(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
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の柱状半導体層上部の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２の金属からなる第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は電気的に接続されるのであって、
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１の柱状半導体層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の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の周囲に形成され、前記抵抗が変化する膜と接続する下部電極と、
前記抵抗が変化する膜を取り囲むリセットゲート絶縁膜と、
前記リセットゲート絶縁膜を取り囲むリセットゲートと、
を有し、
前記第１の柱状半導体層の上部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。
【請求項２】
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１の柱状半導体層の間にさらに前記下部電極を有することを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
【請求項３】
前記リセットゲートは、窒化チタンからなることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
【請求項４】
前記リセットゲート絶縁膜は、窒化膜からなることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
【請求項５】
前記下部電極は、窒化チタンからなることを特徴とする請求項２に記載の半導体装置。
【請求項６】
前記リセットゲートに電流を流すことにより、前記抵抗が変化する膜のリセットを行うことを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
【請求項７】
前記第１のコンタクトの前記第２の金属の仕事関数は、４．０ｅＶから４．２ｅＶの間であることを特徴とする請求項１または２に記載の半導体装置。
【請求項８】
前記第１のコンタクトの前記第２の金属の仕事関数は、５．０ｅＶから５．２ｅＶの間であることを特徴とする請求項１または２に記載の半導体装置。
【請求項９】
半導体基板上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、
前記ゲート電極と前記ゲート配線の周囲と底部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、
前記第２の拡散層は前記フィン状半導体層に更に形成されることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
【請求項１０】
前記第２の拡散層は前記半導体基板に更に形成されることを特徴とする請求項９に記載の半導体装置。
【請求項１１】
前記第２の拡散層に電気的に接続される前記ゲート配線に平行なコンタクト配線を有することを特徴とする請求項９または１０のいずれか一つに記載の半導体装置。
【請求項１２】
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、
を有し、
前記コンタクト電極は前記第２の拡散層と接続することを特徴とする請求項１１に記載の半導体装置。
【請求項１３】
前記ゲート電極の外側の幅と前記ゲート配線の幅は同じであって、
前記フィン状半導体層に直交する方向の前記第１の柱状半導体層の幅は前記フィン状半導体層に直交する方向の前記フィン状半導体層の幅と同じであることを特徴とする請求項９、１０、１１、１２のいずれか一つに記載の半導体装置。
【請求項１４】
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た前記第１のゲート絶縁膜を有することを特徴とする請求項１２に記載の半導体装置。
【請求項１５】
前記フィン状半導体層に直交する方向の前記第２の柱状半導体層の幅は前記フィン状半導体層に直交する方向の前記フィン状半導体層の幅と同じであることを特徴とする請求項１２に記載の半導体装置。
【請求項１６】
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た前記第１のゲート絶縁膜を有することを特徴とする請求項１４に記載の半導体装置。
【請求項１７】
前記コンタクト電極の外側の幅と前記コンタクト配線の幅は同じであることを特徴とする請求項１２に記載の半導体装置。
【請求項１８】
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と底部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更に形成されることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、相変化メモリが開発されている（例えば、特許文献１を参照）。相変化メモリは、メモリセルの情報記憶素子の抵抗を変化記録することにより、情報を記憶する。
【０００３】
セルトランジスタをオンすることによりビット線とソース線間に電流を流すと、高抵抗素子のヒーターで熱が発生し、このヒーターに接するカルコゲナイドガラス（ＧＳＴ：Ｇｅ２Ｓｂ２Ｔｅ５）を融解し、状態を遷移させるメカニズムである。高温（高電流）で融解し高速で冷やす（電流を止める）とアモルファス状態（Ｒｅｓｅｔ動作）になり、比較的低い高温（低電流）で融解しゆっくり冷やす（電流を徐々に減らす）と結晶化する（Ｓｅｔ動作）。これにより読み出し時、ビット線―ソース線間に流れる電流が多い（低抵抗＝結晶状態）場合と、少ない場合（高抵抗＝アモルファス）で、０、１情報の判断をする（例えば、特許文献１を参照）。
【０００４】
この場合、例えばＲｅｓｅｔ電流が２００ｕＡと非常に多い。この様にＲｅｓｅｔ電流を大きく、この電流をセルトランジスタに流すためには、メモリセルサイズが非常に大きくなる。大きな電流を流すためには、バイポーラトランジスタやダイオードの選択素子を用いることができる（例えば、特許文献１を参照）。
【０００５】
ダイオードは二端子素子であるので、メモリセルを選択するためには、一本のソース線を選択すると一本のソース線に接続された全てのメモリセルの電流が一本のソース線に流れることとなる。従って、ソース線の抵抗でのＩＲドロップが大きくなる。
【０００６】
一方、バイポーラトランジスタは三端子素子であるが、ゲートに電流が流れるので、ワード線に多くのトランジスタを接続することが難しい。
【０００７】
ＧＳＴ膜、ヒーター素子の電流が流れる方向の断面積を小さくすると、Ｒｅｓｅｔ電流、Ｒｅａｄ電流を小さくすることができる。従来では、平面トランジスタのゲートの側壁にヒーター素子を形成し、ゲートの上部にＧＳＴ膜を形成することで、ＧＳＴ膜、ヒーター素子の電流が流れる方向の断面積を小さくしてきた。この方法では、平面トランジスタによるセルストリングが必要となる（例えば、特許文献１を参照）。
【０００８】
基板に対してソース、ゲート、ドレインが垂直方向に配置され、ゲート電極が柱状半導体層を取り囲む構造のSurrounding Gate Transistor（以下、「ＳＧＴ」という。）が提案されている（例えば、特許文献２を参照）。基板に対してソース、ゲート、ドレインが垂直方向に配置されているため、小さいセル面積を実現することができる。
【０００９】
また、従来のＭＯＳトランジスタにおいて、メタルゲートプロセスと高温プロセスを両立させるために、高温プロセス後にメタルゲートを作成するメタルゲートラストプロセスが実際の製品で用いられている(例えば、非特許文献１を参照)。ポリシリコンでゲートを作成し、その後、層間絶縁膜を堆積後、化学機械研磨によりポリシリコンゲートを露出し、ポリシリコンゲートをエッチング後、メタルを堆積している。そのためＳＧＴにおいてもメタルゲートプロセスと高温プロセスを両立させるために、高温プロセス後にメタルゲートを作成するメタルゲートラストプロセスを用いる必要がある。
【００１０】
メタルゲートラストプロセスでは、ポリシリコンゲートを形成後、イオン注入により拡散層を形成している。ＳＧＴでは、柱状シリコン層上部がポリシリコンゲートに覆われるため工夫が必要である。
【００１１】
シリコン柱が細くなると、シリコンの密度は５×１０２２個／ｃｍ３であるから、シリコン柱内に不純物を存在させることが難しくなってくる。
【００１２】
従来のＳＧＴでは、チャネル濃度を１０１７ｃｍ−３以下と低不純物濃度とし、ゲート材料の仕事関数を変えることによってしきい値電圧を決定することが提案されている（例えば、特許文献３を参照）。
【００１３】
平面型ＭＯＳトランジスタにおいて、ＬＤＤ領域のサイドウォールが低濃度層と同一の導電型を有する多結晶シリコンにより形成され、ＬＤＤ領域の表面キャリアがその仕事関数差によって誘起され、酸化膜サイドウォールＬＤＤ型ＭＯＳトランジスタに比してＬＤＤ領域のインピーダンスが低減できることが示されている（例えば、特許文献４を参照）。その多結晶シリコンサイドウォールは電気的にゲート電極と絶縁されていることが示されている。また図中には多結晶シリコンサイドウォールとソース・ドレインとは層間絶縁膜により絶縁していることが示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１４】
【特許文献１】特開２０１２−２０４４０４号公報
【特許文献２】特開２００４−３５６３１４号公報
【特許文献３】特開２００４−３５６３１４号公報
【特許文献４】特開平１１−２９７９８４号公報
【非特許文献】
【００１５】
【非特許文献１】IEDM2007 K.Mistry et.al, pp 247-250
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
そこで、リセットゲートを用いてリセットを行うことができ、抵抗が変化する膜、下部電極の電流が流れる方向の断面積を小さくすることができる、抵抗が変化する記憶素子を有するメモリの構造を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本発明の第１の観点に係る半導体装置は、
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の柱状半導体層上部の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２の金属からなる第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は電気的に接続されるのであって、
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１の柱状半導体層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の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の周囲に形成され、前記抵抗が変化する膜と接続する下部電極と、
前記抵抗が変化する膜を取り囲むリセットゲート絶縁膜と、
前記リセットゲート絶縁膜を取り囲むリセットゲートと、
を有し、
前記第１の柱状半導体層の上部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。
【００１８】
また、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１の柱状半導体層の間にさらに前記下部電極を有することが好ましい。
【００１９】
また、前記リセットゲートは、窒化チタンからなることが好ましい。
【００２０】
また、前記リセットゲート絶縁膜は、窒化膜からなることが好ましい。
【００２１】
また、前記下部電極は、窒化チタンからなることが好ましい。
【００２２】
また、前記リセットゲートに電流を流すことにより、前記抵抗が変化する膜のリセットを行うことが好ましい。
【００２３】
また、前記第１のコンタクトの前記第２の金属の仕事関数は、４．０ｅＶから４．２ｅＶの間であることが好ましい。
【００２４】
また、前記第１のコンタクトの前記第２の金属の仕事関数は、５．０ｅＶから５．２ｅＶの間であることが好ましい。
【００２５】
また、半導体基板上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、
前記ゲート電極と前記ゲート配線の周囲と底部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、
前記第２の拡散層は前記フィン状半導体層に更に形成されることが好ましい。
【００２６】
また、前記第２の拡散層は前記半導体基板に更に形成されることが好ましい。
【００２７】
また、前記第２の拡散層に電気的に接続される前記ゲート配線に平行なコンタクト配線を有することが好ましい。
【００２８】
また、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、
を有し、
前記コンタクト電極は前記第２の拡散層と接続することが好ましい。
【００２９】
また、前記ゲート電極の外側の幅と前記ゲート配線の幅は同じであって、
前記フィン状半導体層に直交する方向の前記第１の柱状半導体層の幅は前記フィン状半導体層に直交する方向の前記フィン状半導体層の幅と同じであることが好ましい。
【００３０】
また、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た前記第１のゲート絶縁膜を有することが好ましい。
【００３１】
また、前記フィン状半導体層に直交する方向の前記第２の柱状半導体層の幅は前記フィン状半導体層に直交する方向の前記フィン状半導体層の幅と同じであることが好ましい。
【００３２】
また、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た前記第１のゲート絶縁膜を有することが好ましい。
【００３３】
また、前記コンタクト電極の外側の幅と前記コンタクト配線の幅は同じであることが好ましい。
【００３４】
また、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と底部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更に形成されることが好ましい。
【発明の効果】
【００３５】
本発明によれば、リセットゲートを用いてリセットを行うことができ、抵抗が変化する膜、下部電極の電流が流れる方向の断面積を小さくすることができる、抵抗が変化する記憶素子を有するメモリの構造を提供することができる。
【００３６】
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の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の周囲に形成され、前記抵抗が変化する膜と接続する下部電極と、前記抵抗が変化する膜を取り囲むリセットゲート絶縁膜と、前記リセットゲート絶縁膜を取り囲むリセットゲートと、を有することにより、リセットゲートに電流を流すことで、ヒーターであるリセットゲートで熱が発生し、このヒーターに接する抵抗が変化する膜であるカルコゲナイドガラス（ＧＳＴ：Ｇｅ２Ｓｂ２Ｔｅ５）を融解し、状態を遷移させることができる。
【００３７】
リセットゲートが、抵抗が変化する膜を取り囲む構造のため、抵抗が変化する膜が熱しやすい。
【００３８】
リセットゲートに電流を流すことでリセットを行うため、選択素子に大電流を流す必要はなく、選択素子は、セット動作用の低電流を流すことができればよい。
【００３９】
柱状絶縁体層と、前記柱状絶縁体層の上部の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の周囲に形成され、前記抵抗が変化する膜と接続する下部電極と、を有することにより、抵抗が変化する膜である相変化膜、下部電極であるヒーター素子の電流が流れる方向の断面積を小さくすることができる。
【００４０】
また、前記柱状絶縁体層は窒化膜とすることにより、相変化膜の冷却を早めることができる。また、前記柱状絶縁体層の下にさらに下部電極を有することにより、下部電極と選択トランジスタとの接触抵抗を低減することができる。
【００４１】
前記柱状半導体層上部の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２の金属からなる第１のコンタクトと、前記第１のコンタクトの上部と前記柱状半導体層の上部とを接続する第３の金属からなる第２のコンタクトにより、柱状半導体層上部を金属と半導体との仕事関数差によってｎ型半導体層もしくはｐ型半導体層として機能させる構造を持つＳＧＴとすることができ、柱状半導体層上部に拡散層を形成する工程が不要となる。
【００４２】
また、前記ゲート電極は金属であって、前記ゲート配線は金属であり、さらに、前記第２のゲート絶縁膜の周囲に形成された金属からなる第１のコンタクトと、前記第１のコンタクトの上部と前記柱状半導体層の上部とを接続する第２のコンタクトがありより多くの金属が使用されるので、冷却を早めることができる。また、前記ゲート電極と前記ゲート配線の周囲と底部に形成された前記ゲート絶縁膜と、を有することにより、ゲートラストによって、金属ゲートが形成されるので、金属ゲートプロセスと高温プロセスを両立させることができる。
【００４３】
また、半導体基板上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、前記ゲート電極と前記ゲート配線の周囲と底部に形成された前記ゲート絶縁膜と、を有し、前記ゲート電極は金属であって、前記ゲート配線は金属であって、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するのであって、前記第２の拡散層は前記フィン状半導体層に更に形成され、前記ゲート電極の外側の幅と前記ゲート配線の幅は同じであって、前記第１の柱状半導体層の幅は前記フィン状半導体層の幅と同じであることを特徴とすることにより、本半導体装置のフィン状半導体層と、柱状半導体層と、ゲート電極と、ゲート配線が、二枚のマスクにより、自己整合で形成されるので、工程数を削減することができる。
【００４４】
また、前記第２の拡散層に接続される前記ゲート配線に平行なコンタクト配線を有することにより、ソース線の抵抗を下げることができ、セット時の電流によるソース電圧の増加を抑制することができる。前記ゲート配線に平行なコンタクト配線は、例えば、ビット線方向に一列に配置されたメモリセル２個毎、４個毎、８個毎、１６個毎、３２個毎、６４個毎に一本配置することが好ましい。
【００４５】
また、第２の柱状半導体層と第２の柱状半導体層周囲に形成されるコンタクト電極とコンタクト配線とで形成される構造は、コンタクト電極が前記第２の拡散層と接続すること以外はトランジスタ構造と同じ構造であり、ゲート配線に平行な方向の全てのソース線はコンタクト配線に接続されることになるため、工程数を削減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】（ａ）は本発明に係る半導体装置の平面図である。（ｂ）は（ａ）のＸ−Ｘ’線での断面図である。（ｃ）は（ａ）のＹ−Ｙ’線での断面図である。
【図２】（ａ）は本発明に係る半導体装置の平面図である。（ｂ）は（ａ）のＸ−Ｘ’線での断面図である。（ｃ）は（ａ）のＹ−Ｙ’線での断面図である。
【図３】（ａ）は本発明に係る半導体装置の平面図である。（ｂ）は（ａ）のＸ−Ｘ’線での断面図である。（ｃ）は（ａ）のＹ−Ｙ’線での断面図である。
【図４】（ａ）は本発明に係る半導体装置の製造方法に係る平面図である。（ｂ）は（ａ）のＸ−Ｘ’線での断面図である。（ｃ）は（ａ）のＹ−Ｙ’線での断面図である。
【図５】（ａ）は本発明に係る半導体装置の製造方法に係る平面図である。（ｂ）は（ａ）のＸ−Ｘ’線での断面図である。（ｃ）は（ａ）のＹ−Ｙ’線での断面図である。
【図６】（ａ）は本発明に係る半導体装置の製造方法に係る平面図である。（ｂ）は（ａ）のＸ−Ｘ’線での断面図である。（ｃ）は（ａ）のＹ−Ｙ’線での断面図である。
【図７】（ａ）は本発明に係る半導体装置の製造方法に係る平面図である。（ｂ）は（ａ）のＸ−Ｘ’線での断面図である。（ｃ）は（ａ）のＹ−Ｙ’線での断面図である。
【図８】（ａ）は本発明に係る半導体装置の製造方法に係る平面図である。（ｂ）は（ａ）のＸ−Ｘ’線での断面図である。（ｃ）は（ａ）のＹ−Ｙ’線での断面図である。
【図９】（ａ）は本発明に係る半導体装置の製造方法に係る平面図である。（ｂ）は（ａ）のＸ−Ｘ’線での断面図である。（ｃ）は（ａ）のＹ−Ｙ’線での断面図である。
【図１０】（ａ）は本発明に係る半導体装置の製造方法に係る平面図である。（ｂ）は（ａ）のＸ−Ｘ’線での断面図である。（ｃ）は（ａ）のＹ−Ｙ’線での断面図である。
【図１１】（ａ）は本発明に係る半導体装置の製造方法に係る平面図である。（ｂ）は（ａ）のＸ−Ｘ’線での断面図である。（ｃ）は（ａ）のＹ−Ｙ’線での断面図である。
【図１２】（ａ）は本発明に係る半導体装置の製造方法に係る平面図である。（ｂ）は（ａ）のＸ−Ｘ’線での断面図である。（ｃ）は（ａ）のＹ−Ｙ’線での断面図である。
【図１３】（ａ）は本発明に係る半導体装置の製造方法に係る平面図である。（ｂ）は（ａ）のＸ−Ｘ’線での断面図である。（ｃ）は（ａ）のＹ−Ｙ’線での断面図である。
【図１４】（ａ）は本発明に係る半導体装置の製造方法に係る平面図である。（ｂ）は（ａ）のＸ−Ｘ’線での断面図である。（ｃ）は（ａ）のＹ−Ｙ’線での断面図である。
【図１５】（ａ）は本発明に係る半導体装置の製造方法に係る平面図である。（ｂ）は（ａ）のＸ−Ｘ’線での断面図である。（ｃ）は（ａ）のＹ−Ｙ’線での断面図である。
【図１６】（ａ）は本発明に係る半導体装置の製造方法に係る平面図である。（ｂ）は（ａ）のＸ−Ｘ’線での断面図である。（ｃ）は（ａ）のＹ−Ｙ’線での断面図である。
【図１７】（ａ）は本発明に係る半導体装置の製造方法に係る平面図である。（ｂ）は（ａ）のＸ−Ｘ’線での断面図である。（ｃ）は（ａ）のＹ−Ｙ’線での断面図である。
【図１８】（ａ）は本発明に係る半導体装置の製造方法に係る平面図である。（ｂ）は（ａ）のＸ−Ｘ’線での断面図である。（ｃ）は（ａ）のＹ−Ｙ’線での断面図である。
【図１９】（ａ）は本発明に係る半導体装置の製造方法に係る平面図である。（ｂ）は（ａ）のＸ−Ｘ’線での断面図である。（ｃ）は（ａ）のＹ−Ｙ’線での断面図である。
【図２０】（ａ）は本発明に係る半導体装置の製造方法に係る平面図である。（ｂ）は（ａ）のＸ−Ｘ’線での断面図である。（ｃ）は（ａ）のＹ−Ｙ’線での断面図である。
【図２１】（ａ）は本発明に係る半導体装置の製造方法に係る平面図である。（ｂ）は（ａ）のＸ−Ｘ’線での断面図である。（ｃ）は（ａ）のＹ−Ｙ’線での断面図である。
【図２２】（ａ）は本発明に係る半導体装置の製造方法に係る平面図である。（ｂ）は（ａ）のＸ−Ｘ’線での断面図である。（ｃ）は（ａ）のＹ−Ｙ’線での断面図である。
【図２３】（ａ）は本発明に係る半導体装置の製造方法に係る平面図である。（ｂ）は（ａ）のＸ−Ｘ’線での断面図である。（ｃ）は（ａ）のＹ−Ｙ’線での断面図である。
【図２４】（ａ）は本発明に係る半導体装置の製造方法に係る平面図である。（ｂ）は（ａ）のＸ−Ｘ’線での断面図である。（ｃ）は（ａ）のＹ−Ｙ’線での断面図である。
【図２５】（ａ）は本発明に係る半導体装置の製造方法に係る平面図である。（ｂ）は（ａ）のＸ−Ｘ’線での断面図である。（ｃ）は（ａ）のＹ−Ｙ’線での断面図である。
【図２６】（ａ）は本発明に係る半導体装置の製造方法に係る平面図である。（ｂ）は（ａ）のＸ−Ｘ’線での断面図である。（ｃ）は（ａ）のＹ−Ｙ’線での断面図である。
【図２７】（ａ）は本発明に係る半導体装置の製造方法に係る平面図である。（ｂ）は（ａ）のＸ−Ｘ’線での断面図である。（ｃ）は（ａ）のＹ−Ｙ’線での断面図である。
【図２８】（ａ）は本発明に係る半導体装置の製造方法に係る平面図である。（ｂ）は（ａ）のＸ−Ｘ’線での断面図である。（ｃ）は（ａ）のＹ−Ｙ’線での断面図である。
【図２９】（ａ）は本発明に係る半導体装置の製造方法に係る平面図である。（ｂ）は（ａ）のＸ−Ｘ’線での断面図である。（ｃ）は（ａ）のＹ−Ｙ’線での断面図である。
【図３０】（ａ）は本発明に係る半導体装置の製造方法に係る平面図である。（ｂ）は（ａ）のＸ−Ｘ’線での断面図である。（ｃ）は（ａ）のＹ−Ｙ’線での断面図である。
【図３１】（ａ）は本発明に係る半導体装置の製造方法に係る平面図である。（ｂ）は（ａ）のＸ−Ｘ’線での断面図である。（ｃ）は（ａ）のＹ−Ｙ’線での断面図である。
【図３２】（ａ）は本発明に係る半導体装置の製造方法に係る平面図である。（ｂ）は（ａ）のＸ−Ｘ’線での断面図である。（ｃ）は（ａ）のＹ−Ｙ’線での断面図である。
【図３３】（ａ）は本発明に係る半導体装置の製造方法に係る平面図である。（ｂ）は（ａ）のＸ−Ｘ’線での断面図である。（ｃ）は（ａ）のＹ−Ｙ’線での断面図である。
【図３４】（ａ）は本発明に係る半導体装置の製造方法に係る平面図である。（ｂ）は（ａ）のＸ−Ｘ’線での断面図である。（ｃ）は（ａ）のＹ−Ｙ’線での断面図である。
【図３５】（ａ）は本発明に係る半導体装置の製造方法に係る平面図である。（ｂ）は（ａ）のＸ−Ｘ’線での断面図である。（ｃ）は（ａ）のＹ−Ｙ’線での断面図である。
【図３６】（ａ）は本発明に係る半導体装置の製造方法に係る平面図である。（ｂ）は（ａ）のＸ−Ｘ’線での断面図である。（ｃ）は（ａ）のＹ−Ｙ’線での断面図である。
【図３７】（ａ）は本発明に係る半導体装置の製造方法に係る平面図である。（ｂ）は（ａ）のＸ−Ｘ’線での断面図である。（ｃ）は（ａ）のＹ−Ｙ’線での断面図である。
【図３８】（ａ）は本発明に係る半導体装置の製造方法に係る平面図である。（ｂ）は（ａ）のＸ−Ｘ’線での断面図である。（ｃ）は（ａ）のＹ−Ｙ’線での断面図である。
【図３９】（ａ）は本発明に係る半導体装置の製造方法に係る平面図である。（ｂ）は（ａ）のＸ−Ｘ’線での断面図である。（ｃ）は（ａ）のＹ−Ｙ’線での断面図である。
【図４０】（ａ）は本発明に係る半導体装置の製造方法に係る平面図である。（ｂ）は（ａ）のＸ−Ｘ’線での断面図である。（ｃ）は（ａ）のＹ−Ｙ’線での断面図である。
【図４１】（ａ）は本発明に係る半導体装置の製造方法に係る平面図である。（ｂ）は（ａ）のＸ−Ｘ’線での断面図である。（ｃ）は（ａ）のＹ−Ｙ’線での断面図である。
【図４２】（ａ）は本発明に係る半導体装置の製造方法に係る平面図である。（ｂ）は（ａ）のＸ−Ｘ’線での断面図である。（ｃ）は（ａ）のＹ−Ｙ’線での断面図である。
【図４３】（ａ）は本発明に係る半導体装置の製造方法に係る平面図である。（ｂ）は（ａ）のＸ−Ｘ’線での断面図である。（ｃ）は（ａ）のＹ−Ｙ’線での断面図である。
【図４４】（ａ）は本発明に係る半導体装置の製造方法に係る平面図である。（ｂ）は（ａ）のＸ−Ｘ’線での断面図である。（ｃ）は（ａ）のＹ−Ｙ’線での断面図である。
【図４５】（ａ）は本発明に係る半導体装置の製造方法に係る平面図である。（ｂ）は（ａ）のＸ−Ｘ’線での断面図である。（ｃ）は（ａ）のＹ−Ｙ’線での断面図である。
【図４６】（ａ）は本発明に係る半導体装置の製造方法に係る平面図である。（ｂ）は（ａ）のＸ−Ｘ’線での断面図である。（ｃ）は（ａ）のＹ−Ｙ’線での断面図である。
【図４７】（ａ）は本発明に係る半導体装置の製造方法に係る平面図である。（ｂ）は（ａ）のＸ−Ｘ’線での断面図である。（ｃ）は（ａ）のＹ−Ｙ’線での断面図である。
【図４８】（ａ）は本発明に係る半導体装置の製造方法に係る平面図である。（ｂ）は（ａ）のＸ−Ｘ’線での断面図である。（ｃ）は（ａ）のＹ−Ｙ’線での断面図である。
【図４９】（ａ）は本発明に係る半導体装置の製造方法に係る平面図である。（ｂ）は（ａ）のＸ−Ｘ’線での断面図である。（ｃ）は（ａ）のＹ−Ｙ’線での断面図である。
【図５０】（ａ）は本発明に係る半導体装置の製造方法に係る平面図である。（ｂ）は（ａ）のＸ−Ｘ’線での断面図である。（ｃ）は（ａ）のＹ−Ｙ’線での断面図である。
【図５１】（ａ）は本発明に係る半導体装置の製造方法に係る平面図である。（ｂ）は（ａ）のＸ−Ｘ’線での断面図である。（ｃ）は（ａ）のＹ−Ｙ’線での断面図である。
【図５２】（ａ）は本発明に係る半導体装置の製造方法に係る平面図である。（ｂ）は（ａ）のＸ−Ｘ’線での断面図である。（ｃ）は（ａ）のＹ−Ｙ’線での断面図である。
【図５３】（ａ）は本発明に係る半導体装置の製造方法に係る平面図である。（ｂ）は（ａ）のＸ−Ｘ’線での断面図である。（ｃ）は（ａ）のＹ−Ｙ’線での断面図である。
【図５４】（ａ）は本発明に係る半導体装置の製造方法に係る平面図である。（ｂ）は（ａ）のＸ−Ｘ’線での断面図である。（ｃ）は（ａ）のＹ−Ｙ’線での断面図である。
【図５５】（ａ）は本発明に係る半導体装置の製造方法に係る平面図である。（ｂ）は（ａ）のＸ−Ｘ’線での断面図である。（ｃ）は（ａ）のＹ−Ｙ’線での断面図である。
【図５６】（ａ）は本発明に係る半導体装置の製造方法に係る平面図である。（ｂ）は（ａ）のＸ−Ｘ’線での断面図である。（ｃ）は（ａ）のＹ−Ｙ’線での断面図である。
【図５７】（ａ）は本発明に係る半導体装置の製造方法に係る平面図である。（ｂ）は（ａ）のＸ−Ｘ’線での断面図である。（ｃ）は（ａ）のＹ−Ｙ’線での断面図である。
【図５８】（ａ）は本発明に係る半導体装置の製造方法に係る平面図である。（ｂ）は（ａ）のＸ−Ｘ’線での断面図である。（ｃ）は（ａ）のＹ−Ｙ’線での断面図である。
【図５９】（ａ）は本発明に係る半導体装置の製造方法に係る平面図である。（ｂ）は（ａ）のＸ−Ｘ’線での断面図である。（ｃ）は（ａ）のＹ−Ｙ’線での断面図である。
【図６０】（ａ）は本発明に係る半導体装置の製造方法に係る平面図である。（ｂ）は（ａ）のＸ−Ｘ’線での断面図である。（ｃ）は（ａ）のＹ−Ｙ’線での断面図である。
【図６１】（ａ）は本発明に係る半導体装置の製造方法に係る平面図である。（ｂ）は（ａ）のＸ−Ｘ’線での断面図である。（ｃ）は（ａ）のＹ−Ｙ’線での断面図である。
【図６２】（ａ）は本発明に係る半導体装置の製造方法に係る平面図である。（ｂ）は（ａ）のＸ−Ｘ’線での断面図である。（ｃ）は（ａ）のＹ−Ｙ’線での断面図である。
【図６３】（ａ）は本発明に係る半導体装置の製造方法に係る平面図である。（ｂ）は（ａ）のＸ−Ｘ’線での断面図である。（ｃ）は（ａ）のＹ−Ｙ’線での断面図である。
【図６４】（ａ）は本発明に係る半導体装置の製造方法に係る平面図である。（ｂ）は（ａ）のＸ−Ｘ’線での断面図である。（ｃ）は（ａ）のＹ−Ｙ’線での断面図である。
【図６５】（ａ）は本発明に係る半導体装置の製造方法に係る平面図である。（ｂ）は（ａ）のＸ−Ｘ’線での断面図である。（ｃ）は（ａ）のＹ−Ｙ’線での断面図である。
【図６６】（ａ）は本発明に係る半導体装置の製造方法に係る平面図である。（ｂ）は（ａ）のＸ−Ｘ’線での断面図である。（ｃ）は（ａ）のＹ−Ｙ’線での断面図である。
【図６７】（ａ）は本発明に係る半導体装置の製造方法に係る平面図である。（ｂ）は（ａ）のＸ−Ｘ’線での断面図である。（ｃ）は（ａ）のＹ−Ｙ’線での断面図である。
【図６８】（ａ）は本発明に係る半導体装置の製造方法に係る平面図である。（ｂ）は（ａ）のＸ−Ｘ’線での断面図である。（ｃ）は（ａ）のＹ−Ｙ’線での断面図である。
【図６９】（ａ）は本発明に係る半導体装置の製造方法に係る平面図である。（ｂ）は（ａ）のＸ−Ｘ’線での断面図である。（ｃ）は（ａ）のＹ−Ｙ’線での断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００４７】
以下に半導体装置の構造を図１に示す。
【００４８】
図１は本発明の半導体装置であるメモリセルを一行一列目と、一行三列目、二行一列目と、二行三列目に配置し、ソース線を相互に接続するためにコンタクト電極、コンタクト配線を有するコンタクト装置を一行二列目と二行二列目に配置している。
【００４９】
二行一列目のメモリセルは、半導体基板１０１上に形成されたフィン状半導体層１０４と、前記フィン状半導体層１０４の周囲に形成された第１の絶縁膜１０６と、前記フィン状半導体層１０４上に形成された第１の柱状半導体層１２９と、前記第１の柱状半導体層１２９の周囲に形成されたゲート絶縁膜１６２と、前記ゲート絶縁膜１６２の周囲に形成された金属からなるゲート電極１６８ａと、前記ゲート電極１６８ａに接続された金属からなるゲート配線１６８ｂと、前記ゲート配線１６８ｂは前記フィン状半導体層１０４に直交する方向に延在するのであって、前記ゲート電極１６８ａと前記ゲート配線１６８ｂの周囲と底部に形成された前記ゲート絶縁膜１６２と、を有し、前記第１の柱状半導体層１２９上部の周囲に形成された第２のゲート絶縁膜１７３と、前記第２のゲート絶縁膜１７３の周囲に形成された第２の金属からなる第１のコンタクト１７９ａと、前記第１のコンタクト１７９ａの上部と前記第１の柱状半導体層１２９の上部とを接続する第３の金属からなる第２のコンタクト１８３ａと、前記第１の柱状半導体層１２９の下部に形成された前記第２の拡散層１４３ａと、前記第２の拡散層１４３ａは前記フィン状半導体層１０４に更に形成されている。
【００５０】
前記第２のコンタクト１８３ａ上に形成された柱状窒化膜層２０２と、前記柱状窒化膜層２０２の上部の周囲に形成された抵抗が変化する膜２１１と、前記柱状窒化膜層２０２の下部の周囲に形成され、前記抵抗が変化する膜２１１と接続する下部電極２０６と、前記抵抗が変化する膜２１１を取り囲むリセットゲート絶縁膜２１９と、前記リセットゲート絶縁膜２１９を取り囲むリセットゲート２２０ａと、を有し、前記柱状窒化膜層２０２は窒化膜からなり、前記柱状窒化膜層２０２と前記第２のコンタクト１８３ａの間にさらに前記下部電極２０６を有する。
【００５１】
抵抗が変化する膜２１１は、例えば、カルコゲナイドガラス（ＧＳＴ：Ｇｅ２Ｓｂ２Ｔｅ５）といった相変化膜が好ましい。また、ヒーターとしての下部電極２０６は、例えば、窒化チタンが好ましい。
【００５２】
前記リセットゲート２２０ａは、電流が流れて発熱する材料であればよい。窒化チタンであることが好ましい。
【００５３】
前記リセットゲート絶縁膜２１９は、熱伝導性がよい絶縁膜であればよい。窒化膜であることが好ましい。
【００５４】
前記下部電極２０６は、電流が流れて発熱する材料であればよい。窒化チタンであることが好ましい。
【００５５】
前記リセットゲート２２０ａに電流を流すことにより、ヒーターであるリセットゲート２２０ａで熱が発生し、このヒーターに接する抵抗が変化する膜２１１を融解し、状態を遷移させることができる。
【００５６】
二行三列目のメモリセルは、半導体基板１０１上に形成されたフィン状半導体層１０４と、前記フィン状半導体層１０４の周囲に形成された第１の絶縁膜１０６と、前記フィン状半導体層１０４上に形成された第１の柱状半導体層１３１と、前記第１の柱状半導体層１３１の周囲に形成されたゲート絶縁膜１６３と、前記ゲート絶縁膜１６３の周囲に形成された金属からなるゲート電極１７０ａと、前記ゲート電極１７０ａに接続された金属からなるゲート配線１７０ｂと、前記ゲート配線１７０ｂは前記フィン状半導体層１０４に直交する方向に延在するのであって、前記ゲート電極１７０ａと前記ゲート配線１７０ｂの周囲と底部に形成された前記ゲート絶縁膜１６３と、を有し、前記第１の柱状半導体層１３１上部の周囲に形成された第２のゲート絶縁膜１７４と、前記第２のゲート絶縁膜１７４の周囲に形成された第２の金属からなる第１のコンタクト１８１ａと、前記第１のコンタクト１８１ａの上部と前記第１の柱状半導体層１３１の上部とを接続する第３の金属からなる第２のコンタクト１８５ａと、前記第１の柱状半導体層１３１の下部に形成された前記第２の拡散層１４３ａと、前記第２の拡散層１４３ａは前記フィン状半導体層１０４に更に形成されている。
【００５７】
前記第２のコンタクト１８５ａ上に形成された柱状絶縁体層２０３と、前記柱状絶縁体層２０３の上部の周囲に形成された抵抗が変化する膜２１２と、前記柱状絶縁体層２０３の下部の周囲に形成され、前記抵抗が変化する膜２１２と接続する下部電極２０７と、前記抵抗が変化する膜２１２を取り囲むリセットゲート絶縁膜２１９と、前記リセットゲート絶縁膜２１９を取り囲むリセットゲート２２０ｂと、を有し、前記柱状絶縁体層２０３は窒化膜からなり、前記柱状絶縁体層２０３と前記第２のコンタクト１８５ａの間にさらに前記下部電極２０７を有する。
【００５８】
抵抗が変化する膜２１１と、抵抗が変化する膜２１２は、ビット線２２５ａにより接続される。
【００５９】
一行一列目のメモリセルは、半導体基板１０１上に形成されたフィン状半導体層１０５と、前記フィン状半導体層１０５の周囲に形成された第１の絶縁膜１０６と、前記フィン状半導体層１０５上に形成された第１の柱状半導体層１３２と、前記第１の柱状半導体層１３２の周囲に形成されたゲート絶縁膜１６２と、前記ゲート絶縁膜１６２の周囲に形成された金属からなるゲート電極１６８ａと、前記ゲート電極１６８ａに接続された金属からなるゲート配線１６８ｂと、前記ゲート配線１６８ｂは前記フィン状半導体層１０５に直交する方向に延在するのであって、前記ゲート電極１６８ａと前記ゲート配線１６８ｂの周囲と底部に形成された前記ゲート絶縁膜１６２と、を有し、前記第１の柱状半導体層１３２上部の周囲に形成された第２のゲート絶縁膜１７３と、前記第２のゲート絶縁膜１７３の周囲に形成された第２の金属からなる第１のコンタクト１７９ｂと、前記第１のコンタクト１７ｂａの上部と前記第１の柱状半導体層１３２の上部とを接続する第３の金属からなる第２のコンタクト１８３ｂと、前記第１の柱状半導体層１３２の下部に形成された前記第２の拡散層１４３ｂと、前記第２の拡散層１４３ｂは前記フィン状半導体層１０５に更に形成されている。
【００６０】
前記第２のコンタクト１８３ｂ上に形成された柱状絶縁体層２０４と、前記柱状絶縁体層２０４の上部の周囲に形成された抵抗が変化する膜２１３と、前記柱状絶縁体層２０４の下部の周囲に形成され、前記抵抗が変化する膜２１３と接続する下部電極２０８と、前記抵抗が変化する膜２１３を取り囲むリセットゲート絶縁膜２１９と、前記リセットゲート絶縁膜２１９を取り囲むリセットゲート２２０ａと、を有し、前記柱状絶縁体層２０４は窒化膜からなり、前記柱状絶縁体層２０４と前記第２のコンタクト１８３ｂの間にさらに前記下部電極２０８を有する。
【００６１】
一行三列目のメモリセルは、半導体基板１０１上に形成されたフィン状半導体層１０５と、前記フィン状半導体層１０５の周囲に形成された第１の絶縁膜１０６と、前記フィン状半導体層１０５上に形成された第１の柱状半導体層１３４と、前記第１の柱状半導体層１３４の周囲に形成されたゲート絶縁膜１６３と、前記ゲート絶縁膜１６３の周囲に形成された金属からなるゲート電極１７０ａと、前記ゲート電極１７０ａに接続された金属からなるゲート配線１７０ｂと、前記ゲート配線１７０ｂは前記フィン状半導体層１０５に直交する方向に延在するのであって、前記ゲート電極１７０ａと前記ゲート配線１７０ｂの周囲と底部に形成された前記ゲート絶縁膜１６３と、を有し、前記第１の柱状半導体層１３４上部の周囲に形成された第２のゲート絶縁膜１７４と、前記第２のゲート絶縁膜１７４の周囲に形成された第２の金属からなる第１のコンタクト１８１ｂと、前記第１のコンタクト１８１ｂの上部と前記第１の柱状半導体層１３４の上部とを接続する第３の金属からなる第２のコンタクト１８５ｂと、前記第１の柱状半導体層１３４の下部に形成された前記第２の拡散層１４３ｂと、前記第２の拡散層１４３ｂは前記フィン状半導体層１０５に更に形成されている。
【００６２】
前記第２のコンタクト１８５ｂ上に形成された柱状絶縁体層２０５と、前記柱状絶縁体層２０５の上部の周囲に形成された抵抗が変化する膜２１４と、前記柱状絶縁体層２０５の下部の周囲に形成され、前記抵抗が変化する膜２１４と接続する下部電極２０９と、前記抵抗が変化する膜２１４を取り囲むリセットゲート絶縁膜２１９と、前記リセットゲート絶縁膜２１９を取り囲むリセットゲート２２０ｂと、を有し、前記柱状絶縁体層２０５は窒化膜からなり、前記柱状絶縁体層２０５と前記第２のコンタクト１８５ｂの間にさらに前記下部電極２０９を有する。
【００６３】
抵抗が変化する膜２１３と、抵抗が変化する膜２１４は、ビット線２２５ｂにより接続される。
【００６４】
柱状窒化膜層２０２、２０３、２０４、２０５と、前記柱状窒化膜層２０２、２０３、２０４、２０５の上部の周囲に形成された抵抗が変化する膜２１１、２１２、２１３、２１４と、前記柱状窒化膜層２０２、２０３、２０４、２０５の下部の周囲に形成され、前記抵抗が変化する膜２１１、２１２、２１３、２１４と接続する下部電極２０６、２０７、２０８、２０９と、を有することにより、抵抗が変化する膜２１１、２１２、２１３、２１４である相変化膜、下部電極２０６、２０７、２０８、２０９であるヒーター素子の電流が流れる方向の断面積を小さくすることができる。
【００６５】
また、前記柱状窒化膜層２０２、２０３、２０４、２０５は窒化膜とすることにより、相変化膜の冷却を早めることができる。また、前記柱状窒化膜層２０２、２０３、２０４、２０５の下にさらに下部電極２０６、２０７、２０８、２０９を有することにより、下部電極２０６、２０７、２０８、２０９と選択トランジスタとの接触抵抗を低減することができる。
【００６６】
また、前記ゲート電極１６８ａ、１７０ａは金属であって、前記ゲート配線１６８ｂ、１７０ｂは金属であり、さらに、前記第２のゲート絶縁膜１７３、１７４の周囲に形成された第２の金属からなる第１のコンタクト１７９ａ、１７９ｂ、１８１ａ、１８１ｂと、前記第１のコンタクト１７９ａ、１７９ｂ、１８１ａ、１８１ｂの上部と前記柱状半導体層１２９、１３１、１３２、１３４の上部とを接続する第３の金属からなる第２のコンタクト１８３ａ、１８３ｂ、１８５ａ、１８５ｂがありより多くの金属が使用されるので、冷却を早めることができる。また、前記ゲート電極１６８ａ、１７０ａと前記ゲート配線１６８ｂ、１７０ｂの周囲と底部に形成された前記ゲート絶縁膜１６２、１６３と、を有することにより、ゲートラストによって、金属ゲートが形成されるので、金属ゲートプロセスと高温プロセスを両立させることができる。
【００６７】
また、前記ゲート電極１６８ａ、１７０ａと前記ゲート配線１６８ｂ、１７０ｂの周囲と底部に形成された前記ゲート絶縁膜１６２、１６３と、を有し、前記ゲート電極１６８ａ、１７０ａは金属であって、前記ゲート配線１６８ｂ、１７０ｂは金属であって、前記ゲート配線１６８ｂ、１７０ｂは前記フィン状半導体層１０４、１０５に直交する方向に延在するのであって、前記第２の拡散層１４３ａ、１４３ｂは前記フィン状半導体層１０４、１０５に更に形成され、前記ゲート電極１６８ａ、１７０ａの外側の幅と前記ゲート配線１６８ｂ、１７０ｂの幅は同じであって、前記第１の柱状半導体層１２９、１３１、１３２、１３４の幅は前記フィン状半導体層１０４、１０５の幅と同じであることを特徴とすることにより、本半導体装置のフィン状半導体層１０４、１０５と、第１の柱状半導体層１２９、１３１、１３２、１３４と、ゲート電極１６８ａ、１７０ａと、ゲート配線１６８ｂ、１７０ｂが、二枚のマスクにより、自己整合で形成されるので、工程数を削減することができる。
【００６８】
二行二列目のコンタクト装置は、前記半導体基板１０１上に形成された前記フィン状半導体層１０４と、前記フィン状半導体層１０４の周囲に形成された前記第１の絶縁膜１０６と、前記フィン状半導体層１０４上に形成された第２の柱状半導体層１３０と、前記フィン状半導体層１０４に直交する方向の前記第２の柱状半導体層１３０の幅は前記フィン状半導体層１０４に直交する方向の前記フィン状半導体層１０４の幅と同じであって、前記第２の柱状半導体層１３０の周囲に形成された金属からなるコンタクト電極１６９ａと、前記第２の柱状半導体層１３０と前記コンタクト電極１６９ａとの間に形成された前記ゲート絶縁膜１６５を有し、前記コンタクト電極１６９ａに接続された前記フィン状半導体層１０４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１６９ｂと、前記コンタクト電極１６９ａと前記コンタクト配線１６９ｂの周囲に形成された前記ゲート絶縁膜１６４を有し、前記コンタクト電極１６９ａの外側の幅と前記コンタクト配線１６９ｂの幅は同じであって、前記フィン状半導体層１０４と前記第２の柱状半導体層１３０の下部に形成された前記第２の拡散層１４３ａと、前記コンタクト電極１６９ａは前記第２の拡散層１４３ａと接続するのであって、を有する。
【００６９】
また、前記第２の柱状半導体層１３０上部の周囲に形成された第２のゲート絶縁膜１７５と、前記第２のゲート絶縁膜１７５の周囲に形成された第２の金属からなる第３のコンタクト１８０ａと、第３のコンタクト１８０ａはコンタクト電極１６９ａと接続するのであって、前記第３のコンタクト１８０ａの上部と前記第２の柱状半導体層１３０の上部とを接続する第３の金属からなる第４のコンタクト１８４ａを有する。
【００７０】
従って、第２の拡散層１４３ａとコンタクト電極１６９ａとコンタクト配線１６９ｂと第３のコンタクト１８０ａと第４のコンタクト１８４ａは接続される。
【００７１】
一行二列目のコンタクト装置は、前記半導体基板１０１上に形成された前記フィン状半導体層１０５と、前記フィン状半導体層１０５の周囲に形成された前記第１の絶縁膜１０６と、前記フィン状半導体層１０５上に形成された第２の柱状半導体層１３３と、前記フィン状半導体層１０５に直交する方向の前記第２の柱状半導体層１３３の幅は前記フィン状半導体層１０５に直交する方向の前記フィン状半導体層１０５の幅と同じであって、前記第２の柱状半導体層１３３の周囲に形成された金属からなるコンタクト電極１６９ａと、前記第２の柱状半導体層１３３と前記コンタクト電極１６９ａとの間に形成された前記ゲート絶縁膜１６６を有し、前記コンタクト電極１６９ａに接続された前記フィン状半導体層１０５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１６９ｂと、前記コンタクト電極１６９ａと前記コンタクト配線１６９ｂの周囲に形成された前記ゲート絶縁膜１６４を有し、前記コンタクト電極１６９ａの外側の幅と前記コンタクト配線１６９ｂの幅は同じであって、前記フィン状半導体層１０５と前記第２の柱状半導体層１３３の下部に形成された前記第２の拡散層１４３ｂと、前記コンタクト電極１６９ａは前記第２の拡散層１４３ｂと接続するのであって、を有する。
【００７２】
また、前記第２の柱状半導体層１３３上部の周囲に形成された第２のゲート絶縁膜１７６と、前記第２のゲート絶縁膜１７６の周囲に形成された第２の金属からなる第３のコンタクト１８０ｂと、第３のコンタクト１８０ｂはコンタクト電極１６９ａと接続するのであって、前記第３のコンタクト１８０ｂの上部と前記第２の柱状半導体層１３３上部とを接続する第３の金属からなる第４のコンタクト１８４ｂを有する。
【００７３】
従って、第２の拡散層１４３ｂとコンタクト電極１６９ａとコンタクト配線１６９ｂと第３のコンタクト１８０ｂと第４のコンタクト１８４ｂは接続される。
【００７４】
また、前記第２の拡散層１４３ａ、１４３ｂに接続される前記ゲート配線１６８ｂ、１７０ｂに平行なコンタクト配線１６９ｂを有することにより、第２の拡散層１４３ａ、１４３ｂを相互に接続することでソース線の抵抗を下げることができ、セット時の電流によるソース電圧の増加を抑制することができる。前記ゲート配線１６８ｂ、１７０ｂに平行なコンタクト配線１６９ｂは、例えば、ビット線２２５ａ、２２５ｂ方向に一列に配置されたメモリセル２個毎、４個毎、８個毎、１６個毎、３２個毎、６４個毎に一本配置することが好ましい。
【００７５】
また、第２の柱状半導体層１３０、１３３と第２の柱状半導体層１３０、１３３周囲に形成されるコンタクト電極１６９ａとコンタクト配線１６９ｂとで形成される構造は、コンタクト電極１６９ａが前記第２の拡散層１４３ａ、１４３ｂと接続すること以外はトランジスタ構造と同じ構造であり、ゲート配線１６８ｂ、１７０ｂに平行な方向の第２の拡散層１４３ａ、１４３ｂからなる全てのソース線はコンタクト配線１６９ｂに接続されることになるため、工程数を削減することができる。
【００７６】
図２は、半導体基板１０１深くまで第２の拡散層１４３ｃを形成し、図１の第２の拡散層１４３ａ、１４３ｂを接続した構造である。本構造とすることでさらにソース抵抗を削減することができる。
【００７７】
図３は、図２の前記フィン状半導体層１０５と、前記フィン状半導体層１０５の周囲に形成された前記第１の絶縁膜１０６を省き、半導体基板１０１上に第２の拡散層１４３ｄを形成した構造である。本構造とすることでさらにソース抵抗を削減することができる。
【００７８】
以下に、本発明の実施形態に係る半導体装置の構造を形成するための製造工程を、図４〜図６１を参照して説明する。
【００７９】
まず、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工程を示す。本実施例では、シリコン基板としたが、半導体であればよい。
【００８０】
図４に示すように、シリコン基板１０１上にフィン状シリコン層を形成するための第１のレジスト１０２、１０３を形成する。
【００８１】
図５に示すように、シリコン基板１０１をエッチングし、フィン状シリコン層１０４、１０５を形成する。今回はレジストをマスクとしてフィン状シリコン層を形成したが、酸化膜や窒化膜といったハードマスクを用いてもよい。
【００８２】
図６に示すように、第１のレジスト１０２、１０３を除去する。
【００８３】
図７に示すように、フィン状シリコン層１０４、１０５の周囲に第１の絶縁膜１０６を堆積する。第１の絶縁膜として高密度プラズマによる酸化膜や低圧CVD(Chemical Vapor Deposition)による酸化膜を用いてもよい。
【００８４】
図８に示すように、第１の絶縁膜１０６をエッチバックし、フィン状シリコン層１０４、１０５の上部を露出する。
【００８５】
以上により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工程が示された。
【００８６】
次に、前記第１工程の後、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の絶縁膜の上に第１のポリシリコンを堆積し平坦化し、第１のゲート配線と第１の柱状半導体層と第１のコンタクト配線と第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の方向に対して垂直の方向に形成し、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をエッチングすることにより、第１の柱状半導体層と前記第１のポリシリコンによる第１のダミーゲートと第２の柱状半導体層と前記第１のポリシリコンによる第２のダミーゲートを形成する第２工程を示す。
【００８７】
図９に示すように、前記フィン状シリコン層１０４、１０５の周囲に第２の絶縁膜１０７、１０８を形成する。第２の絶縁膜１０７、１０８は、酸化膜が好ましい。
【００８８】
図１０に示すように、前記第２の絶縁膜１０７、１０８の上に第１のポリシリコン１０９を堆積し平坦化する。
【００８９】
図１１に示すように、前記第１のポリシリコン１０９上に第３の絶縁膜１１０を形成する。第３の絶縁膜１１０は、窒化膜が好ましい。
【００９０】
図１２に示すように、ゲート配線１６８ｂ、１７０ｂと第１の柱状シリコン層１２９、１３１、１３２、１３４と第２の柱状シリコン層１３０、１３３とコンタクト配線１６９ｂを形成するための第２のレジスト１１１、１１２、１１３を、前記フィン状シリコン層１０４、１０５の方向に対して垂直の方向に形成する。
【００９１】
図１３に示すように、前記第３の絶縁膜１１０と前記第１のポリシリコン１０９と前記第２の絶縁膜１０７、１０８と前記フィン状シリコン層１０４、１０５をエッチングすることにより、第１の柱状シリコン層１２９、１３１、１３２、１３４と前記第１のポリシリコンによる第１のダミーゲート１１７、１１９と第２の柱状シリコン層１３０、１３３と前記第１のポリシリコンによる第２のダミーゲート１１８を形成する。このとき、第３の絶縁膜１１０は、分離され、第３の絶縁膜１１４、１１５、１１６となる。また、第２の絶縁膜１０７、１０８は分離され、第２の絶縁膜１２３、１２４、１２５、１２６、１２７、１２８となる。このとき、第２のレジスト１１１、１１２、１１３がエッチング中に除去された場合、第３の絶縁膜１１４、１１５、１１６がハードマスクとして機能する。第２のレジストがエッチング中に除去されないとき、第３の絶縁膜を使用しなくてもよい。
【００９２】
図１４に示すように、第３の絶縁膜１１４、１１５、１１６を除去する。
【００９３】
以上により、前記第１工程の後、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の絶縁膜の上に第１のポリシリコンを堆積し平坦化し、第１のゲート配線と第１の柱状半導体層と第１のコンタクト配線と第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の方向に対して垂直の方向に形成し、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をエッチングすることにより、第１の柱状半導体層と前記第１のポリシリコンによる第１のダミーゲートと第２の柱状半導体層と前記第１のポリシリコンによる第２のダミーゲートを形成する第２工程が示された。
【００９４】
次に、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し、エッチングをすることにより、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の柱状半導体層の側壁に残存させ、第３のダミーゲートと第４のダミーゲートを形成する第３工程を示す。
【００９５】
図１５に示すように、前記第１の柱状シリコン層１２９、１３１、１３２、１３４と前記第２の柱状シリコン層１３０、１３３と前記第１のダミーゲート１１７、１１９と前記第２のダミーゲート１１８の周囲に第４の絶縁膜１３５を形成する。前記第４の絶縁膜１３５の周囲に第２のポリシリコン１３６を堆積する。
【００９６】
図１６に示すように、第２のポリシリコン１３６をエッチングすることにより、前記第１のダミーゲート１１７、１１９と前記第１の柱状シリコン層１２９、１３１、１３２、１３４と前記第２のダミーゲート１１８と前記第２の柱状シリコン層１３０、１３３の側壁に残存させ、第３のダミーゲート１３７、１３９と第４のダミーゲート１３８を形成する。このとき、第４の絶縁膜１３５は分離され、第４の絶縁膜１４０、１４１、１４２となってもよい。
【００９７】
以上により、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し、エッチングをすることにより、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の柱状半導体層の側壁に残存させ、第３のダミーゲートと第４のダミーゲートを形成する第３工程が示された。
【００９８】
次に、前記フィン状半導体層上部と前記第１の柱状半導体層下部と前記第２の柱状半導体層下部に第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の絶縁膜を形成し、エッチングをし、サイドウォール状に残存させ、前記第５の絶縁膜からな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の化合物を形成する第４工程を示す。
【００９９】
図１７に示すように、不純物を導入し、前記第１の柱状シリコン層１２９、１３１、１３２、１３４下部と前記第２の柱状シリコン層１３０、１３３下部に第２の拡散層１４３ａ、１４３ｂを形成する。ｎ型拡散層のときは、砒素やリンを導入することが好ましい。ｐ型拡散層のときは、ボロンを導入することが好ましい。拡散層形成は、後述の第５の絶縁膜からなるサイドウォール形成後に行ってもよい。
【０１００】
図１８に示すように、前記第３のダミーゲート１３７、１３９と前記第４のダミーゲート１３８との周囲に、第５の絶縁膜１４４を形成する。第５の絶縁膜１４４は、窒化膜が好ましい。
【０１０１】
図１９に示すように、第５の絶縁膜１４４をエッチングし、サイドウォール状に残存させ、前記第５の絶縁膜からなるサイドウォール１４５、１４６、１４７を形成する。
【０１０２】
図２０に示すように、前記第２の拡散層１４３ａ、１４３ｂ上に金属と半導体の化合物１４８、１４９、１５０、１５１、１５２、１５３、１５４、１５５を形成する。このとき、第３のダミーゲート１３７、１３９上部、第４のダミーゲート１３８上部にも金属と半導体の化合物１５６、１５８、１５７が形成される。
【０１０３】
以上により、前記フィン状半導体層上部と前記第１の柱状半導体層下部と前記第２の柱状半導体層下部に第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の絶縁膜を形成し、エッチングをし、サイドウォール状に残存させ、前記第５の絶縁膜からな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の化合物を形成する第４工程が示された。
【０１０４】
次に、前記第４工程の後、層間絶縁膜を堆積し、化学機械研磨し、前記第１のダミーゲートと前記第２のダミーゲートと前記第３のダミーゲートと前記第４のダミーゲートとの上部を露出し、前記第１のダミーゲートと前記第２のダミーゲートと前記第３のダミーゲートと前記第４のダミーゲートとを除去し、前記第２の絶縁膜と前記第４の絶縁膜を除去し、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の絶縁膜の内側に形成し、前記第２の柱状半導体層の底部周辺の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、第１の金属を堆積し、前記第１の柱状半導体層上部と前記第２の柱状半導体層上部を露出し、エッチバックを行い、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工程を示す。
【０１０５】
図２１に示すように、層間絶縁膜１５９を堆積する。コンタクトストッパ膜を用いてもよい。
【０１０６】
図２２に示すように、化学機械研磨し、前記第１のダミーゲート１１７、１１９と前記第２のダミーゲート１１８と前記第３のダミーゲート１３７、１３９と前記第４のダミーゲート１３８との上部を露出する。このとき、第３のダミーゲート１３７、１３９上部、第４のダミーゲート１３８上部の金属と半導体の化合物１５６、１５８、１５７を除去する。
【０１０７】
図２３に示すように、前記第１のダミーゲート１１７、１１９と前記第２のダミーゲート１１８と前記第３のダミーゲート１３７、１３９と前記第４のダミーゲート１３８とを除去する。
【０１０８】
図２４に示すように、前記第２の絶縁膜１２３、１２４、１２５、１２６、１２７、１２８と前記第４の絶縁膜１４０、１４１、１４２を除去する。
【０１０９】
図２５に示すように、ゲート絶縁膜１６０を前記第１の柱状シリコン層１２９、１３１、１３２、１３４の周囲と前記第２の柱状シリコン層１３０、１３３の周囲と前記サイドウォール１４５、１４６、１４７の内側に形成する。
【０１１０】
図２６に示すように、前記第２の柱状シリコン層１３０、１３３の底部周辺のゲート絶縁膜１６０を除去するための第３のレジスト１６１を形成する。
【０１１１】
図２７に示すように、前記第２の柱状シリコン層１３０、１３３の底部周辺のゲート絶縁膜１６０を除去する。ゲート絶縁膜は分離され、ゲート絶縁膜１６２、１６３、１６４、１６５、１６６となる。また、等方性エッチングにより、ゲート絶縁膜１６４、１６５、１６６を除去してもよい。
【０１１２】
図２８に示すように、第３のレジスト１６１を除去する。
【０１１３】
図２９に示すように、金属１６７を堆積する。
【０１１４】
図３０に示すように、金属１６７のエッチバックを行い、前記第１の柱状シリコン層１２９、１３１、１３２、１３４の周囲にゲート電極１６８ａ、１７０ａ及びゲート配線１６８ｂ、１７０ｂを形成し、前記第２の柱状シリコン層１３０、１３３の周囲にコンタクト電極１６９ａ及びコンタクト配線１６９ｂを形成する。
【０１１５】
以上により、前記第４工程の後、層間絶縁膜を堆積し、化学機械研磨し、前記第１のダミーゲートと前記第２のダミーゲートと前記第３のダミーゲートと前記第４のダミーゲートとの上部を露出し、前記第１のダミーゲートと前記第２のダミーゲートと前記第３のダミーゲートと前記第４のダミーゲートとを除去し、前記第２の絶縁膜と前記第４の絶縁膜を除去し、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の絶縁膜の内側に形成し、前記第２の柱状半導体層の底部周辺の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、第１の金属を堆積し、前記第１の柱状半導体層上部と前記第２の柱状半導体層上部を露出し、エッチバックを行い、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工程が示された。
【０１１６】
次に、前記第５工程の後、前記第１の柱状半導体層周囲と前記ゲート電極と前記ゲート配線上と、前記第２の柱状半導体層周囲と前記コンタクト電極と前記コンタクト配線上に第２のゲート絶縁膜を堆積し、第２の金属を堆積し、前記第１の柱状半導体層の上部と前記第２の柱状半導体層上部を露出し、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の金属を堆積し、前記第３の金属と前記第２の金属の一部をエッチングすることで、第２の金属が前記第１の柱状半導体層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工程を示す。
【０１１７】
図３１に示すように、露出したゲート絶縁膜１６２、１６３、１６４、１６５、１６６を除去する。
【０１１８】
図３２に示すように、第１の柱状シリコン層１２９、１３１、１３２、１３４周囲とゲート電極１６８ａ、１７０ａとゲート配線１６８ｂ、１７０ｂ上と、第２の柱状シリコン層１３０、１３３周囲とコンタクト電極１６９ａとコンタクト配線１６９ｂ上に第２のゲート絶縁膜１７１を堆積する。
【０１１９】
図３３に示すように、コンタクト電極１６９ａ及び前記コンタクト配線１６９ｂ上の少なくとも一部の第２のゲート絶縁膜１７１を除去するための第４のレジスト１７２を形成する。
【０１２０】
図３４に示すように、コンタクト電極１６９ａ及び前記コンタクト配線１６９ｂ上の少なくとも一部の第２のゲート絶縁膜１７１を除去する。第２のゲート絶縁膜１７１は分離され、第２のゲート絶縁膜１７３、１７４、１７５、１７６、１７７となる。また、等方性エッチングにより、第２のゲート絶縁膜１７５、１７６、１７７を除去してもよい。
【０１２１】
コンタクト形成のために、第１のゲート絶縁膜の膜厚分と第２のゲート絶縁膜の膜厚分エッチングすればよく、深いコンタクト孔を形成する工程が不要となる。
【０１２２】
図３５に示すように、第４のレジスト１７２を除去する。
【０１２３】
図３６に示すように、第２の金属１７８を堆積する。第２の金属１７８の金属の仕事関数は、トランジスタがｎ型のときは、４．０ｅＶから４．２ｅＶの間であることが好ましい。また、第２の金属１７８の仕事関数は、トランジスタがｐ型のときは、５．０ｅＶから５．２ｅＶの間であることを特徴とすることが好ましい。
【０１２４】
図３７に示すように、第２の金属１７８のエッチバックを行い、第１の柱状シリコン層１２９、１３１、１３２、１３４の上部と第２の柱状シリコン層１３０、１３３上部を露出する。このとき、第２の金属１７８は、第２の金属線１７９、１８０、１８１となる
【０１２５】
図３８に示すように、露出した第１の柱状シリコン層１２９、１３１、１３２、１３４上の第２のゲート絶縁膜１７３、１７４を除去する。
【０１２６】
図３９に示すように、第３の金属１８２を堆積する。第３の金属１８２は第２の金属１７８と同じ金属でもよい。
【０１２７】
図４０に示すように、第３の金属１８２をエッチバックし、第３の金属線１８３、１８４、１８５を形成する。
【０１２８】
図４１に示すように、第２の金属線１７９、１８０、１８１及び第３の金属線１８３、１８４、１８５に直交する第５のレジスト１８６、１８７を形成する。
【０１２９】
図４２に示すように、第２の金属線１７９、１８０、１８１及び第３の金属線１８３、１８４、１８５をエッチングし、第１のコンタクト１７９ａ、１７９ｂ、１８１ａ、１８１ｂ、第２のコンタクト１８３ａ、１８３ｂ、１８５ａ、１８５ｂ、第３のコンタクト１８０ａ、１８０ｂ、第４のコンタクト１８４ａ、１８４ｂを形成する。
【０１３０】
図４３に示すように、第５のレジスト１８６、１８７を除去する。
【０１３１】
以上により、前記第５工程の後、前記第１の柱状半導体層周囲と前記ゲート電極と前記ゲート配線上と、前記第２の柱状半導体層周囲と前記コンタクト電極と前記コンタクト配線上に第２のゲート絶縁膜を堆積し、第２の金属を堆積し、前記第１の柱状半導体層の上部と前記第２の柱状半導体層上部を露出し、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の金属を堆積し、前記第３の金属と前記第２の金属の一部をエッチングすることで、第２の金属が前記第１の柱状半導体層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工程が示された。
【０１３２】
次に、前記第６工程の後、第２の層間絶縁膜を堆積し、コンタクト孔を形成し、第４の金属と窒化膜を堆積し、前記第２の層間絶縁膜上の前記第４の金属と窒化膜とを除去することで、前記コンタクト孔内部に、柱状窒化膜層と、前記柱状窒化膜層底部と前記柱状窒化膜層と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し、前記柱状窒化膜層を取り囲む前記下部電極上部を露出し、露出した前記柱状窒化膜層を取り囲む前記下部電極上部を除去し、前記柱状窒化膜層を取り囲み、前記下部電極に接続するように抵抗が変化する膜を堆積し、前記抵抗が変化する膜をエッチングし、前記柱状窒化膜層上部にサイドウォール状に残存させ、前記抵抗が変化する膜を取り囲むようリセットゲート絶縁膜を形成し、リセットゲートを形成する第７工程を示す。
【０１３３】
図４４に示すように、第２の層間絶縁膜１９４を堆積する。
【０１３４】
図４５に示すように、コンタクト孔を形成するための第６のレジスト１９５を形成する。
【０１３５】
図４６に示すように、コンタクト孔１９６、１９７、１９８、１９９を形成する。
【０１３６】
図４７に示すように、第６のレジスト１９５を剥離する。
【０１３７】
図４８に示すように、第４の金属２００を堆積する。第４の金属２００は、窒化チタンが好ましい。
【０１３８】
図４９に示すように、窒化膜２０１を堆積する。
【０１３９】
図５０に示すように、窒化膜２０１をエッチバックし、第２の層間絶縁膜１９４上の窒化膜２０１を除去する。このとき、柱状窒化膜層２０２、２０３、２０４，２０５が形成される。
【０１４０】
図５１に示すように、第２の層間絶縁膜１９４上の第４の金属２００を除去する。前記柱状窒化膜層２０２、２０３、２０４，２０５底部と前記柱状窒化膜層２０２、２０３、２０４，２０５とを取り囲む下部電極２０６、２０７、２０８、２０９となる。
【０１４１】
図５２に示すように、第２の層間絶縁膜１９４をエッチバックし、柱状窒化膜層２０２、２０３、２０４，２０５を取り囲む下部電極２０６、２０７、２０８、２０９上部を露出する。
【０１４２】
図５３に示すように、露出した柱状窒化膜層２０２、２０３、２０４，２０５を取り囲む下部電極２０６、２０７、２０８、２０９上部を除去する。
【０１４３】
図５４に示すように、第２の層間絶縁膜１９４をエッチバックし、柱状窒化膜層２０２、２０３、２０４，２０５を取り囲む下部電極２０６、２０７、２０８、２０９上部を露出する。図５３工程の後、下部電極２０６、２０７、２０８、２０９上部が露出していれば、この工程は不要である。
【０１４４】
図５５に示すように、柱状窒化膜層２０２、２０３、２０４，２０５を取り囲み前記下部電極２０６、２０７、２０８、２０９に接続するように抵抗が変化する膜２１０を堆積する。抵抗が変化する膜２１０は、カルコゲナイドガラス（ＧＳＴ：Ｇｅ２Ｓｂ２Ｔｅ５）といった相変化膜が好ましい。
【０１４５】
図５６に示すように、抵抗が変化する膜２１０をエッチングし、柱状窒化膜層２０２、２０３、２０４，２０５上部にサイドウォール状に残存させる。抵抗が変化する膜２１０は、分離され、抵抗が変化する膜２１１、２１２、２１３、２１４となる。また、下部電極２０６、２０７、２０８、２０９上部側壁に、抵抗が変化する膜２１５、２１６、２１７、２１８として残存してもよい。
【０１４６】
図５７に示すように、リセットゲート絶縁膜２１９を堆積し、リセットゲートとなる金属２２０を堆積する。リセットゲート絶縁膜２１９は窒化膜が好ましい。また、金属２２０は、窒化チタンが好ましい。
【０１４７】
図５８に示すように、金属２２０をエッチバックする。
【０１４８】
図５９に示すように、窒化膜２２１を堆積する。
【０１４９】
図６０に示すように、リセットゲートを形成するための第７のレジスト２２２、２２３を形成する。
【０１５０】
図６１に示すように、窒化膜２２１をエッチングする。窒化膜２２１は分離され、窒化膜２２１ａ、２２１ｂとなる。
【０１５１】
図６２に示すように、第７のレジスト２２２、２２３と窒化膜２２１ａ、２２１ｂをマスクとして金属２２０をエッチングし、リセットゲート２２０ａ、２２０ｂを形成する。
【０１５２】
図６３に示すように、第７のレジスト２２２、２２３を除去する。
【０１５３】
図６４に示すように、第３の層間絶縁膜２２４を堆積する。
【０１５４】
図６５に示すように、第３の層間絶縁膜２２４を平坦化し、抵抗が変化する膜２１１、２１２、２１３、２１４上部を露出する。
【０１５５】
図６６に示すように、金属２２５を堆積する。
【０１５６】
図６７に示すように、ビット線を形成するため第８のレジスト２２６、２２７を形成する。
【０１５７】
図６８に示すように、金属２２５をエッチングし、ビット線２２５ａ、２２５ｂを形成する。
【０１５８】
図６９に示すように、第８のレジスト２２６、２２７を除去する。
【０１５９】
以上により、前記第６工程の後、第２の層間絶縁膜を堆積し、コンタクト孔を形成し、第４の金属と窒化膜を堆積し、前記第２の層間絶縁膜上の前記第４の金属と窒化膜とを除去することで、前記コンタクト孔内部に、柱状窒化膜層と、前記柱状窒化膜層底部と前記柱状窒化膜層と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し、前記柱状窒化膜層を取り囲む前記下部電極上部を露出し、露出した前記柱状窒化膜層を取り囲む前記下部電極上部を除去し、前記柱状窒化膜層を取り囲み、前記下部電極に接続するように抵抗が変化する膜を堆積し、前記抵抗が変化する膜をエッチングし、前記柱状窒化膜層上部にサイドウォール状に残存させ、前記抵抗が変化する膜を取り囲むようリセットゲート絶縁膜を形成し、リセットゲートを形成する第７工程が示された。
【０１６０】
以上により、本発明の実施形態に係る半導体装置の構造を形成するための製造工程が示された。
【０１６１】
なお、本発明は、本発明の広義の精神と範囲を逸脱することなく、様々な実施形態及び変形が可能とされるものである。また、上述した実施形態は、本発明の一実施例を説明するためのものであり、本発明の範囲を限定するものではない。
【０１６２】
例えば、上記実施例において、ｐ型（ｐ＋型を含む。）とｎ型（ｎ＋型を含む。）とをそれぞれ反対の導電型とした半導体装置の製造方法、及び、それにより得られる半導体装置も当然に本発明の技術的範囲に含まれる。
【０１６３】
［付記１］
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の柱状半導体層上部の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２の金属からなる第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３の金属からなる第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の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の周囲に形成され、前記抵抗が変化する膜と接続する下部電極と、
前記抵抗が変化する膜を取り囲むリセットゲート絶縁膜と、
前記リセットゲート絶縁膜を取り囲むリセットゲートと、
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。
［付記２］
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のコンタクトの間にさらに前記下部電極を有することを特徴とする付記１に記載の半導体装置。
［付記３］
前記リセットゲートは、窒化チタンからなることを特徴とする付記１に記載の半導体装置。
［付記４］
前記リセットゲート絶縁膜は、窒化膜からなることを特徴とする付記１に記載の半導体装置。
［付記５］
前記下部電極は、窒化チタンからなることを特徴とする付記２に記載の半導体装置。
［付記６］
前記リセットゲートに電流を流すことにより、前記抵抗が変化する膜のリセットを行うことを特徴とする付記１に記載の半導体装置。
［付記７］
前記第１のコンタクトの前記第２の金属の仕事関数は、４．０ｅＶから４．２ｅＶの間であることを特徴とする付記１または２に記載の半導体装置。
［付記８］
前記第１のコンタクトの前記第２の金属の仕事関数は、５．０ｅＶから５．２ｅＶの間であることを特徴とする付記１または２に記載の半導体装置。
［付記９］
半導体基板上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、
前記ゲート電極と前記ゲート配線の周囲と底部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、
前記第２の拡散層は前記フィン状半導体層に更に形成されることを特徴とする付記１に記載の半導体装置。
［付記１０］
前記第２の拡散層は前記半導体基板に更に形成されることを特徴とする付記９に記載の半導体装置。
［付記１１］
前記第２の拡散層に電気的に接続される前記ゲート配線に平行なコンタクト配線を有することを特徴とする付記９または１０のいずれか一つに記載の半導体装置。
［付記１２］
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、
を有し、
前記コンタクト電極は前記第２の拡散層と接続することを特徴とする付記１１に記載の半導体装置。
［付記１３］
前記ゲート電極の外側の幅と前記ゲート配線の幅は同じであって、
前記フィン状半導体層に直交する方向の前記第１の柱状半導体層の幅は前記フィン状半導体層に直交する方向の前記フィン状半導体層の幅と同じであることを特徴とする付記９、１０、１１、１２のいずれか一つに記載の半導体装置。
［付記１４］
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た前記第１のゲート絶縁膜を有することを特徴とする付記１２に記載の半導体装置。
［付記１５］
前記フィン状半導体層に直交する方向の前記第２の柱状半導体層の幅は前記フィン状半導体層に直交する方向の前記フィン状半導体層の幅と同じであることを特徴とする付記１２に記載の半導体装置。
［付記１６］
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た前記第１のゲート絶縁膜を有することを特徴とする付記１４に記載の半導体装置。
［付記１７］
前記コンタクト電極の外側の幅と前記コンタクト配線の幅は同じであることを特徴とする付記１２に記載の半導体装置。
［付記１８］
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と底部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更に形成されることを特徴とする付記１に記載の半導体装置。
［付記１９］
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のポリシリコンによる第１のダミーゲートと第２の柱状半導体層と前記第１のポリシリコンによる第２のダミーゲートを形成する第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の柱状半導体層の側壁に、第３のダミーゲートと第４のダミーゲートを形成する第３工程と、
前記第３工程の後、前記フィン状半導体層上部と前記第１の柱状半導体層下部と前記第２の柱状半導体層下部に第２の拡散層を形成する第４工程と、
前記第４工程の後、層間絶縁膜を堆積し、前記第１のダミーゲートと前記第２のダミーゲートと前記第３のダミーゲートと前記第４のダミーゲートとの上部を露出し、前記第１のダミーゲートと前記第２のダミーゲートと前記第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の金属を堆積し、前記第１の柱状半導体層上部と前記第２の柱状半導体層上部を露出し、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の柱状半導体層周囲と前記ゲート電極と前記ゲート配線上と、前記第２の柱状半導体層周囲と前記コンタクト電極と前記コンタクト配線上に第２のゲート絶縁膜を堆積し、第２の金属を堆積し、前記第１の柱状半導体層の上部と前記第２の柱状半導体層上部を露出し、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の金属を堆積し、前記第３の金属と前記第２の金属の一部をエッチングすることで、前記第２の金属が前記第１の柱状半導体層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の金属と前記窒化膜とを除去することで、前記コンタクト孔内部に、柱状窒化膜層と、前記柱状窒化膜層底部と前記柱状窒化膜層と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し、前記柱状窒化膜層を取り囲む前記下部電極上部を露出し、
露出した前記柱状窒化膜層を取り囲む前記下部電極上部を除去し、
前記柱状窒化膜層を取り囲み、前記下部電極に接続するように抵抗が変化する膜を堆積し、
前記抵抗が変化する膜をエッチングし、前記柱状窒化膜層上部にサイドウォール状に残存させ、
前記抵抗が変化する膜を取り囲むようリセットゲート絶縁膜を形成し、リセットゲートを形成する第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。
［付記２０］
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の絶縁膜の上に前記第１のポリシリコンを堆積し平坦化し、
前記ゲート配線と前記第１の柱状半導体層と第１のコンタクト配線と前記第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の方向に対して垂直の方向に形成し、
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のポリシリコンによる前記第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のポリシリコンによる前記第２のダミーゲートを形成することを特徴とする付記１９に記載の半導体装置の製造方法。
［付記２１］
前記第２の絶縁膜の上に前記第１のポリシリコンを堆積し平坦化後、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さらに含むことを特徴とする付記２０に記載の半導体装置の製造方法。
［付記２２］
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し、エッチングをすることにより、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の柱状半導体層の側壁に残存させ、前記第３のダミーゲートと前記第４のダミーゲートを形成する第３工程を有することを特徴とする付記２０に記載の半導体装置の製造方法。
［付記２３］
前記フィン状半導体層上部と前記第１の柱状半導体層下部と前記第２の柱状半導体層下部に前記第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の絶縁膜を形成し、エッチングをし、サイドウォール状に残存させ、前記第５の絶縁膜からな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の化合物を形成する第４工程を有することを特徴とする付記２２に記載の半導体装置の製造方法。
［付記２４］
前記第４工程の後、層間絶縁膜を堆積し、化学機械研磨し、前記第１のダミーゲートと前記第２のダミーゲートと前記第３のダミーゲートと前記第４のダミーゲートとの上部を露出し、前記第１のダミーゲートと前記第２のダミーゲートと前記第３のダミーゲートと前記第４のダミーゲートとを除去し、前記第２の絶縁膜と前記第４の絶縁膜を除去し、前記第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前記第５の絶縁膜の内側に形成し、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第１のゲート絶縁膜を除去し、前記第１の金属を堆積し、前記第１の柱状半導体層上部と前記第２の柱状半導体層上部を露出し、エッチバックを行い、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工程と、を有することを特徴とする付記２３に記載の半導体装置の製造方法。
【符号の説明】
【０１６４】
１０１．シリコン基板
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．金属と半導体の化合物
１４９．金属と半導体の化合物
１５０．金属と半導体の化合物
１５１．金属と半導体の化合物
１５２．金属と半導体の化合物
１５３．金属と半導体の化合物
１５４．金属と半導体の化合物
１５５．金属と半導体の化合物
１５６．金属と半導体の化合物
１５７．金属と半導体の化合物
１５８．金属と半導体の化合物
１５９．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
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．第２のゲート絶縁膜
１７４．第２のゲート絶縁膜
１７５．第２のゲート絶縁膜
１７６．第２のゲート絶縁膜
１７７．第２のゲート絶縁膜
１７８．第２の金属
１７９．第２の金属線
１７９ａ．第１のコンタクト
１７９ｂ．第１のコンタクト
１８０．第２の金属線
１８０ａ．第３のコンタクト
１８０ｂ．第３のコンタクト
１８１．第２の金属線
１８１ａ．第１のコンタクト
１８１ｂ．第１のコンタクト
１８２．第３の金属
１８３．第３の金属線
１８３ａ．第２のコンタクト
１８３ｂ．第２のコンタクト
１８４．第３の金属線
１８４ａ．第４のコンタクト
１８４ｂ．第４のコンタクト
１８５．第３の金属線
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．第４の金属
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．リセットゲート絶縁膜
２２０．金属
２２０ａ．リセットゲート
２２０ｂ．リセットゲート
２２１．窒化膜
２２１ａ．窒化膜
２２１ｂ．窒化膜
２２２．第７のレジスト
２２３．第７のレジスト
２２４．第３の層間絶縁膜
２２５．金属
２２５ａ．ビット線
２２５ｂ．ビット線
２２６．第８のレジスト
２２７．第８のレジスト
【図１】
0005864713.tif 000002
【図２】
0005864713.tif 000003
【図３】
0005864713.tif 000004
【図４】
0005864713.tif 000005
【図５】
0005864713.tif 000006
【図６】
0005864713.tif 000007
【図７】
0005864713.tif 000008
【図８】
0005864713.tif 000009
【図９】
0005864713.tif 000010
【図１０】
0005864713.tif 000011
【図１１】
0005864713.tif 000012
【図１２】
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【図１３】
0005864713.tif 000014
【図１４】
0005864713.tif 000015
【図１５】
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【図１６】
0005864713.tif 000017
【図１７】
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【図１８】
0005864713.tif 000019
【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
0005864713.tif 000029
【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
0005864713.tif 000035
【図３５】
0005864713.tif 000036
【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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【図４０】
0005864713.tif 000041
【図４１】
0005864713.tif 000042
【図４２】
0005864713.tif 000043
【図４３】
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【図４４】
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【図４５】
0005864713.tif 000046
【図４６】
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【図４７】
0005864713.tif 000048
【図４８】
0005864713.tif 000049
【図４９】
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【図５０】
0005864713.tif 000051
【図５１】
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【図５２】
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【図５３】
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【図５４】
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【図５５】
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【図５６】
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【図５７】
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【図５８】
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【図５９】
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【図６０】
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【図６１】
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【図６２】
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【図６３】
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【図６４】
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【図６５】
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【図６６】
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【図６７】
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【図６８】
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【図６９】
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