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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2023172856
(43)【公開日】2023-12-06
(54)【発明の名称】半導体装置およびその製造方法
(51)【国際特許分類】
   H10B 43/50 20230101AFI20231129BHJP
   H10B 41/50 20230101ALI20231129BHJP
   H01L 21/336 20060101ALI20231129BHJP
   H01L 21/768 20060101ALI20231129BHJP
【FI】
H10B43/50
H10B41/50
H01L29/78 371
H01L21/90 B
【審査請求】未請求
【請求項の数】22
【出願形態】OL
(21)【出願番号】P 2022199452
(22)【出願日】2022-12-14
(31)【優先権主張番号】10-2022-0063481
(32)【優先日】2022-05-24
(33)【優先権主張国・地域又は機関】KR
(71)【出願人】
【識別番号】310024033
【氏名又は名称】エスケーハイニックス株式会社
【氏名又は名称原語表記】SK hynix Inc.
【住所又は居所原語表記】2091, Gyeongchung-daero,Bubal-eub,Icheon-si,Gyeonggi-do,Korea
(74)【代理人】
【識別番号】110000796
【氏名又は名称】弁理士法人三枝国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】キム ジェ ホ
【テーマコード(参考)】
5F033
5F083
5F101
【Fターム(参考)】
5F033JJ19
5F033KK04
5F033KK08
5F033KK11
5F033KK19
5F033NN31
5F033QQ09
5F033QQ10
5F033VV07
5F033VV16
5F033XX00
5F083EP02
5F083EP18
5F083EP22
5F083EP42
5F083EP47
5F083EP48
5F083EP76
5F083ER03
5F083ER09
5F083ER14
5F083ER19
5F083ER22
5F083GA10
5F083JA32
5F083JA36
5F083JA37
5F083JA39
5F083KA01
5F083KA05
5F083KA11
5F083LA12
5F083LA16
5F083LA20
5F083MA06
5F083MA16
5F083MA19
5F083NA01
5F083NA08
5F083PR03
5F083PR05
5F083PR06
5F083ZA28
5F083ZA29
5F101BA01
5F101BA41
5F101BB02
5F101BC02
5F101BD16
5F101BD30
5F101BD34
5F101BE07
5F101BH13
(57)【要約】
【課題】安定した構造および改善された特性を有する半導体装置およびその製造方法を提供する。
【解決手段】半導体装置は、ソース構造12を貫通し、第1幅16A_W1を有する第1部分16A_P1および第1幅16A_W1より厚い第2幅16A_W2を有する第2部分16A_P2を含む第1コンタクトプラグ16Aと、ソース構造12および第1コンタクトプラグ16A上に位置した積層物13と、積層物13を貫通し、第1コンタクトプラグ16Aに連結される第2コンタクトプラグ16Bと、第1コンタクトプラグ16Aの第1部分16A_P1および第2部分16A_P2を取り囲む第1スペーサ14と、第1コンタクトプラグ16Aの第2部分16A_P2を取り囲むように第1スペーサ14を取り囲む第2スペーサ15とを含むことができる。
【選択図】図1A
【特許請求の範囲】
【請求項1】
ソース構造を貫通し、第1幅を有する第1部分および前記第1幅より厚い第2幅を有する第2部分を含む第1コンタクトプラグと、
前記ソース構造および前記第1コンタクトプラグ上に位置した積層物と、
前記積層物を貫通し、前記第1コンタクトプラグに連結される第2コンタクトプラグと、
前記第1コンタクトプラグの前記第1部分および前記第2部分を取り囲む第1スペーサと、
前記第1コンタクトプラグの前記第2部分を取り囲むように前記第1スペーサを取り囲む第2スペーサと
を含む半導体装置。
【請求項2】
前記積層物を貫通し、前記第2スペーサに連結された支持台
をさらに含む、請求項1に記載の半導体装置。
【請求項3】
前記支持台は、酸化物を含む、
請求項2に記載の半導体装置。
【請求項4】
前記ソース構造は、第1ソース膜と、第2ソース膜と、前記第1ソース膜と前記第2ソース膜との間に位置したソース犠牲膜とを含み、前記第1スペーサは、前記第1ソース膜、前記第2ソース膜、および前記ソース犠牲膜を貫通する、
請求項1に記載の半導体装置。
【請求項5】
前記第2スペーサは、前記第2ソース膜および前記ソース犠牲膜を貫通する、
請求項4に記載の半導体装置。
【請求項6】
前記第1スペーサまたは前記第2スペーサは、酸化物を含む、
請求項1に記載の半導体装置。
【請求項7】
前記第1コンタクトプラグまたは前記第2コンタクトプラグは、タングステンを含む、
請求項1に記載の半導体装置。
【請求項8】
ソース構造を貫通する第1コンタクトプラグと、
前記ソース構造および前記第1コンタクトプラグ上に位置した積層物と、
前記積層物を貫通し、前記第1コンタクトプラグに連結される第2コンタクトプラグと、
前記第1コンタクトプラグの側壁を取り囲み、第1幅を有する第1部分および前記第1幅より薄い第2幅を有する第2部分を含む第1スペーサと、
前記第1スペーサの前記第2部分を取り囲む第2スペーサと
を含む半導体装置。
【請求項9】
前記積層物を貫通し、前記第2スペーサに連結された支持台
をさらに含む、請求項8に記載の半導体装置。
【請求項10】
前記支持台は、酸化物を含む、
請求項9に記載の半導体装置。
【請求項11】
前記ソース構造は、第1ソース膜と、第2ソース膜と、前記第1ソース膜と前記第2ソース膜との間のソース犠牲膜とを含み、前記第1スペーサは、前記第1ソース膜、前記第2ソース膜、および前記ソース犠牲膜を貫通する、
請求項8に記載の半導体装置。
【請求項12】
前記第2スペーサは、前記第2ソース膜および前記ソース犠牲膜を貫通する、
請求項11に記載の半導体装置。
【請求項13】
前記第1スペーサまたは前記第2スペーサは、酸化物を含む、
請求項8に記載の半導体装置。
【請求項14】
前記第1コンタクトプラグまたは前記第2コンタクトプラグは、タングステンを含む、
請求項8に記載の半導体装置。
【請求項15】
ソース構造内に犠牲膜を形成するステップと、
前記ソース構造を貫通する第1開口部を形成するステップと、
前記第1開口部内に第1スペーサを形成するステップと、
前記第1スペーサ内に第1コンタクトプラグを形成するステップと、
前記ソース構造上に積層物を形成するステップと、
前記積層物を貫通し、前記犠牲膜を露出させる第2開口部を形成するステップと、
前記第2開口部を介して前記犠牲膜を除去して第3開口部を形成するステップと、
前記第3開口部内に第2スペーサを形成するステップと
を含む半導体装置の製造方法。
【請求項16】
前記第2開口部内に前記第2スペーサに連結された支持台を形成するステップ
をさらに含む、請求項15に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項17】
前記積層物を貫通し、前記第1コンタクトプラグを露出させる第4開口部を形成するステップと、
前記第4開口部内に前記第1コンタクトプラグに連結された第2コンタクトプラグを形成するステップと
をさらに含む、請求項15に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項18】
前記第2開口部を形成する時、前記第4開口部を形成する、
請求項17に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項19】
前記犠牲膜を形成するステップは、
第1ソース膜を形成するステップと、
第1ソース膜上にソース犠牲膜および第2ソース膜を形成するステップと、
前記第2ソース膜および前記ソース犠牲膜を貫通するトレンチを形成するステップと、
前記トレンチ内に犠牲膜を形成するステップとを含む、
請求項15に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項20】
ソース構造を第1深さに貫通する第1絶縁スペーサを形成するステップと、
前記第1深さと異なる第2深さに前記ソース構造を貫通する第2絶縁スペーサを形成するステップと、
前記第1絶縁スペーサ内に第1コンタクトプラグを形成するステップと、
前記ソース構造上に積層物を形成するステップと、
前記積層物を貫通し、前記第1コンタクトプラグと電気的に連結された第2コンタクトプラグを形成するステップと
を含む半導体装置の製造方法。
【請求項21】
前記第1絶縁スペーサを形成するステップは、
前記第2絶縁スペーサ内に前記第1絶縁スペーサを形成し、前記第1深さが前記第2深さに比べて大きい、
請求項20に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項22】
前記積層物を貫通し、前記第2絶縁スペーサと離隔した支持台を形成するステップ
をさらに含む、請求項20に記載の半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、電子装置およびその製造方法に関し、より詳しくは、半導体装置およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【0002】
半導体装置の集積度は、単位メモリセルが占める面積によって主に決定される。最近、基板上に単層でメモリセルを形成する半導体装置の集積度の向上が限界に達するにつれ、基板上にメモリセルを積層する3次元半導体装置が提案されている。また、このような半導体装置の動作信頼性を向上させるために、多様な構造および製造方法が開発されている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0003】
本発明の一実施例は、安定した構造および改善された特性を有する半導体装置およびその製造方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【0004】
本発明の一実施例による半導体装置は、ソース構造を貫通し、第1幅を有する第1部分および前記第1幅より厚い第2幅を有する第2部分を含む第1コンタクトプラグと、前記ソース構造および前記第1コンタクトプラグ上に位置した積層物と、前記積層物を貫通し、前記第1コンタクトプラグに連結される第2コンタクトプラグと、前記第1コンタクトプラグの前記第1部分および前記第2部分を取り囲む第1スペーサと、前記第1コンタクトプラグの前記第2部分を取り囲むように前記第1スペーサを取り囲む第2スペーサとを含むことができる。
【0005】
本発明の一実施例による半導体装置は、ソース構造を貫通する第1コンタクトプラグと、前記ソース構造および前記第1コンタクトプラグ上に位置した積層物と、前記積層物を貫通し、前記第1コンタクトプラグに連結される第2コンタクトプラグと、前記第1コンタクトプラグの側壁を取り囲み、第1幅を有する第1部分および前記第1幅より薄い第2幅を有する第2部分を含む第1スペーサと、前記第1スペーサの前記第2部分を取り囲む第2スペーサとを含むことができる。
【0006】
本発明の一実施例による半導体装置の製造方法は、ソース構造内に犠牲膜を形成するステップと、前記犠牲膜および前記ソース構造を貫通する第1開口部を形成するステップと、前記第1開口部内に第1スペーサを形成するステップと、前記第1スペーサ内に第1コンタクトプラグを形成するステップと、前記ソース構造上に積層物を形成するステップと、前記積層物を貫通し、前記犠牲膜を露出させる第2開口部を形成するステップと、前記第2開口部を介して前記犠牲膜を除去して第3開口部を形成するステップと、前記第3開口部内に第2スペーサを形成するステップとを含むことができる。
【0007】
本発明の一実施例による半導体装置の製造方法は、ソース構造を第1深さに貫通する第1絶縁スペーサを形成するステップと、前記第1深さと異なる第2深さに前記ソース構造を貫通する第2絶縁スペーサを形成するステップと、前記第1絶縁スペーサ内に第1コンタクトプラグを形成するステップと、前記ソース構造上に積層物を形成するステップと、前記積層物を貫通し、前記第1コンタクトプラグと電気的に連結された第2コンタクトプラグを形成するステップとを含むことができる。
【発明の効果】
【0008】
本技術によれば、安定した構造を有し、信頼性が向上した半導体装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【0009】
図1A】本発明の一実施例による半導体装置の構造を示す図である。
図1B】本発明の一実施例による半導体装置の構造を示す図である。
図1C】本発明の一実施例による半導体装置の構造を示す図である。
図1D】本発明の一実施例による半導体装置の構造を示す図である。
図2A】本発明の一実施例による半導体装置の構造を示す図である。
図2B】本発明の一実施例による半導体装置の構造を示す図である。
図3A】本発明の一実施例による半導体装置の製造方法を示す図である。
図3B】本発明の一実施例による半導体装置の製造方法を示す図である。
図3C】本発明の一実施例による半導体装置の製造方法を示す図である。
図3D】本発明の一実施例による半導体装置の製造方法を示す図である。
図3E】本発明の一実施例による半導体装置の製造方法を示す図である。
図3F】本発明の一実施例による半導体装置の製造方法を示す図である。
図3G】本発明の一実施例による半導体装置の製造方法を示す図である。
図3H】本発明の一実施例による半導体装置の製造方法を示す図である。
図3I】本発明の一実施例による半導体装置の製造方法を示す図である。
図3J】本発明の一実施例による半導体装置の製造方法を示す図である。
図3K】本発明の一実施例による半導体装置の製造方法を示す図である。
図3L】本発明の一実施例による半導体装置の製造方法を示す図である。
図3M】本発明の一実施例による半導体装置の製造方法を示す図である。
図3N】本発明の一実施例による半導体装置の製造方法を示す図である。
図4A】本発明の一実施例による半導体装置の製造方法を示す図である。
図4B】本発明の一実施例による半導体装置の製造方法を示す図である。
図4C】本発明の一実施例による半導体装置の製造方法を示す図である。
図4D】本発明の一実施例による半導体装置の製造方法を示す図である。
図4E】本発明の一実施例による半導体装置の製造方法を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0010】
以下、添付した図面を参照して、本発明の技術的思想による実施例を説明する。
【0011】
図1A図1Dは、本発明の一実施例による半導体装置の構造を示す図である。
【0012】
図1Aを参照すれば、半導体装置は、ソース構造12、積層物13、第1スペーサ14、第2スペーサ15、およびコンタクトプラグ16を含むことができる。半導体装置は、支持台17または第3スペーサ18をさらに含むか、これらを組み合わせてさらに含むことができる。
【0013】
ソース構造12は、単一膜または多層膜構造を有することができる。ソース構造12は、ポリシリコン、金属などの導電物質を含むことができる。
【0014】
積層物13は、ソース構造12上に位置できる。積層物13は、犠牲膜13A、絶縁膜13B、または導電膜13Cを含むことができる。例えば、積層物13は、交互に積層された導電膜13Cおよび絶縁膜13Bを含むことができる。積層物13は、交互に積層された犠牲膜13Aおよび絶縁膜13Bを含むことができる。導電膜13Cと犠牲膜13Aは、互いに対応するレベルに位置してもよい。ここで、導電膜13Cは、タングステンなどの金属物質を含むことができる。また、導電膜13Cは、ワードラインまたは選択ラインであってもよい。
【0015】
コンタクトプラグ16は、第1コンタクトプラグ16Aと第2コンタクトプラグ16Bとを含むことができる。第1コンタクトプラグ16Aは、ソース構造12を貫通する。第1コンタクトプラグ16Aは、タングステン、金属などの導電物質を含むことができる。
【0016】
第1コンタクトプラグ16Aは、第1部分16A_P1および第2部分16A_P2を含むことができる。第1部分16A_P1と第2部分16A_P2は、実質的に同一であるか、互いに異なる幅を有することができる。第1部分16A_P1は、第1幅16A_W1を有することができ、第2部分16A_P2は、第1幅16A_W1より大きい第2幅16A_W2を有することができる。ここで、「実質的に」は、測定値が同一のものだけでなく、工程上の誤差を含む範囲内に属するものを含むことができる。
【0017】
第1部分16A_P1または第2部分16A_P2は、均一な幅を有するか、レベルによって異なる幅を有することができる。例えば、第1部分16A_P1または第2部分16A_P2は、下部へいくほど幅が減少するテーパ形状の断面を有することができる。第1部分16A_P1がレベルによって異なる幅を有する場合、第1幅16A_W1は、第1部分16A_P1の最大幅であってもよい。第2部分16A_P2がレベルによって異なる幅を有する場合、第2幅16A_W2は、第2部分16A_P2の最大幅であってもよい。
【0018】
第1コンタクトプラグ16Aの側壁が第1スペーサ14によって取り囲まれる。例えば、第1スペーサ14は、第1コンタクトプラグ16Aの第1部分16A_P1および第2部分16A_P2を取り囲むことができる。第1スペーサ14は、ソース構造12と第1コンタクトプラグ16Aとを相互絶縁させるためのものであってもよく、絶縁スペーサであってもよい。第1スペーサ14は、ソース構造12を貫通する。
【0019】
第1スペーサ14は、第1部分14_P1および第2部分14_P2を含むことができる。第1スペーサ14の第1部分14_P1は、第1コンタクトプラグ16Aの第1部分16A_P1の側壁を取り囲むことができる。第1スペーサ14の第2部分14_P2は、第1コンタクトプラグ16Aの第2部分16A_P2の側壁を取り囲むことができる。
【0020】
第1スペーサ14の第1部分14_P1と第2部分14_P2は、実質的に同一の厚さを有するか、異なる厚さを有することができる。第1部分14_P1は、第1幅14_W1を有することができ、第2部分14_P2は、第1幅14_W1より小さい第2幅14_W2を有することができる。第1部分14_P1または第2部分14_P2は、均一な幅を有するか、レベルによって異なる幅を有することができる。第1部分14_P1がレベルによって異なる幅を有する場合、第1幅14_W1は、第1部分14_P1の最小幅であってもよい。第2部分14_P2がレベルによって異なる幅を有する場合、第2幅14_W2は、第2部分14_P2の最小幅であってもよい。
【0021】
第1スペーサ14の外壁は、第2スペーサ15に対向することができ、垂直プロファイルを有することができる。第1スペーサ14の内壁は、第1コンタクトプラグ16Aに対向することができ、傾斜面を含むことができる。第1スペーサ14は、酸化物などの絶縁物質を含むことができる。
【0022】
第2スペーサ15は、ソース構造12の一部を貫通する。例えば、第1スペーサ14は、第1深さにソース構造12を貫通し、第2スペーサ15は、第1深さと異なる第2深さにソース構造12を貫通してもよい。第2スペーサ15は、第1スペーサ14の厚さを補完するためのものであってもよく、絶縁スペーサであってもよい。第2スペーサ15は、第1スペーサ14の一部の側壁を取り囲むことができる。第2スペーサ15は、第1スペーサ14のうち相対的に薄い厚さを有する部分を選択的に取り囲むことができる。例えば、第2スペーサ15は、第1スペーサ14の第2部分14_P2を取り囲むことができる。ただし、これに限定されず、第2スペーサ15が第1スペーサ14の全体側壁を取り囲むことも可能である。
【0023】
第2スペーサ15は、第1スペーサ14と同一の物質を含むか、異なる物質を含むことができる。第2スペーサ15は、酸化物などの絶縁物質を含むことができる。第2スペーサ15は、均一な幅を有するか、レベルによって異なる幅を有することができる。第1スペーサ14とソース構造12との間に位置した第2スペーサ15によって第1コンタクトプラグ16Aとソース構造12との間の距離を十分に確保することができる。
【0024】
第2コンタクトプラグ16Bは、積層物13を貫通し、第1コンタクトプラグ16Aに連結可能である。第2コンタクトプラグ16Bは、第1コンタクトプラグ16A上に位置できる。第2コンタクトプラグ16Bは、第1コンタクトプラグ16Aと電気的に連結可能である。第2コンタクトプラグ16Bは、第1コンタクトプラグ16Aと同一の物質を含むか、異なる物質を含むことができる。第2コンタクトプラグ16Bは、タングステン、金属などの導電物質を含むことができる。
【0025】
第2コンタクトプラグ16Bは、均一な幅を有するか、レベルによって異なる幅を有することができる。例えば、第2コンタクトプラグ16Bは、下部へいくほど幅が減少するテーパ形状の断面を有することができる。第2コンタクトプラグ16Bは、第1コンタクトプラグ16Aとの接触面において第1コンタクトプラグ16Aと実質的に同一の幅を有するか、異なる幅を有することができる。例えば、接触面において第2コンタクトプラグ16Bの幅が第1コンタクトプラグ16Aの幅に比べて小さい。
【0026】
第2コンタクトプラグ16Bの側壁が第3スペーサ18によって取り囲まれる。第3スペーサ18は、積層物13と第2コンタクトプラグ16Bとの間に位置できる。第3スペーサ18は、酸化物などの絶縁物質を含むことができる。第3スペーサ18は、均一な幅を有するか、レベルによって異なる幅を有することができる。
【0027】
支持台17は、第2スペーサ15上に位置できる。支持台17は、積層物13を貫通し、第2スペーサ15に連結可能である。支持台17は、第2スペーサ15と同一の物質を含むか、異なる物質を含むことができる。支持台17は、酸化物などの絶縁物質を含むことができる。
【0028】
図1Bを参照すれば、半導体装置は、第1スペーサ14Aおよび第2スペーサ15Aを含むことができる。その他の構造は、前記図1Aを参照して説明した実施例と同一または類似であってもよい。
【0029】
第1スペーサ14Aは、第1部分14A_P1および第2部分14A_P2を含むことができる。第1部分14A_P1と第2部分14A_P2は、実質的に同一の厚さを有することができる。第1スペーサ14Aの外壁は、第2スペーサ15Aに対向することができ、傾斜面を含むことができる。第1スペーサ14Aの内壁は、第1コンタクトプラグ16Aに対向することができ、傾斜面を含むことができる。
【0030】
第2スペーサ15Aは、第1スペーサ14Aの一部の側壁を取り囲むことができる。例えば、第2スペーサ15Aは、第1スペーサ14Aの第2部分14A_P2を取り囲むことができる。ただし、これに限定されず、第2スペーサ15Aが第1スペーサ14Aの全体側壁を取り囲むことも可能である。第2スペーサ15Aは、酸化物などの絶縁物質を含むことができる。
【0031】
図1Cを参照すれば、半導体装置は、支持台17Aを含むことができる。その他の構造は、前記図1Aまたは図1Bを参照して説明した実施例と同一または類似であってもよい。
【0032】
支持台17Aは、ソース構造12上に位置できる。支持台17Aは、積層物13を貫通する。図1Aの支持台17と比較すれば、支持台17Aは、第2スペーサ15と離隔して位置してもよい。支持台17Aは、第2スペーサ15と同一の物質を含むか、異なる物質を含むことができる。支持台17Aは、酸化物などの絶縁物質を含むことができる。
【0033】
図1Dを参照すれば、半導体装置は、ソース構造12を含むことができ、ソース構造12は、第1ソース膜12A、第2ソース膜12B、またはソース犠牲膜12Cを含むか、これらを組み合わせて含むことができる。その他の構造は、前記図1A図1Bまたは図1Cを参照して説明した実施例と同一または類似であってもよい。
【0034】
第1ソース膜12Aは、積層物13と離隔して位置してもよい。第2ソース膜12Bは、積層物13と隣接して位置してもよい。ソース犠牲膜12Cは、第1ソース膜12Aと第2ソース膜12Bとの間に位置できる。ソース犠牲膜12Cは、製造過程において第3ソース膜12Fに代替されずに残留したものであってもよい。第1ソース膜12A、第2ソース膜12B、またはソース犠牲膜12Cは、ポリシリコン、金属などの導電物質を含むことができる。
【0035】
ソース構造12は、第1保護膜12Dまたは第2保護膜12Eをさらに含むか、これらを組み合わせてさらに含むことができる。第1保護膜12Dは、第1ソース膜12Aとソース犠牲膜12Cとの間に位置できる。第2保護膜12Eは、第2ソース膜12Bとソース犠牲膜12Cとの間に位置できる。第1保護膜12Dまたは第2保護膜12Eは、製造過程において第1ソース膜12Aまたは第2ソース膜12Bを保護するためのものであってもよい。第1保護膜12Dまたは第2保護膜12Eは、単一膜または多層膜構造を有することができる。また、第1保護膜12Dまたは第2保護膜12Eは、酸化物、窒化物などの絶縁物質を含むことができる。
【0036】
前述のような構造によれば、第1コンタクトプラグ16Aの側壁を取り囲む第1スペーサ14、14Aおよび第2スペーサ15、15Aによって第1コンタクトプラグ16Aとソース構造12との間に距離Dを確保することができる。したがって、第1コンタクトプラグ16Aとソース構造12との間にブリッジが発生するのを防止したり、緩和したり、最小化したり、減少させることができる。
【0037】
第1コンタクトプラグ16Aがテーパ形状の断面を含む場合、第2部分16A_P2の幅が相対的に大きく、第2部分14_P2、14A_P2の幅が相対的に小さい。この場合、第1スペーサ14、14Aで第2部分16A_P2とソース構造12との間に十分な距離が確保できずにブリッジが誘発されることがある。したがって、第1スペーサ14、14Aの厚さが不足する部分に第2スペーサ15、15Aを追加的に形成することにより、第1スペーサ14、14Aの厚さを補完することができる。第1スペーサ14、14Aが一次的に第1コンタクトプラグ16Aの側壁を取り囲み、二次的に第2スペーサ15、15Aが第1スペーサ14、14Aの側壁を取り囲むことができる。この場合、第2スペーサ15、15Aによって第2部分16A_P2とソース構造12との間の距離Dを十分に確保することができ、ブリッジを防止したり、緩和したり、最小化したり、減少させることができる。
【0038】
また、第2スペーサ15、15Aによって第2部分16A_P2とソース構造12との間の距離を十分に確保するので、第2コンタクトプラグ16Bと第1コンタクトプラグ16Aとの整列マージン(margin)を確保することができる。したがって、第2コンタクトプラグ16Bが第1コンタクトプラグ16Aと誤整列されてもソース構造12と電気的に連結されない。
【0039】
図2Aおよび図2Bは、本発明の一実施例による半導体装置の構造を示す図である。以下、先に説明された内容と重複した内容は省略して説明する。
【0040】
図2Aを参照すれば、半導体装置は、チャネル構造1、ソースコンタクト構造5、ソース構造22、積層物23を含むことができる。半導体装置は、基板8、周辺回路20、インターコネクション構造21、または導電性コンタクトプラグDCCをさらに含むか、これらを組み合わせてさらに含むことができる。
【0041】
チャネル構造1は、積層物23を貫通する。例えば、チャネル構造1は、交互に積層された絶縁膜23Bおよび導電膜23Cを貫通する。チャネル構造1は、積層物23を貫通するチャネル膜3を含むことができる。チャネル構造1は、チャネル膜3の側壁を取り囲むメモリ膜2またはチャネル膜3内の絶縁コア4の少なくとも1つをさらに含むことができる。チャネル膜3は、シリコン、ゲルマニウムなどの半導体物質を含むことができる。メモリ膜2は、ブロッキング膜、データ記憶膜、またはトンネリング膜を含むか、これらを組み合わせて含むことができる。絶縁コア4は、酸化物、窒化物、エアギャップなどの絶縁物質を含むことができる。チャネル構造1は、積層物23を貫通してソース構造22に連結可能である。例えば、チャネル膜3とソース構造22とが直接連結されるか、エピタキシャル方式で成長した半導体パターンを介してチャネル膜3とソース構造22とが連結可能である。
【0042】
ソースコンタクト構造5は、積層物23を貫通する。例えば、ソースコンタクト構造5は、交互に積層された絶縁膜23Bおよび導電膜23Cを貫通する。ソースコンタクト構造5は、導電膜6を含むことができ、絶縁スペーサ7をさらに含むことができる。ソースコンタクト構造5は、積層物23を貫通してソース構造22に連結可能である。例えば、導電膜6は、積層物23を貫通して第1ソース膜22Aと電気的に連結可能である。導電膜6は、絶縁スペーサ7によって取り囲まれる。導電膜6は、ポリシリコン、金属などを含むことができる。絶縁スペーサ7は、酸化物、窒化物、エアギャップなどの絶縁物質を含むことができる。
【0043】
第3ソース膜22Fは、第1ソース膜22Aおよび第2ソース膜22Bの間に位置できる。例えば、第3ソース膜22Fは、ソース犠牲膜22Cと実質的に同一のレベルに位置してもよい。第3ソース膜22Fは、メモリ膜2を貫通してチャネル膜3に連結可能である。第3ソース膜22Fは、ポリシリコンを含むことができる。
【0044】
基板8上に周辺回路が位置できる。基板8は、シリコンなどのような半導体基板であってもよい。基板8内に素子分離膜ISOが位置し、素子分離膜ISOによってアクティブ領域が定義される。周辺回路は、トランジスタ20、キャパシタ、レジスタなどを含むことができる。例えば、トランジスタ20は、第1ジャンクション20A、第2ジャンクション20B、ゲート絶縁膜20C、またはゲート電極20Dを含むことができる。ゲート電極20Dは、基板8上に位置できる。ゲート電極20Dは、導電物質を含むことができる。ゲート電極20Dの両側の基板8内に第1ジャンクション20Aおよび第2ジャンクション20Bが位置できる。第1ジャンクション20Aまたは第2ジャンクション20Bは、n型またはp型不純物を含むことができる。ゲート電極20Dと基板8との間にゲート絶縁膜20Cが位置できる。ゲート絶縁膜20Cおよび素子分離膜ISOは、酸化物、窒化物などの絶縁物質を含むことができる。
【0045】
インターコネクション構造21は、コンタクトプラグ21Aまたは配線21Bなどを含むことができる。基板8とソース構造22との間に第1絶縁膜IL1が位置し、第1絶縁膜IL1内にインターコネクション構造21が位置してもよい。コンタクトプラグ21Aまたは配線21Bは、アルミニウム、銅、またはタングステンなどの導電物質を含むことができる。
【0046】
導電性コンタクトプラグDCCは、ソース構造22を貫通する。導電性コンタクトプラグDCCは、半導体装置の製造過程においてソース構造22内に蓄積される電荷を放出するためのディスチャージコンタクトプラグであってもよい。導電性コンタクトプラグDCCは、インターコネクション構造21を介して基板8に連結可能である。例えば、基板8がディスチャージ不純物領域DCIを含むことができ、導電性コンタクトプラグDCCは、インターコネクション構造21を介してディスチャージ不純物領域DCIに連結可能である。導電性コンタクトプラグDCCは、図1Aまたは図1Bを参照して説明した第1コンタクトプラグ16Aに対応するレベルに位置してもよい。導電性コンタクトプラグDCC上に第2絶縁膜IL2が位置できる。第2絶縁膜IL2は、積層物23と実質的に同一のレベルに位置するか、異なるレベルに位置してもよい。
【0047】
図2Bを参照すれば、半導体装置は、ソース構造22、積層物23、第1スペーサ24、第2スペーサ25、およびコンタクトプラグ26を含むことができる。半導体装置は、基板8、周辺回路20、インターコネクション構造21、支持台27、または第3スペーサ28をさらに含むか、これらを組み合わせてさらに含むことができる。
【0048】
積層物23は、ソース構造22上に位置できる。積層物23は、犠牲膜23A、絶縁膜23B、または導電膜23Cを含むことができる。
【0049】
コンタクトプラグ26は、第1コンタクトプラグ26Aと第2コンタクトプラグ26Bとを含むことができる。第1コンタクトプラグ26Aは、ソース構造22を貫通する。第2コンタクトプラグ26Bは、積層物23を貫通し、第1コンタクトプラグ26Aに連結可能である。第2コンタクトプラグ26Bは、第1コンタクトプラグ26A上に位置できる。
【0050】
第1スペーサ24は、ソース構造22を貫通する。第1スペーサ24は、第1コンタクトプラグ26Aの側壁を取り囲むことができる。第2スペーサ25は、ソース構造22の一部を貫通する。第2スペーサ25は、第1スペーサ24の一部の側壁を取り囲むことができる。第1スペーサ24とソース構造22との間に位置した第2スペーサ25によって第1コンタクトプラグ26Aとソース構造22との間の距離Dを十分に確保することができる。
【0051】
第3スペーサ28は、第2コンタクトプラグ26Bの側壁を取り囲むことができる。支持台27は、第2スペーサ25上に位置できる。支持台27は、積層物23を貫通し、第2スペーサ25に連結可能である。
【0052】
インターコネクション構造21は、コンタクトプラグ21Aまたは 配線 21Bを含むことができ、連結パッド21Cをさらに含むことができる。インターコネクション構造21は、周辺回路20とコンタクトプラグ26とを連結することができる。連結パッド21Cは、アルミニウム、銅、またはタングステンなどの導電物質を含むことができる。
【0053】
図3A図3Nは、本発明の一実施例による半導体装置の製造方法を示す図である。
【0054】
図3Aを参照すれば、ソース構造32を形成することができる。例えば、第1ソース膜32A、第1保護膜32D、ソース犠牲膜32C、第2保護膜32E、および第2ソース膜32Bを順に積層してソース構造32を形成することができる。
【0055】
次いで、ソース構造32を貫通する第1トレンチT1を形成することができる。第1トレンチT1は、第2スペーサ(図示せず)が形成される領域を定義するためのものであってもよい。第1トレンチT1は、ソース構造32の一部を貫通する。例えば、第2ソース膜32B、第2保護膜32E、およびソース犠牲膜32Cをエッチングして第1トレンチT1を形成することができる。第1トレンチT1は、第1保護膜32Dを露出させるか、第1保護膜32Dを貫通して第1ソース膜32Aを露出させることができる。
【0056】
図3Bを参照すれば、第1トレンチT1内に犠牲膜35Aを形成することができる。犠牲膜35Aは、ソース構造32に対してエッチング選択比が大きい物質を含むことができる。ここで、犠牲膜35Aは、タングステン、金属などの導電物質を含むことができる。
【0057】
図3Cを参照すれば、ソース構造32を貫通する第1開口部OP1を形成することができる。例えば、第2ソース膜32B、第2保護膜32E、ソース犠牲膜32C、第1保護膜32D、または第1ソース膜32Aをエッチングして第1開口部OP1を形成することができる。第1開口部OP1を形成する時、ソース犠牲膜32Cが一部エッチングされる。第1開口部OP1は、上部と下部とが均一な幅を有するか、異なる幅を有することができる。例えば、上部が下部に比べて広い幅を有してもよい。
【0058】
図3Dおよび図3Eを参照すれば、第1開口部OP1内に第1スペーサ34を形成することができる。第1スペーサ34は、第1開口部OP1の内壁に形成され、均一な厚さを有するか、領域によって異なる厚さを有することができる。
【0059】
まず、図3Dを参照すれば、第1開口部OP1内に第1スペーサ膜34Aを形成することができる。第1スペーサ膜34Aは、蒸着工程を用いて形成され、第1開口部OP1を満たすように形成される。第1スペーサ膜34Aは、酸化物などの絶縁物質を含むことができる。
【0060】
次いで、図3Eを参照すれば、第1スペーサ膜34Aをエッチングして第1スペーサ34を形成することができる。例えば、マスクパターンをエッチングバリアとして第1スペーサ膜34Aをエッチングして第1スペーサ34を形成することができる。
【0061】
図3Fを参照すれば、第1開口部OP1内に第1コンタクトプラグ36Aを形成することができる。第1コンタクトプラグ36Aの形状は、第1スペーサ34の形状を反映することができる。例えば、第1スペーサ34の内壁が垂直プロファイルを有すると、第1コンタクトプラグ36Aの側壁も垂直プロファイルを有することができる。第1スペーサ34の内壁が傾斜面を含むと、第1コンタクトプラグ36Aの側壁も傾斜面を含むことができる。この場合、第1コンタクトプラグ36Aの断面がテーパ形状を有することができる。第1コンタクトプラグ36Aは、タングステン、金属などの導電物質を含むことができる。参照として、第1コンタクトプラグ36Aは、図2Aを参照して説明した導電性コンタクトプラグDCCの形成工程を用いて形成される。
【0062】
図3Gを参照すれば、ソース構造32上に積層物33を形成することができる。積層物33は、交互に積層された第1物質膜33Aおよび第2物質膜33Bを含むことができる。第1物質膜33Aは、第2物質膜33Bに対してエッチング選択比が大きい物質を含むことができる。一例として、第1物質膜33Aが窒化物などの犠牲物質を含むことができ、第2物質膜33Bが酸化物などの絶縁物質を含むことができる。他の例として、第1物質膜33Aがポリシリコン、タングステン、モリブデンなどの導電物質を含むことができ、第2物質膜33Bが酸化物などの絶縁物質を含むことができる。
【0063】
次いで、積層物33を貫通し、犠牲膜35Aを露出させる第2開口部OP2を形成することができる。積層物33を貫通し、第1コンタクトプラグ36Aを露出させる第4開口部OP4を形成することができる。第2開口部OP2と第4開口部OP4は、同時に形成されるか、別の工程で形成されてもよい。第2開口部OP2と第4開口部OP4は、実質的に同一の幅を有するか、異なる幅を有することができる。
【0064】
図3Hを参照すれば、積層物33上に第1キャッピング膜38を形成することができる。第1キャッピング膜38は、積層物33の上部に形成され、第2開口部OP2または第4開口部OP4を密閉させることができる。第1キャッピング膜38は、第2開口部OP2または第4開口部OP4の内面に沿って形成される。第2開口部OP2または第4開口部OP4の内面において、第1キャッピング膜38は、第2開口部OP2または第4開口部OP4を完全に満たさない厚さに形成される。第1キャッピング膜38は、酸化物、窒化物などの絶縁物質を含むことができる。
【0065】
図3Iを参照すれば、第2開口部OP2を選択的にオープンさせることができる。例えば、マスクパターンをエッチングバリアとして第1キャッピング膜38をエッチングして第2開口部OP2をオープンさせることができる。次いで、第2開口部OP2の底面に形成された第1キャッピング膜38をエッチングして犠牲膜35Aを露出させることができる。これにより、第2開口部OP2の内壁に第1キャッピングパターン38Aが残留できる。
【0066】
図3Jを参照すれば、第2開口部OP2を介して犠牲膜35Aを除去して第3開口部OP3を形成することができる。例えば、第2開口部OP2を介して犠牲膜35Aを選択的にエッチングして第3開口部OP3を形成することができる。犠牲膜35Aをエッチングする時、第1キャッピングパターン38Aによって積層物33が保護できる。また、犠牲膜35Aをエッチングする過程で第1キャッピングパターン38Aが一部除去可能である。
【0067】
図3Kを参照すれば、第3開口部OP3内で第2スペーサ35を形成することができる。第2スペーサ35は、第1スペーサ34の一部の側壁を取り囲むように形成される。第2スペーサ35は、酸化物などの絶縁物質を含むことができる。
【0068】
第2開口部OP2内に支持台37を形成することができる。支持台37は、第2スペーサ35と実質的に同一の物質を含むか、異なる物質を含むことができる。支持台37は、酸化物などの絶縁物質を含むことができる。第2開口部OP2内に残留する第1キャッピングパターン38Aは、支持台として用いられる。
【0069】
第2スペーサ35および支持台37は、別の膜で形成されるか、1つの膜で形成される。例えば、第2開口部OP2および第3開口部OP3内に絶縁物質を蒸着することにより、第2スペーサ35および支持台37を1つの膜で形成することができる。参照として、残留する第1キャッピングパターン38Aを除去した後に、第2スペーサ25および支持台37を形成することも可能である。また、第2スペーサ35および支持台37を形成する時、第2キャッピング膜39が共に形成される。第2キャッピング膜39は、第1キャッピング膜38によって露出した積層物33上に形成され、第1キャッピング膜38上に形成されてもよい。
【0070】
図3Lを参照すれば、第4開口部OP4をオープンさせることができる。例えば、第1キャッピング膜38および第2キャッピング膜39をエッチングして第4開口部OP4をオープンさせることができる。次いで、第4開口部OP4の底面に形成された第1キャッピング膜38をエッチングして第1コンタクトプラグ36Aを露出させることができる。これにより、第4開口部OP4内に第2キャッピングパターン38Bが形成される。
【0071】
図3Mを参照すれば、第4開口部OP4内に第2コンタクトプラグ36Bを形成することができる。第2コンタクトプラグ36Bは、第1コンタクトプラグ36A上に形成されて第1コンタクトプラグ36Aと電気的に連結可能である。第2コンタクトプラグ36Bは、タングステン、金属などの導電物質を含むことができる。
【0072】
図3Nを参照すれば、第1物質膜33Aを第3物質膜33Cに代替可能である。第1物質膜33Aが犠牲物質を含み、第2物質膜33Bが絶縁物質を含む場合、第1物質膜33Aを導電膜に代替可能である。例えば、積層物33を貫通するスリット(図示せず)を形成し、スリットを介して第1物質膜33Aを除去することができる。この時、スリット周辺の第1物質膜33Aが除去され、支持台37によって保護された第1物質膜33Aは残留できる。次いで、第1物質膜33Aが除去された領域に導電膜を形成することができる。導電膜は、ポリシリコン、タングステン、モリブデンなどの導電物質を含むことができる。
【0073】
次いで、本図面には示さないが、32C、32D、32Eが第3ソース膜に代替されてもよい。この場合、第3ソース膜が32A、32Bと共にソース構造を構成することができる。
【0074】
前述のような製造方法によれば、第2スペーサ35が第1スペーサ34を取り囲むように形成されるので、第1コンタクトプラグ36Aとソース構造32との間の距離を十分に確保することができる。したがって、第1コンタクトプラグ36Aとソース構造32との間にブリッジが発生するのを防止したり、緩和したり、最小化したり、減少させることができる。
【0075】
また、第2スペーサ35が形成されることにより、第2コンタクトプラグ36Bと第1コンタクトプラグ36Aとの整列マージン(margin)を確保することができる。したがって、第2コンタクトプラグ36Bを形成する時、第1コンタクトプラグ36Aと誤整列されてもソース構造32と電気的に連結されない。
【0076】
図4A図4Eは、本発明の一実施例による半導体装置の製造方法を示す図である。
【0077】
図4Aを参照すれば、ソース構造42を形成することができる。例えば、第1ソース膜42A、第1保護膜42D、ソース犠牲膜42C、第2保護膜42E、および第2ソース膜42Bを順に積層してソース構造42を形成することができる。
【0078】
次いで、ソース構造42を一部貫通する第1トレンチT1を形成することができる。例えば、第2ソース膜42B、第2保護膜42E、およびソース犠牲膜42Cをエッチングして第1トレンチT1を形成することができる。第1トレンチT1は、第1保護膜42Dを露出させるか、第1保護膜42Dを貫通して第1ソース膜42Aを露出させることができる。
【0079】
次いで、第1トレンチT1内に第2スペーサ膜45Aを形成することができる。第2スペーサ膜45Aは、ソース構造42に対してエッチング選択比が大きい物質を含むことができる。ここで、第2スペーサ膜45Aは、窒化物、酸化物などの絶縁物質を含むことができる。
【0080】
図4Bを参照すれば、第2スペーサ膜45Aおよびソース構造42を貫通する第1開口部OP1を形成することができる。例えば、第2スペーサ膜45Aおよび第1ソース膜42Aをエッチングして第1開口部OP1を形成することができる。第1開口部OP1は、第1スペーサまたは第1コンタクトプラグが形成される領域を定義するためのものであってもよい。第1開口部OP1は、上部と下部とが均一な幅を有するか、異なる幅を有することができる。例えば、上部が下部に比べて広い幅を有してもよい。
【0081】
第1開口部OP1を形成する時、第2スペーサ45が定義される。第2スペーサ膜45Aのうちエッチングされずに残留した部分が第2スペーサ45になる。第2スペーサ45の内壁の形状は、第1開口部OP1の形状を反映することができる。第1開口部OP1が垂直プロファイルを有すると、第2スペーサ45の内壁も垂直であり得る。第1開口部OP1がテーパ形状を有すると、第2スペーサ45の内壁が傾斜面を含むことができる。第2スペーサ45は、均一な幅を有するか、領域によって異なる幅を有することができる。
【0082】
図4Cを参照すれば、第1開口部OP1内に第1スペーサ膜44Aを形成することができる。第1スペーサ膜44Aは、第2スペーサ45の内面に沿ってコンフォーマルに形成される。第1スペーサ膜44Aは、酸化物、窒化物などの絶縁物質を含むことができる。
【0083】
図4Dを参照すれば、第1スペーサ膜44Aをエッチングして第1スペーサ44を形成することができる。例えば、第1スペーサ膜44Aを全面エッチングして第1スペーサ44を形成することができる。第1スペーサ44は、均一な幅を有するか、領域によって異なる幅を有することができる。第1スペーサ44は、傾斜した内壁または傾斜した外壁を含むことができる。
【0084】
次いで、第1開口部OP1内に第1コンタクトプラグ46Aを形成することができる。第1スペーサ44内に第1コンタクトプラグ46Aを形成することができる。第1コンタクトプラグ46Aは、タングステン、金属などの導電物質を含むことができる。
【0085】
図4Eを参照すれば、ソース構造42上に積層物43を形成することができる。積層物43は、交互に積層された第1物質膜43Aおよび第2物質膜43Bを含むことができる。第1物質膜43Aは、第2物質膜43Bに対してエッチング選択比が大きい物質を含むことができる。一例として、第1物質膜43Aが窒化物などの犠牲物質を含むことができ、第2物質膜43Bが酸化物などの絶縁物質を含むことができる。他の例として、第1物質膜43Aがポリシリコン、タングステン、モリブデンなどの導電物質を含むことができ、第2物質膜43Bが酸化物などの絶縁物質を含むことができる。
【0086】
次いで、積層物43を貫通し、第1コンタクトプラグ46Aに連結される第2コンタクトプラグ46Bを形成することができる。積層物43を貫通し、第1コンタクトプラグ46Aを露出させる開口部を形成した後、開口部内に第2コンタクトプラグ46Bを形成することができる。第2コンタクトプラグ46Bを形成する前に、開口部内に絶縁スペーサ48Bを形成することができる。次いで、本図面には示さないが、支持台などを形成するための追加の工程が行われる。
【0087】
前述のような製造方法によれば、第1スペーサ44を取り囲む第2スペーサを形成することにより、第1スペーサ44の厚さを補完することができる。別のマスクパターンなしに第1スペーサ44を形成することができる。また、第1トレンチT1内に、犠牲膜ではない、第2スペーサ膜45Aを形成してもよく、図3Jおよび図3Kを参照して説明した犠牲膜代替工程を省略可能である。
【0088】
以上、添付した図面を参照して、本発明の技術的思想による実施例を説明したが、これは本発明の概念による実施例を説明するためのものに過ぎず、本発明は上記の実施例に限定されない。特許請求の範囲に記載された本発明の技術的思想を逸脱しない範囲内で、本発明の属する技術分野における通常の知識を有する者によって実施例に対する多様な形態の置換、変形および変更が可能であり、これも本発明の範囲に属する。
【符号の説明】
【0089】
1:チャネル構造
2:メモリ膜
3:チャネル膜
4:絶縁コア
5:ソースコンタクト構造
6:導電膜
7:絶縁スペーサ
8:基板
12、22、32、42:ソース構造
12A、22A、32A、42A:第1ソース膜
12B、22B、32B、42B:第2ソース膜
12C、22C、32C、42C:ソース犠牲膜
12D、32D、42D:第1保護膜
12E、32E、42E:第2保護膜
12F、22F:第3ソース膜
13、23、33、43:積層物
13A、33A、43A:犠牲膜
13B、23B、33B、43B:絶縁膜
13C、23C、33C:導電膜
14、14A、24、34、44:第1スペーサ
14_P1、14A_P1、16A_P1:第1部分
14_P2、14A_P2、16A_P2:第2部分
14_W1、16A_W1:第1幅
14_W2、16A_W2:第2幅
15、15A、25、35、45:第2スペーサ
16、26、36、46:コンタクトプラグ
16A、26A、36A、46A:第1コンタクトプラグ
16B、26B、36B、46B:第2コンタクトプラグ
17、17A、27、37:支持台
18、28:第3スペーサ
20:トランジスタ
20A:第1ジャンクション
20B:第2ジャンクション
20C:ゲート絶縁膜
20D:ゲート電極
21:インターコネクション構造
21A:コンタクトプラグ
21B:配線
21C:連結パッド
34A、44A:第1スペーサ膜
35A:犠牲膜
38:第1キャッピング膜
38A:第1キャッピングパターン
38B:第2キャッピングパターン
39:第2キャッピング膜
45A:第2スペーサ膜
48B:絶縁スペーサ
D:距離
IL1:第1絶縁膜
IL2:第2絶縁膜
ISO:素子分離膜
DCI:ディスチャージ不純物領域
DCC:導電性コンタクトプラグ
T1:第1トレンチ
OP1:第1開口部
OP2:第2開口部
OP3:第3開口部
OP4:第4開口部
図1A
図1B
図1C
図1D
図2A
図2B
図3A
図3B
図3C
図3D
図3E
図3F
図3G
図3H
図3I
図3J
図3K
図3L
図3M
図3N
図4A
図4B
図4C
図4D
図4E