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公開番号2024109328
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-08-14
出願番号2023014063
出願日2023-02-01
発明の名称半導体装置及び半導体記憶装置
出願人キオクシア株式会社
代理人個人,個人,個人
主分類H10B 43/27 20230101AFI20240806BHJP()
要約【課題】低抵抗なゲート電極層を備えた半導体装置を提供する。
【解決手段】実施形態の半導体装置は、半導体層と、第1の材料を含む第1の導電層と、第1の導電層と半導体層との間に設けられ第1の材料と異なる第2の材料を含む第2の導電層とを含むゲート電極層と、半導体層とゲート電極層との間に設けられ、酸化アルミニウムを含み、酸化アルミニウムは、α(アルファ)-酸化アルミニウム及びθ(シータ)-酸化アルミニウムからなる群から選ばれる少なくともいずれか一方の結晶相を含む第1の絶縁層と、を備え、第1の絶縁層の中の酸化アルミニウムの結晶軸の方向が、半導体層からゲート電極層に向かう第1の方向に対し±10度の範囲に入り、第1の導電層の中の第1の材料の結晶軸の方向が、第1の方向に対し±10度の範囲に入り、第2の導電層の中の第2の材料の結晶軸の方向が、第1の方向に対し±10度の範囲に入る。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
半導体層と、
第１の材料を含む第１の導電層と、前記第１の導電層と前記半導体層との間に設けられ前記第１の材料と異なる第２の材料を含む第２の導電層とを含むゲート電極層と、
前記半導体層と前記ゲート電極層との間に設けられ、酸化アルミニウムを含み、前記酸化アルミニウムは、α（アルファ）－酸化アルミニウム及びθ（シータ）－酸化アルミニウムからなる群から選ばれる少なくともいずれか一方の結晶相を含む第１の絶縁層と、を備え、
前記第１の絶縁層の中の前記酸化アルミニウムの結晶軸の方向が、前記半導体層から前記ゲート電極層に向かう第１の方向に対し±１０度の範囲に入り、
前記第１の導電層の中の前記第１の材料の結晶軸の方向が、前記第１の方向に対し±１０度の範囲に入り、
前記第２の導電層の中の前記第２の材料の結晶軸の方向が、前記第１の方向に対し±１０度の範囲に入る、半導体装置。
続きを表示（約 1,100 文字）【請求項２】
前記第１の絶縁層の前記第１の方向の厚さは２．５ｎｍ以下である、請求項１記載の半導体装置。
【請求項３】
前記結晶軸はｃ軸である、請求項１記載の半導体装置。
【請求項４】
前記第１の材料は、モリブデン（Ｍｏ）及びタングステン（Ｗ）からなる群から選ばれる少なくとの一つの材料であり、
前記第２の材料は、窒化モリブデン、窒化チタン、及び窒化ニオブからなる群から選ばれる少なくとの一つの材料である、請求項１記載の半導体装置。
【請求項５】
前記半導体層と前記第１の絶縁層との間に設けられ、シリコン（Ｓｉ）及び酸素（Ｏ）を含む第２の絶縁層を、更に備える、請求項１記載の半導体装置。
【請求項６】
前記第１の絶縁層と前記ゲート電極層との間に設けられ、酸化シリコンより誘電率が高く、酸化アルミニウムと異なる第３の材料を含む、第３の絶縁層を、更に備える、請求項１記載の半導体装置。
【請求項７】
前記第３の絶縁層の中の前記第３の材料の結晶軸の方向が、前記第１の方向に対し±１０度の範囲に入る、請求項６記載の半導体装置。
【請求項８】
前記第３の材料は、酸化ハフニウム、酸化ジルコニウム、酸化タンタル、酸化ランタン、及び酸化セリウムからなる群から選ばれる少なくとの一つの材料である、請求項７記載の半導体装置。
【請求項９】
第１の方向に延びる半導体層と、
第１の材料を含む第１の導電層と、前記第１の導電層と前記半導体層との間に設けられ前記第１の材料と異なる第２の材料を含む第２の導電層とを含むゲート電極層と、
前記半導体層と前記ゲート電極層との間に設けられた電荷蓄積層と、
前記電荷蓄積層と前記ゲート電極層との間に設けられ、酸化アルミニウムを含み、前記酸化アルミニウムは、α（アルファ）－酸化アルミニウム及びθ（シータ）－酸化アルミニウムからなる群から選ばれる少なくともいずれか一方の結晶相を含む第１の絶縁層と、
前記電荷蓄積層と前記半導体層との間に設けられた第２の絶縁層と、を備え、
前記第１の絶縁層の中の前記酸化アルミニウムの結晶軸の方向が、前記半導体層から前記ゲート電極層に向かう第２の方向に対し±１０度の範囲に入り、
前記第１の導電層の中の前記第１の材料の結晶軸の方向が、前記第２の方向に対し±１０度の範囲に入り、
前記第２の導電層の中の前記第２の材料の結晶軸の方向が、前記第２の方向に対し±１０度の範囲に入る、半導体記憶装置。
【請求項１０】
前記第１の絶縁層の前記第２の方向の厚さは２．５ｎｍ以下である、請求項９記載の半導体記憶装置。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、半導体装置及び半導体記憶装置に関する。
続きを表示（約 2,700 文字）【背景技術】
【０００２】
例えば、ロジックデバイスでは、デバイスの高性能化のために、微細化されたＭｅｔａｌＯｘｉｄｅＦｉｅｌｄＥｆｆｅｃｔＴｒａｎｓｉｓｔｏｒ（ＭＯＳＦＥＴ）を備える。微細化されたＭＯＳＦＥＴでは、ゲート遅延を抑制し、高速化を実現するために低抵抗なゲート電極層が必要とされる。
【０００３】
また、メモリセルを３次元的に配置した３次元ＮＡＮＤフラッシュメモリは、高い集積度と低いコストを実現する。３次元ＮＡＮＤフラッシュメモリでは、例えば、複数の絶縁層と複数のゲート電極層とが交互に積層された積層体に、積層体を貫通するメモリ穴が形成されている。メモリ穴の中に電荷蓄積層と半導体層を形成することで、複数のメモリセルが直列に接続されたメモリストリングが形成される。メモリセルの微細化された３次元ＮＡＮＤフラッシュメモリでは、ゲート遅延を抑制し、高速化を実現するために低抵抗なゲート電極層が必要とされる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
米国特許第９６３４０９７号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明が解決しようとする課題は、低抵抗なゲート電極層を備えた半導体装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
実施形態の半導体装置は、半導体層と、第１の材料を含む第１の導電層と、前記第１の導電層と前記半導体層との間に設けられ前記第１の材料と異なる第２の材料を含む第２の導電層とを含むゲート電極層と、前記半導体層と前記ゲート電極層との間に設けられ、酸化アルミニウムを含み、前記酸化アルミニウムは、α（アルファ）－酸化アルミニウム及びθ（シータ）－酸化アルミニウムからなる群から選ばれる少なくともいずれか一方の結晶相を含む第１の絶縁層と、を備え、前記第１の絶縁層の中の前記酸化アルミニウムの結晶軸の方向が、前記半導体層から前記ゲート電極層に向かう第１の方向に対し±１０度の範囲に入り、前記第１の導電層の中の前記第１の材料の結晶軸の方向が、前記第１の方向に対し±１０度の範囲に入り、前記第２の導電層の中の前記第２の材料の結晶軸の方向が、前記第１の方向に対し±１０度の範囲に入る。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
第１の実施形態の半導体装置の模式断面図。
第１の実施形態の半導体装置の製造方法の説明図。
第１の実施形態の半導体装置の第１の変形例の模式断面図。
第１の実施形態の半導体装置の第１の変形例の製造方法の説明図。
第１の実施形態の半導体装置の第２の変形例の模式断面図。
第２の実施形態の半導体記憶装置のメモリセルアレイの回路図。
第２の実施形態の半導体記憶装置のメモリセルアレイの模式断面図。
第２の実施形態の半導体記憶装置の製造方法の一例を示す模式断面図。
第２の実施形態の半導体記憶装置の製造方法の一例を示す模式断面図。
第２の実施形態の半導体記憶装置の製造方法の一例を示す模式断面図。
第２の実施形態の半導体記憶装置の製造方法の一例を示す模式断面図。
第２の実施形態の半導体記憶装置の製造方法の一例を示す模式断面図。
第２の実施形態の半導体記憶装置の製造方法の一例を示す模式断面図。
第２の実施形態の半導体記憶装置の製造方法の一例を示す模式断面図。
第２の実施形態の半導体記憶装置の製造方法の一例を示す模式断面図。
第２の実施形態の半導体記憶装置の製造方法の一例を示す模式断面図。
第２の実施形態の半導体記憶装置の第１の変形例のメモリセルアレイの模式断面図。
第２の実施形態の半導体記憶装置の第２の変形例のメモリセルアレイの模式断面図。
第３の実施形態の半導体記憶装置のメモリセルアレイの回路図。
第３の実施形態の半導体記憶装置のメモリセルアレイの模式断面図。
第３の実施形態の半導体記憶装置のメモリセルアレイの模式断面図。
第３の実施形態の半導体記憶装置の変形例のメモリセルアレイの模式断面図。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、図面を参照しつつ本発明の実施形態を説明する。なお、以下の説明では、同一又は類似の部材などには同一の符号を付し、一度説明した部材などについては適宜その説明を省略する。
【０００９】
また、本明細書中、便宜上「上」、又は、「下」という用語を用いる場合がある。「上」、又は、「下」とは、例えば、図面内での相対的位置関係を示す用語である。「上」、又は、「下」という用語は、必ずしも、重力に対する位置関係を規定する用語ではない。
【００１０】
本明細書中の半導体装置又は半導体記憶装置を構成する部材の化学組成の定性分析及び定量分析は、例えば、二次イオン質量分析法（ＳｅｃｏｎｄａｒｙＩｏｎＭａｓｓＳｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ：ＳＩＭＳ）、エネルギー分散型Ｘ線分光法（ＥｎｅｒｇｙＤｉｓｐｅｒｓｉｖｅＸ－ｒａｙＳｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ：ＥＤＸ）、電子エネルギー損失分光法（ＥｌｅｃｔｒｏｎＥｎｅｒｇｙＬｏｓｓＳｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ：ＥＥＬＳ）などにより行うことが可能である。また、半導体装置又は半導体記憶装置を構成する部材の厚さ、部材間の距離等の測定には、例えば、透過型電子顕微鏡（ＴｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎＥｌｅｃｔｒｏｎＭｉｃｒｏｓｃｏｐｅ：ＴＥＭ）を用いることが可能である。また、半導体記憶装置を構成する部材の構成物質の結晶系の同定、結晶系の存在割合の大小比較には、例えば、透過型電子顕微鏡、Ｘ線回折分析（Ｘ－ｒａｙＤｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ：ＸＲＤ）、電子線回折分析（ＥｌｅｃｔｒｏｎＢｅａｍＤｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ：ＥＢＤ）、Ｘ線光電分光分析（Ｘ－ｒａｙＰｈｏｔｏｅｌｅｃｔｒｏｎＳｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ：ＸＰＳ）、放射光Ｘ線散乱解析（ＳｙｎｃｈｒｏｔｒｏｎＲａｄｉａｔｉｏｎＸ－ｒａｙＡｂｓｏｒｐｔｉｏｎＦｉｎｅＳｔｒｕｃｔｕｒｅ：ＸＡＦＳ）を用いることが可能である。また、結晶軸の配向性の評価は、例えば、ＴＥＭで得られる像を高速フーリエ変換解析（ＦａｓｔＦｏｕｒｉｅｒＴｒａｎｓｆｏｒｍＡｎａｌｙｓｉｓ）することで可能となる。
（【００１１】以降は省略されています）

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