JP5658426B1 - 半導体装置、及び、半導体装置の製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
第1の柱状半導体層と、
前記第1の柱状半導体層の周囲に形成された第1のゲート絶縁膜と、
前記第1のゲート絶縁膜の周囲に形成された、金属からなるゲート電極と、
前記ゲート電極に接続された、金属からなるゲート配線と、
前記第1の柱状半導体層の上部周囲に形成された第2のゲート絶縁膜と、
前記第2のゲート絶縁膜の周囲に形成された、第1の金属材料からなる第1のコンタクトと、
前記第1のコンタクトの上部と前記第1の柱状半導体層の上部とを接続する、第2の金属材料からなる第2のコンタクトと、
前記第1の柱状半導体層の下部に形成された第2の拡散層と、
前記第2のコンタクト上に形成された柱状絶縁体層と、
前記柱状絶縁体層の上部周囲に形成された、抵抗が変化する膜と、
前記柱状絶縁体層の下部周囲に形成された、前記抵抗が変化する膜と接続される下部電極と、を有し、
前記第2のコンタクトと前記下部電極とは電気的に接続している、
ことを特徴とする。
前記フィン状半導体層の周囲に形成された第1の絶縁膜と、
前記フィン状半導体層上に形成された前記第1の柱状半導体層と、
を有し、
前記ゲート電極及び前記ゲート配線の周囲及び底下に形成された前記第1のゲート絶縁膜と、を有し、
前記ゲート配線は、前記フィン状半導体層に直交する方向に延在しており、
前記第2の拡散層は前記フィン状半導体層に形成されている、
ことが好ましい。
前記フィン状半導体層の周囲に形成された前記第1の絶縁膜と、
前記フィン状半導体層上に形成された第2の柱状半導体層と、
前記第2の柱状半導体層の周囲に形成された、金属からなるコンタクト電極と、
前記コンタクト電極に接続された前記フィン状半導体層に直交する方向に延在する、金属からなる前記コンタクト配線と、
前記フィン状半導体層と前記第2の柱状半導体層の下部に形成された前記第2の拡散層と、をさらに有し、
前記コンタクト電極は前記第2の拡散層と接続されている、
ことが好ましい。
前記フィン状半導体層に直交する方向での前記第1の柱状半導体層の線幅は、前記フィン状半導体層と直交する方向での前記フィン状半導体層の線幅と等しい、
ことが好ましい。
前記ゲート電極と前記ゲート配線の周囲及び底下に形成された前記第1のゲート絶縁膜と、を有し、
前記第2の拡散層は、前記半導体基板に形成されている、
ことが好ましい。
前記第2の柱状半導体層の周囲に形成された、金属からなるコンタクト電極と、
前記コンタクト電極に接続されたコンタクト配線と、
前記第2の柱状半導体層の下部に形成された前記第2の拡散層と、をさらに有し、
前記コンタクト電極は、前記第2の拡散層と接続されている、
ことが好ましい。
半導体基板上にフィン状半導体層を形成し、前記フィン状半導体層の周囲に第1の絶縁膜を形成する第1工程と、
前記第1工程の後、第1の柱状半導体層と、第1のポリシリコンに由来する第1のダミーゲートと、第2の柱状半導体層と、前記第1のポリシリコンに由来する第2のダミーゲートと、を形成する第2工程と、
前記第2工程の後、前記第1のダミーゲートと、前記第1の柱状半導体層と、前記第2のダミーゲートと、前記第2の柱状半導体層との側壁に、第3のダミーゲートと、第4のダミーゲートとを形成する第3工程と、
前記第3工程の後、前記フィン状半導体層の上部と前記第1の柱状半導体層の下部と前記第2の柱状半導体層の下部とに、第2の拡散層を形成する第4工程と、
前記第4工程の後、第1の層間絶縁膜を堆積するとともに、前記第1のダミーゲート、前記第2のダミーゲート、前記第3のダミーゲート、及び前記第4のダミーゲートのそれぞれの上部を露出させ、前記第1のダミーゲート、前記第2のダミーゲート、前記第3のダミーゲート、及び前記第4のダミーゲートを除去し、第1のゲート絶縁膜を、前記第1の柱状半導体層の周囲と、前記第2の柱状半導体層の周囲とに形成し、前記第2の柱状半導体層の底部周辺の前記第1のゲート絶縁膜を除去し、第1の金属層を堆積するとともにエッチバックを行うことで、前記第1の柱状半導体層の上部と、前記第2の柱状半導体層の上部とを露出させ、前記第1の柱状半導体層の周囲に、ゲート電極及びゲート配線を形成し、前記第2の柱状半導体層の周囲にコンタクト電極及びコンタクト配線を形成する第5工程と、
前記第5工程の後、前記第1の柱状半導体層の周囲と、前記ゲート電極と前記ゲート配線との上、及び、前記第2の柱状半導体層の周囲と、前記コンタクト電極と前記コンタクト配線との上に第2のゲート絶縁膜を堆積し、第2の金属層を堆積するとともにエッチバックを行うことで、前記第1の柱状半導体層の上部と、前記第2の柱状半導体層の上部とを露出させ、前記第1の柱状半導体層上の前記第2のゲート絶縁膜を除去し、第3の金属層を堆積し、前記第3の金属層及び前記第2の金属層の一部をエッチングすることで、前記第1の柱状半導体層の上部側壁を取り囲む第1のコンタクトと、前記第1のコンタクトの上部と前記第1の柱状半導体層の上部とを接続する第2のコンタクトと、を形成する第6工程と、
前記第6工程の後、第2の層間絶縁膜を堆積し、前記第2のコンタクト上にコンタクト孔を形成し、第4の金属層と窒化膜を堆積し、前記第2の層間絶縁膜上の前記第4の金属層と窒化膜とを除去することで、前記コンタクト孔の内部に、柱状絶縁体層と、前記柱状絶縁体層の周囲及び底下を取り囲む下部電極を形成し、前記第2の層間絶縁膜をエッチバックすることで、前記柱状絶縁体層を取り囲む前記下部電極の上部を露出させ、露出した前記柱状絶縁体層を取り囲む前記下部電極の上部を除去し、前記柱状絶縁体層を取り囲み、かつ、前記下部電極に接続されるように、抵抗が変化する膜を堆積するとともにエッチングすることで、前記柱状絶縁体層の上部にサイドウォール状に残存させる第7工程を有する、
ことを特徴とする。
前記フィン状半導体層の周囲に第2の絶縁膜を形成し、
前記第2の絶縁膜上に前記第1のポリシリコンを堆積するとともに平坦化し、
前記ゲート配線、前記第1の柱状半導体層、前記コンタクト配線、及び前記第2の柱状半導体層を形成するための第2のレジストを、前記フィン状半導体層が延びる方向に直交する方向に形成し、
前記第2のレジストをマスクとして用い、前記第1のポリシリコンと、前記第2の絶縁膜と、前記フィン状半導体層とをエッチングすることにより、前記第1の柱状半導体層と、前記第1のポリシリコンに由来する前記第1のダミーゲートと、前記第2の柱状半導体層と、前記第1のポリシリコンに由来する前記第2のダミーゲートと、を形成する、
ことが好ましい。
ことが好ましい。
図1に示されるように、本実施形態のメモリセルは、3×2のマトリクス状のセル配列において、一行一列、一行三列、二行一列、及び二行三列にそれぞれ配置されている、ソース線を相互に接続するためのコンタクト電極及びコンタクト配線を有するコンタクト装置は、3×2のマトリクス状のセル配列において、一行二列と二行二列とにそれぞれ配置されている。
102.第1のレジスト
103.第1のレジスト
104.フィン状シリコン層
105.フィン状シリコン層
106.第1の絶縁膜
107.第2の絶縁膜
108.第2の絶縁膜
109.第1のポリシリコン
110.第3の絶縁膜
111.第2のレジスト
112.第2のレジスト
113.第2のレジスト
114.第3の絶縁膜
115.第3の絶縁膜
116.第3の絶縁膜
117.第1のダミーゲート
118.第2のダミーゲート
119.第1のダミーゲート
123.第2の絶縁膜
124.第2の絶縁膜
125.第2の絶縁膜
126.第2の絶縁膜
127.第2の絶縁膜
128.第2の絶縁膜
129.第1の柱状シリコン層
130.第2の柱状シリコン層
131.第1の柱状シリコン層
132.第1の柱状シリコン層
133.第2の柱状シリコン層
134.第1の柱状シリコン層
135.第4の絶縁膜
136.第2のポリシリコン
137.第3のダミーゲート
138.第4のダミーゲート
139.第3のダミーゲート
140.第4の絶縁膜
141.第4の絶縁膜
142.第4の絶縁膜
143a.第2の拡散層
143b.第2の拡散層
143c.第2の拡散層
143d.第2の拡散層
144.第5の絶縁膜
145.サイドウォール
146.サイドウォール
147.サイドウォール
148.金属と半導体とからなる化合物層
149.金属と半導体とからなる化合物層
150.金属と半導体とからなる化合物層
151.金属と半導体とからなる化合物層
152.金属と半導体とからなる化合物層
153.金属と半導体とからなる化合物層
154.金属と半導体とからなる化合物層
155.金属と半導体とからなる化合物層
156.金属と半導体とからなる化合物層
157.金属と半導体とからなる化合物層
158.金属と半導体とからなる化合物層
159.第1の層間絶縁膜
160.ゲート絶縁膜
161.第3のレジスト
162.ゲート絶縁膜
163.ゲート絶縁膜
164.ゲート絶縁膜
165.ゲート絶縁膜
166.ゲート絶縁膜
167.金属層
168a.ゲート電極
168b.ゲート配線
169a.コンタクト電極
169b.コンタクト配線
170a.ゲート電極
170b.ゲート配線
171.第2のゲート絶縁膜
172.第4のレジスト
173.ゲート絶縁膜
174.ゲート絶縁膜
175.ゲート絶縁膜
176.ゲート絶縁膜
177.ゲート絶縁膜
178.金属層
179.金属線
179a.第1のコンタクト
179b.第1のコンタクト
180.金属線
180a.第3のコンタクト
180b.第3のコンタクト
181.金属線
181a.第1のコンタクト
181b.第1のコンタクト
182.金属層
183.金属線
183a.第2のコンタクト
183b.第2のコンタクト
184.金属線
184a.第4のコンタクト
184b.第4のコンタクト
185.金属線
185a.第2のコンタクト
185b.第2のコンタクト
186.第5のレジスト
187.第5のレジスト
194.第2の層間絶縁膜
195.第6のレジスト
196.コンタクト孔
197.コンタクト孔
198.コンタクト孔
199.コンタクト孔
200.金属層
201.窒化膜
202.柱状窒化膜層
203.柱状窒化膜層
204.柱状窒化膜層
205.柱状窒化膜層
206.下部電極
207.下部電極
208.下部電極
209.下部電極
210.抵抗が変化する膜
211.抵抗が変化する膜
212.抵抗が変化する膜
213.抵抗が変化する膜
214.抵抗が変化する膜
215.抵抗が変化する膜
216.抵抗が変化する膜
217.抵抗が変化する膜
218.抵抗が変化する膜
219.ビット線
220.ビット線
221.第3の層間絶縁膜
222.金属層
223.第7のレジスト
224.第7のレジスト
Claims (26)
- 第1の柱状半導体層と、
前記第1の柱状半導体層の周囲に形成された第1のゲート絶縁膜と、
前記第1のゲート絶縁膜の周囲に形成された、金属からなるゲート電極と、
前記ゲート電極に接続された、金属からなるゲート配線と、
前記第1の柱状半導体層の上部周囲に形成された第2のゲート絶縁膜と、
前記第2のゲート絶縁膜の周囲に形成された、第1の金属材料からなる第1のコンタクトと、
前記第1のコンタクトの上部と前記第1の柱状半導体層の上部とを接続する、第2の金属材料からなる第2のコンタクトと、
前記第1の柱状半導体層の下部に形成された第2の拡散層と、
前記第2のコンタクト上に形成された柱状絶縁体層と、
前記柱状絶縁体層の上部周囲に形成された、抵抗が変化する膜と、
前記柱状絶縁体層の下部周囲に形成された、前記抵抗が変化する膜と接続される下部電極と、を有し、
前記第2のコンタクトと前記下部電極とは電気的に接続している、
ことを特徴とする半導体装置。 - 前記柱状絶縁体層は窒化膜からなり、前記柱状絶縁体層と前記第2のコンタクトとの間に前記下部電極が形成されている、ことを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。
- 前記第1のコンタクトを構成する第1の金属材料の仕事関数は、4.0〜4.2eVである、ことを特徴とする請求項1又は2に記載の半導体装置。
- 前記第1のコンタクトを構成する第1の金属材料の仕事関数は、5.0〜5.2eVである、ことを特徴とする請求項1又は2に記載の半導体装置。
- 半導体基板上に一方向に延びるように形成されたフィン状半導体層と、
前記フィン状半導体層の周囲に形成された第1の絶縁膜と、
前記フィン状半導体層上に形成された前記第1の柱状半導体層と、
を有し、
前記ゲート電極及び前記ゲート配線の周囲及び底下に形成された前記第1のゲート絶縁膜と、を有し、
前記ゲート配線は、前記フィン状半導体層に直交する方向に延在しており、
前記第2の拡散層は前記フィン状半導体層に形成されている、
ことを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。 - 前記第2の拡散層は、前記フィン状半導体層に加えて、さらに前記半導体基板にも形成されている、ことを特徴とする請求項5に記載の半導体装置。
- 前記第2の拡散層に電気的に接続されている前記ゲート配線に平行に延びるコンタクト配線をさらに有する、ことを特徴とする請求項5又は6に記載の半導体装置。
- 前記半導体基板上に形成された前記フィン状半導体層と、
前記フィン状半導体層の周囲に形成された前記第1の絶縁膜と、
前記フィン状半導体層上に形成された第2の柱状半導体層と、
前記第2の柱状半導体層の周囲に形成された、金属からなるコンタクト電極と、
前記コンタクト電極に接続された前記フィン状半導体層に直交する方向に延在する、金属からなる前記コンタクト配線と、
前記フィン状半導体層と前記第2の柱状半導体層の下部に形成された前記第2の拡散層と、をさらに有し、
前記コンタクト電極は前記第2の拡散層と接続されている、
ことを特徴とする請求項7に記載の半導体装置。 - 前記ゲート電極の外側の線幅は、前記ゲート配線の線幅と等しく、
前記フィン状半導体層に直交する方向での前記第1の柱状半導体層の線幅は、前記フィン状半導体層と直交する方向での前記フィン状半導体層の線幅と等しい、
ことを特徴とする請求項5乃至8のいずれか一項に記載の半導体装置。 - 前記第1のゲート絶縁膜には、前記第2の柱状半導体層と前記コンタクト電極との間に形成されているものが存在する、ことを特徴とする請求項8に記載の半導体装置。
- 前記フィン状半導体層に直交する方向での前記第2の柱状半導体層の線幅は、前記フィン状半導体層が延びる方向に直交する方向での当該フィン状半導体層の線幅と等しい、ことを特徴とする請求項8に記載の半導体装置。
- 前記第1のゲート絶縁膜には、前記コンタクト電極と前記コンタクト配線の周囲に形成されているものが存在する、ことを特徴とする請求項10に記載の半導体装置。
- 前記コンタクト電極の外側の線幅は、前記コンタクト配線の線幅と等しい、ことを特徴とする請求項8に記載の半導体装置。
- 半導体基板上に形成された前記第1の柱状半導体層と、
前記ゲート電極と前記ゲート配線の周囲及び底下に形成された前記第1のゲート絶縁膜と、を有し、
前記第2の拡散層は、前記半導体基板に形成されている、
ことを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。 - 前記第2の拡散層に電気的に接続されている前記ゲート配線に平行に延びるコンタクト配線をさらに有する、ことを特徴とする請求項14に記載の半導体装置。
- 前記半導体基板上に形成された第2の柱状半導体層と、
前記第2の柱状半導体層の周囲に形成された、金属からなるコンタクト電極と、
前記コンタクト電極に接続されたコンタクト配線と、
前記第2の柱状半導体層の下部に形成された前記第2の拡散層と、をさらに有し、
前記コンタクト電極は、前記第2の拡散層と接続されている、
ことを特徴とする請求項14又は15に記載の半導体装置。 - 前記ゲート電極の外側の線幅は、前記ゲート配線の線幅と等しい、ことを特徴とする請求項14乃至16のいずれか一項に記載の半導体装置。
- 前記第1のゲート絶縁膜には、前記第2の柱状半導体層と前記コンタクト電極との間に形成されているものが存在する、ことを特徴とする請求項16に記載の半導体装置。
- 前記第1のゲート絶縁膜には、前記コンタクト電極と前記コンタクト配線の周囲に形成されているものが存在する、ことを特徴とする請求項18に記載の半導体装置。
- 前記コンタクト電極の外側の線幅は、前記コンタクト配線の線幅と等しい、ことを特徴とする請求項16に記載の半導体装置。
- 半導体基板上にフィン状半導体層を形成し、前記フィン状半導体層の周囲に第1の絶縁膜を形成する第1工程と、
前記第1工程の後、第1の柱状半導体層と、第1のポリシリコンに由来する第1のダミーゲートと、第2の柱状半導体層と、前記第1のポリシリコンに由来する第2のダミーゲートと、を形成する第2工程と、
前記第2工程の後、前記第1のダミーゲートと、前記第1の柱状半導体層と、前記第2のダミーゲートと、前記第2の柱状半導体層との側壁に、第3のダミーゲートと、第4のダミーゲートとを形成する第3工程と、
前記第3工程の後、前記フィン状半導体層の上部と前記第1の柱状半導体層の下部と前記第2の柱状半導体層の下部とに、第2の拡散層を形成する第4工程と、
前記第4工程の後、第1の層間絶縁膜を堆積するとともに、前記第1のダミーゲート、前記第2のダミーゲート、前記第3のダミーゲート、及び前記第4のダミーゲートのそれぞれの上部を露出させ、前記第1のダミーゲート、前記第2のダミーゲート、前記第3のダミーゲート、及び前記第4のダミーゲートを除去し、第1のゲート絶縁膜を、前記第1の柱状半導体層の周囲と、前記第2の柱状半導体層の周囲とに形成し、前記第2の柱状半導体層の底部周辺の前記第1のゲート絶縁膜を除去し、第1の金属層を堆積するとともにエッチバックを行うことで、前記第1の柱状半導体層の上部と、前記第2の柱状半導体層の上部とを露出させ、前記第1の柱状半導体層の周囲に、ゲート電極及びゲート配線を形成し、前記第2の柱状半導体層の周囲にコンタクト電極及びコンタクト配線を形成する第5工程と、
前記第5工程の後、前記第1の柱状半導体層の周囲と、前記ゲート電極と前記ゲート配線との上、及び、前記第2の柱状半導体層の周囲と、前記コンタクト電極と前記コンタクト配線との上に第2のゲート絶縁膜を堆積し、第2の金属層を堆積するとともにエッチバックを行うことで、前記第1の柱状半導体層の上部と、前記第2の柱状半導体層の上部とを露出させ、前記第1の柱状半導体層上の前記第2のゲート絶縁膜を除去し、第3の金属層を堆積し、前記第3の金属層及び前記第2の金属層の一部をエッチングすることで、前記第1の柱状半導体層の上部側壁を取り囲む第1のコンタクトと、前記第1のコンタクトの上部と前記第1の柱状半導体層の上部とを接続する第2のコンタクトと、を形成する第6工程と、
前記第6工程の後、第2の層間絶縁膜を堆積し、前記第2のコンタクト上にコンタクト孔を形成し、第4の金属層と窒化膜を堆積し、前記第2の層間絶縁膜上の前記第4の金属層と窒化膜とを除去することで、前記コンタクト孔の内部に、柱状絶縁体層と、前記柱状絶縁体層の周囲及び底下を取り囲む下部電極を形成し、前記第2の層間絶縁膜をエッチバックすることで、前記柱状絶縁体層を取り囲む前記下部電極の上部を露出させ、露出した前記柱状絶縁体層を取り囲む前記下部電極の上部を除去し、前記柱状絶縁体層を取り囲み、かつ、前記下部電極に接続されるように、抵抗が変化する膜を堆積するとともにエッチングすることで、前記柱状絶縁体層の上部にサイドウォール状に残存させる第7工程を有する、
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 前記第2工程において、
前記フィン状半導体層の周囲に第2の絶縁膜を形成し、
前記第2の絶縁膜上に前記第1のポリシリコンを堆積するとともに平坦化し、
前記ゲート配線、前記第1の柱状半導体層、前記コンタクト配線、及び前記第2の柱状半導体層を形成するための第2のレジストを、前記フィン状半導体層が延びる方向に直交する方向に形成し、
前記第2のレジストをマスクとして用い、前記第1のポリシリコンと、前記第2の絶縁膜と、前記フィン状半導体層とをエッチングすることにより、前記第1の柱状半導体層と、前記第1のポリシリコンに由来する前記第1のダミーゲートと、前記第2の柱状半導体層と、前記第1のポリシリコンに由来する前記第2のダミーゲートと、を形成する、
ことを特徴とする請求項21に記載の半導体装置の製造方法。 - 前記第2の絶縁膜上に前記第1のポリシリコンを堆積するとともに平坦化した後、前記第1のポリシリコン上に第3の絶縁膜を形成する、ことを特徴とする請求項22に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記第2工程の後、前記第1の柱状半導体層と、前記第2の柱状半導体層と、前記第1のダミーゲートと、前記第2のダミーゲートとの周囲に第4の絶縁膜を形成し、前記第4の絶縁膜の周囲に第2のポリシリコンを堆積するとともにエッチングすることにより、前記第1のダミーゲートと、前記第1の柱状半導体層と、前記第2のダミーゲートと、前記第2の柱状半導体層とのそれぞれの側壁に残存させることで、前記第3のダミーゲートと、前記第4のダミーゲートとを形成する第3工程を有する、ことを特徴とする請求項22に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記フィン状半導体層の上部と、前記第1の柱状半導体層の下部と、前記第2の柱状半導体層の下部とに前記第2の拡散層を形成し、前記第3のダミーゲートと前記第4のダミーゲートとの周囲に、第5の絶縁膜を形成するとともにエッチングすることで、サイドウォール状に残存させ、前記第5の絶縁膜に由来するサイドウォールを形成し、前記第2の拡散層上に、金属と半導体とからなる化合物層を形成する第4工程を有する、ことを特徴とする請求項24に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記第4工程の後、前記第1の層間絶縁膜を堆積するとともに化学機械研磨を行うことで、前記第1のダミーゲート、前記第2のダミーゲート、前記第3のダミーゲート、及び前記第4のダミーゲートの上部を露出させ、前記第1のダミーゲート、前記第2のダミーゲート、前記第3のダミーゲート、及び前記第4のダミーゲートを除去し、前記第2の絶縁膜と前記第4の絶縁膜とを除去し、ゲート絶縁膜を前記第1の柱状半導体層の周囲と、前記第2の柱状半導体層の周囲と、前記第5の絶縁膜の内側とに形成し、前記第2の柱状半導体層の底部周辺の前記ゲート絶縁膜を除去するための第3のレジストを形成し、前記第2の柱状半導体層の底部周辺の前記ゲート絶縁膜を除去し、前記第1の金属層を堆積し、前記第1の柱状半導体層の上部と前記第2の柱状半導体層の上部を露出させ、エッチバックを行うことで、前記第1の柱状半導体層の周囲に前記ゲート電極及び前記ゲート配線を形成し、前記第2の柱状半導体層の周囲に前記コンタクト電極及び前記コンタクト配線を形成する第5工程、を有する、
ことを特徴とする請求項25に記載の半導体装置の製造方法。
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