JP2024114022A - 半導体記憶装置 - Google Patents

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真一 丸山
弘光 原島
勉 高橋
直之 近藤
泰之 梶谷
靖 亀田
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Abstract

【課題】個片化をより適切に行う半導体記憶装置を提供する。【解決手段】半導体記憶装置は、面F1と、面F1とは反対側の面F2と、面F1と面F2との間の側面Fsと、を有するチップCMを備える。チップは、チップ領域Rcに設けられる半導体素子と、積層体Sと、構造体50と、裏面配線層MAと、絶縁層102と、ソース層BSLと、層間絶縁膜60と、外部パッド電極PXと、を有する。半導体素子は、面F1の法線方向Zから見てチップの中心部に設けられる。積層体は、法線方向から見て、チップの外周端部に設けられ、法線方向に交互に積層された複数の層L1と複数の層L2とを有する。構造体は、法線方向から見て、半導体素子と側面Fsとの間の少なくとも一部に設けられ、配線maと、柱状部であるビアコンタクト電極CCと、を有する。配線maは、面F1で露出されるように設けられる。柱状部は、配線maの下端に接続され、法線方向に延伸する。【選択図】図11

Description

本実施形態は、半導体記憶装置に関する。
半導体記憶装置の製造工程において、半導体素子が形成されたウェハを、ダイシングにより半導体チップに個片化する場合がある。しかし、ダイシング時にクラック又はチッピング等のダイシング不良が発生する可能性がある。ダイシング不良は、半導体素子に悪影響を与える可能性があり、また、歩留まりの低下につながる可能性がある。
特開2015-128178号公報
個片化をより適切に行うことができる半導体記憶装置を提供する。
本実施形態による半導体記憶装置は、第1面と、第1面とは反対側の第2面と、第1面と第2面との間の側面と、を有する半導体チップを備える。半導体チップは、半導体素子と、積層体と、をさらに有する。半導体素子は、第1面の法線方向から見て、半導体チップの中心部に設けられる。積層体は、法線方向から見て、半導体チップの外周端部に設けられ、法線方向に交互に積層された、複数の第1層と複数の第2層とを有する。構造体は、法線方向から見て、半導体素子と側面との間の少なくとも一部に設けられる。構造体は、第1配線と、第1柱状部と、を有する。第1配線は、第1面で露出されるように設けられる。第1柱状部は、第1配線の下端に接続され、法線方向に延伸する。
メモリダイの構成を示す模式的なブロック図である。 メモリダイの一部の構成を示す模式的な回路図である。 第1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。 チップの構成例を示す模式的な底面図である。 メモリダイの一部の構成を示す模式的な断面図である。 メモリダイの一部の構成を示す模式的な断面図である。 チップの一部の構成を示す模式的な底面図である。 チップの一部の構成を示す模式的な断面図である。 第1実施形態に係る半導体ウェハの一部の構成の一例を示す平面図である。 第1実施形態に係る半導体ウェハの一部の構成の一例を示す平面図である。 第1実施形態に係る半導体ウェハの一部の構成の一例を示す断面図である。 第2実施形態に係る半導体ウェハの構成の一例を示す図である。
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、第1の構成が第2の構成及び第3の構成の「間に接続されている」と言った場合、第1の構成、第2の構成及び第3の構成が直列に接続され、且つ、第2の構成が第1の構成を介して第3の構成に接続されていることを意味する場合がある。
また、本明細書において、回路等が2つの配線等を「導通させる」と言った場合には、例えば、この回路等がトランジスタ等を含んでおり、このトランジスタ等が2つの配線の間の電流経路に設けられており、このトランジスタ等がON状態となることを意味する事がある。
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。
また、本明細書において、「配線」という場合、配線、ビアコンタクト電極、配線及びビアコンタクト電極を接続するための接続部、貼合電極等を含む場合がある。
[第1実施形態]
[メモリダイMDの回路構成]
図1は、第1実施形態に係るメモリダイMDの構成を示す模式的なブロック図である。図2は、メモリダイMDの一部の構成を示す模式的な回路図である。
尚、図1には、複数の制御端子等を図示している。これら複数の制御端子は、ハイアクティブ信号(正論理信号)に対応する制御端子として表される場合がある。また、複数の制御端子は、ローアクティブ信号(負論理信号)に対応する制御端子として表される場合がある。また、複数の制御端子は、ハイアクティブ信号及びローアクティブ信号の双方に対応する制御端子として表される場合がある。図1において、ローアクティブ信号に対応する制御端子の符号は、オーバーライン(上線)を含む。本明細書において、ローアクティブ信号に対応する制御端子の符号は、スラッシュ(“/”)を含む。尚、図1の記載は例示であり、具体的な態様は適宜調整可能である。例えば、一部又は全部のハイアクティブ信号をローアクティブ信号としたり、一部又は全部のローアクティブ信号をハイアクティブ信号としたりすることも可能である。
図1に示す様に、メモリダイMDは、メモリセルアレイMCAと、周辺回路PCと、を備える。周辺回路PCは、電圧生成回路VGと、ロウデコーダRDと、センスアンプモジュールSAMと、シーケンサSQCと、を備える。また、周辺回路PCは、キャッシュメモリCMと、アドレスレジスタADRと、コマンドレジスタCMRと、ステータスレジスタSTRと、を備える。また、周辺回路PCは、入出力制御回路I/Oと、論理回路CTRと、を備える。
[メモリセルアレイMCAの回路構成]
メモリセルアレイMCAは、図2に示す様に、複数のメモリブロックBLKを備える。これら複数のメモリブロックBLKは、それぞれ、複数のストリングユニットSUを備える。これら複数のストリングユニットSUは、それぞれ、複数のメモリストリングMSを備える。これら複数のメモリストリングMSの一端は、それぞれ、ビット線BLを介して周辺回路PCに接続される。また、これら複数のメモリストリングMSの他端は、それぞれ、共通のソース線SLを介して周辺回路PCに接続される。
メモリストリングMSは、ドレイン側選択トランジスタSTDと、複数のメモリセルMC(メモリトランジスタ)と、ソース側選択トランジスタSTSと、を備える。ドレイン側選択トランジスタSTD、複数のメモリセルMC、及び、ソース側選択トランジスタSTSは、ビット線BL及びソース線SLの間に直列に接続される。以下、ドレイン側選択トランジスタSTD及びソース側選択トランジスタSTSを、単に選択トランジスタ(STD、STS)と呼ぶ事がある。
メモリセルMCは、電界効果型のトランジスタである。メモリセルMCは、半導体層、ゲート絶縁膜、及び、ゲート電極を備える。半導体層は、チャネル領域として機能する。ゲート絶縁膜は、電荷蓄積膜を含む。メモリセルMCのしきい値電圧は、電荷蓄積膜中の電荷量に応じて変化する。メモリセルMCは、1ビット又は複数ビットのデータを記憶する。尚、1のメモリストリングMSに対応する複数のメモリセルMCのゲート電極には、それぞれ、ワード線WLが接続される。これらワード線WLは、それぞれ、1のメモリブロックBLK中の全てのメモリストリングMSに共通に接続される。
選択トランジスタ(STD、STS)は、電界効果型のトランジスタである。選択トランジスタ(STD、STS)は、半導体層、ゲート絶縁膜、及び、ゲート電極を備える。半導体層は、チャネル領域として機能する。ゲート絶縁膜は電荷蓄積層を含んでいても良い。選択トランジスタ(STD、STS)のゲート電極には、それぞれ、選択ゲート線(SGD、SGS)が接続される。1つのドレイン側選択ゲート線SGDは、1つのストリングユニットSU中の全てのメモリストリングMSに共通に接続される。1つのソース側選択ゲート線SGSは、1つのメモリブロックBLK中の全てのメモリストリングMSに共通に接続される。尚、ドレイン側選択ゲート線SGD及びソース側選択ゲート線SGSを、それぞれ、選択ゲート線SGと呼ぶ場合がある。
[メモリダイMDの構造]
図3は、第1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。図3に示す通り、メモリダイMDは、メモリセルアレイMCA側のチップCと、周辺回路PC側のチップCと、を備える。
チップCの上面には、図示しないボンディングワイヤに接続可能な複数の外部パッド電極Pが設けられている。また、チップCの下面には、複数の貼合電極PI1が設けられている。また、チップCの上面には、複数の貼合電極PI2が設けられている。以下、チップCについては、複数の貼合電極PI1が設けられる面を表面と呼び、複数の外部パッド電極Pが設けられる面を裏面と呼ぶ。また、チップCについては、複数の貼合電極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Cの表面はチップCの裏面よりも上方に設けられ、チップCの裏面はチップCの表面よりも上方に設けられる。
チップC及びチップCは、チップCの表面とチップCの表面とが対向するよう配置される。複数の貼合電極PI1は、複数の貼合電極PI2にそれぞれ対応して設けられ、複数の貼合電極PI2に貼合可能な位置に配置される。貼合電極PI1と貼合電極PI2とは、チップCとチップC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。
尚、図3の例において、チップCの角部a1、a2、a3、a4は、それぞれ、チップCの角部b1、b2、b3、b4と対応する。
図4は、チップCの構成例を示す模式的な底面図である。図4では、貼合電極PI1等の一部の構成を省略している。図5及び図6は、メモリダイMDの一部の構成を示す模式的な断面図である。図7は、チップCの一部の構成を示す模式的な底面図である。図7では、左側の領域においてワード線WLの位置のXY断面を示し、右側の領域においてドレイン側選択ゲート線SGDの位置のXY断面を示している。尚、図7の右側の領域では、半導体層120とビット線BLとの接続部分を表すために、ビアコンタクト電極ch,Vy、及びビット線BLも示している。図7の左側の領域においても、ビアコンタクト電極ch,Vy、及びビット線BLが設けられている。図8は、チップCの一部の構成を示す模式的な断面図である。図8は、YZ断面を示しているが、半導体層120の中心軸に沿ったYZ断面以外の断面(例えば、XZ断面)を観察した場合にも、図8と同様の構造が観察される。
[チップCの構造]
図4の例において、チップCは、X方向に並ぶ4つのメモリプレーンMP0~MP3を備える。尚、4つのメモリプレーンMP0~MP3を、それぞれ、単にメモリプレーンMPと呼ぶ場合がある。また、これら4つのメモリプレーンMP0~MP3は、それぞれ、Y方向に並ぶ複数のメモリブロックBLKを備える。また、図4の例において、これら4つのメモリプレーンMP0~MP3は、それぞれ、X方向の両端部に設けられたフックアップ領域RHUと、これらの間に設けられたメモリホール領域RMH(メモリ領域)と、を備える。また、図4の例では、メモリホール領域RMHがX方向に4つの領域RMHUに分割されている。これら4つの領域RMHUのX方向における幅は、全て同じでも良いし、同じでなくても良い。また、チップCは、4つのメモリプレーンMP0~MP3よりもY方向の一端側に設けられた周辺領域Rを備える。
尚、図示の例では、フックアップ領域RHUがメモリプレーンMPのX方向の両端部に設けられている。しかしながら、この様な構成は例示に過ぎず、具体的な構成は適宜調整可能である。例えば、フックアップ領域RHUは、メモリプレーンMPのX方向の両端部でなく、X方向の一端部に設けられていても良い。また、フックアップ領域RHUは、メモリプレーンMPのX方向の中央位置又は中央近傍の位置に設けられていても良い。
チップCは、例えば図5に示す様に、基体層LSBと、基体層LSBの下方に設けられたメモリセルアレイ層LMCAと、メモリセルアレイ層LMCAの下方に設けられたビアコンタクト電極層CHと、ビアコンタクト電極層CHの下方に設けられた複数の配線層M0,M1と、配線層M0,M1の下方に設けられたチップ貼合電極層MBと、を備える。
[チップCの基体層LSBの構造]
例えば図5に示す様に、基体層LSBは、メモリセルアレイ層LMCAの上面に設けられた導電層100と、導電層100の上面に設けられた絶縁層101と、絶縁層101の上面に設けられた裏面配線層MAと、裏面配線層MAの上面に設けられた絶縁層102と、を備える。
導電層100は、例えば、リン(P)等のN型の不純物又はホウ素(B)等のP型の不純物が注入されたシリコン(Si)等の半導体層を含んでいても良いし、タングステン(W)等の金属を含んでいても良いし、タングステンシリサイド(WSi)等のシリサイドを含んでいても良い。
導電層100は、ソース線SL(図1)の一部として機能する。導電層100は、4つのメモリプレーンMP0~MP3(図4)に対応して4つ設けられている。メモリプレーンMPのX方向及びY方向の端部には、導電層100を含まない領域VZが設けられている。
絶縁層101は、例えば、酸化シリコン(SiO)等を含む。
裏面配線層MAは、複数の配線maを含む。これら複数の配線maは、例えば、アルミニウム(Al)等を含んでいても良い。
複数の配線maのうちの一部は、ソース線SL(図2)の一部として機能する。この配線maは、4つのメモリプレーンMP0~MP3(図4)に対応して4つ設けられている。この配線maは、それぞれ、導電層100に電気的に接続されている。
また、複数の配線maのうちの一部は、外部パッド電極Pとして機能する。この配線maは、周辺領域Rに設けられている。この配線maは、導電層100を含まない領域VZにおいてメモリセルアレイ層LMCA中のビアコンタクト電極CCに接続されている。また、配線maの一部は、絶縁層102に設けられた開口TVを介してメモリダイMDの外部に露出する。
絶縁層102は、例えば、ポリイミド等の絶縁材料からなるパッシベーション層である。
[チップCのメモリセルアレイ層LMCAのメモリホール領域RMHにおける構造]
図4を参照して説明した様に、メモリセルアレイ層LMCAには、Y方向に並ぶ複数のメモリブロックBLKが設けられている。図5に示す様に、Y方向に隣り合う2つのメモリブロックBLKの間には、酸化シリコン(SiO)等のブロック間絶縁層STが設けられる。Z方向に並ぶ複数の導電層110を含み、Y方向に並ぶ複数の積層構造が、複数のメモリブロックBLKに対応する。
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、を備える。また、図8に示す様に、複数の導電層110及び複数の半導体層120の間には、それぞれ、ゲート絶縁膜130が設けられている。
導電層110は、X方向に延伸する略板状の形状を備える。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)、モリブデン(Mo)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(SiO)等の層間絶縁層111が設けられている。
複数の導電層110のうち、最上層に位置する一又は複数の導電層110は、ソース側選択トランジスタSTS(図2)のゲート電極及びソース側選択ゲート線SGSとして機能する(図5参照)。これら複数の導電層110は、メモリブロックBLK毎に電気的に独立している。
また、これよりも下方に位置する複数の導電層110は、メモリセルMC(図2)のゲート電極及びワード線WLとして機能する。これら複数の導電層110は、それぞれ、メモリブロックBLK毎に電気的に独立している。
また、これよりも下方に位置する一又は複数の導電層110は、ドレイン側選択トランジスタSTDのゲート電極及びドレイン側選択ゲート線SGDとして機能する。例えば図7に示す様に、これら複数の導電層110のY方向の幅YSGDは、ワード線WLとして機能する導電層110のY方向の幅YWLよりも小さい。また、Y方向に隣り合う2つの導電層110の間には、酸化シリコン(SiO)等のストリングユニット間絶縁層SHEが設けられている。
半導体層120は、例えば図7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、それぞれ、1つのメモリストリングMS(図2)に含まれる複数のメモリセルMC及び選択トランジスタ(STD,STS)のチャネル領域として機能する。半導体層120は、例えば、多結晶シリコン(Si)等を含む。半導体層120は、略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が設けられている。半導体層120の外周面は、それぞれ複数の導電層110によって囲まれており、これら複数の導電層110と対向している。
また、半導体層120の上端には、図示しない不純物領域が設けられている。この不純物領域は、上記導電層100に接続されている(図5参照)。この不純物領域は、例えば、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。
また、半導体層120の下端には、図示しない不純物領域が設けられている。この不純物領域は、ビアコンタクト電極ch及びビアコンタクト電極Vyを介してビット線BLに接続される。この不純物領域は、例えば、リン(P)等のN型の不純物を含む。
ゲート絶縁膜130は、例えば図7に示す様に、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8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(SiO)、窒酸化シリコン(SiON)等を含む。電荷蓄積膜132は、例えば、窒化シリコン(SiN)等の電荷を蓄積可能な膜を含む。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と導電層100との接触部を除く半導体層120の外周面に沿ってZ方向に延伸する。
尚、図8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。
[チップCのメモリセルアレイ層LMCAの周辺領域Rにおける構造]
周辺領域Rには、例えば図5に示す様に、外部パッド電極Pに対応して、複数のビアコンタクト電極CCが設けられている。これら複数のビアコンタクト電極CCは、上端において外部パッド電極Pに接続されている。
[ビアコンタクト電極層CHの構造]
ビアコンタクト電極層CHに含まれる複数のビアコンタクト電極chは、例えば、メモリセルアレイ層LMCA中の構成及びチップC中の構成の少なくとも一方に、電気的に接続される。
ビアコンタクト電極層CHは、複数の配線として、複数のビアコンタクト電極chを含む。これら複数のビアコンタクト電極ch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。ビアコンタクト電極chは、複数の半導体層120に対応して設けられ、複数の半導体層120の下端に接続されている。
[チップCの配線層M0,M1の構造]
配線層M0,M1に含まれる複数の配線は、例えば、メモリセルアレイ層LMCA中の構成及びチップC中の構成の少なくとも一方に、電気的に接続される。
配線層M0は、複数の配線m0を含む。これら複数の配線m0は、例えば、窒化チタン(TiN)、窒化タンタル(TaN)、窒化タンタル(TaN)とタンタル(Ta)との積層膜等のバリア導電膜及び銅(Cu)等の金属膜の積層膜等を含んでいても良い。尚、複数の配線m0のうちの一部は、ビット線BLとして機能する。ビット線BLは、例えば図7に示す様に、X方向に並びY方向に延伸する。
配線層M1は、例えば図5に示す様に、複数の配線m1を含む。これら複数の配線m1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。
[チップ貼合電極層MBの構造]
チップ貼合電極層MBに含まれる複数の配線は、例えば、メモリセルアレイ層LMCA中の構成及びチップC中の構成の少なくとも一方に、電気的に接続される。
チップ貼合電極層MBは、複数の貼合電極PI1(貼合パッド)を含む。これら複数の貼合電極PI1は、例えば、窒化チタン(TiN)、窒化タンタル(TaN)、窒化タンタル(TaN)とタンタル(Ta)との積層膜等のバリア導電膜pI1B及び銅(Cu)等の金属膜pI1Mの積層膜等を含んでいても良い。
[チップCの構造]
チップCは、例えば図5に示す様に、半導体基板200と、半導体基板200の上方に設けられた電極層GCと、電極層GCの上方に設けられた配線層D0,D1,D2,D3,D4と、配線層D0,D1,D2,D3,D4の上方に設けられたチップ貼合電極層DBと、を備える。
[チップCの半導体基板200の構造]
半導体基板200は、例えば、ホウ素(B)等のP型の不純物を含むP型のシリコン(Si)を含む。半導体基板200の表面には、例えば、リン(P)等のN型の不純物を含むN型ウェル領域200Nと、ホウ素(B)等のP型の不純物を含むP型ウェル領域200Pと、N型ウェル領域200N及びP型ウェル領域200Pが設けられていない半導体基板領域200Sと、絶縁領域STIと、が設けられている。P型ウェル領域200Pの一部は半導体基板領域200Sに設けられており、P型ウェル領域200Pの一部はN型ウェル領域200Nに設けられている。N型ウェル領域200N、N型ウェル領域200N及び半導体基板領域200Sに設けられたP型ウェル領域200P、並びに、半導体基板領域200Sは、それぞれ、周辺回路PCを構成する複数のトランジスタTr、及び、複数のキャパシタ等の一部として機能する。尚、複数のトランジスタTrの一部は、ワード線スイッチWLSW及び選択ゲート線スイッチSGSWとして機能する。
[チップCの電極層GCの構造]
半導体基板200の上面には、絶縁層200Gを介して、電極層GCが設けられている。電極層GCは、半導体基板200の表面と対向する複数の電極gcを含む。また、半導体基板200の各領域及び電極層GCに含まれる複数の電極gcは、それぞれ、ビアコンタクト電極CSに接続されている。
半導体基板200のN型ウェル領域200N、N型ウェル領域200N及び半導体基板領域200Sに設けられたP型ウェル領域200P、並びに、半導体基板領域200Sは、それぞれ、周辺回路PCを構成する複数のトランジスタTrのチャネル領域、及び、複数のキャパシタの一方の電極等として機能する。
電極層GCに含まれる複数の電極gcは、それぞれ、周辺回路PCを構成する複数のトランジスタTrのゲート電極、及び、複数のキャパシタの他方の電極等として機能する。
ビアコンタクト電極CSは、Z方向に延伸し、下端において半導体基板200又は電極gcの上面に接続されている。ビアコンタクト電極CSと半導体基板200との接続部分には、N型の不純物又はP型の不純物を含む不純物領域が設けられている。ビアコンタクト電極CS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。
[チップCの配線層D0,D1,D2,D3,D4の構造]
例えば図5に示す様に、D0,D1,D2,D3,D4に含まれる複数の接続部及び複数の配線は、例えば、メモリセルアレイ層LMCA中の構成及びチップC中の構成の少なくとも一方に、電気的に接続される。
配線層D0,D1,D2は、それぞれ、複数の接続部d0,d1,d2及び複数の配線を含む。これら複数の接続部d0,d1,d2及び複数の配線は、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。
配線層D3,D4は、それぞれ、複数の接続部d3,d4及び複数の配線を含む。これら複数の接続部d3,d4及び複数の配線は、例えば、窒化チタン(TiN)、窒化タンタル(TaN)、窒化タンタル(TaN)とタンタル(Ta)との積層膜等のバリア導電膜及び銅(Cu)等の金属膜の積層膜等を含んでいても良い。
[テストパターンTEG]
次に、テストパターンTEGについて説明する。
図9は、第1実施形態に係る半導体ウェハ10の一部の構成の一例を示す平面図である。半導体ウェハ10は、図3に示すメモリダイMDに個片化される前において、チップC側のウェハと、チップC側のウェハと、が貼合された貼合ウェハである。図9は、半導体ウェハ10の表面側、すなわち、チップC側の平面図を示している。
半導体ウェハ10は、その表面上に複数のチップ領域Rcと、複数のダイシング領域Rdとを備える。チップ領域Rcは、後のダイシング工程でそれぞれ半導体チップ(メモリダイMD)として個片化される半導体チップの領域である。チップ領域Rcには、チップパターンが設けられている。本実施形態において、チップパターンは、例えば、メモリセルアレイMCA、及び、メモリセルアレイMCAを制御する制御回路を含む。メモリセルアレイMCAを制御する制御回路は、チップC側に設けられており、図9では示されていない。
ダイシング領域Rdは、互いに隣接する複数のチップ領域Rc間に設けられ、後のダイシング工程でチップ領域Rcを個片化するためにカット(除去)される。ダイシング領域Rdには、テストパターンTEGが設けられている。
図10は、第1実施形態に係る半導体ウェハ10の一部の構成の一例を示す平面図である。図10は、半導体チップCH(メモリダイMD)に個片化する前の半導体ウェハ10を示す。第1実施形態による半導体記憶装置は、例えば、個片化後の半導体チップCHを備えている。
また、図10に示す例では、図1に対応するチップ領域Rc及びダイシング領域Rdが示されている。尚、図10に示す例では、4つのチップ領域Rcが示されている。図10に示す例では、4つの半導体チップCHも示されている。半導体チップCHは、チップ領域Rcと、ダイシング後のダイシング領域Rdの一部と、を含むように、半導体ウェハ10から個片化される。ダイシング領域Rdに沿ってダイカットを行うことにより、半導体チップCHの個片化が行われる。個片化は、例えば、ブレードダイシングにより行われる。しかし、後で説明するように、個片化は、ブレードダイシングに限られない。
半導体チップCHは、面F1と、面F2と、側面Fsと、を有する。面F1は、チップC側の面である。面F2は、面F1とは反対側の面である。側面Fsは、面F1と面F2との間の側面である。側面Fsは、個片化の際の切断面に対応する。図10は、面F1側から半導体ウェハ10を見た図である。
上記のように、半導体チップCHは、図3に示すメモリダイMDでもある。すなわち、半導体チップCHは、チップCと、チップCと貼合されたチップCと、を有する。
半導体チップCHは、半導体素子と、積層体Sと、構造体50と、裏面配線層MAと、絶縁層102と、ソース層BSLと、層間絶縁膜60と、外部パッド電極Pと、を有する。尚、積層体Sは、チップCに配置される。
半導体素子は、例えば、チップ領域Rcに設けられる。半導体素子は、例えば、上記のメモリセルアレイMCA及び制御回路である。メモリセルアレイMCA及び制御回路は、図5を参照して説明した構成を有する。半導体素子は、面F1の法線方向(Z方向)から見て、半導体チップCHの中心部に設けられてもよい。
積層体Sは、例えば、ダイシング領域Rdに設けられる。積層体Sは、Z方向から見て、半導体チップCHの外周端部に設けられる。積層体Sは、図9に示すテストパターンTEGに含まれる。
構造体50は、例えば、ダイシング領域Rdに設けられる。構造体50は、Z方向から見て、半導体素子と側面Fsとの間の少なくとも一部に設けられる。構造体50は、例えば、Z方向から見て、半導体素子を囲むように設けられる。構造体50は、例えば、ダイシング時のクラックストッパとして機能する。これにより、半導体チップCHの側面Fsからクラック等が半導体チップCHの内部に進入することを抑制することができる。この結果、個片化をより適切に行うことができる。
図11は、第1実施形態に係る半導体ウェハ10の一部の構成の一例を示す断面図である。尚、図10のA-A線は、断面図である図11に対応する断面を示す。
尚、半導体ウェハ10は、例えば、図11に示すダイシング領域Rdの右端で切断されて、半導体チップCHに個片化される。従って、図11に示すダイシング領域Rdの右端は、半導体チップCHの側面Fsに対応する。
図11に示すように、積層体Sは、Z方向に交互に積層体された、複数の層L1と複数の層L2とを有する。積層体Sの積層構造は、図5を参照して説明した、メモリセルアレイMCAの積層構造と対応する。例えば、積層体Sの層L1及び層L2は、メモリセルアレイMCAの導電層110および層間絶縁層111とそれぞれ対応する。従って、層L1が設けられるZ軸方向の位置は、導電層110が設けられるZ軸方向の位置と略同じである。層L1に含まれる材料は、導電層110に含まれる材料と略同じである。層L2が設け等得るZ軸方向の位置は、層間絶縁層111が設けられるZ軸方向の位置と略同じである。層L2に含まれる材料は、層間絶縁層111に含まれる材料と略同じである。尚、層L1、L2の積層数は、図11に示す例に限られない。
また、積層体Sは、切断面である側面Fsの少なくとも一部に露出するように配置される。
図11に示すように、構造体50は、積層体SのZ方向の位置に応じた位置に設けられる。図11に示す例では、構造体50の下端は、積層体Sの下端よりも低い位置まで延伸する。図11に示す例では、構造体50の上端は、面F1において露出される。
半導体ウェハ10の個片化の際に、切断面付近の積層体Sから、例えば、クラック又は積層体Sの膜剥がれ等が生じる場合がある。構造体50は、クラック及び膜剥がれをZ方向(例えば、+Z方向)に誘導する。これにより、チップ領域Rcにおける半導体素子へのクラック又は膜剥がれ等のダイシング不良の影響を抑制することができる。
尚、構造体50のより詳細な構造については、後で説明する。
裏面配線層MAは、図5を参照して説明したように、複数の配線maを含む。配線maは、チップ領域Rc及びダイシング領域Rdに設けられている。図11に示す例では、チップ領域Rcにおける配線maは、外部パッド電極Pを形成するように設けられ、ビアコンタクト電極CCと接続される。チップ領域Rcにおける配線maは、ビアコンタクト電極CCを介して、図5を参照して説明した、配線m0、ビアコンタクト電極V1、配線m1、及び貼合電極PI1と電気的に接続される。
絶縁層102は、図5を参照して説明したように、パッシベーション層である。絶縁層102は、チップ領域Rcと比較して、ダイシング領域Rdにはほとんど設けられない。これは、ダイシングの際に、例えば、絶縁層102の剥がれによって、ゴミ等の異物が発生するためである。また、絶縁層(保護膜)102は、面F1に設けられ、かつ、構造体50から離れるように配置される。また、チップ領域Rcにおける絶縁層102には、外部パッド電極Pを形成するための開口TVが設けられる。
ソース層BSLは、積層体S上に設けられる。ソース層BSLは、メモリセルアレイMCAの共通ソース電極として機能する。ソース層BSLには、例えば、ドープトポリシリコン等の導電性材料が用いられる。
層間絶縁膜60は、積層体S及び構造体50の周囲を覆うように設けられる。層間絶縁膜60は、例えば、シリコン酸化膜、又は、シリコン酸化膜とその他の絶縁膜(例えば、シリコン窒化膜)とを含む積層膜である。層間絶縁膜60は、例えば、TEOS(Tetraethoxysilane)等を用いて形成される。
また、層間絶縁膜60は、凹部61を有する。凹部61は、積層体Sが設けられる領域に配置される配線maの下面の高さから-Z方向に設けられている。
外部パッド電極Pは、面F1に設けられる。外部パッド電極Pは、例えば、図示しないボンディングワイヤと接続可能である。
次に、構造体50及びその周辺の構成の詳細について説明する。
構造体50は、ビアコンタクト電極(柱状部)CC、V1と、配線ma、m0、m1と、を有する。尚、ビアコンタクト電極CC、V1及び配線ma、m0、m1は、チップCに配置される。
構造体50の配線maは、凹部61内に設けられる。従って、構造体50の配線maは、積層体Sが設けられる領域に配置される配線maよりも低い位置に設けられる。また、構造体50の配線maは、外部パッド電極Pの材料と同じ材料を含む。
また、構造体50の配線maは、面F1で露出されるように設けられる。
また、構造体50の配線maの周囲における少なくとも一部の層間絶縁膜60の上面は、構造体50の配線maの上面よりも低い。より詳細には、配線maの周囲のうち、配線maよりも半導体素子(例えば、メモリセルアレイMCA)側の領域における層間絶縁膜60の上面の位置は、配線maの上面よりも低い。すなわち、凹部61は、凹部61の底面に設けられる凹部62を含む。凹部62は、構造体50の配線maの下面の高さから-Z方向に設けられている。凹部62は、例えば、チップ領域Rcの外周と、構造体50の配線maと、の間に設けられる。尚、チップ領域Rcの外周は、チップ領域Rcとダイシング領域Rdとの境界でもある。
また、上記のように、構造体50付近を含むダイシング領域Rdには、絶縁層102が設けられない領域が存在する。また、絶縁層102に開口TVを形成するために、RIE(Reactive Ion Etching)が半導体ウェハ10のほぼ全体に行われる。このRIEにおいて、絶縁層102又は配線maで覆われない領域の層間絶縁膜60が削れられる。従って、ダイシング領域において、構造体50の配線maの周辺における層間絶縁膜60は、RIEによって削られる。これにより、構造体の周囲に凹部62が形成される。
凹部62により、積層体Sで発生するクラック及び膜剥がれが半導体素子に進入することをさらに抑制しやすくすることができる。これにより、チップ領域Rcにおける半導体素子へのクラック又は膜はがれ等のダイシング不良の影響をさらに抑制することができる。
構造体50のビアコンタクト電極CCは、構造体50の配線maの下端に接続される。構造体50のビアコンタクト電極CCは、Z方向に延伸する。
また、構造体50は、複数のビアコンタクト電極CCを有する。複数のビアコンタクト電極CCは、Z方向から見て、半導体素子(例えば、メモリセルアレイMCA)の外周に沿って、複数列に配置される。図11に示す例では、Y方向に並んだ2つのビアコンタクト電極CCが設けられる。2列のビアコンタクト電極CCは、X方向に向かって断続的に設けられる(図10を参照)。
構造体50の配線m0は、構造体50のビアコンタクト電極CCの下端に接続される。構造体50の配線m0は、図5を参照して説明した配線層M0に含まれる。
構造体50のビアコンタクト電極V1は、構造体50の配線m0の下端に接続される。構造体50のビアコンタクト電極V1は、Z方向に延伸する。図11に示す例では、Y方向に並んだ2つのビアコンタクト電極V1が設けられる。2列のビアコンタクト電極V1は、X方向に向かって断続的に設けられる(図10を参照)。
構造体50の配線m1は、構造体50のビアコンタクト電極CCの下端に接続される。構造体50の配線m1は、図5を参照して説明した配線層M1に含まれる。
また、構造体50のビアコンタクト電極CC、V1及び配線ma、m0、m1は、チップ領域Rc(周辺領域R)におけるビアコンタクト電極CC、V1及び配線ma、m0、m1を形成する工程と同じ工程で形成される。
以上のように、第1実施形態によれば、構造体50の配線maは、面F1で露出されるように設けられる。構造体50のビアコンタクト電極CCは、構造体50の配線maの下端に接続され、Z方向に延伸する。これにより、ダイシング時に積層体Sで発生するクラック及び膜剥がれを、構造体50でZ方向(例えば、+Z方向)に誘導することができる。これにより、チップ領域Rcにおける半導体素子へのクラック又は膜剥がれ等によるダイシング不良の影響を抑制することができる。この結果、個片化をより適切に行うことができる。
尚、個片化は、ブレードダイシングに限られない。すなわち、第1実施形態は、個片化方法によらず適用可能である。例えば、ステルスダイシングでは、改質層を形成した後の劈開工程において、積層体Sからクラック又は膜剥がれ等のダイシング不良が発生する可能性がある。構造体50を設けることにより、クラック又は膜剥がれが半導体素子に進入することを抑制することができる。
[第2実施形態]
図12は、第2実施形態に係る半導体ウェハ10の構成の一例を示す図である。尚、図12は、ダイシング領域Rdを示している。第2実施形態では、構造体50がチップCに達するように設けられる点で、第1実施形態とは異なっている。
構造体50は、チップCを貫通して、チップCに達するように延伸する。より詳細には、構造体50は、チップCに達するように、連続的に延伸する。また、構造体50の下端は、半導体基板200と接続される。尚、半導体基板200は、チップCのうち、チップCとは反対側に設けられる。積層体Sで発生するクラック及び膜剥がれは、構造体50で-Z方向に誘導される可能性がある。この場合、構造体50がチップCに達するように設けられることにより、クラック又は膜剥がれが半導体素子等を含むチップ領域Rcに進入することを抑制することができる。
構造体50は、貼合電極PI1、PI2と、ビアコンタクト電極CS、C1~C4と、接続部d0~d4と、をさらに有する。尚、貼合電極PI1は、チップCに配置される。貼合電極PI2、ビアコンタクト電極CS、C1~C4、及び接続部d0~d4は、チップCに配置される。
貼合電極PI1は、配線m1の下端に接続される。
貼合電極PI2は、貼合電極PI1の下端に接続される。
接続部d4は、貼合電極PI2の下端に接続される。接続部d4は、図5を参照して説明した配線層D4に含まれる。
ビアコンタクト電極C4は、接続部d4の下端に接続される。ビアコンタクト電極C4は、Z方向に延伸する。
接続部d3は、ビアコンタクト電極C4の下端に接続される。接続部d3は、図5を参照して説明した配線層D3に含まれる。
ビアコンタクト電極C3は、接続部d3の下端に接続される。ビアコンタクト電極C3は、Z方向に延伸する。
接続部d2は、ビアコンタクト電極C3の下端に接続される。接続部d2は、図5を参照して説明した配線層D2に含まれる。
ビアコンタクト電極C2は、接続部d2の下端に接続される。ビアコンタクト電極C2は、Z方向に延伸する。
接続部d1は、ビアコンタクト電極C2の下端に接続される。接続部d1は、図5を参照して説明した配線層D1に含まれる。
ビアコンタクト電極C1は、接続部d1の下端に接続される。ビアコンタクト電極C1は、Z方向に延伸する。
接続部d0は、ビアコンタクト電極C1の下端に接続される。接続部d0は、図5を参照して説明した配線層D0に含まれる。
ビアコンタクト電極CSは、接続部d0の下端に接続される。ビアコンタクト電極CSは、Z方向に延伸する。ビアコンタクト電極CSの下端は、半導体基板200と接続される。
第2実施形態のように、構造体50がチップCに達するように設けられてもよい。第2実施形態による半導体記憶装置は、第1実施形態と同様の効果を得ることができる。
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、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。
CH 半導体チップ、S 積層体、40 エッジシール部、50 構造体、60 層間絶縁膜、61 凹部、62 凹部、102 絶縁層、CC ビアコンタクト電極、V1 ビアコンタクト電極、d0~d4 接続部、CS ビアコンタクト電極、C1~C4 ビアコンタクト電極、ma 配線、MCA メモリセルアレイ、Rc チップ領域、Rd ダイシング領域、F1 面、F2 面、Fs 側面、L1 層、L2 層、Tr トランジスタ

Claims (10)

  1. 第1面と、前記第1面とは反対側の第2面と、前記第1面と前記第2面との間の側面と、を有する半導体チップを備え、
    前記半導体チップは、
    前記半導体チップに設けられる半導体素子と、
    前記前記第1面の法線方向から見て、前記半導体チップの端部に設けられ、前記法線方向に交互に積層された、複数の第1層と複数の第2層とを有する積層体と、
    前記法線方向から見て、前記半導体素子と前記側面との間の少なくとも一部に設けられる構造体と、
    をさらに有し、
    前記構造体は、
    前記第1面で露出されるように設けられる第1配線と、
    前記第1配線の下端に接続され、前記法線方向に延伸する第1柱状部と、
    を有する、半導体記憶装置。
  2. 前記半導体チップは、前記積層体及び前記構造体の周囲を覆う絶縁膜をさらに備え、
    前記第1配線の周囲における少なくとも一部の前記絶縁膜の上面は、前記第1配線の上面よりも低い、請求項1に記載の半導体記憶装置。
  3. 前記第1配線の周囲のうち、前記第1配線よりも前記半導体素子側の領域における前記絶縁膜の上面は、前記第1配線の上面よりも低い、請求項2に記載の半導体記憶装置。
  4. 前記半導体チップは、前記第1面に設けられ、かつ、前記構造体から離れるように配置される保護膜をさらに有する、請求項1に記載の半導体記憶装置。
  5. 前記構造体は、複数の前記第1柱状部を有し、
    複数の前記第1柱状部は、前記法線方向から見て、前記半導体素子の外周に沿って、複数列に配置される、請求項1に記載の半導体記憶装置。
  6. 前記半導体チップは、前記第1面に設けられ、ワイヤと接続可能なパッドを有し、
    前記第1配線は、前記パッドの材料と同じ材料を含む、請求項1に記載の半導体記憶装置。
  7. 前記半導体チップは、第1チップと、前記第1チップと貼合された第2チップと、をさらに有し、
    前記積層体、前記第1柱状部、及び前記第1配線は、前記第1チップに配置される、請求項1に記載の半導体記憶装置。
  8. 前記構造体は、前記第1チップを貫通して、前記第2チップに達するように延伸する、 請求項7に記載の半導体記憶装置。
  9. 前記第2チップは、前記第1チップとは反対側に設けられる半導体基板を有し、
    前記構造体の下端は、前記半導体基板と接続される、請求項8に記載の半導体記憶装置。
  10. 前記第1チップにおける前記半導体素子は、前記積層体の積層構造と対応する積層構造を含むメモリセルアレイを有し、
    前記第2チップにおける前記半導体素子は、前記メモリセルアレイの下方に配置され、前記メモリセルアレイを制御する制御回路を有する、請求項7に記載の半導体記憶装置。
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