JP2001015620A

JP2001015620A - 不揮発性半導体記憶装置及びその製造方法

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Publication number: JP2001015620A
Application number: JP11188411A
Authority: JP
Inventors: Akira Aida; 晃合田; Kazuhiro Shimizu; 和裕清水; Shinji Sato; 信司佐藤
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1999-07-02
Filing date: 1999-07-02
Publication date: 2001-01-19

Abstract

(57)【要約】【課題】信頼性の高い不揮発性半導体装置を提供する事
を目的とする。【解決手段】本願発明に係る不揮発性半導体記憶装置
は、所定の信号が伝播する信号線と、複数のメモリセル
から構成され、前記信号線から所定の信号を受け取るメ
モリセル列と、を具備し、前記メモリセルのそれぞれは
二つの拡散層間に設けられるチャネル領域の上方に制御
ゲートを有しており、前記複数のメモリセルのうち前記
選択トランジスタに最も近いメモリセルのチャネル領域
の上方に設けられた制御ゲートの幅が、それ他の前記メ
モリセルのチャネル領域の上方の設けられた制御ゲート
の幅より狭いことを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は不揮発性半導体記装
置に関する。

【０００２】

【従来の技術】電気的にデータの書き換えが可能な不揮
発性半導体メモリのひとつであるNAND型EEPROMのメモリ
セルアレイ構造を図１に示す。ソース、ドレイン拡散層
を共有して直列に接続された複数（たとえば１６個）の
メモリセルＭＣ１１乃至ＭＣ１１６が１メモリセル列を
構成し、選択トランジスタＳＧＤ１、ＳＧＳ１を介して
ビット線ＢＬ１およびソース線に接続されている。NAND
型EEPROMの動作を簡単に説明する。消去はワード線（制
御ゲート）ＷＬ１乃至１６に低電位０Ｖを与え、基板Ｓ
ＵＢには高電位Vera（たとえば２０Ｖ）を与える。容量
カップリングによりゲート酸化膜には高電界がかかるた
め、フローティングゲート中の電子が基板に引き抜か
れ、これによってすべてのセルＭＣ１j(j=１to１６)、
ＭＣ２K（K=１to１６）のしきい値が負（たとえばこれ
を“１”状態とする）となる。一方、データ書き込み時
の書き込み選択性について図２を用いて説明する。書き
込み時のバイアス関係を図２に示す。選択セルＭＣ１１
５のワード線ＷＬ１５に高電位Vpgm（たとえば２０Ｖ）
を与え、非選択のワード線ＷＬ１乃至ＷＬ１４及びＷＬ
１６には中間電位Vpass（たとえば８Ｖ）を与える。ま
た、選択セルＭＣ１１５がつながっているビット線ＢＬ
１には０Ｖを与え、ビット線側の選択トランジスタＳＧ
Ｄ１、ＳＧＤ２のワード線ＳＧＤ、ＳＧＳには低電圧Vd
d（たとえば2.5Ｖ）を与える。ビット線ＢＬ１の電位
（０Ｖ）がソース・ドレイン拡散層を通じて選択セルＭ
Ｃ１１５のチャネルに転送されるため、ゲート−基板間
に高電界が加えられ、フローティングゲート中に電子が
注入される。これによってセルのしきい値が正（たとえ
ばこれを“０”状態とする）となる。

【０００３】書き込み時には、選択セルＭＣ１１５と同
じワード線ＷＬ１５につながっている非選択のセルＭＣ
２１５のワード線（制御ゲート）ＷＬ１５にも高電位が
与えられている。非選択のセルＭＣ２１５が書き込まれ
ないようにするために非選択のビット線ＢＬ２にはビッ
ト線側選択トランジスタＳＧＤ２と同じ低電圧Vdd（た
とえば2.5Ｖ）を与える。また、ソース線側の選択トラ
ンジスタＳＧＳ２に接続されたワード線ＳＧＳには0V、
ソース線にはVdd(2.5V)を与える。これによってビット
線側・ソース線側ともに選択トランジスタはカットオフ
され、非選択のビット線ＢＬ２につながっているチャネ
ルおよび拡散層がフローティング状態になる。このため
非選択のセルＭＣ２１５の制御ゲートに高電圧が与えら
れても、容量カップリングによってチャネルおよび拡散
層の電位が持ち上げられるため、ゲートー基板間の電界
は十分なトンネル電流が流れるほどにはあがらず、
“１”状態（しきい値が負）が保たれる。以上によりワ
ード線ＷＬ１５に高電圧Vpgm（たとえば２０Ｖ）を与え
てもメモリセルＭＣ１１５にはデータが書き込まれ、メ
モリセルＭＣ２１５にはデータは書き込まれない事で、
選択性が保たれる。

【０００４】読み出し時のバイアス関係を図３に示す。
ソース線と選択したワード線ＷＬ１５に０Ｖを与え、選
択NANDセル列のビット線ＢＬ１には読み出し電圧（たと
えば１Ｖ）を与える。非選択のワード線ＷＬ１乃至１４
とＷＬ１６には読み出し電圧Vread（たとえば3.5V）を
与える。Vreadを与えられたセルは“１”状態、“０”
状態に関わらずオンするので、選択NANDセル列のビット
線電流の有無によって、選択したセルの“０”,“１”
データの判別が行われる。このとき非選択ブロックの選
択トランジスタはオフ状態になっている。非選択ブロッ
クをオフ状態にするために選択トランジスタが十分なカ
ットオフ特性をもっている必要がある。NAND型EEPROMで
は、選択トランジスタのチャネル不純物は、メモリセル
トランジスタのチャネル不純物に比べて濃く打たれる
（図４−Ａ）。その理由は次の通りである。選択トラン
ジスタは書き込みおよび、読み出し時に十分カットオフ
される必要があるために、しきい値をやや高めに設定し
たいのでチャネル不純物を濃く打つ。これに対し、メモ
リセルはチャネル不純物を薄くすることで、チャネル容
量を少なくして、書き込み時に図２の非選択セルのチャ
ネルおよび拡散層電位を十分持ち上げて、誤書き込みさ
れないようにしたいからである。また、メモリセルのチ
ャネル不純物を薄くすることで、中性しきい値が下が
り、リードディスターブ特性および“１”→“０”のデ
ータリテンション特性を向上させる狙いもある。図４−
Ｂ、Ｃについては後述する。

【０００５】図５は従来のEEPROMにおける、セルアレイ
の構成を示す平面図である。１例としてNAND型セルアレ
イの場合が示されている。ビット線コンタクトおよびソ
ース線コンタクトと隣接する位置に選択トランジスタが
配置され、その間に１６個のメモリセルが直列に接続さ
れて１メモリセル列を構成する。さらに、このようなメ
モリセル列が複数個アレイ状に配置され、メモリセルア
レイを構成する。このようなメモリセルアレイが、それ
ぞれビット線コンタクトとソース線コンタクトをはさん
で上下に折り返すように配列され、メモリセルアレイ全
体が構成される。なお、ビット線コンタクトは、ビット
線BL1,Bl2等に接続され、ソース線コンタクトはそれぞ
れ共通のソース線に接続される。図６は従来のEEPROMを
ワード線に平行な方向で切った場合のメモリセルの断面
である。シリコン基板１に形成された分離溝をSiO2等の
絶縁膜材料で埋め込んで素子分離領域３を形成する。薄
い第１のゲート絶縁膜４を介して電荷蓄積層５を形成す
る。図６では電荷蓄積層５の一部を素子分離領域３の上
にかかるようにすることでメモリセルのカップリング比
を高めている。さらに電荷蓄積層５と素子分離領域３の
上に第２のゲート絶縁膜６を介して一続きの制御ゲート
層１３を形成する。

【０００６】図７は従来のEEPROMをワード線に垂直な方
向で切った場合のメモリセル断面である。自己整合的に
形成された拡散層１４を介して、メモリセルが直列に接
続されている。従来のEEPROMではすべてのメモリセル
が、同一の構造を持っていた。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかし、この構造には
次のような問題があった。つまり、微細化に伴い選択ト
ランジスタとメモリセルとの間隔が狭くなると、チャネ
ル不純物注入後の熱工程によって、選択トランジスタの
チャネル不純物がメモリセルのチャネルにまで拡散して
しまい、その結果、選択トランジスタの隣のワード線
（16NANDの場合はWL1とWL16接続されたメモリセル）の
中性しきい値が他のメモリセルよりも高くなってしまう
（図４−Ａ）。そのために、WL1とWL16に接続されたセ
ルが、他のセルに比べて書き込みが速くなり、その結果
全体としての書き込み特性のばらつきが大きくなるとい
う問題があった。また、WL1とWL16に接続されたセルが
他のセルに比べて、リードディスターブ特性、“１”→
“０”のデータリテンション、およびVpassストレスに
よる誤書き込み特性（図２のBのセルの誤書き込み）が
悪くなるという問題もあった。以上はチャネル不純物量
に起因した問題点であるが、スリット加工の形状に起因
して、同様な問題がある。図４−Ｂ及び図４−Ｃにスリ
ットの形状を示している。スリットは先端部で細くな
り、しかも丸まっているので、選択ゲートの隣のセルで
は、他のセルと比較してスリット幅が狭くなる傾向があ
る。スリット幅が細くなると、フローティングゲートの
ウィングは長くなる。

【０００８】図４−Ｃはワード線に平行な方向で切った
場合のメモリセルの断面である。シリコン基板に形成さ
れた分離溝をSiO2等の絶縁膜材料で埋め込んで素子分離
領域３を形成する。薄い第１のゲート絶縁膜４を介して
電荷蓄積層５を形成する。図４−Ｃでは電荷蓄積層の一
部を素子分離領域３の上にかかるようにすることでワー
ド線（制御ゲート）１３と電荷蓄積層１５間のカップリ
ング比を高めている。さらに電荷蓄積層５と素子分離領
域３の上に第２のゲート絶縁膜６を介して一続きの制御
ゲート１３を形成する。次に、カップリング比について
説明する。カップリング比Ｋは、Ｋ＝Ｃ2／（Ｃ1 + Ｃ2） C1…基板−電荷蓄積層間の容量 C2…電荷蓄積層−制御ゲート層間の容量で決まっており、ウィングが長くなると電荷蓄積層−制
御ゲート層間の絶縁膜容量(Ｃ2)が大きくなり、カップ
リング比が大きくなる。このために、 WL1とWL16に接
続されたセルが、他のセルに比べて書き込みが速くな
り、その結果全体としての書き込み特性のばらつきが大
きくなるという問題があった。また、WL1とWL16に接続
されたセルが他のセルに比べて、リードディスターブ特
性、およびVpassストレスによる誤書き込み特性（図２
のBのセルの誤書き込み）が悪くなるという問題もあっ
た。以上の問題点は、セルが微細化されるほど顕著にな
ってくる。

【０００９】本発明では上述の問題に鑑みてなされたも
のであり、信頼性の高い不揮発性半導体装置を提供する
事を目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するす
べく、本願発明にかかる不揮発性半導体装置は、所定の
信号が伝播する信号線と、複数のメモリセルから構成さ
れ、前記信号線から所定の信号を受け取るメモリセル列
と、を具備し、前記メモリセルのそれぞれは二つの拡散
層間に設けられるチャネル領域の上方に制御ゲートを有
しており、前記メモリセル列の端に位置するメモリセル
のチャネル領域の上方に設けられた制御ゲートの幅が、
それ他の前記メモリセルのチャネル領域の上方の設けら
れた制御ゲートの幅より狭いことを特徴の一つとする。
本願発明はかかる構成を採用する事により、書き込みや
データ保持などのセル特性のばらつきを低減することが
出来る。

【００１１】

【発明の実施の形態】（第一の実施形態）図８は本実施
例におけるメモリセル列をワード線に垂直な方向で切っ
た場合の断面図である。本発明の特徴は、メモリセル列
の両端のメモリセルＭＣ１若しくはＭＣ１６、つまり選
択トランジスタＳＧＤ若しくはＳＧＳのすぐ隣のメモリ
セルのゲート長が他のメモリセルよりも短い事である。
図８に示した様に、半導体基板１の表面には所定間隔だ
け離隔して拡散層１４が設けられている。半導体基板1
の上には第一のゲート絶縁膜４が設けられ、その上には
電荷蓄積層５が設けられている。その上には第二のゲー
ト絶縁膜１２が設けられており、その上には制御ゲート
７（ワード線）が形成されている。また、セル全体を覆
う様に層間絶縁膜８が形成されている。また、メモリセ
ル列は１６個のメモリセルＭＣ１乃至１６で構成されて
いる。これらのメモリセルＭＣ１乃至１６のそれぞれの
電流経路が直列に接続されている。また、メモリセル列
の両端には、図示しないソース線に接続された選択トラ
ンジスタＳＧＳと、図示しないビット線に接続された選
択トランジスタＳＧＤの間には、メモリセル列が形成さ
れている。本実施例ではメモリセル列を構成するメモリ
セルは１６個であるが、８個や３２個等の他の数でも良
い。このことは以下の実施例でも全て同じである。

【００１２】また、図９にメモリセルのカップリング比
のゲート長依存性を示す。ゲート長が短くなるにつれて
カップリング比が落ちるので、両端のメモリセルは他の
メモリセルと比較してカップリング比が小さいといえ
る。一方で、先に述べたように、メモリセル列の両端の
メモリセルＭＣ１若しくはＭＣ１６はスリット幅が狭く
なってカップリング比があがりやすい、選択ゲートのチ
ャネル不純物の影響を受けて中性しきい値が高くなりや
すいという傾向がある。このため書き込み特性のばらつ
き、誤書き込み特性・データ保持特性の低下が起こる。
しかし、本実施例ではメモリセル列の両端のメモリセル
ＭＣ１のゲート長Ｘ１若しくはＭＣ１６のゲート長Ｘ１
６を、他のメモリセルＭＣ２乃至ＭＣ１５のゲート長Ｘ
２乃至Ｘ１５より短くして、制御ゲート７と半導体基板
１間のカップリング比を低下させる。これにより、選択
ゲートＳＧＳ、ＳＧＤの不純物の影響を受けて、メモリ
セルＭＣ１、ＭＣ１６のしきい値が高くなることの影響
を打ち消す方向にはたらくので、メモリセル全体として
の書き込み特性のばらつきを抑え、データ保持特性を向
上させることができる。また、従来の製造工程数と比較
して工程数は同じなので、工程数増加によるコストの増
加もない。

【００１３】また、前述の実施形態ではメモリセル列の
両端のメモリセルのワード線の幅を狭くしており、その
分の間隔を狭くしていない。しかし、メモリセル列の両
端のメモリセルのワード線の幅（チャネル長）を狭くし
た分だけワード線の間隔を詰めても良い。通常、半導体
記憶装置においてワード線は数千本も存在する。従っ
て、かかる場合には大幅なチップ面積の縮小も可能とな
る。また、前述の実施形態ではメモリセル列の端のメモ
リセルＭＣ１とＭＣ１６のゲート長が他のゲート長より
短い場合を説明した。この場合、Ｘ１＜Ｘ２、Ｘ１＝Ｘ
１６、Ｘ２＝ＸＫ（Ｋ＝３乃至１５）の関係が成立す
る。しかし、必ずしもこの場合に限定されるものではな
く、メモリセル列の端の方のメモリセルにおける制御ゲ
ートと半導体基板間の容量、その他のメモリセルのそれ
よりも小さくするものであれば何でも良い。例えば、メ
モリセル列の両端から所定個、例えば、ＭＣ１乃至ＭＣ
３、ＭＣ１４乃至ＭＣ１６のゲート長を短くしても良
い。この場合、Ｘ１＝Ｘ２＝Ｘ３＝Ｘ１４＝Ｘ１５＝Ｘ
１６、Ｘ４＝ＸＫ（Ｋ＝５乃至１３）の関係が成立す
る。更に、メモリセル列の端から徐々にゲート長を長く
していっても良い。この場合、Ｘ１＜Ｘ２＜、、、＜Ｘ
７＜Ｘ８、かつ、Ｘ９＜Ｘ１０＜、、、＜Ｘ１４＜Ｘ１
５＜Ｘ１６と言う関係が成立する。

【００１４】また、上述の実施形態ではメモリセル列の
両端のメモリセルに注目しているが、片端のメモリセル
にのみ上述の様なゲート長を短くしたメモリセルを配置
しても良い。また、上記の実施形態ではメモリセル列の
端のメモリセルＭＣ１とＭＣ１６のゲート長を他のメモ
リセルＭＣ２乃至ＭＣ１５のそれより短くしている。即
ち、メモリセルＭＣ１、ＭＣ１６のワード線の幅を短く
している。しかし、メモリセルＭＣ１、ＭＣ１６のゲー
ト長を短くする部分は、図８に示した断面部分周辺だけ
でも良い。即ち、メモリセルＭＣ１及びＭＣ１６に接続
されたワード線のうち、素子領域近傍のみワード線の幅
（ゲート長）を短くし、それ以外の部分は、メモリセル
ＭＣ２乃至ＭＣ１５に接続される全てのワード線の幅と
同じにしても良い。かかる構成を採用する場合、メモリ
セルＭＣ１とＭＣ１６近傍では書き込み特性のばらつき
を抑制出来ると共に、それ以外の部分では全てのワード
線幅は同じなので、ワード線の加工が容易となる。この
為、ワード線に接続される寄生容量をほぼ均等に出来
る。（第二の実施形態）本実施形態では、メモリセル列の端
に位置するメモリセルの素子領域の幅が、他のメモリセ
ルのそれと比較して広くなっている点に特徴がある。

【００１５】図１０は本実施形態におけるメモリセルア
レイの平面図である。図に示した様に、素子領域と素子
分離領域が交互に配置され、それらに交差する様にワー
ド線ＷＬ１乃至ＷＬ１６、及び、選択ゲート線ＳＧ１、
ＳＧ２が配置されている。また、素子領域のうち、ワー
ド線ＷＬＫ（Ｋ＝１乃至１６）と交差する部分にメモリ
セルが形成される。また、その交差部分のワード線と半
導体基板の間には電荷蓄積層が配置されている。但し、
図１０では図面を見やすくする為、全ての電荷蓄積層は
図示していない。また、選択ゲート線ＳＧ１は図示して
いないソース線に接続され、選択ゲート線ＳＧ２は図示
していないビット線に接続されている。図１０中のＣＣ
断面を図１１−Ａに、ＤＤ断面を図１１−Ｂに示した。
即ち、図１１−Ａは選択ゲート線ＳＧ２の隣に位置する
ワード線ＷＬ１６に接続されたメモリセルを示してお
り、図１１−Ｂはワード線ＷＬ１５につながったメモリ
セルの断面図を示している。図１１−Ａに示した様に、
半導体基板１の表面部に素子分離絶縁膜３が形成されて
いる。素子分離絶縁膜３の間が素子領域となる。また、
素子領域における半導体基板１の上面には第一のゲート
絶縁膜４、電荷蓄積層５、第二のゲート絶縁膜６、ワー
ド線ＷＬ１６、層間絶縁膜８が積層形成されている。ま
た、隣り合う電荷蓄積層５の間の距離Ｓは概略一定であ
る。

【００１６】図１１―Ｂに示した様に、この図に示した
断面図は、図１１−Ａにおける素子領域の幅以外は同一
の構造となっている。また、選択ゲート線ＳＧ１と選択
ゲートＳＧＤの間に配置されたメモリセル列を構成する
１６個のメモリセルのうち、両端に配置されたメモリセ
ル、即ち、ワード線ＷＬ１とＷＬ１６をそれぞれ制御ゲ
ートとするメモリセルの断面は同一であり、それ以外の
メモリセル、即ち、ＷＬ２乃至ＷＬ１５を制御ゲートと
するメモリセルの断面は同一構造である。図１０、図１
１−Ａ、及び、図１１−Ｂに示した様に、メモリセル列
の両端に配置されたメモリセルの素子領域幅ａは、それ
以外に配置されたメモリセルのの素子領域幅ｂより広く
なっている。これにより、メモリセル列の両端に配置さ
れたメモリセルにおける制御ゲートと半導体基板間の容
量を、それ以外に配置されたメモリセルにおけるそれよ
りも小さくする事が出来る。以下に容量結合（カップリ
ング）について更に詳細に説明する。メモリセルのカッ
プリング比は、C2/(C1+C2)で決まる。ここで、C1は半導
体基板と電荷蓄積層間の容量を意味し、C2は電荷蓄積層
と制御ゲート間の容量を意味している。

【００１７】スリット幅Ｓおよび、第１、第２のゲート
絶縁膜の膜厚、膜種がすべてのメモリセルで同一な場
合、図１１−ＡとＢは、第２のゲート絶縁膜の容量はお
なじで、第１のゲート絶縁膜の容量のみ異なる。つま
り、選択トランジスタの隣のセルは他のセルと比較して
素子領域幅が広い（ａ＞ｂ）。この為、メモリセル列の
両端に位置するメモリセルＭＣ１若しくはＭＣ１６のC1
が、その他のメモリセルのそれより大きいので、カップ
リング比が小さくなる。以上より、メモリセル列の両端
のメモリセルで、スリット幅が狭くなることや中性しき
い値が高くなることの影響を打ち消す方向に働くので、
その結果、メモリセル全体としての書き込み特性のばら
つきを抑え、データ保持特性を向上させることができ
る。また、所定の素子領域のワード線方向の幅を広くす
ればよいので、製造工程の増加もないのでコストも増加
しない。上述の実施形態ではメモリセル列の両端に配置
されたメモリセルの素子領域の幅のみを広くしている
が、これにのみに限定されるものではない。例えば、メ
モリセル列の両端から所定個（例えば、３個）までのメ
モリセルの素子領域の幅を、それ以外のメモリセルのそ
れよりも広くしても良い。また、素子領域の幅も一定で
なくても良い。例えば、両端に配置されたメモリセルの
素子領域の幅を両端から順に狭くしていっても良い。

【００１８】また、本実施形態では、メモリセル列の両
端のメモリセルの素子領域の幅を広くしているが、片端
のみであっても良い。（第三の実施形態）本実施形態では、メモリセル列の両
端のメモリセルのスリット幅が他のセルに比べて広くな
っていることに特徴がある。図１２−Ａは本実施例にお
けるメモリセルアレイの平面図である。図１２−Ａに示
した様に、選択ゲート線ＳＧ１、ＳＧ２の間にメモリセ
ル列が配置されている。メモリセル列は１６本のワード
線ＷＬ１乃至ＷＬ１６をそれぞれ制御ゲートとする１６
個メモリセルから構成されている。また、図１２−Ｂ、
Ｃは、メモリセルをワード線方向で切った場合のＥＥ断
面図、ＦＦ断面図を示している。図１２−Ｂに示した様
に、半導体基板１の表面の所定部には素子分離絶縁膜３
が設けられている。また、半導体基板１の上には、第一
のゲート絶縁膜４、電荷蓄積層５、第二のゲート絶縁膜
６、ワード線ＷＬ１６、層間絶縁膜８が積層形成されて
いる。図１２―Ｃに示した様に、スリット幅が異なる事
以外は、図１２−Ｂに示した断面図と同じである。スリ
ット幅とは、隣り合う電荷蓄積層間の距離を言い、図１
２−Ｂにおけるスリット幅Ｓ１は、図１２−Ｃにおける
スリット幅Ｓ２よりも広くなっている。

【００１９】上述の様に、メモリセルのカップリング比
は、C2/(C1+C2)で決まる。ゲート幅、第１、第２のゲー
ト絶縁膜の膜厚、膜種がすべてのメモリセルで同一な場
合、図１２−ＢとＣでは、第１のゲート絶縁膜の容量は
おなじで、第２のゲート絶縁膜の容量のみ異なる。つま
り、選択トランジスタの隣のセルは他のセルと比較して
C2が小さいので、カップリング比が小さくなる。このこ
とが、メモリセル列の両端のメモリセルで、中性しきい
値が高くなることの影響を打ち消す方向に働くので、そ
の結果、メモリセル全体としての書き込み特性のばらつ
きを抑え、データ保持特性を向上させることができる。
また、スリット幅を変更すれば良いだけなので、面積の
増大及び製造工程の増加もない。この為、コストの増大
もない。上述の実施形態ではメモリセル列の両端に配置
されたメモリセルに設けられた電荷蓄積層間のスリット
幅のみを広くしているが、これにのみに限定されるもの
ではない。例えば、メモリセル列の両端から所定個（例
えば、３個）までのメモリセルに設けられた電荷蓄積層
間のスリット幅を、それ以外のメモリセルのそれよりも
広くしても良い。また、スリット幅も一定でなくても良
い。例えば、両端に配置されたメモリセルのスリット幅
を両端のメモリセルから順に狭くなっていっても良い。

【００２０】また、本実施形態では、メモリセル列の両
端のメモリセルに設けられたスリット幅を広くしている
が、片端のみであっても良い。（第四の実施形態）本実施形態は、制御ゲートと電荷蓄
積層のあいだの第２の絶縁膜に対するバーズビークの量
が、両端のメモリセルのみ、他のセルより多くなってい
ることが特徴である。図１３に第四の実施形態にかかる
半導体装置の断面図を示した。図１３に示して様に、半
導体基板１の上面に選択ゲートＳＧＳ、ＳＧＤ、及び、
メモリセルＭＣ１乃至ＭＣ１６が形成されている。それ
ぞれは、第一のゲート絶縁膜４、電荷蓄積層５、第二の
ゲート絶縁膜６、選択ゲート線ＳＧ１若しくはＳＧ２若
しくはワード線ＷＬＫ（Ｋ＝１乃至１６）が積層形成さ
れている。その全面を覆う様に層間絶縁膜８が形成され
ている。図１３から解る様に、メモリセル列の両端の制
御ゲートＷＬ１、ＷＬ１６と電荷蓄積層５の間に設けら
れた第２の絶縁膜に対するバーズビークの量が、他のセ
ルより多くなっている。ここで、バーズビーク量とは、
図１３に示す様に、第二の絶縁膜の端が厚くなっている
長さとして定義する。前述様に、メモリセルのカップリ
ング比は、C2/(C1+C2)で決まる。ゲート幅、第１、第２
のゲート絶縁膜の膜厚、膜種がすべてのメモリセルで同
一な場合、図１４のAのセルとBのセルでは、第１のゲー
ト絶縁膜の容量はおなじで、バーズビーク量の違いのた
め第２の絶縁膜の容量のみ異なる。つまり、選択トラン
ジスタの隣のセルは他のセルと比較してC2が小さいの
で、カップリング比が小さくなる。

【００２１】このことが、メモリセル列の両端のメモリ
セルで、中性しきい値が高くなることの影響を打ち消す
方向に働くので、その結果、メモリセル全体としての書
き込み特性のばらつきを抑え、データ保持特性を向上さ
せることができる。このような形状を実現するための方
法の一例を以下に説明する。図１４―（１）はゲート加
工、後酸化後のメモリセルアレイの断面図である。この
上にシリコン窒化膜等の第３の絶縁膜を堆積する（図１
４−（２））。さらに例えばリソグラフィーによってパ
ターニングしたレジストをマスクとして、CDE(Chemical
Dry Etching)等の方法で、両端のメモリセルアレイ
部のみ第３の絶縁膜を剥離する。その後、酸化雰囲気で
アニールする（図１４−（３））。最後に残った第３の
絶縁膜を剥離する。残った第３の絶縁膜は剥離せずに堆
積したままでもよい。以上のプロセスにおいて、酸化雰
囲気でアニールしたとき、第３の絶縁膜で覆われたメモ
リセルは酸化されないが、第３の絶縁膜を剥離した両端
のメモリセルは酸化される。そのため、両端のメモリセ
ルは他のメモリセルと比較してバーズビークが多く入
る。このとき、第２の絶縁膜に対してだけでなく、基板
上に形成された第１のゲート絶縁膜に対してもバーズビ
ークが入る。しかし、一般に第２のゲート絶縁膜のほう
がバーズビークが多く入る傾向があるので、カップリン
グ比C2/(C1+C2)を考えた場合、両端のメモリセルでは、
C1の減少よりもC2の減少の方が顕著で、結果的にカップ
リング比を下げることができる。

【００２２】上述の実施形態ではメモリセル列の両端に
配置されたメモリセルの第二の絶縁膜のバーズビーク量
を、その他のメモリセルの第二の絶縁膜のそれよりも大
きくしている。しかし、これにのみに限定されるもので
はない。例えば、メモリセル列の両端から所定個（例え
ば、３個）までのメモリセルの第二の絶縁膜のバーズビ
ーク量を、その他のメモリセルの第二の絶縁膜のそれよ
りも大きくしても良い。また、バーズビーク量は一定で
なくても良い。例えば、両端に配置されたメモリセル第
二の絶縁膜のバーズビーク量を、両端のメモリセルから
順に小さくしていっても良い。また、本実施形態では、
メモリセル列の両端のメモリセルの第二の絶縁膜のバー
ズビーク量を、その他のメモリセルの第二の絶縁膜のそ
れよりも大きくしているているが、メモリセル列の片端
のメモリセルのみであっても良い。（第五の実施形態）本実施形態は、メモリセル列の両端
のメモリセルにおける第１のゲート絶縁膜の厚さが、そ
の他のメモリセルのそれよりも厚くなっていることに特
徴がある。本実施例におけるメモリセルの断面構造を図
１５に示す。図１５に示した断面図は、図８に示した断
面図と同じなので説明は省略する。但し、メモリセル列
の両端のメモリセルＭＣ１、ＭＣ１６の第１のゲート絶
縁膜４の厚さＴＯＸ１が、他のセルのそれＴＯＸ２より
も厚くなっている点が異なる。

【００２３】かかる構成を採用する事によりメモリセル
列の両端のメモリセルにおける、制御ゲートと基板間の
容量を小さくする事が出来る。また、メモリセルアレイ
のカップリング比はC2/(C1+C2)で決まるので、第１のゲ
ート絶縁膜を厚くすることで、カップリング比そのもの
は増加する。しかし、ゲート酸化膜を厚くしたために書
き込みに必要な電圧が高くなることと、リーク電流が減
ってデータ保持特性が向上することの効果の方が大き
く、結果として、メモリセル列の両端のメモリセルで、
中性しきい値が高くなること等の影響を打ち消す方向に
働き、メモリセル全体としての書き込み特性のばらつき
を抑え、データ保持特性を向上させることができる。ま
た、メモリセル列の両端のメモリセルの第一のゲート絶
縁膜のみ厚くしているので、面積の増大はない。上述の
実施形態ではメモリセル列の両端に配置されたメモリセ
ルの第一の絶縁膜の厚さを、その他のメモリセルの第一
の絶縁膜のそれよりも厚くしている。しかし、これにの
みに限定されるものではない。例えば、メモリセル列の
両端から所定個（例えば、３個）までのメモリセルの第
一の絶縁膜厚を、その他のメモリセルの第一の絶縁膜厚
よりも厚くしても良い。また、両端に配置されたメモリ
セル第一の絶縁膜厚を、両端から順に薄くしていっても
良い。

【００２４】また、本実施形態では、メモリセル列の両
端のメモリセルの第一の絶縁膜厚を、その他のメモリセ
ルのそれよりも厚くしているているが、メモリセル列の
片端のみ厚くしても良い。（第六の実施形態）本実施形態は、メモリセル列の両端
に位置するメモリセルの電荷蓄積層と制御ゲートの間に
配置された第２の絶縁膜の膜厚が、その他のメモリセル
のそれよりも厚くなっていることに特徴がある。本実施
例におけるメモリセルの断面構造を図１６に示す。図１
５に示した断面図は、図１６に示した断面と同一である
ので説明は省略する。但し、メモリセル列の両端のメモ
リセルＭＣ１、ＭＣ１６の第二の絶縁膜６の厚さＴＩＰ
１を、その他のメモリセルの第二の絶縁膜の厚さＴＩＰ
２より厚くしている。かかる構成を採用する事によりメ
モリセル列の両端のメモリセルにおける、制御ゲートと
基板間の容量を小さくする事が出来る。メモリセルアレ
イのカップリング比はC2/(C1+C2)で決まるので、第２の
ゲート絶縁膜を厚くすることで、C2が減少し、一方C1は
同じなのでカップリング比は減少する。このことが、メ
モリセル列の両端のメモリセルで、中性しきい値が高く
なること等の影響を打ち消す方向に働くので、その結
果、メモリセル全体としての書き込み特性のばらつきを
抑え、データ保持特性を向上させることができる。

【００２５】また、メモリセル列の両端のメモリセルの
第ニのゲート絶縁膜６のみ厚くしているので、面積の増
大はない。また、第２の絶縁膜６は一般にONO膜などの
積層膜が用いられるが、膜全体の容量を小さくすればよ
いので、ボトム酸化膜、シリコン窒化膜、トップ酸化膜
のどれを厚くしてもよい。上述の実施形態ではメモリセ
ル列の両端に配置されたメモリセルの第ニの絶縁膜の厚
さを、その他のメモリセルの第ニのゲート絶縁膜のそれ
よりも厚くしている。しかし、これにのみに限定される
ものではない。例えば、メモリセル列の両端から所定個
（例えば、３個）までのメモリセルの第ニのゲート絶縁
膜厚を、その他のメモリセルの第ニのゲート絶縁膜厚よ
りも厚くしても良い。また、両端に配置されたメモリセ
ル第ニのゲート絶縁膜厚を、両端から順に薄くしていっ
ても良い。また、本実施形態では、メモリセル列の両端
のメモリセルの第ニの絶縁膜厚を、その他のメモリセル
のそれよりも厚くしているているが、メモリセル列の片
端のみ厚くしても良い。更に、メモリセル列の両端のメ
モリセルの制御ゲート−基板間容量を、その他のメモリ
セルよりも大きくすれば良いので、例えば、第五の実施
形態と第六の実施形態を組み合わせても良い。即ち、メ
モリセル列の両端のメモリセルの第一及び第二の絶縁膜
の双方の厚さを、その他のメモリセルせるのそれよりも
厚くしても良い。

【００２６】（第七の実施形態）図１７−（１）には、
第一乃至第六の実施形態で説明したNAND型EEPROMの等価
回路を示している。また、図１７−（２）には、AND型E
EPROMの等価回路を示している。第一乃至六の実施形態
はNAND型EEPROMを例にとって、選択トランジスタの隣の
メモリセルの形状を他のセルと異なるものにすること
で、メモリセルの特性ばらつきを抑え、誤書き込みやデ
ータ保持特性を向上させる方法を提供した。これらの実
施形態は、NAND型EEPROMに限らず、ソース線コンタクト
とビット線コンタクトのあいだに、選択トランジスタと
複数のメモリセルが配置された不揮発性メモリすべてに
対して用いることができる。一例としてAND型EEPROMに
対する実施例をNAND型の場合と比較して説明する。NAND
型では図１７−(１)のＡのメモリセルの形状を第一乃至
第六の実施形態のような点で、他のメモリセルと異なる
ものにする。AND型では対象となるメモリセルが図１７
−(２)のＢになるだけで、第一乃至第六の実施形態に挙
げたのと同じ方法でで形状を工夫すればNAND型と同様な
効果が選られる。

【００２７】以上の実施例において、選択トランジスタ
は図中ではメモリセルと同じ積層構造になっているが、
この場合第一のゲート電極を引き出してコンタクトをと
っている。また、選択トランジスタは必ずしも積層構造
とは限らず、単層ゲート構造にしてもよい。以上、第一
乃至七の実施形態について紹介したが、実施形態はこれ
らに限定されず、発明の趣旨を逸脱しない範囲で、種々
変形して用いることができる。また、これらの実施例は
それ単独で用いてもよいし、いくつかの実施例を組み合
わせて同時に実施することもできる。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来のNAND型EEPROMの等価回路図である。

【図２】従来のNAND型EEPROMの等価回路図である。

【図３】従来のNAND型EEPROMの等価回路図である。

【図４】選択トランジスタにおけるチャネル不純物がメ
モリセルへ拡散していく様子、及び、スリット近傍を示
した図である。

【図５】従来のNAND型EEPROMの平面図を示した図であ
る。

【図６】図６に示した平面図の一断面図を示した図であ
る。

【図７】図６に示した平面図の一断面図を示した図であ
る。

【図８】第一の実施形態にかかる半導体装置の断面図を
示した図である。

【図９】カップリング比とゲート長の関係を示した図で
ある。

【図１０】第ニの実施形態にかかる半導体装置の平面図
を示した図である。

【図１１】図１１に示した半導体装置の断面図を示した
図である。

【図１２】第三の実施形態にかかる半導体装置の平面図
及び断面図を示した図である。

【図１３】第四の実施形態にかかる半導体装置の断面図
を示した図である。

【図１４】図１３に示した半導体装置の製造工程を示し
た図である。

【図１５】第五の実施形態にかかる半導体装置の断面図
を示した図である。

【図１６】第六の実施形態にかかる半導体装置の断面図
を示した図である。

【図１７】第七の実施形態にかかる半導体装置の等価回
路等を示した図である。

【符号の説明】

１…半導体基板、１４…拡散層、１０…第一のゲート絶
縁膜、５…電荷蓄積層、１２…第二の絶縁膜、７…制御
ゲート、８…総監絶縁間膜。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者佐藤信司神奈川県横浜市磯子区新杉田町８番地株式会社東芝横浜事業所内Ｆターム(参考） 5F001 AA01 AB02 AB08 AB09 AD53 AF06 AG10 5F083 EP02 EP22 EP23 EP48 EP76 ER21 PR03

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】所定の信号が伝播する信号線と、複数のメモリセルから構成され、前記信号線から所定の
信号を受け取るメモリセル列と、を具備し、前記メモリセルのそれぞれは二つの拡散層間
に設けられるチャネル領域の上方に制御ゲートを有して
おり、前記メモリセル列の端に位置するメモリセルのチ
ャネル領域の上方に設けられた制御ゲートの幅が、その
他の前記メモリセルのチャネル領域の上方に設けられた
制御ゲートの幅より狭いことを特徴とする不揮発性半導
体記憶装置。
【請求項２】所定の信号が伝播する信号線と、複数のメモリセルから構成され、前記信号線から所定の
信号を受け取るメモリセル列と、を具備し、前記メモリセルのそれぞれは二つの拡散層間
に設けられるチャネル領域の上方に制御ゲートを有して
おり、前記メモリセル列の端から所定個までの前記メモ
リセルのチャネル領域の上方に設けられた制御ゲートが
第一の幅を有し、かつ、その他の前記メモリセルのチャ
ネル領域の上方に設けられた制御ゲートの幅は第二の幅
を有し、かつ、前記第一の幅は前記第二の幅より狭いこ
とを特徴とする不揮発性半導体記憶装置。
【請求項３】所定の信号が伝播する信号線と、前記信号線から所定の信号を受け取るメモリセル列と、前記メモリセル列が形成された素子領域と、を具備し、前記メモリセル列はワード線に接続された制
御ゲートをそれぞれ有する複数のメモリセルから構成さ
れ、前記メモリセル列のうち最も端の前記メモリセルに
おけるワード線方向の前記素子領域の幅が、それ以外の
前記メモリセルにおけるワード線方向の前記素子領域の
幅より広い事を特徴とする不揮発性半導体記憶装置。
【請求項４】所定の信号が伝播する信号線と、前記信号線から所定の信号を受け取るメモリセル列と、前記メモリセル列が形成された素子領域と、を具備し、前記メモリセル列はワード線に接続された制
御ゲートをそれぞれ有する複数のメモリセルから構成さ
れ、前記メモリセル列のうち最も端から所定個までの前
記メモリセルにおけるワード線方向の前記素子領域の幅
が、それ以外の前記メモリセルにおけるワード線方向の
前記素子領域の幅より広い事を特徴とする不揮発性半導
体記憶装置。
【請求項５】所定の信号が伝播する信号線と、前記信号線から所定の信号を受け取るメモリセル列と、を具備し、前記メモリセル列は電荷蓄積層、及び、ワー
ド線に接続された制御ゲートをそれぞれ有した複数のメ
モリセルより構成され、前記メモリセル列のうち最も端
の前記メモリセルにおけるワード線方向の前記電荷蓄積
層の幅が、それ以外の前記メモリセルにおけるワード線
方向の前記電荷蓄積層の幅より狭い事を特徴とする不揮
発性半導体記憶装置。
【請求項６】所定の信号が伝播する信号線と、前記信号線から所定の信号を受け取るメモリセル列と、を具備し、前記メモリセル列は電荷蓄積層、及び、ワー
ド線に接続された制御ゲートをそれぞれ有した複数のメ
モリセルより構成され、前記メモリセル列のうち最も端
から所定個の前記メモリセルにおけるワード線方向の前
記電荷蓄積層の幅が、それ以外の前記メモリセルにおけ
るワード線方向の前記電荷蓄積層の幅より狭い事を特徴
とする不揮発性半導体記憶装置。
【請求項７】半導体基板と、所定の信号が伝播する信号線と、前記半導体基板上に形成され、前記信号線から所定の信
号を受け取るメモリセル列と、を具備し、前記メモリセル列は、それぞれが制御ゲート
と電荷蓄積層を有する複数のメモリセルから構成され、
前記メモリセル列のうち最も端の前記メモリセルにおけ
る前記制御ゲートと前記半導体基板間の第一の合成容量
が、それ以外の前記メモリセルにおける前記制御ゲート
と前記半導体基板間の第二の合成容量より小さい事を特
徴とする不揮発性半導体記憶装置。
【請求項８】半導体基板と、所定の信号が伝播する信号線と、前記半導体基板上に形成され、前記信号線から所定の信
号を受け取るメモリセル列と、を具備し、前記メモリセル列は、ぞれぞれが制御ゲート
と電荷蓄積層を有する複数のメモリセルから構成され、
前記メモリセル列のうち最も端から所定個までのそれぞ
れが前記メモリセルにおける前記制御ゲートと前記半導
体基板間の第一の合成容量が、それ以外の前記メモリセ
ルにおける前記制御ゲートと前記半導体基板間の第二の
合成容量より小さい事を特徴とする不揮発性半導体記憶
装置。
【請求項９】前記第一の容量を有する前記メモリセルの
前記制御ゲートと前記電荷蓄積層間に設けられた絶縁膜
の所定部の厚さが、前記第ニの容量を有する前記メモリ
セルの前記制御ゲートと前記電荷蓄積層間に設けられた
絶縁膜の所定部の厚さよりも厚い事を特徴とする請求項
７又は８記載の不揮発性半導体記憶装置。
【請求項１０】前記第一の容量を有する前記メモリセル
の前記制御ゲートと前記電荷蓄積層間に設けられた絶縁
膜のバーズビーク量が、前記第ニの容量を有する前記メ
モリセルの前記制御ゲートと前記電荷蓄積層間に設けら
れた絶縁膜のバーズビーク量よりも大きい事を特徴とす
る請求項７又は８記載の不揮発性半導体記憶装置。
【請求項１１】前記第一の容量を有する前記メモリセル
の前記電荷蓄積層と前記半導体基板間に設けられた絶縁
膜の所定部の厚さが、前記第ニの容量を有する前記メモ
リセルの前記電荷蓄積層と前記半導体基板間に設けれた
絶縁膜の所定部の厚さよりも厚いことを特徴とする請求
項７又は８記載の不揮発性半導体記憶装置。
【請求項１２】前記第一の合成容量を有する前記電荷蓄
積層の上面及び側面の合計面積が、前記第ニの合成容量
を有する前記電荷蓄積層の上面及び側面の合計面積より
も小さい事を特徴とする請求項７又は８記載の不揮発性
半導体記憶装置。
【請求項１３】前記信号線と前記メモリセル列の間に選
択トランジスタが設けられている事を特徴とする請求項
１乃至８のいづれか記載の不揮発性半導体記憶装置。
【請求項１４】前記メモリセル列はＮＡＮＤ型構成であ
る事を特徴とする請求項１乃至８のいづれか記載の不揮
発性半導体装置。
【請求項１５】前記メモリセル列はＡＮＤ型構成である
事を特徴とする請求項１乃至８のいづれか記載の不揮発
性半導体装置。
【請求項１６】第一のゲート絶縁膜、電荷蓄積層、第二
のゲート絶縁膜、制御ゲートの積層構造からなるゲート
電極部を有する第一及び第二のトランジスタを形成する
工程と、前記第一及び第二のトランジスタのゲート電極部のう
ち、少なくとも前記第一及び第二の電荷蓄積層を覆う様
にマスク材を形成する工程と、前記マスク材のうち、少なくとも前記第二のトランジス
タの電荷蓄積層を覆っている前記マスク材を残存させ、
かつ、少なくとも前記第一のトランジスタの電荷蓄積層
を覆っている前記マスク材を除去する工程と、前記マスク材が覆われている前記第二のトランジスタの
電荷蓄積層はそのままで、かつ、前記マスク材が覆われ
ていない前記第一のトランジスタの電荷蓄積層の所定の
位置を太らせる工程と、を具備する事を特徴とする不揮
発性半導体装置の製造方法。