TWI789680B - 半導體記憶裝置 - Google Patents

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吉水康人
中木寛
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日商鎧俠股份有限公司
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Abstract

實施方式提供一種可良好地製造之半導體記憶裝置。  實施方式之半導體記憶裝置具備基板，該基板具備於第1方向上排列之第1區域及第2區域。又，該半導體記憶裝置之第1區域具備：複數個第1導電層及複數個第1絕緣層，其等於第2方向上交替地積層；第1半導體層，其於第2方向上延伸，且與複數個第1導電層及複數個第1絕緣層相對向；及第2半導體層，其連接於第1半導體層，且在第1方向上延伸。又，於該半導體記憶裝置之第2區域中亦設置有相同之構造。又，該半導體記憶裝置具備與設置於第1區域及第2區域之第2半導體層接合之第3導電層。又，設置於第1區域及第2區域之第2半導體層於第1方向上彼此相隔而設。

Description

半導體記憶裝置
本實施方式係關於一種半導體記憶裝置。
已知一種半導體記憶裝置，其具備：基板；複數個導電層，其等於與該基板之表面交叉之方向上積層；半導體層，其與該等複數個導電層相對向；以及閘極絕緣層，其設置於導電層與半導體層之間。閘極絕緣層具備可記憶資料之記憶部，例如氮化矽(Si 3N 4)等絕緣性電荷儲存層或浮動閘極等導電性電荷儲存層等。
實施方式提供一種可良好地製造之半導體記憶裝置。
一實施方式之半導體記憶裝置具備基板，該基板具備於第1方向上排列之第1區域及第2區域。又，該半導體記憶裝置具備：複數個第1導電層及複數個第1絕緣層，其等設置於第1區域，且在與基板之表面交叉之第2方向上交替地積層；第1半導體層，其設置於第1區域，在第2方向上延伸，且與複數個第1導電層及複數個第1絕緣層相對向；及第2半導體層，其設置於第1區域，較複數個第1導電層及複數個第1絕緣層更遠離基板，且連接於第1半導體層。又，該半導體記憶裝置具備：複數個第2導電層及複數個第2絕緣層，其等設置於第2區域，且在第2方向上交替地積層；第3半導體層，其設置於第2區域，在第2方向上延伸，且與複數個第2導電層及複數個第2絕緣層相對向；及第4半導體層，其設置於第2區域，較複數個第2導電層及複數個第2絕緣層更遠離基板，且連接於第3半導體層。又，該半導體記憶裝置具備第3導電層，該第3導電層與第2半導體層及第4半導體層之第2方向上之離基板較遠之面接合。又，第2半導體層及第4半導體層於第1方向上彼此相隔而設。
一實施方式之半導體記憶裝置具備基板，該基板具備於第1方向上排列之第1區域及第2區域。又，該半導體記憶裝置具備：複數個第1導電層及複數個第1絕緣層，其等設置於第1區域，且在與基板之表面交叉之第2方向上交替地積層；及第1半導體層，其設置於第1區域，在第2方向上延伸，且與複數個第1導電層及複數個第1絕緣層相對向。又，該半導體記憶裝置具備：複數個第2導電層及複數個第2絕緣層，其等設置於第2區域，且在第2方向上交替地積層；及第2半導體層，其設置於第2區域，在第2方向上延伸，且與複數個第2導電層及複數個第2絕緣層相對向。又，該半導體記憶裝置具備：第1構造，其設置於複數個第1導電層及複數個第1絕緣層與複數個第2導電層及複數個第2絕緣層之間，且在第2方向上延伸；第3半導體層，其較複數個第1導電層及複數個第1絕緣層、以及複數個第2導電層及複數個第2絕緣層更遠離基板，且連接於第1半導體層及第2半導體層；及第3導電層，其與第3半導體層之第2方向上之離基板較遠之面接合。又，於在第1方向上延伸，且包含第1構造、第3半導體層及第3導電層之第1剖面中，第1構造之至少一部分未介隔第3半導體層地與第3導電層對向。
其次，參照附圖，對實施方式之半導體記憶裝置詳細地進行說明。再者，以下實施方式僅為一例，並未意圖限定本發明。又，以下附圖係模式圖，為方便說明，有時會省略一部分構成等。又，對於複數個實施方式中共通之部分，有時會標註相同之符號，並省略說明。
又，本說明書中，於提及「半導體記憶裝置」之情形時，有時指記憶體裸晶，有時亦指記憶體晶片、記憶卡、SSD(Solid State Drive，固態硬碟)等包含控制器裸晶之記憶系統。進而，有時亦指智慧型手機、平板終端、個人電腦等包含主電腦之構成。
又，本說明書中，在提及第1構成「電性連接」於第2構成之情形時，可為第1構成直接連接於第2構成，亦可為第1構成經由配線、半導體構件或電晶體等連接於第2構成。例如，於將3個電晶體串聯連接之情形時，即便第2個電晶體處於斷開(OFF)狀態，第1個電晶體亦「電性連接」於第3個電晶體。
又，本說明書中，將平行於基板之上表面之特定方向稱為X方向，將平行於基板之上表面且與X方向垂直之方向稱為Y方向，將垂直於基板之上表面之方向稱為Z方向。
又，本說明書中，有時將沿著特定面之方向稱為第1方向，將沿著該特定面與第1方向交叉之方向稱為第2方向，將與該特定面交叉之方向稱為第3方向。上述第1方向、第2方向及第3方向可與X方向、Y方向及Z方向中之任一個對應，亦可不與其對應。
又，本說明書中，「上」及「下」等表達係以基板為基準。例如，將沿著上述Z方向遠離基板之方向稱為上，將沿著Z方向接近基板之方向稱為下。又，於針對某構成提及下表面或下端之情形時，意指該構成之基板側之面或端部，於提及上表面或上端之情形時，意指該構成之與基板相反一側之面或端部。又，將與X方向或Y方向交叉之面稱為側面等。
又，本說明書中，於針對構成、構件等提及特定方向之「寬度」、「長度」或「厚度」等之情形時，有時指藉由SEM(Scanning electron microscopy，掃描電子顯微術)或TEM(Transmission electron microscopy，穿透電子顯微術)等觀察到之剖面等中之寬度、長度或厚度等。
[第1實施方式]  [記憶體裸晶MD之構造]  圖1係表示本實施方式之半導體記憶裝置之構成例之模式性分解立體圖。本實施方式之半導體記憶裝置具備記憶體裸晶MD。記憶體裸晶MD具備包含記憶胞陣列之晶片C M、及包含周邊電路之晶片C P。
於晶片C M之上表面設置有複數個焊墊電極P X。又，於晶片C M之下表面設置有複數個第1貼合電極P I1。又，於晶片C P之上表面設置有複數個第2貼合電極P I2。以下，針對晶片C M，將設置複數個第1貼合電極P I1之面稱為正面，將設置複數個焊墊電極P X之面稱為背面。又，針對晶片C P，將設置複數個第2貼合電極P I2之面稱為正面，將正面之相反一側之面稱為背面。於圖示之例中，晶片C P之正面設置得較晶片C P之背面靠上方，晶片C M之背面設置得較晶片C M之正面靠上方。
晶片C M及晶片C P以晶片C M之正面與晶片C P之正面相對向之方式配置。複數個第1貼合電極P I1分別與複數個第2貼合電極P I2對應地設置，且配置在可貼合於複數個第2貼合電極P I2之位置。第1貼合電極P I1與第2貼合電極P I2作為用以將晶片C M與晶片C P貼合，且使兩者電性導通之貼合電極發揮作用。焊墊電極P X作為用以將記憶體裸晶MD電性連接於未圖示之控制器裸晶等之電極發揮作用。
再者，於圖1之例中，晶片C M之角部a1、a2、a3、a4分別與晶片C P之角部b1、b2、b3、b4對應。
圖2係表示晶片C M之構成例之模式性仰視圖。圖3係將晶片C M之A所表示之部分之構成放大表示之模式性仰視圖。圖4係表示將晶片C M之一部分構成放大表示之模式性俯視圖。圖5係表示晶片C M之一部分構成之模式性剖視圖。再者，圖3對應於沿著E-E'線將圖5所示之構造切斷，沿著箭頭方向觀察到之剖面。又，圖4對應於沿著D-D'線將圖5所示之構造切斷，沿著箭頭方向觀察到之剖面。又，圖5對應於沿著B-B'線將圖3所示之構造切斷，沿著箭頭方向觀察到之剖面。又，圖5對應於沿著C-C'線將圖4所示之構造切斷，沿著箭頭方向觀察到之剖面。又，對應於沿著C-C'線將圖4所示之構造切斷，沿著箭頭方向觀察到之剖面。圖6及圖7分別為將圖5之一部分構成放大表示之模式性剖視圖。
[晶片C M之構造]  例如，如圖2所示，晶片C M具備於X及Y方向上排列之4個記憶胞陣列區域R MCA。記憶胞陣列區域R MCA具備：複數個記憶塊BLK，其等於Y方向上排列；複數個塊間構造150(圖3)，其等分別設置於該等複數個記憶塊BLK之間；及導電層170(圖5)，其設置於複數個記憶塊BLK及複數個塊間構造150之上表面。
例如，如圖5所示，記憶塊BLK具備：複數個導電層110，其等於Z方向上排列；複數個半導體層120，其等於Z方向上延伸；複數個閘極絕緣膜130，其等分別設置於複數個導電層110與複數個半導體層120之間；及半導體層140，其連接於複數個半導體層120之上端。
導電層110係於X方向上延伸之大致板狀之導電層。導電層110可包含氮化鈦(TiN)等障壁導電膜及鎢(W)等金屬膜之積層膜等。又，導電層110例如可包含含有磷(P)或硼(B)等雜質之多晶矽等。於Z方向上排列之複數個導電層110之間設置有氧化矽(SiO 2)等絕緣層101。
導電層110例如作為字元線及連接於該字元線之複數個記憶胞之閘極電極等發揮作用。例如，如圖3所示，導電層110在X方向之一端部連接於接點102。導電層110經由該接點102及上述第1貼合電極P I1連接於晶片C P內之構成。
例如，如圖3所示，半導體層120於X方向及Y方向上以特定圖案排列。半導體層120例如作為複數個記憶胞之通道區域等發揮作用。半導體層120例如為多晶矽(Si)等半導體層。例如，如圖5所示，半導體層120具有大致有底圓筒狀之形狀，於中心部分設置有氧化矽等絕緣層125(圖6)。又，半導體層120之外周面分別被導電層110包圍，且與導電層110相對向。
於半導體層120之下端部設置有包含磷(P)等N型雜質之雜質區域。該雜質區域電性連接於位元線BL。位元線BL經由上述第1貼合電極P I1電性連接於晶片C P內之構成。
於半導體層120之上端部設置有包含磷(P)等N型雜質或硼(B)等P型雜質之雜質區域。該雜質區域電性連接於半導體層140。半導體層140經由導電層170、導電層151及上述第1貼合電極P I1電性連接於晶片C P內之構成。
閘極絕緣膜130具有覆蓋半導體層120之外周面之大致圓筒狀之形狀。例如，如圖6所示，閘極絕緣膜130具備積層於半導體層120與導電層110之間之隧道絕緣膜131、電荷儲存膜132及阻擋絕緣膜133。隧道絕緣膜131及阻擋絕緣膜133例如為氧化矽(SiO 2)等絕緣膜。電荷儲存膜132例如為氮化矽(Si 3N 4)等可儲存電荷之膜。隧道絕緣膜131、電荷儲存膜132及阻擋絕緣膜133具有大致圓筒狀之形狀，沿著半導體層120之外周面於Z方向上延伸。
再者，圖6中示出閘極絕緣膜130具備氮化矽等電荷儲存膜132之示例。但是，閘極絕緣膜130例如亦可具備包含N型或P型雜質之多晶矽等浮動閘極。
例如，如圖4所示，半導體層140係於X方向上延伸之大致板狀之半導體層。半導體層140連接於記憶塊BLK所含之所有半導體層120之上端部。半導體層140例如可包含含有磷(P)或硼(B)等雜質之多晶矽等。
再者，例如，如圖7所示，半導體層140之Y方向之兩側面以如下角度傾斜：越位於下方之部分越遠離旁側之記憶塊BLK所對應之半導體層140，越位於上方之部分越靠近旁側之記憶塊BLK所對應之半導體層140。因此，在Y方向上彼此相鄰之2個半導體層140之下表面之間之最短距離大於在Y方向上彼此相鄰之2個半導體層140之上表面之間之最短距離。
塊間構造150具備於Z方向及X方向上延伸之導電層151、及設置於導電層151之Y方向之側面之氧化矽(SiO 2)等絕緣層152。導電層151例如可包含氮化鈦(TiN)等障壁導電膜及鎢(W)等金屬膜之積層膜等。導電層151例如作為源極線之一部分發揮作用。
導電層170例如包含氮化鈦(TiN)等障壁導電膜、及銅(Cu)或鋁(Al)等金屬膜之積層膜等。導電層170例如作為源極線之一部分發揮作用。
例如，如圖7所示，導電層170具備與複數個記憶塊BLK對應地設置之複數個部分171、及與複數個塊間構造150對應地設置之複數個部分172。部分171係與半導體層140之上表面接合，且與半導體層140對應地於X方向上延伸之大致板狀之部分。部分172連接於導電層151之上端部。又，部分172與半導體層140之Y方向之側面接合。
再者，導電層170之部分172之下表面(與絕緣層101之接觸面)位於較導電層170之部分171之下表面(與半導體層140之接合面)靠下方之位置。又，導電層170之部分172之上表面位於較導電層170之部分171之上表面靠下方之位置。
[晶片C P之構造]  例如，如圖5所示，晶片C P具備半導體基板200、及設置於半導體基板200之表面之複數個電晶體Tr。該等複數個電晶體Tr經由上述第2貼合電極P I2連接於晶片C M內之構成，且作為用於記憶胞陣列之控制之周邊電路發揮作用。該周邊電路例如於讀出動作中，向包含位元線BL、半導體層120、半導體層140、導電層170及導電層151之電流路徑供給電壓，根據電流是否流通等來判定記憶胞中記錄之資料。
[製造方法]  其次，參照圖8～圖22，對記憶體裸晶MD之製造方法進行說明。圖8～圖22係用以說明該製造方法之模式性剖視圖，示出與圖5對應之構成。
於製造本實施方式之記憶體裸晶MD時，例如，如圖8所示，於晶圓W M之半導體基板100上形成複數個犧牲層110A及絕緣層101。犧牲層110A例如包含氮化矽(Si 3N 4)等。該步驟例如藉由CVD(Chemical Vapor Deposition，化學氣相沈積)等方法來進行。
其次，例如，如圖9所示，於與半導體層120對應之位置上形成複數個貫通孔120A。貫通孔120A係於Z方向上延伸，貫通絕緣層101及犧牲層110A，並使半導體基板100之上表面露出之貫通孔。該步驟例如藉由RIE(Reactive Ion Etching，反應離子蝕刻)等方法來進行。
其次，例如，如圖10所示，於貫通孔120A之內周面形成閘極絕緣膜130、半導體層120及絕緣層125。該步驟例如藉由CVD等方法來進行。
其次，例如，如圖11所示，形成槽150A。槽150A係於Z方向及X方向上延伸，於Y方向上截斷絕緣層101及犧牲層110A，使半導體基板100之上表面露出之槽。該步驟例如藉由RIE等方法來進行。
其次，例如，如圖12所示，形成導電層110。該步驟中，例如藉由濕式蝕刻等方法，經由槽150A將犧牲層110A去除。又，藉由CVD等方法來形成導電層110。
其次，例如，如圖13所示，於槽150A內形成塊間構造150。該步驟例如藉由CVD及RIE等方法來進行。
其次，例如，如圖14所示，形成位元線BL、第1貼合電極P I1等。該步驟例如藉由CVD、光微影法、蝕刻等方法來進行。
其次，例如，如圖15所示，將晶片C M所對應之晶圓W M與晶片C P所對應之晶圓W P貼合。於該貼合步驟中，例如藉由將晶圓W M朝著晶圓W P按壓而使晶圓W M密接於晶圓W P，並進行熱處理等。藉此，經由第1貼合電極P I1及第2貼合電極P I2將晶圓W M貼合於晶圓W P。
其次，例如，如圖16所示，去除晶圓W M所含之半導體基板100。又，去除閘極絕緣膜130及絕緣層152之一部分，使半導體層120及導電層151之上端露出。該步驟例如藉由如下方式來進行：利用濕式蝕刻或RIE等方法，選擇性地去除半導體基板100、以及閘極絕緣膜130及絕緣層152之一部分。
其次，例如，如圖17所示，形成覆蓋參照圖16所說明之構造之上表面之絕緣層160A。絕緣層160A例如包含氧化矽(SiO 2)等。該步驟例如藉由CVD等方法來進行。
其次，例如，如圖18所示，去除絕緣層160A之與記憶塊BLK對應之部分，使複數個半導體層120之上端露出。藉此，形成覆蓋導電層151之上端部之複數個絕緣層160。該步驟例如藉由RIE等方法來進行。
再者，絕緣層160之Y方向之兩側面以如下角度傾斜：越位於下方之部分越靠近半導體層120，越位於上方之部分越遠離半導體層120。因此，絕緣層160之下表面之Y方向上之寬度大於絕緣層160之上表面之Y方向上之寬度。
其次，例如，如圖19所示，形成覆蓋參照圖18所說明之構造之上表面之非晶矽層140A。該步驟例如藉由CVD等方法來進行。
其次，例如，如圖20所示，使非晶矽層140A之結晶構造改質，形成多晶矽層140B。該步驟例如藉由雷射退火等方法來進行。
其次，例如，如圖21所示，對參照圖20所說明之構造進行平坦化處理，去除多晶矽層140B之一部分，形成半導體層140。該步驟例如藉由將絕緣層160作為終止層之CMP(Chemical Mechanical Polishing，化學機械研磨)等方法來進行。
其次，例如，如圖22所示，去除絕緣層160，使導電層151之上端部露出。該步驟例如藉由濕式蝕刻等來進行。
其次，例如，如圖5所示，於如圖22所示之構造之上表面形成導電層170。該步驟例如藉由CVD等方法來進行。
之後，於該構造之上方形成焊墊電極P X等，對貼合有晶圓W M、W P之構造進行切割，藉此形成記憶體裸晶MD。
[效果]  於半導體記憶裝置之讀出動作等中，須使電流自連接於半導體層120之下端之位元線BL流至連接於半導體層120之上端之源極線。因此，半導體層120之上端必須與設置於記憶胞之上方之源極線等構成電性連接。
為了將半導體層120之上端與源極線等構成連接，例如於參照圖10所說明之步驟之閘極絕緣膜130形成之後且半導體層120形成之前之時間點，可使閘極絕緣膜130殘留於貫通孔120A之內周面，並於貫通孔120A之底面去除閘極絕緣膜130，從而使半導體基板100等之表面露出。此種方法例如可藉由RIE等方法來執行。又，隨後，可於貫通孔120A之內部形成與半導體基板100連接之半導體層120。
但是，隨著半導體記憶裝置之高積體化，於Z方向上排列之導電層110之數量不斷增加。隨之，如參照圖9所說明之貫通孔120A之縱橫比不斷增大。於此種情形時，於貫通孔120A之底面去除閘極絕緣膜130之難度逐漸增加。
因此，於本實施方式中，為了將半導體層120之上端與源極線等構成連接，而於參照圖16所說明之步驟中去除半導體基板100等，使半導體層120之上端露出。又，於之後之步驟中，形成連接於半導體層120之上端之半導體層140等。根據此種方法，無需如上文所述般，於縱橫比大之貫通孔120A之底面去除閘極絕緣膜130。因此，能夠相對容易地製造將半導體層120之上端與源極線連接之構成。
此處，為了將半導體層120電性連接於金屬等之源極線，須於半導體層120之上端部形成雜質濃度較大之半導體層。於藉由CVD等方法形成此種半導體層之情形時，必須執行用以使半導體層之結晶構造改質之熱處理等。但是，若於將晶圓W M與晶圓W P貼合之後進行熱處理等，則有於第1貼合電極P I1及第2貼合電極P I2、位元線BL或其附近之配線層、或者電晶體Tr附近之配線層等中產生金屬原子擴散等之風險。藉此，有記憶體裸晶MD無法再良好地動作之風險。
因此，本實施方式中，於參照圖19所說明之步驟中形成了非晶矽層140A之後，於參照圖20所說明之步驟中，藉由雷射退火等方法使非晶矽層140A之結晶構造改質。根據此種方法，能夠使晶圓W M上表面之溫度局部上升。因此，認為能夠抑制如上所述之金屬原子之擴散等，並且能夠使非晶矽層140A之結晶構造改質。
但是，發明者等人經過銳意研究，結果發現於藉由雷射退火等方法使非晶矽層140A之結晶構造改質之情形時，例如，如圖20所示，多晶矽層140B之上表面之粗糙度會相對增加。於此種情形時，有可能會對之後之步驟產生影響。
又，於藉由雷射退火等方法使非晶矽層140A之結晶構造改質之情形時，雷射有時會到達導電層151。於此種情形時，熱可能會經由導電層151傳遞至上述第1貼合電極P I1、第2貼合電極P I2等之配線層，導致產生如上所述之金屬原子之擴散等。
因此，本實施方式中，於參照圖17及圖18所說明之步驟中，在晶圓W M之上表面形成了覆蓋導電層151之上端部之絕緣層160。又，於參照圖21所說明之步驟中，執行將該絕緣層160作為終止層之CMP等，使多晶矽層140B之上表面平坦化。
根據此種方法，能夠良好地使多晶矽層140B之上表面平坦化。又，能夠利用絕緣層160防止雷射光到達導電層151，從而更佳地抑制如上所述之金屬原子之擴散等。因此，本實施方式之半導體記憶裝置可相對容易地進行製造。
[第2實施方式]  其次，參照圖23～圖25，對第2實施方式之半導體記憶裝置進行說明。圖23～圖25係用以說明第2實施方式之半導體記憶裝置之製造方法之模式性剖視圖，示出與圖5對應之構成。
第2實施方式之半導體記憶裝置以與第1實施方式之半導體記憶裝置相同之方式構成。第2實施方式之半導體記憶裝置之製造步驟之一部分與第1實施方式之半導體記憶裝置不同。
例如，如參照圖17及圖18所說明般，於第1實施方式之半導體記憶裝置之製造步驟中，在如圖16所示之構造之上表面形成絕緣層160A，藉由RIE等方法選擇性地去除該絕緣層160A之一部分，形成覆蓋導電層151之上端部之絕緣層160。
另一方面，例如，如圖23所示，於第2實施方式之半導體記憶裝置之製造步驟中，於如圖16所示之構造之上表面形成絕緣層161A，並於其上表面形成絕緣層160A。絕緣層161A例如包含氮化矽(Si 3N 4)等。該步驟例如藉由CVD等方法來進行。
其次，例如，如圖24所示，去除絕緣層160A中與記憶塊BLK對應之部分，使絕緣層161A之上表面露出。藉此，形成覆蓋導電層151之上端部之複數個絕緣層160。該步驟例如藉由RIE等方法來進行。
其次，例如，如圖25所示，去除絕緣層161A中與記憶塊BLK對應之部分，使複數個半導體層120之上端露出。藉此，形成覆蓋導電層151之上端部之複數個絕緣層161。該步驟例如可藉由利用濕式蝕刻等方法，選擇性地去除絕緣層161A之一部分來進行。
[第3實施方式]  其次，參照圖26，對第3實施方式之半導體記憶裝置進行說明。圖26係用以說明第3實施方式之半導體記憶裝置之構成之模式性剖視圖。
第3實施方式之半導體記憶裝置基本上以與第1實施方式之半導體記憶裝置相同之方式構成。但是，第3實施方式之半導體記憶裝置具備塊間構造350、絕緣層160及導電層370來代替塊間構造150及導電層170。
塊間構造350係於Z方向及X方向上延伸之氧化矽(SiO 2)等絕緣層。
導電層370例如可包含氮化鈦(TiN)等障壁導電膜及銅(Cu)或鋁(Al)等金屬膜之積層膜等。導電層370例如作為源極線之一部分發揮作用。
導電層370跨及整個表面地覆蓋著於Y方向上排列之複數個半導體層140及複數個絕緣層160之上表面。導電層370與半導體層140之上表面接合，且與絕緣層160之上表面相接。
再者，導電層370之上表面及下表面與導電層170不同，呈大致平坦地形成。
第3實施方式之半導體記憶裝置之製造方法基本上與第1實施方式之半導體記憶裝置之製造方法相同。但是，第3實施方式中，於與參照圖13所說明之步驟對應之步驟中，在槽150A內形成塊間構造350。該步驟例如藉由CVD及RIE等方法來進行。又，不執行參照圖22所說明之步驟。
再者，於第3實施方式之半導體記憶裝置之製造步驟中，可以與第2實施方式相同之方式執行參照圖23～圖25所說明之步驟，來替代以與第1實施方式相同之方式執行參照圖17及圖18所說明之步驟。於此種情形時，例如，如圖27所示，於第3實施方式之半導體記憶裝置之塊間構造350與絕緣層160之間設置絕緣層161。
[第4實施方式]  其次，參照圖28，對第4實施方式之半導體記憶裝置進行說明。圖28係用以說明第4實施方式之半導體記憶裝置之構成之模式性剖視圖。
第4實施方式之半導體記憶裝置基本上以與第1實施方式之半導體記憶裝置相同之方式構成。但是，第4實施方式之半導體記憶裝置具備塊間構造450及導電層470來代替塊間構造150及導電層170。
塊間構造450係於Z方向及X方向上延伸之氧化矽(SiO 2)等絕緣層。塊間構造450具備：第1部分451，其設置於複數個導電層110及絕緣層101所對應之高度位置；及第2部分452，其設置於半導體層140所對應之高度位置。
導電層470基本上以與第3實施方式之導電層370相同之方式構成。但是，導電層470之下表面之一部分與塊間構造450之上表面相接，而並非與絕緣層160之上表面相接。
第4實施方式之半導體記憶裝置之製造方法基本上與第1實施方式之半導體記憶裝置之製造方法相同。
但是，第4實施方式中，於與參照圖11所說明之步驟對應之步驟中，例如，如圖29所示，形成槽450A。槽450A基本上以與槽150A相同之方式形成。但是，將槽450A之底面部之高度位置調整至與塊間構造450之上端部之高度位置對應之位置。槽450A之Z方向上之深度至少大於貫通孔120A之Z方向上之深度。
又，於與參照圖13所說明之步驟對應之步驟中，例如，如圖30所示，於槽450A內形成塊間構造450。該步驟例如藉由CVD及RIE等方法來進行。
又，如圖31及圖32所示，執行如參照圖14～圖16所說明之步驟。
又，不執行參照圖17及圖18所說明之步驟。
又，如圖33及圖34所示，執行如參照圖19～圖21所說明之步驟。但是，如圖34所示，於與參照圖21所說明之步驟對應之步驟中，將塊間構造450作為CMP等之終止層，而並非將絕緣層160作為終止層。
[第5實施方式]  其次，參照圖35～圖38，對第5實施方式之半導體記憶裝置進行說明。圖35係用以說明第5實施方式之半導體記憶裝置之構成之模式性俯視圖。圖36係表示該半導體記憶裝置之一部分構成之模式性剖視圖。圖37係將圖36所示之構造之一部分放大表示之模式性剖視圖。圖38係將該半導體記憶裝置之一部分構成放大表示之模式性剖視圖。再者，圖35對應於沿著C-C'線將圖36所示之構造切斷，沿著箭頭方向觀察到之剖面。又，圖35對應於沿著D-D'線將圖38所示之構造切斷，沿著箭頭方向觀察到之剖面。又，圖36對應於沿著A-A'線將圖35所示之構造切斷，沿著箭頭方向觀察到之剖面。又，圖38對應於沿著B-B'線將圖35所示之構造切斷，沿著箭頭方向觀察到之剖面。
第5實施方式之半導體記憶裝置基本上以與第3實施方式之半導體記憶裝置相同之方式構成。但是，第3實施方式之半導體記憶裝置之記憶胞陣列區域R MCA具備：複數個記憶塊BLK'，其等於Y方向上排列；複數個塊間構造350，其等分別設置於該等複數個記憶塊BLK'之間；半導體層540，其設置於複數個記憶塊BLK'及複數個塊間構造350之上表面；絕緣層560，其設置於塊間構造350之上端部；及導電層570，其設置於半導體層540及絕緣層560之上表面。
記憶塊BLK'基本上以與第3實施方式之記憶塊BLK相同之方式構成。但是，記憶塊BLK'不具備半導體層140。
半導體層540跨及整個表面地覆蓋於在Y方向上排列之複數個記憶塊BLK'之上表面，且連接於複數個記憶塊BLK'所含之所有半導體層120之上端部。又，如圖35所示，於半導體層540之與塊間構造350對應之位置，設置有在X方向上以特定間隔排列之複數個貫通孔541。
於圖示之例中，在圖35之A-A'線所對應之剖面(圖36)設置有貫通孔541。於此種剖面中，塊間構造350之上端部並未介隔半導體層540，而是介隔絕緣層560與導電層570之下表面相對向。另一方面，於圖35之B-B'線所對應之剖面(圖38)並未設置貫通孔541。於此種剖面中，塊間構造350之上端部介隔半導體層540與導電層570之下表面相對向。
再者，如圖37所示，貫通孔541之內周面以如下角度傾斜：越位於下方之部分越遠離貫通孔541之中心軸542，越位於上方之部分越靠近貫通孔541之中心軸542。
絕緣層560例如包含氧化矽(SiO 2)等。如圖35所示，絕緣層560沿著塊間構造350之上端部，於X方向上以特定間隔排列。絕緣層560分別設置於半導體層540中所設置之貫通孔541之內部。
再者，如圖37所示，絕緣層560之外周面以如下角度傾斜：越位於下方之部分越遠離貫通孔541之中心軸542，越位於上方之部分越靠近貫通孔541之中心軸542。因此，絕緣層560之下表面之外徑大於絕緣層560之上表面之外徑。
導電層570基本上以與導電層370相同之方式構成。導電層570跨及整個表面地覆蓋半導體層540及絕緣層560之上表面。導電層570與半導體層540之上表面接合，且與絕緣層160之上表面相接。
第5實施方式之半導體記憶裝置之製造方法基本上與第3實施方式之半導體記憶裝置之製造方法相同。
但是，第5實施方式中，於與參照圖18所說明之步驟對應之步驟中，去除絕緣層160A之與記憶塊BLK對應之部分、及絕緣層160A之與塊間構造350對應之部分之一部分，使複數個半導體層120之上端及塊間構造350之上端部之一部分露出。藉此，形成沿著塊間構造350之上端部於X方向上排列之複數個絕緣層560。該步驟例如藉由RIE等方法來進行。
再者，第5實施方式之半導體記憶裝置之製造步驟中，可以與第2實施方式相同之方式執行參照圖23所說明之步驟，來代替以與第1實施方式相同之方式執行參照圖17所說明之步驟。又，亦可於參照圖23所說明之步驟之後，執行與參照圖18所說明之步驟對應之上述步驟。又，亦可於該步驟之後，執行與參照圖25所說明之步驟相同之步驟。
於此種情形時，在第5實施方式之半導體記憶裝置之塊間構造350與絕緣層560之間設置絕緣層161。
[其他]  第1實施方式～第4實施方式中，於參照圖21所說明之步驟、或與該步驟對應之步驟中，執行將絕緣層160或塊間構造450作為終止層之CMP等方法。因此，例如，如圖39所示，半導體層140之上表面有時會形成為凹面狀，即，靠近Y方向之端部之部分位於上方，遠離Y方向之端部之部分位於下方。又，導電層170之部分171、導電層370的與之對應之部分、或導電層470的與之對應之部分之上表面及下表面有時亦會形成為與半導體層140之上表面對應之面狀。
同樣，第5實施方式中，於與參照圖21所說明之步驟對應之步驟中，執行將絕緣層560作為終止層之CMP等方法。因此，半導體層540之上表面有時會形成為凹面狀，即，靠近絕緣層560之部分位於上方，遠離絕緣層560之部分位於下方。又，導電層570之上表面有時亦會形成為與之對應之面狀。
又，對本發明之幾個實施方式進行了說明，但該等實施方式係作為示例而提出，並未意圖限定發明之範圍。該等新穎之實施方式可藉由其他各種方式加以實施，可於不脫離發明主旨之範圍內進行各種省略、置換、變更。該等實施方式及其變化包含於發明之範圍及主旨中，並且包含於申請專利範圍中記載之發明及其均等之範圍內。  [相關申請案]
本申請案享有以日本專利申請案2020-146517號(申請日：2020年9月1日)為基礎申請案之優先權。本申請案藉由參照該基礎申請案而包含基礎申請案之全部內容。
100:半導體基板 101:絕緣層 102:接點 110:導電層 110A:犧牲層 120:半導體層 120A:貫通孔 125:絕緣層 130:閘極絕緣膜 131:隧道絕緣膜 132:電荷儲存膜 133:阻擋絕緣膜 140:半導體層 140A:非晶矽層 140B:多晶矽層 150:塊間構造 150A:槽 151:導電層 152:絕緣層 160:絕緣層 160A:絕緣層 161:絕緣層 161A:絕緣層 170:導電層 171:部分 172:部分 200:半導體基板 350:塊間構造 370:導電層 450:塊間構造 451:第1部分 452:第2部分 470:導電層 540:半導體層 541:貫通孔 542:貫通孔之中心軸 560:絕緣層 570:導電層 a1,a2,a3,a4:角部 BL:位元線BLK:記憶塊 BLK':記憶塊 b1,b2,b3,b4:角部 C M:晶片 C P:晶片MD:記憶體裸晶P I1:第1貼合電極 P I2:第2貼合電極P X:焊墊電極R MCA:記憶胞陣列區域Tr:電晶體W M:晶圓W P:晶圓
圖1係表示第1實施方式之記憶體裸晶MD之構成之模式性立體圖。  圖2係表示晶片C M之構成之模式性仰視圖。  圖3係表示晶片C M之一部分構成之模式性仰視圖。  圖4係表示晶片C M之一部分構成之模式性俯視圖。  圖5係表示晶片C M之一部分構成之模式性剖視圖。  圖6係將圖5之一部分構成放大表示之模式性剖視圖。  圖7係將圖5之一部分構成放大表示之模式性剖視圖。  圖8～圖22係用以說明第1實施方式之半導體記憶裝置之製造方法之模式性剖視圖。  圖23～圖25係用以說明第2實施方式之半導體記憶裝置之製造方法之模式性剖視圖。  圖26係表示第3實施方式之半導體記憶裝置之一部分構成之模式性剖視圖。  圖27係表示第3實施方式之半導體記憶裝置之另一構成例之一部分構成之模式性剖視圖。  圖28係表示第4實施方式之半導體記憶裝置之一部分構成之模式性剖視圖。  圖29～圖34係用以說明第4實施方式之半導體記憶裝置之製造方法之模式性剖視圖。  圖35係表示第5實施方式之半導體記憶裝置之一部分構成之模式性俯視圖。  圖36係表示該半導體記憶裝置之一部分構成之模式性剖視圖。  圖37係將圖36之一部分構成放大表示之模式性剖視圖。  圖38係表示該半導體記憶裝置之一部分構成之模式性剖視圖。  圖39係表示第1實施方式之半導體記憶裝置之另一構成例之一部分構成之模式性剖視圖。
101:絕緣層
110:導電層
120:半導體層
130:閘極絕緣膜
140:半導體層
150:塊間構造
151:導電層
152:絕緣層
170:導電層
200:半導體基板
BL:位元線
BLK:記憶塊
CM:晶片
CP:晶片
PI1:第1貼合電極
PI2:第2貼合電極
Tr:電晶體

Claims (13)

  1. 一種半導體記憶裝置，其具備：基板，其具備於第1方向上排列之第1區域及第2區域；複數個第1導電層及複數個第1絕緣層，其等設置於上述第1區域，且於與上述基板之表面交叉之第2方向上交替地積層；複數個第1半導體層，其分別設置於上述第1區域，分別在上述第2方向上延伸，且分別與上述複數個第1導電層及上述複數個第1絕緣層相對向；第2半導體層，其設置於上述第1區域，較上述複數個第1導電層及上述複數個第1絕緣層更遠離上述基板，且連接於上述複數個第1半導體層之各個；複數個第2導電層及複數個第2絕緣層，其等設置於上述第2區域，且在上述第2方向上交替地積層；複數個第3半導體層，其分別設置於上述第2區域，分別在上述第2方向上延伸，且分別與上述複數個第2導電層及上述複數個第2絕緣層相對向；第4半導體層，其設置於上述第2區域，較上述複數個第2導電層及上述複數個第2絕緣層更遠離上述基板，且連接於上述複數個第3半導體層之各個；及第3導電層，其與上述第2半導體層及上述第4半導體層之上述第2方向上之離上述基板較遠之面接合；上述第2半導體層及上述第4半導體層於上述第1方向上彼此相隔而 設。
  2. 如請求項1之半導體記憶裝置，其中於在上述第1方向及上述第2方向上延伸，且包含上述第2半導體層及上述第4半導體層之第1剖面中，上述第2半導體層之位於上述第1方向上之上述第4半導體層側之側面以如下角度傾斜：越靠近上述基板之部分越遠離上述第4半導體層，越遠離上述基板之位置越靠近上述第4半導體層；上述第4半導體層之位於上述第1方向上之上述第2半導體層側之側面以如下角度傾斜：越靠近上述基板之部分越遠離上述第2半導體層，越遠離上述基板之位置越靠近上述第2半導體層。
  3. 如請求項1之半導體記憶裝置，其中於在上述第1方向及上述第2方向上延伸，且包含上述第2半導體層及上述第4半導體層之第1剖面中，當將上述第2半導體層之、上述第2方向上之離上述基板較近之面設為第1面，將上述第2半導體層之、上述第2方向上之離上述基板較遠之面設為第2面，將上述第4半導體層之、上述第2方向上之離上述基板較近之面設為第3面，將上述第4半導體層之、上述第2方向上之離上述基板較遠之面設為第4面時， 上述第1面與上述第3面之間之最短距離大於上述第2面與上述第4面之間之最短距離。
  4. 如請求項1至3中任一項之半導體記憶裝置，其具備第4導電層，該第4導電層設置於上述複數個第1導電層及上述複數個第1絕緣層與上述複數個第2導電層及上述複數個第2絕緣層之間，且在上述第2方向上延伸，上述第4導電層之上述第2方向上之離上述基板較遠之端部連接於上述第3導電層，上述第3導電層與上述第4導電層之連接部較上述第2半導體層與上述第3導電層之接合面、及上述第4半導體層與上述第3導電層之接合面更靠近上述基板。
  5. 如請求項1至3中任一項之半導體記憶裝置，其具備：第3絕緣層，其設置於上述複數個第1導電層及上述複數個第1絕緣層與上述複數個第2導電層及上述複數個第2絕緣層之間，且在上述第2方向上延伸；及第4絕緣層，較上述第3絕緣層遠離上述基板，且設置於上述第2半導體層與上述第4半導體層之間；上述第3導電層之一部分與上述第4絕緣層之上述第2方向上之離上述基板較遠之面相接。
  6. 如請求項5之半導體記憶裝置，其 具備設置於上述第3絕緣層與上述第4絕緣層之間之第5絕緣層，上述第5絕緣層包含與上述第4絕緣層不同之材料。
  7. 如請求項1至3中任一項之半導體記憶裝置，其具備第3絕緣層，該第3絕緣層設置於上述複數個第1導電層及上述複數個第1絕緣層與上述複數個第2導電層及上述複數個第2絕緣層之間，且在上述第2方向上延伸，上述第3導電層之一部分與上述第3絕緣層之上述第2方向上之離上述基板較遠之端部相接。
  8. 一種半導體記憶裝置，其具備：基板，其具備於第1方向上排列之第1區域及第2區域；複數個第1導電層及複數個第1絕緣層，其等設置於上述第1區域，且在與上述基板之表面交叉之第2方向上交替地積層；第1半導體層，其設置於上述第1區域，在上述第2方向上延伸，且與上述複數個第1導電層及上述複數個第1絕緣層相對向；複數個第2導電層及複數個第2絕緣層，其等設置於上述第2區域，且在上述第2方向上交替地積層；第2半導體層，其設置於上述第2區域，在上述第2方向上延伸，且與上述複數個第2導電層及上述複數個第2絕緣層相對向；第1構造，其設置於上述複數個第1導電層及上述複數個第1絕緣層與上述複數個第2導電層及上述複數個第2絕緣層之間，且在上述第2方向上延伸，並且於與上述第1方向及上述第2方向交叉之第3方向上延伸； 第3半導體層，其較上述複數個第1導電層及上述複數個第1絕緣層、以及上述複數個第2導電層及上述複數個第2絕緣層更遠離上述基板，且連接於上述第1半導體層及上述第2半導體層；第3導電層，其與上述第3半導體層之上述第2方向上之離上述基板較遠之面接合；及絕緣體，其設置於上述第1構造之一部分與上述第3導電層之間；上述第1構造之一部分係：未介隔上述第3半導體層而介隔上述絕緣體地與上述第3導電層相對向。
  9. 如請求項8之半導體記憶裝置，其中於在上述第1方向上延伸，包含上述第1構造、上述第3半導體層及上述第3導電層，且與上述第1方向及上述第2方向交叉之第3方向上之位置與上述第1剖面不同之第2剖面中，上述第1構造介隔上述第3半導體層與上述第3導電層相對向。
  10. 如請求項8或9之半導體記憶裝置，其中於上述第1剖面中，上述第3半導體層具備連接於上述第1半導體層之第1部分、及連接於上述第2半導體層之第2部分，上述第1部分之位於上述第1方向上之上述第2部分側之側面以如下角度傾斜：越靠近上述基板之部分越遠離上述第2部分，越遠離上述基板之位置越靠近上述第2部分；上述第2部分之位於上述第1方向上之上述第1部分側之側面以如下角 度傾斜：越靠近上述基板之部分越遠離上述第1部分，越遠離上述基板之位置越靠近上述第1部分。
  11. 如請求項8或9之半導體記憶裝置，其中於上述第1剖面中，上述第3半導體層具備連接於上述第1半導體層之第1部分、及連接於上述第2半導體層之第2部分，當將上述第1部分之、上述第2方向上之離上述基板較近之面設為第1面，將上述第1部分之、上述第2方向上之離上述基板較遠之面設為第2面，將上述第2部分之、上述第2方向上之離上述基板較近之面設為第3面，將上述第2部分之、上述第2方向上之離上述基板較遠之面設為第4面時，上述第1面與上述第3面之間之最短距離大於上述第2面與上述第4面之間之最短距離。
  12. 如請求項8或9之半導體記憶裝置，其中上述第1構造具備於上述第2方向上延伸之第3絕緣層，且該半導體記憶裝置具備第4絕緣層，該第4絕緣層設置於較上述第3絕緣層更遠離上述基板，且較上述第3導電層更靠近上述基板之位置，上述第3導電層之一部分與上述第4絕緣層之上述第2方向上之離上述基板較遠之面相接。
  13. 如請求項12之半導體記憶裝置，其具備設置於上述第3絕緣層與上述第4絕緣層之間之第5絕緣層，上述第5絕緣層包含與上述第4絕緣層不同之材料。
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