JP2022043893A - 半導体記憶装置 - Google Patents

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Abstract

Figure 2022043893000001
【課題】信頼性の高い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方向に配設された複数の第1導電層110と、第1方向に延び複数の第1導電層と対向する第1半導体層120、第1半導体層と複数の第1導電層との間に設けられたゲート絶縁層130、及び第1半導体層の一端部に配置されて第1半導体層に接続された第2半導体層121を備えたメモリ構造MHと、メモリ構造の第2半導体層と接続されたコンタクトChと、複数の第1導電層のうちメモリ構造の一端部側に配置された一部の第1導電層を第2方向に分断すると共に、メモリ構造及びコンタクトに第2方向の一方の側から接する絶縁部SHEと、コンタクトChの第2方向の他方の側から接する第1絶縁層201と、を有する。絶縁部は、第1絶縁層とは異種の絶縁材料を含む。
【選択図】図6

Description

本実施形態は、半導体記憶装置に関する。
基板と、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、この半導体層と複数の導電層との間に設けられたゲート絶縁層とを備えた半導体記憶装置が知られている。
米国特許出願公開第2017/0243817号明細書
信頼性の高い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方向に互いに離間して配設された複数の第1導電層と、前記第1方向に延び前記複数の第1導電層と対向する第1半導体層、前記第1半導体層と前記複数の第1導電層との間に設けられたゲート絶縁層、及び前記第1半導体層の前記第1方向の一端部に配置されて前記第1半導体層に接続された第2半導体層を備えたメモリ構造と、前記メモリ構造の前記第2半導体層と接続されたコンタクトと、前記複数の第1導電層のうち前記メモリ構造の前記第1方向の一端部側に配置された一部の前記第1導電層を前記第1方向と交差する第2方向に分断すると共に、前記メモリ構造及び前記コンタクトに前記第2方向の一方の側から接する絶縁部と、前記コンタクトの前記第2方向の他方の側から接する第1絶縁層と、を有する。前記絶縁部は、前記第1絶縁層とは異種の絶縁材料を含む。
第1実施形態に係る半導体記憶装置の模式的な平面図である。 同半導体記憶装置の模式的な構成を示す等価回路図である。 図1のAの部分を示す模式的な斜視図である。 図3のBの部分の拡大図である。 図1のAの部分の拡大図である。 図5の構造をC-C′線で切断し矢印方向に見た模式的な断面図である。 同半導体記憶装置の製造方法を示す模式的な断面図である。 同製造方法を示す模式的な断面図である。 同製造方法を示す模式的な断面図である。 同製造方法を示す模式的な断面図である。 同製造方法を示す模式的な断面図である。 同製造方法を示す模式的な断面図である。 同製造方法を示す模式的な断面図である。 同製造方法を示す模式的な断面図である。 同製造方法を示す模式的な断面図である。 同製造方法を示す模式的な断面図である。 同製造方法を示す模式的な断面図である。 同製造方法を示す模式的な断面図である。 同製造方法を示す模式的な断面図である。 同製造方法を示す模式的な断面図である。 同製造方法を示す模式的な図で、(a)は平面図、(b)は断面図である。 比較例に係る半導体記憶装置の製造方法を示す模式的な断面図である。 第2実施形態に係る半導体記憶装置の模式的な断面図である。 同半導体記憶装置の製造方法を示す模式的な断面図である。 同製造方法を示す模式的な断面図である。 同製造方法を示す模式的な断面図である。 同製造方法を示す模式的な断面図である。 同製造方法を示す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の模式的な断面図である。 同半導体記憶装置の製造方法を示す模式的な断面図である。 同製造方法を示す模式的な断面図である。
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。なお、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、複数の図面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、本明細書においては、基板の表面に対して平行な所定の方向をX方向、基板の表面に対して平行で、X方向と垂直な方向をY方向、基板の表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、「上」や「下」等の表現は、基板を基準とする。例えば、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、本明細書において「半導体記憶装置」とは、メモリダイ、メモリチップ、メモリカード、SSD等のコントロールダイを含むメモリシステム、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等、種々の意味を有する。
また、本明細書において、第1の構成が第2の構成に「電気的に接続された」とは、第1の構成が第2の構成に直接、又は配線、半導体部材若しくはトランジスタ等の回路を介して接続されていることを言う。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。
[第1実施形態]
[構成]
以下、図面を参照して、第1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。
[半導体記憶装置の構成]
図1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平面図であり、メモリダイの平面構造を示している。
基板100上には、複数のメモリセルアレイMCAと、領域PERIと、が設けられる。図示の例では、基板100上に2つのメモリセルアレイMCAがX方向に並んで設けられ、Y方向の一端に領域PERIが設けられている。
メモリセルアレイMCAは、Y方向に配設された複数のメモリブロックBLKを備える。また、メモリセルアレイMCAは、メモリセルが設けられる領域R1と、コンタクト等が階段状に設けられる領域R2と、を備える。領域PERIは、例えば、周辺回路の一部、パッド電極等を備える。
図2は、この半導体記憶装置の模式的な等価回路図である。
メモリセルアレイMCAを構成する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、下部配線SC及び共通のソース線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、ビット線BL及びソース線SLの間に直列に接続されたドレイン側選択トランジスタSTD、複数のメモリセルMC(メモリトランジスタ)及びソース側選択トランジスタSTSを備える。以下、ドレイン側選択トランジスタSTD、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。なお、図2では、選択トランジスタSTD,STSが、それぞれ1つずつ図示されているが、それぞれ複数の選択トランジスタSTD,STSが直列に接続されていても良い。
メモリセルMCは、チャネル領域として機能する半導体層、電荷蓄積層を含むゲート絶縁層及びゲート電極を備える電界効果型のトランジスタである。メモリセルMCのしきい値電圧は、電荷蓄積層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。なお、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、チャネル領域として機能する半導体層、ゲート絶縁層及びゲート電極を備える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)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。ドレイン側選択ゲート線SGDは、ストリングユニットSUに対応して設けられ、1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。ソース側選択ゲート線SGSは、1のメモリブロックBLK内の複数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。
[メモリセルアレイMCA]
図3は、図1のAで示した部分の模式的な斜視図である。
メモリセルアレイMCAは、メモリ層MLと、メモリ層MLの下方に設けられた回路層CLと、を備える。
[メモリ層ML]
Y方向に隣り合う2つのメモリブロックBLKの間には、X方向及びZ方向に延伸するブロック間絶縁層STが設けられる。また、Y方向に隣り合う2つのストリングユニットSUの間には、ドレイン側選択ゲート線SGDのみをX方向及に分離する、X方向及びZ方向に延伸する絶縁部SHEが設けられる
メモリブロックBLKは、Z方向に延伸する複数のメモリ構造MHと、Z方向に並びXY断面においてこれら複数のメモリ構造MHの外周面を覆う複数の導電層110と、複数の導電層110の間に配置された複数の絶縁層101と、メモリ構造MHの上端に接続された複数のビット線BLと、メモリ構造MHの下端に接続された下部配線層150と、を備える。
メモリ構造MHは、X方向及びY方向に所定のパターンで配設されている。メモリ構造MHは、Z方向に延伸する半導体層120と、半導体層120と導電層110との間に設けられたゲート絶縁層130と、半導体層120の上端に接続された半導体層121と、メモリ構造MHの中心部分に設けられたコア絶縁層125と、を備える。
半導体層120は、例えば、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、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のチャネル領域として機能する。半導体層120は下端から上端まで一体形成された略円筒状の形状を有する。半導体層120は、例えば、ノンドープの多結晶シリコン(Si)等からなる。半導体層120の中心部分に埋め込まれたコア絶縁層125は、例えば、酸化シリコン(SiO)等からなる。
ゲート絶縁層130は、半導体層120の外周面に沿ってZ方向に延伸し、後述する半導体層120と下部配線層150との接続部を除き、下端から上端まで一体形成された略円筒状の形状を有する。
半導体層121は、例えば、リン(P)等のN型の不純物がドープされた多結晶シリコン(Si)等からなる。
導電層110は、絶縁層101を介してZ方向に複数配設され、X方向及びY方向に延伸する略板状の導電膜である。Z方向における中央部の導電層110は、ワード線WL(図3)及びこのワード線WLに接続された複数のメモリセルMC(図2)のゲート電極として機能する。
複数の導電層110のうちの上方に設けられた導電層110の一部は、ドレイン側選択ゲート線SGD(図2)及びこのドレイン側選択ゲート線SGDに接続された複数のドレイン側選択トランジスタSTD(図2)のゲート電極として機能する。
複数の導電層110のうちの下方に設けられた導電層110の一部は、ソース側選択ゲート線SGS(図2)及びこれに接続された複数のソース側選択トランジスタSTS(図2)のゲート電極として機能する。
絶縁層101は、Z方向に並ぶ複数の導電層110の間にそれぞれ設けられる。絶縁層101は、例えば、酸化シリコン(SiO)等を含む。
ビット線BLは、X方向に複数配設され、Y方向に延伸する。ビット線BLは、コンタクトCb,Ch、及び半導体層121を介して半導体層120に接続される。
下部配線層150は、半導体層120に接続された半導体層151と、半導体層151の下面に設けられた導電層152と、を備える。下部配線層150は、下部配線SC(図2)として機能する。
導電層152は、基板100の上に絶縁層160を介して形成され、例えば、タングステン(W)等の金属、リン等(P)のN型の不純物がドープされた多結晶シリコン(Si)又はシリサイド等の導電膜を含む。半導体層151は、例えば、リン等(P)のN型の不純物がドープされた多結晶シリコン(Si)を含む。絶縁層160は、例えば、酸化シリコン(SiO)等を含む。
[回路層CL]
回路層CLは、基板100と、周辺回路PCを構成する複数のトランジスタTrと、これら複数のトランジスタTrに接続された複数の配線及びコンタクトと、を備える。
基板100は、例えば、単結晶シリコン(Si)等からなる半導体基板である。基板100は、例えば、半導体基板の表面にリン(P)等のN型の不純物層を有し、更にこのN型の不純物層中にホウ素(B)等のP型の不純物層を有する2重ウェル構造を備える。
[メモリセルMCの構造]
図4は、図3のBで示した部分の模式的な断面図であり、導電層110及びゲート絶縁層130が対向する位置における構造の詳細を示している。
図4に示す通り、ゲート絶縁層130は、半導体層120と導電層110との間に積層されたトンネル絶縁層131、電荷蓄積層132及びブロック絶縁層133を備える。トンネル絶縁層131、電荷蓄積層132及びブロック絶縁層133はZ方向に一体的に連続して設けられる。但し、電荷蓄積層132は、Z方向に分断されていても良い。
トンネル絶縁層131及びブロック絶縁層133は、例えば、酸化シリコン(SiO)等を含む。電荷蓄積層132は、例えば、窒化シリコン(SiN)等の電荷を蓄積可能な層である。なお、電荷蓄積層132は、例えば、リン(P)等のN型の不純物又はホウ素(B)等のP型の不純物層がドープされた多結晶シリコン(Si)等を含むフローティングゲートであっても良い。
導電層110は、例えば、タングステン(W)又はモリブデン(Mo)等の金属膜を含む。なお、導電層110は、例えば、窒化チタン(TiN)等のバリア金属膜で外周面が覆われていても良い。
図5は、図1のAで示した部分の模式的な平面図である。また、図6は、図5に示す構造をC-C′線で切断し、矢印方向に見た模式的な断面図である。
図5及び図6において、Y方向に隣り合う2つのメモリブロックBLKの間には、X方向及びZ方向に延伸するブロック間絶縁層STが設けられる。ブロック間絶縁層STは、Z方向に下部配線層150まで延び、メモリブロックBLKの間をY方向に分断する。なお、ブロック間絶縁層ST内には、側面側の絶縁膜を残して内部に図示しない導電膜が形成され、導電膜が下部配線層150と接続されることで、下部配線層150に対するコンタクトとして機能するようにしてもよい。
メモリブロックBLKは、領域R1において、Z方向に延伸し、XY方向に千鳥状に配置された複数のメモリ構造MHと、Z方向に配列されXY断面においてこれら複数のメモリ構造MHの外周面を覆う複数の導電層110と、複数の導電層110の間に配置された複数の絶縁層101と、メモリ構造MHの上端に、コンタクトCh,Cbを介して電気的に接続された複数のビット線BLと、を備える。
メモリブロックBLKは、領域R2にコンタクト領域Rccを有する。コンタクト領域Rccは、導電層110の階段状に形成された端部に設けられる。コンタクト領域Rccには、コンタクトCCと、支持構造HRが配置されている。
メモリブロックBLKは、図5に示すように、Y方向に複数のストリングユニットSUを有する。Y方向に隣り合う2つのストリングユニットSUの間には、X方向及びZ方向に延伸する絶縁部SHEが設けられている。絶縁部SHEは、図6に示すように、複数の導電層110のうち、ドレイン側選択ゲート線SGDに相当する導電層110のみをY方向に分断する。
この実施形態では、図5に示すように、X方向に配列されたメモリ構造MHの列がY方向に4列並んで1つのストリングユニットSUを形成している。そして、このストリングユニットSUがY方向に3つ以上配置されて1つのメモリブロックBLKを構成している。即ち、絶縁部SHEは1つのメモリブロックBLKに2つ以上配置されることになる。また、絶縁部SHEは、それぞれがX方向に連続して形成されている。従って、後述するように、ブロック間絶縁層STを形成する開口を介してドレイン側選択ゲート線SGDとなる導電層110を、犠牲層との置換により形成する際、絶縁部SHEが先に形成されていると、絶縁部SHEの間の犠牲層を置換させることが出来ない。このため、絶縁部SHEは、メモリ構造MHや導電層110よりも後に形成されることになる。
即ち、絶縁部SHEは、メモリ構造MH及び導電層110上が第1絶縁層201によって覆われた後、第1絶縁層201からドレイン側選択ゲート線SGDに相当する導電層110までを貫通するように形成される。このような絶縁部SHEは、図5に示すように、Y方向に隣接する、X方向に配列された2つのメモリ構造MHの列の間に、メモリ構造MHの一部を切欠くように形成されている。換言すると、図6に示すように、絶縁部SHEは、メモリ構造MHの一部(ドレイン側選択トランジスタSTDに対応する部分)に接するように形成されている。絶縁部SHEに接するメモリ構造MHの部分は、完全な円筒形を形成しないが、メモリストリングMSとして機能する。
また、絶縁部SHEは、図6に示すように、メモリ構造MHの上方において、コンタクトChの側面に接している。絶縁部SHEに接していないメモリ構造MHの上端側面及びコンタクトChの側面は、第1絶縁層201に覆われている。第1絶縁層201は、例えば、dTEOS(プラズマCVD(Chemical Vapor Deposition)によるTEOS(Tetraethyl ortho-silicate))等の酸化シリコンを含む。絶縁部SHEは、第1絶縁層201とは異種の絶縁材料を含む第2絶縁層202と、この第2絶縁層202の外側を覆う第3絶縁層203を有する。第2絶縁層202は、例えば、窒化シリコン(SiN)等を含む。第3絶縁層203は、例えば酸化シリコン(SiO)等を含む。第2絶縁層202は、コンタクトChに接し、第3絶縁層203は、メモリ構造MHに接する。半導体層121の絶縁部SHEと接する部分は凹部Eを有する。この凹部Eは、絶縁部SHEの、半導体層121と対向する部分におけるシーム300の発生要因となる。
コンタクトChは、半導体層121に接する第1端S1と、この第1端S1に対してZ方向の反対側に位置する第2端S2を有する。また、コンタクトChは、絶縁部SHEに接する側面に、第1端S1側の側面S3が第2端S2側の側面S4よりもY方向の内側にシフトした段差Dを有している。
また、絶縁部SHEを形成する絶縁層(第2絶縁層202及び第3絶縁層203)は、絶縁部SHEが貫通する第1絶縁層201上でX方向及びY方向に延伸して形成されており、このように第1絶縁層201上を覆う第2、第3絶縁層202、203の上には、絶縁層204が形成されている。絶縁層204の上にはビット線BLが形成されている。絶縁部SHEに接していない部分のコンタクトChは、第2端S2側で第1絶縁層201上を覆う第2、第3絶縁層202、203を貫通するように形成され、絶縁層204には、コンタクトChとビット線BLを接続するコンタクトCbが設けられている。
[製造方法]
次に、図7~図21を参照して、本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。なお、図7~図21は、図5におけるC-C′線に対応する断面を示す。
図7に示す通り、基板100上に、絶縁層160、導電層152、半導体層151A、絶縁層151B、犠牲層151C、絶縁層151D及び半導体層151Eを形成する。また、これらの上方に、複数の絶縁層101及び犠牲層110Aを交互に形成する。更に、これらの上方に、絶縁層201Aを形成する。
基板100は、例えば、図3に示す様な回路層CLのトランジスタTr等が形成された基板、又は、Si等の半導体基板である。絶縁層160は、例えば、酸化シリコン等を含む。導電層152は、例えば、タングステンシリサイド(WSi)等を含む。半導体層151A及び半導体層151Eは、例えば、リン(P)をドープしたポリシリコン(Si)等を含む。絶縁層151B、絶縁層151D、絶縁層101は、例えば、酸化シリコン等を含む。犠牲層151C及び犠牲層110Aは、例えば、窒化シリコン(SiN)等を含む。絶縁層201Aは、例えば、dTEOS等の酸化シリコンを含む。この工程は、例えば、CVD等の方法によって行う。
次に、図8に示すように、積層構造体に開口MHAを形成する。開口MHAは、Z方向に延伸し、絶縁層201A、犠牲層110A、絶縁層101、半導体層151E、絶縁層151D、犠牲層151C及び絶縁層151Bを貫通して、半導体層151Aを露出させる。この工程は、例えば、開口MHAに対応する部分に開口を有する絶縁層を図7に示す積層構造体の上面に形成し、これをマスクとしたRIE(Reactive Ion Etching)等によって行う。
次に、図9に示すように、開口MHAの内周面に、ゲート絶縁層130、半導体層120及びコア絶縁層125を順次形成する。この工程は、例えば、CVD等の方法によって行う。これにより、メモリ積層構造MHBが形成される。また、この工程では、例えば、半導体層120の結晶構造を改質するための熱処理等を行う。
次に、図10に示すように、メモリ積層構造MHBの絶縁層125、半導体層120及びゲート絶縁層130の一部を除去して最上層に位置する絶縁層201Aを露出させる。また、メモリ積層構造MHBのコア絶縁層125の上端をエッチバックする。この工程は、例えば、CMP(Chemical Mechanical Polishing)、RIE等の方法によって行う。
次に、図11に示すように、メモリ積層構造MHBの上端に、半導体層121を形成する。半導体層121は、例えば、リン(P)等のN型の不純物がドープされたアモルファスシリコン等からなる。この工程は、例えば、CVD等の方法によって行う。これにより、略円柱状のメモリ構造MHが形成される。
次に、例えば図12に示すように、図11に示す構造の上面にdTEOS等の絶縁層201Bを形成し、更に図示しないマスクを形成して開口STAを形成する。開口STAは、X方向及びZ方向に延伸して絶縁層201B,201A、複数の犠牲層110A及び複数の絶縁層101をY方向に分断する。また、開口STAは、半導体層151E及び絶縁層151Dを貫通して底部に犠牲層151Cを露出させる。この工程は、例えば、RIE等の方法によって行う。更に、開口STAの内壁面及び底面に、酸化シリコン(SiO)等の絶縁層161を形成して積層構造体の側面を覆い、その後、開口STAの底面を犠牲層151Cまで掘り下げる。この工程は、RIE等の方法によって行う。
次に、図13に示すように、開口STAを介して、犠牲層151Cを除去し、メモリ構造MHのゲート絶縁層130の側壁の一部を露出させる。この工程は、例えば、ウェットエッチング等の方法によって行う。この工程において、犠牲層151Cと同種の材料からなる犠牲層110Aは、絶縁層161によって保護されているため、同時にエッチングされない。
次に、図14に示すように、開口STA及び犠牲層151Cが設けられていた空隙を介して、ゲート絶縁層130の一部を除去し、半導体層120の側面を露出させる。この工程においては、ゲート絶縁層130と同種の材料を含む絶縁層151B及び絶縁層151Dも同時に除去する。この工程は、例えば、ケミカルドライエッチング等の方法によって行う。
次に、図15に示すように、半導体層120の側面、半導体層151Aの上面、並びに、半導体層151Eの下面及び開口STAの内壁において、ポリシリコン(Si)等の半導体層151Fを形成する。この工程は、例えば、半導体のエピタキシャル成長等の方法によって行う。
次に、図16に示す通り、開口STA内壁部の半導体層151Fを除去する。この工程は、例えば、ウェットエッチング等の方法によって行う。次に、開口STAの側壁を覆う絶縁層161を除去した後、開口STAを介して複数の犠牲層110Aを除去して、犠牲層110Aが存在していた部分に複数の導電層110を形成する。絶縁層161及び犠牲層110Aを除去する工程は、例えば、ウェットエッチング等の方法によって行う。導電層110の形成は、例えば、CVD等の方法によって行う。
次に、図17に示すように、開口STAにブロック間絶縁層ST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、図18に示すように、メモリ構造MHをストリングユニットSU毎に分離する絶縁部SHEを形成するための開口SHEAを形成する。開口SHEAは、メモリ構造MHの一部(上端側)を削り取るように形成される。開口SHEAは、ドレイン側選択ゲート線SGDとなる導電層110のみをY方向に分断するように形成される。この工程は、RIE等の方法によって行う。
図18に示すように、開口SHEAを形成する際、半導体層120及び半導体層121は、コア絶縁層125よりも削れやすいため、RIEの過程で、半導体層121の部分ではY方向のエッチングが進み、凹部Eが形成されることがある。
次に、図19に示すように、開口SHEAの側面及び底面に、例えば、酸化シリコン(SiO)等の絶縁層203A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、図20に示すように、開口SHEAの絶縁層203Aの内側に、例えば、窒化シリコン(SiN)等の絶縁層202Aを形成する。この工程は、例えば、CVD等の方法によって行う。これにより、絶縁部SHEが形成される。なお、図20に示すように、半導体層121の側面に凹部Eが形成されていると、絶縁層202Aを開口SHEAに埋めたときに、凹部Eが形成されたZ方向の位置と対応する位置に、シーム300が発生する可能性がある。
次に、図21(b)に示すように、絶縁層202Aの上部をCMP等の方法によって平坦化し、その上に図示しないマスクを形成して、コンタクトChを形成するための円柱状の開口ChAを、メモリ構造MHの上方に形成する。この工程は、RIE等の方法によって行う。
絶縁部SHEと接するメモリ構造MHに接続されるコンタクトChの開口ChAを形成する際、開口ChAは、絶縁部SHEと第1絶縁層201の境界部分上にも形成される。絶縁部SHEを構成する窒化シリコンを含む第2絶縁層202は、酸化シリコンを含む第1絶縁層201及び絶縁部SHEを構成する第3絶縁層203よりもエッチングレートが低い。このため、図21(b)に示すように、絶縁部SHEに接する開口ChAは、第2絶縁層202のエッチングよりも第1絶縁層201及び第3絶縁層203のエッチングの方が先行し、結果として、絶縁部SHEに接する側面に、下側が上側よりも内側にシフトした段差Dが形成される。
そして、このように形成された開口ChAにコンタクトChを形成し、その上に絶縁層204を形成すると共に、絶縁層204にコンタクトChと電気的に接続されるコンタクトCbを形成する。更に、コンタクトCbの上部にビット線BLをそれぞれ設けることにより、図6を参照して説明した構成が形成される。
[本実施形態の効果]
次に、図22に示す比較例も参照しながら、本実施形態の効果を説明する。
図22に示すように、絶縁部SHEを第1絶縁層201と同様の酸化シリコン等の絶縁層205で形成した場合、絶縁部SHEに接するコンタクトChを形成するための開口ChAを形成するときに、エッチングは開口ChA全体で均一に進行する。このため、半導体層121に達した開口ChAの先端が、絶縁層205側ではエッチングが更に進行してシーム300まで到達してしまう可能性がある。この場合、導電体のコンタクトChを形成すると、コンタクトChのシーム300への突き抜けが発生する可能性がある。シーム300は、図21(a)に示すように、X方向に延びているので、このシーム300に導電体が侵入すると、X方向に並ぶ複数のコンタクトChが短絡してしまう可能性がある。
この点、本実施形態に係る半導体記憶装置では、図21に示すように、開口ChAを形成する際に、絶縁部SHEに接する側のエッチングが遅れるので、開口ChAの絶縁部SHE側の側面に、段差Dが形成され、シーム300に到達する孔の形成を阻止する。このため、X方向に隣接するコンタクトCh同士が短絡するという問題を確実に回避することが出来る。
また、本実施形態では、メモリ構造MHと接する部分には、酸化膜である第3絶縁層203が形成されているので、従来の酸化膜で満たされた絶縁部SHEと同様の電気的特性を維持することができる。また、第3絶縁層203と第2絶縁層202とを順次形成すればよいので、制御も容易で、製造工程の複雑化を招くこともない。
[第2実施形態]
図23は、第2実施形態に係る半導体記憶装置の断面図であり、図5のC-C′線に沿って切断し、矢印方向から見た断面図に相当する。
第2の実施形態では、絶縁部SHEが、半導体層121の上面よりもZ方向の上方に位置する第2絶縁層206と、半導体層121の上面からZ方向の下方に位置する第3絶縁層207とを含む。第2絶縁層206は、例えば、窒化シリコン(SiN)等を含む。第3絶縁層207は、例えばLTO(Low Temperature Oxide)等の酸化シリコン(SiO)を含む。第2絶縁層206は、コンタクトChに接し、第3絶縁層207は、メモリ構造MHに接する。第2絶縁層206は、第1絶縁層201よりもエッチングレートが低い。
次に、図24~図28を参照して、本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。なお、図24~図28は、図5におけるC-C′線に対応する断面を示す。
本実施形態の製造工程は、図17に示すブロック間絶縁層STの形成までは第1の実施形態と同様である。この状態で、図24に示すように、例えば、窒化シリコン(SiN)等の絶縁層206Aによるマスクを形成し、絶縁部SHEを形成するための開口SHEAを形成する。この工程は、RIE等の方法によって行う。この場合にも、半導体層121の側壁に凹部Eが形成されることがある。
次に、図25に示すように、開口SHEAの内部に、例えば、LTO等の絶縁層207Aを埋める。この工程は、CVD等の方法により行う。このとき、絶縁層207Aの、半導体層121に対向する部分にシーム300が発生することがある。
次に、図26に示すように、絶縁層207Aを半導体層121の上端まで掘り下げて第3絶縁層207を形成する。この工程は、RIE等の方法によって行う。
次に、図27に示すように、開口SHEAの第3絶縁層207の上に、例えば、窒化シリコン(SiN)等を含む絶縁層206Bを形成する。この工程は、CVD等の方法により行う。
次に、図28に示すように、絶縁層206Bの上面を、CMP等の方法により平坦化したのち、各メモリ構造MHの上にコンタクトChを形成するための開口ChAを形成する。この工程は、RIE等の方法によって行う。この場合にも、第2絶縁層206は、第1絶縁層201よりもエッチングレートが低いので、開口ChAの第2絶縁層206に接する側面には、エッチングレートの差に起因した段差Dが形成される。
よって、本実施形態の半導体記憶装置も、シーム300へのコンタクトChの突き抜けが発生しない。
また、この実施形態によれば、絶縁部SHEのメモリ構造MHに接する部分が全て酸化膜である第3絶縁層207で形成されているので、従来の酸化膜で満たされた絶縁部SHEと殆ど同様の電気的特性を維持することができる。
[第3実施形態]
図29は、第3実施形態に係る半導体記憶装置の断面図であり、図5のC-C′線に沿って切断し、矢印方向から見た断面図に相当する。
第3の実施形態では、絶縁部SHEが、例えば、窒化シリコン(SiN)等を含む第2絶縁層208のみから形成されている。第2絶縁層208は、コンタクトCh及びメモリ構造MHに接する。第2絶縁層208は、第1絶縁層201よりもエッチングレートが低い。
次に、図30及び図31を参照して、本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。なお、図30及び図31は、図5におけるC-C′線に対応する断面を示す。
本実施形態の製造工程は、図18に示す開口SHEAの形成までは第1実施形態と同様である。この状態で、図30に示すように、開口SHEAの内部に、例えば、窒化シリコン(SiN)等を含む絶縁層208Aを埋める。この工程は、CVD等の方法により行う。このとき、絶縁層208Aの、半導体層121に対向する部分にシーム300が発生することがある。
次に、図31に示すように、絶縁層208Aの上面を、CMP等の方法により平坦化したのち、各メモリ構造MHの上にコンタクトChを形成するための開口ChAを形成する。この工程は、RIE等の方法によって行う。この場合にも、第2絶縁層208は、第1絶縁層201よりもエッチングレートが低いので、開口ChAの第2絶縁層208に接する側面には、エッチングレートの差に起因した段差Dが形成される。
よって、本実施形態の半導体記憶装置も、シーム300へのコンタクトChの突き抜けが発生しない。
また、この実施形態では、絶縁部SHEが窒化膜のみで形成されているので、第1及び第2実施形態よりも製造工程が簡単である。
[その他]
以上、実施形態を説明したが、こ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。例えば、上記各実施形態では、第1絶縁層としてシリコン酸化膜、第2絶縁層としてシリコン窒化膜を用いたが、第1絶縁層及び第2絶縁層は、互いに異種の材料であって前者よりも後者のエッチングレートが低く、且つ絶縁体であれば、他の材料を用いることもできる。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。
MH…メモリ構造、ST…ブロック間絶縁層、SHE…絶縁部、Ch,Cb…コンタクト、101…絶縁層、110…導電層、120,121…半導体層、130…ゲート絶縁膜、131…トンネル絶縁膜、132…電荷蓄積膜、133…ブロック絶縁膜、BLK…メモリブロック、SU…ストリングユニット、201…第1絶縁層、202,206,208…第2絶縁層、203,207…第3絶縁層。

Claims (5)

  1. 第1方向に互いに離間して配設された複数の第1導電層と、
    前記第1方向に延び前記複数の第1導電層と対向する第1半導体層、前記第1半導体層と前記複数の第1導電層との間に設けられたゲート絶縁層、及び前記第1半導体層の前記第1方向の一端部に配置されて前記第1半導体層に接続された第2半導体層を備えたメモリ構造と、
    前記メモリ構造の前記第2半導体層と接続されたコンタクトと、
    前記複数の第1導電層のうち前記メモリ構造の前記第1方向の一端部側に配置された一部の前記第1導電層を前記第1方向と交差する第2方向に分断すると共に、前記メモリ構造及び前記コンタクトに前記第2方向の一方の側から接する絶縁部と、
    前記コンタクトの前記第2方向の他方の側から接する第1絶縁層と、
    を有し、
    前記絶縁部は、前記第1絶縁層とは異種の絶縁材料を含む
    半導体記憶装置。
  2. 前記絶縁部は、少なくとも前記コンタクトと接して前記異種の絶縁材料を含む第2絶縁層を有する
    請求項1記載の半導体記憶装置。
  3. 前記絶縁部は、前記メモリ構造に接する第3絶縁層を更に有する
    請求項2記載の半導体記憶装置。
  4. 前記コンタクトは、前記第2半導体層に接する第1端及び前記第1端に対して前記第1方向の反対側に位置する第2端を有し、前記絶縁部に接する側面に、前記第1端側の側面が前記第2端側の側面よりも前記第2方向の内側にシフトした段差を有する
    請求項1~3のいずれか1項記載の半導体記憶装置。
  5. 前記絶縁部は、前記第2半導体層に対応する前記第1方向の位置にシームを有する
    請求項1~4のいずれか1項記載の半導体記憶装置。
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