JP2022041365A - 半導体記憶装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】好適に製造可能な半導体記憶装置を提供する。【解決手段】半導体記憶装置は、第1方向に並ぶ第1領域及び第2領域を備える基板を備える。また、この半導体記憶装置の第1領域は、第2方向に交互に積層された複数の第1導電層及び複数の第1絶縁層と、第2方向に延伸し複数の第1導電層及び複数の第1絶縁層に対向する第1半導体層と、第1半導体層に接続され第1方向に延伸する第2半導体層と、を備える。また、この半導体記憶装置の第2領域にも、同様の構造が設けられている。また、この半導体記憶装置は、第1領域及び第2領域に設けられた第2半導体層と接合する第3導電層を備える。また、第1領域及び第2領域に設けられた第2半導体層は、第1方向において、お互いに離間して設けられている。【選択図】図5
Description
本実施形態は、半導体記憶装置に関する。
基板と、この基板の表面と交差する方向に積層された複数の導電層と、これら複数の導電層に対向する半導体層と、導電層及び半導体層の間に設けられたゲート絶縁層と、を備える半導体記憶装置が知られている。ゲート絶縁層は、例えば、窒化シリコン(Si3N4)等の絶縁性の電荷蓄積層やフローティングゲート等の導電性の電荷蓄積層等、データを記憶可能なメモリ部を備える。
好適に製造可能な半導体記憶装置を提供する。
一の実施形態に係る半導体記憶装置は、第1方向に並ぶ第1領域及び第2領域を備える基板を備える。また、この半導体記憶装置は、第1領域に設けられ、基板の表面と交差する第2方向に交互に積層された複数の第1導電層及び複数の第1絶縁層と、第1領域に設けられ、第2方向に延伸し、複数の第1導電層及び複数の第1絶縁層に対向する第1半導体層と、第1領域に設けられ、複数の第1導電層及び複数の第1絶縁層よりも基板から遠く、第1半導体層に接続された第2半導体層と、を備える。また、この半導体記憶装置は、第2領域に設けられ、第2方向に交互に積層された複数の第2導電層及び複数の第2絶縁層と、第2領域に設けられ、第2方向に延伸し、複数の第2導電層及び複数の第2絶縁層に対向する第3半導体層と、第2領域に設けられ、複数の第2導電層及び複数の第2絶縁層よりも基板から遠く、第3半導体層に接続された第4半導体層と、を備える。また、この半導体記憶装置は、第2半導体層及び第4半導体層の、第2方向における基板から遠い方の面と接合する第3導電層を備える。また、第2半導体層及び第4半導体層は、第1方向において、お互いに離間して設けられている。
一の実施形態に係る半導体記憶装置は、第1方向に並ぶ第1領域及び第2領域を備える基板を備える。また、この半導体記憶装置は、第1領域に設けられ、基板の表面と交差する第2方向に交互に積層された複数の第1導電層及び複数の第1絶縁層と、第1領域に設けられ、第2方向に延伸し、複数の第1導電層及び複数の第1絶縁層に対向する第1半導体層と、を備える。また、この半導体記憶装置は、第2領域に設けられ、第2方向に交互に積層された複数の第2導電層及び複数の第2絶縁層と、第2領域に設けられ、第2方向に延伸し、複数の第2導電層及び複数の第2絶縁層に対向する第2半導体層と、を備える。また、この半導体記憶装置は、複数の第1導電層及び複数の第1絶縁層と、複数の第2導電層及び複数の第2絶縁層と、の間に設けられ、第2方向に延伸する第1構造と、複数の第1導電層及び複数の第1絶縁層、並びに、複数の第2導電層及び複数の第2絶縁層よりも基板から遠く、第1半導体層及び第2半導体層に接続された第3半導体層と、第3半導体層の、第2方向における基板から遠い方の面と接合する第3導電層と、を備える。また、第1方向に延伸し、第1構造、第3半導体層及び第3導電層を含む第1の断面において、第1構造の少なくとも一部が、第3半導体層を介さずに第3導電層と対向する
次に、実施形態に係る半導体記憶装置を、図面を参照して詳細に説明する。尚、以下の実施形態はあくまでも一例であり、本発明を限定する意図で示されるものではない。また、以下の図面は模式的なものであり、説明の都合上、一部の構成等が省略される場合がある。また、複数の実施形態について共通する部分には同一の符号を付し、説明を省略する場合がある。
また、本明細書において「半導体記憶装置」と言った場合には、メモリダイを意味する事もあるし、メモリチップ、メモリカード、SSD(Solid State Drive)等の、コントローラダイを含むメモリシステムを意味する事もある。更に、スマートホン、タブレット端末、パーソナルコンピュータ等の、ホストコンピュータを含む構成を意味する事もある。
また、本明細書において、第1の構成が第2の構成に「電気的に接続されている」と言った場合、第1の構成は第2の構成に直接接続されていても良いし、第1の構成が第2の構成に配線、半導体部材又はトランジスタ等を介して接続されていても良い。例えば、3つのトランジスタを直列に接続した場合には、2つ目のトランジスタがOFF状態であったとしても、1つ目のトランジスタは3つ目のトランジスタに「電気的に接続」されている。
また、本明細書においては、基板の上面に対して平行な所定の方向をX方向、基板の上面に対して平行で、X方向と垂直な方向をY方向、基板の上面に対して垂直な方向をZ方向と呼ぶ。
また、本明細書においては、所定の面に沿った方向を第1方向、この所定の面に沿って第1方向と交差する方向を第2方向、この所定の面と交差する方向を第3方向と呼ぶことがある。これら第1方向、第2方向及び第3方向は、X方向、Y方向及びZ方向のいずれかと対応していても良いし、対応していなくても良い。
また、本明細書において、「上」や「下」等の表現は、基板を基準とする。例えば、上記Z方向に沿って基板から離れる向きを上と、Z方向に沿って基板に近付く向きを下と呼ぶ。また、ある構成について下面や下端と言う場合には、この構成の基板側の面や端部を意味する事とし、上面や上端と言う場合には、この構成の基板と反対側の面や端部を意味する事とする。また、X方向又はY方向と交差する面を側面等と呼ぶ。
また、本明細書において、構成、部材等について、所定方向の「幅」、「長さ」又は「厚み」等と言った場合には、SEM(Scanning electron microscopy)やTEM(Transmission electron microscopy)等によって観察された断面等における幅、長さ又は厚み等を意味することがある。
[第1実施形態]
[メモリダイMDの構造]
図1は、本実施形態に係る半導体記憶装置の構成例を示す模式的な分解斜視図である。本実施形態に係る半導体記憶装置は、メモリダイMDを備える。メモリダイMDは、メモリセルアレイを含むチップCMと、周辺回路を含むチップCPと、を備える。
[メモリダイMDの構造]
図1は、本実施形態に係る半導体記憶装置の構成例を示す模式的な分解斜視図である。本実施形態に係る半導体記憶装置は、メモリダイMDを備える。メモリダイMDは、メモリセルアレイを含むチップCMと、周辺回路を含むチップCPと、を備える。
チップCMの上面には、複数のボンディングパッド電極PXが設けられている。また、チップCMの下面には、複数の第1貼合電極PI1が設けられている。また、チップCPの上面には、複数の第2貼合電極PI2が設けられている。以下、チップCMについては、複数の第1貼合電極PI1が設けられる面を表面と呼び、複数のボンディングパッド電極PXが設けられる面を裏面と呼ぶ。また、チップCPについては、複数の第2貼合電極PI2が設けられる面を表面と呼び、表面の反対側の面を裏面と呼ぶ。図示の例において、チップCPの表面はチップCPの裏面よりも上方に設けられ、チップCMの裏面はチップCMの表面よりも上方に設けられる。
チップCM及びチップCPは、チップCMの表面とチップCPの表面とが対向するよう配置される。複数の第1貼合電極PI1は、複数の第2貼合電極PI2にそれぞれ対応して設けられ、複数の第2貼合電極PI2に貼合可能な位置に配置される。第1貼合電極PI1と第2貼合電極PI2とは、チップCMとチップCPとを貼合し、かつ電気的に導通させるための、貼合電極として機能する。ボンディングパッド電極PXは、メモリダイMDを図示しないコントローラダイ等に電気的に接続するための電極として機能する。
尚、図1の例において、チップCMの角部a1、a2、a3、a4は、それぞれ、チップCPの角部b1、b2、b3、b4と対応する。
図2は、チップCMの構成例を示す模式的な底面図である。図3は、チップCMのAで示した部分の構成を拡大して示す模式的な底面図である。図4は、チップCMの一部の構成を拡大して示す構成を示す模式的な平面図である。図5は、チップCMの一部の構成を示す模式的な断面図である。尚、図3は、図5に示す構造をE-E´線に沿って切断し、矢印の方向に沿って見た断面に対応している。また、図4は、図5に示す構造をD-D´線に沿って切断し、矢印の方向に沿って見た断面に対応している。また、図5は、図3に示す構造をB-B´線に沿って切断し、矢印の方向に沿って見た断面に対応している。また、図5は、図4に示す構造をC-C´線に沿って切断し、矢印の方向に沿って見た断面に対応している。また、図4に示す構造をC-C´線に沿って切断し、矢印の方向に沿って見た断面に対応している。図6及び図7は、それぞれ、図5の一部の構成を拡大して示す模式的な断面図である。
[チップCMの構造]
チップCMは、例えば図2に示す様に、X及びY方向に並ぶ4つのメモリセルアレイ領域RMCAを備える。メモリセルアレイ領域RMCAは、Y方向に並ぶ複数のメモリブロックBLKと、これら複数のメモリブロックBLKの間にそれぞれ設けられた複数のブロック間構造150(図3)と、複数のメモリブロックBLK及び複数のブロック間構造150の上面に設けられた導電層170(図5)と、を備える。
チップCMは、例えば図2に示す様に、X及びY方向に並ぶ4つのメモリセルアレイ領域RMCAを備える。メモリセルアレイ領域RMCAは、Y方向に並ぶ複数のメモリブロックBLKと、これら複数のメモリブロックBLKの間にそれぞれ設けられた複数のブロック間構造150(図3)と、複数のメモリブロックBLK及び複数のブロック間構造150の上面に設けられた導電層170(図5)と、を備える。
メモリブロックBLKは、例えば図5に示す様に、Z方向に並ぶ複数の導電層110と、Z方向に延伸する複数の半導体層120と、複数の導電層110及び複数の半導体層120の間にそれぞれ設けられた複数のゲート絶縁膜130と、複数の半導体層120の上端に接続された半導体層140と、を備える。
導電層110は、X方向に延伸する略板状の導電層である。導電層110は、窒化チタン(TiN)等のバリア導電膜及びタングステン(W)等の金属膜の積層膜等を含んでいても良い。また、導電層110は、例えば、リン(P)又はホウ素(B)等の不純物を含む多結晶シリコン等を含んでいても良い。Z方向に並ぶ複数の導電層110の間には、酸化シリコン(SiO2)等の絶縁層101が設けられている。
導電層110は、例えば、ワード線及びこれに接続された複数のメモリセルのゲート電極等として機能する。導電層110は、例えば図3に示す様に、X方向の一端部においてコンタクト102に接続されている。導電層110は、このコンタクト102及び上述の第1貼合電極PI1を介して、チップCP内の構成に接続されている。
半導体層120は、例えば図3に示す様に、X方向及びY方向に所定のパターンで並ぶ。半導体層120は、例えば、複数のメモリセルのチャネル領域等として機能する。半導体層120は、例えば、多結晶シリコン(Si)等の半導体層である。半導体層120は、例えば図5に示す様に、略有底円筒状の形状を有し、中心部分には酸化シリコン等の絶縁層125(図6)が設けられている。また、半導体層120の外周面は、それぞれ導電層110によって囲われており、導電層110と対向している。
半導体層120の下端部には、リン(P)等のN型の不純物を含む不純物領域が設けられている。この不純物領域は、ビット線BLに電気的に接続される。ビット線BLは、上述の第1貼合電極PI1を介して、チップCP内の構成に電気的に接続されている。
半導体層120の上端部には、リン(P)等のN型の不純物又はホウ素(B)等のP型の不純物を含む不純物領域が設けられている。この不純物領域は、半導体層140に電気的に接続される。半導体層140は、導電層170、導電層151及び上述の第1貼合電極PI1を介して、チップCP内の構成に電気的に接続されている。
ゲート絶縁膜130は、半導体層120の外周面を覆う略円筒状の形状を有する。ゲート絶縁膜130は、例えば図6に示す様に、半導体層120及び導電層110の間に積層されたトンネル絶縁膜131、電荷蓄積膜132及びブロック絶縁膜133を備える。トンネル絶縁膜131及びブロック絶縁膜133は、例えば、酸化シリコン(SiO2)等の絶縁膜である。電荷蓄積膜132は、例えば、窒化シリコン(Si3N4)等の電荷を蓄積可能な膜である。トンネル絶縁膜131、電荷蓄積膜132、及び、ブロック絶縁膜133は略円筒状の形状を有し、半導体層120の外周面に沿ってZ方向に延伸する。
尚、図6には、ゲート絶縁膜130が窒化シリコン等の電荷蓄積膜132を備える例を示した。しかしながら、ゲート絶縁膜130は、例えば、N型又はP型の不純物を含む多結晶シリコン等のフローティングゲートを備えていても良い。
半導体層140は、例えば図4に示す様に、X方向に延伸する略板状の半導体層である。半導体層140は、メモリブロックBLKに含まれる全ての半導体層120の上端部に接続されている。半導体層140は、例えば、リン(P)又はホウ素(B)等の不純物を含む多結晶シリコン等を含んでいても良い。
尚、半導体層140のY方向の両側面は、例えば図7に示す様に、下方に位置する部分ほど隣のメモリブロックBLKに対応する半導体層140から遠ざかり、上方に位置する部分ほど隣のメモリブロックBLKに対応する半導体層140に近づく様な角度で傾いている。従って、Y方向において隣り合う2つの半導体層140の下面の間の最短距離は、Y方向において隣り合う2つの半導体層140の上面の間の最短距離よりも大きい。
ブロック間構造150は、Z方向及びX方向に延伸する導電層151と、導電層151のY方向の側面に設けられた酸化シリコン(SiO2)等の絶縁層152と、を備える。導電層151は、例えば、窒化チタン(TiN)等のバリア導電膜及びタングステン(W)等の金属膜の積層膜等を含んでいても良い。導電層151は、例えば、ソース線の一部として機能する。
導電層170は、例えば、窒化チタン(TiN)等のバリア導電膜、及び、銅(Cu)又はアルミニウム(Al)等の金属膜の積層膜等を含んでいても良い。導電層170は、例えば、ソース線の一部として機能する。
導電層170は、例えば図7に示す様に、複数のメモリブロックBLKに対応して設けられた複数の部分171と、複数のブロック間構造150に対応して設けられた複数の部分172と、を備える。部分171は、半導体層140の上面と接合し、半導体層140に対応してX方向に延伸する略板状の部分である。部分172は、導電層151の上端部に接続されている。また、部分172は、半導体層140のY方向の側面と接合している。
尚、導電層170の部分172の下面(絶縁層101との接触面)は、導電層170の部分171の下面(半導体層140との接合面)よりも、下方に位置する。また、導電層170の部分172の上面は、導電層170の部分171の上面よりも、下方に位置する。
[チップCPの構造]
チップCPは、例えば図5に示す様に、半導体基板200と、半導体基板200の表面に設けられた複数のトランジスタTrと、を備える。これら複数のトランジスタTrは、上述の第2貼合電極PI2を介してチップCM内の構成に接続され、メモリセルアレイの制御に用いられる周辺回路として機能する。この周辺回路は、例えば、読出動作において、ビット線BL、半導体層120、半導体層140、導電層170及び導電層151を含む電流経路に電圧を供給し、電流が流れるか否か等に応じてメモリセルに記録されたデータを判定する。
チップCPは、例えば図5に示す様に、半導体基板200と、半導体基板200の表面に設けられた複数のトランジスタTrと、を備える。これら複数のトランジスタTrは、上述の第2貼合電極PI2を介してチップCM内の構成に接続され、メモリセルアレイの制御に用いられる周辺回路として機能する。この周辺回路は、例えば、読出動作において、ビット線BL、半導体層120、半導体層140、導電層170及び導電層151を含む電流経路に電圧を供給し、電流が流れるか否か等に応じてメモリセルに記録されたデータを判定する。
[製造方法]
次に、図8~図22を参照して、メモリダイMDの製造方法について説明する。図8~図22は、同製造方法について説明するための模式的な断面図であり、図5に対応する構成を示している。
次に、図8~図22を参照して、メモリダイMDの製造方法について説明する。図8~図22は、同製造方法について説明するための模式的な断面図であり、図5に対応する構成を示している。
本実施形態に係るメモリダイMDの製造に際しては、例えば図8に示す様に、ウェハWMの半導体基板100上に、複数の犠牲層110A及び絶縁層101を形成する。犠牲層110Aは、例えば、窒化シリコン(Si3N4)等からなる。この工程は、例えば、CVD(Chemical Vapor Deposition)等の方法によって行う。
次に、例えば図9に示す様に、半導体層120に対応する位置に、複数の貫通孔120Aを形成する。貫通孔120Aは、Z方向に延伸し、絶縁層101及び犠牲層110Aを貫通し、半導体基板100の上面を露出させる貫通孔である。この工程は、例えば、RIE(Reactive Ion Etching)等の方法によって行う。
次に、例えば図10に示す様に、貫通孔120Aの内周面に、ゲート絶縁膜130、半導体層120及び絶縁層125を形成する。この工程は、例えば、CVD等の方法によって行う。
次に、例えば図11に示す様に、溝150Aを形成する。溝150Aは、Z方向及びX方向に延伸し、絶縁層101及び犠牲層110AをY方向に分断し、半導体基板100の上面を露出させる溝である。この工程は、例えば、RIE等の方法によって行う。
次に、例えば図12に示す様に、導電層110を形成する。この工程では、例えば、ウェットエッチング等の方法によって溝150Aを介して犠牲層110Aを除去する。また、CVD等の方法によって導電層110を形成する。
次に、例えば図13に示す様に、溝150A内にブロック間構造150を形成する。この工程は、例えば、CVD及びRIE等の方法によって行う。
次に、例えば図14に示す様に、ビット線BL、第1貼合電極PI1等を形成する。この工程は、例えば、CVD、フォトリソグラフィー、エッチング等の方法によって行う。
次に、例えば図15に示す様に、チップCMに対応するウェハWMと、チップCPに対応するウェハWPと、を貼合する。この貼合工程では、例えば、ウェハWMをウェハWPに向かって押し付けることによってウェハWMをウェハWPに密着させ、熱処理等を行う。これにより、第1貼合電極PI1及び第2貼合電極PI2を介して、ウェハWMがウェハWPに貼合される。
次に、例えば図16に示す様に、ウェハWMに含まれる半導体基板100を除去する。また、ゲート絶縁膜130及び絶縁層152の一部を除去して、半導体層120及び導電層151の上端を露出させる。この工程は、例えば、ウェットエッチング又はRIE等の手段によって、半導体基板100、並びに、ゲート絶縁膜130及び絶縁層152の一部を選択的に除去することによって行う。
次に、例えば図17に示す様に、図16を参照して説明した構造の上面を覆う絶縁層160Aを形成する。絶縁層160Aは、例えば、酸化シリコン(SiO2)等を含む。この工程は、例えば、CVD等の方法によって行う。
次に、例えば図18に示す様に、絶縁層160AのメモリブロックBLKに対応する部分を除去して、複数の半導体層120の上端を露出させる。これにより、導電層151の上端部を覆う複数の絶縁層160が形成される。この工程は、例えば、RIE等の手段によって行う。
尚、絶縁層160のY方向の両側面は、下方に位置する部分ほど半導体層120に近づき、上方に位置する部分ほど半導体層120から遠ざかる様な角度で傾いている。従って、絶縁層160の下面のY方向における幅は、絶縁層160の上面のY方向における幅よりも大きい。
次に、例えば図19に示す様に、図18を参照して説明した構造の上面を覆うアモルファスシリコン層140Aを形成する。この工程は、例えば、CVD等の方法によって行う。
次に、例えば図20に示す様に、アモルファスシリコン層140Aの結晶構造を改質して、多結晶シリコン層140Bを形成する。この工程は、例えば、レーザアニール等の方法によって行う。
次に、例えば図21に示す様に、図20を参照して説明した構造に対して平坦化処理を行い、多結晶シリコン層140Bの一部を除去して、半導体層140を形成する。この工程は、例えば、絶縁層160をストッパとするCMP(Chemical Mechanical Polishing)等の方法によって行う。
次に、例えば図22に示す様に、絶縁層160を除去して、導電層151の上端部を露出させる。この工程は、例えば、ウェットエッチング等によって行う。
次に、例えば図5に示す様に、図22に示す様な構造の上面に導電層170を形成する。この工程は、例えば、CVD等の方法によって行う。
その後、この構造の上方にボンディングパッド電極PX等を形成し、ウェハWM,WPを貼り合わせた構造をダイシングすることにより、メモリダイMDが形成される。
[効果]
半導体記憶装置の読出動作等においては、半導体層120の下端に接続されたビット線BLから、半導体層120の上端に接続されたソース線にかけて、電流を流す必要がある。従って、半導体層120の上端は、メモリセルの上方に設けられたソース線等の構成と電気的に接続されている必要がある。
半導体記憶装置の読出動作等においては、半導体層120の下端に接続されたビット線BLから、半導体層120の上端に接続されたソース線にかけて、電流を流す必要がある。従って、半導体層120の上端は、メモリセルの上方に設けられたソース線等の構成と電気的に接続されている必要がある。
半導体層120の上端をソース線等の構成と接続するためには、例えば、図10を参照して説明した工程の、ゲート絶縁膜130の形成よりも後、半導体層120の形成よりも前のタイミングにおいて、貫通孔120Aの内周面にゲート絶縁膜130を残しつつ、貫通孔120Aの底面においてゲート絶縁膜130を除去し、半導体基板100等の表面を露出させることが可能である。この様な方法は、例えば、RIE等の方法によって実行することが可能である。また、次に、貫通孔120Aの内部に、半導体基板100と接続された半導体層120を形成することが可能である。
しかしながら、半導体記憶装置の高集積化に伴い、Z方向に並ぶ導電層110の数が増大しつつある。これに伴い、図9を参照して説明した様な貫通孔120Aのアスペクト比が大きくなりつつある。この様な場合、貫通孔120Aの底面においてゲート絶縁膜130を除去することが難しくなりつつある。
そこで、本実施形態においては、半導体層120の上端をソース線等の構成と接続するために、図16を参照して説明した工程において半導体基板100等を除去し、半導体層120の上端を露出させている。また、これ以降の工程において、半導体層120の上端に接続された半導体層140等を形成している。この様な方法によれば、上述の様に、アスペクト比の大きい貫通孔120Aの底面においてゲート絶縁膜130を除去する必要が無い。従って、半導体層120の上端とソース線とを接続する構成を、比較的容易に製造可能である。
ここで、半導体層120を金属などのソース線に電気的に接続するためには、半導体層120の上端部に、不純物濃度の大きい半導体層を形成する必要がある。この様な半導体層をCVD等の方法によって形成する場合、半導体層の結晶構造を改質するための熱処理等を実行する必要がある。しかしながら、ウェハWMとウェハWPとを貼合した後で熱処理等を行うと、第1貼合電極PI1及び第2貼合電極PI2、ビット線BL若しくはその近傍の配線層、又は、トランジスタTrの近傍の配線層等において、金属原子の拡散等が生じてしまう恐れがある。これにより、メモリダイMDが好適に動作しなくなってしまう恐れがある。
そこで、本実施形態においては、図19を参照して説明した工程においてアモルファスシリコン層140Aを形成した後、図20を参照して説明した工程において、レーザアニール等の方法によってアモルファスシリコン層140Aの結晶構造を改質する。この様な方法によれば、ウェハWM上面の温度を局所的に上昇させることが可能である。従って、上述の様な金属原子の拡散等を抑制しつつ、アモルファスシリコン層140Aの結晶構造を改質することが可能であると考えられる。
しかしながら、発明者らの鋭意検討の結果、レーザアニール等の方法によってアモルファスシリコン層140Aの結晶構造を改質した場合、例えば図20に例示する様に、多結晶シリコン層140Bの上面のラフネスが、比較的大きくなってしまうことがわかった。この様な場合、これ以降の工程に影響が生じてしまう場合がある。
また、レーザアニール等の方法によってアモルファスシリコン層140Aの結晶構造を改質する場合、レーザ光が導電層151に到達してしまう場合がある。この様な場合、導電層151を介して上述した第1貼合電極PI1、第2貼合電極PI2等の配線層に熱が伝達されてしまい、上述の様な金属原子の拡散等が生じてしまう場合がある。
そこで、本実施形態においては、図17及び図18を参照して説明した工程において、ウェハWMの上面に、導電層151の上端部を覆う絶縁層160を形成している。また、図21を参照して説明した工程において、この絶縁層160をストッパとするCMP等を実行して、多結晶シリコン層140Bの上面を平坦化している。
この様な方法によれば、多結晶シリコン層140Bの上面を好適に平坦化することが可能である。また、絶縁層160によってレーザ光が導電層151に到達することを防止して、上述の様な金属原子の拡散等をより好適に抑制することが出来る。従って、本実施形態に係る半導体記憶装置は、比較的容易に製造可能である。
[第2実施形態]
次に、図23~図25を参照して、第2実施形態に係る半導体記憶装置について説明する。図23~図25は、第2実施形態に係る半導体記憶装置の製造方法について説明するための模式的な断面図であり、図5に対応する構成を示している。
次に、図23~図25を参照して、第2実施形態に係る半導体記憶装置について説明する。図23~図25は、第2実施形態に係る半導体記憶装置の製造方法について説明するための模式的な断面図であり、図5に対応する構成を示している。
第2実施形態に係る半導体記憶装置は、第1実施形態に係る半導体記憶装置と同様に構成されている。第2実施形態に係る半導体記憶装置は、製造工程の一部が、第1実施形態に係る半導体記憶装置と異なっている。
例えば、図17及び図18を参照して説明した様に、第1実施形態に係る半導体記憶装置の製造工程においては、図16に示す様な構造の上面に絶縁層160Aを形成し、RIE等の手段によってこの絶縁層160Aの一部を選択的に除去して、導電層151の上端部を覆う絶縁層160を形成している。
一方、例えば図23に示す様に、第2実施形態に係る半導体記憶装置の製造工程においては、図16に示す様な構造の上面に絶縁層161Aを形成し、その上面に絶縁層160Aを形成する。絶縁層161Aは、例えば、窒化シリコン(Si3N4)等を含む。この工程は、例えば、CVD等の方法によって行う。
次に、例えば図24に示す様に、絶縁層160Aのうち、メモリブロックBLKに対応する部分を除去して、絶縁層161Aの上面を露出させる。これにより、導電層151の上端部を覆う複数の絶縁層160が形成される。この工程は、例えば、RIE等の手段によって行う。
次に、例えば図25に示す様に、絶縁層161Aのうち、メモリブロックBLKに対応する部分を除去して、複数の半導体層120の上端を露出させる。これにより、導電層151の上端部を覆う複数の絶縁層161が形成される。この工程は、例えば、ウェットエッチング等の手段によって、絶縁層161Aの一部を選択的に除去することによって行う。
[第3実施形態]
次に、図26を参照して、第3実施形態に係る半導体記憶装置について説明する。図26は、第3実施形態に係る半導体記憶装置の構成について説明するための模式的な断面図である。
次に、図26を参照して、第3実施形態に係る半導体記憶装置について説明する。図26は、第3実施形態に係る半導体記憶装置の構成について説明するための模式的な断面図である。
第3実施形態に係る半導体記憶装置は、基本的には第1実施形態に係る半導体記憶装置と同様に構成されている。ただし、第3実施形態に係る半導体記憶装置は、ブロック間構造150及び導電層170のかわりに、ブロック間構造350、絶縁層160及び導電層370を備えている。
ブロック間構造350は、Z方向及びX方向に延伸する酸化シリコン(SiO2)等の絶縁層である。
導電層370は、例えば、窒化チタン(TiN)等のバリア導電膜及び銅(Cu)又はアルミニウム(Al)等の金属膜の積層膜等を含んでいても良い。導電層370は、例えば、ソース線の一部として機能する。
導電層370は、Y方向に並ぶ複数の半導体層140及び複数の絶縁層160の上面を、全面にわたって覆っている。導電層370は、半導体層140の上面と接合しており、絶縁層160の上面に接している。
尚、導電層370の上面及び下面は、導電層170と異なり、略平坦に形成されている。
第3実施形態に係る半導体記憶装置の製造方法は、基本的には第1実施形態に係る半導体記憶装置の製造方法と同様である。ただし、第3実施形態においては、図13を参照して説明した工程と対応する工程において、溝150A内にブロック間構造350を形成する。この工程は、例えば、CVD及びRIE等の方法によって行う。また、図22を参照して説明した工程を実行しない。
尚、第3実施形態に係る半導体記憶装置の製造工程においては、第1実施形態と同様に図17及び図18を参照して説明した工程を実行するかわりに、第2実施形態と同様に図23~図25を参照して説明した工程を実行しても良い。この様な場合には、例えば図27に示す様に、第3実施形態に係る半導体記憶装置のブロック間構造350及び絶縁層160の間に絶縁層161が設けられることとなる。
[第4実施形態]
次に、図28を参照して、第4実施形態に係る半導体記憶装置について説明する。図28は、第4実施形態に係る半導体記憶装置の構成について説明するための模式的な断面図である。
次に、図28を参照して、第4実施形態に係る半導体記憶装置について説明する。図28は、第4実施形態に係る半導体記憶装置の構成について説明するための模式的な断面図である。
第4実施形態に係る半導体記憶装置は、基本的には第1実施形態に係る半導体記憶装置と同様に構成されている。ただし、第4実施形態に係る半導体記憶装置は、ブロック間構造150及び導電層170のかわりに、ブロック間構造450及び導電層470を備えている。
ブロック間構造450は、Z方向及びX方向に延伸する酸化シリコン(SiO2)等の絶縁層である。ブロック間構造450は、複数の導電層110及び絶縁層101に対応する高さ位置に設けられた第1部分451と、半導体層140に対応する高さ位置に設けられた第2部分452と、を備える。
導電層470は、基本的には第3実施形態に係る導電層370と同様に構成されている。ただし、導電層470の下面の一部は、絶縁層160の上面ではなくブロック間構造450の上面に接している。
第4実施形態に係る半導体記憶装置の製造方法は、基本的には第1実施形態に係る半導体記憶装置の製造方法と同様である。
ただし、第4実施形態においては、図11を参照して説明した工程と対応する工程において、例えば図29に示す様に、溝450Aを形成する。溝450Aは、基本的には溝150Aと同様に形成される。ただし、溝450Aの底面部の高さ位置は、ブロック間構造450の上端部の高さ位置に対応する位置に調整される。溝450AのZ方向における深さは、少なくとも、貫通孔120AのZ方向における深さよりも大きい。
また、図13を参照して説明した工程と対応する工程において、例えば図30に示す様に、溝450A内にブロック間構造450を形成する。この工程は、例えば、CVD及びRIE等の方法によって行う。
また、図31及び図32に示す様に、図14~図16を参照して説明した様な工程を実行する。
また、図17及び図18を参照して説明した工程を実行しない。
また、図33及び図34に示す様に、図19~図21を参照して説明した様な工程を実行する。ただし、図34に示す様に、図21を参照して説明した工程に対応する工程においては、絶縁層160ではなく、ブロック間構造450をCMP等のストッパとする。
[第5実施形態]
次に、図35~図38を参照して、第5実施形態に係る半導体記憶装置について説明する。図35は、第5実施形態に係る半導体記憶装置の構成について説明するための模式的な平面図である。図36は、同半導体記憶装置の一部の構成を示す模式的な断面図である。図37は、図36に示す構造の一部を拡大して示す模式的な断面図である。図38は、同半導体記憶装置の一部の構成を示す模式的な断面図である。尚、図35は、図36に示す構造をC-C´線に沿って切断し、矢印の方向に沿って見た断面に対応している。また、図35は、図38に示す構造をD-D´線に沿って切断し、矢印の方向に沿って見た断面に対応している。また、図36は、図35に示す構造をA-A´線に沿って切断し、矢印の方向に沿って見た断面に対応している。また、図38は、図35に示す構造をB-B´線に沿って切断し、矢印の方向に沿って見た断面に対応している。
次に、図35~図38を参照して、第5実施形態に係る半導体記憶装置について説明する。図35は、第5実施形態に係る半導体記憶装置の構成について説明するための模式的な平面図である。図36は、同半導体記憶装置の一部の構成を示す模式的な断面図である。図37は、図36に示す構造の一部を拡大して示す模式的な断面図である。図38は、同半導体記憶装置の一部の構成を示す模式的な断面図である。尚、図35は、図36に示す構造をC-C´線に沿って切断し、矢印の方向に沿って見た断面に対応している。また、図35は、図38に示す構造をD-D´線に沿って切断し、矢印の方向に沿って見た断面に対応している。また、図36は、図35に示す構造をA-A´線に沿って切断し、矢印の方向に沿って見た断面に対応している。また、図38は、図35に示す構造をB-B´線に沿って切断し、矢印の方向に沿って見た断面に対応している。
第5実施形態に係る半導体記憶装置は、基本的には第3実施形態に係る半導体記憶装置と同様に構成されている。ただし、第3実施形態に係る半導体記憶装置のメモリセルアレイ領域RMCAは、Y方向に並ぶ複数のメモリブロックBLK´と、これら複数のメモリブロックBLK´の間にそれぞれ設けられた複数のブロック間構造350と、複数のメモリブロックBLK´及び複数のブロック間構造350の上面に設けられた半導体層540と、ブロック間構造350の上端部に設けられた絶縁層560と、半導体層540及び絶縁層560の上面に設けられた導電層570と、を備える。
メモリブロックBLK´は、基本的には第3実施形態に係るメモリブロックBLKと同様に構成されている。ただし、メモリブロックBLK´は、半導体層140を備えていない。
半導体層540は、Y方向に並ぶ複数のメモリブロックBLK´の上面を全面にわたって覆っており、複数のメモリブロックBLK´に含まれる全ての半導体層120の上端部に接続されている。また、図35に示す様に、半導体層540のブロック間構造350に対応する位置には、X方向に所定の間隔で並ぶ複数の貫通孔541が設けられている。
図示の例では、図35のA-A´線に対応する断面(図36)に貫通孔541が設けられている。この様な断面においては、ブロック間構造350の上端部が、半導体層540を介さずに絶縁層560を介して導電層570の下面と対向している。一方、図35のB-B´線に対応する断面(図38)には貫通孔541が設けられていない。この様な断面においては、ブロック間構造350の上端部が、半導体層540を介して導電層570の下面と対向している。
尚、貫通孔541の内周面は、図37に示す様に、下方に位置する部分ほど貫通孔541の中心軸542から遠ざかり、上方に位置する部分ほど貫通孔541の中心軸542に近づく様な角度で傾いている。
絶縁層560は、例えば、酸化シリコン(SiO2)等を含む。絶縁層560は、図35に示す様に、ブロック間構造350の上端部に沿ってX方向に所定の間隔で配列されている。絶縁層560は、それぞれ、半導体層540に設けられた貫通孔541の内部に設けられている。
尚、絶縁層560の外周面は、図37に示す様に、下方に位置する部分ほど貫通孔541の中心軸542から遠ざかり、上方に位置する部分ほど貫通孔541の中心軸542に近づく様な角度で傾いている。従って、絶縁層560の下面の外径は、絶縁層560の上面の外径よりも大きい。
導電層570は、基本的には導電層370と同様に構成されている。導電層570は、半導体層540及び絶縁層560の上面を全面にわたって覆っている。導電層570は、半導体層540の上面と接合しており、絶縁層160の上面に接している。
第5実施形態に係る半導体記憶装置の製造方法は、基本的には第3実施形態に係る半導体記憶装置の製造方法と同様である。
ただし、第5実施形態においては、図18を参照して説明した工程と対応する工程において、絶縁層160AのメモリブロックBLKに対応する部分、及び、絶縁層160Aのブロック間構造350に対応する部分の一部を除去して、複数の半導体層120の上端、及び、ブロック間構造350の上端部の一部を露出させる。これにより、ブロック間構造350の上端部に沿ってX方向に配列された複数の絶縁層560が形成される。この工程は、例えば、RIE等の手段によって行う。
尚、第5実施形態に係る半導体記憶装置の製造工程においては、第1実施形態と同様に図17を参照して説明した工程を実行するかわりに、第2実施形態と同様に図23を参照して説明した工程を実行しても良い。また、図23を参照して説明した工程の後で、図18を参照して説明した工程と対応する上記工程を実行しても良い。また、この工程の後で、図25を参照して説明した工程と同様の工程を実行しても良い。
この様な場合には、第5実施形態に係る半導体記憶装置のブロック間構造350及び絶縁層560の間に絶縁層161が設けられることとなる。
[その他]
第1実施形態~第4実施形態においては、図21を参照して説明した工程、又は、この工程に対応する工程において、絶縁層160又はブロック間構造450をストッパとするCMP等の方法を実行する。従って、半導体層140の上面は、例えば図39に示す様に、Y方向の端部に近い部分ほど上方に位置し、Y方向の端部から遠い部分ほど下方に位置する様な凹面状に形成される場合がある。また、導電層170の部分171、導電層370のこれに対応する部分、又は、導電層470のこれに対応する部分の上面及び下面も、これに対応する面状に形成される場合がある。
第1実施形態~第4実施形態においては、図21を参照して説明した工程、又は、この工程に対応する工程において、絶縁層160又はブロック間構造450をストッパとするCMP等の方法を実行する。従って、半導体層140の上面は、例えば図39に示す様に、Y方向の端部に近い部分ほど上方に位置し、Y方向の端部から遠い部分ほど下方に位置する様な凹面状に形成される場合がある。また、導電層170の部分171、導電層370のこれに対応する部分、又は、導電層470のこれに対応する部分の上面及び下面も、これに対応する面状に形成される場合がある。
同様に、第5実施形態においては、図21を参照して説明した工程に対応する工程において、絶縁層560をストッパとするCMP等の方法を実行する。従って、半導体層540の上面は、絶縁層560に近い部分ほど上方に位置し、絶縁層560から遠い部分ほど下方に位置する様な凹面状に形成される場合がある。また、導電層570の上面も、これに対応する面状に形成される場合がある。
また、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。
110…導電層、120…半導体層、130…ゲート絶縁膜、140…半導体層、150…ブロック間構造、160…絶縁層、170…導電層。
Claims (13)
- 第1方向に並ぶ第1領域及び第2領域を備える基板と、
前記第1領域に設けられ、前記基板の表面と交差する第2方向に交互に積層された複数の第1導電層及び複数の第1絶縁層と、
前記第1領域に設けられ、前記第2方向に延伸し、前記複数の第1導電層及び前記複数の第1絶縁層に対向する第1半導体層と、
前記第1領域に設けられ、前記複数の第1導電層及び前記複数の第1絶縁層よりも前記基板から遠く、前記第1半導体層に接続された第2半導体層と、
前記第2領域に設けられ、前記第2方向に交互に積層された複数の第2導電層及び複数の第2絶縁層と、
前記第2領域に設けられ、前記第2方向に延伸し、前記複数の第2導電層及び前記複数の第2絶縁層に対向する第3半導体層と、
前記第2領域に設けられ、前記複数の第2導電層及び前記複数の第2絶縁層よりも前記基板から遠く、前記第3半導体層に接続された第4半導体層と、
前記第2半導体層及び前記第4半導体層の、前記第2方向における前記基板から遠い方の面と接合する第3導電層と
を備え、
前記第2半導体層及び前記第4半導体層は、前記第1方向において、お互いに離間して設けられている
半導体記憶装置。 - 前記第1方向及び前記第2方向に延伸し、前記第2半導体層及び前記第4半導体層を含む第1の断面において、
前記第2半導体層の、前記第1方向における前記第4半導体層側の側面は、前記基板に近い部分ほど前記第4半導体層から遠ざかり、前記基板から遠い位置ほど前記第4半導体層に近づく様な角度で傾いており、
前記第4半導体層の、前記第1方向における前記第2半導体層側の側面は、前記基板に近い部分ほど前記第2半導体層から遠ざかり、前記基板から遠い位置ほど前記第2半導体層に近づく様な角度で傾いている
請求項1記載の半導体記憶装置。 - 前記第1方向及び前記第2方向に延伸し、前記第2半導体層及び前記第4半導体層を含む第1の断面において、
前記第2半導体層の、前記第2方向における前記基板に近い方の面を第1の面とし、
前記第2半導体層の、前記第2方向における前記基板から遠い方の面を第2の面とし、
前記第4半導体層の、前記第2方向における前記基板に近い方の面を第3の面とし、
前記第4半導体層の、前記第2方向における前記基板から遠い方の面を第4の面とすると、
前記第1の面と前記第3の面との間の最短距離は、前記第2の面と前記第4の面との間の最短距離よりも大きい
請求項1又は2記載の半導体記憶装置。 - 前記複数の第1導電層及び前記複数の第1絶縁層と、前記複数の第2導電層及び前記複数の第2絶縁層と、の間に設けられ、前記第2方向に延伸する第4導電層を備え、
前記第4導電層の前記第2方向における前記基板から遠い方の端部は、前記第3導電層に接続され、
前記第3導電層と前記第4導電層との接続部は、前記第2半導体層と前記第3導電層との接合面、及び、前記第4半導体層と前記第3導電層との接合面よりも、前記基板に近い
請求項1~3のいずれか1項記載の半導体記憶装置。 - 前記複数の第1導電層及び前記複数の第1絶縁層と、前記複数の第2導電層及び前記複数の第2絶縁層と、の間に設けられ、前記第2方向に延伸する第3絶縁層と、
前記第3絶縁層よりも前記基板から遠く、前記第2半導体層と、前記第4半導体層と、の間に設けられた第4絶縁層と
を備え、
前記第3導電層の一部は、前記第4絶縁層の前記第2方向における前記基板から遠い方の面に接している
請求項1~3のいずれか1項記載の半導体記憶装置。 - 前記第3絶縁層及び前記第4絶縁層の間に設けられた第5絶縁層を備え、
前記第5絶縁層は、前記第4絶縁層と異なる材料を含む
請求項5記載の半導体記憶装置。 - 前記複数の第1導電層及び前記複数の第1絶縁層と、前記複数の第2導電層及び前記複数の第2絶縁層と、の間に設けられ、前記第2方向に延伸する第3絶縁層を備え、
前記第3導電層の一部は、前記第3絶縁層の前記第2方向における前記基板から遠い方の端部に接している
請求項1~3のいずれか1項記載の半導体記憶装置。 - 第1方向に並ぶ第1領域及び第2領域を備える基板と、
前記第1領域に設けられ、前記基板の表面と交差する第2方向に交互に積層された複数の第1導電層及び複数の第1絶縁層と、
前記第1領域に設けられ、前記第2方向に延伸し、前記複数の第1導電層及び前記複数の第1絶縁層に対向する第1半導体層と、
前記第2領域に設けられ、前記第2方向に交互に積層された複数の第2導電層及び複数の第2絶縁層と、
前記第2領域に設けられ、前記第2方向に延伸し、前記複数の第2導電層及び前記複数の第2絶縁層に対向する第2半導体層と、
前記複数の第1導電層及び前記複数の第1絶縁層と、前記複数の第2導電層及び前記複数の第2絶縁層と、の間に設けられ、前記第2方向に延伸する第1構造と、
前記複数の第1導電層及び前記複数の第1絶縁層、並びに、前記複数の第2導電層及び前記複数の第2絶縁層よりも前記基板から遠く、前記第1半導体層及び前記第2半導体層に接続された第3半導体層と、
前記第3半導体層の、前記第2方向における前記基板から遠い方の面と接合する第3導電層と
を備え、
前記第1方向に延伸し、前記第1構造、前記第3半導体層及び前記第3導電層を含む第1の断面において、前記第1構造の少なくとも一部が、前記第3半導体層を介さずに前記第3導電層と対向する
半導体記憶装置。 - 前記第1方向に延伸し、前記第1構造、前記第3半導体層及び前記第3導電層を含み、前記第1方向及び前記第2方向と交差する第3方向における位置が前記第1の断面と異なる第2の断面において、
前記第1構造が、前記第3半導体層を介して前記第3導電層と対向する
請求項8記載の半導体記憶装置。 - 前記第1の断面において、
前記第3半導体層は、前記第1半導体層に接続された第1部分と、前記第2半導体層に接続された第2部分と、を備え、
前記第1部分の、前記第1方向における前記第2部分側の側面は、前記基板に近い部分ほど前記第2部分から遠ざかり、前記基板から遠い位置ほど前記第2部分に近づく様な角度で傾いており、
前記第2部分の、前記第1方向における前記第1部分側の側面は、前記基板に近い部分ほど前記第1部分から遠ざかり、前記基板から遠い位置ほど前記第1部分に近づく様な角度で傾いている
請求項8又は9記載の半導体記憶装置。 - 前記第1の断面において、
前記第3半導体層は、前記第1半導体層に接続された第1部分と、前記第2半導体層に接続された第2部分と、を備え、
前記第1部分の、前記第2方向における前記基板に近い方の面を第1の面とし、
前記第1部分の、前記第2方向における前記基板から遠い方の面を第2の面とし、
前記第2部分の、前記第2方向における前記基板に近い方の面を第3の面とし、
前記第2部分の、前記第2方向における前記基板から遠い方の面を第4の面とすると、
前記第1の面と前記第3の面との間の最短距離は、前記第2の面と前記第4の面との間の最短距離よりも大きい
請求項8~10のいずれか1項記載の半導体記憶装置。 - 前記第1構造は、前記第2方向に延伸する第3絶縁層を備え、
前記第3絶縁層よりも前記基板から遠く、前記第3導電層よりも前記基板に近い位置に設けられた第4絶縁層を備え、
前記第3導電層の一部は、前記第4絶縁層の前記第2方向における前記基板から遠い方の面に接している
請求項8~11のいずれか1項記載の半導体記憶装置。 - 前記第3絶縁層及び前記第4絶縁層の間に設けられた第5絶縁層を備え、
前記第5絶縁層は、前記第4絶縁層と異なる材料を含む
請求項12記載の半導体記憶装置。
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