(57)【要約】【課題】柱状半導体層一本あたりの選択ゲート数を減少させた半導体装置の構造を提供する。【解決手段】本発明の半導体装置は、第１の柱状半導体層と、これを取り囲む第１の選択ゲート絶縁膜と、これを取り囲む第１の選択ゲートと、第１の柱状半導体層上部を取り囲む第１のゲート絶縁膜と、第１のゲート絶縁膜を取り囲む第１のコンタクト電極と、第１の柱状半導体層上部と第１のコンタクト電極上部に接続された第１のビット線と、第２の柱状半導体層と、これを取り囲む第１の電荷蓄積層を有する層と、これを取り囲む第１の制御ゲートと、第２の柱状半導体層を取り囲む第２の電荷蓄積層を有する層と、これを取り囲む第２の制御ゲートと、第２の柱状半導体層上部を取り囲む第２のゲート絶縁膜と、第２のゲート絶縁膜を取り囲む第２のコンタクト電極と、第１の柱状半導体層の下部と第２の柱状半導体層の下部を接続する第１の下部内部配線、を有する。【選択図】図１
2018110254.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ｍは２以上の偶数であって、
ｍ＋２本の柱状半導体層と、
１番目の柱状半導体層は第１の柱状半導体層であって、
２番目の柱状半導体層は第２の柱状半導体層であって、
ｍ＋２番目の柱状半導体層は第４の柱状半導体層であって、
ｍ＋１番目の柱状半導体層は第３の柱状半導体層であって、
ｎは２以上ｍ＋１以下の整数であって、
ｎが偶数のときｎ番目の柱状半導体層の上部はｎ＋１番目の柱状半導体層の上部と接続し、
ｎが偶数のときｎ番目の柱状半導体層の下部はｎ−１番目の柱状半導体層の下部と接続し、
ｎが奇数のときｎ番目の柱状半導体層の上部はｎ−１番目の柱状半導体層の上部と接続し、
ｎが奇数のときｎ番目の柱状半導体層の下部はｎ＋１番目の柱状半導体層の下部と接続するのであって、
前記第１の柱状半導体層と、
前記第１の柱状半導体層を取り囲む第１の選択ゲート絶縁膜と、
前記第１の選択ゲート絶縁膜を取り囲む第１の選択ゲートと、
前記第１の柱状半導体層上部に接続された第１のビット線と、
前記第２の柱状半導体層と、
前記第２の柱状半導体層を取り囲む第１の電荷蓄積層を有する層と、
前記第１の電荷蓄積層を有する層を取り囲む第１の制御ゲートと、
前記第１の制御ゲートの上方に形成された前記第２の柱状半導体層を取り囲む第２の電荷蓄積層を有する層と、
前記第２の電荷蓄積層を有する層を取り囲む第２の制御ゲートと、
前記第１の柱状半導体層の下部と前記第２の柱状半導体層の下部を接続する第１の下部内部配線と、
前記第３の柱状半導体層と、
前記第３の柱状半導体層を取り囲む第３の電荷蓄積層を有する層と、
前記第３の電荷蓄積層を有する層を取り囲む第３の制御ゲートと、
前記第３の制御ゲートの上方に形成された前記第３の柱状半導体層を取り囲む第４の電荷蓄積層を有する層と、
前記第４の電荷蓄積層を有する層を取り囲む第４の制御ゲートと、
前記第４の柱状半導体層と、
前記第４の柱状半導体層を取り囲む第２の選択ゲート絶縁膜と、
前記第２の選択ゲート絶縁膜を取り囲む第２の選択ゲートと、
前記第４の柱状半導体層上部に接続された第１のソース線と、
前記第３の柱状半導体層の下部と前記第４の柱状半導体層の下部を接続する第２の下部内部配線と、
を有し、
前記ｍは６以上の偶数であって、
３番目の柱状半導体層は第５の柱状半導体層であって、
４番目の柱状半導体層は第６の柱状半導体層であって、
前記第５の柱状半導体層と、
前記第５の柱状半導体層を取り囲む第５の電荷蓄積層を有する層と、
前記第５の電荷蓄積層を有する層を取り囲む第５の制御ゲートと、
前記第５の制御ゲートの上方に形成された前記第５の柱状半導体層を取り囲む第６の電荷蓄積層を有する層と、
前記第６の電荷蓄積層を有する層を取り囲む第６の制御ゲートと、
前記第６の柱状半導体層と、
前記第６の柱状半導体層を取り囲む第７の電荷蓄積層を有する層と、
前記第７の電荷蓄積層を有する層を取り囲む第７の制御ゲートと、
前記第７の制御ゲートの上方に形成された前記第６の柱状半導体層を取り囲む第８の電荷蓄積層を有する層と、
前記第８の電荷蓄積層を有する層を取り囲む第８の制御ゲートと、
前記第５の柱状半導体層の下部と前記第６の柱状半導体層の下部を接続する第３の下部内部配線と、
前記第２の柱状半導体層の上部と前記第５の柱状半導体層の上部とを接続する第１の上部内部配線と、
を有することを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
前記第２の制御ゲートと前記第４の制御ゲートとは基板に対して垂直方向に複数配置されていることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
【請求項３】
前記第６の制御ゲートと前記第８の制御ゲートは基板に対して垂直方向に複数配置されていることを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。
【請求項４】
ｍは２以上の偶数であって、
ｍ＋２本の柱状半導体層と、
１番目の柱状半導体層は第１の柱状半導体層であって、
２番目の柱状半導体層は第２の柱状半導体層であって、
ｍ＋２番目の柱状半導体層は第４の柱状半導体層であって、
ｍ＋１番目の柱状半導体層は第３の柱状半導体層であって、
ｎは２以上ｍ＋１以下の整数であって、
ｎが偶数のときｎ番目の柱状半導体層の上部はｎ＋１番目の柱状半導体層の上部と接続し、
ｎが偶数のときｎ番目の柱状半導体層の下部はｎ−１番目の柱状半導体層の下部と接続し、
ｎが奇数のときｎ番目の柱状半導体層の上部はｎ−１番目の柱状半導体層の上部と接続し、
ｎが奇数のときｎ番目の柱状半導体層の下部はｎ＋１番目の柱状半導体層の下部と接続するのであって、
前記第１の柱状半導体層と、
前記第１の柱状半導体層を取り囲む第１の選択ゲート絶縁膜と、
前記第１の選択ゲート絶縁膜を取り囲む第１の選択ゲートと、
前記第１の柱状半導体層上部に接続された第１のビット線と、
前記第２の柱状半導体層と、
前記第２の柱状半導体層を取り囲む第１の電荷蓄積層を有する層と、
前記第１の電荷蓄積層を有する層を取り囲む第１の制御ゲートと、
前記第１の制御ゲートの上方に形成された前記第２の柱状半導体層を取り囲む第２の電荷蓄積層を有する層と、
前記第２の電荷蓄積層を有する層を取り囲む第２の制御ゲートと、
前記第１の柱状半導体層の下部と前記第２の柱状半導体層の下部を接続する第１の下部内部配線と、
前記第３の柱状半導体層と、
前記第３の柱状半導体層を取り囲む第３の電荷蓄積層を有する層と、
前記第３の電荷蓄積層を有する層を取り囲む第３の制御ゲートと、
前記第３の制御ゲートの上方に形成された前記第３の柱状半導体層を取り囲む第４の電荷蓄積層を有する層と、
前記第４の電荷蓄積層を有する層を取り囲む第４の制御ゲートと、
前記第４の柱状半導体層と、
前記第４の柱状半導体層を取り囲む第２の選択ゲート絶縁膜と、
前記第２の選択ゲート絶縁膜を取り囲む第２の選択ゲートと、
前記第４の柱状半導体層上部に接続された第１のソース線と、
前記第３の柱状半導体層の下部と前記第４の柱状半導体層の下部を接続する第２の下部内部配線と、
を有し、
前記ｍは６以上の偶数であって、
ｍ番目の柱状半導体層は第８の柱状半導体層であって、
ｍ−１番目の柱状半導体層は第７の柱状半導体層であって、
前記第７の柱状半導体層と、
前記第７の柱状半導体層を取り囲む第９の電荷蓄積層を有する層と、
前記第９の電荷蓄積層を有する層を取り囲む第９の制御ゲートと、
前記第９の制御ゲートの上方に形成された前記第７の柱状半導体層を取り囲む第１０の電荷蓄積層を有する層と、
前記第１０の電荷蓄積層を有する層を取り囲む第１０の制御ゲートと、
前記第８の柱状半導体層と、
前記第８の柱状半導体層を取り囲む第１１の電荷蓄積層を有する層と、
前記第１１の電荷蓄積層を有する層を取り囲む第１１の制御ゲートと、
前記第１１の制御ゲートの上方に形成された前記第８の柱状半導体層を取り囲む第１２の電荷蓄積層を有する層と、
前記第１２の電荷蓄積層を有する層を取り囲む第１２の制御ゲートと、
前記第７の柱状半導体層の下部と前記第８の柱状半導体層の下部を接続する第４の下部内部配線と、
前記第３の柱状半導体層の上部と前記第８の柱状半導体層の上部とを接続する第２の上部内部配線と、
を有することを特徴とする半導体装置。
【請求項５】
前記第１０の制御ゲートと前記第１２の制御ゲートは基板に対して垂直方向に複数配置されていることを特徴とする請求項４に記載の半導体装置。
【請求項６】
前記第１の柱状半導体層と前記第２の柱状半導体層下に形成された第１のフィン状半導体層と、を有し、
前記第１の下部内部配線は、前記第１のフィン状半導体層に形成され、
前記第３の柱状半導体層と前記第４の柱状半導体層下に形成された第２のフィン状半導体層と、を有し、
前記第２の下部内部配線は、前記第２のフィン状半導体層に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
【請求項７】
前記第５の柱状半導体層と前記第６の柱状半導体層下に形成された第３のフィン状半導体層と、を有し、
前記第３の下部内部配線は、前記第３のフィン状半導体層に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
【請求項８】
前記第７の柱状半導体層と前記第８の柱状半導体層下に形成された第４のフィン状半導体層と、を有し、
前記第４の下部内部配線は、前記第４のフィン状半導体層に形成されていることを特徴とする請求項４に記載の半導体装置。
【請求項９】
前記第１のフィン状半導体層と、前記第２のフィン状半導体層の周囲に、第１の素子分離膜が形成されていることを特徴とする請求項６に記載の半導体装置。
【請求項１０】
前記第１の選択ゲート下方に、第３の選択ゲートが形成されていることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
【請求項１１】
前記第２の選択ゲート下方に、第４の選択ゲートが形成されていることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
【請求項１２】
前記第１の選択ゲート下方に、第１３の制御ゲートが形成されていることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
【請求項１３】
前記第２の選択ゲート下方に、第１４の制御ゲートが形成されていることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
【請求項１４】
前記第１の下部内部配線は、第１の拡散層であり、前記第２の下部内部配線は、第２の拡散層であることを特徴とする請求項６に記載の半導体装置。
【請求項１５】
前記第３の下部内部配線は、第３の拡散層であることを特徴とする請求項７に記載の半導体装置。
【請求項１６】
前記第４の下部内部配線は、第４の拡散層であることを特徴とする請求項８に記載の半導体装置。
【請求項１７】
前記第１の電荷蓄積層を有する層は、電荷蓄積層として窒化膜を含む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。
【０００２】
近年、メモリの集積度を高めるために、メモリセルを三次元的に配置した半導体記憶装置が提案されている（例えば、特許文献１、特許文献２を参照）。
【０００３】
特許文献１によれば、複数のメモリセルが直列に垂直方向に接続され、その上方にドレイン選択ゲートが形成され、その下方にソース選択ゲートが形成されている。
【０００４】
特許文献２によれば、複数のメモリセルが直接に垂直方向に接続され、その上方に、ドレイン選択ゲートもしくはソース選択ゲートが形成されている。
【０００５】
従って、特許文献１、２によれば、メモリセルの段数分の制御ゲートに加えて、少なくとも１段または２段の選択ゲートを形成している。
【０００６】
ゲートの段数が増加すると製造工程が増加する。
【０００７】
また、柱状半導体層一本あたり少なくとも１個もしくは２個の選択ゲートを形成している。選択ゲート自身は情報を記憶しない。また、選択ゲートを駆動するための回路が、柱状半導体層一本あたり少なくとも１個もしくは２個必要となる。
【０００８】
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。
【０００９】
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）。
【００１０】
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】
【００１１】
【特許文献１】特開２００７−２６６１４３号公報
【特許文献２】特開２０１３−４６９０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
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
そこで、柱状半導体層一本あたりの選択ゲート数を減少させた半導体装置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】
【００１３】
本発明の半導体装置は、第１の柱状半導体層と、前記第１の柱状半導体層を取り囲む第１の選択ゲート絶縁膜と、前記第１の選択ゲート絶縁膜を取り囲む第１の選択ゲートと、前記第１の柱状半導体層上部を取り囲む第１のゲート絶縁膜と、前記第１のゲート絶縁膜を取り囲む第１のコンタクト電極と、前記第１の柱状半導体層上部と前記第１のコンタクト電極上部に接続された第１のビット線と、第２の柱状半導体層と、前記第２の柱状半導体層を取り囲む第１の電荷蓄積層を有する層と、前記第１の電荷蓄積層を有する層を取り囲む第１の制御ゲートと、前記第１の制御ゲートの上方に形成された前記第２の柱状半導体層を取り囲む第２の電荷蓄積層を有する層と、前記第２の電荷蓄積層を有する層を取り囲む第２の制御ゲートと、前記第２の柱状半導体層上部を取り囲む第２のゲート絶縁膜と、前記第２のゲート絶縁膜を取り囲み、上部が前記第２の柱状半導体層上部と接続された第２のコンタクト電極と、前記第１の柱状半導体層の下部と前記第２の柱状半導体層の下部を接続する第１の下部内部配線と、第３の柱状半導体層と、前記第３の柱状半導体層を取り囲む第３の電荷蓄積層を有する層と、前記第３の電荷蓄積層を有する層を取り囲む第３の制御ゲートと、前記第３の制御ゲートの上方に形成された前記第３の柱状半導体層を取り囲む第４の電荷蓄積層を有する層と、前記第４の電荷蓄積層を有する層を取り囲む第４の制御ゲートと、前記第３の柱状半導体層上部を取り囲む第３のゲート絶縁膜と、前記第３のゲート絶縁膜を取り囲み、上部が前記第３の柱状半導体層上部と接続された第３のコンタクト電極と、第４の柱状半導体層と、前記第４の柱状半導体層を取り囲む第２の選択ゲート絶縁膜と、前記第２の選択ゲート絶縁膜を取り囲む第２の選択ゲートと、前記第４の柱状半導体層上部を取り囲む第４のゲート絶縁膜と、前記第４のゲート絶縁膜を取り囲む第４のコンタクト電極と、前記第４の柱状半導体層上部と前記第４のコンタクト電極とに接続された第１のソース線と、前記第３の柱状半導体層の下部と前記第４の柱状半導体層の下部を接続する第２の下部内部配線と、を有することを特徴とする。
【００１４】
また、前記第２の制御ゲートと前記第４の制御ゲートとは基板に対して垂直方向に複数配置されていることを特徴とする。
【００１５】
また、第５の柱状半導体層と、前記第５の柱状半導体層を取り囲む第５の電荷蓄積層を有する層と、前記第５の電荷蓄積層を有する層を取り囲む第５の制御ゲートと、前記第５の制御ゲートの上方に形成された前記第５の柱状半導体層を取り囲む第６の電荷蓄積層を有する層と、前記第６の電荷蓄積層を有する層を取り囲む第６の制御ゲートと、前記第５の柱状半導体層上部を取り囲む第５のゲート絶縁膜と、前記第５のゲート絶縁膜を取り囲み、上部が前記第５の柱状半導体層上部接続された第５のコンタクト電極と、第６の柱状半導体層と、前記第６の柱状半導体層を取り囲む第７の電荷蓄積層を有する層と、前記第７の電荷蓄積層を有する層を取り囲む第７の制御ゲートと、前記第７の制御ゲートの上方に形成された前記第６の柱状半導体層を取り囲む第８の電荷蓄積層を有する層と、前記第８の電荷蓄積層を有する層を取り囲む第８の制御ゲートと、前記第６の柱状半導体層上部を取り囲む第６のゲート絶縁膜と、前記第６のゲート絶縁膜を取り囲み、上部が前記第６の柱状半導体層上部と接続された第６のコンタクト電極と、前記第５の柱状半導体層の下部と前記第６の柱状半導体層の下部を接続する第３の下部内部配線と、前記第２の柱状半導体層の上部と前記第２のコンタクト電極上部と前記第５の柱状半導体層の上部と前記第５のコンタクト電極上部を接続する第１の上部内部配線と、を有することを特徴とする。
【００１６】
また、前記第６の制御ゲートと前記第８の制御ゲートは基板に対して垂直方向に複数配置されていることを特徴とする。
【００１７】
また、第７の柱状半導体層と、前記第７の柱状半導体層を取り囲む第９の電荷蓄積層を有する層と、前記第９の電荷蓄積層を有する層を取り囲む第９の制御ゲートと、前記第９の制御ゲートの上方に形成された前記第７の柱状半導体層を取り囲む第１０の電荷蓄積層を有する層と、前記第１０の電荷蓄積層を有する層を取り囲む第１０の制御ゲートと、前記第７の柱状半導体層上部を取り囲む第７のゲート絶縁膜と、前記第７のゲート絶縁膜を取り囲み、上部が前記第７の柱状半導体層上部と接続された第７のコンタクト電極と、第８の柱状半導体層と、前記第８の柱状半導体層を取り囲む第１１の電荷蓄積層を有する層と、前記第１１の電荷蓄積層を有する層を取り囲む第１１の制御ゲートと、前記第１１の制御ゲートの上方に形成された前記第８の柱状半導体層を取り囲む第１２の電荷蓄積層を有する層と、前記第１２の電荷蓄積層を有する層を取り囲む第１２の制御ゲートと、前記第８の柱状半導体層上部を取り囲む第８のゲート絶縁膜と、前記第８のゲート絶縁膜を取り囲み、上部が前記第８の柱状半導体層上部と接続された第８のコンタクト電極と、前記第７の柱状半導体層の下部と前記第８の柱状半導体層の下部を接続する第４の下部内部配線と、前記第３の柱状半導体層の上部と前記第３のコンタクト電極上部と前記第８の柱状半導体層の上部と前記第８のコンタクト電極上部とを接続する第２の上部内部配線と、を有することを特徴とする。
【００１８】
また、前記第１０の制御ゲートと前記第１２の制御ゲートは基板に対して垂直方向に複数配置されていることを特徴とする。
【００１９】
また、前記第１の柱状半導体層と前記第２の柱状半導体層下に形成された第１のフィン状半導体層と、を有し、前記第１の下部内部配線は、前記第１のフィン状半導体層に形成され、前記第３の柱状半導体層と前記第３の柱状半導体層下に形成された第２のフィン状半導体層と、を有し、前記第２の下部内部配線は、前記第２のフィン状半導体層に形成されていることを特徴とする。
【００２０】
また、前記第５の柱状半導体層と前記第６の柱状半導体層下に形成された第３のフィン状半導体層と、を有し、前記第３の下部内部配線は、前記第３のフィン状半導体層に形成されていることを特徴とする。
【００２１】
また、前記第７の柱状半導体層と前記第８の柱状半導体層下に形成された第４のフィン状半導体層と、を有し、前記第４の下部内部配線は、前記第４のフィン状半導体層に形成されていることを特徴とする。
【００２２】
また、前記第１のフィン状半導体層と、前記第２のフィン状半導体層の周囲に、第１の素子分離膜が形成されていることを特徴とする。
【００２３】
また、前記第１の選択ゲート下方に、第３の選択ゲートが形成されていることを特徴とする。
【００２４】
また、前記第２の選択ゲート下方に、第４の選択ゲートが形成されていることを特徴とする。
【００２５】
また、前記第１の選択ゲート下方に、第１３の制御ゲートが形成されていることを特徴とする。
【００２６】
また、前記第２の選択ゲート下方に、第１４の制御ゲートが形成されていることを特徴とする。
【００２７】
また、前記第１の下部内部配線は、第１の拡散層であり、前記第２の下部内部配線は、第２の拡散層であることを特徴とする。
【００２８】
また、前記第３の下部内部配線は、第３の拡散層であることを特徴とする。
【００２９】
また、前記第４の下部内部配線は、第４の拡散層であることを特徴とする。
【００３０】
また、前記第１のコンタクト電極、前記第２のコンタクト電極、前記第３のコンタクト電極、前記第４のコンタクト電極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。
【００３１】
また、前記第１のコンタクト電極、前記第２のコンタクト電極、前記第３のコンタクト電極、前記第４のコンタクト電極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。
【００３２】
また、前記第５のコンタクト電極、前記第６のコンタクト電極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。
【００３３】
また、前記第５のコンタクト電極、前記第６のコンタクト電極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。
【００３４】
また、前記第７のコンタクト電極、前記第８のコンタクト電極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。
【００３５】
また、前記第７のコンタクト電極、前記第８のコンタクト電極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。
【００３６】
また、前記第１の電荷蓄積層を有する層は、電荷蓄積層として窒化膜を含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【００３７】
本発明によれば、柱状半導体層一本あたりの選択ゲート数を減少させた半導体装置の構造を提供することができる。
【００３８】
選択ゲートが周囲に形成された柱状半導体層と、制御ゲートのみが周囲に形成された柱状半導体層を用いる。制御ゲートのみが周囲に形成されたｍ本の柱状半導体層を一行に整列し、行の端に選択ゲートが周囲に形成された柱状半導体層を配置する。隣り合う柱状半導体層の下部を接続する下部内部配線と、隣り合う柱状半導体層の上部を接続する上部内部配線を用い、メモリセルが直列接続されるように柱状半導体層を接続する。従って、柱状半導体層一本あたりの選択ゲート数は２／ｍ個となる。
【００３９】
ｍが３２であれば柱状半導体層一本あたりの選択ゲート数は２／３２個となり、ｍが６４であれば柱状半導体層一本あたりの選択ゲート数は２／６４個となる。従って、選択ゲートを駆動するための回路を減少することができる。
【００４０】
また、制御ゲートのみが周囲に形成された柱状半導体層を用いることから、ゲートの段数を１段または２段減少させることができる。従って、製造工程を減少させることができる。
【００４１】
メタルゲートラストプロセスをＳＧＴに適用しようとすると、柱状半導体層上部がポリシリコンゲートに覆われるため、柱状半導体層上部に拡散層を形成することが難しい。従って、ポリシリコンゲート形成前に柱状半導体層上部に拡散層を形成することとなる。一方、本発明では、柱状半導体層上部に拡散層を形成せず、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ことができる。従って、柱状半導体層上部に拡散層を形成する工程を削減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】は本発明に係る半導体装置の断面図である。
【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。
【図３】（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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【発明を実施するための形態】
【００４３】
以下に本発明の位置実施形態に係る半導体装置の構造を図１に示す。
【００４４】
図１に示す半導体装置は、第１の柱状半導体層２０１と、前記第１の柱状半導体層２０１を取り囲む第１の選択ゲート絶縁膜２２１と、前記第１の選択ゲート絶縁膜２２１を取り囲む第１の選択ゲート２３７と、前記第１の柱状半導体層２０１上部を取り囲む第１のゲート絶縁膜２５０と、前記第１のゲート絶縁膜２５０を取り囲む第１のコンタクト電極２５８と、前記第１の柱状半導体層２０１上部と前記第１のコンタクト電極上部２５８に接続された第１のビット線２４５と、を有する。
【００４５】
前記第１の選択ゲート２３７下方に、前記第１の柱状半導体層２０１を取り囲む第３の選択ゲート絶縁膜２１３と、前記第３の選択ゲート絶縁膜２１３を取り囲む第３の選択ゲート２２９が形成される。
【００４６】
前記第１の選択ゲート２３７下方に形成されるゲートは、制御ゲートとしてもよい。また、第３の選択ゲート絶縁膜２１３の代わりに、電荷蓄積層を有する層としてもよい。
【００４７】
図１に示す半導体装置は、さらに、第２の柱状半導体層２０２と、前記第２の柱状半導体層２０２を取り囲む第１の電荷蓄積層を有する層２１４と、前記第１の電荷蓄積層を有する層２１４を取り囲む第１の制御ゲート２３０と、前記第１の制御ゲート２３０の上方に形成された前記第２の柱状半導体層２０２を取り囲む第２の電荷蓄積層を有する層２２２と、前記第２の電荷蓄積層を有する層２２２を取り囲む第２の制御ゲート２３８と、前記第２の柱状半導体層２０２上部を取り囲む第２のゲート絶縁膜２５１と、前記第２のゲート絶縁膜２５１を取り囲む第２のコンタクト電極２５９と、前記第１の柱状半導体層２０１の下部と前記第２の柱状半導体層２０２の下部を接続する第１の下部内部配線２０９と、を有する。前記第２の柱状半導体層２０２上部と前記第２のコンタクト電極２５９上部とは接続される。
【００４８】
電荷蓄積層を有する層は、電荷蓄積層として窒化膜を含むことが好ましい。酸化膜、窒化膜、酸化膜の積層構造にしてもよい。また、電荷蓄積膜としてポリシリコンを用いてもよい。酸化膜、ポリシリコン、酸化膜の積層構造にしてもよい。
【００４９】
図１に示す半導体装置は、さらに、第３の柱状半導体層２０７と、前記第３の柱状半導体層２０７を取り囲む第３の電荷蓄積層を有する層２１９と、前記第３の電荷蓄積層２１９を有する層を取り囲む第３の制御ゲート２３５と、前記第３の制御ゲート２３５の上方に形成された前記第３の柱状半導体層２０７を取り囲む第４の電荷蓄積層を有する層２２７と、前記第４の電荷蓄積層を有する層２２７を取り囲む第４の制御ゲート２４３と、前記第３の柱状半導体層２０７上部を取り囲む第３のゲート絶縁膜２５６と、前記第３のゲート絶縁膜２５６を取り囲む第３のコンタクト電極２６４と、を有する。前記第３の柱状半導体層２０７上部と前記第３のコンタクト電極２６４上部は接続される。
【００５０】
図１に示す半導体装置は、さらに、第４の柱状半導体層２０８と、前記第４の柱状半導体層２０８を取り囲む第２の選択ゲート絶縁膜２２８と、前記第２の選択ゲート絶縁膜２２８を取り囲む第２の選択ゲート２４４と、前記第４の柱状半導体層２０８上部を取り囲む第４のゲート絶縁膜２５７と、前記第４のゲート絶縁膜２５７を取り囲む第４のコンタクト電極２６５と、前記第４の柱状半導体層２０８上部と前記第４のコンタクト電極２６５とに接続された第１のソース線２４９と、前記第３の柱状半導体層２０７の下部と前記第４の柱状半導体層２０８の下部を接続する第２の下部内部配線２１２と、を有する。
【００５１】
前記第２の選択ゲート２４４下方に、前記第４の柱状半導体層２０８を取り囲む第４の選択ゲート絶縁膜２２０と、前記第４の選択ゲート絶縁膜２２０を取り囲む第４の選択ゲート２３６が形成される。
【００５２】
前記第２の選択ゲート２４４下方に形成されるゲートは、制御ゲートとしてもよい。また、第４の選択ゲート絶縁膜２２０の代わりに、電荷蓄積層を有する層としてもよい。
【００５３】
前記第２の制御ゲート２３８と前記第４の制御ゲート２４３とは基板に対して垂直方向に複数配置されてもよい。
【００５４】
前記第１のコンタクト電極２５８、前記第２のコンタクト電極２５９、前記第３のコンタクト電極２６４、前記第４のコンタクト電極２６５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。
【００５５】
前記第１のコンタクト電極、前記第２のコンタクト電極、前記第３のコンタクト電極、前記第４のコンタクト電極の金属の仕事関数は、トランジスタがｐ型のときは、５．０ｅＶから５．２ｅＶの間であることが好ましい。
【００５６】
図１に示す半導体装置は、さらに、第５の柱状半導体層２０３と、前記第５の柱状半導体層２０３を取り囲む第５の電荷蓄積層を有する層２１５と、前記第５の電荷蓄積層を有する層２１５を取り囲む第５の制御ゲート２３１と、前記第５の制御ゲート２３１の上方に形成された前記第５の柱状半導体層２０３を取り囲む第６の電荷蓄積層を有する層２２３と、前記第６の電荷蓄積層を有する層２２３を取り囲む第６の制御ゲート２３９と、前記第５の柱状半導体層２０３上部を取り囲む第５のゲート絶縁膜２５２と、前記第５のゲート絶縁膜２５２を取り囲む第５のコンタクト電極２６０と、を有する。前記第５の柱状半導体層２０３上部と前記第５のコンタクト電極２６０上部と接続される。
【００５７】
図１に示す半導体装置は、さらに、第６の柱状半導体層２０４と、前記第６の柱状半導体層２０４を取り囲む第７の電荷蓄積層を有する層２１６と、前記第７の電荷蓄積層２１６を有する層を取り囲む第７の制御ゲート２３２と、前記第７の制御ゲート２３２の上方に形成された前記第６の柱状半導体層２０４を取り囲む第８の電荷蓄積層を有する層２２４と、前記第８の電荷蓄積層を有する層２２４を取り囲む第８の制御ゲート２４０と、前記第６の柱状半導体層２０４上部を取り囲む第６のゲート絶縁膜２５３と、前記第６のゲート絶縁膜２５３を取り囲む第６のコンタクト電極２６１と、前記第５の柱状半導体層２０３の下部と前記第６の柱状半導体層２０４の下部を接続する第３の下部内部配線２１０と、前記第２の柱状半導体層２０２の上部と前記第２のコンタクト電極２５９上部と前記第５の柱状半導体層２０３の上部と前記第５のコンタクト電極２６０上部とを接続する第１の上部内部配線２４６と、を有する。前記第６の柱状半導体層２０４上部と前記第６のコンタクト電極２６１上部とは接続される。また、第６の柱状シリコン層２０４の上部と前記第６のコンタクト電極２６１上部と隣接する柱状シリコン層の上部とを接続する第３の上部内部配線２４７を有する。
【００５８】
前記第６の制御ゲート２３９と前記第８の制御ゲート２４０は基板に対して垂直方向に複数配置されてもよい。
【００５９】
前記第５のコンタクト電極、前記第６のコンタクト電極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。
【００６０】
前記第５のコンタクト電極、前記第６のコンタクト電極の金属の仕事関数は、トランジスタがｐ型のときは、５．０ｅＶから５．２ｅＶの間であることが好ましい。
【００６１】
図１に示す半導体装置は、さらに、第７の柱状半導体層２０５と、前記第７の柱状半導体層２０５を取り囲む第９の電荷蓄積層を有する層２１７と、前記第９の電荷蓄積層２１７を有する層を取り囲む第９の制御ゲート２３３と、前記第９の制御ゲート２３３の上方に形成された前記第７の柱状半導体層２０５を取り囲む第１０の電荷蓄積層を有する層２２５と、前記第１０の電荷蓄積層を有する層２２５を取り囲む第１０の制御ゲート２４１と、前記第７の柱状半導体層２０５上部を取り囲む第７のゲート絶縁膜２５４と、前記第７のゲート絶縁膜２５４を取り囲む第７のコンタクト電極２６２と、を有する。前記第７の柱状半導体層上部２０５と前記第７のコンタクト電極２６２上部とは接続される。
【００６２】
図１に示す半導体装置は、さらに、第８の柱状半導体層２０６と、前記第８の柱状半導体層２０６を取り囲む第１１の電荷蓄積層を有する層２１８と、前記第１１の電荷蓄積層を有する層２１８を取り囲む第１１の制御ゲート２３４と、前記第１１の制御ゲート２３４の上方に形成された前記第８の柱状半導体層２０６を取り囲む第１２の電荷蓄積層を有する層２２６と、前記第１２の電荷蓄積層を有する層２２６を取り囲む第１２の制御ゲート２４２と、前記第８の柱状半導体層２０６上部を取り囲む第８のゲート絶縁膜２５５と、前記第８のゲート絶縁膜２５５を取り囲む第８のコンタクト電極２６３と、前記第７の柱状半導体層２０５の下部と前記第８の柱状半導体層２０６の下部を接続する第４の下部内部配線２１１と、前記第３の柱状半導体層２０７の上部と前記第３のコンタクト電極２６４上部と前記第８の柱状半導体層２０６の上部と前記第３のコンタクト電極２６３上部とを接続する第２の上部内部配線２４８と、を有する。前記第８の柱状半導体層２０６上部と前記第８のコンタクト電極２６３上部とは接続される。
【００６３】
前記第１０の制御ゲート２４１と前記第１２の制御ゲート２４２は基板に対して垂直方向に複数配置されてもよい。
【００６４】
前記第７のコンタクト電極、前記第８のコンタクト電極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。
【００６５】
前記第７のコンタクト電極、前記第８のコンタクト電極の金属の仕事関数は、トランジスタがｐ型のときは、５．０ｅＶから５．２ｅＶの間であることが好ましい。
【００６６】
選択ゲートが周囲に形成された柱状半導体層は、第１の柱状半導体層２０１、第４の柱状半導体層２０８である。制御ゲートのみが周囲に形成された柱状半導体層は、第２の柱状半導体層２０２、第３の柱状半導体層２０７、第５の柱状半導体層２０３、第６の柱状半導体層２０４、第７の柱状半導体層２０５、第８の柱状半導体層２０６である。
【００６７】
制御ゲートのみが周囲に形成されたｍ本の柱状半導体層２０２、２０３、２０４、２０５、２０６、２０７を一行に整列し、行の端に選択ゲートが周囲に形成された柱状半導体層２０１、２０８を配置する。隣り合う柱状半導体層の下部を接続する下部内部配線２０９、２１０、２１１、２１２と、隣り合う柱状半導体層の上部を接続する上部内部配線２４６、２４７、２４８を用い、メモリセルが直列接続されるように柱状半導体層を接続する。従って、柱状半導体層一本あたりの選択ゲート数は２／ｍ個となる。
【００６８】
ｍが３２であれば柱状半導体層一本あたりの選択ゲート数は２／３２個となり、ｍが６４であれば柱状半導体層一本あたりの選択ゲート数は２／６４個となる。従って、選択ゲートを駆動するための回路を減少することができる。
【００６９】
また、制御ゲートのみが周囲に形成された柱状半導体層を用いることから、ゲートの段数を１段または２段減少させることができる。従って、製造工程を減少させることができる。
【００７０】
以下に半導体装置の構造を図２に示す。半導体層としてシリコン層を用いる。半導体層として他の材料を用いてもよい。
【００７１】
図２に示す半導体装置は、第１の柱状シリコン層１１５と、前記第１の柱状シリコン層１１５を取り囲む第１の選択ゲート絶縁膜１３３ａと、前記第１の選択ゲート絶縁膜１３３ａを取り囲む第１の選択ゲート１３４ａと、前記第１の柱状シリコン層１１５上部を取り囲む第１のゲート絶縁膜１３５ａと、前記第１のゲート絶縁膜１３５ａを取り囲む第１のコンタクト電極１４１ａと、前記第１の柱状シリコン層１１５上部と前記第１のコンタクト電極１４１ａに接続された第１のビット線１３７ａと、を有する。
【００７２】
前記第１の選択ゲート１３４ａ下方に、前記第１の柱状シリコン層１１５を取り囲む第３の選択ゲート絶縁膜１３１ａと、前記第３の選択ゲート絶縁膜１３１ａを取り囲む第３の選択ゲート１３２ａが形成される。
【００７３】
前記第１の選択ゲート１３４ａ下方に形成されるゲートは、制御ゲートとしてもよい。また、第３の選択ゲート絶縁膜１３１ａの代わりに、電荷蓄積層を有する層としてもよい。
【００７４】
図２に示す半導体装置は、さらに、第２の柱状シリコン層１１６と、前記第２の柱状シリコン層１１６を取り囲む第１の電荷蓄積層を有する層１３１ｂと、前記第１の電荷蓄積層を有する層１３１ｂを取り囲む第１の制御ゲート１３２ｂと、前記第１の制御ゲート１３２ｂの上方に形成された前記第２の柱状シリコン層１１６を取り囲む第２の電荷蓄積層を有する層１３３ｂと、前記第２の電荷蓄積層を有する層１３３ｂを取り囲む第２の制御ゲート１３４ｂと、前記第２の柱状シリコン層１１６上部を取り囲む第２のゲート絶縁膜１３５ｂと、前記第２のゲート絶縁膜１３５ｂを取り囲む第２のコンタクト電極１４１ｂと、前記第１の柱状シリコン層１１５の下部と前記第２の柱状シリコン層１１６の下部を接続する第１の下部内部配線としての第１の拡散層１２７と、を有する。前記第２の柱状シリコン層１１６上部と前記第２のコンタクト電極１４１ｂ上部とは接続される。
【００７５】
図２に示す半導体装置は、さらに、前記第１の柱状シリコン層１１５と前記第２の柱状シリコン層１１６下に形成された第１のフィン状シリコン層１０４と、を有し、前記第１の下部内部配線は、第１の拡散層１２７として前記第１のフィン状シリコン層１０４に形成されている。
【００７６】
図２に示す半導体装置は、さらに、第３の柱状シリコン層１１７と、前記第３の柱状シリコン層１１７を取り囲む第３の電荷蓄積層を有する層１３１ｃと、前記第３の電荷蓄積層１３１ｃを有する層を取り囲む第３の制御ゲート１３２ｃと、前記第３の制御ゲート１３２ｃの上方に形成された前記第３の柱状シリコン層１１７を取り囲む第４の電荷蓄積層を有する層１３３ｃと、前記第４の電荷蓄積層を有する層１３３ｃを取り囲む第４の制御ゲート１３４ｃと、前記第３の柱状シリコン層１１７上部を取り囲む第３のゲート絶縁膜１３５ｃと、前記第３のゲート絶縁膜１３５ｃを取り囲む第３のコンタクト電極１４１ｃと、を有する。前記第３の柱状シリコン層１１７上部と前記第３のコンタクト電極１４１ｃ上部とは接続される。
【００７７】
図２に示す半導体装置は、さらに、第４の柱状シリコン層１１８と、前記第４の柱状シリコン層１１８を取り囲む第２の選択ゲート絶縁膜１３３ｄと、前記第２の選択ゲート絶縁膜１３３ｄを取り囲む第２の選択ゲート１３４ｄと、前記第４の柱状シリコン層上部を取り囲む第４のゲート絶縁膜１３５ｄと、前記第４のゲート絶縁膜１３５ｄを取り囲む第４のコンタクト電極１３６ｄと、前記第４の柱状シリコン層１１８上部と前記第４のコンタクト電極１３６ｄ上部とに接続された第１のソース線１３７ｃと、前記第３の柱状シリコン層１１７の下部と前記第４の柱状シリコン層１１８の下部を接続する第２の下部内部配線としての第２の拡散層１２８と、を有する。
【００７８】
前記第２の選択ゲート１３４ｄ下方に、前記第４の柱状シリコン層１１８を取り囲む第４の選択ゲート絶縁膜１３１ｄと、前記第４の選択ゲート絶縁膜１３１ｄを取り囲む第４の選択ゲート１３２ｄが形成される。
【００７９】
前記第２の選択ゲート１３４ｄ下方に形成されるゲートは、制御ゲートとしてもよい。また、第４の選択ゲート絶縁膜１３１ｄの代わりに、電荷蓄積層を有する層としてもよい。
【００８０】
図２に示す半導体装置は、さらに、前記第３の柱状シリコン層１１７と前記第３の柱状シリコン層１１７下に形成された第２のフィン状シリコン層１０５と、を有し、前記第２の下部内部配線は、第２の拡散層１２８として前記第２のフィン状シリコン層１０５に形成されている。
【００８１】
前記第１のフィン状シリコン層１０４と、前記第２のフィン状シリコン層１０５の周囲に、第１の素子分離膜１０６が形成されている。
【００８２】
フィン状半導体層の周囲に形成された第１の素子分離膜１０６により素子分離がなされるため、メモリストリングスを形成することができる。
【００８３】
図２に示す半導体装置は、さらに、第２の柱状シリコン層１１６の上部と前記第２のコンタクト電極１４１ｂ上部と第３の柱状シリコン層１１７の上部と前記第３のコンタクト電極１４１ｃ上部を接続する上部内部配線１３７ｂを有する。
【００８４】
第１のビット線１３７ａは、コンタクト１４６を介して第２のビット線１４５ａに接続される。
【００８５】
基板上に形成されたフィン状シリコン層上に柱状シリコン層が形成されるため、柱状シリコン層は、単結晶であり、電荷の移動度が粒界により低下することを回避することができ、粒界により読み出し速度が低下することを回避することができる。
【００８６】
制御ゲートの周囲と底部に形成された電荷蓄積層を有する層により、制御ゲートは、柱状シリコン層とフィン状シリコン層とから絶縁をすることができる。
【００８７】
また、選択ゲートの周囲と底部に形成された選択ゲート絶縁膜により、選択ゲートは、柱状シリコン層と選択ゲートもしくは制御ゲートとから絶縁をすることができる。
【００８８】
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３〜図４５を参照して説明する。本実施例では、シリコン基板としたが、基板はシリコン以外の半導体であってもよい。
【００８９】
図３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。
【００９０】
図４に示すように、シリコン基板１０１をエッチングし、第１と第２の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。
【００９１】
図５に示すように、第１のレジスト１０２、１０３を除去する。
【００９２】
図６に示すように、第１と第２のフィン状シリコン層１０４、１０５の周囲に第１の素子分離膜１０６を堆積する。第１の素子分離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。
【００９３】
図７に示すように、第１の素子分離膜１０６をエッチバックし、第１と第２のフィン状シリコン層１０４、１０５の上部を露出する。
【００９４】
図８に示すように、第１と第２の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。
【００９５】
図９に示すように、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。
【００９６】
図１０に示すように、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。
【００９７】
図１１に示すように、第２のレジスト１１１、１１２、１１３、１１４を、第１と第２の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。
【００９８】
図１２に示すように、第３の絶縁膜１１０と第１のポリシリコン１０９と第２の絶縁膜１０７、１０８と第１と第２の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１１５、第２の柱状シリコン層１１６、第３の柱状シリコン層１１７、第４の柱状シリコン層１１８と第１のポリシリコンによる第１のダミーゲート１０９ａ、１０９ｂ、１０９ｃ、１０９ｄ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１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃ、１１０ｄとなる。また、第２の絶縁膜１０７、１０８は分離され、第２の絶縁膜１０７ａ、１０７ｂ、１０８ａ、１０８ｂとなる。このとき、第２のレジスト１１１、１１２、１１３、１１４がエッチング中に除去された場合、第３の絶縁膜１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃ、１１０ｄ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。
【００９９】
図１３に示すように、第２のレジスト１１１、１１２、１１３、１１４を除去する。
【０１００】
図１４に示すように、第１の柱状シリコン層１１５、第２の柱状シリコン層１１６、第３の柱状シリコン層１１７、第４の柱状シリコン層１１８と第１のダミーゲート１０９ａ、１０９ｂ、１０９ｃ、１０９ｄの周囲に第４の絶縁膜１１９、１２０を形成する。
【０１０１】
図１５に示すように、第４の絶縁膜１１９、１２０の周囲に第２のポリシリコン１２６を堆積する。
【０１０２】
図１６に示すように、第２のポリシリコン１２６をエッチングすることにより、第１のダミーゲート１０９ａ、１０９ｂ、１０９ｃ、１０９ｄと第１の柱状シリコン層１１５、第２の柱状シリコン層１１６、第３の柱状シリコン層１１７、第４の柱状シリコン層１１８の側壁に残存させ、第２のダミーゲート１２６ａ、１２６ｂ、１２６ｃ、１２６ｄを形成する。このとき、第４の絶縁膜１１９、１２０は分離され、第４の絶縁膜１１９ａ、１１９ｂ、１２０ａ、１２０ｂとなってもよい。不純物を導入し、第１と第２のフィン状半導体層１０４、１０５上部に第１の拡散層１２７、第２の拡散層１２８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。
【０１０３】
図１７に示すように、第２のダミーゲート１２６ａ、１２６ｂ、１２６ｃ、１２６ｄの周囲に、第５の絶縁膜１２９を形成する。第５の絶縁膜１２９は、窒化膜が好ましい。この後、第５の絶縁膜１２９をエッチングし、サイドウォール状に残存させ、第５の絶縁膜からなるサイドウォールを形成し、第１の拡散層１２７、第２の拡散層１２８上に金属と半導体の化合物層を形成してもよい。
【０１０４】
図１８に示すように、層間絶縁膜１３０を堆積する。コンタクトストッパ膜を用いてもよい。
【０１０５】
図１９に示すように、化学機械研磨し、第１のダミーゲート１０９ａ、１０９ｂ、１０９ｃ、１０９ｄと第２のダミーゲート１２６ａ、１２６ｂ、１２６ｃ、１２７ｄとの上部を露出する。
【０１０６】
図２０に示すように、第１のダミーゲート１０９ａ、１０９ｂ、１０９ｃ、１０９ｄと第２のダミーゲート１２６ａ、１２６ｂ、１２６ｃ、１２７ｄとを除去する。
【０１０７】
図２１に示すように、前記第２の絶縁膜１０７ａ、１０７ｂ、１０８ａ、１０８ｂと前記第４の絶縁膜１１９ａ、１１９ｂ、１２０ａ、１２０ｂを除去する。
【０１０８】
図２２に示すように、電荷蓄積層を有する層１３１を第１の柱状シリコン層１１５、第２の柱状シリコン層１１６、第３の柱状シリコン層１１７、第４の柱状シリコン層１１８の周囲と前記第５の絶縁膜１２９の内側に形成する。電荷蓄積層を有する層１３１は、窒化膜を含むことが好ましい。また、酸化膜、窒化膜、酸化膜の積層構造としてもよい。本製造方法の実施例では、電荷蓄積層を有する層として窒化膜を含む絶縁膜を用いる。絶縁膜であるから、選択ゲート絶縁膜としても用いることができる。
【０１０９】
図２３に示すように、ゲート導電膜１３２を堆積する。ゲート導電膜１３２は、金属であることが好ましい。
【０１１０】
図２４に示すように、ゲート導電膜１３２のエッチバックを行い、第１の柱状シリコン層１１５の周囲に第３の選択ゲート１３２ａを形成し、第２の柱状シリコン層１１６の周囲に第１の制御ゲート１３２ｂを形成し、第３の柱状シリコン層１１７の周囲に第３の制御ゲート１３２ｃを形成し、第４の柱状シリコン層１１８の周囲に第４の選択ゲート１３２ｄを形成する。
【０１１１】
図２５に示すように、露出した電荷蓄積層を有する層１３１を除去する。電荷蓄積層を有する層１３１は分離され、第３の選択ゲート絶縁膜１３１ａ、第１の電荷蓄積層を有する層１３１ｂ、第３の電荷蓄積層を有する層１３１ｃ、第４の選択ゲート絶縁膜１３１ｄとなる。
【０１１２】
図２６に示すように、電荷蓄積層を有する層１３３を第１の柱状シリコン層１１５、第２の柱状シリコン層１１６、第３の柱状シリコン層１１７、第４の柱状シリコン層１１８の周囲と前記第５の絶縁膜１２９の内側に形成する。電荷蓄積層を有する層１３３は、窒化膜を含むことが好ましい。また、酸化膜、窒化膜、酸化膜の積層構造としてもよい。本製造方法の実施例では、電荷蓄積層を有する層として窒化膜を含む絶縁膜を用いる。絶縁膜であるから、選択ゲート絶縁膜としても用いることができる。
【０１１３】
図２７に示すように、ゲート導電膜１３４を堆積する。ゲート導電膜１３４は、金属であることが好ましい。
【０１１４】
図２８に示すように、ゲート導電膜１３４のエッチバックを行い、第１の柱状シリコン層１１５の周囲に第１の選択ゲート１３４ａを形成し、第２の柱状シリコン層１１６の周囲に第２の制御ゲート１３４ｂを形成し、第３の柱状シリコン層１１７の周囲に第４の制御ゲート１３４ｃを形成し、第４の柱状シリコン層１１８の周囲に第２の選択ゲート１３４ｄを形成する。
【０１１５】
図２９に示すように、電荷蓄積層を有する層１３３を除去する。電荷蓄積層を有する層１３３は分離され、第１の選択ゲート絶縁膜１３３ａ、第２の電荷蓄積層を有する層１３３ｂ、第４の電荷蓄積層を有する層１３３ｃ、第２の選択ゲート絶縁膜１３３ｄとなる。
【０１１６】
図３０に示すように、第１のゲート絶縁膜、第２のゲート絶縁膜、第３のゲート絶縁膜、第４のゲート絶縁膜となるゲート絶縁膜１３５を、第１の柱状シリコン層１１５、第２の柱状シリコン層１１６、第３の柱状シリコン層１１７、第４の柱状シリコン層１１８の上部周囲に堆積する。
【０１１７】
図３１に示すように、第１のコンタクト電極、第２のコンタクト電極、第３のコンタクト電極、第４のコンタクト電極となる金属１３６を堆積する。
【０１１８】
図３２に示すように、金属１３６のエッチバックを行い、第１のコンタクト電極線１３６ａ、第２のコンタクト電極線１３６ｂ、第３のコンタクト電極線１３６ｃ、第４のコンタクト電極線１３６ｄを形成する。
【０１１９】
図３３に示すように、露出したゲート絶縁膜１３５を除去する。ゲート絶縁膜１３５は分離され、第１のゲート絶縁膜１３５ａ、第２のゲート絶縁膜１３５ｂ、第３のゲート絶縁膜１３５ｃ、第４のゲート絶縁膜１３５ｄとなる。
【０１２０】
図３４に示すように、金属配線のための金属１３７を堆積する。
【０１２１】
図３５に示すように、金属配線を形成するための第３のレジスト１３８、１３９、１４０を形成する。
【０１２２】
図３６に示すように、金属１３７と、第１のコンタクト電極線１３６ａ、第２のコンタクト電極線１３６ｂ、第３のコンタクト電極線１３６ｃをエッチングし、第１のビット線１３７ａ、上部内部配線１３７ｂ、第１のソース線１３７ｃ、第１のコンタクト電極１４１ａ、第２のコンタクト電極１４１ｂ、第３のコンタクト電極１４１ｃ、第４のコンタクト電極１３６ｄを形成する。
【０１２３】
図３７に示すように、第３のレジスト１３８、１３９、１４０を除去する。
【０１２４】
図３８に示すように、第２の層間絶縁膜１４２を堆積する。
【０１２５】
図３９に示すように、コンタクトを形成するための第４のレジスト１４３を形成する。
【０１２６】
図４０に示すように、第２の層間絶縁膜１４２をエッチングし、コンタクト孔１４４を形成する。
【０１２７】
図４１に示すように、第４のレジスト１４３を除去する。
【０１２８】
図４２に示すように、金属１４５を堆積する。このとき、コンタクト孔１４４に金属が埋め込まれ、コンタクト１４６が形成される。
【０１２９】
図４３に示すように、第５のレジスト１４７を形成する。
【０１３０】
図４４に示すように、金属１４５をエッチングし、第２のビット線１４５ａを形成する。
【０１３１】
図４５に示すように、第５のレジスト１４７を除去する。
【０１３２】
以上により、配線層を形成する工程が示された。
【０１３３】
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。
【０１３４】
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。
【０１３５】
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。
【符号の説明】
【０１３６】
１０１．シリコン基板
１０２．第１のレジスト
１０３．第１のレジスト
１０４．第１のフィン状シリコン層
１０５．第２のフィン状シリコン層
１０６．第１の素子分離膜
１０７．第２の絶縁膜
１０７ａ．第２の絶縁膜
１０７ｂ．第２の絶縁膜
１０８．第２の絶縁膜
１０８ａ．第２の絶縁膜
１０８ｂ．第２の絶縁膜
１０９．第１のポリシリコン
１０９ａ．第１のダミーゲート
１０９ｂ．第１のダミーゲート
１０９ｃ．第１のダミーゲート
１０９ｄ．第１のダミーゲート
１１０．第３の絶縁膜
１１０ａ．第３の絶縁膜
１１０ｂ．第３の絶縁膜
１１０ｃ．第３の絶縁膜
１１０ｄ．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２のレジスト
１１５．第１の柱状シリコン層
１１６．第２の柱状シリコン層
１１７．第３の柱状シリコン層
１１８．第４の柱状シリコン層
１１９．第４の絶縁膜
１１９ａ．第４の絶縁膜
１１９ｂ．第４の絶縁膜
１２０．第４の絶縁膜
１２０ａ．第４の絶縁膜
１２０ｂ．第４の絶縁膜
１２６．第２のポリシリコン
１２６ａ．第２のダミーゲート
１２６ｂ．第２のダミーゲート
１２６ｃ．第２のダミーゲート
１２６ｄ．第２のダミーゲート
１２７．第１の拡散層
１２８．第２の拡散層
１２９．第５の絶縁膜
１３０．層間絶縁膜
１３１．電荷蓄積層を有する層
１３１ａ．第３の選択ゲート絶縁膜
１３１ｂ．第１の電荷蓄積層を有する層
１３１ｃ．第３の電荷蓄積層を有する層
１３１ｄ．第４の選択ゲート絶縁膜
１３２．ゲート導電膜
１３２ａ．第３の選択ゲート
１３２ｂ．第１の制御ゲート
１３２ｃ．第３の制御ゲート
１３２ｄ．第４の選択ゲート
１３３．電荷蓄積層を有する層
１３３ａ．第１の選択ゲート絶縁膜
１３３ｂ．第２の電荷蓄積層を有する層
１３３ｃ．第４の電荷蓄積層を有する層
１３３ｄ．第２の選択ゲート絶縁膜
１３４．ゲート導電膜
１３４ａ．第１の選択ゲート
１３４ｂ．第２の制御ゲート
１３４ｃ．第４の制御ゲート
１３４ｄ．第２の選択ゲート
１３５．ゲート絶縁膜
１３５ａ．第１のゲート絶縁膜
１３５ｂ．第２のゲート絶縁膜
１３５ｃ．第３のゲート絶縁膜
１３５ｄ．第４のゲート絶縁膜
１３６．金属
１３６ａ．第１のコンタクト電極線
１３６ｂ．第２のコンタクト電極線
１３６ｃ．第３のコンタクト電極線
１３６ｄ．第４のコンタクト電極線、第４のコンタクト電極
１３７．金属
１３７ａ．第１のビット線
１３７ｂ．上部内部配線
１３７ｃ．第１のソース線
１３８．第３のレジスト
１３９．第３のレジスト
１４０．第３のレジスト
１４１ａ．第１のコンタクト電極
１４１ｂ．第２のコンタクト電極
１４１ｃ．第３のコンタクト電極
１４２．第２の層間絶縁膜
１４３．第４のレジスト
１４４．コンタクト孔
１４５．金属
１４５ａ．第２のビット線
１４６．コンタクト
１４７．第５のレジスト
２０１．第１の柱状半導体層
２０２．第２の柱状半導体層
２０３．第５の柱状半導体層
２０４．第６の柱状半導体層
２０５．第７の柱状半導体層
２０６．第８の柱状半導体層
２０７．第３の柱状半導体層
２０８．第４の柱状半導体層
２０９．第１の下部内部配線
２１１．第４の下部内部配線
２１０．第３の下部内部配線
２１２．第２の下部内部配線
２１３．第３の選択ゲート絶縁膜
２１４．第１の電荷蓄積層を有する層
２１５．第５の電荷蓄積層を有する層
２１６．第７の電荷蓄積層を有する層
２１７．第９の電荷蓄積層を有する層
２１８．第１１の電荷蓄積層を有する層
２１９．第３の電荷蓄積層を有する層
２２０．第４の選択ゲート絶縁膜
２２１．第１の選択ゲート絶縁膜
２２２．第２の電荷蓄積層を有する層
２２３．第６の電荷蓄積層を有する層
２２４．第８の電荷蓄積層を有する層
２２５．第１０の電荷蓄積層を有する層
２２６．第１２の電荷蓄積層を有する層
２２７．第４の電荷蓄積層を有する層
２２８．第２の選択ゲート絶縁膜
２２９．第３の選択ゲート
２３０．第１の制御ゲート
２３１．第５の制御ゲート
２３２．第７の制御ゲート
２３３．第９の制御ゲート
２３４．第１１の制御ゲート
２３５．第３の制御ゲート
２３６．第４の選択ゲート
２３７．第１の選択ゲート
２３８．第２の制御ゲート
２３９．第６の制御ゲート
２４０．第８の制御ゲート
２４１．第１０の制御ゲート
２４２．第１２の制御ゲート
２４３．第４の制御ゲート
２４４．第２の選択ゲート
２４５．第１のビット線
２４６．第１の上部内部配線
２４７．第３の上部内部配線
２４８．第２の上部内部配線
２４９．第１のソース線
２５０．第１のゲート絶縁膜
２５１．第２のゲート絶縁膜
２５２．第５のゲート絶縁膜
２５３．第６のゲート絶縁膜
２５４．第７のゲート絶縁膜
２５５．第８のゲート絶縁膜
２５６．第３のゲート絶縁膜
２５７．第４のゲート絶縁膜
２５８．第１のコンタクト電極
２５９．第２のコンタクト電極
２６０．第５のコンタクト電極
２６１．第６のコンタクト電極
２６２．第７のコンタクト電極
２６３．第８のコンタクト電極
２６４．第３のコンタクト電極
２６５．第４のコンタクト電極
【図１】
2018110254.tif 000003
【図２】
2018110254.tif 000004
【図３】
2018110254.tif 000005
【図４】
2018110254.tif 000006
【図５】
2018110254.tif 000007
【図６】
2018110254.tif 000008
【図７】
2018110254.tif 000009
【図８】
2018110254.tif 000010
【図９】
2018110254.tif 000011
【図１０】
2018110254.tif 000012
【図１１】
2018110254.tif 000013
【図１２】
2018110254.tif 000014
【図１３】
2018110254.tif 000015
【図１４】
2018110254.tif 000016
【図１５】
2018110254.tif 000017
【図１６】
2018110254.tif 000018
【図１７】
2018110254.tif 000019
【図１８】
2018110254.tif 000020
【図１９】
2018110254.tif 000021
【図２０】
2018110254.tif 000022
【図２１】
2018110254.tif 000023
【図２２】
2018110254.tif 000024
【図２３】
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【図２４】
2018110254.tif 000026
【図２５】
2018110254.tif 000027
【図２６】
2018110254.tif 000028
【図２７】
2018110254.tif 000029
【図２８】
2018110254.tif 000030
【図２９】
2018110254.tif 000031
【図３０】
2018110254.tif 000032
【図３１】
2018110254.tif 000033
【図３２】
2018110254.tif 000034
【図３３】
2018110254.tif 000035
【図３４】
2018110254.tif 000036
【図３５】
2018110254.tif 000037
【図３６】
2018110254.tif 000038
【図３７】
2018110254.tif 000039
【図３８】
2018110254.tif 000040
【図３９】
2018110254.tif 000041
【図４０】
2018110254.tif 000042
【図４１】
2018110254.tif 000043
【図４２】
2018110254.tif 000044
【図４３】
2018110254.tif 000045
【図４４】
2018110254.tif 000046
【図４５】
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