に繋ぐ。ビアV1は、第1コンタクトC1及び第2コンタクトC2のそれぞれに一つ接続される。
Z方向からの平面視で、ビアV1は第1コンタクトC1及び第2コンタクトC2より小さく、第1コンタクトC1又は第2コンタクトC2に内包される。ビアV1の幾何中心はそれぞれ、例えば、第1コンタクトC1の幾何中心又は第2コンタクトC2の幾何中心からずれている。
第2コンタクトC2に接続されるビアV1は、第2コンタクトC2の第1領域A1又は第2領域A2に接続される。第1領域A1は、第2コンタクトC2の幾何中心を通り短軸方向に延びる中心線を挟む一方の領域であり、第2領域A2は他方の領域である。例えば、Y方向に隣接する2つの第2コンタクトC2において、一方の第2コンタクトC2は第1領域A1にビアV1が接続され、他方の第2コンタクトC2は第2領域A2にビアV1が接続される。
ビットラインBLは、層間絶縁層41上に複数ある。ビットラインBLは、それぞれY方向に延びる。ビットラインBLは、第1コンタクトC1又は第2コンタクトC2とビアV1を介して、柱状体30と電気的に接続される。それぞれのビットラインBLは、ストリングSTR中の一つの柱状体30と電気的に接続される。
ここで各ストリングSTRにおいて、Y方向にジグザグに並ぶ柱状体30をそれぞれ、第1柱状体30A、第2柱状体30B、第3柱状体30C、第4柱状体30Dと称する。各ストリングSTRにおいて、第1柱状体30A、第2柱状体30B、第3柱状体30C、第4柱状体30Dの順にY方向に並ぶ。また第1柱状体30A、第2柱状体30B、第3柱状体30C、第4柱状体30Dのいずれかと電気的に接続されたビットラインBLをそれぞれ第1ビットラインBL1、第2ビットラインBL2、第3ビットラインBL3、第4ビットラインBL4と称する。第1ビットラインBL1、第2ビットラインBL2、第3ビットラインBL3、第4ビットラインBL4の順に−X方向に並ぶ。
あるストリングSTR(例えば、第1ストリングSTRa)において、第1柱状体30Aは第1ビットラインBL1と電気的に接続され、第2柱状体30Bは第3ビットラインBL3と電気的に接続され、第3柱状体30Cは第2ビットラインBL2と電気的に接続され、第4柱状体30Dは第4ビットラインBL4と電気的に接続されている。
一方で、このストリングSTR(例えば、第1ストリングSTRa)と隣接するストリング(例えば、第2ストリングSTRb)において、第1柱状体30Aは第4ビットラインBL4と電気的に接続され、第2柱状体30Bは第3ビットラインBL3と電気的に接続され、第3柱状体30Cは第2ビットラインBL2と電気的に接続され、第4柱状体30Dは第1ビットラインBL1と電気的に接続されている。
すなわち、第1柱状体30A及び第4柱状体30Dに接続されるビットラインBLは、隣接するストリングSTRで異なる。これは、第2コンタクトC2が第2スリットSHEを挟む二つの柱状体30に亘って接続されているためである。
次いで、第1実施形態にかかる半導体メモリ1のセルアレイ領域の部分の製造方法について説明する。以下の図7〜図12は、セルアレイ領域の製造方法の一例を説明するための断面図である。
まず図7に示すように、基板Sub上に、ソースラインSLを積層する。次いで、ソースラインSL上に、絶縁層22と犠牲膜51とを交互に積層する。絶縁層22は、上述のものであり、例えばシリコン酸化物を含む。犠牲膜51は、例えばシリコン窒化物を含む。次いで、積層体にメモリホールMHを形成する。メモリホールMHは、積層体の上面からソースラインSLまで至る。メモリホールMHは、エッチングにより作製する。例えば、積層体の上面からソースラインSLまで異方性エッチングする。異方性エッチングは、例えば、反応性イオンエッチング(RIE)である。
次いで、図8に示すように、メモリホールMH内にメモリ膜33、半導体ボディ32、コア31を順に形成する。メモリホールMHは、メモリ膜33、半導体ボディ32及びコア31で埋められる。メモリホールMH内に柱状体30が形成される。次いで、積層体上に層間絶縁層40を積層後に、第1スリットSTを形成する。第1スリットSTは、積層体の上面からソースラインSLまで延びる。第1スリットSTは、異方性エッチングにより形成する。
次いで、第1スリットSTを介して犠牲膜51を等方性エッチングする。犠牲膜51は、等方性エッチングにより除去される。等方性エッチングは、絶縁層22に対して犠牲膜51をより早くエッチングできるエッチャントを用いて行う。等方性エッチングは、例えば、シリコン酸化物に対してシリコン窒化物をより早くエッチングできるエッチャントを用いて行う。犠牲膜51が除去された部分は導電材料で埋められ、導電層21が形成される。そして、図9に示すように、第1スリットST内に被覆層ST2、導電体ST1を順に成膜する。
次いで、図10に示すように、積層体20内に、第2スリットSHEを形成する。第2スリットSHEは、積層体20の上面から積層体20の途中まで延びる。第2スリットSHEは、異方性エッチングにより形成する。
次いで、図11に示すように、第2スリットSHEを絶縁体SHE2で埋める。絶縁体SHE2は、例えば、シリコン酸化物を含む。
次いで、図12に示すように、層間絶縁層40にホールH1,H2を形成する。ホールH1は、層間絶縁層40を貫通し、柱状体30に至る。ホールH2は、層間絶縁層40を貫通し、積層体20の途中まで至る。絶縁体SHE2は、異方性エッチングにより一部が除去され、絶縁体SHE1となる。
次いで、ホールH1,H2を導電材料で埋めて、第1コンタクトC1,第2コンタクトC2が形成される。層間絶縁層40、第1コンタクトC1及び第2コンタクトC2の上には、層間絶縁層41を積層する。層間絶縁層41に開口を形成し、開口を導電材料で埋め、ビアV1が形成される。最後に、ビアV1と重なる位置にビットラインBLを形成する。
以上の工程により、図4に示すセルアレイ領域が作製される。ここで示した製造工程は一例であり、各工程の間にその他の工程を挿入してもよい。
第1実施形態にかかる半導体メモリ1によれば、メモリセルトランジスタMTの集積性が高まる。第1実施形態にかかる半導体メモリ1は、いずれの柱状体30もダミーではなく、記録領域として機能させることができる。つまり、記憶領域として機能する柱状体30が密に配列し、第1実施形態にかかる半導体メモリ1は集積性に優れる。また第2コンタクトC2が異なるストリングSTRの2つの柱状体30に接続されることで、ビアV1の数が減る。それぞれの柱状体30に一つずつコンタクトを形成する場合、第2スリットSHEを挟む二つの柱状体30においてビアV1の間隔が近接しやすい。ビアV1の間隔が近接する部分におけるビアV1の数を減らすことで、製造誤差によりビアV1同士が短絡する恐れを低減できる。
(第1変形例)
次に、実施形態の第1変形例について説明する。
図13は、第1実施形態の第1変形例にかかるセルアレイ領域の特徴部分の平面図である。第1変形例にかかるセルアレイ領域は、一つのフィンガF内におけるストリングSTRの数が偶数である点が、図3に示す構造と異なる。以下に説明する以外の構成は、第1実施形態のメモリセルアレイ10と同様である。
次に、実施形態の第1変形例について説明する。
図13は、第1実施形態の第1変形例にかかるセルアレイ領域の特徴部分の平面図である。第1変形例にかかるセルアレイ領域は、一つのフィンガF内におけるストリングSTRの数が偶数である点が、図3に示す構造と異なる。以下に説明する以外の構成は、第1実施形態のメモリセルアレイ10と同様である。
第1変形例にかかるフィンガFは、偶数のストリングSTRを有する。図13に示すフィンガFは、2つのストリングSTRからなる。ストリングSTRが偶数の場合、いずれかのストリングSTRのY方向の幅は、他のストリングSTRのY方向の幅と異なる。図13に示す例では、一方のストリングSTR(以下、第3ストリングSTRcと称する)のY方向の幅は、他方のストリングSTR(以下、第4ストリングSTRdと称する)のY方向の幅より短い。
上述のように、それぞれのビットラインBLは、ストリングSTR中の異なる柱状体30と電気的に接続される。第3ストリングSTRcにおいて、第1柱状体30Aは第1ビットラインBL1と電気的に接続され、第2柱状体30Bは第3ビットラインBL3と電気的に接続され、第3柱状体30Cは第2ビットラインBL2と電気的に接続され、第4柱状体30Dは第4ビットラインBL4と電気的に接続されている。
第2コンタクトC2は、第4ストリングSTRdの第4柱状体30Dと、第3ストリングSTRcの第1柱状体と、に亘って接続されている。したがって、第4ストリングSTRdの第4柱状体30Dは第1ビットラインBL1と電気的に接続される。同じストリングSTR内における柱状体30は、異なるビットラインBLに接続される。そのため、第4ストリングSTRdにおいて、第4柱状体30Dは第1ビットラインBL1と電気的に接続され、第3柱状体30Cは第2ビットラインBL2と電気的に接続され、第2柱状体30Bは第3ビットラインBL3と電気的に接続され、第1柱状体30Aは、第4ビットラインBL4と電気的に接続される。
第1柱状体30Aの直上には、第4ビットラインBL4がない。第1柱状体30Aと第4ビットラインBL4とを電気的に繋ぐために、第4ストリングSTRdの第1柱状体30Aに繋がる第1コンタクトC1はX方向及びY方向に延びる。以下、第1コンタクトC1のうちZ方向からの平面視形状が他の第1コンタクトC1と異なるものを第1コンタクトC1’と称する。第1コンタクトC1’は、Z方向に第1柱状体30A及びビアV1と重なる。第1コンタクトC1’と第1スリットST内の導電体ST1との短絡を防ぐために、第1コンタクトC1’と第1スリットSTとは一定距離以上離す。その結果、第3ストリングSTRcのY方向の幅と第4ストリングSTRdのY方向の幅とが異なる。
第1コンタクトC1’を形成するためのスペースの確保が必要になるが、このような構成によっても、第1実施形態と同様に、メモリセルトランジスタMTの集積性が高まる。
(付記)
以下、いくつかの半導体記憶装置について付記する。
[1].導電層と絶縁層とが第1方向に交互に積層された積層体と、
前記積層体内において前記第1方向に延び、半導体ボディと、前記複数の導電層のうちの少なくとも一つと前記半導体ボディとの間に設けられた電荷蓄積膜と、を含む複数の柱状体と、
前記積層体の上方を、前記第1方向と交差する第2方向に延びる複数のビットラインと、
前記積層体と前記複数のビットラインとの間にある層間絶縁層と、
前記層間絶縁層を貫通する複数のコンタクトと、を備え、
前記複数のコンタクトは、一つの前記柱状体に接続される第1コンタクトと、複数の前記柱状体に接続される第2コンタクトと、
を有する、半導体記憶装置。
[2].[1]にかかる半導体記憶装置において、
前記第1コンタクトの平面視形状と前記第2コンタクトの平面視形状とは、異なり、
前記第2コンタクトの平面視形状は異方性を有してもよい。
[3].[2]にかかる半導体記憶装置において、
前記第1コンタクトの平面視形状は円形であり、前記第2コンタクトの平面視形状は、楕円又は長方形でもよい。
[4].[2]にかかる半導体記憶装置において、
前記第1コンタクトの周囲長は、前記第2コンタクトの周囲長より短くてもよい。
[5].[2]にかかる半導体記憶装置において、
前記第2コンタクトの長軸は、前記第2方向に対して傾斜していてもよい。
[6].[1]にかかる半導体記憶装置において、
前記積層体は、前記第1方向からの平面視で、前記積層体を前記第2方向に区分する複数のスリットを有し、
前記複数のスリットは、前記積層体の前記ビットライン側の第1面から前記第1面と反対の第2面に至る第1スリットと、前記第1面から前記積層体の途中まで至る第2スリットと、があり、
前記第2コンタクトは、前記第2スリットを挟む複数の前記柱状体に亘っていてもよい。
[7].[6]にかかる半導体記憶装置の前記第1方向からの平面視で隣接する前記第1スリットに挟まれるフィンガにおいて、
前記第2コンタクトの長軸の前記第2方向に対する傾斜角が等しくてもよい。
[8].[6]にかかる半導体記憶装置において、
前記第2コンタクトに接続される前記柱状体は、前記第2スリットに接していてもよい。
[9].[6]にかかる半導体記憶装置において、
前記第1方向からの平面視で隣接する前記第1スリットに挟まれるフィンガは、前記第2スリットによって複数のストリングに区分され、前記複数のストリングの数が奇数でもよい。
[10].[6]にかかる半導体記憶装置において、
前記第1方向からの平面視で隣接する前記第1スリットに挟まれるフィンガは、前記第2スリットによって複数のストリングに区分され、
前記複数のストリングは、前記第1方向からの平面視で、前記第1スリットと前記第2スリットとに挟まれる第1ストリングと、隣接する2つの前記第2スリットとに挟まれる第2ストリングと、を有し、
前記第1ストリングは、前記第2ストリングより前記第1コンタクトの数が多くてもよい。
[11].[1]にかかる半導体記憶装置は、
前記第2コンタクトと前記ビットラインとをつなぐビアをさらに有し、
前記第1方向からの平面視で、前記ビアは前記第2コンタクトより小さく、
前記ビアの幾何中心は、前記第2コンタクトの幾何中心からずれていてもよい。
[12].[11]にかかる半導体記憶装置において、
前記第2コンタクトは、前記第1方向からの平面視で異方性を有し、
前記第2コンタクトは、前記第2コンタクトの幾何中心を通り短軸方向に延びる中心線を挟む第1領域と第2領域に区分され、
前記第2方向に隣接する2つの前記第2コンタクトにおいて、一方の前記第2コンタクトは前記第1領域に前記ビアが接続され、他方の前記第2コンタクトは前記第2領域に前記ビアが接続されていてもよい。
[13].[1]にかかる半導体記憶装置において、
前記第2コンタクトは、前記積層体の前記ビットライン側の第1面から前記積層体の内部に向かって突出してもよい。
[14].[1]にかかる半導体記憶装置において、
前記第2コンタクトは、2つの前記柱状体に接続されもよい。
以下、いくつかの半導体記憶装置について付記する。
[1].導電層と絶縁層とが第1方向に交互に積層された積層体と、
前記積層体内において前記第1方向に延び、半導体ボディと、前記複数の導電層のうちの少なくとも一つと前記半導体ボディとの間に設けられた電荷蓄積膜と、を含む複数の柱状体と、
前記積層体の上方を、前記第1方向と交差する第2方向に延びる複数のビットラインと、
前記積層体と前記複数のビットラインとの間にある層間絶縁層と、
前記層間絶縁層を貫通する複数のコンタクトと、を備え、
前記複数のコンタクトは、一つの前記柱状体に接続される第1コンタクトと、複数の前記柱状体に接続される第2コンタクトと、
を有する、半導体記憶装置。
[2].[1]にかかる半導体記憶装置において、
前記第1コンタクトの平面視形状と前記第2コンタクトの平面視形状とは、異なり、
前記第2コンタクトの平面視形状は異方性を有してもよい。
[3].[2]にかかる半導体記憶装置において、
前記第1コンタクトの平面視形状は円形であり、前記第2コンタクトの平面視形状は、楕円又は長方形でもよい。
[4].[2]にかかる半導体記憶装置において、
前記第1コンタクトの周囲長は、前記第2コンタクトの周囲長より短くてもよい。
[5].[2]にかかる半導体記憶装置において、
前記第2コンタクトの長軸は、前記第2方向に対して傾斜していてもよい。
[6].[1]にかかる半導体記憶装置において、
前記積層体は、前記第1方向からの平面視で、前記積層体を前記第2方向に区分する複数のスリットを有し、
前記複数のスリットは、前記積層体の前記ビットライン側の第1面から前記第1面と反対の第2面に至る第1スリットと、前記第1面から前記積層体の途中まで至る第2スリットと、があり、
前記第2コンタクトは、前記第2スリットを挟む複数の前記柱状体に亘っていてもよい。
[7].[6]にかかる半導体記憶装置の前記第1方向からの平面視で隣接する前記第1スリットに挟まれるフィンガにおいて、
前記第2コンタクトの長軸の前記第2方向に対する傾斜角が等しくてもよい。
[8].[6]にかかる半導体記憶装置において、
前記第2コンタクトに接続される前記柱状体は、前記第2スリットに接していてもよい。
[9].[6]にかかる半導体記憶装置において、
前記第1方向からの平面視で隣接する前記第1スリットに挟まれるフィンガは、前記第2スリットによって複数のストリングに区分され、前記複数のストリングの数が奇数でもよい。
[10].[6]にかかる半導体記憶装置において、
前記第1方向からの平面視で隣接する前記第1スリットに挟まれるフィンガは、前記第2スリットによって複数のストリングに区分され、
前記複数のストリングは、前記第1方向からの平面視で、前記第1スリットと前記第2スリットとに挟まれる第1ストリングと、隣接する2つの前記第2スリットとに挟まれる第2ストリングと、を有し、
前記第1ストリングは、前記第2ストリングより前記第1コンタクトの数が多くてもよい。
[11].[1]にかかる半導体記憶装置は、
前記第2コンタクトと前記ビットラインとをつなぐビアをさらに有し、
前記第1方向からの平面視で、前記ビアは前記第2コンタクトより小さく、
前記ビアの幾何中心は、前記第2コンタクトの幾何中心からずれていてもよい。
[12].[11]にかかる半導体記憶装置において、
前記第2コンタクトは、前記第1方向からの平面視で異方性を有し、
前記第2コンタクトは、前記第2コンタクトの幾何中心を通り短軸方向に延びる中心線を挟む第1領域と第2領域に区分され、
前記第2方向に隣接する2つの前記第2コンタクトにおいて、一方の前記第2コンタクトは前記第1領域に前記ビアが接続され、他方の前記第2コンタクトは前記第2領域に前記ビアが接続されていてもよい。
[13].[1]にかかる半導体記憶装置において、
前記第2コンタクトは、前記積層体の前記ビットライン側の第1面から前記積層体の内部に向かって突出してもよい。
[14].[1]にかかる半導体記憶装置において、
前記第2コンタクトは、2つの前記柱状体に接続されもよい。
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同様に、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ものである。
1…半導体メモリ、10…メモリセルアレイ、20…積層体、20a…第1面、20b…第2面、21,21A,21B,21C…導電層、22…絶縁層、30…柱状体、32…半導体ボディ、35…電荷蓄積膜、40,41…層間絶縁層、A1…第1領域、A2…第2領域、BL…ビットライン、F…フィンガ、ST…第1スリット、SHE…第2スリット、STR…ストリング、STRa…第1ストリング、STRb…第2ストリング、V1…ビア
Claims (10)
- 導電層と絶縁層とが第1方向に交互に積層された積層体と、
前記積層体内において前記第1方向に延び、半導体ボディと、複数の前記導電層のうちの少なくとも一つと前記半導体ボディとの間に設けられた電荷蓄積膜と、を含む複数の柱状体と、
前記積層体の上方を、前記第1方向と交差する第2方向に延びる複数のビットラインと、
前記積層体と前記複数のビットラインとの間にある層間絶縁層と、
前記層間絶縁層を貫通する複数のコンタクトと、を備え、
前記複数のコンタクトは、一つの前記柱状体に接続される第1コンタクトと、複数の前記柱状体に接続される第2コンタクトと、
を有する、半導体記憶装置。 - 前記第1コンタクトの平面視形状と前記第2コンタクトの平面視形状とは、異なり、
前記第2コンタクトの平面視形状は異方性を有する、請求項1に記載の半導体記憶装置。 - 前記積層体は、前記第1方向からの平面視で、前記積層体を前記第2方向に区分する複数のスリットを有し、
前記複数のスリットは、前記積層体の前記ビットライン側の第1面から前記第1面と反対の第2面に至る第1スリットと、前記第1面から前記積層体の途中まで至る第2スリットと、があり、
前記第2コンタクトは、前記第2スリットを挟む複数の前記柱状体に亘っている、請求項1又は2に記載の半導体記憶装置。 - 前記第2コンタクトの平面視形状は異方性を有し、
前記第1方向からの平面視で隣接する前記第1スリットに挟まれるフィンガにおいて、前記第2コンタクトの長軸の前記第2方向に対する傾斜角が等しい、請求項3に記載の半導体記憶装置。 - 前記第2コンタクトに接続される前記柱状体は、前記第2スリットに接している、請求項3又は4に記載の半導体記憶装置。
- 前記第1方向からの平面視で隣接する前記第1スリットに挟まれるフィンガは、前記第2スリットによって複数のストリングに区分され、
前記複数のストリングの数が奇数である、請求項3〜5のいずれか一項に記載の半導体記憶装置。 - 前記第1方向からの平面視で隣接する前記第1スリットに挟まれるフィンガは、前記第2スリットによって複数のストリングに区分され、
前記複数のストリングは、前記第1方向からの平面視で、前記第1スリットと前記第2スリットとに挟まれる第1ストリングと、隣接する2つの前記第2スリットとに挟まれる第2ストリングと、を有し、
前記第1ストリングは、前記第2ストリングより前記第1コンタクトの数が多い、請求項3〜6のいずれか一項に記載の半導体記憶装置。 - 前記第2コンタクトと前記ビットラインとをつなぐビアをさらに有し、
前記第2コンタクトは、前記第1方向からの平面視で異方性を有し、
前記第2コンタクトは、前記第2コンタクトの幾何中心を通り短軸方向に延びる中心線を挟む第1領域と第2領域に区分され、
前記第2方向に隣接する2つの前記第2コンタクトにおいて、一方の前記第2コンタクトは前記第1領域に前記ビアが接続され、他方の前記第2コンタクトは前記第2領域に前記ビアが接続されている、請求項1〜7のいずれか一項に記載の半導体記憶装置。 - 前記第2コンタクトは、前記積層体の前記ビットライン側の第1面から前記積層体の内部に向かって突出する、請求項1〜8のいずれか一項に記載の半導体記憶装置。
- 前記第2コンタクトは、2つの前記柱状体に接続される、請求項1〜9のいずれか一項に記載の半導体記憶装置。
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