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JP2025009017A - 半導体記憶装置、および半導体記憶装置の製造方法 - Google Patents
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JP2025009017A - 半導体記憶装置、および半導体記憶装置の製造方法 - Google Patents

半導体記憶装置、および半導体記憶装置の製造方法 Download PDF

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Abstract

Figure 2025009017000001
【課題】一実施形態は、半導体記憶装置の製造性の向上を図る。
【解決手段】一実施形態の半導体記憶装置は、積層体と、複数のコンタクトとを備える。前記複数の積層体は、複数のゲート電極層を含む。前記複数のコンタクトは、第1コンタクトと、第2コンタクトと、第3コンタクトとを含む。前記複数のゲート電極層は、第1ゲート電極層と、前記第1ゲート電極層に対して第1側に配置された第2ゲート電極層と、前記第2ゲート電極層に対して前記第1側に配置された第3ゲート電極層とを含む。前記積層体は、前記第1ゲート電極層から前記第1コンタクトに向けて突出した導電性の第1突出部と、前記第3ゲート電極層から前記第3コンタクトに向けて突出した導電性の第2突出部とを含む。前記第1コンタクトは、前記第1突出部に接している。前記第2コンタクトは、前記第2ゲート電極層に接している。前記第3コンタクトは、前記第2突出部に接している。
【選択図】図6

Description

本発明の実施形態は、半導体記憶装置、および半導体記憶装置の製造方法に関する。
複数のゲート電極層と複数の絶縁層とが1層ずつ交互に積層された積層体と、上記積層体に設けられた複数のコンタクト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2021/0242131号明細書
一実施形態は、半導体記憶装置の製造性の向上を図る。
一実施形態の半導体記憶装置は、積層体と、複数のコンタクトとを備える。前記積層体は、複数のゲート電極層と複数の絶縁層とを含む。前記複数のゲート電極層と前記複数の絶縁層とは、第1方向に1層ずつ交互に積層されている。前記複数のコンタクトは、前記第1方向にそれぞれ延びている。前記積層体は、第1領域、第2領域、および第3領域を含む。前記第1領域、前記第2領域、および前記第3領域は、前記第1方向とは異なる第2方向に、前記第1領域、前記第2領域、前記第3領域の順に並ぶ。前記複数のコンタクトは、前記第1領域に配置された第1コンタクトと、前記第2領域に配置された第2コンタクトと、前記第3領域に配置された第3コンタクトとを含む。前記複数のゲート電極層は、第1ゲート電極層と、前記第1ゲート電極層に対して前記第1方向における第1側に配置された第2ゲート電極層と、前記第2ゲート電極層に対して前記第1側に配置された第3ゲート電極層とを含む。前記積層体は、前記第1ゲート電極層から前記第1コンタクトに向けて突出した導電性の第1突出部と、前記第3ゲート電極層から前記第3コンタクトに向けて突出した導電性の第2突出部とを含む。前記第1コンタクトは、前記第1突出部に接している。前記第2コンタクトは、前記第2ゲート電極層に接している。前記第3コンタクトは、前記第2突出部に接している。
第1実施形態の半導体記憶装置の構成の一部を示すブロック図。 第1実施形態のメモリセルアレイの一部の等価回路を示す図。 第1実施形態の半導体記憶装置の一部を示す断面図。 図3に示されたF4線で囲まれた領域を拡大して示す断面図。 図4に示された半導体記憶装置のF5-F5線に沿う断面図。 第1実施形態の半導体記憶装置の階段領域を示す断面図。 第1実施形態の階段領域の一部を拡大して示す断面図。 第1実施形態の半導体記憶装置の製造方法を説明するための図。 第1実施形態の半導体記憶装置の製造方法を説明するための図。 第1実施形態の変形例の半導体記憶装置の階段領域を示す断面図。 第2実施形態の半導体記憶装置の階段領域を示す断面図。 第2実施形態の半導体記憶装置の製造方法を説明するための図。 第2実施形態の半導体記憶装置の製造方法を説明するための図。 第2実施形態の半導体記憶装置の製造方法を説明するための図。 第3実施形態の半導体記憶装置の階段領域を示す斜視断面図。 実施形態の変形例の半導体記憶装置の階段領域を示す断面図。
以下、実施形態の半導体記憶装置および半導体記憶装置の製造方法を、図面を参照して説明する。以下の説明では、同一または類似の機能を有する構成に同一の符号を付す。そして、それら構成の重複する説明は省略する場合がある。以下の説明において、区別のための数字または英字を末尾に伴う参照符号は、互いに区別されなくてもよい場合、末尾の数字または英字が省略される場合がある。
本出願では用語は以下のように定義される。「平行」、「直交」、または「同じ」とは、それぞれ「略平行」、「略直交」、または「略同じ」である場合を含み得る。「接続」とは、機械的な接続に限定されず、電気的な接続を含み得る。すなわち「接続」とは、複数の要素が直接に接続される場合に限定されず、複数の要素が別の要素を間に介在させて接続される場合を含み得る。
+X方向、-X方向、+Y方向、-Y方向、+Z方向、および-Z方向は、以下のように定義される。+X方向は、後述するワード線WLが延びた方向である(図3参照)。-X方向は、+X方向の反対方向である。+X方向と-X方向とを区別しない場合、単にX方向と称する。+Y方向は、X方向とは交差する(例えば直交する)方向である。+Y方向は、ビット線BLが延びた方向である(図3参照)。-Y方向は、+Y方向の反対方向である。+Y方向と-Y方向とを区別しない場合、単にY方向と称する。+Z方向は、X方向およびY方向とは交差する(例えば直交する)方向である。+Z方向は、後述するビット線BLから積層体40に向かう方向である(図3参照)。-Z方向は、+Z方向の反対方向である。+Z方向と-Z方向とを区別しない場合、単にZ方向と称する。
以下の説明では、+Z方向側を「上」、-Z方向側を「下」と称する場合がある。また以下の説明では、Z方向の位置を「高さ」と称する場合がある。ただしこれら表現は、便宜上のものであり、重力方向を規定するものではない。Z方向は、「第1方向」の一例である。+Z方向側は、「第1側」の一例である。-Z方向側は、「第2側」の一例である。X方向は、「第2方向」の一例である。以下に説明する図面では、説明と関連しない構成の図示が省略される場合がある。
(第1実施形態)
<1.半導体記憶装置の構成>
図1は、半導体記憶装置1の構成の一部を示すブロック図である。半導体記憶装置1は、例えば、不揮発性の半導体記憶装置であり、NAND型フラッシュメモリである。半導体記憶装置1は、外部のホスト装置と接続可能であり、ホスト装置の記憶空間として使用される。半導体記憶装置1は、例えば、メモリセルアレイ11、コマンドレジスタ12、アドレスレジスタ13、制御回路(シーケンサ)14、ドライバモジュール15、ロウデコーダモジュール16、およびセンスアンプモジュール17を含む。
メモリセルアレイ11は、複数のブロックBLK0~BLK(k-1)(kは1以上の整数)を含む。ブロックBLKは、メモリセルトランジスタの集合である。ブロックBLKは、データの消去単位として使用される。メモリセルアレイ11には、複数のビット線および複数のワード線が設けられている。各メモリセルトランジスタは、1本のビット線と、1本のワード線とに関連付けられる。
コマンドレジスタ12は、半導体記憶装置1がホスト装置から受信するコマンドCMDを保持する。アドレスレジスタ13は、半導体記憶装置1がホスト装置から受信するアドレス情報ADDを保持する。アドレス情報ADDは、ブロックBLK、ワード線、およびビット線の選択に使用される。制御回路14は、半導体記憶装置1の各種動作を制御する。例えば、制御回路14は、コマンドレジスタ12に保持されたコマンドCMDに基づき、データの書き込み動作、読み出し動作、または消去動作などを実行する。
ドライバモジュール15は、電圧生成回路を含み、半導体記憶装置1の各種動作で使用される電圧を生成する。ロウデコーダモジュール16は、選択されたワード線に対応する信号線に印加された電圧を、選択されたワード線に転送する。センスアンプモジュール17は、書き込み動作において、各ビット線に所望の電圧を印加する。センスアンプモジュール17は、読み出し動作において、各ビット線の電圧に基づいて各メモリセルトランジスタに記憶されたデータ値を判定し、判定結果を読み出しデータDATとしてホスト装置に転送する。
<2.メモリセルアレイの電気的構成>
図2は、メモリセルアレイ11の一部の等価回路を示す図である。図2は、メモリセルアレイ11に含まれる1つのブロックBLKを示している。ブロックBLKは、複数(例えば4つ)のストリングSTR0~STR3を含む。
各ストリングSTRは、ビット線BL0~BLm(mは1以上の整数)にそれぞれ関連付けられた複数のNANDストリングNSを含む。各NANDストリングNSは、例えば、複数のメモリセルトランジスタMT0~MTn(nは1以上の整数)、1つ以上のドレイン側選択トランジスタSTD、および1つ以上のソース側選択トランジスタSTSを含む。
各NANDストリングNSにおいて、メモリセルトランジスタMT0~MTnは、直列接続されている。各メモリセルトランジスタMTは、制御ゲートおよび電荷蓄積部を含む。メモリセルトランジスタMTの制御ゲートは、ワード線WL0~WLnのいずれかに接続されている。各メモリセルトランジスタMTは、ワード線WLを介して制御ゲートに印加された電圧に応じて電荷蓄積部に電荷が蓄積され、データ値を不揮発に保持する。
ドレイン側選択トランジスタSTDのドレインは、当該NANDストリングNSに対応するビット線BLに接続されている。ドレイン側選択トランジスタSTDのソースは、直列接続されたメモリセルトランジスタMT0~MTnの一端に接続されている。ドレイン側選択トランジスタSTDの制御ゲートは、ドレイン側選択ゲート線SGD0~SGD3のいずれかに接続されている。ドレイン側選択トランジスタSTDは、ドレイン側選択ゲート線SGDを介して、ロウデコーダモジュール16と電気的に接続されている。ドレイン側選択トランジスタSTDは、対応するドレイン側選択ゲート線SGDに所定の電圧が印可された場合に、NANDストリングNSとビット線BLとを接続する。
ソース側選択トランジスタSTSのドレインは、直列接続されたメモリセルトランジスタMT0~MTnの他端に接続されている。ソース側選択トランジスタSTSのソースは、ソース線SLに接続されている。ソース側選択トランジスタSTSの制御ゲートは、ソース側選択ゲート線SGSに接続されている。ソース側選択トランジスタSTSは、ソース側選択ゲート線SGSに所定の電圧が印可された場合に、NANDストリングNSとソース線SLとを接続する。
同一のブロックBLKにおいて、メモリセルトランジスタMT0~MTnの制御ゲートは、それぞれ対応するワード線WL0~WLnに共通接続されている。同一のストリングSTRにおいて、ドレイン側選択トランジスタSTDの制御ゲートは、対応するドレイン側選択ゲート線SGD0~SGD3に共通接続されている。ソース側選択トランジスタSTSの制御ゲートは、ソース側選択ゲート線SGSに共通接続されている。メモリセルアレイ11において、ビット線BLは、複数のストリングSTRにおいて同一のカラムアドレスが割り当てられたNANDストリングNSによって共有されている。
<3.半導体記憶装置の物理的構成>
次に、半導体記憶装置1の物理的構成について説明する。
図3は、半導体記憶装置1の一部を示す断面図である。半導体記憶装置1は、例えば、第1チップ2と、第2チップ3とを有する。
<3.1 第1チップ>
第1チップ2は、周辺回路を含む回路チップである。第1チップ2は、例えば、半導体基板21、周辺回路22、絶縁部23、および複数のパッド24を含む。
半導体基板21は、第1チップ2の基部となる基板である。半導体基板21の少なくとも一部は、X方向およびY方向に沿う板状である。半導体基板21は、例えば、シリコンのような半導体材料により形成されている。
周辺回路22は、上述したメモリセルアレイ11を機能させるための回路である。周辺回路22は、上述したコマンドレジスタ12、アドレスレジスタ13、制御回路14、ドライバモジュール15、ロウデコーダモジュール16、およびセンスアンプモジュール17のうち1つ以上を含む。周辺回路22は、例えば、複数のトランジスタ31、複数のコンタクト32、複数の配線層33、および複数のビア34を含む。
トランジスタ31は、半導体基板21上に設けられている。コンタクト32は、導電性を有してZ方向に延び、トランジスタ31のソース領域、ドレイン領域、またはゲート電極に接する。複数の配線層33は、複数の高さに分かれて配置されている。各配線層33は、X方向またはY方向に延びた複数の配線33aを含む。ビア34は、第1チップ2内をZ方向に延びた電気接続部である。複数のビア34は、例えば、異なる高さに配置された2つの配線33aを接続するビア34と、配線33aとパッド24とを接続するビア34とを含む。
絶縁部23は、複数のトランジスタ31、複数のコンタクト32、複数の配線層33、および複数のビア34を覆う。複数のパッド24は、絶縁部23の表面に設けられている。各パッド24は、ビア34を介して配線33aに電気的に接続されている。
<3.2 第2チップ>
第2チップ3は、メモリセルアレイ11を含むアレイチップである。第2チップ3は、例えば、メモリセルアレイ11、絶縁部35、および複数のパッド36を有する。ここでは、絶縁部35および複数のパッド36について説明し、メモリセルアレイ11については後述する。
絶縁部35は、メモリセルアレイ11を覆う。複数のパッド36は、絶縁部35の表面に設けられている。各パッド36は、後述するメモリセルアレイ11の配線部80に含まれる配線(例えば配線81または配線83)に電気的に接続されている。本実施形態では、第1チップ2の複数のパッド24と、第2チップ3の複数のパッド36とが向かい合わせにされて貼合されることで、第1チップ2と第2チップ3とが一体化されている。
<4.メモリセルアレイの物理的構成>
次に、メモリセルアレイ11の物理的構成について説明する。
図3に示すように、メモリセルアレイ11は、積層体40、ソース線SL、複数のメモリピラーMH、複数のビット線BL、メモリピラー用の複数のコンタクトCH、メモリピラー用の複数のコンタクトVY、導電層用の複数のコンタクト70、および配線部80を有する。
<4.1 積層体>
まず、積層体40について説明する。
図4は、図3に示された半導体記憶装置1のF4線で囲まれた領域を拡大して示す断面図である。積層体40は、複数の導電層41と、複数の絶縁層42と、絶縁部43とを含む。複数の導電層41および複数の絶縁層42は、Z方向に1層ずつ交互に積層されている。
導電層41は、X方向およびY方向に沿う。各導電層41は、例えば、タングステン、モリブデン、または不純物がドープされたシリコンのような導電材料(第1材料)を含む。導電層41は、「ゲート電極層」の一例である。
複数の導電層41のうち下方に位置する1つ以上(例えば複数)の導電層41は、ドレイン側選択ゲート線SGDとして機能する。ドレイン側選択ゲート線SGDは、X方向またはY方向で並ぶ複数のメモリピラーMHに対して共通に設けられている。ドレイン側選択ゲート線SGDと各メモリピラーMHのチャネル層52(後述)との交差部分は、上述したドレイン側選択トランジスタSTDとして機能する。
複数の導電層41のうち上方に位置する1つ以上(例えば複数)の導電層41は、ソース側選択ゲート線SGSとして機能する。ソース側選択ゲート線SGSは、X方向またはY方向で並ぶ複数のメモリピラーMHに対して共通に設けられている。ソース側選択ゲート線SGSと各メモリピラーMHのチャネル層52との交差部分は、上述したソース側選択トランジスタSTSとして機能する。
複数の導電層41のうち、ドレイン側選択ゲート線SGDおよびソース側選択ゲート線SGSとして機能する導電層41の間に設けられた残りの導電層41の少なくとも一部は、ワード線WLとして機能する。ワード線WLは、X方向およびY方向で並ぶ複数のメモリピラーMHに対して共通に設けられている。本実施形態では、ワード線WLと各メモリピラーMHのチャネル層52との交差部分は、メモリセルトランジスタMTとして機能する。メモリセルトランジスタMTについては、詳しく後述する。
本実施形態では、複数の導電層41は、X方向の長さが互いに異なる。例えば、複数の導電層41は、+Z方向側に位置する導電層41であるほど、-X方向に大きく延びている。これにより、積層体40は、複数の導電層41の端部が階段状に配置された階段領域SRを有する。階段領域SRは、複数のコンタクト70と複数の導電層41とが接続された接続領域の一例である。
絶縁層42は、Z方向で隣り合う2つの導電層41の間に設けられ、当該2つの導電層41を絶縁する層間絶縁膜である。絶縁層42は、X方向およびY方向に沿う。絶縁層42は、例えば、シリコンと酸素と含む膜により形成されている。
絶縁部43は、階段領域SRに設けられ、階段状に配置された複数の導電層41の端部を覆う絶縁部である。絶縁部43は、例えば、TEOS(オルトケイ酸テトラエチル(Si(OC)を用いて形成されている。
<4.2 ソース線>
ソース線SLは、積層体40に対して上方に配置されている。ソース線SLは、X方向およびY方向に広がる導電層である。ソース線SLは、タングステン、モリブデン、または不純物がドープされたシリコンのような導電材料を含む。
<4.3 メモリピラー>
複数のメモリピラーMHは、X方向およびY方向に並ぶ(図3参照)。各メモリピラーMHは、積層体40内をZ方向に延びており、積層体40を貫通している。メモリピラーMHの上端は、ソース線SLに接する。一方で、各メモリピラーMHの下端は、後述するコンタクトCHに接する。
図5は、図4に示された半導体記憶装置1のF5-F5線に沿う断面図である。メモリピラーMHは、例えば、メモリ膜(多層膜)51、チャネル層52、絶縁コア53、およびキャップ部54(図4参照)を有する。
メモリ膜51は、チャネル層52の外周側に設けられている。メモリ膜51は、複数の導電層41とチャネル層52との間に位置する。メモリ膜51は、例えば、ブロック絶縁膜61、チャージトラップ膜62、およびトンネル絶縁膜63を含む。
ブロック絶縁膜61は、複数の導電層41とチャージトラップ膜62との間に設けられている。ブロック絶縁膜61は、バックトンネリングを抑制する絶縁膜である。バックトンネリングは、ワード線WLからチャージトラップ膜62へ電荷が戻る現象である。ブロック絶縁膜61は、環状に形成され、Z方向に延びている。ブロック絶縁膜61は、例えば、メモリピラーMHのZ方向の全長に亘る。ブロック絶縁膜61は、例えば、シリコンと酸素を含む膜または金属と酸素を含む膜などの複数の絶縁膜が積層された積層構造膜である。金属と酸素を含む膜の一例は、アルミニウム酸化物である。ブロック絶縁膜61は、シリコン窒化物またはハフニウムオキサイドのような高誘電率材料(High-k材料)を含んでもよい。
チャージトラップ膜62は、ブロック絶縁膜61とトンネル絶縁膜63との間に位置する。チャージトラップ膜62は、環状に形成され、Z方向に延びている。チャージトラップ膜62は、例えば、メモリピラーMHのZ方向の全長に亘る。チャージトラップ膜62は、多数の結晶欠陥(捕獲準位)を有し、結晶欠陥に電荷を捕獲可能な機能膜である。チャージトラップ膜62は、例えばシリコンと窒素を含む膜により形成されている。チャージトラップ膜62のなかで各ワード線WLと隣り合う部分は、電荷を蓄積することで情報を記憶可能な「電荷蓄積部」の一例である。
トンネル絶縁膜63は、チャネル層52とチャージトラップ膜62との間に設けられている。トンネル絶縁膜63は、例えばチャネル層52の外周面に沿う環状であり、チャネル層52に沿ってZ方向に延びている。トンネル絶縁膜63は、例えば、メモリピラーMHのZ方向の全長に亘る。トンネル絶縁膜63は、チャネル層52とチャージトラップ膜62との間の電位障壁である。トンネル絶縁膜63は、シリコンと酸素を含む膜、または、シリコンと酸素と窒素を含む膜により形成されている。
これにより、各ワード線WLと同じ高さには、メモリピラーMHに隣り合うワード線WLの端部、ブロック絶縁膜61、チャージトラップ膜62、トンネル絶縁膜63、およびチャネル層52により、MANOS(Metal-Al-Nitride-Oxide-Silicon)型のメモリセルトランジスタMTが形成されている。なお、メモリ膜51は、電荷蓄積部として、チャージトラップ膜62に代えて、フローティングゲート方式の電荷蓄積部(フローティングゲート電極)を有してもよい。フローティングゲート電極は、例えば、不純物がドープされたシリコンにより形成される。
絶縁コア53は、チャネル層52の内側に設けられている。絶縁コア53は、チャネル層52の内部の少なくとも一部を埋めている。絶縁コア53は、シリコンと酸素を含む膜により形成されている。絶縁コア53の一部は、チャネル層52の内周面に沿う環状に形成されている。絶縁コア53は、絶縁コア53の内部に空間部(エアギャップ)を有してもよい。絶縁コア53は、Z方向に延びている。絶縁コア53は、例えば、メモリピラーMHの下端部を除いてメモリピラーMHのZ方向の大部分に亘る(図4参照)。
次に図4に戻り、キャップ部54について説明する。キャップ部54は、絶縁コア53の下方に設けられている。キャップ部54は、アモルファスシリコンまたはポリシリコンのような半導体材料で形成された半導体部である。キャップ部54は、不純物がドープされていてもよい。キャップ部54は、メモリ膜51の下端部の内周側に配置され、チャネル層52と一体に形成されている。キャップ部54は、チャネル層52の下端部とともに、メモリピラーMHの下端部を形成している。キャップ部54には、コンタクトCHがZ方向で接する。
<4.4 ビット線>
次に、図3に戻り、ビット線BLについて説明する。
ビット線BLは、複数のメモリピラーMHのなかから1つのメモリピラーMHを選択するための配線である。複数のビット線BLは、積層体40に対して下方側に配置されている。複数のビット線BLは、X方向に間隔を空けて、X方向に並ぶ。各ビット線BLは、Y方向に延びている。各ビット線BLは、対応する複数のメモリピラーMHの下方を通るように延びている。
各ビット線BLは、Z方向から見た場合、複数のメモリピラーMHと重なる(図6参照)。各ビット線BLは、コンタクトVYおよびコンタクトCHを介して、メモリピラーMHのチャネル層52に接続されている。これにより、ワード線WLとビット線BLとの組み合わせにより、3次元に配置された複数のメモリセルトランジスタMTのなかから任意のメモリセルトランジスタMTを選択することができる。
<4.5 導電層用のコンタクト>
図3に示すように、コンタクト70は、導電層41と配線部80に含まれる配線83(後述)とを電気的に接続する電気接続部である。複数のコンタクト70は、例えば、積層体40の階段領域SRに配置されている。複数のコンタクト70は、Z方向に延びており、例えば、Z方向の長さが互いに異なる。各コンタクト70は、タングステン、モリブデン、または不純物がドープされたシリコンのような導電材料を含む。各コンタクト70の上端は、対応する導電層41に電気的に接続される。各コンタクト70の下端は、後述するビア84を介して配線83に電気的に接続される。
<4.6 配線部>
次に、配線部80について説明する。配線部80は、例えば、積層体40と、半導体基板21との間に配置されている。配線部80は、例えば、複数の配線81、複数のビア82、複数の配線83、および複数のビア84を含む。
配線81は、ビット線BLと、パッド36とを電気的に接続する電気接続部である。複数の配線81は、例えば、複数のビット線BLに対して下方に配置されている。各配線81は、例えば、X方向またはY方向に延びている。配線81とビット線BLとの間には、配線81とビット線BLとを電気的に接続するビア82が設けられている。
配線83は、導電層用のコンタクト70と、パッド36とを電気的に接続する電気接続部である。配線83は、ビア84および導電層用のコンタクト70を介して導電層41に電気的に接続される。配線83は、導電層41(ワード線WL、ドレイン側選択ゲート線SGD、またはソース側選択ゲート線SGS)を選択するために電圧が印加される。
<5.階段領域の構成>
次に、階段領域SRの構成について説明する。
図6は、階段領域SRを拡大して示す断面図である。なお、図6以降では、説明の便宜上、-Z方向を上側、+Z方向を下側として図示する。
図6に示すように、階段領域SRは、例えば、第1から第4の領域R1,R2,R3,R4を有する。これら領域は、第1領域R1、第2領域R2、第3領域R3、第4領域R4の順に、-X方向に並ぶ。第1から第4領域のR1,R2,R3,R4は、例えば、階段領域SRがX方向に4分割された領域である。ただし、第1から第4の領域R1,R2,R3,R4の大きさは、互いに異なってもよい。
(第1から第4群のコンタクト)
図6に示すように、複数のコンタクト70は、それぞれZ方向に延びるとともに、Z方向の長さが互いに異なる。例えば、複数のコンタクト70は、-X方向側に位置するコンタクト70であるほど、+Z方向に大きく延びている。各コンタクト70は、「柱状体」の一例である。
複数のコンタクト70は、第1から第4領域R1,R2,R3,R4に分かれて配置されている。複数のコンタクト70は、第1群CG1の複数のコンタクト70A、第2群CG2の複数のコンタクト70B、第3群CG3の複数のコンタクト70C、および第4群CG4の複数のコンタクト70Dを含む。
第1群CG1の複数のコンタクト70Aは、第1領域R1に配置された複数のコンタクト70である。第1群CG1の複数のコンタクト70Aは、第1領域R1において-X方向側に位置するコンタクト70Aであるほど+Z方向に大きく延びている。第1群CG1の複数のコンタクト70Aに含まれる1つコンタクト70Aは、「第1コンタクト」の一例である。
第2群CG2の複数のコンタクト70Bは、第2領域R2に配置された複数のコンタクト70である。第2群CG2の複数のコンタクト70Bは、第2領域R2において-X方向側に位置するコンタクト70Bであるほど+Z方向に大きく延びている。第2群CG2の複数のコンタクト70Bに含まれる1つコンタクト70Bは、「第2コンタクト」の一例である。
第3群CG3の複数のコンタクト70Cは、第3領域R3に配置された複数のコンタクト70である。第3群CG3の複数のコンタクト70Cは、第3領域R3において-X方向側に位置するコンタクト70Cであるほど+Z方向に大きく延びている。第3群CG3の複数のコンタクト70Cに含まれる任意の1つコンタクト70Cは、「第3コンタクト」の一例である。
第4群CG4の複数のコンタクト70Dは、第4領域R4に配置された複数のコンタクト70である。第4群CG4の複数のコンタクト70Dは、第4領域R4において-X方向側に位置するコンタクト70Dであるほど+Z方向に大きく延びている。第4群CG4の複数のコンタクト70Dに含まれる任意の1つコンタクト70Dは、「第4コンタクト」の一例である。
(第1から第4群の導電層)
図6に示すように、複数の導電層41は、第1群LG1の複数の導電層41A、第2群LG2の複数の導電層41B、第3群LG3の複数の導電層41C、および第4群LG4の複数の導電層41Dを含む。
第1群LG1の複数の導電層41Aは、第1群CG1の複数のコンタクト70Aに対応する複数の導電層41である。本出願で「対応する」とは、互いに電気的に接続されることを意味する。第1群LG1の複数の導電層41Aは、+Z方向側に位置する導電層41であるほど、-X方向に大きく延びている。第1群LG1の複数の導電層41Aに含まれる1つの導電層41A(上記第1コンタクトに対応する導電層41A)は、「第1ゲート電極層」の一例である。
第2群LG2の複数の導電層41Bは、第2群CG2の複数のコンタクト70Bに対応する複数の導電層41である。第2群LG2の複数の導電層41Bは、第1群LG1の複数の導電層41Aに対して+Z方向側に配置されている。第2群LG2の複数の導電層41Bは、Z方向で、第1群LG1の複数の導電層41Aと、第3群LG3の複数の導電層41Cとの間に配置されている。第2群LG2の複数の導電層41Bに含まれる1つの導電層41B(上記第2コンタクトに対応する導電層41B)は、「第2ゲート電極層」の一例である。
第3群LG3の複数の導電層41Cは、第3群CG3の複数のコンタクト70Cに対応する複数の導電層41である。第3群LG3の複数の導電層41Cは、第2群LG2の複数の導電層41Bに対して+Z方向側に配置されている。第3群LG3の複数の導電層41Cは、Z方向で、第2群LG2の複数の導電層41Bと、第4群LG4の複数の導電層41Dとの間に配置されている。第3群LG3の複数の導電層41Cに含まれる1つの導電層41C(上記第3コンタクトに対応する導電層41C)は、「第3ゲート電極層」の一例である。
第4群LG4の複数の導電層41Dは、第4群CG4の複数のコンタクト70Dに対応する複数の導電層41である。第4群LG4の複数の導電層41Dは、第3群LG3の複数の導電層41Cに対して+Z方向側に配置されている。第4群LG4の複数の導電層41Dに含まれる1つの導電層41D(上記第4コンタクトに対応する導電層41D)は、「第4ゲート電極層」の一例である。
(導電性の突出部)
図6に示すように、積層体40は、複数の第1突出部45と、複数の第2突出部46とを有する。
複数の第1突出部45は、第1領域R1に設けられている。第1突出部45は、第1群LG1の導電層41Aの端部の-Z方向側の表面に設けられ、導電層41Aから-Z方向に突出した導電性の突出部である。第1突出部45は、第1群CG1に含まれるコンタクト70Aに向けて導電層41Aから突出し、コンタクト70Aに接している。言い換えると、第1突出部45は、Z方向で導電層41Aとコンタクト70Aとの間に配置され、導電層41Aとコンタクト70Aとを電気的に接続する。
本実施形態では、第1突出部45は、第1群LG1の複数の導電層41Aの各々に設けられている。第1群CG1の複数のコンタクト70Aに含まれる各コンタクト70Aは、第1群LG1の複数の導電層41Aに含まれて当該コンタクト70Aに対応する導電層41Aに設けられた第1突出部45に接している。本実施形態では、第1突出部45の-Z方向の端のX方向の幅と、当該第1突出部45に接続されるコンタクト70Aの+Z方向の端のX方向の幅は、同じである。
複数の第2突出部46は、第3領域R3に設けられている。第2突出部46は、第3群LG3の導電層41Cの端部の-Z方向側の表面に設けられ、導電層41Cから-Z方向に突出した導電性の突出部である。第2突出部46は、第3群CG3のコンタクト70Cに向けて導電層41Cから突出し、コンタクト70Cに接している。言い換えると、第2突出部46は、Z方向で導電層41Cとコンタクト70Cとの間に配置され、導電層41Cとコンタクト70Cとを電気的に接続する。
本実施形態では、第2突出部46は、第3群LG3の複数の導電層41Cの各々に設けられている。第3群CG3の複数のコンタクト70Cに含まれる各コンタクト70Cは、第3群LG3の複数の導電層41Cに含まれて当該コンタクト70Cに対応する導電層41Cに設けられた第2突出部46に接している。本実施形態では、第2突出部46の-Z方向の端のX方向の幅と、当該第2突出部46に接続されるコンタクト70Cの+Z方向の端のX方向の幅は、同じである。
第1突出部45および第2突出部46は、例えば、導電層41に含まれる材料を再成長させることで形成された再成長部である。第1突出部45および第2突出部46は、例えばCVD(Chemical Vapor Deposition)によって導電層41に含まれる材料を選択的に再成長させることで、導電層41の表面から突出するように形成される。導電層41に含まれて再成長させる材料(第1材料)は、例えば、タングステン、モリブデン、または不純物がドープされたシリコンなどであるが、これらに限定されない。なお、第1突出部45および第2突出部46は、CVD以外の方法で再成長させることで形成された突出部でもよく、再成長以外の手法で形成された突出部でもよい。以下では、第1突出部45と第2突出部46とを区別しない場合、「突出部PT」と称する。
一方で、積層体40の第2領域R2および第4領域R4には、突出部PTに相当する突出部が設けられていない。このため、第2群CG2の複数のコンタクト70Bに含まれる各コンタクト70Bは、上記突出部を介さずに、第2群LG2の複数の導電層41Bに含まれて当該コンタクト70Bに対応する導電層41Bに接している。また、第4群CG4の複数のコンタクト70Dに含まれる各コンタクト70Dは、上記突出部を介さずに、第4群LG4の複数の導電層41Dに含まれて当該コンタクト70Dに対応する導電層41Dに接している。
以上を言い換えると、積層体40では、複数の突出部PT(例えば複数の第1突出部45または複数の第2突出部46)が設けられた領域(例えば第1領域R1または第3領域R3)と、上記突出部PTが存在しない領域(例えば第2領域R2および第4領域R4)とがX方向に交互に並んで配置されている。
図7は、本実施形態の階段領域SRの一部を拡大して示す断面図である。まず、導電層41の構成の一例について説明する。導電層41は、例えば、導電部分101と、バリアメタル膜102と、絶縁膜103とを含む。
導電部分101は、導電層41の主部を形成した部分である。導電部分101は、X方向およびY方向に層状に延びている。導電部分101は、上述した導電材料(例えば、タングステン、モリブデン、または不純物がドープされたシリコン)を含む。
バリアメタル膜102は、導電部分101に含まれる導電材料の拡散を抑制するための膜である。バリアメタル膜102は、導電部分101の表面に沿って設けられている。例えば、バリアメタル膜102は、導電部分101の+Z方向側の表面および-Z方向側の表面の両方の表面に沿って設けられている。バリアメタル膜102は、例えば、チタンを含む材料、チタンと窒素とを含む材料、タンタルを含む材料、タンタルと窒素とを含む材料、または、タングステンと窒素とを含む材料などにより形成されている。
絶縁膜103は、導電層41の表面に設けられた絶縁膜である。絶縁膜103は、例えば、メモリピラーMHと導電層41との交差部分において、ブロック絶縁膜61の一部を形成している。絶縁膜103は、バリアメタル膜102に対して導電部分101とは反対側に位置する。絶縁膜103は、バリアメタル膜102の表面に沿って設けられている。例えば、絶縁膜103は、バリアメタル膜102の+Z方向側の表面および-Z方向側の表面の両方の表面に沿って設けられている。絶縁膜103は、例えば、アルミニウム酸化物であるが、これに限定されない。また、絶縁膜103は、省略されてもよい。
次に、コンタクト70の構成の一例について説明する。コンタクトは、例えば、導電部分111と、バリアメタル膜112とを含む。
導電部分111は、コンタクト70の主部を形成した部分である。導電部分111は、Z方向に柱状に延びている。導電部分111は、上述した導電材料(例えば、タングステン、モリブデン、または不純物がドープされたシリコン)を含む。
バリアメタル膜112は、導電部分111に含まれる導電材料の拡散を抑制するための膜である。バリアメタル膜112は、導電部分111の表面に沿って設けられている。例えば、バリアメタル膜112は、導電部分111の周面に沿ってZ方向に延びた周面部112aと、導電部分111の+Z方向側の底面に沿って設けられた底面部112bとを有する。バリアメタル膜112は、例えば、コンタクト70の表面を形成している。バリアメタル膜112は、例えば、チタンを含む材料、チタンと窒素とを含む材料、タンタルを含む材料、タンタルと窒素とを含む材料、または、タングステンと窒素とを含む材料などにより形成されている。
図7に示すように、第1突出部45は、Z方向で導電層41Aとコンタクト70Aとの間に設けられている。このため、第1突出部45が存在する領域(第1領域R1)では、コンタクト70Aのバリアメタル膜112と、導電層41A(例えば導電層41Aのバリアメタル膜102)とは互いに離れており、コンタクト70Aのバリアメタル膜112と導電層41Aとの間には、距離L1が存在する。本実施形態では、第1突出部45の一部は、導電層41Aの絶縁膜103およびバリアメタル膜102を貫通し、導電層41Aの内部に位置する。
一方で、第1突出部45が存在しない領域(第2領域R2)では、コンタクト70Bが導電層41Bに接している。例えば、コンタクト70Bの一部は、導電層41Bの絶縁膜103およびバリアメタル膜102を貫通し、導電層41Bの内部に位置する。この場合、第1突出部45が存在しない領域(第2領域R2)では、コンタクト70Bのバリアメタル膜112と、導電層41B(例えば導電層41Bのバリアメタル膜102)とは互いに接している。
同様に、第2突出部46は、Z方向で導電層41Cとコンタクト70Cとの間に設けられている。このため、第2突出部46が存在する領域(第3領域R3)では、コンタクト70Cのバリアメタル膜112と、導電層41C(例えば導電層41Cのバリアメタル膜102)とは互いに離れており、コンタクト70Cのバリアメタル膜112と導電層41Cとの間には、距離L2が存在する。本実施形態では、第2突出部46の一部は、導電層41Cの絶縁膜103およびバリアメタル膜102を貫通し、導電層41Cの内部に位置する。
一方で、第2突出部46が存在しない領域(第4領域R4)では、コンタクト70Dが導電層41Dに接している。例えば、コンタクト70Dの一部は、導電層41Dの絶縁膜103およびバリアメタル膜102を貫通し、導電層41Dの内部に位置する。この場合、第2突出部46が存在しない領域(第4領域R4)では、コンタクト70Dのバリアメタル膜112と、導電層41D(例えば導電層41Dのバリアメタル膜102)とは互いに接している。
以上説明したように、本実施形態では、X方向およびY方向に沿う断面(図7に示す断面)において、コンタクト70Bのバリアメタル膜112と導電層41Bとの間の最短距離(例えばゼロの距離)は、コンタクト70Aのバリアメタル膜112と導電層41Aとの間の最短距離L1よりも短く、且つ、コンタクト70Cのバリアメタル膜112と導電層41Cとの間の最短距離L3よりも短い。同様に、X方向およびY方向に沿う断面において、コンタクト70Dのバリアメタル膜112と導電層41Dとの間の最短距離(例えばゼロの距離)は、コンタクト70Aのバリアメタル膜112と導電層41Aとの間の最短距離L1よりも短く、且つ、コンタクト70Cのバリアメタル膜112と導電層41Cとの間の最短距離L2よりも短い。言い換えると、例えば、コンタクト70のバリアメタル膜112(例えばバリアメタル膜112の底面部112b)と導電層41との間に距離が存在する場合、コンタクト70と導電層41との間に突出部PTが存在すると言える。
なお、本実施形態では、コンタクト70がバリアメタル膜112を有する例について説明した。ただし、コンタクト70は、バリアメタル膜112を有しなくてもよい。この場合でも、コンタクト70と突出部PTとで結晶粒の態様(結晶粒の大きさまたは結晶粒の充填密度など)が異なること、コンタクト70と突出部PTとの界面に不純物(酸素など)が存在すること、または、コンタクト70と突出部PTとで内部の不純物が異なる場合などには、コンタクト70と導電層41との間に突出部PTが存在すると言える。また別の観点では、導電層41と突出部PTとで結晶粒の態様(結晶粒の大きさまたは結晶粒の充填密度など)が異なること、導電層41と突出部PTとの界面に不純物(酸素など)が存在すること、または、導電層41と突出部PTとで内部の不純物が異なる場合などには、コンタクト70と導電層41との間に突出部PTが存在すると言える。
<6.半導体記憶装置の製造方法>
次に、半導体記憶装置1の製造方法について説明する。
図8Aおよび図8Bは、半導体記憶装置1の製造方法を説明するための図である。なお以下では、階段領域SRに関する形成方法について説明する。半導体記憶装置1の他の部分は、既知の手法により形成することができる。なお図8Aおよび図8Bでは、説明の便宜上、絶縁層42と絶縁部43とを一体に示す。
まず、複数の導電層41と、複数の絶縁層42と、絶縁部43とを含む積層体40が形成される(図8A中の(ST1)参照)。複数の導電層41と複数の絶縁層42とはZ方向に一層ずつ交互に積層されている。導電層41は、「第1層」の一例である。絶縁層42は、「第2層」の一例である。積層体40は、第1から第4領域R1,R2,R3,R4を有する。これら領域は、第1領域R1、第2領域R2、第3領域R3、第4領域R4の順に、X方向に並ぶ。
積層体40の形成は、例えば、犠牲層と絶縁層42とがZ方向に1層ずつ交互に積層された中間積層体が形成された後、上記犠牲層を導電層41に置換することで行われる。犠牲層を導電層41に置換することは、例えば、ウェットエッチングにより上記中間積層体から上記犠牲層が除去され、上記犠牲層が除去された空間に絶縁膜103、バリアメタル膜102、および導電部分101を形成する材料が順に供給されることで、導電層41が形成される。
次に、積層体40を覆うようにマスクMが形成される。そして、マスクMのなかで積層体40の第3領域R3および第4領域R4に対応する領域に、穴加工を行うための複数の開口121が例えばリソグラフィにより形成される。そして、マスクMの複数の開口121を通じて積層体40の第3領域R3および第4領域R4に穴加工を行うことで、積層体40のZ方向の途中までそれぞれ延びた複数の穴122が形成される(図8A中の(ST2)参照)。
次に、マスクMのなかで積層体40の第1領域R1および第2領域R2に対応する領域に、穴加工を行うための複数の開口131が例えばリソグラフィにより形成される(図8中Aの(ST3)参照)。
次に、マスクMの複数の開口131を通じて積層体40の第1領域R1および第2領域R2に穴加工を行うとともに、マスクMの複数の開口121を用いて積層体40の第3領域R3および第4領域R4の穴加工を再開する。そして、積層体40の第2領域R2に形成された複数の穴132および第4領域R4に形成された複数の穴122が、複数の導電層41のなかでそれぞれ接続先となる導電層41に到達せず、且つ、積層体40の第1領域R1に形成された複数の穴132および第3領域R3に形成された複数の穴122が、複数の導電層41のなかでそれぞれ接続先となる導電層41に到達した状態で、第1領域R1、第2領域R2、第3領域R3、および第4領域R4の穴加工を停止する(図8Bの(ST4)参照)。
次に、積層体40の第1領域R1に形成された複数の穴131および第3領域R3に形成された複数の穴121の各々の内部に、例えばCVDにより導電部41の導電材料を供給し、導電部41の表面上に再成長部である突出部PTを形成する(図8B中の(ST5)参照)。突出部PTは、例えば、第1突出部45または第2突出部46を形成する導電部である。
次に、マスクMの複数の開口121,131を通じて積層体40の第1領域R1、第2領域R2、第3領域R3、および第4領域R4の穴加工が再開される。このとき、積層体40の第1領域R1には複数の第1突出部45が存在し、第3領域R3には複数の第2突出部46が存在する。このため、複数の第1突出部45および複数の第2突出部46がストッパ層として機能し、第1領域R1および第3領域R3において複数の穴122,132が接続先となる導電層41を貫通して深く形成されることが抑制される。
そして、積層体40の第2領域R2に形成された複数の穴132および第4領域R4に形成された複数の穴122が、複数の導電層41のなかでそれぞれ接続先となる導電層41に到達した状態で、第1領域R1、第2領域R2、第3領域R3、および第4領域R4の穴加工が停止される(図8B中の(ST6)参照)。その後、複数の穴122,132の内部にバリアメタル膜112および導電部分111の材料が順に供給されることで、コンタクト70が形成される。これにより、階段領域SRの形成が完了する。
<7.利点>
比較例として、コンタクト70を設けるための穴加工において、複数の導電層41のなかで上側半分(-Z方向側の部分)の導電層41に対応する複数の穴の内部にタングステンなどの再成長部を形成し、これにより、複数の導電層41のなかで上側半分の導電層41に対する穴の突き抜けを抑制する構成が考えられる。ただし、この場合、複数の導電層41のなかで上側半分のなかでも上層部分(-Z方向側の部分)の穴加工が厳しく、当該上層部分で穴の突き抜けが生じる可能性がある。このため上記比較例の構成では、例えば複数回の再成長工程を設けるなどで、上記上層部分において再成長部の膜厚を大きく成長させる必要がある。この場合、半導体記憶装置の製造性が低下する。
一方で、本実施形態では、半導体記憶装置1は、積層体40と、複数のコンタクト70とを備える。積層体40は、複数の導電層41と複数の絶縁層42とを含む。複数の導電層41と複数の絶縁層42とは、Z方向に1層ずつ交互に積層されている。複数のコンタクト70は、Z方向にそれぞれ延びている。積層体40は、第1領域R1、第2領域R2、および第3領域R3を含む。第1領域R1、第2領域R2、および第3領域R3は、X方向に、第1領域R1、第2領域R2、第3領域R3の順に並ぶ。複数のコンタクト70は、第1領域R1に配置された第1コンタクト70Aと、第2領域R2に配置された第2コンタクト70Bと、第3領域R3に配置された第3コンタクト70Cとを含む。複数の導電層41は、第1導電層41Aと、第1導電層41Aに対して+Z方向側に配置された第2導電層41Bと、第2導電層41Bに対して+Z方向側に配置された第3導電層41Cとを含む。積層体40は、第1導電層41Aから第1コンタクト70Aに向けて突出した導電性の第1突出部45と、第3導電層41Cから第3コンタクト70Cに向けて突出した導電性の第2突出部46とを含む。第1コンタクト70Aは、第1突出部45に接している。第2コンタクト70Bは、第2導電層41Bに接している。第3コンタクト70Cは、第2突出部46に接している。
このような構成によれば、コンタクト70を設けるための穴加工を、第1領域R1および第2領域R2を含む領域と、第3領域R3を含む領域とに分けて行うことができる。このため、第1突出部45および第2突出部46が大きな厚さを有しない場合であっても、導電層41に対する穴の突き抜けを抑制することができる。このため、第1突出部45および第2突出部46を形成しやすくなり、半導体記憶装置1の製造性の向上を図ることができる。
<8.変形例>
次に、第1実施形態の変形例について説明する。
図9は、第1実施形態の変形例の半導体記憶装置1Aの階段領域SRを示す断面図である。本変形例では、コンタクト70Aは、第1突出部45に接した端70e1をする。端70e1は、「第1端」の一例である。一方で、第1突出部45は、コンタクト70Aに接した端45e1を有する。端45e1は、「第2端」の一例である。ここで、コンタクト70Aを設けるための穴132(図8B参照)は、第1突出部45が設けられた後、例えば製造上の理由によりウェットエッチングが行われ、拡径される場合がある。この場合、コンタクト70Aの端70e1のX方向の幅W1は、第1突出部45の端45e1のX方向の幅W2よりも大きくなる。
同様に、コンタクト70Cは、第2突出部46に接した端70e1をする。一方で、第2突出部46は、コンタクト70Cに接した端46e1を有する。コンタクト70Cを設けるための穴122(図8B参照)は、第2突出部46が設けられた後、例えば製造上の理由によりウェットエッチングが行われ、拡径される場合がある。この場合、コンタクト70Cの端70e1のX方向の幅W3は、第2突出部46の端46e1のX方向の幅W4よりも大きくなる。
以上説明したように、コンタクト70がバリアメタル膜112を有しなくても、コンタクト70Aの端70e1のX方向の幅W1が第1突出部45の端45e1のX方向の幅W2よりも大きい場合、コンタクト70Aと導電層41Aとの間に第1突出部45が存在すると言える。同様に、コンタクト70Cの端70e1のX方向の幅W3が第2突出部46の端46e1のX方向の幅W4よりも大きい場合、コンタクト70Cと導電層41Cとの間に第2突出部46が存在すると言える。
(第2実施形態)
次に、第2実施形態について説明する。第2実施形態は、階段領域SRがX方向に6分割された領域を有する点で、第1実施形態とは異なる。なお以下に説明する以外の構成は、第1実施形態と同じである。
図10は、第2実施形態の半導体記憶装置1Bを示す断面図である。本実施形態では、階段領域SRは、例えば、第1から第6領域R1,R2,R3,R4,R5,R6を有する。これら領域は、第1領域R1、第2領域R2、第3領域R3、第4領域R4、第5領域R5,第6領域R6の順に、X方向に並ぶ。第1から第6領域R1,R2,R3,R4,R5,R6は、例えば、階段領域SRがX方向に6分割された領域である。ただし、第1から第6の領域R1,R2,R3,R4,R5,R6の大きさは、互いに異なってもよい。
(第1から第6群のコンタクト)
複数のコンタクト70は、第1から第6領域R1,R2,R3,R4,R5,R6に分かれて配置されている。複数のコンタクト70は、第1群CG1の複数のコンタクト70A、第2群CG2の複数のコンタクト70B、第3群CG3の複数のコンタクト70C、第4群CG4の複数のコンタクト70D、第5群CG5の複数のコンタクト70E、および第6群CG6の複数のコンタクト70Fを含む。
第5群CG5の複数のコンタクト70Eは、第5領域R5に配置された複数のコンタクト70である。第5群CG5の複数のコンタクト70Eは、第5領域R5において-X方向側に位置するコンタクト70Eであるほど+Z方向に大きく延びている。第5群CG5の複数のコンタクト70Eに含まれる1つコンタクト70Eは、「第5コンタクト」の一例である。
第6群CG6の複数のコンタクト70Fは、第6領域R6に配置された複数のコンタクト70である。第6群CG6の複数のコンタクト70Fは、第6領域R6において-X方向側に位置するコンタクト70Fであるほど+Z方向に大きく延びている。第6群CG6の複数のコンタクト70Fに含まれる1つコンタクト70Fは、「第6コンタクト」の一例である。
(第1から第6群の導電層)
複数の導電層41は、第1群LG1の複数の導電層41A、第2群LG2の複数の導電層41B、第3群LG3の複数の導電層41C、第4群LG4の複数の導電層41D、第5群LG5の複数の導電層41E、および第6群LG6の複数の導電層41Fを含む。
第5群LG5の複数の導電層41Eは、第5群CG5の複数のコンタクト70Eに対応する複数の導電層41である。第5群LG5の複数の導電層41Eは、第4群LG4の複数の導電層41Dに対して+Z方向側に配置されている。第5群LG5の複数の導電層41Dは、Z方向で、第4群LG4の複数の導電層41Dと、第6群LG6の複数の導電層41Fとの間に配置されている。第5群LG5の複数の導電層41Eに含まれる1つの導電層41E(上記第5コンタクトに対応する導電層41E)は、「第5ゲート電極層」の一例である。
第6群LG6の複数の導電層41Fは、第6群CG6の複数のコンタクト70Fに対応する複数の導電層41である。第6群LG6の複数の導電層41Fは、第5群LG5の複数の導電層41Eに対して+Z方向側に配置されている。第6群LG6の複数の導電層41Fに含まれる1つの導電層41F(上記第6コンタクトに対応する導電層41F)は、「第6ゲート電極層」の一例である。
(導電性の突出部)
図6に示すように、積層体40は、複数の第1突出部45と、複数の第2突出部46と、複数の第3突出部47とを有する。
複数の第3突出部47は、第5領域R5に設けられている。第3突出部47は、第5群LG5の導電層41Eの端部の-Z方向側の表面に設けられ、導電層41Eから-Z方向に突出した導電性の突出部である。第3突出部47は、第5群CG5のコンタクト70Eに向けて導電層41Eから突出し、コンタクト70Eに接している。言い換えると、第3突出部47は、Z方向で導電層41Eとコンタクト70Eとの間に配置され、導電層41Eとコンタクト70Eとを電気的に接続する。第3突出部47は、第1突出部45および第2突出部46と同様に、導電層41に含まれる材料を再成長させることで形成された再成長部である。
本実施形態では、第3突出部47は、第5群LG5の複数の導電層41Eの各々に設けられている。第5群CG5の複数のコンタクト70Eに含まれる各コンタクト70Eは、第5群LG5の複数の導電層41Eに含まれて当該コンタクト70Eに対応する導電層41Eに設けられた第3突出部47に接している。以下では、第1突出部45、第2突出部46、および第3突出部47を区別しない場合、「突出部PT」と称する。
(半導体記憶装置の製造方法)
次に、第2実施形態の半導体記憶装置1Bの製造方法について説明する。
図11Aから図11Cは、第2実施形態の半導体記憶装置1Bの製造方法を説明するための図である。なお図11Aから図11Cでは、説明の便宜上、絶縁層42と絶縁部43とを一体に示す。
まず、第1実施形態と同様に、積層体40が形成される(図11A中の(ST1)参照)。次に、積層体40を覆うようにマスクMが形成される。そして、マスクMのなかで積層体40の第5領域R5および第6領域R6に対応する領域に、穴加工を行うための複数の開口141が例えばリソグラフィにより形成される。そして、マスクMの複数の開口141を通じて積層体40の第5領域R5および第6領域R6に穴加工を行うことで、積層体40のZ方向の途中までそれぞれ延びた複数の穴142が形成される(図11A中の(ST2)参照)。
次に、マスクMのなかで積層体40の第3領域R3および第4領域R4に対応する領域に、穴加工を行うための複数の開口131が例えばリソグラフィにより形成される(図11A中の(ST3)参照)。
次に、マスクMの複数の開口131を通じて積層体40の第3領域R3および第4領域R4に穴加工を行うとともに、マスクMの複数の開口141を用いて積層体40の第5領域R5および第6領域R6の穴加工を再開する。そして、マスクMの複数の開口131,141を通じて積層体40の第3から第6の領域R3,R4,R5,R6に穴加工を行うことで、積層体40のZ方向の途中までそれぞれ延びた複数の穴132,142が形成される(図11B中の(ST4)参照)。
次に、マスクMのなかで積層体40の第1領域R1および第2領域R2に対応する領域に、穴加工を行うための複数の開口121が例えばリソグラフィにより形成される(図11B中の(ST5)参照)。
次に、マスクMの複数の開口121を通じて積層体40の第1領域R1および第2領域R2に穴加工を行うとともに、マスクMの複数の開口131,141を用いて積層体40の第3から第6の領域R3,R4,R5,R6の穴加工を再開する。そして、積層体40の第2領域R2に形成された複数の穴122、第4領域R4に形成された複数の穴132、および第6領域R6に形成された複数の穴142が、複数の導電層41のなかでそれぞれ接続先となる導電層41に到達せず、且つ、積層体40の第1領域R1に形成された複数の穴122、第3領域R3に形成された複数の穴132、および第5領域R5に形成された複数の穴142が、複数の導電層41のなかでそれぞれ接続先となる導電層41に到達した状態で、第1から第6の領域R1,R2,R3,R4,R5,R6の穴加工を停止する(図11B中の(ST6)参照)。
次に、積層体40の第1領域R1に形成された複数の穴122、第3領域R3に形成された複数の穴132、および第5領域R5に形成された複数の穴142の各々の内部に、例えばCVDにより導電部41の導電材料を供給し、導電部41の表面上に再成長部である突出部PTを形成する(図11B中の(ST7)参照)。突出部PTは、例えば、第1突出部45、第2突出部46、または第3突出部47を形成する導電部である。
次に、マスクMの複数の開口121,131,141を通じて積層体40の第1から第6の領域R1,R2,R3,R4,R5,R6の穴加工が再開される。このとき、積層体40の第1領域R1には複数の第1突出部45が存在し、第3領域R3には複数の第2突出部46が存在し、第5領域R5には複数の第3突出部47が存在する。このため、複数の第1突出部45、複数の第2突出部46、および第3突出部47がストッパ層として機能し、第1領域R1、第3領域R3、および第5領域R5において複数の穴122,132,142が接続先となる導電層41を貫通して深く形成されることが抑制される。
そして、積層体40の第2領域R2に形成された複数の穴122、第4領域R4に形成された複数の穴132、および第6領域R6に形成された複数の穴142が、複数の導電層41のなかでそれぞれ接続先となる導電層41に到達した状態で、第1から第6の領域R1,R2,R3,R4,R5,R6の穴加工が停止される(図11C中の(ST8)参照)。その後、複数の穴122,132,142の内部にバリアメタル膜112および導電部分111の材料が順に供給されることで、コンタクト70が形成される。これにより、階段領域SRの形成が完了する。
このような構成によれば、第1実施形態と同様に、半導体記憶装置1Bの信頼性の向上を図る。また本実施形態によれば、第1実施形態と比べて分割数が多いため、第1突出部45、第2突出部46、および第3突出部47が薄くても、導電層41に対する穴の突き抜けを抑制することができる。このため、突出部45,46,47を形成しやすくなり、半導体記憶装置1Bの製造性の向上を図ることができる。
(第3実施形態)
次に、第3実施形態について説明する。第3実施形態は、第1実施形態の構成が多列階段型式の階段領域SRに適用された点で、第1実施形態とは異なる。なお以下に説明する以外の構成は、第1実施形態と同じである。
図12は、第3実施形態の半導体記憶装置1Cの階段領域SRを示す斜視断面図である。本実施形態では、複数の導電層41は、多列階段型式の階段領域SRを有する。例えば、図12は、多列階段型式の一例として、2列階段型式の階段領域SRを示す。なお、図12では、各領域R1,R2,R3,R4において導電層41を4層ずつ模式的に示す。
第3実施形態では、Z方向で奇数番目の導電層41(以下説明の便宜上「導電層41S」と称する)は、第1部分151と、第2部分152とを有する。第1部分151と、第2部分152とは、各導電層41Sにおいて、Y方向に並ぶ。第2部分152の-X方向の長さは、第1部分151の-方向の長さよりも短い。
一方で、導電層41Sに+Z方向から隣り合う導電層41(以下説明の便宜上「導電層41T」と称する)は、第3部分153と、第4部分154とを有する。第3部分153と、第4部分154とは、各導電層41Tにおいて、Y方向に並ぶ。第3部分153は、導電層41Sの第1部分151の+Z方向側に位置する。第4部分154は、導電層41Sの第2部分152の+Z方向側に位置する。第3部分153および第4部分154の各々の-X方向の長さは、導電層41Sの第1部分151の-X方向の長さと同じである。その結果、導電層41Tの第3部分153は、導電層41Sの第1部分151に覆われている。一方で、導電層41Tの第4部分154は、導電層41Sの第2部分152に覆われずに、-Z方向に露出する。
本実施形態では、複数のコンタクト70は、導電層41Sの第1部分151に電気的に接続されるコンタクト70Sと、導電層41Tの第4部分154に電気的に接続されるコンタクト70Tとを含む。コンタクト70Sとコンタクト70Tとは、Y方向に並ぶ。このような構成によれば、階段領域SRの-X方向の長さを短くすることができる。
そして本実施形態では、積層体40の第1領域R1に配置される各コンタクト70Sと、当該コンタクト70Sに対応する導電層41Sの第1部分151との間には、第1突出部45が設けられている。また、積層体40の第1領域R1に配置される各コンタクト70Tと、当該コンタクト70Tに対応する導電層41Tの第4部分154との間には、第1突出部45が設けられている。
同様に、積層体40の第3領域R3に配置される各コンタクト70Sと、当該コンタクト70Sに対応する導電層41Sの第1部分151との間には、第2突出部46が設けられている。また、積層体40の第3領域R3に配置される各コンタクト70Tと、当該コンタクト70Tに対応する導電層41Tの第4部分154との間には、第2突出部46が設けられている。
一方で、積層体40の第2領域R2および第4領域R4では、各コンタクト70Sと、当該コンタクト70Sに対応する導電層41Sの第1部分151との間には突出部PTが存在せず、各コンタクト70Sは導電層41Sの第1部分151に接している。同様に、積層体40の第2領域R2および第4領域R4では、各コンタクト70Tと、当該コンタクト70Tに対応する導電層41Tの第4部分154との間には突出部PTが存在せず、各コンタクト70Tは導電層41Tの第4部分154に接している。
このような構成によれば、第1実施形態と同様に、半導体記憶装置1Cの製造性の向上を図ることができる。なお、本実施形態では、2列階段型式の階段領域SRについて説明した。ただし、実施形態は、上記例に限定されない。例えば、半導体記憶装置1Cは、3列以上の多列階段型式の階段領域SRを有してもよい。
(変形例)
次に、第1から第3実施形態に関する変形例について説明する。
図13は、実施形態の変形例の半導体記憶装置1Dの階段領域SRを示す断面図である。図13は、例えば、第1実施形態の半導体記憶装置1の構成に対応する変形例である。本変形例では、+Z方向側に位置する突出部PTであるほど、突出部PTのZ方向の厚さが大きい。
例えば、第1領域R1に設けられた複数の突出部45は、突出部45-1、突出部45-2、および突出部45-3を含む。
突出部45-2は、突出部45-1と比べて、+Z方向側に配置されている。言い換えると、突出部45-2が設けられた導電層41Aは、突出部45-1が設けられた導電層41Aよりも+Z方向側に位置する。本変形例では、突出部45-2のZ方向の厚さT2は、突出部45-1のZ方向の厚さT1よりも大きい。
突出部45-3は、突出部45-2と比べて、+Z方向側に配置されている。言い換えると、突出部45-3が設けられた導電層41Aは、突出部45-2が設けられた導電層41Aよりも+Z方向側に位置する。本変形例では、突出部45-3のZ方向の厚さT3は、突出部45-2のZ方向の厚さT2よりも大きい。
同様に、第3領域R3に設けられた複数の突出部46は、突出部46-1、突出部46-2、および突出部46-3を含む。
突出部46-1は、第1領域R1に設けられた突出部45-3と比べて、+Z方向側に配置されている。言い換えると、突出部46-1が設けられた導電層41Cは、突出部45-3が設けられた導電層41Aよりも+Z方向側に位置する。本変形例では、突出部46-1のZ方向の厚さT4は、突出部45-3のZ方向の厚さT3よりも大きい。
突出部46-2は、突出部46-1と比べて、+Z方向側に配置されている。言い換えると、突出部46-2が設けられた導電層41Cは、突出部46-1が設けられた導電層41Cよりも+Z方向側に位置する。本変形例では、突出部46-2のZ方向の厚さT5は、突出部46-1のZ方向の厚さT4よりも大きい。
突出部46-3は、突出部46-2と比べて、+Z方向側に配置されている。言い換えると、突出部46-3が設けられた導電層41Cは、突出部46-2が設けられた導電層41Cよりも+Z方向側に位置する。本変形例では、突出部46-3のZ方向の厚さT6は、突出部46-2のZ方向の厚さT5よりも大きい。
上述した構成は、例えば、-Z方向側に位置する突出部PTであるほど、穴122または穴132の加工時のエッチングにより大きく削られることで実現される。ただし、上述した構成は、上記エッチングとは異なる理由により実現されてもよい。
なお、本変形例の構成は、第2実施形態の構成に適用されてもよい。この場合は、第1領域R1、第3領域R3、および第5領域R5に含まれる複数の突出部PTに関して、+Z方向側に位置する突出部PTであるほど、突出部PTのZ方向の厚さが大きい。
以上、いくつかの実施形態および変形例について説明した。ただし、実施形態および変形例は、上述した例に限定されない。例えば、複数の導電層41のうち-Z方向側に位置するいくつかの導電層41(例えば、第1領域R1でコンタクト70Aが電気的に接続される複数の導電層41のうち-Z方向側のいくつかの導電層41)は、突出部PTが存在しなくてもよい。例えば、複数の導電層41のうち-Z方向側に位置するいくつかの導電層41(例えば、第1領域R1でコンタクト70Aが電気的に接続される複数の導電層41のうち-Z方向側のいくつかの導電層41)は、穴122または穴132などの加工時のエッチングにより削られることで突出部PTが消失していてもよい。また、複数の導電層41のうち-Z方向側に位置するいくつかの導電層41(例えば、第1領域R1でコンタクト70Aが電気的に接続される複数の導電層41のうち-Z方向側のいくつかの導電層41)は、穴122または穴132などの加工時に突き抜けない程度にオーバエッチングされて、コンタクト70の+Z方向側の端部が導電層41の内部に入り込んでもよい。
以上説明した少なくともひとつの実施形態によれば、半導体記憶装置は、積層体と、複数のコンタクトとを備える。複数の積層体は、複数のゲート電極層と複数の絶縁層とを含む。複数のコンタクトは、第1コンタクトと、第2コンタクトと、第3コンタクトとを含む。複数のゲート電極層は、第1ゲート電極層と、前記第1ゲート電極層に対して第1側に配置された第2ゲート電極層と、第2ゲート電極層に対して第1側に配置された第3ゲート電極層とを含む。積層体は、第1ゲート電極層から第1コンタクトに向けて突出した導電性の第1突出部と、第3ゲート電極層から第3コンタクトに向けて突出した導電性の第2突出部とを含む。第1コンタクトは、第1突出部に接している。第2コンタクトは、第2ゲート電極層に接している。第3コンタクトは、第2突出部に接している。このような構成によれば、半導体装置の製造性の向上を図ることができる。
以上、いくつかの実施形態について説明した。ただし、実施形態は、上述した例に限定されない。例えば、階段領域SRは、4分割または6分割に代えて、8分割以上に分割されてもよい。
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。
1,1A,1B,1C…半導体記憶装置、40…積層体、41…導体層(ゲート電極層)、41A…第1群の導電層、41B…第2群の導電層、41C…第3群の導電層、41D…第4群の導電層、41E…第5群の導電層、41F…第6群の導電層、42…絶縁層、45…第1突出部、46…第2突出部、47…第3突出部、70…コンタクト、70A…第1群のコンタクト、70B…第2群のコンタクト、70C…第3群のコンタクト、70D…第4群のコンタクト、70E…第5群のコンタクト、70F…第6群のコンタクト、122…コンタクトのバリアメタル層、R1…第1領域、R2…第2領域、R3…第3領域、R4…第4領域、R5…第5領域、R6…第6領域。

Claims (10)

  1. 複数のゲート電極層と複数の絶縁層とを含み、前記複数のゲート電極層と前記複数の絶縁層とが第1方向に1層ずつ交互に積層された積層体と、
    前記第1方向にそれぞれ延びた複数のコンタクトと、
    を備え、
    前記積層体は、第1領域、第2領域、および第3領域を含み、前記第1領域、前記第2領域、および前記第3領域は、前記第1方向とは異なる第2方向に、前記第1領域、前記第2領域、前記第3領域の順に並び、
    前記複数のコンタクトは、前記第1領域に配置された第1コンタクトと、前記第2領域に配置された第2コンタクトと、前記第3領域に配置された第3コンタクトとを含み、
    前記複数のゲート電極層は、第1ゲート電極層と、前記第1ゲート電極層に対して前記第1方向における第1側に配置された第2ゲート電極層と、前記第2ゲート電極層に対して前記第1側に配置された第3ゲート電極層とを含み、
    前記積層体は、前記第1ゲート電極層から前記第1コンタクトに向けて突出した導電性の第1突出部と、前記第3ゲート電極層から前記第3コンタクトに向けて突出した導電性の第2突出部とを含み、
    前記第1コンタクトは、前記第1突出部に接しており、
    前記第2コンタクトは、前記第2ゲート電極層に接しており、
    前記第3コンタクトは、前記第2突出部に接している、
    半導体記憶装置。
  2. 前記第1方向における前記第1側とは反対側を第2側とする場合、
    前記複数のコンタクトは、前記第1領域に配置され、前記第1コンタクトを含む第1群の複数のコンタクトを含み、
    前記複数のゲート電極層は、前記第2ゲート電極層に対して前記第2側に配置され、前記第1ゲート電極層を含む第1群の複数のゲート電極層を含み、
    前記第1突出部は、前記第1群の複数のゲート電極層の各々に設けられ、
    前記第1群の複数のコンタクトに含まれる各コンタクトは、前記第1群の複数のゲート電極層に含まれて当該コンタクトに対応するゲート電極層に設けられた前記第1突出部に接している、
    請求項1に記載の半導体記憶装置。
  3. 前記複数のコンタクトは、前記第2領域に配置され、前記第2コンタクトを含む第2群の複数のコンタクトを含み、
    前記複数のゲート電極層は、前記第1群のゲート電極層と前記第3ゲート電極層との間に配置され、前記第2ゲート電極層を含む第2群のゲート電極層を含み、
    前記第2群の複数のコンタクトに含まれる各コンタクトは、前記第2群の複数のゲート電極層に含まれて当該コンタクトに対応するゲート電極層に接している、
    請求項2に記載の半導体記憶装置。
  4. 前記複数のコンタクトは、前記第3領域に配置され、前記第3コンタクトを含む第3群の複数のコンタクトを含み、
    前記複数のゲート電極層は、前記第2群のゲート電極層に対して前記第1側に配置され、前記第3ゲート電極層を含む第3群のゲート電極層を含み、
    前記第2突出部は、前記第3群のゲート電極層の各々に設けられ、
    前記第3群の複数のコンタクトに含まれる各コンタクトは、前記第3群の複数のゲート電極層に含まれて当該コンタクトに対応するゲート電極層に設けられた前記第2突出部に接している、
    請求項3に記載の半導体記憶装置。
  5. 前記第2ゲート電極層は、前記複数のコンタクトと前記複数のゲート電極層とが接続された接続領域において、前記第2方向の長さが前記第1ゲート電極層よりも長く、
    前記第3ゲート電極層は、前記接続領域において、前記第2方向の長さが前記第2ゲート電極層よりも長い、
    請求項1または請求項2に記載の半導体記憶装置。
  6. 前記第1コンタクト、前記第2コンタクト、および前記第3コンタクトの各々は、バリアメタル膜を含み、
    前記第1方向および前記第2方向に沿う断面において、前記第2コンタクトの前記バリアメタル膜と前記第2ゲート電極層との間の最短距離は、前記第1コンタクトの前記バリアメタル膜と前記第1ゲート電極層との間の最短距離よりも短く、且つ、前記第3コンタクトの前記バリアメタル膜と前記第3ゲート電極層との間の最短距離よりも短い、
    請求項1または請求項2に記載の半導体記憶装置。
  7. 前記第1コンタクトは、前記第1突出部に接した第1端を有し、
    前記第1突出部は、前記第1コンタクトの前記第1端に接した第2端を有し、
    前記第1端の前記第2方向の幅は、前記第2端の前記第2方向の幅よりも大きい、
    請求項1または請求項2に記載の半導体記憶装置。
  8. 前記第1ゲート電極層、前記第2ゲート電極層、および前記第3ゲート電極層の各々は、タングステン、モリブデン、またはシリコンである第1材料を含み、
    前記第1突出部および前記第2突出部の各々は、前記第1材料の再成長部である、
    請求項1または請求項2に記載の半導体記憶装置。
  9. 前記積層体は、第4領域および第5領域を含み、前記第1領域、前記第2領域、前記第3領域、前記第4領域、および前記第5領域は、前記第2方向に、前記第1領域、前記第2領域、前記第3領域、前記第4領域、前記第5領域の順に並び、
    前記複数のコンタクトは、前記第4領域に配置された第4コンタクトと、前記第5領域に配置された第5コンタクトとを含み、
    前記複数のゲート電極層は、前記第3ゲート電極層に対して前記第1側に配置された第4ゲート電極層と、前記第4ゲート電極層に対して前記第1側に配置された第5ゲート電極層とを含み、
    前記積層体は、前記第5ゲート電極層から前記第5コンタクトに向けて突出した導電性の第3突出部を含み、
    前記第4コンタクトは、前記第4ゲート電極層に接しており、
    前記第5コンタクトは、前記第3突出部に接している、
    請求項1または請求項2に記載の半導体記憶装置。
  10. 複数の第1層と複数の第2層とを含み前記複数の第1層と前記複数の第2層とが第1方向に1層ずつ交互に積層された積層体を形成し、前記積層体は、第1領域、第2領域、および第3領域を含み、前記第1領域、前記第2領域、および前記第3領域は、前記第1方向とは異なる第2方向に、前記第1領域、前記第2領域、前記第3領域の順に並び、前記複数の第1層は、第1材料を含み、
    前記第3領域に穴加工を行うことで、前記積層体の前記第1方向の途中までそれぞれ延びた複数の穴を形成し、
    前記第1領域および前記第2領域に穴加工を行うとともに、前記第3領域の穴加工を再開することで、前記第2領域に形成された複数の穴が前記複数の第1層のなかでそれぞれ接続先となる層に到達せず、且つ、前記第1領域に形成された複数の穴および前記第3領域に形成された前記複数の穴が前記複数の第1層のなかでそれぞれ接続先となる層に到達した状態で、前記第1領域、前記第2領域、および前記第3領域の穴加工を停止し、
    前記第1領域に形成された前記複数の穴および前記第3領域に形成された前記複数の穴の各々の内部に前記第1材料の再成長部を形成し、
    前記第1領域、前記第2領域、および前記第3領域の穴加工を再開する、
    ことを含む半導体記憶装置の製造方法。
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