JP2000100974A - 不揮発性半導体記憶装置およびその製造方法 - Google Patents

不揮発性半導体記憶装置およびその製造方法

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JP2000100974A JP10232956A JP23295698A JP2000100974A JP 2000100974 A JP2000100974 A JP 2000100974A JP 10232956 A JP10232956 A JP 10232956A JP 23295698 A JP23295698 A JP 23295698A JP 2000100974 A JP2000100974 A JP 2000100974A
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cell array
transistor
region
polysilicon
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Kiyohiko Sakakibara
清彦 榊原
Sachitada Kuriyama
祐忠 栗山
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 メモリセルアレイ部と周辺回路部を接続する
接続部において、最下層の導電層を形成後に絶縁膜を形
成し平坦化を行った場合に、前記最下層の導電層の抜き
部分に生じる前記絶縁膜のシ−ム(seam:穴)の発生を
抑えることのできる不揮発性半導体記憶装置を得る。 【解決手段】 接続部12の最下層の導電層61の抜き部
分の間隔をメモリセルアレイ部11の最下層の導電層2
1の抜き部分の間隔と実質的に等しくなるようにした。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、不揮発性半導体
記憶装置およびその製造方法における層間絶縁膜の形成
後の平坦化および不純物拡散層で形成されるドレイン拡
散領域およびソ−ス拡散領域の配列に関するものであ
る。
【0002】
【従来の技術】半導体記憶装置の中で大容量不揮発性フ
ラッシュメモリの1方式として、AND型フラッシュメモ
リがある。AND型フラッシュメモリについては、例えば
文献インタ−ナショナルエレクトロンデバイスミ−ティ
ング 1992年 テクニカルダイジェスト, P.991-
993(IEDM *92 Technical Digest P.991-99
3,*A 1.28μm2 contactless memory cell technol
ogy for a 3V-only 64Mbit EEPROM*, H.Kume et a
l.)に述べられている。
【0003】図13は、前記文献に記載されている従来
のAND型フラッシュメモリのメモリセルアレイ部と、こ
のメモリセルアレイ部と周辺回路部(図示せず)を接続
する接続部の等価回路図である。この図13において、
1はメモリセルで1個のトランジスタで構成されてい
る。2はこのメモリセル1を構成するトランジスタのフ
ロ−ティングゲ−トであり、これは後述するように複数
の導電層からなる。3はコントロ−ルゲ−ト、4と5は
それぞれN+拡散層で形成されるロ−カルデ−タ線および
ロ−カルソ−ス線、6は金属配線で形成されるグロ−バ
ルデ−タ線、7は接地電位につながる共通ソ−ス線、8
は前記グロ−バルデ−タ線6と前記ロ−カルデ−タ線4
をつなぐ第1選択トランジスタ、9は前記ロ−カルソ−
ス線5と前記共通ソ−ス線7をつなぐ第2選択トランジ
スタ、10は前記ロ−カルデ−タ線4と実質的に直角方
向に配列されかつ前記コントロ−ルゲ−ト3に接続され
るワ−ド線、11は前記メモリセル1がマトリックス状
に配列されているメモリセルアレイ部、12は前記第1
選択トランジスタ8が配列されている第1選択ゲ−ト
部、13は前記第2選択トランジスタ9が配列されてい
る第2選択ゲ−ト部で、前記第1選択ゲ−ト部12およ
び前記第2選択ゲ−ト部13はそれぞれ前記メモリセル
アレイ部11と周辺回路部(図示せず)に隣接する接続
部である。
【0004】次に上述の従来のAND型フラッシュメモリ
の動作について簡単に述べる。なお、ここで述べる動作
は最近改善されたもので、先程の文献に示されている動
作とは異なる。動作には、(a)書き込み、(b) 読み出し
、(c) 消去の3種類がある。前記AND型フラッシュメモ
リの動作の特徴として、1ワ−ド線につながったメモリ
セル全てが同時に前記3種類のいずれかの動作状態にな
る。図14には、各動作を示すため2x2のマトリック
ス状のメモリセルアレイを示した。 メモリセルc1およ
びc2を選択した場合を例として示す。またここでは、
フロ−ティングゲ−トに電子が注入された状態をデ−タ
として“1”、注入されていない状態をデ−タとして
“0”として、以下各動作ごとに説明する。
【0005】(a) 書き込み動作 書き込み動作においては、メモリセルc1には“1”、
メモリセルc2には“0”を書き込むものとする。図1
4(a)に示すように、選択するワ−ド線w1の電位は18
V、非選択のワ−ド線w2の電位は4.5V、前記メモリセ
ルc1につながるロ−カルデ−タ線d1の電位は0V、前
記メモリセルc2つながるロ−カルデ−タ線d2の電位は
6.5V、各ロ−カルソ−ス線s1,s2はオ−プン状態、
基板の電位は0Vとする。この状態では、ワ−ド線w1と
ロ−カルデ−タ線c1の電位差が大きいので、前記メモ
リセルc1のみのフロ−ティングゲ−トに電子が注入さ
れて“1”が書き込まれる。
【0006】(b) 読み出し動作 読み出し動作においては、前記書き込み動作で書き込ん
だデ−タ、つまりメモリセルc1より“1”、メモリセ
ルc2より“0”を読み出すものとする。図14(b)に示
すように、選択するワ−ド線w1の電位は5V、非選択の
ワ−ド線w2の電位は0V、各ロ−カルデ−タ線d1,d2
の電位は1V、各ロ−カルソ−ス線s1,s2の電位は0
V、基板の電位は0Vとする。この状態では、前記メモリ
セルc1のフロ−ティングゲ−トに電子が注入されてい
るのでVthが高く、前記ロ−カルデ−タ線d1、前記メモ
リセルc1のトランジスタ、前記ロ−カルソ−ス線s1に
は電流は流れない。これに対し、前記メモリセルc2の
フロ−ティングゲ−トには電子が注入されてないのでVt
hが低く、前記ロ−カルデ−タ線d2、前記メモリセルc
2のトランジスタ、前記ロ−カルソ−ス線s2には電流
が流れる。
【0007】(c) 消去動作 消去動作においては、前記書き込み動作で書き込んだデ
−タをすべて“0”にすることを消去とする。図14
(c)に示すように、選択するワ−ド線w1の電位は-18
V、非選択のワ−ド線w2の電位は0V、各ロ−カルデ−
タ線d1,d2の電位は0V、各ロ−カルソ−ス線s1,s2
はオ−プン状態、基板の電位は0Vとする。これによ
り、前記メモリセルc1のフロ−ティングゲ−トから電
子が引き抜かれ、前記メモリセルc1、c2とも“0”デ
−タとなる。
【0008】次に図13におけるメモリセルアレイ部1
1と第1選択ゲ−ト部12に対応した第1メタル形成後
のレイアウトパタ−ンを図15に示す。以下に、図13
の等価回路図の各回路構成部分に対応させ、図15のレ
イアウトパタ−ン図の各部分の説明をする。図13のフ
ロ−ティングゲ−ト2は2層のポリシリコン(またはア
モルファスシリコンも用いられるが、今後はポリシリコ
ンである場合を記述する)で構成され、図15の21は
第1ポリシリコンで形成される下層フロ−ティングゲ−
ト、図15の22は第2ポリシリコンで形成される上層
フロ−ティングゲ−トである。図15の23は第3ポリ
シリコン(低抵抗化のためポリシリコンとシリサイドの
2層構造にすることが多いが、ここではポリシリコンで
ある場合を記述する)で図13のコントロ−ルゲ−ト3
かつワ−ド線10を構成する。図15の24はN+拡散層
で形成されるメモリセルのトランジスタのドレイン拡散
領域(今後ドレイン領域と記述する)で図13のロ−カ
ルデ−タ線4に対応し、図15の25はN+拡散層で形成
されるメモリセルのトランジスタのソ−ス拡散領域(今
後ソ−ス領域と記述する)で図13のロ−カルソ−ス線
5に対応する。図15の26は第1メタルで形成される
図13のグロ−バルデ−タ線6、27は第1選択トラン
ジスタ8のドレインソ−ス領域、28は第3ポリシリコ
ンで形成される第1選択トランジスタ8のゲ−ト、29
はグロ−バルデ−タ線26と第1選択トランジスタのド
レインソ−ス領域27をつなぐメタルコンタクト、30
は分離領域として形成されているトレンチ分離である。
さらに、図15の31〜33は第1選択ゲ−ト部12に
形成される各第1〜第3ポリシリコンの残ゲ−ト(メモ
リセルのトランジスタのゲ−トに用いられるポリシリコ
ンのパタ−ンをメモリセルアレイ部以外で残すため)と
呼んでいるものである。
【0009】なお、前記メモリセルアレイ部11と前記
接続部である第1選択ゲ−ト部12との境界k(図15に
示す)は、前記メモリセルアレイ部の最終端のメモリセ
ル領域が終わったところとしている。ただし、メモリセ
ルのトランジスタのドレイン領域24およびソ−ス領域
25は前記メモリセルアレイ部11から前記第1選択ゲ
−ト部12に連続的に続くため、この第1選択ゲ−ト部
12でも同一名称で呼ぶこととする。前記メモリセルの
トランジスタのドレイン領域24およびソ−ス領域25
は前記メモリセルアレイ11上を実質的に平行かつ実質
的に直線状に走っている。また、前記メモリセルのトラ
ンジスタのドレイン領域24は前記第1選択ゲ−ト部1
2で第1選択トランジスタのドレインソ−ス領域27と
接続されている。
【0010】次に図16に、各部分の断面図を示す。図
16(a)は図15におけるメモリセルアレイ部11のI-I
の断面図を示し、図16(b)は図15における第1選択
ゲ−ト部12のII-IIの断面図を示し、図16(c)はAND
型フラッシュメモリの一般的な周辺回路部(図示せず)
の断面図を示す。図16(a)において、40はシリコン
基板、41はトンネル絶縁膜、42は絶縁層である層間
絶縁膜、43はONO膜(Oxide/Nitride/Oxide multi-lay
ered dielectric:シリコン酸化膜/シリコン窒化膜/シ
リコン酸化膜から成る積層絶縁膜)、44は第1メタル
下の層間絶縁膜である。次に図16(b)については、各
部の番号の説明は図15および図16(a)に述べたもの
と同じであるので省略する。主な特徴としては、第1ポ
リシリコンの残ゲ−ト31が第2ポリシリコンの残ゲ−
ト32に連続的に接続されていることである。また、図
16(c)において、45は周辺回路のトランジスタのゲ
−ト絶縁膜、46は第3ポリシリコンで形成される前記
トランジスタのゲ−ト、47は前記トランジスタのドレ
インソ−ス領域、48はメタルコンタクト、49は第1
メタル配線である。
【0011】次に前述の従来のAND型フラッシュメモリ
の製造方法について述べる。図17は製造方法の概略フ
ロ−図、図18〜26は各製造工程ごとの各部分の断面
図である。また、図16と同様に図18〜26において
(a)はメモリセルアレイ部、(b)は第1選択ゲ−ト部、
(c)はAND型フラッシュメモリの一般的な周辺回路部であ
ってそれぞれの断面図を示す。
【0012】次に、図17をもとに製造方法順に各部分
の断面図を対応させて説明する。 (1)第1の工程(分離領域形成):図18が対応する。
シリコン基板40に分離としてトレンチ分離30を形成
する。 (2)第2の工程(トンネル絶縁膜形成):図19が対応
する。シリコン基板40と後工程で形成する下層フロ−
ティングゲ−ト21間にトンネル絶縁膜41(約8〜1
5nm)を形成する。 (3)第3の工程(下層フロ−ティングゲ−ト形成):図
20が対応し、51が後工程で除去する周辺回路部の第
1ポリシリコン、52がシリコン窒化膜である。第1ポ
リシリコン(約80〜120nm)およびシリコン窒化膜
(約180〜250nm)をデポし、下層フロ−ティングゲ
−ト21および第1ポリシリコンの残ゲ−ト31を形成
する。 (4)第4の工程(第1のドレインソ−ス領域形成):図
21が対応する。メモリセルアレイ部および接続部の一
部にイオン注入によりドレイン領域24およびソ−ス領
域25を形成する。 (5)第5の工程(層間絶縁膜形成/平坦化):図22が
対応する。層間絶縁膜(約500〜800nm)を積ん
だ後、平坦化により周辺回路部の層間絶縁膜を完全に除
去し、メモリセルアレイ部および接続部に層間絶縁膜4
2を残す。 (6)第6の工程(シリコン窒化膜除去):図23が対応
する。シリコン窒化膜52を除去する。 (7)第7の工程(上層フロ−ティングゲ−ト形成):図
24が対応し、53が後工程で除去する周辺回路部の第
2ポリシリコンである。第2ポリシリコン(約30〜8
0nm) をデポし、上層フロ−ティングゲ−ト22および
第2ポリシリコンの残ゲ−ト32を形成する。 (8)第8の工程(ONO膜形成):図25が対応する。上
層フロ−ティングゲ−ト22と後工程で形成するコント
ロ−ルゲ−ト23間の層間膜となるONO膜(酸化膜換算で
約10〜20nm)43を形成する。次に、周辺回路部の
トンネル絶縁膜、第1および第2ポリシリコン、ONO膜
を除去する。 (9)第9の工程(ゲ−ト絶縁膜形成):図26が対応す
る。周辺回路のトランジスタのゲ−ト絶縁膜45を形成
する。 (10)第10の工程(コントロ−ルゲ−トおよび周辺回
路部と接続部のトランジスタのゲ−ト形成):図27が
対応する。第3ポリシリコン(約100〜300nm)を
デポし、メモリセルアレイ部のコントロ−ルゲ−ト2
3、接続部の第3ポリシリコンの残ゲ−ト33および第
1の選択トランジスタのゲ−ト28(図27には図示せ
ず、図15に示す。)と周辺回路のトランジスタのゲ−
ト46を形成する。 (11)第11の工程(第2のドレインソ−ス領域形
成):図28が対応する。周辺回路部の47および接続
部の27(図28には図示せず、図15に示す。)のド
レインソ−ス領域をイオン注入により形成する。 (12)第12の工程(第1メタル下の層間絶縁膜形成/
メタルコンタクト形成/第1メタル形成):図16が対
応する。第1メタル下の層間絶縁膜44を形成し、その
後周辺回路部に48および接続部に29(図16には図
示せず、図15に示す。)のメタルコンタクトを形成
し、さらにメモリセルアレイ部および接続部のグロ−バ
ルデ−タ線26および周辺回路部49のメタル配線を形
成する。
【0013】以上、全体的な製造方法について説明した
が、さらに第5の工程である層間絶縁膜形成/平坦化工
程に関しては、最近改良をおこなっておりもう少し詳細
に述べる。図29、28の(a)〜(c)には先程と同様に各
部分の断面図を示す。図29は、層間絶縁膜42デポ
後、CMP(Chemical Mechanical Polish)を行い、さらに
ドライエッチングによってエッチバックを行い、周辺回
路部の層間絶縁膜をほぼ除去したところを示している。
しかし、図29(c)に示すように周辺回路部において、
シリコン窒化膜52上に層間絶縁膜残54が若干残って
おり、これが後工程のシリコン窒化膜除去においてシリ
コン窒化膜のマスクとして働き、第1ポリシリコン残の
問題となる。このため、図30に示すように、更にウェ
ットエッチングを追加してほぼ完全に周辺回路部の層間
絶縁膜残54を取り除く。
【0014】
【発明が解決しようとする課題】上記のような半導体装
置およびその製造方法では、以下の3点の問題がある。
第1の問題点は、図30(b)に示すように、接続部であ
る第1選択ゲ−ト部において層間絶縁膜42にシ−ム
(seam:穴)55を発生する問題である。ここで図31
に、図15に対応したメモリセルアレイ部11と第1選
択ゲ−ト部12のウェットエッチング後のレイアウトパ
タ−ン図を示す。56は第1ポリシリコンとシリコン窒
化膜の積層パタ−ンである。この積層パタ−ン56の抜
き幅の広いメモリセルアレイ部(図15および図31の
A)ではシ−ムは見られないが、接続部の抜き幅の狭い
部分(図15および図31のB)でシ−ム55が発生す
る。この発生理由として、積層パタ−ン56の抜き幅の
狭い部分では、CVD(Chemical Vapor Deposition)で層間
絶縁膜を形成しているにもかかわらず、埋込み特性が悪
くなる傾向にあると予想される。このことから、層間絶
縁膜残を取り除くためのウェットエッチングを行うと、
抜き幅の狭い部分でエッチングが進み、シ−ム55を発
生すると考えられる。これにより、図32に示すよう
に、後工程で第2ポリシリコンの残ゲ−ト32を形成す
ると、この第2ポリシリコンの残ゲ−ト32とメモリセ
ルのトランジスタのドレイン領域24とがショ−トして
しまう。通常、第2ポリシリコンの残ゲ−ト32には一
定電位がかかるため、前記メモリセルのトランジスタの
ドレイン領域24つまりロ−カルデ−タ線4の電位が異
常となり正常動作ができなくなる問題がある。
【0015】また、第1選択ゲ−ト部12をレジストで
覆うことでウェットエッチングによるシ−ムの発生を防
ぐことも考えられるが、マスク枚数が増加することか
ら、製造方法が複雑化する問題がある。
【0016】次に第2の問題点は、シャド−イングによ
って第1選択ゲ−ト部12でのメモリセルのトランジス
タのドレイン領域24が形成されにくい問題である。す
なわち、第1ポリシリコンおよびシリコン窒化膜形成
後、第1のドレインソ−ス形成を行うが、図33に示す
ようにドレインソ−ス注入を斜めに行った場合、メモリ
セルアレイ部11と異なり第1ポリシリコンの間隔が狭
い第1選択ゲ−ト部12では、第1ポリシリコン31お
よびシリコン窒化膜52のパタ−ンが壁になりメモリセ
ルのトランジスタのドレイン領域24となるところにイ
オン注入がされにくいため、前記メモリセルのトランジ
スタのドレイン領域24が形成されにくい問題がある。
【0017】以上は、メモリセルアレイ部11と第1選
択ゲ−ト部12を例に示したが、以上の問題は、第1選
択ゲ−ト部12と同様な接続部である第2選択ゲ−ト部
13でも発生する。次に図34は、メモリセルアレイ部
11、第1選択ゲ−ト部12および第2選択ゲ−ト部1
3におけるメモリセルのトランジスタのドレイン領域2
4およびソ−ス領域25の配置関係を示す。この図から
第1選択ゲ−ト部12ではメモリセルのトランジスタの
ドレイン領域24が、第2選択ゲ−ト部13ではメモリ
セルのトランジスタのソ−ス領域25がメモリセルアレ
イ部11から伸びていることがわかる。このことから、
第2選択ゲ−ト部13でも、この伸びた領域で上述の問
題がある。
【0018】続いて第3の問題点は、メモリセルアレイ
部が起因するデバイスの歩留りの問題である。図15に
示すように、メモリセルのトランジスタのドレイン領域
24とソ−ス領域25はトレンチ分離30を挟んで隣接
している。もし異物等のパタ−ン欠陥が上記トレンチ分
離30で発生して前記メモリセルのトランジスタのドレ
イン領域24とソ−ス領域25がショ−トした場合、図
14の説明で述べたように各動作において前記メモリセ
ルのトランジスタのドレイン領域24つまりロ−カルデ
−タ線4とソ−ス領域25つまりロ−カルソ−ス線5は
異なる電位がかかるため、そのロ−カルデ−タ線及びロ
−カルソ−ス線につながるメモリセルは正常に動作でき
ない。このため、その部分のメモリセルは使えなくな
り、歩留りを下げる原因の1つとなる問題がある。
【0019】この発明の目的は、上述のような課題を解
決するためになされたもので、第1の目的は、接続部で
のシ−ムの発生を抑えるものである。第2の目的は、た
とえシ−ムが発生してもショ−トを生じないようにする
ものである。第3の目的は、ドレインソ−ス注入におい
てシャド−イングを生じにくくするものである。第4の
目的は、ロ−カルデ−タ線とロ−カルソ−ス線のショ−
トによる歩留り低下を抑制するものである。第5の目的
は、マスク枚数を増加させることなくシ−ムの発生を抑
えかつシャド−イングを生じにくくする半導体装置の製
造方法を提供するものである。
【0020】
【課題を解決するための手段】第1の発明に係る半導体
装置は、メモリセルと、前記メモリセルがマトリックス
状に配置されるメモリセルアレイ部と、周辺回路部と、
前記メモリセルアレイ部と前記周辺回路部とを接続する
接続部と、互いに間隔を有して形成される最下層の導電
層とを半導体基板に備えており、前記最下層の導電層の
前記間隔が前記メモリセルアレイ部と前記接続部におい
て実質的に等しいものである。
【0021】さらに、第2の発明に係る半導体装置は、
最下層の導電層の間隔が0.5μm以上とするものであ
る。
【0022】また、第3の発明に係る半導体装置は、半
導体基板と、前記半導体基板に形成されるメモリセル
と、前記メモリセルを構成するトランジスタと、前記ト
ランジスタを構成するドレイン拡散領域およびソ−ス拡
散領域と、前記メモリセルがマトリックス状に配置され
るメモリセルアレイ部とを備えており、前記ドレイン拡
散領域同士および前記ソ−ス拡散領域同士が前記メモリ
セルアレイ部でそれぞれ実質的に平行かつ一定方向に延
在し、前記ドレイン拡散領域同士および前記ソ−ス拡散
領域同士がそれぞれ分離領域を挟んで形成されるもので
ある。
【0023】さらに、第4の発明に係る半導体装置は、
周辺回路部と、メモリセルアレイ部と前記周辺回路部と
を接続する接続部と、互いに間隔を有して形成される最
下層の導電層とを半導体基板に備えており、前記最下層
の導電層の間にはメモリセルを構成するトランジスタの
ドレイン拡散領域同士もしくはソ−ス拡散領域同士が形
成され、前記最下層の導電層の間隔が前記メモリセルア
レイ部と前記接続部において実質的に等しいものであ
る。
【0024】さらに、第5の発明に係る半導体装置は、
最下層の導電層の間隔が0.5μm以上とするものであ
る。
【0025】また、第6の発明に係る半導体製造方法
は、メモリセルと、前記メモリセルがマトリックス状に
配置されるメモリセルアレイ部と、周辺回路部と、前記
メモリセルアレイ部と前記周辺回路部とを接続する接続
部とを有する不揮発性半導体記憶装置の製造方法におい
て、前記各部に導電層を形成する工程と、前記メモリセ
ルアレイ部と前記接続部での前記導電層の間隔が実質的
に等しくなるように前記導電層をパタ−ンニングする工
程と、前記導電層上に絶縁層を形成する工程と、前記絶
縁層を実質的に平坦化する工程とを備えるものである。
【0026】さらに、第7の発明に係る半導体製造方法
は、導電層の間隔が0.5μm以上とするものである。
【0027】また、第8の発明に係る半導体装置は、半
導体基板と、前記半導体基板に形成されるメモリセル
と、前記メモリセルを構成するトランジスタと、前記ト
ランジスタを構成するドレイン拡散領域およびソ−ス拡
散領域と、前記メモリセルがマトリックス状に配置され
るメモリセルアレイ部とを備えており、前記ドレイン拡
散領域同士および前記ソ−ス拡散領域同士が前記メモリ
セルアレイ部でそれぞれ実質的に平行かつ一定方向に延
在し、前記ドレイン拡散領域同士および前記ソ−ス拡散
領域同士のうち前記ドレイン拡散領域同士のみが分離領
域を挟んで形成されるものである。
【0028】さらに、第9の発明に係る半導体装置は、
隣り合うメモリセルがソ−ス領域を共有し、ドレイン拡
散領域と前記ソ−ス拡散領域の幅が実質的に等しいもの
である。
【0029】
【発明の実施の形態】実施の形態1.図1はこの発明の
実施の形態1である半導体装置を示すもので、メモリセ
ルアレイ部と第1選択ゲ−ト部の第1メタル形成後のレ
イアウトパタ−ン図である。図1において、1はメモリ
セル、11はメモリセルアレイ部、12は第1選択ゲ−
ト部、21は第1ポリシリコンで形成される下層フロ−
ティングゲ−ト、22は第2ポリシリコンで形成される
上層フロ−ティングゲ−トである。23は図13のコン
トロ−ルゲ−ト3かつワ−ド線10に対応し、24はN+
拡散層で形成されるメモリセルのトランジスタのドレイ
ン領域で図13のロ−カルデ−タ線4に対応し、25は
N+拡散層で形成されるメモリセルのトランジスタのソ−
ス領域で図13のロ−カルソ−ス線5に対応する。26
は第1メタルで形成される図13のグロ−バルデ−タ線
6、27は第1選択トランジスタ8のドレインソ−ス領
域、28は第3ポリシリコンで形成される第1選択トラ
ンジスタのゲ−ト、29は前記グロ−バルデ−タ線26
と選択トランジスタのドレインソ−ス領域27をつなぐ
メタルコンタクト、30は分離領域として形成されてい
るトレンチ分離である。32と33はそれぞれ前記第1
選択ゲ−ト部12に形成される第2ポリシリコンと第3
ポリシリコンの残ゲ−トである。同様に61は、第1ポ
リシリコンの残ゲ−トである。
【0030】従来例と実施の形態1とのレイアウトパタ
−ンにおける差異は2点ある。第1点めは、最下層の導
電層である第1ポリシリコンの間隔である。従来では、
図15に示すように、第1選択ゲ−ト部12の第1ポリ
シリコンの残ゲ−ト31の間隔Bがメモリセルアレイ部
11の第1ポリシリコンで形成されるフロ−ティングゲ
−ト21の間隔Aに比べ狭かった。しかし、この実施の
形態1では、図1に示すように第1ポリシリコンの第1
選択ゲ−ト部12での間隔Dとセルアレイ部11での間
隔Cが等しくなっている。第2点めは、メモリセルのト
ランジスタのドレイン領域24とソ−ス領域25の関係
である。従来では前記メモリセルのトランジスタのドレ
イン領域24とソ−ス領域25が、トレンチ分離30を
挟んで対向していたが、この実施の形態1ではメモリセ
ルのトランジスタのドレイン領域24同士およびソ−ス
領域25同士が、それぞれトレンチ分離30を挟んで対
向している。
【0031】次に図2に、各部分の断面図を示す。図2
(a)は図1におけるメモリセルアレイ部11のI-Iの断面
図を示し、図2(b)は図1における第1選択ゲ−ト部1
2のII-IIの断面図を示し、図2(c)はAND型フラッシュ
メモリの一般的な周辺回路部(図示せず)の断面図を示
す。図2(a)において、40はシリコン基板、41はト
ンネル絶縁膜、42は絶縁層である層間絶縁膜、43は
ONO膜、44はメタル前層間絶縁膜である。次に図2(b)
については、各部の番号の説明は前記図1および図2
(a)と同じであるので省略する。主な特徴としては、第
1ポリシリコンの残ゲ−ト61が第2ポリシリコンの残
ゲ−ト32に連続的に接続されていることである。ま
た、図2(c)において、45は周辺回路のトランジスタ
のゲ−ト絶縁膜、46は第3ポリシリコンで形成される
周辺回路のトランジスタのゲ−ト、47は周辺回路のト
ランジスタのドレインソ−ス領域、48はメタルコンタ
クト、49は第1メタル配線である。
【0032】断面図における従来例と実施の形態1の差
異は、図2(b)の第1選択ゲ−ト部12において2点あ
る。第1点めは、最下層の導電層である第1ポリシリコ
ンの間隔であり、レイアウトパタ−ンのところで示した
ように第1選択ゲ−ト部12の前記間隔が広がりメモリ
セルアレイ部とほぼ等しくなったことである。第2点め
は、メモリセルのドレイン領域24の配置である。図1
6(b)に示すように、従来ではメモリセルのドレイン領
域24はトレンチ分離30の片側のみ形成されていた
が、実施の形態1では2個のドレイン領域24がトレン
チ分離30を挟んで対向している。
【0033】次に実施の形態1の製造方法について述べ
る。ここでは、本実施の形態1の特徴である第3の工程
である下層フロ−ティングゲ−ト形成から第5の工程で
ある層間絶縁膜形成/平坦化について示す。なお、図3
〜5の(a)〜(c)は、図2と同様に(a)はメモリセルアレ
イ部のI-I、(b)は第1選択ゲ−ト部のII-II、(c)は周辺
回路部(図示せず)が対応する。 (i)第3の工程(下層フロ−ティングゲ−ト形成):図
3が対応し、51が後工程で除去する周辺回路部の第1
ポリシリコン、52がシリコン窒化膜である。第1ポリ
シリコン(約80〜120nm)およびシリコン窒化膜(約
180〜250nm)をデポし、下層フロ−ティングゲ−
ト21および第1ポリシリコンの残ゲ−ト61を形成す
る。 (ii)第4の工程(第1のドレインソ−ス領域形成):図
4が対応する。メモリセルアレイ部および接続部の一部
にイオン注入によりドレイン領域24およびソ−ス領域
25を形成する。 (iii)第5の工程(層間絶縁膜形成/平坦化):図5が
対応する。層間絶縁膜(約500〜800nm)42を積ん
だ後、CMPを行い、さらにドライエチングによってエッ
チバックを行い、周辺回路部の層間絶縁膜をほぼ除去
し、更にウェットエッチングを追加してほぼ完全に周辺
回路部の層間絶縁膜残を取り除く。
【0034】さらに、平坦化については、図6に図5に
対応したメモリセルアレイ部11と第1選択ゲ−ト部1
2のウェットエッチング後のレイアウトパタ−ン図を示
す。ここで66は、第1ポリシリコンとシリコン窒化膜
の積層パタ−ンである。この図を用いて、従来例の第1
の問題点であったシ−ムの発生について抑制できている
ことを説明する。本実施の形態1では、前記第1選択ゲ
−ト部12での第1ポリシリコンの幅Dが、前記メモリ
セルアレイ部11の幅Cと等しくなり、従来に比べ幅が
広がっている。このため、絶縁層間膜42がほぼ完全に
埋め込まれる。よって、この後周辺回路部の層間絶縁膜
残(図29の54)を取り除くためのウェットエッチン
グを行ったとしても、図31でみられたシ−ム55は発
生していない。よって、図7に示すように、後工程で第
2ポリシリコンの残ゲ−ト32を形成しても従来例のよ
うなショ−トの問題は生じない。
【0035】また、実施の形態1の製造方法で示したよ
うに、前記第1選択ゲ−ト部12をレジストで覆わなく
ても、ウェットエッチングによるシ−ムの発生を防ぐこ
とができるので、マスク枚数が増加することなく製造方
法が容易である。
【0036】次に従来の第2の問題点であった、シャド
−イングの問題について解決できていることを説明す
る。既に図17で示したように、第1ポリシリコンおよ
びシリコン窒化膜形成後、第1のドレインソ−ス形成を
行う。ドレインソ−ス注入を斜めに行った場合でも、こ
の実施の形態1では図8に示すように第1ポリシリコン
の残ゲ−ト61の間隔が従来に比べ広がったので、前記
第1ポリシリコンの残ゲ−ト61およびシリコン窒化膜
32は壁とはならずイオン注入が正常になされ、メモリ
セルのトランジスタのドレイン領域24が正常に形成さ
れる。
【0037】以上は、メモリセルアレイ部11と第1選
択ゲ−ト部12を例に示したが、第1選択ゲ−ト部12
と同様な接続部である第2選択ゲ−ト部13でも以上の
問題は解決される。図9は、メモリセルアレイ部11、
第1選択ゲ−ト部12および第2選択ゲ−ト部13にお
けるメモリセルのトランジスタのドレイン領域24、ソ
−ス領域25の配置関係を示めす。前記第1選択ゲ−ト
部12では前記メモリセルのトランジスタのドレイン領
域24が、前記第2選択ゲ−ト部13では前記メモリセ
ルのトランジスタのソ−ス領域25が前記メモリセルア
レイ部11から伸びていることがわかる。しかし、図3
4に示す従来例と異なり、前記メモリセルのトランジス
タのドレイン領域24とソ−ス領域25が二組ずつが配
列されている。このように前記メモリセルのトランジス
タのドレイン領域24とソ−ス領域25がそれぞれ二組
ずつ配列されことで、第2選択ゲ−ト部13でも前記第
1選択ゲ−ト部12同様な効果が得られる。
【0038】続いて第3の問題点であったメモリセルア
レイ部が起因するデバイスの歩留りについて改善できて
いることを説明する。図1に示すように、メモリセルの
トランジスタのドレイン領域24同士もしくはソ−ス領
域25同士がトレンチ分離30を挟んで隣接している。
もし異物等のパタ−ン欠陥が上記トレンチ分離30で発
生した場合、前記メモリセルのトランジスタのドレイン
領域24同士もしくはソ−ス領域25同士がショ−トす
る。本発明のAND型フラッシュメモリは図14で示すよ
うに動作することから、前記メモリセルのトランジスタ
のドレイン領域24同士つまりロ−カルデ−タ線4(図
1に示す)同士でショ−トが発生した場合は従来と同様
に動作に問題を生じ、そのロ−カルデ−タ線につながる
メモリセルは使えない。しかし、前記メモリセルのトラ
ンジスタのソ−ス領域25同士つまりロ−カルソ−ス線
5(図1に示す)同士でショ−トが発生した場合は従来
と異なり、各動作で前記ロ−カルソ−ス線5の電位が同
じであることから、例えショ−トが発生しても動作に問
題を生じない。このことから、従来に比べショ−トの問
題を約半分に減らすことができ、歩留りを上げることが
できる。
【0039】実施の形態2.また、今回の実験でシ−ム
の発生と第1ポリシリコンの間隔の関係も分かった。
【0040】
【表1】
【0041】表1は第1ポリシリコン間隔0.4μm、
0.45μm、0.5μmの各条件でシ−ムの発生状況をシ
リコンウエハ面内で評価したものである。この表から、
第1ポリシリコンの間隔を0.5μm以上にすればシ−ム
が発生しないことが分かる。
【0042】実施の形態3.さらに、将来的に微細化が
進み上記第1ポリシリコン間隔が0.5μmを下回った場
合について考える。上記第1ポリシリコン間隔が0.5
μmを下回った場合の例を図10に、図1の第1選択ゲ
−ト部12のII-IIに対応した断面図で示す。この図に
おいて55がシ−ムである。シ−ムは一般的に埋め込ま
れた層間絶縁膜42の真ん中部分に発生しやすい。しか
し本構造では、シ−ム55の下がトレンチ分離30にな
っている。このため、第2ポリシリコンをこののち形成
してもメモリセルのトランジスタのドレイン領域24お
よびソ−ス領域25とのショ−トは生じない。このよう
に、前記メモリセルのトランジスタのドレイン領域24
間に分離領域であるトレンチ分離30があるため、たと
え前記第1ポリシリコン間隔が0.5μmを下回った場合
でも動作上問題を生じない不揮発性半導体記憶装置が実
現できる。
【0043】実施の形態4.図11はこの発明の実施の
形態4である半導体装置を示すもので、メモリセルアレ
イ部と第1選択ゲ−ト部の第1メタル形成後のレイアウ
トパタ−ン図である。図11において、図1で示した番
号と同じ番号のものは同一のものを示す。
【0044】ここで、実施の形態1と実施の形態4のレ
イアウトパタ−ンにおける差異について図1と図11を
比較してみる。実施の形態1では、メモリセルのトラン
ジスタのドレイン領域24およびソ−ス領域25同士が
それぞれトレンチ分離30を挟んで配置されていた。し
かし、実施の形態4では、メモリセルのトランジスタの
ドレイン領域24同士はトレンチ分離30を挟んで配置
されているものの、メモリセルのトランジスタのソ−ス
領域25はトレンチ分離30を挟んで配置されていな
い。このため、隣り合うメモリセルのトランジスタのソ
−ス領域は前記隣り合うメモリセル同士で共有している
ことになる。さらに前記メモリセルのトランジスタのソ
−ス領域の幅はメモリセルのトランジスタのドレイン領
域24の1個分の幅と等しい。つまり、実施の形態4で
は、各メモリセルで分離領域幅の半分とソ−ス領域幅の
半分がそれぞれ減ったことになる。これは、図14の動
作で述べたことから分かるように、本AND型フラッシュ
メモリでは、各動作においてメモリセルのトランジスタ
のソ−ス領域25、つまりロ−カルソ−ス線が各メモリ
セルで同電位であることから、メモリセルのトランジス
タのソ−ス領域同士でトレンチ分離30がなくても実施
の形態1と同様の効果を奏する。
【0045】次に図12に、各部分の断面図を示す。図
12(a)は図11におけるメモリセルアレイ部11のI-I
の断面図を示し、図12(b)は図11における第1選択
ゲ−ト部12のII-IIの断面図を示し、図12(c)はAND
型フラッシュメモリの一般的な周辺回路部(図示せず)
の断面図を示す。実施の形態1では、各断面部でトレン
チ分離30が2カ所あったが、図12(a)および図12
(b)に示す本実施の形態4では1カ所に減っている。ま
た、周辺回路部は、実施の形態1と同様である。
【0046】以上から、本実施の形態4では、実施の形
態1と同様な特徴を有するため、実施の形態1と同様な
効果が得られる。また更に加えて、本実施の形態4にお
いては以下の効果もある。まず、各メモリセル1で分離
領域幅の半分とソ−ス領域幅の半分が減ったことで、小
さなメモリセルが実現できる。具体的には例えば、分離
幅、ドレイン及びソ−ス領域幅と下層フロ−ティングゲ
−トのゲ−ト長をそれぞれ同じWとすると、メモリセル
の幅は、実施の形態1で4W(=W(分離)+W(下層フロ−
ティングゲ−ト)+2W(ドレイン,ソ−ス領域))、実施
の形態4で3W(=0.5W(分離)+W(下層フロ−ティング
ゲ−ト)+1.5W(ドレイン,ソ−ス領域))と、本実施の
形態4ではW小さくなる。次に、メモリセルアレイ部1
1内でのトレンチ分離30の密度が小さくなることで、
トレンチ分離30の形成で生じる応力による結晶欠陥が
抑制でき、接合リ−クを抑えることができる。具体的に
は、前述したような実施の形態1と4の各メモリセル幅
を4Wと3Wとすると、メモリセル幅に対し分離幅が占め
る割合が、実施の形態1では25%、実施の形態4では
17%となる。以上から、トレンチ分離25の密度が下
がっていることが分かる。
【0047】以上の本実施の形態4では、メモリセルの
トランジスタのソ−ス領域の幅1Wを2個のメモリセル
で共用しているが、各メモリセルごとに幅を1Wずつ設
けても、各メモリセルのトランジスタのソ−ス領域間の
トレンチ分離がなくなることで、分離幅0.5W分はメモ
リセルサイズ幅を小さくできる。
【0048】以上、本発明はAND型フラッシュメモリを
例に示したが、メモリセルのトランジスタのドレイン領
域およびソ−ス領域と、接続部のトランジスタのドレイ
ンソ−ス領域とを接続する部分を備える不揮発性半導体
装置であれば同様に適用が可能である。
【0049】
【発明の効果】この発明は、以上説明したように構成お
よび方法としたので、以下に示すような効果を奏する。
【0050】第1,第4および第6の発明によれば、メ
モリセルアレイ部と接続部の最下層の導電層の間隔を前
記メモリセルアレイ部と前記接続部で等しくした、もし
くは等しくなるようにパタ−ニングする製造方法とした
ので、シ−ムの発生を抑え、シャド−イングの影響も抑
制することができる。
【0051】さらに、第2,第5および第7の発明によ
れば、最下層の導電層の間隔を0.5μm以上にすること
で、シ−ムの発生を抑えることができる。
【0052】また、第3の発明によれば、メモリセルの
トランジスタのドレイン領域同士およびソ−ス領域同士
を分離領域を挟んで向かい合うようにしたので、前記メ
モリセルのトランジスタのドレイン領域とソ−ス領域の
ショ−トによる歩留り低下を抑制することができる。
【0053】さらに、第4の発明によれば、たとえシ−
ムが発生した場合も、最下層の導電層の間の中央部を分
離領域としたので、第2ポリシリコンとメモリセルのト
ランジスタのドレイン領域もしくはソ−ス領域とのショ
−トを防止することができる。
【0054】また、第8の発明によれば、メモリセルの
トランジスタのドレイン領域同士のみに分離領域を挟ん
で向かい合うようにしたので、前記メモリセルを小さく
できかつトレンチ分離の密度が減ることで、接合リ−ク
を抑制することができる。
【0055】さらに第9の発明によれば、メモリセルの
トランジスタのソ−ス領域を隣り合うメモリセルで共有
し、メモリセルのトランジスタのドレイン領域と前記ソ
−ス領域の幅を実質的に等しくしたので、前記メモリセ
ルをさらに小さくできかつトレンチ分離の密度が減るこ
とで、接合リ−クを抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 この発明の実施の形態1の半導体装置におけ
る、第1メタル形成後のメモリセルアレイ部と接続部と
を示すレイアウトパタ−ン図である。
【図2】 この発明の実施の形態1の半導体装置におけ
る第1メタル形成後の各部分を示す断面図である。
【図3】 この発明の実施の形態1の半導体装置の製造
方法における第3の工程後の各部分を示す断面図であ
る。
【図4】 この発明の実施の形態1の半導体装置の製造
方法における第4の工程後の各部分を示す断面図であ
る。
【図5】 この発明の実施の形態1の半導体装置の製造
方法における第5の工程後の各部分を示す断面図であ
る。
【図6】 この発明の実施の形態1の半導体装置の製造
方法における第5の工程後のメモリセルアレイ部と接続
部のレイアウトパタ−ン図である。
【図7】 この発明の実施の形態1の半導体装置の製造
方法における第7の工程後の各部分を示す断面図であ
る。
【図8】 この発明の実施の形態1の半導体装置におけ
る第4の工程時に斜めイオン注入をした場合の接続部を
示す断面図である。
【図9】 この発明の実施の形態1の半導体装置におけ
るメモリセルのトランジスタのドレイン領域およびソ−
ス領域を示す配置図である。
【図10】 この発明の実施の形態3の半導体装置にお
ける接続部を示す断面図である。
【図11】 この発明の実施の形態4の半導体装置にお
ける、第1メタル形成後のメモリセルアレイ部と接続部
とを示すレイアウトパタ−ン図である。
【図12】 この発明の実施の形態4の半導体装置にお
ける第1メタル形成後の各部分を示す断面図である。
【図13】 従来の半導体装置におけるメモリセルアレ
イ部および接続部を示す等価回路図である。
【図14】 従来の半導体装置における動作を示す説明
図である。
【図15】 従来の半導体装置における、第1メタル形
成後のメモリセルアレイ部と接続部とを示すレイアウト
パタ−ン図である。
【図16】 従来の半導体装置における第1メタル形成
後の各部分を示す断面図である。
【図17】 従来の半導体装置の製造方法を示す概略フ
ロ−図である。
【図18】 従来の半導体装置の製造方法における第1
の工程後の各部分を示す断面図である。
【図19】 従来の半導体装置の製造方法における第2
の工程後の各部分を示す断面図である。
【図20】 従来の半導体装置の製造方法における第3
の工程後の各部分を示す断面図である。
【図21】 従来の半導体装置の製造方法における第4
の工程後の各部分を示す断面図である。
【図22】 従来の半導体装置の製造方法における第5
の工程後の各部分を示す断面図である。
【図23】 従来の半導体装置の製造方法における第6
の工程後の各部分を示す断面図である。
【図24】 従来の半導体装置の製造方法における第7
の工程後の各部分を示す断面図である。
【図25】 従来の半導体装置の製造方法における第8
の工程後の各部分を示す断面図である。
【図26】 従来の半導体装置の製造方法における第9
の工程後の各部分を示す断面図である。
【図27】 従来の半導体装置の製造方法における第1
0の工程後の各部分を示す断面図である。
【図28】 従来の半導体装置の製造方法における第1
1の工程後の各部分を示す断面図である。
【図29】 従来の半導体装置の製造方法における第1
2の工程後の各部分を示す断面図である。
【図30】 従来の半導体装置におけるウェットエッチ
ング時の各部分を示す断面図である。
【図31】 従来の半導体装置の第5の工程後における
メモリセルアレイ部と接続部を示すレイアウトパタ−ン
図である。
【図32】 従来の半導体装置の第7の工程時における
接続部を示す断面図である。
【図33】 従来の半導体装置における第4の工程時に
斜めイオン注入をした場合の接続部を示す断面図であ
る。
【図34】 従来の半導体装置におけるメモリセルのト
ランジスタのドレイン領域およびソ−ス領域を示す配置
図である。
【符号の説明】
1 メモリセル 11 メモリセルアレイ部 12 接続部 21 メモリセルアレイ部の最下層の導電層 24 ドレイン拡散領域 25 ソ−ス拡散領域 30 分離領域 40 半導体基板 42 絶縁層 61 接続部の最下層の導電層
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 5F001 AA01 AA43 AB02 AC02 AD12 AD53 AD60 AE02 AE03 AE08 AF25 AG03 AG09 AG10 AG12 AG21 AG29 AG40 5F083 EP02 EP22 EP55 EP79 ER03 ER09 ER14 ER19 ER22 ER29 GA28 GA30 JA02 JA04 JA32 JA33 JA35 JA53 JA56 KA01 KA06 NA01 PR03 PR05 PR21 PR36 PR40 PR43 PR53

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 メモリセルと、 前記メモリセルがマトリックス状に配置されるメモリセ
    ルアレイ部と、 周辺回路部と、 前記メモリセルアレイ部と前記周辺回路部とを接続する
    接続部と、 互いに間隔を有して形成される最下層の導電層とを半導
    体基板に備え、 前記最下層の導電層の前記間隔が前記メモリセルアレイ
    部と前記接続部において実質的に等しいことを特徴とす
    る不揮発性半導体記憶装置。
  2. 【請求項2】 さらに、最下層の導電層の間隔が0.5
    μm以上であることを特徴とする請求項1記載の不揮発
    性半導体記憶装置。
  3. 【請求項3】 半導体基板と、 前記半導体基板に形成されるメモリセルと、 前記メモリセルを構成するトランジスタと、 前記トランジスタを構成するドレイン拡散領域およびソ
    −ス拡散領域と、 前記メモリセルがマトリックス状に配置されるメモリセ
    ルアレイ部とを備え、 前記ドレイン拡散領域同士および前記ソ−ス拡散領域同
    士が前記メモリセルアレイ部でそれぞれ実質的に平行か
    つ一定方向に延在し、 前記ドレイン拡散領域同士および前記ソ−ス拡散領域同
    士がそれぞれ分離領域を挟んで形成されることを特徴と
    する不揮発性半導体記憶装置。
  4. 【請求項4】 さらに、周辺回路部と、 メモリセルアレイ部と前記周辺回路部とを接続する接続
    部と、 互いに間隔を有して形成される最下層の導電層とを半導
    体基板に備え、 前記最下層の導電層の間にはメモリセルを構成するトラ
    ンジスタのドレイン拡散領域同士もしくはソ−ス拡散領
    域同士が形成され、 前記最下層の導電層の間隔が前記メモリセルアレイ部と
    前記接続部において実質的に等しいことを特徴とする請
    求項3記載の不揮発性半導体記憶装置。
  5. 【請求項5】 さらに、最下層の導電層の間隔が0.5
    μm以上であることを特徴とする請求項4記載の不揮発
    性半導体記憶装置。
  6. 【請求項6】 メモリセルと、前記メモリセルがマトリ
    ックス状に配置されるメモリセルアレイ部と、周辺回路
    部と、前記メモリセルアレイ部と前記周辺回路部とを接
    続する接続部とを有する不揮発性半導体記憶装置の製造
    方法において、 前記各部に導電層を形成する工程と、 前記メモリセルアレイ部と前記接続部での前記導電層の
    間隔が実質的に等しくなるように前記導電層をパタ−ン
    ニングする工程と、 前記導電層上に絶縁層を形成する工程と、 前記絶縁層を実質的に平坦化する工程とを備える不揮発
    性半導体記憶装置の製造方法。
  7. 【請求項7】 さらに、導電層の間隔が0.5μm以上で
    あることを特徴とする請求項6記載の不揮発性半導体記
    憶装置の製造方法。
  8. 【請求項8】 半導体基板と、 前記半導体基板に形成されるメモリセルと、 前記メモリセルを構成するトランジスタと、 前記トランジスタを構成するドレイン拡散領域およびソ
    −ス拡散領域と、 前記メモリセルがマトリックス状に配置されるメモリセ
    ルアレイ部とを備え、 前記ドレイン拡散領域同士および前記ソ−ス拡散領域同
    士が前記メモリセルアレイ部でそれぞれ実質的に平行か
    つ一定方向に延在し、 前記ドレイン拡散領域同士および前記ソ−ス拡散領域同
    士のうち前記ドレイン拡散領域同士のみが分離領域を挟
    んで形成されることを特徴とする不揮発性半導体記憶装
    置。
  9. 【請求項9】 さらに、隣り合うメモリセル同士がソ−
    ス領域を共有し、ドレイン拡散領域と前記ソ−ス拡散領
    域の幅が実質的に等しいことを特徴とする請求項8記載
    の不揮発性半導体記憶装置。
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